KR102003924B1 - 전자 제어 스로틀밸브 장치 - Google Patents

전자 제어 스로틀밸브 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자 제어 스로틀밸브 장치에 관한 것으로, 스로틀하우징과 기어박스가 개별 부품으로 제작됨으로써 스로틀하우징의 보어경 변경시 스로틀하우징만 새로 설계, 제작하고 기어박스는 공용할 수 있게 된다. 따라서, 제품 개발 시간이 단축되고, 제작 비용이 절감되는 효과가 있다.

Description

전자 제어 스로틀밸브 장치{Electronic controlled throttle valve device}
본 발명은 엔진의 스로틀밸브 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자 제어되는 모터에 의해 개도량이 조절되는 전자 제어 스로틀 밸브 장치에 관한 것이다.
스로틀밸브는 연소실로 공급되는 공기량을 제어하기 위한 밸브로서 가속페달의 조작 정도에 따라 개도량이 조절된다.
종래에는 스로틀밸브가 케이블로 액셀페달에 연결되어 기계식으로 개도량을 제어하였으나, 근래에는 가속페달센서와 스로틀센서 등의 신호를 받아 스로틀밸브에 연결된 모터를 제어하는 전자 제어 방식의 스로틀밸브 장치가 사용되고 있다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 전자 제어 스로틀밸브 장치는 스로틀밸브(1a)가 구비된 스로틀하우징(1)과, 스로틀하우징(1)에 일체로 형성된 기어박스(2)를 포함한다. 기어박스(2)는 모터(2a)가 내장되는 모터하우징(2b)을 더 포함한다.
기어박스(2)에는 모터(2a) 샤프트에 장착된 피니언기어(2c)와, 스로틀밸브(1a) 샤프트에 장착된 섹터기어(2d)와, 이들 양측 기어를 연결하는 중간기어(2e) 및 모터(2a)의 작동 제어를 위한 회로기판(미도시)이 내장되고, 내장 부품들을 밀폐하기 위해 기어박스커버(2f)가 장착된다.
따라서, 모터(2a)의 회전력이 상기 기어들을 거쳐 스로틀밸브(1a)로 전달됨으로써 스로틀밸브(1a)의 작동이 이루어진다.
한편, 상기 전자제어 스로틀밸브 장치는 스로틀하우징(1)과 기어박스(2)가 일체로 형성되어 있기 때문에 신제품 개발시 스로틀하우징(1)의 흡기 보어경(bore diameter)이 달라지면 하우징 전체를 새로 설계해야 하고, 금형 구조가 복잡하여 보통 1캐비티로 제조하므로, 금형 비용 및 생산 단가가 상승하여 전제적으로 제조 비용이 증가되는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-0367364호(2002.12.24. 등록)
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 스로틀하우징의 보어경 변경에 따른 금형 재설계시 재설계 부분을 축소하고, 금형 구조를 단순화하여 복수 캐비티 금형으로 설계할 수 있게 됨에 따라 보다 신속하게 금형을 제작할 수 있고, 제품 생산 비용을 절감할 수 있도록 된 전자 제어 스로틀밸브 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 스로틀밸브가 회동 가능하게 설치된 스로틀하우징과, 모터 회전력을 전달받아 회동되는 섹터기어가 설치된 기어박스가 각각 별개의 부분으로 개별 제작되고, 상기 스로틀밸브가 장착된 스로틀밸브샤프트와 상기 섹터기어가 장착된 섹터기어샤프트가 상호 연결되며, 상기 스로틀밸브샤프트와 섹터기어샤프트의 연결부가 스로틀하우징의 일측 통공에 설치된 베어링에 의해 지지된다.
상기 스로틀하우징의 외측면에 체결보스장착부가 돌출 형성되고, 상기 기어박스의 외측면에 체결보스장착부에 맞대어지는 체결보스가 형성되며, 체결보스장착부와 체결보스에 각각 체결홀이 형성되어, 체결홀에 삽입되는 스크류를 매개로 스로틀하우징과 기어박스가 결합된다.
상기 체결보스장착부는 상면과 하면이 평면으로 이루어지고, 상기 체결보스는 체결보스장착부의 상면과 하면에 각각 맞대어지는 상측 체결보스와 하측 체결보스를 포함한다.
상기 체결보스장착부의 하면에 하측 체결보스가 삽입 안착되는 결합홈이 형성된다.
상기 체결보스장착부의 양측부에 스로틀하우징의 마운팅보스가 연결되어 형성되고, 상기 기어박스에 상기 마운팅보스의 상,하면에 밀착되는 결합보스들이 돌출 형성되며, 상기 마운팅보스와 결합보스들에 형성된 체결홀을 관통하여 마운팅볼트가 흡기매니폴드에 형성된 탭홀에 체결된다.
상기 체결보스장착부의 양측면이 양측 결합보스의 사이에 밀착된다.
상기 결합보스의 체결홀은 스로틀하우징쪽으로 개구된다.
상기 스로틀밸브샤프트와 섹터기어샤프트의 연결부는 스로틀밸브샤프트의 단부에 키가 형성되고, 섹터기어샤프트의 단부에 키홈이 형성되어, 상기 키가 키홈에 삽입되어 연결된 구조로 이루어질 수 있다.
상기 스로틀밸브샤프트와 섹터기어샤프트의 연결부는 스로틀밸브샤프트의 단부에 스플라인돌기가 형성되고, 섹터기어샤프트의 단부에 스플라인홈이 형성되어, 상기 스플라인돌기가 스플라인홈에 삽입되어 연결된 구조로 이루어질 수 있다.
상기 스로틀밸브샤프트와 섹터기어샤프트의 연결부는 스로틀밸브샤프트와 섹터기어샤프트의 각 단부가 양측에 각각 연결된 유니버설조인트로 이루어질 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 전자 제어 스로틀밸브 장치가 스로틀하우징과 기어박스의 2개 부분으로 분리 구성됨으로써 보어경 변경시 스로틀하우징만 재설계 및 금형 제작하고, 기어박스는 공용할 수 있게 된다.
따라서 보다 신속하고 용이하게 금형을 설계 및 제작할 수 있게 되고, 기어박스를 공용할 수 있음으로써 제조 비용이 감소되는 효과가 있다.
또한 금형 형상이 단순화되어, 스로틀하우징 및 기어박스의 각 금형을 복수 캐비티 타입 금형으로 제작할 수 있게 됨에 따라 각 부품의 생산단가를 낮출 수 있게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 전자 제어 스로틀밸브 장치의 사시도.
도 2는 도 1의 기어박스커버 분리 상태 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 전자 제어 스로틀밸브 장치의 조립 상태 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 전자 제어 스로틀밸브 장치의 분리 상태 사시도.
도 5는 도 4의 대응도로서 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도면.
도 6은 도 5의 조립 상태도.
도 7은 도 6의 A-A선 단면도.
도 8은 도 3의 B-B선 단면도.
도 9의 (a), (b), (c)는 스로틀밸브샤프트와 섹터기어샤프트의 연결부 구조의 실시예들이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전자 제어 스로틀밸브 장치는 스로틀하우징(10)과 기어박스(20)가 각각 별개의 부분으로 분리 제작되고, 이후 스로틀하우징(10)과 기어박스(20)가 서로 조립되는 것에 특징이 있다.
스로틀하우징(10)은 흡입 공기가 경유하는 원통형의 보어(11)가 형성되고, 보어(11)의 외주면 4곳에 스로틀하우징(10)을 흡기매니폴드에 장착하기 위한 마운팅보스(12)가 형성된다. 마운팅보스(12)에는 마운팅볼트(40)(도 6 참조)가 삽입되는 체결홀(12a)이 형성된다.
스로틀하우징(10)의 기어박스(20)쪽 외주면에는 양측 마운팅보스(12)의 사이에 직사각형으로 돌출된 체결보스장착부(13)가 돌출 형성된다. 체결보스장착부(13)의 상하면 양측부에는 각각 체결홀(13a)이 형성된다.
4개의 마운팅보스(12) 중 기어박스(20)측 2개의 마운팅보스(12)는 체결보스장착부(13)의 하부 양측면에 연결된 형상으로 형성될 수 있다.
체결보스장착부(13)의 중앙 부분에는 기어박스(20)의 섹터기어샤프트(26)(도 8 참조)와 스로틀하우징(10)의 스로틀밸브샤프트(16)의 연결을 위한 통공(14)이 형성된다.
스로틀하우징(10)의 보어(11) 내부에는 스로틀밸브(15)가 스로틀밸브샤프트(16)를 매개로 회동 가능하게 설치된다.
상기 스로틀하우징(10)은 알루미늄 합금으로 제조된다.
기어박스(20)는 모터가 내장되는 원통형의 모터하우징(21)이 일체로 형성되고, 내부에 피니언기어, 중간기어, 섹터기어 및 회로기판(미도시) 등이 내장되며, 이들을 외부에 대해 밀폐하도록 기어박스커버(22)가 장착된다(상기 기어들의 설치 구조는 종래기술 설명 및 도 2를 참조할 것).
기어박스(20)의 스로틀하우징(10)쪽 측면의 일측부에는 상기 모터하우징(21)이 돌출 형성되며, 모터하우징(21)의 타측부 상하부에 평판 형상의 체결보스(23)가 횡방향으로 평행하게 돌출 형성된다.
체결보스(23)의 양측부에는 체결홀(23a)이 상하로 관통 형성된다.
체결보스(23)의 전방 단부는 스로틀하우징(10) 보어(11)의 외주면과 동일한 원주면으로 오목하게 가공되어 스로틀하우징(10)과 기어박스(20) 결합시 스로틀하우징(10)에 밀착될 수 있도록 되어 있다.
기어박스(20)의 상,하측 체결보스(23)들의 사이 부분에는 섹터기어(25)에 연결된 섹터기어샤프트(26)가 개구를 통해 돌출되어 있다(도 8 참조).
상기 기어박스(20)는 알루미늄 합금 또는 플라스틱 재질로 제작될 수 있다. 기어박스(20)가 스로틀하우징(10)과 분리 제작됨으로써 스로틀하우징(10)과 상이한 플라스틱 재질로 제작하는 것이 가능하며, 이에 따라 전자 제어 스로틀밸브 장치의 중량 저감이 가능하다.
상기와 같이 스로틀하우징(10)과 기어박스(20)는 각각 제작된 뒤, 스크류(30)로 상호 결합된다.
즉, 기어박스(20)의 상,하 체결보스(23)를 스로틀하우징(10) 체결보스장착부(13)의 상,하면에 겹쳐지도록 한 뒤, 서로 일치된 체결홀(13a,23a)에 스크류(30)를 체결하여 스로틀하우징(10)과 기어박스(20)를 결합한다. 여기서, 스크류(30)는 셀프태핑스크류(self-tapping screw)일 수 있다.
이후, 스로틀하우징(10)의 마운팅보스(12)를 흡기매니폴드에 마련된 대응하는 마운팅부에 마운팅볼트(40)를 매개로 장착하게 된다.
상기와 같이 본 발명에 따르면 스로틀하우징(10)과 기어박스(20)가 별개의 장치로 개별 제작된 후 상호 결합되어 전자 제어 스로틀밸브 장치를 구성하게 된다.
따라서, 엔진 사양에 따라 스로틀하우징(10)의 보어(11)경이 변경될 경우(보어경이 변경되면 마운팅보스(12)의 위치도 변경되므로 스로틀하우징(10)을 새로 설계 제작해야함.)에도 스로틀하우징(10)만을 새로 설계 제작하고, 기어박스(20)는 변경 없이 공용할 수 있게 된다.
따라서, 스로틀하우징(10)과 기어박스(20)가 일체형으로 된 경우에 비해, 설계 및 제작을 보다 신속하고 용이하게 실시할 수 있으며 비용이 절감된다.
특히, 스로틀하우징(10)과 기어박스(20)를 분리 제작함으로써 각 금형의 형상이 단순화되어 각각의 금형을 복수 캐비티 구조의 금형으로 제작할 수 있으므로 각 제품의 생산 단가 감소에 유리하며, 이는 결국 장치 전체의 제조 비용을 절감시킨다.
한편, 상기 스로틀하우징(10)의 체결보스장착부(13)의 하면에는 기어박스(20)의 하측 체결보스(23)가 삽입되는 결합홈(13b)이 상방으로 오목하게 형성될 수 있다. 결합홈(13b)이 형성되면 체결보스장착부(13)와 체결보스(23) 결합시 결합홈(13b)에 하측 체결보스(23)가 삽입 안착됨으로써 양측 체결홀(13a,23a)들의 위치가 상호 일치될 뿐만 아니라 스로틀하우징(10)과 기어박스(20) 사이의 유동이 방지되므로 스크류(30) 체결 작업을 보다 용이하게 실시할 수 있게 된다.
상기 체결보스(23)는 도 5와 같이 상측 1개소에만 형성될 수 있다. 이 경우에는 기어박스(20)의 금형 구조가 단순해지는 장점이 있다.
한편, 기어박스(20)의 스로틀하우징(10) 대응면에는 스로틀하우징(10) 체결보스장착부(13)의 양측 마운팅보스(12)의 상,하부에 대응되는 위치에 결합보스(24)들이 더 형성될 수 있다.
결합보스(24)에는 상하 방향으로 체결홀(24a)이 관통 형성되며, 이 체결홀(24a)은 스로틀하우징(10)쪽으로 개방되어 있어도 무방하다. 이 경우 스로틀밸브 장치가 흡기매니폴드에 장착된 상태에서 스로틀하우징(10)을 완전히 분리하지 않고 기어박스(20)측 마운팅볼트(40)만 살짝 풀어서 기어박스(20)만 분리할 수 있게 되므로(상측 체결보스(23)만 형성된 실시예에서 상측 체결보스(23)의 스크류(30)도 풀어야함은 당연하다.) 기어박스(20)의 정비성이 향상된다.
상기 결합보스(24)는 스로틀하우징(10)과 기어박스(20) 결합시 도 6과 같이 대응하는 마운팅보스(12)의 상,하부에 밀착되며, 이 상태에서 도 7과 같이 마운팅볼트(40)가 상부에서 하부로 체결홀(12a,24a)들을 관통하여 흡기매니폴드에 마련된 탭홀에 체결된다.
이와 같이, 기어박스(20)에 형성된 결합보스(24)가 스로틀하우징(10)의 마운팅보스(12)와 함께 마운팅볼트(40)를 매개로 흡기매니폴드에 장착됨으로써 스로틀하우징(10)과 기어박스(20)의 결합력이 향상되어 엔진으로부터 전달되는 진동이나 충격에 의해 결합 부위가 파손되는 것이 방지된다.
한편, 결합보스(24) 중 상측 결합보스(24)의 양측 내측면이 스로틀하우징(10) 체결보스장착부(13)의 양측면에 밀착되도록 형성되면, 상측 결합보스(24)에 의해 체결보스장착부(13)의 좌우 거동이 억제되므로 스로틀하우징(10)과 기어박스(20)의 가결합시 스로틀하우징(10)과 기어박스(20)의 상대 유동이 억제되는 효과가 있으며, 이는 하측 체결보스(23)를 형성할 필요가 없게 되는 이유가 되기도 한다.
상기와 같이 스로틀하우징(10)과 기어박스(20)가 상호 조립되었을 때 스로틀하우징(10)의 스로틀밸브샤프트(16)와 기어박스(20)의 섹터기어샤프트(26)의 결합은 다음과 같이 이루어진다.
도 8에 도시된 바와 같이, 섹터기어샤프트(26)는 기어박스(20) 내에서 볼베어링(50)에 지지되어 있고, 스로틀밸브샤프트(16)는 일측 단부가 스로틀하우징(10)의 일측부에 구비된 볼베어링(51)에 의해 지지되어 있다.
종래와 같이 스로틀밸브샤프트(16)의 단부가 길게 연장되어 기어박스(20)의 내부에서 섹터기어(25)와 결합된 경우에는 상기와 같이 2개의 볼베어링(50,51)에 의해 안정적인 지지가 가능하였으나, 본 발명과 같이 스로틀하우징(10)과 기어박스(20)가 분리되어 별도 구성된 경우에는 도시된 경우와 같이 스로틀밸브샤프트(16)와 섹터기어샤프트(26)도 서로 분할되어 별도로 마련된다.
상기 스로틀밸브샤프트(16)와 섹터기어샤프트(26)의 결합부는 스로틀하우징(10)의 통공(14)에 마련된 니들베어링(52)에 의해 지지된다.
따라서 스로틀밸브샤프트(16)와 섹터기어샤프트(26) 모두 샤프트의 양단이 베어링에 의해 지지되므로 기울어짐 없이 안정적으로 회전될 수 있다.
섹터기어샤프트(26)의 외부 돌출을 위한 기어박스(20)의 개구 내측에는 실링부재(60)가 구비되어 외부로부터 기어박스(20)로 수분이 침투하지 못하도록 되어 있다.
도 9는 상기 스로틀밸브샤프트(16)와 섹터기어샤프트(26)의 연결부 구조의 다양한 실시예들을 도시한 것이다.
도 9(a)는 도 8에 도시된 예와 동일한 것으로, 스로틀밸브샤프트(16)의 단부에 일자형 키(16a)가 돌출 형성되고, 섹터기어샤프트(26)의 단부에 그에 대응하는 형상의 키홈(26a)이 오목하게 형성된다. 상기 키(16a)와 키홈(26a)은 스로틀밸브샤프트(16)와 섹터기어샤프트(26)의 단부에 직경을 가로 질러 형성된다. 따라서, 키(16a)가 키홈(26a)에 삽입됨으로써 스로틀밸브샤프트(16)와 섹터기어샤프트(26)가 회전력 전달이 가능한 상태로 상호 결합된다.
도 9(b)는 스로틀밸브샤프트(16)의 단부에 스플라인돌기(16b)가 형성되고, 섹터기어샤프트(26)의 단부에 스플라인홈(26b)이 형성되어 양측이 상호 스플라인 치형에 의해 결합됨으로써 회전력 전달이 가능하도록 된 것이다. 상기 스플라인돌기(16b)는 원형돌기의 외주면에 스플라인이 형성된 것이고, 스플라인홈(26b)은 원형홈의 내주면에 스플라인이 형성된 것이다.
도 9(c)는 유니버설조인트(70)로서, 유니버설조인트(70)의 양단에 각각 스로틀밸브샤프트(16)와 섹터기어샤프트(26)가 연결되어, 유니버설조인트(70)를 매개로 회전력 전달이 가능하도록 된 것이다. 이 경우 양쪽 샤프트 간에 틸팅에 의한 각도차가 발생하더라도 원활하게 회전력을 전달할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 스로틀하우징 11 : 보어
12 : 마운팅보스 12a : 체결홀
13 : 체결보스장착부 13a : 체결홀
13b : 결합홈 14 : 통공
15 : 스로틀밸브 16 : 스로틀밸브샤프트
16a : 키 16b : 스플라인돌기
20 : 기어박스 21 : 모터하우징
22 : 기어박스커버 23 : 체결보스
23a : 체결홀 24 : 결합보스
24a : 체결홀 25 : 섹터기어
26 : 섹터기어샤프트 26a : 키홈
26b : 스플라인홈 30 : 스크류
40 : 마운팅볼트 50,51 : 볼베어링
52 : 니들베어링 60 : 실링부재
70 : 유니버설조인트

Claims (10)

  1. 스로틀밸브가 회동 가능하게 설치된 스로틀하우징과,
    모터 회전력을 전달받아 회동되는 섹터기어가 설치된 기어박스가 각각 별개의 부분으로 개별 제작되고,
    상기 스로틀밸브가 장착된 스로틀밸브샤프트와 상기 섹터기어가 장착된 섹터기어샤프트가 상호 연결되며,
    상기 스로틀밸브샤프트와 섹터기어샤프트의 연결부가 스로틀하우징의 일측 통공에 설치된 베어링에 의해 지지되고,
    상기 스로틀하우징의 외측면에 체결보스장착부가 돌출 형성되며,
    상기 체결보스장착부의 양측부에 스로틀하우징의 마운팅보스가 연결되어 형성되고, 상기 기어박스에 상기 마운팅보스의 상,하면에 밀착되는 결합보스들이 돌출 형성되며, 상기 마운팅보스와 결합보스들에 형성된 체결홀을 관통하여 마운팅볼트가 흡기매니폴드에 형성된 탭홀에 체결되는 것을 특징으로 하는 전자 제어 스로틀밸브 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기어박스의 외측면에 체결보스장착부에 맞대어지는 체결보스가 형성되며, 체결보스장착부와 체결보스에 각각 체결홀이 형성되어, 체결홀에 삽입되는 스크류를 매개로 스로틀하우징과 기어박스가 결합되는 것을 특징으로 하는 전자 제어 스로틀밸브 장치.
  3. 청구항2에 있어서,
    상기 체결보스장착부는 상면과 하면이 평면으로 이루어지고, 상기 체결보스는 체결보스장착부의 상면과 하면에 각각 맞대어지는 상측 체결보스와 하측 체결보스를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 제어 스로틀밸브 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 체결보스장착부의 하면에 하측 체결보스가 삽입 안착되는 결합홈이 형성된 것을 특징으로 하는 전자 제어 스로틀밸브 장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 체결보스장착부의 양측면이 양측 결합보스의 사이에 밀착된 것을 특징으로 하는 전자 제어 스로틀밸브 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 결합보스의 체결홀은 스로틀하우징쪽으로 개구된 것을 특징으로 하는 전자 제어 스로틀밸브 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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