KR960012223B1 - 전자제어식 동력조향장치의 압력조정밸브 - Google Patents

Abstract

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Description

전자제어식 동력조향장치의 압력조정밸브

제1도는 종래 압력조정밸브의 구성 단면도.

제2도는 종래 압력조정밸브의 전류값과 바이패스 압력의 관계그래프.

제3도는 종래 압력조정밸브의 릴리이프 압력과 유체소음의 관계그래프.

제4도는 본 발명 압력조정밸브의 구성 단면도로서, (a)는 작동전 상태. (b)는 작동후 상태.

제5도는 본 발명 압력조정밸브에 내장되는 스풀밸브의 정면도.

제6도는 제5도의 A-A선 단면도.

제7도는 본 발명 압력조정밸브의 전류값과 바이패스 압력의 관계그래프.

제8도는 본 발명 압력조정밸브의 릴리이프 압력과 유체소음의 관계그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 압력조정밸브 12 : 밸브몸체

13,14 : 제1,2포트 15,16 : 제1,2챔버

17 : 솔레노이드밸브 18 : 플런저

19 : 오일통로 20,21,22 : 랜드

23 : 스풀밸브 25 : 에지홈

26 : 오리피스홈 28 : 유량제어 스프링

본 발명은 전자제어식 동력조향장치의 압력조정밸브에 관한 것으로, 특히 차량의 저속주행시 원활한 조향력을 제공하고 고속주행시 안정된 조향감을 부여할 수 있도록 반구형의 에지홈(edge)과 그보다 작은 반경의 오리피스홈이 형성된 스풀밸브를 포함하고 유체소음을 저감할 수 있도록 된 압력조정밸브에 관한 것이다.

일반적으로 동력조향장치(power steering system)는 엔진의 동력으로 오일펌프를 구동시켜 유압을 발생시키고 이 유압을 이용하여 대형차량을 비롯한 차량운행시 핸들조작이 가볍고 원활하게 이루어지도록 하는 배력장치로서, 통상적으로 토션바아를 통해 조향휠에 연결된 압력축과, 조향휠에 작동시 연결되는 출력축을 동축상으로 연결하여 조향휠에 조향 토오크가 가하여지면 이에 따라 수반되는 토션바아의 비틀림에 의해 입력축과 출력축사이에 상대적인 회전변위가 발생하도록 되어 있다.

또한 통상의 동력조향장치에는 입력축 또는 출력축의 어느 하나와 연동하여 회전가능한 원통형의 케이싱이 구비되어 있고, 이 케이싱 내부에 다른 하나의 축과 연동회전하도록 밸브체로 된 압력조정밸브가 설치되어 있으며, 압력조정밸브의 작동에 따라 유압발생장치의 공급유압을 조향 토오크의 방향과 크기에 따라 제어함으로써 조향배력을 얻게 된다.

여기서 핸들조작에 필요한 힘의 크기는 노면으로부터 핸들에 대하여 작용하는 반력의 크기에 대응하고, 이 반력의 크기는 차량의 주행속도에 비례한다.

한편 이러한 동력조향장치는 토션바아의 비틀림 특성에 의해 핸들에 가하여지는 조향 토오크와 유압발생장치로부터 출력되는 조향 보조력간의 대응관계가 결정되는데, 차량의 작동정지시 또는 저속주행시 핸들에 작용하는 큰 반력을 기준으로 토션바아가 선정되어 있는 경우에는 고속주행시에 핸들에 반력이 약하게 작용하여 직진 안정성의 악화를 초래하고, 반대로 토션바아가 고속주행시를 기준으로 선정되어 있는 경우에는 차량의 정지시와 저속주행시 충분한 조향배력을 얻을 수 없는 불합리한 현상이 나타난다.

종래 이러한 불합리한 현상을 해소하기 위하여 차속과 조향각도에 따라 동력실린더내의 좌,우 챔버압력을 조정하는 전자제어식 동력조향장치가 출현된 바 있으며, 여기서는 차속센서에서 검출된 차량의 주행속도와 조향 각속도의 검출신호를 판별한 후, 저속주행시에는 좌,우 챔버의 압력과 바이패스 유량을 최소로 하여 조향배력을 적게 하고, 고속주행시에는 좌,우 챔버의 압력과 바이패스 유량을 최대로 하여 조향배력을 증대시킴으로써 조향성능을 향상시키고 있다.

제1도는 이와 같은 종래의 전자제어식 동력조향장치의 압력조정밸브를 나타낸 것이다.

이 압력조정밸브(11)는, 조향핸들과 연동하여 동력실린더의 좌,우 챔버에 유압을 선택공급하는 로터리 밸브(도시하지 않음)에 부착되어 있고, 오일펌프로부터 유량이 공급되도록 압력조정밸브(11)의 밸브몸체(12)에 형성된 제1포트(13)와, 제1포트(13)와 연통형성된 제1챔버(14)와, 제1포트(13)로부터의 유량을 오일탱크로 복귀시키도록 밸브몸체(12)에 상기 제1챔버(14)와 연통형성된 제2챔버(15) 및 제2포트(16)와, 밸브몸체(12)의 일측단에 결합고정된 솔레노이드밸브(17) 및 솔레노이드밸브(17)에 설치되어 전자제어유니트(ECU, 도시하지 않음)로부터 전달된 전기신호량에 비례하여 솔레노이드밸브(17)에 의해 작동되는 플런저(18)와, 플런저(18)에 의해 가압되면서 직선이동하여 유량을 조정하도록 제1,2챔버(14)(15)를 통해 설치된 스풀밸브(31)와, 밸브몸체(12)의 타측단에 설치고정된 스프링 시트(27) 및 스프링 시트(27)와 스풀밸브(31)의 일단사이에 탄력적으로 개재설치된 유량제어 스프링(28)과, 상기 제1챔버(14)와 스풀밸브(31) 사이에 형성되어 스풀밸브(31)의 이동량에 따라 개구면적이 변화되면서 제2포트(16)로 바이패스되는 유량을 증감시킴과 동시에 압력을 제어하는 오리피스(32)로 구성되어 있다.

따라서 제1도와 같이 차속과 조향 각속도에 따라 전자제어 유니트로부터 적정값의 전기신호가 솔레노이드밸브(17)에 인가되면 플런저(18)가 작동하면서 스풀밸브(31)를 밀어 유량제어 스프링(28)을 압축시키고 이와 동시에 오리피스(32)의 개구면적이 가변되면서 제1포트(13)로부터 제1,2챔버(14)(15)를 통해 제2포트(16)와 오일탱크로 귀환되는 유량을 증감시킴으로써 압력을 조정제어하게 된다.

제2도는 종래 압력조정밸브의 전류값과 바이패스 압력의 관계그래프를 보인 것으로, 실선은 압력조정밸브(11)가 제1포트(13)와 제2포트(16)를 갖는 경우이고, 점선은 제1포트(13)와 제2포트(16)의 위치가 반대인 경우의 압력특성을 나타내고 있는 바, 동일한 값의 전류가 솔레노이드밸브(17)에 공급될 경우 오리피스(32)의 단면적 형상계수의 특성상 제1포트(13)와 제2포트(16)의 위치가 변경되면 제어되는 바이패스 압력은 상이하게 이루어지는데, 즉, 제1포트(13)와 제2포트(16)의 위치가 반대로 되는 상태에서 플런저(18)의 작동시 오리피스(32)의 개구면적이 동일하게 증감된다 하더라도 유량의 유동력의 영향이나 오리피스의 형상계수등에 의해 제어되는 압력은 상이하게 이루어지게 된다.

따라서 종래의 압력조정밸브(11)는 제1포트(13)와 제2포트(16)측의 챔버가 일방향인 경우에만 적용될수 있으며, 양방향성을 갖는 바이패스 밸브용으로 이용하기에는 매우 곤란한 점이 있다.

또 이와 같은 압력조정밸브는 다른 한편으로 오리피스(32)를 통한 유체의 압력강하시 심한 유체소음을 유발하는데, 이는 제1포트(13)가 고압상태임에 대하여 제2포트(16)측이 저압상태로 형성되면서 스풀밸브(31)의 내부에 형성된 오일통로(33)를 통해 압력평형을 유지하게 되나, 이때 제2포트(16)측이 저압이고 또한 좁은 폭의 랜드를 통해 유량이 누설되면서 오리피스(32)를 통과하는 유체소음에 누설에 따른 소음이 더하여져 저소음화, 고급화를 추구하는 승용차의 개발에 커다란 장애물이 되고 있다.

본 발명의 목적은 압력조정밸브의 압력변화에 따른 유체소음을 대폭 저감하고, 저속주행시에는 유연한 조향감을, 고속주행시에는 안정된 조향감을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 압력조정밸브를 양방향성을 갖는 바이패스밸브에 용이하게 적용하기 위한 것이다.

본 발명은 이러한 목적달성을 위하여 솔레노이드밸브와 제1포트를 연통하는 오일통로를 형성하여 압력평형을 유지시키고, 스풀밸브의 일측 랜드에 반구형의 에지홈 및 그 중앙에 오리피스홈을 형성하며, 상기 랜드의 측면 상,하, 좌,우측에 오리피스를 형성하고, 스풀밸브의 중심을 관통하도록 오일통로를 형성하여 양측 랜드의 유압을 항시 일정하게 유지시키며, 압력조정밸브의 일측 챔버와 스풀밸브 사이에는 오리피스를 형성하여 스풀밸브의 이동에 따라 개구면적이 변화되면서 제2포트로 바이패스되는 유량을 증감시킴과 동시에 압력을 제어시키고, 상기 반구형의 에지홈의 반경은 솔레노이드밸브의 제어범위의 2/3정도를 점유하는 크기로하며, 오리피스홈의 반경은 솔레노이드밸브의 나머지 제어범위인 1/3정도를 점유하는 크기로 하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제4도는 본 발명 압력조정밸브의 구성 단면도이고, 제5도는 본 발명 압력조정밸브에 내장되는 스풀밸브의 정면도이며, 제6도는 제5도의 A-A선 단면도로서, 오일펌프로부터 유량이 공급되도록 압력조정밸브(11)의 밸브몸체(12)에 형성된 제1포트(13)와, 제1포트(13)와 연통형성된 제1챔버(14)와, 제1포트(13)로부터의 유량을 오일탱크로 복귀시키도록 밸브몸체(12)에 상기 제1챔버(14)와 연통형성된 제2챔버(15) 및 제2포트(16)와, 밸브몸체(12)의 일측단에 결합고정된 솔레노이드밸브(17) 및 솔레노이드밸브(17)에 설치되어 전자제어유니트(ECU, 도시하지 않음)로부터 전달된 전기신호량에 비례하여 솔레노이드밸브(17)에 의해 작동되는 플런저(18)와, 상기 솔레노이드밸브(17)와 제1포트(13)를 연통시키도록 밸브몸체(12)에 형성되어압력평형을 유지시키는 오일통로(19)와, 상기 플런저(18)에 의해 가압되면서 직선이동하여 유량을 조정하도록 제1,2챔버(14)(15)를 통해 설치된 양단의 랜드(20)(21) 및 중간부의 랜드(22)로 형성되는 스풀밸브(23)와, 랜드(21)의 외측단 중앙에 형성되어 플런저(18)와 접속하는 돌출단(24)과, 랜드(21)의 일측에 형성된 반구형의 에지홈(25)와, 에지홈(25)의 측면 사방에 형성되어 스풀밸브(23)의 이동에 따라 개구면적이 변화되면서 제2포트(16)로 바이패스되는 유량을 증감시킴과 동시에 압력을 제어하는 오리피스홈(26)과, 스풀밸브(23)의 중심을 통해 관통형성되어 양측 랜드(20)(21)의 유압을 항시 일정하게 유지시키는 오일통로(29)와, 밸브몸체(12)의 타측단에 설치고정된 스프링 시트(27) 및 스프링 시트(27)와 스풀밸브(23)의 일단사이에 탄력적으로 개재설치된 유량제어 스프링(28)과, 상기 에지홈(25)의 반경은 솔레노이드밸브(17)의 제어범위의 2/3정도를 점유하는 크기로 하며, 오리피스홈(26)의 반경은 솔레노이드밸브(17)의 나머지 제어범위인 1/3정도를 점유하는 크기로 하여 구성된 것이다.

따라서 본 발명은 제4도의 (a) 내지 제8도와 같이 차속센서 및 조향 각속도 센서(도시하지 않음)에서 감지된 차량의 주행속도와 조향 각속도에 따라 전자제어 유니트(ECU)로부터 솔레노이드밸브(17)에 전기신호가 인가되어 여자되면 제4도의 (b)와 같이 솔레노이드밸브(17)의 전류량에 비례하여 플런저(18)가 이동하면서 스풀밸브(23)의 돌출단(24)을 밀어 유량제어 스프링(28)을 압축시키고 이때 스풀밸브(23)가 이동하면서 오리피스(29)가 제1챔버(14)를 통과함과 동시에 폐쇄되면서 제1포트(13)로부터 제2포트(16)로의 유로가 차단되어 오일의 배출을 억제하게 된다.

이 상태에서 차량의 주행속도와 조향 각속도에 따라 솔레노이드밸브(17)가 소자되면 유량제어 스프링(28)의 탄성에 의해 스풀밸브(23)가 이동하면서 플런저(18)를 밀어 후퇴시킴과 동시에 제4도의 (a)와 같이 다시 제1포트(13)와 제2포트(16)의 유로를 개방시켜 동력실린더내의 유량 및 유압을 항시 일정하게 제어, 유지하게 된다.

한편 본 발명은 제1포트(13) 및 제2포트(16)의 위치가 변경되는 경우, 즉 입,출력 포트를 상호 반대로 치환하는 경우에도 동일 전류에 대한 압력조정밸브(11)의 바이패스 압력특성은 상기의 경우와 같이 동일하게 이루어지는 바, 즉 제1포트(13)를 제2포트(16)로 하고 제2포트(16)를 제1포트(13)로 치환하여 오일펌프로부터 압송되는 오일을 제2포트(16)와 제1포트(13)를 통해 탱크내로 귀환시켜도 전류값에 대한 바이패스 압력의 특성은 제7도와 같이 동일하게 나타난다.

제7도의 그래프에서 실선은 제4도에서 제1포트(13)와 제2포트(16)의 위치를 치환한 상태에서의 압력특성곡선이며, 점선은 제1포트(13)와 제2포트(16)의 위치를 제4도에 그대로 도시된 상태와 같은 경우의 압력특성곡선을 나타낸 것이다.

제8도는 본 발명 압력조정밸브의 릴리이프 압력과 유체소음의 관계를 나타낸 그래프로서, 제4도와 같이 압력조정밸브(11)의 제1포트(13)측이 고압으로 형성되면 제1포트(13)를 통한 유량이 오리피스홈(26)를 통해 빠져나가 압력강하가 이루어져 제2포트(16)측이 저압상태로 형성되고, 또한 제1포트(13)가 고압인 상태에서 그 유량중 일부는 오일통로(19)를 따라 솔레노이드밸브(17)측과 스풀밸브(23)의 중심에 형성된 오일통로(29)를 통해 유량제어 스프링(28)이 위치된 스프링 시트 챔버측을 고압으로 형성시켜(제1포트(13)와 제2포트(16)측의 압력이 동일하게 형성됨) 압력평형이 이루어짐으로써 유체소음을 크게 저감시킬 수 있게되는 것이다.

제8도에서 보는 바와 같이 본 발명의 릴리이프 압력에 대한 유체소음은 종래 제3도에 대비하여 크게 저감된 효과를 갖게 된다.

이상과 같이 본 발명은 압력조정밸브의 고압상태에서 압력평형을 유지함으로써 유체소음을 크게 저감시킬수 있게 되었고, 제1,2포트를 상호 치환하여 양방향성을 갖는 바이패스용의 압력조정밸브에 용이하게 적용할수 있는 것은 물론, 차량의 주행속도 및 조향 각속도에 따라 저속주행시에는 원활한 조향력을 제공하고 고속주행시에는 안정된 조향감을 제공하게 된 것이다.

Claims (5)

1. 제1,2포트 및 이에 연통된 제1,2챔버를 포함하고 차량이 주행속도와 조향 각속도에 따라 솔레노이드밸브에 의해 스풀밸브를 연동시켜 제1,2챔버의 압력을 조정하는 동력조향장치의 압력조정밸브에 있어서, 상기 제1,2포트의 유량 및 유압을 제어하고 제1,2포트를 입,출력 포트로 이용하거나 제1,2포트의 치환시 동일한 바이패스 압력값을 얻을 수 있도록 스풀밸브의 일측 랜드에 형성된 에지홈과, 배압제어를 위하여 에지홈의 측면에 그보다 작은 단면을 갖고 형성된 오리피스홈과, 제1,2챔버가 연통되도록 스풀밸브의 중심을 관통하여 형성된 오일통로로 구성된 것을 특징으로 하는 전자제어식 동력조향장치의 압력조정밸브.
2. 제1항에 있어서, 상기 에지홈은 반구형으로 된 것을 특징으로 하는 전자제어식 동력조향장치의 압력조정밸브.
3. 제1항에 있어서, 상기 오리피스홈은 에지홈의 측면사방에 형성되고 반원형 단면을 갖는 것을 특징으로하는 전자제어식 동력조향장치의 압력조정밸브.
4. 제1항에 있어서, 상기 에지홈 및 오리피스홈은 배압제어면적이 2/3 : 1/3의 비율로 된 것을 특징으로하는 전자제어식 동력조향창치의 압력조정밸브.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1챔버와 제1포트는 오일통로에 의해 상호 연통되어 제1포트의 고압시 제1,2포트가 압력평형을 형성하고 유체소음을 저감하도록 된 것을 특징으로 하는 전자제어식 동력조향장치의 압력조정밸브.