KR101684143B1 - 보기류 고장 진단장치 및 그 진단방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보기류 구동장치에 의해 구동하는 보기류에 대한 고장 진단을 매우 효과적으로 수행할 수 있는 보기류 고장 진단장치 및 그 진단방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 보기류 고장 진단장치는, 엔진의 크랭크축에 설치되는 댐퍼풀리; 및 상기 댐퍼풀리에 설치되는 토크 검출유닛;을 가지고, 상기 토크 검출유닛은 상기 댐퍼풀리의 토크를 실시간으로 검출하는 것을 특징으로 한다.

Description

보기류 고장 진단장치 및 그 진단방법{FAULT DIAGNOSIS APPARATUS AND METHOD FOR VEHICLE ACCESSORIES}
본 발명은 보기류 고장 진단장치 및 그 진단방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보기류 구동장치에 의해 구동하는 보기류에 대한 고장 진단을 매우 효과적으로 수행할 수 있는 보기류 고장 진단장치 및 그 진단방법에 관한 것이다.
널리 주지된 바와 같이, 보기류 구동장치는 엔진의 구동력에 의해 워터펌프, 에어컨 콤프레서, 알터네이터 등과 같은 복수의 보기류를 구동시키도록 구성된다.
워터펌프는 냉각수를 엔진의 내부로 강제순환시켜 엔진이 과열되는 것을 방지하는 것이고, 에어컨 콤프레서(air conditioning compressor)는 실내 공조를 위하여 냉매를 압축시키는 것이며, 알터네이터는 차량 구동에 필요한 전기를 발생시켜 배터리를 충전하는 것이다.
보기류 구동장치는 엔진의 크랭크축에 마련된 댐퍼풀리(크랭크 풀리)와, 각 보기류(워터펌프, 에어컨 컴퓨레서, 알터네이터 등) 측에 마련된 복수의 보기류풀리와, 댐퍼풀리와 보기류풀리들 사이에 감겨진 벨트와, 벨트에 대해 긴장력을 부여하는 텐셔너 등으로 이루어져 있다. 이에, 엔진의 크랭크축이 회전함에 따라, 복수의 보기류가 구동한다.
한편, 각 보기류에 고장이 발생할 경우에는 다음과 같은 여러 문제점이 발생한다. 예컨대, 알터네이터의 고장 시에는 배터리의 충전이 원활하게 이루어지지 못하고, 워터펌프의 고장 시에는 엔진의 과열로 인해 냉각수의 온도가 상승하며, 에어컨 컴퓨레서의 고장 시에는 실내의 냉방 또는 난방 성능이 저하된다. 그리고, 각 보기류의 고장으로 인해 보기류 구동장치의 벨트 내지 텐셔너에 고장이 발생한다.
하지만, 종래의 보기류 구동장치는 각 보기류 또는 벨트 등에 고장이 발생되는 경우, 각 보기류의 고장으로 인해 상술한 여러 문제점이 발현되기 전에 그 고장 진단을 효과적으로 수행할 수 없는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 단점을 극복하기 위하여 연구개발된 것으로, 엔진의 크랭크축에 보기류 구동장치를 매개로 연결된 복수의 보기류가 구동되는 도중에 발생하는 토크를 실시간으로 모니터링함으로써 엔진의 보기류에 대한 고장 진단을 매우 효과적으로 수행할 수 있는 보기류 고장 진단장치 및 그 진단방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은 보기류 고장 진단장치로서,
엔진의 크랭크축에 설치되는 댐퍼풀리; 및
상기 댐퍼풀리에 설치되는 토크 검출유닛;을 포함하고,
상기 토크 검출유닛은 상기 댐퍼풀리의 토크를 실시간으로 검출하는 것을 특징으로 한다.
상기 토크 검출유닛은 상기 댐퍼풀리 측에 설치되어 댐퍼풀리의 변형을 측정하는 하나 이상의 스트레인게이지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 토크 검출유닛은 상기 스트레인게이지에 접속된 고장진단부를 더 포함하고, 상기 고장진단부는 상기 스트레인게이지에 의해 측정된 댐퍼풀리의 변형율을 토크값으로 환산하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면은 엔진의 크랭크축에 보기류 구동장치를 매개로 연결된 하나 이상의 보기류가 구동됨에 따라 댐퍼풀리에서 발생되는 토크를 검출함으로써 보기류에 대한 고장을 진단하는 보기류 고장 진단장치로서,
상기 댐퍼풀리에 설치되어 토크를 검출하는 하나 이상의 스트레인게이지를 가진 토크 검출유닛; 및
상기 댐퍼풀리의 외측으로 돌출하도록 마련되고, 상기 스트레인게이지가 설치되는 장착부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 장착부는 상기 댐퍼풀리의 허브에서 외측으로 돌출하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 장착부는 상기 댐퍼풀리의 허브에 결합되는 결합플랜지와, 상기 결합플랜지에서 외측으로 돌출하도록 연장된 제1원통부와, 상기 제1원통부의 내측에 평행하게 배치된 제2원통부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1원통부는 상기 결합플랜지의 중심에서 외측으로 돌출하도록 연장되고, 상기 제2원통부는 상기 제1원통부의 내경에 대해 일정간격으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 스트레인게이지는 상기 제1원통부의 외주면에 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 스트레인게이지는 제1원통부의 외주면에 풀브리지 구조로 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1원통부의 두께는 상기 제2원통부의 두께 보다 얇게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1원통부의 일단과 상기 제2원통부의 일단은 연결부를 통해 연결되고, 상기 제2원통부의 타단에는 엔진의 크랭크축이 결합되는 보스가 마련되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면은 엔진의 크랭크축에 보기류 구동장치를 매개로 연결된 하나 이상의 보기류가 구동됨에 따라 댐퍼풀리에서 발생되는 토크를 검출함으로써 보기류에 대한 고장을 진단하는 보기류 고장 진단방법으로,
상기 댐퍼풀리의 토크를 검출하는 토크 검출단계;
상기 검출된 토크가 정상 토크의 범위를 벗어나면 엔진 냉각수의 온도가 설정치 보다 큰 지를 비교하는 엔지 냉각수의 온도 비교단계;
상기 엔진 냉각수의 온도가 설정치 보다 크면 복수의 보기류 중에서 워터펌프가 고장난 것으로 진단하는 워터펌프의 고장 진단단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 엔진 냉각수의 온도가 설정치 보다 작으면 복수의 보기류 중에서 워터펌프 이외의 다른 보기류가 고장난 것으로 진단하여 경고하는 다른 보기류의 고장 진단단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 각 보기류의 보기류풀리로부터 벨트를 통해 보기류 구동장치의 구동풀리인 댐퍼풀리에 전달되는 토크를 실시간으로 모니터링함으로써 보기류들에 대한 고장 진단을 매우 신속하고 효율적으로 수행할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 댐퍼풀리에 스트레인게이지를 설치함으로써 댐퍼풀리의 전달토크를 매우 정밀하게 측정할 수 있고, 특히 스트레인게이지를 댐퍼풀리에서 외측으로 돌출하여 장착된 원통장착부에 설치함으로써 벨트의 장력 영향을 받지 않도록 구성함으로써 토크의 측정정밀도를 더욱 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 보기류 고장 진단장치가 적용되는 보기류 구동장치의 일예를 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보기류 고장 진단장치가 보기류 구동장치의 댐퍼풀리에 설치된 상태를 도시한 부분 절개 사시도이다.
도 3은 도 2의 화살표 A 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 보기류 고장 진단장치의 토크 검출유닛을 도시한 블록도이다.
도 5는 보기류들의 선택적인 작동모드 및 엔진 회전수에 따른 댐퍼풀리의 정상적인 전달토크를 예시적으로 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 의한 보기류 고진 진단장치를 이용한 보기류 고장진단방법을 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는 데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.
도 1은 본 발명에 의한 보기류 고장 진단장치가 적용되는 보기류 구동장치의 일예를 도시한 도면으로, 보기류 구동장치는 엔진(1)의 크랭크축(crank shaft)에 설치된 댐퍼풀리(10)와, 각 보기류 측에 설치된 복수의 보기류풀리(11, 12, 13)와, 댐퍼풀리(10) 및 복수의 보기류풀리(11, 12, 13)들 사이에 감겨진 벨트(50)와, 벨트(50) 측에 긴장력을 부여하는 텐셔너(60) 등으로 구성된다.
엔진(10)의 구동에 의해 댐퍼풀리(10)가 구동하면, 댐퍼풀리(10)의 구동력이 벨트(50)를 통해 복수의 보기류풀리(11, 12, 13)로 전달되고, 이에 각 보기류풀리(11, 12, 13)는 해당 보기류를 구동시킨다. 요컨대, 댐퍼풀리(10)는 복수의 보기류풀리(11, 12, 13)를 구동시키는 구동풀리가 되고, 보기류풀리(11, 12, 13)들은 댐퍼풀리(10)에 의해 피동되는 종동풀리가 된다.
복수의 보기류풀리(11, 12, 13)는 워터펌프를 구동시키는 제1보기류풀리(11)와, 에어컨 컴퓨레서를 구동시키는 제2보기류풀리(12)와, 알터네이터를 구동시키는 제3보기류풀리(13)로 구성될 수 있다.
그리고, 각 보기류의 샤프트와 보기류풀리(11, 12, 13)들 사이에는 클러치(미도시)가 설치될 수 있고, 이러한 클러치(미도시)의 결합 및 해제에 의해 보기류풀리(11, 12, 13)의 회전력이 보기류 측으로 선택적으로 전달될 수 있고, 이에 보기류풀리(11, 12, 13)들의 회전에 의해 각 보기류가 선택적으로 작동할 수 있다.
한편, 각 보기류의 작동 시에는 각 보기류풀리(11, 12, 13)가 해당 보기류를 작동시킴에 따라 토크가 발생하고, 이러한 각 보기류풀리(11, 12, 13)의 토크는 벨트(50)를 통해 댐퍼풀리(10)로 전달된다. 요컨대, 댐퍼풀리(10)에는 보기류의 작동여부에 따라 해당하는 보기류풀리(11, 12, 13)의 토크가 전달될 수 있고, 이러한 댐퍼풀리(10)의 토크를 실시간으로 검출하여 각 보기류의 고장여부를 매우 효과적으로 진단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 보기류 고장진단장치(100)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 댐퍼풀리(10)에 설치되어 토크를 검출하는 토크 검출유닛(110)을 포함한다.
토크 검출유닛(110)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 댐퍼풀리(10)의 일측에 설치되어 댐퍼풀리(10)의 변형을 측정하는 하나 이상의 스트레인게이지(111, strain gauge)와, 스트레인게이지(111)에 접속된 고장진단부(115)를 포함한다.
벨트(50)의 구동에 의해 회전하는 보기류풀리(11, 12, 13)에는 토크가 발생하고, 이러한 보기류풀리(11, 12, 13)의 토크가 벨트(50)를 통해 댐퍼풀리(10)에 전달되면, 댐퍼풀리(10)는 그 전달되는 토크에 의해 변형이 일어난다.
이에, 본 발명은 댐퍼풀리(10)의 일측에는 댐퍼풀리(10)의 변형율을 측정하는 스트레인게이지(111)가 설치된다. 그리고, 스트레인게이지(111)에는 데이터 수집부(DAQ; Data Acquisition, 미도시)가 접속되며, 이러한 데이터 수집부를 통해 스트레인게이지(111)에 의해 측정된 신호가 출력된다.
요컨대, 스트레인게이지(111)는 댐퍼풀리(10)에서 발생한 토크로 인한 댐퍼풀리(10)의 변형율을 측정함으로써 댐퍼풀리(10)의 토크를 검출하도록 구성된다.
고장진단부(115)는 스트레인게이지(111)에 의해 측정된 댐퍼풀리의 변형량을 토크값으로 환산하도록 구성된다.
특히, 고장진단부(115)는 스트레인게이지(111)에 접속되고, 스트레인게이지(111)의 출력신호를 수신하여 스트레인게이지(111)의 출력신호를 토크값으로 환산하도록 구성된다.
또한, 고장진단부(115)는 차량의 ECU(80)와 접속되어 ECU(80)로부터 보기류들의 각종 정보를 입력받을 수 있다.
이와 같이, 고장진단부(115)는 스트레인게이지(111)에 의해 측정된 변형율을 토크값으로 환산함과 더불어, 차량의 ECU(80)로부터 보기류의 정보를 입력받음으로써 보기류에 대한 고장진단을 효과적으로 수행할 수 있다.
댐퍼풀리(10)의 외주면에 벨트(50)가 감겨지는 홈부(15)가 형성되고, 댐퍼풀리(10)의 내측에는 허브(16)가 마련된다.
그리고, 토크 검출유닛(110)의 스트레인게이지(111)는 댐퍼풀리(10)에서 외측으로 돌출한 장착부(120)에 설치된다. 이에, 스트레인게이지(111)는 댐퍼풀리(10)에서 외측으로 이격된 위치에 배치되고, 이를 통해 벨트(50)와 직접적으로 접촉하는(감겨지는) 댐퍼풀리(10)는 벨트(50)의 장력 영향을 받을 수 있지만, 스트레인게이지(111)는 벨트(50)와 직접적으로 접촉하지 않아 댐퍼벨트(50)의 장력 영향을 받지 않으므로 댐퍼풀리(10)의 변형율 내지 토크를 보다 정확하게 검출할 수 있다.
상술한 장착부(120)는 허브(16)에 장착되고, 이러한 장착부(120)는 허브(16)에 장착되어 댐퍼풀리(10)의 허브(16)로부터 외측으로 돌출되게 장착될 수 있다.
특히, 장착부(120)는 댐퍼풀리(10)의 허브(16)에 결합되는 결합플랜지(123)와, 결합플랜지(123)에서 외측으로 연장된 제1원통부(121)와, 제1원통부(121)의 내측에 평행하게 배치된 제2원통부(122)를 포함한다.
결합플랜지(123)가 허브(16)의 일면에 볼트 또는 용접 등을 통해 결합됨으로써 장착부(120)는 댐퍼풀리(10) 측에 일체로 결합될 수 있다. .
제1원통부(121)는 결합플랜지(123)의 중심에서 외측으로 일정길이 만큼 돌출하도록 연장되고, 제2원통부(122)는 제1원통부(121)의 내경면에 대해 내경방향으로 이격되어 배치된다.
제1원통부(121)의 외주면에는 복수의 스트레인게이지(111)가 원주방향을 따라 설치된다.
제1원통부(121)의 일단과 제2원통부(122)의 일단은 연결부(124)를 통해 연결되고, 제2원통부(122)의 타단에는 엔진(1)의 크랭크축이 결합되는 보스(125)가 마련된다.
이러한 장착부(120)의 구성에 의해, 엔진(1)의 크랭크축과 벨트(50) 사이에서 발생한 토크는 도 3의 화살표 T방향과 같이, 제2원통부(122)로부터 연결부(124)를 거쳐 제1원통부(121) 및 결합플랜지(123)로 전달된다. 이에, 제1원통부(121)에 설치된 스트레인게이지(111)가 댐퍼풀리(10)로부터 전달되는 토크에 의한 변형율을 매우 정밀하게 측정함으로써 댐퍼풀리(10)의 토크를 매우 정밀하게 검출할 수 있다.
특히, 제1원통부(121)의 두께(t1)는 제2원통부(122)의 두께(t2) 보다 얇게 형성될 수 있다. 이에 스트레인게이지(111)는 상대적으로 얇은 두께(t1)를 가진 제1원통부(121)에 설치됨에 따라 댐퍼풀리(10)의 변형율 및 토크를 보다 정밀하게 검출할 수 있다.
그리고, 복수의 스트레인게이지(111)는 제1원통부(121)의 외주면에 풀브리지(full bridge)구조로 설치됨으로써 댐퍼풀리(10)의 변형율 내지 토크를 보다 정밀하게 검출할 수 있다.
도 5는 복수의 보기류가 워터펌프, 알터네이터, 에어컨 컴퓨레서로 구성된 경우를 전제로 하여 보기류들의 선택적인 작동모드 및 엔진 RPM 등에 따른 댐퍼풀리(10)의 정상적인 전달토크를 나타낸 그래프이다.
도 5의 K라인은 워터펌프, 알터네이터, 에어컨 컴퓨레서 등이 모두 작동하는 제1작동모드에서, 댐퍼풀리(10)의 정상 토크를 나타난다.
도 5의 P라인은 워터펌프와 알터네이터가 작동하는 제2작동모드에서, 댐퍼풀리(10)의 정상 토크를 나타낸다.
도 5의 H라인은 워터펌프와 에어컨 컴퓨레서가 작동하는 제3작동모드에서, 댐퍼풀리(10)의 정상 토크를 나타낸다.
도 5의 E라인은 워터펌프만이 작동하는 제4작동모드에서 댐퍼풀리(10)의 정상 토크를 나타낸다.
본 발명의 토크 검출수단을 통해 보기류들의 각 작동모드에서 댐퍼풀리(10)에서 검출된 토크가 상술한 도 5에 예시된 정상 토크의 범위를 벗어나면 보기류들에 대한 고장 진단여부를 매우 신속하게 수행할 수 있다.
도 6은 본 발명에 의한 고장 진단방법을 도시한 순서도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 토크 검출수단(110)에 의해 댐퍼풀리(10)의 토크를 검출하고, 그 검출된 댐퍼풀리(10)의 토크가 정상 토크의 범위이내 인지를 판단한다(S1).
검출된 댐퍼풀리(10)의 토크가 정상 토크의 범위를 벗어나면 엔진 냉각수의 온도가 설정치(엔진의 냉각에 적합한 설정치) 보다 큰지를 판단한다(S2).
엔진 냉각수의 온도가 설정치 보다 크면 고장진단부(115)는 워터펌프가 고장난 것으로 진단하여 이를 경고한다(S3). 이때, 워터펌프의 고장으로 인해 벨트(50) 내지 텐셔너(60) 등의 고장이 유발될 수 있으므로 벨트(50) 내지 텐셔너(60)의 고장도 함께 진단할 수 있다.
그리고, 엔진 냉각수의 온도가 설정치 보다 작으면 워터펌프 이외의 다른 보기류(에어컨 컴퓨레서, 알터네이터 등)의 고장으로 진단하여 이를 경고한다(S4).
이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.
10: 댐퍼풀리 11, 12, 13: 보기류풀리
50: 벨트 60: 텐셔너
100: 보기류 고장 진단장치 110: 토크 검출유닛
111: 스트레인게이지 115: 고장진단부
120: 장착부

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 엔진의 크랭크축에 보기류 구동장치를 매개로 연결된 하나 이상의 보기류가 구동됨에 따라 댐퍼풀리에서 발생되는 토크를 검출함으로써 보기류에 대한 고장을 진단하는 보기류 고장 진단장치로서,
    상기 댐퍼풀리에 설치되어 토크를 검출하는 하나 이상의 스트레인게이지를 가진 토크 검출유닛; 및
    상기 스트레인게이지가 설치되는 장착부;를 포함하고,
    상기 장착부는 상기 댐퍼풀리의 허브에서 외측으로 돌출하도록 설치되며,
    상기 장착부는 상기 댐퍼풀리의 허브에 결합되는 결합플랜지와, 상기 결합플랜지에서 외측으로 돌출하도록 연장된 제1원통부와, 상기 제1원통부의 내측에 평행하게 배치된 제2원통부를 포함하고,
    상기 제1원통부의 일단과 상기 제2원통부의 일단은 연결부를 통해 연결되며, 상기 스트레인게이지는 상기 제1원통부의 외주면에 설치되며,
    상기 제1원통부의 두께는 상기 제2원통부의 두께 보다 얇게 형성되는 것을 특징으로 하는 보기류 고장 진단장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1원통부는 상기 결합플랜지의 중심에서 외측으로 돌출하도록 연장되고, 상기 제2원통부는 상기 제1원통부의 내경면에서 내경방향으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 보기류 고장 진단장치.
  8. 삭제
  9. 청구항 4에 있어서,
    상기 스트레인게이지는 제1원통부의 외주면에 풀브리지 구조로 설치되는 것을 특징으로 하는 보기류 고장 진단장치.
  10. 삭제
  11. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2원통부의 타단에는 엔진의 크랭크축이 결합되는 보스가 마련되는 것을 특징으로 하는 보기류 고장 진단장치.
  12. 청구항 4에 따른 보기류 고장 진단장치를 이용하여 댐퍼풀리에서 발생되는 토크를 검출함으로써 보기류에 대한 고장을 진단하는 보기류 고장 진단방법으로,
    상기 댐퍼풀리의 토크를 검출하는 토크 검출단계;
    상기 검출된 토크가 정상 토크의 범위를 벗어나면 엔진 냉각수의 온도가 설정치 보다 큰 지를 비교하는 엔지 냉각수의 온도 비교단계; 및
    상기 엔진 냉각수의 온도가 설정치 보다 크면 복수의 보기류 중에서 워터펌프가 고장난 것으로 진단하는 워터펌프의 고장 진단단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 보기류 고장 진단방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 엔진 냉각수의 온도가 설정치 보다 작으면 복수의 보기류 중에서 워터펌프 이외의 다른 보기류가 고장난 것으로 진단하여 경고하는 다른 보기류의 고장 진단단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보기류 고장 진단방법.
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