[스터디] 시동장치 개요

[목차] - 시동장치
- 시동장치
- 시동장치 구성
   시동모터 / 배터리
- 시동장치 원리
   점화 스위치를 Start 위치로 돌렸을 때 / 점화 스위치를 놓았을 때
- 관련 사진 및 영상

 

시동 장치

시동장치는 시동 시 엔진을 최초로 돌려주기 위한 장치이다. 내연기관은 자력으로 최초 시동이 불가하여 외부의 힘으로 크랭크축을 회전시켜 시동을 걸어주어야 한다. 이 때 회전으로 실린더에 혼합기를 흡입시키고 폭발하여 엔진을 돌아가게 한다.

 

 

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시동장치 구성

시동장치는 시동모터, 배터리, 점화스위치 등으로 구성되어 있다.

 

1. 시동모터

시동모터는 필드코일과 아마추어 접속 방법에 따라 직권식/분권식/복권식으로 구분되고, 차량 엔진 크랭크축을 구동하기 위해 큰 토크를 요구하므로 필드코일과 아마추어가 직렬로 결선된 직권식을 많이 사용한다. 

 

1.1 아마추어

회전력을 발생시키는 모터부이다. [배터리 → 필드코일 → +브러시 → 정류자 → 아마추어 코일] 순으로 전류가 흐르며, 필드코일과 아마추어코일에 전류가 인가되면 전자석이 되어 아마추어 코일에 회전 운동이 발생한다.

 

1.2 필드코일

필드코어에 감겨져 자력을 일으키는 부분이며 젼류의 크기는 자력의 세기와 관계가 있다.

 

1.3 마크네틱 스위치

B, M, ST단자가 있으며 플런저와 리턴 스프링이 구성되어으며, M단자에 아마추어 코일과 필드 코일이 연결되어 있다.

마그네틱 스위치 플런저에는 2개의 코일(홀드 인 코일, 풀 인 코일)이 연결되어 있다.

- 홀드 인 코일 : ST단자에서 시작한 굵은 선이며, 마그네틱 스위치 바디에 접지되어 있다.

- 풀 인 코일 : ST단자에서 시작한 가느다란 선이며, M단자로 감겨 있다.

 

1.4 오버러닝 클러치

엔진의 시동 후에 엔진의 회전력이 시동 모터에 전달되지 않게 하며 파손을 방지하는 부분이다.

크랭크축의 링기어와 시동모터의 피니언가 맞물려 있는 상태에서 링기어에 의해 피니언이 돌게되면 기어비에 의해 빠른 속도로 시동모터가 회전하며 파손될 우려가 있다.

 

1.5 브레이크

피니언 기어의 관성회전과 재빠른 시동을 위해 설치된다. 특정 조건에 의해서 피니언 기어가 링기어에서 이탈되었을 때, 다시 시동시키려면 아마추어 회전 관성에 의하 피니어 기어가 헛돌 수 있다. 이때 발생할 수 있는 소음 및 파손을 방지하기 위해서 브레이크를 설치한다.

 

 

 

2. 배터리

시동 장치에 전력을 공급하는 역할을 한다. 시동 시 모터에 흐르는 크랭킹 전류는 승용차의 경우 50~250A, 상용차 150~500A 정도로 흐른다. 따라서 배터리는 엔진 시동을 위한 충분한 크랭킹 전력 공급이 중요하다.

 

2.1 고율 방전 특성

엔진의 시동성을 나타내는 특성이다.

 

1) 고율 방전 규격

배터리를 완전 충전 후 -15℃를 유지한 후 16시간 이상 방치 배터리 랭크에 따라 5초 또는 30초간 150~300A의 전류로 방전시켜 단자 전압이 규정값 이상 갖도록 규정

 

2) 저온 시 고율 방전

CCA(Cold Crankinig Ampere)로 나타내며 배터리를 완전충전 상태에서 -18℃를 유지한 후 30초간 전압이 7.2V가 되는 전류를 CCA로 규정하여, 가혹 조건 하의 냉간 시동성을 나타내고 있다. CCA 값이 클수록 시동 능력이 우수하다.

 

 

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시동장치 원리

엔진 시동 시 시동 모터의 작동 원리이다.

 

1. 점화 스위치를 Start 위치로 돌렸을 때

1. 배터리로부터 점화 스위치를 거쳐 마그네틱 스위치의 ST단자에 전류가 흐른다.
2. ST단자에 연결된 '풀 인 코일'과 '홀드 인 코일'에 전류가 흘러 마그네틱 스위치는 전자석이 된다.
3. 자력이 생긴 마그네틱 스위치로 플런저가 이동하며 리턴 스프링을 누르게 되고, 마그네틱 스위치는 B단자와 M단자를 연결한다.
4. 배터리로부터 큰 전류가 모터로 흘러들어가며 필드 코일을 전자석으로 만든다.
5. 전류는 +브러시를 통해 정류자로 흐르게 되고, 정류자와 연결되어 있는 아마추어 코일을 전자석으로 만든다.
6. 전자석이 된 아마추어 코일과 필드 코일의 상호작용으로 회전력이 발생한다. 또한 전류는 -브러시를 통하여 접지된다.
7. 플런저가 당겨지면서 플런저에 연결되어있는 시프트레버가 지룃대의 원리로 오버러닝 클러치를 앞으로 민다.
8. 오버러닝 클러치는 피니언 기어와 함께 밀려나가며, 크랭크축에 연결된 링기어와 맞물리게 되고 시동모터에 의하여 링기어를 회전시킨다. 
9. 엔진의 고회전시에는 오버러닝 클러치가 작동하여 아마추어를 보호한다.

 

2. 점화 스위치를 놓았을 때

1. 전류는 배터리 → B단자 → 풀 인 코일 → ST단자 → 홀드 인 코일 순으로 흐른다.
2. 풀 인 코일에는 역기전력이 발생하고 자계가 역방향으로 생겨 홀드 인 코일의 자력을 상쇄시키며 자력이 약해진다.
3. 자력이 상실되어 플런저는 리턴 스위치에 의해 원위치로 이동한다.
4. 피니언 기어는 링기어에서 이탈되고 마그네틱 스위치도 원위치가 되어 다시 시동을 준비한다.

 

 

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관련 사진 및 영상

현대자동차 '23 소나타 시동모터 사진

'23 소나타 스타터 (출처 : HyundaiPartsDeal.com, ebay)

 

관련 영상

소나타 시동모터 교체영상이다. 영상 속 시동모터는 흡기 매니폴드 밑에 실린더 블록과 붙어있다.

[Youtube] TRQ, How to Replace Starter 2011-2014 Hyundai Sonata