KR20200058556A

KR20200058556A - 유체 밸브 및 유체 공급 제어 방법

Info

Publication number: KR20200058556A
Application number: KR1020207013110A
Authority: KR
Inventors: 해리 슐레; 슈테판 슈스터; 야노스 커르키아토
Original assignee: 비테스코 테크놀로지스 게엠베하
Priority date: 2017-10-12
Filing date: 2018-10-09
Publication date: 2020-05-27
Also published as: US20200240366A1; WO2019072793A1; DE102017218267B4; CN111247327A; DE102017218267A1; EP3695109A1

Abstract

본 발명은 밸브 니들(7) 및 전자기 작동 장치(8)를 갖는 제1 밸브 조립체(5)를 포함하는 유체 밸브(1)에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 상기 전자기 작동 장치(8)는 상기 밸브 니들(7)에 결합된 전기자(10)와 극편(11)을 포함한다. 상기 전기자(10)는 상기 극편(11)과 대향하는 전기자 정지측(14)에 전기자 정지면(15)을 포함하고, 상기 극편(11)은 상기 전기자(10)와 대향하는 극편 정지측(16)에 극편 정지면(17)을 포함한다. 유리한 추가 개선을 위해, 본 발명에 따르면 상기 제1 밸브 조립체(5)는 변형 가능한 제1 링 요소(19) 및 변형 가능한 제2 링 요소(20)를 포함하고, 상기 제1 링 요소(19)의 내부 윤곽(23)은 길이 방향 중심축(L)을 따라 볼 때 상기 제2 링 요소(20)의 외부 윤곽(24) 밖에서 연장된다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 유체 밸브에 의해 유체의 공급을 제어하는 방법에 관한 것이다.

Description

유체 밸브 및 유체 공급 제어 방법

본 발명은 유체 밸브, 특히 가스 밸브로서, 길이 방향 중심축을 따라 유체 입구로부터 유체 출구로 연장되는 밸브 하우징; 및 적어도 하나의 제1 밸브 조립체를 포함하고, 상기 제1 밸브 조립체는 밸브 니들 및 전자기 작동 장치를 포함하고, 상기 밸브 니들은 상기 길이 방향 중심축을 따라 상기 밸브 하우징의 공동 내에서 이동 가능하고, 상기 전자기 작동 장치는 상기 밸브 니들에 결합된 전기자, 및 상기 밸브 하우징에 결합된 극편을 포함하고, 상기 전기자는 상기 극편과 대향하는 전기자 정지측에 전기자 정지면을 포함하고, 상기 극편은 상기 전기자와 대향하는 극편 정지측에 극편 정지면을 포함하는, 유체 밸브에 관한 것이다.

가스 동작 차량의 비율은 앞으로 몇 년 동안 점점 더 증가할 것이다. 그러나 추가 가스 동작에 대한 추가 요금은 고객이 수용하기 위한 중요한 판매 요점이며, 이러한 이유로 시스템은 가능한 한 단순해야 한다. 현대식 가스 시스템의 시스템 구성은 일반적으로 가스 저장소, 차단 밸브, 온도 및 압력 센서, 감압기 또는 압력 조절기, 가스 분사 밸브, 및 추가 구성 요소에 대한 제어 유닛을 제공한다.

천연 가스 차량에서, 연료는 일반적으로 최대 200바(bar)의 압력으로 용기 안에 저장된다. 이러한 이유로, 분사 밸브의 입구에서 높은 용기 압력으로부터 낮은 레일 압력으로 가스를 감소시키는 감압기를 갖는 것이 필요하다. 상기 낮은 레일 압력은 일반적으로

· 연소 챔버로 흡입 파이프 분사(PI, 포트 분사) 또는 직접 분사(DI)를 위한 분사 위치;

· 자기력, 전류와 전압의 이용 가능한 전기적 경계 조건과 같은 분사 밸브의 특성; 및

· 또한 니들(needle)과 같은 이동 부품에 대한 힘을 결정하는 가스의 압력 레벨

에 따라 2바 내지 20바이다.

그러나, 가스 분사 밸브의 경우, 가스의 경우 액체 분사 밸브의 경우보다 더 큰 단면이 필요하기 때문에 가능한 관통 흐름의 한계점에 매우 신속히 도달한다. 필요한 단면은 니들이나 판의 행정이 증가하는 대가로 발생한다. 이 액추에이터의 직경은 상대적으로 커서 가스 힘이 증가하기 때문에 다시 한계점에 도달한다. 행정이 증가된 것으로 인해 액추에이터와 코일 사이의 간격이 클수록 액추에이터를 들어올릴 수 있는 자기력이 작아진다. 이는 원하는 관통 흐름을 위해 자기력과 함께 니들의 행정이 일치할 필요가 있다는 것을 의미한다.

그러나, 이러한 분사 밸브의 니들 또는 전기자의 행정이 크면 니들이 안착부로부터 들어올려져서 운동 방향에 반하여 작용하는 가스 힘이 감소되자마자 니들이 크게 가속된다. 추가적인 요소는 전기자/니들이 전자석의 극편에 인접할수록 자기력이 점점 더 강해진다는 것이다. 따라서, 금속 니들은 최대 힘으로 그리고 제동됨이 없이 금속 극편에 충격을 줄 것이다. 이러한 방식으로, 사용 수명에 걸쳐 수 억 회 개폐해야 하는 가스 분사 밸브가 충격 위치에서 파괴될 수 있는 것으로 밝혀졌다.

일반적인 유체 밸브는 EP 2 602 476 A1 및 EP 2 378 106 A1에 알려져 있다.

제2 양태에 따르면, 본 발명은 내연 기관의 연소 챔버로 유체, 바람직하게는, 가스의 공급을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 유형의 알려진 방법에서, 전술된 어려움이 또한 발생한다.

이러한 배경 상황에 대하여, 본 발명의 제1 양태는 청구항 1의 전제부의 특징에 따른 유체 밸브를 유리하게 더 개선하는 것을 목적으로 한다. 특히, 그 결과 전술한 단점을 부분적으로 또는 완전히 방지하는 것이 추구된다.

본 발명의 제2 양태와 관련하여, 본 발명은 유체의 공급을 제어하기 위한 알려진 방법을 유리하게 더 개선하는 것을 목적으로 한다. 특히, 이 경우에, 전술한 단점을 적어도 부분적으로 또는 완전히 방지하는 것이 또한 추구된다.

제1 양태에 따르면, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 제1 밸브 조립체가 변형 가능한 제1 링 요소 및 변형 가능한 제2 링 요소를 포함하고, 상기 제1 링 요소의 내부 윤곽이 길이 방향 중심축을 따라 볼 때 상기 제2 링 요소의 외부 윤곽 밖에서 연장되는 것을 제안한다.

유체 밸브 또는 가스 밸브는 바람직하게는 자동차 등의 내연 기관의 연소 챔버로 가스의 공급을 제어하기 위한 가스 분사 밸브이다. 전기자 정지면과 극편 정지면은 유체 입구를 향하여 밸브 니들이 축 방향으로 이동하는 것을 공동으로 제한할 수 있으며, 바람직하게는 밸브 니들이 개방 단부 위치에 있을 때, 즉 제1 밸브 조립체가 유체(바람직하게는 가스)가 통과하는 것이 허용되는 위치에 있을 때 전기자 정지면과 극편 정지면 사이에 접촉이 발생한다.

전자기 작동 장치가 전압에 의해 활성화되면, 전류가 전자석의 코일을 통해 흘러, 이에 의해, 전기자가 극편에 의해 축 방향으로 전자기력으로 끌어당겨지고, 특정 전자기력이 초과하면, 밸브 니들이 복귀 스프링의 힘에 반하여 극편 방향으로 이동된다. 전기자 정지면이 전기자 정지면과 대향하는 극편 정지면에 근접한 지점으로부터 변형 가능한 링 요소가 변형되어, 접근 속도가 급격한 방식이 아니라 점진적인 방식으로 제동된다. 링 요소를 변형시키는 데 필요한 에너지로 인해 감속이 발생한다. 일 실시예에서, 전기자 정지면과 극편 정지면이 서로 접촉하면 최대 접근이 달성된다. 변형에 의해 잔류 속도가 감소된 결과, 전기자 정지면이 극편 정지면에 가하는 충격력이 감소되고 이에 따라 충격이 감쇠되어, 변형 가능한 링 요소는 감쇠 요소라고도 할 수도 있다.

유리한 구성에서, 상기 유체 밸브는 가스 분사 밸브이다. 상기 전기자 정지면이 상기 극편 정지면 방향으로 이동하는 것을 감쇠시키기 위해, 상기 링 요소에 의해 상기 전기자 정지면과 상기 극편 정지면 사이에 가스 완충제가 둘러싸일 수 있으며, 상기 가스 완충제는 상기 제1 링 요소 및 상기 제2 링 요소에 의해 반경 방향으로 구획된다.

다시 말해, 2개의 변형 가능한 링 요소의 배열에서, 각각의 링 요소는 이와 대향하는 정지면과 접촉하지만, 일정량의 유체 또는 가스가 링 요소들 사이에 둘러싸인다. 2개의 정지면, 즉 전기자 정지면과 극편 정지면이 서로 계속 접근하면 유체 또는 가스 체적이 상호 접근 동안 기술적인 효과로서 유리하게 감쇠를 유발하는 완충제처럼 작용한다. 가스가 유체로 사용되면 공압적 감쇠가 달성된다. 이것은 또한 2개의 정지면이 상호 접촉할 때까지 종래의 유체 밸브에 비해 접근 속도를 감소시키는 것에 기여한다. 전술한 2개의 효과는 그 결과 중첩되고 강화되어, 이동된 액추에이터(즉 전기자와 밸브 니들)가 미리 먼저 점진적으로, 즉 느리게 제동되는 것에 의해 전기자 정지면과 극편 정지면 사이에 첫 접촉 시 특히 효과적으로 예리한 임펄스가 발생하는 것이 방지된다. 이것이 밸브 니들의 이동과 관련된 경우, 결과적으로 기술적 효과로서 개선된 니들 감쇠가 유리하게 달성된다. 감소된 잔류 속도에서만 첫 접촉이 발생한다는 것은 접촉이 발생할 때 잡음 발생이 또한 줄어든다는 것을 의미한다.

선호하는 구성 및 개선과 관련하여 다수의 가능성이 있다:

일 구성에서, 제1 및 제2 링 요소는 엘라스토머 링의 제1 밀봉 립 및 제2 밀봉 립에 의해 형성된다. 이 구성에서, 밀봉 립을 형성하기 위해 엘라스토머 링의 단면은 유리하게 원형 형상으로부터 벗어난다. 바람직하게는, 두 밀봉 립은 전기자 정지면의 방향 또는 극편 정지면의 방향을 향하는 엘라스토머 링의 돌출부이다. 유리하게는, 제1 밀봉 립은 제2 밀봉 립 주위로 연장될 수 있다. 특히 밀봉 립과는 반대쪽 엘라스토머 링은 전기자 또는 극편의 링 그루브(ring groove)에 수용된다. 유리하게는, 제1 및 제2 링 요소는 이러한 방식으로 밸브의 제조 동안 극편 또는 전기자에 특히 용이하게 배열될 수 있다.

다른 구성에서, 전기자 정지측 또는 극편 정지측의 전기자 또는 극편에 제1 링 그루브가 형성되고, 제1 링 그루브 내에 제1 링 요소가 배열된다. 또한, 전기자 정지측 또는 극편 정지측의 전기자 또는 극편에 제2 링 그루브가 형성되고, 제2 링 그루브 내에 제2 링 그루브가 배열된다. 갭이 전기자 정지면과 극편 정지면 사이에 형성되면, 제1 링 요소는 제1 링 그루브로부터 축 방향으로 돌출하고, 제2 링 요소는 제2 링 그루브로부터 축 방향으로 돌출한다. 이 구성에서, 링 요소는 특히 간단한 방식으로 및/또는 장기간 안정성 있게 제조될 수 있다. 전기자 정지측과 극편 정지측 사이에 동작 갭 영역에 특히 큰 가스 완충제 및/또는 낮은 생산 공차를 달성할 수 있다. 이 실시예의 하나의 개선에서, 제1 및 제2 링 요소는 각각 원형 단면을 갖는다.

전기자 정지면과 극편 정지면 사이에 접촉이 없는 상태, 즉 전기자 정지면과 극편 정지면 사이에 갭이 형성된 상태는 예를 들어 전자기 작동 장치가 비활성화된 상태에 있는 것을 특징으로 할 수 있다. 비활성화된 상태에서, 극편은 전기자에 자기 인력을 가하지 않는다. 바람직하게는, 밸브 니들이 개방 단부 위치로부터 이격된 상태, 특히 제1 밸브 조립체가 유체가 통과하는 것이 허용되지 않는 폐쇄 위치에 있는 상태가 수반될 수 있다. 각각의 링 그루브로부터 제1 링 요소와 제2 링 요소의 축 방향 돌출부는 링 요소가 길이 방향 중심축을 따른 방향으로 상기 각각의 링 그루브(즉, 전기자 정지면 또는 극편 정지면)에 측방으로 인접한 정지면을 넘어 돌출하는 것을 의미한다.

제1 링 그루브 및 제2 링 그루브는 전기자 정지면으로부터 진행하는 전기자 정지측에 형성되고, 또는 제1 링 그루브 및 제2 링 그루브는 극편 정지면으로부터 진행하는 극편 정지측에 형성되고, 또는 제1 링 그루브는 전기자 정지면으로부터 진행하는 전기자 정지측에 형성되고, 제2 링 그루브는 극편 정지면으로부터 진행하는 극편 정지측에 형성되고, 또는 제2 링 그루브는 전기자 정지면으로부터 진행하는 전기자 정지측에 형성되고, 제1 링 그루브는 극편 정지면으로부터 진행하는 극편 정지측에 형성되는 것으로 제공될 수 있다. 이들 변형예에 의해, 각각의 경우 설명된 효과 및 장점이 달성된다. 유리한 개선에서, 전기자 정지면 및/또는 극편 정지면은 링 그루브(들)로부터 이격될 수 있는 평면 표면이다. 바람직하게는, 전기자 정지면과 극편 정지면은 서로 평행하다.

바람직하게는 특히 길이 방향 중심축 주위로 이어지는 전체 원주를 따라 제1 링 요소의 내부 윤곽은 길이 방향 중심축을 따라 볼 때 원주 방향에 수직으로 제2 링 요소의 외부 윤곽으로부터 이격된다. 본 발명에 따른 유체 밸브는 바람직하게는 내연 기관의 연소 챔버로 가스를 분사하기 위한 것이다. 중간 간격의 치수에 의해, 유체 완충제의 크기 및 그리하여 공압적 감쇠 효과가 영향을 받을 수 있다. 바람직하게는 제1 링 그루브와 제2 링 그루브는 길이 방향 중심축을 따라 볼 때 서로 동심이도록 배열되는 것으로 제공된다. 첫째, 이것은 대칭적인 힘 분포를 촉진한다. 또한, 이것은 단순하고 저렴한 생산에 유리한 것으로 입증되었다. 따라서, 제1 링 요소와 제2 링 요소는 길이 방향 중심축을 따라 볼 때 서로 동심이도록 배열되는 것으로 제공될 수 있다. 제1 링 그루브 및/또는 제2 링 그루브는 원형 또는 다각형 또는 다변형, 특히 정사각형 형상인 것으로 제공될 수 있다. 따라서, 제1 링 요소 및/또는 제2 링 요소는 원형 또는 다각형 또는 다변형, 특히 정사각형 형상인 것으로 제공될 수 있다. 바람직하게는, 제1 링 요소는 제1 링 그루브에 배치 또는 삽입되고 또는 일부 다른 방식으로 체결되고, 및/또는 제2 링 요소는 제2 링 그루브에 배치 또는 삽입되고 또는 일부 다른 방식으로 체결되는 것이 바람직하다. 이것은 제조 및 사용 특성과 관련하여 장점을 제공한다. 제1 링 요소 및 제2 링 요소는 탄성 변형 가능한 재료로 제조되는 것으로 제공될 수 있다. 바람직하게는 제1 링 요소 및 제2 링 요소는 플라스틱, 고무, 엘라스토머 등으로 제조되는 것으로 제공될 수 있다. 바람직하게는, 제1 링 요소와 제2 링 요소는 유사한 디자인일 수 있어서, 조립 동안 의도치 않게 교환될 위험을 방지할 수 있다. 전기자 정지면 및/또는 극편 정지면은 길이 방향 중심축에 직각으로 연장되는 것이 바람직하다.

바람직한 예시적인 실시예에서, 전기자 정지면 및 극편 정지면이 유체 입구 방향으로 밸브 니들이 축 방향으로 이동하는 것을 제한하기 위해 극편은 밸브 길이 방향에 대해 전기자와 유체 입구 사이에 배열되는 것으로 제공된다. 바람직하게는, 제1 밸브 조립체는, 밸브 하우징에 축 방향으로 결합되거나 밸브 하우징 상에 형성된 밸브 안착부를 포함하고, 밸브 안착부는 유체 입구로부터 멀어지는 방향으로 밸브 니들이 축 방향으로 이동하는 것을 제한한다. 그 결과, 제1 밸브 조립체는 소위 내향 개방형 밸브 조립체일 수 있다. 바람직하게는, 제1 밸브 조립체는 특히 원통형 압축 스프링인 복귀 스프링을 포함하고, 복귀 스프링의 길이 방향 스프링 단부들 중 하나의 길이 방향 스프링 단부는 밸브 하우징에서 직접 또는 간접 지지되고, 복귀 스프링의 제2 길이 방향 스프링 단부는 밸브 니들에서 직접 또는 간접 지지되어, 복귀 스프링이 유체 출구 방향으로 스프링 힘을 밸브 니들에 가하게 된다. 바람직한 구성은, 유체 밸브가 유체 밸브의 유체 통과 방향에 대해 제1 밸브 조립체의 하류에 배열된 제2 밸브 조립체를 포함하고, 제1 밸브 조립체의 유체 출구 영역은 제2 밸브 조립체의 유체 입구 영역에 유체 흐름 가능하게 연결되고, 제2 밸브 조립체는 별개의 밸브 니들과 별개의 복귀 스프링을 포함하고, 제2 밸브 조립체의 밸브 니들은 제2 밸브 조립체의 복귀 스프링의 스프링 힘에 반하여 길이 방향 중심축을 따라 밸브 하우징의 공동 내에서 특히 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 이동 가능한 것으로 제공된다. 그 결과, 제2 밸브 조립체는 바람직하게는 소위 외향 개방형 수동 밸브 조립체일 수 있다. 이러한 유체 밸브에서, 제1 밸브 조립체는 제2 밸브 조립체를 제어하기 위한 "활성" 밸브 조립체로서 작용할 수 있다. 유리하게는, 제2 밸브 조립체는 (내연 기관의 연소 챔버에서 나타나는) 고온에 둔감하도록 설계되도록 제공될 수 있다.

제2 양태에 따르면, 유체, 바람직하게는, 가스의 공급을 제어하는 방법의 유리한 개선을 위해, 본 발명은 전술한 청구항 중 하나에 청구된 유체 밸브가 제공되고, 유체 밸브를 개방하기 위해 전자기 작동 장치를 활성화시켜 전기자를 극편에 의해 전자기력으로 끌어당겨서, 제1 변형 가능한 링 요소 및 제2 변형 가능한 링 요소를 점점 변형시킬 것을 제안한다. 효과 및 장점과 관련하여 상기 설명을 참조하면 된다. 상기 방법은 전기자 정지면이 극편 정지면에 접할 때까지 전기자를 극편에 의해 끌어당긴다는 점에서 유리하게 개선될 수 있다.

이하에서, 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 바람직한 예시적인 실시예를 참조하여 추가로 논의될 것이다.
도 1은 제1 바람직한 예시적인 실시예에 따른 본 발명에 따른 유체 밸브를 통한 길이방향 단면도로서, 유체가 통과하기 위한 제1 밸브 조립체가 개방 상태에 있는 것을 도시하는 도면;
도 2는 도 1의 부분 II의 확대도;
도 3은 도 2에 도시된 전기자의 부분 절개 사시도.
도 4는 도 2에 도시된 이미지의 상세를 도시하는 도면으로서, 도 2와는 달리 제1 밸브 조립체가 폐쇄 상태에 있는 것을 도시하는 도면;
도 5는 본 발명에 따른 유체 밸브의 제2 바람직한 예시적인 실시예를 상세히 도시하는 도면; 및
도 6은 본 발명에 따른 유체 밸브의 제3 바람직한 예시적인 실시예를 상세히 도시하는 도면.

본 발명에 따른 유체 밸브(1)의 제1 바람직한 예시적인 실시예는 도 1 내지 도 4를 참조하여 제시된다. 이 예에서, 상기 유체 밸브는, 자동차용 내연 기관의 연소 챔버 내로 가스의 공급을 제어하는 역할을 할 수 있는 가스 분사 밸브이다. 유체 밸브(1)는, 이 예에서 다수의 부분을 갖고 길이 방향 중심축(L)을 따라 유체 밸브(1)의 유체 입구(3)로부터 유체 출구(4)로 연장되는 밸브 하우징(2)을 포함한다. 이 예에서, 유체 밸브(1)는 제1 밸브 조립체(5), 및 유체 통과 방향(FD)에 대해 상기 제1 밸브 조립체의 하류에 인접한 제2 밸브 조립체(6)를 포함한다. 제1 밸브 조립체(5)는 밸브 니들(7) 및 전자기 작동 장치(8)를 포함한다. 밸브 니들(7)은 길이 방향 중심축(L)을 따라, 즉 축 방향으로 밸브 하우징(2)의 공동(9) 내에서 이동 가능하다. 전자기 작동 장치(8)는 전기자(10), 극편(11) 및 코일(12)을 포함한다. 전기자(10)는 밸브 니들(7)에 체결되어 상기 구성 요소들 간에 축 방향 상대 이동이 불가능하다. 극편(11)은 밸브 하우징(2)에 고정되어 밸브 하우징(2)과 극편(11) 간에 축 방향 상대 이동이 불가능하다. 코일(12)도 마찬가지로 밸브 하우징(2)에 고정되어 이들 간에 상대 이동이 불가능하고, 작동 장치(8)를 작동시키기 위한 전기 연결부(13)에 의해 전기 전압이 상기 코일에 인가되어 전류가 코일(12)을 통해 흐를 수 있다. 또한, 예를 들어 도 4에 확대도로 도시된 바와 같이, 전기자(10)는 극편(11)과 대향하는 전기자 정지측(14)에 전기자 정지면(15)을 형성한다. 극편(11)은 전기자(10)와 대향하는 극편 정지측(16)에 극편 정지면(17)을 형성한다. 제1 밸브 조립체(5)에 대해 개방 위치(즉, 유체가 통과하는 것이 허용되는 동작 상태)를 도시하는 도 2에서, 전기자 정지면(15)과 극편 정지면(17)은 서로 접촉하여 지지된다. 이와 달리, 제1 밸브 조립체(5)의 폐쇄 위치(즉, 유체가 통과하는 것이 허용되지 않는 동작 상태)를 도시하는 도 4에서, 유체로 채워지고 제한된 축 방향 범위를 갖는 갭(18)이 전기자 정지면(15)과 극편 정지면(17) 사이에 형성된다. 갭(18)은 전기자 정지면(15)과 극편 정지면(17)에 의해 직접 구획된다.

제1 밸브 조립체(5)는 변형 가능한 제1 링 요소(19) 및 변형 가능한 제2 링 요소(20)를 포함한다. 이 예에서, 제1 링 요소(19)는 전기자 정지측(14)에 형성된 제1 링 그루브(21)에 배열되고, 제2 링 요소(20)는 마찬가지로 전기자 정지측(14)에 형성된 제2 링 그루브(22)에 배열된다. 특히, 링 요소(19, 20)의 도시된 단면 및 링 그루브(21, 22)의 깊이에 대한 구성은, (도 4에 도시된 바와 같이) 갭(18)이 존재하는 경우, 제1 링 요소(19)가 제1 링 그루브(21)로부터 축 방향으로 극편(11) 방향으로 전기자 정지면(15)을 넘어 돌출되고, 제2 링 요소(20)가 제2 링 그루브(22)로부터 축 방향으로 극편(11) 방향으로 전기자 정지면(15)을 넘어 돌출되도록 선택된다. 도 3은, 길이 방향 중심축(L)을 따라 볼 때, 제1 링 요소(19)의 내부 윤곽(23)이 제2 링 요소(20)의 외부 윤곽(24) 밖에서 연장되는 것을 도시한다. 이 예에서 링 요소(19, 20) 및 링 그루브(21, 22)는 각각 원형으로 연장된다. 따라서, 내부 윤곽(23)은 제1 링 요소(19)의 내부 직경(D_i)을 갖는 원형 라인에 대응하고, 제2 링 요소(20)의 외부 윤곽(24)은 제2 링 요소(20)의 외부 직경(d_a)을 갖는 원에 대응한다. 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 이 예에서, 내부 직경(D_i)은 외부 직경(d_a)보다 더 크게 선택된다. 이 예에서, 링 그루브(21, 22)는 길이 방향 중심축(L)을 따라 볼 때 서로 동심이도록 배열된다(이 점에서 공통 기준 평면 상으로 투영한 도면을 참조하는 것이 가능하다). 상기 도면에서, 길이 방향 중심축(L) 주위로 이어지는 전체 원주를 따라 내부 윤곽(23)은 원주 방향(U)에 수직인 방향으로 일정한 간격을 두고 제2 링 요소(20)의 외부 윤곽(24)으로부터 이격된다.

이 예에서, 링 요소(19, 20)는 링 그루브(21, 22)에 배열된 고무 링이다. 링 요소(19, 20)의 단면 직경(d)은 2개의 링 그루브(21, 22)의 깊이(t)보다 약간 더 크도록 선택된다. 이로부터, 도 4에 도시된 갭(18)이 존재하면, 변형 가능한 링 요소(19, 20)는 축 방향으로, 즉 길이 방향 중심축(L)을 따른 방향으로 극편(11) 방향으로 전기자 정지면(15)을 넘어 돌출된다. 이 예에서 두 링 요소(19, 20)에 대해 동일한 축 방향 돌출부는 도면에서 x로 표시되어 있다. 이에 비해, 도 2는, 전기자(10)가 극편(11)에서 지지되는 경우, 즉 갭(18)이 사라지는 경우, 링 요소(19, 20)가 링 그루브(21, 22) 내로 밀려서 더 이상 돌출부(x)가 존재하지 않는 것을 도시한다.

전기자(10)가 도 4에 도시된 위치로부터 진행하여 유체 밸브를 개방하기 위해 도 2에 도시된 위치로 이동되면, 전기자 정지면(15)을 넘어 돌출된 링 요소(19, 20) 부분은 극편 정지면(17)과 접촉하게 된다. 이 과정에서, 전기자 정지면(15), 극편 정지면(17) 및 링 요소(19, 20)는 A로 표시된 링 표면 위에 유체 체적을 둘러싼다. 링 요소(19, 20)에 의해 생성된 밀봉 작용에 따라 완충제로서 작용하는 상기 유체 체적은 전기자(10)가 극편(11)으로 더 접근함에 따라 압축되고, 추가적인 접근이 공압적으로 감쇠된다. 또한, 링 요소(19, 20)가 변형되면서 에너지를 소모하기 때문에, 마찬가지로 접근하는 것을 느리게 한다. 이 예에서, 전기자 정지면(15) 및 극편 정지면(17)은 각각 평면 형태이고, 길이 방향 중심축(L)에 수직으로 연장된다. 링 그루브(21, 22)는 전기자 정지면(15)으로부터 진행하여 전기자(10) 내로 리세스된다.

도 1은, 전기자 정지면(15)과 극편 정지면(17)이 유체 입구(3) 방향으로 축 방향으로 밸브 니들(7)이 이동하는 것을 제한하기 위해 극편(11)이 밸브 길이 방향(VL)에 대해 전기자(10)와 유체 입구(3) 사이에 배열된 것을 도시한다. 여기서, 제1 밸브 조립체(5)는, 밸브 하우징(2)에 축 방향으로 결합되고 유체 입구(3)로부터 멀어지는 방향으로 밸브 니들(7)이 축 방향으로 이동하는 것을 제한하는 밸브 안착부(25)를 갖는다. 따라서, 제1 밸브 조립체(5)는 소위 내향 개방형이다. 제1 밸브 조립체(5)는 또한 복귀 스프링(26)을 포함하고; 이 예에서 복귀 스프링은 원통형 압축 스프링이다. 복귀 스프링의 제1 길이 방향 스프링 단부(26)는 유체 입구 방향의 밸브 하우징(2)에서 간접 지지된다. 제2 길이 방향 스프링 단부(28)는 유체 출구(4) 방향의 밸브 니들(7)에서 지지되고, 복귀 스프링(26)은 선-부하(preloaded) 상태, 즉 압축 상태로 설치된다. 복귀 스프링(26)은 따라서 유체 출구(4) 방향으로 작용하는 스프링 힘을 밸브 니들(7)에 전달한다.

도 1에 도시된 예시적인 실시예에서, 유체 밸브(1)는 제2 밸브 조립체(6)를 포함한다. 제2 밸브 조립체는 유체 통과 방향(FD)에 대해 제1 밸브 조립체(5)의 하류에 배열된다. 제1 밸브 조립체(5)의 유체 출구 영역(29)은 제2 밸브 조립체(6)의 유체 입구 영역(30)에 직접 유체 흐름 가능하게 연결된다. 제2 밸브 조립체(6)는 별개의 밸브 니들(31) 및 별개의 복귀 스프링(32)을 포함한다. 밸브 니들(31)은 복귀 스프링(32)의 스프링 힘에 반하여 길이 방향 중심축(L)을 따라 밸브 하우징(2) 내에서 공동(33)을 따라 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 이동 가능하다. 폐쇄 위치에서, 밸브 니들(31)의 팁(34)은 유체 출구(4)의 입구와 밀봉 가능하게 상호 작용한다. 개방 위치에서, 팁(34)은 입구 밖으로 약간 돌출되어 밀봉 작용이 제거된다. 따라서, 제2 밸브 조립체(6)는 소위 외향 개방 밸브형에 대응한다.

도 1 내지 도 4에 도시된 유체 밸브(1)의 기능이 이제 설명된다. 폐쇄 밸브 상태가 먼저 고려되면, 코일(12)은 통전 해제된 상태로 전환된다. 그 결과, 복귀 스프링(26)으로 인해, 전기자(10)는 도 4에 도시된 위치에 있다. 제1 밸브 조립체(5)는 폐쇄된다. 따라서, 유체 입구(3) 방향으로부터 유체 입구 영역(30)으로 통과하는 유체는 없다. 그 결과, 복귀 스프링(32)은 제2 밸브 조립체(6)도 폐쇄시킨다.

전류가 코일(12)을 통해 흐르면, 전기자(10)는 전자기력이 발생한 결과 이 폐쇄 상태로부터 진행하여 극편(11)에 의해 끌어당겨지고, 전자기력은 복귀 스프링(26)의 힘보다 더 크기 때문에 도 2에 도시된 위치로 이동된다. 이러한 방식으로, 밸브 니들(7)이 또한 축 방향으로 이동하여, 이에 의해 밸브 니들의 구형 길이 방향 단부가 밸브 안착부(25)로부터 들어올려진다. 따라서 제1 밸브 조립체(5)가 개방된다. 밸브 안착부(25)와 밸브 니들(7) 사이에 형성된 통로를 통해 유체가 유체 입구 영역(30)으로 흐른다. 이러한 방식으로, 밸브 니들(31)에 고정 연결된 천공된 압력 판(35)이 유체 출구(4) 방향으로 유체 압력을 받는다. 발생된 힘이 반대 방향으로 작용하는 복귀 스프링(32)의 힘을 초과하자마자, 밸브 니들(31)은 유체 입구(3)로부터 멀어지는 방향으로 이동되고, 제2 밸브 조립체(6)가 또한 이에 따라 개방된다. 도시된 도면에서, 존재하는 유체를 위한 모든 통로 덕트가 도면에 도시된 것은 아니라는 것이 주목된다.

도 5는 도 4에 비해 제2 바람직한 예시적인 실시예에 따른 본 발명에 따른 유체 밸브(1) 부분을 예시적으로 도시한다. 도 4와의 차이는 변형 가능한 링 요소(19, 20)의 위치에 있다. 제1 링 그루브(21) 및 제2 링 그루브(22)는 극편 정지면(17)으로부터 진행하는 극편 정지측(16)에 형성된다. 효과 및 장점에 관해서는 제1 예시적인 실시예의 설명을 참조하면 된다.

도 6은 도 4 및 도 5에 비해 제3 바람직한 예시적인 실시예에 따른 본 발명에 따른 유체 밸브(1) 부분을 예시적으로 도시한다. 여기서, 변형 가능한 링 요소(19, 20)의 배열이 다시 상이하다. 도 6의 예에서, 제1 링 그루브(21)는 전기자 정지면(15)으로부터 진행하는 전기자 정지측(14)에 형성되고, 제2 링 그루브(22)는 극편 정지면(17)으로부터 진행하는 극편 정지측(16)에 형성된다. 전술한 효과 및 장점은 또한 이러한 구성에 의해 달성된다.

모든 개시된 특징은 (개별적으로 또는 상호 조합으로) 본 발명에 필수적이다. 종속 청구항은 그 특징에 의해, 특히 상기 청구항에 기초하여 분할 적용을 출원할 목적으로 종래 기술의 독립적인 진보적인 개선을 특징으로 한다.

Claims

유체 밸브(1), 특히 가스 밸브로서,
길이 방향 중심축(L)을 따라 유체 입구(3)로부터 유체 출구(4)로 연장되는 밸브 하우징(2); 및 적어도 하나의 제1 밸브 조립체(5)를 포함하되,
상기 제1 밸브 조립체(5)는 밸브 니들(7) 및 전자기 작동 장치(8)를 포함하고, 상기 밸브 니들(7)은 상기 길이 방향 중심축(L)을 따라 상기 밸브 하우징(2)의 공동(9) 내에서 이동 가능하고, 상기 전자기 작동 장치(8)는 상기 밸브 니들(7)에 결합된 전기자(10), 및 상기 밸브 하우징(2)에 결합된 극편(11)을 포함하고, 상기 전기자(10)는 상기 극편(11)과 대향하는 전기자 정지측(14)에 전기자 정지면(15)을 포함하고, 상기 극편(11)은 상기 전기자(10)와 대향하는 극편 정지측(16)에 극편 정지면(17)을 포함하고, 상기 제1 밸브 조립체(5)는 상기 전기자 정지측(14)과 상기 극편 정지측(16) 사이에 변형 가능한 제1 링 요소(19) 및 변형 가능한 제2 링 요소(20)를 포함하고, 상기 길이 방향 중심축(L)을 따라 볼 때, 상기 제1 링 요소(19)의 내부 윤곽(23)은 상기 제2 링 요소(20)의 외부 윤곽(24) 밖에서 연장되는 것을 특징으로 하는 유체 밸브(1).
제1항에 있어서, 상기 유체 밸브는 특히 가스 분사 밸브이고, 상기 전기자 정지면(15)이 상기 극편 정지면(17) 방향으로 이동하는 것을 감쇠시키기 위해, 상기 링 요소(19, 20)에 의해 상기 전기자 정지면(15)과 상기 극편 정지면(17) 사이에 가스 완충제가 둘러싸일 수 있으며, 상기 가스 완충제는 상기 제1 링 요소(19) 및 상기 제2 링 요소(20)에 의해 반경 방향으로 구획되는, 유체 밸브(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 특히 상기 길이 방향 중심축(L)을 중심으로 이어지는 전체 원주를 따라 상기 제1 링 요소(19)의 내부 윤곽(23)은, 상기 길이 방향 중심축(L)을 따라 볼 때, 원주 방향(U)에 수직으로 상기 제2 링 요소(20)의 외부 윤곽(24)으로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 유체 밸브(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 링 요소(19, 20)는 엘라스토머 링의 제1 밀봉 립 및 제2 밀봉 립에 의해 형성되고, 상기 밀봉 립은 상기 전기자 정지면(15)의 방향 또는 상기 극편 정지면(17)의 방향을 향하는 상기 엘라스토머 링의 돌출부이며, 상기 제1 밀봉 립은 상기 제2 밀봉 립 주위로 연장되고, 특히 상기 밀봉 립과는 반대쪽 상기 엘라스토머 링은 상기 전기자 또는 상기 극편의 링 그루브(ring groove)에 수용되는, 유체 밸브(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기자 정지측(14) 또는 상기 극편 정지측(16)의 상기 전기자(10) 또는 상기 극편(11)에 제1 링 그루브(21)가 형성되고, 상기 제1 링 그루브 내에 상기 제1 링 요소(19)가 배열되고, 상기 전기자 정지측(14) 또는 상기 극편 정지측(16)의 상기 전기자(10) 또는 상기 극편(11)에 제2 링 그루브(22)가 형성되고, 상기 제2 링 그루브 내에 상기 제2 링 요소(20)가 배열되고, 갭(18)이 상기 전기자 정지면(15)과 상기 극편 정지면(17) 사이에 형성되면, 상기 제1 링 요소(19)는 상기 제1 링 그루브(21)로부터 축 방향으로 돌출하고, 상기 제2 링 요소(20)는 상기 제2 링 그루브(22)로부터 축 방향으로 돌출하는 것을 특징으로 하는 유체 밸브(1).
제5항에 있어서, 상기 제1 링 그루브(21) 및 상기 제2 링 그루브(22)는 상기 길이 방향 중심축(L)을 따라 볼 때 서로 동심이도록 배열되는 것을 특징으로 하는 유체 밸브(1).
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 제1 링 그루브(21) 및/또는 상기 제2 링 그루브(22)는 원형 또는 다각형 또는 다변형, 특히 정사각형 형상이고 및/또는 상기 제1 링 요소(19)는 상기 제1 링 그루브(21) 내에 배치되거나 삽입되고 또는 일부 다른 방식으로 체결되고/되거나 상기 제2 링 요소(20)는 상기 제2 링 그루브(22)에 배치되거나 삽입되고 또는 일부 다른 방식으로 체결되는 것을 특징으로 하는 유체 밸브(1).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 링 요소(19) 및 상기 제2 링 요소(20)는 탄성 변형 가능한 재료, 특히 플라스틱, 고무, 엘라스토머 등으로 제조되는 것을 특징으로 하는 유체 밸브(1).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기자 정지면(15) 및/또는 상기 극편 정지면(17)은 상기 길이 방향 중심축(L)에 직각으로 연장되는 것을 특징으로 하는 유체 밸브(1).
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기자 정지면(15) 및 상기 극편 정지면(17)이 상기 유체 입구(3) 방향으로 축 방향으로 상기 밸브 니들(7)이 이동하는 것을 제한하기 위해 상기 극편(11)은 밸브 길이 방향(VL)에 대해 상기 전기자(10)와 상기 유체 입구(3) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 유체 밸브(1).
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 밸브 조립체(5)는, 상기 밸브 하우징(2)에 축 방향으로 결합되거나 상기 밸브 하우징(2) 상에 형성된 밸브 안착부(25)를 포함하고, 상기 밸브 안착부는 상기 유체 입구(3)로부터 멀어지는 방향으로 상기 밸브 니들(7)이 축 방향으로 이동하는 것을 제한하는 것을 특징으로 하는 유체 밸브(1).
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 밸브 조립체(5)는 특히 원통형 압축 스프링인 복귀 스프링(26)을 포함하고, 상기 복귀 스프링의 길이방향 스프링 단부들 중 하나의 길이 방향 스프링 단부(26)는 상기 밸브 하우징(2)에서 직접 또는 간접 지지되고, 상기 복귀 스프링의 제2 길이 방향 스프링 단부(28)는 상기 밸브 니들(7)에서 직접 또는 간접 지지되어, 상기 복귀 스프링(26)은 상기 유체 출구(4) 방향으로 스프링 힘을 상기 밸브 니들(7)에 가하는 것을 특징으로 하는 유체 밸브(1).
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체 밸브(1)는 상기 유체 밸브(1)의 유체 통과 방향(FD)에 대해 상기 제1 밸브 조립체(5)의 하류에 배열된 제2 밸브 조립체(6)를 포함하고, 상기 제1 밸브 조립체(5)의 유체 출구 영역(29)은 상기 제2 밸브 조립체(6)의 유체 입구 영역(30)에 유체 흐름 가능하게 연결되고, 상기 제2 밸브 조립체(6)는 별개의 밸브 니들(31)과 별개의 복귀 스프링(32)을 포함하고, 상기 제2 밸브 조립체(6)의 상기 밸브 니들(31)은 상기 제2 밸브 조립체(6)의 상기 복귀 스프링(32)의 스프링 힘에 반하여 상기 길이 방향 중심축(L)을 따라 상기 밸브 하우징의 공동(33) 내에서 특히 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 유체 밸브(1).
내연 기관의 연소 챔버로 유체, 특히 가스의 공급을 제어하는 방법으로서,
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 유체 밸브(1)가 제공되고, 상기 유체 밸브(1)를 개방하기 위해 상기 전자기 작동 장치(8)를 작동시켜 상기 전기자(10)를 상기 극편(11)에 의해 전자기적으로 끌어당겨서, 상기 제1 변형 가능한 링 요소(19) 및 상기 제2 변형 가능한 링 요소(20)를 점점 변형시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 연소 챔버로 유체, 특히 가스의 공급을 제어하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 전기자 정지면(15)이 상기 극편 정지면(17)에 접할 때까지 상기 전기자(10)를 상기 극편(11)에 의해 끌어당기는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 연소 챔버로 유체, 특히 가스의 공급을 제어하는 방법.