KR102189371B1

KR102189371B1 - 밸브

Info

Publication number: KR102189371B1
Application number: KR1020197020645A
Authority: KR
Inventors: 로사리오 보나노
Original assignee: 씨피티 그룹 게엠베하
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2020-12-11
Also published as: DE102016226127A1; EP3559527B1; KR20190098183A; US20190316687A1; JP6896081B2; CN110100130B; CN110100130A; EP3559527A1; JP2020502453A; US11060619B2; WO2018114547A1

Abstract

본 발명은, 하우징(1); 상기 하우징(1) 내에 배치된 솔레노이드(5); 상기 솔레노이드에 의해 이동 가능한 핀(7); 상기 핀(7)에 연결된 피스톤(8); 및 밀봉재를 포함하는 밸브에 관한 것이다. 상기 피스톤(8)은 금속으로 구성되고, 상기 피스톤(8)과는 다른 재료로 구성된 밀봉재(14)를 갖고, 상기 밀봉재(14)는 상기 피스톤(8)의 크라운 영역(12)에 배치된다.

Description

밸브

본 발명은 하우징; 상기 하우징 내에 배치된 솔레노이드; 상기 솔레노이드에 의해 이동 가능한 핀(pin); 및 상기 핀에 연결된 피스톤을 포함하는 밸브에 관한 것이다.

이러한 밸브는 특히 오버런(overrun) 동작에서 흡입 측으로 바이패스(bypass)를 개방하기 위해 자동차의 터보 과급기의 전환기 밸브로서 사용되는 것으로 알려져 있다. 터보 과급기의 과도한 감속을 방지하기 위해서뿐만 아니라 빠른 발사를 보장하기 위해 밸브의 빠른 개폐가 필수 전제 조건이다. 특히 폐쇄 공정 동안 밸브 안착부에 피스톤이 접촉한 즉시 폐쇄가 일어나는 것이 중요하다. 그리하여 무게 때문에, 피스톤은 플라스틱으로 형성된다. 밸브 안착부는 밸브가 플랜지에 의해 장착된, 터보 과급기의 하우징으로 형성된다. 사용 수명 및 동작 온도 부하에 걸쳐 높은 폐쇄 사이클 수가 요구되는 것으로 인해, 특히 밀봉 에지의 영역에서 플라스틱 및 피스톤의 설계와 관련하여 부품에 요구되는 사항이 많다. 이러한 피스톤의 비용은 이에 상응하여 높다. 또한, 개별 사례의 경우 사용 수명 동안 밀봉 작용이 떨어진다.

따라서, 본 발명은 사용 수명 동안 개선된 밀봉 기능을 갖는 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다. 여기서 밸브는 저렴해야 한다.

상기 목적은, 피스톤이 금속으로 구성되고, 상기 피스톤과는 다른 재료로 구성된 밀봉재(seal)를 갖고, 상기 밀봉재는 상기 피스톤의 크라운(crown) 영역에 배치된 것에 의해 달성된다.

상기 밀봉재를 크라운 영역에 배치하고 금속으로 상기 피스톤을 형성하면 상기 피스톤 자체로부터 밀봉 기능을 분리할 수 있다. 이것은 상기 밀봉재를 밀봉 기능에 관한 것으로만 밀봉 기능을 개선하는 방식으로 설계할 수 있다. 동시에, 이러한 방식으로, 상기 피스톤은 보다 간단한 디자인일 수 있어서, 피스톤을 생산하는 비용이 저렴하다. 특히 상기 크라운 영역에서 상기 피스톤의 복잡성이 상당히 감소되면 딥 드로잉(deep drawing)에 의해 상기 피스톤을 생산할 수 있다. 금속 피스톤은 또한 더 높은 내열 온도를 가져서 본 발명에 따른 밸브가 특히 비교적 높은 온도에서 더 넓은 적용 분야를 커버할 수 있는 장점을 갖는다.

상기 피스톤이 고급 강, 바람직하게는 크롬-니켈 강으로 구성되면 부식성 매체에 저항하는 특성이 더 향상되어 사용 수명이 더 길어진다.

우수한 매체 저항성은 상기 밀봉재의 경우 밀봉 재료로 고무, 바람직하게는 에틸렌 프로필렌 다이엔 단량체(EPDM) 또는 플라스틱, 바람직하게는 폴리프탈아마이드(PPA)를 사용하는 것에 의해 달성된다. 고무 및 플라스틱이 모두 금속 밸브 안착부를 밀봉하는데 매우 적합하다. 나아가, 이들 재료는 공차로 인해 또는 사용 수명에 걸쳐 위치 부정확도를 보상할 수 있다.

하나의 유리한 개선에 따르면, 상기 밀봉재가 환형 형태이고, 상기 피스톤의 크라운에 배치된 구멍을 통해 연장되는 적어도 3개, 바람직하게는 4개 내지 12개, 특히 5개 내지 8개의 일체형 몰딩물을 상기 밀봉 표면과는 반대쪽 면에 갖는 경우에 상기 밀봉재를 상기 피스톤에 연결하는 것이 특히 간단해진다.

상기 밀봉 재료의 탄성으로 인해, 상기 일체형 몰딩물은 상기 밀봉재의 설치 동안 통과하는 구멍보다 약간 더 큰 단면을 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 밀봉재는 상기 피스톤에 연결될 수 있고, 그럼에도 불구하고 상기 피스톤에 단단히 고정된다.

또 다른 유리한 개선에 따르면, 상기 일체형 몰딩물이 상기 밀봉재를 생산할 때 형성될 수 있는, 특히 사출 성형 또는 가황 성형 시에, 또는 반동식 핫 코킹(retroactive hot calking)에 의해 형성될 수 있는 재료 누적부(material accumulation)를 자유 단부에 갖고, 상기 재료 누적부는 상기 피스톤의 각각의 구멍에 대응하여 언더컷(undercut)을 형성하는 것에 의해, 상기 피스톤으로부터 상기 밀봉재가 분리되는 것을 더욱더 신뢰성 있게 방지하는 것이 달성된다.

또 다른 개선에서, 상기 피스톤이 상기 크라운 영역에서 내측을 향하는 플랜지 부분을 갖고, 상기 밀봉재는 상기 플랜지 부분을 지지하고, 상기 피스톤의 상기 크라운을 형성하는 금속 부분은 상기 플랜지 부분과는 다른 상기 밀봉재 측을 지지하고, 상기 금속 부분은 상기 피스톤에 연결되는 것에 의해, 상기 밀봉재는 상기 피스톤의 크라운 상에 배치될 수 있다. 상기 피스톤에 상기 금속 부분을 연결하는 것은 이와는 독립적으로 바람직하게는 프레싱 또는 용접에 의해 수행될 수 있다.

밀봉 요구 조건 및 설치 위치에 따라 상기 밀봉재는 목표에 맞는 방식으로 적응될 수 있다. 이것은 밀봉재 몸체의 두께에 의해 간단한 방식으로 실현될 수 있고, 상기 밀봉재 몸체는 상기 피스톤 외부에 배치되는 상기 밀봉재 부분인 것으로 이해되어야 한다. 여기서 0.3㎜ 내지 5㎜, 바람직하게는 0.5㎜ 내지 3㎜의 두께가 유리한 것으로 발견되었다.

상기 피스톤을 상기 핀에 연결하는 것은 용접 또는 리벳 결합에 의해 실현될 수 있다. 두 가지 유형의 연결은 상기 피스톤이 또한 금속으로 구성된 상기 핀에 직접 그리하여 추가적인 부품 없이 연결될 수 있다는 장점을 갖는다. 이것은 피스톤을 핀에 연결하는데 추가적인 연결 부품이 필요한 플라스틱 피스톤과 대비되는 것이다.

플라스틱에 비해 금속의 안정성이 더 높기 때문에 피스톤의 벽 두께를 상당히 줄일 수 있다. 사용 분야에 따라, 피스톤의 금속은 0.3㎜ 내지 0.8㎜, 바람직하게는 0.4㎜ 내지 0.6㎜, 특히 0.5㎜의 두께를 갖는 것이 유리한 것으로 입증되었다. 여기서, 플라스틱으로 구성된 피스톤에 비해 금속 피스톤의 벽 두께가 더 작아져도 플라스틱에 비해 금속의 밀도가 더 높아서 밸브의 무게는 큰 영향을 받지 않는다.

본 발명은 예시적인 실시예에 기초하여 보다 상세히 설명될 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 밸브의 단면도;
도 2는 본 발명에 따른 밸브의 피스톤의 확대 단면도;
도 3은 피스톤 내의 평면도;
도 4는 피스톤의 다른 실시예의 단면도; 및
도 5 및 도 6은 피스톤에 밀봉재를 연결하는 다른 실시예를 도시하는 도면.

도 1은 밸브를 전기적으로 연결하기 위해 일체로 몰딩된 소켓(2)을 갖는 하우징(1)을 포함하는 밸브를 도시한다. 하우징(1)은 일체로 형성된 플랜지(3)와 3개의 보어(3a)를 더 포함하고, 이에 의해 하우징(1)은 바이패스 라인(4)의 영역에서 터보 과급기(도시되지 않음)에 플랜지에 의해 장착된다. 하우징(1) 내에는 코일(6)을 갖는 솔레노이드(5)와 금속 핀(7)이 배치되어 있다. 금속 핀(7)은 포트(pot)형 피스톤(8)에 연결된다. 스프링(9)은, 솔레노이드(5)의 비-작동 상태에서, 피스톤(8)을 밸브 안착부(10)로 선부하를 가하여 바이패스 라인(4)을 차단해서, 바이패스 라인(4)으로부터 라인(11)으로 흐르는 매체가 없도록 할 수 있다. 여기서, 스프링(9)은 솔레노이드(5) 및 피스톤(8)에서 지지되고, 피스톤(8)은 스프링(9)을 중심 잡기 위해 동심 비드(concentric bead)(13)를 크라운(12)에 갖는다. 피스톤(8)의 벽 두께는 0.5 ㎜이다. 크라운(12)의 외부 측에는 PPA로 구성된 축 방향으로 돌출하는 환형 밀봉재(14)가 배치되어 있다. 도시된 폐쇄된 위치에서 밀봉 표면(15)은 밸브 안착부(10)를 지지한다. 하우징(1)은 디텐트 연결부(detent connection)(17)에 의해 플라스틱으로 구성된 보호 슬리브(16)에 연결된다. 디텐트 연결부(17)의 영역에서 하우징(1) 내에는 또한 밀봉재(18)가 배치되고, 이 밀봉재에 의해 하우징(1)은 터보 과급기에 대해 밀봉된다. 보호 슬리브(16)는 실질적으로 원통형인 부품이고, 디텐트 연결부(17)와는 반대쪽 면에 반경 방향 내측을 향하는 칼라(19)를 갖는다. 칼라(19) 상에는 V자형 단면을 갖는 반경 방향으로 둘러싸는 밀봉재(20)가 안착되어 있다. 솔레노이드(5)로부터 피스톤(8)의 방향으로 연장되고 하우징(1)과 일체형으로 형성된 소켓은 그 위치에서 칼라(19) 상에 밀봉재(20)를 유지한다.

도 2는 리벳 연결부(18)에 의해 크라운(12) 및 원통형 측방 표면과 연결되는 크롬-니켈 강으로 구성된 피스톤(8)을 도시한다. 피스톤(8)의 내부에는 비드(13)에 의해 중심 잡힌 스프링(9)이 도시되어 있다. 밀봉재(14)의 영역에서 크라운(12)은 하우징의 방향으로 리세스된다(recessed). 이것은 축 방향으로 돌출하는 밀봉재(14)를 위한 추가적인 구조 공간의 필요성을 회피한다. 밀봉재(14)는 밀봉 표면(15)을 갖는 밀봉 몸체(21)로 구성된다. 밀봉 몸체(21)는 원주에 걸쳐 균일하게 분포된 일체형 몰딩물(22)을 갖는다. 일체형 몰딩물(22)은 원통형 형상을 갖고, 피스톤(8)의 크라운(12)의 구멍(23)을 통해 돌출한다. 상기 일체형 몰딩물(22)은 구멍(23)보다 더 큰 직경을 갖는 재료 누적부를 형성하도록 핫 코킹에 의해 소성 변형될 수 있다. 이러한 방식으로, 밀봉재(14)는 피스톤(8) 상에 견고하게 유지된다.

도 3은 스프링(9), 이 스프링(9)을 중심 잡는 비드(13), 및 금속 핀(7)을 갖는, 하우징의 관점에서 본 피스톤(8)을 도시한다. 피스톤(8)의 크라운(12)에 있는 2개의 개구(24)는 피스톤(8)의 내부와 바이패스 라인(4) 사이에 압력을 등화시켜, 밸브의 개방을 용이하게 한다. 반경 방향으로 둘러싸는 숄더(shoulder)(25)에는 8개의 균일하게 분포된 구멍(23)이 배치되고, 이들 구멍을 통해 각각의 경우에 밀봉재(14)의 하나의 일체형 몰딩물(22)이 피스톤(8)의 내부로 돌출한다.

도 4는 별도의 크라운(12)으로서의 금속 부분과 밀봉재(14)를 갖는 피스톤(8)을 도시한다. 피스톤(8)은 내측을 향하는 플랜지 부분(26)을 갖는 실질적으로 원통형 형상을 갖는다. 밀봉재(14)는 상기 플랜지 부분 상에 놓인다. 크라운(12)은 밀봉재(14) 상에 놓이고 피스톤(8)에 용접됨으로써, 밀봉재(14)는 크라운(12)과 피스톤(8) 사이에 클램핑되어 그 위치에서 고정된다.

도 5는 리세스(27)를 갖는, 주 몸체(21)와 일체형 몰딩물(22)을 갖는 밀봉재(14)를 도시한다. 크라운(12) 상의 탭(28)은 밀봉재(14)가 삽입될 수 있도록 먼저 하우징의 방향으로 구부러진다. 탭(28')은 이후 구부러져서 리세스(27)와 맞물려 밀봉재(14)를 고정시킨다.

도 6은 핫 코킹에 의해 밀봉재(14)를 체결한 것을 도시하는데, 여기서 일체형 몰딩물(22)의 재료 누적부(29)는 직경이 각각의 구멍(23)보다 더 크도록 형성된다.

Claims

밸브로서,
하우징; 상기 하우징 내에 배치된 솔레노이드; 상기 솔레노이드에 의해 이동 가능한 핀(pin); 상기 핀에 연결된 피스톤; 및 밀봉재를 포함하되,
상기 피스톤(8)은 금속으로 구성되고, 상기 피스톤(8)과 다른 재료로 구성된 밀봉재(14)를 포함하고, 상기 밀봉재(14)는 상기 피스톤(8)의 크라운(12)의 외부 측에 배치되고 밀봉 표면(15)을 가지며 상기 밸브의 폐쇄 시 상기 밀봉 표면(15)을 통해 상기 밸브의 밸브 안착부(10)를 밀봉하는 것을 특징으로 하는 밸브.
제1항에 있어서, 상기 피스톤(8)은 크롬-니켈 강으로 구성되는 것을 특징으로 하는 밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 밀봉재(14)는 EPDM 고무, 또는 PPA 플라스틱으로 구성되는 것을 특징으로 하는 밸브.
제3항에 있어서, 상기 밀봉재(14)는 환형 형태이고, 상기 피스톤(8)의 크라운(12)에 배치된 구멍(23)을 통해 연장되는 3개 내지 12개의 일체형 몰딩물(22)을 상기 밀봉 표면(15)과는 반대쪽 면에 갖는 것을 특징으로 하는 밸브.
제4항에 있어서, 상기 일체형 몰딩물(22)은 상기 밀봉재(14)를 생산할 때 또는 반동식 핫 코킹(retroactive hot calking)에 의해 형성될 수 있는 재료 누적부(29)를 자유 단부에 갖고, 상기 재료 누적부(29)는 상기 피스톤(8)의 각 구멍(23)에 대응하여 언더컷을 형성하는 것을 특징으로 하는 밸브.
제3항에 있어서, 상기 피스톤(8)은 상기 크라운(12)의 영역에 내측을 향하는 플랜지 부분(26)을 갖되, 상기 밀봉재(14)는 상기 플랜지 부분(26)을 지지하고, 상기 피스톤(8)의 크라운을 형성하는 금속 부분(12)은 상기 플랜지 부분(26)과는 다른 상기 밀봉재(14) 측을 지지하고, 상기 금속 부분(12)은 상기 피스톤(8)에 연결되는 것을 특징으로 하는 밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피스톤(8) 외부에 위치된 상기 밀봉재(21) 부분은 0.5㎜ 내지 10㎜의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 밸브.
제6항에 있어서, 상기 피스톤(8)은 상기 금속 부분(12)에 용접되는 것을 특징으로 하는 밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피스톤(8)은 상기 핀(7)에 용접되는 것을 특징으로 하는 밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피스톤(8)은 상기 핀(7)에 리벳 결합되는 것을 특징으로 하는 밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피스톤(8)의 금속은 0.3㎜ 내지 0.8㎜의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 밸브.