KR950000231B1 - 내연기관용 센서 시스템 - Google Patents

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제이 산토스 알프레드
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더 토링턴 캄파니
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Abstract

내용 없음.

Description

내연기관용 센서 시스템
제 1 도는 센서 시스템의 부분 단면 정면도.
제 2 도는 자계 센서의 개략 평면도.
제 3 도는 두개의 자기 부호기의 개략 평면도.
제 4 도는 보유 장치의 개략 평면도.
제 5 도는 제 4 도의 5-5선을 따라 취한 보유 장치의 단면도.
제 6 도는 상부 구동 허브, 지지판, 및 구동 스프링의 개략 평면도.
제 7 도는 S-N-S사이클에 대한 단일 자화루프를 나타내는 자화 구조물의 확대 부분 평면도.
제 8 도는 제 7 도에 도시된 것과 동일한 자화 구조물 부분의 정면도.
제 9 도는 제 7 도 및 제 8 도의 자화 구조물에 의해 발생한 비대칭 자화를 나타내는 그래프.
제 10 도는 자계 센서에 의해 비대칭 자기 부호기로부터 검출된 아날로그 및 디지탈 신호들을 나타내는 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 15 : 부호기 링 11, 16 : 센서
20 : 지지판 21 : 보유 링
30 : 하우징 40 : 구동 스프링
41 : 구동 허브 51 : 커버
52 : 시일 92, 94, 96 : 변조기(modifier)
98 : 도선
본 발명은 일반적으로 점화시기 제어 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 엔진 샤프트 위치에 대한 점화시기를 자기(magnetic) 감지할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
사실상 오늘날 제조되는 모든 내연기관들은 점화시기를 감지하고 제어하는 전자식 제어 유니트를 갖는다. 여러 기계적인 연동장치들을 통해 일단 제어된 기능들은 전자 제어 유니트에서 더욱더 제어된다. 이러한 제어장치에 의해, 각 실린더의 밸브와 더불어 연료 분사기능 및 엔진 점화시기는 정확히 제어된다. 이러한 정확성은 여러 작동 조건에 대한 엔진의 반응성 및 효율을 증가시킨다.
오늘날 사용되는 배전기 센서들은 전형적으로, 점화되는 각 점화 플러그에 대해 하나의 펄스 또는 하나의 상승 에지(edge)를 발생시킨다. 현재 사용되는 많은 배전기들은 연료 분사 시스템을 제어하는데 요구되는 정보를 제공하지 않는다. 더욱이, 이러한 시스템은 엔진 제어 유니트에 어느 점화 플러그가 점화되는지를 지시하는 정보를 제공하지 않는다. 그러한 시스템에서, 전자 제어 유니트는 센서 신호들 사이에서 엔진 속도를 산정하고 센서 신호가 수신된 후에 계산된 시간동안 점화를 지연시킴으로써 연료 분사시기 및 밸브에 대한 진각 장치(spark advance)를 제어한다.
오카다(Okada)등의 미합중국 특허 제4,742,811호는 샤프트에 부착된 축방향으로 인접한 3개의 자석 지주들을 이용하는 점화시기 제어 시스템을 개시한다. 각각의 자석 지주는 여러 축회전 각도에서 신호를 발생시크는 홀-효과 센서와 관련하여 회전한다. 자석들의 제 1 열은 지주 둘레에 대칭적적으로 이격되어 있다. 제 2 열은 비대칭으로 이격되어 있는 한편, 제 3 열은 대칭적으로 이격되어 있지만, 펄스의 끝에서의 매우 작은 극반전에 의해 다른 것들로부터 구별되는 하나의 펄스를 갖는다. 전자식 제어 유니트를 통한 이들 3개의 신호들의 처리는 시스템의 적절한 기능에 필요한 판별 능력을 제공한다.
오카다 특허에서 자석 지주들이 하나가 다른 하나 위에 있는 배치상태는 개시된 조립체에 대해 매우 적은 높이를 요구한다. 더욱이, 제 1 지주에서의 24개의 대칭 자극들은 각각의 자극이 지주의 원주상에서 15도의 각도를 이룸을 나타낸다. 각도값에 대한 이 보다 큰 펄스는 장치 기능의 정확성을 제한하는 작용을 한다. 적은 갯수보다는 3개의 자화된 지주들을 사용하여 부정확성이 극복된다.
레멘(Lemen)의 미합중국 특허 제3,373,729호는 주변 둘레에 등거리 이격된 다수의 자석들을 갖는 디스크를 사용하는, 내연기관에 대한 전자식 점화 시스템을 개시한다. 이 디스크는 디스크 주변의 축방향 대향하는 자석들을 양측에 갖는 슬롯을 형성하도록 그의 축선에 수직하게 가공되어 있다. 슬롯내에 배치된 홀-효과 센서는 디스크가 회전함에 따라 부여되는 변동하는 자계에 따라 트리거(triggering) 신호들을 발생시킨다. 이 장치는, 본질상, 표준의 기계적으로 시기 조정되는 점화 시스템의 배전기에 있는 중단점들을 대신하는 작용을 한다. 따라서 이 발명은 기계적인 접점들 및 그들의 결점을 제거하지만, 점화 및 연료 분사 시기 조정의 정확성을 향상시키지 못한다.
이상의 사항이 현 장치 및 방법에 존재하는 알려진 한계이다. 따라서, 상기한 하나이상의 한계들을 극복하도록 유도하는 대안을 제공하는 것이 유리할 것이다. 따라서 이후에 상세히 기술되는 특징들을 포함하여 적절한 대안이 제공된다.
본 발명의 한 양상에 있어서, 그러한 목적은 내연기관에 대한 고해상도 센서 시스템을 제공함에 의해 달성되는데, 이 센서 시스템은 엔진과 동기 이동하도록 적절히 장착된 제 1 및 제 2 자기 부호 링들, 및 제 1 및 제 2 자기 보호기 수단의 이동 경로 근처에 배치된 제 1 및 제 2 신호 픽업(pickup)수단을 포함한다. 이 발명의 자기 부호기들은 평편한 굴곡 경로로 지지체상에 놓인 전기 도선과, 형성된 각 자극의 크기, 강도 및 배치를 변화시키도록 도체 루프내에 배치된 자계 변조기들을 갖는 자화 구조물상에 형성된다.
첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
제 1 도에는 본 발명의 일실시예가 부분 단면 정면도로 도시되어 있다. 고해상도의 감지 시스템은 바람직하게 현존 자동차 배전기 기부에 장착되도록 구성되지만, 엔진의 크랭크축 또는 캠축과 동기적으로 구동될 수 있는 엔진내의 또는 엔진상의 어느곳에도 마찬가지로 장착될 수 있다.
이 실시예에 도시된 배전기 샤프트(1)는 고정 배전기 기부(2)를 통해 돌출하는 센서 시스템의 회전 부재를 구동하는 작용을 하고, 배전기 기부 위에는 센서 하우징(30)이 장착되어 있다. 베어링/스페이서(35)위에 놓인 지지판(20)에 고해상도 자기 부호기 링(10)과 저해상도 자기 부호기 링(15)이 장착된다. 부호기 링들(10, 15)은 지지판(20)안의 구멍들과 구동 스프링(40)을 통해 돌출하는 돌출 지주들(22)을 갖는 보유 링(21)을 사용하여 지지판에 부착된다. 보유 링(21)의 지주들(22)은 업셋(upset) 가공, 나사결합 또는 달리 고정되어 조립체를 구속한다.
고해상도 센서(11)와 저해상도 센서(16)가 적절한 반경방향 장소에 장착되어 고해상도 자기 부호기 링 및 저해상도 자기 부호기 링(15)과 각각 정렬된다. 센서들은 운동 속도에 상관없이 적절한 출력을 제공하는 홀-효과(Hall-effect) 변환기이다. 센서들에서 발생하는 신호들은 엔진의 전자 제어 유니트로 전달된다.
상부 구동 허브(41)는 배전기 샤프트 결합되어, 그 배전기 샤프트에 의해 회전 구동된다. 구동 스프링(40)은 상부 구동 허브(41)로부터 지지판(20)으로 연장하고 두 부재들 사이의 구동 연결부를 제공한다.
구동 스프링(40)은 상부 구동 허브(41)와 지지판(20)사이의 어떠한 상대 회전도 야기함이 없이 배전기 샤프트(1)의 작은 수직 변위를 수용하도록 구성된다. 이러한 특징은 배전기 샤프트(1)의 수직이동에 의해 유도될 수 있는 타이밍의 변화들을 피하기 위해 요구된다.
센서 시스템이 손상이나 오염되지 않도록 커버(51)가 제공된다. 커버(51)와 배전기 샤프트(1) 사이 및 센서 하우징(30)과 배전기 샤프트(1) 사이의 경계면에 임의의 시일들(52)이 제공된다. 시일들은 O-링이나 다른 적절한 밀봉 장치로 할 수 있다. 커버(51)는 하우징(30) 위에 배치되어 접착제나 다른 적절한 밀봉 수단으로 고정된다. 하우징(30)의 하측은 인쇄 배선판 및 센서 시스템의 다른 전자 부품들을 보호하는 주조가 능한 충전물로 채워진다.
고해상도 센서(11) 및 저해상도 센서(16)가 제 2 도에 개략적으로 도시되었다. 여기에서 고해상도 센서는 두개의 홀-효과 변환기들 및 그들의 관련 전자 부품들로 구성됨을 알 수 있다. 이것은 고해상도 자기 부호기 링(10)상의 각 자극의 반전에 응답하여 센서들내에 발생된 신호들의 갯수를 배가함에 의해 고해상도를 제공한다. 저해상도 센서(16)에는 하나의 홀-효과 변환기만이 사용된다.
제 3 도는 고해상도 자기 부호기 링(10) 및 저해상도 자기 부호기 링(15)의 대표적인 개략 평면도이다. 고해상도 부호기 링(10)은 다수의 자극들을 갖는다. 바람직한 실시예에서, 이 링은 360개의 극들을 가지지만, 엔진 구조의 요구에 따라 그보다 많거나 적을수도 있다. 도시된 저해상도 자기 부호기 링(15)은 예컨대 4-실린더 엔진에 대해 16개의 극들을 갖는다. 여기에는 4개의 예리한 N극들, 8개의 중간 S극들, 및 4개의 매우 약하고, 매우 분산된 N극들이 있다. 각 실린더에 하나씩 4개의 예리한 N극들은 어느 실린더가 점화 또는 연료를 요구하는지를 지시하는데 사용된다.
이것은 서로 다른 각도 범위를 갖는 극들을 제공함에 의해 달성된다. 예컨대, 적용되는 각 실린더를 지시하도록 1 도, 2 도, 3 도, 및 4 도 각도의 극들을 가질 수 있다. 따라서, 4실린더 엔진에서 3 도 자석은 3번 실린더에 해당할 것이다.
제 4 도 및 5 도에는 보유 링(21)이 도시되어 있다. 이 도면들로부터 자기 보유 링(21)은 환형이며, "T"자형 단면을 가짐을 알 수 있다. 더욱이, 이 보유 링은 링 및 자석들을 드러스트 와서판 또는 지지판(20)에 고정하는데 사용되는 다수의 돌출 지주들(22)을 갖는다. 이용되는 자석 장착 계획에 좌우하여, 보유 링은 "L"자형 단면으로도 만들어질 수 있다.
돌출 지주들(22)은 두 개의 자석링들(10, 15) 사이의 틈, 지지판(20), 및 구동 스프링(40)을 통해 돌출한다. 구동 스프링(40)은 배전기 샤프트(1)에 결합된 상부 구동판(41)과 지지판(20) 사이에 회전 구동력을 전달한다. 또한 이 구동 스프링은 지지판(20)과 베어링/스페이서(35) 사이에 확실한 접촉을 유지한다.
제 6 도는 상부 구동 허브(41), 구동 스프링(40), 하부 구동판(42), 및 돌출 지주들(22)의 개략 평면도를 나타낸다. 여기에 도시된 스프링은 3개의 다리들을 가지지만, 구조 요건에 좌우하여 그보다 많거나 적은 다리들을 가질 수 있다.
제 7 도 및 제 8 도는 저해상도 자기 부호기 링을 비대칭 자화하기 위해 사용되는 구조물(90) 부분의 평면도 및 정면도이다. 이 구조물(90)은 강철 기판(89)을 포함하고, 이 기판위에는 구조물의 표면을 따라 평편한 굴곡 패턴으로 전기 도선(98)이 배치된다. 도선(98)의 개개의 루프들의 크기는 그 루프에 요망되는 자극의 크기에 의해 결정된다. 이 구조물상에서 물체를 자화할 때, 이 물체는 구조물의 상부에 평편하게 배치된다.
매우 높은 전류량의 펄스가 도선(98)을 통과할 때, 강철 기판(89)과, 구조물의 상부에 배치된 자기 재료에는 자극들이 발생한다. 알루미늄 또는 플라스틱 자계 변조기(modifier)는 이중 작용을 한다. 첫째로, 이 변조기(96)는 도선(98)내의 루프에 대한 스페이서로서의 작용을 하고, 둘째로 만일 알루미늄이라면, 도선(98)의 루프내의 지역위에서 자화되는 작용편에 발생하는 N극의 세기를 약간 감소시키는 작용을 한다. 강철 자계 변조기들(94)은 그 변조기 위의 작용편에 유도된 자극들의 세기를 강하게 하는 작용을 하는 한편, 알루미늄 자계 변조기들(92)은 자주들의 세기를 감소시키는 작용을 하고, 게다가 강철 자계 변조기들(94)위의 극들을 압착하거나 예리하게 한다.
강철 변조기들은 그들 위에 형성된 극의 자계 강도를 강하게 하고, 공기 또는 플라스틱은 본질상 중성으로서 자계를 강화시키거나 약화시키지 않는 반면, 알루미늄은 본질상 자계에 저항하거나 또는 자계를 찌그러뜨림으로써 강화 또는 중성 변조기들에 인접한 지역에 자계가 더 집중하게 한다. 따라서, 자화 전류 펄스의 지속기간 및 전류량, 도선(98)내의 루프의 크기, 자계 변조기들(92, 94, 96)의 크기 및 배치, 자계 변조기들의 배치 순서 및 재료를 적절히 선택함으로써, 자화될 작용편상의 자극들의 크기, 강도, 및 위치가 매우 정확하게 제어될 수 있다.
제 9 도는 제 7 도 및 제 8 도의 비대칭 자화 구조물에 의해 발생된 자극 배열을 나타내는 개략도이다. 제 7 도 및 8 도에 도시된 구조물 부분의 중앙에는 강한 N극(106)이 발생한다. 다소 약하고 예리한 S극들(104)은 강철 자계 변조기들(94)의 위치에 해당하는 한편, S극(104)과 약한 N극(100)의 경계(102)는 대체로 알루미늄 자계 변조기들(92)위에서 발생한다. 자극들중 어느 하나로부터의 자속은 그 극의 자계 강도에 비례한다. 자화된 링에 있어서, 모든 N극으로부터의 전체 자속은 모든 S극으로부터의 또는 모든 S극 안으로의 전체 자속과 동일해야 한다. 따라서, 제 9 도에 도시된 곡선에서 자계 강도는 수직 축선으로 나타내지고, 자속은 수평 축선 위 또는 아래의 곡선 지역에 비례한다. 만일 원형 자기 링상의 모든 극들이 이와 같은 그림으로 표시되면, 모든 N극 아래의 전체지역은 모든 S극들 위의 전체 지역과 동일할 것이다.
제 10 도는 저해상도 자기 부호기 링(15)의 회전으로 인한 아날로그 신호(120) 및 디지탈 신호(130)를 나타내는 개략도이다. 아날로그 신호(120)는 홀 효과 센서의 원출력을 나타낸다. 디지탈 신호(130)는 센서 회로에서 신호를 조절한 후의 그 출력을 나타낸다. 이들 신호 궤적들은 적절한 실린더가 스파크 신호를 수신하도록 하는 판단을 제공하는 비대칭성을 나타낸다. 이 경우에서, 하나 걸러서의 펄스는 2도의 각도에 대응한다. 펄스들(122, 126)은 각각 2도의 펄스들이고, 펄스들(124, 128)은 각각 7 도 및 12도의 펄스들이다. 조정 안된 아날로그 신호는 전체 부호기 링에 대해 모두 16개의 극들 또는 8개의 쌍극들을 나타낸다. 디지탈 신호(130)는 이 16개의 극들에 의해 발생한 단지 4개의 펄스만을 나타낸다. 이것은 확산 N극들(115)의 크기보다 큰 크기를 갖는 정 또는 N극 자계 강도만을 인식하도록 구성된 신호 조절에 의해 달성된다.
따라서, 디지탈 신호(130)는 4개의 강한 N극들(122, 124, 126, 128)만을 인식한다. 그러므로 단지 4개의 펄스만이 저해상도 부호기 링(15)의 각각의 회전에 대해서 저해상도 센서 회로에 의해 전기 제어 유니트로 전달된다. 타이밍 기능은 각 펄스의 상승 에치로부터 제어되는 반면, 판별 기능은 각각의 펄스의 각도상 폭에 의해 결정된다.
물론, 고해상도 자기 부호기 링(10)은 저해상도 자기 부호기 링(15)과 동기적으로 회전한다. 고해상도 부호기 링(10)은 360개 극들 및 그와 관련된 2개의 고해상도 자계 센서들(11)을 가지므로 고해상도 부호기 링(10)의 각각의 회전에 대해 발생한 720개 펄스들이 존재한다. 이것은 보간없이
Figure kpo00001
도의 해상도를 제공하고, 보간을 하면 더 밀접한 해상도를 제공한다.

Claims (18)

  1. 균일하게 분포된 일정 크기의 자극들의 배열을 갖는 제 1 환형 자기 부호기 ; 불균일하게 이격된 자극들의 배열을 가짐으로써 인접 자극들의 강도가 불균일한 제 2 환형 자기 부호기 ; 상기 제 1 및 제 2 환형 자기 부호기들을 위한 적어도 하나의 회전가능한 지지체 ; 상기 제 1 환형 자기 부호기의 회전 경로 근처에 배치된 적어도 하나의 제 1 자계센서 ; 상기 제 2 환형 자기 부호기의 회전 경로 근처에 배치된 제 2 자계센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 센서 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 회전가능한 지지체가 환형 드러스트 베어링 레이스 플레이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 회전가능한 지지체가 구동 샤프트에 의해 구동되는 센서 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 환형 자기 부호기들은, 상기 부호기를 지지하도록 축방향 표면상에 평편한 지역을 갖는 환형 링과, 상기 부호기들의 축방향 두께에 비례하는 거리만큼 상기 환형 링의 평편한 지역으로부터 돌출하는 축방향 연장 환형 핀(fin)과, 상기 회전가능한 지지체에 부착되도록 상기 축방향 연장 환형 핀의 축방향 표면으로부터 돌출하는 적어도 하나의 축방향 돌출 지주로 구성되는 것을 특징으로 하는 부착 장치에 의한 상기 회전가능한 지지체에 고정되는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 자계 센서들이 적어도 하나의 하우징 부재에 장착되는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 자계 센서들이 적절한 전기회로를 구비한 홀-효과 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 회전가능한 지지체가 놓이는 베어링 요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 회전가능한 지지체와 상기 베어링 요소 사이의 확실한 접촉을 유지하는 스프링 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  9. 지지체 ; 그 지지체상에 평편한 굴곡 경로로 배치된 전기 도선 ; 발생된 자극의 강도를 변화시키도록 도선의 굴곡 루프들 사이의 상기 지지체 영역에 배치된 자계 변조기들로 구성되는 것을 특징으로 하는, 자기 재료상의 자극 형성을 위한 구조물.
  10. 제 9 항에 있어서, 요망되는 자계의 강도에 따라 공기, 플라스틱, 알루미늄 및 강철로 구성되는 군중에서 선택된 재료로 상기 자계 강도 변조기들이 형성되는 것을 특징으로 하는 구조물.
  11. 제 10 항에 있어서, 발생된 각각의 자극의 크기 및 자계 강도가, 각각의 자계 변조기용으로 선택된 재료, 도선내의 자화 루프의 크기, 자계 변조기들의 크기와 배치, 및 자화 전류 펄스의 전류량 및 지속기간에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 구조물.
  12. 제 1 항에 있어서, 같은 극성의 상기 제 2 환형 자기 부호기 자극들의 강도가 불균일한 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서, 제 2 환형 자기 부호기의 불균일한 자극들중 일부의 강도가 상기 제 2 자계 센서에 의해 검출될 수 있는 최소 강도 이하인 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서, 제 1 자계 센서들의 갯수가 2개이고, 상기 2개의 센서들은 극 간격의 검출해상도가 배가되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  15. 자극들의 간격이 불균일하고 인접 자극들의 강도가 불균일하도록 배열된 자극들을 갖는 자기 부호기 링과, 그 자기 부호기 링 부근에 배치된 자계 센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 센서 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서, 같은 극성의 자극들의 강도가 불균일한 것을 특징으로 하는 자기 센서 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서, 자기 부호링의 불균일한 자극들중 일부의 강도가, 상기 자계 센서에 의해 검출 가능한 최소 강도 이하인 자기 센서 시스템.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 자계 센서는 적절한 전기회로를 갖춘 홀-효과 장치인 것을 특징으로 하는 자기 센서 시스템.
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