압력 제어 밸브 및 이를 포함하는 전자 제어 동력 보조조향장치 document_id A220623071548

전자 제어 동력 보조 조향장치(ECPS:Electronically Controllable Power Steering Apparatus)는 자동차의 주행 속도에 따라 조향 보조 동력의 공급을 제어함으로써, 저속에서는 조향휠의 작동력을 가볍게 하고 고속에서는 조향 안정성을 유지할 수 있도록 하는 장치로서, 일반적인 유압식 동력 보조 조향장치가 갖고 있었던 문제점, 즉 자동차가 저속인 경우든 고속인 경우든 동일한 조향 보조 동력을 공급하는 문제점을 개선한 것이다. 도 1은 전자 제어 동력 보조 조향장치의 한 예를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 전자 제어 동력 보조 조향장치에 사용되는 종래 기술에 의한 압력 제어 밸브 및 유로 전환 밸브를 나타낸 단면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 자동차의 전자 제어 동력 보조 조향장치는 자동차의 엔진(미도시)에 의해 구동되는 유압 펌프(103)와, 입력축(203)과 피니언축(205)의 상대 변위에 따라 작동유의 유로를 변환하는 유로 전환 밸브(100), 이 유로 전환 밸브(100)로부터 전달되는 작동유에 의해 조향 보조 동력을 공급하는 작동 실린더(105), 자동차의 속도를 감지하는 차속 센서(107), 이 차속 센서(107)로부터 전기적 신호를 전달받는 전자 제어 장치(ECU:109), 유로 전환 밸브(100)의 일측에 구비되어 전자 제어 장치(109)에 의해 유압 반력부(209)로의 작동유 공급을 제어하는 압력 제어 밸브(150)를 포함하여 구성된다. 이러한 전자 제어 동력 보조 조향장치는 운전자가 조향휠(113)을 조작함으로써 이 조향휠(113)에 연결된 조향축(115)이 회전하고, 유니버설 조인트(117)를 매개로 조향축(115)과 연결되는 입력축(203)이 피니언축(205)과 상대 변위를 일으키면서 회전하여 그에 따라 작동유가 작동 실린더(105)에 선택적으로 공급됨으로써 랙 바(119)에 조향 보조 동력이 가해지게 되는 것이다. 여기서, 종래 기술에 의한 압력 제어 밸브(150)는 외주측에 배출 포트(223) 및 공급 포트(221)가 각각 형성되어 있고 중공 형상으로 이루어진 밸브 바디(231), 이 밸브 바디(231)의 내측에 슬라이딩 가능하도록 구비되고 공급 포트(221)와 연통되되 하측으로 개방된 유로(237)를 내측에 구비하고 있는 스풀(233), 이 스풀(233)의 상측에 구비되는 탄성 부재(235), 이 탄성 부재(235)의 위에 형성되는 지지체(241), 이 지지체(241)의 위에 형성되는 슬리브(243), 이 슬리브(243)를 구동하는 스테핑 모터(247)를 포함하여 구성된다. 밸브 바디(231)는 직경이 일정하고 중공의 원통 형상으로 외주측에 공급 포트(221) 및 배출 포트(223)를 구비하고 있는데, 공급 포트(221)는 유압 펌프(103)로부터 전달되는 작동유가 공급되는 통로이고, 배출 포트(223)는 오일 탱크로 전달되는 작동유가 배출되는 통로이다. 스풀(233)은 원통 형상으로서 밸브 바디(231)의 내측에 슬라이딩 가능하게 되어 있고, 그 내부에는 공급 포트(221)와 연통될 수 있는 유로(237)가 형성되어 있으며, 이 유로(237)는 스풀(233)의 하측으로 개방되어 있어서 공급 포트(221)를 통해 공급된 작동유가 유로(237)를 거쳐 스풀(233)의 하측으로 전달되게 된다. 탄성 부재(235)는 스풀(233)의 상측 및 밸브 바디(231)의 내측에 구비되어 스풀(233)에 축 방향으로 탄성력을 가한다. 이때, 스풀(233)의 하측에서 스풀(233)에 작용하는 작동유의 압력이 탄성 부재(235)의 탄성력보다 큰 경우에는 스풀(233)이 축 방향 위로 이동하게 되고, 반대의 경우에는 아래로 이동하게 된다. 이렇게 스풀(233)이 작동유의 압력에 따라 축 방향으로 직선 왕복운동을 하게 됨으로써, 유로(237)가 공급 포트(221)와 연통되기도 하고 차단되기도 하면서 작동유의 흐름이 제어되는 것이다. 또한, 스풀(233)의 하측에 공급되는 작동유는 최종적으로 유압 반력부(209)에 공급됨으로써 반력 플런저(207)가 입력축(203)의 회전을 제어하게 된다. 한편, 스풀(233)의 하측에는 유로(237)와 연통되는 중공 형상의 캡(239)을 구비하여, 탄성 부재(235)의 탄성력에 의해 스풀(233)이 밸브 바디(231)의 내측에서 튀어나가는 것을 방지한다. 캡(239)은 밸브 바디(231)의 내측에 압입 또는 나사결합으로 고정된다. 지지체(241)는 탄성 부재(235)의 상측에서 탄성 부재(235)를 지지하도록 구비되는 것으로서, 그 위의 슬리브(243) 및 스테핑 모터(247)에 의해 축 방향으로 직선 운동을 하면서 탄성 부재(235)를 지지해 준다. 또한, 지지체(241)의 외주면에는 오링(O-ring:242)이 구비된다. 스테핑 모터(247)는 슬리브(243)의 상측에 구비되어 모터축(249) 및 슬리브(243)를 통해 스풀(233)의 슬라이딩을 제어한다. 스테핑 모터(247)는, 차속 센서(107)로부터 신호를 전달받는 전자 제어 장치(109)에 의해 작동된다. 슬리브(243)는 모터축(249)을 둘러싸는 중공 형상으로, 모터축(249)과 동축상으로 형성되며 밸브 하우징(250)에 장착된다. 미설명 부호 225는 밸브 하우징(250)에 형성된 유로이고, 201은 토션 바이다. 따라서, 이러한 전자 제어 동력 보조 조향장치의 압력 제어 밸브에서는, 스테핑 모터(247)가 구동하면 모터축(249)이 회전하고, 모터축(249)에 구속되는 슬리브(243)가 축 방향 상하로 운동하면서 지지체(241) 및 탄성 부재(235)를 매개로 하여 하측의 스풀(233)을 슬라이딩시키게 되는 것이다. 구체적으로, 자동차가 저속으로 주행하는 경우에는 스테핑 모터(247)가 슬리브(243) 및 지지체(241)에 작은 힘을 가하도록 함으로써, 탄성 부재(235)가 복원되면서 탄성 부재(235)와 연결된 스풀(233)이 축 방향 위로 이동할 수 있게 되고, 이때 작동유가 공급 포트(221)로부터 차단되어 작동유가 유압 반력부(209)로 적게 공급된다. 그 결과 조향휠이 가벼워지는 것이다. 반면, 자동차가 고속으로 주행하는 경우에는 스테핑 모터(247)가 슬리브(243) 및 지지체(241)에다 저속일 때에 비해 상대적으로 큰 힘을 가하도록 함으로써 탄성 부재(235)가 압축에 의해 탄성력이 커지게 되면서 스풀(233)이 축 방향 아래로 이동하게 되고, 공급 포트(221)로부터 작동유가 유압 반력부(209)로 많이 공급됨으로써, 조향휠이 무거워지게 되는 것이다. 그러나, 종래의 기술에 의한 압력 제어 밸브는 저속시에도 스테핑 모터가 슬리브 및 지지체에 작은 힘을 가하므로 스풀 위에 있는 탄성 부재의 탄성력에 의해 공급 포트가 미세하게 개방되어서, 비록 적은 양이긴 하나 작동유가 유압 반력부로 계속 공급되어 조향휠이 무거워지게 되는 문제점이 있었다. 또한, 전술한 바와 같이 슬리브와, 지지체, 탄성 부재 등과 같은 부품의 수가 너무 많아서 그 구조 자체는 물론이고 제조 및 조립 공정이 복잡하게 되며, 이에 따른 비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.