KR20010050309A

KR20010050309A - 전기 제어식 서보 구동 엔진 냉각제 밸브

Info

Publication number: KR20010050309A
Application number: KR1020000051576A
Authority: KR
Inventors: 자잭크리스토퍼안토니; 바빈크리스토퍼존
Original assignee: 존 씨. 메티유; 이턴 코포레이션
Priority date: 1999-09-16
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2001-06-15
Also published as: EP1085181A3; EP1085181A2; MXPA00009009A; CA2317292A1; US6315267B1

Abstract

엔진 냉각제 밸브는, 아치 형상의 탄성 중합체 면(面) 밀봉체에 대항하여 회전 밀봉을 이루는 가로 구멍이 난 원통형 구조의 회전 가능 밸브 부재를 보유한 밸브 본체를 갖는다. 토크 모터(torque motor)는 밸브 본체에 부착되며, 밸브 부재상의 허브(hub)에 구동되게 결합하는 모터 회전자를 갖는다.

Description

전기 제어식 서보 구동 엔진 냉각제 밸브{ELECTRICALLY CONTROLLED SERVO OPERATED ENGINE COOLANT VALVE}

본 발명은, 엔진 냉각 통로 및 외부 열 교환기, 예를 들어 차량 승객실용 히터 코어(heater core) 사이에서 내연기관 냉각제의 흐름 제어용으로 예정된 형식의 급수 밸브에 관한 것이다.

이전에는, 자동차 히터 코어 급수 밸브는, 일반적으로 나비 판형 밸브의 축상에 구비된 크랭크(crank)에 연결된 케이블에 의해 수동으로 작동되거나; 또는, 나비 판용 크랭크가 링크(link)에 의해 진공 동력 액츄에이터내의 압력 동작 다이어프램(diaphragm)에 연결되는 것 이었다.

나비 판형 급수 밸브는 일반적으로 신뢰성이 있고 제조 비용이 저렴한 것으로 입증되었으며, 따라서 자동차 히터에 대한 적용에서 널리 이용되고 있다. 그러나, 나비 판형 밸브는, 밸브의 전체 흐름이 전개 위치의 대략 1/4에서만 발생하기 때문에 흐름 제어 특성에서 매우 비선형적이라는 단점을 가지고 있다. 나비 판형 밸브의 이러한 특성은 그것을 통하는 소정의 유량을 얻는 밸브의 작동에 어려움을 초래하게 된다. 진공압 액츄에이터는 크기에서 제약을 받으며, 따라서 제한된 다이어프램 면적은 사용 가능 범위의 압력 변화에 대한 스트로크(strokke) 결정을 제한한다. 수동 케이블 작동은 급수 유량 조절에 거의 사용될 수 없다.

따라서, 전동식 히터 코어 급수 밸브를 제공하여 밸브 부재의 더욱 정확한 위치를 마련하고, 따라서 히터 코어로의 냉각제 흐름에서 개선된 제어를 제공하는 것이 요구되어 왔다. 이것은 승객실에 자동 또는 온도 조절 장치에 의하여 제어되는 온도 조절을 구비하도록 설계된 차량 승객실 환경 제어 시스템에서 특히 바람직하다. 지금까지 전동식 히터 코어 급수 밸브는, 급수 밸브의 나비를 제어하기 위해 필요한 필수 토크 및 나비 판 운동의 충분히 정밀한 결정을 구성하기 위하여 숫자적으로 높은 기어 감속비를 통해서 섹터 기어(sector gear)를 구동시키는 저(低) 전압 고(高) RPM 저(低) 토크 모터를 사용하였다. 이러한 서보 모터 작동 감속 전기 액츄에이터는, 부피가 커지고 급수 밸브에 설치가 어려우며, 더구나 요구되는 밸브 제어형에 대하여 상대적으로 높은 제조 비용이 요구되었다.

더군다나 치차열을 사용하는 전동 급수 밸브는, 자동차 승객실 히터 적용에서 요구되는 바와 같은, 모터의 전기적 고장의 경우에 밸브의 개방 위치로의 자동 복귀가 허용되지 않는다.

따라서 서보 모터의 고장의 경우에, 완전 개방 위치로 복귀하는 승객실 히터 코어용 급수 밸브를 구성하는 것이 요구되어 왔다.

그 위에, 차량 승객실 히터 코어로의 흐름을 제어하는 간단하고, 비교적 저렴하며, 신뢰성 있는 전동 급수 밸브를 제공하고, 컴팩트(compact)하며 정밀 흐름 제어를 제공하는 이러한 전동 밸브를 구성하는 것이 장기간 요망되어 왔다.

도 1은, 본 발명의 조립된 밸브 및 모터의 단면도.

도 2는, 도 1의 조립체의 분해도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10: 밸브 조립체 12: 밸브 본체

14: 모터 18: 밸브 챔버

20: 흡입구 피팅(fitting) 24: 흡입 통로

28: 출구 통로 32, 34: 보스(boss)

36: 홈 38: 면(面) 밀봉 부재

46: 회전 밸브 부재 50: 구멍

52: 허브 56: 회전자

72: 안내 핀(pin) 74: 토션 스프링(torsion spring)

본 발명은, 차량 승객실 히터 코어로의 엔진 냉각제의 흐름 제어에 적합한 토크 모터 작동 급수 밸브를 제공한다. 본 발명의 밸브 조립체는, 가로 구멍 회전 밸브 스풀(spool) 또는 배럴(barrel)형 밸브 부재에 구동되게 결합하는 모터 회전자를 가지며, 일체로 성형된 입출구 피팅에 직접 장착되는 토크 모터를 갖는다. 밸브 부재는, 회전 밸브 부재의 면과 흡입구 및 출구 구멍의 하나 사이를 밀봉하도록 배치되는 곡선 밀봉 부재와 함께 밸브 본체에 조립된다. 밀봉 부재는, 바람직하게는 열가소성 플라스틱 탄성 중합체 재료로서 성형된다. 흡입구 및 출구에 중앙으로 정렬된 밸브 구멍을 가진, 본 발명의 가로 구멍 배럴형 밸브는, 밸브 부재의 회전 운동과 흐름간에 선형 관계에 접근하는 흐름 제어의 정밀한 결정을 구성한다. 본 발명의 밸브는, 비교적 낮은 마찰 토크 저항을 형성하며, 따라서 토크 모터가 요구되는 흐름에 대하여 밸브 부재를 용이하고 정확하게 위치시키도록 한다. 본 발명의 밸브는, 제조 비용이 저렴하며, 차량 승객실용 자동 온도 제어 시스템에서 마이크로컴퓨터에 의한 제어에 특히 적합하다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 전기 서보 작동 밸브 조립체는, 대체로 (10)으로 나타내고 있으며, 대체로 (12)로 나타낸 밸브 본체 소조립체 및 대체로 (14)로 나타낸 모터 소조립체를 포함한다. 밸브 본체 소조립체(12)는, 그 속에 대체로 원통형 밸브 챔버(18)가 형성되어 있는 하우징(16)과, 그것으로부터 측면으로 연장하는 흡입구 피팅(20)과, 일반적으로 피팅(20)과 정렬하여 하우징(16)으로부터 연장하는 대향하는 출구 피팅(22)을 포함한다. 피팅(20)은 (26)에서 밸브 챔버(18)로 구멍이 난 그 내부에 형성된 흡입 통로(24)를 가지며; 또한 출구 피팅(22)은 (30)에서 밸브 챔버(18)로 구멍이 난 그 내부에 형성된 출구 통로(28)를갖는다.

흡입구 피팅(22)은, 그 위에 형성된 스탠션(stanchion) 또는 상승된 보스(32)를 가지며; 유사하게 흡입구 피팅(20)은, 대체로 스탠션(32)과 이격되어 평행하게 연장하는 그 위에 형성된 스탠션 또는 상승된 보스(32)를 갖는다.

밸브 챔버는, 그 내부에 형성되고 흡입구(26)에 대해 중심이 되는 아치형 슬롯(slot) 또는 홈(36)을 갖는다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 홈(36)의 방사상 연장 측면은 축방향 활주 결합을 위해 약간 언더컷(undercut) 되어 있다. 홈(36)의 측면 언더컷 지역은 도 2에서 참조 숫자 (37)로 나타내고 있다.

탄성 면 밀봉 부재(38)는, 도 2에 나타낸 바와 같이 그것의 모서리에서 볼 때 대체로 볼록 또는 오목한 부분적 원통형 구조를 가지며, 홈(36)의 언더컷 측면에 활주 결합을 위해 참조 숫자 (40, 41)로 나타낸 축방향으로 연장하는 대향 배치된 노치(notch) 측면이 있는, 대체로 직사각형 평면형 구조를 갖는다.

면 밀봉 부재(38)는, 흡입구(26)의 크기에 맞는 크기로 그것을 통해 형성된 중앙으로 배치된 구멍(42)을 갖는다. 면 밀봉 부재(38)는, 노치(40, 41)가 홈(36)의 언더컷 측면(37)에 결합하며, 축방향으로 활주 조립되어 밸브 챔버내로 수용된다. 면 밀봉(38)이 밸브 챔버(18)의 홈(36)내로 조립될 때, 면 밀봉부의 방사상 두께는, 면(44)상의 면 밀봉부가 강제 밀봉을 보장하기 위하여 적정량 만큼 챔버(18)의 원통형 벽에 방사상 안쪽으로 확장하는 구조를 가지도록 되어 있다.

대체로 원통형 또는 배럴형 구조를 가진 회전 밸브 부재(46)는, 도 2에서 점선 및 도 1에 난타낸 바와 같이, 배럴(46)의 대향측상에 형성된 유사한 구멍(50)과 연이어 통하는, 원통면상에 형성된 흡입 구멍(48)을 갖는다. 회전 밸브 부재 또는 배럴(46)은 상향으로 연장하는 허브(52)를 갖는다.

허브(52)는, 거기로부터 상향으로 연장하는, 참조 숫자 (54)로 나타낸 직각 횡단부를 가진 스터브(stub)축 형태의 구동면(驅動面)을 가지며, 이 구동면은 모터(14)의 회전자(56)상에 구비된 해당 면(58)과 결합한다. 밀봉 링(60)은 허브(52) 주위에 배치되어 허브 및 커버판(62) 사이의 밀봉을 형성한다.

모터(14)는, 모터의 대향 측면에 배치되고, 그것의 각각이 모터를 본체에 유지하기 위해 보스(32, 34) 각각에 나삿니로 결합하는 나사(68, 70)와 같은 패스너(fastener)를 통해서 수용하는 구멍을 가진 브래킷(bracket)(64, 66)에 의해서 본체에 부착된다. 안내 핀(72)은 모터 회전자를 구동면(54)에 결합하는 안내 역활을 한다.

토션 스프링(74)은, 허브(52) 주위에 배치되고, 한쪽 끝(76)이 모터 회전자내에 고정되고 대향 반작용 끝(78)은 브래킷(64)에 고정되어 있으며; 스프링(74)은, 모터(14)가 전압을 잃는 경우에, 모터 회전자 및 허브(52)를 배럴(46)이 개방 위치로 회전되는 위치로 복귀시켜 밸브를 통해 흐름이 허용되게 하는 역활을 한다.

동작에서, 토크 모터는, 흐름이 배럴(48)의 회전에 의해 완전히 차단될 때까지, 밸브 본체의 흡입 및 출구를 통해서 전량 흐름 위치로부터 흐름을 제한하는 갖종 위치까지 배럴을 회전시키는 선택적인 전압 인가에 따라 동작할 수 있다.

본 발명을 상기에서 나타낸 실시예에 따라 설명하였으나, 본 발명은 변형 및 변경이 가능하며, 후속하는 청구 내용에 의해서만 제한됨을 이해하여야 한다.

본 발명은, 흡입구 및 출구간의 흐름 제어용 전동 냉각제 밸브에 대하여 비교적 저렴하고 간단한, 신뢰성 있는 구조를 제공하며, 특히 차량 승객실 히터 코어에 공급되는 엔진 냉각제 사용에 적합하고, 밸브 부재를 회전시키는 최소 전류를 필요로 하는 토크 모터에 의해 밸브 배럴을 회전시켜서 흐름의 요구량을 제공하게 된다.

Claims

(가) 각각 밸브 챔버에 연이어 통하는 흡입구 및 출구가 있는, 밸브 챔버를 가진 밸브 본체와;

(나) 그것을 통해서 가로 구멍이 있는 밸브 부재가 개방 및 폐쇄 위치 사이에서 회전을 위해 그 속에 회전 연결되며, 상기 밸브 챔버내에 배치되는 일반적으로 원통형의 밸브 부재와;

(다) 상기 흡입구 및 출구의 하나와, 상기 밸브 사이를 밀봉하기 위해 배치되는 탄성 밀봉 부재와;

(라) 전기적 인가에 따라 상기 밸브 부재의 상기 운동을 야기시키기 위해 동작 가능하게 연결되어, 상기 가로 구멍이 상기 개방 위치에서 상기 흡입구 및 출구 사이의 흐름을 허용하는 위치로 되고 상기 폐쇄 부분에서 상기 흡입구 및 출구 사이의 흐름을 방지하는 위치로 되는 회전자를 보유하며, 상기 본체에 부착되는 토크 모터; 및

(마) 상기 회전자 및 밸브 부재를 개방 위치로 치우치게 하는 스프링 수단을 포함하는 전동 밸브 조립체.
제1항에 있어서, 상기 밸브 부재는 상기 챔버의 외향으로 연장되어 상기 본체내에서 회전하도록 연결되는 허브 부분을 보유하며, 상기 허브는 상기 본체 및 상기 허브 사이를 밀봉하는 회전 밀봉 수단을 포함하는 전동 밸브 조립체.
제1항에 있어서, 상기 흡입구 및 상기 출구는 정렬되고, 대향되는 전동 밸브 조립체.
제1항에 있어서, 상기 토크 모터는 한쌍의 대향으로 배치되는 장착 브래킷을 포함하고, 상기 본체는 흡입구 피팅 및 출구 피팅을 포함하며, 상기 브래킷 쌍의 하나가 상기 피팅의 각각에 부착되는 전동 밸브 조립체.
제1항에 있어서, 상기 밸브 본체는, 그속에 형성된 상기 흡입구가 있는 흡입구 피팅, 상기 밸브 챔버에 일체로 형성되어 그속에 형성된 상기 출구가 있는 출구 피팅, 및 상기 챔버를 폐쇄하는 캡(cap) 부재를 포함하며, 상기 캡 부재가 그위에 회전 연결되는 상기 밸브 부재를 보유하는 전동 밸브 조립체.
제1항에 있어서, 상기 본체는 상기 챔버를 폐쇄하는 캡 부재를 포함하고; 또한, 상기 본체는 그 위에 일체로 형성된 제1 장착 표면을 가진 흡입구 피팅, 및 상기 제1 및 제2 장착 표면에 상기 모터가 부착되는 그 위에 일체로 형성된 제2 장착 표면을 가진 출구 피팅을 포함하는 전동 밸브 조립체.
제1항에 있어서, 상기 토크 모터는 그 위에서 상기 회전자를 치우치게 하는 토션 스프링을 포함하는 전동 밸브 조립체.
제1항에 있어서, 상기 밀봉 부재는 열경화성 플라스틱 탄성 중합체 재료로서 성형되는 전동 밸브 조립체.
제1항에 있어서, 상기 밸브 부재는 상기 허브에 구동 연결되는 축을 가진 상기 모터 회전자와 상기 본체상에서 회전 연결되는 허브 부분을 보유하는 전동 밸브 조립체.
(가) 밸브 챔버와, 각각 챔버로 구멍이 나고 한 피스(piece)로서 일체로 형성된 흡입구 및 출구 피팅을 가진 밸브 본체를 형성하는 단계와;

(나) 가로 구멍이 있는 밸브 부재를 상기 챔버내에 회전 연결하고, 상기 챔버를 폐쇄 부재로서 폐쇄 및 밀봉하며, 상기 밸브 부재의 한 끝을 상기 폐쇄 부재내로 회전 연결하는 단계와;

(다) 상기 본체에 모터를 부착하고, 상기 밸브 부재에 상기 모터의 축을 연결하며, 상기 모터에 전압을 인가하고, 밸브 부재를 회전시켜 상기 흡입구 및 출구에 대하여 가로 구멍을 이동시키는 단계와;

(라) 상기 흡입구 및 출구의 하나와, 상기 밸브 부재 사이에 탄성 밀봉체를 배치하는 단계; 및

(마) 상기 가로 구멍을 상기 흡입구 및 출구에 정렬시키는 방향으로 상기 밸브 부재를 치우치게 하는 단계를 포함하는, 전동 밸브 조립체 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 회전 연결 단계는, 상기 흡입구 및 출구의 하나와 상기 밸브 부재 사이에 탄성 밀봉체를 구비하는 단계를 포함하는, 전동 밸브 조립체 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 회전 연결 단계는, 상기 밸브 부재상에 허브를 형성하고, 상기 챔버의 외향으로 상기 허브를 연장하며, 모터 축에 상기 허브를 연결시키는 단계를 포함하는, 전동 밸브 조립체 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 본체 형성 단계는, 대향으로 연장하는 상기 흡입구 및 출구 피팅을 형성하는 단계를 포함하는, 전동 밸브 조립체 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 밸브 부재 회전 연결 단계는, 상기 흡입구 및 출구의 하나와 상기 밸브 부재 사이에 탄성 밀봉체를 배치하는 단계를 포함하는, 전동 밸브 조립체 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 회전 연결 단계는, 상기 폐쇄 부재 말단의 상기 회전자의 한 끝 부분상에 베어링 표면을 형성하고, 상기 밸브 챔버내에 상기 베어링을 회전 연결하는 단계를 포함하는, 전동 밸브 조립체 제조 방법.