KR100815157B1

KR100815157B1 - 전자제어식 쓰로틀밸브장치

Info

Publication number: KR100815157B1
Application number: KR1020070049492A
Authority: KR
Inventors: 이종수; 나주형; 강동우; 유해찬; 임재규
Original assignee: (주)모토닉
Priority date: 2007-05-22
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2008-03-19

Abstract

본 발명은 자동차에 사용되는 쓰로틀밸브장치에 관련되는 것으로서, 일측면이 개구된 장착공간과 흡기통로와 모터수납공간이 형성된 쓰로틀바디; 상기 장착공간으로부터 흡기통로의 내측으로 가로질러 끼워지되 좌우 방향으로 회전이 가능하게 설치되는 쓰로틀밸브 샤프트; 상기 흡기통로 내부에서 상기 쓰로틀밸브 샤프트에 결합되어 흡기통로를 개폐하는 쓰로틀밸브; 상기 모터수납공간 내부에 설치된 모터; 상기 장착공간 내부에 설치되어 모터로부터 발생된 동력을 전달받아 쓰로틀밸브 샤프트에 회전력을 전달하는 동력전달부재; 쓰로틀밸브 샤프트의 회전량을 감지하는 쓰로틀위치센서; 전원 및 제어장치 연결부; 상기 장착공간에서 상기 쓰로틀밸브 샤프트를 감싼 상태로 배치되는 코일형의 비틀림 스프링; 상기 장착공간 내에 회전이 자유롭게 설치되며 상기 비틀림 스프링의 상단에 걸리는 레버; 및 상기 쓰로틀바디의 장착공간을 덮는 커버를 포함하며, 상기 동력전달부재는 상기 쓰로틀밸브 샤프트에 고정된 부분기어를 포함하되, 상기 부분기어의 둘레에는 비틀림 스프링의 하단에 걸리는 걸림편이 형성되어 있고, 상기 레버에 걸리는 돌출편이 형성되어 있는 것을 특징으로 하므로, 비틀림 스프링 1개만으로 쓰로틀밸브의 모든 작동기구를 구현할 수 있으므로 내부 구조가 간단하고 조립이 쉽다는 이점이 있다.

쓰로틀밸브, 림프홈, 비틀림 스프링, 흡기통로, 완전개방, 완전폐쇄, 모터, 쓰로틀 위치센서

Description

전자제어식 쓰로틀밸브장치{Electronic control type throttle valve apparatus}

도 1은 종래기술에 따른 전자제어식 쓰로틀밸브장치를 나타내는 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 전자제어식 쓰로틀밸브장치를 나타내는 사시도이다.

도 3은 도 2의 분해 사시도이다.

도 4는 도 2에서 커버가 분리된 상태의 내부 구성을 나타내는 사시도이다.

도 5는 도 4에서 스프링 주변의 구조를 나타내는 저면 사시도이다.

도 6은 도 3에서 부분 기어에 자석이 인서트 사출된 구조를 나타내는 사시도이다.

도 7은 도 3에서 스로틀 위치센서의 설치구조를 나타내는 저면도 사시도이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 쓰로틀밸브장치의 작용으로 쓰로틀밸브가 작동되는 상태를 나타내는 단면도고서, (a)는 림프홈 개방상태, (b)는 완전개방상태, (c)는 완전폐쇄상태이다.

<도면에 사용된 주요부호에 대한 설명>

100 : 쓰로틀바디

110 : 흡기통로

200 : 쓰로틀밸브

300 : 쓰로틀밸브 샤프트

400 : 비틀림 스프링

500 : 쓰로틀위치센서

600 : 스토퍼

700 : 기판

710 : 자석

720 : 단자

740 : 전원 및 제어장치 연결부

800 : 레버

900 : 동력전달부

1000 : 쓰로틀 밸브장치

본 발명은 자동차에 사용되는 쓰로틀밸브장치에 관련되는 것으로서, 특히 구조가 간단하고 설치구성이 자유로운 쓰로틀밸브장치에 관한 것이다.

자동차의 심장부라 할 수 있는 엔진의 동작을 위해서는 연료의 분사와 함께 적정량의 공기가 공급되어야 한다. 일반적으로, 운행 중 엔진 내부로의 공기유입 조절은 운전자가 가속페달을 밟음에 따라 쓰로틀밸브의 개폐정도가 변화되는 것에 의해 조정된다.

근래에는 전자제어식 쓰로틀장치가 많이 시중에 나와 있는데, 이는 운전석의 액셀러레이터에 연결된 케이블과 연결되어 있어, 액셀러레이터를 밟으면 밸브가 열리면서 공기가 유입되고, 이 개방된 상태를 신호로서 전자제어유닛(ECU)으로 보내면 전자제어유닛가 이 신호를 받아 엔진으로 들어가는 공기량에 비례하는 연료량을 제어하도록 되어 있다.

한국특허출원 제10-2003-0032655호(이하, '종래기술'이라 한다)에는 전자제어식 쓰로틀장치의 예가 개시되어 있으며, 도 1을 참조하여 그 구성을 개략적으로 설명하면 이하와 같다.

도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 전자제어식 쓰로틀장치는, 쓰로틀바디(40)와, 쓰로틀밸브 샤프트(44)와, 쓰로틀밸브(45)와, 모터(46)와, 상기 모터로부터 동력을 전달받아 상기 쓰로틀밸브의 개폐동작을 위해 쓰로틀밸브 샤프트를 회전시키는 동력전달부재(50)와, 쓰로틀밸브의 림프홈개방위치로 쓰로틀밸브 샤프트를 회전시키는 림프홈부재(60) 그리고 쓰로틀밸브의 림프홈개방위치를 조정하는 조정부재 등을 포함하여 구성된다.

상기 동력전달부재(50)를 구성하는 것으로 복귀스프링(54)이 있으며, 상기 림프홈부재(60)를 이루는 것으로 림프홈레버(61)와 림프홈스프링(62)이 구비된다. 여기서, "림프홈"이란 전원이 차단되거나 비상시에 공기가 유입될 수 있게 쓰로틀밸브가 소정각도로 개방되어 형성된 공기유로를 의미한다.

상기 쓰로틀바디(42) 상의 장착공간(41)에는 커버(70)가 덮여진다.

상기 쓰로틀밸브 샤프트(44)의 연장선상에 해당되는 커버(70)의 내부 일측에는 쓰로틀밸브(45)의 개폐동작시 쓰로틀밸브(45)의 회전각도를 감지하여 전기적 신호를 발생시키는 쓰로틀 위치센서(71, TPS)가 장착된다.

또, 상기 커버(70)의 외부 일측에는 외부전원과 접속됨과 동시에 쓰로틀 위치센서(71)로부터 발생되는 전기적 신호의 연결을 위한 커넥터(72)가 일체로 형성된다.

본 발명에서 상기 동력전달부재(50)는 모터축기어(51)와 부분기어(52)와 감속기어(53) 및 복귀스프링(54)으로 이루어진다.

그러나, 종래기술에 따르면, 개방상태, 완전폐쇄상태 및 림프홈 개방상태를 구현하기 위해 2개의 스프링(54,62)이 각각 필요하므로 내부 구조가 매우 복잡하다는 단점이 있었다.

또한, 종래기술에 따른 쓰로틀 위치센서(71)는 쓰로틀밸브 샤프트(44)가 통과하도록 구성하여 상기 쓰로틀밸브 샤프트(44)의 회전량을 접촉식으로 감지하고 전기적 신호를 발생하게 되어 있으므로 설치 구성에 제약이 따르게 되었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 발명의 목적은 1개의 복원스프링으로 림프홈 개방구조와 개폐기능을 수행할 수 있도록 함으로써 내부구조 및 조립구조를 간단하게 한 전자제어식 쓰로틀밸브장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 비접촉식 쓰로틀 위치센서를 채택하여 설치 구조에 자유도를 부여할 수 있도록 한 전자제어식 쓰로틀밸브장치를 제공하는데 있다.

상술한 바와 같은 목적 달성을 위해, 본 발명의 전자제어식 쓰로틀밸브장치는, 일측면이 개구된 장착공간과 흡기통로와 모터수납공간이 형성된 쓰로틀바디;

상기 장착공간으로부터 흡기통로의 내측으로 가로질러 끼워지되 좌우 방향으로 회전이 가능하게 설치되는 쓰로틀밸브 샤프트;

상기 흡기통로 내부에서 상기 쓰로틀밸브 샤프트에 결합되어 흡기통로를 개폐하는 쓰로틀밸브;

상기 모터수납공간 내부에 설치된 모터;

상기 장착공간 내부에 설치되어 모터로부터 발생된 동력을 전달받아 쓰로틀밸브 샤프트에 회전력을 전달하는 동력전달부재;

쓰로틀밸브 샤프트의 회전량을 감지하는 쓰로틀위치센서;

전원 및 제어장치 연결부;

상기 장착공간에서 상기 쓰로틀밸브 샤프트를 감싼 상태로 배치되는 코일형의 비틀림 스프링;

상기 장착공간 내에 회전이 자유롭게 설치되며 상기 비틀림 스프링의 상단에 걸리는 레버; 및

상기 쓰로틀바디의 장착공간을 덮는 커버를 포함하며,

상기 동력전달부재는 상기 쓰로틀밸브 샤프트에 고정된 부분기어를 포함하 되, 상기 부분기어의 둘레에는 비틀림 스프링의 하단에 걸리는 걸림편이 형성되어 있고, 상기 레버에 걸리는 돌출편이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 비틀림 스프링은, 상단부의 직경이 하단부의 직경보다 작은 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 장착공간에는 상기 걸림편의 이동을 한정하는 스토퍼가 돌출 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 부분기어에는 자석이 설치되어 있으며, 쓰로틀위치센서는 비접촉식 센서인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 쓰로틀위치센서는 기판의 하면에 설치되며, 상기 기판에는 단자가 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부되는 도 2 내지 도 8을 참고하면서 본 발명에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 첨부된 도면은 본 발명의 바람직한 하나의 실시예를 보여주는 것인 바, 도면 자체에 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 즉, 당업자에 의한 용이한 설계변경이나 단순하고 등가적인 구성요소로의 치환 등도 본 발명의 특허청구범위에 기재된 권리범위에 포함되는 것이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 쓰로틀밸브장치(1000)는 일측면이 개구된 장착공간(150)과 흡기통로(110)와 모터수납공간(160)이 형성된 쓰로틀바디(100)와, 상기 장착공간(150)으로부터 흡기통로(110)의 내측으로 가로질러 끼워지되 좌우 방향으로 회전이 가능하게 설치되는 쓰로틀밸브 샤프트(300)와, 상기 흡기통로(110) 내부에서 상기 쓰로틀밸브 샤프트(300)에 결합되어 흡기통로(110)를 개폐하는 쓰로틀밸브(200)와, 상기 모터수납공간(160) 내부에 설치된 모터(M)와, 상기 장착공간(150) 내부에 설치되어 모터(M)로부터 발생된 동력을 전달받아 쓰로틀밸브 샤프트(300)에 회전력을 전달하는 동력전달부(900)와, 쓰로틀밸브 샤프트(300)의 회전량을 감지하는 쓰로틀위치센서(500)와, 전원 및 제어장치 연결부(740)와, 상기 장착공간(150)에서 상기 쓰로틀밸브 샤프트(300)를 감싼 상태로 배치되는 코일형의 비틀림 스프링(400)과, 상기 장착공간(150) 내에 회전이 자유롭게 설치되며 상기 비틀림 스프링(400)의 상단 인출단에 걸리는 레버(800)와, 상기 쓰로틀바디(100)의 장착공간(150)을 덮는 커버(120)를 포함한다.

설명의 편의를 위해, 도면에서 커버가 있는 부분을 상부로, 흡기통로가 있는 부분을 하부로 정한다.

먼저, 상기 쓰로틀바디(100)의 일측에 형성된 흡기통로(110) 내에는 쓰로틀밸브(200)가 설치되어 흡기통로(110)를 개폐하게 되어 있다. 여기서, 상기 쓰로틀밸브(200)는 나사 결합을 통해 쓰로틀밸브 샤프트(300)에 고정 설치되어 있다.

또한, 상기 쓰로틀바디(100)의 측면에는 모터(M)가 내장되는 모터수납공간(160)이 형성되어 있다.

그리고, 상기 쓰로틀밸브 샤프트(300)의 일측 단부는 상기 모터(M)의 출력축과 이웃하여 배치된다. 상기 모터(M)의 출력축과 이웃한 쓰로틀밸브 샤프트(300)의 단부에는 부분기어(G1)가 결합되어 있으며, 상기 부분기어(G1)와 모터(M)의 출력축 사이에는 중간기어(G2)가 연결되어 있다. 상기 중간기어(G2)는 모터(M)의 출력축에 설치되는 구동기어(G3)와 연결된다. 또한, 상기 중간기어(G2)의 일측면 중앙에 형성된 보조기어(G4)는 상기 부분기어(G1)와 맞물려 모터(M)의 회전력이 부분기어(G1)까지 전달된다. 상기 기어들(G1,G2, G3, G4)은 본 발명의 동력전달부(900)를 구성한다.

또한, 본 실시예에 따르면, 장착공간(150) 내에서 비틀림 스프링(400)이 쓰로틀밸브 샤프트(300)를 감싸면서 배치되어 있다. 특히, 상기 비틀림 스프링(400)은 코일형으로 형성되어 있으며, 상단과 하단이 코일 몸체로부터 인출되어 상단 인출단(410)과 하단 인출단(420)이 형상되어 있다.

또한, 장착공간(150)의 바닥에는 레버(800)가 힌지축(P)에 대하여 회전이 자유롭게 설치되어 있다. 상기 레버(800)는 상기 비틀림 스프링(400)의 상부 인출단(410)이 안착되도록 안착홈(860)이 형성되어 있다.

그리고, 상기 부분기어(G1)의 둘레에는 걸림편(910)이 아래쪽으로 연장 형성되어 있고, 상기 걸림편(910)로부터 소정 각도 뒤에는 돌출편(920)이 형성되어 있다. 상기 걸림편(910)은 비틀림 스프링(400)의 하부 인출단(420)에 걸리는 부분이고 돌출편(920)은 흡기통로의 완전 폐쇄시 상기 레버(800)와 접촉할 수 있는 부분이다.

처음 조립시(즉, 림프홈 개방시), 상기 비틀림 스프링(400)의 상부 인출단(410)과 하부 인출단(420)이 레버(800)와 걸림편(910)에 각각 닿은 상태에서 탄성적인 비틀림 응력을 보유하고 있는 상태가 된다. 특히, 커버(120)쪽인 상부의 직경이 쓰로틀밸브(200)쪽인 하부보다 작게 되어 있어 비틀림 스프링(400)의 상부 인출단(410)이 레버(800)를 누르는 힘(F)에 의한 힌지축(P)에 대한 모멘트가 부분기어(G1)의 돌출편(920)이 레버(800)를 누르는 힘(f)에 의한 모멘트보다 크게 되어 부분기어(G1)가 소정의 회전위치에 고정됨으로써 쓰로틀밸브(200)가 림프홈 간격을 형성할 수 있게 된다. 이때, 상기 비틀림 스프링(400)에는 여전히 탄성력이 작용한다.

이 상태에서 상기 모터(M)의 구동력에 의해 부분기어(G1)기 회전하면서 도 8에 도시된 바와 같은 완전개방상태와 완전폐쇄상태를 탄성적으로 구현하게 되는 것이다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 장착공간(150)에 상기 걸림편(910)의 이동을 한정하는 스토퍼(600)가 돌출 형성되어 있다. 상기 상기 걸림편(910) 스토퍼(600)에 걸리면 완전폐쇄상태가 유지된다.

한편, 상기 부분기어(G1)에는 자석(710)이 설치되어 있어, 쓰로틀위치센서(500)에 의해 각도가 정확히 감지되게 된다.

특히, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 자석(710)은 결합공(711)이 형성된 원판상으로 되어 있으며, 상기 결합공(711)을 통해 쓰로틀밸브 샤프트(300)가 회전이 불가하게 결합된다.

아울러, 상기 자석(710)은 인서트 사출 공정에 의해 부분기어(G1)와 함께 형성되어 있으며, 자석(710)이 부분기어(G1)와 별도로 배치될 수도 있다.

한편, 상기 쓰로틀위치센서(500)는 상기 부분기어(G1)와 이격되어 작동하는 비접촉식 센서로 구성되어 있으며, 커버(700)에 고정 결합된 기판(700)의 하면에 적당히 설치될 수 있다. 즉, 상기 쓰로틀위치센서(500)가 자석(710)의 회전량을 적절히 감지할 수 있도록 자석(710)과 대향 배치되어 있다.

또한, 상기 기판(700)에는 모터(M) 또는 쓰로틀위치센서(500)에 전원과 신호를 전달하는 단자(720)가 납땜 연결되어 있다. 상기 전원 및 제어장치 연결부(740)는 기판(700)과 단자(720)를 포함하며, 상기 기판(700)은 커버(120)에 고정 결합되고, 상기 단자(720)는 커넥터(121)에 나사(750)로 결합되어 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 쓰로틀밸브장치의 작동원리에 대해 설명하기로 한다.

첨부되는 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 쓰로틀밸브장치의 작용으로 쓰로틀밸브가 동작되는 상태를 보여주는 단면도이다.

도 8의 (a)는 초기상태(림프홈 개방상태)를 보여주는 것으로, 전원이 차단되거나 제어불능 등 비상 상태에 빠진 경우 쓰로틀밸브(200)가 흡기통로(110)에 대해 경사지게 배치되어 공기의 유입이 가능하도록 함으로써 주행이 가능한 상태를 유지한다.

림프홈 개방상태가 가능한 것은, 전술한 바와 같이, 비틀림 스프링(400)이 코일형으로 되어 있되, 그 상부 인출단(410)은 레버(800)에 반시계 방향의 회전력을 주어 장착공간 내에 밀착되도록 하는 동시에, 그 하부 인출단(420)은 부분기어(G1)에 반시계 방향의 회전력을 주어 부분기어(G1)의 돌출편(920)이 레버(800)의 뒤쪽에 걸리기 때문이다.

특히, 커버(120)쪽인 상부의 직경이 쓰로틀밸브(200)쪽인 하부보다 작게 되어 있어 비틀림 스프링(400)의 상부 인출단(410)이 레버(800)를 누르는 힘(F)의 힌지축(P)에 대한 모멘트가 부분기어(G1)의 돌출편(920)이 레버(800)를 누르는 힘(f)에 의한 모멘트보다 크게 되어 부분기어(G1)가 소정의 회전위치에 고정되어 쓰로틀밸브(200)가 소정의 간격으로 개방된다.

한편, 도 8의 (b)는 쓰로틀밸브(200)가 완전히 개방된 상태로서 액셀러레이터에 연결된 제어장치로부터 신호를 받아 모터에 의해 부분기어(G1)를 시계방향으로 회전시키는 것에 의해 이루어진다. 즉, 부분기어(G1)가 시계방향으로 회전하면 비틀림 스프링(400)의 하단을 레버(800)쪽으로 누르게 된다. 이 경우, 레버(800)는 장착공간(150) 내에 형성된 턱(190)에 걸려 있기 때문에, 결국 부분기어(G1)가 비틀림 스프링(400)의 탄성저항을 받으며 회전하게 된다.

또한, 도 8의 (c)는 쓰로틀밸브(200)가 완전히 폐쇄된 상태로서 액셀러레이터에 연결된 제어장치로부터 신호를 받아 모터(M)에 의해 부분기어(G1)를 반시계 방향으로 회전시킴으로써 이루어진다. 이 경우, 림프홈 개방위치를 지나는 순간부터는 부분기어(G1)에 형성된 돌출편(920)이 레버(800)를 눌러서 레버(800)가 힌지축(810)을 중심으로 시계방향으로 회전하면서 비틀림 스프링(400)에 힘을 가하므 로, 완전폐쇄상태까지 비틀림 스프링(400) 내에 여전히 복원력이 작용하게 된다. 이는, 부분기어(G1)의 회전각도에 비해 레버(800)의 회전각도가 3배 이상 크기 때문이다.

전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 비틀림 스프링 1개만으로 쓰로틀밸브의 모든 작동기구를 구현할 수 있으므로 내부 구조가 간단하고 조립이 쉽다는 이점이 있다.

또한, 비접촉식 쓰로틀 위치센서를 채택하여 내부 구성요소의 배치를 비교적 자유롭게 수행할 수 있다.

Claims

일측면이 개구된 장착공간과 흡기통로와 모터수납공간이 형성된 쓰로틀바디;

상기 장착공간으로부터 흡기통로의 내측으로 가로질러 끼워지되 좌우 방향으로 회전이 가능하게 설치되는 쓰로틀밸브 샤프트;

상기 흡기통로 내부에서 상기 쓰로틀밸브 샤프트에 결합되어 흡기통로를 개폐하는 쓰로틀밸브;

상기 모터수납공간 내부에 설치된 모터;

상기 장착공간 내부에 설치되어 모터로부터 발생된 동력을 전달받아 쓰로틀밸브 샤프트에 회전력을 전달하는 동력전달부재;

쓰로틀밸브 샤프트의 회전량을 감지하는 쓰로틀위치센서;

전원 및 제어장치 연결부;

상기 장착공간에서 상기 쓰로틀밸브 샤프트를 감싼 상태로 배치되는 코일형의 비틀림 스프링;

상기 장착공간 내에 회전이 자유롭게 설치되며 상기 비틀림 스프링의 상단에 걸리는 레버; 및

상기 쓰로틀바디의 장착공간을 덮는 커버를 포함하며,

상기 동력전달부재는 상기 쓰로틀밸브 샤프트에 고정된 부분기어를 포함하되, 상기 부분기어의 둘레에는 비틀림 스프링의 하단에 걸리는 걸림편이 형성되어 있고, 상기 레버에 걸리는 돌출편이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자제어식 쓰로틀밸브장치
제1항에 있어서,

상기 비틀림 스프링은, 상단부의 직경이 하단부의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 전자제어식 쓰로틀밸브장치
제2항에 있어서,

상기 장착공간에는 상기 걸림편의 이동을 한정하는 스토퍼가 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 전자제어식 쓰로틀밸브장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 부분기어에는 자석이 설치되어 있으며, 쓰로틀위치센서는 비접촉식 센서인 것을 특징으로 하는 전자제어식 쓰로틀밸브장치.
제4항에 있어서,

상기 쓰로틀위치센서는 기판의 하면에 설치되며, 상기 기판에는 단자가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전자제어식 쓰로틀밸브장치.