KR20000057516A - 댐퍼 밸브 - Google Patents

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KR20000057516A
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울리히 아스브란트
마틴 쉴베르크
토마스 슐러
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다임러크라이슬러 아크티엔게젤샤프트
인두스트리한자 인두스트리-,엔트빅크룽스-운트 프라눙스-게엠베하
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Abstract

본 발명은 스티어링 댐퍼를 형성하기 위해서 유압 파워 스티어링 시스템의 서보모터(4)와 결합될 수 있는 댐퍼 밸브(15)에 관련된다. 유압 매체의 점도가 온도에 따라 바뀌는 것을 보상하기 위해서, 밸브 기소(15)는 이성분 기소에 의해 조정된다.

Description

댐퍼 밸브{DAMPER VALVE CONFIGURATION}
현재 자동차는 파워 스티어링 시스템을 장착하고 있는데 이 시스템은, 승용차인 경우에 차량 스티어링 시스템을 작동할 때 운전자가 적용해야 하는 힘이 항상 충분히 낮게 유지되도록, 보조 유압 힘을 사용해 작동한다.
만일 스티어링 시스템에서 진동을 없애기 위해서 스티어링 댐퍼가 필요하다면, DE-A 40 29 156에 따라 서보모터의 기능을 가지는 복동식 피스톤-실린더 유닛이 스티어링 댐퍼로서 작동할 수 있고, 댐퍼 밸브가 유닛을 제어하는데 사용되는 서보밸브와 피스톤-실린더 유닛 사이의 라인에 제공된다면 이 라인을 통하여 피스톤-실린더 유닛은 제어할 수 있게 유압원과 비가압 저장장치에 연결될 수 있다.
원칙적으로 유사한 장치는 DE-A 41 06 310에서 설명된다.
DE-A 29 27 039(=GB 20 51 714A)에 공지된 바에 따르면 파워 스티어링 시스템의 복동식 피스톤-실린더 유닛에 서보 밸브를 연결하는 라인의 각 실린더쪽 포트에 넌-리턴 밸브를 배치하고, 각각의 피스톤 작동 챔버를 향해 열리는 밸브는 통로-제한 보어를 구비하고 있으며 이 밸브의 케이싱은 실린더에 대응하는 라인을 부착하는데 사용되는 나사에 의해 형성될 수 있다.
DE 43 23 179 A1에 따르면, 댐퍼 밸브 배치를 단순화시키기 위해서, 댐퍼 밸브 기소는 구멍이 있는 디스크 모양의 밸브 지지부에 배치할 수 있고, 유압 매체가 통과하는 구멍은 스프링이 달린 밸브 판 또는 작은 밸브 판에 의해 제어될 수 있는데 이 판은 볼트에 의해 단부면에서 밸브 지지부에 고정된다. 밸브 지지부는, 서보밸브나 서보모터의 케이싱에 배치된 연결 피이스의 지지면과 연결 피이스에 결합될 수 있는 유압 라인 연결부의 결합 지지면 사이에서 스페이서 링 또는 스페이서 디스크에 의해 고정될 수 있다.
대체 방법으로서, 예를 들어 DE 44 23 658 A1에서 기술한 것처럼 연결 피이스나 연결부에 밸브 지지부를 단단히 고정할 수도 있다.
본 발명은 유압 파워 스티어링 장치에 적합한 댐퍼 밸브에 관련되는데, 이것의 서보모터는 유압 모터 유닛 또는 유압 변위 발생 유닛으로 설계되고 스티어링 댐퍼로서 작동하며, 하나 이상의 댐퍼 밸브는 서보모터와 서보밸브 사이에 유압 라인을 구비하는데, 넌-리턴 밸브(non-return valve)의 방식으로 들어올릴 수 있는 제 1 밸브에 의해 제어될 수 있는 제 1 유동 경로 및, 제 2 밸브에 의한 제동 작용으로 제어될 수 있는 제 2 유동 경로를 가진다.
도 1 은 서보모터에 댐퍼 밸브를 가지는 유압 파워 스티어링 시스템의 회로선도,
도 2 는 댐퍼 밸브의 단면도,
도 3 은 도 2의 화살표 Ⅲ 방향으로 본, 밸브 판의 평면도,
도 4 는 도 2의 화살표 Ⅲ 방향으로 본, 지지부의 평면도 및
도 5 는 밸브 판의 회전을 제어하기 위한 여러 가지 변형예를 나타낸 도면.
본 발명의 목적은 바뀌는 작동 조건하에서 최적으로 작동할 수 있는 새로운 댐퍼 밸브를 제공하는 것이다.
이 목적은, 제 1 밸브 기소가 온도의 함수로서 회전 조절할 수 있는 들어올릴 수 있는 회전 미끄럼 밸브로서 만들어지고 회전 조절하는 경우에 비귀환 방향으로 제 1 유동 경로 및 바이패스를 여닫을 수 있다면 서두에 기술한 유형의 댐퍼 밸브에 의해 달성된다.
본 발명은, 유압 매체가 비교적 점성을 가지게 될 때 저온에서 더 많은 양이 제한 제 2 밸브 기소를 바이패스하는, 유동 경로를 열어줌으로써, 비귀환 방향으로 유동 저항의 변화 및 유압 매체의 온도에 따른 점도 변화를 보상하는 기본적 개념을 기초로 한다.
원칙적으로, 이것은 상승 이동성 때문에 제 1 밸브 기소는 넌-리턴 밸브의 방식으로 제어하는 유동 경로와 상호작용하고, 부가 회전 이동성에 의해 상승 위치와 관계없이 유동 경로 및 바이패스를 열 수 있다.
본 발명의 선호되는 실시예에 따르면, 댐퍼 밸브는 유동 경로를 형성하는 보어 및 구멍이 있는 디스크 형태의 지지부분을 가진다. 스프링 밸브 판은 비귀환 밸브 방식으로 보어 중 일부와 상호 작용한다. 밸브 판을 회전시키면 판에서 하나 이상의 개구부가 어느 정도 밸브 판에 의해 제어되는 하나 이상의 보어와 겹쳐지도록 할 수 있다.
이성분 금속으로 이루어진 기소에 의해 밸브 판을 회전할 수 있는데 상기 이성분 금속으로 이루어진 기소는, 적절하다면 지지부를 향해 밸브 판을 변위하는 클로저 스프링의 기능을 가질 수도 있다.
그리고, 본 발명의 유리한 특징에 대해 본 발명의 선호되는 실시예를 설명하는데 사용되는, 도면에 대한 설명과 청구항을 참조로 할 수 있다:
도 1에 따르면, 자동차는 앞바퀴(1)를 가지는데 이 앞바퀴는 스티어링 타이 로드(tie rod)(2)를 통하여 랙(3)에 연결되고, 이것은 서보모터로서 배치된 복동식 피스톤-실린더 유닛(4)의 피스톤 로드 안으로 동축을 따라 수용되거나 피스톤 로드에 연결된다.
상기 랙(3)은 피니언(5)과 맞물리는데 이 피니언은 조종간(6)을 통하여 핸들(7)에 연결된다. 회전가능한 탄성 기소(8)는 조종간(6)에 배치되어서, 피니언(5)과 핸들(7) 사이에서 제한된 상대 회전이 허용되고, 이 회전량은 피니언(5)과 핸들(7) 사이에 전달된 힘과 토크에 따라 달라진다.
이 상대 회전에 의해 서보밸브(9)를 제어하는데 서보밸브는 모터 라인(10)을 통해 피스톤-실린더 유닛(4)의 두 챔버에 연결되고 펌프(11)의 흡입면이 연결된 비가압 유압 저장장치(12)와 유압 펌프(11)의 이송부에 연결된다.
서보밸브(9)의 중간 위치에서, 피스톤-실린더 유닛(4)의 두 챔버는 서로 연결되고 저장장치(12)에 연결된다. 또 계속 작동하는 펌프(11)의 이송부에 연결될 수 있다.
대체 방법으로서, 중간 위치에서 펌프(11)의 이송부와 밸브 연결부가 차단되도록 서보밸브(9)는 설계될 수 있다; 이 경우에, 펌프는 넌-리턴 밸브(13)를 통해 압력 저장장치(14)를 채울 수 있고 충전 압력의 함수로서 제어될 수 있으며 높은 충전 압력에서 정지될 수 있다.
피니언(5)과 핸들(7) 사이에서 힘이나 토크가 작용하자마자, 서보밸브(9)는 제 1, 또는 제 2 방향으로 중간 위치 밖으로 움직인다.
이 결과 제 1, 제 2 방향으로 다소간의 압력 차이와 피스톤-실린더 유닛(4)을 위한 다소간의 증압기 힘은 모터 라인(12) 사이에서 발생되고, 스티어링 조작을 위해 핸들(7)에 적용되어야 하는 힘은 감소된다.
본 발명에 따른 스티어링 장치에서, 서보모터로서 작동하는 피스톤-실린더 유닛(4)은 차륜(1)의 조타 각의 급격한 변화를 멈추게 하기 위한 스티어링 댐퍼의 기능을 가진다. 이 목적으로, 댐퍼 밸브(15)는 피스톤-실린더 유닛(4)과 라인(10)의 각 연결부에서 각 라인(10)에 배치되고, 상기 댐퍼 밸브는 도 1에서 제한 장치(15')와 평행한 넌-리턴 밸브(15")로서 나타내었는데, 이것은 피스톤-실린더 유닛(4)을 향해 흐르는 경우에 열린다. 피스톤-실린더 유닛(4)의 피스톤을 상승시키는 경우에 댐퍼 밸브(15)의 제한 장치(15') 중 하나는 작동하게 되고, 피스톤-실린더 유닛(4)의 피스톤의 고속 운동과 차륜(1)의 고속 조절을 정지시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 댐퍼 밸브(15)의 제동 작용은 온도의 함수에 따라 바뀐다.
도 2는 댐퍼 밸브(15)의 구조를 나타낸다.
나사의 축에 대해 동축으로 암나사(16) 안쪽에 배치된 포트(16)는, 서보밸브(9)의 케이싱에서 각각의 모터 라인(10)에 구비된다. 수나사를 지지하는 모자 모양의 연결부(18)는 암나사(17), 지지링(19) 안으로 죄어지는데, 이것은 모터 라인(10)에 단단히 연결되며, 한편으로는 암나사(17)에서 다른 한편으로는 연결부(18)에서 상호 대향한 플랜지 면 사이에서 축 방향으로 고정되고, 지지링(19)의 단부면과 암나사(17)와 연결부(18)의 플랜지 면은 밀폐 링(20)에 의해 압력이 새지 않도록 차단된다.
내주에서, 지지링(19)은 덕트(21)를 가지는데 이 덕트는 환상 요홈의 형태로 설계되고 한편으로는 모터 라인(10)과 다른 한편으로는 연결부(18)에서 하나 이상의 방사 보어(22)와 연결되어서, 연결부(18) 내부와 모터 라인 사이를 이어준다.
원형 디스크 또는 피스톤 형태인 지지부(23)는 연결부(18) 안쪽에 단단히 고정되고, 상기 지지부는 연결부(18) 안쪽에서 포트(16)와 이웃한 챔버(24")로부터 방사 보어(22)와 인접한 챔버(24')를 분리한다.
지지부(23)는 액시얼 보어(25,26)를 가지는데 이 액시얼 보어(25)는 지지부(23)의 하측 단부면(도 2)에서 챔버(24")를 향해 열리는, 리세스(27) 안으로 열리고, 상기 액시얼 보어(26)는 지지부(23)의 상측 단부면(도 2) 상의 유사한 리세스(28) 안으로 열려진다.
볼트(29)는 지지부(23)의 개구부 안에서 고정되고, 이 볼트는 지지부(23)의 한쪽 단부면에서 원형 디스크 형태인 하나 이상의 스프링 판(30)에 고정되고 지지부(23)의 다른쪽 단부면에서 원형 디스크(31)를 위한 액시얼 가이드로서 설계된다.
스프링 판(30)은, 지지부(23)에서 액시얼 보어(26)와 겹쳐지고 액시얼 보어(25)와 결합된 리세스(27)의 넓은 면이 열린 상태로 유지되도록 크기가 설정된다. 원형 디스크(31)는, 액시얼 보어(25)를 덮을 수 있고 액시얼 보어(26)와 결합된 리세스(28)의 비교적 넓은 면이 열린 상태로 유지되도록 크기가 설정된다.
내주 가장자리에서, 원형 디스크(31)는 슬리브 모양의 연장부(31')를 가지는데 이 연장부는 볼트(29)에서 축방향으로 안내하도록, 약간의 방사상 유극을 가지고 볼트(29)를 에워싼다. 지지부(23)를 향해 원형 디스크(31)를 누르는 나선 압축 스프링(32)은 원형 디스크(31)와 볼트(29)의 개방 단부에 배치된 플랜지 사이에서 고정된다.
정상적인 상황에서, 도 2에 나타낸 댐퍼 밸브(15)는 다음과 같이 작동한다:
모터 라인(10)과 이어진 연결구(16)로부터 흐르는 경우에, 유압 매체는 지지부(23)에서 액시얼 보어(25)를 통과하고, 원형 디스크(31)는 비교적 낮은, 나선 압축 스프링(32)의 힘에 반해 들어올려진다.
반대 방향으로 흐르는 경우에, 즉 모터 라인(10)으로부터 포트(16)까지 흐르는 경우에, 원형 디스크(31)는 지지부(23)를 향해 움직이므로, 원형 디스크(31)는 넌-리턴 밸브의 방식으로 지지부(23)와 상호작용하고 액시얼 보어(25)를 막는다. 유압 매체는 그 후 액시얼 보어(26)를 통하여, 원형 디스크(31)에 의해 열린 상태로 유지되는 리세스(28)를 경유해 이동하고, 스프링 판(30)은 지지부(23)의 바닥 단부면에서 떨어져 어느 정도 구부려지며, 상당한 스로틀 저항을 일으킨다.
만일 저온에서 유압 매체의 점도가 상당히 떨어져서, 유압 매체가 "비스코스 상태"로 된다면, 이 스로틀 저항은 최대값을 가지게 될 것이다. 이 경우에 스티어링 장치가 아주 무겁게 되는 것을 막기 위해서 본 발명에 의하면 원형 디스크(31)는 회전 슬라이드 밸브의 형태로 만들어지고 이 회전 슬라이드 밸브는 저온에서 액시얼 보어(25)를 열고 이 액시얼 보어는 모터 라인(10)으로부터 연결구(16)까지 다소간의 흐름이 있도록 원형 디스크(31)에 의해 제어된다.
이것은 아래에서 설명된다.
도 3에 따르면, 원형 디스크(31)는 다수의 윈도우(33)를 가진다. 도 4에 따르면, 지지부(23)는 원형 디스크(31)를 향한 면에 다수의 리세스(28)를 가지고, 그것의 비교적 넓은 면은 원형 디스크(31)에 의해 덮여지므로, 리세스(28)에서 시작되는 액시얼 보어(26) 연결부는 항상 열린 채로 유지된다. 원형 디스크(31)에 의해 제어되는 액시얼 보어(25)는 리세스(28) 사이에 배치된다.
정상 작동 온도에서, 원형 디스크(31)는 회전 위치에 놓이는데 이 위치에서 윈도우(33)는 액시얼 보어(25)의 횡단면 바깥쪽에 배치된다. 보다 낮은 온도에서, 원형 디스크(31)는 정상 위치에 대해 더 많이 회전하게 되므로, 윈도우(33)와 액시얼 보어(25)의 열린 횡단면은 서로 겹쳐져서, 원형 디스크(23)가 대향한 지지부(23)의 측면에 반해 지탱될 때, 어느 정도 개방된다.
윈도우(33)의 형태는 액시얼 보어(25)의 횡단면 형태와 다른데, 윈도우(33)에 의해 열려진 액시얼 보어(25)의 횡단면은 점점 더 넓어진다. 이 때 원형 디스크(31)는 일정한 회전 각만큼 연속적으로 회전한다.
적합하다면, 액시얼 보어(25,26) 이외에, 바이패스 개구부(34)는 지지부(23)에 배치될 수 있는데 이 바이패스 개구부는 리세스(27)의 바깥쪽과 리세스(28)(도 2)의 바깥쪽에 배치되며 비교적 낮은 온도에서만 원형 디스크(31)에서 창(33)에 의해 개방된다. 정상 온도에서, 바이패스 개구부(34)는 포트(16)로부터 모터 라인(17)을 향해 흐르는 경우에 스프링 판(30)에 의해 닫힌 채로 유지되고, 흐름 방향과 반대 방향으로 원형 디스크(31)에 의해 덮여있다. 저온에서, 유압 매체가, 모터 라인으로부터 포트(16)를 향해 흐르는 경우에 바이패스 개구부(34)로 유입되고 스프링 판(30)의 저항에 반해 개구부를 통하여 흐른다.
따라서, 저온에서 스프링 판(30)의 저항에 반해 유체가 흐를 수 있는 횡단면은 후에 열려지는 바이패스 개구부(34)에 의해 확대된다.
도 2에 따르면 챔버(24")를 향해 열리는 중앙 가림 보어(39)는 볼트(29)에 배치되는데 이 가림 보어는 지지부(23) 위에서 방사 보어(40)와 연결된다. 정상 작동 조건하에서, 디스크가 지지부(23)에 대해 지지될 때 상기 방사 보어(40)는 원형 디스크의 슬리브 모양의 연장부(31')에 의해 차단된다. 저온에서, 연장부(31')내에서 액시얼 슬롯으로 설계될 수 있고 연장부(31')에 배치되는 개구부(도시되지 않음)의 열린 횡단면으로 방사 보어(40)가 움직이도록 원형 디스크는 회전 조절된다. 이것은 원형 디스크(31)의 상승 위치에 관계없이 챔버(24',24") 사이의 연결부를 개방한다.
도 5는 원형 디스크(31)를 회전 조절하는 예를 보여준다.
도 A에 따르면, 온도가 바뀌는 경우에 나선형 축에 대해, 스프링의 단부가 서로에 대해 회전할 수 있도록 나선형 압축 스프링(32)은 이성분 스프링으로서 만들어진다. 이 경우에, 스프링의 한쪽 단부는 나선형 스프링 축에 대해 회전할 수 없도록 볼트(29)의 개방 단부에서 플랜지에 연결되고, 스프링의 다른 쪽 단부는 적절히 회전하여 원형 디스크(31)에 결합된다. 동시에, 스프링의 단부는 스톱(35) 사이에서 또는 볼트(29) 플랜지의 지지장치와 원형 디스크(31)에서 원주 방향으로 고정될 수 있다.
도 5B에 나타낸 예에서, 나선 압축 스프링(32)은 종래의 강철 스프링으로 만들어지고 원형 디스크(31)를 향한 하측 단부에서 나선형 이성분 스프링(36)에 연결되는 그 단부는 온도가 바뀌는 경우에 원주 방향으로 서로에 대해 회전 운동한다. 원형 디스크(31)와 이격된 나선 압축 스프링(32)의 단부는 회전할 수 없도록 스톱(35)에 의해 볼트(29)의 플랜지에서 지지되고, 나선형 압축 스프링(32)으로부터 튀어나온 이성분 스프링(36)의 단부는 원형 디스크(31)의 스톱(35) 등에서 고정된다.
도 5C에 나타낸 예에서, 이성분 레버(37)는 볼트(29)의 개방 단부에 고정되고, 레버의 개방 단부는 온도가 변하는 경우에 볼트(29) 축에 대해 원주 방향으로 움직인다. 레버(37)의 개방 단부는 원형 디스크(31)의 부분(38)에서 액시얼 슬롯에 맞물려서, 원형 디스크(31)의 회전 위치는 이성분 레버의 개방 단부 위치에 의해 결정되지만, 원형 디스크(31)의 축방향 상승 운동은 상기 레버(37)에 의해 방해받지 않는다.
도 5에 나타낸 모든 실시예에서, 유압 매체(31)에서 온도가 바뀌는 경우에, 원형 디스크(31)는 회전 슬라이드 밸브의 방식으로 회전 운동을 하므로, 원형 디스크(31)가 지지부(23)에 놓일 때 액시얼 보어(25) 및 바이패스 개구부(35)의 횡단면은 열려진다.

Claims (6)

  1. 서보모터는 유압 모터 유닛 또는 유압 변위 발생 유닛으로서 설계되고 스티어링 댐퍼로서 작동하며, 하나 이상의 댐퍼 밸브는 서보모터와 서보밸브 사이의 유압 라인에 제공되고 넌-리턴 밸브 방식으로 들어올릴 수 있는 제 1 밸브 기소에 의해 제어될 수 있는 제 1 유동 경로 및, 제 2 밸브 기소에 의한 제동 작용으로 제어될 수 있는 제 2 유동 경로를 가지는, 유압 파워 스티어링 시스템에 적합한 댐퍼 밸브에 있어서, 제 1 밸브 기소(31)는 들어올릴 수 있는 회전 미끄럼 밸브로서 설계되는데 상기 미끄럼 밸브는 온도의 함수로서 회전 조절할 수 있고 회전 조절하는 경우에 비귀환 방향으로 제 1 유동 경로(25) 및 바이패스(34)를 여닫는데 이것은 제 2 밸브(30)에 의한 제동 작용으로 제어되는 것을 특징으로 하는 댐퍼 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 1 밸브 기소는 넌-리턴 밸브 방식으로 결합된 보어(25)와 상호작용하는 들어올릴 수 있는 원형 디스크(31)로서 설계되고, 이 원형 디스크(31)는 윈도우(33)를 구비하는데 이 윈도우는 원형 디스크(31)를 온도에 따라 회전 조절함으로써 원형 디스크(31)에 의해 제어되는 덕트(25) 및 바이패스 보어(34)를 어느 정도 겹쳐지게 만들 수 있는 것을 특징으로 하는 댐퍼 밸브.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 제 1 밸브 기소는 조절가능한 상승 경로 및 슬리브 모양의 연장부(31')를 가지는 원형 디스크(31)로서 설계되는데 상기 슬리브 모양의 연장부에 의해 원형 디스크는 볼트(29) 등에서 축 방향으로 움직일 수 있게 안내되고, 윈도우는 연장부(31')에 배치되는데 이 윈도우는 원형 디스크(31)를 회전 조절함으로써 덕트(39,40)와 어느 정도 겹쳐질 수 있도록 만들어지고 상기 덕트는 볼트(29) 등에 배치되고 덕트(25)와 평행하게 배치되는데 이 덕트는 상승 운동에 의해 원형 디스크(31)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 댐퍼 밸브.
  4. 제 1항 내지 3항 중 한 항에 있어서, 제 1 밸브 기소(31)는 이성분 금속 기소로 만들어진 리프팅 및 리턴 스프링에 포함되고, 한쪽 단부에서 고정 접촉부에 연결되고 다른 쪽 단부에서 밸브 기소(31)에 연결되며 회전 조절하기 위한 액츄에이터로서 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 댐퍼 밸브.
  5. 제 1항 내지 4항 중 한 항에 있어서, 제 1 밸브 기소는 회전 액츄에이터로서 이성분 레버(37)에 포함되는 것을 특징으로 하는 댐퍼 밸브.
  6. 제 1항 내지 5항 중 한 항에 있어서, 이성분 금속 스프링(36)은 제 1 밸브 기소(31)를 위한 회전 조절기로서, 제 1 밸브 기소(31)에 포함된 리프팅 및 복원 스프링(32)과 밸브 기소(31) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 댐퍼 밸브.
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