KR20040051323A - 엔진의 역회전 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

엔진의 역회전 검출장치가 개시되어 있다. 본 발명에 따르면, 엔진의 회전수를 산출하기 위한 타겟 휠; 타겟 휠의 이(齒)뿌리 원주상으로 형성된 어느 하나의 기어 이(齒)를 검출하고, 검출결과에 따른 펄스 신호를 출력하기 위한 제 1 크랭크각 센서; 제 1 크랭크각 센서의 검출위치로부터 소정의 위상차를 갖고 설치되어, 같거나 다른 상기 어느 하나의 기어 이(齒)를 검출하고, 검출결과에 따른 펄스신호를 출력하기 위한 제 2 크랭크각 센서; 제 2 크랭크각 센서에서 출력되는 펄스신호를 입력받아 상기 펄스신호를 트리거 신호로 변환하기 위한 트리거 신호발생기; 및 트리거 신호를 클럭 입력단자로 제공받고, 제 1 크랭크각 센서로부터 출력된 펄스신호를 데이터 입력단자로 제공받아, 클럭 입력단자 및 데이터 입력단자의 입력정보에 응답하여 타겟 휠의 회전방향을 검출하기 위한 플립플롭(Flip-Flop) 회로로 이루어져, 타겟 휠의 기어 이(齒)를 소정의 위상차를 갖고 검출할 수 있는 두 개의 크랭크각 센서로부터 출력되는 펄스신호를 트리거 입력이 가능한 플립플롭의 데이터 입력단 및 클럭입력단으로 제공함에 따라, 타겟 휠의 회전방향을 판단하고, 엔진의 역회전을 검출하여, 차량의 시동시 안정성을 확보할 수 있다.

Description

엔진의 역회전 검출 장치{DETECTING INSTALLATION FOR REVERSE DRIVING OF ENGIEN}
본 발명은 차량의 엔진에 관한 것으로, 보다 상세히는 잦은 시동시 엔진의회전 관성에 의한 엔진의 역회전을 검출하기 위한 엔진의 역회전 검출 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 시동을 위한 시동전동기가 장착되며, 시동전동기는 엔진의 초기 동작을 유도하기 위해 플라이 휠(Fly Wheel)의 기동용 링기어와 연동된다. 즉, 시동전동기의 근접 위치로 장착되는 마그네틱 스위치는 운전자의 키조작에 따라 동작되며, 이 때 마그네틱 스위치의 시프트 레버에 의해 시동전동기가 플라이 휠을 회전시켜 엔진의 시동을 수행한다.
상기 플라이 휠은 크랭크축과 체결됨에 따라, 플라이 휠의 회전력은 크랭크축 및 이에 연동되는 엔진의 실린더를 동작시킨다. 따라서 시동시의 시동전동기는 플라이 휠을 동작시켜 엔진의 실린더를 유동시키며, 이씨유(ECU)의 연료분사 제어하에 엔진의 행정을 유도한다.
이 때, 디젤 또는 가스 차량에서는 주변 온도에 따라 엔진의 행정이 정상적으로 이루어지지 않는 경우가 발생하며, 운전자는 잦은 시동을 통해 정상적인 행정이 이루어지도록 한다. 잦은 시동으로 인한 시동전동기의 잦은 동작은 상기 플라이 휘을 간헐적으로 회동시키기 때문에, 엔진이 시동되지 않은 상태에서 플라이 휠은 소정 각도로 반복 회동이 이루어져 시동이 걸리는 경우가 발생한다.
엔진의 크랭크 축은 일방향으로 회전되도록 하는 장치가 마련되어 있지 않으며, 엔진의 실린더 또한 직선운동을 수행하기 때문에, 플라이 휠의 역회전에 의한 엔진시동이 이루어질 수 있다. 즉, 플라이 휠의 역방향 회전시 엔진의 시동이 이루어지면, 현재의 이씨유(ECU)는 플라이 휠의 역방향을 감지하지 못하여 시스템의 오류가 발생한다.
이를 방지하기 위해 다수의 역방향 방지 메카니즘이 공개되고 있으나, 메카니즘 개발에 따른 차량의 단가가 상승되어 적용율이 낮은 상태이다. 상기와 같이 엔진의 역방향 동작을 검출하고 이를 시스템으로 적용하기 위한 메카니즘은 엔진의 역방향 동작에 따른 에러율이 낮기 때문에, 실질적으로 차량에 적용하기가 쉽지 않은 상태이다.
따라서, 엔진의 역방향 동작을 검출하고 엔진오류를 방지하기 위한 저가의 시스템의 개발이 요구되고 있으며, 낮은 에러율이라 하더라도 이를 방치할 수 없음은 운전자들의 시각적 견해로부터 부각되고 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 엔진의 역회전 감지가 저가의 시스템으로 구현되도록 함에 따라, 차량의 안정성을 쉽게 확보할 수 있도록 하기 위한 엔진의 역회전 검출 장치에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 엔진의 역회전 검출 장치는, 엔진의 회전수를 산출하기 위한 타겟 휠(Target Wheel); 상기 타겟 휠의 이(齒)뿌리 원주상으로 형성된 다수 중 어느 하나의 기어 이(齒)를 검출하고, 검출결과에 대응한 구형파의 제 1 검출신호를 출력하기 위한 제 1 크랭크각 감지부; 상기 제 1 검출신호와 180°미만의 위상차를 갖도록 상기 제 1 크랭크각 센서의 검출위치로부터 이격설치되어, 같거나 다른 상기 어느 하나의 기어 이(齒)를 검출하고, 검출결과에 대응한 구형파의 제 2 검출신호를 출력하기 위한 제 2 크랭크각 감지부; 상기 제 2 검출신호를 트리거 신호로 변환하기 위한 트리거 신호발생기; 및 상기 트리거 신호를 클럭 입력단자로 제공받고, 상기 제 1 검출신호를 데이터 입력단자로 제공받는 플립플롭(Flip-Flop) 회로를 보유하여, 상기 플립플롭(Flip-Flop)의 출력신호에 따라 상기 타겟 휠의 회전방향을 검출하기 위한 검출부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 180°미만의 위상차는 상기 기어 이(齒)의 폭에 해당하는 거리이내에 따른 위상각도인 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 크랭크각 센서의 센싱 위치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2a, 2b는 도 1은 구체적으로 설명하기 위해 실시예로 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 신호처리를 나타낸 구성도이다.
도 4는 도 3의 입력신호를 나타낸 파형도이다.
도 5는 도 1의 타겟 휠의 회전방향에 따른 입출력 신호를 나타낸 파형도이다.
<주요부분에 대한 부호의 설명>
101 : 타겟 휠(Target Wheel) 105 : 크랭크각 센서
201 : 제 1 크랭크각 센서 203 : 제 2 크랭크각 센서
301 : 트리거 신호발생기 303 : D-플립플롭(Flip Flop)
이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 엔진의 회전방향을 검출하기 위한 방법을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 타겟 휠(Target wheel:101) 및 크랭크각 센서(Crank angle Sensor : 105)을 이용한다. 상기 타겟 휠(101)은 엔진의 풀리나 플라이 휠(Fly Wheel) 또는 크랭크 축 등에 고정설치되며, 다수의 기어(Gear) 이(齒)를 보유한다. 상기 크랭크각 센서(105)는 송신측의 발광다이오드와 수신측의 포토다이오드가 일체화된 두 개의 쌍으로 이루어지고, 상기 타겟 휠(101)에 근접 설치되어 상기 기어 이(齒)의 존재여부를 판단한다.
상기 두개의 크랭크각 센서(105)는 본 발명의 실시예로 발광다이오드 및 포토다이오드를 사용하고 있으나, 홀센서(Hall sensor), 마그네틱 센서 등이 가능할 것이다.
상기 타겟 휠(101)은 이(齒) 뿌리원을 중심으로 하여 그 외곽으로 다수의 기어 이(齒)가 존재함에 따라, 상기 크랭크각 센서(105)는 기어 이(齒)의 존재여부를 판단한다. 즉, 타겟 휠(101)이 회전하면서 상기 크랭크각 센서(105)의 근접된 위치로 상기 기어 이(齒)가 존재하면, 크랭크각 센서(105)는 하이레벨의 신호를 출력하고, 상기 이(齒) 뿌리원이 존재하면(기어 이(齒)가 존재하지 않는 골 부분이 검출되면) 상기 크랭크각 센서(105)는 로우레벨의 신호를 출력한다.
크랭크각 센서(105)가 다이오드로 구성될 경우, 송신측 광다이오드 및 수신측 포토다이오드가 한 쌍을 이뤄 두 쌍의 크랭크각 센서(105)가 존재한다. 한편, 상기 크랭크각 센서(105)가 홀센서 또는 마그네틱 센서로 이루어질 경우에는 두 개의 각 센서를 보유한다.
따라서 크랭크각 센서(105)는 두 개 또는 두 쌍의 센서가 존재하며, 도 2a, 2b에서는 이를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 크랭크각 센서(105)는 제 1 크랭크각 감지부(201) 및 제 2 크랭크각 감지부(203)가 존재하며, 두 개의 크랭크각 센서(201,203)는 90도의 위상차를 갖고 설치된다. 여기서 위상차라 함은, 타겟 휠(101)상으로 형성된 하나의 이(齒)와 하나의 이(齒) 뿌리원을 한 주기(週期)로 할 경우, 360도(Degree)가 한 주기(週期)가 되며 이러한 주기의 변위가 위상차가 된다. 여기서 상기 크랭크각 센서(201,203)는 90도의 위상차를 갖고 설치된다.
상기 크랭크각 센서의 위상차를 수치적으로 한정함은 발명의 요지를 벗어날 수 있으며, 수치한정은 설명의 편의성을 도모하기 위한 것이다. 따라서, 상기 위상차는 크랭크각 센서(201,203)의 응답성에 따라 줄어들 수 있으며, 상기 기어 이(齒)의 폭과 이뿌리원의 폭과의 형성 비율에 따라 상기 위상차가 커질 수 있음은 당연할 것이다.
도 2a는 두 개의 크랭크각 센서(201,203)가 하나의 기어 이(齒)상에 근접되어 설치되고 있으며, 소정의 위상차를 갖고 있다. 위상차는 기어 이(齒)의 폭 미만으로 설정 즉, 기어 이(齒)의 폭과 이뿌리원의 폭과의 형성 비율이 5 : 5 일 경우에 180도 미만이 가능하며, 안정적으로 90도의 위상차가 바람직하다. 도 2b는 도 2a와 동일한 위상차를 가지고 있으나, 각각의 크랭크각 센서(201,203)가 서로 다른 기어 이(齒)에 근접 설치됨을 보이고 있다. 이는 다수의 기어 이(齒)가 반복적으로 타겟 휠(101)에 형성되어 있음에 따라, 크랭크각 센서가 특정 위치에 존재하지 않아도 가능함을 보이는 것이다.
도 3은 본 발명의 동작을 설명하기 위한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 플립플롭(Flip-Flop : 303), 트리거 신호 발생기(301)로 구성된다. 상기 플립플롭 (303)은 회로변경에 따라 다수 종의 플립플롭이 가능하나, 본 발명에서는 D-플립플롭을 사용한다. 상기 D-플립플롭(303)은 그 입력단으로 데이터(Data) 입력과 클럭(CLK) 입력이 가능하며, 상기 D 입력단과 클럭입력단은 펄스 신호가 입력된다. 플립플롭의 동작에 에러를 방지하기 위해 상기 크랭크각 센서(105)는 노이즈 제거용 쉬미트 트리거 회로(미도시함)를 부가함이 바람직할 것이다.
상기 크랭크각 센서(105)의 제 2 크랭크각 감지부(203)에서 출력되는 펄스 신호 즉, 하나의 기어 이(齒)와 하나의 이(齒) 뿌리원을 순차적으로 검출함에 따라 출력되는 구형파 신호는 상기 D-플립플롭(303)의 클럭단자로 인가된다. 그리고 상기 클럭단자로 인가되는 펄스신호는 엔진의 회전속도를 산출하기 위해 사용된다.
상기 트리거 신호발생기(301)는 제 1 크랭크각 감지부(201)에서 출력되는 펄스 신호를 인가받아, 트리거(Trigger) 신호로 변환하기 위한 회로이다. 즉, 상기 펄스 신호를 미분화한 신호로서, 특히 네거티브 신호를 제거하여 포지티브 신호만을 이용한다. 이는 트리거 신호발생기(301)의 출력단으로 순방향의 다이오드를 접속하여 이루어질 수 있다.
상기 제 1 크랭크각 감지부(201)와 제 2 크랭크각 감지부(203)는 90도의 위상차를 갖고 상기 타겟 휠(101)의 기어 이(齒)를 검출하기 때문에, 각 센서로부터 검출되는 펄스신호는 90도의 위상차를 갖고 출력된다. 상기의 위상차에 따른 각각의 펄스신호 즉, 제 2 크랭크각 감지부(203)로부터 검출된 펄스신호는 트리거 신호발생기(301)의 입력단으로 제공되며, 상기 제 1 크랭크각 감지부(201)로부터 검출되는 펄스신호는 D-플립플롭(303)의 클럭단으로 제공된다.
도 4는 제 1 크랭크각 감지부(201) 및 제 2 크랭크각 감지부(203)로부터 검출되는 펄스 신호(b,a)를 나타낸 것으로, 각각으로 90도의 위상차를 보이고 있으며 제 2 크랭크각 감지부(203)로부터 출력되는 펄스신호(a)가 상기 트리거 신호발생기(301)를 통해 변형된 트리거 신호를 도시하고 있다. 상기 트리거 신호는 제 2 크랭크각 감지부(203)에서 제공되는 펄스신호의 포지티브 에지(Positive Edge) 부분에서 트리거가 발생되도록 한다.
물론, 트리거 신호발생기(301)의 회로구성상 네거티브 에지(Negative Edge)부문에서 트리거가 발생되도록 할 수 있으며, 이 때 플립플롭의 종류를 변경하거나 트리거 신호의 위상 즉, 플러스 트리거를 제거하고 마이너스 트리거를 반전시켜 사용할 수 있을 것이다.
제 1 크랭크각 감지부(201) 및 제 2 크랭크각 감지부(203)에서 검출되는 펄스신호는 각 센서의 설정위치에 따라 예컨대, 위상각 90도의 차이를 가지며, 상기 타겟 휠(101)의 회전 방향에 따라 -90도의 위상차를 갖게 된다. 도 4에서는 타겟 휠(101)이 순방향(시계방향)으로 회전함을 도시한 것으로, 제 1 크랭크각 감지부(201)에서 검출된 펄스신호(b)는 제 2 크랭크각 감지부(203)에서 검출된 펄스신호(a) 보다 90도 빠르게 검출된다.
도 5는 상기 타겟 휠(101)의 순방향 및 역방향 동작에 따른 펄스신호 a,b 및 트리거 신호를 도시하고 있으며, 상기 D-플립플롭의 결과신호(d)를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 타겟 휠(101)의 순방향 동작시 제 1 크랭크각 감지부(201)에서 제공되는 펄스신호(a)는 제 2 크랭크각 감지부(203)에서 제공되는 펄스신호(b) 보다 앞서 출력되고 있으며, 사기 펄스신호(b)는 트리거 신호발생기(301)에 의해 포지티브 에지 부분에서 트리거신호로 출력된다.
상기 펄스신호 a, b는 90도의 위상차를 갖기 때문에, 펄스신호 a의 포지티브 에지는 상기 펄스신호 b의 하이레벨에 존재한다. 즉, 펄스신호 b의 하이레벨 안에서 트리거 신호가 검출된다. 이는 D-플립플롭(303)에서, 펄스신호 a(CLK)가 로우레벨일 경우 데이터(D)의 입력정보에 관계 없이 D-플립플롭(303)의 출력값은 전상태로 유지 되고, 펄스신호 a(CLK)가 하이레벨일 경우에는 펄스신호 b 즉, 데이터(D)의 입력에 따라 플립플롭의 출력(d)이 결정된다.
따라서, 타겟 휠(101)의 순방향 동작시 펄스신호 b가 하이레벨 상태에서 펄스신호 a가 발생되고 이 때, 트리거 신호(c)가 생성됨에 따라 D-플립플롭(303)의 출력값은 하이레벨로 절환된다. 트리거 신호가 생성된 후, 다음 트리거 신호가 발생되기까지 로우레벨의 신호가 존재함에 따라, D-플립플롭(303)의 출력값은 전상태 즉, 하이레벨의 출력값을 유지한다.
반면, 도 5에 도시된 바와 같이 타겟 휠(101)이 역방향으로 회전할 경우, 제 1 크랭크각 감지부(201)는 제 2 크랭크각 감지부(203)에서 검출된 펄스신호 보다 90도 차이를 갖고 지연된다. 따라서, 제 2 크랭크각 감지부(203)의 펄스신호 a의 포지티브 에지 부분은 제 1 크랭크각 감지부(201)의 펄스신호 b의 로우레벨에 위치한다. 즉, 트리거 신호(c)는 펄스신호(b)의 로우레벨에 위치하며, D-플립플롭(303)의 동작에 따라 트리거 신호(c) 발생시점에서 로우레벨의 신호가 출력된다.
타겟 휠(101)의 역방향 회전시 발생되는 트리거 신호(c)는 펄스신호(b)의 로우레벨 시점이므로, D-플립플롭(303)의 출력값은 지속적인 로우레벨을 발생시킨다. 여기서 D-플립플롭(303)의 초기 상태는 로우레벨로 한다.
이로인해, D-플립플롭(303)의 출력값에 따라 타겟 휠(101)의 방향성을 검진할 수 있으며, 검진 결과에 따른 D-플립플롭(303)의 출력 신호를 이씨유(ECU)로 제공함에 따라 엔진의 역방향 동작을 판단하고, 판단결과에 따라 엔진의 시동을 정지시킨다. 이씨유(ECU)는 상기 엔진 스피드 산출용으로 사용하는 제 1 크랭크각 감지부(203)의 펄스신호(b)를 소정 클럭 수 만큼을 입력받은 후, D-플립플롭(303)의 결과값을 입력받도록 한다. 이는 D-플립플롭 (303)의 초기 출력상태가 로우레벨로 설정되어 있음에 따른 것이다.
이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 엔진의 역회전 검출 장치는 타겟 휠의 기어 이(齒)를 소정의 위상차를 갖고 검출할 수 있는 두 개의 크랭크각 센서로부터 출력되는 펄스신호를 트리거 입력이 가능한 플립플롭의 데이터 입력단 및 클럭입력단으로 제공함에 따라, 상기 타겟 휠의 회전방향을 판단하고, 판단결과에 따라 엔진의 시동 여부를 결정하여 엔진의 역회전을 검출 및 방지한다. 이로인해 차량의 시동시 안정성을 확보할 뿐만 아니라, 차량의 기능성을 증대시키는 효과를 얻는다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 엔진의 역회전 검출장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. 엔진의 회전수를 산출하기 위한 타겟 휠(Target Wheel);
    상기 타겟 휠의 이(齒)뿌리 원주상으로 형성된 다수 중 어느 하나의 기어 이(齒)를 검출하고, 검출결과에 대응한 구형파의 제 1 검출신호를 출력하기 위한 제 1 크랭크각 감지부;
    상기 제 1 검출신호와 180°미만의 위상차를 갖도록 상기 제 1 크랭크각 센서의 검출위치로부터 이격설치되어, 같거나 다른 상기 어느 하나의 기어 이(齒)를 검출하고, 검출결과에 대응한 구형파의 제 2 검출신호를 출력하기 위한 제 2 크랭크각 감지부;
    상기 제 2 검출신호를 트리거 신호로 변환하기 위한 트리거 신호발생기; 및
    상기 트리거 신호를 클럭 입력단자로 제공받고, 상기 제 1 검출신호를 데이터 입력단자로 제공받는 플립플롭(Flip-Flop) 회로를 보유하여, 상기 플립플롭(Flip-Flop)의 출력신호에 따라 상기 타겟 휠의 회전방향을 검출하기 위한 검출부로 이루어진 것을 특징으로 하는 엔진의 역회전 검출장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 크랭크각 감지부는 광센서, 홀센서 및 마그네틱 센서 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 엔진의 역회전 검출장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 크랭크각 감지부는 광센서, 홀센서 및 마그네틱 센서 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 엔진의 역회전 검출장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 180°미만의 위상차는 상기 기어 이(齒)의 폭에 해당하는 거리이내에 따른 위상각도인 것을 특징으로 하는 엔진의 역회전 검출장치.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 위상차는 90°인 것을 특징으로 하는 엔진의 역회전 검출장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 트리거 신호는 상기 제 2 크랭크각 감지부에서 출력되는 구형파 신호의 포지티브 에지(Positive Edge) 부분에서 생성됨을 특징으로 하는 엔진의 역회전 검출장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 플립플롭은 D-플립플롭인 것을 특징으로 하는 엔진의 역회전 검출장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 검출신호는 엔진의 회전속도 검출용으로 사용됨을 특징으로 하는 역회전 검출장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 크랭크각 감지부 및 제 2 크랭크각 감지부는 슈미트 트리거 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 역회전 검출장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100967968B1 (ko) * 2009-10-20 2010-07-06 주식회사 이룸지엔지 타이밍 모듈 및 이를 이용한 엔진 회전속도 측정 방법
KR20150086949A (ko) * 2014-01-21 2015-07-29 (주)네오정보시스템 비구동 차륜의 센싱 데이터에 기초한 운전면허 자동채점 시스템

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