KR20020054331A - 특히 차량의 유압 브레이킹 시스템용 전자기 작동식 밸브 - Google Patents

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디르크 호프만
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클라우스 포스, 게오르그 뮐러
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

밸브(10)는 중공 원추형 밸브 시이트(24)를 가진 시이트 밸브(27) 및 반구형 폐쇄 부재(26)를 포함한다. 압력 매체 유입구(19)에 연결된 공급 홀(23)이 밸브 시이트(24)내로 중심으로 뻗는다. 시이트 밸브(27)를 개방시키는데 작용하는 자기 아마추어(30)가 폐쇄 부재(26)를 포함하는 태핏(25)에 맞물리고, 상기 자기 아마추어는 플랫 아마추어-원리에 따라 폴 코어(42)와 상호 작용한다. 폴 코어(42)와 자기 아마추어(30) 사이에, 시이트 밸브(27)를 폐쇄시키는 작용을 하는 초기 응력을 받은 복귀 스프링(39)이 배치된다.
밸브(10)는 비례 밸브로서 작동하는데, 그 이유는 시이트 밸브(27) 및 태핏(25)의 적합한 디자인 외에도, 자기력은 무단으로 변경될 수 있고, 유압력과 함께 밸브 개방 행정의 증가에 따라 단조 상승 곡선을 가지는 반면, 마찬가지로 밸브 개방 행정의 증가에 따라 단조 상승 곡선을 가진 스프링력은 자기- 및 유압력 곡선의 포지티브 기울기보다 더 큰 포지티브 기울기를 가지기 때문이다.

Description

특히 차량의 유압 브레이킹 시스템용 전자기 작동식 밸브 {Electromagnetically actuated valve, especially for hydraulic braking systems in motor vehicles}
DE 41 34 490 A1 에 비례 압력 조절 밸브로서 형성된 밸브가 이미 공지되어 있다. 양호한 조절 특성의 달성을 위해, 전류 없이 폐쇄되는 시이트 밸브에 설치된 공지된 압력 조절 밸브가 솔레노이드 플런저-원리에 따라 설계되고, 즉 폴 코어는 전면측에 공동부를 가지고, 상기 공동부 내에는 실질적으로 폴 코어를 둘러싸는 전기 권선에 공급된 전류에 따른 원통형 자기 아마추어가 다소 깊이 침지되어 있다. 이 경우 자기 아마추어에 작용하는 유압력의 자기력은 시이트 밸브의 개방의 의미에서 지지되는 반면, 복귀 스프링의 힘은 이러한 힘을 저지한다.
그러나 공지된 밸브는 솔레노이드 플런저-원리가 폴 코어 및 자기 아마추어의 구조적인 형상에서 상승된 비용을 요구한다는 단점을 가진다. 특히 작은 추가 공기 갭을 얻기 위해, 자기 아마추어와 폴 코어 사이에 작은 방사 방향 공차가 요구된다. 이것은 다시 작은 가이드 갭을 가진 자기 아마추어의 복잡한 가이드를 조건으로 하는데, 그 이유는 자기 아마추어 상의 횡력이 기능 장애를 야기할 수 있기 때문이다. 따라서 공지된 밸브는 제조시 비용이 많이 든다.
또한 DE 196 04 317 A1 에는 솔레노이드 플런저-원리에 따라 작동하는, 전자기 작동식 밸브가 공지되어 있고, 상기 밸브는 전류 없이 개방되는 시이트 밸브를 포함한다. 상기 공지된 밸브가 2 상태- 밸브(개방-, 폐쇄 밸브)와 같이 설계되는데도 불구하고, 복귀 스프링의 힘 및 유압력을 저지하는 자기력의 제어에 의해, 비례 밸브와 같이, 그러나 비례 밸브의 비싼 구조는 가지지 않으면서, 작은 행정시 임의의 다수의 중간 상태로 전환될 수 있다. 이를 위해 실질적으로 시이트 밸브의 디자인 및 자력선과 복귀 스프링의 매칭이 기여한다.
본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에 따른 전자기 작동식 밸브에 관한 것이다.
본 발명의 실시예는 도면에 간단하게 도시되고, 하기의 설명부에서 자세히 설명된다.
도 1은 시이트 밸브를 포함한 전자기 작동식 밸브의 종단면도이고,
도 2는 전류가 공급되지 않은 폐쇄 상태에 있는, 도 1에 비해 확대된 척도의 시이트 밸브이고,
도 3은 밸브 내에서 밸브 개방 행정을 통해 작용하는 힘의 다이어그램을 도시한다.
청구항 제 1항의 특징을 가진 본 발명에 따른 전자기 작동식 밸브는 서두에 언급된 비례 밸브와는 달리, 플랫 아마추어를 포함한 2 상태-밸브의 간단한 구조를 가지는 장점을 가지지만, 비례 밸브와 같은 특성을 갖는다. 플랫 아마추어에서 자기 회로의 특성 곡선이 실질적으로 서로를 향한, 폴 코어와 자기 아마추어의 평탄한 전면 사이의 작동 공기 갭에서 연장되기 때문에, 이러한 구조에서 방사 방향 공차는 영향을 적게 미친다. 또한 시이트 밸브- 및 태핏 영역의 설계는 압력 조절 밸브로서 작동하는 본 발명에 따른 밸브의 안정된 조절 특성에 기여한다 : 압력 매체 유입 측에 제공된 압력은 시이트 밸브의 개방을 위한 자기력을 지지한다. 밸브 시이트로부터 배출된 압력 매체는 폐쇄 부재 및 태핏을 따라 난류 없이 자기 아마추어에 대해 조종되고, 개방 작용을 실행한다. 압력 매체 유입구와 압력 매체 배출구 사이의 감소하는 압력 차에 의해 상기 힘 작용이 감소되고, 상기 밸브는 흐름에 따라 세팅된 압력이 배출구에서 달성될 경우, 시이트 밸브의 안정된 폐쇄 상태에 도달된다. 이러한 조절 과정은 다수의 사용 목적을 위해 충분한 다이나믹 및 조절 품질로 이루어진다.
본 발명에 따른 밸브의 바람직한 실시예는 청구항 제 2항에 제시된다.
도 1에 도시된, 예컨대 DE 195 46 647 A1 에 따른 파워 브레이크 시스템과 같은 차량의 유압 브레이킹 시스템용 전자기 작동식 밸브(10)는 실질적으로 2 개의 모듈로 이루어진다 : 밸브 블록(12)의 단 보어(11) 내에 고정된 유압 부분(13)과 상기 유압 부분 상에 설치된 전기 부분(14)으로 이루어진다.
밸브(10)의 유압 부분(13)은 종방향으로 관통되는 밸브 바디(16)를 포함하고, 상기 밸브 바디는 아마추어 가이드 슬리브(17)에 연결된다. 밸브 바디(16) 및아마추어 가이드 슬리브(17)는 제 1 밀폐 연결부(18)에 의해 밸브 블록(12)의 단 보어(11)에 고정된다. 밸브 바디(16)는 밸브(10)의 압력 매체 유입구(19)를 포함하고, 상기 유입구는 단 보어(11)의 보어 베이스에 연결된 압력 매체용 공급 채널(20)에 연결된다. 압력 매체 유입구(19)와 공급 채널(20) 사이에서 필터 플레이트(21)가 단 보어(11) 내에 수용된다.
보어 베이스 반대편 영역에서 밸브 바디(16)에 공급 홀(23)이 제공되고, 상기 공급 홀은 중공 원추형 밸브 시이트(24)로 이어진다. 밸브 시이트(24)에는 태핏(25)에 형성된 반구형 폐쇄 부재(26)가 할당된다. 밸브 시이트(24)와 폐쇄 부재(26)는, 하기에서 도 2에 의해 더 자세히 기술될 시이트 밸브(27)를 형성한다.
아마추어 가이드 슬리브(17)에서 밸브 바디(16)에 밸브 챔버(29)가 연결되고, 상기 밸브 챔버(29) 내에는 자기 아마추어(30)가 종방향으로 이동하도록 가이드된다. 자기 아마추어(30)는 실질적으로 방사 방향으로 연장된 전면(31 및 32)을 가진 직선 원주 형상을 가진다. 밸브 바디(16)로 향한 전면으로부터 태핏(25)이 확대되고, 상기 태핏은 페그(33)에 의해 자기 아마추어(20)내로 가압된다. 밸브 바디(16)와 자기 아마추어(30) 사이에 놓인 밸브 챔버(29)의 부분은 아마추어 가이드 슬리브(17)의 개구(34)를 통해, 밸브(10)의 압력 매체 배출구(55) 및 추가로 단 보어(11) 내로 이어지는, 밸브 블록(12)의 유출 채널(36)에 연결된다. 태핏(25) 외에, 밸브 바디(16)와 자기 아마추어(30) 사이에 놓인 밸브 챔버(29)의 부분도 조립품을 갖지 않는다.
자기 아마추어(30)는 아마추어 가이드 슬리브(17)에 대한 상대적으로 큰 방사 방향 갭을 가진다. 전체 길이에 걸쳐 연장된 2 개의 종방향 그루우브(38)가 상기 자기 아마추어에 제공된다. 자기 아마추어(30) 내에서 밸브 바디(16)의 반대 방향에 있는 전면(32)의 영역에 나선형 압축 스프링 형태의 복귀 스프링(39)이 수용된다. 상기 복귀 스프링은 상대적으로 높은 강성을 가지고, 초기 응력에 의해 잔류 공기 갭 플레이트(40)에 맞물리며, 상기 잔류 공기 갭 플레이트는 방사 방향으로 연장된, 폴 코어(42)의 전면(41)에 지지된다. 폴 코어(42)의 길이의 일부분이 아마추어 가이드 슬리브(17)내로 삽입되고, 상기 폴 코어는 상기 가이드 슬리브에 압력 매체 밀봉 방식으로 연결된다. 자기 아마추어(30)의 전면(32)과 잔류 공기 갭 플레이트(40) 사이에 밸브(10)의 개방 행정을 결정하는 작동 공기 갭(43)이 위치한다.
밸브 블록(12)의 단 보어(11)에서 아마추어 가이드 슬리브(17)의 외부면에, 압력 매체 배출구(35)와 유출 채널(36) 사이에 배치된 필터 슬리브(45)가 수용된다. 상기 필터 슬리브 다음에, 단 보어(11)의 배출구 방향으로 밀봉 링(46), 플레이트(47) 및 부시(48)가 이어지고, 상기 부시는 제 2 밀폐 연결부(49)에 의해 밸브 블록(12)의 단 보어(11) 내에 고정된다.
밸브의 유압 부분(13)에 배치된 전기 부분(14)은 링 플레이트(51)를 가진 하우징(50)에 의해 둘러싸인, 전기 권선(53)을 가진 코일(52)을 포함한다. 하우징(50)이 방사 방향으로 내부에서 폴 코어(42)에 연결되는 반면, 링 플레이트(51)는 부시(48)에 대한 연결부를 형성한다.
자기 아마추어(30), 폴 코어(42), 부시(48), 하우징(50) 및 링 플레이트(51)는 자기 도전 재료로 이루어지는 반면, 아마추어 가이드 슬리브(17) 및 잔류 공기 갭 플레이트(40)는 자기 비도전적이다. 전류가 공급된 전기 권선(53)에서 발생된 자기 회로는 폴 코어(42), 잔류 공기 갭 플레이트(40), 자기 아마추어(30), 아마추어 가이드 슬리브(17), 링 플레이트(51) 및 전기 부분(14)의 하우징에 걸쳐 연장한다. 이 경우 자기 아마추어(30)와 폴 코어(42)는 플랫 아마추어 원리에 따라 상호 작용한다.
압력 조절 밸브인 밸브(10)의 기능에 있어서 중요한 시이트 밸브(27)의 영역은, 도 2에 의해 설명된 하기의 구조적 특징을 가진다:
중공 원추형 밸브 시이트(24)는 최대 75°인 원추각(α)을 가진다. 밸브 시이트(24)는 밸브 바디(16)의 평탄한 공동부(55)에 의해 밸브 챔버(29)에 대해 예리한 에지로 제한된다. 반구형 폐쇄 부재(26)의 반지름(R1)은, 공급 홀(23)의 직경(D1)이 거의 시이트 밸브(27)의 밀봉 직경(D2)에 상응하도록 밸브 시이트(24)에 매칭된다. 폐쇄 부재(26) 다음에 태핏(25)의 상대적으로 짧은 원통형 섹션(56)이 이어진다. 원통형 섹션(56)은 폐쇄 부재(26)의 반지름(R1)의 2 배에 상응하는 직경(D3)을 갖는다. 태핏(25)의 원추형 섹션(57)이 자기 아마추어(30)로 향해 단 없이 원통형 섹션(56)에 연결된다. 상기 원추형 섹션은 대략 35°의 원추각(β)을 가지고, 반지름(R2)을 포함한 둥근 전이부를 가진 자기 아마추어(30)의 전면(31) 내로 단 없이 이어진다.
상기 언급된 파워 브레이크 시스템에서 밸브(10)를 사용할 경우 고압 펌프또는 압력 매체 저장기에 의해 제공된 압력(P1)이 공급 홀(23)에 제공된다. 밸브 챔버(29)에 값(0 과 P1) 사이의 압력(P2)이 제공될 수 있다.
전자기 작동식 밸브(10)는 하기의 작동 방식을 가진다:
전기 권선(53)의 흐르지 않는 상태로부터 출발함으로써, 시이트 밸브(27)는 그의 폐쇄 상태(도 1 및 2에 도시된 바와 같이)를 취한다. 시이트 밸브(27)의 공급측에는 상대적으로 높은 압력(P1)이 제공되고, 유출측에는 매우 낮은 압력(P2)이 제공된다. 초기 응력을 받은 복귀 스프링(39)은 힘(f)을 자기 아마추어(30)와 태핏(25)에 가하고, 상기 힘은 시이트 밸브(27)를 압력(P1)의 허용되는 최대 값까지 폐쇄 상태에 유지시킨다. 밸브(10) 에서 밸브 개방 행정(H)을 통해 작용하는 힘(F), 즉 스프링력(FF), 자기력(FM) 및 유압력(FP)의 곡선을 재현하는 도 3의 다이어그램에서 상기 스프링(39)의 초기 응력(f)은 행정이 0인 Y 축에 제공된다. 다이어그램에서 복귀 스프링(39)에 의해 야기된 스프링력(FF)의 곡선은 직선으로서 제공되고, 상기 직선은 밸브 개방 행정(H)의 증가에 따라 단조 상승 곡선을 가진다. 스프링력-특성 곡선의 상대적으로 큰 기울기에 있어서 복귀 스프링(39)의 높은 강성이 중요하다. 제 2 특성 곡선은 전류(I)가 일정하고, 압력(P1과 P2) 사이의 압력차(δP)가 일정할 경우 부가적으로 서로 연결된 자기력(FM)과 유압력(FP)의 곡선을 재현한다. 특성 곡선(FM+ FP)은 밸브 개방 행정(H)의 증가에 따라 단조 상승 곡선을 가지지만, 그의 기울기는 특성 곡선(FF)의 기울기보다는 작다. 이러한 특성 곡선(FM+ FP)의 상대적으로 평탄한 곡선은 실질적으로 자기 회로의 설계에 의해 달성되고, 더 정확하게 말하자면 상대적으로 큰 작동 공기 갭(43) 및 상대적으로 두꺼운 잔류 공기 플레이트(40)에 의해 얻어진다. 또한 태핏(25) 및 자기 아마추어(30)에 대한 유압(FP)의 영향은 밀봉 직경(D2)이 상대적으로 작고, 자기 아마추어(30)의 모든 측면에 압력 매체가 흐름으로써 작게 유지된다. 2 개의 특성 곡선의 교차점에 밸브(10)의 동작점(AP)이 제공되고, 상기 동작점에서 시이트 밸브(27)는 작동 행정(h)을 취한다. 코일(52)의 전기 권선(53)에 인가된 전류(I)의 변경에 의해 특성 곡선(FM+ FP)이 다이어그램에서 이동 가능하고, 그에 따라 동작점(AP)은 다른 행정(h)으로 세팅될 수 있다.
코일(52)의 전기 권선(53)에 전류가 공급될 경우, 자기력(FM)은 개방시키는 의미로 자기 아마추어(30)에 작용한다. 차이 압력(P1-P2)에 의해 제공된 유압력(FP)도 태핏(25)에 개방시키도록 작용한다. 이와는 달리 폐쇄시키는 작용을 하는 복귀 스프링(30)의 힘(FF)은 전류(I)가 충분히 높을 경우 극복되고, 시이트 밸브(27)를 개방시킨다. 압력 매체는 밸브(10)의 압력 매체 유입구(19)로부터 압력 매체 배출구(35)까지 흐른다. 이 경우 압력 매체는 태핏(25)을 따라 태핏 및 자기 아마추어(30)의 전면(31)까지 흘러, 상기 태핏을 개방시키는 작용을 한다. 밸브 챔버(29) 내의 상승 압력(P2)에 의해 자기 아마추어(30)에서는 압력 불균형이 발생하고, 상기 압력 불균형은 개방 작용을 하는 유압력(FP)을 감소시킨다. 전류(I)에 할당된 유출측 압력(P2)이 달성될 경우, 복귀 스프링(30)에 의해 제공된 스프링력(FF)은 시이트 밸브(27)를 폐쇄 상태로 전환시킨다. 밸브(10)의 설계로 인해 유출측 압력(P2)이 전기 권선(53)에 제공된 전류(I)에 비례한다.
전자기 작동식 밸브(10)는 방해가 적을 경우 자동 안정화된다:
자기력(FM), 유압력(F)과 스프링력(FF) 사이의 힘 균형이 제공되면, 밸브(10)의 동작점(AP)이 취해진다. 예컨대 유압력(FP)의 변동에 의해 야기되는 상기 힘 균형의 방해는 동작점(AP)의 단시간 이동만을 야기한다 : 따라서 유압력(FP)의 확대에 의해 밸브 개방 행정(H)의 확대가 일어남으로써, 동시에 스프링력(FF)이 상승한다. 더 정확하게 말하자면 이것이 우선 스프링력 특성 곡선(FF) 상의 동작점(AP)의 변위를 야기하지만, 상기 변위는 스프링력(FF)에 의해 자기 아마추어(30)가 작동 행정(h)으로 복귀됨으로써 유압 방해의 중지 이후에 보상된다.
밸브(10)는 전류가 공급되지 않은 상태에서도 압력 제한 밸브로서 사용될 수 있다:
복귀 스프링(39)의 초기 응력(f) 보다 작은, 개방 작용을 하는 유압력(FP)을 야기하는, 압력 매체 유입구(19)에 제공된 압력(P1)에서, 시이트 밸브(27)는 폐쇄 상태를 유지한다. 이와는 달리 더 높은 압력에서 복귀 스프링(39)의 초기 응력(f)이 극복되면, 시이트 밸브(27)가 개방되고, 압력 매체는 밸브(10)의 압력 매체 유입구(19)로부터 압력 매체 배출구(35) 까지 압력이 제한되어 흘러갈 수 있다.

Claims (2)

  1. - 전류 없이 폐쇄되는 시이트 밸브(27)가 압력 매체 유입구(19)와 압력 매체 배출구(35) 사이에 제공되고,
    - 상기 시이트 밸브(27)가 중공 원추형 밸브 시이트(24) 및 태핏(25)에 형성된, 반구형 폐쇄 부재(26)를 포함하고,
    - 상기 압력 매체 유입구(19)에 연결된 공급 홀(23)이 상기 밸브 시이트(24)내로 중심으로 뻗고,
    - 상기 시이트 밸브(27)를 개방시키는 작용을 하는 자기 아마추어(30)가 상기 태핏(25)에 맞물리고, 상기 자기 아마추어에는 태핏의 반대편에 폴 코어(42)가 할당되고,
    - 상기 자기 아마추어(30)에는 상기 시이트 밸브(27)를 폐쇄시키는 작용을 하는, 초기 응력을 받은 복귀 스프링(39)이 지지되는,
    특히 차량의 유압 브레이킹 시스템용 전자기 작동식 밸브(10)에 있어서,
    - 상기 공급 홀(23)의 직경(D1)이 상기 시이트 밸브(27)의 밀봉 직경(D2)에 거의 상응하고,
    - 상기 밸브 시이트(24)의 원추각(α)이 최대 75°이고,
    - 상기 밸브 시이트(24)로부터 배출된 압력 매체는 단 없이 상기 태핏(25)을 따라, 태핏(25)과 자기 아마추어(30) 사이의 둥근 전이부를 가진 방사 방향으로 연장된, 충분히 평탄한 자기 아마추어(30)의 전면(31)까지 안내될 수 있고,
    - 상기 자기 아마추어(30)와 상기 폴 코어(42)는 플랫 아마추어-원리에 따라 상호 작용하고,
    - 상기 밸브(10)의 자기 회로는, 상기 자기 아마추어(30)에 가해지며, 상기 폐쇄 부재(26)로 전달되는 자기력(FM)이 단 없이 변경될 수 있도록 형성되고, 상기 자기력의 곡선은 밸브 개방 행정(H)의 증가에 따라, 압력 매체에 의해 야기된, 폐쇄 부재(26) 및 자기 아마추어(30)에 작용하는 유압력(FP)과 함께 단조 상승하고,
    - 상기 복귀 스프링(39)에 의해 야기된 폐쇄 부재(26)에서의 힘(FF)은, 상기 힘이 밸브 개방 행정(H)의 증가에 따라 단조 상승하는 곡선을 가지는 방식으로 매칭되고, 상기 곡선의 포지티브 기울기가 자기- 및 유압력 곡선의 포지티브 기울기보다 큰 것을 특징으로 하는 밸브.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 반구형 폐쇄 부재(26)가 단 없이 태핏(25)의 원통형 섹션(56)에 일체형으로 형성되고, 밸브 시이트의 반대편으로 상기 원통형 섹션에 작은 원뿔형을 가진 태핏(25)의 원추형 섹션(57)이 단 없이 이어지고, 상기 원추형 섹션에 전이 반지름(R2)으로 태핏(25) 및/또는 자기 아마추어(30)의 방사 방향으로 연장된 전면(31)이 연결되는 것을 특징으로 하는 밸브.
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