KR100354043B1 - 마그네틱 센서 에어 갭 제어 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

마그네틱 센서 에어 갭 제어 시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

외주면에 톱니모양의 요철이 형성된 회전축과, 상기 회전축이 장착되는 케이스의 일측에 장착되어 상기 회전축의 회전에 따른 펄스신호를 발생시키는 마그네틱 센서와의 간극을 일정하게 유지하기 위하여,
상기 마그네틱 센서는 상기 케이스의 장착홀을 통하여 끼워지며, 그 외부 일측에는 스프링 리테이너를 형성하되,
상기 스프링 리테이너와 상기 케이스 사이에 개재되어 상기 마그네틱 센서에 복원력을 제공하는 탄성부재와; 상기 마그네틱 센서의 후단부에 연결되어 공압에 의해 상기 마그네틱 센서를 전후진 작동시키는 전후진 작동수단과; 상기 마그네틱 센서로부터 입력되는 펄스신호를 기초로 상기 전후진 작동수단을 제어하는 제어수단; 을 포함하는 에어 갭 제어 시스템을 제공하며
상기 제어수단이 마그네틱 센서로부터 펄스신호를 입력받고, 상기 입력받은 펄스신호를 기초로 펄스의 진폭의 이상이 있는지 판단하여 이상이 있는 경우에는 이상 판단 횟수가 설정횟수를 초과하는지 판단한 후 설정횟수를 초과하는 경우에 에어 갭의 증가여부를 판단한 후 에어 갭이 증가한 경우에는 마그네틱 센서를 전진 작동시키고, 감소한 경우에는 마그네틱 센서를 후진 작동시키는 에어 갭 제어방법을 제공한다.

Description

마그네틱 센서 에어 갭 제어 시스템 및 그 제어방법{AN AIR GAP CONTROLLING SYSTEM OF A MAGNETIC SENSOR AND A METHOD THEREOF}
본 발명은 마그네틱 센서 에어 갭이 제어 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 에어 갭이 변화되어도 설정된 에어 갭을 유지할 수 있는 에어 갭 제어 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 캠축, 크랭크축, 기타 엔진의 회전 동작부에는 다수의 마그네틱 센서가 장착되고 있다.
그런데, 마그네틱 센서는, 내부에 마그네트 주위에 감긴 코일을 설치하여, 센서와 자성체 사이의 거리 변화에 따른 자속 변화에 의해 발생하는 유도기전력 신호를 출력하는 장치이다.
톱니모양의 요철이 형성된 자성체 재질의 회전체(예를 들면 크랭크축, 캠축 등)에 근접하게 상기 마그네틱 센서를 설치하여 마그네틱 센서 가까이 톱니모양의 자성체가 지나가면 상기 마그네틱 센서에서 발생되는 유도기전력 신호로서 상기 회전체의 이동 속도를 알 수 있게 되는 것이다.
따라서, 마그네틱 센서를 장착할 때에는 센서와 회전체 사이의 간격(이하 에어 갭이라 한다)이 중요한 요소로 작용하게 되는 것이다. 왜냐하면, 에어 갭에 따라서 마그네틱 센서에서 출력되는 신호의 크기가 달라지게 되기 때문이다.
도 1은 상기 에어 갭을 표시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 톱니모양이 형성된 회전체(110)와 마그네틱 센서(120)의 사이 간격을 에어 갭(130)이라 한다.
상기 에어 갭(air gap)은 센서 자체의 공차 및 조립시의 공차가 발생하여 일정하지 않으며, 대개 1mm 내지 1.5mm 가 되도록 설치된다.
ECU(전자제어유닛)는 상기 에어 갭의 공차를 허용하도록 특별한 로직을 포함하기도 하나, 센서 및 조립 공차가 허용범위를 초과하게 되는 경우에는 상기 ECU가 상기 마그네틱 센서로부터 올바른 신호를 입력받을 수 없어 엔진이 오동작하게 되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 에어 갭이 변화되어도 설정된 에어 갭을 유지할 수 있는 에어 갭 제어 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
도 1은 에어 갭(air gap)을 표시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 마그네틱 센서 에어 갭 제어 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 마그네틱 센서 에어 갭 제어방법을 나타낸 흐름도이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 마그네틱 센서 에어 갭 제어 시스템은,
외주면에 톱니모양의 요철이 형성된 회전축과, 상기 회전축이 장착되는 케이스의 일측에 장착되어 상기 회전축의 회전에 따른 펄스신호를 발생시키는 마그네틱 센서와의 간극을 일정하게 유지하기 위한 마그네틱 에어 갭 제어 시스템에 있어서,
상기 마그네틱 센서는 상기 케이스의 장착홀을 통하여 끼워지며, 그 외부 일측에는 스프링 리테이너를 형성하되,
상기 스프링 리테이너와 상기 케이스 사이에 개재되어 상기 마그네틱 센서에 복원력을 제공하는 탄성부재와; 상기 마그네틱 센서의 후단부에 연결되어 공압에 의해 상기 마그네틱 센서를 전후진 작동시키는 전후진 작동수단과; 상기 마그네틱 센서로부터 입력되는 펄스신호를 기초로 상기 전후진 작동수단을 제어하는 제어수단; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전후진 작동수단은, 압축공기에 의하여 상기 마그네틱 센서를 전진 작동할 수 있도록, 상기 마그네틱 센서의 후단부에 연결로드를 통해 장착되는 다이어프램; 상기 다이어프램에 공급되는 압축공기 공급을 듀티 제어하도록 상기 다이어프램에 제1관로를 통해 연결되는 솔레노이드 밸브; 상기 솔레노이드 밸브에 제2관로를 통해 연결되는 압축공기 공급수단; 을 포함하도록 구성될 수 있으며, 상기 제어수단은 상기 솔레노이드 밸브에 연결되어 상기 솔레노이드 밸브를 제어할 수 있다.
상기 제2관로 상에는 상기 압축공기 공급수단으로부터 공급되는 공기 압력을 일정하게 유지하는 압력조절장치가 부설되는 것이 바람직하고, 상기 압축공기 공급수단은, 에어 컴프레서로 하는 것이 바람직하다.
엔진에 사용되는 마그네틱 센서의 에어 갭 제어 시스템에서는 상기 제어수단은 엔진을 제어하는 전자제어유닛(ECU)으로 하는 것이 바람직하다.
상기 솔레노이드 밸브는, 상기 제어수단에 의해 공급 전류가 제어되는 솔레노이드를 포함하고; 상기 솔레노이드 중앙에 길이방향으로 형성된 중공에는 상기 제1관로와 연결되는 제1포트가 형성되고; 상기 제1포트로부터 솔레노이드측 중공에는 상기 제2관로에 연결되는 제2포트가 형성되며; 상기 제1포트로부터 솔레노이드 반대측 중공에는 압축공기를 외부로 배출할 수 있는 배출포트가 형성되며; 상기 중공 내에는 상기 제1관로 및 제2관로 사이의 통로 개폐 및 상기 제1관로와 상기 배출포트 사이의 통로 개폐를 듀티 제어하도록 제1랜드가 형성된 스풀이 설치되는 구성으로 할 수 있다.
본 발명에 의한 마그네틱 센서 에어 갭 제어방법은, 상기 제어수단이 마그네틱 센서로부터 펄스신호를 입력받고, 상기 입력받은 펄스신호를 기초로 펄스의 진폭의 이상이 있는지 판단하여 이상이 있는 경우에는 이상 판단 횟수가 설정횟수를 초과하는지 판단한 후 설정횟수를 초과하는 경우에 에어 갭의 증가여부를 판단한 후 에어 갭이 증가한 경우에는 마그네틱 센서를 전진 작동시키고, 감소한 경우에는 마그네틱 센서를 후진 작동시킨다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면의 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 마그네틱 센서 에어 갭 제어 시스템의 구성도로서, 상기 마그네틱 센서의 일예로서 크랭크 포지션 센서에 적용된 일 실시예의 시스템 구성도이다.
본 발명의 실시예의 마그네틱 센서 에어 갭 제어 시스템은, 플라이휠(202), 상기 플라이휠(202)과 상호작용 하여 크랭크축 회전속도에 따른 펄스신호를 발생하는 크랭크 포지션 센서(210)를 포함한다.
상기 크랭크 포지션 센서(210)는 일측에 스프링 리테이너(206)를 구성하고, 상기 스프링 리테이너(206)와 크랭크 포지션 센서(210)가 장착되는 변속기 케이스(204) 사이에 리턴 스프링(208)을 개재한다.
상기 크랭크 포지션 센서(210)의 후단부는 연결로드(222)를 통하여 다이어프램(220)과 길이방향으로 연결된다. 상기 후단부가 상기 다이어프램(220)에 연결될 때에는, 상기 다이어프램(220)의 작동판(224)의 동작에 따라서 상기 크랭크 포지션 센서(210)가 전후진 작동하도록 상기 연결로드(222)가 상기 다이어프램(220)의 작동판(224)에 연결된다.
상기 다이어프램(220)은 상기 변속기 케이스(204)에 연결 브라켓(226)을 통해 고정되며, 압축공기 공급을 듀티 제어하는 솔레노이드 밸브에 제1관로(230)를 통해 연결된다.
상기 솔레노이드 밸브는 ECU(전자제어유닛;280)과 연결되어 상기 ECU(280)로부터 솔레노이드에 흐르는 전류가 듀티 제어된다.
상기 솔레노이드 밸브는 제2관로(232)를 통해 에어 컴프레서(270)와 연결되고, 상기 제2관로(232) 상에는 상기 에어 컴프레서(270)에서 공급되는 압축공기의 압력을 일정하게 유지하는 압력조절장치(air pressure regulator;260)가 설치된다.
상기 크랭크 포지션 센서(210)는 상기 ECU(280)와 도선으로 연결되어, 상기 센서 신호를 상기 ECU(280)에 제공한다.
상기 솔레노이드 밸브는 ECU(280)에 의해 공급 전류가 제어되는 솔레노이드를 포함하고, 상기 솔레노이드 중앙에는 길이방향으로 중공이 형성되어 있으며, 상기 중공에는 제1포트(244)가 형성되어 상기 제1관로(230)로 연결되며, 상기 제1포트(244)로부터 솔레노이드(242)측 중공에는 제2포트(246)가 형성되어 상기 제2관로(232)에 연결된다.
또한 상기 제1포트(244)로부터 솔레노이드(242) 반대측 중공에는 압축공기를 외부로 배출할 수 있는 배출포트(248)가 형성된다.
상기 중공에는 상기 제1관로(230) 및 제2관로(232) 사이의 통로 개폐 및 상기 제1관로(230)와 상기 배출포트(248) 사이의 통로 개폐를 듀티 제어하도록 제1랜드(252)가 형성된 스풀(250)이 설치된다. 상기 스풀(250)의 솔레노이드(242) 측단에는 제2랜드(254)가 형성되어 밸브 스프링(256)에 의해 탄지된다.
이하 상기한 본 발명의 실시예의 마그네틱 센서 에어 갭 제어 시스템의 작동 과정을 살펴보면 다음과 같다.
상기와 같이 구성된 에어 갭 제어 시스템에서, 에어 컴프레서(270)가 압축한공기는 상기 압력조절장치(260)에서 일정한 압력으로 유지되어 상기 제2관로(232)를 통하여 상기 솔레노이드 밸브(240)의 제2포트(246)로 공급된다.
솔레노이드 밸브(240)에 공급된 공기 압력은 상기 제1관로(230)를 통해 다이어프램(220)을 작동하여, 상기 연결로드(222)에 의해 상기 크랭크 포지션 센서(210)를 밀게 되고, 플라이휠(202)과 크랭크 포지션 센서(210)와의 에어 갭이 설정값이 되면 상기 ECU(280)는 상기 솔레노이드 밸브(240)를 작동하여 상기 제1랜드(252)가 상기 제1포트(244)를 막음으로써 상기 에어 갭을 유지한다.
상기 플라이휠(202)이 회전하면 상기 ECU(280)는 상기 크랭크 포지션 센서(210)로부터 펄스신호를 입력받게 된다.
그런데, 상기 펄스신호를 입력받는 도중에, 외부의 물리적인 힘에 의하여 센서(210)장착 상태가 변화하거나, 혹은 회전체의 진동에 의해 에어 갭에 변화가 생기는 경우에는 상기 크랭크 포지션 센서(210)로부터 입력되는 펄스신호의 진폭에 변화가 생기게 되고, 에어 갭이 커지는 경우에는 진폭이 줄어들고, 에어 갭이 줄어든 경우에는 진폭이 커지게 되므로, 상기 ECU(280)는 진폭의 변화로 에어 갭의 변화를 판단하여 상기 솔레노이드 밸브(240)를 제어함으로써 변화된 에어 갭을 설정값으로 재조정하게 된다.
즉, 에어 갭이 커진 경우에는, 상기 ECU(280)는 상기 스풀(250)을 전진 작동시킴으로써 상기 제1포트(244)와 상기 제2포트(246)를 연결하여 상기 다이어프램(220)에 공기 압력을 공급함으로써 상기 크랭크 포지션 센서(210)를 전진 작동시켜 늘어난 에어 갭을 상쇄시킨다.
에어 갭이 줄어든 경우에는, 상기 ECU(280)는 상기 스풀(250)을 후진 작동시킴으로써, 상기 제1포트(244)와 상기 배출포트(248)를 연결하여, 상기 다이어프램(220)에 공급된 공기가 상기 배출포트(248)를 통해 빠져나갈 수 있도록 함으로써, 상기 크랭크 포지션 센서(210)는 리테이너(206)에 부착된 리턴 스프링(208)의 힘을 받아 후진 작동하게 되고, 줄어든 에어 갭을 복원할 수 있게 된다.
에어 갭이 조정된 후에는 상기 ECU(280)는 상기 스풀(250)을 작동하여 상기 제1포트(244)를 폐쇄함으로써 조정된 에어 갭을 유지하게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 마그네틱 센서 에어 갭 제어방법을 나타낸 흐름도이다.
제어가 시작되면, ECU는 마그네틱 센서로부터 펄스신호를 입력받는다(S310).
ECU는 상기 입력받은 펄스신호를 기초로 펄스의 진폭의 이상이 있는지 판단한다 (S320).
상기 진폭의 변화는 설정 변화량을 초과한 경우에 이상이 있는 것으로 판단하게 되며, 상기 설정 변화량은 에어 갭이 고정된 상태에서 통상의 펄스 진폭 변화량을 초과하는 임의의 값으로 설정될 수 있으며, 일예로는 펄스 진폭이 10% 이상 변화한 경우 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다.
상기 펄스 진폭 이상 판단(S320)에서 이상이 있는 것으로 판단된 경우에는 이상 판단이 지속된 시간을 계산하고, 상기 이상 시간이 설정시간을 초과하는지 판단한다(S330).
상기 횟수 판단은, 일시적인 전류 오버슈트(over-shoot)로 인한 오판단을 방지하고자 하는 것이며, 상기 설정시간은 임의로 설정할 수 있으며, 일예로는 1초로 설정할 수 있다.
상기 펄스 진폭 이상 판단(S320)에서 이상이 없는 것으로 판단되거나, 상기 횟수 판단단계(S330)에서 설정횟수를 초과하지 않은 것으로 판단된 경우에는 제어는 종료 단계로 진행한다.
상기 횟수 판단단계(S330)에서 설정횟수를 초과한 것으로 판단된 경우에는 에어 갭이 증가하였는지 판단한다(S340).
상기 증가 여부 판단은 상기 센서 신호의 진폭이 증가한 경우에는 에어 갭이 감소한 것으로, 진폭이 감소한 경우에는 에어 갭이 증가한 것으로 판단한다.
상기 증가 여부 판단단계(S340)에서 증가한 것으로 판단된 경우에는 상기 솔레노이드 밸브를 작동함으로써 상기 다이어프램에 압축공기를 공급한다(S350).
압축공기가 다이어프램에 공급됨으로써 상기 마그네틱 센서는 전진 작동하게 되어 에어 갭이 감소하게 된다.
상기 압축공기 공급은 상기 다이어프램이 증가한 에어 갭을 상쇄시키기 위한 양으로 공급된다.
압축공기를 공급하여 증가한 에어 갭이 상쇄된 후에는 솔레노이드 밸브를 차단하여 마그네틱 센서의 전진 작동을 중지한다(S360).
상기 마그네틱 센서의 작동을 중지한 후에는 제어는 종료 단계로 진행한다.
상기 증가 여부 판단단계(S340)에서 증가하지 아니한 것으로 판단된 경우에는 상기 솔레노이드 밸브를 작동함으로써 상기 다이어프램에서 압축공기를 배출한다(S370).
압축공기가 다이어프램에서 배출됨으로써 상기 마그네틱 센서는 후진 작동하게 되어 에어 갭이 증가하게 된다.
상기 압축공기 배출은 상기 다이어프램이 감소한 에어 갭을 상쇄시키기 위한 양으로 공급된다.
압축공기가 배출되어 감소한 에어 갭이 상쇄된 후에는 솔레노이드 밸브를 차단하여 마그네틱 센서의 후진 작동을 중지한다(S360).
상기 마그네틱 센서의 작동을 중지한 후에는 제어는 종료 단계로 진행한다.
이상으로 본 발명의 마그네틱 센서 에어 갭 제어 시스템 및 그 제어방법에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 마그네틱 센서의 에어 갭을 항시 일정한 갭으로 유지할 수 있으므로, 에어 갭 공차 및 에어 갭 변화로 인한 엔진 오작동을 방지할 수 있다.

Claims (8)

  1. 외주면에 톱니모양의 요철이 형성된 회전축과, 상기 회전축이 장착되는 케이스의 일측에 장착되어 상기 회전축의 회전에 따른 펄스신호를 발생시키는 마그네틱 센서와의 간극을 일정하게 유지하기 위한 마그네틱 에어 갭 제어 시스템에 있어서,
    상기 마그네틱 센서는 상기 케이스의 장착홀을 통하여 끼워지며, 그 외부 일측에는 스프링 리테이너를 형성하되,
    상기 스프링 리테이너와 상기 케이스 사이에 개재되어 상기 마그네틱 센서에 복원력을 제공하는 탄성부재와;
    상기 마그네틱 센서의 후단부에 연결되어 공압에 의해 상기 마그네틱 센서를 전후진 작동시키는 전후진 작동수단과;
    상기 마그네틱 센서로부터 입력되는 펄스신호를 기초로 상기 전후진 작동수단을 제어하는 제어수단;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 센서 에어 갭 제어 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 전후진 작동수단은,
    공급되는 압축공기에 의하여 상기 마그네틱 센서를 전진 작동할 수 있도록, 상기 마그네틱 센서의 후단부에 연결로드를 통해 장착되는 다이어프램;
    상기 다이어프램에 공급되는 압축공기 공급을 듀티 제어하도록 상기 다이어프램에 제1관로를 통해 연결되는 솔레노이드 밸브;
    상기 솔레노이드 밸브에 제2관로를 통해 연결되는 압축공기 공급수단;
    을 포함하며,
    상기 제어수단은 상기 솔레노이드 밸브에 연결되어 상기 솔레노이드 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 센서 에어 갭 제어 시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 제2관로 상에는 상기 압축공기 공급수단으로부터 공급되는 공기 압력을 일정하게 유지하는 압력조절장치가 부설되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 센서 에어 갭 제어 시스템.
  4. 제2항에서,
    상기 압축공기 공급수단은, 에어 컴프레서인 것을 특징으로 하는 마그네틱 센서 에어 갭 제어 시스템.
  5. 제2항에서,
    상기 제어수단은, 엔진을 제어하는 전자제어유닛(ECU)인 것을 특징으로 하는 마그네틱 센서 에어 갭 제어 시스템.
  6. 제2항에서,
    상기 솔레노이드 밸브는,
    상기 제어수단에 의해 공급 전류가 제어되는 솔레노이드를 포함하고;
    상기 솔레노이드 중앙에 길이방향으로 형성된 중공에는 상기 제1관로와 연결되는 제1포트가 형성되고;
    상기 제1포트로부터 솔레노이드측 중공에는 상기 제2관로에 연결되는 제2포트가 형성되며;
    상기 제1포트로부터 솔레노이드 반대측 중공에는 압축공기를 외부로 배출할 수 있는 배출포트가 형성되며;
    상기 중공 내에는 상기 제1관로 및 제2관로 사이의 통로 개폐 및 상기 제1관로와 상기 배출포트 사이의 통로 개폐를 듀티 제어하도록 제1랜드가 형성된 스풀이 설치되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 센서 에어 갭 제어 시스템.
  7. 마그네틱 센서, 상기 마그네틱 센서를 전후진 작동하는 다이어프램, 상기 다이어프램에 공급되는 압축공기를 제어하는 솔레노이드 밸브, 상기 솔레노이드 밸브에 압축공기를 제공하는 압축공기 공급수단, 상기 마그네틱 센서로부터 펄스신호를 입력받고, 상기 입력된 신호를 기초로 상기 솔레노이드 밸브를 제어하는 제어수단을 포함하는 마그네틱 센서 에어 갭 제어방법에 있어서,
    (a) 상기 제어수단이 마그네틱 센서로부터 펄스신호를 입력받는 단계;
    (b) 상기 입력받은 펄스신호를 기초로 펄스의 진폭의 이상이 있는지 판단하는 단계;
    (c) 상기(b)단계에서 이상이 있는 것으로 판단된 경우에는 이상이 있는 것으로 판단된 횟수가 설정횟수를 초과하는지 판단하는 단계;
    (d) 상기(c)단계에서 설정횟수를 초과한 것으로 판단된 경우에 에어 갭이 증가하였는지 판단하는 단계;
    (f) 상기(d)단계에서 증가한 것으로 판단된 경우에 상기 솔레노이드 밸브를 작동함으로써 상기 다이어프램에 압축공기를 공급하는 단계;
    (g) 솔레노이드 밸브를 차단하여 마그네틱 센서의 전진 작동을 중지하는 단계;
    를 포함하는 마그네틱 센서 에어 갭 제어방법.
  8. 제7항에서,
    상기 (d) 단계 후에는,
    (h) 상기(d)단계에서 증가하지 아니한 것으로 판단된 경우에 상기 솔레노이드 밸브를 작동함으로써 상기 다이어프램에서 압축공기를 배출하는 단계;
    (i) 솔레노이드 밸브를 차단하여 마그네틱 센서의 후진 작동을 중지하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 센서 에어 갭 제어방법.
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