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KR20240073494A - 점화 코일 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

점화 코일 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20240073494A
KR20240073494A KR1020220155374A KR20220155374A KR20240073494A KR 20240073494 A KR20240073494 A KR 20240073494A KR 1020220155374 A KR1020220155374 A KR 1020220155374A KR 20220155374 A KR20220155374 A KR 20220155374A KR 20240073494 A KR20240073494 A KR 20240073494A
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KR
South Korea
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ignition
ignition coil
engine
coil
controller
Prior art date
Application number
KR1020220155374A
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English (en)
Inventor
심기선
우수형
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to US18/318,021 priority patent/US11879420B1/en
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Abstract

점화 코일 제어 장치 및 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 점화 코일 제어 시스템은 1차측 코일 및 2차측 코일을 포함하는 제1 점화 코일; 1차측 코일 및 2차측 코일을 포함하는 제2 점화 코일; 상기 제1 점화 코일과 상기 제2 점화 코일에서 발생한 방전 전류에 의해 불꽃 방전을 발생시키는 한 쌍의 전극을 포함하는 스파크 플러그; 및 엔진의 운전 영역에 따라 상기 제1 점화 코일과 상기 제2 점화 코일을 통한 다단 점화(multi-stage ignition), 또는 제1 점화 코일 또는 상기 제2 점화 코일 중 어느 하나의 점화 코일을 통한 단일 점화(single-stage ignition)를 선택적으로 수행하며, 상기 엔진에서 실화가 발생하면 상기 다단 점화 수행시 점화 횟수 또는 드웰 타임을 조절하는 제어기를 포함할 수 있다.

Description

점화 코일 제어 시스템 및 방법 {SYSTEM OF CONTROLLLING IGNITION COIL AND METHOD THEREOF}
본 발명은 점화 코일 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 엔진은 실린더 내부에서 공기와 연료를 연소하여 동력을 발생시키는 장치이다.
공기와 연료의 혼합기(air-fuel mixture)가 실린더 내에서 정상적으로 연소(normally combust)하기 위하여는, 공기와 연료의 비율, 연료 분사 타이밍, 가솔린 엔진의 경우 점화 타이밍 등 다양한 변수들이 설계된 대로 구동되어야 한다. 여러 가지 요인으로 인해 실린더 내에서 혼합기가 충분히(즉, 정상적으로) 연소하지 못할 수 있는데, 이러한 경우를 실화(misfire)라고 한다.
엔진의 실린더에서 실화가 발생하는 경우, 연료가 공기와 충분히 화학반응을 하지 못하고, 미연소된 채로 배출될 수 있다. 예를 들어, 탄화수소(Hydrocarbon; HC)가 다량 배출될 수 있다. 이러한 미연소 가스는 공해를 일으키게 되므로, 촉매 등 정화장치에서 과도한 산화 반응을 초래하여 배기시스템의 촉매 등 구성 부품을 손상시킬 수 있다.
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, 엔진의 실린더에서 실화의 발생을 최소화할 수 있는 점화 코일 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 점화 코일 제어 시스템은 1차측 코일 및 2차측 코일을 포함하는 제1 점화 코일; 1차측 코일 및 2차측 코일을 포함하는 제2 점화 코일; 상기 제1 점화 코일과 상기 제2 점화 코일에서 발생한 방전 전류에 의해 불꽃 방전을 발생시키는 한 쌍의 전극을 포함하는 스파크 플러그; 및 엔진의 운전 영역에 따라 상기 제1 점화 코일과 상기 제2 점화 코일을 통한 다단 점화(multi-stage ignition), 또는 제1 점화 코일 또는 상기 제2 점화 코일 중 어느 하나의 점화 코일을 통한 단일 점화(single-stage ignition)를 선택적으로 수행하며, 상기 엔진에서 실화가 발생하면 상기 다단 점화 수행시 점화 횟수 또는 드웰 타임을 조절하는 제어기를 포함할 수 있다.
상기 엔진의 운전 영역이 EGR 가스를 사용하거나, 또는 희박 연소 운전을 수행하는 운전 영역에서 상기 제어기는 다단 점화를 수행하고, 상기 운전 영역을 제외한 운전 영역에서 상기 제어기는 단일 점화를 수행할 수 있다.
상기 엔진에서 실화가 발생하면, 상기 제어기는 상기 제1 점화 코일과 상기 제2 점화 코일의 방전 횟수를 증가시키거나, 또는 상기 제1 점화 코일과 상기 제2 점화 코일의 드웰 타임을 증가시킬 수 있다.
상기 제어기는 속도 센서에서 측정되는 엔진 속도의 변화량을 기초로 상기 엔진의 실화 여부를 판단할 수 있다.
상기 제어기는 람다 센서에서 측정되는 산소 농도의 변화량을 기초로 상기 엔진의 실화 여부를 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 점화 코일 제어 방법은 제어기에 의해, 엔진의 운전 영역을 판단하는 단계; 상기 제어기에 의해, 상기 엔진의 운전 영역이 EGR 가스를 사용하거나, 또는 희박 연소 운전을 수행하는 운전 영역에서는 다단 점화가 수행하고, 상기 운전 영역을 제외한 운전 영역에서는 단일 점화가 수행하는 단계; 상기 제어기에 의해, 엔진에서 실화가 발생하는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 제어기에 의해, 상기 엔진에서 실화가 발생하면, 다단 점화 수행시 점화 횟수 또는 드웰 타임을 일시적으로 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 점화 코일 제어 시스템에 의하면, 희박 연소가 적용되는 엔진의 실린더에서 실화가 발생하는 경우, 점화 코일의 점화 횟수와 충전 시간을 일시적으로 증가시킴으로써, 실화 발생 가능성을 최소화할 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 엔진 시스템의 구성을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 스파크 플러그가 장착된 엔진의 구성을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 점화 코일 제어 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 점화 코일 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 엔진의 실화 발생 여부를 설명하기 위한 그래프이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 점화 코일의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
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.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및/또는 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.
아래 설명에서 단수로 기재된 표현은 "하나" 또는 "단일" 등의 명시적인 표현을 사용하지 않은 이상, 단수 또는 복수로 해석될 수 있다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면을 참고하여 설명한 흐름도에서, 동작 순서는 변경될 수 있고, 여러 동작들이 병합되거나, 어느 동작이 분할될 수 있고, 특정 동작은 수행되지 않을 수 있다.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 점화 코일 제어 시스템이 적용되는 엔진 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 엔진 시스템의 구성을 도시한 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 엔진 시스템은 연료의 연소에 의해 차량의 주행에 필요한 구동력을 발생시키는 복수의 실린더(121)를 포함하는 엔진(120), 실린더(121)로 공급되는 신기(또는, 외기)가 흐르는 흡기 라인(110), 실린더(121)에서 배출되는 배기 가스가 흐르는 배기 라인(130), 실린더(121)로 공급되는 신기와 재순환되는 배기 가스(이하, “재순환 가스”라 한다)를 압축하는 터보차저(170), 및 실린더(121)에서 배출되는 배기 가스를 실린더로 재순환시키는 배기가스 재순환 장치(150)(EGR: exhaust gas recirculation apparatus)를 포함할 수 있다.
배기 라인(130)에는 실린더(121)에서 배출되는 배기 가스에 포함된 각종 물질을 정화시키는 촉매 컨버터(160)가 구비된다. 촉매 컨버터(160)는 질소 산화물을 정화하기 위한 LNT(lean NOx trap), 디젤 산화 촉매(diesel oxidation catalyst) 및 디젤 매연 필터(diesel particulate filter)를 포함할 수 있다.
터보차저(150)는 배기 라인(130)에 구비되고 실린더(121)에서 배출되는 배기 가스에 의해 회전하는 터빈(171), 및 흡기 라인(120)에 구비되고 터빈(171)과 연동하여 회전하면서 신기와 재순환 가스를 압축하는 컴프레서(172)를 포함할 수 있다.
배기 가스 재순환 장치(150)는 배기 라인(130)에서 분기하여 흡기 라인(120)으로 합류하는 EGR 라인(152), EGR 라인(152)에 설치되는 EGR 쿨러(156), 및 EGR 라인(152)에 설치되는 EGR 밸브(151)를 포함할 수 있다. EGR 쿨러(156)는 EGR 라인(152)을 통해 재순환되는 고온의 배기 가스를 냉각시킨다. EGR 밸브(154)의 개도량에 의해 EGR 라인(152)을 통해 재순환되는 재순환 가스량이 조절된다.
컴프레서(172) 하류의 흡기 라인(120)에는 인터쿨러(116)가 설치되고, 터보차저(170)의 컴프레서(172)에 의해 압축된 고온/고압의 혼합기(외기와 재순환 가스)는 인터쿨러(116)에 의해 냉각된다.
엔진의 실린더(121)에는 연료와 공기의 혼합기를 점화시키는 스파크 플러그(1)가 장착된다.
다음으로 본 발명의 실시 예에 따른 스파크 플러그(1)에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 스파크 플러그가 장착된 엔진의 구성을 도시한 단면도이다.
도 2에 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 실린더(101)이 형성된다. 실린더(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 실린더(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 3은 본 발명의 실시 예에 따른 점화 코일 제어 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 점화 코일 제어 시스템은 엔진의 실화 여부를 감지하는 감지부(40), 제1 점화 코일(10), 및 제2 점화 코일(20)에서 발생하는 방전 전류에 의해 불꽃 방전을 발생시키는 한 쌍의 전극(예를 들어, 양극 및 음극)을 포함하는 스파크 플러그, 스파크 플러그(1)의 동작 및 엔진의 동작을 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.
제어기는 일정한 전압을 갖는 제1 펄스 신호, 및 제1 펄스 신호와 지연 시간 후행하는 제2 펄스 신호를 기초로 두 개의 점화 코일(제1 점화 코일 및 제2 점화 코일)의 방전 전류의 크기와 듀레이션을 조절하여 한 쌍의 전극 사이에서 발생하는 불꽃 방전을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 제어기(50)는 엔진을 제어하는 엔진 제어기와 스파크 플러그를 제어하는 점화 제어기로 분산될 수 있으나, 필요에 따라 통합될 수 있다. 즉, 엔진 제어기와 점화 제어기는 통합되어 제어기(50)로 통합될 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 NPN형 트랜지스터 스위치를 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 제어기(50)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.
제어기(50)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. 제어기(50)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, 실린더(101) 내부의 혼합기가 점화된다.
즉, 제어기(50)는 제1 스위치(15)를 온/오프시켜 제1 점화 코일(10)을 충전시키거나 방전시킨다. 제어기(50)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 제어기(50)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 NPN형 트랜지스터 스위치를 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 제어기(50)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.
제어기(50)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. 제어기(50)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, 실린더(101) 내부의 혼합기가 점화된다.
즉, 제어기(50)는 제2 스위치(25)를 온/오프시켜 제2 점화 코일(20)을 충전시키거나 방전시킨다. 제어기(50)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 제어기(50)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 엔진의 운전 영역을 기초로 두 개의 점화 코일을 통해 스파크 플러그에 복수 회 불꽃 방전을 발생시키는 다단 점화(multi-stage ignition), 또는 두 개의 점화 코일(제1 점화 코일 및 제2 점화 코일) 중 어느 하나의 점화 코일을 통해 스파크 플러그(1)에 불꽃 방전을 발생시키는 단일 점화(single-stage ignition)를 선택적으로 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 점화 코일 제어 시스템은 엔진에서의 실화 발생 여부에 따라 다단 점화 수행시 점화 횟수와 드웰 타임을 조절할 수 있다.
이를 위해, 제어기(50)는 설정된 프로그램에 의하여 작동하는 하나 이상의 프로세서로 구비될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시 예에 따른 점화 코일 제어 방법의 각 단계를 수행하도록 되어 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 감지부(40)는 엔진의 실화 여부를 감지하기 위한 것으로, 감지부(40)는 엔진 속도를 감지하는 속도 센서, 또는 배기 가스에 포함된 산소 농도를 감지하는 람다 센서를 포함할 수 있다.
제어기(50)는 속도 센서에서 감지되는 엔진 속도의 변화량, 또는 람다 센서에서 감지되는 산소 농도의 변화량을 기초로 엔진의 실화(misfire) 여부를 판단할 수 있다.
이하에서는, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 점화 코일 제어 시스템의 동작에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 점화 코일 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제어기(50)는 엔진의 운전 영역을 판단하고(S10), 엔진의 운전 영역을 기초로 다단 점화 또는 단일 점화를 선택적으로 수행한다.
다단 점화(multi-stage ignition)은 두 개의 점화 코일(제1 점화 코일 및 제2 점화 코일)을 이용하여 스파크 플러그(1)의 중심 전극(2)과 접지 전극(3) 사이에 불꽃 방전을 발생시키는 것을 의미하고, 단일 점화(single-stage ignition)는 두 개의 점화 코일(제1 점화 코일 및 제2 점화 코일) 중 어느 하나의 점화 코일을 이용하여 스파크 플러그(1)의 중심 전극(2)과 접지 전극(3) 사이에 불꽃 방전을 발생시키는 것을 의미한다.
본 발명의 실시 예에서, 단일 점화 또는 다단 점화는 엔진의 운전 영역에 따라 선택적으로 수행될 수 있다.
예를 들어, 배기가스 재순환 장치를 통해 재순환 가스(EGR 가스)를 엔진의 실린더로 공급하거나, 또는 이론 공연비(theoretical air-fuel ratio)보다 희박한 연소를 수행하는 엔진의 운전 영역에서는 다단 점화가 수행된다. 다르게 표현하면, 다단 점화가 수행되는 엔진의 운전 영역은 EGR 가스를 사용하는 운전 영역이거나, 또는 희박 연소를 수행하는 운전 영역일 수 있다.
EGR 가스를 사용하는 운전 영역이거나, 또는 희박 연소를 수행하는 운전 영역에서는, 연소실 내부로 EGR 가스가 유입되거나, 또는 희박 연소가 수행되기 때문에, 다단 점화를 수행하여 실린더 내의 혼합기(연료+공기)에 충분한 점화 에너지를 공급함으로써, 혼합기의 착화성을 향상시킬 수 있다.
다시 말해, EGR 가스를 사용하는 운전 영역이거나, 또는 희박 연소를 수행하는 운전 영역에서 다단 점화가 수행되면, 두 개의 점화 코일(10, 20)을 통해 스파크 플러그(10)에 연속적인 방전 전류를 발생시킬 수 있기 때문에, 연소실 내부로 유입된 혼합기의 착화성이 향상된다.
EGR 가스를 사용하는 운전 영역이거나, 또는 희박 연소를 수행하는 운전 영역을 제외한 엔진의 운전 영역에서는, 혼합기의 착화성이 문제되지 않기 때문에, 단일 점화를 수행하여 불필요한 전력이 소모되는 것을 방지할 수 있다.
다시, 도 4를 참조하면, 엔진의 운전 영역이 EGR 가스를 사용하는 운전 영역이거나, 또는 희박 연소를 수행하는 운전 영역을 제외한 엔진의 운전 영역이면, 제어기(50)는 단일 점화를 수행한다(S20).
그리고 엔진의 운전 영역이 EGR 가스를 사용하는 운전 영역이거나, 또는 희박 연소를 수행하는 운전 영역을 제외한 엔진의 운전 영역이면, 제어기(50)는 엔진에서 실화가 발생하는지 여부를 판단한다(S30).
제어기(50)는 배기 가스에 포함된 산소 농도를 측정하는 람다 센서에서 측정되는 산소 농도(lambda)의 변화량을 기초로 엔진의 실화 발생 여부를 판단할 수 있다. 도 5를 참조하면, 엔진에서 실화가 발생하면, 연소가 정상적으로 발생하지 않기 때문에, 람다값이 급격하게 변화하는 것을 알 수 있다.
대안으로, 제어기(50)는 엔진 속도를 측정하는 속도 센서에서 측정되는 엔진 속도의 변화량을 기초로 엔진의 실화 발생 여부를 판단할 수 있다. 도 6을 참조하면, 엔진에서 실화가 발생하면, 엔진 속도의 변화량이 급격하게 발생하는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 제어기(50)는 람다값의 변화량 또는 엔진 속도의 변화량을 통해 엔진의 실화 발생 여부를 판단할 수 있다.
EGR 가스를 사용하는 운전 영역이거나, 또는 희박 연소를 수행하는 엔진의 운전 영역에서 실화가 발생하지 않으면, 제어기(50)는 정상적인 다단 점화를 수행한다(S31).
EGR 가스를 사용하는 운전 영역이거나, 또는 희박 연소를 수행하는 엔진의 운전 영역에서 실화가 발생하면, 제어기(50)는 정상적인 다단 점화와 비교하여 점화 횟수 또는 드웰 타임을 일시적으로 증가시킨다(S33).
예를 들어, 정상적인 다단 점화에서 두 개의 점화 코일(10, 20)을 이용한 점화 횟수(또는, 방전 횟수)가 4회일 수 있다(도 7 참조). 이 경우, 제1 점화 코일(10)과 제2 점화 코일(20)의 충전 횟수와 방전 횟수는 각각 2회이다. 실화가 발생하면, 제어기(50)는 두 개의 점화 코일(10, 20)을 이용한 점화 횟수(또는, 방전 횟수)를 6회(도 8 참조), 또는 8회로 증가시킨다. 이 경우, 제1 점화 코일(10)과 제2 점화 코일(20)의 충전 횟수와 방전 횟수는 각각 3회와 4회로 증가된다.
또는, 정상적인 다단 점화에서 두 개의 점화 코일(10, 20)의 드웰 타임은 ‘x’초일 수 있다(도 9 참조). 그러나 실화가 발생하면, 제어기(50)는 두 개의 점화 코일(10, 20)의 드웰 타임은 ‘x+a’초로 일시적으로 증가시킨다(도 10 참조). 여기서, 드웰 타임은 점화 코일의 1차측 코일이 완전히 충전되는 시간을 의미한다.
이와 같이, 실화가 발생할 때, 다단 점화의 점화 횟수 또는 드웰 타임을 증가시키면, 방전 에너지가 증가하여 착화성이 증가되고, 이로 인해, 실화가 빠르게 억제될 수 있다.
실화가 지속적으로 발생하게 되면, 배기 가스를 정화하는 촉매가 열화되고, 이로 인해, 탄화수소(HC) 배출물이 다량으로 배출된다. 반면, 실화를 억제하기 위해 지속적으로 다단 점화시에 충전 횟수(또는, 방전 횟수) 및/또는 드웰 타임을 증가시키면, 점화 코일과 스위칭 소자에서 발열이 발생하고 이로 인해 점화 코일이 손상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는, 희박 연소가 수행되는 엔진의 운전 영역에서 실화가 발생하는 경우, 일시적으로 점화 횟수(또는, 방전 횟수) 및/또는 드웰 타임을 일시적으로 증가시킴으로써, 실화를 빠르게 억제하는 동시에 점화 코일의 열화를 방지할 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: 감지부
50: 제어기
100: 실린더 헤드
101: 연소실
110: 장착홀

Claims (10)

1차측 코일 및 2차측 코일을 포함하는 제1 점화 코일;
1차측 코일 및 2차측 코일을 포함하는 제2 점화 코일;
상기 제1 점화 코일과 상기 제2 점화 코일에서 발생한 방전 전류에 의해 불꽃 방전을 발생시키는 한 쌍의 전극을 포함하는 스파크 플러그; 및
엔진의 운전 영역에 따라 상기 제1 점화 코일과 상기 제2 점화 코일을 통한 다단 점화(multi-stage ignition), 또는 제1 점화 코일 또는 상기 제2 점화 코일 중 어느 하나의 점화 코일을 통한 단일 점화(single-stage ignition)를 선택적으로 수행하며, 상기 엔진에서 실화가 발생하면 상기 다단 점화 수행시 점화 횟수 또는 드웰 타임을 조절하는 제어기;
를 포함하는 점화 코일 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 엔진의 운전 영역이 EGR 가스를 사용하거나, 또는 희박 연소 운전을 수행하는 운전 영역에서 상기 제어기는 다단 점화를 수행하고,
상기 운전 영역을 제외한 운전 영역에서 상기 제어기는 단일 점화를 수행하는 점화 코일 제어 시스템.
제2항에 있어서,
상기 엔진에서 실화가 발생하면,
상기 제어기는 상기 제1 점화 코일과 상기 제2 점화 코일의 방전 횟수를 증가시키거나, 또는
상기 제1 점화 코일과 상기 제2 점화 코일의 드웰 타임을 증가시키는 점화 코일 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어기는
속도 센서에서 측정되는 엔진 속도의 변화량을 기초로 상기 엔진의 실화 여부를 판단하는 점화 코일 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어기는
람다 센서에서 측정되는 산소 농도의 변화량을 기초로 상기 엔진의 실화 여부를 판단하는 점화 코일 제어 시스템.
제어기에 의해, 엔진의 운전 영역을 판단하는 단계;
상기 제어기에 의해, 상기 엔진의 운전 영역이 EGR 가스를 사용하거나, 또는 희박 연소 운전을 수행하는 운전 영역에서는 다단 점화가 수행하고, 상기 운전 영역을 제외한 운전 영역에서는 단일 점화가 수행하는 단계;
상기 제어기에 의해, 엔진에서 실화가 발생하는지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 제어기에 의해, 상기 엔진에서 실화가 발생하면, 다단 점화 수행시 점화 횟수 또는 드웰 타임을 일시적으로 증가시키는 단계;
를 포함하는 점화 코일 제어 방법.
제6항에 있어서,
상기 엔진의 운전 영역이 EGR 가스를 사용하거나, 또는 희박 연소 운전을 수행하는 운전 영역에서 다단 점화가 수행되고,
상기 운전 영역을 제외한 운전 영역에서 단일 점화가 수행되는 점화 코일 제어 방법.
제7항에 있어서,
상기 엔진에서 실화가 발생하면, 상기 제1 점화 코일과 상기 제2 점화 코일의 방전 횟수가 증가되거나, 또는
상기 제1 점화 코일과 상기 제2 점화 코일의 드웰 타임이 증가되는 점화 코일 제어 방법.
제6항에 있어서,
상기 제어기는
속도 센서에서 측정되는 엔진 속도의 변화량을 기초로 상기 엔진의 실화 여부를 판단하는 점화 코일 제어 방법.
제6항에 있어서,
상기 제어기는
속도 센서에서 측정되는 엔진 속도의 변화량을 기초로 상기 엔진의 실화 여부를 판단하는 점화 코일 제어 방법.
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