KR100342346B1 - 로타리형 아이들 스피드 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 전자식 엔진에서 흡입 공기의 유량을 제어하는 로타리형 아이들 스피드 액츄에이터에 관한 것으로서,

공기가 흡입되는 흡입니플(84)과, 공기가 배출되는 배출니플(86)이 구비되고, 상기 흡입니플(84)에서 배출니플(86)로의 배기량을 제어하도록 밸브(88)가 구비되며, 상기 밸브(88)는 밸브시일(16)과의 틈 크기에 의해서 배기량을 제어하며 샤프트(82)에 장착되는 밸브 조립체(80)와,

철 성분으로 이루어지는 스테이터(64)와, 양측에 동일하게 코일을 권선할 수 있는 공간을 가지며, 중심에는 자석의 통로를 형성할 코어(62)의 삽입이 가능한 구멍(152)이 형성되며, 터미널(56)을 지지할 수 있는 지지부(151)를 양단에 형성한 보빈(58)과, 상기 보빈(58)의 외측에 설치된 요크(60)를 포함하고, 상기 코일(54)은 엔진컴퓨터(150)에 의해서 전기인가체(129)를 통하여 전기 인가 신호를 받으며, 상기 샤프트(82)의 상부에는 영구자석(120)이 장착된 솔레노이드 조립체(80)로 구성된다.

이것에 의해서, 공기 유량을 정밀하고 안정적으로 제어할 수 있게 된다.

Description

로타리형 아이들 스피드 액츄에이터 {Rotary Type Idle Speed Actuator}

본 발명은 자동차의 전자식 엔진에서 흡입 공기의 유량을 제어하는 로타리형 아이들 스피드 액츄에이터에 관한 것으로서, 보다 상세히는 영구자석에 의해 밸브의 제어가 회전식으로 이루어지는 로타리형 아이들 스피드 액츄에이터에 관한 것이다.

종래의 경우를 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.

전자식 엔진의 아이들 스피드를 제어하기 위하여 흡입 공기의 유량을 제어하게 되는데 이 흡입 공기의 유량을 제어하는 액츄에이터는 정밀한 유량 제어가 필요하다.

종래의 액츄에이터(10)는 케이스(24)내에 솔레노이드 장치가 포함되며, 바디부(22)내에 밸브 장치가 포함된다.

상기 바디부(22)내에는 공기가 흡입되는 흡입니플(18)과, 공기가 배출되는 배출니플(20)이 구비되고, 상기 흡입니플(18)에서 배출니플(20)로의 배기량을 제어하도록 밸브(14)가 구비된다. 상기 밸브(14)는 밸브시일(16)과의 틈 크기에 의해서 배기량을 제어한다. 상기 밸브(14)는 샤프트(12)의 하단에 장착된다.

상기 솔레노이드 장치는 상기 샤프트(12)를 상하 운동시키는 것으로서, 절연체인 보빈(26) 둘레에 코일(32)이 구비되고, 상기 샤프트(12)의 상부는 코어(28)로써 지지되며, 상하 운동하는 플런저(34)와, 상기 플런저(34)와 코어(28) 사이에 스프링(30)이 개재된다.

따라서, 코일(32)에 전기가 인가되면, 플런저(34)가 상승되어 배출니플(20)로의 공기 배출을 행하고, 스프링(30)력에 의해서 하강되면, 공기 배출을 차단시킨다.

이러한 액츄에이터는 전자석의 코일이 단선된 경우에는 스프링의 복원력을 중간에서 멈추게 할 수 없으므로, 밸브가 완전히 크로즈되어 , 동작중에 단선 또는 통전의 문제가 발생되어, 엔진회전의 최소 공기를 공급하지 못하여 아이들 상태에서 엔진이 정지하는 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 솔레노이드를 구동시키는 드라이브 IC를 케이스내에 직접 설치하고, 영구자석을 이용하여 밸브의 동작 신호인 듀티비를 제어하여 통전 불량의 문제점을 극복하는 로타리형 아이들 스피드 액츄에이터를 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로타리형 아이들 스피드 액츄에이터의 일예로써,

공기가 흡입되는 흡입니플과, 공기가 배출되는 배출니플이 구비되고, 상기 흡입니플에서 배출니플로의 배기량을 제어하도록 밸브가 구비되며, 상기 밸브는 밸브시일과의 틈 크기에 의해서 배기량을 제어하며 샤프트에 장착되는 밸브 조립체와,

철 성분으로 이루어지는 스테이터와, 양측에 동일하게 코일을 권선할 수 있는 공간을 가지며, 중심에는 자석의 통로를 형성할 코어의 삽입이 가능한 구멍이 형성되며, 터미널을 지지할 수 있는 지지부를 양단에 형성한 보빈과, 상기 보빈의 외측에 설치된 요크를 포함하고, 상기 코일은 엔진컴퓨터에 의해서 전기인가체를 통하여 전기 인가 신호를 받으며, 상기 샤프트의 상부에는 영구자석이 장착된 솔레노이드 조립체로 구성된다.

상기 전기인가체는 코일과 터미널를 통하여 접속되는 인쇄회로기판과, 상기 인쇄회로기판상에 장착된 드라이브 IC를 포함한다.

상기 인쇄회로기판상에 충진제를 도포하고, 상기 충전제 위에는 카바를 덮는다.

도 1은 종래의 아이들 스피드 액츄에이터를 도시한 단면도

도 2는 본 발명에 따른 로타리형 아이들 스피드 액츄에이터를 도시한 단면도

도 3은 도 2의 A-A선에 따른 단면도

도 4는 도 2의 B-B선에 따른 단면도

도 5는 본 발명에 따른 코일 조립체의 측단면도

도 6은 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 조립 단면도

도 7은 본 발명에 따른 영구자석을 움직이는 코일의 권선방향을 도시한 단면도

도 8은 본 발명에 따른 영구자석을 움직이는 코일의 전류흐름방향을 도시한 단면도

도 9는 본 발명에 따른 영구자석을 움직이는 코일의 전류흐름방향을 도시한 단면도

도 10은 듀티비에 따른 구동 파형도

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 액츄에이터 12 : 샤프트

14 : 밸브 16 : 밸브 시일

18 : 흡입니플 20 : 배출니플

22 : 바디부 24 : 케이스

26 : 보빈 30 : 스프링

32 : 코일 34 : 플런저

50 : 솔레노이드 조립체 52 : 케이스

54 : 코일 56 : 터미널

58 : 보빈 60 : 요크

62 : 코어 64 : 스테이터

80 : 밸브조립체 81 : 바디부

82 : 샤프트 84 : 흡입니플

86 : 배출니플 88 : 밸브

96 : 밸브시일 120 : 영구자석

122 : 오목부 129 : 전기인가체

130 : 인쇄회로기판 132 : 드라이브 IC

140 : 충진제 142 : 카바

150 : 엔진컴퓨터

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 로타리형 아이들 스피드 액츄에이터가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 로타리형 아이들 스피드 액츄에이터는 밸브 조립체(80)와 상기 밸브조립체(80)의 밸브(88)를 제어하는 솔레노이드 조립체(50)로 구성된다.

상기 밸브 조립체(80)는 공기가 흡입되는 흡입니플(84)과, 공기가 배출되는 배출니플(86)이 구비되고, 상기 흡입니플(84)에서 배출니플(86)로의 배기량을 제어하도록 밸브(88)가 구비된다. 상기 밸브(88)는 밸브시일(16)과의 틈 크기에 의해서배기량을 제어한다. 상기 밸브(88)는 샤프트(82)에 장착된다.

상기 솔레노이드 조립체(50)는 코어(62)에 의해서 지지되는 스테이터(64)와, 보빈(58)에 의해서 지지되는 코일(54)과, 전기 접속을 위한 터미널(56)과, 상기 보빈(58)의 외측에 설치된 요크(60)를 포함하고, 상기 코일(54)은 엔진컴퓨터(150)에 의해서 전기인가체(129)를 통하여 전기 인가 신호를 받는다. 상기 요크(60)는 보빈(58)의 외측에 코일(54)과 코어(62)에 의해서 발생되는 전자력이 외부로 방출되지 않고 스테이너(64)까지 원활하게 흐를 수 있도록 자기통로 역할과 밸브 조립체의 일부로서 밸브조립체의 강도를 높여주고 지지하는 역할을 한다.

상기 샤프트(82)의 상부에는 영구자석(120)이 장착되고, 스테이터(64)는 도 3과같이, 양측에 오목부(122)가 형성되며, 철성분으로 이루어진다.

상기 보빈(58)은 양측에 동일하게 코일을 권선할 수 있는 공간을 가지며, 중심에는 자석의 통로를 형성할 코어(62)의 삽입이 가능한 구멍(152)이 형성되며, 터미널(56)을 지지할 수 있는 지지부(151)를 양단에 형성한다. 상기 보빈(58)은 플라스틱으로 이루어진다.

보빈(58)의 양측에 동일한 방향으로 코일을 권선한 후에 코일의 끝단을 보빈에 설치된 터미널(56)에 연결한다.

코일(54)의 끝단에 연결된 터미널(56)에 전기가 인가되면, 스테이터(64)는 전자석이 되어 스테이터(64)에 N,S극이 형성된다.

도 5를 참조하면, 전기인가체(129)는 코일(54)과 터미널(56)를 통하여 접속되는 인쇄회로기판(130)과, 상기 인쇄회로기판(130)상에 장착된 드라이브 IC(132)를 포함한다.

도 6을 참조하면, 상기 인쇄회로기판(130)상에 충진제(140)를 도포하여 구동회로 및 전자부품을 보호하고, 엔진에서 발생하는 진동에 대한 내진성도 향상시키고, 다시 충전제(140) 위에는 카바(142)를 덮어 충진제(140)의 손상도 방지하면서 제품의 내구성에 대한 신뢰성 향상을 도모한다. 즉, 액상 상태의 실리콘 충진제(140)를 도포하고 고온(150℃)으로 가열하여 상기 실리콘 충진제(140)를 고체 상태의 고무로 변하게하여 1차적으로 인쇄회로기판(130)을 보호하고, 그 위에는 카바(142)를 덮게한다.

상기와 같은 구성에 의해서 본 발명에 따른 로타리형 아이들 스피드 액츄에이터는 다음과 같이 작동된다.

도 7 내지 도 9에서와 같이, 엔진컴퓨터(150)의 제어신호에 의해서 드라이브 IC(132)가 구동되면, 코일(54)에 전기가 인가되어 스테이터(64)에 N,S극이 형성된다. 스테이터(64)의 극성 형성에 따라 영구자석(120)이 회전되어,이것에 의해 샤프트(82)가 회전되어, 결국 밸브(88)가 회전되어 공기 유량을 제어하게 된다.

즉, 코일(54)에 도 8과 같은 방향으로 전류를 인가하였을 경우에는 스테이터(64)의 우측에 N극이 형성되고, 좌측에 S극이 형성되어 영구자석(120)의 N극과 S극이 서로 밀고 당겨서 샤프트(82)가 시계반대방향으로 회전된다.

즉, 코일(54)에 도 9와 같은 방향으로 전류를 인가하였을 경우에는 스테이터(64)의 우측에 S극이 형성되고, 좌측에 N극이 형성되어 영구자석(120)의 N극과 S극이 서로 밀고 당겨서 샤프트(82)가 시계방향으로 회전된다.

이러한 동작을 연속적으로 도 10과 같은 듀티비에 따른 파형으로 전류를 공급할 경우에는 듀티비에 따른 +,- 전압의 차로 듀티비에 해당하는 양만큼 회전한 후 일정한 위치에서 정지하게 된다.

따라서, 듀티비가 0%인 경우에는 도 7과 같이 정지해 있다가 듀티비가 1%로 인가될 경우 영구자석이 도 8과 같이 반시계방향으로 90。 만큼 회전한 상태에서 멈추고, 듀티비가 증가할 경우에는 그 양에 따라 시계방향으로 회전하다가 듀티비가 50%에 해당하는 순간에 다시 도 7과 같은 초기 위치에 오게 된다.

다시 51%부터 듀티비를 점점 증가할 경우 영구자석은 점점 시계방향으로 회전하여 100%가 되는 지점에서 도9와 같이 90° 만큼 회전한 상태로 정지하게 된다.

외부에서 부하가 인가되지 않은 상태에서는 영구자석(120)의 힘만으로 밸브(88)의 초기 위치가 결정되는데, 도 4의 밸브(88)위치로 되어, 초기 공기 배출 유량값을 확보하게 된다.

엔진컴퓨터로부터 듀티비에 따른 동작 신호가 입력되면 샤프트(82)가 반시계방향으로 회전되어 밸브(88)가 크로즈되고, 시계방향으로 회전되면 밸브(88)가 오픈된다.

따라서 밸브(88)의 위치는 듀티비에 비례하여 각도의 변위를 발생하게 되고, 이 밸브의 각도 변위에 따라 공기의 통로 면적이 변하게 된다. 공기의 유량은 이 밸브의 각도 변위에 따라 공기의 통로 면적이 변하게 된다. 공기의 유량은 밸브(88)와 밸브시일(96)의 간극에 따라 변하게 된다.

정상적인 동작을 행하던 상태에서 코일의 단선, 엔진컴퓨터로부터 인가되는 전기선의 단락이 발생할 경우와, 액츄에이터에 내장된 구동칩이 엔진 컴퓨터의 오동작을 감지할 경우 전류를 차단시켜 초기 위치로 복귀하게 된다.

만약에 초기 위치로 복귀하지 못하여 유량이 전혀 흐르지 못할 경우에는 엔진이 아이들 상태를 유지하지 못하고 정지하게 되고, 반대로 엔진 컴퓨터의 오동작으로 듀티비 100%에 해당하는 DC전류가 인가될 경우에는 밸브가 완전히 오픈되어 과출력으로 사고의 위험성이 있게 된다.

DC전류 또는 과열이 발생할 경우는 내장된 칩의 기능으로 전류를 차단시켜, 비정상적인 동작을 방지하고, 과출력에 따른 위험으로부터 보호할 수 있게 된다.

로타리형 아이들 스피드 액츄에이터를 구동하기 위한 드라이브 IC를 엔진컴퓨터에 설치할 경우, 빠른 속도로 전자화되어가는 엔진을 제어하기 위해서는 엔진컴퓨터에 많은 부하가 발생할 뿐만아니라 각각의 부품들로부터 입력되는 신호와 제어를 실행하기 위한 명령 체계가 복잡하여 많은 오류가 발생하게 되고, 특히 동일한 기능을 행하는 액츄에이터중에 성능의 향상이나 기타 다른 목적으로 교체할 경우 새로운 엔진 컴퓨터를 개발하여야하는 문제점이 있으나, 본 발명은 엔진에 소요되는 액츄에이터 자신에 드라이브 IC를 내장하여, 엔진컴퓨터의 부하를 해소하여 엔진컴퓨터의 신뢰성을 향상시키고, 다른 동일 기능의 액츄에이터로 교체할 경우에도 별도의 수정없이 교체할 수 있어 엔진 성능 향상에 따른 비용 및 시간 단축에도 크게기여할 수 있다. 또한, 제품 자체로서도 기계적인 변화없이 적용하고자하는 엔진의 요구에 단순한 회로 변경만으로 대응이 가능하다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 로타리형 아이들 스피드 액츄에이터를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (3)

1. 공기가 흡입되는 흡입니플(84)과, 공기가 배출되는 배출니플(86)이 구비되고, 상기 흡입니플(84)에서 배출니플(86)로의 배기량을 제어하도록 밸브(88)가 구비되며, 상기 밸브(88)는 밸브시일(16)과의 틈 크기에 의해서 배기량을 제어하며 샤프트(82)에 장착되는 밸브 조립체(80)와,

   철 성분으로 이루어지는 스테이터(64)와, 양측에 동일하게 코일을 권선할 수 있는 공간을 가지며, 중심에는 자석의 통로를 형성할 코어(62)의 삽입이 가능한 구멍(152)이 형성되며, 터미널(56)을 지지할 수 있는 지지부(151)를 양단에 형성한 보빈(58)과, 상기 보빈(58)의 외측에 설치된 요크(60)를 포함하고, 상기 코일(54)은 엔진컴퓨터(150)에 의해서 전기인가체(129)를 통하여 전기 인가 신호를 받으며, 상기 샤프트(82)의 상부에는 영구자석(120)이 장착된 솔레노이드 조립체(80)

   로 구성되는 것을 특징으로 하는 로타리형 아이들 스피드 액츄에이터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전기인가체(129)는 코일(54)과 터미널(56)를 통하여 접속되는 인쇄회로기판(130)과, 상기 인쇄회로기판(130)상에 장착된 드라이브 IC(132)를 포함하는 것을 특징으로 하는 로타리형 아이들 스피드 액츄에이터.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 인쇄회로기판(130)상에 충진제(140)를 도포하고, 상기 충전제(140) 위에는 카바(142)를 덮는 것을 특징으로 하는 로타리형 아이들 스피드 액츄에이터.