KR101342538B1

KR101342538B1 - 공기차단밸브 및 이를 이용한 재시동안정화방법

Info

Publication number: KR101342538B1
Application number: KR1020110112838A
Authority: KR
Inventors: 노종상; 손을호; 박준홍
Original assignee: (주) 디에이치홀딩스
Priority date: 2011-11-01
Filing date: 2011-11-01
Publication date: 2013-12-17
Also published as: US20130104844A1; CN103089455A; DE102012110422B4; US9169785B2; JP2013096579A; JP5449500B2; KR20130047981A; DE102012110422A1

Abstract

본 발명의 공기차단밸브인 ACV(Air Cut Off Valve)는 솔레노이드(41)의 온오프로 작동되는 라쳇(42)을 이용해 플랩밸브(9)의 완전열림(Full Open)상태가 유지됨으로써 운전자의 의도하지 않은 비정상 시동꺼짐시 ACV의 신속한 공기공급으로 재시동성이 크게 향상되며, 또한, ACV에 플라스틱(Plastic)재질이 적용됨으로써 몰딩(Molding)성형에 따른 조립공정의 단순화로 원가절감은 물론 수분에 의한 부식현상도 완전히 방지되어 작동신뢰성도 크게 향상할 수 있는 특징을 갖는다.

Description

공기차단밸브 및 이를 이용한 재시동안정화방법{Air Cutoff Valve and Restart Stable Method thereof}

본 발명은 공기차단밸브에 관한 것으로, 특히 운전자의 의도하지 않은 시동꺼짐시에도 공기공급을 위한 플랩밸브의 열림상태가 유지됨으로써 신속한 재시동성을 확보하고, 플라스틱(Plastic)재질을 적용함으로써 성형공정축소 및 생산성 향상과 함께 원가도 절감할 수 있는 공기차단밸브 및 이를 이용한 재시동안정화방법에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지차량은 연료전지스택내 수소 반응을 위해 공기가 반드시 공급되어야 하고, 또한 수소 반응시 필요한 공기량이 조절되어야 만 한다.

통상, 공기를 흡입해 공급하도록 모터 구동되는 블로워가 사용되고, 공기량 조절을 위해 공기차단밸브인 ACV(Air Cut Off Valve)가 사용된다.

도 10은 통상적인 연료전지차량의 공기계통라인을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 공기계통라인은 흡입된 공기가 연료전지스택(200)으로 공급되도록 흐르는 유입라인(300)이 연결되고, 연료전지스택(200)을 나온 공기가 빠져나가는 배출라인(400)이 연결되며, 상기 유입라인(300)과 배출라인(400)으로는 공기를 가습하기 위한 가습기(500)가 더 설치된다.

통상, 블로워(600)는 흡입공기를 거르기 위한 필터(610)의 후단으로 상기 유입라인(300)에 설치되며, ACV(700)는 상기 유입라인(300)과 상기 배출라인(400)에서 적어도 1곳 이상의 위치로 설치됨으로써 연료전지스택(200)의 내구성도 보호할 수 있게 된다.

전술한 바와 같이, ACV(700)는 수소 반응시 필요한 공기량 조절을 위한 기구로서, 공기흐름을 위한 소정의 공기통로(701)를 갖는 하우징바디(701)와, 제어기의 제어신호로 동력을 발생하는 드라이버를 갖춘 모터(710)와, 모터(710)의 구동시 회전축(721)과 함께 회전되는 플랩바디(722)를 이용해 하우징바디(701)의 공기통로(701)에 대한 개도량을 가변시키는 플랩밸브(720)와, 모터(710)의 회전력을 받아 상기 플랩밸브(720)의 움직임을 제어하는 전자밸브(730)로 구성된다.

통상, 차량상태는 운전자의 의도에 따른 정상적인 키오프로 인한 시동꺼짐이나 키온으로 인한 시동걸림뿐 만 아니라 운전자의 의도에 맞지 않는 비정상 시동꺼짐도 발생될 수밖에 없고, 비정상 시동꺼짐시 빠른 시동걸림은 재시동성을 크게 높여 상품성 및 신뢰성을 향상할 수 있게 된다.

재시동은 초기 시동시와 마찬가지로 ACV(700)를 통한 공기공급을 요구하므로, 연료전지차량의 시동안정성측면에서 공기를 공급하는 ACV(700)는 시동걸림을 결정짓는 가장 근본적인 성능인자일 수밖에 없다.

국내특허공개 10-2011-0054966(2011.05.25)은 연료전지 시스템용 밸브기구에 관한 것이며, 이는 도 3내지 도 6및 5쪽 식별번호27내지 6쪽 식별번호43 참조.

하지만, 상기와 같은 ACV(700)는 재시동성측면에서 다소 취약함이 있을 수밖에 없다.

이는 ACV(700)의 작동방식에 기인되는 것으로서, 통상적으로 ACV(700)는 키오프(Key Off)시 정상적이거나 비정상적인 조건에 관계없이 플랩밸브(720)가 완전닫힘(Full Close)으로 전환되고, 반면 키온(Key On)시 플랩밸브(720)가 완전열림(Full Open)으로 전환되는 방식으로 작동된다.

그러므로, 만약 운전자의 의도에 맞지 않는 비정상 시동꺼짐이 발생되더라도 ACV(700)의 작동상태는 완전열림(Full Open) -> 완전닫힘(Full Close)으로 전환됨을 의미하고, 이는 운전자가 신속하게 재시동하더라도 초기 시동시와 같이 완전닫힘(Full Close) -> 완전열림(Full Open)으로 전환되는 작동순서를 거쳐야 함을 의미하게 된다.

이와 같이, 운전자의 신속한 재시동 요구를 따라가지 못하는 응답성을 갖는 ACV(700)는 신속한 재시동을 불가능하게 함으로써 예기치 못한 시동꺼짐으로 인한 정지상태의 차량을 신속하게 이동시켜 줄 수 없고, 이로 인해 운전자는 차량이동불능에 따른 불안감 증폭을 가지고 심할 경우 차량에 대한 신뢰성에 약 영향을 끼칠 수밖에 없게 된다.

한편, ACV(700)에는 모터(710)를 한쪽 측면부위로 수용하고 전자밸브(730)를 모터(710)와 플랩밸브(720)에 연계되게 다른쪽 측면부위로 수용하도록 일체화된 형상으로 이루어진 하우징바디(701)가 적용되는데, 이러한 하우징바디(701)는 ACV(700)의 제조측면에 있어서 불리한 측면을 많이 가질 수밖에 없게 된다.

일례로, 하우징바디(701)는 그 제작방식이 통상 알루미늄(Aluminium)재질을 다이캐스팅(Die Casting)으로 사출성형한 후 필요한 각종 구멍(Hole)을 가공하고 그 표면도 가공한 다음, 하우징바디(701)에 각종 부품들과 함께 베어링을 압입설치하고 냉각수 순환을 위한 냉각수 튜브를 압입설치함으로써 ACV(700)가 제조된다.

상기와 같은 ACV(700)의 제조시 알루미늄재질을 적용한 하우징바디(701)로 인한 중량증가가 불가피하고, 특히 알루미늄 재질이 갖는 열팽창특성으로 인해 ACV(700)의 열적 내구성을 크게 저하시킬 수밖에 없다.

특히, ACV(700)의 열 민감도는 냉각 성능 저하시 작동이상을 가져오는 한 원인으로 작용됨으로써 ACV(700)는 물론 이를 적용한 연료전지차량의 품질과 신뢰성에도 악 영향을 미칠 수밖에 없게 된다.

또한, ACV(700)의 제조에 알루미늄재질을 적용함으로써 하우징바디(701)의 성형이 다이캐스팅방식으로 국한되는 불편이 있고, 이는 성형방식의 불편뿐만 아니라 성형후 조립공정에서도 더욱 불편을 가중할 수밖에 없다.

일례로, 알루미늄재질을 다이캐스팅하여 하우징바디(701)의 전체적인 형상을 사출하고 -> 이에 구멍 및 표면가공하며 -> 이어 관련부품 및 기기조립과 같은 과정을 거쳐 완성됨으로써, 전체적으로 성형 및 조립공정이 복잡해 ACV(700)의 생산성을 낮추는 한 원인을 제공하게 된다.

하지만, 무엇보다도 알루미늄재질의 하우징바디(701)를 적용한 ACV(700)는 수분발생이 상대적으로 많은 연료전차량에서 방청성이 크게 불리할 수밖에 없다.

이러한 현상은 특히 시동꺼짐시 ASV(700)도 함께 닫혀짐으로써, 연료전지스택(200)에서 발생된 물이 외부로 배출되지 못하고 ACV(700)에 고여짐으로 인해 더욱 심화되어진다.

상기와 같이 ACV(700)에 고여진 물은 빙점이하의 외부온도조건에서 수분빙결로 인한 냉시동성저하를 가져오고, 또한 수분으로 인한 알루미늄 부식을 가져올 수밖에 없다.

통상, ACV(700)의 수분빙결로 인한 플랩밸브(720)의 고착은 히터를 이용해 간단히 해소될 수 있는데 반해, 부식현상은 수분을 완전히 제거하지 않는 한 방지할 수 없는 한계가 있다.

수분으로 인해 ACV(700)의 부식이 심화되면, 플랩밸브(720)를 제어하는 전자밸브(730)나 모터와 같은 전자부품에 대한 누수 가능성을 크게 높여줌으로써 ACV(700)의 고장(Fail)을 가져오는 한 원인이 될 수밖에 없다.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 운전자의 의도에 따른 정상적인 시동켜짐상태에서 운전자의 의도에 따른 정상적인 시동꺼짐에 반하는 비정상 시동꺼짐이 일어나더라도 플랩밸브의 열림상태를 그대로 유지해줌으로써, 재시동시 빠른 응답성으로 재시동상태로 전환될 수 있어 시동안정성을 크게 높여줄 수 있는 공기차단밸브와 이를 이용한 재시동안정화방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 전자부품을 수용하는 하우징바디를 플라스틱(Plastic)재질로 적용함으로써 알루미늄(Aluminium)재질 적용에 따른 중량증가방지와 다이캐스팅(Die Casting)사출에 따른 성형과 조립공정증가 및 원가상승을 방지하고, 특히 고여진 수분으로 인한 부식에 따른 고장(Fail)상황을 방지할 수 있는 공기차단밸브와 이를 이용한 재시동안정화방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 플라스틱 재질 하우징바디에 결합되어 모터로 개폐되는 플랩밸브의 수분빙결에 따른 고착현상을 히터로 해소해줌으로써 겨울철 빙점 이하의 온도에서 수분빙결로 인한 시동 불능을 예방할 수 있는 공기차단밸브와 이를 이용한 재시동안정화방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공기차단밸브는 공기통로에 금속재질을 덧댄 플라스틱(Plastic)재질 하우징유닛과;

상기 공기통로를 개폐하는 플랩밸브와;

운전자에 의한 시동켜짐시 제어기를 통해 구동되어, 상기 플랩밸브를 열어주기 위한 회전동력을 발생시켜주는 모터와;

상기 모터의 회전동력을 받아 상기 플랩밸브를 완전닫힘상태에서 완전열림상태로 전환시켜주고, 운전자에 의한 시동꺼짐과 다른 비정상적인 시동꺼짐시 상기 공기통로를 통해 공기공급이 이루어지도록 상기 모터의 구동없이 상기 플랩밸브의 완전열림상태를 유지시켜주는 전자감속기와;

운전자에 의한 시동꺼짐시 상기 모터의 구동이 없는 상태에서 탄성복원력으로 상기 플랩밸브를 완전닫힘상태로 되돌려주는 복귀유닛;

을 포함해 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 하우징유닛은 상기 공기통로에 덧대어진 금속재질의 보어와 상기 공기통로의 양쪽으로 구비된 금속재질의 한쌍의 베어링과 함께 몰딩성형되어진 하우징바디와, 상기 하우징바디의 한쪽 측면부위에서 일체로 형성되어 상기 모터를 수용하는 모터바디와, 상기 하우징바디의 다른쪽 측면부위에서 일체로 형성되어 상기 전자감속기를 수용하는 기어바디를 갖춘다.

상기 전자감속기는 상기 모터의 회전동력을 감속하고 토크를 증대함으로써 상기 플랩밸브를 회전시키고, 상기 플랩밸브를 완전열림상태로 전환시킬 때 상기 복귀유닛에 탄성복원력을 형성시켜주는 기어유닛과;

상기 기어유닛의 회전위치변화로 상기 플랩밸브의 완전닫힘신호와 완전열림신호를 각각 발생시켜 상기 제어기로 전송하는 센싱유닛과;

상기 플랩밸브의 완전열림을 인지한 상기 제어기를 통해 작동되어 상기 플랩밸브의 완전열림상태를 고정시켜주고, 운전자에 의한 시동꺼짐을 인지한 상기 제어기를 통해 작동되어 상기 플랩밸브의 완전열림상태고정을 해제하여주는 홀딩유닛; 으로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 기어유닛은 상기 모터를 통해 회전되는 슈퍼기어와, 상기 슈퍼기어의 회전을 감속하고 토크를 증대시켜주는 감속기어와, 상기 감속기어의 기어축에 결합되어 토크를 줄이고 회전을 증가시키는 인터기어와, 상기 인터기어에 맞물려 회전됨으로써 서로 체결된 상기 플랩밸브를 개폐하는 샤프트기어로 구성된다.

상기 샤프트기어는 상기 플랩밸브를 열기위해 회전될 때 상기 복귀유닛을 이루는 토셔널스프링을 탄성변형시키고, 상기 토셔널스프링으로부터 가해지는 탄성복귀력을 지속적으로 받게 된다.

상기 슈퍼기어와 이에 맞물린 상기 감속기어 및 상기 감속기어의 상기 인터기어에 맞물린 상기 샤프트기어는 일직선상으로 배열되어진다.

상기 센싱유닛은 상기 기어유닛의 회전위치변화에 따라 함께 위치변화되는 마그네트와, 상기 마그네트의 위치변화를 서로 다른 2곳의 위치에서 각각 검출하여 상기 제어기로 전송되는 검출신호를 발생하는 홀센서로 구성된다.

상기 홀센서는 상기 제어기로 송수신하는 회로를 갖춘 회로기판에 구비되어 상기 마그네트의 1곳의 위치를 검출하는 제1홀센서와, 상기 제1홀센서에 간격을 두고 상기 회로기판에 구비되어 상기 마그네트의 위치변화에 따른 다른 1곳의 위치를 검출하는 제2홀센서로 구성된다.

상기 제1홀센서와 제2홀센서는 최대 90도 간격을 가지며, 상기 제1홀센서의 검출신호는 상기 플랩밸브의 완전열림위치이고, 상기 제2홀센서의 검출신호는 상기 플랩밸브의 완전닫힘위치로 설정된다.

상기 홀딩유닛은 전원통전시 로드를 잡아당겨 내부의 리턴스프링을 압축하고 전원차단시 상기 리턴스프링의 탄성복원력으로 상기 로드를 밀어내는 솔레노이드와, 상기 로드 인입시 반시계방향으로 회전되는 반면 인출시 시계방향으로 회전되는 회전중심점을 갖는 라쳇과, 상기 라쳇의 반시계방향 회전시 이격되는 반면 시계방향회전시 맞물려 상기 기어유닛을 구속하는 라쳇돌기로 구성된다.

상기 기어유닛은 상기 모터를 통해 회전되는 슈퍼기어와, 상기 슈퍼기어의 회전을 감속하고 토크를 증대시켜주는 감속기어와, 상기 감속기어의 기어축에 결합되어 토크를 줄이고 회전을 증가시키는 인터기어와, 상기 인터기어에 맞물려 회전됨으로써 상기 플랩밸브를 개폐하는 샤프트기어로 구성되고, 상기 라쳇돌기는 상기 샤프트기어에 일체로 형성된다.

상기 제어기는 상기 플랩밸브의 수분빙결에 의한 고착시 열을 발생시키는 히터의 제어를 더 포함하고, 상기 히터는 상기 공기통로에 덧대어진 금속재질부위를 가열해주는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공기차단밸브는 플랩밸브로 개폐되는 공기통로에 금속재질을 덧댄 플라스틱(Plastic)재질 하우징유닛과;

운전자에 의한 시동켜짐시 상기 플랩밸브를 열어주기 위한 회전동력을 발생시켜주는 모터와;

상기 모터를 통해 회전되는 슈퍼기어와, 상기 슈퍼기어의 회전을 감속하고 토크를 증대시켜주는 감속기어와, 상기 감속기어의 기어축에 결합되어 토크를 줄이고 회전을 증가시키는 인터기어와, 상기 인터기어에 맞물려 회전됨으로써 서로 체결된 상기 플랩밸브를 개폐하는 샤프트기어로 이루어진 기어유닛과;

상기 샤프트기어에 고정된 마그네트의 위치변화를 서로 다른 2곳의 위치에서 각각 검출하여, 1곳의 검출신호를 상기 플랩밸브의 완전닫힘위치로 다른 1곳의 검출신호를 상기 플랩밸브의 완전열림위치로 이용하는 센싱유닛과;

전원통전시 내부의 리턴스프링을 압축하면서 인입되는 반면 전원차단시 상기 리턴스프링의 탄성복원력으로 인출되는 로드를 갖춘 솔레노이드와, 상기 로드 인입시 반시계방향으로 회전되어 상기 샤프트기어에 형성된 라쳇돌기에서 이격되는 반면 인출시 시계방향으로 회전되어 상기 라쳇돌기에 맞물려 상기 샤프트기어를 구속하는 라쳇으로 이루어진 홀딩유닛과;

운전자에 의한 시동꺼짐시 상기 모터의 구동이 없는 상태에서 상기 샤프트기어에 탄성복원력을 가해 상기 플랩밸브를 완전닫힘상태로 되돌려주는 토셔널스프링과;

상기 플랩밸브의 수분빙결에 의한 고착시 열을 발생시켜 상기 공기통로에 덧대어진 금속재질부위를 가열해주는 히터와;

운전자에 의한 시동켜짐시 상기 모터를 구동하여 상기 플랩밸브를 완전열림상태로 전환하고 상기 솔레노이드를 온 ->오프로 전환하여 상기 플랩밸브의 완전열림상태를 유지시켜주며, 운전자에 의한 시동꺼짐시 상기 모터를 구동하지 않고 상기 솔레노이드를 온 ->오프로 전환시키며, 운전자에 의한 시동꺼짐과 다른 비정상적인 시동꺼짐시 상기 모터와 상기 솔레노이드를 구동하지 않고 시동켜짐을 수행하고, 수분빙결을 가져오는 외부온도조건에서 상기 히터로 전원을 공급하는 제어로직을 갖춘 제어기;

를 포함해 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공기차단밸브 이용한 재시동안정화방법은 시동온(On)시 빙점이하의 외부온도일 때 히터를 가동해 공기통로를 개폐하는 플랩밸브의 결빙상태를 해소하는 결빙해소단계;

인입되는 로드를 통해 라쳇을 반시계방향으로 회전시키도록 솔레노이드를 온시킨 후 모터를 구동하고, 모터의 동력을 회전감속 및 토크증대과정을 거쳐 전달받은 샤프트기어의 회전으로 이에 체결된 상기 플랩밸브가 열려지는 플랩밸브개도개방단계;

상기 플랩밸브의 완전열림후, 상기 솔레노이드를 오프시켜 인출되는 상기 로드를 통해 시계방향으로 회전되는 상기 라쳇을 상기 샤프트기어에 맞물려 상기 플랩밸브의 닫힘경향을 억제하여 주는 플랩밸브개도유지단계;

운행중 운전자에 의한 시동꺼짐과 다른 비정상적인 시동꺼짐 후 운전자의 재시동시, 상기 모터와 상기 솔레노이드를 구동하지 않고 시동켜짐을 수행하는 재시동구현단계;

운전자에 의한 시동꺼짐시 상기 모터를 구동하지 않고, 인입되는 로드를 통한 라쳇의 반시계방향회전으로 상기 샤프트기어에 대한 구속을 해제하도록 상기 솔레노이드를 온시키며, 상기 플랩밸브의 완전열림시 탄성변형되었던 토셔널스프링의 탄성복원력으로 상기 플랩밸브가 완전닫힘상태로 되돌아 간 후 상기 솔레노이드를 오프시켜주며, 운행중 운전자에 의한 시동꺼짐과 다른 비정상적인 시동꺼짐 시, 상기 모터와 상기 솔레노이드를 구동하지 않고 재시동켜짐 시 플랩밸브의 완전열림상태를 유지하도록 수행하는 시동꺼짐시의 플랩밸브조치단계;

를 포함해 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기 플랩밸브개도유지단계에서 상기 모터의 구동은 1초 동안 지속되고, 상기 솔레노이드를 오프시키는 상기 플랩밸브의 완전열림상태는 상기 플랩밸브의 완전닫힘위치에 고정되어 마그네트의 자기력에 반응하는 제2홀센서의 검출신호를 기준으로 상기 플랩밸브의 완전열림위치에 고정되어 이동된 상기 마그네트의 자기력에 반응하는 제1홀센서의 검출신호로 판단된다.

상기 제1홀센서의 검출신호와 상기 제2홀센서의 검출신호는 30초 동안 지속적으로 반복 검출되고, 반복 검출과정중 상기 제2홀센서의 검출신호 발생시 중단되어 상기솔레노이드를 오프시켜준다.

상기 플랩밸브조치단계에서 상기 솔레노이드의 온 시간은 2초 동안 지속되고, 상기 솔레노이드를 오프시키는 상기 플랩밸브의 완전닫힘상태는 상기 플랩밸브의 완전닫힘위치에 고정되어 마그네트의 자기력에 반응하는 제2홀센서의 검출신호로 판단된다.

이러한 본 발명의 공기차단밸브는 정상적인 차량의 운전상태에서 운전자의 의도에 따른 정상적인 시동꺼짐에 반하는 비정상 시동꺼짐이 일어나더라도 플랩밸브의 열림상태를 그대로 유지해줌으로써, 재시동시 즉시 반응하는 빠른응답성으로 재시동안정성을 크게 높여주는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명은 공기차단밸브의 빠르고 신속한 재시동 응답성에 의한 빠른 차량이동이 가능함으로써, 운전자의 불안감을 해소하고 상품성을 크게 높여주는 효과도 있게 된다.

또한, 본 발명의 공기차단밸브에는 몰딩(Molding)성형가능한 플라스틱(Plastic)재질로 만들어져 전자부품과 플랩밸브등을 조립하여준 하우징바디가 적용됨으로써, 알루미늄(Aluminium)재질에 비해 중량이 감소되고 플라스틱 물성에 따른 성형의 용이성과 그로 인한 성형공정 및 조립공정이 보다 단축되며, 특히 제조원가가 낮춰지는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명의 공기차단밸브에는 전자부품과 플랩밸브등을 조립하여준 플라스틱재질 하우징바디가 적용됨으로써 부식으로 인한 고장(Fail)발생을 근절시켜주는 효과도 있게 된다.

또한, 본 발명의 공기차단밸브에는 히터가 적용되어 빙점이하의 외부온도시 빙결상태를 녹여줌으로써 수분빙결로 인한 시동 불능도 방지되는 효과도 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 공기차단밸브의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 하우징바디의 구성도이며, 도 3과 도 4는 본 발명에 따른 전자감속기의 상세구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 공기차단밸브 및 이를 이용한 재시동안정화방법을 구현하기 위한 제어블록이며, 도 6은 본 발명에 따른 히터의 작동상태이고, 도 7과 도 8은 본 발명에 따른 공기차단밸브의 열림 및 닫힘시 전자감속기의 작동상태이며, 도 9는 통상적인 연료전지차량의 공기계통라인 구성도이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 공기차단밸브의 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 공기차단밸브인 ACV(Air Cut Off Valve)는 플라스틱(Plastic)재질로 몰딩(Molding)성형되고 개구된 공기통로(3)를 형성한 하우징유닛(1)과, 공기통로(3)에 설치되어 공기통로(3)를 개폐시켜주는 플랩밸브(9)와, 제어기의 제어로 구동되어 회전동력을 발생시키는 동력유닛(10)과, 전달된 동력유닛(10)의 회전을 감속하고 토크를 증대해 플랩밸브(9)를 개폐하고 키오프(Key Off)전까지 플랩밸브(9)의 열림상태를 유지해주도록 제어기로 제어되는 전자감속기와, 수분빙결로 인한 플랩밸브(9)의 고착상태를 해소하도록 제어기로 제어되어 열을 발생시키는 히터(60)로 구성된다.

상기 하우징유닛(1)은 플라스틱(Plastic)재질로 이루어지고, 상기 플랩밸브(9)는 회전축(9a)에 결합되어 함께 회전됨으로써 공기통로(3)를 개폐하는 플랩바디(9b)로 구성되며, 상기 동력유닛(10)은 제어기의 신호를 받는 모터드라이브로 구동제어되어 동력을 발생하고 모터축(12)을 갖는 모터(11)로 구성된다.

또한, 상기 전자감속기는 모터(11)의 회전력을 감속하고 토크를 증대하여 플랩밸브(9)를 열어주는 기어유닛(20)과, 플랩밸브(9)의 위치를 검출하여 제어기로 전송하는 센싱유닛(30)과, 운전자의도에 따른 키오프(Key Off)를 제외하고 플랩밸브(9)의 열림상태를 고정하도록 제어기로 제어되는 홀딩유닛(40)과, 운전자의도에 따른 키오프(Key Off)시 탄성복원력으로 플랩밸브(9)를 닫아주는 복귀유닛(50)으로 구성된다.

상기와 같이 본 실시예에 따른 전자감속기에는 홀딩유닛(40)이 더 구비됨으로써, 주행중일 때 운전자의 의도하지 않는 시동꺼짐후 재시동시 즉시 시동되는 재시동안정성이 크게 강화될 수 있다.

재시동안정성이란, 운전자의 의도에 따른 정상적인 키오프로 인한 시동꺼짐시 플랩밸브(9)가 닫혀 공기공급이 차단되고 운전자의 의도에 따른 정상적인 키온으로 인한 시동걸림시 플랩밸브(9)가 열려 공기공급이 형성되는 경우를 벗어난 운전자의 의도에 맞지 않는 비정상 시동꺼짐시 운전자의 재시동요구에 즉시 응답할 수 있는 응답성을 의미한다.

통상 재시동안정성이 우수하다는 것은 플랩밸브(9)의 열림상태로부터 공기공급이 즉시 개시됨을 나타내고, 이를 통해 ACV의 성능이 좌우된다.

전술된 바와 같이, 상기 홀딩유닛(40)이 플랩밸브(9)의 열림상태를 유지해줌으로써 재시동시 ACV를 통해 공기공급이 신속하게 이루어질 수 있게 된다.

도 2는 본 실시예에 따른 ACV에 적용되어진 하우징유닛을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 하우징유닛(1)은 개구된 공기통로(3)를 형성한 하우징바디(2)와, 공기통로(3)에 덧대어진 보어(4)와, 양쪽으로 180도 대향된 위치로 공기통로(3)에 구비된 한쌍의 베어링(5a,5b)과, 공기통로(3)의 한쪽 측면부위로 하우징바디(2)와 일체로 형성된 모터바디(6)와, 모터바디(6)에 대해 90도 꺾여 하우징바디(2)와 일체로 형성된 기어바디(7)와, 공기통로(3)의 다른쪽 측면부위로 하우징바디(2)와 일체로 형성된 히터바디(8)를 갖춘다.

상기 기어바디(7)는 하우징바디(2)에 일체로 형성될 수 있지만, 바람직하게는 하우징바디(2)와 별물로 성형되어 스크류나 볼트등으로 체결되는 구조를 이루는 것이 바람직하다.

상기 보어(4)와 베어링(5a,5b)은 금속재질로 이루어지고, 특히 상기 보어(4)는 히터(60)로부터 열을 받아 가열됨으로써 수분빙결에 따른 밸브플랩(9)의 고착상태를 해소할 수 있게 된다.

여기서, 상기 보어(4)는 알루미늄(Aluminium)재질을 적용한다.

하지만, 본 실시예에선 상기 하우징유닛(1)이 플라스틱(Plastic)재질로 이루어짐으로써 알루미늄(Aluminium)재질 대비 저 중량에 따른 장점과 더불어 플라스틱 물성에 따른 다양한 장점도 구현할 수 있다.

무엇보다 플라스틱 물성으로 인해 하우징유닛(1)을 몰딩(Molding)성형함으로써 다이캐스팅(Die Casting)에 비해 제조공정과 조립공정이 보다 단축될 수 있게 된다.

일례로, 플라스틱을 이용할 경우 하우징유닛(1)을 몰딩성형함으로써 금속재질인 보어(4)와 베어링(5a,5b)을 인서트금형내에 미리 위치시킨 상태에서 함께 성형될 수 있고, 이러한 성형방식으로 인해 하우징유닛(1)이 성형된 후 금속재질인 보어(4)와 베어링(5a,5b)을 압입하기 위한 조립공정이 요구되지 않아 그 만큼 조립공정을 축소할 수 있게 된다.

또한, 하우징유닛(1)이 알루미늄에 비해 고유한 열팽창특성이 낮은 플라스틱으로 제조되어 열에 둔감함으로써, ACV가 상대적으로 높은 열적 내구성을 가져 품질과 신뢰성도 크게 높여줄 수 있게 된다.

또한, 하우징유닛(1)이 플라스틱으로 제조되어 알루미늄에 비해 부식이 발생하지 않음으로써, 수분이 고여진 경우라도 전자부품을 부식위험성으로부터 안전하게 유지하게 된다.

도 3은 본 실시예에 따른 ACV에 적용되어진 전자감속기를 구성하는 기어유닛(20)과 센싱유닛(30) 및 홀딩유닛(40)과 복귀유닛(50)을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 상기 기어유닛(20)은 모터(11)의 모터축(12)에 고정되어 회전되는 슈퍼기어(21)와, 슈퍼기어(21)의 회전을 감속하고 토크를 증대시켜주는 감속기어(22)와, 감속기어(22)의 기어축(22a)에 결합되어 토크를 줄이고 회전을 증가시키는 인터기어(23)와, 인터기어(23)에 맞물려 회전됨으로써 플랩밸브(9)를 개폐하는 샤프트기어(24)로 구성된다.

상기 슈퍼기어(21)에 대비 상기 감속기어(22)의 기어잇수와, 상기 인터기어(23)에 대비 샤프트기어(24)의 기어잇수는 플랩밸브(9)의 개도사양에 따른 비율로 설정된다.

상기 샤프트기어(24)의 기어이(24a)는 전체 테두리중 일부 구간으로 만 형성되는데, 이는 플랩밸브(9)의 개도각[완전닫힘(Full Close) -> 완전열림(Full Open)]에 따라 설정된다.

또한, 상기 샤프트기어(24)에는 라쳇돌기(45)가 샤프트기어(24)의 기어이(24a)를 벗어난 특정 구간으로 형성되는데, 상기 라쳇돌기(45)는 플랩밸브(9)의 개도각을 안정적으로 유지하도록 이후 기술될 홀딩유닛(40)과 연계되어 작동된다.

이와 더불어, 상기 샤프트기어(24)의 중심에는 한쪽 측면으로 돌출된 축보스(24d)가 형성되어 플랩밸브(9)의 회전축(9a)과 체결되고, 상기 축보스(24d)의 주위로 스프링보스(24b,24c)가 더 형성되어 이후 기술될 복귀유닛(50)의 조립위치를 잡아주게 된다.

본 실시예에서 상기 슈퍼기어(21)와 이에 맞물린 감속기어(22) 및 감속기어(22)의 인터기어(23)에 맞물린 샤프트기어(24)는 일직선상으로 배열되어진다.

한편, 상기 센싱유닛(30)은 전기신호를 증폭 및 변환하여 제어기로 송수신하는 회로를 갖춘 회로기판(31)과, 플랩밸브(9)의 개도각변화에 따라 위치가 함께 변화되는 마그네트(32)와, 마그네트(32)의 위치변화를 감지하여 전기신호를 발생하는 적어도 1개 이상의 홀센서(33)로 구성된다.

상기 회로기판(31)은 하우징유닛(1)의 기어블록(7)에 조립된다.

상기 마그네트(32)는 영구자석이며, 기어유닛(20)의 샤프트기어(24)에 부착됨으로써 샤프트기어(24)의 회전에 따른 위치변화를 발생시켜준다.

상기 홀센서(33)는 서로 간격을 두고 회로기판(31)에 구비된 제1홀센서(33a)와 제2홀센서(33b)로 구성되고, 특정 위치에 있는 마그네트(32)의 검출시 상기 제1홀센서(33a)에서 발생되는 검출신호가 ACV의 완전열림을 판단하는데 이용되고, 변화된 위치에 있는 마그네트(32)의 검출시 상기 제2홀센서(33b)에서 발생되는 검출신호로 ACV의 완전닫힘을 판단하는데 이용된다.

상기 제1홀센서(33a)와 상기 제2홀센서(33b)의 간격은 최대 90도를 이루는데, 이는 플랩밸브(9)의 완전닫힘(Full Close)시를 0도로 하여 기준값으로 정하고, 이를 기준으로 하여 플랩밸브(9)의 완전열림(Full Open)시를 90도로 정함에 따른 것이다.

상기 제1홀센서(33a)와 상기 제2홀센서(33b)의 검출신호는 홀딩유닛(40)을 작동시키는 제어기로 입력되거나 또는 홀딩유닛(40)을 작동시키기 위한 제어신호로 직접 입력될 수 있다.

한편, 상기 홀딩유닛(40)은 빠져나오(인출)거나 들어(인입)가는 스트로크를 갖는 로드(41a)가 구비된 솔레노이드(41)와, 솔레노이드(41)의 로드(41a)의 움직임에 연계되어 회전중심을 매개로 반시계방향회전(로드인입시)이나 시계방향회전(로드인출시)되는 라쳇(42)과, 라쳇(42)의 회전방향에 따라 라쳇(42)과 맞물리거나 맞물림 해제되는 라쳇돌기(45)로 구성된다.

상기 솔레노이드(41)는 온시 로드(41a)가 잡아 당겨져 솔레노이드(41)로 들어가고, 반면 오프시 로드(41a)가 밀려나 솔레노이드(41)로부터 빠져나가는 방식으로 작동된다.

이를 위해, 상기 솔레노이드(41)에는 로드(41a)를 탄발지지하고 잡아 당겨지는 로드(41a)에 의해 압축변형된 후, 로드(41a)의 당김해제시 탄성복귀력으로 로드(41a)를 밀어내는 리턴스프링이 내장된다.

상기 라쳇(42)은 한쪽부위가 힌지핀(43)을 매개로 솔레노이드(41)의 로드(41a)에 고정되고, 그 중간부위가 또 다른 힌지핀(44)을 매개로 고정되며, 다른쪽 부위가 자유상태를 가짐으로써 상기 또 다른 힌지핀(44)을 중심으로 한 시이소우(Seesaw)움직임을 구현할 수 있게 된다.

상기 라쳇(42)에서 자유상태를 가진 다른쪽 부위는 라쳇돌기(45)와 맞물림으로써 라쳇돌기(45)를 가진 샤프트기어(24)를 구속시킬 수 있게 된다.

상기 라쳇돌기(45)는 기어유닛(20)의 샤프트기어(24)에 형성되며, 이는 전술한 바와 같이 샤프트기어(24)의 기어이(24a)를 벗어난 특정 구간에서 적어도 1개 이상의 돌기로 구성된다.

도 4는 본 실시예에 따른 플랩밸브(9)와 샤프트기어(24) 및 홀센서(33)와 복귀유닛(50)의 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 샤프트기어(24)는 중심에 돌출된 축보스(24d)가 형성되어 플랩밸브(9)의 회전축(9a)과 체결됨으로써 직접적으로 플랩밸브(9)의 움직임을 만들어 주게 된다.

또한, 홀센서(33)는 제1홀센서(33a)와 제2홀센서(33b)가 회로기판(31)에 서로 간격을 두고 위치됨으로써, 제1홀센서(33a)는 샤프트기어(24)에 고정된 마그네트(32)의 특정 위치를 검출하는 반면, 제2홀센서(33b)는 샤프트기어(24)의 회전에 따라 변화된 마그네트(32)의 또 다른 특정 위치를 검출할 수 있게 된다.

그리고, 복귀유닛(50)은 샤프트기어(24)의 축보스(24d)와 체결된 플랩밸브(9)의 회전축(9a)부위로 권선되고, 권선되지 않은 양쪽을 축보스(24d)의 주위로 형성된 한쌍의 스프링보스(24b,24c)를 이용해 구속시켜주게 된다.

상기 복귀유닛(50)은 토셔널스프링타입을 적용하며, 탄성율은 플랩밸브(9)를 움직여주는 토크를 고려하여 설정된다.

한편, 본 실시예에 따른 제어기는 연료전지차량의 운행을 총체적으로 제어하는 컨트롤러를 의미하며, ACV에 대한 제어신호와 배터리 전력을 공급하는 기능은 물론 수분빙결을 해소하기 위한 히터제어와 함께 ACV의 제어를 통한 재시동안정성 강화를 위한 제어로직도 함께 포함된다.

상기와 같이 제어로직에 히터제어가 포함됨으로써, 겨울철 빙점 이하의 온도에서 수분빙결로 인한 ACV의 고착을 해소하여 연료전지차량의 시동안정성을 크게 향상하게 된다.

특히, 상기와 같은 재시동안정성 강화를 위한 제어로직이 더 구비됨으로써, 운전자의 의도에 따른 정상적인 시동켜짐상태에서 운전자의 의도에 따른 정상적인 시동꺼짐에 반하는 비정상 시동꺼짐이 일어나더라도 ACV의 열림상태유지로 즉시 재시동 상태로 전환될 수 있고, 이러한 특징으로 인해 연료전지차량에서는 재시동응답성이 빠르면서도 재시동안정성도 크게 향상될 수 있다.

도 5는 본 실시예에 따른 시동시 관련된 공기차단밸브의 제어블록으로서, 상기 제어블록은 차량시동켜짐제어(S10)와 공기차단밸브의 개도제어(S20), 공기차단밸브의 개도 홀딩제어(S30), 차량 재시동 제어(S40) 및 차량시동꺼짐제어(S50)에 따라 순차적으로 구현됨을 나타낸다.

차량시동켜짐제어(S10)가 실행되면, 연료전지차량의 시동온(On)시 ACV의 해빙이 요구되는지를 먼저 체크하게 된다.

ACV의 해빙에 대한 요구조건은 빙점이하의 외부온도로 판단되며, 요구조건 충족시엔 단계S12와 같이 히터(60)를 가동함으로써 도 6과 같이 금속재질의 보어(4)부위에 대한 가열(W)로 결빙상태가 해소될 수 있다.

이로 인해, 겨울철 빙점 이하의 온도로 인한 수분빙결로 플랩밸브(9)가 고착되더라도 ACV의 작동불능으로 시동이 걸리지 않는 상황을 방지하게 된다.

이어, 히터(60)가 가동되지 않았거나 또는 가동된 후에는 공기차단밸브의 개도제어(S20)로 넘어가 ACV를 열어주고, 연속적으로 공기차단밸브의 개도 홀딩제어(S30)로 넘어가 ACV를 완전열림(Full Open)시 까지 열어준 후 열려진 상태를 잡아 유지하게 된다.

상기와 같이 공기차단밸브의 개도 홀딩제어(S30)를 수행함으로써, 본 실시예에 따른 ACV는 비정상 시동꺼짐 후 재시동될 때 공기공급을 즉시 개시할 수 있어 연료전지차량의 재시동응답성을 빠르게 하고 시동안정성도 높여줄 수 있게 된다.

도 7(가),(나)는 공기차단밸브의 개도제어(S20)와 이어진 공기차단밸브의 개도 홀딩제어(S30)에 따른 세부로직이 수행된 후, 그에 따른 ACV의 완전열림(Full Open)작동을 나타낸다.

공기차단밸브의 개도제어(S20)시에는 홀딩유닛(40)을 먼저 작동시켜주는데, 이는 모터(11)가 구동되기 전 플랩밸브(8)를 작동시키는 기어유닛(20)의 작동이 라쳇(42)으로 인해 구속되지 않도록 하기 위함이다.

이러한 작동시엔, 본 실시예에 따른 솔레노이드(41)는 전원공급이 없으면 내부의 리턴스프링으로 인해 로드(41a)가 인출되고, 이로 인해 라쳇(42)이 샤프트기어(24)쪽으로 내려감에 기인되어진다.

도 7(가)는 홀딩유닛(40)의 작동상태로서, 도시된 바와 같이 전원이 인가되어 온(On)상태로 전환된 솔레노이드(41)는 로드(41a)를 끌어당기고, 끌어 당겨진 로드(41a)는 힌지핀(43)으로 체결된 라쳇(42)을 내려줌으로써 또 다른 힌지핀(44)을 회전중심으로 하여 라쳇(42)이 반시계방향으로 회전된다.

이때, 솔레노이드(41)에 구비된 리턴스프링은 로드(41a)에 의해 압축되어 탄성력을 저장하고, 이를 통해 솔레노이드(41)의 오프(Off)시 로드(41a)는 라쳇(42)이 시계방향으로 회전되도록 밀어내 힘을 받을 수 있게 된다.

상기와 같이 라쳇(42)의 자유단이 기어유닛(20)의 샤프트기어(24)로부터 멀어짐으로써, 샤프트기어(24)는 라쳇(42)으로부터 자유로운 상태로 전환되어진다.

이어, 샤프트기어(24)가 라쳇(42)으로부터 자유로운 상태에서 모터(11)를 구동하여 밸브플랩(9)을 열어주고, 이는 약 1초정도의 시간동안 지속되는데, 이러한 1초의 지속시간은 ACV 설계사양에 따라 다르게 설정될 수 있다.

상기와 같은 밸브플랩(9)의 열림과정을 도 7(나)를 통해 설명하면, 모터(11)의 동력은 모터축(12)에 고정된 슈퍼기어(21)로 전달되고, 슈퍼기어(21)의 회전은 감속기어(22)를 통해 감속기어(22)의 기어축(22a)에 결합된 인터기어(23)로 전달된 후, 인터기어(23)에 맞물린 기어이(24a)를 통해 샤프트기어(24)의 회전으로 전환된다.

상기 샤프트기어(24)의 회전은 축보스(24d)에 체결된 플랩밸브(9)의 회전축(9a)을 회전시켜줌으로써 플랩바디(9b)를 열어주게 된다.

이때, 플랩밸브(9)와 샤프트기어(24)사이에 구비된 복귀유닛(50)은 샤프트기어(24)의 회전에 따라 스프링보스(24b,24c)사이에 구속된 상태로 탄성변형됨으로써, 플랩밸브(9)의 닫힘시 샤프트기어(24)에 복원력을 제공하게 된다.

상기와 같은 복귀유닛(50)의 탄성복원력으로 인해 ACV는 모터(11)의 오프(Off)후 별도의 동력원 없이도 완전닫힘(Full Close)으로 전환될 수 있다.

한편, 모터(11)의 구동으로부터 약 1초의 시간 경과 후 밸브풀랩(9)이 완전열림(Full Open)상태로 전환되었는지 여부는 센싱유닛(30)을 이루는 마그네트(32)와 이에 반응하는 한쌍의 제1홀센서(33a)와 제2홀센서(33b)로 판단된다.

즉, 샤프트기어(24)에 부착된 마그네트(32)는 샤프트기어(24)의 회전으로 그 위치도 변환되고, 이러한 마그네트(32)의 위치변화는 서로 간격을 갖고 회로기판(31)에 고정된 제1홀센서(33a)와 제2홀센서(33b)를 통해 각각 검출됨으로써 플랩밸브(9)의 완전열림(Full Open)여부가 판단되어진다.

이는, 제1홀센서(33a)에서 검출된 마그네트(32)의 위치를 플랩밸브(9)의 플랩밸브(9)의 완전열림(Full Open)으로 설정해 90도로 규정하고, 반면 제2홀센서(33b)에서 검출된 마그네트(32)의 위치를 플랩밸브(9)의 완전닫힘(Full Close)으로 설정해 0도로 규정함으로써 간단하게 구현될 수 있다.

한편, 제1홀센서(33a)가 마그네트(32)의 위치를 검출하기 전이면, 이는 플랩밸브(9)가 아직 완전열림(Full Open)으로 전환되지 않았음을 의미한다.

이 경우 제1홀센서(33a)의 신호가 검출되기 전까지 약 30초동안 카운트하는 방식이 적용되는데, 카운트하는 동안 피드백(Feedback)되어 제1홀센서(33a)의 신호가 검출되는지 여부를 지속적으로 반복하여 준다.

이때, 상기 30초의 지속시간은 ACV 설계사양에 따라 다르게 설정될 수 있다.

이어, 제1홀센서(33a)의 신호가 검출되거나 또는 카운트 동안 피드백을 통해 제1홀센서(33a)의 신호가 검출되면, 플랩밸브(9)가 완전열림(Full Open)으로 전환되었음으로 판단하여 모터(11)와 솔레노이드(41)를 모두 오프(Off)로 전환시켜 준다.

이는, 공기차단밸브의 개도 홀딩제어(S30)를 통해 구현된다.

이로 인해, 샤프트기어(24)는 모터(11)로부터 회전력을 전달받지 못해 멈춘상태가 되고 동시에 솔레노이드(41)의 로드(41a)는 압축되었던 리턴스프링으로부터 힘을 받아 빠져나오게 된다.

이러한 작용은 30초의 카운트 경과시에도 동일하게 이루어진다.

도 7(나)에는 상기와 같은 상태가 도시되어 있는데, 도시된 바와 같이 솔레노이드(41)의 로드(41a)가 빠져나옴으로써 힌지핀(43)으로 체결된 라쳇(42)을 위로 올려주게 된다.

한쪽부위가 위로 올라간 라쳇(42)은 또 다른 힌지핀(44)을 회전중심으로 하여 반대쪽 자유단부위를 밑으로 내려 샤프트기어(24)의 라쳇돌기(45)와 걸려짐으로써, 결국 샤프트기어(24)는 라쳇돌기(45)에 걸려진 라쳇(42)을 매개로 구속상태(Ha)로 전환되어진다.

그러므로, 샤프트기어(24)는 완전열림(Full Open)상태로부터 닫힘상태로 가려는 플랩밸브(9)의 어떠한 회전움직임도 라쳇돌기(45)에 걸려진 라쳇(42)을 매개로 저지할 수 있게 되고, 특히 샤프트기어(24)에 가해지는 복귀유닛(50)의 탄성복원력도 함께 저지할 수 있게 된다.

이로 인해, 주행중 예기치 못하게 운전자의 의도와 무관한 비정상적인 시동꺼짐이 발생되더라도 플랩밸브(9)는 완전열림(Full Open)상태가 유지됨으로써 재시동시 신속하게 시동을 걸어 줄 수 있게 된다.

상기와 같이 플랩밸브(9)가 완전열림(Full Open)상태이면서 동시에 완전열림(Full Open)상태로 유지되고 난 후, 운전중인 상태에서는 운전자의 의도하지 않은 비정상적 시동꺼짐인지를 판단하여 준다.

이러한 체크과정에서, 판단결과 비정상적 시동꺼짐이 아닌 정상꺼짐이면 이후 기술되어질 차량시동꺼짐제어(S50)로 넘어가지만, 판단결과 비정상적 시동꺼짐이면 차량 재시동 제어(S40)로 넘어가 운전자의 재시동요구가 있는지를 판단하게 된다.

즉, 운전자의 재시동요구가 없으면 이후 기술되어질 차량시동꺼짐제어(S50)로 넘어가고, 반면 운전자의 재시동요구가 있으면 차량 재시동 제어(S40)로 넘어가 차량은 즉시 재시동상태로 전환된다.

상기와 같은 운전자의 재시동요구는 즉시 반영되어 차량이 즉시 재시동상태로 전환될 수 있는데, 이는 완전열림(Full Open)상태를 유지하고 있는 ACV로 인해 구현되는 기능이다.

즉, 시동이 꺼지더라도 ACV는 시동꺼짐전 완전열림(Full Open)상태가 유지되는데, 이는 전술된 바와 같이, 본 실시예에선 샤프트기어(24)를 구속상태(Ha)로 만들어주는 라쳇(42)이 솔레노이드(41)의 오프(Off)상태에서 작동되고, 이러한 솔레노이드(41)의 오프(Off)상태는 운전자의 의도한 시동꺼짐(Key Off)이나 또는 운전자의 의도하지 않은 비정상 시동꺼짐시에도 동일하게 구현됨에 기인된다.

그러므로, 본 실시예에서는 ACV가 완전열림(Full Open)상태로 항상 유지됨으로써 운전자의 의도하지 않은 비정상 시동꺼짐시 재시동하면, 완전열림(Full Open)상태인 ACV는 즉시 공기공급을 개시함으로써 운전자의 재시동요구에 신속하게 응답할 수 있어 향상된 재시동성을 구현하게 된다.

한편, 운전자의 의도에 따른 시동꺼짐(Key Off)이 검출되어 차량시동꺼짐제어(S50)로 넘어가면, ACV는 완전닫힘(Full Close)을 위한 제어가 수행되어진다.

이 경우 본 실시예는 또 따른 특징인 모터(11)의 구동없이 ACV를 완전닫힘(Full Close)상태로 전환될 수 있는데, 이는 ACV가 완전열림(Full Open)으로 전환될 때 탄성변형되었던 복귀유닛(50)이 샤프트기어(24)에 복원력을 제공함으로써 플랩밸브(9)를 닫아줌에 기인된다.

도 8(가),(나)는 차량시동꺼짐제어(S50)에 따른 세부로직으로 인한 ACV의 완전닫힘(Full Close)작동과정을 나타낸다.

차량시동꺼짐제어(S50)은 도 8(가)와 같이 완전열림(Full Open)상태에서 라쳇(42)으로 인해 구속상태(Ha)인 샤프트기어(24)를 먼저 해제해주는 과정으로서, 이를 위해 솔레노이드(41)는 전원통전으로 온(On)상태로 전환되며, 전술된 바와 같이 모터(11)는 오프(Off)상태가 유지된다.

상기와 같이 온(On)상태로 전환된 솔레노이드(41)는 로드(41a)를 끌어당겨 힌지핀(43)으로 체결된 라쳇(42)을 내려줌으로써 또 다른 힌지핀(44)을 회전중심으로 하여 라쳇(42)이 반시계방향으로 회전된다.

상기와 같이 라쳇(42)의 자유단이 기어유닛(20)의 샤프트기어(24)로부터 멀어짐으로써, 도 8(나)와 같이 샤프트기어(24)는 라쳇(42)으로부터 자유상태(Hb)로 전환되어진다.

이때, 라쳇(42)의 자유단이 샤프트기어(24)로부터 자유상태(Hb)로 전환되기 위한 솔레노이드(41)의 전류통전시간이 필요하며, 이는 약 2초정도의 시간동안 지속되지만 ACV 설계사양에 따라 다르게 설정될 수 있다.

라쳇(42)의 자유단이 샤프트기어(24)로부터 자유상태(Hb)로 전환된 후, 모터(11)의 동력없이 복귀수단(50)의 자체적인 탄성복원력만으로 샤프트기어(24)가 회전되고, 이를 통해 밸브플랩(9)가 완전닫힘(Full Close)로 전환되는 과정이다.

도 8(나)에 도시된 바와 같이, 마그네트(32)는 복귀수단(50)의 자체적인 탄성복원력을 받아 회전되는 샤프트기어(24)를 통해 완전열림(Full Open)위치를 검출하는 제1센서(33a)로부터 완전닫힘(Full Close)위치를 검출하는 제2센서(33b)로 이동되어진다.

이어, 마그네트(32)의 위치가 제2센서(33b)를 통해 검출됨으로써 플랩밸브(9)가 완전닫힘(Full Close)으로 전환된 ACV의 오프상태를 의미하며, 이는 제어 로직수행중 어떠한 이상상태에서도 동일하게 구현되어진다.

이러한 절차에 따라 플랩밸브(9)가 완전닫힘(Full Close)으로 전환되고 나면, 차량의 시동이 꺼지고 ACV는 초기화 상태로 다시 시동이 켜질 때 까지 대기상태를 유지하고, 시동이 다시 걸리면 ACV는 차량시동켜짐제어(S10)와 공기차단밸브의 개도제어(S20), 공기차단밸브의 개도 홀딩제어(S30), 차량 재시동 제어(S40) 및 차량시동꺼짐제어(S50)에 따른 순차적인 과정으로 제어된다.

상기와 같이 본 실시예에 따른 공기차단밸브인 ACV(Air Cut Off Valve)는 솔레노이드(41)의 온오프로 작동되는 라쳇(42)을 이용해 플랩밸브(9)의 완전열림(Full Open)상태가 유지됨으로써 운전자의 의도하지 않은 비정상 시동꺼짐시 ACV의 신속한 공기공급으로 재시동성이 크게 향상되며, 또한, ACV에 플라스틱(Plastic)재질이 적용됨으로써 몰딩(Molding)성형에 따른 조립공정의 단순화로 원가절감은 물론 수분에 의한 부식현상도 완전히 방지되어 작동신뢰성도 크게 향상할 수 있게 된다.

1 : 하우징유닛 2 : 하우징바디
3 : 공기통로
4 : 보어 5a,5b : 베어링
6 : 모터바디 7 : 기어바디
8 : 히터바디
9 : 플랩밸브 9a : 회전축
9b : 플랩바디
10 : 동력유닛 11 : 모터
12 : 모터축 20 : 기어유닛
21 : 슈퍼기어 22 : 감속기어
22a : 기어축 23 : 인터기어
24 : 샤프트기어 24a : 기어이
24b,24c : 스프링보스 24d : 축보스
30 : 센싱유닛 31 : 회로기판
32 : 마그네트 33 : 홀센서
33a : 제1홀센서 33b : 제2홀센서
40 : 홀딩유닛
41 : 솔레노이드 41a : 로드
42 : 라쳇 43,44 : 힌지핀
45 : 라쳇돌기 50 : 복귀유닛
60 : 히터

Claims

공기통로에 금속재질을 덧댄 플라스틱(Plastic)재질 하우징유닛과;
상기 공기통로를 개폐하는 플랩밸브와;
시동켜짐시 제어기를 통해 구동되어, 상기 플랩밸브를 열어주기 위한 회전동력을 발생시켜주는 모터와;
상기 모터의 회전동력을 받아 상기 플랩밸브를 완전닫힘상태에서 완전열림상태로 전환시켜주고, 운전자에 의한 시동꺼짐과 다른 비정상적인 시동꺼짐시 상기 공기통로를 통해 공기공급이 이루어지도록 상기 모터의 구동없이 상기 플랩밸브의 완전열림상태를 유지시켜주는 전자감속기와;
운전자에 의한 시동꺼짐시 상기 모터의 구동이 없는 상태에서 탄성복원력으로 상기 플랩밸브를 완전닫힘상태로 되돌려주는 복귀유닛;
을 포함해 구성된 것을 특징으로 하는 공기차단밸브.
청구항 1에 있어서, 상기 하우징유닛은 상기 공기통로에 덧대어진 금속재질의 보어와 상기 공기통로의 양쪽으로 구비된 금속재질의 한쌍의 베어링과 함께 몰딩성형되어진 하우징바디와, 상기 하우징바디의 한쪽 측면부위에서 일체로 형성되어 상기 모터를 수용하는 모터바디와, 상기 하우징바디의 다른쪽 측면부위에서 일체로 형성되어 상기 전자감속기를 수용하는 기어바디를 갖춘 것을 특징으로 하는 공기차단밸브.
청구항 1에 있어서, 상기 전자감속기는 상기 모터의 회전동력을 감속하고 토크를 증대함으로써 상기 플랩밸브를 회전시키고, 상기 플랩밸브를 완전열림상태로 전환시킬 때 상기 복귀유닛에 탄성복원력을 형성시켜주는 기어유닛과;
상기 기어유닛의 회전위치변화로 상기 플랩밸브의 완전닫힘신호와 완전열림신호를 각각 발생시켜 상기 제어기로 전송하는 센싱유닛과;
상기 플랩밸브의 완전열림을 인지한 상기 제어기를 통해 작동되어 상기 플랩밸브의 완전열림상태를 고정시켜주고, 운전자에 의한 시동꺼짐을 인지한 상기 제어기를 통해 작동되어 상기 플랩밸브의 완전열림상태고정을 해제하여주는 홀딩유닛;
으로 구성된 것을 특징으로 하는 공기차단밸브.
청구항 3에 있어서, 상기 기어유닛은 상기 모터를 통해 회전되는 슈퍼기어와, 상기 슈퍼기어의 회전을 감속하고 토크를 증대시켜주는 감속기어와, 상기 감속기어의 기어축에 결합되어 토크를 줄이고 회전을 증가시키는 인터기어와, 상기 인터기어에 맞물려 회전됨으로써 서로 체결된 상기 플랩밸브를 개폐하는 샤프트기어로 구성된 것을 특징으로 하는 공기차단밸브.
청구항 4에 있어서, 상기 샤프트기어는 상기 플랩밸브를 열기위해 회전될 때 상기 복귀유닛을 이루는 토셔널스프링을 탄성변형시키고, 상기 토셔널스프링으로부터 가해지는 탄성복귀력을 지속적으로 받는 것을 특징으로 하는 공기차단밸브.
청구항 4에 있어서, 상기 슈퍼기어와 이에 맞물린 상기 감속기어 및 상기 감속기어의 상기 인터기어에 맞물린 상기 샤프트기어는 일직선상으로 배열되어진 것을 특징으로 하는 공기차단밸브.
청구항 3에 있어서, 상기 센싱유닛은 상기 기어유닛의 회전위치변화에 따라 함께 위치변화되는 마그네트와,
상기 마그네트의 위치변화를 서로 다른 2곳의 위치에서 각각 검출하여 상기 제어기로 전송되는 검출신호를 발생하는 홀센서로 구성된 것을 특징으로 하는 공기차단밸브.
청구항 7에 있어서, 상기 홀센서는 상기 제어기로 송수신하는 회로를 갖춘 회로기판에 구비되어 상기 마그네트의 1곳의 위치를 검출하는 제1홀센서와,
상기 제1홀센서에 간격을 두고 상기 회로기판에 구비되어 상기 마그네트의 위치변화에 따른 다른 1곳의 위치를 검출하는 제2홀센서로 구성된 것을 특징으로 하는 공기차단밸브.
청구항 8에 있어서, 상기 제1홀센서와 제2홀센서는 최대 90도 간격을 갖는 것을 특징으로 하는 공기차단밸브.
청구항 9에 있어서, 상기 제1홀센서의 검출신호는 상기 플랩밸브의 완전열림위치이고, 상기 제2홀센서의 검출신호는 상기 플랩밸브의 완전닫힘위치인 것을 특징으로 하는 공기차단밸브.
청구항 3에 있어서, 상기 홀딩유닛은 전원통전시 로드를 잡아당겨 내부의 리턴스프링을 압축하고 전원차단시 상기 리턴스프링의 탄성복원력으로 상기 로드를 밀어내는 솔레노이드와, 상기 로드 인입시 반시계방향으로 회전되는 반면 인출시 시계방향으로 회전되는 회전중심점을 갖는 라쳇과,
상기 라쳇의 반시계방향 회전시 이격되는 반면 시계방향회전시 맞물려 상기 기어유닛을 구속하는 라쳇돌기로 구성된 것을 특징으로 하는 공기차단밸브.
청구항 11에 있어서, 상기 기어유닛은 상기 모터를 통해 회전되는 슈퍼기어와, 상기 슈퍼기어의 회전을 감속하고 토크를 증대시켜주는 감속기어와, 상기 감속기어의 기어축에 결합되어 토크를 줄이고 회전을 증가시키는 인터기어와, 상기 인터기어에 맞물려 회전됨으로써 상기 플랩밸브를 개폐하는 샤프트기어로 구성되고, 상기 라쳇돌기는 상기 샤프트기어에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 공기차단밸브.
청구항 1에 있어서, 상기 제어기는 상기 플랩밸브의 수분빙결에 의한 고착시 열을 발생시키는 히터의 제어를 더 포함하고, 상기 히터는 상기 공기통로에 덧대어진 금속재질부위를 가열해주는 것을 특징으로 하는 공기차단밸브.
플랩밸브로 개폐되는 공기통로에 금속재질을 덧댄 플라스틱(Plastic)재질 하우징유닛과;
운전자에 의한 시동켜짐시 상기 플랩밸브를 열어주기 위한 회전동력을 발생시켜주는 모터와;
상기 모터를 통해 회전되는 슈퍼기어와, 상기 슈퍼기어의 회전을 감속하고 토크를 증대시켜주는 감속기어와, 상기 감속기어의 기어축에 결합되어 토크를 줄이고 회전을 증가시키는 인터기어와, 상기 인터기어에 맞물려 회전됨으로써 서로 체결된 상기 플랩밸브를 개폐하는 샤프트기어로 이루어진 기어유닛과;
상기 샤프트기어에 고정된 마그네트의 위치변화를 서로 다른 2곳의 위치에서 각각 검출하여, 1곳의 검출신호를 상기 플랩밸브의 완전닫힘위치로 다른 1곳의 검출신호를 상기 플랩밸브의 완전열림위치로 이용하는 센싱유닛과;
전원통전시 내부의 리턴스프링을 압축하면서 인입되는 반면 전원차단시 상기 리턴스프링의 탄성복원력으로 인출되는 로드를 갖춘 솔레노이드와, 상기 로드 인입시 반시계방향으로 회전되어 상기 샤프트기어에 형성된 라쳇돌기에서 이격되는 반면 인출시 시계방향으로 회전되어 상기 라쳇돌기에 맞물려 상기 샤프트기어를 구속하는 라쳇으로 이루어진 홀딩유닛과;
운전자에 의한 시동꺼짐시 상기 모터의 구동이 없는 상태에서 상기 샤프트기어에 탄성복원력을 가해 상기 플랩밸브를 완전닫힘상태로 되돌려주는 토셔널스프링과;
상기 플랩밸브의 수분빙결에 의한 고착시 열을 발생시켜 상기 공기통로에 덧대어진 금속재질부위를 가열해주는 히터와;
운전자에 의한 시동켜짐시 상기 모터를 구동하여 상기 플랩밸브를 완전열림상태로 전환하고 상기 솔레노이드를 온 ->오프로 전환하여 상기 플랩밸브의 완전열림상태를 유지시켜주며, 운전자에 의한 시동꺼짐시 상기 모터를 구동하지 않고 상기 솔레노이드를 온 ->오프로 전환시키며, 운전자에 의한 시동꺼짐과 다른 비정상적인 시동꺼짐시 상기 모터와 상기 솔레노이드를 구동하지 않고 시동켜짐을 수행하고, 수분빙결을 가져오는 외부온도조건에서 상기 히터로 전원을 공급하는 제어로직을 갖춘 제어기;
를 포함해 구성된 것을 특징으로 하는 공기차단밸브.
시동온(On)시 빙점이하의 외부온도일 때 히터를 가동해 공기통로를 개폐하는 플랩밸브의 결빙상태를 해소하는 결빙해소단계;
인입되는 로드를 통해 라쳇을 반시계방향으로 회전시키도록 솔레노이드를 온시킨 후 모터를 구동하고, 모터의 동력을 회전감속 및 토크증대과정을 거쳐 전달받은 샤프트기어의 회전으로 이에 체결된 상기 플랩밸브가 열려지는 플랩밸브개도개방단계;
상기 플랩밸브의 완전열림후 상기 솔레노이드를 오프시켜 인출되는 상기 로드를 통해 시계방향으로 회전되는 상기 라쳇을 상기 샤프트기어에 맞물려 상기 플랩밸브의 닫힘경향을 억제하여 주는 플랩밸브개도유지단계;
운행중 운전자에 의한 시동꺼짐과 다른 비정상적인 시동꺼짐 후 운전자의 재시동시, 상기 모터와 상기 솔레노이드를 구동하지 않고 시동켜짐을 수행하는 재시동구현단계;
운전자에 의한 시동꺼짐시 상기 모터를 구동하지 않고, 인입되는 로드를 통한 라쳇의 반시계방향회전으로 상기 샤프트기어에 대한 구속을 해제하도록 상기 솔레노이드를 온시키며, 상기 플랩밸브의 완전열림시 탄성변형되었던 토셔널스프링의 탄성복원력으로 상기 플랩밸브가 완전닫힘상태로 되돌아 간 후 상기 솔레노이드를 오프시켜주며, 운행중 운전자에 의한 시동꺼짐과 다른 비정상적인 시동꺼짐 시, 상기 모터와 상기 솔레노이드를 구동하지 않고 재시동켜짐 시 플랩밸브의 완전열림상태를 유지하도록 수행하는 시동꺼짐시의 플랩밸브조치단계;
를 포함해 수행되는 것을 특징으로 하는 공기차단밸브를 이용한 재시동안정화방법.
청구항 15에 있어서, 상기 플랩밸브개도유지단계에서 상기 모터의 구동은 1초 동안 지속되고,
상기 솔레노이드를 오프시키는 상기 플랩밸브의 완전열림상태는 상기 플랩밸브의 완전닫힘위치에 고정되어 마그네트의 자기력에 반응하는 제2홀센서의 검출신호를 기준으로 상기 플랩밸브의 완전열림위치에 고정되어 이동된 상기 마그네트의 자기력에 반응하는 제1홀센서의 검출신호로 판단되는 것을 특징으로 하는 공기차단밸브를 이용한 재시동안정화방법.
청구항 16에 있어서, 상기 제1홀센서의 검출신호와 상기 제2홀센서의 검출신호는 30초 동안 지속적으로 반복 검출되고, 반복 검출과정중 상기 제2홀센서의 검출신호 발생시 중단되어 상기솔레노이드를 오프시키는 것을 특징으로 하는 공기차단밸브를 이용한 재시동안정화방법.
청구항 15에 있어서, 상기 플랩밸브조치단계에서 상기 솔레노이드를 온시켜주는 온 시간은 2초 동안 지속되고,
상기 솔레노이드를 오프시키는 상기 플랩밸브의 완전닫힘상태는 상기 플랩밸브의 완전닫힘위치에 고정되어 마그네트의 자기력에 반응하는 제2홀센서의 검출신호로 판단되는 것을 특징으로 하는 공기차단밸브를 이용한 재시동안정화방법.