KR20080111651A

KR20080111651A - 마그네슘 스로틀 바디 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20080111651A
Application number: KR1020070059867A
Authority: KR
Inventors: 김재중
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2007-06-19
Filing date: 2007-06-19
Publication date: 2008-12-24
Also published as: US7721706B2; US20080313898A1; DE102007053329A1; CN101328837B; CN101328837A

Abstract

본 발명은 마그네슘 스로틀 바디 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 알루미늄 스로틀 바디를 마그네슘 재질의 스로틀 바디로 제조하되, 스로틀 바디를 통과하는 냉각수와의 부식 반응을 배제시킬 수 있는 구조로 제조한 마그네슘 스로틀 바디 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 스로틀 바디 제조용 다이캐스팅 금형에 빼기 구배가 없는 10mm 직경의 핀을 구비하는 단계와; 상기 스로틀 바디 제조용 다이캐스팅 금형에서 설계된 형상의 스로틀 바디가 성형되는 동시에 이 스로틀 바디에 냉각수 튜브 고정단이 일체로 성형되는 단계와; 상기 냉각수 튜브 고정단이 일체로 성형되는 동시에 상기 금형에 구비된 핀에 의하여 냉각수 튜브 고정단에 냉각수 튜브를 압입시킬 수 있는 고정홀이 형성되는 단계와; 상기 냉각수 튜브 고정단의 고정홀을 통하여 냉각수 튜브를 압입하는 단계; 를 통하여, 마그네슘 스로틀 바디와 냉각수가 직접적으로 접촉되지 않도록 한 것을 특징으로 하는 마그네슘 스로틀 바디 및 그 제조 방법을 제공한다.

마그네슘, 스로틀 바디, 금형, 냉각수 튜브

Description

마그네슘 스로틀 바디 및 그 제조 방법{Mg alloy throttle body and method for manufacturing the same}

도 1 및 도 2는 기존 알루미늄 스로틀 바디 구조를 보여주는 도면으로서, 점선 부분은 냉각수 튜브가 장착된 것을 보여주는 도면,

도 2는 기존의 냉각수 튜브 장착 구조를 보여주는 도면,

도 3은 기존 알루미늄 스로틀 바디를 다이캐스팅 하기 위한 금형 분할 구조를 보여주는 개략도,

도 4는 기존 알루미늄 스로틀 바디의 냉각수 튜브 장착 구멍을 형성시키기 위하여, 금형(좌)에 핀을 장착한 것을 나타내는 개략도,

도 5는 기존 알루미늄 스트로틀 바디의 냉각수 튜브 장착 구멍을 기계가공 통해 완성하는 것을 설명하는 개략도,

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 스로틀 바디에 사용된 마그네슘 합금과 냉각수가 반응하여 생성된 피팅(pitting) 관찰 조직에 대한 사진과 국부적인 성분 검사 결과를 나타내는 그래프,

도 7은 본 발명에 따른 마그네슘 스로틀 바디 구조를 나타내는 개략도,

도 8은 본 발명의 마그네슘 스로틀 바디에 있어서 냉각수 튜브 장착 구조를 보여주는 개략도,

도 9는 본 발명의 마그네슘 스로틀 바디에 있어서 냉각수 튜브 장착 구조를 구현하기 위해, 흡기 매니폴드 장착면 금형에 핀을 장착한 것을 보여주는 개략도,

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 : 냉각수 튜브 고정단 30a,30b : 고정홀

40 : 분리형 냉각수 튜브 50 : 일체형 냉각수 튜브

60 : 압입구 100 : 마그네슘 스로틀 바디

200 : 알루미늄 스로틀 바디 300 : 금형

301 : 측면 금형 302 : 장착면 금형

303a,303b : 핀

최근 자동차의 경량화 및 성능 향상의 요구로 파워트레인 시스템의 중량이 점차 감소하는 추세에 있고, 이를 위한 방법의 하나로 기존의 알루미늄 부품을 경 량 소재인 마그네슘 부품으로 대체하여 점차 확대 적용하고 있는 추세에 있다.

특히, 스로틀 바디(Throttle Body 혹은 ETC Body)의 경우 흡기 매니폴드(Intake Manifold)에 장착되어 공기 흡입을 조절하는 장치의 기본이 되는 부품으로서, 대부분 알루미늄 다이캐스팅으로 제조되고 있으며, 이는 치수 정확성이 높고, 온도 및 부식 저항성이 좋기 때문이다.

이러한 스로틀 바디는 엔진 작동시 진동으로 인한 떨림으로 흡기 매니폴드의 NVH 특성에 영향을 주게 된다.

즉, 관성력에 의한 진동으로 그 중량이 가벼울수록 흡기 매니폴드의 NVH 특성이 좋게 된다.

따라서, 현재 설계적인 측면에서 스로틀 바디의 중량 절감에 대한 한계에 있으므로, 소재 대체만이 유일한 방법이며, 앞서 서술한 마그네슘 합금 대체 가능성을 제시할 수 있다.

그러나, 스로틀 바디를 마그네슘 합금으로 적용하는데 있어서, 스로틀 바디를 통과하는 냉각수와의 부식 반응에 대한 문제점이 있을 수 있다.

즉, 겨울철에 습기의 어는점 이하의 냉각으로 스로틀 조절이 불가할 수가 있으므로, 가열된 냉각수를 스로틀 바디에 통과시켜 이를 방지하고 있는 바, 가열된 냉각수는 알루니늄 합금과는 반응성이 없지만, 장시간 마그네슘 합금과 접촉할 경우 반응하여 스로틀 바디에 부식 현상이 발생되는 것으로 알려져 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 기존의 알루미늄 스로틀 바디를 마그네슘 합금 재질의 스로틀 바디로 제조하여, 스로틀 바디의 중량 감소를 실현하고, 스로틀 바디를 통과하는 냉각수와의 부식 반응을 배제시킬 수 있는 구조로 제조하여, 마그네슘 합금 재질의 스로틀 바디에 부식 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있도록 한 마그네슘 스로틀 바디 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일구현예는: 스로틀 바디 제조용 금형을 이용하여 마그네슘 합금 재질의 스로틀 바디를 제조하되, 상기 스로틀 바디에 냉각수 튜브가 압입될 수 있는 냉각수 튜브 고정단을 일체로 성형시킨 것을 특징으로 하는 마그네슘 스로틀 바디를 제공한다.

바람직한 구현예로서, 상기 냉각수 튜브 고정단의 전면에는 냉각수 튜브의 압입을 위한 압입구가 관통 형성되고, 상기 냉각수 튜브 고정단의 내부에서 그 좌우방향으로는 상기 압입된 냉각수 튜브가 안착 고정되도록 고정홀이 관통 형성된 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 스로틀 바디 제조용 금형에는 상기 냉각수 튜브 고정단의 고정홀을 형성하기 위한 빼기 구배가 없는 10 mm 직경의 핀이 구비된 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 스로틀 바디 제조 용 다이캐스팅 금형에 빼기 구배가 없는 10mm 직경의 핀을 구비하는 단계와; 상기 스로틀 바디 제조용 다이캐스팅 금형에서 설계된 형상의 스로틀 바디가 성형되는 동시에 이 스로틀 바디에 냉각수 튜브 고정단이 일체로 성형되는 단계와; 상기 냉각수 튜브 고정단이 일체로 성형되는 동시에 상기 금형에 구비된 핀에 의하여 냉각수 튜브 고정단에 냉각수 튜브를 압입시킬 수 있는 고정홀이 형성되는 단계와; 상기 냉각수 튜브 고정단의 고정홀을 통하여 냉각수 튜브를 압입하는 단계; 를 통하여, 마그네슘 스로틀 바디와 냉각수가 직접적으로 접촉되지 않도록 한 것을 특징으로 하는 마그네슘 스로틀 바디의 제조 방법을 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 파워트레인의 경량화와 NVH 성능을 향상시키고 내구성 문제가 없는 마그네슘 스로틀 바디 구조와 그 제조 방법을 제공하고자 한 것으로서, 기존의 알루미늄 스로틀 바디는 다이캐스팅/가공 후 냉각수 튜브 2개를 서로 반대방향에서 각각 압입시켜 장착하고 있으나, 본 발명은 냉각수와의 반응을 회피하기 위해 마그네슘 다이캐스팅 후 가공없이 일체형 냉각수 튜브 1개를 스로틀 바디에 압입시켜 제조하는 방법을 제공한다.

또한, 일체형 냉각수 튜브 1개를 스로틀 바디에 압입시키는 것을 구현하기 위해, 금형 구조를 핀을 갖는 구조로 개선하고, 이에 핀에 의하여 냉각수 튜브의 압입이 용이한 빼기 구배가 없는 냉각수 튜브 고정홀이 스로틀 바디에 형성되도록 한 점에 주안점이 있다.

본 발명이 적용되는 스로틀 바디는 흡기 매니폴드 입구에 장착되어 공기 흐름을 조절하는 장치인 ETC를 구성하는 부품으로서, ETC 바디라고도 불리우며, 전자화되는 추세에 따라 복잡한 형상을 가지고 있으며, 현재 알루미늄 재질로 만들어지고 있다.

즉, 상기 알루미늄 스로틀 바디(200)는 스로틀 개폐 장치와, 이를 조절하는 기어류와, 모터를 보호/지지하는 구조로 되어 있으며, 도 1의 점선으로 표시된 부분과 같이 바디에는 2개의 분리형 냉각수 튜브(40)가 장착되어 있다.

상기 냉각수 튜브(40)는 겨울철에 습기의 어는 점 이하의 냉각으로 스로틀의 조절이 불가능한 경우를 대비하여, 가열된 냉각수를 스로틀 바디에 통과시켜 스로틀의 조절 불가능 현상을 방지하는 기능을 한다.

본 발명의 이해를 돕기 위하여, 종래의 알루미늄 스로틀 바디에 냉각수 튜브가 장착된 구조를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 알루미늄 스로틀 바디(200)에 분리형 냉각수 튜브(40)가 장착된 구조를 보여주는 도면으로서, 2개의 분리형 냉각수 튜브(40)를 냉각수 튜브 고정단(20)에 형성된 고정홀(30b)에 장착시킬 때, 각 튜브를 양쪽에서 각각 압입하므로, 튜브 사이는 빈 공간으로 형성된다.

따라서, 분리형 냉각수 튜브(40)를 통하여 공급된 냉각수가 상기 빈 공간을 지날 때 알루미늄 스로틀 바디(200) 표면과 직접적으로 접촉되지만, 가열된 냉각수는 알루니늄 합금과는 반응성이 없어 부식에 대한 우려는 없다.

한편, 도 3은 기존 알루미늄 스로틀 바디(200)를 다이캐스팅 하기 위해 배치 된 금형(300)을 거시적으로 보여주고 있는 바, 금형은 총 4개로 구성되어 있으며, 기존의 냉각수 튜브 고정단(20)을 스로틀 바디(200)에 일체로 성형하는 금형은 4개의 금형중 측면 금형(301)과 장착면 금형(302)이다.

특히, 도 4에서 볼 수 있듯이, 상기 측면 금형(301)에 핀(303b)이 장착되어, 냉각수 튜브(40)의 압입을 위한 고정홀(30b)을 형성하게 하는데, 알루미늄에 일반적으로 적용되는 빼기 구배가 적용되며, 그 깊이는 약 25 mm 정도이다.

따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 다이캐스팅 이후 분리형 냉각수 튜브(40) 압입을 위해 직경이 일정하지 않은 고정홀(30b) 부분을 일정한 직경으로 기계 가공을 더 진행해야 한다.

더욱이, 위와 같은 기존 제조 방법으로 분리형 냉각수 튜브(40)를 장착한다면, 도 2에서 보듯이 냉각수 튜브(40) 사이에 빈 공간이 존재하게 되는 바, 이는 기존 알루미늄 스로틀 바디(200)의 경우에는 내구성 문제가 없지만, 중량 절감 등을 이유로 마그네슘 소재의 스로틀 바디로 대체할 경우 부식 등의 문제가 발생할 수 있다.

위와 같은 점을 감안하여, 본 발명은 기존의 알루미늄 스로틀 바디를 마그네슘 합금 재질의 스로틀 바디로 대체하여, 스로틀 바디의 중량 감소를 실현함과 함께, 스로틀 바디를 통과하는 냉각수와의 부식 반응을 배제시킬 수 있도록 냉각수가 직접 접촉되지 않는 구조로 제조하여, 마그네슘 합금 재질의 스로틀 바디에 부식 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있도록 한 점에 특징이 있다.

본 발명에 따른 스로틀 바디를 제조하기 위해 사용된 마그네슘 합금은 아래 의 표 1에 나타낸 조성비를 가지면서, 다이캐스팅을 위한 주조성이 매우 우수한 소재이고, 또한 불순물 최소화로 내식성 및 물성, 가격 경쟁력이 상대적으로 우수하한 장점이 있다.

본 발명에서 사용된 마그네슘 합금 특성이 상대적으로 우수함에도 불구하고 해수 분위기와는 달리 냉각수에 장기간 노출시 부식의 문제가 발생할 수 있다.

즉, 마그네슘 소재가 100℃로 가열된 냉각수에 장기간 노출되었을 때, 마그네슘 소재 표면을 100배로 확대하여 관찰한 도 6a의 사진에서 보는 바와 같이, 피팅(pitting)이 발생하였으며, 국부적인 성분 검사 결과, 도 6b의 그래프에서 보는 바와 같이 마그네슘 산화물이 측정되었다.

따라서, 표면 산화 발생 후 가열된 냉각수 흐름으로 인해 국부적으로 산화층이 떨어져 나가고, 그 부분에 집중적으로 산화가 다시 발생하는 현상이 반복적으로 일어나 피팅(pitting)이 생긴 것으로 이해할 수 있다.

여기서, 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 스로틀 바디 구조 및 그 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 7은 본 발명에 따른 마그네슘 스로틀 바디 구조를 나타내는 개략도이고, 도 8은 본 발명의 마그네슘 스로틀 바디에 있어서 냉각수 튜브 장착 구조를 보여주는 개략도이다.

본 발명의 마그네슘 스로틀 바디(100)는 스로틀 바디 제조용 다이캐스팅 금형(300)을 이용하여 제조하되, 이 스로틀 바디(100)에 일체형 냉각수 튜브(50)가 압입될 수 있는 냉각수 튜브 고정단(20)을 일체로 성형시키고, 이 냉각수 튜브 고정단(20)의 구조가 전면에 냉각수 튜브의 압입을 위한 압입구(60)가 관통 형성되고, 그 내부에는 압입된 일체형 냉각수 튜브(50)가 안착 고정되도록 좌우방향으로 고정홀(30a)이 관통 형성된 구조가 되도록 한다.

한편, 상기 스로틀 바디 제조용 다이캐스팅 금형에는 상기 냉각수 튜브 고정단(20)의 고정홀(30a)을 형성하기 위한 수단으로서, 빼기 구배가 없는 10 mm 직경의 핀(303a)이 구비된다.

즉, 도 9에 도시된 바와 같이 다이캐스팅 금형중 측면 금형(301)에 장착된 기존의 핀(303b)을 제거하고, 대신에 장착면 금형(302)에 냉각수 튜브 고정단(20)의 고정홀(30a) 및 압입구(60) 형성을 위한 핀(303a)이 구비된다.

이와 같이, 스로틀 바디 제조용 다이캐스팅 금형중 장착면 금형에 빼기 구배가 없는 10mm 직경의 핀(303a)을 구비한 상태에서 설계된 형상의 마그네슘 스로틀 바디(100)를 성형 제작하되, 이 스로틀 바디(100)에 냉각수 튜브 고정단(20)이 일체로 성형되도록 하고, 이와 동시에 상기 금형(300)에 구비된 핀(303a)에 의하여 냉각수 튜브 고정단(20)에 일체형 냉각수 튜브(50)를 압입시킬 수 있는 압입구(60) 및 고정홀(30a)이 형성되어진다.

이에, 상기 냉각수 튜브 고정단(20)의 고정홀(30a)을 통하여 일체형 냉각수 튜브(50)를 압입하게 되면, 마그네슘 스로틀 바디(100)와 냉각수가 직접적으로 접촉되지 않게 되므로, 마그네슘 합금 재질의 스로틀 바디에 부식 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있고, 산화 반응없이 안정된 내구성을 보장할 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 마그네슘 스로틀 바디 및 그 제조 방법에 의하면, 기존의 알루미늄 스로틀 바디를 마그네슘 합금 재질의 스로틀 바디로 제조하여, 스로틀 바디의 중량 감소를 실현할 수 있다.

특히, 스로틀 바디에 일체로 성형되는 냉각수 튜브 고정단에 일체형 냉각수 튜브를 압입 고정시킬 수 있는 고정홀 및 압입구를 형성하여, 스로틀 바디를 통과하는 냉각수와의 직접적인 접촉을 회피하도록 함으로써, 마그네슘 합금 재질의 스로틀 바디에 부식 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

Claims

스로틀 바디 제조용 금형을 이용하여 마그네슘 합금 재질의 스로틀 바디를 제조하되, 상기 스로틀 바디에 냉각수 튜브가 압입될 수 있는 냉각수 튜브 고정단을 일체로 성형시킨 것을 특징으로 하는 마그네슘 스로틀 바디.
청구항 1에 있어서, 상기 냉각수 튜브 고정단의 전면에는 냉각수 튜브의 압입을 위한 압입구가 관통 형성되고, 상기 냉각수 튜브 고정단의 내부에서 그 좌우방향으로는 상기 압입된 냉각수 튜브가 안착 고정되도록 고정홀이 관통 형성된 것을 특징으로 하는 마그네슘 스로틀 바디.
청구항 1에 있어서, 상기 스로틀 바디 제조용 금형에는 상기 냉각수 튜브 고정단의 고정홀을 형성하기 위한 빼기 구배가 없는 10 mm 직경의 핀이 구비된 것을 특징으로 하는 마그네슘 스로틀 바디.
스로틀 바디 제조용 다이캐스팅 금형에 빼기 구배가 없는 10mm 직경의 핀을 구비하는 단계와;

상기 스로틀 바디 제조용 다이캐스팅 금형에서 설계된 형상의 스로틀 바디가 성형되는 동시에 이 스로틀 바디에 냉각수 튜브 고정단이 일체로 성형되는 단계와;

상기 냉각수 튜브 고정단이 일체로 성형되는 동시에 상기 금형에 구비된 핀에 의하여 냉각수 튜브 고정단에 냉각수 튜브를 압입시킬 수 있는 고정홀이 형성되는 단계와;

상기 냉각수 튜브 고정단의 고정홀을 통하여 냉각수 튜브를 압입하는 단계;

를 통하여, 마그네슘 스로틀 바디와 냉각수가 직접적으로 접촉되지 않도록 한 것을 특징으로 하는 마그네슘 스로틀 바디의 제조 방법.