KR20140055707A

KR20140055707A - 오일 릴리프 밸브

Info

Publication number: KR20140055707A
Application number: KR1020120122918A
Authority: KR
Inventors: 장성권
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2012-11-01
Publication date: 2014-05-09
Also published as: KR101393865B1; US20140116541A1; US8978694B2; CN103807478A

Abstract

본 발명은 오일 릴리프 밸브에 관한 것으로서, 오일펌프의 펌프 하우징에 형성되어 오일통로와 릴리프 통로 사이에 마련되어 연통되는 밸브홀과; 상기 밸브홀의 상단부에 마련되는 플런저와 하단부에 마련되는 지지부와 상기 플런저와 상기 지지부 사이에 마련되어 상기 플런저를 탄성 지지하는 탄성부재가 마련되는 릴리프 밸브를 포함하고, 상기 밸브홀은 상기 플런저가 마련되는 상단부의 상부와 하부의 단면적이 서로 다르게 마련되고, 상기 플런저는 상단부와 하단부가 단면적이 서로 다르게 마련되며, 상기 밸브홀에 면밀착 되는 것을 특징으로 한다.
이에, 릴리프 밸브의 단면적을 변화시킴에 따라 탄성부재를 가압하는 힘을 변화시켜 바이패스 되는 오일양을 증대시킴으로써, 오일압 쇼크를 저감하고 릴리프 밸브 열림 속도를 증가시키며, 오일압 떨림 현상을 저감시킬 수 있는 오일 릴리프 밸브를 제공하는 것이다.

Description

오일 릴리프 밸브{Oil Relief Valve}

본 발명은 오일 릴리프 밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 오일압 쇼크를 저감하고 릴리프 밸브 열림 속도를 증가시키며, 오일압 떨림 현상을 저감시킬 수 있는 오일 릴리프 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 엔진이나 변속기 등과 같은 장치에는 일정한 수준의 압력으로 오일과 같은 유체를 공급해야 하며, 이를 위하여 오일펌프와 같은 펌프를 구동하는데, 펌프의 구동에 따라 토출되는 유체의 압력은 변화하게 된다. 오일펌프는 엔진 RPM이 상승함에 따라 선형적인 유량 증대를 나타낸다. 유량 증대는 엔진 오일 회로내의 압력 상승을 야기하고 엔진 압력이 필요 이상으로 높아질 경우, 오일 씰링부의 내압의 증대로 오일 누유 문제가 발생할 뿐만 아니라 오일펌프 회전 시 동력 손실이 증가하는 문제점이 있다.

이를 방지하기 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 오일 펌프 하우징(100)에 릴리프밸브(1)가 구비된다. 릴리프 밸브(1)는 밸브홀(10) 내부에 상하로 슬라이딩 가능하도록 마련된 플런저(20)와; 플런저(20)를 탄성 지지하는 스프링(30); 스프링(30)을 지지하는 지지부(40)를 포함한다. 릴리프밸브(1)는 오일압이 설정 압력 이상일 때, 오일통로(60)로 토출되는 오일중 일부 오일을 릴리프 통로(50)와 연동시켜 오일팬 측으로 다시 복귀시켜주는 바이패스(Bypass)흐름을 형성한다. 이에, 오일펌프의 오일 토출 압력을 적정 수준으로 유지하고 높은 압력으로 인한 손상을 방지한다. 즉, 릴리프 밸브(1)는 오일펌프에서 펌핑되어 토출되는 오일의 오일압을 직접 받게 되고, 오일압이 크게 높아질 때 스프링(30)이 압축되면서 플런저(20)가 하측으로 이동된다. 플런저(20)가 하측으로 이동함에 따라 오일통로(60)와 릴리프홀(50)가 연동되며 오일의 일부가 릴리프 통로(50)로 유입된다.

이와 같은 종래의 릴리프밸브(1)는 릴리프 통로(60)로 유입되어 복귀되는 오일의 유량이 오일 압력과 릴리프밸브(1) 내의 스프링(30) 상수에 의해 선형적으로 제어되었다. 이에 따라 도 2에 도시된 바와 같이, 오일 릴리프 밸브(1)의 열림-닫힘의 과도기 구간에서 오일압 떨림이 과도하게 발생하여 오일압에 의존하여 제어되는 릴리프밸브(1)의 작동이 불안정하고, 릴리프 밸브(1)가 완전 열림 상태가 되기까지, 즉 릴리프 밸브(1) 작동이 정상상태로 도달할 때까지 응답속도가 느린 문제점이 있었다. 또한 동절기 냉시동과 같은 오일 점도가 낮은 환경에서, 릴리프 밸브(1)가 열리기 시작한 직후에도 릴리프 밸브(1)의 속도가 느려 여전히 큰 오일압이 작용하므로 오일압 쇼크가 크게 발생된다. 이에 따라 씰링 부품 파손 및 동력 손실이 발생하였다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 오일압 쇼크를 저감하고 릴리프 밸브 열림 속도를 증가시키며, 오일압 떨림 현상을 저감시킬 수 있는 오일 릴리프 밸브를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 오일 릴리프 밸브는, 오일펌프의 펌프 하우징에 형성되어 오일통로와 릴리프 통로 사이에 마련되어 연통되는 밸브홀과; 상기 밸브홀의 상단부에 마련되는 플런저와 하단부에 마련되는 지지부와 상기 플런저와 상기 지지부 사이에 마련되어 상기 플런저를 탄성 지지하는 탄성부재가 마련되는 릴리프 밸브를 포함하고, 상기 밸브홀은 상기 플런저가 마련되는 상단부의 상부와 하부의 단면적이 서로 다르게 마련되고, 상기 플런저는 상단부와 하단부가 단면적이 서로 다르게 마련되며, 상기 밸브홀에 면밀착 되는 것을 특징으로 한다.

이에, 단면적이 변화됨에 따라 탄성부재를 가압하는 하중 또한 변화되어 바이패스되는 오일 양이 변화된다.

본 발명에서, 상기 밸브홀은 상부의 단면적이 하부의 단면적보다 작게 마련되고, 상기 플런저는 상단부의 단면적이 하단부의 단면적보다 작게 마련되는 것이 바람직하다.

이에, 상단부에서 하단부로의 단면적의 증대에 따라 탄성부재를 가압하는 하중이 증대되어 바이패스 되는 오일이 증대된다.

본 발명에서, 상기 밸브홀의 상부와 하부 사이는 하향 경사지도록 마련되는 경사부가 마련되는 것이 바람직하다.

이에, 오일의 흐름을 릴리프 통로 측으로 가이드 할 수 있다.

본 발명에서, 상기 플런저의 상단부의 높이가, 상기 밸브홀의 경사부 상면으로부터 상기 릴리프 통로 상면 간의 높이보다 더 짧게 마련되는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 상기 지지부는 상기 펌프 하우징에 일체로 마련되어 상기 릴리프 밸브의 이동을 가이드 하는 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 릴리프 밸브의 단면적을 변화시킴에 따라 탄성부재를 가압하는 힘을 변화시켜 바이패스 되는 오일양을 증대시킴으로써, 오일압 쇼크를 저감하고 릴리프 밸브 열림 속도를 증가시키며, 오일압 떨림 현상을 저감시킬 수 있는 오일 릴리프 밸브를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 오일 릴리프 밸브를 도시한 도면.
도 2는 종래 오일 릴리프 밸브의 엔진 RPM에 따른 오일압을 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 오일 릴리프 밸브를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 오일 릴리프 밸브의 동작을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 오일 릴리프 밸브의 엔진 RPM에 따른 오일압을 종래와 비교하여 도시한 도면.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 오일 릴리프 밸브를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 오일 릴리프 밸브의 동작을 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 오일 릴리프 밸브의 엔진 RPM에 따른 오일압을 종래와 비교하여 도시한 도면으로서, 종래 구조와 동일한 부위에는 동일한 참조 부호를 붙이면서 설명하기로 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 오일 릴리프 밸브는, 오일펌프의 펌프 하우징(100)에 형성되어 오일통로(60)와 릴리프 통로(50) 사이에 마련되어 연통되는 밸브홀(10)과; 밸브홀(10)에 마련되는 릴리프 밸브를 포함한다. 릴리프 밸브는 밸브홀(10) 내부를 상하로 슬라이딩 가능하도록 마련된 플런저(20)와; 플런저(20)를 탄성 지지하는 스프링(30); 스프링(30)을 지지하는 지지부(40)를 포함한다.

밸브홀(10)은 상단부에 릴리프 밸브의 플런저(20)가 마련되고 하단부에는 릴리프 밸브의 지지부(40)가 마련된다. 밸브홀(10)의 상단부는 오일통로(60)와 연통되는 부분인 상부(11)와, 일측이 릴리프 통로(50)와 연통되고 밸브홀(10)의 하단부로 연장되는 하부(12)가 서로 다른 단면적으로 마련되며, 상부(11)의 단면적이 하부(12)의 단면적 보다 작게 형성된다. 이때 상부(11)와 하부(12)의 연결 부분은 하향 경사지게 마련되는 경사부(13)가 형성된다. 이에 따라 오일통로(60)로부터 토출되는 오일을 릴리프 통로(50) 측으로 가이드 한다.

플런저(20)는 밸브홀(10)의 상단부에 마련된다. 플런저(20)는 상단부(21)와 하단부(22)가 마련되며, 상단부(21)의 단면적이 하단부(22)의 단면적 보다 작게 형성된다. 즉, 상단부(21)의 수직 방향 투영 단면적을 A1이라하고, 하단부(22)의 수직방향 투영 단면적을 A2라 할 때, A1과 A2의 비가 1을 초과하도록 마련된다. 이때, 플런저(20)의 상단부(21)는 밸브홀(10) 상부의 상단부(11)와 면밀착되며, 플런저(20)의 하단부(22)는 밸브홀(10) 상부의 하단부(12)와 면밀착되도록 마련된다. 또한 릴리프 밸브가 닫힘 상태일 때, 플런저(20)의 상단부(21)는 밸브홀(10) 상부의 상단부(11)와 하단부(12)에 걸쳐서 위치되고, 플런저(20)의 하단부(22)는 밸브홀(100 상부의 하단부(12)에 위치하여 릴리프 통로(50)를 막아 릴리프 밸브의 닫힘 상태를 유지한다. 상단부(21)와 하단부(22) 사이에는 서로 다른 단면적을 가지는 하나 이상의 계단부(23)를 형성할 수 있다.

이러한 플런저(20)는 플런저(20) 상단부(21)의 높이가, 밸브홀(10) 상단부의 하부(12) 상면으로부터 릴리프 통로(50) 상면 사이의 높이보다 작거나 같도록 마련된다. 즉, 플런저(20) 상단부(21), 즉 단면적이 A1인 부분의 높이를 h1이라하고, 밸브홀(10)의 A2 단면적 시작 높이, 즉 밸브홀(10)의 계단부(13) 상면으로부터 릴리프 통로(50) 상면 사이의 높이를 h2라 할 때, h1과 h2의 비는 1 이하로 마련된다. 이는 h1이 h2보다 더 클 경우, 유입되는 오일로 인하여 스프링(30)이 가압되어도 여전히 플런저(20)의 하단부(22)가 릴리프 통로(55)를 막기 때문이다.

지지부(40)는 밸브홀(10)의 하단부에 마련된다. 지지부(40)는 따로 마련되어 조립되거나, 펌프 하우징(100)에 매설 또는 펌프 하우징(100)과 일체로 마련될 수 있다.

지지부(40)와 플런저(20) 사이에는 스프링(30)이 마련되어 플런저(20)를 탄성 지지한다. 이때 스프링(30)은 플런저(20)를 상방향으로 탄성 지지한다.

상기와 같이 마련되는 본 발명에 따른 오일 릴리프 밸브의 작동 및 원리를 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 설명의 편의상, 스프링(30)을 누르는 하중을 F, 오일압력을 P, 플런저(20)의 상단부(21) 단면적을 A1, 플런저(20)의 하단부(22) 단면적을 A2, 스프링 상수를 k, 스프링(30)의 변위를 x라 한다.

본 발명에 따른 오일 릴리프 밸브는 오일압의 작동 영역에 따라 플런저(20)의 단면이 릴리프 밸브 열림 시작 시점 또는 그 부근에서 A1 에서 A2로 변화된다. 이에 따라 스프링(30)을 누르는 힘은 F=P×A1 에서 F=P×A2로 변화된다. 이에 따라, A2가 A1보다 크게 마련되므로 스프링(30)을 누르는 힘은 A2/A1배 상승하게 된다. 스프링(30)을 누르는 힘이 A2/A1배 증가함에 따라 스프링(30)의 변위 x 역시 A2/A1배 증가하게 되어 바이패스되는 오일의 유량도 증가한다. 즉, 릴리프 밸브가 열리는 작동 속도가 증가된다.

이를 보다 상세히 설명하면, 작동예에서 오일압이 0~5bar와, 5bar이상일 때에 따라 플런저(20) 단면적이 A1에서 A2로 변화된다. 이에 따르면, 오일압이 0~5bar 영역에서는 오일펌프 내부의 오일압 P1가 작용하면 오일압 P1과 수직한 플런저(20) 상단부(21) 접촉면 A1에 의하여 릴리프 밸브를 하방향으로 밀어내는 힘F1이 작용된다. 즉, F1=P1×A1이 된다. 이와 반대방향으로 작용하는 스프링력은 스프링상수 k와 변위 x를 곱한 kx가 된다. 이에 따라, 힘의 합력은 F1-kx가 되고 이에 의하여 스프링(30)의 변위가 결정되며 스프링(30) 변위에 의해 오일 릴리프 밸브가 릴리프 통로(50)를 막거나 개방하는 열림과 닫힘이 결정된다. 오일압이 5bar 이상인 영역에서는 오일펌프 내부의 오일압 P가 작용하면 오일압 P와 수직한 플런저(20) 하단부(22) 접촉면 A2에 의하여 릴리프 밸브를 하방향으로 밀어내는 힘F2이 작용된다. 즉, F2=P2×A2이 된다. 이와 반대방향으로 작용하는 스프링력은 스프링상수 k와 변위 x를 곱한 kx가 된다. 이에 따라, 힘의 합력은 F2-kx가 되고 이에 의하여 스프링의 변위가 결정되며 오일 릴리프 밸브의 열림과 닫힘이 결정된다. 즉, 5bar 이상의 오일압이 작용할 때는 스프링변위 x가 플런저(20) 하단부(22)의 A2 단면적에 의존되므로 릴리프 밸브의 열림속도가 증가된다. 본 작동예에서는 오일압 작동영역을 2 단계로 나누었으나, 플런저(20)의 단면적이 다른 계단부(23)를 3단 이상으로 마련하여 오일압 작동영역을 3단 이상으로 더 세분화시킬 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 오일 릴리프 밸브의 엔진 RPM에 따른 오일압의 변화를 종래 기술과 비교하여 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 릴리프 밸브가 열리고 나서 완전 열림 상태로 될 때까지, 즉 릴리프 밸브의 응답 속도가 종래에 비하여 빨라졌다. 또한 릴리프 밸브가 열리는 속도가 빠르기 때문에 바이패스 되는 오일의 양도 많아지므로 오일압 쇼크가 저하되며 오일압 떨림 현상도 개선되는 것을 알 수 있다.

본 발명은 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 이로부터 다양한 실시예가 가능하다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10: 밸브홀 20: 플런저 21: 상단부
22: 하단부 30: 스프링 40: 지지부
50: 릴리프 통로 60: 오일 통로

Claims

오일펌프의 펌프 하우징에 형성되어 오일통로와 릴리프 통로 사이에 마련되어 연통되는 밸브홀과;
상기 밸브홀의 상단부에 마련되는 플런저와 하단부에 마련되는 지지부와 상기 플런저와 상기 지지부 사이에 마련되어 상기 플런저를 탄성 지지하는 탄성부재가 마련되는 릴리프 밸브를 포함하고,
상기 밸브홀은 상기 플런저가 마련되는 상단부의 상부와 하부의 단면적이 서로 다르게 마련되고,
상기 플런저는 상단부와 하단부가 단면적이 서로 다르게 마련되며, 상기 밸브홀에 면밀착 되는 것을 특징으로 하는 오일 릴리프 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 밸브홀은 상부의 단면적이 하부의 단면적보다 작게 마련되고,
상기 플런저는 상단부의 단면적이 하단부의 단면적보다 작게 마련되는 것을 특징으로 하는 오일 릴리프 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 밸브홀의 상부와 하부 사이는 하향 경사지도록 마련되는 경사부가 마련되는 것을 특징으로 하는 오일 릴리프 밸브.
청구항 3에 있어서,
상기 플런저의 상단부의 높이가, 상기 밸브홀의 경사부 상면으로부터 상기 릴리프 통로 상면 간의 높이보다 더 짧게 마련되는 것을 특징으로 하는 오일 릴리프 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 지지부는 상기 펌프 하우징에 일체로 마련되어 상기 릴리프 밸브의 이동을 가이드 하는 것을 특징으로 하는 오일 릴리프 밸브.