KR20070042978A - 차량의 연료관에 사용하기 위한 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 연료관에 사용하기 위한 밸브(1)에 대한 것으로서, 상기 밸브는 밀봉 시트(7)와, 밀봉 시트(7)를 차단하는 밸브 바디(5)와, 밀봉 시트(7)에 대해 밸브 바디(5)를 프리텐션하는 스프링 장치(6, 16, 17)를 포함한다. 밀봉 시트(7)를 향한 밸브 바디(5)의 측면은 90°이상의 각도로 체적 유동을 편향시키기 위한 형상부(11)를 구비하며, 상기 형상부(11)의 외경은 상기 밀봉 시트(7)의 외경보다 크다.

밸브, 연료관, 스프링

Description

차량의 연료관에 사용하기 위한 밸브{VALVE FOR USE IN A FUEL LINE OF A MOTOR VEHICLE}

본 발명은 차량의 연료관에 사용하기 위한 밸브에 대한 것으로서, 상기 밸브는 밀봉 시트(sealing seat), 밀봉 시트를 차단하는 밸브 바디(valve body), 및 밀봉 시트에 대해 밸브 바디를 프리텐션(pretension)하는 스프링 장치를 포함한다. 이러한 밸브는 역류방지용 밸브(non-return valve) 또는 압력제한 밸브(pressure-limiting valve)로서 연료관에 사용된다.

이러한 밸브는 종래 기술에 공지되어 있다. 밸브는 입구와 출구를 갖는 하우징에 자주 배치된다. 입구는 밀봉 시트를 구비하며, 밀봉 시트 상에는 스프링 장치에 의해 프리텐션되는 밸브 바디가 안착하며, 이에 의하여 입구를 밀봉한다. 따라서, 입구를 통과하여 유동하는 연료가 추가적으로 유동하는 것이 방지된다. 입구에서의 압력이 스프링 장치에 의해 형성된 힘을 능가할 경우에만 밸브 바디가 밀봉 시트로부터 떨어진다. 연료는 밸브 바디 주변의 개방 입구를 통과하여 출구를 향해 유동할 수 있다.

다양한 디스크형 부품들이 밸브 바디로서 사용된다. 밸브 바디 주변의 유동을 개선하기 위하여, 밸브 바디로서 구(ball) 또는 반구형(hemispherical) 부품을 사용하는 것도 공지되어 있다. 이에 반해, 디스크형 밸브 바디에서는 연료 유동이 밸브 바디 주변을 유동시키기 위하여 90°편향되며, 구형 밸브 바디(spherical valve body)는 90°이하의 각도만큼 연료 유동의 편향을 필요로 한다. 편향으로 인해 발생하는 압력 손실은 이들 밸브가 상승 특성 곡선을 갖는다는 것을 의미한다. 이는 체적 유동이 증가함에 따라 압력이 증가함을 의미한다. 많은 경우에 있어서, 이것은 매우 불리하며, 특히 차량의 내연 기관으로 이어지는 공급관에서 압력제한 밸브로서 사용되는 밸브의 경우에 그러한데, 이는 공급관의 압력이 체적 유량에 관계없이 일정해야 하기 때문이다. 따라서, 공지된 밸브는 특성 곡선의 상승에 따라 제한된 체적 유량에만 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 다양한 체적 유량의 경우에 공급관의 실질적으로 일정한 압력을 보장하는 밸브를 제조하는 것이다. 또한, 밸브는 단순한 구조를 가져야 하며 제조하기 용이해야 한다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 측면이 밸브 시트를 향하는 밸브 바디가 90°이상의 각도로 체적 유동을 편향시키기 위한 형상부를 구비한다는 점과 상기 형상부의 외경이 밀봉 시트의 외경에 비해 크다는 점으로 인해 달성된다.

이러한 형상부에 따르면, 밸브 바디는 밸브 바디에 작용하는 압력에 반대 방향으로 체적 유동을 향하게 한다. 유동의 이러한 편향은 추가적인 맥동력(pulsation force)을 밸브 바디에 작용하도록 한다. 이러한 유동 편향으로 인하여, 매우 얕은 특성 곡선을 갖는 밸브가 달성될 수 있다. 이는, 체적 유량에 상관없이 압력이 실질적으로 일정하게 유지됨을 의미한다. 상기 밸브의 또 다른 실질적인 장점은 밸브가 단순한 구조를 가지며 기존 밸브에 비해 더 많은 부품을 요구하지 않는다는 것이다.

밸브 바디의 형상부는, 체적 유동이 100°내지 170°각도 범위 안에서 편향되는 방식으로 바람직하게 형성되며, 상기 각도는 유동 방향에서 밸브 바디 축에 대한 각도이다.

매우 얕은 밸브 특성 곡선을 달성하기 위해서는, 120°내지 150°각도 범위 안에서 체적 유동을 편향시키는 밸브 바디의 형상부가 효과적이라고 입증되었다.

체적 유동의 편향을 위한 형상부는, 밀봉 시트를 향하는 형상부의 측면에서 밸브 바디가 유동을 편향시키기 위한 반경 방향 외측 외주 융기부를 구비한다는 젬으로 인하여 제조하기에 특히 용이하다.

또한, 단순한 밸브 구조는 반경 방향 외주 융기부의 반경 방향 내측 플랭크(flank)가 밀봉면의 형태를 취하며 밀봉 시트와 상호 작용하므로 달성된다. 따라서, 추가적인 밀봉 수단이 요구되지 않는다.

하지만, 개선된 밀봉을 위하여 반경 방향 내측 플랭크 상의 영역을 제공하는 것도 실행가능하며, 이에 의하여 특별한 형상의 부재는 입구에 위치한 밀봉 부재에 합치하도록 제조된다. 이러한 형상 부재는 예를 들어 단차부 또는 밀봉립(sealing lip)일 수 있다. 이들 형상 부재의 상대적으로 작은 치수로 인하여, 이러한 형상 부재는 편향된 체적 유동에 실질적으로 혼란한 영향을 미치지 않는다.

밸브 바디의 면이 오목한 형상을 갖는 외주 융기부에 의해 둘러싸인다면, 체적 유동의 편향은 용이하게 된다.

반면에, 체적 유동의 개선된 편향은 외주 융기부에 의해 둘러싸이는 면에 중앙 배치 융기부를 구비하는 밸브 바디 형상부에 의해 달성된다. 중앙 배치 융기부는 밸브 바디에 유입하는 체적 유동이 반경 방향 외측이며 유동 방향의 맞은편으로 편향되는 것을 의미한다.

또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 중앙 배치 융기부와 외주 융기부 사이의 밸브 바디의 형상부는 밸브 바디의 성형부는 연속적인 윤곽(profile)을 구비하며, 체적 유동의 편향은 난류와 그로 인한 손실 없이 달성된다.

단순한 구조는 밸브가 관에 미리 통합되는 것을 허용한다. 게다가, 하우징을 구비한 밸브의 설계는 밸브가 어느 지점에 배치되는 것을 허용한다.

매우 단순한 실시예에 있어서, 스프링 장치는 나선형 코일 스프링이다. 나선형 코일 스프링의 상대적으로 작은 직경은 밸브 역시 작은 직경으로 형성될 수 있음을 의미한다.

또 다른 장점은 나선형 코일 스프링이 유동 방향으로 밸브 바디의 상류와 하류 모두에 배치될 수 있다는 것이다. 유동 방향으로 밸브 바디의 상류에 나선형 코일 스프링을 배치하는 것은 이러한 장치가 밸브 바디의 더욱 작은 진동 반응을 나타낸다는 장점을 갖는다.

또 다른 실시예에 있어서, 스프링 장치는 디스크 스프링의 형태를 갖는다. 디스크 스프링의 측면 홈은 매개물의 통로를 보장한다. 이러한 방식으로 형성된 밸브는 그 축방향 범위에서 전체적으로 매우 작은 공간을 차지한다.

또 다른 실시예에 있어서, 작은 축방향 범위를 갖는 밸브는 스프링 부재가 판 스프링이므로 달성된다. 판 스프링은 하우징에 고정되는 것이 바람직하다.

본 발명은 다수의 실시예들을 참조로 하여 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 밸브의 단면을 개략적으로 도시하며,

도 2 내지 도 5는 다양한 스프링 장치와 하우징의 실시예를 갖는 밸브의 또 다른 형태를 도시하며,

도 6은 밸브 바디와 밀봉 시트를 확대하여 도시한다.

도 1에 도시된 밸브는 연료관에서 역류방지용 밸브(non-return valve)로서 사용된다. 밸브(1)는 하우징(2)을 구비하며, 하우징은 하우징의 2 개의 단부면에서 입구(3)와 출구(4)를 구비하는데, 입구(3)는 하우징(2) 내부로 연장된다. 입구(3)와 출구(4)는 연료관의 관 단부(미도시)에 결합될 수 있다. 입구(3)는 밸브 바디(5)에 의해 둘러싸이며, 상기 밸브 바디는 나선형 코일 스프링(6)에 의해 입구(3)에서 밀봉 시트(7)를 향해 가압된다. 이를 위해, 밸브 바디(5)는 밀봉 시트로부터 멀리 떨어진 측면에 나선형 코일 스프링(6)을 위한 장착부(10)를 구비한다. 나선형 코일 스프링(6)은 밸브 바디(5)로부터 멀리 떨어진 측면에서 웨브(8)에 기대어서 지지되며, 상기 웨브는 연료의 통과를 위한 개구부(9)를 구비한다.

밸브 바디(5)는 밀봉 시트(7)를 향한 측면에서 형상부(11)를 구비하는데, 상기 형상부는 중앙에 배치된 중앙 융기부(12)와 반경 방향 외측에 배치된 외주 융기 부(13)에 의해 형성된다. 2개의 융기부(12, 13)들은 오목한 형상의 면(14)에 의하여 형상부(11)가 어떠한 유형의 단차부도 갖지않는 방식으로 서로 결합된다. 밸브 바디(5)의 외경은 입구(3)의 외경에 비해 크며, 이로 인해 닫힌 상태의 밸브(1)에 따르면 외주 융기부(13)가 입구(3) 주변을 단단히 죈다. 외주 융기부(13)의 내부 플랭크(15)는 입구(3)의 밀봉 시트(7)를 압박하는 밀봉면으로서 동시에 형성된다.

입구(3)에 유입하는 연료가 나선형 코일 스프링(6)에 의해 생성되는 힘보다 큰 압력을 갖는다면, 밸브 바디(5)는 유동 방향으로 이동될 것이다. 연료 유동은 중앙 융기부(12)와 부딪히며, 이는 연료를 반경 방향 외측으로 향하게 한다. 이어서, 오목한 면(14)은 연료의 유동을 외주 융기부(13)의 방향으로 향하게 하며, 그 결과 연료가 유동 방향에 대해 90°이상의 각도로 편향된다. 도시된 도면에 있어서, 연료 유동은 대략 150°의 각도로 편향된다. 편향으로 인하여, 맥동력(pulsation forces)이 반동 원리에 따라 밸브 바디(5)에 작용한다. 이어서, 연료가 하우징(2)을 통과하여 유동한다. 연료는 웨브(8) 내의 개구부(9)를 통하여 출구(4)로 유동한다. 유동의 경로는 화살표로 도시된다. 300 1/h의 체적 유량까지는 상기 밸브가 실질적으로 일정한 압력을 갖는다. 300 1/h 내지 500 1/h의 체적 유량에서는, 압력이 약 0.06 bar까지 거의 선형적으로 증가한다. 따라서, 300 1/h의 체적 유량까지는 밸브(1)가 수평 특성 곡선을 갖는다. 유량이 특성 곡선에 기입된 것보다 증가한 때에도, 증가는 여전히 매우 얕은 수준이다.

도 2에 도시된 밸브(1)는 도 1의 밸브(1)의 구조와 실질적으로 대응한다. 단지 밸브 바디(5)의 형상부(11)만이 중앙 융기부 대신에 오목한 면(14)을 구비한다 는 점이 다르다.

도 3에 따른 밸브(1)는 방사상 출구(4)를 갖는 하우징(2)을 구비한다. 밸브(5)는 하우징(2)의 벽에 지지되며, 벽에는 디스크 스프링의 형태를 갖는 스프링(16)이 또한 놓여 있다. 이러한 실시예에 있어서, 연료가 통과하도록 유동시키기 위한 개구부를 갖는 웨브는 필요가 없다. 방사상 출구(4)와 디스크 스프링(16)의 사용은, 밸브(1)가 매우 작은 전체 공간을 축방향 면적으로 차지한다는 것을 의미한다. 따라서 조립과 제조가 매우 용이하다.

도 4에 따른 밸브(1)는 나선형 코일 스프링(6)이 유동 방향으로 볼 때 밸브 바디(5)의 상류에 배치된다는 점에서 도 1의 밸브와 다르다.

도 5에 도시된 밸브(1)는 판 스프링(17)의 형태의 스프링 장치를 구비하며, 판 스피링(17)과 밸브 바디(5)는 일체로 형성된다. 하우징(2)으로의 고정은 판 스프링(17)을 고정시키는 것을 특히 용이하게 한다.

외주 융기부(13)의 내부 플랭크(15)의 영역에서, 도 6의 밸브 바디(5)는 입구(3)에서 밀봉 시트(7)에 대한 밀봉을 형성한다. 이를 위해, 내부 플랭크는 단차(step) 형태의 영역을 가지며, 이는 밀봉 시트(7)에 들어맞으며 그 설계 형상으로 인하여 신뢰할 만한 밀봉을 보장한다.

본 발명은 차량의 연료관에 사용하기 위한 밸브에 이용될 수 있다.

Claims (16)

1. 차량의 연료관에 사용하기 위한 밸브로서, 상기 밸브는 밀봉 시트, 상기 밀봉 시트를 차단하는 밸브 바디, 및 상기 밀봉 시트에 대해 상기 밸브 바디를 프리텐션하는 스프링 장치를 포함하는 차량의 연료관에 사용하기 위한 밸브에 있어서,

   상기 밸브 바디(5)는 90°이상의 각도로 체적 유동을 편향시키기 위한 형상부(11)를 밀봉 시트(7)를 향하는 밸브 바디의 측면 상에서 구비하며, 상기 형상부(11)의 외경은 상기 밀봉 시트(7)의 외경에 비해 큰 것을 특징으로 하는 밸브.
2. 제1항에 있어서,

   밸브 바디(5)의 형상부(11)는 100°내지 170°각도 범위, 특히 120°내지 150°각도 범위 내에서 유동을 편향시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   밸브 바디(5)는 밸브 시트(7)를 향한 밸브 바디의 측면 상에서 유동을 편향시키기 위한 반경 방향 외측 외주 융기부(13)를 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브.
4. 제3항에 있어서,

   반경 방향 외주 융기부(13)의 반경 방향 내부 플랭크(15)는 밀봉 시트(7)와 상호 작용하기 위한 밀봉면의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 밸브.
5. 제4항에 있어서,

   반경 방향 외주 융기부(13)의 반경 방향 내부 플랭크(15)는 밀봉 시트(7)의 형상에 부합하는 영역(18)을 갖는 것을 특징으로 하는 밸브.
6. 선행하는 항들 중 적어도 어느 한 항에 있어서,

   외주 융기부(13)에 의해 둘러싸인 밸브 바디(5)의 면(14)은 오목한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 밸브.
7. 선행하는 항들 중 적어도 어느 한 항에 있어서,

   외주 융기부(13)에 의해 둘러싸인 면(14)은 중앙 배치 융기부(12)를 갖는 것을 특징으로 하는 밸브.
8. 제7항에 있어서,

   외주 융기부(13)와 중앙 배치 융기부(12) 사이의 형상부(11)는 연속적인 윤곽을 갖는 것을 특징으로 하는 밸브.
9. 선행하는 항들 중 적어도 어느 한 항에 있어서,

   밸브(1)는 하우징(2) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 밸브.
10. 선행하는 항들 중 적어도 어느 한 항에 있어서,

    스프링 장치는 나선형 코일 스프링(6)인 것을 특징으로 하는 밸브.
11. 선행하는 항들 중 적어도 어느 한 항에 있어서,

    나선형 코일 스프링(6)은 유동 방향으로 밸브 바디(5)의 하류에 배치되는 것을 특징으로 하는 밸브.
12. 제1항 내지 제10항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,

    나선형 코일 스프링(6)은 유동 방향으로 밸브 바디(5)의 상류에 배치되는 것을 특징으로 하는 밸브.
13. 제1항 내지 제9항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,

    스프링 장치는 디스크 스프링(16)인 것을 특징으로 하는 밸브.
14. 제1항 내지 제9항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,

    스프링 장치는 판 스프링(17)인 것을 특징으로 하는 밸브.
15. 제14항에 있어서,

    판 스프링(17)은 하우징(2)에 고정되는 것을 특징으로 하는 밸브.
16. 제14항에 있어서,

    판 스프링(17)과 밸브 바디(5)가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브.

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