KR910002004B1 - 내연기관용 콘덴서 방전형 점화장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

내연기관용 콘덴서 방전형 점화장치

제1도는 본 발명의 콘덴서 방전형 점화장치의 전기회로도.

제2도는 동 장치에 있어서 각부의 파형도.

제3도는 콘덴서 충방전전압 파형을 나타낸것으로서 (a)는 종래방식(자려발진 DC-DC)변환방식)의 콘덴서 충방전 전압 파형도이고, (b)는 본 발명의 콘덴서 방전형 점화장치의 콘덴서 충방전 전압 파형도.

＊ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 3, 5, 6, 7, 8, 22, 23, 24, 25, 27, 28, 31, 32 : 저항

2, 11, 16, 30 : 콘덴서 4, 29 : IC

9, 10, 33 : 트랜지스터 12 : 인버터 승압변압기

13 : 브릿지 다이오드 14, 17, 34 : 다이오드

15, 18 : 사이리스터 19 : 점화코일

20 : 엔진 배전기 21 : 점화플러그

26 : 배전기 접점

본 발명은 내연기관용 콘덴서 방전형 점화장치(Capacitor Discharge Ignition System : CDI system)에 관한 것으로서, 특히 페루우프 방식(closed loop type)의 점화장치에 관한 것이다.

종래에 사용되고 있는 콘덴서 방전형 점화장치는 모두가 자려발진 방식의 DC-DC 변환기(self-oscillating DC-DC converter)를 사용한 개루우푸방식(open loop type)으로 되어 있어서 콘덴서 충전시간이 너무 길기 때문에 밧데리의 전압변동이나 엔진속도에 따라서 점화출력이 변동하며 특히 고속에서는 점화출력이 현저히 저하하는 결점을 가지고 있었다.

본 발명은 87년 특허 출원 제9584호를 개량한 것으로, 이 목적은 트랜지스터를 스위칭용 파워트랜스를 전계효과 트랜지스터(field etfect tran sistor)로 사용하므로 써지전압이 약하여 수명이 짧고 회로가 복잡한 결점이 있었으나 본원 발명은 써지 전압이 강한 달링턴 트랜지스터를 사용하므로 회로가 간편하고 동작을 안정화하기 위하여 SCR의 트리거회로를 정전압 IC로 사용하므로 회로가 간편하고 충전전압도 임의로 조정이 가능하고 충전시간이 짧으므로 소비전력이 감소되어 기기의 수명연장 되는 경제적인 효과를 가져옴은 물론 밧데리 전압 변동이나 엔진속도(저속-고속)에 관계없이 항상 일정한 점화 출력을 얻도록 함으로서 속도의 증가에 따라 엔진성능의 저하를 방지하는데 있다.

이하 본 발명의 점화장치는 제1도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 스윗칭 레규레이터용 IC(4)는 출력단자 9와 10에 구형파 펄스를 반주기씩 교대로 발생시키는 것으로서 그 주파수는 저항(3)과 콘덴서(2)에 의해 f=1.1/(R.C)[Hz]로 결정된다. IC(4)의 출력단자 9와 10에 교대로 발생되는 구형파 펄스에 의해서 달링턴 트랜지스터(Darlington TR.)(9)(10)이 교대로 온. 오프(on-off) 스윗칭을 하게 되어 승압변압기(12)에 의해 2차권선(N₂)에 고압의 구형파 펄스전압이 유도된다. 다시 말하면 이 부분은 DC-AC 인버터(inverter) 부분이다. 승압 변압기(12)의 2차권선에 유도된 고압의 구형파 펄스 전압은 브릿지 다이오드(13)에 의해 정류된 콘덴서(16)에 충전하게 된다. 이때 콘덴서(16)의 충전전류가 점화코일(19)의 1차권선을 통하지 않고 다이오드(17) 및 사이리스터(18)을 통하여 흐르도록 사이리스터(18)을 턴·온(turn-on)시킨다. 콘덴서가 충전되는 시간은 엔진 배전기(20)내의 접점(26)(전자식 접점의 경우도 마찬가지임)이 on되어 있는 시간이며 이때 트랜지스터(33)는 off되어 있게 되고 따라서 밧데리 전압(V_B)은 저항(32) 및 다이오드(34)를 통하여 사이리스터(18)의 게이트에 전류가 흐르게 되므로 배전기 접점(26)은 on되어 있는 동안 사이리스터(18)는 계속 on 상태로 있게된다. 여기에서 다이오드(14)(17)은 각각 사이리스터(15)(18)의 역내압을 보상하기 위한 것이다.

이때 콘덴서(16)의 충전전압은 상승하다가 저항(23)(24)에 의해 분압되어 IC(4)내의 전압비교기의 (+)단자 1에 저항(22)를 통하여 가해지는데 이 전압이 IC(4)의 내부 정전압 출력단자 14로부터 저항(6)을 통하여 이 전압비교기의 (-)단자 2에 가해지는 +5V보다 높아지는 순간 IC(4)는 단자 9, 10의 출력을 차단하므로 트랜지스터(9)(10)은 그 스윗칭 동작을 멈추게되며, 따라서 콘덴서(16)의 충전전압은 더이상 증가하지 않고 일정한 값으로 유지하게 된다. 이때 콘덴서의 충전 종료전압(set voltage)은 저항(24)에 의해 결정되고 엔진 배전기(20)의 접점(26)이 열리는 순간 점화플러그(21)에 스파크를 발생시키도록 되어 있는데, 접점(26)이 열리는 순간 IC(4)내의 또 다른 전압 비교기의 (+)단자 16에 저항(27)을 통하여 높은 전압이 가해지는데 이 전압은, IC(4)의 내부 정전압 출력단자 14로부터 저항(6)를 통하여 이 전압비교기의 (-)단자 15에 가해지는 +5V보다 높으므로 IC(4)의 단자 9, 10의 출력은 계속하여 차단시켜 놓는다. 또한 접점(26)이 열리게되면 저항(31)을 통하여 트랜지스터(33)의 베이스전류가 흐르게 되어 트랜지스터(33)은 턴·온(turn-on)되므로 사이리스터(18)은 턴·오프(turn-off)되어 콘덴서(16)의 충전경로로부터 벗어나게 된다.

한편 접점(26)이 열리는순간 저항(28)을 통하여 정전압 IC(29)의 입력단자에 계단파 전압이 가해지며, 따라서 정전압 IC(29)의 출력전압도 계단파 전압이 되므로 콘덴서(30)과 사이리스터(15)의 게이트-개소드간 저항에 의한 미분파형의 전압이 사이리스터(15)의 게이트에 가해져 사이리스터(15)를 턴·온(turn-on)시킴으로서 콘덴서(16)에 충전되어 있던 고압의 직류전압이 순간적으로 점화코일(19)의 1차측에 인가되며 이 순간 콘덴서(16)과 점화코일(19) 1차권선으로 구성되는 방전통로를 통하여 콘덴서(16)의 충전전압이 진동 방전을 하게 된다. 이때 콘덴서(16)의 방전동작을 보면 처음은 반주기 동안은 콘덴서(16)→다이오드(14)→사이리스터(15)→점화코일(19)의 1차권선을 통하여 방전하며 이때 콘덴서(16)은 처음과 반대극성으로 충전되며, 다시 반대방향으로 방전할 때는 콘덴서(16)→점화코일(19)의 1차권선→브릿지 다이오드(13)을 통하여 방전하여 다시 콘덴서(16)은 처음 극성과 같은 방향으로 재충전을 하게 된다.

이와같이 콘덴서(16)의 충방전은 반주기씩 방전통로가 바뀌면서 그 충전에너지가 다 소모되어 없어질때까지 계속되며, 이 기간동안 점화코일(19)의 2차권선에 연결된 점화플러그(21)에서는 스파크가 발생하여 엔진실린더의 연소실내의 혼합가스를 점화 폭발시키게 된다. 콘덴서(11)은 트랜지스터(9)(10)을 교대로 스윗칭시 승압 변압기(12)의 1차권선에 써지 전압이 발생하여 전원측에 영향을 주게되는데 이 써지전압을 흡수시킴으로서 단일전원(V_B)을 공동으로 사용하는 다른 모든 회로의 동작을 안정하게 하기 위한 것이다. 저항(1)은 스윗칭 레규레이더 IC(4)의 단자 9, 10의 출력 펄스전압을 위한 데드타임(dead-time) 조정 전압단자 4에 연결되어 단자 4의 전압을 0으로 유지토록함으로써 출력 펄스폭을 최대로 하기 위한 것이다.

이와같이 본 발명의 장치는 배전기내의 접점(26)이 닫혀 있는 동안 DC-DC 변환기가 동작하여 콘덴서(16)을 원하는 전압까지 충전시켰다가 접점(26)이 열리는순간 콘덴서(16)에 축척된 고압의 전기적 에너지를 점화플러그에 공급함으로써 연료의 연소율을 향상시킬 수 있게 되고, 페루우프방식(부궤한방식)을 이용함으로써 콘덴서(16)의 충전 종료전압을 항상 원하는 일정한 값으로 유지시켰다가 방전시키게 되는 것이다.

제2도는 본 장치의 각부의 파형을 나타낸것으로서 (a) (b)는 스윗칭 레규레이터 IC(4)의 출력단자 전압 (c) (d)는 인버터승압 변압기(12)의 1차권선전압, (e)는 인버터승압 변압기(12)의 2차권선 전압, (f)는 콘덴서(16)의 양단전압, (g)는 점화코일(19)의 1차권선전압, (h)는 배전기 접점(26)의 전압, (i)는 사이리스터(15)의 게이트트리거전압, (j)는 스윗칭 레규레이더 IC(4)의 16번 단자 전압, (k)는 사이리스터(18)의 게이트트리거전압들의 파형이다.

또한 4기통 엔진차량의 경우 엔진회전수와 방전주기와의 관계는 엔진회전수=30/방전주기[rpm]이므로 콘덴서(16)의 충전시간(2msec) 및 방전시간(0.8msec)로부터 계산하면 엔진회전수=30/(2.8×10^-3)=10714.3[rpm] 즉 10,000rpm 이상까지도 일정한 점화출력을 얻을 수 있게 된다. 제3도는 콘덴서 충방전 전압파형에서 알 수 있는 바와같이 종래방식 (a)의 경우는 엔진속도가 저속에서 고속으로 증가하면 방전시기가 (t₃→t₂→t₁)으로 이동하기 때문에 방전순간의 콘덴서 충전전압이 감소되어 (Vc₃→Vc₂→Vc₁) 점화출력도 감소하게 된다.

본 발명의 경우는 그림 (b)도에서와 같이 엔진 속도가 저속에서 고속으로 증가하게 되면 방전시기가 (t₃→t₂→t₁)으로 이동하더라도 콘덴서의 충전전압은 항상 일정한 크기(Vc)에서 방전이 이루어지므로 엔진속도가 약 10,000rpm 이상까지 증가하더라도 점화출력은 항상 일정하게 유지된다.

제1도의 회로에서 DC-AC 변환기의 승압변압기(12)의 승압권선비를 증가시키면 제3도의 그림 (b)에서 Vc(t)=0에서 Vc(t)=Vc까지의 간격을 얼마든지 단축시킬 수 있으므로 일정한 점화출력을 얻을 수 있는 엔진속도 범위를 얼마든지 증가시키 수 있게 된다.

또한 본 발명은 제3도 (b)에서 Vc 즉, 콘덴서 충전전압의 크기(점화출력)도 제1도의 저항(24)에서의 분압전압을 조정함으로써 얼마든지 증가시킬 수 있게 되고 제 1도의 점화코일(19)은 2차권선의 절연 내압의 범위내에서 증가시킬 수 있게 된다.

이와같이 구성된 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 자려발진 방식의 DC-DC 변환기를 사용한 종래방식의 콘덴서 방전형 점화장치는 유도점화장치보다는 엔진성능의 향상을 거두고 있으나 밧데리 전압이 약간이라도 저하하거나 엔진속도가 고속으로 되면 점화출력이 현저히 저하하는 결점을 가지고 있으나 본 발명은 콘덴서 방전형 점화장치의 점화출력을 종래방식보다 증가시킴으로서 엔진실린더의 연소실내에서의 연료의 연소율을 향상시켜 연료절감이 차종에 따라 차이는 있으나 연료절감의 효과를 가져왔으며 또한 충전시간을 종래방식보다 현저히 단축시킴으로써 콘덴서 충전시간동안 점화장치 자체가 소비하는 전력도 경감시켜 전력을 감소시킬 뿐만 아니라 본 발명의 점화장치는 종래방식에서 불가능한 점화출력 조정이 임의로 이루어질 수 있으며 DC-DC 변환기의 변압기의 승압권선비를 증가시킴으로써 엔진속도(약 15,000rpm)까지도 점화출력을 얻을 수 있게 함으로써 경주용 자동차에도 사용할 수 있게된다.

또한 차량시동 특성이 아주 좋을 뿐만 아니라 연소율의 향상으로 인한 배기가스 공해 방지에도 크게 기여할 수 있음은 물론 연료의 연소율을 거의 100%에 가깝도록 하게 됨으로서 엔진 실린더내의 흡배기 밸브(valves) 점화플러그(spark plug), 피스톤 헤드(piston head), 피스톤 링(piston ring), 실린더 헤드(cylinder head) 및 머플러(miffler)등의 수명을 현저히 연장시키며, 배전기 접점도 흐르는 전류가 수십 mA 밖에 안되기 때문에 거의 반영구적으로 사용할 수 있게 함으로서 엔진의 성능 향상 및 수명 연장의 효과를 가져오게 되는 유용한 신규발명이다.

Claims (4)

1. 콘덴서 방전형 점화장치에 있어서, IC(4)를 이용한 강제구동 발진방식으로한 DC-DC 변환회로, 콘덴서(16)의 충전시 충전시간의 단축 및 정밀한 콘덴서 충전전압의 검출을 가능토록 하기 위하여 점화코일(19)의 1차권선을 통하지 않고 사이리스터(18)을 통하여 충전되게 하고 콘덴서(16)의 충전종료시의 전압을 항상 일정하게 하기 위한 궤환회로(저항(23), (24), (22) 및 IC(4) 내부의 전압비교기)로 구성한 내연기관용 콘덴서 방전형 점화장치.
2. 청구범위 제1항에 있어서, 강제구동 발진회로를 IC(4)와 다알링톤 트랜지스터(9), (10)로 구성한 발진회로.
3. 청구범위 제1항에 있어서, 충방전시 사용되는 SCR(15)(18)의 역내압 보호용 다이오드(14), (17) 소자등으로 구성한 회로.
4. 청구범위 제1항에 있어서, 콘덴서(16)의 수명 연장 및 점화장치의 소비전력을 줄이기 위해 콘덴서(16)의 충전 접점(26)이 on될때에만 사용되도록 구성한 회로.

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