KR20220063510A - 솔레노이드 밸브 - Google Patents

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KR20220063510A
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plunger
solenoid
inlet port
outlet port
pilot
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KR1020200149459A
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박인태
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

본 발명은 솔레노이드 밸브에 관한 것으로, 일단에는 유체가 유입되는 입구 포트가 마련되고, 다른 일단에는 유체가 배출되는 출구 포트가 마련된 밸브하우징; 밸브하우징의 내부에서 입구 포트와 출구 포트의 사이에 마련되는 솔레노이드; 입구 포트에 인접한 솔레노이드의 일단에 마련되며, 솔레노이드에 의해 직선 이동하며 입구 포트를 선택적으로 개폐하는 제1플런저; 제1플런저가 입구 포트를 차단하는 방향으로 이동하도록 탄성력을 제공하는 제1스프링부재; 출구 포트에 인접한 솔레노이드의 다른 일단에 마련되며, 솔레노이드에 의해 제1플런저와 반대 방향으로 직선 이동하며 출구 포트를 선택적으로 개폐하는 제2플런저; 및 제2플런저가 출구 포트를 차단하는 방향으로 이동하도록 탄성력을 제공하는 제2스프링부재;를 포함하는 것에 의하여, 기밀성을 보장하면서 구조를 간소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

솔레노이드 밸브{SOLENOID VALVE}
본 발명은 솔레노이드 밸브에 관한 것으로, 보다 구체적으로 기밀성을 보장하면서 구조를 간소화할 수 있는 솔레노이드 밸브에 관한 것이다.
솔레노이드 밸브는 유체의 흐름을 단속하거나 압력(유량) 등을 제어하기 위한 용도로 사용될 수 있다.
예를 들어, 솔레노이드 밸브는 자동차의 엔진을 포함하는 파워트레인(power train) 등에 설치되어 연료, 오일 등 유체의 흐름을 단속하거나 압력을 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, 솔레노이드 밸브는, 연료계통에 장착되는 솔레노이드 밸브는 연료의 공급 및 분사를 제어할 수 있고, 냉각계통에 장착되는 솔레노이드 밸브는 윤활 및 냉각을 위한 순환을 제어할 수 있고, 동력전달계통에 장착되는 솔레노이드 밸브는 압력 및 유량을 제어하는 역할을 수행할 수 있다.
한편, 솔레노이드 밸브의 기밀 성능이 보장되지 않으면, 유체의 흐름을 정확하게 단속(on/off)하기 어려울 뿐만 아니라, 유량 제어 정확도가 저하되는 문제점이 있으며, 안전사고가 발생할 수 있으므로, 솔레노이드 밸브의 기밀성이 확보될 수 있어야 한다.
예를 들어, 높은 기밀성이 요구되는 수소 공급 라인에 장착되는 솔레노이드 밸브에서 수소 리크가 발생하면, 부품 파손, 폭발, 화재 등의 안전 문제가 발생할 수 있으므로, 솔레노이드 밸브의 기밀성이 확보될 수 있어야 한다.
하지만, 기존에는 솔레노이드 밸브의 안정성 및 기밀성을 보장하기 위하여, 유체의 흐름을 단속하기 위한 차단용 솔레노이드 밸브와, 유체의 유량을 제어하기 위한 유량 제어용 솔레노이드 밸브를 각각 개별적으로 마련해야 함에 따라, 구조가 복잡해지고 공간활용성 및 설계자유도가 저하되는 문제점이 있으며, 원가 및 중량이 증가하는 문제점이 있다.
이를 위해 최근에는 솔레노이드 밸브의 기밀성을 보장하면서 구조를 간소화하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명에 따른 실시예는 기밀성을 보장하면서 구조를 간소화할 수 있는 솔레노이드 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명에 따른 실시예는 하나의 솔레노이드를 이용하여 이중 차단 구조를 형성할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 공간활용성 및 설계자유도를 향상시킬 수 있으며, 원가 및 중량을 절감할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 비례제어 정확도를 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
실시예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 솔레노이드 밸브는, 일단에는 유체가 유입되는 입구 포트가 마련되고, 다른 일단에는 유체가 배출되는 출구 포트가 마련된 밸브하우징; 밸브하우징의 내부에서 입구 포트와 출구 포트의 사이에 마련되는 솔레노이드; 입구 포트에 인접한 솔레노이드의 일단에 마련되며, 솔레노이드에 의해 직선 이동하며 입구 포트를 선택적으로 개폐하는 제1플런저; 제1플런저가 입구 포트를 차단하는 방향으로 이동하도록 탄성력을 제공하는 제1스프링부재; 출구 포트에 인접한 솔레노이드의 다른 일단에 마련되며, 솔레노이드에 의해 제1플런저와 반대 방향으로 직선 이동하며 출구 포트를 선택적으로 개폐하는 제2플런저; 및 제2플런저가 출구 포트를 차단하는 방향으로 이동하도록 탄성력을 제공하는 제2스프링부재;를 포함한다.
이는, 솔레노이드 밸브의 기밀성을 보장하면서, 구조를 간소화하기 위함이다.
즉, 솔레노이드 밸브(유량 제어 밸브)를 이용하여 유체의 흐름을 단속(on/off)하면서 유량을 제어하는 것이 가능하지만, 두가지 역할(유체 흐름 단속 및 유량 제어)을 모두 수행하는 솔레노이드 밸브에 의해서는 높은 기밀성을 유지하기 어려운 문제점이 있다.(특히, 과압 발생시)
게다가 솔레노이드 밸브(유량 제어 밸브)에 부품 불량, 외부 이물질 등으로 인해 스턱(stuck)이 발생한다거나, 기밀면에서 리크(leak)가 발생하게 되면 바로 안전사고로 이어질 위험이 있다.
따라서, 고도의 안정성 및 기밀성이 요구되는 시스템 또는 설비(예를 들어, 수소 공급 라인)에서는, 유체의 흐름을 단속하기 위한 차단용 솔레노이드 밸브와, 유체의 유량을 제어하기 위한 유량 제어용 솔레노이드 밸브를 각각 개별적으로 장착하고 있는 실정이다. 이와 같이, 기존에는 고도의 안정성 및 기밀성이 요구되는 시스템 또는 설비에 유체의 흐름을 단속하기 위한 차단용 솔레노이드 밸브와, 유체의 유량을 제어하기 위한 유량 제어용 솔레노이드 밸브를 각각 개별적으로 마련해야 함에 따라, 구조가 복잡해지고 공간활용성 및 설계자유도가 저하되는 문제점이 있으며, 원가가 증가하는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명의 실시예는, 개별적으로 작동하는 제1플런저 및 제2플런저를 이용하여 이중 차단(실링) 구조를 형성하도록 하는 것에 의하여, 높은 기밀성을 보장할 수 있으며, 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 본 발명의 실시예는 하나의 솔레노이드를 이용하여 제1플런저 및 제2플런저가 독립적으로 작동하며 이중 차단 구조를 형성하도록 하는 것에 의하여, 높은 기밀성을 보장하면서 구조를 간소화하고 공간활용성 및 설계자유도를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
뿐만 아니라, 제어 대상 부품 수를 줄일 수 있어, 제어기와 와이어링 원가 절감 효과 또한 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 제1플런저 및 제2플런저가 독립적으로 작동할 수 있으므로, 제1플런저 및 제2플런저 중 어느 하나의 작동 이상(고장)이 발생하더라도, 기밀성을 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
솔레노이드에 의한 제1플런저 및 제2플런저의 이동 타이밍은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제2플런저와 제1플런저는 솔레노이드의 듀티값(duty rate)에 기초하여, 출구 포트 및 입구 포트를 순차적으로 개폐한다.
바람직하게, 솔레노이드의 듀티값이 제1범위이면, 제2플런저는 출구 포트를 차단하고, 제1플런저는 상기 입구 포트를 차단할 수 있고, 솔레노이드의 듀티값이 제1범위보다 큰 제2범위이면, 제2플런저는 출구 포트를 개방하고, 제1플런저는 상기 입구 포트를 차단할 수 있으며, 솔레노이드의 듀티값이 제2범위보다 큰 제3범위이면, 제2플런저가 출구 포트를 개방한 상태에서, 제1플런저가 입구 포트를 개방할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 입구 포트를 통해 밸브하우징의 내부로 유입되는 유체는, 제1플런저가 입구 포트를 개방시키는 방향으로 이동하도록 제1플런저에 가압력을 인가한다.
이는, 입구 포트를 통해 밸브하우징의 내부로 유입되는 유체의 유입 압력에 의한 제1플런저의 작동 성능 저하를 최소화하기 위함이다.
즉, 밸브하우징의 내부에 유입되는 유체의 유입 압력이 상하 방향을 따라 제1플런저의 하부에 작용하면(제1플런저의 하부에 제1플런저를 상부 방향으로 이동시키는 가압력이 인가되면), 미리 설정된 솔레노이드의 듀티값에서 제1플런저가 정상적으로 작동(입구 포트를 개방하기 위해 하부 방향으로 이동)하기 어려운 문제점이 있으며, 불가피하게 제1플런저를 작동시키기 위한 솔레노이드의 듀티값이 증가하는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명의 실시예는, 밸브하우징의 내부에 유입되는 유체의 유입 압력이 상하 방향을 따라 제1플런저의 상부에 작용되도록 하는 것에 의하여, 제1플런저를 작동(입구 포트를 개방)시키기 위한 솔레노이드의 듀티값 증가를 억제할 수 있으며, 제1플런저의 이동(스트로크)을 듀티 제어할 수 있는 듀티 제어 가능 구간을 충분하게 확보(제어 성능 향상)하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 입구 포트를 통해 유입되는 유체의 유입 방향과, 출구 포트를 통해 밸브하우징의 외부로 배출되는 유체의 배출 방향은 서로 동일하게 정의될 수 있다.
솔레노이드는 제1플런저 및 제2플런저의 구동을 위한 구동력을 제공할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 솔레노이드는, 코일이 권선되는 보빈, 및 보빈의 일단 내부에 마련되며 제1플런저가 직선 이동 가능하게 부분적으로 수용되는 요크를 포함할 수 있고, 제2플런저는 보빈의 다른 일단 내부에 직선 이동 가능하게 부분적으로 수용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 솔레노이드 밸브는, 보빈의 다른 일단 내부에 마련되며 제2플런저의 직선 이동을 가이드하는 가이드부재를 포함할 수 있다.
이와 같이, 보빈의 내부에 가이드부재를 마련하는 것에 의하여, 제2플런저의 직선 이동시 제2플런저의 좌우 이동 및 이탈을 최소화하고, 제2플런저의 구동 안정성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 입구 포트와 제2플런저의 사이에는 입구 포트로 유입된 유체를 제2플런저로 안내하는 제1안내유로가 마련되고, 제1플런저와 출구 포트의 사이에는 제1안내유로를 통과한 유체를 상기 출구 포트로 안내하는 제2안내유로가 마련될 수 있다. 일 예로, 제1안내유로는 제1플런저에 형성되고, 제2안내유로는 제2플런저에 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 솔레노이드 밸브는, 솔레노이드의 내부에서 제1플런저와 제2플런저의 사이에 마련되는 코어를 포함할 수 있고, 코어에는 제1안내유로를 통과한 유체를 제2안내유로로 안내하는 관통유로가 형성된다.
이와 같이, 제1플런저 및 제2플런저의 사이에 코어를 마련하는 것에 의하여, 코일에 전원이 인가되면, 제1플런저 및 제2플런저를 보빈의 중심부를 향해 이동시키기 위한 자기장을 코어를 통해 추가적으로 형성할 수 있으므로, 솔레노이드의 사이즈를 증가시키지 않고도 제1플런저 및 제2플런저를 이동시키기 위한 자기장을 증가시킬 수 있으며, 제1플런저 및 제2플런저의 보다 원활한 작동을 보장하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 솔레노이드 밸브는, 코어를 마주하는 제1플런저의 단부에 마련되는 제1완충부재, 및 코어를 마주하는 제2플런저의 단부에 마련되는 제2완충부재를 포함할 수 있다.
이와 같이, 제1플런저와 코어의 사이에 제1완충부재를 마련되고, 제2플런저와 코어의 사이에 제2완충부재를 마련하는 것에 의하여, 제1플런저 및 제2플런저가 코어에 접촉됨에 따른 충격을 완화시킬 수 있으므로, 안정성 및 신뢰성을 향상시키고 작동 소음을 저감시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제2플런저가 출구 포트를 개방한 상태에서, 제2플런저는 코어의 하부에 밀착되게 배치될 수 있으며, 제1플런저는 코어 및 제2플런저에 각각 작용하는 자기장에 의해 직선 이동하며 입구 포트를 개방할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예는, 제2플런저가 코어의 하부에 밀착되며 출구 포트를 개방한 상태에서는, 코어 및 제2플런저에서 각각 자기장(제1플런저를 이동시키기 위한 자기장)이 발생되도록 하는 것에 의하여, 코어에서 발생하는 자기장과 제2플런저에서 발생하는 자기장을 함께 이용하여 제1플런저를 이동시킬 수 있으므로, 제1플런저의 이동(작동) 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도 본 발명의 실시예는 솔레노이드 및 코어의 유도 용량(inductance) 및 사이즈를 증가시키지 않고도, 제1플런저를 원활하게 이동시키기 위한 높은 자기장을 형성할 수 있으므로, 구조를 간소화하고 제품의 소형화에 기여하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 솔레노이드 밸브는, 코어를 마주하는 요크의 단부에 형성되는 제1경사리세스, 및 제1경사리세스를 마주하도록 코어의 단부에 형성되는 제2경사리세스를 포함할 수 있다.
이와 같이, 요크 및 코어에 제1경사리세스 및 제2경사리세스를 형성하는 것에 의하여, 제1플런저에 작용하는 자기장을 이동 방향을 따라 선형적으로 증가 또는 감소시킬 수 있으므로, 제1플런저의 이동 스트로크를 보다 정확하게 제어하는 것이 가능하며, 제1플런저의 비례제어 정확도를 보다 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 솔레노이드 밸브는, 제2플런저의 주변 압력을 선택적으로 감압하는 파일럿 밸브를 포함할 수 있다.
파일럿 밸브는, 제2플런저의 주변 압력을 선택적으로 감압 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있다.
일 예로, 파일럿 밸브는, 제2플런저에 형성되는 파일럿 밸브홈, 및 파일럿 밸브홈에 직선 이동 가능하게 마련되며 출구 포트와 연통되는 파일럿 유로가 형성된 파일럿 플런저를 포함할 수 있고, 파일럿 플런저가 파일럿 밸브홈의 내면에 밀착되면 제2플런저의 주변 공간과 파일럿 유로가 차단되고, 파일럿 플런저가 파일럿 밸브홈의 내면으로부터 이격되면 제2플런저의 주변 공간과 파일럿 유로가 연통될 수 있다.
이와 같이, 제2플런저의 주변 압력이 일정 이상 증가하면, 파일럿 플런저가 하부 방향으로 이동하도록 하는 것에 의하여, 제2플런저의 주변 공간과 파일럿 유로를 연통시킬 수 있으므로, 제2플런저의 주변 압력을 감압시키는 것이 가능하다. 따라서, 제2플런저의 주변 압력이 과도하게 높이지는 것을 최소화하고, 제2플런저의 주변 압력이 과도하게 높아짐에 따른 제2플런저의 작동 불능을 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 솔레노이드 밸브는, 파일럿 밸브홈의 내면에 마련되며 파일럿 플런저가 선택적으로 밀착되는 파일럿 실링부재를 포함할 수 있다. 이와 같이, 파일럿 밸브홈의 내면에 파일럿 실링부재를 마련하는 것에 의하여 파일럿 플런저에 의한 기밀성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 기밀성을 보장하면서 구조를 간소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따르면 하나의 솔레노이드를 이용하여 이중 차단(실링) 구조를 형성하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 공간활용성 및 설계자유도를 향상시킬 수 있으며, 원가를 절감하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 비례제어 정확도를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 밸브를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 밸브로서, 제1플런저를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 밸브로서, 코어를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 밸브로서, 제2플런저를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 밸브로서, 출구 포트 및 입구 포트의 차단 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 밸브로서, 제1플런저 및 제2플런저의 작동 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 밸브로서, 솔레노이드의 듀티값에 따른 제1플런저 및 제2플런저의 이동 스트로크를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 밸브로서, 파일럿 밸브를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술사상은 설명되는 일부 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서라면, 실시예들간 그 구성요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성요소가 두 개의 구성요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(10)는, 일단에는 유체가 유입되는 입구 포트(110)가 마련되고, 다른 일단에는 유체가 배출되는 출구 포트(120)가 마련된 밸브하우징(100); 밸브하우징(100)의 내부에서 입구 포트(110)와 출구 포트(120)의 사이에 마련되는 솔레노이드(200); 입구 포트(110)에 인접한 솔레노이드(200)의 일단에 마련되며, 솔레노이드(200)에 의해 직선 이동하며 입구 포트(110)를 선택적으로 개폐하는 제1플런저(300); 제1플런저(300)가 입구 포트(110)를 차단하는 방향으로 이동하도록 탄성력을 제공하는 제1스프링부재(310); 출구 포트(120)에 인접한 솔레노이드(200)의 다른 일단에 마련되며, 솔레노이드(200)에 의해 제1플런저(300)와 반대 방향으로 직선 이동하며 출구 포트(120)를 선택적으로 개폐하는 제2플런저(400); 및 제2플런저(400)가 출구 포트(120)를 차단하는 방향으로 이동하도록 탄성력을 제공하는 제2스프링부재(410);를 포함한다.
참고로, 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(10)는 유체의 흐름을 단속하거나 유량(또는 압력)을 제어하기 위한 용도로 다양한 시스템 또는 설비에 장착될 수 있으며, 솔레노이드 밸브(10)가 장착되는 시스템 또는 설비의 종류에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 본 발명의 실시예에 따른 솔레노이드 밸브(10)는, 자동차의 엔진을 포함하는 파워트레인(power train) 등에 설치되어 연료, 오일 등 유체의 흐름을 단속하거나 유량을 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, 솔레노이드 밸브(10)는, 연료계통에 장착되어 연료의 공급 및 분사를 제어하거나, 냉각계통에 장착되어 윤활 및 냉각을 위한 순환을 제어하거나, 동력전달계통에 장착되어 압력을 제어하는 역할을 수행할 수 있다.
밸브하우징(100)은, 내부에 소정 공간을 가지며, 입구 포트(110) 및 출구 포트(120)를 포함하는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 밸브하우징(100)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 도 1을 기준으로, 밸브하우징(100)의 상단에는 유체가 공급(유입)되는 입구 포트(110)가 형성되고, 밸브하우징(100)의 하단에는 유체가 배출되는 출구 포트(120)가 형성될 수 있으며, 입구 포트(110)를 통해 밸브하우징(100)의 내부에 유입된 유체는 제1플런저(300) 및 제2플런저(400)를 순차적으로 거친 후, 출구 포트(120)를 통해 밸브하우징(100)의 외부로 배출될 수 있다.
바람직하게, 입구 포트(110)를 통해 밸브하우징(100)의 내부로 유입되는 유체의 유입 방향과, 출구 포트(120)를 통해 밸브하우징(100)의 외부로 배출되는 유체의 배출 방향은 서로 동일하게(서로 같은 방향으로) 정의될 수 있다. 일 예로, 도 1을 기준으로, 유체의 유입 방향과 유체의 배출 방향은 모두 상하 방향(수직 방향)을 따라 동축적으로 정의될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 밸브하우징의 여타 다른 위치에 입구 포트 및 출구 포트를 형성하는 것이 가능하며, 입구 포트 및 출구 포트의 위치 및 배치 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 경우에 따라서는 입구 포트와 출구 포트를 비동축적으로 배치하는 것도 가능하다.
솔레노이드(200)는 제1플런저(300) 및 제2플런저(400)를 구동(예를 들어, 상하 이동)시키기 위한 구동력을 제공하기 위해 마련된다.
바람직하게, 솔레노이드(200)는 밸브하우징(100)의 내부에서 입구 포트(110)와 출구 포트(120)의 사이에 배치되도록 밸브하우징(100)의 중앙부에 마련된다.
솔레노이드(200)는 제1플런저(300) 및 제2플런저(400)의 구동을 위한 구동력을 제공할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 솔레노이드(200)의 종류 및 구조에 의해 본 발명에 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 솔레노이드(200)는, 코일(212)이 권선되는 보빈(210), 및 보빈(210)의 일단(도 1 기준으로 상단) 내부에 마련되며 제1플런저(300)가 직선 이동 가능하게 부분적으로 수용되는 요크(220)를 포함하고, 제2플런저(400)는 보빈(210)의 다른 일단(도 1 기준으로 하단) 내부에 직선 이동 가능하게 부분적으로 수용된다.
예를 들어, 보빈(210)은 제1플런저(300) 및 제2플런저(400)의 둘레를 감싸는 중공의 원통 형상으로 형성될 수 있으며, 밸브하우징(100)의 중앙부(입구 포트와 출구 포트의 사이)에 배치된다.
보빈(210)의 둘레에는 코일(212)이 권선되며, 코일(212)에는 전원공급부(미도시)로부터 전원이 인가될 수 있다.
요크(yoke)(220)는 보빈(210)의 상단 내주면 일부를 덮도록 마련되고, 요크(220)의 내부에는 제1플런저(300)가 직선 이동 가능하게 부분적으로 수용된다.
요크(220)의 구조 및 사이즈는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 요크(220)의 구조 및 사이즈에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 요크(220)는 보빈(210)보다 짧은 길이(도 1 기준으로 상하 방향을 따른 길이)를 갖는 중공의 원통 형태로 형성될 수 있다. 바람직하게, 요크(220)의 상단 개구부(미도시)는 상부 방향(예를 들어, 입구 포트)을 향해도록 배치되고, 요크(220)의 하단 개구부(미도시)는 아래 방향(예를 들어, 제2플런저)를 향하도록 배치된다.
요크(220)는 통상의 주철제로 형성될 수 있으며, 요크(220)의 재질 및 특성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
제1플런저(300)는 입구 포트(110)에 인접한 솔레노이드(200)의 일단(도 1 기준으로 상단)에 마련되며, 솔레노이드(200)에 의해 직선 이동하며 입구 포트(110)를 선택적으로 개폐하도록 구성된다.
제1플런저(300)는 솔레노이드(200)에 의해 이동하며 입구 포트(110)를 선택적으로 개폐 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제1플런저(300)의 형상 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제1플런저(300)는 소정 직경 및 길이를 갖는 로드 형태(또는 실린더 형태)로 형성될 수 있다.
제1플런저(300)의 일부(예를 들어, 하부 일부)가 요크(220)의 내부에 부분적으로 수용된 상태에서, 제1플런저(300)는 보빈(210)의 내부에서 상하 방향을 따라 선택적으로 직선 이동하며 입구 포트(110)를 선택적으로 개폐하도록 구성된다.
참고로, 본 발명의 실시예에서, 제1플런저(300)가 요크(220)의 내부에 부분적으로 수용된다 함은, 제1플런저(300)의 일부가 요크(220)의 내부에 수용되고, 제1플런저(300)의 나머지 일부는 요크(220)의 외부로 노출(돌출)되는 것으로 정의될 수 있다.
보빈(210)에 대한 제1플런저(300)의 이동(스트로크)은 코일(212)에 인가되는 전원을 조절함으로써 제어될 수 있으며, 제1플런저(300)의 이동(또는 스트로크)을 제어하여 입구 포트(110)를 개폐하는 것에 의하여, 유체의 흐름을 선택적으로 차단(단속)하거나 유량을 제어할 수 있다.
일 예로, 제1플런저(300)가 상부 방향으로 이동하면, 제1플런저(300)가 입구 포트(110)의 하단에 접촉함으로써, 입구 포트(110)가 차단(폐쇄)될 수 있다.
이와 반대로, 제1플런저(300)가 하부 방향으로 이동하면, 제1플런저(300)가 입구 포트(110)의 하단으로부터 하부 방향으로 이동함으로써, 입구 포트(110)가 개방될 수 있다. 즉, 제1플런저(300)가 요크(220)의 내부에 부분적으로 수용된 상태에서, 코일(212)에 전원을 인가하면, 제1플런저(300)에 작용하는 자기장에 의해 제1플런저(300)가 보빈(210)의 중심부를 향해 이동(하부 방향으로 이동)함으로써, 입구 포트(110)가 개방될 수 있다.
참고로, 본 발명에 따른 솔레노이드 밸브(10)는 상기의 구성과 작동원리를 가지는 공지된 기술내용의 보빈, 요크, 플런저를 포함한 구성을 그 실시예로 하므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
바람직하게, 제1플런저(300)의 상단에는 입구 포트(110)에 탄성적으로 밀착되는 제1실링부재(320)(예를 들어, 고무 또는 실리콘 재질)가 마련된다. 이와 같이, 제1플런저(300)의 상단에 제1실링부재(320)를 마련하는 것에 의하여 제1플런저(300)에 의한 기밀성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱 바람직하게, 입구 포트(110)를 통해 밸브하우징(100)의 내부로 유입되는 유체는, 제1플런저(300)가 입구 포트(110)를 개방시키는 방향으로 이동(도 1을 기준으로 하부 방향으로 이동)하도록 제1플런저(300)에 가압력을 인가한다.
이는, 입구 포트(110)를 통해 밸브하우징(100)의 내부로 유입되는 유체의 유입 압력에 의한 제1플런저(300)의 작동 성능 저하(미리 설정된 솔레노이드(200)의 듀티값에서 제1플런저(300)가 작동하지 못하는 현상)을 최소화하기 위함이다.
즉, 밸브하우징(100)의 내부에 유입되는 유체의 유입 압력이 상하 방향(도 1 기준)을 따라 제1플런저(300)의 하부에 작용하면(제1플런저의 하부에 제1플런저를 상부 방향으로 이동시키는 가압력이 인가되면), 미리 설정된 솔레노이드(200)의 듀티값에서 제1플런저(300)가 정상적으로 작동(입구 포트를 개방하기 위해 하부 방향으로 이동)하기 어려운 문제점이 있으며, 불가피하게 제1플런저(300)를 작동시키기 위한 솔레노이드(200)의 듀티값이 증가하는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명의 실시예는, 밸브하우징(100)의 내부에 유입되는 유체의 유입 압력이 상하 방향(도 1 기준)을 따라 제1플런저(300)의 상부에 작용(제1플런저의 상부에 제1플런저를 하부 방향으로 이동시키는 가압력이 인가)되도록 하는 것에 의하여, 제1플런저(300)를 작동(입구 포트를 개방)시키기 위한 솔레노이드(200)의 듀티값 증가를 억제할 수 있으며, 제1플런저(300)의 이동(스트로크)을 듀티 제어할 수 있는 듀티 제어 가능 구간을 충분하게 확보(제어 성능 향상)하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2를 참조하면, 입구 포트(110)와 제2플런저(400)의 사이에는 입구 포트(110)로 유입된 유체를 제2플런저(400)로 안내하는 제1안내유로(302)가 마련된다.
제1안내유로(302)는 입구 포트(110)로 유입된 유체를 제2플런저(400)로 안내 가능한 다양한 위치에 형성될 수 있으며, 제1안내유로(302)가 형성되는 위치에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1플런저(300)에는 입구 포트(110)로 유입된 유체를 제2플런저(400)로 안내하는 제1안내유로(302)가 마련될 수 있다.
제1안내유로(302)는 입구 포트(110)를 통해 밸브하우징(100)의 내부로 유입된 유체를 하부 방향(제2플런저)로 안내할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제1안내유로(302)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제1안내유로(302)는 제1플런저(300)의 외면(둘레면)을 부분적으로 제거하여 형성될 수 있다. 바람직하게, 제1플런저(300)의 외면에는 서로 대칭적으로 한 쌍의 제1안내유로(302)가 형성될 수 있다.
참고로, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 제1안내유로가 제1플런저에 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 입구 포트와 제2플런저의 사이에 위치하는 다른 구성 부품(예를 들어, 보빈 및 요크 중 적어도 어느 하나)에 제1안내유로를 형성하는 것도 가능하다.
제1스프링부재(310)는 제1플런저(300)가 입구 포트(110)를 차단하는 방향(도 1을 기준으로 상부 방향)으로 이동하도록 탄성력(도 5의 SF1)을 제공하도록 마련된다.
제1스프링부재(310)로서는 제1플런저(300)의 상하 이동을 탄성적으로 지지할 수 있는 통상의 스프링(예를 들어, 코일스프링)이 사용될 수 있으며, 제1스프링부재(310)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제1스프링부재(310)는 제1플런저(300)의 둘레를 감싸면서, 제1플런저(300)의 상단에 형성된 제1플랜지부(미도시)와 요크(220)의 사이에 탄성적으로 압축 및 복원 가능하게 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 밸브하우징과 제1플런저의 사이 또는 여타 다른 위치에 제1스프링부재를 마련하는 것이 가능하다. 경우에 따라서는 밸브하우징의 내벽에 제1스프링부재를 지지하기 위한 별도의 지지부(미도시)를 형성하는 것도 가능하다.
제2플런저(400)는 출구 포트(120)에 인접한 솔레노이드(200)의 일단(도 1 기준으로 하단)에 마련되며, 솔레노이드(200)에 의해 제1플런저(300)와 반대 방향으로 직선 이동하며 출구 포트(120)를 선택적으로 개폐하도록 구성된다.
제2플런저(400)는 솔레노이드(200)에 의해 이동하며 출구 포트(120)를 선택적으로 개폐 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제2플런저(400)의 형상 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제2플런저(400)는 소정 직경 및 길이를 갖는 로드 형태(또는 실린더 형태)로 형성될 수 있다.
바람직하게, 제2플런저(400)는 코어(500)와 함께 자기장을 형성할 수 있는 통상의 금속(예를 들어, 철) 재질로 형성될 수 있으며, 제2플런저(400)의 재질에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
제2플런저(400)의 일부(예를 들어, 상부 일부)가 요크(220)의 내부에 부분적으로 수용된 상태에서, 제2플런저(400)는 보빈(210)의 내부에서 상하 방향을 따라 선택적으로 직선 이동하며 출구 포트(120)를 선택적으로 개폐하도록 구성된다.
참고로, 본 발명의 실시예에서, 제2플런저(400)가 보빈(210)의 내부에 부분적으로 수용된다 함은, 제2플런저(400)의 일부가 보빈(210)의 내부에 수용되고, 제2플런저(400)의 나머지 일부는 보빈(210)의 외부로 노출(돌출)되는 것으로 정의될 수 있다.
보빈(210)에 대한 제2플런저(400)의 이동은 코일(212)에 인가되는 전원을 조절(예를 들어, on/off)함으로써 제어될 수 있으며, 제2플런저(400)의 이동을 제어하여 입구 포트(110)를 개폐하는 것에 의하여, 유체의 흐름을 선택적으로 차단(단속)할 수 있다.
일 예로, 제2플런저(400)가 하부 방향으로 이동하면, 제2플런저(400)가 출구 포트(120)의 상단에 접촉함으로써, 출구 포트(120)가 차단(폐쇄)될 수 있다.
이와 반대로, 제2플런저(400)가 상부 방향으로 이동하면, 제2플런저(400)가 출구 포트(120)의 상단으로부터 상부 방향으로 이동함으로써, 출구 포트(120)가 개방될 수 있다. 즉, 제2플런저(400)가 보빈(210)의 내부에 부분적으로 수용된 상태에서, 코일(212)에 전원을 인가하면, 제2플런저(400)에 작용하는 자기장에 의해 제2플런저(400)가 보빈(210)의 중심부를 향해 이동(상부 방향으로 이동)함으로써, 출구 포트(120)가 개방될 수 있다.
바람직하게, 제2플런저(400)의 하단에는 출구 포트(120)에 탄성적으로 밀착되는 제2실링부재(420)(예를 들어, 고무 또는 실리콘 재질)가 마련된다. 이와 같이, 제2플런저(400)의 하단에 제2실링부재(420)를 마련하는 것에 의하여 제2플런저(400)에 의한 기밀성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 1 및 도 4을 참조하면, 제1플런저(300)와 출구 포트(120)의 사이에는 제1안내유로(302)를 통과한 유체를 출구 포트(120)로 안내하는 제2안내유로(402)가 마련된다.
제2안내유로(402)는 제1안내유로(302)를 통과한 유체를 출구 포트(120)로 안내 가능한 다양한 위치에 형성될 수 있으며, 제2안내유로(402)가 형성되는 위치에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제2플런저(400)에는 제1안내유로(302)를 통과한 유체를 출구 포트(120)로 안내하는 제2안내유로(402)가 마련된다.
제2안내유로(402)는 제1안내유로(302)를 통과한 유체를 하부 방향(출구 포트)로 안내할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 제2안내유로(402)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제2안내유로(402)는 제2플런저(400)의 외면(둘레면)을 부분적으로 제거하여 형성될 수 있다. 바람직하게, 제2플런저(400)의 외면에는 서로 대칭적으로 한 쌍의 제2안내유로(402)가 형성될 수 있다.
참고로, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 제2안내유로가 제2플런저에 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1플런저와 출구 포트의 사이에 위치하는 다른 구성 부품(예를 들어, 보빈, 가이드부재 중 적어도 어느 하나)에 제2안내유로를 형성하는 것도 가능하다.
제2스프링부재(410)는 제2플런저(400)가 출구 포트(120)를 차단하는 방향(도 1을 기준으로 하부 방향)으로 이동하도록 탄성력(도 5의 SF2)을 제공하도록 마련된다.
제2스프링부재(410)로서는 제2플런저(400)의 상하 이동을 탄성적으로 지지할 수 있는 통상의 스프링(예를 들어, 코일스프링)이 사용될 수 있으며, 제2스프링부재(410)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제2스프링부재(410)는 제2플런저(400)의 둘레를 감싸면서, 제2플런저(400)의 하단에 형성된 제2플랜지부(미도시)와 보빈(210)의 사이에 탄성적으로 압축 및 복원 가능하게 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 밸브하우징과 제2플런저의 사이 또는 여타 다른 위치에 제2스프링부재를 마련하는 것이 가능하다. 경우에 따라서는 밸브하우징의 내벽에 제2스프링부재를 지지하기 위한 별도의 지지부(미도시)를 형성하는 것도 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 보빈(210)의 다른 일단 내부에는 제2플런저(400)의 상하 이동을 가이드하는 가이드부재(230)가 마련될 수 있다.
일 예로, 가이드부재(230)는 제2플런저(400)의 둘레를 감싸는 중공의 원통 형상으로 형성될 수 있으며, 보빈(210)의 내주면과 제2플런저(400)의 외주면의 사이에 마련되어 제2플런저(400)의 직선 이동을 가이드할 수 있다. 바람직하게, 가이드부재(230)의 하단은 보빈(210)의 저면을 감싸도록 연장될 수 있다.
이와 같이, 보빈(210)의 내부에 가이드부재(230)를 마련하는 것에 의하여, 제2플런저(400)의 직선 이동시 제2플런저(400)의 좌우 이동 및 이탈을 최소화하고, 제2플런저(400)의 구동 안정성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 솔레노이드 밸브(10)는, 솔레노이드(200)의 내부에서 제1플런저(300)와 제2플런저(400)의 사이에 마련되는 코어(500)를 포함할 수 있다.
코어(500)는 솔레노이드(200)에 대한 제1플런저(300) 및 제2플런저(400)의 보다 원활한 이동을 보장하기 위해 마련된다.
즉, 제1플런저(300) 및 제2플런저(400)의 사이에 코어(500)를 마련하는 것에 의하여, 코일(212)에 전원이 인가되면, 제1플런저(300) 및 제2플런저(400)를 보빈(210)의 중심부를 향해 이동시키기 위한 자기장을 코어(500)를 통해 추가적으로 형성할 수 있으므로, 솔레노이드(200)의 사이즈를 증가시키지 않고도 제1플런저(300) 및 제2플런저(400)를 이동시키기 위한 자기장을 증가시킬 수 있으며, 제1플런저(300) 및 제2플런저(400)의 보다 원활한 작동을 보장하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
코어(500)는 자기장을 형성할 수 있는 통상의 금속(예를 들어, 철) 재질로 형성될 수 있으며, 코어(500)의 재질에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
바람직하게, 도 1 및 도 3을 참조하면, 코어(500)에는 제1안내유로(302)를 통과한 유체를 제2안내유로(402)로 안내하는 관통유로(502)가 형성된다.
관통유로(502)는 제1안내유로(302)를 통과한 유체를 제2안내유로(402)로 안내할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 관통유로(502)의 구조 및 개수에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 코어(500)의 내부에는 상하 방향으로 관통된 2개의 관통유로(502)가 형성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 코어의 둘레면에 관통유로를 형성하는 것도 가능하다. 다르게는 관통유로를 경사진 형태로 형성하거나 곡선 형태로 형성하는 것도 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 솔레노이드 밸브(10)는, 코어(500)를 마주하는 제1플런저(300)의 단부(예를 들어, 하단)에 마련되는 제1완충부재(330), 및 코어(500)를 마주하는 제2플런저(400)의 단부(예를 들어, 상단)에 마련되는 제2완충부재(430)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 제1플런저(300)와 코어(500)의 사이에 제1완충부재(330)를 마련되고, 제2플런저(400)와 코어(500)의 사이에 제2완충부재(430)를 마련하는 것에 의하여, 제1플런저(300) 및 제2플런저(400)가 코어(500)에 접촉됨에 따른 충격을 완화시킬 수 있으므로, 안정성 및 신뢰성을 향상시키고 작동 소음을 저감시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
제1완충부재(330)는 제1플런저(300)의 단부가 코어(500)에 접촉될 시 발생하는 충격력을 완화시킬 수 있는 완충 소재(예를 들어, 탄성소재)로 형성될 수 있으며, 제1완충부재(330)의 구조 및 재질에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
마찬가지로, 제2완충부재는 제2플런저(400)의 단부가 코어(500)에 접촉될 시 발생하는 충격력을 완화시킬 수 있는 완충 소재(예를 들어, 탄성소재)로 형성될 수 있으며, 제2완충부재의 구조 및 재질에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 제1완충부재(330)가 제1플런저(300)의 단부에 마련되고, 제2완충부재(430)가 제2플런저(400)의 단부에 마련되는 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 코어의 상면 및 저면에 완충부재를 마련하는 것도 가능하다.
한편, 솔레노이드(200)에 의한 제1플런저(300) 및 제2플런저(400)의 이동 타이밍은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1플런저(300)와 제2플런저(400)는 솔레노이드(200)의 PWM(Pulse Width Modulation) 듀티값(duty rate)에 기초하여, 출구 포트(120) 및 입구 포트(110)를 순차적으로 개폐한다.
일 예로, 솔레노이드(200)의 듀티값에 따라 제2플런저(400)가 먼저 상부로 이동하면, 출구 포트(120)가 입구 포트(110)보다 먼저 개방될 수 있다. 그 후, 솔레노이드(200)의 듀티값에 따라 제1플런저(300)가 하부로 이동하면, 입구 포트(110)가 후속적으로 개방(출구 포트가 개방된 시점을 기준으로 소정 시간차를 두고 개방)될 수 있다.
반면, 출구 포트(120)와 입구 포트(110)가 모두 개방된 상태에서, 솔레노이드(200)의 듀티값에 따라 제1플런저(300)가 상부로 이동하면, 입구 포트(110)가 출구 포트(120)보다 먼저 차단될 수 있다. 그 후, 솔레노이드(200)의 듀티값에 따라 제2플런저(400)가 하부로 이동하면, 출구 포트(120)가 후속적으로 차단(입구 포트가 차단된 시점을 기준으로 소정 시간차를 두고 차단)될 수 있다.
제1플런저(300) 및 제2플런저(400)의 이동 타이밍은 솔레노이드(200)의 듀티값에 기초하여 다양하게 변경될 수 있으며, 솔레노이드(200)의 듀티값에 기초한 제1플런저(300) 및 제2플런저(400)의 이동 타이밍에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
아울러, 솔레노이드(200)의 듀티값에 기초한 제1플런저(300) 및 제2플런저(400)의 이동 타이밍은, 자기장 형성에 관련된 파라미터(예를 들어, 제1플런저 및 제2플런저의 형상 및 재질, 가이드부재의 형상 및 재질)를 제1플런저(300) 및 제2플런저(400) 별로 서로 다르게 튜닝하거나, 제1스프링부재(310) 및 제2스프링부재(410)에 관련된 파라미터(예를 들어, 스프링 상수) 등을 서로 다르게 튜닝함으로써, 조절하는 것이 가능하다.
일 예로, 솔레노이드(200)의 듀티값이 제1범위이면, 제2플런저(400)는 출구 포트(120)를 차단하고, 제1플런저(300)는 입구 포트(110)를 차단할 수 있다. 반면, 솔레노이드(200)의 듀티값이 제1범위보다 큰 제2범위이면, 제2플런저(400)는 출구 포트(120)를 개방하고, 제1플런저(300)는 입구 포트(110)를 차단할 수 있다. 또한, 솔레노이드(200)의 듀티값이 제2범위보다 큰 제3범위이면, 제1플런저(300)가 출구 포트(120)를 개방한 상태에서, 제1플런저(300)는 입구 포트(110)를 개방할 수 있다.
일 예로, 도 9를 참조하면, 솔레노이드(200)의 목표 듀티값(target duty rate)이 100%인 경우에, 솔레노이드(200)의 듀티값은 0%~100%까지 선형적(주기적)으로 상승할 수 있다. 예를 들어, 제1범위는 0~19%의 범위에 포함되고, 제2범위는 20~39%의 범위에 포함되며, 제3범위는 40~100%의 범위에 포함될 수 있다.
참고로 도 9에서, 'a'지점은 솔레노이드(200)의 듀티값이 0%인 지점이고, 'b'지점은 제2플런저(400)가 출구 포트(120)를 개방하기 시작하는 지점이고, 'c'지점은 제1플런저(300)가 입구 포트(110)를 개방하기 시작하는 지점이고, 'c~d'지점은 제1플런저(300)의 개방(입구 포트 개방)에 관한 듀티값을 제어하는 구간이고, 'd'지점은 제1플런저(300)가 입구 포트(110)를 최대로 개방하기 시작하는 지점이고, 'e'지점은 솔레노이드(200)의 듀티값이 100%인 지점이고, 'f'지점은 제1플런저(300)가 입구 포트(110)를 차단하기 시작하는 지점이고, 'f~g'지점은 제1플런저(300)의 차단(입구 포트 차단)에 관한 듀티값을 제어하는 구간이고, 'g'지점은 제1플런저(300)가 입구 포트(110)를 완전히(최대로) 차단하기 시작하는 지점이고, 'h'지점은 제2플런저(400)가 출구 포트(120)를 차단하기 시작하는 지점이고, 'i'지점은 솔레노이드(200)의 듀티값이 0%인 지점이다.
보다 구체적으로, 솔레노이드(200)의 듀티값이 제1범위(도 9의 a~b 구간 참조)이면, 제2플런저(400)는 출구 포트(120)를 차단하고, 제1플런저(300)는 입구 포트(110)를 차단할 수 있다. 이때, 출구 포트(120)의 차단 상태는 제2스프링부재(410)의 탄성력(SF2)에 의해 유지될 수 있고, 입구 포트(110)의 차단 상태는 제1스프링부재(310)의 탄성력(SF1)에 의해 유지된다.(도 5 참조)
다음, 솔레노이드(200)의 듀티값이 제2범위(도 9의 b~c 구간 참조)가 되면, 제1플런저(300)가 입구 포트(110)를 차단한 상태를 유지하는 반면, 제2플런저(400)는 출구 포트(120)를 개방한다.(도 6 참조)
다음, 솔레노이드(200)의 듀티값이 제3범위(도 9의 c~d 구간 참조)가 되면, 제2플런저(400)가 출구 포트(120)를 개방한 상태에서, 제1플런저(300)는 입구 포트(110)를 개방한다.(도 7 참조)
바람직하게, 제2플런저(400)가 출구 포트(120)를 개방한 상태에서, 제2플런저(400)는 코어(500)의 하부에 밀착되게 배치될 수 있으며, 제1플런저(300)는 코어(500) 및 제2플런저(400)에 각각 작용하는 자기장에 의해 직선 이동하며 입구 포트(110)를 개방할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예는, 제2플런저(400)가 코어(500)의 하부에 밀착되며 출구 포트(120)를 개방한 상태에서는, 코어(500) 및 제2플런저(400)에서 각각 자기장(제1플런저를 이동시키기 위한 자기장)이 발생되도록 하는 것에 의하여, 코어(500)에서 발생하는 자기장과 제2플런저(400)에서 발생하는 자기장을 함께 이용하여 제1플런저(300)를 이동시킬 수 있으므로, 제1플런저(300)의 이동(작동) 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도 본 발명의 실시예는 솔레노이드(200) 및 코어(500)의 유도 용량(inductance) 및 사이즈를 증가시키지 않고도, 제1플런저(300)를 원활하게 이동시키기 위한 높은 자기장(코어에서 발생한 자기장 및 제2플런저에서 발생한 자기장)을 형성할 수 있으므로, 구조를 간소화하고 제품의 소형화에 기여하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
다시 말해서, 제2플런저(400)가 코어(500)의 하부에 밀착되며 출구 포트(120)를 개방한 상태에서는, 보다 큰 용량의 다른 솔레노이드(미도시) 및 다른 코어(미도시)를 이용하여 제1플런저(300)를 작동시키는 것과 유사한 성능을 얻을 수 있다.
또한, 솔레노이드(200)의 듀티값이 제3범위인 상태에서는 솔레노이드(200)의 듀티값에 따라 제1플런저(300)의 이동 스트로크를 가변(제1플런저가 상하 방향을 따라 이동)할 수 있으며, 제1플런저(300)의 이동 스트로크를 가변하는 것에 의하여, 입구 포트(110)로 유입되는 유체의 유량을 조절할 수 있다.(도 8 참조)
반면, 출구 포트(120) 및 입구 포트(110)가 모두 완전히 개방된 상태(도 9의 d~f 구간 참조)에서, 솔레노이드(200)의 듀티값이 다시 제3범위(도 9의 f~g 구간 참조)가 되면, 제2플런저(400)가 출구 포트(120)를 개방한 상태에서, 제1플런저(300)는 입구 포트(110)를 차단한다.
다음, 솔레노이드(200)의 듀티값이 다시 제2범위(도 9의 g~h 구간 참조)가 되면, 제1플런저(300)가 입구 포트(110)를 차단한 상태에서, 제2플런저(400)가 출구 포트(120)를 차단한다.
다음, 솔레노이드(200)의 듀티값이 다시 제1범위(도 9의 h~i 구간 참조)가 되면, 출구 포트(120)의 차단 상태는 제2스프링부재(410)의 탄성력(SF2)에 의해 유지될 수 있고, 입구 포트(110)의 차단 상태는 제1스프링부재(310)의 탄성력(SF1)에 의해 유지된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 제1플런저(300)와 제2플런저(400)가 개별적 작동하며 입구 포트(110) 및 출구 포트(120)를 차단하도록 하는 것에 의하여, 이중 차단 구조를 형성할 수 있으므로, 높은 기밀성을 보장하면서, 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 본 발명의 실시예는 복수개의 솔레노이드(200)를 마련하지 않고도, 단 하나의 솔레노이드(200)를 이용하여 제1플런저(300)와 제2플런저(400)를 개별적 작동시키는 것이 가능하므로, 구조를 간소화하고 공간활용성 및 설계자유도를 향상시킬 수 있으며, 원가를 절감하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명의 실시예는 솔레노이드(200)의 듀티값에 따라 제1플런저(300)와 제2플런저(400)가 순차적으로 작동하도록 하는 것에 의하여, 단 하나의 제어기로 제1플런저(300)와 제2플런저(400)의 이동을 제어하는 것이 가능하므로, 제어기의 구조 및 연결구조를 보다 간소화하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예는 제1플런저(300) 및 제2플런저(400)가 독립적으로 작동할 수 있으므로, 제1플런저(300) 및 제2플런저(400) 중 어느 하나의 작동 이상(고장)이 발생하더라도, 기밀성을 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 솔레노이드 밸브(10)는, 코어(500)를 마주하는 요크(220)의 단부에 형성되는 제1경사리세스(222), 및 제1경사리세스(222)를 마주하도록 코어(500)의 단부에 형성되는 제2경사리세스(504)를 포함할 수 있다.
일 예로, 요크(220)의 하단부에는 제1경사리세스(222)가 형성될 수 있고, 코어(500)의 상단부에는 제2경사리세스(504)가 형성될 수 있다.
바람직하게, 제1경사리세스(222)와 제2경사리세스(504)는 서로 반대 방향으로 경사지게 형성되되, 제1경사리세스(222)와 제2경사리세스(504)는 서로 대응하는 기울기를 갖도록 형성된다.
일 예로, 도 1을 기준으로, 요크(220)의 하단부에는 제1경사리세스(222)가 상향 경사지게 형성될 수 있고, 코어(500)의 상단부에는 제1경사리세스(222)에 대응하는 기울기를 갖는 제2경사리세스(504)가 하향 경사지게 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 제1경사리세스와 제2경사리세스를 서로 동일한 방향으로 경사지게(상향 경사지게 또는 하향 경사지게) 형성하는 것도 가능하다.
이와 같이, 요크(220) 및 코어(500)에 제1경사리세스(222) 및 제2경사리세스(504)를 형성하는 것에 의하여, 제1플런저(300)의 비례제어(proportional control) 정확도를 보다 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
다시 말해서, 요크(220)의 하단부에 제1경사리세스(222)를 형성하고, 코어(500)의 상단부에 제2경사리세스(504)를 형성하는 것에 의하여, 제1플런저(300)에 작용하는 자기장을 상하 방향을 따라 선형적으로 증가 또는 감소시킬 수 있으므로, 제1플런저(300)의 이동 스트로크를 보다 정확하게 제어하는 것이 가능하며, 제1플런저(300)의 비례제어 정확도를 보다 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 솔레노이드 밸브(10)는, 제2플런저(400)의 주변 압력을 선택적으로 감압하는 파일럿 밸브(pilot valve)(600)를 포함할 수 있다.
파일럿 밸브(600)는, 제1플런저(300)의 기밀 성능 저하 등으로 인하여 입구 포트(110)와 제1플런저(300)의 사이로 유체의 누설이 발생할 시, 제2플런저(400)의 주변 압력(제2플런저를 하부 방향으로 이동시키는 가압력)(LP)이 과도하게 높이지는 것을 최소화하고, 제2플런저(400)의 주변 압력이 과도하게 높아짐에 따른 제2플런저(400)의 작동 불능을 억제하기 위해 마련된다.
파일럿 밸브(600)는, 제2플런저(400)의 주변 압력을 선택적으로 감압 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 파일럿 밸브(600)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 파일럿 밸브(600)는, 제2플런저(400)에 형성되는 파일럿 밸브홈(610), 및 파일럿 밸브홈(610)에 직선 이동 가능하게 마련되며 출구 포트(120)와 연통되는 파일럿 유로(622)가 형성된 파일럿 플런저(620)를 포함할 수 있다. 파일럿 플런저(620)가 파일럿 밸브홈(610)의 내면에 밀착(도 10 기준으로 상부 방향으로 이동)되면 제2플런저(400)의 주변 공간과 파일럿 유로(622)가 차단되고, 파일럿 플런저(620)가 파일럿 밸브홈(610)의 내면으로부터 이격(도 10 기준으로 하부 방향으로 이동)되면 제2플런저(400)의 주변 공간과 파일럿 유로(622)가 연통될 수 있다.
참고로, 제2플런저(400)의 하부에 제2실링부재(420)가 마련되는 경우, 제2실링부재(420)에는 파일럿 유로(622)와 출구 포트(120)를 연통시키는 연통유로(미도시)가 형성될 수 있다.
제2플런저(400)의 주변 압력이 일정 이상 증가하면, 파일럿 밸브홈(610)과 파일럿 플런저(620)의 사이 간극을 통해 파일럿 플런저(620)의 상부 공간(파일럿 플런저의 상면과 파일럿 밸브홈의 내면 사이의 공간)으로 유체가 유입됨에 따라, 파일럿 플런저(620)가 하부 방향으로 이동할 수 있다.
이와 같이, 제2플런저(400)의 주변 압력이 일정 이상 증가하면, 파일럿 플런저(620)가 하부 방향으로 이동하도록 하는 것에 의하여, 제2플런저(400)의 주변 공간과 파일럿 유로(622)를 연통시킬 수 있으므로, 제2플런저(400)의 주변 압력을 감압시키는 것이 가능하다.
바람직하게, 솔레노이드 밸브(10)는, 파일럿 밸브홈(610)의 내면에 마련되며 파일럿 플런저(620)가 선택적으로 밀착되는 파일럿 실링부재(630)(예를 들어, 고무 또는 실리콘 재질)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 파일럿 밸브홈(610)의 내면에 파일럿 실링부재(630)를 마련하는 것에 의하여 파일럿 플런저(620)에 의한 기밀성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 솔레노이드 밸브
100 : 밸브하우징
110 : 입구 포트
120 : 출구 포트
200 : 솔레노이드
210 : 보빈
212 : 코일
220 : 요크
222 : 제1경사리세스
300 : 제1플런저
302 : 제1안내유로
310 : 제1스프링부재
320 : 제1실링부재
330 : 제1완충부재
400 : 제2플런저
402 : 제2안내유로
410 : 제2스프링부재
420 : 제2실링부재
430 : 제2완충부재
500 : 코어
502 : 관통유로
504 : 제2경사리세스
600 : 파일럿 밸브
610 : 파일럿 밸브홈
620 : 파일럿 플런저
622 : 파일럿 유로
630 : 파일럿 실링부재

Claims (19)

  1. 일단에는 유체가 유입되는 입구 포트가 마련되고, 다른 일단에는 상기 유체가 배출되는 출구 포트가 마련된 밸브하우징;
    상기 밸브하우징의 내부에서 상기 입구 포트와 상기 출구 포트의 사이에 마련되는 솔레노이드;
    상기 입구 포트에 인접한 상기 솔레노이드의 일단에 마련되며, 상기 솔레노이드에 의해 직선 이동하며 상기 입구 포트를 선택적으로 개폐하는 제1플런저;
    상기 제1플런저가 상기 입구 포트를 차단하는 방향으로 이동하도록 탄성력을 제공하는 제1스프링부재;
    상기 출구 포트에 인접한 상기 솔레노이드의 다른 일단에 마련되며, 상기 솔레노이드에 의해 상기 제1플런저와 반대 방향으로 직선 이동하며 상기 출구 포트를 선택적으로 개폐하는 제2플런저; 및
    상기 제2플런저가 상기 출구 포트를 차단하는 방향으로 이동하도록 탄성력을 제공하는 제2스프링부재;
    를 포함하는 솔레노이드 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2플런저와 상기 제1플런저는 상기 솔레노이드의 듀티값(duty rate)에 기초하여, 상기 출구 포트 및 상기 입구 포트를 순차적으로 개폐하는 솔레노이드 밸브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 솔레노이드의 듀티값이 제1범위이면, 상기 제2플런저는 상기 출구 포트를 차단하고, 상기 제1플런저는 상기 입구 포트를 차단하며,
    상기 솔레노이드의 듀티값이 상기 제1범위보다 큰 제2범위이면, 상기 제2플런저는 상기 출구 포트를 개방하고, 상기 제1플런저는 상기 입구 포트를 차단하며,
    상기 솔레노이드의 듀티값이 상기 제2범위보다 큰 제3범위이면, 상기 제2플런저가 상기 출구 포트를 개방한 상태에서, 상기 제1플런저가 상기 입구 포트를 개방하는 솔레노이드 밸브.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 솔레노이드는,
    코일이 권선되는 보빈; 및
    상기 보빈의 일단 내부에 마련되며, 상기 제1플런저가 직선 이동 가능하게 부분적으로 수용되는 요크;를 포함하고,
    상기 제2플런저는 상기 보빈의 다른 일단 내부에 직선 이동 가능하게 부분적으로 수용되는 솔레노이드 밸브.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 입구 포트와 상기 제2플런저의 사이에는 상기 입구 포트로 유입된 상기 유체를 상기 제2플런저로 안내하는 제1안내유로가 마련되고,
    상기 제1플런저와 상기 출구 포트의 사이에는 상기 제1안내유로를 통과한 상기 유체를 상기 출구 포트로 안내하는 제2안내유로가 마련되는 솔레노이드 밸브.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1안내유로는 상기 제1플런저에 형성되고,
    상기 제2안내유로는 상기 제2플런저에 형성되는 솔레노이드 밸브.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 솔레노이드의 내부에서 상기 제1플런저와 상기 제2플런저의 사이에 마련되는 코어를 포함하고,
    상기 코어에는 상기 제1안내유로를 통과한 상기 유체를 상기 제2안내유로로 안내하는 관통유로가 형성되는 솔레노이드 밸브.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 코어를 마주하는 상기 요크의 단부에 형성되는 제1경사리세스; 및
    상기 제1경사리세스를 마주하도록 상기 코어의 단부에 형성되는 제2경사리세스;
    를 포함하는 솔레노이드 밸브.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1경사리세스와 상기 제2경사리세스는 서로 반대 방향으로 경사지게 형성되되,
    상기 제1경사리세스와 상기 제2경사리세스는 서로 대응하는 기울기를 갖도록 형성되는 솔레노이드 밸브.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 코어를 마주하는 상기 제1플런저의 단부에 마련되는 제1완충부재; 및
    상기 코어를 마주하는 상기 제2플런저의 단부에 마련되는 제2완충부재;
    를 포함하는 솔레노이드 밸브.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 보빈의 다른 일단 내부에 마련되며, 상기 제2플런저의 직선 이동을 가이드하는 가이드부재를 포함하는 솔레노이드 밸브.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 제2플런저가 상기 출구 포트를 개방시키도록 상기 코어에 접근되면,
    상기 제1플런저는, 상기 코어 및 상기 제2플런저에 작용하는 자기장에 의해 상기 요크의 내부에서 직선 이동하는 솔레노이드 밸브.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1플런저에 마련되며, 상기 입구 포트에 밀착되는 제1실링부재를 포함하는 솔레노이드 밸브.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제2플런저에 마련되며, 상기 출구 포트에 밀착되는 제2실링부재를 포함하는 솔레노이드 밸브.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 입구 포트를 통해 상기 밸브하우징의 내부로 유입되는 유체는, 상기 제1플런저가 상기 입구 포트를 개방시키는 방향으로 이동하도록 상기 제1플런저에 가압력을 인가하는 솔레노이드 밸브.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 입구 포트를 통해 유입되는 상기 유체의 유입 방향과, 상기 출구 포트를 통해 상기 밸브하우징의 외부로 배출되는 상기 유체의 배출 방향은 서로 동일하게 정의되는 솔레노이드 밸브.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제2플런저의 주변 압력을 선택적으로 감압하는 파일럿 밸브(pilot valve)를 포함하는 솔레노이드 밸브.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 파일럿 밸브는,
    상기 제2플런저에 형성되는 파일럿 밸브홈; 및
    상기 파일럿 밸브홈에 직선 이동 가능하게 마련되며, 상기 출구 포트와 연통되는 파일럿 유로가 형성된 파일럿 플런저;를 포함하고,
    상기 파일럿 플런저가 상기 파일럿 밸브홈의 내면에 밀착되면 상기 제2플런저의 주변 공간과 상기 파일럿 유로가 차단되고, 상기 파일럿 플런저가 상기 파일럿 밸브홈의 내면으로부터 이격되면 상기 제2플런저의 주변 공간과 상기 파일럿 유로가 연통되는 솔레노이드 밸브.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 파일럿 밸브홈의 내면에 마련되며 상기 파일럿 플런저가 선택적으로 밀착되는 파일럿 실링부재를 포함하는 솔레노이드 밸브.
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