KR102557707B1 - 제1 인덕턴스의 단락에 의한 스파크 플러그 코일의 이온화 검출기 - Google Patents

제1 인덕턴스의 단락에 의한 스파크 플러그 코일의 이온화 검출기 Download PDF

Info

Publication number
KR102557707B1
KR102557707B1 KR1020187007038A KR20187007038A KR102557707B1 KR 102557707 B1 KR102557707 B1 KR 102557707B1 KR 1020187007038 A KR1020187007038 A KR 1020187007038A KR 20187007038 A KR20187007038 A KR 20187007038A KR 102557707 B1 KR102557707 B1 KR 102557707B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
winding
transistor
inductance
electrically coupled
transistors
Prior art date
Application number
KR1020187007038A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180041161A (ko
Inventor
궈밍 주
케빈 모란
Original Assignee
보드 오브 트러스티즈 오브 미시건 스테이트 유니버시티
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 보드 오브 트러스티즈 오브 미시건 스테이트 유니버시티 filed Critical 보드 오브 트러스티즈 오브 미시건 스테이트 유니버시티
Publication of KR20180041161A publication Critical patent/KR20180041161A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102557707B1 publication Critical patent/KR102557707B1/ko

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/021—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions using an ionic current sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P13/00—Sparking plugs structurally combined with other parts of internal-combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P3/00—Other installations
    • F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
    • F02P3/04—Layout of circuits
    • F02P3/0407—Opening or closing the primary coil circuit with electronic switching means
    • F02P3/0435—Opening or closing the primary coil circuit with electronic switching means with semiconductor devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/22—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines
    • G01L23/221—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines
    • G01L23/223—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid for detecting or indicating knocks in internal-combustion engines; Units comprising pressure-sensitive members combined with ignitors for firing internal-combustion engines for detecting or indicating knocks in internal combustion engines using magnetic or magnetostrictive means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • G01N27/626—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode using heat to ionise a gas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/12—Ignition, e.g. for IC engines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/58—Testing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T15/00—Circuits specially adapted for spark gaps, e.g. ignition circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F02P2017/125—Measuring ionisation of combustion gas, e.g. by using ignition circuits
    • F02P2017/128—Measuring ionisation of combustion gas, e.g. by using ignition circuits for knock detection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Spark Plugs (AREA)

Abstract

점화 코일(118)의 제1 권선(202)의 인덕턴스를 단락시킴으로써 상기 점화 코일(118) 인덕턴스의 필터링 효과를 감소시키는 이온화 검출기(120). 상기 이온화 검출기(120)는 바이어스 전압원(220)과 인덕턴스 제어 스위치(228)를 포함한다. 상기 바이어스 전압원(220)은 연소 챔버 내의 이온화를 검출하기 위해 스파크 플러그(116)의 전기 간극을 가로질러 전압을 공급한다. 상기 인덕턴스 제어 스위치(228)는 점화 코일(118)의 제1 권선(202)과 전기적으로 병렬이고, 상기 제1 권선(202)의 인덕턴스를 단락시키도록 동작 가능하다.

Description

제1 인덕턴스의 단락에 의한 스파크 플러그 코일의 이온화 검출기
본 발명은 고-인덕턴스(high-inductance) 점화 코일의 제2 권선을 통해 이온화 전류를 측정하여 내연 기관(internal combustion engine) 내의 가스 이온화를 검출하는 것에 관한 것이다.
본 장에서는 반드시 선행기술일 필요는 없는 본 발명에 관한 배경 정보를 제공한다.
스파크 점화기관(spark ignition engine)은 상기 기관의 연소챔버 내로 돌출하는 스파크 플러그를 포함하고, 고정된 스파크 간극(spark gap)을 갖는 절연전극(insulated electrode)을 접지(ground)에 제공한다. 점화 코일은 전류에 필요한 에너지를 연소챔버 내의 공기-연료 혼합물을 점화시켜 연소를 야기시키는 상기 스파크 간극을 가로질러 아크에 제공한다.
기관의 연소 단계 동안, 열과 압력은 연소챔버 내의 가스 이온화를 야기시킨다. 이온화 정도는 연소챔버 내부의 전기 간극을 가로질러 전압을 가하고 이온화 전류로 칭해지는 결과 전류를 측정하는 것에 의해 측정된다. 이온화 전류는 노크(knock) 및 실화(misfire)의 발생을 포함하는 연소 품질을 나타낸다. 기관 제어모듈은 상기 이온화 전류를 나타내는 신호를 분석하고, 상기 챔버 내에서의 연소를 최적화하기 위한 폐-루프 연소 제어의 일부로서 동작한다.
상기 이온화 전류를 검출하기 위해, 이온화 검출기는 상기 연소챔버 내부의 이온화 감지 전기 간극으로서 기존의 스파크 플러그를 이용한다. 그러나, 상기 스파크 플러그 단자에서의 전압은 스파크 발생시에(예를 들어, 30 kV) 극히 높다. 따라서, 상기 이온화 검출기는 상기 스파크 플러그 단자에 직접 연결될 수 없다. 대신에, 상기 이온화 검출기는 상기 점화 코일의 제2 권선을 통해 상기 스파크 플러그에 연결된다.
상기 제2 권선의 인덕턴스 특성은 기생 로우패스 필터(parasitic low-pass filter)를 생성하고, 특정 주파수를 효과적으로 필터링한다. 저에너지 점화 코일은 노크 주파수를 통과시키기에 충분히 낮은 2차 인덕턴스를 갖는다. 그러나, 자동차 애플리케이션에서의 추세는 이온화 신호의 감쇠를 초래하는 더 높은 인덕턴스를 요구하는 고에너지 코일들에 대한 것이고, 이에 의하면 상기 기관 제어 모듈이 노크 발생과 같은 연소 품질을 검출하지 못하게 된다.
본 출원은 2015년 8월 14일에 출원된 미국 가출원번호 62/205,022의 이익을 주장하고, 여기에 참조로서 포함된다.
본 발명은 가스의 이온화를 검출하는 이온화 검출장치(ionization detector apparatus)에 관한 것이다.
본 발명은 가스의 이온화를 검출하는 이온화 검출장치(ionization detector apparatus)에 관한 것이다. 상기 이온화 검출장치는 점화 코일(ignition coil), 바이어스 전압원(bias voltage source), 및 인덕턴스 제어 스위치(inductance control switch)를 포함한다. 상기 점화 코일은 제1 권선과 제2 권선을 포함한다. 상기 바이어스 전압원은 상기 점화 코일의 제2 권선에 전기적으로 결합되고, 상기 제2 권선을 통해 전기 간극을 가로질러 전기 전압을 공급함으로써 이온화된 가스가 존재하는 경우에 이온화 전류가 상기 전기 간극을 가로질러 흐르게 된다. 상기 인덕턴스 제어 스위치는 상기 점화 코일의 제1 권선과 전기적으로 평행하게 위치되고 상기 제1 권선의 인덕턴스를 단락시키도록 동작된다.
본 발명의 이온화 검출기는 종래 기기들에 비해 장점이 있다. 예를 들어, 제1 권선의 인덕턴스를 단락시킴으로써, 상기 이온화 검출기는 상기 점화 코일의 제2 임피던스를 감소시킨다. 따라서, 상기 이온화 검출기는 상기 점화 코일이 이온화 신호 상에 갖는 필터링 효과를 감소시키고, 그 결과 DC로부터 노킹 주파수를 통과하는 주파수들이 상기 점화 코일에 의해 통과되어진다. 적용 가능한 추가적인 영역들은 여기서 제공되는 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 요약에서의 기재와 특정 예시들은 단지 예시의 목적을 위한 것이고, 본 발명의 범위를 한정짓고자 하는 것은 아니다.
여기에 기재된 도면들은 선택된 실시예들에 대해서만 예시적인 목적인 것일 뿐 모든 가능한 구현은 아니며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아니다.
도 1A 및 1B는 내연 기관(internal combustion engine) 용 스파크 점화장치(spark ignition device)를 포함하는 스파크-점화 시스템을 도시한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에서의 스파크 점화장치의 회로도이다.
도 3은 스파크-연소 주기에 대한 이온화 신호, 드웰(dwell) 제어신호, 및 단락 제어신호를 도시하는 그래프이다.
도 4A는 점화 코일의 제1 권선을 가로지르는 단락(short)이 없는 상기 스파크 점화장치의 상기 점화 코일의 변압기 모델이다.
도 4B는 상기 점화 코일의 상기 제1 권선을 가로지르는 단락을 가지는 상기 스파크 점화장치의 상기 점화 코일의 변압기 모델이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에서의 상기 스파크 점화장치의 회로도이다.
대응하는 도면부호들은 상기 도면들의 여러 뷰(view)를 통틀어 대응하는 부분들을 나타낸다.
내연 기관(internal combustion engine) 내 가스들의 이온화를 검출하는데 사용되는 이온화 검출기(ionization detector)는 스파크 플러그(spark plug)를 가로질러 흐르는 이온화 전류를 검출한다. 상기 이온화 전류를 점화 코일의 제2 권선을 통해 보냄으로써, 제1 로우-패스 필터(low-pass filter)가 상기 이온화 검출기와 상기 스파크 플러그 사이에 생성되어 상기 이온화 전류를 나타내는 이온화 신호의 감쇠를 일으킨다.
본 발명의 이온화 검출기는 상기 기관의 연소 단계 동안에 상기 점화 코일의 인덕턴스를 단락시키도록 구성된다. 보다 구체적으로, 상기 이온화 검출기는 제2 권선의 임피던스를 효과적으로 감소시키도록 제1 권선의 인덕턴스를 단락시키고, 이에 따라 상기 이온화 신호의 감쇠를 감소시킨다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 도 1A 및 1B는 내연 기관(110) 애플리케이션을 위한 스파크-점화 시스템(100)을 도시한다. 상기 스파크-점화 시스템(100)은 스파크 점화장치(112)와 상기 스파크 점화장치(112)의 동작을 제어하는 기관 제어 모듈(engine control module, ECM, 114)을 포함한다. 상기 ECM(114)은 프로세서를 구비한 집적회로와, 상기 프로세서에 의해 실행되는 코드를 저장하는 메모리를 포함한다. 상기 ECM(114)은 점화 및 연소 주기 동안에 상기 스파크 점화장치(112) 내부의 구성요소들을 제어하기 위해 상기 스파크 점화장치(112)와 통신한다. 폐-루프 제어 시스템의 일부로서, 상기 ECM(114)은 상기 스파크 점화장치(112)로부터 데이터를 수신하고, 상기 기관(110)의 연소챔버(combustion chamber) 내부의 스파크 발생 타이밍을 최적화하도록 이러한 데이터를 사용한다.
상기 스파크 점화장치(112)는 상기 연소챔버 내부에서 공기-연료 혼합물(air-fuel mixture)을 점화시키기 위해 상기 기관(110)의 상기 연소챔버 내부로 돌출한다. 상기 스파크 점화장치(112)는 스파크 플러그(116), 점화 코일(118), 및 이온화 검출기(120)를 포함한다. 상기 이온화 검출기(120)는 상기 점화 코일(118)과 통합되는 것처럼 도시되어 있지만, 상기 점화 코일(118)과 반드시 통합될 필요는 없다. 상기 스파크 플러그(116)는 상기 연소챔버 내로 돌출하고, 상기 점화 코일(118)은 상기 공기-연료 혼합물을 점화시키기 위해 상기 스파크 플러그(116) 내에 전기적 스파크를 발생시키는데 필요한 전압을 생성한다. 상기 이온화 검출기(120)는 연소 중에 상기 챔버 내부에서의 가스들의 이온화를 검출하기 위해 상기 스파크 플러그(116)를 이용한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에서의 상기 스파크 점화장치(112)의 회로도(200)를 도시한다. 상기 점화 코일(118)은 플라이백 변압기(flyback transformer)이며, 공통 자기코어(magnetic core) 주위를 감고 있는 제1 권선(202)과 제2 권선(204)을 포함한다. 상기 점화 코일(118)은 전류가 상기 스파크 플러그(116)의 스파크 간극(spark gap, 201)을 가로질러 아킹(arc)되는데 필요한 전압을 생성하기 위해 높은 2차 대 1차의 권선비를 가진다. 예를 들어, 상기 2차 대 1차 권선비(N)는 다음과 같다. N=nsec/npri=80. 상기 제1 권선(202)과 제2 권선(204)은 각각 저항기들(203, 205)에 의해 표현되는 권선 저항을 가진다. 상기 높은 2차 대 1차 권선비로 인하여, 상기 제2 권선(204)의 권선 저항은 상기 제1 권선(202)의 권선 저항보다 크다.
상기 제1 권선(202)은 주 전원(primary power source, PPS, 206)과 접지(ground) 사이에 배치된다. 특히, 상기 제1 권선(202)의 한 단자는 다이오드(208)를 통해 상기 주 전원(206)에 전기적으로 결합된다. 상기 제1 권선(202)의 다른 단자는 제1 스위치(210)를 통해 접지에 전기적으로 결합된다. 상기 제1 스위치(210)는 상기 ECM(114)에 의해 제어되는 전형적인 절연-게이트 양극성 트랜지스터(insulated-gate bipolar transistor, IGBT)이다. 보다 구체적으로, 상기 ECM(114)은 전송 라인(211)에 의해 표현되는 것처럼, 상기 IGBT를 온(ON) 및 오프(OFF)할 수 있도록 상기 제1 스위치(210)에 신호를 전송한다. 상기 오프 상태에서, 상기 IGBT는 열린 스위치(open switch)로 동작하고, 상기 ON 상태에서, 상기 IGBT는 닫힌 스위치(closed switch)로 동작한다.
상기 제2 권선(204)은 상기 스파크 플러그(116)와 상기 이온화 검출기(120)의 전원 사이에 배치된다. 특히, 상기 제2 권선(204)의 일단(one end)은 스파크 플러그(116) 및 접지와 직렬로 전기적 결합된다. 제2 권선(204)의 다른 끝단은 스파크 드웰(dwell) 및 점화 중에 다이오드(208)을 통해 상기 주 전원(206)에 전기적으로 결합되고, 높은 드웰 및 스파크 전류들이 흐르지 않을 때 다이오드(222)를 통해 바이어스 전압원(bias voltage source, BVS, 220)에 전기적으로 결합된다.
상기 바이어스 전압원(220)은 아래 추가적으로 기재되는 것처럼 이온화 검출을 위한 전원이다. 상기 바이어스 전압원(220)은 상기 회로(200)에 주 전원공급기(206)보다 더 많은 전압을 상기 회로(200)에 공급한다. 예를 들어, 상기 바이어스 전압원(220)이 100V를 공급하고, 반면에 상기 주 전원(206)은 전형적으로 15V 정도인 기관의 전기적 시스템 전압을 공급한다. 상기 주 전원(206)은 보통 저전압 배터리 및 충전 시스템인 애플리케이션 시스템 전압이고, 상기 바이어스 전압원(220)은 상기 애플리케이션 시스템 전압으로부터 이온화 검출을 위해 필요한 전압으로 전압을 증가시키는 부스터 변환기(boost converter)로부터의 전력으로서 제공된다.
상기 바이어스 전압원(220)에 더하여, 상기 이온화 검출기(12)는 전류 센서(Current Sensor, 226)와 인덕턴스 제어 스위치(228)를 포함한다. 상기 전류 센서(226)는 상기 바이어스 전압원(220)으로부터 상기 스파크 플러그(116)로 흐르는 이온화 전류(I ion )를 측정한다. 상기 전류 센서(226)는 전송라인(229)에 의해 표시되는 것처럼 상기 ECM(116)과 통신하고, 상기 이온화 전류를 나타내는 신호를 상기 ECM(114)으로 전송한다. 상기 전류 센서(226)는 저항기(224)를 통해 전류를 측정함으로써 상기 이온화 전류를 감시한다.
상기 인덕턴스 제어 스위치(228)는 상기 제1 권선(202)과 병렬로 배치된다. 상기 ECM(114)은 상기 인덕턴스 제어 스위치(228)의 상태를 제어하고, 그 결과 상기 스위치(228)가 열리거나 닫힌다. 구체적으로, 상기 ECM(11)은 상기 스위치(228)를 열거나 닫기 위해, 전송라인(231)에 의해 표현되는 것처럼 상기 인덕턴스 제어 스위치로 신호를 전송한다. 상기 인덕턴스 제어 스위치(228)가 닫힐 때, 상기 스위치(228)는 상기 제1 권선(202)을 가로지르는 단락을 생성하고, 이에 의해 상기 제1 권선(202)의 인덕턴스를 단락시킨다. 이하 추가로 기재되는 것처럼, 상기 인덕턴스 제어 스위치(228)는 이온화 검출 동안에 상기 점화 코일(118)의 필터링 효과를 감소시킨다.
상기 ECM(114)은 상기 제1 스위치(210)와 상기 인덕턴스 제어 스위치(228)를 통해 상기 스파크 점화 장치(112)의 동작을 제어한다. 보다 구체적으로, 상기 스파크 점화장치(112)는 네 가지 모드로 동작할 수 있다: 비활성 모드, 드웰 모드, 스파크 모드, 및 연소 모드. 상기 비활성 모드에서, 상기 제1 스위치(210)와 상기 인덕턴스 제어 스위치(228)가 열리고, 그 결과 어떠한 전류도 상기 회로(200)를 통해 흐르지 않는다. 상기 제1 권선(202)의 양극 및 음극 단자들(V pri (+), V pri (-))에서의 전압은 상기 바이어스 전압원(220) (V bias; V bias = V pri (+) = V pri (-) )의 전압과 거의 동일하다. 상기 바이어스 전압원(220)의 전압이 상기 주 전원(206)의 전압보다 크기 때문에, 상기 다이오드(208)는 역방향으로 바이어스된다.
상기 드웰 모드에서, 상기 ECM(114)은 상기 제1 스위치(210)를 닫고 상기 제1 권선(202)을 접지에 연결하도록 상기 제1 스위치(210)에 신호를 인가한다. 일단 닫히면, 상기 다이오드(208)는 순방향으로 바이어스하고, 전류는 식 (1)에 기재된 속도로 증가하면서 상기 주 전원(206)으로부터 상기 제1 권선(202)을 통해 접지로 흐르기 시작한다. 전류가 상기 제1 스위치(210)를 통해 흐름에 따라, 상기 제1 권선(202)와 상기 제2 권선(204) 사이의 자기 간극(magnetic gap) 내의 에너지가 증가하고, 식 (2)에 의해 추정된다. 여기서, Lpri는 상기 제1 권선(202)의 인덕턴스이다. 상기 제1 권선(202)을 통하는 전류는 Ipri로 식별되고, 제1 권선 전류로도 칭해진다. 상기 제1 권선 전류는 암페어(amps) 단위이다.
상기 제1 스위치(21)에 설치된 제너 다이오드(230)는 상기 드웰 모드가 완료될 때 방출(released)되는 제1 플라이백 전압을 클램핑(clamping)한다. 상기 드웰 모드 후에, 상기 ECM(114)은 상기 ECM(114)이 상기 제1 스위치(210)으로의 신호를 중단하는 상기 스파크 모드로 진행하고, 이에 의해 상기 제1 스위치(210)를 열고 상기 제1 권선 전류를 중단시킨다. 상기 다이오드(208)는 Vpri(+)=Vpwr-VDI인 지점에서의 상기 제1 권선의 양극 단자에서의 전압을 유지하면서 전도를 계속한다. 여기서, Vpwr은 상기 제1 전압원(206)의 전압이고, VD1은 상기 다이오드(208)를 가로지르는 전압 강하이다. 상기 제1 권선(202)의 음극 단자에서의 전압은 상기 제1 전압원(206)에 의해 공급된 전압보다 높은 크기의 클램프 전압까지 솟아 오른다. 예시적인 실시예에서, 상기 클램프 전압은 500V이다. 에너지가 상기 제2 권선(204)으로 방출되고, 그 결과 전류가 흐리기 시작하여 상기 스파크 플러그(116)의 상기 스파크 간극(201)을 가로질러 아킹(arcing)한다. 상기 제1 권선(202)의 음극 단자에서의 전압은 코일 누설 인덕턴스가 공핍되어(depleted) 상기 제1 권선(202)을 통하는 전류가 흐르지 않게 될 때까지 상기 클램프 전압으로 유지된다.
상기 연소 모드에서, 스파크 발생은 상기 연소 챔버 내의 상기 공기-연료 혼합물을 점화시키고, 가스들의 이온화가 발생한다. 상기 다이오드(208)는 역방향으로 바이어스되고, 제1 스위치(210)는 열려진 상태로 유지되고, 상기 점화 코일(118) 내에 저장된 모든 에너지가 고갈된다.
상기 연소 챔버 내의 상기 가스들의 이온화를 측정하기 위해, 상기 ECM(114)은 상기 이온화 검출기(120)를 이용하여 이온화 검출을 수행한다. 구체적으로, 상기 ECM(114)은 상기 제1 권선(202)의 인덕턴스(Lmag)를 단락시키도록 상기 인덕턴스 제어 스위치(228)를 닫는다. 상기 이온화 전류는 상기 바이어스 전압원(220)으로부터 저항기(224)를 통하고 상기 제2 권선(204)을 통하여 상기 스파크 간극(201)을 가로질러 흐른다. 상기 이온화 전류는 상기 제2 권선(204)을 통해 흐르는 전류와 동일하다(Isec; Iion=Isec). 제2 권선(204)을 통해 흐르는 상기 전류는 제2 권선 전류로도 칭해진다.
도 3은 상기 드웰 모드, 상기 스파크 모드, 및 상기 연소 모드를 포함하는 스파크-연소 주기의 예측 그래프이다. 상기 그래프는 상기 이온화 검출기(120)에 의해 얻어진 이온화 전류 측정신호(ionization current measurement signal, 410)를 각각 상기 ECM(114)에 의해 상기 제1 스위치(Primary Switch, 210)와 상기 인덕턴스 제어 스위치(Inductance Switch, 228)에 제공된 드웰 제어 신호(420)와 단락 제어 신호(440)에 연관시킨다. 상기 그래프에서, T1과 T2 사이의 시간 주기 A는 고수준 신호(high level signal)이 상기 ECM(114)으로부터 상기 제1 스위치(210)로 제공되는 드웰 모드를 나타낸다. T2와 T3 사이의 시간 주기 B는 상기 고수준 신호가 끊기는 상기 스파크 모드이다. 상기 드웰 모드와 스파크 모드 동안, 상기 인덕턴스 제어 스위치(228)는 상기 단락 제어 신호(440)의 저수준에 의해 나타나는 것과 같이 열려진 채로(즉, 오프-상태) 유지된다. 또한, 상기 다이오드(208)는 순방향으로 바이어스되고, 최대 이온화 전류는 식 (3)에서 결정된다.
상기 스파크 모드 후에, 상기 연소 모드는 T3과 T4 사이의 시간 주기 C로 개시된다. 상기 단락 제어 신호(440)는 상기 인덕턴스 제어 스위치(228)를 켜기 위하여 로우(low)에서 하이(high)로 이동하고, 그 결과 상기 제1 권선(202)을 가로지르는 단락을 형성하도록 상기 스위치(228)가 닫힌 상태에 있게 된다. 연소가 시작되면, 화염면(flame front)은 상기 스파크 간극(201) 내와 근방에 있게 된다. 이러한 국부화된 높은 이온화 정도는 상기 이온화 전류 신호(410) 내에 제1 험프(hump, 412)를 초래한다. 상기 화염면이 상기 연소 챔버의 체적(volume) 구석구석으로 팽창하면서 상기 스파크 플러그(116)로부터 멀리 이동함에 따라, 제2 험프(414)가 성장한다. 상기 제2 험프(414) 정점은 상기 연소 챔버 내의 최대 압력과 일치한다. 상기 연소에서 노크(knock)가 존재하면, 이는 상기 제2 험프(414)의 하강 경사면 상에 올라 있는 진동파(oscillation wave)로 나타날 것이다.
상기 제1 권선(202)을 가로지르는 단락의 효과를 이해하기 위하여, 도 4A 및 도 4B는 상기 인덕턴스 제어 신호(228)가 열리고 닫힐 때의 상기 점화 코일(118)의 변압기 모델들을 도시한다. 도 4B에서, 저항기(302)는 상기 닫혀진 인덕턴스 제어 스위치(228)에 의해 제공되는 저항을 나타내고, 상기 저항기(224)보다 훨씬 작은 저항을 가진다. 상기 저항기(302)는 비선형일 수 있다.
상기 변압기는 이상적인 1:N의 권선비, 자화 인덕턴스(Lmag), 누설 인덕턴스(Lleak), 및 저항기들(203, 205)로 도시되는 두 개의 권선 저항들로 모델링된다. 식 (4)와 (5)는 상기 이상적인 변압기 동작에 대한 전류와 전압 관계를 반영한다. 식 (4)와 (5)에서, Iideal은 상기 제2 권선의 이상적인 권선 전류이고, Rpri와 Rsec은 각각 제1 권선(202)(저항기(203))과 제2 권선(저항기(205))의 저항들이고, Rsw(ON)은 상기 단락(즉, 저항기(302))의 저항이고, Vsec는 상기 제2 권선(204)의 음극 단자에서의 전압이다.
상기 인덕턴스 제어 스위치(228)가 열리면, 전류를 지지하기 위한 상기 제1 권선(202)을 통한 연속적인 경로가 없다. 즉, 상기 이상적인 전류(Iideal)는 흐를 수 없고, 이에 의해 자화 전류(Imag)가 상기 이온화 전류와 동일하게 되도록 한다. 상기 이온화 전류는 자화 인덕턴스(Lmag)와 상기 누설 인덕턴스(Lleak)의 합과 동일한 상기 제2 권선(204)의 인덕턴스에 의해 주파수 제한된다. 상기 자화 인덕턴스와 상기 누설 인덕턴스는 각각 도 4A와 4B에서의 권선들(304, 306)에 의해 표현된다.
상기 인덕턴스 제어 스위치(228)가 닫히면, 루프(loop)가 상기 제1 권선(202)에 생성된다. 특히, 상기 제1 권선(202)과 상기 제2 권선(204)의 인덕턴스들은 식 (6)에서 제공되는 것과 같은 권선비에 관련된다. 상기 인덕턴스 제어 스위치(228)가 상기 제1 권선(202)의 인덕턴스를 단락시키기 때문에, 상기 제2 권선(204)의 인덕턴스는 상기 제1 권선(202)에 의해 다시 단락된다.
보다 구체적으로, 오직 하나의 공통 노드에서, 상기 제1 권선 전류는 상기 이온화 전류와 상기 제2 권선 전류에 독립적이다. 상기 변갑기의 자기 에너지가 고갈되고 이온화 전류가 0에서 양의 값으로의 단계가 발생하면, 상기 자화 전류가 증가하도록 하는 상기 제2 권선(204)을 통해 상기 이온화 전류가 흐른다. 상기 자화 전류는 상기 이상적인 전류와 상기 제1 권선 전류가 감소함에 따라 계속해서 증가한다. 따라서, 상기 제1 권선을 단락시키는 것은, 이와 같이 하지 않으면 상기 자화 인덕턴스에 의해 제한될 수 있는 전류를 효과적으로 분기(shunt)시킨다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에서의 상기 스파크 점화장치(112)에 대한 회로도(500)를 도시한다. 상기 제2 실시예에서, 상기 인덕턴스 제어 스위치(228)는 트랜지스터들(502, 504), 저항기들(506, 508, 510, 512, 514), 및 구동기(driver, 516)를 포함한다. 상기 트랜지스터들(502, 504)은 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터들(MOSFETs)이다. 상기 트랜지스터들(502, 504)은 상기 제1 스위치(210)보다 더 높은 항복전압(breakdown voltage)을 갖는다.
상기 트랜지스터(502)의 드레인(drain)은 상기 제1 권선(202)의 양극 단자에 전기적으로 결합되고, 상기 트랜지스터(504)의 드레인은 상기 제1 권선(202)의 음극 단자에 전기적으로 결합된다. 상기 트랜지스터들(502, 504)의 게이트들은 상기 구동기(516)와 저항기들(506, 508, 510, 512)을 통해 부유 전압원(floating voltage source, Vfloat)에 전기적으로 결합된다. 상기 트랜지스터들(502, 504)의 소스들(sources)은 상기 부유 전압원의 접지에 전기적으로 결합된다. 상기 트랜지스터들(502, 504)은 전력이 상기 게이트들에 인가될 때 온(ON)이고, 전력이 상기 게이트들에 인가되지 않을 때 오프(OFF)이다. 상기 온 상태에서, 상기 트랜지스터들(502, 504)은 전류가 상기 소스와 상기 드레인 사이를 흐르도록 하고, 따라서, 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이 닫힌 스위치로서 기능한다. 상기 저항기들(506, 508, 510, 512)의 저항들은 트랜지스터들(502, 504)이 전력을 수신할 때 상기 드레인과 상기 소스 사이의 저항을 최소화하기 위하여 상기 트랜지스터들(502, 504)을 가로지르는 전압을 최대화하도록 선택된다.
상기 구동기(516)는 광-절연체(opto-isolator)이고, 상기 ECM(114)에 의해 제어된다. 특히, 상기 ECM(114)은 전송 라인(231)에 의해 표현되는 것처럼 상기 단락 제어 신호를 상기 구동기(516)로 전송한다. 상기 신호가 하이(high)일 때, 상기 광-절연체가 도통하고, 전류가 상기 부유 전압원으로부터 트랜지스터들(502, 504)의 게이트들로 흐른다.
상기 제2 실시예에서, 상기 전류 센서(226)는 상기 이온화 전류를 상기 이온화 전류에 비례하는 미러링된 전류(mirrored current, Imirror)로 분리하는 전류 미러 회로(current mirror circuit)를 포함한다. 상기 전류 센서(226)는 전송 라인(229)에 의해 표현되는 것처럼 상기 이온화 전류를 나타내는 신호를 상기 ECM(114)으로 출력한다. 상기 전류 센서(226)는 트랜지스터들(522, 524)과 저항기들(526, 528, 530)을 포함한다. 상기 트랜지스터들(522, 524)은 이 실시예에서 pnp-형 양극성 접합 트랜지스터들(BJT)이지만, 전계 효과 트랜지스터들(FET)과 같은 다른 유형의 트랜지스터들일 수도 있다.
상기 전류 미러 회로의 동작 동안에, 상기 이온화 전류는 저항기(526), 트랜지스터(522), 및 저항기(224)를 통해 흐른다. 정합된 트랜지스터들(522, 524)을 이용하여, 상기 이온화 전류가 미러링되거나, 다시 말해서, 저항기(528), 트랜지스터(524), 및 저항기(530)에도 흐르도록 복사된다. 상기 트랜지스터들(522, 524)은 전류 미러링 오류를 최소화하도록 가능한 높은 이득을 가진다. 상기 미러링된 전류는 Iion*R526/R528과 동일하고, 여기서 R526은 저항기(526)의 저항이고, R528은 저항기(528)의 저항이다. 상기 저항기(530)는 상기 미러링된 전류를 상기 이온화 전압(Vion)을 나타내는 전압으로 변환한다.
상기 드웰 모드와 상기 스파크 모드 동안에, 트랜지스터들(502, 504)은 오프로 유지된다. 특히, 상기 단락 제어 신호는 로우(low)로 유지되고, 상기 구동기(516)으로부터 전류가 흐르지 않는다. 상기 드웰 모드에서, 트랜지스터(502)의 드레인에 전기적으로 결합된 상기 제1 권선(202)의 양극 단자는 양(positive)이다. 트랜지스터(502)의 바디 다이오드(body diode)는 역방향으로 바이어스되고 애벌런치 전압(avalanche voltage) 아래에 있게 되며, 이에 의해 트랜지스터(504)의 바디 다이오드가 순방향 전도(conducting)하는 것을 막는다. 드웰의 종료시에, 상기 드웰 전류는 차단되고, 상기 제1 권선 전압이 식 (1)에 기재된 것처럼 매우 큰 음의 플라이백 전압을 가지며, 트랜지스터(230)의 제너 다이오드에 의해 클램핑된다. 이는 상기 제1 권선(203)의 음극 단자가 양이 되도록 하고, 트랜지스터(504)의 바디 다이오드(541)가 상기 애벌런치 전압 아래로 역방향 바이어스되며, 이로 인하여 트랜지스터(502)의 바디 다이오드(540)이 순방향 전도하는 것을 막는다.
상기 연소 모드 동안에, 상기 스파크 발생은 상기 연소 챔버 내의 상기 공기-연료 혼합물을 점화시키고, 가스들의 이온화가 발생한다. 앞서 기재된 것처럼, 상기 제1 스위치(210)가 열리고(즉, 오프-상태), 상기 드웰 모드 동안에 상기 점화 코일(118) 내에 저장된 모든 에너지가 고갈된다. 상기 스파크 플러그(116)를 가로질러 인가된 전압은 상기 바이어스 전압원(220)의 전압에서 트랜지스터(522)의 PN 접합 전압 강하와 모든 직렬 저항들에 걸친 전압 강하를 뺀 것과 동일하다.
상기 단락 제어 신호는 하이(high)이고, 그 결과 상기 광-절연체(즉, 구동기(516))가 전도한다. 전류는 트랜지스터들(502, 504)을 턴온(turning on)하는 저항기들(506, 508, 510, 512)을 통해 흐른다. 상기 트랜지스터들(502, 504)을 온(ON) 한 채로, 상기 제1 권선(202)을 가로질러 단락이 형성된다.
상기 제1 실시예의 회로(200)와 유사하게, 상기 회로(500)는 상기 점화 코일의 상기 제2 임피던스를 효과적으로 감소시키도록 상기 제1 권선의 인덕턴스를 단락시킨다. 따라서, 상기 이온화 검출기(120)는 상기 점화 코일이 상기 이온화 신호 상에 가지는 필터링 효과를 감소시켜 DC로부터 상기 노크 주파수(즉, 12kHz)를 통하는 주파수들이 상기 점화 코일에 의해 통과되도록 한다.
상기 실시예들에 대한 앞선 기재는 예시 및 설명의 목적으로 제공된 것이다. 이는 본 발명을 총망라한다거나 본 발명을 한정하고자 하는 의도가 아니다. 예를 들어, 상기 바이어스 전압원은 별도의 배터리일 수 있다. 게다가, 상기 부유 전압원은 펄스폭 변조 입력을 갖는 순방향-모드 변압기 회로일 수 있다. 또한, 상기 MOSFET 게이트들을 구동하도록 설계된 집적 회로는 상기 인덕턴스 제어 스위치의 스위칭 시간을 개선하도록 상기 광-절연체와 상기 MOSFET 게이트들 사이에 추가될 수 있다. 게다가, 상기 2차 대 1차 권선비는 다른 값일 수 있으며, 80으로 제한되지 않는다. 본 발명은 차량, 고정형 발전기, 및/또는 다른 적합한 기관 시스템과 같은 내연 기관을 포함하는 다양한 애플리케이션에 적용될 수 있다. 상기 이온화 검출기는 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 검출기는 다음과 같을 수 있다. 상기 점화 코일에 통합되고; 두 개의 핀 코일을 이용해 외부에 배치되어 위치되고, 여기서 상기 제1 및 제2 권선들은 내부 연결을 가지거나; 또는 분리된 제2 권선을 가진 세 개의 핀 코일을 이용해 외부에 위치될 수 있다. 특정한 실시예들의 개별적인 요소들 또는 특징들은 일반적으로 그 특정 실시예에 한정되지 않고, 적용 가능한 부분에서, 상호교환 가능하며 구체적으로 도시되거나 기재되지 않았더라도 선택된 실시예 내에서 사용될 수 있다. 이와 같은 것이 많은 면에서 변형될 수도 있다. 이러한 변형은 본 발명을 벗어나는 것으로 간주되어서는 아니되고, 모든 이러한 변형은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 가스들의 이온화를 검출하기 위한 이온화 검출장치(ionization detector apparatus)로서,
    제1 권선(winding)과 제2 권선을 갖는 코일(coil);
    상기 제2 권선에 전기적으로 결합된 바이어스 전압원(bias voltage source)로서, 상기 바이어스 전압원이 상기 제2 권선을 통해 전기 간극(electrical gap)을 가로질러 전압을 공급함으로써 이온화 전류가 이온화된 가스가 존재하는 것에 응답하여 상기 전기 간극을 가로질러 흐르는, 상기 바이어스 전압원;
    상기 코일의 상기 제1 권선과 전기적으로 병렬로 위치되고, 상기 제1 권선의 인덕턴스를 단락시키도록 동작 가능한 인덕턴스 제어 스위치(inductance control switch); 및
    상기 바이어스 전압원으로부터 상기 전기 간극으로 흐르는 상기 이온화 전류를 나타내는 신호를 출력하는 전류 센서를 포함하고,
    상기 전류 센서는 전류 미러 회로(current mirror circuit)를 포함하며,
    상기 인덕턴스 제어 스위치는 복수의 트랜지스터들과 구동기(driver)를 포함하고,
    상기 복수의 트랜지스터들은 상기 제1 권선의 양극 단자와 음극 단자 사이에 전기적으로 결합되고; 및 상기 구동기는 상기 복수의 트랜지스터들을 온(ON) 상태 또는 오프(OFF) 상태로 구동하도록 동작함으로써 상기 트랜지스터들이 상기 온 상태일 때 상기 인덕턴스 제어 스위치가 상기 제1 권선의 인덕턴스를 단락시키며,
    상기 복수의 트랜지스터들은 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터 모두 게이트(gate), 드레인(drain), 및 소스(source)를 가지고;
    상기 제1 트랜지스터와 상기 제2 트랜지스터의 상기 게이트들은 상기 구동기에 전기적으로 결합되고;
    상기 제1 트랜지스터의 상기 드레인은 상기 제1 권선의 상기 양극 단자와 전기적으로 결합되고;
    상기 제2 트랜지스터의 상기 드레인은 상기 제1 권선의 상기 음극 단자와 전기적으로 결합되고; 및
    상기 제1 트랜지스터와 상기 제2 트랜지스터의 상기 소스들은 공통 접지(common ground)에 전기적으로 결합되는, 이온화 검출장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 인덕턴스 제어 스위치는 상기 제1 권선의 양극 단자와 음극 단자 사이에 전기적으로 결합된 복수의 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터들을 포함하는, 이온화 검출장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터들을 온 상태 또는 오프 상태로 구동함으로써, 상기 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터들이 상기 온 상태에 있을 때 상기 인덕턴스 제어 스위치가 상기 제1 권선의 인덕턴스를 단락시키도록 동작 가능한, 구동기를 더 포함하는, 이온화 검출장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 인덕턴스 제어 스위치가 상기 전기 간극을 가로지르는 고전압 스파크 발생 후에 상기 제1 권선의 상기 인덕턴스를 단락시키는, 이온화 검출장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 인덕턴스 제어 스위치는, 공통 소스 단자들을 가지고 상기 제1 권선의 상기 인덕턴스를 단락시키기 위해 상기 제1 권선의 양극 단자와 음극 단자 사이에 전기적으로 결합되는 두 개의 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터들을 포함하는, 이온화 검출장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 간극을 가지는 스파크 플러그(spark plug)를 더 포함하고, 상기 스파크 플러그는 가스를 점화시키도록 동작가능하고, 상기 인덕턴스 제어 스위치는 상기 스파크 플러그가 가스를 점화시킨 후에 상기 제1 권선의 상기 인덕턴스를 단락시키는, 이온화 검출장치.
  10. 스파크-점화 시스템으로서,
    전기 간극을 가지고 가스를 점화시키기 위한 전기 스파크를 발생시키도록 동작가능한 스파크 플러그;
    제1 권선과 제2 권선을 포함하는 점화 코일로서, 상기 점화 코일은 상기 전기 스파크를 발생시키기 위해 상기 스파크 플러그의 상기 전기 간극을 가로질러 아킹(arcing)하는 전류를 발생시키도록 동작가능한, 상기 점화 코일;
    가스들이 점화된 후 이온화 전류를 검출하고 바이어스 전압원 및 인덕턴스 제어 스위치를 포함하는 이온화 검출기로서, 상기 바이어스 전압원은 상기 점화 코일의 상기 제2 권선에 전기적으로 결합되고, 상기 인덕턴스 제어 스위치는 상기 제1 권선과 전기적으로 병렬이고 상기 점화 코일의 인덕턴스를 단락시키도록 동작가능한, 상기 이온화 검출기; 및
    상기 바이어스 전압원으로부터 상기 전기 간극으로 흐르는 상기 이온화 전류를 나타내는 신호를 출력하는 전류 센서를 포함하고,
    상기 전류 센서는 전류 미러 회로(current mirror circuit)를 포함하며,
    상기 인덕턴스 제어 스위치는 복수의 트랜지스터들과 구동기(driver)를 포함하고,
    상기 복수의 트랜지스터들은 상기 제1 권선의 양극 단자와 음극 단자 사이에 전기적으로 결합되고; 및 상기 구동기는 상기 복수의 트랜지스터들을 온(ON) 상태 또는 오프(OFF) 상태로 구동하도록 동작함으로써 상기 트랜지스터들이 상기 온 상태일 때 상기 인덕턴스 제어 스위치가 상기 제1 권선의 인덕턴스를 단락시키며,
    상기 복수의 트랜지스터들은 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터 모두 게이트(gate), 드레인(drain), 및 소스(source)를 가지고;
    상기 제1 트랜지스터와 상기 제2 트랜지스터의 상기 게이트들은 상기 구동기에 전기적으로 결합되고;
    상기 제1 트랜지스터의 상기 드레인은 상기 제1 권선의 상기 양극 단자와 전기적으로 결합되고;
    상기 제2 트랜지스터의 상기 드레인은 상기 제1 권선의 상기 음극 단자와 전기적으로 결합되고; 및
    상기 제1 트랜지스터와 상기 제2 트랜지스터의 상기 소스들은 공통 접지(common ground)에 전기적으로 결합되는, 스파크-점화 시스템.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 바이어스 전압원과 다르고, 상기 제1 권선에 전기적으로 결합된 주전원(primary power source);
    상기 주전원으로부터 상기 제1 권선을 통한 전류의 흐름을 제어하기 위해 상기 점화 코일의 제1 권선과 접지 사이에 전기적으로 결합된 제1 스위치; 및
    상기 제1 스위치의 상태와 상기 이온화 검출기의 상기 인덕턴스 제어 스위치를 제어하는 기관 제어 모듈을 더 포함하는, 스파크-점화 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    드웰 모드(dwell mode) 동안, 상기 기관 제어 모듈은 상기 주전원으로부터 상기 점화 코일의 제1 권선을 통해 전류가 흐르게 하도록 상기 제1 스위치를 닫힌 상태로 제어하고, 상기 인덕턴스 제어 스위치를 열린 상태로 제어하며;
    스파크 모드(spark mode) 동안, 상기 기관 제어 모듈은 상기 제1 스위치를 상기 열린 상태로 제어하고, 상기 인덕턴스 제어 스위치를 상기 열린 상태로 제어하며; 및
    연소 모드(combustion mode) 동안, 상기 기관 제어 모듈은 상기 제1 스위치를 상기 열린 상태로 제어하고 상기 인덕턴스 제어 스위치를 상기 닫힌 상태로 제어함으로써 상기 제1 권선의 인덕턴스가 단락되도록 하는, 스파크-점화 시스템.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 인덕턴스 제어 스위치는, 공통 소스 단자와 전기적으로 결합되고 상기 점화 코일의 상기 제1 권선의 단자들을 가로질러 전기적으로 결합되는 두 개의 트랜지스터들을 포함하는, 스파크-점화 시스템.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 점화 코일은 분리된 제2 권선을 가지는 세 개의 핀 코일이고, 상기 이온화 검출기는 상기 점화 코일의 외부에 위치되고 전기적으로 결합되는, 스파크-점화 시스템.
  19. 스파크-점화 시스템을 동작시키는 방법으로서,
    점화 코일의 제1 권선과 제2 권선 사이에 자기 에너지(magnetic energy)를 형성하는 단계;
    전류가 공기-연료 혼합물을 점화시키도록 스파크 플러그의 전기 간극을 가로질러 아킹(arcing)하도록 상기 제2 권선을 통해 상기 자기 에너지를 방출하는 단계;
    상기 공기-연료 혼합물이 점화된 후에 상기 점화 코일의 인덕턴스를 단락시키는 단계;
    바이어스 전압원으로부터 상기 스파크 플러그로 흐르는 이온화 전류를 측정하는 단계로서, 상기 바이어스 전압원은 상기 제2 권선을 통해 상기 스파크 플러그에 전기적으로 결합됨으로써 상기 제2 권선이 상기 스파크 플러그와 상기 바이어스 전압원 사이에 배치되는 상기 이온화 전류를 측정하는 단계; 및
    상기 바이어스 전압원으로부터 상기 전기 간극으로 흐르는 상기 이온화 전류를 나타내는 신호를 출력하는 단계를 포함하며,
    상기 점화 코일의 인덕턴스를 단락시키는 단계는, 복수의 트랜지스터들과 구동기(driver)를 포함하는 인덕턴스 제어 스위치를 사용하여 단락시키고,
    상기 복수의 트랜지스터들은 상기 제1 권선의 양극 단자와 음극 단자 사이에 전기적으로 결합되고; 및 상기 구동기는 상기 복수의 트랜지스터들을 온(ON) 상태 또는 오프(OFF) 상태로 구동하도록 동작함으로써 상기 트랜지스터들이 상기 온 상태일 때 상기 인덕턴스 제어 스위치가 상기 제1 권선의 인덕턴스를 단락시키며,
    상기 복수의 트랜지스터들은 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터를 포함하고, 상기 제1 트랜지스터 및 상기 제2 트랜지스터 모두 게이트(gate), 드레인(drain), 및 소스(source)를 가지고;
    상기 제1 트랜지스터와 상기 제2 트랜지스터의 상기 게이트들은 상기 구동기에 전기적으로 결합되고;
    상기 제1 트랜지스터의 상기 드레인은 상기 제1 권선의 상기 양극 단자와 전기적으로 결합되고;
    상기 제2 트랜지스터의 상기 드레인은 상기 제1 권선의 상기 음극 단자와 전기적으로 결합되고; 및
    상기 제1 트랜지스터와 상기 제2 트랜지스터의 상기 소스들은 공통 접지(common ground)에 전기적으로 결합되는, 스파크 점화-시스템을 동작시키는 방법.
  20. 삭제
KR1020187007038A 2015-08-14 2016-08-11 제1 인덕턴스의 단락에 의한 스파크 플러그 코일의 이온화 검출기 KR102557707B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562205022P 2015-08-14 2015-08-14
US62/205,022 2015-08-14
PCT/US2016/046505 WO2017030889A1 (en) 2015-08-14 2016-08-11 Ionization detector of a coil of a spark plug by shorting the primary inductance

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180041161A KR20180041161A (ko) 2018-04-23
KR102557707B1 true KR102557707B1 (ko) 2023-07-19

Family

ID=56740527

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187007038A KR102557707B1 (ko) 2015-08-14 2016-08-11 제1 인덕턴스의 단락에 의한 스파크 플러그 코일의 이온화 검출기

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10221827B2 (ko)
JP (1) JP6781480B2 (ko)
KR (1) KR102557707B1 (ko)
CN (1) CN107949699B (ko)
CA (1) CA2995576C (ko)
WO (1) WO2017030889A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110360046B (zh) * 2018-03-26 2024-04-05 上海华依科技集团股份有限公司 发动机内置驱动点火线圈的冷试点火测试台架及其信号采集方法
US10514016B1 (en) * 2018-07-25 2019-12-24 Semiconductor Components Industries, Llc Circuit and method for soft shutdown of a coil
CN113834858B (zh) * 2021-09-11 2023-09-29 深圳市海曼科技股份有限公司 一种危险气体检测电路及危险气体检测方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001506721A (ja) * 1996-11-28 2001-05-22 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング イオン電流測定装置を備えた点火装置
JP3971737B2 (ja) * 2002-11-01 2007-09-05 ビステオン グローバル テクノロジーズ インコーポレイテッド 点火コイルフライバックエネルギ及び２段調整を使用することによって気筒内イオン化検出用安定化電源を得るためのデバイス
JP2008267305A (ja) * 2007-04-23 2008-11-06 Hanshin Electric Co Ltd 内燃機関用点火コイルのパワースイッチユニット

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4666926A (en) 1986-02-27 1987-05-19 Warner-Lambert Company Transdermal formulations
US4738239A (en) * 1987-07-31 1988-04-19 Delco Electronics Corporation Ignition system
JPH02301666A (ja) * 1989-05-15 1990-12-13 Mitsubishi Electric Corp 内燃機関点火装置
KR950003338B1 (ko) * 1989-05-15 1995-04-10 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 내연기관 점화장치
WO1992021876A1 (en) * 1991-05-31 1992-12-10 Caterpillar Inc. Diagnostic system for a capacitor discharge ignition system
US5672972A (en) * 1992-05-27 1997-09-30 Caterpillar Inc. Diagnostic system for a capacitor discharge ignition system
JP3727116B2 (ja) * 1996-08-09 2005-12-14 池田デンソー株式会社 内燃機関用トランジスタ点火装置
DE19652267A1 (de) * 1996-12-16 1998-06-18 Bosch Gmbh Robert Induktives Spulenzündsystem für einen Motor
DE19849258A1 (de) * 1998-10-26 2000-04-27 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Energieregelung an Zündsystemen mit primärseitigem Kurzschlußschalter
US6744647B2 (en) * 2001-06-04 2004-06-01 Lambda Electronics, Inc. Parallel connected converters apparatus and methods using switching cycle with energy holding state
US7251571B2 (en) * 2003-09-05 2007-07-31 Visteon Global Technologies, Inc. Methods of diagnosing open-secondary winding of an ignition coil using the ionization current signal
JP4497027B2 (ja) * 2004-07-30 2010-07-07 株式会社デンソー エンジン点火装置
JP4188367B2 (ja) * 2005-12-16 2008-11-26 三菱電機株式会社 内燃機関点火装置
US7677230B2 (en) 2007-10-30 2010-03-16 Ford Global Technologies, Llc Internal combustion engine with multiple spark plugs per cylinder and ion current sensing
US20090241520A1 (en) * 2008-03-31 2009-10-01 Woodward Governor Company Diesel Exhaust Soot Sensor System and Method
US7818998B2 (en) * 2008-09-30 2010-10-26 Visteon Global Technologies, Inc. Detecting ionization signal for HCCI engines using a dual gain and dual bias voltage circuit
JP2010169063A (ja) * 2009-01-26 2010-08-05 Mitsubishi Electric Corp イオン電流検出装置
CN102454529B (zh) * 2010-10-20 2013-09-11 黄志民 能够检测电离的高能单模等离子点火系统
WO2015009594A1 (en) * 2013-07-17 2015-01-22 Delphi Technologies, Inc. Ignition system for spark ignition engines and method of operating same
CN103541852A (zh) * 2013-10-08 2014-01-29 成都泛华航空仪表电器有限公司 全自动化点火器试验系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001506721A (ja) * 1996-11-28 2001-05-22 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング イオン電流測定装置を備えた点火装置
JP3971737B2 (ja) * 2002-11-01 2007-09-05 ビステオン グローバル テクノロジーズ インコーポレイテッド 点火コイルフライバックエネルギ及び２段調整を使用することによって気筒内イオン化検出用安定化電源を得るためのデバイス
JP2008267305A (ja) * 2007-04-23 2008-11-06 Hanshin Electric Co Ltd 内燃機関用点火コイルのパワースイッチユニット

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017030889A1 (en) 2017-02-23
CA2995576C (en) 2024-02-20
KR20180041161A (ko) 2018-04-23
CA2995576A1 (en) 2017-02-23
JP2018526568A (ja) 2018-09-13
CN107949699B (zh) 2021-02-05
CN107949699A (zh) 2018-04-20
JP6781480B2 (ja) 2020-11-04
US20180223791A1 (en) 2018-08-09
US10221827B2 (en) 2019-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3971732B2 (ja) 内燃機関の燃焼室内のイオン化電流を測定するための回路
KR102323181B1 (ko) 점화 시스템을 제어하기 위한 방법 및 장치
WO2014168243A1 (ja) 点火装置
KR102557707B1 (ko) 제1 인덕턴스의 단락에 의한 스파크 플러그 코일의 이온화 검출기
JP6820080B2 (ja) 点火システムを制御する方法および装置
JP2008144657A (ja) 内燃機関用点火制御システムの点火装置
KR101588015B1 (ko) 내연 엔진용의 무선주파수 점화 시스템에서 이온화 전류를 측정하기 위한 기기
KR102600299B1 (ko) 점화 시스템을 제어하는 방법 및 장치
JP2001506721A (ja) イオン電流測定装置を備えた点火装置
US10400739B2 (en) Electronic ignition system for an internal combustion engine
US6725834B2 (en) Ignition system with ion current detecting circuit
US6498490B2 (en) Ion sense ignition bias circuit
JP2006077763A (ja) 内燃機関用イオン電流検出装置
JP6882031B2 (ja) イオン測定及びａｃリンギング抑制を行う容量性点火装置
JP2014070507A (ja) 内燃機関用の点火装置
JP2007309098A (ja) 内燃機関用点火コイル
US11939944B2 (en) Electronic device to control an ignition coil of an internal combustion engine and electronic ignition system thereof for detecting a misfire in the internal combustion engine
JP2007009788A (ja) イオン電流検出装置を備える点火装置
CN116324158A (zh) 用于控制每火花塞具有至少两个线圈的多电荷点火系统的方法和装置
JP2005009450A (ja) 内燃機関用点火ユニット
JPH06185440A (ja) コンデンサ放電式多気筒内燃機関用点火装置

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant