KR20200103717A - 유체 계량 밸브, 특히 연료 분사 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 밸브, 특히 연료 분사 밸브는 특히 정확히 정렬된 밸브 니들(3)이 있는 것을 특징으로 한다. 연료 분사 밸브(1)는 밸브 시트 부재(5)에 형성된 밸브 시트면(6)과 함께 밀봉 시트를 형성하는 밸브 폐쇄 부재(4)를 작동시키기 위해 여기 가능한 액추에이터(10)를 포함하고, 연료 분사 밸브(1)는 또한 밸브 시트면(6)의 하류에 형성된 분사 개구들(7)을 포함한다. 밸브 폐쇄 부재(4)는 구형이며, 밸브 길이 방향 축(40)을 따라 축 방향으로 이동 가능한 밸브 니들(3)의 일부로서, 핀형 중실 밸브 니들 샤프트(45)에 고정 연결된다. 밸브 니들 샤프트(45)와 밸브 폐쇄 부재(4) 사이의 접촉 영역은 밸브 길이 방향 축(40)의 반경 방향 외측에 위치하고 환형으로 주변에 연장된다. 연료 분사 밸브는 혼합물 압축형 스파크 점화식 엔진의 연소실 내로 연료를 직접 분사하는데 특히 적합하다.

Description

유체 계량 밸브, 특히 연료 분사 밸브

본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 유체 계량 밸브, 특히 연료 분사 밸브에 관한 것이다.

도 1은 연료 분사 밸브 형태의 공지된 밸브를 도시한다. 이러한 밸브는 예를 들어 DE 10 2010 038 437 A1으로부터 알려져 있다. 연료 분사 밸브는 내연 기관의 연소실 내로 연료를 직접 분사하기에 특히 적합하다. 밸브는 밸브 시트 부재에 형성된 밸브 시트면과 함께 밀봉 시트를 형성하는 밸브 폐쇄 부재를 작동시키기 위해 여기 가능한 액추에이터로서 전자석을 포함하며, 밸브는 또한 밸브 시트면의 하류에 형성된 적어도 하나의 분사 개구를 포함한다. 밸브 폐쇄 부재는 구형이며, 밸브의 길이 방향 축을 따라 축 방향으로 이동 가능한 밸브 니들의 일부로서, 볼 폴(ball pole)에서 핀형 중실 밸브 니들 샤프트에 고정 연결된다.

본 발명의 과제는 간단하고 저렴하게 제조될 수 있는 밸브를 제공하는 것이다.

청구항 제 1 항의 특징을 갖는 본 발명에 따른 유체 계량 밸브는 간단하며 저렴한 제조 가능성을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 핀형 중실 밸브 니들 샤프트와 밸브 니들의 구형 밸브 폐쇄 부재 사이의 접촉 영역은 밸브 길이 방향 축의 반경 방향 외측에 위치하고 환형으로 주변에 연장된다. 구형 밸브 폐쇄 부재는 더 이상 볼 폴(ball pole)이 아니라 반경 방향으로 더 외측에 있는 접촉원에서 밸브 니들 샤프트와 접촉한다. 구형 밸브 폐쇄 부재는 밸브 니들 샤프트에 대해 센터링된다. 바람직하게는, 용접 공정 동안 밸브 니들 샤프트의 회전은 상응하는 접촉 압력에서 마찰에 의해 전달될 수 있다. 이는 두 용접된 부품의 동심도를 향상시키고 특히 밸브 폐쇄 부재와 밸브 시트 사이의 기능 및 마모 거동에 긍정적인 영향을 미친다. 전체적으로 단순화된 시스템 기술을 사용하여 고정 연결이 형성될 수 있다; 또한, 용접 스패터 경향이 최소화되고, 균열 경향이 감소되며 축 방향 위치 민감도가 해결되는 매우 안정적인 용접 공정이 보장된다. 본 발명에 따른 설계 변형은 딥 용접 시임에 비해 하기 장점을 갖는 열전도 용접 시임에 의한 용접을 가능하게 한다:

- 용접 스패터 경향의 현저한 감소,

- 용접된 상태에서 밸브 폐쇄 부재에서 밸브 니들 샤프트까지의 동심도를 향상시키는 더 적은 변형.

- 더 큰 연결 단면으로 인한 더 높은 강도, 이로 인한 시임 붕괴 위험 방지,

- 용접 시임의 더 낮은 균열 경향.

청구항 제 1 항에 제시된 밸브의 바람직한 개선은 종속 청구항들에 제시된 조치들에 의해 가능하다.

구형 밸브 폐쇄 부재는 밸브 니들 샤프트의 반대편을 향하는 하부면에 코팅을 갖는 것이 특히 바람직하다. 코팅은 이상적으로 DLC(diamond-like carbon)와 같은 비정질 탄소 층으로 수행된다.

본 발명의 실시예들은 도면에 개략적으로 도시되어 있고 다음 설명에서 상세하게 설명된다.

도 1은 밸브 니들의 밸브 니들 샤프트에 구형 밸브 폐쇄 부재가 고정된 공지 된 실시예에서 연료 분사 밸브의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 2는 종래 기술에 따른 도 1의 부분 II-V로서 밸브 니들 단부의 개략적인 확대도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 밸브 니들의 제 1 실시예의, 도 2와 유사한 확대도를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 밸브 니들의 제 2 실시예의, 도 2와 유사한 확대도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 밸브 니들의 제 3 실시예의, 도 2와 유사한 확대도를 도시한다.

도 1에 도시된 연료 분사 밸브(1)의 공지된 실시예는 혼합물 압축형 스파크 점화식 내연 기관의 연료 분사 시스템을 위한 연료 분사 밸브(1)의 형태로 설계된다. 연료 분사 밸브(1)는 내연 기관의 도시되지 않은 연소실 내로 연료를 직접 분사하는데 특히 적합하다. 일반적으로, 본 발명은 유체 계량 밸브에 적용 가능하다.

연료 분사 밸브(1)는 밸브 길이 방향 축(40)을 따라 축 방향으로 이동 가능한 밸브 니들(3)이 배치된 노즐 본체(2)로 구성된다. 밸브 니들(3)은 구형 밸브 폐쇄 부재(4)에 작용 연결되고, 상기 밸브 폐쇄 부재(4)는 밸브 시트 부재(5) 상에 배치된 밸브 시트면(6)과 협력하여 밀봉 시트를 형성한다. 밸브 시트 부재(5) 및 노즐 본체(2)는 일체로도 구현될 수 있다. 실시 예에서, 연료 분사 밸브(1)는 적어도 하나의 분사 개구(7), 전형적으로 적어도 2개의 분사 개구(7)를 갖는 내향 개방 연료 분사 밸브(1)이다. 그러나 연료 분사 밸브(1)는 이상적으로 다중 홀 분사 밸브로서 설계되므로, 4개 내지 30개의 분사 개구(7)를 갖는다. 노즐 본체(2)는 시일(8)에 의해 밸브 하우징(9)에 대해 밀봉된다. 예를 들어 액추에이터로서 솔레노이드 코일(10)을 포함하는 전자기 회로가 드라이브로서 사용되고, 상기 솔레노이드 코일(10)은 코일 하우징(11)에서 캡슐화되며, 솔레노이드 코일(10)의 내극(13)에 놓인 코일 캐리어(12)에 감겨진다. 내극(13)과 밸브 하우징(9)은 축소부(26)에 의해 서로 분리되고 비 강자성 연결부(29)에 의해 서로 연결된다. 솔레노이드 코일(10)은 전기 플러그 접점(17)을 통해 공급될 수 있는 전류에 의해 라인(19)을 통해 여기된다. 플러그 접점(17)은 내극(13) 상에 성형될 수 있는 플라스틱 외피(18)에 의해 둘러싸여 있다. 대안으로서, 압전 또는 자기 변형 액추에이터도 사용될 수 있다.

밸브 니들(3)은 예를 들어 디스크 모양으로 구현된 밸브 니들 가이드(14)에서 안내된다. 쌍을 이룬 조절 디스크(15)는 스트로크 조절을 위해 사용된다. 전기자(20)는 조절 디스크(15)의 다른 측면 상에 배치된다. 이 전기자(20)는 제 1 플랜지(21)를 통해 밸브 니들(3)에 압력 끼워 맞춤 방식으로 연결되고, 상기 밸브 니들(3)은 용접 시임(22)에 의해 제 1 플랜지(21)에 연결된다. 제 1 플랜지(21)에 리턴 스프링(23)이 지지되고, 상기 리턴 스프링(23)은 연료 분사 밸브(1)의 본 구성에서 조절 슬리브(24)에 의해 예응력을 받는다.

연료 채널들(30, 31 및 32)이 밸브 니들 가이드(14) 내에, 전기자(20) 내에 그리고 가이드 부재(41) 상에 연장된다. 연료는 중앙 연료 공급부(16)를 통해 공급되고 필터 요소(25)에 의해 필터링된다. 연료 분사 밸브(1)는 시일(28)에 의해 도시되지 않은 연료 분배 라인에 대해 밀봉되고 추가 시일(36)에 의해 도시되지 않은 실린더 헤드에 대해 밀봉된다.

엘라스토머 재료로 이루어진 환형 댐핑 요소(33)는 전기자(20)의 하류 측에 배치된다. 상기 댐핑 요소(33)는 제 2 플랜지(34) 상에 놓이고, 상기 제 2 플랜지(34)는 용접 시임(35)을 통해 밸브 니들(3)에 압력 끼워 맞춤 방식으로 연결된다.

연료 분사 밸브(1)의 유휴 상태에서, 전기자(20)는 리턴 스프링(23)에 의해 그 스트로크 방향과 반대로 가압되므로, 밸브 폐쇄 부재(4)가 밸브 시트면(6)에 밀봉 접촉 상태로 유지된다. 솔레노이드 코일(10)이 여기될 때, 솔레노이드 코일(10)은 전기자(20)를 리턴 스프링(23)의 힘에 대항해서 스트로크 방향으로 이동시키는 자기장을 형성하고, 스트로크는 유휴 상태에서 내극(12)과 전기자(20) 사이에 있는 작동 갭(27)에 의해 미리 정해진다. 전기자(20)는 밸브 니들(3)과 용접된 제 1 플랜지(21)를 마찬가지로 스트로크 방향으로 데리고 간다. 밸브 니들(3)에 연결된 밸브 폐쇄 부재(4)는 밸브 시트면(6)으로부터 들어 올려지고 연료는 분사 개구들(7)을 통해 분사된다.

코일 전류가 차단되면, 전기자(20)는 자기장의 충분한 감소 후에 리턴 스프링(23)의 압력에 의해 내극(13)으로부터 떨어지며, 그 결과 밸브 니들(3)에 연결된 제 1 플랜지(21)는 스트로크 방향과 반대로 이동된다. 이로써, 밸브 니들(3)은 동일한 방향으로 이동되고, 그 결과 밸브 폐쇄 부재(4)가 밸브 시트면(6) 상에 놓이며 연료 분사 밸브(1)가 폐쇄된다.

도 2는 종래 기술에 따른 도 1의 부분 II-V로서 밸브 시트면(6)을 향한 밸브 니들 단부의 개략적인 확대도를 도시한다. 상기 공지된 밸브 니들(3)에서, 핀형 중실 밸브 니들 샤프트(45)는 밸브 길이 방향 축(40)의 영역의 중앙에서 구형 밸브 폐쇄 부재(4) 상에 배치된다. 밸브 니들 샤프트(45)와 밸브 폐쇄 부재(4)의 고정 연결을 형성하기 위해, 밸브 폐쇄 부재(4)는 먼저 밸브 니들 샤프트(45)의 평평한 단부면에 대해 가압되고, 그 후에 레이저 용접에 의해 둘레에 연장되는 딥 용접 시임 또는 둘레에 걸쳐 분포된 다수의 용접점이 중앙 접촉 영역 주위에 형성된다.

밸브 니들(3)의 양호한 동심도 및 밸브 니들 샤프트(45)와 밸브 폐쇄 부재(4)의 정확한 정렬을 달성하기 위해, 두 부품 사이의 고정 연결의 형성은 비교적 복잡하다. 두 부품(4, 45)은 용접 동안 개별적으로 구동되어야 하고, 용접 및 후속하는 냉각 동안 균열을 피하기 위해 밸브 니들 샤프트(45) 및 밸브 폐쇄 부재(4)의 회전 속도의 정확한 조정이 필요하다. 또는 대안으로서, 용접 공정 동안 레이저 광학계가 고정 부품인 밸브 니들 샤프트(45) 및 밸브 폐쇄 부재(4) 주위로 이동되어야 하며, 이는 용접 시스템에 대한 특히 많은 비용을 의미한다.

따라서, 본 발명의 과제는 생산이 단순화되고, 시임 붕괴 없는 용접 시임을 가진 신뢰성 있고 내구성 있는 연결 영역을 가지며, 동심도 및 부품 정렬에 대한 모든 요건을 충족시키는 밸브용 밸브 니들(3)을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 과제는 핀형 중실 밸브 니들 샤프트(45)와 구형 밸브 폐쇄 부재(4) 사이의 접촉 영역이 밸브 길이 방향 축(40)의 반경 방향 외측에 위치하고 환형으로 주변에 연장됨으로써 해결된다.

도 3은 본 발명에 따른 밸브 니들(3)의 제 1 실시예를 도 2와 유사한 확대도로 도시한다. 이 실시예에서, 밸브 폐쇄 부재(4)를 향하는 밸브 니들 샤프트(45)의 하단은 하단면으로부터 시작하여 블라인드 홀(50)을 가지며, 이는 센터링 홀로서 사용된다. 블라인드 홀(50)은 절단된 원추 영역(51)에서 밸브 폐쇄 부재(4)를 향해 연장되며, 구형 밸브 폐쇄 부재(4)는 개선된 구 센터링을 위해 상기 절단된 원추 영역(51)에 배치된다. 따라서, 밸브 니들 샤프트(45)에 밸브 폐쇄 부재(4)의 접촉은 절단된 원추 영역(51)에서 대체로 선형이고 환형이다.

도 4는 본 발명에 따른 밸브 니들(3)의 제 2 실시예를 도 2와 유사한 확대도로 도시한다. 이 실시예에서, 밸브 폐쇄 부재(4)를 향하는 밸브 니들 샤프트(45)의 하단은 하단면으로부터 시작하여 구형 캡 영역(52) 형태의 리세스를 가지며, 이는 센터링 보조부로서 사용된다. 구형 밸브 폐쇄 부재(4)는 개선된 구 센터링을 위해 구형 캡 영역(52)에 배치된다. 구형 캡 영역(52)의 직경은 밸브 폐쇄 부재(4)가 밸브 니들 샤프트(45)의 구형 캡 영역(52)의 외부 에지에 항상 접촉하는 것을 보장하기 위해 구형 밸브 폐쇄 부재(4)의 직경보다 약간 더 작다.

도 5는 본 발명에 따른 밸브 니들(3)의 제 3 실시예를 도 2와 유사한 확대도로 도시한다. 이 실시예에서, 밸브 폐쇄 부재(4)를 향하는 밸브 니들 샤프트(45)의 하단은 하단면으로부터 시작하여 원추형 영역(53)을 가지며, 이는 밸브 폐쇄 부재(4)의 센터링을 위해 사용된다. 구형 밸브 폐쇄 부재(4)는 개선된 구 센터링을 위해 원추형 영역(53)에 배치된다. 따라서, 밸브 니들 샤프트(45)에 밸브 폐쇄 부재(4)의 접촉은 상기 원추형 영역(53)에서 대체로 선형이고 환형이다.

모든 실시예에서, 구형 밸브 폐쇄 부재(4)는 밸브 니들 샤프트(45)의 반대편을 향하는 하부면에 코팅, 예를 들어 DLC(diamond-like carbon) 코팅을 포함할 수 있다.

도 3 내지 도 5에서 밸브 니들(3)의 연결 영역의 도시는 개략적이며 정확한 스케일이 아니다.

1: 연료 분사 밸브
4: 밸브 폐쇄 부재
5: 밸브 시트 부재
6: 배브 시트면
7: 분사 개구
10: 액추에이터
40: 밸브 길이 방향 축
45: 밸브 니들 샤프트
50: 블라인드 홀
51: 절단된 원추 영역
52: 구형 캡 영역
53: 원추형 영역

Claims (10)

1. 내연 기관의 연료 분사 시스템용 유체 계량 밸브, 특히 연소실 내로 연료를 직접 분사하기 위한 특히 연료 분사 밸브(1)로서, 상기 연료 분사 밸브(1)는 밸브 시트 부재(5)에 형성된 밸브 시트면(6)과 함께 밀봉 시트를 형성하는 밸브 폐쇄 부재(4)를 작동시키기 위해 여기 가능한 액추에이터(10)를 포함하며 상기 밸브 시트면(6)의 하류에 형성된 적어도 하나의 분사 개구(7)를 포함하고, 상기 밸브 폐쇄 부재(4)는 구형이며, 밸브 길이 방향 축(40)을 따라 축 방향으로 이동 가능한 밸브 니들(3)의 일부로서, 핀형 중실 밸브 니들 샤프트(45)에 고정 연결되는, 상기 연료 분사 밸브에 있어서,
   상기 밸브 니들 샤프트(45)와 밸브 폐쇄 부재(4) 사이의 접촉 영역은 상기 밸브 길이 방향 축(40)의 반경 방향 외측에 위치하고 환형으로 주변에 연장되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 밸브 폐쇄 부재(4)는 상기 밸브 니들 샤프트(45)에 대체로 선형 접촉함으로써 상기 밸브 니들 샤프트에 대해 센터링되어 배치될 수 있고 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 밸브 폐쇄 부재(4)를 향한 상기 밸브 니들 샤프트(45)의 하단면은 원추형 영역(53)을 포함하고, 상기 밸브 폐쇄 부재(4)가 상기 원추형 영역(53)에 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 밸브 폐쇄 부재(4)를 향한 상기 밸브 니들 샤프트(45)의 상기 하단면은 센터링 홀로서 사용되는 블라인드 홀(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 블라인드 홀(50)은 절단된 원추 영역(51)에서 상기 밸브 폐쇄 부재(4)를 향해 연장되고, 상기 구형 밸브 폐쇄 부재(4)가 상기 절단된 원추 영역(51)에 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 밸브 폐쇄 부재(4)를 향한 상기 밸브 니들 샤프트(45)의 상기 하단면은 구형 캡 영역(52) 형태의 리세스를 포함하고, 상기 밸브 폐쇄 부재(4)가 상기 구형 캡 영역(52)에 배치될 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 구형 캡 영역(52)의 직경은 상기 구형 밸브 폐쇄 부재(4)의 직경보다 약간 더 작은 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 구형 폐쇄 부재(4)는 상기 밸브 니들 샤프트(45)의 반대편을 향하는 하부면에 코팅을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 코팅은 DLC(diamond-like carbon)와 같은 비정질 탄소 층으로 수행되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 니들 샤프트(45)와 상기 밸브 폐쇄 부재(4)의 고정 연결은 열전도 용접 시임을 제공함으로써 용접에 의해 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 밸브.

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