KR101360278B1

KR101360278B1 - 유압 댐퍼 스풀 밸브

Info

Publication number: KR101360278B1
Application number: KR1020127010082A
Authority: KR
Inventors: 로렌스 홀트; 피터 트위슬; 마이클 그릭스; 제프리 레이드만
Original assignee: 멀티매틱 인코퍼레이티드
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2010-10-04
Publication date: 2014-02-21
Also published as: CA2777009A1; ES2679769T3; RU2567685C2; US20110079476A1; TR201810377T4; CA2777009C; JP2013507589A; RU2012116610A; WO2011042855A1; AU2010304712A1; JP5433083B2; US8235186B2; CN102630285B; BR112012006911B1; KR20120061983A; MX2012003879A; EP2486300B1; EP2486300A1; CN102630285A; AU2010304712B2

Abstract

유압 댐퍼 조립체는 메인 바디, 메인 피스톤, 밸브 바디, 밸브 슬리브, 밸브 스풀 및 탄성 에너지 저장 부재를 구비한다. 밸브 바디 및 피스톤은 메인 바디 내에 배치된다. 밸브 바디는 제 1 체임버, 제 2 체임버, 및 제 1 체임버 및 제 2 체임버를 연결하는 원통형 통로를 규정한다. 밸브 슬리브는 원통형 통로 내에 이동 가능하게 배치된다. 스풀은 밸브 슬리브의 보어 내에 이동 가능하게 배치된다. 탄성 에너지 저장 부재는 밸브 슬리브와 밸브 스풀 사이에 배치될 수 있다. 유압유의 비례양이 제 1 체임버와 제 2 체임버 사이에서 흐르도록 허용하기 위해 밸브 슬리브 및 스풀이 서로에 대해 이동하여 성형 개구의 적어도 일부가 제 1 체임버 또는 제 2 체임버에 노출되도록 압력이 제 1 체임버 또는 제 2 체임버 중 하나에 유도될 때 탄성 에너지 저장 부재는 압축된다.

Description

유압 댐퍼 스풀 밸브{Hydraulic damper spool valve}

본 발명은 바퀴달린 차량의 서스펜션에 사용하기 위한 유압 댐퍼를 구비하는 유압 댐퍼용 밸브에 관한 것이다.

동적 시스템들을 제어하기 위해 사용되는 유압 댐퍼들은 원통형 메인 바디 내에서 슬라이드 가능하게 수용되고 벽들에 의해 주변이 밀봉되도록 되어 있는 피스톤을 일반적으로 이용한다. 피스톤은 샤프트 조립체에 부착되도록 구성된다. 피스톤은 샤프트 조립체가 메인 바디에 대해 이동할 때 상측 부분과 하측 부분 사이의 유체 흐름 속도를 늦추는 제한 통로들(restrictive passages)에 의해 접속되는 2개의 부분들(상측 부분 및 하측 부분)으로 원통형 메인 바디를 분할한다. 이러한 방식으로, 압력과 흐름 사이의 관계에 의해 규정되는, 댐퍼의 코어 동작 특징은 상측 부분과 하측 부분 사이의 제한 통로들의 기하학적 형상(geometric configuration)에 의해 영향을 받는다.

제한 통로들이 단순히 고정 오리피스들로서 구성되면 이때 댐퍼 피스톤 양단에서 발생되는 압력은 오리피스들을 통한 유압 흐름의 제곱으로서 증가한다. 불행하게도, 이러한 제곱법 압력-흐름 관계(squared law pressure-flow relationship)는 다수의 동적 시스템들을 제어하기 위한 원하는 특징이 아니다. 자동차 서스펜션 시스템의 경우에, 댐퍼는 통상 쇼크 업소버(shock absorber)로서 불리고 압력-흐름 특성은 일반적으로 선형 또는 심지어 다소 벗어날 필요가 있는 쇼크 업소버의 규정 힘-속도 관계에 정비례한다. 기본 고정 오리피스 제곱법과는 다른 댐퍼 특성들을 달성하는 방법은 피스톤 양단의 압력에 대해 미리 정해진 관계로 오리피스의 면적을 변화시키는 것이다.

가장 일반적인 가변 오리피스 댐퍼 밸브 장치는 피스톤을 통해 또는 피스톤 주위에 상측 부분 및 하측 부분을 접속하는 통로들의 어레이 위에서 적소에 고정되는 순응형 판들(compliant plates)의 스택으로 구성된다. 피스톤 양단의 압력은 플레이트들 위에 부하를 부여하여 이들이 편향되게 하고 또한 통로들을 덮지 않고 댐퍼의 유압유에 대한 경로를 생성한다. 판들의 편향 크기는 피스톤 양단의 압력에 비례하여 변하고 그래서 가변 오리피스의 형상을 생성한다. 데카본(DeCarbon)의 US2748898은 이와 같은 장치에 대한 초기 인용문헌이고 피스톤이 통로들로부터의 압력 하에서 흘러 나오는 유체에 의해 응력을 받고 탄성적으로 구부러지는 탄성 리프 요소들(resilient leaf elements)에 의해 밀봉되는 통로들의 배열로 구성되는 이중 작용 쇼크 업소버를 기술한다. '898 특허는 또한 2개의 상이한 동작 방향들에서 독립적이고 가능하게는 비대칭 압력-흐름 특성들을 조장하기 위해, 피스톤 상하에, 2세트의 리프 요소들 및 통로들을 배열하는, 독특하지만 지금은 널리 이용되는 방법을 상세히 설명한다.

가변 오리피스 댐퍼 밸브를 생성하기 위해 순응형 판들을 이용하는 가장 중요한 한계는 압력-흐름 특성이 차례로 판의 두께, 판 재료 특성들, 판 형상의 치수 허용오차, 조립 공정, 스택(stack)의 판들 사이의 마찰, 스택에서의 판들에 대한 예압(preload), 판들에 대한 통로들의 위치 허용오차, 통로 단면의 치수 허용오차, 및 조립의 청결에 극히 민감한 순응형 판들의 변형된 형상에 크게 의존한다는 것이다. 이들 민감도들은 궁극적으로 원하는 압력-흐름 특성을 달성하는 데 또는 2개의 댐퍼들의 특성을 일치시키려고 시도할 때 중요한 과제를 부여한다. 순응형 판 장치의 추가 문제점은 압력-흐름 특성이 그것의 복잡한 동작 메카니즘으로 인해 수학적 분석법들(mathematical technique)을 이용하여 용이하게 예측될 수 없다는 것이다. 이러한 구성의 다른 단점은 압력-흐름 특성이 피로되고 그것의 강성 및 강도를 잃게 되는 순응형 판 재료로 인해 시간이 지남에 따라 그것의 원래의 곡선으로부터 벗어나는 경향이 있고, 시일(seal), 피스톤 및 샤프트 마모로부터 생성되는 작은 입자들이 판들 사이에 갇히게 된다는 것이다.

베크(Beck)에 발행된 US5547050는 가변 오리피스로서 순응형 판들을 이용하는 댐퍼의 제조 및 조립과 관련된 복잡성을 설명한다. '050 특허는 장치와 관련된 치수 제한들의 몇가지를 극복하기 위해 샤프트에 판들 및 피스톤을 부착하는 방법을 기술한다. 그러나, '050 특허에 의해 개략 설명된 조립 방법은 순응형 판 부착과 관련된 허용오차들을 제거하지만, 그것은 판들 자체의 치수 정밀도와 관련된 변동(variation) 또는 시간이 지남에 따라 일어나는 원래의 압력-흐름 특성으로부터의 벗어남(divergence)을 개선하지 못한다. 게다가, '050 특허는 특징이 수학적으로 예측될 수 있는 장치를 기술하지 않는다.

에커트(Ekert) 등에게 발행된 US5709290는 편향 이동(deflection travel)의 양 한계들에서 이들의 편향 상태로 순응형 판들을 균일하게 지지하는 압축 및 리바운드 정지면들을 제공하는 방법을 기술한다. '290 특허의 순응형 판들은 댐퍼 조립체의 설계된 성능 특성들(designed-in performance characteristics)을 크게 변경할 수 있는 변형 상태까지 휘어지는 것을 방지한다. 이러한 정지면 장치는 시간이 지나도 그것의 원래의 압력-흐름 특성을 유지하기 위해 댐퍼의 능력을 상당히 개선시킨다. 그러나, 이러한 시스템은 특히 특정 설계 특징들의 사소한 변동들이 성능 특성들의 큰, 원치않는 변경을 초래할 수 있도록 특히 상세 허용오차들에 민감하다.

순응형 판 스택들을 이용하는 가변 오리피스 댐퍼 밸브들의 제한들이 인식되어 왔다. 비록 다수의 변형들이 제안되었고 종래 기술로 나타나지만, 이러한 장치는 자동차의 서스펜션 시스템에 사용되는 쇼크 업소버들에서 원하는 압력-흐름 특성들을 제공하는 절대 우세한 접근방법으로 남아 있다.

손스터라드(Sonsterad) 등의 US6311812는 얻어진 환형 오리피스의 면적을 제어하기 위해 포펫(poppet) 양단의 압력 밸런싱을 이용하는 포펫형 압력 조절기를 기술함으로써 순응형 판 접근방법에 대한 대안을 제공한다. 포펫의 전면측의 형상은 압력 밸런싱을 제어하기 위해 변화될 수 있다. 이러한 방식으로, 압력 조절기 및 궁극적으로 디바이스를 이용하는 댐퍼의 전체 압력-흐름 특성은 환형 오리피스의 가변 면적에 의해 제어된다. 비록 '812 특허는 순응형 판 가변 오리피스 댐퍼 밸브들과 연관된 많은 허용 오차 감도 문제들을 극복하지만, 그것의 기본 구성은 환형 오리피스 유압 제한을 제공하는 것만에 의해 제한된다. 이러한 제한은 본 개시내용의 대안의 실시예들로 극복되지만 단지 제조 허용 오차에 한번 더 추가의 감도를 도입하는 중요한 복잡성의 추가를 통해 극복된다. 그러나, '812 특허의 밸브 장치의 가장 중요한 제한은 밸브 장치가 단일 방향(uni-directional)이다. 이중 작용 쇼크 업소버에 이용될 '812 특허의 압력 조절기에 있어서, 일방향 볼 밸브들의 어레이는 압축 및 리바운드 방향들 양자에 작용하도록 구현된다. 이것은 좀처럼 바람직하지 않는 압축 및 리바운드 방향들에서 동일하도록 댐퍼의 압력-흐름 특성을 제한한다. 게다가, '812 특허의 압력 조절기는 크고 복잡하고, 댐퍼 피스톤에 통합되도록 고려될 수 없다. 끝으로, 순응형 판 구성들과 유사하게, '812 특허는 압력-흐름 특성이 수학적으로 예측될 수 있는 장치를 기술하지 않는다.

수동형 가변 오리피스 밸브들에 존재하는 허용 오차 감도 문제들에 대해 효과적이지만 복잡한 해결방법이 존스(Jones) 등에게 발행된 US5996745에 기재되어 있다. '745 특허는 벤더(bender)에 내장된 압전 재료를 갖는 벤더로 구성되는 쇼크 업소버의 압력-흐름, 그러므로 힘-속도 특성을 제어하기 위한 댐퍼 밸브를 청구한다. 벤더는 종래의 댐퍼 밸브의 순응형 판들에 유사한 방식으로 사용되지만 압전 재료 양단에 전압을 공급함으로써 벤더의 강성이 변경되고 벤더를 변형시키는 데 필요한 압력이 수정된다. 전자 센서는 피스톤의 속도를 측정하는 데 이용되고 벤더에 공급되는 전압은 측정된 속도와 관련지어 변경된다. 이러한 방식으로, 벤더의 강성은 댐퍼의 속도 및 힘-속도, 그러므로 피드백 시스템을 이용하여 능동적으로 제어되는 압력-흐름 특성들에 의존하여 만들어진다. 비록 존스의 가변 오리피스 밸브에 기초한 압전 재료가 수동 댐퍼 밸브들의 허용 오차 제한들을 극복할 수 있지만, 관련된 복잡성 및 비용은 아주 비싸다. 게다가, '745 특허는 압력-흐름 특성이 단순히 수학적으로 예측될 수 있는 장치를 기술하지 않는다.

따라서, 가변 오리피스 장치의 기존 스타일들과 관련된 복잡성을 제거하고 또한 수학적으로 예측 가능하고, 반복 가능하고 강한 압력-흐름 특성을 제공하는 단순한 구성을 제공하는 댐퍼 밸브를 제공하는 것이 바람직하다.

그러므로, 본 개시내용의 목적은 필요로 되는 구성요소들의 수를 감소시키고, 조립 과정을 단순화하고, 제조 비용을 낮추고 댐퍼의 전체 성능을 개선시키는 유압 댐퍼용 밸브를 제공하는 것이다. 따라서, 밸브는 비례 차단 성형 개구에 기초한 가변 오리피스 장치를 통해 메인 피스톤 양단의 압력차에 대해 미리 정해진 관계로 댐퍼의 메인 피스톤을 가로지르는 유압유의 흐름을 제어하도록 구성된다. 성형 개구(shaped aperture)는 메인 바디의 상측 부분과 하측 부분 사이에 유압유를 위한 단일 경로를 제공하도록 구성되고 메인 피스톤 양단의 압력차에 응답하여 개폐되도록 구성된다. 이러한 방식으로 댐퍼의 동작 특징이 성형 개구의 기하학적 구성에 의해 단순하고 예측 가능하게 영향을 받는다. 성형 개구의 정밀하게 규정된 개구 면적은 유압유 속도, 그 결과 온도 변화에 둔감하게 하는 난류 영역(turbulent regime)에서 우세하게 작동하는 수학적으로 예측 가능한 유압 흐름 제한을 제공한다.

그러므로, 본 개시내용의 댐퍼 밸브는 제 1 체임버 및 제 2 체임버로 구성되는 밸브 바디를 포함하고, 이들 체임버들 중 하나는 메인 바디의 상측 부분과 유체 연결되고 제 2 체임버는 메인 바디의 하측 부분과 유체 연결된다. 댐퍼 피스톤은 샤프트 조립체에 접속되도록 구성되고, 원통형 메인 바디 내에 슬라이드 가능하게 유지되도록 되어 있고 주변이 밀봉된다. 밸브 바디 내에 포함된 제 1 체임버 및 제 2 체임버는 중공 밸브 슬리브의 외측 원통형 표면을 수용하도록 되어 있는 원통형 통로를 통해 상호접속된다. 중공 밸브 슬리브는 또한 밸브 스풀의 원통형 벽에 배치된 성형 개구로 구성되는 원통형 밸브 스풀을 수용하도록 되어 있고 그 결과 샤프트 조립체 및 댐퍼 피스톤의 운동에 의해 유도되는 모든 유압 흐름은 성형 개구를 통과하도록 조정된다. 중공 밸브 슬리브는 샤프트 조립체 및 댐퍼 피스톤이 정지하고 있을 때 성형 개구를 완전히 차단하도록 구성된다. 샤프트 및 댐퍼 피스톤의 운동은 밸브 스풀 및 중공 밸브 슬리브가 서로에 대해 이동하게 하고 그것에 의해 성형 개구를 점진적으로 개방하고 제 1 체임버와 제 2 체임버 그러므로 메인 바디의 상측 부분과 하측 부분 사이에 유압 흐름 경로를 제공하는 밸브 바디의 제 1 및 제 2 체임버들에 작동 압력을 유도한다. 성형 개구의 정밀하게 규정된 개구 면적은 댐퍼의 작동 압력들에 직접 응답하여 변하는 수학적으로 예측 가능한 유압 흐름 제한을 제공한다. 이러한 방식으로, 높은 예측 가능하고 정밀한 압력-흐름 관계가 단지 2개의 이동 구성요소들을 이용하여 달성되어, 댐퍼 밸브의 복잡성을 상당히 감소시키고 정밀하고 반복 가능한 동작 성능을 생성한다.

본 개시내용의 실시예에 있어서, 중공 밸브 슬리브는 성형 개구 폐색(blockage)의 범위를 정밀하게 규정하는 날카로운 모서리가 있는 랜드 피쳐(sharp edged land feature)로 구성된다. 샤프트 조립체 및 댐퍼 피스톤이 리바운드 방향에서 이동할 때, 중공 밸브 슬리브는 정지 밸브 스풀에 대해 이동하도록 구성되고 이동하는 날카로운 모서리가 있는 랜드 피쳐는 정지 성형 개구를 점진적으로 개방한다. 샤프트 조립체 및 댐퍼 피스톤이 압축 방향으로 이동할 때 밸브 스풀은 정지 중공 밸브 슬리브에 대해 이동하도록 구성되고 정지하고 있는 날카로운 모서리가 있는 랜드 피쳐는 이동하는 성형 개구를 점진적으로 개방한다.

본 개시내용의 실시예에 있어서, 중공 밸브 슬리브의 내부 보어 및 밸브 스풀의 외부 원통형 벽은 반경방향 유극(radial clearance)을 통한 유압 흐름을 방지하면서 상대 길이방향 이동을 허용하는 클로즈 공차 반경방향 유극(close tolerance radial clearance)으로 구성된다. 중공 밸브 슬리브의 외측 원통형 표면 및 밸브 바디의 원통형 통로는 또한 반경방향 유극을 통한 유압 흐름을 방지하면서 밸브 슬리브의 길이방향 운동을 허용하는 클로즈 공차 반경방향 유극으로 구성된다. 코일 스프링 또는 유사한 탄성 에너지 저장 부재는 밸브 슬리브 및 밸브 스풀을 반대 방향들로 바이어스하도록 이들 사이에 배열된다. 밸브 슬리브 및 밸브 스풀은 밸브 바디 위의 정지면들과 맞닿아 정지 한계로 이들의 상대 길이방향 운동을 제한하는 정지면(stop face)들로 구성된다. 밸브 슬리브 및 밸브 스풀이 이들의 정지 한계들에 있으면, 성형 개구는 밸브 슬리브에 의해 완전히 차단되고 그래서 제 1 체임버와 제 2 체임버 사이에는 유압 경로가 없고(unobstructed hydraulic path) 그러므로 메인 바디의 상측 및 하측 부분들 사이에는 유체 접속이 없다.

샤프트 조립체 및 댐퍼 피스톤이 리바운드 방향으로 이동되면, 양의 압력(positive pressure)이 밸브 바디의 제 1 체임버에 전달되는 메인 바디의 상측 부분에 유도되어 밸브 슬리브의 노출된 환형 표면에 의해 규정된 제 1 유효 피스톤 영역에 압력이 직접 작용하게 할 수 있다. 제 1 유효 피스톤 영역에 작용하는 작동 압력은 코일 스프링의 바이어싱력에 대항하여 밸브 슬리브의 길이방향 운동을 유도한다. 이러한 동작 상태에서, 밸브 스풀은 밸브 바디 위의 정지면과 맞닿는 그것의 정지면에 의해 그것의 정지 한계에서 고정되고 그래서 밸브 슬리브는 정지 밸브 스풀에 대해 이동하고, 이동하는 날카로운 모서리가 있는 랜드 피쳐는 정지 성형 개구를 점진적으로 개방한다.

게다가, 샤프트 조립체 및 댐퍼 피스톤이 압축 방향으로 이동되면, 양의 압력이 밸브 바디의 제 2 체임버에 전달되는 메인 바디의 하측 부분에 유도되어 밸브 스풀의 폐쇄 단부에 의해 규정되는 제 2 유효 피스톤 영역에 압력이 직접 작용하게 한다. 제 2 유효 피스톤 영역에 작용하는 작동 압력은 코일 스프링의 바이어싱력에 대항하여 밸브 스풀의 길이방향 운동을 유도한다. 이러한 동작 상태에서, 밸브 슬리브는 밸브 바디 위의 정지면과 맞닿는 밸브 슬리브의 정지면에 의해 그것의 정지 한계에서 고정되고 그래서 밸브 스풀은 정지 밸브 슬리브에 대해 이동하고, 정지하고 있는 날카로운 모서리가 있는 랜드 피쳐는 이동 성형 개구를 점진적으로 개방한다.

그러므로, 본 개시내용은 댐퍼 밸브의 복잡성을 상당히 감소시키고 압축 및 리바운드 방향 양자에서 정밀하고 반복 가능한 동작 성능을 생성하는 단지 2개의 이동하는 구성요소들을 이용하여 고도로 예측 가능하고 정밀한 양방향 압력-흐름 관계를 제공한다. 유압 흐름이 양 동작 방향들에서 동일한 성형 개구를 통과하도록 제한됨에도 불구하고 압축 및 리바운드에서의 압력-흐름 관계가 상이하게 되도록 제 1 유효 피스톤 영역 및 제 2 유효 피스톤 영역을 상이하게 구성함으로써 비대칭 동작 특징이 달성될 수 있다.

유압 댐퍼의 압력 대 흐름 관계는 코일 스프링의 비(rate)를 변경하고, 코일 스프링에 대한 예압을 변경하고, 제 1 또는 제 2 유효 피스톤 영역들을 증가 또는 감소시킴으로써 또는 성형 개구의 프로파일을 변경함으로써 조정될 수 있다.

본 개시내용의 대안의 실시예에 있어서, 2개의 코일 스프링들 또는 유사한 탄성 에너지 저장 수단은 중공 밸브 슬리브 및 밸브 스풀을 개별적으로 각각 바이어스하도록 구성된다. 밸브 바디는 코일 스프링의 고정단을 유지하도록 되어 있는 스프링 시트로 구성되어 훨씬 높은 레벨의 비대칭이 동작 특징에서 달성될 수 있다.

본 개시내용의 다른 대안의 실시예에 있어서, 밸브 바디는 유압 댐퍼의 원통형 메인 바디 내에 장착되고 이 밸브 바디에는 유압 통로들이 제공되고 그 결과 샤프트 조립체 및 댐퍼 피스톤의 운동은 성형 개구를 통한 모든 유도된 유압 흐름을 관리한다. 이러한 방법으로, 밸브 바디는 정지하지만 성형 개구는 메인 피스톤의 2개의 측면들 사이에 유압유를 위한 단일 경로를 제공하도록 구성되고 메인 피스톤 양단의 압력차에 응답하여 점진적으로 개폐되도록 되어 있다.

상기 개시내용의 추가 양상들은 다음의 설명으로부터 더 명확해질 것이다.

도 1은 본 개시내용의 유압 댐퍼 스풀 밸브의 실시예의 사시도.
도 2는 본 개시내용의 유압 댐퍼 스풀 밸브의 부분 절결 사시도.
도 3은 본 개시내용의 유압 댐퍼 스풀 밸브의 부분 단면도.
도 4는 본 개시내용의 유압 댐퍼 스풀 밸브의 밸브 바디 및 메인 피스톤의 선택 단면도.
도 5는 본 개시내용의 유압 댐퍼 스풀 밸브의 전개 사시도.
도 6은 본 개시내용의 유압 댐퍼 스풀 밸브의 다른 실시예의 부분 확대 단면도.
도 7은 본 개시내용의 유압 댐퍼 스풀 밸브의 또 다른 실시예의 단면도.
도 8은 바이패스가 도시된 본 개시내용의 유압 댐퍼 스풀의 또 다른 실시예의 단면도.

도 1, 2 및 4를 참조하면, 유압 댐퍼 조립체(1)는 메인 바디(5), 샤프트 조립체(10) 및 메인 바디(5)의 내부 체임버를 상측 부분(16) 및 하측 부분(18)로 분할하도록 구성되는 메인 피스톤(15)으로 구성된다. 유압 댐퍼의 상측 부분(16) 및 하측 부분(18)은 유압유(19)을 포함한다. 본 개시내용의 실시예에 있어서, 밸브 바디(30)는 유압 댐퍼 메인 피스톤(15)에 장착된다. 밸브 바디(30)는 기계적 파스너(mechanical fastener) 등을 통해 메인 피스톤(15)에 부착될 수 있다. 도 1, 2 및 4에 비제한적인 예로 도시된 것과 같이, 하나 이상의 시일들(80)은 밸브 바디(30)와 메인 피스톤(15) 사이에 배치될 수 있다. 게다가, 샤프트 조립체(10)는 도 4의 비제한 예로 도시된 것과 같이 샤프트 조립체가 메인 피스톤(15) 및 밸브 바디(30) 양자와 결합될 수 있도록 나사산이 형성될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 밸브 바디(30)는 제 1 체임버(31), 제 2 체임버(32) 및 제 1 체임버(31)와 제 2 체임버(32)를 상호접속하는 원통형 통로(33)로 구성된다. 제 1 통로(35)는 댐퍼의 상측 부분(16)과 제 1 체임버(31) 사이에 방해받지 않는 유압 경로를 제공하도록 구성된다. 게다가, 제 2 통로(37)는 댐퍼의 하측 부분(18)과 제 2 체임버(32) 사이에 방해받지 않는 유압 경로를 제공하도록 구성된다. 게다가 밸브 바디(30)는 정지면들(38,39)으로 구성된다.

도 3 및 도 5를 참조하면, 가동 중공 밸브 슬리브(moveable hollow valve sleeve; 40)는 내측 원통형 보어(41), 외측 원통형 표면(42), 날카로운 모서리가 있는 랜드 피쳐(sharp edged land feature; 43), 제 1 유효 피스톤 영역(44) 및 정지면(46)을 규정한다. 밸브 바디(30)의 원통형 통로(33)는 밸브 슬리브(40)와 원통형 통로(33) 사이의 유체 흐름을 방지하면서 원통형 통로(33) 내에서 밸브 슬리브(40)의 길이방향 운동을 허용하도록 구성되는 미리 정해진 클로즈 공차 반경방향 유극(close tolerance radial clearance)을 갖고 밸브 슬리브(40)의 외측 원통형 표면(42)을 수용하도록 되어 있다. 가동 중공 원통형 밸브 스풀(moveable hollow cylindrical valve spool; 50)은 원통형 벽(55), 개방 단부(51), 제 2 유효 피스톤 영역(54)을 규정하는 폐쇄 단부(52), 정지면(56) 및 원통형 벽(55)에 규정된 성형 개구(shaped aperture; 53)로 구성된다. 밸브 슬리브(40)의 내측 원통형 보어(41)는 밸브 슬리브(40)와 밸브 스풀(50) 사이의 반경방향 유극을 통한 유체 흐름을 방지하면서 밸브 슬리브(40)의 내측 원통형 보어(41) 내에서 밸브 스풀(50)의 길이방향 운동을 허용하도록 구성되는 미리 정해진 클로즈 공차 반경방향 유극을 갖고 밸브 스풀(50)을 수용하도록 동작 가능하게 구성된다. 코일 스프링(60) 또는 유사한 탄성 에너지 저장 수단은 밸브 슬리브(40)와 스풀 밸브(50)를 반대 방향들로 바이어스하도록 밸브 슬리브(40)와 밸브 스풀(50) 사이에 배열될 수 있다.

유압 댐퍼 조립체(1)가 움직이지 않고 있을 때, 상측 부분(16)과 하측 부분(18) 사이에는 유도되는 압력차는 없다. 코일 스프링(60)은 밸브 슬리브(40)를 바이어스시켜 밸브 슬리브 정지면(46)이 밸브 바디(30)의 슬리브 정지면(38)과 맞닿게 한다. 코일 스프링(60)은 또한 밸브 스풀(50)을 밸브 슬리브(40)로부터 멀리 바이어스시켜 스풀 정지면(56)이 밸브 바디(30)의 스풀 정지면(39)과 맞닿게 한다. 밸브 슬리브(40) 및 밸브 스풀(50)이 정지면들(38, 39)에 대해 멀리 바이어스되면, 날카로운 모서리가 있는 랜드 피쳐(43)는 밸브 슬리브(40)가 밸브 스풀(50)의 성형 개구(53)를 완전히 차단하도록 구성된다. 성형 개구(53)가 밸브 슬리브(40)에 의해 완전히 차단되면, 유압유(19)는 제 1 체임버(31)와 제 2 체임버(32) 사이에서 움직일 수 없다. 그러므로, 성형 개구(53)가 밸브 슬리브(40)에 의해 완전히 차단된 경우 메인 바디(5)의 상측 부분(16) 및 하측 부분(18) 사이에서 유압유 이동은 없다.

유압 댐퍼의 메인 피스톤(15)이 제 1 리바운드 방향(100)으로 이동하면, 유압 댐퍼의 상측 부분(16)에 포함된 유압유(19)에서 발생된 작동 압력은 제 1 유효 피스톤 영역(44)에 작용하고 코일 스프링(60)의 바이어싱력에 대항하여 밸브 슬리브(40)의 길이방향 움직임을 유도한다. 밸브 슬리브(40)가 길이방향으로 이동하면 그것은 밸브 슬리브(40)의 날카로운 모서리가 있는 랜드 피쳐(43)가 정지 밸브 스풀(50)에 대해 이동하게 하여 코일 스프링(60)을 압축한다. 따라서, 스풀(50)의 성형 개구(53)는 제 1 체임버(31)를 통해 상측 부분(16)의 유압유에 노출되고, 유압 댐퍼의 상측 부분(16) 및 하측 부분(18) 사이의 유압 경로가 형성된다.

유압 댐퍼의 상측 부분(16)에서의 유압유(19)의 유도된 작동 압력을 변화시키는 것은 밸브 슬리브(40)가 스풀(50)에 대해 슬라이드할 때 성형 개구(53)의 크고 작은 영역들을 비례하여 노출시킴으로써 유체 흐름 억제의 영역을 또한 변경시키는 코일 스프링(60)의 바이어싱력에 대항하여 밸브 슬리브(40)의 비례 길이방향 운동을 생성한다. 유압 댐퍼(1)의 리바운드 동작 특징들은 수학적으로 예측 가능하고 안정한 압력 대 흐름 관계를 생성하는 성형 기구(53)의 비례 개폐에 의해 규정된다. 유압 댐퍼(1)의 이러한 압력 대 흐름 관계는 제 1 방향(100)으로 이동할 때, 코일 스프링(60)의 비를 변경하고, 코일 스프링(60)에 대한 예압(pre-load)을 변경하고, 제 1 유효 피스톤 영역(44)을 수정 또는 성형 개구(53)의 프로파일을 변경함으로써 조정된다.

유압 댐퍼의 메인 피스톤(15)이 제 2 압축 방향(101)으로 이동할 때, 유압 댐퍼의 하측 부분(18)에 포함된 유압유(19)에서 발생된 작동 압력은 제 2 유효 피스톤 영역(54)에 작용하고 코일 스프링(60)의 바이어싱력에 대해 밸브 스풀(50)의 길이방향 운동을 유도한다. 밸브 스풀(50)이 길이방향으로 이동하면, 그것은 성형 개구(53)를 정지 밸브 슬리브(40)에 대해 이동하게 하고 그것에 의해 유압 댐퍼의 하측 부분(18)과 상측 부분(16) 사이의 유압 경로를 개방시킨다.

유압 댐퍼의 하측 부분(18)에 포함된 유압유(19)의 유도된 작동 압력을 변화시키는 것은 성형 개구(53)의 비례하여 크고 작은 영역들을 알아냄(uncovering)으로써 유체 흐름 제한의 영역을 또한 변경시키는 코일 스프링(60)의 바이어싱력에 대항하여 밸브 스풀(50)의 비례 길이방향 운동을 생성한다. 이러한 방식에서, 유압 댐퍼(1)의 압축 동작 특징이 수학적으로 예측 가능하고 안정한 압력 대 흐름 관계를 생성하는 성형 개구(53)의 비례 개폐에 의해 규정된다. 유압 댐퍼(1)의 압력 대 흐름 관계는, 제 2 방향(101)으로 이동할 때, 코일 스프링(60)의 비율을 변경하고, 코일 스프링(60)에 대한 예압을 변경하고, 제 2 유효 피스톤 영역(54)을 변경 또는 성형 개구(53)의 프로파일을 변경함으로써 조정될 수 있다.

다수의 성형 개구들(53) 또는 성형 개구들의 어레이(도시하지 않음)가 밸브 스풀(50)에 규정될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 성형 개구들(53)의 수와 관계없이, 성형 개구(53)는 또한 제 1 체임버(31)와 제 2 체임버(32) 사이에 원하는 압력-흐름 특성들을 조장하는 가변폭을 가진 미리 정해진 프로파일로 구성된다. 밸브 스풀(50)과 밸브 슬리브(40) 사이의 상대 운동의 임의의 지점에서, 성형 개구(53)의 개방은 확립된 오리피스 흐름 이론에 기초하여 수학적으로 예측 가능한 유체 흐름 억제를 제공한다. 주어진 코일 스프링(60) 비 및 예압에 대해, 성형 개구 프로파일은 확립된, 폐쇄형(closed-form) 수학적 분석법들을 이용하여 예측 가능한 확립된 압력-흐름 특성들의 넓은 범위를 이용하여 예측 가능한 압력-흐름 특성들의 넓은 범위를 생성하도록 구성될 수 있다. 성형 개구(53)의 프로파일은 기하학적으로 제한되지 않고 일반적으로 형상이 복잡하고 불규칙하다.

본 개시내용의 다른 실시예에 있어서, 별도의 바이패스 통로(90)는 댐퍼의 상측 부분(16)과 하측 부분(18) 사이에 유체 흐름 경로를 제공할 수 있도록 구성된다. 바이패스 통로(90)는 밸브 스풀(50)의 성형 개구(53)가 밸브 슬리브(40)에 의해 완전히 차단될 때 상측 부분(16)과 하측 부분(18) 사이에서 통과할 수 있도록 구성된다. 바이패스 통로(90)는 메인 피스톤(15) 운동의 낮은 레벨들에서 미리 정해진 제곱법 압력-흐름 관계를 제공하는 고정 면적 오리피스로 구성된다. 이러한 방식으로 압력-흐름 특성의 날카로운 전이가 성형 개구(53)가 초기에 개방될 때 회피된다. 바이패스 통로는 밸브 바디(30)의 제 1 및 제 2 체임버들(31, 32)을 가로질러, 메인 피스톤(15)의 상측(92)과 하측(94) 사이의 메인 피스톤(15) 또는 밸브 스풀(50)의 폐쇄 단부(52)를 직접 통과하도록 배열될 수 있다.

본 개시내용의 다른 대안의 실시예에 있어서, 성형 개구(53)는 밸브 슬리브(40) 및 밸브 스풀(50)이 서로로부터 멀어지도록 바이어스되고 정지면들(38, 39)에 대항하여 바이어스될 때 완전히 차단되지 않는다. 이러한 방식으로, 성형 개구(53)의 작은 차단되지 않은 부분은 메인 피스톤(15) 운동의 낮은 레벨들에서 미리 정해진 제곱법 압력-흐름 관계를 제공한다. 이 위치에서 성형 개구(53)는 밸브 슬리브 및 밸브 스풀이 이들의 대응하는 정지면들 - 슬리브 정지면(38) 및 스풀 정지면(39)과 맞닿을 때 부분적으로 개방된다는 것이 이해된다. 이러한 방식으로, 압력-흐름 특성의 날카로운 전이가 밸브 스풀(50) 및 밸브 슬리브(40)의 상대 길이방향 운동이 초기에 일어날 때 회피된다.

도 6은 2개의 코일 스프링들(61, 62) 또는 유사한 탄성 에너지 저장 부재 또는 수단이 밸브 슬리브(40) 및 밸브 스풀(50)을 댐퍼(1)의 유압유(19)의 작동 압력들에 의해 발생되는 힘벡터(98)에 대해 반대 방향들로 독립적으로 바이어스하도록 배열되는 본 개시내용의 다른 실시예를 나타낸다. 밸브 바디(30)는 2개의 코일 스프링들(61, 62)의 고정단들을 수용하도록 되어 있는 스프링 시트(34)로 구성된다. 유압 댐퍼의 상측 부분(16) (및 제 1 체임버(31)) 내에 포함된 유압유(19)의 유도 작동 압력을 변화시키는 것은 성형 개구(53)의 비례하여 크고 작은 양들을 알아냄으로써 유체 흐름 제한의 영역을 또한 변경시키는 코일 스프링(61)의 바이어싱력에 대항하여 밸브 슬리브(40)의 비례 길이방향 운동을 생성한다. 유압 댐퍼의 하측 부분(18) (및 제 2 체임버(32)) 내에 포함된 유도 작동 압력을 변화시키는 것은 성형 개구(53)의 비례하여 크고 작은 양들을 알아냄으로써 유체 흐름 제한 영역을 또한 변경하는 코일 스프링(62)의 바이어싱력에 대항하여 밸브 스풀(50)의 비례 길이방향 운동을 생성한다. 이러한 방식으로, 유압 댐퍼(1)의 압력 대 흐름 관계가 제 1 코일 스프링(61)의 비 또는 예압을 변경함으로써 그것의 리바운드 방향(100)에서 독립적으로 조정될 수 있고 제 2 코일 스프링(62)의 비 또는 예압을 변경함으로써 그것의 압축 방향(101)에서 독립적으로 조정될 수 있다. 이러한 배열은 단일 코일 스프링 또는 탄성 에너지 저장 수단이 사용될 때보다 높은 레벨의 동작 특징 비대칭을 제공한다.

본 개시내용의 다른 대안의 실시예는 밸브 바디(30)가 유압 댐퍼 조립체(1)의 메인 바디(5) 내에 장착되는 도 7에 도시된다. 메인 바디(5)에는 댐퍼의 상측 부분(16)과 제 1 체임버(31) 사이에 방해받지 않는 유압 경로를 제공하는 흐름 통로들(6)이 제공되고 제 2 통로(37)는 댐퍼의 하측 부분(18)과 제 2 체임버(32) 사이에 방해받지 않는 유압 경로를 제공하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 밸브 바디(30)는 정지하지만 성형 개구(53)는 댐퍼의 메인 바디(5)의 상측 부분(16)과 하측 부분(18) 사이에 유압유(19)에 대한 단일 경로를 제공하도록 구성되고 메인 피스톤(15) 양단의 압력차에 응답하여 점진적으로 개방 및 폐쇄되도록 되어 있다.

Claims

삭제
삭제
양단이 개구된 내측 원통형 보어 및 외측 원통형 표면, 날카로운 모서리가 있는 랜드 피쳐, 및 제 1 유효 피스톤 영역을 제공하는 밸브 슬리브(40);
개방 단부, 제 2 유효 피스톤 영역을 규정하는 폐쇄 단부, 및 상기 밸브 스풀의 벽에 규정된 성형 개구(53)를 가진 원통형 밸브 스풀(50);을 포함하고,
상기 밸브 슬리브는 반경방향 유극을 통한 유체 흐름을 방지하면서 상기 밸브 슬리브의 상기 내측 원통형 보어 내에서 상기 밸브 스풀의 길이방향 운동을 허용하도록 구성되는 미리 정해진 클로즈 공차 반경방향 유극(close tolerance radial clearance)을 갖고 상기 밸브 스풀을 수용하도록 되어 있고,
원통형 통로를 통해 상호접속되는 제 1 체임버(31) 및 제 2 체임버(32)를 가진 밸브 바디(30);를 더 포함하며,
상기 원통형 통로는 상기 반경방향 유극을 통한 유체 흐름을 방지하면서 상기 원통형 통로 내에서 상기 밸브 슬리브(40)의 길이방향 운동을 허용하도록 구성되는 미리 정해진 클로즈 공차 반경방향 유극을 갖고 상기 밸브 슬리브(40)를 수용하도록 되어 있고,
상기 밸브 바디는 유압 댐퍼의 상측 부분과 상기 제 1 체임버 사이에 방해받지 않는 유압 경로를 제공하는 제 1 통로 및 상기 유압 댐퍼의 하측 부분과 상기 제 2 체임버 사이에 방해받지 않는 유압 경로를 제공하는 제 2 통로를 규정하고,
상기 유압 댐퍼의 유압유의 작동 압력에 의해 발생되는 힘 벡터에 대해 반대 방향으로 상기 밸브 슬리브(40) 및 상기 밸브 스풀(50)을 바이어스하도록 상기 밸브 슬리브(40)와 상기 밸브 스풀(50) 사이에 배열되는 탄성 에너지 저장 부재(60);를 더 포함하고,
메인 피스톤이 제 1 방향에서 이동할 때, 상기 유압 댐퍼의 유압유에서 발생된 상기 작동 압력은 상기 제 1 유효 피스톤 영역에 작용하고 상기 탄성 에너지 저장 부재(60)의 바이어싱력에 대항하여 상기 밸브 슬리브(40)의 길이방향 운동을 유도하여 상기 날카로운 모서리가 있는 랜드 피쳐가 상기 성형 개구(53)에 대해 이동하게 하고 그것에 의해 상기 변화하는 노출된 개방 성형 개구를 통한 유체 흐름을 변화시키고, 상기 유압 댐퍼의 메인 피스톤이 제 2 방향으로 이동할 때 상기 유압 댐퍼의 유압유에서 발생된 상기 작동 압력은 상기 제 2 유효 피스톤 영역에 작용하고 상기 탄성 에너지 저장 부재(60)의 바이어싱력에 대항하여 상기 밸브 스풀(50)의 길이방향 운동을 유도하여 상기 날카로운 모서리가 있는 랜드 피쳐가 상기 성형 개구(53)의 변화하는 노출된 개방 영역을 통한 상기 유체 흐름을 변화시키는 것을 특징으로 하는 유압 댐퍼용 유압 댐퍼 스풀 밸브.
제 3 항에 있어서,
상기 밸브 슬리브(40)는 상기 밸브 바디 위에 배열된 매칭 슬리브 정지면과 맞닿도록 동작 가능하게 구성되는 슬리브 정지면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 댐퍼용 유압 댐퍼 스풀 밸브.
제 4 항에 있어서,
상기 밸브 스풀(50)은 상기 밸브 바디 위에 배열된 매칭 스풀 정지면과 맞닿도록 동작 가능하게 구성되는 스풀 정지면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 댐퍼용 유압 댐퍼 스풀 밸브.
제 5 항에 있어서,
상기 탄성 에너지 저장 부재(60)는 상기 스풀 정지면 및 상기 슬리브 정지면이 상기 밸브 바디 위의 상기 대응하는 스풀 정지면 및 슬리브 정지면과 맞닿도록 상기 밸브 슬리브(40) 및 상기 밸브 스풀(50)을 반대 방향들로 바이어스하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 유압 댐퍼용 유압 댐퍼 스풀 밸브.
제 6 항에 있어서,
상기 성형 개구(53)는 상기 밸브 슬리브 정지면 및 상기 밸브 스풀 정지면이 상기 밸브 바디 위의 상기 매칭 슬리브 정지면 및 상기 매칭 스풀 정지면과 맞닿을 때 상기 밸브 슬리브에 의해 완전히 차단되는 것을 특징으로 하는 유압 댐퍼용 유압 댐퍼 스풀 밸브.
삭제
삭제
제 3 항에 있어서,
상기 성형 개구는 원하는 압력-흐름 특성을 도달하기 위해 상기 밸브 슬리브 및 상기 밸브 스풀의 상대적인 위치의 소정 함수로써 가변하는 개구를 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유압 댐퍼용 유압 댐퍼 스풀 밸브.
제 3 항 내지 제 7 항 및 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 성형 개구(53)들은 상기 밸브 스풀(50)의 상기 벽에 규정되는 것을 특징으로 하는 유압 댐퍼용 유압 댐퍼 스풀 밸브.
제 3 항 내지 제 7 항 및 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성형 개구의 통과 없이 상기 제1 및 제2 체임버 사이에 유압 흐름을 허용하기 위한 바이패스 통로가 제공되는 것을 특징으로 하는 유압 댐퍼용 유압 댐퍼 스풀 밸브.
제 6 항에 있어서,
상기 성형 개구는 상기 슬리브 정지면 및 상기 스풀 정지면이 상기 밸브 바디 위의 상기 매칭 슬리브 정지면 및 상기 매칭 스풀 정지면과 맞닿을 때 부분적으로 개방되는 것을 특징으로 하는 유압 댐퍼용 유압 댐퍼 스풀 밸브.
제 3 항 내지 제 7 항 및 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸브 바디(30)와 상기 밸브 슬리브(40) 사이 및 상기 밸브 바디(30)와 상기 밸브 스풀(50) 사이에서 각각 작용하는, 2개의 탄성 에너지 저장 부재(61, 62)이 상기 유압 댐퍼의 유압유 내의 상기 작동 압력에 의해 발생되는 힘 벡터에 대해 반대 방향으로 독립적으로 상기 밸브 슬리브(40) 및 상기 밸브 스풀(50)을 바이어스하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 유압 댐퍼용 유압 댐퍼 스풀 밸브.
제 14 항에 있어서,
상기 탄성 에너지 저장 부재(60, 61, 62)는 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 유압 댐퍼용 유압 댐퍼 스풀 밸브.
제 15 항에 있어서,
상기 탄성 에너지 저장 부재는 상기 밸브 스풀 및 상기 밸브 슬리브와 동축으로 배치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유압 댐퍼용 유압 댐퍼 스풀 밸브.
제 3 항 내지 제 7 항 및 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유압 댐퍼는 피스톤의 반대측에서 작동하는 체임버를 정의하기 위한 실린더 내에서 이동 가능한 피스톤을 포함하며, 상기 밸브 스풀의 상기 밸브 바디는 상기 유압 댐퍼의 상기 피스톤과 함께 이동하도록 장착되는 것을 특징으로 하는 유압 댐퍼용 유압 댐퍼 스풀 밸브.
제 3 항 내지 제 7 항 및 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유압 댐퍼는 피스톤(15)의 반대측에서 작동하는 두 개의 체임버(16, 18)를 정의하기 위한 실린더(5) 내에서 이동 가능한 피스톤(15)을 포함하며, 상기 밸브 스풀은, 상기 유압 댐퍼의 상기 작동하는 하나의 체임버(18)와 직접 연결되는 상기 밸브 스풀의 제 2 체임버(32) 및 상기 유압 댐퍼의 상기 작동하는 다른 하나의 체임버(16)와 함께 유체 흐름의 방식으로 연결되는 제1 체임버(31)와 함께, 상기 실린더(5) 내에 고정적으로 장착되는 것을 특징으로 하는 유압 댐퍼용 유압 댐퍼 스풀 밸브.
삭제
삭제
삭제