KR20150072265A - 점화 시스템의 고장 진단 장치 - Google Patents

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KR20150072265A KR1020130159711A KR20130159711A KR20150072265A KR 20150072265 A KR20150072265 A KR 20150072265A KR 1020130159711 A KR1020130159711 A KR 1020130159711A KR 20130159711 A KR20130159711 A KR 20130159711A KR 20150072265 A KR20150072265 A KR 20150072265A
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Abstract

본 발명은 점화코일의 고장 진단 장치에 관한 것으로서, 점화에 필요한 고전압을 발생시키는 점화코일; 상기 점화코일에서 발생된 고전압을 전극 간격에 가하여 불꽃을 발생시키는 점화플러그; 상기 점화코일에 흐르는 전류를 제어하는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor); 상기 점화코일에 흐르는 전류를 검출하여 상기 점화코일의 이상 유무를 검출하는 검출부; 및 점화신호를 생성하여 상기 IGBT를 제어하며, 상기 검출부를 통해서 상기 점화코일의 이상 유무를 판단하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 IGBT 및 상기 검출부와 하나의 통신선로로 연결되어 상기 통신선로를 통해서 상기 IGBT의 제어신호를 상기 IGBT로 송신하고, 상기 검출부로부터 상기 점화코일의 이상 유무를 검출하는 신호를 수신하는 것을 특징으로 한다.

Description

점화 시스템의 고장 진단 장치{APPARATUS FOR TROUBLE DIAGNOSTICS OF IGNITION SYSTEM}
본 발명은 내연기관의 점화 시스템에 관한 것으로서, 점화 시스템의 고장 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
내연기관의 점화장치는 점화 플러그의 전극간격에 수만 볼트 이상의 고전압을 가함으로써 불꽃 방전을 일으키고, 이와 같은 불꽃 에너지가 엔진의 실린더 내부에 보내져서 연소실 안에 압축된 혼합가스를 전기 불꽃으로 적절한 시기에 점화하여 연소시키는 장치이다.
도 1은 일반적인 점화장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 점화에 필요한 고전압을 발생시키는 점화코일(20)과, 엔진제어기(40)에서 발생된 점화 신호에 따라 점화코일(20)에 흐르는 전류를 제어하기 위한 파워 트랜지스터(30) 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)와, 점화코일(20)에서 발생되는 고전압을 각 기관의 점화 플러그에 분배하는 분배기 및 상기 분배기에서 보내진 고전압을 전극 간격에 가함으로써 불꽃을 발생시키는 점화플러그(10) 등으로 구성된다.
상기 점화코일(11)은 엔진 점화에 필요한 고전압을 발생시키는 일종의 변압기로서, 저전압의 자동차용 배터리 전압을 입력 전압으로 하여 3만볼트 이상의 높은 2차 출력전압을 발생시키는 역할을 한다.
도 1과 같은 내연기관 점화장치는 엔진에서 압축된 혼합기를 폭발적으로 연소시키기 위하여 점화 플러그(17)로 점화시키는 장치로서, 엔진을 시동하기 위한 시동장치, 배터리를 충전하기 위한 충전장치와 함께 엔진의 원활한 시동과 회전에 필수적인 장치이다. 점화장치는 전류를 차단하여 1차 서지(surge) 전압을 발생시키는 스위치 기능을 수행하는 파워 트랜지스터(15)의 타입에 따라서 엔진 제어기의 내장형, 외장형 및 코일 내장형으로 구분된다.
한편 최근에는 파워 트랜지스터(15) 대신 IGBT와 같은 고전력 스위칭용 반도체를 사용한다. IGBT는 고속 스위칭 소자로서 전압 파형이 안정되고 전류특성이 좋은 장점이 있다.
이와 같은 일반적인 점화장치의 점화 코일이 장시간 쇼트(short)된 경우 또는 엔진 제어기가 불량이 발생되어 점화 코일에 대한 제어가 불가능한 경우에는 상기 점화 코일 자체가 저항이므로 온도가 상승하게 된다. 이러한 점화코일의 온도 상승은 엔진 보호를 위한 가연성 커버가 부착된 자동차의 경우 화재 발생의 원인이 된다.
따라서 점화 장치의 이상 여부를 진단하는 기술의 중요성이 증대되고 있으며 IGBT가 내장된 점화코일의 경우, 점화코일의 이상이 있을 경우 플래그(flag) 신호를 발생시켜서 손쉽게 점화코일의 이상 유무를 점검하는 것이 가능하다.
그러나, 종래 점화코일의 이상 여부를 진단하는 장치에서는 IGBT 제어회로와 IGBT 간의 제어신호와 함께 점화코일의 이상 유무를 나타내는 플래그 신호를 동시에 처리하는 것이 불가능하거나 제어신호와 플래그 신호를 효율적으로 송수신하는 장치가 존재하지 아니한 문제점이 있었다.
본 발명은 점화코일의 이상 유무를 검출하기 위한 플래그 신호를 출력하는 수단을 구비한 점화 시스템의 고장 진단 장치에서 별도의 라인을 추가하지 않고서도 IGBT 제어신호와 점화코일 이상 유무를 나타내는 플래그 신호를 하나의 라인을 통해서 송수신할 수 있는 점화 시스템의 고장 진단 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 과제의 해결을 위한 본 발명의 일실시예에 따른 점화 시스템의 고장 진단 장치는, 점화에 필요한 고전압을 발생시키는 점화코일; 상기 점화코일에서 발생된 고전압을 전극 간격에 가하여 불꽃을 발생시키는 점화플러그; 상기 점화코일에 흐르는 전류를 제어하는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor); 상기 점화코일에 흐르는 전류를 검출하여 상기 점화코일의 이상 유무를 검출하는 검출부; 및 점화신호를 생성하여 상기 IGBT를 제어하며, 상기 검출부를 통해서 상기 점화코일의 이상 유무를 판단하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 IGBT 및 상기 검출부와 하나의 통신선로로 연결되어 상기 통신선로를 통해서 상기 IGBT의 제어신호를 상기 IGBT로 송신하고, 상기 검출부로부터 상기 점화코일의 이상 유무를 검출하는 신호를 수신하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 검출부는, 상기 IGBT와 연결되어 상기 제어부의 제어신호에 따라서 상기 점화코일에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출기; 상기 전류검출기를 통해서 검출된 전류를 분석하여 상기 점화코일의 이상 유무를 검출하는 fault 검출회로; 및 상기 fault 검출회로의 이상 유무 검출결과를 플래그 신호로 출력하는 플래그 신호 출력 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 IGBT를 제어하는 IGBT 제어회로, 및 상기 플래그 신호 출력 회로로부터 상기 점화코일의 이상 유무를 검출하는 상기 플래그 신호를 수신하여 상기 점화코일의 이상 유무를 판단하는 플래그 신호 판단회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 IGBT 제어회로는 상기 통신선로를 통해서 상기 IGBT로 상기 제어신호를 송신하고, 상기 플래그 신호 판단회로는 상기 통신선로를 통해서 상기 플래그 신호 출력회로로부터 상기 플래그 신호를 수신하는 것을 특징으로 한다.
전술한 과제의 해결을 위한 본 발명의 일실시예에 따른 점화 시스템의 고장 진단 장치는 점화에 필요한 고전압을 발생시키는 점화코일과 상기 점화코일의 이상 유무를 검출하는 점화코일 검출회로를 포함하는 점화코일회로; 상기 점화코일에서 발생된 고전압을 전극 간격에 가하여 불꽃을 발생시키는 점화플러그; 상기 점화코일회로와 연결되어 상기 점화코일 제어신호를 송신하고, 상기 점화코일 이상 유무 검출신호를 수신하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부와 상기 점화코일회로는 하나의 라인을 통해서 상기 제어신호 및 상기 검출신호를 양방향 통신하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 점화코일회로는, 상기 점화코일에 흐르는 전류를 제어하는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 점화코일회로는, 상기 IGBT와 연결되어 상기 제어부의 제어신호에 따라서 상기 점화코일에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출기; 상기 전류검출기를 통해서 검출된 전류를 분석하여 상기 점화코일의 이상 유무를 검출하는 fault 검출회로; 및 상기 fault 검출회로의 이상 유무 검출결과를 플래그 신호로 출력하는 플래그 신호 출력 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 점화코일회로는, 과전압 또는 과전류로부터 상기 점화코일을 보호하는 보호회로를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면 별도의 라인을 추가하지 않고서도 IGBT 제어신호와 점화코일 이상 유무를 나타내는 플래그 신호를 하나의 라인을 통해서 송수신할 수 있는 점화 시스템의 고장 진단 장치 및 방법이 제공되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 IGBT 제어신호와 점화코일 이상 유무를 나타내는 플래그 신호가 two-way 방식이 아닌 one-way 방식으로 송수신 가능함으로써 신호처리가 간소화되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 IGBT 제어신호와 점화코일 이상 유무를 나타내는 플래그 신호를 하나의 라인으로 송수신함으로써 별도의 통신라인이 추가되지 않기 때문에 차량 제조 원가 감축 및 차량 무게의 증가가 발생하지 않는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 점화장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 점화 시스템의 고장 진단 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 점화 시스템의 고장 진단 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 점화 시스템의 고장 진단 장치를 개략적으로 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 점화 시스템의 고장 진단 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 점화 시스템을 구동하고 점화 코일의 고장을 진단하는 장치는 점화에 필요한 고전압을 발생시키는 점화코일(20)과, 점화코일(20)에서 발생한 고전압을 전극 간격에 가하여 불꽃을 발생시키는 점화플러그(10)와, 점화코일(20)에 흐르는 전류를 제어하는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)(30)와, 점화코일(20)에 흐르는 전류를 검출하여 점화코일(20)의 이상 유무를 검출하는 검출부(50)와, 점화신호를 생성하여 IGBT(30) 제어신호를 송신하여 IGBT를 제어하는 제어부(40)를 포함한다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 점화코일(20)에서 발생되는 고전압은 분배기(도시하지 않음)를 통해서 각 기관의 점화 플러그에 분배되고, 상기 분배기에서 보내진 고전압이 점화플러그(10)를 통해서 전극 간격에 가함으로써 불꽃을 발생시킬 수도 있다.
점화코일(20)에 흐르는 전류는 IGBT(30) 또는 파워 트랜지스터로 제어된다. IGBT는 절연 게이트 양극성 트랜지스터로서, 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)을 게이트부에 짜 넣은 접합형 트랜지스터이다. 게이트-이미터간의 전압이 구동되어 입력 신호에 의해서 온/오프가 생기는 자기소호형이므로, 대전력의 고속 스위칭이 가능한 반도체 소자이다. 구동전력이 작고, 고속스위칭, 고내압화(高耐壓化), 고전류 밀도화(高電流密度化)가 가능한 소자이다.
검출부(50)는 점화코일(20)의 이상 유무를 검출하는 수단으로써, 제어부(40)로부터 인가된 제어신호에 따라서 점화코일(20)에 흐르는 전류를 검출하고, 검출된 전류의 파형을 분석하여 점화코일의 이상 유무를 판단한다. 또한, 점화코일(20)에 흐르는 전류를 검출하여 점화코일(20)에 이상이 있다고 판단된 경우에는 이를 플래그 신호로 출력하여 제어부(40)로 제공한다.
제어부(40)는 엔진을 구동하는 각종 제어신호를 생성하며, 점화신호를 생성하여 IGBT(30)로 송신하고, 검출부(50)로부터 플래그 신호를 수신하여 점화코일(20)의 이상 유무를 판단한다.
도 2에 도시된 점화 시스템 고장 진단 장치는 제어부(40)로부터 송신되어 IGBT(30)로 전달되는 제어신호와, 검출부(50)로부터 송신되어 제어부(40)로 전달되는 플래그 신호가 상호 송수신되는 양방향 통신을 수행한다.
따라서, 두 개의 신호가 각각 송수신될 수 있는 2개의 통신선로(60, 70)가 필요하다. 즉, 제어부(40)로부터 송신되어 IGBT(30)로 전달되는 제어신호는 제1 통신선로(60)를 통해서 전송되며, 검출부(50)로부터 송신되어 제어부(40)로 전달되는 플래그 신호는 제2 통신선로(70)를 통해서 전송된다.
상기 통신선로(60, 70)는 고에너지 신호로서 잡음(noise)에 민감하기 때문에 선로를 배선할 경우 배선의 실링(Sealing)이 추가되어야 한다. 이 경우, 추가 선로 및 배선, 실링을 위하여 차량 제조 공정이 증가하게 되며, 차량 제조 비용도 증가하게 된다. 또한, 배선의 길이가 비교적 길기 때문에 전반적인 차량의 무게 증가의 문제점도 발생한다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 두 개의 신호를 하나의 통신선로로 송수신하는 구조가 필요하다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 점화 시스템의 고장 진단 장치를 개략적으로 도시한 도면으로서, 제어부(40)로부터 송신되어 IGBT(30)로 전달되는 제어신호와, 검출부(50)로부터 송신되어 제어부(40)로 전달되는 플래그 신호가 하나의 통신선로를 통해서 상호 송수신되는 양방향 통신을 수행하는 것을 특징으로 한다.
도시된 바와 같이, IGBT(30) 및 검출부(50)는 하나의 통신선로(60)를 통해서 제어부(40)와 연결된다.
제어부(40)는 IGBT 제어회로와 플래그 신호를 수신 처리하는 수단이 상호 병렬 연결되어 하나의 선로(60)를 통해서 각각 전달되는 제어신호 및 플래그 신호를 모두 송수신 하는 것이 가능하다.
제어부(40)의 상세 구조는 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 점화 시스템의 고장 진단 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 제어부(40)는 엔진을 제어하는 MCU(43), IGBT 제어회로(41) 및 플래그 신호 판단 및 전송회로(42)를 포함한다.
IGBT 제어회로(41)는 IGBT 제어신호를 생성하여 하나의 선로(60)를 통해서 IGBT(30)로 송신한다.
점화코일의 이상 유무를 검출한 플래그 신호는 마찬가지로 하나의 선로(60)를 통해서 제어부(40)로 수신되며 이때, 제어부(40) 내의 플래그 신호 판단 및 전송회로(42)는 상기 플래그 신호가 수신되면 플래그 값을 판독하여 점화코일 이상 유무를 판단한다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 점화코일(20), IGBT(30) 및 검출부(50)는 하나의 모듈(점화코일회로)로 구성될 수도 있다.
즉, 점화코일회로는 점화코일에 IGBT가 내장된 형태로서, 일측단이 배터리(BAT)에 연결되며 타측단은 접지(GND)로 연결되고, 내부에 점화코일(20), IGBT(30), 전류검출기(51), fault 검출회로(52), 플래그 신호 출력 회로(53) 및 protection 회로(70)가 포함된다.
전류 검출기(51)는 IGBT와 연결되어 제어부(40)의 제어신호에 따라서 점화코일(20)에 흐르는 전류를 검출하고, fault 검출회로(52)는 전류 검출기(51)를 통해서 검출된 전류를 분석하여 점화코일(20)의 이상 유무를 검출하며, 플래그 신호 출력 회로(53)는 fault 검출회로(52)의 이상 유무 검출결과를 플래그 신호로 출력하며, 출력된 플래그 신호는 선로(60)을 통해서 제어부(40)로 전송된다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다.
따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.
10: 점화플러그 20: 점화코일
30: IGBT 40: 제어부
50: 검출부 60: 선로
70: 보호회로

Claims (8)

  1. 점화코일의 고장 진단 장치에 있어서,
    점화에 필요한 고전압을 발생시키는 점화코일;
    상기 점화코일에서 발생된 고전압을 전극 간격에 가하여 불꽃을 발생시키는 점화플러그;
    상기 점화코일에 흐르는 전류를 제어하는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor);
    상기 점화코일에 흐르는 전류를 검출하여 상기 점화코일의 이상 유무를 검출하는 검출부; 및
    점화신호를 생성하여 상기 IGBT를 제어하며, 상기 검출부를 통해서 상기 점화코일의 이상 유무를 판단하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 IGBT 및 상기 검출부와 하나의 통신선로로 연결되어 상기 통신선로를 통해서 상기 IGBT의 제어신호를 상기 IGBT로 송신하고, 상기 검출부로부터 상기 점화코일의 이상 유무를 검출하는 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 점화 시스템의 고장 진단 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 검출부는,
    상기 IGBT와 연결되어 상기 제어부의 제어신호에 따라서 상기 점화코일에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출기;
    상기 전류검출기를 통해서 검출된 전류를 분석하여 상기 점화코일의 이상 유무를 검출하는 fault 검출회로; 및
    상기 fault 검출회로의 이상 유무 검출결과를 플래그 신호로 출력하는 플래그 신호 출력 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화 시스템의 고장 진단 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 IGBT를 제어하는 IGBT 제어회로, 및
    상기 플래그 신호 출력 회로로부터 상기 점화코일의 이상 유무를 검출하는 상기 플래그 신호를 수신하여 상기 점화코일의 이상 유무를 판단하는 플래그 신호 판단회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화 시스템의 고장 진단 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 IGBT 제어회로는 상기 통신선로를 통해서 상기 IGBT로 상기 제어신호를 송신하고,
    상기 플래그 신호 판단회로는 상기 통신선로를 통해서 상기 플래그 신호 출력회로로부터 상기 플래그 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 점화 시스템의 고장 진단 장치.
  5. 점화코일의 고장 진단 장치에 있어서,
    점화에 필요한 고전압을 발생시키는 점화코일과 상기 점화코일의 이상 유무를 검출하는 점화코일 검출회로를 포함하는 점화코일회로;
    상기 점화코일에서 발생된 고전압을 전극 간격에 가하여 불꽃을 발생시키는 점화플러그;
    상기 점화코일회로와 연결되어 상기 점화코일 제어신호를 송신하고, 상기 점화코일 이상 유무 검출신호를 수신하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부와 상기 점화코일회로는 하나의 라인을 통해서 상기 제어신호 및 상기 검출신호를 양방향 통신하는 것을 특징으로 하는 점화 시스템의 고장 진단 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 점화코일회로는,
    상기 점화코일에 흐르는 전류를 제어하는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 점화 시스템의 고장 진단 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 점화코일회로는,
    상기 IGBT와 연결되어 상기 제어부의 제어신호에 따라서 상기 점화코일에 흐르는 전류를 검출하는 전류검출기;
    상기 전류검출기를 통해서 검출된 전류를 분석하여 상기 점화코일의 이상 유무를 검출하는 fault 검출회로; 및
    상기 fault 검출회로의 이상 유무 검출결과를 플래그 신호로 출력하는 플래그 신호 출력 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 점화 시스템의 고장 진단 장치.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 점화코일회로는,
    과전압 또는 과전류로부터 상기 점화코일을 보호하는 보호회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 점화 시스템의 고장 진단 장치.
KR1020130159711A 2013-12-19 2013-12-19 점화 시스템의 고장 진단 장치 KR20150072265A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107709756A (zh) * 2015-07-15 2018-02-16 日立汽车***株式会社 发动机控制装置

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CN107709756A (zh) * 2015-07-15 2018-02-16 日立汽车***株式会社 发动机控制装置

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