KR102333981B1 - 전자기식으로 작동 가능한 가스 취입용 밸브 - Google Patents

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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 밸브 하우징(1)과; 밸브 하우징(1)과 연결되어 있고 하나 이상의 유출 개구(3)가 그 내부에 형성되어 있는 밸브 시트 바디(2)와; 또한 하나 이상의 유출 개구(3)의 개방 및 폐쇄를 위해 밸브 시트 바디(2)에 대하여 왕복 운동 가능하게 밸브 하우징(1) 내에 수용되어 있는 플레이트 형상의 또는 디스크 형상의 밸브 폐쇄 요소(4);를 포함하는, 내연 기관의 흡기 다기관 내로 가스를 취입하기 위한 전자기식으로 작동 가능한 밸브에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 플레이트 형상의 또는 디스크 형상의 밸브 폐쇄 요소(4)는, 밸브 시트 바디(2)와 접촉할 수 있고 강성이 감소된 외부 에지 영역(5)을 구비한다.

Description

전자기식으로 작동 가능한 가스 취입용 밸브
본 발명은, 청구항 1의 전제부의 특징들을 갖는, 내연 기관의 흡기 다기관 내로 가스를 취입하기 위한, 전자기식으로 작동 가능한 밸브에 관한 것이다.
공개 공보 DE 10 2014 219 019 Al호에는, 밸브 하우징에 배열된 밸브 시트 바디와; 이 밸브 시트 바디에 대해 상대적으로 왕복 운동할 수 있는 폐쇄 바디;를 갖는 가스 밸브, 특히 기체 형태의 매체를 위한 계량 밸브가 공지되어 있다. 가스 밸브의 내구성을 개선하기 위하여, 상기 간행물에서는, 밸브 시트에 대한 폐쇄 바디의 충격 속도 및/또는 충격 에너지를 감소시키는 완충 바디가 제안된다. 따라서, 완충 바디는 감쇠 효과를 갖고, 폐쇄 바디가 폐쇄시 제동되지 않은 상태로 밸브 시트 바디를 향해 충격을 가하는 것을 방지해준다. 이와 같은 방식으로, 폐쇄 바디에 있는 그리고 밸브 시트 바디에 있는 각각의 접촉 면들의 영역에서 마모가 감소될 수 있고, 이로 인해 수명이 증가하게 된다. 공지된 가스 밸브는, 특히 연소 가스를 내연 기관의 연소실 내로 또는 상류에 있는 흡기 채널 내로 분사하기 위해서 이용되는 내연 기관용 가스 유입 밸브이다.
전술된 선행 기술로부터 출발하는 본 발명의 과제는, 긴 수명을 갖는 동시에 간단하고도 비용 효율적으로 제조될 수 있는, 내연 기관의 흡기 다기관 내로 가스를 취입하기 위한, 전자기식으로 작동 가능한 밸브를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 특징들을 갖는, 전자기식으로 작동 가능한 밸브가 제안된다. 본 발명의 바람직한 개선예들은 종속 청구항들로부터 인용될 수 있다.
내연 기관의 흡기 다기관 내로 가스를 취입하기 위해서 제안된 전자기식으로 작동 가능한 밸브는, 밸브 하우징과; 이 밸브 하우징과 연결되어 있고 하나 이상의 유출 개구가 그 내부에 형성되어 있는 밸브 시트 바디;를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 밸브는, 하나 이상의 유출 개구의 개방 및 폐쇄를 위해 밸브 시트 바디에 대하여 왕복 운동 가능하게 밸브 하우징 내에 수용되어 있는 플레이트 형상의 또는 디스크 형상의 밸브 폐쇄 요소를 포함한다. 본 발명에 따르면, 플레이트 형상의 또는 디스크 형상의 밸브 폐쇄 요소는, 밸브 시트 바디와 접촉할 수 있고 강성이 감소된 외부 에지 영역을 구비한다. 이러한 강성은, 외부 에지 영역이 소정의 탄성력 또는 탄력적인 변형 가능성을 가질 정도로 나머지 밸브 폐쇄 요소에 비해 감소되었다. 이와 같은 사실은, 특히 밸브 폐쇄 요소가 폐쇄시 기울어져서 외부 에지 영역을 통해 밸브 시트 바디에 충돌하게 되는 경우에 장점이 된다. 그 이유는, 그와 같은 경우에는 운동 에너지의 일 부분이 변형 에너지로 변환되고, 충돌 영역에서는 밸브 시트 바디의 부하가 더 낮기 때문이다. 특히, 충돌 영역에서는 밸브 시트 바디의 표면 압력이 감소한다. 이와 같은 사실은, 재차 밸브의 마모를 줄이거나 수명을 증가시키는 결과를 낳는다.
제조에서 기인하는 그리고/또는 조립에서 기인하는 공차로 인해, 밸브 폐쇄 요소는 폐쇄시 거의 항상 적어도 약간의 기울어짐을 취한다. 그렇기 때문에, 본 발명의 장점들은 예외적인 경우들에서 뿐만 아니라 규칙적으로도 나타나게 된다.
바람직하게, 밸브 폐쇄 요소는, 강성이 감소된 환상의 외부 에지 영역을 구비한다. 이와 같은 방식으로, 밸브 폐쇄 요소의 전체 외부 에지 영역은, 특히 밸브 폐쇄 요소가 폐쇄시 어느 방향으로 기울어지는지와 무관하게, 증가된 마모로부터 보호된다.
밸브 폐쇄 요소의 외부 에지 영역의 감소된 강성은 형상에서 그리고/또는 재료에서 기인할 수 있다. 예를 들어, 밸브 폐쇄 요소는, 에지가 소정의 탄성력을 갖도록 형성된 에지 기하학적 구조를 가질 수 있다. 대안적으로 또는 보완적으로, 그 후방에 놓여 있는 에지 영역을 포함하는 에지는 휘어지기 쉬운 재료로 제조될 수 있다.
바람직하게, 에지 영역의 강성은, 밸브 폐쇄시에 예상되는 충돌 속도에 그리고/또는 예상되는 밸브 폐쇄 요소의 기울어짐에 매칭된다. 두 가지 파라미터는 시뮬레이션 및/또는 실험에 의해서 결정될 수 있다. 원하는 강성이 결정되었다면, 에지 영역의 형상 및/또는 재료가 확정될 수 있다. 이 경우에는, 밸브 시트 바디에 충돌할 때의 부하를 견디기 위해, 에지 영역이 감소된 강성에도 불구하고 충분히 높은 기계적 강도를 갖도록 주의해야만 한다.
본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따르면, 밸브 폐쇄 요소는 강성이 감소된 외부 에지 영역을 형성하기 위해 반경 방향 외부로 연장되는 칼라를 구비한다. 이 칼라의 치수 및/또는 횡단면 형상을 통해서, 강성이 의도한 바대로 제어될 수 있다. 그와 동시에, 칼라는 간단히 그리고 비용 효율적으로 제조될 수 있다. 밸브 폐쇄 요소를 제조할 때에, 특히 성형할 때에 이미 칼라가 함께 형성되지 않으면, 칼라는 추후에 재료 제거 방법에서 예를 들어 회전에 의해 제조될 수 있다.
더 나아가, 밸브 폐쇄 요소는, 강성이 감소된 외부 에지 영역을 형성하기 위해 계단형 외부 윤곽을 가질 수 있다. 이 계단형 외부 윤곽도 마찬가지로 회전에 의해서 특히 간단히 그리고 비용 효율적으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 계단형 외부 윤곽을 갖는 밸브 폐쇄 요소는, 축 방향으로 서로에 대해 이격된 2개의 칼라 섹션들을 구비할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 일 실시예에 따르면, 밸브 폐쇄 요소는 외부 에지 영역을 형성하기 위해, 밸브 폐쇄 요소에 비해 더 적은 강성을 갖는 환상 바디와 강제 결합식으로, 형상 결합식으로 그리고/또는 재료 결합식으로 연결되어 있다. 더 적은 강성은 특히 재료에서 기인할 수 있는데, 그 이유는 환상 바디가 나머지 밸브 폐쇄 요소와는 별도로 제조될 수 있기 때문이다. 환상 바디와 밸브 폐쇄 요소의 강제 결합식의, 형상 결합식의 그리고/또는 재료 결합식의 후속 연결에 의해, 간단히 장착될 수 있는 복합체가 생성된다.
외부 에지 영역의 감소된 강성이 형상에서 기인하는지 그리고/또는 재료에서 기인하는지와 무관하게, 에지 영역이 밸브 폐쇄 요소의 밀봉 면에 대해 동일 평면으로 형성되거나 배열되는 것이 제안된다. 이렇게 함으로써는, 심지어 밸브 폐쇄 요소가 적게 기울어진 경우에도, 외부 에지 영역이 우선 밸브 시트 바디에 충돌하게 된다. 밸브 폐쇄 요소가 밸브 시트 바디에 대해 정확히 평행하게 정렬되어 있으면, 밸브 폐쇄 요소는 전체 밀봉 면에 걸쳐 밸브 시트 바디에 충돌하게 된다.
바람직한 방식으로, 밸브 시트 바디 내에 형성된 하나 이상의 유출 개구는 원호 형상으로 진행하는 슬롯으로서 구현되어 있다. 이와 같은 방식으로, 비교적 큰 유출 횡단면이 생성될 수 있다. 바람직하게는, 가스 밸브가 개방된 경우에 관류량을 더욱 증가시키기 위해, 복수의 유출 개구들이 서로에 대해 동심으로 배열되어 있다.
밸브 시트 바디 내에 형성된 하나 이상의 유출 개구의 유출 가능성을 개선하기 위하여, 밸브 폐쇄 요소 내에 하나 이상의 관통 개구가 형성되어 있는 것이 제안된다. 이 관통 개구는 바람직하게, 반경 방향으로 밸브 시트 바디의 하나 이상의 유출 개구에 대해 오프셋 배열된, 원호 형상으로 진행하는 슬롯으로서 구현되어 있다. 이와 같은 방식으로, 특히 밸브 시트 바디에 대한 밸브 폐쇄 요소의 각위치와 무관하게, 밸브가 항상 확실하게 폐쇄되도록 보장된다.
본 발명의 개선예에서는, 밸브 폐쇄 요소가, 적어도 섹션별로 플레이트 형상으로 또는 디스크 형상으로 형성된 앵커(anchor)에 의해서 형성되거나, 앵커와 연결되는 것이 제안된다. 그와 동시에 앵커가 플레이트 형상의 또는 디스크 형상의 밸브 폐쇄 요소를 형성하면, 필요한 부품들의 개수가 줄어들 수 있다. 그와 동시에, 특히 콤팩트한 구조의 어셈블리가 달성된다. 앵커를 별도로 형성하는 것은, 앵커의 기능에 정확하게 매칭되는 별도의 재료의 사용을 가능하게 한다. 특히, 매우 우수한 자기 특성을 갖는 재료가 선택될 수 있다.
더욱 바람직하게, 밸브 폐쇄 요소는 밸브 시트 바디의 방향으로 하나 이상의 스프링의 스프링력에 의해서 직접적으로 또는 간접적으로 가압된다. 하나 이상의 스프링의 스프링력은, 전류가 공급되지 않는 상태에서는 가스 밸브를 폐쇄된 상태로 유지시킨다. 개방을 위해서는, 전자석의 자기 코일에 전류가 공급되어야만 하며, 그 결과 밸브 폐쇄 요소를 포함한 앵커를 하나 이상의 스프링의 스프링력에 대항해서 끌어당기는 자기력을 갖는 자계가 형성된다. 이 경우에는, 밸브 폐쇄 요소가 밸브 시트 바디로부터 들어올려져서 하나 이상의 유출 개구를 개방한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예가 이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다. 도면부에서,
도 1은 본 발명에 따른 밸브의 개략적인 종단면도를 도시하고,
도 2는 변형 가능한 에지 영역의 영역에서 도 1의 확대된 단면을, 도 1의 앵커 어셈블리에 대한 개략적인 평면도로 도시하며, 그리고
도 3은 대안적인 일 실시예의 확대된 단면을 도시한다.
도 1에 도시된, 기체 형태의 매체를 위한, 특히 기체 형태의 연료를 위한 전자기 밸브는, 실질적으로 중공 실린더 형상의 밸브 하우징(1)을 포함하며, 이 밸브 하우징 내로는 플레이트 형상의 밸브 시트 바디(2)가 삽입되어 있다. 밸브 시트 바디(2) 내에는, 원호 형상으로 진행하고 동심으로 배열된 복수의 유출 개구들(3)이 형성되어 있으며, 이들 유출 개구들을 통해 기체 형태의 매체가 밸브 개방 상태에서 배출될 수 있다. 도 1에서, 밸브는 폐쇄된 상태로 도시되어 있다.
폐쇄 위치에서, 유출 개구들(3)은, 마찬가지로 플레이트 형상으로 형성되어 있고 밸브 시트 바디(2) 쪽으로 향하는 자신의 단부면에 밀봉 면(9)을 갖는 밸브 폐쇄 요소(4)에 의해서 폐쇄된다. 밀봉 면(9)은, 반경 방향으로 밸브 시트 바디(2)의 유출 개구(3)에 대해 오프셋 배열되어 있고 원호 형상으로 진행하며 동심으로 배열된 복수의 관통 개구들(10)에 의해서 관통된다. 이렇게 함으로써는, 밸브 폐쇄 요소(4)가 밸브 시트 바디(2)에 접할 때, 밀봉 면(9)이 유출 개구들(3)을 밀폐하도록 보장된다.
밸브를 개방하기 위해, 자기 코일(13)에 전류가 공급되고, 이 자기 코일의 자기력은 밸브 폐쇄 요소(4)와 고정 연결된 앵커(11)에 작용한다. 이로써, 자기 코일(13)에 전류가 공급되는 경우에는, 앵커(11)와 밸브 폐쇄 요소(4)가 공동으로, 자기 코일(13)을 둘러싸는 자석 바디(14)의 방향으로 이동하게 된다. 앵커(11)와 밸브 폐쇄 요소(4)의 이동은, 밸브 폐쇄 요소에 지지되어 있고 밸브 폐쇄 요소를 밸브 시트 바디(2)에 대해 축 방향으로 예압하는 스프링들(12)의 스프링력에 대항해서 이루어진다. 자기 코일(13)에 대한 전류 공급이 종료되면, 스프링(12)은 앵커(11)를 포함한 밸브 폐쇄 요소(4)를 이들의 출발 위치로 복귀시키고 밸브를 폐쇄한다.
밸브를 폐쇄하는 경우에는, 밸브 폐쇄 요소(4)의 기울어짐이 발생할 수 있음으로써, 결과적으로 밸브 폐쇄 요소(4)의 외부 에지 영역(5)이 우선 밸브 시트 바디(2)에 충돌하게 된다. 증가된 표면 압력으로 인한 밸브 시트 바디(2)의 부하 증가를 방지하기 위하여, 도 1에 도시된 밸브의 밸브 폐쇄 요소(4)는 외부 에지 영역(5)을 구비하며, 이 외부 에지 영역은, 형상으로 인해 밸브 폐쇄 요소(4)에 비해 감소된 강성을 갖는 칼라(6)에 의해서 형성된다. 칼라(6)는, 회전에 의해서 제조된 계단형 외부 윤곽(7)의 구성 부분이다(도 2 참조).
도 3으로부터는, 본 발명에 따른 밸브를 위한 밸브 폐쇄 요소(4)의 외부 에지 영역(5)의 대안적인 일 실시예가 도출될 수 있다. 본 실시예에서, 외부 에지 영역(5)의 더 적은 강성은, 밸브 폐쇄 요소(4)와 고정 연결되어 있고 적어도 약간 탄성적으로 변형 가능한 재료로부터 형성된 환상 몸체(8)에 의해서 야기된다. 밸브 폐쇄 요소(4)가 우선 외부 에지 영역(5)에 의해서 밸브 시트 바디(2)에 충돌하면, 운동 에너지의 일 부분이 변형 에너지로 변환되며, 그 결과 밸브 시트 바디(2)의 부하는 감소된다. 그 결과, 마모는 감소하고 밸브의 수명은 증가한다.
도 3에 도시된 환상 바디(8)의 횡단면 형상은 다만 예시적으로만 선택되었다. 청구항 1의 특징들이 구현되는 한, 변형이 가능하다.

Claims (9)

  1. 밸브 하우징(1)과; 밸브 하우징(1)과 연결되어 있고 하나 이상의 유출 개구(3)가 그 내부에 형성되어 있는 밸브 시트 바디(2)와; 또한 하나 이상의 유출 개구(3)의 개방 및 폐쇄를 위해 밸브 시트 바디(2)에 대하여 왕복 운동 가능하게 밸브 하우징(1) 내에 수용되어 있는 플레이트 형상의 또는 디스크 형상의 밸브 폐쇄 요소(4);를 포함하는, 내연 기관의 흡기 다기관 내로 가스를 취입하기 위한 전자기식으로 작동 가능한 밸브에 있어서,
    플레이트 형상의 또는 디스크 형상의 밸브 폐쇄 요소(4)는, 밸브 시트 바디(2)와 접촉할 수 있고 강성이 감소된 외부 에지 영역(5)을 구비하고,
    밸브 폐쇄 요소(4)가, 에지 영역(5)을 형성하기 위해, 밸브 폐쇄 요소(4)는 반경 방향 외부로 연장되는 칼라(6)를 구비하며 그리고/또는 계단형 외부 윤곽(7)을 갖는 것을 특징으로 하는, 전자기식으로 작동 가능한 밸브.
  2. 밸브 하우징(1)과; 밸브 하우징(1)과 연결되어 있고 하나 이상의 유출 개구(3)가 그 내부에 형성되어 있는 밸브 시트 바디(2)와; 또한 하나 이상의 유출 개구(3)의 개방 및 폐쇄를 위해 밸브 시트 바디(2)에 대하여 왕복 운동 가능하게 밸브 하우징(1) 내에 수용되어 있는 플레이트 형상의 또는 디스크 형상의 밸브 폐쇄 요소(4);를 포함하는, 내연 기관의 흡기 다기관 내로 가스를 취입하기 위한 전자기식으로 작동 가능한 밸브에 있어서,
    플레이트 형상의 또는 디스크 형상의 밸브 폐쇄 요소(4)는, 밸브 시트 바디(2)와 접촉할 수 있고 강성이 감소된 외부 에지 영역(5)을 구비하고,
    밸브 폐쇄 요소(4)는, 에지 영역(5)을 형성하기 위해, 밸브 폐쇄 요소(4)에 비해 더 적은 강성을 갖는 환상 바디(8)와 강제 결합식으로, 형상 결합식으로 그리고/또는 재료 결합식으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 전자기식으로 작동 가능한 밸브.
  3. 밸브 하우징(1)과; 밸브 하우징(1)과 연결되어 있고 하나 이상의 유출 개구(3)가 그 내부에 형성되어 있는 밸브 시트 바디(2)와; 또한 하나 이상의 유출 개구(3)의 개방 및 폐쇄를 위해 밸브 시트 바디(2)에 대하여 왕복 운동 가능하게 밸브 하우징(1) 내에 수용되어 있는 플레이트 형상의 또는 디스크 형상의 밸브 폐쇄 요소(4);를 포함하는, 내연 기관의 흡기 다기관 내로 가스를 취입하기 위한 전자기식으로 작동 가능한 밸브에 있어서,
    플레이트 형상의 또는 디스크 형상의 밸브 폐쇄 요소(4)는, 밸브 시트 바디(2)와 접촉할 수 있고 강성이 감소된 외부 에지 영역(5)을 구비하고,
    에지 영역(5)은 밸브 폐쇄 요소(4)의 밀봉 면(9)에 대해 동일 평면으로 형성되어 있거나 배열되어 있는 것을 특징으로 하는, 전자기식으로 작동 가능한 밸브.
  4. 밸브 하우징(1)과; 밸브 하우징(1)과 연결되어 있고 하나 이상의 유출 개구(3)가 그 내부에 형성되어 있는 밸브 시트 바디(2)와; 또한 하나 이상의 유출 개구(3)의 개방 및 폐쇄를 위해 밸브 시트 바디(2)에 대하여 왕복 운동 가능하게 밸브 하우징(1) 내에 수용되어 있는 플레이트 형상의 또는 디스크 형상의 밸브 폐쇄 요소(4);를 포함하는, 내연 기관의 흡기 다기관 내로 가스를 취입하기 위한 전자기식으로 작동 가능한 밸브에 있어서,
    플레이트 형상의 또는 디스크 형상의 밸브 폐쇄 요소(4)는, 밸브 시트 바디(2)와 접촉할 수 있고 강성이 감소된 외부 에지 영역(5)을 구비하고,
    밸브 시트 바디(2) 내에 형성된 하나 이상의 유출 개구(3)는 원호 형상으로 진행하는 슬롯으로서 구현되어 있으며, 복수의 유출 개구들(3)이 서로에 대해 동심으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는, 전자기식으로 작동 가능한 밸브.
  5. 밸브 하우징(1)과; 밸브 하우징(1)과 연결되어 있고 하나 이상의 유출 개구(3)가 그 내부에 형성되어 있는 밸브 시트 바디(2)와; 또한 하나 이상의 유출 개구(3)의 개방 및 폐쇄를 위해 밸브 시트 바디(2)에 대하여 왕복 운동 가능하게 밸브 하우징(1) 내에 수용되어 있는 플레이트 형상의 또는 디스크 형상의 밸브 폐쇄 요소(4);를 포함하는, 내연 기관의 흡기 다기관 내로 가스를 취입하기 위한 전자기식으로 작동 가능한 밸브에 있어서,
    플레이트 형상의 또는 디스크 형상의 밸브 폐쇄 요소(4)는, 밸브 시트 바디(2)와 접촉할 수 있고 강성이 감소된 외부 에지 영역(5)을 구비하고,
    밸브 폐쇄 요소(4) 내에는 하나 이상의 관통 개구(10)가 형성되어 있으며, 상기 관통 개구는 반경 방향으로 밸브 시트 바디(2)의 하나 이상의 유출 개구(3)에 대해 오프셋 배열된, 원호 형상으로 진행하는 슬롯으로서 구현되어 있는 것을 특징으로 하는, 전자기식으로 작동 가능한 밸브.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 밸브 폐쇄 요소(4)는 적어도 섹션별로 플레이트 형상으로 또는 디스크 형상으로 형성된 앵커(11)에 의해서 형성되거나, 앵커(11)와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 전자기식으로 작동 가능한 밸브.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 밸브 폐쇄 요소(4)는 밸브 시트 바디(2)의 방향으로 하나 이상의 스프링(12)의 스프링력에 의해서 직접적으로 또는 간접적으로 가압되는 것을 특징으로 하는, 전자기식으로 작동 가능한 밸브.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 에지 영역(5)의 감소된 강성은 형상에서 그리고/또는 재료에서 기인하는 것을 특징으로 하는, 전자기식으로 작동 가능한 밸브.
  9. 삭제
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