KR20000053086A - 내연기관용 시동장치 - Google Patents

Abstract

두 가지의 상이한 시동방법을 허용하는, 내연기관(2)용 시동장치(1, 13)가 제공되어 있다. 한 시동방법은 충격 시동이고 다른 것은 직접 시동이다. 이 경우 충격 시동은 바람직하게는 모터가 냉각되어 있을 때 회전관성체(5)의 에너지에 의해 수행되고 직접 시동은 예를 들어, 신호 정지시 모터가 가열되어 있을 때에 행해진다.

본 발명에 따라 내연기관(2)의 온도에 따라 그 순간에 가장 유리한 시동방법이 자동으로 선정될 수 있다.

Description

내연기관용 시동장치{Starter for an internal combustion engine}

상기와 같은 시동장치는 독일 특허 제 30 48 972 C2호에 공지되어 있다.

시동시스템의 경우에는 실질적으로 세 가지 해결법이 있다.

1. 통상적인 전기식 시동장치(시동기).

이러한 구조의 시동기는 현재, 시동기 모터, 특히 그 소형치차, 톱니부분 및 이동식 커플링의 수명이 비교적 짧기 때문에, 그리고 소음으로 인해 더 이상 미래 지향적인 해결법이 되지 못하고 있다.

2. 직접 시동식 시동발전기.

이 경우 시동발전기는 크랭크축과 견고하게 결합된다. 이 발전기는 시동의 경우에는 배터리에 의해 에너지를 공급 받는 시동모터를 구성하고 작동시에는 배터리를 충전하기 위한 발전기를 구성한다.

이러한 해결법은 필요로 하는 시동에너지 및 시동전력(중급차량의 경우 약 150 Nm 내지 200 Nm의 저온 시동모멘트)으로 인해 12 내지 24 V의 통상적인 납(연) 배터리로는 수행될 수 없다. 그 외에 시동발전기의 전기모터는 발전기전력 필요치에 대해 3 배 이상만큼 확대되어야 했고, 이것은 특히 설치공간적으로 어려움에 부딪쳤다. 그러한 시동발전기는 작동 가열된 내연기관을 시동하는 데는 분명히 불필요하게 과대한 크기이다.

3. 충격 시동에 의한 시동발전기.

충격 시동의 경우에는 내연기관을 분리하고(기어와 함께) 진동물체가 먼저 상승회전수까지 고속회전된다. 커플링의 급속 폐쇄시 진동물체가 회전에너지에 의해 내연기관을 기동시킨다.

특히, 환경보호 및 연료소비에 관해 최적화된 새로운 차량 개념은, 신호에 이르렀을 때 내연기관이 스위칭오프할 것을 요구하며, 이것은 통칭 "시동-정지-운전"이다. 그 위에 차량이 추진시기에 있을 때에는 내연기관은 단순히 결합이 분리되거나 바람직하게는 완전히 스위칭오프되는 데 이 후자의 것은 "진동-이용-오토매틱(온 오프식)"이다.

그러나 이러한 현대적 기술의 이용은 약 10 배 증가된 시동사이클 수를 의미하고, 그리하여 이전에는 40000 시동사이클에 설정된 시동기가 이제는 400000 내지 600000 시동사이클을 감내해야 했다. 한편 현대식 차량에서는, 안락화의 추구로 인해 또한 전기작동 조립체의 사용이 날로 증가하기 때문에 발전기 전력이 5배까지 증가되었다(현재까지는 1 내지 1.5 kw, 앞으로는 5 kw 이상). 온 오프 오토매틱이 자주 스위칭될 때에는, 주변 전기회로망의 전기공급에 있어서 추가적인 문제점이 생긴다.

독일 특허 제 30 48 972 C2호에 의한 실시의 경우에는, 발전기전력의 문제가, 내연기관과 진동체 사이의 크랭크축에 발전기를 설치하고 수동 변속기어의 사용시에는, 바람직하게는 진동체의 전후에 배치된 두 개의 커플링이 필요하게 됨으로써 부분적으로 해결되고 있다. 따라서, 상기 장치에 의해 온 오프 오토매틱으로 발전기전력을 생성하는 것이 가능하다.

상기의 경우, 정상적인 저온시동시에는 상기 "충격 시동"이 사용된다. 그러나 이것은 내연기관이 고온일 때, 교통신호에 이르러 또는 추진기간의 종점에서 수행될 경우와 같은 반복적 사용의 경우에는 시간적 필요 때문에 불리하다.

또한 그런 문제는, 독일 공개특허 제 29 17 139 A1호에 기재되어 있는 것과 같은 구조에서도 존재한다. 이 공지의 시동장치에서는 진동체가 크랭크축에 연결 및 분리될 수 있고, 내연기관은 감속시, 제동시 또는 구동부 어레이의 중단에 의한 추진운전시 최소회전수, 예를 들어 공전회전수로 계속운전될 수 있다. 예를 들어 신호정지와 같은 단시간 정지시에는, 구동부 어레이는 역시 중단될 수 있지만 이때에는 내연기관은 정지되고, 한편 진동물체는 계속하여 회전되고 그후, 내연기관의 재시동을 위해 커플링을 통해 재결합된다. 그러나 이때 진동물체 회전수가 너무 강하되어 있으면 전기모터를 사용하여 진동물체의 회전수를 다시 상승시키는 것도 가능하다.

총괄적으로 보아 여태까지는 크랭크축 시동발전기 개념의 경우에는 직접 시동시스템으로서는 저온시동을 위한 과도하게 높은 시동모멘트가 전기기계와 다른 여러 전기부품의 설계를 위해 결정적인 것으로 전체적으로 의미있는 절충점을 발견할 수 없는 것이었거나, 또는 고전적 시동기(시동장치)나 충격 시동기를 사용하는 경우에는 시동시간과 관련된 반복사용, 잡음제거, 및 400000 이상의 요구되는 높은 사이클 수를 위한 마모와 수명에 관한 요건이 만족될 수 없는 것이었다.

본 발명은 청구범위의 주항의 대개념에 의한 내연기관용 시동장치에 관한 것이다.

도 1은 수동 변속기어를 가진 차량에 사용된 시동장치를 도시한 도면.

도 2는 자동 변속기어를 가진 차량에 사용된 시동장치를 도시한 도면.

본 발명은 상기한 결점을 방지하고 모든 시동국면의 경우 자동적으로 최적 시동방법을 선정하는 내연기관용 시동장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 목적은 본 발명에 따라 청구범위의 주항에 표시된 특징에 의해 달성될 수 있다.

본 발명에 의해서는 내연기관 온도에 따라 여러 시동방법으로 분할함으로써 400000 이상의 높은 사이클 수에 기초하여 설계되는 시동시스템에 대한 모든 요구조건이 만족된다. 이때 특히 유리한 것은, 한편으로는 신속하고 소음 없는 직접 시동 그리고 다른 한편으로는 약간 시간은 지체되지만 확실하게 구사할 수 있는 대체적 시동을 이용함으로써, 그리고 자동 변속기어와 관련해서는 제안된 해법에서 단지 하나의 커플링을 가진 전체장치도 충분히 사용할 수 있게 함으로써 경제적인 종합적 해결이 얻어진다는 것이다.

청구항 1의 대상의 유리한 추가양태는 청구범위의 종속항들 및 기재와 도면으로부터 얻어질 수 있다.

본 발명의 두 가지 실시예가 도면에 도시되어 있는 데 이하의 기재에서 상세히 설명될 것이다.

내연기관(2)용 시동장치(1)는 크랭크축(3)(구동축)과 맞물리고, 상세히 표시되지 않은 고정자와 회전자로 구성된 전기기계를 구비한 회전관성체 시동발전기(4, 5)를 갖고 있다. 내연기관(2)과 회전관성체 시동발전기(4, 5) 사이에는 제 1 커플링(정상)(6)이 위치되어 있다. 제 2 커플링(7)(주행 커플링)은 회전관성체 시동발전기(4, 5)와 수동변속기어(8) 사이에 위치되어 있다. 커플링(6)에는 신속폐쇄형 서보(9)가 장착되어 있다.

내연기관(2)에는 온도감지기(10)가 설치되어 있고, 이 온도감지기는 매 순간의 온도를 전기 또는 전자 스위칭장치(11)에 보낸다. 스위칭장치(11)는 시동발전기(제너레이터)(4)에 이 발전기를 직접 시동으로 조절하도록 또는 진동질량 에너지에 의해 대용적 시동(충격 시동)으로 조절하도록 온도에 따른 명령을 전한다. 내연기관(2)에는 모터오일을 예열하기 위한 잠열저장기(12)가 있다.

대체적 시동은 예를 들어, 50℃ 이하의 온도에서 내연기관이 정지해 있을 때 행해지고, 직접 시동은 예를 들어, 50℃ 이상의 온도인 경우 행해진다. 아주 적은 수의 대체적 시동(20000 이하의 사이클 수)의 경우 충격 시동이 수행되고, 이 경우 시동발전기(4)가 내연기관(2)이 분리된 상태에서 회전관성체(5)를 우선 소위 약 1200 rpm의 "상승 회전수"로 고속회전시키고 그런 다음 커플링(6)의 급속폐쇄시 내연기관이 회전관성체(5)의 회전에너지를 통해 기동되며, 이때 변속기어(8)는 분리된 채로 있다.

반복시동의 경우 필요한 시동모멘트는, 높은 온도에서는 비교적 작은 마찰모멘트 및 그것에 비례하여 높은 압축- 및 가속모멘트에 의해 정해진다. 시동모멘트는 감압기간이 빨라지고 짧아지면 감소될 수 있다. 시동시간은 직접 시동시에는 대단히 짧기 때문에(=＜0.5 초), 전기기계(시동발전기)는 단시간만 과부하될 수 있고 따라서 질량 및 설치공간적 해결이 얻어진다. 각 시동과정은 시동신호가 입구(15)에 인가됨으로써 개시된다.

도 2는 도 1과 유사한 시동장치(13)를 보여주는 데, 대응하는 부재에는 동일한 번호가 주어져있다. 그러나 여기에서는 제 2 커플링(7)이 탈락되어 있는 데, 그 이유는 변속기어가 자동 변속기어(14)로 구성되어 있기 때문이다. 따라서 이제 단일의 커플링(6)에는 충격 시동을 위한 동적 서보(9)가 장착되어야 한다. 제어장치는 전동 동기화부 즉, 기어의 자동변환의 경우에는 모터회전수의 안정화부를 포함해야 하며, 즉, 자동 변속기어(14)에 사용된 성분들은 단순히 다르게 배치되어야 하고 다소 고비용적으로 제어되어야 한다.

도 1 및 2에 의한 두 구조의 경우 모두에, 대체(代替) 시동 또는 충격 시동의 경우 직접 시동으로의 스위칭은 모터오일의 온도에 의존하고 모터오일의 예열에 의해 영향을 받을 수 있어서, 대체 시동의 수를 감소키는 결과에 이를 수 있다는 사실이 성립한다. 그러한 오일의 예열은 잠열저장기(12)에 의해 수행될 수 있다.

직접 시동의 용이화를 위해 단시간의 감압기간을 도입하는 것을 고려해 볼 수도 있다. 그 위에, 모터가 냉각되었을 때의 대체 시동 방법으로서, 충격 시동을 통해, 즉, 회전관성체(5)에 의해 크랭크축(3)을 회전시키고 직접 시동을 통해 후속의 고속회전을 지원하는 것도 고려해볼 수 있다.

내연기관(2)의 주위온도 또는 오일온도에 의존하여 충격 시동을 위한 상승회전수를 정하는 것도 유리하다.

또한, 스위칭에 대한 경계조건(판정조건)은 각각의 시동방법에 따라 적당히 결정될 수 있다.

마지막으로, 본 발명에 의한 스위칭장치(11)를 사용할 경우에는, 자동 변속기어(14)의 성분들과 연관하여서는 시동장치(13)를 구성하기 위해서 단지 하나의 커플링(6)이 필요하다는 것도 중요하다.

Claims (11)

1. 한편으로는 시동발전기(4)에 의한 또한 다른 한편으로는 회전관성체(5)에 의한, 두 가지 시동방법을 가지며, 회전관성체는 적어도 하나의 커플링(6, 7)에 의해 내연기관(2)의 크랭크축(3)에 결합될 수 있고 그것으로부터 분리될 수 있어 회전관성체(5)는 회전에너지에 의해 내연기관(2)을 기동시킬 수 있는 내연기관(2)용 시동장치에 있어서, 내연기관(2)의 온도에 따라 시동장치(1, 13)를 한 시동방법으로부터 다른 시동방법으로 스위칭시키는 스위칭장치(11)가 배치되어있는 것을 특징으로 하는 시동장치.
2. 제 1 항에 있어서, 내연기관(2)의 온도가 낮을 때에 행해지는 시동방법은 회전관성체(5)에 의해 표시될 수 있는 충격 시동방법이고, 그 방법에서는 먼저 시동발전기(4)가 회전관성체(5)를 고속회전시키는 것을 특징으로 하는 시동장치.
3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 내연기관(2)의 온도가 높을 때에 행해지는 시동방법은 직접 시동방법이고, 그 방법에서는 시동발전기(4)가, 결합된 크랭크축(3)을 가진 회전관성체(5)를 구동시키는 것을 특징으로 하는 시동장치.
4. 제 1 항 내지 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 스위칭은 모터 오일의 온도에 의존하며 모터 오일의 예열에 의해 대체 시동의 수가 감소될 수 있는 것을 특징으로 하는 시동장치.
5. 제 4 항에 있어서, 오일 예열이 잠열저장기(12)에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 시동장치.
6. 제 3 항 내지 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 직접 시동 시에는 단시간의 감압기간이 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 시동장치.
7. 제 4 항 내지 6 항 중의 어느 한 항에 있어서, 시동방법이 충격 시동과 직접 시동의 조합이며, 이 방법은 충격 시동을 통한 크랭크축(3)의 회전이 행해지고 충격 시동 및/또는 후속의 고속회전이 직접 시동에 의해 보조되도록 행해지는 것을 특징으로 하는 시동장치.
8. 제 1 항 또는 제 4 항 내지 7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 충격 시동의 상승회전수는 내연기관(2)의 주위조건에 의해 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 시동장치.
9. 제 1 항 내지 8 항 중의 어느 한 항에 있어서, 스위칭에 대한 경계조건은 각각의 시동방법에 따라 적당히 결정될 수 있는 것을 특징으로 하는 시동장치.
10. 제 1 항 내지 9 항 중의 어느 한 항에 있어서, 자동 변속기어의 성분들과 연관하여서는, 장치를 위해, 단지 하나의 커플링(6)이 배치되는 것을 특징으로 하는 시동장치.
11. 제 1 항 내지 10 항 중의 어느 한 항에 있어서, 시동모터를 적당히 제어함에 의해 변속기어의 동기화가 지원될 수 있는 것을 특징으로 하는 시동장치.