KR20040032875A

KR20040032875A - 코일-온-플러그 유도성 샘플링 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20040032875A
Application number: KR10-2004-7001449A
Authority: KR
Inventors: 케네스 에이 매퀴니; 로버트 알 브라이언트
Original assignee: 스냅-온 테크놀로지즈, 아이엔씨.
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2004-04-17
Also published as: US20030038635A1; BR0211788A; EP1415086A1; US6850070B2; CA2449865A1; TW534983B; CN1522340A; JP2005514547A; WO2003012286A1

Abstract

코일-온-플러그 검사 장치는 점화 신호를 나타내는 출력 신호를 발생한다. 상기 검사 장치는 발화 이벤트 동안 상기 코일-온-플러그 장치에 의해서 발생되는 전자기 플럭스(electromagnetic flux)를 검출하여 그에 따른 전압을 발생 및 출력하는 코일-온-플러그 장치에 부착 가능한 유도성 센서; 및 상기 검출된 전자기 플럭스에 따라 상기 유도성 센서에 의해서 출력되는 상기 전압의 변동에 따라 출력 신호를 발생하는 상기 유도성 센서에 전기적으로 결합된 신호 처리 회로를 포함한다. 코일-온-플러그 점화를 위한 연소 시간을 결정하는 방법은 코일-온-플러그 점화 하우징에 인접하여 유도성 센서를 배치하는 단계; 상기 유도성 센서를 사용하여 적어도 하나의 발화 구간을 포함하는 기간동안 상기 코일-온-플러그 점화에 의해서 출력되는 전자기 플럭스를 검출하는 단계; 및 상기 발화선을 식별하고, 스파크선의 끝점을 식별하고 상기 스파크선의 끝점과 상기 발화선 사이의 시간을 결정함으로써 연소 시간을 결정하는 단계를 포함한다.

Description

코일-온-플러그 유도성 샘플링 방법 및 장치{COIL ON PLUG INDUCTIVE SAMPLING METHOD AND APPARATUS}

엔진 분석기는 전체 엔진 성능의 측정으로서 점화 시스템의 성능을 정확하게 검사하는 기구를 구비한 기계이다. 신호 검출기(검사 프로브)는 내연 엔진에서의 결함 또는 이상을 진단할 때 광범위하게 사용된다. 검사 프로브는 예컨대 점화 코일 또는 점화 배선 등의 검사 포인트에 인접하여 위치되며, 검사 프로브는 차량 진단 장치로의 귀환 신호를 보낸다. 스파크 플러그 발화 전압 및 지속 기간 등의 검사 프로브로부터 얻어지는 정보는, 점화 코일과 연관된 스파크 플러그가 적절하게 기능을 하는지 여부를 기능공이 판정하도록 할 수 있다.

도 1a는 용량성 신호 검출 시스템을 나타낸 도면이다. 기본적으로, 점화 코일(110)은 1차 전류의 갑작스런 개방에 의해서 제공되는 1차 권선에서의 저전압을2차 권선에서 고전압으로 변압하는, 통상적으로 1차와 2차 권선비가 1:50 내지 1;100인 권선비가 매우 큰 변압기이다. 점화 코일(110)은 절연선(112)에 의해서 분배기 캡(114)의 코일 단자(도면번호 없음) 또는 중앙에 접속된다. 점화 코일(110)로부터의 고전압은, 당업자 및 표준기술교범에 잘 알려진 방식으로, 소정의 타이밍에서 각 스파크를 스파크 플러그 단자에 분배하는 로터(rotor)에 의해서, 그 코일 단자로부터 분배기 캡(114)의 스파크 플러그 단자 또는 분배기 캡 측으로 분배된다. 스파크 플러그 단자에 제공되는 스파크 전압은, 순차로 절연선(118)을 통해 해당 스파크 플러그(122)에 제공된다.

각 실린더에서, 스파크 플러그 전극 사이의 결과적인 전기 방전은 스파크를 생성하고, 그 스파크는 실린더로 유입 또는 강제 유입되어 여기 상태로 응축된 연료와 공기 혼합물을 점화시키고, 이에 의해서 실린더 내의 피스톤을 구동시켜, 이에 부착된 크랭크샤프트에 힘을 전달한다. 엔진 성능을 평가하기 위한 점화 파형의 분석은, 용량성 신호 픽업(124)을 스파크 플러그 배선(118)에 용량성 결합함으로서 수행될 수 있다. 종래에는 용량성 신호 픽업(pickup)(124)이 일단에서 배선(118)에 둘러싸여 있거나, 클립핑(clipped)되어 있고, 배선 또는 동축 케이블(126)을 통해서 타단에서 측정 장치(128)에 접속되어 있다. 상기 픽업(124)에 의해서 측정되는 총 용량은, 종래의 용량성 분할 회로와 결합하여 당업자에게 공지된 방식으로 배선(118) 전압을 결정하는데 사용된다.

더 최근에, 점화 시스템은 실린더 당 하나의 코일 또는 실린더 쌍 당 하나의 코일(직접 점화 시스템(DIS) 또는 하이브리드)로 발전해가고 있으며, 전혀 어떠한스파크 플러그 배선도 가지지 않을 수도 있다. 이러한 스파크 점화 시스템은, 예컨대 도 1b에 나타낸 바와 같이, 각 플러그 근방에 점화 코일을 또는 각 플러그 위에 점화 코일을 구비한다. 1차 코일(162) 및 자성 철 코어(160)에 의해서 2차 코일(164)에서 발생되는 고전압은 각종 도전성 소자를 통해 스프링(169) 등의 도전성 출력으로, 그리고 스파크 플러그 캡(160)내에 하우징된 스파크 플러그(도시 생략)로 2차 코일의 출력을 통해, 전달된다. 점화기(168)는 전류가 코일에 흐른 후에 개방시키는 스위치이다. 이 과도 현상은 2차 코일을 통한 변압에 의해서 1차 전압을 증가시킨다.

도 1c는 점화 코일(140), 스파크 플러그(150) 및 스파크 플러그 갭(151)을 가진 코일 오버 플러그(COP: coil-over-plug) 어셈블리를 나타낸 도면이다. 이 구성은 높은 2차 전압 도전체가 도 1a의 배선(118)만큼 용이하게 액세스되지 않기 때문에, 도 1a에 구현된 종래 기술에 적용될 수 없다. COP의 이러한 구성에 대해서, 본 양도인에게 양도되고 여기에 참조로 포함된 2002년 5월 28일자 미국 특허등록 제6,396,277호에 교시된 바와 같은 코일-온-플러그 신호 검출기 어셈블리 또는 센서(141)가 사용될 수도 있다. COP 센서(141)는 기판(144)에 고정되고 기판(144)에 의해서 분리되는 상부 및 하부 도전층(도시 생략)을 포함한다. 일 예로서 상부 및 하부 도전층은 신호 검출기로서 그리고 접지면으로서 역할을 한다. 상부층은 배선(152)을 경유하여 외부 신호 분석기 장치에 전기적으로 결합되고, 접지면은 코일에 의해서 발생된 전자기 에너지의 일부를 반사하고, 따라서 신호 검출기 층에서 관찰되는 신호의 강도를 종래 분석기에 의해서 용이하게 처리되는 레벨로 감쇄시킨다. 센서(141)는 센서 하우징(148)에 부착된 클립(147)에 의해서 점화 코일(140)의 하우징에 결합된다.

본 구성에서, 센서(141)는, 코일이 1차 전압을 스파크 플러그에 의해서 사용하기 위한 고전압으로 변압하는 경우 코일(140)에 의해서 방출되는 전자기 방출의 자기장 내에 놓이게 된다. 동작에 있어서, 저전압 고전류가 소정 시간 동안 점화 코일(140)의 1차 권선에 인가되고, 1차 권선은 주로 자기장(H)으로 이루어진 전자기장을 발생한다. 2차 권선은 고전압 저전류를 운반하기 때문에 주로 전기장(E)인 전자기장을 발생한다. 코일(140)의 하우징에 인접하여 위치된 하부 도전층(layer)은 이러한 접촉에 의해서 접지 전위가 된다. 포지티브 또는 네거티브(통상적으로 COP 시스템에 대해서는 네거티브임)가 될 수 있는 전압 전위가 유도되거나, 그렇지 않으면, 상부 및 하부층(148)을 횡단하여 전개될 수 있고, 상부층 또는 신호 검출기층의 표면에서 측정되거나 신호 검출기층으로부터 수신될 수도 있다. 신호 검출층에서 관찰되는 전압은 코일(140)의 2차 코일의 단부에서의 전압에 비례한다. 따라서, 신호 검출층으로부터 취해지는 신호는, 당업자에게 공지된 방식으로 스파크 전압 또는 연소 시간 등의 점화 스파크 전압 특성 또는 배선 또는 플러그의 개방 또는 플러그의 단락 또는 더러워짐 등의 다른 문제의 진단시에 사용될 수도 있다.

코일-온-플러그 신호 검출 장치에 의해서 실현된 장점에도 불구하고, 각종 점화 코일 구성은 어느 하나의 센서에 대해서 범용 적용성을 찾는 데는 어려움이 있다. 예를 들면, 상술한 센서(141)는, 코일 하우징이 차폐되는 경우 최적화 될 수 없거나, 그렇지 않으면 신호가 왜곡되거나 크게 감쇠되는 구성이 된다. 이러한예는 코어로부터 누설되는 전기장 및 자기장 둘 다에 대하여 차폐역할을 하는, 제1 철 차폐 박스에 점화기를 지지하는 코일-온 플러그/코일-오버 플러그 어셈블리에서 발생한다. 이러한 차폐 자체가 설계시 고려되지 않는 경우에도 코일-온-플러그 어셈블리로부터 출력되는 자기장을 현저하게 감쇠시키도록 역할을 하는 임의의 매체 또는 매체의 조합을 포함하도록 차폐가 넓게 고려되어야 한다. 따라서, 저출력 점화 코일 구성에 사용하기에 적절한 코일-온 플러그/코일-오버 플러그 신호 검출 장치가 요구되어지고 있다.

본 출원은 코일-온-플러그(coil-on plug) 또는 코일 오버 플러그(coil-over plug) 점화를 포함하는 내연 엔진 직접 점화 시스템용 엔진 분석기에 관한 것으로, 특히, 직접 점화 시스템에서 점화 신호 픽업을 채용하여 점화 파형을 검출하는 엔진 분석기에 관한 것이다. 본 발명은, 특히 2차 점화 파형과 이러한 파형의 세그먼트의 수치값이 기술적 평가를 위해 표시되는 자동 엔진 분석에 적용될 수 있다.

도 1a는 분배기 기반 점화 시스템의 2차 점화 전압을 검출하기 위한 종래의 용량성 센서 및 회로를 나타낸 도면이다.

도 1b는 통합형 점화기를 구비한 COP 점화 코일을 나타낸 도면이다.

도 1c는 COP에 인접하도록 위치된 다른 유형의 COP 용량성 센서를 나타낸 도면이다.

도 2a 및 도 2b는 시간 함수로서 표시되는 전형적인 1차 점화 파형 및 2차 점화 파형을 각각 나타낸 도면이다.

도 3은 다이오드 극성이 포지티브 진행 출력에 대하여 도시된 본 발명에 따른 유도성 센서 및 코일-온-플러그 검사 장치를 나타낸 도면이다.

도 4a 및 도 4b는 사용 가능한 RLC 회로 및 코일-온-플러그에 직접 배치되는 유도성 센서를 각각 나타낸 도면이다.

도 5a는 표시 장치 및 제1 회로에 결합된 코일-온-플러그 유도성 센서에 의해서 측정된 파형을 나타낸 도면이다.

도 5b는 표시 장치 및 제2 회로에 결합된 코일-온-플러그 유도성 센서에 의해서 측정된 파형을 나타낸 도면이다.

도 6a 및 도 6b는 코일-온-플러그 검사 장치에 대한 검사 결과를 나타낸 도면이다.

도 7a 및 도 7b는 다른 코일-온-플러그 검사 장치에 대한 검사 결과를 나타낸 도면이다.

도 8a 및 도 8b는 또 다른 코일-온-플러그 검사 장치에 대한 검사 결과를 나타낸 도면이다.

도 9a 및 도 9b는 또 다른 코일-온-플러그 검사 장치에 대한 검사 결과를 나타낸 도면이다.

도 10a 및 도 10b는 또 다른 코일-온-플러그 검사 장치에 대한 검사 결과를 나타낸 도면이다.

도 11a 내지 도 11h는 2중 인덕터 센서 구성에 대한 연소 시간 검사 결과를 나타낸 도면이다.

도 12a 및 도 12b는 2중 인덕터 코일-온-플러그 센서의 진단 효율을 나타낸 도면이다.

일 측면으로서, 코일-온-플러그 검사 장치는 점화 신호를 나타내는 출력 신호를 발생하기 위해 제공된다. 이 검사 장치는 발화 이벤트 동안 코일-온-플러그 장치에 의해서 발생되는 전자기 플럭스를 검출하여, 그에 따른 전압을 발생 및 출력하는 유도성 센서를 포함한다. 상기 유도성 센서는 코일-온-플러그 장치에 부착된다. 상기 유도성 센서에 전기적으로 결합된 신호 처리 회로는 상기 유도성 센서에 의해서 출력되는 상기 전압의 변동에 따라 출력 신호를 발생한다.

다른 측면으로서, 코일-온-플러그 점화를 위한 연소 시간을 결정하는 방법은 코일-온-플러그 점화 하우징에 인접하여 유도성 센서를 배치하는 단계; 상기 유도성 센서를 사용하여 적어도 하나의 발화 구간을 포함하는 기간동안 상기 코일-온-플러그 점화에 의해서 출력되는 전자기 플럭스를 검출하는 단계; 및 연소 시간을 결정하는 단계를 포함한다. 상기 연소 시간은, 발화선을 식별하고, 스파크선의 끝점을 식별하고 및 상기 스파크선의 끝점과 상기 발화선 사이의 시간을 결정함으로써 결정된다.

또 다른 측면으로서, 코일-온-플러그 점화와 연관된 문제를 검출하는 방법은 유도성 센서를 제1 코일-온-플러그 하우징에 인접하여 배치하는 단계; 상기 유도성 센서를 사용하여, 적어도 하나의 발화 구간을 포함하는 기간 동안 상기 코일-온-플러그 점화에 의해서 출력되는 전자기 플럭스를 검출하는 단계; 및 발화선, 스파크선 및 연소 시간 중 적어도 하나를 식별하는 단계를 포함한다. 이들 단계는 제2 코일-온-플러그에 대하여 반복되고, 상기 제1 및 제2 코일-온-플러그에 대하여 식별된 해당 발화선, 스파크선, 및 연소 시간 중 적어도 하나와의 사이에 비교가 이루어져 이들간 상대적인 차가 결정된다.

또 다른 예에서, 코일-온-플러그 점화와 연관된 문제를 검출하는 방법은 센서를 제1 코일-온-플러그 하우징에 인접하여 배치하는 단계; 상기센서를 사용하여, 적어도 하나의 발화 구간을 포함하는 기간 동안 상기 코일-온-플러그 점화에 의해서 방사되는 전자기 방출을 검출하는 단계; 및 발화선, 스파크선 및 연소 시간 중 적어도 하나를 식별하는 단계를 포함한다. 이들 단계는 제2 코일-온-플러그에 대하여 반복되고, 상기 제1 및 제2 코일-온-플러그에 대하여 식별된 대응하는 발화선, 스파크선, 및 연소 시간 중 적어도 하나 사이에 비교가 이루어져 이들간 상대적인 차가 결정된다.

도 2a 및 도 2b는 전형적인 1차 점화 파형과 2차 점화 파형을 시간 함수로서 각각 나타낸 도면이다. 파형은 발화 구간, 중간 구간, 휴지(dwell) 구간으로 표시된 3개의 기본 구간을 가지고 있다.

1차 및 2차 파형 모두에서 공통으로 발생하는 문제를 나타내기 위해, 도 2a 및 도 2b에서는 동일한 참조 번호가 사용되고 있다. 파형의 개시 S에서, 1차 점화 회로에는 전류가 흐르지 않는다. 일반적으로, 이 때 사용 가능한 배터리 또는 충전 시스템 전압은 약 12 내지 15 볼트의 범위내이지만, 전형적으로 약 12 내지 14 볼트 사이이다. 참조 번호 210에서, 1차 스위칭 장치가 1차 전류를 흐르게 함으로써 "휴지" 또는 "충전" 구간이 개시된다. 참조 번호 220에서, 전류가 1차 회로를 통해 흐르면 점화 코일 권선에 자계가 발생한다. 전압의 상승은, 코일 포화가 발생하는 것을 나타내는 참조 번호 230을 따라 나타나고, 이 때 코일 전류를 제어하기 위해 코일 포화를 사용하는 점화 시스템에서는 전류 험프(current hump) 또는전압 리플(voltage ripple)이 나타난다. 1차 회로 "온 시간(on-time)"을 나타내는 파형의 부분은 포인트 210과 포인트 240 사이이다. 따라서, 포인트 210과 포인트 240 사이의 신호 부분은 휴지기간 또는 점화 코일 1차 전류의 "온 시간(on-time)"을 나타낸다.

1차 스위칭 장치가 1차 전류를 참조 번호 240에서 차단시키면, 갑작스럽게 자계가 생성되어 자기 유도에 의해서 1차 권선에 고전압이 유도된다. 또한 1차 권선과 2차 권선의 권선비가 전형적으로 1:50 또는 1: 100이기 때문에, 상호 유도에 의해서 2차 권선에는 더 큰 고전압이 유도된다. 2차 전압은 스파크 플러그 갭으로 전달되고, 스파크 플러그 갭이 이온화되고 전류가 전극을 가로질러 아크(arc)되어 스파크(250)(즉, "발화선")를 일으켜서 연소되기 시작하며, 스파크는 "발화 구간" 또는 "연소 시간"(260)이라 불리는 시간 주기 동안 연속된다.

킬로볼트(kilovolt)로 측정되는 발화선(250)은 스파크 플러그 갭을 가로질러 스파크를 개시하는데 필요한 전압을 나타내며, 일반적으로 약 3 내지 8kV 사이이다. 연소 시간(260)은 스파크 발생기간을 나타내고 일반적으로 약 1 내지 3 밀리 세컨드(millisecond) 사이이며, 역으로 발화 kV에 관련된다. 발화 kV가 증가하면 연소 시간이 감소하고, 발화 kV가 감소하면 연소 시간은 증가한다. 연소 시간(260)에 걸쳐서, 스파크 플러그 전극간 갭을 가로지르는 방전 전압은 코일 에너지가 상기 전극을 가로지르는 스파크를 지속할 수 없을 때까지 감소한다(예를 들면, 참조 번호 270을 참조). 참조 번호 280에서, 발진 또는 "링잉(ringing)" 전압이 발생하고, 참조 번호 290까지 지속되고, 코일 에너지는 감쇠되고, 1차 회로에는전류가 흐르지 않는다.

도 3은 코일-온-플러그 장치에 의해서 생성되는 점화 신호의 특성을 나타내는 출력 신호를 생성하는 코일-온-플러그 검사 장치를 나타낸 도면이고, 코일-온-플러그 검사 장치는 점화 신호를 검출하는 유도성 센서, 유도성 센서를 코일-온-플러그 장치에 부착시키는 수단, 및 코일-온-플러그 장치에 의해서 출력되는 전자기 플럭스의 변동에 따라 출력 신호를 생성하는 신호 처리 회로를 포함한다.

코일-온-플러그 유도성 센서(310)는 선속(φ₁)이 방사되는 코일-온-플러그 코일의 코어(318) 상에 위치된다. 순차로 유도성 센서(310)를 통과하는 선속(φ₂)은 유도성 센서의 N 개의 권선수에서의 emf ε(도시 생략)를 유도한다. 유도성 센서(310)에 의해서 코일-온-플러그 어셈블리의 철 코어로부터 방사되는 선속(φ₂)의 샘플링은 스파크 플러그의 연소 시간을 결정하는데 사용될 수도 있다. 유도성 센서(310)는 입사 플럭스를 최대화하기 위해 코일-온-플러그의 하우징과 접촉하여 또는 인접하여 위치되는 것이 바람직하다.

기술자가 시험중에 코일-온-플러그(COP)와 인접하는 위치에 유도성 센서를 단순히 유지할 수도 있다. 그러나, 일반적으로 기술자의 수고를 덜고, 위치 정렬 에러를 최소화하기 위해, 인접하는 엔진 부품 또는 코일-온-플러그 하우징에 견고하게 부착될 수 있는 하우징 내에 유도성 센서를 배치하는 것이 바람직하다. 견고한 부착은, 코일-온-플러그 하우징의 외부에서 사용될 수 있다면, 코일-온-플러그 하우징의 부분과 결합하거나 부착되도록 구성된 종래 클램프 또는 타이(ties)(예를들면, 타이다운(tie down)), 자석 클립 또는 나사부 등에 의해 성취될 수 있으며, 이에 한 하지 않고 그 외의 고정 장치에 의해서 성취될 수도 있다. 일 예로서, 하나 이상의 스프링 또는 폼 삽입체(foam insert) 등의 바이어싱(biasing) 부재가 코일-온-플러그 하우징에 대하여 유도성 센서(310)를 바이어스 시키기 위해 채용될 수 있다. 또한, 유도성 센서 하우징은 특정 코일-온-플러그 하우징과 결합하도록 구성될 수 있다. 또한, 유도성 센서 하우징은 대응하는 복수의 코일-온-플러그 하우징과 동시에 결합하도록 복수의 개별 유도성 센서로 구성될 수 있다. 또한, 유도성 센서는 차량 운전자에게 적절한 메시지 또는 신호를 표시하기 위해, 또는 기술자에 의해서 후속하여 사용할 수 있게 하기 위해, 온 보드(on-board) 차량 진단 데이터 컴퓨터 및/또는 데이터 저장 장치에, 차량 와이어 하니스(wiring harness) 및 데이터 링크를 통해 접속되고, COP 하우징에 통합될 수도 있다.

유도성 센서(310)는 스위칭형 DC 전원에 필터로서 사용하기 위해 설계된 종래의 "쵸크(choke)"형 인덕터 등의 에어 코어(air core) 또는 개방 코어 인덕터(open core inductor)인 것이 바람직하다. 이러한 인덕터는 측정용 코일-온-플러그에 인접하여 위치시키거나 또는 인접하여 부착시키기에 적합한 배치를 가진 회로 기판 또는 캐이스에 내장된다. 폐쇄형 코어 설계(closed core design)는 일반적으로 본 발명에 사용하기에 적절하지 못한데, 그 이유는 이러한 종래의 폐쇄형 코어 설계는 코어에 흐르는 자속을 거의 제한하여, 본 발명에 필수적인 외부 플럭스를 용이하게 샘플링할 수 없게 하기 때문이다. 도 3은 N회 감긴 권선(314)이 배치된 길이 L의 코어(313)를 가진 보빈(bobbin)(312)을 예로 나타낸도면이다. 보빈(312)은 코일(314)의 형상을 단순히 유지하는 역할을 하는 비자성 재료(예를 들면, 플라스틱, 카드보드(cardboard), 세라믹, 나무 등)를 포함할 수도 있고, 또는 철 코어 또는 페라이트 코어를 포함할 수도 있다.

유도성 센서(310)는, 코일 저항 및 크기를 최소화 하고, 인덕턴스 및 자기 공진 주파수를 최대화 할 수 있으며, 기존의 차량 엔진 부품들과의 간섭이 심각하지 않도록 코일-온-플러그의 최상부에 위치될 수 있는 배치를 가지도록 선택되는 것이 바람직하다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 센서(310) 인덕턴스는 인덕턴스 팩터(권선 수 N), 코일 직경, 코일 길이 및 코일 재료를 변화시킴으로써 특정 제품에 적절하게 조정될 수도 있다. 예를 들면, 자계 누설은 권선수 N의 제곱에 비례한다. 마찬가지로, 도 3에서 예로 나타낸 RLC 회로(302)의 다른 부품은 당업자에게 공지된 방식으로 조정될 수도 있다.

도 3에서, 유도성 센서(310)는 예를 들면 Jeep Grand Cherokee, Dakota 및 Durango 사의 최근 모델에 사용되는 코일-온-플러그(316)(Chrysler P/N 56028138)의 바로 위에 배치된다. 당업자에게 잘 알려진 RLC 회로(302)는 상술한 지프(Jeep) 코일-온-플러그(316)의 코일-온-플러그 구성에 채용되며, 유도성 센서(310)의 리드(lead)에 평행하게 접속된다. 이 RLC 회로에서는, 커패시터((332 및 334)가 당업자에게 공지된 방식으로 단일 커패시터와 용이하게 치환될 수 있더라도, 쇼트키(Schottky) 다이오드(330), 커패시터(332), 커패시터(334) 및 저항(336)을 포함하는 것이 유리하다. 이들 부품중 일부 또는 전부가 생략될 수도 있다.

유도성 센서(310) 또는 소자(L1)는, 예컨대 일리노이스(Illinoise)주 "코일크래프트 오프 캐리(Coilcraft of Carry)"사의 470μH 인덕터(P/N 03316P-474)일 수도 있다. 쇼트키 다이오드(330)는, 최대 평균 순방향 정류 전류가 1.1A이고, 최대 피크 전압이 20V이고, 최대 순간 순방향 전압 V_F가 0.385V인, General Semiconductor사의 표면실장 쇼트키 정류기(P/N DO-219(SMF)SL02) 일 수도 있다. 커패시터(332 및 334)는, 각각 용량이 0.22μF 와 0.47μF이고, 용량 허용 오차가 ±20%인, Panasonic 사의 16V ECPU 필름 칩 적층막 커패시터(P/N ECPU1C224MA5 및 ECPU1C474MA5) 일 수도 있다. 저항(336)은, 70℃ 전력율(power rating)이 0.125W이고, 저항 허용 오차가 ±5%인, Panasonic사의 100Ω 후막칩 저항(P/N ERJ3GEYJ101V)일 수도 있다. 당업자에게 공지된 방식으로 회로 또는 저항(336)을 추가함으로써 Q 팩터를 낮추는 것이 바람직하다.

RLC 회로(302)는, 예컨대, 상술한 지프 모델에 사용되는 코일-온-플러그(316)에 채용되며, 이는 비차폐형 구성이다. 즉, 도 1d에 도시된 코일-온-플러그와는 다르게, 코일-온-플러그(316)는 상기 코일-온-플러그의 최상면에 점화기(igniter)를 구비하지 않고 있다. 대신, 코일-온-플러그(316) 점화기(도시 생략)가 외부에 배치되며, 점화기 차폐는 코일-온-플러그(316)의 코어(318)로부터 방사되는 선속을 감쇠시키지 않는다. 그러나, 그러한 선속 방사는 절대값이 낮아, 용량성 센서에 적절하지 않다.

도 4a는 현재 일부 Toyota^TM엔진에 사용되는 코일-온-플러그(410)의 바로위에 배치된 유도성 센서(400)를 나타낸 도면이다. RLC 회로(도시 생략)는 유도성 센서의 리드(도시 생략)에 평행하게 접속된다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 지프의 코일-온-플러그의 비차폐형 구성과는 달리, 도 1d에 더욱 상세하게 나타낸 Toyota 사의 코일-온-플러그는 상기 코일-온-플러그의 최상면에 배치된 차폐 부재(412)를 포함하는 점화기를 구비한다. 차폐 부재(412)는 상기 코일-온-플러그(410)의 코어(418)로부터 방사되는 선속을 감쇠시킨다. 출력 선속이 감쇠되기 때문에, 상기 코일-온-플러그의 최상면과 인덕터 사이를 가깝게 접촉시키고, 및/또는 캐스케이드로 배선된 2개 이상의 센서를 채용하는 것이 바람직하다. 유도성 센서(400)는 코일-온-플러그(410)의 최상면과 인접하여 유도성 센서(400)를 바이어스시키기 위해서 스프링 등의 바이어스 부재(420)를 포함하는 케이스(422) 내에 배치될 수도 있다. 대체예로서, 클램프 또는 접착 부재가 유도성 센서와 코일-온-플러그 사이의 접촉을 향상시키기 위해서 사용될 수 있다.

도 4b는 도 3의 RLC 회로(302)의 일 실시예를 보다 상세하게 나타낸 도면이이다. 이 회로는 특히 도 1d 및 도 4a에 나타낸 코일-온-플러그를 포함하는 Toyota 차량의 범위 내에 채용된다.

스위치(425)는 C&K Switch Product의 OS 계열 3-포지션 미니어쳐 슬라이드 스위치(모델 번호 OS 103011MS80P1-SP3T)이다. 이 3-포지션 스위치는 RLC 회로의 3개의 가지(prong)에 대응하여, 도시된 바와 같이, 포지션 a, b 및 c를 갖는다. 하나 이상의 온/오프 상태를 가진 디지털 스위치가 또한 바람직하게 사용될 수 있다. 가장 좌측의 가지는 2000 Toyota Tacoma (CA spec)와 2000 Toyota Avalon의Toyota 코일-온-플러그 형태(90919-02237과 90080-19015)에 각각 해당한다. 중간 가지 b는, 2000 Toyota Tundra truck, 2000 Toyota Celica GTS, 2000 Toyota Celica, 및 2000 Toyota Echo의 Toyota 코일-온-플러그 형태(90919-02230 (Lo Top), 90919-02238,90919-02239, 및 90919-02240)에 각각 해당한다. 마지막으로, 가장 우측의 가지 c는 2000 Toyota Tundra의 Toyota 코일-온-플러그 형태(90919-02230 (Hi Top))에 해당한다. 이는 예시적인 리스트이며 모든 것을 나타낸 것은 아니다.

이러한 스위치 가능한 구성에서, 유도성 센서는, Toyota 차량 등의 동일 차량 계열 내의 광범위한 차량에서, 차폐형 또는 비차폐형 코일-온-플러그 구조 등의 광범위의 엔진 타입에 걸쳐서, 단일 센서 또는 센싱 유닛을 기술자가 사용할 수 있도록, 복수의 선택가능한 회로에 결합될 수 있다. 또한, 복수의 회로는, 단일 패키지 내의 더욱 넓은 범위에 적용될 수 있도록 복수의 유도성 센서에 다중화될 수도 있다.

유도성 센서(310)는 소자(430)로서 도시된 470μH 인덕터이다. 하나의 적절한 인덕터는, 6000-471K, 페라이트 코어, 471μH, 1.1Ω 인덕터 등의 캘리포니아주 Gardneia의 J. W. Miller Magnetics의 6000 계열 방사형 리드(radial lead) RF 쵸크이다. 쇼트키 다이오드(435)는, 최대 평균 순방향 정류 전류가 1.1A이고, 최대 피크 전압이 20V이고, 최대 순간 순방향 전압 V_F가 0.385V인, General Semiconductor사의 소형 표면 실장 쇼트키 정류기(P/N DO-219(SMF)SL02)가 될 수도있다.

커패시터(445 및 455)는, 각각 용량이 0.68μF와 0.22μF이고, 용량 허용 오차가 ±20%인, Panasonic사의 16V ECPU 막 칩 적층막 커패시터(P/N ECPU1C684MA5와 ECPU1C224MA5)가 될 수도 있다. 커패시터(465)는, 용량이 0.022μF이고, 용량 허용 오차가 ±5%이고, Panasonic사의 16V ECHU(B) 막 칩 적층막 커패시터(P/N ECHU1C223JB5)일 수도 있다.

저항(440)은, 70℃ 전력율(power rating)이 0.125W이고, 저항 허용 오차가 ±5%인, Panasonic사의 100Ω 후막 칩 저항(P/N ERJ3GEYJ101V)이 될 수도 있다. 저항(450 및 460)은, 70℃ 전력율이 0.125W이고, 저항 허용 오차가 ±5%인, Panasonic사의 150Ω 후막 칩 저항(P/N ERJ3GEYJ151V)일 수도 있다. 케이블(470)은, 암컷 포노(phono) 커낵터를 가진, Snap-On Diagnostics^TMPigtail 코일-온-플러그 보드(P/N 3683-01)일 수 있다. 회로의 출력은, 적절한 션트(shunt) 커패시터가 포함되는 경우에 비록 오실로스코프 등의 어떠한 종래의 엔진 분석기 또는 파형 표시 장치라도 사용될 수 있지만, Vantage-kV Module 입력으로 공급될 수도 있다. kV Module 입력 임피던스는, 예컨대 10,000:1 용량 분할기의 아래쪽 절반이고, 주로 유도성 센서 및 회로 출력에 대한 용량성 리액턴스를 나타낸다.

비록, 상기 회로가 특정 제조사와 자동차 모델에 관련하여 설명되었지만, 실제 회로는, 특정 코일 형태 및 배치(geometric)에 더욱 더 특정적으로 관계될 수 있다. 따라서, 여기에서 교시하는 것은 특정 메이커 및 모델 또는 특정 차량 형태에 대한 진단 정보를 제공하는 것에 한정하는 것이 아니라, 어떤 엔진 또는 차량 타입에 사용되는 코일-온-플러그 시스템에 유용한 진단 정보를 제공하는 것이다.

상기 구성은 상술한 회로에 한정하는 것이 아니라, 기술자에 의해서 또는 처리 장치(예컨대, 컴퓨터)에 의해서 스파크선의 끝점과 발화선사이의 시간을 비교하거나 통합함으로써, 연소 시간을 결정할 수 있도록, 스파크선의 끝점과 발화선의 식별에 적절한 형태로 유도성 센서(예컨대, 참조 번호 310)에 의해서 생성되는 전압을 출력할 수 있는 임의의 회로를 광범위하게 포함한다. 다양한 형태로, 구현에 있어 "만능(universal)" 부품을 가진 회로를 포함할 수도 있는데, 이 때 단일 회로가 다수(예컨대, 100개 이상)의 다른 코일-온-플러그에 사용될 수 있다. 예를 들면, 이러한 회로는, 개별적으로 또는 전위차계와 결합하여, 다수의 다른 코일-온-플러그 설계를 포함하는 저항의 범위 또는 요구되는 단일 저항을 커버할 수 있는, 단일 저항을 바람직하게는 포함할 수 있다. 또한, 이러한 회로는 마찬가지로 단일 인덕터가 다수의 다른 코일-온-플러그 설계를 포함할 수 있게 하기 위해, 스크류 또는 나사 코어 또는 컵 코어 인덕터에 한정하지 않고, 그 외에 가변 인덕터를 포함할 수 있다. 요구되는 또는 필요한 범위까지, 여기에서의 회로는, 적절한 선택 수단을 가진 복수의 "반-만능형(semi-universal)" 회로를 포함할 수도 있고, 코일-온-플러그 설계의 전체 범위를 포함하는 동시에 복수의 범위를 커버하도록 제공된다. 또한, 적절한 커패시터가 선택적으로 포함될 수도 있다.

또한, 상기 회로는 예시적인 코일과 상술한 구성에 사용될 수 있다. 부가적인 차폐가 있는 경우, 또는 코일-온-플러그의 다른 구성이 유효 선속을 감소시키는경우, 증폭기 또는 신호 처리기 등의 추가 회로 소자가 본 발명에 따른 회로에 구현될 수 있다.

이하, 도 3에 나타낸 회로 및 유도성 센서의 동작을 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한다. 도 5a는 벤치 검사 셋업(bench test setup)을 사용하여 측정된 유도성 센서(310)를 가로지르는 전압을 나타낸 도면이다. 상부 곡선인 채널 1은 코일-온-플러그 2차에 접속된 Tek(Tecktronix)P6015 1000:1 HV 프로브로부터 출력된 전압이다. 그 전압은 Tek TDS 220 오실로스코프에 표시된다. 도시된 바와 같이, 채널 1의 스케일은 5.00kV이다. 하부 곡선인 채널 2는 유도성 센서(310)에 의해서 측정된 전압이다. 채널 2의 스케일은 1.00V이다. 도 5a의 하부에 나타낸 바와 같이, 각 블록은 25.0μS의 증가분을 나타낸다. 도 5a는 플럭스로부터 유도된 등가의 발화선을 나타내는, 확대된 스케일의 네거티브 스파이크(505 및 515)를 나타낸다. 제1 스파이크(505)는 최초 자기장의 발화와 일치하여 발생한다. 제2 스파이크(515)는 RLC 회로에서 지연 시간에 기인하여 약 20 마이크로세컨드 후에 발생한다. 비록 전압 스파이크가 네거티브로 표시되어 있지만, 이는 임의적인 것이고, 그 전압은 예를 들면 당업자에게 공지된 절대값 회로를 통해서 또는 단순히 유도성 센서의 리드(lead))를 역전시킴으로써 포지티브하게 판독할 수 있도록 구성될 수 있다.

도 5b는 RLC 회로(302)에 의해서 형성되는 파형을 다른 스케일로 나타낸 도면이다. 채널 1은 5.00kV로 스케일된 실제 발화선 전압이고, 채널 2는 500mV로 스케일된 유도성 센서(310)를 사용하여 측정된 발화선 전압이다. 도시된 바와 같이,각 블록은 500μS의 증가분을 나타낸다. 이 확대 도면은 연소 시간(596)의 끝과 스파크선(595)뿐만 아니라 완료된 발화선, 즉 이벤트(590)를 나타낸 도면이다. 도 5b는, 당업자에게 공지된 방식으로, 도 2a 및 도 2b에 관련하여 통상적으로 기술한 코일-온-플러그 시스템의 동작을 관찰하고, 이에 기초하여 그 파형으로부터 연소 시간이 추출될 수 있음을 나타낸 도면이다. 대략, 연소 시간은, 발화선(590), 즉 유도성 센서(310)에 부착된 시각장치 또는 프린팅장치 상의 명백한 이벤트로부터, 전압이 전극간 스파크의 브레이크다운를 나타내는 제로볼트선을 귀환교차하는 지점에서 1 밀리세컨드 이상 후에 발진 또는 링잉이 발생하는 시점까지의 시간을 측정함으로써 결정될 수도 있다.

비록 이벤트(590)의 크기가 발화선의 실제 전압에 선형적으로 비례하는 것을 확인할 수 없지만, 많은 COP 코일에 광범위하게 사용되는 범위 내에서 발화선의 실제 전압에 비례한다. 실제 발화 전압이 증가함에 따라서, 이벤트(590)의 진폭이 증가하고, 이벤트(590)의 진폭은 실제 발화 전압이 감소함에 따라 감소한다. 그러나, 유도성 시스템에서는, 실제 발화 전압이 제로가 되려는 경향 때문에, 이벤트(590)의 진폭은 제로로 진행하지 않는다. 제로로 향하는 경향을 가진 발화 전압은 스파크 플러그 갭이 거의 없는 스파크 플러그에 의해서 발생되고, 여기서 단락 전류 또는 비스파크 이벤트가 스파크 플러그의 내부 저항을 통해 접지로 전달되어, 코일의 2차 권선에 전류가 계속해서 흐르는 결과로 코어로부터의 플럭스를 유지한다. 따라서, 발화선(590)은 발화선의 측정과 그 기능적 등가를 제공하도록 고려되어야 한다.

도 6a 및 도 6b 내지 도 9a 및 도 9b 는 상술한 벤치 검사 셋업에 대한 검사 결과를 나타낸 도면이고, 이 도면에서 코일-온-플러그에 접속된 Tek(Tektronix)P6015 1000:1HV 프로브로부터 출력된 실제 전압과 유도성 센서(310)로부터 출력된 전압 둘 다가 측정되어 비교되어 있다. 유도성 센서(310)의 전압 출력이 2개의 장치를 사용하여 실제로 측정되었다. 첫 번째 장치는 Snap-On Toll-KV 모듈 휴대용 검사기이고, 두 번째 장치는 휴대용 검사기보다 큰 대역폭과 향상된 정밀도를 가진 장착된 오실로스코프였다. 도 6a, 7a, 8a 및 9a는 스파크 갭의 가변 분할을 가능하기 위한 검사 목적에 사용되는 조절가능한 갭 개구에서 다수의 권선수의 함수로서 발화선 kV를 나타낸다. 도 6b, 7b, 8b 및 9b는 발화선의 크기의 함수로서, ms의 연소 시간을 나타낸다.

도 6a 및 도 6b는 Toyota 코일-온-플러그(P/N 90080-19015)의 검사를 나타낸 도면으로서, 도시된 회로에서 0.79μF 커패시터는 3pps(pulses per second)의 펄스 수신 주파수(PRF: pulse reception frequency)로 14V DC 배터리 전압에서 Miller 6000-471K 인덕터와 평행하게 그리고 69Ω 저항과 평행하게 접속되어 있다. 도 6a에서, 갭 권선수 1.0, 2.0, 3.0, 4.0 및 5.0의 각각에 대하여, Tek 프로브에서 측정된 발화선 전압은 각각 6.0, 7.0, 8.0, 12.0 및 15.0V이다. 휴대용 장치의 대응값은 5.2, 5.6, 6.4, 8.0 및 11.7V이다. 오실로스코프의 대응값은 6.0, 7.0, 7.0, 9.0 및 13.0V이다. 도 6b에서 갭 권선수 1.0, 2.0, 3.0, 4.0 및 5.0의 각각에 대하여 그리고 상술한 각 발화선(kV)에 대하여, Tek 프로브에서 측정된 연소 시간은 각각 1.7, 1.6, 1.4, 1.3 및 1.2 ms이다. 휴대용 장치의 대응하는 값은 2.0,1.9, 1.7, 1.6 및 1.4 ms이다. 오실로스코프의 대응값은 1.8, 1.6, 1.4, 1.3, 및 1.2 ms이다.

도 7a 및 도 7b는 Toyota 코일-온-플러그(P/N 90919-02239)의 검사를 나타낸 도면으로서, 도시된 회로에서 0.22μF 커패시터는 3pps의 PRF로 14V DC 배터리 전압에서 Miller 6000-471K 인덕터와 평행하게 그리고 150Ω 저항과 평행하게 접속되어 있다. 도 7a에서, 갭 권선수 1.0, 2.0, 3.0, 4.0 및 5.0의 각각에 대하여, Tek 프로브에서 측정된 발화선 전압은 각각 5.0, 6.0, 8.0, 11.0 및 14.0V이다. 휴대용 장치의 대응값은 5.2, 5.2, 5.4, 8.2 및 13.9V이다. 오실로스코프의 대응값은 5.0, 6.0, 7.0, 8.0 및 12.0V이다. 도 7b에서 갭 권선수 1.0, 2.0, 3.0, 4.0 및 5.0의 각각에 대하여 그리고 상술한 각 발화선(kV)에 대하여, Tek 프로브에서 측정된 연소 시간은 각각 1.9, 1.7, 1.7, 1.4 및 1.2 ms이다. 휴대용 장치의 대응하는 값은 2.1, 1.8, 1.8, 1.6 및 1.4 ms이다. 오실로스코프의 대응값은 1.9, 1.7, 1.6, 1.5, 및 1.3 ms이다.

도 8a 및 도 8b는 Toyota 코일-온-플러그(P/N 90919-02237)의 검사를 나타낸 도면으로서, 도시된 회로에서 0.69μF 커패시터는 3pps의 PRF로 14V DC 배터리 전압에서 Miller 6000-471K 인덕터와 평행하게 그리고 100Ω 저항과 평행하게 접속되어 있다. 도 8a에서, 갭 권선수 1.0, 2.0, 3.0, 4.0 및 5.0의 각각에 대하여, Tek 프로브에서 측정된 발화선 전압은 각각 5.0, 6.0, 8.0, 12.0 및 14.0V이다. 휴대용 장치의 대응값은 4.4, 4.6, 5.6, 7.6 및 10.7V이다. 오실로스코프의 대응값은 5.0, 5.0, 6.0, 8.0 및 11.0V이다. 도 8b에서 갭 권선수 1.0, 2.0, 3.0, 4.0및 5.0의 각각에 대하여, 그리고 상술한 각 발화선(kV)에 대하여, Tek 프로브에서 측정된 연소 시간은 각각 1.8, 1.5, 1.5, 1.3 및 1.2 ms이다. 휴대용 장치의 대응하는 값은 1.9, 1.8, 1.6, 1.5 및 1.3 ms이다. 오실로스코프의 대응값은 1.7, 1.5, 1.6, 1.3, 및 1.2 ms이다.

도 9a 및 도 9b는 Toyota 코일-온-플러그(P/N 90919-02238)의 검사를 나타낸 도면으로서, 도시된 회로에서 0.22μF 커패시터는 3pps의 PRF로 14V DC 배터리 전압에서 Miller 6000-471K 인덕터와 평행하게 그리고 150Ω 저항과 평행하게 접속되어 있다. 도 9a에서, 갭 권선수 1.0, 2.0, 3.0, 4.0 및 5.0의 각각에 대하여, Tek 프로브에서 측정된 발화선 전압은 각각 5.0, 7.0, 8.5, 12.0 및 15.0V이다. 휴대용 장치의 대응값은 4.4, 4.6, 5.6, 7.6 및 10.7V이다. 오실로스코프의 대응값은 5.0, 5.2, 7.0, 10.0 및 15.6V이다. 도 9b에서 갭 권선수 1.0, 2.0, 3.0, 4.0 및 5.0의 각각에 대하여, 그리고 상술한 각 발화선(kV)에 대하여, Tek 프로브에서 측정된 연소 시간은 각각 1.9, 1.8, 1.8, 1.4 및 1.3 ms이다. 휴대용 장치의 대응하는 값은 2.1, 2.0, 2.0, 1.6 및 1.4 ms이다. 오실로스코프의 대응값은 1.9, 1.8, 1.7, 1.4, 및 1.3 ms이다.

도 10a 및 도 10b는 Toyota 코일-온-플러그(P/N 90919-02230HI)의 검사를 나타낸 도면으로서, 도시된 회로에서 0.12μF 커패시터는 3pps의 PRF로 14V DC 배터리 전압에서 Miller 6000-471K 인덕터와 평행하게 그리고 220Ω 저항과 평행하게 접속되어 있다. 도10a에 나타낸 바와 같이, 갭 권선수 1.0, 2.0, 3.0, 4.0 및 5.0의 각각에 대하여, Tek 프로브에서 측정된 발화선 전압은 각각 5.0, 7.0, 8.0,11.0 및 15.0V이다. 휴대용 장치의 대응값은 5.2, 5.0, 4.8, 5.0 및 8.0V이다. 오실로스코프의 대응값은 6.0, 5.0, 5.0, 5.0 및 8.0V이다. 도 10b에서 갭 권선수 1.0, 2.0, 3.0, 4.0 및 5.0의 각각에 대하여, 그리고 상술한 각 발화선(kV)에 대하여, Tek 프로브에서 측정된 연소 시간은 각각 2.0, 1.8, 1.6, 1.5 및 1.4 ms이다. 휴대용 장치의 대응하는 값은 2.1, 1.8, 1.6, 1.5 및 1.3 ms이다. 오실로스코프의 대응값은 2.0, 1.8, 1.6, 1.5, 및 1.3 ms이다. 도 10a 및 도 10b로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 연소 시간이 만족할 만하게 검출되었고 확인되었다. 그러나, 발화선은 정확하게 재현되지 않았다. 따라서, 본 예에서, 두개의 Miller 6000-471K 인덕터가 당업자에 알려진 방식으로 승압하도록 배선되는 2중 인덕터가 신호를 효과적으로 두 배로 하도록 설계된다. 단일 200Ω 저항이 2개의 코일출력을 횡단하여 접속되어 링잉 주기를 제한하였다. 그러나, 이 값은 특정 COP에 적합하도록 변경될 수도 있다. 이러한 구성은, 도 11a 내지 도 11h에 나타낸 바와 같이, 결과가 양호한 것을 알 수 있었다.

도 11a 내지 도 11h는 2중 인덕터 센서의 일 예에 대한 결과를 나타낸 도면이다. 도 11a는 90919-02243 COP에 관한 것으로, 가장 왼쪽에 3개의 수직바에 있어서, 정상 갭(1.2ms), 단락된 갭(2.2ms) 및 근접 개방된 갭(0.85ms) 각각에 대하여 오실로스코프에 의해서 측정된 연소 시간(밀리세컨드)을 나타낸다. 마찬가지로, 가장 오른쪽에 3개의 수직바에 있어서, 정상 갭(1.25ms), 단락된 갭(2.2ms) 및 근접 개방된 갭(1.0ms) 각각에 대하여 휴대용 장치에 의해서 측정된 연소 시간을 나타낸다. 이러한 특정한 설정에서, 200Ω 션트 댐핑 저항을 제거하여, 발화선에대한 임계치를 지속적으로 초과하는 유도성 플럭스로부터의 전압을 제공함으로써, 표시장치의 표시를 확실히 하였다. 도 11a에 나타낸 바와 같이, 오실로스코프와 휴대용 장치는 정상 갭(1, 4), 단락된 갭(2, 5) 및 근접 개방된 갭(3, 6) 각각에 대하여 상당 부분 일치하였다.

도 11b 내지 도 11h는 90919-02240, 90919-02239, 90919-02238, 90919-02237, 90919-02230LT, 90919-02230HT 및 90080-19015 COP 각각에 관한 것이다. 이들 도면은, 도 11a에 나타낸 것과 마찬가지로, 상기 COP의 각각을 위한 정상 갭(1, 4), 단락된 갭(2, 5) 및 근접 개방된 갭(3, 6) 각각에 대한 연소 시간의 판독과 오실로스코프 사이의 대응을 나타낸 것이다. 예를 들면, 도 11b(90919-02240 COP)는 정상 갭(1.25ms), 단락된 갭(2.5ms) 및 근접 개방된 갭(0.80ms)에 대한 오실로스코프 연소 시간을 나타내는 반면, 연소 시간은 각각 정상 갭(1.30ms), 단락된 갭(2.55ms) 및 근접 개방된 갭(0.80ms)이다. 예를 들면, 도 11c(90919-02239 COP)는 정상 갭(1.05ms), 단락된 갭(1.5ms) 및 근접 개방된 갭(0.70ms)에 대한 오실로스코프 연소 시간을 나타내지만, 연소 시간은 각각 정상 갭(1.05ms), 단락된 갭(1.50ms) 및 근접 개방된 갭(0.65ms)이다.

도 12a 및 도 12b는 2중 인덕터 코일-온-플러그 센서(DLCOP: dual inductor coil on plug sensor)에 대한 전술한 실시예의 진단 효율을 나타낸 도면이다. 도 12a는, 백분율로 나타낸 정상갭으로 단락된 플러그와 다양한 코일들의 관계를 나타내는 것으로, 상기 코일들로는 임의의 수열이 할당되고, COP 제조사 부품번호의 마지막 자리에 의해 나타내어지는 전술한 COP 들에 대응한다. 도 12b는 백분율로 나타낸 정상갭으로 오픈된 플러그와 다양한 코일들의 관계를 나타내는 것으로, 상기 코일들로는 임의의 수열이 할당되고, COP 제조사 부품번호의 마지막 자리에 의해 나타내어지는 전술한 COP 들에 대응한다. "정상 갭에 대한 개방 플러그의 %"는 정상 갭 연소에서 플러그 개방 연소를 뺀 차의 절대값, 즉 그 차를 정상 갭 연소로 나누어 100을 곱한 값에 따라 결정된다. 마찬가지로, "정상 갭에 대한 단락된 플러그의 %"는 플러그 개방 연소 대신에 플러그 단락 연소의 감산으로 산출된다. 상술한 바와 같이, 백분율이 높을 수록 사용자 또는 기술자가 정상적으로 동작하는 플러그와 단락된 플러그 사이의 차를 인식하는 것이 더 용이해진다. 코일 번호 #9(28138)는 Jeep COP(Chrysler P/N 56028138)에 해당한다. 나머지 코일은 각종 Toyota COP 에 해당한다.

상술한 바에 따르면, 상기 진단 값은, 도 6a 내지 9b 및 도 11a 내지 도 11h의 그래프에 도시된 바와 같이, 이들 간에 통상적인 관계가 있다 하더라도, 플럭스로부터 유도 샘플링된 전압(예를 들면 kV)과 실제 발화 전압(즉, Tek kV) 사이에는 정확한 대응관계가 없기 때문에, 발화 전압의 정확한 값을 제공하는 것에 한하지 않는다. 또한, 이러한 진단값은, 실제 발화 전압에 비례하는 이들 사이의 차이 또는 연소시간 등의 사간상의 현상을 결정하기 위해, 예컨대 복수의 코일-온-플러그 각각 사이의 상대적인 발화선 크기에 포함된다. 예를 들면, 기술자가 복수의 코일-온-플러그 위에 하나의 유도 샘플링 회로를 위치시키고, 하나의 코일-온-플러그 중 하나를 제외한 모든 코일-온-플러그는 6kV로 판독되고, 분리물은 20kV로 판독되는 등가 발화선을 가진다면, 20kV는 다른 평가가 행해져야할 문제를 나타내게될 소지가 있다.

연소 시간은, 당업자에게 공지된 방식으로 도 2a 및 도 2b에 관련하여 통상적으로 기술한 코일-온-플러그 시스템의 동작의 감시에 기초하여, 여기에 개시된 바에 따라 유도 샘플링 기술을 이용하여 측정된 파형으로부터 추출될 수도 있는 이벤트이다.

여기에 기술된 본 발명에 따른 점화 코일-온/코일-오버 플러그 스파크 플러그(2중 LCOP)의 유도성 결합 샘플링은, 본 발명의 유도성 결합 샘플링은 자계가 낮은 코일에 대해서도 측정을 할 수 있도록 확장되므로, 점화 코일-온/코일-오버 플러그 스파크 플러그(2중 LCOP)의 용량성 결합 샘플링의 개선을 실현할 수 있다.

비교하자면, CCOP 시스템은 50kV까지의 DC 전압 범위에 걸쳐서 발화선 또는 전력 kV로부터 차단하기 직전에 플러그 갭 전압의 적절한 선형 관계가 나타나지만, LCOP 시스템은 10kV 미만에서부터 30kV 이상까지의 전압 범위에 걸쳐서 비선형 관계가 나타난다. CCOP와 LCOP는 플러그 갭 브레이크다운 주기(연소 시간, 스파크 시간)의 측정에 있어서, 거의 동일하게 수행한다. 연소 시간(스파크 선, 스파크 kV, 연소 kV) 동안의 전압을 확정함에 있어서, CCOP 시스템은 1kV 미만에서부터 4kV 이상까지의 범위에 걸쳐서 적절한 선형 관계가 나타나고, LCOP 시스템도 동일한 전압 범위에 걸쳐서 적절한 선형관계가 나타난다. 스파크 플러그가 단락되거나 또는 더러워지는 등의 문제가 감지된 경우에, CCOP 시스템에서 브레이크다운 동안 스파크 플러그 갭을 횡단하여 나타나는 통상적인 전압은 단지 약 10V이어서, 연소 시간 및 전력 kV(저항 플러그의 최상부로부터 접지까지의 전압)가 낮아진다. LCOP시스템도 마찬가지로, 전력kV는 정상으로 나타난다. 진단에 의해, 스파크 선은, 스파크 선이 정상보다 약 50% 정도 떨어지기 때문에, LCOP 시스템에 사용될 수 있다. 2차 코일내에서 또는 플러그 내에서 개방(open)된 것을 감지하거나 휴지시간의 문제를 감지하는 것에 대해서는 LCOP와 CCOP가 동등하게 행할 수 있다.

여기에 기술된 실시예는 약 12 볼트 또는 약 42 볼트 등의 임의의 적절한 전압을 제공하는 배터리 등의 임의의 적당한 전압원을 포함하거나 활용할 수도 있다.

여기에 기술된 실시예는 임의의 소망하는 점화 시스템 또는 엔진에 사용될 수도 있다. 이들 시스템 또는 엔진은 가솔린, 천연 가스, 프로판 등 또는 그의 배합물 등의 유기적으로 파생된 연료 또는 화석 연료 및 그의 파생물을 이용하는 아이템을 포함할 수도 있다. 이들 시스템 또는 엔진은 자동차, 트럭, 보트 또는 배, 오토바이, 발전기, 항공기 등과 같은 다른 시스템에 이용되거나 내장될 수도 있다.

본 발명의 각종 예가 본원에 개시되어 있는데, 이는 본 발명의 다양성을 설명하기 위한 것이다. 본 발명은 각종 다른 결합과 환경에 사용할 수 있고, 여기에 설명된 본 발명의 개념의 범주 내에서 변경 또는 수정될 수 있는 것으로 이해되어져야 한다. 예를 들면, 복수의 인덕터는 단일 코일-온-플러그에 사용될 수 있다. 유도 장치는 복수의 동일한 유도 장치를 포함할 수 있고, 다른 특성을 가진 다른 유도 장치와 결합하여 사용할 수 있다. 또한 본 발명의 방법은 연소 시간을 결정하기 위해 참조로 여기에 포함된 2002년 5월 28일자 미국 특허등록 제6,396,277호에 의해서 교시된 바에 한정되지 않는 등, 용량성 센서를 사용하는 것에 관한 것으로 확장될 수 있다. 또한, 비록 장치 및 방법의 예에 대하여 설명하였지만, 본발명은 여기에서 제시한 예에 한정되지 않으며 본 발명의 추가 변형은 첨부된 청구 범위에 포함된다.

Claims

점화 신호를 나타내는 출력 신호를 발생하는 코일-온-플러그 검사 장치로서,

발화 이벤트 동안 상기 코일-온-플러그 장치에 의해서 발생되는 전자기 플럭스를 검출하여, 그에 따른 전압을 발생 및 출력시키는 코일-온-플러그 장치에 부착 가능한 유도성 센서; 및

상기 검출된 전자기 플럭스에 따라 상기 유도성 센서에 의해서 출력되는 상기 전압의 변동에 따라 출력 신호를 발생시키는 상기 유도성 센서에 전기적으로 결합된 신호 처리 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 코일-온-플러그 검사 장치.
제1 항에 있어서, 상기 유도성 센서는,

개방 코어 인덕터와 에어 코어 인덕터 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 코일-온-플러그 검사 장치.
제1 항에 있어서,

상기 유도성 센서를 상기 코일-온-플러그 장치에 부착하기 위해 클램프와 자성 부재 중 적어도 하나를 구비한(bearing) 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코일-온-플러그 검사 장치.
제1 항에 있어서,

상기 유도성 센서를 상기 코일-온-플러그에 부착하는 바이어싱 부재를 구비한 하우징을 더 포함하는 코일-온-플러그 검사 장치.
제1 항에 있어서, 상기 신호 처리 회로는,

상기 유도성 센서에 병렬로 부착되는 RC 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 코일-온-플러그 검사 장치.
제5 항에 있어서, 상기 신호 처리 회로는,

상기 유도성 센서에 병렬로 부착된 쇼트키 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 코일-온-플러그 검사 장치.
제5 항에 있어서, 상기 신호 처리 회로는,

가변(variable) 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 코일-온-플러그 검사 장치.
제5 항에 있어서, 상기 유도성 센서는,

가변 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 코일-온-플러그 검사 장치.
제6 항에 있어서, 상기 유도성 센서는,

가변 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 코일-온-플러그 검사 장치.
제1 항에 있어서,

상기 신호 처리 회로는 저항과 커패시터의 다른 조합들을 구비한 복수의 RC 회로를 포함하고, 상기 복수의 RC 회로는 스위칭 소자를 통해 상기 유도성 센서에 병렬(shunt)로 부착되는 것을 특징으로 하는 코일-온-플러그 검사 장치.
제10 항에 있어서, 상기 스위칭 소자는,

다중 접점 스위치(multi-position switch)인 것을 특징으로 하는 코일-온-플러그 검사 장치.
제10 항에 있어서, 상기 스위칭 소자는,

디지털 스위치인 것을 특징으로 하는 코일-온-플러그 검사 장치.
코일-온-플러그 점화를 위한 연소 시간을 결정하는 방법으로서,

코일-온-플러그 점화 하우징에 인접하여 유도성 센서를 배치하는 단계;

상기 유도성 센서를 사용하여 적어도 하나의 발화 구간을 포함하는 기간동안 상기 코일-온-플러그 점화에 의해서 출력되는 전자기 플럭스를 검출하는 단계; 및

연소 시간을 결정하는 단계를 포함하되,

상기 연소 시간을 결정하는 단계는 상기 발화선 등가(equivalent)를 식별하는 단계, 스파크선(spark line)의 끝점을 식별하는 단계, 및 상기 스파크선의 끝점과 상기 발화선 사이의 시간을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 시간 결정 방법.
제13 항에 있어서,

상기 검출된 전자기 플럭스에 대응하는 전압을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 시간 결정 방법.
제13 항에 있어서, 상기 배치하는 단계는,

상기 유도성 센서를 상기 코일-온-플러그 점화 하우징의 외부에 제거 가능하게 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 시간 결정 방법.
제13 항에 있어서, 상기 배치하는 단계는,

상기 유도성 센서와 유도성 센서 하우징 중 적어도 하나를 상기 코일-온-플러그 점화 하우징에 클램핑시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 시간 결정 방법.
제13 항에 있어서, 상기 배치하는 단계는,

상기 유도성 센서와 유도성 센서 하우징 중 적어도 하나를 엔진 격납 부품에 클램핑시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 시간 결정 방법.
제13 항에 있어서,

상기 결정된 연소 시간을 표시 장치, 인쇄 장치 및 지시 장치 중 어느 하나에 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 시간 결정 방법.
제13 항에 있어서,

복수의 유도성 센서를 대응하는 복수의 코일-온-플러그 점화 하우징에 인접하여 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 시간 결정 방법.
코일-온-플러그 점화와 연관된 문제를 검출하는 방법으로서,

a) 유도성 센서를 제1 코일-온-플러그 하우징에 인접하여 배치하는 단계;

b) 상기 유도성 센서를 사용하여, 적어도 하나의 발화 구간을 포함하는 기간 동안 상기 코일-온-플러그 점화에 의해서 출력되는 전자기 플럭스를 검출하는 단계;

c) 발화선, 스파크선, 및 연소 시간 중 적어도 하나를 식별하는 단계;

d) 제2 코일-온-플러그에 대해 상기 단계 a) 내지 c)를 반복하는 단계;

e) 상기 제1 및 제2 코일-온-플러그에 대하여 식별된 해당 발화선, 스파크선, 및 연소 시간 중 적어도 하나를 비교하여 이들간 상대적인 차를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 문제 검출 방법.
제20 항에 있어서, 상기 단계 e)는,

상기 제1 및 제2 코일-온-플러그에 대하여 식별된 연소 시간을 비교하여 이들간 상대적인 차이를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 문제 검출 방법.
코일-온-플러그 점화와 연관된 문제를 검출하는 방법으로서,

a) 센서를 제1 코일-온-플러그 하우징에 인접하여 배치하는 단계;

b) 상기 센서를 사용하여 적어도 하나의 발화 구간을 포함하는 기간 동안 상기 코일-온-플러그 점화에 의해서 방사되는 전자기 방출을 검출하는 단계;

c) 발화선, 스파크선 및 연소 시간 중 적어도 하나를 식별하는 단계;

d) 제2 코일-온-플러그에 대하여 상기 단계 a) 내지 c)를 반복하는 단계;

e) 상기 제1 및 제2 코일-온-플러그에 대하여 식별된 해당 발화선, 스파크선, 및 연소 시간 중 적어도 하나를 비교하여 이들간 상대적인 차를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 문제 검출 방법.
제22 항에 있어서, 상기 단계 e)는,

상기 제1 및 제2 코일-온-플러그에 대하여 식별된 연소 시간을 비교하여 이들간 상대적인 차이를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 문제 검출 방법.