KR101952645B1 - 전동식 무단 가변 쇽업소버 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리바운드 행정과 컴프레션 행정의 구별 없이 피스톤의 로드측 체임버에서 오일 탱크로 바이패스 시키는 오일의 방향이 항상 일방향으로만 형성되도록 하여 교축밸브 한 개만으로 댐핑 계수를 조절하되, 최대 350도 내외까지 회전하면서 바이패스 되는 오일의 유동저항을 미세하게 연속적으로 조절할 수 있는 구조의 회전 밸브를 사용한 것을 특징으로 하며, 피스톤의 로드측 체임버에서 오일 탱크 사이의 바이패스 통로와 교축밸브를 쇽업소버 본체의 원통이 연장된 공간의 내부에 설치하도록 고안된 이중실린더형 전동식 무단 가변 쇽 업소버의 구조와 작동원리에 관한 것이다.
Description
본 발명은 댐핑 계수 조절이 가능한 무단 가변 쇽업소버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 쇽업소버의 피스톤 로드(piston rod)가 리바운드(rebound) 또는 컴프레션(compress)될 때 피스톤 상부의 로드(rod)측 체임버(chamber)에서 오일 탱크(reservoir)로 오일을 바이패스시키는 유로의 유동 저항을 전기 신호로 작동되는 교축 밸브에 의해 조절함으로써 댐핑 계수를 연속적으로 조절할 수 있는 전동식 무단 가변 쇽 업소버에 관한 것이다. 여기서, 쇽 업소버의 댐핑력은 피스톤 로드의 리바운드 또는 컴프레션 속도에 비례하여 발생되며, 그 비율에 해당하는 것이 댐핑 계수이다. 이러한 가변 쇽업소버는 주로 자동차에서 스프링으로 지지되는 차체의 진동과 관성 거동을 주행조건에 따라 능동적으로 억제하는 데 사용되며, 헬스 기구에도 응용되어 댐핑력의 조절에 의해 운동 저항과 에너지 소비율을 선택하는 기능을 제공하는데 사용되기도 한다.
일반적으로, 자동차에서 쇽업소버(shock absorber)가 하는 역할은 스프링과 함께 현가장치를 구성하여 노면 위를 구르는 바퀴에 가해지는 진동과 충격이 차체에 전달되는 것을 차단하는 것이다. 이때, 쇽업소버의 댐핑 계수가 크면 바퀴와 차체 사이의 상대 운동이 작아지면서 승차감이 딱딱해지고, 댐핑 계수가 작으면 바퀴와 차체 사이의 상대 운동이 커지면서 승차감이 부드러워진다. 반면, 댐핑 계수가 작으면 급제동이나 급회전시 차체의 피칭이나 롤링이 커져 차체의 거동이 과격해지고 댐핑 계수가 크면 피칭이나 롤링이 줄어들어 안정적인 주행이 가능해진다.
따라서, 일정한 댐핑 계수를 가지는 쇽업소버는 자동차의 급가속이나 급제동, 급회전과 같은 운전 조건에서 차체의 흔들림을 안정되게 억제해 줌과 동시에 노면의 요철에 의한 차체 진동을 잘 차단하여 승차감을 부드럽게 해 주는 요구 조건을 모두 충족시키기 어렵다. 이러한 이유로 고급 사양의 자동차에는 전동식 가변 쇽업소버가 사용되고 있으며, 댐핑 계수를 전기적인 신호로 조절하기 위한 수단으로서 솔레노이드나 전동 모터 등으로 작동되는 다양한 형태의 교축 밸브들이 개발되어 왔다.
한편, 가변 쇽업소버는 기능과 작동원리 및 구조 측면에서 매우 다양한 종류가 개발되어 있으나, 상기 기술 분야에서 한정지은 바와 같이 피스톤 상부의 로드(rod)측 체임버(chamber)에서 오일 탱크(reservoir)로 오일을 바이패스 시키고 바이패스 유로의 유동 저항을 전기 신호로 작동되는 교축 밸브에 의해 조절함으로써 피스톤의 운동 속도에 비례하여 발생되는 댐핑력을 연속적으로 조절할 수 있는 전동식 무단 가변 쇽 업소버에 관한 본 발명과 직접 비교될 수 있는 종래 기술 위주로 발명의 배경을 설명하면 다음과 같다.
전술한 바와 같은 가변 쇽 업소버의 종래 기술로는 등록특허 제10-0894299호의 "다용도 쇽업소버"에 대한 기술이 게시되어 있다. 피스톤 로드형 쇽업소버는 피스톤의 상부 단면적이 하부 단면적보다 작으므로 리바운드 행정에서는 바디 밸브 내 첵 밸브를 통해 피스톤 하부의 헤드측 체임버로 오일이 공급되고, 컴프레션 행정에서는 바디 밸브 내 스프링 첵 밸브를 통해 피스톤 하부의 헤드측 체임버로부터 오일이 배출되어야 한다. 여기서, 스프링 체크 밸브는 오일 흐름의 방향을 제한하는 체크 밸브 기능과 댐핑 계수를 설정하는 교축 밸브 기능을 결합시킨 구조의 밸브이다.
종래 기술에 따른 "다용도 쇽업소버"는 단일 실린더형 구조로서 바디 밸브를 통해 상기한 바와 같이 출입하는 오일을 저장하기 위해 바디 밸브 아래에 축압기가 구비된다. 즉, 바디밸브 하부의 피스톤으로 분리된 오일 체임버와 가스 체임버가 축압기 역할을 한다. 이러한 단일 실린더형 가변 쇽업소버는 피스톤 상부의 로드 측 체임버와 축압기의 오일 체임버 사이에 바이패스 배관과 별도의 교축 밸브를 구비하여 이 교축 밸브를 완전히 닫으면 쇽업소버의 피스톤 밸브와 바디 밸브에 내장된 스프링 첵 밸브에 의해 높은 댐핑 계수가 나타나고, 상기 교축 밸브를 완전히 열면 댐핑계수를 영까지 낮출 수 있다.
그러나, 전술한 바와 같은 기술에는 두 가지 문제가 있다. 첫 째는 쇽업소버의 리바운드 행정과 컴프레션 행정에서 상기 교축 밸브를 통과하는 바이패스 오일의 흐르는 방향이 서로 반대 방향으로 형성된다는 것이다. 둘 째는 대부분의 교축 밸브는 오일이 유입되는 방향에 따라서 유동 저항이 달라지기 때문에 이 방향성을 배제하려면 두 개의 체크 밸브가 오일의 흐름을 각기 일방향으로 제한하고 각 방향에 대해서 교축 밸브가 개별적으로 구비되어야 한다는 것이다.
그럼에도 불구하고, 전술한 바와 같은 "다용도 쇽업소버"에 대한 기술에서는 체크 밸브 기능을 겸한 교축 밸브를 하나만 사용함으로써 리바운드 행정에서 오일이 상단에서 하단으로 즉, 피스톤 상부의 로드 측 체임버에서 축압기의 오일 체임버로 빠져나갈 때는 댐핑계수 조절이 가능하지만 역으로 컴프레션 행정에서 하단에서 상단으로 오일이 빠져나갈 때는 교축 밸브가 체크 밸브로 작동하여 댐핑계수 조절이 불가능하도록 되어 있다. 그리고, 바이패스 오일 통로와 교축 밸브가 쇽 업소버 본체와 평행되게 외부로 돌출된다.
또한, 종래 기술에 따른 가변 쇽업소버로는 대한민국 등록특허 제10-1756423호의 "듀얼 솔레노이드 밸브 구조의 감쇠력 가변식 쇽업소버"와, 제10-0507756호의 "자기가변유체를 이용한 쇽 업소버의 감쇠력 가변장치"이 유사한 기술을 제공되고 있다. 이 기술은 이중 실린더형 쇽업소버에 관한 것으로, 축압기 대신에 쇽업소버 실린더와 소위 베이스 쉘에 해당하는 외부 실린더 사이의 공간을 오일 탱크로 사용하는 구조를 가지며, 전술한바와 같이 리바운드 행정과 컴프레션 행정에서 댐핑 계수를 독립적으로 조절하기 위한 두 개의 바이패스 통로를 쇽업소버 본체에 구비하고 각 바이패스 통로마다 솔레노이드 밸브 또는 감쇠력 조절장치를 개별적으로 사용하였다.
전술한 바와 같은 기술은 전기신호로 작동하는 솔레노이드 밸브 또는 감쇠력 조절장치를 사용하기 때문에 체크 밸브를 생략한 대신에 한 쪽의 솔레노이드 밸브 또는 감쇠력 조절장치가 작동할 때에는 다른 쪽의 솔레노이드 밸브 또는 감쇠력 조절장치는 닫혀 있어야 한다. 따라서, 그 구조와 제어 방식이 매우 복잡하다는 단점이 있다. 그리고 교축 밸브가 쇽 업소버 본체와 직각되게 외부로 돌출된다.
아울러, 종래 기술에 따른 가변 쇽업소버로 본 출원인이 출원 등록한 등록특허 제10-1730836호의 "감쇠력 가변식 쇼크업소버" 기술이 제공되고 있다. 이러한 "감쇠력 가변식 쇼크업소버"의 기술은 단일 실린더형 쇽업소버의 측면 상단과 하단에 리바운드 행정과 컴프레션 행정을 위한 두 개의 솔레노이드 밸브를 독립적인 교축밸브로 사용하는데, 체크 밸브가 없는 대신에 오일의 바이패스 방향에 따라 두 개의 솔레노이드 밸브 중 하나를 열 때에는 동시에 다른 쪽은 닫아야 한다. 따라서, 두 개의 솔레노이드 밸브의 정확한 동조가 안 되거나 한 쪽에 작은 결함이 발생하여도 원하는 댐핑 계수를 설정할 수 없는 단점이 있다. 그리고, 바이패스 오일 통로와 교축 밸브들이 쇽 업소버 본체와 평행되게 외부로 돌출된다.
전술한 바와 같은 종래 기술에 따른 가변 쇽업소버는 단일 실린더형이든지 이중 실린더형이든지 무관하게 리바운드 행정과 컴프레션 행정에서 교축 밸브를 통해 바이패스되는 오일의 방향이 서로 반대로 형성되는 것과 이로 인해 오일의 바이패스 방향에 따라 독립적으로 작동하는 두 개의 교축 밸브가 구비되어야 하고, 만일 두 개의 체크 밸브를 추가로 사용하지 않으면 두 개의 교축 밸브를 동시에 교대로 정확히 제어해야 댐핑 계수를 조절할 수 있다. 그리고, 교축 밸브를 작동시키기 위해 대부분 최대 작동 변위가 2mm에서 3mm 정도에 불과한 솔레노이드를 사용함에 따라 댐핑 계수 조절의 정밀도를 높이는 데 한계가 있다. 또한, 교축 밸브가 쇽업소버와 평행하거나 직각으로 돌출되므로 차체 내 설치하기 위한 공간 설계, 외부 충격으로부터의 보호 등을 위해 추가적인 개발 비용이 투입되어야 한다.
본 발명은 이중 실린더형 가변 쇽업소버의 구조를 가지는 것으로, 피스톤 밸브와 바디 밸브를 체크 밸브만으로 구성함으로써 리바운드 행정과 컴프레션 행정의 구별 없이 피스톤의 로드측 체임버에서 오일 탱크로 바이패스 시키는 오일의 방향이 항상 일방향으로만 형성되도록 하고, 이를 통해 바이패스 유로에 체크 밸브 없이 교축밸브 한개만 사용하고, 교축 밸브의 댐핑 계수 조절 분해능을 종래보다 월등히 높여서 정교한 무단 조절이 가능하게 하며, 피스톤의 로드측 체임버에서 오일 탱크 사이의 바이패스 통로와 교축밸브를 쇽업소버 본체의 원통이 연장된 공간의 내부에 설치함으로써, 교축 밸브가 쇽업소버와 평행하거나 수직한 방향으로 돌출되지 않도록 하는 것이 본 발명에서 해결하고자 하는 과제이다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,
상기의 종래 기술에 따른 가변 쇽업소버에서는 피스톤 밸브와 바디 밸브를 각기 첵 밸브와 스프링 첵 밸브로 구성함에 따라 전술한 바와 같이 리바운드 행정과 컴프레션 행정에서 교축 밸브를 통해 바이패스되는 오일의 방향이 서로 반대로 형성된다. 따라서, 본 발명에서는 피스톤 밸브와 바디 밸브에 각기 체크 밸브만 사용함으로써 리바운드 행정과 컴프레션 행정에서 교축 밸브를 통해 바이패스되는 오일의 방향이 일방향으로만 형성되도록 하였다. 따라서 체크 밸브가 필요하지 않으며 리바운드 행정과 컴프레션 행정의 구별 없이 한 개의 교축 밸브만으로 댐핑 계수를 조절할 수 있게 하였다.
또한, 피스톤 상부의 로드측 체임버에서 오일 탱크 사이의 바이패스 통로를 쇽업소버 내부나 외부에 형성하지 않고 피스톤의 로드 가이드(rod guide) 위에 로드 가이드를 관통하여 피스톤 상부의 로드측 체임버와 오일 탱크에 직접 연결되는 두 개의 포트를 가진 포트 플레이트(port plate)를 구비함으로써 구조를 단순화하였다.
그리고, 교축 밸브로는 포트 플레이트와 밀착되어 최대 350도 내외까지 회전하면서 바이패스 되는 오일의 유동저항 즉, 유량에 비례하는 압력 손실을 미세하게 연속적으로 조절할 수 있는 구조의 회전 밸브를 사용함으로써 댐핑 계수의 조절 정밀도를 높였고, 상기 회전형 교축 밸브의 구동을 위해 회전각 제어가 되는 중공축형(hollow shaft type) 전동 모터를 적용하였다. 상기 전동 모터로는 회전각이 제어되는 직류 모터, 교류 모터, 스테핑 모터, 초음파 모터 등 그 종류에 제한 없이 회전형 모터라면 어느 것이든 사용될 수 있다.
또한, 포트 플레이트, 회전형 교축 밸브, 및 전동 모터를 쇽업소버 본체의 원통이 연장된 공간의 내부에 설치함으로써, 교축 밸브가 쇽업소버와 평행하거나 직각을 이루는 방향으로 돌출되지 않도록 하였다.
즉, 본 발명에 따른 가변 쇽 업소버는 일정 길이로 연장 형성된 외부 실린더, 외부 실린더의 내측 하부에 구성되어지되 중심에는 바디측 체크밸브가 구성된 바디밸브, 바디밸브 상부로 구비되는 일정 길이의 내부 실린더, 내부 실린더에서 승하강이 가능하게 구성된 피스톤 로드 및 피스톤 로드의 하단에 구성되어지되 피스톤측 체크밸브가 구성된 피스톤 밸브가 구비된 쇽 업소버에 있어서,
피스톤 로드의 상승(리바운드)시에는 피스톤측 체크 밸브는 닫히고 바디측 체크밸브는 열리는 구성으로 이루어지되 피스톤 상부 로드측 체임버의 오일은 로드 가이드의 유입 홀과 포트 플레이트의 입구 포트 및 교축 밸브의 교축 홈 일측을 거쳐 타측으로 유동되어 포트 플레이트의 출구 포트와 로드 가이드의 배출 홀을 통해 내부 실린더와 외부 실린더 사이의 오일 탱크로 유동되며, 내부 실린더와 외부 실린더 사이의 오일 탱크로 유동된 오일은 바디측 체크밸브를 통해 피스톤 밸브와 바디밸브 사이의 피스톤 하부 헤드측 체임버로 유입되는 구성으로 이루어진다.
또한, 본 발명에 따른 구성에서 피스톤 로드의 하강(컴프레션)시에는 피스톤측 체크밸브는 열리고 바디측 체크밸브는 닫히는 구성으로 이루어지되 피스톤 하부 헤드측 체임버의 오일은 피스톤측 체크밸브를 통해 피스톤 상부 로드측 체임버로 유입되고, 피스톤 상부 로드측 체임버로 유입되어 증가된 오일은 로드 가이드의 유입 홀을 통해 리바운드 시와 동일한 경로로 바이패스 되는 구성으로 이루어진다.
본 발명에 따른 가변 쇽 업소버는 상기한 바와 같이 외부 실린더, 바디밸브, 내부 실린더, 피스톤 로드 및 피스톤 밸브가 구비된 쇽 업소버에 있어서,
외부 실린더 내부의 상부측 공간에 설치 구성되는 전동 모터;
전동 모터의 하부측에 설치되어지되 전동 모터의 구동에 의해 피스톤 상부 로드측 체임버로부터 내부 실린더와 외부 실린더 사이의 오일 탱크으로 바이패스 되는 오일의 유동 저항을 조절하는 교축 홈(throttle groove)이 형성된 교축 밸브;
내부 실린더 상단에 설치 구성되어지되 피스톤 상부 로드측 체임버로부터 배출되는 오일을 교축 밸브로 유입시키는 유입 홀(hole)과 교축 밸브를 통과한 오일을 내부 실린더와 외부 실린더 사이의 오일 탱크로 배출시키는 배출 홀(hole)이 형성된 로드 가이드; 및
교축 밸브와 로드 가이드 사이에 구성되어지되 로드 가이드의 유입 홀과 연결되어 교축 밸브의 일측으로 오일이 유입되게 유도하는 입구 포트(port)와 로드 가이드의 배출 홀과 연결되어 교축 밸브의 일측으로 유입된 오일이 교축 홈을 통과한 후 교축 밸브의 타측으로 배출되게 유도 하는 출구 포트(port)가 형성된 포트 플레이트;를 포함한 구성으로 이루어진다.
본 발명의 기술에 따르면
피스톤 밸브와 바디 밸브를 체크 밸브만으로 구성함으로써 리바운드 행정과 컴프레션 행정의 구별 없이 피스톤의 로드측 체임버에서 오일 탱크로 바이패스 시키는 오일의 방향이 항상 일방향으로만 형성되도록 하고,
이에 따라 바이패스 유로에 체크 밸브 없이 교축밸브 한개만 사용하여 댐핑 계수를 조절할 수 있고,
최대 350도 내외까지 회전하면서 바이패스 되는 오일의 유동저항을 미세하게 연속적으로 조절할 수 있는 구조의 회전 밸브를 사용함으로써 자동차의 급가속이나 급제동, 급회전과 같은 운전 조건에서 차체의 흔들림을 안정되게 억제해 줌과 동시에 노면 진동을 잘 차단하여 승차감을 부드럽게 해 주는 쇽 업소버의 요구조건을 종래 기술보다 더 정교하게 효과적으로 충족시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 기술에 따르면
피스톤의 로드측 체임버에서 오일 탱크 사이의 바이패스 통로와 교축밸브를 쇽업소버 본체의 원통이 연장된 공간의 내부에 설치함으로써 교축 밸브가 쇽업소버와 평행하거나 수직한 방향으로 돌출되지 않도록 함으로써 차체 내 설치하기 위한 공간 설계, 외부 충격으로부터의 보호 등이 용이하게 하는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 기술에 따른 전동식 무단 가변 쇽 업소버를 보인 단면 구성도.
도 2 는 본 발명의 기술에 따른 전동식 무단 가변 쇽 업소버의 구성을 확대하여 보인 단면 구성도.
도 3 은 본 발명의 기술에 따른 전동식 무단 가변 쇽 업소버의 피스톤 로드 상승시 오일의 흐름을 보인 단면 구성도.
도 4 는 본 발명의 기술에 따른 전동식 무단 가변 쇽 업소버의 피스톤 로드 하강시 오일의 흐름을 보인 단면 구성도.
도 5 는 본 발명의 기술에 따른 전동식 무단 가변 쇽 업소버의 실시예에 대한 작동 원리를 보인 구성도.
도 6 은 본 발명의 기술에 따른 전동식 무단 가변 쇽 업소버의 교축 밸브 회전각이 0도, 90도, 180도, 270도 일 때 오일의 흐름을 보인 구성도.
도 2 는 본 발명의 기술에 따른 전동식 무단 가변 쇽 업소버의 구성을 확대하여 보인 단면 구성도.
도 3 은 본 발명의 기술에 따른 전동식 무단 가변 쇽 업소버의 피스톤 로드 상승시 오일의 흐름을 보인 단면 구성도.
도 4 는 본 발명의 기술에 따른 전동식 무단 가변 쇽 업소버의 피스톤 로드 하강시 오일의 흐름을 보인 단면 구성도.
도 5 는 본 발명의 기술에 따른 전동식 무단 가변 쇽 업소버의 실시예에 대한 작동 원리를 보인 구성도.
도 6 은 본 발명의 기술에 따른 전동식 무단 가변 쇽 업소버의 교축 밸브 회전각이 0도, 90도, 180도, 270도 일 때 오일의 흐름을 보인 구성도.
이하에는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전동식 무단 가변 쇽 업소버의 바람직한 실시 예에 대해 상세하게 설명한다.
도 1 은 본 발명의 기술에 따른 전동식 무단 가변 쇽 업소버를 보인 단면 구성도, 도 2 는 본 발명의 기술에 따른 전동식 무단 가변 쇽 업소버의 구성을 확대하여 보인 단면 구성도, 도 3 은 본 발명의 기술에 따른 전동식 무단 가변 쇽 업소버의 피스톤 로드 상승 즉, 리바운드 시 오일의 흐름을 보인 단면 구성도, 도 4 는 본 발명의 기술에 따른 전동식 무단 가변 쇽 업소버의 피스톤 로드 하강 즉, 컴프레션 시 오일의 흐름을 보인 단면 구성도, 도 5는 본 발명의 기술에 따른 전동식 무단 가변 쇽 업소버의 실시예에 대한 작동 원리를 보인 구성도, 도 6 은 본 발명의 기술에 따른 전동식 무단 가변 쇽 업소버의 교축 밸브 회전각이 0도, 90도, 180도, 270도 일 때 오일의 흐름을 보인 구성도이다.
도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같이 전동식 무단 가변 쇽 업소버(100)는 일정 길이로 연장 형성된 외부 실린더(110), 외부 실린더(110)의 내측 하부에 구성되어지되 중심에는 바디측 체크밸브(122)가 구성된 바디밸브(120), 외부 실린더(110) 내부의 바디밸브(120) 상부로 구비되는 일정 길이의 내부 실린더(130), 내부 실린더(130)의 내부에 승하강이 가능하게 구성된 피스톤 로드(140) 및 피스톤 로드(140)의 하단에 구성되어지되 피스톤측 체크밸브(152)가 구성된 피스톤 밸브(150)로 구성된다.
다시 말해서, 본 발명에 따른 구성은 외부 실린더(110), 바디측 체크밸브(122)로 구성된 바디밸브(120), 내부 실린더(130), 피스톤 로드(140) 및 피스톤측 체크밸브(152)로 구성된 피스톤 밸브(150)가 구비된 쇽 업소버 상에 오일을 일방향으로만 유동시키는 가운데 피스톤 로드(140)의 승하강이 이루어질 수 있도록 한 것이다.
전술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전동식 무단 가변 쇽 업소버(100)는 외부 실린더(110) 내부의 상부측 공간에 설치 구성되는 전동 모터(160), 전동 모터(160)의 하부측에 설치되어지되 전동 모터(160)의 구동에 의해 피스톤 밸브(150) 상부의 로드측 체임버(153)의 오일을 내부 실린더(130)와 외부 실린더(110) 사이의 오일 탱크(200)로 바이패스 시키는 교축 홈(172)이 형성된 교축 밸브(170), 외부 실린더(110) 내부의 내부 실린더(130) 상단에 설치 구성되어지되 피스톤 밸브(150) 상부의 로드측 체임버(153)의 오일을 교축 밸브(170)로 유입시키는 유입 홀(182)과 교축 밸브(170)를 통과한 오일을 내부 실린더(130)와 외부 실린더(110) 사이의 오일 탱크(200)로 배출시키는 배출 홀(184)이 형성된 로드 가이드(180) 및 교축 밸브(170)와 로드 가이드(180) 사이에 구성되어지되 로드 가이드(180)의 유입 홀(182)과 연결되어 교축 밸브(170)의 교축 홈(172) 일측으로 오일이 유입되게 유도하는 입구 포트(192)와, 로드 가이드(180)의 배출 홀(184)과 연결되어 교축 밸브(170)의 일측으로 유입된 오일이 교축 홈(172)을 통과한 후 교축 밸브(170)의 타측으로 배출되게 유도하는 출구 포트(194)가 형성된 포트 플레이트(190)를 포함한 구성으로 이루어진다.
한편, 전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 기술은 피스톤 로드(140)의 상승(리바운드)과 하강(컴프레션)시 오일의 흐름이 일방향으로만 유동되도록 하는 구조이다. 즉, 피스톤 로드(140)의 상승과 하강시 오일의 흐름은 로드 가이드(180)의 유입 홀(182)과 포트 플레이트(190)의 입구 포트(192) 및 교축 밸브(170)의 교축 홈(172) 일측을 거쳐 타측으로 유동되어 포트 플레이트(190)의 출구 포트(194)와 로드 가이드(180)의 배출 홀(184)을 통해 내부 실린더(130)와 외부 실린더(110)사이의 오일 탱크(200)로 유동되어진다.
본 발명에 따른 전동식 무단 가변 쇽 업소버(100)를 구성하는 각각의 구성요소를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 먼저, 본 발명을 구성하는 전동 모터(160)는 도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같이 외부 실린더(110)의 내부 상부측에 설치되어 전기적 신호에 의해 구동되어 영도에서 350도 내외까지의 회전각도 범위에서 임의의 각도로 교축 밸브(170)를 회전, 정지시켜 오일이 교축 홈(172)의 일측으로 유입되어 타측으로 배출되는 오일의 유동 저항 즉, 유량에 비례하는 압력 손실을 조절할 수 있게 한다.
전술한 바와 같이 구성되는 전동 모터(160)는 피스톤 로드(140)의 외주면으로 설치되는 구조의 중공축(hollow shaft)으로 이루어진 중공축형 모터로서 전기적인 신호로 회전각도를 바꿀 수 있도록 회전각 제어 기능을 갖춘 직류 모터, 교류 모터, 스테핑 모터, 초음파 모터 등 어느 종류든지 사용될 수 있다.
다음으로, 본 발명을 구성하는 교축 밸브(170)는 피스톤 로드(140)의 승하강시 회전각에 비례하여 오일의 유동 저항을 변화시키기 위한 것으로, 이러한 교축 밸브(170)는 도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같이 전동 모터(160)의 하부측에 설치되어지되 전동 모터(160)의 구동에 의해 0도에서 최대 350도 내외까지의 회전각 범위에서 피스톤 로드의 중심축을 기준으로 회전하는 교축 홈(172)이 형성된 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같은 교축 밸브(170)는 도 1, 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이 피스톤 밸브(150) 상부의 로드측 체임버(153) 내 오일을 내부 실린더(130)와 외부 실린더(110) 사이의 오일 탱크(200)로 바이패스 시키는 교축 홈(172)이 형성된 구조로 이루어진다. 이때, 교축 홈(172)은 교축 밸브(170)의 회전각에 비례하여 피스톤 밸브(150) 상부의 로드측 체임버(153)에서 유입된 오일이 내부 실린더(130)와 외부 실린더(110) 사이의 오일 탱크(200)로 배출되는 유동 저항을 변화시킨다.
즉, 도 5 의 실시 예에 도시된 바와 같이 교축 밸브(170)의 내측에는 영도에서 350도 내외의 각도 범위에서 회전하는 교축 밸브(170)의 회전각도에 따라서 폭과 깊이가 감소하는 교축 홈(172)이 구비되고, 외측에는 폭과 깊이가 일정한 환형 보조 홈(171)이 구비되며, 환형 보조 홈(171)과 교축 홈(172) 사이에는 바이패스 홀(173)이 구비되어 교축 홈(172)을 통과한 오일이 환형 보조 홈(171)으로 흐르는 통로를 제공한다. 바이패스 홀(173)의 입구는 교축 홈(172)의 단면적이 가장 큰 한쪽 끝과 연결되고, 바이패스 홀(173)의 출구는 환형 보조 홈(171)과 연결된다.
도 5 에 도시된 실시예의 작동 원리를 이해하기 쉽도록 도 6 은 교축 밸브(170)의 회전각이 영도, 90도, 180도, 270도 일때 오일의 흐름을 보여 준다. 포트 플레이트(190)의 입구 포트(192)로 유입된 오일은 교축 홈(172)과 바이패스 홀(173), 환형 보조 홈(171)을 거쳐 포트 플레이트(190)의 출구 포트(194)로 배출된다. 이때, 교축 홈(172)이 포트 플레이트(190)의 입구 포트(192)와 연결되는 위치는 교축 밸브(170)의 회전각도에 따라서 달라진다.
따라서, 포트 플레이트(190)의 입구 포트(192)에서 유입된 오일이 바이패스 홀(173)을 거쳐 포트 플레이트(190)의 출구 포트(194)로 배출되는 유동 저항 즉, 유량에 비례하는 압력 손실은 교축 밸브(170)의 회전각도에 비례하여 늘어나는 교축 홈(172)의 원주 길이와 교축 밸브(170)의 회전각도에 비례하여 줄어드는 교축 홈(172)의 폭과 깊이에 영향을 받아 증가하게 된다. 즉, 교축 밸브(170)의 회전각이 영도일 때에는 포트 플레이트(190)의 입구 포트(192)에서 유입된 오일이 교축 홈(172)를 거치지 않고 바이패스 홀(173)을 거쳐 포트 플레이트(190)의 출구 포트(194)로 직접 배출되므로 유동 저항이 가장 작게 나타나게 된다. 교축 밸브(170)의 회전각이 90도, 180도, 270도 증가하면 포트 플레이트(190)의 입구 포트(192)에서 유입된 오일이 교축 밸브(170)의 회전각에 비례하여 길이가 늘어나고 단면적이 줄어드는 교축 홈(172)을 통과한 후 바이패스 홀(173)을 거쳐 포트 플레이트(190)의 출구 포트(194)로 배출되므로 유동 저항이 증가한다. 교축 밸브(170)의 최대 회전각을 350도로 가정하면, 이 각도에서 교축 홈(172)의 길이가 가장 길고, 단면적이 가장 작으므로 교축 밸브(170)의 유동 저항은 최대로 증가하게 된다.
도 5 에 도시한 실시 예는 교축 밸브(170)의 회전각에 비례하여 교축 밸브(170)의 유동 저항을 변화시키기 위한 수단을 보여 주는 하나의 예에 불과하며, 교축 밸브(170)의 내측에 포트 플레이트(190)의 입구 포트(192)와 접속되는 폭과 깊이가 일정한 환형 보조 홈(171)이 구비되고, 외측에 교축 밸브(170)의 회전각도에 따라서 단면적이 감소하는 교축 홈(172)이 구비되도록 함으로써 환형 보조 홈(171)과 바이패스 홀(173)을 통해 교축 홈(172)의 일측으로 유입된 오일이 교축 홈(172)을 거쳐 포트 플레이트(190)의 출구 포트(194)로 흐르도록 실시될 수도 있다.
다음으로, 본 발명을 구성하는 로드 가이드(180)는 피스톤 로드(140)를 상하로 가이드 하기 위한 것으로, 이러한 로드 가이드(180)는 도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같이 외부 실린더(110) 내부의 내부 실린더(130) 상단에 설치 구성되어지되 피스톤 밸브(150) 상부의 로드측 체임버(153) 오일이 유입되는 유입 홀(182)과 교축 밸브(170)을 통과한 오일이 내부 실린더(130)와 외부 실린더(110) 사이의 오일 탱크(200)로 배출되는 배출 홀(184)이 형성된 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같은 로드 가이드(180)는 외부 실린더(110) 내부의 내부 실린더(130) 상단에 설치 구성되어 내부 실린더(130)의 내부에 충진된 오일을 밀폐시키는 구조로 이루어지되 앞서와 같은 설명에서와 같이 일측에는 내부 실린더(130) 내부의 피스톤 밸브(150) 상부의 로드측 체임버(153) 오일이 유입되는 유입 홀(182)과 교축 밸브(170)을 통과한 오일이 내부 실린더(130)와 외부 실린더(110) 사이의 오일 탱크(200)로 배출되는 배출 홀(184)이 형성된다.
한편, 전술한 바와 같은 로드 가이드(180)의 구성에서 내부 실린더(130) 내부의 피스톤 밸브(150) 상부의 로드측 체임버(153)내 오일의 유입이 이루어지는 유입 홀(182)과 오일을 내부 실린더(130)와 외부 실린더(110) 사이의 오일 탱크(200)로 유동되도록 하는 배출 홀(184) 각각은 상하로 관통된 구성으로 이루어지되 평행하게 구성된다.
다음으로, 본 발명을 구성하는 포트 플레이트(190)는 교축 밸브(170)와 로드 가이드(180) 사이에서 유입되는 오일과 유출되는 오일을 가이드하기 위한 것으로, 이러한 포트 플레이트(190)는 도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같이 교축 밸브(170)와 로드 가이드(180) 사이에 구성되어지되 로드 가이드(180)의 유입 홀(182)과 연결되어 교축 밸브(170)의 교축 홈(172) 일측으로 오일이 유입되게 유도하는 입구 포트(192)와 로드 가이드(180)의 배출 홀(184)과 연결되어 교축 밸브(170)의 교축 홈(172) 일측으로 유입된 오일이 교축 홈(172)을 통과한 후 교축 밸브(170)의 타측으로 배출되게 유도 하는 출구 포트(194)가 형성된 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같이 구성된 포트 플레이트(190)는 교축 밸브(170)와 로드 가이드(180) 사이에 설치되어지되 포트 플레이트(190)의 입구 포트(192)과 출구 포트(194) 각각은 로드 가이드(180)의 유입 홀(182)과 배출 홀(184) 각각에 대응하는 구성으로 형성된다.
다시 말해서, 전술한 바와 같은 포트 플레이트(190)의 입구 포트(192)과 출구 포트(194)는 로드 가이드(180)의 유입 홀(182)과 배출 홀(184)의 구성과 같이 상하로 관통된 구성으로 이루어지되 평행하게 구성된다.
한편, 전술한 바와 같이 전동 모터(160), 교축 밸브(170), 로드 가이드(180) 및 포트 플레이트(190)의 구성이 포함된 본 발명에 따른 전동식 무단 가변 쇽 업소버(100)는 도 3 에 도시된 바와 같이 피스톤 로드(140)가 상승하는 경우(리바운드) 오일의 흐름을 살펴보면 다음과 같다. 이때, 피스톤 로드(140)의 상승시에는 피스톤측 체크밸브(152)는 닫히고 바디측 체크밸브(122)는 열리는 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같이 피스톤 로드(140)의 상승(리바운드)시에는 피스톤측 체크 밸브(152)는 닫히고 바디측 체크밸브(122)는 열리는 구성으로 이루어지되 피스톤 밸브(150) 상부의 로드측 체임버(153)의 오일은 로드 가이드(180)의 유입 홀(182)과 포트 플레이트(190)의 입구 포트(192) 및 교축 밸브(170)의 교축 홈(172) 일측을 거쳐 타측으로 유동되어 포트 플레이트(190)의 출구 포트(194)와 로드 가이드(180)의 배출 홀(184)을 통해 내부 실린더(130)와 외부 실린더(110) 사이의 오일 탱크(200)로 유동된다.
따라서, 전술한 바와 같이 피스톤 밸브(150) 상부의 로드측 체임버(153)로부터 내부 실린더(130)와 외부 실린더(110) 사이의 오일 탱크(200)로 바이패스된 오일은 바디측 체크밸브(122)를 통해 피스톤 밸브(150)와 바디밸브(120) 사이의 피스톤 하부 헤드측 체임버(154)로 유입되는 구성으로 이루어진다.
반면, 도 4 에 도시된 바와 같이 피스톤 로드(140)가 하강하는 경우(컴프레션) 오일의 흐름을 살펴보면 다음과 같다. 이때, 피스톤 로드(140)의 하강시에는 피스톤측 체크밸브(152)는 열리고 바디측 체크밸브(122)는 닫히는 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같이 피스톤측 체크밸브(152)는 열리고 바디측 체크밸브(122)는 닫힌 상태에서 피스톤 로드(140)의 하강이 이루어지면 피스톤 밸브(150)와 바디밸브(120) 사이의 피스톤 하부 헤드측 체임버(154)내 오일은 피스톤측 체크밸브(152)를 통해 피스톤 밸브(150) 상부의 로드측 체임버(153)로 유입되고, 피스톤 밸브(150) 상부의 로드측 체임버(153)를 채운 오일은 로드 가이드(180)의 유입 홀(182)을 통해 리바운드 시와 동일한 경로로 바이패스 되는 구성으로 이루어진다.
다시 말해서, 전술한 바와 같이 피스톤 밸브(150) 상부의 로드측 체임버(153)로 유입되어 채워진 오일은 로드 가이드(180)의 유입 홀(182)과 포트 플레이트(190)의 입구 포트(192) 및 교축 밸브(170)의 교축 홈(172) 일측을 거쳐 타측으로 유동되어 포트 플레이트(190)의 출구 포트(194)과 로드 가이드(180)의 배출 홀(184)을 통해 내부 실린더(130)와 외부 실린더(110) 사이의 오일 탱크(200)로 흐르게 된다.
전술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 기술은 피스톤 로드(140)의 승강시와 하강시 즉, 리바운드 행정과 컴프레션 행정의 구별 없이 로드 가이드(180)와 피스톤 밸브(150) 사이의 로드측 체임버(153)에서 내부 실린더(130)와 외부 실린더(110) 사이의 오일 탱크(200)로 바이패스 시키는 오일의 방향이 로드 가이드(180)와 포트 플레이트(190) 및 교축 밸브(170)를 통해 항상 일방향으로만 형성되도록 한다.
따라서, 바이패스 유로에 체크 밸브 없이 교축 밸브 한개만 사용하여 댐핑 계수를 조절할 수 있으며, 최대 350도 내외까지 회전하면서 바이패스 되는 오일의 유동저항을 미세하게 연속적으로 조절할 수 있는 구조의 회전 밸브를 사용함으로써 자동차의 급가속이나 급제동, 급회전과 같은 운전 조건에서 차체의 흔들림을 안정되게 억제해 줌과 동시에 노면 진동을 잘 차단하여 승차감을 부드럽게 해 주는 쇽 업소버의 요구조건을 종래 기술보다 더 정교하게 효과적으로 충족시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 기술에 따르면 로드 가이드(180)와 피스톤 밸브(150) 사이의 로드측 체임버(153)에서 내부 실린더(130)와 외부 실린더(110) 사이의 오일 탱크(200)로 바이패스 시키는 오일 통로 즉, 포트 플레이트(190)와 교축 밸브(170)를 쇽업소버 본체의 원통이 연장된 공간의 내부에 설치함으로써, 교축 밸브(170)가 쇽업소버와 평행하거나 수직한 방향으로 돌출되지 않도록 함으로써 차체 내 설치하기 위한 공간 설계, 외부 충격으로부터의 보호 등이 용이하게 하는 효과가 있다.
본 발명은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.
100. 쇽 업소버
110. 외부 실린더
120. 바디밸브 122. 바디측 체크밸브
130. 내부 실린더
140. 피스톤 로드
150. 피스톤 밸브 152. 피스톤측 체크밸브
153. 피스톤 로드측 체임버 154. 피스톤 헤드측 체임버
160. 전동 모터
170. 회전형 교축 밸브 171. 환형 보조 홈
172. 교축 홈 173. 바이패스 홀
180. 로드 가이드 182. 유입 홀
184. 배출 홀
190. 포트 플레이트 192. 입구 포트
194. 출구 포트
200. 오일 탱크
110. 외부 실린더
120. 바디밸브 122. 바디측 체크밸브
130. 내부 실린더
140. 피스톤 로드
150. 피스톤 밸브 152. 피스톤측 체크밸브
153. 피스톤 로드측 체임버 154. 피스톤 헤드측 체임버
160. 전동 모터
170. 회전형 교축 밸브 171. 환형 보조 홈
172. 교축 홈 173. 바이패스 홀
180. 로드 가이드 182. 유입 홀
184. 배출 홀
190. 포트 플레이트 192. 입구 포트
194. 출구 포트
200. 오일 탱크
Claims (4)
- 일정 길이로 연장 형성된 외부 실린더, 외부 실린더의 내측 하부에 구성되어지되 중심에는 바디측 체크밸브가 구성된 바디밸브, 바디밸브 상부로 구성되는 일정 길이의 내부 실린더, 내부 실린더에서 승강 가능하게 구성된 피스톤 로드 및 피스톤 로드의 하단에 구성되어지되 피스톤측 체크밸브가 구성된 피스톤 밸브가 구비된 쇽 업소버에 있어서,
상기 외부 실린더 내부의 상부측 공간에 설치 구성되는 전동 모터;
상기 전동 모터의 하부측에 설치되어지되 전동 모터의 구동에 의해 피스톤 밸브 상부 로드측 체임버로부터 내부 실린더와 외부 실린더 사이의 오일 탱크로 바이패스 되는 오일의 유동 저항을 조절하는 교축 밸브;
상기 내부 실린더 상단에 설치 구성되어지되 피스톤 밸브 상부 로드측 체임버로부터 배출되는 오일을 교축 밸브로 유입시키는 유입 홀과 교축 밸브를 통과한 오일을 내부 실린더와 외부 실린더 사이의 오일 탱크로 배출시키는 배출 홀이 형성된 로드 가이드; 및
상기 교축 밸브와 로드 가이드 사이에 구성되어지되 로드 가이드의 유입 통로와 연결되어 교축 밸브의 일측으로 오일이 유입되게 하는 입구 포트와 로드 가이드의 배출 통로와 연결되어 교축 밸브의 교축 홈을 통과한 후 교축 밸브의 타측으로 오일이 배출되게 하는 출구 포트가 형성된 포트 플레이트; 를 포함한 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전동식 무단 가변 쇽 업소버. - 제 1 항에 있어서, 피스톤 로드의 상승(리바운드)시에는 피스톤측 체크 밸브는 닫히고 바디측 체크밸브는 열리는 구성으로 이루어지되 피스톤 밸브 상부 로드측 체임버의 오일은 로드 가이드의 유입 홀과 포트 플레이트의 입구 포트 및 교축 밸브의 교축 홈 일측을 거쳐 타측으로 유동되어 포트 플레이트의 출구 포트와 로드 가이드의 배출 홀을 통해 내부 실린더와 외부 실린더 사이의 오일 탱크로 유동되며, 내부 실린더와 외부 실린더 사이의 오일 탱크로 유동된 오일은 바디측 체크밸브를 통해 피스톤 밸브와 바디밸브 사이의 피스톤 하부 헤드측 체임버로 유입되는 구성으로 이루어지고,
또한, 피스톤 로드의 하강(컴프레션)시에는 피스톤측 체크밸브는 열리고 바디측 체크밸브는 닫히는 구성으로 이루어지되 피스톤 하부 헤드측 체임버의 오일은 피스톤측 체크밸브를 통해 피스톤 밸브 상부 로드측 체임버로 유입되고, 피스톤 밸브 상부 로드측 체임버로 유입되어 증가된 오일은 로드 가이드의 유입 홀을 통해 리바운드 시와 동일한 경로로 바이패스 되는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전동식 무단 가변 쇽 업소버. - 제 1 항에 있어서, 교축 밸브의 유동 저항 즉, 유량에 비례하는 압력 손실이 교축 밸브의 최대 회전각 350도 내외까지 회전각에 비례하여 변하는 것을 특징으로 하는 전동식 무단 가변 쇽 업소버.
- 제 3 항에 있어서, 교축 밸브의 유동 저항 즉, 유량에 비례하는 압력 손실이 교축 밸브의 최대 회전각 350도 내외까지 회전각에 비례하여 변하도록 폭과 깊이가 점진적으로 감소하는 교축 홈을 사용하는 것을 특징으로 하는 전동식 무단 가변 쇽 업소버.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170109813A KR101952645B1 (ko) | 2017-08-30 | 2017-08-30 | 전동식 무단 가변 쇽업소버 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170109813A KR101952645B1 (ko) | 2017-08-30 | 2017-08-30 | 전동식 무단 가변 쇽업소버 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101952645B1 true KR101952645B1 (ko) | 2019-02-27 |
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ID=65560649
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170109813A KR101952645B1 (ko) | 2017-08-30 | 2017-08-30 | 전동식 무단 가변 쇽업소버 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100507756B1 (ko) | 1999-02-10 | 2005-08-10 | 주식회사 만도 | 자기가변유체를 이용한 쇽 업소버의 감쇠력 가변장치 |
| KR100894299B1 (ko) | 2007-08-27 | 2009-04-24 | 하성의 | 다용도 쇽업쇼버 |
| JP2012013119A (ja) * | 2010-06-30 | 2012-01-19 | Kyb Co Ltd | 減衰バルブ |
| KR101756423B1 (ko) | 2013-08-14 | 2017-07-10 | 주식회사 만도 | 듀얼 솔레노이드 밸브 구조의 감쇠력 가변식 쇽업소버 |
-
2017
- 2017-08-30 KR KR1020170109813A patent/KR101952645B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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