KR100476268B1 - 차량용 엔진의 토크측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 차량용 엔진의 토크측정장치는 엔진의 동력 전달시 토오션 스프링의 탄성 변형을 클러치 허브에 고정된 제1마그네트와 클러치 디스크 플레이트에 고정된 제2마그네트의 위상차를 통해 검출한 후, 상기 토오션 스프링의 비틀림 변형선도를 이용하여 토오션 스프링의 탄성변형에 따른 엔진의 토크를 실측하기 때문에 토크미터를 신뢰할 수 있다.

Description

차량용 엔진의 토크측정장치{Torque Measurement Apparatus of Automobile}

본 발명은 챠량용 엔진의 토크측정장치에 관한 것으로서, 특히 클러치 디스크의 토오션 스프링의 탄성 변형량을 검출하여 그에 따른 엔진의 토크를 실측하는 차량용 엔진의 토크측정장치에 관한 것이다.

종래 기술에 따른 차량용 엔진의 토크측정장치는 엔진의 회전수와 스로틀 밸브의 개도량을 감지하여 전자제어유닛에서 그에 따라 엔진의 토크를 예측한 후, 계기판에 설치된 토크 미터를 통해 표시하는 장치이다.

그러나, 종래 기술에 따른 차량용 엔진의 토크측정장치는 엔진의 토크를 예측하여 토크 미터에 표시하기 때문에 신뢰성이 낮고, 엔진의 회전수를 감지하는 RPM센서가 접촉방식인 경우 RPM센서의 워엄 기어를 구동으로 인해 동력손실이 생기고, 비접촉방식의 경우 감지신호가 미약할 뿐만 아니라 전자기적 왜란에 취약하여 오차가 큰 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 비교적 간단한 구성으로 엔진의 토크를 실측하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 차량용 엔진의 토크측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 차량용 엔진의 토크측정장치는 변속기 입력축과 일체로 회전되도록 결합된 클러치 허브와; 상기 클러치 허브의 외주면에 일정 각도 회전 가능토록 결합되고, 플라이 휠과 선택적으로 마찰되는 클러치 디스크 플레이트와; 상기 클러치 디스크 플레이트와 클러치 허브 사이에 설치되어 엔진의 동력 전달시 엔진의 토크에 따라 탄성 변형되는 토오션 스프링과; 상기 토오션 스프링의 탄성 변형량을 측정하여 엔진의 토크를 실측하는 토크측정부와; 상기 토크 측정부에서 실측한 엔진의 토크를 표시하는 토크미터를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 차량용 엔진의 토크측정장치는 변속기 입력축(2)과 스플라인 결합되어 일체로 회전되는 클러치 허브(4)와, 상기 클러치 허브(4)의 외주면에 일정 각도 회전 가능토록 헐거운 스플라인 결합되고 엔진의 동력 전달여부에 따라 플라이 휠(미도시)과 선택적으로 마찰되는 클러치 디스크 플레이트(6)와, 상기 클러치 디스크 플레이트(6)와 클러치 허브(4)의 스플라인 결합부위에 설치되어 엔진의 동력 전달시 엔진의 토크에 따라 탄성 변형되는 토오션 스프링(8)과, 상기 토오션 스프링(8)의 탄성 변형량을 측정하여 엔진의 토크를 실측하는 토크 측정부와, 상기 토크 측정부에서 실측한 엔진의 토크를 표시하는 토크미터(20)를 포함하여 구성된다.

즉, 엔진의 동력을 변속기로 전달할 때에는 클러치 디스크 플레이트(6)가 플라이 휠과 마찰되면서 상기 플라이 휠과 함께 엔진의 회전방향으로 회전되고, 도 5의 토오션 스프링의 비틀림 변형선도에 도시된 바와 같이 엔진의 토크에 따라 토오션 스프링(8)이 상기 클러치 디스크 플레이트(6)와 클러치 허브(4) 사이에서 엔진의 회전방향으로 탄성 변형되면서 상기 클러치 디스크 플레이트(6)에 의해 상기 클러치 허브(4) 및 변속기 입력축(2)이 회전된다. 따라서, 상기 토오션 스프링(8)의 탄성 변형량을 통해 엔진의 토크를 실측할 수 있게된다.

여기서, 차량의 배기량이나 차종 등에 따라 토오션 스프링(8)의 비틀림 변형특성이 달라지는 바, 도 5의 토오션 스프링의 비틀림 변형선도는 일 실시예로서 제시한 것이다.

본 발명의 구성에 대하여 구체적으로 설명하면, 상기 토크 측정부는 상기 클러치 허브(4)에 반경방향으로 고정된 제1마그네트(11)와, 상기 클러치 디스크 플레이트(6)에 반경방향으로 고정된 제2마그네트(12)와, 상기 클러치 디스크 플레이트(6)의 외측 일측에 상기 클러치 디스크 플레이트(6)의 반경방향으로 설치되어 엔진의 동력 전달시 상기 제1,제2마그네트(11,12)의 자력에 의해 제1,제2 유도기전력(v1,v2)을 발생시키는 유도코일(14)과, 상기 제1,제2 유도기전력(v1,v2)에 따른 위상신호(s1,s2)를 생성하여 위상신호(s1,s2) 간 듀티에 따라 상기 제1,제2마그네트(11,12)의 위상차(Po,Ps)를 검출하는 위상차 검출기(16)와, 상기 제1,제2마그네트(11,12)의 위상차(Po,Ps)를 입력받아 미리 설정된 토오션 스프링의 비틀림 특성선도에 따라 엔진의 토크를 상기 토크미터(20)에 출력하는 전자제어유닛(18)으로 구성된다.

상기 제1,제2마그네트(11,12)는 각각 클러치 허브(4) 및 클러치 디스크 플레이트(6)의 반경방향으로 N극과 S극이 배치되는 막대형 영구자석이고, 엔진의 동력 차단시 즉, 상기 클러치 디스크 플레이트(6)가 플라이 휠로부터 이격되어 있을 때, 그 위상차가 180°이도록 클러치 디스크 플레이트(6) 및 클러치 허브(4)의 반경방향으로 인 라인 상에 배치되되, 엔진의 동력 차단시 서로 마주보는 극이 같은 극성을 띄도록 배치된다.

또한, 상기 제1,제2마그네트(11,12)는 상기 제1마그네트(11)의 자력에 의해 상기 유도 코일(14)에 발생되는 제1유도기전력(v1)과 상기 제2마그네트(12)의 자력에 의해 상기 유도코일(14)에 발생되는 제2유도기전력(v2)이 상이하도록, 즉 구별이 가능토록 그 자력의 세기가 결정된다.

여기서, 상기 제1,제2마그네트(11,12)는 상기 유도코일(14)과의 거리나 크기에 의해 자력의 세기가 결정될 수 있다.

상기와 같은 제1,제2마그네트(11,12)는 엔진의 동력 차단시 그 위상차가 엔진의 회전방향으로 180°이고, 엔진의 동력 전달시 엔진의 토크에 따라 상기 토오션 스프링(8)이 엔진의 회전방향으로 압축되기 때문에 상기 제2마그네트(12)가 상기 클러치 디스크 플레이트(6)와 함께 상대적으로 엔진의 회전방향으로 더 회전되므로 그 위상차(Ps)가 엔진의 회전방향으로 180°보다 작아진다.

상기 위상차 검출기(16)는 상기 제1,제2 위상신호(v1,v2)가 엔진의 1회전 당 한번씩 교대로 생성되므로 일단 유도코일(14)로부터 발생된 아날로그형 제1,제2유도기전력(v1,v2)을 디지털형 제1,제2위상신호(s1,s2)로 변환한 후, 상기 제1,제2위상신호(s1,s2) 간 듀티(Duty), 즉 엔진의 1 회전에 대한 제1,제2위상신호(s1,s2) 사이의 시간 비에 따라 제1,제2마그네트(11,12)의 위상차를 검출한다.

이 때, 상기 제1,제2마그네트(11,12)의 위상차는 기준에 따라 엔진의 1회전 당 2번 검출될 수 있으므로, 상기 위상차 검출기(16)는 항상 일관되게 제1,제2마그네트(11,12)의 위상차를 검출할 수 있도록 제2위성신호(s2)와 그 다음에 생성되는 제1위성신호(s1) 간 듀티에 따라 제1,제2마그네트(11,12)의 위상차를 검출하도록 설정된다.

물론, 상기 제1,2유도기전력(v1,v2)에 따라 제1,제2위상신호(s1,s2) 또한 그 크기가 서로 상이하므로 상기 위상차 검출기(16)는 위상신호의 크기에 따라 제1,제2위상신호(s1,s2)를 구분하여 제1,제2마그네트(11,12)의 위상차(Ps)를 검출할 수 있다.

상기 전자제어유닛(18)은 상기 토오션 스프링(8)의 탄성 변형량에 따라 상기 제1,제2마그네트(11,12)의 위상차가 변동되는 바, 상기 위상차 검출기(16)로부터 제1,제2마그네트(11,12)의 위상차를 기 설정된 엔진의 동력 차단시 상기 제1,제2마그네트(11,12)의 위상차와 비교하여 상기 제1,제2마그네트(11,12)의 위상차 변동값을 구한다.

이 때, 상기 제1,제2마그네트(11,12)의 위상차 변동값은 엔진의 회전방향으로 상기 토오션 스프링(8)의 탄성 변형각도와 동일하므로 도 5의 '토오션 스프링의 변형각도'가 될 수 있다. 따라서, 상기 전자제어유닛(18)은 상기 제1,제2마그네트(11,12)의 위상차 변동값과 토오션 스프링의 비틀림 변형선도 데이터를 이용하여 엔진의 토크를 실측할 수 있게 된다.

한편, 일반 주행시에는 동력이 엔진에서 변속기 측으로 전달되기 때문에 엔진의 동력 전달시 상기 제1,제2마그네트(11,12)의 위상차가 180°보다 작지만, 엔진 브레이크시 변속기 측에서 엔진으로 동력이 전달되어 상기 제1,제2마그네트(11,12)의 위상차가 180°보다 커지므로, 상기 전자제어유닛(18)은 일반 주행시와 엔진 브레이크시 제1,제2마그네트(11,12)의 위상차 변동값을 구분하여 구한 후 도 5의 토오션 스프링의 비틀림 변형선도에 대응시킴으로써 일반 주행시뿐만 아니라 엔진 브레이크시 엔진의 토크 또한 표시할 수 있다.

물론, 상기 토크미터(20)에는 아날로그 방식의 경우, 일반 주행시 엔진의 토크를 양의 값으로 표시하고 엔진 브레이크시 엔진의 토크를 음의 값으로 표시하거나, 디지털 방식의 경우 엔진의 토크를 나타내는 숫자 앞에 양음을 구분하는 기호를 같이 표시함으로써 운전자가 구분하여 인식할 수 있도록 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

도 1과 같은 상황에서 클러치 디스크 플레이트(6)가 플라이 휠과 마찰되어 함께 회전되기 시작하면, 도 2에 도시된 바와 같이 엔진의 토크에 따라 토오션 스프링(8)이 탄성 변형되면서 클러치 허브(4) 및 변속기 입력축(2)도 함께 회전되어 엔진의 동력이 변속기 측으로 전달된다.

그리고, 클러치 디스크 플레이트(6) 및 클러치 허브(4)가 회전되면서 유도코일(14)에 제1,제2유도기전력(v1,v2)이 발생되면, 위상차 검출기(16)에서 상기 제1,제2유도기전력(v1,v2)을 입력받아 제1,제2마그네트(11,12)의 위상차를 검출되고, 전자제어유닛(18)에서 상기 위상차 검출기(16)에서 검출된 제1,제2마그네트(11,12)의 위상차를 입력받아 상기 제1,제2마그네트(11,12)의 위상차 변동값을 구한 후, 그에 따른 엔진의 토크를 상기 토크미터(20)에 출력한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 차량용 엔진의 토크측정장치는 엔진의 동력 전달시 토오션 스프링의 탄성 변형을 클러치 허브에 고정된 제1마그네트와 클러치 디스크 플레이트에 고정된 제2마그네트의 위상차를 통해 검출한 후, 상기 토오션 스프링의 비틀림 변형선도를 이용하여 토오션 스프링의 탄성변형에 따른 엔진의 토크를 실측하기 때문에 토크미터를 신뢰할 수 있고, 일반 주행시 엔진의 토크뿐만 아니라 엔진 브레이크시 엔진의 토크 또한 실측할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 있어서 동력 차단시 차량용 엔진의 토크측정장치의 구성도,

도 2는 본 발명에 있어서 동력 전달시 차량용 엔진의 토크측정장치의 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 차량용 엔진의 토크측정장치의 블록도,

도 4a는 본 발명에 있어서 동력 차단시 위상신호가 도시된 도면,

도 4b는 본 발명에 있어서 동력 전달시 위상신호가 도시된 도면,

도 5는 본 발명에 따른 토오션 스프링의 비틀림변형선도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

2 : 변속기 입력축 4 : 클러치 허브

6 : 클러치 디스크 플레이트 8 : 토오션 스프링

11 : 제1마그네트 12 : 제2마그네트

14 : 유도코일 16 : 위상차 검출기

18 : 전자제어유닛 20 : 토크미터

Claims (8)

1. 변속기 입력축과 일체로 회전되도록 결합된 클러치 허브와; 상기 클러치 허브의 외주면에 일정 각도 회전 가능토록 결합되고, 플라이 휠과 선택적으로 마찰되는 클러치 디스크 플레이트와; 상기 클러치 디스크 플레이트와 클러치 허브 사이에 설치되어 엔진의 동력 전달시 엔진의 토크에 따라 탄성 변형되는 토오션 스프링과; 상기 토오션 스프링의 탄성 변형량을 측정하여 엔진의 토크를 실측하는 토크측정부와; 상기 토크 측정부에서 실측한 엔진의 토크를 표시하는 토크미터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 토크측정장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 토크 측정부는 상기 클러치 허브에 고정된 제1마그네트와; 상기 클러치 디스크 플레이트에 고정되어 상기 토오션 스프링의 탄성 변형량에 따라 상기 제1마그네트와의 위상차가 변동되는 제2마그네트와; 상기 클러치 디스크 플레이트의 외측 일측에 설치되어 엔진의 동력 전달시 상기 제1,제2마그네트의 자력에 의해 유도 기전력을 발생시키는 유도코일과; 상기 유도 기전력에 따른 위상신호를 생성하여 위상신호 간 듀티에 따라 상기 제1,제2마그네트의 위상차를 검출하는 위상차 검출기와; 상기 제1,제2마그네트의 위상차를 입력받아 미리 설정된 토오션 스프링의 비틀림 특성선도에 따라 엔진의 토크를 상기 토크미터에 출력하는 전자제어유닛으로 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 토크측정장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제1,제2마그네트는 엔진의 동력 차단시 그 위상차가 180°이도록 배치된 것을 특징으로 하는 차량용 토크측정장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제1,제2마그네트는 엔진의 동력 차단시 서로 마주보는 극이 같은 극성을 띄도록 배치된 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 토크측정장치.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 제1,제2 마그네트는 상기 유도코일에 발생되는 유도 기전력이 서로 상이하도록 그 자력의 세기가 결정되는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 토크측정장치.
6. 제 2 항 또는 제 5 항에 있어서,

   상기 위상차 검출기는 제2마그네트의 위상신호와 그 다음에 생성되는 제1마그네트의 위상신호 간 듀티에 따라 제1,제2마그네트의 위상차를 검출하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 토크측정장치.
7. 제 2 항에 있어서,

   상기 전자제어유닛은 상기 위상차 검출기에서 검출한 제1,제2마그네트의 위상차를 엔진의 동력 차단시 상기 제1,제2마그네트의 위상차와 비교하여, 상기 제1,제2마그네트의 위상차 변동값에 의해 엔진의 토크를 출력하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 토크측정장치.
8. 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서,

   상기 전자제어유닛은 엔진 브레이크시 엔진의 토크를 구분하여 상기 토크미터에 출력하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 토크측정장치.