KR102137937B1 - 필터 장치를 포함하는 유체 계량 밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체 공급부(13)로부터 계량 개구(17)로 연장하는 유체용 유동 채널(35), 및 상기 유동 채널(35) 내에 배치되며 유체에 의해 관류되는 필터 장치(40)를 포함하는 유체 계량 밸브에 관한 것이다. 필터 장치(40)는, 밸브가 사용되는 유체 시스템의 제조 및 조립 과정으로부터 실질적으로 나타나는 큰 입자에 의한 손상에 대한 필터 장치(40)의 강성을 증가시키기 위해, 거친 필터(41) 및 유체의 유동 방향으로 볼 때 상기 거친 필터(41)의 하류에 배치된 미세 필터(42)를 포함한다.

Description

필터 장치를 포함하는 유체 계량 밸브{VALVE FOR METERING FLUID, CONTAINING A FILTER DEVICE}
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 유체 계량 밸브에 관한 것이며, 여기서 유동 매체에 대한 상위 개념인 유체는 유체역학에 따라 기체와 액체에 대해 사용된다.
공지된 연료 분사 밸브(DE 10 2005 061 424 A1)는 연료용 유입 채널을 가진 접속부를 포함하고, 상기 접속부는 전자석의 중공 자심을 통해 그리고 계량 개구의 제어를 위한 폐쇄 헤드를 가진 중공 밸브 니들을 통해 연장하는 연료용 유동 채널 내로 연장된다. 크기로 인해 분사 밸브 내에서 막힘 또는 손상을 야기할 수 있는 연료 내 이물질 입자를 걸러내기 위해, 상기 접속부의 유입 채널 내로 필터 장치가 삽입된다. 필터 장치는 유체를 관류시킬 수 없는 포트 바닥 및 포트 케이싱 영역 내에 배치된 필터 구조, 예를 들면 여과포, 그리드 또는 시브(sieve)를 구비한 필터 포트를 포함한다. 포트 개구의 영역에서, 필터 포트는 방사방향으로 돌출한 링 칼라에 의해 둘러싸이고, 상기 링 칼라는 유입 채널의 채널 벽에 밀봉 방식으로 접촉한다. 연료는 축 방향으로 필터 포트 내로 유입되고, 방사방향으로 포트 케이싱 영역 내의 필터 구조를 통해 다시 필터 포트로부터 배출된다.
이러한 연료 분사 밸브에서는 주로 연료 시스템의 제조 및 조립 과정에서 나오며 필터 장치 내에 모인 큰 개별 입자가 필터 구조의 손상, 예를 들면 미세 다공의 여과포의 절단을 야기하므로, 후속 작동에서 연료 중의 오염물이 방해 없이 밸브 내로 침투하여 거기서 밀봉 문제 및 변화된 기능을 야기할 수 있다.
본 발명의 과제는 밀봉 문제, 그리고 밸브의 기능 및 계량 정확도의 변화가 방지되고 밸브의 수명이 훨씬 길어지는, 유체 계량 밸브를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항의 특징들을 포함하는 유체 계량 밸브에 의해 달성된다.
청구항 제 1 항의 특징들을 포함하는, 본 발명에 따른 밸브는 거친 필터와 유체의 유동 방향으로 볼 때 상기 거친 필터의 하류에 배치된 미세 필터의 제공에 의해, 필터 장치가 사용되는 유체 시스템의 제조 및 조립 과정에서 생기는 유체 중의 큰 입자에 대한 필터 장치의 강성이 훨씬 커진다는 장점을 갖는다. 거친 입자들은 예비 필터로서 사용되는, 훨씬 더 안정한 거친 필터 내에서 걸러지기 때문에 미세 필터의 미세 메시 필터 구조를 손상시키지 않을 수 있다. 따라서, 유체 내에 통상적으로 포함되는 작은 입자들이 손상되지 않은 미세 필터에서 확실하게 걸러지므로 밸브 내로 침투할 수 없다. 따라서, 밀봉 문제, 그리고 밸브의 기능 및 계량 정확도의 변화가 광범위하게 방지되고, 밸브의 수명이 훨씬 길어진다.
종속 청구항들에 제시된 조치들에 의해, 청구항 제 1 항에 제시된 밸브의 개선이 가능하다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 거친 필터 및 미세 필터가 각각 필터 포트로서 구성되고, 상기 필터 포트는 포트 개구, 유체에 의해 관류될 수 없는 폐쇄된 포트 바닥, 적어도 하나의 필터 윈도우를 구비한 포트 케이싱, 및 상기 포트 개구에서 포트 케이싱을 지나 방사방향으로 돌출하는 링 칼라를 포함한다. 상기 링 칼라는 유동 채널의 채널 벽에 밀봉 방식으로 압착된다. 거친 필터의 적어도 하나의 필터 윈도우는 거친 메시의 또는 거친 다공의 필터 면을 포함하고, 미세 필터의 적어도 하나의 필터 윈도우는 미세 메시의 또는 미세 다공의 필터 면을 포함한다. 이러한 필터 포트들은 제조 기술상 간단하게 표준 플라스틱 사출 성형 부품으로서 제조될 수 있다. 대안으로서, 필터 포트만을 플라스틱 사출 성형 방법으로 제조하여 금속 조직으로 이루어진 필터 면에 사출하는 것도 가능하다.
2개의 필터 포트를 조합하여 필터 장치를 형성하는 것은 여러 가지 방식으로 이루어질 수 있다. 거친 필터와 미세 필터는 유동 채널 내에, 미세 필터의 포트 개구가 거친 필터의 포트 바닥을 향하고 포트 바닥으로부터 간격을 갖도록, 배치될 수 있다. 대안으로서, 필터 포트들은 그 포트 바닥들 또는 그 포트 개구들이 서로를 향하도록 유동 채널 내에 배치될 수 있다. 이 경우, 포트 바닥들 및 포트 개구들이 서로 직접 인접하거나 또는 서로 간격을 가질 수 있다. 필터 장치의 이러한 모든 변형에서 유체는 차례로 거친 필터 및 미세 필터의 필터 면을 통해 흐른다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 2개의 필터 포트의 포트 바닥들은 서로 인접하고 서로 일체형으로 구현된다. 이로 인해, 필터 장치는 간단히 제조되며 바람직하게 조립되는 유닛을 형성한다. 필터 장치의 2개의 서로 떨어진 단부에 있는 링 칼라는 필터 장치를 유동 채널 내에 안정하게 지지하고, 유체가 거친 필터 및 미세 필터의 필터 면을 차례로 관류하는 것을 강제한다.
본 발명의 대안적 실시예에 따라, 각각 하나의 포트 개구를 둘러싸는 2개의 링 칼라도 서로 인접하고 서로 일체형으로 구현될 수 있다. 이 경우, 필터 장치는 유동 채널의 중앙에만 지지된다.
본 발명은 또한 거친 필터 및 상기 거친 필터와 견고하게 결합된 미세 필터를 포함하는, 유체에 의해 관류되는 유동 채널 내에 배치되는 필터 장치에 관한 것이며, 상기 미세 필터는 필터 장치의 미리 정해진 관류 방향으로 볼 때 상기 거친 필터의 하류에 배치된다.
필터 장치의 바람직한 실시예에 따라, 거친 필터 및 미세 필터는 필터 포트로서 형성되고, 상기 필터 포트는 포트 개구, 유체에 의해 관류 불가능한 포트 바닥, 적어도 하나의 필터 윈도우를 구비한 포트 케이싱, 및 상기 포트 개구에서 방사방향으로 포트 케이싱을 지나 돌출하는, 유동 채널에 대한 밀봉 시트를 형성하는 링 칼라를 포함한다. 2개의 필터 포트의 포트 바닥들은 서로 인접하고 서로 일체형으로 구현된다. 거친 필터의 적어도 하나의 필터 윈도우는 거친 메시의 또는 거친 다공의 필터 면을 포함하고, 미세 필터의 적어도 하나의 필터 윈도우는 미세 메시의 또는 미세 다공의 필터 면을 포함한다. 이러한, 구성이 균일한 필터 장치는 경제적으로 제조될 수 있고 유체 안내 시스템 내에 조립시 장점들을 제공한다.
본 발명은 하기 설명에서 도면에 도시된 실시예를 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 필터 장치를 구비한 유체 계량 밸브의 종단면도.
도 2는 도 3의 선 Ⅱ-Ⅱ을 따른 도 1의 필터 장치의 확대 단면도.
도 3은 도 2의 선 Ⅲ-Ⅲ을 따른 필터 장치의 단면도.
도 4는 도 2의 필터 장치의 사시도.
도 5는 변형된 필터 장치를 구비한 도 1의 부분 V의 확대도.
도 6은 필터 장치의 다른 변형을 포함하는 도 5와 동일한 도면.
도 7은 필터 장치의 제 3 변형을 포함하는 도 5와 동일한 도면.
도 1에 종단면도로 도시된 유체 계량 밸브는 예를 들면 내연기관에서 내연기관의 흡입관 또는 연소실 내로 연료를 분사하기 위한 분사 밸브로서 또는 내연기관의 배기관 내로 우레아 수용액을 계량 공급하기 위한 도우징 밸브(dosing valve)로서 사용된다. 연료유 또는 가스로 작동되는 난방 시스템 및 가스 엔진에도 상기 밸브가 사용된다.
도 1에 종단면도로 도시된 유체 계량 밸브는 관형 밸브 하우징(11)을 포함하고, 상기 하우징의 한 단부 내로 유체 공급부(13)를 가진 접속부(12)가 그리고 상기 하우징의 다른 단부 내로 중공 밸브 시트 지지체(14)가 삽입된다. 접속부(12) 및 밸브 시트 지지체(14)는 밸브 하우징(11)과 재료 결합 방식으로 결합된다. 재료 결합은 도 1에서 용접 시임(15 또는 16)으로 도시된 바와 같이 용접에 의해 형성된다. 밸브 시트 지지체(14) 내에 계량 개구(17) 및 상기 계량 개구(17)를 둘러싸는 밸브 시트(18)가 형성된다. 연료 분사 밸브로서 사용되는 경우, 계량 개구(17)는 연료 분사 개구를 형성하고, 상기 연료 분사 개구는 내연기관의 흡입관 또는 연소실 내로 돌출한다. 밸브 폐쇄 스프링(19) 및 전자석(20)에 의해 작동되는 밸브 부재(21)는 긴, 중실의 밸브 니들(22) 및 상기 계량 개구(17)를 향한 밸브 니들(22)의 단부에 고정 배치된 폐쇄 헤드(23)를 포함하고, 상기 폐쇄 헤드는 계량 개구(17)의 폐쇄 및 개방을 위해 밸브 시트(14)와 상호 작용한다. 밸브 폐쇄 스프링(19)은 폐쇄 헤드(23)로부터 떨어진, 플랜지형으로 확대된 상기 밸브 니들(22)의 후면에 작용하고, 전자석(20)의 아마추어(24)가 밸브 니들(22)의 상기 단부에 직접 고정되고, 상기 아마추어는 유체용 적어도 하나의 통과 보어(25)를 포함한다.
전자석(20)은 공지된 방식으로 자기 포트(26), 코일 지지체 및 코일 지지체 상에 감긴 계자 코일로 이루어진 자기 코일(27), 및 자심(28)을 포함한다. 자기 포트(26)는 포트 바닥 내의 리세스에 의해 밸브 하우징(11) 상에 놓이고 포트 바닥에서, 용접 시임(29)으로 표시된 바와 같이 밸브 하우징(11)과 용접된다. 자기 포트(26) 내에 수용된 자기 코일(27)은 그 코일 지지체와 함께 밸브 하우징(11) 상에 직접 놓이고, 자기 코일(27)의 여기 권선은 전기 플러그 접속부(30)의 콘택 핀(31)에 접속된다. 이 경우, 콘택 핀들(31)은 플러그 하우징(32) 내에 수용되고, 상기 플러그 하우징(32)은 플라스틱 코팅(33) 내에 성형된다. 플라스틱 코팅(33)은 접속부(12)의 일부 상에 그리고 밸브 하우징(11)의 일부 상에 사출 성형되고, 부분적으로 자기 포트(26)를 오버랩하고 자기 코일 (27) 둘레의 자기 포트(26)의 내부를 채운다. 중공 자심(28)은 자기 포트(26)의 영역에서 동축으로 밸브 하우징(11) 내에 고정되고, 상기 중공 자심의 단부면은 아마추어(24)의 단부면과 함께 전자석(30)의 작동 갭(34)을 형성한다.
밸브 내에는 유체 공급부(13)로부터 계량 개구(17)로 연장하는 유동 채널(35)이 있으며, 상기 채널의 채널 벽들은 여러 채널 섹션에서 접속부(12), 자심(28), 관통 보어(25)를 가진 아마추어(24), 밸브 하우징(11), 및 밸브 시트 지지체(14)로 형성된다. 유체 내에 존재하는 이물질 입자 및 그 밖의 기계적 오염물이 밸브 내로 침투하는 것을 방지하기 위해, 필터 장치(40)가 제공되고, 상기 필터 장치(40)는 유동 채널(35)의 입구 영역에서 유체 공급부(13) 근처에 배치되고, 여기서는 접속부(12) 내에 축 방향으로 이동 불가능하게 삽입된다. 필터 장치(340)는 거친 필터(41) 및 미세 필터(42)를 포함하고, 상기 미세 필터는 유체의 유동 방향으로 볼 때 거친 필터의 하류에 배치된다.
도 1의 실시예에서, 거친 필터(41) 및 미세 필터(42)를 가진 필터 장치(40)는 도 2에 확대 단면도로 그리고 도 4에 사시도로 도시된 바와 같이, 하나의 구조적 유닛이다. 이와 달리, 도 5 내지 도 7의 실시예에서, 거친 필터(41) 및 미세 필터(42)는 유동 채널(35) 내에서 차례로 여러 정렬로 배치된 별도의 부재들이다.
각각의 필터(41), (42)는 필터 포트(43)로서 형성된다. 각각의 필터 포트(43)는 포트 개구(435), 폐쇄된, 유체 불투과성 포트 바닥(431), 적어도 하나의 필터 윈도우(433)를 구비한 포트 케이싱(432), 및 상기 포트 케이싱(432)을 지나 방사방향으로 돌출한 링 칼라(434)를 포함하고, 상기 링 칼라(434)는 포트 개구(435)를 둘러싸며 유동 채널(35)의 채널 벽에 밀봉 방식으로 접촉한다. 필터 윈도우(433)는 여기서 포트 케이싱(432) 내에 홀딩된, 필터 면에 의해 커버되는 개구를 의미한다. 거친 필터(41)의 적어도 하나의 필터 윈도우(433)는 거친 메시의 또는 거친 다공의 필터 면(436)을 포함하고, 미세 필터(42)의 적어도 하나의 필터 윈도우(433)은 미세 메시의 또는 미세 다공의 필터 면(436)을 포함한다. 필터 장치(40)의 도시된 실시예에서, 포트 케이싱(432) 내에는 도 3에 따른 단면도에 나타나는 바와 같이, 서로 120°만큼 오프셋된 3개의 필터 윈도우(433)가 있다. 필터 면들(436)은 포트 중앙을 향한 필터 윈도우(433)의 내부면 상에 배치되고 포트 케이싱(432)에 고정된다. 도 4에 따른 필터 장치(40)의 사시도에서, 미세 필터(42) 내의 하나의 필터 윈도우(433)의 필터 면(436)이 부분적으로 절단되어 있다. 필터 면들(436)은 예를 들면 여과포, 필터 그리드 또는 필터 시브(sieve)에 의해 구현된다.
도 1의 실시예에서, 2개의 필터 포트(43)의 포트 바닥들(431)이 서로 인접하고 서로 일체형으로 구현된다. 이러한, 구성이 균일한 필터 장치(40)는 제조 기술적으로 간단히, 예를 들면 일체형 플라스틱 사출 성형 부품으로서 제조될 수 있고 접속부(12) 내에 간단한 삽입에 의해 시간 절약 방식으로 조립될 수 있다. 필터 장치(40)의 서로 떨어진 단부에 있는 2개의 링 칼라(434)는 접속부(12)의 내부면에 밀봉 방식으로 압착되고 그에 따라 거친 필터(41)의 유체 관류 및 미세 필터(42)의 후속 관류를 보장한다. 서로 최대로 가능한 간격을 두고 배치된 2개의 링 칼라(434)는 접속부(12) 내에 필터 장치(40)의 안착을 제공한다.
대안으로서, 구성이 균일한 필터 장치(40)의 필터 포트들(43)은, 2개의 포트 개구들(435)이 서로를 향하고 상기 포트 개구들(435)을 둘러싼 링 칼라들(434)이 서로 인접하며 서로 일체형으로 구현되도록, 배치될 수 있다. 이 경우, 구성이 균일한 필터 장치(40)는 중앙의, 단일 링 칼라(435)로만 접속부(12)의 내부면에 밀봉 방식으로 접촉함으로써, 유체가 거친 필터(41)의 필터 면(436)을 통해 유입되고, 거친 필터 및 미세 필터(41, 42)의 포트 개구(435)를 통해 흐르고 미세 필터(42)의 필터 면(436)을 통해 다시 유동 채널(35) 내로 배출된다. 이러한, 구성이 균일한 필터 장치(40)는 플라스틱 사출 성형 방법으로 제조될 수 있다. 기본적으로 필터 면들(436)은 금속 조직, 예를 들면 금속 조직 실린더로 이루어질 수 있고, 필터 바닥(431), 포트 케이싱(432) 및 링 칼라(434)를 가진 필터 포트(43)가 금속 조직에 사출 성형된다.
도 5 내지 도 7에 따른 필터 장치(40)의 실시예에서, 거친 필터(41) 및 미세 필터(42)는 별도의 부재로서 구현되고, 두 필터는 유동 채널(35) 내로 삽입 후에 필터 장치(40)를 형성한다. 두 필터(41, 42)는 전술한 바와 같이 필터 포트(43)로서 형성된다. 총 3개의 실시예에서, 필터 포트들(43)은 유체가 2개의 필터(41, 42)를 거친 필터(41) 및 미세 필터(42)의 순서로 통과하도록 유동 채널(35) 내로 삽입된다. 유체의 강제 안내는 유동 채널(35)의 채널 벽에 밀봉 방식으로 접촉하는, 포트 개구(435)를 둘러싸는 링 칼라(434)에 의해 결정된다. 도 5 내지 도 7에 도시된 필터 장치(40)의 실시예들은 유동 채널(35) 내에 두 필터 포트(43)의 정렬에 의해서만 구별된다.
도 5의 실시예에서, 2개의 필터 포트(43)는 동일한 정렬로 서로 간격을 두고 배치되므로, 미세 필터(42)의 포트 개구(435)가 거친 필터(41)의 포트 바닥(431)을 향하며 이것으로부터 이격된다. 유체는 2개의 필터(41, 42)에서 포트 개구(435)를 통해 유입되고, 필터 면(436)을 통해 다시 배출된다.
도 6의 실시예에서, 미세 필터(42)의 필터 포트(43)는 180°만큼 회전되어 유동 채널(35) 내로 삽입되므로, 거친 필터(41) 및 미세 필터(42)의 포트 바닥들(431)은 서로를 향하고 서로 이격된다. 이러한 배치는 도 1 내지 도 4에 따른, 구성이 균일한 필터 장치(40)와 일치하며, 다만 포트 바닥들(431)이 서로 결합되지 않으며 서로 이격된다는 차이점을 갖는다. 2개의 포트 바닥(431)은 직접 인접할 수도 있다.
도 7에 따른 필터 장치의 실시예에서, 거친 필터(41)와 미세 필터(42)의 필터 포트들(43)은, 포트 개구들(435)이 서로를 향하며 링 칼라들(434)의 단부면들이 서로 직접 인접하도록, 유동 채널(35) 내로 삽입된다. 대안으로서, 2개의 링 칼라(434)는 축 방향으로 서로 이격될 수 있다. 유체는 거친 필터(41)의 필터 면(436)을 통해 유입되고, 2개의 포트 개구(435)를 통해 흐르며 미세 필터(42)의 필터 면(436)을 통해 다시 필터 장치(40)로부터 배출된다.
13 유체 공급부
17 계량 개구
35 유동 채널
40 필터 장치
41 거친 필터
42 미세 필터
43 필터 포트
431 포트 바닥
432 포트 케이싱
433 필터 윈도우
436 필터 면

Claims (13)

  1. 유체 계량 밸브로서,
    상기 유체 계량 밸브는 유체 공급부(13)로부터 계량 개구(17)로 연장하는 유체를 위한 유동 채널(35), 및 상기 유동 채널(35) 내에 배치되는, 유체에 의해 유동되는 필터 장치(40)를 포함하고,
    상기 필터 장치(40)는 거친 필터(41), 및 유동 방향으로 볼 때 상기 거친 필터(41)의 하류에 배치된 미세 필터(42)를 포함하고,
    상기 거친 필터(41) 및 상기 미세 필터(42)는 각각 필터 포트(43)로서 형성되고, 상기 필터 포트(43)는 포트 개구(435), 유체 불투과성 포트 바닥(431), 적어도 하나의 필터 윈도우(433)를 구비한 포트 케이싱(432), 및 상기 포트 개구(435)에서 상기 포트 케이싱(432)을 지나 방사방향으로 돌출한 링 칼라(434)를 포함하고, 상기 링 칼라(434)는 상기 유동 채널(35)의 채널 벽에 밀봉 방식으로 압착되며, 상기 거친 필터(41)의 상기 적어도 하나의 필터 윈도우(433)는 거친 메시의 또는 거친 다공의 필터 면(436)을 포함하고, 상기 미세 필터(42)의 상기 적어도 하나의 필터 윈도우(433)는 미세 메시의 또는 미세 다공의 필터 면(436)을 포함하고,
    상기 거친 필터(41) 및 상기 미세 필터(42)의 상기 필터 포트들(43)은 유동 채널(35) 내에서, 상기 미세 필터(42)의 상기 포트 개구(435)가 상기 거친 필터(41)의 상기 포트 바닥(431)을 향하며 상기 포트 바닥(431)으로부터 간격을 갖도록 배치되는 유체 계량 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 포트 케이싱(432)은 서로 각각 120°만큼 오프셋된 3개의 필터 윈도우(433)를 포함하고, 상기 필터 면들(436)은 포트 중앙을 향한 상기 포트 케이싱(432)의 내부면에 고정되는 유체 계량 밸브.
  3. 유체에 의해 유동되는 유동 채널(35) 내에 배치되는 필터 장치로서,
    상기 필터 장치는 거친 필터(41), 및 유동 방향으로 볼 때 상기 거친 필터(41)의 하류에 배치되며 상기 거친 필터(41)에 대해 고정되게 결합된 미세 필터(42)를 포함하고,
    상기 거친 필터(41) 및 상기 미세 필터(42)는 각각 필터 포트(43)로서 형성되고, 상기 필터 포트(43)는 포트 개구(435), 유체 불투과성 포트 바닥(431), 적어도 하나의 필터 윈도우(433)를 구비한 포트 케이싱(432), 및 상기 포트 개구(435)에서 상기 포트 케이싱(432)을 지나 방사방향으로 돌출한 링 칼라(434)를 포함하고, 상기 링 칼라(434)는 상기 유동 채널(35)의 채널 벽에 밀봉 방식으로 압착되며, 상기 거친 필터(41)의 상기 적어도 하나의 필터 윈도우(433)는 거친 메시의 또는 거친 다공의 필터 면(436)을 포함하고, 상기 미세 필터(42)의 상기 적어도 하나의 필터 윈도우(433)는 미세 메시의 또는 미세 다공의 필터 면(436)을 포함하고,
    상기 거친 필터(41) 및 상기 미세 필터(42)의 상기 필터 포트들(43)은 유동 채널(35) 내에서, 상기 미세 필터(42)의 상기 포트 개구(435)가 상기 거친 필터(41)의 상기 포트 바닥(431)을 향하며 상기 포트 바닥(431)으로부터 간격을 갖도록 배치되는 필터 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 포트 케이싱(432)은 서로 각각 120°만큼 오프셋된 3개의 필터 윈도우(433)를 포함하고, 상기 필터 면들(436)은 포트 중앙을 향한 상기 포트 케이싱(432)의 내부면에 고정되는 필터 장치.
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