KR20010013331A

KR20010013331A - 전기-유압 비례 감압 릴리프 밸브

Info

Publication number: KR20010013331A
Application number: KR19997011327A
Authority: KR
Inventors: 알렉산더단
Original assignee: 제임스 앰 오소우트; 비커즈 인코포레이티드
Priority date: 1997-06-04
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 2001-02-26
Also published as: DE69804304D1; ATE214816T1; EP0986779B1; KR100486797B1; WO1998055906A1; US5778932A; JP2002502528A; DE69804304T2; EP0986779A1; JP3837672B2

Abstract

밸브 본체(12), 압력 유입 포트(20), 귀환 포트(24), 및 조정 압력 포트(22)를 포함하는 유압 밸브(10)가 개시되어 있다. 공동(14)은 상기 포트들과 유체 연통하는 상태로 밸브 본체(12) 내에 형성되어 있다. 공동(14)은 소정의 제1 직경을 갖는 제1 챔버(50)와, 상기 제1 챔버의 직경보다 큰 소정의 직경을 갖는 제2 챔버(52)를 포함한다. 솔레노이드 작동 스풀(16)은 조정 압력 포트를 작동력에 응답하여 유입 포트와 귀환 포트에 선택적으로 연결하기 위해 상기 공동 내에 이동 가능하게 보유된다. 스풀(16)은 제1 챔버 내에 보유되는 제1 부분과, 제2 챔버 내에 보유되고 각각 상응하는 소정의 직경을 갖는 제2 부분(54)을 포함한다. 유로(30)는 제1 챔버(50)와 제2 챔버(52) 사이에서 유체 연통을 달성한다. 스풀(16)의 작동 시, 챔버들은 유입 포트에 의해서 가압되고, 제2 챔버 내의 작동유는 스풀 상에 작용하는 작동력에 대항하는 피드백 힘을 발생하도록 제1 부분과 제2 부분 사이의 차등 단면적에 작용한다. 이는 유입 포트와 귀환 포트 사이의 요구되는 스풀 조절을 발생시켜, 조정 압력 포트에서 요구되는 조정된 압력을 달성한다.

Description

전기-유압 비례 감압 릴리프 밸브{ELECTROHYDRAULIC PROPORTIONAL PRESSURE REDUCING-RELIEVING VALVE}

＜발명의 배경＞

본 발명은 유압 밸브, 특히 변속기(transmission)와 브레이크 클러치(brake clutch) 분야에 사용되는 것으로서 정밀하게 조정된 압력을 제공하고, 보다 대용량의 밸브를 조절하기 위한 종류의 유압 밸브의 분야에 관한 것이다. 솔레노이드 작동 비례 압력 조정 밸브(solenoid-actuated proportional pressure regulating valve)는 솔레노이드를 통과하는 전류에 비례하여 요구되는 조정된 압력을 발생시키도록 사용된다. 압력은 밸브 내의 압력차에 의해 발생된 솔레노이드 힘(solenoid force)과 피드백 힘(feedback force) 사이의 균형의 결과로서 스풀(spool)의 위치를 제어함으로써 조절된다.

이러한 종류의 밸브 중 하나는, 스털링 하이드롤릭스, 인크.(Sterling Hydraulics, Inc.)에서 제작된 제품 번호 GTP02-34A, B 및 C이다. 상기 종류의 밸브에서, 유체는 두 개의 오리피스(orifice)에서 유입되고, 오리피스들 사이의 압력차는 솔레노이드의 작동력에 대향하는 피드백 힘을 발생시킨다. 피드백 힘은 솔레노이드 전류와 직접 연관되고, 상기 힘들간의 균형은 조정 압력 포트(regulated pressure port)에서 조정된 압력을 유지하기 위해 유입 포트(inlet port)와 귀환 포트(return port)의 개방을 조절하도록 정확한 위치에서 스풀이 유지되도록 한다.

종래 기술의 밸브에서, 오리피스 크기는 압력차를 제어하도록 정확하게 유지되어야 한다. 그러나, 오리피스는 매우 작고, 오염 물질에 의해 쉽게 막힐 수 있으며, 이는 밸브의 압력 균형을 무너뜨리고 제어 정확성을 떨어뜨린다. 압력차는 오리피스를 통과하는 유동에 의해 엄격하게 제어되기 때문에, 종래 기술의 밸브의 성능은 온도 변화에 따라 변화하고 다양한 작동유의 종류에 따라 차이가 있을 수 있는 작동유의 점도의 변화에 민감하다. 또한, 이러한 점도 민감성은 종래 기술의 밸브의 신뢰성을 떨어뜨린다. 또한, 이러한 밸브는 피드백 압력을 발생시키도록 사용되는 작동유가 귀환 포트에서 누수되어 효율을 떨어뜨리는 기생 손실(parasitic loss)에 의해 문제가 발생한다.

＜발명의 간단한 설명＞

종래 기술의 비례 밸브가 직면하는 단점과 결함을 고려하여, 오염에 민감하지 않은 밸브가 요구된다.

또한, 점도 변화에 민감하지 않은 밸브가 요구된다.

또한, 높은 신뢰성과 단순한 구성을 갖는 밸브가 요구된다.

상기 및 다른 요구들은 본 발명에 의해 만족된다. 밸브 본체를 포함하는 유압 밸브가 개시되어 있다. 압력 유입 포트는 가압된 작동유를 밸브 내부에 수용하기 위해 제공된다. 귀환 포트는 밸브 내에서 탱크 압력을 달성하기 위해 제공되고, 조정 압력 포트는 소정 압력을 갖는 배출된 작동유를 수용하기 위해 제공된다. 공동은 유입 포트, 귀환 포트 및 조정 압력 포트와 유체 연통하는 상태로, 밸브 본체 내에 형성된다. 공동은 소정의 제1 직경을 갖는 제1 챔버와, 상기 제1 챔버의 직경보다 큰 소정의 제2 직경을 갖는 제2 챔버를 포함한다.

조정 압력 포트를 작동력에 응답하여 유입 포트 및 귀환 포트에 선택적으로 연결하기 위하여, 상기 공동 내에 이동 가능하게 보유되는 솔레노이드 작동 스풀이 제공된다. 스풀은 제1 챔버 내에 보유되고 상응하는 소정의 제1 직경을 갖는 제1 부분과, 제2 챔버 내에 보유되고 제1 부분의 직경보다 큰 상응하는 소정의 제2 직경을 갖는 제2 부분을 포함한다.

제1 챔버와 제2 챔버 사이의 유체 연통을 달성하기 위한 유로(fluid passage)가 제공된다. 스풀의 작동 시, 제1 챔버와 제2 챔버는 유입 포트에 의해 가압되고, 제2 챔버 내의 작동유는 스풀에 작용하는 작동력에 대항하는 피드백 힘을 발생시키도록 상기 제2 부분의 보다 큰 단면적에 작용한다. 이는 유입 포트와 귀환 포트 사이의 요구되는 스풀 조절을 발생시켜, 조정 압력 포트에서 요구되는 조정된 압력을 달성한다.

본 발명에 의해 만족되는 상기 및 다른 요구들은, 특히 첨부 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이하의 상세한 설명을 고려함으로써 명확해질 것이다.

＜도면의 간단한 설명＞

도1은 본 발명의 비례 밸브의 측단면도이다.

＜발명의 상세한 설명＞

도1은 본 발명에 따른 전기-유압 비례 감압 릴리프 밸브(10)를 도시한다. 양호한 실시예에서, 밸브(10)는 원통형이고 동심의 공동(14)을 구비한 밸브 본체(12)를 포함한다. 공동(14) 내에서 이동 가능하게 보유되기 적합한 크기와 형상을 갖는 스풀(16)이 제공된다.

밸브 본체(12)는 작동유를 밸브 내부에 수용하기 위한 압력 유입 포트(20)를 포함한다. 조정 압력 포트(22)는 요구되는 조정된 압력에서 배출된 작동유를 수용하기 위해 제공된다. 비가압 귀환 포트(24)는 탱크 압력으로 밸브를 연결하기 위해 제공된다. 양호한 실시예에서, 스풀(16)은 바람직하게는 조정 압력 포트(22)에 대해 개방되어 있는 동심인 유로(30)를 포함한다. 유로(30)는, 바람직하게는 귀환 포트(24)에 대해 개방되는 스풀(16)을 따라 위치된 하나 이상의 횡방향 보어(bore)인 개구(32)를 포함하여, 스풀(16)이 비작동 휴지 상태에 있을 때, 조정 압력 포트(22)와 귀환 포트(24) 사이의 유체 연통을 허용한다.

본 발명의 밸브는, 바람직하게는 "당김형(pull-type)" 비례 솔레노이드 밸브이다. 솔레노이드(40)의 작동 시, 스풀(16)에 연결된 자성 코어(magnetic core, 42)는 유체밀봉관(fluid-tight tube, 48) 내측에 보유된 폴 부재(pole piece, 46)를 향해 종방향 상방으로 당겨진다. 솔레노이드(40)가 비활성일 때, 코어(42)를 휴지 상태로 편의시키도록 정지 폴 부재(46)에 대항하여 작용하는 편의 스프링(44)이 제공된다. 또한, 이러한 형상은 코어 행정(stroke) 전체에 걸쳐 일정한 비례 솔레노이드 힘을 제공하고, 따라서 비례 밸브로서 작용하도록 한다. 코어(42)는 코어(42)와 폴 부재(46) 사이의 체적 변화에 따라 유체를 보충하고 배출하기 위한 보어를 포함한다.

작동 중, 스풀(16)은, 개구(32)들이 폐쇄되도록 배치되어, 귀환부(24)를 폐쇄한다. 유입 포트(20)는 폐쇄되지 않고, 조정 압력 포트(22)로 가압된 유체를 유입시킨다. 직경(D1)을 갖는 제1 챔버(50)는 조정 압력 포트(22) 부근의 스풀(16)에 의해 공동의 단부에서 한정된다. 제1 챔버(50)는 공동(14)의 대향 단부에서 유로(30)를 통해 제2 챔버(52)에 유동적으로 연결된다. 제2 챔버(52)는 다소 큰 직경(D2)을 갖고, 따라서 제1 챔버(50)와 공동(14)의 단면적보다 큰 단면적을 갖는다. 스풀(16)은 제1 챔버(50)와 공동(14)보다 큰 단면적과 상응하는 직경을 갖는 연장부(54)를 포함한다.

작동 시, 제1 챔버(50) 및 제2 챔버(52)는 유입 포트(20)에 의해 동일하게 가압된다. 제2 챔버(52) 내의 작동유의 압력은 연장부(54)의 보다 큰 단면적에 작용하여, 제1 챔버 단부에서 압력에 의해 인가된 힘보다 큰 힘을 스풀에 발생시킨다. 차등 면적(differential area)은 스풀(16)에 작용하는 솔레노이드의 작동력에 대항하여 작용하는 정미 피드백 힘을 발생시키는 힘의 불균형을 초래한다. 피드백 힘은 폐쇄 위치를 향해 스풀(16)을 변위시키도록 작용하여, 유입 포트(20)를 폐쇄하고 귀환 포트(24)를 개방시키고, 따라서 밸브(10) 내의 최소 탱크 압력을 달성한다. 유입 포트(20)가 밸브(10)를 재가압함에 따라 스풀(16)의 진동 또는 조절이 발생하여, 귀환 포트(24)로 다시 개방된다. 조정 압력 포트(22)에서의 정미 압력은 솔레노이드 힘과 피드백 힘 사이의 균형으로부터 야기된 평형 압력 상태를 나타낸다.

피드백 힘은 솔레노이드(40)를 통과하는 전류의 함수인 솔레노이드 작동력에 직접 비례하여 제어된다. 큰 전류는 큰 솔레노이드 작동력을 발생시키고, 이는 솔레노이드 작동력에 대항하는 큰 피드백 힘을 요구한다. 그러므로, 큰 솔레노이드 힘은 조정 압력 포트(22)에서 큰 조정 압력을 발생시킨다. 스풀(16)의 변위는 코어(42)(비활성인 경우)와 스풀(16)(활성인 경우)의 동작을 제한하는 정지부(56)에 의해 제한된다. 스풀(16)의 위치와 이에 따른 유입구(20)의 유효 크기는 본 발명에 따라 매우 정확한 수준으로 제어될 수 있고, 따라서 조정 압력 포트(20)에서의 압력은 정밀하게 제어될 수 있다. 본 발명의 밸브의 조정 압력은 인가된 전류의 측정값에 의해 변화될 수 있고, 따라서 본 발명은 기계적인 조정 없이 제어될 수 있다. 본 발명의 밸브는 요구 압력의 5 % 이내의 정밀성을 가지고 3.45 ㎫ (500 psi)의 유입 압력에서 0 내지 2.21 ㎫ (321 psi) 사이의 조정 압력까지 변화되도록 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 밸브(10)는 릴리프 기능을 갖는다. 조정 압력 포트(22)에서의 압력이 솔레노이드 힘(작동기 부하 또는 다른 회로에 의해 야기된 원인에 기인함)에 의해 설정된 압력 수준 이상으로 되어야 하는 경우에는, 스풀(16)은 유입 포트(20)를 폐쇄할 것이고, 균형을 복원하도록 조정 압력을 귀환 밸브(24)로 해제시킬 것이다.

양호한 실시예의 전술된 설명은 도시 및 설명을 위해 제공되었다. 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들에 의해 행해질 수 있는 다른 수정과 변화를 배제하고자 제한하는 것이 아니다. 상기의 관점에서 당업자에 의해 행해질 수 있는 어떠한 변화도 청구의 범위에 의해 한정된 본 발명의 범위 내에서 고려된다.

Claims

밸브 본체를 포함하는 유압 밸브에 있어서,

상기 유압 밸브는,

가압된 작동유를 밸브 내부로 수용하기 위한 압력 유입 포트와,

밸브 내에 탱크 압력을 달성하기 위한 귀환 포트와,

소정 압력을 갖는 배출된 작동유를 수용하기 위한 조정 압력 포트와,

유입 포트, 귀환 포트 및 조정 압력 포트와 유체 연통하는 상태로 밸브 본체 내에 형성된 공동과,

조정 압력 포트를 작동력에 응답하여 유입 포트와 귀환 포트에 선택적으로 연결하기 위하여 상기 공동 내에 이동 가능하게 보유되는 솔레노이드 작동 스풀을 포함하고,

상기 공동은 소정의 제1 직경을 갖는 제1 챔버와, 상기 제1 챔버의 직경보다 큰 소정의 제2 직경을 갖는 제2 챔버를 포함하고,

상기 스풀은,

제1 챔버 내에 보유되고 상응하는 소정의 제1 직경과 제1 단면적을 갖는 제1 부분과,

제2 챔버 내에 보유되고 제1 부분과의 사이에서 차등 단면적을 발생하도록 제1 부분의 직경과 단면적보다 큰 상응하는 소정의 제2 직경과 제2 단면적을 갖는 제2 부분과,

제1 챔버와 제2 챔버 사이의 유체 연통을 달성하기 위한 유로를 포함하며,

스풀의 작동 시, 압력 조정 포트에서 요구되는 조정된 압력을 달성하도록 유입 포트와 귀환 포트 사이에서 요구되는 스풀의 조절을 발생시키기 위해 제1 챔버와 제2 챔버는 유입 포트에 의해 가압되고, 제2 챔버 내의 작동유는 스풀에 작용하는 작동력에 대항하는 피드백 힘을 발생시키도록 제1 부분과 제2 부분 사이의 차등 단면적에 작용하는 것을 특징으로 하는 유압 밸브.
제1항에 있어서, 제1 챔버 및 제2 챔버를 유동적으로 연결하기 위한 상기 유로는 스풀의 중심축을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 유압 밸브.
제2항에 있어서, 상기 유로는 귀환 포트와 연통하기 위한 횡방향 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 밸브.
제1항에 있어서, 상기 밸브는 "당김형" 비례 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 하는 유압 밸브.