KR20160025732A - 엔진의 행정 위치 판별 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크랭크축에 일체로 회전 가능하게 결합되며 가장자리를 따라 복수의 톱니가 형성되고 복수의 구별점을 갖는 크랭크축 타겟 휠; 크랭크축 타겟 휠의 회전을 검출하는 제1 센서; 크랭크축 타겟 휠에 형성되는 구별점의 개수만큼 마련되며 각각의 캠축에 일체로 회전 가능하게 결합되며 반 회전 때마다 다른 위상을 갖는 캠축 타겟 휠; 캠축 타겟 휠의 회전을 검출하는 제2 센서; 및 제1 센서 및 제2 센서의 신호를 입력받아 이를 기초로 엔진의 행정 위치를 판별하는 연산제어부를 포함하는 엔진의 행정 위치 판별 장치를 제공하여, 엔진의 시동 시에 엔진의 행정 위치를 신속하게 판별할 수 있고 간단한 구성으로 생산비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

엔진의 행정 위치 판별 장치 및 방법{CYLINDER POSITION DETERMINING APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 엔진의 행정 위치 판별 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진의 시동 시에 엔진의 행정 위치를 신속하게 판별할 수 있는 엔진의 행정 위치 판별 장치 및 방법에 관한 것이다.

내연기관에서 엔진의 행정 위치 판별을 위해서는 크랭크축 타겟 휠과 센서, 캠축 타겟 휠과 센서를 이용한다.

일반적으로 사용되는 엔진 행정 위치 판별 방법은 먼저 크랭크축 타겟 휠의 갭(gap) 신호를 이용하여 엔진의 행정 위치를 360도의 오프셋을 가진 1/2 확률로 파악하고 이때 캠축 타겟 휠의 센서 신호를 통한 위상을 파악하여 최종적으로 엔진 행정의 절대 위치를 판별한다. 이렇게 판별된 엔진 행정 위치를 기반으로 연료분사 및 점화 등의 제어가 가능하다.

그런데 이러한 종래의 엔진의 행정 위치 판별 장치에서는 크랭크축 타겟 휠에 하나의 갭을 형성하여 크랭크축 타겟 휠의 회전에 따른 갭 신호를 입력받아 엔진의 행정 위치를 판별한다.

도 1은 종래의 엔진의 행정 위치 판별 장치에서 엔진의 시동 전 정지 위치에 따라 엔진의 행정 위치를 파악하는 데 걸리는 시간을 나타낸 도면이다.

엔진의 시동 시에 엔진의 행정 위치를 파악하는데 걸리는 시간은 시동 시간(엔진 크랭킹부터 첫 연료분사와 점화가 이루어져 연소하는데 걸리는 총 시간)에 영향을 주며 엔진의 행정 위치를 파악하는데 걸리는 평균 시간이 작아질수록 시동 시간이 작아질 수 있다.

종래의 엔진의 행정 위치 판별 장치에서는 엔진의 행정 위치를 파악하는 데 걸리는 평균시간이 길어 시동 시간이 길어지는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 제1998-060126호(1998.10.07)

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 엔진의 시동 시에 엔진의 행정 위치를 신속하게 판별할 수 있으며 간단한 구성으로 경제적인 엔진의 행정 위치 판별 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 크랭크축에 일체로 회전 가능하게 결합되며 가장자리를 따라 복수의 톱니가 형성되고 복수의 구별점을 갖는 크랭크축 타겟 휠; 상기 크랭크축 타겟 휠의 회전을 검출하는 제1 센서; 상기 크랭크축 타겟 휠에 형성되는 구별점의 개수만큼 마련되며 각각의 캠축에 일체로 회전 가능하게 결합되며 반 회전 때마다 다른 위상을 갖는 캠축 타겟 휠; 상기 캠축 타겟 휠의 회전을 검출하는 제2 센서; 및 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서의 신호를 입력받아 이를 기초로 엔진의 행정 위치를 판별하는 연산제어부를 포함하는 엔진의 행정 위치 판별 장치를 제공한다.

상기 크랭크축 타겟 휠은 가장자리를 따라 복수의 톱니가 일정 간격으로 형성되며 구별점은 톱니를 제거한 지점일 수 있다.

상기 크랭크축 타겟 휠은 복수의 구별점 사이의 톱니 개수가 서로 다르도록 복수의 구별점이 배치될 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 크랭크축에 일체로 회전 가능하게 결합되며 가장자리를 따라 복수의 톱니가 형성되고 복수의 구별점을 갖는 크랭크축 타겟 휠을 마련하는 단계; 캠축에 일체로 회전 가능하게 결합되며 반 회전 때마다 다른 위상을 갖는 캠축 타겟 휠을 상기 크랭크축 타겟 휠에 형성되는 구별점의 개수만큼 마련하는 단계; 상기 크랭크축 타겟 휠의 회전을 검출하는 단계; 상기 캠축 타겟 휠의 회전을 각각 검출하는 단계; 및 상기 크랭크축 타겟 휠의 회전 신호 및 상기 캠축 타겟 휠의 회전신호를 입력받아 이를 기초로 엔진의 행정 위치를 판별하는 단계를 포함하는 엔진의 행정 위치 판별 방법을 제공한다.

본 발명의 엔진의 행정 위치 판별 장치 및 방법에 따르면, 엔진의 시동 시에 엔진의 행정 위치를 신속하게 판별할 수 있고 간단한 구성으로 생산비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 엔진의 행정 위치 판별 장치에서 엔진의 시동 전 정지 위치에 따라 엔진의 행정 위치를 파악하는 데 걸리는 시간을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 행정 위치 판별 장치의 엔진 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 크랭크축 타겟 휠을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 캠축 타겟 휠을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2의 엔진의 행정 위치 판별 장치에 따른 엔진의 행정 위치 파악에 걸리는 시간을 나타낸 도면이다.
도 6은 엔진의 기통 수에 따른 각 구성 및 평균 시동시간 감소율을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 엔진 기통 수에 따른 각 구성에서 센서 신호를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 행정 위치 판별 장치의 엔진 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 크랭크축 타겟 휠을 확대하여 나타낸 도면이며, 도 4는 도 2의 캠축 타겟 휠을 확대하여 나타낸 도면이고, 도 5는 도 2의 엔진의 행정 위치 판별 장치에 따른 엔진의 행정 위치 파악에 걸리는 시간을 나타낸 도면이다.

이러한 도 2 내지 도 5는, 본 발명을 개념적으로 명확히 이해하기 위하여, 주요 특징 부분만을 명확히 도시한 것이며, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.

본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 행정 위치 판별 장치는, 크랭크축 타겟 휠(100), 제1 센서(200), 캠축 타겟 휠(300), 제2 센서(400) 및 연산제어부(미도시)를 포함한다.

본 실시예에서 엔진은 다기통 V형 엔진을 기초로 한다. 도 2를 참조하면, 엔진의 크랭크축과 캠축은 타이밍 벨트(10)에 의하여 연결되며 상호 연동된다. 4행정 내연기관에서 엔진의 1주기 동안 크랭크축은 2회전(720도)하고, 캠축은 1회전(360도)한다.

크랭크축 타겟 휠(100)은, 크랭크축에 일체로 회전 가능하게 결합되며 가장자리를 따라 복수의 톱니가 형성되고 복수의 구별점(110)을 갖는다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에서 크랭크축 타겟 휠(100)은 가장자리를 따라 복수의 톱니(teeth)가 일정 간격으로 형성되며 구별점(110)은 톱니를 제거한 갭(gap)으로 마련된다. 즉, 도 3에서와 같이 구별점(110)은 일정 간격의 톱니 중 하나를 제거한 미싱 투쓰(missing tooth)로 형성되고, 제1 센서(200)가 톱니의 회전을 검출하는 동안 미싱 투쓰에 의해 형성된 갭(gap) 신호를 검출한다.

제1 센서(200)는 크랭크축 타겟 휠(100)의 회전을 검출한다. 제1 센서(200)는 크랭크축 타겟 휠(100)의 회전을 감지하여 회전 신호를 출력하며 이를 연산제어부에 전달한다.

도 2 및 도 4를 참조하면, 캠축 타겟 휠(300)은 캠축에 일체로 회전 가능하게 결합되며 반 회전 때마다 다른 위상을 갖도록 각각 지름이 다른 반구 형상이 결합된 형상을 갖는다. 제2 센서(400)는 캠축 타겟 휠(300)의 회전을 감지하고 캠축 타겟 휠(300)의 회전에 따른 회전 신호를 연산제어부로 전송한다. 제2 센서(400)에서는 캠축 타겟 휠(300)이 반 회전 할 때마다 달라지는 위상 신호를 생성한다.

본 발명에서 캠축 타겟 휠(300) 및 제2 센서(400)는 크랭크축 타겟 휠(100)에 형성되는 구별점(110)의 개수만큼 마련된다. 이는 크랭크축 타겟 휠(100)에 형성되는 구별점(110)의 개수에 따라서 엔진의 1주기에서 구별점(110) 신호가 위치할 수 있는 경우의 수와 같은 경우의 수를 캠축 타겟 휠(300)의 위상 신호로부터 만들 수 있게 하기 위함이다. V형 엔진의 경우 도 2에서와 같이 양 뱅크에서 흡기/배기 측의 각각 2개씩 총 4개의 캠축이 구성되므로, 최대 4개의 캠축 타겟 휠(300)을 마련할 수 있다.

연산제어부는, 제1 센서(200) 및 제2 센서(400)의 신호를 입력받아 이를 기초로 엔진의 행정 위치를 판별한다.

도 5는 도 2의 엔진의 행정 위치 판별 장치에 따른 엔진의 행정 위치 파악에 걸리는 시간을 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 연산제어부는 도 3에서와 같이 2개의 구별점(110)을 갖는 크랭크축 타겟 휠(100)을 사용하는 경우 2개의 캠축 타겟 휠(300)의 위상 신호를 입력받아 총 3개의 회전 신호를 기초로 엔진의 행정 위치를 판별한다.

도 5에서 엔진 시동전 정지위치에서 시동 후 크랭크축 타겟 휠(100)의 구별점(110)인 미싱 투쓰에 의하여 발생하는 다음 갭 신호에서 2개의 캠축 타겟 휠(300)에서 발생하는 위상 신호를 종합하여 엔진의 행정 위치를 판단할 수 있다. 도 5에서 엔진의 1주기 동안 발생하는 크랭크축 타겟 휠(100)의 4개의 갭 신호에서 각각에서, ①지점에서는 2개의 캠축 타겟 휠(300)의 위상 신호가 High/Low, ②지점에서는 Low/Low, ③지점에서는 Low/High, ④지점에서는 High/High로 모두 다르게 나타나므로 각 갭 신호에서 엔진의 행정 위치를 각각 구별하여 판별할 수 있다.

이에 의해서, 엔진 시동전 정지위치 각각에 대하여 시동 시 크랭크축의 회전에 의하여 발생하는 다음 갭 신호까지의 간격이 줄어듬에 따라 엔진의 행정 위치 파악에 걸리는 평균 시간이 감소될 수 있다.

도 6은 엔진의 기통 수에 따른 각 구성 및 평균 시동시간 감소율을 나타낸 도면이고, 도 7은 도 6의 엔진 기통 수에 따른 각 구성에서 센서 신호를 나타낸 도면이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 4기통 직렬 엔진, 6기통 V형 엔진, 8기통 V형 엔진 각각의 경우에 캠축의 개수에 따라 적당한 개수의 구별점(110)을 갖는 크랭크축 타겟 휠(100)을 마련하여 평균 시동시간을 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.

도 6을 참조하면, 4기통 직렬 엔진의 경우에는 캠축이 2개가 마련되므로 최대 2개의 구별점(110)을 갖는 크랭크축 타겟 휠(100)을 사용할 수 있다. 이 경우에는 상술한 바와 같이 2개의 구별점(110)에 의한 갭 신호와 2개의 캠축 타겟 휠(300)의 위상 신호를 종합하여 엔진의 행정 위치를 판별함으로써 평균 시동시간을 종래 대비 약 41% 감소시킬 수 있다.

6기통 V형 엔진의 경우에 총 4개의 캠축이 마련되어 최대 4개의 구별점(110)을 갖는 크랭크축 타겟 휠(100)을 사용할 수 있으나, 3개의 구별점(110)을 갖는 크랭크축 타겟 휠(100)을 사용하는 경우 종래 대비 평균 시동시간이 약 51% 감소될 수 있다.

8기통 V형 엔진의 경우에 총 4개의 캠축이 마련되어 최대 4개의 구별점(110)을 갖는 크랭크축 타겟 휠(100)을 사용하면 종래 대비 평균 시동시간이 약 62% 감소될 수 있다.

도 7을 참조하면, 4기통 직렬 엔진, 6기통 V형 엔진, 8기통 V형 엔진 각각의 경우에 종래 대비 엔진의 행정 위치 파악에 소요되는 시간 감소율을 확인할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 엔진의 행정 위치 판별 장치에 의하면, 엔진의 시동 시에 엔진의 행정 위치를 신속하게 판별할 수 있는 효과가 있다. 또한 별도의 추가 구성 없이 종래의 구성 변경을 통하여 구현이 가능하므로 생산비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

한편, 크랭크축 타겟 휠(100)은 복수의 구별점(110) 사이의 톱니 개수가 서로 다르도록 복수의 구별점(110)이 배치될 수 있다.

캠축 타겟 휠(300)의 위상 신호가 유효하지 않을 때, 일부 시스템에서는 백업 시스템을 통하여 크랭크축 타겟 휠(100)의 회전 신호만으로 엔진의 행정 위치를 판별한다. 이때 종래의 엔진의 행정 위치 판별 장치에서는 크랭크축 타겟 휠(100)의 회전 신호로부터 360도의 오프셋을 가진 1/2 확률의 위치 파악이 가능하나, 본 발명의 경우에는 구별점(110)의 개수가 복수로 형성됨에 따라 경우의 수가 늘어나는 문제점이 있다.(구별점(110)의 개수가 2개이고 구별점(110) 사이의 톱니 개수가 갖다면 확률은 1/4로 감소된다.)

이를 해결하기 위하여 각 구별점(110) 사이에 형성되는 톱니(teeth)의 개수를 다르게 형성하면 구별점(110) 사이에 톱니의 개수가 몇개인지 인식하여 1/2 확률로 위치 파악이 가능하다.

이에 의하여, 캠축 타겟 휠(300)의 위상 신호가 유효하지 않아 크랭크축 타겟 휠(100)의 회전 신호만을 가지고 엔진의 행정 위치를 판별하는 경우에도 종래와 같은 성능을 유지할 수 있다.

한편, 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 행정 위치 판별 방법을 설명하면 다음과 같다. 단, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 행정 위치 판별 장치에서 설명한 바와 동일한 것에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 행정 위치 판별 방법은, 크랭크축에 일체로 회전 가능하게 결합되며 가장자리를 따라 복수의 톱니가 형성되고 복수의 구별점(110)을 갖는 크랭크축 타겟 휠(100)을 마련하는 단계(S100)와, 캠축에 일체로 회전 가능하게 결합되며 반 회전 때마다 다른 위상을 갖는 캠축 타겟 휠(300)을 크랭크축 타겟 휠(100)에 형성되는 구별점(110)의 개수만큼 마련하는 단계(S200)와, 크랭크축 타겟 휠(100)의 회전을 검출하는 단계(S300)와, 캠축 타겟 휠(300)의 회전을 각각 검출하는 단계(S400)와, 크랭크축 타겟 휠(100)의 회전 신호 및 캠축 타겟 휠(300)의 회전신호를 입력받아 이를 기초로 엔진의 행정 위치를 판별하는 단계(S500)를 포함한다.

크랭크축 타겟 휠(100)의 회전 신호 및 캠축 타겟 휠(300)의 회전신호를 입력받아 이를 기초로 엔진의 행정 위치를 판별하는 단계(S500)에서는, 복수의 구별점(110)을 갖는 크랭크축 타겟 휠(100)을 사용하는 경우 구별점(110)과 동일한 개수의 캠축 타겟 휠(300)의 위상 신호를 입력받아 이들 신호를 기초로 엔진의 행정 위치를 판별한다.

이에 의해서 엔진 시동전 정지위치 각각에 대하여 시동 시 크랭크축의 회전에 의하여 발생하는 다음 갭 신호까지의 간격이 줄어듬에 따라 엔진의 행정 위치 파악에 걸리는 평균 시간이 감소될 수 있다.

각 단계에서의 작용은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 행정 위치 판별 장치에서 설명한 바와 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이와 같이, 본 발명의 엔진의 행정 위치 판별 장치에 의하면, 엔진의 시동 시에 엔진의 행정 위치를 신속하게 판별할 수 있는 효과가 있다. 또한 별도의 추가 구성 없이 종래의 구성 변경을 통하여 구현이 가능하므로 생산비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 크랭크축 타겟 휠
110 : 구별점
200 : 제1 센서
300 : 캠축 타겟 휠
400 : 제2 센서

Claims (4)

1. 크랭크축에 일체로 회전 가능하게 결합되며 가장자리를 따라 복수의 톱니가 형성되고 복수의 구별점을 갖는 크랭크축 타겟 휠;
   상기 크랭크축 타겟 휠의 회전을 검출하는 제1 센서;
   상기 크랭크축 타겟 휠에 형성되는 구별점의 개수만큼 마련되며 각각의 캠축에 일체로 회전 가능하게 결합되며 반 회전 때마다 다른 위상을 갖는 캠축 타겟 휠;
   상기 캠축 타겟 휠의 회전을 검출하는 제2 센서; 및
   상기 제1 센서 및 상기 제2 센서의 신호를 입력받아 이를 기초로 엔진의 행정 위치를 판별하는 연산제어부를 포함하는 엔진의 행정 위치 판별 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 크랭크축 타겟 휠은 가장자리를 따라 복수의 톱니가 일정 간격으로 형성되며 구별점은 톱니를 제거한 지점인 것을 특징으로 하는 엔진의 행정 위치 판별 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 크랭크축 타겟 휠은 복수의 구별점 사이의 톱니 개수가 서로 다르도록 복수의 구별점이 배치되는 것을 특징으로 하는 엔진의 행정 위치 판별 장치.
4. 크랭크축에 일체로 회전 가능하게 결합되며 가장자리를 따라 복수의 톱니가 형성되고 복수의 구별점을 갖는 크랭크축 타겟 휠을 마련하는 단계;
   캠축에 일체로 회전 가능하게 결합되며 반 회전 때마다 다른 위상을 갖는 캠축 타겟 휠을 상기 크랭크축 타겟 휠에 형성되는 구별점의 개수만큼 마련하는 단계;
   상기 크랭크축 타겟 휠의 회전을 검출하는 단계;
   상기 캠축 타겟 휠의 회전을 각각 검출하는 단계; 및
   상기 크랭크축 타겟 휠의 회전 신호 및 상기 캠축 타겟 휠의 회전신호를 입력받아 이를 기초로 엔진의 행정 위치를 판별하는 단계를 포함하는 엔진의 행정 위치 판별 방법.

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