KR19980029242A - 자동차의 점화 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 점화 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 엔진의 회전수를 감지하는 엔진 회전수 감지 센서와, 엔진의 크랭크 각도를 감지하는 크랭크 각도 감지 센서와, 실린더 내의 온도를 감지하는 실린더 온도 감지 센서의 센서부와, 상기 센서부의 신호에 의해 엔진의 회전수, 크랭크 각도, 실린더 내의 온도가 기준 데이터 보다 작을 경우와 클 경우를 나누어서 구동 신호를 각각 출력시키는 전자 제어 장치와, 상기 실린더 내의 온도가 기준 데이터 보다 작은 경우 정상적으로 작동되나, 상기 실린더 내의 온도가 기준 데이터 보다 큰 경우 진각이 억제되어 작동되는 구동 엑츄에이터 이루어진 것을 특징으로 하여, 실린더 내에서 조기 점화에 의해 발생하는 노킹을 방지하고 이상한 소음이나 피스톤 등의 파손 등을 막을 수 있는 자동차의 점화 장치 및 그 제어 방법.

Description

자동차의 점화 장치 및 그 제어 방법

본 발명은 자동차의 점화 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 설명하면 자동차 엔진의 실린더 내부 온도를 직접 감지하여 점화 시기를 조정하는 데이터로 이용하고 진각을 제어함으로써 실린더 내에서 조기 점화에 의해 발생하는 노킹을 방지하여 이상한 소음이나 피스톤 등의 파손 등을 막을 수 있는 자동차의 점화 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

자동차에 있어서 점화 장치는 보통 엔진의 회전속도가 빨라지는 것에 비례하여 엔진의 최고 출력을 낼 수 있도록 단속기 접점의 개폐 시기를 빠르게 하여 점화 시기가 빨라지도록 되어 있다. 접점의 개, 폐 시기는 엔진의 회전 속도, 엔진의 부하, 연료의 종류에 따라 달라지므로 운전중 이러한 조건에 적합하도록 항상 점화 시기를 조절하는 장치가 설치되어 있으며, 점화 시기를 빠르게 조정하는 것은, 회전 각도를 전진시킨다 하여 진각(Advance)이라고 하며, 이러한 진각의 방법은 원심 점화 장치, 진공식 점화 장치 등을 이용한 여러 가지 방법이 있지만 최근에는 전자 회로를 이용한 전자 점화 장치가 주류를 이루고 있다.

도 1은 종래 전자 제어 장치(ECU ; Electronic Control Unit)를 이용한 자동차의 점화 장치를 나타낸 블록도이다.

이러한 점화 장치의 구성은 엔진 회전수 감지 센서, 크랭크 각도 감지 센서로 이루어진 센서부(100')와, 상기 센서부(100')로 부터의 출력 신호를 해석하여 가장 적합한 점화 시기를 계산하여 다음 단을 제어하는 전자 제어 장치(200'), 상기 전자 제어 장치(200')의 제어에 의해 점화 코일과 엔진의 점화 시기를 결정하는 배전기와 실린더에서 불꽃 방전을 일으키는 점화 플러그 등의 구동 엑츄에이터(300')로 이루어져 있다. 여기서 점화 시기의 진각 또는 지각을 조정하는 장치는 배전기에 같이 설치되어 있는 것이 일반적이다.

상기한 점화 장치의 작동은, 엔진 회전수 감지 센서, 크랭크 각도 감지 센서를 이용하여 엔진의 상태를 감지하고 상기 엔진의 상태에 가장 알맞는 점화 시기를 연산하여 점화 코일 및 배전기 등을 전기적 신호로 제어하여 점화 불꽃을 발생시키는 점화 플러그 등의 구동 엑츄에이터(300')를 작동시키는 것이다.

상기한 바와 같이, 점화 장치는 일반적으로 엔진의 회전 속도에 따라 배전기에 연결된 점화 플러그의 불꽃 발생 시기를 자동적으로 조정하여 엔진의 효율을 가장 높게 하는 최고 폭발 압력을 상사점후 12°정도에서 얻도록 되어 있다. 또한 점화 시기는 저속 회전시 빠르게 할 필요가 없고 고속 회전이 되면서 엔진의 최고 출력을 얻을 수 있도록 조금씩 빠르게 조정되어 있다.

따라서 엔진은 저속 회전을 기준으로 점화 시기가 정해지기 때문에 회전 속도가 빨라지면 점화 시기도 빨라지도록 여러 가지 진각 장치를 배전기에 설치하는 것이다.

한편, 자동차 엔진의 특성상 엔진의 회전수가 빨라지게 되는 경우는 급가속이나, 고속 주행중에 주로 발생하게 되며 이때 전술한 바와 같이 엔진의 최고 출력이 인출될 수 있도록 점화 시기의 진각이 행해진다. 그러나 이때 점화 플러그가 위치하는 실린더 내의 온도도 동시에 상승하게 됨으로서 몇 가지 문제가 발생하게 되는 것이다.

종래의 전자 제어 장치(200')는 엔진의 회전수, 크랭크 각도 등을 감지하여 처리할 수 있지만 실제 연료가 폭발하는 실린더 내의 온도는 감지하지 못함으로서 실린더 내의 온도가 높을 때 진각이 이루어지게 되면, 노킹 현상이 발생하게 되는 것이다.

여기서 노킹 현상은 엔진의 운전중 화염파가 연소실 벽을 때리는 것으로 엔진의 작동중 연소실 내에서 정상의 연소파가 진행됨에 따라 미연소 가스는 압축되고 온도가 상승되어 연소실 벽이 가열되게 되면 미연소 가스가 자기 착화 온도에 도달하여 전체 미연소 가스가 동시에 격렬한 비정상적인 연소를 일으키는 현상으로서, 이러한 노킹 현상은 비정상적인 압력파를 발생시키고 엔진이 진동하는 것 같은 느낌과 동시에 날카로운 금속음이 발생한다. 이러한 현상이 심해지면 피스톤 파손 등 엔진에 치명적 손상을 발생시키며, 상기와 같이 점화 시기가 빨라졌다거나 압축비를 높였을 때 잘 일어나는 현상이다.

현재 이러한 노킹 현상을 없애기 위해 노킹 감지 센서를 엔진에 부착하여 노킹을 감지하는 방법도 있지만 이는 노킹이 발생한 후에 감지하기 때문에 엔진의 노킹에 의한 손상은 크게 감소되지 않는 문제점이 있으며 향후의 점화 장치의 개발은 근본적으로 노킹을 방지하면서 엔진의 출력을 향상 시킬수 있는 방향으로 추진되어야 할 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 자동차 엔진의 실린더 내부 온도를 직접 감지하여 점화 시기를 조정할 수 있도록 진각을 제어함으로써 실린더 내에서 발생하는 조기 점화 및 노킹을 방지하여 이상한 소음이나 피스톤 등의 파손 등을 막을 수 있는 자동차의 점화 장치 및 그 제어 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 종래 자동차의 점화 장치를 나타낸 블럭도이다.

도 2는 본 발명에 의한 자동차의 점화 장치를 나타낸 블럭도이다.

도 3은 본 발명에 의한 자동차의 점화 장치 제어 방법을 나타낸 순서도이다.

* 도면중 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 센서부

200 : 전자 제어 장치

300 : 구동 엑츄에이터

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 구성은, 엔진의 회전수를 감지하여 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 엔진 회전수 감지 센서와, 엔진의 크랭크 각도를 감지하여 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 크랭크 각도 감지 센서와, 실린더 내의 온도를 감지하여 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 실린더 온도 감지 센서로 이루어진 센서부와, 상기 센서부에 의해 출력되는 신호에 의해 그 감지된 엔진의 회전수 및 크랭크 각도가 기준 데이터와 동일하지 않을 경우 다시 상기 센서부를 작동시키고, 동일할 경우에는 실린더 내의 온도가 기준 데이터 보다 작을 경우와 클 경우를 나누어서 구동 신호를 각각 출력시키는 전자 제어 장치와, 상기 전자 제어 장치에서 실린더 내의 온도가 기준 데이터 보다 작은 경우로 구동 신호가 출력되는 경우 점화 코일, 배전기, 점화 플러그를 차례로 작동시키고, 상기 실린더 내의 온도가 기준 데이터 보다 큰 경우로 구동 신호가 출력되는 경우 점화 코일을 작동시킨 후 진각을 억제하여 배전기를 작동시키고 점화 플러그를 작동시키는 구동 엑츄에이터를 포함하여 이루어진 것을 그 구성상의 특징으로 한다.

여기서 상기 실린더 내의 온도를 감지하는 실린더 온도 감지 센서는 점화 플러그와 일체로 형성하여 실린더 내에 취부하여 본 발명의 목적을 달성할 수도 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 전원이 인가되면 동작이 시작되어, 모든 메모리 변수를 초기화시키는 단계와, 엔진 회전수 감지 센서에 의해 현재 엔진의 회전수를 감지하고, 크랭크 각도 감지 센서에 의해 크랭크의 각도를 감지하고, 실린더 온도 감지 센서에 의해 실린더 내의 온도를 감지하는 센싱 단계와, 상기 감지된 엔진의 회전수 및 크랭크의 각도를 기준 데이터와 비교하는 단계와, 상기 감지된 엔진의 회전수 및 크랭크의 각도가 기준 데이터와 동일하지 않을 경우 다시 센싱 단계로 회귀하고, 동일할 경우 실린더의 온도와 기준 데이터를 비교하는 단계와, 상기 감지된 실린더의 온도가 기준 데이터보다 작을 경우 점화 코일, 배전기, 점화 플러그로 이루어진 구동 엑츄에이터를 작동시키는 단계와, 상기 감지된 실린더의 온도가 기준 데이터보다 클 경우 조기 점화 및 노킹을 방지하기 위해 점화 코일을 작동시키고 배전기는 진각을 억제하여 작동시키며 점화 플러그를 순차적으로 구동시켜 구동 엑츄에이터를 작동시키는 단계를 포함하여 이루어진 것을 그 특징으로 한다.

여기서, 상기 실린더 내의 온도와 비교가 되는 기준 온도는 약 800℃ 로 하여 본 발명의 목적을 달성할 수도 있다.

이하 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명에 의한 자동차의 점화 장치 및 그 제어 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하고 명확하게 설명하면 다음과 같다.

도 2 는 본 발명에 의한 자동차의 점화 장치 구성을 나타낸 블럭도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 의한 자동차의 점화 장치 구성은 크게 센서부(100), 전자 제어 장치(200),그리고 구동 엑츄에이터(300)로 나뉘어져 구성되어 있다.

먼저 센서부(100)는 엔진의 회전수를 감지하여 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 엔진 회전수 감지 센서, 엔진의 크랭크 각도를 감지하여 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 크랭크 각도 감지 센서, 실린더 내의 온도를 감지하여 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 실린더 온도 감지 센서로 이루어져 있다.

여기서 상기 엔진 회전수 감지 센서 및 크랭크 각도 감지 센서는 자성체인 로터의 회전자 바깥 둘레를 기어 모양으로 만들고 상기 로터의 맞은 편에 코일을 감은 영구 자석을 마주 보게 하여 로터가 회전시 변화되는 자속의 변화량을 감지함으로서 그 회전수 또는 회전 각도를 감지하는 전자 픽업 센서를 이용하였고 자기 저항 소자(MRE ; Magnetic Resistance Element)를 이용할 수도 있다. 또한 온도 센서는 소형이고 고감도로 취급이 간편하며 값이 저렴한 서미스터를 이용하였으며 서모 페라이트류의 온도 센서를 이용할 수도 있다. 한편, 상기한 온도 센서는 실린더 내의 온도를 정확하게 측정하고, 실린더에 별도의 가공을 하지 않고 설치하기 위해 점화 플러그와 일체로 형성하여 실린더에 취부하였다.

다음으로 상기 전자 제어 수단은 엔진 회전수 감지 센서, 크랭크 각도 감지 센서, 실린더 온도 감지 센서로부터의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 컨버터와, 상기 아날로그/디지털 컨버터의 출력 단에 연결된 입력 포트와, 이 입력 포트로부터의 신호를 처리하여 비교, 연산, 제어를 수행하는 중앙 처리 장치와, 상기와 같은 비교, 연산, 제어 등의 모든 과정이 수행 되도록 한 일련의 프로그램과 기준 엔진 회전수, 기준 크랭크 각도 및 기준 실린더 온도 데이터가 상수로서 내장되어 있는 메모리와, 상기 중앙 처리 장치의 제어 신호를 출력하는 출력 포트와, 상기 출력 포트로 부터의 출력 신호에 의해 다음 단을 작동시키기 위한 구동 회로를 포함하여 구성되어 있다.

마지막으로 1차 및 2차 코일로 구성되어 자기 유도 작용 및 상호 유도 작용에 의해 2차 코일에 20,000∼25,000V까지 승압시키는 점화 코일과, 상기 점화 코일의 2차 코일에 연결되어 각 점화시기에 맞추어 실린더로 고전압을 공급하고 상기 전자 제어 장치(200)의 제어에 의해 진각 또는 지각 기능을 수행하는 배전기와, 상기 배전기에 연결되고 각 실린더에 설치되어 실린더 내에서 공기와 연료를 태울 수 있도록 고압으로 불 꽂을 방전시키는 점화 플러그로 구성된 구동 엑츄에이터(300)로 이루어져 있는 것이다.

도 3 은 본 발명에 의한 자동차의 점화 장치 제어 방법을 나타낸 순서도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 의한 자동차의 점화 장치 제어 방법의 구성은, 전원이 인가되면 동작이 시작되어, 모든 메모리 변수를 초기화시키는 단계(S1)와, 엔진 회전수 감지 센서에 의해 현재 엔진의 회전수를 감지하고, 크랭크 각도 감지 센서에 의해 크랭크의 각도를 감지하고, 실린더 온도 감지 센서에 의해 실린더 내의 온도를 감지하는 센싱 단계(S2)와, 상기 감지된 엔진의 회전수 및 크랭크의 각도를 기준 데이터와 비교하는 단계(S3)와, 상기 감지된 엔진의 회전수 및 크랭크의 각도가 기준 데이터와 동일하지 않을 경우 다시 센싱 단계로 회귀하고 동일할 경우 실린더의 온도와 기준 데이터를 비교하는 단계(S4)와, 상기 감지된 실린더의 온도가 기준 데이터보다 작을 경우 점화 코일, 배전기, 점화 플러그로 이루어진 구동 엑츄에이터(300)를 작동시키는 단계(S5)와, 상기 감지된 실린더의 온도가 기준 데이터보다 클 경우 조기 점화 및 노킹을 방지하기 위해 점화 코일을 작동시키고 배전기는 진각을 억제하여 작동시키며 점화 플러그를 순차적으로 구동시켜 구동 엑츄에이터(300)를 작동시키는 단계(S6)로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 자동차의 점화 장치 및 그 제어 방법의 작용은 다음과 같다.

먼저 전원이 인가되면 전자 제어 장치(200)의 메모리에 내장되어 있는 소정의 프로그램에 의해 도 3 의 동작 순서대로 자동차의 점화 장치가 작동되며, 최초로 메모리에 위치 하는 모든 변수를 초기화시킨다(S1)후, 전자 제어 장치(200)는 센서부(100)의 구성 요소인 엔진 회전수 감지 센서, 크랭크 각도 감지 센서, 실린더 온도 감지 센서를 이용해 자동차의 엔진 회전수와, 크랭크의 각도, 실린더 내의 온도를 감지한 후(S2), 먼저 상기 감지된 엔진의 회전수 및 크랭크의 각도를 기준 엔진 회전수, 기준 크랭크 각도의 기준 데이터와 비교한다(S3). 여기서 상기 기준 데이터는 메모리에 이미 상수로서 영구 기억되어 있으며, 엔진 회전수와 크랭크 각도에 관련되어 점화 시기를 결정하는 데이터이다. 한편, 그 기준 데이터와 상기 엔진 회전수, 크랭크 각도가 동일하지 않다면 다시 상기 센서부(100)로부터의 신호를 입력받고, 동일할 경우에는 감지된 실린더의 온도와 기준 실린더의 온도인 기준 데이터를 비교한다(S4).

그런 후 상기 감지된 실린더의 온도가 기준 데이터보다 작을 경우에는 상기 측정된 엔진의 회전수와 크랭크 각도에 상응하는 데이터로 점화 시기를 조정하여 점화 코일, 배전기 및 점화 플러그로 이루어진 구동 엑츄에이터(300)를 작동시킨다(S5). 특히 엔진의 회전수가 상승함에 따라 기존과 같이 엔진의 효율을 최대로 하기 위해 점화 시기를 진각시켜 작동을 시킨다. 그러나 상기 감지된 실린더의 온도가 기준 데이터보다 클 경우에는 상기 엔진의 회전수와 크랭크의 각도에 상응하는 데이터로서 점화 코일, 배전기 및 점화 플러그를 작동시키지만 이때는 엔진의 회전수가 상승하여도 실린더 내의 온도가 조기 점화가 가능한 온도이기 때문에 그 조기 점화에 의해 발생하는 노킹을 방지하기 위해 진각을 행하지 않고 구동 엑츄에이터(300)를 작동시킴으로서(S6) 본 발명에 의한 자동차의 점화 장치 및 그 제어 방법의 작용이 완료되는 것이다.

여기서 상기 메모리에 기억된 실린더 내의 기준 온도는 약 800℃로서 상기 온도는 실린더에서 조기 점화가 발생할 수 있는 온도인 것이다.

본 발명은 비록 이상에서와 같은 실시예들에 한하여만 설명하였지만, 여기에만 한정되지 않으며 본 발명의 범주와 사상에서 벗어남 없이 여러 가지의 변형과 수정이 이루어 질 수 있을 것이다.

따라서 본 발명은 엔진의 회전수가 증가하여도 실린더 내의 온도가 조기 점화가 가능한 온도로 감지되면 점화 시기의 진각을 조정함으로써 실린더 내에서 조기 점화에 의해 발생하는 노킹을 방지하고 이상한 소음이나 피스톤 등의 파손 등을 막을 수 있는 자동차의 점화 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 효과가 있는 것이다.

Claims (4)

1. 엔진의 회전수를 감지하여 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 엔진 회전수 감지 센서와, 엔진의 크랭크 각도를 감지하여 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 크랭크 각도 감지 센서와, 실린더 내의 온도를 감지하여 이를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 실린더 온도 감지 센서로 이루어진 센서부와, 상기 센서부에 의해 출력되는 신호에 의해 그 감지된 엔진의 회전수 및 크랭크 각도가 기준 데이터와 동일하지 않을 경우 다시 상기 센서부를 작동시키고, 동일할 경우에는 실린더 내의 온도가 기준 데이터 보다 작을 경우와 클 경우를 나누어서 구동 신호를 각각 출력시키는 전자 제어 장치와, 상기 실린더 내의 온도가 기준 데이터 보다 작은 경우로 구동 신호가 출력되는 경우 점화 코일, 배전기, 점화 플러그를 차례로 작동시키고, 상기 실린더 내의 온도가 기준 데이터 보다 큰 경우로 구동 신호가 출력되는 경우 점화 코일을 작동시킨 후 진각을 억제하여 배전기를 작동시키고 점화 플러그를 작동시키는 구동 엑츄에이터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 점화 장치.
2. 청구항 1 에 있어서, 상기 실린더 내의 온도를 감지하는 실린더 온도 감지 센서는 점화 플러그와 일체로 형성되어 실린더에 취부된 것을 특징으로 하는 자동차의 점화 장치.
3. 전원이 인가되면 동작이 시작되어, 모든 메모리 변수를 초기화시키는 단계와, 엔진 회전수 감지 센서에 의해 현재 엔진의 회전수를 감지하고, 크랭크 각도 감지 센서에 의해 크랭크의 각도를 감지하고, 실린더 온도 감지 센서에 의해 실린더 내의 온도를 감지하는 센싱 단계와, 상기 감지된 엔진의 회전수 및 크랭크의 각도를 기준 데이터와 비교하는 단계와, 상기 감지된 엔진의 회전수 및 크랭크의 각도가 기준 데이터와 동일하지 않을 경우 다시 센싱 단계로 회귀하고, 동일할 경우 실린더의 온도와 기준 데이터를 비교하는 단계와, 상기 감지된 실린더의 온도가 기준 데이터보다 작을 경우 점화 코일, 배전기, 점화 플러그로 이루어진 구동 엑츄에이터를 작동시키는 단계와, 상기 감지된 실린더의 온도가 기준 데이터보다 클 경우 조기 점화 및 노킹을 방지하기 위해 점화 코일을 작동시키고 배전기는 진각을 억제하여 작동시키며 점화 플러그를 순차적으로 구동시켜 구동 엑츄에이터를 작동시키는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 점화 장치 제어 방법.
4. 청구항 3 에 있어서, 상기 실린더 내의 온도와 비교가 되는 기준 온도는 약 800℃ 인 것을 특징으로 하는 자동차의 점화 장치 제어 방법.