KR940010733B1 - 내연기관의 아이들회전수제어밸브 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

내연기관의 아이들회전수제어밸브

제 1 도는 이 발명의 한 실시예에 의한 아이들회전수제어밸브의 구성도.

제 2 도는 이 발명에 의한 다른 예의 아이들회전수제어밸브의 구성도.

제 3 도는 황동선으로 리니어 솔레노이드를 구성했을때의 코일 포화온도의 특성도.

제 4 도는 아이들회전수제어밸브의 구성도.

제5도는 종래의 아이들회전수 제7밸브의 구성도.

제 6 도는 종래의 아이들회전수제어밸브의 다른 예의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 고정철심 3 : 케이스

4 : 가동철심 5 : 리턴스프링

6 : 전자코일 8 : 스프링

11 : 아이들회전수제어밸브본체 11a : 유체도입통로

11c : 유체도출통로 13 : 밸브쉬트

14 : 밸브

이 발명은 내연기관의 흡기통로에 설치된 아이들회전수제어밸브에 관한 것으로 특히 상기 밸브가 전자력(電磁力)에 의해 구동되는 리니어 솔레노이드에 관한 것이다.

종래 내연기관의 아이들회전수제어밸브는 그 대부분이 전자력에 의한 솔레노이드나 모터에 의해 구동되는 것이다. 이들 전자 액추에이터(actuator)에는 기자력을 발생시키는 전자코일로 동선이 사용되고 있다.

이중에서도 특히 리니어 솔레노이드를 구동원으로 한 아이들회전수제어밸브에 있어서는, 자동차의 아이들 회전수를 안정시키는, 아이들콘트럴기능, 전기부하나 에어콘부하등에 대응해서 아이들회전수의 저하를 보정하는 아이들엎 기능, 저온시의 엔진시동후의 아이들회전유지와 엔진의 난기(暖機)를 빠르게 하기 위한 파스트아이들 기능등을 갖는 것이 많으므로, 여러 조건하에서의 필요공기유량이 달라, 이에 대응해서 일렉트로 닉콘트롤유니트(이하 ECU라함)로부터의 지령에 맞는 동작을 해서, 요구 공기유량을 흐르게 하는 것이 중요하다. 그러나, 소위 솔레노이드를 구동원으로 할때에는, 전루를 흘렀을때의 코일온도 상승에 의해 코일저항이 증대해 버리고, 배터리 전압에 대응한 전압을 솔레노이드에 인가해서 동작시키는 경우에는, 코일온도가 상온일때에 비해 실효적으로 통전전류가 저하해버려, 솔레노이드의 발생력이 저하해서 목표하는 공기유량을 흘리지 못하게 된다. 예를들면 코일온도를 23℃와 80℃로 했을때의 솔레노이드 단자전압과 코일저항의 관계를 아래 식으로 표시한다.

I₂₃=E_B/R₂₃

₃₈₀=E_B/R₈₀

단, 식중 I₂₃은 23℃일때의 평균전류, E_B는 솔레노이드단자전압, R₂₃은 23℃일때의 코일저항, I₈₀은 80℃일때의 평균전류, R₈₀은 80℃일때의 코일저항이다.

또, 상기한 바와 같은 관계에서 R₈₀＞R₂₃이 되므로, I₈₀〈I₂₃이 된다.

솔레노이드의 기자력은 코일의 권수 N과 통전전류 I에 의해 결정되므로, NI₈₀＜NI₂₃이 되고, 같은 단자 전압인 경우에도 솔레노이드의 발생력이 저하해 버리므로, 목표의 공기유량을 흘리지 못하게 된다.

또, 이 종류의 리니어 솔레노이드밸브에서는 미끄러져 움직이는 부분의 마찰저항에 의한 히스테리시스를 감소시키기 위해, 전자코일에의 통전을 어느 일정한 주파수로 단속시켜서 그 ON시간과, OFF시간의 비율을 변화시켜 가동철심을 약간 미끄러져 움직이게 하는 듀티(duty)제어나 또는 어떤 DC전압으로 변동(AC분)을 시켜 가동철심을 약간 미끄러져 움직이게 하는 디서(dither)제어등이 일반적으로 사용되고 있다.

예를들면, 리니어 솔레노이드에 인가되는 정격전압을 12V로 하고 이것을 기준으로 생각하면 듀티(duty) 제어의 경우에는 듀티비 100%때에 전자코일에의 인가전압이 12V가 되고, 듀티비 50%때는 평균인가전압이 6V가 되어 이에 대응해서 가동철심의 위치가 정해지므로 듀티비에 대해 목표유량을 결정할 수가 있는 것이다. 리니어 솔레노이드에 인가되는 전압이 배터리전압의 변동에 의해 변화했을때는, 이것을 보정하도록 듀티비를 변화시키면 목표유량을 확보할 수가 있어, 동일 유량을 확보하는데는 아래 식에 의해 보정하면 된다.

D_EV=D_12V×12/E

단, 식중의 E는 리니어 솔레노이드 단자전압, D_EV는 단자전압 E(V)때의 듀티, D_12V는 단자전압 12(V)의 듀티이다.

또, 솔레노이드의 코일온도에 대한 보정도 똑같이 생각할 수가 있다.

예를들면, 20℃ 코일저항 R₂₀을 기준으로 하면, t℃의 코일저항 R_t는 아래 식으로 표시된다.

R_t=R₂₀×[1+α(t-20)]

식중, α는 동선의 저항온도계수(1/deg)이다. 따라서, t℃때에 20℃때와 같은 유량을 확보하려면 아래 식으로 보정하면 된다.

D_t=D₂₀×R_t/ R₂₀

단, 식중 D_t는 t℃때의 듀티, D₂₀은 20℃때의 듀티이다.

한편, 아이들회전수제어에 리니어 솔레노이드를 사용할 경우에는, 보통 상기한 바와 같은 전압이나 온도에 대한 보정을 하고 있으므로, 특히 코일온도에 대한 보정의 경우에 코일에 흐르는 전류치를 검출해서 듀티비를 보정하는 방법으로는 ECU의 대형화나 코스트엎을 초래하므로, 리니어 솔레노이드의 코일외측 부근에 엔진의 냉각수가 흐르도록 하는 부분을 설치하고, 코일온도를 엔진의 냉각수 온도와 거의 같게 하고, 냉각수온센서(통상적으로 반드시 장착되어 있다)로 검출하는 냉각수온을 가지고 코일온도를 대표시킨다는 수단이 잘 사용되고 있다.

이때는 코일과 냉각수의 열의 수수(授受)를 좋게 하기 위해, 리니어 솔레노이드의 외관을 알미다이케스트등으로 해서 냉각수통로를 구성하고 알미다이케스트와 코일과 자기회로부품과의 사이의 공간은 수지같은 것으로 충진하고 있다.

제 5 도는 종래의 아이들회전수제어밸브의 구성도를 표시하고, 1은 알미다이케스트제 솔레노이드케이스, 2는 고정철심, 3은 자기회로를 수용하는 케이스, 4는 가동철심, 5는 고정철심(2)과 반대방향으로 가동철심(4)을 스프링 작동하는 리턴스프링, 6은 고정철심(2) 및 가동철심(2) 및 가동철심(4)의 외측에 배치한 전자코일이고, 6b는 전자코일(6)의 외부에의 인출선이다.

4b는 상기 가동철심(4)의 중심을 관통하는 도통공, 14는 가동철심(4)의 후단부에 설치된 밸브, 13은 밸브(14)로 개폐동작되는 밸브쉬트이다.

11은 아이들회전수제어밸브의 본체이고, 9는 이 본체(11)에 부착나사(10)을 통해 고정시킨 스프링홀더, 8은 홀더(9)와 상기 밸브(14)에 홀더(16)을 통해 설치한 스프링, 15은 가동철심(4)와 밸브(14)간에 설치된 스프링, 11a는 유체도입통로, 11c는 유체도출통로, 11b는 양 통로(11a), (11c)를 연통하는 유체실이다.

20은 상기 솔레노이드케이스(1)에 형성된 냉각수통로이다.

또, 제 6 도는 종래의 아이들회전수제어밸브의 다른 예의 구성도를 표시하고, 각 구성은 모두 동일하므로 동일부호를 붙여서 중복되는 설명은 생략한다.

종래의 아이들회전수제어밸브는, 솔레노이드케이스(1)를 알미다이케스트제로 해서, 냉각수통로(20)를 설치하였기 때문에, 소형화가 곤란했고, 코스트가 올라갔었다. 또, 알미다이케스트로 구성되는 냉각수통로의 형상등이 차종에 따라, 배관레이아우트의 형편에 따라 같게 할수는 없고, 코일온도와 냉각수 온도의 균형유지가 새차의 개발에서 공수의 증대를 초래했었다.

또, 일반적으로는 엔진난기후의 아이들 상태와 밸브 구동시의 코일온도 변화에 대한 보정이 중요하고, 기타 유량정도를 요구받지 않는 조건하에서는 알미다이케스트로 구성한 냉각수통로는 활용되지 않게 된다.

이 발명은, 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로, 리니어 솔레노이드의 케이스에 엔진의 냉각수통로를 설치하지 않고, 소형화와 코스트 다운을 도모하고, 또, ECU도 현재의 것을 사용함으로써 간단하게 코일온도 변화에 따른 듀티비의 보정을 할 수 있는 내연기관의 아이들회전수제어밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 발명에 관한 내연기관의 아이들회전수제어밸브는, 내연기관의 흡기통로에 설치된 드로틀밸브를 누회하는 바이패스 통로에 장착되어, 아이들회전수제어기능을 포함하는 일렉트로닉콘트롤유니트로부터의 출력에 따라 상기 바이패스 통로를 흐르는 공기유량을 비례적으로 제어하는 내연기관의 아이들회전수제어밸브에 있어서, 상기 아이들회전수제어밸브를 구성하는 솔레노이드 장치의 전자코일을 황동계 합금재로 구성한 것을 특징으로 한다.

이 발명에 있어서는 솔레노이드 장치의 전자코일을 황동계 합금을 사용한 것으로, 황동계 합금은 순동에 비해 저항온도계수가 약 1/3로 작으므로, 코일에의 통전시의 발열량이 작고, 엔진의 난기후의 아이들 상태에서는 코일온도와 난기후의 냉각수 온도를 거의 같게할 수 있다.

이하, 이 발명의 한 실시예를 도면에 따라 설명한다.

제 1 도 및 제 2 도는 이 발명에 의한 내연기관의 아이들회전수제어밸브의 각각 다른 2개의 구성도를 표시한 것으로, 각 부호는 제 5 도에서 설명한 종래의 아이들회전수제어밸브와 같으나, 종래예와 다른점은 솔레노이드 장치의 전자코일(6)을 황동계 합금으로 구성한 것에 있다.

다음에, 전자코일(6)에 황동계 합금을 사용하는 이유에 대해 이하 상술한다. 코일선재의 저항온도계수는 동 4.3×10^-3/deg, 황동 1.7×10^-3/deg이고, 도전율은 동 : 황동=100 : 26이다. 따라서, 현상품(現牀品)의 코일저항치나 코일권선 스페이스를 동등하게 한다는 조건하에서 코일선 경과길이를 검토하면 된다. 이때 황동의 도전율이 약 1/4이기 때문에, 단위길이 당의 코일저항치가 약 4배가 되고, 코일저항을 같다고 하면 권수가 상당히 감소해서 기자력인 AT(암페어 턴)가 저하하므로, 자기회로를 개선해서 AT의 저하분을 포촉하는 범위에서 코일선 경과길이를 검토할 필요가 있다.

이상과 같은 검토를 하게 되면,

1) 코일저항은 현재와 같거나 약간 큰 값으로 한다.

2) 코일전선 스페이스는 현재와 같게 한다.

3) 코일선경을 크게해서 권선을 작게한다.

4) AT의 저하, 즉 권수의 저하를 현상태의 1/2-1/3로 한다.

5) 자기회로의 개선을 해서, 동일 AT에서의 리니어 솔레노이드의 흡인력을 현상태의 2-3배로 한다.

이런 조건하에서 황동선에 의한 리니어 솔레노이드를 현상태와 동일한 성능으로 구성할 수가 있다. 상기한 5)에 대해서는, 리니어 솔레노이드는 본래 발생할 수 있는 흡인력을 삭감하는 자기회로를 구성해서 전체를 성립시키고 있기 때문에, 흡인력을 현상태의 2-3배 증가시키는 자기회로의 개선이 가능한 것이다. 그러나, 이 이상의 흡인력을 얻고자 할때는, 리니어 솔레노이드의 특징인 에어갭(가동철심 스트로크)에 대해 흡인력 변화를 리니어로 한다는 성능이 상실되는 것이다. 여기서 제 3 도에 황동선으로 리니어 솔레노이드를 구성했을 경우의 코일포화온도의 특성도를 표시하고, 제 4 도에 아이들회전수제어밸브의 대표적인 특성도를 표시한다.

보통 사용되고 있는 영역은 듀티에 대해서 약 30% 부근에 설정되기 때문에, 엔진의 난기후의 냉각수 온도를 약 80℃로 하면, 여유를 보아 듀티 50% 부근까지의 연속통전에서도 코일온도가 약 80℃가 되어 있으면, 보통의 아이들회전수제어에 전혀 지장이 발생하지 않는다. 제 3 도에서, 분위기 온도는 80℃인 경우로, 현상품은 80℃의 냉각수 유통이 있는 경우로, 코일 황동품은 냉각수의 유통이 없는 경우이고, 파선이 듀티 50%의 현상품 일점쇄선이 듀티 50%의 코일 황동품, 실선이 듀티 30%의 현상품과 코일 황동품의 각 특성을 표시한다. 여기서 제 3 도에서 분명한 것과 같이 현상품으로는 듀티 30%에서는 코일온도를 냉각수 온도와 거의 같게할 수 있으나, 듀티 50%에서는 약 10deg의 차가 생긴다.

한편, 황동선을 사용한 것에서는 냉각수유통이 없어도 듀티 50% 부근에서의 코일온도와 분위기 온도와의 차를 10deg 이하로 할 수가 있다.

이상 설명한 바와 같이 이 발명에 의하면 솔레노이드 장치의 전자코일을 황동계 합금으로 구성하도록 한 것으로, 엔진의 냉각수통로를 폐지할 수 있고, 장치의 소형화나 저코스트화를 도모할 수가 있다.

또, 코일온도와 냉각수 온도와의 합에 의한 개방공수의 증대를 막을 수 있고, 또, ECU도 현상태의 것으로 현행대로 제어를 할 수 있으므로 장치 전체로서도 공수의 삭감과 저코스트화를 도모할 수 있다.

Claims (1)

1. 내연기관의 흡기통로에 설치된 드로틀밸브를 우회하는 바이패스 통로에 장착되어, 아이들회전수 제어기능을 포함하는 일렉트로닉콘트롤유니트로부터의 출력에 따라 상기 바이패스 통로를 흐르는 공기유량을 비례적으로 제어하는 내연기관의 아이들회전수제어밸브에 있어서, 상기 아이들회전수제어밸브를 구성하는 솔레노이드 장치의 전자코일을 황동계 합금재로 구성한 것을 특징으로 하는 내연기관의 아이들회전수제어밸브.