KR19980033502U - 자동차용 마스터 실린더의 분리형 비례제어 밸브 - Google Patents

Abstract

본 고안은 피스톤과 밀봉 밸브 사이의 간극을 충분히 확보하여 충분한 유량의 브레이크 오일이 유동할 수 있도록 함은 물론 밀봉 밸브가 항상 정위치로 귀환하여 위치할 수 있도록 하는 자동차용 마스터 실린더의 분리형 비례제어 밸브에 관한 것으로서, 마스터 실린더와 연결되는 입구 포트와 전후륜측 휠 브레이크와 각각 연결되는 전륜 포트 및 후륜 포트가 양측면에 형성되는 밸브 몸체, 상기 몸체 안에 삽입 장착되며 후단 직경부, 확경부, 축경부 및 선단 직경부로 이루어진 피스톤, 상기 피스톤의 후단 직경부에 상기 피스톤의 확경부와 상기 피스톤 후방 둘레 부분에 끼워진 리테이너에 의해 지지되는 압축 스프링, 상기 리테이너를 지지하도록 O링에 의해 상기 피스톤 및 상기 밸브 몸체와의 기밀이 유지된 상태로 상기 피스톤 후방의 플러그와 로크 링에 의해 지지되어 있는 리테이너 캡으로 구성되는 마스터 실린더의 분리형 비례제어 밸브에 있어서, 상기 피스톤 선단 직경부의 후단면이 밀착되도록 상기 밸브 몸체에 안착되는 밀봉 밸브와 상기 피스톤 확경부와 상기 압축 스프링 대향측면과의 사이에 브레이크 오일의 유동이 가능하도록 탄성적으로 장착되는 리턴 스프링을 더 포함하는 비례제어 밸브이다.

Description

자동차용 마스터 실린더의 분리형 비례제어 밸브

본 고안은 자동차용 마스터 실린더의 분리형 비례제어 밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차 브레이크 장치중 유압을 일정한 비율로 전륜과 후륜에 배분하여 공급하는 자동차용 마스터 실린더의 분리형 비례제어 밸브(separate type proportioning valve)에 사용되는 리턴 스프링에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에는 주행중 차속을 감속하거나, 정지시키는 역할을 하는 제동장치가 마련되어 있다.

제동장치는 크게 기관의 동력에 의해 발생되는 진공압(기관 흡입압)을 이용하여 페달의 답력을 배가(倍加)시켜주는 배력장치(booster), 각 브레이크회로에 압력을 형성하고 브레이크 오일의 체적변화를 보상하며 회로압을 신속하게 소멸시키는 마스터 실린더(master cilinder), 브레이크 오일압력에 의해 휠의 회전을 정지 및 회전속도를 감속하는 휠 브레이크(wheel brake)로 구성되어 있다.

이러한 제동장치의 작용을 살펴보게 되면 다음과 같다. 먼저, 차량이 균속도로 주행 중이거나 또는 가속 중일 때 운전자는 브레이크 페달을 밟게 되면 그 페달의 푸쉬로드가 밟혀진 압력을 배력장치를 전달하게 된다. 이때, 배력장치가 작동하여 배력을 발생하고, 이 배력은 작동 유체를 통해 마스터 실린더로 전달된다. 그리고 나서 전륜과 후륜이 휠 블레이크 즉, 캘리퍼 브레이크 및/또는 드럼 브레이크에 의해 제동된다.

상기한 바와 같이 차량을 제동시키면 차륜의 제동에 의한 노면과 바퀴 사이의 마찰력에 의해서 자동차는 일정한 감속도를 유지하면서 정지하게 된다. 이 감속도에 의해 자동차에 가해진 모든 부분의 관성력이 앞부분에 작용하기 때문에 차체의 앞부분이 노면 쪽으로 내려가는 노스 다운(nose down) 현상이 발생한다.

이 현상은 자동차의 중심으로부터 타이어 접지면까지의 거리를 모먼트 팔로 하고, 접지면에서 발생하는 마찰력을 작용력으로 하는 모먼트가 자동차에 걸리기 때문이다. 이와 같은 현상이 발생하면 앞바퀴에 가해지는 하중이 증가되고 뒷바퀴에 작용하는 하중은 감소하기 때문에 감속도가 클 경우 즉, 급제동시 뒷바퀴가 잠금될 때에는 주행 불안정성이 야기된다.

여기에서 잠금 현상이란 캘리퍼 또는 드럼 브레이크에 의해 차륜은 정지하지만 차체는 관성으로 인해 노면과 미끄러지는 상태에서 계속해서 전진하는 상태를 말한다. 따라서, 차량이 천천히 감속하면서 잠김과 동시에 정지한다면 아무런 문제가 없겠지만 급제동시에 차량은 질량을 가지고 있기 때문에 바퀴는 멈추어도 관성으로 인해 계속해서 전진하게 된다.

이때, 먼저 노스 다운 현상에 의해 타이어와 노면 사이의 마찰계수가 감소하고, 따라서 미끄럼 율이 증가하여 다시 마찰계수가 급속히 감소하므로 바퀴의 잠금으로 인해 심각한 사고가 야기될 위험성이 있다. 다시 말해, 전륜에 잠금 현상이 발생하면 차량의 회전방향과 반대 방향으로 힘이 작용하기 때문에 차량의 정확한 제어가 불가능하게 된다. 하지만, 차량은 진행방향으로 계속 전진하므로 운전자가 조금만 조심하면 큰 사고를 막을 수 있게 된다.

반대로, 후륜이 잠금될 경우에는 급제동시 노스 다운 현상에 의해 마찰계수가 감소할 뿐만 아니라 미끄럼율의 증가로 인해 타이어와 노면 사이의 마찰계수가 급속하게 감소하는 현상이 발행한다. 따라서, 후륜이 잠금되면 차체는 자체의 회전 방향으로 힘을 받게 되어 차량이 불규칙하게 회전해 버리는 현상이 발생하여 위험한 상황에 처하게 되는 문제점이 있었다.

이와 같이 후륜이 잠금되는 문제점을 해소하기 위해 종래 개발된 것이 바로 비례제어 밸브이며, 이중의 한예를 분리형 비례 제어 밸브로 들어 도 1 및 도 2에 도시하였는 바, 이를 간단히 살펴보면 다음과 같다.

도시되는 바와 같이, 비례 제어 밸브는 크게 외체를 형성하는 몸체(110)와 이 몸체(110) 안에 삽입 장착되는 피스톤(120)으로 이루어져 있다. 몸체(110)에는 위쪽에 마스터 실린더와 연결되는 입구 포트(117)가 돌출 형성되어 있고, 양측면에는 전륜측 브레이크 캘리퍼와 연결되어 있는 전륜 포트(111), 후륜측 브레이크 캘리퍼와 연결되어 있는 후륜포트(112)가 각각 돌출 형성되어 있다.

이 밸브 몸체(110) 내부에 삽입되어 있는 피스톤(120)은 후단 직경부(126), 확경부(122), 축경부(123) 및 선단 직경부(124)로 이루어져 있다. 후단 직경부(126)의 둘레에는 확경부(122)에 걸려 피스톤(120) 후방 둘레 부분에 끼워져 있는 리테이너(121)로 지지되는 압축 스프링(125)이 감겨 있다.

압축 스프링(125) 지지용 리테이너(121)는 피스톤(120) 후방 둘레 부분에 O링(127)에 의해 밀봉된 상태로 끼워져 있는 리테이너 캡(129)에 의하여 지지되어 있다. 리테이너 캡(129)은 O링(128)으로 기밀이 유지된 상태에서 밸브 몸체(110)에 끼워지며, 피스톤(120) 후방에 결합되어 있는 플러그(130) 및 캡(129) 후단의 로크 링(131)에 의해 지지되어 있다.

또한, 피스톤(120)은 도 2에 도시된 바와 같이 확경부(122)의 압축 스프링(125) 대향측 면이 도 3에 도시된 밀봉 밸브(115)의 반구형 돌기(115a)에 맞닿음되는 상태로 안착되어 있다.

이와 같이 구성된 비례밸브는 내부에 삽입된 피스톤(120)의 전후진 운동에 의해 마스터 실린더에서 발생한 제동압력을 전륜과 후륜에 일정 비율로 나누어 작용시킴으로써 차량의 감속 제동시 후륜이 잠금되는 것을 방지하도록 되어 있는데, 이러한 압력 분배 작용은 전륜과 후륜에 작용하는 압력비의 절점(cut off) 효과에 의해서 가능하게 된다.

여기에서, 절점 효과란 비례밸브 내의 압력이 전륜과 후륜에 일대일 등비로 작용하다가 일정 압력 이상이 되면 피스톤의 직경에 따른 형상차로 인하여 전륜 쪽에서의 압력 증가율이 후륜 쪽에서의 압력 증가율 보다 더 커지는 현상을 말하는 것으로, 이로 인해 전륜과 후륜에 작용하는 제동력을 일정 비율로 서로 다르게 유지할 수 있게 되는 것이다.

따라서, 도 2에 도시된 상태에서 마스터 실린더에서 입구포트(117)를 통해 전달된 압력은 전륜 포트(111)와, 전륜 포트(111)로부터 밀봉 밸브(115)의 돌기(115a)와 확경부(115a) 전면 사이에 형성된 틈새를 통해 연통되는 후륜포트(112)에 일대일의 비율로 분배되어 작용한다.

이러한 상태로 일정 시간이 경과되면 상기한 절점효과로 인해 후륜 쪽의 압력이 전륜 쪽의 압력보다 더 커지게 된다. 이렇게 되면 피스톤(120)이 후방으로 밀려, 피스톤(120)의 선단 직경부(124)의 후면이 밀봉 밸브(115)의 전면 부분과 맞닿음 밀봉되어 후륜쪽으로의 압력 전달이 단절되므로 전륜 쪽에서의 압력만이 증가된다. 그 결과 다시 피스톤(120)이 전방 쪽으로 되밀려 후륜포트(112)가 개방되면 최초 도 2의 상태로 복귀한다.

이와 같이, 비례밸브는 피스톤(120)이 전후 왕복운동을 반복함으로써 전륜과 후륜에 가해지는 압력을 일정 비율로 서로 다르게 유지할 수 있도록 되어 있다.

그런데, 이러한 종래의 비례밸브는 밀봉 밸브(115)를 몸체(110)에 밀착시킴과 동시에, 밀봉 밸브(115)의 돌기(115a)와 확경부(115a) 전면 사이에 압력전달을 가능하게 하기 위한 작동 유체 유동로의 확보를 위해 밀봉 밸브(115)의 피스톤(120) 안착면에 도 3에 도시되는 바와 같은 반구형의 돌기(115a)를 형성해 두었으나, 이러한 돌기(115a)는 고무 재질로 되어 있기 때문에 정확한 치수로 제작하기 곤란해 가공 공차와 조립 공차가 많이 발생하므로 밀봉 밸브(115)와 피스톤(120) 사이의 간극이 처음 설계치와 달라져 브레이크 오일을 정량으로 유지할 수 없었으며, 밀봉 밸브(115)의 귀환 운동을 신뢰할 수 없는 단점이 있었다.

이에, 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 고비례제어 밸브에 있어서, 가공 공차와 무관하게 피스톤과 밀봉 밸브 사이의 간극을 충분히 확보하여 충분한 유량의 브레이크 오일이 유동할 수 있도록 함과 동시에 밀봉 밸브가 여러가지 원인에 의하여 이동하더라도 항상 정위치로 귀환하여 위치할 수 있도록 하는 자동차용 마스터 실린더의 분리형 비례제어 밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 외체를 형성하며 마스터 실린더와 연결되는 입구 포트가 위쪽에, 전후륜측 브레이크 캘리퍼와 각각 연결되어 있는 전륜 포트 및 후륜 포트가 양측면에 형성되는 밸브 몸체, 몸체 안에 삽입 장착되며 후단 직경부, 확경부, 축경부 및 선단 직경부로 이루어진 피스톤, 피스톤의 후단 직경부에 피스톤의 확경부와 피스톤 후방 둘레 부분에 끼워진 리테이너에 의해 지지되는 압축 스프링, 리테이너를 지지하도록 O링들에 의해 피스톤 및 밸브 몸체와의 기밀이 유지된 상태로 피스톤 후방의 플러그와 로크 링에 의해 지지되는 리테이너 캡으로 구성되는 마스터 실린더의 분리형 비례제어 밸브에 있어서, 피스톤 선단 직경부의 후단면이 밀착되도록 밸브 몸체에 안착되는 밀봉 밸브와 피스톤 확경부의 압축 스프링 대향측면과의 사이에 브레이크 오일의 유동이 가능하도록 탄성적으로 장착되는 리턴 스프링을 더 포함하는 분리형 비례제어 밸브를 제공한다.

도 1은 종래의 분리형 비례제어 밸브 조립체의 사시도.

도 2는 종래의 분리형 비례제어 밸브의 반 단면상태를 보인 도 1의 A-A선 단면도

도 3은 종래 밀봉 밸브의 사시도.

도 4는 본 고안의 실시예에 따른 장착된 분리형 비례제어 밸브의 반 단면도.

도 5는 본 고안의 실시예에 따른 스프링의 확대 단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 밸브 몸체 11 : 전륜 포트

12 : 후륜 포트 13 : 개구부

14 : 걸림턱 15 : 밀봉 밸브

16 : 리턴 스프링 20 : 피스톤

21 : 리테이너 22 : 확경부

23 : 축경부 24 : 선단 직경부

25 : 압축 스프링 26 : 후단 직경부

이하, 본 고안의 실시예를 첨부 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 고안의 실시예에 따른 자동차용 마스터 실린더의 분리형 비례제어 밸브는 도 4에 도시되는 바와 같이, 종래의 분리형 비례제어 밸브와 전체적인 구성 및 작용이 유사한 것으로서, 크게 외체를 형성하는 몸체(10)와 이 몸체(10) 안에 삽입 장착되는 피스톤(20)으로 이루어지며, 몸체(10)에는 위쪽에 마스터 실린더와 연결되는 입구 포트가, 양측면에 전륜 및 후륜측 휠 브레이크와 각각 연결되는 전륜 및 후륜포트(9,11)가 각각 돌출 형성된다.

이 밸브 몸체(103)의 내부에 형성되는 개구부(13)는 앞쪽으로 갈수록 직경이 축소되는 3단의 원통 형태로 된다. 이 개구부(13)에는 후단 직경부(26), 확경부(22), 축경부(23) 및 선단 직경부(24)로 이루어지는 피스톤(20)이 삽입 장착된다.

피스톤(20)의 확경부(22) 후단면에는 피스톤(20)의 외주면 뒷부분에 끼워지는 리테이너(21)에 의해 지지되어 피스톤(20)을 전방 쪽으로 가압하는 압축 스프링(25)이 걸린다.

압축 스프링(25) 지지용 리테이너(21)는 리테이너(21)와 접촉되는 O링(27)에 의해 밀봉된 상태로 피스톤(20) 외주면 후방에 끼워지는 리테이너 캡(29)에 의해 지지된다.

리테이너 캡(29)은 O링(28)으로 기밀이 유지된 상태에서 밸브 몸체(10)의 개구부(13)의 앞단 원통부에 끼워져, 피스톤(20) 뒤쪽에서 중심축선 상으로 결합되는 플러그(30) 및 후방 에지 부분에 끼워지는 로크 링(31)에 의해 지지된다.

또한, 개구부(13)의 중간 원통부와 뒷단 원통부의 경계를 이루는 걸림턱(14) 부분에는 피스톤(20)의 선단 직경부(24) 후방면과 밀봉 착탈되어 브레이크 오일의 후륜측 유동을 단속하는 밀봉 밸브(15)가 안착된다.

이 밀봉 밸브(15)와 피스톤 확경부(22)의 전방면 사이에는 축경부(23) 둘레부분에 끼워진 리턴 스프링(16)가 개재된다.

이 리턴 스프링(16)는 도 5에 도시된 바와 같이, 코일이 경사지게 축경부(23) 외주부분에 감켜진 형태를 이룬다. 즉, 피스톤 확경부(22)와 밀봉 밸브(15) 사이에서 소정의 탄성 반발력을 발휘하면서도 브레이크 오일의 유동을 원활히 하도록 함이다.

이에 따라, 본 고안은 리턴 스프링(16)는 감켜진 코일 자체에서 탄성을 가지게 됨으로서, 압축 스프링(25)의 탄성 반발력을 받은 피스톤(20) 확경부(22)에 의해 밀봉 밸브(15) 쪽으로 가압될 때 밀봉 밸브(15)를 걸림턱 면에 안착시키게 되어 항상 그 밀봉 밸브(15)는 정위치에 위치된다.

또한, 리턴 스프링(16)는 원추형상으로 코일이 경사지게 감켜짐으로서 피스톤(20)의 확경부(22)와 밀봉 밸브(15) 사이의 간극을 충분히 확보하여 브레이크 오일이 원활히 유동할 수 있게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안의 리턴 스프링이 구비된 비례제어 밸브에 의하면, 한쪽 면에 돌기가 돌출된 밀봉 밸브를 정확한 가공 공차를 가지고 가공할 필요가 없게 되며, 탄성 리턴 스프링에 의해서 피스톤의 확경부와 밀봉 밸브 사이의 간극을 충분히 확보하여 브레이크 오일의 유동을 원활히 할 수 있도록 하고, 리턴 스프링의 탄력에 의해 밀봉 밸브가 피스톤의 확경부에 정확하게 귀환하도록 함으로써 자동차용 비례제어 밸브의 성능 향상을 도모할 뿐만 아니라 작동의 안정성을 확보할 수 있게 되는 것이다.

Claims (2)

1. 외체를 형성하며 마스터 실린더와 연결되는 입구 포트가 위쪽에, 전후륜측 휠 브레이크와 각각 연결되는 전륜 포트(11) 및 후륜 포트(12)가 양측면에 형성되는 밸브 몸체(10), 상기 몸체(10) 안에 삽입 장착되며 후단 직경부(26), 확경부(22), 축경부(23) 및 선단 직경부(24)로 이루어진 피스톤(20), 상기 피스톤(20)의 후단 직경부(26)에 상기 피스톤(20)의 확경부(22)와 상기 피스톤(20) 후방 둘레 부분에 끼워지는 리테이너(21)에 의해 지지되는 압축 스프링(25), 상기 리테이너(21)를 지지하도록 O링(27)(28)에 의해 상기 피스톤(20) 및 상기 밸브 몸체(10)와의 기밀이 유지된 상태로 상기 피스톤(20) 후방의 플러그(30)와 로크 링(31)에 의해 지지되는 리테이너 캡(29)으로 구성되는 마스터 실린더의 분리형 비례제어 밸브에 있어서, 상기 피스톤(20) 선단 직경부(24)의 후단면이 밀착되도록 상기 밸브 몸체(10)에 안착되는 밀봉 밸브(15)와 상기 피스톤(20) 확경부(22)의 상기 압축 스프링(25) 대향측면과의 사이에 브레이크 오일의 유동이 가능하도록 탄성적으로 장착되는 리턴 스프링(16)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비례제어 밸브.
2. 제1항에 있어서, 상기 리턴 스프링(16)는 코일이 경사지게 원추형상으로 감켜지는 것을 특징으로 하는 비례제어 밸브.