KR101844167B1 - 내연기관의 밸브 액튜에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 드라이브(12); 상기 드라이브(12)가 내부(16)에 배치되어 있는 하우징(14); 상기 하우징(14)의 적어도 하나의 환기구(56); 및 상기 드라이브(12)를 전압원에 전기적으로 연결하는 플러그(46)를 갖춘 내연기관의 밸브 액튜에이터에 관한 것으로, 하우징(14)의 환기구(56)가 미세공 격막(62)으로 막히는 것을 특징으로 한다.

Description

내연기관의 밸브 액튜에이터{ACTUATOR FOR VALVES IN INTERNAL COMBUSTION ENGINES}

본 발명은 전기 드라이브, 드라이브가 내부에 배치되어 있는 하우징, 하우징의 적어도 하나의 환기구, 및 드라이브를 전압원에 전기적으로 연결하는 플러그를 갖춘 내연기관의 밸브 액튜에이터에 관한 것이다.

이런 액튜에이터는 연소실로 돌아가는 배가스량을 제어하기 위한 배가스 복귀밸브나, 배기관으로 유입되는 2차 공기량을 제어하는 2차공기 밸브를 작동시키는 역할을 하고, 내연기관의 오염감축에 사용된다. 이런 액튜에이터는 흔히 전자기적으로 작동되지만 전기 모터에 의해 작동될 수도 있다.

전자기적으로 작동되는 2차공기 밸브가 DE102009058930A1에 소개되었는데, 이 밸브는 밸브로드가 전자석의 전기자에 연결되어 있는 글로브 밸브를 통해 배기관에 공급되는 공기량을 제어하고, 이런 공기는 2차공기 펌프에 의해 펌핑되며, 전자석의 작동을 통해 인입 덕트와 배기관에 연결된 배출덕트 사이의 유동단면적을 조절하여 공기량을 조절한다. 배가스 맥동이 일어날 때 공기의 역류를 방지하기 위해, 이 밸브에는 비복귀 플랩이 달려있는데, 이 플랩은 밸브가 닫혔을 때 밸브시트에 눌려진다. 그러나, 공기의 맥동은 액튜에이터의 내부에 작용하기도 한다. 또, 전기자의 움직임 때문에 전기자 공간에 압력차도 생긴다.

배가스 복귀밸브에서 일어나는 배가스 맥동은 액튜에이터의 내부에 직접 영향을 미쳐 오작동을 일으킨다.

전기자 공간의 환기를 확보함과 동시에 먼지, 특히 분무수(spray water)가 외부에서 전자석의 내부로 들어가는 것을 막기 위해, DE102008004531B3에서는 전기자 공간을 배기공을 통해 밸브의 외부에 연결하는 구조를 제안했다. 배기공에 가장자리가 탄성을 갖는 머쉬룸 밸브를 놓고, 이 밸브의 가장자리가 배기공을 덮으며, 전기자 공간의 압력이 외부압력보다 낮을 때는 배기공을 막도록 한다. 압력차가 역전될 때 밸브가 열린다. 그러나, 이런 구조에서는 전기자 공간이 진공일 때 환기가 불가능함은 물론, 머쉬룸 밸브가 움직일 때 개폐소음이 생긴다.

본 발명의 목적은 액튜에이터에서, 특히 전자석의 전기자 공간에서 배기와 환기 둘다 가능함과 동시에, 액튜에이터의 내부로 먼지입자나 분무수가 침투하지 못하게 하는 내연기관의 밸브 액튜에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 구조가 간단하고 제조비와 설치비가 저렴한 액튜에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 이런 목적은 독립항의 특징을 갖는 내연기관의 밸브 액튜에이터에 의해 달성된다.

하우징의 환기구가 미세공 격막으로 막히기 때문에, 압력차에 따라 내부나 외부로 기체는 흐를 수 있는 반면에, 액튜에이터 내부로의 고체나 분무수의 침투는 격막에 의해 방지되는데, 이는 이런 물질의 분자들이 격막의 미세공보다 크기 때문이다.

격막을 하우징의 내부를 마주보는 하우징 표면에 배치하면, 외력이 작용하지 못해 격막의 체결면에 생길 수 있는 파손이 방지된다는 점에서 바람직하다.

격막이 PTFE 격막이면 격막의 미세공 크기로 인해 환기와 배기는 보장되면서 물과 고체의 침투는 방지되기 때문에 특히 유리함이 밝혀졌다. 또, 이런 격막은 수명이 아주 길다.

격막을 하우징에 용접하면 저렴한 비용으로 높은 결합 안정성이 보장되어 유리하다.

한편, 격막의 가장자리가 하우징의 플라스틱 재료로 성형될 수도 있다.

하우징의 환기구를 플러그의 영역 안에 형성하면, 분무수를 추가로 더 차폐할 수 있다는 점에서 바람직하다.

플러그가 하우징의 표면에 평행하게 뻗는 부분을 포함하고, 하우징의 환기구를 이 부분의 맞은편에 배치하면 특히 유리하다. 이런 구조에서는, 플러그가 캡이나 차폐판 역할을 하여, 환기구로 향하는 분무수가 더 감소되면서 추가 부품도 필요없고 환기기능도 확보된다.

플러그가 액튜에이터의 하우징의 커버로부터 뻗고, 드라이브를 반경방향으로 둘러싸는 하우징이 커버에 사출성형되도록 하면 액튜에이터의 제조를 더 간단히 할 수 있다. 따라서, 내부를 마주보는 커버 표면에 격막을 먼저 체결하거나 용접할 수 있어, 접근성이 아주 양호하다.

드라이브가 전자석이고, 전자석의 전기자가 밸브로드에 연결되는 것이 바람직하다. 이 경우, 낮은 전류로도 밸브의 신속하고 신뢰성있는 동작이 보장됨은 물론, 액튜에이터와 밸브 사이의 연결도 간단해진다.

하우징의 환기구가 전자석의 전기자 공간으로 이어지도록 하면, 전자석 내부에서의 전기자의 움직임으로 인한 압력 맥동을 신속하고 신뢰성있게 분산시킬 수 있어 유리하다.

따라서, 하우징의 환기와 배기가 확보되고 액체나 고체 먼지에 대해 민감하지 않은 내연기관의 밸브 액튜에이터가 제공된다. 이런 액튜에이터는 제조와 설치가 쉽고 저렴하며, 먼지나 압력에 의한 고장이 없어 수명도 연장되고 기능도 아주 좋아진다.

도 1은 본 발명에 따른 액튜에이터의 단면도.

도시된 액튜에이터(10)는 하우징(14)으로 둘러싸인 전기 드라이브(12)를 갖는데, 드라이브(12)가 배열된 내부(16)가 하우징(14)에 의해 외부(18)로부터 분리된다. 하우징(14)은 드라이브(12)를 반경방향으로 둘러싸는 하우징부(20)와, 하우징(14)의 제1 단부를 덮는 커버(22)를 갖는다.

전기 드라이브(12)는 전자석 기능을 하고, 코일캐리어(26) 둘레에 감긴 코일(24), 코일캐리어(26)에 체결된 코어(28), 요크(30) 및 제1 단부 반대쪽의 하우징 단부에 배치된 역류 금속판(32)으로 이루어지며, 역류 금속판은 상기 단부를 밀폐하는 동시에 유체 하우징을 설치할 플랜지 역할도 한다. 역류 금속판(32)은 코어(28)의 단부를 둘러싸고, 기본적으로 판형 구조로 되어있다. 코어(28) 중심의 축방향 관통공(34)에 밸브로드(36)가 끼워져 동작하고, 밸브로드는 가동식 전기자(38)에 연결되며, 코일(24)이 작동되면 전기자는 커버(22)의 돌출부(41)를 둘러싼 스프링(40)에 의해 코어(28)쪽으로 움직인다. 코일(24)의 미작동 상태에서는, 도시되지 않은 다른 스프링이 전기자(38)를 코어(28)로부터 초기위치로 밀어준다. 전기자(38)는 코일캐리어(26)의 내부에 체결된 슬라이딩 부싱(42)에 지지된다.

코일(24)에 전류를 공급하고 모든 집적회로기판과 위치/압력 센서들을 연결하기 위해, 하우징(14)에 리드프레임(44)을 삽입/사출성형하고, 이런 리드프레임(44)은 커버(22)에 형성된 플러그(46)로 이어진다. 플러그(46)로부터 이어진 리드프레임(44)의 접촉 탭(48)을 통해 액튜에이터(10)가 종래와 마찬가지로 전압원에 연결되거나 연결선을 통해 모터 제어기에 연결된다.

플러그(46)는 커버(22)의 표면(50)과 직교하는 방향으로 뻗는 사대(52)와, 커버 표면(50)에 평행하게 사대(52)에서부터 부분(54)으로 이루어진다.

플러그(46)의 부분(54)으로 덮인 커버(22) 구역에 환기구(56)가 형성되고, 환기구를 통해 하우징(14)의 내부(16)와 외부(18)가 연결된다. 본 실시예에서는 이 방식으로 전기자 공간(58)을 환기시킨다. 전기자 공간(58)을 마주보는 표면(60)에 미세공 격막(62)을 용접하여 환기구를 완전히 가린다. 본 실시예에서, 이 격막(62)은 PTFE 격막이고, 격막의 미세공들을 통해 기체는 흐르지만, 그을음과 같은 고체나 액체는 하우징 내부(16)로 들어가지 못한다. 이런 미세공들의 크기는 0.2~1 ㎛ 정도이다.

액튜에이터(10)의 하우징(14)을 제작할 때, 커버(22)를 사출성형한 다음 안쪽에서 환기구(56)에 격막(62)을 용접한다. 이어서, 드라이브를 둘러싸는 하우징부(20)를 커버(22)에 대해 사출성형한다. 따라서, 격막(62)과 커버(22) 사이의 연결면이 내부(16) 영역에 위치하게 되여, 외부의 충격에 의한 격막(62)의 부적절한 분리를 크게 방지할 수 있다.

전기자(38)가 가동되어 코어(28)쪽으로 움직여 밸브를 열면, 액튜에이터(10)의 전기자 공간(58)에 부압이 생성되지만, 환기구(56)와 격막(62)을 통해 외부(18)로부터 공기를 들여보내면 이런 현상이 방지된다. 마찬가지로, 전기자(38)가 반대로 움직일 경우 전기자 공간(58)에 정압이 생기는 것이 방지된다. 예컨대 배관내의 압력파동이나 단순한 온도변화로 인한 다른 압력차들도 보상할 수 있다.

액튜에이터(10)를 자동차에 사용할 경우, 분무수나 고체 오염물질들에 노출되는 것이 보통이다. 이런 대량의 오염물질과 분무수가 환기구(56) 위로 돌출한 플러그(46)에 의해 차폐되므로, 플러그는 일종의 워터캡 역할을 한다. 그래도 환기구(56)에 도달하는 액체나 고체는 격막(62) 때문에 내부(16)로 침투되지 못하는데, 이는 격막의 미세공들이 이런 물질들을 통과시키지 않을 정도로 작기 때문이다.

따라서, 내부의 압력차로 인한 기능의 제한이 없는 액튜에이터가 가능하고, 외부로부터 내부로의 오염물 침투가 차단되기 때문에 액튜에이터의 수명도 늘어난다. 이런 기능들은 제작비나 설치비의 증가 없이도 실현된다. 또한 격막의 수명도 늘어난다.

Claims (10)

1. 전기 드라이브(12); 상기 드라이브(12)가 내부(16)에 배치되어 있는 하우징(14); 상기 하우징(14)의 적어도 하나의 환기구(56); 및 상기 드라이브(12)를 전압원에 전기적으로 연결하는 플러그(46)를 갖춘 내연기관의 밸브 액튜에이터에 있어서:
   상기 하우징(14)의 환기구(56)가 미세공 격막(62)으로 막히며, 상기 드라이브(12)가 전자석이고, 전자석의 전기자(38)가 밸브로드(36)에 연결되며, 하우징(14)의 환기구(56)가 전자석의 전기자 공간(58)으로 이어진 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 액튜에이터.
2. 제1항에 있어서, 상기 격막(62)이 하우징(16)의 내부를 마주보는 하우징 표면(60)에 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 액튜에이터.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 격막(62)이 PTFE 격막인 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 액튜에이터.
4. 제1항에 있어서, 상기 격막(62)이 하우징(14)에 용접되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 액튜에이터.
5. 제1항에 있어서, 상기 격막(62)의 가장자리가 하우징(14)의 플라스틱 재료로 성형되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 액튜에이터.
6. 제1항에 있어서, 상기 하우징(14)의 환기구(56)가 플러그(46)의 영역 안에 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 액튜에이터.
7. 제1항에 있어서, 상기 플러그(46)가 하우징(14)의 표면(50)에 평행하게 뻗는 부분(54)을 포함하고, 상기 하우징(14)의 환기구(56)가 상기 부분(54)의 맞은편에 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 액튜에이터.
8. 제7항에 있어서, 상기 플러그(46)가 액튜에이터(10)의 하우징(14)의 커버(22)로부터 뻗고, 드라이브(12)를 반경방향으로 둘러싸는 상기 하우징(14)이 상기 커버(22)에 사출성형되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 밸브 액튜에이터.
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