KR20000071199A

KR20000071199A - 연료 분사 밸브용 밸브 시트체의 제조 방법 및 연료 분사 밸브

Info

Publication number: KR20000071199A
Application number: KR1019997007489A
Authority: KR
Inventors: 스티어후베르트
Original assignee: 클라우스 포스, 게오르그 뮐러; 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 1997-12-20
Filing date: 1998-10-02
Publication date: 2000-11-25
Also published as: US6189816B1; JP2001513165A; BR9807436A; DE19757117A1; EP1001863A1; EP1001863B1; ES2177104T3; WO1999032259A1; DE59804149D1

Abstract

연료 분사 밸브 용 공지의 밸브 시트체가 정밀 가공되는데, 상이한 가공 공구들이 사용되고, 그것들에 의해 축방향 가동 밸브 부재를 안내하기 위해 안내 부분에서 또한 시간적으로 그것과는 떨어져 밸브 시트에서 가공이 행해진다.

연료 분사 밸브 용 밸브 시트의 제조를 위한 추천된 방법은, 밸브 시트체(25)를 제조하고, 관통 개구(32)를 밸브 시트체(25)의 내부에 도입하고, 밸브 시트 영역(26)을 관통 개구(32)의 원추대형 부분으로서 형성하고, 안내 영역(31)을 형성하는 공지의 공정 단계 외에, 안내 영역(31) 내 모든 안내 부분(51)과 시트 영역(26,26')을 마스터 구(130)에 의해 동시적으로 정밀 가공하는 공정 단계들을 포함한다.

Description

연료 분사 밸브용 밸브 시트체의 제조 방법 및 연료 분사 밸브{Method for producing a valve seat body for a fuel injection valve, and corresponding fuel injection valve}

DE-OS 40 37 952로부터 이미 밸브 시트체를 갖는, 특히 안내 홀과 밸브 시트를 갖는 연료 분사 밸브가 알려져 있다. 안내 홀은 축 방향 가동 밸브 니들을 안내하는 역할을 하고 그 밸브 니들에는 구로 형성된 밸브 폐쇄체가 배치되어 있다. 상기 구는 하류 방향을 따라 원추대 형상으로 가늘어지는 밸브 시트와 협동 작용하고 그 시트와 함께 밀폐 시트 밸브를 형성한다. 밸브 시트의 상류에 있는 안내 홀 내에서는 그 둘레를 따라 안내 부분과 연료 유로가 교대되고 있다. 그와 같은 공지의 밸브 시트체에 있어서는 안내 부분 뿐 아니라 밸브 시트가 변형(성형) 가공(대량 변형 가공, 선반 가공) 후 연삭에 의해 재 가공된다. 그런데 밸브 시트의 가공시 시간적 및 공구적으로 분리되어 진행하는 안내 부분의 가공은 비교적 덜 정확한 내원(內圓) 연삭에 의해 행해진다. 내원 연삭 시에는 연삭 핀이 안내 홀 내에 도입되고 그것으로 회전 하에 안내 부분이 가공된다. 밸브 시트도 연삭에 의해 정밀 가공되는데, 필요에 따라서는 추가적인 재 가공이 줄작업(연마)에 의해 행해져야 한다. 최적 밀폐 거동을 유지하면서 높은 원운동의 정확도를 달성하기 위해서는, 다수의 공작 공구 및 시간적으로 순차적인 정밀 가공 단계가 요구된다.

예컨대 DE-OS 196 02 068로부터 밸브의 높은 표면질을 갖는 회전 대칭 밸브 시트면을 제작하는 방법이 알려져 있다. 거기에서는 직접적인 밸브 시트면만이 정밀 가공되도록, 가공하고자 하는 밸브 시트체 내의 안내 개구의 단면 보다 작은 직경을 갖는 구형의 공구체가 형성된다. 안내 개구의 개구 폭은 구형 공구의 직경 보다 반드시 커야하는데, 그 이유는 그렇지 않은 경우에는 공구는 대체로 밸브 시트면 까지 축 방향으로 올바른 길이의 안내 개구에 의해 밸브 시트체 내에 삽입될 수 없기 때문이다. 그 외에 그와 같은 원통형 안내 개구 내에는 구형 공구체가 안내 영역에 대해 삽입되지 않도록 하기에 충분한 정밀 가공을 위한 큰 연삭 가공 공간이 존재한다.

또한, 이미 DE-OS 195 37 382로부터 밸브 시트체 및 그 상류에 위치하는 원판형 안내체를 갖는 연료 분사 밸브가 알려져 있다. 그리고 상기 안내체는 적어도 부분적으로는 둥글게 융기된 구형 밸브 부재를 위한 내부 안내 홀을 갖고 있다. 밸브 시트체와 안내체는 언제나 서로 별도로 만들고자 하는 정확한 내부 개구에 맞게 정밀 공작된다. 이것도 역시 여러 가공 공구를 상이한 정도로 펼쳐 고정시켜서 실시된다.

본 발명은 청구항 1의 유개념에 의한 연료 분사 밸브용 밸브 시트를 구비한 밸브 시트체의 제조 방법 및 청구항 9의 유개념에 의한 연료 분사 밸브에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 특별한 형상으로 제조되는 밸브 시트체를 갖는 연료 분사 밸브의 단면도.

도 2는 소위 마스터 볼을 갖는 밸브 시트체를 나타내는 도면.

도 3은 내부에 위치되어 있고 밸브 시트와 협동하는 구형의 밸브 폐쇄체를 갖는 밸브 시트체의 평면도.

도 4는 밸브 시트체 내의 밸브 폐쇄체의 접촉 지점이 비 축척적으로 표시되어 있는 밸브 시트체만의 평면도.

청구항 1의 특징을 갖는 본 발명에 의한 연료 분사 밸브를 위한 밸브 시트를 갖는 밸브 시트체의 제조 방법은, 간단한 방법 및 방식으로 적은 재료, 시간 및 공구 비용에 의해 밸브 시트체 내에서 극히 정확한 안내 부분 및 밸브 시트 영역이 정밀 가공(공작)될 수 있다는 이점을 갖는다. 여기서 특히 유리한 점은, 단지 한 단일 가공 공구, 즉 대단히 정확하게 형성된 소위 마스터 볼이 여러 영역의 정밀 가공을 위해 요구되고 그 가공이 더욱이 이상적 방법으로 동시에 행해진다는 점이다.

종속항들에 제시된 조치에 의해 청구항 1에 표시된 제조 방법의 유리한 발전형 및 개선형이 실현될 수 있다.

안내 부분 및 밸브 시트를 정밀 가공하기 위해 볼 밀링과 구 연마 및 구 닦기를 사용하는 것이 특히 유리하다. 이들 방법에 의해 밸브 시트체 내의 소망 지점에서의 재질 손실이 최소화될 수 있고, 그래서 공지의 연삭 방법에 비해서는 훨씬 작은 절삭 칩 양이 발생하는데 이것은 면적상으로는 대단히 작은 안내 부분에 의해 발생한다.

상기 가공 기술에 의해, 마스터 볼의 반경에 상당하는 반경을 갖는 소망하는 최소의 융기부가 안내 부분에 생성된다. 바람직한 방법에서는 안내 부분은 처음부터 축방향으로 또한 원주 방향으로 좁게, 따라서 소 면적적으로 실시되고, 따라서 이것은 마스터 볼에 의해 최적으로 정확히 가공될 수 있다. 따라서 바람직한 방법에서는 공지의 원추/구-밀폐 시트 장치에서는 비교적 적은 비용으로는 달성될 수 없을 회전(진원) 정확도가 달성될 수 있다.

청구항 9의 특징을 갖는 본 발명에 의한 연료 분사 밸브는, 밸브 시트 영역과 안내 영역을 갖는 밸브 시트체가 특히 간단하고 저렴하게 정밀 가공될 수 있고 진원 정확도와 밀폐도에 있어 극히 높은 품질을 가질 수 있다는 이점을 갖는다. 유리한 방법에서는, 안내 부분은 안내 영역 내에서 처음부터 축방향으로 또한 원주 방향으로 좁게, 따라서 소 면적적으로 실시되고, 따라서 이것은 가공 공구인 마스터 볼에 의해 최적하게 정확히 가공될 수 있다.

본 발명의 실시예는 도면에 간단히 표시되어 있고 이하의 기재에서 상세히 설명될 것이다.

도 1에서는 혼합 압축 외부 점화식 내연 기관의 연료 분사 장치를 위한 분사 밸브 형태의 전자기 작동 밸브가 실시예로서 부분적으로 도시되어 있다. 밸브는 관형의 밸브 시트 지지체(1)를 가지며, 그 지지체 내에는 밸브 종축선(2)에 동심적으로 종방향 홀(3)이 형성되어 있다. 종방향 홀(3)에는 축방향 가동 밸브 니들(6)이 배치되어 있다.

밸브의 전자기적 작동은 공지의 방식으로 행해진다. 밸브 니들(6)을 축방향으로 이동시키고, 따라서 복원 스프링(8)의 탄력에 맞서 밸브를 개방하고 또한 폐쇄시키는 데에는, 자기 코일(10), 자심(11) 및 전기자(12)를 구비한 단지 부분적으로 도시된 전자기 회로가 역할을 한다. 밸브 니들(6)은 전기자(12), 구형 밸브 폐쇄체(13) 및 이 두 부품을 연결하는 연결 부재(14)로 구성되어 있는데, 연결 부재(14)는 관 모양의 형상을 갖는다. 복원 스프링(8)은 그의 하단부에 의해 연결 부재(14)의 상부 정면에 지지되어 있다. 전기자(12)는 용접 이음매(15)에 의해 연결 부재(14)의 밸브 폐쇄체(13) 반대 쪽 단부와 연결되어 있고 자심(11)과 정렬되어 있다. 다른 한편 밸브 시트 폐쇄체(13)는 밸브 연결 부재(14)의 전기자(12) 반대 쪽 단부, 예컨대 용접 이음매(16)와 고정 연결되어 있다. 자기 코일(10)은 자심(11)을 둘러싸고, 이 자심은, 밸브에 의해 분배하려는 매질, 여기서는 연료를 공급하는데 사용되는 도시되지 않은 연료 유입관의 단부, 곧 자기 코일(10)로 둘러싸인 단부를 나타낸다.

관형의 금속 중간 부재(19)는 예컨대 용접에 의해 밸브 종축선(2)에 대해 동심적으로 밀폐적으로 자심(11)의 하단 및 밸브 시트 지지체(1)와 연결되어 있다. 밸브 시트 지지체(1)의 하류측 자심(11) 반대 쪽 단부에서는, 밸브 종축선(2)에 동심적으로 뻗은 종방향 홀(3) 내에 원통형 밸브 시트체(25)가 용접에 의해 장착되어 있다. 본 발명에 따라 형성된 밸브 시트체(25)는 자심(11) 쪽에 고정된 밸브 시트 영역(26)을 갖고 있다.

자기 코일(10)은 예컨대 행거로 형성되어 있고 상자성 소자 역할을 하는 적어도 하나의 도체 소자(30)에 의해 원주 방향으로 적어도 부분적으로 둘러싸여 있으며, 그 소자는 그의 일단으로는 자심(11)과 접해 있고 타단으로는 밸브 시트 지지체(1)와 접해 있는데 이들과는 예컨대 용접, 땜납 또는 접착 결합에 의해 연결되어 있다.

밸브 시트체(25)의 관통 개구(32)의 안내 영역(31)이 축방향 이동 중 밸브 폐쇄체(13)를 안내하는데 이용된다. 밸브 시트 영역(26)은 예컨대 상류 방향으로 직접 안내 영역(31)에 연결되어 있는 관통 개구(32)의 영역을 나타낸다. 밸브 시트체(25)는 밸브 폐쇄체(13) 반대쪽의 그의 하측 정면(33)에서 예컨대 포트 모양으로 형성된 분사 천공판(34)과 동심적으로 단단히 연결되어 있다. 밸브 시트체(25)와 분사 천공판(34)의 연결은, 예컨대 원주형의 밀폐적인, 즉 레이저에 의해 형성된 용접 이음매(45)에 의해 이루어져 있다. 이와 같은 방식의 장착에 의해 예컨대 연삭 또는 타발에 의해 형성된 한 개 이상, 예를 들면 네 개의 분출 개구(46)의 영역에 있어 소망스럽지 않은 분사 천공판(34)의 변형의 위험이 방지될 수 있다. 바람직한 방식에서는, 이하에서 더욱 상세히 설명될, 밸브 시트체(25)의 정밀 가공이 수행되기 전에, 분사 천공판(34)이 밸브 시트체(25)에 고정된다.

밸브 시트체(25)와 분사 천공판(34)으로 구성된 밸브 시트 부재가 종방향 홀(3) 내로 삽입되는 깊이가 특히 밸브 니들(6)의 행정을 조절 결정한다. 그 이유는 자기 코일(10)이 여자되지 않았을 때 밸브 니들(6)의 한 종점 위치는 밸브 폐쇄체(13)가 밸브 시트 영역(26)에 접하므로써 결정되고, 밸브 니들(6)의 다른 종점 위치는 자기 코일(10)이 여자되었을 때 전기자(12)의 상부 정면(22)이 자심(11)의 하부 정면(35)에 접촉하므로써 결정되기 때문이다. 밸브 니들(6)의 이들 두 종점 위치 사이의 거리가 행정을 나타낸다.

구형의 밸브 폐쇄체(13)는 흐름 방향으로 원추대 형으로 가늘어지는 밸브 시트체(25)의 밸브 시트 영역(26)의 표면과 협동한다. 직접적인 밸브 시트는 원추대 모양으로 형성된 면에 대해 약간 융기된 좁은 링 시트 영역(26')에 의해 형성될 수 있다. 링 시트 영역(26')은 그런 경우 밸브 시트 영역(26) 위로 약 50 내지 100μm 돌출한다. 안내 영역(31)은 매질이 밸브 시트체(25)의 시트 영역(26,26') 쪽 방향으로 흐르게 하는 다수의 흐름 통로(27)를 갖는다.

도 2에는, 단독 부재로서의 밸브 시트체(25)가 소위 마스터 볼(130)과 함께 표시되어 있는데, 상기 마스터 볼은 본 발명에 의한 제조 방법의 이용시에는 정밀 가공을 위해 가공 공구로 사용된다. 그때 마스터 볼(130)은 예컨대 봉상의 회전하는 공구 수납체(129)에 고정되는데, 상기 수납체는 비슷한 형태의 것이 예컨대 DE-OS 196 02 068로부터 알려져 있다. 밸브 시트체(25) 내의 관통 개구(32)는, 축방향으로 서로 연결되어 있는 여러 모양으로 형성된 다수의 부분 또는 영역을 갖는다. 그런데 관통 개구(32)의 중요한 영역들은, 예컨대 하류 방향으로 가늘어지는 유입 영역(47), 구형의 밸브 폐쇄체(13) 및 마스터 볼(130)의 직경 보다 큰 내경을 갖는 중앙 개구 영역(48), 안내 영역(31), 밸브 시트 영역(26)과 링 시트 영역(26') 및 유출 영역(49)이다. 영역들(47,48,26과 26', 및 49)은 그 둘레에 따라 균일하게 순환적으로 형성되어 있는 한편, 안내 영역(31)은 그 둘레에 걸쳐 웨브 형의 안내 부분(51)과 유로형(홈 모양)의 흐름 통로(27)가 교대로 차례로 바뀌는 것이 특징이다. 위에서 설명된 이들 내부 관통 개구(32)의 윤곽 및 기타 대체로 원통형의 외부 윤곽은 공지의 방법에 의해 적당한 최초 성형 및 재 성형(예컨대 저온 변형, 저온 프레스, 선택적 경화)에 의해 형성된다.

밸브 시트 영역(26) 및 안내 영역(31) 내의 안내 부분(51)의 종국적 정밀 가공은 본 발명에 따라서는 마스터 볼(130)에 의해 균일하게 수행된다. 대단히 정확하게 제작될 수 있고 경도가 대단히 높은 마스터 볼(130)은 이상적인 구 형태를 가지며, 나중에 시트 영역(26,26')과 협동하는 밸브 폐쇄체(13) 보다 약간 더 큰 직경을 갖는다. 마스터 볼(130)에 의한 밸브 시트체(25)의 정밀 가공이란 연삭(볼 연마), 정밀 연마 또는 헝겊 질을 말하는데, 거기에서는 극 미립의 연삭유, 패치 페이스트 또는 연마 페이스트가 사용되고 그에 따라 밸브 시트체 내 소망 지점에 있어서의 재질 손실이 최소화될 수 있다. 이 가공 기술에 의해 마스터 볼(130)의 반경에 상당하는 반경을 갖는 안내 부분(51)에 소망하는 최소의 융기부가 형성될 수 있다. 이 유리한 방법에 있어서는, 안내 부분들(51)이 처음부터 축방향으로 또한 원주 방향으로 대단히 짧게 또한 좁게 형성되고 그래서 이 부분들은 선택적으로 마스터 볼(130)의 사용에 의해 정확히 가공될 수 있다.

따라서 안내 부분(51)은 이상적 방법으로 축방향으로 보아 마스터 볼(130) 또한 나중에 거기에 배치되는 밸브 폐쇄체(13)의 구 적도(52,52')의 영역에 위치되는 것으로, 안내 부분(51)은 예컨대 하류 방향으로 보아 구 적도(52,52') 앞 최소의 거리에서 개구 영역(48)에 이어서 시작되고 있다. 밸브 폐쇄체(13)의 구 적도(52')는 도 1에 주어져 있다. 안내 부분(51)은 축방향으로 시트 영역(26,26')에 대해 먼 쪽으로, 이 안내 부분이 밸브 폐쇄체(13)가 시트 영역(26,26')에 접할 때 밸브 폐쇄체(13)의 구 적도 (52')위로 기껏 150 μm 이하만 돌출하도록 뻗게 한다. 각각의 안내 부분(51) 사이에서는 흐름 통로(27)가 뻗고 있는데, 이들 통로는 반경 방향 한계로서 예컨대 개구 영역(48)의 반경을 갖는 반경 방향 외측 통로 바닥(54)을 갖는다. 도 3 및 4에서 밸브 시트체(25)의 평면도에 도시된 바와 같이, 안내 영역(31)의 주위를 따라 교대로 5 개의 안내 부분(51)과 5 개의 흐름 통로(27)를 제공하는 것이 바람직하다. 그러나 각 경우 3 개의 안내 부분(51)이 있는 다른 실시형태도 생각할 수 있다. 도 4에 있어 밸브 시트체(25)의 평면도는 무엇보다 시트 영역(26,26')의 일부 또는 밸브 시트체(25) 내의 안내 부분(51)에서 도시되어 있지 않은 밸브 폐쇄체(13)를 명시하고 있는데, 진한 색을 사용하고 옅은 색을 사용한 것이 축척적 특징을 표시하는 것은 아니다.

따라서 정확히 형성된 마스터 볼(130)을 사용함에 의해 밀폐 및 안내 기능을 발휘하는 밸브 시트체(25)의 영역(26,26',51)이 동시에 정밀 가공된다. 마스터 볼(130)에 의해 볼 밀링 및 정밀 연마 또는 문지르기를 할 때, 직접적인 밀폐면, 따라서 도 2에 도시된 실시예에서는 약간 융기된 링 시트 영역(26') 및 안내 부분(51)이 정확히 마스터 볼(130) 그리고 극히 보다 작은 밸브 폐쇄체(13)의 형태에 적합화 된다. 그런데 축방향으로 대단히 짧은 안내 부분(51)에 마스터 볼(130)에 의해 그의 융기부가 전달되고, 그래서 최종적으로 약간 융기된 안내 부분(51)이 밸브 시트 영역(26)에서 먼 안내 영역(31)의 단부에 존재하게 할 수 있다. 상기한 가공 기술에 의해 유리한 방식으로, 공지의 원추/구-밀폐 시트 장치에서는 비교적 적은 비용으로는 달성될 수 없을 회전 정확도가 달성될 수 있다. 상기 가공 방법은 단지 0.5 μm 이하의 편차(진원 공차)로 거의 이상적인 밸브 시트 영역(26)의 진원도를 보장한다.

Claims

원통형 외부 윤곽을 갖는 밸브 시트체(25)를 제조하는 단계와,

적어도 유입 또는 개구 영역(47,48), 안내 영역(31), 및 시트 영역(26,26')을 갖는 관통 개구(32)를 밸브 시트체(25)의 내부에 도입하는 단계와,

밸브 시트 영역(26)을 관통 개구(32)의 원추대형 부분으로서 형성하는 단계와,

둘레에 걸쳐 교대로 배치된 웨브형 안내 부분(51)과 유로형 흐름 통로(27)를 갖는 안내 영역(31)을 형성하는 단계와,

모든 안내 부분(51)과 시트 영역(26,26')을 가공 공구인 마스터 볼(130)에 의해 동시에 정밀 가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브용 밸브 시트를 구비한 밸브 시트체 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 정밀 가공은 구 연삭(볼 밀링)에 의해 마스터 볼(130)을 사용하므로써 수행되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브용 밸브 시트를 구비한 밸브 시트체 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 정밀 가공은 정밀 연마에 의해 마스터 볼(130)을 사용하므로써 수행되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브용 밸브 시트를 구비한 밸브 시트체 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 정밀 가공은 헝겊 연마에 의해 마스터 볼(130)을 사용하므로써 수행되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브용 밸브 시트를 구비한 밸브 시트체 제조 방법.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 마스터 볼(130)은 나중에 시트 영역(26,26')과 협동하는 구형의 밸브 폐쇄체(13)의 직경 보다 약간 더 큰 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브용 밸브 시트를 구비한 밸브 시트체 제조 방법.
제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 원추대형 밸브 시트 영역(26)에는 융기된 링 시트 영역(26')이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브용 밸브 시트를 구비한 밸브 시트체 제조 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 링 시트 영역(26')이 밸브 시트 영역(26)에 대해 50 내지 100μm 융기되어 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브용 밸브 시트를 구비한 밸브 시트체 제조 방법.
제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 최종적으로 약간 융기된 안내 부분(61)이 밸브 시트 영역(26)에서 먼 안내 영역(31)의 단부에 존재하도록, 마스터 볼(130)에 의해 그의 융기부가 안내 부분(51)에 전달되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브용 밸브 시트를 구비한 밸브 시트체 제조 방법.
밸브 종축선(2)을 구비하고, 하나 이상의 구형 밸브 폐쇄체(13)를 포함하고 있는 밸브 니들(6)을 축방향으로 이동시킬 수 있는 작동 장치(10,11,12)를 구비하고, 내부에 관통 개구(32)를 갖는 밸브 시트체(25)를 구비하며, 관통 개구(32)가 하류 방향으로 하나 이상의 유입 또는 개구 영역(47,48), 안내 영역(31) 및 밸브 시트 영역(26)을 가지며, 밸브 폐쇄체(13)는 시트 영역(26,26')과 협동하는 연료 분사 밸브에 있어서, 상기 안내 영역(31)은 둘레 방향으로 흐름 통로(27)에 의해 중단되는 다수의 안내 부분(51)을 가지며, 상기 안내 부분은 밸브 폐쇄체(13)가 시트 영역(26,26')에 접할 때 밸브 폐쇄체(13)의 구 적도(52') 위로 최대 150 μm만 돌출하도록, 상기 안내 부분들은 축방향으로 시트 영역(26,26')에서 먼 쪽으로 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
제 9 항에 있어서, 안내 부분(51)이 대체로 밸브 폐쇄체(13)의 반경에 상당하는 반경을 갖는 약간의 융기(링)를 갖는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.