CN104595080A

CN104595080A - 发动机起动装置

Info

Publication number: CN104595080A
Application number: CN201410690944.6A
Authority: CN
Inventors: 北野弘明; 岩崎隆至; 栗重正彦; 龟井光一郎; 小田原一浩; 金田直人
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2015-05-06
Anticipated expiration: 2030-10-26
Also published as: CN104595083A; CN102725513B; DE112010005184T5; US9115683B2; CN104595083B; US20120260878A1; CN104595082B; DE112010005184B4; WO2011092765A1; CN104595082A; CN104595080B; CN102725513A; JPWO2011092765A1; JP5258980B2

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***的发动机的惰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，并使其与环形齿轮啮合的小齿轮啮合部件；取得小齿轮和环形齿轮的转速差的转速差取得部件；以及在由转速差取得部件所取得的小齿轮和环形齿轮的转速差低于阈值时，利用小齿轮啮合部件使小齿轮移动的再起动控制部件，再起动控制部件具有阈值设定部件，预先设定有与输入该阈值设定部件的特性相对应的阈值。

Description

发动机起动装置

本发明申请是申请号为201080062392.4(国际申请号为PCT/JP2010/006328)、申请日为2010年10月26日、发明名称为“发动机起动装置”的分案申请。

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***。其中，对于利用起动机的自动怠速停止***而言，车辆的***变更少，成本低，但是相反地，存在无法啮合到发动机完全地停止这样的课题。

对于该课题，具有如下的技术方案，即，在发动机再起动时通过调速通电使起动机电动机转速与发动机转速同步，在转速差成为小于规定的阈值的时刻，推出小齿轮并使其啮合(例如参照专利文献1)。

此外，具有如下的技术方案，即，预测将来的环形齿轮转速，并预测小齿轮转速与将来的环形齿轮转速同步的时刻，控制小齿轮的推出时机或推出速度，以与该时刻对应(例如参照专利文献2)。

专利文献1：日本特开2002－070699号公报

专利文献2：日本特开2005－330813号公报

发明内容

上述的专利文献1或2的技术方案与如以往那样等待直到判断为发动机的旋转完全停止后进行再起动控制的技术方案相比，显然是能够迅速地进行发动机的再起动的***。

可是，在上述专利文献1中，根据占空比控制等，另外需要用于对起动机调速通电的部件，有可能会导致成本提高。此外，在上述专利文献2中，由于预测将来的环形齿轮转速，并预测小齿轮转速同步的时刻，所以需要预测至少具有一定的范围的期间的环形齿轮转速，或始终在线预测，有时需要重新变更高性能的发动机ECU(在这里，“ECU”是Electronic Control Unit的简称。以下相同)，有可能会导致成本提高。另外，为了预测将来的转速，在用于预测的参数中产生干扰(noise)的情况下，也有可能预测到的转速与实际的值有较大差异。

本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供一种发动机起动装置，不需要大的运算负荷和成本提高，能够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。

本发明的发动机装置起动是在怠速停止条件成立时进行怠速停止的自动怠速停止***的发动机起动装置，其特征在于，该发动机起动装置包括：环形齿轮，连结于上述发动机的曲柄轴；起动机电动机，用于起动上述发动机；小齿轮，向上述环形齿轮传递上述起动机电动机的旋转；转速差取得部件，取得该小齿轮和上述环形齿轮的转速差；小齿轮啮合部件，使上述小齿轮移动，并使其与上述环形齿轮啮合；以及再起动控制部件，在由上述转速差取得部件所取得的小齿轮和环形齿轮的转速差低于阈值时，利用上述小齿轮啮合部件使小齿轮移动，上述再起动控制部件具有阈值设定部件，预先设定有与输入该阈值设定部件的特性相对应的上述阈值。

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，对驾驶员不给予不舒适感，而且能够实现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的转速差取得部件的概略结构的框图。

图3是表示本发明的实施方式1的小齿轮推出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是表示从本发明的实施方式1的怠速停止开始起发动机由于惰性旋转而转速下降时的、发动机转速和曲柄角的示意图。

图7是表示对本发明的实施方式1的起动机电动机开始通电起的时间和小齿轮转速的示意图。

图8是表示本发明的实施方式1的通电时间和小齿轮转速变化量的数据表的一个例子的图。

图9是表示对本发明的实施方式1的螺线管施加的电压变化时的校正系数的数据表的一个例子的图。

图10是表示本发明的实施方式1的螺线管电流变化时的校正系数的数据表的一个例子的图。

图11是表示本发明的实施方式1的电源电压变化时的校正系数的数据表的一个例子的图。

图12是表示本发明的实施方式1的起动机经时变化时的校正系数的数据表的一个例子的图。

图13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14是表示本发明的实施方式1的啮合控制的流程的流程图。

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控制器、14小齿轮、15铁芯、16螺线管、17起动机电动机、18定时器、19起动机、20发动机起动装置、21发动机转速取得部件、22小齿轮啮合部件。

具体实施方式

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：连结于发动机的曲柄轴(省略图示)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；检测对起动机电动机17开始通电起的时间的定时器18；以及与起动机电动机17的上升特性相应地，以上述开始通电起的时间为输入、以小齿轮转速Np为输出的第二数据表Tb2(省略图示)。起动机19包括：起动机电动机17；传递起动机电动机17的旋转的小齿轮14；用于推出小齿轮14，并使其与环形齿轮11啮合的铁芯15；通过通电能够使铁芯15可动的螺线管16。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，控制器13包括在发动机再起动时，以曲柄角、发动机转速、小齿轮转速为输入，输出用于决定对螺线管16的通电的转速差的阈值Ndiff的数据表Tb1(省略图示)。

此外，在本发明的实施方式中，曲柄角以BTDC(上止点前)表示。

此外，发动机转速Nr通过来自曲柄角传感器12的传感器输入周期，由控制器13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Np，也通过开始通电起的时间推断现在的小齿轮转速，但是也可以由利用霍尔元件等的小齿轮转速传感器直接检测，此外，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Np。

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，上述控制器13和发动机ECU10中的双方或任一方构成再起动控制部件，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、环形齿轮11和定时器18构成转速差取得部件21(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构成小齿轮啮合部件22(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的转速。

接着，使用图4、图5说明实施方式1的动作。图4、图5是分别表示实施方式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，判断怠速停止条件成立是否(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，开始发动机再起动控制。

接着，用图5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转速Nr₁(例如700rpm)以上。

在这里，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。另外，关于发动机自行恢复的控制的详细情况，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为发动机能够自行恢复转速Nr₁以上，则进入步骤S121，通过上述的燃料供给而进行再起动，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是否为不使起动机电动机17旋转而环形齿轮11与小齿轮14能够啮合的能够啮合转速Nr₂以下。

在步骤S122中，若判断为发动机转速Nr为能够啮合转速Nr₂以下，则进入步骤S123，通过对螺线管16通电使铁芯15可动，推出小齿轮14，使小齿轮和环形齿轮啮合。

然后，进入步骤S124，通过对起动机电动机17通电，开始小齿轮14的旋转，在步骤S129(参照图5)中，通过曲柄起动，使发动机再起动。

在步骤S122中，若判断为发动机转速Nr大于能够啮合转速Nr₂，则进入步骤S125，通过对起动机电动机17通电，开始小齿轮14的旋转。

在步骤S126中，决定用于决定开始推出小齿轮14的时机的转速差阈值Ndiff。

然后，在步骤S127中，比较发动机转速Nr和小齿轮转速Np的转速差与在步骤S126中决定了的转速差的阈值Ndiff，若比阈值Ndiff小，则进入步骤S128，通过对螺线管16通电，使铁芯15可动，推出小齿轮14，使小齿轮和环形齿轮啮合。此外，在步骤S127中，若发动机转速Nr和小齿轮转速Np的转速差为阈值Ndiff以上，则返回步骤S126，重复步骤S126、S127直到转速差比阈值Ndiff小。

在这里，使用图6、图7、图8，详情说明步骤S126中的阈值Ndiff决定。

阈值Ndiff的决定由数据表Tb1和Tb2决定，该数据表Tb1和Tb2预先存储在从开始推出小齿轮14起一定的延迟，即直到抵接为止的延迟时间中发动机转速和小齿轮转速是否变化。

在本实施例中，成为以下的构成，即，由发动机转速和曲柄角决定抵接延迟时间中的发动机转速的变化量，并由对起动机电动机开始通电起的时间决定抵接延迟时间中的小齿轮转速的变化。图6表示由怠速停止开始产生的惰性旋转中的曲柄角和发动机转速的曲线。例如在时间t1开始推出小齿轮14时，具有一定的延迟，即直到抵接为止的延迟时间，在时间t2，抵接环形齿轮，在此期间，发动机转速从Nrt1降低到Nrt2。

另一方面，在时间t2开始推出小齿轮14的情况下，在时间t3抵接环形齿轮，而在此期间的发动机转速变化量从Nrt2成为Nrt3。在这里，从开始推出小齿轮起直到抵接环形齿轮为止的延迟时间由小齿轮的移动的速度决定，因此，上述两个期间大致是恒定的(即，t2－t1≈t3－t2)。可是，虽然如图示那样是大致相同的期间，但是从Nrt2到Nrt3的降低量比从Nrt1到Nrt2的降低量大。

这是因为，在从时间t1到时间t2之间，由于通过各气缸的压缩上止点而产生扭矩脉动的影响，另一方面，不包含该扭矩脉动的从时间t2到时间t3之间的发动机转速的变化量变大。

以发动机转速和曲柄角为输入而决定发动机转速变化量的数据表Tb1如表1那样表示。

表1

基于该数据表Tb1，根据处理时(S126开始时)的发动机转速和曲柄角决定发动机转速变化量。换言之，在步骤S126中，在决定阈值时，例如在发动机转速为600rpm、曲柄角为60deg的情况下，发动机转速的变化量被决定为150rpm。然后，与后述小齿轮转速的变化量综合到一起而决定阈值。

此外，例如在发动机能够自行恢复转速Nr₁低，也可以不考虑发动机转速的情况下(发动机能够自行恢复转速Nr₁与能够啮合转速Nr₂之差小时等)，也可以使上述输入仅为曲柄角，在该情况下，例如如表2所示，也可以使用发动机转速为400rpm的表。

表2

曲柄角(deg)	0	30	60	90	120	150	180
								发动机转速变化量(rpm)	100	130	170	220	250	300	300

或者也可以相反地，仅以发动机转速为输入，求出上述发动机转速的变化量。

由此，数据表Tb1的容量与具有曲柄角和发动机转速这两个输入的表的情况相比变小，能够减少必要的存储量。

由此，由在直到抵接为止的延迟时间的期间发动机旋转多少和在直到抵接为止的延迟时间的期间是否包含扭矩脉动的区间，决定在直到抵接为止的延迟时间的期间发动机转速产生何种程度变化。即，通过向数据表Tb1输入处理时(S126开始时)的发动机转速(在直到抵接为止的延迟时间的期间发动机旋转多少)和处理时(S126开始时)的曲柄角度(在直到抵接为止的延迟时间的期间是否包含扭矩脉动的区间)，决定发动机转速的变化量。

接着，图7是表示对起动机电动机开始通电起的时间(以下，称为通电时间)和小齿轮转速的关系的曲线，是表示起动机电动机17的上升特性的图。例如在时间tp1，开始推出小齿轮14时，具有直到抵接为止的延迟时间，在时间tp2，小齿轮抵接环形齿轮。在此期间，小齿轮转速从Nptp1上升到Nptp2。

另一方面，在时间tp2，在开始推出小齿轮14的情况下，具有直到抵接为止的延迟时间，在时间tp3抵接环形齿轮，而在此期间的小齿轮转速变化量从Nptp2成为Nptp3，如图示那样，比从Nptp1上升到Nptp2小。这是因为随着时间经过，由转速上升产生的逆电动势的增加等。由此，由开始推出小齿轮14的时刻的小齿轮转速，决定在直到抵接为止的延迟时间的期间，小齿轮转速产生何种程度变化。

在这里，以输入为通电时间，以输出为小齿轮转速变化量的数据表Tb2成为图8所示那样。图的横轴是通电开始起的经过时间，纵轴是处理时(步骤S123)的小齿轮转速变化量。换言之，在步骤S126中，在决定阈值时，例如在从开始通电起经过90ms的时刻的小齿轮转速变化量成为20rpm。然后，与上述的发动机转速的变化量综合起来而决定阈值。

因而，基于数据表Tb1和Tb2，由在开始推出小齿轮14的时刻的发动机转速、曲柄角度、通电时间，决定在直到齿轮抵接为止的延迟时间的期间转速差变化多少，因此，抵接时的转速差变小，能够平滑地啮合。即，通过利用数据表的各输入变更阈值，能选择与状况相应的阈值，能实现平滑的齿轮啮合。然后，在步骤S129中，通过曲柄起动，使发动机再起动。

如以上那样，在该实施方式1中，包括以下部件，即，指示怠速停止条件成立的发动机ECU；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；向上述环形齿轮传递上述起动机电动机的旋转的小齿轮；取得上述小齿轮与环形齿轮的转速差的转速差取得部件；使上述小齿轮移动并与上述环形齿轮啮合的小齿轮啮合部件；以及再起动控制部件，至少在发动机转速为不使起动机电动机旋转而环形齿轮与小齿轮能够啮合的规定转速以上的情况下，对上述起动机电动机开始通电，在由上述转速差取得部件所取得的小齿轮与环形齿轮的转速差低于阈值时，利用上述小齿轮啮合部件使小齿轮移动，上述再起动控制部件具有阈值设定部件，预先设定与输入该阈值设定部件的特性相对应的上述阈值。

根据该实施方式1，基于数据表Tb1和Tb2，由发动机转速、曲柄角度、通电时间决定转速差的阈值Ndiff，因此，例如能实现与扭矩脉动相对应的啮合等，能选择与状况相应的阈值，能平滑地再起动发动机。此外，也不需要调速通电所必需的机构、用于预测将来的发动机转速和小齿轮转速的运算。

在本实施例中，作为阈值设定部件而使用了数据表Tb1和Tb2，然而也可以不使用数据表而使用以曲柄角和发动机转速为输入的函数，例如也可以使用通过表1所示的数据表Tb1的样条插补等而求出的函数而设定阈值。

此外，对数据表Tb1的输入是发动机转速、曲柄角度、通电时间这3者，然而也不一定要限定于这3者，例如也可以从转速传感器、与电压或电流相对应的转速表等取得小齿轮的转速，代替通电时间，使对数据表Tb2的输入为小齿轮转速。由此，无需包括定时器，还能更加准确地取得发动机转速与小齿轮转速的转速差，能实现平滑的啮合。

此外，使用数据表Tb1和Tb2决定了阈值Ndiff，但是也可以如以下那样，利用其他的输入而决定校正系数，校正阈值Ndiff。

例如使包含从开始推出小齿轮14起直到抵接环形齿轮为止的延迟时间、推出的加速度在内的小齿轮的移动特性为恒定地决定了阈值Ndiff，但是有时由于电池的状态、流过螺线管的电流等，该小齿轮的移动特性产生变化。

因此，也可以根据发动机转速、曲柄角度、通电时间决定阈值Ndiff，通过设置检测施加于螺线管16的电压的螺线管电压检测部件、或检测流过螺线管16的电流的螺线管电流检测部件、或检测电源电压的电源电压检测部件，以检测到的施加于螺线管的电压、流过螺线管的电流、或电源电压等为输入，分别如图9、10、11所示那样决定校正系数，用校正系数除由数据表Tb1和Tb2决定的阈值而进行校正。由此，通过以施加于螺线管的电压、流过螺线管的电流、或电源电压为输入并校正阈值，即使在小齿轮的移动特性变化的情况下，也能实现不受施加于螺线管的电压、流过螺线管的电流、或电源电压的影响的平滑的啮合。

另外，例如在被设定为来自发动机的扭矩传递到车轮那样的传动范围的情况下，若在车辆行驶中进行怠速停止，则有时由于车辆的行驶惯性等，旋转扭矩从变矩器等发动机以外传递到发动机侧，发动机的旋转加速度变化，上述发动机转速的变化量变化。由此，只要设置检测传递到上述发动机侧的旋转扭矩的传递扭矩检测部件，基于检测到的传递扭矩，校正由数据表Tb1决定的上述发动机转速的变化量即可。具体而言，也可以设置检测车速的车速检测部件或检测制动的主缸压力的主缸压力检测部件或检测车辆的前后加速度的加速度检测部件，利用检测到的车速、制动的主缸压力或前后加速度等，校正由数据表Tb1决定的上述发动机转速的变化量。由此，考虑车速、车辆的前后加速度的影响，即使在旋转扭矩从发动机以外传递到发动机侧的情况下也能实现平滑的啮合。

此外，由于经时劣化、电源电压的降低等，起动机电动机的上升特性变化，因此，有时上述小齿轮转速变化量变化。由此，也可以包括检测起动机电动机的上升特性的电动机上升特性检测部件，基于检测到的电动机上升特性，校正由数据表Tb2决定的上述小齿轮转速变化量。具体而言，也可以包括检测起动机电动机的使用次数的计数器，以该检测到的使用次数为对数据表Tb1的输入。如图12所示，根据起动机的使用次数求出校正系数，用校正系数除上述的小齿轮转速变化量，求出经时劣化时的小齿轮转速变化量。例如在使用了4万次的情况下，校正系数是2，经时劣化时的小齿轮转速变化量成为通常时的一半。此外，也可以设置检测电源电压、施加于起动机电动机的电压或流过起动机电动机的电流的检测部件，根据上述的检测结果，校正由数据表Tb2决定的上述小齿轮转速变化量。由此，能实现不受经时劣化、电源电压的降低等影响的平滑的啮合。

由此，能够设定切合行驶状况、电流、电压等的转速差的阈值，能够更加平滑地啮合。

此外，控制器13和发动机ECU10的处理也可以如图13、图14的流程图所示那样，从发动机ECU10接受怠速停止条件成立时，不等待再起动条件的成立，立刻开始对起动机电动机17通电。

如图13所示，首先，与上述同样，在发动机ECU10中，判断怠速停止条件是否成立(S210)。若不成立，则进入下一个控制周期。在步骤S210中，若怠速停止条件成立，则开始怠速停止控制(S211)，通过发动机ECU10的控制停止对发动机的燃料供给。然后，进入步骤S212，开始使小齿轮与环形齿轮啮合的控制。

接着，使用图14，说明啮合控制。

首先，在步骤S221中，通过对起动机电动机17通电，开始小齿轮14的旋转。

然后，在步骤S222中，以与实施方式1相同的顺序决定用于决定开始推出小齿轮14的时机的转速差的阈值Ndiff。

然后，在步骤S223中，比较发动机转速Nr和小齿轮转速Np的转速差与在步骤S222中决定了的转速差的阈值Ndiff，若比Ndiff小，则进入步骤S224，通过对螺线管16通电使铁芯15可动，推出小齿轮14，使小齿轮和环形齿轮啮合。

此外，在步骤S223中，若发动机转速Nr和小齿轮转速Np的转速差是Ndiff以上，则返回步骤S222，重复步骤S222、S223直到转速差比阈值Ndiff小。

这样，根据怠速停止条件的成立，开始起动机电动机的旋转，使齿轮啮合，从而能够更早地实现通过曲柄起动能够使发动机再起动的状态。

Claims

1.一种发动机起动装置，是在怠速停止条件成立时进行怠速停止的自动怠速停止***的发动机起动装置，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，用于起动上述发动机；

小齿轮，向上述环形齿轮传递上述起动机电动机的旋转；

转速差取得部件，取得该小齿轮和上述环形齿轮的转速差；

小齿轮啮合部件，使上述小齿轮移动，并使其与上述环形齿轮啮合；以及

再起动控制部件，在由上述转速差取得部件所取得的小齿轮和环形齿轮的转速差低于阈值时，利用上述小齿轮啮合部件使小齿轮移动，并且，

上述再起动控制部件具有阈值设定部件，预先设定有与输入该阈值设定部件的特性相对应的上述阈值，

上述阈值设定部件使用数据表决定上述阈值，

该发动机起动装置包括检测发动机的曲柄角的曲柄角检测部件，

上述阈值设定部件至少以由上述曲柄角检测部件检测到的曲柄角为上述数据表的输入，并利用上述数据表的输入变更上述阈值。