KR100553463B1

KR100553463B1 - 밸브 시트체와 천공 분사 디스크가 조합된 연료 분사 밸브

Info

Publication number: KR100553463B1
Application number: KR1019997003776A
Authority: KR
Inventors: 타이베스헨닝
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 1996-12-21
Filing date: 1997-10-18
Publication date: 2006-02-22
Also published as: KR20000052911A; EP0953108A1; DE59706912D1; JP3953530B2; RU2187687C2; DE19653832A1; CN1240501A; CN1089859C; JP2001507097A; US6131826A; EP0953108B1; ES2175482T3; WO1998028538A1

Abstract

본 발명은 밸브 시트체(14)에 형성된 밸브 시트면(17)을 구비하고, 상기 시트면은 밸브를 밀폐하는 밸브 폐쇄체(8)와 상호작용하며, 또한 하나 이상의 분사구(18)를 갖는 천공 분사 디스크를 구비하고 있는 밸브, 특히, 내연기관의 연료 분사 설비용 연료 분사 밸브에 관한 것이다.

본 발명에 따른 실시예에 따라 밸브 시트체(14)와 천공 분사 디스크(15)는 단일의 가변형 평면 가공 부재(16)로 형성되어 있다. 상기 가공 부재(16)는 컵 형상으로, 이 가공 부재가 밸브 시트면(17)의 영역에서 밸브(1)의 폐쇄 상태에서 작동되지 않는 밸브 폐쇄체(8)에 밀폐적으로 접촉하고, 밸브 시트면(17)의 하류의 영역에서 하나 이상의 분사구(18)를 갖는 천공 분사 디스크(15)를 형성하도록 형성되어 있다.

가공 부재, 분사구, 천공 분사 디스크, 밸브 시트체, 밸브 폐쇄체

Description

밸브 시트체와 천공 분사 디스크가 조합된 연료 분사 밸브{VALVE WITH COMBINED VALVE SEAT BODY AND PERFORATED INJECTION DISK}

본 발명은 밸브, 특히 청구항 1의 전제부에 따른 내연기관용 연료 분사 시스템을 위한 연료 분사 밸브에 관한 것이다.

DE 42 21 185 A1호에는 밸브 시트체를 절삭 제조 방법에 의해 제조하는 연료 분사 밸브가 공지되어 있다. 밸브 시트체는 구형으로 형성된 밸브 폐쇄체와의 상호 작용시 밀봉 기능에 요구되는 정확도를 달성하기 위해, 절삭 가공 후에 밸브 시트의 영역에서 후속하는 정밀 가공을 받아야 한다. 별도로 제작된 천공 분사 디스크가 용접에 의해 밸브 시트체와 밀봉 방식으로 연결된다. 용접 연결은 열 작용에 의해 바람직하지 않은 변형이 일어날 수 있다는 결점을 갖는다. 밸브 시트체와 천공 분사 디스크의 공지된 두 부분 조합체는 밸브 시트체와 천공 분사 디스크를 제조할 때 및 이들 부재를 연료 분사 밸브의 밸브 시트 지지체에 장착할 때 비교적 높은 비용을 필요로 한다. 비교적 높은 가공 비용 및 비교적 높은 재료 비용으로 인해 전체적으로 제조 비용이 비교적 높아지게 된다.

청구항 1의 특징을 갖는 본 발명에 따른 밸브는 상기 종래 기술에 비해, 밸브 시트체와 천공 분사 디스크가 단일편의 결합부에 일체화되고, 가변형 평면 가공 부재, 예컨대 박판 부재로 구성되는 상기 결합부는 디프 드로잉 공정에 의해 간단한 방법 및 방식으로 재료 절약적으로 제조 가능하다는 이점을 갖는다. 이에 의해, 특히 대량 제조시 현저한 비용 절감이 얻어진다. 단일편의 박판으로 제조되는 밸브 시트체와 천공 분사 디스크의 형상으로 인해 가공이 용이해지고 밸브 시트체와 천공 분사 디스크의 조합체의 중량이 감소될 뿐 아니라 소요 재료량도 감소된다. 또한, 밀봉 특성이 개선된다.

종속 청구항들에 기재된 조치에 의해 청구항 1에 제시된 밸브의 바람직한 실시 및 개선이 가능하다.

밸브 폐쇄체가 그 개방 및 폐쇄 운동시 축방향으로 안내될 수 있도록 하기 위해 밸브 시트면의 상류에 바람직하게는 다면체형의 안내부를 배치하는 것이 유리하다. 안내부를 다면체형으로 형성함으로써, 밸브를 통해 흐르는 매체가 밀봉 밸브 시트면까지 방해받지 않고 유입되는 것이 보장된다.

또한, 밸브 시트면과 천공 분사 디스크가 형성되어 있는 가변형 평면 가공 부재가 안내부의 하류에서 굴곡되며, 따라서 가변형 평면 가공 부재의 고정 부분이 상기 가공 부재의 원환 단부의 방향으로 흐름 방향으로 연장되게 하는 것도 유리하다. 이렇게 하면, 예컨대 용접 시임의 형성에 의해 가공 부재를 밸브 시트 지지체에 고정하기 위해 가공 부재의 원환 부재에 접근하는 것이 용이해지는 이점이 있다. 다른 이점은 가공 부잭가 분사측으로부터 작용하는 이동 공구에 의해 밸브 시트 지지체 내에서 밸브의 개방 행정을 조절하기 위해 이동할 수 있으며, 이 때 가공 부재가 밸브 시트 지지체에 끼지 않는다는 것이다. 가공 부재를 밸브 시트 지지체에 고정한 후에, 밸브 시트의 위치, 따라서 밸브 행정 또는 밸브의 최대 통과량이 여전히 이동 공구에 의해 용이하게 변화될 수 있다. 이때, 가공 부재는 시트에서 이격된 영역에서만 약간 소성 변형된다.

따라서, 행정 조절을 위한 이동 과정시에 밸브 시트면 또는 천공 분사 디스크를 구성하는 부분의 변형을 방지하기 위해, 이동 공구가 단지 가공 부재의 고정 부분 및/또는 굴곡 부분에만 작용하도록, 이동 공구를 가공 부재의 형태에 적합화시키는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 분사 밸브를 도시하는 개략적인 부분 단면도.

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 단면도.

도 3은 밸브 행정의 조절을 위한 이동 공구와 함께 본 발명에 따른 밸브의 다른 실시예를 도시하는 개략적인 부분 단면도.

도 4는 밸브 행정의 조절을 위한 이동 공구와 함께 본 발명에 따른 밸브의 다른 실시예를 도시하는 개략적인 부분 단면도.

본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 이하의 기재에서 상세히 설명한다.

도 1에는 예로서 혼합기 압축식 외부 점화형 내연기관의 연료 분사 시스템용 연료 분사 밸브 형태의 밸브가 개략적으로 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 연료 분사 밸브뿐 아니라 액체 또는 기체 매체용의 다른 종류의 밸브에도 사용 가능하다.

연료 분사 밸브(1)는 플라스틱 코팅(2)에 의해 부분적으로 둘러싸인 관형 밸브 시트 지지체(3)를 갖는다. 밸브 시트 지지체(3) 내에는 밸브-종축선(4)에 대해 동축적으로 종방향 구멍(5)이 형성된다. 종방향 구멍(5) 내에는 실시예에서는 관형으로 되어 있는 밸브 니들(6)이 배치되고, 상기 밸브 니들은 하류 단부(7)에서 구형으로 형성되어 있는 밸브 폐쇄체(8)와 용접 시임(9)을 따르는 용접에 의해 연결되어 있다. 예컨대 밸브 니들(6)의 내부를 통해 유입하는 연료는 측면 개구(10)를 통해 방해받지 않고 종방향 구멍(5) 내로 이동되어 밸브 폐쇄체(8)를 향해 흐를 수 있다.

연료 분사 밸브(1)의 작동은 공지의 방법으로 예컨대 전자기적으로 수행된다. 밸브 니들(6)을 축방향으로 이동시켜 도시되어 있지 않은 복원 스프링의 탄성력에 대항해서 개방하기 위해, 자석 코일(11), 전기자(12) 및 상기 자석 코일(11)로 둘러싸인 코어(13)를 갖는 도시된 전자기 회로가 이용된다. 전기자(12)는 밸브 니들(6)의 밸브 폐쇄체(8) 반대쪽 단부와 연결되며 코어(13)에 대해 정렬된다.

밸브 폐쇄체(8)는 밀봉 시트를 구성하기 위해 밸브 시트체(14)에 형성된 밸브 시트면(17)과 상호 작용한다. 천공 분사 디스크(15)에는 밸브를 통과한 매체, 실시예에서는 연료를 분출하기 위한 분사구들(18)이 형성된다. 본 발명에 따르면, 밸브 시트체(14)와 천공 분사 디스크(15)는 단일편의, 가변형 평면 가공 부재(16)에 일체로 형성되어 있다. 상기 단일편의, 가변형 평면 가공 부재(16)란 디프 드로잉에 의해 도 1에 도시된 컵(cup) 형상으로 이루어질 수 있는 박판재를 의미한다. 밸브 시트체(14)의 영역에서는 가공 부재(16)가 원뿔형으로 형성되어 있기 때문에, 구형 밸브 폐쇄체(8)는 순환 접촉선을 따라 밸브 시트면(17)에 밀봉 방식으로 접촉한다. 밸브 폐쇄체(8)와 밸브 시트면(17) 사이의 밀폐성을 향상시키기 위해, 밸브 시트면(17)은, 가공 부재(16)의 디프 드로잉 후 적당한 후 가공 공정, 예컨대 연마에 의해 필요한 형상 정확도를 달성하도록 후 가공된다.

천공 분사 디스크(15)를 구성하는 가공 부재(16)의 부분은 밸브 시트체(14)를 구성하는 가공 부재(16)의 부분의 하류에 위치한다. 가공 부재(16)는 천공 분사 디스크(15)의 영역에 있어 흐름 방향으로 반구형으로 휘어져 있어, 바람직하게는 수개의, 예컨대 네개의 분사구가 밸브 종축선(4)에 대해 외향으로 경사져 있다. 따라서, 본 발명에 따라 더욱 개량된 연료 분사 밸브(1)의 분출 특성이 개선된다. 천공 분사 디스크(15)를 구성하는 가공 부재(16)의 부분의 반구형 휘어짐에 의해 동시에, 가공 부재(16)는 분사구(18)의 영역에서 구형 밸브 폐쇄체(8)에 접하지 않는다.

밸브 시트체(14)를 구성하는 가공 부재(16) 부분의 상류에는 안내부(19)가 위치한다. 안내부(19)에 있어서 가공 부재(16)의 형상을 보다 명료하게 도시하기 위해 도 2에는 도 1에 있어 Ⅱ-Ⅱ선을 따르는 단면이 도시되어 있다. 거기에서는 가공 부재(16)의 안내부(19) 내에 매립된 구형 밸브 폐쇄체(8)를 볼 수 있다. 가공 부재(16)는 안내부(19)에서는 다면체형으로 형성되어 있고 수개의 안내면(20)을 갖고 있는데, 이들 안내면은 라운딩된 모서리(21)로 보완된 다면체를 이룬다. 다면체는 예컨대 5개의 모서리(21)와 5개의 안내면(20)을 갖는다. 안내면(20)은 밸브 폐쇄체(8)를 안내하기 위해 접촉 위치(22)에서 밸브 폐쇄체(8)에 접촉한다. 따라서, 접촉 위치들(22) 사이에는 흐름 통로(23)가 형성되고, 이 통로는 밸브를 통과하는 매체, 실시예에서는 연료가 밸브 시트면(17)까지 방해없이 흐를 수 있게 한다.

도 1에서 알 수 있는 것처럼, 안내부(19)의 상류에서는 가변형 평면 가공 부재(16)가 굴곡 부분(24)에서, 실시예에서는 180°만큼 휘어져 있고, 따라서 굴곡 부분(24)에 연속된 방사상 외측의 고정 부분(25)이 가공 부재(16)의 원환 단부(26)의 방향으로 연료 분사 밸브(1)를 통과하는 매체의 유동 방향에 대해 평행하게 뻗어 있다. 도 1에 도시된 실시예에서는 고정 부분(25)이 그의 전체 축 길이에 걸쳐 밸브 시트 지지체(3)의 종방향 구멍(5)의 내벽에 접해 있고, 원환 단부(26)에서 바람직하게는 용접 시임(27)에 의해 밸브 시트 지지체(3)와 형상 결합 방식으로 밀폐 방식으로 연결되어 있다. 가공 부재(16)와 밸브 시트 지지체(3) 사이의 밀봉 연결에 의해, 연료 분사 밸브(1)를 통해 흐르는 매체가 밸브 시트 지지체(3)와 가공 부재(16) 사이의 밀봉 시트를 우회하여 흐르지 않는 것이 보장된다.

가공 부재(16)의 단부(26)가 분사구(18)의 하류에 있기 때문에, 용접 시임(27)을 형성하기 위해 원환 단부(26)에 접근하는 것이 보장된다. 고정 부분(25)이 밸브 시트 지지체(3)에 큰 면적으로 접촉함으로써 용접 과정에서 발생하는 열이 밸브 시트 지지체(3)서 방출될 수 있고, 따라서 안내부(19), 밸브 시트체(14)를 구성하는 가공 부재(16)의 부분 및 천공 분사 디스크(15)를 구성하는 부분의 과열이 방지된다. 따라서, 가공 부재(16)를 밸브 시트 지지체(3)에 용접하는 동안에 상기 영역에서의 변형이 저지된다.

분사구(18)는 공지된 방법으로 펀칭, 드릴링, 레이저 천공, 식각 또는 적당한 제조 공정에 의해 가공 부재(16) 내에 형성될 수 있다. 그리고 분사구(18)는 아직 변형되지 않은 가공 부재(16)의 블랭크 내에 형성되거나 또는 나중의 시점에 이미 변형된 가공 부재(16)에 형성될 수 있다.

도 3 및 4는 단지 부분적으로 단면도로 도시된 연료 분사 밸브(1)의 다른 실시예를 보여주는데, 고정 부분(25) 및 밸브 시트 지지체(3)가 도 1에 도시한, 이미 설명한 실시예와는 다르게 되어 있다.

도 3에 도시된 실시예에서는 밸브 시트 지지체(3)에 제공된 종방향 구멍(5)의 직경이 도 1에 도시된 실시예에 비해 크게 형성되어 있다. 가공 부재(16)의 고정 부분(25)은 세 영역으로 나눠진다. 즉, 유동 방향으로 굴곡 부분(24)에 이어진 제 1 축방향 부분(25a), 원환 단부(26)와 경계를 이루고 종방향 구멍(5)의 내벽에 접하는 제 2 축방향 부분(25c) 및 상기 제 1 및 제 2 축방향 부분(25a 및 25c)을 하나의 방사상 성분에 연결시키는 방사상 부분(25b)으로 나눠진다. 이 실시예에서도 가공 부재(16)의 원환 단부(26)는 밀봉 원환 용접 시임(27)에 의해 밸브 시트 지지체(3)와 용접된다.

이 실시예는 도 1에 도시된 실시예에 비해, 용접 시임(27)과 안내부(19) 그리고 밸브 시트체(14)와 천공 분사 디스크(15)를 구성하는 부분 사이의 거리가 방사상 부분(25b)에 의해 연장되고, 이것이 용접 시임 형성 동안 상기 영역의 열 변형을 추가적으로 방지한다는 이점을 갖는다.

또한 도 3에 도시된, 가공 부재(16)의 기하학적 형상은, 본 발명에 따른 연소 분사 밸브(1)의 행정을 조절하는 역할을 하는 이동 공구(40)가 고정 부분(25)의 방사상 부분(25b)에 방해없이 작용할 수 있다는 추가적인 큰 이점을 갖는다. 그리고 가공 부재(16)가 밸브 시트 지지체(3)의 종방향 구멍(5) 내로 진입하는 깊이가 밸브 니들(6) 행정의 프리세팅을 결정하는데, 그 이유는 자석 코일(11)이 여자되지 않을 때 밸브 니들(6)의 한 단부 위치는 밸브 폐쇄체(8)가 밸브 시트면(17)에 접촉함으로써 결정되기 때문이다. 자석 코일(11)이 여자될 때 밸브 니들(6)의 다른 단부 위치는 예컨대 전기자(12)가 코어(13)에 접촉함으로써 결정된다. 밸브 니들(6)의 상기 두 단부 위치 사이의 거리가 밸브 행정을 나타낸다.

이동 공구(40)는 종 형상으로 형성되어 있기 때문에, 이동 공구(40)가 방사상 부분(25b)에 작용할 때, 밸브 시트체(14)와 천공 분사 디스크(15)를 구성하는 가공 부재(16)의 영역은 이동 공구(40)의 종 형상의 공동부(recess; 41) 내로 들어간다. 따라서, 행정을 조절하는 역할을 하는 가공 부재(16)가 밸브 시트 지지체(3)의 종방향 구멍(5) 내로 축방향 이동할 때 안내부(19) 및 밸브 시트체(14)와 천공 분사 디스크(15)를 구성하는 영역이 변형되는 것이 방지된다. 제 2 축방향 부분(25c)은 종방향 구멍(5)의 내경보다 약간 큰 직경을 가지며, 제 2 축방향 부분(25c)은 종방향 구멍(5)의 내벽에 대해 탄성적으로 가압되어 가공 부재(16)를 종방향 구멍(5) 내에 고정시킨다.

도 4에 도시된 실시예는 가공 부재(16)의 고정 부분(25)의 제 1 축방향 부분(25a)은 보다 길고, 방사상 부분(25b)과 제 2 축방향 부분(25c)은 보다 짧게 형성되어 있는 것이 도 3에 도시된 실시예와의 차이점이다. 밸브 시트 지지체(3)의 종방향 구멍(5)은 밸브 시트 지지체(3)의 분출측 단부에서는 단차형 구멍으로서 형성되고, 분출측에서 단차부(5a)에 연속되는 확대된 직경의 단차형 구멍(5b)을 갖는다. 제 2 축방향 부분(25c)은 확대된 단차형 구멍(5b)에 용접되어 있는 한편, 제 1 축방향 구멍(25a)은 종방향 구멍(5)의 단차부(5a)에 탄성적으로 접촉해 있다. 이 실시예에서도 용접으로 인해 발생하는 열이 밸브 시트 지지체(3)로 양호하게 방출될 수 있기 때문에 안내부(19) 및 밸브 시트체(14)와 천공 분사 디스크(15)를 구성하는 영역의 열변형이 방지될 수 있다.

이동 공구(40)는 본 실시예에서도 가공 부재(16)의 고정 부분(25)의 방사상 부분(25b)에 작용하고, 천공 분사 디스크(15)를 구성하는 가공 부재(16)의 부분은 이를 위해 제공된 이동 공구(40)의 공동(42) 내에 삽입된다.

가공 부재(16)는, 내마모성 때문에, 경질 기본 재료로 제조될 수도 있거나, 또는 부분적으로 또는 완전히 경화처리될 수도 있다. 또한, 적어도 마모 부하가 걸리는 영역에 예컨대 TiN으로 구성된 경질 재료 코팅을 제공함으로써 가공 부재(16)를 보호하는 것도 고려해 볼 수 있다.

Claims

밀봉 시트의 형성을 위해, 작동하는 밸브 폐쇄체(8)와 상호작용하며 밸브 시트체(14)에 형성되는 밸브 시트면(17)과, 하나 이상의 분사구(18)를 갖는 천공 분사 디스크(15)를 구비하며,

상기 밸브 시트체(14)와 상기 천공 분사 디스크(15)는 금속 박판 부재인 가변형 평면 가공 부재(16)로서 일체로 형성되며,

상기 가공 부재(16)는 상기 밸브 시트면(17)의 영역에서, 밸브(1)의 폐쇄 상태에서 작동하지 않는 상기 밸브 폐쇄체(8)에 밀봉 방식으로 접촉하고, 상기 밸브 시트면(17)의 하류 영역에서, 하나 이상의 분사구(18)를 갖는 상기 천공 분사 디스크(15)를 형성하도록 컵 형상으로 형성되는 밸브, 특히, 내연기관의 연료 분사 시스템용 연료 분사 밸브에서,

상기 밸브 시트체(14)는, 그의 밸브 시트 영역에서, 밸브 시트면(17)을 형성하고,

상기 평면 가공 부재(16)는 상기 밸브 폐쇄체(8)가 작동될 때 최대 방사상 길이 영역에서 상기 밸브 폐쇄체의 동작을 안내하기 위한 안내부(19)를 형성하고, 상기 안내부는 상기 밸브 시트면(17)의 상류쪽에 위치되며

상기 밸브 폐쇄체(8)는 구형 또는 부분 구형으로 형성되며,

상기 밸브 시트면(17)은 원뿔형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 1 항에 있어서, 상기 가공 부재(16)는 디프 드로잉에 의해 변형되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 가변형 평면 가공 부재(16)는 상기 천공 분사 디스크(15)의 하나 이상의 분사구(18) 영역에서 반구형으로 휘어지는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
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제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 안내부(19)에는, 접촉 위치들(22)에서 상기 밸브 폐쇄체(8)와 접촉하는 안내면(20)과, 상기 접촉 위치들(22) 사이에 배치된 흐름 통로들(23)이 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 5 항에 있어서, 상기 밸브 폐쇄체(8)는 구형 또는 부분 구형으로 형성되며,

상기 안내부(19)는 라운딩된 모서리(21)를 갖는 다면체로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 가변형 평면 가공 부재(16)는, 상기 안내부(19)의 상류에서, 굴곡 부분(24)으로 휘어짐으로써, 상기 굴곡 부분(24)에 연속된 고정 부분(25)이 상기 가변형 평면 가공 부재(16)의 원환 단부(26) 방향으로 상기 밸브(1)를 통해 흐르는 매체의 흐름 방향에 대해 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 7 항에 있어서, 상기 밸브(1)는 종 방향 구멍(5)을 갖는 밸브 시트 지지체(3)를 구비하고,

상기 가변형 평면 가공 부재(16)는 상기 구멍(5) 내로 삽입될 수 있으며,

상기 고정 부분(25)에 용접에 의해 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 8 항에 있어서, 상기 가변형 평면 가공 부재(16)는 밸브 행정의 조절을 위해 이동 공구(40)에 의해 밸브 시트 지지체(3)의 종 방향 구멍(5) 내로 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 9 항에 있어서, 상기 이동 공구(40)는 상기 고정 부분(25) 또는 굴곡 부분(24)에만 작용하도록 가공 부재(16)의 형태에 적응되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 가변형 평면 가공 부재(16)는 적어도 상기 밸브 시트면(17)의 영역에서 경질 재료층의 피복에 의해 경화되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
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