KR20090065386A - How to control spark plug behavior - Google Patents
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Abstract
본 발명은 GDI 엔진에 MPI 엔진 전용 점화 플러그를 장착하여 사용할 수 있도록 하되 GDI 엔진의 성능을 발휘할 수 있도록 나는 점화 플러그 동작 제어 방법에 관한 것으로서, 차량의 GDI 엔진에 설치된 점화 코일의 동작을 제어하는 방법에 있어서, 점화 코일에 전압을 인가하여 점화시키는 1차 점화 단계, 점화 코일의 점화를 정지하는 휴지 단계 및 점화 코일에 전압을 다시 인가하여 점화시키는 2차 점화 단계를 포함하고, 상기 1차 점화 단계, 휴지 단계 및 2차 점화 단계는 GDI 엔진의 착화 가능 시간 내에 연속적으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a spark plug operation control method that allows the GDI engine to be equipped with an MPI engine-specific spark plug, but to exhibit the performance of the GDI engine, and a method of controlling the operation of an ignition coil installed in a vehicle GDI engine. A first ignition step comprising applying a voltage to the ignition coil to ignite, a pause step of stopping the ignition of the ignition coil, and a second ignition step of applying the voltage to the ignition coil again to ignite the primary ignition step. The idle stage and the secondary ignition stage are characterized in that they are continuously performed within the ignition time of the GDI engine.
Description
본 발명은 점화 플러그 동작 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 GDI 엔진에 MPI 엔진용 점화 플러그를 장착한 후 정상적인 동작이 이루어지도록 하는 점화 플러그 동작 제어 방법 에 관한 것이다.The present invention relates to a method for controlling a spark plug operation, and more particularly, to a method for controlling a spark plug operation such that a normal operation is performed after mounting a spark plug for an MPI engine in a GDI engine of a vehicle.
현재 개발되어 양산되고 있는 차량의 자 제어 시스템(electronic management system; 이하 'EMS'라 함)은 보통 MPI(multi point injection)용으로 연료 분사계 구동 제어가 상대적으로 간단하고, 여러 제어 사양의 제어 수준도 단순하다. Currently developed and mass-produced electronic management system (EMS) of the vehicle is a relatively simple fuel injection system drive control for MPI (multi point injection), the control level of various control specifications Is also simple.
최근에는 엔진의 연료실내에 연료를 직접 분사하는 GDI 엔진이 여러 자동차 메이커로부터 개발되고 있다. GDI 엔진은 부분 부하 시에는 압축 행정 말기에 연료를 분사하여 점화 플러그 주위의 공연비를 농후하게 하는 성층연소로 초희박 공연비(25∼40:1)에서도 쉽게 점화가 가능하도록 되어 있으며, 고 부하 시에는 흡입 행정 초기에 연료를 분사하여 이론 공연비(14.7:1) 연료에 의한 흡입공기 냉각으로 충진 효율을 향상시킬 수 있다. Recently, GDI engines that directly inject fuel into an engine's fuel chamber have been developed by various automobile manufacturers. The GDI engine is a stratified combustion that injects fuel at the end of the compression stroke at the end of the compression stroke to enrich the air-fuel ratio around the spark plug.It can be easily ignited even at ultra-low air-fuel ratios (25 to 40: 1). Fuel can be injected at the beginning of the intake stroke to improve filling efficiency by cooling the intake air with a theoretical air-fuel ratio (14.7: 1) fuel.
또한, GDI 엔진은 실린더 안으로 연료를 직접 분사하므로 흡기포트 벽에 연료가 흡착되는 월 웨팅(wall wetting)현상도 줄일 수 있다.In addition, the GDI engine directly injects fuel into the cylinder, thereby reducing wall wetting of fuel adsorbed on the intake port wall.
GDI 엔진은 MPI 엔진에 비해 연료 분사계가 복잡(예를 들어, 고압연료 펌프제어, 인젝터 드라이버 제어가 추가되고 연료 분사 압력 피드백 제어가 필요함)하고 추가되는 제어 사양이 복잡하다. GDI engines have more complex fuel injection systems than MPI engines (eg, high pressure fuel pump control, injector driver control and fuel injection pressure feedback control).
또한, MPI 엔진은 워밍업 후 한가지 모드(이론 공연비 영역)만 가지나, GDI 엔진은 이론 공연비, 희박 운전영역, 초희박 운전영역의 3가지 영역이 존재한다.In addition, the MPI engine has only one mode (theoretical air-fuel ratio region) after warming up, but the GDI engine has three regions of theoretical air-fuel ratio, lean driving region, and ultra-lean driving region.
이상적으로 GDI엔진은 초희박 운전 영역만이 존재하겠지만, 실제 차속이 일정 이하이고 수온이 일정 이하일 때는 운전의 안정성을 위해 이론 공연비 운전을 유지해야 하고, 이론 공연비 영역과 초희박 운전영역의 중간에 희박 운전 영역을 만들어 양 영역을 자주 왕복하는 것에 대한 충격을 최소해야 한다. Ideally, the GDI engine will only have a super-lean driving range, but when the actual vehicle speed is below a certain level and the water temperature is below a certain level, the theoretical air-fuel driving should be maintained for driving stability. Operating areas should be created to minimize the impact of frequent round trips between the two areas.
한편, MPI EMS는 SCV를 선택적으로 사용하나, GDI EMS는 흡기 유동의 정도를 제어하기 위해 SCV를 반드시 사용하여야 한다. 즉, MPI 엔진에서의 SCV는 필요에 따라 린번 엔진에서 선택적으로 사용되며, 그의 작동 수준은 오픈/클로즈 2단계에 불과하다. 그러나, GDI 엔진에서의 SCV는 초희박 운전시 적정한 흡기 유동을 만들기 위해 반드시 사용되어야 하고, 또한 SCV의 제어도 개방과 폐쇄를 복수개의 단계로 나누어 세밀하게 제어되어야 한다. 그 이유로는 초 희박 운전에서는 엔진의 부하와 속도에 따라 달리하는 값을 지녀야 하기 때문에 적정한 유동을 만들어 주어야 하기 때문이다. On the other hand, MPI EMS uses SCV selectively, while GDI EMS must use SCV to control the degree of intake flow. In other words, SCVs in MPI engines are optionally used in Leanburn engines as needed, and their operating levels are only open / closed in two stages. However, SCVs in GDI engines must be used to make proper intake flow during ultrathin operation, and the control of SCVs must also be finely controlled by dividing the opening and closing into multiple stages. The reason for this is that in ultra-lean operation, it must have a value that varies depending on the load and speed of the engine, so that an appropriate flow must be made.
이와 같이, GDI 엔진은 MPI 엔진보다 장점이 많지만, 이러한 장점을 발휘하기 위해서는 GDI 엔진 전용의 부품을 사용해야만 한다. As described above, the GDI engine has many advantages over the MPI engine, but in order to achieve such advantages, the GDI engine must use components dedicated to the GDI engine.
특히, 실린더 내부에서 혼합기를 연소시키기 위해 사용하는 점화 플러그는 GDI 엔진 전용으로 설계되었기 때문에 MPI 엔진에서 사용하던 점화 플러그은 사용할 수 없었다. In particular, the spark plugs used to burn the mixer inside the cylinders were designed exclusively for the GDI engine, so the spark plugs used in the MPI engines could not be used.
도 1은 일반적인 GDI 엔진 전용 점화 플러그과 MPI 엔진 전용 점화 플러그의 소비 전력을 나타내는 그래프로서, 동일한 전류가 인가될 때 GDI 엔진 전용 점화 플러그은 MPI 엔진 전용 점화 플러그보다 통전 시간이 길게 나타나는 것을 나타낸다. 1 is a graph illustrating power consumption of a general GDI engine-specific spark plug and an MPI engine-specific spark plug. When the same current is applied, the GDI engine-specific spark plug has a longer energization time than the MPI engine-specific spark plug.
그리고, 표 1은 일반적인 GDI 엔진 전용 점화 플러그과 MPI 엔진 전용 점화 플러그의 연비를 나타내는 표로서, GDI 엔진 전용 점화 플러그이 MPI 엔진 전용 점화 플러그보다 연비가 우수함을 나타내고 있다. In addition, Table 1 is a table showing the fuel efficiency of the general GDI engine dedicated spark plugs and the MPI engine dedicated spark plugs, showing that the GDI engine dedicated spark plugs are superior to the MPI engine dedicated spark plugs.
(이때의 조건은 코일 변환 효율 45%, 알터네이터 변환 효율 50%, 6기통 엔진인 경우이다.) (The conditions at this time are 45% of coil conversion efficiency, 50% of alternator conversion efficiency, and a six-cylinder engine.)
그러나, GDI 엔진 전용 점화 플러그은 MPI 엔진 전용 점화 플러그보다 우수한 성능을 갖고 있지만, 가격이 높은 단점이 있기 때문에 차량의 유지 관리비가 상승되는 문제점이 있었다. However, the GDI engine spark plug has superior performance than the MPI engine spark plug, but has a problem in that the maintenance cost of the vehicle is increased because of a high price.
그리고, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 차량의 ECU에서 점화 플러그의 동작을 위해 점화 플러그로 신호를 인가하면, 신호가 인가되는 시간 동안 1차 전류가 인가되면서 폭발 행정이 이루어지게 된다. 따라서, MPI 엔진 전용 점화 플러그을 GDI 엔진에 사용하면 서로 다른 점화 시간 때문에 MPI 엔진 전용 점화 플러그은 곧 소손되는 문제점이 있었다. As shown in FIG. 2, when a signal is applied from the ECU of the vehicle to the spark plug for the operation of the spark plug, an explosion current is performed while the primary current is applied during the time that the signal is applied. Therefore, when the MPI engine-specific spark plug is used in the GDI engine, the MPI engine-specific spark plug is soon burned out due to different ignition times.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, GDI 엔진에 MPI 엔진 전용 점화 플러그를 장착하여 사용할 수 있도록 하되 GDI 엔진의 성능을 발휘할 수 있도록 나는 점화 플러그 동작 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a spark plug operation control method so that the GDI engine can be equipped with an MPI engine-specific spark plug but can exhibit the performance of the GDI engine. .
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 점화 플러그 동작 제어 방법은, 차량의 GDI 엔진에 설치된 점화 플러그의 동작을 제어하는 방법에 있어서, 점화 플러그에 전압을 인가하여 점화시키는 1차 점화 단계, 점화 플러그의 점화를 정지하는 휴지 단계 및 점화 플러그에 전압을 다시 인가하여 점화시키는 2차 점화 단계를 포함하고, 상기 1차 점화 단계, 휴지 단계 및 2차 점화 단계는 GDI 엔진의 착화 가능 시간 내에 연속적으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the method for controlling a spark plug operation according to the present invention includes a method for controlling the operation of a spark plug installed in a GDI engine of a vehicle, the method comprising: a first ignition step of applying a voltage to a spark plug and igniting the same; A rest stage for stopping ignition of the plug and a second ignition stage for applying a voltage to the spark plug again to ignite, wherein the first ignition stage, the rest stage and the second ignition stage are continuously within the ignition time of the GDI engine. Characterized in that made.
상기 휴지 단계의 수행 시에는 코일 점화를 위한 충전이 이루어지도록 한다. When the idle step is performed, charging for coil ignition is performed.
상기 휴지 단계는 상기 1차 점화 단계서 발생된 불꽃이 유지되는 동안 이루어진다. The rest stage is performed while the spark generated in the first ignition stage is maintained.
상기 2차 점화 단계는 상기 1차 점화 단계에서 발생된 불꽃이 소멸되기 전에 이루어지도록 한다. The secondary ignition step is performed before the flame generated in the primary ignition step is extinguished.
상기와 같이 구성된 본 발명은, GDI 엔진에 GDI 엔진용 점화 플러그보다 저렴한 MPI 엔진 전용 점화 플러그를 장착하여 사용할 수 있도록 하므로 차량의 관리비가 절감되는 효과를 갖는다. According to the present invention configured as described above, the GDI engine can be equipped with a spark plug dedicated to the MPI engine than the spark plug for the GDI engine, thereby reducing the management cost of the vehicle.
도 3은 본 발명에서 사용하는 점화 플러그의 회로도이다. 또한, 도 4는 본 발명에 의한 점화 플러그 동작 제어 방법과 종래의 제어 방법을 비교하는 도면이다. 3 is a circuit diagram of a spark plug used in the present invention. 4 is a view comparing the spark plug operation control method and the conventional control method according to the present invention.
도면을 참조하여 본 발명에 의한 점화 플러그 동작 제어 방법의 구성을 설명하면 다음과 같다.Referring to the drawings will be described the configuration of the spark plug operation control method according to the present invention.
운전자가 차량의 엔진을 시동하면 차량의 전반적인 동작을 제어하는 ECU(10)는 엔진(미도시)을 포함한 여러 구성 요소의 동작을 제어한다. When the driver starts the engine of the vehicle, the
ECU(10)의 제어 신호에 의해 차량의 배터리(미도시)에 저장되어 있는 전원이 점화 플러그(30)로 공급된다. 전원이 점화 플러그(30)로 공급되는 경로의 도중에는 1차 코일(20a)과 2차 코일(20b)이 설치되어 있기 때문에, 배터리에서 공급되는 전원의 전압을 점화 플러그의 동작에 적합한 전압으로 상승시킨다. Power stored in the battery (not shown) of the vehicle is supplied to the
상승된 전압은 소정 시간 동안 점화 플러그(30)에 인가되어 1차 점화 단계를 수행함으로써 점화 플러그(30)에서는 점화용 불꽃이 발생된다. 이때, 차량의 엔진은 GDI 엔진이지만, GDI 엔진에 설치되는 점화 플러그는 MPI 엔진용 점화 플러그이다. 따라서, 이하에서 말하는 점화 플러그는 특별한 예시가 있는 경우를 제외하고는 모두 MPI 엔진용 점화 플러그이다.The elevated voltage is applied to the
점화 플러그(30)에서의 점화 불꽃을 유지하기 위해 소정의 시간 동안 전압 인가가 유지되도록 한다. 기존의 점화 플러그(GDI 엔진용 점화 플러그와 MPI 엔진용 점화 플러그)의 경우에는 도 4의 (a),(b)에 도시되어 있는 바와 같이, 최초 점화 개시 시점부터 종료 시점까지 연속적으로 점화가 일어나기 때문에, 도 5의 (a), (b)에 도시되어 있는 바와 같이 연속적인 불꽃의 발생이 있음을 알 수 있다. The voltage application is maintained for a predetermined time to maintain the ignition spark at the
여기서, 도 4와 도 5의 (a)는 MPI 엔진용 점화 플러그의 동작 상태를 나타내고, 도 4와 도 5의 (b)는 GDI 엔진용 점화 플러그의 동작 상태를 나타낸다. 4 and 5A show an operating state of the MPI engine spark plug, and FIGS. 4 and 5B show an operating state of the GDI engine spark plug.
본 발명을 사용하는 경우, 도 4의 (c)에 도시되어 있는 바와 같이 점화 플러그에서 최초로 불꽃이 발생된 후 일정 시간이 경과되면 점화 플러그로의 전압 인가를 중지시킨다. In the case of using the present invention, as shown in (c) of FIG. 4, when a certain time elapses after the spark is first generated in the spark plug, voltage application to the spark plug is stopped.
점화 플러그로의 전압 인가가 중지됨에 따라 도 5의 (c)에 도시되어 있는 바와 같이, 점화 플러그에서는 불꽃의 발생이 중지되었지만, 기존에 발생되었던 불꽃이 완전히 소멸되지 않고 남아있게 된다. 도면에서는 불꽃이 나타나지 않으나, 미세한 불꽃이 남아있는 상태이다. As the application of the voltage to the spark plug is stopped, as shown in FIG. 5C, the spark plug is stopped in the spark plug, but the previously generated spark remains without being completely extinguished. Although the flame does not appear in the drawing, the fine flame remains.
ECU(10)는 기존에 발생된 불꽃이 완전히 소멸되기 이전에 점화 플러그에 전압을 인가하여 2차 점화 단계가 수행되도록 한다. 2차 점화가 발생되는 시점은 GDI 엔진에 의한 혼합기의 착화가 가능한 시점 즉, 1차 점화 단계의 수행에 의해 점화 플러그에 의해 발생된 불꽃이 완전히 소멸되기 이전에 이루어지며, 2차 점화 단계가 수행되기 전의 휴지 단계는 0.15ms 동안 지속되는 것이 바람직하다. 2차 점화가 일어나기 직전까지는 점화 플러그에서의 불꽃 발생은 중지되지만, 이후의 불 꽃 발생을 위해 충전이 이루어지도록 한다. The
그리고, ECU(10)의 제어에 의해 점화 플러그에서 점화 불꽃이 2차 발생되는 시기는 GDI 엔진에 의한 착화 가능한 시간의 폭발 행정 동작이 가능한 최종 한계점이 되도록 한다. Then, when the ignition spark is second generated in the spark plug by the control of the
점화 플러그에서 점화 불꽃이 2차로 발생하는 시점에서 실린더 내부에서의 착화는 정상적으로 이루어지게 되므로, GDI 엔진에 보다 저렴한 MPI 엔진용 점화 플러그를 탑재하여도 GDI 엔진의 정상적인 동작이 가능하게 된다. Since the ignition of the spark plug occurs second in the spark plug, the ignition inside the cylinder is normally performed. Thus, even if the GDI engine is equipped with a cheaper spark plug for the MPI engine, the GDI engine can operate normally.
상기와 같이, GDI 엔진에 MPI 엔진용 점화 플러그를 사용할 때, 점화 플러그에 인가되는 신호 및 출력 파형은 도 6에 도시되어 있는 바와 같다. As described above, when the spark plug for the MPI engine is used in the GDI engine, the signal and output waveforms applied to the spark plug are as shown in FIG.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다. While the invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments thereof, the invention is not limited to these embodiments, and has been claimed by those of ordinary skill in the art to which the invention pertains. It includes all the various forms of embodiments that can be carried out without departing from the spirit.
표 1은 일반적인 GDI 엔진 전용 점화 플러그과 MPI 엔진 전용 점화 플러그의 연비를 나타내는 표.Table 1 is a table showing the fuel economy of a typical GDI engine dedicated spark plug and MPI engine dedicated spark plug.
도 2는 종래의 기술에 의한 점화 플러그 제어 방법을 나타내는 그래프.Figure 2 is a graph showing a spark plug control method according to the prior art.
도 3은 본 발명에서 사용하는 점화 플러그의 회로도. 3 is a circuit diagram of a spark plug used in the present invention.
도 4는 본 발명에 의한 점화 플러그 동작 제어 방법과 종래의 제어 방법을 비교하는 도면. 4 is a diagram comparing a spark plug operation control method according to the present invention and a conventional control method.
도 5는 종래의 기술과 본 발명을 사용하였을 때의 점화 플러그에서의 불꽃 발생 상황을 나타내는 도면.Fig. 5 is a view showing a spark generation situation in a spark plug when using the conventional technique and the present invention.
도 6은 본 발명을 사용할 때, 점화 플러그에 인가되는 신호 및 출력 파형을 나타내는 그래프. 6 is a graph showing signal and output waveforms applied to a spark plug when using the present invention.
-도면의 주요부분에 대한 부호설명-Code descriptions for the main parts of the drawings
10: ECU10: ECU
20a: 1차 점화 코일20a: primary ignition coil
20b: 2차 점화 코일20b: secondary ignition coil
30: 점화 플러그30: spark plug
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Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20090430 Patent event code: PE09021S01D |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20090729 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20090430 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |