KR101110096B1 - 내연 기관을 시동시키는 시동 장치 - Google Patents

내연 기관을 시동시키는 시동 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연 기관을 시동시키는 시동 장치에 관한 것으로, 상기 시동 장치는 특히 전자기식인 토-인 메커니즘(10), 시동-정지 메커니즘을 포함하고, 상기 시동-정지 메커니즘은, 정지 단계에서, 내연 기관이 멈추는 동안 및/또는 내연 기관이 멈춘 후에 토-인 메커니즘(10)의 토-인 상태를 형성하므로, 내연 기관이 후속해서 시동될 때, 이미 토-인 상태가 제공되어 있고, 토-인된 상태에서 상기 토-인 메커니즘(10)을 록킹하기 위한 록킹 장치(20)가 제공되고, 정지 단계 동안 상기 록킹 장치(20)가 상기 전자기적 토-인 메커니즘(10)을 전방으로 이동된 위치로 기계적으로 유지시키도록 제어 가능하게 상기 록킹 장치(20)가 형성되는 것을 특징으로 하는 내연 기관을 시동시키는 장치.
Figure R1020087008196
록킹 장치, 토-인 메커니즘, 시동-정지 메커니즘, 가열 전류

Description

내연 기관을 시동시키는 시동 장치{STARTER DEVICE FOR STARTING INTERNAL COMBUSTION ENGINES}
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 제시된 특징을 포함하는 내연 기관을 시동시키는 시동 장치에 관한 것이다.
DE 199 11 161 C2에는, 동축 시동기로서 형성되는 내연 기관을 시동시키는 시동 장치가 공지되어 있다. 상기 시동 장치는 전기 시동 모터, 시동 피니언을 구비한 축방향 피니언 샤프트를 이동시키기 위한 토-인 메커니즘(toe-in mechanism)을 포함한다. 내연 기관을 시동시키기 위해, 피니언은 내연 기관의 기어 림 내로 삽입되어야 한다. 내연 기관이 작동되면, 피니언은 기어 림으로부터 분리되어야 한다. 이것을 가능하게 하기 위해, 영구 자석들 및 전자기적으로 여기 가능한 코일을 포함하는 토-인 메커니즘이 제공된다. 전기 제어 장치는 각각의 플럭스 방향에 따라 밀어내는 힘 및 당기는 힘을 영구 자석에 가하는 코일 내에 2 개의 플럭스 방향을 형성할 수 있다. 이로 인해, 피니언이 전진 및 후진 운동을 함으로써, 토-인 상태 및 토-인되지 않은 상태로 될 수 있다.
또한 소위 시동-정지 작동을 가능하게 하는 상기 방식의 시동 장치가 공지되어 있다. 상기 시동-정지 작동은 내연 기관의 직접 시동이 가능한 것을 특징으로 한다. 내연 기관이 스위치 오프될 때, 피니언은 기어 림 내에 이미 놓여 있으므로, 피니언의 회전 운동만이 내연 기관의 시동에 필요하다. 이를 위해서는, 내연 기관의 정지 단계에서, 피니언이 전자기적 토-인 메커니즘에 의해 토-인 상태로 유지되는 것이 전제되어야 한다. 이것은 전기 시스템에 부하를 주는 전력을 필요로 하고, 바람직하지 않은 가열을 수반하는 전력 손실을 발생시킨다.
본 발명에 따른 시동 장치, 구체적으로 순수 기계적 방식으로 록킹되는 본 발명에 따른 록킹 장치에 의해, 토-인 메커니즘이 전방으로 이동된 위치에 록킹됨으로써, 전력 손실이 제거되거나 감소된다. 본 발명에 의해, 높은 전류 소비를 감당할 필요 없이 시동-정지 작동이 가능하다. 본 발명은 내연 기관의 소음이 감소된 시동을 가능하게 하고, 감소된 전기 에너지로 시동의 안락함을 향상시킨다. 또한 전류 회로의 초과 가열, 그리고 코일, 자기 스위치, 릴레이(relay), 저항 등과 같은 상기 전류 회로 내에 포함되는 부품들의 초과 가열이 방지된다. 또한, 전기 시스템의 부하 및 라인의 부하도 추가로 감소된다. 바람직하게 시동-정지 메커니즘은 내연 기관이 멈추는 동안에도 토-인된 상태를 형성하게 구현된다. 이로써, 1 초 미만의 시간 내에 재시동이 가능하다.
본 발명에 따른 시동 장치의 바람직한 실시예에서, 록킹 장치는 정지 단계 동안 전자기적 토-인 메커니즘을 적은 전류 공급으로 또는 전류 공급이 없이도 토-인된 상태로 기계적으로 유지시킨다.
록킹 장치가 전자기적으로 구현되는 것이 바람직하다. 바람직하게 전류 펄스 릴레이가 기계적 록킹을 위해 사용된다. 록킹 장치를 록킹 위치로 유지시키기 위해, 전류가 소비될 필요가 없다. 시동 장치 및/또는 토-인 메커니즘은 전자기식, 유압식 및/또는 공기압식으로 작동할 수 있다.
또한 바람직하게는, 록킹 장치가 열전기 방식으로 구현되는 것도 가능하고, 록킹 장치는 열 회로(thermal circuit)를 구비하는 특히 록킹 릴레이를 포함한다. 열전기 방식은 기능이 매우 안정적이고, 예컨대 차로 바닥의 울퉁불퉁함으로 인한 심각한 진동시에도 오작동 없이 작동한다.
바람직하게, 열전기 록킹 릴레이에는 가열 전류로 작동 가능한 바이메탈(bimetal) 스트립이 제공된다. 특히 바이메탈 스트립은 가열된 상태에서 록킹 위치를 취하고 냉각된 상태에서는 해제 위치를 취한다. 이 실시예는 0.5 내지 0.7A의 가열 전류를 필요로 하고 이로써, 공지된 방법에 비해, 전류의 최대 1/10만을 필요로 한다. 기계적 지지 또는 기계적 록킹은 마찰 결합 또는 형상끼워맞춤 결합에 의해 이루어진다.
본 발명의 다른 장점들은 청구항들에 제시된다.
본 발명은, 관련 도면들에 의해 2 개의 실시예들을 참조로 하기에서 더 자세히 설명된다.
도 1은 토-인되지 않은 상태 및 록킹되지 않은 상태에서의 본 발명에 따른 시동 장치의 실시예의 개략적 도면이고,
도 2는 토-인되고 록킹된 상태에서의 도 1의 시동 장치의 개략적 도면이다.
도 1에는 시동 장치(1)의 본 발명에 따른 실시예가 개략적으로 도시된다. 상기 시동 장치는 전기 모터식 구동기가 배치된 하우징(2)을 포함하고, 상기 구동기는 종동 샤프트(4)를 구비한 시동 모터(3)를 포함한다. 종동 샤프트(4)와 동축으로, 슬라이딩 가능하게 피니언 샤프트(5)가 배치되고, 상기 피니언 샤프트는 내연 기관의 기어 림(7)과 연결하기 위한 시동 피니언(6)을 포함한다.
토-인 메커니즘(10)에 의해, 시동 피니언(6)이 전방으로 이동되므로, 시동 피니언(6)은 기어 림(7) 내로 맞물리거나(토-인된 상태)(도 2에 도시됨), 또는 토-인되지 않은 상태(도 1에 도시됨)로 이동되므로, 시동 피니언(6)이 토-인되지 않은 위치를 취한다.
토-인 메커니즘(10)은 피니언 샤프트(5)에 힘을 가하기 위해, 스위칭 가능한 코일을 구비한 아마추어를 포함한다. 상기 힘에 의해 피니언 샤프트(5)가 전진 및 후진 운동을 할 수 있고, 힘의 방향은 코일에 전류를 반대 방향으로 흐르게 함으로써 변경된다. 코일 및 시동 모터(3)의 제어를 위해 제어 장치(12)가 제공되고, 상기 제어 장치는 본 발명에 따라 기계적으로 작동하는 록킹 장치(20)도 제어한다. 대안으로서, 토-인 메커니즘이 피니언 샤프트(5) 옆에 배치되고 예컨대 토-인 릴레이(relay)를 포함할 수 있고, 상기 토-인 릴레이의 운동은 이중 진동 레버를 통해 피니언 샤프트(5)로 전달되고, 이로써 피니언 샤프트(5)가 전진 및 후진 운동을 할 수 있다.
본 발명에 따라, 록킹 장치(20)는 토-인된 상태에서 피니언 샤프트(5) 또는 토-인 메커니즘(10)을 록킹하고, 상기 록킹 장치(20)는 전자기적 토-인 메커니즘(10) 또는 피니언 샤프트(5)를 전방으로 이동된 위치로 유지 또는 록킹하도록, 록킹 장치(20)가 제어 가능하게 형성된다.
록킹 장치(20)는 특히, 전자기 또는 열전기 방식으로 작동 가능한, 가동 록킹 핀(25)을 포함한다. 록킹을 달성하기 위해, 록킹 핀(25)은 피니언 샤프트(5)의 록킹 베이스(21), 오목부 또는 링형 홈 등 내로 삽입될 수 있다. 록킹 위치에서 록킹 장치(2)는 록킹 전류로 작동할 수 있다. 상기 전류는 토-인 메커니즘(10)의 작동 전류보다 현저히 더 작다. 바람직하게 록킹 장치(20)는, 전류 공급 없이 록킹이 달성되게 구현된다. 단지, 록킹 핀을 차단 위치 및 해제 위치로 이동시키기 위해서만 짧은 전류 펄스가 필요하다. 대안으로서, 록킹 장치(20)가 열전기적으로 구현될 수 있고 전기 열 회로를 구비한 록킹 릴레이를 포함한다. 록킹 릴레이는 가열 전류에 의해 작동 가능한 바이메탈 스트립을 포함한다. 특히 약 0.5 내지 0.7 A의 가열 전류가 바이메탈 스트립에 할당 배치되는 가열 와인딩을 통해 흐른다. 도 2에 도시되듯이, 가열 열에 의해 바이메탈 스트립이 벤딩되고, 피니언 샤프트의 록킹 베이스(21) 내로 직접 또는 간접적으로 맞물리는 록킹 수단이 이동된다.
바이메탈 스트립은 가열된 상태에서 록킹 위치(도 2)를 취하고 냉각된 위치에서 해제 위치(도 1)를 취한다. 가열 전류는, 토-인 메커니즘에 의한 토-인에 제공되는 전류보다 훨씬 더 적다.
시동 장치(1)는 제어 장치(12)에 의해 아래와 같이 실행되는 시동-정지 메커니즘을 특징으로 한다. 상기 시동-정지 메커니즘은 내연 기관의 정지 단계에서, 내연 기관이 멈추는 동안 및/또는 내연 기관이 멈춘 후에도 토-인 메커니즘(10)의 토-인된 상태(도 2)를 유지하게 하므로, 내연 기관이 후속 시동될 때, 시동 피니언(6)이 전방으로 이동된 위치에 이미 배치되도록 구현된다.
토-인 메커니즘(10)은 상기 메커니즘의 아마추어에 전류를 반대 방향으로 흐르게 함으로써, 토-인 상태로부터 토-인되지 않은 상태로 이동 가능하다. 토-인 해제는 내연 기관의 성공적인 시동 후에 이루어진다.
제어 장치(12)는 전기 모터식 구동기, 전자기적 토-인 메커니즘(10) 및 록킹 장치(20)을 제어하므로, 시동 정지 작동이 실시될 수 있다.
본 발명은 부드러운 직접 시동을 가능하게 한다. 정지 작동에서, 록킹 릴레이, 또는 다른 록킹 장치, 예컨대 전자기적 장치가 록킹을 위한 단기간의 전류 흐름에 의해 활성화되므로, 구동 샤프트 또는 피니언 샤프트(5)의 고정이 토-인 메커니즘(10)용 전류 회로의 차단 후에 순수 기계적으로 이루어진다. 시동 장치(1)의 토-인 해제가 내연 기관의 성공적인 시동 후에 전자기적으로 이루어지고, 또한 록킹은 해제를 위해 록킹 릴레이에 전류가 다시 공급됨으로써 해제된다.
사용된 록킹 릴레이의 록킹 메커니즘의 기계적 힘은, 시동 장치(1)의 피니언(6)이 시동-정지 작동 동안 예컨대 차로 바닥의 울퉁불퉁함에 의해 차량이 진동되는 경우에도 록킹된 상태로 확실히 유지되는 크기로 선택되어야 한다. 피니언(6)의 토-인 해제는 시동 장치(1)의 프리 휠링(free wheeling) 소자에 의해서도 이루어질 수 있다.
바람직하게, 전자기적 방식에서는 단기 전류 펄스에 의해 록킹 위치로 이동 가능하고 록킹 위치로부터 해제 이동 가능한 록킹 릴레이가 사용된다. 이로써, 록킹 상태에서 전류 공급이 필요하지 않다.
열 회로를 구비하는 록킹 릴레이에서, 기계적 록킹은 적은 가열 전력에서 변형되는 바이메탈 스트립을 통해 달성된다. 가열 전류의 차단 후에, 바이메탈 스트립이 냉각되고 원래의 형태로 복구된다. 이로써 록킹이 해제된다.

Claims (9)

  1. 내연 기관을 시동시키는 시동 장치로서, 전자기식인 토-인 메커니즘(10), 및 시동-정지 메커니즘을 포함하고,
    상기 시동-정지 메커니즘은, 내연 기관의 정지 단계에서, 내연 기관이 멈추는 동안, 내연 기관이 멈춘 후에, 또는 내연 기관이 멈추는 동안 및 내연 기관이 멈춘 후에 상기 토-인 메커니즘(10)의 토-인 상태를 유지하게 하므로, 내연 기관이 후속해서 시동될 때, 이미 토-인 상태가 주어지는 내연 기관을 시동시키는 시동 장치에 있어서,
    토-인 상태에 상기 토-인 메커니즘(10)을 록킹하기 위한 록킹 장치(20)가 제공되고, 상기 록킹 장치(20)는 정지 단계 동안 상기 전자기적 토-인 메커니즘(10)을 전방으로 이동된 위치에 기계적으로 유지하도록 제어 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 내연 기관을 시동시키는 시동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 록킹 장치(20)는 정지 단계 동안 상기 전자기적 토-인 메커니즘(10)을 토-인된 상태로 기계적으로 록킹하는 것을 특징으로 하는 내연 기관을 제동시키는 시동 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 록킹 장치(20)는 전자기식으로 작동 가능한 것을 특징으로 하는 내연 기관을 시동시키는 시동 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 록킹 장치(20)는 전류 펄스에 의해 작동 가능하도록 형성된 록킹 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관을 시동시키는 시동 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 록킹 장치(20)는 열전기식으로 작동 가능한 것을 특징으로 하는 내연 기관을 시동시키는 시동 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 록킹 장치(20)는 전기 열 회로를 구비한 록킹 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관을 시동시키는 시동 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 록킹 릴레이는 가열 전류에 의해 작동 가능한 적어도 하나의 바이메탈 스트립을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관을 시동시키는 시동 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 바이메탈 스트립은 가열된 상태에서 기계적 록킹 위치를 취하고, 냉각된 상태에서는 기계적 해제 위치를 취하는 것을 특징으로 하는 내연 기관을 시동시키는 시동 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    기계적 지지 또는 기계적 록킹은 마찰 결합 또는 형상끼워맞춤 결합에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연 기관을 시동시키는 시동 장치.
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