KR920006935B1 - 비례 솔레노이드 유압 제어장치 - Google Patents

비례 솔레노이드 유압 제어장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

비례 솔레노이드 유압 제어장치
제1도는 유압원과 조정된 유압 작동장치 사이에서 작동 가능한 제어 시스템의 양호한 실시예를 도시한 개략도.
제2도는 비례 솔레노이드에 가해진 전류에 반비례하는 유압원의 압력변화를 도시한 그래프.
제3도는 제1도에 도시된 유압 제어시스템의 변형예를 도시한 개략도.
제4도는 변형예에 의한 비례 솔레노이드에 가해진 전류에 정비례하는 유압원의 압력변화를 도시한 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 하우징 26 : 다이어프램 작동장치
28 : 제1실 30 : 밸브수단
38 : 제1통로 40 : 오리피스
42 : 제2통로 44 : 제3실
48 : 제2실 50 : 바이어스 수단
52 : 비례솔레노이드 작동장치 58 : 아암
59 : 유압원 60 : 유체압력 작동장치
62 : 섬프
본 발명은 유압 유체 제어장치에 관한 것으로, 특히 유압 작동장치에 제어된 압력치를 마련하도록 사용되는 제어장치에 관한 것이다.
종래에는 연료제어 시스템과 스풀 밸브형장치와 관련된 여러 제어장치가 있었다.
종래에는 미합중국 특허 제3,977,388호에 도시된 바와 같은 충전 형성장치(charge forming apparatus)와 상호 작동하는 연료 조정기가 있는데, 이는 과잉연료는 충전형성장치로부터 재순환되고 적절한 압력 및 공연비(air fuel ratio)가 유지되도록 한다. 다른 실시예에서는 공연비에 따라 공기압력을 변화시키는 전기제어변환기가 도시되어 있는데, 변환기는 기준 압력실로의 유량을 제어하는 솔레노이드 작동기를 사용한다. 스풀밸브의 사용은 밸브업계에 잘 알려져 있다. 이는 압력 릴리프를 위한 압력제어밸브 시스템이 도시된 에이취. 이. 메리트(H. E. Merritt)와 존 윌리(John Wiley)와 손스(Sons)의 1967년판 "유압 제어 시스템(Hydraulic Control Systems)"의 331 및 332 페이지에 도시되어 있다. 특히 여기에는 실안의 릴리프 압력에 대하여 오리피스와 스프링 부하 파일럿 밸브의 사용에 관해 도시되어 있다.
잔겐베르크(Zangenberg)의 미합중국 특허 제4,436,489호에는 액체 펌프용 제어장치에 사용하기 위하여 그 안에 구멍을 갖고 있는 밸브수단이 도시되어 있다. 그러나, 이 장치는 펌프를 제어하는 것이지 펌프로부터 유체 모터에 직접 통과하는 유량을 제어하는 것이 아니다.
니시무라(Nishimura)의 미합중국 특허 제3,678,952호에는 자동차의 변속장치용 압력 유체회로가 도시되어 있다. 이에는 변속축의 출력속도에 따라 원심력에 의해 작동하는 누출밸브를 갖는 조속기 회로에 연결된 밸브에 의해 제어되는 펌프 배출압력을 모니터하는 도관압력회로가 도시되어 있다. 밸브는 변속 클러치 작동에 필요한 최소압력을 유지하도록 조속기 회로안의 압력의 함수로써 유동저항을 마련한다.
자동차 압력제어 분야에서의 유압 제어수단은(클러치에 대한 압력을 제어하는 VFS인) 비례 솔레노이드로써 알려져 있다. 이러한 장치는 스풀밸브와 접촉하는 전자기로 이동 가능한 회전자(armature)를 사용한다. 회전자는 스풀밸브의 위치를 제어하고 이에 의해 출력 압력으로 작동기구에 유체유동이 이루어지도록 개방시킨다. 이러한 장치는 정확한 작동이 이루어지지만 이러한 회전자와 스풀밸브의 위치에 따른 허용오차 때문에 제조시에 세심한 주의가 필요하고 스풀밸브의 작동을 제어하기 위하여 1.0A 이상의 전류를 사용한다.
본 발명은 출력압력을 변화시킴과 함께 유압원에 연결된 유체 작동기구의 솔레노이드 유체압력장치에 관한 것이다. 유압유체의 제어회로에서는, 유체 압력에 의해 구동된 장치가 사용되지 않을 때 유체압력원으로부터의 유량을 감소시킬 필요가 있다. 장치 또는 제어장치는 유압원으로부터 작동장치로의 유동을 최소화하거나 감소 또는 완전히 멈추게 함과 동시에 수요에 따른 압력유체를 마련하는 것이 필요하다. 이러한 제어장치는 변화상태나 수요 그리고 유량 및 압력의 변화에 반응하여야만 한다.
연속 가변 변속기, 즉 변속비를 변화시키도록 벨트수단 및 가동 루우프차형 풀리를 사용하는 변속기와 유체작동클러치와 같은 자동차의 유압유체 구동장치에 있어서는, 이러한 장치를 작동시키기 위해서는 높은 압력 즉 7㎏/㎠(100lb/in2)의 범위의 액체나 기름같은 유체를 필요로 한다. 또한 이러한 압력이 필요없을 때에는 펌프와 같은 유압원으로부터의 유량을 최소로 할 필요가 있다.
따라서 고압의 정확한 제어가 이루어질 수 있는 동시에 저압에서도 작동할 수 있는 제어장치가 필요하다. 또한, 이러한 제어장치는 고정밀의 제작을 필요로 하지 않으며 넓은 압력범위에 걸쳐 작동 가능하여야 한다.
본 발명은 비교적 고압(약 20㎏/㎠)에서 작동되어지는 펌프와 같은 유압원으로부터의 압력을 제어하는 수단을 마련하고 있다. 이러한 제어장치는 유압원의 최대 압력이상의 설정치까지 유체 압력을 제어할 수 있으며, 그 연후에 섬프까지의 유동을 차단하거나 유압원으로부터의 유동을 함께 폐쇄할 수 있다. 유체 작동기구까지의 유동은 스풀밸브를 통해 이루어진다. 동시에 중간 또는 제1실과 제2실 모두로 유체가 바이패스되고, 이 안에서 유체는 스프링과 같은 바이어스 수단에 대하여 스풀밸브를 바이어스시키도록 작동하여 이동시키고 섬프 포트를 개방하여 과잉 유량 및 압력을 바이패스시킨다. 제1의 유체는 제한부 또는 오리피스를 통과하여 압력 및 유량이 감소되어 파일럿실로써 작동하는 제2실로 유입된다. 이 파일럿 실안으로의 유체 유동은 기준상태에서 자유롭고 제어 포트를 통해 섬프로 귀환된다. 그러나, 스풀밸브가 이동되어 섬프포트를 개방하고 유압원으로부터의 유동을 제한하면, 제어포트에 장착된 제어신호에 반응하는 비례솔레이드 작동장치는 제어포트를 밀폐하고 파일럿실안의 유체를 빠져나가지 않게 한다. 이 유체는 유압원으로부터 이송된 유체보다 그 압력이 낮다. 이 실에는 압력이 낮기 때문에 스풀밸브를 제어하는 제어포트를 통한 유체유동의 제어는 비교적 적은 솔레노이드 작동장치를 필요로 한다. 따라서, 솔레노이드의 아마츄어를 작동시키는데는(밀리암페어 단위의) 적은 전류를 필요로 한다. 자동차 사용시에는, (20㎏/㎠ 이상으로 작동하는) 고압원과(7㎏/㎠으로 작동하는) 고압을 필요로 하는 유체 작동장치 사이의 유체 제어를 유지하는 동안에 이러한 제어장치는 전기회로의 부하를 최소화 하므로 매우 필요한 장치이다. 또한, 필요하지 않을 때 고압원으로부터의 유동을 저지하므로써, 자동차 엔진과 같은 구동수단의 기계적인 동력부하를 감소시킨다.
본 발명의 제어장치는 많은 압력장치와 제어 시스템에서 매우 유용한 것이지만 필요에 따라 펌프로부터의 여러 압력범위를 조정하지만 펌프로부터의 이러한 유체유동을 차단하므로써 엔진의 동력소비를 최소화하고 연료소비를 절감하는 자동차 분야에 특히 유용한 것이다.
하기에서 본 발명은 첨부된 도면과 함께 보다 상세히 설명한다.
제1도에 의하면 평상시에는 개방된 비례 유압 제어 밸브 조립체(10)는 공동(cavity, 14)를 형성한 하우징(12)을 가지고 있다. 하우징(12)은 기준 유압포트(16)와 유체 제어포트(18), 유압원포트(20), 섬프포트(22) 그리고 서보기구포트(24)를 가지고 있다.
미리 설정된 표면적의 다이어프램 작동장치(26)는 공동(14)안에 위치하고, 하우징(12)과 함께 제1실(28)과, 제2 또는 기준실(48)을 형성하고, 제1실(28)은 중간유체 또는 파일럿 실로써 사용된다.
미리 설정된 표면적의 표면(31)을 갖고 스풀밸브로써 도시된 밸브수단(30)은 홈(32)과 랜드(34, 36)를 갖는다. 스풀밸브(30)는 또한 그 안에 오리피스(40)를 구비한 종방향 또는 제1통로(38)와, 상기 제1통로(38)와 교차하고 홈(32)과 유체 연통된 가로통로 또는 제2통로(42)를 형성하고 있다. 밸브수단(30)은 하우징(14)과 함께 유체 보유체적을 마련하는 제3실(44)을 형성하고, 유체는 통로(38)을 통해 실(44)으로 전달된다. 실(14)안에는 밸브수단(30)의 하향 궤적을 제한 또는 최소화하기 위한 돌출멈춤부(46)를 설치한다. 멈춤부(46)는 밸브조립체(10)의 작동에 대하여 선택적인 것이지 필수적인 것은 아니다.
기준 유체 압력포트(16)는 기준유체원과 제2실(48)사이의 연통이 이루어지도록 한다. 이러한 기준 유체원은 제1도에서는 대기로써 도시되어 있다. 다이어프램 작동장치(26)와 하우징(12)사이의 실(48)안에는 가변 스프링상수의 스프링으로써 도시된 바이어스 수단(50)이 위치한다.
유체 제어 포트(18)는 아마츄어(54)를 갖는 비례 솔레노이드 작동장치(52)가 연결되고, 솔레노이드는 이를 통한 유체 통로(56)를 형성한다. 유체 제어포트(18)는 솔레노이드 작동장치(52)의 유체통로(56)를 통하여 섬프(52)와 하우징(12)의 제1실(28)을 연통시킨다. 연장아암(58)은 하우징(12)안에 위치하여 다이어프램 작동장치(26)에 의해 작동되도록 장착된다. 아암(58)은 밸브수단(30)의 접촉 표면영역(31)과 접촉하고 바이어스수단(50)의 바이어스력에 의해 밸브수단(30)을 이동시키는 기계적인 접촉이 이루어지도록 하는 레그 또는 접촉수단(61)을 포함한다. 스프링(50)은 이동에 대한 저항이 정확히 이루어지도록 밸브수단(30)상에 작용하는 힘과, 밸브수단(30)을 그 기준위치에 유지시키는 바이어스력에 대하여 제3실(44)안의 필요한 최대 유체 압력이 동일하도록 선택될 것이다. 기준위치는 솔레노이드 작동장치(52)가 개방위치에 놓이는 위치이고, 이 위치에서 가변펌프 또는 압력원과 같은 유압원(59)으로부터 유체가 유압원포트(20)를 통해 밸브수단(30)의 홈(32)과 서보기구포트(24)를 지나 유체 압력 작동장치 또는 서보기구(60)로 연통된다. 유압원(59)의 섬프(62)는 공동(14)으로부터의 유체의 귀환도관(63)을 가지고 있다.
본 발명의 작동을 위한 실험적 검사결과가 이루어졌는데, 유압원(59)으로부터의 상승된 압력의 유체는 제1도에 도시된 바와 같이 스풀밸브수단(30)에 마련되고, 유체는 홈(32)을 통하여 유체 유압 작동장치(60)로 유입되고, 밸브수단(30)의 통로(42, 38)를 통해 실(44)로 유입된다. 일반적으로 유압원(59)의 압력이하인 미리 설정된 또는 최대 압력이상에서만 유체작동장치(60)가 작동하는 것이 바람직하다. 따라서, 유체 작동압력을 제어할 필요가 있으며, 유체 유압 작동장치가 작동하지 않을때에는 유압원(59)으로부터의 유량을 최소화하는 것이 바람직하다. 이를 기초로 하여 도시된 조립체에 의하면 아암(58)과 접촉수단(61)이 밸브수단(30)과 접촉하여 밸브수단을 기준위치에 유지시키도록 하는 바이어스수단(50)에 대하여 밸브수단을 이동시키는데 필요한 압력까지 실(44)안의 유체압력이 상승될때까지, 실(44)로 유체가 유입된다. 실(44)안의 압력이 바이어스 수단(50)의 바이어스력을 이기는데 필요한 값까지 상승되었을때, 밸브수단(430)을 움직이게 하고, 랜드(36)를 유압원(59)으로부터의 유체연통을 밀봉하는 동시에 섬프포트(22)를 통한 섬프(62)로의 유체연통이 이루어지도록 위치시킨다. 또한, 유체는 통로(38)를 통해 오리피스(40)를 지나 실(28)로 유입된다. 그러나, 오리피스(40)가 유동을 제한하기 때문에 압력변화가 이루어지고 유체 유동이 매우 적다. 솔레노이드 작동장치(52)가 아마츄어(54)를 밀어서 통로(56)를 밀봉시키도록 여기되었을때, 통로(56)를 통한 실(28)로부터 섬프(62)로의 유체유동이 밀폐된다. 유체는 솔레노이드 작동장치(52)가 밀폐되었을때 실(28)로 유동이 계속 이루어지기 때문에, 제3실(44)안의 유체 압력이 섬프포트(22)를 개방하도록 밸브(30)를 적절히 이동시킬때까지 실(28)안의 유체압력은 증가된다. 유체 작동장치(60)안의 압력은 밸브수단(30)이 유압원 포트(20)를 개방하도록 이동되지 않은 경우에는 실(28)안의 압력과 같은 압력으로 유지된다. 파일럿 실(28)안의 압력은 아마츄어(54)를 솔레노이드 작동장치(52)의 통로(56)를 밀봉시켜서 제어포트(18)를 밀봉시키는 위치로 유지시키는데 필요한 비교적 최소의 압력인 0 내지 0.35㎏/㎤(0 내지 5psig)범위일 것이다. 따라서, 밸브수단(30)의 조정은 비교적 밀폐 제어상태에서 유지될 것이며, 즉 유체작동장치(60)가 과압력 상태에 있을때에 밸브수단(30)이 섬프(62)로의 유체연통이 이루어지도록 이동되고 섬프(62)로의 유체연통은 오리피스(40)를 지나 제어포트(18)를 통해 이루어진다. 제3실(44)의 압력 이에 따라 유체작동장치(60)안의 압력이 바이어스 수단(50)을 가압하는데 필요한 압력 이하로 떨어진다면, 밸브수단(30)은 유압원 포트(20)를 개방시키고 섬프포트(22)를 밀폐하도록 이동될 것이다. 따라서, 유체압력은 홈(32)를 지나 유체압력 작동장치(60)로 다시 작용한다.
실(44)안의 유체압력의 제어는 솔레노이드 작동장치(52)의 작동에 위해 유지된다. 솔레노이드 작동장치(52)의 통로(56)가 개방되어 있는 한 유체는 제어포트(18)를 통해 자유롭게 유동된다. 유체 압력은 통로(56)를 통한 유량제어에 의해 파일럿실(28)안에서 증가 또는 감소될 수 있기 때문에 실(44)과 유체작동장치(60)안의 입력 제어를 수행할 수 있다. 따라서, 유압원 포트(20)를 밀봉하도록 밸브수단(30)을 이동시키는데 필요한 압력이 실(44)안에서 이루어진 연후에 밸브수단(30)은 압력 작동장치(60)나 파일럿실(28)안의 적은 압력변화에 따라 섬프 포트(20)를 개폐하도록 진동한다. 이는 솔레노이드 작동장치(52)에 최소한의 전류만을 필요로 한다. 이러한 효과는 유압원 솔레노이드 작동장치(52)의 (㎃ 단위의) 증가되는 전류의 함수로써 감소되는 압력으로써 도시된 제2도에 도시되어 있다. 솔레노이드 작동장치(52)가 작동되는 위치 또는 시간은 솔레노이드 작동장치에 전류를 유입시키는(도시되지 않은) 제어장치에 의해 마련된 제어신호의 함수이다. 종래의 솔레노이드 작동장치는 전류 및 자기장을 마련하는 자기 권선을 포함한다. 이러한 자기장은 아마츄어(54)를 당겨서 통로(56)를 통한 유동을 차단시킨다.
밸브제어조립체(10)의 변형예에는 제3도에 도시되어 있다. 다이어프램(26)에는 관통구멍(57)을 형성하고, 밸브수단(30)과 다이어프램 작동장치(26)에 모두 연결되어 있다. 이러한 형태에 있어서는, 기준압력실(48)이 밸브수단(30)과 하우징(12) 그리고 다이어프램 작동장치(26)에 의해 형성되고, 제어실(28)은 하우징(12)과 다이어프램 작동장치(26) 사이에 형성된다. 바이어스 수단(50)은 실(28)안에 위치하고 상기의 실시예와 같은 방법으로 작동한다. 이러한 변형예에서는 아암(58)의 구멍(57)은 제어실(28)과 밸브수단(30)의 통로(38)사이를 연통시키는 동시에 (누출을 제외하고는) 실(48)로의 유체연통을 차단한다.
변형예는 제4도에 도시된 바와 같이 솔레노이드 작동장치에 대한 (㎃ 단위의) 전류의 함수로써 유압원으로부터 증가되는 압력을 마련한다. 즉, 제4도의 유압원(수직) 축상의 절편은 통로(56)를 차단하도록 솔레노이드 작동장치(52)에 전류가 흐르지 않을 때 실(28)안의 최소 압력을 나타낸다. 이러한 모우드에서, 바이어스수단(50)은 밸브수단(30)을 이동시켜 유압원포트(20)를 개방시키고 홈(32)를 통해 서보포트(24)와 유체작동장치(60)로의 유체 유동이 이루어지도록 한다. 유압원(59)으로부터의 유체이동이 서보기구(60)까지 연속되기 때문에, 유체는 가로통로(42)와 통로(38)를 통해 실(44)까지 유입된다. 통로(38)안의 오리피스(40)는 실(44)에 충분한 압력이 마련될때까지 실(28)로의 유동을 제한한다. 실(44)안의 압력이 증가하면, 섬프포트(22)가 개방될때까지 밸브수단(30)이 이동된다. 또한, 실(28)안에서 감소된 압력이 증가되고, 이 압력은 솔레노이드 작동장치(52)에 마련된 전류량에 의해 제어된다. 전류가 감소되면, 실(28)과 실(44)안의 압력이 감소되고, 유압원 포트(20)를 밀폐하고 섬프포트(22)가 개방되도록 실(44)의 압력이 적절히 상승될때까지 밸브수단(30)이 이동되어 유압원 포트(20)를 개방시킨다. 따라서, 솔레노이드작동장치(52)에 대한 전류에 의해 조절되는 동시에 유압작동장치에 압력제어가 이루어지도록 실(44)안의 압력과 상관관계가 있는 실(28)안의 압력의 함수로써 서보기구(60)안의 압력을 유지하도록 밸브수단(30)은 이동될 것이다.

Claims (6)

  1. 제어된 압력이 미리 설정된 하향제한치와 유압원(59)의 최대 압력간의 범위인 동시에 조절된 유체 압력 작동장치(60)에 가해지도록 구성된 가변 유압원(59)과 섬프(62)사이의 유체압력을 제어하기 위한 비례 유체 압력 제어 밸브조립체에 있어서, 공동(14)과 기준 유체 압력포트(16), 유체 제어포트(18), 유압원포트(20), 섬프포트(22) 및 서보기구포트(24)를 형성한 하우징(12)과, 상기 공동(14)안에 위치하고 상기 하우징(12)과 함께 제1실(28)을 형성하도록 상호 작동하는 미리 설정된 표면적을 갖는 다이어프램 작동장치(26)와, 상기 제1실(28)안에 위치하고 상기 유압원 포트(20)와 서보기구포트(24)사이의 유체 연통을 제어하도록 작동가능한 미리 설정된 표면적을 갖는 밸브수단(30)과, 상기 밸브수단(30)과 접촉하도록 다이어프램 작동장치(26)로부터 연장된 아암(58)과, 상기 하우징(12)과 다이어프램 작동장치(26)사이에 마련된 동시에 상기 밸브 수단을 기준위치에서는 개방된 채로 유지시켜 유압원 포트(20)와 서보기구포트(24)사이의 유체연통을 마련하여 유체 압력 작동장치(60)로 통과된 유체 압력을 조절하도록 작동되는 바이어스 수단(50)과, 상기 섬프(62)와 유체 제어포트(18)사이의 유체 연통을 조정하도록 유체 제어포트(18)에 연결된 비례 솔레노이드 작동장치(52)로 구성되고, 상기 하우징(12)과 다이어프램 작동장치(26)가 제2실(48)을 형성하도록 상호 작동하고, 상기 하우징(12)과 상기 밸브수단(30)이 제3실(44)을 형성하며, 상기 밸브수단(30)이 상기 밸브수단을 통해 유체 연통시키는 오리피스(40)를 갖는 제1통로(38)와 상기 밸브수단(30)을 통해 상기 제1통로(38)와 하우징 공동(14)사이를 연통시키는 제2통로(42)를 형성하고, 상기 미리 설정된 하향제한치와 최대 압력 사이의 압력치에서 유체 압력 작동장치(60)에 상기 솔레노이드 작동장치(52)에 대한 입력전류의 함수로써 유체 압력을 마련하고 상기 유압원 포트(20)를 통한 유압원(59)으로부터의 유체 유동을 차단하도록, 유체 제어포트(18)와 연통된 제1실(28)과 제2실(48)중 하나안의 유체압력이 상기 솔레노이드 작동장치(26)에 의해 제어 가능하게 상기 다이어프램 작동장치(26)가 다이어프램 표면적과 밸브수단 표면적(31)의 비의 함수로써 밸브수단(30)을 이동시키도록 기계적으로 작동시키는 것을 특징으로 하는 제어밸브 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 제2실(48)이 기준압력의 유체를 마련하는 것을 특징으로 하는 제어밸브 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 제2실(48)이 상기 밸브 수단과 다이어프램 작동장치(26) 사이의 하우징(12)안에 형성되는 것을 특징으로 하는 제어밸브 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1실(28)이 상기 다이어프램 작동장치(26)와 밸브수단(30)사이에 형성되고, 상기 다이어프램 작동장치(26)가 제1실(28)과 제2실(48)사이의 관통구멍(27)을 형성하고, 상기 아암(58)이 종방향의 관통구멍(57)을 형성하고 상기 밸브수단(30)과 제1통로(38)사이에 고정적으로 연결되어 제1통로(38)와 제1실(28)사이에 유체연통을 마련하는 동시에 제2실(48)로의 밀봉연통을 마련하는 것을 특징으로 하는 제어밸브 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 바이어스 수단(50)이 7㎏/㎠(100psig) 유압원의 힘 이상으로 밸브수단을 바이어스시키도록 작동할 수 있는 것을 특징으로 하는 제어밸브 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 밸브 수단(30)이 유압원(59)으로부터 유체유동을 밀봉하였을 때, 상기 솔레노이드 작동장치(52)가 0 내지 0.35㎏/㎠(0 내지 5psig)사이의 압력치에서 유체 압력 작동장치와 제1실(28)안의 압력치의 제어를 마련하는 것을 특징으로 하는 제어밸브 조립체.
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