KR20050081436A - 감쇠력 가변 밸브 및 감쇠력 가변 밸브가 장착된 쇽 업소버 - Google Patents

감쇠력 가변 밸브 및 감쇠력 가변 밸브가 장착된 쇽 업소버 Download PDF

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Abstract

감쇠력 가변식 쇽 업소버에 설치되는 감쇠력 가변 밸브는 가변 오리피스의 단면적을 변화시키는 단면적 조절 부재와, 단면적 조절 부재의 위치를 조절하는 솔레노이드 부재와, 솔레노이드 부재의 추력에 반대 방향으로 단면적 조절 부재에 대해 반력을 작용하는 판 스프링을 포함한다.

Description

감쇠력 가변 밸브 및 감쇠력 가변 밸브가 장착된 쇽 업소버{DAMPING FORCE VARIABLE VALVE AND SHOCK ABSORBER USING SAME}
본 발명은 자동차에 사용되는 감쇠력을 제어하는 감쇠력 가변 밸브 및 감쇠력 가변 밸브가 장착된 감쇠력 가변식 쇽 업소버(shock absorber)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 감쇠력 가변 밸브에서 사용되는 탄성 부재로 판 스프링을 사용하므로써, 전체 밸브의 축 방향 길이를 줄일 수 있고 유로를 안정적으로 확보할 수 있는 감쇠력 가변 밸브 및 감쇠력 가변 밸브를 장착한 감쇠력 가변 쇽 업소버에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차의 현가장치는 차체와 차륜의 상대운동에 관련하여 감쇠력을 적절히 제어하여야 한다. 예를 들어, 감쇠력 가변 밸브를 포함하는 감쇠력 가변식 쇽 업소버를 통해 차량의 통상 주행시에는 감쇠력을 낮게 하여 노면의 요철에 의한 진동을 흡수하고 승차감을 향상시킬 수 있다. 반면, 선회시, 가속시, 제동시 및 고속 주행시 등에 있어서는 감쇠력을 높이고, 차체의 자세 변화를 억제하여 조종 안정성을 향상시킬 수 있다.
그런데, 차륜의 운동은 10Hz 이상의 빠른 응답이 요구되므로, 쇽 업소버 내부의 기계적인 밸브 메커니즘에 의해 차체와 차륜의 상대운동에 따라 신속하게 감쇠력을 조절할 수 있고, 압축(compression)과 인장(rebound) 행정시에 감쇠력 특성을 별도로 제어할 수 있는 밸브 개발이 추진되어 왔다.
기존의 현가 시스템의 감쇠력 가변 밸브는 차량의 움직임에 따른 감쇠력 제어 방식에 따라 노말형 가변 밸브(normal type variable valve)와 리버스형 가변 밸브(reverse type variable valve)로 나뉘어지고 있다. 리버스형 가변 밸브는 차량의 움직임에 따라 압축 및 인장 행정을 별도의 밸브로 제어하는데 그 특성이 있다. 그래서 리버스형 가변 밸브는 인장 행정시에는 작은 감쇠력을 발생시키고 압축 행정시에는 큰 감쇠력을 발생시키거나 또는 인장 행정시에는 큰 감쇠력을 발생시키고 압축 행정 시에는 작은 감쇠력을 발생시키게 된다. 그러나 리버스형 가변 밸브는 별도의 밸브를 사용하기 때문에 생산 비용이 고가이며, 추가 밸브의 사용으로 크기가 상대적으로 커지게 되어 장착성이 떨어진다는 단점이 있었다.
노말형 가변 밸브는 하나의 밸브를 사용하여 압축 및 인장 행정시의 감쇠력을 모두 제어한다. 그러므로 노말형 가변 밸브는 인장 행정시나 압축 행정시 모두 큰 감쇠력을 발생하거나 또는 모두 작은 감쇠력을 발생시키게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 노말형 감쇠력 가변 밸브를 장착한 가변형 쇽 업소버(1)의 구조를 도시한 단면도이다. 실린더(10)의 내부는 실린더(10) 내에서 상하 운동하는 피스톤(11)에 의해 인장실(2)과 압축실(3)로 구획되어진다. 또한, 일단은 피스톤(11)에 연결되고 다른 일단은 실린더 외부로 연장되는 피스톤 로드(12)와 피스톤 로드(12)의 상하 운동에 따른 실린더(10) 내부의 체적 변화를 보상하는 리저버(13)가 실린더(10)와 연통하여 설치된다. 인장실(2)과 압축실(3)간의 오일의 유동을 위한 밸브(14)가 피스톤(11)에 설치되어지고, 리저버(13)와 압축실(3)간의 오일의 유동을 위한 밸브(15)가 쇽 업소버(1)의 하부에 설치되어 진다. 설치되는 밸브(14, 15)는 감쇠력을 발생시키지 않으면서 일방으로의 오일의 유동을 허용하는 첵 밸브와 감쇠력을 발생시키면서 일방으로의 오일의 유동을 허용하는 감쇠밸브 중 하나 또는 복수개가 사용되어 질 수 있다. 감쇠력 가변 밸브(20)는 쇽 업소버(1)의 외관부인 베이스 쉘(16)의 외경부 일단에 설치된다.
도 2는 종래 기술에 따른 노말형 가변 밸브의 구조를 도시한 단면도이다. 쇽 업소버(1)의 베이스 쉘(16) 외경부 일단에 감쇠력 가변 밸브(20)의 하우징(21)이 설치되며, 하우징(21) 일단에 솔레노이드 밸브(31)가 설치된다. 하우징(21)과 쇽 업소버(1)의 결합부에는 쇽 업소버(1)의 인장실(2) 및 압축실(3)과 연결되는 제 1 유로(22)와 리저버(13)와 연결되는 제 2 유로(23)가 형성된다.
하우징(21) 내부에는 길이 방향으로 솔레노이드 밸브(31)에 의해 왕복운동 가능하도록 스풀(24)이 설치된다. 스풀(24)은 오일의 흐름을 허용하는 수직 방향으로 복수의 단차진 외경을 가진다. 스풀(24)의 바깥쪽으로는 스풀(24)의 슬라이딩운동을 가이드 하기 위한 스풀 로드(25)가 설치되며, 스풀 로드(25)의 바깥쪽으로는 연결 포트(26)가 형성된 리테이너(27)가 설치되며, 상부 리테이너(27a) 및 하부 리테이너(27b) 사이에는 디스크 조립체(28)가 설치된다.
스풀(24)의 위치에 따라 스풀 로드(25) 내부로의 유로를 선택적으로 개방할 수 있도록 스풀(24)의 외주연 일부 구간에 절개홈(24a)이 형성되고, 이에 대응하여 스풀 로드(25)에 다수의 관통홀(25a)이 형성된다. 또한, 솔레노이드 밸브(31)에 의해 상승된 스풀(24)을 최초 위치로 하강시키기 위해 스풀(24) 상부에는 코일 스프링(29)이 설치된다.
이와 같이 구성된 쇽 업소버(1)의 감쇠력 가변 밸브(20) 차량이 일정속력으로 편평한 도로로 주행중일 때는 스풀(24)과 스풀 로드(25)에 형성된 유로가 차단되어 단일한 댐핑 특성을 갖게 되지만, 거친 노면이나 방지턱 등을 통과할 때에는 스풀(24)의 위치 변경을 통해 스풀(24)과 스풀 로드(25)에 형성된 유로를 개방하여 가변된 댐핑 특성을 갖도록 하는 것이다. 즉, 스풀(24)의 이동으로 유로가 개방되는 정도에 따라, 감쇠력 가변 밸브(20)의 댐핑 특성이 변화한다.
코일 스프링(29)은 스풀의 상부에 설치되어 솔레노이드 밸브(31)와 함께 스풀(24)의 위치를 결정하는 역할을 한다. 그러나 코일 스프링(29)의 크기가 비교적 커서 감쇠력 가변 밸브의 크기가 전체적으로 커지고, 그로 인해 장착성이 떨어진다는 단점이 있다. 또한, 스풀(24)의 상부를 지나는 유동 통로에 비해 코일 스프링(29)이 차지하는 공간이 크기 때문에, 코일 스프링이 오일의 유동 통로를 막아, 오일의 유동을 방해하는 요소로 작용한다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 스풀 스프링으로 판 스프링을 사용함으로써, 스풀 상부를 지나는 유로를 충분히 확보하는 한편, 감쇠력 가변 밸브의 전체 축방향 길이를 줄어 장착성을 향상시킬 수 있는 감쇠력 가변 밸브 및 감쇠력 가변 밸브를 장착한 감쇠력 가변식 쇽 업소버를 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 감쇠력 가변식 쇽 업소버에 설치되는 감쇠력 가변 밸브에 있어서, 가변 오리피스의 단면적을 변화시키는 단면적 조절 부재와, 상기 단면적 조절 부재의 위치를 조절하는 솔레노이드 부재와, 상기 솔레노이드 부재의 추력에 반대 방향으로 상기 단면적 조절 부재에 대해 반력을 작용하는 판 스프링을 포함하는 감쇠력 가변 밸브가 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 감쇠력 가변 밸브를 장착하는 감쇠력 가변식 쇽 업소버에 있어서, 상기 감쇠력 가변 밸브는 가변 오리피스의 단면적을 변화시키는 단면적 조절 부재와, 상기 단면적 조절 부재의 위치를 조절하는 솔레노이드 부재와, 상기 솔레노이드 부재의 추력에 반대 방향으로 상기 단면적 조절 부재에 대해 반력을 작용하는 판 스프링을 포함하는 감쇠력 가변식 쇽 업소버가 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 종래 기술과 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 불필요한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명에 따른 감쇠력 가변 밸브의 구조를 도시한 단면도이다. 이하에서, 본 발명에 따른 감쇠력 가변 밸브의 구조에 대해 설명한다.
스풀(41)의 위치를 변화시키는 솔레노이드 부재(42)에 스풀(41)의 슬라이딩 운동을 가이드 하기 위한 스풀 로드(43)가 결합되는데, 이 때 솔레노이드 부재(42)의 작동 로드(44)는 스풀 로드(43) 내로 삽입된다. 스풀 로드(43)는 중앙에 스풀(41)을 삽입시키기 위한 중공 및 스풀 로드(43)의 중공과 스풀 로드(43)의 외부를 연결하는 반지름 방향의 다수의 연결 포트(43a, 43b, 43c)를 포함한다. 스풀 로드(43)를 삽입시키기 위한 중앙의 구멍 및 원주 부분의 슬릿을 갖고, 고정 오리피스의 역할을 하는 링 디스크(45)가 스풀 로드(43)에 끼워지면서 스풀 로드(43)와 연결된다.
스풀 로드(43)를 삽입시키기 위한 중앙의 구멍을 갖고, 스풀 로드(43)의 위치를 고정시키는 역할을 하는 하부 리테이너(46)가 스풀 로드(43)에 끼워지면서 링 디스크(45) 위에 장착된다. 하부 리테이너(46)는 오일의 유동을 허용하는 연결 포트(46a, 46b)를 포함한다.
스풀 로드(43)를 삽입시키기 위한 중앙의 구멍 및 슬릿을 갖고, 고압측(Ph)과 컨트롤 챔버(62)를 구획시키며, 메인 밸브의 역할을 하는 링 디스크(47)가 하부 리테이너(46) 위에 설치된다. 스풀 로드(43)를 삽입시키기 위한 중앙의 구멍을 갖고, 스풀 로드(43)의 위치를 고정시키는 역할을 하는 상부 리테이너(48)가 스풀 로드(43)에 끼워지면서 링 디스크(47) 위에 장착된다. 상부 리테이너(48)는 오일의 유동을 허용하는 연결 포트(48a, 48b)를 포함한다.
스풀 로드(43)의 중공 내부에 솔레노이드 부재(42)에 의해 왕복 운동하는 스풀(41)이 삽입되고, 디스크형 스풀 스프링(이하, 판 스프링이라 함)(50)이 스풀(41)위에 장착된다. 판 스프링(50)을 고정시키기 위한 플러그(51)가 판 스프링(50) 위에 설치되어진다. 너트(49)에 의해 전술한 스풀 로드(43), 하부 리테이너(46) 및 상부 리테이너(48) 등은 하나의 유닛으로 연결되어진다.
스풀(41)의 위치는 솔레노이드 부재(42)의 작동 로드(44)의 후단부를 가압하는 압축 스프링(도시되지 않음)과 판 스프링(50)에 의해 탄성적으로 고정된다. 상부 리테이너 가이드(53)가 상부 리테이너(48)를 덮도록 장착되는데, 이들 사이의 틈은 O 링(54)에 의해 밀봉된다.
본 실시예에서는 스풀을 이용하여 감쇠력 가변 밸브의 가변 오리피스의 단면적을 조절하는 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명에 이에 한정되지 아니하고 다른 단면적 조절 부재를 이용하는 경우를 포함한다. 또한 본 실시예에서는 솔레노이드 부재를 이용하여 스풀의 위치를 조절하는 경우에 대해 설명하였지만, 다른 위치 조절 수단을 이용하는 것도 가능하다.
이하에서, 설명한 감쇠력 가변 밸브(40)의 구조에 따른 오일의 흐름에 대하여 설명한다.
오일은 피스톤의 이동에 의해 고압측(Ph)에서 상부 리테이너(48)의 연결 포트(48a, 48b)를 통해 상부 리테이너(48)와 링 디스크(47)에 의해 형성된 유압 챔버(60)로 이동한다. 유압 챔버(60)로 이동한 오일은 스풀 로드(43)의 연결 포트(43a)와 스풀(41)의 상부 슬릿(41a)으로 이루어지는 제 2 가변 오리피스를 통해 스풀 로드(43)의 내부로 이동하고 및 저압측(Pl)과의 연결 포트(53)를 통과하여 저압측(Pl)으로 이동한다.
같은 방식으로 유압 챔버(60)로 이동한 오일은 링 디스크(47)의 슬릿, 스풀 로드(43)의 연결 포트(43b)와 스풀(41)의 하부 슬릿(43b)으로 이루어지는 제 1 가변 오리피스 및 스풀 로드(43)의 연결 포트(43c)를 차례로 통과하여 유압 챔버(61)로 이동한다. 이동한 오일 중 일부는 고정 오리피스를 구성하는 링 디스크(45)의 원주 부근 슬릿(도시되지 않음)을 통하여 저압측(Pl)으로 빠져나간다. 고정 오리피스로 빠져나가지 않은 오일은 하부 리테이너(46)와 링 디스크(47)로 형성된 컨트롤 챔버(62)로 이동한다.
인장 또는 압축 행정시에 유량이 증가하여 고압측(Ph)과 컨트롤 챔버(62) 사이의 압력 차가 커지게 되면, 압력 차에 의해 발생하는 힘에 의해 링 디스크(47)가 컨트롤 챔버 방향으로 굽혀진다. 즉, 고압측(Ph)의 압력, 컨트롤 챔버(62)의 압력 및 초기 링 디스크(47)의 예하중에 따라 상부 리테이너(48)와 링 디스크(47) 사이에 틈이 발생할 수 있다. 즉, 메인 밸브가 개방되어 고압측(Ph)에서 저압측(Pl)으로 오일이 직접 흐르게 된다.
인장 또는 압축 행정시에 유량이 감소하면 고압측(Ph)과 컨트롤 챔버(62) 사이의 압력 차가 작아지게 되어, 링 디스크(47)의 예하중에 따라 링 디스크(47)가 본래의 위치로 돌아가게 되고, 이로 인해 메인 밸브가 폐쇄된다.
메인 밸브는 컨트롤 챔버(62)의 압력에 따라 다른 압력에서 열리는데, 컨트롤 챔버(62)의 압력은 상류에 설치된 제 1 가변 오리피스 및 하류에 설치된 고정 오리피스의 작용에 의해 형성된다. 제 1 가변 오리피스의 면적을 제어함으로써, 컨트롤 챔버(62)의 압력이 증가하여 하드 모드로 전환된다. 또한 제 2 가변 오리피스가 설치되어, 고압측(Ph)으로부터 저압측(Pl)으로 유량을 허용하는데, 제 1 가변 오리피스의 면적이 증가할수록 제 2 가변 오리피스의 면적은 감소하고, 제 1 가변 오리피스의 면적이 감소할수록 제 2 가변 오리피스의 면적은 증가하는 특성을 가진다. 이를 통해 적절한 감쇠력 특성을 얻을 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 판 스프링(50)의 정면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 디스크형의 판 스프링(50)은 중앙 부분에 원형 구멍(50a)을 구비하는데, 원형 구멍(50a)의 직경은 스풀의 헤드(41c) 부분의 직경보다 작게 설정되어져서, 스풀을 헤드(41c) 부분을 지지한다. 판 스프링(50)의 원형 구멍(50a)을 통하여 오일의 유동할 수 있기 때문에, 판 스프링(50) 상부의 유압 챔버(63)와 스풀(41)이 위치하는 스풀 로드(43)의 중공 부분의 압력 차가 발생하지 않는다.
본 발명에 따른 판 스프링(50)은 변이는 작으면서 고강성이기 때문에, 변이가 크지 않은 스풀(41)의 위치를 제어하는데 적합하다. 또한, 코일 스프링에 비해 축방향 길이가 적은 판 스프링(50)을 사용함으로써, 전체 감쇠력 가변 밸브(40)의 축방향 길이를 줄여 감쇠력 가변 밸브(40) 및 이를 장착한 감쇠력 가변식 쇽 업소버의 장착성을 향상시킬 수 있다. 또한 판 스프링(50)을 사용함으로써, 코일 스프링이 방해하던 스풀(41) 상부를 지나는 오일의 유로를 충분히 확보할 수 있다.
한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변경 실시가 가능할 것이다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고, 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 판 스프링을 이용하여 감쇠력 가변 밸브의 축방향 길이를 줄여 감쇠력 가변 밸브 및 감쇠력 가변 밸브를 설치한 쇽 업소버의 장착성을 향상시킬 수 있다. 또한, 스풀 상부를 지나는 오일의 유로를 충분히 확보할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 감쇠력 가변 밸브가 장착된 쇽 업소버를 도시한 단면도.
도 2는 종래 기술에 따른 감쇠력 가변 밸브의 구조를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 감쇠력 가변 밸브를 구조를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 감쇠력 가변 밸브에서 사용하는 판 스프링의 평면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
40 : 감쇠력 가변 밸브 41 : 스풀
41a, 41b : 슬릿 42 : 솔레노이드 부재
43 : 스풀 로드 43a, 43b, 43c : 연결 포트
45, 47 : 링 디스크 46 : 하부 리테이너
46a, 46b : 연결 포트 48 : 상부 리테이너
50 : 판 스프링 51 : 플러그
60, 61, 63 : 유압 챔버 62 : 컨트롤 챔버

Claims (6)

  1. 감쇠력 가변식 쇽 업소버에 설치되는 감쇠력 가변 밸브에 있어서,
    가변 오리피스의 단면적을 변화시키는 단면적 조절 부재와,
    상기 단면적 조절 부재의 위치를 조절하는 위치 조절 부재와,
    상기 위치 조절 부재의 추력에 반대 방향으로 상기 단면적 조절 부재에 대해 반력을 작용하는 탄성 부재인 판 스프링을 포함하는 감쇠력 가변 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    고압측과 저압측 사이에 설치되고, 상기 고압측의 압력, 초기 예하중 및 컨트롤 챔버의 압력에 따라 개폐 가능하며, 개방된 경우에 상기 고압측에서 상기 저압측으로의 오일의 유동을 허용하는 메인 밸브와,
    상기 컨트롤 챔버의 압력을 제어하기 위해, 상기 고압측과 상기 컨트롤 챔버 사이에 형성되는 제 1 가변 오리피스와,
    상기 컨트롤 챔버와 상기 저압측 사이에 설치된 고정 오리피스와,
    상기 고압측과 상기 저압측 사이에 설치된 제 2 가변 오리피스를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 감쇠력 가변 밸브.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 판 스프링은 중앙 부분에 오일이 흐를 수 있는 구멍을 가지는 것을 특징으로 하는 감쇠력 가변 밸브.
  4. 감쇠력 가변 밸브를 장착하는 감쇠력 가변식 쇽 업소버에 있어서,
    상기 감쇠력 가변 밸브는
    가변 오리피스의 단면적을 변화시키는 단면적 조절 부재와,
    상기 단면적 조절 부재의 위치를 조절하는 위치 조절 부재와,
    상기 위치 조절 부재의 추력에 반대 방향으로 상기 단면적 조절 부재에 대해 반력을 작용하는 탄성 부재인 판 스프링을 포함하는 감쇠력 가변식 쇽 업소버.
  5. 제 4 항에 있어서,
    고압측과 저압측 사이에 설치되고, 상기 고압측의 압력, 초기 예하중 및 컨트롤 챔버의 압력에 따라 개폐 가능하며, 개방된 경우에 상기 고압측에서 상기 저압측으로의 오일의 유동을 허용하는 메인 밸브와,
    상기 컨트롤 챔버의 압력을 제어하기 위해, 상기 고압측과 상기 컨트롤 챔버 사이에 형성되는 제 1 가변 오리피스와,
    상기 컨트롤 챔버와 상기 저압측 사이에 설치된 고정 오리피스와,
    상기 고압측과 상기 저압측 사이에 설치된 제 2 가변 오리피스를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 감쇠력 가변식 쇽 업소버.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 판 스프링은 중앙 부분에 오일이 흐를 수 있는 구멍을 가지는 것을 특징으로 하는 감쇠력 가변식 쇽 업소버.
KR1020040009677A 2004-02-13 2004-02-13 감쇠력 가변 밸브 및 감쇠력 가변 밸브가 장착된 쇽 업소버 KR100784372B1 (ko)

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