KR100535105B1 - 엔진의 점화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 점화장치에 관한 것으로, 점화코일의 1차 코일에 배터리의 전압을 단속하여 2차 코일에서 유도되는 고전압을 매개로 점화플러그를 방전시킴에 있어, 1차 코일로 인가되는 1차 전류의 검출과 2차 코일에서 유기되는 2차 전압을 각각 검출하여, 이를 매개로 점화회로의 이상 상황을 판단할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 배터리로부터 공급되는 점화용 전원의 통전을 조절하여 점화코일에서 고압이 유도되도록 하여 점화를 가능하게 하는 제어부와; 상기 제어부의 제어에 따라 상기 배터리로부터 공급되는 점화용 전원을 상기 점화코일의 1차 코일로 인가함과 더불어, 점화시 상기 점화코일의 1차 코일로 인가되는 점화용 전원을 차단시켜 상기 점화코일의 2차 코일에서 고압의 전압이 유도되도록 하는 점화코일 구동부; 상기 점화코일 구동부의 작동에 따라 상기 점화코일의 1차 코일로 인가되는 1차 전류를 검출하는 1차 전류 검출부; 상기 점화코일 구동부의 작동에 따라 상기 점화코일에서 방전시 2차 코일에서 역으로 1차 코일로 유기되는 2차 전압을 검출하는 2차 전압 검출부 및; 상기 1차 전류 검출부와 2차 전압 검출부에서 검출된 신호를 매개로 점화회로상에서 발생되는 각종 이상 상황을 판단함과 더불어, 이를 상기 제어부로 출력하는 고장 판정 및 버퍼부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

엔진의 점화장치{ignition system for an engine}

본 발명은 엔진의 점화장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진제어유니트의 내부에 점화코일 1차 전류와 2차 전압의 검출회로를 마련하여 이를 매개로 점화계통의 고장을 용이하게 판별할 수 있도록 하는 엔진의 점화장치에 관한 것이다.

일반적으로 북미와 유럽과 같은 특정 지역에서는 규제 강화의 일환으로 엔진의 점화장치에 있어 실화(misfire)를 감지할 수 있도록 하는 기능을 의무적으로 구비하도록 하고 있는 바, 이를 위해 엔진의 점화장치에는 점화코일의 전원 공급단자에 직렬로 IFS(ignition failure sensor)를 설치하고, 이곳에서 점화코일의 1차측에 공급되는 전류를 측정하여, 이 값이 일정치를 상회할 경우, 이를 출력하도록 되어 있다.

즉, 현재 적용되고 있는 IFS의 출력 형식은 4기통의 점화코일 1차측 전류를 모두 IFS에서 공급하며, 이에 따라 4기통의 실린더가 한번씩 점화가 일어날 경우, IFS에서는 4개의 펄스가 발생하게 된다.

한편, 상기와 같이 실화의 감지가 가능한 엔진의 점화장치는 도 1에 도시된 바와 같이, IFS(1)가 점화를 위해 배터리전원 공급단자(V-IG)와 직렬로 연결되고, 이 IFS(1)를 거친 배터리의 전원이 점화코일의 1차 코일(2)을 지나 엔진제어유니트(3;ECU)내 파워트랜지스터(4)의 컬렉터 단자와 연결된다.

또한, 상기 엔진제어유니트(3)내 마이크로컨트롤러유니트(5;MCU)는 상기 파워트랜지스터(4)의 베이스 단자와 연결되는 한편, 상기 마이크로컨트롤러유니트(5)는 IFS(1)와도 별도로 연결되어 있어 상기 점화코일에서 점화가 수반될 경우에 상기 IFS(1)로부터 출력되는 펄스 신호를 입력받도록 되어 있다.

그리고, 상기 점화코일의 2차 코일(6)은 점화플러그(7)와 연결되어 있어, 상기 파워트랜지스터(4)에 의한 1차 코일(2)의 통전 차단시 고압을 유기하여 이를 점화플러그(7)로 인가하도록 되어 있다.

이에 따라, 상기 엔진제어유니트(3)는 마이크로컨트롤러유니트(5)의 제어를 통해 점화장치를 동작시킬 때, 상기 마이크로컨트롤러유니트(5)는 파워트랜지스터(4)를 스위칭시키고, 이 파워트랜지스터(4)의 스위칭 작용에 따라 배터리의 전원이 IFS(1)를 거쳐 상기 1차 코일(2)로 인가되며, 이어 상기 파워트랜지스터(4)의 스위칭 작용이 해제되면서 상기 2차 코일(6)에는 고압의 전압이 유도되어 상기 점화플러그(7)를 통한 방전이 이루어지게 된다.

이때, 상기 IFS(1)에서는 1차 코일(2)로 공급되는 전류값이 일정치 이상이면 이를 상기 마이크로컨트롤러유니트(5)에 신호보내게 된다.

그런데, 상기와 같은 구성의 종래 엔진의 점화장치에서는 점화용 배터리의 전원이 상기 IFS(1)를 지나 1차 코일(2)과 파워트랜지스터(4)로 공급되므로, 상기 IFS(1)의 고장시 어떤 방법으로도 엔진의 시동이 불가능하게 되는 문제가 있다.

그리고, 상기 IFS(1)가 외부에 별도로 설치되어 있으므로, 이에 따른 부가적인 비용의 증대를 초래하게 된다.

또한, 상기 엔진제어유니트(3)의 내부에 위치한 파워트랜지스터(4)가 고장으로 단락(short)된 경우에 상기 점화코일의 소손을 막을 방법이 없으며, 아울러 정비시 소손된 점화코일을 육안으로 확인한 다음에 소손된 점화코일을 교환하게 되더라도, 시동시 이미 고장난 파워트랜지스터(4)로 인해 재차 점화코일이 소손되는 문제를 유발하게 된다. 즉 파워트랜지스터(4)의 고장을 확인할 수 없다는 것이다.

아울러, 모든 점화코일의 전원이 1개의 IFS(1)를 통해 인가받도록 되어 있어, 점화코일 또는 파워트랜지스터(4)의 고장시, 고장난 부품을 찾기 위한 즉각적인 대처가 이루어질 수 없으며, 아울러 즉각적인 대처를 위해서는 고장난 부품을 찾기 위한 별도의 로직이 필요하게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 점화코일의 1차 코일에 배터리의 전압을 단속하여 2차 코일에서 유도되는 고전압을 매개로 점화플러그를 방전시킴에 있어, 1차 코일로 인가되는 1차 전류의 검출과 2차 코일에서 유기되는 2차 전압을 각각 검출하여, 이를 매개로 점화회로의 이상 상황을 판단할 수 있도록 하는 엔진의 점화장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 배터리로부터 공급되는 점화용 전원의 통전을 조절하여 점화코일에서 고압이 유도되도록 하여 점화를 가능하게 하는 제어부와; 상기 제어부의 제어에 따라 상기 배터리로부터 공급되는 점화용 전원을 상기 점화코일의 1차 코일로 인가함과 더불어, 점화시 상기 점화코일의 1차 코일로 인가되는 점화용 전원을 차단시켜 상기 점화코일의 2차 코일에서 고압의 전압이 유도되도록 하는 점화코일 구동부; 상기 점화코일 구동부의 작동에 따라 상기 점화코일의 1차 코일로 인가되는 1차 전류를 검출하는 1차 전류 검출부; 상기 점화코일 구동부의 작동에 따라 상기 점화코일에서 방전시 2차 코일에서 역으로 1차 코일로 유기되는 2차 전압을 검출하는 2차 전압 검출부 및; 상기 1차 전류 검출부와 2차 전압 검출부에서 검출된 신호를 매개로 점화회로상에서 발생되는 각종 이상 상황을 판단함과 더불어, 이를 상기 제어부로 출력하는 고장 판정 및 버퍼부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이, 엔진의 점화장치에 있어, 점화코일(10)의 1차 전류를 제어하여 유도되는 2차 전압을 매개로 점화플러그(12)에서 점화가 수반되도록 하는 제어부(14;MCU)에 상기 점화코일(10)의 1차 코일(10a)로 인가되는 1차 전류를 검출하는 기능과, 상기 점화코일(10)의 2차 코일(10b)에서 1차 코일로 유기되는 2차 전압을 검출하는 기능을 부여하여, 이로부터 점화회로중 이상 상태를 판정하도록 구성된다.

이를 위해, 본 발명은 배터리전원 공급단자(V-IG)로부터 공급되는 배터리의 전원에 대한 통전을 조절하여 상기 점화코일(10)에서 고압이 유도되도록 하여 상기 점화플러그(12)에서 점화를 가능하게 하는 제어부(14)와; 상기 제어부(14)의 제어에 따라 상기 배터리전원 공급단자(V-IG)로부터 공급되는 점화용 전원을 상기 점화코일(10)의 1차 코일(10a)로 인가함과 더불어, 점화시 상기 점화코일(10)의 1차 코일(10a)로 인가되는 점화용 전원을 차단시켜 상기 점화코일(10)의 2차 코일(10b)에서 고압의 전압이 유도되도록 하는 점화코일 구동부를 갖추고 있다.

또한, 본 발명은 상기 점화코일 구동부의 작동에 따라 상기 점화코일(10)의 1차 코일(10a)로 인가되는 1차 전류를 검출하는 1차 전류 검출부와; 상기 점화코일 구동부의 작동에 따라 상기 점화코일(10)에서 방전에 따른 고전압의 유도시 2차 코일(10b)에서 1차 코일(10a)로 역으로 유기되는 2차 전압을 검출하는 2차 전압 검출부 및; 상기 1차 전류 검출부와 2차 전압 검출부에서 검출된 전류와 전압을 매개로 상기 점화회로상에서 발생되는 각종 이상 상황을 판단함과 더불어, 이를 상기 제어부(14)로 출력하는 고장 판정 및 버퍼부를 갖추고 있다.

한편, 상기 제어부(14)와 1차 전류 검출부 및 2차 전압 검출부, 그리고 고장 판정 및 버퍼부는 각각 엔진제어유니트(ECU)의 내부에 구비되어 있다.

여기서, 상기 점화코일 구동부는 상기 제어부(14)의 단속에 따라 상기 점화코일(10)의 1차 코일(10a)에 배터리의 전원이 도통하도록 스위칭되는 파워트랜지스터(16)로 이루어진다.

그리고, 상기 1차 전류 검출부는 상기 제어부(14)로부터 파워트랜지스터(16)의 베이스 단자에 이르는 회로중 분지되어 연결된 제1트랜지스터(18)와, 이 제1트랜지스터(18)와 연동하여 스위칭되어 회로구동용 정전압(VCC)을 공급하는 제2트랜지스터(20) 및, 이 제2트랜지스터(20)에 연결된 회로중 분지되어 연결된 컨덴서(22)로 이루어진다.

또한, 상기 2차 전압 검출부는 상기 파워트랜지스터(16)와 상기 점화코일(10)의 1차 코일(10a) 사이의 회로중 분지되어, 상기 1차 코일(10a)에 고전압의 유기시 스위칭되어 상기 컨덴서(22)의 방전을 유도하는 제3트랜지스터(24)로 이루어진다.

한편, 상기 고장 판정 및 버퍼부는 상기 1차 전류 검출부 내지 상기 2차 전압 검출부를 통해 입력되는 하이/로우 신호를 상기 제어부(14)에 출력하는 버퍼(26;비반전 비교기)로 이루어지는 데, 상기 버퍼(26)는 입력되는 신호를 상기 제어부(14)에 출력은 하지만, 전력의 통과를 막아 회로의 방전을 방지하는 것이다.

이하, 상기와 같이 구성된 엔진의 점화장치의 동작은 도 3에 도시된 타이밍 챠트를 통해 상세히 설명한다.

먼저, 도 3의 (a),(b)에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(14)에서 상기 점화코일 구동부의 파워트랜지스터(16)에 점화신호를 출력하게 되면(가;하이 신호의 출력), 상기 파워트랜지스터(16)가 스위칭되어 배터리전원 공급단자(V-IG)로부터 배터리 전원이 상기 점화코일(10)의 1차 코일(10a)로 인가되기 시작한다. 이 과정에서 상기 1차 코일(10a)에서 전류의 양은 지속적으로 증가하게 된다.

그리고, 상기 제어부(14)로부터 파워트랜지스터(16)의 스위칭용으로 공급되는 전원중 일부는 상기 제1트랜지스터(18)를 스위칭시키게 되고, 이에 따라 상기 제2트랜지스터(20)도 스위칭되어 회로구동용 정전압(VCC)이 제2트랜지스터(20)를 통해 상기 컨덴서(22)에서 충전되기 시작한다.

이후, 상기 컨덴서(22)에서 충전이 완료되면, 회로구동용 정전압(VCC)은 상기 버퍼(26)로 입력되고, 이때 상기 버퍼(26)는 하이 신호를 상기 제어부(14)에 출력하게 된다.(나)

즉, 상기 컨덴서(22)의 충전에 소요되는 시간 만큼, 상기 제어부(14)로부터 출력이 개시된 다음, 상기 버퍼(26)로부터 제어부(14)에 입력되는 신호 사이에 지연시간(ΔT)이 있게 되는 것이다.

다음으로, 상기 제어부(14)가 파워트랜지스터(16)의 스위칭용으로 공급하고 있던 전원을 차단시키게 되면(다;로우 신호의 출력), 상기 파워트랜지스터(16)는 오프되고, 이에 따라 배터리전원 공급단자(V-IG)로부터 배터리 전원이 상기 제3트랜지스터(24)로 도통되어 이를 스위칭시키게 되며, 이 결과, 상기 컨덴서(22)에 충전된 전원은 상기 제3트랜지스터(24)를 통해 완전히 방전되고, 이로 인해 상기 버퍼(26)로부터 제어부(14)에 출력되는 신호는 로우가 된다.(라)

이에 반해, 상기 파워트랜지스터(16)의 손상에 따른 상기 버퍼(26)의 출력 신호는 도 3의 (c)에 도시된 바와 같다.

즉, 정상 동작중 상기 컨덴서(22)를 통해 버퍼(26)로 입력되는 하이 신호는 상기 파워트랜지스터(16)의 손상 시점에서 상기 배터리전원 공급단자(V-IG)로부터 배터리 전원이 상기 파워트랜지스터(16)로 공급되지 못하고, 상기 제3트랜지스터(24)로 공급되어 이를 온시키게 된다.

이 결과, 상기 컨덴서(22)에 충전된 전압은 방전되므로, 상기 버퍼(26)로 입력되는 신호는 로우로 전환된다.(마)

즉, 상기 파워트랜지스터(16)의 손상시, 상기 제어부(14)는 버퍼(26)를 통해 입력되는 로우 신호를 매개로 파워트랜지스터(16)에서 이상 상황의 발생을 인식할 수 있게 된다.

그리고, 상기 점화코일(10)의 1차 코일(10a)의 단선에 따른 상기 버퍼(26)의 출력 신호는 도 3의 (d)에 도시된 바와 같다.

즉, 상기 1차 코일(10a)에서 단선이 발생되면, 배터리전원 공급단자(V-IG)로부터 배터리 전원이 파워트랜지스터(16)에 공급되지 못하고, 2차 코일(10b)에서 발생되는 고압으로부터 1차 코일(10a)에서 대략 10% 수준의 고압이 유기되며, 이와 같이 1차 코일(10a)로 유기된 2차 전압이 상기 제3트랜지스터(24)를 온시키게 된다.

이 결과, 상기 컨덴서(22)에 충전된 전압은 방전되므로, 상기 버퍼(26)로 입력되는 신호는 로우로 전환된다.(바)

즉, 상기 점화코일(10)의 1차 코일(10a)의 손상시, 상기 제어부(14)는 버퍼(26)를 통해 입력되는 로우 신호를 매개로 1차 코일(10a)에서 이상 상황의 발생을 인식할 수 있게 된다.

또한, 도 3의 (e)에 도시된 바와 같이, 상기 1차 코일(10a)에서 단선의 발생이 상기 제어부(14)로부터 점화신호의 출력 이전에 이루어지게 되면, 상기와 같은 일련의 과정을 통해 상기 버퍼(26)를 통해 제어부(14)에 입력되는 신호는 처음부터 로우 신호가 된다.(사)

한편, 도 3의 (f)에 도시된 바와 같이, 상기 1차 코일(10a)에서 합선이 발생되면, 배터리전원 공급단자(V-IG)로부터 배터리 전원이 파워트랜지스터(16)의 스위칭 작용과 무관하게 통전된 상태를 유지하게 되고, 이 과정에서 상기 제3트랜지스터(24)를 스위칭할 수 있는 전원의 인가가 이루어지지 않게 된다.

이 결과, 상기 컨덴서(22)에 충전된 전압은 상기 버퍼(26)에 지속적으로 하이 신호로 출력되고, 이로 인해 상기 제어부(14)는 파워트랜지스터(16)로 하이/로우 입력 신호를 출력함에도 불구하고 상기 버퍼(26)로부터 하이 신호만 입력됨에 따라, 상기 1차 코일(10a)에서 이상 상황의 발생을 인식할 수 있게 된다.(아)

이 경우, 상기 파워트랜지스터(16)에서 지속적인 통전에 따른 손상이 발생되면, 이때서야 비로소 배터리 전원이 상기 제3트랜지스터(24)를 온시키게 되고, 이 결과 상기 컨덴서(22)에 충전된 전원이 방전되어 버퍼(26)로부터 제어부(14)에 입력되는 신호는 로우 신호로 전환이 된다.(자)

그리고, 도 3의 (g)에 도시된 바와 같이, 상기 2차 코일(10b)에서 단선이 발생되면, 2차 코일(10b)로부터 1차 코일(10a)에 유기된 고압의 전원이 파워트랜지스터(16)로 도통되고, 이와 같은 도통된 상태는 상기 제3트랜지스터(24)의 스위칭할 수 있는 전원의 인가가 이루어지지 않게 되므로, 상기 컨덴서(22)에 충전된 전압은 상기 버퍼(26)에 지속적으로 하이 신호로 출력된다.(차)

이로 인해, 상기 제어부(14)는 파워트랜지스터(16)로 하이/로우 입력 신호를 출력함에도 불구하고 상기 버퍼(26)로부터 하이 신호만 입력됨에 따라, 상기 1차 코일(10a)에서 이상 상황의 발생을 인식할 수 있게 된다.

한편, 상기와 같은 일련의 과정에 있어, 상기 제어부(14)는 점화코일(10)의 1차 코일(10a)에 인가되는 1차 전류의 검출과 2차 전압의 검출을 매개로 점화회로의 각종 이상 상황의 발생을 판정함과 더불어 이상 부위를 정확하게 검출하여 이를 저장할 수 있으므로, 정비시 이상 부위에 대한 정확한 진단을 통해 오정비의 우려를 방지할 수 있고, 이에 따라 정비의 편의를 도모할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 엔진의 점화장치에 의하면, 점화코일의 1차 코일에 인가되는 1차 전류의 검출과 2차 코일로부터 1차 코일에 유기되는 2차 전압의 검출을 매개로 하여 점화회로에 있어 각종 이상 상황을 판단함과 더불어, 이상 부위에 대한 정보를 저장할 수 있도록 함으로써, 이상 발생시 정비의 편의성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 정비에 소요되는 비용을 줄일 수 있는 효과가 있게 된다.

도 1은 종래 엔진 점화장치의 구성을 도시한 회로도.

도 2는 본 발명에 따른 엔진 점화장치의 구성을 도시한 회로도.

도 3은 본 발명에 따른 엔진 점화장치에서 정상 상태와 이상 상태에 대한 각각의 경우에 있어, 제어부의 출력 신호 대비 검출 신호의 변화를 도시한 타이밍 챠트.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10-점화코일 12-점화플러그

14-제어부 16-파워트랜지스터

18-제1트랜지스터 20-제2트랜지스터

22-컨덴서 24-제3트랜지스터

26-버퍼

Claims (5)

1. 배터리로부터 공급되는 점화용 전원의 통전을 조절하여 점화코일에서 고압이 유도되도록 하여 점화를 가능하게 하는 제어부와;

   상기 제어부의 제어에 따라 배터리로부터 공급되는 점화용 전원을 상기 점화코일의 1차 코일로 인가함과 더불어, 점화시 상기 점화코일의 1차 코일로 인가되는 점화용 전원을 차단시켜 상기 점화코일의 2차 코일에서 고압의 전압이 유도되도록 하는 점화코일 구동부;

   상기 점화코일 구동부의 작동에 따라 상기 점화코일의 1차 코일로 인가되는 1차 전류를 검출하는 1차 전류 검출부;

   상기 점화코일 구동부의 작동에 따라 상기 점화코일에서 방전시 2차 코일에서 역으로 1차 코일로 유기되는 2차 전압을 검출하는 2차 전압 검출부 및;

   상기 1차 전류 검출부와 2차 전압 검출부에서 검출된 신호를 매개로 점화회로상에서 발생되는 각종 이상 상황을 판단함과 더불어, 이를 상기 제어부로 출력하는 고장 판정 및 버퍼부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엔진의 점화장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 점화코일 구동부는 상기 제어부의 단속에 따라 상기 점화코일의 1차 코일에 배터리의 전원이 도통하도록 스위칭되는 파워트랜지스터로 이루어진 것을 특징으로 하는 엔진의 점화장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 1차 전류 검출부는 상기 제어부로부터 파워트랜지스터의 베이스 단자에 이르는 회로중 분지되어 연결된 제1트랜지스터와, 이 제1트랜지스터와 연동하여 스위칭되어 회로구동용 정전압을 공급하는 제2트랜지스터 및, 이 제2트랜지스터에 연결된 회로중 분지되어 연결된 컨덴서로 이루어진 것을 특징으로 하는 엔진의 점화장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 2차 전압 검출부는 상기 파워트랜지스터와 상기 점화코일의 1차 코일 사이의 회로중 분지되어, 상기 1차 코일에 고전압의 유기시 스위칭되어 상기 컨덴서의 방전을 유도하는 제3트랜지스터로 이루어진 것을 특징으로 하는 엔진의 점화장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 고장 판정 및 버퍼부는 상기 1차 전류 검출부 내지 상기 2차 전압 검출부를 통해 입력되는 하이/로우 신호를 상기 제어부에 출력하는 버퍼로 이루어진 것을 특징으로 하는 엔진의 점화장치.