KR20020084820A - 압력 제어 밸브 조립체 및 압력 제어 밸브의 작동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 솔레노이드 작동 압력 편위 스풀 밸브는 압력 입구 포트와, 제어 신호 포트로 개구된 밸브 챕버 사이의 유동을 제어한다. 스풀은 또한 밸브 챔버로부터 배기 포트까지의 추출 유동을 제어한다. 솔레노이드 전기자는 스풀과의 단부대 단부 접촉을 위해 편위된 작동 로드에 연결된다. 조정 나사는 전극 부분에 제공되며, 배기 포트가 최대 코일 전류에서 완전 개방되고 그리고 스풀상의 압력 편위가 제로로 되는 경우에 전기자 및 작동 로드 이동을 제한하도록 교정시에 조정된다. 에너지 제거시에, 작동 로드 및 스풀의 충격 접촉이 발생되지 않으며, 그에 따라 압력 변이가 제거된다.

Description

압력 제어 밸브 조립체 및 압력 제어 밸브의 작동 방법{ELECTRICALLY OPERATED PRESSURE CONTROL VALVE}

본 발명은 제어될 시스템을 위해 섬프 또는 펌프 리턴에 전형적으로 연결된 배기 포트로 유체를 추출함으로써 가압된 유체, 특히 유압 유체의 공급원으로부터 제어 출구로의 압력 신호를 제어하는 형태의 제어 밸브에 관한 것이다. 이러한 형태의 밸브는 유압식으로 보조된 동력 조정 시스템을 위한 유체의 압력을 제어하고, 또한 자동차 전동장치에서 시프팅 액추에이터를 제어하기 위해 자동차에 적용해 광범위하게 사용되고 있다.

전형적으로, 이러한 밸브는 전자석 솔레노이드에 의해 작동되는 형태의 스풀이며, 상기 솔레노이드의 이동가능한 전기자는 스풀의 소망의 운동이 가압된 입구로부터 제어 신호 출구 포트에 연결된 밸브 챔버로의 유동을 제어하고, 또한 밸브 챔버로부터 배기 또는 섬프 리턴 출구 포트로의 유동을 제어하도록 작동식으로 연결된다.

상술한 형태의 솔레노이드 작동 스풀 밸브는 압력 평형 스풀이나, 스풀상에 작동하는 압력 힘이 스풀을 일정 방향으로 이동시키는 소망의 상대적으로 약한 편위 힘을 생성하여 제어 신호 출구 포트로의 압력을 감소시키도록 배열된 스풀을 구비하고 있다. 이러한 압력 힘 편위 솔레노이드 작동 스풀 밸브에 있어서, 밸브 챔버내의 압력이 거의 제로에 근접하는 경우 밸브가 고압 입구 포트로부터 밸브 챔버까지의 유동을 감소시키며 이에 의해 배기 포트가 개방될 때, 밸브 스풀상의 압력편위 힘은 또한 제로로 되는 경향이 있다. 특정 설계에 있어서, 압력 편위 힘은 스풀 및 액추에이터가 전기자와 접촉되어 유지되게 하여 전기 에너지에 반응하는 스풀의 운동을 정확한 제어를 보장한다.

그러나, 솔레노이드 에너지는 증가되고, 스풀은 제어 신호 출구에서의 압력을 감소시키고 배기 포트를 개방시키는 위치로 이동되며, 스풀상의 편위 힘은 전기자가 그 이동을 계속할지라도 스풀 정지부의 이동을 정지시키는 경향이 있다. 솔레노이드의 에너지가 증가될 경우, 전기자는 스풀 및 그 작동 부재로부터 멀리 이동될 수 있고, 그에 따라 전기자와 스풀 사이에 틈새를 형성한다. 에너지 제거시에, 전기자와 스풀 사이에 상대 속도가 발생되며, 전기자는 모멘트를 증가시키고, 충격을 가진 스풀과 접촉하게 되어 제어할 유압 시스템내에 변이 또는 교란을 발생한다.

따라서, 압력 제어 포트 및 밸브 챔버내의 압력이 배기 포트의 개방시에 제로로 되는 경향이 있을 때 솔레노이드 작동 스풀형 압력 제어 밸브내에 틈새가 형성되는 것을 방지하고 스풀상의 압력 힘 편위가 제거되게 하는 방법 또는 수단을 제공하는 것이 필요하다. 또한, 제로 제어 압력에서 스풀상의 전기자 충격으로 인한 교란이 제어할 시스템에 가해지지 않는 솔레노이드 작동 압력 제어 밸브를 제공하는 것이 필요하다. 또한, 조립 및 교정이 용이하며 제조 비용이 상대적으로 저렴한 밸브를 제공하는 것이 필요하다. 특히 자동차에 적용하기 위해 저전압, 저전류 에너지에 적당한 솔레노이드 작동 압력 제어 밸브를 제공하는 것이 필요하다.

도 3을 참조하면, 코일 에너지 전류의 함수로서 제어 신호 출구 포트압력(P2)의 그래프는 종래 기술의 밸브에 대해서 도시한 것이며, 여기에서 압력(P2)은 솔레노이드 코일 전류의 높은 레벨에서 제로에 근접한다. 도 3에 도시된 종래 기술의 밸브 그래프에 있어서, 최대 레벨의 에너지로부터 전류를 감소시키는 경우에, 제어 압력(P2)의 상당한 교란 또는 진동이 제로 전류 레벨의 근방에서 압력 편위에 의해 나타난다.

본 발명은 유체의 가압된 공급원에 연결된 밸브 챔버로부터 제어될 유압 시스템에 연결하기에 적합한 신호 출구 또는 제어 포트까지 소망 압력의 유동을 제어하기 위한 솔레노이드 작동 스풀형 압력 제어 밸브를 제공하며, 또한 밸브 챔버는 배기 출구 포트에 연결되며, 상기 출구 포트를 통한 유동은 섬프 또는 펌프 리턴으로 배출하기 위해 스풀에 제어된다.

본 발명의 밸브는 입구 포트로부터 밸브 챔버까지의 유동을 제어하기 위한 제 1 환형 밸브 랜드를 구비한 밸브 스풀을 포함하며, 제 2 랜드는 밸브 챔버로부터 배기까지의 유동을 제어하며, 제어 압력 신호 출구 포트는 밸브 챔버에 연속적으로 연결된다. 스풀은 밸브 챔버에 노출된 보다 큰 환형 영역을 제공하기 위해 제 1 랜드보다 큰 대경으로 형성된 배기 포트를 위한 제 2 밸브 랜드를 구비하며, 밸브 챔버내의 압력 힘은 배기 포트를 개방시키는 방향으로 스풀상에 편위를 제공한다. 솔레노이드 전기자에는 스풀의 단부와 접촉하는 작동 로드가 연결되어 있으며, 전기자 및 작동 로드는 배기 포트를 폐쇄하고 입구 포트를 개방시켜서 제어 압력 챔버 및 제어 신호 출구 포트에 최대 압력을 제공하는 방향으로 스풀을 이동시키도록 편위된 스프링이다. 에너지를 가할시에, 전기자는, 전극 부분을 가진 작동 갭을 폐쇄하는 방향으로 당겨지며, 유압 편위가 입구 포트를 폐쇄하고 배기 포트를 개방시키는 방향으로 스풀을 이동시키게 한다. 솔레노이드 및 작동 로드의 최대 이동이 전극 부분내에 제공된 조정가능한 정지부에 의해 제한되어, 배기 포트가 완전히 개방된 경우에 스풀상의 유압 편위가 제로에 도달하므로 전기자가 작동 공기 갭을 완전히 폐쇄하는 것을 방지하고 그리고 스풀로부터 멀리 이동되는 것을 방지한다.

도 1은 스풀 및 전기자의 대칭축을 통해 취한 본 발명의 밸브 조립체의 단면도,

도 2는 코일 에너지 전류의 함수로서 제어 신호 출구 압력(P2)의 그래프,

도 3은 공지된 종래 기술의 밸브의 그래프로서 도 2와 유사한 그래프.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 밸브 조립체12 : 밸브 본체

14 : 밸브 챔버24 : 입구 포트

30 : 밸브 스풀44 : 코일

52 : 환형 전기자62 : 배기 포트

64 : 공기 갭70 : 스프링

72 : 핀

도 1을 참조하면, 본 발명의 밸브 조립체는 참조부호(10)로 일괄 표시되어 있고, 밸브 챔버(14)를 그 내부에 규정하는 밸브 본체(12)를 포함하며, 상기 밸브 챔버(14)는 그 상부 단부에서 제 1 밸브 보어(16)와 연통되고, 그 하부 단부에서 제 2 밸브 보어(18)와 연통된다. 밸브 본체(12)는 강제 끼워맞춤, 용접, 접착제 접착 또는 나사 체결과 같은 모든 적당한 수단에 의해서 본체(12)의 상부 단부에 부착된 환형 플럭스 수집기 또는 전극 세그먼트(20)를 포함하는 상부 부분을 구비한다.

밸브 본체(12)는 그 내부에 형성되며 밸브 챔버(14)와 연통되는 적어도 하나의, 바람직하게 다수의 제어 압력 출구 포트(22)를 구비한다. 다수의 입구 포트(24)는 본체(12)내에서 포트(22)로부터 축방향으로 이격된 배열로 배치되어 있으며, 포트(24)는 예를 들면 유압 펌프와 같은 가압 유체 공급원에 연결되기에 적합하다. 도 1에 도시된 바와 같이, 포트(24)는 바람직하게 그 일 측면에 체결 노치(26)가 형성되어, 포트가 후술하는 바와 같이 폐쇄될 때 감소된 압력 감응성을 제공한다. 제 3 세트의 포트(28)는 입구 포트(24)로부터 밸브 챔버(14)의 대향 측면상에 축방향으로 이격된 배열로 배치되며, 포트(28)는 펌프 입구(도시하지 않음)에 연결되기에 적합하며, 그에 따라 배기 포트로서 고려된다.

밸브 스풀(30)은 밸브 챔버(14)내에 활주식으로 배치되며, 이 스풀은 유체 누설을 제한하기 위해 정밀한 활주 맞물림으로 보어(16)에 밀폐식으로 끼워맞춰지는 것으로 그 위에 형성된 상부 환형 밸브 랜드 또는 표면(32)과, 보어(18)와의 사이에서의 유체 누설을 최소화하는 방식으로 정밀한 활주 맞물림으로 보어(18)에 또한 밀폐식으로 끼워맞춰지는 것으로 그 위에 형성된 하부 입구 밸브 랜드(34)를 구비한다.

밸브 랜드(34, 32)는 랜드(32)가 배기 포트(28)를 커버하고 그리고 입구 랜드(34)가 입구 포트(24)를 커버하기에 적당한 축방향 길이로 되어 있다는 것을 이해할 수 있다. 랜드(32)의 하부 환형 축방향 면(36)은 축방향으로의 상대적인 제한 운동에 의해 포트(28)를 개방 및 폐쇄하기 위해 스풀(30)상에 축방향으로 위치된다. 유사하게, 랜드(34)의 상부 측방향 면(38)은 노치(26)를 포함하는 입구 포트(24)의 개방 및 폐쇄를 실행하도록 배치된다.

본 발명을 자동차에 적용하는 경우에 130 내지 제로 PSIG(900 내지 제로 kPa) 범위의 저압 제어를 제공한다. 후술하는 바와 같이 전기 액추에이터의 최대전류 에너지를 위해서 0.014인치 내지 0.017인치(0.35㎜ 내지 0.43㎜)의 범위에서 축방향으로 전체 행정 운동을 갖는 것이 만족스러운 것으로 발견되었다. 그러나, 본 발명은 상술한 압력 범위 및 행정 배열로 제한되지 않으며, 밸브 이용되는 유체 발전 적용의 필요성에 따라서 다른 밸브가 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있다.

플럭스 수집기(20)는 코일 보빈(40)의 일 단부가 그 위에 수납되어 있고, 상기 코일 보빈(40)은 하부 플럭스 수집기(20)로부터 상방으로 연장되는 환형 허브(43)와 일치된다. 보빈(40)은 그 위에 권취되는 코일(44)을 구비하며, 그 단부(도시하지 않음)는 본 기술 분야에 공지된 방법으로 이에 외부 전기 접속을 위해서 코일의 외측으로 연장된다.

외부 케이싱 또는 쉘(42)은 코일(44)상에 수납되며, 상기 쉘(42)의 하부 단부는 플럭스 수집기(20)상에 장착되고, 환형 숄더(46)상에 일치되며, 강제 끼워맞춤, 접착, 크림핑 또는 적당한 접착제와 같은 모든 적당한 수단에 의해서 그 위에 유지된다. 케이싱(42)은 코일(44)을 중심으로 플럭스 루프를 완성하기 위해서 자기적으로 투과성의 재료로 형성된다.

플럭스 수집기(20)는 활주 배열로 작동 로드 또는 작동 부재(50)의 일 단부가 그 내부에 수납된 하부 베어링(48)을 구비한다. 부재(50)의 하부 단부는 스풀(30)의 상부 단부에 접촉한다. 작동 로드는 그 위에 부착된 환형 전기자(52)를 구비하며, 작동 로드(50)의 상부 단부는 전기자를 통해 그리고 제 2 베어링(54)을 통해 연장되며, 상기 제 2 베어링(54)은 케이싱(42)의 하부 단부를 플럭스 수집기(20)에 연결하는 것과 유사한 방법으로 케이싱(42)의 상부 단부에 부착된 상부전극 부분(56)에 제공된다.

스풀(30)의 하부 단부는 이를 향해 지지되는 스프링(58)의 상부 단부를 구비하며, 스프링(58)의 하부 단부는 본체(12)의 하부 단부에 고정된 적당한 플러그에 의해서 보어(18)내에 유지된다. 배기 포트(62)는 스풀의 하부 단부를 대기압 또는 주변압으로 배기시키기 위해서 플러그(60)를 통해 형성된다.

전기자(52)의 상부 단부는 상부 전극 부분(56)과 환형, 바람직하게 원뿔형으로 테이퍼진 작동 공기 갭(64)을 형성한다. 캡 또는 플러그(66)는 전극 부분(56)의 상부 단부에 나사식으로 수납되며, 플러그(66)는 그 하부 단부에 형성된 리세스(68)를 구비하며, 상기 리세스(68)는 작동 부재(50)의 상부 단부상에 제공된 부싱(71)에 대해서 일치하는 스프링(70)이 그 내부에 수납된다. 조절 핀(72)은 그 내부를 외부 조정하기 위해서 플러그(66)내에 나사식으로 결합되며, 핀(72)은 플러그(66)를 통해 하방으로 연장되고, 핀의 하부 단부는 로드(50)의 상부 단부에 접촉하도록 그리고 로드 및 전기자(52)의 상방 이동을 제한하기 위해서 조정가능하게 위치된다.

작동시에, 스풀은 랜드(32)의 하부 면과 랜드(34)의 상부 면 사이의 차등 영역상에서 작동하는 밸브 챔버(14) 및 제어 압력 출구 포트(22)내의 압력 힘에 의해 상방으로 편위되며, 스풀의 상부 단부는 작동 로드(50)의 하부 단부를 향해 일치된다.

에너지 제거 상태에서 코일(44)로 작동시에, 스프링(70)은 작동 로드(50) 및 전기자(52)를 스풀(30)을 향해 하방으로 유지 또는 밀어낸다. 코일에 에너지를 완전히 가한 상태에서, 즉 코일을 통해 최대 전류가 흐르는 상태에서, 전기자는 상방으로 흡인되어, 로드(50)의 상부 단부가 핀(72)의 하부 단부를 향해 일치될 때까지 공기 갭(64)을 최소화한다. 핀(72)은 공기 갭(64)이 완전히 폐쇄되는 것을 방지하기 위해 교정 동안에 조정되며, 그에 따라 전기자의 추가 이동을 방지하며, 로드(50)의 하부 단부가 스풀(30)의 상부 단부로부터 멀리 이동되는 것을 방지한다.

도 2를 참조하면, 코일(44)내의 최대 전류에서 챔버(14)내의 압력과 출구 포트(22)내의 제어 압력(P2)이 제로로 되는 것을 그래프로 도시한 것이다. 챔버(14)내의 압력이 제로로 된 이러한 상태에서, 상방향으로의 스풀의 효율적인 유압 편위가 이뤄지지 않는다. 따라서, 핀(72)의 교정은 전기자 및 작동 로드가 전기자(52)상에서 작동하는 자기력에 의해 상방으로 더 당겨지는 것을 방지하며, 작동 로드의 하부 단부는 스풀 상부 단부와 접촉되어 유지된다. 도 2에 도시된 본 발명의 밸브용 압력 배치도는 도 3에 도시된 종래 기술에 대한 압력 도형에 도시된 제어 압력 챔버(14) 및 압력 출구 포트(22)내의 압력 변이가 없는 것을 나타내고 있다.

따라서, 본 발명은, 작동 로드와 스풀 사이의 틈새를 방지하기 위해서 최대 전류 에너지에서 전기자의 상방 이동을 방지하고, 에너지 제거 상태에서 스풀과 작동 로드의 충격 접촉과, 이러한 접촉에 의해 제어될 시스템으로 전달될 제어 압력 출구 포트에서의 변이를 제거하는 독특하고 새로운 솔레노이드 작동형 압력 제어 밸브를 제공한다.

본 발명을 도시된 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 변형 및 수정될수 있으며 하기의 특허청구범위에 의해서만 제한된다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 압력 제어 밸브에 의하면, 작동 로드와 스풀 사이의 틈새를 방지하도록 최대 전류 에너지에서 전기자의 상방 이동을 방지하고, 에너지 제거 상태에서 스풀과 작동 로드의 충격 접촉과, 이러한 접촉에 의해 제어될 시스템으로 전달될 제어 압력 출구 포트에서의 변이를 제거하는 효과가 있다.

Claims (12)

1. 전기적으로 작동되는 압력 제어 밸브 조립체에 있어서,

   ① 입구 포트, 제어 배기 포트 및 배기 포트를 규정하는 밸브 보어를 구비하는 밸브 본체로서, 상기 배기 포트는 상기 보어를 따라 이격된 관계로 그리고 보어와 연통되게 배치되는, 상기 밸브 본체와,

   ② 상기 보어내에 배치되며, 상기 입구 포트와 상기 제어 출구 포트 사이의 그리고 상기 제어 출구 포트와 상기 배기 포트 사이의 압력을 제어하기 위해서 내부에서 활주식으로 이동가능한 밸브 부재와,

   ③ 상기 제어 본체에 배치되며, 전극 부분으로 작동 공기 갭을 폐쇄하기 위해 코일의 전기 에너지에 반응하여 이동가능한 코일 및 전기자를 포함하는 솔레노이드 조작기와,

   ④ 상기 전기자와 함께 이동가능하며, 상기 이동을 실행하기 위해서 상기 밸브 부재에 접촉하는 작동 부재로서, 상기 전기자가 상기 공기 갭을 폐쇄할 때 상기 밸브 부재는 상기 배기 포트를 개방하고, 상기 제어 출구 포트 압력을 배기 압력으로 추출하는, 상기 작동 부재와,

   ⑤ 상기 전기자의 이동을 제한하고, 상기 제어 포트 압력이 상기 배기 포트 압력에 도달하는 경우 상기 작동 공기 갭의 폐쇄를 방지하도록 작동가능한 조정가능한 정지부를 포함하는

   압력 제어 밸브 조립체.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 작동 부재는 상기 전기자를 통해 수납된 길다란 부재를 포함하는

   압력 제어 밸브 조립체.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 전기자는 상기 작동 부재가 관통 수납되는 환형 구성을 갖는

   압력 제어 밸브 조립체.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 밸브 부재는 제 1 및 제 2 축방향으로 이격된 밸브 랜드를 그 위에 구비한 스풀을 포함하는

   압력 제어 밸브 조립체.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 조정가능한 정지부는 상기 전극 부분을 나사식으로 결합하는 부재를 포함하는

   압력 제어 밸브 조립체.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 조정가능한 정지부는, 상기 전극 부분과 나사식으로 결합되고 상기 작동 부재의 기단부에 접촉하는 길다란 부재를 포함하는

   압력 제어 밸브 조립체.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 전기자 및 상기 전극 부분은 상기 작동 공기 갭을 위한 원뿔형으로 테이퍼진 형상을 규정하는 상보적 표면을 그 위에 구비하는

   압력 제어 밸브 조립체.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 작동 부재는 한쌍의 축방향으로 이격된 베어링내에서 활주식으로 안내되는

   압력 제어 밸브 조립체.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 밸브 부재는 배기 출구 포트 유동을 제어하기 위한 환형 배기 밸브 랜드와, 그 위에 축방향으로 이격된 입구 포트 유동을 제어하기 위한 환형 입구 측정 랜드를 포함하는

   압력 제어 밸브 조립체.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 제어 밸브는 배기 출구 포트로의 유동을 제어하기 위한 환형 배기 밸브 랜드와 입구 포트 유동을 제어하기 위한 환형 입구 밸브 랜드를 포함하며, 상기 입구 밸브 랜드는 상기 배기 밸브 랜드보다 직경이 작으며, 이에 의해 배기 출구 포트를 개방하는 방향에서 유체 압력 편위 힘을 제공하는

    압력 제어 밸브 조립체.
11. 유체 압력 입구 포트, 제어 압력 출구 포트 및 배기 포트를 구비하는 형태의 솔레노이드 작동 압력 제어 밸브를 작동시키는 방법에 있어서,

    ① 상기 포트들과 연통되는 보어내에 밸브 스풀을 배치하는 단계와,

    ② 상기 스풀의 단부에 인접한 코일 및 이동가능한 전기자를 구비하는 솔레노이드를 배치하는 단계와,

    ③ 상기 전기자에 액추에이터 로드를 연결하고, 상기 스풀을 상기 액추에이터 로드로 제어하는 단계와,

    ④ 전극 부분을 상기 코일에 배치하고, 전기자와 작동 공기 갭을 형성하는 단계와,

    ⑤ 상기 작동 로드에 인접하게 조정가능한 정지부를 배치하고, 상기 작동 공기 갭의 폐쇄를 제한하기 위해 상기 액추에이터의 운동과, 상기 코일이 최대 전류로 에너지가 가해지는 경우 전기자의 운동의 제한을 조정하는 단계를 포함하는

    압력 제어 밸브의 작동 방법.
12. 제 11 항에 있어서,

    조정가능한 정지부를 배치하는 상기 단계가 상기 전극 부분내에 핀을 나사체결하는 단계를 포함하는

    압력 제어 밸브의 작동 방법.