KR102154084B1 - 유압 스프링 솔레노이드 밸브 - Google Patents

유압 스프링 솔레노이드 밸브 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유압 스프링 솔레노이드 밸브에 관한 것으로, 스풀의 앞쪽에 공급포트와 상시 연결되는 유압챔버가 형성되고, 스풀의 배출포트쪽 랜드 단부에 유압챔버의 압력을 선형적으로 제어하는 배출노치가 형성되어, 유압챔버에 스풀 작동을 위한 탄성 반력과 스풀의 원위치 복귀를 위한 복귀력을 형성할 수 있게 된다. 따라서, 기존의 스프링을 제거할 수 있게 되어 스프링 성능 저하에 따른 솔레노이드 밸브의 성능 저하를 방지할 수 있다.

Description

유압 스프링 솔레노이드 밸브{HYDRAULIC SPRING SOLENOID VALVE}
본 발명은 솔레노이드 밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유압으로 스프링 기능이 구현된 솔레노이드 밸브에 관한 것이다.
차량의 변속기에는 클러치 및 브레이크의 유압 제어를 위해 솔레노이드 밸브가 이용된다. 일반적으로 변속기에 이용되는 솔레노이드 밸브는 액추에이터부에서 발생하는 조작력으로 스풀을 작동시켜 유로를 제어하는 스풀 타입 밸브이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 솔레노이드 밸브는 액추에이터부(10)와 밸브부(20)로 크게 구분된다.
액추에이터부(10)는 코일(11)과 아마추어(12) 및 로드(13) 등을 포함한다.
밸브부(20)는 액추에이터부(10)에 연결된 플랜지(21)와, 플랜지(21) 내부에 설치되어 직선 이동되는 스풀(22)을 포함하며, 플랜지(21)에는 공급포트(21a), 제어포트(21b), 배출포트(21c), 피드백포트(21d)가 형성되어 있다.
스풀(22)의 공급포트(21a)측 랜드의 단부에는 클러치나 브레이크쪽으로 공급되는 제어압력을 조절하기 위한 노치(22a)가 형성된다. 이 노치(22a)를 통해 제어압을 형성하는 유량이 공급되므로 이하, '공급노치'로 지칭하기로 한다.
플랜지(21)의 단부에는 세팅스크류(23)가 설치되며, 세팅스크류(23)와 스풀(22)의 사이에는 스프링(24)이 설치된다.
코일(11)에 전류가 공급되어 자기장이 형성되면 아마추어가(12)가 로드(13)를 매개로 스풀(22)을 밀어준다. 따라서 전류의 공급을 제어하여 스풀(22)의 이동 위치를 제어함으로써 제어포트(21b)로 배출되는 제어압을 조절할 수 있다.
스프링(24)은 스풀(22) 작동시 압축에 따른 탄성 반력을 제공하는 기능과, 코일(11)에 전원 공급이 끊겼을 때 스풀(22)을 원위치로 복귀시키는 리턴 기능을 가진다.
세팅스크류(23)는 스프링(24)의 탄성 강도를 조절함으로써 전류 제어에 따른 스풀(22)의 작동을 조절하여 밸브부(20)가 설계된 성능대로 작동할 수 있도록 한다.
상기와 같이 종래의 솔레노이드 밸브는, 스프링(24)을 구비하는데, 스프링(24)은 솔레노이드 밸브의 사용 시간이 길어질수록 내구성이 약화되어 그 성능이 변화되며, 이는 솔레노이드 밸브의 성능을 저하시키게 되고, 결국 변속감을 악화시켜 운전자에게 불쾌감을 주게 되는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제10-1604019호(2016.03.10.)
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 사용 시간에 상관없이 항상 스풀의 작동 및 복귀에 필요한 탄성 반력 및 복귀력을 일정하게 형성할 수 있게 됨으로써 밸브 성능의 저하가 발생하지 않도록 된 유압 스프링 솔레노이드 밸브를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 작동유 공급포트와 제어포트 및 배출포트가 형성된 플랜지의 내부에 상기 포트들을 개폐하는 스풀이 구비된 솔레노이드 밸브에 있어서, 상기 플랜지의 내부에서 스풀의 전방에 형성된 유압챔버와, 상기 공급포트와 유압챔버를 상시 연결하도록 스풀을 관통하여 형성된 연통로와, 상기 스풀의 배출포트측 단부에 형성되고 유압챔버의 유량을 배출포트로 배출하여 유압챔버의 압력을 선형적으로 제어하는 배출노치를 더 포함한다.
상기 연통로는 스풀을 지름 방향으로 관통하는 제1연통로와, 스풀을 축방향으로 관통하여 제1연통로와 유압챔버를 연결하는 제2연통로를 포함한다.
상기 배출노치의 폭은 스풀의 공급포트쪽 랜드 단부에 형성된 공급노치의 폭보다 작게 형성된다.
상기 배출노치는 스풀의 길이 방향을 따라 폭이 일정하게 형성될 수 있다.
상기 배출노치는 스풀의 길이 방향을 따라 유압챔버쪽으로 갈수록 폭이 증가되는 형상으로 형성될 수 있다.
상기 배출노치의 양측 면이 직선형으로 형성될 수 있다.
상기 배출노치의 양측 면이 외측으로 돌출된 곡선형으로 형성될 수 있다.
상기 플랜지의 단부에 유압챔버의 체적을 조절할 수 있는 세팅스크류가 설치된다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 유압챔버로 공급압이 상시 작용하고 배출노치에 의해 유압챔버의 압력이 선형적으로 변화됨으로써 이를 스풀 작동에 필요한 탄성 반력 즉, 스프링력으로 이용할 수 있다.
또한, 유압챔버에 공급압이 상시 작용하기 때문에 전원 공급이 off되었을 때 유압챔버의 압력에 의해 스풀이 원위치로 복귀할 수 있다.
따라서, 스프링의 사용 없이 유압으로 기존의 스프링 성능을 구현할 수 있으므로 사용 시간 경과에 따라 성능 변화가 발생하지 않게 되고, 운전자는 항상 동일한 변속감을 느낄 수 있게 된다.
또한, 기존 스프링의 제거가 가능해지므로 부품 수가 감소되고, 중량이 감소되며, 원가가 절감되는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 솔레노이드 밸브의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 솔레노이드 밸브의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 스풀의 사시도.
도 4는 도 3의 정단면도.
도 5는 배출노치가 열린 상태를 도시한 도면.
도 6은 배출노치가 닫힌 상태를 도시한 도면.
도 7의 (a), (b), (c)는 배출노치의 다른 실시예들을 나타낸 스풀의 부분 확대도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 종래 기술과 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 부여하여 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 솔레노이드 밸브는 액추에이터부(10)와 밸브부(20)를 포함한다.
액추에이터부(10)는 전류 공급을 제어하여 밸브부(20)의 스풀(22) 작동력을 제공하는 부분으로서 전류 공급시 자기장을 형성하는 코일(11)과, 코일(11)에 전류가 공급되면 스풀(22)쪽으로 이동하는 아마추어(12)와, 아마추어(12)가 스풀(22)을 밀어줄 수 있도록 아마추어(12)와 스풀(22)의 사이에 양단이 접촉하는 상태로 설치된 로드(13)를 포함한다. 그 외 아마추어를 감싸는 튜브, 로드를 감싸는 코어 등은 가이드 역할을 함과 더불어 자성체로서 아마추어 이동을 위한 자로를 형성하는 역할을 수행하며, 이들은 하우징의 내부에 설치된다.
밸브부(20)는 변속기 밸브바디의 설치홀에 삽입되는 원통형 플랜지(21)와, 플랜지(21)의 내부에 삽입되어 직선 이동하면서 유로를 제어하는 스풀(22)과, 플랜지(21)의 일측 단부에 설치된 세팅스크류(23)와, 세팅스크류(23)와 스풀(22) 사이에 형성된 유압챔버(25)를 포함한다.
플랜지(21)에는 공급포트(21a), 제어포트(21b), 배출포트(21c), 피드백포트(21d)가 형성된다. 공급포트(21a)에는 상시 압력이 걸려 있으며, 나머지 포트들은 스풀(22)의 위치에 따라 유로가 제어되어 압력이 형성된다.
스풀(22)의 공급포트(21a)측 랜드의 단부에는 공급노치(22a)가 형성된다. 이 공급노치(22a)를 통해 공급포트(21a)에서 제어포트(21b)쪽으로 압력이 공급되기 시작한다.
스풀(22)에는 공급포트(21a)와 상기 유압챔버(25)를 상시 연결하는 연통로가 형성된다. 연통로는 스풀(22)의 공급포트(21a) 대응부에 지름을 관통하여 형성되는 제1연통로(22b)와, 스풀(22)의 중심을 축방향으로 관통하여 제1연통로(22b)와 유압챔버(25)를 연결하는 제2연통로(22c)를 포함한다.
상기 제1연통로(22b)는 스풀(22)의 필요 강도가 충족되는 한 원주 방향으로 일정 간격마다 형성될 수 있다. 즉, 스풀(22)의 중심에서 방사상으로 형성될 수 있으며 그 중심에 제2연통로(22c)가 연결되는 것이다.
또한, 스풀(22)의 공급포트(21a)측 랜드의 전방 단부에는 제어포트(21b)로의 유량 공급 특성 조절을 위한 상기 공급노치(22a)가 형성되고, 배출포트(21c)측 랜드의 전방 단부(스풀(22)의 앞쪽 단부)에는 배출포트(21c)로의 유량 배출 특성 조절을 위한 배출노치(22d)가 형성된다.
세팅스크류(23)는 플랜지(21)의 단부에 나사 체결되어 있어서 그 체결 깊이를 조절함으로써 상기 유압챔버(25)의 체적을 조절하여 밸브의 작동 특성을 세팅할 수 있다.
상기와 같이, 제1연통로(22b)와 제2연통로(22c)를 통해 공급포트(21a)와 유압챔버(25)가 항상 연통되어 있으므로 유압챔버(25)에는 항상 공급압이 인가되어 있다.
도 5는 스풀(22)이 원위치에 있어서 배출노치(22d)를 통해 유압챔버(25)가 개방되어 있는 상태이다.
이 상태에서 액추에이터부(10)가 on 되어 아마추어(12)가 스풀(22)을 밀어주면 스풀(22)이 전방(세팅스크류(23)쪽 방향)으로 이동하게 되고, 이에 따라 도 6과 같이, 개방되어 있던 배출노치(22d)는 점차 닫히게 된다.
스풀(22)의 전방 이동에 따라 유압챔버(25)의 체적이 감소되고 압력이 상승함으로써 유량이 배출노치(22d)를 통해 배출포트(21c)로 배출된다.
이때 배출노치(22d)의 개구면적(단면적)은 스풀(22)의 전진에 따라 점차 감소되므로 배출노치(22d)를 통해 배출되는 유량도 점진적으로 감소되고, 이에 따라 유압챔버(25)의 압력은 스풀(22)이 전진함에 따라 선형적으로 증가된다.
즉, 스풀(22)의 전후 위치에 따라서 배출노치(22d)의 개구면적이 선형적으로 증감되고, 배출 유량이 선형적으로 증감되므로, 유압챔버(25)의 압력도 선형적으로 증감되는 것이다. 이러한 유압챔버(25)의 압력은 스풀(22)을 후방으로 밀어주는 방향으로 작용하는데, 이는 스풀(22)의 전후 위치에 따라서 스프링의 탄성 반력이 선형적으로 증감되는 것과 동일하다.
상기와 같이 본 발명은, 연통로(22b,22c)를 통해 상시 압력이 작용하는 유압챔버(25)와 스풀(22)의 배출포트(21c)쪽 랜드의 단부에 형성된 배출노치(22d)를 포함함으로써 스풀(22) 작동시 스풀(22)에 선형적으로 증감되는 탄성 반력을 제공할 수 있게 되어 코일(11)의 공급 전류를 제어하여 스풀(22)을 정상적으로 작동시킬 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 제1 및 제2연통로(22b,22c)를 통해 유압챔버(25)에 항상 압력이 작용하고 있으므로 코일(11)의 전류 공급이 off되면 스풀(22)이 완전히 후퇴하여 원위치로 복귀하게 된다. 즉, 전원 공급이 off되면 유압챔버(25)에 작용하는 압력이 스풀(22)을 원위치시키는 복귀력으로 작용하게 된다.
상기와 같이 본 발명에 따르면 스풀 작동에 필요한 선형적 탄성 반력과 스풀 복귀에 필요한 복귀력이 스프링을 사용하지 않고도 모두 구현된다.
따라서 스프링의 성능 저하에 따른 솔레노이드 밸브의 성능 악화 현상이 근본적으로 해소되며, 솔레노이드 밸브의 성능 악화가 발생하지 않으므로 운전자는 항상 일정한 변속감을 느끼게 되며, 이는 차량의 감성 품질에 대한 신뢰감을 향상시키는데 도움을 준다.
또한, 스프링을 사용하지 않게 되므로 부품수가 감소되고, 부품수가 감소되므로 중량이 감소되며, 또한 제조 원가가 절감되는 효과가 당연히 발생된다.
한편, 상기 배출노치(22d)의 폭이 너무 크면 유압챔버(25)로부터의 유량 배출량이 과도하여 점진적인 압력의 증가 및 감소가 이루어지지 않으므로 유압챔버(25)가 스프링 기능을 상실할 수 있다. 따라서, 배출노치(22d)는 공급포트(21a)쪽 공급노치(22a)보다 작을 폭을 가지도록 형성한다(각 노치의 스풀 반경 방향 내측으로의 깊이는 같음). 즉, 도 7에 도시된 바와 같이 배출노치(22d)의 폭 A는 공급노치(B)의 폭 B 보다 작다. 이러한 관계는 배출노치(22d)를 통한 유량 배출량을 적절한 정도로 감소시켜 유압챔버(25)에 스프링을 대신하는 압력이 형성될 수 있도록 해 준다.
상기와 같이 상기 배출노치(22d)는 유압챔버(25)의 유량을 배출하여 스풀(22)에 작용하는 유압을 제어하는 기능을 하는 것이다. 스풀(22)이 전진함에 따라 유압챔버(25)의 압력이 선형적으로 증가되기 위해서는 배출노치(22d)의 형상이 유압챔버(25)쪽으로 갈수록 폭이 일정하거나 증가해야 한다. 이는 스풀 전진에 따라 배출노치(22d)의 개구면적이 점차 감소하다가 결국 닫히는 것을 의미한다.
도 7에는 이러한 조건을 만족하는 세 가지 실시예가 도시되어 있다. 또한 (a)는 배출노치(22d)의 폭이 소정 구간 일정하게 유지되는 경우이고, (b)와 (c)는 유압챔버(25)쪽으로 갈수록 점차 증가되는 경우이다.
이때, (b)와 같이 배출노치(22d)의 양측 면이 직선 형상으로 형성되면(배출노치가 이등변 삼각형 형상이 됨) 스풀 전진시 유압챔버(25)내 압력이 급격하게 증가하여 스풀에 작용하는 스프링력(유압)이 급격하게 증가되고, (c)와 같이 배출노치(22d)의 양측 면이 완만한 곡선 형상으로 제작되면(상기 이등변 삼각형의 양 변이 외측으로 둥글게 부푼 형상) (b)의 경우에 비해 배출노치(22d)의 개구면적이 감소되는 정도가 감소되어 스풀 전진시 스프링력(유압)이 비교적 완만하게 증가되는 특성을 가지게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 액추에이터부 11 : 코일
12 : 아마추어 13 : 로드
20 : 밸브부 21a : 공급포트
21b : 제어포트 21c : 배출포트
21d : 피드백포트 22a : 공급노치
22b : 제1연통로 22c : 제2연통로
22d : 배출노치 23 : 세팅스크류
24 : 스프링 25 : 유압챔버

Claims (8)

  1. 작동유 공급포트와 제어포트 및 배출포트가 형성된 플랜지의 내부에 상기 포트들을 개폐하는 스풀이 구비된 솔레노이드 밸브에 있어서,
    상기 플랜지의 내부에서 스풀의 전방에 형성된 유압챔버와,
    상기 공급포트와 유압챔버를 상시 연결하도록 스풀을 관통하여 형성된 연통로와,
    상기 스풀의 전방 단부에 형성되고 스풀이 유압챔버쪽으로 이동하면 유압챔버의 유량을 배출포트로 배출하는 배출노치를 포함하고,
    상기 배출노치는 스풀의 길이 방향을 따라 유압챔버쪽으로 갈수록 폭이 증가되는 형상으로 이루어져 스풀이 유압챔버쪽으로 이동할수록 그 개구면적이 점차 감소되어 유압챔버의 압력이 점차 증가되는 것을 특징으로 하는 유압 스프링 솔레노이드 밸브.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 연통로는 스풀을 지름 방향으로 관통하는 제1연통로와, 스풀을 축방향으로 관통하여 제1연통로와 유압챔버를 연결하는 제2연통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 스프링 솔레노이드 밸브.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 배출노치의 폭은 스풀의 공급포트쪽 랜드 단부에 형성된 공급노치의 폭보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 유압 스프링 솔레노이드 밸브.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 배출노치의 양측 면이 직선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 유압 스프링 솔레노이드 밸브.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 배출노치의 양측 면이 외측으로 돌출된 곡선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 유압 스프링 솔레노이드 밸브.
  8. 삭제
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