KR20130126920A - 연료 시스템용 유량 조절 밸브 - Google Patents

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디터 마이어
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 연료 시스템(1)의 유량 조절 밸브(14)에 관한 것이며, 상기 유량 조절 밸브(14)는 작동 부재(34)와, 밸브 스프링(26)의 힘에 대항하여 작동 부재(34)에 의해 가압될 수 있는 밸브 부재(24)와, 하나 이상의 제 1 하우징 섹션(20)과, 제 1 하우징 섹션(20)에 형성되어 작동 부재(34)를 안내하기 위한 가이드 섹션(30)과, 제 1 하우징 섹션(20)에 형성되어 밸브 부재(24)와 상호 작용하는 밸브 시트(55)를 포함하며, 제 1 하우징 섹션(20)은 분말 사출 성형에 의해 가이드 섹션(30) 및 밸브 시트(55)와 일체형으로 제조된다.

Description

연료 시스템용 유량 조절 밸브{QUANTITY CONTROL VALVE FOR FUEL SYSTEMS}
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따르는 유량 조절 밸브에 관한 것이다.
예컨대 내연기관의 연료 시스템에서 유량 조절 밸브들은 시장으로부터 공지되었다. 유량 조절 밸브들은 일반적으로 전자기 방식으로 작동되고 보통은 연료 시스템의 고압 펌프의 부품이다. 유량 조절 밸브는 고압 어큐뮬레이터 쪽으로 흐르는 연료량을 조절하며, 그런 다음 연료는 상기 고압 어큐뮬레이터로부터 내연기관의 분사 밸브들 쪽으로 안내된다. 유량 조절 밸브의 밸브 니들과 결합되는 리테이너는 자력에 의해 이동될 수 있으며, 그럼으로써 밸브 니들이 작동된다. 밸브 니들은 밸브 플레이트를 가압한다. 밸브 플레이트는 밸브 시트 쪽에 안착되거나, 또는 밸브 시트로부터 상승될 수 있다. 그럼으로써 내연기관의 연료량이 조절될 수 있다. 일반적으로 유량 조절 밸브들은 다양한 유형의 기능들을 충족하기 위한 다수의 부재, 예컨대 특히 니들 가이드, 연료 관류부, 밸브 시트 및 밸브 시트 정지부를 포함한다.
본 발명의 과제는, 연료 시스템의 유량 조절 밸브에 있어서, 다수의 부재가 분말 사출 성형으로 제조되는 일체형이면서 유사한 구조 부재에 통합됨으로써, 더욱 간단하게 제조될 뿐 아니라, 제조 단계들의 절감 그리고 조립 에러 및 조립 공차의 최소화가 달성되는 상기 유량 조절 밸브를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항에 따르는 유량 조절 밸브에 의해 해결된다. 바람직한 개선 실시예들은 종속 청구항들에 제시된다. 또한, 본 발명을 위해 중요한 특징들은 하기의 설명과 도면에 제시되어 있으며, 상기 특징들은 단독으로뿐 아니라 다양한 조합 구성으로도 본 발명을 위해 중요할 수 있으며, 이에 대해서는 다시 명시되지 않는다.
본 발명은, 상이한 다수의 부재가 분말 사출 성형으로 제조되는 일체형이면서 유사한 구조 부재 내에 통합됨으로써, 연료 시스템의 유량 조절 밸브가 더욱 간단하게 제조된다는 장점을 갖는다. 이 경우 제조 단계들이 절감될 수 있을 뿐 아니라, 조립 에러 및 조립 공차도 최소화될 수 있다. 그 외에도 상기 방식으로 일체형으로 제조되는 부재의 품질은 이미 완성된 구조 부재에서, 그리고 아직 조립 이전에 검사될 수 있으며, 그럼으로써 에러 비용이 방지된다. 예컨대 자동차 산업에서 통상적인 부품 개수로 인해, 예컨대 사출 성형 금형의 제작과 같은 공정 기술 측면의 초기 비용에도 불구하고, 상기 기술은 적용할 만한 가치가 있으며, 그에 따라 총 비용은 절감될 수 있다.
본 발명은, 유량 조절 밸브가 수많은 요건을 충족하기 위해 매우 차별화되는 방식으로 형성된다는 사실을 기초로 한다. 특히 많은 다양한 부재가 유량 조절 밸브 내에서 서로 연결된다. 본 발명에 따라 제 1 하우징 섹션은 분말 사출 성형 공정에 의해, 작동 부재를 안내하기 위한 가이드 섹션, 및 밸브 부재와 상호 작용하는 밸브 시트와 일체형으로 제조된다.
그에 따라 다양한 기능 또는 부재들이 하나의 일체형 구조 부재로 통합된다. 일체형 구조 부재는 한편으로 유량 조절 밸브의 하우징 또는 지지 부재의 부분 기능을 수행하며, 그 밖에도 작동 부재를 방사 방향으로 안내하기 위한 레이디얼 미끄럼 베어링의 기능뿐 아니라, 작동 부재에 의해 가입되는 밸브 부재가 안착될 수 있는 밸브 시트의 기능도 수행한다. 이 경우 유량 조절 밸브를 조립하기 위한 가압 연결부들이 절감될 수 있으며, 그럼으로써 동시에 치수 정밀성은 향상되고 피로 강도도 증가될 수 있다.
유량 조절 밸브의 구현예에 따라, 제 1 하우징 섹션은 화분 모양의 원통형 형상을 보유하고, 가이드 섹션은 제 1 하우징 섹션의 바닥부 내 중앙 개구부에 제공된다. 이처럼 제 1 하우징 섹션은 실질적으로 회전 대칭형으로 형성될 수 있고, 가이드 섹션은 그에 상응하게 중앙에 배치될 수 있으며, 이는 간단하게 제조될 수 있다. 추가로, 가이드 섹션의 영역 내 바닥부는, 축 방향 가이드를 개선하기 위해, 축 방향으로 더욱 두꺼운 두께를 가질 수 있다.
제 1 하우징 섹션의 바닥부에 연료를 위한 관류 개구부들이 제공되면, 제 1 하우징 섹션은 개량된다. 제 1 하우징 섹션 내에 관류 개구부들의 통합은 유량 조절 밸브의 특히 컴팩트하면서도 간단한 구조를 가능하게 하며, 다른 위치에서 그에 상응하는 작업 단계들을 절감시킨다. 이 경우 관류 개구부들의 횡단면은 분말 사출 성형 덕택으로 거의 임의의 형태를 가질 수 있다. 경우에 따라 관류 개구부들은 그루브로서도 형성될 수 있다.
또한, 밸브 시트는 축 방향으로 연장되는 링 랜드부에 의해 형성된다. 그럼으로써 유량 조절 밸브의 기능을 위해 중요한 밸브 시트가 제 1 하우징 섹션 내에 함께 통합된다. 그에 따라 별도로 조립되어야 하는 추가의 부재들이 필요 없다.
제 1 하우징 섹션이 하나 이상의 제 2 하우징 섹션에 대한 하나 이상의 가압 연결부를 형성하기 위해 축 방향으로 연장되는 하나 이상의 연결 섹션을 포함하면, 유량 조절 밸브는 더욱 개량된다. 그럼으로써 제 2 하우징 섹션에, 그리고 경우에 따라 유량 조절 밸브의 추가의 하우징 섹션들에 제 1 하우징 섹션이 배치될 수 있으며, 이때 추가의 고정 부재들은 필요 없다. 이 경우 축 방향으로 연장되는 연결 섹션들은 제 1 하우징 섹션의 일체형 부품이다. 특히 바람직하게는, 제 1 하우징 섹션이 양쪽의 축 방향으로 적어도 각각 하나의 연결 섹션을 포함함으로써, 제 1 하우징 섹션의 양쪽에서 추가의 하우징 섹션들이 압착될 수 있게 된다.
추가로, 제 1 하우징 섹션 내로는 화분 모양의 원통형인 제 2 하우징 섹션이 압입되며, 제 2 하우징 섹션 상에는 밸브 부재를 위한 밸브 스프링이 지지된다. 다시 말해 제 2 하우징 섹션은 제 1 하우징 섹션에 상응하게 실질적으로 회전 대칭형으로 형성된다. 그러므로 제 1 및 제 2 하우징 섹션은 서로 간단하게 압착될 수 있으며, 압입 이전에 밸브 부재와 밸브 부재에 속하는 밸브 스프링은 두 하우징 섹션 사이에 삽입된다. 그럼으로써 유량 조절 밸브의 제조는 단순화될 수 있고 공차는 최소화될 수 있다.
본 발명의 추가의 구현예에 따라, 제 1 하우징 섹션은 하나 이상의 축 방향 그루브를 포함하며, 이 축 방향 그루브를 통해서는 연료가 제 1 하우징 섹션과 제 2 하우징 섹션 및/또는 추가의 하우징 섹션 사이에서 축 방향으로 흐를 수 있다. 하나 이상의 축 방향 그루브를 통해서는 유량 조절 밸브의 기능을 위해 요구되는 연료의 교환이 이루어질 수 있으며, 이때 추가의 부재들 또는 복잡한 디자인은 필요 없다. 이로 인해 경우에 따라 제 2 하우징 섹션은 더욱 간단하게 형성될 수 있으며 경제적으로 제조될 수 있다.
유량 조절 밸브는, 제 2 하우징 섹션 내로 압입되는, 밸브 부재를 위한 경화된 정지 링을 포함할 때 더욱 개량된다. 그럼으로써 제 2 하우징 섹션은 예컨대 딥드로잉 및/또는 스탬핑 방법에 의해 비교적 연질인 재료로 제조될 수 있으며, 경질의 정지 링에 의해서는, 밸브 부재의 내마모성 정지부가 제조된다. 그에 따라 제 2 하우징 섹션은 비교적 간단하면서도 경제적으로 제조될 수 있으면서, 그럼에도 축 방향으로 연장되는 연결 섹션들에 의해 제 1 하우징 섹션과 압착될 수 있다.
본 발명에 의해, 다수의 부재가 분말 사출 성형으로 제조되는 일체형이면서 기능이 유사한 구조 부재에 통합됨으로써, 더욱 간단하게 제조될 뿐 아니라, 대응하는 제조 단계의 절감 그리고 조립 에러 및 조립 공차의 최소화가 달성되는, 연료 시스템용 유량 조절 밸브가 제공된다.
이하, 본 발명의 실시예들이 도면과 관련하여 설명된다.
도 1은 내연기관의 연료 시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 도 1의 연료 시스템의 유량 조절 밸브의 제 1 실시예를 도시한 부분 단면도이다.
도 3은 유량 조절 밸브의 제 2 실시예를 도시한 부분 단면도이다.
도 4는 유량 조절 밸브의 제 3 실시예를 도시한 부분 단면도이다.
모든 도면에서 동일한 기능의 부재들 및 변수들은 실시예들이 서로 상이하더라도 동일한 도면 부호로 표시된다.
도 1에는 내연기관의 연료 시스템(1)이 매우 단순화되어 도시되어 있다. 연료는 연료 탱크(9)로부터 흡기 라인(4)을 통해, 예비 송출 펌프(5)에 의해, 저압 라인(7)을 통해, 그리고 전자석(15)에 의해 작동될 수 있는 유량 조절 밸브(14)를 통해 (본원에는 추가로 설명되지 않은) 고압 펌프(3)에 공급된다. 하류 측에서 고압 펌프(3)는 고압 라인(11)을 통해 고압 어큐뮬레이터(13)("커먼 레일")에 연결된다. 예컨대 고압 펌프(3)의 밸브들과 같은 기타 부재들은 도 1에 도시되어 있지 않다. 자명한 사실로서, 유량 조절 밸브(14)는 고압 펌프(3)를 포함한 구조 유닛으로서 형성될 수 있다. 예컨대 유량 조절 밸브(14)는 고압 펌프(3)의 강제 개방형 유입 밸브일 수 있다. 그 외에도 유량 조절 밸브(14)는 전자석(15)으로서 다른 작동 장치, 예컨대 피에조 액추에이터 또는 유압 작동부도 포함할 수 있다.
연료 시스템(1)의 작동 시 예비 송출 펌프(5)는 연료 탱크(9)로부터 저압 라인(7) 내로 연료를 송출한다. 이 경우 유량 조절 밸브(14)는 고압 펌프(3)의 작동 실에 공급된 연료량을 결정한다.
도 2에는 유량 조절 밸브(14)가 부분 단면도로 도시되어 있다. 유량 조절 밸브(14)는 실질적으로 종축(18)을 중심으로 회전 대칭형으로 형성된다. 도 2의 중심에는 제 1 하우징 섹션(20)이 배치된다. 제 1 하우징 섹션(20)은 예컨대 화분 모양의 원통형 형상을 보유하고 도면의 하부 영역에 원통형 벽 섹션(22)을 포함한다. 방사 방향에서 안쪽에 원통형 벽 섹션(22)에 의해 형성되는 용적 내에는, 판형 밸브 부재(24), 밸브 스프링(26) 및 제 2 하우징 섹션(28)이 동축으로 배치된다. 마찬가지로 원통형인 제 2 하우징 섹션(28)은 제 1 하우징 섹션(20)의 벽 섹션(22) 내로 압입된다. 이 경우 밸브 스프링(26)은 제 2 하우징 섹션(28) 상에 지지된다.
또한, 제 1 하우징 섹션(20)은, 중앙 개구부(32)를 구비하여 화분 모양의 제 1 하우징 섹션(20)의 바닥부(도면 부호 없음)에 제공되는 가이드 섹션(30)을 포함하며, 상기 중앙 개구부 내에서는 축 방향으로 이동 가능한 작동 부재(34)의 단부 섹션(33)이 반사 방향으로 안내된다. 단부 섹션(33)은 밸브 부재(24)의 구상 캡형 리세스부(25) 내에서 밸브 부재(24)를 가압한다. 제 1 하우징 섹션(20)의 바닥부 내에 보어부들로서 형성되는 관류 개구부들(36)을 통해서는, 연료가 도면에서 제 1 하우징 섹션(20)의 상부 영역과 하부 영역 사이에서 교환될 수 있다. 도면에서 제 1 하우징 섹션(20)의 상부에는 제 3 하우징 섹션(38)이 배치된다. 제 3 하우징 섹션(38)은 도 2의 좌측 영역에 개구부(40)를 포함하고, 이 개구부는 저압 라인(7)과 연결된다. 제 1 하우징 섹션(20)과 제 2 하우징 섹션(28) 사이에 방사 방향으로 상기 제 2 하우징 섹션에서 원주에 걸쳐 분포되는 방식으로 다수의 채널(48)이 형성되며, 이들 채널을 통해서는 연료가 축 방향으로 흐를 수 있다.
또한, 제 1 하우징 섹션(20)은 도 2에서 축 방향에서 상부 방향으로 연장되는 다수의 스터드형 연결 섹션(50)을 포함하며, 이들 연결 섹션에 의해 제 2 하우징 섹션(28)에 대한 가압 연결부가 형성된다. 연결 섹션들(50)은, 제 1 하우징 섹션(20)의 지름 대 가압 연결부의 축 방향 길이의 적합한 비율이 달성되도록 형성된다. 제 1 하우징 섹션(20)은 도면에서 그 하부 면에 축 방향으로 연장되는 링 랜드부(54)를 포함하며, 이 링 랜드부는 밸브 부재(24)를 위한 밸브 시트(55)를 형성한다.
작동 중에 유량 조절 밸브(14)는 2개의 상태를 취할 수 있다. 도 2에 도시된 개방된 상태에서 작동 부재(34)는 도면에서 하부 방향으로 밸브 부재(24)를 가압하면서, 제 2 하우징 섹션(28)의 실질적으로 환형인 정지부(52) 쪽으로 상기 밸브 부재를 밀착시킨다. 이 경우 밸브 부재(24)와 제 1 하우징 섹션(20)의 링 랜드부(54) 사이에 환상 간극(56)이 개방된다. 그럼으로써 연료는 저압 라인(7)으로부터 개구부(40), 관류 개구부들(36), 환상 간극(56) 및 채널들(48)을 통해 고압 펌프(3)의 작동 실 내로 유입되거나, 또는 그 반대 방향으로 역류할 수 있다.
도 2에 도시되어 있지 않은, 유량 조절 밸브(14)의 차단된 상태에서는, 작동 부재(34)는 도면에서 상부 방향으로, 적어도 밸브 부재(24)가 밸브 스프링(26)의 힘에 의해 링 랜드부(54) 쪽으로 밀착될 수 있는 만큼 밸브 부재(24)로부터 상승된다. 그럼으로써 유량 조절 밸브(14)는 차단되고, 채널들(48)과 개구부(40) 사이에서 연료가 흐를 수 없다.
제 1 하우징 섹션(20)은 분말 사출 성형 방법에 따라 일체형으로 제조된다. 일반적으로, 제 1 하우징 섹션(20)은 전술한 바와 같이 다수의 다양한 과제를 수행한다. 첫 번째로, 제 1 하우징 섹션은 섹션별로 유량 조절 밸브(14)의 하우징의 일부분, 또는 추가 하우징 섹션들(28 및 38)을 위한 지지부를 형성한다. 두 번째로, 제 1 하우징 섹션은 관류 개구부들(36)과 채널들(48)을 이용하여 연료를 위한 유동 채널들을 형성한다. 세 번째로, 제 1 하우징 섹션은, 중앙 개구부(32)를 구비한, 작동 부재(34)용 가이드 섹션(30)을 형성하며, 네 번째로는 링 랜드부(54)를 이용하여 밸브 부재(24)를 위한 밸브 시트(55)를 형성한다.
여기서, 일체형으로 제조되는 제 1 하우징 섹션(20)은 특히 그 밖의 경우에 요구되는 2개의 가압 연결부를 대체한다. 특히 가이드 섹션(30)을 형성하는 부재와 지지 부재 사이의 경우에 따른 가압 연결부는 제 1 하우징 섹션(20)의 일체형 형성으로 인해 필요 없다. 따라서, 작동 부재(34)의 안내는 추가적인 공차 없이 이루어질 수 있으며, 작동 부재(34)의 경우에 따른 비-동축 정렬("니들의 기울어진 위치")이 방지될 수 있다. 또한, 제 1 하우징 섹션(20)은, 중앙 개구부(32)를 재가공할 필요가 없을 정도로 정밀한 치수로 제조될 수 있다.
도 3에는 (도 2를 토대로) 유량 조절 밸브(14)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 추가로, 도 3에서 채널들(48)은 제 1 하우징 섹션(20)에 있는 그루브들(58)("관류 그루브들")에 의해 형성되며, 이들 그루브들을 통해서 연료가 제 1 하우징 섹션(20)의 벽 섹션(22)과 제 2 하우징 섹션(28)의 방사 방향 바깥쪽 경계면 사이에서 축 방향으로 흐를 수 있다. 도 3의 유량 조절 밸브(14)의 나머지 섹션들은 도 2의 섹션들과 동일하거나 그와 유사하게 형성된다.
도 4에는 (다시금 도 2 및 도 3을 토대로) 유량 조절 밸브(14)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 이번에도 제 2 하우징 섹션(28)은 딥드로잉 방법 및/또는 스탬핑 방법에 의해 비교적 연질인 소재로 제조되는 포트(pot)로서 형성된다. 제 2 하우징 섹션(28) 내로는 비교적 경질인 소재로 제조되거나 경화 제조되는 정지 링(62)이 압입된다. 그럼으로써 밸브 부재(24)는 개방 위치에서 규정된 바대로 정지 링(62) 상에 안착되어 지지될 수 있다.
1 연료 시스템
14 유량 조절 밸브
20 제 1 하우징 섹션
24 밸브 부재
26 밸브 스프링
28 제 2 하우징 섹션
30 가이드 섹션
34 작동 부재
36 관류 개구부
38 하우징 섹션
50 연결 섹션
54 링 랜드부
55 밸브 시트
58 그루브
62 정지 링

Claims (8)

  1. 연료 시스템(1)의 유량 조절 밸브(14)로서, 상기 유량 조절 밸브(14)는 작동 부재(34)와, 밸브 스프링(26)의 힘에 대항하는 작동 부재(34)에 의해 가압될 수 있는 밸브 부재(24)와, 하나 이상의 제 1 하우징 섹션(20)과, 제 1 하우징 섹션(20)에 형성되어 상기 작동 부재(34)를 안내하기 위한 가이드 섹션(30)과, 상기 제 1 하우징 섹션(20)에 형성되어 상기 밸브 부재(24)와 상호 작용하는 밸브 시트(55)를 포함하는, 상기 유량 조절 밸브에 있어서,
    상기 제 1 하우징 섹션(20)은 분말 사출 형성에 의해 상기 가이드 섹션(30) 및 상기 밸브 시트(55)와 일체형으로 제조되는 것을 특징으로 하는 유량 조절 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 하우징 섹션(20)은 화분 모양의 원통형 형상을 보유하고, 상기 가이드 섹션(30)은 상기 제 1 하우징 섹션(20)의 바닥부 내 중앙 개구부(32)에 제공되는 것을 특징으로 하는 유량 조절 밸브.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 하우징 섹션(20)의 바닥부에는 연료를 위한 관류 개구부들(36)이 제공되는 것을 특징으로 하는 유량 조절 밸브.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브 시트(55)는 축 방향으로 연장되는 링 랜드부(54)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유량 조절 밸브.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 하우징 섹션(20)은 하나 이상의 제 2 하우징 섹션(28)에 대한 하나 이상의 가압 연결부를 형성하기 위해 축 방향으로 연장되는 하나 이상의 연결 섹션(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유량 조절 밸브.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 하우징 섹션(20) 내로 화분 모양의 원통형인 제 2 하우징 섹션(28)이 압입되고, 상기 제 2 하우징 섹션 상에 밸브 부재(24)를 위한 밸브 스프링(26)이 지지되는 것을 특징으로 하는 유량 조절 밸브.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 하우징 섹션(20)은 하나 이상의 축 방향 그루브(58)를 포함하고, 상기 그루브를 통해서는 연료가 상기 제 1 하우징 섹션(20)과 상기 제 2 하우징 섹션(28) 및/또는 추가의 하우징 섹션(38) 사이에서 축 방향으로 흐를 수 있는 것을 특징으로 하는 유량 조절 밸브.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 유량 조절 밸브는, 상기 제 2 하우징 섹션(28) 내로 압입되는, 상기 밸브 부재(24)를 위한 경화된 정지 링(62)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유량 조절 밸브.
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