디젤차량용 전자 비례--- 액추에이터 설계기술지원 · -2-제 출 문...
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디젤차량용 전자 비례디젤차량용 전자 비례디젤차량용 전자 비례디젤차량용 전자 비례----
액추에이터 설계기술지원액추에이터 설계기술지원액추에이터 설계기술지원액추에이터 설계기술지원
2005. 6. 30.2005. 6. 30.2005. 6. 30.2005. 6. 30.
지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원지원기관 한국기계연구원::::
지원기관지원기관지원기관지원기관 : SG-Servo: SG-Servo: SG-Servo: SG-Servo
산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부
- 2 -
제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문
산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하
본 보고서를 디젤차량용 전자 비례 액추에이터 설계기술지원에 관한 기술지원“ - ”
지원기간 과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다( : 2004. 7. 01 ~ 2005. 6. 30) .
2005. 6. 30.2005. 6. 30.2005. 6. 30.2005. 6. 30.
지원기관지원기관지원기관지원기관 :::: 한국기계연구원한국기계연구원한국기계연구원한국기계연구원
대표자 박 화 영대표자 박 화 영대표자 박 화 영대표자 박 화 영( )( )( )( )
기원기업기원기업기원기업기원기업 :::: 주주주주SG-servo( )SG-servo( )SG-servo( )SG-servo( )
대표자 조 정 현대표자 조 정 현대표자 조 정 현대표자 조 정 현( )( )( )( )
지원책임자 윤소남지원책임자 윤소남지원책임자 윤소남지원책임자 윤소남::::
참여연구원 김찬용참여연구원 김찬용참여연구원 김찬용참여연구원 김찬용::::
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목 차목 차목 차목 차
제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111
제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111
제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222
제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333
제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222
제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111
기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도기술지원의 달성도1.1.1.1.
지원내용의 수행내용지원내용의 수행내용지원내용의 수행내용지원내용의 수행내용2.2.2.2.
가 레저용차량 커먼레일부 특성비교가 레저용차량 커먼레일부 특성비교가 레저용차량 커먼레일부 특성비교가 레저용차량 커먼레일부 특성비교....
나 솔레노이드 밸브 기술분석나 솔레노이드 밸브 기술분석나 솔레노이드 밸브 기술분석나 솔레노이드 밸브 기술분석....
다 비례제어 기술다 비례제어 기술다 비례제어 기술다 비례제어 기술....
라 특허 동향분석라 특허 동향분석라 특허 동향분석라 특허 동향분석....
마 모델링마 모델링마 모델링마 모델링. 3D. 3D. 3D. 3D
바 비례솔레노이드 전자장 해석바 비례솔레노이드 전자장 해석바 비례솔레노이드 전자장 해석바 비례솔레노이드 전자장 해석....
사 시제품 제작사 시제품 제작사 시제품 제작사 시제품 제작....
아 실험장치 설계 제작아 실험장치 설계 제작아 실험장치 설계 제작아 실험장치 설계 제작.... ㆍㆍㆍㆍ
자 실험 및 평가자 실험 및 평가자 실험 및 평가자 실험 및 평가....
제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333
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참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌
부록 특허 분석 자료부록 특허 분석 자료부록 특허 분석 자료부록 특허 분석 자료1 :1 :1 :1 :
부록 논문 디젤차량 커먼레일용 비례 솔레노이드 액추에이터부록 논문 디젤차량 커먼레일용 비례 솔레노이드 액추에이터부록 논문 디젤차량 커먼레일용 비례 솔레노이드 액추에이터부록 논문 디젤차량 커먼레일용 비례 솔레노이드 액추에이터2 : 1 “ ”2 : 1 “ ”2 : 1 “ ”2 : 1 “ ”
부록 논문부록 논문부록 논문부록 논문3 : 2 “Electrohydraulic proportional metering valve for common rail3 : 2 “Electrohydraulic proportional metering valve for common rail3 : 2 “Electrohydraulic proportional metering valve for common rail3 : 2 “Electrohydraulic proportional metering valve for common rail
system"system"system"system"
부록 논문 디젤차량용 비례전자밸브 개발부록 논문 디젤차량용 비례전자밸브 개발부록 논문 디젤차량용 비례전자밸브 개발부록 논문 디젤차량용 비례전자밸브 개발4 : 3 “ ”4 : 3 “ ”4 : 3 “ ”4 : 3 “ ”
부록 도면 도면 설계도면 특성장치부록 도면 도면 설계도면 특성장치부록 도면 도면 설계도면 특성장치부록 도면 도면 설계도면 특성장치5 : (IMV 3D , IMV , IMV )5 : (IMV 3D , IMV , IMV )5 : (IMV 3D , IMV , IMV )5 : (IMV 3D , IMV , IMV )
부록 기업 의견서부록 기업 의견서부록 기업 의견서부록 기업 의견서6 :6 :6 :6 :
- 5 -
제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111
제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111
사를 통하여 디젤차량에 공급되는 비례제어방식 솔레노이드의 흡인력 특성을Delphi
개선하고 조립공정에서의 문제점을 개선하는 기술지원을 통하여 수요자 측에서 요
구하는 성능을 가짐과 동시에 크기면 에서도 최적의 값을 갖는 제품을 생산할 수
있도록 기술을 지원함
비례제어방식 솔레노이드의 이론적 특성 기술지원1)
세계각국에서 생산되는 비례솔레노이드 특성분석 기술지원2)
전자석 재료의 기본특성 기술지원3)
흡인력 특성 해석법 기술지원4)
성능평가 기술지원5)
기업 기술자의 현장기술교육6)
(Electrohydraulic proportional metering valve for common rail system)
제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222
디젤차량용 전자 비례 액츄에이터의 생산을 위하여 제작 이전에 최적설계 이론을- ,
도입하여 흡인력 비례특실 히스테리시스 이 우수하고 소비전류가 적어 에너지 절약( ) ,
효과가 우수한 제품을 생산하기 위한 기술을 지원하며 성능 시험방법 및 절차 운,
용과 유지보수 관련기술을 지원함.
제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333
비례제어방식 솔레노이드의 이론적 특성 기술지원1)
방식과 방식의 차이점- on-off servo
비례제어특성을 얻기 위한 구조특허 분석-
세계 각국에서 생산되는 비례솔레노이드 특성 분석 자료지원2)
미국 일본 유럽 유명 메이커별 비례솔레노이드 특성 분석- , ,
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최적의 압력제어기법 기술지원-
전자석 재료의 기본특성 기술지원3)
판별법- B-H Curve
재료별 데이터 지원- B-H Curve
흡인력 특성 해석법 기술지원4)
기본 이론 지원- FEM
해석 사용법 지원- FEM tool
성능평가 기술지원5)
규격조사 및 분석-
성능평가 시스템 설계 지원-
기업 기술자의 현장 기술교육6)
조립공정 기술지원-
제어기술 계측기 기본 기술지원- ,
- 7 -
제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222
제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111
기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도기술지원 달성도1.1.1.1.
본 과제에서는 표 에 보이는 바와 같이 개 항목의 기술지원 내용을 가지고 기2.1 6
업과 과제를 수행했으며 해석과 기술지원 및 성능평가는 기술지원 연구기관에서 수
행하고 설계 및 제작관련해서는 기업에서 수행하는 체계로 이루어졌다, .
연구 초기에는 기술자료 및 특허자료를 수집 분석하여 국내외 기술개발 동향 및 시
장동향을 파악하였으며 본 연구과제의 핵심인 비례솔레노이드의 해석 및 설계과정,
에서는 지원기업과 긴밀한 협조체제하에서 연구가 이루어졌다.
연구초기에 계획했던 내용은 모두 달성하였으며 연구결과로 논문 및 특허가100% ,
도출되었으며 응용기술연구 결과들이 상품화 및 매출실적 향상에 기여할 수 있었,
다.
표 기술지원 달성도표 기술지원 달성도표 기술지원 달성도표 기술지원 달성도2.12.12.12.1
NO 기술지원내용 당초계획달성도
(100%)
1 비례제어방식 솔레노이드의 이론적 특성 기술지원 100
2세계 각국에서 생산되는 비례솔레노이드 특성
분석 자료지원 100
3 전자석 재료의 기본 특성 기술지원 100
4 흡인력 특성 해석법 기술치원 100
5 성능평가 기술지원 100
6 기업 기술자의 현장 기술교육 100
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기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용기술지원 수행내용2.2.2.2.
가 레저용차량 커먼레일부 특성비교가 레저용차량 커먼레일부 특성비교가 레저용차량 커먼레일부 특성비교가 레저용차량 커먼레일부 특성비교....
연료흐름
연료탱크 저압연료펌프 연료필터 고압연료펌프 압력조절밸브 커먼레일IMV→ → → → → →
인젝터→
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현대 자동차1)
비교항목
차종산타페 트라제XG 스타렉스 테라칸 투 싼
저압 펌프
엔진D•
전기식 펌프•
강제구동방식•
토출압력:4~6bar•
소비전류:3A•
엔진D•
전기식 펌프•
강제구동방식•
토출압력:4~6bar•
소비전류:3A•
엔진A•
기어타입 외접기(•
어)
강제흡입 방식•
필터쪽압력:0.5bar•
엔진Kj•
베인타입•
강제흡입 방식•
규정압력:0.5bar•
전기식 펌프•
연속적으로 요구
되는 연료량을
고압펌프로 전달
고압 펌프
토출량 제어방식•
멀티 액션캠 도입•
제안최고압ECU•
력 : 1350bar
토출량 제어방식•
멀티 액션캠 도입•
제안최고압ECU•
력 : 1350bar
입구 제어방식•
규정압•
력:1500bar
제안최고압ECU•
력 : 1350bar
입구제어방식•
듀터제어( )
연료최대제어압•
력
:1800~2100bar
기계로터리펌•
프방식 작동최고
압력: (300rpm)
1420bar
작동평상압력•
: (1700rpm)
1350bar
연료 압력
조절 밸브
출구제어방식•
듀티제어ECU•
압력(1350bar)•
을 유지를 위해
피드백 기능 작용
출구제어방식•
듀티제어ECU•
압력(1350bar)•
을 유지를 위해
피드백 기능 작용
입구 제어방식•
듀티제어ECU•
고압펌프로 유입•
되는 연료 조절
듀티제어ECU•
레일에 장착•
펌프의 압력•
제어
연료 압력
제한 밸브
레일압력1700bar•
이상일 때 연료탱
크로 리턴
레일압력•
이상일1700bar
때 연료탱크로
리턴
레일 압력
조절 밸브
저항•
2.07~2.53Ω
저항•
2.07~2.53Ω
저항•
2.07~2.53Ω
솔레노이드밸•
브 사용
듀티 제어•
밸브IMV
입구 제어방식•
방식으로PWM•
전류에 의해 제•
어
레일압력
센서
가변 저항식•
공전시 레일압•
력 : 220~300bar
가변 저항식•
공전시 레일압•
력 : 220~300bar
가변 저항식•
공전시 레일압력•
: 220~300bar
피에조 전거식•
공회전 설정•
값:1V
압력증가전압:•
최대 4.5V
피에조 전거식•
공회전 설정•
값:1V
압력증가전압:•
최대 4.5V
연료온도
센서
부특성 서미스•
터식 2.27~2.73Ω
부특성 서미스•
터식 2.27~2.73Ω
부특성 서미스•
터식 2.27~2.73
/20
0.298~0.322
/80
부특성 서미스•
터식 2.27~2.73
/20
0.298~0.322
/80
연료필터
연료온도스위치•
바이메탈식•
이하시 스위-3
치가 작동하여 히
터구동
연료온도스위치•
바이메탈식•
이하시 스- 3
위치가 작동하여
히터구동
연료온도스위치•
바이메탈식•
이하시 스위- 3
치가 작동하여 히
터구동
연료필터구성•
연료온도스위치•
히팅장치•
플라이밍펌프•
연료히팅장치•
작동전압:11.5V•
작동전류:11A•
연료필터구성•
연료온도스위치•
히팅장치•
플라이밍펌프•
연료히팅장치•
작동전압:11.5V•
작동전류:11A•
고압
어큐뮬레
이터
고압의 연료를•
저장 축압하는 곳,
제어 레일ECU (•
압력센서 알력조,
절밸브 인젝터구,
성)
연료압력 :•
250~1350bar
고압의 연료를•
저장 축압하는 곳,
제어 레일ECU (•
압력센서 알력조,
절밸브 인젝터구,
성)
연료압력 :•
250~1350bar
고압의 연료를•
저장 축압하는 곳,
제어 레일ECU (•
압력센서 알력조,
절밸브 인젝터구,
성)
연료압력 :•
250~1350bar
고압의 연료를•
저장 축압하는 곳,
제어 레ECU (•
일압력센서 알력,
조절밸브 인젝터,
구성)
연료압력 :•
250~1350bar
고압의 연료를•
저장 축압하는 곳,
제어 레ECU (•
일압력센서 알,
력조절밸브 인,
젝터구성)
연료압력 :•
250~1350bar
- 10 -
비교항목
차종카렌스 쏘렌토 카니발 로디우스
저압 펌프
엔진D•
전 기식 펌프•
강제구동방식•
토출압력:4~6bar•
소비전류:3A•
엔진A•
기어타입 외접기어( )•
강제흡입 방식•
필터쪽압력:0.5bar•
엔진Kj•
베인타입•
강제흡입 방식•
규정압력:0.5bar•
기계식피드펌프•
저압발생장치•
타이밍체인으로 구동•
고압 펌프
토출량 제어방식•
멀티 액션캠 도입•
최고압력 :•
1350bar
토출량 제어방식•
멀티 액션캠 도입•
최고압력 :•
1350bar
입구제어방식•
듀티제어( )
연료최대제어압•
력 :1800~2100bar
레디얼플렌져 펌프방식•
고압발생장치•
타이밍체인에 의해 구동•
최대정상작동압력: 1600±150bar•
최대한계작동압력: 2100bar•
연료 압력
조절 밸브
출구제어방식•
듀티제어ECU•
밸브압력: 4~6bar•
입구 제어방식•
방식PWM•
전류제어•
밸브압력: 6bar•
엔진룸내부온도: -30 ~120•
연속작동•
연료 압력
제한 밸브
일종의 안전밸브•
제한압력: 1700bar•
일종의 안전밸브•
제한압력:•
1700bar
레일 압력
조절 밸브
저항•
2.07~2.53Ω
밸브IMV입구 제어방식•
방식으로PWM•
전류 제어•
액츄에이터LP•
고압펌프의 펌핑부분에 보내지•
는 연료량조절 및 레일압력을 제
어
레일압력
센서
가변 저항식•
공전시 출력압력 :•
1.1~1.5V
피에조 전기식•
센서압력:•
220~300bar
피에조 전거식•
공회전 설정값:1V•
압력증가에 따른•
전압
최대 4.5V•
일체형•
센서입력 전압 : 5±0.1V•
센서출력 신호전압 :•
4.055±0.125V, 1600±15bar
연료온도
센서
부특성 서미스터식•
2.27~2.73 /20
부특성 서미스터•
식 2.27~2.73
/20
0.298~0.322 /8
0
연료필터연료온도스위치•
바이메탈식•
이하작동- 3
연료온도스위치•
바이메탈식•
이하작동- 3
연료온도스위치•
이하작동- 2
연료온도스위치•
이하작동- 2
필터연류량: 500±25•
고압
어큐뮬레
이터
고압연료 저장 축,•
압장치
제어ECU•
구성요소 :•
레일압력센서 압력,
제한벨브 인젝터구,
성)
가변연료압력 :•
250~1350bar
고압연료 저장 축,•
압장치
제어ECU•
구성요소 :•
레일압력센서 알력,
제한밸브 인젝터구,
성
가변연료압력 :•
250~1350bar
고압연료 저장,•
축압장치
제어ECU•
구성요소:•
레일압력센서 알,
력제한밸브 인젝,
터구성
가변연료압력 :•
250~1350bar
재질 단조강재:•
부피: 22±1cc•
길이: Max. 397.7mm•
외경: 25.3mm•
- 11 -
나 솔레노이드 밸브 기술분석나 솔레노이드 밸브 기술분석나 솔레노이드 밸브 기술분석나 솔레노이드 밸브 기술분석....
비례 솔레노이드밸브와 솔레노이드밸브 특성 비교1) On/off
NO 비교항목 비례솔레노이드 밸브 솔레노이드 밸브On/Off
1 여부Amplifier 있음 없음
2 전자력과 변위관계일정 전류에서 변위에 관
계없이 일정 전자력 발생
변위에 따라서 전자력 달라
짐
3 비례관계전류에 비례한 전자력을
얻을 수 있음
전류에 비례하는 전자력을
얻는 것이 불가능
4 구조적 특징자기누설 발생 구조-
자기포화 발생 구조-
최대입력전류에서 규정전자
력을 낼 수 있는 구조
5 가동자 특성 저마찰 베어링 특성 필요 내마모성 중요
6 자성재료S10C, SUM22, Fe-48Ni,
Fe-80Ni
합금 순철 규소강Ni , (Fe), ,
페라이트 스텐 스강, fp
7 Hysteresis 매우 중요 중요하지 않음
8 Linearity 매우 중요 중요하지 않음
9 피드백 제어 가능함 불가능
10 시스템 구성변환기Controller D/A→ →
비례제어밸브Amplifier→
전원Controller On/Off→ →
밸브
11
- 12 -
솔레노이드 밸브의 장단점2) AC On/off
NO 장점 단점
1 짧은 개폐시간 기계적 응력이 큼
2 큰 흡인력공기 이 있으면 온도가 심하게 상승- Gap
고전류 소비-
3 억제 불필요Spark 수명 짧음Service
4 정류기 필요없음 개폐주기 제한
5 잡음 발생Buzzer
6 과부하 저전압 기계적 속박에 민감, ,
솔레노이드 밸브의 장단점3) DC On/off
NO 장점 단점
1 쉽게 동작한다 시간 동안 과전압 발생Off
2 Low Turn-On 억제 회로가 필요ARC
3 Low Keep's Power 접촉마모가 큼
4 고 반복수명( )高 사용시 정류기 필요AC
5 조용함
- 13 -
솔레노이드벌브의 특성 설명4) On/off
Type 특 성 설 명
AC
변환 동작 시간 짧다 의 배- ( ) (DC 1.5~2 )
동작 도중 멈추는 경우 소손- Plunger
유침형 시간 건식형 분 우려( : 1-1.5 , : 10-15 )
저항손 자기회로의 와전류 손실 히스테리시스 손실 있음- , ,
코일입력이 크므로 온도 상승이 보다 높다- DC
최소동작 전압 이하에서는 맥동 발생-
수명 만회 건식 만회 유침현- : 500~1000 ( ), 1500-2500 ( )
DC
저항치가 주위 온도의 변화 솔레노이드 자체의 발열에 따라서 변화있음- ,
변환 도중 정지하는 경우에도 코일 발열이 없어 동작이 부드러움- PIunger
변환동작이 빈번한 경우 유리 의 배- (AC 2 )
수명 만회 건식 만회 습식- 3000 ( ), 4000 ( )
- 14 -
다 비례제어 기술다 비례제어 기술다 비례제어 기술다 비례제어 기술....
개요1)
종래의 유압시스템과 전기적인 유압시스템은 그들이 절환 되거나 여자 됨에 따라서
작동기의 전진과 후진을 할 수 있는 상태를 만들고 이러한 작용을 할 수 있는 솔레
노이드를 사용한다 이들 신호변환기가 조절하는 밸브는 분명히 제한된 위치를 갖.
는다 예를 들면 밸브는 중립위치를 취하거나 두 제어위치 중위 하나 만을. 4/3way
취한다 그러나 비례제어기술은 솔레노이드의 작동에 있어 수치적으로 조작이 가능.
하며 더욱이 정확한 동작 상태를 요구할 수 있게 된다.
비례적 이란 의미는 라틴어의 와 의 의미로부터 유래“ (proportional)” “Pro” “portio”
한다 이 뜻을 나타내기 위한 간단한 예는 어떤 물건을 들어올리는데 요구되는 힘.
은 그 물건의 질량에 비례한다 따라서 이 비례적인 유압에서는 입력신호의 강도에.
비례하여 조절하는 솔레노이드를 사용한다 이때 입력신호는 아날로그 형태이다. .
즉 비례제어 기술 역시 서보유압으로 해석이 된다 서보유압 기술은 년대 후, . 1940
반에 서보밸브가 개발된 이래로 년대 초기까지만 해도 유일한 전기유압 신호1970
변환기로서 항공 우주 및 군사장비의 제어뿐만 아니라 산업기계의 제어에 광범위,
하게 이용되어 왔다 그러나 서보밸드가 근본적으로 우주항공용으로 개발된 것이기.
때문에 산업기계의 제어에 사용하기에는 많은 경우 필요 이상으로 소형이고 정밀,
하며 너무 고가인 데에다 작동유체의 오염에 대해 치명적으로 민감하다는 단점을
지니고 있다 이러한 문제점에 자극이 되어 년대 초반부터 개발되어 나오기 시. 1970
작한 것이 산업유압용 비례제어 밸브이다 비래제어 밸브는 기존 개폐 솔레노이드.
밸브의 솔레노이드 일부만을 개조함으로써 솔레노이드 밸브의 단순한 개패제어 기
능을 무단 아날로그 제어 기능으로 개선 전환시킨 밸브이기 때문에 일반 개폐 솔레
노이드 밸브와 큰 차이 없이 구조가 간단하고 신뢰도가 높으며 가격이 서보밸브 보
다 훨씬 저렴하고 작동유체의 오염에도 덜 민감하다는 장점이 있다 단 비례제어. ,
밸브의 동특성이 서보 밸브에 비해 많이 뒤지기 때문에 비례제어 밸브의 응용분야
는 최근까지만 해도 주로 개회로로 작동되며 제어 정확도에 대한 요구도가 비교적,
낮은 시스템에 국한되어 왔으나 지난 수년간에 있었던 부단한 성능개선의 결과로,
서 현재에는 서보밸브 성능에 버금가는 선형성 과 밴드위드 를(linearity) (bandwidth)
갖는 비례제어 밸브들이 개발되어 나오고 있다.
오늘날 생산되는 비례제어 밸브의 절반정도는 제어에 있어서 위치적인 피이드 백
을 가진다 따라서 비례제어 기술이지만 서보유압의 범위로 고려된다(feedback) . .
- 15 -
서보유압과 비례제어 기술 비교2)
서보유압기술의 발달과 더불어 산업계의 응용을 위해서 개발된 비례제어 밸브는 앞
서 설명한 바와 같이 서보유압의 범위내로 포함될 수 있다 이들을 간단히 구별하.
면 아래와 같다.
가 서보유압)
폐회로 방식 사용 그림 참조[ 2.1 ]①
토크 모타 를 사용( 0.3W )②
전기적인 증폭기가 사용되지 않음③
동특성이 우수함.④
나 비례제어유압)
기본적인 밸브는 개회로 방식이 사웅 그림 참조[ 2.1 ].①
비례적인 솔레노이드 를 사용( 50W ) .②
증폭기가 필요함.③
동특성이 약함.④
경향 가격적으로 싸기에 폐회로 제어에서 개선된 비례제어 밸브가 사용된다: .
서보유압서보유압서보유압서보유압(a)(a)(a)(a) 비례제어 유압비례제어 유압비례제어 유압비례제어 유압(b)(b)(b)(b)
그림 서보유압과 비례제어 유압의 비교그림 서보유압과 비례제어 유압의 비교그림 서보유압과 비례제어 유압의 비교그림 서보유압과 비례제어 유압의 비교2.12.12.12.1
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표 서보밸브와 비례제어밸브 비교표 서보밸브와 비례제어밸브 비교표 서보밸브와 비례제어밸브 비교표 서보밸브와 비례제어밸브 비교2.22.22.22.2
서보밸브 비례제어밸브
밸브형태
방 향
유 량
압 력
뱡 향
유 량
압 력
변환기 입력( )
동 력
토크 모타
0.1~2W
비례적인 솔레노이드
15~50W
중폭기 단계 노즐 플래퍼 기구 -
피이드백 시스템
유도적 (inductive)
기계적 (mechanical)
기압적 (barometrical)
없거나 유도적(inductive)
중첩(Spool) 없음 (critical)양 (positive)
음 (negative)
공칭압력강하 70bar 10bar
스위칭 시간 5~50ms 60~600ms
히스테리시스
피이드백 없을때
피이드백 있을때
-
0.01~0.02%
3~8%
0.1~0.3%
민 감 도
피이드백 없을때
피이드백 있을때
-
0.01~0.02%
1~2%
0.1~0.2%
역 전 오 차 0.2~0.5% 2~6%
여과요구 절대( ) < 5 < 25
제 어
폐회로 전기적 제어•
외부적으로 실제 밸브센싱•
(Sensing)
표준적인 전자 증폭기•
작 동어려움 서보밸브와( PID
제어를 알아야 함)간단함
밸브포트 형상 표준형이 아님
- 17 -
전기유압과 비례제어 기술 비교3)
아래 그림 와 그림 은 종래의 전기유압과 비례제어유압 사이에의 차이점을2.2 2.3
나타낸다 각 경우에 전기유압회로는 왼쪽에 나타내고 비례제어유압은 오른쪽에 나.
타나 있다 우선 간단히 보더라도 비례제어 유압회로는 훨씬 간단한 회로로 구성되.
어 있다.
(a)(a)(a)(a) (b)(b)(b)(b)
그림 전기유압 회로와 비례제어 회로 비교그림 전기유압 회로와 비례제어 회로 비교그림 전기유압 회로와 비례제어 회로 비교그림 전기유압 회로와 비례제어 회로 비교2.2 (I)2.2 (I)2.2 (I)2.2 (I)
그림 의 에서 실린더는 밸의 선택에 따라서 다양한 속도로 출발해2.2 (a) 2/2 Way
서 뒤돌아 온다 한 개의 스로틀과 밸브는 각각의 속도에 대해서 필요하. 2/2 Way
다 그러나 비례제어 밸브를 이용할 경우 그림 의 에서 보는 것처럼 한 개의. 2.2 (b)
밸브로 사용된다 이때 적당한 신호가 주어질 때 종래의 전기유압 회로인 그림. 2.2
의 회로와 똑같은 작동을 실현할 수 있다 여기서 그림 의 의 비례제어(a) . 2.2 (b)
밸브 중 밸브아래위의 수평선은 위치가 무한히 변할 수 있다는 표시이며4/3 Way
솔레노이드 표시상의 화살표는 이것이 비례적인 솔레노이드임을 나타낸다.
- 18 -
(a)(a)(a)(a)
(b)(b)(b)(b)
그림 전기유압 회로와 비례제어 회로그림 전기유압 회로와 비례제어 회로그림 전기유압 회로와 비례제어 회로그림 전기유압 회로와 비례제어 회로2.3 (ll)2.3 (ll)2.3 (ll)2.3 (ll)
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그림 의 에서는 두개의 실린더가 조정된다 왼쪽의 실린더는 유량조절 밸브2.3 (a) .
에 의해 조절되는 속도에 의해서 움직이며 방향제어 밸브를 경유해서 선택된다.
오른쪽의 실린더는 다른 하중을 생성할 수 있으며 압력안전 밸브 (pressur relief
와 밸브에 의해서 선택되어서 나타난다 여기서도 비례제어 회로는valve) 4/3way .
그림 의 와 같이 간단하게 나타 낼 수 없으며 비례적인 방향 제어와 압력제2.3 (b) ,
어밸브에 의한 신호 결과는 그림 의 와 똑같이 나타난다2.3 (a) .
그림 와 그림 의 예에서 보듯이 종래의 유압회로에서는 다양한 요구조건에2.2 2.3
따라서 복잡한 회로로 구성하여야 하나 비례제어 밸브를 사용할 경우 간단하게 회
로를 구성할 수 있다.
종래 유압회로에서의 한계를 정리하면 다음과 같다.
다단계의 속도제어와 압력제어를 할 경우 회로가 복잡해지고 단가가 비싸진다.①
밸브에서는 작동이 되든지 중단되어 있든지 두 가지 중의 하나이다 스위치의.②
급격한 절환은 오일 내에서 충격파를 형성하여 밸브의 손상과 소음의 원인이 된다.
속도와 가속도의 변화에는 적당한 형상을 갖는 새로운 형사치 캠 제작이(cam)③
필요하다.
스로틀 을 통할 때 오링에 열이 나므로 부정확하다(throttle) , .④
제어방식은 개회로 방식이며 더 정확한 제어를 위해서 폐회로(open - loop) ,⑤
방식을 만드는 것이 불가능하다(closed - loop) .
비례제어 시스템4)
가 비례제어 유압의 장단점)
앞 절에서 전기유압과의 비교에서 볼 수 있는 분명한 장점 이외에 이 요소를 사용
한 시스템은 다음의 장점을 내포하고 있다.
압력 피크 노킹 압력서지와 방향과 속도에서의 갑(pressure peak), (knocking),①
작스러운 변화는 제거된다.
큰 용적과 긴 유압라인은 필요하지 않다.②
회로에서 각각의 솔레노이드로 하나의 라인으로 가능하다-
작동범위 내에서 하나의 편 비례압력 밸브는 많은 압력을 제어하고 비례방향,③
제어 밸브는 다단계의 속도를 제어할 수 있으며 변화의 정도는 전자적인 제어에 의
해서 유용하게 제한한다.
작동과 조절은 사용자가 한번 숙달되면 간단하다.④
이동부와 밀봉은 주의 깊게 다루어진다.⑤
- 20 -
방향 속도 가속 감속과 압력은 쉽게 조절된다, , , .⑥
정확한 제어가 이루어진다.⑦
그러나 이러한 장점 이외에도 비례제어 시스템에도 아래와 같은 단점은 뒤따른다, .
유압적인 장치 이외에 전자적인 제어가 필요하다.①
전자적인 장비와 같이 비례제어 밸브도 전기 자력 인터페이스의 지배를 받으, -②
며 먼지 습기 기름으로부터 방지되어야 한다, , .
장비를 동작시키는데 숙달이 요구된다.③
또한 밸브를 동작함에 따라서 제어의 크기 복잡성과 그의 작동환경에 따라 가격의,
차이가 있을 수 있으며 유지보수에 따라 상당한 기술적 훈련이 필요하다, .
나 비례제어 밸브의 분류)
일반적으로 유압시스템에서 사용되는 밸브류를 비례제어 밸브류로 세분하여 분류하
면 다음과 같다.
유압밸브①
스위칭 밸브 수직적( )
종래 밸브-
수직 혹은 수평적층 밸브-
카트리지 밸브-
비례 밸브 아날로그( )
비례제어 밸브-
표준형•
피드백•
서브 밸브-
비례제어 밸브②
직접제어 밸브
압력제어 밸브
압력 안전 밸브-
감압 밸브-
유량제어 밸브
스로틀-
유량조절기-
각각의 형태는 위치적인 피드백을 갖는 것과 갖지 않는것 및 직접작동형과 간접*
작동형 파이롯트작동형 이 있다( ) .
비례압력 밸브③
- 21 -
압력안전 밸브
직접작동형-
포펫(popet)•
간접작동형-
포펫 파이록트 단계•
피스톤 주 단계•
감압 밸브
직접작동형-
포펫과 피스톤•
간접 작동형-
포펫 파이롯트 단계•
피스톤 주 단계•
압력안전 밸브는 시퀸스 밸브로도 사용이 된다* .
모든 밸브는 위치적인 피드백이 있는 것과 없는 것이 있다* .
다 비례제어 밸브의 구조와 작동원리)
설계①
비례제어 솔레노이드는 종래의 선형형태 와 같은 원리로서 작동한다 기(linear type) .
존 솔레노이드와 구별할 수 있는 내용은 다음과 같다.
자력 변위 특성-
자력에 의한 고정밀도
자력적 자기 베어링의 낮은 마찰 특성
짧은 행정거리
힘 행정 영역에서 비례특성을 얻기 위해서 자력 변위특성곡선은 독(power stroke) -
특한 응용에 연결된다 이것은 제어 영역의 경험에 의해 이루어진 것으로서 자력은.
똑같은 크기의 간단한 제어솔레노이드와 비교된다 이 차이점은 다음 도표와 같다. .
힘 변위 특성 곡선힘 변위 특성 곡선힘 변위 특성 곡선힘 변위 특성 곡선(a) -(a) -(a) -(a) - 변위 전류 특성 선변위 전류 특성 선변위 전류 특성 선변위 전류 특성 선(b) -(b) -(b) -(b) -
- 22 -
에서의 힘 변위 특성 곡선1. In S1 변위 출발점
스프링 특성 선2. S2 변위 종료점
그림 절환 솔레노이드의 수치적 변위 전류거동그림 절환 솔레노이드의 수치적 변위 전류거동그림 절환 솔레노이드의 수치적 변위 전류거동그림 절환 솔레노이드의 수치적 변위 전류거동2.4 -2.4 -2.4 -2.4 -
그림 는 스프링에 대해 적동 하는 솔레노이드의 도시적 이원적 특성을 나타낸2.4
다. l1 의 전류로서 힘 변위 특성 선은 스프링 특성 선을 압도한다 솔레노이드 전- .
기자는 S1과 S2 사이를 운동하며 스프링을 굽힌다.
힘 변의 특성선힘 변의 특성선힘 변의 특성선힘 변의 특성선(a) -(a) -(a) -(a) - 변위 전류 특성선변위 전류 특성선변위 전류 특성선변위 전류 특성선(b) -(b) -(b) -(b) -
매개변수( I)
전류 I1에서 I4선 의 스프링 특성 선에 대한 힘 변위 특성, 5 1-4 -
그림 스프링에 대해 작동하는 비례솔레노이드의 아날로그 변위 전류계동그림 스프링에 대해 작동하는 비례솔레노이드의 아날로그 변위 전류계동그림 스프링에 대해 작동하는 비례솔레노이드의 아날로그 변위 전류계동그림 스프링에 대해 작동하는 비례솔레노이드의 아날로그 변위 전류계동2.5 , -2.5 , -2.5 , -2.5 , -
그림 는 비례솔레노이드의 특성을 나타낸다2.5 .
자력 변위 특성은 수평이나 경사지게 설계된다 이러한 방법으로 자력과 대응력 사- .
이에 상호 점은 정확하고 안전한 위치를 가능하게 한다 그림 는 전류와 변. 2.5 (b)
위사이의 비례관계이다 비례성은 솔레노이드 전기자가 하중에 따라 나타날 수 있.
는 전류 와 힘 사이에서 나타난다I F .
그림 힘과 전류사이의 선형관계그림 힘과 전류사이의 선형관계그림 힘과 전류사이의 선형관계그림 힘과 전류사이의 선형관계2.62.62.62.6
- 23 -
비례솔레노이드는 직류전자력에 속하며 전기적 입력신호를 기계적인 출력신호로,
바꾸는 전기적 기계적 변환기이다 그림 은 비례솔레노이드의 구조를 나타낸- . 2.7
다.
1 Pole core
2 Guide rod
3 DU-bearing
4 Adhesive disc
5 Magnet housing
6 Operating coil
7 Pressure spring
8 Stroke limit bearing
9 Cap
10 Pole barrel
11 Armature
12 Control cone
그림 비례솔레노이드의 구조그림 비례솔레노이드의 구조그림 비례솔레노이드의 구조그림 비례솔레노이드의 구조2.72.72.72.7
그림 비례솔레노이드의 포펫밸브와 슬라이드 밸브의 원리그림 비례솔레노이드의 포펫밸브와 슬라이드 밸브의 원리그림 비례솔레노이드의 포펫밸브와 슬라이드 밸브의 원리그림 비례솔레노이드의 포펫밸브와 슬라이드 밸브의 원리2.82.82.82.8
- 24 -
그림 은 비례솔레노이드의 포펫밸브 형태와 슬라이드 밸브 형태의 원리를 나타2.8
낸다 비례솔레노이드는 전기적 입력신호를 변위로 바꾸며 조절할 수 있다는 의미.
로 표시되어 있다.
솔레노이드 시스템②
그림 는 솔레노이드 시스템의 주요단면 형상을 나타낸다2.9 .
Construction of a switching magnet :
1 Stem
2 Pole core
3 Coil
4 Housing
5 Non-magnetizable control cone
6 Armature tube
7 Armature
8 Plastic bearing
9 Axial air g3p
10 Radial all gap
11 Stop ring
그림 비례솔레노이드의 단면그림 비례솔레노이드의 단면그림 비례솔레노이드의 단면그림 비례솔레노이드의 단면2.92.92.92.9
- 25 -
비례제어 밸브의 핵심요소는 비례전자석이다 그림 에 도시한 비례전자석의 구. 2.9
조를 보면 코일 에 전류가 흐르면 폴코어 전기자 전기자튜브 하우징(3) (2), (7), (6), (4)
으로 구성되는 자화경로에 자속이 유도되어 자기적 회로가 형성된다 비례전자석은.
전기자튜브와 링에 의해 상당한 고압까지 내압 할 수 있도록 설계되어 있기에 밸브
에 장착 될 때 별도의 동적 시일링 을 필요로 하지 않는다(dynamic sealing) .
그리고 전기자에 작용하는 마찰력을 감소시키기 위하여 보통 개의 베어링 를2 (8,8')
사용해서 전기자를 지지한다.
비례전자석이 일반직류 개폐 솔레노이드와 구조상 차이가 나는 것은 비자(on-off)
화성 제어 콘 에 의해서이다(5) .
그림 제어콘 단면에의 자속분포 양상그림 제어콘 단면에의 자속분포 양상그림 제어콘 단면에의 자속분포 양상그림 제어콘 단면에의 자속분포 양상2.102.102.102.10
그림 은 제어콘과 공기 틈 사이에서 자속의 상세한 경향을 나타낸다 그림에2.10 .
서보면 비자화성 제어콘에 의해 자력선속이 폴코어에 일단 전기자로 전부 전향되,
는 것을 알 수 있다 이때 반경방향의 공기틈이 축방향의 공기틈보다 월등히 작기.
때문에 자기저항도 작다 따라서 전자력선속의 큰 일부가 반경방향의 공기틈에 분.
포되고 나머지 일부가 축방향 공기 틈에 분포된다 각 공기 틈에 유도되는 자력들.
은 자속밀도와 그 백터 방향의 함수인데 전기자의 변위가 바뀜에 따라 각 공기 틈
에 유도되는 축방향 자력성분의 변화를 도표로 나타내면 그림 과 같다2.11 .
- 26 -
변위 변위S : / n
힘 힘F : / n
진행 행정 거리a :
작용행정 거리b :
유효행정c :
축 방향 공기 틈에서 힘 라인1.
반경방향 공기 틈에서 힘 라인2.
전체적인 특성 라인3.
행정 공칭변위n :
힘 공칭력n :
그림 반경방향 축방향 공기 틈에서의 자력의 변위 의존 공정그림 반경방향 축방향 공기 틈에서의 자력의 변위 의존 공정그림 반경방향 축방향 공기 틈에서의 자력의 변위 의존 공정그림 반경방향 축방향 공기 틈에서의 자력의 변위 의존 공정2.11 ,2.11 ,2.11 ,2.11 ,
이 그림에서 보는 축방향 공기 틈에서 유도되는 축방향의 자력성분은 전기자와 폴
코어간의 거리가 증가할수록 쌍곡선 형태로 감소하는 것을 알수 있다 반면에 반경.
방향에서의 자력은 포물선 형태로 완만히 증가하다가 반경방향의 공기 틈 영역을
벗어나면 다시 감소한다 이때 전기자의 변위가 증가함에 따라 공기 틈 면적이 감.
소함에도 불구하고 반경방향 공기 틈에서의 자력이 증가하는 이유는 자력은 자속밀
도의 차함수이고 이 경우 자속밀도가 면적감소에 따라 조금씩 증가하며 무엇보다2 ,
도 자속밀도의 백터방향이 반경방향축과 이루는 각도가 커지기 때문이다 이와같이.
두 공기틈에서 유도되는 축방향 자력들의 합력을 구하면 전기자의 변위가 변하더라
도 이 합력이 특정 변위 범위 내에서는 일정하게 유지되는 것을 알 수 있다.
비례전자석의 자력은 이 전기자의 작동범위 내에서는 입력전류에 비례한다 전기자.
의 변위가 변함에 따라 자력의 변화곡선이 수평으로 유지되는 정도와 입력전류에
비례한다 전기자의 변위가 변함에 따라 자력의 변화곡선이 수평으로 유지되는 정.
도와 입력 전류와 비례관계는 비례전자석 자체의 기본 칫수와 자성재료의 특성 외
에도 비자화성 콘의 형상에 의해 많이 좌우된다.
- 27 -
그림 는 비자화성 콘의 영역에서의 전기자 설계와 합성특성 곡선의 진행을 나2.12
타낸다.
일 행정영역Sb : -
반경방향의 공기틈Sq :
변위일1.
폴코어2,
점성 디스크3.
전기자4.
그림 전기자의 설계와 제어콘 명역에서의 힘 변위 특성곡선그림 전기자의 설계와 제어콘 명역에서의 힘 변위 특성곡선그림 전기자의 설계와 제어콘 명역에서의 힘 변위 특성곡선그림 전기자의 설계와 제어콘 명역에서의 힘 변위 특성곡선2.12 -2.12 -2.12 -2.12 -
공칭력 히스테리시스 HFN 은 공칭전류 FMR , FM 사이의 최대 차이이다.
힘 히스테리시스 HF 는 어느 특정한 일정전류에서 FMR 과 FM 사이의 최대 차이이
다 백분율 공칭력 히스테리시스. % HFN은 공칭력 히스테리시스로서 공칭자력 FMN
관련이 있다.
그림 자력 변위특성곡선그림 자력 변위특성곡선그림 자력 변위특성곡선그림 자력 변위특성곡선2.13 -2.13 -2.13 -2.13 -
- 28 -
그림 에서 자력 변위특성 곡선은 다양한 전류로서 나타난다 힘 행정 혹은 비2.13 - .
례변위 Sp 는 로 설계되어 있고 유효변위3mm (idle displacement) SL 은 이3.5mm
다.
스프링에 대한 특성선은 변위의존의 대응력으로 그려진다 몇몇개의 자력 변위 특. -
성곡선과 스프링에 대한 특성선 사이에 만나는 점이 발생한다 두 개의 특성곡선은.
각각의 유량제어 밸브에서 그려지며 정방향 자력특성선은 FM 으로 나타나고 역 방,
향의 자력 특성선은 FMR 로 나타나 있다 여기서 자력. FM 은 변위 끝지점의 방향에
서 위치하는 힘으로서 특정한 변위의 경우에 나타나는 힘이다.
이 FM 값은 전기력을 발생하는 힘 FF 보다 마찰력 FR 만큼 작다.
자기적 복원력 FMR 은 변위의 한계점으로부터 출발점까지 여자된 솔레노이드를 움
직이는데 필요한 힘이다 이것은 자석에서 일어나는 마찰력. FR 의 배와 재질 영향2
자력 히스테리시스 FHY 만큼 크다.
따라서 앞의 식과 관련지으면 다음과 같다.
자력회로에서 공기틈에 의한 비교적 큰 자력전단 움직임 때문에 자력 히스테리시스
는 제한적으로 중요성이 있다 정적동작은 힘 전류 히스테리시스와 선형 이탈에 영. ,
향이 있다.
(a) (b)
행정에 의존하는 대응력1.
이상적인 특성곡선2.
평균특성 선3.
그림 변위그림 변위그림 변위그림 변위2.14 S2.14 S2.14 S2.14 Sxxxx 에 대한 힘 전류 특성선에 대한 힘 전류 특성선에 대한 힘 전류 특성선에 대한 힘 전류 특성선- -- -- -- -
- 29 -
그림 에서 힘 전류 특성선은 변위 에서 나타난다 전류와 히스테리시스2.14 (b) - Sr .
Hl 의 넓은 영역을 통한 선형성은 최대전류의 가 나타난다 그러나 선형성은3~4% .
전류의 좁은 영역에서 성취될 수 없다 충분히 선형성이 되는 특성곡선에서의 선형.
성 전류는 IL 로 나타난다.
그림 에서 알 수 있듯이 측정할 수 있는 힘은 특성반응전류2.14 (b) IA 에 의해 발
생된다 반응전류. IA 는 운동에서 솔레노이드 전기자를 장착하는데 요구되는 전류이
다 이 값은 비례솔레노이드에서는 작으나 실제 응용에는 고려해야 한다. .
유압밸브 연결 솔레노이드 시스템③
비례제어 밸브는 압력제어 유량제어 방향제어 밸브로서 사용이 된다 유압출력 신, , .
호는 전기적인 입력신호에 비례한다 다음 도시는 방향제어 및 압력밸브에 연결된.
비례솔레노이드의 구조를 나타낸다.
비례솔레노이드1.
방향제어 밸브2.
압력 스프링3.
그림 피이드백 없는 비례솔레노이드를 갖는 비례방향제어 밸브그림 피이드백 없는 비례솔레노이드를 갖는 비례방향제어 밸브그림 피이드백 없는 비례솔레노이드를 갖는 비례방향제어 밸브그림 피이드백 없는 비례솔레노이드를 갖는 비례방향제어 밸브2.152.152.152.15
그림 밸브는 수동적으로 작동되는 밸브와 똑같이 작동한다 전기적 입력전류2.15 .
는 밸브의 제어스풀을 작동하는 솔레노이드 전기자의 변위를 나타낸다 이 행정은.
입력전류의 크기 및 반대편 스프링의 힘에 의해서 결정된다.
- 30 -
비례솔레노이드1.
방향제어 밸브2.
압력 스프링3.
그림 비례 압력 밸브그림 비례 압력 밸브그림 비례 압력 밸브그림 비례 압력 밸브2.162.162.162.16
전기적 입력전류는 압력 스프링을 통하여 밀봉추에 작용하는 전기자의 비례적인 변
위에 관련이 된다 출력은 힘과 변위 그리고 압력으로서 전기적인 입력신호에 의해.
비례적으로 조절된다.
그림 비례제어 밸브그림 비례제어 밸브그림 비례제어 밸브그림 비례제어 밸브2.17 4/3way2.17 4/3way2.17 4/3way2.17 4/3way
그림 은 비례제어 밸브의 구조를 나타낸다2 17 4/3way .
- 31 -
그림그림그림그림 2.182.182.182.18
그림 밸브의 설계상세도를 나타낸다 만약 스풀이 솔레노이드에 의해2.18 4/3way .
서 움직이면 원형분할면 은 반경채널 을 연다(circular segment) (channel) .
이것에 의해 흐름의 방향을 조절하는 것이 가능하며 흐름율은 정확히 측정될 수 있
다.
다 비례제어 특성)
정적특성 데이터①
비례제어 밸브에서 나타나는 전기적 및 유압적 특성값은 아래와 같다
전기적 특성치
특성치 데이터단위 대표치 비교
공칭 전압- UN (24 V DC )
공칭 전류- IN *
복구 전류- IA
공칭 출력- PN
에서 저항- 20 R 20
공칭전류와 힘행정 시작점에서-
자기력
사용율- ED
공칭 전압*
v
mA, A
mA, A
W
ohm
N
%
W
20~30
통상 100
10~50
온도의존성
- 32 -
유압적 특성치
스풀중첩 h ± 0, 4 ± 1mm*……
QN에서 공칭압력 낙하 dPN (bar)dPN = PP - PT
= 10 bar
dPN에서 공칭유량 QN ( /min)ℓ
입력신호 Xe의 공칭입력
낙하 PN (bar)
하중 공칭전류“0”, IN 에서 흐름(A)
제로 유량(O)전기적 입력신호 Xe 를 갖는= O
와 의 누설흐름P-A-T P-B-T
는 전명적인 값를 나타낸다* .
특성선에서 얻어진 특성치
반응 민감도a) ( Response Sensitivity )
점진적으로 증가하거나 감소하는 단계에서 입력신호가 멈추었다 다시 시작하면 유
압시스템에서는 처음에는 반응이 없이 정체하였다가 다시 계속적인 운동을 한다.
이때 입력량을 최대전류의 백분율로 표시한 값을 반응민감도라 한다.
그림 반응민감도그림 반응민감도그림 반응민감도그림 반응민감도2.192.192.192.19
- 33 -
분해능b) ( Resolution )
분해능이란 입력신호에 의해 출력신호를 작게 변화시킬 수 있는 양이다.
단계폭I :
입력신호E :
출력신호A :
그림 분해능그림 분해능그림 분해능그림 분해능2.202.202.202.20
반응민감도와 분해능은 입력신호가 아날로그 형태로 있더라도 출력신호는 단계적으
로 나타나진다.
선형과 히스테리시스c) (Linearity and Hysteresis )
상 세 도
그림 히스테리시스그림 히스테리시스그림 히스테리시스그림 히스테리시스2.212.212.212.21
- 34 -
히스테리시스는 스풀에서의 마찰과 권선에서의 기계적 자력적 손실을 나타내는 양,
이다 이것은 완전특성 라인을 통해서 동작과 똑같은 흐름에 대한 입력신호의 최대.
백분율 편차로써 표시된다.
선형편차는 특성선에 접하는 두개의 선형라인 사이 차의 반이다.
제로 이송d) (Zero Shift )
트리밍 포텐쇼 미터 로서 특별한 자화전류를 고정시켜 놓(trimming potentiometer)
은 것이 가능하여 불감대 를 감소할 수 있다(dead zone) .
그림 제로이송그림 제로이송그림 제로이송그림 제로이송2.222.222.222.22
제로 흐름e) (Zero flow)
직접조절 방향제어 밸브i)
전기적인 입력신호가 없을 경우 에서 로 에서 로의 누설 손실은 제로흐름P A , P B “
를 나타낸다 누유는 포트 의 압력에 달려 있다(Zero flow)” . P .
간접조적 방향제어 밸브ii)
파이롯트 제어상태의 누설 혹은 흐름 손실과 전기적인 입력신호가 없을 경우 에서P
로 에서 로의 누유는 역시 제로흐름 이다A , P B (Zero flow) .
역시 누유는 포트 의 압력에 달려있다P .
재생산성 반복정밀도f) / (Reproducibility / Repeating Accuracy)
주어진 입력전류에서 밸브는 유압시스템에서 어떤 반응 흐름이나 압력 을 나타낼, ( , )
것이다 만약 입력신호가 으로 감소한 후 다시 입력이 되었을 때 유압출력에서 편. 0
차가 발생한다 최대출력값 혹은 의 백분율로 표시되어지며 재생산성 혹은 반. (P Q)
복정밀도로 정의된다.
- 35 -
온도의존g)
권선의 저항은 온도에 따라 따르다 팽창계수 온도차이 와 냉각 저항. , Rα ∂ O에
따라 열저항 RW가 발생된다.
만약 비례솔레노이드가 일정전류원 변환기 로 트리거 되면 온도변화(U/l - ) (trigger)
는 큰 영향이 없다.
코일온도는 다음과 같이 계산된다.
RO :
RW :
:α
t :
TO :
에서 공칭저항20
IG 를 갖는 연속적인 작동 모드에서 열저항
온도보상치 0.0039 /≒
코일의 최종온도
기준온도 20
중 첩h) (Overlap)
중첩i) 0 ( Zero overlap )
만약 입력전류가 없다면 스풀은 중심체 위치하고 흐름이 없다.
그림 중첩그림 중첩그림 중첩그림 중첩2.23 02.23 02.23 02.23 0
양중첩ii) (Positive Overlap)
제어단면은 영역에서 닫혀진 상태로 된다(|e| e ).≦
여기서 이면 제어측을 가로지르는 연속적인 흐름이 된다|e| e .≦
- 36 -
그림 양중첩그림 양중첩그림 양중첩그림 양중첩2.242.242.242.24
음중첩ii) (Negative overlap)
영역에서 제어측을 가로지르는 연속적인 흐름이 있다 에서 단e = 0 . |e| e≦
지 하나의 제어축을 가로지르는 연속적인 흐름이 있다.
그림 음중첩그림 음중첩그림 음중첩그림 음중첩2.252.252.252.25
특성 의 날카로운 코너부위에서 누설손실이 있으며 완전한 범위Q = f (e) , e = ±
에 대해 으로 되도록 한다e 0 .
제로 흐름 에서 누설손실은 제로 흐름으로 나타난다( Zero flow ) : e=0 .
그림 중첩을 갖는 제어밸브의 특성선그림 중첩을 갖는 제어밸브의 특성선그림 중첩을 갖는 제어밸브의 특성선그림 중첩을 갖는 제어밸브의 특성선2.262.262.262.26
- 37 -
역전 오차iiii) ( Reversal error )
만약 점차적으로 감소하는 입력신호가 멈추면 유압출력의 변화도 멈춘다, .
여기서 입력신호가 역전하며 처음에는 출력의 변화를 나타내지 않는다 역전오차란, .
역전신호가 유압반응을 나타낼 때의 변화량이다 이것은 최대값의 백분율로서 표현.
된다.
그림 역전오차그림 역전오차그림 역전오차그림 역전오차2.272.272.272.27
동적특성 데이터②
주기 응답
제어회로에서 모든 요소는 크거나 작은 순간적인 관성을 갖는다 결과적으로 한쪽.
에서 다른쪽 밸브로의 움직이는 과정에서 점프되는 것이 아니고 연속적으로 움직인
다 시간적인 반응은 과 무한 값 사이에서 사인함수로 나타난다. 0 .
- 38 -
진폭A :
절단 주기E : ( Cut-off )
주기f :
위상변위:∅
그림 주기반응그림 주기반응그림 주기반응그림 주기반응2.282.282.282.28
진폭비 는 주기 를 갖는 입력값A f Xe 전류 에 대한 출력값( ) Xα 행정 힘 의 비로( , )
나타난다.
절단 주기 는 진폭비 에 대해 주어지는 값이며 은 출력( Cut - off ) E -3dB , -3dB
진폭 거의 이다70% .
상응답
위상각 는 출력과 입력간 사이에 상 변위에서 측정값이다 동적인 거동에 대한.∅
변수는 주로 전기자와 안내로드질량 베어링마찰 대응하중 자력장의 형성 소멸등, , , ,
에 대해서 영향이 나타난다.
전자적 트리거( triggering )③
비례압력 일부와 방향제어 밸브는 작동을 위해서 의 직류를 필요로 한다0-800mA .
안전적인 직류를 공급하고 이를 낮은 전력으로 가변하기 위해서 전자적인 증폭기,
가 요구된다.
제어 증폭기의 구조
전압공급을 위한 주요부a)
제어부b)
- 39 -
외부설정값 미리선택-
내부설정값 미리선택 부가적인 설정값 로써 확장가능- ( card )
램프 함수 발생- (ramp)
제로 이송- (Zero shift)
디더- (dither)
최종 단계부c)
전력 증폭-
전압 전류 변환기 변환기- - (U/l )
일정 전류 레글레이터-
속도 조절1.
램프함수 조절2.
제로 이동3. (Zero shift)
디 더4. (dither)
변환기5. U/l
그림 전자제어그림 전자제어그림 전자제어그림 전자제어2.292.292.292.29
증폭기는 버니어 포텐쇼 메타 를 사용하거나 입력(Vernier potentiometer) Ue을 통하
여 솔레노이드를 아날로그 방식으로 제어한다 또한 램프함수는 속도 방향의 매끄.
러운 변화를 얻기 위해 사용될 수 있다.
설치조건에 따른 선택기능
램프함수 발생기a) ( Ramp generator )
- 40 -
만약 램프함수 발생기가 동작되면 선택된 고정값 사이에 출력의 변화율은 조정된
다 가 채널에 대해 램프함수의 기울기를 초정하는 두개의 포텐쇼 메타가 있어서.
각각 상승기울기의 조정과 하강기울기 조정에 이용된다 이러한 포텐쇼 메타는 출.
력신호가 변하는 속도를 조절한다 만약 포텐쇼 메타가 사이에 변하면 램. 0~100% ,
프시간은 에서 까지 조절될 수 있다0, 1S 5S .
만약 변화가 최대범위 예를들어 의 단 라면 그때 램프시간은 선택된 램( 40% ) 1%
프 시간의 비례적인 백분율이다 예를 들면 만약 최대 램프신간 이 설정되고. ( 5S )
변화는 그 범위의 이면 그 결과 램프시간은 이다40% 2S .
그림 램프 발생기그림 램프 발생기그림 램프 발생기그림 램프 발생기2.302.302.302.30
램프함수 발생기로써 부정확한 작동에 의한 동요를 막을 수 있으며 부드러운 정지
동작을 얻을 수 있다.
고정값b)
고정값은 증폭기를 조절하는 기준값이 되며 비례적인 압력에 대한 이송단위를 잡,
을 수 있다.
제로 이송c) ( Zero shift )
비례제어 밸브에서 밸브스풀의 양의 중첩 결과로서 불감대( Positive overlap ) (
가 생성된다 이 불감대는 민감한 제어가 정확하게 되는 원인이다 중dead band ) . .
간적인 영역을 감소시키거나 없애기 위해 제어증폭기는 중간영역을 하도록 즉 작,
은 조절신호로써 적당한 동력을 발생하는 영역으로 도달할 수 있게 제로위치에서
큰 증폭을 한다.
- 41 -
그림 제로 이송그림 제로 이송그림 제로 이송그림 제로 이송2.312.312.312.31
증폭은 너무 커서는 안된다 그렇지 않으면 제로 위치를 한정할 수 없다. (0) .
디더 히스테리시스 특성의 보완d) ( dither ) -
순수한 직류로써 솔레노이드를 트리거할 때 자기적인 히스테리시스 마찰효과가 나타
나며 비례제어 밸브를 동작시킬 때 유용하지 않는 제어특성을 갖는다 직류가 교류.
와 중첩되면 이 불리한 영향은 감소가 된다 밸브스풀이 연속적으로 진동하는 효과.
를 나타내어 마찰은 실제적으로 제거되며 자기적인 히스테리시스도 크게 감소한다.
그림 히스테리시스의 디더영향그림 히스테리시스의 디더영향그림 히스테리시스의 디더영향그림 히스테리시스의 디더영향2.322.322.322.32
그림 는 밸브의 히스테리시스에서의 디더의 영항을 나타낸다 적당한 디더주2.32 .
기 진폭의 선정으로써 이 중첩은 유용한 효과를 나타내며 유압의 특성과 기능에,
나쁜 영향을 주지 않는다 에서 사이의 주기와 공칭전류의 정도가. 100 200 Hz 20%
적절하다 결과적으로 진동은 의 진폭을 갖는다. 1~500mm .
- 42 -
최종단계 변환기e) (U/l )
유압출력 압력흐름 이 솔레노이드 전류흐름에 직접적으로 비례하는 것이 비례제( )
어 밸브의 특징이다 기준값 를 진류 로 바꾸는 전자적인 동작에 의해서 솔레노. U I
이드를 이송할 수 있다 이때 라인 전압의 동요와 솔레노이드의 열은 이러한 전류.
에 영향을 주지 않는다 이때 일정전류가 실제값과 기준값을 연속적으로 비교하는.
전자적인 제어루트를 통해서 공급이 된다.
그림 은 변환기의 회로설계와 신호흐름도를 개략적으로 설명한다2.33 U/l .
Re 입력저항=
Rr 피드 백=
RM 정밀한 저항= (shunt)
그림 변환기의 회로선계그림 변환기의 회로선계그림 변환기의 회로선계그림 변환기의 회로선계2.33 U /I2.33 U /I2.33 U /I2.33 U /I
단계적인 트리거 기구f) ( chopping )
부품을 사용하여 직류를 통한 솔레노이드 트리거의 가능성에 대한 중요한 장점AC
을 갖는 다른 방법으로써 쵸핑 이 있다 쵸핑은 개폐 사이의( chopping ) . ( on, off )
비가 설정주파수로 조정된다는 것을 의미한다.
스위칭 트랜지스터 는 고정된 시간 사이클에 따라 어떤 시간( switching transistor )
동안 라인전압을 솔레노이드에 스위치할 수 있다.
따라서 전류흐름의 평균값이 변경될 수 있으며 평균전류 흐름을 결정한다.
- 43 -
주기T =
Im 평균전류=
그림 펄스 폭 변조그림 펄스 폭 변조그림 펄스 폭 변조그림 펄스 폭 변조2.342.342.342.34
정확한 디더 효과가 발생하도록 쵸프신호의 주파수는 선택이 된다 쵸프( dither ) .
신호의 중요한 장점은 트랜지스터가 스위치로만 작동되므로 조정카드의 발생열이
최소한으로 감소될 수 있고 동력손실이 감소된다, .
따라서 아주 작은 열이 생성되므로 작은 방열장치만이 요구되고 고온의 환경에서
알맞게 사용된다.
- 44 -
라 특허 동향분석라 특허 동향분석라 특허 동향분석라 특허 동향분석....
특허명 비레솔레노이드 출원인 국가( ) 주식회사 만도 한국( )
특허번호 년도( ) 1999-0032045(2000) 발명자 이상철
종래의 문제점종래에는 일정 구간의 변위 내에서 일정 자력을 유지하지 못하는∘
관계로 정확한 제어를 하지 못했다.
발명의 목적 및
특허 point
고정철심과 가동철심이 멀어지는 일정 구간에서도 자력을 일정하∘
게 유지하여 정확한 비례 제어를 실현
가동철심 중첩부 를 원뿔대 모양으로 테이퍼 기울기를 형성(113')∘
하여 고정철심 과 가동철심 이 멀어지는 일정 구간에서도(104) (101)
자력이 일정 범위 내에서 유지된다.
특허 청구범위
가동철심 끝단이 원뿔대 형상으로 가공되어 자력이 일정하게 유지∘
되는 비례 솔레노이드
고정철심과 가동철심 사이의 초기 간격은 가동철심의 중시에 압입∘
되는 봉 부재와 일체로 되는 돌기에 의하여 유지하도록 됨을 특징으
로 하는 비례 솔레노이드
특허 참고도면
종래< >
발명< >
- 45 -
특허명 직류 솔레노이드DC( ) 출원인 국가( ) 대우자동차 주식회사 한국( )
특허번호 년도( ) 0123270(1997) 발명자 나범성
종래의 문제점종래의 기술 구성으로는 솔레노이드의 흡인력 증대에 한계가DC∘
있었으며 솔레노이드의 중량당 흡인력 증대에도 문제가 있었다, DC .
발명의 목적 및
특허 point
플런저 의 다층표면에 다수의 관 이 서로 동일중심을 이루(24) (26)∘
면서 적층된 형태로 되어 있어 다수의 관 내 외주면상에는 자(26) ㆍ
기유도에 의하여 표면와전류가 형성되어 플런저 를 순간자력을(24)
띠게 하여 흡인력을 증대 시키는 것이다.
특허 청구범위
플런저 의 중심으로부터 다층표면을 가지도록 구성한 것을 특(24)∘
징으로 하는 솔레노이드DC
플런저 의 다층표면은 다수의 관 이 서로 동일중심을 이루(24) (26)∘
면서 적층되어 형성된 것을 특징으로 하는 솔레노이드DC .
특허 참고도면
종래< > 발명< >
- 46 -
특허명차량의 오토트렁크용
솔레노이드출원인 국가( ) 대우자동차 한국( )
특허번호 년도( ) 0171795(1998) 발명자 나범성
종래의 문제점
플런저 가 동작될 때에는 정지바 를 매개로 조절된 스트로크(3) (6)∘
내에서 이동하게 되므로 플런저 가 당겨질 때에는 점선 원으로(6)
도시된 플런저의 하단부 가 정지바 에 맞닿아 금속성 노이즈를(7) (6)
발생시키게 된다.
발명의 목적 및
특허 point
플런저의 하단부에 걸림턱이 형성되고 걸림턱과 정지바의 상부,∘
면에 각각 탄력재질로 형성된 원형 댐퍼가 부착되어 상기 플런저가
동작시 댐퍼가 맞닿게 됨으로써 동작노이즈를 최소화시켜 주도록
되어 있다.
특허 청구범위
스토버 와 정지바 가 상호 맞닿는 접촉부위에 탄성재질로 형(11) (6)∘
성된 원형 댐퍼 가 부착된 것을 특징으로 하는 차량의 오토(10, 12)
트렁크용 솔레노이드.
특허 참고도면
종래< >
발명< >
- 47 -
특허명 솔레노이드 출원인 국가( ) 기전주원주식회사 한국( )
특허번호 년도( ) 10-0229221(1999) 발명자 문성재
종래의 문제점종래 알려지고 있는 수중용 솔레노이드는 장기간 사용하면 수밀성∘
이 저하되어 물이 침투되고 결국 사용 불능이 되는 결함이 있었다, .
발명의 목적 및
특허 point
프레임 의 상측부에 홀더 스크류 가 링을 개재하고 체결되어(1) (4) O∘
몸체의 내부 공간이 밀폐된 구조로 되어 있으므로 코일 이 침수되(3)
어 손상되는 것을 방지하고 마그네트 를 삽입홈 에 삽입시킴, (10) (2d)
으로서 마그네트가 침수되는 것을 방지하였다 또한 플런저 에 통. (6)
수공 을 형성하고 고무캡 을 형성함으로서 플런저 와 압축(6b) , (8) (6)
스프링 이 침수되는 현상도 방지할 수 있다(7) .
특허 청구범위
마그네트 삽입홈 과 프레임 의 저면이 이루는 밀폐공간의 내(2d) (1)∘
측에 마그네트 가 삽입되면 플런저 의 상측부에 통수공 이(10) , (6) (6b)
형성되어 구성된 것을 특징으로 하는 솔레노이드.
특허 참고도면
발명< >
- 48 -
특허명디젤 엔진의 정지용
솔레노이드출원인 국가( ) 대우종합기계 한국( )
특허번호 년도( ) 10-0288045 발명자 안찬열
종래의 문제점
엔진정지레버나 에어 댐퍼차단레버를 연결하기 위해서는 다수의∘
링크 로드 조인트 등의 연결부재가 필요하게 되는 단점이 있고, , ,
플런저 의 축중심에 편심되어 연결되므로 작동시 플런저(404) , (404)
의 측면이 편마모가 발생되고 이로 인해 오작동의 위험을 항상 내,
제하고 있었다.
발명의 목적 및
특허 point
플런저 가 회전 운동되므로 편마모의 발생이 적고 반복적인(47) , ,∘
작동에 의해 플런저 의 외주면이 전반적으로 마모된다고 하더라(47)
도 플런저 의 회전 방향과 동력 전달방향이 수직을 이룸으로, (47) ,
편 마모 혹은 마모에 의한 오작동의 위험이 방지된다.
특허 청구범위
코일 의 여자시 플런저 가 소정 각으로 회전되고(44a, 44b) (47) ,∘
이 플런저 의 외측 선단에 링크 가 구비되며 코일(47) (48) , (44a, 44b)
의 소자시 회전된 플런저 가 원위치로 복귀되도록 복귀 스프링(47)
이 구비된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 정지용 솔레노이드(50) .
특허 참고도면
종래< >
발명< >
- 49 -
특허명 유체겸용 솔레노이드 출원인 국가( ) 현대자동차 한국( )
특허번호 년도( ) 10-0223085 발명자 오성근
종래의 문제점
종래의 솔레노이드는 솔레노이드 내지 초동안 전력을 공급시5 10∘
키는 것이 가능하도록 다이오드가 내장되어 있는 전기 유니트를 사
용하였는데 이 유니트는 고가이므로 실린더로 공급되는 연료를 제어
하기 위한 비용도 고가로 된다.
발명의 목적 및
특허 point
연료의 공급을 제어하기 위해서는 내지 초동안 스톱 레버를5 10∘
정지 위치에 고정 시켜야 하는데 유체를 사용하여 이런 문제점을 해
결하였다.
피스톤이 위치가 초기화가 될 때 유체의 소통구(143, 144, 145)∘
와 유동밸브 의 특성을 이용하여 유체의 속도를 감속시켰다(142) .
특허 청구범위
피스톤 의 이동과 연동하여 반대 방향으로 활주식 이동이 가(140)∘
능하고 복수개의 제 액체소통구 가 형성되어 있는 판상의 유동2 (144)
밸브 와 제 액체소통구 와 대응하는 복수개의 제 액체소통(142) 2 (144) 3
구 로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 겸용 솔레노이(145)
드.
특허 참고도면
발명 초기위치 상태< > 발명 정지위치 상태< >
- 50 -
마 모델링마 모델링마 모델링마 모델링. 30. 30. 30. 30
- 51 -
바 솔레노이드 전자장 해석바 솔레노이드 전자장 해석바 솔레노이드 전자장 해석바 솔레노이드 전자장 해석....
본 절에서는 레저용 차량인 디젤 엔진에 장착되는 커먼레인 시스템에 있어서 고압,
펌프 전단부에 설치되어 펌프에 의해서 토출되는 유량을 엔진 회전수에 비례하여
조절하는 저압용 비례솔레노이드 액추에이터를 대상으로 하고 있다 일반적으로 디.
젤 차량인 경우에는 차량의 운전시에 발생되는 질산과 같은 유해가스 차량의 진동,
파 소음이 환경문제는 물론 탑승자의 승차감을 저하시키는 요인으로 작용하고 있어
이에 대한 대책이 요구되고 있다 현재 전술한 문제점을 해결하는 방안으로 고압화.
및 미립화 연료를 분사하여 엔진의 연소특성을 향상시키는 시스템이 개발되어 차량
에 장착되고 있으나 국내의 기술은 초보 단계에 있으며 시스템을 전량 수입하는, ,
실정에 있기 때문에 연구 개발의 시급성이 요구된다 본 연구에서는 커먼레일 시스.
템 국내 개발을 위한 기초 연구로서 저압 비례 솔레노이드 액추에이터에 대한 연구
가 수행되었다.
그림 는 본 연구의 대상으로 하는 저압 비례 솔레노이드 액추에이터가 내장되2.35
어 있는 커먼레일 시스템을 보이는 것이다.
그림그림그림그림 2.35 Common rail system structure for diesel vehicle2.35 Common rail system structure for diesel vehicle2.35 Common rail system structure for diesel vehicle2.35 Common rail system structure for diesel vehicle
비례솔레노이드 액추에이터 설계비례솔레노이드 액추에이터 설계비례솔레노이드 액추에이터 설계비례솔레노이드 액추에이터 설계1)1)1)1)
그림 은 본 연구에서 대상으로 하는 커먼레일용 저압 비례솔레노이드 밸브를2.36
보이는 것으로 코일과 고정자 가동자 유량제어밸브로 구성되어 있다, , .
그림그림그림그림 2.36 Proportional solenoid actuator fur common rail2.36 Proportional solenoid actuator fur common rail2.36 Proportional solenoid actuator fur common rail2.36 Proportional solenoid actuator fur common rail
- 52 -
가 차 설계) 1
그림 에 보이는 그림은 설계 초기에 개념설계 단계에서 제안된 솔레노이드 액2.37
추에이터를 보이는 것이다 비례솔레노이드에 있어서 제어각 은 흡인. (control cone)
력을 비례적으로 제어하는데 있어서 매우 중요한 역할을 하기 때문에 반드시 해석
을 통하여 특성을 파악할 필요가 있다 본 연구의 개념 설계 단계에 있어서는. Fig.
의 도면을 통하여 의 설계인자를 입력으로 하여 해석을 수행하였다3 Table 1 .
그림 의 는 플런저와 제어각 사이에 갭이 거의 없고 제어각 두께2.38 a) , tc를
로 한 경우의 결과를 보이는 깃으로 플런저가 고정자에 가까워짐에 따라 오1.5mm
히려 흡인력이 떨어지는 현상이 발견되었다 의 와 같이 제어각 두께를. Fig. 4 b)
로 하여 수행하였으나 커다란 효과를 얻을 수 없었다 그 이유는 플런저와0.5mm .
제어각 사이에 틈이 없고 제어각 폭 이 매우 넓어 너무 큰 누설 자속이 발생하기(W)
때문이라 사료된다.
그림그림그림그림 2.37 Analysis Model_22.37 Analysis Model_22.37 Analysis Model_22.37 Analysis Model_2
Table 1 Design parameters for model_2Table 1 Design parameters for model_2Table 1 Design parameters for model_2Table 1 Design parameters for model_2
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a) Base model_2a) Base model_2a) Base model_2a) Base model_2
b) modified base model_2b) modified base model_2b) modified base model_2b) modified base model_2
그림그림그림그림 2.38 Analysis results for model_22.38 Analysis results for model_22.38 Analysis results for model_22.38 Analysis results for model_2
나 차 설계) 2
그림 는 의 결과로서 나타난 흡인력 특성을 보상하기 위하여 제안된2.39 model_2
새로운 모델들을 보이는 것이다 그림 의 와 모두 에서 제어각. 2.39 a) b) model_2
길이 과 폭 를 줄인 갓이며 그림 의 는 누설자속을 줄이기 위하여 폭l W , 2.39 b) W
를 보다 줄인 경우이다 그림 은 그림 의 해석 결과를 보이는 것a) 1mm . 2.40 2.39
으로 그림 의 보다 가 매우 우수한 비례 특성이 얻어짐이 확인되었다 그러2.40 a) b)
나 그림과 같은 씰부의 형상은 누설특성이 우수하지 못하기 때문에 최적의 설계기
법이 요구된다.
a) Analysis model_3(L : 3.5, W: 2.25)a) Analysis model_3(L : 3.5, W: 2.25)a) Analysis model_3(L : 3.5, W: 2.25)a) Analysis model_3(L : 3.5, W: 2.25)
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b) Analysis model_4(L: 3, W: 1.25)b) Analysis model_4(L: 3, W: 1.25)b) Analysis model_4(L: 3, W: 1.25)b) Analysis model_4(L: 3, W: 1.25)
그림그림그림그림 2.39 Proposed models2.39 Proposed models2.39 Proposed models2.39 Proposed models
a) model_3a) model_3a) model_3a) model_3
b) model_4b) model_4b) model_4b) model_4
그림그림그림그림 2.40 Analysis results of model_3 & model_42.40 Analysis results of model_3 & model_42.40 Analysis results of model_3 & model_42.40 Analysis results of model_3 & model_4
다 차 설계) 3
그림 은 그림 의 형상으로부터 최적의 솔레노이드 액추에이터를 제공하기2.41 2.39
위하여 제안된 것으로 가공성과 씰 특성을 고려하였다.
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그림그림그림그림 2.41 Final model for common rail system2.41 Final model for common rail system2.41 Final model for common rail system2.41 Final model for common rail system
Table 2 design parameters for final modelTable 2 design parameters for final modelTable 2 design parameters for final modelTable 2 design parameters for final model
그림 은 그림 및 에 보이는 설계 인자들을 각각 입력하여 유한요2.42 2.41 Table 2
소 해석한 결과를 보이는 것으로 W= 2.0mm, L= 5.6mm, tc= 0.25mm, Gap=
인 경우가 흡인력이 크면서 플런저 거리 변동에 관계없이 일정하게 제어0.25mm
되고 있음이 확인되었다.
는 해석 모델들에 대한 대표적인 자속 특성을 보이는 것이다Fig.9 .
a) Model 2-1, 2-2, 2-3a) Model 2-1, 2-2, 2-3a) Model 2-1, 2-2, 2-3a) Model 2-1, 2-2, 2-3
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b)Model 2-1, 2-4, 2-5b)Model 2-1, 2-4, 2-5b)Model 2-1, 2-4, 2-5b)Model 2-1, 2-4, 2-5
그림그림그림그림 2.42 Analysis results of final models2.42 Analysis results of final models2.42 Analysis results of final models2.42 Analysis results of final models
a) model 2-2 b) model 2-3a) model 2-2 b) model 2-3a) model 2-2 b) model 2-3a) model 2-2 b) model 2-3
c) model 2-4 d) model 2-5c) model 2-4 d) model 2-5c) model 2-4 d) model 2-5c) model 2-4 d) model 2-5
그림그림그림그림 2.43 Magnetic flux characteristics2.43 Magnetic flux characteristics2.43 Magnetic flux characteristics2.43 Magnetic flux characteristics
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사 시제품 제작사 시제품 제작사 시제품 제작사 시제품 제작....
그림 는 사의 밸브이며 는 사에서 만든 시제품의 실2.44 a) Delphi IMV , b) SG servo
제 사진이다.
그림 은 시제품인 사의 를 모델링한 도면을 그림으로 나타낸2.45 SG servo IMV 2D
것이다.
사사사사a) Delphia) Delphia) Delphia) Delphi 사사사사b) SG servob) SG servob) SG servob) SG servo
그림 밸브그림 밸브그림 밸브그림 밸브2.44 IMV2.44 IMV2.44 IMV2.44 IMV
그림 밸브 도면그림 밸브 도면그림 밸브 도면그림 밸브 도면2.45 IMV 2D2.45 IMV 2D2.45 IMV 2D2.45 IMV 2D
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아 실험장치 설계 제작아 실험장치 설계 제작아 실험장치 설계 제작아 실험장치 설계 제작.... ㆍㆍㆍㆍ
그림 은 본 과제에서 대상으로 하는 의 성능을 평가하기 위한 장치의 유압.2.44 IMV
회로로서 구성은 연료탱크 저압용 펌프 압력조절밸브 방향변환밸브 압력센서와, , , , ,
온도계 등으로 이루어져 있다 그림 의 실험 장치는 장에서 전술한 쪽참조. 2.44 2 (4 )
커먼레일부의 특성을 모사한 것으로 비교적 실제 차량의 상태와 동일한 조건으로
실험할 수 있도록 구성하였다 연료의 흐름은 먼저 연료펌프에서 토출되는 연료는.
압력제어밸브데 의해서 사용압력이 조정되고 방향변환밸브에 의해서 연료가 쪽, IMV
으로 흐르게 된다.
본 과제에서의 목적은 입력 디더 주파수 및 입력압력에 따른 소정의 연료의 양을
제어하는 것이기 때문에 전후에 각각 입력센서를 장착하고 뒤쪽에 비교적IMV , IMV
응답이 우수한 유량센서를 장착하였다.
그림 실험장치 유압회로그림 실험장치 유압회로그림 실험장치 유압회로그림 실험장치 유압회로2.442.442.442.44
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그림 은 실험을 위한 컴퓨터 인터페이싱 개략을 보이는 것이다 실제차량에2.45 IMV .
적용되는 를 이용하여 에 직접 신호를 입력하면서 그때의Dither controller IMV , IMV
유량 압력 온도 특성을 관찰할 수 있게 하였다, , .
그림 은 특성실험장치를 보이는 사진이다2.46 IMV .
그림 컴퓨터 인터페이싱그림 컴퓨터 인터페이싱그림 컴퓨터 인터페이싱그림 컴퓨터 인터페이싱2.452.452.452.45
그림 특성 실험 장치그림 특성 실험 장치그림 특성 실험 장치그림 특성 실험 장치2.46 IMV2.46 IMV2.46 IMV2.46 IMV
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자 실험 및 평가자 실험 및 평가자 실험 및 평가자 실험 및 평가....
실험장비 및 장치1)
샘플 사 사IMV : Delphi IMV, SG servo IMV•
제어기 : Dior controller TDA-1100•
실험조건2) IMV valve
Frequency 100Hz, 400Hz, 700Hz, 1000Hz
Duty ratio 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%
실험결과3)
비례솔레노이드에 입력되는 주파수를 임의의 값으로 고정시킨 후 튜티율, (duty
을 조정했을 때의 밸브의 압력과 유량특성 결과를 나타낸 것이다 밸브 동작ratio) .
시의 소음을 측정하여 결과 그래프에 병기하였다 먼저 소음을 비교하면. , 1000Hz
신호 입력시가 제일 양호함이 확인되었으며 유량 및 압력 히스테리시스 특PWM ,
성은 신호 입력시가 제일 양호함이 확인되었다 결과적으로 차량에서400Hz PWM .
는 소음 발생 원인을 줄여 승차감을 향상시키는 것이 중요 인자이기 때문에 밸브의
특성을 고주파 영역에서 우수한 성능을 내도록 설계를 유도할 필요가 있는데 밸브,
의 정밀가공을 통해서 쉽게 해결될 수 있을 것으로 사료된다.
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사 특성사 특성사 특성사 특성DELPHI IMVDELPHI IMVDELPHI IMVDELPHI IMV
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사 특성사 특성사 특성사 특성SG-servo IMVSG-servo IMVSG-servo IMVSG-servo IMV
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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333
이 과제는 개 항목의 기술지원 내용을 가지고 기업과 과제를 수행하였으며 해석과6
기술지원 및 성능평가는 기술지원 연구기관에서 수행하고 설계 및 제작관련으로는,
기업에서 수행하는 형태로 이루어 졌다 개 항목으로는 비례제어방식 솔레노이. 6 1.
드의 이론적 특성 기술지원 세계 각국에서 생산되는 비례솔레노이드 특성 분석2.
자료지원 전자석 재료의 기본 특성 기술지원 흡인력 특성 해석법 기술 지원3. 4.
성능평가 기술지원 기업 기술자의 현장 기술교육이 있으며 연구초기 계획했5. 6. ,
던 내용은 모두 달성하였다 과제 수행의 결과로 디젤차량용 전자 비례 액추100% . -
에이터의 제작 및 생산에 필요한 최적설계이론을 도입하여 흡인력 비례특성 히스테(
리시스 이 우수하고 소비전류가 적어 에너지 절약효과가 우수한 제품을 생산하기) ,
위한 기술을 지원 하였다 각종 성능평가를 위한 의 사용과 외국의 타 솔레노. FEM
이드와의 성능 비교 및 분석을 수행하였으며 이 연구결과 타 솔레노이드의 성능에,
비해 저조하지 않다는 것이 실험을 통하여 얻을 수 있었다 따라서 이 기술연구결. ,
과들에 의하여 상품화 및 매출실적 향상에 크게 기여할 것으로 사료된다.
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