KR20180029059A - 내연 기관용 전자식 점화 시스템 및 그 구동 방법 - Google Patents

Abstract

내연 기관용 전자 점화 시스템은, 적어도 1차 권선(3) 및 2차 권선(4)이 제공된 점화 코일(2)과; 상기 1차 권선(3)에 연결되고, 구동 신호의 값에 따라 개방 및/또는 폐쇄 위치에서 구동 가능한 스위치(6)와; 그리고 상기 스위치(6)와 관련되고 상기 구동 신호(G)의 값에 따라 개방 및/또는 폐쇄 위치에서 상기 스위치(6)를 구동 시키도록 구성된 제어 유닛(7)을 포함한다. 또한, 그와 같은 시스템은, 상기 전기 연결부(5)와 상기 1차 권선(3) 사이에 작동 가능하게 개재되어 상기 전기 연결부(5)에 연결되고 그리고 적어도 제1 전압 값(V1)과 제2 전압 값(V2) 사이의 제어 신호의 값에 따라 상기 1차 권선(3)의 전압 값을 변화시키도록 구성되는 전압 변화 전자 소자(8)를 포함한다. 또한, 상기 시스템은, 상기 2차 권선(4)과 관련되고 그리고 상기 2차 권선(4)에서 전류 값을 검출하며 상기 값을 나타내는 신호를 상기 제어 유닛(7)에 전송하도록 배열되는 스파크 플러그(100)의 상기 방전 갭(100a) 주변의 이온화 측정 장치(20)를 포함하며, 상기 제어 유닛(7)은 상기 전기 아크 또는 스파크의 셧다운시에 상기 측정 장치(20)를 작동시키도록 구성된다.

Description

내연 기관용 전자식 점화 시스템 및 그 구동 방법

본 발명은 내연 기관용 전자식 점화 시스템 및 그 구동 방법에 관한 것이다.

내연 기관들은 일반적으로 자발적인 점화 엔진들과 제어되는 점화 엔진들로 나누어져 있고, 제어되는 점화 엔진들은, 공기와 연료의 혼합물의 압축에 의해 작동하고, 그리고 상기 혼합물을 점화시킴으로써 동일한 엔진에 전력을 제공하도록 상기 엔진 내부의 하나 이상의 내부 연소 챔버들 내에서 제어된 폭발을 발생시키는 스파크의 맥락적인 생성을 포함한다. 스파크는, 전형적으로 방전 "갭(gap)"으로 알려진 전극들 사이의 특정 거리를 나타내는 점화 플러그에 고전압 전력을 공급함으로써 생성된다. 후속 방전은 혼합물의 연소를 유발한다.

최근에, 엔진의 조건들에 따라 스파크 플러그의 거동을 조절하기 위해 스파크의 발생을 전자적으로 제어하고 그 결과 연소되지 않은 물질의 존재를 감소시킴으로써 연소의 효율을 최대화하기 위한 몇 가지 해결책들이 연구되어 왔다.

이러한 접근법들은, 주로, 연소실 내부의 가스 혼합물에 플라즈마 상태를 유도하는 것, 즉, 혼합물/가스를 이온화하여 전자기장에 강하게 반응하는 양호한 전기 도체로 만드는 것을 포함한다.

따라서, 내연 기관의 연소실 내의 플라즈마 생성은, 여기에서 언급된 특징들에 대해 정확하게, 혼합물의 연소의 개선시킨다. 실제로, 연소실 내에서의 전파 중에 플라즈마에 의해 생성된 화염면은 가스 혼합물에서 크게 상승된 온도를 산출하고, 따라서, 동일한 화염면의 급속한 확산을 가능하게 하여 전개에 필요한 시간을 단축시켜 성능을 크게 향상시키고 미연소 가스들의 존재를 감소시킨다.

예로써, 문헌 WO2012/106807은 최신 기술에 의해 알려진 점화 장치를 도시한다.

그와 같은 디바이스는 2개의 권선들을 갖는 코일을 포함하며, 1차 권선은 발전기에 연결되고 그리고 접지에 폐쇄되며, 그리고 2차 권선은 점화 플러그, 즉, 2개의 전극들에 연결된다.

1차 권선은 엔진 제어 유닛(ECU)에 의해 수신된 제어 신호에 따라 개방 및 폐쇄를 구동하는 제어 유닛에 의해 전자적으로 제어가능한 스위치가 추가로 제공된다.

WO2012/106807에 예시된 것의 작동은 실질적으로 4개의 단계들을 포함한다.

제1 단계에서, 스위치는 제어 유닛에 의해 폐쇄되고, 그리고 발전기에 의해 생성된 전류는 1차 권선에서 흐르기 시작하여 원하는 전류 값으로 1차 권선을 충전한다.

플라이 백(fly-back) 단계로 알려진 제2 단계에서, 스위치는 컨트롤 유닛에 의해 개방되고 실행을 멈춘다; 전자기 유도에 의해, 1차 권선은 2차 권선으로 방전하고, 2개의 전극들 사이의 "갭(gap)"에서 유전체를 파괴할만큼 충분히 높은 전압으로 충전하여 스파크를 발생시킨다.

전방 단계로 알려진 제3 단계에서, 스위치는 제어 유닛에 의해 다시 폐쇄되고 그리고 1차 권선을 "충전(charging)"함과 동시에 코일을 통해 2차 권선으로 전력을 전달함으로써 다시 수행하기 시작하며, 이전과 반대 부호의 높은 전압을 다시 생성하여 "갭"에서 스파크를 "활성" 상태로 유지한다.

이 경우, 2차 권선 상의 고전압은 2개의 권선들 사이의 권선비에 의존하는 것으로 알려져 있다.

제4 단계에서, 스위치는 다시 폐쇄되고(새로운 플라이 백), 1차 권선을 가열하며 그리고 전자기 유도에 의해, 스파크를 유지하는 "갭(gap)"의 단부들에서 반대 부호 전압을 다시 설정한다.

일반적으로 "플라즈마 단계(plasma step)"로 알려진 것은 주로 제3 단계 및 제4 단계를 반복함으로써 정의되며, 반복 횟수는 스파크의 지속 시간 및 연소 완료를 결정하는 것으로 알려져 있다.

즉, 전압 교호 명령은 방전 "갭"을 통해 전자들의 흐름을 보장하여 애벌런치 이온화 효과가 발생하도록 한다.

하지만, 앞서 기술된 문서에 도시된 것을 포함하는 알려진 디바이스들은, 성능 및 신뢰성 요소들과 관련된 많은 단점들이 존재한다.

이 기술의 첫 번째 단점은, 전방 단계들의 효율성을 증가시키도록 2차 권선들 사이의 권선비를 (2차측에 유리하게) 증가시킬 필요가 있다는 점이다.

그와 같은 필요성은, 스위치의 개방 및 폐쇄 구성들 사이의 스위칭 속도가 2차 권선 및 스파크 플러그의 단부들에서 스위치의 각 폐쇄에 대한 고전압 피크를 발생시키는데 기여한다는 사실과 함께 존재한다.

이러한 피크는, 제한되지는 않더라도, 갭 내의 유전체를 파괴하기에 충분할 수 있으며, 이로 인해 실린더의 위험한 사전 점화를 초래한다.

알려진 장치들의 또 다른 중요성은 "플라즈마" 단계 동안 스위치를 제어하는 어려움과 관련된다; 이러한 어려움은 실린더에서 생성된 실제 조건, 즉, 2차 권선을 고려하지 않고 사전 정의된 로직에 의해 종종 제어되는 스위치의 개방 및 폐쇄 관리에 있어 부정확함을 초래한다.

또한, 알려진 장치들에서 자주 발견되는 문제점들 중 하나는, 전력 손실로 인하여, 2차 권선을 교류로 제어함으로써, 고주파수에서 스위치를 연속적으로 개방 및 폐쇄함으로써 결과으로 흡수 및 소산을 유도한다.

본 발명의 목적은 상술한 종래 기술의 결점들을 회피할 수 있는 내연 기관용 전자 점화 시스템 및 상기 전자 점화 시스템의 구동 방법을 제공하는 것이다.

특히, 본 발명의 목적은 고성능이지만 동시에 간단하고 경제적으로 구현할 수있는 내연 기관용 전자 점화 시스템 및 상기 전자 점화 시스템의 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 내연 기관용 전자 점화 시스템 및 사전 점화 문제를 제거할 수 있는 상기 점화 시스템의 구동 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 플라이 백(fly-back) 및 전방 단계들 모두에서 용이하게 구동될 수 있는 내연 기관용 전자 점화 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 내연 기관용 전자 점화 시스템을 제공하는 것으로, 이 점화 시스템은 증가된 신뢰성으로 열 전력 소산들을 최대로 제한한다.

본 발명의 다른 목적은 내연 기관용 플라즈마 전자 점화 시스템 및 상기 전자 점화 시스템의 구동 방법을 제공하는 것으로, 둘 모두 매우 효율적이고 그리고 성능이 뛰어나며, 특히, 점화 실패(소위 "착화 실패(misfiring)") 현상들을 (회피하지만 않으면) 최소화할 수 있다.

상기 목적들은 청구항 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 내연 기관용 플라즈마 전자 점화 시스템뿐만 아니라 제9항의 특징에 따른 시스템의 구동 방법에 의해 달성된다.

특히, 이들 목적들은, 적어도 하나의 1차 권선 및 하나의 2차 권선을 갖는 점화 코일 - 상기 적어도 1차 권선은 전기 연결부에 의해 전압 발생 장치에 연결 가능하며 그리고 상기 2차 권선은 스파크 플러그에 연결 가능하며 - 과; 상기 1차 권선에 연결되고, 그리고 상기 1차 권선을 통한 전류의 통과를 방지 또는 허용하기 위해 명령 신호의 값에 따라 상기 1차 권선을 개방 및/또는 폐쇄 위치로 구동할 수 있는 스위치와; 그리고 상기 1차 권선과 관련되고, 그리고 상기 제어 신호의 값에 따라 상기 스위치를 개방 위치 및/또는 폐쇄 위치로 구동하도록 구성된 제어 유닛을 포함한다.

본 발명의 제1 양상에 따라, 상기 플라즈마 전자 점화 시스템은, 상기 전기 연결부와 상기 1차 권선 사이에 작동 가능하게 개재되어 상기 전기 연결부에 연결되고 그리고 제어 신호의 값에 따라 상기 1차 권선의 전압 값을 변화시키도록 구성되는 전압 변화 전자 소자를 포함하고, 제어 유닛은, 상기 전압 변화 전자 소자에 관련되고, 그리고 상기 1차 권선의 상기 제1 전압 값 및 제2 전압 값을 각각 나타내는 적어도 제1 값과 제2 값 사이에서 변화 가능한 상기 제어 신호를 생성하도록 구성되고, 그리고 상기 제2 전압 값은 상기 제1 전압 값보다 크다.

상기 제어 유닛은, 적어도 상기 1차 권선의 제1 충전 구간 동안 상기 제1 값을 갖는 상기 제어 신호를 상기 전압 변화 전자 소자에 전송하도록 구성되며, 상기 스위치는 폐쇄되고, 그리고 상기 2차 권선에서 상기 전류 값은 실질적으로 널 평균 값을 갖는다.

유리하게, 이러한 방식으로, 1차 권선의 충전의 제1 단계 동안, 2개의 권선 들 사이의 권선비의 2차 권선 상의 증배 효과를 최소화하는 것이 가능하다.

즉, 이러한 솔루션 덕분에, 제1 플라이-백 단계 동안, 스파크의 시작을 보장할 수 있어, 어떤 경우에도, 권선비를 최대로 하는 변화하는 모듈에 의해 전원 전압이 다시 증가되는 효율적인 "플라즈마" 제어(제3 단계 및 제4 단계)를 유지할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 시스템은 2차 권선과 관련된 전류 검출 수단을 포함하며; 제어 유닛은 2차 권선에서 적어도 전류 값을 나타내는 신호를 수신하기 위한 검출 수단과 관련되고, 그리고 상기 신호에 따라 상기 스위치를 구동하도록 구성된다.

보다 정확하게는, 제어 유닛은 2차 권선에서 검출된 상기 전류 신호에 따라 스위치 구동 신호를 변조하도록 구성된다.

바람직하게는, 제어 유닛은 적어도 미리 설정된 시간에서 2차 권선에서 적어도 하나의 전류 값을 나타내는 신호를 수신하기 위한 검출 수단과 관련되며, 상기 하나 이상의 제어 파라미터들을 하나 이상의 각각의 미리 설정된 기준값과 비교하고 그리고 상기 비교에 따라 결정된 값의 하나 이상의 동작 신호들을 상기 제어 모듈에 전송하도록 구성된 스위치 제어의 하나 이상의 파라미터들과 상기 신호를 상관시킴으로써 상기 신호를 처리하도록 프로그래밍된다.

따라서, 바람직하게는, 스위치 구동(바람직하게는 PWM 변조에서)은 이전 사이클에서 2차 권선 상의 전류의 폐쇄된-링 제어에 따라 행해지고, 응답을 최적화하고 제어 정확도를 증가시킨다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 시스템은 상기 스위치에 병렬로 연결되고 그리고 상기 스위치의 개방의 결과로서 상기 1차 권선에 잔여 전력을 축적하도록 구성된 누적 회로를 포함한다.

본원에서 사용된 바와 같이, 표현 "잔여 전력"은 1차 권선의 분산된 인덕턴스에 저장된 전력으로 정의되고, 따라서, 전자기 유도에 의해 2차 권선으로 전달되지 않는다는 것을 유의해야 한다.

바람직하게는, 상기 누적 회로는 상기 1차 권선으로부터의 전류를 흡수하거나 또는 상기 1차 권선 자체의 충전 조건에 따라 상기 1차 권선 상의 전류를 방전하도록 구성된다.

유리하게, 이러한 방식으로, 스위치의 각각의 개방에 대해, 1차 권선으로부터 흐르는 잔여 전류는 누적 회로에 축적되고, 그리고 열 소산 없이 1차 권선 상으로 순차적으로 방전되며, 이러한 충전들을 관리하는 부담으로부터 스위치를 완전하게 자유롭게 한다.

또한, 전술한 바와 같이, 제어 유닛은, 타이밍 및/또는 개방 및 폐쇄 주기를 변화시킴으로써 상기 스위치를 제어하도록 구성된 하드웨어 및 소프트웨어 수단을 포함하여, 상기 스위칭이 2차 권선에서 발진 전위를 발생시키도록 하고, 그리고/또는 스파크 플러그의 방전 갭의 단자들에서 적어도 전기 아크를 능동적으로 유지하도록 한다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 시스템은, 상기 2차 권선에 관련되고 그리고 상기 2차 권선에서 전류 값을 검출하고 상기 값을 나타내는 신호를 상기 제어 유닛에 전송하도록 배열되는 스파크 플러그의 상기 방전 갭 부근에서 (또는 방전 갭에서) 이온화 프로세스를 나타내는 파라미터의 측정 장치를 포함하며, 상기 제어 유닛은 상기 전기 아크의 셧다운 시에 상기 측정 장치를 작동시키도록 구성된다.

따라서, 바람직하게, 이온화를 나타내는 파라미터는 동일한 이온화의 결과로서 2차 권선에서 생성되는 전류인 것이 바람직하다.

다음에서는, "이온화 전류"의 측정에 대해 언급할 것이며, 이 표현은 이온화의 결과로 생성된 전류를 정확하게 정의한 것으로 간주되고, 그 결과, 측정 파라미터를 정의한다.

유리하게, 이러한 방식으로, 교류(교류 전위)에서의 플라즈마 점화 시스템의 장점들을, 알려진 것처럼, 연소실에서 공기-연료 혼합물 연소 프로세스의 파라미터들과 직접 관련되는 이온화 전류 검출 시스템과 조합하는 것이 가능하다.

특히, 점화 플러그는, 스파크 플러그의 전극들 사이에서 스파크가 발생하고 혼합기의 연소가 발생한 후에 연소실에서 발생하는 이온들의 센서로서 사용된다.

따라서, 전방 스텝(즉, 제1 전하에 이어 스위치의 개방/폐쇄 단계)을 임의적으로 그리고 선택적으로 변조하여 스파크의 발생을 정지시키고, 교류에서 그러한 변조를 실현할 수 있으면, 이온화 전류를 측정하기 위해 변조의 중단에 의해 방금 방전된 동일한 2차 회로를 이용할 수 있다.

특히, 이렇게 순응한 시스템은 큰 주행(또는 제어) 효율을 가능하게 한다.

보다 정확하게는, 이러한 구동 방법은, 미리결정된 제1 시간 간격동안 상기 스위치를 폐쇄함으로써 상기 1차 권선에 충전하는 단계; 상기 스파크 플러그에서 스파크를 발생시키도록 상기 스위치의 개방에 의해, 상기 2차 권선을 전자기 유도에 의해 후속 공급하는 단계(플라이 백 단계); 각각의 회전마다 구동 샤프트의 각도 위치의 검출하는 단계; 상기 각도 위치가 상기 실린더에 대한 미리 설정된 기준 값에 대응할 때 상기 스파크를 소등시킴으로써 상기 2차 권선 상의 전압을 상쇄시키기 위해 상기 스위치를 개방하는 단계; 및 그러한 개방에 따른 이온화 전류를 검출하는 단계를 포함한다.

최종적으로, 그러한 이온화 전류 값은 기준 값과 비교된다.

비교가 양(positive)이면 연소 "주기"가 발생한 것으로 간주된다.

검출된 이온화 전류가 미리 설정된 기준값에 대하여 낮고/높고/상이한 경우, 미연소 혼합물이 배기 파이프에 도달하는 것을 방지하기 위해(그리고/또는 연소를 완료하기 위해), 상기 1차 권선의 새로운 충전이 시작되고, 그리고 이어서, 전자기 유도에 의한 상기 2차 권선의 적어도 하나의 새로운 전력 공급(추가적인 플라이백 단계)이 개시된다.

이것이 충분하지 않으면, 추가의 전방 단계로 스파크의 지속 기간을 다시 연장시킬 수 있으며, 따라서, 상기 스파크의 지속 기간을 변조하기 위해 상기 스위치의 개방 및 폐쇄의 새로운 교대가 연속된다.

이들 특징들은 및 다른 특징들은 다음의 예시적인 실시예로부터 더욱 명확해질 것이며, 그 결과, 다음의 도표들에 도시된 바와 같이 내연 기관용 전자 점화 시스템 및 상기 전자 점화 시스템에 대한 제어 방법의 비 제한적인 설명을 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 내연 기관용 전자 점화 시스템의 개략적인 기능도를 도시한다.
도 2는 도 1의 시스템의 컴포넌트의 개략적 기능도를 도시한다.
도 3은 도 1의 시스템의 부가적인 기능 컴포넌트의 개략적 기능도를 도시한다.
도 4는 도 1의 시스템의 제어 유닛의 개략적인 기능도를 도시한다.
도 5a 내지 도 5f는 도 1의 시스템의 컴포넌트들의 전류, 전압 및 제어 신호 트렌드(trend)들을 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 도 1의 시스템의 스위치의 제어 파라미터들과 2차 권선 상의 전류 사이의 상관관계를 도시한다.
도 7a 내지 도 7f는 스위치 개방 단계 동안 스위치 및 누적 모듈의 다양한 브랜치들에서의 전류 신호 및 전압 신호의 트렌드들을 도시한다.
도 8은, 또 다른 실시예에서, 본 발명에 따른 내연 기관용 전자 점화 시스템의 개략적인 기능도를 도시한다.
도 9는 도 8의 실시예에 따른, 점화 단계 및 측정 동안 1차 및 2차 전류 신호의 트렌드들을 도시한다.

첨부 도면들을 참조하면, 번호 1은 본 발명에 따른 내연 기관용 점화 시스템을 나타낸다.

따라서, 점화 시스템(1)은 내연 기관의 각각의 실린더 내에 스파크를 발생 시키도록 구성된 디바이스 또는 디바이스 어셈블리이며, 스파크 플러그(100)의 2개의 전극들(100a)에 유전체를 파괴하는데 필요한 전압을 제공하여 전류 흐름의 생성을 가능하게 한다.

따라서, 시스템(1)은 전압(또는 전류) 발생 디바이스(50), 바람직하게는 차량의 배터리에 관련된다(또는 포함한다).

따라서, 바람직한 실시예에서, 발전기(50)는 시스템(1)에 직류를 제공하도록 구성된다.

보다 정확하게는, 발전기는, 배터리, 보다 바람직하게는 자동차용 배터리, 더욱 바람직하게 납 축전지이다.

시스템은, 적어도 하나의 1차 권선(3) 및 하나의 2차 권선(3)을 갖는 적어도 하나의 점화 코일(2)을 더 포함한다.

보다 정확하게는, 시스템은, 엔진의 각각의 실린더와 각각 관련된 복수의 코일들(2)을 포함한다.

제1 단자(3a) 및 제2 단자(3b)가 제공된 1차 권선(3)은, 전기 연결부(5)에 의해 전압 발생 디바이스(50)에 연결될 수 있다.

대신에, 2차 권선(4)은 점화 플러그(100)에 연결 가능하다.

1차 권선(3)은 제1 권수(N_I)를 포함하는 반면에, 2차 권선(4)은 제2 권수(N_II)를 포함함을 알 수 있다.

바람직하게는, 2차 권선(4)의 전압을 증가시키기 위해 2차 권선(4)은 1차 권선(3)보다 높은 권수를 갖는다(정확하게, 2차 권선은 고전압 회로의 일부이다).

바람직한 실시예들에서, 제2 권수(N_II)를 제1 권수(N_I)로 나눈 것과 동일한 권선비는 120과 220 사이, 바람직하게는 약 150과 같다.

시스템(1)은, 또한, 1차 권선(3)에 접속되고, 각각 1차 권선(3)을 통해 전류가 흐르는 것을 방지하거나 허용하기 위해 개방 및/또는 폐쇄 위치에서 구동 가능한 스위치(6)를 더 포함한다.

바람직한 실시예에서, 1차 권선(3)은 전기 연결부(5)와 스위치(6) 사이에 개제된다.

따라서, 바람직하게, 스위치(6)는 1차 권선(3)의 제2 단자(3b)에 접속된다.

바람직하게는, 스위치(6)는 정적인 타입이다; 더 바람직하게는, 관련된 전하들의 효율적이고 신뢰성 있는 관리를 가능하게 하도록, 스위치(6)는 고립된 게이트 바이폴라 트랜지스터(일반적으로 IGBT로서 알려짐)이다.

따라서, 이 스위치(6)는:

- 1차 권선(3)에 연결된 제1 노드 또는 컬렉터,

- 접지에 연결된 제2 노드 또는 에미터, 및

- 스위치(6) 자체의 개방 또는 폐쇄를 허용하도록 제어 가능한 제3 노드 또는 게이트를 갖는다.

이러한 관점에서, 시스템은 상기 스위치(6)와 관련된 제어 유닛(7)을 포함하고, 미리 설정된 구동 신호의 값에 따라 상기 스위치를 개방 및/또는 폐쇄 위치로 구동하도록 구성된다.

따라서, 제어 유닛(7)은 스위치(6)의 구동 신호를 변조(또는 생성)하도록 구성된다.

보다 정확하게는, 제어 유닛(7)은 스위치(6)의 구동 모듈(11)에 대한 구동 신호를 생성하도록 구성된다.

따라서, 제3 노드(또는 게이트)는 동작 가능하게, 바람직하게는 전기적으로 제어 유닛(7)에 접속된다.

제어 유닛(7) 또는 주변 전력 유닛은, 또한 차량의 전자 제어 유닛 "ECU(electronic control unit)"에 연결되거나 연결 가능하다.

더 정확하게, 제어 유닛(7)은, 엔진의 동작 조건들을 나타내는 하나 이상의 신호들을 ECU로부터 수신하고 그리고 상기 하나 이상의 신호들에 따라 스위치(6)를 구동하도록 (즉, 구동 유닛(11)을 제어하도록) 구성된다.

제어 유닛(7)과 ECU 사이의 상관관계는, 그 자체가 알려져 있고 그리고 차량 모델들 및 구성들에 따라 가변적이므로 상세히 논의되지 않을 것이다.

엔진 제어 유닛 "ECU"는, 지속시간 및 전류 레벨 2차 설정 포인트들을 제어 유닛에 직접 제공할 수 있거나, 또는 맵핑된 상기 값들(지속시간 및 전류)을 갖는 엔진 포인트 상의 정보를 제어 유닛(7)에 전달할 수 있다.

어떠한 경우에도, 본 발명에 따른 시스템(1)은, "플라즈마(plasma)" 타입으로, 즉, 코일(2)을 구동하도록 구성되어, 각각의 작업 사이클, 즉, 각 실린더의 각각의 연소가 복수의 후속적이고 부분적으로 정의된 시간 간격들로 분할된다.

보다 정확하게는, 작업 사이클은, 제어 유닛(7)의 제1 모드, 제2 모드 및 제3 모드에 각각 상응하는, 서로 연속하는 적어도 하나의 제1 갭, 제2 갭 및 제3 갭을 포함한다.

즉, 제어 유닛(7)은, 서로 연속적으로 제1 간격, 제2 간격 및 제3 간격 동안 상기 제1 모드, 제2 모드 및 제3 모드로 스위칭하도록 구성된다.

따라서, 제어 유닛(7)은, 작업 사이클의 간격에 각각 대응하는 다수의 모드들로 스위칭될 수 있다.

바람직하게는, 제어 유닛(7)은 적어도:

- 1차 권선(3)의 제1 충전을 수행하도록 미리 설정된 제1 시간 안 상기 스위치(6)를 폐쇄 위치에서 (구동 모듈(11)을 통해) 구동하는 제1 모드;

- 제1 플라이-백 단계를 한정하는 제2 모드로서, 1차 권선(3)의 방전 및 그에 따른 2차 권선(4) 상의 고전압의 발생(스파크 플러그(100)의 단부들에서 유전체를 파괴함)을 가능하게 하기 위해 미리 설정된 제2 시간 간격 동안 상기 스위치(6)를 개방 위치에서 (구동 모듈(11)을 통해) 구동시키는 제2 모드;

- 스위치(6)의 적어도 하나의 개방 및 적어도 하나의 폐쇄를 번갈아 수행하는 제3 모드 또는 "플라즈마 구성(plasma configuration)" 사이에서 스위칭하도록 프로그래밍된다.

보다 정확하게는, 이러한 제3 모드에서, 제어 유닛(7)은, 스위치(6)의 개방 및 폐쇄 간격들의 지속시간 및/또는 스파크(즉, 플라즈마 단계)의 원하는 지속시간 동안 개방들 및 후속 폐쇄들의 횟수들을 결정하도록 프로그래밍된다.

즉, 제어 유닛(7)은 제3 모드에서 스위치(6)의 개방들 및 폐쇄들의 횟수(또는 각각의 지속 시간)를 조절함으로써 엔진의 하나 이상의 작동 파라미터들에 따라 스파크의 미리결정된 지속시간을 결정하도록 구성된다.

따라서, 이미 간략하게 논의된 바에 따라, 제어 유닛(7)은 엔진의 하나 이상의 작동 파라미터들에 따라 (구동 모듈(11)에 의해) 스위치 구동 신호를 변조하도록 구성된다.

본 발명의 제1 양상에 따르면, 시스템(1)은, 전기 연결부(5)에 연결되고 그리고 전기 연결부(5)와 1차 권선(3) 사이에 작동식으로 개재된 전압 변화 전자 소자(8)를 포함한다.

즉, 변화하는 전자 소자(8)는, 1차 권선(3)의 업스트림에서 전기적으로 연결되어 위치된다.

그와 같은 변화하는 전자 소자(8)는, 적어도 제1 전압 값(V1) 및 제2 전압 값(V2)의 제어 신호 "C"의 값에 따라, (특히, 제1 단자(3a)에서) 1차 권선(3)의 전압 값을 변경하도록 구성된다.

제2 전압 값(V2)은 제1 전압 값(V1)보다 크다는 것을 유의해야 한다.

이러한 변경 모듈(8)은 1차 권선(3) 상의 전압 값, 즉, 스위치(6)가 폐쇄된 것과 같은 전압 공급원을 정의하도록 의도된다.

따라서, 변화하는 전자 소자(8)는, 제어 유닛(7)에 의해 수신된 제어 신호에 따라 1차 권선(3)의 전원 전압, 즉, 발생 디바이스(50)에 의해 생성된 전압을 분압하도록 구성된다.

바람직한 실시예에서, 변화하는 전자 소자는, 전원 전압을 감소시키거나 또는 증가시키도록 구성되는지에 따라 바람직하게는 벅 또는 부스트 형의 D/D 전압 컨버터이다.

대안으로, 변화하는 전자 소자(8)는 벅/부스트 컨버터, 즉, 제1 충전 단계에서 전압을 감소시키고 그리고 플라즈마 단계에서 전압을 증가시킬 수 있는 컨버터일 수 있다.

그와 같은 컨버터는, 타입에 관계없이, (변압기를 포함하여) 절연되어 있거나 절연되지 않을 수 있음에 유의해야 한다. 따라서, 제어 유닛(7)은, 바람직하게는 전압을 변화시키기 위해 변화하는 전자 요소(8)와 관련된다.

보다 정확하게는, 제어 유닛(7)은, 1차 권선(3)의 제1 전압 값 "V1" 및 제2 전압 값 "V2"를 각각 나타내는 제1 값과 제2 값 사이에서 적어도 변할 수 있는 제어 신호 "C"를 생성하도록 구성된다.

또한, 제어 유닛(7)은 적어도 1차 권선(3)의 제1 충전 구간 동안 상기 제1 값을 갖는 상기 제어 신호 "C"를 상기 변화하는 전자 소자(8)에 전송하도록 또한 구성되고, 상기 스위치(6)는 폐쇄되고 그리고 상기 제2 권선(4)에서, 전류 값은 실질적으로 널 평균값을 갖는다.

즉, 제어 유닛(7)이 제1 모드에 있을 때, 상기 제어 유닛(7)은 제어 신호 "C"의 제1 값을 변화하는 전자 소자(8)에 전송하도록 프로그래밍된다.

또한, 제어 유닛(7)은, 상기 2차 권선(4) 상의 전압이 0과 상이한 값을 갖는 시간 간격에서 상기 제2 값을 갖는 상기 제어 신호 "C"를 상기 변화하는 전자 소자 (8)로 전송하도록 또한 구성된다.

따라서, 제어 유닛(7)이 제2 모드 및/또는 제3 모드에 있을 때, 제어 신호 "C"의 제2 값을 변화하는 전자 소자(8)에 전송하도록 프로그래밍된다.

결과적으로, 제어 유닛(7)은 적어도:

- 변화하는 전자 소자(8)에 제1 신호(S1)를 전송하고 그리고 폐쇄 위치에서 스위치(6)를 (구동 모듈(11)을 통해) 구동시키는 제1 모드;

- 개방 위치에서 상기 스위치(6)를 (구동 모듈(11)을 통해) 구동하고 그리고 변화하는 전자 소자(8)에 제2 신호(S2)를 전송하는 제2 모드;

- 스위치(6)의 적어도 하나의 폐쇄 및 적어도 하나의 개방을 번갈아 가며 (구동 모듈(11)을 통해) 구동하는 제3 모드 사이에서 스위칭하도록 구성된다.

유리하게는, 이러한 방식으로, 작업 사이클의 제1 기간 동안, 즉, 1차 권선(3)의 제1 충전 동안 2차 권선(4) 상의 전압을 감소시킬 수 있고, 스파크 발생의 위험한 전개를 피할 수 있다.

제3 모드에서, 제어 유닛(7)은 전기 연결부(5)의 전압 값을 제2 값과 동일하게 유지하도록 구성됨을 알 수 있다.

유리하게는, 이러한 방식으로, 1차 권선(3) 상의 최고 전압은 2개의 권선들 사이의 양호한 권선비와 함께, 제3 간격 동안 또는 플라즈마 단계 동안 또한 유지될 수 있어, 스파크는 "활성화(alive)"된다.

이와 관련하여, 바람직하게는, 1차 권선(3) 및 2차 권선(4)의 변화하는 전자 소자(8)는:

되도록 구성된다. 여기서,

-

는 전압 발생기(50)의 전압, 즉, 전기 연결부(5)에 대응하는 전압이고;

-

는 변화하는 전자 소자(8)에 의해 부여되는 전압 퍼센티지 변화, 즉, 제1 값과 제2 값 사이의 퍼센티지 또는 상대적인 차이이고;

- N_I는 1차 권선(3)의 권수이며;

- N_II는 2차 권선(4)의 권수이다.

바람직하게, 제어 유닛(7)은 또한 제4 방전 구성을 가짐을 알 수 있다.

이러한 제4 구성은 작업 사이클의 네 번째 및 마지막 간격에 해당하며, 상기 시스템은 배출되고 상기 스파크는 소멸된다. 그와 같은 제4 모드에서, 제어 유닛(7)은 변화하는 전자 소자(8)에 제어 신호 "C"의 제1 값을 동시에 전송함으로써 적어도 하나의 개방 및 적어도 하나의 폐쇄의 교호적인 연속을 가지고 스위치(6)를 계속 구동하여 전압을 상기 제1 값(V1)으로 감소시킨다.

바람직하게는, 이러한 방식으로, 예를 들어, 바람직하게 사용되는 벅 또는 부스트 컨버터에 존재하는 변화하는 전자 소자(8)의 내부 커패시터를 방전시키는 것이 가능하다.

바람직한 실시예에서, 시스템은 각각의 코일(2)에 동작 가능하게 연결된 단일의 변화하는 전자 소자(8)를 포함하는 것으로 알려져 있다.

그러나, 대안으로서, "독립형(stand-alone)" 시스템이 제공될 수 있으며, 각각의 코일(2)은 전용 변화하는 전자 소자(8)와 관련된다.

바람직하게는, 제1 간격의 시동시, 즉, 제어 유닛(7)이 제1 모드로 스위칭할 때 2차 권선 상의 전압 피크를 감소시키기 위해, 시스템(1)은 스위치(6)와 관련되고 그리고 1차 권선(4) 상의 동일한 스위치(6)의 폐쇄 효과를 감속하도록 구성된 제한 장치(9)를 포함한다.

보다 정확하게, 바람직한 실시예에서, 제한 장치(9)는 커패시터(9a) 및 다이오드(9b)를 포함한다.

초기에, 스위치(6)가 개방될 때, 커패시터(9a)는 전원 전압으로 충전되고, 그리고 GBT의 콜렉터 단자에 동일한 전압(9a)이 인가되기 때문에 다이오드(9b)는 차단된다.

스위치(6)가 폐쇄되면, 구동 블럭으로부터의 신호는 약 0V에서 약 4V까지 변한다.

그와 같은 전압(높은 전압, 예를 들어, 4V)은 저항을 통해 스위치(6)의 게이트 단자(또는 제3 노드)에 인가되고, 이는 컷오프에서 전도로의 천이 통로를 시작한다.

이 단계에서, 스위치(6)(IGBT)의 콜렉터 상의 전압이 떨어지기 시작하여 다이오드(9b)가 전도된다.

이러한 방식으로, 커패시터(9a)를 통해, 전류는 스위치(6)의 제1 노드 상의 전압의 램프 다운에 비례하는 방식으로 스위치(6)의 제3 노드로부터 취해진다.

이것은, 제3 노드 상의 전압을 순간적으로 감소시키며, 또한, 제1 노드 전압의 램프-다운 슬로프에 비례한다.

제1 노드 상의 전압의 램프-다운 슬로프가 제3 노드 상의 전압과 밀접하게 관련되어 있기 때문에, 시스템은 균형을 찾는다.

커패시터(9a)의 용량 값을 증가시키면 램프 슬로프가 더 감소된다.

낮은 슬로프 값들은 상기 과도 상태 동안 2차 권선에 과전압을 야기하는 변압기 상의 발진을 방지한다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 위의 것과 상보적으로, 시스템(1)은 2차 권선(4)과 관련된 전류의 검출 수단(10)을 포함한다.

제어 유닛(7)은 2차 권선(4)에서 적어도 하나의 전류 값을 나타내는 신호를 수신하기 위한 검출 수단(10)과 관련되고 그리고 상기 신호에 따라 (구동 모듈(11)을 통해) 스위치(6)를 구동하도록 구성된다.

바람직하게, 검출 수단(10)은, (접지에 연결된) 2차 권선(4)에서의 전류의 값을 검출하도록 구성된 검출 (또는 샘플링) 모듈(22)을 포함하고, 그리고 이를 나타내는 신호를 유닛 값 제어 장치(7)에 보내도록 배열된다.

바람직한 실시예에서, 검출 (또는 샘플링) 모듈(22)은 제어 유닛(7)에 판독 가능한 신호를 제공하기 위해 상기 검출 모듈(22)과 제어 유닛(7) 사이에 결합 된 저항 및 증폭기를 포함한다.

제3 갭은, 스위치(6)의 제1 간격 또는 개방 간격, 및 스위치(6)의 제2 간격 또는 폐쇄 간격으로 각각 분할된 다수의 플라즈마 사이클들(이후 간단히 "사이클들(cycles)")에 의해 정의되는 것으로 알려져 있다.

따라서, 제어 유닛(7)은 이전 사이클에서 2차 권선(4)의 적어도 하나의 전류 값을 나타내는 신호를 검출하고, 그리고 다음 사이클의 검출을 위해 스위치(6)를 구동하도록 구성된다.

유리하게는, 이러한 방식으로, 플라즈마 단계(제3 간격)의 변조는 특히 정확하고 정밀하며, 미연소 물질의 존재를 제거하지 않으면 최대 범위로 제한한다.

제어 유닛(7)이 제3 모드에 있을 때, 제어 유닛(7)은 검출 수단(10)에 의해 2차 권선(4) 상에서 검출된 전류 신호 "I_II"에 따라 구동 모듈(11)을 통해 스위치(6)를 제어하도록 구성된다.

즉, 작업 사이클의 제3 간격(즉, 플라즈마 단계)에서, 제어 유닛(7)은 2차 권선(4)상에 흐르는 전류에 따라 스위치(6) 및 1차 권선(3)을 제어하도록 구성된다.

바람직하게는, 제어 유닛(7)은 적어도 하나의 미리 설정된 시간에서 2차 권선(4)에서 적어도 하나의 전류 값을 나타내는 신호 "I_II"를 수신하기 위해 상기 검출 수단(10)과 관련된다.

따라서, 제어 유닛(7)은, 상기 비교에 따라 미리 설정된 값을 갖는 하나 이상의 작동 신호들을 구동 모듈(11)에 전송하기 위해, 검출된 신호 "I_II"를 나타내는 적어도 하나의 값을 하나 이상의 미리 설정된 기준 값들과 비교하도록 프로그래밍된다.

바람직하게는, 제어 유닛(7)은 스위치(6)의 하나 이상의 구동 파라미터들과 상관시킴으로써 검출된 전류 신호 "I_II" 또는 비교 결과를 처리하도록 프로그래밍된다.

"구동 파라미터"라는 표현은, 현재 맥락에서, 스위치(6)를 구동하기 위해 제어될 수 있는 변수들을 정의하는 것을 의미한다.

구동 타입에 따라, 파라미터들은 상이할 수 있다.

예를 들어, 바람직한 실시예에서, 구동 모듈(11)은 적어도 하나의 PWM 신호 발생기를 포함한다.

이러한 관점에서, 바람직하게, 구동 파라미터들은, 적어도 구동 모듈(11)에 의해 스위치(6)로 보내지는 PWM 구동 신호의 듀티 사이클 및/또는 주파수를 포함한다.

바람직하게, 구동 파라미터들은, 구동 모듈(11)에서 일련의 작업 사이클들을 구동하도록 구성되고, 구동 파라미터들 각각은 스위치(6)의 개방 간격 및 폐쇄 간격으로 분할된다.

보다 정확하게, 제어 유닛(7)은, 적어도 제3 모드에서 발견될 때 (즉, 작업 사이클의 제3 간격 동안) 상기 검출 및 비교를 수행하도록 구성된다.

즉, 제어 유닛(7)이 제3 모드에 있을 때, 검출 수단(10)에 의해 2차 권선 (4)상에서 검출된 전류 신호 "I_II"에 따라 구동 모듈(11)을 통해 스위치(6)를 제어하도록 구성된다.

더욱이, 제어 유닛(7)은 제어 모듈(13)을 또한 포함하고, 상기 제어 모듈(13)은:

- 이전 사이클 (또는 플라즈마 사이클) 동안 평균 전류 값을 나타내는 적어도 전류 값을 검출 및/또는 계산하고;

- 상기 표시된 값과 상기 평균 값의 미리 설정된 값을 비교하고;

- 상기 비교에 따라, 상기 구동 신호의 듀티 사이클의 변화를 계산하며;

- 상기 듀티 사이클의 변화와 관련된 신호를 상기 구동 모듈(11)로 송신하도록 구성된다.

듀티 사이클의 계산은, 이전 사이클과 다음 사이클 사이의 듀티 사이클의 변화로서 또는 절대 지속시간(퍼센티지)의 관점에서 제어 유닛(7)에 의해 행해질 수 있음을 알아야한다.

바람직한 실시예에서, 평균값의 미리 설정된 기준값은 실질적으로 0과 같다는 것을 유의해야 한다.

바람직하게는, 제어 유닛(7)은, 검출 수단(10)과 제어기 모듈(13) 사이에 작동 가능하게 개제된 적어도 하나의 샘플링 모듈(12)을 포함한다.

그와 같은 샘플링 모듈(12)은 검출 수단(10)과 관련되며, 그리고 각 사이클 또는 플라즈마 사이클에서 스위치(6)의 폐쇄 및 개방 간격마다 식별 전류 값을 샘플링하도록 구성된다.

따라서, 각 사이클에 대해, 샘플링 모듈(12)은, 2개의 전류 값들, 즉, 폐쇄 간격을 식별하는 제1 전류 값 및 개방 간격을 식별하는 제2 전류 값을 샘플링, 즉 검출하도록 구성된다.

바람직하게는, 제1 값 및 제2 값은, 각각의 간격에서의 전류의 평균값 (또는 더 바람직하게는, 간격의 중간 순간에서 검출됨)이다.

보다 정확하게는, 제1 값 및 제2 값은, 포지티브(제1 간격) 및 네거티브(제2 간격) 1/2 파장의 양적인(quantity) 시점으로부터의 시간 및/또는 피크 값들로부터의 평균값들이며, 이는 무시할 수 있는 에러를 갖는 평균값을 나타낸다.

따라서, 바람직하게, 컴퓨터 모듈(13)은, 이전의 사이클에서 평균 전류값의 대표값을 얻기 위해, 적어도 제1 및 제2 전류값을 수신하고 그리고 상기 제1 값 및 상기 제2 값을 합산하도록 프로그래밍된 컴퓨터(13a)를 포함한다.

또한, 제어기 모듈(13)은, 평균값의 대표값과 미리설정된 기준값 간의 비교에 따라 듀티 사이클의 값을 결정하도록 프로그래밍된 조절기(13b)(바람직하게는 비례 적분)를 포함한다.

보다 정확하게는, 제어기(13b)는 비례 계수 및 적분 계수에 따라 계산된 에러들을 "곱하기(multiply)" 위해 구성된다; 조절기의 작동가능한 다운스트림의 위치에서, 조절기의 출력값을 듀티 사이클 값으로 변환하도록 구성된 변압기 모듈(13c)이 또한 존재한다.

선택적으로, 바람직하게는 공동으로, 제어 유닛은 추가 제어기 모듈(14)을 포함한다.

그러한 추가 제어기 모듈(14)은, 제1 전류값 및 제2 전류값을 수신하기 위해 샘플링 모듈(12)의 다운스트림에 동작 가능하게 배치된다.

그와 같은 추가 제어기 모듈(14)은, 각 사이클 동안,

- 이전 사이클 동안 전류 진폭을 나타내는 적어도 하나의 전류 값을 검출 및/또는 계산하고;

- 상기 대표값을 미리 설정된 상기 진폭의 기준값과 비교하고;

- 상기 비교에 따라, 상기 구동 신호의 주파수의 변화를 계산하며;

- 상기 주파수 변경과 관련된 신호를 상기 구동 모듈(11)로 송신하도록 구성된다.

주파수의 계산은, 이전 사이클과 다음 사이클 사이의 신호 주파수의 변화로서 또는 절대적으로 제어 유닛(7)에 의해 행해질 수 있음을 주목해야한다.

바람직하게는, 진폭의 미리 설정된 기준값은 10 mA와 200 mA 사이, 바람직하게는, 20 mA와 150 mA 사이에 포함된다.

바람직하게, 추가적인 제어기 모듈(14)은, 이전 사이클에서 전류 진폭의 상기 대표값을 얻기 위해, 적어도 제1 전류값 및 제2 전류값을 수신하도록 적응되고 그리고 상기 제1 값과 상기 제2 값의 차이를 계산하도록 프로그래밍된 적어도 하나의 컴퓨터(14a)를 포함한다.

또한, 추가적인 제어기 모듈(14)은 진폭의 대표값과 미리 설정된 기준값 사이의 비교에 따라 주파수의 값을 결정하도록 프로그래밍된 조절기(14b)(바람직하게는 비례 적분)를 포함한다.

보다 정확하게는, 조절기(14b)는 비례 계수 및 적분 계수에 따라 계산된 에러들을 "곱하기(multiply)" 위해 구성된다; 조절기의 작동가능한 다운스트림의 위치에서, 조절기의 출력값을 주파수 값으로 변환하도록 구성된 변압기 모듈(14c)이 또한 존재한다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 바람직하게는 이미 논의된 양상들 모두를 보완하며, 시스템(1)은 상기 스위치(6)에 병렬로 연결되고 그리고 상기 스위치(6)의 개방의 결과로서 1차 권선(3) 내에 잔류하는 잔여 전력을 축적하도록 구성된 누적 회로(15)를 포함한다.

유리하게는, 이러한 방식으로, 전력 손실들의 감소를 최대화하여 스위치(6)의 과열을 피할 수 있다.

바람직하게는, 누적 회로(15)는 1차 권선(3)으로부터의 전류를 흡수하고 그리고/또는 1차 권선(3) 자체의 충전 조건에 따라 상기 1차 권선(3) 상의 전류를 방전하도록 구성된다.

보다 상세하게는, 누적 회로(15)는 스위치(6)의 개방에 따라 1차 권선(3)으로 (즉, 1차 권선(3)으로부터) 흐르는 잔여 전류로 최대값까지 충전하는 누적 조건을 갖는다.

또한, 누적 회로(15)는 방전 조건을 가지며, 누적된 잔여 전류는 1차 권선 (3)상에 충전 조건에 대해 반대 방향으로 방전된다.

따라서, 그와 같은 누적 회로(15)는 1차 권선(3)의 충전 조건에 따라 2개의 구성들을 스위칭하도록 구성된다. 이러한 관점에서, 누적 회로(15)는 서로 동작가능하게 평행하게 배치된 적어도 하나의 축적 절반부(16) 및 방출 절반부(17)를 포함한다.

개략적으로 도시된 실시예를 참조하면, 누적 회로(15)는 제1 노드(15a) 및 제2 노드(15b)로부터 병렬로 그리고 동시에 동작가능하게 배치된 제1 브랜치(18) 및 제2 브랜치(19)를 포함한다.

스위치(6)는 상기 제1 노드(15a) 및 제2 노드(15b)에 대응하여 누적 회로(15)에 병렬로 접속된다.

바람직하게, 제1 브랜치(18)는 커패시터(16a)를 포함한다.

따라서, 축적 절반부(16)는 상기 스위치(6)와 병렬로 배치된 적어도 하나의 커패시터(16a)에 의해 정의된다.

상세하게, 커패시터(16)는 1차 권선에 분산된 인덕턴스 전력을 저장하는 용량을 가져야하며, 바람직하게는 40 nF와 100 nF 사이에 포함된다.

또한, 이러한 커패시터(16)는 스위치(6)의 클램프 전압보다 높은 전압, 바람직하게는 300V와 600V 사이의 전압을 유지할 수 있도록 구성되어야 한다.

한편, 제2 브랜치(19)는 제2 노드(15b)가 제1 노드(15a)를 향하여 단방향으로 전류가 흐를 수 있도록 배치된 다이오드(17a)를 포함한다.

구체적으로, 다이오드(17a)는 스위치 클램프의 역 전압(300V와 600V 사이)보다도 큰 역 전압을 유지하도록 구성된다.

또한, 다이오드(17a)는 1차 권선(3)의 최대 전류(즉, 적어도 50A)에 대응하는 전류 피크를 지원하도록 구성된다.

즉, 제1 브랜치(18)는 축적 절반부(16)를 정의하고, 그리고 제2 브랜치(19)는 축적 장치(15)의 방전 절반부(17)를 정의한다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기 시스템은 상기 2차 권선(4)과 관련된 스파크 플러그(100)의 상기 방전 "갭(gap)"(100a)에서 이온화를 나타내는 파라미터의 측정 장치(20)를 포함한다.

바람직하게는, 파라미터는 이온화의 결과로서 2차 권선(4)에서 생성된 전류에 의해 정의된다.

따라서, 다음에서는 "이온화 전류(ionization current)"의 측정에 대해 언급 할 것이며, 이 표현은 이온화의 결과로 생성된 전류를 정확하게 정의한 것으로 간주되어, 그 결과 측정 파라미터를 정의한다.

따라서, 그러한 장치는 상기 2차 권선(4)에서 전류의 값을 검출하고 그리고 상기 값을 나타내는 신호를 제어 유닛(7)에 전송하도록 배열된다.

따라서, 제어 유닛(7)은 또한 그것에 관련된 측정 장치(20)를 작동시키도록 구성된다.

보다 정확하게는, 제어 유닛(7)은 또한 상기 전기 아크를 소멸시키기 위해 측정 장치(20)를 활성화 시키도록 구성된다.

유리하게는, 교류 플라즈마 전자 점화 시스템은 낮은 임피던스를 생성하는 낮은 인덕턴스를 갖는 2차 권선(4)을 가질 수 있다.

이온화 전류 측정 장치(20)는 이 낮은 임피던스를 이용하여 제한된 임피던스 값을 갖는 이온화 전류 판독 경로를 정의한다.

따라서, 바람직하게는, 제어 유닛(7)은 상기 이온화 전류 측정 장치(20)를 작동시키고, 그리고, 동시에, 상기 추가 스위치(21)를 상기 폐쇄 구성으로 구동하도록 구성된다.

따라서, 측정 장치(20)는 검출 수단(10)과 관련된다.

따라서, 제어 유닛(7)(특히 측정 장치)은 플라즈마 단계 및 이온화 전류 측정 단계에서 검출 수단(10)을 통해 2차 권선(4)의 전류 값을 검출하도록 구성된다. 유리하게는, 이러한 방식으로, 고 에너지 및 저 임피던스 시스템의 사용과 ION 또는 이온화 전류의 측정을 결합하는 것이 가능하다.

더욱이, 플라즈마 단계 동안, 스위치(6)의 피드백 제어와 협력하여 플라즈마 단계의 마지막에서 전류 측정을 사용함으로써, 연소를 최적화할 수 있다.

유리하게도, 이 특정 구조는:

- 이온화 전류의 판독 단계 동안 2차 권선의 인덕턴스를 효과적이고 신뢰성있게 감소시켜, 이온화 전류의 판독에 유용한 신호의 진폭을 개선하며;

- 2차 권선의 동적 주파수 한계를 증가시킬 수 있으며;

- 스파크 발생의 끝에서 2차 권선의 잔류 에너지를 소산시켜, 스파크 발생의 끝에서의 교란을 줄이고 이온화 전류의 판독을 향상시키며;

- 2차 권선을 통과하는 전류의 값을 상쇄하고 그리고 이온화 전류를 측정하는데 필요한 시간을 줄여 주어, "노크(knock)" 진동의 존재를 즉시 감지할 수 있으며;

- 점화 플러그들이 둘 이상인 경우에 사용되는 전자 컴포넌트들의 수를 줄여 준다.

전술한 바와 같이, 시스템(1)의 구동 방법도 본 발명의 목적이다.

따라서, 본 발명에 따른 방법은, 적어도 하나의 1차 권선(3) 및 하나의 2차 권선(4)이 제공된 점화 코일(2)을 포함하는 내연 기관용 전자 점화 시스템의 구동에 초점을 맞추고, 상기 2차 권선(4)은 점화 플러그(100)에 연결된다.

이미 상술한 그와 같은 시스템(1)은, 1차 권선(3)에 연결되고 각각의 전류 흐름을 방지 또는 허용하기 위해 1차 권선(3)에 연결되고 그 개폐를 구동할 수 있는 스위치(6)를 더 포함한다.

구동 방법은, 코일(2)의 "플라즈마(plasma)" 구동을 제공하도록, 즉, 각 작업 사이클에 대해 제1 단계, 제2 단계 및 제3 단계의 시퀀스를 결정하도록 구성됨을 알 수 있다.

제1 단계에서, 1차 권선(3)은 제1 시간 간격 동안 스위치(6)를 폐쇄함으로써 충전된다.

제2 단계에서, 2차 권선(4)은 스위치(6)의 적어도 제2 시간 간격(연장된)의 개방 후에 전자 유도에 의해 전력을 공급받고; 이러한 개방은 1차 권선(3) 상의 전류가 0이 될 수 있도록 충분히 길다.

이러한 제2 단계에서, 2차 권선 전압은 스파크 플러그(100)의 2개의 전극들 사이의 유전체를 파괴하여 스파크를 발생시키는 값에 도달한다.

제3 단계, 즉, 플라즈마 사이클 또는 플라즈마 단계는 스파크 지속 기간을 변조하기 위해 상기 스위치(6)의 폐쇄 및 개방(이전 단계보다 짧음)의 교대 연속을 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 1차 권선(3)에 대한 전력 전압의 미리 설정된 제1 값은 각 사이클마다 초기에 설정된다.

그와 같은 값은, 작업 사이클의 제1 기간 동안, 즉, 1차 권선(3)의 제1 충전 동안 2차 권선(4) 상의 전압을 감소시키도록 상기 제1 단계 동안 유지되어, 스파크 발생의 위험한 전개를 피하게 된다.

그와 같은 방법은, 또한, 2차 권선(4)에 대한 전력 단계 동안, 즉, 제2 단계또는 제3 단계 동안 1차 권선(3)의 전력 전압을 제1 값보다 큰 제2 값으로 증가시키는 단계를 포함한다.

상기 제2 전압값은 제3 단계 동안 유지됨을 알 수 있다.

즉, 상기 스위치(6)의 개방들 및 폐쇄들의 상기 교번 시퀀스의 적어도 제1 부분에 대하여, 상기 1차 권선(3)의 전원 전압은 상기 제2 값과 동일하게 유지된다.

바람직하게는, 이러한 방식으로, 플라즈마 단계 동안 2개의 권선들 사이의 권선비를 최대로하는 것이 가능하다.

상기 방법은, 각각의 사이클에서, 1차 권선(3)에 대한 상기 제1 미리 설정된 전압 값의 새로운 설정이 있는 제4 단계를 또한 포함한다.

이러한 제4 단계는 바람직하게는 스위치(6)의 폐쇄들 및 개방들의 교대로 연속하는 부분의 마지막 부분 이후 또는 마지막 부분 동안(즉, 제 3 단계의 끝 부분)에서 시작된다.

바람직하게는, 시스템(1)과 관련하여 앞서 설명된 것과 일치하여, 설정 및 증가 단계는 적절한 변화 모듈(8)에 의해 수행된다.

바람직한 실시예에서, 전술한 새로운 설정 단계는, 전력 단계 및 후속하는 스위치(6)의 개방들과 폐쇄들이 교대로 연속하는 동안(즉, 제2 단계 및 제3 단계 동안) 상기 변화하는 모듈(8)에 축적된 전력을 방전시키기 위해, 상기 스위치(6)의 폐쇄들 및 개방들의 교대로 연속하는 것의 최종 부분 동안 수행된다.

더욱 바람직하게는, 1차 권선(3)을 충전하는 단계는, 적어도, 상기 충전 단계(즉, 제1 단계) 동안 상기 2차 권선(4) 상의 전압 서지를 감소시키기 위해 전압(및/또는 스위치(6)로부터의 전류의 흐름)을 1차 권선(3)으로 감소시키는 하위 단계를 포함한다.

보다 정확하게는, 이러한 하위-단계는 (전류 흐름의) 전류 증가를 늦추기 위해 1차 권선의 단부들에서 전압을 감소시키는 것으로 예상된다.

제3 단계 동안, 즉 플라즈마 단계 동안, 미리 설정된 시간 간격 동안 스위치 (6)의 적어도 하나의 폐쇄 및 미리 설정된 제2 시간 간격 동안 상기 스위치(6)의 후속 개방이 발생한다는 것을 알 수 있다.

이미 상술한 바와 같이, 그와 같은 제1 시간 간격 및 제2 시간 간격은 플라즈마 사이클을 정의한다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 이 방법은, 제1 간격 및 제2 간격 동안 2차 권선(4)에서 적어도 하나의 전류 값을 검출하는 단계 및 상기 2차 권선(4)에서 검출된 상기 전류에 따라, 다음 사이클에서, 상기 스위치(6)의 하나 이상의 구동 파라미터들을 계산하는 단계를 포함한다.

즉, 상기 방법은 이전 사이클, 바람직하게는 직전에 2차 권선(4)에서 검출된 전류에 따라 플라즈마 단계의 각 사이클에서 스위치를 구동시키는 단계를 포함한다.

보다 정확하게는, 상기 방법은 상기 적어도 하나의 현재 값을 처리하는 단계 및 상기 처리된 값을 각각의 기준값과 비교하는 단계를 포함한다.

상기 비교의 결과에 따라 스위치(6)를 구동하는 것도 또한 제공된다.

전술한 바와 같이, 스위치(6)의 구동은 바람직하게 PWM 변조로 수행된다.

이러한 관점에서, 구동 파라미터들은 바람직하게는 듀티 사이클 및 구동 신호 주파수에 의해 정의된다.

바람직하게는, 2차 권선(4) 상의 전류 신호의 검출은, 적어도 제1 간격을 식별하는 제1 전류 값 및 제2 간격을 식별하는 제2 전류 값의 샘플링 단계를 포함한다.

더욱 바람직하게는, 이러한 식별 값들은 각 간격에서의 전류의 평균값에 대응하고, 더욱 바람직하게는 간격의 대략 절반에서의 전류 값에 대응한다.

상기 계산 단계는 바람직하게는 상기 작업 사이클에서의 전류의 평균값을 나타내는 값을 얻기 위해 상기 제1 값과 상기 제2 값의 합을 적어도 포함함을 알 수 있다.

실제로, 플라즈마 사이클은 교류 구동으로 수행되며, 2개의 개방 및 폐쇄 간격은 반대 부호 전류이고, 2개의 식별 값들의 합은 사이클의 평균값과 상관된다 (또는 비례한다).

이러한 합은 듀티 사이클의 평균 전류 값을 나타내는 상기 값을 바람직하게는 0과 같은 평균값의 기준값과 비교함으로써 이루어진다.

상기 비교의 결과에 따라, 스위치(6)의 구동 신호의 듀티 사이클 값이 상대적으로(즉, 이전 사이클과 비교된 변화) 또는 절대적으로 결정된다.

이는, 2차 권선(4)의 평균 전류 값과 구동 신호의 듀티 사이클 간의 현존 상관 관계를 적절한 조절기를 통해 처리함으로써 가능하며; 이러한 상관관계의 예가 도 6a에 존재한다.

듀티 사이클 결정에 이어서, 스위치(6)는 상기 결정된 값에 대응하는 PWM 변조 및 듀티 사이클로 구동된다.

바람직하게는, 듀티 사이클의 결정에 교대로 또는 공동으로, 상기 방법은 상기 작업 사이클에서 전류의 진폭을 나타내는 값을 얻기 위해 상기 제1 값과 상기 제2 값 간의 차이를 계산하는 단계를 포함한다.

실제로, 플라즈마 사이클은 교류 구동으로 수행되며, 두 개의 개방 및 폐쇄 간격들은 반대 부호 전류이고, 그리고 2개의 식별 값들 사이의 차이는 사이클에서의 전류의 진폭, 즉 첨두치(peak-to-peak)와 상관(또는 비례)한다.

그러한 감산 동작은 상기 작업 사이클의 현재 진폭을 나타내는 상기 값 (즉, 이전 작업 사이클의 값)을 동일한 진폭의 베이스 라인 값과 비교함으로써 수행된다.

바람직하게는, 상기 진폭의 상기 기준값은 10 mA와 200 mA 사이, 바람직하게는 20 mA와 150 mA 사이에 포함된다.

상기 비교의 결과에 따라, 스위치(6)의 구동 신호의 주파수 값은 상대적으로 (즉, 이전 사이클과 비교된 변화) 또는 절대적으로 결정된다.

이는, 2차 권선(4)의 평균 전류 값과 구동 신호의 주파수 사이에 존재하는 상관 관계를 적절한 조절기를 통해 처리함으로써 가능하다. 이러한 상관관계의 예가 도 6b에 표시된다.

주파수 결정의 결과로서, 스위치(6)는 상기 결정된 값에 대응하는 PWM 변조 및 주파수로 구동된다.

바람직한 실시예에서, 스위치(6)는 전술한 단계들에서 결정된 듀티 사이클 및 주파수에 대응하는 듀티 사이클 및 주파수를 갖는 PWM 변조의 구동 신호로 구동된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 다른 것들과 상관하여 그리고/또는 상보적으로, 구동 방법은, 플라즈마 단계 후에, 또는 스위치(6)의 개방들과 폐쇄들이 교대로 연속하는 것 이후에, 각각의 회전마다 엔진 샤프트(도시되지 않음)의 각도 위치(angular position)를 검출하는 단계를 포함한다.

그러므로, 이러한 방법을 구현하기 위해, 엔진 샤프트의 각도 위치의 센서 또는 검출 수단(예를 들어, 인코더)이 필요하다.

이 방법은, 각도 위치가 상기 실린더에 대한 미리 설정된 기준값에 대응할 때 스파크를 소멸시키도록 상기 2차 권선(4) 상의 전압을 상쇄시키는 스위치의 개방을 포함한다.

실제로, 바람직하게는 피스톤의 위치에 상관되는 기준값, 바람직하게는 각도가 각각의 실린더에 할당되거나 또는 연관된다.

예를 들어, 이 기준값은 피스톤의 미리결정된 동작 지점(예를 들어, 상사 점)의 달성 결과 (또는 그 전에) 엔진 샤프트의 회전 각도(또는 라디안)로 표현될 수 있다.

이러한 개방 이후에, 또는 스파크의 소멸의 결과로서, 이온화 전류는 측정 장치(20)에 의해 검출된다.

즉, 검출 수단(10)을 통해, 전류는 이전에 이온화 전류와 관련하여 2차 권선 (4)에서 측정된다. 이러한 검출에 이어서, 검출된 이온화 전류는 기준값과 비교된다.

보다 정확하게는, 진동들 ("노크(knock)" 진동) 및 성공적인 연소의 결여 (즉, 실화의 존재)를 모니터링하기 위해 갭 내의 전류의 변화가 측정된다.

예를 들어, 이러한 비교 결과가 긍정적인 결과를 얻거나, 또는 감지된 값이 기준값보다 높으면 (따라서 피크 전류가 있는 경우) 연소가 올바르게 수행된 것이고 그리고 제어 유닛(7)은 해당 실린더에 대한 사이클을 완료한다.

대조적으로, 비교가 성공적이지 않거나, 검출된 값이 제로에 가깝거나, 또는 어떤 경우에 기준값보다 낮으면, 상기 방법은, 미연소 혼합물이 배출되는 것을 방지하기 위해 (그리고/또는 연소를 완료하기 위해), 전자기 유도에 의해 상기 1차 권선(3)의 새로운 전하 및 상기 2차 권선(4)의 새로운 공급을 제공한다(그 결과, 동일한 "회전" 또는 실린더 시간의 새로운 플라이-백 단계가 수행된다).

순전히 설명의 목적을 위해, 도 9는 이온화 전류 I_Ion의 신호와 구별되는 2차 전류 신호 I_II를 도시하지만, 실제로는, 전자 전화 시스템(1)의 2개의 상이한 작동 단계들, 즉, 에너지 전달의 단계 및 지속시간을 갖는 이온화 전류를 측정하는 단계 각각에서 2차 권선(4)를 통해 흐르는 전류이다.

유리하게는, 이러한 방식으로, 연소(또는 실화)가 발생하지 않은 사건과 미 연소된 가스의 존재가 완전히 회피되어, 소비 및 배출의 관점에서 최고 성능의 엔진을 만든다.

본 발명은 의도된 목적들을 달성하고 그리고 중요한 이점들을 달성한다.

실제로, 전자 변화 소자, 특히, D/D 전압 변환기의 사용은, 스파크 어드밴스의 문제를 극복할 수 있으며, 또한 플라즈마 단계들에서 권선비를 최대로 이용할 수 있게 한다.

더욱이, 적어도 플라즈마 단계들 동안, 2차 권선 상의 실제 측정된 전류의 함수로서 스위치 구동을 제어할 수 있는 가능성은, 또한, 시스템의 정확성과 신뢰성을 높여 미연소 물질의 존재를 최소화할 수 있다.

더욱이, 스위치에 병렬로 누적 회로가 있기 때문에, 열-전력 소모를 제한할 수 있어, 컴포넌트들, 특히, 스위치에 가해지는 스트레스를 줄여 시스템 안정성을 높일 수 있다.

최종적으로, 교류 플라즈마 전자 점화 시스템은, 낮은 인덕턴스의 2차 권선을 가질 수 있게 하여, 낮은 임피던스를 발생시키며, 이온화 전류의 측정 장치는 이 낮은 임피던스를 이용하여, 이온화 전류 판독 경로를 제한된 임피던스 값으로 정의한다.

Claims (6)

1. 내연 기관용 플라즈마 전자 점화 시스템으로서,
   엔진 실린더 내에서 미리결정된 지속 기간의 스파크를 발생시키도록 구성되고,
   - 적어도 1차 권선(3) 및 2차 권선(4)이 제공된 점화 코일(2) - 상기 적어도 1차 권선(3)은 전기 연결부(5)에 의해 전압 발생 장치(50)에 연결 가능하고 그리고 상기 2차 권선(4)은 스파크 플러그(100)에 연결 가능하며 - 과;
   - 상기 1차 권선(3)에 연결되고, 그리고 상기 1차 권선(3)을 통한 전류의 통과를 방지 또는 허용하기 위해 구동 신호의 값에 따라 상기 1차 권선(3)을 개방 및/또는 폐쇄하도록 구동될 수 있는 스위치(6)와;
   - 상기 스위치(6)와 관련되고, 그리고 상기 구동 신호(G)의 값에 따라 상기 스위치를 개방 위치 및/또는 폐쇄 위치로 구동하도록 구성된 제어 유닛(7) - 상기 제어 유닛(7)은 타이밍 및/또는 개방 및 폐쇄 주기를 변경함으로써 상기 스위치(6)를 제어하도록 구성된 하드웨어 및 소프트웨어 수단을 포함하여, 스파크 플러그(100)의 방전 갭(100a)의 단자들에서 적어도 하나의 전기 아크를 생성 및/또는 유지하도록 구성된 진동 전위(oscillating electric potential)를 발생시키며 - 를 포함하고,
   상기 플라즈마 전자 점화 시스템은, 상기 2차 권선(4)과 관련되고 그리고 상기 2차 권선(4)에서 전류 값을 검출하며 상기 전류 값을 나타내는 신호를 상기 제어 유닛(7)에 전송하도록 배열되는 스파크 플러그(100)의 상기 방전 갭(100a)에서 이온화 프로세스를 나타내는 파라미터의 측정 장치(20)를 포함하며, 상기 제어 유닛(7)은 상기 전기 아크의 셧다운시에 상기 측정 장치(20)를 작동시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는
   내연 기관용 플라스마 전자 점화 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 플라즈마 전자 점화 시스템은 상기 2차 권선(4)과 관련된 전류 검출 수단(10)을 포함하고, 상기 측정 장치(20)는 상기 이온화 전류 측정 단계 동안 상기 2차 권선(4)의 전류 값을 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
   내연 기관용 플라스마 전자 점화 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 플라즈마 전자 점화 시스템은, 상기 전기 연결부(5)와 상기 1차 권선(3) 사이에 작동 가능하게 개재되어 상기 전기 연결부(5)에 연결되고 그리고 적어도 제1 전압 값(V1)과 상기 제1 전압 값(V1)보다 큰 제2 전압 값(V2) 사이의 제어 신호의 값에 따라 상기 1차 권선(3)의 전압 값을 변화시키도록 구성되는 전압 변화 전자 소자(8)를 포함하고,
   상기 제어 유닛(7)은, 상기 전압 변화 전자 소자(8)에 관련되고, 그리고
   - 상기 1차 권선(3)의 상기 제1 전압 값(V1) 및 제2 전압 값(V2)을 각각 나타내는 적어도 제1 값과 제2 값 사이에서 변하는 상기 제어 신호(C)를 생성하도록 구성되고, 그리고
   - 적어도 상기 1차 권선(3)의 제1 충전 구간 동안 상기 제1 값을 갖는 상기 제어 신호(C)를 상기 전압 변화 전자 소자(8)에 전송하도록 구성되며,
   상기 스위치(6)는 폐쇄되고, 그리고 상기 2차 권선(4)에서 상기 전류 값은 실질적으로 0인 것을 특징으로 하는
   내연 기관용 플라스마 전자 점화 시스템.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 2차 권선(4)과 관련된 전류 검출 수단(10)을 포함하고,
   상기 제어 유닛(7)은, 상기 2차 권선(4)에서 적어도 전류 값(I_II)을 나타내는 신호를 수신하는 상기 검출 수단(10)과 관련되고, 그리고 상기 신호에 따라 상기 스위치(6)를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
   내연 기관용 플라스마 전자 점화 시스템.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 플라즈마 전자 점화 시스템은, 상기 스위치(6)에 병렬로 연결되고 그리고 상기 스위치(6)의 개방 후에 상기 1차 권선(3)에 잔존하는 잔여 에너지를 누적하도록 구성되는 누적 회로(15)를 포함하는 것을 특징으로 하는
   내연 기관용 플라스마 전자 점화 시스템.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 내연 기관용 플라즈마 전자 점화 시스템의 구동 방법으로서,
   상기 내연 기관에는, 내연 기관 자신의 구동 샤프트와 적어도 하나의 실린더가 제공되고, 상기 구동 방법은:
   - 미리결정된 제1 시간 간격 동안 상기 스위치(6)를 폐쇄함으로써 상기 1차 권선(3)을 충전하는 단계와;
   - 상기 스파크 플러그(100)에서 스파크를 발생시키기 위해 상기 스위치(6)의 개방에 의한 전자기 유도에 의해 상기 2차 권선(4)에 전력을 공급하는 단계와;
   - 상기 스파크의 지속 시간을 조절하기 위해 상기 스위치(6)의 개방들과 폐쇄들이 교대로 연속하는 단계와;
   - 각 회전 마다 구동 샤프트의 각도 위치를 검출하는 단계와;
   - 상기 각도 위치가 상기 실린더에 대한 미리 설정된 기준값에 대응할 때 상기 스파크를 소멸시킴으로써 상기 2차 권선(4) 상의 전압을 상쇄시키기 위해 상기 스위치를 개방하는 단계와;
   - 상기 개방의 결과로서 상기 이온화 전류를 검출하는 단계와;
   - 미연소 혼합물이 배기관에 도달하는 것을 피하기 위해, 검출된 이온화 전류가 미리 설정된 기준값보다 낮거나 0에 가까운 경우, 전자기 유도를 통해 상기 1차 권선(3)을 추가로 충전하고 상기 2차 권선(4)에 추가로 전력을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
   내연 기관용 플라즈마 전자 점화 시스템의 구동 방법.

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