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KR101979087B1 - 분사 밸브용 밸브 조립체 및 분사 밸브 - Google Patents

분사 밸브용 밸브 조립체 및 분사 밸브 Download PDF

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KR101979087B1
KR101979087B1 KR1020170076836A KR20170076836A KR101979087B1 KR 101979087 B1 KR101979087 B1 KR 101979087B1 KR 1020170076836 A KR1020170076836 A KR 1020170076836A KR 20170076836 A KR20170076836 A KR 20170076836A KR 101979087 B1 KR101979087 B1 KR 101979087B1
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valve
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upper retaining
needle
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크리스토프 하만
루이지 마르치
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콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
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Abstract

분사 밸브(1)용 밸브 조립체(3)가 개시되며, 분사 밸브(1)용 밸브 조립체(3)는 공동부(9)를 갖는 밸브 몸체(4), 공동부(9)에서 축 방향으로 이동 가능하고, 반경 방향으로 연장되는 리테이닝 요소(24)에 고정적으로 연결되고, 유체 출구 부분(7)으로부터 멀어지는 방향으로 향하는 밸브 니들(11)의 축 방향 영역에 배치되는 밸브 니들(11), 밸브 니들(11) 상에서 미끄러질 수 있고, 리테이닝 요소(24)를 통해 니들(11)에 작용하는 전기자(23)를 포함한다. 원추형 스프링(30)은 리테이닝 요소(24)와 상부 리테이닝 요소(24)를 향한 전기자(23)의 최상부 측(28) 사이에 배치되고, 리테이닝 요소(24)로부터 멀어지는 방향으로 전기자(23)를 편향시킨다.

Description

분사 밸브용 밸브 조립체 및 분사 밸브{VALVE ASSEMBLY FOR AN INJECTION VALVE AND INJECTION VALVE}
본 개시내용은 분사 밸브용 밸브 조립체 및 분사 밸브, 예를 들어 차량의 연료 분사 밸브에 관한 것으로서, 특히 솔레노이드 분사 밸브에 관한 것이다.
이러한 분사 밸브는 높은 연료 압력의 경우에도 유체를 투여할 수 있어야 한다. 이것을 보장하는 설계 중 하나가 "프리 리프트(free-lift" 설계이다. 이러한 설계에 따르면, 전자기 액추에이터 유닛의 전기자는 인젝터(injector)를 열기 위해 니들(needle)과 맞물리기 전에 "사전 스트로크 갭(pre-stroke gap)"을 이동한다. 따라서, 운동 에너지는 실제 열기 전에 축적된다.
"프리 리프트" 개념은 밸브 니들에 고정되는 상부 리테이닝 요소(upper retaining element)로부터 전기자를 편향시키는 소위 프리 리프트 스프링을 사용한다. 액추에이터 유닛에 전원이 공급되면, 전기자는 밸브 니들을 움직이기 위한 상부 리테이닝 요소와 맞물리기 전에 이러한 스프링의 하중에 대해 이동한다. 일반적으로, 밸브 니들과 맞물리기 전에 전기자가 이동할수록, 운동 에너지는 더 많이 축적된다. 따라서, 높은 연료 압력을 관리하기 위해서는 큰 스프링 이동(spring travel)이 유리하다.
반면에, 컴팩트트 인젝터는 공간이 자동차 응용에서 부족함에 따라 유리하다. 따라서, 하나의 해결책은 전기자의 오목부에 프리 리프트 스프링을 배치하는 것이다. 그러나, 이것은 밸브 니들의 안내 길이(guidance length)를 감소시키고, 기능적 문제 및 마모를 발생시킬 수 있다.
본 개시내용의 목적은 전술한 어려움을 극복하고, 높은 최대 압력으로 안정된 성능을 제공하는 분사 밸브용 밸브 조립체를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 독립 청구항에 따른 밸브 조립체에 의해 달성된다.
유리한 실시예 및 개발(development)은 종속항, 다음의 설명 및 도면에 명시된다.
일 양태에 따르면, 유체 입구 부분 및 유체 출구 부분을 갖는 공동부(cavity)를 포함하는 중앙 길이 방향 축(central longitudinal axis)을 갖는 밸브 몸체를 포함하는 분사 밸브용 밸브 조립체가 제공된다. 밸브 조립체는 공동부에서 축 방향으로 이동 가능한 밸브 니들을 더 포함한다. 특히, 밸브 니들은 밸브 몸체에 대해 왕복 운동하는 방식으로 변위 가능하다. 밸브 니들은 폐쇄 위치에서 유체 출구 부분을 통한 유체 흐름을 방지하고, 추가의 위치에서의 유체 출구 부분을 통한 유체 흐름을 허용(release)하도록 동작 가능하다.
밸브 니들은 니들로부터 반경 방향으로 연장되는 리테이닝 요소에 고정적으로 연결되고, 유체 출구 부분으로부터 멀어지는 방향으로 향하는 밸브 니들의 축 방향 영역에 배치된다. 본 문맥에서, 이것은 리테이닝 요소가 밸브 니들과 일체형이고, 밸브 니들의 샤프트로부터 반경 방향 바깥 방향으로 돌출하는 실시예를 포함한다.
밸브 조립체는 전자기 액추에이터 유닛을 위한 전기자를 더 포함한다. 전기자는 공동부 내에서 축 방향으로 이동 가능하고; 특히, 그것은 왕복 운동하는 방식으로 밸브 몸체에 대해 축 방향으로 변위 가능하다.
전기자는 밸브 니들이 연장되는 중앙 축 방향 개구를 포함한다. 이런 식으로, 전기자는 폼 피트(form-fit)에 의해 밸브 니들에 결합될 수 있다. 전기자와 밸브 니들 사이의 폼 피트 조인트는 전기자의 이동을 반경 방향으로만 제한한다. 전기자는 밸브 니들 상에서 미끄러질 수 있고, 즉 밸브 니들에 대해서도 왕복 운동하는 방식으로 축 방향으로 변위 가능하다.
전기자는 상부 리테이닝 요소를 통해 니들에 작용한다. 특히, 전기자는 밸브 니들을 폐쇄 위치로부터 멀리 축 방향으로 변위시키기 위해 리테이닝 요소와 폼 피트 연결로 맞물리도록 동작할 수 있다.
원추형 스프링은 리테이닝 요소와 상부 리테이닝 요소를 향한 전기자의 최상부 측 사이의 중앙 길이 방향 축 주위에 배치되고, 상부 리테이닝 요소로부터 멀어지는 방향으로 전기자를 편향시킨다.
이러한 밸브 조립체는 거의 원추형 스프링의 전체 길이가 용량을 가득하게 채우는(full) 데 사용될 수 있다는 장점을 갖는데, 그 이유는 원추형 스프링의 권선이 스프링이 압축될 때 서로 감을 수 있으며, 결과적으로, 최대 압축의 경우에 원추형 스프링의 높이는 단지 대략 예를 들어 스프링 와이어의 직경의 두 배일 수 있다. 따라서, 제한된 이용 가능한 공간에도 불구하고 원추형 스프링으로 큰 스프링 이동이 달성될 수 있다. 따라서, 고압 연료를 투여하기에 적합한 특히 컴팩트트 프리 리프트 인젝터가 생성된다.
일 실시예에서, 밸브 조립체는 리테이닝 요소로부터 멀리 떨어진 전기자의 측면상의 밸브 니들에 고정되는 하부 리테이닝 요소를 포함한다. 따라서, 리테이닝 요소는 또한 다음에는 상부 리테이닝 요소로서 나타내어진다. 편리한 개발에서, 원추형 스프링은 전기자를 하부 리테이닝 요소와 접촉하도록 편향시킨다.
일 실시예에서, 전기자는 특히 밸브 니들을 폐쇄 위치로부터 멀리 축 방향으로 변위시키기 위해 상부 리테이닝 요소와 폼 피트 연결로 맞물리도록 동작할 수 있는 평평한 표면을 갖는다. 일 개발에서, 평평한 표면은 또한 원추형 스프링용 시트(seat)를 나타낸다. 평평한 표면은 바람직하게는 길이 방향 축에 수직으로 연장된다. 이런 식으로, 전기자의 단순한 기하학적 구조체 및/또는 전기자와의 원추형 스프링의 용이한 조립체가 달성될 수 있다.
일 실시예에서, 상부 리테이닝 요소는 원추형 스프링과 축 방향으로 중첩하는 슬리브 부분과, 슬리브 부분을 지나서 반경 방향 바깥 방향으로 돌출하고, 원추형 스프링용 시트를 나타내는 컬러 부분을 포함한다. 바람직하게는, 전기자는 밸브 니들을 축 방향으로 이동시키도록 밸브 니들에 작용하기 위해 슬리브 부분과 폼 피트 연결로 맞물린다. 이점으로, 리테이닝 요소는 단순한 형상을 가지며, 동시에 필요한 모든 기능을 신뢰할 수 있게 제공한다.
일 실시예에 따르면, 원추형 스프링의 권선의 직경은 적어도 회전(turn) 당 2d만큼 증가하며, 여기서 d는 스프링 와이어의 직경이다. 이 실시예는 완전 압축된 스프링이 단지 하나의 스프링 와이어의 직경(d), 즉 직경(d)의 약 2배보다 약간 더 크도록 각각의 권선이 이전의 권선으로 감길 수 있다는 이점을 갖는다.
일 실시예에 따르면, 원추형 스프링의 권선의 직경은 상부 리테이닝 요소를 향하는 스프링의 제1 단부에서 최소이고, 전기자를 향하는 제2 단부에서 최대이며, 전기자의 방향으로 증가한다. 권선의 직경은 그 사이에서 균일하게 증가할 수 있다.
이 실시예에 따르면, 스프링은 소 직경의 권선이 상부 리테이닝 요소쪽으로 위쪽을 향하도록 지향된다. 따라서, 개별 권선은 상부 리테이닝 요소와 전기자 사이의 갭으로 밀어 넣어지는 것이 방지되며, 이는 전기자의 움직임을 차단할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전기자는 유체 입구 부분과 유체 출구 부분 사이에 유체 통로를 형성하는 복수의 관통 구멍을 포함하며, 관통 구멍의 제1 단부는 원추형 스프링에 의해 덮인 영역 외부의 전기자의 최상부 측에 노출된다.
원추형 스프링에 의해 덮인 영역은 전기자의 최상부 측의 부분인 것으로 이해되며, 그 위에 스프링이 압축될 때 스프링 코일의 권선, 즉 전기자의 내부 환형 부분은 원추형 스프링의 반경까지 니들에 가깝다. 다시 말하면, 관통 구멍은 일 실시예에서 적어도 전술한 전기자의 평평한 표면을 포함하는 평면에서 원추형 스프링에 대해 반경 방향 바깥 방향으로 오프셋된다.
이 실시예에 따르면, 관통 구멍은 관통 구멍을 통한 유체 흐름이 원추형 스프링에 의해 방지되지 않도록 이러한 영역의 외측에서 끝난다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 전술한 밸브 조립체를 갖는 분사 밸브가 제공되며, 전자기 액추에이터 유닛을 더 포함한다. 전자기 액추에이터 유닛은 전기자를 편리하게 포함할 수 있다. 전자기 액추에이터 유닛은 특히 전기자를 상부 리테이닝 요소쪽으로 축 방향으로 이동시키기 위해 밸브 조립체의 전기자에 작용하는 자기장을 유도하도록 통전될 수 있는 코일을 포함한다. 분사 밸브는 특히 차량의 연료 분사 밸브일 수 있다.
분사 밸브, 유체 분사 밸브 및 유체 분사 밸브를 제조하기 위한 방법에 대한 밸브 조립체의 추가의 이점, 유리한 실시예 및 개발은 개략적인 도면과 관련하여 아래에서 설명되는 예시적인 실시예로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 조립체를 가진 분사 밸브의 단면도; 및
도 2는 도 1의 상세 사항의 도시도.
도 1은 특히 내연 기관에 연료를 투여하는데 적합한 분사 밸브(1)를 도시한다. 분사 밸브(1)는 특히 밸브 조립체(3)를 포함한다. 밸브 조립체(3)는 중앙 길이 방향 축(L)을 갖는 밸브 몸체(4)를 포함한다. 하우징(6)은 부분적으로 밸브 몸체(4) 주위에 배치된다.
밸브 몸체(4)는 공동부(9)를 포함한다. 공동부(9)는 유체 출구부(7)를 갖는다. 유체 출구부(7)는 밸브 몸체(4)에 제공되는 유체 입구부(5)와 연통한다. 유체 입구부(5) 및 유체 출구부(7)는 특히 밸브 몸체(4)의 대향 축 방향 단부에 위치된다. 공동부(9)는 밸브 니들(11)을 받아들인다. 밸브 니들(11)은 니들 샤프트(15)와, 니들 샤프트(15)의 팁(tip)에 용접된 실링 볼(sealing ball)(13)을 포함한다.
밸브 니들(11)의 폐쇄 위치에서, 당해 밸브 니들은 적어도 하나의 분사 노즐을 갖는 시트 플레이트(17) 상에 실링하여(sealingly) 놓여 있다. 미리 설치된 교정 스프링(preloaded calibration spring)(18)은 폐쇄 위치를 향하여 축 방향으로 니들(11)에 힘을 가한다. 유체 출구부(7)는 시트 플레이트(17) 근처에 배치된다.
밸브 니들(11)의 폐쇄 위치에서, 하나 이상의 분사 노즐을 통한 유체 흐름이 방지된다. 분사 노즐은 예를 들어 분사 구멍일 수 있다. 그러나, 그것은 또한 유체를 투여하는데 적합한 일부 다른 타입일 수 있다.
밸브 조립체(3)에는 전자기 액추에이터 유닛(19)이 제공된다. 전자기 액추에이터 유닛(19)은 바람직하게는 하우징(6) 내부에 배치되는 코일(21)을 포함한다. 더욱이, 전자기 액추에이터 유닛(19)은 전기자(23)를 포함한다. 하우징(6), 밸브 몸체(4)의 부분 및 전기자(23)는 전자기 회로를 형성한다. 액추에이터 유닛(19)은 폴 피스(pole piece)(25)를 더 포함한다.
전기자(23)는 공동부(9) 내에서 축 방향으로 이동 가능하고, 폼 피트에 의해 밸브 니들(11)에 고정되며, 이러한 조인트는 전기자(23)가 밸브 니들(11)에 대해 반경 방향으로 이동하는 것을 방지한다. 니들(11)은 전기자(23)의 중앙 축 방향 개구를 통해 연장된다. 전기자(23)는 밸브 니들(11)에 대해 축 방향으로 이동 가능하며, 즉 전기자는 니들(11) 상에서 미끄러질 수 있다.
밸브 니들(11)의 축 방향 단부에서, 밸브 니들(11)은 상부 리테이닝 요소(24)를 포함한다. 상부 리테이닝 요소(24)는 밸브 니들(11)의 축 방향 단부 주위에서 원주 방향으로 연장되는 슬리브 부분(이하, 베이스 부분(27)으로 나타냄)을 갖고, 밸브 니들(11)로부터 반경 방향으로 연장되는 컬러 부분(26)을 더 포함함으로써, 베이스 부분(27)을 넘어 반경 방향 바깥 방향으로 돌출하도록 한다. 상부 리테이닝 요소(24)는 일체로 형성된 1피스 부분(one-pieced part)이다. 이 실시예에서, 상부 리테이닝 요소(24)는 별개의 피스이지만, 밸브 니들(11)의 축 방향 단부에 고정적으로 연결된다. 추가의 실시예에서, 상부 리테이닝 요소(24)는 밸브 니들(11)과 1피스로 형성될 수 있다.
상부 리테이닝 요소(24)와 상부 리테이닝 요소(24)를 향한 전기자(23)의 최상부 측(28) 사이에는, 원추형 스프링(30)이 중앙 길이 방향 축(L) 및 상부 리테이닝 요소(24)의 베이스 부분(27) 주위에 배치되고, 상부 리테이닝 요소(24)로부터 멀어지는 방향으로 전기자(23)를 편향시킨다.
원추형 스프링(30)은 제1 단부를 가진 전기자(23)의 최상부 측(28) 상의 전기자(23)의 평평한 표면상에 놓여 있으며, 이는 큰 직경을 갖는다. 원추형 스프링은 제2 단부를 갖는 상부 리테이닝 요소(24)의 컬러(26)에 놓인다.
원추형 스프링(30)은 다수의 권선을 포함하며, 이의 직경은 적어도 회전 당 2d만큼 증가하며, 여기서 d는 스프링 와이어의 직경이다. 따라서, 스프링(30)은 비교적 작은 공간을 차지하면서 단단히 압축될 수 있다. 결과적으로, 원추형 스프링(30)의 스프링 이동은 비교적 크다.
원추형 스프링(30)은 전기자(23)와 상부 리테이닝 요소(24) 사이에 힘의 전달을 가능하게 한다. 스프링(30)의 댐핑(dampening) 효과는 전기자(23) 및/또는 밸브 니들(11)에 대한 마모 효과가 밸브 니들(11)의 개폐 프로세스 중에 작게 유지될 수 있게 한다.
밸브(1)의 폐쇄 위치에서, 상부 리테이닝 요소(24)와 전기자(23) 사이에 갭이 존재하며, 이러한 갭은 또한 프리 리프트 갭이라 불린다. 코일(21)이 통전되면, 전기자(23)는 자력을 겪게 되고, 폴 피스(25)를 향해 위쪽으로 미끄러져, 유체 출구부(7)로부터 멀어지는 축 방향으로 이동하여 원추형 스프링(30)을 압축한다.
갭을 주행하고 운동 에너지를 흡수한 후에만, 원추형 스프링(30)이 설치되는 전기자(23)의 평평한 표면은 상부 리테이닝 요소(24)의 베이스 부분(27)에 부딪치고, 이러한 방식으로 형성되는 상부 리테이닝 요소(24)와의 폼 피트 연결을 통해 밸브 니들(11)을 취한다. 결과적으로, 밸브 니들(11)은 밸브(1)의 폐쇄 위치에서 축 방향으로 이동한다. 전기자(23)가 위쪽으로 이동하기 시작하면, 상부 리테이닝 요소(24)로부터 먼 전기자(23)의 측면 상의 니들(11)에 고정적으로 연결된 디스크 형상 요소(43)와 전기자(23) 사이에는 갭이 형성된다. 디스크 형상 요소(43)는 상부 리테이닝 요소(24)로부터 떨어진 방향으로 밸브 니들(11)에 대한 전기자(23)의 축 방향 변위 가능성을 제한하는 하부 리테이닝 요소를 나타낸다.
코일(21)이 비통전(de-energize)되면, 교정 스프링(18)은 밸브 니들(11)이 폐쇄 위치로 축 방향으로 이동하게 할 수 있다. 폐쇄 과도기(closing transient)의 끝에서, 밸브 니들(11)이 시트 플레이트(17)에 부딪칠 때, 전기자(23)는 상부 리테이닝 요소(24)로부터 분리되고, 디스크 형상 요소(43)를 향해 아래쪽으로 이동하여 전기자(23)와 디스크 형상 요소(43) 사이의 갭을 폐쇄한다.
도 2는 분사 밸브(1)의 상세를 도시한다. 전기자(23)는 유체 입구 부분(5)과 유체 출구 부분(7) 사이에 유체 통로를 형성하는 다수의 관통 구멍(32)을 포함한다. 관통 구멍(32)의 제1 단부(34)는 원추형 스프링(30)에 의해 덮인 영역(36) 외부의 전기자(23)의 최상부 측(28)에 노출된다. 원추형 스프링(30)에 의해 덮인 영역(36)은 최상부 측(28)의 내부 영역이며, 여기서 원추형 스프링(30)의 권선이 배치된다. 따라서, 영역(36)은 환형이고, 상부 리테이닝 요소(24)의 베이스 부분(27) 주위로 연장되고, 원추형 스프링(30)의 최대 권선의 외부 직경을 갖는다.

Claims (7)

  1. 분사 밸브(1)용 밸브 조립체(3)로서,
    - 유체 입구 부분(5) 및 유체 출구 부분(7)을 갖는 공동부(9)를 포함하는 중앙 길이 방향 축을 갖는 밸브 몸체(4),
    - 상기 공동부(9)에서 축 방향으로 이동 가능한 밸브 니들(11)로서, 폐쇄 위치에서 상기 유체 출구 부분(7)을 통한 유체 흐름을 방지하고, 추가의 위치에서의 상기 유체 출구 부분(7)을 통한 상기 유체 흐름을 허용하며, 반경 방향으로 연장되는 상부 리테이닝 요소(24)에 고정적으로 연결되고, 상기 유체 출구 부분(7)으로부터 멀어지는 방향으로 향하는 밸브 니들(11)의 축 방향 영역에 배치되는, 상기 밸브 니들(11),
    - 상기 공동부(9) 내에서 축 방향으로 이동 가능한 전자기 액추에이터 유닛(19)용의 전기자(23)로서, 상기 밸브 니들(11)이 연장되는 중앙 축 방향 개구를 포함하고, 상기 밸브 니들(11) 상에서 미끄러질 수 있으며, 상기 상부 리테이닝 요소(24)를 통해 상기 니들(11)에 작용하는, 상기 전기자(23)를 포함하며,
    원추형 스프링(30)은 상기 상부 리테이닝 요소(24)와 상기 상부 리테이닝 요소(24)를 향한 상기 전기자(23)의 최상부 측(28) 사이의 중앙 길이 방향 축 주위에 배치되고, 상기 상부 리테이닝 요소(24)로부터 멀어지는 방향으로 상기 전기자(23)를 편향시키고,
    상기 원추형 스프링(30)의 권선의 직경은 상기 상부 리테이닝 요소(24)를 향하는 상기 스프링(30)의 제1 단부에서 최소이고, 상기 전기자(23)를 향하는 제2 단부에서 최대이며, 상기 전기자(23)의 방향으로 증가하고,
    상기 원추형 스프링(30)의 권선의 직경은 적어도 회전 당 2d만큼 증가하며, d는 스프링 와이어의 직경인, 분사 밸브용 밸브 조립체(3).
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기자(23)는 상기 상부 리테이닝 요소(24)와 폼 피트 연결로 맞물리도록 동작 가능하고, 원추형 스프링(30)용 시트를 나타내는 평평한 표면을 갖는, 분사 밸브용 밸브 조립체(3).
  3. 제2항에 있어서, 상기 상부 리테이닝 요소(24)는 상기 원추형 스프링(30)과 축 방향으로 중첩하는 슬리브 부분과, 상기 슬리브 부분을 지나서 반경 방향 바깥 방향으로 돌출하고, 상기 원추형 스프링(30)용 시트를 나타내는 컬러 부분을 포함하는, 분사 밸브용 밸브 조립체(3).
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기자(23)는 상기 유체 입구 부분(5)과 상기 유체 출구 부분(7) 사이에 유체 통로를 형성하는 다수의 관통 구멍(32)을 포함하며, 상기 관통 구멍(32)의 제1 단부(34)는 상기 원추형 스프링(30)에 의해 덮인 영역(36) 외부의 상기 전기자(23)의 최상부 측(28)에 노출되는, 분사 밸브용 밸브 조립체(3).
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 밸브 조립체(3)를 갖는 분사 밸브(1)로서,
    전자기 액추에이터 유닛을 더 포함하는, 분사 밸브(1).
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