인크리멘탈형 위치 센서의 배치구성 방법

인크리멘탈형 위치 센서의 배치구성 방법{PACKAGING ARRANGEMENT FOR AN INCREMENT POSITION SENSOR}

본 발명은 엔진 액추에이터에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 인크리멘탈형 위치 센서(incremental position sensor)를 포함하고 있는 엔진 액추에이터에 관한 것이다.

흡기 매니폴드는 엔진 성능을 변경하기 위해 차량 엔진으로 유입되는 공기흐름을 제어한다. 엔진 액추에이터는 흡기 매니폴드 내부의 밸브를 제어하기 위해 사용된다. 밸브는 연료의 경제성이나 토크 출력의 관점에서의 엔진 성능을 향상시키기 위해 공기 흐름 특성을 변경시킨다. 밸브의 위치 및 속도를 판정하기 위해 센서가 엔진 액추에이터 출력 샤프트의 회전 위치를 측정한다. 이 위치 정보는 밸브를 조절하는 데 이 정보를 이용하는 엔진 컨트롤러에 전송된다.

센서 어셈블리를 포함하고 있는 엔진 액추에이터는 흡기 매니폴드에 인접하여 엔진 컴파트먼트 내부에 끼워맞춤되는 것을 요한다. 하지만, 엔진 액추에이터의 배치구성 치수 및 배열구성에는 가용 영역이 한정되는 것으로 인해 제한이 있다. 또한, 엔진 액추에이터의 배열구성은 센서 어셈블리와 출력 기어 모두를 지지하여야만 한다. 출력 기어 또한 기어 셰이크(gear shake)를 조절하기 위한 운동에 제한이 있다. 대표적으로 출력 기어의 운동은 출력 기어의 지지 샤프트를 따라 여러 위치에 배치되는 베어링들로 출력 기어 샤프트를 지지하는 것에 의해 제한된다. 하지만, 엔진 액추에이터의 배치구성 배열을 더 작게 하면 엔진 액추에이터 내부의 다수의 베어링을 위한 공간을 제한하게 된다.

따라서, 출력 기어를 지지하면서도 보다 작은 배치구성 치수를 제공하는 엔진 액추에이터에 대한 개량된 배열구성을 개발하고 설계해내는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 일 실시예의 엔진 액추에이터 어셈블리는 위치 센서 및 밸브 플레이트를 구동하는 출력 기어를 포함하고 있다.

본 발명의 이 실시예의 액추에이터는 웜 기어를 통해 연결되는 센서 어셈블리 및 기어 트레인을 통해 연결되는 출력 기어를 포함하고 있다. 회로 기판이 액추에이터 하우징에 장착되어, 2개의 홀 이펙트 센서 및 마이크로컨트롤러를 포함하고 있다. 출력 샤프트가 회전할 때, 홀 이펙트 센서는 출력 샤프트의 회전 위치 및 그에 따른 엔진 액추에이터 위치를 지시하는 회전을 감지한다. 홀 이펙트 센서들이 모터 출력 샤프트와 평행하게 배열구성되기 때문에, 적은 배치구성 공간만이 요구될 뿐이다.

출력 기어 또한 액추에이터 하우징에 의해 지지된다. 출력 기어는 모터 출력 샤프트를 횡단하는 축선을 중심으로 회전한다. 액추에이터 하우징과 출력 기어 샤프트 사이에 배치되는 베어링이 엔진 액추에이터의 작동 중에 출력 기어의 기어 셰이크를 제한한다. 액추에이터 하우징 외부의 출력 기어 샤프트 상에 장착되는 커플링이 하우징 내부를 향한 출력 기어 샤프트의 축선방향 이동을 제한한다.

본 발명의 이러한 특징 및 다른 특징들은 아래에 간략히 설명되는 도면과 후술하는 실시예의 설명으로부터 잘 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 센서 어셈블리를 이용하고 있는 일 실시예의 차량 엔진과 흡기 매니폴드 어셈블리의 개략도이다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예의 센서 어셈블리의 측면 개략도이다.

도 2b는 도 2a의 일 실시예의 센서 어셈블리의 정면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예의 엔진 액추에이터의 단면도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예의 출력 기어 및 출력 기어 샤프트의 확대도이다.

도 1은 연료 분사 시스템(18)에 연결된 엔진(12)과 흡기 매니폴드 시스템(16)을 가지고 있는 차량(10)을 도시하고 있다. 흡기 매니폴드 시스템(16)은 엔진 액추에이터(20)를 포함하고 있다. 엔진 액추에이터(20)는 일반적으로 흡기 매니폴드(16)에나 또는 흡기 매니폴드(16)에 인접한 영역에 장착된다. 도시된 실시예에 있어서는, 엔진 액추에이터(20)는 흡기 매니폴드(16) 내에 형성된 오목부(54)(도 3 참조) 내에 배치되어 있다. 연료 분사 시스템(18) 내부의 엔진 컨트롤러(22)가 엔진 액추에이터(20)에 연결되어 엔진(12)으로의 공기 공급을 제어한다.

엔진 컨트롤러(22)는 엔진 액추에이터(20)에 지시하여 흡기 매니폴드(16) 내부의 밸브(23)를 작동시켜 엔진(12) 내의 연소를 조절하도록 한다. 엔진(12)에 적당한 시기에서의 연료 점화를 제공하기 위해, 엔진 컨트롤러(22)는 매니폴드 공기 압력과 엔진 엑추에이터(20) 위치와 같은 정보를 필요로 한다. 엔진(12) 속도와 온도가 증가함에 따라, 흡기 매니폴드(16)를 통한 공기흐름도 증가된다. 엔진(12)의 속도와 온도가 감소할 때에는, 흡기 매니폴드(16)를 통한 공기흐름은 감소된다. 엔진 액추에이터(20)는 흡기 매니폴드(16) 내부의 밸브를 조절하여, 흡기 매니폴드 튜닝 길이 또는 흡입 공기 텀블 특성과 같은 공기 공급 파라미터를 변경함으로써 다양한 엔진 속도에서 공기 공급 특성들을 최적화한다. 센서 어셈블리(26)는 엔진 액추에이터(20)에 흡기 매니폴드(16) 내부의 밸브(23)의 위치와 속도에 관한 피드백을 제공한다.

센서 어셈블리(26)가 엔진 액추에이터(20)의 위치를 측정하는 것으로서 설명되고 있지만, 센서 어셈블리(26)는 임의의 장치의 위치의 판정이 요구되는 다른 적용 용례에 사용될 수도 있다.

도 2a 및 2b는 본 발명의 센서 어셈블리(26)를 도시하고 있다. 센서 어셈블리(26)는 엔진 액추에이터(20)의 전기 모터(27)에 연결되어 있다. 전기 모터(27)는 기어 트레인(도시 안됨)을 통해 흡기 매니폴드(16) 내부의 밸브(23)의 위치를 조절하고, 출력 샤프트(28)를 가지고 있다. 자석(30)이 모터 출력 샤프트(28)에 장착되어 있고, 자석(30)과 출력 샤프트(28) 양자는 동일 회전 축선(14)을 중심으로 회전한다. 도시의 실시예에서, 자석(30)은 모터 출력 샤프트(28)에 의해 구동되는 웜 기어(32)에 장착되어 있다. 자석(30)을 웜 기어(32) 상에 장착함으로써, 센서 어셈블리(26)에 의한 보다 높은 분해능을 위한, 출력 샤프트(28)에 비해 증대된 기어비를 제공한다. 출력 샤프트(28)의 매 한번의 회전은 자석(30)을 다수회 회전시킨다. 본 실시예에서는, 출력 샤프트(28)가 한번 회전할 때마다 웜 기어(32) 및 그에 의한 자석(30)은 매 100회 회전하게 된다. 센서 어셈블리(26)는 인크리멘탈형 센서이며, 출력 샤프트(28)의 정확한 회전 위치 및 속도를 판정하기 위해 센서 어셈블리(26)에 의해 자석(30)의 회전수가 카운트되도록 되어 있다. 본 실시예의 자석(30)은 2극 자석이다.

제 1 및 제 2 홀 이펙트 센서(34)가 자석(30)으로부터 이격되고, 축선(25)에 대해 반대 방향에 축선(25)으로부터 동일 거리로 오프셋되어 있다. 2극 자석을 이용함으로써, 이펙트 센서(34)의 소정의 작동에 필요한 것으로서, 홀 이펙트 센서(34)의 축선(25)은 출력 샤프트(28)에 평행할 수 있으며, 또한 자석(30)에 의해 생성되는 자장(B)에 수직이 될 수 있다. 출력 샤프트(28)가 회전함에 따라, 홀 이펙트 센서(34)는 자석(30)의 회전 및 방향을 감지한다. 자석(30)의 매번의 반회전이 카운트되고, 이 정보가 엔진 액추에이터(20) 내의 마이크로컨트롤러(24)에 의해 수집된다. 마이크로컨트롤러(24)는 밸브(23)의 위치를 제어하기 위해 이 위치 정보를 이용한다. 위치 정보는 또한 엔진 컨트롤러(22)에도 전송된다. 엔진 컨트롤러(22)는 위치 정보를 판단하고 연료 분사 시스템(18)을 제어한다.

홀 이펙트 센서(34)가 출력 샤프트(28)에 평행하게 배열되기 때문에, 배치구성을 위한 공간을 거의 필요로 하지 않는다. 또한, 2극 자석을 이용함으로써, 센 서 어셈블리(26)에 비용 및 공간을 절약하는 인크리멘탈형 센서가 제공된다. 출력 샤프트(28)에 대한 홀 이펙트 센서(34)의 평행한 배열은 자석(30)의 회전의 정확한 판독치를 얻는 데 단지 하나의 홀 이펙트 센서(34)만을 필요로 한다. 제 2 홀 이펙트 센서(34)는 회전 방향을 판정하는 데 요구된다.

도 3은 액추에이터 하우징(36)을 포함하고 있는 일 실시예의 엔진 액추에이터(20)를 도시하고 있다. 회로 기판(38)이 액추에이터 하우징(36)에 장착되어, 엔진 액추에이터(20)용 홀 이펙트 센서(34) 및 마이크로컨트롤러(24)를 포함하고 있다. 홀 이펙트 센서(34)는 출력 샤프트(28) 및 웜 기어(32)의 회전 축선(14)에 평행하다. 출력 기어(40)가 기어 트레인(42)을 통해 전기 모터(27)에 의해 구동된다. 기어 트레인(42)의 배열구성은 출력 기어(40)가 모터 출력 샤프트(28)에 수직인 축선(44)을 중심으로 회전하게 해준다. 웜 기어(32)에 의해 지지되는 자석(30)은 회로 기판(38)과 출력 기어(40) 사이의 공간(46) 내에 배치된다.

출력 기어(40)는 출력 기어 샤프트(48)를 구동시키고, 출력 기어(40)와 출력 기어 샤프트(48) 양자는 모두 축선(44)을 중심으로 회전한다. 출력 기어(40)는 기어 트레인(42)에 의해 구동되고, 출력 기어 샤프트(48)를 기어 트레인(42)에 연결시킨다. 하우징(36)으로부터 멀어지는 제 1 방향으로의 회전 축선(44)을 따른 출력 기어(40)의 축선방향 이동은 자석(30) 및 회로 기판(38)이 출력 기어(40)에 접촉하게 되는 것을 방지하도록 조절된다.

도 4는 출력 기어(40) 및 출력 기어 샤프트(48)의 확대도를 도시하고 있다. 베어링(50)이 액추에이터 하우징(36)과 출력 기어 샤프트(48) 사이에서 액추에이터 하우징(36)에 장착되어 있다. 베어링(50)은, 출력 기어 샤프트(48)가 회전하고 있을 때에, 베어링(50)과 출력 기어 샤프트(48) 사이의 마찰력을 감소시키는 재료를 포함하고 있다. 베어링(50)은 기어 셰이크를 제한하는 출력 기어 샤프트(48)와의 소정의 헐거운 끼워맞춤을 제공하고 있다. 커플링(52)이 액추에이터 하우징(36) 외부의 출력 기어 샤프트(48) 상에 장착되어 있다. 커플링(52)은 출력 기어 샤프트(48)에 고정되어 출력 기어 샤프트(48)와 함께 회전한다. 엔진 액추에이터(20)의 작동 중에, 커플링(52)은 액추에이터 하우징(36)과 접촉하여 화살표(60)에 표시된 제 1 방향으로의 출력 기어 샤프트(48)의 축선방향 이동을 제한한다. 출력 기어(40)는 베어링(50) 및/또는 액추에이터 하우징(36)과 접촉하여 화살표(60)로 표시된 제 1 방향의 반대 방향으로의 축선방향 이동을 제한한다.

본 발명은 본 발명의 범주 내에서의 변경이 있을 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 이런 이유로, 본 발명의 진정한 범주와 내용을 판단하기 위해서는 다음의 청구범위로 해석되어야만 한다.