KR20010050807A - 코일 온 플러그 신호 검출 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따라, 내연 엔진의 코일 온 플러그 장치의 코일에 의해 생성된 점화 하전 신호를 측정하는 장치가 제공된다. 신호 검출기는 제 1 측면 상에 제 1 도전성 평면층 및 제 2 측면 상에 제 2 도전성 평면층을 갖는 절연 기판을 포함한다. 제 1 층은 신호 와이어에 결합되고 제 2 층은 접지 와이어에 결합된다. 신호 검출기가 코일 온 플러그의 코일에 가장 근접하게 유지될 때, 코일에 의해 발생되고 플러그로 통과하는 점화 신호가 검출된다. 검출된 신호들은 디스플레이 및 분석을 위해 신호 분석기에 결합될 수 있다. 신호 검출기에 의해 출력된 신호의 진폭은 제 1 층 및 제 2 층의 표면적의 비율을 변화시킴으로써 상이한 출력 신호 강도를 갖는 상이한 코일로 조절될 수 있다.
Description
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 내연 엔진을 진단하는데 유용한 시험 장비에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 코일 온 플러그 장치로부터 코일 점화 신호를 검출할 수 있는 신호 검출기 장치에 관한 것이다.
관련 기술의 설명
모터 자동차에 통상적으로 사용되는 유형의 내연 엔진은 점화 코일로부터 원조하에 1개 이상의 실린더 내의 연소성 가스를 점화시킴으로써 작동한다. 점화 코일은 2개의 와인딩; 즉, 저전압 1차 와인딩 및 고전압 2차 와인딩을 갖는다. 와인딩은 배터리로부터 12V D.C.를 실린더 내부의 공기-연로 혼합물을 점화시키기 위해 스파크 플러그에 의해 사용되는 4,000 V 이상의 고전압으로 변형시키도록 협력한다.
멀티-실린더 엔진에서, 배전기는 점화 코일 전압을 복수개의 스파크 플러그에 결합시키기 위해 사용된다. 점화 코일 출력 전압은 배전기의 중심에 결합된다. 배전기는 실린더 연소 주기와 동기되는 적절한 시간에 각각의 스파크 플러그에 스피크 전압을 전달한다.
신규한 전자 점화 시스템들은 배전기를 제거하였지만 다수의 코일을 갖는다. 각각의 코일은 1개 또는 2개의 실린더를 동시에 발화시킨다. 예를 들면, V-6 엔진은 3개의 점화 코일을 사용할 수 있다. 그러한 "폐 스파크형" 점화 시스템에서, 거의 언제나, 스파크가 필요치 않을 때 배기 스트로크로 실린더에 전달된다. 뿐만 아니라, 폐 스파크 디자인은 보다 정확한 점화 타이밍을 제공하기 때문에 배전기형 점화 시스템에 비해 개선된 것이다. 이와 같이 보다 큰 정확도는 보다 큰 마력 및 보다 적은 배기 가스 방출을 초래한다. 폐 스파크 디자인의 단점은 엔진 조절 컴퓨터가 점화 타이밍에 실린더에서 실린더로의 변동을 가능케 할 수 없다는 것이다. 오히려, 그 장치는 2개의 실린더에 대한 타이밍 시간을 한번에 변화시켜야 한다.
이러한 문제점에 응하여, 제조업체들은 "코일 온 플러그" 점화를 사용하기 시작하고 있다. 예를 들면, 제너럴 모터스사의 5-7리터 LS1 V8 엔진은 실린더당 하나의 코일을 갖는 다중 코일 점화 시스템을 특징으로 한다. 순차로 발화되는 8개의 코일 및 구동기 모듈 어셈블리가 밸브 커버 상에 설치된다. 짧은 2차 와이어들이 코일/구동기 모듈 어셈블리 바로 아래의 스파크 플러그에 전압을 전달한다. 일부 제조업체들은 이러한 디자인을 "코일-니어-플러그", "코일-바이-플러그" 또는 "배전기 없는 전자 점화"라 칭한다.
코일 온 플러그 점화는 수많은 장점을 갖는다. 이 시스템은 플러그 발화를 위해 매우 큰 점화 에너지를 끈다. 코일로부터 플러그로 와이어 또는 기타 접속이 존재하지 않기 때문에, 접속 저항에 대해 에너지가 거의 또는 전혀 상실되지 않는다. 또한, 발화는 순차적이기 때문에, 폐 스파크에 반하여, 폐 스파크 갭에 대해 어떠한 에너지도 상실되지 않는다. 이는 자동차 컴퓨터가 각각의 실린더에 대한 점화 타이밍을 변화시킴으로써 파워를 개선시키고 배기 가스를 감소시킨다. 이는 단순화된 와이어링 및 문제점들의 단순화된 진단을 제공한다.
코일 온 플러그 점화는 현 U.S. 정부의 차내 내장 진단(OBD-Ⅱ) 법규에 순응할 수 있다. 이러한 연방 법규는 자동차 컴퓨터가 점화 또는 연료-주입 시스템에서 실수로 유발될 가능성이 있는 실린더의 점화 불발을 모니터링해야 한다고 규정한다. 코일 온 플러그 점화를 사용함으로써, 컴퓨터는 코일의 2차 와인딩에서 생성된 전압을 모니터링할 수 있다. 이들 전압 신호의 컴퓨터 분석을 통해, 컴퓨터는 특정 실린더가 점화 불발되었을 때를 검출할 수 있다.
또한, 기술자는 진단 장치의 도움으로 어떤 특정한 실린더가 고장인지를 결정할 수 있다. 신호 검출기("시험 프로브")는 내연 엔진을 갖는 자동차 엔진에서 결함을 진단하고 수리하는 데 널리 사용된다. 신호 검출기는 모터 프로브 엔진 또는 시험 중인 기타 부품에 대한 적절한 시험 지점에 부착될 수 있다. 신호 검출기는 시험 지점에서 전기 또는 전자 신호를 검출하고 모터 자동차 진단 장치에 대한 입력으로서 신호를 전하고, 이는 신호의 파형을 발생시키고 디스플레이한다. 적절한 전자 디지털 신호 분석기 또는 스캐닝 공구의 예로는 캘리포니아주 산 호세 소재 스냅-온 다이아그노스틱스사로부터 입수할 수 있는 Vantage손바닥 크기의 진단 장치를 들 수 있다.
도 5a는 엔진 진단, 보수 및 수선에 관심을 둔 신호 특성을 나타내는, 그러한 신호 분석기에 의해 발생된 유형의 점화 파형(550)의 도면이다. 일반적으로, 파형은 전압(수직축) 및 시간(수평축)을 나타내는 축 상에 플로트된다. 주된 흥미를 끄는 특성은 발화, 전압, 연소 시간 및 연소 전압이다. 파형(550)은 발화 전압 피처(552), 연소 시간 피처(554), 및 연소 전압 피처(556)를 포함한다. 이들 피처는 점화 코일 또는 스파크 플러그가 정확하게 작동하는지 여부를 결정하기 위해 분석될 수 있다.
그의 제조업체로부터 입수할 수 있는 추가의 전자 모듈을 갖는 Vantage손바닥 크기 전자 진단 장치는 여러 가지 상이한 프로브를 수용할 수 있다. 작동 중에, 기술자는 목적하는 시험을 선택한다. 통상적으로 수행된 시험은 점화 시스템의 발화, 전압 및 발화 시간의 특성을 식별한다. 이러한 시험에서, 시험 프로브의 검출기 단부는 엔진의 코일에 부착된다. 부착은 시험중인 부품의 전기 신호 지점에 대한 도전성 부착에 의해 직접적일 수 있거나 또는 간접적일 수 있다. 시험 프로브의 나머지 단부는 진단 장치로 플러그된다. 시험 프로브는 시험중인 부품의 특성을 나타내는 전기 신호를 진단 장치에 전한다. 진단 장치는 신호를 수신하고, 그것을 분석하고, 서비스하는 신호의 그래프 또는 장점을 디스플레이한다.
그러나, 종래의 시험 프로브는 코일 온 플러그에 적용될 수 없다. 코일 온 플러그 장치로부터 점화 신호를 검출하거나 또는 얻기 위한 어떠한 정확하고 단순한 방식도 존재하지 않는다. 종래 엔진에 대한 한가지 통용되는 시도는 미합중국 특허 제 3,959,725호(카펙크, 1976년)에 예시된 바의 배전기 코일에 진단 프로브를 부착하는 것을 포함한다. 카펙크 시도에서, 단일 도전성 프로브가 배전기의 2차 코일에 부착되고 오실로스코프의 포지티브 신호 입력으로 배선된다. 회로는 스코프의 네거티브 신호 입력을 엔진의 차대 접지에 결합시킴으로써 완성된다. 이러한 시도에서, 잡음은 중요한 문제이다.
더욱이, 전압 출력에서 차이점 및 상이한 코일 및 배전기의 기타 파라메터들을 구려하여 신호 입력의 레벨을 조절할 어떠한 방식도 존재하지 않는다. 카펙크 프로브는 오실로스코프 또는 기타 시험 장치의 입력 회로를 과부하시키거나 또는 포화시키는 경향이 있다. 이는 장치가 부정확한 신호 파형을 디스플레이하게 하고 장치에 손상을 입힐 수 있다. 일부 오실로스코프는 입력을 감소시키는 이득 컨트롤을 조절함으로써 이러한 문제를 다루는 데 사용될 수 있다. 그러나, 최신의 손바닥 크기 신호 분석기는 통상적으로 그러한 이득 컨트롤을 갖지 않고, 입력 신호가 예측 가능한 협소한 범위 내의 진폭을 가질 것을 요한다.
따라서, 이 분야에서 코일 온 플러그 장치와 함께 작동하는 점화 신호 검출기 또는 시험 프로브를 필요로 한다.
상이한 부품 제조업체들이 제공한 상이한 코일 온 플러그 어셈블리를 수용할 수 있는 신호 검출기 또는 시험 프로브가 특히 필요하다. 상세하게는, 외부 시험 장치의 과부하를 방지하기 위해 상이한 코일 온 플러그 어셈블리에 대해 감쇠될 수 있는 신호 레벨을 제공하고 실질적으로 잡음 없는 신호를 제공하는 신호 검출기가 필요하다.
하기 설명으로부터 명확해질 상기 필요성 및 목적 및 기타 필요성 및 목적들은 일 국면에 있어서, 비도전성 기판에 의해 분리되고 그에 부착된 제 1 도전성 평면층 및 제 2 도전성 평면층을 포함하고, 코일 온 플러그의 코일에 가장 근접하게 설치하도록 채택되는, 코일 온 플러그로부터 모터 자동차 전기 점화 신호를 검출하는 장치를 포함하는 본 발명에 의해 충족된다. 이러한 국면의 일 특징에서, 이 장치는 코일 온 플러그의 코일에 근접하고, 그로부터 소정의 거리만큼 분리되게 기판을 유지하는 수단을 추가로 포함한다.
다른 특징은 복수개의 기판중의 하나를 교환 가능하게 수용하도록 채택된 프로브 본체; 및 코일 온 플러그의 코일에 근접하고, 그로부터 소정의 거리만큼 분리되게 기판을 유지하는 프로브 본체 상의 수단을 포함한다.
일 실시예에서, 제 1 층은 실질적으로 직사각형이고, 제 2 층은 실질적으로 직사각형이며, 제 1 층과 제 2 층은 실질적으로 동일한 표면적을 갖는다. 대안으로, 제 1 층과 제 2 층은 실질적으로 상이한 표면적을 갖는다. 또 다른 대안에서, 제 1 층과 제 2 층의 표면적들 간의 차이는 모터 자동차 전기 점화 신호의 강도에 직접적으로 비례한다.
다른 국면에서, 본 발명은 코일 온 플러그에 의해 발생된 점화 신호를 분석하는 데 사용하기 위한 진단 장치를 제공한다. 이 장치는 절연 기판에 의해 분리되고 그에 부착된 제 1 도전성 평면층 및 제 2 도전성 평면층을 포함하고, 코일 온 플러그의 코일에 가장 근접하게 설치하도록 채택되는 신호 검출기; 제 1 도전층에 결합되고 디지털 신호 분석기의 신호 입력단에 결합된 신호 와이어; 및 제 2 도전층에 결합되고 디지털 신호 분석기의 접지 입력단에 결합된 접지 와이어를 포함한다.
다른 국면에 따라, 본 발명은 내연 엔진의 코일 온 플러그의 전기 점화 신호 측정 방법을 제공한다. 이 방법은 절연 기판에 의해 분리되고 그에 부착된 제 1 도전성 평면층 및 제 2 도전성 평면층을 포함하는 신호 검출기를 코일 온 플러그의 코일에 가장 근접하게 유지하는 단계; 제 1 층으로부터 신호 와이어를 전자 디지털 신호 분석기의 입력단에 결합시키는 단계; 제 2 층으로부터 접지 와이어를 신호 분석기의 접지 입력단에 결합시키는 단계; 및 신호 검출기에 의해 전자 점화 신호의 검출에 기초한 신호 분석기를 사용하여 전자 점화 신호의 측정치를 획득하는 단계를 포함한다.
이러한 국면의 한가지 특징은 제 1 층에 대한 제 2 층의 상대적 크기를 조절함으로서 신호 검출기의 감도를 조절하는 단계를 포함한다.
하나의 특정 실시예에서, 신호 검출기는 제 1 측면 상의 제 1 도전층 및 제 2 측면 상의 제 2 도전층을 갖는 절연 기판을 포함한다. 제 1 층은 신호 와이어에 결합되고, 제 2 층은 접지 와이어에 결합된다. 신호 검출기가 코일 온 플러그의 코일에 가장 근접하게 유지될 때, 코일에 의해 발생되고 플러그로 통과하는 점화 신호가 검출된다. 검출된 신호들은 디스플레이 및 분석을 위해 신호 분석기에 결합될 수 있다.
하나의 층은 신호 검출기로서 작용하고, 나머지 층은 접지 평면으로서 작용한다. 접지 평면은 코일에 의해 발생된 에너지의 일부를 반사 및 흡수하고, 그에 따라 신호 검출기층에서 관찰된 신호의 강도를 감쇠시키는 작용을 한다. 신호 검출기에 의해 출력된 신호의 진폭은 제 1 층과 제 2 층의 표면적의 비율을 변화시킴으로써 상이한 출력 신호 강도를 갖는 상이한 코일로 조절될 수 있다. 차등 신호의 사용을 통해 잡음이 감소된다.
본 발명의 상기 특징 및 기타 특징, 국면 및 장점들은 수반된 도면과 연관시킨 본 발명의 하기 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이고, 여기서 동일한 참조 번호들은 동일한 소자를 의미한다.
도 1은 일 실시예에 따른 신호 검출기의 측면 전개도.
도 2a는 도 1의 실시예의 제 1 측면의 상부 평면도.
도 2b는 도 1의 실시예의 제 2 측면의 하부 평면도.
도 3은 도 1의 실시예의 측단면도.
도 4는 모터 측단면도 엔진의 코일 온 플러그 장치 상에 배치된 신호 검출기의 단순화된 도면.
도 5a는 점화 신호 및 그의 특성을 나타내는 파형도.
도 5b는 본 발명에 개시된 바의 일 실시예에 따른 신호 검출기에 의해 검출된 코일 온 플러그의 점화 신호를 나타내고, 점화 전압 특징에 초점을 맞춘 파형도.
도 5c는 본 발명에 개시된 바의 일 실시예에 따른 신호 검출기에 의해 검출된 코일 온 플러그의 점화 신호를 나타내고, 연소 시간 특징에 초점을 맞춘 파형도.
도 5d는 본 발명에 개시된 바의 일 실시예에 따른 신호 검출기에 의해 검출된 바의 점화 신호를 나타내는 파형도.
도 6은 코일 온 플러그 신호 검출 프로세스의 흐름도.
도 7a는 신호 검출기의 다른 실시예의 측면 전개도.
도 7b는 도 7a의 실시예의 상부 평면도.
도 7c는 도 7a의 실시예의 하부 평면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
2 : 코일 온 플러그 4 : 스파크 코일
6 : 스파크 플러그 8 : 스파크 갭
10 : 실린더 14 : 하우징
16 : 클립 100 : 센서
101 : 기판 102 : 제 1 도전층
104: 제 2 도전층
도 1은 코일 온 플러그에 설치된 신호 검출기의 측면 전개된 부분 단면도이다.
코일 온 플러그(2)는 실린더(10)로 돌출하고 그 내부에 설치되고 스파크 갭(8)에서 종료하는 스파크 플러그(6) 상에 통합적으로 설치된 스파크 코일(4)을 일반적으로 포함한다. 코일(4)은 내부 접속을 사용하여 스파크 플러그(6)에 변환된 고전압 직류를 전도한다. 코일(4)은 코일(4)의 1차 코일에 결합된 원단부 및 배터리에 결합된 근단부를 갖는 와이어링 경도를 통해 저전압 직류를 수신한다. 이러한 맥락에서 사용하기 적절한 코일 온 플러그 장치는 AC 델코사로부터 입수할 수 있다.
신호 검출기 어셈블리(12)는 코일(4)의 2차 코일에 의해 발생된 신호 또는 전류의 신호 특성을 측정하기 위해 코일(4) 상에 설치된다. 일반적으로, 신호 검출기 어셈블리(12)는 프로브 하우징(14), 센서(100), 설치 클립(16) 및 케이블(18)을 포함한다. 프로브 하우징(14)은 모터 자동차 엔진 구획에서 극단적인 조건을 포함할 수 있는 외부 환경으로부터 센서(100)를 포위하고 보호한다. 센서(100)는 코일(4)에 의해 발생된 신호 및 전류의 검출을 위한 수동 신호 검출기로서 작용한다. 케이블(18)은 센서(100)에 의해 검출된 신호를 디지털 신호 분석기 등의 다른 장비로 전도한다.
바람직하게는, 프로브 하우징(14)은 복수개의 상이한 센서(100) 중의 하나를 교환 가능하게 수용하도록 배치되고, 이들 각각은 특정 모델 또는 제조업체의 상이한 코일 온 플러그에 사용하도록 채택된다. 그러한 상호 교환성을 제공하기 위한 각종 수단이 사용될 수 있다. 예를 들면, 하우징(14)은 센서(100)의 대응하는 구멍들을 편안하게 맞물리게 하는 복수개의 상향 돌출 보스를 포함할 수 있다. 대안으로, 스크류가 센서(100)의 구멍들을 통해 통과할 수 있고 하우징(14)의 구멍들로 쓰레드된다. 임의의 다른 제거 가능한 패스너 또는 분리 가능한 설치 수단이 사용될 수 있다.
설치 클립(16)은 하우징(14)의 하부 벽(20)에 부착되고 코일(4)을 편안하게 잡도록 구성된다. 클립(16)은 코일(4)을 포함하는 엔진이 작동 중이면서 진동 또는 기타 환경 조건에 적용되는 코일(4)을 잡기에 충분한 기계적 강도의 임의의 적절한 탄성 물질로 형성될 수 있다. 적절한 물질로는 스프링 스틸, 여러가지 저 탄소 스틸, 엔지니어링 플라스틱 및 기타 중합체 등을 들 수 있다.
도 2a는 코일 온 플러그 신호 검출기로서 사용하도록 구성된 센서(100)의 전형적인 실시예의 상부 평면도이다. 센서(100)는 비도전성 물질의 실질적으로 직사각형 패널을 포함할 수 있는 기판(101)을 포함한다. 유리-에폭시 복합체, 여러 가지 중합체, 세라믹스, 페놀류 등이 사용될 수 있다. 기판(101)은 실질적으로 박판의 평면이고 그의 상위 대향면(103) 상에 제 1 도전층(102) 및 그의 하위 대향면(105) 상에 제 2 도전층(104)을 갖는다.
제 1 도전층(102)은 기판(101)에 고착되거나 또는 결합된다. 일 실시예에서, 층(102)은 구리 호일의 박편 시트이다. 에폭시 또는 중합체 실런트가 부식을 지연시키거나 또는 방지하기 위해 층(102) 위로 도포될 수 있다. 층(102)은 임의의 기하학적 형상을 가질 수 있지만, 도 2a에서, 층(102)은 실질적으로 직사각형 형상으로 나타났다. 실제로, 직사각 형태가 바람직한 것으로 밝혀졌으며, 코일의 프로필과 코일 온 플러그(4)의 하우징을 편의상 매치시킨다.
일 실시예에서, 층(102)은 대략적으로 13mm x 16mm 치수의 직사각 구리 호일 층이다. 다른 실시예에서, 층(102)은 대략적으로 22mm x 25mm 치수의 직사각 층이다. 이들 치수는 중요하지 않으며, 단지 공지된 상용 코일 온 플러그 어셈블리와 함께 작동할 수 있는 예로써 제공된다. 다른 치수 및 기하학은 본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있다.
도 2b는 센서(100)의 하부 대향면(105)의 하부 평면도이다. 하부 대향면(105)은 일반적으로 하부 대향면에 고착되거나 또는 그렇지 않으면 부착된 평면형 제 2 도전층(104)을 포함한다. 층(104)은 예로써 도 2b에 나타낸 바와 같이 직사각형일 수 있거나 또는 임의의 다른 평면 기하학적 구조로 형성된다. 층(104)는 구리 또는 임의의 다른 고 도전성 물질을 포함할 수 있다.
센서(100)는 제 1 및 제 2 도전체 각각을 제 1 및 제 2 층(102, 104)에 고정시키기 위해 제 1 및 제 2 구멍(106, 108)을 포함하기도 한다. 구멍(106, 108)은 그 구멍 내에 또는 그를 통해 제 1 및 제 2 와이어를 제 1 및 제 2 층에 납땜하는 것을 조장하기 위해 플레이티드-쓰루 홀일 수 있다. 일 실시예에서, 도 1의 케이블(18)에서 와이어는 구멍(106, 108)을 사용하여 층(102, 104)에 도전적으로 결합된다(예, 납땜). 다른 실시예에서, 센서(100)가 하우징(14) 내의 다른 센서들과 교환 가능한 경우, 케이블(18)의 제 1 및 제 2 와이어는 하우징(14) 내에 부착된 대응하는 도전성 핀에 납땜되거나 또는 크림프된다. 필들은 일반적으로 상향 확장하고 센서(100)가 하우징(14) 내에 놓일 때 구멍(106, 108)을 편안하게 맞물리게 한다. 와이어 이외의 도전체들이 사용될 수 있다.
도 3은 도 2a의 직선 3-3을 따라 취한 센서(100)의 측 단면도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 층(102, 104)은 기판(101)에 부착되고 그에 의해 가늘게 분리된다. 실제로, 기판(101)은 대략적으로 1mm 내지 3mm 두께일 수 있다. 센서(100)는 인쇄된 회로 기판 기술을 사용하여 제조할 수 있다.
일반적으로, 제 1 층(102) 및 제 2 층(104)은 각각 신호 검출기로서 및 접지 평면으로서 작용한다. 일 실시예에서, 제 1 층(102)은 신호 검출 층이고, 제 2 층(104)은 접지 평면이다. 제 1 층(102)은 Vantage등의 외부 신호 분석기 장치에 도전적으로 결합된다. 접지 평면은 코일에 의해 발생된 에너지의 일부를 반사하고, 그에 따라 신호 검출기 층에서 관찰된 신호의 강도를 감쇠시키도록 작용한다. 더욱이, 외부 신호 분석기 또는 오실로스코프에 대한 접지 소스로서 차대 접지에 의존하기보다는 오히려 프로브에서 접지 평면을 사용하는 것이 측정된 신호에서 잡음을 실질적으로 감소시킨다.
대안으로, 제 1 및 제 2 층들은 각각 신호 분석기 또는 오실로스코프의 차등 신호 입력단에 결합된다. 따라서, 제 1 및 제 2 층들은 + 신호 입력 및 - 신호 입력을 각각 제공한다. 유리하게도, 잡음은 그러한 차등 신호의 사용을 통해 감소된다.
도 4는 신호 감지 오퍼레이션 동안 코일(4)에 대한 센서(100)의 위치를 나타내는 도 1의 특정 소자들의 단순화된 도면이다.
이 배열에서, 센서(100)는 코일(4)이 스파크 플러그에 의해 사용하기 위해 배터리 전압을 고전압으로 변환시킬 때 코일(4)에 의해 방출되는 전자기 방사선의 필드(400) 내에 놓인다. 코일(4)의 하우징과 접촉하는 제 2 층(104)은 그러한 콘택트에 의해 실질적으로 접지 전위로 될 수 있다. 포지티브 전압 전위는 층(102, 104)을 가로질러 유도되거나 또는 그렇지 않으면 발현되고, 층(102)의 표면에서 측정되거나 또는 그로부터 수신될 수 있다. 층(102)에서 관찰된 전압은 코일(4)의 2차 코일의 말단부의 전압에 비례한다. 층(102)말단부의 취한 신호는 스파크 전압, 연소 시간 등의 점화 스파크 전압 특성을 진단하거나 또는 개방 와이어 등의 기타 문제점을 진단하는 데 사용될 수 있다.
이러한 구조에서, 점화 시스템의 발화 및 연소 시간 특성은 층(102)에서 관찰된 신호를 사용하여 측정할 수 있다. 더욱이, 층(102)에서 관찰된 전위의 범위, 즉, 센서(100)로부터 출력 신호의 강도는 층(102, 104)의 크기를 변화시킴으로써 최종적으로 조절될 수 있다. 예를 들면, 접지 평면 또는 제 2 층(104)의 표면적을 감소시키는 것은 제 1 층(102)에서 관찰된 신호의 진폭 및 강도를 증가시키는 것으로 밝혀졌다. 반대로, 제 1 층(102)의 표면적을 감소시키는 것은 신호 강도를 감소시킨다.
더욱이, 접지 층에 비교한 신호 검출 층의 상대적인 크기는 신호 강도에 영향을 미칠 것이다. 예를 들면, 접지 층보다 표면적이 더 작은 신호 검출 층을 갖는 구조는 제너럴 모터스사가 제조한 유형 또는 기타 유형의 특정 고에너지 점화(HEI) 코일과 접속되어 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 층(102)은 대략적으로 22mm x 25mm 치수의 직사각형 층이고, 층(104)은 대략적으로 25mm x 25mm 크기의 직사각형 층이다. 층(104)은 층(102) 상에 중심이 놓인다.
실험적으로, Vantage장치 등의 손바닥 크기 신호 분석기에 결합된, 본 명세서에 개시된 구조의 신호 검출기는 Textronix오실로스코프 등의 고단부 측정 장치의 신호 정확도 및 해상도에 근사한다. 따라서, 유리하게도, 본 명세서에 개시된 유형의 신호 검출기는 자동차 기계공이 고단부 측정 장치와 동일한 진단 능력을 갖지만 훨씬 더 낮은 단가로 보다 단순한 구조를 제공하게 한다.
작동 중에, 저 전압 및 고 전류가 점화 코일의 1차 와인딩에 인가되고, 따라서 1차 와인딩은 주로 자계(H)로 구성된 전자기장을 발생시킨다. 2차 와인딩은 고 전압 및 저 전류를 수반하기 때문에 주로 전계(E)인 전자기장을 발생시킨다. 본 명세서에 개시된 실시예에 의해 다루어진 필요성은 2차 와인딩의 전계를 검출하는 것이다.
도 5b는 본 명세서에 개시된 바의 실시예에 따른 신호 검출기에 의해 검출된 코일 온 플러그의 점화 신호를 나타내고, 발화 전압 피처에 초점을 맞춘 파형도이다. 파형(520)은 파형도이다 피처(522) 및 연소 시간 피처(529)를 포함한다. 발화 피처(522)는 수평부(526)의 전압 레벨을 발화 피처(522)의 하위 피크(523)에서 전압 레벨과 비교함으로써 발화 전압(528)을 측정하기 위한 기준으로서 사용될 수 있다. 피크 발화 전압은 하위 피크(523)에 의해 지시된다. 연소 시간 피처(529)의 일부 만이 도 5b의 시간 스케일로 인해 도 5b에서 볼 수 있지만, 이는 도 5c에 나타낸 바와 같이 상이한 스케일을 사용하여 동일한 신호를 디스플레이함으로써 용이하게 관찰될 수 있다.
도 5c는 본 명세서에 개시된 바의 실시예에 따라 신호 검출기에 의해 검출된 바의 코일 온 플러그의 점화 신호를 나타내고 연소 시간 피처에 초점을 맞춘 파형도이다. 파형(520)은 발화 피크(502) 및 연소 시간 피처(504)를 포함한다. 연소 전압(505)의 크기는 연소 피크(507)의 크기에 연소 시간 피처(504)의 평균 크기를 비교함으로써 결정될 수 있다.
도 5d는 본 명세서에 개시된 바의 실시예에 따른 신호 검출기에 의해 검출된 바의 점화 신호를 나타내는 파형도이다. 도 5c의 파형에서 볼 수 있는 1차 특징은 발화 전압에 관한 것이다. 파형(506)은 검출되는 신호에 기초하여 발생된다. 파형(506)은 코일 온 플러그에 의해 발생된 전자기장의 자기 부분을 일반적으로 나타내는 자기 피처(508) 및 자계의 전기부를 일반적으로 나타내는 전기 피처(510)를 포함한다. 전기 피처(510)는 연소 시간 피처(504)로 나타낸 바의 코일 온 플러그의 연소 시간과 연관되기도 한다. 코일 온 플러그의 진정한 피크 발화 전압은 피크 피처(502A)로 분명히 나타낸다. 더욱이, 연소 시간 피처(504)는 코일 온 플러그의 작동 특성을 이해하는 데 도움이 되는 상세한 연소 스파크 특징부를 포함한다.
센서(100)는 일반적으로 소스로부터 λ/2π 미만으로 놓이기 때문에(여기서, λ는 신호의 파장임), 검출된 신호는 인접한 필드 신호이다. 인접 필드 위치에서, E의 세기는 1/r3의 비율에 따라 감소하고, 여기서, r은 센서(100)와 코일(4) 간의 거리이다.
제 2 층(104)은 전계(E)의 입사 방사선을 반사하고 흡수하도록 작용한다. 따라서, 제 2 층(104)을 통해 통과하고, 제 1 층(102)에 도달하는 방사선은 강도가 감쇠한다. 제 1 층(102)은 전계(E)의 방사선의 일부를 흡수하고, 전계(E)의 방사선의 일부를 반사하기도 한다. 결과적으로, 제 1 층(102)에서 관찰된 신호가 추가로 감쇠된다. 더욱이, 반사는 층들 자체 내에서 발생될 수도 있지만, 그러한 반사는 전형적으로 최소화되고, 층들의 디자인 특성을 결정하는 데 있어서 무시될 수 있다.
도 6은 코일 온 플러그 신호 검출 과정의 흐름도이다.
블록(602)에서, 신호 검출기의 신호 도전체는 신호 분석기의 신호 입력단에 접속된다. 신호 분석기는 Vantage장치, 오실로스코프 등의 모터 자동차 진단 장치일 수 있다. 블록(602)은 블록(602A)으로 나타낸 바와 같이 시험 중인 엔진의 특정 코일 온 플러그와 함께 사용하도록 채택된 신호 검출기를 선택하는 것을 포함한다. 신호 검출기는 도 1, 도 2a, 도 2b, 도 3 및 도 4에 나타낸 구조를 가질 수 있다. 블록(604)에서, 신호 검출기의 접지 도전체는 신호 분석기의 접지 입력단에 접속된다. 블록(602) 및 블록(604)의 대안으로서 신호 검출기로부터 차등 신호 입력단이 신호 분석기에 인가될 수 있다.
블록(606)에서, 신호 검출기는 코일 온 플러그 장치 상에 또는 그 근처에 놓인다. 블록(606)은 신호 검출기를 코일 온 플러그에 부착시키는 것을 포함할 수 있다. 대안으로, 블록(606)은 코일 온 플러그의 코일에 가장 근접하게 신호 검출기를 유지하는 것을 포함한다.
블록(608)에서, 신호 검출이 개시된다. 블록(608)은 신호 검출기에 의해 전기 점화 신호의 검출에 기초하는 신호 분석기를 사용하여 전기 점화 신호의 측정치를 획득하는 것을 포함한다. 블록(610)에서, 신호가 평가되고 필요할 경우 정확한 행동이 취해진다. 블록(610)은 신호 분석기의 파형 디스플레이를 사용하여 신호 특성을 관찰하고 정확한 행동이 필요한지 여부를 결정하는 것을 포함할 수 있다.
도 7a는 신호 검출기의 대안의 실시예의 측면 전개도이다. 도 7a의 실시예에서, 복수개의 신호 검출기는 멀티-실린더 엔진의 복수개의 실린더로부터 신호들의 검출을 가능하게 하도록 함께 편성된다. 신호 검출기(700)는 절연층(702) 및 접지 평면 또는 접지층(704)을 포함하는 일반적으로 신장된 편평한 지주(701)를 포함한다. 복수개의 신호 검출층(706a, 706b, 706c)은 지주(701)의 상위 대향면(707)에 부착된다. 신호 검출층(706a, 706b, 706c) 각각은 멀티-실린더 엔진(712)의 대응하는 코일(708a, 708b, 708c) 및 스파크 플러그(710a, 710b, 710c) 상으로 정렬된다.
도 7a의 실시예에서, 3개의 코일 및 3개의 플러그가 실시예로써 개략적으로 도시된다. 이 실시예는 V-6 모터 자동차 엔진에서 6개의 실린더중 3개 또는 3개의 실린더 엔진에서 시험 점화 신호에 사용될 수 있는 신호 검출기를 나타낸다. 임의의 수의 신호 검출층(706a-706c)이 시험 중인 엔진의 실린더 배열에 따라 제공될 수 있다.
도 7b는 도 7a의 실시예의 상부 평면도이다. 도 7b에 나타낸 바와 같이, 지주(701)는 일반적으로 직사각형 평면 시트인 절연 물질을 포함한다. 상위 대향면(707) 상에는 신호 검출기 층(706a, 706b, 706c)이 부착된다. 신호 검출기 층들은 신호 접속 지점(716)에서 종료되는 도전 경로(714)에 의해 도전적으로 결합된다. 일 실시예에서, 신호 검출기 층(706a, 706b, 706c)은 인쇄된 회로 기판 기술을 사용하여 구리 호일 등의 도전성 물질로부터 형성된다. 층들 및 도전 경로는 연속 접속된 방식으로 에칭될 수 있다. 신호 전송 와이어 또는 시험 프로브 와이어는 접속 지점(716)에 도전적으로 결합될 수 있고 신호 분석기 또는 오실로스코프로 루트될 수 있다.
대안으로, 신호 검출기 층(706a, 706b, 706c)은 이산적인 도전성 영역으로서 형성되고, 도전적으로 함께 결합되지 않는다. 별개의 신호 접속 지점은 각각의 층에 제공될 수 있다. 이러한 실시예는 여러 신호들이 동시에 관찰되는 것을 가능케 한다. 그러나, 종래의 내연 엔진에서, 실린더들은 상이한 시간에 발화하기 때문에, 층들은 함께 결합될 수 있고, 신호 분석 장치의 단일 입력단으로 루트될 수 있다. 더욱이, 층들이 함께 결합되고 단일 입력이 단일 접속 지점(716)으로부터 사용될 때, 인입 신호는 엔진의 인입 시퀀스로 동기될 수 있다. 그러한 동기화에 따라, 신호를 수신하는 신호 분석기 또는 기술자는 멀티-실린더 엔진에서 제조되는 특정 코일 온 플러그를 결정할 수 있다.
도 7c는 도 7a의 실시예의 하위 평면도이다. 지주(701)의 하위 대향면(709)은 하위 대향면(709)에 부착된 일반적으로 평면 도전층(704)을 포함하고 대향면의 대부분을 커버한다. 도전층(704)은 신호 검출기 장치의 접지 평면으로서 작용한다. 복수개의 개방 영역(720a, 720b, 720c)은 층(704) 내에 배치되고, 지주(701)가 코일 상에 설치될 때, 코일(708a, 708b, 708c) 각각과 수직 정렬되게 위치한다. 개방 영역(720a-720c)은 비도전성 물질로 구성된다. 층(704)은 인쇄된 회로 기판에서와 같이 구리 호일로부터 형성될 수 있고, 개방 영역(720a-720c)은 지주(701)의 절연 물질(702)을 노출시키기 위해 에칭 층(704)을 선택적으로 에칭함으로써 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 개방 영역(720a-720c)은 실질적으로 "C" 형태로 형성되고, 층(704)과 함께 통합적으로 형성되는 도전성 물질의 실질적으로 직사각형 영역(722a-722c)을 포위한다. 연소 중에, 개방 영역(720a-720c) 및 영역(722a-722c)은 접지 평면(704)에 의해 반사되는 전자기 방사선의 양을 감쇠시키고, 그에 따라 신호 검출기(700)의 감도를 감쇠시키고 조절하기 위해 사용될 수 있다.
도 7a, 7b, 7c에서, 신호 검출기(706a-706c)는 직사각형 구조로 나타내고 개방 영역(720a-720c)은 "C" 형상의 과 나타내지만, 다른 기하학이 본 발명의 범위 내에서 동일한 효과로 사용될 수 있다.
신호 검출기(700)는 코일(708a-708c), 클램프 등을 편안하게 잡을 수 있는 클립 등의 임의의 적절한 부착 수단을 사용하여 시험 중인 엔진 상에 유지될 수 있다. 신호 케이블은 검출된 신호를 신호 분석기에 루트시키기 위해 과 접속 지점(716)에 부착될 수 있다. 신호 검출기(700)는 상이한 엔진 또는 실린더 구조와 호환될 수 있는 복수개의 상이한 신호 검출기중의 하나를 교환 가능하게 수신하는 시험 프로브 본체 내에 포위될 수 있다. 신호 검출기(706a-706c)의 측면 분리 또는 정렬은 상이한 엔진, 코일 위치 또는 실린더 구조에 맞게 조절될 수 있다.
따라서, 신호 검출기 또는 시험 프로브가 개시되었다. 본 발명은 상세히 개시되고 예시되었지만, 그것은 단지 예시 및 실시하기 위한 것으로 제한시키고자 함이 아니며, 본 발명의 정신 및 범위는 첨부된 특허 청구의 범위에 의해서만 제한되는 것임을 분명히 이해해야 한다.
본 발명은 제 1 도전성 평면층 및 비도전성 기판에 의해 분리되고 그에 부착된 제 2 도전성 평면층을 포함하고, 코일 온 플러그의 코일에 가장 근접하게 설치하도록 채택되는, 코일 온 플러그로부터 모터 자동차 전기 점화 신호를 검출하는 장치를 포함한다. 이러한 특징에서, 이 장치는 코일 온 플러그의 코일에 근접하고, 그로부터 소정의 거리만큼 분리되게 기판을 유지하는 수단을 추가로 포함한다.
Claims (27)
- 내연 엔진의 코일 온 플러그로부터 전기 점화 신호들을 검출하는 장치에 있어서,상기 장치는 비도전성 기판에 의해 분리되고 부착되며, 코일 온 플러그의 코일에 근접하게 설치되도록 채택된 제 1 도전성 평면층 및 제 2 도전성 평면층을 포함하는, 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 코일 온 플러그의 상기 코일에 근접하고, 그로부터 소정의 거리만큼 분리된 상기 기판을 유지하는 수단을 추가로 포함하는, 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 코일 온 플러그의 상기 코일에 근접하고, 그로부터 소정의 거리만큼 분리된 상기 기판을 유지하는 수단;상기 제 1 층에 결합되고 진단 장치의 신호 입력단에 결합된 신호 와이어; 및상기 제 2 층에 결합되고 상기 진단 장치의 접지 입력단에 결합된 접지 와이어를 추가로 포함하는, 장치.
- 제 1 항에 있어서, 복수개의 기판들 중의 하나를 교환 가능하게 수용하도록 채택된 프로브 본체; 및코일 온 플러그의 코일에 근접하고, 그로부터 소정의 거리만큼 분리된 상기 프로브 본체를 유지하는 상기 프로브 본체 상의 수단을 추가로 포함하는, 장치.
- 제 1 항에 있어서, 복수개의 기판들 중의 하나를 교환 가능하게 수용하도록 채택된 프로브 본체;코일 온 플러그의 코일에 근접하고, 그로부터 소정의 거리만큼 분리된 상기 프로브 본체를 유지하는 상기 프로브 본체 상의 수단;상기 제 1 층에 결합되고 진단 장치의 신호 입력단에 결합된 신호 와이어; 및상기 제 2 층에 결합되고 상기 진단 장치의 접지 입력단에 결합된 접지 와이어를 추가로 포함하는, 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 층은 실질적으로 직사각형이고, 상기 제 2 층은 실질적으로 직사각형이며, 상기 제 1 층과 상기 제 2 층은 실질적으로 동일한 표면적을 갖는, 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 층은 실질적으로 직사각형이고, 상기 제 2 층은 실질적으로 직사각형이며, 상기 제 1 층과 상기 제 2 층은 실질적으로 상이한 표면적을 갖는, 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 층은 실질적으로 직사각형이고, 상기 제 2 층은 실질적으로 직사각형이며, 상기 제 1 층의 표면적은 상기 제 2 층의 표면적보다 실질적으로 적은, 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 층은 실질적으로 직사각형이고, 상기 제 2 층은 실질적으로 직사각형이며, 상기 제 1 층의 표면적은 상기 제 2 층의 표면적보다 실질적으로 적고,상기 제 1 층과 상기 제 2 층의 표면적들 간의 차이는 전기 점화 신호의 강도에 직접적으로 비례하는, 장치.
- 코일 온 플러그에 의해 발생된 점화 신호를 분석하는데 사용하기 위한 진단 장치에 있어서, 상기 장치는,절연 기판에 의해 분리되고 부착되며, 상기 코일 온 플러그에 가장 근접하게 설치하도록 채택된 제 1 도전성 평면층 및 제 2 도전성 평면층을 포함하는 신호 검출기;상기 제 1 도전성 호일(foil) 층에 결합되고 디지털 신호 분석기의 신호 입력단에 결합된 신호 와이어; 및상기 제 2 도전성 호일 층에 결합되고 상기 디지털 신호 분석기의 접지 입력단에 결합된 접지 와이어를 포함하는, 진단 장치.
- 제 10 항에 있어서, 상기 코일 온 플러그의 상기 코일에 근접하고, 그로부터 소정의 거리만큼 분리된 상기 신호 검출기를 유지하는 수단을 추가로 포함하는, 장치.
- 제 10 항에 있어서, 상기 기판을 포위하고 복수개의 기판들 중의 하나를 교환 가능하게 수용하도록 채택된 프로브 본체; 및상기 코일 온 플러그의 상기 코일에 근접하고, 그로부터 소정의 거리만큼 분리되게 상기 프로브 본체를 유지하는 상기프로브 본체 상의 수단을 추가로 포함하는, 장치.
- 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 층은 실질적으로 직사각형이고, 상기 제 2 층은 실질적으로 직사각형이며, 상기 제 1 층과 상기 제 2 층은 실질적으로 동일한 표면적을 갖는, 장치.
- 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 층은 실질적으로 직사각형이고, 상기 제 2 층은 실질적으로 직사각형이며, 상기 제 1 층과 상기 제 2 층은 실질적으로 상이한 표면적을 갖는, 장치.
- 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 층은 실질적으로 직사각형이고, 상기 제 2 층은 실질적으로 직사각형이며, 상기 제 1 층의 표면적은 상기 제 2 층의 표면적보다 실질적으로 적은, 장치.
- 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 층은 실질적으로 직사각형이고, 상기 제 2 층은 실질적으로 직사각형이며, 상기 제 1 층의 표면적은 상기 제 2 도전성 호일 층의 표면적보다 실질적으로 적고,상기 제 1 층과 상기 제 2 층의 표면적들 간의 차이는 전기 점화 신호의 강도에 직접적으로 비례하는, 장치.
- 내연 엔진의 코일 온 플러그의 전기 점화 신호들을 측정하는 방법에 있어서, 상기 방법은,절연 기판에 의해 분리되고 그에 부착된 제 1 도전성 평면층 및 제 2 도전성 평면층을 포함하는 신호 검출기를 코일 온 플러그의 코일에 가장 근접하게 유지하는 단계;상기 제 1 층으로부터 신호 와이어를 전자 디지털 신호 분석기의 입력단에 결합시키는 단계;상기 제 2 층으로부터 접지 와이어를 상기 신호 분석기의 접지 호일 층에 결합시키는 단계; 및상기 신호 검출기에 의해 상기 전자 점화 신호의 검출에 기초한 상기 신호 분석기를 사용하여 상기 전자 점화 신호의 측정치를 획득하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제 17 항에 있어서, 상기 신호 검출기 유지 단계는,절연 기판에 의해 분리되고 그에 부착된 제 1 도전성 평면층 및 제 2 도전성 평면층을 포함하는 신호 검출기를 코일 온 플러그의 코일에 가장 근접하게 유지하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 도전성 호일층 및 상기 제 2 도전성 호일층은 실질적으로 동일한 표면적을 갖는, 방법.
- 제 17 항에 있어서, 상기 신호 검출기 유지 단계는,절연 기판에 의해 분리되고 그에 부착된 제 1 도전성 평면층 및 제 2 도전성 평면층을 포함하는 신호 검출기를 상기 코일 온 플러그의 상기 코일에 가장 근접하게 유지하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 도전층 및 상기 제 2 도전층은 실질적으로 상이한 표면적을 갖는, 방법.
- 제 17 항에 있어서, 상기 신호 검출기 유지 단계는,절연 기판에 의해 분리되고 그에 부착된 제 1 도전성 평면층 및 제 2 도전성 평면층을 포함하는 신호 검출기를 상기 코일 온 플러그의 상기 코일에 가장 근접하게 유지하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 도전층의 표면적은 상기 제 2 도전층의 표면적보다 실질적으로 적은, 방법.
- 제 17 항에 있어서, 상기 신호 검출기 유지 단계는,절연 기판에 의해 분리되고 그에 부착된 제 1 도전성 평면층 및 제 2 도전성 평면층을 포함하는 신호 검출기를 상기 코일 온 플러그의 상기 코일에 가장 근접하게 유지하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 도전층의 표면적은 상기 제 2 도전층의 표면적보다 실질적으로 적고;상기 제 1 도전층과 상기 제 2 도전층의 표면적들 간의 차이는 상기 전기 점화 신호들의 강도에 비례하는, 방법.
- 제 17 항에 있어서, 상기 제 1 층에 대한 상기 제 2 층의 상대적 크기를 조절함으로서 상기 신호 검출기의 감도를 조절하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
- 멀티-실린더 엔진의 복수개의 코일 온 플러그 장치들로부터 전기 점화 신호들의 검출 장치에 있어서, 상기 장치는,상기 복수개의 코일 온 플러그 장치들을 스패닝하도록 신장되고 상기 복수개의 코일 온 플러그 장치들에 가장 근접하게 유지되도록 채택된 절연 기판;각각 도전성 평면층을 포함하고, 기판의 제 1 대향면에 부착된 복수개의 신호 검출기들;신호 검출기들과 함께 정렬되고 상기 제 1 대향면과 반대인 기판의 제 2 대향면에 부착되고 그에 따라 상기 제 1 층들로부터 분리된 복수개의 제 2 도전성 평면층을 포함하는, 장치.
- 제 23 항에 있어서, 상기 복수개의 제 2 층들 각각은 상기 제 2 대향면에 부착된 평면 도전층 내의 포위하는 개방 영역에 의해 제한된 도전성 영역을 포함하는, 장치.
- 제 23 항에 있어서, 상기 복수개의 제 1 층들은 신호 접속 지점에서 종료하는 신호 도전체에 의해 도전성으로 결합되는, 장치.
- 제 23 항에 있어서, 상기 복수개의 제 2 층들은 상기 제 2 대향면에 부착된 구리 호일의 시트 내의 개방 영역에 의해 제한되는, 장치.
- 제 23 항에 있어서, 상기 복수개의 상기 제 1 층들은 구리 호일로부터 형성되고, 복수개의 제 2 층들은 상기 제 2 대향면에 부착된 구리 호일의 시트 내의 개방 영역에 의해 제한되는,장치.
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