KR20220122017A - 점화 코일 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

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정동원
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송진오
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현대자동차주식회사
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Abstract

점화 코일 제어 시스템 및 이의 제어 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 점화 코일 제어 시스템은 제1 점화 코일; 제2 점화 코일; 상기 제1 점화 코일 및 상기 제2 점화 코일에서 발생한 방전 전류에 의해 불꽃 방전을 발생시키는 스파크 플러그; 및 엔진 제어 유닛(ECU: engine control unit)으로부터 전송되는 서로 다른 크기의 전압을 갖는 스텝 펄스 신호를 기초로 상기 제1 점화 코일 및 상기 제2 점화 코일의 방전 전류의 크기와 듀레이션을 조절하여 상기 전극의 불꽃 방전을 제어하는 점화 제어기를 포함할 수 있다.

Description

점화 코일 제어 시스템 및 방법 {SYSTEM OF IGNITION COIL AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 점화 코일 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 두 개의 점화 코일을 통해 스파크 플러그의 전극에 전류를 공급하는 점화 코일 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
가솔린 차량은 공기와 연료가 혼합된 혼합기가 스파크 플러그에서 발생하는 불꽃에 의해 점화되어 연소가 이루어진다. 즉, 압축 행정시에 연소실 내부로 분사된 혼합기는 스파크 플러그의 방전 현상에 의해 점화되고, 고온 고압의 팽창 과정을 거치면서 차량의 주행에 필요한 에너지가 발생한다.
가솔린 차량에 구비되는 스파크 플러그는 점화 코일(ignition coil)에서 발생한 고전압의 전류에 의한 불꽃 방전에 의해 압축된 혼합기를 점화시키는 역할을 수행한다.
종래의 가솔린 차량에 장착되는 스파크 플러그는 점화 코일에서 유도된 고전압의 전류에 의해 한 쌍의 전극(중심 전극과 접지 전극) 사이에서 불꽃 방전이 발생하는데, 엔진의 운전 조건에 따른 스파크 플러그의 점화 시기 및/또는 방전 기간을 조절하는데 어려움이 존재하였다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 한 쌍의 전극 사이에서 발생하는 불꽃 방전의 점화 시기 및 방전 기간을 다양하게 조절할 수 있는 점화 코일 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 점화 코일 제어 시스템은 제1 점화 코일; 제2 점화 코일; 상기 제1 점화 코일 및 상기 제2 점화 코일에서 발생한 방전 전류에 의해 불꽃 방전을 발생시키는 스파크 플러그; 및 엔진 제어 유닛(ECU: engine control unit)으로부터 전송되는 서로 다른 크기의 전압을 갖는 스텝 펄스 신호를 기초로 상기 제1 점화 코일 및 상기 제2 점화 코일의 방전 전류의 크기와 듀레이션을 조절하여 상기 전극의 불꽃 방전을 제어하는 점화 제어기를 포함할 수 있다.
상기 점화 제어기는 상기 스텝 펄스 신호의 온 시점으로부터 상기 스텝 펄스 신호의 크기가 변경되는 시점까지 상기 제1 점화 코일을 충전한 후 방전하고, 상기 스텝 펄스 신호의 온 시점으로부터 제1 지연 시간이 경과하면 상기 제2 점화 코일을 제1 드웰 시간 동안 충전한 후 방전할 수 있다.
상기 제1 드웰 시간은 상기 스텝 펄스 신호의 온 시점으로부터 상기 스텝 펄스 신호의 크기가 변경되는 시점까지로 결정될 수 있다.
상기 점화 제어기는 상기 스텝 펄스 신호의 크기가 변경되는 시점으로부터 제2 지연 시간이 경과하면 상기 제1 점화 코일을 제2 드웰 시간 동안 충전한 후 방전하고, 상기 제1 점화 코일을 방전한 후, 상기 제2 점화 코일을 상기 제2 드웰 시간 동안 충전한 후 방전할 수 있다.
상기 스텝 펄스 신호가 오프될 때까지, 상기 제1 점화 코일 및 상기 제2 점화 코일의 충전 및 방전을 반복할 수 있다.
상기 제1 점화 코일이 최초 방전된 이후, 상기 제1 점화 코일의 방전 구간과 상기 제2 점화 코일의 방전 구간은 중첩될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 점화 코일 제어 시스템은 1차 코일과 2차 코일을 포함하는 제1 점화 코일; 상기 제1 점화 코일의 1차 코일을 선택적으로 통전시키는 제1 스위치; 1차 코일과 2차 코일을 포함하는 제2 점화 코일; 상기 제2 점화 코일의 1차 코일을 선택적으로 통전시키는 제2 스위치; 상기 제1 점화 코일 및 상기 제2 점화 코일에서 발생한 방전 전류에 의해 불꽃 방전을 발생시키는 전극; 및 엔진 제어 유닛(ECU: engine control unit)으로부터 전송되는 서로 다른 크기의 전압을 갖는 스텝 펄스 신호를 기초로 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치를 온 또는 오프시켜 상기 제1 점화 코일 및 상기 제2 점화 코일의 방전 전류의 크기와 듀레이션을 조절하여 상기 전극의 불꽃 방전을 제어하는 점화 제어기를 포함할 수 있다.
상기 점화 제어기는 상기 스텝 펄스 신호가 온 되면 상기 제1 스위치를 온 시켜 상기 제1 점화 코일을 충전하고, 상기 스텝 펄스 신호의 크기가 변경되면 상기 제1 스위치를 오프시켜 상기 제1 점화 코일을 방전하며, 상기 스텝 펄스 신호의 온 시점으로부터 제1 지연 시간이 경과하면 상기 제2 스위치를 온시켜 상기 제2 점화 코일을 제1 드웰 시간 동안 충전한 후 방전하고, 상기 스텝 펄스 신호의 크기가 변경되는 시점으로부터 제2 지연 시간이 경과하면, 제2 드웰 시간 동안 상기 제1 스위치를 온시켜 상기 제1 점화 코일을 충전한 후 상기 제2 스위치를 오프시켜 상기 제1 점화 코일을 방전하고, 상기 제1 점화 코일이 방전된 후, 상기 제2 드웰 시간 동안 상기 제2 스위치를 온시켜 상기 제2 점화 코일을 충전한 후 상기 제2 스위치를 오프시켜 상기 제2 점화 코일을 방전할 수 있다.
상기 제1 드웰 시간은 상기 스텝 펄스 신호의 온 시점으로부터 상기 스텝 펄스 신호의 크기가 변경되는 시점까지로 결정될 수 있다.
상기 제1 드웰 시간은 상기 제1 점화 코일 및 상기 제2 점화 코일이 완전 충전되는 시간으로 결정될 수 있다.
상기 점화 제어기는 상기 스텝 펄스 신호가 오프될 때까지, 상기 제1 점화 코일 및 상기 제2 점화 코일의 충전 및 방전을 반복할 수 있다.
상기 제1 점화 코일이 최초 방전된 이후, 상기 제1 점화 코일의 방전 구간과 상기 제2 점화 코일의 방전 구간은 중첩될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 점화 코일 제어 방법은 제1 점화 코일과 제2 점화 코일에서 발생된 전류를 통해 중심 전극과 접지 전극 사이에 불꽃 방전을 발생시키는 스파크 플러그를 포함하는 점화 코일 제어 방법로서, 서로 다른 크기의 전압을 갖는 스텝 펄스 신호를 수신하는 단계; 상기 스텝 펄스 신호가 온 되면, 상기 제1 점화 코일을 충전시키는 단계; 상기 스텝 펄스 신호의 온 시점으로부터 제1 지연 시간이 경과하면, 상기 제2 점화 코일을 충전시키는 단계; 상기 스텝 펄스 신호의 크기가 변경되면, 상기 제1 점화 코일을 방전시키는 단계; 상기 제2 점화 코일을 충전한 시점부터 제1 드웰 시간이 경과하면, 상기 제2 점화 코일을 방전시키는 단계; 상기 스텝 펄스 신호가 변경된 시점으로부터 제2 지연 시간이 경과하면, 제2 드웰 시간 동안 상기 제1 점화 코일을 충전한 후 방전시키는 단계; 및 상기 제1 점화 코일이 방전된 후, 제2 드웰 시간 동안 상기 제2 점화 코일을 충전한 후 방전시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 드웰 시간은 상기 스텝 펄스 신호의 온 시점으로부터 상기 스텝 펄스 신호의 크기가 변경되는 시점까지로 결정될 수 있다.
상기 스텝 펄스 신호가 오프될 때까지, 상기 제1 점화 코일 및 상기 제2 점화 코일의 충전 및 방전을 반복할 수 있다.
상기 제1 점화 코일이 최초 방전된 이후, 상기 제1 점화 코일의 방전 구간과 상기 제2 점화 코일의 방전 구간은 중첩될 수 있다.
상기한 바와 같은 이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 점화 코일 제어 시스템 및 방법에 의하면, 엔진 제어 유닛에서 전송되는 스텝 펄스 신호를 이용하여 두 개의 점화 코일의 충전과 방전을 제어함으로써, 중심 전극과 접지 전극 사이에서 발생하는 불꽃 방전을 통한 연소실 내의 점화 시기를 정확히 제어할 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스파크 플러그가 장착된 엔진의 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 점화 코일 제어 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 점화 코일 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 두 개의 점화 코일의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 점화 코일 제어 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스파크 플러그가 장착된 엔진의 구성을 도시한 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 스파크 플러그(1)는 엔진의 실린더에 장착되고, 불꽃 방전을 발생시킨다.
스파크 플러그(1)가 적용되는 엔진은 실린더 블록과 실린더 헤드(100)를 포함하고, 실린더 블록과 실린더 헤드(100)가 결합되어, 그 내부에 연소실(101)이 형성된다. 연소실(101)로 유입되는 공기와 연료의 혼합기는 스파크 플러그(1)에서 발생하는 불꽃 방전에 의해 점화된다.
실린더 헤드(100)에는 스파크 플러그(1)가 장착되는 장착홀(110)이 상하 방향으로 길게 형성된다. 장착홀(110)에 장착되는 스파크 플러그(1)의 하부는 연소실(101) 내부로 돌출된다. 스파크 플러그(1)의 하부에는 점화 코일과 전기적으로 연결되는 중심 전극(2)과 접지 전극(3)이 형성되고, 중심 전극(2)과 접지 전극(3) 사이에서 불꽃 방전이 발생한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 점화 코일 제어 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 점화 코일 제어 시스템은 엔진의 전체적인 동작을 제어하는 엔진 제어 유닛(50)(ECU: engine control unit)에서 전송되는 서로 다른 크기의 전압을 갖는 스텝 펄스 신호를 기초로 두 개의 점화 코일(제1 점화 코일(10) 및 제2 점화 코일(20))의 방전 전류의 크기와 듀레이션을 조절하여 전극에서 발생하는 불꽃 방전을 제어하는 점화 제어기(40)를 포함할 수 있다.
제1 점화 코일(10)은 1차측 코일(11)과 2차측 코일(12)을 포함하고, 1차측 코일(11)의 일단은 차량의 배터리(30)와 전기적으로 연결되고, 1차측 코일(11)의 타단은 제1 스위치(15)를 통해 접지된다. 제1 스위치(15)의 온/오프에 따라 제1 점화 코일(10)의 1차측 코일(11)은 선택적으로 통전될 수 있다.
제1 스위치(15)는 에미터 단자(16), 컬렉터 단자(18), 및 베이스 단자(17)를 포함하는 트랜지스터 스위치(예를 들어, IGBT: insulated gate bipolar transistor)를 통해 구현될 수 있다. 즉, 1차측 코일(11)의 타단은 제1 스위치(15)의 컬렉터 단자(18)와 전기적으로 연결되고, 에미터 단자(16)는 접지되며, 베이스 단자(17)는 점화 제어기(40)와 전기적으로 연결될 수 있다.
2차측 코일(12)의 일단은 중심 전극(2)과 전기적으로 연결되고, 타단은 제1 스위치(15)의 에미터 단자(16)와 전기적으로 연결된다. 2차측 코일(12)과 에미터 단자(16)의 사이에는 다이오드(13)가 설치되어 2차측 코일(12)로부터 에미터 단자(16)로 전류가 흐르는 것이 차단된다.
그리고 2차측 코일(12)과 중심 전극(2)의 사이에는 다이오드(19)가 설치되어 2차측 코일(12)로부터 중심 전극(2)으로만 전류가 흐른다.
점화 제어기(40)가 제1 스위치(15)의 베이스 단자(17)에 제어 신호를 인가하면, 제1 점화 코일(10)의 1차측 코일(11)이 통전되면서 1차측 코일(11)에 전기 에너지가 충전된다. 점화 제어기(40)가 제1 스위치(15)의 베이스 단자(17)에 제어 신호를 인가하지 않으면, 1차측 코일(11)과 2차측 코일(12)의 전자기 유도 현상에 의해 2차측 코일(12)에 고전압의 전류(또는, 방전 전류)가 발생한다. 2차측 코일(12)에 발생한 방전 전류는 중심 전극(2)으로 흐르고, 2차측 코일(12)에서 발생한 방전 전류에 의해 중심 전극(2)과 접지 전극(3) 사이에서 불꽃 방전이 발생하면서, 연소실(101) 내부의 혼합기가 점화된다.
즉, 점화 제어기(40)는 제1 스위치(15)를 온/오프시켜 제1 점화 코일(10)을 충전시키거나 방전시킨다. 점화 제어기(40)가 제1 스위치(15)의 베이스 단자(17)에 제어 신호를 인가하면(또는, 스위치가 온 되면), 1차측 코일(11)이 충전된다(또는, 제1 점화 코일이 충전된다).
그리고 점화 제어기(40)가 제1 스위치(15)의 베이스 단자(17)에 제어 신호를 인가하지 않으면(또는, 제1 스위치가 오프 되면), 1차측 코일(11)과의 전자기 유도 현상에 의해 2차측 코일(12)에 고전압의 전류가 발생하고, 2차측 코일(12)에서 발생한 고전압의 전류에 의해 중심 전극(2)과 접지 전극(3) 사이에 불꽃 방전이 발생한다(또는, 제1 점화 코일이 방전된다).
제1 점화 코일(10)과 마찬가지로, 제2 점화 코일(20)은 1차측 코일(21)과 2차측 코일(22)을 포함하고, 1차측 코일(21)의 일단은 차량의 배터리(30)와 전기적으로 연결되고, 1차측 코일(21)의 타단은 제2 스위치(25)를 통해 접지된다. 제2 스위치(25)의 온/오프에 따라 제2 점화 코일(20)의 1차측 코일(21)은 선택적으로 통전될 수 있다.
제2 스위치(25)는 에미터 단자(26), 컬렉터 단자(28), 및 베이스 단자(27)를 포함하는 트랜지스터 스위치(예를 들어, IGBT: insulated gate bipolar transistor)를 통해 구현될 수 있다. 즉, 1차측 코일(21)의 타단은 제2 스위치(25)의 컬렉터 단자(28)와 전기적으로 연결되고, 에미터 단자(26)는 접지되며, 베이스 단자(27)는 점화 제어기(40)와 전기적으로 연결될 수 있다.
2차측 코일(22)의 일단은 중심 전극(2)과 전기적으로 연결되고, 타단은 제2 스위치(25)의 에미터 단자(26)와 전기적으로 연결된다. 2차측 코일(22)과 에미터 단자(26)의 사이에는 다이오드(23)가 설치되어 2차측 코일(22)로부터 에미터 단자(26)로 전류가 흐르는 것이 차단된다.
그리고 2차측 코일(22)과 중심 전극(2)의 사이에는 다이오드(23)가 설치되어 2차측 코일(22)로부터 중심 전극(2)으로만 전류가 흐른다.
점화 제어기(40)가 제2 스위치(25)의 베이스 단자(27)에 제어 신호를 인가하면, 제2 점화 코일(20)의 1차측 코일(21)이 통전되면서 1차측 코일(21)에 전기 에너지가 충전된다. 점화 제어기(40)가 제2 스위치(25)의 베이스 단자(27)에 제어 신호를 인가하지 않으면, 1차측 코일(21)과 2차측 코일(22)의 전자기 유도 현상에 의해 2차측 코일(22)에 고전압의 전류(또는, 방전 전류)가 발생한다. 2차측 코일(22)에서 발생한 방전 전류는 중심 전극(2)으로 흐르고, 2차측 코일(22)에서 발생한 방전 전류에 의해 중심 전극(2)과 접지 전극(3) 사이에서 불꽃 방전이 발생하면서, 연소실(101) 내부의 혼합기가 점화된다.
즉, 점화 제어기(40)는 제2 스위치(25)를 온/오프시켜 제2 점화 코일(20)을 충전시키거나 방전시킨다. 점화 제어기(40)가 제2 스위치(25)의 베이스 단자(27)에 제어 신호를 인가하면(또는, 스위치가 온 되면), 1차측 코일(21)이 충전된다(또는, 제2 점화 코일이 충전된다).
그리고 점화 제어기(40)가 제2 스위치(25)의 베이스 단자(27)에 제어 신호를 인가하지 않으면(또는, 스위치가 오프 되면), 1차측 코일(21)과의 전자기 유도 현상에 의해 2차측 코일(22)에 고전압의 전류가 발생하고, 2차측 코일(22)에서 발생한 고전압의 전류에 의해 중심 전극(2)과 접지 전극(3) 사이에 불꽃 방전이 발생한다(또는, 제2 점화 코일이 방전된다).
본 발명의 명세서에서, 제1 스위치(15)를 온 시켜 제1 점화 코일(10)의 1차측 코일을 충전하는 것은 제1 점화 코일(10)을 충전하는 것으로 설명하고, 제1 스위치(15)를 오프 시켜 제1 점화 코일(10)의 2차측 코일로 고전압의 전류가 유도되어 중심 전극(2)과 접지 전극(3) 사이에서 불꽃 방전이 발생하는 것은 제1 점화 코일(10)이 방전되는 것으로 설명하도록 한다.
이와 마찬가지로, 제2 스위치(25)를 온 시켜 제2 점화 코일(20)의 1차측 코일을 충전하는 것은 제2 점화 코일(20)을 충전하는 것으로 설명하고, 제2 스위치(25)를 오프 시켜 제2 점화 코일(20)의 2차측 코일로 고전압의 전류가 유도되어 중심 전극(2)과 접지 전극(3) 사이에서 불꽃 방전이 발생하는 것은 제2 점화 코일(20)이 방전되는 것으로 설명하도록 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 점화 코일 제어 시스템은 엔진 제어 유닛(50)으로부터 전송되는 스텝 펄스 신호를 기초로 두 개의 점화 코일의 충전과 방전을 제어함으로써, 중심 전극(2)과 접지 전극(3) 사이에서 발생하는 불꽃 방전의 점화 시기를 정확히 제어할 수 있다.
이를 위해, 점화 제어기(40)는 설정된 프로그램에 의하여 작동하는 하나 이상의 프로세서로 구비될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시 예에 따른 스파크 플러그(1)의 제어 방법의 각 단계를 수행하도록 되어 있다.
이하에서는, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 점화 코일 제어 시스템의 동작에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 점화 코일 제어 방법을 도시한 순서도이다. 그리고 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 두 개의 점화 코일의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 엔진 제어 유닛(50)(ECU: engine control unit)은 엔진의 폭발 행정 중에 연소실(101)로 유입된 혼합기를 점화시키기 위해 점화 제어기(40)로 펄스 신호(또는, ECU 신호)를 전송한다. 이때, 엔진 제어 유닛(50)에서 점화 제어기(40)로 전송되는 펄스 신호는 서로 다른 크기의 전압을 갖는 스텝 펄스 신호일 수 있다. 즉, 스텝 펄스 신호는 초기에는 12V의 크기를 갖다가 5V로 변경될 수 있다.
여기서, 스텝 펄스 신호가 온 되는 시점으로부터 스텝 펄스 신호의 크기가 변경되는 시점까지의 시간(제1 드웰 시간)은 제1 점화 코일(10) 및 제2 점화 코일(20)이 완전 충전되는 시간으로 결정될 수 있다. 이때, 제1 점화 코일(10) 및 제2 점화 코일(20)이 완전 충전되는 시간은 배터리(30)의 출력 전압에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 배터리(30)의 출력 전압이 높으면 제1 드웰 시간이 짧아지고, 배터리(30)의 출력 전압이 낮으면 제1 드웰 시간이 길어질 수 있다.
엔진 제어 유닛(50)으로부터 스텝 펄스 신호가 전송되면, 점화 제어기(40)는 스텝 펄스 신호와 동기하여 제1 점화 코일(10)을 충전한 후 방전한다. 즉, 점화 제어기(40)는 스텝 펄스 신호가 온 되면(S10), 제1 스위치(15)를 온시켜 제1 점화 코일(10)을 충전한다(S20).
스텝 펄스 신호의 온 시점으로부터 제1 지연 시간이 경과하면(S30), 점화 제어기(40)는 제2 스위치(25)를 온 시켜 제2 점화 코일(20)을 충전한다(S40).
점화 제어기(40)는 스텝 펄스 신호의 크기가 변경되는 시점과 동기하여 제1 스위치(15)를 오프시켜 제1 점화 코일(10)을 방전시킨다. 즉, 스텝 펄스 신호의 크기가 변경되면(S50), 제1 스위치(15)를 오프시켜 제1 점화 코일(10)을 방전시킨다(S60).
점화 제어기(40)는 제2 점화 코일(20)의 충전 시점으로부터 제1 드웰 시간이 경과하면(S70), 제2 스위치(25)를 오프시켜 제2 점화 코일(20)을 방전시킨다(S80). 여기서 제1 드웰 시간은 상기 스텝 펄스 신호의 온 시점으로부터 상기 스텝 펄스 신호의 크기가 변경되는 시점일 수 있다. 또는, 제1 드웰 시간은 제1 점화 코일(10) 및 제2 점화 코일(10)이 완전 충전되는 시간일 수 있다.
점화 제어기(40)는 스텝 펄스 신호의 크기가 변경되는 시점으로부터 제2 지연 시간이 경과하면(S90), 제2 드웰 시간 동안 제1 스위치(15)를 온시켜 제1 점화 코일(10)을 충전하고, 제2 드웰 시간이 경과하면 제1 스위치(15)를 오프시켜 제1 점화 코일(10)을 방전시킨다(S100). 여기서, 제2 드웰 시간은 제1 드웰 시간보다 짧게 설정될 수 있다.
제1 점화 코일(10)이 방전된 후, 점화 제어기(40)는 제2 드웰 시간 동안 제2 스위치(25)를 온시켜 제2 점화 코일(20)을 충전하고, 제2 드웰 시간이 경과하면 제2 스위치(15)를 오프시켜 제2 점화 코일(10)을 방전시킨다(S100).
스텝 펄스 신호가 오프되지 않으면(S120), S100 단계와 S110 단계를 반복한다. 즉, 점화 제어기(40)는 스텝 펄스 신호가 오프될 때까지, 제1 점화 코일(10) 및 제2 점화 코일(20)의 충전과 방전을 반복한다.
이때, 제1 점화 코일(10)이 최초 방전된 시점 이후, 제1 점화 코일(10)의 충전 구간과 제2 점화 코일(20)의 충전 구간은 중첩되지 않도록, 점화 제어기(40)는 제1 점화 코일(10)의 충전 시기와 방전 시기, 그리고 제2 점화 코일(20)의 충전 시기와 방전 시기를 조절한다. 다르게 표현하면, 제1 점화 코일(10)이 최초 방전된 시점 이후, 제1 점화 코일(10)의 방전 구간과 제2 점화 코일(20)의 방전 구간은 중첩될 수 있다.
이와 같이, 제1 점화 코일(10)의 방전 구간과 제2 점화 코일(20)의 방전 구간이 중첩되면, 중심 전극(2)과 접지 전극(3) 사이에서 지속적으로 불꽃 방전이 발생하게 되고, 연소실(101) 내의 혼합기로 점화 에너지가 효율적으로 전달할 수 있다. 따라서, 스파크 플러그(1)의 방전 효율이 향상될 수 있다.
스텝 펄스 신호가 오프되면(S120), 점화 제어기(40)는 제1 점화 코일(10) 또는 제2 점화 코일(20)을 방전시킨다(S130). 예를 들어, 제1 점화 코일(10)이 충전되는 동안 스텝 펄스 신호가 오프되면, 스텝 펄스 신호가 오프되는 시점에 점화 제어기(40)는 제1 점화 코일(10)을 방전시킨다. 또는, 제2 점화 코일(20)이 충전되는 동안 스텝 펄스 신호가 오프되면, 스텝 펄스 신호가 오프되는 시점에 점화 제어기(40)는 제2 점화 코일(20)을 방전시킨다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 스파크 플러그(1)에 의하면, 엔진 제어 유닛(50)에서 전송되는 스텝 펄스 신호를 이용하여 두 개의 점화 코일의 충전과 방전을 제어함으로써, 중심 전극(2)과 접지 전극(3) 사이에서 발생하는 불꽃 방전을 통한 연소실(101) 내의 점화 시기를 정확히 제어할 수 있다.
그리고 엔진 제어 유닛(50)에서 전송되는 스텝 펄스 신호를 이용하여, 스파크 플럭의 다단 점화를 용이하게 제어할 수 있다. 즉, 스텝 펄스 신호의 온 시점과 스텝 펄스 신호의 크기가 변경되는 시점을 이용하여 제1 점화 코일(10) 및 제2 점화 코일(20)을 완전 충전한 후 방전함으로써, 연소실(101) 내부로 충분한 점화 에너지를 공급할 수 있다. 또한, 스텝 펄스 신호의 크기가 변경되는 시점을 기초로 제1 점화 코일(10) 및 제2 점화 코일(20)의 충전과 방전을 반복함으로써, 다단 점화를 용이하게 구현할 수 있다.
이를 통해 초기 연소속도가 증가하고, 노킹이 발생하는 것을 방지하여 엔진의 출력과 연비가 향상될 수 있다. 또한, 엔진의 연소실(101)에 EGR 가스가 공급되거나, 또는 희박 연소가 이루어지는 경우와 같이, 혼합기의 착화성이 열화되는 경우에도, 연소실(101) 내부로 충분한 점화 에너지를 공급할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1: 스파크 플러그
2: 중심 전극
3: 접지 전극
10: 제1 점화 코일
11: 1차측 코일
12: 2차측 코일
13: 다이오드
15: 제1 스위치
16: 에미터 단자
17: 베이스 단자
18: 컬렉터 단자
19: 다이오드
20: 제2 점화 코일
21: 1차측 코일
22: 2차측 코일
23: 다이오드
25: 제2 스위치
26: 에미터 단자
27: 베이스 단자
28: 컬렉터 단자
29: 다이오드
30: 배터리
40: 점화 제어기
50: 엔진 제어 유닛
100: 실린더 헤드
101: 연소실
110: 장착홀

Claims (16)

  1. 제1 점화 코일;
    제2 점화 코일;
    상기 제1 점화 코일 및 상기 제2 점화 코일에서 발생한 방전 전류에 의해 불꽃 방전을 발생시키는 스파크 플러그; 및
    엔진 제어 유닛(ECU: engine control unit)으로부터 전송되는 서로 다른 크기의 전압을 갖는 스텝 펄스 신호를 기초로 상기 제1 점화 코일 및 상기 제2 점화 코일의 방전 전류의 크기와 듀레이션을 조절하여 상기 전극의 불꽃 방전을 제어하는 점화 제어기;
    를 포함하는 점화 코일 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 점화 제어기는
    상기 스텝 펄스 신호의 온 시점으로부터 상기 스텝 펄스 신호의 크기가 변경되는 시점까지 상기 제1 점화 코일을 충전한 후 방전하고,
    상기 스텝 펄스 신호의 온 시점으로부터 제1 지연 시간이 경과하면 상기 제2 점화 코일을 제1 드웰 시간 동안 충전한 후 방전하는 점화 코일 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 드웰 시간은
    상기 스텝 펄스 신호의 온 시점으로부터 상기 스텝 펄스 신호의 크기가 변경되는 시점까지로 결정되는 점화 코일 제어 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 점화 제어기는
    상기 스텝 펄스 신호의 크기가 변경되는 시점으로부터 제2 지연 시간이 경과하면 상기 제1 점화 코일을 제2 드웰 시간 동안 충전한 후 방전하고,
    상기 제1 점화 코일을 방전한 후, 상기 제2 점화 코일을 상기 제2 드웰 시간 동안 충전한 후 방전하는 점화 코일 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스텝 펄스 신호가 오프될 때까지,
    상기 제1 점화 코일 및 상기 제2 점화 코일의 충전 및 방전을 반복하는 점화 코일 제어 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 점화 코일이 최초 방전된 이후,
    상기 제1 점화 코일의 방전 구간과 상기 제2 점화 코일의 방전 구간은 중첩되는 점화 코일 제어 시스템.
  7. 1차 코일과 2차 코일을 포함하는 제1 점화 코일;
    상기 제1 점화 코일의 1차 코일을 선택적으로 통전시키는 제1 스위치;
    1차 코일과 2차 코일을 포함하는 제2 점화 코일;
    상기 제2 점화 코일의 1차 코일을 선택적으로 통전시키는 제2 스위치;
    상기 제1 점화 코일 및 상기 제2 점화 코일에서 발생한 방전 전류에 의해 불꽃 방전을 발생시키는 스파크 플러그; 및
    엔진 제어 유닛(ECU: engine control unit)으로부터 전송되는 서로 다른 크기의 전압을 갖는 스텝 펄스 신호를 기초로 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치를 온 또는 오프시켜 상기 제1 점화 코일 및 상기 제2 점화 코일의 방전 전류의 크기와 듀레이션을 조절하여 상기 스파크 플러그의 불꽃 방전을 제어하는 점화 제어기;
    를 포함하는 점화 코일 제어 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 점화 제어기는
    상기 스텝 펄스 신호가 온 되면 상기 제1 스위치를 온 시켜 상기 제1 점화 코일을 충전하고, 상기 스텝 펄스 신호의 크기가 변경되면 상기 제1 스위치를 오프시켜 상기 제1 점화 코일을 방전하며,
    상기 스텝 펄스 신호의 온 시점으로부터 제1 지연 시간이 경과하면 상기 제2 스위치를 온시켜 상기 제2 점화 코일을 제1 드웰 시간 동안 충전한 후 방전하고,
    상기 스텝 펄스 신호의 크기가 변경되는 시점으로부터 제2 지연 시간이 경과하면, 제2 드웰 시간 동안 상기 제1 스위치를 온시켜 상기 제1 점화 코일을 충전한 후 상기 제2 스위치를 오프시켜 상기 제1 점화 코일을 방전하고,
    상기 제1 점화 코일이 방전된 후, 상기 제2 드웰 시간 동안 상기 제2 스위치를 온시켜 상기 제2 점화 코일을 충전한 후 상기 제2 스위치를 오프시켜 상기 제2 점화 코일을 방전하는 점화 코일 제어 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 드웰 시간은
    상기 스텝 펄스 신호의 온 시점으로부터 상기 스텝 펄스 신호의 크기가 변경되는 시점까지로 결정되는 점화 코일 제어 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 드웰 시간은
    상기 제1 점화 코일 및 상기 제2 점화 코일이 완전 충전되는 시간으로 결정되는 점화 코일 제어 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 점화 제어기는
    상기 스텝 펄스 신호가 오프될 때까지,
    상기 제1 점화 코일 및 상기 제2 점화 코일의 충전 및 방전을 반복하는 점화 코일 제어 시스템.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제1 점화 코일이 최초 방전된 이후,
    상기 제1 점화 코일의 방전 구간과 상기 제2 점화 코일의 방전 구간은 중첩되는 점화 코일 제어 시스템.
  13. 제1 점화 코일과 제2 점화 코일에서 발생된 전류를 통해 중심 전극과 접지 전극 사이에 불꽃 방전을 발생시키는 스파크 플러그를 포함하는 점화 코일 제어 방법으로서,
    서로 다른 크기의 전압을 갖는 스텝 펄스 신호를 수신하는 단계;
    상기 스텝 펄스 신호가 온 되면, 상기 제1 점화 코일을 충전시키는 단계;
    상기 스텝 펄스 신호의 온 시점으로부터 제1 지연 시간이 경과하면, 상기 제2 점화 코일을 충전시키는 단계;
    상기 스텝 펄스 신호의 크기가 변경되면, 상기 제1 점화 코일을 방전시키는 단계;
    상기 제2 점화 코일을 충전한 시점부터 제1 드웰 시간이 경과하면, 상기 제2 점화 코일을 방전시키는 단계;
    상기 스텝 펄스 신호가 변경된 시점으로부터 제2 지연 시간이 경과하면, 제2 드웰 시간 동안 상기 제1 점화 코일을 충전한 후 방전시키는 단계; 및
    상기 제1 점화 코일이 방전된 후, 제2 드웰 시간 동안 상기 제2 점화 코일을 충전한 후 방전시키는 단계;
    를 포함하는 점화 코일 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 드웰 시간은
    상기 스텝 펄스 신호의 온 시점으로부터 상기 스텝 펄스 신호의 크기가 변경되는 시점까지로 결정되는 점화 코일 제어 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 스텝 펄스 신호가 오프될 때까지,
    상기 제1 점화 코일 및 상기 제2 점화 코일의 충전 및 방전을 반복되는 점화 코일 제어 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1 점화 코일이 최초 방전된 이후,
    상기 제1 점화 코일의 방전 구간과 상기 제2 점화 코일의 방전 구간은 중첩되는 점화 코일 제어 방법.
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