KR20190038928A - 전자기 작동 가능 흡입 밸브 및 전자기 작동 가능 흡입 밸브의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 자석 어셈블리(3) 및 유압 모듈(4)을 포함하는 연료 고압 펌프(2)용의 전자기 제어 가능 흡입 밸브(1)에 관한 것이며, 이 경우 유압 모듈(4)은 적어도 국부적으로 자석 어셈블리(3)의 환형 솔레노이드(5) 내에 맞물린다. 본 발명에 따르면, 솔레노이드(5)와 유압 모듈(4) 사이에 열 전도 재료(6) 및/또는 열 전도체(7)가 배치된다. 또한, 본 발명은 전자기 작동 가능 흡입 밸브(1)를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

전자기 작동 가능 흡입 밸브 및 전자기 작동 가능 흡입 밸브의 제조 방법
본 발명은, 청구항 1의 전제부의 특징들을 갖는 연료 고압 펌프용의 전자기 작동 가능 흡입 밸브에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 청구항 8의 전제부의 특징들을 갖는 전자기 작동 가능 흡입 밸브를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
DE 10 2014 220 757 A1호에서는, 예를 들어 고압 펌프의 고압 요소 챔버를 연료로 채우기 위한 전자기 작동 가능 흡입 밸브가 개시된다. 이를 위해, 흡입 밸브가 고압 펌프의 하우징부 내부에 통합됨으로써, 흡입 밸브의 왕복 운동 가능한 밸브 피스톤이 하우징부에 걸쳐 가이드된다. 밸브 피스톤을 작동시키기 위해, 흡입 밸브는 환형 솔레노이드를 갖는 자석 어셈블리를 구비한다. 솔레노이드는, 슬리브를 통해 밸브 바디와 연결된 극심(pole core)을 둘러싸며, 밸브 바디 내에는 밸브 피스톤과 결합 가능한 전기자가 왕복 운동 가능하게 수용된다. 전기자와 극심 사이에 배치된 스프링이 밸브 피스톤의 방향으로 전기자에 압축 응력을 가함으로써, 솔레노이드에 전류가 공급되지 않을 때에는 밸브 피스톤이 스프링의 스프링력에 의해 개방 위치에 보유되어 있다. 솔레노이드에 전류가 공급되면, 극심과 전기자 사이에 형성된 작용 에어 갭(working air gap)을 폐쇄하기 위하여, 전기자가 스프링의 스프링력과 반대로 극심의 방향으로 움직인다. 이 경우, 전기자는 밸브 피스톤으로부터 분리되고, 밸브 피스톤에 지지된 밸브 스프링은 흡입 밸브를 폐쇄할 수 있게 된다. 개방을 위해 솔레노이드로의 전류 공급이 종료됨으로써, 극심과 전기자 사이에 배치된 스프링은 전기자의 도움으로 자신의 밀봉 시트로부터 밸브 피스톤을 들어올리고, 흡입 밸브를 개방한다.
전류가 공급되면 솔레노이드가 가열된다. 이 경우, 자석 어셈블리를 적어도 국부적으로 둘러싸는 플라스틱 오버몰드가 연화되거나 심지어 파괴될 정도로 강하게 온도가 상승할 수 있다. 이는 플라스틱 오버몰드에 의해 형성된 플러그의 영역에서 접촉 불량을 야기할 수 있고, 그럼으로써 흡입 밸브의 기능이 더는 보장되지 않는다.
전술한 선행 기술로부터 출발하는 본 발명의 과제는, 전술한 단점들이 발생하지 않도록 하기 위하여, 전자기 작동 가능 흡입 밸브의 견고성, 특히 온도에 대한 안정성을 증가시키는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 특징들을 갖는 전자기 작동 가능 흡입 밸브가 제안된다. 본 발명의 바람직한 개선예들은 종속 청구항들에서 확인된다. 또한, 전자기 작동 가능 흡입 밸브를 제조하기 위한 방법이 명시된다.
연료 고압 펌프용으로 제안된 전자기 작동 가능 흡입 밸브는 자석 어셈블리 및 유압 모듈을 포함한다. 이 경우, 유압 모듈은 적어도 국부적으로 자석 어셈블리의 환형 솔레노이드 내에 맞물린다. 본 발명에 따르면, 자석 어셈블리의 솔레노이드와 유압 모듈 사이에 열 전도 재료 및/또는 열 전도체가 배치된다. 솔레노이드에 전류가 공급되는 경우, 열 전도 재료 및/또는 열 전도체가 유압 모듈을 통한 열 방출을 개선하며, 이 경우 연료 관류 유압 모듈의 냉각 기능이 이용된다. 다시 말하면, 열의 적어도 일부가 내부로 방출됨으로써, 높은 주변 온도로 작동하는 경우에도 흡입 밸브의 기능이 보장된다.
그에 따라, 열 전도 재료 또는 열전도체의 과제는, 자석 어셈블리와 유압 모듈 간의 열 전도를 최적화하는 데 있다. 이는, 특히 열 전도 재료 또는 열 전도체의 열 전도율(λ)이 공기의 열 전도율(대략 0.026 W/m*K)보다 훨씬 더 우위에 있는 경우에 해당한다. 그렇기 때문에, 열 전도 재료 또는 열 전도체의 열전도율(λ)은 적어도 5 W/m*K는 되어야 한다.
바람직하게는, 열 전도 재료 및/또는 열 전도체의 배치가 이미 존재하는 에어 갭을 이용해서 이루어짐에 따라, 열 방출을 개선하기 위한 조치들이 흡입 밸브의 설치 공간 수요에 전혀 영향을 미치지 않는다. 이 컨셉은, 상기 방식으로 설치 공간 중립적으로 큰 구조적 추가 비용 없이 실현될 수 있다.
내측에 놓여 있는 유압 모듈을 통해 열 방출이 최적화됨으로써, 흡입 밸브의 온도 안정성 및 이와 더불어 흡입 밸브의 견고성이 증가한다. 그 결과, 흡입 밸브의 수명도 증가한다. 또한, 적용 범위의 확대도 가능한데, 그 이유는 개선된 온도 안정성으로 인해 더 높은 전류 세기가 사용될 수 있기 때문이다.
바람직하게, 열 전도 재료 및/또는 열 전도체는 솔레노이드와 유압 모듈 사이의 환형 갭 내에 배치된다. 솔레노이드의 코일 와이어가 일반적으로는 코일 지지체 상에 감겨 있기 때문에, 바람직하게 환형 갭은 솔레노이드의 코일 지지체에 의해 반경방향 외측으로 제한된다. 또는, 솔레노이드가 코일 지지체를 구비하지 않고, 환형 갭이 솔레노이드 권선 자체에 의해 제한될 수도 있다.
통상적으로, 솔레노이드와 유압 모듈 사이의 환형 갭은 공기로 채워져 있다. 하지만, 공기는 비교적 불량한 열 도체이기 때문에, 환형 갭 내에 배치된 열 전도 재료 및/또는 환형 갭 내에 배치된 열 전도체를 통해 내부로의 열 방출이 현저히 개선될 수 있다.
더욱 바람직하게, 열 전도 재료는 열 전도 페이스트이다. 열 전도 페이스트가 열 전도 재료의 갭을 실질적으로 채우는 배치를 가능케 함으로써, 개별 경계면으로의 열 전달이 개선된다. 또한, 열 전도 페이스트를 통해, 흡입 밸브의 견고성을 더욱 증가시키는, 자석 어셈블리와 유압 모듈 간의 밀봉이 달성된다.
열 전도 페이스트를 이용한 솔레노이드와 유압 모듈 사이의 공기 용적의 최소화는, 솔레노이드에 전류가 공급된 후의 냉각 시 습기가 중간 공간 내부로 덜 유입된다는 장점도 있다. 이 장점은, 열 전도 페이스트 자체가 용적을 상실하는 경우에도 효과를 발휘한다.
열 전도체가 솔레노이드와 유압 모듈 사이에 제공되는 한, 열 전도체는 실질적으로 슬리브의 형상을 가질 수 있다. 슬리브 형상은, 솔레노이드와 유압 모듈 사이에서의 열 전도체의 배치를 용이하게 한다. 특히, 열 전도체는 솔레노이드와 유압 모듈 사이의 환형 갭을 채우기 위해 사용될 수 있다. 그렇기 때문에, 열 전도체의 치수는 바람직하게 환형 갭의 치수에 매칭된다.
대안적으로 또는 보완적으로, 열 전도체가 탄성 변형될 수 있고, 그럼으로써 제조에 기인하는, 그리고/또는 조립에 기인하는 허용 오차가 열 전도체의 탄성 변형을 통해 보상될 수 있는 구성이 제안된다. 이로 인해, 열 전도체가 솔레노이드와 유압 모듈 사이의 환형 갭을 전반적으로 채움으로써, 열 전달 및 밀봉과 관련하여 앞서 열 전도 페이스트와 연계해서 언급한 장점들이 여기에서도 도출된다.
더 나아가, 열 전도체는 열 전도 재료, 특히 열 전도 페이스트와 조합해서 사용될 수 있으며, 이 경우 열 전도 재료는 주로 잔존하는 갭 및 공동을 채우기 위해서 이용된다.
본 발명의 개선예에서는, 열 전도 재료 및/또는 열 전도체가 자석 어셈블리와 유압 모듈 사이의 축방향 갭을 적어도 부분적으로 채우는 구성이 제안된다. 본 개선예에서는, 바람직하게 솔레노이드를 적어도 국부적으로 둘러싸는 자석 어셈블리의 플라스틱 오버몰드와 유압 모듈 사이에 형성되는 축방향 갭이 다루어진다. 바람직하게는, 축방향 갭 내에서의 열전도 재료 및/또는 열 전도체의 배치가 기존의 에어 갭을 활용해서 이루어짐으로써, 열 방출을 개선하기 위한 조치가 흡입 밸브의 설치 공간 수요에 전혀 영향을 미치지 않게 된다. 또한, 이러한 방식으로, 열 방출에 실질적인 기여를 하지 않을 뿐더러 습기를 끌어당기는 경향이 있는, 흡입 밸브 내 공기 용적이 줄어든다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 유압 모듈은, 열 전도 재료 및/또는 열 전도체가 직접 인접하는 솔레노이드 내부에 맞물리는 극심을 포함한다. 바람직하게 극심과 열 전도 재료 및/또는 열 전도체의 전면 접촉이 높은 열 전달을 보장해준다.
더욱 바람직하게, 극심은 용접 슬리브를 통해 밸브 바디와 연결되고, 열 전도 재료 및/또는 열 전도체는 적어도 국부적으로 용접 슬리브에 걸쳐 연장된다. 열 전도 재료 또는 열 전도체의 부가적인 밀봉 기능에 의해, 용접 슬리브가 습기로부터 보호된다. 이로 인해, 극심 및/또는 밸브 바디와 용접 슬리브의 연결에 이용되는 용접 시임의 부식 위험이 감소된다.
전자기 작동 가능 흡입 밸브를 제조하기 위해 제안된 또 다른 방법에서, 유압 모듈은 적어도 국부적으로 자석 어셈블리의 환형 솔레노이드 내부로 삽입된다. 유압 모듈의 삽입 시, 본 발명에 따라 그 전에 삽입된 열 전도 재료가 솔레노이드와 유압 모듈 사이의 환형 갭 내부로 밀려난다. 이로써, 열 전도 재료가 자석 어셈블리와 유압 모듈 사이의 공기 용적을 감소시키고, 그 결과 한 편으로는 유압 모듈을 통한 내부로의 열 방출이 개선되며, 다른 한 편으로는 자석 어셈블리와 유압 모듈 사이의 밀봉이 개선된다. 열 전도 재료는 특히 열 전도 페이스트일 수 있다.
대안적으로 또는 보완적으로, 유압 모듈의 삽입 시, 그 전에 솔레노이드 내부로 삽입된 열 전도체가 탄성 변형된다. 이와 같은 방식으로, 자석 어셈블리와 유압 모듈 사이의 공기 용적이 감소함으로써, 실질적으로 동일한 장점들이 도출된다. 이는, 특히 슬리브 형상의 그리고/또는 탄성 변형 가능한 열 전도체가 사용되는 경우에 적용된다.
이 방법에 의해서는, 특히 전술한 본 발명에 따른 전자기 작동 가능 흡입 밸브가 제조될 수 있다.
개선 조치로서, 유압 모듈이 적어도 국부적으로 자석 어셈블리 내부로, 특히 솔레노이드 내부로 압입되는 구성이 제안된다. 압입 끼워 맞춤에 의해 유압 모듈은, 연료 고압 펌프에 흡입 밸브를 고정시키는 동안 분실되지 않도록 자석 어셈블리 내부에 보유된다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부 도면을 참조하여 이하에서 더욱 상세하게 설명된다.
도 1a 내지 도 1c는 각각 바람직한 제1 실시예에 따라 상이한 강도로 예비 조립된, 본 발명에 따른 흡입 밸브의 개략적인 종단면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 각각 바람직한 제2 실시예에 따라 상이한 강도로 예비 조립된, 본 발명에 따른 흡입 밸브의 개략적인 종단면도이다.
도 3은 연료 고압 펌프 내부에 통합된, 조립이 완료된 본 발명에 따른 흡입 밸브의 개략적인 종단면도이다.
도 1에는, 본 발명에 따른 전자기 작동 가능 흡입 밸브(1)의 바람직한 제1 실시예가 도시되어 있으며, 이 경우 도 1a 내지 도 1c의 시퀀스는 개별 조립 단계들을 명확하게 보여준다.
조립 시, 이미 예비 조립된 2개의 유닛이 서로 연결된다. 본 경우에는, 자석 어셈블리(3)가 예비 조립된 제1 유닛으로서 사용되고, 유압 모듈(4)이 예비 조립된 추가 유닛으로서 사용된다. 도 1a에서는, 자석 어셈블리(3)만 확인된다.
도 1a에 도시된 자석 어셈블리(3)는 환형 솔레노이드(5); 솔레노이드(5)를 둘러싸는 자기 슬리브(magnetic sleeve)(15); 그리고 솔레노이드(5) 및 자기 슬리브(15)를 단부측에서 둘러싸는 플라스틱 오버몰드(10);를 포함한다. 플라스틱 오버몰드(10)는 동시에, 솔레노이드(5)를 전원에 연결하기 위해 이용되는 플러그(17)를 형성한다. 자기 슬리브(15)는 자신의 노출 단부에 칼라(16)를 구비하며, 이 칼라에서는 연료 고압 펌프(2)와 흡입 밸브(1)를 연결하기 위한 클램핑 너트(14)가 지지되어 있거나 지지될 수 있다.
자석 어셈블리(3)는, 환형 솔레노이드(5)에 의해 또는 솔레노이드(5)의 코일 지지체(18)에 의해 제한된 공동(19)이 위쪽으로 개방되는 방식으로 배향된다. 코일 지지체(18)가 존재하지 않고, 공동(19)이 솔레노이드(5) 자체에 의해 제한될 수도 있다. 공동(19)의 바닥 영역에는, 공동(19)의 일부분을 채우는 열 전도 재료(6)가 열 전도 페이스트의 형태로 제공된다.
이어서, 도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 유압 모듈(4)이 자석 어셈블리(3) 내부로 삽입되면, 열 전도 재료(6)의 일부가 솔레노이드(5)와, 또는 존재한다면 코일 지지체(18)와 유압 모듈(4) 사이의 환형 갭(8) 내부로 밀려난다. 이러한 열 전도 재료의 변위는, 용접 슬리브(12)를 통해 밸브 바디(13)와 연결된 유압 모듈(4)의 극심(11)을 통해 야기된다. 열 전도 재료(6)는, 용접 슬리브(12)가 열 전도 재료(6)에 의해 완전히 덮일 정도까지 환형 갭(8) 내부로 밀려 들어간다. 이로써, 용접 슬리브(12)는 부식으로부터 최적으로 보호된다. 열 전도 재료(6)가 갭을 채우는 방식으로 작용함으로써, 원래부터 자석 어셈블리(3) 내에 존재하는 공기 용적이 거의 완전히 밀려난다. 환형 갭(8)뿐만 아니라, 극심(11)과 플라스틱 오버몰드(10) 사이에 잔존하는 축방향 갭(9)도 열 전도 재료(6)로 채워진다. 이와 같은 방식으로, 유압 모듈(4)을 통한 내부로의 열 방출이 최적화된다. 그와 동시에, 자석 어셈블리(3)와 유압 모듈(4) 사이의 밀봉도 제공된다.
유압 모듈(4)은 또한, 밸브 바디(13)의 중앙 리세스(22) 내에서 왕복 운동 가능하게 가이드되는 전기자(21)를 포함한다. 전기자(21)와 극심(11) 사이에는, 밸브 태핏(20)의 방향으로(도 3 참조) 전기자(21)에 축방향 압축 응력을 가하기 위해 이용되는 스프링(23)이 배치된다. 밸브 태핏(20)을 접촉시키기 위해, 접촉 핀(24)이 전기자(21) 내부로 압입된다.
도 2에는, 본 발명에 따른 전자기 작동 가능 흡입 밸브(1)의 또 다른 바람직한 일 실시예가 도시되어 있으며, 여기서 도 2a 내지 도 2c의 시퀀스는 재차 개별 조립 단계들을 명확하게 보여준다.
도 2a의 자석 어셈블리(3)는 도 1a의 자석 어셈블리와 실질적으로 동일한 구조를 갖는다. 하지만, 열 전도 재료(6) 대신, 슬리브 형상의 열 전도체(7)가 공동(19) 내부로 삽입되며, 이때 열 전도체의 내부 직경은 유압 모듈(4)의 극심(11)의 외부 직경보다 약간 더 작게 선택되었다. 하지만, 열 전도체(7)의 재료는 힘 작용 하에 탄성 변형될 수 있다.
이제, 도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 유압 모듈(4)이 극심(11)과 함께 전방으로 공동(19) 내부로 삽입되면, 열 전도체(7)가 변형되는 동시에 솔레노이드(5)의 코일 지지체(18)에, 또는 코일 지지체(18)가 존재하지 않는 경우에는 솔레노이드(5) 자체에 밀착한다. 이로써, 열 전도체(7)가 솔레노이드(5)와 유압 모듈(4) 사이의 환형 갭(8)을 거의 완전히 채우게 된다. 열 전도체(7)의 높이는 바람직하게, 흡입 밸브(1)의 조립이 완료된 경우에 용접 슬리브(12)를 포함한 극심(11)을 덮도록 치수 설계된다.
도 3에는, 도 2의 흡입 밸브(1)가 완전히 조립된 상태가 도시되어 있다. 흡입 밸브(1)는, 흡입 밸브(1)의 밸브 태핏(20)이 연료 고압 펌프(2)의 고압 요소 챔버(27) 내부로 직접 개방되는 방식으로, 연료 고압 펌프(2)의 펌프 실린더 헤드(26) 내부에 통합된다. 흡입 밸브(1)를 펌프 실린더 헤드(26)에 고정시키는 과정은, 이를 위해 펌프 실린더 헤드(26)의 칼라 섹션(28) 상에 나사 결합된 클램핑 너트(14)에 의해 수행된다.
솔레노이드(5)에 전류가 공급되지 않을 때에는, 전기자(21)에 지지된 스프링(23)이 -간접적으로 전기자(21) 및 접촉 핀(24)을 통해- 밸브 태핏(20)을 또 다른 스프링(25)의 스프링력에 대항해서 개방된 상태로 유지한다. 이제 솔레노이드(5)에 전류가 공급되면 자기장이 형성되며, 이 자기장의 자력이 전기자(21)를 극심(11)의 방향으로 이동시킨다. 이때, 전기자(21) 또는 접촉 핀(24)은 밸브 태핏(20)으로부터 분리되어, 스프링(25)이 흡입 밸브(1)를 폐쇄할 수 있게 된다. 이어서 솔레노이드(5)에 전류가 공급되면, 스프링(23)의 스프링력이 재차 개방 작용을 한다.

Claims (9)

  1. 자석 어셈블리(3) 및 유압 모듈(4)을 포함하며, 상기 유압 모듈(4)이 적어도 국부적으로 자석 어셈블리(3)의 환형 솔레노이드(5) 내부에 맞물리는, 연료 고압 펌프(2)용의 전자기 작동 가능한 흡입 밸브(1)에 있어서,
    솔레노이드(5)와 유압 모듈(4) 사이에 열 전도 재료(6) 및/또는 열 전도체(7)가 배치되는 것을 특징으로 하는, 흡입 밸브.
  2. 제1항에 있어서, 열 전도 재료(6) 및/또는 열 전도체(7)가 솔레노이드(5)와 유압 모듈(4) 사이의 환형 갭(8) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는, 흡입 밸브.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 열 전도 재료(6)가 열 전도 페이스트인 것을 특징으로 하는, 흡입 밸브.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 열 전도체(7)가 실질적으로 슬리브 형상을 가지며, 그리고/또는 탄성 변형 가능한 것을 특징으로 하는, 흡입 밸브.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 열 전도 재료(6) 및/또는 열 전도체(7)가 자석 어셈블리(3)와, 바람직하게는 솔레노이드(5)를 적어도 국부적으로 둘러싸는 자석 어셈블리(3)의 플라스틱 오버몰드(10)와 유압 모듈(4) 사이의 축방향 갭(9)을 적어도 부분적으로 채우는 것을 특징으로 하는, 흡입 밸브.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 유압 모듈(4)이 솔레노이드(5) 내에 맞물리는 극심(11)을 포함하며, 상기 극심에 열 전도 재료(6) 및/또는 열 전도체(7)가 직접 접하는 것을 특징으로 하는, 흡입 밸브.
  7. 제6항에 있어서, 극심(11)이 용접 슬리브(12)를 통해 밸브 바디(13)와 연결되고, 열 전도 재료(6) 및/또는 열 전도체(7)가 적어도 국부적으로 상기 용접 슬리브(12)에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는, 흡입 밸브.
  8. 유압 모듈(4)이 적어도 국부적으로 자석 어셈블리(3)의 환형 솔레노이드(5) 내부로 삽입되는, 전자기 작동 가능 흡입 밸브(1)를 제조하는 방법에 있어서,
    유압 모듈(4)을 삽입할 때, 그 전에 삽입된 열 전도 재료(6)가 솔레노이드(5)와 유압 모듈(4) 사이의 환형 갭(8) 내부로 밀려나고, 그리고/또는 그 전에 솔레노이드(5) 내부로 삽입된 열 전도체(7)가 탄성 변형되는 것을 특징으로 하는, 흡입 밸브의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 유압 모듈(4)이 적어도 국부적으로 자석 어셈블리(3) 내부로, 특히 솔레노이드(5) 내부로 압입되는 것을 특징으로 하는, 흡입 밸브의 제조 방법.
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