KR20140053178A - 분사 밸브용 솔레노이드 아마추어 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 자성 영역(3) 및 적어도 하나의 비자성 영역(4)을 포함하는 분사 밸브용 솔레노이드 아마추어에 관한 것이며, 상기 솔레노이드 아마추어(2)는 일체형 부품으로서 형성되고, 상기 자성 및 비자성 영역(3, 4)은 2 성분 분말 사출 성형 방법에 의해 서로 재료 결합 방식으로 결합되고, 상기 자성 영역(3)은 비자성 영역(4)에 의해 완전히 둘러싸인다.

Description

분사 밸브용 솔레노이드 아마추어{SOLENOID ARMATURE FOR AN INJECTION VALVE}
본 발명은 연료 분사 밸브용 솔레노이드 아마추어에 관한 것이다.
예를 들면 가솔린 엔진용 분사 시스템에 사용되는, 선행 기술의 연료 분사 밸브는 예를 들면 코일 및 솔레노이드 아마추어를 포함하는 전자 밸브로서 구성되고, 상기 솔레노이드 아마추어는 페라이트 자성 재료로 형성되며 예를 들면 크롬으로 이루어진 경질의, 비자성 표면 층을 포함한다. 이로 인해, 구성에 따라 작동 중 자기장의 형성 및 소멸시 와류 손실 및 그에 따라 연료 분사 밸브의 스위칭 시간 또는 다이내믹의 저하가 나타난다. 또한, 솔레노이드 아마추어의 제조는 복잡하며 많은 비용을 필요로 한다. 게다가, 연료에 점점 더 많이 포함되는 침식성 매체, 예를 들면 에탄올 또는 우레아에 대한 내성은 연료 품질의 변동이 심한 나라에서 분사 밸브의 만족스런 내구성을 보장하기에 불충분하다. 또한, 앞으로는 특히 건강에 해로운 물질의 사용과 관련한 법적 규정의 준수가 보장되어야 한다.
본 발명의 과제는 2 성분 분말 사출 성형 부품으로서 일체형 솔레노이드 아마추어의 제조가 간단히 단일 공정 단계에서 시간 및 비용 최적화되어 대량 생산 부품으로서 구현되게 하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항의 특징들을 포함하는 솔레노이드 아마추어에 의해 달성된다.
청구항 제 1 항의 특징들을 포함하는 본 발명에 따른 솔레노이드 아마추어는 와류 최소화되며 효율 증가된 자기 회로를 포함하고, 상기 자기 회로는 밸브의 짧은 스위칭 시간을 가진 더 높은 다이내믹을 구현할 수 있다. 또한, 적합한 재료의 사용에 의해 개선된 강성 또는 내마모성이 달성되며 침식성 매체, 예를 들면 에탄올 등에 대한 보호가 이루어진다. 이는 본 발명에 따라 솔레노이드 아마추어가 적어도 하나의 자성 영역 및 적어도 하나의 비자성 영역을 포함함으로써 달성된다. 이 경우, 솔레노이드 아마추어는 일체형 분말 사출 성형 부품으로서 형성되고, 자성 및 비자성 영역들은 2 성분 분말 사출 성형 방법에 의해 서로 재료 결합 방식으로 결합되며, 상기 자성 영역은 비자성 영역에 의해 완전히 둘러싸인다. 이로 인해, 2 성분 분말 사출 성형 부품으로서 일체형 솔레노이드 아마추어의 제조가 간단히 단일 공정 단계에서 시간 및 비용 최적화되어 대량 생산 부품으로서 구현된다. 2 성분 분말 사출 성형 방법은 세라믹 사출 성형 단계(Ceramic Injection Molding, CIM) 및/또는 금속 분말 사출 성형 단계(Metal Injection Molding, MIM)를 포함한다.
종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 실시예들을 제시한다.
바람직하게는 솔레노이드 아마추어가 관통구를 가지고 링형으로 형성되며, 비자성 영역은 제 1 축 방향 단부면 섹션, 제 2 축 방향 단부면 섹션, 내주 섹션 및 외주 섹션을 포함하고, 이들은 침식성 매체에 대한 높은 내성 또는 세계적으로 사용되는 연료에 대한 내성을 갖는다.
또한, 내극을 향한 제 1 단부면 섹션 및 외주 섹션은 제 2 단부면 섹션의 두께 및 내주 섹션의 두께보다 작은 두께를 갖는 것이 바람직하다. 작은 두께로 인해, 자성 영역에서 높은 유효 포화 유도가 달성되고, 높은 포화 유도는 자력을 증가시킨다.
또한, 제 1 단부면 섹션의 두께 및 외주 섹션의 두께가 동일한 것이 바람직하다. 이로 인해, 밸브 슬리브에서 외주 섹션의 상대 마찰 운동시 발생하는 마찰에 대한 양호한 내마모성이 달성된다. 또한, 이로 인해 전체 연료 분사 밸브의 체적이 최소화된 매우 컴팩트한 구성이 달성될 수 있다. 대안으로서, 제 1 및 제 2 축 방향 단부면 섹션과 내주 및 외주 섹션이 동일한 두께로도 구현될 수 있다.
바람직하게는 내주 섹션이 최대 두께를 갖는다. 이로 인해, 자기 효율에 부정적인 영향을 주지 않으면서, 내주 섹션 상에서 밸브 니들의 안내시 마찰에 대한 높은 내마모성이 달성된다. 대안으로서, 더 큰 두께를 가진 제 2 단부면 섹션이 구현될 수 있는데, 그 이유는 이것이 특히 더 작은 직경에 대해서도 자기적으로 중요하지 않기 때문이다. 또한, 상기 경우들에 있어서 더 바람직한 재료의 양이 증가됨으로써, 전체 비용의 감소가 달성될 수 있다.
또한, 솔레노이드 아마추어가 제 1 및/또는 제 2 아마추어 단부면에서 스톱을 형성하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 스톱 면이 높은 내마모성을 가진 저렴한 재료로 이루어진 비자성 영역에 제공된다. 따라서, 내극에 부딪힐 때 발생하는 충격 하중에 대한 제 1 단부면 섹션의 높은 강성이 보장된다. 또한, 종래의 코팅 방법에 대한 바람직한 대안, 예컨대 경질 크롬 도금이 제공되므로, 자성 영역에 밸브 니들이 달라붙을 위험이 효과적으로 억제된다.
바람직하게는 자성 영역이 높은 포화 유도를 가진 자석 재료로 형성된다. 이로 인해, 의도적으로 솔레노이드 아마추어의 자력의 상당량을 제공하는 솔레노이드 아마추어의 관련 자력선의 영역에서 비싸고 절삭이 어려운 자석 재료, 예를 들면 FeCo 또는 FeCrCo로 이루어진 자석 재료의 사용이 가능해진다. 또한, 예를 들면 적어도 13% Cr-함량을 가진 FeCrCo 또는 대안으로서 적어도 35% Co-함량을 가진 FeCo와 같은 자석 재료의 사용에 의해, 첨가제, 예를 들면 에탄올 또는 우레아를 포함하는 연료, 부식 및 공동화에 대한 높아진 강성이 달성될 수 있다. 또한, 바람직하게는 비자성 영역이 세라믹 재료 또는 초경합금으로 형성된다. 비자성 영역의 보호 기능에 의해, 이 경우 크롬 함유 재료, 예컨대 FeCrCo에서 Cr-탄화물의 가능한 형성이 방지된다. 상기 Cr-탄화물의 형성은 솔레노이드 아마추어의 자기 값 또는 자기 회로의 변동을 일으킬 수 있다. 솔레노이드 아마추어는 일체형 2 성분 분말 사출 성형 부품으로서 매우 경제적으로 제공될 수 있다.
바람직하게는 비자성 영역이 연료 내성 재료로 형성된다. 또한, 바람직하게는 비자성 영역이 내마모성 재료로 형성된다. 연료 내성 및/또는 내마모성 재료의 사용으로 인해, 연료 분사 밸브의 개선된 내구성이 달성된다.
바람직하게는 자성 영역이 솔레노이드 아마추어의 전체 중량의 85 내지 95 중량%이고, 비자성 영역은 솔레노이드 아마추어의 전체 중량의 5 내지 15 중량%이다. 현저한 비용 절감과 더불어, 고압 연료 분사 밸브에서 바람직한 다이내믹 거동이 질량 감소 및 더 낮은 와류 손실로 인해 크게 개선된다.
본 발명에 의해, 2 성분 분말 사출 성형 부품으로서 일체형 솔레노이드 아마추어의 제조가 간단히 단일 공정 단계에서 시간 및 비용 최적화되어 대량 생산 부품으로서 구현된다.
이하, 본 발명의 실시예들이 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 제 1 바람직한 실시예에 따른 솔레노이드 아마추어를 포함하는 연료 분사 밸브의 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명의 제 2 바람직한 실시예에 따른 솔레노이드 아마추어의 개략적인 단면도.
이하, 도 1 및 도 2를 참고로, 솔레노이드 아마추어(2)의 바람직한 실시예가 상세히 설명된다. 동일한 또는 기능적으로 동일한 부품들은 실시예들에서 동일한 도면 부호로 표시된다.
도 1은 밸브 슬리브(9)를 포함한 연료 분사 밸브(1)의 일부의 개략적인 단면도를 도시하고, 밸브 슬리브의 외부면에는 코일(11)을 가진 하우징(12)이 고정된다. 밸브 슬리브(9)의 내부에는 중심 축(X-X)을 따라 제 1 실시예의 내극(10) 및 솔레노이드 아마추어(2)가 배치된다. 솔레노이드 아마추어(2)는 중심 축(X-X)을 따라 연장하는 원통형 자성 영역(3)을 포함하고, 상기 자성 영역은 비자성 영역(4)에 의해 완전히 둘러싸인다. 링형으로 형성된 일체형 솔레노이드 아마추어(2)는 또한 (내극(10)과 마찬가지로) 관통구(6)를 포함하고, 상기 관통구 내에 여기에 도시되지 않은 밸브 니들이 안내된다. 자성 영역(3)은 바람직하게 낮은 전기 전도성과 높은 포화 유도를 가진 자석 재료, 예를 들면 FeCo로 형성된다. 비자성 영역(4)은 바람직하게 세라믹 재료 또는 초경합금으로 형성된다. 자성 및 비자성 영역(3, 4)은 2 성분 분말 사출 성형 방법에 의해 재료 결합 방식으로 서로 결합된다.
도 1에 나타나는 바와 같이, 비자성 영역(4)은 두께 D1을 가진 제 1 축 방향 단부면 섹션(7), 두께 D3을 가진 제 2 축 방향 단부면 섹션(8), 두께 D4를 가진 내주 섹션(60) 및 두께 D2를 가진 외주 섹션(41)을 포함한다. 제 1 단부면 섹션(8)은 이 경우 내극(10) 상의 스톱을 형성한다. 유효 자력선의 연장은 예를 들면 자력선(M)으로 나타나고, 상기 자력선은 밸브 슬리브(9) 및 외주 섹션(41)을 통해 솔레노이드 아마추어(2)의 자성 영역(3) 내로 들어가고, 상기 영역으로부터 제 1 단부면 섹션(7)을 통해 내극(10)을 향한 방향으로 연장한다.
내극(10)을 향한 제 1 단부면 섹션(7)의 두께(D1) 및 외부 섹션(41)의 두께(D2)는 이 경우 바람직하게 제 2 단부면 섹션(8)의 두께(D3) 및 내주 섹션(60)의 두께(D4)보다 작게 설계된다. 유효 자력선(M)이 통과하는 제 1 단부면 섹션(7) 및 외주 섹션(41)의 더 작은 두께 D1, D2로 인해, 자성 영역(3)에서 개선된 유효 포화 유도가 달성되고, 이는 자력을 증가시킨다. 두께 D1 및 D2는 이 경우 동일한 크기로 또는 다른 크기로 설계될 수 있다.
따라서, 일체형으로 저렴하게 제조 가능한 솔레노이드 아마추어(2)가 감소된 와류 손실 및 증가된 자기 효율을 가진 2 성분 분말 사출 성형 부품으로서 제공되고, 상기 부품에서는 경질 코팅이 비자성 영역(4)의 형태로 자성 영역(3)과 연료의 접촉을 방지한다. 또한, 동시에 제 1 및/또는 제 2 단부면 섹션(7 또는 8) 중 하나에 강성 및 내마모성 솔레노이드 아마추어 스톱이 자성 영역(3)과의 접촉 없이 구현된다. 또한, 관통구(6)의 내주 섹션(60)이 솔레노이드 아마추어(2)에서 밸브 니들을 안내하기 위한 내마모성 층으로서 작용할 수 있다. 따라서, 어려운 조건 하에서의 사용도 문제없이 가능하게 하는 연료 분사 밸브의 매우 긴 내구성이 달성된다.
전술한 제 1 실시예와는 달리, 도 2의 제 2 실시예의 솔레노이드 아마추어(2)에서 내주 섹션(60)은 두께(D4)를 갖고, 상기 두께(D4)는 제 1 단부면 섹션(7), 외주 섹션(41) 또는 제 2 단부면 섹션(8)의 두께(D1, D2, D3)보다 크다. 이로 인해, 솔레노이드 아마추어(2)의 대부분이 자성 영역(3)에서 유효한 자력선 형상에 부정적 영향을 주지 않으면서, 저렴하고 가벼운 비자성 재료로 제조될 수 있다. 따라서, 자성 영역(3) 및 그에 따라 솔레노이드 아마추어(2)의 중량 및 전체 비용이 더욱 최소화된다. 솔레노이드 아마추어(2)의 자성 및 비자성 영역(3, 4)은 제 1 실시예에서와 동일하게 2 성분 분말 사출 성형 방법에 의해 서로 재료 결합 방식으로 결합된다.
모든 실시예에 나타나는 바와 같이, 일체형 솔레노이드 아마추어(2)는 본 발명에 따른 솔레노이드 아마추어(2)용 2 성분 분말 사출 성형 부품으로서 매우 경제적으로 단일 제조 공정에서 제조될 수 있고, 이는 종래의 제조 방법에 의해서는 달성될 수 없다. 이로 인해, 현저히 개선된 비용 효율과 더불어, 고압 분사 밸브에 바람직하고 필요한 다이내믹 거동이 달성 가능한 질량 감소 및 와류 손실 감소에 따라 매우 개선되고, 이로 인해 현저히 감소된 연료 소비 및 엔진의 개선된 배출 거동이 달성된다. 또한, 전술한 실시예들에 나타난 구성 변형예들이 임의로 조합될 수 있다.
2 솔레노이드 아마추어
3 자성 영역
4 비자성 영역
6 관통구
7 단부면 섹션
10 내극
41 외주 섹션
60 내주 섹션

Claims (10)

  1. 분사 밸브용 솔레노이드 아마추어로서,
    - 적어도 하나의 자성 영역(3) 및 적어도 하나의 비자성 영역(4)을 포함하고,
    - 상기 솔레노이드 아마추어(2)는 일체형 부품으로서 형성되고,
    - 상기 자성 및 비자성 영역(3, 4)은 2 성분 분말 사출 성형 방법에 의해 서로 재료 결합 방식으로 결합되고,
    - 상기 자성 영역(3)은 상기 비자성 영역(4)에 의해 완전히 둘러싸이는, 솔레노이드 아마추어.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 솔레노이드 아마추어(2)는 관통구(6)를 가지고 링형으로 형성되며, 상기 비자성 영역(4)은 제 1 축 방향 단부면 섹션(7), 제 2 축 방향 단부면 섹션(8), 내주 섹션(60) 및 외주 섹션(41)을 포함하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 아마추어.
  3. 제 2 항에 있어서, 내극(10)을 향한 상기 제 1 단부면 섹션(7), 및 상기 외주 섹션(41)은 상기 제 2 단부면 섹션(8)의 두께(D3) 및 상기 내주 섹션(60)의 두께(D4)보다 작은 두께(D1, D2)를 갖는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 아마추어.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 단부면 섹션(7)의 두께(D1) 및 상기 외주 섹션(41)의 두께(D2)는 동일한 것을 특징으로 하는 솔레노이드 아마추어.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내주 섹션(60)은 최대 두께(D4)를 갖는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 아마추어.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 솔레노이드 아마추어(2)는 제 1 및/또는 제 2 아마추어 단부면(7, 8)에서 스톱을 형성하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 아마추어.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자성 영역(3)은 높은 포화 유도를 가진 자석 재료로 형성되고, 상기 비자성 영역(4)은 세라믹 재료 또는 초경 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 아마추어.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비자성 영역(4)은 연료 내성 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 아마추어.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비자성 영역(4)은 내마모성 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 아마추어.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자성 영역(3)은 상기 솔레노이드 아마추어(2)의 전체 중량의 85 내지 95 중량%이고, 상기 비자성 영역(4)은 상기 솔레노이드 아마추어(2)의 전체 중량의 5 내지 15 중량%인 것을 특징으로 하는 솔레노이드 아마추어.
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