KR20010012120A - 내연 기관용 시동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시동 모터가 최고 동력으로 시동 공정을 개시하기 전에, 시동 신호를 갖는 내연 기관의 기어를 결합 자석을 통해 초기에 결합하는 피니언을 구비한 시동 모터를 포함하는 내연 기관용 시동 장치에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 시동 피니언의 결합 및 시동 모터의 전환을 향상시키는 것이다. 이러한 목적을 위해, 먼저 시동 모터(SM)는 직렬 레지스터(Rvor)를 통한 시동 신호(st)에 의해 감소된 토크로 시동 피니언을 구동하고, 결합 자석(EM)은 내연 기관의 기어에 상기 피니언을 결합시킨다. 그후, 결합 자석(EM)은 내연 기관의 기어 내에 피니언을 완전히 압착시키고, 시동 모터(SM)는 상기 직렬 레지스터(Rvor)의 바이패스를 통한 충분한 토크로 내연 기관을 시동시킨다.

Description

내연 기관용 시동 장치{Starting device for internal combustion engines}

이러한 종류의 시동 장치는 독일 특허 제 30 02 232 C2호에 개시되어 있다. 이러한 공지의 시동 장치에 있어서는, 점화 키의 접촉에 의해 결합 자석이 완전히 조종되기 때문에, 기어가 직접 트래킹될 수 없을 때에 이미 시동 피니언은 최대 힘으로 내연 기관의 기어에 충돌하게 된다. 그 결과, 서로 충돌하게 되는 두 부분의 치형부에 마모 현상이 일어나거나 손상되게 된다. 또한, 결합 자석은 접점 브리지를 제어하여 시동 모터를 스위칭 온 시킨다. 그런데, 상기와 같이 제어할 때 상기 접점 브리지의 전환 과정은 방해를 받게 된다.

본 발명은 시동 모터를 가진 내연 기관 시동 장치에 관한 것으로, 시동 모터가 충분한 힘으로 회전 운동을 개시하기 전에 그 시동 모터의 피니언이 먼저 시동 신호에 의해 결합 자석을 통해 내연 기관의 기어 내를 트래킹(추적)한다.

도 1은 전력 릴레이가 하이사이드 스마트 FET를 통해 연결된 시동 장치의 제 1 실시예를 도시한 도면.

도 2는 전력 릴레이가 N채널 MOS-FET를 통해 연결된 시동 장치의 제 2 실시예를 도시한 도면.

본 발명의 목적은 시동 피니언이 내연 기관의 기어 내를 트래킹하는 것 및 시동 모터의 스위칭이 향상되도록 서두에 언급한 종류의 시동 장치를 개선하는 것이다.

상기 목적은 시동 모터가 시동 신호에 의해 먼저 직렬 레지스터를 통해 감소된 토크로 시동 피니언을 구동하고, 결합 자석이 내연 기관의 기어 내에 이르기까지 피니언을 트래킹하며, 그런 후 결합 자석이 시동 피니언을 완전히 내연 기관의 기어 내로 압착시키고 시동 모터가 직렬 레지스터의 삽입을 통해 충분히 큰 토크로 내연 기관을 회전 작동시키는 본 발명에 따라 달성된다.

따라서, 시동 피니언의 내부 트래킹을 위해서는 두가지 단계가 행해진다. 제 1 단계에서는 시동 모터가 직렬 레지스터를 통해 작은 토크로 작동된다. 시동 모터의 회전은 치형부 틈의 발견을 용이하게 하며, 시동 피니언이 내연 기관의 기어 위로 접할 때의 마모는 시동 피니언의 예비 동작에 의한 제한된 릴레이의 전류에 의해 유연한 사전 트래킹에 의해 감소된다. 제 2 단계에서는 결합 자석이 충분히 통전됨에 따라 시동 피니언은 완전히 내연 기관의 기어 내에 맞물려질 수 있다. 그런 후 시동 모터는 완전히 통전되고 충분히 큰 토크로 회전된다.

한 실시 양태에 따르면, 제 1 조종 반도체, 특히 하이사이드 스마트 FET(highside-smart FET)를 통해 직렬 레지스터와 시동 모터로 구성된 직렬 회로에 감소된 전류를 공급하는 논리 회로에 시동 신호가 공급되며, 논리 회로는 제 2 조종 반도체, 특히 하이사이드 스마트 FET를 통해, 시동 피니언이 내연 기관의 기어 내를 트래킹하기까지 결합 자석을 펄스 조종(박자 조종)한다.

상기 조종시에는, 점화 키의 시동 접촉이 시작되고 두개의 하이사이드 스마트 FET의 조종에 의해 펄스식 통전이 개시될 수 있고, 그에 따라 결합 자석의 통전과 동시에 시동 모터의 감소된 조종이 행해질 수 있거나 또는 결합 자석은 시동 모터의 시동 후에 비로소 통전될 수도 있다.

결합 자석의 펄스식 조종으로 전류가 감소되고 열 부하도 감소한다. 또한 그에 따라, 시동 피니언의 내연 기관의 기어 내로의 유연한 트래킹이 달성된다.

두 전환 과정의 시간적인 강제 연속은 제 2 반도체가 제 1 반도체와 직렬로 연결되고 시동 피니언의 내부 트래킹 후 제 2 반도체는 논리 회로를 통해 충분히 제어되게 함으로서도 달성된다.

시동 모터의 내부 트래킹과 전환의 두 단계의 천이는, 한 실시 양태에 따라, 시동 피니언에 의한 내연 기관의 기어 내의 트래킹이 거리 센서에 의해 감시되고 논리 회로에 표시되며, 논리 회로는 거리 센서의 요구에 따라 제 2 반도체를 펄스 작동으로부터 지속 작동으로 전환하게 함으로써 달성된다.

시동 기관의 두 단계의 도입은, 시동 피니언이 내연 기관의 기어 내에 압착된 후 논리 회로는 제 3 반도체, 예를 들어, 제 3 전력 릴레이에 연결된 하이사이드 스마트 FET를 조종하고, 그것은 전력 릴레이틀 스위칭 온하며, 전력 릴레이의 접점은 시동 모터에 충분한 전류를 제공하고, 거기에 있어서 제 3 반도체는 예를 들어, 공급 전압의 플러스 전위에 연결되고 또한 접지 연결된 전력 릴레이와 직렬로 연결되게 함으로써 이루어진다. 전력 릴레이의 편입에 의해 결합 자석에 의해 제어되는 접점 브리지는 제거될 수 있다. 시동 모터의 내부 트래킹 및 전환의 두 단계를 위한 전기 제어부는 추가의 양태에 따라, 시동 피니언이 내연 기관의 기어 내에 압착된 후 논리 회로는 N채널 MOS-FET를 조종하여 전력 릴레이를 스위칭 온하며, 전력 릴레이의 접점은 시동 모터에 충분한 전류를 제공하고, 거기에 있어서 전력 릴레이는 공급 전압의 플러스 전위에 연결되어 있고, 또한 접지 연결된 N채널 MOS-FET는 전력 릴레이(LR)와 직렬로 연결되도록 이루어 질 수도 있다.

또한, 한 추가 양태에 따라, 논리 회로가 소정 시간 후 결합 자석에 대한 펄스 작동으로부터 지속적 작동으로 전환되고, 그후 논리 회로는 응답 없이 경과 제어라는 자체의 순수한 기능을 담당한다. 본 발명에 의한 시동 장치에 있어서, 시동 모터, 결합 자석 및 경우에 따라서는 거리 센서는 논리 회로, 직렬 레지스터, 하이사이드 스마트 FET와 N채널 MOS-FET 및 전력 릴레이를 가진 전자부로부터 분리된 시동 단위를 구성하고, 그 단위는 세개의 도선을 통해 전자부와 연결되도록 구성될 수 있다.

전자부는 시동기로부터 분리되어 바로 배터리 부근에 배치될 수 있다. 그럼으로써 통상적으로 안전 조치가 되지 않은 도선(단자(30))의 길이는 최소로 감소될 수 있다. 시동기는 실제의 시동 과정 이외에는 전압이 인가되어 있지 않기 때문에 단락이나 화재 위험은 거의 없다. 또한, 이 설치 장소에 있는 전자부에 대한 환경 조건(온도 부하, 진동 가속도, 밀폐도 등)은 공지의 시동 장치에서와 같이 바로 시동기에 배치되어 있는 경우 보다는 양호하다. 결합 자석은 접점 브리지를 제어할 필요가 없기 때문에 간단하다. 이런 결과로 장소 및 비용 면에서 유리하고 그 외에도 시동기를 동축 시동기로 구성하는 것도 가능해 진다.

또한, 상기 시동 장치의 경우에는 시동기에 단자들(50, 45) 그리고 경우에 따라서는 거리 센서(WS)를 위한 접속부만 접속시키면 되기 때문에 시동기에의 접속 작업이 또한 간단해진다. 또한, 시동기에는 아무런 내부 연결이 필요 없다. 제어 전자부는 2 단계로 된 내부 트래킹 및 유연한 사전 트래킹의 기능을 가지며, 과부하 보호 및 과열 방지와 같은 부가적 기능도 수행한다.

본 발명은 도면에서 흐름도로 표시된 두 실시예를 따라 하기에 상세히 설명된다.

점화 키의 접촉에 의해 자동차 내에 발생된 시동 신호는 본 발명에 의한 시동 장치의 경우에는 단자(50e)에 st로 표시되어 있는 것과 같이 논리 회로(L)에 공급된다. 논리 회로(L)는 시동 신호(st)가 대기 지속 시간 동안에 제어 신호를 출구(a1)에 전달하고, 그 신호는 하이사이드 스마트 FET(T1)를 도전식으로 제어하고, 그 트랜지스터는 공급 전압(U)의 플러스 전위(단자(30))에 연결되어 있다. 그래서, 직렬 레지스터(Rvor)와 시동 모터(SM)의 직렬 결선을 통해 감소된 전류가 공급되기 때문에 시동 모터는 감소된 시동 모멘트로 시동 피니언을 구동한다. 그와 동시에 또는 시간적으로 지연되어 논리 회로(L)는 출구(a2)를 조종, 상세하게는 펄스 조종한다. 박자 펄스는 하이사이드 스마트 FET(T2)를 통하여 후단에 설치된 결합 자석(EM)에 공급된다. 이것은 도시된 바와 같은, 직렬 결선된 하이사이드 스마트 FET(T1)의 통과 연결 및 그것에 의한 시동 모터(SM)의 회전을 전제로 하고 있다. 결합 자석(EM)은 상기 방법에 의해 양호하게 작동되고, 즉 감소된 전류 수요로 조절되며, 그 결과 시동 피니언은 감소된 토크로 내연 기관의 기어 내로 사전 트래킹 및 트래킹한다. 사전 트래킹은 거리(간격) 센서(WS), 예를 들어, 말단 스위치에 의해 감시된다. 시동 피니언이 내연 기관의 기어 내를 트래킹하면, 거리 센서(WS)는 논리 회로(L)의 입구(e1)에 표시 신호를 공급하고, 이 신호가 출구(a3)에 제어 신호를 발생시키게 한다. 그러면 하이사이드 스마트 FET(T3)가 도전식으로 제어되어 전력 릴레이(LR)를 스위칭 온 시키고, 그 릴레이는 접점(t)에 의해 시동 모터(SM)를 직접 공급 전압(U)의 플러스 전위와 연결되게 함으로써, 직렬 레지스터(Rvor) 및 FET(T1)를 가교화(브리지)시킨다. 그후, 시동 모터(SM)는 시동 피니언을 통해 충분히 큰 토크로 내연 기관의 기어를 구동한다.

출구(a2)상의 제어 신호를 통한 내부 트래킹의 개시 후 소정 시간이 경과하고, 논리 회로(L)가 출구(a3)에서 전력 릴레이(LR)를 스위칭 온 시켰을 때에는, 거리 센서(WS)는 제거될 수도 있다. 이러한 강제 제어는 트래킹 및 맞물림 과정이 상기 시간 내에 성공적으로 수행되었다는 것을 전제로 한다.

도 1에서와 같이, 시동 모터(SM)와 결합 자석(EM)은 경우에 따라서는 시동기(ST)로서 거리 센서(WS)와 함께 전자부(ET)와는 분리되어 구성될 수 있다. 그후, 상기 두 부분은 둘 또는 세개의 도선을 통해 서로 연결되는 것으로, 단자(w, 50, 45)로 표시한 것처럼 그들 부품은 자동차 내의 상이한 장소에 설치될 수 있다.

도 2에 의한 시동 장치의 구성은 도 1에 의한 것과는 단지 전력 릴레이(LR)에 대한 전류 회로만이 상이하고, 그 릴레이는 저가인 N채널 MOS-FET(T4)를 통해 스위칭 온된다. 상기 N채널 MOS-FET(T4)는 측정 전위와 연결되어 있고 공급 전압(U)의 플러스 전위에 연결된 전력 릴레이(LR)와 직렬 연결되어 있다. 조종은 논리 회로(L)의 출구(a3)를 통해 올바른 조종 전위로 행해진다.

제 3의 하이사이드 스마트 FET(T3)가 있는 도 1에 의한 회로의 경우에는, 조종은 출구(a3)를 통해 요구되는 다른 조종 전위로 수행된다. 하이사이드 스마트 FET(T3)는 공급 전압(U)의 플러스 전위에 연결되어 있고 접지 전위에 연결된 전력 릴레이(LR)와 직렬 연결되어 있다.

그러나, 도 1 및 도 2에 의한 두 시동 장치의 제어 경로는 동일하다.

Claims (9)

1. 시동 모터가 충분한 힘으로 시동 장치를 시동시키기 전에, 시동 모터의 시동 피니언이 먼저 시동 신호에 의해 결합 자석을 통해 내연 기관의 기어 내부를 트래킹하는 시동 모터를 구비한 내연 기관용 시동 장치에 있어서,

   시동 모터(SM)는 시동 신호(st)에 의해 먼저 직렬 레지스터(Rvor)를 통해 감소된 토크로 시동 피니언을 구동하고, 결합 자석(EM)은 내연 기관의 기어 내를 트래킹하고,

   그후, 상기 결합 자석(EM)은 시동 피니언을 완전히 내연 기관의 기어 내로 압착시키고, 상기 시동 모터(SM)는 직렬 레지스터(Rvor)의 가교화에 의해 충분히 큰 토크로 내연 기관을 회전 작동시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 시동 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 시동 신호(st)는 제 1 조종 반도체, 특히 하이사이드 스마트 FET(T1)를 통해 직렬 레지스터(Rvor)와 시동 모터(SM)로 구성된 직렬 회로에 감소된 전류를 공급하는 논리 회로(L)에 공급되는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 시동 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 논리 회로(L)는 제 2 조종 반도체, 특히 하이사이드 스마트 FET(T2)를 통해, 시동 피니언이 내연 기관의 기어 내를 트래킹하기까지, 결합 자석(EM)을 펄스 조종하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 시동 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 반도체(T2)는 제 1 반도체(T1)와 직렬로 연결되어 있으며, 시동 피니언의 내부 트래킹 후 제 2 반도체(T2)는 논리 회로(L)를 통해 충분히 제어되는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 시동 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 시동 피니언에 의한 내연 기관의 기어 내의 트래킹은 거리 센서(WS)에 의해 감시되고 논리 회로(L)에 표시되며, 상기 논리 회로(L)는 거리 센서(WS)의 요구에 따라 제 2 반도체(T2)를 펄스 작동으로부터 지속 작동으로 전환시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 시동 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 논리 회로(L)는 상기 시동 피니언이 내연 기관의 기어 내에 압착된 후, 제 3 반도체, 특히 전력 릴레이(LR)에 연결된 하이사이드 스마트 FET(T3)를 스위칭 온시키며,

   상기 전력 릴레이(LR)의 접점(r)은 시동 모터(SM)에 충분한 전류를 공급하고, 제 3 반도체(T3)는 공급 전압(U)의 플러스 전위에 연결되어 있으며 접지 연결된 전력 릴레이(LR)와 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 시동 장치.
7. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 논리 회로(L)는 상기 시동 피니언이 내연 기관의 기어 내에 압착된 후, 제 4 반도체, 특히 전력 릴레이(LR)에 연결된 N채널 MOS-FET(T4)를 스위칭 온시키며,

   상기 전력 릴레이(LR)의 접점은 시동 모터(SM)에 충분한 전류를 공급하고, 상기 전력 릴레이(LR)는 공급 전압(U)의 플러스 전위에 연결되어 있으며 접지 연결된 N채널 MOS-FET(T4)는 전력 릴레이(LR)와 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 시동 장치.
8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 논리 회로(L)는 소정 시간 후 결합 자석에 대한 펄스 작동으로부터 지속적 작동으로 전환되는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 시동 장치.
9. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 시동 모터(SM), 결합 자석(EM) 및 경우에 따라서는 거리 센서(WS)는 논리 회로(L), 직렬 레지스터(Rvor), 하이사이드 스마트 FET(T1, T2, T3)와 N채널 MOS-FET(T4) 및 전력 릴레이(LR)를 가진 전자부(ET)로부터 분리된 시동 단위(ST)를 구성하고, 상기 시동 단위는 세개의 도선을 통해 전자부(ET)와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 시동 장치.