KR20050046721A - 진동 댐퍼용의 제어 가능한 피스톤 밸브 및 플랩 밸브 - Google Patents

진동 댐퍼용의 제어 가능한 피스톤 밸브 및 플랩 밸브 Download PDF

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위르겐 피셔
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티유에이치에이치 테크놀러지 게엠베하
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Abstract

다음의 특징을 가진 피스톤 실린더 구조 내의 충격 흡수기용 제어 가능한 피스톤 밸브가 개시된다. 관통 흐름 영역을 제어하는 피스톤 밸브 부재는 차동 제어 피스톤에 의해 작동된다. 제어 피스톤의 대향하는 유효 표면은 실린더의 피스톤 챔버와 환형 챔버의 압력을 받는다. 제어 피스톤 및 피스톤 밸브 부재에는 유효 표면 중 큰 유효 표면에 대향하는 압력원의 압력이 더 가해지고, 압력원은 유체 저항과 유체 캐패시턴스의 조합에 의해 형성되며 피스톤 실린더 구조의 피스톤 챔버 또는 환형 챔버에 의해 공급된다.

Description

진동 댐퍼용의 제어 가능한 피스톤 밸브 및 플랩 밸브{CONTROLLABLE PISTON VALVE AND/OR FLAP VALVE FOR A VIBRATION DAMPER}
본 발명은 특허청구범위 제1항, 제2항 및 제5항에 따른, 제어 가능한 피스톤 및 제어 가능한 바닥 밸브에 관한 것이다.
이하, 본 명세서에서 피스톤 밸브라 함은, 피스톤 실린더 구조를 구비한 충격 흡수기의 피스톤의 밸브 장치 또는 피스톤 실린더 구조의 환형 챔버와 피스톤 챔버를 상호 연결하는 외부 밸브를 뜻하는 것이다.
특히 공지된 차량용 충격 흡수기는 댐핑 부재와 스프링 부재의 병렬 또는 직렬 배열로 구성된다. 피스톤 실린더 구조의 형태의 댐핑 부재 하에서, 일반적으로 1-튜브 및 이중 튜브 흡수기로 구분된다. 1-튜브 흡수기에서는, 밸브 장치가 피스톤 실린더 구조의 관통 흐름(throughflow) 통로의 양쪽 방향에서 유체를 제한하는 피스톤 실린더 구조의 피스톤에 제공되고, 피스톤 챔버에는, 충격 흡수기의 압력 사이클에서 압축되는 별개의 저장 공간이 위치된다. 이중 튜브 흡수기에서는, 저장 공간이 내부와 외부 챔버 사이의 중간 공간에 형성되고, 이 챔버들 사이의 연결이 소위 바닥 밸브를 통하여 형성된다. 예를 들면 바닥 밸브는, 저장부로의 댐핑 매체의 흐름을 제한하며, 예를 들면 풀링 사이클에서, 저장부로부터 피스톤 챔버로의 저저항 흐름과 피스톤 댐퍼 장치의 피스톤 내의 밸브 장치 내에서의 스로틀링 효과가 발생한다는 점에서, 압력 사이클에서 효율적이다. 바닥 밸브는 또한, 압력 사이클에서는 댐핑 매체가 바닥 밸브를 통해 외부 저장부로 압입되고, 풀링 사이클에서는 매체가 바닥 밸브를 통해 외부 저장부로부터 플런저 챔버로 역류하는 플런저 실린더 장치의 댐핑 부재에 사용된다. 플런저에도 불구하고, 피스톤이 사용될 수 있고, 실린더의 환형 챔버가 대기로 향해 개방된다.
차량에서, 충격 흡수기의 댐핑 작용은 특히 곡선을 따라 운전할 때 운전의 안락성과 안전성에 영향을 준다. 그러나, 두 가지 원하는 성질 사이에 상충되는 것이 있다. 충격 흡수기가 최대의 안전성을 도모하는 크기로 되면, 충격 흡수기가 유연성 없이 작동하기 때문에 안락성은 저하된다. 그러나, 안락성이 충족되면, 안전성은 유연한 댐핑 작용으로 인해 저하된다. 따라서, 안전성과 운전의 안락성의 관점에서 절충이 이루어지도록 특성 곡선을 선택하는 것이 설계자의 임무이다.
관통 흐름 영역이 작동 중에 변하도록 충격 흡수기용 피스톤 밸브 및 바닥 밸브의 크기를 정하는 것이 공지되어 있다. 이와 관련하여, 피스톤 챔버와 환형 챔버 사이의 압력 관계에 응답하여 관통 흐름 영역을 제어하는 것이 또한 공지되어 있다. 공지되어 있듯이, 충격 흡수기는 질량체체, 예를 들면 차량의 본체의 가속에 대해 역작용하는 것이 임무이다. 피스톤 실린더 장치 내의 압력차에 의존하여 관통 흐름 영역을 제어하면, 스프링력의 효과가 고려되지 않기 때문에 이러한 문제를 부분적으로만 해결할 수 있다.
또한, 센서에 의해 차량의 성능, 특히 수직 및 횡방향의 가속도를 측정하고, 그 성능들로부터 운전의 안락성 및 안전성을 최적화하기 위해 충격 흡수기용 제어 신호를 도출하는 것이 공지되어 있다. 그러한 충격 흡수기와 필요한 제어 부품은 각각 지극히 비싸고 간섭을 받는다. 더욱이, 그러한 제어 시스템은 비교적 작은 고유 주파수를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 피스톤 밸브용 회로의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 일방향 흐름만을 위한 피스톤 밸브의 다른 실시예의 개략도이다.
도 2a는 도 2의 다른 실시예의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 바닥 밸브용 회로의 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 일방향만을 위한 바닥 밸브의 다른 실시예의 개략도이다.
도 5는 차동 피스톤을 가진 밸브의 가속도 비례 변위를 도시하는 도면이다.
도 6은 차동 피스톤을 2개의 별개의 유연한 피스톤으로 분할한 개략도이다.
도 7은 도 1 내지 도 4의 밸브에 대한 유압 저항과 유압 캐패시턴스의 조합의 개략도이다.
도 8은 충격 흡수기용 2개의 특성 곡선의 다이어그램이다.
도 9는 본 발명에 따른 밸브 장치를 구비하는 2-튜브 충격 흡수기의 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 2-튜브 충격 흡수기용 회로를 도시하는 도면이다.
본 발명의 목적은 관통 흐름 영역이 질량체의 가속도에 응답하여 용이하게 변경될 수 있는 충격 흡수기용 피스톤 밸브 또는 바닥 밸브를 제공하는 것이다.
청구범위 제1항의 피스톤 밸브에 있어서,
관통 흐름 영역을 제어하는 피스톤 밸브 부재는, 상기 실린더 내의 피스톤 챔버와 환형 챔버의 차압(differential pressure)이 공급되는 대향하는 유효 표면들을 구비하는 차동 피스톤으로서 형성된 제어 피스톤(32)에 의해 형성된다. 상기 제어 피스톤에는 상기 유효 표면들 중 큰 유효 표면의 반대쪽의 압력원(보상 또는 밸런싱 압력원)의 압력이 추가적으로 인가되고, 상기 압력원은 상기 실린더의 피스톤 챔버 또는 환형 챔버 내의 압력에 의해 공급되는 유체 저항과 유체 캐패시턴스의 조합으로 형성된다. 본 발명은 바람직하게는 유압 응용과 관련하여 이용되지만, 공기 응용도 많고 실용적이다. 따라서, 용어 "유체" 및 "유체의"가 종종 상기 두 가지 형태의 응용을 모두 커버하는 것으로 사용된다.
상기 피스톤 밸브는 양방향으로 제어 피스톤에 의해 제어된다. 차동 피스톤에도 불구하고, 각각 2개의 유효 표면을 가진 2개의 제어 피스톤이 각각 밸브 부재를 작동시키도록 사용된다. 각각 차동 제어 피스톤에 의해 작동되는 관통 흐름의 양쪽 방향을 위한 밸브 부재를 제공하는 것도 가능하다.
또는, 제2 피스톤 밸브 부재는 대향하는 유효 표면들을 가진 차동 피스톤에 의해 또한 작동되는 상기 제1 피스톤 밸브 부재와 평행하게 배치될 수 있다. 댐핑 매체의 흐름은 2개의 흐름으로 분할되고, 하나의 관통 흐름 영역은 압력 차이와 충격 흡수기의 피스톤을 고려한 것이고, 다른 흐름은 스프링 부재를 반영한다.
상기 설명 및 아래의 설명에서, 피스톤 밸브 또는 피스톤 밸브 스풀이 언급되면, 이것은 다른 밸브 부재 및 작동기, 예를 들면 회전식 슬라이드 등과 협동하는 밸브 및 스풀을 또한 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 밸브는 각각 2개의 제어 표면 또는 제어 에지를 포함하는 일체형 밸브 부재를 구비하는 2방향 밸브에 의해 형성될 수 있고, 피스톤 밸브 부재는 보상 압력원의 압력을 받는다. 일체형 밸브 부재 또는 밸브 스풀은 양방향에서의 흐름을 위해 2개의 단일 밸브 부재로 대치될 수 있다. 작동을 위해 유연한 원통형 제어 피스톤이 이용될 수 있고, 제어 피스톤의 유효 표면들은 각각 피스톤 챔버와 환형 챔버에 연결된다. 다른 제어 피스톤의 유효 표면들은 피스톤 챔버와 보상 압력원에 연결된다. 관통 흐름 영역에 대한 제1 밸브 부재의 효과는 댐핑력에 대응하고, 제2 밸브 부재의 효과는 스프링력에 대응한다. 간단한 피스톤 또는 밸브 부재를 이용함으로써, 이 실시예는 특히 값싸다.
그러한 피스톤 밸브에 의해, 관통 흐름 영역은 질량체의 각각의 가속도에 의존하여 제어된다는 것이 본 발명에 중요하다. 제어 피스톤 상의 상기 유효 표면은 한 쪽에서의 흡수기 부재의 댐핑력과 다른 쪽에서의 댐퍼 스프링 장치의 힘이 적절하게 고려되도록 크기가 정해진다.
본 발명에 따른 피스톤의 밸브 부재 또는 일체형 밸브 부재는 각각 매우 작은 크기와 작은 질량체를 갖기 때문에, 본 발명에 따른 제어에 의해 관통 흐름 영역의 제어를 위해 높은 주파수를 실현하는 것이 가능하다. 이것은 낮은 주파수 범위로 작동하는 전자 해결책과는 대조적이다.
유체 캐피시턴스와 유체 저항으로 형성되는 압력원은 오일 흐름의 압력 변화를 유연하게 하거나 감소시키는 일종의 필터부를 형성한다. 유체 저항을 제공하기 위해, 작은 오리피스가 이용될 수 있고, 유체 캐패시턴스로서, 다이어프램에 의해 압축된 공기 공간으로부터 분리될 수 있는 유체 축적기가 이용될 수 있다.
청구항 제5항의 제어 가능한 바닥 밸브는 관통 흐름 영역을 제어하고 차동 피스톤으로서 형성된 제어 피스톤에 의해 작동되는 바닥 밸브 부재를 포함한다. 상기 차동 피스톤은 상기 피스톤 실린더 구조의 상기 피스톤 챔버 또는 플런저 챔버 내의 압력을 받는 제1 유효 표면을 가지고 있다. 제1 유효 표면과 동일한 방향을 가진 제2 유효 표면은 저장 공간의 압력을 받고, 저장 공간에는 바닥 밸브를 통해 피스톤 챔버의 댐핑 매체가 공급된다. 제1 및 제2 유효 표면에 대향하는 제3 유효 표면은 유체 저항과 유체 캐패시턴스의 조합에 의해 형성된 보상 압력원의 압력을 받는다. 이 보상 압력원은 피스톤 챔버 또는 상기 저장 공간 내의 압력에 의해 공급된다.
상기 특징을 가진 바닥 밸브에 대해, 상기 피스톤 밸브에 대해 설명한 사항이 적용된다. 질량체의 응답하여 관통 흐름 영역을 조정하는 것이 가능하다. 유효 표면의 크기를 정하는 데에는, 각각 피스톤 실린더 또는 플런저 실린더 장치의 형태를 가진 댐퍼 스프링 및 댐핑력의 영향을 고려하여야 한다.
상기 바닥 밸브에 의해, 댐핑 매체에 대한 가속도에 의존하는 스로틀링은 한 방향에서 달성될 수 있다. 반대 방향에서는, 종래의 밸브 또는 체크 밸브가 이용될 수 있다. 이것은 아래에서 더욱 상세히 설명되는 피스톤 밸브의 설계에 의존한다. 그러나, 양쪽의 흐름 방향에서 관통 흐름 영역을 제어하기 위해 2개의 제어 표면 또는 제어 에지를 포함하는 일체형 밸브 부재 또는 스풀을 바닥 밸브에 제공하는 것이 적절할 수도 있다. 그러한 밸브 장치는 별개의 차동 피스톤에 의해 작동되는 2개의 제어 밸브 부재로 분할될 수 있고, 각각의 밸브 부재는 추가적인 압력원의 보상 압력을 더 받는다는 것을 이해할 수 있다.
1-튜브 충격 흡수기에서 이미 설명하였듯이, 본 발명에 따라 압축 및 풀링 작동에 대한 2개의 흐름 통로를 제한하는 것이 적절하다. 2-튜브 충격 흡수기에서, 2개의 관통 흐름 방향이 피스톤 및 바닥 밸브에 제공되어야만 한다. 따라서, 예를 들면 본 발명에 따른 방법으로 압축 동작용 바닥 밸브를 설계하고, 풀링 사이클에서 개방되는 풀링 동작용 체크 밸브 또는 블로킹 밸브를 제공하는 것을 생각할 수 있다. 이 경우에, 바닥 밸브는 본 발명에 따라 설계되고, 압축 사이클을 위해서는, 압축 사이클에서 개방되는 종래의 체크 밸브 또는 블로킹 밸브가 제공된다. 종래의 밸브, 예를 들면 피스톤 챔버의 압력차와 환형 챔버의 저장 공간에 응답하여 관통 흐름 영역을 조정하는 디스크 밸브로서 바닥 밸브가 제공되는 반면에, 2-튜브 충격 흡수기에서 댐핑을 위해 관통 흐름 영역을 가속도에 의존하여 제한하고 댐핑용 피스톤을 제공하는 것이 또한 가능하다. 마지막으로, 2-튜브 충격 흡수기에서, 압축 및 풀링 사이클을 위해 본 발명에 따른 방법으로 피스톤 밸브와 바닥 밸브를 설계하고, 2개의 밸브에 대한 양쪽 방향에서의 댐핑 효과를 분할하는 것을 생각할 수 있다. 예를 들면, 그러한 분할은 80 대 20의 비율로 이루어질 수 있고, 더 큰 댐핑 효과가 피스톤 밸브에서 발생한다. 그러한 장치에서, 피스톤 밸브에서의 작은 저항을 가진 역류 또는 바닥 밸브에서의 역류는 달성될 수 없다.
마지막으로, 피스톤 밸브 내의 제한된 유체 흐름을 분할하고, 매체가 다시 통합되기 전에 분리된 밸브를 통해 흐르게 하는 것을 생각할 수 있다. 이것은 피스톤 챔버와 환형 챔버의 차압이 적용되는 제어 밸브에 의해 달성될 수 있다. 더욱이, 피스톤 챔버와 추가적 보상 압력원의 차압이 밸브 부재에 적용된다. 그러한 분리는 밸브 부재가 더욱 작게 설계될 수 있고, 따라서, 댐퍼 피스톤에 용이하게 수용될 수 있다는 이점을 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 유체 저항의 흐름 영역은 변경될 수 있다. 예를 들면 이러한 변경은 댐퍼 장치에 응답하여, 즉, 압축 또는 풀링 사이클에 있는지에 따라 제어될 수 있다. 풀링 사이클에서는, 압축 사이클과는 다른 댐핑이 필요하다. 차량의 조향각 및 제동 페달의 작동에 응답하여 관통 흐름 영역을 제어하는 것을 또한 생각할 수 있다.
예를 들면 관통 흐름 영역의 변경이 바람직하게는 일정한 제한부에 평행하게 연결되는 솔레노이드 밸브에 의해 수행될 수 있다. 그러나, 솔레노이드 밸브는 충격 흡수기의 피스톤 실린더 장치로 연결되어야만 하는 전기 케이블을 필요로 한다.
이하에 설명되는 모든 실시예는 유압 응용을 보여주지만, 본 발명은 그것들에 제한되지 않는다.
도 1은 피스톤(16)에 의해 분리된 환형 챔버(12)와 피스톤 챔버(14)를 구비하는 1-튜브 충격 흡수기(10)를 개략적으로 도시한다. 자유 부유 피스톤(18)은 소정의 압력 하에 예를 들면 질소로 채워지는 저장 공간(Vg)으로부터 피스톤 챔버(14)를 분리시킨다. 그러한 장치는 일반적으로 공지되어 있다. 도 1에서, 2-방향 밸브(20)는 일체형 밸브 스풀 또는 부재(22)를 구비한다. 도시되지 않은 밸브 하우징의 2개의 이격된 환형 그루브(24, 26)는 환형 챔버(12)와 연속적으로 연결된다. 밸브 부재(22)의 제어 에지(28, 30)는 그루브(24, 26)와 협동한다. 밸브 스풀(22)의 제한된 부분이 피스톤 챔버(14)와 연결된다. 차동 피스톤인 제어 피스톤(32)은 밸브 스풀(22)에 연결된다. 제어 피스톤(32)의 큰 유효 표면(34)은 피스톤 챔버(14)의 압력을 받는다. 작은 유효 표면(36)은 환형 챔버(12)의 압력을 받는다. 스프링(38)은 제어 피스톤(32)에 작용하고, 스프링(40)은 밸브 스풀의 우측 단부에 작용한다. 스프링(38, 40)은 충격 흡수기(10)가 정적 밸런스 상태에 있을 때 도시된 중립 위치에 있도록 설계된다.
압력 보상 또는 밸런싱 공간(44)은 2-방향 밸브(20)의 우측 밸브 챔버(42)에 연결된다. 제1 저장 챔버(46)는 다이어프램을 통행 제2 저장 챔버(48)로부터 분리된다. 제2 저장 챔버(48)에서, 가스는 압력 하에 봉입된다. 저장 챔버(46)는 밸브 챔버(42)에 연결되고, 밸브 스풀(22)의 우측 단부면에 작용한다. 피스톤 챔버(14)는 유압 저항(Rha)을 통해 저장 공간(46)과 밸브 챔버(42) 사이의 도관에 연결된다. 이 유압 저항은 유압 캐패시턴스를 형성하는 보상 저장부(44)와 함께 유압 필터 부재를 형성한다.
통상적으로 충격 흡수기에 평행한 댐퍼 스프링은 도시되지 않았다.
압력 사이클에서 피스톤 챔버(14)는 압력을 받는다. 밸브 스풀(22)을 우측으로 이동시키는 제어 피스톤을 형성하는 차동 피스톤에 차동 압력이 형성되어, 매체는 피스톤 챔버(14)로부터 그루브(26) 내로 흐르고, 그루브(26)로부터 환형 챔버(12)로 흐를 수 있다. 이동된 양이 환형 챔버(12)에 의해 수용될 수 있는 양보다 크기 때문에, 피스톤 챔버의 공간을 확대시키면 저장 공간(Vg)이 확대된다.
밸브 스풀(22)의 이동은 환형 챔버(12)의 압력에만 대항하여 작용하는 것이 아니고, 오히려 피스톤 챔버(14) 내의 압력에 의존하는 보상 저장부 내에 형성되는 압력에 대항하여 작용한다. 제어 피스톤(32)의 유효 표면(34, 36)과 밸브 스풀(22)의 우측 유효 표면은 유압 필터 부재와 관련하여, 도시되지 않은 흡수기 스프링의 스프링력과 충격 흡수기(10)의 댐핑력이 고려되도록 크기가 결정된다. 따라서, 질량체의 가속도에 응답하여 상기 피스톤 밸브의 관통 흐름 영역을 조정하고, 따라서 질량체의 가속도에 의존하여 댐핑 효과를 변화시키는 것이 가능하다. 풀링 사이클에서, 밸브 스풀(22)이 좌측으로 이동하여, 매체는 그루브(24)와 제어 챔버(28)를 통해 피스톤 챔버로 유입된다.
도 2에서, 도 1의 피스톤 밸브(20)와 유사한 부품을 구비하는 피스톤 밸브(20a)가 도시되었다. 따라서, 동일한 부품에는 동일한 도면부호가 부여된다.
밸브 부재 또는 밸브 스풀(22a)은 그루브(24a)와 협동하는 하나의 제어 에지(28a)만 구비한다. 그루브(24a)는 도 1의 충격 흡수기(10)와 유사하게 형성될 수 있는 도시되지 않은 충격 흡수기의 피스톤 챔버에 연결된다. 밸브 챔버(31)는 충격 흡수기의 환형 챔버에 연결된다. 밸브 스풀(22a)에 연결된 피스톤(33)의 우측은 밸브 챔버(35)를 밀봉시킨다. 밸브 스풀은 스프링(40)의 힘을 받고, 챔버(35)는 도 1에 도시된 저장 공간에 동일한 방법으로 연결된다. 그러한 피스톤 밸브(20a)는 흡수기의 일방향 흐름에서 가속도 의존 댐핑을 달성하도록 사용될 수 있다. 다른 방향에서는, 종래의 밸브가 사용될 수 있다. 밸브(20a)는, 도 1의 밸브가 설명된 방법으로 각각 작동되는 2개의 밸브로 분할된다는 점에서 2개 설치될 수 있다. 예를 들면 압축 사이클에서 도 2의 설명과는 대조적으로 충격 흡수기의 이동시에, 대응 밸브 부재(22a)는 관통 흐름 영역을 제공하기 위해 반대 방향으로 이동되어야 한다.
도 2a의 실시예에서, 밸브 스풀(22b)의 제어 에지(28b)는 그루브(24b)와 협동한다. 그루브(24b)는 도 1의 도시되지 않은 충격 흡수기의 피스톤 챔버에 연결된다. 밸브 스풀(22b)은 동일한 직경의 관통 보어의 부분과 대면하고 스프링(38)이 위치된 유효 표면(34)(도 1 및 도 2 참조)을 갖는다. 스풀(22b)의 추가적 피스톤부(33b)는 압력원(44)과 연결된 보어부(35b)와 대면하는 유효 표면을 갖는다. 또한, 피스톤부(33b)는 유압 저항(Rha)을 통해 도 1의 충격 흡수기(10)의 피스톤 챔버와 연통한다. 스풀(22b)의 피스톤부 사이의 밸브 챔버(31b)는 도 1의 충격 흡수기(10)의 환형 챔버에 연결된 환형 그루브(24b)와 연통한다. 밸브 챔버(31b)는 보어들을 통해 중앙 내부 축방향 보어(202)와 연결되는데, 보어들 중 하나는 200으로 도시되었다. 피스톤부(204)는 보어의 우측을 밀봉하는 보어(202)에 위치된다. 이렇게 해서, 반대 방향으로 향한 제2 유효 표면(36)이 제공된다. 피스톤부(204)는 보어부에 고정된 원통형 디스크(20b)에 연결된다. 피스톤부(204)는 복수의 축방향 평행 관통 보어(206)를 가져, 압력(Pa)이 피스톤부(33b)의 우측 유효 표면에 작용할 수 있다.
도 2a의 피스톤 장치는 또한 차동 제어 피스톤으로서 작용한다. 그것은 보어 내에서 유연하여 제조하기 쉽다. 밸브 스풀(22b)은 도시되지 않은 충격 흡수기의 풀링 방향에서 댐핑 수단으로서 작용하고, 환형 챔버(22) 내의 매체는 제한 에지(28b)를 통해 피스톤 챔버(14)로 흐른다. 더욱이, 그 기능은 도 1 및 도 2를 통해 설명된 것과 동일하다.
도 3에서, 플런저 충격 흡수 장치(50)가 개략적으로 도시되었다. 플런저 충격 흡수 장치(50)는 플런저(52)와 실린더(54)를 구비한다. 이 장치가 압축 방향으로 작동 시에, 실린더(44) 내의 매체는 이하에서 기술될 바닥 밸브(58)를 통해 외부 저장부(56) 내로 압입된다.
바닥 밸브는 환형 그루브(66, 68)와 협동하는 2개의 제어 에지(62, 64)가 제공된 밸브 스풀(60)을 구비한다. 환형 그루브(66, 68)는 압력(Pg) 하의 저장 공간(Vg)으로서 공지된 저장부(56)에 연결된다. 저장 공간(Vg)에서, 저장 가스는 소정 압력 하에 봉입된다. 압력(Pg)은 충격 흡수기의 성능에 응답하여 변경된다. 밸브 스풀(60)을 제한하도록 형성된 제어 에지(62, 64) 사이의 밸브 챔버(70)는 원통형 챔버(54)에 연결된다.
제어 피스톤 장치는 제1 피스톤부(72)로부터 형성되는데, 제1 피스톤부(72)의 유효 표면은 실린더 챔버(54) 내의 압력을 받는다. 피스톤부(72)와 좌측 밸브 스풀부 사이의 차이에 의해 형성되는 제2 유효 표면(74)은 저장 공간(Vg)의 압력(Pg)을 받는다. 우측 밸브 챔버(78)와 대면하는 제3 유효 표면(76)은 저장 공간(Va)과 저장 압력(Pa)을 가진 압력 밸런싱 저장부(80)의 압력을 받고, 저장 공간(Va)은 소정 압력 하에 가스로 채워지며, 공간은 유압 저항(Rha)을 통해 저장 공간(Vg)과 연통한다. 밸브 스풀(60)의 양쪽에는 밸브 스풀(60)을 도시된 중립 위치에 유지하는 스프링에 의해 부하가 걸린다.
플런저(52)가 실린더 챔버(54) 내로 이동될 때, 실린더 챔버(54) 내의 압력은 증가되고, 밸브 스풀이 우측으로 이동되어 매체는 실린더 챔버(54)로부터 저장부(56)로 흐를 수 있다. 밸브 스풀(60)의 이동량 및 따라서 관통 흐름 영역은 유효 표면(72, 74, 76) 에 작용하는 압력에 의존한다. 유효 표면은 관통 흐름 영역이 질량체 가속도에 의존하게 하도록 크기가 정해진다. 반대 또는 풀링 동작에서, 저장부(56) 내의 압력은 유효 표면(74)과 유효 표면(76)에 작용하여 댐퍼 매체는 원통형 챔버(54)로 역류할 수 있다.
이 경우에도, 양쪽 흐름 방향에서 가속도에 따른 관통 흐름 영역이 조정된다.
도 3에 도시된 플런저 실린더에도 불구하고, 환형 챔버가 대기에 연결된 동안에 피스톤 챔버(54)와 협동하는 피스톤이 또한 제공될 수 있다. 마지막으로, 도 3에 도시된 2-방향 밸브(54)가 2-튜브 충격 흡수기 내의 바닥 밸브용으로 사용될 수 있으나, 2-튜브 충격 흡수기는 작용 방법이 다르지 않기 때문에 상세히 도시되거나 설명되지 않는다. 그러나, 2-튜브 충격 흡수기용 바닥 밸브는, 압축 사이클에서만 관통 흐름 영역이 가속도에 의존하여 변화될 수 있고, 풀링 동작 또는 사이클에서는 피스톤 내의 밸브 장치가 이미 설명된 방법으로 작동하고 또한 질량체 가속도에 의존하여 관통 흐름 영역을 조정하도록 제공될 수 있다. 마지막으로, 역시 설명된 바와 같이, 풀링 및 압축 동작 또는 사이클에서 피스톤 및 바닥 밸브 내에서 댐핑이 발생되게 하고, 도 1 내지 도 3과 관련하여 설명되었듯이 관통 흐름 영역의 변화를 제공하는 것을 고려할 수 있다.
또한, 일체형 밸브 스풀(60)을 2개의 밸브 스풀로 분할하는 것이 가능한데, 2개의 밸브 스풀 중 하나가 도 4에서 60a로 도시되었다. 밸브 스풀(60a)은 동일한 방향으로 작용하는 제1 유효 표면(72a)과 제2 유효 표면(74a)을 가진 제어 피스톤에 의해 작동된다. 제1 유효 표면(72a)은 도 3에 따른 원통형 챔버(54)의 압력(Pks)을 받는다. 제2 유효 표면(74a)은 도 3에 따른 저장부(56)의 압력(Pg)을 받는다. 환형 그루브(66a) 역시 저장부(56)에 연결되고, 밸브 스풀(60a)과 제어 피스톤의 오목부에 형성된 밸브 챔버(71)는 실린더 챔버(54)에 연결된다. 밸브 스풀(60a)의 우측 유효 표면(76a)은 도 3의 보상 저장부(80)의 압력(Pa)을 받는다. 이러한 방법으로, 한 흐름 방향에 대해 바닥 밸브에서 관통 흐름 영역이 가속도에 의존하여 조정된다. 따라서, 도 3의 밸브 장치는 2개의 장치로 분할되는데, 각각의 흐름 방향에서, 댐핑은 본 발명에 따른 방법으로 발생한다. 또한, 2-튜브 충격 흡수기 내의 바닥 밸브만을 위해서 도 4의 밸브 장치를 사용하고, 다른 흐름 방향에 대해서는 체크 밸브를 사용하는 것도 생각할 수 있다. 이 경우에, 다른 작동 방향에 대해서는, 예를 들어 흐름 방향에 대해 블로킹 또는 체크 밸브를 가지고 하나의 흐름 방향 또는 두 흐름 방향 모두에 대해 도 1 또는 도 2의 밸브를 사용하여, 2-튜브 충격 흡수기의 피스톤 내의 댐핑 매체를 제한하는 것이 필요하다.
도 5에서, 이동에 응답하여 양쪽 이동 방향에서 피스톤 밸브에서의 댐핑이 도 1 및 도2에 도시된 원리에 따른 차동 피스톤에 의해 발생할 수 있다는 것을 개락적으로 도시한다. 상기와 같이, 이동량은 질량체 가속도에 의존한다. 도 5의 점선 73은 유연성을 위해서, 예를 들면 도 1에 도시된 차동 피스톤에도 불구하고, 도 6에 도시된 피스톤이 사용될 수 있다는 것을 나타낸다. 이것은 또한 바닥 밸브의 작동에 대해서도 유효하다.
도 6에서, 예를 들면 피스톤 밸브를 통과하는 흐름이 흡수기 피스톤의 이동을 위해 분할될 수 있는 방법을 개략적으로 나타낸다. 각각 밸브 스풀(88, 90)을 구비하는 밸브(44, 46)를 통해서 흐르는 유량(q1, q2)을 가진 2개의 흐름 통로를 통해서 분할이 발생하는데, 밸브 스풀(88)은 한 쪽에서는 압력(Pks)을 받고 다른 쪽에서는 압력(Prs)을 받아, 즉, 흡수기 피스톤에서 압력차를 받는다. 관통 흐름 영역(Av1)은 밸브 스풀(88)의 이동에 응답하여 변한다. 밸브(86)의 밸브 스풀(90)은 양쪽에서 압력(Ps)와 압력(Pa)를 받는다. Pks는 피스톤 챔버 내의 압력이고, Pa는 예를 들면 도 1의 저장부(44)의 밸런싱 압력이다. 스풀(90)에 적용된 압력의 차이로 인해서 관통 흐름 영역(Av2)이 발생한다. 밸브(86)의 크기는 차체의 스프링 기능(function of the spring carbody)이 제공되도록 설정된다. 도 6에 도시된 밸브 장치는 그 자체로서 매우 작고 따라서 충격 흡수기 피스톤에 용이하게 수용될 수 있다는 이점을 갖는다. 밸브 스풀(90)이 블로킹되면, 밸브 장치는 종래의 충격 흡수기와 유사하게 작용한다.
도 7에서, 도 1 또는 도 3 각각의 밸런싱 또는 보상 압력 저장부(44, 80)가 도시되었다. 밸런싱 또는 보상 압력 저장부(44, 80)는 일정한 흐름 영역을 가진 오리피스(R)를 통해 실린더 피스톤 장치 내의 충격 흡수기의 피스톤 챕버 또는 도 3의 실린더 챔버(54)와 연결된다. 솔레노이드(94)에 의해 제어되는 제어 가능한 체크 밸브(92)는 오리피스와 평행하게 연결된다. 솔레노이드(94)의 제어에 응답하여 체크 밸브(92)를 통해 더 많거나 더 적은 댐퍼 매체가 흐르고, 따라서 오리피스(Rh)와 밸브(92)의 병렬 연결에 의해 형성된 유압 저항을 변화시킨다. 솔레노이드를 위한 제어 신호는 다른 변수들과는 독립적으로, 예를 들면, 흡수기가 풀링 동작 또는 압축 동작을 하고 있는가 하는 사실과는 독립적으로, 또한 충격 흡수기가 장착된 차량의 조향각 및 제동 패달의 작용과는 독립적으로 형성될 수 있다.
도 8에, 2개의 충격 흡수기 곡선(96, 98)이 도시되었다. 그 곡선들은 충격 흡수기의 동작을 도시하는데, 휠 하중의 변화에 따른 질량체의 가속도가 나타나고 있다. 곡선(98)은 종래의 충격 흡수기에 대한 것이고, 곡선(96)은 본 발명에 따른 바닥 밸브와 피스톤 밸브가 제공된 충격 흡수기의 동작을 나타낸다. 본 발명에 따른 충격 흡수기의 설계용 동작점은 종래기술보다 훨씬 낮다는 것을 알 수 있다. 이것은 동일한 동적 휠 하중에 대해서도 안락성이 향상된다는 것을 뜻한다. 동일한 안락성과 동일한 안전성에 대해, 동적 휠 하중이 감소된다. 마지막으로, 차량 스프링을 위한 스프링 상수가 증가되더라도 동일한 안락성와 안전성을 얻을 수 있다. 마지막으로, 종방향 및 횡방향 동적 성질이 향상될 수 있다. 상기 설명된 이러한 성질들은 작은 제어 질량체, 따라서 높은 고유 주파수에 의해 달성될 수 있다.
도 9에서, 댐퍼 피스톤 내의 밸브의 실시예가 도시된다.
일부만 도시된 충격 흡수기의 댐퍼 피스톤(110)이 도시되지 않은 원통형 튜브 내에 포함된다. 흡수기는 1-튜브 또는 2-튜브 충격 흡수기일 수 있다. 피스톤(110)은 피스톤 로드(112)와 연결된다. 따라서, 환형 챔버(114)가 형성되고, 피스톤(110) 아래에 피스톤 챔버(116)가 위치된다. 피스톤(110) 내의 축방향 보어 내에 이동 가능하게 지지된 밸브 스풀(118)에 의해 피스톤 챔버(116)와 환형 챔버(114)가 선택적으로 연결된다. 링 스풀(118)의 제어 에지(120, 122)는 그루브(124, 126)의 에지와 협동한다. 그루브(124, 126)는 피스톤 챔버(116)와 지속적으로 연결되는 적어도 하나의 축방향 평행 통로와 연통한다. 밸브 스풀(118)이 오목하게 됨으로써 형성된 챔버(130)는 횡방향 보어(132)와 축방향 리세스(134)를 통해 환형 챔버(114)와 지속적으로 연통한다.
밸브 스풀(118)은 삽입부(138)에 의해 제한되는 축방향 관통 보어(136)를 구비한다. 로드(146)는 반경방향 보어를 통해 피스톤 로드(112)내의 공간(148)과 연결되는 축방향 블라인드 보어(142)를 구비하는 관통 보어(136)의 상단부 내로 나사체결된다. 공간은 도시되지 않은 압력 저장부(Va, Pa)의 일부이다. 스프링(150)은 로드(146) 상의 환형 스프링(152)과 너트(154)를 통해 피스톤에 의해 지지되고, 다른 쪽에서는 밸브 스풀(160) 상의 디스크(156) 상에 지지된다.
차동 피스톤(158)은 제1 유효 표면(160) 및 반대방향으로 향한 유효 표면(162)을 가진 밸브 스풀(118)과 연결된다. 유효 표면(160)은 피스톤 챔버(116)의 압력을 지속적으로 받고, 유효 표면(162)은 보어(164)를 통해 환형 챔버(114)와 지속적으로 연결된다. 따라서, 환형 챔버(114)와 피스톤 챔버의 압력 차이는 차동 피스톤(158)에 지속적으로 작용한다. 저장부(158)의 압력은 또한 밸브 스풀(114) 상에 작용하여, 밸브 스풀(118)의 우측 단부면이 그 압력을 받는다. 따라서, 상세히 도시된 구조는 도 1에 개략적으로 도시된 구조에 대응한다.
2-튜브 충격 흡수기에 대한 본 발명의 기능이 도 10에 도시되었다. 외부 튜브는 도시되지 않았고, 오히려 도 3에 도시된 저장부(56)에 의해 구성된다. 저장부는 체크 밸브(RSB)를 통해 피스톤 챔버(14)에 연결된다. 피스톤 챔버 역시 체크 밸브(RSK)를 통해 환형 챔버(12)에 연결된다. 제1 피스톤 밸브(VK1)와 제2 피스톤 밸브(VK2)는 평행하게 연결된다. 피스톤 밸브(VK1, VK2)의 기능은 도 5 및 도 6과 관련하여 설명된 것에 대응한다. 환형 챔버(12)와 피스톤 챔버(14) 사이의 차압은 피스톤 밸브(VK2)의 피스톤 장치에 작용한다. 이것은 댐핑력을 준다. 피스톤 밸브(VK1)의 피스톤 장치는 스프링력을 준다. 이것은 위에서 설명되었다. 도 10의 바닥 밸브(VB)는 구조면에서 도 4의 밸브 장치와 유사하다. 우측 유효 표면은 보상 압력(PaB)을 받고, 피스톤 밸브(VK1)의 제어 피스톤 장치의 우측 유효 표면은 보상 압력(Pak)을 받는다. 피스톤 밸브(VK1, VK2)의 좌측 유효 표면은 오리피스(RhD1, RhD2)를 통해 피스톤 챔버(14)와 연통한다. 보상 또는 밸런싱 압력(P)은 오리피스(RhDB)를 통해 연결된다.
밸런싱 공간(Vg)과 압력원(Pg)은 부분적으로 도시된 충격 흡수기의 외부 튜브와 내부 튜브 사이의 환형 공간에 위치될 수 있다. 바닥 밸브 장치는 체크 밸브(RSB)와 바닥 밸브(VB)로 구성되고, 피스톤 밸브 장치는 체크 밸브(RSK)와 두 개의 피스톤 밸브(VK1, VK2)로 구성된다.
이하에서, 도 10의 장치의 기능이 설명된다. 우선, 압축 사이클 또는 동작이 설명된다. 매체는 낮은 저항으로 체크 밸브(RSK)를 통해 피스톤 챔버(14)로부터 환형 챔버(12)로 흐를 수 있다. 압력(Pks, Prs)은 실질적으로 동일하다. 피스톤 실린더 구조는 플런저 실린더일 수 있다. 흡수 또는 댐핑은 바닥 밸브(VB) 내에서만 발생한다.
풀링 스텝 또는 사이클 또는 동작(Z)에서, 유체는 거의 압력 손실 없이 체크 밸브(RSB)를 통해 저장부(56)로부터 피스톤 챔버로 흐를 수 있다. 압력(Pg, Pks)은 실질적으로 동일하다. 피스톤 실린더 장치는 차동 실린더로서 작용하고, 풀링 흡수(pulling absorption)는 피스톤 밸브(VK1, VK2)에서 일어난다. VK1을 통해서 흐르는 유체는 스프링력을 위한 유량을 갖고, VK2를 통해 흐르는 유체는 흡수력을 위한 유량을 갖는다. 밸브 스프링 및 흐름 영역은 서로를 고려하여 크기가 정해져야 한다.
도 10의 장치는, 밸브(RSB, RSK, FK2)가 공지의 스프링 디스크 밸브로서 제조될 수 있고, 밸런싱 공간을 가진 피스톤 밸브(VK1)는 도 9와 관련하여 이미 설명되었듯이 중공 피스톤 로드의 내부에 위치될 수 있다.
피스톤 밸브(VK1, VK2)는 도 2에 도시되었고 이미 설명되었듯이 밸브 장치에 의해 대치될 수 있다.
피스톤 밸브(VK1, VK2, VB)의 제어 피스톤의 운동의 댐핑을 위해서, 이미 설명하였듯이, 간단항 오리피스로서 형성될 수 있는 흐름 저항(RhD1, RhD2, RhB)이 제공된다. 흐름 저항(RhD1, RhB)은 위에서 설명하였듯이 변할 수 있다.
마지막으로, 바닥 밸브(V)를 도 3과 관련하여 설명한 2개의 단일 밸브로 분할하는 것을 생각할 수 있다.
본 발명의 충격 흡수기용 피스톤 밸브 또는 바닥 밸브에 의하면 관통 흐름 영역이 질량체의 가속도에 응답하여 용이하게 변경될 수 있다.

Claims (15)

  1. 피스톤 실린더 구조를 가진 충격 흡수기용의 제어 가능한 피스톤 밸브에 있어서,
    관통 흐름 영역을 제어하며, 상기 피스톤 실린더 구조의 피스톤 챔버(14)와 환형 챔버(12)의 압력을 각각 받는 대향하는 유효 표면들을 포함하는 차동 피스톤으로서 형성된 제어 피스톤(32)에 의해 작동되는 피스톤 밸브 부재(22, 22a)를 포함하고,
    상기 제어 피스톤(32) 및 밸브 부재에는 상기 유효 표면들 중 큰 유효 표면(34)의 반대쪽의 압력원의 압력(Pa)이 추가적으로 인가되고, 상기 압력원은 상기 피스톤 실린더 구조의 피스톤 챔버(14) 또는 환형 챔버(12) 내의 압력에 의해 각각 공급되는 유체 저항(Rha)과 유체 캐패시턴스(44)의 조합으로 형성되는 것을 특징으로 하는 피스톤 밸브.
  2. 피스톤 실린더 구조를 가진 충격 흡수기용의 제어 가능한 피스톤 밸브에 있어서,
    각각 관통 흐름 영역을 제어하고 각각 2개의 제어 피스톤부에 의해 작동 가능한 2개의 피스톤 밸브 부재(84, 86)를 포함하며,
    상기 2개의 피스톤 밸브 부재(84, 86) 중 제1 피스톤 밸브 부재의 상기 제어 피스톤부의 유효 표면들은 상기 피스톤 실린더 구조의 피스톤 챔버와 환형 챔버에 연결되고,
    상기 2개의 피스톤 밸브 부재(84, 86) 중 제2 피스톤 밸브 부재의 상기 제어 피스톤부의 유효 표면들은 상기 피스톤 챔버 또는 압력원과 연결되며, 상기 압력원은 상기 피스톤 실린더 구조의 피스톤 챔버(14) 또는 환형 챔버(12) 내의 압력에 의해 각각 공급되는 유체 저항(Rha)과 유체 캐패시턴스의 조합으로 형성되는 것을 특징으로 하는 피스톤 밸브.
  3. 제1항에 있어서,
    제2 피스톤 밸브 부재는 차동 피스톤인 제어 피스톤에 의해 작동되는 제1 피스톤 밸브 부재와 평행하게 위치되고, 상기 차동 피스톤의 상기 대향하는 유효 표면들은 상기 피스톤 실린더 구조의 상기 피스톤 챔버와 상기 환형 챔버의 압력을 받는 것을 특징으로 하는 피스톤 밸브.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 피스톤 밸브는 각각 2개의 제어 표면 또는 에지(28, 30)를 가진 일체형 피스톤 밸브 스풀(22)을 구비하는 2방향 밸브로서 형성되고, 상기 밸브 스풀(22)은 상기 제어 피스톤(32)과 상기 밸런싱 압력원의 압력(Pa)에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는 피스톤 밸브.
  5. 저장 공간을 각각 구비하는 피스톤 실린더 구조 또는 플런저 실린더 구조를 구비하는 충격 흡수기용의 제어 가능한 바닥 밸브에 있어서,
    관통 흐름 영역을 제어하고 차동 피스톤에 의해 형성된 제어 피스톤에 의해 작동되는 바닥 밸브 부재(60, 60a)를 포함하며,
    상기 제어 피스톤은 상기 피스톤 실린더 구조 또는 상기 플런저 실린더 구조의 상기 피스톤 챔버 또는 플런저 챔버(54) 내의 압력을 받는 제1 유효 표면(72, 72a)을 가지고 있고,
    상기 차동 피스톤은 상기 저장 공간(56)의 압력을 받는 제2 유효 표면(74, 74a)을 구비하며, 상기 유효 표면들은 반대 방향으로 향하고 있고,
    압력원의 압력(Pa)은 각각 상기 유효 표면에 대향하는 상기 바닥 밸브 부재(60, 60a) 또는 제어 피스톤에 작용하고, 상기 압력원은 상기 피스톤 챔버 또는 상기 플런저 챔버의 압력 또는 상기 저장 공간(56)의 압력에 의해 각각 공급되는 유체 저항(Rha)과 유체 캐패시턴스(80)의 조합으로 형성되는 것을 특징으로 하는 제어 가능한 바닥 밸브.
  6. 제5항에 있어서,
    제2 바닥 밸브 부재는 제1 바닥 밸브 부재(60a)와 평행하게 연결되고, 상기 제2 바닥 밸브 부재는 동일한 방향으로 향하며 각각 상기 피스톤 챔버 또는 상기 플런저 챔버의 압력을 받는 유효 표면들을 가진 차동 피스톤과 상기 저장 공간에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는 제어 가능한 바닥 밸브.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어 가능한 바닥 밸브는 각각 2개의 제어 표면 또는 에지(62, 64)를 가진 일체형 밸브 스풀(22)을 구비하는 2방향 밸브로서 형성되고, 상기 밸브 스풀(60)은 상기 제어 피스톤 또는 상기 압력원에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는 제어 가능한 바닥 밸브.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 저항의 상기 유효 영역은 가변적인 것을 특징으로 하는 밸브.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 흐름 영역은 상기 충격 흡수기의 압축 또는 풀링 성능에 의존하여 변경되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 흐름 영역은 차량의 조향각 및/또는 제동 페달의 작동에 의존하여 변경되는 것을 특징으로 하는 밸브.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 저항은 솔레노이드 밸브(94, 92)를 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 밸브.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 솔레노이드 밸브(92, 94)는 면적이 일정한 오리피스(Rha)와 평행하게 연결되는 것을 특징으로 하는 바닥 밸브.
  13. 제5항에 있어서,
    2-튜브 충격 흡수기에 적용되는 것을 특징으로 하는 제어 가능한 바닥 밸브.
  14. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 피스톤 밸브 스풀은 흡수기 피스톤(110) 내에 이동 가능하게 지지되고 스프링 기구(150)에 의해 중립 위치에 유지되며, 밸브 스풀(118)을 관통하며 제한부(138)를 가진 통로(136)는 피스톤 로드(112) 내의 저장 공간(148)과 연통하는 유체 저항을 형성하는 것을 특징으로 하는 밸브.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    제어 피스톤 및 피스톤 밸브(22b)는 동일한 직경의 보어 내에 위치하는 일체로 형성된 피스톤 장치에 형성되고, 제1 관통 흐름 영역을 제어하는 피스톤부는 제1 유효 표면(34)을 갖고, 반대 방향으로 향한 제2 유효 표면은 상기 압력원(44)의 압력(Pa)이 가해지는 피스톤부(33b)에 형성되며, 상기 밸브 스풀의 외부 오목부를 통해 형성된 밸브 챔버(31b)는 상기 피스톤 챔버 구조의 환형 챔버(14)에 연결되고 상기 피스톤 장치 내의 적어도 하나의 반경 방향 보어(200)를 통해 내부 보어(202)와 연통하며, 피스톤부(204)는 상기 반경 방향 보어(200)에 고정된 상기 내부 보어 내로 연장되어 상기 압력원(44)의 압력을 받는 것을 특징으로 하는 제어 가능한 피스톤 밸브.
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