CN1459560A - 发动机起动装置 - Google Patents

Abstract

本发明的课题是正确地进行用来得到起动时较大惯性扭矩的位置确定。特别是抑制为确定位置而以电机使发动机反转并停止时的回摆。起动时在第一反转部(111)对电机赋能，使发动机反转到上止点附近位置。第二反转部(113)由第一反转部(111)反转后减小对电机的励磁电流，以小扭矩进一步向反转方向对发动机赋能。励磁电流设定成，可以获得用来减小反转到预定位置停止时的回摆的制动作用的程度。停止位置预先设定在正前的压缩上止点和排气阀的开闭动作范围之间，通过曲轴角可以判断是否到达停止位置。

Description

发动机起动装置

技术领域

本发明涉及发动机起动装置，特别是即使以小扭矩的起动电机也可以容易地超越压缩冲程的高负荷区域的发动机起动装置。

背景技术

发动机的压缩冲程中，对起动电机需要大的负荷。由于特别在上止点前成为高负荷区域，所以，起动电机需要可以超越所述高负荷的扭矩。现有技术中，为了使小扭矩的起动电机也能超越高负荷，考虑在起动时，使曲轴在正转方向的轻负荷区域，即到反转方向的上止点面前为止反转，再从该为止开始正转。通过这样从轻负荷区域起动，可以充分利用发动机具有的惯性力、提高起动性能。

但是，由发动机油的温度变化等的影响造成的发动机阻尼变化，使得反转后的停止位置产生偏差，所以无法使曲轴正确地停止到所期望的轻负荷位置。为了解决所述问题，例如在日本特开2000-303938号公报中，公布了一种根据发动机温度推定阻尼，当所述阻尼大时延长反转时间，而当阻尼小时缩短反转时间的起动装置。

上述现有装置中，由于必须对应曲轴的反转开始位置决定反转时间，所以，使曲轴的旋转位置检测变得复杂。另外，反转并停止的轻负荷位置在上止点面前，所以，停止电机向反转方向赋能之后，回向正转方向回摆。当所述回摆大时，难以使曲轴正确地停止到所期望的位置，无法充分利用惯性力提高起动性能。

发明内容

本发明的目的是，鉴于上述期望，无须兼顾反转开始位置决定反转时间等的复杂的构成，而且，可以通过使曲轴减小回摆并停止到规定位置，在起动时产生大的惯性能量的发动机起动装置。

为了达成上述目的，本发明的第一特征是，具备控制机构；所述控制机构将所述起动电机驱动之后停止，从而响应发动机起动操作、使发动机反转到预先设定于正前的压缩上止点和排气阀的开闭动作范围之间的位置。

另外，本发明的第二特征是，具备控制机构；所述控制机构将所述起动电机驱动之后停止，从而在发动机停止时，使发动机反转到预先设置于正前的压缩上止点和排气阀的开闭动作范围之间的位置。

另外，本发明的第三特征是，所述控制机构构成为：使发动机反转到所述位置之后，进而以小扭矩驱动所述起动电机，将所述发动机向反转方向赋能。

进而，本发明的第四特征是，具备以对所述起动电机的通电电流超过规定值、来判断发动机反转到了所述位置的检测机构。

另外，本发明的第五特征是，具备根据所述曲轴角检测机构检测的曲轴角的变化，以该变化的速度下降到规定值、来判断发动机反转到所述位置的检测机构。

根据第一以及第二特征，可以使发动机反转并停止到设定在压缩上止点附近的高负荷区域的位置。特别是，根据第一特征，可以使发动机进行伴随起动操作反转到高负荷区域的动作。另外，根据第二特征，可以使发动机伴随发动机停止进行反转到高负荷区域的动作，所以，可以提高下面的发动机起动时的起动性能。

另外，根据第三特征，由于在进行反转并停止到预定位置的动作之后，进而使起动电机向发动机的反转方向赋能，因而，可以控制在高负荷区域解除赋能时的回摆。而且，起动电机以小扭矩驱动，所以，仅仅控制回摆，而不会发动机反转到与反转停止的位置相比更高负荷的区域。

进而，根据第四特征，可以以检测出通电电流超过规定值这样的简单构成，来判断到达了预定的位置。根据第五特征，可以检测出能够根据曲轴角检测机构的输出求得的角速度减速到预定的值时反转到了预定的位置。

附图说明

图1是表示用于发动机停止控制的主要部分机能的框图。

图2是本发明适用的自动两轮车的整体侧面图。

图3是图2的A-A截面图。

图4是图3的局部放大图。

图5是包括ACG起动机的电装***的框图。

图6是表示发动机起动时的曲轴角度位置和超越扭矩的关系的图。

图7是表示每个不同的反转开始位置的正转以及反转动作的图。

图8是表示现有技术涉及的正转以及反转动作的图。

图9是起动时反转的流程图。

图10是停止时反转的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明。图2时适用本发明的发动机起动装置的带有踏板的自动两轮车的侧面图。该图中，在车身车架4上悬架着动力元件2。动力元件2在前部搭载四冲程的发动机E以及踏力驱动部，在后部支撑后轮RW。进而，动力元件2具有在发动机E和后轮RW之间、用来将发动机E的输出变速·减速后传递到后轮RW的变速器以及减速机构(都将在后文中详细描述)。踏力驱动部是为了以人力(踏力)驱动后轮RW，与发动机驱动***另行设置的驱动***；作为踏力输入机构而设置了踏板轴3以及踏板7。

在形成于车身车架4前部的头管部6上、转动自如地支撑转向轴7，在转向轴7上安装向左右延伸的把手8，在转向轴7的下部结合前叉9。在前叉9的下端支撑前轮FW。在转向轴7以及头管部6的前方，设置车头灯11、行李筐12、以及电瓶13。

在车身车架4的后方安装车座柱14，在稍向斜后上方延伸的车座柱14的上面安装车座15。在车座15的后部下方设置收纳箱16，在所述收纳箱16内收纳燃料箱17和空气滤清器(未图示)等。进而，在收纳箱16的后部安装方向指示器18和后部指示灯19。

在发动机E的上方设置汽化器5，在所述汽化器5上结合燃料箱17以及空气滤清器。在汽化器5中与空气进行混合的燃料通过进气管20供给到发动机E。在发动机E上结合排气管21，发动机E的排放气体通过排气管21以及***22向后方排出。

图3是图2的A-A截面图，图4是其局部放大图。动力元件2具有：支撑在元件壳体23上的踏板轴3、发动机E的曲轴24、中间轴25以及后车轴26。踏板轴3通过轴承27、28支撑在元件壳体23上，曲轴24通过轴承29、30支撑在元件壳体23上。另外，中间轴25和后车轴26分别通过轴承31、32和轴承33、34支撑在元件壳体23上。在踏板轴3的两端结合曲柄，在曲柄35的前端安装踏板36。在踏板轴3上结合传递踏力用的驱动链轮37。进而，在踏力曲轴3上，通过套筒38设置冷却扇39以及用来转动冷却扇的齿轮40。套筒38通过轴承41、42支撑在元件壳体23上。

在曲轴24上通过未图示的曲柄销连接连杆43。在曲轴24的一端，可以转动地设置皮带式无级变速器的皮带驱动轮44。皮带驱动轮44由固定侧皮带轮部分45和移动侧皮带轮部分46构成。固定侧皮带轮部分45固定在曲轴24上，移动侧皮带轮部分46以可向轴向位移的方式对曲轴24花键配合。在皮带驱动轮44上卷挂V皮带47，所述V皮带47也卷挂在从动皮带轮48上。

凸轮盘49与移动侧皮带轮部分46相邻接地固定在曲轴24上。在移动侧皮带轮部分46的外侧，即不与V皮带相接的一侧，具有外周向凸轮盘49一侧倾斜的锥面，在所述锥面和移动皮带轮部分46之间的空处，容纳干重50。

在曲轴24的另一端结合外转子51，所述外转子51组合了起动电机和AC发电机、兼作起动机和发电机(ACG起动机)。在外转子51的内侧设置固定在元件壳体23上的定子52。在外转子51的外周设置齿轮53，齿轮53与上述齿轮40啮合对冷却扇39施加驱动力。在后文中对ACG起动机1还将详细描述。

在中间轴25上设置的从动皮带轮48和驱动皮带轮44同样，也具有固定皮带轮部分54和移动皮带轮部分55。固定皮带轮部分54结合在中间轴25上，移动皮带轮部分55以可在中间轴25的轴向位移的方式、花键配合在固定皮带轮部分54上。移动皮带轮部分55借助弹簧56、朝向与固定皮带轮部分54的间隔变窄的方向赋能。在中间轴25的端部设置配合从动皮带轮48和中间轴25的离心离合器87。

在后车轴26上结合通过轮辐57支撑后轮RW的轮毂58。另外，通过单向超越离合器61、62，分别将从动链轮59和减速齿轮60设置在后车轮26的一端、并使减速齿轮60位于该从动链轮59的内侧。减速齿轮60与结合在中间轴25上的小齿轮63啮合。在中间轴25或后车轴26的周围，设置检测这些轴的转数的传感器(未图示)。所述传感器用作检测车速的传感器。另外，从动链轮59通过链64与驱动链轮37连接。在轮毂58的内侧配合制动器65。

在元件壳体23内，收纳ACG起动机1的控制装置66。由于所述控制装置66中设置了整流元件，所以，为了冷却安装在设有风扇的壳体部分。

蹬动踏板36，转动踏板轴3时驱动链轮37转动，其转动通过链64传递到从动链轮59。从动链轮59的转动通过单向超越离合器61传递到后车轴26。停止蹬动踏板36时，施加在后车轴26上的踏力消失，即使从动链轮59停止、单向超越离合器61也允许后轮RW向前进方向转动，因而，后轮RW可以惯性转动。

发动机E由ACG起动机1起动。从上述电瓶13通过控制装置66向ACG起动机1的定子52供给电流时，外转子51转动、起动发动机E。一旦发动机E起动后，ACG起动机1就作为发电机发挥作用。另外，借助外转子51的转动，齿轮40通过齿轮53转动，对冷却扇39赋能。

当发动机E转动、曲轴24的转速增加时，干重50因离心力而向放射方向移动。这样，移动侧皮带轮部分46被干重50推压进行位移，并接近固定侧皮带轮部分45。结果，V皮带轮47朝向皮带轮44的外周移动，其卷挂直径变大。

V皮带轮47的卷挂直径相对于驱动皮带轮44变大时，设置在车辆的后部的从动皮带轮48的移动皮带轮部分55与其相对应地位移。即，移动皮带轮部分55以使V皮带轮47的卷挂直径相对于从动皮带轮48变小的方式、抵抗弹簧56进行位移。这样，发动机E的动力自动调整并传递到中间轴25，从动皮带轮48的旋转速度增大时，借助离心离合器87向中间轴25传递转动。中间轴25的转动被减速齿轮63、60减速之后传递到后车轴26。发动机E停止时，发动机E施加到后车轴26的动力消失，即使齿轮的转动停止、单向超越离合器62也容许后轮RW向前进方向转动，因此，后轮RW可以借助惯性回转。

图4中，在ACG起动机1，外转子51通过螺栓67固定在曲轴24的前端锥部。配置在外转子51的内周侧的定子52通过螺栓68固定在元件壳体23的毂上。在定子52的内周嵌入传感器壳体69。在所述传感器壳体69内，沿着外转子51的毂的外周、以等间隔设置转子角度传感器(磁极传感器)70以及脉冲发生器传感器(点火脉冲发生器)71。

转子角度传感器70对ACG起动机1的定子线圈进行通电控制。点火脉冲发生器71用来进行发动机E的点火控制，仅设置一个。转子角度传感器70以及点火脉冲发生器71，无论哪个都可以由霍尔IC或磁阻抗(MR)元件等构成。

转子角度传感器70以及点火脉冲发生器71的导线连接在基板72上，进而，在基板72上结合导线线束73。在外转子51的毂的外周，以使得在转子角度传感器70以及点火脉冲发生器71上都能作用到磁力的方式、嵌入两级磁化的磁环74。

在对应转子角度传感器70的磁环74的一个磁化带上，对应于定子52的磁极、形成在圆周方向以30度幅度间隔交互排列的N极和S极，在对应于点火脉冲发生器71的磁环74的另一个磁化带上，于圆周方向的一个部位的15度至40度范围形成磁化部。

ACG起动机1在发动机E起动时起到起动电机(同步电机)的作用，从电瓶供给的电流使曲轴24转动从而起动发动机E。而在发动机起动之后起到同步发电机的作用，以发电的电流向电瓶充电，并向各个电装部供给电流。

图5是包括ACG起动机1的电装***的框图。设置在控制装置66内的ECU75具有电机驱动回路81。电机驱动回路81例如由MOS-FET构成，将ACG起动机1产生的三相交流进行全波整流，同时，作为电机动作时将来自电瓶13的电流供给到ACG起动机1。

在ECU75上连接转子角度传感器70、点火脉冲发生器71、节流传感器79、以及油温传感器80，各个传感器的检测信号供给到ECU75。另外，在ECU75上连接点火线圈77，在点火线圈77的次级侧连接火花塞78。

进而，在ECU75上连接起动开关76、起动继电器88、停止开关89、90、停止灯91、备用指示器92、电瓶指示器98、机动脚踏车起动机(才-トバイスタ)99、以及车头灯11。在车头灯11上设置调光器开关100。

通过主保险丝101以及主开关102从电瓶13向上述各部供给电流。电瓶13具有：通过起动机继电器88直接连接在ECU75上，另一方面，不通过主开关102而仅仅通过主保险丝101连接到ECU75的回路。

另外，在ECU75上设置停止和前进控制部84、起动时反转控制部85、以及停止时反转控制部86。停止和前进控制部84进行发动机的自动停止以及再起动的控制。起动时反转控制部85在通过起动开关76发动机起动时，将曲轴24反转到规定的位置，然后使其正转。停止时反转控制部86在发动机自动停止时，将曲轴24反转到规定位置。设置这些反转控制部85、86是用来提高接着的发动机起动性能的。这样，把使曲轴24准备到接着的起动时反转称为转回(スイングバツク)。

停止和前进控制部84在车辆停止时，或在行驶中满足预定的停止条件时，将发动机自动停止，在发动机自动停止后，满足节流阀开启等的再起动条件时，将ACG起动机1自动驱动使发动机再起动。

下面，说明转回。ECU75的起动时反转控制部85，在起动开关76起动发动机时，将曲轴24一度反转到正转时的负荷扭矩变小的位置为止停止之后，再将ACG起动机1向正转方向驱动起动发动机E。到起动为止进行下面的动作。首先，将曲轴24反转到上止点的正前、设定在排气阀的开闭动作范围的停止位置。所述停止位置设定在爆发冲程完了排气时排气阀开启的位置，从反转方向看的话，是用来使排气阀关闭、活塞上升到上止点为止的负荷增大的为止。具体的将在后文中描述。

下面，以小于反转到上述停止位置为止时的输出对ACG起动机1向反转方向赋能。通过所述后者向反转方向赋能，可以抑制控制停止反转时的回摆，在所期望的为止停止曲轴24。

参照图来说明所述动作。图6是表示起动时转动曲轴的扭矩和曲轴角度的关系的图。如图所示，起动时转动曲轴的扭矩在上止点，即曲轴角0度以及720度附近分别达到最大。另外，在反转时和正转时，起动时转动曲轴的扭矩的最大位置和最小位置变为相反。即，当反转时、起动时转动曲轴的扭矩为最大的位置，与正转时、起动时转动曲轴的扭矩为最小的位置大致一致。因此，只要可以在从起动时转动曲轴的扭矩为最小的位置到趋于正转的范围、停止曲轴24，就可以容易地借助正转进行起动，起动时转动曲轴的扭矩为最大位置为止的转动角较大，所以，可以以较大的惯性扭矩超越上止点。

本实施例中，以使起动的最终停止位置处于曲轴角度60度～180度的范围的方式，考虑到回摆设定所述范围和压缩上止点之间的停止位置。排气阀在爆发冲程曲轴角约为60度处开始打开，排气阀在曲轴角约为180度处完全打开。即，上述曲轴角度60度～180度的范围，与排气阀进行开闭动作的期间相对应。

图7是表示曲轴角度和ACG起动机1的转数的关系的图。在该图中，从曲轴24的位置A、B、C开始反转，在停止位置D停止用于反转的驱动。在停止位置D停止反转的驱动时，不能为了回摆在预定的停止范围停止曲轴24。在此，反转ACG电机1，从而在反转到停止位置D为止停止时抑制回摆。在所述反转时，只要从ACG电机1输出对抗回摆的较小的扭矩就可以。从而，防止较大的回摆、使曲轴24停止在预定的停止位置范围内的最终停止位置F。

图8是表示现有的起动动作的图。使曲轴24从Aa、Ba、Ca位置开始反转，在预定位置使反转停止时，存在对应Aa、Ba、Ca位置和停止位置的距离的回摆，曲轴24分别在Ab、Bb、Cb处最终停止。停止位置为止的距离从较短位置Ca反转时，回摆较小，所以曲轴24停止在所期望的停止范围；然而，在从其他的位置反转时，回摆较大，所以曲轴24不停止在所期望的停止范围。根据本实施例，可以消除这样的现有技术的不稳定性，可以使曲轴24经常停止在所期望的范围。

而且，根据可以用转子角度传感器70检测的曲轴角，可以判断曲轴24到达了预定的位置。

下面，说明发动机起动时的反转控制。图9是发动机起动时的反转控制的流程图。在步骤S10，判断是否有发动机起动指令。起动开关76接通时，步骤S10为肯定，并进入步骤S11。在步骤S11使曲轴24反转。在步骤S12判断曲轴24是否反转到停止位置。停止位置设定在从上止点(曲轴角0度)前进60度的位置。

步骤S12变为肯定时，在步骤S13停止ACG电机1的驱动。在步骤S14再次驱动ACG电机1，从而反转曲轴24。所述再次的反转，使构成用来控制ACG电机1的电机驱动回路81的MOS-FET的接通负荷，小于停止位置为止的反转时、减小输出扭矩。在步骤S15判断是否以小的输出扭矩将反转进行了预定时间，该判断为肯定时，停止ACG电机1的赋能，终止起动时反转。

反转控制不仅在发动机起动时进行，也可以在发动机停止时进行。例如，起动和停止控制，必须在节流阀开度开启时直接进行点火动作。因此，只要以响应开启节流阀的动作迅速地进行点火动作的方式、在起动和停止控制的根处进行用来在发动机停止时起动的曲轴24的反转，就可以在下面的起动操作时迅速地起动发动机。

图10是停止时反转控制的流程图。在步骤S21判断发动机是否已停止。当发动机停止时步骤S21为肯定，并进入S22。在步骤S22反转曲轴24。在步骤S23判断曲轴24是否反转到停止位置。如果S23为肯定，就在步骤S24停止ACG电机1的驱动。在步骤S25再次以反转曲轴24的方式驱动ACG电机1。以所述再次的反转使构成驱动回路81的MOS-FET的接通负荷减小，与起动时反转控制相同。在步骤S26判断是否以小的输出扭矩将反转进行了预定时间，该判断为肯定时，停止ACG电机1的赋能，终止发动机停止时的反转。

图1是表示用于起动时以及停止时的反转控制的机能的框图。起动检测部110检测出起动开关76接通，并检测出发动机有起动动作，对第一反转部111赋能。第一反转部111向电机驱动回路81输出使ACG电机1反转的指令。使ACG电机1响应该指令反转。地狱反转停止部112在反转开始后监视曲轴24是否转动到预定的停止位置，当曲轴24转动到停止位置时，向第一反转部111输出反转停止指令。可以根据可以借助转子角度传感器70的输出识别的曲轴角，判断曲轴24是否转动到了停止位置。

另外，由于曲轴角度传感器70的输出信号的间隔，即曲轴脉冲间隔，是曲轴24的角速度的参数，所以，将第一反转停止部112，以根据曲轴脉冲间隔的长短来判断曲轴24的位置是否到达反转停止位置的方式构成。即，在高负荷区域，曲轴角速度变小，因而检测出角速度降低到预定的值为止，可以判断达到了高负荷区域。

此外，也可以借助定时器115来监视反转时间经过了规定时间，或借助电流检测部116减数ACG电机1的电流值上升到了锁定电流，从而进行判断。反转到停止位置时，预先设定比预测的时间长的时间，该时间，可以通过以小于上止点的超越扭矩的扭矩进行反转，在高负荷的停止位置使曲轴24停止。此时，即使直至经过了设定时间为止、到达高负荷区域，也以不超越上止点的小的扭矩驱动ACG电机1。另外，变为高负荷区域时，锁定电流流过ACG电机1，所以，只要在检测出所述锁定电流时停止ACG电机1，就可以在高负荷的停止位置使曲轴24停止。

借助第一反转停止部112的反转停止指令，作为用来抑制第二的反转、即回摆的反转指令，输入第二反转部113。第二反转部113，把借助来自第一反转部111的指令、以小于反转的扭矩使ACG电机1反转的指令输入电机驱动回路81。第二反转停止部114通过定时器117，在借助第二反转部113的指令开始反转后，监视是否经过了预定时间；当经过了所述预定时间时，向第二反转部113输出反转停止指令。

在上述实施例中，本发明适用于搭载在带有踏板的自动两轮车的发动机的起动装置。但是，本发明并不限于所述实施例，可以广泛适用于需要超越压缩冲程的高负荷区域进行起动的四冲程发动机。

根据本发明第一以及第二技术方案，可以使发动机反转并停止到压缩上止点附近的高负荷区域。特别是，根据第一技术方案，可以使发动机进行伴随起动操作反转到高负荷区域的动作。另外，根据第二技术方案，可以使发动机伴随发动机停止进行反转到高负荷区域的动作，所以，可以提高下面的发动机起动时的起动性能。

另外，根据本发明第三技术方案，由于在进行反转并停止到预定位置的动作之后，进而使起动电机向发动机的反转方向赋能，因而，可以控制在高负荷区域解除赋能时的回摆。而且，以小扭矩驱动起动电机，所以，仅仅抑制回摆，而不会使发动机反转到比停止位置负荷高的区域，可以使发动机正确停止在所期望的位置。

进而，根据本发明第四技术方案，可以以检测出通电电流超过规定值这样的简单构成来判断到达了停止位置。根据本发明第五技术方案，可以判断曲轴角的角速度减小并降低到预定的值时、到达了停止位置。

Claims (5)

1.一种发动机起动装置，其特征在于，具有：

可以使发动机正反旋转的起动电机；

检测发动机的曲轴角的曲轴角检测机构；

和控制机构；所述控制机构将所述起动电机驱动之后停止，从而响应发动机起动操作、使发动机反转到预先设定于正前的压缩上止点和排气阀的开闭动作范围之间的位置。

2.一种发动机起动装置，其特征在于，具有：

可以使发动机正反旋转的起动电机；

检测发动机的曲轴角的曲轴角检测机构；

和控制机构；所述控制机构将所述起动电机驱动之后停止，从而在发动机停止时，使发动机反转到预先设定于正前的压缩上止点和排气阀的开闭动作范围之间的位置。

3.如权利要求1或2所述的发动机起动装置，其特征在于，所述控制机构构成为：使发动机反转到所述位置之后，进而以小扭矩驱动所述起动电机，将所述发动机向反转方向赋能。

4.如权利要求1-3中的任一项所述的发动机起动装置，其特征在于，具备检测装置；所述检测装置以对所述起动电机的通电电流超过规定值、来判断发动机反转到了所述位置。

5.如权利要求1-3中的任一项所述的发动机起动装置，其特征在于，具备检测机构；所述检测机构根据所述曲轴角检测机构检测的曲轴角的变化，以该变化的速度下降到规定值、来判断发动机反转到所述位置。

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