KR100534710B1 - 쓰로틀 포지션 센서 - Google Patents

Abstract

쓰로틀 포지션 센서가 개시된다. 개시된 쓰로틀 포지션 센서는, 하우징과, 상기 하우징 내부에 설치된 포텐셔미터와, 쓰로틀 밸브와 연결되도록 상기 포텐셔미터에 설치된 콜렉터 링과, 상기 하우징을 덮어 상기 포텐셔미터를 보호하는 커버를 구비하여 된 쓰로틀 포지션 센서에 있어서, 상기 포텐셔미터는, 상기 콜렉터 링을 중심으로 하여 두 개의 구역으로 구획되어 각각의 구역에 가변저항이 대칭되게 좌우로 각각 구비된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, TPS 신호의 안정으로 RPM 불안정 및 엔진의 정지(시동꺼짐)를 방지할 수 있어 RPM 불안정 및 엔진의 정지로 인한 고객불만을 감소시키고, 안정성 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

쓰로틀 포지션 센서{THROTTLE POSITION SENSOR}

본 발명은 쓰로틀 포지션 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이중 저항 차이를 이용하여 노이즈(noise)를 제거하기 위한 쓰로틀 포지션 센서에 관한 것이다.

쓰로틀 포지션 센서(Throttle Position Sensor; 이하 TPS라 함)는, 기화기, 인젝션 믹서, 쓰로틀 바디에 장치되고, 쓰로틀 축과 연동하여 가속시의 쓰로틀 밸브 개도의 변화를 저항값 변화로서 검출하는 가변 저항기이다. 이 신호에 의해 컴퓨터는 가속시의 연료 보정을 지시한다.

이와 같은 TPS의 종류에는 접점식과 가변저항식이 있다. 구형 타입의 경우 대부분 접점식을 사용하였으나, 요즘에는 거의 대부분 가변저항식을 사용하고 있다.

상기한 바와 같이, TPS는 쓰로틀 바디에 설치되어 쓰로틀 밸브 열림량을 검출하고, 공전상태, 가속상태, 감속상태 및 전부하상태 등을 ECU에 알려주어 연료 분사량을 결정하고 점화시기를 보정하며 부하 상태에 따라 에어컨 컴프레서 단속 기능까지 하고 있다.

자동변속기(AT)의 경우 TPS값에 따라 변속패턴이 틀리다. 따라서 변속시기가 잘못된 차량들은 TPS값으로 조정할 수 있다. 즉, TPS값이 규정보다 낮으면 변속이 빨리 이루어지고, TPS값이 높으면 변속이 늦게 이루어진다. 이 TPS값은 0.5V가 규정값이다.

도 1에는 상기한 바와 같은 TPS의 내부 구성도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 일부 상세도가 도시되어 있으며, 도 3에는 도 1 TPS의 개략적인 회로도가 도시되어 있다.

도면을 각각 참조하면, TPS는, 하우징(10)과, 이 하우징(10) 내부에 설치된 저항체가 도포된 세라믹 기판인 포텐셔미터(potentiometer)(20)와, 쓰로틀 밸브와 연결되도록 상기 포텐셔미터(20)의 일측에 설치되어 브러시(brush)에 의해 외부 회로와의 사이에 전력의 수수를 할 수 있도록 구비된 콜렉터 링(collector ring)(11)과, 상기 하우징(10)을 덮어 포텐셔미터(20)를 보호하는 커버(cover)(미도시)를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 포텐셔미터(20)에는 저항체로 제1,2트랙(Track1,Track2)과, 이 제1,2트랙(Track1,Track2)과 더불어 구비된 가변저항(R1,R2,R3,R4)과, 이들 가변저항에 연결된 핀단자(1pin,2pin,3pin)가 구비되어 있다.

상기와 같이 구성된 작동원리 및 출력 특성을 설명하면 다음과 같다.

쓰로틀 밸브와 연결된 콜렉터 링(11) 단부에 구비된 브러시가 쓰로틀 밸브의 움직임과 연동하여 포텐셔미터(20) 위를 움직임으로써 쓰로틀 밸브의 개도에 비례한 출력전압을 얻을 수 있다.

상기한 출력전압 Up는 도 3을 참조하여 아래의 식 1로 나타낼 수 있다.

[식 1]

Up=(R1'+ R2) × Uv / (R1+R2+R3)

여기서, Uv; 입력전압, R1':저항 R1의 가변저항값이다.

그리고 TPS의 출력값은 Up/Uv이다.

한편, 첨부된 도 4에는 회전각도별 출력 특성곡선이 도시되어 있다.

상기한 바와 같이 종래의 기술에 따른 TPS는, 접촉저항 측정방식으로 브러시가 포텐셔미터(20) 위를 움직임에 따라 변하는 저항값을 측정하여 쓰로틀 레버의 위치를 측정하는 방식이다.

따라서 진동이나 기타 다른 영향에 의해 노이즈(noise)가 발생할 수 있으며, 이러한 영향으로 인해 TPS는, 이상 신호를 내보내게 되며 이로 인한 RPM 불안정 및 심할 경우 엔진의 정지(engine stall; 시동꺼짐)로 이어질 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 이중 저항 차이를 이용하여 노이즈를 제거하여 TPS 신호를 안정적으로 내보내어 RPM 불안정 및 엔진의 정지(시동꺼짐)가 방지되도록 한 쓰로틀 포지션 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 쓰로틀 포지션 센서는, 하우징과, 상기 하우징 내부에 설치된 포텐셔미터와, 쓰로틀 밸브와 연결되도록 상기 포텐셔미터에 설치된 콜렉터 링과, 상기 하우징을 덮어 상기 포텐셔미터를 보호하는 커버를 구비하여 된 쓰로틀 포지션 센서에 있어서, 상기 포텐셔미터는, 상기 콜렉터 링을 중심으로 하여 두 개의 구역으로 구획되어 각각의 구역에 가변저항이 대칭되게 좌우로 각각 구비된 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 5에는 본 발명에 따른 쓰로틀 포지션 센서의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있고, 도 6a 및 도 6b에는 도 5의 일부 상세도가 각각 도시되어 있으며, 도 7에는 도 5 TPS의 회로도가 개략적으로 도시되어 있다.

도면을 각각 참조하면, 본 발명에 따른 쓰로틀 포지션 센서는, 하우징(30)과, 이 하우징(30) 내부에 설치된 포텐셔미터(40)와, 쓰로틀 밸브와 연결되도록 포텐셔미터에 설치된 콜렉터 링(31)과, 상기 하우징(30)을 덮어 포텐셔미터(40)를 보호하는 커버(미도시)를 포함하여 구성된다.

상기 포텐셔미터(40)는, 본 발명의 특징부를 이루는 것으로써, 상기 콜렉터 링(31)을 중심으로 하여 두 개의 구역(A-ZONE, B-ZONE)으로 구획되어 각각의 구역(A-ZONE, B-ZONE)에 가변저항(R1,R2,R3,R4,R'1,R'2,R'3,R'4)이 대칭되게 좌우로 각각 두 개가 구비된다.

즉, 상기 포텐셔미터(40)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 콜렉터 링(31)을 중심으로 두 개의 구역(A-ZONE, B-ZONE)으로 구획되어 제1,2트랙(Track1,Track2)과, 이 제1,2트랙(Track1,Track2)과 더불어 구비된 가변저항 (R1,R2,R3,R4,R'1,R'2,R'3,R'4) 두 개가 대칭되게 구비된다.

상기 두 개의 가변저항(R1,R2,R3,R4,R'1,R'2,R'3,R'4)의 저항값은 서로 반대로 증감하고, 출력전압 차이는 서로 반대로 출력된다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 쓰로틀 포지션 센서의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 쓰로틀 포지션 센서는, 2개의 가변저항(R1,R2,R3,R4,R'1,R'2,R'3,R'4)을 이용하여 하나의 가변저항(R1,R2,R3,R4)은 회전각도가 증가할 수록 저항이 감소(출력전압 감소)하고 다른 하나의 가변저항 (R'1,R'2,R'3,R'4)은 회전각도가 증가할 수록 저항이 증가(출력전압 증가)하도록 하여 두 개의 가변저항(R1,R2,R3,R4,R'1,R'2,R'3,R'4)에서 측정되는 전압의 차를 TPS 신호로 사용한다.

이를 보다 구체적으로 설명한다.

상기 가변저항(R1,R2,R3,R4,R'1,R'2,R'3,R'4)이 콜렉터 링(31)을 대칭으로 하여 구비되어 있기 때문에 한 구역 A-ZONE의 저항값과 다른 구역 B-ZONE의 저항값은 서로 반대로 증감한다. 따라서 도 7에서 도시된 바와 같이, V1이 증가할 때는 V2가 감소하고, V1이 감소하면 V2가 증가한다.

그리고 저항의 변화 차이로 인해 상기 A-ZONE과 B-ZONE의 출력 전압차이는 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같은 그래프와 같이, 서로 반대로 나오며 각각의 전압의 차는 도 8c의 그래프와 같은 회전각도별 특성곡선을 얻을 수 있다.

이와 같은 원리를 설명하면 다음과 같다.

TPS는 외부나 기타 다른 영향에 의해 노이즈가 유입되며, 비록 노이즈 제거 필터(filter)로 상당 부분의 노이즈가 제거된다고는 하나, 이에 대한 한계가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 노이즈 발생이 두개의 가변저항 (R1,R2,R3,R4,R'1,R'2,R'3,R'4)(V1,V2 출력)에 동시에 영향을 미친다는 가정아래 고안되었으며, 노이즈가 증가 또는 감소하거나 두개의 출력에 동시에 영향을 미치기 때문에 두 개의 출력을 빼주는 과정에서 노이즈가 서로 상쇄될 수 있음에 착안한 것이다.

따라서 VI = 정상출력1 + 노이즈, V2 = 정상출력2 + 노이즈로 나타낼 수 있으며, 이들 공식과 상기한 바와 같은 원리를 이용하면 아래와 같은 식 2로 출력전압 Vout을 나타낼 수 있다.

[식 2]

Vout = V1 - V2 = (정상출력1 + 노이즈) - (정상출력2 + 노이즈)

= 정상출력1 - 정상출력2

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 쓰로틀 포지션 센서는 다음과 같은 효과를 갖는다.

TPS 신호의 안정으로 RPM 불안정 및 엔진의 정지(시동꺼짐)를 방지할 수 있다. 따라서 RPM 불안정 및 엔진의 정지로 인한 고객불만을 감소시키고, 안정성 향상시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1은 종래의 기술에 따른 TPS의 내부 구성도.

도 2는 도 1의 일부 상세도.

도 3은 도 1 TPS의 개략적인 회로도.

도 4는 도 1 TPS의 회전각도별 출력 특성곡선을 나타내 보인 그래프.

도 5는 본 발명에 따른 쓰로틀 포지션 센서의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도.

도 6a 및 도 6b는 도 5의 일부 상세도.

도 7은 도 5 TPS의 개략적인 회로도.

도 8a 내지 도 8c는 도 5 TPS의 출력전압 및 회전각도별 특성곡선을 각각 나타내 보인 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

30. 하우징

31. 콜렉터 링

40. 포텐셔미터

Claims (2)

1. 하우징과, 상기 하우징 내부에 설치된 포텐셔미터와, 쓰로틀 밸브와 연결되도록 상기 포텐셔미터에 설치된 콜렉터 링과, 상기 하우징을 덮어 상기 포텐셔미터를 보호하는 커버를 구비하여 된 쓰로틀 포지션 센서에 있어서,

   상기 포텐셔미터는,

   상기 콜렉터 링을 중심으로 하여 두 개의 구역으로 구획되어 각각의 구역에 가변저항이 대칭되게 좌우로 각각 구비된 것을 특징으로 하는 쓰로틀 포지션 센서.
2. 제1항에 있어서,

   상기 두 개의 가변저항의 저항값은 서로 반대로 증감하고, 출력전압 차이는 서로 반대로 출력되는 것을 특징으로 하는 쓰로틀 포지션 센서.