CN102597490A - 发动机起动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的发动机起动装置迅速且安静地进行自动怠速停止***的发动机的惯性旋转中的小齿轮与环形齿轮的啮合。该发动机起动装置包括：连结于发动机的曲柄轴的环形齿轮；用于起动发动机的起动机电动机；向环形齿轮传递起动机电动机的旋转的小齿轮；使小齿轮移动，并使该小齿轮与环形齿轮啮合的小齿轮移动部件；以及执行多种控制模式中的任一种控制模式的起动机控制部件。

Description

发动机起动装置
技术领域
本发明涉及用于在规定的怠速停止条件成立时进行发动机的怠速停止，之后在再起动条件成立时使发动机再起动的自动怠速停止***的发动机起动装置。
背景技术
以往，开发出了以改善机动车的耗油量、降低环境负荷等作为目的，在满足规定的条件时自动进行怠速停止的自动怠速停止***。例如，在用于使起动机小齿轮啮合于环形齿轮的方法和起动机控制装置中，具有通过在环形齿轮的转速在规定范围内且旋转方向为正向的情况下使小齿轮啮合于环形齿轮，实现小齿轮与环形齿轮的提前的啮合状态的技术方案(参照专利文献1)。
此外，具有如下的装置，即，预测经过规定时间T(s)后的发动机转速NE，若NE比能够控制的小齿轮的最小转速Nemin小，则作为极低旋转状态，通常进行再起动(参照专利文献2)。
专利文献1：日本特开2007-107527号公报
专利文献2：日本特开2005-330813号公报
在上述专利文献1中，对铁芯线圈通电，推出小齿轮，但是由于未预测从推出起直到小齿轮与环形齿轮抵接为止的期间的发动机转速变化，所以小齿轮推出后发动机的转速上升，发动机转速与小齿轮转速之差变大，有可能产生噪音。
此外，在上述专利文献2的装置中，虽然通过预测小齿轮与环形齿轮抵接时的发动机转速NE，使小齿轮同步旋转，但是为了准确地预测，除了对发动机ECU(在这里“ECU”是Electronic Control Unit的简称。以下相同)施加大的运算负荷之外，即使不对起动机通电而使小齿轮转速同步，在发动机转速上升，通过恢复燃料供给而能够再起动的情况下也向起动机电动机通电，所以存在消耗不必要的能量，加快了起动机的劣化这样的课题。
发明内容
本发明是为了解决上述的课题而提出的，其目的在于提供一种发动机起动装置，能够不对发动机ECU施加大的运算负荷或进行不必要的起动机旋转，迅速且安静地进行自动怠速停止***的发动机的惯性旋转中的小齿轮与环形齿轮的啮合。
本发明是一种发动机起动装置，用于在怠速停止条件成立时进行怠速停止，之后，在再起动条件成立时使发动机再起动的自动怠速停止***，其特征在于，该发动机起动装置包括：环形齿轮，连结于发动机的曲柄轴；发动机转速检测部件，检测发动机的转速；起动机电动机，用于起动发动机；小齿轮，向上述环形齿轮传递上述起动机电动机的旋转；小齿轮移动部件，使上述小齿轮移动，并使该小齿轮与上述环形齿轮啮合；以及起动机控制部件，在上述再起动条件成立时，执行多种控制模式中的任一种控制模式，上述起动机控制部件设置在规定条件成立的期间不执行上述控制模式的死区。
在本发明中，通过迅速且安静地进行小齿轮与环形齿轮的啮合，能够不对驾驶员带来不舒适感地进一步实现小齿轮与环形齿轮啮合时的噪音降低以及零件的长寿命化。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的发动机起动装置的概略结构的框图。
图2是表示本发明的实施方式1的发动机转速检测部件的概略结构的框图。
图3是表示本发明的实施方式1的小齿轮移动部件的概略结构的框图。
图4是表示本发明的实施方式1的怠速停止控制的流程的流程图。
图5是表示本发明的实施方式1的发动机再起动控制的流程的流程图。
图6是表示本发明的实施方式1的曲柄角和4气缸发动机的各气缸的吸排气行程的影像图。
图7是表示从本发明的实施方式1的怠速停止开始起发动机由于惯性旋转转速下降时的、发动机转速和曲柄角的影像图。
图8是表示本发明的实施方式2的发动机起动装置的概略结构的框图。
图9是表示因怠速停止的发动机惯性旋转中的吸气量而引起的发动机转速下降特性的不同和死区的设定的图。
附图标记的说明
10发动机ECU、11环形齿轮、12曲柄角传感器、13、24控制器、14小齿轮、15铁芯、16螺线管、17起动机电动机、18小齿轮转速传感器、19起动机、20、25发动机起动装置、21发动机转速检测部件、22小齿轮移动部件、23气流传感器。
具体实施方式
在本发明中，在怠速停止的发动机惯性旋转中，再起动条件成立时，在通过以下所示的多种控制模式(a)～(c)，以发动机转速为阈值决定所执行的控制模式的发动机的再起动中，设置在发动机转速为规定范围内的情况下不执行控制模式的死区。
(a)不利用起动机进行曲柄起动而只通过恢复燃料供给使发动机再起动的控制模式。
(b)使起动机电动机旋转而使小齿轮转速与发动机转速同步并啮合，通过曲柄起动使发动机再起动的控制模式。
(c)不使起动机电动机旋转而使小齿轮移动，啮合后通过曲柄起动使发动机再起动的控制模式。
由此，例如能够防止由于每个曲柄角产生的活塞的压缩、膨胀而引起的扭矩变动，控制模式变换后发动机转速上升，暂时所执行的控制模式下的发动机再起动失效的情况、发动机与小齿轮的转速差脱离能够啮合的范围的情况，使小齿轮与环形齿轮平滑地啮合。
以下，按照各实施方式，用图说明本发明的发动机起动装置。另外，在各图中，相同或相当部分用相同附图标记表示，省略重复的说明。
实施方式1
图1是表示本发明的实施方式1的发动机起动装置的概略结构的框图。在图1中，发动机ECU10判断怠速停止条件(例如车速为5km/h以下且驾驶员踩刹车等)是否成立，将其结果输入发动机起动装置20的控制器13。发动机起动装置20包括：连结于发动机(未图示)的曲柄轴的环形齿轮11；检测发动机的曲柄角的曲柄角传感器12；起动机19；以及控制对起动机电动机17和螺线管16通电的控制器13。起动机19包括：传递起动机电动机17的旋转的小齿轮14；用于使小齿轮14移动，并与环形齿轮11啮合的铁芯15；通过通电能够使铁芯15可动的螺线管16；以及能够检测小齿轮14的转速的小齿轮转速传感器18。控制器13对通电的控制能够独立地控制对起动机电动机17的通电和对螺线管16的通电。
此外，发动机转速Nr由控制器13通过来自曲柄角传感器12的传感器输入周期进行运算，但是也可以取而代之，包括旋转编码器、能够检测环形齿轮的齿的脉冲的脉冲产生器等，使用利用来自上述旋转编码器、脉冲产生器等的信号的FV(频率-电压)变换等的另外的部件来检测发动机转速Nr。
此外，关于小齿轮转速Nst，由利用霍尔元件等的小齿轮转速传感器检测，但是除了小齿轮转速传感器以外，也可以使用与施加于起动机电动机17的电压或与电流相对应的转速表等另外的部件来检测小齿轮转速Nst。
另外，在图1中，将控制器13和发动机ECU10表示为不同的构件，但是也可以代替包括控制器13，而由发动机ECU10进行处理。因而，发动机起动装置20能够包含发动机ECU10。
此外，起动机控制部件由上述控制器13和发动机ECU10的双方或任一方构成。
此外，控制器13和发动机ECU10中的双方或任一方与曲柄角传感器12和环形齿轮11构成发动机转速检测部件21(参照图2)，控制器13和发动机ECU10中的双方或任一方与铁芯15和螺线管16构成小齿轮移动部件22(参照图3)。
此外，通常，小齿轮14比环形齿轮11齿数少，为了避免混乱，考虑到小齿轮与环形齿轮的齿数比，本实施方式中的小齿轮转速、发动机转速使用换算成环形齿轮的转速。
接着，说明实施方式1的动作。图4、图5是表示实施方式1的控制器13和发动机ECU10中的处理的流程图。
首先，在发动机ECU10中，判断怠速停止条件是否成立(S110)。若不成立，则进入下一个控制周期。在步骤S110中，若怠速停止条件成立，则开始怠速停止控制(S111)，通过发动机ECU10的控制停止向发动机供给燃料。然后，在由于发动机的惯性旋转而发动机转速降低的期间，利用供给ECU10的信号来判断发动机再起动条件(例如驾驶员将脚从刹车踏板挪开等)是否成立(S112)。在再起动条件成立的情况下，进入步骤S113，在再起动条件不成立的情况下，进入下一个控制周期。在步骤S113中，判断发动机是否正在旋转，在判断为发动机正在旋转的情况下，进入步骤S114，开始发动机再起动控制。此外，若判断为发动机不旋转、即完全停止，则进入下一个控制周期。在这里，发动机是否正在旋转的判断，例如只要在一定期间没有向曲柄角传感器12输入，就可以判断为发动机完全停止。
接着，用图3说明发动机再起动控制。
首先，在步骤S120中，判断发动机转速Nr是否为发动机能够自行恢复的转速Nr1(例如700rpm)以上。
另外，所谓发动机能够自行恢复，是指不利用起动机19进行曲柄起动，仅通过喷射燃料并点火而能够再起动的情况，例如具有通过较多地喷射燃料而使燃料容易燃烧等的控制，但是关于发动机自行恢复的控制的详细情况，因为不是本发明的范围，所以在这里不进行详细地说明。
在步骤S120中，若判断为发动机转速Nr为发动机自行恢复转速Nr1以上，则进入步骤S121，进行发动机自行恢复控制，使发动机再起动。此外，在步骤S120中，在发动机转速小于发动机能够自行恢复转速Nr1的情况下，进入步骤S122。
在步骤S122中，判断发动机转速Nr是否为比发动机自行恢复转速Nr1低规定转速(例如50rpm)的Nr2以下且考虑到由发动机的气缸的膨胀、压缩扭矩造成的转速变动的影响的、高于后述的Nr4的转速Nr3(例如250rpm)以上，若发动机转速Nr为上述Nr2以下且Nr3以上，则进入步骤S123，通过对起动机电动机17通电而开始小齿轮14的旋转。
在步骤S124中，比较发动机转速Nr与小齿轮转速Nst的转速差和能够啮合的规定转速差Ndiff，若小于Ndiff，则进入步骤S125，通过对螺线管16通电使铁芯15可动，使小齿轮14移动，使小齿轮与环形齿轮啮合。
然后，在步骤S126中，通过曲柄起动使发动机再起动。此外，在步骤S124中，若发动机转速Nr与小齿轮转速Nst的转速差为Ndiff以上，则重复步骤S124直到小于Ndiff为止。
接着，说明实施方式1的效果。
首先，说明使在步骤S122中所用的Nr2低于发动机自行恢复转速Nr1，并设置死区的理由。在这里，死区被设定为发动机转速Nr1～Nr2的区域。
在图6中，作为例子表示4气缸发动机的1个循环中的各气缸的行程。各气缸均以旋转2周(720deg)为1个循环(压缩、膨胀、排气、吸气的4行程)，但是如阴影的部分所示那样，在即将成为上止点之前，任一气缸为压缩行程后半程且另外任一气缸为膨胀行程后半程。在压缩行程中，越到后半程，通过压缩妨碍发动机的正向旋转的扭矩越大，在膨胀行程中，越到后半程，通过压缩促进发动机的正向旋转的扭矩越小。由此，即将成为上止点之前与其他的曲柄角区域相比，发动机转速的降低增大。
相反，在刚刚成为上止点之后，任一气缸为压缩行程前半程且另外任一气缸为膨胀行程前半程。在压缩行程前半程，妨碍发动机的正向旋转的扭矩小，在膨胀行程后半程，促进发动机的正向旋转的扭矩大。
由此，刚刚成为上止点之后与其他的曲柄角区域相比，发动机转速的降低减小，依情况的不同，转速有时也上升。由于这样的理由，上止点附近的曲柄角产生发动机转速的脉动(参照图7)。
由此，如图7所示，例如在发动机转速Nr刚刚低于发动机自行恢复转速Nr1之后再起动条件成立的情况下，由于上述扭矩变动而发动机转速Nr上升，有可能再次超过发动机自行恢复转速Nr1。
由此，即使由于上述扭矩变动而发动机转速Nr上升，到不超过发动机自行恢复转速Nr1的转速Nr2在图7的阴影部分设置死区，防止进入下一个控制模式。由此，尽可能地增多由发动机的自行恢复带来的再起动的机会，减少通过使起动机电动机17旋转而使小齿轮14啮合的次数，具有起动机19的长寿命化、省略曲柄起动带来的安静化、和仅通过再供给燃料的再起动带来的再起动的迅速化这样的优点。
接着，在步骤S122中，若判断为发动机转速Nr小于Nr3，则进入步骤S127，判断发动机转速Nr是否为能够不使小齿轮14旋转而啮合的发动机转速Nr4(例如50rpm)以下。
若发动机转速Nr为Nr4以下，则进入步骤S125，与上述的顺序相同，使小齿轮与环形齿轮啮合，通过曲柄起动使发动机再起动。此外，在步骤S127中，在判断为发动机转速Nr大于Nr4的情况下，进入下一个控制周期。
在这里，说明使在步骤S127中所用的Nr4低于发动机自行恢复转速Nr3，并设置死区的理由。
如上所述，由于活塞的运动带来的膨胀、压缩扭矩，产生脉动的同时发动机转速Nr降低，在小于上述Nr3、大于上述Nr4的情况下，在具有再起动要求时欲立即使小齿轮14移动并啮合的情况下，由于上述扭矩变动发动机转速Nr上升，直到成为能够啮合的转速Nr4为止需要时间，有可能产生齿轮磨损、噪音。
由此，即使由于上述扭矩变动而发动机转速Nr上升，到不超过Nr3的转速Nr4为止在图7的阴影部分设置死区，防止进入下一个控制模式。由此，减小使小齿轮14啮合时的环形齿轮与小齿轮的转速差，具有环形齿轮和小齿轮的磨损降低、啮合时的噪音降低等优点。
这样，将转速Nr1、Nr2、Nr3、Nr4设定为不同的值，通过在各控制模式之间设置死区，防止由于发动机转速的脉动，齿轮抵接时的转速差增大，产生齿轮的磨损、噪音，该转速Nr1、Nr2、Nr3、Nr4决定分别执行通过燃料再供给使发动机自行恢复的控制模式、使起动机电动机17旋转，使环形齿轮与小齿轮的转速同步地使齿轮啮合，再起动发动机的控制模式、在小齿轮开始移动后使起动机电动机17旋转，再起动发动机的控制模式的发动机转速范围。
如以上那样，本发明的实施方式1的发动机起动装置20包括：连结于发动机的曲柄轴的环形齿轮11；检测发动机的曲柄角的曲柄角传感器12；起动机19；控制对起动机电动机17和螺线管16通电的控制器13，起动机19包括：传递起动机电动机17的旋转的小齿轮14；用于使小齿轮14移动并与环形齿轮11啮合的铁芯15；通过通电能够使铁芯15可动的螺线管16；以及能够检测小齿轮14的转速的小齿轮转速传感器18，控制器13对通电的控制能够控制对起动机电动机17通电和对螺线管16通电。
控制器13和发动机ECU10依照图4、图5的流程图，根据再起动条件成立时的发动机转速Nr而变更控制模式，进行发动机的再起动。
如以上那样，根据本实施方式，怠速停止条件的成立由发动机ECU10输入控制器13，发动机由于惯性旋转而转速下降时，在执行各控制模式的发动机转速范围之间设置死区，通过防止因扭矩脉动引起的发动机转速的上升而造成的控制模式的切换，减小环形齿轮11与小齿轮14的啮合音，进一步降低冲击，由此也能够延长零件的寿命。
此外，在本实施方式中，Nr1、Nr2、Nr3、Nr4作为常数进行了说明，但是由于上述扭矩脉动的产生由曲柄角大致决定，所以也可以根据其控制周期中的曲柄角Cang在不变换图7所示的大小关系(Nr1＞Nr2＞Nr3＞Nr4)的范围内使Nr1、Nr2、Nr3、Nr4可变，例如对于发动机的任一气缸，在成为相当于上止点附近的曲柄角(图6的阴影部)时，也可以进行如下的设定，即，若是即将成为上止点之前的压缩行程，则较高地设定决定上述死区的上限的发动机转速(Nr1或Nr3)，或者，若是刚刚成为上止点之后的膨胀行程，则较低地设定决定下限的发动机转速(Nr2或Nr4)。
由此，仅在由于扭矩脉动而发动机转速Nr变化的期间扩大死区的范围，该期间以外时缩窄死区的范围，由此，缩短不执行发动机再起动控制的期间，能更提早实现发动机再起动。
此外，在本实施方式中，以3个控制模式和2个死区进行了说明，但是没有必要在所有的控制模式之间设置死区，例如也可以不设置由Nr1和Nr2决定的死区，而仅设置由Nr3和Nr4决定的死区。
此外，在本实施方式中，利用发动机转速进行控制模式的决定，然而，代替发动机转速而使用曲柄角、开始怠速停止起的时间等与发动机的运动状态相关的值也能够获得同样的效果。
实施方式2
图8是表示本发明的实施方式2的发动机起动装置的概略结构的框图。在图8的发动机起动装置中，包括检测被吸入发动机的吸气量的气流传感器(吸气量检测部件)23，也可以基于该吸气量，设定在实施方式1中决定死区的发动机转速Nr1、Nr2、Nr3、Nr4。在图8中，控制器表记为控制器24。
图9表示因怠速停止的发动机惯性旋转中的吸气量的不同而引起的发动机转速下降特性。如图9所示，膨胀、压缩扭矩根据吸气量而变化，吸气量越多，膨胀、压缩扭矩也越大，发动机转速的脉动也越大。因此，例如在由气流传感器23检测到的吸气量高于预先决定的标准的吸气量的情况下，如图9(a)所示，以比相对于上述标准的吸气量所决定的死区的宽度大的方式设定Nr1、Nr2、Nr3、Nr4，在上述检测到的吸气量低于上述标准的吸气量的情况下，如图9(b)所示，以比相对于上述标准的吸气量所决定的死区的宽度小的方式设定Nr1、Nr2、Nr3、Nr4。
由此，即使在怠速停止时的吸气量变化的情况下，能够对应于发动机转速的脉动的大小地变更死区的宽度，能够使小齿轮14与环形齿轮11更加平滑地啮合。
此外，在上述实施方式2中，吸气量检测部件不必是气流传感器23，使用节流阀开度也能够获得同样的效果。

Claims (8)

1.一种发动机起动装置，用于在怠速停止条件成立时进行怠速停止，之后，在再起动条件成立时使发动机再起动的自动怠速停止***，其特征在于，该发动机起动装置包括：
环形齿轮，连结于发动机的曲柄轴；
起动机电动机，用于起动发动机；
小齿轮，向上述环形齿轮传递上述起动机电动机的旋转；
小齿轮移动部件，使上述小齿轮移动，并使该小齿轮与上述环形齿轮啮合；以及
起动机控制部件，在上述再起动条件成立时，执行多种控制模式中的任一种控制模式，
上述起动机控制部件设置在规定条件成立的期间不执行上述控制模式的死区。
2.根据权利要求1所述的发动机起动装置，其特征在于，
该发动机起动装置包括检测发动机的转速的发动机转速检测部件，
上述规定条件在上述发动机转速是规定范围的情况下成立。
3.根据权利要求2所述的发动机起动装置，其特征在于，
上述控制模式中的至少一种控制模式在上述发动机转速为第一规定转速以上的情况下，恢复对发动机的燃料供给，仅通过燃烧燃料使发动机再起动。
4.根据权利要求2所述的发动机起动装置，其特征在于，
该发动机起动装置包括检测上述小齿轮的转速的小齿轮转速检测部件，
上述控制模式中的至少一种控制模式在上述发动机转速为第二规定转速以下且第三规定转速以上的情况下，对上述起动机电动机通电，使上述小齿轮旋转后，利用上述小齿轮推出部件使环形齿轮与小齿轮啮合，通过曲柄起动使发动机再起动。
5.根据权利要求2所述的发动机起动装置，其特征在于，
上述控制模式中的至少一种控制模式在上述发动机转速为第四规定转速以下的情况下，利用上述小齿轮推出部件开始推出小齿轮后，对上述起动机电动机通电，通过曲柄起动使发动机再起动。
6.根据权利要求2所述的发动机起动装置，其特征在于，
该发动机起动装置包括检测发动机的曲柄角的曲柄角传感器，
决定上述死区的范围的发动机转速根据上述曲柄角而被变更。
7.根据权利要求6所述的发动机起动装置，其特征在于，
在上述曲柄角在发动机的任一气缸中是成为压缩行程后半程的曲柄角时，较高地设定作为成为上述死区的规定范围的上限的发动机转速，或者在上述曲柄角在发动机的任一气缸中是成为膨胀行程前半程的曲柄角时，较低地设定作为成为上述死区的规定范围的下限的发动机转速。
8.根据权利要求6所述的发动机起动装置，其特征在于，
该发动机起动装置包括检测被吸入发动机的空气量的吸气量检测部件，根据由上述吸气量检测部件检测到的吸气量，变更决定上述死区的范围的发动机转速。
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