KR20080007456A

KR20080007456A - 유압 회로, 특히 자동 변속기의 유압 회로 내의 압력 수준조절용 비례-압력 조절 밸브

Info

Publication number: KR20080007456A
Application number: KR1020077026045A
Authority: KR
Inventors: 칼하인츠 마이르
Original assignee: 젯트에프 프리드리히스하펜 아게
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2006-04-15
Publication date: 2008-01-21
Also published as: US20080190487A1; EP1880260A1; WO2006119840A1; US7984729B2; DE102005021902A1; JP2008541250A; EP1880260B1

Abstract

본 발명은 유압 회로 내에서, 특히 자동 변속기의 유압 회로 내에서 압력 수준을 조절하기 위한, 자석 부재 및 밸브 부재를 포함하는 비례-압력 조절 밸브에 관한 것이며, 상기 밸브 부재는 공급 용적 유동을 위한 공급 개구(11)와, 작동 압력 연결부(A)를위한 제1 배출 개구(12)와, 탱크 용적 유동을 위한 제2 배출 개구(13)와, 볼 시트(14)와, 개구를 갖는 평면 시트(8)와, 평면 시트(8)의 개구에 의한 관류량을 제어하기 위한 폐쇄 부재(9)와, 볼 시트(14)와 평면 시트(8) 사이에 배치된 스트림 편향 장치(3)를 포함한다. 스트림 편향 장치(3)의 외부면은, 유동 방향으로 유동 스트랜드의 편향 각도(γ)가 30°이하로 되도록 구성된다.

비례-압력 조절 밸브, 유압 회로, 밸브 부재, 자석 부재, 스트림 편향 장치

Description

유압 회로, 특히 자동 변속기의 유압 회로 내의 압력 수준 조절용 비례-압력 조절 밸브 {Proportional Pressure Control Valve for Regulating the Pressure Level in a Hydraulic Circuit, Particularly in a Hydraulic Circuit of an Automated Gearbox}

본 발명은 특허청구범위 제1항의 전제부에 따른, 유압 회로 내에서, 특히 자동 변속기의 유압 회로 내에서 압력 수준을 조절하기 위한 비례-압력 조절 밸브에 관한 것이다.

종래 기술로부터, 변속기의 유압 회로 내에서 요구에 따라 압력을 조절하는 것은 공지되어 있다. 변속기 부품들의 윤활유 공급을 위해 유압 회로 내의 압력 수준은 낮게 유지될 수 있는 반면, 예를 들어 변속 요소를 신속하게 채울 수 있도록 변속 과정 중에는 압력이 급격하게 상승되어야 한다.

상기 유형의 유압 회로 내의 압력을 조절하기 위해, 통상적으로 압력 조절기가 사용되며, 압력 조절기는 작동을 위해 후속 슬라이드를 변속 요소를 이용하여 제어한다. 이러한 경우, 압력 조절기 내에서 후속 슬라이드의 제어는, 무엇보다 자성 코어, 자성 코일 및 자성 아마추어로 구성된 비례-자석을 이용하여 이루어진다. 코일 전류는 출력 변수에 비례하게 비례-자석에 의해 제어되며, 자성 아마추 어 및 클러치 제어를 위한 후속 슬라이드는 코일 전류에 상응하게 제어된다. 이로부터 야기된, 압력 조절기의 특성화된 자기력-전류-특성 곡선으로부터 클러치 조정을 위해 필요한 특성 곡선이 자동 변속기의 전기 유압 제어부 내에서 생성된다.

예를 들어 DE 199 43 066 A1호로부터 전자기에 의해 작동 가능한 유압식 비례 밸브가 공지되며, 상기 밸브는 전기에 의해 제어 가능한 코일과, 코일의 내부로 돌출되고 고정된 코어와, 코일에 의해 작동되고 변위 가능하게 구성된 아마추어로 이루어진 자석 부재를 구비하고, 각각 적어도 하나의 공급 채널, 복귀 채널, 작동 채널 및 밸브 시트를 포함하는 밸브 부재를 구비하며, 상기 아마추어는 폐쇄 부재와 커플링되며, 상기 밸브 시트는 폐쇄 부재와 상호 작용하여 작동 채널과 복귀 채널 사이에서 압력 매체의 연결을 제어한다. 이러한 경우 폐쇄 부재는 적어도 밸브 시트를 향한 폐쇄 부재의 단부 영역에서 사실상 원추형 밀봉 본체를 포함하며, 상기 원추형 밀봉 본체 중 작은 단부면이 밸브 시트 쪽으로 배치되며, 상기 밀봉 본체는 밸브 시트의 반대쪽 단부에 적어도 하나의 유동 스톨(stall) 에지를 포함한다.

이러한 구조에 의해 온도 영향 및 유동에 따른 진동 여기에 대해 비례 밸브의 안정한 특성이 달성된다고 한다. 비례 밸브의 압력/전류 특성 곡선는 통상적인 압력 조절 밸브에 비해 더욱 일정하고 더욱 항시적인 그래프를 포함하는데, 상기 비례 밸브의 밀봉 특성 및 마모 특성이 개선되기 때문이다.

압력 감소 기능 및 압력 유지 기능을 갖는 사전 제어 밸브로서 구성된 다른 비례 압력 조절 밸브가 본 출원인의 DE 199 04 901 A1호에 기술되어 있다. 이는 공급 개구 및 배출 개구를 갖는 밸브 하우징과, 변속 요소와, 아마추어 바아와, 비례 자석으로 이루어지며, 상기 비례 자석은 자성 코어, 자성 아마추어 및 자성 코일을 포함하며, 비례 자석은 그의 작동 영역에서 거의 일정한 자력을 포함한다. 자성 아마추어의 지지 위치에서 자성 아마추어와 자성 코어 사이의 축방향 최소 거리는, 이들 두 구성 부재 사이의 자력이 비례 자석의 작동 영역에서의 자력보다 지지 위치에서 큰 방식으로 설정되며, 자성 아마추어는 상기 자력에 의해 지지 위치에서 검출될 수 있다.

또한, 본 출원인의 DE 100 34 959 A1호로부터 밸브 부재와, 공급 및 배출 개구와, 오리피스 및 개구의 제어를 위한 적어도 하나의 폐쇄 수단과, 자성 코어, 자성 코일 및 변위 가능하게 배치된 자성 아마추어를 구비한 자석 부재를 갖는 비례 압력 조절 밸브가 공지되어 있다. 폐쇄 수단을, 특히 공급 개구의 오리피스에서 작동시키는 작동 요소는 아마추어와 연동하며, 상기 작동 요소는 조절 과정 중에 적어도 부분적으로 오리피스 내로 투과된다. 유압식으로 작용하는 오리피스의 단면은 사실상 오리피스 길이, 오리피스 직경 및 오리피스 내로 투과되는 작동 요소 부분의 직경에 의해 오리피스에서 결정된다.

특히 저온 영역에서, 즉 유압 액체의 보다 높은 점도에서 최적화된, 밸브 부재 내의 유량과 관련하여, 그리고 낮은 유동 저항과 관련하여, DE 100 34 959 A1호에 따른 비례 압력 조절 밸브는 유량에 따라 결정되는 공급 기하 구조의 최적화된 형태를 포함하며, 오리피스 직경에 대한 오리피스 길이의 비는 2.0 보다 작게 선택되며, 유량에 따라 결정되는 상기 오리피스는 특히 밸브의 공급 개구 내에 배치된 다. 이로써, 상기 밸브는 특히 높은 오일 점도에서, 즉 낮은 온도에서 적은 유동 손실을 포함하는 것이 달성되며, 보다 많은 유량 및 밸브의 보다 짧은 응답 시간이 달성됨으로써, 상기 비례 압력 조절 밸브의 동력학적 값이 개선될 수 있다.

또한, 종래 기술로부터 자석 부재 및 밸브 부재를 포함하는 비례 압력 조절 밸브가 공지되며, 상기 밸브 부재에는 공급 용적 유동을 위한 공급 개구와, 충전 용적 유동을 위한 제1 배출 개구와, 탱크 용적 유동을 위한 제2 배출 개구가 제공되며, 밸브 부재는 볼 시트와, 개구가 제공된 평면 시트와, 평면 시트에서 개구에 의해 관류량의 제어를 위한 폐쇄 부재와, 볼 시트와 평면 시트 사이에 배치된 스트림 편향 장치를 포함한다.

이러한 경우, 공급 용적 유동을 위한 공급 개구는 밸브 부재에 있어 자석 부재의 반대쪽 단부에서 그의 종축에 대해 동축상으로 형성되며, 충전 용적 유동을 위한 배출 개구는 클러치를 위해 밸브 부재의 측벽에서 그의 종축에 대해 반경 방향으로 형성되어, 공급 개구로부터 배출 개구로 유동하는 유체 입자들은 최대 90°의 편향에 노출되며, 볼 시트로부터 스트림 편향 장치의 축방향 거리뿐만 아니라, 스트림 편향 장치의 직경, 벽 두께 및 구조는, 볼 시트의 관류 이후 스트림 편향 장치 쪽으로 그리고 스트림 편향 장치를 통해 유동하는 유체 입자들이 30° 미만의 편향에 노출되는 방식으로 선택된다.

자동 변속기, 특히 승용차의 자동 변속기에서, 특히 유체 역학적 변환기는 시동 요소로서 사용된다. 특히 차가운 변속기 오일의 경우 변환기의 에너지 소비는 매우 높으며, 이로써 차량의 시동 특성은 불리하게 악영향을 받는다. 마찬가지 로, 변속기 변속 요소의 응답 특성도 영하 온도 범위에서 지연되며, 이는 마찬기지로 부정적으로 나타난다.

본 발명의 목적은 유압 회로 내에서 압력 수준을 조절하기 위한 비례-압력 조절 밸브를 제공하는 것이며, 상기 비례 압력 조절 밸브를 이용하여 유체 역학적 시동 요소 없이 부하 시프트 클러치의, 특히 자동 변속기에서 시동 클러치의 다이내믹한 조절 성능이 상승될 수 있다.

특히, 예를 들어 압력 조절 요소 및 습식 시동 클러치로 이루어진 시스템의 차단 주파수(cutoff frequency)의 상승에 의해, 한편으로는 영하의 온도에서 유체 역학적 변환기를 포함하는 변속기의 경우와 유사하게 양호한 시동 안락감이 달성되어야 하고, 다른 한편으로는 부하 회로가 더욱 자발적으로, 즉 감지할 수 있게 더욱 직접적으로 진행되어야 한다.

상기 목적은 청구항 제1항의 특징들에 의해 달성된다. 추가의 본 발명에 따른 실시예들과 장점들은 종속항들로부터 제시된다.

본 발명에 따라, 비례-압력 조절 밸브는 자석 부재 및 밸브 부재를 포함하며, 상기 밸브 부재는 공급 용적 유동을 위한 공급 개구와, 작동 압력 연결부를 위한 제1 배출 개구와, 탱크 용적 유동을 위한 제2 배출 개구와, 볼 시트와, 개구를 구비한 평면 시트와, 평면 시트의 개구에 의해 관류량을 제어하기 위한 폐쇄 부재와, 볼 시트와 평면 시트 사이에 배치된 스트림 편향 장치가 배치되며, 스트림 편향 장치는 비례 압력 조절 밸브의 세로축을 따라 대칭으로 구성되고 원추형 외부 기하구조를 갖는 기본 본체를 포함하며, 기본 본체는 웨지에 의해 밸브 부재에 배치된다.

바람직하게 스트림 편향 장치의 직경은 1.25 NW 이하이며, 이때 NW는 평면 시트의 개구의 직경으로서 규정되는 공칭 폭이다.

또한, 스트림 편향 장치는 볼 시트 배출부에 대한 위치 설정 거리(v)가 0.5 NW 이상이고 환형 유동 유입부에 대한 위치 설정 거리(h)가 0.3 NW 이상이 되도록 볼 시트와 평면 시트 사이에 배치된다.

본 발명에 따라 스트림 편향 장치는 위치 설정 거리(v 및 h)와 상호 작용하면서 기본 본체의 원추형 외부 기하 구조에 의해, 스트림 편향 장치의 정점으로부터 유입 또는 배출 유동 에지 쪽으로의 투영선과 중심 유동축 사이의 각도들(α 및 β)의 차이가 스트림 편향 영역에서 3° 미만이고 스트림 편향 영역에서 중심 유동축을 따른 법선과 관련하여 양호한 유동 대칭이 형성되는 방식으로 작용한다.

본 발명에 따라 스트림 편향 장치는, 밸브의 세로축에 대한 유입 유동각이 60° 이하가 되는 방식으로 구성되어 위치 설정된다. 이러한 경우, 스트림 편향 장치의 에지는 둥글게 구성될 수 있으며, 둥근 에지의 경우 곡률 반경은 0.1 NW 이상의 크기에서 특히 유리한 것으로 판명된다.

배출 유동 에지는 환형 유동 유입부에서 둥글게 구성되거나 예리한 에지로 구성될 수 있는데, 이러한 경우 둥근 에지에서 곡률 반경은 0.1 NW 이상의 크기에서 선택된다.

본 발명에 따른 개념에 의해 그리고 특히 유동 손실이 적고 대칭인 스트림 편향 장치의 실시에 의해 스트림 편향 장치의 와류 없는 유동 또는 순환이 가능하게 된다.

이하, 본 발명은 첨부되는 도면을 참조하여 예시적으로 더욱 상세히 설명된다.

도1은 본 발명에 따른 비례 압력 조절 밸브의 개략적인 부분 단면도이다.

도2는 밸브의 세로축에 대한 유입 유동각(γ) 및 스트림 편향 장치의 정점으로부터 유입 또는 배출 유동 에지 쪽으로의 투영선의 각도들(α 및 β)이 표시된, 본 발명에 따른 도1의 비례 압력 조절 밸브의 개략적인 부분 단면도이다.

도1 및 도2에는 자석 부재 및 밸브 부재를 포함하는 비례-압력 조절 밸브(10)가 도시되며, 상기 밸브 부재는 공급 압력이 도면 부호 p로 표시된 공급 용적 유동을 위한 공급 개구(11)와, 작동 압력 연결부(A)를 위한 제1 배출 개구(12)와, 탱크(T)에 대한 탱크 용적 유동을 위한 제2 배출 개구(13)와, 볼 시트(14)와, 개구(15)를 구비한 평면 시트(8)와, 평면 시트(8)의 개구(15)에 의해 관류량을 제어하기 위한 폐쇄 부재(9)와, 스트림 편향 장치(3)를 포함한다. 또한, 공급 개구(11) 앞에 필터 스크린(1)이 제공된다.

본 발명에 따라 스트림 편향 장치(3)는 볼 시트(14)와 평면 시트(9) 사이에 배치된다. 스트림 편향 장치(3)의 외부면은, 유동 방향으로 유동 스트랜드(q)의 편향 각도(γ)가 30°이하로 되도록 구성된다.

제1 실시예에서, 스트림 편향 장치(3)는 밸브의 세로축(a-a)을 중심으로 회전 대칭으로 구성된다. 이러한 경우 스트림 편향 장치의 외부면은 원뿔대의 형태를 보유하며, 스트림 편향 장치는 웨지에 의해 밸브 부재에 연결된다.

다른 실시예에서, 스트림 편향 장치의 단면은 사다리꼴 형태를 보유한다. 이러한 경우 스트림 편향 장치는 회전 대칭이 아니라, 유동 방향에 대해 횡방향으로 연장되어 밸브 부재에 직접 연결된다.

유동 스트랜드(q)는 비례 압력 조절 밸브(10)의 플랜지 부재(I)를 통해 볼 시트 배출부(2)로부터 스트림 편향 장치(3) 주위에서 한편으로는 작동 압력 연결부(A) 방향으로의 편향에 따라 전개되고 다른 한편으로는 평면 시트(8) 방향으로 플런저(6)와 벽(7) 사이의 환형 유동 유입부(4) 방향으로 형성된다.

예를 들어 환형 유동 유입부(4)에서 배출 유동 에지는 도면 부호 5로 표시된다. 상기 에지는 도면에 도시된 바와 같이 둥글게 구성될 수 있으며, 곡률 반경은 0.1 NW 이상의 크기에서 특히 유리한 것으로 판명된다. 대안적으로 배출 유동 에지는 예리한 에지로 구성될 수도 있다.

도2로부터 알 수 있는 바와 같이, 유동 방향으로 유동 스트랜드가 편향되는 각도(γ)는 30°이하이다. 이러한 경우 스트림 편향 장치(3)의 에지는 둥글게 구성되며, 곡률 반경(R)은 0.1 NW 이상의 크기이다.

스트림 편향 장치(3)는 볼 시트 배출부(2)에 대한 위치 설정 거리(v)가 0.5 NW 이상이고 환형 유동 유입부(4)에 대한 위치 설정 거리(h)가 0.3 NW 이상이 되도록 볼 시트(14)와 평면 시트(8) 사이에 배치된다. 스트림 편향 장치(3)의 기본 본 체의 원추형 외부 기하구조와 관련하여 상기 위치 설정 거리들에 의해, 스트림 편향 장치(3)의 정점으로부터 유입 또는 배출 유동 에지 쪽으로의 투영선(z 또는 y)과 중심 유동축(x-x) 사이의 각도들(α 및 β)의 차이가 스트림 편향 영역에서 3° 미만이고 스트림 편향 영역에서 중심 유동축(x-x)을 따른 법선과 관련하여 양호한 유동 대칭이 달성된다. 바람직하게 상기 각도들(α 및 β)은 23° 이하이다.

상기 각도들(α 및 β) 및 법선(s)은 도2에 도시된다. 또한, 도2에는 스트림 편향 장치(3)의 직경(D)이 도시되는데, 상기 직경은 본 발명에 따라 1.25 NW 이하이다.

자명하게, 각각의 구조 형태, 특히 본 발명에 따른 비례 압력 조절 밸브의 구성 부품들 각각의 공간적 배치는 자체적으로뿐만 아니라 서로에 대해 그리고 기술적으로 의미가 있는 한, 이들 구조 형태가 도면 또는 명세서에 명시적으로 기술되지 않더라도, 청구범위에 제시된 바와 같은 비례 압력 조절 밸브의 기능에 영향을 미치지 않으면서 본 발명의 청구범위의 범주 내에 존재한다.

<도면 부호 리스트>

1: 필터 스크린

2: 볼 시트 배출부

3: 스트림 편향 장치

4: 환형 유동 유입부

5: 배출 유동 에지

6: 플런저

7: 벽

8: 평면 시트

9: 폐쇄 부재

10: 비례-압력 조절 밸브

11: 공급 개구

12: 배출 배구

13: 배출 개구

14: 볼 시트

15: 평면 시트의 개수

T: 탱크

I: 플랜지 부재

P: 공급 압력

A: 작동 압력 연결부

D: 스트림 편향 장치(3)의 직경

NW: 공칭 폭, 평면 시트(8)의 개구(15)의 직경

R: 스트림 편향 장치(3)의 에지의 곡률 반경

v: 스트림 편향 장치(3)와 볼 시트 배출부(2) 사이의 위치 설정 거리

h: 스트림 편향 장치(3)와 환형 유동 유입부 사이의 위치 설정 거리

y: 배출 유동 에지 방향으로의 투영선

z: 유입 유동 에지 방향으로의 투영선

x-x: 스트림 편향 영역에서의 중심 유동축

a-a: 비례-압력 조절 밸브의 세로축

α: x와 z 사이의 각도

β: x와 y 사이의 각도

γ: 유동 스트랜드가 스트림 편향 장치(3)에 의해 편향된 각도

s: 스트림 편향 영역에서 중심 유동축(x-x)을 따른 법선

Claims

유압 회로 내에서, 특히 자동 변속기의 유압 회로 내에서 압력 수준을 조절하기 위한, 자석 부재 및 밸브 부재를 포함하는 비례-압력 조절 밸브이며, 상기 밸브 부재는 공급 용적 유동을 위한 공급 개구와, 작동 압력 연결부를 위한 제1 배출 개구와, 탱크 용적 유동을 위한 제2 배출 개구와, 볼 시트와, 개구를 구비한 평면 시트와, 평면 시트의 개구에 의해 관류량을 제어하기 위한 폐쇄 부재와, 볼 시트와 평면 시트 사이에 배치된 스트림 편향 장치를 포함하는 비례-압력 조절 밸브에 있어서,

스트림 편향 장치(3)의 외부면은, 유동 방향으로 유동 스트랜드의 편향 각도(γ)가 30°이하로 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 비례-압력 조절 밸브.
제1항에 있어서, 스트림 편향 장치(3)는 세로축(a-a)을 중심으로 회전 대칭으로 구성되며, 스트림 편향 장치(3)의 외부면은 원뿔대의 형태를 보유하며, 스트림 편향 장치(3)는 웨지에 의해 밸브 부재에 연결되는 것을 특징으로 하는 비례-압력 조절 밸브.
제1항에 있어서, 스트림 편향 장치(3)의 단면은 사다리꼴 형태이고 스트림 편향 장치(3)는 유동 방향에 대해 횡방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 비례-압력 조절 밸브.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 스트림 편향 장치(3)의 에지는 둥글게 구성되며, 곡률 반경(R)은 0.1 NW 이상의 크기인 것을 특징으로 하는 비례-압력 조절 밸브.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 스트림 편향 장치(3)는, 볼 시트 배출부(2)에 대한 위치 설정 거리(v)가 0.5 NW 이상이고 환형 유동 유입부(4)에 대한 위치 설정 거리(h)가 0.3 NW 이상이 되도록 볼 시트(14)와 평면 시트(8) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 비례-압력 조절 밸브.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 스트림 편향 장치(3)의 직경(D)은 1.25 NW 이하인 것을 특징으로 하는 비례-압력 조절 밸브.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 배출 유동 에지(5)는 환형 유동 유입부(4)에서 둥글게 또는 예리한 에지로 구성되며, 둥글게 구성된 배출 유동 에지(5)의 경우 곡률 반경은 0.1 NW 이상의 크기인 것을 특징으로 하는 비례-압력 조절 밸브.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 스트림 편향 장치(3)는, 비례 압력 조절 밸브의 세로축(a-a)에 대한 유입 유동각(γ)이 60° 이하가 되는 방식으로 구성되어 위치 설정되는 것을 특징으로 하는 비례-압력 조절 밸브.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 스트림 편향 장치(3)는, 스트림 편향 장치(3)의 정점으로부터 유입 또는 배출 유동 에지 쪽으로의 투영선(z 또는 y)과 중심 유동축(x-x) 사이의 각도들(α 및 β)의 차이가 스트림 편향 영역에서 3° 미만인 것을 특징으로 하는 비례-압력 조절 밸브.
제9항에 있어서, 상기 각도들(α 및 β)은 23° 이하인 것을 특징으로 하는 비례-압력 조절 밸브.