KR20010023935A - 전자기 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특수하게 형성된 정지부 영역 코어/아마츄어(2/27)를 가지는 전자기 밸브에 관한 것이다. 이 밸브는 한 부재, 예를 들어 아마츄어(27)를 가지며, 이것은 내마모성 코팅을 제공하기 전에 다른 부재(2)와 마주하는 정면(73)의 영역에서 구 형상 외형을 가지며, 이것은 링 형상으로 일정하게 둘레 방향으로 연장되어 있다.

이 밸브는 혼합기를 압축하면서 불꽃 점화시키는 내연 기관의 연료 분사 장치에서 이용하기에 적합하다.

Description

전자기 밸브{Electromagnetically actuatable valve}

이미 전자기적으로 작동할 수 있는 다양한 밸브들, 연료 분사 밸브들이 공지되어 있으며, 이 경우 마모에 대한 조건이 있는 부재들은 내마모성 층을 갖고 있다. 따라서, 예를 들어 독일특허출원 DE-OS 32 30 844 호에는 연료 분사 밸브의 정지 면과 아마츄어에 내마모성 표면들을 제공하는 것이 공지되어 있다. 이 표면들은 니켈 도금되어 있는, 즉 별도의 층을 갖거나 또는 질화 경화되는, 즉 질소의 침전(deposit)을 통해 경화된다.

독일특허출원 DE-OS 38 10 826호에는 연료 분사 밸브가 서술되어 있으며, 이 경우 적어도 하나의 정지 면이 캘로트(calotte) 형상으로 되어 있어, 대단히 정확한 에어 갭을 얻을 수 있으며, 이 경우 정지면 중앙에 비자성의 매우 견고한 재료로 이루어지는 별도의 둥근 형체 삽입물이 이용된다. 캘로트 형상의 상기 양 정지 면들이 밸브 종축의 영역 중앙에서 정확하게 맞닿는다.

독일특허출원 DE-OS 44 21 935호에는 하나의 특수한 정지부 영역을 가지는 전자기 밸브가 이미 공지되어 있다. 이 밸브는 적어도 하나의 부재, 아마츄어 및/또는 코어를 가지며, 이것은 내마모성 층을 제공하기 전에 쐐기(wedge) 형상의 표면을 가지며, 이 표면은 자기 및 수압으로 최적 조건에 일치하게 가변적으로 제조될 수 있다. 상기 쐐기 형상을 통해 형성된 링 형상 정지부 영역이 전체 수명 기간에 걸쳐 변함이 없는 일정한 정지면 폭 또는 접촉 폭을 가지는데, 연속 작동 시에 정지면의 마모가 접촉 폭의 확대를 가져오지 않기 때문이다.

본 발명은 독립항의 전제부에 따른 전자기적으로 작동될 수 있는 밸브에 관한 것이다.

본 발명의 실시예들이 도면에 간단하게 도시되어 있으며 하기의 상세한 설명에서 상술된다.

도 1은 연료 분사 밸브의 형태인 전자기 밸브를 도시한 도면.

도 2는 기하학적 형상의 도 1에 따른 코어와 아마츄어 영역에 분사 밸브의 정지부의 확대도,

도 3은 본 발명에 따라 형성되는 정지부 영역의 제 2 실시예를 도시한 도면.

도 4는 정지부 영역의 제3의 실시예를 도시한 도면.

독립항의 특징들을 가지는 본 발명에 따른 전자기 밸브가 가지는 장점으로는 서로에 대해 정지 작용을 하는 부재들중 아마츄어와 코어 중 하나는 내마모성 표면의 형성 후에는 상기 정지 면이 보다 긴 동작 시간 후에도 마모 때문에 커지지 않으므로, 가동 부재의 동작 시간과 복귀 시간이 거의 변함없도록 형성된다는 것이다. 이는 서로에 대해 정지 작용을 하는 부재들 중 하나가 이미 내마모성을 형성하기 전에 돔 형상 표면을 가짐으로써 얻어진다.

그와 같이 형성된 부재들은 내구성의 개선이라는 장점을 갖는데, 링 형상 접촉선(ring-shaped contact line)의 영역에서의 정지부가 표면 중앙에 있으며 손상 위험이 있는 에지에는 없기 때문이다.

돔 형상 정면의 간단한 기하학적 형상은 양호하게 제조될 수 있으며 검사될 수 있다.

상기 종속항들에 서술된 조치들을 통해 독립항에 제시된 전자기 밸브의 유리한 그 외 구성과 개선들이 가능해진다.

특히 유리한 점은 제조 비용이 가장 작기 때문에 상기 정면의 돔 형상부를 구(ball) 영역 또는 캘로트 영역으로 형성한다는 것이다.

밸브 종축을 따라 축방향으로 움직일 수 있는 밸브 니들과 아마츄어를 연결시키고, 마주하는 단부에 밸브 폐쇄체(valve closing body)를 배열하는 것이 유리하며, 이 경우 이 밸브 폐쇄체는 구 형상으로 형성되어 있으며, 및 원하는 반경 간격을 가지는 아마츄어에서 상기 정면의 구 영역 형상 외형의 형성을 위한 중심점을 이 밸브 폐쇄체의 중심점에 두는 것이 장점이 된다. 아마츄어에 대한 밸브 폐쇄체의 소위 동심의 편차(concentric deviation)가 큰 경우에도 이 정지부 상태의 아주 높은 허용오차가 존재한다.

이러한 정지부 영역의 형성을 통해 양호한 수압식 완충 정지부가 얻어지는데, 반경이 비교적 크므로 ＜ 10μm의 협소한 스퀴즈 갭(squeez gap)이 형성되기 때문이다.

도 1에서 예를 들어 도시된 전자기적으로 동작가능한, 혼합기를 압축시키면서 불꽃 점화하는 내연 기간의 연료 분사 장치를 위한 분사 밸브의 형태인 밸브가 자기 코일(1)에 의해 싸여 있으며 연료 입구 연결부로서 이용되는 코어(2)를 가지며, 이것은 예를 들어 여기에서는 관형상으로 형성되어 있다. 하나의 코일체(3)는 자기 코일(1)의 피복을 수납하며 상기 코어(2)와의 연결 하에서 상기 자기 코일(1)의 영역에서 분사 밸브의 구성이 특히 콤팩트하게 될 수 있다.

밸브 종축(10)에 대해 동심으로 관형상의 금속 밸브 시트 캐리어(12)가 예를 들어 용접을 통해 기밀하게 이 코어(2)의 하측 코어 단부(9)와 연결되어 있으며 이 때 상기 코어 단부(9)를 부분적으로 감싸고 있다. 이 밸브 시트 캐리어(12)에 세로 방향 보어(17)가 연장되어 있으며, 이것은 밸브 종축(10)에 대해 동심으로 형성되어 있다. 이 세로 방향 보어(17) 안에 예를 들어 관 형상 밸브 니들(19)이 배열되며, 이것은 이의 흐름 방향에서 아래쪽 단부(20)에서 예를 들어 용접을 통해 구 형상 밸브 폐쇄체(21)와 연결되어 있으며, 이의 둘레에 예를 들어 연료가 지나가도록 하기 위한 5개의 완만한 경사부(22)가 제공되어 있다.

분사 밸브는 종래와 같이 전자기적으로 동작한다. 이 밸브 니들(19)의 축방향 이동을 위해 그리고 조정 스프링(25)의 탄성력에 대한 개방을 위해 또는 상기 분사 밸브의 폐쇄를 위해 특히 상기 자기 코일(1), 코어(2) 및 아마츄어(27)를 가지는 전자기 회로 등이 이용된다. 이 아마츄어(27)는 상기 밸브 니들(19)의, 밸브 폐쇄체(21)의 반대 쪽 단부와 고정 연결되어 있으며 그리고 상기 코어(2)를 향해 있다. 흐름 방향에서 아래쪽에 위치하는, 상기 밸브 시트 캐리어(12)의, 상기 코어(2)의 반대 쪽 단부에 상기 세로 방향 보어(17)에서 원통형의 밸브 시트체(29)가 용접을 통해 기밀하게 장착되며, 이 밸브 시트체는 고정형 밸브 시트를 갖는다.

상기 밸브 종축(10)을 따라 축방향 이동을 하는 동안 상기 밸브 폐쇄체(21)를 가이드하기 위해 이 밸브 시트체(29)의 가이드 개구(32)가 이용된다. 다른 한 편으로 이 아마츄어(27)는 얇은 벽의 자기적인 스로틀링 지점(magnetic throttling place)(42)의 영역에 있는 축방향으로 이동할 수 있는 밸브 니들(19)의 일부로서 이 밸브 시트 캐리어(12)의 종방향 보어(17)에서 가이드된다. 이 구 형상의 밸브 폐쇄체(21)는 흐름 방향으로 원추대 형상으로 가늘어지는 상기 밸브 시트체(29)의 밸브 시트와 함께 작용한다. 그의, 이 밸브 시트체(29)의 반대 쪽 정면에서 상기 밸브 시트체(29)가 예를 들어 포트(pot) 형상의 분사 호울 디스크(34)와 동심으로 그리고 단단하게 연결되어 있으며, 이 디스크는 부식(erode) 또는 스탬핑(stamp)을 통해 형성되는 4개의 분사구(39)를 갖는다.

이 포트 형상의 분사 호울 디스크(34)를 가지는 밸브 시트체(29)의 삽입 깊이에 따라 상기 밸브 니들(19)의 왕복 운동이 조정된다. 이 때 이 밸브 니들(19)의 한 끝 지점은 자기 코일(1)이 여기되지 않은 경우 상기 밸브 시트체(29)의 밸브 시트에 밸브 폐쇄체(21)를 접하게 하여 결정되는 반면, 이 밸브 니들(19)의 다른 끝 지점은 자기 코일(1)이 여기되었을 때 코어 단부(9)에 아마츄어(27)를 접하게 하여 얻어진다. 본 발명에 따른 이 정지부 영역은 원으로 표시되고 도 2에서는 다른 크기로 다시 한 번 도시되어 있다. 이 밸브 종축(10)에 대해 동심으로 연장되어 있는 코어(2)의 흐름 보어(46) 안으로 삽입되는 조정 부시(48)가 이 조정 부시(48)에 접하는 재조정 스프링(25)의 탄성 예비응력의 조정에 이용되며, 이 재조정 스프링은 다시 그의 마주하는 쪽으로 상기 밸브 니들(19)에 지지되어 있다.

이 분사 밸브는 합성 수지 성형물(50)로 싸여 있으며, 이 경우 이것은 코어(2)로부터 시작하여 축 방향에서 자기 코일(1)을 지나 상기 밸브 시트 캐리어(12)까지 연장되어 있다. 예를 들어 함께 성형된 전기 접속 플러그(52)가 이 합성수지 성형물(50)에 속한다.

하나의 연료 필터(61)가 코어의 입구 쪽 단부에서 이 코어(2)의 흐름 보어(46) 안으로 돌출하며 그와 같은 연료 성분의 필터링 작용을 하며, 이 연료 성분들은 그의 크기 때문에 분사 밸브에서 막힘 또는 손상을 야기시킬 수 있다.

본 발명에 따라 상기 코어(2) 또는 아마츄어(27)의 마주하는 양 정면들 중 하나가 정지부 영역에서 구상으로(spherical), 특히 볼(ball) 형상으로, 구 영역 형상으로 또는 캘로트 형상으로 돌출해 있으며, 이 경우 코어(2)와 아마츄어(27)의 링 형상 형성을 통해 마침내 정면이 링 형상 구 부분을 형성한다. 도 1에서 일점쇄선(70)으로 반경이 원의 일부로서 도시되어 있어서 볼록한 돔 형상 돌출부를 보여주고 있다. 이상적으로는 상기 반경(R)을 (도 2에서) 가지는 (계획한) 구의 중심점(71)이 구 형상 밸브 폐쇄체(21)의 중심점에, 즉 이 밸브 종축(10)이 상기 밸브 폐쇄체(21)의 구 적도의 평면을 꿰뚫는 지점에 위치한다.

도 2에는 도 1에서 원으로 표시된 정지부 영역이 한 번 더 확대 도시되어 있다. 상기 아마츄어(27)의 상기 코어(2)를 향한 상측의 정면(73)은 이 때 일정한 반경을 가지고 구 형상으로, 볼록한 돔 형상으로 형성되어 있다. 그에 반해 이 코어(2)의, 상기 아마츄어(27)를 향한 하측 정면(74)이 상기 밸브 종축(10)에 대해 평평하면서 경사지게 실시되어 있다. 이 정면(74)은 상기 아마츄어(27)의 원하는 접촉점(75)에 (도면 평면만을 볼 때) 또는 상기 아마츄어(27)의 원하는 링 형상 접촉선(75)에서 (실제 삼차원의 부재로서 볼 때) 구의 표면에 접선으로 연장되어 있다. 이미 앞서 전술한 것처럼, 상기 반경(R)을 가지는 (계획한) 구의 중심점(71)이 상기 아마츄어(27)의 형성하려는 구 영역 형상의 정면(73)을 위해 상기 구 형상 밸브 폐쇄체(21)의 중심점에 위치하는 것이 유리하다. 이 정지부 영역의 본 발명에 따른 형성을 통해 양호한 수압식 완충 정지부가 얻어지는데, 상대적으로 큰 반경(R)을 통해 (도 1에 도시된 밸브에 대해 R은 약 24mm이다) ＜ 10μm의 스퀴즈 갭이 형성된다.

도 2에 도시된 실시예 외에도 상기 밸브 종축(10)에서 상기 아마츄어(27)의 구 부분 형상 정면(73)을 얻기 위해 (계획된) 구를 위한 중심점을 양 방향으로 이동시키므로, 구 부분 형상 정면(73)이 도 2의 반경(R)보다 더 작거나 또는 더 큰 반경을 가질 수도 있다. 그러나 이 회전 중심점은 상기 밸브 종축(10)에 위치하여, 상기 정면(73)의 통일적인 돔 형상부에 이의 전체 링 연장부에 걸쳐 도달할 수 있다.

도 3과 도 4에는 본 발명에 따라 실시된 정지부 영역들의 2개의 또 다른 예들이 도시되어 있다. 이 때 도 3에 따른 실시예에 있어서 도 2에 따른 배열에 대해 교체되는 정면들(73,74)만이 실시될 수 있다. 이 코어(2)의 하측 정면(74)은 구 구분 형상으로 형성되어 있는 반면, 이 아마츄어(27)의 상측 정면(73)은 상기 밸브 종축(10)에 대해 평평하고 경사지게 연장되어 있다. 상기 (계획된) 구의 이 중심점(71)은 이 경우에 밸브 종축(10) 상의 코어 단부(9)의 상측에 위치한다.

도 4에는 제조 기술상으로 제조하기에 보다 어려운 예가 도시되어 있으며, 이 경우 상기 아마츄어(27)의 돔 형상의, 구 부분 형상 정면(73)들의 제조를 위해 (계획된) 구의 중심점만이 존재하는 것은 아니다. 오히려 다수의 회전점들이 상기 밸브 종축(10)에서 떨어져 있으며 심지어는 이 아마츄어(27)의 둘레밖에 위치하여, 전체 정면(73)에 걸쳐 균일한 돔 형상부를 둘레 방향에서 얻을 수 있다.

모든 실시예들은 내구성의 개선이라는 장점을 갖는데, 이 정지부가 [접촉선(75)] 평면 중앙에 위치하지만 손상의 위험이 있는 에지에는 위치하지 않기 때문이다.

이 정면들(73,74)에 예를 들어 얇은 금속 층들이, 예를 들어 크롬- 또는 니켈 층들이 전기 도금을 통해 제공된다. 이 층들은 특히 내마모성이며 그리고 정지 작용 표면의 수압식 접착을 감소시킨다.

그 외에도 상기 정면들(73,74)은 적어도 부분적으로 중앙 영역에서 경화 공정에 의한 표면 처리를 통해 만들어진다. 경화 공정으로서 이 경우 예를 들어 플라즈마 질화물(plasma nitride), 또는 질화가스(gas nitride), 또는 카부라이즈(carburize)와 같은 종래의 질화 방법이 적합하다. 상기 아마츄어(27)에서 또는 코어(2)에서 표면 구조를 변경시키는 경화 공정을 이용하여 직접적인 코팅을 위한 공정이 완전히 생략될 수 있다.

Claims (9)

1. 하나의 밸브 종축과,

   하나의 정면을 가지며 강자성체로 이루어지는 코어와,

   자기 코일과,

   고정형 밸브 시트와 함께 동작하는 밸브 폐쇄체를 동작시키며 및 자기 코일이 여기된 경우 정지부로서 이용되는 코어의 정면을 향해 당겨지며, 하나의 정면을 가지는 아마츄어를 구비한 내연 기관의 연료 분사 장치를 위한 전자기적으로 동작할 수 있는 밸브, 특히 연료 분사 밸브에 있어서,

   아마츄어(27)와 코어(2) 부재들의 상기 양 정면들(73,74) 중 하나가 구 형상으로 돌출한 외형을 가지며, 상기 부재들은 마주하여 다른 부재를 향해 있으며 상기 외형이 링 형상으로 일정하게 둘레 방향으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브.
2. 제 1 항에 있어서, 이 아마츄어(27)의, 상기 코어(2)를 향해 있는 정면(73)이 구 형상으로 형성되어 있으며 이 코어(2)의 마주하는 정면(74)이 상기 밸브 종축(10)에 대해 평평하고 경사지게 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브.
3. 제 1 항에 있어서, 이 코어(2)의 상기 아마츄어(27)를 향한 정면(74)이 구 형상으로 형성되어 있으며 이 아마츄어(27)의 마주하는 정면(73)이 상기 밸브 종축(10)에 대해 평평하고 경사지게 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 구 형상으로 형성된 정면(73,74)이 링 형상의 접촉선(75)을 가지며 이 마주하는 정면(73,74)들은 접촉 상태에서 이 접촉선(75)에 접해서 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브.
5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 이 정면(73,74)의 구 형상 외형은 일정한 반경(R)을 가지는 것을 특징으로 하는 밸브.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 정면들(73,74)의 구 형상 외형을 형성하기 위한 중심점(71)이 상기 반경(R)의 간격을 가지고 상기 밸브 종축(10)에 위치하는 것을 특징으로 하는 밸브.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 아마츄어(27)가 이 밸브 종축(10)을 따라 축방향으로 이동할 수 있는 밸브 니들(19)과 고정 연결되어 있으며, 그의 마주하는 단부에 밸브 폐쇄체(21)가 배열되며, 이 경우 이 밸브 폐쇄체(21)는 구 형상으로 형성되어 있으며, 상기 정면(73)의 구 형상 외형을 형성하기 위한 중심점(71)이 상기 반경(R)의 간격을 가지고 상기 밸브 폐쇄체(21)의 중심점에 위치하는 것을 특징으로 하는 밸브.
8. 제 1 항에 있어서, 코어(2) 또는 아마츄어(27)가 상기 정면(73,74)의 영역에서 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브.
9. 제 1 항에 있어서, 코어(2) 또는 아마츄어(27)가 상기 정면(73,74)의 영역에서 경화 공정에 의해 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브.