KR20180124983A - 자동 변속기를 위한 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브 - Google Patents

자동 변속기를 위한 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브 Download PDF

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미추루 이시하라
제프리 제이. 워터스트레드트
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보르그워너 인코퍼레이티드
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Abstract

고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브(26)는 비례 5 솔레노이드(56) 및 솔레노이드(56)와 동작적으로 연관된 밸브 본체(30)를 포함한다. 밸브 본체(30)는 밸브 보어(32) 및 밸브 보어(32)와의 유체 연통을 위한 적어도 2개의 유체 포트(38, 40)를 가지며, 적어도 2개의 유체 포트(38, 40) 중 하나가 언더컷(38b, 40b)을 포함한다. 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브(26)는 또한 축방향으로 그리고 밸브 보어(32) 내에 슬라이딩 가능하게 배치되는 밸브 부재(42)를 포함한다. 밸브 부재(42)는, 밸브 부재(42)를 따라 축방향으로 이격된 복수의 밸브 요소(44)를 갖는다. 적어도 하나의 밸브 요소(44)는 언더컷(38b, 40b)과 함께 작용하는 미터링 면(76a, 76c)을 갖는다. 적어도 2개의 유체 포트(38, 40) 중 하나는 밸브 본체(30) 내에서 서로 약 백팔십(180)도로 위치된 2개의 개구부(82)를 가지며, 밸브 부재(42)는 고유동 조건 중에 밸브 부재(42) 상의 압력 균형을 위해서 적어도 하나의 유체 포트로부터 구십도가 되도록 구성된 제어 15 모듈 포트(49a)를 갖는다.

Description

자동 변속기를 위한 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브
본 발명은 일반적으로 자동 변속기, 보다 구체적으로, 자동 변속기를 위한 고유동의 고압 유체 솔레노이드 밸브에 관한 것이다.
당업계에 알려진 종래의 차량은, 차량의 파워트레인 시스템을 위한 자동 변속기와 같은 변속기 내로 회전 입력을 제공하는 회전 출력을 가지는 엔진을 통상적으로 포함한다. 변속기는, 동력을 차량의 하나 이상의 휠에 전달하기 위한 일련의 미리 결정된 기어세트를 통해서, 엔진의 출력에 의해서 생성된 회전 속력 및 토크를 변화시키며, 기어세트 사이의 변화는, 주어진 엔진 속력에 대해, 차량이 상이한 차량 속력으로 이동할 수 있게 한다.
기어세트 사이의 변화에 더하여, 자동 변속기를 또한 이용하여 엔진과의 결합을 모듈레이트하고(modulate), 그에 의해서 변속기는 차량 동작을 용이하게 하기 위해서 엔진과의 결합을 선택적으로 제어할 수 있다. 예로서, 엔진과 자동 변속기 사이의 토크 중계는, 차량이 주차되거나 공회전하는 동안, 또는 변속기가 기어세트 사이에서 변화될 때, 통상적으로 중단된다. 종래의 자동 변속기에서, 모듈레이션은 유압 토크 변환기와 같은 유체역학적 장치를 통해서 달성된다. 그러나, 현대의 자동 변속기는 토크 변환기를 하나 이상의 전기 및/또는 유압 작동 클러치(종종 관련 기술 분야에서 "듀얼 클러치" 자동 변속기로 지칭된다)로 대체될 수 있다. 자동 변속기는 통상적으로 유압 유체를 이용하여 제어되고, 펌프 조립체, 하나 이상의 유압 솔레노이드 밸브, 및 전자 제어기를 포함한다. 펌프 조립체는 솔레노이드 밸브에 대한 유체 동력의 공급원을 제공하고, 솔레노이드 밸브는 다시 제어기에 의해서 작동되어, 엔진의 출력에 의해서 생성된 회전 토크의 모듈레이션을 제어하기 위해서 자동 변속기 전반을 통해서 유압 유체를 선택적으로 지향시킨다. 솔레노이드 밸브는 또한 통상적으로 자동 변속기의 기어세트들 사이의 변화를 위해서 이용되며, 또한 동작 시에 변속기의 여러 구성 요소를 냉각하고/냉각하거나 윤활하기 위해서 이용되는 유압 유체를 제어하기 위해서 이용될 수 있다.
자동 변속기의 하나의 유형이 연속 가변 변속기(CVT)로 알려져 있다. 일반적으로, 이와 같은 변속기는 2개의 조정 가능한 풀리의 형태를 취하고, 각각의 풀리는 축방향으로 고정된 시브(sheave) 및 축방향으로 변위 가능한 또는 고정된 시브에 대해서 이동 가능한 다른 시브를 갖는다. 금속 또는 탄성중합체 재료의 가요성 벨트 또는 체인을 이용하여 풀리를 상호 커플링시킨다. 풀리 시브의 내측부 면이 사면형이 되거나 모따기되며, 그에 따라, 축방향으로 변위 가능한 시브가 이동될 때, 시브 사이의 거리 및 그에 따른 유효 풀리 직경이 조정된다. 변위 가능한 시브는 유체를 수용하여 유효 풀리 직경을 증가시키기 위한 유체-구속 챔버를 포함하고, 유체가 챔버로부터 배출될 때, 풀리 직경은 감소된다. 일반적으로, 하나의 풀리의 유효 직경은, 제2 풀리의 유효 직경이 반대 방향으로 변경될 때 하나의 방향으로 조정되고, 그에 의해서 입력 풀리에 커플링된 입력 샤프트와 출력 풀리에 커플링된 출력 샤프트 사이의 구동비의 변화를 달성한다. 결과적으로, 샤프트 사이의 구동비는 연속적이고 매끄러운 방식으로 변경될 수 있다. 솔레노이드 밸브는 또한 통상적으로 연속 가변 자동 변속기의 풀리를 작동시키기 위해서 이용되며, 또한 동작 시에 변속기의 다양한 구성 요소를 냉각하고/냉각하거나 윤활하기 위해서 이용되는 유압 유체를 제어하기 위해서 이용될 수 있다.
자동차 내의 자동 변속기를 위한 유압 제어에서 이용되는 가변 힘 솔레노이드(VFS) 밸브의 설계 또는 기능 실행 가능성은 종종, 이용 가능한 패키징 공간, 배터리 전압, 압력 범위, 및 요구된 유량에 의해서 제약을 받는다. 예를 들어, 변속기 클러치 직접 작동 제어를 위한 중간 압력(약 20 bar) 및 중간 유동(약 15 lpm)의 VFS 밸브, 2-스테이지 (파일럿(pilot)) 제어를 위한 저압(10 bar 미만) 및 저유동(10 lpm 미만)의 VFS 밸브, 및 청정하고 낮은 점도의 유체 환경을 위한 고압(40 bar 초과) 및 저유동(약 10 lpm)의 VFS 밸브가 있다.
또한, 이들 솔레노이드 밸브는 밸브 하우징의 밸브 보어 내에 배치된 밸브 본체를 갖는다. 밸브 보어는 밸브 본체를 수용하기 위한 일반적으로 단일 직경의 원형 횡단면을 갖는다. 밸브 하우징은 일반적으로 직사각형인, 밸브 본체로의 유동 경로를 가지며, 밸브 본체는 2개의 일반적으로 아치형이고 대향되는 측면을 갖는다. 기존 밸브 본체 및 밸브 하우징 설계는 스풀 밸브 주위에서 큰 환형 유동 구역을 제공하지 않고, 고압 및 고유동 적용예에서 스풀 밸브 또는 밸브 부재 상에 과도한 측면-부하를 유발하며, 이는 바람직하지 않는다.
고압, 고-유동의, 가변 힘 솔레노이드의 경우에, 피드백 힘, 자석 힘, 스프링 힘, 및 유동 힘 사이의 힘 균형이 중요하다. 특히, 축방향 및 반경방향 둘 모두에서 유동 힘이 클 때, 자석 힘은 종종 변속기 내에서 이용 가능한 패키징 공간보다 클 필요가 있다. 따라서, 연속 가변 자동 변속기의 풀리를 제어하기 위해서 요구되는 고유동을 유동시킬 수 있고 고압을 조절할 수 있는 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브의 제공이 당업계에서 요구되고 있다.
본 발명은 자동 변속기와 함께 이용하기 위한 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브를 제공한다. 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브는 비례 솔레노이드 및 솔레노이드에 연결되고 그와 동작적으로 연관된 밸브 본체를 포함한다. 밸브 본체는 축방향으로 연장되는 밸브 보어 및 밸브 보어와의 유체 연통을 위한 적어도 2개의 유체 포트를 가지며, 적어도 2개의 유체 포트 중 하나가 언더컷(undercut)을 포함한다. 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브는 또한 축방향으로 그리고 밸브 보어 내에 슬라이딩 가능하게 배치되는 밸브 부재를 포함한다. 밸브 부재는, 밸브 부재를 따라 축방향으로 이격된 복수의 밸브 요소를 갖는다. 밸브 요소 중 적어도 하나는 언더컷과 함께 작용하는 미터링 면(metering face)을 갖는다. 적어도 2개의 유체 포트 중 하나는 밸브 본체 내에서 서로 약 백팔십(180)도로 위치된 2개의 개구부를 가지며, 밸브 부재는 고유동 조건 중에 밸브 부재 상의 압력 균형을 위해서 적어도 하나의 유체 포트로부터 구십도가 되도록 구성된 제어 모듈 포트를 갖는다.
또한, 본 발명은, 비례 솔레노이드 및 솔레노이드에 연결되고 그와 동작적으로 연관된 밸브 본체를 포함하는, 자동차 변속기에서 이용하기 위한 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브를 제공한다. 밸브 본체는 축방향으로 연장되는 밸브 보어, 및 밸브 보어와 그리고 가압된 유압 유체의 공급원과의 유체 연통을 위한 적어도 하나의 유체 유입구 포트, 및 밸브 보어와의 유체 연통을 위한 적어도 하나 유체 배출구 포트를 가지며, 적어도 하나의 유체 유입구 포트 및 적어도 유체 배출구 포트 중 하나가 언더컷을 포함한다. 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브는 또한 축방향으로 그리고 밸브 보어 내에 슬라이딩 가능하게 배치되는 밸브 부재를 포함한다. 밸브 부재는, 밸브 부재를 따라 축방향으로 이격된 복수의 밸브 요소를 갖는다. 밸브 본체는 적어도 하나의 유체 유입구 포트 및 적어도 하나의 유체 배출구 포트 중 하나에서 묘비 형상을 갖는다. 적어도 하나의 유체 포트 및 적어도 하나의 유체 배출구 포트 중 하나는 밸브 본체 내에서 서로 약 백팔십(180)도로 위치된 2개의 개구부를 가지며, 밸브 부재는 고유동 조건 중에 밸브 부재 상의 압력 균형을 위해서 적어도 하나의 유체 유입구 포트 및 적어도 하나의 유체 배출구 포트로부터 구십도가 되도록 구성된 제어 모듈 포트를 갖는다.
본 발명의 하나의 장점은, 연속 가변 자동 변속기 내에서 풀리를 제어하기 위해서 요구되는 고유동을 유동시킬 수 있고 고압을 조절할 수 있는, 연속 가변 자동 변속기와 같은 자동 변속기를 위한 새로운 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브가 제공된다는 것이다. 본 발명의 다른 장점은, 풀리 제어에서 이용되는 종래의 2-스테이지(파일럿) 제어 시스템과 달리, 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브가 풀리 압력을 직접 제어한다는 것이다. 본 발명의 또 다른 장점은, 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브가, 고-유동 조건에서 스풀 밸브 상의 유압, 정상-상태 유동 힘을 최소화하기 위한 특정 기하학적 구조를 포함하는 적어도 하나 미터링 에지를 갖는 스풀 밸브와 같은 밸브 부재를 포함한다는 것이다. 본 발명의 또 다른 장점은, 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브가, 밸브 본체 내에서 서로 약 180도로 위치된 2개의 개구부를 각각 가지는 하나 이상의 유압 포트를 갖는 밸브 본체를 가지며, 유압 포트는 고-유동 조건 중에 스풀 밸브 상의 압력을 균형잡기 위해서 제어 모듈 포트로부터 90도가 되도록 추가적으로 배열된다는 것이다.
첨부 도면과 함께 작성된 후속 설명을 읽은 후에 본 발명이 보다 잘 이해됨에 따라, 본 발명의 다른 목적, 특징, 및 장점이 용이하게 이해될 것이다:
도 1은 본 발명에 따른, 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브를 포함하는 파워트레인 시스템을 갖는 차량의 개략도이다;
도 2는 제1 동작 위치의 밸브 부재를 갖는 도 1의 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브의 일 구현예의 횡단면도이다;
도 3은 제2 동작 위치의 밸브 부재를 갖는 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브를 도시한 도 2와 유사한 도면이다;
도 4는 제3 동작 위치의 밸브 부재를 갖는 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브를 도시한 도 2와 유사한 도면이다;
도 5는 제4 동작 위치의 밸브 부재를 갖는 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브를 도시한 도 2와 유사한 도면이다;
도 6은 도 2의 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브의 밸브 부재의 사시도이며;
도 7은 도 2의 라인 7-7를 따라서 취한 단면도이다.
도 8은 유동 힘 보상 형상을 갖는 밸브 부재의 횡단면도이다.
도 9는 도 1 내지 도 5의 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브의 원근적 횡단면도이다.
도 10은 도 9의 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브 일부분의 부분적 사시도이다.
이제, 달리 표시되지 않는 한 유사한 숫자가 유사한 구조물을 나타내도록 이용되는 도면을 참조하면, 차량이 도 1에서 10으로 개략적으로 도시되어 있다. 차량(10)은 파워트레인 시스템의 연속 가변 자동 변속기(14)와 회전 연통되는 엔진(12)을 포함한다. 엔진(12)은 회전 토크를 생성하고, 회전 토크는 연속 가변 자동 변속기(14)에 선택적으로 전달되고, 이와 같은 변속기는 다시 회전 토크를, 일반적으로 16으로 표시된, 하나 이상의 휠에 전달한다. 이를 위해서, 연속-가변 조인트(18)의 쌍이 연속 가변 자동 변속기(14)로부터의 회전 토크를 휠(16)에 전달한다. 도 1의 연속 가변 자동 변속기(14)는 차량(10)을 위한 종래의 "횡단 전방 휠 구동" 파워트레인 시스템에서 이용되는 유형일 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 엔진(12) 및/또는 연속 가변 자동 변속기(14)가, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고도, 차량(10)을 구동하기 위해서 회전 토크를 생성하고 전달하기에 충분한 임의의 적합한 방식으로 구성된, 임의의 적합한 유형일 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
연속 가변 자동 변속기(14)는 엔진(12)의 출력부에 의해서 생성된 회전 속력 및 토크를 풀리 조립체(22)를 통해서 크게 증가시킨다. 일 구현예에서, 정방향-역방향 기어세트(20)가 엔진(12)과 풀리 조립체(22) 사이에 배치된다. 풀리 조립체(22)는 고정된 시브(미도시) 및 변위 가능한 또는 이동 가능한 시브(미도시)를 갖는 입력 또는 일차 풀리(미도시)를 포함하며, 일차 시브 서보 챔버(미도시)는 유체를 유입시키고 방출시키며, 그에 따라 이동 가능한 시브의 위치를 조정하도록 위치된다. 풀리 조립체(22)는 또한 축방향으로 고정된 시브(미도시) 및 축방향으로 변위 가능한 또는 이동 가능한 시브(미도시)를 갖는 이차 또는 출력 풀리(미도시)를 포함하고, 이차 시브 서보 챔버(미도시)는 유체를 유입시키고 방출시켜 풀리의 유효 직경을 변화시키도록 위치된다. 풀리 조립체(22)는 풀리를 상호 커플링시키는 벨트 또는 체인(미도시)을 더 포함한다. 이차 풀리의 출력이 차동 조립체(미도시)에 통과되고, 이는 출력 구동부를 통해서 조인트(18)로, 다시 차량의 휠(16)로 통과된다. 압력 하의 유체가 시동 클러치 서보 챔버 내로 유입될 때, 엔진(12)으로부터 조인트(18)까지의 이러한 구동 트레인이 완성된다는 것을 이해하여야 한다.
또한, 연속 가변 자동 변속기(14)를 또한 이용하여 엔진(12)과의 결합을 모듈레이트하고, 그에 의해서 변속기(14)는 차량 동작을 용이하게 하기 위해서 엔진(12)과의 결합을 선택적으로 제어할 수 있다. 예로서, 엔진(12)과 연속 가변 자동 변속기(14) 사이의 토크 전달은, 차량(10)이 주차되거나 공회전하는 동안, 또는 변속기(14)가 기어세트(20)의 기어 사이에서 변화될 때, 통상적으로 중단된다. 연속 가변 자동 변속기(14)에서, 엔진(12)과 변속기(14) 사이의 회전 토크의 모듈레이션은 (미도시된, 그러나 당업계에 일반적으로 알려진) 유압 토크 변환기와 같은 유체 역학 장치를 통해서 달성된다. 연속 가변 (자동) 변속기(CVT)(14)의 일 실시예가 Haley에게 허여된 미국 특허 제4,712,453호에서 개시되어 있고, 그 개시 내용의 전체는 본원에서 참조로 포함된다. 연속 가변 자동 변속기(14)가 자동차와 같은 차량과 함께 이용되도록 적응되나, 임의의 적합한 유형의 차량과 관련하여 이용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 일부 CVT에서, 토크 변환기가 대체될 수 있고 시동 클러치와 함께 이용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
파워트레인 시스템의 구체적인 구성과 관계없이, 연속 가변 자동 변속기(14)는 통상적으로 유압 유체를 이용하여 제어된다. 구체적으로, 연속 가변 자동 변속기(14)는 유압 유체를 이용하여 냉각, 윤활, 및 작동되고, 토크를 모듈레이트한다. 이들을 위해서, 연속 가변 자동 변속기(14)는 통상적으로, 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 변속기(14) 전체를 통해서 유체의 유동을 지향, 제어, 또는 달리 조절하기 위해서 이용되는 하나 이상의 유압 솔레노이드 밸브(26)(도 1 참조)와 전기 연통되는 전자 제어기(24)를 포함한다. 연속 가변 자동 변속기(14) 전체를 통한 유압 유체의 유동을 용이하게 하기 위해 차량(10)은 변속기(14)에 가압 유체를 공급하기 위해서, 전반적으로 28로 표시된 적어도 하나 이상의 펌프를 포함한다. 펌프(28)가 고유동의 고압 유압 유체를 솔레노이드 밸브(26)에 제공한다는 것을 이해하여야 한다.
이제 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른, 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브(26)의 일 구현예가 자동 변속기(14)와 관련하여 도시되어 있다. 솔레노이드 밸브(26)는 밸브 하우징(31b)의 보어(31a) 내에 배치된 슬리브 또는 밸브 본체(30)를 포함한다. 밸브 본체(30)는 밸브 보어(32)를 갖는다. 밸브 보어(32)는 편향 단부(34) 및 작동 단부(36)를 갖는다. 밸브 본체(30)는 또한, 가압 유압 유체의 공급원과의 유체 연통 및 펌프(28)와 같은 압력의 공급원으로의 복귀를 제공하도록 적응된, 적어도 하나의 유입구(38) 및 적어도 하나의 배출구(40)를 포함한다. 구체적으로, 밸브 본체(30)는 제1 압력 제어 포트(38a), 제2 압력 제어 포트(38b), 압력 공급 포트(38c), 및 배기 포트(40a)를 포함한다. 포트의 동작 연결을 후속하여 논의할 것이다.
솔레노이드 밸브(26)는 또한, 밸브 본체(30)의 밸브 보어(32) 내에 슬라이딩 가능하게 배치된, 밸브 부재(42) 또는 스풀 밸브(즉, 유압 제어 밸브)를 포함한다. 밸브 부재(42)는, 일반적으로 44로 표시된 복수의 밸브 요소를 갖는다. 밸브 요소(44)는 밸브 본체(30)의 포트 사이의 가압 유압 유체의 유동을 제어하도록 적응된다. 일 구현예에서, 밸브 요소(44)는, 각각 감소된 직경의 제1 및 제2 구역(46 및 48)에 의해서 동작적으로 분리된 3개의 밸브 요소(44a, 44b, 및 44c)이다. 밸브 부재(42)는 편향 단부(50) 및 작동 단부(52)를 더 포함한다. 밸브 부재(42)는 또한 편향 단부(50) 내로 축방향으로 연장되는 공동(49) 및 공동(49) 및 밸브 본체(30)의 밸브 보어(32)와 유체 연통되는 제어 모듈 포트(49a)를 포함한다. 밸브 부재(42)가 일체형, 단일형, 및 원피스형이라는 것을 이해하여야 한다. 또한, 고유동 조건 중에 밸브 부재(42) 상의 압력의 균형을 위해서, 제어 모듈 포트(49a)가 적어도 하나의 유체 포트로부터 90도가 되도록 구성되는 것을 이해하여야 한다.
솔레노이드 밸브(26)는 밸브 부재(42)의 편향 단부(50)와 밸브 보어(32)의 편향 단부(34) 사이에서 밸브 보어(32) 내에 배치된 편향 복귀 스프링(54)을 더 포함한다. 솔레노이드 밸브(26)는 밸브 보어(32)의 편향 단부(34) 내에 배치된 단부 부재(53) 및 단부 부재(53)로부터 그리고 밸브 부재(42)의 공동(49) 내로 연장되는 안내 핀 또는 로드(55)를 포함한다. 단부 부재(53) 및 안내 로드(55)가 고정되고 밸브 부재(42)가 안내 로드(55)를 따라서 그리고 그에 대해서 축방향으로 이동되는 것을 이해하여야 한다.
솔레노이드 밸브(26)는 또한, 제1 압력 제어 포트(38a), 제2 압력 제어 포트(38b), 압력 공급 포트(38c), 및 배기 포트(40a) 사이의 유압 유체 압력을 제어하기 위해서 밸브 부재(42)를 작동시키기 위한 전자 제어형 솔레노이드(56)를 포함한다. 솔레노이드(56)는 보빈(58) 및 보빈(58)을 둘러싸는 하우징(60)을 포함한다. 보빈(58)은 에너지화될 때 자기장을 생성하기 위해서 권선된 일차 전자기 코일(62)을 갖는다. 솔레노이드(56)는 또한 전자기 코일(62)과의 그리고 접지(미도시)에 대한 연결을 위한 단자(64)를 포함한다. 단자(64)가, 전자 제어기(24)와 같은 일차 드라이버(미도시)로부터 연속 가변형, 디지털 제어 신호를 수신한다는 것을 이해하여야 한다.
따라서, 전자기 코일(62)은 각각의 연속 가변형, 디지털 제어 신호에 의해서 독립적으로 제어된다. 전자 제어기(24)는, 솔레노이드(56)의 하우징(60)에 부착된 콘택(미도시)의 쌍에 연결된다. 엔진 조건이 변속기(14)의 클러치 작업을 요구할 때, 전자 제어기(24)는 콘택 및 단자(64)를 통해서 제어 신호를 솔레노이드(56)에 입력한다. 전자 제어기(24)는 자동 변속 중에 작동을 자동적으로 제어한다. 전자 제어기(24)가 또한 언덕 등에서 정지된 차량(10)을 위해서 이용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 전자 제어기(24)가, 수동 변속의 발생을 감지하고 솔레노이드 밸브(26)의 작동을 위해서 솔레노이드(56)에 신호를 전송하는 기능을 할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
솔레노이드(56)는 보빈(58)의 길이방향 축을 통해서 연장되는 내부 직경 또는 애퍼처(66)를 더 포함한다. 밸브 본체(30)의 작동 단부(36)는 채널(66) 내에 배치된다. 솔레노이드(56)는 밸브 보어(32) 내에 동축적으로 배치된 전기자(68)를 포함하고, 액추에이터 로드(70)가 전기자(68)를 통해서 배치되고 그와 동축적으로 슬라이딩된다. 솔레노이드(56)는 밸브 부재(42)에 대향하는 전기자(68)의 일 단부에 위치된 전기자 스프링(72)을 더 포함한다. 전기자 스프링(72)은 전기자(68)를 일반적으로 외향 방향으로 밸브 부재(42)를 향해서 편향시킨다. 체결부(74)가 전기자 스프링(72)에 연결될 수 있고 전기자 스프링(72)에 의해서 전기자(68)에 가해지는 힘의 기계적 조정을 허용한다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 전자기 코일(62)이 에너지화될 때, 자기장이 전기자(68)를 이동시킨다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명의 솔레노이드 밸브(26)는 미터-아웃 구성을 갖는 유동 힘 보상을 포함한다. 본 발명의 변속기(14)는, 일시적인 유동 힘에 응답하여 안정성을 제공하고, 또한, 정상 상태 유동 힘의 영향을 극복함으로써 안정적이고 정확한 압력 조절을 제공하는 유동 힘 보상을 더 포함하는, 미터-아웃 구성을 갖는 솔레노이드 밸브(26)를 포함한다.
유동 힘 보상을 달성하기 위해서, 본 발명의 밸브 부재(42)는 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같은 유동 힘 보상 형상을 더 포함한다. 더 구체적으로, 밸브 부재(42)는 미터링 면(76)을 갖는 적어도 2개의 밸브 요소(44)를 포함한다. 밸브 요소(44a)는 제1 압력 제어 포트(38a)와 배기 포트(40a) 사이의 가압 유압 유체의 유동을 제어하도록 적응된 미터링 면(76a)을 갖는다. 밸브 요소(44c)는 제2 압력 제어 포트(38b)와 압력 공급 포트(38c) 사이의 가압 유압 유체의 유동을 제어하도록 적응된 미터링 면(76c)을 갖는다. 미터링 면(76a)은 유동 힘 보상 환형 보이드(78a)를 포함하고, 미터링 면(76c)은 유동 힘 보상 환형 보이드(78a)에 대향하는 유동 힘 보상 환형 보이드(78c)를 포함한다. 유동 힘 보상 형상이 개시 내용이 여기에서 참조로 명백하게 포함되는 Xiang 등에게 허여된 미국 특허 제7,431,043호에서 개시된 것과 유사할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 2에서, 솔레노이드 밸브(26)는 제1 동작 위치에서 도시되어 있다. 이러한 위치에서, 밸브 부재(42)의 밸브 요소(44a)는 배기 포트(40a)를 폐쇄하고, 밸브 부재(42)의 밸브 요소(44c)는 제2 압력 제어 포트(38b)를 부분적으로 개방한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 솔레노이드 밸브(26)는 제2 동작 위치에서 도시되어 있다. 이러한 위치에서, 밸브 부재(42)의 밸브 요소(44a)는 배기 포트(40a)를 폐쇄하고, 밸브 부재(42)의 밸브 요소(44c)는 제2 압력 제어 포트(38b)를 폐쇄한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 솔레노이드 밸브(26)는 제3 동작 위치에서 도시되어 있다. 이러한 위치에서, 밸브 부재(42)의 밸브 요소(44a)는 배기 포트(40a)를 부분적으로 개방하고, 밸브 부재(42)의 밸브 요소(44c)는 제2 압력 제어 포트(38b)를 폐쇄한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 솔레노이드 밸브(26)는 제4 동작 위치에서 도시되어 있다. 이러한 위치에서, 밸브 부재(42)의 밸브 요소(44a)는 배기 포트(40a)를 완전히 개방하고, 밸브 부재(42)의 밸브 요소(44c)는 제2 압력 제어 포트(38b)를 폐쇄한다. 유압 공급 압력이 변속기(14)의 풀리와 같은 다양한 제어 및 작동 구성 요소와 더 연통되는 것을 이해하여야 한다. 또한, 밸브 부재(42)가 압력 변화에 따라 그리고 도시된 위치 사이에서 지속적으로 이동된다는 것을 이해하여야 한다.
하나의 접근방식은, "미터-인" 구성으로 알려진 밸브 부재 및 포트 상호작용에 관한 것이고, 여기에서 밸브 부재는, 밸브의 복귀 또는 흡입 포트가 개방되고 제한되지 않은 상태에서, 그 라인 (유입구) 포트에 걸쳐서 이동하도록 그리고 그 라인 (유입구) 포트 상의 라인 압력을 미터링하도록 설계된다. 미터-인 구성은 정상 상태 유동에 대한 양호한 제어를 제공하나, 일반적으로 일시적 유동 힘의 조절에서 불안정하다. 다른 접근방식은 "미터-아웃" 구성으로 알려져 있다. 미터-아웃 구성에서, 밸브 부재는, 밸브의 라인 유입구 포트가 개방되고 제한되지 않은 상태에서, 흡입 (배출구) 포트에 걸쳐서 이동하도록 그리고 흡입 (배출구) 포트 상의 라인 압력을 미터링하도록 설계된다. 미터-아웃 구성은 일시적 유동 힘 조건 중에 양호한 제어를 제공하나, 덜 안정적인 정상 상태 유동 힘의 제어를 제공한다. 유동 경로가 미터-아웃 유동 경로임에도, 유입구 포트(38a)가 개방되고 제1 밸브 요소(44a)가 배출구 포트(40a)에 걸쳐서 유동을 미터링하거나 유입구 포트(38c)가 개방되고 제1 밸브 요소(44a)가 배출구 포트(38b)에 걸쳐서 유동을 미터링하는 것이 더 이해될 수 있을 것이다. 또한, 일시적 유동 힘의 변화 중에 양호한 밸브 안정성을 제공하도록 미터-아웃 구성이 더 양호하게 적응되는 것을 이해하여야 한다.
도 2 및 도 7을 참조하면, 밸브 본체(30)의 일부분 및 밸브 요소(42)가 도시되어 있다. 밸브 부재(42)는 밸브 보어(32) 내에 그리고 축을 따라 축방향으로 이동 가능하게 배치된다. 통상적으로, 압력 공급 포트(38c)는, 제어 압력 포트(38a, 38b)로 미터 아웃하기 위한 가압 유압 유체의 공급원과 유체적으로 연결되거나, 배기 압력 포트(40a)로 미터 아웃하기 위한 제어 압력이다. 밸브 부재(42)는 제2 압력 제어 포트(38b)와 압력 공급 포트(38c) 사이에서 유체를 미터링하기 위한 밸브 요소(44)를 갖는다. 제2 압력 제어 포트(38b)를 압력 공급 포트(38c)와 연결하기 위해서, 밸브 부재(42)는, 밸브 요소(44c)가 제2 압력 제어 포트(38b)에 진입하여 압력 공급 포트(38c)로부터 제2 압력 제어 포트(38b)로의 유압 연통을 점진적으로 개방하는 방향으로 이동된다. 제1 압력 제어 포트(38a)로부터의 유체가 제어 모듈 포트(49a) 내로 유동되고 공동(49)을 충진하여, 고유동 조건 중에 밸브 부재(42) 상의 압력을 균형잡기 위한 피드백을 생성하고 일시적 유동 힘에 응답하여 안정성을 제공한다는 것을 이해하여야 한다.
도 7, 도 9 및 도 10을 참조하면, 공간적 유체 제어 압력 포트(38b)의 확대도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 밸브 본체(30)는 비교적 크고 일반적으로 "묘비" 형상을 갖는다. 유체 포트(38b)는 서로 백팔십(180)도로 배향된, 밸브 본체(30) 내의 2개의 대칭적으로 이격된 유동 개구부 또는 플리넘(82)을 갖는다. 개구부(82)는 일반적으로 반-원 형상이고, 밸브 부재(42)의 축에 수직인 평면 내에서 일반적으로 연장된다. 유체는 초기에 개구부(82)에서 제2 압력 제어 포트(38b)에 진입하고, 서로 백팔십(180)도로 배향된 2개의 성형된 제어 에지(80)와 접촉된다. 밸브 요소(44c)가 제2 압력 제어 포트(38b) 내로 더 진입함에 따라, 결국, 유체는 밸브 요소(44c)의 전체 360도 둘레를 따라 진입할 수 있다. 개구부(82)는 유동을 실질적으로 제한하지 않는 크기이고 그에 따라, 극단적인 유량에서도, 개구부(82)의 일 단부로부터 다른 단부까지의 압력 강하가 최소라는 것을 이해하여야 한다. 또한, 밸브 부재(42)가 밸브 본체(30) 내에서 슬라이딩될 때 유체 포트(38b)는 밸브 부재(42) 주위에서 훨씬 더 잘 균형을 이루고 그에 따라 과도한 마찰 및 마모가 크게 감소되거나 제거된다는 것을 이해하여야 한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 유동 힘 보상을 달성하기 위해서, 본 발명의 밸브 부재(42)는, 유동 힘 보상 보이드를 갖는 적어도 하나의 밸브 요소(44a, 44c)를 더 포함하고, 그 중 하나만이 상세히 설명될 것이다. 밸브 요소(44a)는 외경(75a) 및 미터링 면(76a)을 갖는다. 미터링 면(76a)은 유체 유입구 포트(38a)와 유체 배출구 포트(40a) 사이의 가압 유압 유체의 유동을 제어하도록 적응된다. 미터링 면(76a)은, 밸브 요소(44a)의 외경(75a)에 인접 배치되고, 외경(75a)과, 이와 같은 외경(75a)과 교차되고 환형 보이드(78a)에 대해서 접선적인 라인 사이에서 측정된 리드 각도(lead angle)("α")에 의해서 정의되는, 유동 힘 보상 환형 보이드(78a)를 포함한다. 적절한 효과를 제공하기 위해서, 리드 각도(α)는 구십(90)도보다 작고, 바람직하게 압력 대 온도의 최적화 보상에 따라 십오(15)도와 칠십(70)도 사이이고, 더 바람직하게 사십오(45)도 미만이다. 미터링 면(76a)은 0.5 밀리미터 초과의 반경방향 두께를 갖는다. 미터링 면(76a)을 나이프 에지(knife edge)로서 형성하는 것이 바람직할 수 있으나, 제조 프로세스로 인해서, 미터링 면(76)은 0.5 밀리미터 미만이 되지 않아야 한다는 것을 이해하여야 한다.
또한, 90도 미만의 임의의 리드 각도(α)의 제공이 밸브 부재(42)에 미치는 유동 힘 영향의 약간의 감소를 제공한다는 것을 발견하였다. 그러나, 밸브 부재(42)에 작용하는 유동 힘은 리드 각도(α)의 감소와 관련하여 단조롭게 저하된다. 그에 따라, 리드 각도(α)가 작을수록 그리고 그에 의해서 미터링 면(76a, 76c) 내의 환형 보이드(78a)가 깊을수록, 유동 힘의 감소가 커진다. 제조상의 한계 및 비용이 본 발명의 솔레노이드 밸브의 생산에서 선택되는 리드 각도에 영향을 미칠 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 구체적으로, 유동 힘이, 이론적으로, 가능한 한 0도에 접근하는 리드 각도(α)를 제공함으로써 완전히 보상될 수 있지만, 단조롭게 저하되는 보상 개선은 더 작은 리드 각도에서 감소되는 개선을 제공하며, 제조에 있어서 더 비용이 많이 들거나 비실용적일 수 있다. 제조 기술 및 프로세스가 개선됨에 따라 그리고 경제적으로 더 작은 리드 각도가 가능해짐에 따라, 바람직한 구현예에서 이용된 리드 각도(α)가 계속적으로 감소될 것임을 이해하여야 한다. 따라서, 본 발명의 솔레노이드 밸브는, 정상 상태 및 일시적 조절 조건 둘 모두 중에 밸브 부재(42)에 미치는 유동 힘 영향과 관련하여 큰 밸브 안정성 및 정확하고 안정적인 유체 유동을 제공하는 유동 힘 보상을 포함한다.
본 발명을 예시적인 방식으로 설명하였다. 사용된 용어는 설명 중의 단어의 본질로서 의도된 것이고 제한으로 의도된 것이 아님이 이해될 것이다.
전술한 교시 내용에 비추어 본 발명의 여러 가지 변경예 또는 변형예가 가능할 것이다. 그에 따라, 첨부된 청구범위의 범위 내에서, 본 발명은 구체적으로 설명된 것과 달리 실행될 수 있다.

Claims (15)

  1. 자동 변속기(14)에서 이용하기 위한 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브(26)로서, 상기 솔레노이드 밸브(26)는:
    비례 솔레노이드(56);
    상기 솔레노이드(56)에 연결되고 그와 동작적으로 연관된 밸브 본체(30)로서, 상기 밸브 본체(30)는 축방향으로 연장되는 밸브 보어(32) 및 상기 밸브 보어(32)와의 유체 연통을 위한 적어도 2개의 유체 포트(38, 40)를 가지며, 상기 적어도 2개의 유체 포트(38, 40) 중 하나가 언더컷(38b, 40b)을 포함하는, 밸브 본체(30);
    축방향으로 그리고 상기 밸브 보어(32) 내에 슬라이딩 가능하게 배치되는 밸브 부재(42)로서, 상기 밸브 부재(42)는, 상기 밸브 부재(42)를 따라 축방향으로 이격된 복수의 밸브 요소(44)를 가지고, 상기 밸브 요소(44) 중 적어도 하나는 상기 언더컷(38b, 40b)과 함께 작용하는 미터링 면(76a, 76c)을 가지는, 밸브 부재(42)를 포함하고;
    상기 적어도 2개의 유체 포트(38, 40) 중 하나는 상기 밸브 본체(30) 내에서 서로 약 백팔십(180)도로 위치된 2개의 개구부(82)를 가지고; 그리고
    상기 밸브 부재(42)는 고유동 조건 중에 상기 밸브 부재(42) 상의 압력 균형을 위해서 상기 적어도 하나의 유체 포트(38, 40) 중 하나로부터 구십도가 되도록 구성된 제어 모듈 포트(49a)를 갖는, 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브(26).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 2개의 개구부(82)가 일반적으로 반-원형 횡단면 형상을 갖는, 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브(26).
  3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 본체(30)는 상기 적어도 2개의 유체 포트(38, 40) 중 하나에서 묘비 형상을 갖는, 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브(26).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 요소(44) 중 적어도 하나는 제1 밸브 요소(44a), 제2 밸브 요소(44b), 및 제3 밸브 요소(44c), 상기 제1 밸브 요소(44a)와 상기 제2 밸브 요소(44b) 사이에서 축방향으로 배치된 제1 감소된 직경 구역(46) 및 상기 제2 밸브 요소(44b)와 상기 제3 밸브 요소(44c) 사이에서 축방향으로 배치된 제2 감소된 직경 구역(48)을 포함하는, 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브(26).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 밸브 요소(44a)는 상기 제1 감소된 직경 구역(46)에 병치된 미터링 면(76a)을 포함하는, 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브(26).
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제3 밸브 요소(44c)는 상기 제2 감소된 직경 구역(48)에 병치된 미터링 면(76c)을 포함하는, 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브(26).
  7. 자동 변속기(14)에서 이용하기 위한 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브(26)로서, 상기 솔레노이드 밸브(26)는:
    비례 솔레노이드(56);
    상기 솔레노이드(56)에 연결되고 그와 동작적으로 연관된 밸브 본체(30)로서, 상기 밸브 본체(30)는 축방향으로 연장되는 밸브 보어(32) 그리고 상기 밸브 보어(32)와 그리고 가압된 유압 유체의 공급원과의 유체 연통을 위한 적어도 하나의 유체 유입구 포트(38) 그리고 상기 밸브 보어와의 유체 연통을 위한 적어도 하나 유체 배출구 포트(40)를 가지고, 상기 적어도 하나 유체 유입구 포트(38) 및 상기 적어도 하나 유체 배출구 포트(40) 중 하나가 언더컷(38b, 40b)을 포함하는, 밸브 본체(30);
    축방향으로 그리고 상기 밸브 보어(32) 내에 슬라이딩 가능하게 배치되는 밸브 부재(42)로서, 상기 밸브 부재(42)를 따라 축방향으로 이격된 복수의 밸브 요소(44)를 갖는, 밸브 부재(42)를 포함하고;
    상기 밸브 본체(30)는 상기 적어도 하나의 유체 유입구 포트(38) 및 상기 적어도 하나의 유체 배출구 포트(40) 중 하나에서 묘비 형상을 가지며;
    상기 적어도 하나의 유체 유입구 포트(38) 및 상기 적어도 하나의 유체 배출구 포트(40) 중 하나는 상기 밸브 본체(30) 내에서 서로 약 백팔십(180)도로 위치된 2개의 개구부(82)를 가지고; 그리고
    상기 밸브 부재(42)는 고유동 조건 중에 상기 적어도 하나의 유체 포트(38) 및 상기 적어도 하나의 유체 배출구 포트(40)로부터 구십도가 되도록 구성된 제어 모듈 포트(49a)를 가지는, 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브(26).
  8. 제7항에 있어서,
    상기 밸브 요소(44)는 제1 밸브 요소(44a), 제2 밸브 요소(44b), 및 제3 밸브 요소(44c), 상기 제1 밸브 요소(44a)와 상기 제2 밸브 요소(44b) 사이에서 축방향으로 배치된 제1 감소된 직경 구역(46) 및 상기 제2 밸브 요소(44b)와 상기 제3 밸브 요소(44c) 사이에서 축방향으로 배치된 제2 감소된 직경 구역(48)을 포함하는, 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브(26).
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 밸브 요소(44a)는 상기 제1 감소된 직경 구역(46)에 병치된 제1 미터링 면(76a)을 포함하는, 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브(26).
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제3 밸브 요소(44c)는 상기 제2 감소된 직경 구역(48)에 병치된 제2 미터링 면(76c)을 포함하는, 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브(26).
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2개의 개구부(82)가 일반적으로 반-원형 횡단면 형상을 갖는, 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브(26).
  12. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    유체가 초기에 상기 개구부(82)에서 상기 적어도 하나의 유체 유입구 포트(38) 유체 및 상기 적어도 하나의 유체 배출구 포트(40) 중 하나에 진입하고 서로 약 백팔십(180)도로 배향된 2개의 성형된 제어 에지(80)와 접촉되는, 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브(26).
  13. 자동 변속기(14)에서 이용하기 위한 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브(26)로서, 상기 솔레노이드 밸브(26)는:
    비례 솔레노이드(56);
    상기 솔레노이드(56)에 연결되고 그와 동작적으로 연관된 밸브 본체(30)로서, 상기 밸브 본체(30)는 축방향으로 연장되는 밸브 보어(32) 그리고 상기 밸브 보어(32)와 그리고 가압된 유압 유체의 공급원과의 유체 연통을 위한 적어도 하나의 유체 유입구 포트(38) 그리고 상기 밸브 보어와의 유체 연통을 위한 적어도 하나 유체 배출구 포트(40)를 가지고, 상기 적어도 하나 유체 유입구 포트(38) 및 상기 적어도 하나 유체 배출구 포트(40) 중 하나가 언더컷(38b, 40b)을 포함하는, 밸브 본체(30);
    축방향으로 그리고 상기 밸브 보어(32) 내에 슬라이딩 가능하게 배치되는 밸브 부재(42)로서, 상기 밸브 부재(42)는 상기 밸브 부재(42)를 따라 축방향으로 이격된 복수의 밸브 요소(44)를 가지며, 상기 밸브 요소(44)는 제1 밸브 요소(44a), 제2 밸브 요소(44b), 및 제3 밸브 요소(44c), 상기 제1 밸브 요소(44a)와 상기 제2 밸브 요소(44b) 사이에서 축방향으로 배치된 제1 감소된 직경 구역(46) 및 상기 제2 밸브 요소(44b)와 상기 제3 밸브 요소(44c) 사이에서 축방향으로 배치된 제2 감소된 직경 구역(48)을 포함하며, 상기 제1 밸브 요소(44a)는 상기 제1 감소된 직경 구역(46)에 병치된 제1 미터링 면(76a)을 포함하고, 상기 제3 밸브 요소(44c)는 상기 제2 감소된 직경 구역(48)에 병치된 제2 미터링 면(76c)을 포함하는, 밸브 부재(42)를 포함하고;
    상기 밸브 본체(30)는 상기 적어도 하나의 유체 유입구 포트(38) 및 상기 적어도 하나의 유체 배출구 포트(40) 중 하나에서 묘비 형상을 가지고;
    상기 적어도 하나의 유체 유입구 포트(38) 및 상기 적어도 하나의 유체 배출구 포트(40) 중 하나는 상기 밸브 본체(30) 내에서 서로 약 백팔십(180)도로 위치된 2개의 개구부(82)를 가지고; 그리고
    상기 밸브 부재(42)는 고유동 조건 중에 상기 적어도 하나의 유체 포트(38) 및 상기 적어도 하나의 유체 배출구 포트(40)로부터 구십도가 되도록 구성된 제어 모듈 포트(49a)를 가지는, 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브(26).
  14. 제13항에 있어서,
    상기 2개의 개구부(82)가 일반적으로 반-원형 횡단면 형상을 갖는, 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브(26).
  15. 제13항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    유체가 초기에 상기 개구부(82)에서 상기 적어도 하나의 유체 유입구 포트(38) 및 상기 적어도 하나의 유체 배출구 포트(40) 중 하나에 진입하고 서로 약 백팔십(180)도로 배향된 2개의 성형된 제어 에지(80)와 접촉되는, 고유동의 고압 유압 솔레노이드 밸브(26).
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