KR100598799B1 - 이그니션 코일의 실화 감지장치 - Google Patents

이그니션 코일의 실화 감지장치 Download PDF

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Abstract

이그니션 코일의 실화를 감지하는 것으로, 단일 포트를 통해 이그니션 코일의 1차측 및 2차측의 전류를 검출하여 실화 발생 및 그 원인을 판단하는 것으로,
판별되는 기통과 해당 기통에 대한 점화시기에 따라 이그니션 코일의 1차측 전류를 단속하여 해당 기통에 대한 점화를 제어하고, 이그니션 코일의 1차측 혹은 2차측의 단선으로 인한 실화 여부를 판단하는 MCU와, MCU의 제어신호에 따라 이그니션 코일의 1차측 전류를 단속하여 2차측에 고전압이 유기되도록 하는 구동부와, 상기 구동부에서 이그니션 코일의 1차측 전류를 단속할 때 전류 레벨을 검출하는 제1센싱 저항과, 상기 구동부에서 이그니션 코일의 1차측 전류 단속에 따라 2차측에서 1차측으로 유기되는 전압 레벨을 검출하는 제2센싱 저항과, 상기 이그니션 코일의 1차측 전류의 단속 과정에서 제1센싱 저항에 의해 검출되는 전류 레벨과 제2센싱 저항에 의해 검출되는 전압 레벨에 따라 이그니션 코일의 1차측 및 2차측의 상태 신호를 MCU에 인가하는 신호 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실화검출, 이그니션 코일, 전류 단속

Description

이그니션 코일의 실화 감지장치{MISFIRE DETECTION APPARATUS OF IGNITION COIL ON VEHICLE}
도 1은 본 발명에 따른 이그니션 코일의 실화 감지장치에 대한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 이그니션 코일의 실화 감지장치에서 각 요소의 전압 변화 파형도.
도 3은 종래에 적용되는 이그니션 코일 실화 감지장치에 대한 구성도.
본 발명은 엔진 제어에서 이그니션 코일(Ignition Coil)의 실화를 감지하는 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 단일 포트를 통해 이그니션 코일의 1차측 및 2차측의 전류를 검출할 수 있도록 하여 실화 발생 및 그 원인을 검출하도록 하는 이그니션 코일의 실화 감지장치에 관한 것이다.
현재 북미 및 유럽에서 강화되는 규제의 일환으로 차량에서의 실화 감지장치는 필수적인 구성 요소로 자리 매김을 하고 있다.
현재 차량에 적용되고 있는 이그니션 코일의 실화 감지장치는 첨부된 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 이그니션 코일(IG_COIL)의 1차측 전원 공급단자(V_IG)에 직렬로 실화 검출장치인 IFS(Ignition Failure Sensor ; 20)가 설치되고, 이그니션 코일(IG_COIL)의 1차측 전류의 단속을 위해 ECU(10)내에 MCU(11)의 출력 신호가 베이스 단자에 연결되고 에미터 단자가 그라운드로 연결되며 콜렉터 단자가 상기 이그니션 코일(IG_COIL)의 1차측에 연결되어, MCU(11)의 출력신호에 의해 스위칭 되는 트랜지스터(TR1) 및, 상기 이그니션 코일(IG_COIL)의 2차측 코일에 연결되는 복수개의 점화 플러그(S/P1-S/P4)로 구성된다.
상기한 구성을 갖는 종래 이그니션 코일의 실화 감지장치는, 엔진의 시동에 따라 ECU(10)내의 MCU(11)는 검출되는 기통 판별 신호에 따라 저항(R1)을 통해 트랜지스터(TR1)의 베이스 단자에 "하이' 신호를 출력하게 되면, 상기 트랜지스터(TR1)가 스위칭 온되어 전원(V-IG) → IFS(20) → 이그니션 코일(IG_COIL)의 1차측 권선 → 트랜지스터(TR1) → 그라운드로 연결되는 패스가 형성된다.
따라서, 전원(V-IG)이 IFS(20)를 통해 이그니션 코일(IG_COIL)의 1차측에 공급되며, 이그니션 코일(IG_COIL)의 1차측 코일과 2차측 코일의 권선비에 따라 승압되어 고전압이 2차측 코일로 유지된다.
이때 MCU(11)에서 "로우" 신호를 출력하여 트랜지스터(TR1)를 오프하게 되면 이그니션 코일(IG_COIL)의 1차측 전류가 단속됨에 따라 2차측 전류가 다시 승압되어 해당 기통에 대한 점화 플러그에 고전압을 인가함으로써 해당 기통에서 연소가 이루어진다.
또한, 이그니션 코일(IG_COIL)의 1차측이 단속될 때마다 IFS(20)는 이그니션 코일(IG_COIL)의 1차측 코일에 공급되는 전류를 측정하여 그에 대한 정보를 펄스 신호로 MCU(11)측에 피드백 인가함으로써 MCU(11)로 하여금 해당 기통에서의 실화여부를 검출할 수 있게 한다.
전술한 바와 같은 현재 적용되고 있는 이그니션 코일의 실화 감지장치는 이그니션 코일의 1차측에 공급되는 전류가 IFS를 통해 공급되도록 되어 있어, 엔진이 4기통 형식을 갖는 경우 각 기통에서 한번씩 점화가 일어나는 경우 4개의 펄스가 발생되어 MCU측에 피드백 신호로 공급되며, 6기통의 형식을 갖는 경우 각 기통에서 한번씩 점화가 일어나는 경우 6개의 펄스가 발생되어 MCU측에 피드백 신호로 공급되어진다.
따라서, 엔진의 고속 회전에 따라 MCU에서의 펄스 검출에 어려움이 발생되는 문제점이 있다.
또한, 이그니션 코일의 1차측에 전원을 공급하는 전원단이 IFS를 통과하도록 되어 있어 IFS의 고장이 발생하는 경우 이그니션 코일의 1차측에 공급되는 전원이 원천적으로 차단되어짐에 따라 어떠한 방법으로도 시동이 불가능한 문제점이 있다.
또한, 이그니션 코일의 실화 판단을 위한 IFS가 외부에 별도로 설치되어 있음에 따라 설치 공간의 제약과 주변의 환경에 의한 파손 발생 위험성이 높으며, 부가적인 비용이 발생되어 소비자의 부담으로 작용되는 문제점이 있다.
또한, 정상 점화를 판단하는 방식이 이그니션 코일의 1차측 전류를 이용함으로써 2차측 코일의 단선이나 단락 등에 의한 고장 혹은 점화 플러그의 고장이 발생된 경우에는 실화로 판정하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 단일 포트를 통해 이그니션 코일의 1차측 및 2차측의 전류를 검출하여 실화 발생 및 그 원인을 판단할 수 있도록 한 것이다.
또한, 이그니션 코일의 실화 검출을 위한 별도의 센서를 외부에 설치하지 않고, ECU내부에 간단한 하드웨어로 구성함으로써 주변의 환경으로부터 안정되게 보호하며, 장착에 있어 간편성을 제공하도록 한 것이다.
또한, 2차측 전류의 검출을 통해 점화 플러그의 이상으로 인한 실화 발생을 검출할 수 있도록 하여 점화 플러그의 적절한 교환 시기를 운전자에게 통지하도록 한 것이다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 판별되는 기통과 해당 기통에 대한 점화시기에 따라 이그니션 코일의 1차측 전류를 단속하여 해당 기통에 대한 점화를 제어하고, 이그니션 코일의 1차측 혹은 2차측의 단선으로 인한 실화 여부를 판단하는 MCU와; MCU의 제어신호에 따라 이그니션 코일의 1차측 전류를 단속하여 2차측에 고전압이 유기되도록 하는 구동부와; 상기 구동부에서 이그니션 코일의 1차측 전류를 단속할 때 전류 레벨을 검출하는 제1센싱 저항과; 상기 구동부에서 이그니션 코일의 1차측 전류 단속에 따라 2차측에서 1차측으로 유기되는 전압 레벨을 검출하는 제2센싱 저항과; 상기 이그니션 코일의 1차측 전류의 단속 과정에서 제1센싱 저항에 의해 검출되는 전류 레벨과 제2센싱 저항에 의해 검출되는 전압 레벨에 따라 이그니션 코일의 1차측 및 2차측의 상태 신호를 MCU에 인가하는 신호 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이그니션 코일의 실화 감지장치를 제공한다.
또한, 이그니션 코일의 1차측에 전원 공급단이 직결되는 것을 특징으로 하는 이그니션 코일의 실화 감지장치를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 이그니션 코일의 실화 검출장치는, 이그니션 코일(IG_COIL)의 1차측 일측단에 전원 공급단(V-IG)이 직접 연결되고, 1차측의 다른 일측단에 기통 판별 및 해당 기통에 대한 점화시기의 판별에 따라 1차측의 전류의 단속을 제어하는 ECU(100)의 제어신호가 연결되며, 2차측에 엔진의 기통 형식에 따라 구비되는 점화 플러그(S/P1-S/P4)가 연결된다.
상기의 ECU(100)는 MCU(110)와 구동부(120), 제1센싱 저항(RS3) 및 제2센싱저항(RS4) 및 신호 처리부(130)로 이루어지는데, MCU(110)는 도시되지 않은 검출수단에서 인가되는 신호에 의해 판별되는 기통과 해당 기통에 대한 점화시기에 따라 이그니션 코일(IG_COIL)의 1차측 전류를 단속하여 대응되는 기통에 대하여 점화가 이루어지도록 제어하며, 피드백 검출되는 신호에 따라 이그니션 코일(IG_COIL)의 1차측 혹은 2차측의 영향으로 인한 실화 여부를 판단한다.
구동부(120)는 MCU(110)의 제어신호 출력단에 일측단이 연결되는 저항(R8)과, 이 저항(R8)의 다른 일측단에 베이스 단자가 연결되고, 에미터 단자에 일측단이 그라운드로 연결되는 제1센싱저항(RS3)이 연결되며, 콜렉터 단자에 이그니션 코 일(IG_COIL)의 1차측이 연결되는 트랜지스터(TR2)로 구성되어, MCU(110)에서 인가되는 제어신호에 따라 이그니션 코일(IG_COIL)의 1차측 전류를 단속하여 대응되는 기통에 장착되어 있는 점화 플러그에 고전압의 방전을 실행한다.
제1센싱 저항(RS3)은 상기 구동부(120)에 의해 이그니션 코일(IG_COIL)의 1차측 전류의 단속이 발생되는 경우에 전류 레벨을 센싱하여 이그니션 코일(IG_COIL)의 1차측에 대한 이상여부를 검출한다.
제2센싱 저항(RS4)은 상기 구동부(120)에 의해 이그니션 코일(IG_COIL)의 1차측 전류의 단속이 발생되는 경우에 2차측에서 1차측으로 유기되는 고전압을 저항(R9)을 통해 센싱하며, 센싱되는 고전압을 저항(R9)과 분압한다.
신호처리부(130)는 상기 이그니션 코일(IG_COIL)의 1차측 전류의 단속 과정에서 제1센싱 저항(RS3)과 제2센싱 저항(RS4)을 통해 검출되는 이그니션 코일(IG_COIL)의 1차측 및 2차측의 상태 신호를 처리하여 MCU(110)에 실화 여부에 대한 정보를 제공한다.
상기의 신호 처리부(130)는 구동부(120)내의 저항(R8)과 트랜지스터(TR2)에 병렬로 애노드 단자가 연결되는 다이오드(D2)와, 상기 다이오드(D2)의 캐소우드 단자에 일단이 연결되는 저항(R10)과, 상기 저항(R10)의 다른 일단에 베이스 단자가 연결되고, 에미터 단자는 그라운드로 연결되며, 콜렉터 단자가 MCU(110)에 센싱 신호로 연결되는 트랜지스터(TR3)와, 상기 저항(R10)과 병렬로 연결되어 제1센싱 저항(RS3)의 전압을 배분하는 저항(R12)과, 상기 저항(R9)과 제2센싱 저항(RS4)에 의해 분압되어 인가되는 게이팅 신호에 의해 스위칭 되는 SCR1과, 상기 SCR1의 출력단에 연결되며, 다른 일단이 그라운드로 연결되는 커패시터(C2) 및 상기 커패시터(C2)의 입력단과 상기 트랜지스터(TR3)의 콜렉트 단자가 연결되며, 양단간의 전압을 조정하는 저항(R11)으로 구성된다.
전술한 바와 같은 기능을 포함하는 구성으로 이루어지는 본 발명에서 이그니션 코일의 실화 감지동작은 다음과 같이 수행된다.
ECU(100)내의 MCU(110)는 도시되지 않은 검출수단에서 인가되는 신호에 의해 판별되는 기통과 해당 기통에 대한 점화시기에 따라 이그니션 코일(IG_COIL)의 1차측 전류를 단속하기 위한 제어신호를 첨부된 도 2의 (가)와 같이 구동부(120)에 출력하게 되면, 구동부(120)내의 트랜지스터(TR2)는 저항(R8)을 통해 인가되는 "하이" 레벨 신호에 의해 스위칭 온된다.
따라서, 이그니션 코일(IG_COIL)의 1차측과 트랜지스터(TR2), 제1센싱 저항(RS3) 및 그라운드로 연결되는 전류 패스가 형성되므로, 이그니션 코일(IG_COIL)의 1차측 전류는 직선적으로 증가하게 되며, 이 전류는 제1센싱저항(RS3)으로 흘러 양단에 전압에 발생하게 된다.
상기 트랜지스터(TR2)의 베이스 단자 전압은 초기 턴 온시에 0.7-1.0V의 전압이 걸리게 되며, 제1센싱 저항(RS3)의 양단 전압의 영향으로 첨부된 도 2의 (나)와 같이 증가하게 된다.
즉, 트랜지스터(TR2)의 베이스 단자의 전압은 Vb = (0.7-1.0) + RS3(ib+ic)가 된다.
이때, 트랜지스터(TR2)의 베이스 입력단에 병렬로 접속되어 트랜지스터(TR2) 의 베이스 단자 전압의 영향을 배제하여 주는 다이오드(D2)를 통해 트랜지스터(TR3)의 베이스 단자에 입력되는 제1센싱 저항(RS3)에 의한 변동 전압은 저항(R10)(R12)에 의해 배분되어 인가되므로, 트랜지스터(TR3)가 턴 온되어 진다.
따라서, 이그니션 코일(IG_COIL)의 1차측 전류가 정상적인 경우 트랜지스터(TR3)의 콜렉터 단자의 전압은 첨부된 도 2의 (다)와 같이, 트랜지스터 (TR2)에 인가되는 신호와 동기된 "로우" 레벨의 신호가 출력되어 MCU(110)측에 검출된다.
그러나, 이그니션 코일(IG_COIL)의 1차측이 단선되거나 트랜지스터(TR2)의 고장이 발생한 경우에는 트랜지스터(TR3)의 턴 온되지 않아 항상 "하이" 상태를 유지하게 되므로, "하이" 레벨의 신호가 MCU(110)측에 검출된다.
또한, 이그니션 코일(IG_COIL)의 2차측에서 유기되는 전압은 매우 높은 고전압이 형성되고 있어 직접적인 측정이 어려우나, 1차측이 정상적인 상태인 경우 반드시 1차측으로 전압 유기가 발생되므로 1차측에 유기되는 값의 측정을 통해 2차측의 단선 여부를 검출한다.
즉, 2차측에서 점화 플러그에 방전을 하게 되면 1차측으로 유기되는 전압은 대략 200~400V의 고전압이 된다.
따라서, 2차측에서 점화 플러그에 방전하는 경우 첨부된 도 2의 (라)에서 알 수 있는 바와 같이, 1차측에 유기되는 트랜지스터(TR2)의 콜렉터 전압은 저항(R9) 및 제2센싱 저항(RS4)을 통해 적절히 배분되어 SCR1의 게이트 단자에 트리거 신호로 인가된다.
이때, SCR1이 턴 온되므로 공급 전압(Vcc)이 콘덴서(C2)에 충전되며, 이 전압은 트랜지스터(TR3)의 콜렉터 단자에 "하이" 레벨의 신호로 동작하여 MCU(110)에 검출된다.
그러므로, 첨부된 도 2의 (마)와 같이 트랜지스터(TR3)의 턴 온시의 전압인 "로우" 레벨의 신호와 콘덴서(C2)의 충전 전압인 "하이" 레벨의 신호를 조합하게 되면 트랜지스터(TR2)로의 공급 신호에 동기된 신호가 형성되므로, MCU(110)는 트랜지스터(TR3)의 콜렉터 단자의 입력 신호에 대하여 단순한 주파수의 비교를 통해 점화 제어함에 있어 이그니션 코일(IG_COIL)의 1차측 혹은 2차측의 단선으로 실화여부를 검출하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 이그니션 코일의 1차측 및 2차측의 단선 여부를 검출하여 실화 발생여부를 편리하게 검출하고, 외부에 별도의 검출수단을 장착하지 않음으로서 생산성과 안정성을 제공한다.

Claims (8)

  1. 판별되는 기통과 해당 기통에 대한 점화시기에 따라 이그니션 코일의 1차측 전류를 단속하여 해당 기통에 대한 점화를 제어하고, 이그니션 코일의 1차측 혹은 2차측의 단선으로 인한 실화 여부를 판단하는 MCU와;
    MCU의 제어신호에 따라 이그니션 코일의 1차측 전류를 단속하여 2차측에 고전압이 유기되도록 하는 구동부와;
    상기 구동부에서 이그니션 코일의 1차측 전류를 단속할 때 전류 레벨을 검출하는 제1센싱 저항과;
    상기 구동부에서 이그니션 코일의 1차측 전류 단속에 따라 2차측에서 1차측으로 유기되는 전압 레벨을 검출하는 제2센싱 저항과;
    상기 이그니션 코일의 1차측 전류의 단속 과정에서 제1센싱 저항에 의해 검출되는 전류 레벨과 제2센싱 저항에 의해 검출되는 전압 레벨에 따라 이그니션 코일의 1차측 및 2차측의 상태 신호를 MCU에 인가하는 신호 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이그니션 코일의 실화 감지장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이그니션 코일의 1차측에 전원 공급단이 직결되는 것을 특징으로 하는 이그니션 코일의 실화 감지장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는 MCU의 제어신호 출력단에 일측단이 연결되는 저항과;
    이 저항의 다른 일측단에 베이스 단자가 연결되고, 에미터 단자에 일측단이 그라운드로 연결되며, 콜렉터 단자에 이그니션 코일의 1차측이 연결되는 트랜지스터로 구성되는 것을 특징으로 하는 이그니션 코일의 실화 감지장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리부는 구동부내의 저항(R8)과 트랜지스터(TR2)에 병렬로 애노드 단자가 연결되는 다이오드(D2)와;
    상기 다이오드(D2)의 캐소우드 단자에 일단이 연결되는 저항(R10)과;
    상기 저항(R10)의 다른 일단에 베이스 단자가 연결되고, 에미터 단자는 그라운드로 연결되며, 콜렉터 단자가 MCU에 센싱 신호로 연결되는 트랜지스터(TR3)와;
    상기 저항(R10)과 병렬로 연결되어 제1센싱 저항(RS3)의 전압을 배분하는 저항(R12)과;
    저항(R9)과 제2센싱 저항(RS4)에 의해 분압되어 인가되는 게이팅 신호에 의해 스위칭 되는 SCR1과;
    상기 SCR1의 출력단에 연결되며, 다른 일단이 그라운드로 연결되는 커패시터(C2) 및;
    상기 커패시터(C2)의 입력단과 상기 트랜지스터(TR3)의 콜렉트 단자가 연결되며, 양단간의 전압을 조정하는 저항(R11)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 이그니션 코일의 실화 감지장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 신호 처리부 내의 다이오드(D2)는 구동부 내 트랜지스터(TR2) 베이스 단자의 전압이 신호 처리부내 트랜지스터(TR3)의 베이스 단자에 영향이 미치지 않기 위하여 접속하는 것을 특징으로 하는 이그니션 코일의 실화 감지장치.
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