KR101831605B1 - 용접 동안 뒤틀리지 않는 고압 연료 주입기 시트 - Google Patents

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윌리엄 제이. 이모흘
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컨티넨탈 오토모티브 시스템즈 인코포레이티드
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Abstract

연료 주입기(10)용 밸브 시트(16')는 메인 단부(27)를 포함하며 메인 단부는 메인 단부를 관통하여 연장하는 하나 이상의 오리피스(24)를 구비하는 기단부 및 말단부를 가진다. 안착 표면(22)은 연료 주입기의 폐쇄 부재(20)를 수용하도록 메인 바디 상에 제공되어 폐쇄 부재가 안착 부재와 맞물릴 때, 하나 이상의 오리피스가 폐쇄되도록 한다. 가이드 표면(36)은 폐쇄 부재의 이동을 가이드하도록 메인 바디 상에 제공된다. 고리형 벽(26)은 메인 바디의 말단부에서 메인 바디로부터 외팔보 방식으로 연장하여 밸브 시트의 외측 주변 부분을 한정한다. 상기 벽은 안착 표면 및 가이드 표면으로부터 용접의 영향을 차단하도록 벽에서 용접동안 변형되도록 구성 및 배치된다.

Description

용접 동안 뒤틀리지 않는 고압 연료 주입기 시트 {HIGH PRESSURE FUEL INJECTOR SEAT THAT RESISTS DISTORTION DURING WELDING}
본 발명은 차량용 연료 주입기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조립시 용접 동안 뒤틀리지 않는 고압 연료 주입기 시트에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 전체적으로 10으로 표시된 가솔린 연료 주입기의 전형적인 구성은 밸브 바디(12)를 포함하며, 밸브 바디 내에 밸브 시트(14)가 용접부(16)를 경유하여 밀폐되게 고정된다. 밸브 시트(14)는 i) 전체적으로 18로 표시된 전기자 튜브 볼 조립체를 위한 가이드, ii) 볼(20)이 놓이는 원추형 밀봉 표면, 및 3) 스프레이 발생을 위한 오리피스 구멍을 제공하기 위한 것과 같은 다수의 기능을 가진다.
밸브 시트(14)는 기계가공되고 그라인딩된 부분이며 밸브 바디 벽으로부터 밸브 시트(14) 내로 밀폐 용접부(16)를 통해 밸브 바디(12)에 고정된다. 이러한 작동에 있어서, 용접 프로세스 동안 용융되는 재료는 냉각 중에 수축되어 시트(14)의 뒤틀림을 유발한다.
시트(14)의 임계적 영역 상에 부가된 뒤틀림은 용접 영역에서 변위를 통하여 모델링될 수 있다. 시뮬레이션에서, 용접 영역에서 4 미크론 균일 변위는 시트(14)의 가이드 및 시일 영역에서 동일하거나 더 큰 변위를 초래하는 것으로 보여진다. 용접에 의한 뒤틀림은 균일하지 않고 시트(14)의 결과적인 뒤틀림은 이에 따라 또한 균일하지 않은 점에 주목한다. 시트(14)의 이러한 뒤틀림은 시일에서 누출 및 시트(14)의 가이드 부분의 비 균일한 수축을 초래하여 연료 주입기(10)의 내구성 문제를 일으킨다.
따라서, 조립시 용접 동안 뒤틀리지 않는 개선된 연료 주입기 시트를 제공하기 위한 요구가 있다.
본 발명의 목적은 위에서 언급된 요구를 충족하는 것이다. 일 실시예의 원리에 따라, 이러한 목적은 연료 주입기용 밸브 시트를 제공함으로써 달성되며, 이 밸브 시트는 메인 바디를 포함하며 이 메인 바디가 메인 바디를 통하여 연장하는 하나 이상의 오리피스를 구비하고 기단부(proximal end) 및 말단부(distal end)를 가진다. 안착 표면은 연료 주입기의 폐쇄 부재를 수용하도록 메인 바디 상에 제공되어 폐쇄 부재가 안착 부재와 결합될 때 하나 이상의 오리피스가 폐쇄되도록 한다. 가이드 표면은 폐쇄 부재의 이동을 가이드하도록 메인 바디 상에 제공된다. 고리형 벽은 메인 바디의 말단부에서 메인 바디로부터 외팔보 방식으로 연장하고 밸브 시트의 외측 주변 부분을 한정한다. 상기 벽은 안착 표면 및 가이드 표면으로부터 용접의 영향을 차단하도록 벽에서 용접 동안 변형하도록 구성 및 배치된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라 용접 프로세스 동안 연료 주입기의 밸브 시트의 가이드 표면 및 안착 표면을 차단하기 위한 방법이 제공된다. 밸브 시트는 기단부 및 말단부를 가지는 메인 바디, 상기 메인 바디를 통하여 연장하는 하나 이상의 오리피스, 폐쇄 부재가 안착 표면과 맞물릴 때 하니 이상의 오리피스가 폐쇄되도록 연료 주입기의 폐쇄 부재를 수용하도록 구성 및 배치되는 메인 바디 상의 안착 표면, 폐쇄 부재의 이동을 가이드하도록 구성 및 배치되는 메인 바디 상의 가이드 표면, 및 밸브 시트의 외측 주변 부분을 한정하고 메인 바디의 말단부에서 메인 바디로부터 외팔보 방식으로 연장하는 고리형 벽을 포함함다. 상기 방법은 상기 고리형 벽이 용접 동안 변형되어 안착 표면 및 가이드 표면으로부터 용접의 영향을 차단하도록 연료 주입기의 밸브 바디로 밸브 시트을 용접하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 특성, 뿐만 아니라 상기 구조의 관련된 요소의 기능 및 작동의 방법, 부분들의 조합 및 경제적인 제조가 모두 본 명세서의 일 부분을 형성하는 첨부된 도면을 참조하여 첨부된 청구범위 및 아래의 상세한 설명의 고려시 더 명백하게 될 것이다.
본 발명은 동일한 도면부호가 동일한 부분을 지칭하는 첨부된 도면과 관련하여 설명되는, 본 발명의 바람직한 실시예의 아래의 상세한 설명으로부터 용이하게 이해될 것이다.
도 1은 밸브 바디로 용접되는 밸브 시트를 가지는 종래의 연료 주입기의 단면도이다.
도 2는 연료 주입기의 밸브 바디로 용접되는 것으로 도시된 제 1 실시예에 따라 제공된 밸브 시트의 단면도이다.
도 3은 밸브 시트의 용접 영역, 시일 표면 및 가이드 표면을 보여주는 도 2의 밸브 시트의 절반의 확대 사시도이다.
도 4는 연료 주입기의 밸브 바디로 용접되는 도시된 제 2 실시예에 따라 제공된 밸브 시트의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 가솔린 타입, 솔레노이드 작동식 연료 주입기(10')의 밸브 시트(16')가 제 1 실시예에 따라 보여진다. 연료 주입기(10')는 밸브 시트(16')가 주입기(10')의 밸브 바디(12)로의 용접 동안 밸브 시트가 비틀리지 않도록 구성 및 배열되는 것을 제외하고, 도 1에 도시된 타입이다.
밸브 시트(16')는 밸브 바디(12)의 내부로 직면하는, 절두원추형 또는 오목형 형상을 가질 수 있는, 안착 표면(22)을 한정한다. 안착 표면(22)은 시트(16')의 메인 바디(27)의 기단부(25)를 통하여 하나 이상의 유출 개구(24)를 포함한다. 상기 개구(24)는 안착 표면(22)에 대해 밸브 바디(12) 내로 가압 연료를 안내하기 위한 유입 튜브(29)와 소통된다. 유입 튜브(29)는 주입기(10')의 유입 단부(31)(도 1 참조)를 한정하고 알려진 바와 같이 전형적으로 연료 레일(도시안됨)로 장착된다.
주입기(10') 내의 폐쇄 부재, 예를 들면 구형 밸브 부재(20)는 제 1의 안착 또는 폐쇄 위치와 제 2의 개방 위치 사이에서 가동된다. 폐쇄 위치에서, 볼(20)은 연료 유동에 대해 유출 개구(들)(24)을 폐쇄하도록 안착 표면(22)에 대해 압박된다. 개방 위치에서, 볼(20)은 유출 개구(들)(24)을 통한 연료 유동을 허용하도록 안착 표면(22)으로부터 이격된다. 폐쇄 부재(20)는 종래의 방식으로 전기자(도시 안됨)로 연결되는 전기작 튜브 볼 조립체(18)의 부분이다. 스프링(도시안됨)은 전기자 그리고 이에 따라 밸브 볼(20)을 폐쇄 위치쪽으로 편향시킨다. 밸브 바디(12), 전기자, 및 밸브 볼(20)은 미국 특허 제 6,685,112 B1호에서 공개된 바와 같은 밸브 그룹 조립체를 한정하며, 이 미국 특허의 내용은 인용에 의해 본원에 포함된다.
연료 주입기(10')는 전기자 및 이에 따라 전기자 튜브 볼 조립체(18)를 안착 표면(22)으로부터 이격하여 당기기 위한 자기 플럭스를 생성하도록 종래의 방식으로 가동되는 전자기 코일(도시안됨)을 포함하여, 볼 밸브(20)를 개방 위치로 이동시키고 연료를 연료 유출 개구(들)(24)를 통하여 통과하는 것을 허용한다. 전자기 코일의 비활성화는 상술된 스프링이 밸브 볼(20)을 안착 표면(22)에 대한 폐쇄 위치로 복귀하고 자체적으로 폐쇄 위치에서 정렬되도록 하여, 연료의 통과에 대해 유출 개구(들)(24)를 폐쇄한다. 전자기 코일은 DC 작동식이다. 코일은 미국 특허 제 6, 685, 112 B1호에 공개된 바와 같은, 전력 또는 코일 부조립체의 부분이다.
도 2를 참조하면, 시트(16')를 밸브 바디(12)로의 용접 동안 뒤틀리지 않도록, 시트(16')는 메인 바디(27)의 말단부(28)에서 고리형 스커트 또는 벽(26)을 포함한다. 벽(26)은 용접 동안 변형되도록 구성 및 배치된다. 도 2의 실시예에서, 벽(26)은 시트(16')의 메인 바디(27)의 고리형 그루브(30)에 의해 한정된다. 그루브(30)는 시트(16')의 말단부(28)에서 개방된다. 따라서, 시트(16')의 벽(26)은 단지 벽의 바닥(33)에서 외팔보 방식으로 메인 바디(25)로 연결된다. 벽(26)은 이에 따라 밸브 바디(12)가 용접되는 밸브 시트(16')의 외측 주변 부분을 한정한다.
도 3을 참조하면, 외부 벽(26)은 전체적으로 38로 표시된 용접 영역에서 용접부(35)(도 2)의 영향으로부터, 안착 표면(22) 및 가이드 표면(36)을 차단하는 "힌지"(말단부(28) 근처의 벽(26)은 벽의 고정된 바닥(33)에 대해 변형 및 이동될 수 있다)로서 작용한다. 가이드 표면(36)은 밸브 바디(20) 및 이에 따라 전기자 튜브 볼 조립체(18)를 가이드한다. 본 실시예가 도 1의 시트(16)에서의 상기 영역들에 비해 임계적 영역(안착 표면 및 가이드 표면)의 변위에서의 개선을 초래하는 시뮬레이션 모델이 도시된다. 도 3에 도시된 임계 영역에서, 종래의 시트(16)에서의 비틀림 보다 10배 이상 적은 비틀림(greater than an order of magnitude less distortion)이 있다.
도 4는 연료 주입기(10")에서 제공되는 밸브 시트(16")의 제 2 실시예를 보여준다. 이러한 실시예에서, 그루브가 제공되지 않으며 벽(26')은 메인 바디의 말단부(28)에서 외팔보 형식으로 시트(16")의 메인 바디(27)로부터 연장한다. 벽(26')은 안착 표면(22) 및 가이드 표면(36)(도 3과 동일하게) 각각의 두께 보다 작은 두께를 가져서 벽(26')은 용접 동안 이러한 표면들(22 및 36) 대신 변형하게 될 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 용접부(35)는 밸브 바디(12)를 고리형 벽(26')으로 고정한다.
전술된 바람직한 실시예들은 본 발명의 구조적 및 기능적 원리를 설명하고 뿐만 아니라 바람직한 실시예를 적용하는 방법들을 설명하는 목적을 위해 도시되고 설명되었으며 이 같은 원리로부터 벗어나지 않으면서 변화된다. 따라서, 본 발명은 후술되는 청구범위의 사상 내에 포함되는 모든 변형예를 포함한다.

Claims (18)

  1. 연료 주입기용 밸브 시트(valve seat)로서,
    기단부(proximal end) 및 말단부(distal end)를 가지는 메인 바디,
    상기 메인 바디를 통하여 연장하는 하나 이상의 오리피스,
    폐쇄 부재가 상기 메인 바디 상의 안착 표면과 맞물릴(engage) 때 상기 하나 이상의 오리피스가 폐쇄되도록, 연료 주입기의 상기 폐쇄 부재를 수용하도록 구성 및 배치되는, 상기 메인 바디 상의 안착 표면,
    상기 폐쇄 부재의 이동을 가이드하도록 구성 및 배치되는 상기 메인 바디 상의 가이드 표면, 및
    상기 메인 바디의 말단부에서 상기 메인 바디로부터 외팔보 방식(cantilever manner)으로 연장하고 상기 밸브 시트의 외측 주변 부분을 한정하는 제1 고리형 벽(first annular wall)으로서, 상기 제1 고리형 벽은 상기 안착 표면과 상기 가이드 표면으로부터 용접의 효과를 차단하도록 상기 제1 고리형 벽에서의 용접 동안 변형하도록 구성 및 배치되는, 제1 고리형 벽을 포함하고,
    상기 제1 고리형 벽은 상기 메인 바디의 말단부 내에 고리형 그루브(annular groove)를 포함하며, 상기 그루브는, 상기 메인 바디의 말단부에서 개방되고, 상기 그루브를 그 사이에 두고 상기 제1 고리형 벽으로부터 이격된 제2 고리형 벽을 한정하고,
    상기 제1 고리형 벽과 상기 그루브는, 상기 제1 고리형 벽이 힌지(hinge)로서 작용하여서, 상기 제1 고리형 벽이 용접 동안에 변형될 때 상기 밸브 시트의 메인 바디에 대하여 상기 제1 고리형 벽이 이동하도록, 구성되고,
    상기 제2 고리형 벽은 상기 메인 바디로부터 외팔보 방식으로 연장하고,
    상기 제1 고리형 벽의 외팔보 단부(cantilevered end)는, 상기 제2 고리형 벽의 외팔보 단부보다, 상기 메인 바디의 상기 기단부로부터 그리고 상기 하나 이상의 오리피스로부터, 더 멀리 연장하는,
    연료 주입기용 밸브 시트.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 고리형 벽은 상기 가이드 표면 및 상기 안착 표면 각각의 두께 보다 작은 두께를 가지는,
    연료 주입기용 밸브 시트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 안착 표면은 일반적으로 오목형인,
    연료 주입기용 밸브 시트.
  5. 연료 주입기와 제 1 항의 밸브 시트의 조합체로서,
    상기 연료 주입기는 상기 제1 고리형 벽에서 상기 밸브 시트에 용접되는 밸브 바디를 포함하는,
    연료 주입기와 밸브 시트의 조합체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 연료 주입기는 솔레노이드 작동식 가솔린 연료 주입기인,
    연료 주입기와 밸브 시트의 조합체.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 폐쇄 부재는 구형 볼 밸브이며 상기 안착 표면은 오목형인,
    연료 주입기와 밸브 시트의 조합체.
  8. 연료 주입기용 밸브 시트로서,
    기단부 및 말단부를 가지는 메인 바디,
    상기 메인 바디를 통하여 연장하는 하나 이상의 오리피스,
    상기 메인 바디 상의 안착을 위한 수단으로서, 상기 안착을 위한 수단은, 연료 주입기의 폐쇄 부재가 안착을 위한 수단과 맞물릴 때 상기 하나 이상의 오리피스가 폐쇄되도록, 상기 연료 주입기의 폐쇄 부재를 수용하도록 구성 및 배치되는, 안착을 위한 수단,
    상기 폐쇄 부재의 이동을 가이드하기 위한, 상기 메인 바디 상의, 수단, 및
    상기 메인 바디의 말단부에서 상기 메인 바디로부터 외팔보 방식으로 연장하고 상기 밸브 시트의 외측 주변 부분을 한정하는, 변형을 위한 수단으로서, 상기 변형을 위한 수단은 상기 안착을 위한 수단 및 상기 가이드하기 위한 수단으로부터 용접의 영향을 차단하도록 용접 동안 변형하도록 구성 및 배치되는, 변형을 위한 수단을 포함하고,
    상기 변형을 위한 수단은 상기 메인 바디의 말단부 내에 고리형 그루브를 포함하는 제1 고리형 벽이며, 상기 그루브는, 상기 메인 바디의 말단부에서 개방되고, 상기 그루브를 그 사이에 두고 상기 제1 고리형 벽으로부터 이격된 제2 고리형 벽을 한정하고,
    상기 제1 고리형 벽과 상기 그루브는, 상기 제1 고리형 벽이 힌지로서 작용하여서, 상기 제1 고리형 벽이 용접 동안에 변형될 때 상기 밸브 시트의 메인 바디에 대하여 상기 제1 고리형 벽이 이동하도록, 구성되고,
    상기 제2 고리형 벽은 상기 메인 바디로부터 외팔보 방식으로 연장하고,
    상기 제1 고리형 벽의 외팔보 단부는, 상기 제2 고리형 벽의 외팔보 단부보다, 상기 메인 바디의 상기 기단부로부터 그리고 상기 하나 이상의 오리피스로부터, 더 멀리 연장하는,
    연료 주입기용 밸브 시트.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 안착을 위한 수단은 안착 표면이며, 상기 가이드를 위한 수단은 가이드 표면이며, 상기 제1 고리형 벽은 상기 가이드 표면 및 상기 안착 표면 각각의 두께보다 작은 두께를 가지는,
    연료 주입기용 밸브 시트.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 안착을 위한 수단은 일반적으로 오목형 표면인,
    연료 주입기용 밸브 시트.
  12. 연료 주입기와 제 8 항의 밸브 시트의 조합체로서,
    상기 연료 주입기는 변형을 위한 수단의 위치에서 상기 밸브 시트에 용접되는 밸브 바디를 포함하는,
    연료 주입기와 밸브 시트의 조합체.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 연료 주입기는 솔레노이드 작동식 가솔린 연료 주입기인,
    연료 주입기와 밸브 시트의 조합체.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 폐쇄 부재는 구형 볼 밸브이고 상기 안착 표면은 오목형인,
    연료 주입기용 밸브 시트.
  15. 용접 프로세스 동안 연료 주입기의 밸브 시트의 가이드 표면 및 안착 표면을 차단하는 방법으로서, 상기 방법은,
    밸브 시트를 제공하는 단계로서,
    상기 밸브 시트는,
    기단부 및 말단부를 가지는 메인 바디,
    상기 메인 바디를 통하여 연장하는 하나 이상의 오리피스,
    폐쇄 부재가 상기 메인 바디 상의 안착 표면과 맞물릴 때 상기 하나 이상의 오리피스가 폐쇄되도록, 연료 주입기의 폐쇄 부재를 수용하도록 구성 및 배치되는, 상기 메인 바디 상의 안착 표면,
    상기 폐쇄 부재의 이동을 가이드하도록 구성 및 배치되는 상기 메인 바디 상의 가이드 표면, 및
    상기 메인 바디의 말단부에서 상기 메인 바디로부터 외팔보 방식으로 연장하고 상기 밸브 시트의 외측 주변 부분을 한정하는 제1 고리형 벽을 포함하고,
    상기 제1 고리형 벽은 상기 메인 바디의 말단부 내에 고리형 그루브를 포함하며, 상기 그루브는, 상기 메인 바디의 말단부에서 개방되고, 상기 그루브를 그 사이에 두고 상기 제1 고리형 벽으로부터 이격된 제2 고리형 벽을 한정하고,
    상기 제1 고리형 벽과 상기 그루브는, 상기 제1 고리형 벽이 힌지(hinge)로서 작용하여서, 상기 제1 고리형 벽이 용접 동안에 변형될 때 상기 밸브 시트의 메인 바디에 대하여 상기 제1 고리형 벽이 이동하도록, 구성되고,
    상기 제2 고리형 벽은 상기 메인 바디로부터 외팔보 방식으로 연장하고,
    상기 제1 고리형 벽의 외팔보 단부(cantilevered end)는, 상기 제2 고리형 벽의 외팔보 단부보다, 상기 메인 바디의 상기 기단부로부터 그리고 상기 하나 이상의 오리피스로부터, 더 멀리 연장하는,
    밸브 시트를 제공하는 단계; 및
    상기 제1 고리형 벽이 용접 동안 변형하여 상기 안착 표면 및 상기 가이드 표면으로부터 용접의 영향을 차단하도록, 연료 주입기의 밸브 바디에 상기 밸브 시트를 용접하는 단계;를 포함하는,
    용접 프로세스 동안 연료 주입기의 밸브 시트의 가이드 표면 및 안착 표면을 차단하는 방법.
  16. 삭제
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 밸브 시트를 제공하는 단계는 상기 가이드 표면 및 상기 안착 표면의 각각의 두께 보다 작은 두께를 가지도록 상기 제1 고리형 벽을 한정하는 단계를 포함하는,
    용접 프로세스 동안 연료 주입기의 밸브 시트의 가이드 표면 및 안착 표면을 차단하는 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 용접 단계는 상기 밸브 바디를 상기 제1 고리형 벽에 용접하는 단계를 포함하는,
    용접 프로세스 동안 연료 주입기의 밸브 시트의 가이드 표면 및 안착 표면을 차단하는 방법.
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