KR102652967B1 - 점화 코일 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 점화 코일 시스템은 코일이 권선되어 고전압을 생성하는 코일부;저전압의 전원을 공급하는 제1전원과 고전압의 전원을 공급하는 제2전원이 형성된 회로부; 및 ECU로부터 연소실의 연소조건에 대한 정보를 전달받아 상기 회로부를 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 연소조건에 따라 상기 제2전원을 제어하여 단일 점화 또는 다중 점화를 발생시키는 것을 특징으로 하여, 초희박연소조건에서 다중 점화를 발생시켜 안정성을 확보하고, 연비를 개선시킨다.

Description

점화 코일 시스템{Ignition coil system}

본 발명은 점화 코일 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 점화 플러그의 불꽃을 발생시키기 위한 자동차용 점화 코일 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 엔진 점화 코일 시스템은 점화코일(1)에 제공되는 직류전원을 단속함으로서 점화시기를 제어하는 방식에 따라 구분되고, 전자식 점화 제어장치의 경우 ECU가 점화시기에 맞춰 펄스신호를 출력하면 펄스신호에 의해 트랜지스터가 개폐됨에 따라 상기한 트랜지스터에 연결되어 있는 점화코일(1)의 1차측에 인가되는 직류전원이 단속되도록 하여 점화코일(1)의 2차측에 고전압이 유도되도록 함으로써 점화 플러그에서 점화가 이루어지도록 한다.

이와 같이 점화코일(1)에 전류를 인가하기 위하여, 종래 점화 코일 시스템은 도1 및 도 2에 도시된 바와 같이 내부 회로부를 구성하는 단자(2)를 구비하고 있으며, 단자 연결에 의해 회로가 구성된다.

이를 위해 회로에는 제어부(3)에 전원 및 코일에 전류를 동시에 공급하는 전원부가 설치된다. 이때 일반적인 자동차의 공급 전원은 14V로 형성되어 점화코일 제어부 또한 14V에 맞춰 내전압 특성이 설계된다. 이에 따라 종래 점화코일(1)은 낮은 전압을 보상하기 위하여 충분한 충전시간을 확보하여 지속적인 전류가 공급되는 단일 점화 시스템을 채택하였다.

이러한 이유로 폭발행정이 발생되는 실린더 내부의 공기과잉률이 2를 초과하는 초희박연소조건에서 연료가 불완전 연소되는 문제점이 발생되었으며, 더 나아가서는 질소산화물 발생이 증가되어 환경 오염을 증가시키는 문제점이 있었다.

본 발명의 실시 예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서,

본 발명의 일실시 예의 점화 코일 시스템은 코일이 권선되어 고전압을 생성하는 코일부; 저전압의 전원을 공급하는 제1전원과 고전압의 전원을 공급하는 제2전원이 형성된 회로부; 및 ECU로부터 연소실의 연소조건에 대한 정보를 전달받아 상기 회로부를 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 연소조건에 따라 상기 제2전원을 제어하여 단일 점화 또는 다중 점화를 발생시키는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 연소조건이 초희박연소조건에 해당하는 경우, 상기 제2전원을 온오프하며 상기 코일부에 전류를 단발성으로 다수회 공급하여 다중 점화를 발생시킬 수 있다.

상기 초희박연조건은 상기 연소실의 공기과잉률이 2보다 크거나 같은 경우를 의미하며, 상기 제2전원은 48V로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 제어부는 상기 제2전원을 제어하여 미리 설정된 충전시간동안 상기 코일부에 최초 점화를 발생시키는 제1전류와 다중 점화를 발생시키는 제2전류를 단발성으로 다수회 공급할 수 있다. (온오프부분에 대해서는 수정하지 않았으며 그 이유에 대해서는 메일에 기재하였습니다.)

이때 상기 제어부는 상기 1차전류의 피크 값이 상기 제2전류의 피크 값을 초과하도록 하며, 상기 제2전류를 일정 간격으로 일정 시간동안 공급되어 상기 최초 점화 발생 후 추가적인 다중 점화를 발생시키는 것이 바람직하다.

상기 회로부는 상기 제1전원과 상기 제2전원이 분리되는 회로를 형성하는 것이 바람직하며, 상기 제어부는 상기 제1전원에서만 전원을 공급받는 것이 바람직하다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.

본 발명의 점화 코일 시스템은 회로부에 제어부로 저전압의 전원을 공급하는 제1전원과 코일부로 고전압의 전원를 공급하는 제2전원을 분리 형성하여, 제어부에 손상을 발생시키지 않으면서 코일부로 고전압을 제공할 수 있어 자동차의 연비를 향상시킨다.

따라서 제어부로 전원을 공급하는 제1전원은 14V로 형성하고, 코일부로 전원을 공급하는 제2전원은 48V로 형성하여 제어부의 내전압 파괴를 발생시키지 않으면서도 보다 짧은 충전시간으로도 충분한 출력을 발생시켜 초기 점화가 안정적으로 발생된다.

또한 코일부에 고전압을 공급하여 짧은 충전시간으로 높은 출력을 발생시켜 점화코일의 손상을 최소화하며, 점화의 안정성을 확보하여 궁극적으로는 제품의 내구성을 향상시킨다.

또한 연소실의 연소조건이 초희박연소조건에 해당하는 경우에는 코일부에 전류를 단발성으로 다수회 공급하는 다중 점화를 발생시켜 연소 안정성을 확보하여 연비를 개선하고, 이에 따라 불완전 연소에 따라 발생되는 질소산화물의 생성을 억제하여 환경 오염 문제를 감소시킨다.

도 1은 종래 점화 코일 시스템이 적용된 점화코일의 내부 회로부를 구성하는 단자를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 회로부를 구성하는 회로도.
도 3은 도 1의 점화 코일의 코일에 공급되는 전류 및 출력을 도시한 그래프
도 4는 본 발명의 점화 코일 시스템이 적용된 점화코일의 내부 회로부를 구성하는 단자를 도시한 도면.
도 5는 도 4의 회로부를 구성하는 회로도.
도 6은 본 발명의 점화 코일 시스템이 단일 점화를 발생시키는 경우, 코일에 공급되는 전류 및 출력을 도시한 그래프.
도 7은 본 발명의 점화 코일 시스템이 다중 점화를 발생시키는 경우, 코일에 공급되는 전류 및 출력을 도시한 그래프.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세히 설명하도록 한다. 다만, 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 하기 위하여 공지된 기능 혹은 구성에 대해 설명은 생략한다.

도 4는 본 발명의 점화 코일 시스템이 적용된 점화코일의 내부 회로부를 구성하는 단자를 도시한 도면이고, 도 5는 도 4의 회로부를 구성하는 회로도이며, 도 6은 본 발명의 점화 코일 시스템이 단일 점화를 발생시키는 경우, 코일에 공급되는 전류 및 출력을 도시한 그래프이고, 도 7은 본 발명의 점화 코일 시스템이 다중 점화를 발생시키는 경우, 코일에 공급되는 전류 및 출력을 도시한 그래프이다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 점화 코일 시스템은 코일이 권선되어 고전압을 생성하는 코일부, 저전압의 전원을 공급하는 제1전원과 고전압의 전원을 공급하는 제2전원이 형성된 회로부 및 ECU(20)로부터 연소실의 연소조건에 대한 정보를 전달받아 상기 회로부를 제어하는 제어부(30)를 포함하고, 상기 제어부(30)는 상기 연소조건에 따라 상기 제2전원을 제어하여 단일 점화 또는 다중 점화를 발생시키는 것을 특징으로 한다.

코일부는 1차스풀에 1차코일이 권선된 1차코일부와, 2차스풀에 2차코일이 권선된 2차코일부와 2차스풀의 내부에 설치된 마그넷코어로 형성되어 상호 전자기적 유도 작용을 통해 고전압을 발생시킨다.

코일부에 고전압을 발생시키기 위하여, 전원을 공급하는 회로부를 구비한다. 이때 회로부에는 저전압의 전원을 공급하는 제1전원과, 고전압의 전원을 공급하는 제2전원이 분리 형성된다.

구체적으로 제1전원은 제2전원에 비해 상대적으로 낮은 저전압을 제어부(30)로 공급하고, 제2전원은 제1전원에 비해 상대적으로 높은 고전압을 코일부로 공급하여 내전압성을 필요로하는 제어부(30)의 손상없이 코일부로 고전압을 제공하여 점화 안정성을 제공한다.

이를 위해 점화 코일 시스템은 제1전원은 14V의 배터리 전압을 사용하고, 제2전원은 48V의 배터리 전압을 사용하며, 회로부를 구성하는 회로는 제1전원과 제어부(30)를 연결하는 회로와 제2전원과 제어부(30)를 연결하는 회로를 구분하여 별개로 형성한다.

또한 ECU(20)와 제어부(30)를 연결하는 회로가 형성되어 연소실의 상태 즉, 연소실의 공기과잉률, 연료분사량, 압력 등의 연소조건에 관한 정보를 제어부(30)로 전달하여, 연소조건에 대응하여 코일부로 공급되는 전류를 제어한다.

상기한 바와 같이 제1,2전원이 분리된 회로를 형성하기 위해 점화 코일 시스템의 점화코일(10)의 일 측에는 접지를 위한 GND 단자와, ECU(20)와 연결되는 단자와, 제1전원과 연결되는 제1단자(11)와, 제2전원과 연결되는 제2단자(12)와, 제2단자(12) 및 코일부와 전기적으로 연결되는 연결단자(13)를 구비한다.

따라서 본 발명의 점화 코일 시스템은 점화코일(10)에 구비되는 단자의 구성만을 변경하여 단일 점화 및 다중 점화를 선택적으로 발생시킬 수 있도록하여 종래 점화코일(10)에도 쉽게 적용할 수 있어 그 활용도가 높고, 연구 개발비용이 절감된다.

제어부(30)는 회로를 통해 ECU(20)와 연결되어 연소실의 상태 정보를 전달받아 제2전원으로 제어하고, 회로를 통해 제1전원과 연결되어 저전압의 전원을 지속적으로 공급받아 내전압 파괴 발생 가능성을 근본적으로 방지한다.

이하에서는 연소조건에 따라 제2전원을 제어하는 제어 방법에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.

제어부(30)는 ECU(20)로부터 전달받은 연소실의 연소조건에 따라 제2전원을 통해 코일부로 전류를 공급하며, 이때 연소조건에 따라 제2전원을 공급받아 트레지스터가 온오프되며 코일부로 공급되는 전류의 세기 및 시간을 조절한다. 이에 따라 코일부에는 유도 전압이 발생되어 이를 통해 연소실의 점화가 발생된다.

구체적으로 본 발명의 점화 코일 시스템은 일반적인 연소조건(연소실의 공기과잉률이 1.4이상 1.6이하인 경우)에서 1회 충전시간(T)동안 코일부로 1회의 전류를 공급하여 단일 점화를 발생시키며, 초희박연소조건(연소실의 공기 과잉률이 2이상인 경우)에서 1회 충전시간(T)동안 코일부로 최초 점화를 발생시키는 제1전류(A1)를 제1공급시간(T1) 공급하고, 추가 점화를 발생시키는 제2전류(A2)를 제2공급시간(T2) 단발성으로 다수회 공급하여 다중 점화를 발생시킨다.

이때 제2전원은 제1전원과 분리되어 보다 높은 고전압을 공급할 수 있어 코일부로 전류를 충전하는 시간이 감소함에도 점화를 발생시킬 수 있는 충분한 에너지를 공급할 수 있어 초희박연소조건에서 점화 확률을 현저히 향상시킨다.

일 실시 예의 점화 코일 시스템은 일반적인 연소조건에서는 약 1.0msec 동안 전류 충전이 지속적으로 발생되도록 제2전원을 통해 코일부로 전류를 충전하고, 이때 최대 전류 값이 14A가 되도록 한다. 또한 초희박연소조건에서는 제1전류(A1)를 약1.0msec 동안 전류 충전이 지속적으로 발생되도록 제2전원을 통해 코일부로 전류를 충전하고, 이때 최대 전류 값이 14A가 되도록 하며, 제2전류(A2)를 약 0.2msec 동안 단발성 전류가 4-5회 연속하여 충전 및 방전되도록 제2전원을 통해 코일부로 전원을 충전 및 방전하고, 이때 최대 전류 값이 5A가 되도록 한다.

이에 따라 초희박연소조건에서 최초 점화가 발생된 상태에서 연속적으로 추가 점화가 발생되도록 하여, 연소실의 연소 조건이 열악한 상태에서도 연료가 안정적으로 연소될 수 있도록 하여 연비를 확보하고, 불완전 연소를 통해 발생되는 질소산화물의 생성을 최소화한다.

다만 상기한 바와 같은 구체적인 제어 방법은 자동차의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 제2전류(A2)가 공급되는 제2공급시간(T2) 및 회수가 많아지는 경우에는 1회 충전시간(T)동안 발생되는 누적 출력에너지는 증가되나, 출력에너지 증가로 인하여 발열량 또한 증가하여 점화코일(10)이 손상될 수 있으며, 제2전류(A2)가 공급되는 제2공급시간(T2) 및 회수가 적어지는 경우에는 출력에너지가 감소하여 연비가 저하될 수 있으므로 자동차에 따라 제2전류(A2)가 공급되는 제2공급시간(T2) 및 반복 회수를 최적화하는 것이 바람직하다.

다시 말해 본 발명의 점화 코일 시스템은 제어부(30)로 전원을 공급하는 제1전원과 코일부로 공급하는 제2전원가 분리된 회로부를 구비하여 제어부(30)의 손상 없이 코일부로 보다 고전압의 전원을 제공함으로써 충전시간(T)을 절감하는 동시에 충분한 점화에너지를 확보하여 일정 이상의 연비를 유지할 수 있도록 한다.

또한 연소실의 연소조건에 따라 코일부로 공급되는 충전 전류를 제어하여 초희박연소조건에서 다중 점화가 가능하도록 하여 연비를 향상 시키는 동시에 불완전 연소 시 발생되는 질소산화물의 발생을 최소화하여 보다 친환경적인 점화 코일 시스템을 제공하며, 제품의 내구성 또한 확보한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

10 점화코일
11 제1단자(제1전원) 12 제2단자(제2전원)
13 연결단자
20 ECU 30 제어부
T 충전시간
T1 제1공급시간 T2 제2공급시간
A1 제1전류 A2 제2전류

Claims (6)

1. 코일이 권선되어 고전압을 생성하는 코일부;
   저전압의 전원을 공급하는 제1전원과 고전압의 전원을 공급하는 제2전원이 형성된 회로부; 및
   ECU로부터 연소실의 연소조건에 대한 정보를 전달받아 상기 회로부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
   상기 제어부는
   상기 연소조건에 따라 상기 제2전원을 제어하여 단일 점화 또는 다중 점화를 발생시키되, 상기 연소조건이 초희박연소조건에 해당하는 경우 상기 제2전원을 통해 상기 코일부에 전류를 단발성으로 다수회 공급하여 다중 점화를 발생시키는 것을 특징으로 하는 점화 코일 시스템.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 초희박연소조건은
   상기 연소실의 공기과잉률이 2보다 크거나 같은 경우를 의미하고,
   상기 제2전원은
   48V로 형성되는 것을 특징으로 하는 점화 코일 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는
   상기 제2전원을 통해 미리 설정된 충전시간동안 상기 코일부에 최초 점화를 발생시키는 1차전류와 다중 점화를 발생시키는 2차전류를 단발성으로 다수회 공급하는 것을 특징으로 하는 점화 코일 시스템.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제어부는
   상기 1차전류의 피크 값이 상기 2차전류의 피크 값을 초과하도록 하며, 상기 2차전류를 일정 간격으로 일정 시간동안 공급되어 상기 최초 점화 발생 후 추가적인 다중 점화를 발생시키는 것을 특징으로 하는 점화 코일 시스템.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 회로부는
   상기 제1전원과 상기 제2전원이 분리되는 회로를 형성하며, 상기 제어부는 상기 제1전원에서만 전원을 공급받는 것을 특징으로 하는 점화 코일 시스템.

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