KR100740061B1 - 엔진 시동 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

엔진 시동 장치 (10) 는 엔진의 역회전을 검출하기 위한 역회전 검출 센서 (14) 를 갖는다. 엔진 시동 장치 (10) 를 제어하기 위한 제어 장치 (11) 는 소정의 엔진 시동 명령을 받더라도 엔진의 역회전이 역회전 검출 센서 (14) 에 의해 검출되는 동안은 시동 모터 (12) 가 회전하지 않도록 제어한다.
엔진 시동 장치, 시동 모터, 역회전

Description

엔진 시동 장치 및 방법{ENGINE STARTING APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 시동 모터(starter motor) 및 그 시동 모터로부터 동력을 전달하는 동력 전달 기구를 포함하여, 차량의 엔진을 시동하는데 사용되는 엔진 시동 장치 및 엔진 시동 방법에 관한 것이다.
이러한 형태의 엔진 시동 장치에 있어서, 엔진의 크랭크 샤프트 및 시동 모터는 일방향 클러치를 통해 연결된다. 엔진 시동 장치에 있어서, 만일 엔진이 어떤 이유로 역방향으로 회전한다면, 어떤 경우에는 시동 모터에 과부하가 발생하게 된다.
따라서, 역회전 방지 클러치가 시동 모터의 출력 샤프트에 설치된 엔진 시동 장치가 제안되었다(예로서, 일본특허출원공개공보 2003-83216). 이러한 출원발명에서 개시된 장치에 따르면, 엔진의 정방향 또는 역방향 회전에 관계없이 역입력 차단 클러치의 작동에 의해 엔진으로부터의 토크가 시동 모터로 전달되지 않는다. 따라서, 엔진이 역회전할 때라도, 시동 모터는 양호한 조건에서 유지될 수 있다.
그러나, 엔진의 회전방향에 관계없이, 역회전 차단 클러치는 시동 모터의 토크를 엔진에 전달한다. 따라서, 엔진이 역회전할 때라도, 일단 시동 모터가 회전하면 시동모터의 토크는 엔진에 전달된다. 그와 같은 상황에서, 시동 모터는 역회전하는 엔진이 정회전하도록 하여 예상치 않은 과부하가 시동 모터에서 발생하게 된다. 그와 같은 과부하 때문에, 엔진 시동 장치는 시동 모터뿐만 아니라 시동 모터와 엔진 사이의 동력 전달 장치인 기어 및 일방향 클러치도 손상될 수 있는 위험을 갖게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 엔진의 역회전에 의해 발생되는 시동 모터 및 동력 전달 기구의 손상을 방지할 수 있는 엔진 시동 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적은, 엔진을 회전시키기 위해 차량의 엔진에 토크를 전달하는 모터 및 엔진이 역회전하게 되면 모터의 회전을 방지하는 모터 제어 장치가 제공된 엔진 시동 장치에 의해 달성될 수 있다.
엔진 시동 장치는 차량의 엔진에 사용된다. "차량"은 개념적으로 자동차, 이륜차, 오토바이, 및 동력원이 엔진인 일반적으로 차량으로 생각되는 모든 것을 포함한다. "엔진"은 가솔린 엔진 및 디젤 엔진과 같은 내연기관을 주로 나타낸다. 또한, "엔진"은 하이브리드 엔진과 같은 연소 기관을 부분적으로 포함한다. 예를 들어, 엔진은 내연기관의 실린더에 있는 연소실에서 연료를 폭발시키고 연소시켜 그 폭발 및 연소의 힘에 의해 피스톤을 움직인다. 일반적으로, 자동차 등의 엔진은 피스톤의 왕복운동이 크랭크 샤프트 등을 통해 회전운동으로 전환되는 구조를 갖는다. 또한, 만일 본 발명의 엔진 시동 장치가 그와 같은 엔진에 사용된다면, 연료의 종류, 실린더의 수 또는 부피, 및 사이클 수 등이 제한되지 않음은 분명하다.
엔진 시동 장치에서 "모터"는 차량의 엔진을 회전시키기 위한 모터이다. 그리고, "회전"은 차량을 주행시키기 위한 엔진의 회전이 아니다. "회전"은 정지 상태에서 엔진을 시동하기 위한 엔진의 회전을 주로 나타낸다. 그러나, 만일 하이브리드 엔진에서 모터가 동력의 출력을 위한 모터와 시동을 위한 모터의 역할을 모두 한다해도 문제가 되지 않는다. 엔진 시동을 위한 그와 같은 회전은 어떤 경우 엔진의 정지 중을 제외하고 수행될 수 있지만, 이 경우도 "회전"의 범주에 포함된다. 상술한 회전으로서, 시동 장치에 의한 엔진의 시동 회전이 있다. 이 경우 모터로서, 시동 장치용으로 사용되는 시동 모터가 있다. 엔진이 시동될 때, 예를 들어, 시동 모터는 배터리 등의 힘에 의해 전기적으로 회전하게 되고, 그 회전력 및 토크는 적절한 전달 장치를 통해 엔진의 크랭크 샤프트에 전달되어, 그에 의해 엔진을 기계적으로 회전시킨다. 회전 중, 연료 흡입, 압축, 폭발 및 배기의 과정이 시작되고 그 후 엔진은 시동 장치없이 이러한 과정을 자발적으로 반복하여 정지 명령이 내려질 때까지, 예를 들어 운전자가 차량의 엔진을 정지할 때까지 회전을 계속하게 된다. 또한, "적절한 전달 장치"는 일반적으로 기어 및 일방향 클러치 등의 조합으로 구성되는 동력 전달 기구이다.
엔진 시동 장치에서, "만일 엔진이 역방향으로 운전되면"이라는 문구는 본 발명에서 모터에 의해 얻어지는 시동 회전(즉, 정회전)의 방향과 다른 방향으로 회전하는 경우를 나타낸다. 통상적으로, 만일 엔진이 자발적으로 회전한다면, 그와 같은 역회전은 일어나지 않지만, 엔진의 정지 중, 특히 엔진의 정지 직후 엔진은 물리적으로 양방향으로 회전할 수 있어 역회전이 일어나기 쉽다. 또한, 그와 같은 역회전은 엔진 특성의 관점에서 크랭크 샤프트의 회전각으로 변환된다면 대체로 반회전보다 작다. 미세한 역회전일지라도 상술한 바와 같이 모터에 대한 부하 증가 및 동력 전달 기구의 손상과 같은 문제를 일으킬 수 있다.
본 발명에서 모터 제어 장치는 엔진의 역회전 상태에서 모터의 회전을 방지하도록 제어한다. 이 경우, "방지한다"는 것은 전기적으로, 기계적으로 또는 소프트웨어 프로그램에 따라 회전을 방지함을 의미한다. 또한, 이는 모터에 대한 전기 공급을 차단하거나, 소프트웨어 프로그램에 따라 모터를 작동시키지 않도록 제어하거나, 또는 물리적으로 모터를 회전하지 않도록 제어하는 등과 같이 엔진의 역회전이 모터의 과부하를 일으키지 않도록 하는 모든 경우를 포함하는 광범위한 개념이다.
본 엔진 시동 장치에 따라, 엔진이 역회전할 때 모터는 회전하지 않는다. 따라서, 과부하가 모터에 발생하지 않아 모터의 손상을 쉽게 막게 된다. 모터 및 엔진에 연결된 클러치 또는 기어와 같은 동력 전달 기구의 손상을 막는 것이 또한 가능하다. 또한, 동력 전달 기구의 각 부재의 손상 가능성은 상술한 바와 같이 낮아질 수 있기 때문에, 모터와 엔진 사이의 기어와 같은 동력 전달 기구를 수지와 같은 가볍고 싼 재료로 구성할 수 있어 경량화 및 비용 절감에 있어 현저한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 엔진 시동 장치는 바람직하게 엔진 키를 돌려 작동하는 시동 장치에 사용된다. 그러나, 본 발명은 다른 여러 형태의 장치에도 사용될 수 있다.
본 발명의 엔진 시동 장치의 일 태양에서, 엔진 시동 장치에는 엔진의 역회전 여부를 검출하기 위한 역회전 검출 장치가 더 제공될 수 있다.
이러한 태양에서 "역회전 검출 장치"는 엔진의 회전방향을 직접적으로 검출하거나 또는 엔진의 회전방향에 대응하는 어떤 것의 회전방향, 예를 들어 타이어의 회전방향을 검출할 수 있다. 타이어의 회전방향은 동력 전달이 어느 방향에 대하여 정방향 또는 역방향인지 알려져 있다면 엔진의 회전방향에 대응하게 된다. 또한, 차량 속도를 검출하기 위한 장치와 같이 원래 다른 목적으로 위치하더라도 구조 및 종류에 따라 역회전의 검출에 적용가능하다면, 이러한 모든 종류도 본 발명에서의 역회전 검출 장치에 포함될 수 있다.
역회전 검출 장치를 갖는 엔진 시동 장치의 일 태양에서, 역회전 검출 장치는 엔진의 임의의 실린더에서 크랭크 샤프트의 회전방향을 검출하여 엔진의 역회전 여부를 검출한다.
크랭크 샤프트는 실린더 내의 피스톤과 결합되어 있다. 피스톤은 상술한 바와 같이 그 왕복운동을 반복하여, 직선 왕복운동을 회전운동으로 전환시킨다. 따라서, 크랭크 샤프트의 회전방향은 엔진의 회전방향에 대응하게 된다.
이러한 태양과 관련된 역회전 검출 장치의 하나의 예로서, 크랭크 샤프트에 의해 구동되고 회전하게 되는 크랭크 기어 이의 표면 주위에 두 개의 펄스 센서가 제공된 역회전 검출 장치가 있다. 펄스 센서는 각 기어 이의 통과시 펄스를 발생시킨다. 따라서, 두 펄스 센서로부터의 펄스 출력의 시기로부터 크랭크 샤프트의 회전방향을 검출하는 것이 가능하다. 또한, 차량 속도 펄스를 사용해서 엔진의 회전방향을 검출할 수 있다.
이러한 태양에 따라, 실시간으로 엔진의 회전방향을 검출하는 것이 가능하고, 모터 및 주변부품을 더욱 확실하게 보호하는 것이 가능하다.
본 발명의 엔진 시동 장치의 다른 태양에서, 엔진 시동 장치에는 엔진의 역회전 여부를 평가하기 위한 역회전 평가 장치가 더 제공된다.
엔진의 작동 과정에서, 역회전의 발생 시간이 정회전의 발생 시간보다 매우 짧아서, 어떤 경우에는 역회전 상태가 극히 짧은 시간 동안만 나타나는 경우가 발생할 수 있다. 그와 같은 경우에는, 만일 엔진이 역회전하기 시작한 후 그 역회전을 검출하고자 한다면, 역회전 그 자체가 검출되지 않거나 또는 역회전을 검출하는 시점에서 이미 그 역회전이 끝나게 된다. 그러나, 그와 같은 짧은 시간 동안의 시동 모터의 회전조차도 모터의 손상을 일으킨다. 이러한 점에서 "평가"는 역회전의 발생 여부를 엔진의 다양한 기계적, 전기적 또는 물리적 상태로부터 실험적으로, 경험적으로, 이론적으로 또는 시뮬레이션을 통해 평가하는 것을 의미한다. 이러한 방법으로 미리 엔진의 역회전을 평가함에 의해, 엔진이 역회전하기 시작할 때 이미 모터의 회전은 방지되어 모터의 손상을 막게 된다.
역회전 평가 장치를 갖는 엔진 시동 장치의 일 태양에서, 역회전 평가 장치는 엔진의 임의의 실린더에서 가스의 압축 상태를 검출하기 위한 압축상태 검출 장치를 갖고, 그 압축상태 검출 장치에 의한 검출 결과에 의해 얻어지는 압축상태를 기초로 엔진의 역회전 여부를 평가한다.
여기서 "가스"는 주로 기화된 연료를 말한다. 엔진이 자발적으로 회전하는 조건에서, 흡입, 압축, 폭발 및 배기의 각 과정이 반복된다. 엔진의 정지 중 압축 과정에 있는 실린더에서, 피스톤은 압축된 가스의 반력으로 뒤로 밀려서 엔진은 잠시 역회전하게 된다. 따라서, 이러한 점에서 정의된 "가스의 압축상태"는 피스톤이 압축된 가스에 의해 뒤로 밀릴 수 있는지 아닌지에 대한 적어도 두 가지 상태를 나타낸다. 따라서, "압축상태 검출 장치"는 적어도 두 가지 상태를 판정할 수 있는 것을 개념적으로 나타낸 것이다.
또한, 압축상태 검출 장치의 다른 태양에서, 압축상태 검출 장치는 임의의 실린더에서 크랭크 샤프트의 회전각에 근거하여 가스의 압축상태를 검출한다.
피스톤이 크랭크 샤프트에 결합된 엔진에서는, 크랭크 샤프트의 회전각이 실린더에서 현재 수행되고 있는 과정에 대응하게 된다. 즉, 압축 과정에 대응하는 크랭크 샤프트의 회전각이 미리 알려져 있으면, 크랭크 샤프트의 회전각으로부터 압축 과정에 있는 실린더의 존재 여부를 검출하는 것이 가능하다. 예를 들어, 일반적인 차량에서, 크랭크각은 엔진의 점화 시기를 제어하기 위해 크랭크각 센서에 의해 항상 모니터된다. 크랭크각 센서로부터 신호를 추출함에 의해, 피스톤이 압축된 가스의 반력으로 뒤로 밀린 위치에 있는지 여부를 판정하는 것이 가능하다. 또한, 엔진의 역회전의 검출에 대하여, 두 펄스 센서를 제공하는 경우를 설명하였지만, 만일 회전방향이 수반되지 않는 크랭크각만이 있는 경우라면, 측정은 하나의 센서에 의해서 수행될 수 있다.
본 발명의 엔진 시동 장치의 다른 태양에 있어서, 모터 제어 장치는 차량의 정지 동안 정지된 엔진을 시동 명령에 따라 시동하기 위해 모터를 제어한다.
일반적으로, 그와 같은 제어는 경제적 주행(Economy running, Eco-Run)제어라고 한다. 여기서 주로 "차량의 정지"는 차량이 주로 사용되는 중에 정지하는 상황, 예를 들어 차량이 주행중 교통신호등에 걸려서 정지한 상황을 나타낸다. 차량의 정지 상황에서, 엔진은 경제적 주행 제어를 받아 자동적으로 정지하게 된다. 엔진 정지 상황에서, 만일 소정의 조치가 취해진다면 엔진은 다시 시동하게 된다. 이러한 "소정의 조치"에는 예를 들어 소정량 만큼 가속 페달을 밟는 행위가 있다. 이것은 엔진 시동 장치가 엔진을 시동하기 위한 명령, 즉 상술한 "시동 명령"과 같은 조작 또는 조치를 수용할 수 있는 모든 경우를 포함하는 개념이다.
또한, 이러한 소정의 조치가 취해진 후, 차량이 정지하고 엔진이 시동되는 상황이 주변 상황에 따라 일어날 수 있지만, 연료의 소비 효율을 높이도록 경제적 주행 제어가 수행되고, 그 효과가 보장되는 범위에서 그와 같은 상황도 이러한 경우에 포함된다.
경제적 주행 제어 하에서, 예를 들어 차량이 가파른 경사에서 정지하고 엔진 이 정지하는 경우, 엔진 재시동을 위한 소정의 동작보다 더 빠르게 클러치 페달을 밟으면, 차량은 뒤로 움직여 엔진이 역회전하게 될 수 있다. 즉, 경제적 주행 제어 하에서는, 엔진의 역회전이 일어나는 경우가 일반 차량보다 더 많아서 시동 모터의 손상에 대한 위험이 증가하게 된다. 그러나 이러한 점에 따라, 그러한 위험이 현저하게 감소될 수 있어 효과적이 된다.
또한, 경제적 주행 제어 하에서는, 엔진이 반복적으로 정지하고 자주 시동되어, 충전형 배터리가 엔진 시동 장치의 전력원으로 사용된다면 배터리의 사용 빈도수가 또한 증가하게 된다. 그와 같은 상황에서, 배터리가 과방전상태가 되어 정지된 엔진이 시동될 수 없게될 가능성이 있다. 이러한 경우에 대처하기 위해, 경제적 주행 제어 하에서는, 배터리의 잔류 전기 충전량을 모니터하는 제어가 수행되고, 만일 그 잔류 충전량이 일정 레벨에 도달하면 차량에 대한 출발명령에 관계없이(예를 들어, 차량 정지 중) 엔진을 시동시키는 시동 명령을 내려, 전기 충전량을 충분한 수준으로 유지하게 된다. 전술한 바와 같이, 배터리의 잔류 전기 충전량에 근거하여 발생되는 신호도 넓은 의미의 "소정의 조치"에 포함된다.
본 발명의 상기 목적은, 엔진을 회전시키기 위해 차량의 엔진에 토크를 전달하는 모터, 및 엔진이 역회전하는 경우 그 모터의 회전을 방지하기 위한 모터 제어 장치가 구비된 엔진 시동 장치에 사용되는 엔진 시동 방법에 의해 달성될 수 있는데, 상기 모터 제어 장치는 차량이 정지하는 동안 정지된 엔진을 시동하는 모터를 시동 명령에 따라 제어하고, 엔진 시동 방법은 시동 명령을 받는 제 1 단계, 시동 명령을 받은 경우 엔진의 역회전 여부를 판단하는 제 2 단계, 및 제 2 단계에서 엔진이 역회전하고 있지 않다고 판단할 경우 엔진을 시동하기 위해 모터를 제어하는 제 3 단계를 포함한다.
본 발명의 이러한 기능들 및 다른 이점들은 첨부된 실시예로부터 명확하게 이해될 것이다.
도 1 은 본 발명의 실시예에서 동력 출력 장치를 개념적으로 나타내는 반단면도이다.
도 2 는 본 발명의 실시예에서 엔진 시동 장치의 블록 다이어그램이다.
도 3 은 엔진 시동 장치의 동작을 설명하는 플로우챠트이다.
본 발명을 수행하는 최선의 형태는 도면을 참고하여 이후 차례로 설명될 것이다.
우선, 본 발명의 실시예에서 엔진 시동 장치, 동력 전달 기구 및 엔진을 포함하는 동력 출력 장치의 구조 및 동작을 도 1 을 참고하여 설명한다. 도 1 은 동력 출력 장치를 개념적으로 나타낸다.
도 1 에서, 실시예에서의 동력 출력 장치는 엔진 시동 장치 (10), 동력 전달 기구 (100), 및 엔진 (20) 을 포함한다.
엔진 시동 장치 (10) 는 엔진 (20) 을 시동하여 회전시키기 위한 장치로서, 그 장치에는 시동 모터 (12) 및 그 시동 모터 (12) 의 시동 작동을 제어하기 위한 제어 장치 (11) 가 제공된다. 엔진 시동 장치 (10) 의 상세한 구조 및 작동은 아래에서 (도 2 및 도 3 을 참조하여)설명될 것이다.
엔진 (20) 은 일반적인 가솔린 엔진이다. 이해의 편의상, 도 1 은 하나의 엔진 (20) 만을 나타내었지만, 복수의 엔진 (20) 이 크랭크 샤프트 (151) 에 연결된다. 연소 중 피스톤, 커넥팅 로드 및 엔진의 다른 부재들은 크랭크 샤프트 (151) 의 회전과 같이 정방향으로 움직이도록 구성된다.
동력 전달 기구 (100) 는 엔진 시동 장치 (10) 와 엔진 (20) 사이에 위치되어, 엔진 (20) 을 시동하기 위해 엔진 시동 장치 (10) 로부터 출력된 토크를 엔진 (20) 에 전달하도록 구성되어 있다. 동력 전달 기구 (100) 는 실질적으로 다음과 같은 구조를 갖는다.
시동 기어 샤프트 (110) 는 시동 모터 (12) 에서 발생된 토크를 동력 전달 기구 (100) 에 입력하기 위한 회전 샤프트이다. 시동 기어 (111) 는 시동 기어 샤프트 (110) 주위에 고정되어 시동 기어 샤프트 (110) 와 같은 방향으로 일체로 회전할 수 있다.
부피동 기어 (120) 가 시동 기어 (111) 와 맞물려 있다. 부피동 기어 (120) 는 피동 기어 샤프트 (121) 주위에 고정된 피동 기어 (122) 와 맞물려 있다. 피동 기어 (122) 에 의해, 피동 기어 샤프트 (121) 는 피동 기어 (122) 와 함께 같은 방향으로 회전한다.
중간 기어 (130) 가 중간 기어 샤프트 (131) 주위에 고정되어 있다. 중간 기어 (130) 와 피동 기어 (122) 사이에는 베어링 (141) 및 다른 지지 부재에 의해 지지되는 일방향 클러치 (140) 가 위치하게 된다.
크랭크 기어 (150) 는 중간 기어 (130) 와 맞물린다. 크랭크 기어 (150) 는 크랭크 샤프트 (151) 주위에 고정된다. 크랭크 샤프트 (151) 는 크랭크 기어 (150) 의 회전과 일치하여 회전하게 된다. 크랭크 샤프트 (151) 는 도시되지 않은 커넥팅 로드 및 다른 부재를 통해 엔진 (20) 의 피스톤에 연결된다.
상술한 구조 하에서, 엔진 (20) 을 시동하기 위해 엔진 시동 장치 (10) 의 시동모터가 회전하면, 그 회전은 시동 기어 (111), 피동 기어 (122), 일방향 클러치 (140), 중간 기어 (130) 및 크랭크 기어 (150) 의 회전으로 전환되어 크랭크 샤프트 (151) 에 전달된다. 크랭크 샤프트 (151) 의 회전에 의해, 엔진 (20) 이 시동된다. 이때의 엔진 (20) 의 회전 방향이 엔진 (20) 의 정방향이 된다.
다음으로, 도 2 를 참조하여 엔진 시동 장치 (10) 의 구성을 설명한다. 도 2 는 엔진 시동 장치 (10) 를 도시하는 블록 다이어그램이다.
도 2 에서, 제어 장치 (11) 는 엔진 시동 장치 (10) 의 작동을 제어하기 위한 장치이다. 시동 모터 (12) 는 엔진 (20) 을 시동하기 위한 모터로서 도시되지 않은 전원 및 전기 배선에 연결된다. 시동 모터 (12) 는 제어 장치 (11) 의 제어에 의해 소정의 방향으로 회전한다. 이때의 토크는 시동 기어 샤프트 (110) 에 전달된다(도 1 참조).
스텝량 검출 장치 (13) 가 도시되지 않은 가속 페달에 연결되고 가속 페달의 스텝량을 검출하는 센서 기능을 갖는다. 가속 페달이 소정량 이상 눌러지면, 시동 명령 펄스가 스텝량 검출 장치 (13) 로부터 제어 장치 (11) 에 출력된다. 제어 장치 (11) 는 엔진 (20) 에 대한 시동 명령으로서 시동 명령 펄스를 받는다.
엔진의 역회전을 검출하는 다양한 기술이 있다. 실시예에서는 크랭크 샤프트의 회전방향을 검출하는 기술이 선택된다. 즉, 역회전 검출 센서 (14) 는 크랭크 샤프트 (151) 의 회전방향을 검출하기 위해 두 개의 회전 펄스 센서(도시 생략)를 갖는다. 엔진 (20) 의 역회전을 검출한다면, 역회전 검출 센서 (14) 는 제어 장치 (11) 에 역회전 검출 펄스를 출력한다. 또한, 타코미터 (15) 는 엔진 (20) 의 회전수 또는 회전속도를 측정하기 위한 장치이다.
다음으로, 엔진 시동 장치 (10) 의 작동을 도 3 을 참조하여 설명한다. 도 3 은 제어 장치 (11) 에 의해 수행되는 엔진 시동 과정을 나타낸다. 또한, 실시예에서 엔진 시동 장치 (10) 는 경제적 주행 제어를 받는 차량에 사용된다. 도 3 은 경제적 주행 제어에 의해 정지 상태로부터 엔진을 시동하는 엔진 시동 과정을 설명한다.
도 3 에서, 우선 제어 장치 (11) 는 엔진 시동 명령 (단계 S10) 의 존재 여부를 판단한다. 본 실시예는 소정량 이상만큼 가속 페달을 누르면 엔진 (20) 이 재시동되도록 구성된다. 제어 장치 (11) 는 스텝량 검출 장치 (13) 의 출력으로서의 시동 명령 펄스의 존재 여부를 일정한 클록 타이밍으로 검출한다. 시동 명령 펄스가 검출되지 않는다면(단계 S10:아니오), 제어 장치 (11) 는 시동 명령 펄스가 검출될 때까지 단계 10 을 반복한다. 만일 시동 명령 펄스가 검출된다면(단계 S10:예), 제어 장치 (11) 는 이어서 엔진 (20) 이 역회전하는지 여부를 판단한다(단계 S20).
제어 장치 (11) 는 역회전 검출 센서 (14) 의 출력으로서의 역회전 검출 펄스의 존재 여부를 검출한다. 역회전 검출 펄스가 검출된다면(단계 S20:예), 제어 장치 (11) 는 엔진 (20) 이 역방향으로 회전하고 있는 것으로 간주하고 엔진 시동 과정을 단계 S10 으로 다시 되돌린다. 그 후, 단계 10 및 단계 20 이 역회전이 끝날 때까지 반복된다. 만일 역회전 검출 펄스가 검출되지 않는다면(단계 S20:아니오), 제어 장치 (11) 는 엔진 (20) 이 역방향으로 회전하지 않는 것으로 간주하여 시동 모터 (12) 에 전력을 전달하기 시작하여 시동 모터 (12) 를 회전시킨다(단계 S30).
제어 장치 (11) 는 엔진 (20) 에 대한 연료의 공급, 점화 시기 제어 및 다른 과정들을 수행하기 위한 엔진 제어 장치(도시 생략)에 연결된다. 만일 시동 모터 (12) 가 단계 S30 에 의해 회전하게 된다면, 시동 모터 (12) 의 토크는 크랭크 샤프트 (151) 의 회전으로 변환되고 다시 피스톤의 왕복운동으로 변환된다. 이러한 엔진 제어 장치는 엔진 시동 장치 (10) 에 의해 얻어지는 시동 회전 중에 연료의 공급, 점화 및 다른 필요한 과정들을 적절한 시기에 수행하여 엔진 (20) 의 자발적인 회전이 시작되도록 한다.
그 후, 제어 장치 (11) 는 타코미터 (15) 를 참고하여 엔진 (20) 의 회전수를 확인하고 완전 폭발하였는지를 판단한다(단계 S40). 완전 폭발 판정은 엔진 (20) 의 회전이 안정한지 여부를 판단하는 것이다. 실시예에서, 엔진 (20) 의 회전수가 분당 400 회전(rpm) 이상인지 여부에 의해, 그리고 일정 기간 동안 엔진의 회전수보다 더 낮은지 여부에 의해 판단된다. 이러한 판정 기준은 제한되지 않음은 분명하다. 엔진 (20) 의 회전수가 안정화되지 않은 것으로 판단된다면(단계 S40:아니오), 제어 장치 (11) 는 엔진 시동 과정을 단계 S30 으로 되돌리고 시동 모터 (12) 에 전력 전달을 계속하여 시동 모터 (12) 가 계속 회전하도록 한다. 만일 엔진 (20) 의 회전이 안정화되었다고 판단된다면(단계 S40:예), 제어 장치 (11) 는 시동 모터 (12) 로의 전력 전달을 중단하여 시동 모터 (12) 를 정지시키고(단계 S50) 실시예에서 엔진 시동 과정을 종료시킨다.
실시예에서, 엔진의 역회전을 검출하는 방법은 상술한 단계 S20 에서 예시된 경우에 제한되지 않는다. 예를 들어, 다음과 같은 방법으로 엔진의 역회전을 검출할 수 있다.
예를 들어, 두 개의 센서가 엔진과 같이 회전하는 플라이 휠과 같은 회전 요소의 외주부의 주변에 위치될 수 있다. 그 센서들은 회전 요소의 외주부에 형성되어 원주방향으로 일정한 간격으로 배열된 기어 이의 통과를 모니터한다. 또한, 두 센서들은 각 기어 이의 통과시 발생되는 펄스 신호의 파형이 서로 위상차를 갖도록 위치된다. 여기서, 각 센서로부터 출련된 펄스는 작동 회로에 입력되고, 한 신호에서 다른 신호를 빼서 얻어지는 편차 신호가 작동 회로로부터의 출력이 된다. 만일 편차 신호가 미분 요소를 포함하는 필터 장치에 의해 걸러진다면, 출력 신호는 과도기 특성에 의해 발생되는 과도한 펄스 파형을 포함한다. 비교 회로에 출력 신호를 입력함에 의해 얻어지는 과정 펄스 신호는 엔진의 회전방향을 검출하는 것을 가능하게 하는 과도한 펄스 때문에 엔진의 회전방향에 따라 크게 변한다.
또한, 엔진의 회전방향은 크랭크각 센서 및 캠샤프트각 센서를 사용하여 또한 검출될 수 있다. 예를 들어, 크랭크 샤프트 센서 휠을 모니터하기 위한 크랭크각 센서에 의해 검출되는 두 개의 서로 다른 크랭크 샤프트 위치는 캠샤프트 센서 휠을 모니터하기 위한 캠샤프트각 센서에 의해 검출되는 소정의 캠샤프트 위치에 할당된다. 두 개의 크랭크 샤프트 위치는 엔진의 정회전 및 역회전에 각각 대응한다. 어느 크랭크 샤프트 위치가 검출되었는 지를 알면, 엔진의 회전 방향을 판단하는 것이 가능하다.
또한, 다음과 같은 방법이 사용될 수도 있다. 즉, 엔진의 회전과 동기화되어 회전하는 원형 부재의 외주부에, 각각 서로 다른 각 폭(angular width)을 갖는 두 개의 표시자가 위치된다. 센서가 원형 부재의 외주부 주변에 위치하게 된다. 이러한 센서는 각 표시자의 각 폭에 해당하는 시간 폭을 갖는 펄스를 발생시킨다. 그와 같은 구성에서, 비 (a)/(b) 는 엔진의 회전방향에 따라 변하는데, 여기서 (a) 는 시간 폭이 짧은 제 1 펄스가 끝나는 때로부터 시간 폭이 긴 제 2 펄스가 끝나는 때까지의 시간 길이이고, (b) 는 제 1 펄스가 끝날 때부터 다음 제 1 펄스가 시작될 때까지의 시간 길이이다. 따라서, 이러한 시간 길이를 비교함에 의해, 엔진 회전방향의 정회전 또는 역회전을 판단할 수 있다.
또한, 실시예는 엔진 (20) 을 시동하기 위한 시동 명령이 차량 정지 증 가속 페달을 눌러 제어 장치 (11) 에 출력되도록 구성된다. 그러나, 상술한 바와 같이, 엔진 (20) 을 시동하기 위한 명령이 가속 페달의 누름에 관계없이 시동 모터 (12) 를 위한 전원인 배터리의 잔류량에 따라 출력이 되어 시동 모터 (12) 를 시동하는 경우로 생각할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예로 제한되지 않고, 희망한다면 청구범위 및 전체 명세서로부터 알 수 있는 발명의 범위 또는 사상으로부터 벗어남 없이 변경이 이루어질 수 있다. 그와 같은 변경을 수반하는 엔진 시동 장치 및 엔진 시동 방법은 본 발명의 기술적 범위 내에 있도록 또한 의도된다.
본 발명과 관련된 엔진 시동 장치 및 엔진 시동 방법은 그 동력원이 엔진인 자동차와 이륜차와 같은 일반적인 차량의 내연기관에 적용될 수 있다.

Claims (9)

  1. 차량의 엔진을 회전시키기 위해 엔진에 토크를 전달하기 위한 모터; 및
    엔진이 역회전하는 경우 상기 모터의 회전을 방지하기 위한 모터 제어 장치를 포함하는 엔진 시동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 엔진이 역회전하는지 여부를 검출하기 위한 역회전 검출 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 시동 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 역회전 검출 장치는 엔진에 있는 임의의 실린더에서 크랭크 샤프트의 회전방향을 검출하여 엔진의 역회전 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 엔진 시동 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 엔진의 역회전 여부를 평가하기 위한 역회전 평가 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 시동 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 역회전 평가 장치는 엔진에 있는 임의의 실린더에서 가스의 압축상태를 검출하기 위한 압축상태 검출 장치를 가지며, 그 압축상태 검출 장치에 의한 검출 결과로 얻어진 압축상태에 기초하여 엔진의 역회전 여부를 평가하는 것을 특징으로 하는 엔진 시동 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 압축상태 검출 장치는 임의의 실린더에서 크랭크 샤프트의 회전각에 기초하여 가스의 압축상태를 검출하는 것을 특징으로 하는 엔진 시동 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 모터 제어 장치는 차량의 정지 중 정지된 엔진을 시동하기 위해 시동 명령에 따라 상기 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 엔진 시동 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 모터로부터 엔진에 토크를 전달하기 위한 동력 전달 기구를 더 포함하고,
    이 동력 전달 기구는 시동 기어 및 시동 기어 샤프트를 포함하는 시동 기어 부재, 피동기어 및 피동기어 샤프트를 포함하는 피동기어 부재, 중간 기어 및 중간 기어 샤프트를 포함하는 중간 기어 부재, 크랭크 기어 및 크랭크 기어 샤프트를 포함하는 크랭크 기어 부재, 및 일방향 클러치를 포함하고,
    상기 시동 기어 부재는 시동 모터로부터 피동 기어 부재에 토크를 전달하고 , 그 피동 기어 부재는 시동 모터로부터 중간 기어 부재에 토크를 전달하고, 그 중간 기어 부재는 피동 기어 부재로부터 크랭크 기어 부재에 토크를 전달하고, 그 크랭크 기어 부재는 중간 기어 부재로부터 엔진에 토크를 전달하며, 일방향 클러치는 피동 기어 부재와 중간 기어 부재 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 엔진 시동 장치.
  9. 차량의 엔진을 회전시키기 위해 엔진에 토크를 전달하는 모터, 및 엔진이 역회전하는 경우 상기 모터의 회전을 방지하기 위한 모터 제어 장치를 포함하고, 상기 모터 제어 장치는 차량의 정지 중 정지된 엔진을 시동하기 위해 시동 명령에 따라 상기 모터를 제어하는, 엔진 시동 장치를 위해 사용되는 엔진 시동 방법으로서,
    시동 명령을 받는 제 1 단계,
    시동 명령을 받은 경우 엔진의 역회전 여부를 판단하는 제 2 단계, 및
    제 2 단계에서 엔진이 역회전하고 있지 않다고 판단될 경우 엔진을 시동하기 위해 상기 모터를 제어하는 제 3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 시동 방법.
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