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KR20140007916A - 2단 가변력 솔레노이드 - Google Patents

2단 가변력 솔레노이드 Download PDF

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KR20140007916A
KR20140007916A KR1020137024700A KR20137024700A KR20140007916A KR 20140007916 A KR20140007916 A KR 20140007916A KR 1020137024700 A KR1020137024700 A KR 1020137024700A KR 20137024700 A KR20137024700 A KR 20137024700A KR 20140007916 A KR20140007916 A KR 20140007916A
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KR
South Korea
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valve
pilot
fluid
valve member
port
Prior art date
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Application number
KR1020137024700A
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English (en)
Inventor
가렛 알. 홈즈
Original Assignee
보르그워너 인코퍼레이티드
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Publication date
Application filed by 보르그워너 인코퍼레이티드 filed Critical 보르그워너 인코퍼레이티드
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Abstract

유체 압력을 조절하기 위한 2단 가변력 솔레노이드 제어 밸브(10)는, 측정 랜드(16)를 포함하는 파일럿 유체 통로(14)를 가지는 밸브 몸체(12)를 포함할 수 있으며. 파일럿 유체 통로(14)는 밸브 몸체(12)에 형성된 밸브 제어 포트(20)를 통해 유량 증폭 유체 통로(18)와 유체 연통된다. 파일럿 유체 통로(14)에 배치된 솔레노이드 작동식 파일럿 밸브 부재(22)는, 파일럿 밸브 부재(22)의 솔레노이드 작동식 구동에 응답하여 가압 유체 공급 포트(26) 및 복귀 배기 포트(28)에 밸브 제어 포트(20)를 선택적으로 연결하기 위해, 측정 랜드(16)와 함께 작동 가능한 측정 오리피스(24)를 가진다. 일 단부(30a)에서 파일럿 밸브 부재(22)의 밸브 제어 포트(20)와 유체 연통되는 유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)는, 파일럿 밸브 부재(22) 작동에 응답하여 가압 유체 공급 포트(26) 및 복귀 배기 포트(28)에 부하 제어 포트(32)를 선택적으로 연결할 수 있다.

Description

2단 가변력 솔레노이드{TWO-STAGE VARIABLE FORCE SOLENOID}
본 발명은, 전기 에너지를 이용하여 가동 요소, 즉 밸브의 위치를 변화시키고 통로 또는 개구를 통해 유연한 물질의 유량을 조절 또는 제어하는 밸브 액추에이터 형태의 수단, 및 공급된 전기 에너지의 크기에 비례하는 힘으로 밸브를 이동시키거나 또는 공급된 전기 에너지의 크기에 비례하여 압력을 조절하기 위한 수단을 이용한 폐쇄 요소의 미리 결정된 확실한 이동에 의해 통로를 폐쇄하거나 제한함으로써, 통로의 유체 압력을 조절하기 위한 밸브 및 밸브 구동, 및 구동 수단을 가진 단일 밸브를 이용하여 유체 압력을 제어하기 위한 유체 처리 시스템에 관한 것으로, 단일 밸브는 3개 이상의 압력 라인과의 연통을 제어하고, 부하 제어 라인에서의 상대 압력을 결정하도록 마련된 액추에이터를 구비하며, 단일 밸브는 파일럿 밸브에 의해 제어되는 유체 압력 동력 수단에 의해 구동되고, 이 때 파일럿 밸브는 전기 동력 수단에 의해 작동된다.
자동차에서 수많은 장치들, 예컨대 클러치 메커니즘 또는 다른 변속기 구성요소 또는 사실상 모든 기타 유압 구동식 차량 시스템을 제어하는 데에 솔레노이드 작동식 밸브를 사용할 수 있다. 제어 압력에 반대되는 밸브의 파일럿 압력을 제어하기 위해 직접 작용하는 솔레노이드 작동식 밸브를 사용할 수 있다. 이러한 파일럿 밸브들은 종종 장치의 밸브 몸체 부분 내에서 이동하는 스풀 또는 핀 밸브 부재의 이용을 포함할 수 있다. 스풀 또는 핀 밸브 부재는, 핀 밸브 부재의 중공 부분에 대해 밸브 부재의 공급 포트, 제어 포트 및 배기 포트 사이의 유체 연결을 제공하기 위한 통로를 구비한 중공 보어를 가질 수 있다. 스풀 또는 핀 밸브 부재의 에지는, 일 방향으로 포트로부터 유체의 유입을 차단할 수 있고, 밸브 부재의 에지와 또 다른 포트 사이에 유체가 흐르게 할 수 있도록 약간 개방될 수 있다. 따라서, 핀 밸브 부재의 에지 및 공급 포트에서, 밸브 부재를 통과하는 유체 유량에 대한 측정이 이루어질 수 있다. 보통, 직접 작용하는 솔레노이드 작동식 압력 제어 파일럿 밸브로부터의 제어된 출력 파일럿 압력은, 적절한 배관 또는 도관에 의해, 제어될 제2단 밸브로 연결된다. 이러한 유형의 구성은 시스템에 추가적인 차량 공간이 할당되는 것을 요구하고, 차량에 추가적인 재료 중량을 부가하며, 제조, 운반, 보관 및 조립될 더 많은 수의 부품들을 포함하고, 차량을 개발 및/또는 서비스하는 데 필요한 조립 시간 및 노력을 증가시킨다. 또한, 파일럿 밸브와 제2단 밸브 사이의 배관 길이에 관련하여 부하 장치에 대한 압력 도달에 시간 지연을 가져옴으로써, 파일럿 밸브와 제2단 밸브 사이의 가변적인 배관 길이는 시스템의 성능에 악영향을 끼칠 수 있다. 더구나, 파일럿 밸브와 제2단 밸브 사이의 배관 길이를 따른 누설 가능성을 증가시킴으로써 시스템 성능은 또한 악영향을 받을 수 있다. 에어 포켓의 압축성으로 인해 과도 압력 및 비효과적인 압력 전달을 가져옴으로써, 배관 길이에서의 임의의 에어 포켓은 시스템의 성능에 악영향을 끼칠 수 있다.
상기에 언급한 현재의 조립체와 관련된 문제들을 감소시키기 위해 압력을 조절하기 위한 2단 가변력 솔레노이드 제어 밸브를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 2단 가변력 솔레노이드 제어 밸브는, 측정 랜드를 포함하는 파일럿 유체 통로를 구비한 밸브 몸체를 포함할 수 있다. 파일럿 유체 통로는, 밸브 몸체에 형성된 유량 증폭 밸브 제어 포트를 통해 유량 증폭 유체 통로와 유체-연통될 수 있다. 밸브 몸체는, 파일럿 유체 통로 및 유량 증폭 유체 통로에 작동 가능하게 연결된 가압 유체 공급 포트를 포함할 수 있다. 부하 제어 포트가 유량 증폭 유체 통로에 작동 가능하게 연결될 수 있고, 복귀 배기 포트는 유량 증폭 유체 통로 및 파일럿 유체 통로에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 파일럿 유체 통로에 인접한 밸브 몸체에 솔레노이드가 작동 가능하게 연결될 수 있다. 파일럿 밸브 부재가 밸브 몸체의 파일럿 유체 통로에 배치될 수 있고, 솔레노이드에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 파일럿 밸브 부재는, 솔레노이드의 구동에 응답하여 가압 유체 공급 포트와 복귀 배기 포트 사이에서 유체 연통되도록 유량 증폭 밸브 제어 포트를 선택적으로 연결하기 위해 밸브 몸체의 측정 랜드와 함께 작동 가능한 측정 오리피스를 가질 수 있다. 밸브 몸체의 유량 증폭 유체 통로에 유량 증폭 밸브 부재가 작동 가능하게 배치될 수 있으며, 공급 포트와 배기 포트 사이에서 유체 연통되도록 부하 제어 포트를 선택적으로 연결하기 위해 일 단부에서 파일럿 밸브 부재의 유량 증폭 밸브 제어 포트와 유체 연통될 수 있다.
상기 개념은 제어 시스템 성능을 개선하고 제어 시스템 비용을 감소시키기 위해 기존의 솔레노이드 기술을 개선하는 것이다. 이러한 설계는, 직접 작용하는 유형의 비례식 제어 솔레노이드 및 파일럿 유형의 2단 비례식 솔레노이드의 속성들을 하나의 단일 솔레노이드 작동식 밸브 패키지로 결합한다. 두 가지 속성의 결합은, 단일 오리피스 파일럿 조절기를 사용하여 유량 증폭 밸브를 제어함으로써 개선을 제공한다. 이러한 결합은 누출은 최소화 하고, 파일럿 채널 길이를 감소시키며, 파일럿 회로에 포획되는 공기를 최소화한다. 결과적인 결합은 동적 유압 반응을 개선하고, 하류 부하, 조절 밸브, 클러치 등의 관리를 개선하며, 잠재적으로 기존의 제어 시스템에서 필요로 하는 기타 제어 밸브들을 없앤다. 결합은, 파일럿 밸브와 제2단 밸브 사이의 이전의 배관 연결과 관련된 가변적인 크기, 길이, 제한 및 체적을 없앰으로써, 파일럿 밸브의 작동에 응답하여 밸브 제어 포트와 유량 증폭 밸브 부재 사이에 정의된 유량 증폭 밸브 제어 통로 및 관련된 팽창 가능 챔버에 대한 정밀한 치수 제어 및 예측 가능한 거동을 가능하게 한다. 이러한 결합은 또한 파일럿 밸브와 제2단 밸브 사이의 이전의 배관 연결과 관련된 어떠한 시간 지연, 누출, 과도 압력 및 비효과적인 압력 전달도 없앨 수 있다. 상기 설계는 또한 원하는 경우 제2단 밸브에서 압력 이득이 포함될 수 있도록 한다.
첨부 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위해 고려되는 최적의 모드에 대한 다음 설명을 읽음으로써, 본 발명의 다른 응용들이 당업자에게 명백해질 것이다.
본원에서는 첨부 도면을 참조하여 설명이 이루어지며, 여기서 여러 도면에 걸쳐서 유사한 참조 번호들은 유사한 부분들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 평상시 하이 타입의 2단 가변력 솔레노이드 제어 밸브의 측면도로, 출력 압력은 전원이 차단되었을 때 높고, 인가되는 전류의 증가에 따라 감소된다.
도 2는 도 1의 평상시 하이 타입의 2단 가변력 솔레노이드 제어 밸브의 단면도이다.
도 3은 평상시 로우 타입의 2단 가변력 솔레노이드 제어 밸브의 단면도로, 출력 압력은 전원이 차단되었을 때 낮고 인간되는 전류의 증가에 따라 증가한다.
이제 도 1 및 도 2를 참조하면, 유체 압력을 조절하기 위한 평상시 하이 타입의 2단 가변력 솔레노이드 제어 밸브(10)는, 측정 랜드(16)를 포함하는 파일럿 유체 통로(14)를 가진 밸브 몸체(12)를 포함할 수 있으며, 파일럿 유체 통로(14)는, 밸브 몸체(12)에 형성된 밸브 제어 포트(20)를 통해 유량 증폭 유체 통로(18)와 유체 연통된다. 파일럿 유체 통로(14)에 배치된 솔레노이드 작동식 파일럿 밸브 부재(22)는, 파일럿 밸브 부재(22)의 솔레노이드 작동식 구동에 응답하여 밸브 제어 포트(20)를 가압 유체 공급 포트(26) 및 복귀 배기 포트(28)에 선택적으로 연결하기 위해 측정 랜드(16)와 협력하여 작동 가능한 측정 오리피스(24)를 포함할 수 있다. 유량 증폭 유체 통로(18)에 유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)가 배치될 수 있으며, 이는 파일럿 밸브 부재(22)를 통한 가압 유체 유량에 응답하여 가압 유체 공급 포트(26) 및 복귀 배기 포트(28)에 부하 제어 포트(32)를 선택적으로 연결하기 위해 일 단부(30a)에서 밸브 제어 포트(20)와 유체 연통된다. 파일럿 밸브 부재(22)는, 밸브 제어 포트(20)와 유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)의 일 단부(30a) 사이에 정의된 팽창 가능 챔버 내의 유체 압력을 제어한다. 파일럿 밸브 부재(22)에 의해 유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)의 단부(30a)에 인접한 관련 팽창 가능 챔버를 팽창 및 수축시키도록 압력을 제어하는 것은, 유량 증폭 유체 통로(18) 내에서 유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)의 왕복 이동에 응답하여 유량 증폭 유체 통로(18)로부터 출력된 유체 압력에 대한 제어를 부여한다.
밸브 몸체(12)는, 파일럿 밸브 부재(22) 및 유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)가 그 안에서 왕복 이동할 수 있도록 수용하는 세장형의 단일 밸브 몸체(12)로 정의될 수 있다. 파일럿 밸브 부재(22) 및 유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)는, 세장형의 단일 밸브 몸체(12)의 공통축을 따라 이동할 수 있다. 파일럿 유체 통로(14)에 인접한 파일럿 밸브 부재(22)에 솔레노이드 액추에이터(34)가 작동 가능하게 연결될 수 있다. 솔레노이드 액추에이터(34)는 공급된 전기 에너지의 크기에 비례하여 파일럿 밸브 부재(22)를 이동시키도록 작동할 수 있다. 파일럿 밸브 편향 부재(36)가 미리 결정된 파일럿 밸브 위치를 향해 파일럿 밸브 부재(22)를 가압(urge)할 수 있다. 비제한적인 예로서 도 2에 도시된 바와 같이, 파일럿 밸브 부재(22)는 솔레노이드 액추에이터(34)에 접촉하도록 가압된다. 스풀 밸브 편향 부재(38)가 미리 결정된 스풀 밸브 위치를 향해 유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)를 가압할 수 있다. 비제한적인 예로서 도 2에 도시된 바와 같이, 스풀 밸브 부재(30)는 밸브 제어 포트(20)를 향해 가압되어, 부하 제어 포트(32), 가압 유체 공급 포트(26) 및 복귀 배기 포트(28) 사이의 유체 연통을 폐쇄한다. 솔레노이드 편향 부재(40)가 솔레노이드 전기자(52)의 미리 결정된 솔레노이드 위치를 향해 전기자(52)를 가압할 수 있다. 비제한적인 예로서 도 2에 도시된 바와 같이, 솔레노이드 전기자(52)는 파일럿 밸브 부재(22)에 접촉되도록 가압된다. 평상시 하이 타입 제어 밸브(10)는 솔레노이드(34)의 전원이 차단될 때 부하 제어 포트(20)에 대한 높은 유체 압력을 유지한다.
유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)는, 부하 제어 포트(32)와 복귀 배기 포트(28) 사이의 유체 연통을 개폐하기 위해 밸브 제어 포트(20)를 통해 작용하는 유체 압력에 응답하여 밸브 몸체(12)에 대한 상대 이동에 협력하여 작동 가능한 제1 랜드(42)를 포함할 수 있다. 제1 랜드(42)는 복귀 배기 포트(28)로부터 밸브 제어 포트(20)를 격리할 수 있다. 스풀 밸브 부재(30)의 전체 이동 범위를 통해 복귀 배기 포트(28)로부터 가압 유체 공급 포트(26)를 격리하기 위해, 스풀 밸브 부재(30)의 제2 랜드(44)가 밸브 몸체(12)와 협력하여 작동할 수 있다. 부하 제어 포트(32)와 가압 유체 공급 포트(26) 사이의 유체 연통을 개폐하기 위해, 스풀 밸브 부재(30)의 제3 랜드(46)는 밸브 제어 포트(20)를 통해 작용하는 유체 압력에 응답하여 밸브 몸체(12)에 대한 상대 이동에 협력하여 작동할 수 있다. 제3 랜드(46)는 또한, 피드백 압력 오리피스(50)를 통해 부하 제어 포트(32)와 유체 연통되는 피드백 압력 챔버(48)로부터 부하 제어 포트(32)를 격리할 수 있다.
2단 가변력 솔레노이드 제어 밸브는, 압력을 조절하기 위한 가압 유체 공급 라인, 복귀 배기 라인 및 부하 제어 라인을 포함하는 유체 처리 시스템 내에 포함될 수 이다. 유체 처리 시스템은, 클러치 메커니즘 또는 다른 변속기 구성요소 또는 사실상 모든 기타 유압 구동 차량 시스템일 수도 있다. 상기에 미리 더 상세히 설명한 바와 같이, 밸브 몸체(12)는, 밸브 몸체(12)에 형성된 밸브 제어 포트(20)를 통해 유량 증폭 유체 통로(18)에 유체 연통되는, 측정 랜드(16)를 포함하는 파일럿 유체 통로(14)를 가질 수 있다. 파일럿 유체 통로(14)에 배치된 솔레노이드 작동식 파일럿 밸브 부재(22)는, 파일럿 밸브 부재(22)의 솔레노이드 작동식 구동에 응답하여 가압 유체 공급 포트(26)를 통해서는 가압 유체 공급 라인에 그리고 복귀 배기 포트(28)를 통해서는 복귀 배기 라인에 밸브 제어 포트(20)를 선택적으로 연결하기 위해, 측정 랜드(16)와 함께 작동 가능한 측정 오리피스(24)를 가질 수 있다. 유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)는, 파일럿 밸브 부재(22)를 통한 가압 유체 유량에 응답하여 가압 유체 공급 포트(26) 및 복귀 배기 포트(28)에 부하 제어 포트(32)를 통해 부하 제어 라인을 선택적으로 연결하기 위해, 일 단부(30a)에서 밸브 제어 포트(20)와 유체 연통되는 유량 증폭 유체 통로(18)에 배치될 수 있다.
세장형의 단일 밸브 몸체(12)는, 파일럿 밸브 부재(22) 및 유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)가 그 안에서 왕복 이동하도록 둘러쌀 수 있다. 파일럿 밸브 부재(22) 및 유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)는 세장형의 단일 밸브 몸체(12)의 공통축을 따라 이동할 수 있다. 솔레노이드 액추에이터(34)는, 파일럿 유체 통로(14)에 인접한 파일럿 밸브 부재(22)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 솔레노이드 액추에이터(34)는 파일럿 밸브 부재(22)를 향해 스프링 부재(40)에 의해 편향될 수 있고, 공급된 전기 에너지의 크기에 비례하여 파일럿 밸브 부재(22)를 이동시키도록 작동할 수 있다. 스프링 부재(36)는 파일럿 밸브 부재(22)를 유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)로부터 멀어지는 방향으로 편향시켜 0의 파일럿 압력을 제공하고 전기자(52)와의 접촉을 유지할 수 있다. 한편, 스프링 부재(38)는 밸브 제어 포트(20)를 향해 유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)를 편향시켜, 파일럿 단 압력보다 작게 오프셋된 제2단 제어 압력을 제공함으로써, 출력 이득 선형성을 향상시키고 시스템 유체 오염 민감성을 감소시킬 수 있다.
2단 가변력 솔레노이드 제어 밸브(10)는 강자성 막대 모양의 솔리드 원통형 전기자(52)를 포함할 수 있으며, 전기자는 전자기 코일(58)에 인가된 전류에 응답하여 폐쇄된 밸브 위치와 완전 개방된 밸브 위치에 해당하는 위치들 사이에서의 왕복 이동을 위해 중공 원통형 보빈(56)의 개구 또는 보어(54) 내에서 전기자(52)의 양측 단에서 낮은 탄성률의 스프링들(36, 40)에 의해 현가된다. 전기자(52)의 위치는, 파일럿 밸브 부재(22)의 폐쇄 위치를 향해 전기자(52) 및 맞물린 파일럿 밸브 부재(22)를 편향시키는 압축 코일 스프링(40)의 힘에 대해 전자기 코일(58)의 전자기장의 가변력의 균형을 이룸으로써 제어된다. 전자기 코일(58), 보빈(56) 및 전기자(52)는, 솔레노이드 하우징(60)이 전기자(52)에서 전자기장의 플럭스 밀도를 제공하는 방식으로 하우징(60) 내에 위치한다. 유체 제어 파일럿 밸브 부재(22)는 압축 코일 스프링(36)의 가압에 응답하여 전기자(52)의 일 단부에 맞물리고 밸브 몸체(12)에 배치된 밸브 시트 또는 측정 랜드(16)에 대해 상대 이동하여, 밸브 제어 포트(20)에 대해 가압 유체 공급 포트(26) 및 복귀 배기 포트(28)를 선택적으로 연통시킴으로써, 인가된 전류의 크기에 비례하는 방식으로 밸브 제어 포트(20)에서 유체 압력을 조절한다.
유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)는 2단 능력을 제공하기 위해 밸브 몸체(12)에 배치될 수 있다. 하나의 작동 단은, 코일(58)에 공급된 전류의 크기에 비례하는 방식으로 최소 및 최대 압력 출력 스풀 위치들 사이에서 스풀 밸브 부재(30)를 이동시켜, 파일럿 밸브 부재(22)의 이동 및 밸브 제어 포트(20)에 전달되는 상응하는 유체 압력을 제어함으로써, 부하 제어 포트(32)를 통해 출력되는 유체 압력을 제어하는 것을 포함한다. 스풀 밸브 부재(30)의 제3 랜드(46)는 피드백 압력 챔버(48)로부터 부하 제어 포트(32)를 격리한다. 피드백 압력 챔버(48)는 피드백 압력 오리피스(50)를 통해 부하 제어 포트(32)와 유체 연통된다. 또 다른 작동 단은, 코일(58)에 공급된 전류의 크기에 비례하는 방식으로 최소 및 최대 압력 스풀 위치들 사이에서 스풀 밸브 부재(30)를 이동시켜, 파일럿 밸브 부재(22)의 이동 및 밸브 제어 포트(20)에 전달되는 상응하는 유체 압력을 제어함으로써 복귀 배기 포트(28)를 통해 출력되는 유체 압력을 포함한다. 전원이 인가되는 코일(58) 및 상응하는 밸브 기능에 응답한 전기자(52) 이동 방향은, 밸브가 평상시 하이 타입으로 구성되는지(도 2에 도시됨) 평상시 로우 타입으로 구성되는지(도 3에 도시)에 좌우된다.
이제 도 3을 참조하면, 본 발명에 따라 유체 압력을 조절하기 위해 평상시 로우 타입의 2단 가변력 솔레노이드 제어 밸브(10)가 제공될 수도 있음을 인식할 것이다. 평상시 로우 타입의 2단 가변력 솔레노이드 제어 밸브(10)는 상술한 평상시 하이 타입의 제어 밸브(10)와 구성 면에서 동일하되, 단 편향 스프링(40)이 생략되고 파일럿 밸브 부재(22)가 신장된다는 점과 코일(58)에 전원이 인가될 때 전기자(52)의 작동 방향이 다르다. 평상시 하이 타입 및 평상시 로우 타입의 제어 밸브(10) 간의 열거된 다양한 공통 구성요소들에 대한 상세한 설명을 위해 전술된 설명을 참조할 수 있다. 작동 시, 평상시 로우 타입의 제어 밸브(10)는 솔레노이드(34)에 전원이 차단될 때 밸브 제어 포트(20)에서 낮은 유체 압력을 유지하고, 이는 부하 제어 포트(32)에서 낮은 유체 압력이 유지되는 것에 상응한다.
평상시 낮은 제어 압력 및 평상시 높은 제어 압력은 솔레노이드의 전원이 차단된 상태를 나타낸다. 솔레노이드에 생성된 힘은, 평상시 낮은 제어 압력 밸브를 위한 개방 지점 또는 평상시 높은 제어 압력 밸브에 대한 폐쇄 지점 간의 기능적 관계를 생성하는 크기에 있어서 제한된다. 솔레노이드 메커니즘은 자기 패키지를 위한 두 가지 상이한 구성을 포함하는 한편, 전기자 이동은 선형 솔레노이드가 평상시 하이 타입 또는 평상시 로우 타입 밸브 조립체 패키지의 일부인지에 따라 방향이 반대이다. 힘이 균형을 이루면(즉, 스프링으로부터의 순 스프링력과 유입구로부터의 압력 힘이 자기력과 동일하면), 전기자는 평형 상태가 되고, 밸브 시트를 통해 원하는 유량이 확립될 것이다. 전원이 인가된 상태와 전원이 차단된 상태 사이의 일부 지점에서 유량이 가장 크도록, 낮은 누출 거동을 가지는 제어 압력이 달성된다. 결과적인 유량 대 전류 곡선은 정규 분포 곡선과 유사하고, 그에 따라 평상시 하이 타입의 밸브 조립체 및 평상시 로우 타입의 밸브 조립체는 실질적으로 비례하는 선형 곡선을 제공한다. 2개의 스프링을 이용함으로써, 평상시 폐쇄 밸브를 개방하거나 평상시 개방 밸브를 폐쇄하는 데 필요한 개방 지점 전류를 낮추도록 순 예비 부하가 정의될 수 있다. 비제한적인 예로서, 유량 증폭 밸브 부재(30)는 1:1의 부하 제어 포트(32) 압력 출력 이득 비를 가진 것으로 예시되어 있다. 그러나, 적절한 크기의 단차형 유량 증폭 밸브 부재(30)로, 1:1 외의 압력 이득 비를 조립체에 포함시켜 원하는 부하 제어 포트(32) 압력 출력을 제공할 수 있다.
현재 가장 유용하고 바람직한 실시예로 간주되는 것과 관련하여 본 발명을 기술하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되는 것이 아니라 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주 내에 포함되는 다양한 변형 및 등가적인 구성들을 아우르고자 함이 이해될 것이며, 이러한 범주는, 법률에 따라 허용되는 바와 같이 이러한 변형 및 등가 구조들을 모두 포함하도록 가장 넓게 해석될 것이다.

Claims (15)

  1. 유체 압력을 조절하기 위한 2단 가변력 솔레노이드 제어 밸브(10)로서,
    측정 랜드(16)를 포함하는 파일럿 유체 통로(14)를 가지는 밸브 몸체(12)로서, 파일럿 유체 통로(14)는 밸브 몸체(12)에 형성된 밸브 제어 포트(20)를 통해 유량 증폭 유체 통로(18)와 유체 연통되는, 밸브 몸체(12);
    파일럿 유체 통로(14)에 배치된 솔레노이드 작동식 파일럿 밸브 부재(22)로서, 파일럿 밸브 부재(22)의 솔레노이드 작동식 구동에 응답하여 가압 유체 공급 포트(26) 및 복귀 배기 포트(28)에 밸브 제어 포트(20)를 선택적으로 연결하기 위해, 측정 랜드(16)와 함께 작동 가능한 측정 오리피스(24)를 가지는 파일럿 밸브 부재(22); 및
    파일럿 밸브 부재(22)를 통해 제어되는 유체 압력에 응답하여 가압 유체 공급 포트(26) 및 복귀 배기 포트(28)에 부하 제어 포트(32)를 선택적으로 연결하기 위해, 일 단부(30a)에서 밸브 제어 포트(20)와 유체 연통되는 유량 증폭 유체 통로(18)에 배치된 유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)를 포함하는, 제어 밸브(10).
  2. 제1항에 있어서,
    밸브 몸체(12)는 파일럿 밸브 부재(22) 및 유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)가 안에서 왕복 이동하도록 수용하는 세장형의 단일 밸브 몸체(12)를 더 포함하는, 제어 밸브(10).
  3. 제2항에 있어서,
    파일럿 밸브 부재(22) 및 유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)는 세장형의 단일 밸브 몸체(12)의 공통축을 따라 이동 가능한, 제어 밸브(10).
  4. 제1항에 있어서,
    파일럿 유체 통로(14)에 인접한 파일럿 밸브 부재(22)에 작동 가능하게 연결되며 공급된 전기 에너지의 크기에 비례하여 파일럿 밸브 부재(22)를 이동시키도록 작동 가능한 솔레노이드 액추에이터(34)를 더 포함하는, 제어 밸브(10).
  5. 제1항에 있어서,
    미리 결정된 파일럿 밸브 위치를 향해 파일럿 밸브 부재(22)를 가압하여 0의 파일럿 압력을 제공하기 위한 파일럿 밸브 편향 부재(36)를 더 포함하는, 제어 밸브(10).
  6. 제1항에 있어서,
    미리 결정된 스풀 밸브 위치를 향해 유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)를 가압하여, 파일럿 단 압력보다 작게 오프셋된 제2단 제어 압력을 제공함으로써, 출력 이득 선형성을 향상시키고 시스템 유체 오염 민감성을 감소시키기 위한 스풀 밸브 편향 부재(38)를 더 포함하는, 제어 밸브.
  7. 유체 압력을 조절하기 위한 2단 가변력 솔레노이드 제어 밸브(10)로서,
    세장형의 단일 밸브 몸체(12)로서, 측정 랜드(16)를 가진 파일럿 유체 통로(14) 및 밸브 몸체(12)에 형성된 밸브 제어 포트(20)를 통해 파일럿 유체 통로(14)와 유체 연통되는 유량 증폭 유체 통로(18)를 가지며, 파일럿 유체 통로(14) 및 유량 증폭 유체 통로(18)에 작동 가능하게 연결된 가압 유체 공급 포트(26), 유량 증폭 유체 통로(18)에 작동 가능하게 연결된 부하 제어 포트(32), 및 유량 증폭 유체 통로(18) 및 파일럿 유체 통로(14)에 작동 가능하게 연결된 복귀 배기 포트(28)를 포함하는 밸브 몸체(12);
    파일럿 유체 통로(14)에 인접한 밸브 몸체(12)에 작동 가능하게 연결될 수 있는 솔레노이드(34);
    밸브 몸체(12)의 파일럿 유체 통로(14)에 작동 가능하게 배치되며 솔레노이드(34)에 작동 가능하게 연결된 파일럿 밸브 부재(22)로서, 솔레노이드(34)는 공급된 전기 에너지의 크기에 비례하여 파일럿 밸브 부재(22)를 이동시키도록 작동 가능한 것이며, 솔레노이드(34)의 구동에 응답하여 가압 유체 공급 포트(26) 및 복귀 배기 포트(28) 사이에서 유체 연통되도록 밸브 제어 포트(20)를 선택적으로 연결하기 위해 밸브 몸체(12)의 측정 랜드(16)와 함께 작동 가능한 측정 오리피스(24)를 구비하는, 파일럿 밸브 부재(22); 및
    밸브 몸체(12)의 유량 증폭 유체 통로(18)에 작동 가능하게 배치되며, 일 단부(30a)와 밸브 제어 포트(20) 사이에 팽창 가능 챔버를 정의하도록 일 단부(30a)에서 파일럿 밸브 부재(22)의 측정 랜드(16)와 연관된 밸브 제어 포트(20)와 유체 연통되도록 작동 가능하고, 파일럿 밸브 부재(22)를 통해 제어되는 팽창 가능 챔버에서의 유체 압력에 응답하여 가압 유체 공급 포트(26)와 복귀 배기 포트(28) 사이에서 유체 연통되도록 부하 제어 포트(32)를 선택적으로 연결하기 위한 유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)를 포함하는, 제어 밸브(10).
  8. 제7항에 있어서,
    미리 결정된 파일럿 밸브 위치를 향해 파일럿 밸브 부재(22)를 가압하여 0의 파일럿 압력을 제공하고 솔레노이드(34)와의 접촉을 유지하기 위한 파일럿 밸브 편향 부재(36);
    미리 결정된 스풀 밸브 위치를 향해 유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)를 가압하여, 파일럿 단 압력보다 작게 오프셋된 제2단 제어 압력을 제공함으로써, 출력 이득 선형성을 향상시키고 시스템 유체 오염 민감성을 감소시키기 위한 스풀 밸브 편향 부재(38); 및
    미리 결정된 솔레노이드 위치를 향해 솔레노이드를 가압하기 위한 솔레노이드 편향 부재(40)를 더 포함하는, 제어 밸브(10).
  9. 제7항에 있어서,
    유량 증폭 밸브 부재(30)는,
    부하 제어 포트(32)와 복귀 배기 포트(28) 사이의 유체 연통을 개폐하기 위해 밸브 제어 포트(20)를 통해 작용하는 유체 압력에 응답하여 밸브 몸체(12)에 대한 상대 이동과 협력하여 작동 가능하며, 복귀 배기 포트(28)로부터 밸브 제어 포트(20)를 격리하는 제1 랜드(42);
    복귀 배기 포트(28)로부터 가압 유체 공급 포트(26)를 격리하기 위해 밸브 몸체(12)와 협력하여 작동 가능한 제2 랜드(44); 및
    부하 제어 포트(32)와 가압 유체 공급 포트(26) 사이의 유체 연통을 개폐하기 위해 밸브 제어 포트(20)를 통해 작용하는 유체 압력에 응답하여 밸브 몸체(12)에 대한 상대 이동과 협력하여 작동 가능하며, 피드백 압력 오리피스(50)를 통해 부하 제어 포트(32)와 유체 연통되는 피드백 압력 챔버(48)로부터 부하 제어 포트(32)를 격리하는 제3 랜드(46)를 포함하는, 제어 밸브(10).
  10. 가압 유체 공급 라인, 복귀 배기 라인, 및 부하 제어 라인을 포함하는 유체 처리 시스템에서, 유체 압력을 조절하기 위한 개선된 2단 가변력 솔레노이드 제어 밸브(10)로서,
    측정 랜드(16)를 포함하는 파일럿 유체 통로(14)를 가지는 밸브 몸체(12)로서, 파일럿 유체 통로(14)는 밸브 몸체(12)에 형성된 밸브 제어 포트(20)를 통해 유량 증폭 유체 통로(18)와 유체 연통되는, 밸브 몸체(12);
    파일럿 유체 통로(14)에 배치된 솔레노이드 작동식 파일럿 밸브 부재(22)로서, 파일럿 밸브 부재(22)의 솔레노이드 작동식 구동에 응답하여 가압 유체 공급 포트(26)를 통해 가압 유체 공급 라인에 그리고 복귀 배기 포트(28)를 통해 복귀 배기 라인에 밸브 제어 포트(20)를 선택적으로 연결하기 위해, 측정 랜드(16)와 함께 작동 가능한 측정 오리피스(24)를 가지는 파일럿 밸브 부재(22); 및
    유량 증폭 유체 통로(18)에 배치되고, 일 단부(30a)와 밸브 제어 포트(20) 사이에 팽창 가능 챔버를 정의하도록 일 단부(30a)에서 밸브 제어 포트(20)와 유체 연통되며, 파일럿 밸브 부재(22)를 통해 제어되는 팽창 가능 챔버의 유체 압력에 응답하여 가압 유체 공급 포트(26) 및 복귀 배기 포트(28)에 부하 제어 포트(32)를 통해 부하 제어 라인을 선택적으로 연결하기 위한 유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)를 포함하는, 제어 밸브(10).
  11. 제10항에 있어서,
    밸브 몸체(12)는 파일럿 밸브 부재(22) 및 유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)가 안에서 왕복 이동하도록 둘러싸는 세장형의 단일 밸브 몸체(12)를 더 포함하는, 제어 밸브(10).
  12. 제11항에 있어서,
    파일럿 밸브 부재(22) 및 유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)는 세장형의 단일 밸브 몸체(12)의 공통축을 따라 이동 가능한, 제어 밸브(10).
  13. 제10항에 있어서,
    파일럿 유체 통로(14)에 인접한 파일럿 밸브 부재(22)에 작동 가능하게 연결되며, 파일럿 밸브 부재(22)를 향해 스프링 부재(40)에 의해 편향되고, 공급된 전기 에너지의 크기에 비례하여 파일럿 밸브 부재(22)를 이동시키도록 작동 가능한 솔레노이드 액추에이터(34)를 더 포함하는, 제어 밸브(10)
  14. 제10항에 있어서,
    유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)로부터 멀어지는 방향으로 파일럿 밸브 부재(22)를 편향시켜 0의 파일럿 압력을 제공하고 전기자(52)와의 접촉을 유지하기 위한 스프링 부재(36)를 더 포함하는, 제어 밸브(10).
  15. 제10항에 있어서,
    밸브 제어 포트(20)를 향해 유량 증폭 스풀 밸브 부재(30)를 편향시켜 파일럿 단 압력보다 작게 오프셋된 제2단 제어 압력을 제공함으로써 출력 이득 선형성을 향상시키고 시스템 유체 오염 민감성을 감소시키기 위한 스프링 부재(38)를 더 포함하는, 제어 밸브(10).
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