KR100423337B1

KR100423337B1 - 차량용 엔진 시동장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100423337B1
Application number: KR10-2001-0032733A
Authority: KR
Inventors: 김용욱
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2001-06-12
Filing date: 2001-06-12
Publication date: 2004-03-18
Also published as: KR20020094491A

Abstract

엔진 시동장치에서 중간 릴레이부를 삭제하고, 엔진 제어 장치에서 펄스 폭 변조방식으로 전원을 마그네틱 스위치에 직접 인가한 다음, 전류의 강약을 조절함으로서 엔진의 시동을 걸 목적으로;

차량의 가변되는 동작상태를 검출하는 차량 동작상태 검출수단과; 상기 차량 동작상태 검출수단에서 검출되어 입력되는 신호를 입력받아 운전자의 시동 키 조작에 따라 전원이 인가되면, 사용되는 모든 변수를 초기화하고, 배터리 전압을 검출하여 소정의 제1 듀티를 출력한 다음, 소정의 제1 시간이 경과하면 상기 제1 듀티를 소정의 제2 듀티로 출력한 다음, 소정의 제2 시간의 변화에 따라 상기 제2 듀티를 소정의 기준 값으로 상승제어하며, 상기 소정의 제2 시간이 경과하면 듀티를 소정의 제1 듀티로 출력 제어하여 배터리 맥동이 존재하지 않으면 출력 듀티를 0%로 제어하는 엔진 제어 수단과; 상기 엔진 제어 수단에서 출력되는 소정의 듀티 제어 신호에 동기 되어 엔진을 시동시키는 시동수단으로 이루어져 있어서, 엔진 시동시 오버런을 방지하여 스타터의 손상을 방지할 수 있고, 기어의 충돌에 의한 잡음이 감소되며, 부품 수가 줄어드는 효과가 있다.

Description

차량용 엔진 시동장치 및 그 방법{STARTING DEVICE AND THE METHOD FOR ENGINE IN VEHICLE}

본 발명은 차량용 엔진 시동장치 및 시동방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 디젤 엔진의 시동장치에 관한 것이다.

일반적으로 디젤 엔진의 시동장치는 압축비가 큰 엔진을 시동할 필요가 있기 때문에 가속린 엔진보다 큰 출력을 요구하며, 정격전압에서는 12V식 또는 24V식이 있으며 직류직권전동기 또는 직류복권전동기가 사용되고 있다. 또한 시동시에 흐르는 전류가 가솔린 엔진용의 시동 모터 보다 크기 때문에 마그네트 스위치에는 대전류에 충분히 견딜 수 있는 접점과 마그네트 코일의 전류를 단속하는 스타터 릴레이를 설치하고 있다.

따라서, 도 4에 도시되어 있는바와 같이 종래의 디젤 엔진의 시동장치의 구성은 운전자의 시동키 조작상태를 검출하는 시동키 검출부(10)와, 상기 시동키 검출부(10)에서 검출된 시동 신호에 의해 12V의 전원이 엔진 제어 장치(20)에 인가되고, 상기 엔진 제어 장치(20)는 이 신호를 받아 릴레이(30)가 마그네트인 시동 장치(50)에 배터리(40)의 전원을 인가함으로서, 차량의 시동 모터를 작동시킨다.

상기에서 차량의 시동 모터가 작동함에 따라 시동장치(50)의 솔레노이드(도면에 도시되어 있지 않음)부의 코일부(도면에 도시되어 있지 않음)에 자계가 형성되어 전기자(도면에 도시되어 있지 않음)가 이동하게 된다.

이때, 가동 접점도(도면에 도시되어 있지 않음)함께 밀리면서 배터리(40)와 모터(도면에 도시되어 있지 않음)의 접점이 연결되어 배터리(40)의 대전류가 모터(도면에 도시되어 있지 않음)에 흘러 시동장치(50)가 구동된다.

그러나, 상기한 종래의 방법은 릴레이에서 도 5에 도시되어 있는바와 같이 시동 모터의 마그네틱 스위치에 전원이 인가되면 마그네틱 스위치부에 12V가 인가되어 솔레노이드부는 초기부터 끝까지 동일한 힘을 내어 전기자를 이동시킨다. 즉, 초기 정지 이동 그리고 시동 모터의 피니언 기어를 플라이 휠에 구비된 링기어에 삽입 중 가장 큰 힘이 필요한 링기어 삽입일 때인데, 이때의 힘을 일관되기 가한다. 이 때, 충동시 잡음과 기어류의 내구력에 큰 타격을 가하게 되는 문제점을 내포하고 있다, 또한, 현재는 운전자가 키 스위치를 온하고 있는 시간이 아무리 짧아도 결국은 시동 모터가 오버런하여 시동 계통에 손상이 가게 되는 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 엔진 시동장치에서 중간 릴레이부를 삭제하고, 엔진 제어 장치에서 펄스 폭 변조방식으로 전원을 마그네틱 스위치에 직접 인가한 다음, 전류의 강약을 조절함으로서 엔진의 시동을 걸 수 있는 차량용 엔진의 시동장치를 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 시동 키의 동작과 배터리 전압 상태를 각각 검출하는 차량 동작상태 검출수단과;상기 차량 동작상태 검출수단을 매개로 시동 키의 조작이 검출되면, 시동 모터의 마그네틱 스위치에 공급되는 배터리의 전압을 적정의 듀티 제어 패턴으로 조절하는 엔진 제어 수단 및;상기 엔진 제어 수단에서 출력되는 듀티 신호에 따라 동기되어 상기 시동 모터를 동작시키는 시동장치를 포함하여 구성되며;상기 엔진 제어 수단은 시동 초기에 상기 마그네틱 스위치에 구비된 전기자의 초기 이동에 필요한 시간 동안에, 상기 마그네틱 스위치에 배터리의 전압이 100%로 출력되도록 하는 제1 듀티 신호를 출력하고;이어, 상기 시동 모터에 구비된 피니언 기어와 플라이 휠에 구비된 링 기어 사이의 치합에 소요되는 시간 동안에, 상기 마그네틱 스위치에 배터리의 전압의 전압이 초기 20%의 출력 상태로 전환한 다음, 점진적인 증가를 통해 최종적으로 100%로 인가되도록 하는 제2 듀티 신호를 출력하며;이어, 100%의 듀티값에 도달하면, 상기 배터리로부터 전압의 맥동을 검출하고, 전압의 맥동이 없으면 출력 듀티를 0%로 하여 상기 시동 모터의 마그네틱 스위치로 인가되는 배터리의 전원을 차단시키도록 된 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 다른 본 발명은, 시동 키의 조작에 따른 시동 스위치의 '온'신호가 입력되면, 배터리의 전압을 검출한 다음, 시동 모터의 마그네틱 스위치에 구비된 전기자의 초기 이동에 필요한 시간 동안에 걸쳐, 상기 마그네틱 스위치에 상기 배터리의 전압이 100%로 출력되도록 하는 제1 듀티 신호를 출력하는 단계와;상기 단계의 이후에, 상기 배터리로부터 상기 마그네틱 스위치에 인가되는 전압을 20%로 낮춘 상태에서, 상기 시동 모터에 구비된 피니언 기어와 플라이 휠에 구비된 링 기어 사이의 치합에 소요되는 시간 동안에, 상기 마그네틱 스위치에 인가되는 배터리의 전압을 점진적으로 상승시켜 최종적으로 100%의 출력 상태로 하는 제2 듀티 신호를 출력하는 단계 및;상기 단계의 이후에, 상기 배터리로부터 검출되는 전압의 맥동을 검출하여, 맥동이 없으면 출력 듀티를 0%로 하여, 상기 배터리로부터 상기 시동 모터의 마그네틱 스위치로 전원의 인가를 차단시키도록 하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 적용되는 차량용 엔진 시동장치 구성 블록도.

도 2는 본 발명에 적용되는 차량용 엔진 시동방법 동작 순서도.

도 3은 본 발명에 따른 엔진 시동장치 동작 펄스 그래프.

도 4는 종래의 차량용 엔진 시동장치 구성 블록도.

도 5는 종래의 엔진 시동장치 동작 펄스 그래프이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 차량 동작상태 검출수단 110 : 시동키 검출부

120 : 배터리 전압 검출부 200 : 엔진 제어 장치

300 : 시동장치

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 적용되는 차량용 엔진 시동 장치 구성 블록도로서, 차량 동작상태 검출장치(100)는 차량의 가변되는 동작상태를 검출하고, 엔진 제어 장치(200)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 검출되어 입력되는 신호를 입력받아 운전자의 시동 키 조작에 따라 전원이 인가되면, 사용되는 모든 변수를 초기화하고, 배터리 전압을 검출하여 소정의 제1 듀티(100%)를 출력한 다음, 소정의 제1 시간이 경과하면 상기 제1 듀티를 소정의 제2 듀티(20%)로 출력한 다음, 소정의 제2 시간의 변화에 따라 상기 제2 듀티를 점진적으로 상승되도록 제어하며, 상기 소정의 제2 시간이 경과하면 듀티를 소정의 제1 듀티(100%)로 출력 제어한 다음, 배터리 맥동이 존재하지 않으면 출력 듀티를 0%로 제어하며, 시동장치(300)는 엔진 제어 장치(200)에서 출력되는 소정의 듀티 제어 신호에 동기 되어 엔진을 시동시킨다.

상기에서 차량 동작상태 검출 장치(100)는 운전자의 시동 키 조작상태에 따라 스위치의 온/오프 됨을 검출하는 시동 키 검출부(110)와; 차량 배터리의 가변전압 검출하는 배터리 전압 검출부(120)로 이루어져 있다.

상기한 구성으로 이루어진 차량용 엔진 시동방법은 첨부한 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.

운전자가 차량을 주행시키기 위해 시동 키를 이용 차량에 전원을 인가하면, 상기 차량 동작상태 검출 장치(100)는 운전자의 시동 키 조작상태와 배터리의 전압을 검출한다.

이어, 상기 엔진 제어 장치(200)는 소정의 제어신호를 차량 동작상태 검출장치(100)에 출력하고, 차량 동작상태 검출장치(100)는 인가되는 소정의 제어신호에 동기되어 검출된 시동 키 '온' 신호와 배터리 전압을 출력한다.

상기 엔진 제어 장치(200)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 출력되는 시동 키 '온' 신호와 배터리 전압을 입력받아 시동 키의 위치가 '온' 위치에 위치하게 되는가를 판단한다(S100,S110).

상기에서 시동 키의 위치가 '온' 위치에 위치함이 판단되면, 상기 엔진 제어 장치(200)는 배터리 전압 값을 저장하고, 메모리에 기 설정된 프로그램에 의해 도 3에 도시되어 있는 ①과 같이 소정의 제1 듀티(100%,12V)를 소정의 제1 설정 시간(t1) 동안 출력한다(S120,S130,S140).여기서, 제 1 설정 시간(t1)은 시동 초기에 시동 모터의 마그네틱 스위치에 구비된 전기자(armature)의 초기 이동에 필요한 시간이다.

즉, 운전자가 차량 엔진에 시동을 걸려고 신호를 주면 엔진 제어 장치(200)는 상기 신호를 입력받아 펄스 폭 변조(PWM : Pulse Width Modulation)신호로 하여 시동 모터의 마그네틱 스위치 단자에 가변으로 전원을 준다.이 때, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 전압 변화를 보면, 시동 초기 전기자가 이동하기 시작할 때는 큰 힘이 필요하므로 듀티 100%의 전원을 인가하고, 전기자가 움직이고 난 후는 듀티를 대략 20% 줄여 적은 전원을 출력한 후, 차츰 증가시켜 나간다.

따라서, 상기에서 소정의 제 1 듀티(100%)를 출력하는 소정의 제1 설정(t1)이 경과하게 되면, 엔진 제어 장치(200)는 출력되는 소정의 제1 듀티(100%)를 소정의 제2 듀티(20%;2.4V)로 감소시켜 출력하며, 소정의 제2 설정 시간(t2)이 경과했는가를 판단한다(S150,S160).여기서, 상기 제2 설정 시간(t2)은 시동 모터에 구비된 피니언 기어와 플라이 휠에 구비된 링 기어 사이의 치합에 소요되는 시간이다.

상기에서 소정의 제2 설정 시간(t2)이 경과함이 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 출력 듀티를 제 3 듀티(100%)로 출력하며, 배터리 맥동이 존재하는가를 판단한다(S170,S180).

즉, 시동 모터의 피니언 기어와 플라이 휠의 링 기어 사이의 치합이 완료된 상태에서 피니언 기어의 구동에 따른 링 기어의 회전시에는 큰 힘이 필요하므로, 듀티를 100%로 인가하는 것이다.

한편, 상기에서 배터리 맥동이 존재한다면, 엔진 제어 장치(200)는 도 3에 도시되어 ③과 같이 출력 듀티를 제 3 듀티(100%)로 유지하고, 배터리 맥동이 제거되었을 때, 듀티를 0%로 제어한다(S190).

즉, 운전자가 계속 시동 키를 작동 '온' 하더라도 엔진 제어 장치(200)에서 배터리 전압을 피드 백 받아 전압 맥동이 없어지는 시점에서 엔진의 시동이 걸린 것으로 판단하여 자동적으로 전원을 차단하여 오버런을 방지한다.

하지만, 상기(S160)에서 소정의 제2 설정 시간(t2)이 경과하지 못한 경우, 엔진 제어 장치(200)는 소정의 제2 설정 시간(t2)이 경과할 때까지 도 3에 도시되어 있는 ②와 같이 소정의 제2 듀티(20%)를 점진적으로 증가시키며 출력한다(S200).

이로서, 엔진 시동시 오버런을 방지하여 스타터의 손상을 방지할 수 있고, 기어의 충돌에 의한 잡음이 감소되며, 부품 수가 줄어드는 효과가 있다.

이상 설명한 바와 같이 차량용 엔진 시동장치 및 그 방법은 엔진 시동장치에서 중간 릴레이부를 삭제하고, 엔진 제어 장치에서 펄스 폭 변조방식으로 전원을 마그네틱 스위치에 직접 인가한 다음, 전류의 강약을 조절함으로서 엔진의 시동을 걸 수 있음에 따라 엔진 시동시 오버런을 방지하여 시동 모터에 구비된 피니언 기어의 손상을 방지할 수 있고, 피니언 기어와 링 기어 사이의 치합에 따른 충돌로부터 발생하는 잡음이 감소되며, 부품 수가 줄어드는 효과가 있다.

Claims

시동 키의 동작과 배터리 전압 상태를 각각 검출하는 차량 동작상태 검출수단과;

상기 차량 동작상태 검출수단을 매개로 시동 키의 조작이 검출되면, 시동 모터의 마그네틱 스위치에 공급되는 배터리의 전압을 적정의 듀티 제어 패턴으로 조절하는 엔진 제어 수단 및;

상기 엔진 제어 수단에서 출력되는 듀티 신호에 따라 동기되어 상기 시동 모터를 동작시키는 시동장치를 포함하여 구성되며;

상기 엔진 제어 수단은 시동 초기에 상기 마그네틱 스위치에 구비된 전기자의 초기 이동에 필요한 시간 동안에, 상기 마그네틱 스위치에 배터리의 전압이 100%로 출력되도록 하는 제1 듀티 신호를 출력하고;

이어, 상기 시동 모터에 구비된 피니언 기어와 플라이 휠에 구비된 링 기어 사이의 치합에 소요되는 시간 동안에, 상기 마그네틱 스위치에 배터리의 전압의 전압이 초기 20%의 출력 상태로 전환한 다음, 점진적인 증가를 통해 최종적으로 100%로 인가되도록 하는 제2 듀티 신호를 출력하며;

이어, 100%의 듀티값에 도달하면, 상기 배터리로부터 전압의 맥동을 검출하고, 전압의 맥동이 없으면 출력 듀티를 0%로 하여 상기 시동 모터의 마그네틱 스위치로 인가되는 배터리의 전원을 차단시키도록 된 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 시동장치.
제 1항에 있어서,

상기 차량 동작상태 검출수단은 운전자의 시동 키 조작상태에 따라 스위치의 온/오프 됨을 검출하는 시동 키 검출부와;

상기 배터리의 가변전압 검출하는 배터리 전압 검출부로 이루어지는 것을 포함하는 차량용 엔진 시동장치.
시동 키의 조작에 따른 시동 스위치의 '온'신호가 입력되면, 배터리의 전압을 검출한 다음, 시동 모터의 마그네틱 스위치에 구비된 전기자의 초기 이동에 필요한 시간 동안에 걸쳐, 상기 마그네틱 스위치에 상기 배터리의 전압이 100%로 출력되도록 하는 제1 듀티 신호를 출력하는 단계와;

상기 단계의 이후에, 상기 배터리로부터 상기 마그네틱 스위치에 인가되는 전압을 20%로 낮춘 상태에서, 상기 시동 모터에 구비된 피니언 기어와 플라이 휠에 구비된 링 기어 사이의 치합에 소요되는 시간 동안에, 상기 마그네틱 스위치에 인가되는 배터리의 전압을 점진적으로 상승시켜 최종적으로 100%의 출력 상태로 하는 제2 듀티 신호를 출력하는 단계 및;

상기 단계의 이후에, 상기 배터리로부터 검출되는 전압의 맥동을 검출하여, 맥동이 없으면 출력 듀티를 0%로 하여, 상기 배터리로부터 상기 시동 모터의 마그네틱 스위치로 전원의 인가를 차단시키도록 하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 시동방법.