KR100569108B1 - 듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템 - Google Patents

Abstract

듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템이 개시된다. 개시된 듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템은, 일차측 및 이차측 플라이휠과, 상기 일차측 및 이차측 플라이휠 사이에 배치된 스프링을 구비하여 된 듀얼 매스 플라이휠과; 상기 일차측 플라이휠에 설치되는 것으로, 교류전원이 가진되어 자기장을 발생하는 1차코일과, 상기 1차코일의 일측에 설치되어 전압이 여기되는 2차코일로 이루어진 코일부와, 상기 이차측 플라이휠에 설치되는 것으로, 상기 1차코일에서 발생시킨 자기장을 전달받도록 배치되고 상기 2차코일의 일부분과 자기적으로 결합하여 위치 이동에 따라 상기 2차코일에 여기되는 자기력을 변화시키는 코어와, 상기 코어를 지지하는 코어지지부재로 이루어진 코어부를 구비하여 된 변위각 측정장치와; 상기 듀얼 매스 플라이휠의 일측에 설치되어 상기 변위각 측정장치와 함께 회전되어 상기 1차코일에 교류전원으로 가진하고, 상기 2차코일에 여기된 전압을 무선방식으로 계측이 이루어지도록 구비된 무선계측장치와; 상기 무선계측장치에서 송신된 변위각 신호를 수신하여 처리하도록 구비된 정지부 수신처리장치;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

듀얼 매스 플라이휠, 블루투스, 토크미터

Description

듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템{SYSTEM FOR MEASURING ENGINE POWER USING DUAL MASS FLYWHEEL}

도 1은 본 발명에 따른 듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템이 적용되는 듀얼 매스 플라이휠의 구성을 개략적으로 나타낸 부분 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도.

도 3은 도 2의 변위각 측정장치를 보다 상세하게 나타내 보인 도면.

도 4a는 도 2의 코일부 상세도.

도 4b는 도 4a의 측면도.

도 5는 본 발명에 따른 시스템에 적용되는 무선계측장치의 구성을 개략적으로 나타내 보인 블록도.

도 6은 본 발명에 따른 시스템에 적용되는 정지부 수신처리장치의 구성을 개략적으로 나타내 보인 블록도.

도 7은 변위와 출력 전압의 상관관계를 나타내 보인 그래프.

도 8은 토크와 변위의 상관관계를 나타내 보인 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

3. 코어

4. 코어지지부재

5. 고정홀

6. 1차코일

7. 2차코일

10. 일차측 플라이휠

20. 이차측 플라이휠

30. 스프링

51. 신호조절장치

52. 마이크로 프로세서

53,62. 블루투스

61. 컴퓨터(PC)

100. 듀얼 매스 플라이휠

200. 변위각 측정장치

300. 무선계측장치

400. 정지부 수신처리장치

본 발명은 듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 듀얼 매스 플라이휠을 이용하여 엔진 출력을 변속기로 전달 하는 차량에서 엔진과 변속기 간 전달 동력을 측정하기 위한 듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템에 관한 것이다.

차량에서 엔진 출력을 변속기로 전달하는 장치를 기준으로 구분하면 싱글 매스 플라이휠(single mass flywheel), 듀얼 매스 플라이휠(dual mass flywheel), 드라이브 플레이트(drive plate)로 나눌 수 있다.

한편, 최근 들어 에너지의 효율적 이용과 환경 문제에 대한 대책으로 차량용 엔진의 효율을 높이려는 연구가 많이 진행되고 있다. 차량 상태에서의 엔진의 효율은 엔진 자체의 열효율뿐만 아니라, 동력 전달 효율을 높이는 것이 중요하다.

이러한 문제를 해결하기 위해서는 차량 상태에서 엔진의 출력 및 각 동력 전달 경로에서의 전달 동력을 측정하는 것이 반드시 필요하다.

일반적으로 축의 전달 동력은 토크미터(torque meter)를 이용하여 측정되고 있다. 이 토크미터는 상용화가 매우 활발하게 이루어져 있어, 측정 대상에 적합한 토크미터를 찾아서 적용할 수 있다.

그러나 차량 상태의 엔진 출력을 측정할 수 있는 장치는 아직 상용화되지 못하고 있는데, 최근 들어 국내 특허 1999-0084981호에서 엔진 출력 토크의 실시간 측정 방법 및 장치 기술이 공지된 바 있으나, 이 특허 기술은, 상기한 싱글 매스 플라이휠의 경우에만 적용이 가능한 기술로, 듀얼 매스 플라이휠을 갖는 엔진 출력은 측정할 수 없는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 듀얼 매 스 플라이휠을 이용해 엔진 출력을 변속기로 전달하는 차량에 있어서 엔진과 변속기 간 전달 동력을 측정할 수 있도록 한 듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템은, 일차측 및 이차측 플라이휠과, 상기 일차측 및 이차측 플라이휠 사이에 배치된 스프링을 구비하여 된 듀얼 매스 플라이휠과; 상기 일차측 플라이휠에 설치되는 것으로, 교류전원이 가진되어 자기장을 발생하는 1차코일과, 상기 1차코일의 일측에 설치되어 전압이 여기되는 2차코일로 이루어진 코일부와, 상기 이차측 플라이휠에 설치되는 것으로, 상기 1차코일에서 발생시킨 자기장을 전달받도록 배치되고 상기 2차코일의 일부분과 자기적으로 결합하여 위치 이동에 따라 상기 2차코일에 여기되는 자기력을 변화시키는 코어와, 상기 코어를 지지하는 코어지지부재로 이루어진 코어부를 구비하여 된 변위각 측정장치와; 상기 듀얼 매스 플라이휠의 일측에 설치되어 상기 변위각 측정장치와 함께 회전되어 상기 1차코일에 교류전원으로 가진하고, 상기 2차코일에 여기된 전압을 무선방식으로 계측이 이루어지도록 구비된 무선계측장치와; 상기 무선계측장치에서 송신된 변위각 신호를 수신하여 처리하도록 구비된 정지부 수신처리장치;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명에 따른 듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템이 적용되는 듀얼 매스 플라이휠의 구성을 개략적으로 나타낸 부분 단면도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 따른 듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다.

도면을 각각 참조하면, 본 발명에 따른 듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템은, 듀얼 매스 플라이휠(100)과, 변위각 측정장치(200)와, 무선계측장치(300)와, 정지부 수신처리장치(400)를 포함하여 구성된다.

이를 보다 구체적으로 설명한다.

상기 듀얼 매스 플라이휠(100)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 일차측 및 이차측 플라이휠(10,20)과, 이 일차측 및 이차측 플라이휠(10,20) 사이에 배치된 스프링(30)을 구비하여 이루어진다.

구체적으로는, 상기 듀얼 매스 플라이휠(100)은, 크게 일차측 플라이휠(10), 이차측 플라이휠(20), 스프링(30)으로 구성된다. 상기 일차측 플라이휠(10)은 엔진 크랭크축에 설치되고, 이차측 플라이휠(20)은 변속기에 설치되며, 스프링(30)은 일차측 플라이휠(10)과 이차측 플라이휠(20) 사이에 배치된다.

그리고 상기 스프링(30)의 일단은 일차측 플라이휠(10)에 의해 눌려지고, 일단은 이차측 플라이휠(20)에 의해 눌려지는데, 이때 눌려지는 양은 듀얼 매스 플라이휠(100)에 가해지는 토크에 비례한다. 따라서 상기 듀얼 매스 플라이휠(100)이 전달하는 토크는 이 스프링(30)이 눌려지는 양을 측정함으로써 구할 수 있다.

그리고 상기 변위각 측정장치(200)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 코 일부와 코어부를 포함하여 구성된다.

구체적으로는, 상기 코일부는, 듀얼 매스 플라이휠(100)의 일차측 플라이휠(10)에 설치되는 것으로 교류전원이 가진되어 자기장을 발생하는 1차코일(6)과, 이 1차코일(6)의 일측에 설치되어 전압이 여기되는 2차코일(7)로 이루어진다. 이 코일부는 원관의 형태를 가지며 듀얼 매스 플라이휠(100)의 회전 중심을 기준으로 일정한 곡률 반경을 갖는다.

그리고 상기 코어부는, 듀얼 매스 플라이휠(100)의 이차측 플라이휠(20)에 설치되는 것으로 상기 1차코일(6)에서 발생시킨 자기장을 전달받도록 배치되고 상기 2차코일(7)의 일부분과 자기적으로 결합하여 위치 이동에 따라 2차코일(7)에 여기되는 자기력을 변화시키는 코어(3)와, 이 코어(3)를 지지하는 코어지지부재(4)로 이루어진다.

또한 도 4a 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 1차코일(6)이 중앙에 배치되고, 1차코일(6)의 좌우에 상기 2차코일(7) 2개가 배치된다.

그리고 상기 코어지지부재(4)의 양단에는 이 코어지지부재(4)를 고정시키기 위한 고정홀(5)이 형성되고, 이 코어지지부재(4)는 엔지니어링 플라스틱(engineering plastic)으로 이루어진다. 즉, 상기 코어지지부재(4)는 코어(3)와는 달리 투자율이 낮은 재질을 사용하여야 하고, 가공성과 강도 등을 고려하여, 엔지니어링 플라스틱 계통을 사용하는 것이 바람직하다.

또한 상기 코어(3)는, 원기둥 형태의 스틸(steel)로 형성되고, 전 측정범위에서 상기 1차코일(6)과 결합할 수 있는 위치에 배치된다.

즉, 상기 코어부의 코어(3)는 자기장을 잘 전달할 수 있는(투자율이 높은) 재질로 구성하는 것이 바람직하나, 본 발명에서는 형상이 원기둥의 형태를 가지며 듀얼 매스 플라이휠(100)의 회전 중심을 기준으로하는 곡률 반경을 가지는 복잡한 형상을 나타내므로 가공성을 추가로 고려하여 투자율이 높은 스틸재를 사용하는 것이 바람직하다.

또한 상기 무선계측장치(300)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 듀얼 매스 플라이휠(100)의 일측에 설치되어 상기와 같이 구성된 변위각 측정장치(200)와 함께 회전되어 1차코일(6)에 교류전원으로 가진하고, 2차코일(7)에 여기된 전압을 무선방식으로 계측이 이루어지도록 구비된다.

구체적으로는, 상기 무선계측장치(300)는, 상기 1차코일(6)에 교류 전원을 가진하는 신호조절장치(signal conditioner)(51)와, 이 신호조절장치(51)로부터 신호를 수신하고, 상기 듀얼 매스 플라이휠(100)의 변위각에 비례하여 발생되는 2차코일(7)에 여기된 전압을 디지털로 변환하는 마이크로 프로세서(microprocessor)(52)와, 이 마이크로 프로세서(52)의 데이터를 수신하는 무선통신장치를 포함하여 구성된다. 상기 무선계측장치(300)의 무선통신장치는 블루투스(bluetooth)(53)로 이루어진다.

그리고 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 정지부 수신처리장치(400)는, 무선계측장치(300)에서 송신된 변위각 신호를 수신하여 처리하도록 구비하여 이루어진다.

구체적으로, 상기 정지부 수신처리장치(400)는, 상기와 같이 구성된 무선계측장치(300)로부터 송신된 신호를 수신하는 무선통신장치와, 이 무선통신장치와 데 이터를 송수신하여 상기 데이터를 모니터링하는 컴퓨터(PC)(61)를 포함하여 구성된다. 여기에서도 상기 무선통신장치는 블루투스(62)로 이루어진다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템은, 상기 듀얼 매스 플라이휠(100)을 이용해 엔진 출력을 변속기로 전달하는 차량에 있어서 엔진과 변속기 간 전달 동력을 측정할 수 있다.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 상기 코일부의 1차코일(6)을 교류 전원으로 가진하면 이 1차코일(6)에 자기장이 발생되고, 발생된 자기장이 코어(3)에 전달된다. 이때 상기 코어(3)는 1차코일(6)의 양쪽에 위치한 2차코일(7)의 일부분과 자기적으로 결합되므로, 이 2차코일(7)의 일부분이 자기적으로 여기된다.

여기서 상기 코어(3)의 위치가 이동하면 두개의 2차코일(7)에 여기되는 자기력의 크기가 달라지고, 이를 감지하여 코어(3)의 위치를 구하게 된다. 이를 구현하기 위해서는 코어(3)는 전 측정 범위에서 1차코일(6)과 결합할 수 있는 위치에 있어야 하고, 2차코일(7)의 범위를 벗어나지 않는 위치에 배치해야 한다.

그리고 듀얼 매스 플라이휠(100)에 장착되어, 변위각 측정장치(200)와 같이 회전하면서 1차코일(6)을 교류 전원으로 가진하고, 2차코일(7)에 여기된 전압을 측정할 수 있는 장치가 필요하다. 또한 엔진 내부에 장착되어 회전 상태에서 작동이 가능해야 하므로 무선계측 방식을 필요로 한다. 이와 같은 기능을 수행하기 위해 도 5와 같은 무선계측장치(300)가 요구된다.

상기 무선계측장치(300)는 회전체에 설치되어 송신된 변위각 신호를 정지부 수신처리장치(400)가 처리한다.

그리고 상기 무선계측장치(300)와 정지부 수신처리장치(400)에 설치된 무선통신장치인 블루투스(53,62)는 근거리 무선 통신을 위한 것으로, 크기가 작고 가격이 저렴하며, 무선 통신시 별도의 무선 사용 라이센스가 필요 없는 2.4GHz를 사용한다. 또한 잡음이 많은 무선 환경에서도 높은 성능을 발휘할 수 있도록 설계되었으며, 소비 전력이 작아 본 장치의 무선 통신 수단으로 매우 적합하다. 이러한 블루투스(53,62)에서 수신된 무선 데이터는 컴퓨터(PC)(61)로 보내져 저장되고 모니터링 된다.

그리고　본 발명에 따른 시스템을 적용하여 측정된 변위와 토크의 측정 예가 도 7과 도 8에 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 상기 듀얼 매스 플라이휠(100)의 변위각은 도 7과 같이, 출력 전압과 선형의 관계를 갖고 있으므로 본 발명에 따른 시스템에서는 엔진 출력 변동에 따른 듀얼 매스 플라이휠(100)의 변위각을 측정하는데 매우 유용함을 알 수 있다.

그러나 도 8의 변위각과 토크의 관계에서 보인 바와 같이, 듀얼 매스 플라이휠(100)은 히스테리시스 특성을 가지므로 토크값의 절대치를 구하는 데는 다소 어려움이 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 시스템은, 실차 상태 엔진의 토크 변동 특성을 이해하는 데 유용하게 사용될 수 있다.

한편, 일반적으로 토크를 측정하는 장치는, 인가된 토크에 의해 탄성 변형을 유발하는 토크 센서와 발생한 토크를 전기 신호로 변환하는 토크 변환기로 구성된다.

엔진과 변속기 간 전달 토크를 듀얼 매스 플라이휠(100)에서 측정하는 경우, 듀얼 매스 플라이휠(100)에 내장된 스프링(30)이 인가된 토크에 비례하는 변형을 발생시키는 토크 센서로서의 역할을 담당하므로, 스프링(30)의 변형량을 측정할 수 있는 장치만 추가하면 토크미터가 완성된다.

따라서 본 발명에 따른 듀얼 매스 플라이휠(100)을 이용한 엔진 출력 측정 시스템은, 듀얼 매스 플라이휠(100)의 스프링(30)에 연결된 일차측(엔진측)과 이차측 플라이휠(20)(변속기측)이 인가된 토크에 의해 탄성적으로 변위되는 양을 정밀하게 측정할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템은 다음과 같은 효과를 갖는다.

싱글 매스 플라이휠에만 적용할 수 있는 종래의 장치는 엔진 회전수에 따라 각도 변화 측정 분해능이 달라지고, 반드시 회전하는 경우에만 각도 변화를 측정할 수 있었으나, 본 발명의 시스템은 듀얼 매스 플라이휠에도 적용할 수 있는 것으로 회전 여부에 상관없이 각도 변화를 측정할 수 있다.

그리고 본 발명의 시스템은, 듀얼 매스 플라이휠 개발에 활용될 수 있으며, 듀얼 매스 플라이휠 장착 차량 연구에도 활용될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

1. 일차측 및 이차측 플라이휠과, 상기 일차측 및 이차측 플라이휠 사이에 배치된 스프링을 구비하여 된 듀얼 매스 플라이휠과;

   상기 일차측 플라이휠에 설치되는 것으로, 교류전원이 가진되어 자기장을 발생하는 1차코일과, 상기 1차코일의 일측에 설치되어 전압이 여기되는 2차코일로 이루어진 코일부와,

   상기 이차측 플라이휠에 설치되는 것으로, 상기 1차코일에서 발생시킨 자기장을 전달받도록 배치되고 상기 2차코일의 일부분과 자기적으로 결합하여 위치 이동에 따라 상기 2차코일에 여기되는 자기력을 변화시키는 코어와, 상기 코어를 지지하는 코어지지부재로 이루어진 코어부를 구비하여 된 변위각 측정장치와;

   상기 듀얼 매스 플라이휠의 일측에 설치되어 상기 변위각 측정장치와 함께 회전되어 상기 1차코일에 교류전원으로 가진하고, 상기 2차코일에 여기된 전압을 무선방식으로 계측이 이루어지도록 구비된 무선계측장치와;

   상기 무선계측장치에서 송신된 변위각 신호를 수신하여 처리하도록 구비된 정지부 수신처리장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 코어지지부재의 양단에는 상기 코어지지부재를 고정시키기 위한 고정홀 이 형성된 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 코어는 원기둥 형태의 스틸로 이루어진 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템.
4. 제1항에 있어서,

   상기 코어지지부재는 엔지니어링 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템.
5. 제1항에 있어서,

   상기 코어는 전 측정범위에서 상기 1차코일과 결합할 수 있는 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템.
6. 제1항에 있어서,

   상기 1차코일이 중앙에 배치되고, 상기 1차코일의 좌우에 상기 2차코일 2개가 배치된 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템.
7. 제1항에 있어서,

   상기 무선계측장치는,

   상기 1차코일에 교류 전원을 가진하는 신호조절장치와;

   상기 신호조절장치로부터 신호를 수신하고, 상기 듀얼 매스 플라이휠의 변위각에 비례하여 발생되는 상기 2차코일에 여기된 전압을 디지털로 변환하는 마이크로 프로세서와;

   상기 마이크로 프로세서의 데이터를 수신하는 무선통신장치;를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템.
8. 제7항에 있어서,

   상기 무선통신장치는 블루투스로 이루어진 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템.
9. 제1항에 있어서,

   상기 정지부 수신처리장치는,

   상기 무선계측장치로부터 송신된 신호를 수신하는 무선통신장치와;

   상기 무선통신장치와 데이터를 송수신하여 상기 데이터를 모니터링하는 컴퓨터;를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템.
10. 제9항에 있어서,

    상기 무선통신장치는 블루투스로 이루어진 것을 특징으로 하는 듀얼 매스 플라이휠을 이용한 엔진 출력 측정 시스템.

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