KR102007016B1 - 밸브 조립체 및 분사 밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분사 밸브용 밸브 조립체에 관한 것으로서, 중심 길이방향 축선(L)을 포함하는 밸브 본체(14), 및 공동(18) 내에서 축방향으로 이동가능한 밸브 니들(20)을 포함하며, 상기 밸브 본체(14)는 유체 입구 부분(42) 및 유체 출구 부분(40)을 갖춘 공동(18), 및 챔버(26) 내부에 배열되는 전자기 액츄에이터 유닛(36)을 갖춘 챔버(26)를 가지며, 상기 밸브 니들(20)은 폐쇄 위치에서 유체 출구 부분(40)을 통한 유체 유동을 방지하며 추가의 위치들에서 유체 출구 부분(40)을 통한 유체 유동을 해제한다. 상기 밸브 니들(20)은 전자기 액츄에이터 유닛(36)에 의해 가동되도록 설계된다. 벨로우즈(46)는 상기 밸브 본체(14)와 밸브 니들(20) 사이에 배열되고 밸브 본체(14) 및 밸브 니들(20)에 밀봉식으로 커플링된다. 벨로우즈(46)는 공동(18)과 챔버(26) 사이의 유체 유동을 방지하도록 설계된다. 게다가, 본 발명은 밸브 조립체(12)를 포함하는 분사 밸브(10)에 관한 것이다.

Description

밸브 조립체 및 분사 밸브 {VALVE ASSEMBLY AND INJECTION VALVE}
본 발명은 분사 밸브용 밸브 조립체 및 분사 밸브에 관한 것이다.
본 특허 출원은 유럽 특허 출원 번호 11180803.6 호의 우선권을 주장하며, 그 공개 내용은 인용에 의해 본 발명에 포함된다.
분사 밸브들은 특히, 내연기관의 흡기 매니폴드 내측으로 또는 내연기관의 실린더의 연소실 내측으로 바로 유체를 투여하기 위해서 분사 밸브들이 배열될 수 있는 내연기관용으로 광범위하게 사용된다.
내연기관용 분사 밸브들은 액츄에이터 유닛들을 포함한다. 연료를 분사하기 위해서, 액츄에이터 유닛은 분사 밸브의 유체 출구 부분을 통한 유체 유동이 가능하도록 활성화된다.
바람직하지 않은 배출물들의 생성을 고려하여 연소 공정을 개선하기 위해서, 각각의 분사 밸브는 초고압들 하에서 유체들을 투여하는데 적합하게 될 수 있다. 가솔린 엔진들의 경우에 그 압력들은 예를 들어, 200 바(bar)까지의 범위 내에 있을 수 있다. 디젤 엔진들의 경우에 그 압력은 2,000 바보다 높은 범위 내에 있을 수 있다. 그와 같은 높은 압력들 하에서 유체들의 분사는 매우 정밀하게 수행되어야 한다.
본 발명의 목적은 제작하는데 간단하고 분사 밸브의 신뢰성 있고 정밀한 기능을 촉진시키는 분사 밸브용 밸브 조립체 및 분사 밸브를 생성하고자 하는 것이다.
이들 목적들은 독립항들의 특징들에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예들은 종속항들에 주어진다.
제 1 양태에 따라, 본 발명은 중심 길이방향 축선을 포함하는 밸브 본체, 및 공동 내에서 축방향으로 이동가능한 밸브 니들을 포함하는 분사 밸브용 밸브 조립체에 의해 구별되며, 상기 밸브 본체는 유체 입구 부분 및 유체 출구 부분을 갖춘 공동, 및 챔버 내부에 배열되는 전자기 액츄에이터 유닛을 갖춘 챔버를 가지며, 상기 밸브 니들은 폐쇄 위치에서 유체 출구 부분을 통한 유체 유동을 방지하며 추가의 위치들에서 유체 출구 부분을 통한 유체 유동을 해제한다. 상기 밸브 니들은 전자기 액츄에이터 유닛에 의해 가동되도록 설계된다. 벨로우즈는 상기 밸브 본체와 밸브 니들 사이에 배열되고 밸브 본체 및 밸브 니들에 밀봉식으로 커플링된다. 벨로우즈는 공동과 챔버 사이의 유체 유동을 방지하도록 설계된다.
이는 전자기 액츄에이터 유닛이 내부에 배열되는 챔버에 유체가 없이 유지될 수 있게 하는 장점을 가진다. 결과적으로, 전자기 액츄에이터 유닛 내측의 고착 효과(sticking effect)들이 회피될 수 있다. 이에 의해서 밸브 니들의 폐쇄 및/또는 개방 공정이 매우 신속하게 진행될 수 있다. 게다가, 챔버에 유체가 없게 유지될 수 있기 때문에 전자기 액츄에이터 유닛은 높은 안정성 및 긴 수명을 가질 수 있다.
유리한 실시예에서 밸브 조립체는 밸브 본체에 대해 벨로우즈의 접촉 표면을 가진다. 접촉 표면은 밸브 본체에 벨로우즈를 밀봉식으로 커플링하도록 설계되고 직경을 갖춘 원형 형상을 가진다. 밀봉 표면은 밸브 본체의 공동의 내측 표면에 배열된다. 밀봉 표면은 밸브 니들 및 밸브 본체를 밸브 니들의 폐쇄 위치에 밀봉식으로 커플링하도록 설계되고 외경을 갖춘 원형 형상을 가진다. 접촉 표면의 직경은 밀봉 표면의 외경과 동일하다. 이는 밸브 니들이 유압적 평형에 있을 수 있는 장점을 가진다. 결과적으로, 밸브 니들을 개방하는데 필요한 힘은 밸브 조립체의 작동 중의 유체의 압력과 무관할 수 있다.
유리한 추가의 실시예에서 전자기 액츄에이터 유닛은 챔버 내에서 축방향으로 이동가능한 전기자를 포함한다. 전기자는 영구 자성 재료를 포함한다. 이에 의해서 전자기 액츄에이터 유닛에 의한 밸브 니들의 개방 및 폐쇄 공정에 대한 매우 정확한 제어가 얻어질 수 있다. 특히, 전기자의 운동 및 결과적으로, 밸브 니들의 개방 및 폐쇄는 전자기 액츄에이터 유닛을 통한 전류의 방향을 변경함으로써 수행될 수 있다. 결과적으로, 전자기 액츄에이터 유닛의 작동을 위한 낮은 에너지 소모가 얻어질 수 있다. 게다가, 전기자가 내부에 배열되는 챔버에는 벨로우즈로 인해 유체가 없이 유지될 수 있다. 그러므로, 영구 자성의 전기자의 자성 특징들은 유체의 물리적 화학적 특징들과 무관하게 유지될 수 있다.
유리한 추가의 실시예에서 밸브 본체는 강자성 재료를 포함한다. 이에 의해서 분사 밸브의 폐쇄 중에 밸브 니들의 반발(bouncing)이 회피될 수 있다. 그러므로, 분사 밸브의 개방 및 폐쇄 성능에 대한 매우 양호한 제어가 가능하다. 제 2 양태에 따라서 본 발명은 본 발명의 제 1 양태에 따른 밸브 조립체를 포함하는 분사 밸브에 의해 구별된다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 개략적인 도면들의 도움으로 다음에서 설명된다. 이들은 다음과 같다.

도 1은 길이방향 단면도로 밸브 조립체를 갖춘 분사 밸브를 도시하며,
도 2는 길이방향 단면도로 도 1에 따른 밸브 조립체의 Ⅱ에 대한 상세도를 도시한다.
상이한 예시들에 나타난 동일한 설계와 기능의 요소들은 동일한 참조 부호에 의해 식별된다.
도 1은 내연기관용 연료 분사 밸브로서 사용되는 분사 밸브(10)를 도시한다. 특히 연료를 내연기관에 투여하는데 적합한 분사 밸브(10)는 특히 밸브 조립체(12)를 포함한다.
밸브 조립체(12)는 중심의 길이방향 축선(L)을 갖춘 밸브 본체(14)를 포함한다. 공동(18)은 밸브 본체(14) 내에 배열된다. 공동(18)은 밸브 니들(20)을 받아들인다.
전기자(22) 및 스프링(24)은 밸브 본체(14) 내에 성형되는 챔버(26) 내에 배열된다. 전기자(22)는 챔버(26) 내에서 축방향으로 이동가능하다. 전기자(22)는 밸브 니들(20)의 단부 섹션(30)에 고정식으로 커플링된다. 스프링(24)은 밸브 니들(20)에 기계식으로 커플링된다. 스프링(24)은 분사 밸브(10)의 분사 노즐(34) 쪽으로 밸브 니들(20)에 힘을 가한다.
밸브 니들(20)의 폐쇄 위치에서 밸브 니들은 시트 판(32) 상에 밀봉식으로 놓이며, 이에 의해서 하나 이상의 분사 노즐(34)을 통한 유체 유동을 방지한다. 분사 노즐(34)은 예를 들어, 분사 구멍일 수 있다. 그러나, 분사 노즐은 또한, 유체를 투여하는데 적합한 몇몇 다른 형태일 수 있다.
밸브 조립체(12)에는 전기자(22) 및 코일(38)을 포함하는 전자기 액츄에이터 유닛(36)이 제공된다. 코일(38)은 챔버(26) 내에 배열된다. 밸브 본체(14) 및 전기자(22)는 전자기 액츄에이터 유닛(36)(도 1)의 자기 회로(M)를 형성하고 있다.
공동(18)은 유체 출구 부분(40) 및 유체 입구 부분(42)을 포함한다. 유체 출구 부분(40)은 시트 판(32) 근처에 배열된다. 유체 출구 부분(40)은 유체 입구 부분(42)에 유압식으로 커플링된다.
도시된 분사 밸브(10)는 내향 개방 형태이다. 대체 실시예에서 분사 밸브(10)는 외향 개방 형태일 수 있다.
벨로우즈(46)가 공동(18) 내에 배열된다. 벨로우즈(46)는 밸브 니들(20)과 밸브 본체(14) 사이에 배열된다. 도시된 실시예에서 벨로우즈(46)는 밸브 니들(20)과 동축으로 배열된다. 벨로우즈(46)는 밸브 본체(14)와 접촉하는 접촉 표면(48)을 가진다. 접촉 표면(48)은 벨로우즈(46)를 밸브 본체(14)에 밀봉식으로 커플링하도록 설계된다. 도시된 실시예에서 접촉 표면(48)은 직경(D1)을 갖춘 원형 형상을 가진다(도 1). 게다가, 벨로우즈(46)는 밸브 니들(20)에 밀봉식으로 커플링된다. 벨로우즈(46)가 밸브 본체(14) 및 밸브 니들(20)에 밀봉식으로 커플링되기 때문에 공동(18)과 챔버(26) 사이의 유체 유동이 방지될 수 있다. 게다가, 벨로우즈(46)는 밸브 니들(20)이 전기자(22)를 통해서 액츄에이터 유닛(36)에 의해 가동될 수 있는 방식으로 형성되고 배열된다.
도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 공동(18)은 밀봉 표면(52)을 갖춘 내측 표면(50)을 가진다. 밀봉 표면(52)은 밸브 니들(20)의 폐쇄 위치에서 밸브 니들(20)과 밸브 본체(14)를 밀봉식으로 커플링하도록 설계된다. 밀봉 표면(52)은 외경(D2)을 갖춘 원형 형상을 가진다. 바람직하게, 접촉 표면(48)의 직경(D1)은 밀봉 표면(52)의 외경(D2)과 동일하다.
다음에서, 분사 밸브(10)의 기능이 상세히 설명될 것이다.
연료는 입구 튜브(54)로부터 밸브 본체(14) 내의 유체 입구 부분(42)으로 유도되며 그 후에 유체 출구 부분(40) 쪽으로 유도된다.
밸브 니들(20)은 밸브 니들(20)의 폐쇄 위치에서 밸브 본체(14) 내의 유체 출구 부분(40)을 통한 유체 유동을 방지한다. 밸브 니들(20)의 폐쇄 위치의 밖에서, 밸브 니들(20)은 분사 노즐(34)을 통한 유체 유동을 가능하게 한다.
코일(38)을 갖춘 전자기 액츄에이터 유닛(36)이 활성화될 때의 경우에 코일(38)은 전자기 힘을 전기자(22)에 초래할 수 있다. 분사 밸브(10)의 기능에 대한 다음의 설명은 영구 자성인 재료를 포함하는 전기자(22)에 관한 것이다.
전류가 코일(38)을 통해 제 1 방향으로 인가되면 영구 자성의 전기자(22)는 코일(38)에 의해 끌어 당겨질 수 있으며 유체 출구 부분(40)의 반대의 축방향으로 이동한다. 전기자(22)는 그것에 의해서 밸브 니들(20)을 받아들인다. 벨로우즈(46)의 탄성으로 인해 밸브 니들(20)은 폐쇄 위치로부터 축방향으로 이동할 수 있다. 밸브 니들(20)의 폐쇄 위치의 밖에서 액츄에이터 유닛(36)의 반대로 향하는 분사 밸브(10)의 축방향 단부에 있는 밸브 니들(20)과 밸브 본체(14) 사이의 간극은 유체 경로를 형성하며 유체는 분사 노즐(34)을 통해 통과할 수 있다.
전류가 제 1 방향과 반대로 코일(38)을 통해 제 2 방향으로 인가되는 경우에 영구 자성의 전기자(22)는 코일(38)에 의해 반발될 수 있다. 전기자(22) 및 스프링(24)은 그의 폐쇄 위치로 축방향으로 이동하도록 밸브 니들(20)을 압박할 수 있다. 이는 밸브 니들(20)이 그의 폐쇄 위치에 있는가 그렇지 않은가에 따라 스프링(24)에 의해 유발되는 밸브 니들(20) 상의 힘과 액츄에이터 유닛(36)에 의해 유발되는 밸브 니들(20) 상의 힘 사이의 힘의 균형에 의존한다.
벨로우즈(46)는 전자기 액츄에이터 유닛(36)이 내부에 배열되는 챔버(26)가 밸브 본체(14)의 공동(18)으로부터 유압식으로 분리될 수 있는 장점을 가진다. 결과적으로, 챔버(26)는 유체가 없는 상태를 유지할 수 있다.
그러므로, 챔버(26) 내에 배열되는 전기자(22)는 유체와 접촉이 없을 수 있다. 그러므로, 전기자(22)와 코일(38) 사이의 고착 현상(sticking effect)이 회피될 수 있다. 결과적으로, 밸브 니들(20)의 폐쇄 공정이 매우 신속하게 수행될 수 있다. 게다가, 챔버(26)에 유체가 없기 때문에 전기자(22)는 영구 자석으로서 수행될 수 있다. 영구 자석으로서 수행될 전기자(22)는 분사 밸브(10)의 개방 및 폐쇄 공정에 대한 매우 양호한 제어를 허용한다. 특히, 코일(38)을 통한 전류는 각각의 개방 및 폐쇄 공정들을 수행하도록 역전될 수 있다. 이는 분사 밸브(10)를 작동시키는데 요구되는 에너지가 작게 유지될 수 있게 하는 것을 가능하게 한다.
특히, 접촉 표면(48)의 직경(D1)이 밀봉 표면의 외경(D2)과 동일하다면, 밸브 니들(20)은 유압적으로 균형을 이룰 수 있다. 유압적 균형으로 인해서, 유체 출구 부분(40)을 통한 유체 유동이 해제되는 위치로 밸브 니들(20)을 운반하는데 필요한 힘은 분사 밸브(10)의 작동 압력과 무관하다.
밸브 본체(14)가 강자성 특성들을 갖는 재료를 포함하면, 영구 자성 재료를 포함하는 전기자(22)는 분사 밸브(10)의 폐쇄 중에 밸브 니들(20)의 반발이 회피될 수 있는 방식으로 밸브 본체(14)에 의해 끌어 당겨질 수 있다. 이에 의해서 밸브 니들(20)의 운동에 대한 양호한 제어가 얻어질 수 있으며 결과적으로, 분사 밸브(10)를 작동시키는데 요구되는 에너지가 작게 유지될 수 있다.
본 발명은 상기 예시적인 실시예들에 기초한 설명들에 의한 특정 실시예들에 제한되지 않으며 상이한 실시예들의 요소들의 임의의 조합을 포함한다. 게다가, 본 발명은 특허청구범위의 임의의 조합 및 특허청구범위에 의해 공개된 특징들의 임의의 조합을 포함한다.

Claims (5)

  1. 분사 밸브용 밸브 조립체(12)로서,
    중심 길이방향 축선(L)을 포함하는 밸브 본체(14), 및
    공동(18) 내에서 축방향으로 이동가능한 밸브 니들(20)을 포함하며,
    상기 밸브 본체(14)는 유체 입구 부분(42) 및 유체 출구 부분(40)을 갖춘 공동(18), 및 챔버(26) 내부에 배열되는 전자기 액츄에이터 유닛(36)을 갖춘 챔버(26)를 가지며,
    상기 밸브 니들(20)은 폐쇄 위치에서 유체 출구 부분(40)을 통한 유체 유동을 방지하며 추가의 위치들에서 유체 출구 부분(40)을 통한 유체 유동을 방출하며,
    상기 밸브 니들(20)은 전자기 액츄에이터 유닛(36)에 의해 가동되도록 설계되며,
    벨로우즈(46)는 상기 밸브 본체(14)와 밸브 니들(20) 사이에 배열되고 밸브 본체(14) 및 밸브 니들(20)에 밀봉식으로 커플링되며 공동(18)과 챔버(26) 사이의 유체 유동을 방지하도록 설계되고,
    상기 전자기 액츄에이터 유닛(36)은 챔버(26) 내에서 축방향으로 이동가능한 전기자(22)를 포함하며, 상기 전기자(22)는 영구 자성 재료를 포함하며,
    상기 전기자(22), 및 상기 밸브 니들(20)에 기계식으로 커플링되는 스프링(24)이 상기 공동(18)으로부터 유압적으로 분리된 상기 챔버(26) 내에 배열되는,
    분사 밸브용 밸브 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 본체(14)에 대한 벨로우즈(46)의 접촉 표면(48), 및
    상기 공동(18)의 내측 표면(50)에 배열되는 밀봉 표면(52)을 포함하며,
    상기 접촉 표면(48)은 밸브 본체(14)에 벨로우즈(46)를 밀봉식으로 커플링하도록 설계되고 직경(D1)을 갖춘 원형 형상을 가지며,
    상기 밀봉 표면(52)은 밸브 니들(20) 및 밸브 본체(14)를 밸브 니들(20)의 폐쇄 위치에 밀봉식으로 커플링하도록 설계되고 외경(D2)을 갖춘 원형 형상을 가지며,
    상기 접촉 표면(48)의 직경(D1)은 밀봉 표면(52)의 외경(D2)과 동일한,
    분사 밸브용 밸브 조립체.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 밸브 본체(14)는 강자성 재료를 포함하는,
    분사 밸브용 밸브 조립체.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 밸브 조립체(12)를 포함하는 분사 밸브(10).
KR1020147009443A 2011-09-09 2012-08-29 밸브 조립체 및 분사 밸브 KR102007016B1 (ko)

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