KR20150008083A

KR20150008083A - 유체 계량 밸브

Info

Publication number: KR20150008083A
Application number: KR1020147030870A
Authority: KR
Inventors: 미하엘 크노르프; 미하엘 마이어; 마르틴 뷔너
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2012-05-04
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2015-01-21
Also published as: DE102012207406A1; EP2844864B1; US9677520B2; JP6022036B2; JP2015521256A; US20150090913A1; EP2844864A1; WO2013164131A1

Abstract

본 발명은 유체 계량 밸브에 관한 것이며, 상기 밸브는 밸브 개구(14) 및 밸브 시트(15)를 구비한 밸브 하우징(11), 상기 밸브를 교대로 폐쇄 및 개방하기 위해 상기 밸브 시트(15)와 상호 작용하는 폐쇄 바디(161)를 구비한 밸브 니들(16), 밸브의 폐쇄를 위해 상기 밸브 니들(16)에 작용하는 리턴 부재(11), 및 행정 운동 동안 구동될 수 있는 아마추어(22)를 구비한, 전류 공급 가능한 전자석(18)을 포함한다. 상기 아마추어는 밸브 니들(16) 상에 축 방향으로 이동 가능하게 놓이고, 밸브의 개방을 위해, 밸브 니들 상에 배치된 드라이버 플랜지(24)를 통해 행정 방향으로 밸브 니들을 데리고 간다. 밸브의 간단한 제조와 장착을 위해 그리고 동시에 프리스트로크 스프링 및 아마추어 자유 경로를 가진 밸브에 내재하는 장점을 얻기 위해, 아마추어(22)는 다이어프램 스프링(31)에 의해 밸브 하우징(11)에 지지된다.

Description

유체 계량 밸브{VALVE FOR METERING FLUID}

본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 유체 계량 밸브에 관한 것이며, 여기서 유동 매체에 대한 상위 개념인 유체는 가스와 액체에 대한 유체 역학과 관련해서 사용된다.

공지된 연료 분사 밸브(DE 101 08 945 A1)에서, 밸브 니들은 전자석의 아마추어와 압력 끼워맞춤 방식으로 결합되며, 폐쇄 바디를 지지하고, 상기 폐쇄 바디는 밸브 시트와 함께 밸브 개구에서 밀봉 시트를 형성하고, 상기 밀봉 시트는 밸브의 폐쇄를 위해 형성되며 밸브의 개방을 위해 취소된다. 밀봉 시트의 형성을 위해, 폐쇄 바디로부터 떨어진 밸브 니들의 단부에 그리고 조정 슬리브에 지지되는 리턴 스프링은 폐쇄 바디를 밸브 시트에 대해 가압한다. 밸브 니들은 칼라형 아마추어 스토퍼 및 드라이버 플랜지를 포함하고, 이들은 밸브 니들 상의 아마추어를 축 방향으로 이동시키기 위해 아마추어의 소위 프리스트로크(prestroke)를 가능하게 한다. 나선 압축 스프링으로서 형성된 프리스트로크 스프링은 아마추어를 압력 끼워맞춤 방식으로 아마추어 스토퍼에 가압한다. 전자석에 전류 공급에 의해, 아마추어는 프리스트로크 및 리턴 스프링의 힘에 대항해서 행정 방향으로 이동된다. 아마추어의 전체 행정은 프리스트로크 및 밸브 시트로부터 폐쇄 바디의 분리에 의한 실제 개방 행정으로 분할된다. 프리스트로크 동안, 폐쇄 바디는 밸브 시트 상에 여전히 머문다. 개방 행정은, 프리스트로크의 종료 후 아마추어가 드라이버 플랜지에 부딪히고 이것을 통해 밸브 니들을 행정 방향으로 데리고 가면, 시작된다.

상기 밸브는 아마추어 및 밸브 니들이 강하게 결합된 밸브에 비해, 밸브 폐쇄 시에 이동되는 관성 질량이 2개의 부분 질량, 즉 아마추어, 및 폐쇄 바디를 구비한 밸브 니들로 분할된다는 장점을 갖고, 이는 밸브 폐쇄시 소음을 줄인다. 프리스트로크 스프링 및 아마추어 자유 경로는 한편으로는 밸브의 개방 다이내믹을 개선하고 다른 한편으로는 유체의 재현 가능한 계량을 못하게 하는 소위 바운싱을 댐핑한다. 개방 다이내믹은, 밸브의 폐쇄 상태에서 예비 응력을 받는 프리스트로크 스프링이 아마추어를 전자석의 자력에 추가해서 가속시키므로, 밸브가 더 적은 힘 소비로 개방될 수 있게 함으로써, 소위 기계적 부스터링에 의해 달성된다. 바운싱은 프리스트로크 스프링의 댐핑 효과에 의해 방지되는데, 그 이유는 프리스트로크 스프링이 밸브의 폐쇄시 밸브 시트에 대한 폐쇄 바디의 제 1 부딪힘 후에, 아마추어의 리바운싱에 의해 생긴 아마추어의 운동을 행정 방향으로 댐핑하고, 그에 따라 아마추어 스토퍼에 아마추어의 부딪힘에 의해, 밸브 시트로부터 폐쇄 바디의 가능한, 새로운, 단시간의 분리를 저지한다.

프리스트로크 스프링 및 아마추어 자유 경로를 가진 다른 밸브는 DE 198 49 210 A1, DE 199 32 763 (도 2) 및 DE 199 46 602 A1에 공지되어 있다.

본 발명의 과제는 밸브의 폐쇄시 소음이 줄어들고, 밸브의 제조 및 조립 비용이 줄어들며, 전자석의 중량이 줄어드는, 유체 계량 밸브를 제공하는 것이다.

상기 과제는 청구항 제 1 항의 특징을 포함하는 유체 계량 밸브에 의해 달성된다.

청구항 제 1 항의 특징을 포함하는 본 발명에 따른 유체 계량 밸브는 아마추어 및 밸브 니들이 강하게 결합된 밸브에 비해, 밸브 폐쇄 과정 시에 이동되는 관성 질량이 2개의 부분 질량으로 분할됨으로써, 밸브 폐쇄시 밸브 시트에 부딪히는, 아마추어의 질량보다 훨씬 더 작은 밸브 니들의 질량에 의해, 더 적은 부딪힘 소음이 생긴다는 장점을 갖는다. 따라서, 컴포트 차량에 중요한 밸브의 소음 특성은 소음 감소의 방향으로 현저히 개선된다. 다이어프램 스프링에 의해, 프리스트로크 스프링 및 아마추어 자유 경로를 가진 공지된 밸브에서 얻어지는, 밸브 개방시 부스터링 효과 및 밸브 폐쇄시 소위 바운싱의 방지 효과가 달성되면서도, 상기 밸브에 비해 부품들, 밸브 니들에서의 추가의 아마추어 스토퍼 및 나선 압축 스프링으로서 사용된 프리스트로크 스프링과 홀더가 절감된다.

이로 인해, 거래 상품으로서 구입 가능한 다이어프램 스프링과 함께, 밸브의 제조 및 조립 비용이 줄어든다. 다이어프램 스프링에 의해 동시에 아마추어의 가이드가 이루어짐으로써, 밸브 하우징 내에서 아마추어의 추가 가이드 또는 전자석의 자심 내에서 밸브 니들의 상부 가이드가 이로 인해 지켜져야 하는 공차 요구와 함께 생략될 수 있다. 아마추어는 또한 자기적으로 필요한 질량만이 구현됨으로써 전자석의 중량이 줄어들 수 있도록 형성될 수 있다.

종속 청구항들에 제시된 조치에 의해, 청구항 제 1 항에 제시된 밸브의 바람직한 개선이 가능하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 밸브 하우징에 다이어프램의 지지는, 밸브의 폐쇄시 및 전자석에 전류가 공급되지 않을 때 아마추어에 고정된 다이어프램이 아마추어를 제로 위치에 고정하도록 이루어진다. 상기 제로 위치에서는 아마추어와 드라이버 플랜지 사이에 프리스트로크 갭을 규정하는 축 방향 간격이 존재한다. 다이어프램은 아마추어의 상기 제로 위치로부터 반대 방향으로 이루어지는 축 방향 변위 시에 상이한 스프링 강성을 갖고, 이 경우 상기 스프링 강성은 밸브 시트로부터 멀어지는 방향으로 변위 시에 작고, 밸브 시트를 향한 변위 시에는 매우 커서, 아마추어의 진동이 제로 위치에 의해 방지된다. 전자석에 전류 공급시 아마추어를 끌어당기는 방향으로 다이어프램의 낮은 스프링 강성에 의해, 전자석은 밸브의 폐쇄시 아마추어를 끌어당기는 비교적 작은 자력을 형성한 후에, 전자석은 프리스트로크 갭에 의해 정해진 아마추어 경로의 끝에서 드라이버 플랜지에 부딪혀야 한다. 제로 위치로부터 반대의, 즉 밸브 시트를 향한 방향으로 변위시 다이어프램 스프링의 높은 강성에 의해, 다이어프램 스프링은 아마추어의 제로 위치에서 하부 스토퍼를 제공하고, 상기 하부 스토퍼는 밸브 폐쇄의 방향으로 아마추어의 진동을 방지한다. 이로 인해, 아마추어는 항상 규정된 위치에 있고, 이는 특히 다중 분사식 연료 분사 시스템에서 연료의 분사 시와 같이 신속하게 이어지는 계량 과정을 위해 매우 중요하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 다이어프램 스프링은 외부 스프링 링 및 내부 스프링 링 그리고 상기 2개의 스프링 링을 서로 연결하는 다수의 스프링 바아를 포함한다. 링형 또는 중공 실린더형 아마추어의 외경에 비해 훨씬 더 작은 외경을 가진 내부 스프링 링은 밸브 시트를 향한 아마추어의 하부 면에 고정되고, 아마추어의 외경보다 약간 더 작은 내경을 가진 외부 스프링 링은 밸브 하우징에 고정된다. 이 구조적 실시예에 의해, 반대 방향으로 변위시 다이어프램 스프링의 상이한 스프링 강성이 간단한 방식으로 구현된다. 밸브 시트로부터 멀리 아마추어의 이동시, 상기 스프링 바아에 의해 다이어프램 내에 작은 스프링 강성을 가진 큰 자유 경로 길이가 형성된다. 밸브 시트의 방향으로 아마추어의 이동시, 아마추어는 다이어프램 상에 점점 더 평면으로 놓이고, 스프링 바아의 자유 경로 길이는 점점 단축되며, 아마추어의 제로 위치에서 아마추어의 외경과 밸브 하우징에 대한 지지점 사이의 간격으로만 제한됨으로써, 다이어프램의 매우 높은 스프링 강성이 주어진다.

본 발명이 이하에서 도면에 도시된 실시예를 참고로 상세히 설명된다.

도 1은 유체 계량 밸브의 종단면도.
도 2는 도 1의 부분 Ⅱ의 확대도.
도 3은 도 1 및 도 2에 따른 밸브 내의 다이어프램 스프링의 평면도.

도 1에 종단면도로 도시된 유체 계량 밸브는 예컨대 내연기관의 연료 분사 시스템 내의 연료 분사 밸브로서 사용된다. 밸브는 슬리브형 밸브 하우징(11)을 포함하고, 밸브 하우징의 계량 측 단부에 밸브 바디(12)가 그리고 밸브 하우징의 공급 측 단부에는 화살표 10으로 상징적으로 도시된 유체 공급을 위한 유체 라인을 접속하기 위한 여기에 도시되지 않은 접속부가 각각 유체 밀봉 방식으로 삽입된다. 밸브 바디(12)는 밸브 하우징(11)과 재료 결합 방식으로 결합되고, 상기 재료 결합은 용접 시임(13)으로 상징적으로 도시되어 있다. 밸브 바디(12) 내에는 2개의 분사 보어를 포함하는 계량 또는 밸브 개구(14)가 상기 밸브 개구(14)를 둘러싸는 밸브 시트(15)와 함께 형성된다. 밸브 하우징(11) 내에서 축 방향으로 이동 가능한 밸브 니들(16)은, 밸브의 교대적 폐쇄 및 개방, 즉 밸브 개구(14)의 폐쇄 및 개방을 위해, 밸브 시트(15) 상에 놓일 수 있으며 밸브 시트(15)로부터 분리 가능한 폐쇄 바디(161)를 포함한다. 밸브 니들(16)은 여기서는 구형으로 형성되는 폐쇄 바디(161)를 통해 밸브 바디(12) 내에서 축 방향으로 이동 가능하게 안내된다. 밸브 니들(16)은 실시예에서 단부 측에 폐쇄 바디(161)를 지지하는 중실 로드(30), 및 슬리브(25)로 이루어진다. 폐쇄 바디(161)로부터 떨어진 로드(30)의 단부 상에 놓이며 이와 용접된 슬리브(25)는 적어도 하나의 보어(27)를 포함하고, 상기 보어(27)를 통해 유체 공급부(10)로부터, 밸브 개구(14)를 가진 밸브 시트(15)의 전방에 지지된 밸브 챔버(28)로 유체 연결이 형성된다. 대안으로서, 밸브 니들(16)은 상응하는 보어 (27)와 일체형으로 중공 실린더로 형성될 수 있다. 밸브의 폐쇄를 위해, 밸브 니들(16)이 리턴 부재(17)에 의해 작용되며, 상기 리턴 부재는 예를 들면 밸브 니들(16)과 조절 또는 조정 슬리브(29) 사이에 지지되는 압축 스프링을 포함한다. 밸브의 개방은 밸브 니들(16)에 작용하는 전자석(18)에 의해 이루어지고, 상기 전자석은 공지된 방식으로, 자기 포트(19), 자기 코일(20), 자심(21) 및 아마추어(22)를 포함한다. 자기 포트(19)는 밸브 하우징(11) 상으로 끼워지고, 자기 포트(19)의 포트 바닥은 밸브 하우징(11)에 용접되며, 자기 포트(19)는 자기 코일(22)을 축 방향으로 이동 불가능하게 수용한다. 중공 실린더형 자심(21)은 형상 끼워맞춤 방식으로 밸브 하우징(11) 내로 삽입되고, 중공 코어 내부에 압축 스프링 및 리턴 부재(17)의 조정 슬리브(29)를 수용한다. 아마추어(22)는 축 방향으로 이동 가능하게 밸브 니들(6) 상에, 더 정확히 말하면 슬리브(25) 상에 놓이고, 아마추어(22)에 대해 동축으로 배치된 자심(21)과 함께 전자석(18)의 작동 공기 갭(23)을 제한한다. 밸브 니들(16) 상에 드라이버 플랜지(24)가 배치되고, 상기 드라이버 플랜지를 통해, 전자석(18)에 전류 공급시 행정 운동을 위해 구동되는 아마추어(22)가 밸브 니들(16)을 데리고 간다. 드라이버 플랜지(24)는 실시예에서 슬리브(25)에 성형된다. 슬리브(25)는 폐쇄 바디(161)로부터 떨어진 단부에 가이드 칼라(26)를 포함하고, 상기 가이드 칼라 내로 리턴 부재(17)의 압축 스프링의 밸브 니들 측 단부가 삽입되며, 베이스에 지지된다. 밸브 니들(16)의 대안적인, 일체의 중공 실린더형 실시예에서, 드라이버 플랜지(24) 및 압축 스프링을 지지하는 가이드 칼라(26)는 밸브 니들(16)에 일체형으로 성형된다.

밸브 니들(16) 상에, 더 정확히 말하면 여기서는 슬리브(25) 상에 놓인 아마추어(22)는 다이어프램 스프링(31)을 통해 밸브 하우징(11)에 지지된다. 밸브 하우징(11)에 지지는, 밸브의 폐쇄시 및 전자석(18)에 전류가 공급되지 않을 때, 아마추어(22)에 고정된 다이어프램 스프링(31)이 아마추어(22)를 제로 위치에 고정하도록, 이루어지는데, 상기 제로 위치에서는 아마추어(22)와 드라이버 플랜지(24) 사이에 프리스트로크(prestroke) 갭(32)을 규정하는 축 방향 간격이 존재한다(도 2). 다이어프램 스프링(31)은 제로 위치로부터 반대 방향으로 이루어지는 축 방향 변위 시에 상이한 스프링 강성을 갖는다. 제로 위치로부터 밸브 시트(15)에서 멀어지는 방향으로 변위 시에, 스프링 강성은 작다. 제로 위치로부터 밸브 시트(15)를 향한 방향으로 변위 시에, 스프링 강성은 아마추어(22)의 진동이 밸브 폐쇄시 그 제로 위치에 의해 방지될 정도로 크다.

도 3에 나타나는 바와 같이, 다이어프램 스프링(31)은 외부 스프링 링(311) 및 내부 스프링 링(312) 그리고 상기 2개의 스프링 링(311, 312)을 서로 연결하는 다수의 스프링 바아(313)를 포함한다. 내부 스프링 링(312)의 외경은 링형 또는 중공 실린더형 아마추어(22)의 외경보다 훨씬 더 작은 반면, 외부 스프링 링(311)의 내경은 아마추어(22)의 외경보다 약간 더 작게 설정된다. 내부 스프링 링(312)은 밸브 시트(15)를 향한 아마추어(22)의 하부면에 고정되고, 외부 스프링 링(311)은 밸브 하우징(11)에 고정된다. 아마추어(22)가, 전자석(18)의 자기 코일(20)에 전류 공급에 의해 생긴 자력 하에 행정 방향으로, 즉 밸브 시트(15)로부터 멀어지게 이동되면, 자심(21)의 하부면으로부터 점점 더 분리되는 스프링 바아(313)에 의해, 큰 자유 경로 길이가 형성되고, 이로 인해 다이어프램 스프링(31)의 낮은 강성이 달성된다. 아마추어(22)의 반대 운동 방향에서, 스프링 바아(313)가 점점 더 자심(21)의 하부면 상에 지지되므로, 스프링 바아(313)의 자유 경로 길이가 점점 더 짧아지고 아마추어(22)의 제로 위치에서 아마추어의 외경과 밸브 하우징(11)에 대한 지지점 사이의 간격으로 제한됨으로써, 다이어프램 스프링(31)은 매우 높은 강성을 갖고, 아마추어(2)의 진동이 밸브 시트(15)의 방향에서 제로 위치에 의해 방지된다.

도 1 및 도 2에 도시된 아마추어(22)의 제로 위치에서, 밸브는 휴지 위치에서, 즉 전자석(18)에 전류가 공급되지 않을 때 폐쇄된다. 리턴 부재(17)의 압축 스프링은 폐쇄 바디(161)를 밸브 시트(15)에 대해 가압하고, 다이어프램 스프링(31)은 아마추어(22)를 그 제로 위치에서 지지한다. 아마추어(22)와 자심(21) 사이에 놓인 작동 공기 갭(23)은 그 최대 갭 높이를 갖고, 아마추어(22)와 드라이버 플랜지(24) 사이에 있는 프리스트로크 갭(32)은 최대 갭 폭을 갖는다. 전자석(18)에 전류 공급에 의해, 아마추어(22)는 행정 방향으로 상부로 이동되고, 이 경우 먼저 프리스크로크 갭(32)이 폐쇄되며, 밸브 니들(16)의 폐쇄 바디(161)가 밸브 시트(15)로부터 분리되지 않는다. 다이어프램 스프링(31)의 낮은 스프링 강성에 의해, 기계적 부스터링에서와 유사하게, 아마추어(22)의 제로 위치로부터 아마추어(22)의 운동을 위해 필요한 자력이 비교적 작아서, 전자석(18)의 출력이 작게 유지될 수 있다.

전자석(18)의 차단시, 리턴 부재(17)의 압축 스프링은 폐쇄 바디(161)를 가진 밸브 니들(16)을 밸브 시트(15)에 대해 가압하고, 드라이버 플랜지(24)를 통해 아마추어(22)는 밸브 시트(15)의 방향으로, 다이어프램 스프링(31)에 의해 정해진 제로 위치까지 이동된다. 밸브 시트(5)의 방향으로 제로 위치로부터 변위에 대한 다이어프램 스프링(31)의 매우 높은 강성에 의해, 다이어프램 스프링(31)은 아마추어(22)에 대한 탄성 스토퍼를 형성하므로, 아마추어는 항상 정해진 위치를 갖는다.

11 밸브 하우징
14 밸브 개구
15 밸브 시트
16 밸브 니들
17 리턴 부재
18 전자석
22 아마추어
24 드라이버 플랜지
31 다이어프램 스프링
34 프리스트로크 갭
161 폐쇄 바디
311, 312 스프링 링
313 스프링 바아

Claims

유체 계량 밸브로서, 밸브 시트(15)에 의해 둘러싸인 밸브 개구(14)를 구비한 밸브 하우징(11), 상기 밸브를 교대로 폐쇄 및 개방하기 위해, 상기 밸브 시트(15) 상에 놓여질 수 있고 상기 밸브 시트(15)로부터 분리 가능한 폐쇄 바디(161)를 구비한 밸브 니들(16), 밸브 폐쇄를 위해 상기 밸브 니들(16)에 작용하는 리턴 부재(11), 및 행정 운동 동안 구동될 수 있는 아마추어(22)를 구비한, 전류 공급 가능한 전자석(18)을 포함하고, 상기 아마추어(22)는 상기 밸브 니들(16) 상에 이동 가능하게 놓이고, 상기 밸브의 개방을 위해, 상기 밸브 니들(16) 상에 배치된 드라이버 플랜지(24)를 통해 행정 방향으로 상기 밸브 니들을 데리고 가는, 유체 계량 밸브에 있어서,
상기 아마추어(22)가 다이어프램 스프링(31)에 의해 상기 밸브 하우징(11)에 지지되는 것을 특징으로 하는 유체 계량 밸브.
제 1 항에 있어서, 상기 밸브 하우징(11)에 상기 다이어프램 스프링(31)의 지지는, 상기 밸브의 폐쇄시 및 상기 전자석(18)에 전류가 공급되지 않을 때 상기 아마추어(22)에 고정된 다이어프램 스프링(31)이 상기 아마추어(22)를 제로 위치에 고정시키도록 이루어지고, 상기 제로 위치에서는 상기 아마추어(22)와 상기 드라이버 플랜지(24) 사이에 프리스트로크 갭(34)을 규정하는 축 방향 간격이 있는 것을 특징으로 하는 유체 계량 밸브.
제 2 항에 있어서, 상기 다이어프램 스프링(31)은 제로 위치로부터 반대 방향으로 이루어지는 축 방향 변위 시에, 스프링 강성이 상기 밸브 시트(15)로부터 멀어지는 방향으로 변위시 작고, 상기 밸브 시트(15)를 향한 방향으로 변위시 커서, 상기 아마추어(2)의 진동이 제로 위치에 의해 방지되도록, 상이한 스프링 강성을 갖는 것을 특징으로 하는 유체 계량 밸브.
제 3 항에 있어서, 상기 다이어프램 스프링(31)은 외부 및 내부 스프링 링(311, 312) 그리고 스프링 링들(311, 312)을 서로 연결하는 스프링 바아(313)를 포함하고, 상기 내부 스프링 링(312)은 상기 밸브 시트(15)를 향한 상기 아마추어(22)의 하부면에 고정되고, 상기 외부 스프링 링(311)은 상기 밸브 하우징(11)에 고정되는 것을 특징으로 하는 유체 계량 밸브.
제 4 항에 있어서, 상기 내부 스프링 링(312)의 외경은 상기 아마추어(22)의 외경보다 훨씬 작고, 상기 외부 스프링 링(311)의 내경은 상기 아마추어(22)의 외경보다 작은 것을 특징으로 하는 유체 계량 밸브.