KR20180064307A - 점화 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

점화 제어 시스템에서, 1차 전류 제어 유닛은 단일 연소 사이클 동안 1회 이상 방전 발생 제어를 수행한다. 방전 발생 제어에 의해 스파크 플러그가 방전 스파크를 발생시킬 수 있다. 파라미터 산출 유닛은 방전 스파크의 에너지와 상호 연관된 파라미터를 연속적으로 산출한다. 에너지 밀도 산출 유닛은 방전 스파크의 단위 길이 당 에너지 밀도인 에너지 밀도를 연속적으로 산출한다. 단일 연소 사이클 중에 1차 전류가 차단된 후 사전 설정된 기간 동안 에너지 밀도가 사전 설정된 값을 초과하면, 적분 값 산출부는 상기 사전 설정된 기간 동안 상기 파라미터를 적분함에 의해 적분 값을 산출한다. 1차 전류 제어 유닛은 적분 값 산출 유닛에 의해 산출된 적분 값이 사전 설정된 판정 임계 값 미만인 경우에 방전 발생 제어를 다시 수행한다.

Description

점화 제어 시스템{IGNITION CONTROL SYSTEM}
본 발명은 내연기관에 사용되는 점화 제어 시스템에 관한 것이다.
최근에, 희박(lean) 공기-연료 혼합물들의 연소 제어(희박 연소(lean-burn) 엔진들) 및 배기가스 재순환 장치(EGR, exhaust gas recirculation)에 관한 기술들은 자동차용 내연 기관의 연료 소모를 개선시킬 목적으로 연구되고 있다. EGR에서는, 가연성 공기-연료 혼합물(a combustible air-fuel mixture)이 내연기관의 실린더들로 다시 재순환된다. 이러한 기술들에서는, 멀티-스파크 점화 시스템이 공기-연료 혼합물에 포함된 화석 연료를 효과적으로 연소시키기 위한 점화 시스템으로서 사용되는 경우가 있다. 멀티-스파크 점화 시스템에서, 스파크 플러그는 내연 기관의 각각의 점화 시기마다 스파크를 연속적으로 방전한다.
스파크 플러그 및 스파크 플러그에 고전압을 제공하는 점화 변압기가 단일 점화 사이클(a single ignition cycle) 동안 수행되는 복수의 방전 동작에 대응하는 정도로 현저히 열화된다는 점에서 멀티-스파크 점화 시스템은 문제가 있다. 또한, 초기 방전에 의해 공기-연료 혼합물이 양호하게 점화될 수 있는 경우에도, 불필요하게 방전 동작이 반복되어, 에너지를 낭비하게 된다.
대응책으로서, JP-A-2010-138880은 다음의 기술을 개시한다. 즉, 용량성 방전 기간(a capacitive discharge period) 동안에, 점화 변압기에 인가된 2차 전압의 전압 피크가 판정 임계 값을 초과하면, 전압 피크가 판정 임계 값을 초과하는 초과 세그먼트들의 누적 시간이 측정된다. 대안적으로, 초과 세그먼트들에 있어서의 2차 전압의 적분 값이 측정된다. 이후, 초과 세그먼트들의 계산된 누적 시간 또는 초과 세그먼트들에 있어서의 2차 전압의 적분 값에 기초하여, 공기-연료 혼합물이 연소 상태인지 또는 실화(misfire) 상태인지 판정된다.
JP-A-2010-138880에는, 용량성 방전 중에, 공기-연료 혼합물이 연소하고 있을 때 검출된 2차 전압이 공기-연료 혼합물의 실화가 발생했을 때 검출된 2차 전압보다 낮다고 설명되어 있다. 그 이유는 다음과 같다. 즉, 이온들은 스파크 플러그에 의해 발생된 방전에 의해 공기-연료 혼합물이 점화된 결과로서 생성된다. 이러한 이온들이 스파크 플러그의 전극들 사이에 존재함으로써, 2차 전류가 스파크 플러그의 전극들 사이에서 보다 용이하게 흐르게 된다. 결과적으로, 방전 저항이 감소한다. 부수적으로, 스파크 플러그에 인가된 2차 전압이 감소한다.
여기서, 연소실 내의 기류 속도가 높은 높은 흐름 필드(a high flow field )에서는, 공기-연료 혼합물의 점화에 의해 생성된 연소 이온들이 기류에 의해 운반되어, 스파크 플러그의 전극들 사이에 존재하는 연소 이온들의 양을 감소시키는 것으로 추정된다. 이러한 상태에서는, 방전 저항의 감소가 최소이다. 부수적으로, 스파크 플러그에 인가된 2차 전압의 감소도 최소이다.
이러한 경우, JP-A-2010-138880에 기재된 기술에 있어서, 공기-연료 혼합물이 연소 상태에 있을 때라도, 스파크 플러그에 인가된 2차 전압이 높은 상태이기 때문에, 공기-연료 혼합물이 실화 상태인 것으로 잘못 판정될 수도 있다. 이와 관련하여, 공기-연료 혼합물의 연소 상태를 판정하기 위한 판정 제어는 여전히 개선의 여지가 있다.
따라서, 보다 높은 정확성으로, 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태를 추정할 수 있고, 필요에 따라 스파크 플러그에 의한 재-방전을 수행함으로써 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태를 개선할 수 있는 점화 제어 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 예시적인 실시 예는 내연 기관에 적용되는 점화 제어 시스템을 제공한다.
내연기관은, 내연 기관의 실린더 내에서 가연성 공기-연료 혼합물을 점화하기 위한 한 쌍의 방전 전극들 사이에 방전 스파크를 발생시키는 스파크 플러그; 1차 코일 및 2차 코일을 포함하고 상기 2차 코일에 의해 상기 스파크 플러그에 2차 전압을 인가하는 점화 코일; 상기 1차 코일에 인가되는 1차 전압 및 상기 스파크 플러그에 인가되는 상기 2차 전압 중 적어도 하나의 전압 값을 검출하는 전압 값 검출 유닛 및 상기 스파크 플러그로 흐르는 2차 전류를 검출하는 2차 전류 검출 유닛을 포함한다.
점화 제어 시스템은, 상기 1차 코일로 흐르는 1차 전류-상기 1차 전류는 상기 1차 코일로의 도통 후 차단됨-에 의해 상기 방전 스파크를 상기 스파크 플러그가 발생시키도록 하는 방전 발생 제어를 단일 연소 사이클(single combustion cycle) 중에 1회 이상 수행하는 1차 전류 제어 유닛; 상기 전압 값 검출 유닛에 의해 검출된 전압 값에 기초하여, 상기 방전 스파크의 에너지와 상호 연관된 파라미터를 연속적으로 산출하는 파라미터 산출 유닛; 방전 스파크의 단위길이당 에너지 밀도인 에너지 밀도를 연속적으로 산출하는 에너지 밀도 산출 유닛 및 상기 단일 연소 사이클 중에 상기 1차 전류가 차단된 후 사전 설정된 기간 동안 상기 에너지 밀도 산출 유닛에 의해 산출된 에너지 밀도 값이 사전 설정된 값을 초과한 경우에, 상기 사전 설정된 기간 동안 상기 파라미터 산출 유닛에 의해 산출된 상기 파라미터를 상기 사전 설정된 기간 동안 적분함에 의해 적분 값을 산출하는 적분 값 산출 유닛을 포함한다.
상기 1차 전류 제어 유닛은 적분 값 산출 유닛에 의해 산출된 적분 값이 사전 설정된 판정 임계 값 미만인 경우에 상기 방전 발생 제어를 다시 수행한다.
본 발명자들은 상기 에너지 밀도가 사전 설정된 값보다 큰 방전 스파크가 가연성 공기-연료 혼합물의 연소에 기여하는 반면에, 상기 에너지 밀도가 사전 설정된 값보다 작은 방전 스파크는 상기 가연성 공기-연료 혼합물의 연소에 크게 기여하지 않는다는 것을 알게 되었다. 즉, 본 발명자들은 상기 스파크 플러그에 의해 발생된 상기 방전 스파크가 상기 가연성 공기-연료 혼합물의 연소에 기여하는 지 여부가 상기 방전 스파크의 상기 에너지 밀도로부터 추정될 수 있다는 것을 알게 되었다. 또한, 상기 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태가 양호한 지 여부는, 상기 에너지 밀도가 상기 사전 설정된 값보다 큰 방전 스파크의 에너지와 상호 연관된 파라미터의 적분 값에 기초하여 정확하게 추정될 수 있다.
따라서, 본 점화 제어 시스템에서, 상기 에너지 밀도 산출 유닛이 제공된다. 상기 방전 스파크의 단위길이 당 에너지인 에너지 밀도가 연속적으로 산출된다. 단일 연소 사이클 중에 1차 전류가 차단된 후 사전 설정된 기간동안 에너지 밀도 산출 유닛에 의해 산출된 방전 스파크의 에너지 밀도가 사전 설정된 값보다 큰 경우에는, 상기 적분 값 산출 유닛은 상기 사전 설정된 기간에 상기 방전 스파크의 에너지와 상호 연관된 상기 파라미터를 적분함에 의해 상기 적분 값을 산출한다.
따라서, 사전 설정된 기간동안 적분된 적분 값이 사전 설정된 판정 임계 값보다 작은 경우에는, 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태가 양호하지 않은 것으로 추정될 수 있다. 그 결과, 1차 전류 제어 유닛은 적분 값 산출 유닛에 의해 산출된 적분 값이 사전 설정된 판정 임계 값보다 작은 경우에는 방전 발생 제어를 다시 수행한다. 결과적으로, 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태가 양호하게 될 수 있다.
한편, 적분 값 산출 유닛에 의해 산출된 적분 값이 사전 설정된 판정 임계 값보다 큰 경우에는, 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태가 양호한 것으로 추정될 수 있다.
첨부된 도면들에 있어서,
도 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 엔진 시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 점화 회로 유닛의 전체 구성도이다.
도 3은 2차 전압과 방전 경로 길이간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 방전 스파크의 에너지 밀도 및 방전 경로 길이에 있어서 시간 경과에 따른 변화의 일측면을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 실시 예에 따른 점화 제어 회로에 의해 수행되는 제어의 흐름도이다.
도 6은 본 실시 예에 따른 연소 상태 판정 제어에 있어서의 동작의 타임차트이다.
도 7은 1회의 방전 및 2회의 방전일 때의 공기 연료비 상승에 수반되는 토크 변동율의 변화를 비교하여 나타내는 그래프이다.
도 8a 및 도 8b는 가연성 공기-연료 혼합물의 2%가 연소 되기 전에 경과한 크랭크 각도와, 큰 에너지 밀도를 갖는 방전 경로 길이의 적분 값간의 관계를 도시한 도면이다.
도 9는 1차 전압과 2차 전압간 관계를 나타내는 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 큰 에너지 밀도를 갖는 방전 스파크의 방전 에너지의 적분 값과 가연성 공기-연료 혼합물의 2%가 연소 되기전에 경과한 크랭크 각도간의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 큰 에너지 밀도를 갖는 방전 경로 길이의 적분 값을 산출하는 또 다른 방법의 도면이다.
도 12는 또 다른 예에서 점화 제어 회로에 의해 수행되는 제어에 대한 흐름도이다.
도 13은 2회 방전 시의 EGR 양의 증가에 수반되는, 토크 변동율에 대해 방전 간격이 미치는 영향을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 엔진 시스템(10)은 스파크 점화식 내연 기관인 엔진(11)을 포함한다. 엔진 시스템(10)은, 엔진(11)의 작동 상태에 기초하여, 이론적인 공기 연료비에 대하여, 공기-연료 혼합물의 공기 연료비를 리치(rich) 측 또는 희박(lean) 측으로 변경하는 것을 제어한다. 예를 들어, 엔진(11)의 작동 상태가 저회전 및 저부하인 작동 범위 내에 있는 경우에는, 엔진 시스템(10)은 공기-연료 혼합물의 공기 연료비를 희박 측으로 변경시킨다.
엔진(11)은 엔진 블록(11a), 연소실(11b) 및 워터 재킷(11c)을 포함한다. 엔진 블록(11a)은 엔진(11)의 본체부를 구성한다. 엔진 블록(11a)의 내부에는 연소실(11b) 및 워터 재킷(11c)이 형성된다. 엔진 블록(11a)은 왕복 운동이 가능한 방식으로 피스톤(12)을 하우징(housing)하도록 제공된다. 워터 재킷(11c)은 냉각제(또한, 냉각수라고도 불리는)가 흐를 수 있는 공간이다. 워터 재킷(11c)은 연소실(11b)의 주변부를 둘러싸도록 제공된다.
엔진 블록(11a)은 상부에 실린더 헤드를 갖는다. 실린더 헤드에는, 흡기 포트(13) 및 배기 포트(14)가 연소실(11b)과 연통가능하게(communication) 형성된다. 또한, 실린더 헤드는, 흡기 밸브(15), 배기 밸브(16) 및 밸브 구동기구(17)를 구비한다. 흡기 밸브(15)는 흡기 포트(13)와 연소실(11b) 사이의 연통 상태를 제어하는 데 사용된다. 배기 밸브(16)는 배출 포트(14)와 연소실(11b) 사이의 연통 상태를 제어하는 데 사용된다. 밸브 구동기구(17)는 흡기 밸브(15) 및 배출 밸브(16)를 사전 설정된 타이밍으로 개폐한다.
흡기 포트(13)는 흡기 매니폴드(21a)에 연결된다. 흡기 매니폴드(21a)는 전자기적으로 구동되는 인젝터(18)를 포함한다. 인젝터(18)는 연료 공급 시스템으로부터 고압 연료를 공급받는다. 인젝터(18)는 에너지 공급에 따라 흡기 포트(13)를 향하여 연료를 분사하는 포트 주입형 연료 주입 밸브이다.
서지 탱크(21b)는 흡기 매니폴드(21a)로부터 흡기 기류 방향으로 보다 상류 측에 배치된다. 배기 포트(14)는 배기 관(22)에 연결된다.
EGR 통로(23)는 배기 관(22)과 서지 탱크(21b)를 연결하여, 배기 관(22)으로부터 방출되는 배기 가스의 일부가 흡기 공기로 유입될 수 있게 한다(이하, 흡기 공기로 유입되는 배기 가스를 EGR 가스라 한다). EGR 제어 밸브(24)는 EGR 통로(23)에 제공된다. EGR 제어 밸브(24)는 그의 개방 정도에 기초하여 EGR 율(연소실(11b)내로 제공된, 연소 전 가스에 함유된 EGR 가스의 비율)을 제어할 수 있다. 따라서, EGR 통로(23) 및 EGR 제어 밸브(24)는 배기 가스 재순환 기구에 대응한다.
스로틀 밸브(25)는 서지 탱크(21b)로부터 흡기 기류 방향으로 보다 상류 측의 흡기 관(21)에 설치된다. 스로틀 밸브(25)의 개방 정도는 직류(DC) 모터와 같은 스로틀 엑추에이터(26)의 작동에 의해 제어된다. 또한, 흡기 포트(13)의 근처에 기류 제어 밸브(기류 발생 유닛에 대응함)(27)가 제공된다. 기류 제어 밸브(27)는 선회 흐름 또는 텀블 흐름을 발생시킨다.
배기 관(22)에는 삼원 촉매와 같은 촉매(41)가 제공된다. 촉매(41)는 배기 가스로부터의 CO, HC, NOx 등을 정화한다. 촉매(41)의 상류 측에는 공기-연료비 센서(예를 들어, 선형 A/F 센서)(40)가 제공된다. 공기-연료비 센서(40)는 검출대상인 배기 가스에 대한 공기-연료 혼합물의 공기-연료비를 검출한다.
엔진 시스템(10)은 점화 회로 유닛(31), 전자 제어 유닛(32) 등을 포함한다.
점화 회로 유닛(31)은 스파크 플러그(19)가 방전 스파크를 발생시켜 연소실(11b) 내부의 공기-연료 혼합물을 점화시키도록 구성된다. 전자 제어 유닛(32)은 이른바 엔진 전자 제어 유닛(ECU)이다. 전자 제어 유닛(32)은 크랭크 각도 센서(33)와 같은, 다양한 센서들의 출력들에 기초하여 획득된 엔진(11)의 작동 상태(이하, 간단히 엔진 파라미터들이라고 함)에 기반하여, 인젝터(18) 및 점화 회로 유닛(31)을 포함하는 각각의 유닛의 작동을 제어한다.
점화 제어와 관련하여, 전자 제어 유닛(32)은 획득된 엔진 파라미터들에 기초하여 점화 신호(IGt)를 생성하고, 생성된 점화 신호(IGt)를 출력한다. 점화 신호(IGt)는 연소실(11b) 내부의 가스 상태 및 엔진(11)의 요구된 출력(그 둘 모두는 엔진 파라미터들에 기초하여 가변함)에 기초하여 최적의 점화 시기 및 방전 전류(점화 방전 전류)를 규정한다.
크랭크 각도 센서(33)는 엔진(11)의 사전 설정된 크랭크 각도(예를 들어, 30도 크랭크 각도(CA) 간격)마다 직사각형 크랭크 각도 신호를 출력한다. 크랭크 각도 센서(33)는 엔진 블록(11a)에 장착된다. 냉각수 온도 센서(34)는 워터 재킷(11c)을 흐르는 냉각제의 온도인 냉각수 온도를 검출(취득)한다. 냉각제 온도 센서(34)는 엔진 블록(11a)에 장착된다.
공기 유량계(35)는 흡기 공기량(흡기 관(21)을 통해 연소실(11b) 내부로 유입되는 흡기 공기의 질량 유량)을 검출(취득)한다. 공기 유량계(35)는 스로틀 밸브(25)보다 흡기 공기 흐름 방향으로 보다 상류 측의 흡기 관(21)에 장착된다. 흡기 압력 센서(36)는 흡기 관(21) 내의 압력인 흡기 압력을 검출(취득)한다. 흡기 압력 센서(36)는 서지 탱크(21b)에 장착된다.
스로틀 위치 센서(37)는 스로틀 밸브(25)의 개방 정도(스로틀 위치)에 대응하는 출력을 발생시킨다. 스로틀 위치 센서(37)는 스로틀 엑추에이터(26) 내부에 제공된다. 가속기 위치 센서(28)는 가속기 작동량에 대응하는 출력을 발생시킨다.
<점화 회로 유닛 및 주변 영역의 구성>
도 2에 도시된 바와 같이, 점화 회로 유닛(31)은 점화 코일(311), 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)(스위칭 소자에 대응함)(312), 전원 공급 유닛(313) 및 점화 제어 회로(314)를 포함한다.
점화 코일(311)은 1차 코일(311A), 2차 코일(311B) 및 코어(311C)를 포함한다. 1차 코일(311A)의 제 1단부는 전원 공급 유닛(313)에 연결된다. 1차 코일(311A)의 제 2단부는 IGBT(312)의 콜렉터 단자에 연결된다. IGBT(312)의 이미터 단자는 접지 측에 연결된다. IGBT(312)의 양단(콜렉터 단자 및 이미터 단자)에는 다이오드(312d)가 병렬로 연결된다.
2차 코일(311B)의 제 1 단부는 다이오드(316)를 통해 전류 검출 경로(L1)에 연결된다. 2차 전류를 검출하는 저항(317)이 전류 검출 경로(L1)상에 제공된다. 저항(317)의 제 1 단부는 다이오드(316)를 통해 2차 코일(311B)의 제 1 단부에 연결된다. 저항(317)의 제 2 단부는 접지 측에 연결된다. 후술할, 점화 제어 회로(314)는 저항(317)에 연결된다. 다이오드(316)의 애노드는 2 차 코일(311B)의 제 1 단부 측에 연결되며, 그에 따라, 다이오드(316)는 저항(317)을 통해 2차 코일(311B)의 접지 측으로부터 제 2 단부를 향하는 방향으로의 전류의 흐름을 차단하고, 스파크 플러그(19)로부터 2차 코일(311B)을 향하는 방향으로 2차 전류(방전 전류) I2의 방향을 규정한다.
2차 코일(311B)의 제 2 단부는 스파크 플러그(19)에 접속된다. 2차 코일(311B)의 제 2 단부와 스파크 플러그(19)를 연결하는 경로(L2)에 전압 검출 경로(전압 값 검출 유닛에 대응함)(L3)가 연결된다. 전압 검출 경로(L3)상에 전압을 검출하기 위한 저항들(318A, 318B)이 제공된다. 저항(318A)의 일단은 경로(L2)에 연결된다. 저항(318A)의 타단은 저항(318B)에 연결된다. 저항(318B)의 일단은 저항(318A)에 접속된다. 저항(318B)의 타단은 접지 측에 연결된다. 또한, 저항(318A)과 저항(318B) 사이의 노드(참조 번호는 생략됨)는 이하 설명할 점화 제어 회로(314)에 연결된다. 스파크 플러그(19)에 인가된 2차 전압(V2)은 전압 검출 경로(L3)에 의해 검출된다.
전자 제어 유닛(32)은, 상술한 바와 같이, 획득된 엔진 파라미터들에 기초하여 점화 신호(IGt)를 생성한다. 그 다음, 전자 제어 유닛(32)은 생성된 점화 신호(IGt)를 점화 제어 회로(314)에 송신한다. 점화 제어 회로(314)는 전자 제어 유닛(32)으로부터 수신된 점화 신호(IGt)에 기초하여 구동 신호(IG)를 IGBT(312)의 게이트 단자에 출력하고, IGBT(312)에 의해 1차 코일(311A)로 흐르는 1차 전류(I1)가 도통되게 한다. 구동 신호(IG)는 IGBT(312)의 개폐 제어를 수행하는데 사용된다.
전자 제어 유닛(32)은, 사전 설정된 제 1 기간의 경과 후에, 점화 신호(IGt)의 출력을 중단한다. 그 결과, 점화 제어 회로(314)는 IGBT(312)의 게이트 단자로의 구동 신호(IG)의 출력을 중단한다. 그 결과, IGBT(312)는 1차 코일(311A)로 흐르는 1차 전류(I1)의 도통을 차단한다. 2차 코일(311B)에는 고전압이 유입된다. 스파크 플러그(19)의 스파크 갭 부분에서 가스의 브레이크 다운(break down)이 발생하고 스파크 플러그(19)는 방전 스파크가 발생한다.
점화 제어 회로(314)는 전류 검출 경로(L1)로 흐르는 2차 전류(I2)와 전압 검출 경로(L3)에 인가되는 2차 전압(V2)을 순차적으로 검출한다. 점화 제어 회로(314)는 검출된 2차 전류(I2) 및 2차 전압(V2)에 기초하여 스파크 플러그(19)에 의해 발생된 방전 스파크의 에너지 밀도(D)를 산출한다. 따라서, 전류 검출 경로(L1) 및 점화 제어 회로(314)는 2차 전류 검출 유닛에 대응한다. 전압 검출 경로(L3) 및 점화 제어 회로(314)는 전압 검출 유닛에 대응한다. 또한, 점화 제어 회로(314)는 1차 전류 제어 유닛, 파라미터 산출 유닛, 에너지 밀도 산출 유닛, 적분 값 산출 유닛, 방전 경로 길이 산출 유닛 및 방전 에너지 산출 유닛에 대응한다.
상술한 통상적인 기술에서는, 스파크 플러그(19)가 방전 스파크를 발생시킴으로써 연소실(11b)에 존재하는 가연성 공기-연료 혼합물이 연소될 때, 스파크 플러그(19)에 인가되는 2차 전압(V2)의 변화에 기초하여 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태가 추정된다. 구체적으로, 스파크 플러그(19)에 의해 발생된 방전 스파크의 2차 전압(V2)의 전압 피크가 사전 설정된 판정 임계 값을 초과하면, 전압 피크가 사전 설정된 판정 임계 값을 초과한 초과 세그먼트들의 누적 시간이 측정된다. 대안적으로, 초과 세그먼트들에 있어서의 2차 전압(V2)의 적분 값이 측정된다. 이후, 초과 세그먼트들의 측정된 누적 시간 또는 초과 세그먼트들에 있어서의 2차 전압(V2)의 측정된 적분 값에 기초하여, 가연성 공기-연료 혼합물이 연소 상태인지 또는 실화 상태 인지가 판정된다.
여기서, 본 실시 예에 따른 엔진 시스템(10)에서는, 기류 제어 밸브(27)가 흡기 포트(13) 근처에 제공된다. 균일한 희박연소(homogenous lean burn)가 수행될 때, 기류 제어 밸브(27)는 연소실(11b) 내에 선회 흐름 또는 텀블 흐름과 같은 기류를 발생시킨다. 결과적으로, 난류가 유도되고 연소 속도가 향상된다.
이때, 연소실(11b) 내의 기류 속도가 증가하기 때문에, 가연성 공기-연료 혼합물의 점화로 생성된 연소 이온들이 기류에 의해 운반되고, 스파크 플러그(19)의 전극들 사이에 존재하는 연소 이온들이 감소할 것으로 추정된다. 이러한 상태에서는, 방전 저항의 감소가 최소로 된다. 부수적으로, 스파크 플러그(19)에 인가되는 2차 전압(V2)의 감소 또한 최소로 된다.
따라서, 2차 전압(V2)에 기초하여 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태를 추정할 때 가연성 공기-연료 혼합물이 연소 상태에 있을지라도, 스파크 플러그(19)에 인가되는 2차 전압(V2)이 높은 상태이기 때문에 가연성 공기-연료 혼합물은 실화 상태인 것으로 잘못 추정될 수 있다.
대응책으로서, 본 실시 예에 따르면, 방전 스파크의 에너지 밀도(D) 및 방전 스파크의 에너지와 상호 연관된 파라미터에 기초하여 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태가 추정된다. 본 발명자들은 에너지 밀도(D)가 사전 설정된 값(Th)보다 큰 방전 스파크가 가연성 공기-연료 혼합물의 연소에 기여한다는 것을 알게 되었다. 에너지 밀도(D)가 사전 설정된 값(Th)보다 작은 방전 스파크는 가연성 공기-연료 혼합물의 연소에 크게 기여하지 않는다. 즉, 본 발명자들은 방전 스파크의 에너지 밀도(D)로부터 스파크 플러그(19)에 의해 발생된 방전 스파크가 가연성 공기-연료 혼합물의 연소에 기여하는 지 여부를 추정할 수 있다는 것을 알게 되었다. 또한, 에너지 밀도(D)가 사전 설정된 값(Th)보다 큰 방전 스파크의 에너지와 상호 연관된 파라미터의 적분 값에 기초하여, 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태가 높은 정확도로 판정될 수 있다.
이러한 발견에 기초하여, 본 실시 예에 따른 점화 제어 회로(314)는 연소 상태 판정 제어를 수행하는 데, 이에 대해서는 후술하겠다. 연소 상태 판정 제어에 있어서, IGBT(312)가 1차 코일(311A)에 흐르는 1차 전류(L1)의 도통을 차단하고 나서 사전 설정된 기간 동안, 후술한 산출 방법에 의해 산출된 방전 스파크의 에너지 밀도(D)가 사전 설정된 값(Th)보다 크면 적분 프로세스가 수행된다. 적분 프로세스에 있어서, 사전 결정된 기간에서 방전 스파크의 에너지와 상호 연관된 파라미터가 적분된다. 이후, 사전 설정된 기간이 경과하면, 적분 프로세스에서 산출된 방전 스파크의 에너지와 상호 연관된 파라미터의 적분 값에 기초하여, 후술할, 가연성 공기-연료 혼합물에 대한 연소 상태 판정 프로세스가 수행된다.
본 실시 예에 따르면, 방전 스파크의 에너지 밀도(D)는 방전 스파크의 단위 길이당 방전 에너지(E)로 정의된다. 따라서, 방전 스파크의 에너지 밀도(D)는 방전 에너지(E)를 방전 경로 길이(L)로 나눔으로써, 수학식 (1)에 나타낸 바와 같이 산출된다.
Figure pat00001
여기서, 방전 경로 길이(L)는 방전 스파크의 길이이다.
방전 에너지(E)는 이미 잘 알려진 바와 같이(수학식 (2) 참조) 2차 전류(I2)와 2차 전압(V2)의 승산으로부터 결정될 수 있다.
Figure pat00002
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 방전 경로 길이(L)와 관련하여, 2차 전압(V2)과 방전 경로 길이(L) 간의 관계가 자연 로그에 의해 정확하게 근사화될 수 있음을 알게 되었다. 따라서, 수학식 (3)에 나타낸 바와 같이, 방전 경로 길이(L)는 2차 전압(V2)의 절대 값의 자연 로그 값에 기초하여 산출된다.
Figure pat00003
여기서, a 및 b는 2차 전압(V2)과 방전 경로 길이(L)의 관계를 적절하게 규정한 상수이다.
검출된 2차 전류(I2) 및 2차 전압(V2)으로부터 방전 에너지(E) 및 방전 경로 길이(L)가 순차적으로 산출된다. 방전 스파크의 에너지 밀도(D)는 산출된 방전 에너지(E) 및 방전 경로 길이(L)에 기초하여 순차적으로 산출된다.
본 실시 예에 따르면, 방전 경로 길이(L)는 방전 스파크의 에너지와 상호 연관된 파라미터로 설정된다. 이 경우의 연소 상태 판정 제어를 도 4를 참조하여 설명하겠다.
도 4는 IGBT(312)가 1차 코일(311A)로 흐르는 1차 전류(I1)의 도통을 차단함으로써 스파크 플러그(19)에 의해 발생되는 방전 스파크에 후속한, 방전 스파크의 방전 경로 길이(L) 및 에너지 밀도(D) 의 시간에 따른 변화를 도시한다
IGBT(312)가 1차 코일(311A)에 흐르는 1차 전류(I1)의 도통을 차단한 후 사전 설정된 기간(시각 t1 내지 t3 참조)동안에는, 방전 스파크의 밀도(D)가 사전 설정된 값(Th)미만으로 될 때까지(시각 t2 참조) 사전 설정된 기간 동안 산출된 방전 스파크의 방전 경로 길이(L)가 적산된다. 수학식 (4)에 나타낸 바와 같이, 에너지 밀도(D)가 사전 설정된 값(Th)보다 큰 방전 스파크의 방전 경로 길이(L)에 대한 적분 식은 에너지 밀도(D)로부터 사전 설정된 값(Th)을 감산하여 획득한 값의 스텝 함수(u)와 방전 경로 길이(L)의 승산의 적분에 의해 결정된다.
Figure pat00004
연소 상태 판정 프로세스는 사전 설정된 기간의 경과 후에 수행된다. 구체적으로, 적분 프로세스에서 산출된 방전 경로 길이(L)의 적분 값(이하, 큰 에너지 밀도를 갖는 방전 경로 길이(L)의 적분 값이라 함)이 제 1 임계 값(즉, 제 1 판정 임계 값에 대응하는 사전 설정된 판정 임계 값) 미만인지 여부에 관한 판정이 이루어진다. 방전 경로 길이(L)의 적분 값과 관련하여, 방전 스파크의 에너지 밀도(D)가 사전 설정된 값(Th)을 초과하면, 사전 설정된 기간에 있어서의 방전 스파크의 방전 경로 길이(L)가 적분된다.
적분된 큰 에너지 밀도를 갖는 방전 경로 길이(L)의 적분 값이 제 1 임계 값 미만이 아닌 것으로 판정되면, 방전 스파크는 가연성 공기-연료 혼합물의 연소에 충분히 기여하는 것으로 판정된다. 따라서, 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태가 양호한 것으로 판정되고, 방전 제어가 종료된다. 한편, 적분된 큰 에너지 밀도를 갖는 방전 경로 길이(L)의 적분 값이 제 1 임계 값 미만인 것으로 판정되면, 방전 스파크는 가연성 공기-연료 혼합물의 연소에 충분히 기여하지 못하는 것으로 판정된다. 가연성 공기-연료의 연소 상태는 양호하지 않은 것으로 판정되고, 재방전 제어가 수행된다.
재방전 제어에 있어서, 먼저, 구동 신호(IG)가 IGBT(312)의 게이트 단자에 다시 출력되어, 스파크 플러그(19)에 의한 방전 스파크의 발생을 종료시킨다. 그 결과, 전원 공급 유닛(313)으로부터 1차 코일(311A)로 에너지가 공급된다. 이후, 사전 설정된 제 2 기간 경과 후에, 점화 제어 회로(314)는 IGBT(312)의 게이트 단자로의 구동 신호(IG)의 출력을 중단하고, 스파크 플러그(19)가 재방전을 수행할 수 있게 한다. 사전 설정된 제 2 기간은 사전 설정된 제 1 기간보다 짧게 설정된다. 그 이유는, 스파크 플러그(19)에 의한 방전 스파크의 발생이 종료될 경우에도 1차 코일(311A)에 전력이 축적되는 것으로 추정되기 때문이다. 따라서, 스파크 플러그(19)가 재방전을 수행하는 데 필요한 전력의 축적에 요구되는 시간은 짧을 것으로 예상된다.
본 실시 예에 따르면, 재방전 제어가 수행되는 경우에도 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태 판정이 수행된다. 재방전 제어가 수행됨에 따라, 스파크 플러그(19)에 의해 다시 발생된 방전 스파크는 지금까지 스파크 플러그(19)에 의해 발생된 방전 스파크에 의해 가열되었던 가연성 공기-연료 혼합물을 계속해서 가열한다. 따라서, 단일 연소 사이클 중에 지금까지 산출된 방전 경로 길이(L)의 적분 값에는, 재방전이 수행되는 사전 설정된 기간동안 산출된 큰 에너지 밀도를 갖는 방전 경로 길이(L)의 적분 값이 가산된다.
결과로서 산출된 합산 값이 제 1 임계 값 미만이면, 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태는 여전히 양호하지 않은 것으로 추정된다. 따라서, 재방전 제어가 수행된다. 한편, 합산 값이 제 1 임계 값 미만이 아니라면, 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태가 양호한 것으로 추정된다. 따라서, 방전 발생 제어가 다시 수행되지 않는다.
이와 같은 제어를 수행함으로써, 적분 값이 제 1 임계 값을 초과하도록 하는 제어가 수행될 수 있다. 또한, 가연성 공기-연료 혼합물의 양호한 연소 상태를 달성하기 위해 방전 발생 제어가 수행되는 횟수가 최소로 유지될 수 있다.
여기서, 연소실(11b) 내부의 공기 연료비가 희박 측(lean side)으로 편중됨에 따라 가연성 공기-연료 혼합물의 연소가 더욱 어려워지게 된다. 결과적으로, 가연성 공기-연료 혼합물의 양호한 연소를 가능하게 하기 위해, 에너지 밀도(D)가 사전 설정된 값(Th)보다 큰 방전 스파크를 보다 긴 시간에 걸쳐 발생시킬 필요가 있다. 따라서, 점화 제어 회로(314)는, 공기 연료비가 커질수록(희박 측으로 편중됨에 따라) 제 1 임계 값을 보다 큰 값으로 설정한다.
또한, 본 실시 예에 따른 EGR 통로(23)를 구비한 엔진(11)에 있어서, 연소실(11b) 내의 EGR 가스의 비율이 증가하기 때문에, EGR 율이 증가함에 따라 가연성 공기-연료 혼합물의 연소가 더욱 어려워지게 된다. 다량의 EGR 가스가 존재하는 경우, 가연성 공기-연료 혼합물의 양호한 연소를 가능하도록 하기 위해 에너지 밀도(D)가 사전 설정된 값(Th)보다 큰 방전 스파크가 보다 긴 시간에 걸쳐 발생될 필요가 있다. 따라서, 점화 제어 회로(314)는 EGR 율이 증가함에 따라 제 1 임계 값을 보다 큰 값으로 설정한다.
1차 전류(I1)가 차단되어 스파크 플러그(19)가 방전 스파크를 발생시키면, 전압 검출 경로(L3)에 인가된 2차 전압(V2) 및 전압 검출 경로(L1)에 흐르는 2차 전류(I2)에 노이즈가 발생될 것으로 추정된다. 노이즈가 발생되는 기간 동안에는, 상술한 연소 상태 판정 제어는 수행되지 않는 것이 바람직한데, 이는 산출된 방전 에너지(E) 및 방전 스파크의 방전 경로 길이(L)가 오차를 포함한다고 여겨지기 때문이다.
상술한 바를 고려하여, 본 실시 예에 따르면, 사전 설정된 마스크 기간이 설정된다. 마스크 기간의 시작점은 IGBT(312)가 1차 코일(311A)에 흐르는 1차 전류(I1)의 도통을 차단한 직후이다. 큰 에너지 밀도를 갖는 방전 경로 길이(L)가 적분되는 상술한 사전 설정된 기간은 마스크 기간을 제외하도록 설정된다.
또한, 스파크 플러그(19)가 방전 스파크를 발생시키는 기간이 길면, 방전 스파크는 연소실(11b) 내의 기류의 결과로서 U자형으로 연장된다. 이때, 서로 마주하는 스파크 방전들 사이의 거리가 짧은 구간이 존재하면, 방전 단락이 발생할 수 있다. 방전 단락에 있어서, 스파크 방전들은 이 구간에서 결합하고, 이 구간을 벗어난 방전 스파크들의 연장된 부분은 사라진다. 방전 단락이 발생하는 경우에도, 또한, 2차 전압(V2) 및 2차 전류(I2)에 노이즈가 발생된다.
따라서, 큰 에너지 밀도를 갖는 방전 경로 길이(L)가 적분되는 상술한 사전 설정된 기간은, 스파크 플러그(19)에 의해 발생된 방전 스파크의 단락 확률이 증가하는 기간과 겹치지 않도록 설정된다.
본 실시 예에 따르면, 점화 제어 회로(314)는 도 5에 도시되고, 이하에서 설명할 연소 상태 판정 제어를 수행한다. 점화 제어 회로(314)는, 스파크 플러그(19)가 방전을 수행하는 방전 기간 중에, 사전 설정된 사이클로 도 5에 도시된 연소 상태 제어 판정을 반복적으로 수행한다. 방전 기간은, IGBT(312)가 1차 코일(311A)로 흐르는 1차 전류(I1)의 도통을 차단할 때, 시작한다.
우선, S100단계에서, 점화 제어 회로(314)는 현재 시간이 마스크 기간 내에 있는 지 여부를 판정한다. 현재 시간이 마스크 기간 내에 있다고 판정되면(S100단계에서 아니오), 점화 제어 회로(314)는 S110 단계로 진행한다.
S110 단계에서, 점화 제어 회로(314)는 전압 검출 경로(L3)에 인가된 2차 전압(V2)을 검출한다. S120 단계에서, 점화 제어 회로(314)는 전류 검출 경로(L1)로 흐르는 2차 전류(I2)를 검출한다.
S130 단계에서, 점화 제어 회로(314)는 S110 단계 및 S120 단계에서 검출된 2차 전압(V2)과 2차 전류(I2)의 승산인 방전 에너지(E)를 산출한다. S140 단계에서, 점화 제어 회로(314)는 2차 전압(V2)의 절대값의 자연 로그 값에 기초하여 방전 경로 길이(L2)를 산출한다. S150 단계에서, 점화 제어 회로(314)는 방전 에너지(E)를 방전 경로 길이(L)로 제산함에 의해 방전 스파크의 에너지 밀도(D)를 산출한다.
S160 단계에서, 점화 제어 회로(314)는 S150 단계에서 산출된 방전 스파크의 에너지 밀도(D)가 사전 설정된 값(Th)을 초과하는 지 여부를 판정한다. 방전 스파크의 에너지 밀도(D)가 사전 설정된 값(Th)을 초과하지 않는다고 판정한 경우(S160 단계에서 NO), 점화 제어 회로(314)는 이하에서 설명하는 S180 단계로 진행한다. 방전 스파크의 에너지 밀도(D)가 사전 설정된 값(Th)을 초과한다고 판정한 경우(S160 단계에서 YES), 점화 제어 회로(314)는 S170단계로 진행한다. S170 단계에서, 점화 제어 회로(314)는 S140 단계에서 산출된 방전 경로 길이(L)를 적분한다.
S180 단계에서, 점화 제어 회로(314)는 방전 경로 길이(L)가 적분되는 사전 설정된 기간을 경과하였는지 여부를 판정한다. 사전 설정된 기간이 경과되었다고 판정되면(S180 단계에서 예), 점화 제어 회로(314)는 S190 단계로 진행한다. S190 단계에서, 점화 제어 회로(314)는 공기 연료비 센서(40)에 의해 검출된 공기 연료비와, EGR 제어 밸브(24)의 개방 정도에 기초하여 산출된 EGR 율에 기반하여, 제 1 임계 값을 설정한다. S200 단계에서, 점화 제어 회로(314)는 S170 단계에서 적분된 방전 경로 길이(L)의 적분 값이 제 1 임계 값 미만인지 여부를 판정한다.
방전 경로 길이(L)의 적분 값이 제 1 임계 값 미만이 아닌 것으로 판정되면(S200 단계에서 아니오), 점화 제어 회로(314)는 S210단계로 진행한다. 점화 제어 회로(314)는 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태가 양호하다고 판정하고 본 제어를 종료한다. 방전 경로 길이(L)의 적분 값이 제 1 임계 값 미만이라고 판정되면(S200 단계에서 예), 점화 제어 회로(314)는 S220 단계로 진행한다. 점화 제어 회로(314)는 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태가 양호하지 않다고 판정하고 S230 단계로 진행한다. S230 단계에서, 점화 제어 회로(314)는 재방전 제어를 수행하고 S100 단계로 되돌아간다.
현재 시간이 마스크 기간 내에 있다고 판정되면(S100 단계에서 예), 또는 사전 설정된 기간이 경과하지 않았다고 판정되면(S180 단계에서 아니오), 점화 제어 회로(314)는 S100 단계로 되돌아간다.
재방전 제어 중에 수행된 연소 상태 판정 제어에 대해 연소 상태 판정 제어의 일부가 변경된다. 구체적으로, S170 단계에서 적분된 방전 경로 길이(L)의 적분 값 및 단일 연소 사이클 동안 지금까지 산출된 방전 경로 길이(L)의 적분 값의 합산 값이 제 1 임계 값 미만인지에 대한 판정이 이루어지도록 S200 단계의 판정과정이 변경된다. 다른 단계들은 초기 방전 동안 수행된 연소 상태 판정 제어의 단계들과 동일하다.
S130 단계의 처리는 방전 에너지 산출 유닛에 의해 실행되는 처리에 대응한다. S140 단계의 처리는 방전 경로 길이 산출 유닛에 의해 수행되는 처리에 대응한다. S140 단계의 처리는 파라미터 산출 유닛에 의해 실행되는 처리에 대응한다. S150 단계의 처리는 에너지 밀도 산출 유닛에 의해 실행되는 처리에 대응한다. S160 단계 및 S170 단계의 처리는, 적분 값 산출 유닛에 의해 실행되는 처리에 대응한다.
다음으로, 본 실시 예에 따른 연소 상태 판정 제어의 일면을 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6에서, "IG"는 IGBT(312)의 게이트 단자로의 구동 신호(IG)가 하이/로우로 출력되는 지의 여부를 나타낸다. "I1"은 1차 코일(311A)에 흐르는 1차 전류(I1)의 값을 나타낸다. "V1"은 1차 코일(311A)에 인가된 1차 전압(V1)의 값을 나타낸다. "V2"는 스파크 플러그(19)에 인가된 2차 전압(V2)을 나타낸다. "I2"는 스파크 플러그(19)에 흐르는 2차 전류(I2)의 값을 나타낸다.
전자 제어 유닛(32)으로부터 점화 신호(IGt)를 수신한 점화 제어 회로(314)는 IGBT(312)의 게이트 단자에 구동 신호(IG)를 전송한다(시각 t10 참조). 그 결과, IGBT(312)가 닫히고, 1차 코일(311A)에 1차 전류(I1)가 흐른다. 그리고, 전자 제어 유닛(32)은 사전 설정된 제 1 기간 경과 후에, 점화 제어 회로(314)로의 점화 신호(IGt)의 출력을 중지시킨다. 동시에, IGBT(312)가 개방된다. 1차 코일(311A)로 흐르는 1차 전류(I1)의 도통이 차단된다. 2차 전압(V2)이 2차 코일(311B)에 유도된다. 스파크 플러그(19)의 스파크 갭 부분에서의 가스의 브레이크 다운이 발생하고, 스파크 플러그(19)가 방전 스파크를 발생시킨다.
스파크 플러그(19)가 방전 스파크를 발생시킨 후(1차 코일(311A)로 흐르는 1차 전류(I1)의 도통이 차단된 후) 사전 설정된 마스크 기간(시간 t11 내지 t12 참조)이 경과할 때까지, 스파크 플러그(19)에 의해 발생된 방전 스파크의 에너지 밀도(D)는 산출되지 않는다. 사전 설정된 마스크 기간이 후에 설정된 사전 설정된 기간(시각 t12 내지 t13 참조)동안, 검출된 2차 전압(V2) 및 2차 전류(I2)에 기초하여 스파크 플러그(19)에 의해 발생된 방전 스파크의 에너지 밀도(D)가 산출된다. 산출된 에너지 밀도(D)가 사전 설정된 값(Th)을 초과하면, 사전 설정된 기간에 있어서의 방전 스파크의 방전 경로 길이(L)가 적분된다.
사전 설정된 기간 경과 후(시각 t13 참조), 사전 설정된 기간동안 적분된 큰 에너지 밀도를 갖는 방전 경로 길이(L)의 적분 값이 제 1 임계 값 미만인지 여부에 관한 판정이 이루어진다. 사전 설정된 기간 동안 적분된 큰 에너지 밀도를 갖는 방전 경로 길이(L)의 적분 값이 제 1 임계 값 미만인 것으로 판정되면, 점화 제어 회로(314)는 다시 IGBT(312)의 게이트 단자로 구동 신호(IG)를 송신한다(시각 t14참조). 후속적으로, 사전 설정된 제 2 기간이 경과하면, IGBT(312)의 게이트 단자로의 구동 신호(IG)의 출력이 중단된다(시각 t14~t15 참조). 그 결과, 스파크 플러그(19)는 방전 스파크를 다시 발생시킨다.
초기 방전 시와 유사한 방식으로, 사전 설정된 마스크 기간이 제공된다. 스파크 플러그(19)가 방전 스파크를 발생시킨 후 사전 설정된 마스크 기간(시각 t15~16 참조)이 경과될 때까지, 스파크 플러그(19)가 발생시키는 방전 스파크의 에너지 밀도(D)는 산출되지 않는다. 사전 설정된 마스크 기간 이후의 사전 설정된 기간 동안, 산출된 에너지 밀도(D)가 사전 설정된 값(Th)을 초과하면, 사전 설정된 기간에 있어서의 방전 스파크의 방전 경로 길이(L)가 적분된다(시각 t16 내지 t17 참조).
사전 설정된 기간 경과 후에(시각 t17 참조), 사전 설정된 기간 동안 적산된 큰 에너지 밀도를 가진 방전 경로 길이(L)의 적분 값과, 단일 연소 사이클 동안 지금까지 적분된 큰 에너지 밀도를 가진 방전 경로 길이(L)의 적분 값의 합산 값이 제 1 임계 값보다 작은 지에 관한 판정이 이루어진다. 합산 값이 제 1 임계 값 미만이 아닌 것으로 판정되면, 재방전 제어가 수행되지 않고 방전 제어가 즉시 종료된다.
시 구간 t13 내지 t14 동안, 1차 전압(V1), 2차 전압(V2) 및 2차 전류(I2)에 상당한 변동이 발생한다. 그 이유는 스마트 플러그(19)에 의해 발생된 방전 스파크의 단락이 발생했기 때문으로 여겨진다. 이와 같이, 방전 단락이 발생하면, 1차 전압(V1), 2차 전압(V2) 및 2차 전류(I2)에 상당한 변동이 발생한다. 따라서, 사전 설정된 기간의 종료는 방전 단락의 발생 가능성이 높아지기 전이 되도록 설정되는 것이 바람직하다.
본 실시 예에 따르면, 상술한 구성에 의해 다음과 같은 효과가 작성된다.
재방전 제어는 사전 설정된 기간동안 산출된 적분 값이 제 1 임계 값의 미만인 경우에, 수행된다. 결과적으로, 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태가 양호하게 될 수 있다.
도 7, 도 8a 및 도 8b는 재 방전 제어가 수행된 결과로서 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태가 실질적으로 개선되는 것을 보여준다.
도 7에서, 연소실(11b)에서의 공기 연료비가 희박 측으로 편중됨에 따라 발생하는 엔진(11)의 토크 변동율의 변화량과 관련하여, 본 실시 예에 따라, 스파크 플러그(19)가 방전 스파크를 1회만 발생할 때 획득된 데이터와, 스파크 플러그(19)가 방전 스파크를 2회 발생할 때 획득된 데이터가 비교된다. 도 7은 스파크 플러그(19)가 방전 스파크를 1회만 발생할 때 획득된 공기 연료비의 증가에 따라(공기연료비가 희박 쪽을 향해 편중됨에 따라), 토크 변동율이 증가함을 명확하게 나타난다.
즉, 상기 데이터는 공기연료비가 증가함에 따라 엔진(11)에 있어서의 실화의 빈도가 증가함을 시사한다. 한편, 본 실시 예에 따라, 스파크 플러그(19)가 방전 스파크를 2회 발생시키는 경우에는, 스파크 플러그(19)가 1회만 방전 스파크를 발생시키는 경우에 비해, 공기 연료비가 증가할 때의 토크 변동율의 변화가 감소될 수 있다. 따라서, 상기 데이터는, 본 실시 예에 따라, 2회 방전 스파크를 발생시키는 스파크 플러그(19)가 엔진(11)에 있어서의 실화 빈도를 보다 감소시킬 수 있음을 시사한다.
도 8a는 연소실(11b) 내의 공기 연료비가 리치(rich) 측으로 편중(shift)하는 환경에서, 본 실시 예에 따라, 스파크 플러그(19)가 방전 스파크를 1회만 발생시킬 때 획득한 데이터와 스파크 플러그(19)가 방전 스파크를 2회 발생시킬 때 획득한 데이터를 비교한다.
도 8b는 연소실(11b) 내의 공기 연료비가 도 8a보다 희박 측을 향해 더욱 시프트하는 환경에서, 본 실시 예에 따라, 스파크 플러그(19)가 방전 스파크를 1회만 발생시킬 때 획득한 데이터와 스파크 플러그(19)가 방전 스파크를 2회 발생시킬 때 획득한 데이터를 비교한다.
도 8a 및 도 8b 각각의 도면에서 세로 축의 값은 점화 시점으로부터 가연성 공기-연료 혼합물의 질량 중 2%가 연소하기 전에 통과한 크랭크 각도(SA-2% CA로도 지칭됨)의 값을 나타낸다. 따라서, 크랭크 각도의 값이 증가함에 따라, 가연성 공기-연료 혼합물의 연소까지의 시간이 증가한다. 가연성 공기-연료 혼합물은 방전 기간 내에 더 이상 연소될 수 없으며, 실화의 가능성이 높아진다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 연소실(11b)에 있어서의 공기-연료 혼합물이 리치 측으로 편중하는 환경에서, 스파크 플러그(19)가 방전 스파크를 1회만 발생시켜도, 가연성 공기-연료 혼합물은, 본 실시 예에 따라, 점화 플러그(19)가 방전 스파크를 2회 발생시킬 때와 동일한 시간 내에 연소될 수 있다.
그러나, 도 8b에 도시된 바와 같이, 연소실(11b) 내의 공기 연료비가 희박 측에 편중된 환경에서, 스파크 플러그(19)가 방전 스파크를 1회 발생시키는 경우에는, 특히 큰 에너지 밀도를 갖는 방전 경로 길이(L)의 적분 값이 작은 방전 스파크인 경우, 가연성 공기-연료 혼합물이 연소할 때까지 많은 시간이 요구되는 경향이 있다.
즉, 스파크 플러그(19)가 방전 스파크를 1회만 발생시키는 경우에도, 큰 에너지 밀도를 갖는 방전 경로 길이(L)의 적분 값이 크면, 가연성 공기-연료 혼합물이 양호하게 연소될 수 있다. 역으로, 큰 에너지 밀도를 갖는 방전 경로 길이(L)의 적분 값이 작으면, 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태가 양호하지 않는 경향이 있음을 데이터는 시사한다.
한편, 연소실(11b)에 있어서의 공기 연료비가 희박 측에 편중된 환경에서, 본 실시 예에 따라, 스파크 플러그(19)가 2회 방전 스파크를 발생시키면, 큰 에너지 밀도를 갖는 방전 경로 길이(L)의 적분 값은, 방전 스파크를 1회 발생시킬 때에 비해, 증가될 수 있다. 따라서, 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태는 방전 기간 내에 양호하게 될 수 있다. 결과적으로, 현재의 연소 상태 판정 제어가 수행되어 큰 에너지 밀도를 갖는 방전 경로 길이(L)의 적분 값이 제 1 임계 값보다 작을 때 재방전 제어가 수행된 결과, 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태가 개선될 수 있다.
또한, 사전 설정된 기간동안 산출된 큰 에너지 밀도를 갖는 방전 경로 길이(L)의 적분 값이 제 1 임계 값 미만이 아니면, 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태는 양호한 것으로 추정될 수 있다. 따라서, 재방전 제어가 수행되지 않아 스파크 플러그가(19)가 불필요하게 에너지를 소비하는 것을 방지할 수 있다.
에너지 밀도(D)가 사전 설정된 값(Th)보다 큰 방전 스파크는 가연성 공기-연료 혼합물의 연소에 기여하는 것으로 여겨진다. 그러나, 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태는 방전 스파크를 향하는 가연성 공기-연료 혼합물의 총 면적(방전 스파크로부터 열을 공급받는 가연성 공기-연료 혼합물의 총량)에 기초하여 달라진다(예를 들어, 제공되는 열이 증가함에 따라 연소가 촉진된다). 따라서, 큰 에너지 밀도를 갖는 방전 경로 길이(L)의 적분 값을 산출한 결과, 방전 스파크를 향하는 가연성 공기-연료 혼합물의 총 면적이 파악될 수 있다. 또한, 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태가 추정될 수 있다.
수학식 (3)에 나타낸 바와 같이, 방전 경로 길이(L)는 2차 전압(V2)의 절대 값의 자연 로그 값에 기초하여 산출된다. 결과적으로, 방전 경로 길이(L)와 2차 전압(V2) 사이의 관계를 미리 규정한 맵을 준비할 필요가 없다. 방전 경로 길이(L)는 계산식에 의해 산출될 수 있다.
제 1 임계 값은, 가연성 공기-연료 혼합물의 공기연료비가 증가함에 따라, 보다 큰 값으로 설정된다. 그 결과, 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태가 보다 정확하게 추정될 수 있다.
제 1 임계 값은 EGR 가스량이 증가함에 따라 더 크게 설정된다. 결과적으로, 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태가 보다 정확하게 추정될 수 있다.
사전 설정된 기간은, IGBT(312)가 1차 코일(311A)로 흐르는 1차 전류(I1)의 도통을 차단한 직후의 사전 설정된 마스크 기간이 배제되도록 설정된다. 그 결과, 큰 에너지 밀도를 갖는 방전 경로 길이(L)의 적분 값에 포함되는 오차가 감소될 수 있다.
방전 스파크의 에너지 밀도(D)가 동일하면, 방전 스파크의 방전 에너지(E)가 증가하고, 방전 스파크의 표면적은 방전 경로 길이(L)가 증가함에 따라 증가한다. 이와 관련하여, 방전 스파크의 에너지와 상호 연관된 파라미터로서, 방전 경로 길이(L)가 사용되기 때문에, 방전 스파크의 상태는 파라미터에 의해 정확하게 반영될 수 있다. 결론적으로 에너지 밀도(D)가 사전 설정된 값(Th)보다 클 때의 파라미터의 적산과, 적분 값과 제 1 임계 값 간의 비교를 통해, 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태가 높은 정확도로 추정될 수 있다.
본 연소 상태 판정 제어에서는, 방전 스파크의 에너지 밀도(D)에 초점을 둔다. 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태는 에너지 밀도(D)가 사전 설정된 값(Th)보다 큰 상태에서 방전 스파크의 방전 경로 길이(L)의 적분 값에 기초하여 추정된다. 따라서, 연소실(11b)에 있어서의 기류의 유속이 높은 환경에서도, 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태의 추정 오차가 억제될 수 있다.
또한, 상술한 실시 예는 다음과 같이 변형될 수 있다. 상술한 실시 예에 따르면, 전압 검출 경로(L3)에 인가된 2차 전압(V2)이 검출된다. 방전 에너지 및 방전 경로 길이(L)는 검출된 2차 전압(V2)을 사용하여 산출된다. 여기서, 2차 전압(V2)과 1차 전압(V1)은 부호가 반대이고 크기가 다르다. 그러나, 도 9에 도시된 바와 같이, 1차 전압(V1)의 변화 양상은 2차 전압(V2)의 변화 양상과 유사한 경향이 있기 때문에, 2차 전압(V2) 대신에 1차 전압(V1)이 사용될 수 있다.
구체적으로, 점화 회로 유닛(31)은 전압 검출 경로(L3) 대신 1차 코일(311A)에 인가된 1차 전압(V1)을 검출하는 전압 검출 경로를 포함하도록 구성될 수 있다. 방전 에너지 및 방전 경로 길이(L)는 검출된 1차 전압(V1)을 이용하여 산출될 수 있다. 방전 에너지(E)가 산출될 때, 1차 전압(V1)의 절대 값과 2차 전류(I2)의 절대 값의 승산에 기초하여 계산이 수행된다.
상술한 실시 예에 따르면, 수학식 (3)에 나타난 바와 같이, 방전 경로 길이(L)는 2차 전압(V2)의 절대 값의 자연 로그 값에 기초하여 산출된다. 그러나, 사전에 2차 전압(V2)과 방전 경로 길이(L)의 관계를 규정한 맵이 제공될 수 있다. 방전 경로 길이(L)는 검출된 2차 전압(V2)에 기초하여, 맵을 참조하여 추정될 수 있다.
상술한 실시 예에 따르면, 점화 제어 회로(314)는 제 1 임계 값을 설정한다. 그러나, 점화 제어 회로(314)는 제 1 임계 값을 설정할 필요가 없다. 예를 들어, 전자 제어 유닛(32)은 제 1 임계 값을 설정할 수 있다.
상술한 실시 예에 따르면, 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태가 양호한 지의 여부를 판정하기 위한 임계 값으로 작용하는 제 1 임계 값은 공기연료비가 증가하거나(린 측으로 시프트하면서) EGR 율이 증가함에 따라 보다 큰 값으로 설정된다. 그러나, 제 1 임계 값은 고정된 값일 수도 있다.
상술한 실시 예에 따르면, 현재의 연소 상태 판정 제어는 재충전 제어가 수행되는 경우에도 수행된다. 그러나, 재방전 제어가 수행될 때, 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태가 개선되었을 것으로 간주될 수 있고, 현재의 연소 상태 판정 제어는 수행되지 않을 수 있다. 이 경우, 연소 상태 판정 제어의 실행 빈도가 감소될 수 있다. 점화 제어 회로(314)상의 부하가 감소될 수 있다.
상술한 실시 예에 따르면, IGBT(312)가 1차 코일(311A)로 흐르는 1차 전류(I1)의 도통을 차단한 직후를 시작점이 되도록 사전 설정된 마스크 기간이 설정된다. 그러나, 마스크 기간은 설정되지 않을 수 있다. IGBT(312)가 1차 코일(311A)로 흐르는 1차 전류(I1)의 도통을 차단한 직후에 사전 설정된 기간이 설정될 수도 있다.
상술한 실시 예에 따르면, 방전 스파크의 에너지와 상호 연관된 파라미터로서 방전 경로 길이(L)가 설정된다. 그러나, 방전 스파크의 에너지와 상호 연관된 파라미터로서 방전 에너지(E)가 설정될 수 있다.
도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 큰 에너지 밀도를 가진 방전 스파크의 방전 에너지(E)의 적분 값과 크랭크 각도(SA-2% CA)의 값 사이의 관계는 도 8a 및 도 8b에 도시된 대형 에너지 밀도를 갖는 방전 경로 길이(L)의 적분 값과 크랭크 각도(SA-2% CA)의 관계와 실질적으로 매칭된다.
따라서, 방전 스파크의 에너지와 상호 연관된 파라미터로서 방전 에너지(E)가 사용되는 경우에도, 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태가 높은 정확도로 추정될 수 있다. 도 10b는 연소실(11b) 내의 공기 연료비가 도 10a보다 희박 측에 편중된 환경에서 획득된 데이터를 도시한다.
상술한 실시 예에 따른 점화 회로 유닛(31)은, 균일한 희박연소(lean burn)가 수행될 때, 흡기 포트(13) 근처에 설치된 기류 제어 밸브(27)에 의해 연소실(11b) 내의 선회 흐름 또는 텀블 흐름과 같은 기류가 발생되는 엔진(11)에 장착된다. 그러나, 상술한 실시 예에 따른 점화 회로 유닛(31)이, 기류 제어 밸브(27)를 구비한 엔진에 반드시 장착되어야만 하는 것은 아니다.
<다른 예>
상술한 실시 예에 따르면, 수학식 (4)에서의 스텝 함수(u)의 내용은 에너지 밀도(D)와 사전 설정된 값(Th)간의 차로써 표현된다. 방전 스파크의 에너지 밀도(D)가 사전 설정된 값(Th)보다 더 큰 지의 여부가 판정된다. 그러나, 예를 들어, 스텝 함수(u)의 내용은 수학식 (5)에 표시된 바와 같이 변경될 수 있다.
Figure pat00005
구체적으로, 방전 스파크의 현재 방전 에너지(E)로부터 사전 설정된 값(Th)과 방전 경로 길이(L)의 승산 값을 감산될 수도 있다. 사전 설정된 값(Th)과 방전 경로 길이(L)의 승산 값의 결과로서, 사전 설정된 값(Th)이 되는 단위 길이당 에너지 밀도(D) 및 방전 경로 길이(L)를 가진, 방전 스파크의 방전에너지(E)가 판정된다. 따라서, 에너지 밀도(D)가 사전 설정된 값(Th)보다 큰 값을 가지는 지의 여부는 방전 스파크의 현재 방전 에너지(E)로부터, 사전 설정된 값(Th)과 방전 결로 길이(L)의 승산 값을 감산함에 의해 판정될 수 있다.
상술한 실시 예 및 다른 예에 따르면, 방전 경로 길이(L)는 수학식 (4) 또는 수학식 (5)에 기초하여 산출된다. 그러나, 방전 경로 길이(L)가 반드시 수학식(4) 또는 수학식 (5)에 기초하여 계산될 필요는 없다. 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 스파크 플러그(19)에 의해 발생된 방전 스파크의 방전 경로 길이(L)는 사전 설정된 기간동안 사전 설정된 제 3 시간(예를 들어, 0.02ms)이 경과할 때마다 산출될 수 있다. 사전 설정된 제 3 시간이 경과할 때마다 산출된 방전 경로 길이들(L) 모두는 사전 설정된 기간의 경과 후에 가산될 수 있다. 이에 따라, 방전 경로 길이(L)의 적분 값이 산출될 수 있다. 도 11에 도시된 그래프에서, 적어도 사전 설정된 기간 동안의 방전 스파크는 항상 에너지 밀도(D)가 제 1 임계 값보다 높은 상태에 있는 것으로 추정된다.
스파크 플러그(19)에 의해 발생된 방전 스파크는, 실린더 내의 높은 유속, 또는 스파크 플러그(19)의 전극의 외주부에 부착된 연료의 불완전 연소에 의해 발생된 탄소 및 이러한 탄소와 스파크 플러그(19)의 부착 부재 사이에서 발생하는 섬락 방전으로 인해, 스파크 플러그(19)에 의해 발생된 방전 스파크가 꺼짐에 따라, 사전 설정된 기간이 경과하기 전에 소멸될 수 있다.
이 경우, 가연성 공기-연료 혼합물이 충분히 가열되기 전에 방전이 종료될 것으로 추정되며, 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태가 양호하지 않을 가능성이 높다. 대응책으로서, 전류 검출 경로(L1)로 흐르는 2차 전류(I2)의 절대 값이 사전 설정된 기간 동안 제 2 임계 값 미만이 될 때 즉시 재충전 제어가 수행된다.
도면 12는 도 5의 흐름도의 일부가 변경된 흐름도이다. 즉, S440 단계는 도 5의 S180 단계에 대응하는 S380 단계의 판정 처리에서 NO 판정에 이어지는 단계로서 새롭게 추가된다.
S440 단계에서, 점화 제어 회로(314)는 S120 단계에 대응하는 S320 단계에서 검출된 2차 전류(I2)의 절대 값이 제 2 임계 값 미만인지 여부를 판정한다. 2차 전류(I2)의 절대 값이 제 2 임계 값 미만이 아니라고 판단한 경우(S440 단계에서 아니오), 점화 제어 회로(314)는 S300 단계로 되돌아간다. 2차 전류(I2)의 절대 값이 제 2 임계 값 미만이라고 판정되면(S440단계에서 예), 점화 제어 회로(314)는 S230 단계에 대응하는S430 단계로 진행한다.
다른 단계들과 관련하여, 도 12의 S300, S310, S330, S340, S350, S360, S370, S390, S400, S410 및 S420 단계들에서의 처리는 도 5의 S100, S110, S120, S130, S140, S150, S160, S170, S190, S200, S210 및 S220 단계들에서의 처리와 각각 동일하다.
그 결과, 스파크 플러그(19)에 의해 발생된 방전 스파크가 사전 설정된 기간동안 소멸되어도, 즉시 재충전 제어가 수행됨으로써, 스파크 플러그(19)는 다시 방전 스파크를 발생시킬 수 있다. 또한, 방전 종료와 방전 스파크가 다시 발생되는 간격은 짧아질 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 2회의 방전을 수행할 때의 방전 간격이 짧아짐에 따라, EGR 율이 높은 환경에서도 토크 변동률(도 3에서 변동 계수(VCO)로 나타냄)이 감소될 수 있다. 그 이유는, 초기에 발생된 방전 스파크에 의해 가열된 가연성 공기-연료 혼합물이 재방전 제어에 의한 두번째 생성된 방전 스파크에 의해 재가열되기 때문에, 가연성 공기-연료 혼합물의 연소 상태 및 가연성의 저하가 억제될 수 있는 것으로 생각된다.
본 예시에 있어서, 사전 설정된 기간 동안 전류 검출 경로(L1)로 흐르는 2차 전류(I2)의 절대 값이 제 2 임계 값 미만으로 되면, 재방전 제어가 즉시 수행된다. 그러나, 그 판정은 2차 전류(I2)의 절대 값 대신에 1차 전압(V1)의 절대 값 또는 2차 전압(V2)의 절대 값에 기초하여 이루어질 수 있다. 구체적으로는, 1차 전압(V1)의 절대 값 또는 2차 전압(V2)의 절대 값이 사전 설정된 기간 동안 제로 값을 식별하도록 제공된 제 3 임계 값 미만으로 되면, 재방전 제어가 즉시 수행되는 구성이 가능하다.
본 예시에 있어서, 전류 검출 경로(L1)로 흐르는 2차 전류(I2)의 절대 값이 사전 설정된 기간동안 제 2 임계 값 미만으로 되면, 재방전 제어가 즉시 수행된다. 그러나, 그 판정은 2차 전류(I2)의 절대 값 대신 방전 에너지(E)에 기초하여 수행될 수 있다. 구체적으로는, 방전 에너지(E)가 제 4 임계 값 미만으로 되면 즉시 재방전 제어를 수행하는 구성이 가능하다.
사전 설정된 값(Th)과 제 1 내지 제 4 임계 값 사이의 관계는 다음과 같다.
(ⅰ) 사전 설정된 값(Th)은, 스파크 플러그(19)에 의해 발생된 방전 스파크가 가연성 공기-연료 혼합물의 연소에 기여하는 지의 여부를 판정하기 위한, 임계 값이다.
(ⅱ) 제 1 임계 값은, 방전 경로 길이(L)에 기초하여, 방전 스파크가 가연성 공기-연료 혼합물의 연소에 충분히 기여함으로써 공기-연료 혼합물의 연소 상태가 양호하다고 판정하기 위한 임계 값(즉, 제 1 판정 임계 값에 대응하는 사전 설정된 판정 임계 값)이다.
(ⅲ) 제 2 임계 값은, 2차 전류(I2)의 절대 값에 기초하여, 사전 설정된 기간 동안 스파크 플러그(19)에 의해 발생된 방전 스파크가 소멸되었는 지의 여부를 판정하기 위한 임계 값이다.
(ⅳ) 제 3 임계 값은, 1차 전압(V1)의 절대 값 또는 2차 전압(V2)의 절대 값에 기초하여, 스파크 플러그(19)에 의해 발생된 방전 스파크가 사전 설정된 기간 동안 소멸되었는지의 여부를 판정하기 위한 임계 값이다.
(ⅴ) 제 4 임계 값은, 방전 에너지(E)에 기초하여 스파크 플러그(19)에 의해 발생된 방전 스파크가 사전 설정된 기간 동안 소멸되었는지의 여부를 판정하기 위한 임계 값이다. 이 때, 스파크 플러그(19)에 의해 발생된 방전 스파크가 사전 설정된 기간동안 소멸된 것으로 판정되면, 즉시 재충전 제어가 수행된다.
제 2 내지 제 4 임계 값은 재방전 제어가 즉시 수행될 지의 여부를 판정하기 위한 임계 값인 것으로 간주될 수 있다. 따라서, 제 2 내지 제 4 임계 값은 모두 제 1 판정 임계 값과 상이한 제 2 판정 임계 값에 대응한다.

Claims (11)

  1. 내연 기관의 실린더 내에서 가연성 공기-연료 혼합물을 점화하기 위한 한 쌍의 방전 전극들 사이에 방전 스파크를 발생시키는 스파크 플러그, 1차 코일 및 2차 코일을 포함하고 상기 2차 코일에 의해 상기 스파크 플러그에 2차 전압을 인가하는 점화 코일, 상기 1차 코일에 인가되는 1차 전압 및 상기 스파크 플러그에 인가되는 상기 2차 전압 중 적어도 하나의 전압 값을 검출하는 전압 값 검출 유닛 및 상기 스파크 플러그로 흐르는 2차 전류를 검출하는 2차 전류 검출 유닛을 포함하는 내관기관용 점화 제어 시스템으로서,
    상기 1차 코일로 흐르는 1차 전류 - 상기 1차 전류는 상기 1차 코일로의 도통 후 차단됨 - 에 의해 상기 방전 스파크를 상기 스파크 플러그가 발생시키도록 하는 방전 발생 제어를 단일 연소 사이클 중에 1회 이상 수행하는 1차 전류 제어 유닛;
    상기 전압 값 검출 유닛에 의해 검출된 상기 전압 값에 기초하여 상기 방전 스파크의 에너지와 상호 연관된 파라미터를 연속적으로 산출하는 파라미터 산출 유닛;
    상기 방전 스파크의 단위 길이 당 에너지 밀도인 에너지 밀도를 연속적으로 산출하는 에너지 밀도 산출 유닛 및
    상기 단일 연소 사이클 중에, 상기 1차 전류가 차단된 후의, 사전 설정된 기간 동안, 상기 에너지 밀도 산출 유닛에 의해 산출된 상기 에너지 밀도가 사전 설정된 값을 초과한 경우, 상기 사전 설정된 기간 동안 상기 파라미터 산출 유닛에 의해 산출된 상기 파라미터를 적분함에 의해 적분 값을 산출하는 적분 값 산출 유닛을 포함하되,
    상기 1차 전류 제어 유닛은,
    상기 적분 값 산출 유닛에 의해 산출된 상기 적분 값이 사전 설정된 판정 임계 값 미만인 경우에는 상기 방전 발생 제어를 다시 수행하는,
    점화 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 값 검출 유닛에 의해 검출된 상기 전압 값에 기초하여, 상기 방전 전극들 사이에 형성된 상기 방전 스파크의 길이인 방전 경로 길이를 연속적으로 산출하는 방전 경로 길이 산출 유닛, 및
    상기 전압 값 검출 유닛에 의해 검출된 상기 전압 값의 절대 값과 상기 2차 전류 검출 유닛에 의해 검출된 상기 2차 전류의 절대 값의 승산 값을, 방전 에너지로서, 연속적으로 산출하는 방전 에너지 산출 유닛을 더 구비하되,
    상기 에너지 밀도 산출 유닛은,
    상기 방전 에너지 산출 유닛에 의해 산출된 상기 방전 에너지를 상기 방전 경로 길이 산출 유닛에 의해 산출된 상기 방전 경로 길이로 제산함으로써 상기 에너지 밀도를 연속적으로 산출하는,
    점화 제어 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 방전 경로 길이 산출 유닛은 상기 전압 값 검출 유닛에 의해 검출된 상기 전압 값의 상기 절대 값의 자연 로그 값에 기초하여 상기 방전 경로 길이를 산출하는,
    점화 제어 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가연성 공기-연료 혼합물의 공기연료비가 증가함에 따라 상기 사전 설정된 판정 임계 값은 보다 큰 값으로 설정되는,
    점화 제어 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내연 기관은,
    상기 가연성 공기-연료 혼합물의 연소에 의해 생성된 배기 가스를 다시 상기 실린더로 재순환시키는 배기 가스 재순환 기구를 포함하고,
    상기 배기 가스의 재순환량이 증가함에 따라 상기 사전 설정된 판정 임계 값이 보다 큰 값으로 설정되는,
    점화 제어 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적분 값 산출 유닛은, 상기 1차 전류 제어 유닛이 상기 방전 발생 제어를 다시 수행하는 경우, 상기 사전 설정된 기간 동안 상기 적분 값을 산출하고,
    상기 1차 전류 제어 유닛은, 현재 시점까지 상기 적분 값 산출 유닛에 의해 적분된 상기 적분 값과 현재 산출된 적분 값의 합산 값이 상기 단일 연소 사이클 동안 상기 사전 설정된 판정 임계 값 미만인 경우에, 상기 방전 발생 제어를 다시 수행하는
    점화 제어 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전압 값 검출 유닛에 의해 검출된 상기 전압 값의 절대 값과 상기 2차 전류 검출 유닛에 의해 검출된 상기 2차 전류의 절대 값의 승산 값을, 방전 에너지로서, 연속적으로 산출하는 방전 에너지 산출 유닛을 더 구비하고,
    상기 사전 설정된 판정 임계 값은 제 1 판정 임계 값이며,
    상기 1차 전류 제어 유닛은, 상기 사전 설정된 기간 동안 적어도 하나 이상의 값들이 제 2 판정 임계 값 미만인 경우에, 즉시 상기 방전 발생 제어를 다시 수행하며,
    상기 적어도 하나 이상의 값들은,
    (ⅰ)상기 전압 값 검출 유닛에 의해 검출된 상기 전압 값의 상기 절대 값; (ⅱ)상기 2차 전류 검출 유닛에 의해 검출된 상기 2차 전류의 상기 절대 값; 및 (ⅲ)상기 방전 에너지 산출 유닛에 의해 산출된 상기 방전에너지를 포함하고,
    상기 제 2 판정 임계 값은 상기 제 1 판정 임계 값과 상이한
    점화 제어 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사전 설정된 기간은 상기 1차 전류의 차단 직후의 사전 설정된 마스크 기간이 배제되도록 설정되는
    점화 제어 시스템.
  9. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 파라미터는 상기 방전 경로 길이 산출 유닛에 의해 산출된 상기 방전 길이인
    점화 제어 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내연기관은,
    상기 실린더 내에 기류를 발생시키는 기류 발생 유닛을 포함하고,
    상기 기류 발생 유닛은,
    균일하고 희박한 희박 공기-연료 혼합물이 실린더 내에서 발생되어 균일한 희박연소가 수행되는 경우, 실린더 내에 기류를 발생시키는
    점화 제어 시스템.
  11. 내연 기관의 실린더 내에서 가연성 공기-연료 혼합물을 점화하기 위한 한 쌍의 방전 전극들 사이에 방전 스파크를 발생시키는 스파크 플러그, 1차 코일 및 2차 코일을 포함하고 상기 2차 코일에 의해 상기 스파크 플러그에 2차 전압을 인가하는 점화 코일, 상기 1차 코일에 인가되는 1차 전압 및 상기 스파크 플러그에 인가되는 상기 2차 전압 중 적어도 하나의 전압 값을 검출하는 전압 값 검출 유닛 및 상기 스파크 플러그로 흐르는 2차 전류를 검출하는 2차 전류 검출 유닛을 포함하는 내관기관용 점화 제어 방법으로서,
    상기 1차 코일로 흐르는 1차 전류 - 상기 1차 전류는 상기 1차 코일로의 도통 후 차단됨 - 에 의해 상기 방전 스파크를 상기 스파크 플러그가 발생시키도록 하는 방전 발생 제어를 단일 연소 사이클 중에 1회 이상 수행하는 단계;
    상기 검출된 전압 값에 기초하여 상기 방전 스파크의 에너지와 상호 연관된 파라미터를 연속적으로 산출하는 단계;
    상기 방전 스파크의 단위 길이 당 에너지인 에너지 밀도를 연속적으로 산출하는 단계;
    상기 단일 연소 사이클 중에, 상기 1차 전류가 차단된 후의 사전 설정된 기간 동안 상기 산출된 에너지 밀도가 사전 설정된 값을 초과한 경우에는, 상기 사전 설정된 기간 동안 상기 산출된 파라미터를 적분함에 의해 적분 값을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 적분 값이 사전 설정된 판정 임계 값 미만인 경우에는, 상기 방전 발생 제어를 다시 수행하는 단계를 포함하는
    점화 제어 방법.
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