KR101349434B1 - 엔진 시동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 엔진 시동장치는 파워트레인으로 이어지는 엔진과 함께 회전되고 스타터모터로부터 동력을 받도록 링기어를 갖춘 메인플라이휠(6)과, 메인플라이휠(6)과 서로 결합되거나 또는 분리되는 서브플라이휠(10)로 이루어진 이중질량체 타입 플라이휠유닛(5)을 적용함으로써, 상기 플라이휠유닛(5)의 관성모우멘트 총합을 초기시동시나 저속구간에서는 높게 유지하고 고속구간에서는 낮게 유지해 엔진의 줄어든 토크부담 만큼 연비를 향상할 수 있고, ISG에 의한 아이들스탑(Idle Stop) -> 아이들고(Idle Go)시 고관성모우멘트질량체의 축적된 회전운동에너지로 스타터모터의 시동토크를 줄여 스타터모터 내구성 저하도 방지할 수 있는 특징을 갖는다.

Description

엔진 시동장치{Engine Restart Apparatus}

본 발명은 아이에스지(ISG,Idle Stop and Go)적용 차량에 관한 것으로, 특히 아이들스탑(Idle Stop)시 플라이휠의 관성모우멘트를 낮춤으로써 플라이휠에 의한 불필요한 운동에너지 낭비를 줄여 연비를 크게 향상하면서도 스타터모터 내구성 저하도 방지할 수 있는 엔진 시동장치에 관한 것이다.

일반적으로 아이에스지(ISG,Idle Stop and Go)기능은 엔진 공회전 정지제어로서, 도조조건에 따라 엔진 시동을 끄거나 키는 동작을 반복적으로 구현함으로써 연료의 경제성을 구현할 수 있게 된다.

이를 위해 ISG 로직은 차량의 차속과 엔진회전속도 및 냉각수온등의 정보를 입력받아 아이들(Idle)시 엔진을 정지하도록 명령을 내림으로써, ISG 적용 차량은 실제 연비모드에서 5~15%의 연비 효과를 얻을 수 있게 된다.

통상, ISG 차량에서도 플라이휠로 동력을 전달하는 스타터모터를 이용하여 엔진의 초기 시동은 물론 아이들스탑(Idle Stop)에서 아이들고(Idle Go)로 전환하게 된다.

도 3은 상기와 같이 스타터모터를 적용한 ISG 차량의 엔진시동회로를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 엔진시동회로는 엔진시동관련신호를 입력받는 컨트롤러(100)와, 컨트롤러(100)의 제어로 배터리 전류를 스위칭하는 전원제어회로(200)와, 전원제어회로(200)를 통해 공급된 전류로 구동되어 플라이휠을 돌려줌으로써 엔진을 시동시키는 스타터모터(300)로 구성된다.

상기와 같이 엔진시동회로가 구성됨에 따라, 엔진의 초기시동이나 아이들스탑(Idle Stop)->아이들고(Idle Go)전환에 따른 재시동이 요구되면, 상기 스타터모터(300)는 배터리 전류로 구동되어 피니언기어를 플라이휠의 링기어와 치합시켜줌으로써 엔진시동을 걸어주게 된다.

통상, 플라이휠은 엔진사양에 맞춘 관성모우멘트를 갖는 1개의 일체형 질량체로 이루어진다.

그러므로, 스타터모터(300)는 엔진시동시 플라이휠의 관성모우멘트를 이겨내기 위한 토크를 필요로 하고, 특히 엔진시동을 위한 물림시 기어간 기계적인 충돌로 인한 내구성 저하를 가져오게 된다.

이에 따라, 스타터모터(300)의 내구성은 수많은 엔진시동횟수에도 무리가 가지 않도록 설계된다.

하지만, 일반적인 차량과는 비교할 수 없을 정도로 빈번하게 일어나는 ISG 차량의 엔진시동 온오프횟수는 스타터모터(300)의 플라이휠 구동횟수도 함께 증가시켜줌으로써, 스타터모터(300)의 설계된 내구성에 대한 한계를 가져올 수밖에 없다.

이러한 현상은 스타터모터(300)가 엔진사양에 대해 최대크기의 관성모우멘트를 갖는 1개의 질량체로 이루어진 플라이휠을 엔진시동시마다 구동시킴에 따라 더욱 가속화되어진다.

상기와 같이 스타터모터(300)의 미흡한 내구성은 ISG 차량에 적합한 별도의 고사양 스타터모터를 요구함으로써 ISG 차량의 비용상승을 가져오는 한 원인으로 작용하게 된다.

하지만, 스타터모터(300)의 고사양은 많은 전기에너지를 필요로 하는 엔진시동시 배터리부하를 더욱 높여 배터리 사양도 높여야 함으로써 이에 따른 알터네이터 사양도 함께 높일 수밖에 없고, 이는 결국 ISG 차량의 연비가 저하되는 중량증대를 가져올 수밖에 없게 된다.

국내특허공개 10-2010-0062639(2010.06.10)

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 저관성모우멘트질량체와 고관성모우멘트질량체로 분리되어진 총 관성모우멘트를 갖는 플라이휠을 적용함으로써, 상기 플라이휠의 관성모우멘트 총합을 초기시동시나 저속구간에서는 높게 유지하고 고속구간에서는 고관성모우멘트질량체의 분리로 낮게 유지해 엔진의 줄어든 토크부담 만큼 연비를 향상할 수 있고, ISG에 의한 아이들스탑(Idle Stop) -> 아이들고(Idle Go)시 고관성모우멘트질량체의 축적된 회전운동에너지로 스타터모터의 시동토크를 줄여 스타터모터 내구성 저하도 방지할 수 있는 엔진 시동장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 엔진 시동장치는 파워트레인으로 이어지는 엔진의 크랭크축과 함께 회전되도록 결합되고 그 외주면으로 스타터모터로부터 토크를 받는 링기어를 갖추고, 관성모우멘트를 갖는 질량체로 이루어진 메인플라이휠과;

상기 메인플라이휠과 분리되어 상기 엔진의 크랭크축에 자유회전되도록 결합되고, 상기 메인플라이휠의 관성모우멘트와 다른 크기의 관성모우멘트를 갖는 질량체로 이루어져 상기 메인플라이휠과 서로 결합되어 함께 회전되면 상기 메인플라이휠의 관성모우멘트의 크기를 증대시켜주는 서브플라이휠;

을 포함해 구성되어진 것을 특징으로 한다.

상기 메인플라이휠은 고속용이면서 저관성 모우멘트 타입인 반면, 상기 서브플라이휠은 저속용이면서 고관성 모우멘트 타입으로 구성된다.

상기 서브플라이휠은 배터리전류인가에 따른 자기력으로 상기 메인플라이휠쪽으로 이동되어 상기 메인플라이휠과 결합된다.

상기 메인플라이휠은 외주면으로 링기어를 갖추고 중앙에 뚫린 축홀을 통해 상기 엔진의 크랭크축과 함께 회전되도록 결합되고; 상기 서브플라이휠은 중앙에 뚫린 축홀에 결합된 볼베어링을 통해 상기 엔진의 크랭크축에 자유회전되는 플라이휠매스와, 인가된 배터리전류로 발생된 자기력으로 당김력을 형성해주는 전자석클러치;로 구성된다.

상기 전자석클러치는 상기 축홀에 대해 동심원으로 상기 플라이휠매스에 내장되고 상기 배터리로부터 전류를 공급받도록 전기회로를 형성하게 된다.

상기 메인플라이휠과 상기 서브플라이휠이 결합 및 분리되기 위한 엔진의 구동조건은 엔진부하조건과 엔진시동조건 및 차량모드조건이고, 상기 엔진부하조건은 저속구간과 고속구간 조건을 적용하고, 상기 엔진시동조건은 엔진의 시동초기와 ISG에 의한 아이들스탑 -> 아이들고 조건을 적용하며, 상기 차량모드조건은 연료차단(Fuel Cut)조건이나 또는 회생제동조건을 적용하여 준다.

상기 엔진부하조건중 저속구간과 상기 엔진시동조건인 엔진의 시동초기와 ISG에 의한 아이들스탑 -> 아이들고 조건에서는 상기 서브플라이휠과 상기 메인플라이휠의 관성모우멘트 총합이 상기 엔진의 크랭크축에 부하로 작용하는 반면, 상기 엔진부하조건중 고속구간과 상기 차량모드조건은 연료차단(Fuel Cut)조건이나 또는 회생제동조건에서는 상기 메인플라이휠의 관성모우멘트 만 상기 엔진의 크랭크축에 부하로 작용하게 된다.

상기 저속구간과 고속구간에 대한 판단은 상기 플라이휠유닛의 관성모우멘트가 높은 값에서 상대적으로 낮은 값으로 전환되는 특정조건엔진회전수(Ne1)가 정의되고, 판단엔진회전수(Ne)< 특정조건엔진회전수(Ne1)일 때 저속구간으로 판정하는 반면 판단엔진회전수(Ne)≥ 조건엔진회전수(Ne1)일 때 고속구간으로 판정하여준다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 엔진 시동장치는 파워트레인으로 이어지는 엔진과 함께 회전되고 스타터모터로부터 동력을 받도록 링기어를 갖춘 메인플라이휠과, 상기 엔진의 크랭크축에 자유회전되도록 결합되고 상기 메인플라이휠과 서로 결합되거나 또는 분리되는 서브플라이휠로 이루어진 이중질량체 타입 플라이휠유닛과;

배터리와 상기 서브플라이휠을 이어주는 전기회로를 형성한 전원제어회로와;

저속구간과 고속구간 조건을 적용하는 엔진부하조건과, 엔진의 시동초기와 ISG에 의한 아이들스탑 -> 아이들고 조건을 적용하는 엔진시동조건과, 연료차단(Fuel Cut)조건이나 또는 회생제동조건을 적용하는 차량모드조건을 갖추고, 상기 엔진부하조건과 상기 엔진시동조건 및 상기 차량모드조건에 따라 상기 전원제어회로를 통해 상기 서브플라이휠로 공급되는 전류를 이어 상기 메인플라이휠과 결합하거나 상기 서브플라이휠로 공급되는 전류를 차단하여 상기 메인플라이휠과 분리시켜주는 컨트롤러;

를 포함해 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 메인플라이휠은 외주면으로 링기어를 갖추고 중앙에 뚫린 축홀을 통해 상기 엔진의 크랭크축과 함께 회전되도록 결합되고, 상기 서브플라이휠은 중앙에 뚫린 축홀에 결합된 볼베어링을 통해 상기 엔진의 크랭크축에 자유회전되는 플라이휠매스와, 인가된 배터리전류로 발생된 자기력으로 당김력을 형성해주는 전자석클러치로 구성된다.

상기 엔진부하조건중 저속구간과 상기 엔진시동조건인 엔진의 시동초기와 ISG에 의한 아이들스탑 -> 아이들고 조건에서는 상기 서브플라이휠과 상기 메인플라이휠의 관성모우멘트 총합이 상기 엔진의 크랭크축에 부하로 작용하는 반면, 상기 엔진부하조건중 고속구간과 상기 차량모드조건은 연료차단(Fuel Cut)조건이나 또는 회생제동조건에서는 상기 메인플라이휠의 관성모우멘트 만 상기 엔진의 크랭크축에 부하로 작용된다.

상기 저속구간과 고속구간에 대한 판단은 상기 플라이휠유닛의 관성모우멘트가 높은 값에서 상대적으로 낮은 값으로 전환되는 특정조건엔진회전수(Ne1)가 정의되고, 판단엔진회전수(Ne)< 특정조건엔진회전수(Ne1)일 때 저속구간으로 판정하는 반면 판단엔진회전수(Ne)≥ 조건엔진회전수(Ne1)일 때 고속구간으로 판정하여준다.

이러한 본 발명은 플라이휠이 초기시동시나 저속구간과 더불어 이이들고시에는 저관성모우멘트질량체와 고관성모우멘트질량체를 함께 이용되는 반면 고속회전시엔 고관성모우멘트질량체를 분리해줌으로써, 고속구간에서 줄어든 엔진의 토크부담 만큼 연비를 향상시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명은 ISG에 의한 아이들스탑(Idle Stop)시 분리시켯던 고관성모우멘트질량체를 아이들고(Idle Go)시 다시 연결하여 축적된 회전운동에너지로 스타터모터의 시동토크를 줄여줌으로써, ISG에 의한 빈번한 엔진재시동시에도 스타터모터 내구성 저하가 방지될 수 있는 효과도 있게 된다.

또한, 본 발명은 ISG 차량이더라도 내구성 강화를 위해 스타터모터의 사양을 높이지 않아도 됨으로써, ISG 차량에서 비용상승을 가져오는 배터리 및 알터네이터의 사양 증대도 요구되지 않고 이에 따른 중량증가도 없어 연비 개선율을 더욱 높여 줄 수 있는 효과도 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 아이에스지(ISG,Idle Stop and Go)차량의 엔진 시동장치 구성도이고, 도 2(가),(나)는 본 발명에 따른 이중질량체타입 플라이휠을 엔진시동조건과 엔진부하조건에 따라 구현하기 위한 관계선도이며, 도 3은 본 발명에 따른 이중질량체타입 플라이휠을 차량모드조건에 따라 구현하기 위한 관계선도이고, 도 4는 종래에 따른 엔진 시동장치의 구성도이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 아이에스지(ISG,Idle Stop and Go)차량의 엔진 시동장치 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 엔진 시동장치는 엔진(1)과 파워트레인(2)사이로 구비되어 엔진(1)의 동력을 연결하거나 끊는 동력연결기(3)의 앞쪽으로 배열된 이중질량체타입 플라이휠유닛(5)과, 배터리의 전원을 플라이휠유닛(5)로 이어주는 전원제어회로(20)와, 판단된 엔진구동조건에 맞춰 플라이휠유닛(5)에 전류가 공급되도록 전원제어회로(20)를 제어하는 컨트롤러(30)로 구성된다.

상기 동력연결기(3)는 수동클러치나 또는 토크컨버터를 의미한다.

상기 이중질량체타입 플라이휠유닛(5)은 엔진(1)의 크랭크축(1a)에 고정되어 엔진(1)과 함께 항상 회전되는 메인플라이휠(6)과, 엔진의 시동여부와 엔진의 회전구간 및 ISG에 의한 아이들스탑 <-> 아이들고와 같은 조건에 따라 메인플라이휠(6)과 선택적으로 결합되는 서브플라이휠(10)로 구성된다.

상기 메인플라이휠(6)의 관성모우멘트에 비해 상기 서브플라이휠(10)의 관성모우멘트가 더 큰 값을 가지며, 이들 두 관성모우멘트의 합이 플라이휠유닛(5)의 총 관성모우멘트를 의미한다.

그러므로, 동일한 엔진사양을 적용할 때, 상기 플라이휠유닛(5)의 총 관성모우멘트의 크기는 1개의 관성모우멘트 질량체로 이루어진 일체형 플라이휠의 총 관성모우멘트의 크기와 동일하게 된다.

본 실시예에서 상기 메인플라이휠(6)은 그 중앙으로 축홀을 뚫은 저관성 모우멘트 질량체로 이루어져 엔진(1)의 크랭크축(1a)과 함께 회전되도록 결합되고, 그 외주면으로는 스타터모터의 피니언기어와 치합되기 위한 링기어(7)를 더 구비한다.

상기 메인플라이휠(6)은 저관성 모우멘트이므로 고속용에 적합한 특성을 갖는다.

반면, 상기 서브플라이휠(10)은 고관성 모우멘트 질량체로 이루어지고, 버려지는 운동에너지를 회전운동에너지로 저장하도록 엔진(1)의 크랭크축(1a)에 대해 자유회전되도록 결합되며, 배터리전류 공급시 자기력을 형성해줌으로써 메인플라이휠(6)과 서로 결합된다.

상기 서브플라이휠(10)은 고관성 모우멘트이므로 저속용에 적합한 특성을 갖는다.

이를 위해, 상기 서브플라이휠(10)은 중앙으로 축홀을 뚫은 관성 모우멘트를 갖는 질량체인 플라이휠매스(11)와, 상기 축홀을 관통한 엔진(1)의 크랭크축(1a)에 결합되어 플라이휠매스(11)를 자유회전시키는 볼베어링(12)과, 배터리전류의 인가시 형성된 자기력으로 이동력을 형성해주는 전자석클러치(13)로 구성된다.

상기 전자석클러치(13)는 마찰식 타입을 적용하고, 플라이휠매스(11)에 대해 동심원으로 내장된다.

한편, 상기 전원제어회로(20)는 배터리 전류를 스위칭하는 통상적인 전기소자들로 구성되고, 상기 컨트롤러(30)는 통상적인 엔진제어관련 로직과 함께 이중질량체타입 플라이휠유닛(5)에 대한 구동로직도 함께 갖추게 된다.

상기 구동로직은 엔진부하조건과 엔진시동조건 및 차량모드조건으로서, 이를 통해 이중질량체타입 플라이휠유닛(5)을 구성하는 서브플라이휠(10)를 메인플라이휠(6)과 서로 결합시키거나 또는 분리함으로써 엔진토크부담을 줄이고 동시에 스타터모터토크부담도 줄여주게 된다.

상기 엔진부하조건과 엔진시동조건 및 차량모드조건은 다양하게 적용되지만, 본 실시예에서 상기 엔진부하조건은 특정한 엔진회전수를 기준으로 한 저속구간과 고속구간 조건을 적용하고, 상기 엔진시동조건은 엔진의 시동초기와 ISG에 의한 아이들스탑 -> 아이들고 조건을 적용하며, 상기 차량모드조건은 연료차단(Fuel Cut)조건이나 또는 회생제동조건을 적용하여 준다.

이때, 상기 차량모드조건인 연료차단(Fuel Cut)조건과 회생제동조건은 오아(Or)조건이므로, 이들 중 1가지 조건만 만족될 때 구현된다.

도 2(가),(나)는 본 발명에 따른 이중질량체타입 플라이휠을 엔진시동조건과 엔진부하조건에 따라 구현하기 위한 관계선도를 나타낸다.

도 2(가)와 같이, 플라이휠은 극히 낮은 엔진회전수(최저회전수)에서는 최대 관성모우멘트(J1+J2)를 요구하다가 높은 엔진회전수에서는 상대적으로 낮은 관성모우멘트(J1)를 요구하게 된다.

이러한 특성으로 메인플라이휠(6)과 서브플라이휠(10)이 일체화되어 높은 관성모우멘트(J1+J2)를 갖는 플라이휠유닛(5)의 경우 엔진토크소모가 클 수밖에 없지만, 이와 반대로 메인플라이휠(6)과 서브플라이휠(10)이 서로 분리되어 상대적으로 낮은 관성모우멘트(J1)를 갖는 플라이휠유닛(5)의 경우 엔진토크소모를 줄일 수 있음을 의미한다.

이러한 특성을 이용하여 높은 관성모우멘트(J1+J2)에서 상대적으로 낮은 관성모우멘트(J1)로 전환되는 특정조건엔진회전수(Ne1)가 정의되면, 이를 통해 엔진시동조건과 엔진부하조건을 판단할 수 있게 된다.

여기서, 상기 특정조건엔진회전수(Ne1)는 플라이휠유닛(5)의 사양에 따라 다르며, 일례로 약 30Kph일 때 해당되는 엔진 회전수를 특정조건엔진회전수(Ne1)로 적용할 수 있다.

도 2(나)와 같이, 상기 특정조건엔진회전수(Ne1)는 메인플라이휠(6)과 서브플라이휠(10)의 결합 또는 해제를 위한 판단값으로 적용하게 된다.

상기 판단값은 판단엔진회전수(Ne)< 특정조건엔진회전수(Ne1) + α나 또는 판단엔진회전수(Ne)≥ 조건엔진회전수(Ne1) + β이며, α와 β는 차량의 주행조건과 엔진상태에 따른 다양한 값으로 적용되는 인자(Factor)를 의미한다.

일례로, 판단엔진회전수(Ne)< 특정조건엔진회전수(Ne1) + α는 플라이휠유닛(5)이 메인플라이휠(6)과 서브플라이휠(10)의 결합으로 일체화됨으로써 총합의 관성모우멘트(J1+J2)를 갖게 되고, 이로 인해 엔진토크 소모량이 상대적으로 크게 된다.

상기와 같이 큰 관성모우멘트의 플라이휠유닛(5)을 필요로 하는 경우는 엔진부하조건중 저속구간이나 또는 엔진시동조건중 초기 엔진시동시나 또는 ISG에 의한 아이들스탑 -> 아이들고를 의미한다.

본 실시예에선 컨트롤러(30)가 판단엔진회전수(Ne)< 특정조건엔진회전수(Ne1) + α를 판단하면, 컨트롤러(30)는 전원제어회로(20)를 스위칭전환하여 서브플라이휠(10)로 배터리 전류를 공급하게 된다.

다시 도 1을 참조하면, 서브플라이휠(10)로 공급된 배터리 전류는 전자석클러치(13)를 자기화시키게 되고, 자기화된 전자석클러치(13)는 자기력을 형성함으로써 인접된 메인플라이휠(6)을 끌어당기게 된다.

하지만, 메인플라이휠(6)이 엔진(1)의 크랭크축(1a)에 고정된 반면 서브플라이휠(10)은 볼베어링(12)을 매개로 결합되어 있고, 이로 인해 서브플라이휠(10)의 자기력은 서브플라이휠(10)을 메인플라이휠(6)쪽으로 이동시키는 힘으로 작용하게 된다.

이에 따라, 엔진(1)의 크랭크축(1a)에는 메인플라이휠(6)의 관성모우멘트(J1)에 더해 서브플라이휠(10)의 관성모우멘트(J2)도 함께 걸려지고, 이는 플라이휠유닛(5)이 높은 관성모우멘트(J1+J2)로 전환된 상태임을 의미하게 된다.

이러한 상태에서 스타터모터를 구동하게 되면, 엔진(1)의 크랭크축(1a)에는 엔진시동시 요구되는 플라이휠유닛(5)의 높은 관성모우멘트(J1+J2)가 걸려짐으로써 원활한 엔진시동을 구현할 수 있게 된다.

한편, 판단엔진회전수(Ne)≥ 특정조건엔진회전수(Ne1) + β는 플라이휠유닛(5)이 메인플라이휠(6)과 서브플라이휠(10)의 이격으로 분리됨으로써 총합의 관성모우멘트(J1+J2)에 비해 상대적으로 낮은 메인플라이휠(6)의 관성모우멘트(J1)만을 갖게 되고, 이로 인해 엔진토크 소모량도 그만큼 줄어들게 된다.

상기와 같이 상대적으로 작은 관성모우멘트(J1)를 갖는 플라이휠유닛(5)을 필요로 하는 경우는 엔진부하조건중 고속구간이나 또는 차량모드조건중 연료차단(Fuel Cut)조건이나 또는 회생제동조건을 의미한다.

상기 고속구간은 도 2에서와 같이 특정조건엔진회전수(Ne1)로 정의되지만, 연료차단(Fuel Cut)조건이나 또는 회생제동조건은 도 3을 통해 정의된다.

도 3을 참조하면, 쓰로틀개도량(TPS)과 함께 차량 주행상태에 따른 회생제동구간(K)과 이어지는 일반주행구간(C)을 나타내며, 회생제동구간(K)은 통상 차속이 30Kph 이상인 타행주행구간으로 정의되고 연료차단구간(A)과 최소연료분사구간(B)으로 구분된다.

본 실시예에선 컨트롤러(30)가 판단엔진회전수(Ne)≥ 특정조건엔진회전수(Ne1) + β를 판단하면, 컨트롤러(30)는 전원제어회로(20)를 다시 스위칭전환하여 서브플라이휠(10)로 공급되던 배터리 전류를 차단하게 된다.

다시 도 1을 참조하면, 배터리 전류 차단으로 서브플라이휠(10)의 전자석클러치(13)에서는 자기화가 더 이상 발생되지 않고, 이로 인해 서브플라이휠(10)과 메인플라이휠(6)을 함께 결합하던 자기력도 함께 사라짐으로써 서브플라이휠(10)과 메인플라이휠(6)이 서로 분리된 상태로 전환된다.

상기와 같은 분리작용은 메인플라이휠(6)은 엔진(1)의 크랭크축(1a)에 고정되어 움직이지 않는데 반해, 서브플라이휠(10)은 자유회전되도록 볼베어링(12)을 매개로 결합됨에 기인된다.

이에 따라, 플라이휠유닛(5)은 높은 관성모우멘트(J1+J2)상태에서 낮은 관성모우멘트(J1)상태로 전환되고, 이는 엔진(1)의 크랭크축(1a)이 메인플라이휠(6)에 의한 관성모우멘트만 받게 됨을 의미한다.

그러므로, 플라이휠유닛(5)은 크랭크축(1a)을 통해 엔진으로부터 빼앗는 토크를 크게 줄일 수 있게 됨으로써 불필요한 엔진토크소모를 줄이고, 엔진토크의 소모방지는 엔진의 연비개선으로 전환될 수 있게 된다.

이때, 서브플라이휠(10)은 자유회전되어 회전운동에너지를 저장하게 되고, 이와 같이 저장된 회전운동에너지는 메인플라이휠(6)의 회전관성을 줄이는데 기여해줌으로써 스타터모터의 토크부하도 줄여줄 수 있게 된다.

상기와 같이 본 실시예에 따른 엔진시동장치는 파워트레인으로 이어지는 엔진과 함께 회전되고 스타터모터로부터 동력을 받도록 링기어를 갖춘 메인플라이휠(6)과, 메인플라이휠(6)과 서로 결합되거나 또는 분리되는 서브플라이휠(10)로 이루어진 이중질량체 타입 플라이휠유닛(5)을 적용함으로써, 상기 플라이휠유닛(5)의 관성모우멘트 총합을 초기시동시나 저속구간에서는 높게 유지하고 고속구간에서는 낮게 유지해 엔진의 줄어든 토크부담 만큼 연비를 향상할 수 있고, ISG에 의한 아이들스탑(Idle Stop) -> 아이들고(Idle Go)시 고관성모우멘트질량체의 축적된 회전운동에너지로 스타터모터의 시동토크를 줄여 스타터모터 내구성 저하도 방지할 수 있게 된다.

1 : 엔진 1a : 크랭크축
2 : 파워트레인 3 : 동력연결기
5 : 플라이휠유닛 6 : 메인플라이휠
7 : 링기어 10 : 서브플라이휠
11 : 플라이휠매스 12 : 볼베어링
13 : 전자석클러치 20 : 전원제어회로
30 : 컨트롤러

Claims (9)

1. 파워트레인으로 이어지는 엔진의 크랭크축과 함께 회전되도록 결합되고 그 외주면으로 스타터모터로부터 토크를 받는 링기어를 갖추고, 관성모우멘트를 갖는 질량체로 이루어진 메인플라이휠과;
   상기 메인플라이휠과 분리되어 상기 엔진의 크랭크축에 자유회전되도록 결합되고, 상기 메인플라이휠의 관성모우멘트와 다른 크기의 관성모우멘트를 갖는 질량체로 이루어져 상기 메인플라이휠과 서로 결합되어 함께 회전되면 상기 메인플라이휠의 관성모우멘트의 크기를 증대시켜주는 서브플라이휠;을 포함해 구성되고,
   상기 메인플라이휠과 상기 서브플라이휠이 결합 및 분리되기 위한 엔진의 구동조건은 엔진부하조건과 엔진시동조건 및 차량모드조건이고, 상기 엔진부하조건은 저속구간과 고속구간 조건을 적용하고, 상기 엔진시동조건은 엔진의 시동초기와 ISG에 의한 아이들스탑 -> 아이들고 조건을 적용하며, 상기 차량모드조건은 연료차단(Fuel Cut)조건이나 또는 회생제동조건을 적용하여 주는 것을 특징으로 하는 엔진 시동장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 메인플라이휠은 고속용이면서 저관성 모우멘트 타입인 반면, 상기 서브플라이휠은 저속용이면서 고관성 모우멘트 타입인 것을 특징으로 하는 엔진 시동장치.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 서브플라이휠은 배터리전류인가에 따른 자기력으로 상기 메인플라이휠쪽으로 이동되어 상기 메인플라이휠과 결합되는 것을 특징으로 하는 엔진 시동장치.
   
4. 청구항 1내지 청구항 3중 어느 한 항에 있어서, 상기 메인플라이휠은 외주면으로 링기어를 갖추고 중앙에 뚫린 축홀을 통해 상기 엔진의 크랭크축과 함께 회전되도록 결합되고;
   상기 서브플라이휠은 중앙에 뚫린 축홀에 결합된 볼베어링을 통해 상기 엔진의 크랭크축에 자유회전되는 플라이휠매스와, 인가된 배터리전류로 발생된 자기력으로 당김력을 형성해주는 전자석클러치로 구성; 된 것을 특징으로 하는 엔진 시동장치.
   
5. 청구항 4에 있어서, 상기 전자석클러치는 상기 축홀에 대해 동심원으로 상기 플라이휠매스에 내장되고 상기 배터리로부터 전류를 공급받도록 전기회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 엔진 시동장치.
   
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 엔진부하조건중 저속구간과 상기 엔진시동조건인 엔진의 시동초기와 ISG에 의한 아이들스탑 -> 아이들고 조건에서는 상기 서브플라이휠과 상기 메인플라이휠의 관성모우멘트 총합이 상기 엔진의 크랭크축에 부하로 작용하는 반면,
   상기 엔진부하조건중 고속구간과 상기 차량모드조건은 연료차단(Fuel Cut)조건이나 또는 회생제동조건에서는 상기 메인플라이휠의 관성모우멘트 만 상기 엔진의 크랭크축에 부하로 작용하는 것을 특징으로 하는 엔진 시동장치.
   
7. 파워트레인으로 이어지는 엔진과 함께 회전되고 스타터모터로부터 동력을 받도록 링기어를 갖춘 메인플라이휠과, 상기 엔진의 크랭크축에 자유회전되도록 결합되고 상기 메인플라이휠과 서로 결합되거나 또는 분리되는 서브플라이휠로 이루어진 이중질량체 타입 플라이휠유닛과;
   배터리와 상기 서브플라이휠을 이어주는 전기회로를 형성한 전원제어회로와;
   저속구간과 고속구간 조건을 적용하는 엔진부하조건과, 엔진의 시동초기와 ISG에 의한 아이들스탑 -> 아이들고 조건을 적용하는 엔진시동조건과, 연료차단(Fuel Cut)조건이나 또는 회생제동조건을 적용하는 차량모드조건을 갖추고, 상기 엔진부하조건과 상기 엔진시동조건 및 상기 차량모드조건에 따라 상기 전원제어회로를 통해 상기 서브플라이휠로 공급되는 전류를 이어 상기 메인플라이휠과 결합하거나 상기 서브플라이휠로 공급되는 전류를 차단하여 상기 메인플라이휠과 분리시켜주는 컨트롤러;
   를 포함해 구성된 것을 특징으로 하는 엔진 시동장치.
   
8. 청구항 7에 있어서, 상기 메인플라이휠은 외주면으로 링기어를 갖추고 중앙에 뚫린 축홀을 통해 상기 엔진의 크랭크축과 함께 회전되도록 결합되고,
   상기 서브플라이휠은 중앙에 뚫린 축홀에 결합된 볼베어링을 통해 상기 엔진의 크랭크축에 자유회전되는 플라이휠매스와, 인가된 배터리전류로 발생된 자기력으로 당김력을 형성해주는 전자석클러치로 구성된 것을 특징으로 하는 엔진 시동장치.
   
9. 청구항 7에 있어서, 상기 엔진부하조건중 저속구간과 상기 엔진시동조건인 엔진의 시동초기와 ISG에 의한 아이들스탑 -> 아이들고 조건에서는 상기 서브플라이휠과 상기 메인플라이휠의 관성모우멘트 총합이 상기 엔진의 크랭크축에 부하로 작용하는 반면,
   상기 엔진부하조건중 고속구간과 상기 차량모드조건은 연료차단(Fuel Cut)조건이나 또는 회생제동조건에서는 상기 메인플라이휠의 관성모우멘트 만 상기 엔진의 크랭크축에 부하로 작용하는 것을 특징으로 하는 엔진 시동장치.

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