KR950006650B1

KR950006650B1 - 내연기관용 전자제어식 스로틀밸브

Info

Publication number: KR950006650B1
Application number: KR1019890001849A
Authority: KR
Inventors: 도시미찌 미노와; 요시시게 오야마
Original assignee: 가부시기가이샤 히다찌세이사꾸쇼; 미다 가쓰시게
Priority date: 1988-03-18
Filing date: 1989-02-17
Publication date: 1995-06-21
Also published as: JPH02140435A; JP2690977B2; US4909212A; DE3908686A1; KR890014860A; DE3908686C2

Abstract

내용 없음.

Description

내연기관용 전자제어식 스로틀밸브

제1도는 본원 발명의 일실시예인 내연기관용 전자제어식 스로틀밸브의 전개사시도.

제2도는 상기 스로틀밸브의 I-I 단면도.

제3도는 스로틀밸브의 횡단면도.

제4도는 다른 실시예를 나타내는 단면도.

제5a도 및 제5b도는 제1도 및 제3도에 나타내는 실시예의 동작을 설명하기 위한 단면도.

제6a도 내지 제6c도는 밸브의 동작을 설명하기 위한 일부확대 단면도.

제7도는 상기 밸브의 구동수단인 초음파모터의 동작설명도.

제8도는 밸브의 개구부의 일예를 나타내는 일부확대도.

제9a도 및 제9b도는 상기 제8도에 나타내는 밸브개구부의 변형예를 나타내는 도면.

제10도는 본원 발명의 다른 실시예인 내연기관용 전자제어식 스로틀밸브의 단면도.

제11a도 및 제11b도는 제10도의 구동토크 전환기구를 나타내는 단면도.

제12a도 및 제12b도는 제10도의 페일세이프 레버의 동작설명도.

제13도 및 제14도는 본원 발명의 또다른 실시예를 나타내는 상면도 및 단면도.

제15도는 본원 발명의 내연기관용 전자제어식 스로틀밸브를 장착한 2단스로틀기구의 단면도.

제16a도 및 제16b도는 본원 발명의 내연기관의 밸브기구의 다른 실시예를 나타내는 종단면도 및 횡단면도.

제17a도 및 제17b도 역시 또다른 실시예의 종단면도 및 횡단면도.

제18도는 2단스로틀기구의 다른 실시예를 나타내는 단면도.

제19도 내지 제21도는 본원 발명의 내연기관용 전자제어식 스로틀밸브의 여러가지 장착상태를 설명하는 도면.

제22a도 및 제23b도는 밸브의 개구부의 개량을 설명하는 사시도 및 일부단면도.

제23a도, 제23b도 및 제24a도, 제24b도는 본원 발명의 내연기관용 전자제어식 스로틀밸브에 채용한 동축형 로터리밸브의 기본구조 및 특성을 종래의 버터플라이형밸브와 비교하여 설명하는 설명도.

제25도는 본원 발명의 내연기관용 전자제어식 스로틀밸브가 적용된 엔진시스템을 설명하는 블록도.

제26도는 상기 엔진시스템의 제어부의 블록도.

제27도는 상기 엔진시스템의 콘트롤유니트의 블록도.

제28도는 상기 콘트롤유니트의 와이어결합수단의 일실시예를 나타내는 단면도.

본원 발명은 자동차등의 내연기관에 공급되는 흡입공기량을 제어하기 위한 이른바 스로틀밸브에 관한 것이며, 특히 그 개폐도를 액튜에이터를 통해서 전자적(電子的)으로 제어하는 내연기관용 전자제어식 스로틀밸브에 관한 것이다.

예를들면 자동차용의 가솔린엔진등에서는 운전제어성, 배기가스 특성 및 연비(燃費)특성등에 대해서 여러가지의 엄격한 요구가 있으며, 이때문에 그 스로틀밸브의 개폐도제어에 대해서도 종래부터 널리 채용되었던 바와 같이 단지 기계적으로 엑셀페달에 연동시켜 놓을 뿐만 아니라, 이 액셀페달의 조작상태도 포함하여 엔진의 제어에 필요한 여러가지 데이터를 마이크로컴퓨터등에 의해 구성되는 전자적 제어장치에 일단 입력하고, 그 다음에 전자적 제어장치로부터의 제어신호에 의해 소정의 전동액튜에이터를 통해서 스로틀밸브의 개폐도제어를 행하도록 한 시스템이 채용될 전망이다. 그 때문에 예를들면 일본국 특개소 61(1986)-229935호 공보등에서 알려진 바와 같이 직류전동기에 의한 액튜에이터를 사용하여 스로틀밸브의 개폐제어를 행하도록 한 시스템이 이미 제안되어 있다.

또한, 스테핑모터를 구동원으로하여 이용하고, 이 구동용 스테핑모터의 회전력을 감속기어기구를 통해서 스로틀밸브의 샤프트에 전달하는 것이 예를들면 일본국 특개소 62(1987)-129529호 공보등에 의해서 알려져 있다.

이와같은 전자제어식 스로틀밸브는 액셀페달의 변위량에 따라서 액튜에이터인 전동모터등을 구동하는 외에, 엔진의 운전상태에 따라 스로틀밸브도 보정제어하는 것이 가능하며, 엔진의 운전제어성을 높일 수 있다고 하는 이점을 갖는다.

그런데, 상기와 같은 종래의 전자제어식 스로틀밸브에서는 1매의 원판을 샤프트에 부착시켜 회전하는 이른바 버터플라이밸브를 사용하며, 이 버터플라이밸브를 스로틀보디에 외부부착한 전동액튜에이터에 의해 구동조작하는 방식을 채용하고 있다.

이와같은 버터플라이밸브에서는 그러나 필요한 조작토크가 스로틀개폐도 즉 밸브의 각도에 따라 대폭 변화된다. 이것은 스로틀보디내에 흐르는 공기에 의해 발생하는 토크에 의한 것이다. 더우기, 상기의 버터플라이밸브에서는 상기 밸브를 항상 전폐(全廢)방향으로 복귀시키기 위한 리턴스프링이 설치되어 있으며, 이 때문에 상기 버터플라이밸브의 개폐도를 제어하기 위한 조작토크는 상당히 큰 값에 이르고 만다. 이것으로는 조작토크를 발생하는 전동액튜에이터를 소용량화하고, 스로틀보디의 소형화를 도모하여 근년 더욱더 축소되는 경향이 있는 엔진룸내에 수용하기가 곤란해진다는 문제점이 있다.

그래서, 본원 발명은 상기 종래기술에 있어서의 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 조작토크가 비교적 작으며, 그리하여 구동수단의 소형화가 용이한 더우기 전체로서 소형이면서 그 장착성이 우수한 내연기관용 전자제어식 스로틀밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 본원 발명의 목적은 먼저 내연기관의 흡기통로내에 배설되고, 제어할 내연기관의 운전상태 또는 액셀페달의 조작량에 따라 그 개폐도를 제어하여 흡입공기량을 제어하는 내연기관용 전자제어식 스로틀밸브에 있어서, 상기 흡기통로내에 동축적으로 고정되고, 최소한 그 일단(一端)이 막힌 원통형상의 부재로 이루어지며, 그 원주벽외주면과 상기 흡기통로의 내주면과의 사이에 기체유로를 형성하는 동시에, 그 원주벽에는 그 회전축에 대하여 대칭으로 배치되며 또한 대칭형상의 최소한 한쌍의 개구부를 형성한 고정부와, 상기 고정부재에 대하여 동축적으로 또한 슬라이드할 수 있도록 끼워지고, 상기 고정부의 원주벽에 형성된 상기 개구부에 대응하고, 그 회전축에 대하여 대칭으로 배치되며, 또한 대칭형상의 이동벽을 가진 가동부와, 상기 가동부에 회전구동력을 부여하는 회전구동수단으로 구성되며, 상기 가동부의 상기 고정부에 대한 상대적 위치에 의해 상기 고정부의 개구부와 상기 가동부의 이동벽과의 사이에 형성되는 흡기통로의 면적을 제어하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 전자제어식 스로틀밸브에 의해서 달성된다.

또한, 상기 회전구동수단은 상기 고정부의 일부에 고정하는 것이 바람직하며, 회전전동기로 구성될 수 있다. 특히 이 회전전동기로서는 초음파모터인 것이 바람직하다.

또한, 상기 내연기관용 전자제어식 스로틀밸브는 내연기관의 서지탱크에 내장될 수도 있다.

상기의 내연기관용 전자제어식 스로틀밸브에 의하면, 내연기관의 흡기유로내에 배치된 경우 상기 가동부의 가동벽에 가해지는 압력은 그 대칭배치에 의해 상쇄된다. 이때문에 상기 가동부를 회전구동하는데 필요한 힘은 상기 스로틀밸브의 개폐도에 의존하지 않고, 항상 거의 일정하게 되고, 또한 종래의 버터플라이밸브를 사용하는 경우에 비교하여 현저하게 작아진다.

이 때문에, 상기 가동부를 회전구동하는 회전구동수단은 소용량의 것으로 족하며, 상기 회전구동수단의 소형화 나아가서는 스로틀밸브 전체의 소형화 및 장착성의 향상을 도모할 수 있게 된다.

상기 회전구동수단은 스로틀밸브 전체의 소형화로부터는 상기 고정부의 내부에 내장되는 것이 바람직하며, 또한 구동토크의 증대에는 초음파모터를 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기의 스로틀밸브를 내연기관의 서지탱크내에 내장함으로써 좁은 엔진룸내에서도 장착이 가능해진다.

다음에, 본원 발명으로 이루어진 내연기관용 전자제어식 스로틀밸브에 대하여 첨부한 도면을 참조하면서 설명한다.

본원 발명의 실시예의 설명에 앞서 본원 발명의 기본적 특징이 되는 동축형 로터리스로틀밸브의 구조, 원리 및 동작특성 나아가서는 상기 종래기술로 이루어진 버터플라이밸브와의 비교결과에 대해 설명한다.

먼저, 제23a도에는 본원 발명으로 이루어진 내연기관용 전자제어식 스로틀밸브에 채용되는 동축형 로터리스로틀밸브의 기본구조가 도시되어 있다. 즉, 이 스로틀밸브는 원통형의 고정부(1)와, 이것과 상대적으로 슬라이드할 수 있도록 끼워진 가동부(2)로 구성되어 있다. 이 고정부(1)는 상술한 바와 같이 원통형의 부재로 이루어져 있으며, 그 일단은 막히고 그 타단에는 콜러부가 설치되어 있다. 이 고정부(1)는 그 콜러부에 의해서 내연기관의 스로틀보디(3)내에 고정되고, 그 원주벽외주면과 상기 스로틀보디(3)의 내주면과의 사이에 공기의 유로가 형성되어 있으며, 상기 고정부이 원주벽내면에 의해서 형성되는 공간(공기의 유로)과의 사이는 상기 원주벽에 형성된 한쌍의 개구부(4), (4)를 통해서 유체적(流體的)으로 연통되어 있다. 그리고, 이 한쌍의 개구부(4), (4)는 원통의 회전축에 대하여 대칭위치에 또한 대칭형상으로 상기 원주벽에 형성되어 있다.

한편, 상기 가동부(2)는 도시되어 있지 않은 회전구동부에 의해서 상기 원통형고정부(1)내에서 슬라이드 회전하고, 그 외주에는 상기 고정부(1)의 원주벽에 형성된 개구부(4), (4)에 대응하여 즉 회전축에 대하여 대칭위치에 배치되며, 또한 대칭형상의 이동벽(5), (5)이 형성되어 있다. 그리고, 이 가동부(2)는 상기 고정부(1)의 원주벽의 내부에 슬라이드할 수 있도록 끼워져 있다. 이 때문에, 도시한 바와 같이 상기 고정부(1)의 개구부(4), (4)와 상기 가동부의 이동벽(5), (5)사이에 흡입공기의 밸브가 형성되고, 상기 가동부(2)의 회전에 따른 상기 고정부(1)의 개구부(4), (4)와 상기 이동벽과의 겹친 면적을 조정하며, 이리하여 밸브의 열림과 동시에 밸브를 통과하여 내연기관에 공급되는 공기량을 제어하게 된다. 여기서, 내연기관에 공급되는 공기는 도면의 위쪽에서 상기 가동부(2)의 내부로 흘러들어가서, 상기 개구부(4), (4)와 이동벽(5), (5)사이에 형성된 밸브를 통과하고, 상기 고정부(1)의 원주벽외주면과 스로틀보디(3)의 내주면과의 사이의 유로를 흘러서 상기 스로틀보디(3)의 하류로 흐른다. 또, 상기 가동부(2)는 예를들면 상기 고정부(1)의 원통형부재의 저부등에 베어링등의 활동(滑動)수단을 통해서 배치되며, 이것에 의해 상기 가동부(2)를 회전구동하는데 필요한 구동조작력을 가능한한 작게 억제하고 있다.

이상과 같은 동축형 로터리스로틀밸브에 대하여, 그 개폐도에 대한 조작토크에 관한 실험결과를 제23b도에 나타낸다. 이 제23b도에 나타내는 그래프에 있어서, 흰원 “○”로 도트된 실선 A는 밸브를 연 경우의 조작토크를, 검은원 “●”로 도트된 1점쇄신 B는 밸브를 닫은 경우의 조작토크를, 그리고 2점쇄선 C는 불균형에 수반되는 토크 즉 연 경우와 같은 경구의 조작토크의 평균치를 나타내고 있다. 즉, 이 동축형 로터리스로틀밸브에서는 흡입공기가 가동부의 이동벽(5), (5)에 작용하는 힘은 상기 제23a도에 나타내는 바와 같이 상기 이동벽(5), (5)에 대하여 직각방향으로(도면중 화살표로 나타냄) 곡선 P의 분포로 표시하는 바와같이 나타난다. 이 이동벽(5), (5)에 작용하는 힘 P은 밸브의 중심 0(즉 가동부(2)의 중심이기도 함)을 중심점으로 하여 서로 상쇄되며, 그 때문에 유체적으로 균형된다. 따라서, 제23b도의 그래프에 나타내는 바와 같이 불균형에 수반되는 토크 및 밸브축의 마찰토크도 매우 작은 값이 된다. 그 때문에, 스로틀 개폐도를 제어하기 위한 필요한 조작토크는 전폐상태의 0도에서 전개상태의 80도까지의 전범위에 있어서 그다지 변화하지 않고 1×10^-2Nm(≒1kg·mm)이하의 조작력으로 충분하였다.

한편, 제24a도에 나타내는 바와 같은 종래의 버터플라이밸브형의 스로틀밸브에서는 제24b도의 특성 그래프에도 나타내는 바와 같이 스로틀 개폐도가 작은 범위에서는 밸브축(6)의 마찰토크가 커지며, 필요한 조작토크도 6×10^-2Nm(≒6kg·mm) 또는 -6×10^-2Nm정도의 비교적 큰 값이 된다. 그리고, 이 제24b도에서도 상기 제23b도와 마찬가지로, 흰원 “○”와 실선 A′로 나타내는 곡선은 밸브를 연 경우의 조작토크를, 검은동그라미 “●”와 1점쇄신 B′로 나타내는 곡선은 밸브를 닫은 경우의 조작토크를, 그리고 2점쇄선 C′는 불균형에 수반되는 토크를 나타내고 있다.

또한, 이들 도면으로부터도 명백한 바와같이 스로틀 개폐도 60도 부근에서는 불균형에 따른 토크가 피크치를 나타낸다. 그래서, 모터등으로 이 밸브를 열려고 하는 경우에는 이들 2토크에 이겨내는 토크가 필요하게 되고, 이것으로는 모터를 소형화하는 것은 불가능하다. 즉, 버터플라이밸브에서는 상기 제24a도에 모식적으로 나타내는 바와 같이 밸브(7)가 열리기 시작하면 밸브(7)의 유출측으로 회전한 반원부와 흡기관(8)의 내면과의 간극은 흐름관(管)에서의 스로틀노즐과 같은 유로(流路)를 형성한다. 흡기관(8)의 유로단면이 좁아지면 유속이 상승하고, 정압(靜壓)은 하강된다. 도면에 나타내는 바와같이, 밸브(7)의 유입측단(流入側端) a으로부터 유출측단 b에 가까워짐에 따라 유속은 커지며, 그 에너지량(도면중, 점선으로 나타냄)만큼 정압 P을 감소시킨다. 이 각부의 정압 P을 기울어진 밸브(7)이 표면에 대하여 합성하면 도면중 P의 작용력이 된다. 이 P의 작용력은 밸브(7)의 회전중심의 밸브축(6)에서 반드시 상류측으로 작용하도록 작용하므로, 밸브축(6)을 중심으로 하여 밸브(7)를 닫는 방향의 회전력이 되어서 작용한다. 또한, 이 경우 밸브(7)의 하류측의 면(뒷면)에 일어나는 와류(渦流)에 의해서 진공이 생겨, 밸브(7)를 흐름방향으로 강압하는 힘이 더욱 크게 가해지고, 이 버터플라이형밸브(7)의 불균형은 대단히 큰것이 되고, 이것을 저감하는 것은 원리적으로 곤란하다.

이상 설명한 바와 같이, 동축형 로터리스로틀밸브는 종래의 버터플라이형밸브에 비교하여, 그 조작토크를 매우 작게할 수 있게 되고, 그래서 본원 발명의 내연기관용 전자제어식 스로틀밸브를 채용함으로써 스로틀개폐도 조작토크를 작게 억제함으로써 밸브의 구동력원을 소용량으로 하여 전체의 소형화를 도모하려는 것이다.

제1도 내지 제3도는 본원 발명의 일실시예이며, 제1도는 분해사시도, 제2도는 종방향의 일부단면도, 그리고 제3도는 측단면도이며, 이들 도면에 있어서 참조번호(10)은 내연기관의 흡기관이며, 그 공기유입측단부에는 밸브장착 조립용의 베이스가 되는 고정부재(11)가 장착되고, 이것에 액튜에이터를 포함하는 전자제어식 스로틀밸브 전체를 조립한다.

고정부(11)는 밸브의 고정부를 형성하는 것으로, 저부가 있는 대략 원통형의 부재로 이루어지며, 그 내측저부에 초음파모터(초음파진동모터는 일반적으로 이렇게 칭함)를 구성하는 압전체(12), 진동체(13) 여기에 이동체(14)가 배치된다.

또, 이 고정부(11)의 내측에는 밸브의 가동부(15)가 회전할 수 있도록 삽입하고, 이때 그 회전중심은 고정축(16)에 의해서 규정되도록 되어 있다.

가동부(15)는 고정부(1)와 동일하게 저부가 있는 대략 원통형을 이루며, 그 저부에는 초음파모터의 이동체(14)가 장착되어 있으며, 이것에 의해 초음파모터를 액튜에이터로서 회전구동하도록 되어 있다.

다음에, 이들 가동부(15)와 고정부(11)의 원통부에는 각기 고정축(16)을 중심으로하여 대칭으로 각기 2개씩의 개구부(17), (17) 및 (18), (18)이 형성되어 있으며, 가동부(15)가 회전하여 쌍방의 개구부(17)과 (18)이 합치된 위치를 잡으면 밸브개폐도가 최대로 되고, 개구부(17)이 개구부(18)로부터 완전히 벗어난 위치에서 전폐상태가 된다. 즉, 특히 제3도에서 명백한 바와 같이 상류의 에어클리너로 부터 가요성의 튜브(10′)를 통해서 흡기관(10)안에 대한 흡입공기의 흐름은 도면에서 위쪽으로 개구되어 있는 가동부(15)의 내측에서 이 가동부(15)의 개구부(17), 그리고 고정부(11)의 개구부(18)를 지나, 이 고정부(11)의 외측 즉 흡기관(10)안으로 빠진다. 따라서, 상기한 초음파모터에 의해 가동부(15)를 회전구동시키면, 상기한 개구부(17)과 (18)이 완전히 벗어난 위치에서 흡입공기 유통로가 전폐되고, 양자가 충분히 겹쳐진 상태에서 전개상태로 각기 제어할 수 있는 로터리밸브형의 전동액튜에이터구동에 의한 스로틀밸브로서 동작시킬 수 있게 된다.

고정부(11)의 상부에는 지지부재(19)를 장착할 수 있도록 되어 있으며, 이 지지부재(19)의 중앙돌기부의 하면과 가동부(15)의 내측저면과의 사이에는 토션응력을 발생하도록 하여 리턴스프링(20)이 장착되고, 가동부(15)가 회전할 수 있는 상태에 있을때는 상기한 전폐위치로 복귀하도록 구성되어 있다.

또, 이 지지부재(19)에는 전자(電磁)솔레노이드(21)가 설치되어 있으며, 이 전자솔레노이드(21)가 여자되었때, 그 가동부재(21a)가 도면에서 아래쪽으로 밀어내지도록 되어 있으며, 이로 인해 원통부재(22)를 통해서 가동부(15)를 아래쪽으로 밀고, 이동체(14)가 진동체(13)에 소정의 힘으로 눌리도록 구성되어 있다.

그리고, 도면중의 참조번호(23)은 통기공이고, 대기압을 가동부(15)의 아래쪽으로 도입하는 작용을 하는 것이며, 참조번호(24)는 개폐도 검출수단이고, 예를 들면 MR소자등 자기적으로 가동부(15)의 회전위치를 검출하는 작용을 하는 것이다. 또한, 참조번호(25)는 초음파모터의 압전체(12)에 대한 리드선을 나타내며, 참조번호(26)은 이 리드선(25)을 외부로 끌어내는 통로이다.

또, 고정부(11)의 상단부(上端部)에는 콜러부(27)가 형성되고, 스로틀밸브를 조립할 경우에는 이 콜러부(27)를 흡기관(10)의 단부(端部)에 맞대어 나사(28), (28)로 고정시킨다. 또한, 에어클리너로부터의 가요성튜브(10′)는 제3도에 나타내는 바아 같이 상기 흡기관(10)의 단부까지 연장하여 삽입한 후, 예를 들면 금속밴드(29)로 고정한다. 이 흡기관(10)의 단부에는 상기 가요성튜브(10′)를 확실하게 고정하기 위한 돌기부(30)가 원환형으로 형성되어 있다.

다음에, 이 실시예의 동작에 대하여 설명한다.

초음파모터의 압전체(12)에 소정의 주파수의 다상교류전압이 인가되면 진동체(13)에 소정의 모드의 진동이 발생한다.

한편, 이와 동시에 전자솔레노이드(21)에 전류를 공급하면 이동체(14)가 진동체(13)에 소정의 힘으로 눌리고, 이 결과 가동부(15)는 상기한 다상교류전압의 주파수로 정해지는 소정의 속도로 회전구동하게 되고, 상기한 바와 같이 초음파모터를 구동용의 액튜에이터로 한 스로틀밸브로서 동작하게 된다. 그리고, 이때의 회전방향은 상기한 다상교류전압의 상순(相順)으로 임의로 정할 수 있다.

제2도는 가동부(15)의 개구부(17)가 고정부(11)의 개구부(18)에서 거의 벗어나 있고, 흡입공기 통로가 대략 전폐위치에 있는 상태를 나타내며, 이 상태에서 도면의 화살표방향으로 가동부(15)를 회전시켜 감에 따라 흡입공기통로가 넓어지고, 개구부(17), (18)이 완전히 겹쳤을때 전개상태가 되며, 흡입공기 유량제어가 가능하다는 것을 알 수 있다.

또한, 이렇게해서 가동부(15)가 전폐위치 이외의 위치로 회전구동된 후, 이 초음파모터의 압전체(12)에 대한 다상교류전압의 인가를 중지해도, 이때에는 전자솔레노이드(21)에 의해 이동체(14)가 진동체(13)에 눌리어 있으므로, 이들 사이에서의 마찰력에 의해 리턴스프링(20)의 복원력에 항거하여, 가동부(15)는 그 위치에 확실하게 지지된 채로 되고, 소정의 스로틀개폐도를 유지하게 된다.

다음에, 가동부(15)가 전폐위치 이외의 위치에 있을때에, 전자솔레노이드(21)에 대한 전류의 공급을 차단했다고 하면, 그 가동부재(21a)에 의한 가동부(15)에 대한 누르는 힘이 없어져 이동체(14)와 압전진동체(13)의 접촉력이 감소되고 만다. 그리고, 그 결과 이들 사이에서의 마찰력이 크게 감소되고, 이 가동부(15)는 거의 프리로되어 리턴스프링(20)에 의해 전폐위치까지 복귀하게 된다.

따라서, 엔진운전중 어떤 이유에 의해 초음파모터에 대한 제어가 상실되었을 때에는 전자솔레노이드(21)에 대한 전류의 공급을 정지시키면, 가동부(15)는 리턴스프링(20)에 의한 복귀력에 의해 전폐위치로 복구되고, 자동차의 폭주등의 염려를 확실히 억제할 수 있는 페일세이프기능을 부여하게 된다.

여기서, 고정부(11)의 원통부의 내면과 가동부(15)의 원통부의 외면과의 간극 d(제2도)은 밸브로서의 기능면에서 보면 좁을수록 바람직하지만, 한편 먼지끼임에 의한 고착을 방지하고, 가동부(15)의 원활한 동작을 확보하는 면에서는 그다지 좁게할 수 없으며, 30μm이상으로 유지하는 것이 실용적이다. 그리고, 이때 예를 들면 2황화 몰리브덴등의 고형윤활제의 도포에 의해 먼지가 끼어드는 것을 방지하도록 하는 것이 바람직하다. 또, 이때 초음파모터의 압전체(12)로부터의 초음파진동이 가동부(15)에 전도되어, 이로 인한 먼지의 제거도 기대할 수 있다.

그런데, 고정부(11)의 저부에 물이 고이면, 결빙되어 동작이 불가능하게 되는 수가 있으므로, 실제에 있어서는 고정축(16)이 수평에 가까워지도록 하여 사용하는 편이 좋다. 또한, 가동부(15)와 고정부(11)가 결빙등에 의해 고착되어 있을때에 초음파모터를 작동시키면, 압전체(12)에서 진동체(13)에 무리한 힘이 걸리고, 이 진동체(13)와 이동체(14)의 마모를 촉진한다. 그래서, 이럴때에는 초음파모터에 공급하는 다상교류전압의 주파수를 내려 가동부(15)를 서서히 회전시키도록 하면 된다.

다음에, 제4도는 본원 발명의 다른 일실시예이고, 이것은 신축진동방식의 원환형 초음파모터를 스로틀밸브 구동용의 액튜에이터로서 사용한 것이며, 도면중의 참조번호(12′), (13′), (14′)는 각기 원추원환형의 압전체와 진동체 그리고 이동체이다.

이 실시예에서는 진동체(13′)와 이동체(14′)가 다같이 원추원환형으로 되어 있기 때문에, 전자솔레노이드(21)에 의한 누르는 힘이 그다지 크지않아도 이들 진동체(13′)와 이동체(14′) 사이에서의 접촉력을 충분히 부여할 수 있다.

다음에 제5도에 의해 제1도의 실시예의 특히 페일세이프기능에 대해서 더욱 상세히 설명한다.

고정부(11)의 상부에 있는 지지부재(19)에는 전자솔레노이드(21)가 나사결합에 의해 장착되어 있으며, 이것과 리턴스프링(20)에 의해 상기한 바와 같이 페일세이프기능이 얻어진다. 먼저, 제5a도는 초음파모터에 의한 제어가 이상없이 행하여지고 있을때를 나타내며, 이때에는 전자솔레노이드(21)에 전류가 공급되고 있으며, 이로 인해 그 가동부재(21a)가 밀려나와 원통부재(22)를 통해서 가동체(15)와 일체인 이동체(14)가 진동체(13)에 소정의 접촉력으로 눌리어 있다.

따라서, 이 상태로 압전체(12)에 소정의 주파수의 다상교류전압을 인가하면, 원환형 초음파모터로서의 동작이 얻어져 고정축(16)을 중심으로하여 가동체(15)를 임의의 방향으로 회전시킬 수 있고, 이들 가동부(15)와 고정부(11)의 각기 개구부(17), (18)의 겹친상태를 변화시켜서 스로틀개폐도 제어할 수 있다는 것은 이미 기술한 바와 같다.

이리하여, 제5b도는 초음파모터의 제어에 이상이 발생했을때 즉 페일세이프기능이 작용하고 있는 상태에서의 것이고, 이때에는 전자솔레노이드(21)에 대한 전류의 공급이 차단된다. 그리고, 이 결과 전자솔레노이드(21)의 가동부재(21a)에 의한 원통부재(22)에 대한 누르는 힘은 소실되고, 나아가서는 가동부(15)의 이동체(14)에 의한 진동체(13)에 대한 누르는 힘도 소실된다. 따라서, 가동부(15)의 이동체(14)가 리턴스프링(20)에 의해 진동체(13)로부터 떨어져나와 가동부(15)는 회전할 수 있는 상태가 되고, 이 결과 리턴스프링(20)에 의한 밸브전폐위치에의 복귀력이 작용하며, 가동부(15)는 전폐위치에 자동적으로 복귀하여 스로틀밸브가 열린채로 있게되는 것을 방지하도록 작용한다. 즉, 페일세이프기능이 부여되는 것이다.

제6도는 제5도에 있어서의 II-II선에 의한 단면을 나타낸 것이며, 이 도면의 a도는 정상적인 동작시에서의 저개폐도영역상태, b도는 전개상태를 각각 나타내고 있다. 여기서 참조번호(30)은 전개스토퍼를, 참조번호(31)은 전폐스토퍼를 나타낸다. 이들 전개스토퍼(30)와 전폐스토퍼(31)사이를 가동부(15)의 레버(32)가 이동하도록 되어 있다. 따라서, 이 도면 c도는 초음파모터의 고장등에 의해 그 제어가 불가능하게 되었을때의 페일세이프상태를 나타낸다.

다음에, 제7도에 의해 원환형 초음파모터의 동작원리에 대하여 설명한다.

이 제7도의 전개도에 있어서, 참조번호(33)은 압전체(12)에 배설되어 있는 전극을 나타내며, 이들을 소정의 전극군으로서 소정의 위상의 전압 E_1,E₂를 인가하면, 먼저 전압 E₁에 의한 진행파의 변화분포는 ①로 나타내는 바와 같이되고, 전압 E₂에 의한 진행파의 변화분포는 ②로 나타내는 바와 같이 된다. 그리고, 이 진행파의 최소변위는 이 도면의 ③에 나타내는 바와 같이 되며, 따라서 ④로 나타내는 거리를 변화시킴으로써 필요한 분해능력을 부여할 수 있다.

다음에, 지금까지 설명한 실시예에 있어서는 가동부(15)에 형성되어 있는 개구부(17)의 형상은 고정부(11)와 같이 장방형 또는 정방형으로서 설명하였으나, 그러나 본원 발명에서는 이들 형상에 한정되지 않으며, 다른 형상의 개구부를 채용하는 것도 가능하다. 이와 같은 가동부(15)에 형성되어 있는 개구부(17)의 형상의 다른 실시예를 제8도에 나타낸다. 이 개구부(17)의 형상으로서는 여러가지의 것을 생각할 수 있고, 그에 따라 흡입공기유량제어의 내용의 다양화가 얻어지나, 이 제8도의 실시예에서는 a로 표시하는 부분을 설정하여, 이것에 의해 스로틀개폐도의 작은범위(도면중 좌측) 고분해능력을 얻을 수 있도록 한 것이다.

제9a도 및 제9b도 또한 가동부(15)의 측면전개도이며, 이에 나타내는 바와 같이 3각형상의 개구부(17)를 저개폐도(도면중 좌측)에 이를수록 그 에각을 좁힘으로써 개구부(17)의 개구면적이 그 자체로서 연속적으로 변화하도록 되어 있다. 그 때문에, 밸브의 조작구동력원인 모터의 제어정밀도가 거칠어도 흐르는 공기유량의 제어정밀도를 충분히 확보할 수 있다고 하고 이점을 갖는다.

제10도 내지 제12도에는 본원 발명으로 이루어지는 내연기관용 전자제어식 스로틀밸브의 다른 실시예가 나타나 있으며, 이 실시예에서는 제1도에 나타낸 스로틀밸브와 비교하여, 그 가동부를 위한 구동조작원으로서의 초음파모터 대신에 DC모터 및 유성기어기구를 사용한 것이다. 또한, 도면중 제1도와 같은 부품에는 같은 참조번호를 붙였다. 제10도에 있어서, 참조번호(10)은 스로틀챔버이며, 그 상단부에는 통형상의 돌기부(101)가 뻗어있고, 그 선단부에는 에어클리너에 접속된 가요성튜브(10′)를 삽입고정하기 위한 돌기부(102)가 원환형으로 형성되어 있다. 이 실시예에서는 스로틀밸브는 상기 스로틀챔버(10)의 어깨부에 장착되고, 흡입공기는 화살표로 표시한 바와 같이 통과하고, 도면중 우측의 출구에서 엔진의 실린더로 이송되고 있다.

고정부(11)의 상부에 형성되어 있는 지지부재(19)의 중앙부에는 원통형의 모터수납부(110)가 형성되고, 그 내부에는 상기의 DC모터(50)가 수납되어 있다. 또, 도면으로부터도 명백한 바와 같이 지지부재(19)와 고정부(11)는 일체로 형성되어 있으며, 또한 모터수납부(110)도 상기 원통형상의 고정부(11) 및 가동부(15)의 내부공간에 동축적으로 위치되어 있다. 이 모터수납부(110)는 상기 원통형상의 가동부(15)의 내경보다도 작은 원통형상을 이루며, 그 원통형상의 내부에는 상기 DC모터(50)가 종방향으로 삽입고정되고, 또한 그 하부에는 감속기구(51)가 장착되어 있다.

고정부(11)의 측면(측벽)에는 제1도의 실시예와 마찬가지로 적절한 수의 개구부(공기유통공)(18)이 형성되고, 가동부(15)의 측면에도 역시 적절한 수의 개구부(17)이 형성되어 있다. 또, 본 실시예에서는 원통형상의 가동부(15)의 내부공간은 고정부(11)를 기준으로하여 흡기류의 상류측의 대기측에 배치되어 있다.

가동부(15)는 고정부(11)의 내경보다도 얼마간 작은 지름의 원통형상을 이루며, 고정부(11)내에 슬라이드 할 수 있는 상태로 수용되어 있으며, 그러므로 고정부(11)의 내주면을 따라 회전한다. 또한, 가동부(15)에는 고정부(11)의 개구부(밸브공)(18)에 대응하여 개구부(17)이 형성되어 있는 것도 동일하다. 또한, 회전밸브체인 가동부(15)는 내부가 간막이벽(151)을 통해서 그 회전축방향으로 상하로 분할되어 있으며, 그 상축의 공간은 흡입공기의 유통로가 되는 동시에, 그 중앙부에는 DC모터(50)가 위치하고 있다. 한편, 분할된 하측의 공간에는 상기 DC모터(50) 및 감속기구(51)에 의해서 구동되는 구동토크전환기구(52)가 내장되어 있다. 즉, 이 구동토크전환기구(52)는 가동부(15)의 간막이벽(151)과 원통형상 고정부의 저면과의 사이에 배치되어 있다.

여기서, 구동토크전환기구(52)의 구성에 대하여 제11도에 의해 설명한다. 제11도는 상기 구동토크전환기구(52)를 위쪽에서 본 도면이며, 태양기어(53), 유성기어(54), 내기어(55), 유성기어고정대(56), 플런저(핀)기구(57)로 구성되어 있다.

태양기어(53)는 감속기구(51)를 통해서 DC모터(50)의 출력측에 결합되고, 한편 내기어(55)는 회전밸브체인 가동부(15)의 내주에 형성되며, 내기어(55)와 태양기어(53)사이에 유성기어(54)가 배치된다. 플런저기구(57)는 솔레노이드(57a)와 플런저(57b)로 구성되며, 가동부(15)가 초기(폐)위치에 있을때 솔레노이드(57a)가 오프상태에 있으면, 플런저(57b)가 가동부(15)의 간막이벽(151)에 형성된 구멍(152)에 결합하고, 솔레노이드(57a)가 온상태에 있으면 플런저(57b)가 고정부(11)의 일단내측에 형성된 구멍(111)에 결합하도록 설정되어 있다.

또, 제12도중 참조번호(170)은 페일세이프레버이고, 이 레버(170)의 일부에는 구멍(170a)이 형성된다. 이 페일세이프레버(170)는 고정부(11)의 저면의 내측에 배치되어 있다. 이 페일세이프레버(170)는 통상시는 상기 플런저기구(58)의 솔레노이드(58a)가 온하여 플런저(58b)가 구멍(170a)에 결합하고, 레버(170)을 록하고 있다. 이때의 상태가 제12b도이고, 레버(170)의 록위치는 가동부(15)의 회전동작에 지장이 없는 위치에 설정되어 있다. 또, 엔진폭주 즉 이상시에는 솔레노이드(58a)가 오프되고, 플런저(58b)가 구멍(170a)에서 벗겨진다. 제12a도가 이때의 상태를 나타내는 것이며, 레버(170)는 리턴스프링(171)의 힘에 의해서 가동부(15)의 걸림부(153)와 결합하여 가동부(15)를 전폐위치까지 강제적으로 회전시킨다.

다음에, 상기의 본 실시예의 동작에 대하여 설명한다. 예를 들면 엔진시동전에는 먼저 솔레노이드(58a)가 온되고, 플런저(58b)가 가동부(15)의 간막이벽(151)의 구멍(152)에서 이탈하여 다른쪽의 고정부(11)의 구멍(111)측에 결합한다. 이 상태에서는 구동토크는 DC모터(50), 감속기구(51)를 통해서 태양기어(53)에 전달된 후, 유성기어(54), 내기어(55)를 통해서 가동부에 전달되는 이른바 대토크계가 되고, 이 상태로 DC모터(50)를 정회전방향(밸브를 여는 방향)으로 회전시키면, 제11a도에 나타내는 바와 같이 태양기어(53), 유성기어(54), 내기어(55)에로 차례로 동력이 전달되고, 유성기어(54)에서 크게 감속기어 저속으로 커다란 구동토크에 의해 가동부(15)가 회전한다.

이어서, 또다른 한편의 솔레노이드(58a)를 온하여, 페일세이프레버(170)의 구멍(170a)에 플런저(58b)를 결합시켜서 레버(170)를 고정시킨다. 플런저(57b)가 고정부(11)측의 구멍(152)에 결합되며, 구동토크의 전달계는 태양기어(53)에서 유성기어고정대(56), 플런저(57b), 구멍(152), 가동부(15)로 구성된다. 즉, 이 경우에는 유성기어(54)는 전달요소가 되지 않으므로, 구동토크가 비교적 작은 통상의 구동토크계로 전환된다.

또, 운전시에 엔진회전수가 이상 상승한 경우에는 솔레노이드(58a)가 오프되어 플런저(58b)가 레버공(170a)에서 벗겨지고, 레버(170)가 스프링(171)의 힘으로 가동부(15)를 제12a도에 나타내는 바와 같이 전폐위치까지 복귀시킨다.

이리하여, 이와같은 구성으로 이루어지는 본 실시예에 의하면, 흡기통로(10)에 원통형의 고정부(11), 가동부(15)를 내장함으로써, 구동원인 모터(50)도 흡기통로내의 흐름방향을 향해서 지장없이 내장할 수 있다. 따라서, 모터(50)나 감속기구(51), 구동토크전환기구(52) 등도 모터(50)와 마찬가지로 스로틀챔버(10)의 외벽에 외부부착하는 일없이 장착할 수 있고, 더우기 이들 모터(50), 고정부(11), 가동부(15), 감속기구(51), 구동토크전환기구(52)등은 부품의 장착스페이스를 작게할 수 있기 때문에, 흡기통로(10)를 확대시키지 않고서도 흡기통로(10)내에 수용배치할 수 있으며, 그 결과 스로틀챔버(10) 전체의 소형화를 도모할 수 있다.

또, 본 실시예에서는 구동토크전환기구(52)를 사용함으로써 엔진시동전에 가동부(15)를 고정부(11)내에서 저속으로 구동토크의 큰힘으로 미리 회전구동시키므로, 이 동작에 의해 가동부(15), 고정부(11)사이에 단일 먼지등이 부착되어도 강제회전으로 이것을 제거하여 스틱을 유효하게 방지할 수 있다.

제13도 및 제14도에는 또다른 실시예를 나타내고 있다. 그리고, 이 실시예에서는 구동원으로서 브러시레스 DC모터(50′)를 채용하고 있으며, 또 제10도에 나타낸 바와 같은 구동토크전환기구는 구비하고 있지 않으며, 비교적 간단한 실용적인 구조로 되어 있다. 제13도는 이 실시예를 나타내는 평면도, 제14도는 그 종단면도이다.

본 실시예는 가동부(15)의 구동원으로서 브레시레스 DC모터(50′)를 사용하고, 이 모터(50′)의 출력회전축(501)을 직접 상기 가동부(15)의 저면에 결합하여 직접 가동부(15)를 구동시킨다. 본 실시예의 원통형 고정부(11)의 내부공간도 이 고정부(11)자체를 기준으로 하여 흡기통로의 대기압측(즉 상류측)에 면하고, 이 내부공간에 수용되는 가동부(15)의 저부에 대기압공(23)을 형성하고 있다. 이 대기압공(23)의 존재에 의해 가동부(15)의 저부내외(상하)의 압력이 균압이 되고, 가동부(15)의 구동조작에 요하는 구동토크의 저감을 도모할 수 있다.

제15도는 상기 제13도 및 제14도에 나타낸 스로틀밸브의 스로틀보디(10)를 더욱 상류측(도면중 좌측)으로 뻗어서, 그 내부에 종래의 버터플라이밸브(290)를 배치한 것이다. 즉, 이 실시예로 이루어지는 스로틀은 종래의 기계식 스로틀밸브(290)와 본원 발명의 전자제어식 스로틀밸브를 조합한 2단스로틀기루로 되어 있다. 이와 같이, 2단스로틀구조로 한 것은 전자제어 스로틀밸브를 구성하는 가동부(15)와 고정부(11)의 사이에 약간의 공기가 새는 일이 발생하는 것도 생각되므로, 스로틀제어성을 향상시키기 위해서 상기 전자제어 스로틀밸브의 앞(상류)에 종래의 버터플라이밸브(290)를 배설한 것이다. 또, 도면에 있어서 참조번호(300)은 액셀와이어를, 참조번호(301)은 리턴스프링을 나타내고 있으며, 상기의 버터플라이밸브(290)는 액셀페달(320)의 밟는량에 따라 액셀와이어(300), 리턴스프링등으로 이루어지는 스로틀기구에 의해서 개폐도가 제어된다.

본 실시예와 같이 기계식과 전자제어식의 스로틀밸브를 2단으로 배치한 경우에도, 전자제어식 스로틀밸브의 회전밸브체인 가동부(15)는 액셀페달외에 엔진상태에 따른 전자제어지령에 따라서 개폐도 미세조정이 이루어지므로, 고정밀도의 엔진제어를 행할 수 있다. 또, 본 실시예에서는 전자제어식 스로틀밸브로서 제13도 및 제14도에 나타낸 것을 사용하고 있으나, 예를 들면 제1도 또는 제10도에 나타내는 전자제어식 스로틀밸브를 사용할 수도 있다는 것은 명백하다.

제16도 및 제17도는 본원 발명으로 이루어지는 또다른 실시예를 나타내고 있다. 이 다른 실시예로 이루어지는 스로틀밸브의 기본구조가 제16a도 및 제16b도에 도시되어 있으며, 이 실시예에서는 이제까지 설명한 구조와는 달리 원통형 밸브시트인 고정부(11″)의 내부공간이 흡기통로의 부압측에 면하도록 설정되고, 이 부압의 내부공간에 회전밸브체인 가동부(15′)를 수용한 것이다. 원통형상부재로 이루어지는 고정부(11″)를 그 개구부를 아래쪽으로 하고 그 저면을 윗쪽으로 하여, 스로틀보디(10)의 내부에 고정되어 있다. 또, 가동부(15′)는 역시 원통형상의 부재로 이루어져 있으며, 그 내주중앙부에는 봉형상의 지지부(155)가 형성되고, 또한 이 지지부의 중앙부에는 도면중 종방향으로 뻗은 회전축부(156)가 형성되어 있다. 그리고, 이 원통형상의 가동부(15′)의 회전축부(156)의 선단을 상기 고정부(11″)의 저부의 중앙에 형성된 구멍(112)에 삽입하고, 그 선단부에 나사(157)등을 부착시켜, 이리하여 가동부(15′)가 상기 고정부(11″)내에서 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 그리고, 특히 이 실시예의 지지구조는 상기 가동부(15′)를 위에서 늘어뜨리는 구조로 되기 때문에, 고정부(11″)와의 접촉면적이 작아지며, 그 접촉면에 볼베어링등을 개재시킴으로써 접촉저항을 최소한으로 할 수 있게 되는 이점이 있다. 또, 도면중의 화살표에도 나타내는 바와 같이, 스로틀보디(10) 상류측에서 공급되는 흡입공기는 먼저 상기 스로틀보디(10)와 고정부(11″) 외주와의 사이에 형성된 공간을 지나, 밸브공을 통해서 가동부(15)의 내부공간으로 들어가고, 그후 스로틀보디(10)하류를 지나서 엔진의 각 기통에 도입된다. 이 때문에, 상기 가동부(15)의 밸브를 형성하는 벽면에는 그 회전중심축으로 향하는 힘이 걸리기 때문에, 외측으로 향하는 힘이 걸리는 이미 상술한 실시예의 구조와 비교하여 가동부(15)의 밸런스를 잡기 쉽다. 이것은 본원 발명자들에 의해서 행해진 실험에 의해서도 확인되었다. 또, 이미 기술한 실시예에서는 유입공기의 작용에 의해 상기 가동부(15)의 원통벽면에는 외측으로 향하는 힘이 걸리기 때문에 벽면이 외측으로 팽창하여, 가동부(15)와 고정부(11″)사이의 갭이 감소되어, 접촉저항이 커져서 경우에 따라서는 가동부(15)가 움직일 수 없게 되는 등의 문제점이 있다. 그 때문에, 상기 벽면을 비교적 두꺼운 거으로 하지 않으면 안되며, 이것으로는 가동부(15)의 중량이 증대하고 만다. 이에 대해, 상기 실시예에서는 유입공기에 의해 작용하는 힘은 내측으로 향해서 걸리기 때문에 상기와 같은 문제는 발생되지 않으며, 또 가동부(15)의 벽면을 얇게하여 전체의 중량을 가볍게 할 수도 있다.

제17a도 및 제17b도에 나타내는 실시예는 상기 제16도에 나타낸 구조를 이용한 것이며, 또한 구동원으로서 예를들면 펄스모터(스테핑모터)(50″)를 상기 고정부(11″)의 저면에 고정한 것이다. 도면에서도 명백한 바와 같이, 모터(50″)의 출력회전축(501)이 직접 가동부(15′)의 지지부(155)에 장착되어 있다. 본 실시예에 의하면, 가동부(15′)는 부압측 회전식이 된다. 이로 인해 가동부(15′)에 걸리는 불균형에 의한 조작토크는 대략 0이 된다. 또한, 공기취출구(18)의 유체압수면(流體壓受面)의 두께는 조작토크에 관계없게 된다.

그리고, 제18도에는 상기 제16도 및 제17도에 나타낸 스로틀밸브구조를 종래의 버터플라이밸브(290′)와 조합시킨 구조가 도시되어 있다. 이 도면에 있어서, 스로틀보디(10)의 상부는 그 내경이 커져 있으며, 고정부(11″)는 이 스로틀보디(10)의 내부에 형성된 스텝부(101)에 고정되어 있다. 그리고, 이 고정부의 저면에는 구동용모터(50)가 장착되고, 이 저부의 외주는 유입공기의 흐름을 될 수 있는 한 분산시키지 않도록 구면형으로 되어 있다. 또, 이 실시예에서는 버터플라이밸브(290′)는 본원 발명의 전자제어식 스로틀밸브의 하류측에 장착되어 있다.

제19도 내지 제21도는 본원 발명으로 이루어지는 전자제어식 스로틀밸브를 내연기관에 장착하는 구조를 나타내고 있다.

특히, 제19도에서는 엔진의 흡기계의 콜렉터(380)에 에어플로미터(340), 본원 발명으로 이루어지는 전자제어식 스로틀밸브(350) 및 콘트롤유니트(360)가 장착되어 있다. 그리고, M.P.I(다점연료분사) 방식의 인젝터(370)와 조합시켜, 엔진에 흡입되는 공기와 연료를 제어하여 엔진출력제어를 행한다.

제20도는 상술한 각 실시예의 전자제어 스로틀밸브와 하류 S.P.I(단점분사) 방식의 내연기관을 조합시킨 것이다. 전자제어 스로틀밸브(350)에서 흐르는 공기에 의해 S.P.I인젝터(370)에서 나오는 연료를 확산하여, 혼합기를 엔진에 흡입한다.

제21도는 상술한 각 실시예의 전자제어 스로틀밸브와 트윈 S.P.I방식의 내연기관을 조합시킨 것이다. 이것은 S.P.I인젝터(370)가 2개 있고, 전자제어 스로틀밸브(350)로부터의 공기흐름이 좌우대칭이 되기 때문에, 엔진에의 혼합기의 분배가 향상된다.

또, 이들 제19도 내지 제21도에 나타내는 실시예는 엔진의 콜렉터(서지탱크)(330)의 입구에 직접 장착할 수 있기 때문에, 스로틀밸브를 장착하기 위한 스페이스를 요하지 않으며, 특히 근년에 있어서의 엔진룸의 협소경항에 있어서의 대책으로서도 적합하다. 또, 이경우 스로틀챔버의 위치가 엔진에 가까운 위치가 됨으로써 엔진의 제어응답성에 있어서도 적합한 결과가 얻어진다.

제22도에는 상기의 본원 발명으로 이루어지는 스로틀밸브에 있어서의 고정부(11)와 가동부(15)와의 사이의 시일(seal)구조가 도시되어 있다. 스로틀밸브의 원통형상의 고정부(11) 및 가동부사이의 갭은 이미 기술한 바와 같이 그 원활한 회전을 확보하기 위해서는 예를들면 30μm정도로 유지하는 것이 바람직하며, 이 고정부(11)와 가동부(15)와의 사이의 기밀성(氣密性)을 높이 확보하기 위해서는 시일구조가 필요하게 된다. 그 일예로서 도면에도 나타내는 바와 같이, 고정부(11)의 원주벽면에 3각형상의 개구부(18)(또는 4각형이라도 됨)를 형성한다. 그리고, 이 고정부(11)의 상기 가동부(15)와의 대향표면에는 상기 개구부(18)를 에워싸도록 이른바 래비린스(labyrinth)(113)가 형성되어 있다. 즉, 이 래비린스(113)의 작용에 의해 고정부(11)와 가동부의 벽면사이의 갭에서 새는 공기를 적게할 수 있게 되고, 전폐에서 전개까지 정확하게 유입공기량을 제어할 수 있는 전자제어식 스로틀밸브를 제공할 수 있게 된다.

다음에, 본원 발명을 적용한 엔진시스템의 일예에 대하여 제25도에 의해 설명된다.

이 제25도에 있어서, 참조번호(633)은 액셀페달, (634)는 액셀센서, (635)는 콘트롤유니트, (636)은 스로틀구동회로, (637)은 연료분사밸브구동회로, (638)은 스로틀챔버이며, 예를들면 제1도의 실시예에서 설명한 초음파모터로 개폐구동되도록 되어 있는 전자제어식 스로틀밸브를 구비하고 있는 것이다. 참조번호(639)는 연료분사밸브, (640)은 크랭크각센서, (641)은 에어플로센서, (642)는 전자솔레노이드 구동회로, (643)은 와이어결합수단, (644), (645)는 액셀와이어이다. 여기서, 와이어(644)는 액셀페달(633)의 동작에 연동되고, 와이어(645)는 스로틀보디(638)내의 가동부(15)(제1도)에 연동하고 있는 것이며, 또한, 결합수단(643)은 전자적으로 동작하는 일종의 클러치이고, 전기적인 제어신호가 부여되었을때 와이어(644)와 (645)를 결합하는 작용을 한다.

엑셀페달(633)의 동작은 액셀센서(634)로 검출되며, 그 밟는량 α이 콘트롤유니트(635)에 입력된다.

한편, 이 콘트롤유니트(635)는 도시하지 않은 수온센서로부터의 엔진온도 Tv, 크랭크각센서(640)로부터의 엔진회전수 N, 에어플로센서(641)로부터의 흡입공기유량 Qa, 그리고 스로틀챔버(638)로부터의 스로틀개폐도 E등의 각종의 데이터를 입력하고, 이것에 의해 소정의 연산을 하여 초음파모터 구동회로(636)에 구동신호를 공급하고, 스로틀보디(638)내의 초음파모터에 구동전압을 인가하여, 그에 따른 스로틀개폐도가 액셀페달(633)에서 부여되는 데이터 α에 대응하여 얻어지도록 제어하고, 연료분사밸브 구동회로(637)에 연료 분사신호를 공급하여 연료공급량제어를 수행한다.

이때, 데이터 Qa의 입력에 의해 연료공급량에 대한 피드백제어가 수행된다.

또, 이들 제어와 병행하여 콘트롤유니트(635)는 데이터 E에 의해 실질 스로틀개폐도를 입력하여 스로틀개폐도에 대한 피드백제어를 행하고, 실질스로틀개폐도와 액셀페달(633)로부터의 목표스로틀개폐도와의 일치를 감시하고, 그들의 일치상태에 소정이상의 차이가 나타났다고 판단되었을때에는 전자솔레노이드 구동회로(642)에 신호를 공급하여 스로틀챔버(638)내의 전자솔레노이드(612)에 대한 전류의 공급을 차단하고, 페일세이프기능을 발동시켜 스로틀개폐도를 전폐상태로 하는 동시에, 와이어결합수단(643)에 결합신호를 출력하여 와이어(644)와 (645)를 접속시킨다.

이 결과, 액셀페달(633)에 의해 직접 와이어(644)와 (645)를 통해서 스로틀개폐도가 제어될 수 있도록 되고, 페일세이프기능이 작동했을때의 최소한도의 자동차운전의 계속 이른바 림프폼을 가능하게 할 수 있다.

제26도는 상기 엔진시스템의 제어블록도를 나타낸다. 스로틀챔버(638)는 예를 들면 제1도에 나타내는 바와 같이 압전체(12), 진동체(13), 이동체(14), 가동부(15)로 이루어지는 밸브체, 페일세이프용의 전극솔레노이드(21), 그리고 스로틀개폐도 검출수단(24)으로 이루어지며, 통상은 전자솔레노이드(21)에 통전된 채로 압전체(12)에 구동용의 전압이 인가되어서 스로틀개폐도 제어되고 있으나, 이상시에는 전자솔레노이드(21)에 대한 통전이 차단되고, 페일세이프상태로 된다.

다음에, 제27도는 콘트롤유니트(635)의 설명도이며, 이 콘트롤유니트(635)는 액셀페달(633)로부터의 밟는량 데이터 α와 수온센서로부터의 수온데이터 Tw에 의해 목표액셀개폐도θ를 연산하는 개폐도연산수단과 데이터 α의 변화율 dα/dt를 연산하는 액셀속도 dα/dt연산수단으로부터의 데이터에 의해, 또한 데이터 θ의 변화율 dθ/dt를 연산하는 속도 dθ/dt연산수단을 구비하고, 이들로부터의 신호에 의해 초음파모터 구동회로(636)에 공급할 신호의 주파수 F를 연산하는 주파수연산수단을 작동시키도록 되어 있다.

또, 이와 병행해서 개폐도검출수단(630)으로부터의 데이터를 입력하여 환산수단으로 실제스로틀개폐도 θ를 연산하고, 이것을 비교수단으로 목표스로틀개폐도 θ와 비교하여 그들의 편차가 소정치이상 제로에서 벗어나면 누르는 힘 해제형성수단과 림프폼신호 형성수단을 구동시켜, 전자솔레노이드(612)에 대한 전류의 공급을 정지시켜서 페일세이프기능을 발동시키는 동시에, 와이어 결합수단(643)에 신호를 공급하여 와이어(644), (645)를 결합시키고, 림프폼상태로 하는 것이다.

한편, 연료공급량제어는 다음과 같이하여 수행한다.

먼저, 상기한 데이터 α와 Tw를 입력하여, 이들을 사용하여 연료량연산수단에 의해 기본연료분사 펄스폭 Tp를 연산하여, 한편 엔진회전수데이터 N와 흡입공기유량데이터 Qa를 입력하여, 이들에 의해 연료량 연산수단으로 연료량보정치 Tp′를 연산한다. 그리고, 이들 신호 Tp, Tp′를 연료분사밸브 구동회로에 공급하여 연료공급량제어를 얻는 것이다.

다음에, 와이어결합수단(643)에 상세를 제28도에 의해 설명한다. 이 제28도에 있어서, 참조번호(646)은 자성체로 된 가이드부재, (647)은 전자석, (648)은 자성체의 플런저, (649)는 슬라이드지지부, (650) 및 (651)은 스프링이다.

지금, 전자석(647)에 전류가 공급되어 있지 않다고 하면, 플런저(648)는 전자석(647)과 가이드부재(646)에 대하여 프리로 되어 있으며, 따라서 액셀페달(633)(제25도)가 조작되고, 그에 따라 와이어(644)가 작동해도 그 동작은 와이어(645)에는 전달되지 않는다.

다음에, 콘트롤유니트(635)내의 전압출력수단(6351)으로부터 전자석(647)에 전류가 공급되면, 자성체의 플런저(648)은 자화되고, 역시 자성체의 가이드부재(646)과 일체화되며, 이 때문에 이번에는 와이어(644)의 동작이 그대로 와이어(645)에 전달되며, 액셀페달(633)의 밟기조작이 그대로 스로틀밸브에 전달되어 림프폼이 가능해지는 것이다. 그리고, 스프링(650)과 (651)은 와이어(644)와 (645)가 이완되지 않도록 설정되어 있다.

따라서, 이 실시예에 의하면 전자스로틀시스템에 림프폼기능을 포함시켜 충분한 페일세이프기능을 부여할 수 있다.

이상의 설명으로부터도 명백한 바와 같이, 본원 발명으로 이루어지는 내연기관용 전자제어식 스로틀밸브에 의하면, 밸브개폐도를 제어하는데 필요한 조작토크가 작고, 이리하여 장치전체로서 소형화가 가능하며, 협소한 엔진룸내에서의 장착성이 우수한 것으로 할 수 있다.

또한, 밸브의 고동원인 모터를 고정부에 내장함으로써, 상기 모터는 흡입공기에 의해서 냉각되므로, 본원 발명으로 이루어지는 내연기관용 전자제어식 스로틀밸브는 엔진에 가까운 위치에도 장착할 수 있으며, 엔진의 제어응답성이 우수한 것으로 할 수 있다.

Claims

내연기관의 흡기통로내에 배설되고, 제어할 내연기관의 운전상태 또는 액셀페달의 조작량에 따라 그 개폐도를 제어하여 흡입공기량을 제어하는 내연기관용 전자(電子)제어식 스로틀밸브에 있어서, 상기 흡기통로내에 동축적으로 고정되고, 최소한 그 일단이 막힌 원통형상의 부재로 이루어지며, 그 원주벽 외주면과 상기 흡기통로의 내주면과의 사이에 기체유로를 형성하는 동시에, 그 원주벽에는 그 회전축에 대하여 대칭으로 배치되며 또한 대칭형상의 최소한 한쌍의 개구부를 형성한 고정부와, 상기 고정부재에 대하여 동축적으로 또한 슬라이드할 수 있도록 끼워지고, 상기 고정부의 원주벽에 형성된 상기 개구부에 대응하고, 그 회전축에 대하여 대칭으로 배치되며, 또한 대칭형상의 이동벽을 가진 가동부와, 상기 가동부에 회전구동력을 부여하는 회전구동수단으로 구성되며, 상기 가동부의 상기 고정부에 대한 상대적위치에 의해 상기 고정부의 개구부와 상기 가동부의 이동벽과의 사이에 형성되는 흡기통로의 면적을 제어하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 전자제어식 스로틀밸브.
제1항에 있어서, 상기 회전구동수단은 상기 고정부의 일부에 고정되어 있는 내연기관용 전자제어식 스로틀밸브.
제1항에 있어서, 상기 회전구동수단은 회전전동기로 구성되는 내연기관용 전자제어식 스로틀밸브.
제3항에 있어서, 상기 회전전동기는 초음파모터인 내연기관용 전자제어식 스로틀밸브.
제1항에 있어서, 전자식 스로틀밸브가 내연기관의 서지탱크에 내장되어 있는 내연기관용 전자제어식 스로틀밸브.
제1항에 있어서, 상기 가동부는 상기 고정부의 원통형상의 부재의 내부에 수용되어 있는 내연기관용 전자제어식 스로틀밸브.