DE112010005355B4

DE112010005355B4 - Steuerungsvorrichtung für eine brennkraftmaschine zur steuerung einer wasserpumpe

Info

Publication number: DE112010005355B4
Application number: DE112010005355.3T
Authority: DE
Inventors: Hideo Kobayashi; Kunihiko Hayashi; Akihito Hosoi; Masahide Ishikawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2018-08-02
Anticipated expiration: 2030-03-06
Also published as: CN102933813A; CN102933813B; US8590495B2; WO2011108117A1; JPWO2011108117A1; DE112010005355T5; US20120318213A1; JP5338970B2

Abstract

Steuerungsvorrichtung (1), eingerichtet für eine Brennkraftmaschine (100), die eine Rotation einer Kurbelwelle (18) der automatisch stoppenden und automatisch startenden Brennkraftmaschine (100) an eine Wasserpumpe (2) überträgt, welche Kühlwasser innerhalb der Brennkraftmaschine (100) zirkuliert, wobei die Steuerungsvorrichtung (1) aufweist:
eine Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob eine Kupplung (20) ein- oder ausgekuppelt werden soll, wenn eine Anfrage zum Starten der Brennkraftmaschine (100) gestellt wird;
eine Steuerungseinheit, die basierend auf einem Bestimmungsresultat der Bestimmungseinheit einen Kupplungszustand der Kupplung (20) steuert, bevor mit dem Ankurbeln der Brennkraftmaschine (100) begonnen wird; und
eine Schätzeinheit, welche einen Abnutzungszustand einer Kupplungsscheibe (211) der Kupplung (20) schätzt, wobei das Auskuppeln der Kupplung (20) untersagt wird, wenn die Schätzeinheit bestimmt, dass ein Abnutzungsgrad der Kupplungsscheibe (211) gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine zum Übertragen einer Rotation einer Kurbelwelle eines Motors an eine Wasserpumpe zum Zirkulieren von Kühlwasser innerhalb der Brennkraftmaschine.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Es ist ein Motor bekannt, der mit einer variablen Wasserpumpe, welche beliebig eine Wasserpumpe antreiben und stoppen kann, versehen ist. In solch einem Motor wird die Zirkulation von Kühlwasser beim Aufwärmen des Motors gestoppt, wodurch der Motor früher aufgewärmt wird und so der Kraftstoffverbrauch und die Emission verbessert werden. Obwohl eine elektrische Wasserpumpe bereits als die variable Wasserpumpe eingesetzt wurde, hat die elektrische Wasserpumpe hohe Kosten, benötigt hohe Leistung und eine Batterie mit einer hohen Kapazität.
Neben der elektrischen Wasserpumpe ist eine andere variable Wasserpumpe mit einer elektromagnetischen Kupplung bekannt. In solch einer anderen variablen Wasserpumpe wird eine Antriebswelle des Motors mit einer Antriebswelle der Wasserpumpe von einer elektromagnetischen Kupplung eingekuppelt oder ausgekuppelt, um eine Menge des Druckkühlwassers zu variieren. Diese variable Wasserpumpe mit elektromagnetischer Kupplung hat niedrigere Kosten als eine elektrische Wasserpumpe und hat als eine zur elektrischen Wasserpumpe alternative Technologie Aufmerksamkeit auf sich gezogen.
In der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung JP 2007-285268 A ist eine verbesserte variable Wasserpumpe mit elektromagnetischer Kupplung beschrieben. In der in JP 2007-285268 A beschriebenen Wasserpumpe wird eine Spule der elektromagnetischen Kupplung in einem niedrigeren Lastzustand mit Strom beaufschlagt bzw. bestromt, um eine durch die Wasserpumpe zugeführte Kühlwassermenge zu reduzieren.
In der deutschen Patentanmeldung DE 102 48 552 A1 wird eine mechanisch angetriebene Wasserpumpe mit minimiertem Energieaufwand beschrieben, die grundsätzlich ausgeschaltet ist und nur dann beim Start des Motors eingeschaltet wird, wenn sie wirklich benötigt wird, das heißt, wenn beispielsweise die Kühlmitteltemperatur einen vorgegebenen Temperaturwert von z.B. 80°C überschreitet.
Die Erfindung gemäß der deutschen Patentanmeldung DE 10 2008 005 437 A1 betrifft ein System mit einem Steuergerät, das eine Überwachungsroutine ausführt, die eine minimale Zeitspanne zwischen zwei Kupplungsbetätigungen vorsieht, um die Gesamtlebensdauer einer Kupplung zu erhöhen und Energie einzusparen.
Die europäische Patentanmeldung EP 1 319 857 A1 betrifft eine Kupplungsverschleiß-Überwachungsschaltung, die über Sensoren eine Kupplungskennlinie ermittelt und über einen Diagnosecomputer aus dieser Kennlinie die notwendige Wartung der Kupplung ermittelt.
Die deutsche Patentanmeldung DE 44 12 438 C1 bezieht sich auf ein Verfahren zum automatischen An-/Abstellen eines Verbrennungsmotors über eine Start-StoppEinrichtung, die nur im Stillstand des Motors aktiv ist, um die Motorleerlaufzeit zu verkürzen.
Die deutsche Patentanmeldung DE 103 09 548 A1 beschreibt eine elektromagnetische Reibscheibenkupplung, in der in einer Einschaltphase von Aggregaten in Fahrzeugen eine magnetische Flussdichte von einem Elektromagneten zumindest kurzfristig erhöht wird, sodass das zulässige Schaltmoment erhöht wird. Somit kann die erforderliche Magnetkraft für das dauerhafte Übertragen eines an der Kupplung anliegenden Moments deutlich unter der „Einschaltmagnetkraft“ liegen, sodass die thermische Belastung der Kupplung unbedenklich wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDEN PROBLEME
Jedoch erhöht in der variablen Wasserpumpe mit der elektromagnetischen Kupplung das Einkuppeln oder Auskuppeln der Kupplung die Abnutzung einer Kupplungsscheibe. Auf diese Weise wird ein Antriebszustand, in welchem die abwechselnde Einkupplung und Auskuppelung häufig wiederholt wird, fortgeführt, so dass die Kupplung rutschen und nicht eingekuppelt werden könnte. Insbesondere in einem Fahrzeug, welches einen ECO-Betrieb bzw. Sparbetrieb ausführt, wird der Motor häufig gestartet oder gestoppt. In einem Fall, in welchem die Einkuppelung und Auskuppelung der Kupplung als Antwort auf das Starten und das Stoppen des Motors ausgeführt werden, könnte die Abnutzung der Kupplung zunehmen, so dass die Einkupplung der Kupplung nicht mehr ausgeführt werden könnte. Wenn auf diese eine Weise die Einkupplung nicht mehr ausgeführt werden kann, kann die Wasserpumpe nicht angetrieben werden. Folglich könnte das zu einem Überhitzen des Motors führen.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Motor bereitzustellen, welcher mit einer durch eine durch Einkupplung einer Kupplung übertragene Antriebskraft angetriebenen Wasserpumpe versehen ist, wodurch eine durch Einkupplung und Auskupplung der Kupplung verursachte Abnutzung der Kupplung unterdrückt wird und die Kupplung in einem Zustand hoher Zuverlässigkeit beibehalten wird.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER AUFGABEN
Die Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung durch eine Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine gelöst, die eine Rotation einer Kurbelwelle der automatisch stoppenden und automatisch startenden Brennkraftmaschine an eine Wasserpumpe überträgt, die Kühlwasser innerhalb der Brennkraftmaschine zirkuliert. Die Steuerungsvorrichtung weist Folgendes auf: eine Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob eine Einkupplung oder Auskupplung der Kupplung vorliegt, wenn eine Anfrage zum Starten der Brennkraftmaschine gestellt wird, und eine Steuerungseinheit, welche basierend auf einem Bestimmungsresultat der Bestimmungseinheit einen Kupplungszustand der Kupplung steuert, bevor mit dem Ankurbeln der Brennkraftmaschine gestartet wird. Mit solch einer Konfiguration wird das Einkuppeln oder das Auskuppeln ausgeführt, bevor sich die Kurbelwelle zu drehen beginnt, wodurch die Abnutzung der Kupplung unterdrückt wird und die Kupplung in einem Zustand mit hoher Zuverlässigkeit beibehalten wird.
In solch einer Steuerungsvorrichtung für die Kupplung kann die Bestimmungseinheit basierend auf einem Aufwärmzustand der Brennkraftmaschine beim Stellen der Anfrage zum Starten der Brennkraftmaschine bestimmen, ob die Kupplung ein- oder ausgekuppelt ist. Wenn folglich das Aufwärmen der Brennkraftmaschine bereits abgeschlossen ist, wird Ankurbeln durch das Einkuppeln der Kupplung ausgeführt, wodurch die Abnutzung der Kupplung unterdrückt wird.
Die Steuerungsvorrichtung für die Kupplung weist eine Schätzeinheit auf, welche einen Abnutzungszustand einer Kupplungsscheibe einer Kupplung schätzt, wobei das Auskuppeln der Kupplung untersagt wird, wenn die Schätzeinheit bestimmt, dass ein Abnutzungsgrad der Kupplungsscheibe gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist. Mit solch einer Konfiguration wird die Einkupplung der Kupplung beibehalten, wodurch eine unnötige Abnutzung durch abwechselndes Wiederholen des Ein- und Auskuppeln der Kupplung unterdrückt wird.
Die Steuerungsvorrichtung für die Kupplung mit der Schätzeinheit kann so ausgebildet sein, dass das Auskuppeln der Kupplung untersagt wird, wenn die Brennkraftmaschine aufgewärmt ist. Mit solch einer Konfiguration kann das Einkuppeln der Kupplung während der Kurbelwellenrotation nach dem Ankurbeln vermieden werden.
In solch einer Steuerungsvorrichtung für die Kupplung mit der Schätzeinheit kann die Schätzeinheit basierend auf der Anzahl von Einkupplungen der Kupplung der Abnutzungsgrad der Kupplung schätzen. Folglich kann eine Zunahme des Abnutzungsgrads der Kupplung mit zunehmender Anzahl an Einkupplungen angenommen werden.
Solch eine Steuerungsvorrichtung für die Kupplung kann eine Schätzeinheit, welche einen Abnutzungszustand einer Kupplungsscheibe einer Kupplung schätzt, und ein System aufweisen, welches die Brennkraftmaschine automatisch stoppt und automatisch startet, wobei ein automatischer Stopp und ein automatischer Start der Brennkraftmaschine durch das System untersagt werden können, wenn die Schätzeinheit bestimmt, dass der Abnutzungsgrad der Kupplungsscheibe gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist. Solch eine Konfiguration kann ein häufiges Stoppen der Brennkraftmaschine unterdrücken, wodurch die abwechselnde Wiederholung des Ein- und Auskuppelns der Kupplung reduziert und deren Abnutzung unterdrückt werden kann.
Solch eine Steuerungsvorrichtung für die Kupplung kann ein System, welches die Brennkraftmaschine automatisch stoppt und automatisch startet, und eine Bestimmungseinheit aufweisen, welche basierend auf einem Spannungszustand einer Batterie bestimmt, ob ein automatischer Stopp und ein automatischer Start der Brennkraftmaschine erlaubt oder untersagt sind. Mit solch einer Konfiguration wird die Kupplung ausgekuppelt, wenn ein Leistungsmangel auftritt, wodurch die Abnutzung der Kupplung unterdrückt wird.
Solch eine Steuerungsvorrichtung für die Kupplung kann ein System aufweisen, das die Brennkraftmaschine automatisch stoppt und automatisch startet, wobei, wenn beim automatischen Starten der Brennkraftmaschine durch das System eine Spannung einer Batterie niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, die Einkupplung der Kupplung untersagt werden kann, bevor mit dem Ankurbeln der Brennkraftmaschine begonnen wird. Solch eine Konfiguration kann verhindern, dass eine Abnutzung durch Lockern beziehungsweise Lösen der in Eingriff befindlichen Kupplung und Rutschen der Kupplungsscheibe aufgrund des Leistungsmangels erhöht wird.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
In einer Steuerungsvorrichtung für eine Kupplung gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Kupplung ein- oder ausgekuppelt, bevor eine Kurbelwelle sich zu drehen beginnt, wodurch eine Abnutzung der Kupplung unterdrückt wird und die Kupplung in einem Zustand hoher Zuverlässigkeit beibehalten wird.
Figurenliste
Es zeigen:

1 ein schematisches Schaubild eines mit einer Steuerungsvorrichtung für eine Kupplung montierten Motors;
2 ein schematisches Schaubild eines Querschnitts einer Wasserpumpe;
3 einen Steuerungsablauf über eine Antriebsbestimmung der Wasserpumpe und ein Umschalten einer Kupplungseinheit;
4 ein Schaubild von Beispielen von Wasserstoppzeitpunkten und Wasserzirkulationszeitpunkten im Motor;
5 ein Schaubild eines Bereichs, in welchem ein Wasserstopp ausgeführt wird, nachdem der Motor angekurbelt wurde; und
6 einen Steuerungsablauf einer Einkupplung und Auskupplung der Kupplungseinheit basierend auf einem Batteriezustand.

AUSFÜHRUNGSARTEN DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein schematisches Schaubild einer Brennkraftmaschine bzw. eines Motors 100, an dem eine Steuerungsvorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel montiert ist. Beispielsweise ist der Motor 100 an ein Fahrzeug montiert und angetrieben. Der Motor 100 weist einen Motorhauptkörper 3, einen Kühler 4, einen Ausgleichsbehälter 5, einen Heizkörper 6 und ein Thermostat 7 auf. Innerhalb des Motorhauptkörpers 3 ist ein Wassermantel 8 ausgebildet, durch welchen Kühlwasser strömt und welcher mit Rohren 9 verbunden ist, die einen Durchgang derart definieren, dass das Kühlwasser durch eine Wasserpumpe 2, den Kühler 4, den Ausgleichsbehälter 5, den Heizkörper 6, das Thermostat 7 und den Wassermantel 8 zirkuliert.
Die Steuerungsvorrichtung 1 ist mit einer elektronischen Steuerungseinheit (ECU) 10 versehen. Die ECU 10 ist ein digitaler Computer, der eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Arbeitsspeicher (RAM), einen Nur-Lese-Speicher (ROM) und Eingangs-/Ausgangsanschlüsse aufweist, welche miteinander durch Zwei-Wege-Busse verbunden sind. Die ECU 10 empfängt und überträgt Signale von und an verschiedene Sensoren und Betriebsvorrichtungen, welche zum Steuern des Motors vorgesehen sind, und steuert den Motor 100. In diesem Ausführungsbeispiel ist die ECU 10 elektrisch mit einem Wassertemperatursensor 11 zum Messen einer Wassertemperatur innerhalb des Wassermantels 8, einem Ansauglufttemperatursensor 12 zum Messen einer Ansauglufttemperatur, einem Motordrehzahlsensor 13 zum Messen einer Drehzahl des Motors 100, einem Beschleunigeröffnungssensor 14 zum Messen einer Beschleunigeröffnung und einem Stromsensor 16 zum Messen eines elektrischen Stroms einer Batterie 15 verbunden. Die Batterie 15 ist auch elektrisch mit einem Generator 17 verbunden. Die ECU 10 empfängt Signal von diesen Sensoren, erhält einige Informationen über den Motor 100 und erfasst den Zustand des Motors 100. Die ECU 10 stoppt automatisch und startet automatisch den Motor 100 basierend auf dessen Zustand, d.h. die ECU 10 kann einen ECO-Betrieb ausführen. Ebenso ist die ECU 10 elektrisch mit einer Spule 27 der Wasserpumpe 2 verbunden, wie nachfolgend beschrieben wird. Die ECU 10 ändert basierend auf dem Zustand des Motors 100 die Stromzufuhr der Wasserpumpe 2.
Als nächstes wird die Wasserpumpe 2 detailliert beschrieben. Die Wasserpumpe 2 zirkuliert das Kühlwasser durch den durch den Wassermantel 8 und die Rohre 9 bestimmten Durchgang. Die Wasserpumpe 2 ist mit der Kurbelwelle 18 des Motorhauptkörpers 3 über einen Riemen 26 gekoppelt und die Rotation der Kurbelwelle 18 wird an die Wasserpumpe 2 übertragen, um die Wasserpumpe 2 anzutreiben.
2 ist ein schematisches Schaubild eines Querschnitts der Wasserpumpe 2. Die Wasserpumpe 2 weist eine Welle 21, einen mit einem Ende der Welle 21 gekoppelten Impeller bzw. Laufrad 22 und eine Kupplungseinheit 20 auf. Die Welle 21 ist durch Lager 23 gelagert. Das Laufrad 22 ist innerhalb des Wassermantels 8 angeordnet. Die Welle 21 rotiert derart, dass das Laufrad rotiert, wodurch das Kühlwasser strömt und durch den Kühldurchgang zirkuliert. Die Kupplungseinheit 20 weist eine bewegliche Rolle beziehungsweise Laufrolle 24, die Spule 27, eine Ankerplatte 28 und eine Blattfeder 29 auf.
Die Laufrolle 24 ist an der radial äußeren Umfangsseite der Welle 21 angeordnet. Die Laufrolle 24 ist durch Lager 25 gelagert und drehbar um die gleiche Achse wie die der Welle 21 angeordnet. Der Riemen 26 ist um die radial äußere Umfangsseite der Laufrolle 24 gewickelt bzw. aufgezogen. Die Rotation der Kurbelwelle 18 wird über diesen Riemen 26 an die Laufrolle 24 übertragen. Ferner ist die Spule 27 innerhalb der Laufrolle 24 angeordnet.
Des Weiteren ist die Ankerplatte 28 an einer Seite angeordnet, die zu der Seite der Welle 21 entgegengesetzt ist, mit welcher das Laufrad 22 verbunden ist. Die Ankerplatte 28 ist durch einen Befestigungsabschnitt 210 als ein Teil der Welle 21 und die Blattfeder 29 an die Welle 21 montiert und derart angeordnet, dass eine Distanz zwischen der Welle 21 und der Ankerplatte 28 im Wesentlichen gleich einer Distanz zwischen der Welle 21 und der innerhalb der Laufrolle 24 angeordneten Spule 27 ist. Ferner ist die Seite der Ankerplatte 28 zur Laufrolle 24 mit einer Kupplungsscheibe 211 befestigt. Ebenso besteht die Ankerplatte 28 aus Werkstoffen wie beispielsweise Nickel, Kobalt oder ferromagnetischen Legierungen. Die ECU 10 bestromt die Spule 27, um ein magnetisches Feld zu erzeugen, und dann wird die Ankerplatte 28 in Richtung der Laufrolle 24 derart gezogen, dass die Kupplungsscheibe 211 mit der Laufrolle 24 in Eingriff gelangt. Wenn die Kupplungsscheibe 211 mit der Laufrolle 24 in Eingriff steht und die Kurbelwelle 18 rotiert, wird die Antriebskraft an die Welle 21 übertragen, wodurch die Welle 21 rotiert wird. Die Welle 21 wird durch die von der Kurbelwelle 14 erhaltene Antriebskraft derart rotiert, dass die Wasserpumpe 2 das Wasser zirkuliert. Um sie andererseits mit der Kupplungsscheibe 211 außer Eingriff zu bringen, wird die Bestromung der Spule 27 unterbrochen. Dazu wird die Ankerplatte 28 durch die Federkraft der Blattfeder 29 zu der Ausgangsposition zurückgeführt, und dann bewegt sich die Kupplungsscheibe 211 von der Laufrolle 24 weg.
Die Steuerungsvorrichtung 1 mit solch einer Konfiguration schaltet die Kupplungseinheit 20 zwischen der Einkupplung und der Auskupplung um, um die Wasserpumpe 2 zwischen dem Antreiben (Wasserzirkulation) und dem Stoppen (Wasserstopp) umzuschalten. Die ECU 10 bestimmt, ob die Wasserpumpe 2 anzutreiben ist, und sie bestimmt, ob die Einkupplung oder die Auskupplung der Kupplungseinheit 20 auszuführen ist. Auf der Basis der Bestimmung wird die Kupplungseinheit 20 zwischen der Einkupplung und der Auskupplung umgeschaltet.
Als nächstes wird eine Steuerung einer Antriebsbestimmung der Wasserpumpe 2 und einer Umschaltung der Kupplungseinheit 20 durch die ECU 10 beschrieben. 3 ist ein Steuerungsablauf über eine Antriebsbestimmung der Wasserpumpe 2 und eine Umschaltung der Kupplungseinheit 20. Dies wird nachfolgend unter Bezugnahme auf den in 3 dargestellten Ablauf beschrieben.
In Schritt S11 erhält die ECU 10 eine Anfrage zum Starten des Motors 100. D.h., diese Steuerung startet basierend auf der Anfrage zum Starten des Motors 100. Nachdem die ECU 10 den Prozess von Schritt S11 beendet hat, geht der Prozess zu Schritt S12.
Die ECU 10 bestimmt in Schritt S12, ob sich der Zustand in dem Wasserstoppausführungsbereich befindet. Es wird basierend auf der Temperatur des Motorkühlwassers bestimmt, ob der Zustand sich in dem Wasserstoppausführungsbereich befindet. D.h., dass die ECU 10 beim Stellen der Anfrage zum Starten des Motors 100 basierend auf dem Aufwärmzustand des Motors 100 bestimmt, ob die Einkupplung oder die Auskupplung der Kupplungseinheit 20 auszuführen ist. Insbesondere, wenn die ECU 10 bestimmt, dass die Temperatur des Motors 100 nicht die Temperatur erreicht, bei der das Aufwärmen abgeschlossen ist, bestimmt die ECU 10, dass der Zustand sich in dem Wasserstoppausführungsbereich befindet.
Wenn die ECU 10 „JA“ in Schritt S12 bestimmt, d.h. wenn die ECU 10 bestimmt, dass sich der Zustand in dem Wasserstoppausführungsbereich befindet, geht der Prozess zu Schritt S13.
Die ECU 10 stoppt in Schritt S13 die Stromzufuhr der Spule 27, um die Auskupplung der Kupplungseinheit 20 auszuführen. Folglich, selbst wenn das Ankurbeln des Motors 100 startet und dann die Kurbelwelle 18 anschließend zu drehen beginnt, wird die Wasserpumpe 2 in dem Stoppzustand beibehalten. Wenn nach dem Starten des Motors 100 das Wasser gestoppt wird, wird auf diese Weise die Kupplungseinheit 20 ausgekuppelt, bevor mit dem Ankurbeln des Motors 100 begonnen wird. Dies reduziert die Anzahl der Einkupplungen der Kupplung nach dem Start, wodurch die Abnutzung der Kupplungsscheibe 211 unterdrückt wird. Wenn die ECU 10 den Schritt S13 beendet, geht der Prozess zu Schritt S15.
Wenn andererseits die ECU 10 „NEIN“ in Schritt S12 bestimmt, d.h. wenn die ECU 10 bestimmt, dass sich der Zustand nicht in dem Wasserstoppausführungszustand befindet, geht der Prozess zu Schritt S14.
In Schritt S14 bestromt die ECU 10 die Spule 27, um die Kupplungseinheit 20 einzukuppeln. Folglich wird das Ankurbeln ausgeführt und die Kurbelwelle 18 beginnt danach zu rotieren, so dass die Rotationskraft über den Riemen 26 an die Welle 21 übertragen wird, um das Antreiben der Wasserpumpe 2 zu beginnen. Wenn das Zirkulieren des Wassers zeitgleich mit dem Starten beginnt, wird die Einkupplung der Kupplungseinheit 20 ausgeführt, bevor das Ankurbeln des Motors 100 beginnt. Wenn die Einkupplung der Kupplungseinheit 20 nach dem Ankurbeln ausgeführt wird, nimmt die Abnutzung der Kupplungsscheibe 211 zu, weil eine Rotationsdifferenz bzw. ein Schlupf zwischen der Kurbelwelle 18 und der Welle 21 der Wasserpumpe 2 vorliegt. Die Einkupplung der Kupplungseinheit 20 wird ausgeführt, bevor das Ankurbeln des Motors 100 beginnt, wodurch die Abnutzung der Kupplungsscheibe 211 unterdrückt wird. Wenn die ECU 10 den Prozess von Schritt S14 beendet, geht der Prozess zu Schritt S15.
In Schritt S15 beginnt die ECU 10 das Ankurbeln des Motors 100. D.h., der Motor 100 startet. Wenn die ECU 10 den Prozess von Schritt S15 beendet, kehrt der Prozess zurück.
Selbst wenn in der obigen Steuerung die ECU 10 in Schritt S12 bestimmt, dass die Kühlwasserzirkulation erforderlich ist und sich der Zustand in dem Wasserstoppausführungsbereich befindet, führt die ECU 10 die Einkupplung der Kupplungseinheit 20 aus, um die Wasserpumpe 2 anzutreiben. Solch ein Fall einer Bestimmung, dass die Kühlwasserzirkulation erforderlich ist, ist beispielsweise ein Fall, in welchem das Kühlwasser am Kochen im Wassermantel 8 gehindert wird, ein Fall, in welchem eine wärmeempfindliche Steuerung durch den Wassertemperatursensor 11 ausgeführt wird, ein Fall, in welchem eine Anfrage zum Starten einer Heizvorrichtung gestellt wird, und ein Fall, welcher zum Überhitzen des Motors 100 führt.
Ferner, wenn die ECU 10 den Abnutzungszustand der Kupplungsscheibe 211 der Kupplungseinheit 20 schätzt und bestimmt, dass ein Abnutzungsbetrag der Kupplungsscheibe 211 größer als ein vorbestimmter Wert ist, kann die ECU 10 die Einkupplung der Kupplungseinheit 20 und den ECO-Betrieb beim Aufwärmen des Motors untersagen. Wenn beispielsweise die ECU 10 die Anzahl an Einkupplungen der Kupplungseinheit 20 zählt und die Anzahl der Einkupplungen der Kupplungseinheit 20 größer als ein vorbestimmter Wert ist, bestimmt die ECU 10, dass der Abnutzungsbetrag der Kupplungsscheibe 211 größer als ein vorbestimmter Wert ist. Wenn die Anzahl an Einkupplungen der Kupplungseinheit 20 größer als ein vorbestimmter Wert ist, führt die ECU 10 die Einkupplung der Kupplungseinheit 20 aus, bevor das Ankurbeln des Motors 10 beginnt, und untersagt den Wasserstopp während des Aufwärmens des Motors 100. Wenn der Wasserstopp ausgeführt wird, wird die Einkupplung der Kupplungseinheit 20 ausgeführt, nachdem der Wasserstopp ausgeführt ist, so dass eine Zunahme der Abnutzung der Kupplungsscheibe 211 nicht verhindert werden kann. Jedoch wird die Einkupplung der Kupplungseinheit 20 ausgeführt, um den Wasserstopp vor dem Beginnen des Anwerfens des Motors 100 zu untersagen, wodurch die Abnutzung der Kupplungsscheibe 211 unterdrückt wird.
Das Ein- und Auskuppeln der Kupplungseinheit 20 werden abwechselnd und ohne Rücksicht wiederholt ausgeführt, so dass die Abnutzung der Kupplungsscheibe 211 zunimmt. Wenn die Abnutzung der Kupplungsscheibe 211 zunimmt, könnte die Antriebskraft von der Kurbelwelle 18 nicht an die Welle 21 der Wasserpumpe 2 übertragen werden, so dass es sein könnte, dass die Wasserpumpe 2 nicht angetrieben wird. Auf diese Weise könnte der Motor 100 überhitzen. Bevor die Abnutzung der Kupplungsscheibe 211 zunimmt das Einkuppeln unmöglich macht, werden die Wasserstoppsteuerung und der ECO-Betrieb, welche zur Abnutzung der Kupplungsscheibe 211 führen, untersagt, wodurch eine Überhitzung des Motors verhindert wird. Ferner wird der Wasserstopp während des Aufwärmens untersagt, wodurch die vorbeugenden Wirkungen gegen die Abnutzung der Kupplungsscheibe 211 verbessert werden.
Im Allgemeinen ist der Abnutzungsbetrag der Kupplungsscheibe 211 basierend auf der Lebensdauer des Motors 100 gestaltet. Jedoch wird angenommen, dass die Anzahl an Einkupplungen größer als die geschätzte Anzahl an ECO-Betriebe ist, in welchem jeweils der Start und der Stopp abwechselnd wiederholt werden. Der Abnutzungszustand der Kupplung kann basierend auf der Anzahl der Einkupplungen geschätzt werden. Die Anzahl der Einkupplungen wird in der ECU 10 gespeichert, um die Abnutzungsgrenze zu schätzen, und die Einkupplung der Kupplung und der durch den Wasserstopp bewirkte ECO-Betrieb werden untersagt.
Nachfolgend werden Beispiele eines Wasserstoppzeitpunkts bzw. einer Wasserstoppzeitsteuerung und eines Wasserzirkulationszeitpunkts bzw. einer Wasserzirkulationszeitsteuerung in dem Motor 100 beschrieben. 4 ist ein Schaubild von Beispielen der Wasserstoppzeitsteuerung und der Wasserzirkulationszeitsteuerung in dem Motor 100. Die Vertikalachse in 4 stellt eine Kühlwassertemperatur des Motors 100 dar und die Horizontalachse in 4 stellt eine verstrichene Zeit seit dem Motorstart dar. In 4 stoppt das Wasser von dem Zeitpunkt an, an dem Motor 100 startet, bis zu dem Zeitpunkt, an dem das Aufwärmen endet. D.h., in der Steuerungsvorrichtung 1 wird die Auskupplung der Kupplungseinheit 20 ausgeführt, bevor der Motor 100 startet (das Ankurbeln startet), und das Einkuppeln der Kupplungseinheit 20 wird ausgeführt, wenn das Aufwärmen endet. Ferner wird, nachdem der Motor startet, basierend auf der Kühlwassertemperatur, der Drehzahl und der Kraftstoffeinspritzmenge des Motors 100 bestimmt, dass der Wasserstopp oder die Wasserzirkulation ausgeführt wird. 5 ist ein Schaubild des Wasserstoppausführungsbereichs, nachdem der Motor 100 angekurbelt worden ist. Die Vertikalachse in 5 stellt eine Motordrehzahl dar und die Horizontalachse in 5 stellt eine Motorkühlwassertemperatur dar. Wenn ein Motordrehzahlwert und ein Motorkühlwassertemperaturwert innerhalb eines durch schräge Linien in 5 dargestellten Bereichs fallen, wird der Wasserstopp ausgeführt. D.h., die Auskupplung der Kupplungseinheit 20 wird ausgeführt. Wenn ferner die Kraftstoffeinspritzmenge größer als ein vorbestimmter Wert ist, könnte der Motorhauptkörper 3 eine hohe Temperatur haben. Folglich führt die Steuerungsvorrichtung 1 die Wasserzirkulation aus, selbst wenn der Motordrehzahlwert und der Motorkühlwassertemperaturwert innerhalb des Wasserstoppbereichs fallen. Die hier verwendete Kraftstoffeinspritzmenge wird durch die ECU 10 auf der Basis von mehreren Informationen hinsichtlich des Motorzustands wie beispielsweise einer Motordrehzahl und einer Beschleunigeröffnung berechnet.
Wie oben beschrieben, bestimmt die Steuerungsvorrichtung 1 beim Stellen der Anfrage zum Starten des Motors 100 die Einkupplung oder Auskupplung der Kupplungseinheit 20 und schaltet den Zustand der Kupplungseinheit 20 um, bevor die Kurbelwelle 18 beginnt zu rotieren. Folglich wird die Abnutzung der Kupplungsscheibe 211 unterdrückt und die Wasserpumpe 2 wird mit hoher Zuverlässigkeit gestoppt oder angetrieben.
Als nächstes wird ein weiterer Steuerungsprozess der Steuerungsvorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben. In dem vorliegenden Steuerungsprozess bestimmt die ECU 10 der Steuerungsvorrichtung 1 basierend auf dem Zustand der Batterie 15, ob die Einkupplung oder Auskupplung der Kupplungseinheit 20 ausgeführt wird. 6 ist ein Steuerungsablauf der Einkupplung und der Auskupplung der Kupplungseinheit 20 durch die ECU 10 basierend auf dem Zustand der Batterie 15. Diese wird nachfolgend unter Bezugnahme auf den Ablauf in 6 beschrieben.
Die ECU 10 erhält die Anfrage zum Starten des Motors in Schritt S21. D.h., diese Steuerung startet, sobald die Anfrage zum Starten des Motors gestellt wurde. Wenn die ECU 10 den Prozess von Schritt S21 beendet, geht der Prozess zu Schritt S22.
Die ECU 10 bestimmt in Schritt S22, ob die Spannung der Batterie 15 gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist. Alternativ kann die ECU 10 bestimmen, ob der Strom der Batterie 15 gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist. Die Spannung der Batterie 15 wird durch den Stromsensor 16 bestimmt. Wenn die Spannung der Batterie 15 niedriger ist, ist der durch den Stromsensor 16 gemessene Strom ebenso niedriger. Daher kann eine Reduzierung der Spannung der Batterie 15 basierend auf Werten von dem Stromsensor 16 bestimmt werden. Ferner, wenn sich die Batterie 15 verschlechtert, ist die Spannung der Batterie 15 niedriger. Daher kann ebenso die Verschlechterung der Batterie 15 basierend auf dem Stromsensor 16 bestimmt werden. Ferner kann ein Spannungssensor anstelle des Stromsensors 16 verwendet werden.
Wenn die ECU 10 „JA“ bestimmt in Schritt S22, d.h., wenn die ECU 10 bestimmt, dass die Spannung der Batterie 15 gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, geht der Prozess zu Schritt S23. Wenn ferner im Falle einer Bestimmung basierend auf dem Stromwert der Batterie 15 die ECU 10 bestimmt, dass der Strom der Batterie 15 gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert ist, geht der Prozess zu Schritt S23.
Die ECU 10 führt in Schritt S23 eine normale Steuerung aus. Hier steht die normale Steuerung für den Prozess der Schritte S12 bis S15 in der Antriebsbestimmung der Wasserpumpe 2 und der Umschaltsteuerung der Kupplungseinheit 20, wie oben beschrieben. Wenn die ECU 10 den Prozess von Schritt S23 beendet, geht der Prozess zu Schritt S24.
In Schritt S24 speichert die ECU 10 die Anzahl an Einkupplungen der Kupplungseinheit 20 im Speicher. Der Abnutzungszustand der Kupplungsscheibe 211 kann basierend auf der Anzahl an Einkupplungen bestimmt werden. Wenn die ECU 10 den Prozess von Schritt S24 beendet, kehrt der Prozess zurück.
Wenn im Übrigen die ECU 10 in Schritt S22 „NEIN“ bestimmt, d.h., wenn die Spannung der Batterie 15 nicht mehr als ein vorbestimmter Wert ist, geht der Prozess zu Schritt S25. Wenn ferner im Falle einer Bestimmung basierend auf dem Stromwert die ECU 10 bestimmt, dass der Strom der Batterie 15 nicht mehr als ein vorbestimmter Wert ist, geht der Prozess zu Schritt S25.
Die ECU 10 führt in Schritt S25 die Auskupplung der Kupplungseinheit 20 und den Wasserstopp aus und untersagt den ECO-Betrieb. Ferner wird eine am Armaturenbrett angeordnete Warnleuchte angeschaltet, um den Fahrer über die Abnormität zu informieren. In dem Zustand, in dem die Spannung der Batterie 15 niedriger ist, könnte die Einkupplung der Kupplungseinheit 20 locker sein und die Kupplungsscheibe 211 könnte rutschen, so dass die Abnutzung zunehmen könnte. Auf diese Weise wird die Auskupplung der Kupplungseinheit 20 ausgeführt und der ECO-Betrieb wird gestoppt. Wenn die ECU 10 den Prozess von Schritt S25 beendet, geht der Prozess zu Schritt S26.
In Schritt S26 startet die ECU 10 das Ankurbeln des Motors 100. D.h. der Motor 100 startet. Wenn die ECU 10 den Prozess von Schritt S26 beendet, geht der Prozess zu Schritt S27.
Die ECU 10 bestimmt in Schritt S27, ob sich die Spannung der Batterie 15 wieder erholt. Da das Ankurbeln in Schritt S26 beginnt, könnte der Generator 17 eine Leistung beziehungsweise einen Strom erzeugen, so dass sich die Spannung der Batterie 15 erholen kann. Wenn die ECU 10 in Schritt S27 „JA“ bestimmt, d.h., wenn sich die Spannung der Batterie 15 erholt, geht der Prozess zu Schritt S23.
Wenn andererseits die ECU 10 in Schritt S27 „NEIN“ bestimmt, d.h., wenn sich die Spannung der Batterie 15 nicht erholt, geht der Prozess zu Schritt S28.
In Schritt S28 bestimmt die ECU 10, ob eine vorbestimmte Zeit seit dem Motorstart verstrichen ist. Wenn eine vorbestimmte Zeit nach dem Start des Motors 100 verstrichen ist, wird angenommen, dass das Aufwärmen des Motors 100 weiter geht. Aus diesem Grund geht der Prozess zur Steuerung zum Antreiben der Wasserpumpe 2 zum Zirkulieren des Kühlwassers. Wenn die ECU 10 in Schritt S28 „JA“ bestimmt, d.h., wenn eine vorbestimmte Zeit nach dem Start des Motors 100 verstreicht, geht der Prozess zu Schritt S23.
Wenn die ECU 10 in Schritt S28 „NEIN“ bestimmt, d.h., wenn eine vorbestimmte Zeit nach dem Start des Motors 100 nicht verstreicht, geht der Prozess wieder zu Schritt S27. D.h., wenn sich die Spannung der Batterie 15 nicht erholt hat und eine vorbestimmte Zeit nach dem Start des Motors 100 nicht verstreicht, werden der Prozess von Schritt S27 und S28 wiederholt.
Die obige Steuerung wird nachfolgend detailliert beschrieben. Wenn die Spannung der Batterie 15 niedriger ist und eine Spannung am Starter des Motors 100 beim Starten anliegt, wird eine große Leistung verbraucht. Dies reduziert einen an der Spule 27 anliegenden Strom. Aus diesem Grund kann der Eingriffszustand der Kupplungseinheit 20 nicht aufrechterhalten werden, und dann könnte die Kupplungsscheibe 211 an der Laufrolle 24 rutschen. Folglich könnte eine Abnutzung zunehmen. In solch einem Zustand, in dem die Einkupplung der Kupplungseinheit 20 durch eine Abnahme des an der Spule 27 anliegenden Stroms nicht aufrechterhalten werden kann, könnte es schwierig sein zu bestimmen, ob die Kupplungsscheibe 211 rutscht, und die Bestimmung der Abnutzungsgrenze der Kupplungsscheibe 211 könnte verhindert werden. Auf diese Weise könnte die Abnutzung die Abnutzungsgrenze überschreiten, so dass die Wasserpumpe 2 nicht angetrieben werden kann. Im Gegensatz dazu, obwohl die Abnutzung einen Abstand bzw. Spielraum bezüglich der Abnutzungsgrenze hat, könnte die Einkupplung oder Auskupplung der Kupplungseinheit 20 gestoppt werden, um die Wirkungen des verbesserten Kraftstoffverbrauchs zu vermindern. Die vorliegende Steuerung hindert die Kupplungsscheibe 211 am Rutschen, welches durch eine Reduzierung eines der Spule 27 zugeführten Stroms verursacht wird. Dies verbessert die Genauigkeit der Schätzung der Abnutzungsgrenze der Kupplungseinheit 20 und verhindert, dass ein Antreiben der Wasserpumpe 2 unmöglich wird. Ferner werden das Aufwärmen und der Kraftstoffverbrauch durch Stoppen der Wasserpumpe 2 verbessert.
Ferner wird in dem Zustand, in welchem die Spannung der Batterie 15 niedriger ist, die Einkupplung der Kupplungseinheit 20 beim Starten des Motors 100 abgebrochen. Nachdem der Motor 100 gestartet ist und der Generator 17 Strom erzeugt, erholt sich die Spannung der Batterie 15. Danach wird die Einkupplung der Kupplungseinheit 20 ausgeführt. Obwohl die Anzahl an Einkupplungen in diesem Fall zunimmt, hat man den Vorteil, eine unvorhersehbare Abnutzung der Kupplung zu verhindern.
Ebenso ist in einem Fall, in dem die Batterie 15 sich verschlechtern könnte, die Spannung der Batterie 15 niedriger. Auf diese Weise wird die Auskupplung der Kupplungsscheibe 211 beim Ankurbeln ausgeführt. Nachdem die Spannung der Batterie 15 stabil ist, wird die Einkupplung der Kupplungseinheit 20 ausgeführt. Dies verhindert eine unvorhersehbare Abnutzung der Kupplungsscheibe 211.
Während die beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert dargestellt wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern können andere Ausführungsbeispiele, Variationen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde die elektromagnetische Kupplung beschrieben. Jedoch kann eine andere Kupplung auf die gleiche Weise gesteuert werden.
Bezugszeichenliste

1: Steuerungsvorrichtung
2: Wasserpumpe
20: Kupplungseinheit
211: Kupplungsscheibe
3: Motorhauptkörper
10: ECU
15: Batterie
18: Kurbelwelle
100: Motor

Claims

Steuerungsvorrichtung (1), eingerichtet für eine Brennkraftmaschine (100), die eine Rotation einer Kurbelwelle (18) der automatisch stoppenden und automatisch startenden Brennkraftmaschine (100) an eine Wasserpumpe (2) überträgt, welche Kühlwasser innerhalb der Brennkraftmaschine (100) zirkuliert, wobei die Steuerungsvorrichtung (1) aufweist: eine Bestimmungseinheit, die bestimmt, ob eine Kupplung (20) ein- oder ausgekuppelt werden soll, wenn eine Anfrage zum Starten der Brennkraftmaschine (100) gestellt wird; eine Steuerungseinheit, die basierend auf einem Bestimmungsresultat der Bestimmungseinheit einen Kupplungszustand der Kupplung (20) steuert, bevor mit dem Ankurbeln der Brennkraftmaschine (100) begonnen wird; und eine Schätzeinheit, welche einen Abnutzungszustand einer Kupplungsscheibe (211) der Kupplung (20) schätzt, wobei das Auskuppeln der Kupplung (20) untersagt wird, wenn die Schätzeinheit bestimmt, dass ein Abnutzungsgrad der Kupplungsscheibe (211) gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Steuerungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Bestimmungseinheit beim Stellen der Anfrage zum Starten der Brennkraftmaschine (100) basierend auf einem Aufwärmzustand der Brennkraftmaschine (100) bestimmt, ob die Kupplung (20) ein- oder ausgekuppelt werden soll.
Steuerungsvorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei das Auskuppeln der Kupplung (20) untersagt wird, wenn die Brennkraftmaschine (100) aufgewärmt wird.
Steuerungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei die Schätzeinheit basierend auf einer Anzahl von Einkupplungen der Kupplung (20) der Abnutzungsgrad der Kupplung (20) schätzt.
Steuerungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit: einem System (10), das die Brennkraftmaschine (100) automatisch stoppt und automatisch startet, wobei ein automatischer Stopp und ein automatischer Start der Brennkraftmaschine (100) durch das System (10) untersagt werden, wenn die Schätzeinheit bestimmt, dass der Abnutzungsgrad der Kupplungsscheibe (211) gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Steuerungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit: einem System (10), das die Brennkraftmaschine (100) automatisch stoppt und automatisch startet; und einer Bestimmungseinheit, die basierend auf einem Spannungszustand einer Batterie (15) bestimmt, ob ein automatischer Stopp und ein automatischer Start der Brennkraftmaschine (100) erlaubt oder untersagt ist.
Steuerungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem System (10), das die Brennkraftmaschine (100) automatisch stoppt und automatisch startet, wobei in einem Fall, in dem eine Spannung einer Batterie (15) niedriger als ein vorbestimmter Wert zu einer Zeit ist, wenn das System (10) die Brennkraftmaschine (100) automatisch startet, die Einkupplung der Kupplung (20) untersagt wird, bevor mit dem Ankurbeln der Brennkraftmaschine (100) begonnen wird.