KR0155173B1 - 자동차 동력 조향장치의 압력조절밸브 - Google Patents

Abstract

차량의 주행속도와 조향 각속도에 따라 동력 실린더내의 형성된 좌우챔버내의 압력을 일정하게 유지하여 향상된 조향성능을 제공하는 자동차 동력조향장치의 압력조절밸브는 비교적 큰 직경의 반원형에지홈과 꼭지홈을 구비하는 오리피스가 형성된 스풀밸브를 사용하여, 유입구 및 배출구가 반대방향으로 변화되는 경우에도 동일 전류에 대한 동일한 크기의 압력특성을 보임으로써 양방향 제어밸브로 사용이 가능하다.

Description

자동차 동력 조향장치의 압력조절밸브

제1도는 종래의 압력조절밸브의 단면도.

제2도는 종래의 압력조절밸브에 따른 압력특성 선도.

제3도는 본 발명의 압력조절밸브의 단면도.

제4도는 본 발명의 압력조절밸브내에 설치된 스풀밸브의 정면도.

제5도는 제4도에서 선 A-A를 따라 취한 단면도.

제6도와 제7도는 본 발명의 압력조절밸브의 작동 예시도.

제8도는 본 발명의 압력조절밸브에 따른 압력특성 선도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

30 : 압력조절밸브 32 : 제1포트

34 : 제2포트 36 : 플런저

38 : 솔레노이드 40 : 스풀밸브

42 : 스프링 50 : 오리피스(orifice)

51 : 반원형 에지홈 52 : 반원형 꼭지홈

본 발명은 전자제어식 동력 조향장치의 압력조절밸브에 관한 것이다. 특히, 동력 실린더의 좌우 챔버로 공급되는 압력을 전기적인 신호에 따라 제어하는 것으로 반원형 에지(edge)홈과 이보다 작은 반경의 반원형 꼭지홈을 갖는 형상의 오리피스(orifice)를 지닌 스플밸브가 내장된 전자제어식 자동차 동력조향장치의 압력조절밸브에 관한 것이다.

자동차의 동력 조향장치(power steering system)는 차량의 대형화 및 운전편의성에 따라 가볍고 원활한 조향 조작을 위해, 엔진의 동력으로 오일펌프를 구동시켜 발생된 유압을 이용하여 조향휠의 조작력을 가볍게 하는 장치이다. 통상적으로 동력 조향장치는 토오션 바아를 통해 조향차륜에 연결된 입력축과 조향휠에 작동적으로 연결되는 출력축을 동축상에 연결하고 조향휠에 조향 토오크가 가해진 경우, 이에 수반되는 토오션 바아의 비틀림에 따라서 입력축과 출력축간에 상대 각 변위가 발생하도록 되어 있다.

또한, 통상의 동력 조향장치는 입력축 및 출력축의 어느 한쪽과 연동하여 회전하는 원통형의 케이싱과, 이것의 내부에 동축적으로 설치되어 나머지 하나의 축과 연동하여 회전하는 밸브체로 이루어진 압력조절 밸브를 갖추고 있다. 이 압력조절 밸브의 작동에 의하여 상기 유압작동기의 공급유압을 조향 토오크의 방향 및 크기에 따라서 제어하여 조향배력을 얻는다.

그런데, 핸들의 조작에 필요한 힘의 크기는 노면으로부터 핸들에 대하여 작용하는 반력의 크기에 대응하며, 이 반력의 크기는 차량의 주행속도에 비례하는 것으로 알려져 있다. 한편, 상기 구성의 동력조향장치에 있어서는 핸들에 가해지는 조향 토오크와 유압작동기가 발생하는 조향 보조력간의 대응 관계는 토오션바아의 비틀림 특성으로 결정된다. 따라서, 상기 토오션바아가 정지시 또는 저속주행시에 작용하는 큰 반력을 기준으로 선정되어 있는 경우, 고속주행시에는 핸들에 약한 반력이 작용하게 되어 직진 안정성의 악화를 초래한다고 하는 난점이 발생한다. 반대로, 상기 토오션바아가 고속 주행시를 기준으로 하여 선정되어 있는 경우에는, 정지시 및 저속주행시에는 충분한 조향배력을 얻을 수 없다고 하는 난점이 발생한다.

이러한 난점을 해소하기 위해 차속과 조향각도에 따라 동력실린더 좌우 챔버내의 압력을 조절하는 전자제어식 동력장치가 개시되었다. 이것은 차속센서에서 검출된 차량속도와, 조향 각속도의 검출신호를 판별한 후, 저속 주행시에는 동력실린더 좌우 챔버 형성 압력의 바이패스 유량을 최대로 하여 조향배력을 증대시켜 향상된 조향성능을 얻는 동력 조향장치를 말한다.

제1도에는 이와같은 종래의 전자제어식 동력 조향장치의 압력 조절밸브가 단면 도시되어 있다. 종래 기술에 의한 압력조절 밸브(10)는 조향핸들과 연동하여 동력 실린더의 좌우챔버의 압력을 선택적으로 공급하는 로터리 밸브(도시되지 않음)에 부착된 것으로, 오일펌프(P)로 부터 유량이 유입되는 유입구(12)와, 유입된 오일이 오일탱크(T)로 보내지는 배출구(14)로 구성되며, 압력조절밸브(10)내에는 전자제어유닛(ECU)으로부터 전달된 전기신호량에 비례하여 플런저(16)를 작동시키는 솔레노이드(18)와, 상기 플런저(16)의 작동에 의해 가압되어 길이방향으로 이동되는 스풀밸브(20)가 장착되어 있다.

또한 스풀밸브(20)의 일단에는 유량 조절 스프링(22)이 끼워져 있으며, 유량 조절 스프링(22)은 압력조절밸브(10)의 일단에 설치된 스프링 시트(24)에 의해 지지되며, 상기 스풀밸브(20)의 길이 방향 이동을 조정한다. 이같은 구조를 지닌 압력조절밸브(10)에서 유량은 스풀밸브(20)의 이동으로 조절한다. 즉, 스풀밸브(20)가 이동하게 되면 입력측 챔버에 형성된 오리피스(26)의 면적이 변화되어 배출구(14)로 바이패스되는 유량이 증감됨으로써 압력을 제어한다.

제2도는 이와같은 구조의 종래의 압력조절밸브(10)가 지닌 압력특성 선도로, 실선은 제1도에서 설명한 바와같은 방향의 유입구(12)와 배출구(14)를 갖는 경우를 나타내며, 점선은 반대의 경우로 좌측포트(14)가 유입구,우측포트(12)가 배출구인 경우의 압력 특성을 나타낸다.

제2도에서 알 수 있는 바와같이 동일한 크기의 전류가 솔레노이드(18)에 보내진다해도 오리피스 형상 계수의 특성상 제어 되는 바이패스 압력은 다르게 된다. 즉, 종래와 같은 스풀밸브(20)에서는 플런저(16)의 작동에 의해 오리피스(26) 개도가 동일한 면적으로 증감된다 해도 유동력의 영향이나 오리피스 영항계수등에 의해서 제2도에 도시한 선도와 같이, 제어되는 압력은 달라지게 된다.

따라서, 종래의 압력조절밸브는 유입측과 출력측의 챔버가 일방향인 경우에만 사용할 수 있으며, 양 방향성을 지닌 바이패스 밸브용으로는 사용이 곤란하게 된다.

이와같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 동력 실린더의 좌우 챔버에 선택적으로 유량을 공급하는 로터리 밸브와 같은 양방향성 제어밸브에 부착되어, 전달된 전자신호에 따라 솔레노이드를 작동시켜 유량을 바이패스 시킬 수 있는 압력조절밸브를 사용하여, 저속 주행시에는 유연한 조향감을 제공함과 동시에 고속 주행시에는 안정된 조향감을 제공할 수 있는 자동차 동력 조향장치의 양방향 압력 제어밸브를 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 차량의 주행속도 및 조향 각속도에 따라 동력 실린더내에 형성된 좌우 챔버의 압력을 조절하여 향상된 조향성능을 제공하는 자동차 동력 조향장치의 압력조절 밸브에 있어서, 압력조절밸브 몸체에 형성된 제1포트와, 상기 제1포트로 유입된 오일을 바이패스하는 제2포트와, 전자제어유닛에서 전달된 전기신호에 비례하여 플런저를 작동시키는 솔레노이드와, 상기 플런저에 의해 가압되어 제1포트와 제2포트간의 오일의 이동을 차단하는 것으로 반원형 에지홈과 반원형 꼭지홈으로 이루어진 오리피스가 형성된 스풀밸브와, 상기 스풀밸브의 일단에 삽입된 유량 조절 스프링과, 상기 유량 조절 스프링을 유지하는 스프링 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 동력조향장치의 압력조절밸브를 제안한다.

이하에는 첨부한 제3도 내지 제8도를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동력조향장치의 압력조절밸브에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

제3도는 본 발명의 동력 조향장치의 압력조절밸브를 나타내는 단면도이다. 도시한 바와같이, 본 발명에 따른 압력조절밸브(30)는 오일이 유입되는 제1포트(32)와, 유입된 오일이 바이패스 되어 배출되는 제2포트(34)를 지니며, 내부에는 오일의 이동을 단속하기 위한 오리피스(orifice;50)가 형성된 스풀밸브(40)가 설치되어 있다. 또한 스풀밸브(40)의 일단에는 유량조절 스프링(41)이 끼워져 있고, 상기 스프링(41)은 스프링 시트(43)에 의해 유지된다.

그리고 스프링 시트(43)가 삽입된 압력조절밸브(30)의 반대쪽 단부에는 전기신호에 따라 상기 스풀밸브(40)를 가압하는 솔레노이드(38)와, 솔레노이드(38)에 공급된 전류량에 비례하여 길이방향으로 이동하는 플런저(36)가 설치되어 있다. 필요에 따라서는 솔레노이드(38)에 의해 작동되는 플런저(36)의 초기 작동점을 조정해야 하며, 이때에는 스프링 시트(43)를 길이방향으로 이동시킴으로써 스프링의 초기 압축력을 조절하여 플런저(36)의 작동점을 조정하게 된다.

제4도에는 본 발명의 압력조절밸브(30)에서 사용한 스풀 밸브(40)가 도시되어 있다.

본 발명의 압력조절밸브용 스풀밸브(40)의 형상을 보면, 큰 직경을 갖는 랜드(42),(44)와, 이 2개의 랜드(42),(44) 사이에 형성된 비교적 작은 직경의 중앙랜드(46)로 구성되며, 일측 랜드(44)의 외측단에는 솔레노이드의 플런저(36)(제3도)와 접촉하는 돌출단(48)이 형성되어 있다.

그리고 상기 스풀 밸브(40)의 일측 랜드(44) 내측단에는 오일의 이동을 단속하기 위한 오리피스(50)가 형성되며, 오리피스(50)는 일측 랜드의 내측단으로부터 소정 깊이로 인입형성되는 반원형 에지홈(51)과, 이 반원형 에지홈(51)의 내측에 이 보다 작은 반경으로 형성되는 반원형 꼭지홈(52)으로 이루어진다.

보다 상세히 설명하면, 반원형 꼭지홈(52)의 반경을 솔레노이드 제어범위의 대략 2/3에 해당하는 크기로 하고, 나머지 솔레노이드 제어 범위의 1/3 정도는 상기 반원형 에지홈(51)에 해당되는 크기의 반경으로 상기 반원형 에지홈(51)을 형성하여, 초기에는 상기 반원형 에지홈(51)에 의해 배압을 낮출수 있게끔 반원형 에지홈(51)을 형성하였다. 따라서 실질적인 압력 제어는 반원형 꼭지홈(52)을 통해 이루어지게 된다.

제5도는 제4도에서 선 A-A를 따라 취한 측면 단면도로, 제4도에서 설명한 오리피스(50)가 랜드(44)의 내측단에 상,하 및 좌,우로 4개소 형성되어 있고, 중앙랜드(46) 내부에는 오일통로(54)가 형성되어 2개의 랜드(제4도의 (42)(44)) 양쪽부분의 유압을 일정하게 유지하게 한다.

이와같이 구성된 본 발며의 압력조절밸브의작동원리를 제6도와 제7도를 참고로 설명하기로 한다.

차속센서 및 조향 각속도 센서에서 감지된 차량의 주행 속도와 조향 각속도에 따라 전자제어유닛(ECU)은 솔레노이드(38)에 전기신호를 보내며, 그에따라 전달된 전류량에 비례하여 플런저(36)는 화살표 방향(X 방향)으로 이동됨과 동시에 스풀 밸브(40)의 접속단(48)을 밀면, 스풀밸브(40) 역시 플런저(36)의 이동방향과 동일하게 이동된다.

그에 따라 오리피스(50)의 반원형 에지홈(51)과 반원형 꼭지홈(52)은압력조절밸브(30)의 슬리브(31)에 의해 폐쇄됨으로써 제1포트(32)와 제2포트(34)간의 오일의 이동을 방지하게 된다.

제7도에는 스풀밸브(40)에 장치된 유량조절 스프링(41)의 탄성력에 의해 스풀밸브(40)가 화살표방향(X')으로 이동되어 유압이 조절되는 상태가 도시되어 있다. 제6도에서 설명한 바와같이, 플런저(36)에 의해 스풀밸브(40)가 가압됨에 따라 축척된 유량조절 스프링(41)의 탄성력은 플런저(36)의 가압력을 이기고 스풀밸브(40)를 화살표 방향(X')으로 밀게된다. 따라서 스풀밸브(40)가 화살표 방향(X')으로 이동되면서 상기 압력조절밸브(30)의 슬리브(31)에 의해 폐쇄되어 있던 오리피스(50)의 반원형 에지홈(51)과 반원형 꼭지홈(52)이 개방됨으로써 제1포트(32)의 오일이 개방된 오리피스(50)를 통해 제2포트(34)로 이동되게 된다.

이때 오리피스(50)의 반원형 꼭지홈(52)은 전부 개방되고 반원형 에지홈(51)은 일부만이 개방되게 되므로 실제적인 압력제어는 반원형 꼭지홈(52)에 의해 이루어지고 반원형 에지홈(51)은 오일의 배압을 낮추는 역할을 하게 된다. 따라서, 제1포트(32)를 통해 유입되는 오일은 오리피스(50)의 반원형 꼭지홈(52)을 통해 수직으로 유입된 후에 반원형 에지홈(52)을 통과하면서 반원형 에지홈(51)에 의해 배압이 낮추어진 상태로 제2포트(34)로 이동되어 동력 실린더내에 압력을 항상 일정하게 유지한다.

이상의 작동원리는 제1포트(32)를 유입구로 하고, 제2포트(34)를 배출구로 한 경우를 설명하였으나, 본 발명의 압력조절밸브(30)에서는 입력과 출력 포트가 반대인 경우에도 동일 전류에 대한 바이패스의 압력특성은 동일하게 된다.

즉 제2포트(34)를 펌프로부터 오일이 공급되는 유입구로 하고, 제1포트(32)를 공급된 오일이 저장탱크내로 배출되는 배출구로 할 경우에는, 제2포트(34)를 통해 유입된 오일이 오리피스(50)의 반원형 에지홈(51)을 통과하는 과정에서 반원형 에지홈(51)에 의해 배압이 낮아진 상태로 반원형 꼭지홈(52)을 통해 제1포트(32)로 이동되게 된다.

이때 스풀밸브(30)의 이동에 의해 개방되는 오리피스(50)의 반원형 에지홈(51)과 반원형 꼭지홈(52)의 개방 면적이 항시(입력과 출력 포트의방향과 무관하게) 동일하고, 단지 오일이 반원형 꼭지홈(52)을 통과한 후 반원형 에지홈(51)에 의해 배압이 낮아지느냐 아니면 반원형 에지홈(51)에 의해 먼저 배압이 낮아진 상태로 반원형 꼭지홈(52)을 통과하느냐의 차이가 있을뿐 반원형 에지홈(51)과 반원형 꼭지홈(52)을 통과한 후 제1포트(32) 또는 제2포트(34)로 배출되는 오일의 압력특성은 양자가 동일하게 된다.

제8도는 이러한 본원발명의 압력특성을 나타낸 그래프로서, 동일 전류(A)에 대한 바이패스 압력의 특성이 동일함을 알 수 있다. 그래프에서 실선은 제1포트(32)가 유입구, 제2포트(34)가 배출구인 경우의 압력특성 곡선이며, 점선은 제1포트(32)가 배출구, 제2포트(34)가 유입구인 압력특성 곡선을 나타낸다.

이와같이 구성된 본 발명의 자동차 동력조형장치의 압력조절밸브에 의하면, 차량의 주행속도 및 선회 각 속도에 따라 작동되는 솔레노이드에 의헤 동력 실린더에 좌우 챔버의 압력을 제어할 수 있는 스풀밸브를 제공함으로써, 저속 주행시에는 원활한 조향력을 제공하는 한편, 고속 주행시에는 안정된 조향감을 제공할 수 있다.

Claims (1)

1. 차량의 주행속도 및 조향 각속도에 따라 동력 실린더내에 형성된 좌우 챔버의 압력을 조절하여 향상된 조향성능을 제공하는 자동차 동력 조향장치의 압력조절밸브에 있어서, 압력조절밸브 몸체에 형성된 제1포트와, 상기 제1포트로 유입된 오일을 바이패스하는 제2포트와, 전자제어유닛에서 전달된 전기신호에 비례하여 플런저를 작동시키는 솔레노이드와, 상기 플런저에의해 가압되어 제1포트와 제2포트간의 오일의 이동을 차단하는 것으로 반원형 에지홈과 꼭지홈으로 이루어진 오리피스가 형성된 스풀밸브와, 상기 스풀밸브의 일단에 삽입된 유량조절 스프링과, 상기 유량 조절 스프링을 유지하는 스프링 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 동력조향장치의 압력조절밸브.