KR101479921B1

KR101479921B1 - 적어도 부분적으로 원통형인 이동 부재를 구비한 밸브 장치

Info

Publication number: KR101479921B1
Application number: KR1020137013329A
Authority: KR
Inventors: 올리버 게룬트; 위르겐 할러; 레네 데폰테
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2015-01-12
Also published as: JP5586790B2; WO2012069236A1; KR20130133780A; KR20140099960A; EP2643619A1; KR101824420B1; DE102010062077A1; US20130323090A1; CN103221724A; US9249893B2; CN103221724B; EP2643619B1; JP2014500453A

Abstract

적어도 부분적으로 원통형인 이동 부재(20)와 가이드 부재(32)를 포함하는 밸브 장치(10)로서, 상기 가이드 부재는 이동 부재(20)를 가이드 하기 위한 가이드 리세스(64)를 포함하며 밸브 하우징(14) 내로 압입되고, 가이드 부재(32)는 방사방향 내부의 링형 섹션(60)과 방사방향 외부의 링형 섹션(62)을 갖고, 내부 링형 섹션(60)에 가이드 리세스(64)가 배치되고, 외부 링형 섹션(62)은 외주(66)에 원주에 걸쳐 균일하게 분포 배치된 N개의 콘택 섹션들(68)을 포함하고, 상기 콘택 섹션들에 의해 외부 링형 섹션(62)은 밸브 하우징(14) 내로 압입되고, 내부 링형 섹션(60)은 원주 방향으로 균일하게 분포 배치된 N개의 연결 섹션들(70)을 통해 외부 링형 섹션(62)에 연결되고, 연결 섹션들(70)은 원주 방향으로 볼 때 콘택 섹션들(68)과 관련해서 180°/N의 각도(W2) 만큼 방사방향으로 오프셋 된다.

Description

적어도 부분적으로 원통형인 이동 부재를 구비한 밸브 장치{VALVE DEVICE HAVING A MOVEMENT ELEMENT WHICH IS CYLINDRICAL AT LEAST IN SECTIONS}

본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 밸브 장치에 관한 것이다.

시중에 자기 전환 밸브들이 공지되어 있다. 상기 밸브들의 경우에 흔히 아마추어의 행정 운동이 밸브 니들을 통해 밸브 바디에 전달되고, 상기 밸브 니들은 밀봉 시트에서 고유의 밸브 기능을 실시할 수 있다. 밸브 니들은 일반적으로 원통형 재킷면의 섹션에 안내된다("가이드 면"). 상기 가이드 면은 바람직하게 경질 표면을 가지므로, 수명에 걸쳐 마모가 적다. 이는 특히, 상기 전환 밸브들이 브레이크액, 가솔린 연료 또는 디젤 연료를 전환하여 상기 연료에 의해 관류되는 경우에 바람직한데, 그 이유는 상기 매체들은 낮은 윤활 특성을 갖기 때문이다. 따라서, 니들의 가이드를 예를 들어 경화된 별도의 부품에 의해 구현하는 것이 제안된다. 상기 가이드 부품의 장착을 위한 저렴한 방법은, 별도의 가이드 부품을 전환 밸브의 하우징 섹션 내로 압입하는 것이다.

이러한 전문 분야의 특허 공보는 예컨대 DE 10 2008 043 237 A1, DE 10 2007 034 038 A1, DE 10 2007 028 960 A1, DE 10 2005 022 661 A1, DE 10 2004 061 798, DE 2004 016 554 A1, DE 103 27 411 A1, DE 198 34 121 A1, EP 1 701 031 A1, EP 1 471 248 A1, EP 1 296 061 A2 및 DE 198 33 461 A1호이다.

본 발명의 과제는 연료, 유압 오일 또는 브레이크액의 전환에 이용될 수 있는, 원통형 이동 부재를 포함하는 밸브 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제는 청구범위 제 1 항에 따른 밸브 장치에 의해 해결된다.

바람직한 개선예들은 종속 청구항에 제시된다. 또한, 본 발명의 주요 특징들은 하기 설명 및 도면에 제시되고, 이 경우 특징들은 다시 명시적으로 언급되지 않더라도 단독으로 또는 다수의 조합된 형태로도 본 발명에 중요할 수 있다.

부품의 경도 외에 가이드 유격은 가이드 영역 내의 부품 마모에 큰 영향을 미친다. 가이드 부품의 전술한 압입시 본 발명에 따라, 가이드 부품의 외부 섹션으로부터 밸브 니들을 안내하는 방사방향 내부 보어로 압착력이 전달될 수 없다. 따라서 압착력의 이러한 전달로 인해 내부 보어가 이상적인 원으로부터 벗어나고 및/또는 보어 직경이 축소되는 것이 방지된다. 따라서 가이드 유격의 치수 설계시 이러한 상황이 고려될 필요가 없으므로, 공칭 유격은 일반적으로 매우 작게 설계된다.

본 발명에 따른 밸브 장치는 이동 부재의 - 예컨대 밸브 니들 - 의 가이드를 위한 가이드 부재가 가이드 부재의 방사방향 외부의 링형 섹션에 인가되는 압착력이 실질적으로 가이드 리세스로부터 분리되도록 밸브 하우징 내로 압입될 수 있는 장점을 제공한다. 이로 인해 방사방향 가이드 유격이 작아질 수 있고, 가이드 부재 또는 밸브 니들의 마모가 감소될 수 있다. 또한, 압입력이 감소될 수 있다.

본 발명은 방사방향 외부의 링형 섹션에 인가되는 압착력이 기본적으로 방사방향 압축 응력을 일으키고, 상기 압축 응력은 가이드 리세스의 횡단면을 축소시킬 수 있다는 사상에서 시작된다. 따라서 가이드 부재는 본 발명에 따라 방사방향 내부 링형 섹션("내부 섹션") 및 방사방향 외부 링형 섹션("외부 섹션")을 갖는다. 외부 섹션은 원주에 바람직하게 원주에 걸쳐 균일하게 분포 배치된 N개의 콘택 섹션들을 갖고, 상기 콘택 섹션에 의해 가이드 부재는 밸브 하우징 내로 압입된다. 이로써, 외부로부터 방사방향으로 작용하는 압착력은 접촉 섹션에서만 가이드 부재에 작용한다.

또한, 본 발명에 따라 내부 섹션과 외부 섹션 사이에 최대 N개의 연결 섹션들이 마찬가지로 바람직하게 원주방향으로 균일하게 분포 배치된다. 연결 섹션들 사이에 방사방향 또는 원주방향으로 연결 섹션과 관련해서 더 낮은 강성을 갖는 영역이 배치된다. 본 발명에 따라 이렇게 형성된 연결 섹션들은 원주방향으로 볼 때 콘택 섹션에 대해서 오프셋 되어 배치되고, 특히 180°/N의 각도만큼 오프셋 된다. 이로써 가이드 부재는 바람직하게 개수 N에 상응하게 방사방향 대칭으로 구현된다. 물론, 모든 연결 섹션들은, 하나의 연결 섹션의 강성이 인접한 2개의 연결 섹션들 사이에 배치된 섹션의 강성보다 큰 경우에, 상이한 강성의 다수의 섹션들을 포함할 수 있다.

원주방향으로 볼 때 연결 섹션에 대해서 콘택 섹션들의 오프셋으로 인해, 콘택 섹션에서 가이드 부재에 작용하는 압착력은 직선이 아니라 방사방향으로 내부 섹션으로 전달된다. 간단히 말하면, 상기 힘은 더 작은 강성을 갖는 연결 섹션들 사이에 놓인 섹션들의 변형에 의해 흡수된다. 이로 인해 가이드 리세스는 실질적으로 압착력으로부터 분리되고, 따라서 상기 압착력에 의해 거의 변형되지 않는다.

본 발명의 실시예에서, 개수 N은 3개이다. 3개의 콘택 섹션과 3개의 연결 섹션을 갖는 가이드 부재는 안정적으로 압입될 수 있고, 가이드 리세스를 매우 약간 변형시킬 수 있다. 이러한 가이드 부재는 또한 간단하고 저렴하게 제조될 수 있다.

원주방향으로 볼 때 연결 섹션들 사이에 리세스들이 배치되는 것이 특히 바람직하다. 이로 인해 밸브 장치의 작동에 필요한, 예컨대 연료가 유동할 수 있는 축방향 개구들이 가이드 부재 내에 형성될 수 있다. 바람직하게 리세스들은 콘택 섹션 및 연결 섹션에 상응하는 동일한 개수(N)를 갖고, 마찬가지로 원주방향으로 균일하게 분포 배치된다. 특히, 리세스들은 연결 섹션들 사이에 방사방향으로 배치될 수 있으므로 - 낮은 강성을 갖는 전술한 영역에 상응하게 - , 가이드 리세스는 본 발명에 따라 하중을 받지 않는다. 따라서 리세스들은 동시에 두 가지 기능을 수행하고 저렴하게 제조될 수 있다.

밸브 장치의 실시예에서, 리세스들은 콩팥 형태이다. 콩팥 형태는 연료의 안내를 위한 충분히 큰 횡단면을 갖도록 구현될 수 있고, 원형 형태로 인해 국부적으로 증가된 기계적 응력을 감소시킨다. 물론, 리세스는 콩팥 모양과 다른 임의의 형태로 형성될 수도 있다.

밸브 장치의 다른 실시예에서, 외부 링형 섹션의 외주에 원주방향으로 볼 때, 콘택 섹션들 사이에 편평부가 배치된다. 콘택 섹션들은 예를 들어 그 사이에 놓인 편평부에 의해 가이드 부재의 원형의 기본 형태로 형성될 수 있다. 편평부는 간단하고, 저렴하게 더 많은 재료 제거 없이 제조될 수 있다.

보완적으로 편평부는 볼록한 또는 오목한 외부 윤곽을 갖는다. 이로 인해 외부 섹션은 강성 또는 기계적 응력의 분배와 관련해서 최적화될 수 있다. 이로써 외부 섹션의 "웨브 폭"도 원주를 따라 방사방향으로 조정될 수 있고, 이 경우 바람직하게 가이드 부재의 방사방향 대칭이 유지된다. 물론, "편평부"는 임의의 다른 형상을 갖는 "리세스" 또는 이와 유사한 것일 수도 있다.

가이드 부재가 일체형으로 제조되는 경우에 이것은 더 간단하게 조립된다. 일체형 가이드 부재는 하나의 공정 단계로 제조될 수 있고, 모든 섹션에서 규정된 강도를 갖고, 상기 강도는 실질적으로 가이드 부재의 재료 및 형상에 의존한다.

또한, 가이드 부재는 스탬핑, 절삭 방법 또는 MIM("금속 사출 성형; Metal injection molding", 분말 사출 성형)에 의해 제조되는 것이 제안된다. 이로 인해 가이드 부재는 구체적인 실시예에 따라 적절한 방법에 의해 저렴하고 정밀하게 제조될 수 있다. 예를 들어 스탬핑 공정은 재료 두께와 관련해서 가이드 부재의 섹션의 정해진 최소 폭을 필요로 한다. 또한, 본 발명에 따라 가이드 부재의 제조를 위해 플라스틱 사출 성형 방법도 가능하다.

밸브 장치는 특히 연료, 유압 오일 또는 브레이크액의 전환에 이용될 수 있다. 이러한 용도에서 이동 부재는 밸브 기능을 위해 특히 정밀하게 안내되어야 한다. 이는, 가이드 리세스가 본 발명에 따라 비교적 작은 유격으로 제조될 수 있음으로써 달성된다. 또한, 가이드 부재의 리세스는 연료, 오일 또는 브레이크액의 관류를 가능하게 함으로써, 밸브 기능에 통합될 수 있다.

밸브 장치의 다른 실시예에서, 밸브 장치는 연료 고압 펌프의 유량 제어 밸브이다. 유량 제어 밸브는 고압 펌프에 공급되는 연료량의 정확한 조량을 위해 이용된다. 이 경우 가이드 부재의 본 발명에 따라 개선된 가이드 특성이 바람직하게 작용한다.

후속해서 본 발명의 바람직한 실시예들이 도면을 참고로 설명된다.

도 1은 밸브 장치의 개략적인 부분 단면도.
도 2는 유량 제어 밸브의 부분 단면도.
도 3은 가이드 부재의 평면도.
도 4는 도 3의 가이드 부재의 IV-IV의 단면도.

다른 실시예라도 모든 도면에서 동일한 기능을 하는 부재들 및 크기들은 동일한 도면부호로 표시된다.

도 1은 밸브 장치(10)를 매우 개략적으로 간단하게 도시한 부분 단면도로 도시한다. 밸브 장치(10)는 도시되지 않은 내연기관의 유량 제어 밸브의 부재이고, 길이방향 축선(12)을 중심으로 실질적으로 회전 대칭으로 구현된다. 밸브 장치(10)는 하우징(14)의 다수의 다양한 섹션을 포함하고, 상기 섹션에 밸브 장치(10)의 부재들이 배치된다. 도면 상부 영역에 축방향으로 이동 가능한 아마추어(16)가 배치되고, 상기 아마추어는 축방향 아마추어 보어(18)를 갖는다. 아마추어(16)는 밸브 부재(20)의 - 도면에서 상부의 - 단부 영역에 견고하게 고정된다. 밸브 부재(20)는 이동 가능하므로 이동 부재(20)이다. 아마추어(16)의, 도면에서 상부의 단부면은 아마추어(16)의 도시된 축방향 위치에서 아마추어 갭(24)에 의해 폴 코어(26)로부터 이격된다. 아마추어(16) 및 폴 코어(26)를 중심으로 방사방향으로 밸브 장치(10)의 코일(22)의 권선이 배치된다. 아마추어(16)의 상부에 아마추어(16) 또는 밸브 부재(20)의 단부 섹션과 하우징(14)의 섹션 사이에 아마추어 스프링(30)이 배치되고, 상기 스프링은 아마추어(16) - 및 밸브 부재(20)를 - 도면에서 아래로 이동시킨다. 밸브 부재(20)는 2개의 가이드 부재(32)에 의해 방사방향으로 안내된다. 가이드 부재들(32)은 리세스들(34)을 포함하고, 상기 리세스를 통해 연료가 축방향으로 흐를 수 있다.

도면에서 밸브 부재(20)의 하단부 영역은 플레이트 형태의 밸브 바디(36)에 부딪힌다. 밸브 부재(20)는 밸브 바디(36)를 도면에서 밸브 스프링(38)의 힘에 대항해서 아래로 이동시키므로, 밸브 바디(36)는 휴지 시트(40)에 놓인다. 밸브 스프링(38)은 하우징(14)의 섹션에 지지된다.

또한, 하우징(14)은 방사방향 개구(42)를 포함하고, 상기 개구를 통해 연료가 밸브 장치(10)의 유체 챔버(44) 내로 흐를 수 있다. 도면에서, 밸브 바디(36)의 상부에 밀봉 시트(48)가 배치되고, 상기 밀봉 시트에 밸브 바디(36)가 부딪힐 수 있다.

도 1에는 밸브 장치(10)의 개방된 상태가 도시된다. 코일(22)에 전류가 공급되지 않고, 밸브 바디(36)는 아마추어 스프링(30) 및 밸브 부재(20)에 의해 도시된 개방 위치로 이동된다.

코일(22)에 전류가 공급되면, 아마추어(16)는 자력에 의해 도면에서 상부로 폴 코어(26)에 의해 당겨지므로, 아마추어 갭(24)은 실질적으로 사라진다. 밸브 스프링(38)은 밸브 바디(36)를 도면에서 상부로 밀봉 시트(48)에 대해 이동시키므로, 밸브 장치(10)를 폐쇄할 수 있다.

도 2는 내연기관의 연료 고압 펌프의 유량 제어 밸브(10)의 부분적인 단면도를 도시한다. 기본적인 구조와 기본적인 기능은 도 1의 밸브 장치(10)와 적어도 유사하다. 따라서 각각의 부재들은 그 도면부호에 의해 식별될 수 있다.

도 2의 밸브 장치(10)에서 아마추어 스프링(30)은 가이드 부재(32)와 니들 칼라(50) 사이에 배치되고, 이 경우 아마추어 스프링(30)도 밸브 부재(20)를 도면에서 아래로 이동시킨다. 가이드 부재(32)는 하우징(14) 내로 압입된다. 리세스(34)가 예시적으로 도시된다. 도 2의 우측 상부 영역에 코일(22)의 접속을 위한 콘택(52)이 배치된다.

도 3은 가이드 부재(32)를 평면도로 도시한다. 가이드 부재(32)는 개수 N(이에 대해 아래에서 더 설명됨)에 따라 방사방향 대칭으로 구성되고, 방사방향 내부 링형 섹션(60;"내부 섹션(60)") 및 방사방향 외부 링형 섹션(62;"외부 섹션(62)")을 포함한다. 개수 N는 3개이다. 내부 섹션(60)에서 가이드 리세스(64)는 센터링 보어로서 구현된다. 외부 섹션(62)은 그 외주(66)에 원주에 걸쳐 균일하게 분포 배치된 N=3개의 콘택 섹션들(68)을 갖고, 상기 섹션들은 서로 120°의 각도(W1)를 형성한다. 내부 섹션(60)은 마찬가지로 원주방향으로 균일하게 분포 배치된 N=3개의 연결 섹션들(70)을 통해 외부 섹션(62)에 연결된다. 연결 섹션들(70)은 원주방향으로 볼 때 콘택 섹션들(68)과 관련해서 각도(W2) 만큼 오프셋 된다. 각도(W2)는 하기식으로부터 주어진다.

W2 = 180°/N = 60°, 이 경우, N = 3.

연결 섹션들(70) 사이에 리세스(34)가 배치되고, 상기 리세스는 이 경우 콩팥 형태이다. 외부 섹션(62)은 영역(72) 내에 배치되고, 이 경우 외부 섹션(62)은 콘택 섹션들(68) 사이에 영역(72)과 관련해서 3개의 편평부(74)를 갖는다. 이 경우 편평부(74)는 "편평하게" 구현된다. 도시되지 않은 제 1 대안 실시예에서 편평부(74)는 볼록한 외부 윤곽을 갖고, 제 2 대안 실시예에서는 오목한 외부 윤곽을 갖는다.

이 경우 스탬핑 공정에 의해 일체형으로 제조된 가이드 부재(32)는 하우징(14)의 방사방향 내부 원통형 섹션 내로 3개의 콘택 섹션들(68)에 의해 압입된다. 소정의 압력 또는 강도를 가능하게 하기 위해, 하우징 섹션의 내경은 영역(72)의 반경보다 약간 작다. 압입된 상태에서 가이드 부재(32)에 작용하는 방사방향 힘은 3개의 화살표 76에 의해 상징적으로 도시된다.

압력은 화살표 76 방향으로 콘택 섹션(68) 또는 외부 섹션(62)에 작용하지만, 거기에서부터 방사방향 내측으로 전달될 수 없는 것을 알 수 있는데, 그 이유는 리세스들(34)이 이를 저지하기 때문이다. 압력은 리세스(34)의 변형에 의해 흡수된다. 이로 인해 가이드 리세스(64)는 콘택 섹션(68)에 작용하는 압력으로부터 광범위하게 분리된다. 따라서 가이드 리세스(64)의 형상 또는 반경은 실질적으로 변경되지 않는다. 따라서 이동 부재(20)의 가이드에 필요한 방사방향 유격은 가압으로 인한 가이드 리세스(64)의 가능한 변형을 고려하기 위해 추가 공차를 필요로 하지 않거나 약간만 필요로 한다.

도 4는 도 3의 라인 IV-IV을 따른 가이드 부재(32)의 단면도를 도시한다. 가이드 부재(32)는 두께 또는 재료 두께(78)를 갖는다.

물론, 콘택 섹션(68), 리세스(34) 및/또는 연결 섹션들(70)이 반드시 각각 원주에 걸쳐 균일하게 분포되어야 하는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 따라 콘택 섹션들(68)의 개수는 연결 섹션들(70)의 개수보다 많을 수 있다.

10 : 밸브 장치
14 : 밸브 하우징
20 : 이동 부재
32 : 가이드 부재
60 : 내부 링형 섹션
62 : 외부 링형 섹션
68 : 콘택 섹션
70 : 연결 섹션

Claims

이동 부재(20)와 가이드 부재(32)를 포함하는 밸브 장치(10)로서, 상기 가이드 부재는 상기 이동 부재(20)의 가이드를 위한 가이드 리세스(64)를 포함하며, 밸브 하우징(14) 내로 압입되는 밸브 장치에 있어서,
상기 가이드 부재(32)는 방사방향 내부 링형 섹션(60) 및 방사방향 외부 링형 섹션(62)을 포함하고, 상기 방사방향 내부 링형 섹션(60)에 상기 가이드 리세스(64)가 배치되고, 상기 방사방향 외부 링형 섹션(62)은 외주(66)에 콘택 섹션들(68)을 포함하고, 상기 콘택 섹션들에 의해 상기 외부 링형 섹션은 상기 밸브 하우징(14) 내로 압입되고, 상기 방사방향 내부 링형 섹션(60)은 다수의 연결 섹션들(70)을 통해 상기 방사방향 외부 링형 섹션(62)에 연결되고, 상기 연결 섹션들은 원주방향으로 볼 때 상기 콘택 섹션들(68)과 관련해서 오프셋 되어 배치되고,
상기 밸브 장치(10)는 원주에 걸쳐 거의 균일하게 분포 배치된 N개의 상기 콘택 섹션들(68)을 포함하고, 상기 연결 섹션들(70)은 대략 180°/N의 각도(W2)만큼 상기 콘택 섹션들(68)에 대해 오프셋 되어 배치되는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 연결 섹션들(70)의 개수는 최대로 상기 콘택 섹션들(68)의 개수 N과 동일한 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 개수 N은 3개인 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 원주방향으로 볼 때 상기 연결 섹션들(70) 사이에 리세스들(34)이 배치되는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 리세스들(34)은 콩팥 형태인 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 외부 링형 섹션(62)의 외주(66)에서 원주방향으로 볼 때 상기 콘택 섹션들(68) 사이에 편평부(74)가 제공되는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
제 7 항에 있어서, 상기 편평부(74)는 볼록한 또는 오목한 외부 윤곽을 갖는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 가이드 부재(32)는 일체형으로 제조되는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 가이드 부재(32)는 스탬핑, 절삭 방법 또는 MIM에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 밸브 장치(10)가 연료, 유압 오일 또는 브레이크액의 전환에 이용되는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
제 11 항에 있어서, 상기 밸브 장치(10)는 연료 고압 펌프의 유량 제어 밸브인 것을 특징으로 하는 밸브 장치.