Re:CDI 회로 (원리)부탁드림니다.

[이흥선]

잠깐 찾아봤는데요..

반도체점화장치

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Semi 트랜지스터식 점화장치

1차 전류를 트랜지스터로 단속하여 배전기의 포인터에 극히 작은 전류를 흐르게하여 포인터의 소손이 없게 한 것이나 기존의 브레이크 아암을 사용함으로써 고속시 채터링이나 기계적인 문제를 발생하여, 포인터의 조정이 필요

CDI식 점화장치

DC-DC컨버터를 사용하여 12V의 저압을 400V로 승압하여 단속기가 닫혀있을 동안에는 SCR이 작동하지 않기 때문에 콘덴서에 충전된다. 단속기가 열리면 콘덴서 C1을 통하여 게이트전류가 흐르게 되고 SCR이 작동하여 콘덴서 C2에 충전된 전압을 순간적으로 방전시켜 1차코일에 역기전력을 발생시켜 2차 코일에 고전압을 발생시킴, 2차코일에 발생하는 고전압의 시동이 빠르고, 실화가적어 점하가 확실하고, 고속회전시도 안정된 고전압을 발생 시킬 수 있는 장점.

Full TR식 점화장치( Magnet식)

배전기에서 기계적인 문제(채터링, 포인터의 마모 등)로 점화시기나 드웰각 변화함, 이를 개선하기 위하여 무접점방식의 점화장치가 사용됨. 트랜지스터, 타이밍 로터와 Pick up coil로 구성됨 코일에 로터가 접근하면 코일 자속의 세기는 세어지고 이를 방해하는 방향으로 기전력이 발생한다. 이때 Pick up코일에는 교류전압이 발생되고, 이 기전력으로 트랜지스터를 ON/OFF제어하여 1차 전류를 단속, 2차 코일에 고전압을 발생시킴.

풀트랜지스터식 점화방식의 회로

엔진정지시와 픽업코일에 +전압이 발생시의 이그나이터 작동 

픽업코일에 -전압이 발생 했을 때

폐각도제어가 부착된 풀 트랜지스터식 점화장치

엔진저속시에는1차 코일에 전류가흐르는 시간이 충분하기때문에 2차 전압의 저하 등의 문제가 없으나 고속시에는 1차 전류 회복시간이 작아 폐각도를 증가시켜 2차 전압을 높여야 한다.

폐각도의 제어 방법은 트랜지스터 작동전위를 낮추는 방법을 사용한다.

	Pick up코일에 +전압이 발생하였을 경우 콘덴서 C3에 충전이 되며, R1저항을 거친 전류는 코일 전압이 +이기 때문에 R3를 거쳐 트랜지스터 베이스와 이미터사이의 전위차로 트랜지스터가 작동되어 1차 코일에 전류가 흐르게 됨.(폐각도기간)
	Pick up coil에 -전압이 발생하였을 경우, R1을 거치는 전류는 ,코일의 전위가 낮아 코일 쪽으로 흐르고, 콘덴서 C3에  저장된 전압은 전위차에 의해 R4,R3,R2등을 거쳐 흐르게됨, 이 때 콘덴서 충전전압과 Pick up코일의 전압의 차에 의한 전압강하로 일정 기간동안 TR이 ON된후, Pick up 코일의 전압이 더욱 떨어지면 TR은 OFF가 됨.

	위에서 본 바와 같이 Pickup코일의 전압이 -가 되더라도, 콘덴서에 충전된 전압으로 트랜지스터를 ON시켜 1차 코일에 전류를 흐르게 할 수 있다. 이렇게 하면 트랜지스터 동작전위를 낮춤으로써 폐각도를 증대시킨다. 이를 경우 그림에서 보는 바와 같이 점화시기가 늦어짐으로 이를 보상하는 회로가 필요하다.이를 점화시기 보정회로라 한다.
	그림에 폐각도를 증대시키기 위한 Bios회로와 점화시기 보정회로를 보인다.

폐각도증대회로의 작동

	a점: Pick up코일의 전압이 +가 되어 콘덴서에 충전을 시키며, S점이 전위가 +가 되어 TR이 작동하여 1차 코일에 전류가 흐름
	b점:pickup코일의 전압이 0V가 되어 TR이 OFF가 되어야 하지만 콘덴서에 충전된 전압으로 S점의 전위가 +가 되어 TR이 작동됨.
	b'점: Pick up코일의 전압이 더욱-로 되어 S점의 전위가 TR을 ON시키지 못하여 1차 전류를 차단
	d'점: Pick up코일의 전압이 다시 상승하여 S점의 전위가 TR의 작동 전위 많큼됨
	d점: Pick up코일의 점압이 0V까지 상승하여 TR은 계속상태 임.

 

Bios전압에 의한 폐각도제어의 경우 저속시는 Pickup 코일의 출력 전압이 저속시는 낮고,고속시는 높음 따라서, 콘덴서 충전전압이 고속시 상대적으로 높아 Bios전압을 고속시 더욱 낮출수가 있어, 폐각도를 저속시에 비해 고속시에 증대 시킬 수 있음, 따라서 고속시의 1차 전류 회복시간을 늘려 고속시의 1차 전류 회복시간이 짧아서 발생하는 2차 전압강하를 방지 할 수 있다. 그러나 Bios전압을 낮추면 점화지연이 생김

점화시기보정회로의 작동

	폐각도 증대에 따른 점화시기 지연 때문에 점화시기보정회로를 설치함.
	a: Pickup코일에서 0V가 발생하여 콘덴서의 충전전압으로 TR을 작동시키려하면, 점화시기 보정회로의 콘덴서  C1이 비워있으므로, 이쪽으로 전류가 흘러,  P과 S점의 전위가 같아져 TR을 작동시키지 못함.
	b' : Pick up코일의 전압이 더욱낮아져 그림과 같이 콘덴서 C1 에 충전이 되면서 전류가 흐름
	d' : Pickup코일의 전압이 다시 상승할 때 쯤이면 콘덴서 C1이 충전되어 S점의 전압이 상승하여 TR이 작동,
	d: Pickup코일의 출력이 0V가 되고 TR이 작동되면 C1에 충전된 전압을  R3를 거쳐 방전 시킴.

 

점화시기 보정회로를 이용하여 점화시기를 지연시키지 않고 폐각도를 크게함.

엔진 정지시 점화 1차코일에 전류가 흐르지 않게한 회로 예

정전류 폐각도 제어가 달린 풀 트랜지스터 방식

 

	정전류제어회로는 1차 코일에 흐르는 전류를 일정한 값으로 제어하는 회로이며, 2차 전압을 높이기 위하여 외부저항을 제거하여 1차 회로의 저항을 작게하였다. 1차 전류가 충분히 흐르고 나면 그 이상 커지지 않도록 제어한다.
	TR이 작동하여 1차 전류가 흐르기 시작하여, 전류 검출 저항 R6에 전류가 흐르고, 이 저항의 크기에 따라서 H점의 전압이 상승 된다. 이 전압이 TR2를 작동할 수 있는 값 이상이 되면 TR1의 Base에 가는 전류의 일부를 흡수하여 TR1의 전류는 감소하고, 따라서 점화코일 1차전류가 감소하게 되고, 1차 전류가 감소하면 H점의 전압이 하강하여 TR2가 작동하지 않아 TR1의 베이스 전류가 증가하여 1차 코일 전류가 증가한다. 따라서 저,고속시 항상 일정한  2차 전압을 얻을 수 있다.
	정전류 제어를 하고 있는 기간은 1차 전류가 흐르는 기간이 충분히 길어서 슬떼없는 전류의 낭비를 가져온다. 따라서 폐각도를 축소 시켜서 정전류시간을 일정하게 제어한다.

 

	정전류 제어가 이루어지는 동안 TR2의 이미터전류를 TR3의 베이스에 흘려 TR3를 작동 시킨다. 이때 전원으로 부터의 전류가 릴레이를 거쳐 흐르게 되고 릴레이의 접점은 PL1을 거쳐 콘덴서 C2에 충전된다. 이 충전전압은 정전류제어기간이 길수록 높아진다.
	Pickup코일의 출력이 낮아져 폐각도 증대회로가 작동하려고 하면, 콘덴서C2에 충전된 전류가 접점 PL2를 거쳐 TR4에 작용하여 TR4를 작동시키면 폐각도 증대를 위해서 TR1으로 가는 전류를 접지로 흘려 1차 코일의 전류흐르는 시간(폐각도)을 줄이는 작용을 한다. 정전류제어 시간이 길면 콘덴서 충전시간이 길어 폐각도 축소시간이 길어지고, 정전류제어시간이 짧으면 반대로 작용하여 정전류제어 시간을 일정하게 한다.
	따라서,저속시와 고속시의 정전류 제어시간을 일정하게 하여 저속에서 고속까지 일정한 전압을 얻게된다.

 IIA점화장치 회로의 예

	엔진 정지시는 TR1이 OFF가 되어 TR2가 ON상태ㅐ가 되고 TR3가 OFF가 되므로 1차 코일에 전류가 흐르지 않아, 전류의 낭비를 막는다.
	픽업코일에 +전압이 발생하면 TR1이 ON이 되고, TR2가 OFF가 되고 TR3가 ON 이 되어 1차 코일에는 전류가 흐른다.
	픽업 코일에 -전압이 발생하면 정지시와 같이 1차 회로에 전류흐름이 순간적으로 차단되어 2차 코일에 고전압이 발생한다.

전원전압에 의한 폐각도 제어기능

	엔진회전수가 높아지면 픽업코일의 발생전압이 높아진다. 이 때문에 트랜지스터 작동시기는 빨라지나, OFF하는 시기는 변화하지 않으므로 트랜지스터의 ON시간이 길어진다. 이와같이 픽업코일의 출력파형의 변화에 따라 고속시의 폐각도를 크게하는 제어를 한다.
	전원전압이 낮을 때는 폐각도를 크게하여 2차 전압을 증대시키고, 전원전압이 낮을 때는 폐각도를 작게하여 1차 전류가 과도하게 흐르는 것을 방지한다. 작동1)TR2가 ON일 때 S점의 전위가 전원전압에 비례하기 때문에 전원전압이 낮을 때는 S점의 전압도 낮아 지므로 TR1이 작동하기 위한 베이스 전압도 낮아지므로 픽업코일의 출력이 낮아도 TR3가 ON되므로 1차 코일의 전류가 흐르는 시간이 길어짐 작동2)전원전압이 높아지면, S점의 전압이 높아지므로 트랜지스터TR1이 ON되기 위한 베이스

Crank Angle Sensor

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기본회로 및 동작 

동작 : comperter 를 작동 시키는데 필요한 전원 및 earth 단자와 입력단자 A, B  와 출력단자 C로 구성되어 있다. C 는 A 및 B단자의 전위를 비교하여, A점의 전위가 B점의 전위보다 높을때 만 C점 으로 출력한다. 2개의 입력단자중 한쪽 전위를 항상 일정하게하여 기준전압으로 두고,다른쪽을 변화하는 전위로 두면 기준전압에 대한 비교전압이 된다. 여기서 VA는 Photo Diode에 의해 출력값이 변하므로 비교 전압 이 되고 VB는 고정저항에의한 기준전압이 된다.

 

5V 전원공통 , Ground 공통 작동 : 발광 Diode에서의 빛이 Slit을 통과할때 마다 수광 Diode를 작동 시켜 5V의 전압으로 전류가 흘러 비교기에 비교전압이 걸리면 기준전위와 비교하여 비교전압이 높으면 5V를 출력한다.

 출력

설정가능 점화시기 : 초기점화시기를 기준으로  

                                진각측 MAX 50.0。(Ne<6000rpm)  , 지각측 MAX 33.0。

 고정 점화시기 : 다음의 어느 조건을 만족한 경우는 점화시기를 CAS의 하강 신호에 동기된다.

① Ne<Nl

     Nl : 진각제어 동작 최저회전수 → 설정 : 400rpm(Cranking 시)

② 점화시기 Test 단자 Low 시(earth 시)

③ 시동 S/W on 시 → 시동으로 판단될 때

 

  점화시기 변화율 제한 : 
 점화시기의 제어값의 변화율(매 점화 마다의 변화폭)을 다음의 값으로 제한한다.

Δθ=θ(n)-θ(n-1)

점화시기의 변화율은 n번째 점화시기에서의 점화시기와  n-1째의 점화시기의 차이를 말한다.

 

진각시: Δθ≤θamx   θamx : 진각변화 최대치 (설정: 5。 )     amx : advance max

진각시에 점화시기의 변화 폭을 제한 하는 이유는 진각값이 5。 이상이 되었을 경우는 엔진의 운전상태가 부드럽지 못하여 이를 제한하고 있다.

 

지각시: ｜Δθ｜≤θ rmx θrmx: 지각변화 최대치 (설정: 20。)   rmx : retard max

지각측으로는 엔진의 운전을 원 상태로 회복(감속 또는 Throttle 닫힘)하는 경우가 많으므로, 지각의 폭이 상대적으로 크며, 지각시는 혼합기에 의한 제어로 배출가스와 밀접한 관계를 가진다.

엔진회전수 변화가 급격하여 CAS 주기가 급변 할 경우는 점화시기의 제어를 다음과 같이 행한다.

주기 급변 판정조건

엔진의 회전수가 급격히 변화하는 조건(급 Racing, 급 감속)에서 CAS신호 주기가 급변할 때 주기급변을 판정하여 점화제어를 다음과 같이 행한다.  이 제어는 급 가속시나 급 감속시 점화제어값의 변화에 대응하기 어려우므로 엔진의 원활한 운전을 위하여 2점화 주기를 건너 제어한다.

주기급변 판정

① 주기급변 판정 최고회전수( Ne=1200rpm 설정 )
② ｜T(n) - T(n-1)｜≥ Kr * T(n)     ( Kr : 주기급변 판정 변동율, 설정된 값 : 0.125 )

점화제어

조건 ①,②를 만족하는 회전주기 급변상태가 발생한 경우에는 2점화주기 건너 CAS신호에서 IG. Coil제어를 행한다.따라서, 이 2주기 사이의 점화시기는 Initial Timing과 같게 된다.

IG. Coil통전시간 제어

⑴ 제어 Timing

① 저속회전 Nl = 400rpm

엔진회전수가 약 400rpm정도인 Cranking시에서의 점화시기는 크랭크 각센서의 하강신호와 동기한 BTDC 5도이며, 코일 통전시간은 ECU에서 다음의 식과 같이 계산한다.

 ② 고속회전
 

엔진이 가동되어 점화 진각제어가 행해지면 다음과 같이 코일의 통전시간을 ECU에서 계산한다.

⑵ 통전시간 제어

1) 폐로율을 최대 50%로 제한한다.

1차 코일의 통전시간을 너무길게 할 수 없 으므로 통전시간을 CAS 1주기의 50% 이 하로 제한하고 있다. 엔진회전수 Ne = 1/(T/2*1/60*720/180)=30/T

2)계산 (통전시간)

시동모드 이외는 아래표에 따라 통전시간 제어  

회전수	계산식	Tcoil : 통전시간(msec) Tdwell : 통전시간(MAP점에 따름) Vb : Battery 전압 Ne : 회전수(rpm) T :주기
Ne<1700rpm	Tcoil = Tdwell(Vb) + T/16-1.1msec
Ne>1700rpm	Tcoil = Tdwell(Vb)

Tdwell : ① Bat.전압에 대응하여 통전시간을 설정한다.

             ② 설정치 Max : 15msec  Min : 1msec

             ③ Map점에 따라 다름.(예 : 9.4 ,10.6, 11.7, 12.9, 14.1, 15.3, 16.4, 17.6, 18.7 V)

 3) Ne<400rpm에서 시동 S/W Off시 통전시간 1.28초 경과시 IG coil 전류 차단

점화시기의 계산

 Idle 상태     θADV = θB + Max( θWT, θAP) + θAT +θI + θK
                                       θB=Tadva(Ev(%),Ne)

 

  미속주행 θADV = θB + Max(θWT, θAP) + θAT + θK

                                    θB=10。

 통상제어와AFS FAIL θADV = θB + Max( θWT, θAP) + θAT + θI + θK

                                    θB=Tadva(Ev(%),Ne)

AFS Fail시의 Ev(%)는 MAP점의 최대치  

Max(θWT, θAP): 수온보정과 대기압 보정중 진각량이 큰 쪽을 택함

 CAS 출력

 

 여기서 0.6V란 디지탈센서의 LOW레벨을 "0" 이라 하고 최소 단위가 0.8V이하여야 하고 HIGH 레벨을 "1" 이라 하며 최소 2.5V이상되어야 한다.

"1"과 "0"의 전압만 만족하면 Computer 에서는 얼마든지 신호로 인정가능하다.

다음은 불량

 

 이렇게 최소전압이 높게 나오는 현상을 접지 불량이 그 원인이다.

 DUTY (%) = t / T*100(%)   

 전체주기(T)를 100%로 할때 High가 유지되는 기간(작동시간)을 DUTY기간이라하며(%)로 나타낸다.
CAS의 DUTY(%)는 (70/180)*100(%)=38.89(%) 

전자배전점화장치

Toyota의 DLI(Distributorless Ignition), Nissan의 NDIS(Nissan Direct Ignition System), MAZDA의 ESA(Electronic Spark Advanced)등이 computer 제어에 의한 점화장치로서 Super Charge와 Turbocharge Engine 및 DOHC engine등의 고성능 엔진에 채용되고 있다.

1) DLI의 등장 이유

최근 고성능엔진에서는 고출력과 연비절감이라는 상반된 기술을 요구하기 때문에 8bit와 12bit의 고정밀도의 computer system을 사용하여 혼합기와 점화시기를 제어하고 있다. 마찬가지로 점화장치 또한 높은 내구성의 Maintenance Free인 것, 고효율로서 착화성이 좋은 것 등을 요구하고 있고 이에 대응한 것이 DLI system이다.

최근 희박연소와 Anti-Knock성이 높은 엔진제어가 필요하기 때문에 2차 전압을 고회전 영역까지 안정되게 공급하는 장치의 필요성으로 더욱 부각되고 있다.

2) DLI의 개요

접점식의 점화장치는 1차측의 접점을 단속하는 과정에서 발생하는 접점의 소손, 고속시의 Chattering현상, 고속시의 2차전압 저하등의 단점을 가졌다. 그후 1차전류를 작게한 Transistor를 사용한 Semi-Transistor방식이 출현하였고, 1978년 강력한 배출가스의 규제에 따라 강력한 점화에너지와 신뢰성을 가진 Point를 사용하지 않은 Full Transistor식 점화장치가 등장하였다. 그러나 이들 또한 로터와 Segment사이의 누전에 의한 Leak, 이로인한 전파잡음, 또한 Roter의 회전에 의한 기계적인 가동부분이 남겨져 있는 단점등이 있다.

3) DLI의 종류

DLI는 각 사마다 부르는 방식이 다르나 기본적으로 Coil분배방식과 Diode분배방식으로 구분되고 Coil분배 방식은 다시 동시점화방식과 독립점화방식으로 분류된다.

Coil분배 방식은 고압을 점화코일로부터 직접배전하는 방식으로서, 이것에는 Toyoda DLI와 같이 1개의 코일로서 두 개의 실린더에 동시점화하는 방식과 NISSAN 6기통 DOHC엔진과 같이 1 Coil + 1 Plug에 의한 독립점화방식이 있다. 더욱이 MAZDA의 13B Rotary엔진에서는 T(Trailing)측 Coil이 독립점화,L(Leading)측은 동시점화로 조합되어 있다. 또 Diode 분배식은 고압전류의 방향을 Diode에의해 제어하고 있는 방식으로 일종의 동시점화방식이다.

1)동시점화방식

Distributor에 의한 고압배전을 복수 코일을 사용하여 배전함으로써 압축행정과 배기행정에 있는 기통에 1개의 코일을 각각 배치하여 Control Unit에서 보내지는 점화신호로 차례로 점화작동시키는 System이다.

특징

①탑재성의 자유도 향상

②점화진각범위에 제한이 없음

③전파소음의 저감

④점화에너지 Loss의 저감

⑤Maintenance free,신뢰성향상

⑥점화코일의 수를 기통수의 반으로 함으로써 경량화가 가능

구성

2) 독립점화방식

개요

각 기통마다 점화Plug에 직접 부착된 점화 코일을 독립적으로 배치하여 Control unit에서 보내지는 각기통의 점화신호로 차례대로 점화작동시킴

특징

① 탑재성자유도 향상

② 점화에너지 Loss의 저감

③ 점화진각범위에 제한이 없음

④ Maintenance free,신뢰성향상

⑤ 전파소음의저감

구성

3)Diode분배점화방식

개요

Control unit부의 Collect측과 Coil로 부터의 각기통부에 고압의 Diode를 내장하여 전류의 방향을 Diode로 제어하여 각 전극에 고압을 배분하는 유니크한 점화방식이다.

특징

구성

Rezzo 의  직접 점화방식(Direct Ignition System)

               점화시기의 변화폭(Spark Scatter)이 우수

 

점화코일 저항
 

1차 코일	0.5 ± 0.05Ω
2차 코일	5.3 ± 0.3 KΩ

플러그 배선의 저항 값
 

규정값

2.5~12KΩ

[허실]

좋은 게시물이네요. 스크랩 해갈게요~^^

[허실]

이흥선님 감사함니다 . 좋은곳에 쓰겠음니다 .

[대장간]

원본 게시글에 꼬리말 인사를 남깁니다.

[대장간]

스크랩 해갈께요. 전에 한참 뒤지다가 못찿았었는데 감사합니다.

[이흥선]

도움이 되셨다니...기분좋네요..^^

[홍성기]

대단하십니다... 스크랩 해 갈께요....