KR20040020666A - 자동차용 3선식 연료게이지 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 3선식 연료게이지 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가변저항부로부터 출력되는 저항신호에 따라 그대로 연료게이지의 출력이 결정되어지는 2선식 회로구성방식을 배제하고, 연료센더의 회로구성을 가변저항부의 전압단자 및 접지단자 그리고 가변저항부에 접촉 회전되는 접점부의 출력단자로 이루어지는 3단자로 구성하여, 이 접점부의 출력단자로부터 받은 저항신호와 추가 설치된 접지저항의 저항값에 따른 전압변화를 마이컴이 검출하여 지침을 구동 제어하도록 함으로써, 가변저항부와 접점부간에 존재하는 피막 또는 불순물 등에 의한 이물저항의 영향을 최소화할 수 있고, 이에 따라 연료게이지의 보다 정확한 연료량 지시가 가능해지는 자동차용 3선식 연료게이지 회로에 관한 것이다.

Description

자동차용 3선식 연료게이지 회로{Three-wire-line type fuel gauge circuit for automobile}

본 발명은 자동차용 3선식 연료게이지 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가변저항부로부터 출력되는 저항신호에 따라 그대로 연료게이지의 출력이 결정되어지는 2선식 회로구성방식을 배제하고, 연료센더의 회로구성을 가변저항부의 전압단자 및 접지단자 그리고 가변저항부에 접촉 회전되는 접점부의 출력단자로 이루어지는 3단자로 구성하여, 이 접점부의 출력단자로부터 받은 저항신호와 추가 설치된 접지저항의 저항값에 따른 전압변화를 마이컴이 검출하여 지침을 구동 제어하도록 함으로써, 가변저항부와 접점부간에 존재하는 피막 또는 불순물 등에 의한 이물저항의 영향을 최소화할 수 있고, 이에 따라 연료게이지의 보다 정확한 연료량 지시가 가능해지는 자동차용 3선식 연료게이지 회로에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 운전석 계기판에는 차량의 연료탱크 내 연료 잔량을 운전자에게 알려주는 연료게이지가 설치되어 운전자로 하여금 연료가 소진되기 전에 보충할 수 있도록 하고 있다.

또한, 연료탱크 내 연료 잔량에 따른 연료게이지의 구동을 위하여, 첨부한 도 2에 도시한 바와 같이, 연료(F)가 내재된 연료탱크(10) 내에 설치되어 연료에 의해 부력이 작용되는 플로우트(float)(21)의 변위에 따라 저항치가 변동되는 저항식 센더유니트(sender unit)(20)가 구비는 바, 이 센더유니트(20)는 연료(F)의 레벨에 따른 전기적 신호를 연료게이지(30)로 인가시키도록 구성된다.

여기서, 상기 저항식 센더유니트(20)에 대해 간단히 설명하면, 플로우트 암(22)을 통해 플로우트(21)와 연결된 접점부(23)가 플로우트(21)의 부침정도에 따라 회동축(24)을 중심으로 가변저항부(25)에 접촉 회전되고, 상기 접점부(23)와의 접촉 변위에 따라 출력저항값이 변화되는 가변저항부(25)가 접점부(23)의 회전위치에 대응되는 전기적인 신호를 출력하도록 구성된다.

결국, 상기 연료게이지(30)가 센더유니트(20)로부터 들어오는 입력값에 따라 연료 잔량을 지시하는 바, 상기 센더유니트(20)에서는 연료(F)의 액면변화에 따라 부침하는 플로우트(21)의 부침정도에 따라 가변저항부(25)의 출력저항값이 변화되고, 상기 연료게이지(30)에서는 가변저항부(25)의 출력저항값 변화(통상 3 ∼ 110Ω으로 설정됨)에 따라 흐르는 전류를 제어하여 연료게이지(30)의 지침(31)을 구동시키게 되는 것이다.

이때, 플로우트(21)의 부침정도에 따라 달라지는 저항값이 커지면 흐르는 전류가 작아져 연료게이지(30)의 지침(31)은 'E'점으로 움직이고, 저항값이 작아지면 흐르는 전류가 커져 연료게이지(30)의 지침(31)은 'F'점을 향해 움직이게 된다.

통상, 연료게이지의 구동방식은 센더유니트로부터 들어오는 입력값에 따라 바이메탈(bimetal) 또는 크로스 코일(cross coil)을 이용하여 지침을 변화시키는 직결구동방식과, 센더유니트로부터 들어오는 입력값에 따라 마이컴에서 크로스 코일 또는 스테퍼 모터를 이용하여 지침을 변화시키는 마이컴 제어방식으로 구분되어진다.

첨부한 도 3은 통상적인 직결구동방식의 자동차용 연료게이지 회로를 보여주는 회로도이고, 도 4는 통상적인 마이컴 제어방식의 자동차용 연료게이지 회로를 보여주는 회로도이다.

각 구동방식의 특징을 간단히 설명하면, 도 3에 도시한 바와 같은 직결구동방식에서는 연료센더의 가변저항부(25)에 1차 및 2차 코일(L1,L2)이 전기적으로 연결되어 있고, 이 1차 및 2차 코일(L1,L2)의 자장변화에 따라 연료게이지의 지침이 'E' 또는 'F'점으로 움직이도록 되어 있다.

이러한 직결구동방식의 연료게이지에서는 연료탱크 내 연료유동에 따른 연료센더의 변화로 지침이 흔들리는 것을 방지하기 위해 크로스 코일의 지침부에 댐핑 오일을 사용하여 지침의 유동을 방지한다.

그러나, 상기 직결구동방식은 코일 타입의 기본적인 특성으로 인하여 입력저항값을 비선형으로 받아들일 수 밖에 없을 뿐만 아니라 연료게이지의 단품공차도 마이컴 제어방식에 비해 클 수 밖에 없다.

또한, 상기 직결구동방식에서는 연료주입 후 지침의 지시응답성이 떨어지는 단점이 있다.

이에 대하여, 도 4에 도시한 바와 같은 마이컴 제어방식에서는 연료센더의 가변저항(25)로부터 받은 저항신호에 대하여 마이컴(26)을 통한 연료게이지(30)의 제어가 이루어지며, 연료탱크 내 연료유동에 따른 연료센더의 변화로 지침이 흔들리는 것을 방지하기 위해 지연시간을 설정한다.

또한, 상기 마이컴 제어방식에서는 연료주입 후 지침의 지시응답성을 빠르게 할 수 있는 장점이 있다.

상기와 같은 기존의 연료게이지 회로에서는 공히 가변저항부(25)의 일단이 접지되고 그 나머지 타단으로 저항신호가 출력되도록 한 2선식 회로구성이 적용되고 있는 바, 가변저항부(25)로부터 출력된 저항값이 곧 연료게이지(30)의 입력저항값이 되며, 또한 가변저항부(25)로부터 출력된 저항값에 따라 그대로 연료게이지(30)의 출력이 결정되어진다.

이에 대한 문제점으로서, 기존의 연료게이지 회로에서는 연료센더의 접촉불량으로 인해 특히 하절기에 연료의 FULL 주입시 연료게이지의 지침이 'F'점을 미지시하는 문제가 발생하였는데, 이러한 현상은 직결구동방식의 연료게이지보다 마이컴 제어방식의 연료게이지가 더욱 열세한 것으로 나타난다.

상기와 같이 연료의 FULL 주입에도 불구하고 연료게이지(30)의 지침(31)이 'F'점을 미지시하는 현상은 가변저항부(25)와 이에 접촉하도록 되어 있는 접점부(23)간 접촉불량에 따른 접촉저항의 증가에 기인한다.

연료센더(20)에서는 플로우트 암(22)의 조립오차(유격)에 의해 접점부(23)가 접촉하게 되는 가변저항부(25)의 세라믹 도체에서 접촉저항의 변화가 발생할 수 있고, 고온조건(연료센더 주위의 온도가 50 ∼ 70℃)하에서 가변저항부(25)와 접점부(23) 사이에 피막(습기에 의한 산화피막 및 연료에 의한 유막)이 발생될 경우 접촉저항이 증가하게 된다.

특히, 상기의 피막은 가변저항부(25)의 세라믹 도체와 플로우트(21)에 연결된 접점부(23)간 기계적 마찰로 인해 생긴 홈에 형성되어 발생한다.

따라서, 이러한 피막과 불순물에 의한 접촉저항은 통전 전류량 감소를 유발하는 한편 특히 작은 저항값을 검출하게 되는 'F'점에서 지시에 대한 영향을 크게 미치게 되어, 결국 연료게이지 지침의 'F'점 미지시 현상이 발생되는 것이다.

또한, 가변저항부와 접점부간 접촉저항이 증가함에 따라 통전 전류량 감소로 인해 피막의 형성정도에 따라 피막을 통전하는 전류의 세기변화가 커지면서 지침의 지시오차가 증가한다는 점에서, 그리고 동일 악조건하에서 직결구동방식의 코일 타입이 통전 전류량이 크다는 점에서, 상기와 같은 연료게이지 지침의 'F'점 미지시 현상은 직결구동방식보다는 마이컴 제어방식에서 더욱 크게 나타난다.

따라서, 지침의 지시응답성을 빠르게 할 수 있는 장점이 있는 마이컴 제어방식에서 피막 또는 불순물 등에 기인하는 불가항력적인 가변저항부와 접점부간 접촉저항의 영향을 줄일 수 있는 방안이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 가변저항부로부터 출력되는 저항신호에 따라 그대로 연료게이지의 출력이 결정되어지는 2선식 회로구성방식을 배제하고, 연료센더의 회로구성을 가변저항부의 전압단자 및 접지단자 그리고 가변저항부에 접촉 회전되는 접점부의 출력단자로 이루어지는 3단자로 구성하여, 이 접점부의 출력단자로부터 받은 저항신호와 추가 설치된 접지저항의 저항값에 따른 전압변화를 마이컴이 검출하여 지침을 구동 제어하도록 함으로써, 가변저항부와 접점부간에 존재하는 피막 또는 불순물 등에 의한 이물저항의 영향을 최소화할 수 있고, 이에 따라 연료게이지의 보다 정확한 연료량 지시가 가능해지는 자동차용 3선식 연료게이지 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 3선식 연료게이지 회로의 일 실시예를 보여주는 회로도

도 2는 통상적인 저항식 센더유니트를 보여주는 구성도

도 3은 통상적인 직결구동방식의 자동차용 연료게이지 회로를 보여주는 회로도

도 4는 통상적인 마이컴 제어방식의 자동차용 연료게이지 회로를 보여주는 회로도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 연료탱크20 : 센더유니트

21 : 플로우트23 : 접점부

25 : 가변저항부26 : 마이컴

Rd : 접지저항

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 자동차용 3선식 연료게이지 회로는 연료탱크 내 연료 잔량에 따른 플로우트의 부침정도에 따라 플로우트와 연결된 접점부(23)와의 사이에서 저항값이 달라지는 가변저항부(25)의 일측 단자(25a)에 기준전압(Vref)이 걸리도록 하는 동시에 그 타측 단자(25b)가 접지되고, 상기 접점부(23)에는 연료 잔량을 나타내는 가변저항부(25)와의 저항값에 따른 저항신호가 출력되어 마이컴의 CPU에 입력되도록 하는 출력단자(23a)가 구비되는 한편, 이 접점부(23)의 출력단자(23a)와 마이컴(26)의 CPU가 연결되는 회로(C1)상에서 분기된 분기회로(C2)상에는 소정의 고저항값을 갖는 접지저항(Rd)이 연결되어, 상기 마이컴(26)의 CPU가 상기 접점부(23)의 출력단자(23a)로부터 출력된 저항신호와 상기 접지저항(Rd)의 저항값에 따른 전압변화(Vs)를 검출하여 연료게이지(30)의 지침을 구동 제어하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 가변저항부로부터 출력되는 저항신호에 따라 그대로 연료게이지의 출력이 결정되어지는 2선식 회로구성방식을 배제하고, 연료센더의 회로구성을 가변저항부(25)의 전압단자(25a) 및 접지단자(25b) 그리고 가변저항부(25)에 접촉 회전되는 접점부(23)의 출력단자(23a)로 이루어지는 3단자로 구성하여, 이 접점부(23)의 출력단자(23a)로부터 받은 저항신호와 추가 설치된 접지저항(Rd)의 저항값에 따른 전압변화(Vs)를 마이컴(26)이 검출하여 지침을 구동 제어하도록 한 자동차용 3선식 연료게이지 회로에 관한 것이다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 자동차용 3선식 연료게이지 회로의 일 실시예를 보여주는 회로도이다.

이에 도시한 바와 같이, 연료센더 가변저항부(25)의 두 단자(25a,25b) 중 일측의 단자(25a)는 기준전압(Vref)이 걸리는 전압단자이고, 타측의 단자(25b)는 접지단자이다.

또한, 연료의 액면변화에 따라 부침하는 플로우트에 플로우트 암을 통해 연결되어 있고 가변저항부(25)에 접촉 회전하게 되는 접점부(23)에는 저항변화에 따른 전압이 걸리는 출력단자(23a)가 구비된다.

여기서, 상기 접점부(23)의 출력단자(23a)에 걸리는 전압은 순수하게 연료탱크 내 연료 잔량에 따른 가변저항, 즉 순수하게 플로우트의 부침정도에 따라 결정되어지는 접점부의 회전위치에 대응되는 저항(이하, 센더저항이라 칭함)(Rs)과, 접촉 계면 사이의 피막 또는 기타 불순물에 의해 불가항력적으로 더해지는 접촉저항(이하, 이물저항이라 칭함)(Rc)이 모두 고려된 전압이 된다.

물론, 상기 이물저항(Rc)에 의해 지침의 'F'점 미지시 현상이 발생됨은 종래기술에서 설명한 바와 같고, 가변저항부(25)와 접점부(23)간에 어떠한 피막 또는 불순물도 존재하지 않아 이물저항(Rc)이 0이 되는 경우, 즉 접점부(23)의출력단자(23a)에 순수한 센더저항(Rs)에 따른 전압만이 걸릴 때 당연 가장 바람직한 상황일 것이다.

한편, 접점부(23)에 구비된 출력단자(23a)는 마이컴(26)의 CPU로 연결되며, 이 접점부(23)의 출력단자(23a)와 마이컴(26)의 CPU가 연결되는 회로(C1)상에서 분기된 분기회로(C2)상에는 소정의 고저항값을 갖는 접지저항(Rd)이 연결된다.

즉, 상기 접점부(23)의 출력단자(23a)는 연료 잔량을 나타내는 가변저항부(25)와의 저항값에 따른 저항신호가 출력되어 마이컴(26)의 CPU에 입력되도록 구비되는 단자이다.

이와 같이 하여, 본 발명에서는 마이컴(26)의 CPU가 접점부(23)의 출력단자(23a)로부터 출력된 저항신호와 접지저항(Rd)의 저항값에 따른 전압변화(Vs)를 검출하여 연료게이지(30)의 지침을 구동 제어하게 된다.

상기와 같은 회로구성에서, 상기 마이컴(26)의 CPU가 검출하게 되는 검출전압(Vs)은 접점부(23)의 출력단자(23a)를 통해 출력되는 저항값(이는 곧 센더저항과 이물저항을 더한 값임)과 접지저항(Rd)의 저항값의 분압에서 결정된다.

또한, 상기와 같은 회로구성에서, 가변저항부(25)와 접점부(23)간에 임의의 이물저항(Rc)이 존재할 때 마이컴(26)의 CPU가 검출하게 되는 실제 검출전압(Vs)은, 이물저항(Rc)이 0일 경우, 즉 접촉 계면 사이의 불가항력적으로 더해지는 접촉저항(Rc)이 존재하지 않으면서 순수하게 플로우트의 부침정도에 따라 결정되어지는 접점부(23)의 회전위치에 대응되는 센더저항(Rs)만이 존재할 때 검출되는 전압(Vr)과 다음의 관계가 성립된다.

여기서, Vs는 실제 CPU의 검출전압값을 나타내고, Vr은 순수하게 플로우트의 부침정도에 따라 결정되어지는 접점부의 회전위치에 대응되는 센더저항(Rs)만이 존재할 때 CPU에서 검출될 수 있는 전압을 나타내며, Rc는 이물저항의 저항값을 나타내고, Rd는 접지저항의 저항값이다.

상기 식에 나타낸 바와 같이, 가장 바람직한 상황, 즉 가변저항부(25)와 접점부(23)간의 불가항력적인 이물저항 Rc가 0일 때, CPU의 검출전압값 Vs는 상기의 전압값 Vr과 같아진다.

만일, 상기 식에서 Rc가 100Ω이고, 충분히 높은 저항값으로 고려된 Rd가 15㏀로 설정된 경우, 'Vs = 0.9993 ×Vr'이므로 이물저항 Rc는 거의 무시될 수 있는 값이 된다.

즉, 이물저항 Rc이 다소 크더라도 CPU의 검출전압 Vs는 거의 영향을 받지 않게 되는 것이며, 이에 따라 가변저항부로부터 출력된 저항값에 따라 그대로 연료게이지의 출력이 결정되어지던 기존의 2선식 연료게이지 회로에서 특히 저항값이 작은 'F'점에서 지침의 지시에 대한 이물저항의 영향이 크게 나타나던 문제점을 해소할 수 있게 되는 것이다.

다음의 표 1에서는 본 발명에 따른 자동차용 3선식 연료게이지 회로의 일 실시예에서 연료량에 따른 CPU 전압검출의 예를 나타낸 것으로서, 순수한 센더저항과, 이에 이물저항이 더해진 경우의 저항에 대하여 CPU에서 검출되는 전압의 차이를 나타낸 것이다.

이를 설명하면, 하기 표 1의 검출예는 분기회로상에 20㏀의 충분히 높은 저항값을 갖는 접지저항이 설치되고 가변저항부의 입력단자에 걸리는 기준전압이 5V이며 가변저항부와 접점부간 존재하는 이물저항이 100Ω일 때의 검출예이다.

아울러, 센더저항이 연료게이지에서의 통상적인 검출범위, 즉 지침이 'F'점을 지시하게 되는 3Ω에서부터 'E'점을 지시하게 되는 110Ω의 범위에서 검출되었을 때, 이물저항을 고려하지 않은 순수한 센더저항에 의한 CPU 검출전압 Vr과, 이물저항이 고려된 실제 CPU 검출전압 Vs를 나타내었으며, 이 두 전압간 차를 함께 나타내었다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 3선식 연료게이지 회로에서는 전체 저항범위에서 두 전압간 차가 모두 미미하여 이물저항의 영향을 거의 받지 않음을 알 수 있으며, 특히 저항값이 작은 'F'점에서도 두 전압간 차이가 거의 존재하지 않음을 알 수 있다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 자동차용 3선식 연료게이지 회로에서는 연료센더의 회로구성을 가변저항부의 전압단자 및 접지단자 그리고 가변저항부에 접촉 회전되는 접점부의 출력단자로 이루어지는 3단자로 구성하여, 이 접점부의 출력단자로부터 받은 저항신호(센더저항 및 이물저항이 합하여진 저항)와 추가 설치된 접지저항의 저항값에 따른 전압변화를 마이컴이 검출하여 지침을 구동 제어하도록 함으로써, 이물저항의 영향을 최소화할 수 있게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 3선식 연료게이지 회로에 의하면, 가변저항부로부터 출력되는 저항신호에 따라 그대로 연료게이지의 출력이 결정되어지는 2선식 회로구성방식을 배제하고, 연료센더의 회로구성을 가변저항부의 전압단자 및 접지단자 그리고 가변저항부에 접촉 회전되는 접점부의 출력단자로 이루어지는 3단자로 구성하여, 이 접점부의 출력단자로부터 받은 저항신호와 추가 설치된 접지저항의 저항값에 따른 전압변화를 마이컴이 검출하여 지침을 구동 제어하도록 함으로써, 가변저항부와 접점부간에 존재하는 피막 또는 불순물 등에 의한 이물저항의 영향을 최소화할 수 있고, 이에 따라 연료게이지에서의 보다 정확한 연료량 지시가 가능해지며, 기존의 연료게이지에서 지침이 'F'점을 미지시하던 문제점을 해소할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 연료게이지 회로에 의하면, 연료탱크가 여러개인 경우에도 플로우트 암을 통해 플로우트에 연결되어 있고 가변저항부에 접촉 회전하게 되는 각각의 접점부로부터 받은 저항신호를 CPU에서 전압으로 검출하여 마이컴 제어를 통해 지시할 수 있기 때문에 다수의 연료탱크가 적용되더라도 설계가 용이해지는 장점이 있게 된다.

Claims (1)

1. 연료탱크 내 연료 잔량에 따른 플로우트의 부침정도에 따라 플로우트와 연결된 접점부(23)와의 사이에서 저항값이 달라지는 가변저항부(25)의 일측 단자(25a)에 기준전압(Vref)이 걸리도록 하는 동시에 그 타측 단자(25b)가 접지되고, 상기 접점부(23)에는 연료 잔량을 나타내는 가변저항부(25)와의 저항값에 따른 저항신호가 출력되어 마이컴의 CPU에 입력되도록 하는 출력단자(23a)가 구비되는 한편, 이 접점부(23)의 출력단자(23a)와 마이컴(26)의 CPU가 연결되는 회로(C1)상에서 분기된 분기회로(C2)상에는 소정의 고저항값을 갖는 접지저항(Rd)이 연결되어, 상기 마이컴(26)의 CPU가 상기 접점부(23)의 출력단자(23a)로부터 출력된 저항신호와 상기 접지저항(Rd)의 저항값에 따른 전압변화(Vs)를 검출하여 연료게이지(30)의 지침을 구동 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 3선식 연료게이지 회로.