用于防止电磁阀振动的结构的制作方法

本公开涉及一种用于防止振动和用于防止由振动引起的噪声的结构，所述振动可能由于在通过电磁阀将氢气从燃料箱供给到电池组(stack，电池堆)的过程中定位在电磁阀中的柱塞的行为而在电磁阀中产生。

背景技术：

燃料电池系统降低了从高压燃料箱供给的氢气的压力并且将氢气供给到电池组，并且氢气供给管线中流动路径的打开和关闭操作通常由电磁阀来执行。

通常，电磁阀是通过使用电磁体沿预定方向传递物理力来改变阀筒与柱塞之间的入口或出口而打开或关闭流动路径的装置。电磁阀已广泛用于各种工业领域，诸如电机和电子仪器。

执行上述功能的电磁阀主要用来控制燃料的流动，即燃料电池系统的流动路径中的氢气的流动。通常，用于控制流体流动的电磁阀一般通过在柱塞通过复位弹簧的弹性力与柱塞的外周部分处的轭部紧密接触时关闭流动路径来阻断氢气的流动。

换言之，由于流体流动引起的力大于正常时的复位弹簧的弹性力，因此在柱塞关闭流动路径的状态下阻断氢气的流动。然而，当向电磁阀的线圈施加电力时，柱塞通过磁力移动并且同时打开流动路径。因此，柱塞与电磁阀座之间的部分打开并且引入流体(即，氢)。

换言之，当向线圈施加电力时，在线圈中形成磁场，并且磁场在柱塞与阀座紧密接触的状态下升起柱塞，从而施加的力比复位弹簧的弹性力大。当没有电力施加到线圈时，柱塞通过复位弹簧的弹性力返回而与阀座紧密接触。

芯设置在电磁阀中以用于执行电磁操作，并且缠绕线圈的线轴安装在芯内，因此，当向线圈施加电力时，定位在芯中的柱塞可移动。

然而，当压力为约9至20巴的高压燃料以高速流入阀中时，阀沿竖直方向共振，这可能引起剧烈的振动和噪声。由于该原因，存在的问题是，振动和噪声对配备有燃料电池系统的车辆的降噪性质具有严重不良影响，并且控制流动路径中的燃料流速方面的性能劣化。

本背景技术章节中公开的上述信息仅用于增强对本发明的背景的理解，因此，其可包含不构成在本国为本领域普通技术人员所已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本公开致力于解决与现有技术相关联的上述问题并且提供一种这样的结构，在该结构中，通过在电磁阀的驱动单元之间(即，在电磁阀中的柱塞与轭部之间)插入摩擦构件来配置摩擦部件，并且摩擦构件的一侧可附接至柱塞或轭部。当摩擦构件和轭部彼此紧密接触时，摩擦构件可按压轭部。当摩擦构件按压轭部时，可增加柱塞与轭部之间的摩擦力。因此，本公开的目的是提供一种这样的结构，该结构用于通过在柱塞移动时在摩擦构件与轭部之间产生摩擦而生成阻尼来减少电磁阀的振动和噪声。

根据本公开的示例性实施例，公开了一种用于防止电磁阀的振动的结构，该结构包括：柱塞，通过在所述电磁阀内部移动来打开和关闭流动路径；轭部，附接至阀芯的内表面；以及摩擦构件，在柱塞与轭部之间沿着柱塞的外周表面设置。定位在轭部与柱塞之间的摩擦构件按压轭部。

可在柱塞与轭部之间设置有多个摩擦构件。

摩擦构件还可包括一端开口的切口部分。当切口部分的两端彼此直接接触时，摩擦构件可沿向外方向产生弹性力。

摩擦构件可附接至轭部的内壁表面的一侧并在柱塞移动时固定至轭部。

所述结构还可包括形成在柱塞的外周表面上的槽。摩擦构件固定至槽并与柱塞一起移动。

所述结构还可包括贯穿地插入到柱塞中的弹簧。该弹簧沿从柱塞的内部到轭部的方向上按压摩擦构件。

摩擦构件的外径和轭部的内径可彼此相等，或可具有预设范围内的差值，使得当摩擦构件和轭部彼此配合时，摩擦构件按压轭部。

摩擦构件可由非金属材料制成。

非金属材料可是选自实现固体润滑的聚合物材料或塑料材料中的任何一种。

摩擦构件可形成为厚度在0.1mm与10mm之间的薄膜。

根据本公开的用于防止电磁阀的振动的结构，可在柱塞移动时更精确地控制柱塞的移动速度。

即使在这样的配备有燃料电池系统的车辆的条件下，即在该车辆中，通过流动路径中的阀的流体的流速快速地改变(诸如，突然的排放或燃料电池输出的突然改变)，也可使由振动和阀自身的共振产生的阀的振动或与流体的相互作用所引起的噪声最小化。

特别是，由于电磁阀中的摩擦力产生了阻尼，因此可防止阀的振动和噪声，并且由于减少了已产生的振动和噪声，因此可通过使对车辆的影响最小化来改善车辆的可市场性。

通过在柱塞在电磁阀内部移动的同时控制柱塞与轭部之间的摩擦力，可防止柱塞卡在轭部中的卡住现象。

应当理解，本文所使用的术语“车辆(vehicle)”或者“车辆的(vehicular)”或者其他的类似术语包括广义的机动交通工具，诸如包括运动型多用途车辆(suv)、大巴车、卡车、各种商用车辆的载客车辆，包括各种船只(boat)和船舶(ship)的水上交通工具(watercraft)，航天器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、内燃机、插入式(plug-in，外接充电式)混合动力电动车辆、氢动力车辆、以及其他可替代的燃料车辆(例如，燃料从除石油以外的资源获得)。如本文中提及，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。

本发明的上述和其他特征将在下文进行讨论。

附图说明

现将参考附图中所示的某些示例性实施例来详细描述本公开的上述和其他特征，这些实施例在下文中仅以说明的方式给出，但并不因此限制本公开，附图中：

图1是示出安装有本发明的电磁阀的燃料电池系统的连接关系的视图；

图2是示出根据本公开的示例性实施例的在柱塞与轭部之间形成摩擦构件的状态的视图；

图3是图2中的虚线所示的四边形部件的放大视图；

图4是示出摩擦部件的横截面和施加弹性力的方向的视图；

图5是示出弹簧形成为贯穿柱塞内部的状态下的弹簧和摩擦部件的视图；以及

图6是沿着图2的线a-a'截取的横截面，示出了根据本公开的另一示例性实施例的在柱塞与轭部之间形成摩擦构件的状态。

应当理解，附图并不一定是按比例绘制的，其以稍微简化的方式呈现出说明本发明的基本原理的各种优选特征。本文所公开的本公开的具体设计特征(包括：例如，具体的尺寸、定向、位置和形状)将部分地由特定的预期应用和使用环境来决定。

图中，参考标号在附图的几个图中是指本公开的相同或等同部件。

具体实施方式

在下文中将详细参考本公开的各种实施例，其示例在附图中示出并在下面予以描述。尽管将结合示例性实施例来描述本发明，但应当理解，本描述并不旨在将本发明限制于那些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性实施例，并且涵盖可包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围之内的各种替代方案、修改、等同物和其他实施例。

在下文中，将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。本公开的示例性实施例可各种形式进行修改，并且本公开的范围不应被解释为限于以下示例性实施例。提供本示例性实施例是用于向本领域普通技术人员更完整地解释本公开。

说明书中所描述的术语“单元”、“部件”、“模块”等是指执行至少一个功能或操作的单元，并且“单元”、“部件”等可通过硬件、软件或硬件与软件的组合来实现。

在本公开的示例性实施例中，燃料电池系统可安装在四轮驱动车辆中，并且设置有燃料电池组、燃料气体供给和排出装置、空气供给和排出装置、冷却剂循环装置，以及控制单元。

参照图1，在本公开中，燃料电池系统可包括燃料箱、燃料电池组、调节燃料箱与电池组之间的压力的压力调节器，以及燃料供给阀。燃料供给阀可通过重复地打开和关闭而从燃料箱向电池组供给燃料。燃料供给阀可配置为电磁阀，并且氢气可作为燃料来供给。具体地，安装在燃料电池系统中的燃料箱可填充有具有350或700巴高压的氢气。高压氢气的压力通过调节器而降低到9至20巴的压力水平，并且然后向电磁阀供给该氢气。

作为本公开中提及的电磁阀，可使用比例控制阀，其根据施加给阀的电流或占空比(duty)来调节开口度。比例控制阀可通过控制开口度以燃料电池系统所需的流速从燃料箱向电池组提供氢气。

由于配备有燃料电池系统的车辆自身的高降噪性质，即使是电磁阀中所产生的小的振动或噪声都可能对车辆的噪声、振动和不平顺性(nvh)的性能具有不良影响。因此，在配备有燃料电池系统的车辆行驶时，特别是在电磁阀运行时，保持电磁阀的降噪性能的操作可与整个车辆的nvh性能密切相关。另外，当向燃料电池系统供给氢气时，即当通过流动路径将氢气从燃料箱供给到电池组时，高压和高速氢气流入电磁阀并穿过流动路径，但是高压和高速氢气可能在许多情况下流动不稳定。因此，由氢气与电磁阀之间的相互作用引起的振动或噪声与配备有燃料电池系统的车辆的降噪性质密切相关。

为了解决上述问题，下面将参照附图来详细描述本公开的示例性实施例、结构和操作方法。

图2是示出本公开的示例性实施例的视图。在本公开中，电磁阀可包括螺线管、芯、柱塞11、轭部12、阀芯和阀保持器作为基本结构。柱塞11可设置在电磁阀中，并且具体地，柱塞11可在电磁阀内竖直移动的同时重复地紧密附接至阀座或从阀座分离。当柱塞11和阀座彼此紧密地附接或彼此分离时，燃料箱与电池组之间的流动路径可打开或关闭。

轭部12可形成在芯的内表面上。此外，轭部12可形成在电磁阀的内表面上。特别地，轭部12固定至电磁阀保持器的内表面或芯的内表面。阀保持器可包括阀座以及氢气从燃料箱流动到电池组所通过的流动路径。当向螺线管施加电流时，形成了磁场，并且芯和柱塞11被形成的磁场磁化，使得柱塞11沿朝向芯的方向移动，并且由此阀可打开。在这种情况下，可通过控制和调节柱塞11的尖端与阀座之间的间隙来调节穿过阀并且供给到电池组的氢气的流速。

当流入电磁阀并且供给到电池组的氢气的流速突然改变时，由于氢气与电磁阀的柱塞11之间的相互作用，可能在柱塞11与轭部12之间的间隙中产生电磁阀的振动。

图3是图2中的虚线所示的四边形部件的放大视图。在本公开中，沿着柱塞11的外周表面形成的摩擦构件13可设置在轭部12与柱塞11之间。柱塞11与轭部12之间的摩擦力的大小可通过摩擦构件13的数量来调节，并且可设置一个或多个摩擦构件13。摩擦构件的形状可与柱塞的外周表面的形状相对应。

图4是示出根据本公开的示例性实施例的摩擦构件13的视图。该摩擦构件可形成为一端开口。摩擦构件13的开口的一端可称为切口部分16，并且具体地，摩擦构件13可形成为环形形状，且具有切口部分16可彼此直接接触的结构。此外，摩擦构件13可形成为一种在切口部分16彼此直接接触时具有弹性力的构件。具体地，摩擦构件13可具有沿图4所示的箭头方向的弹性力。当摩擦构件13的切口部分16彼此直接接触时，可沿切口部分16通过摩擦构件13的弹性力而彼此远离的方向对彼此直接接触的切口部分16施加力。换言之，当摩擦构件13的切口部分16彼此直接接触时，可沿朝向摩擦构件13的外部的方向施加弹性恢复力。

在本公开中，摩擦构件13可设置在轭部12与柱塞11之间。具体地，摩擦构件13沿着柱塞的外周表面形成，并且可在柱塞外部或轭部内部固定至柱塞的外周表面。由于摩擦构件13沿向外方向(即，沿从柱塞11的中心到轭部12的方向)具有弹性力，因此可按压轭部12。轭部12被摩擦构件13按压，由此，当柱塞11在电磁阀内部移动时，摩擦力可沿柱塞11的移动方向增大。由于柱塞11与轭部12之间的摩擦力增大，因此在柱塞11在电磁阀内部移动时产生了阻尼力，并且阀内部的柱塞11的移动速度可通过在设计范围之内管理摩擦力和阻尼力来控制。在本公开的阻尼力的情况下，这样的力可称为阻尼力，即执行阻尼功能并且防止柱塞11在电磁阀的气缸内部振动的摩擦力。

最终，可通过控制阀内的柱塞11的移动速度来控制电磁阀的操作速度。

通过控制电磁阀的操作速度，可减少阀的振动或确保系统在一水平处所需的响应速度，并且可防止柱塞11处于卡住状态(在卡住状态下，柱塞11在电磁阀内部不能移动)。

在下文中，将描述本公开的另一示例性实施例，其中摩擦构件13固定在轭部12的内壁表面的一侧，并且柱塞11竖直地移动。如上所述，摩擦构件13可在紧固至轭部12的状态下被固定。具体地，摩擦构件13可安装并固定至轭部12的内表面的一侧。在摩擦构件13固定至轭部12的情况下，摩擦构件13可沿从轭部12朝向柱塞11的中心的方向按压柱塞11。换言之，摩擦构件13可在摩擦构件13固定至轭部的状态下向内按压柱塞11。

作为另一示例性实施例，摩擦构件13可紧固至柱塞11，以便与柱塞11整体地移动，并且特别地，摩擦构件13可通过被形成在柱塞11的外周表面上的槽14卡持住而保持固定至柱塞11的状态。槽14可沿着柱塞的外周表面形成，以与摩擦构件的形状相对应，并且作为另一示例性实施例，槽14可沿着柱塞的外周表面以预定间隔形成，或者可形成在确定为需要的适当位置。换言之，只要在摩擦构件可与柱塞一起移动的范围之内在柱塞的外周表面的一部分上形成槽14，槽14的位置和槽14的数量都是可接受的。

图5是示出本公开的又一示例性实施例的视图。在图5中，可设置有贯穿柱塞11的内部的弹簧15。特别地，在摩擦构件13紧固至柱塞11并且与柱塞11整体地移动的情况下，贯穿柱塞11的弹簧15可设置在柱塞11中的与在柱塞11的外周表面上设置摩擦构件13的高度相对应的位置。贯穿柱塞11的内部的弹簧15可定位成与形成在柱塞11的外周表面上的摩擦构件13是共面的。因此，设置在柱塞11中的弹簧15可沿从柱塞11的中心到轭部12的方向按压摩擦构件13。形成弹簧15的方向原则上不予考虑，只要弹簧15和摩擦构件13定位成彼此共面即可。但特别地，如图5所示，弹簧15可设置成沿与摩擦构件13的切口部分16彼此间隔开的方向平行的方向施加弹性力。因此，除了摩擦构件13自身的弹性力之外，弹簧15的弹性力也可从柱塞11的中心沿径向方向按压轭部12。由此，柱塞11与轭部12之间的较高摩擦力和摩擦可产生阻尼力。另外，在弹簧15设置在柱塞11中的情况下，摩擦构件13按压轭部12的程度可通过调节弹簧15的弹性力来调节。因此，柱塞11和轭部12可被调节。

作为本公开的又一示例性实施例，摩擦构件13的外径可等于轭部12的内径。可替换地，摩擦构件13的外径和轭部12的内径可具有预设范围内的差值。因此，当在柱塞11与轭部12之间设置摩擦构件13时，摩擦构件13可与轭部12的内径相适配。作为示例性实施例，摩擦构件13可过盈配合的方式与轭部12的内径相配合并且可按压轭部12，由此可期望上述效果。

在本公开中，摩擦构件13可通过使用非金属材料来形成。更具体地，实现固体润滑的聚合物材料可用作摩擦构件13的材料，并且作为示例性实施例，摩擦构件13可由塑料制成。如果使用非金属材料或聚合物塑料材料，则可防止轭部12和柱塞11的磨损，并且可防止可能由摩擦部件13自身的磨损所导致的金属异物流入流动路径或电池组。如果产生了金属异物并通过流动路径流入电池组，则金属异物可在电池组内充当金属催化剂。如果由磨损产生并流入电池组的金属异物充当金属催化剂，则电池组的mea(乙醇胺)可能发生降解。如果mea劣化，mea的劣化可能对电池组的驱动性能具有严重的影响，因此，防止金属异物出现在燃料电池系统中是非常重要的因素。因此，在本公开中，摩擦构件13由非金属材料而不是金属材料制成的配置是实现本发明的重要因素。

可替换地，作为本公开的另一示例性实施例，可通过调节摩擦构件13的厚度使摩擦构件13的厚度制造偏差最小化来实现本公开。可根据需要在0.1mm与10mm之间的范围内适当地确定摩擦构件13的厚度。特别地，本公开的摩擦构件13可形成为具有1mm或更小厚度的薄膜。当摩擦构件13形成为具有1mm或更小厚度的薄膜时，可使柱塞11与轭部12之间的厚度公差最小化，由此可具有如下优点：可平稳且容易地调节柱塞11与轭部12之间的摩擦力。

图6是示出本公开的又一示例性实施例的视图。图6示出了沿着图2中的线a-a'截取的横截面，并且示出了摩擦部件13的切口部分在柱塞11与轭部12之间彼此直接接触的状态。因此，图6所示的状态可是通过摩擦构件13从柱塞11的中心沿径向方向对轭部12施加力的状态。

如上所述，本公开的核心精神的特征在于，摩擦构件13形成在电磁阀的柱塞11与轭部12之间，使得摩擦构件13按压轭部12，并且具体地，随着摩擦构件13按压轭部12，摩擦力在柱塞11移动时增大，由此通过由增大的摩擦力引起的阻尼来防止和减少电磁阀的振动和噪音的发生。换言之，本发明的特征在于，设置有摩擦构件13，并且摩擦构件13通过使用各种方法在从柱塞11到轭部12的方向上按压轭部12。因此，上述详细描述示例性地说明了本公开。

已参考本发明的优选实施例详细描述了本发明。然而，本领域技术人员将会理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行改变，本发明的范围由所附权利要求及其等同物来限定。