KR100473211B1

KR100473211B1 - 부하조절장치

Info

Publication number: KR100473211B1
Application number: KR1019970021843A
Authority: KR
Inventors: 아르민 제거
Original assignee: 만네스만 파우데오 아게
Priority date: 1996-06-01
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 2005-08-03
Also published as: KR980001176A; BR9703418A; EP0810359A3; EP0810359A2; EP0810359B1; DE19622141A1; DE59703644D1

Abstract

조절 샤프트(2) 상에 배치되고 내연기관의 출력을 결정하는 액츄에이터를 위한 본 발명에 따른 부하 조절장치는, 최소 부하 전동장치의 최소 부하 위치와 비상 동작 위치 사이에서 그리고 전부하 전동장치(16)의 전부하 위치와 비상 동작 위치 사이에서 인장되는 비틀림 스프링(15)을 포함한다. 전부하 전동장치(16) 및 최소 부하 전동장치는 하나의 공통의 지지 부품(13)을 포함하며, 상기 지지 부품(13)에 비틀림 스프링(15)이 고정된다. 비틀림 스프링(15)은 액츄에이터를 영구적으로 비상 동작 위치로 작동시키기 위해 초기 응력을 가한다.

Description

부하 조절장치

본 발명은 특히 드로틀 밸브로 형성되어 조절 샤프트 상에 배치되고 내연기관의 출력을 결정하는 액츄에이터용 부하 조절장치에 관한 것으로, 상기 부하 조절장치는 비틀림 스프링으로 형성되고 조절 샤프트를 최소 부하방향으로 작동시키며 초기 응력을 받는 반동 스프링, 및 조절 샤프트를 전부하 방향으로 비상 동작 위치까지 작동시킬 수 있는 비상 동작 스프링을 포함하며, 상기 조절 샤프트는 자신과 회전 불가능하게 연결된 조절 부품을 통해 가역 조절 전동장치에 의해 최소 부하 위치와 전부하 위치 사이에서 선회 가능하게 구동될 수 있다.

전술한 방식의 부하 조절장치는 일반적으로 자동차 내연기관의 출력을 조절하기 위한 E-가스라는 명칭으로 공지되어 있다. 공지된 장치에서는 연비의 최소화를 위해, 무부하 동작 동안 내연기관이 계속적으로 균일하게 동작하도록 최소 부하위치가 설계된다. 이로 인해, 최소 부하위치에서는 자동차를 움직이기 위한 충분한 토크를 발생시키는 것이 불가능하다. 그러나 이것은, 자동차가 위험지역으로부터 벗어나야 함에도 전자 제어장치 또는 조절 전동장치의 고장으로 인해 부하 조절장치가 가속 페달의 작동에 의해 더 이상 조절될 수 없는 경우에 필요하다. 이러한 이유 때문에, 공지된 부하 조절장치에서는 반동 스프링에 부가해서 비상 동작 스프링이 제공된다. 상기 비상 동작 스프링은 전자 제어장치 또는 조절 전동장치의 고장시 액츄에이터가 최소 부하 위치로부터 강제로 비상 동작 위치로 움직이도록 하기 위해 제공된다. 상기 비상 동작 위치에서는 내연기관이 자동차가 저속으로 움직이는데 충분한 토크를 발생시킨다. 이러한 비상 동작 위치는 반동 스프링의 힘에 대항해서 이동되는 스토퍼에 의해 정해지며, 상기 스토퍼를 향해 조절 부품이 비상동작 스프링에 의해 인장된다. 조절부품이 비상 동작 위치로부터 전부하 위치의 방향으로 움직이면, 상기 스토퍼가 조절부품에 의해 반동 스프링의 힘에 대항해서 이동될 수 있다.

비상 동작 위치에 도달하기 위해 필요한 비상 동작 스프링은 - 비용 이외에도 - 상응하는 설치 공간을 필요로 하며, 결함시 비상 동작 위치로의 강제적인 이동이 없는 경우의 부하 조절장치에 비해서 중량을 증가시킨다.

부하 조절장치의 크기를 줄이기 위해 단 하나의 스프링을 동시에 반동 스프링 및 비상 동작 스프링으로 사용하고, 하우징에 고정된 스토퍼를 비상 동작 위치용으로 및 최소 부하 위치용으로 각각 하나씩 제공하려는 시도는 이미 실행되었다. 그러나, 이러한 방식의 부하 조절장치는 2개의 반대방향으로 인장되는 스프링을 가진 부하 조절장치에서와 마찬가지로 조절 샤프트를 조절하기 위한 큰 조절력 및 큰 스프링력을 필요로 한다. 그러나, 큰 조절력은 높은 중량 및 큰 치수를 갖는 파워가 센 구동장치를 필요로 한다. 특히 평평한 스프링 특성곡선을 가진 스프링이 바람직하다. 그러나, 이러한 스프링은 큰 스프링 이동거리를 위한 큰 설치 공간을 필요로 한다.

본 발명의 목적은, 부하 조절 장치가 가급적 적은 조절력을 필요로 하기 때문에 특히 간단하고 콤팩트하게 구성될 수 있도록, 서문에 언급한 방식의 부하 조절장치의 구성을 개선하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 반동 스프링 및 비상 동작 스프링이 단 하나의 비틀림 스프링으로 형성되며, 상기 비틀림 스프링의 제 1 단부가 조절 샤프트에 연결되고, 제 2 단부가 지지 부품에 연결되며, 전부하 전동장치 및 최소 부하 전동장치가 조절 전동장치와 결합되며, 지지부품으로 토크를 전달하기 위해서 상기 전부하 전동장치가 전부하 위치와 비상 동작 위치 사이에 형성되고, 최소 부하 전동장치가 최소 부하 위치와 비상 동작 위치 사이에 형성됨으로써 달성된다.

이와 같은 형성예에 의해, 단 하나의 스프링은 반동 스프링 및 비상 동작 스프링으로서 2중으로 사용되고, 조절 전동장치의 작동시에는 조절 샤프트의 조절각에 따라 최소 부하 전동장치 또는 전부하 전동장치에 걸쳐 인장된다. 조절 전동장치에 힘이 작용하지 않으면, 조절 샤프트가 각각의 임의의 위치로부터 자동으로 비상 동작 위치로 선회된다. 조절 전동장치의 조절을 위해 필요한 조절력은, 최소 부하 전동장치 및 전부하 전동장치의 변속에 의해 간단히 설정될 수 있다. 이로 인해, 최소 부하 위치 또는 전부하 위치까지 조절력을 매우 평탄하게 상승시킬 수 있다. 비틀림 스프링이 조절 샤프트와 지지 부품 사이에 배치되기 때문에, 조절 샤프트의 조절각 변동시에는 상기 비틀림 스프링의 단부가 서로 가까워지거나 또는 서로로부터 멀어진다. 그럼으로써, 조절 샤프트의 조절 영역에 걸쳐서 스프링의 이동거리를 자유롭게 설정할 수 있게 된다. 이것은 특히 전부하 전동장치에서 장점이 되는데, 그 이유는 상기 전부하 전동장치가 최소 부하 전동장치 보다 큰 조절 영역에 걸쳐 연장됨으로써, 조절력의 매우 평탄한 진행을 필요로 하기 때문이다.

지지 부품이 전부하 위치와 비상 동작 위치 사이에서 조절 전동장치에 연결된 기어와 맞물리도록 형성된 톱니 세그먼트를 포함하고, 최소 부하 전동장치가 최소 부하 위치와 비상 동작 위치 사이에서 지지 부품을 선회시키도록 형성된 캠을 포함하면, 전부하 전동장치 및 최소 부하 전동장치는 본 발명의 바람직한 개선예에 따라 부하 조절장치 내에서 매우 작은 장소를 차지하도록 배치될 수 있다. 이로 인해, 톱니 세그먼트는 전부하 위치와 비상 동작 위치 사이에서만 조절 전동장치에 연결된 기어와 맞물린다. 비상 동작 위치에 미달될 때에는, 톱니 세그먼트가 기어와의 맞물림 범위를 벗어난 다음, 캠에 의해서 계속 작동된다. 따라서, 전부하 전동장치의 변속은 기어와 톱니 세그먼트의 직경을 통해서 설정될 수 있다. 최소 부하 전동장치의 변속은 톱니 세그먼트의 회전점으로부터 톱니 세그먼트에 있는 캠의 접촉점까지의 거리에 의존한다.

캠은 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 따라서, 마찰을 줄이기 위해 캠을 자유회전 가능한 롤러로 형성할 수 있다.

지지 부품이 조절 샤프트 상에 회전 가능하게 지지되면, 부하 조절장치의 치수는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라 더욱 감소될 수 있다.

조절 전동장치가 조절 부품을 선회시키는 작은 직경의 기어 및 지지 부품의 톱니 세그먼트를 구동시키는 기어와 회전 불가능하게 동축으로 연결된, 구동 피니언에 의해 구동되는 큰 직경의 중간 기어를 포함하고, 캠이 중간 기어 상에 배치되면, 부하 조절장치는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라 매우 적은 수의 조립 부품을 필요로 한다. 이로 인해, 본 발명에 따른 부하 조절장치는 매우 작은 높이를 야기하는 샌드위치 구성을 갖게 된다.

전동장치에서의 마찰 손실은 큰 스프링력 및 큰 조절력을 통해 극복되어야 한다. 캠이 활형 윤곽을 가지고, 지지 부품이 캠을 향하는 측면에 반원형 윤곽을 가지면, 최소 부하 전동장치는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라 매우 작은 마찰 손실을 갖는다. 이로 인해 캠이 지지 부품 상에서 구르게 되고, 결과적으로 캠과 지지 부품의 접촉시에는 매우 적은 조절력이 필요하게 된다.

비틀림 스프링이 나선형 스프링이면, 다른 바람직한 실시예에 따라 상기 비틀림 스프링은 매우 작은 장소를 필요로 한다. 스프링 파손에 대한 매우 큰 안전성이 요구되면, 2개의 동일한 나선형 스프링이 예컨대 위·아래로 겹쳐서, 본 발명에 따른 부하 조절장치에 간단히 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명하면 하기와 같다.

도 1은 드로틀 밸브 연결부의 하우징(1)의 일부분을 보여준다. 드로틀 밸브 샤프트일 수 있는 조절 샤프트(2)가 상기 하우징 내에 지지되고, 상기 조절 샤프트 상에는 도시되지 않은 드로틀 밸브가 배치된다. 톱니 세그먼트로서 형성된 조절부품(3)이 상기 조절 샤프트(2) 상에 회전 불가능하게 놓이고, 상기 조절 부품(3)은 조절 전동장치(4)에 의해 선회될 수 있다.

조절 전동장치(4)는 구동 피니언(6)을 통해 중간 기어(7)를 구동시키는 조절용 모터(5)를 포함한다. 상기 중간 기어(7)는 다른 2개의 기어(8, 9)와 함께 축(10) 상에 지지되고, 다른 기어(8, 9)에 비해 매우 큰 직경을 갖는다. 2개의 기어(8, 9)는 중간 기어(7)에서 서로 마주 놓이도록 배치되어 상기 중간 기어에 회전 불가능하게 연결된다. 하우징(1)에 가장 가까이 배치된 기어(8)는 톱니 세그먼트(11)로서 형성된 조절 부품(3)의 치형부와 영구적으로 결합된다. 조절 부품(3)은 상기 기어(8)와 함께 조절 전동장치(4)를 형성한다. 하우징(1)에서 가장 멀리 떨어져 배치된 기어(9)는 도시된 위치에서 조절 샤프트(2) 상에 회전 가능하게 지지된 지지부품(13)의 톱니 세그먼트(12)를 구동시킨다. 따라서, 지지 부품(13) 및 조절부품(3)은 하나의 공통의 베어링 축을 갖게 된다. 하우징(1) 근처에 배치된 기어(8)는 중간 기어(7)의 마주 놓인 측면 상에 배치된 기어(9) 보다 큰 직경을 갖는다. 이로 인해, 중간 기어(7)의 회전시에는 조절 부품(3)이 지지 부품(13) 보다 더 많이 움직이게 된다.

도 2 내지 도 4에서 명확히 알 수 있는 바와 같이, 지지 부품(13)은 또한 캠(14)에 의해서도 선회될 수 있으며, 상기 캠(14)은 지지 부품(13)을 향한 중간 기어(7)의 정면으로부터 축방향으로 돌출한다. 조절용 모터(5)의 고장시 조절 샤프트(2)를 재조정하기 위해서는, 본 실시예에서 나선형 스프링으로 형성된 비틀림 스프링(15)이 사용된다. 상기 스프링의 한 단부는 조절 샤프트(2)에 고정되고 다른 단부는 지지 부품(13)에 고정된다. 명확히 나타낼 목적으로, 도 2 및 도 4에는 비틀림 스프링(15)이 도 3에 도시된 위치에 비해 인장된 만큼의 각도(α)가 도시되어 있다. 도 3에서 비틀림 스프링(5)은 단지 작은 초기 응력만을 갖는다.

본 발명에 따른 부하 조절장치의 작동은 도 2, 도 3 및 도 4에 나타난다. 도 2는 부하 조절장치의 전부하 위치를 나타낸다. 도 2에서는, 지지 부품(13)의 톱니 세그먼트(12)가 하우징(1)의 반대쪽에 있는 중간 기어(7)의 측면에 배치된 기어(9)와 맞물린다. 지지 부품(13)의 톱니 세그먼트(12)는 상기 기어(9)와 함께 전부하 전동장치(16)를 형성한다. 중간 기어(7)를 구동시키는 구동 피니언(6)의 회전에 의해, 조절 샤프트(2)는 조절 부품(3)을 통해 그리고 그와 동시에 지지 부품(13)의 톱니 세그먼트(12)를 통해 움직인다. 조절 샤프트(2)가 비틀림 스프링(15)의 한 단부에 고정되고, 지지 부품(13)이 비틀림 스프링(15)의 다른 단부에 고정되며, 중간 기어(7)에 배치된 기어(8, 9)가 상이한 직경을 갖기 때문에, 중간 기어(7)의 회전 운동시에는 비틀림 스프링(15)이 시계 바늘 방향으로 인장된다. 도 1에 도시된 조절용 모터(5)에 의한 구동 없이 조절 샤프트(2)에 작용하는 토크는 전부하 전동장치(16), 조절 전동장치(4)의 변속비 그리고 조절 샤프트(2)의 조절각 그리고 비틀림 스프링(15)의 특성 곡선의 함수이다.

중간 기어(7)가 도 2에 도시된 위치로부터 시계 바늘 방향과 반대로 회전하면, 지지 부품(13)의 톱니 세그먼트(12)가 전부하 전동장치(16)의 기어(9)로부터 빠져 나올 때까지, 조절 부품(3)이 점차적으로 시계 바늘 방향으로 선회된다. 그와 동시에 캠(14)은 지지 부품(13)을 향해 이동된다. 도 3에 도시된 비상동작 위치에 도달하면, 캠(14)은 지지 부품(13)에 인접하게 되고 지지 부품(13)의 톱니 세그먼트(12)는 더 이상 전부하 전동장치(16)의 기어(9)와 접촉하지 않게 된다. 도 1에 도시된 조절용 모터(5)에 전류가 공급되지 않을 때에는, 비틀림 스프링(15)의 힘에 의해서 도 3에 따른 비상동작 위치에 강제적으로 도달하게 된다.

중간 기어(7)가 시계 바늘 방향과 반대로 좀 더 이동되면, 도 4에 도시된 최소 부하 위치에 도달할 때까지, 캠(14)이 지지 부품(13)을 더욱 이동시킨다. 이와 같은 운동시에 비틀림 스프링(15)이 인장된다. 따라서, 중간 기어(7) 상에 배치된 캠(14)은 지지 부품(13)과 함께 최소 부하 전동장치(17)를 형성하게 되고, 상기 최소 부하 전동장치의 변속은 캠(14)과 중간 기어(7)의 회전점 사이의 거리에 의존한다. 캠(14) 및 지지 부품(13)이 접촉 장소에서 각각 활형 또는 반원형의 윤곽을 가짐으로써, 중간 기어(7)가 비상 동작위치로부터 최소 부하위치로 회전할 때에는 캠(14)이 지지 부품(13) 상에서 마찰 없이 구르게 된다.

본 발명에 의해, 가급적 적은 조절력을 필요로 하기 때문에 특히 간단하고도 콤팩트하게 구성될 수 있는 부하 조절장치가 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 부하 조절장치의 단면도.

도 2는 전부하 위치에서 부하 조절장치의 부분적으로 절단된 측면도.

도 3은 비상동작 위치에서 부하 조절장치의 부분적으로 절단된 측면도.

도 4는 최소 부하 위치에서 부하 조절장치의 부분적으로 절단된 측면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 하우징 2 : 조절 샤프트

3 : 조절 부품 4: 조절 전동장치

5 : 모터 6 : 구동 피니언

7, 8, 9 : 기어 10 : 축

12 : 톱니 세그먼트 13 : 지지 부품

14 : 캠 15 : 비틀림 스프링

16 : 전부하 전동장치 17 : 최소 부하 전동장치

Claims

드로틀 밸브로 형성되어 조절 샤프트 상에 배치되고 내연기관의 출력을 결정하는 액츄에이터용 부하 조절장치로서,

비틀림 스프링으로 형성되고 상기 조절 샤프트를 최소 부하방향으로 작동시키며 초기 응력을 받는 반동 스프링, 및 조절 샤프트를 전부하 방향으로 비상 동작 위치까지 작동시킬 수 있는 비상 동작 스프링을 포함하며, 상기 조절 샤프트가 자신과 회전 불가능하게 연결된 조절 부품을 통해 가역 조절 전동장치에 의해 최소 부하 위치와 전부하 위치 사이에서 선회 가능하게 구동될 수 있도록 구성되는, 부하 조절장치에 있어서,

상기 반동 스프링 및 상기 비상 동작 스프링이 단 하나의 비틀림 스프링(15)으로 형성되며, 상기 비틀림 스프링의 제 1 단부가 상기 조절 샤프트(2)에 연결되고, 제 2 단부가 지지 부품(13)에 연결되며, 전부하 전동장치(16) 및 최소 부하 전동장치(17)가 조절 전동장치(4)와 결합되며, 상기 지지부품(13)으로 토크를 전달하기 위해서 상기 전부하 전동장치(16)는 전부하 위치와 비상 동작 위치 사이에 형성되고, 상기 최소 부하 전동장치(17)는 최소 부하 위치와 비상 동작 위치 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는,

부하 조절장치.
제 1항에 있어서,

상기 지지 부품(13)이 상기 전부하 위치와 상기 비상 동작 위치 사이에서 상기 조절 전동장치(4)에 연결된 기어(9)와 맞물리도록 형성된 톱니 세그먼트(12)를 포함하고, 상기 최소 부하 전동장치(17)가 상기 최소 부하 위치와 상기 비상 동작 위치 사이에서 상기 지지 부품(13)을 선회시키도록 형성된 캠(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는,

부하 조절장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 지지 부품(13)이 상기 조절 샤프트(2) 상에 회전 가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는,

부하 조절장치.
제 2항에 있어서,

상기 조절 전동장치(4)는, 상기 조절 부품(3)을 선회시키는 작은 직경의 기어(8) 및 상기 지지 부품(13)의 톱니 세그먼트(12)를 구동시키는 기어(9)와 회전 불가능하게 동축으로 연결되고 구동 피니언(6)에 의해 구동되는 큰 직경의 중간 기어(7)를 포함하며,

상기 캠(14)이 상기 중간 기어(7) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는,

부하 조절장치.
제 2항에 있어서,

상기 캠(14)은 활형 윤곽을 가지고, 상기 지지 부품(13)은 상기 캠(14)을 향한 측면에 반원형 윤곽을 갖는 것을 특징으로 하는,

부하 조절장치.
제 1항, 제 2항, 제 4항 및 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 비틀림 스프링(15)이 나선형 스프링인 것을 특징으로 하는,

부하 조절장치.