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KR101454050B1 - 베이스 라인 밸브형의 계속적으로 변화가능한 밸브를 갖는 충격 완충기 - Google Patents

베이스 라인 밸브형의 계속적으로 변화가능한 밸브를 갖는 충격 완충기 Download PDF

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KR101454050B1
KR101454050B1 KR1020097021375A KR20097021375A KR101454050B1 KR 101454050 B1 KR101454050 B1 KR 101454050B1 KR 1020097021375 A KR1020097021375 A KR 1020097021375A KR 20097021375 A KR20097021375 A KR 20097021375A KR 101454050 B1 KR101454050 B1 KR 101454050B1
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KR
South Korea
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valve
assembly
valve assembly
tube
chamber
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게르트 맨겔쇼츠
데이비드 홀리비에르스
게르트 반히에스
패트릭 반미켈렌
스자크 쉴
엠한드 나잇 우크헤도우
Original Assignee
테네코 오토모티브 오퍼레이팅 컴파니 인코포레이티드
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Abstract

충격 완충기는 충격 완충기의 댐핑 특성들을 제어하는 외부 제어 밸브를 포함한다. 외부 제어 밸브는 충격 완충기의 하부 작동 챔버와 리저브 챔버 사이에서 유체 흐름을 제어하며 충격 완충기의 상부 작동 챔버 사이에서의 유동 흐름을 제어한다. 댐핑 특성들은 유체 밸브 어셈블리를 제어하는 솔레노이드 밸브에 인가되는 전류의 양에 의존한다. 소프트 유체 밸브 어셈블리는 솔레노이드 밸브에 제공되는 낮은 전류 레벨에서 댐핑력의 튜닝을 허용하도록 상기 유체 밸브 에셈블리와 직렬로 배치된다.

Description

베이스 라인 밸브형의 계속적으로 변화가능한 밸브를 갖는 충격 완충기{SHOCK ABSORBER HAVING A CONTINUOUSLY VARIABLE VALVE WITH BASE LINE VALVING}
본 발명은 자동차에 사용되는 서스펜션 시스템(suspension system)과 같은 서스펜션 시스템에 사용되도록 구성된 유압 댐퍼(hydraulic damper) 또는 충격 완충기(shock absorber)에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 전자기식 제어 밸브에 인가되는 전류의 함수로서, 차압 유량(different pressure-flow) 특성을 발생시키는, 소프트 밸브형 외장형 전자기식 제어 밸브를 갖는 유압 댐퍼 또는 충격 완충기에 관한 것이다.
이 배경 기술에서의 설명은 본 발명에 관련한 배경 기술 정보를 제공할 뿐이며, 종래 기술을 구성하지 않는다.
종래의 유압 댐퍼 또는 충격 완충기는 차량의 스프렁 매스(sprung mass) 또는 언스프렁 매스(unsprung mass)로의 부착을 위해 일 단부에서 적합하게 된 실린더를 포함한다. 피스톤은 실린더의 내부를 2개의 유체 챔버들로 구분하면서 실린더 내에 슬라이드 가능하도록 배치된다. 피스톤 로드(rod)는 피스톤에 접속되어 차량의 스프렁 매스 또는 언스프렁 매스의 다른 단부로의 부착을 위해 적합하게 된 실 린더의 일 단부로부터 신장한다. 제1 밸브형 시스템은 상기 피스톤 내에 통상적으로 통합되며, 댐핑 하중(damping load)을 생성하는 실린더에 대한 충격 완충기의 팽창 행정(extension stroke) 동안 기능한다. 제2 밸브형 시스템은 단일 튜브 설계시에 상기 피스톤 내에 통합되고 이중 튜브 설계시에는 베이스 밸브 어셈블리에 통합되며, 댐핑 하중을 생성하는 실린더에 대해 피스톤의 충격 완충기의 압축 행정(compression stroke) 동안 기능한다.
다양한 형태의 조절 메커니즘들이 스프렁 매스 또는 언스프렁 매스의 변위의 속도 및/또는 진폭에 관련하여 댐핑력(damping forces)을 생성하도록 개발되어 왔다. 이들 조절 매커니즘들은 차량의 보통의 정상 상태 주행 동안 상대적으로 작은 또는 낮은 댐핑 특성을 제공하고 확대된 서스펜션 움직임을 요구하는 차량 기동(vehicle maneuvers) 동안은 상대적으로 큰 또는 높은 댐핑 특성을 제공하도록 주로 개발되어 왔다. 차량이 운행되는 보통의 정상 상태는 차량의 언스프렁 매스의 작은 또는 미세한 진동이 수반되며, 따라서 이들 작은 진동으로부터 스프렁 매스를 격리시키기 위해, 서스펜션 시스템은 소프트 라이드(soft ride) 또는 낮은 댐핑 특성에 대한 요구가 있다. 예컨대, 회전 또는 제동 운행시에는 차량의 스프렁 매스는 상대적으로 느린 및/또는 큰 움직임 진동을 겪게 되며, 스프렁 매스를 지지하고 차량에 안정적인 핸들링 특성을 제공하도록 서스펜션 시스템의 고정적인 라이드 또는 높은 댐핑 특성을 요구한다. 충격 완충기의 댐핑율(damping rates)을 위한 이들 조절 매커니즘은 스프렁 매스의 낮은 주파수/큰 여기(excitation)를 발생시키는 차량 기동 동안 서스펜션 시스템을 위해 필수적인 댐핑 또는 확실한 라이드를 여전히 제 공하면서, 언스프렁 매스로부터 높은 주파수/작은 진폭 여기를 격리함으로써 부드러운 정상 상태 주행의 장점을 제공한다. 종종 이러한 댐핑 특성들은 외부에 장착되는 제어 밸브에 의해 제어된다. 외부에 장착되는 제어 밸브는 서비스 또는 교체를 위해 쉽게 제거될 수 있다는 점에서 장점을 갖는다.
충격 완충기에 대한 계속적인 개발은 차량의 다양한 모니터링되는 조건들 및 그 서스펜션 시스템에 관련되어 특정한 양의 댐핑을 제공하도록, 차량에 특정적으로 맞춰질 수 있는 계속적으로 변화 가능한 시스템을 차량 설계자에게 제공하는 조절 시스템의 개발을 포함한다.
본 발명에 따른 충격 완충기는 작동 챔버를 규정하는 압력 튜브를 포함한다. 피스톤은 작동 챔버 내에서 압력 튜브 상에 슬라이드 가능하게 위치하며, 상기 피스톤은 작동 챔버를 상부 작동 챔버 및 하부 작동 챔버로 분할한다. 리저브 튜브는 압력 튜브를 감싸서 리저브 챔버를 형성한다. 중간 튜브는 상기 리저브 튜브와 상기 압력 튜브 사이에 위치하여 중간 챔버를 형성한다. 외부 제어 밸브는 리저브 튜브와 중간 튜브에 고정된다. 제어 밸브로의 입구는 중간 챔버와 연통 상태에 있고, 제어 밸브의 출구는 리저브 챔버와 연통 상태에 있다. 제어 밸브는 댐퍼 또는 충격 완충기의 댐핑 특성을 제어하는, 댐퍼 또는 충격 완충기에 대한 차압 유량 특성을 발생시킨다. 차압 유량 특성은 제어 밸브로 공급되는 전류의 함수이다.
외부 제어 밸브는 충격 완충기에 대한 소프트 댐핑 특성을 튜닝(tunning)하는 능력을 또한 갖는다. 소프트 댐핑은 충격 완충기의 전체 속도 범위 상에서 제어 밸브에 제공되는 낮은 전류 레벨에서 댐핑력(damping forces)의 튜닝을 가능하게 한다.
응용 가능한 다른 영역은 이하 제공되는 설명으로부터 명백해진다. 이하 설명 및 특정 실시예들은 단지 설명을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하도록 의도된 것은 아니다.
첨부된 도면들은 도식의 목적으로만 제시되며 본 발명의 범위를 어떤 식으로든 제한하지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 충격 완충기들을 내장한 자동차를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 충격 완충기들 중 하나의 측단면도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 외부에 장착되는 제어 밸브의 확대된 측단면도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 외부에 장착되는 제어 밸브의 확대된 측단면도를 나타낸다.
이하의 설명은 사실상 예시적인 것에 불과하며 본 발명, 적용 또는 사용들을 한정하려고 한 것은 아니다. 동일한 참조 부호는 도면들에서 동일한 구성요소를 지시하는 도면들을 참조하면, 도 1에는 본 발명에 따른 충격 완충기를 갖는 서스펜션 시스템을 내장하는, 참조 부호 10에 의해 지시된 차량이 도시되어 있다.
차량(10)은 리어 서스펜션(rear suspension)(12), 프론트 서스펜션(14) 및 바디(16)를 포함한다. 리어 서스펜션(12)은 한 쌍의 후륜들(rear wheels)(18)을 작동적으로 지지하도록 맞춰진, 횡적으로 연장하는 리어 축 어셈블리(미도시)를 갖는다. 리어 축은 한 쌍의 충격 완충기들(20) 및 한 쌍의 스프링들(22)에 의해 바디(16)에 부착된다. 유사하게, 프론트 서스펜션(14)는 한 쌍의 전륜들(24)을 작동적으로 지지하는, 횡적으로 연장하는 프론트 축 어셈블리(미도시)를 포함한다. 프론트 축 어셈블리는 한 쌍의 충격 완충기들(26) 및 한 쌍의 스프링들(28)에 의해 바디(16)에 부착된다. 충격 완충기들(20, 26)은 차량(10)의 스프렁 부분(sprung portion)(예컨대, 바디(16))에 관하여 언스프렁 부분(예컨대, 프론트 및 리어 서스펜션들 (12, 14))의 상대적 움직임을 완충하는 기능을 한다. 차량(10)이 프론트 및 리어 축 어셈블리들을 갖는 승용차로서 도시되어 있지만, 충격 완충기들(20, 26)은 다른 타입의 차량들 또는, 비독립적 프론트 및/또는 비독립적 리어 서스펜션들을 내장하는 차량들, 독립적 프론트 및/또는 독립적 리어 서스펜션들, 또는 당업계에 알려진 다른 서스펜션 시스템들을 포함하는 차량들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다른 타입의 어플리케이션들에 사용될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "충격 완충기(shock absorber)"라는 용어는 일반적으로 댐퍼(damper)로 일컫어지는 것을 의미하며, 따라서 당업계에 알려진 맥퍼슨(McPerson) 스트러트들(struts) 및 다른 댐퍼 디자인들을 포함한다.
이제 도 2를 참조하면, 충격 완충기(20)가 상세히 도시되어 있다. 도 2는 충격 완충기(20)만을 도시하였지만, 충격 완충기(26)가 충격 완충기(20)를 위한 이하 설명되는 제어 밸브 디자인을 또한 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 충격 완충 기(26)는 차량(10)의 스프렁 매스 및 언스프렁 매스에 연결되도록 적용되는 방식에서만 충격 완충기(20)와 다르다. 충격 완충기(20)는 압력 튜브(30), 피스톤 어셈블리(32), 피스톤 로드(34), 리저브 튜브(36), 베이스 밸브 어셈블리(38), 중간 튜브(40) 및 외부에 장착되는 제어 밸브(42)를 포함한다.
압력 튜브(30)는 작동 챔버(working chamber)(44)를 형성한다. 피스톤 어셈블리(32)는 압력튜브(30) 내부에 슬라이딩 가능하게 위치되고 작동 챔버(44)를 상부 작동 챔버(46)와 하부 작동 챔버(48)로 분할한다. 씰(seal)은 피스톤 어셈블리(32)와 압력튜브(30) 사이에 위치하여 하부 작동 챔버(48)로부터 상부 작동 챔버(46)를 밀폐시킬 뿐만 아니라 과도한 마찰력을 발생시키는 일 없이 압력튜브(30)에 대한 피스톤 어셈블리(32)의 슬라이딩 움직임을 가능하게 한다. 피스톤 로드(34)는 피스톤 어셈블리(32)에 부착되고 상부 작동 챔버(46)를 통하여, 그리고 압력튜브(30)의 상단부를 폐쇄하는 상부 로드 가이드 어셈블리(50)를 통하여 신장된다. 씰링 시스템(sealing system)은 상부 로드 가이드 어셈블리(50), 리저브 튜브(36) 및 피스톤 로드(34) 사이의 경계면(interface)을 밀폐한다. 피스톤 어셈블리(32)와 마주보는 피스톤 로드(34)의 단부는 차량(10)의 스프렁 매스에 고정되도록 맞춰진다. 피스톤 로드(34)는 하부 작동 챔버(48)가 아니라 단지 상부 작동 챔버(46)를 통해서만 신장되므로, 압력튜브(30)에 대한 피스톤 어셈블리(32)의 신장 및 압축 움직임들은 상부 작동 챔버(46)에서 배출되는(displaced) 유량과 하부 작동 챔버(48)에서 배출되는 유량 간에 차이를 유발한다. 변위되는 유량의 차이는 "로드 체적(rod volume)"으로 알려져 있고, 신장 움직임들 동안 그것은 베이스 밸브 어셈블리(38)를 통해 흐른다. 압력튜브(30)에 대한 피스톤 어셈블리(32)의 압축 움직임 동안, 피스톤 어셈블리(32) 내에서의 밸브 동작은 하부 작동 챔버(48)로부터 상부 작동 챔버(46)로 유체가 흐를 수 있도록 하며, 유동(fluid flow)의 "로드 체적"은 이하 설명되는 바와 같이 제어 밸브(42)를 통과하여 흐른다.
리저브 튜브(36)은 압력튜브(30) 및 리저브 튜브(36) 사이에 위치하는 유체 리저브 챔버(52)를 규정하기 위해 압력 튜브(3)을 둘러싼다. 리저브 튜브(36)의 하단은 차량(10)의 언스프렁 매스에 연결되도록 맞춰진 베이스 컵(base cup)(54)에 의해 폐쇄된다. 리저브 튜브(36)의 상단은 상부 로드 가이드 에셈블리(50)에 부착된다. 베이스 밸브 어셈블리(38)는 하부 작동 챔버(48)와 리저브 챔버(52) 사이에 위치하여 리저브 챔버(52)로부터 하부 작동 챔버(48)로의 유체의 흐름을 제어한다. 충격 완충기(20)가 길이방향으로 신장될 때, "로드 체적"의 개념에 기인하여 하부 작동 챔버(48)에 추가적인 유체의 체적이 요구된다. 따라서, 이하에서 구체적으로 설명되는 것과 같이, 유체가 리저브 챔버(52)로부터 베이스 밸브 어셈블리(38)을 통해 하부 작동 챔버(48)로 흐를 것이다. 충격 완충기가 길이방향으로 압축될 때, 과잉의 유체가 "로드 체적"의 개념에 기인하여 하부 작동 챔버(48)로부터 제거되어야 한다. 따라서, 이하에서 설명되는 바와 같이, 유체가 제어 밸브(42)를 통해 하부 작동 챔버(48)로부터 리저브 챔버(52)로 흐를 것이다.
피스톤 어셈블리(32)는 피스톤 바디(piston body)(60), 압축 밸브 어셈블리(compression valve assembly)(62) 및 익스텐션 밸브 어셈블리(extension valve assembly)(64)를 포함한다. 너트(66)는 컴프레션 밸브 어셈블리(62), 피스톤 바 디(60) 및 익스텐션 밸브 어셈블리(64)를 피스톤 로드(34)에 고정시키도록 피스톤 로드(34)에 결합된다. 피스톤 바디(60)는 복수의 컴프레션 통로들(compression passage)(68)과 복수의 익스텐션 통로들(extension passages)(70)을 형성한다. 베이스 밸브 어셈블리(38)는 밸브 바디(72), 익스텐션 밸브 어셈블리(74) 및 컴프레션 밸브 어셈블리(76)를 포함한다. 밸브 바디(72)는 복수의 익스텐션 통로들(78) 및 복수의 컴프레션 통로들(80)을 포함한다.
압축 행정(compression stroke) 동안, 하부 작동 챔버(48)내의 유체는 가압되어 유압이 컴프레션 밸브 어셈블리(62)에 대항하여 작용한다. 컴프레션 밸브 어셈블리(62)는 하부 작동 챔버(48)와 상부 작동 챔버(46) 사이에서 체크 밸브(check valve)로서 작용한다. 압축 행정 동안 충격 완충기(20)에 대한 댐핑 특성(damping characteristics)은, 이하 설명되는 바와 같이, 베이스 밸브 어셈블리(38)와 평행하게 작동하는 제어 밸브(42)에 의해서만 그리고, 제어 밸브(42)에 의해 가능하게 제어된다. 제어 밸브(42)는 이하 설명되는 바와 같이, 압축 행정 동안 "로드 체적"의 개념에 기인하여 하부 작동 챔버(48)로부터 상부 작동 챔버(46), 제어 밸브(42) 및 리저브 챔버(52)로의 유체의 흐름을 제어한다. 컴프레션 밸브 어셈블리(76)는 압축 행정 동안 하부 작동 챔버(48)로부터 리저브 챔버(52)로의 유체의 흐름을 제어한다. 컴프레션 밸브 어셈블리(76)는 안전 유압 릴리프 밸브(hydraulic relief valve) 즉, 제어 밸브(42)와 평행하게 작동하는 댐핑 밸브로서 설계될 수 있거나 컴프레션 밸브 어셈블리는 베이스 밸브 어셈블리(38)로부터 제거될 수 있다. 팽창 행정(extension stroke) 동안, 컴프레션 통로(68)는 컴프레션 밸브 어셈블리(62)에 의해 닫혀진다.
팽창 행정(extension stroke) 동안, 상부 작동 챔버(46)에서의 유체는 가압되어 익스텐션 밸브 어셈블리(64)에 대항하여 작용하는 유체 압력을 발생시킨다. 익스텐션 밸브 어셈블리(64)는 상부 작동 챔버(46) 내에서의 유체 압력이 미리 결정된 한계값을 초과하면 개방하는 안전 유압 릴리프 밸브 또는 이하 설명되는 바와 같이, 댐핑 커브(damping curve)의 형태를 변경하도록 제어 밸브(42)와 평행하게 작동하는 통상적인 압력 밸브로서 설계된다. 팽창 행정 동안 충격 완충기(20)에 대한 댐핑 특성들은 이하 설명되는 바와 같이, 제어 밸브(42)에 의해서만 제어되거나, 익스텐션 밸브 어셈블리(64)와 평행하게 제어 밸브(42)에 의해서 제어된다. 제어 밸브(42)는 상부 작동 챔버(46)으로부터 리저브 챔버(52)로의 유체의 흐름을 제어한다. 팽창 행정 동안 하부 작동 챔버(48)로의 유체의 대체 흐름(replacement flow)은 베이스 밸브 어셈블리(38)를 통해 일어난다. 하부 작동 챔버(48)에서의 유체는 압력이 감소되어 리저브 챔버(52)에서의 유체 압력을 발생시켜 익스텐션 밸브 어셈블리(74)를 개방하고 리저브 챔버(52)로부터의 유체가 익스텐션 통로들(78)을 통해 하부 작동 챔버(48)로 흐르게 한다. 익스텐션 밸브 어셈블리(74)는 리저브 챔버(52)와 하부 작동 챔버(48) 사이에서 체크 밸브로서 기능한다. 팽창 행정 동안 충격 완충기(20)에 대한 댐핑 특성은 제어 밸브(42)에 의해서만 제어되고, 가능하게는 이하 설명되는 바와 같이, 제어 밸브(42)와 평행하게 익스텐션 밸브 어셈블리(64)에 의해 제어된다.
중간 튜브(40)는 상부 단부에서 상부 로드 가이드 어셈블리(50)와 맞물리고, 하부 단부에서 베이스 밸브 어셈블리(38)와 맞물린다. 중간 챔버(82)는 중간 튜브(40)와 압력 튜브(30) 사이에서 규정된다. 통로(84)는 상부 작동 챔버(46)와 중간 챔버(80)를 유체로 연결하기 위한 상부 로드 가이드 어셈블리(50)에 형성된다.
도 3을 참조하면, 제어 밸브(42)가 더 상세히 도시되어 있다. 제어 밸브(42)는 부착 피팅(attachment fitting)(90), 소프트 밸브 어셈블리(92), 밸브 어셈블리(94), 솔레노이드 밸브 어셈블리(96) 및 외부 하우징(98)을 포함한다. 부착 피팅(90)은 중간 챔버(82)와 제어 밸브(42) 사이의 유체 연결을 위해 중간 튜브(40)를 통해 연장하는 유체 통로(102)와 정렬된 인입 통로(100)를 규정한다. 부착 피팅(90)은 중간 튜브(40) 상에 장착된 칼라(collar)(104) 내에 축으로 수용된다. 오링(O-ring)은 부착 피팅(90)과 칼라(104) 사이의 경계면(interface)을 실링한다. 칼라(104)는 바람직하게 중간 튜브(40)로부터 구별된 피스(piece)이며, 용접 또는 당업계에 공지된 어떠한 다른 수단에 의해 중간 튜브(40) 상에 설치된다.
부착 피팅(90), 소프트 밸브 어셈블리(92), 밸브 어셈블리(94) 및 솔레노이드 밸브 어셈블리(96)는 모두 외부 하우징(98) 내에 배치되며, 외부 하우징(98)은 용접 또는 당업계에 공지된 어떤 다른 수단에 의해 리저브 튜브(36)에 부착된다. 밸브 어셈블리(94)는 밸브 시트(valve seat)(106)를 포함하고 솔레노이드 밸브 어셈블리(96)는 밸브 바디 어셈블리(108)를 포함한다. 밸브 시트(106)는 소프트 밸브 어셈블리(92)로부터의 유체를 받아들이는 축 개구(axial bore)(110)를 규정하고, 밸브 바디 어셈블리(108)는 축 개구(112) 및, 리저브 튜브(36)를 통해 형성된 유체 통로(122)를 통해 리저브 챔버(52)와 연통 상태에 있는 리턴 흐름 통로(120)와 연 통하는 복수의 방사형 통로들(114)을 규정한다. 부착 플레이트(124)는 외부 하우징(98)에 고정되어 부착 피팅(90) 및 제어 밸브(42)의 구성요소들 중 나머지를 외부 하우징(98) 내에 위치시킨다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 충격 완충기(20)의 동작은 제어 밸브(42)만이 충격 완충기(20)에 대한 댐핑 하중(damping loads)을 제어하는 경우 설명된다. 리바운드 또는 팽창 행정 동안, 컴프레션 밸브 어셈블리(62)는 복수의 컴프레션 통로들(68)을 폐쇄하며, 상부 작동 챔버(46)내의 유체 압력은 증가한다. 유체는 상부 작동 챔버(46)로부터 통로(84)를 거쳐, 중간 챔버(82)로 흐르게 되며, 이하 설명되는 바와 같이, 유체 통로(102)를 거쳐, 부착 피팅(90)의 인입 통로(100)를 거쳐, 소프트 밸브 어셈블리(92)를 거쳐 밸브 어셈블리(94)에 이르게 된다.
충격 완충기(20)의 더 높은 흐름 댐핑 특성은 밸브 어셈블리(94) 및 솔레노이드 밸브 어셈블리(96)의 구성에 의해 결정된다. 이와 같이, 밸브 어셈블리(94) 및 솔레노이드 밸브 어셈블리(96)는 솔레노이드 밸브 어셈블리(96)로 제공되는 신호에 의해 제어되는 미리 결정된 댐핑 함수를 제공하도록 구성된다. 미리 결정된 댐핑 함수는 소프트 댐핑 함수와 차량(10)의 동작 조건들에 기반한 확실한 댐핑 함수 사이의 어느 지점이 될 수 있다. 낮은 피스톤 속도에서, 제어 밸브(42)는 닫힌 상태에 있으며, 유체는 피스톤 어셈블리(32) 및 베이스 밸브 어셈블리(38)에서 만들어진 유출 통로들(bleed passages)을 통해 흐른다. 그에 따라, 충격 완충기(20)는 통상적인 이중 튜브 댐퍼와 유사하게 작동한다. 높은 피스톤 속도에서, 유체 흐름이 증가할수록, 밸브 바디 어셈블리(108)의 플런저(126)에 가해지는 유체 압력은 밸브 바디 어셈블리(108)의 플런저(126)를 밸브 바디 어셈블리(108)의 밸브 시트(128)로부터 분리시키고, 유체는 밸브 바디 어셈블리(108)의 플런저(126)와 밸브 바디 어셈블리(108)의 밸브 시트(128) 사이에서 방사형 통로들(114)을 거쳐, 리턴 흐름 통로(120)를 거쳐, 유체 통로(122)를 거쳐 리저브 챔버(52)로 흐른다. 밸브 바디 어셈블리(108)의 밸브 시트(128)로부터 밸브 바디 어셈블리(108)의 플런저(126)를 분리하는데 요구되는 유체 압력은 솔레노이드 밸브 어셈블리(96)에 의해 결정된다. 피스톤 어셈블리(32)의 리바운드 또는 팽창 움직임은 하부 작동 챔버(48) 내에 낮은 압력을 발생시킨다. 익스텐션 밸브 어셈블리(74)는 유체가 리저브 챔버(52)로부터 하부 작동 챔버(48)로 흐르도록 개방한다.
압축 행정 동안, 컴프레션 밸브 어셈블리(62)는 유체가 하부 작동 챔버(48)로부터 상부 작동 챔버(46)로 흐르도록 개방한다. "로드 체적" 개념에 의해, 상부 작동 챔버(46)에서의 유체는 상부 작동 챔버(46)으로부터 통로(84)를 통해 중간 챔버(82)로 흐르고, 이하 설명되는 바와 같이, 유체 통로(102)를 거쳐, 부착 피팅(90)의 인입 통로(100)를 거쳐, 소프트 밸브 어셈블리(92)를 거쳐 밸브 어셈블리(94)에 도달한다.
팽창 또는 리바운드 행정과 유사하게, 충격 완충기(20)의 댐핑 특성은 밸브 어셈블리(94) 및 솔레노이드 밸브 어셈블리(96)의 구성(configuration)에 의해 결정된다. 이와 같이, 밸브 어셈블리(94) 및 솔레노이드 밸브 어셈블리(96)는 솔레노이드 밸브 어셈블리(96)에 제공되는 신호에 의해 제어되는 미리 결정된 댐핑 함수를 제공하도록 구성된다. 미리 결정된 댐핑 함수는 차량(10)의 동작 조건들에 기초 하여 소프트(soft) 댐핑 함수와 확고한(firm) 댐핑 함수 사이의 어느 지점이 될 수 있다. 낮은 피스톤 속도에서, 제어 밸브(42)는 닫힌 상태에 있으며, 유체는 피스톤 어셈블리(32) 및 베이스 밸브 어셈블리(38)에서 만들어진 유출 통로들(bleed passages)을 통해 흐른다. 그에 따라, 충격 완충기(20)는 높은 피스톤 속도에서 통상적인 이중 튜브 댐퍼와 유사하게 작동하는데, 유체 흐름이 증가할수록, 밸브 바디 어셈블리(108)의 플런저(126)에 가해지는 유체 압력은 밸브 바디 어셈블리(108)의 플런저(126)를 밸브 바디 어셈블리(108)의 밸브 시트(128)로부터 분리시키고, 유체는 밸브 바디 어셈블리(108)의 플런저(126)와 밸브 바디 어셈블리(108)의 밸브 시트(128) 사이에서 방사형 통로들(114)을 거쳐, 리턴 흐름 통로(120)를 거쳐, 유체 통로(122)를 거쳐 리저브 챔버(52)로 흐른다. 밸브 바디 어셈블리(108)의 밸브 시트(128)로부터 밸브 바디 어셈블리(108)의 플런저(126)를 분리하는데 요구되는 유체 압력은 솔레노이드 밸브 어셈블리(96)에 의해 결정된다. 따라서, 팽창 행정 및 압축 행정 모두에 대한 댐핑 특성은 동일한 방식으로 제어 밸브(42)에 의해 제어된다.
소프트 밸브 어셈블리(92)를 통한 유체 흐름 및 소프트 밸브 어셈블리(92)에 대한 댐핑 특성들은, 밸브 어셈블리(94)를 통한 유체 흐름 및 밸브 어셈블리(94)에 대한 댐핑 특성들과 유사하게, 압축 행정 및 리바운드 또는 팽창 행정 모두에 대해 동일하다. 소프트 밸브 어셈블리(92)는 밸브 바디(130), 밸브 핀(132), 흡입 디스크(intake disc)(134), 오리피스 디스크(orifice disc)(136), 스페이서(138), 상부 스프링 시트(140), 바이어싱 스프링(142) 및 하부 스프링 시트(144)를 포함한다.
밸브 바디(130)는 부착 피팅(90)과 밸브 시트(106) 사이에 위치된다. 오링(O-ring)은 밸브 바디(130)와 부착 피팅(90) 사이의 경계면을 실링하고 오링은 밸브 바디(130)와 밸브 시트(106) 사이의 경계면을 실링한다. 밸브 바디(130)는 복수의 유체 통로들(146) 및 중심 개구(148)를 규정한다. 밸브 핀(132)은 중심 개구(148)를 통해 신장한다.
흡입 디스크(134) 및 오리피스 디스크(136)는, 오리피스 디스크(136)가 유체 통로들(146)을 폐쇄하도록 밸브 바디(130) 상의 환형 랜드(annular land)(150)를 맞물리고, 흡입 디스크(134)는 오리피스 디스크(136)와 밸브 핀(132) 사이에 개재되도록, 밸브 바디(130)과 밸브 핀(132) 사이에 구성된다. 하나 이상의 유출 오리피스들(152)은 오리피스 디스크(136)에 의해 규정되어 이하 설명되는 바와 같이, 소프트 밸브 어셈블리(92)를 통한 유체의 유출 흐름을 허용한다. 본 발명이 유출 오리피스들(152)을 갖는 오리피스 디스크(136)를 개시하고 있으나, 유출 오리피스들(152)을 규정하는 환형 랜드(150)를 갖는 것은 본 발명의 범위내에 있다. 스페이서(138), 상부 스프링 시트(140), 바이어싱 스프링(142) 및 하부 스프링 시트(144)는 흡입 디스크(134) 및 오리피스 디스크(136)에 대향하는 밸브 바디(130)의 측면 상의 밸브 핀(132)에 결합된다. 하부 스프링 시트(144)는 밸브 핀(132)에 고정되어 소프트 밸브 어셈블리(92)의 결합을 유지한다. 바이어싱 스프링(142)은 밸브 바디(130) 상의 환형 랜드(150)에 맞대어 바이어스되는 오리피스 디스크(136)에 맞대어 바이어스되는 흡입 디스크(134)에 맞대어 밸브 핀(132)을 압박한다.
소프트 밸브 어셈블리(92)는 솔레노이드 밸브 어셈블리(96)를 위한 낮은 전 류 레벨에서 댐핑력(damping forces)의 튜닝을 제공한다. 부착 피팅(90)의 인입 통로(100)로부터 소프트 밸브 어셈블리(92)로 흐르는 유체 흐름은 유체 통로들(146)로 향한다. 초기 유동(fluid flow)은 유출 오리피스들(152)을 통해 흘러 밸브 시트(106)를 통해 밸브 어셈블리(94)로 흐른다. 밸브 어셈블리(94)를 통한 유동은 상기에 설명된 바와 같다. 유출 오리피스들(152)을 통한 유동이 증가할수록, 오리피스 디스크(136) 및 흡입 디스크(134)에 대한 유체 압력이 바이어싱 스프링(142)에 의해 생성된 바이어싱 하중을 결국 극복하며, 오리피스 디스크(136)는 환형 랜드(150)로부터 떨어져나가(unseat) 소프트 밸브 어셈블리(92)를 개방한다. 이 유동은 또한 밸브 시트(106)를 통해 밸브 어셈블리(94)로 향하게 된다. 소프트 밸브 어셈블리(92)를 위한 튜닝은 바이어싱 스프링(142)의 크기 및/또는 하중을 변경함으로써, 흡입 디스크(134) 및/또는 오리피스 디스크(136)의 두께 및/또는 탄력성(flexibility)을 변경함으로써, 유출 오리피스들(152)의 크기 및/또는 개수를 변경함으로써 및 유체 통로들(146)의 크기 및/또는 개수를 변경함으로써 달성될 수 있다. 소프트 밸드 어셈블리(92)의 통합은 낮은 전류 레벨에서 솔레노이드 밸브 어셈블리(96)에 대한 댐핑 커브 형상의 튜닝 또는 변경을 허용하여 충격 완충기(20)를 특정 차량 성능에 적합하게 한다. 소프트 밸브 어셈블리(92)에 걸친 압력 강하는 높은 전류 레벨에서 제어 밸브(42)에 걸친 압력 강하에 비해 솔레노이드 밸브 어셈블리(96)에 대해 매우 낮기 때문에, 그 댐핑 특성들에 대한 영향은 무시할 수 있을 정도이다.
상술한 바와 같이, 소프트 밸브 어셈블리는 낮은 전류 레벨에서만 솔레노이 드 밸브 어셈블리(96)에 대해 댐핑 커브 형상의 튜닝 또는 변경을 허용한다. 솔레노이드 밸브 어셈블리(96)에 대하여 높은 전류 레벨에서 댐핑 커브를 변화시키거나 변경하기 위해, 익스텐션 밸브 어셈블리(64)는 변경될 필요가 있으며, 컴프레션 밸브 어셈블리(76)가 포함될 필요가 있다.
만일 제어 밸브(42)만이 충격 완충기(20)에 대한 댐핑 하중을 제어한다면, 익스텐션 밸브 어셈블리(64) 및 컴프레션 밸브 어셈블리(76)는 유압 릴리프 밸브들로서 설계되거나, 어셈블리로부터 제거된다. 높은 전류 레벨에서 솔레노이드 밸브 어셈블리에 대한 댐핑 커브를 튜닝하거나 변경하기 위해, 익스텐션 밸브 어셈블리(64) 및 컴프레션 밸브 어셈블리(76)는 제어 밸브(42)와 평행하게 충격 완충기(20)에 대한 댐핑 특성들에 공헌하기 위해 특정 유체 압력에서 개방하는 댐핑 밸브들로서 설계된다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 소프트 밸브 어셈블리(192)가 도시되어 있다. 소프트 밸브 어셈블리(192)는, 소프트 밸브 어셈블리(192)가 부착 피팅(190)과 밸브 시트(206) 사이에 위치되면서 소프트 밸브 어셈블리(92)에 대한 직접적인 대체이다. 부착 피팅(190)은 부착 피팅(90)을 직접적으로 대체한 것이고, 밸브 시트(206)는 밸브 시트(106)를 직접적으로 대체한 것이다.
소프트 밸브 어셈블리(192)를 통한 흐름 및 이에 대한 댐핑 발생 특성은 또한 압축 행정 및 리바운드 또는 팽창 행정에 대한 것과 동일하다. 소프트 밸브 어셈블리(192)는 밸브 바디(230), 밸브 핀(232), 복수의 흡입 디스크들(234), 오리피스 디스크(236) 및 밸브 리테이너(238)를 포함한다.
밸브 바디(230)는 부착 피팅(190)과 밸브 시트(206) 사이에 위치한다. 밸브 바디(230)는 복수의 유체 통로들(246)과 중심 개구(248)를 규정한다. 밸브 핀(232)은 중심 개구(248)를 통해 신장한다.
오리피스 디스크(236)가 밸브 바디(230) 상의 환형 랜드(250)를 맞물려서 유체 통로들(246)을 폐쇄하면서, 밸브 리테이너(238), 복수의 흡입 디스크들(234) 및 오리피스 디스크(236)가 밸브 바디(230)와 밸브 핀(232) 사이에 위치한다. 복수의 흡입 디스크들(234)은 오리피스 디스크(236)를 맞물리며, 밸브 리테이너(238)는 복수의 흡입 디스크들(234)과 밸브 핀(232) 사이에 위치한다. 하나 이상의 유출 오리피스들(252)은 오리피스 디스크(236)에 의해 규정되어 이하 설명되는 바와 같이 소프트 밸브 어셈블리(192)를 통해 유체의 유출 흐름(bleed flow)을 허용한다. 본 발명은 유출 오리피스들(252)을 갖는 오리피스 디스크(236)를 개시하지만, 유출 오리피스들(252)을 규정하는 환형 랜드(250)를 갖는 것도 본 발명의 범위 내에 있다.
소프트 밸브 어셈블리(192)는 솔레노이드 밸브 어셈블리(96)를 위한 낮은 전류 레벨에서 댐핑력의 튜닝을 제공한다. 부착 피팅(190)의 인입 통로(100)로부터 소프트 밸브 어셈블리(192)로 흐르는 유체 흐름은 유체 통로들(246)로 향한다. 초기 유동은 유출 오리피스들(252)을 통해 흘러 밸브 시트(206)를 통해 밸브 어셈블리(94)로 흐른다. 밸브 어셈블리(94)를 통한 유체 흐름은 상술하였다. 유출 오리피스들(252)을 통한 유체 흐름이 증가할수록, 오리피스 디스크(236) 및 복수의 흡입 디스크들(234)에 대한 유체 압력은 복수의 흡입 디스크들(234) 및 오리피스 디스크(236)에 대한 벤딩 하중(bending load)을 결국 극복하여, 오리피스 디스크(236) 는 환형 랜드(250)로부터 떨어져나가 소프트 밸브 어셈블리(192)를 개방한다. 이 유동은 또한, 밸브 시트(206)를 통해 밸브 어셈블리(94)로 향한다. 소프트 밸브 어셈블리(192)에 대한 튜닝은 복수의 흡입 디스크들(234) 및/또는 오리피스 디스크(236)의 두께 및/또는 탄력성(flexibility)을 변경함으로써, 유출 오리피스들(252)의 크기 및/또는 개수를 변경함으로써, 및 유체 통로들(246)의 크기 및/또는 개수를 변경함으로써 달성될 수 있다. 소프트 밸브 어셈블리(192)의 통합은 댐핑 커브 형상의 튜닝 또는 변경을 허용하여 충격 완충기(20)를 특정 차량 성능에 적합하게 한다.

Claims (16)

  1. 유체 챔버를 형성하는 압력 튜브;
    상기 압력 튜브 내에 슬라이드 가능하게 배치되며, 상기 유체 챔버를 상부 작동 챔버 및 하부 작동 챔버로 분할하는 피스톤 어셈블리;
    상기 압력 튜브 주위에 배치된 리저브 튜브;
    상기 압력 튜브 및 상기 리저브 튜브 사이에 배치되는 중간 튜브로서, 중간 챔버가 상기 중간 튜브와 상기 압력 튜브 사이에서 규정되고, 리저버(reservoir) 챔버가 상기 중간 튜브와 상기 리저브 튜브 사이에서 규정되는 것인 중간 튜브; 및
    상기 리저브 튜브에 설치되며, 상기 중간 챔버와 연결되는 입구 및 상기 리저버 챔버와 연결되는 출구를 구비하는 제어 어셈블리를 포함하되,
    상기 제어 어셈블리는,
    상기 입구와 상기 출구 사이에 위치하는 제1 밸브 어셈블리; 및
    상기 제1 밸브 어셈블리와 상기 출구 사이에 위치하는 제2 가변 어셈블리를 포함하고,
    상기 제어 어셈블리를 통한 모든 유체 흐름동안, 상기 제1 밸브 어셈블리로부터의 모든 유체 흐름은 항상 제2 밸브 어셈블리를 통하여 흐르도록 상기 제1 및 제2 밸브 어셈블리는 상기 입구와 상기 출구 사이에 연속하여 있고;
    상기 제2 가변 밸브 어셈블리는 충격 완충기에 대한 가변적인 댐핑 특성을 생성하기 위하여 유체 흐름을 제어하고;
    상기 제2 가변 밸브 어셈블리는 밸브 시트, 플런저, 및 상기 밸브 시트로부터 상기 플런저를 분리시키는 유압을 결정하는 솔레노이드 밸브 어셈블리를 포함하는 충격 완충기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중간 챔버 내의 유압은,
    상기 제2 밸브 어셈블리를 개방하도록 상기 플런저를 상기 밸브 시트로부터 분리시키기 위하여 상기 밸브 시트로부터 멀어지는 방향으로 상기 플런저를 압박하는 충격 완충기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 밸브 어셈블리의 바이어싱 부재는 코일 스프링인 충격 완충기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 밸브 어셈블리는,
    상기 제1 밸브 어셈블리와 상기 제2 밸브 어셈블리 사이에 지속적으로 개방된 유체 통로를 규정하는 충격 완충기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 밸브 어셈블리의 밸브 바디는 중심 개구를 규정하고,
    상기 제1 밸브 어셈블리는 상기 중심 개구를 통하여 신장하는 밸브 핀과 흡입 디스크를 압박하여 상기 밸브 바디에 맞물리도록 상기 흡입 디스크에 맞대어 상기 밸브 핀을 압박하는 바이어싱 부재를 더 포함하는 충격 완충기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어 어셈블리는,
    상기 밸브 바디와 직접 맞물리고, 상기 밸브 시트와 직접 맞물리는 씰을 더 포함하는 충격 완충기.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 어셈블리는,
    상기 제1 밸브 어셈블리와 상기 리저브 튜브 사이에 배치된 부착 피팅을 더 포함하는 충격 완충기.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어 어셈블리는,
    상기 제1 밸브 어셈블리의 밸브 바디와 직접 맞물리고, 상기 부착 피팅과 직접 맞물리는 씰을 더 포함하는 충격 완충기.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 밸브 어셈블리의 밸브 바디는 중심 개구를 규정하고,
    상기 제1 밸브 어셈블리는 상기 중심 개구를 통하여 신장하는 밸브 핀과 흡입 디스크를 압박하여 상기 밸브 바디에 맞물리도록 상기 흡입 디스크에 맞대어 상기 밸브 핀을 압박하는 바이어싱 부재를 더 포함하는 충격 완충기.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 밸브 어셈블리는,
    밸브 바디,
    상기 밸브 바디와 맞물리는 흡입 디스크, 및
    상기 밸브 바디와 맞물리도록 상기 흡입 디스크를 압박하는 제1 바이어싱 부재를 포함하는 충격 완충기.
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  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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