KR20090057017A - 직접 작용하는 파일럿 압력 제어 솔레노이드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밸브 몸체를 통해 적어도 부분적으로 연장되는 유체 통로를 가진 상기 밸브 몸체를 가지는 솔레노이드 밸브에 관한 것이다. 공급 포트는 상기 밸브 몸체를 통해 배치되고 상기 유체 통로에 작동 가능하게 연결된다. 상기 공급 포트는 펌프와 같은 압력 공급원으로부터 유압 유체, 변속기 유체, 또는 어떤 다른 적절한 유체와 같은 유체 매질을 도입한다. 제어 포트는 또한 상기 밸브 몸체를 통해 배치되고 작동 가능하게 상기 유체 통로에 연결된다. 배기 포트는 또한 상기 밸브 몸체를 통해 배치되고 상기 유체 통로에 작동 가능하게 연결된다. 상기 제어 포트와 상기 공급 포트와 상기 배기 포트 사이에 상기 유체 통로 내에 작동 가능하게 배치된 밸브 부재가 있다. 이는 상기 밸브 부재를 통해 적어도 부분적으로 연장되는 보어에 의해 완성된다. 계량 구멍은 상기 유체 통로나 배기 포트를 상기 밸브 부재의 상기 보어와 연결한다.

솔레노이드 밸브, 공급 포트, 제어 포트, 배기 포트, 보어, 계량 구멍

Description

직접 작용하는 파일럿 압력 제어 솔레노이드{DIRECT-ACTING PILOT PRESSURE CONTROL SOLENOID}

<관련 출원들에 대한 상호 참조>

본 출원은 2006년 9월 26일에 제출된 미국 가출원 제60/847,222호의 이익을 주장한다. 상기 출원의 개시는 여기에 참고로 포함된다.

본 발명은 자동 변속기들에서 파일럿 압력 제어를 위한 가변력 솔레노이드에 관한 것이다.

솔레노이드들은 클러치 메커니즘들 또는 다른 변속기 요소들과 같은 수 많은 장치들을 제어하기 위해 자동차들에서 사용된다. 그리고, 솔레노이드들은 실제로 어떠한 다른 유압이나 공압으로 작동되는 차량 시스템에서 사용될 수 있다.

종래 기술의 밸브(100)를 보여 주는 도 3을 참조하면, 솔레노이드들의 어떤 타입들은 상기 밸브(100)의 밸브부(106)의 보어(104) 내에서 움직이는 스풀(102)을 사용한다. 일반적으로, 상기 밸브(100)는 공급 포트(105)로부터 제어 포트(107)로, 상기 제어 포트(107)로부터 배기 포트(109)로 유체 흐름을 허용하기 위해 상기 스풀(102) 상에 계량 단부들(103)을 가진다. 이 타입의 밸브(100)가 작동될 때에 하방향력(downward force, 108)이 가해 지고 상기 스풀(102)은 상기 보어(104) 내 에서 아래로 이동한다. 유체(110)는 상기 공급 포트(105)로부터 상기 제어 포트(107)로 흐르고, 유체(112)는 상기 공급 포트(105)와 상기 제어 포트(107) 사이에서 가속되어 상기 스풀(102) 상에 작용하는 일시적인 유동력을 생성한다. 이 일시적인 유동력은 상기 공급 포트(105)에 대해 상기 스풀(102)을 추가로 열기 위해 작용하고 이는 다시 상기 유체의 추가적인 가속을 일으키고 아래 방향의 일시적인 유동력들(114) 등을 증가시킨다. 이는 상기 밸브(100)에 대해 매우 큰 불안정화 효과를 가지며 바람직하지 않다. 그러므로 공급이나 배기를 위해 열리는 상기 밸브로부터 얻어 지는 일시적 유동력들이 상기 밸브를 닫기 위해 작용하여 불안정화 효과보다 안정화 효과를 제공하는 스풀 밸브 디자인을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명은 밸브 몸체를 통해 적어도 부분적으로 연장되는 유체 통로를 가진 상기 밸브 몸체를 가지는 솔레노이드 밸브를 지향한다. 공급 포트는 상기 밸브 몸체를 통해 배치되고 상기 유체 통로에 작동 가능하게 연결된다. 상기 공급 포트는 펌프와 같은 압력 공급원으로부터 유압 유체, 변속기 유체 또는 몇 가지 다른 적당한 유체와 같은 유체 매질을 도입한다. 제어 포트도 역시 상기 밸브 몸체를 통해 배치되고 상기 유체 통로에 작동 가능하게 연결된다. 상기 유체 통로에 작동 가능하게 배치되며, 유체가 상기 공급 포트로부터 상기 제어 포트로 흐르도록 허용하기 위해 상기 밸브 부재를 통해 적어도 부분적으로 연장되는 보어를 가지는 밸브 부재가 상기 제어 포트와 상기 공급 포트 사이에 있다. 두 개 이상의 계량 구멍들은 상기 유체 통로를 상기 밸브 부재의 상기 보어와 연결한다. 상기 솔레노이드 밸브 몸체도 역시 상기 계량 구멍들에 작동 가능하게 맞물린 계량 랜드(metering land)를 가진다. 상기 계량 구멍들을 통해 상기 보어로 또는 상기 보어로부터의 유체의 흐름을 제어하기 위해 상기 밸브 부재는 상기 계량 랜드에 대해 슬라이딩한다. 본 발명의 적용 가능성의 추가적인 영역들은 다음에 제공된 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다. 상세한 설명과 구체적인 예들은, 본 발명의 바람직한 실시예를 제시하지만, 오직 설명만을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하려고 하는 것은 아니다라고 이해되어야 한다.

본 발명은 상세한 설명과 첨부된 도면들로부터 더 완전히 이해될 것이며:

도 1a는 제1위치에 계량 구멍을 가지는 솔레노이드 밸브의 단면도이며;

도 1b는 제2위치에 계량 구멍을 가지는 솔레노이드 밸브의 단면도이며;

도 2는 계량 구멍과 계량 랜드의 분해도이다.

도 3은 불안정화시키는 일시적인 유동력들을 보여 주는 주석을 가진 스풀 밸브의 종래기술의 예이다.

도 4는 안정화시키는 일시적인 유동력들을 보여 주는 주석을 가진 밸브 부재와 밸브 몸체의 분해도이다.

바람직한 실시예(들)의 아래의 설명은 사실상 오직 예시적인 것에 불과하고 본 발명, 그의 응용 및 용도들을 제한하고자 하는 것은 아니다.

도 1a와 1b를 참조하면 두 도면들은 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 밸 브(10)의 단면도를 보여준다. 상기 솔레노이드 밸브(10)는 밸브 몸체(12)를 통해 길이 방향으로 배열된 유체 통로(14)를 가진 상기 밸브 몸체(12)를 가진다. 펌프(미도시)와 같은 공급원으로부터 상기 밸브 몸체(12)로 가압된 유체를 도입하는 공급 포트(16)가 상기 밸브 몸체(12) 내의 상기 유체 통로(14)에 연결되어 있다.

상기 밸브 몸체(12)의 단부에는 상기 솔레노이드 밸브(10)에 의해 제어되는 압력을 하류 요소들로 소통시키는 제어 포트(18)가 또한 있다. 상기 요소들은 스풀 밸브들과 클러치들을 포함하지만 이들에 한정되지 않는 어떠한 타입의 유압으로 작동되는 장치일 수 있다.

상기 밸브 몸체(12)는 또한 필요한 때에 상기 제어 포트(18)로부터 압력을 내보내기 위한 배기 포트(20)도 포함한다.

밸브 부재(22)는 상기 밸브 몸체(12)를 통해 슬라이딩 가능하게 배열되며, 상기 제어 포트(18)와 둘 이상의 계량 구멍들(26)로부터 압력을 소통시키기 위한 보어(24)를 포함한다. 상기 계량 구멍들은 상기 밸브 몸체(12)의 계량 랜드(28)와 맞물린다.

상기 밸브 부재(12)는 상기 계량 랜드(28)를 가로 질러서 상기 유체 통로(14) 또는 상기 배기 포트(20)로 향하는 상기 계량 구멍들(26)을 개폐하여 상기 제어 포트(18)에서의 압력을 조절할 수 있다. 상기 제어 포트(18) 내의 압력은 도면들에서 위쪽으로 피드백 력(feedback force)을 제공하기 위해 상기 밸브 부재(22)의 전체 면적에 작용한다.

솔레노이드부(32)는 상기 밸브 몸체(12)에 연결되거나 일체화된다. 상기 솔 레노이드부(32)는 보빈(36)에 감긴 코일(34)을 포함한다. 상기 코일(34)은 상기 솔레노이드부(32)에 연결된 커넥터(38)를 통해 전류가 공급될 수 있다. 상기 솔레노이드부(32) 안에는 상기 코일(34)에 전류가 통하면 상기 솔레노이드부(32) 내에서 이동하는 전기자(40)가 있다. 상기 전기자(40)는 자극편(41)에 의해 안내되는 축(42)에 연결되어 있다. 상기 축(42)은 상기 전기자(40)를 통해 연장되고 상기 밸브 몸체(12) 내에서 상기 밸브 부재(22)를 접촉한다.

도 1a 와 도 1b를 참조하여 상기 솔레노이드 밸브(10)의 작동이 설명된다. 상기 코일(34)과 상기 솔레노이드부(32)에 전류가 통하지 않게 될 때, 스프링(46)은 상기 축(42)과 상기 전기자(40)가 상기 밸브 부재(22)를 도 1a에 보인 바와 같이 제1위치로 이동하게 한다. 상기 밸브 부재(22)가 이 위치에 있을 때 상기 공급 포트(16)로부터의 압력이 상기 계량 구멍들(26)을 가로 질러서 상기 보어(24)로 계량될 것이다. 상기 보어(24) 내의 압력이 상기 제어 포트(18)에 공급될 것이다. 상기 밸브 부재(22)의 전체 직경에 가해 지는 상기 압력으로부터 초래되는 상기 피드백 력이 상기 스프링(46)의 힘에 매칭될 때까지 상기 제어 포트(18)에서의 압력이 올라갈 것이다. 상기 피드백 력과 스프링 력이 동일할 때에, 상기 밸브 부재(22)는 상기 계량 랜드(28)에 대해 중립 위치로 이동할 것이다. 이 구성은 정상적으로 높은 구성(normally high configuration)으로써 알려 진 것이다. 이는 상기 솔레노이드 밸브(10)에 전류가 통하지 않는 때에 상기 제어 포트(18)에 높은 압력이 제공될 것이라는 것을 의미한다. 상기 솔레노이드 밸브(10)가 상기 밸브에 전류가 공급되지 않을 때에 상기 핀 밸브(22)가 상기 공급 포트(16)로부터의 압력 이 상기 제어 포트(18)에 공급되지 않는 위치로 이동하는 정상적으로 낮은 구성(normally low configuration)을 가지도록 구성된 것은 이 발명의 범위에 속한다.

상기 솔레노이드 밸브(10)에 전류가 공급될 때에 상기 전기자(40)는 도 1b에 보여 진 위치로 제2방향으로 이동할 것이며 상기 위치에서 상기 계량 구멍들(26)은 그들의 각각의 계량 랜드들(30)의 다른 측면 상에서 상기 배기 포트(20)에 노출된다. 상기 구멍들(26)이 이 위치에 있을 때에, 상기 보어(24) 내의 압력이 상기 계량 구멍들(26)을 통해 완화되며 상기 배기 포트(20)를 통해 배출된다. 상기 피드백 력이 상기 스프링 력에서 상기 솔레노이드부(32)에 전류를 공급하여 생성된 자기력을 뺀 것과 동일할 때까지 상기 제어 포트(18)에서의 압력이 감소될 것이다.

상기 솔레노이드부(32)에 의해 생성된 자기력은 상기 코일(34)에 가해 진 전류에 비례한다. 상기 자극편(41)과 전기자(40)는 상기 자기력이 상기 자극편(41)에 대한 상기 전기자(40)의 상대적 위치로부터 상대적으로 독립적으로 되도록 설계된다.

그러므로 상기 코일(34)로의 전류가 점진적으로 증가된다면, 상기 솔레노이드부(32)의 상기 자기력이 증가되고, 스프링 부하, 자기력과 피드백 력의 힘의 균형을 유지하기 위한 힘의 증가에 비례한 양에 의해 상기 제어 포트 내의 압력이 감소될 것이다.

상기 코일(34)로의 전류가 점진적으로 감소된다면, 상기 솔레노이드부(32)의 자기력은 마찬가지로 감소되고 상기 제어 포트 내의 상기 압력은 상기 동일한 힘의 균형을 유지하기 위한 힘의 감소에 비례하는 양에 의해 증가될 것이다.

앞에서는 상기 코일(34)에 가해 지는 전류의 작용으로서 상기 제어 포트(18)에서 압력을 변화시키는 동안의 상기 솔레노이드 밸브(10)의 정적인 행태를 기술하였다. 증가하거나 감소하는 전류의 단계적 변화가 있을 때에 존재하는 일시적인 조건들이 추가로 존재한다. 전류의 단계적 변화들이 발생할 때에 힘의 균형의 일시적인 붕괴가 마찬가지로 발생하고 상기 밸브 부재(22)는 힘의 불균형 하에서 한 방향이나 다른 방향으로 이동할 것이다. 전류의 단계적 증가가 존재하고 그 결과로 상기 밸브 부재(22)가 상기 배기 포트(20)로 상기 계량 구멍들(26)을 열기 위해 이동한다면, 상기 밸브 부재(22)의 상기 보어(24) 내의 유체는 정적인 상태로부터 가속되어 상기 제어 포트(18)로부터 상기 계량 구멍들(26)을 거쳐 흐르고 상기 배기 포트(20)로 배출된다. 이 유체 가속은 상기 구멍을 폐쇄하기 위해 작용하는 반응력을 상기 밸브 상에 생성할 것이다. 상기 제어 포트(18)로부터 압력을 배출하는 동안 압력의 정확한 제어를 유지하는 것을 돕는 안정화력이 존재한다.

한 편 전류의 단계적 감소가 존재하고 그 결과로 상기 밸브 부재(22)가 상기 유체 통로(14)로 상기 계량 구멍들(26)을 열기 위해 이동한다면, 상기 밸브 부재(22)의 상기 보어(24) 내의 유체는 정적인 상태로부터 가속되어 상기 유체 통로(14)와 상기 상류 공급 포트(16)로부터 상기 계량 구멍들(26)을 통해 상기 제어 포트(18)로 흐른다. 이 유체 가속은 상기 구멍을 닫기 위해 작용하는 반응력을 상기 밸브 상에 생성할 것이다. 이는 또한 상기 제어 포트(18)를 가압할 압력의 정확한 제어를 유지하는 것을 돕는 안정화력이다.

이 독특한 설계 개념은 컴팩트한 패키지에서 상기 제어 포트(18)로 흐르거나 또는 상기 제어 포트(18)로부터 흐르는 동안에 상기 솔레노이드 밸브(10)에게 안정화시키는 일시적인 유동력을 가지는 특성을 제공한다. 이 설계의 장점들은 도 4에서 더 잘 설명된다. 상기 솔레노이드가 상기 밸브 부재(22)에 하방향력(200)을 가함으로써, 유체(202)가 상기 구멍들(26)을 통과하여 상기 보어(24)로 들어 간다. 유체 압력이 상기 보어(24)에 생성될 때에 상방향 반응력(206) 또는 반응력이 상기 밸브 부재(22)에 상기 밸브 부재(22)의 중앙에서 가해 진다. 상기 상방향 반응력(206)은, 도 3에 보인 바와 같은, 상기 일시적인 유동을 안정화하지 않는 하방향 반응력들(114)을 가지는 종래 기술의 스풀 밸브 설계들보다 장점을 제공한다.

본 발명의 설명은 사실상 오직 예시적이므로, 본 발명의 요점을 벗어 나지 않은 변형들은 본 발명의 범위 내에 있다고 생각된다. 이와 같은 변형들은 본 발명의 정신과 범위를 벗어난 것으로 간주되지 않는다.

Claims (5)

1. 밸브 몸체를 통해 적어도 부분적으로 연장되는 유체 통로를 가지는 상기 밸브 몸체;

   상기 밸브 몸체를 통해 배치되고 상기 유체 통로에 작동 가능하게 연결된 공급 포트;

   상기 밸브 몸체를 통해 배치되고 상기 유체 통로에 작동 가능하게 연결된 제어 포트;

   상기 밸브 몸체를 통해 배치되고 상기 유체 통로에 작동 가능하게 연결된 배기 포트;

   상기 공급 포트와 상기 제어 포트 사이의 유체 매질의 유동을 제어하기 위해 상기 유체 통로 내에 작동 가능하게 배치되며, 상기 공급 포트와 상기 제어 포트 사이에 유동을 제공하기 위해 상기 밸브 부재를 통해 적어도 부분적으로 연장되는 보어를 가지는 밸브 부재;

   상기 보어와 상기 유체 통로 사이에서 상기 밸브 부재를 통해 연장되는 둘 이상의 계량 구멍들; 및

   상기 계량 구멍들에 작동 가능하게 맞물린 계량 랜드를 포함하며, 상기 밸브 부재는 상기 계량 랜드에 대해 이동함으로써 상기 제어 포트와 상기 공급 포트 또는 상기 배기 포트 사이에서 유체의 유동을 제어하는 것을 특징으로 하는 밸브.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 계량 구멍들을 통해 유체의 유동을 계량하기 위해 두 계량 단부들(metering edges)을 상기 계량 랜드 상에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 코일에 전류가 통함에 따라 상기 솔레노이드부 내에서 이동하는 전기자와 코일, 및 상기 전기자에 연결된 축을 가지는 솔레노이드부를 더 포함하며, 상기 축은 상기 밸브 몸체로 부분적으로 연장되며 상기 밸브 부재를 접촉하고, 상기 코일에의 전류 공급은 상기 솔레노이드부 내에서 상기 전기자의 이동에 반응하여 상기 축이 상기 솔레노이드부 내에서 미끄러지게 하고 상기 밸브 부재를 이동시키는 것을 특징으로 하는 밸브.
4. 제 5항에 있어서,

   상기 코일에 전류가 통하지 않을 때에 한 방향으로 상기 전기자와 상기 축을 편향시키기 위해 상기 축을 작동 가능하게 접촉하는 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.
5. 제 5항에 있어서,

   상기 계량 구멍들을 통해 유체의 유동을 계량하기 위해 상기 계량 랜 드 상에 두 계량 단부들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브.

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