KR100643713B1

KR100643713B1 - 내연기관의 점화제어장치

Info

Publication number: KR100643713B1
Application number: KR1020050077104A
Authority: KR
Inventors: 김원제; 김동규
Original assignee: 김원제; 김동규
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2006-11-10

Abstract

본 발명은 내연기관의 점화제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 불안정한 배터리의 전원을 내연기관의 점화플러그에서 충분한 에너지로 점화하여 완전연소가 될 수 있도록 점화코일에 불안정한 배터리의 전원을 안정적이고 고품질의 전원을 점화코일에 제공하는 내연기관의 점화제어장치에 관한 것이다.

본 발명은 일정한 직류전원을 공급하는 배터리와, 상기 배터리의 전원을 공급하여 내연기관을 점화시키기 위한 점화스위치와, 상기 점화스위치를 통한 전원을 공급받아 고압전류로 변환하는 점화코일과, 상기 점화코일의 출력시간을 제어하는 전자제어장치와, 상기 점화코일에서 유기된 고압전류를 점화 순서에 따라 분배하는 배전기 및 점화플러그를 포함하는 내연기관의 점화제어장치에 있어서, 상기 점화코일(60)은 1차 점화코일(62)과, 2차 점화코일(64)로 구성되며, 상기 점화스위치(20)를 통해 입력되는 배터리(10)의 전압에 관계없이 펄스폭변조 제어로 상기 1차 점화코일(62)에 일정한 전압을 공급하는 점화전압제어부(30)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

내연기관, 점화코일, 점화플러그, 배터리, 펄스폭변조, 점화전압

Description

내연기관의 점화제어장치{IGNITION CONTROL APPARATUS OF AN INTERNAL COMBUSTIONN ENGINE}

도 1은 본 발명의 일실시 예에 의한 내연기관의 점화계통의 개략적인 제어블럭도,

도 2는 본 발명의 일실시 예에 의한 내연기관의 점화제어장치의 개략적인 회로구성도,

도 3은 본 발명의 일실시 예에 의한 내연기관의 점화제어장치를 사용한 엔진의 출력그래프,

도 4는 종래의 일반적인 내연기관에서 점화계통의 개략적인 제어블럭도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 배터리 20: 점화스위치

30: 점화전압제어부 32: 펄스폭변조부

34: 표시부 36: 전압비교부

38: 승압부 40: 전자제어장치

50: 인젝터 60: 점화코일

62: 1차 점화코일 64: 2차 점화코일

70: 배전기 80: 점화플러그

90: 출력제어부 92: 출력가변부

94: 증폭부 95: 센서부

일반적으로, 자동차 등의 내연기관은 흡입, 압축, 폭발, 배기 작용의 1 사이클로서 동작을 한다. 이러한 사이클 도중에 폭발을 일으키기 위해 점화플러그에 불꽃을 발생시키는 점화 계통은, 도 4에 도시된 바와 같이, 직류 전압을 제공하는 배터리(10)와, 점화스위치(20; Ignition switch)가 닫혀질 때 배터리(10)의 전원을 릴레이(25)를 통해 공급받는 1차 점화코일(62; Ignition coil)과, 상기 1차 점화코일(62)의 전류를 점화 불꽃이 발생할 수 있도록 고압전류로 유기하는 2차 점화코일(64)과, 상기 2차 점화코일(64)로의 전류공급을 제어하는 전자제어장치(40)와, 상기 2차 점화코일(64)에서 유기된 고압전류를 점화 순서(firing order)에 따라 분배하는 배전기(70; Distributor) 및 배전기(70)로부터 배전된 전원으로 불꽃을 발생시켜 연료를 연소시키는 점화플러그(80; Spark plug)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성된 내연기관은 점화플러그를 점화시켜 연료를 연소시키고, 연소된 동력으로 자동차의 주행하면서, 연료의 연소에 의해 발생하는 독성 배기가스를 줄이는 역할도 간접적으로 수행하게 된다.

그러나 상술한 내연기관에서는 운행조건과 환경에 따라 배터리의 출력전원이 불안정하게 되어 충분한 점화에너지(Spark Energy)를 점화플러그에 공급하지 못하는 문제점이 있다. 따라서 주행거리가 현저하게 낮아지고, 많은 유독성 매연이 방출되어 공기오염을 가중화시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 운행조건과 환경에 따라 불안정하게 출력되는 배터리의 전원을 입력받아 항상 점화코일이 최상의 품질을 갖는 전원을 출력할 수 있도록 펄스폭변조 제어에 의해 점화코일에 출력하여 점화플러그에서 충분한 에너지로 점화하여 연료가 완전연소가 될 수 있도록 하고, 또한 연료의 완전연소로 인해 대기오염을 사전에 방지할 수 있는 내연기관의 점화제어장치를 제공하는 목적이 있다.

본 발명은, 일정한 직류전원을 공급하는 배터리와, 상기 배터리의 전원을 공급하여 내연기관을 점화시키기 위한 점화스위치와, 상기 점화스위치를 통한 전원을 공급받아 고압전류로 변환하는 1차 점화코일 및 2차 점화코일과, 상기 점화코일의 출력시간을 제어하는 전자제어장치와, 상기 점화코일에서 유기된 고압전류를 점화 순서에 따라 분배하는 배전기 및 점화플러그를 포함하는 내연기관의 점화제어장치에 있어서, 상기 1차 점화코일(62)에 상기 배터리(10)의 출력전압에 관계없이 펄스폭변조 제어로 일정한 전압을 공급하도록, 상기 점화스위치(20)를 통해 입력되는 상기 배터리(10)의 전압을 미리 설정된 기준전압과 비교하는 전압비교부(36)와, 상기 전압비교부(36)의 비교에 신호에 따라 출력펄스를 제어하는 펄스폭변조부(32)와, 상기 펄스폭변조부(32)의 출력신호에 의해 일정한 전압을 출력하는 승압부(38)와, 외부의 동작조건을 센싱하는 센서부(95)의 신호를 입력받아 상기 점화코일(60)로의 출력을 제어하는 출력제어부(90)를 포함하는 점화전압제어부(30)를 더 포함하고, 상기 출력제어부(90)는 상기 센서부(95)의 신호를 입력받아 증폭하는 증폭부(94)와, 미리 상기 센서부(95)의 최저값을 미리 설정하여 최저값 이하에서는 항상 일정한 전압이 상기 점화전압제어부(30)에서 출력되도록 하고, 최저값 초과부터는 선형적으로 상기 점화전압제어부(30)의 출력값이 상승되도록 상기 전압비교부(36)에 출력하는 출력가변부(92)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

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이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 내연기관의 점화제어장치를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 의한 내연기관의 점화계통의 개략적인 제어블럭도이고, 도 2는 본 발명의 일실시 예에 의한 내연기관의 점화제어장치의 개략적인 회로구성도이며, 도 3은 본 발명의 일실시 예에 의한 내연기관의 점화제어장치를 사용한 엔진의 출력그래프이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 내연기관의 점화제어장치는 상기 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 일정한 직류전원을 공급하는 배터리(10)와, 상기 배터리(10)의 전원을 공급하여 내연기관을 점화시키기 위한 점화스위치(20)와, 상기 점화스위치(20)를 통한 전원을 공급받아 펄스폭변조 제어하여 항상 일정한 전압을 출력하는 점화전압제어부(30)와, 상기 점화전압제어부(30)의 출력전원을 입력받아 고압전류로 변환하는 점화코일(60)과, 상기 점화코일(60)의 출력시간을 제어하는 전자제어장치(40)와, 상기 점화코일(60)에서 유기된 고압전류를 점화 순서(firing order)에 따라 분배하는 배전기(70) 및 점화플러그(80)를 포함하여 구성된다.

한편, 상기 점화전압제어부(30)는 외부의 동작조건을 센싱하는 센서부(95)의 신호를 입력받아 상기 점화코일(60)로의 출력을 제어하는 출력제어부(90)를 더 포함하여 구성할 수 있고, 상기 점화전압제어부(30)는 인젝터(50)로의 구동전압을 출력할 수 있다.

상기 점화코일(60)은 일반적으로 1차 점화코일(62)과 2차 점화코일(64)로 형성되며, 상기 점화전압제어부(30)로부터 1차 점화코일(62)로 전원을 공급받고, 상기 전자제어장치(40)의 제어에 의해 상기 2차 점화코일(64)에서 고압전류를 생성하게 된다. 그러나 종래의 점화제어장치에서는 상기 1차 점화코일(62)에 전원을 공급하는 배터리(10)가 동작조건이나 사용환경에 따라 불안정한 전원을 공급하기 때문에 상기 2차 점화코일(64)에서 출력되는 고압전류의 품질이 저하되어 점화플러그(80)에서 충분한 점화에너지를 갖지 못하기 때문에 연료의 완전연소가 어렵게 되 고, 엔진의 출력이 저하되게 되었다.

본 발명의 특징부인 상기 점화전압제어부(30)는 상기한 2차 점화코일(64)의 출력을 입력전원인 배터리(10)의 전압에 관계없이 항상 일정한 전압을 출력하기 위한 것으로 상기 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리(10)의 전원이 입력되는 경우에 이를 표시하는 표시부(34)와, 상기 배터리(10)의 전압을 입력받아 기준전압과 비교하는 전압비교부(36)와, 상기 전압비교부(36)의 비교에 신호에 따라 출력펄스를 제어하는 펄스폭변조부(32)와, 상기 펄스폭변조부(32)의 출력신호에 의해 일정한 전압을 출력하는 승압부(38)를 포함하여 구성된다.

이때 상기 승압부(38)는 중점에 탭이 형성되어 각각 에미터-컬렉터 및 에미터-컬렉터에 연결되는 트랜지스터(T2)와 트랜지스터(T1)의 베이스단으로 상기 펄스폭변조부(32)의 출력신호를 입력받는 입력측과 커패시턴스(C1, C2)) 및 다이오드(D1)으로 정류되어 고품질의 직류전류를 출력하는 출력측으로 구성된 트랜스포머(M)를 포함하여 구성된다.

한편, 상기 전압비교부(36)에는 내연기관의 운전조건이나 동작상태를 센싱하는 센서부(95)로부터 출력신호를 입력받아 증폭하는 증폭부(94)와, 점화전압제어부(30)를 통해 출력되는 출력전류를 미리 설정하기 위한 출력가변부(92)로 구성된 출력제어부(90)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때 상기 센서부(95)는 트로틀포지션센서(TPS)나, 내연기관의 배기구에 장착되어 산소량을 측정하는 산소센서 등이 될 수 있다. 또한 상기 센서부(95)는 상기 전자제어장치(40)로 그 센서신호를 출력하게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 효과를 살펴보면, 일반 승용자동차인 경우에는 배터리(10)에 12V ~ 14.2V로 충전되어 있다. 그러나, 이러한 배터리(10)는 차량 내부의 다른 전원기구의 사용이나, 수명, 습도 등의 동작환경 등 다양한 조건에서 항상 12V의 전원을 공급하지는 못한다. 이러한 배터리(10)에 연결된 점화스위치(20)를 점화위치로 절환시키게 되면, 상기 배터리(10)의 전원이 점화전압제어부(30)에 입력된다.

이때 본 발명은 상기 점화전압제어부(30)의 출력값은 항상 일정한 전압이 되도록 실시하거나, 상기 출력제어부(90)의 입력값에 따라 유동되게 실시할 수 있다.

먼저 점화전압제어부(30)의 출력값이 항상 일정한 전압을 갖도록 실시하는 경우에는 현재의 일반 승용자동차인 경우에는 16±0.5V의 값이 되도록 하는 것이 가장 바람직하였다.

다시 말해 상기 도 3에 도시된 바와 같이, 16V에서의 엔진토오크를 측정한 결과로써, 3610rpm, 66.5mph에서 137.1 lbft의 엔진토오크가 측정되었고, 5010rpm에서 116.4 bhp의 엔진출력이 측정되었다. 즉, 본원발명을 장착한 상태는 청색그래프와 흑색그래프이고, 본원발명을 장착하는 않은 상태는 적색그래프와 녹색그래프이다.

도 3의 실험결과는 현재의 일반승용차의 점화코일(60)의 출력값이 2만 내지 3만볼트(V)인 경우이며, 상기 점화코일(60)의 출력값이 변동됨에 따라 상기 점화전압제어부(30)의 출력값도 16V에서 변동될 것이다.

한편, 점화전압제어부(30)의 출력값이 출력제어부(90)의 입력값에 따라 유동 되게 실시하는 경우에는 먼저 센서부(95)로 트로틀포지션센서나 산소센서의 값을 입력받는다. 이때 상기 출력가변부(92)는 미리 상기 센서부(95)의 최저값을 미리 설정하여 최저값 이하에서는 항상 일정한 전압이 상기 점화전압제어부(30)에서 출력되도록 한다. 상기 트로틀포지션센서는 트로틀밸브의 열림에 따라 아이들(idle)상태에서는 0.48~0.52V가 출력되고, 대략 2250rpm에서 0.6V, 2500rpm에서 0.8V가 출력된다.

따라서, 내연기관의 트로틀밸브를 개방함에 따라 센서부(95)의 출력신호가 높아지고, 출력신호가 상기 출력가변부(92)에 미리 설정된 초기값보다 높아지는 경우에는 상기 점화전압제어부(30)의 출력전압이 높아지게 된다. 따라서 2차 점화코일(64)을 통한 전류값이 상승되고, 점화플러그(80)의 점화에너지도 상승되어 유입되는 연료를 완전연소상태로 점화시킬 수 있게 된다.

앞에서 설명된 본 발명의 일실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 운행조건과 동작환경에 따라 불안정하게 출력되는 배터리의 전원을 입력받더라도, 항상 일정한 전압을 점화코일에 공급 하여 점화플러그에서 충분한 에너지로 점화될 수 있도록 한다. 따라서 공급되는 연료가 완전연소가 될 수 있도록 하여 최대로 엔진을 구동할 수 있으며, 연료의 완전연소로 인해 대기오염을 사전에 방지할 수 있다.

또한 트로틀포지션센서나 산소센서와 연동되어 동작되도록 하여, 가변되는 엔진출력의 조절에 따라서도 최대한의 엔진 토오크와 엔진출력을 기대할 수 있게 된다.

Claims

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일정한 직류전원을 공급하는 배터리와, 상기 배터리의 전원을 공급하여 내연기관을 점화시키기 위한 점화스위치와, 상기 점화스위치를 통한 전원을 공급받아 고압전류로 변환하는 1차 점화코일 및 2차 점화코일과, 상기 점화코일의 출력시간을 제어하는 전자제어장치와, 상기 점화코일에서 유기된 고압전류를 점화 순서에 따라 분배하는 배전기 및 점화플러그를 포함하는 내연기관의 점화제어장치에 있어서,

상기 1차 점화코일(62)에 상기 배터리(10)의 출력전압에 관계없이 펄스폭변조 제어로 일정한 전압을 공급하도록,

상기 점화스위치(20)를 통해 입력되는 상기 배터리(10)의 전압을 미리 설정된 기준전압과 비교하는 전압비교부(36)와, 상기 전압비교부(36)의 비교에 신호에 따라 출력펄스를 제어하는 펄스폭변조부(32)와, 상기 펄스폭변조부(32)의 출력신호에 의해 일정한 전압을 출력하는 승압부(38)와, 외부의 동작조건을 센싱하는 센서부(95)의 신호를 입력받아 상기 점화코일(60)로의 출력을 제어하는 출력제어부(90)를 포함하는 점화전압제어부(30)를 더 포함하고,

상기 출력제어부(90)는 상기 센서부(95)의 신호를 입력받아 증폭하는 증폭부(94)와, 미리 상기 센서부(95)의 최저값을 미리 설정하여 최저값 이하에서는 항상 일정한 전압이 상기 점화전압제어부(30)에서 출력되도록 하고, 최저값 초과부터는 선형적으로 상기 점화전압제어부(30)의 출력값이 상승되도록 상기 전압비교부(36)에 출력하는 출력가변부(92)를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 점화제어장치.