KR20070005145A - 솔레노이드 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 솔레노이드 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플런저의 내부에 축방향으로 형성된 압력평형홀과, 이 플런저의 외주면에 반경방향으로 형성된 다이어프램을 포함하여 구성하되, 이 다이어프램이 설치될 플런저의 경계면을 중심으로 상하면에 같은 압력이 작용될 수 있도록 챔버를 마련함으로써, 압력의 영향에 따른 밸브 개폐시 응답성을 개선하여 밸브를 통한 유량을 정밀하게 제어할 수 있고, 압력에 따라 가중되는 플런저의 충격음을 감소시킬 수 있도록 한 솔레노이드에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 상기 플런저의 내부에 축방향으로 형성된 다수개의 압력평형홀과; 경계면을 중심으로 상하부에 챔버가 형성되도록 상기 플런저의 외주면에 반경방향으로 형성된 다이어프램; 을 포함하여 구성된 솔레노이드 밸브를 제공한다.

솔레노이드 밸브, 플런저, 압력평형홀, 다이어프램, 챔버

Description

솔레노이드 밸브{Solenoid valve}

도 1은 본 발명에 따른 솔레노이드 밸브의 구조를 나타내는 장치구성도.

도 2는 본 발명에 따른 플런저 및 다이어프램을 나타내는 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 솔레노이드 밸브의 열린상태를 나타내는 작동상태도.

도 4는 본 발명에 따른 솔레노이드 밸브의 닫힌상태를 나타내는 작동상태도.

도 5는 본 발명과 종래의 솔레노이드 밸브의 구동에 따른 기전력 및 응답시간을 비교한 그래프.

도 6은 종래의 솔레노이드 밸브를 나타내는 분해사시도.

도 7은 종래의 솔레노이드 밸브의 열린상태를 나타내는 작동상태도.

도 8은 종래의 솔레노이드 밸브의 닫힌상태를 나타내는 작동상태도.

도 9는 종래의 솔레노이드 밸브의 온/오프에 따른 응답지연을 나타내는 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 솔레노이드 밸브 10 : 밸브바디

10a : 유입포트 10b : 배출포트

12 : 플런저 12a : 압력평형홀

12b : 삽입홈 14 : 다이어프램

14a : 결합홀 16 : 챔버

18 : 스프링 20 : 코일조립체

본 발명은 솔레노이드 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플런저의 내부에 축방향으로 형성된 압력평형홀과, 이 플런저의 외주면에 반경방향으로 형성된 다이어프램을 포함하여 구성하되, 이 다이어프램이 설치될 플런저의 경계면을 중심으로 상하면에 같은 압력이 작용될 수 있도록 챔버를 마련함으로써, 압력의 영향에 따른 밸브 개폐시 응답성을 개선하여 밸브를 통한 유량을 정밀하게 제어할 수 있고, 압력에 따라 가중되는 플런저의 충격음을 감소시킬 수 있도록 한 솔레노이드 밸브에 관한 것이다.

일반적으로, 솔레노이드 밸브는 코일에 의해 발생하는 기전력에 의해 코일 내부에 위치한 부품인 아마추어(또는 플런저)를 움직여 밸브로 구성한 제품이다.

도 6은 종래의 양방향(2-way) 솔레노이드 밸브를 나타낸 것으로서, 밸브(100), 플런저(120), 스프링(140), 코일조립체(160), 오링(180), 요크(150) 및 필터(130)로 구성된다.

상기 코일조립체(160)에 가해진 전원에 의해 코일 내부에는 기전력이 형성되 고, 이 기전력에 의해 코일 내부에 위치한 플런저(120)는 특정방향으로 움직이게 된다.

반명에, 전원이 오프되는 순간 기전력은 사라지고, 통상 플런저(120)와 같이 구성된 스프링(140)에 의해 플런저(120)는 원래의 위치로 복귀하게 된다.

이러한 원리로 움직이는 솔레노이드 밸브(100)는 일반적인 온/오프 신호만으로 작동하는 경우도 있으며, PWM(Pulse Width Modulation) DUTY 제어에 의해 밸브를 통한 유체의 양을 정밀 제어하는 경우도 있다.

이때, 상기 솔레노이드 밸브(100)를 단순히 온/오프 제어하는 경우에는 정밀한 유량제어가 필요한 경우가 드문 반면에, PWM DUTY에 의해 제어하는 경우는 밸브의 구동을 통해 유체의 출입량을 정밀 제어할 필요가 있으며, 밸브의 움직임을 외부요소(부압)에 의해 영향을 덜 받도록 제어해야 한다.

도 7 내지 8은 양방향 밸브의 작동상태에서 입/출구 단의 압력 분포 및 이에 의한 유체의 흐름을 나타낸 것으로서, 솔레노이드 밸브(100)가 온되어 플런저(120)가 위로 움직이면 압력차에 의해 부압측으로 유체가 움직이게 되고, 솔레노이드 밸브(100)가 오프되어 스프링(140)에 의해 플런저(120)가 유로를 폐쇄하게 되므로 유체의 흐름은 없어진다.

그러나, 상기 플런저가 오프상태에서 부압에 의해 플런저가 밸브바디면에 흡착이 되는 현상이 생기므로, 이 흡착력에 의해 플런저는 오프상태에서 온상태로 이동하는데 초기 저항을 받게 되어 플런저의 작동에 필요한 최저전압이 변경되는 문제점이 있다.

또한, 부압의 정도에 따라 온되는 시점에 시간차에 따른 유입량의 변화가 생기게 되어 상대물의 작동, 또는 유입량 변동에 따른 연소상태의 변화를 야기하는 문제점이 있다.

특히, 밸브가 온이 된 이후 미세 PWM DUTY 제어를 하는 시점에서도 부압의 변동에 의해 플런저가 유체의 출구방향으로 닫히는 힘이 불규칙적으로 작용하게 되므로, 이로 인해 변동이 발생되어 유량변화로 이어지는 문제점이 있다.

이러한 문제점은 도 9와 같이 밸브의 정격 유량이 커질수록 즉, 플런저면이 커질수록 그리고 부압측(유체의 출구측)의 요청이 커질수록 그 정도가 커진다.

마지막으로, 부압에 의해 형성되는 흡착력이 스프링에 의한 플런저의 닫힘상태로의 복원을 촉진하여, 플런저가 밸브바디에 부딪히는 충격이 가중됨으로써, 기계적 소음에 따른 엔진의 소음에 악영향을 미치게 된다.

더 나아가서는, 차량의 밸브 연결부가 차체에 설치되는 경우 충격음이 차체에 전달되게 된다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 플런저의 내부에 축방향으로 형성된 압력평형홀과, 이 플런저의 외주면에 반경방향으로 형성된 다이어프램을 포함하여 구성하되, 이 다이어프램이 설치될 플런저의 경계면을 중심으로 상하면에 같은 압력이 작용될 수 있도록 챔버를 마련하여, 부압에 따른 플런저의 운동에 대한 저항을 제거함으로써, 밸브 개폐시 응답성 개선을 통해 유량을 정밀하게 제어하고, 압력에 따라 가중되는 플런저의 충격음 감소를 통해 NVH(Noise Vibration Harshness)를 개선할 수 있는 솔레노이드 밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 코일에 인가되는 전원에 의해 발생하는 자력을 이용하여 밸브바디의 내부에 형성된 플런저를 이동시킴에 따라 유입포트로 유입된 유체를 유출포트로 이동하도록 제어하는 솔레노이드 밸브에 있어서,

상기 플런저의 내부에 축방향으로 형성된 다수개의 압력평형홀과; 경계면을 중심으로 상하부에 챔버가 형성되도록 상기 플런저의 외주면에 반경방향으로 형성된 다이어프램; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 구현예로서, 상기 다수개의 압력평형홀은 상기 플런저의 중심축에서 반경방향으로 일정한 거리에 위치하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 다이어프램은 반경방향으로 갈수록 중심부가 오목하게 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 솔레노이드 밸브의 구조를 나타내는 장치구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 플런저 및 다이어프램을 나타내는 사시도이다.

전술한 바와 같이, 종래의 플런저(100)는 압력의 세기 및 변화량에 의해 직접적으로 작동에 영향을 받을 수 있는 구조인데 반하여, 본 발명은 밸브(10)를 통과하는 유체의 압력에 의한 영향을 최소화한 점에 주안점이 있다.

솔레노이드 밸브(1)는 코일에 의해 발생하는 기전력에 의해 코일 내부에 위치한 플런저(12)를 이동시켜 밸브의 개폐를 제어한다.

일반적인 양방향(2-WAY) 솔레노이드 밸브(1)는 유입포트(10a) 및 배출포트(10b)가 형성된 밸브바디(10)와, 배출포트(10b)를 개폐하는 플런저(12)와, 이 플런저(12)의 상부에 위치한 스프링(18) 및 코일 조립체(20)로 구성되어 있다.

이때, 상기 스프링(18)은 플런저(12)의 상단부에 부착되어 플런저를 원래의 위치(밸브가 닫힌 상태)로 이동하게 한다.

여기서, 상기 플런저(12)의 내부에는 다수개의 압력평형홀(12a)이 축방향으로 형성되고, 이 압력평형홀(12a)은 유로부의 니플의 직경 내에 위치하도록 가공한다.

또한, 상기 플런저(12)의 외주면에는 삽입홈(12b)이 원주방향으로 형성되고, 이 삽입홈(12b)에 다이어프램(14)이 반경방향으로 삽입고정되며, 다이어프램(14)의 테두리부는 밸브시트에 부착됨으로써, 이 다이어프램(14)을 사이에 두고 상하에 챔버(16)가 각각 형성된다.

상기 다이어프램(14)은 신축성 있는 고무재질이고, 반경방향으로 갈수록 중심부가 오목하게 형성되며, 이 중심부에는 플런저(12)와 결합되도록 결합홀(14a)이 형성되어 있다.

또한, 상기 다이어프램(14)은 상기 플런저(12)의 움직임과 연동되고, 자체 탄성계수를 갖는다. 이 다이어프램(14)의 탄성계수는 플런저(12)의 움직임을 방해하지 않도록 밸브 설계시 초기부터 스프링 계수를 정할때 고려되는 것이 바람직하 다.

이와 같은 구성에 의한 본 발명에 따른 솔레노이드 밸브의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 솔레노이드 밸브의 열린상태를 나타내는 작동상태도이고, 도 4는 본 발명에 따른 솔레노이드 밸브의 닫힌상태를 나타내는 작동상태도이다.

전술한 바와 같이, 솔레노이드 밸브(1)에 전원이 인가 되면 코일내부의 기전력에 의해 배출포트(10b)를 막고 있던 플런저(12)가 상부로 이동하여 배출포트(10b)를 오픈함과 동시에, 유입포트(10a)를 통해 유체가 유입되어 배출포트(10b)를 통과하게 된다.

반면에, 솔레노이드 밸브(1)에 전원이 오프되면 코일내부의 기전력은 사라지고, 압축된 스프링(18)의 탄성력에 의해 플런저(12)가 원래 위치로 이동하여 배출포트(10b)를 닫게 된다.

이때, 상기 플런저(12)의 하부에서 발생된 유체의 압력이 상기 플런저(12)의 압력평형홀(12a)을 통해 전달되어 플런저(12)의 상부에도 동일한 압력이 형성된다.

즉, 플런저(12)의 상면과 하면에 부압에 의해 각각 발생된 힘들이 상쇄되어 플런저(12)는 유체의 압력(부압)에 영향을 받지 않는 상태가 된다.

여기서, 상기 다이어프램(14)은 경계면을 중심으로 상하부의 챔버(16)로 분리시켜 서로 리크(leak)가 없는 독립된 공간을 마련하고, 이 다이어프램(14)을 통해 분리된 챔버(16)가 압력평형홀(12a)을 통해 동일한 압력을 받도록 한다.

따라서, 상기 플런저(12)는 순수하게 플런저의 상부에 부착된 스프링(18)과, 코일에 의해 형성된 기전력에 의한 왕복운동을 함으로써, 이 기전력을 통해 밸브의 유량을 정밀하게 제어할 수 있고, 플런저(12)가 밸브 바디(10)에 부딪히는 소음을 감소시켜 차량의 NVH 개선에 기여할 수 있다.

물론, 압력에 의해 형성되는 힘은 압력작용면적에 비례하므로, 플런저의 상하부의 압력작용면의 면적이 같게 구성해야 한다.

또한, 도 5에 도시한 바와 같이 압력 변동(부압)에 의한 의도하지 않은 유량변화를 제거하고, 초기 구동시 배출포트측의 유체의 압력(부압)에 의해 발생되는 저항을 제거함으로써, 압력저항에 의한 기전력을 감소시킬 수 있고, 이 압력저항에 의해 발생되는 초기응답시간의 지연을 단축하여 성능을 향상시킬 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 솔레노이드 밸브에 의하면, 플런저의 내부에 축방향으로 형성된 압력평형홀과, 이 플런저의 외주면에 반경방향으로 형성된 다이어프램을 포함하여 구성하되, 이 다이어프램을 중심으로 상하면에 같은 압력이 작용될 수 있도록 챔버를 마련하여, 상기 플런저가 부압의 영향을 받지않고 순수하게 플런저의 상부의 스프링과 코일에 의해 형성된 기전력에 의한 왕복운동을 하게 함으로써, 이 기전력을 통해 밸브의 유량을 정밀하게 제어할 수 있고, 플런저가 밸브 시트부를 타격하는 소음을 감소시켜 NVH를 개선할 수 있다.

Claims (3)

1. 코일에 인가되는 전원에 의해 발생하는 자력을 이용하여 밸브바디의 내부에 형성된 플런저를 이동시킴에 따라 유입포트로 유입된 유체를 유출포트로 이동하도록 제어하는 솔레노이드 밸브에 있어서,

   상기 플런저의 내부에 축방향으로 형성된 다수개의 압력평형홀과;

   경계면을 중심으로 상하부에 챔버가 형성되도록 상기 플런저의 외주면에 반경방향으로 형성된 다이어프램;

   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 솔레노이드.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 다수개의 압력평형홀은 상기 플런저의 중심축에서 반경방향으로 일정한 거리에 위치하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 다이어프램은 반경방향으로 갈수록 중심부가 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 솔레노이드.

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