KR20010012692A - 비례압력 제어밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 스풀이 부하압력을 전자석 여자전류에 대응하는 값으로 제어하도록 전자석에 의해서 구동되는 타입의 비례압력 제어밸브를 간단화 하고 이 비례압력 제어밸브의 제조비용을 감소시키는 데 있다.

스프링의 개수는 전자석(11)의 작동요소(12)를 통하여 스풀(2)을 스프링으로 가압함으로써 하나로 감소된다. 또한, 저압 압력챔버(11)근처에 반작용력 피스톤 (4)을 제공함으로써, 기능적으로 중요한 부분에서 구멍을 액추에이터(12)에 형성하는 필요성은 제거된다. 더욱이, 배열은 부하압력이 전자석의 힘을 공급하기 위하여 전자석(11)의 힘과 동일한 방향으로 스풀(2)상에 작용하도록 한다. 더욱이, 작동요소는 임의의 미끄럼이동부분을 작동요소로부터 제거하기 위하여 스풀과 일체로 형성되어 있다.

Description

비례압력 제어밸브{PROPORTIONAL PRESSURE CONTROL VALVE}

비례압력 제어밸브는 스풀이 고압원포트와 저압원포트로의 부하포트의 연결의 전환을 위하여 또한 고압원포트와 저압원포트와의 로드포트의 연통을 위한 가변스로틀의 개방각도의 조정을 위하여 자기력에 대응하는 위치로 이동되어 부하포트(이하에서 부하압력으로 칭한다)에서 압력을 조정하는 것으로 알려져 있고 예컨대, 일본국 특개평 1-261581호 및 실개평 7-6579호에 개시되어 있다.

전자의 공보의 제어밸브에 있어서, 스풀은 중립위치를 유지하기 위하여 스프링에 의해서 양측으로부터 가압되며 부하압력은 스풀의 한쪽끝에 적용되며, 비례솔레노이드에 의해서 발생된 스러스트는 그 다른쪽 끝에 적용된다. 또한 비례솔레노이드의 플런저(작동요소)가 스풀을 추종하도록 하기 위하여 이것은 스프링에 의해서 스풀의 한쪽끝에 대해 가압된다.

한편, 후자의 공보의 유체압력 제어밸브에 있어서, 정상상태에서 출력포트는 배출포트와 연통하여 있다. 압력증가솔레노이드의 플런저(작동요소)가 전자석에 의해서 흡인되면, 플런저에 연결된 스풀은 출력유체압력이 증가하는 방향으로 이동한다. 또한 출력유체압력을 사용하여 복귀력을 스풀에 적용하는 반작용력 피스톤은 압력증가솔레노이드가 제공되는 측에서 스풀의 한쪽끝에 삽입되며 더욱이, 압력증가솔레노이드의 플런저는 그 운동을 안내하기 위하여 부시에 의해서 지지된다.

전자의 공보의 제어밸브는 3개의 스프링이 필요하여 이 구조는 복잡하고 부품수가 증가되어 가격이 상승된다.

또한 후자의 공보의 유체압력 제어밸브에 있어서, 스풀내에 삽입된 반작용력 피스톤이 스풀에 끼워진 압력증가 솔레노이드의 플런저(작동요소)와 동일한 측에 제공되므로, 압력차이가 플런저의 양끝사이에서 발생되지 않도록 플런저부분의 자속밀도가 높아지는 부분에서 구멍(오일통로)을 플런저내에 형성하는 것은 필요하다. 따라서 해당 부분의 체적이 감소된다. 이것은 전자석의 힘의 손실을 발생시킨다.

또한 제어밸브에서도, 솔레노이드의 플런저가 미끄럼이동 안내부로서 사용되는 부시에 의해서 지지되기 때문에, 플런저의 미끄럼이동 저항은 스풀의 미끄럼이동 저항에 추가되며, 따라서 스풀의 운동에 악영향을 미친다.

더욱이, 제어밸브에서도, 반작용력 피스톤(전자의 공보 1-2615819 호에서는 "슬라이드 핀"이라 칭한다)에 의해서 발생된 반작용력이 솔레노이드로부터 스풀구동력에 대한 이러한 방향으로 스풀에 적용되므로 여분의 힘이 자석에 대해 필요하여 전력소모가 증가한다.

본 발명은 자동차용 파워스티어링, 트랜스미션 또는 브레이크시스템에 사용되는 비례압력 제어밸브에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 비례압력 제어밸브의 실시예를 도시한 단면도.

본 발명의 목적은 이들 문제점을 해결하는 데 있다.

본 발명의 비례제어밸브는 스풀안내구멍, 중간부분에서 스풀안내구멍으로 각각 개방되는 고압원포트, 저압원포트 및 부하포트 그리고 저압원포트와 연통하는 제1 및 제2저압 압력챔버가 형성된 케이싱; 스풀의 한쪽끝이 제1저압 압력챔버내로 돌출하고 다른쪽 끝이 제2저압 압력챔버내로 돌출하고 부하포트와 연통하는 부하압력챔버를 가진 상태로 스풀안내구멍내로 액밀로 또한 미끄럼이동가능하게 삽입되는 스풀; 반작용피스톤의 한쪽끝이 스풀내의 부하압력챔버내로 돌출한 상태로 또한 그 다른쪽 끝이 제2저압 압력챔버내로 돌출하고 케이싱과 맞닿는 상태로 스풀안내구멍내에 미끄럼이동가능하게 삽입되는 반작용력 피스톤; 스풀을 제2저압 압력챔버쪽으로 가압하는 스프링; 및 스풀을 스프링의 힘에 대항하여 끌어 당기기 위하여 제1저압 압력챔버에 제공된 작동요소를 가진 전자석을 포함하고 있으며, 고압원포트, 저압원포트 및 부하포트는 스풀이 스프링에 의해서 가압되는 말단끝에 있을 때에 부하포트가 저압원포트와 연통하지 않고 부하포트가 고압원포트와 연통되도록 위치되어 있으며, 스풀은 부하포트, 고압원포트 및 저압원포트사이에서의 연통을 전환시켜 부하포트가 고압원포트 또는 저압원포트와 연통하는 가변스로틀의 개방각도을 조정하도록 전자석의 자기흡인력에 의해서 결정된 위치로 이동된다.

이러한 비례제어밸브에 있어서, 전자석의 작동요소가 스풀과 일체로 형성되거나 또는 분리작동요소가 고정연결부분을 통하여 스풀에 고정되면, 작동요소용 미끄럼이동안내부가 생략되어 작동요소와 작동요소둘레에 배열된 부재(이것들은 리드의 부분 및 슬리브로 이하에서 설명된다)사이에서의 미끄럼이동간극이 이들사이에서 형성됨에 따라 설계된 갭보다 더큰 갭을 형성하는 것은 가능하다. 작동요소둘레의 갭이 미끄럼이동 간극보다 더 크면, 액추에이터와 이 액추에이터둘레에 제공된 부재는 서로 접촉하지 않으며 따라서 제어정밀도 및 반응을 저하시키는 것을 방지한다. 또한 미끄럼이동안내부를 생략함으로써 제조는 더 쉬워진다.

본 발명에 있어서, 스풀이 전자석의 작동요소와 함께 단일 스프링에 의해서 제2저압 압력챔버쪽으로 가압되므로, 부품개수는 감소되고 그 구조는 간단하게 된다.

또한 반작용력 피스톤이 제2압력챔버근처에 제공되기 때문에 예컨대 자속이 거의 통과하지 않는 코어부분내에서 전자석의 작동요소내의 오일통로로 구멍을 형성함으로써 전자석의 힘의 손실을 감소시키는 것은 가능하다.

더욱이, 반작용력 피스톤이 제2저압 압력챔버근처에 제공되기 때문에 스풀이 부하압력에 의해서 가압되는 방향과 스풀이 전자석에 의해서 끌어 당겨지는 방향이 서로 일치되어 전자석의 힘이 절약된다.

전자석의 작동요소가 분리되고 스프링에 의해서 스풀에 대항하여 가압되는 구조가 채용되더라도 제어밸브가 통상적으로 기능한다( 작동요소가 전자석의 힘에 의해서 끌어 당겨지면, 스풀은 부하압력하에서 작동요소를 추종한다). 하지만, 스풀과 일체인 작동요소를 형성함으로써 구조를 간단화하는 것은 가능하며 작동요소의 미끄럼이동 안내부를 생략함으로써 스풀이 더 쉽게 이동하는 것은 가능하다.

도 1에는 본 발명의 하나의 실시예가 도시되어 있다. 비례압력 제어밸브는 케이싱(1), 스풀(2), 스풀을 가압하기 위한 스프링(3), 반작용력 피스톤(4) 및 작동요소(또는 아마추어)(12)를 가진 전자석(11)으로 이루어 졌다.

케이싱(1)은 스풀안내구멍(5), 유체압력원에 연결된 고압원포트(6), 브레이크 실린더와 같은 부하(도시안됨)에 연결된 부하포트(7), 예컨대 탱크(도시안됨)에 연결된 저압원포트(8), 및 저압원포트(8)와 각각 연통하는 저압 압력챔버(Ⅰ,Ⅱ)를 가지고 있다. 고압원포트(6), 부하로드(7) 및 저압원포트(8)는 스풀안내구멍(5)의 길이방향의 중간부분에서 개방된다.

스풀(2)은 스풀안내구멍(5)내에 미끄럼이동가능하게 삽입된다. 양끝에서 스풀의 외주상의 랜드부분(2a,2b)사이의 간극은 스풀의 미끄럼이동을 방해하지 않는 범위내에서 액체누출을 감소하기 위하여 가능한 한 작게 제조된다, 또한, 스풀(2)은 항상 부하포트(7)와 연통하는 부하압력챔버(9)와 이 챔버(9)로부터 저압 압력챔버(Ⅱ)로 통하는 구멍(10)를 가지고 있다.

반작용력 피스톤(4)(이것은 이 실시예에 있어서 핀이다)은 스풀(2)의 구멍(10)내에 삽입되고 저압 압력챔버(Ⅱ)내로 돌출한 그 한쪽끝은 케이싱(1)과 맞닿음 상태로 되어 있다. 전자석(11)은 작동요소(12), 코일(13), 하우징(14), 리드(15), 하우징(14)을 케이싱(1)에 연결하는 슬리브(16) 및 비자성재료의 시일부재(17)로 이루어 졌다. 참조번호(18)는 작동요소(12)의 운동을 제한하기 위하여 리드(15)상에 제공된 비자성 스토퍼이다. 전자석(11), 하우징(14), 리드(15) 및 슬리브(16)에는 작동요소(12)를 스프링(3)의 힘에 대항하여 끌어 당기도록 자석흡인력을 작동요소 (12)에 적용하는 자기회로가 형성되어 있다.

스프링(3)은 스풀(2)을 작동요소(12)를 통하여 저압 압력챔버(Ⅱ)쪽으로 가압한다. 스풀(2)이 스프링(3)의 힘에 의해서 가압되는 예시된 위치에 있을 때에 부하포트(7)는 고압원포트(7)와 연통하고 저압원포트(8)와 연통하지 않아서 부하압력은 압력하에서 고압원포트(6)으로부터 상승한다.

또한, 스풀(2)이 예시된 위치로부터 저압 압력챔버(Ⅰ)쪽으로 거리(L)만큼이동하면, 부하포트(7)가 고압원포트(6)와 저압원포트(8)로부터 모두 차단되어 부하압력이 유지된다. 스풀(2)이 동일방향으로 더 이동되면, 부하포트(7)는 고압원포트(6)으로부터 차단되고 저압원포트(8)와 연통하게 되어 부하압력이 강하된다.

가변스로틀은 랜드포트(7)가 고압원포트(6)와 연통상태로 되면 스풀(2)의 랜드부분(2a)과 고압원포트(6)의 에지사이에 형성된다. 다른 가변스로틀은 부하포트(7)가 저압원포트(8)와 연통상태로 될 때에 스풀(2)의 랜드부분(2b)과 저압원포트(8)의 에지사이에 형성된다. 이러한 가변스로틀의 개방은 스풀(2)이 이동됨에 따라 변화된다. 가변스로틀의 작용에 의해서 부하포트(7)내로 도입되고 이 부하포트(7)를 통하여 방출되는 유체량은 제어된다.

스풀(2)은 반작용력 피스톤(4)의 단면적(A)에 의해서 곱해진 부하압력(Pc)과 동일한 아래쪽힘을 수용한다. 따라서 힘(Pc x A)이 스프링(3)의 힘을 극복할 때까지 부하압력이 고압원포트(6)로부터 압력유체의 공급에 의해서 증가하면, 전자석(11)이 오프되더라도 스풀(2)은 다음의 수학식이 충족되는 위치에 도달될 때 까지 저압 압력챔버(Ⅰ)쪽으로 이동하기 시작한다.

Pc x A = 스프링력

전자석(11)에 의해서 발생된 힘이 추가될 때에 다음의 수학식이 유지된다:

Pc x A + (전자석의 힘) = 스프링의 힘

전자석(11)에 의해서 발생된 힘은 코일(13)를 통하여 흐르는 전류의 제곱에 비례한다. 즉 Pc ∝ I²관계가 충족된다. 따라서 부하압력이 전류조정에 의해서 임의의 소요값으로 제어되는 것은 가능하다.

스풀을 사용하는 압력제어밸브는 스풀둘레에 형성된 간극을 통한 유체누출을 완전하게 제거할 수 없다. 하지만, 유체누출로인한 압력평형에서의 임의의 이동은 수학식 2가 충족될 때 까지 스풀(2)이 압력증가방향 또는 압력감소방향으로 자동적으로 이동되기 때문에 보정된다.

예시된 압력제어밸브에 있어서, 작동요소(12)는 스풀(2)과 일체로되어 지지되고 갭은 작동요소(12), 작동요소에 제공된 슬리브(16) 및 리드(15)의 부분사이에 형성되어 서로 접촉하는 것을 방지한다. 따라서, 스풀에 적용된 미끄럼이동저항이 단지 그 자체의 미끄럼이동부분에서 발생된 저항(이것은 스풀이 고정밀로 기계가공되기 때문에 극히 작다)이어서 스풀이 원활하게 이동된다.

더욱이, 오일통로로서의 구멍(19)이 작동요소(12)에 형성되더라도, 이 부분이 자기회로로서의 중요한 부분이 아니기 때문에 전자석(11)의 힘의 손실이 없다. 본 발명의 비례제어밸브는 단지 하나의 스프링이 필요하므로 구조를 간단하게 하고 비용을 감소시키는 것은 가능하다.

또한, 반작용력 핀은 저압 압력챔버(II)의 측면에 제공되므로, 오일통로로서 구멍을 전자석의 작동요소의 기능적으로 중요한 부분내에 형성하는 것은 필요하지 않다. 이것은 전자석의 힘의 손실을 방지한다. 더욱이, 반작용력 피스톤이 상술된 위치에 제공되므로, 부하압력이 전자석의 힘을 공급하는 이러한 방향으로 스풀상에 작용하여 전자석의 힘을 더 낮은 값으로 설정하여 소비되는 전력을 감소시키는 것은 가능하다.

게다가, 스풀 및 작동요소가 작동요소의 미끄럼이동부분을 제거하기 위하여 일체적으로 형성된 배열에 있어서, 고정밀 기계가공을 요구하는 부분이 감소되어 제조하기가 쉽다. 또한, 압력제어밸브가 스풀상에 작용하는 힘의 차이에 예민하게 반응하여 그 제어정밀도가 향상된다.

Claims (3)

1. 스풀안내구멍, 중간부분에서 상기 스풀안내구멍으로 각각 개방되는 고압원포트, 저압원포트 및 부하포트 그리고 상기 저압원포트와 연통하는 제1 및 제2저압 압력챔버가 형성된 케이싱;

   스풀의 한쪽끝이 상기 제1저압 압력챔버내로 돌출하고 다른쪽 끝이 상기 제2저압 압력챔버내로 돌출하고 상기 부하포트와 연통하는 부하압력챔버를 가진 상태로 상기 스풀안내구멍내로 액밀로 또한 미끄럼이동가능하게 삽입되는 스풀;

   반작용피스톤의 한쪽끝이 상기 스풀내의 상기 부하압력챔버내로 돌출하고 그 다른쪽 끝이 제2저압 압력챔버내로 돌출하고 상기 케이싱과 맞닿는 상태로 상기 스풀안내구멍내에 미끄럼이동가능하게 삽입되는 반작용력 피스톤;

   상기 스풀을 상기 제2저압 압력챔버쪽으로 가압하는 스프링; 및

   상기 스풀을 상기 스프링의 힘에 대항하여 끌어 당기위하여 상기 제1저압 압력챔버에 제공된 작동요소를 가진 전자석을 포함하고 있으며,

   상기 고압원포트, 상기 저압원포트 및 상기 부하포트는 상기 스풀이 상기 스프링에 의해서 가압되는 말단끝에 있을 때에 상기 부하포트가 상기 저압원포트와 연통하지 않고 상기 부하포트가 상기 고압원포트와 연통되도록 위치되어 있으며,

   상기 스풀은 상기 부하포트, 상기 고압원포트 및 상기 저압원포트사이에서의 연통을 전환시켜 상기 부하포트가 상기 고압원포트 또는 상기 저압원포트와 연통하는 가변스로틀의 개방각도을 조정하도록 상기 전자석의 자기흡인력에 의해서 결정된 위치로 이동되는 것을 특징으로 하는 비례압력 제어밸브.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전자석의 상기 작동요소는 상기 스풀과 일체로 형성되거나 또는 상기 작동요소는 연결부분에 의해서 상기 스풀에 고정되는 분리부재인 것을 특징으로 하는 비례압력 제어밸브.
3. 제 2 항에 있어서, 미끄럼이동간극으로서 설계된 갭보다 더 큰 갭은 상기 작동요소와 상기 작동요소둘레에 배열된 부재사이에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 비례압력 제어밸브.