DE112011102633B4

DE112011102633B4 - Steuervorrichtung für Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE112011102633B4
Application number: DE112011102633.1T
Authority: DE
Inventors: Jumpei KAKEHI; Hasrul Sany BIN HASHIM; Kouki Moriya
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2016-06-16
Anticipated expiration: 2031-02-19
Also published as: US8706387B2; US20130158842A1; CN103354869B; WO2012111143A1; DE112011102633T5; JPWO2012111143A1; CN103354869A; JP5288070B2

Abstract

Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor (100), der angehalten wird, wenn eine vorgegebene Stoppbedingung erfüllt ist, und von einem Elektromotor (220) angedreht wird, wenn eine vorgegebene Startbedingung erfüllt ist, nachdem er gestoppt worden ist, aufweisend: eine Steuereinheit (300), die den Stopp des Verbrennungsmotors (100) aussetzt, wenn eine Spannung einer Batterie (120), die den Elektromotor (220) mit elektrischer Leistung versorgt, unter einen Schwellenwert sinkt, während der Elektromotor (220) angesteuert und der Verbrennungsmotor (100) angedreht wird, wobei der Schwellenwert umso höher ist, je höher eine Drehzahl des Verbrennungsmotors (100) zu der Zeit ist, wenn der Elektromotor (220) angesteuert wird.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft Steuervorrichtungen.
EINSCHLÄGIGER STAND DER TECHNIK
Um Kraftstoff zu sparen oder um Abgasemissionen zu verringern, sind manche Autos, die einen Verbrennungsmotor aufweisen, mit einer sogenannten Leerlaufstopp- oder Economybetriebsfunktion ausgestattet, bei der der Verbrennungsmotor automatisch angehalten wird, wenn ein Fahrzeug stehen bleibt und ein Fahrer ein Bremspedal betätigt, und das Fahrzeug beispielsweise durch eine Neustartbetätigung eines Fahrers automatisch neu gestartet wird, beispielsweise durch Rückgängigmachen des Niedertretens eines Bremspedals bis auf null.
In einem Fahrzeug, das die Leerlaufstopp- oder Economybetriebsfunktion aufweist, kann wegen der Ansteuerung eines Starters beim Neustarten des Verbrennungsmotors, nachdem dieser angehalten worden ist, eine Spannung einer Batterie, die den Starter mit elektrischer Leistung versorgt, sinken. Wenn die Spannung der Batterie sinkt, kann es passieren, dass ein Speicher in einer ECU (elektronische Steuereinheit) zurückgesetzt bzw. gelöscht wird.
Angesichts dessen offenbart die japanische Offenlegungsschrift Nr. JP 2010-24 906 A (PTL 1), dass ein Leerlaufstopp in einem Fall zugelassen wird, wo erwartet wird, dass eine niedrigste Spannung einer Batterie zu einem Zeitpunkt, zu dem ein Verbrennungsmotor automatisch gestartet wird, bei oder über einem Schwellenwert liegt.
Aus der DE 100 30 290 A1 ist ein Verfahren und ein System zur automatischen Steuerung des Abschaltens und Wiederanlassens eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs bei dessen vorübergehenden Außerbetriebsetzungen bekannt. Bei dem Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors wird der Verbrennungsmotor zu Beginn und am Ende von Zeiträumen mit vorübergehender Außerbetriebsetzung automatisch abgeschaltet und wieder eingeschaltet und demzufolge wird die automatische Abschaltung des Verbrennungsmotors gesperrt, wenn die Batterie des Fahrzeugs unterhalb einer gegebenen Sperrschwelle entladen ist. Der Verbrennungsmotor wird dabei automatisch wieder angelassen, wenn die Batterie des Fahrzeugs unterhalb der besagten Sperrschwelle entladen ist.
Die JP 2010-24 906 A beschreibt eine automatische Stopp/Start-Vorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine. Darin stellt sich das Problem, genau beurteilen zu können, ob eine Ausführung eines automatischen Stoppprozesses einer Verbrennungskraftmaschine vorliegt, die mit einer Anfangsrotation durch einen Starter mit einer fahrzeugseitigen Batterie als Leistungszufuhr vorgesehen ist. Eine Spannung der Batterie wird durch Stoppen der Verbrennungskraftmaschine durch einen Leerlaufstoppprozess bezüglich vor dem Stoppen der Verbrennungskraftmaschine beim Stoppen eines Fahrzeugs gesenkt. Anschließend wird durch automatisches Starten der Verbrennungskraftmaschine die Batteriespannung im Wesentlichen von einer Spannung um einen Spannungsabfallbetrag weiter abgesenkt. Zu dieser Zeit wird, falls vorausgesagt wird, dass eine minimale Spannung ein Schwellenspannung oder mehr ist, ein Leerlaufstopp durch Vorhersagen der Spannung und des Spannungsabfallsbetrags vor dem Leerlaufstoppprozess ermöglicht.
LISTE DER ENTGEGENHALTUNGEN
PATENTDOKUMENTE

PTL 1: japanische Offenlegungsschrift Nr. JP 2010-24 906 A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
In einem Fall, wo ein Verbrennungsmotor neu gestartet wird, bevor eine Drehzahl des Verbrennungsmotors null erreicht, ist eine Last, die an einen Starter angelegt wird, niedriger als in einem Fall, wo der Verbrennungsmotor neu gestartet wird, nachdem die Drehzahl des Verbrennungsmotors null erreicht hat. In dem Fall, wo der Verbrennungsmotor neu gestartet wird, bevor die Drehzahl des Verbrennungsmotors null erreicht, ist daher ein Maß, in dem die Spannung einer Batterie gesenkt wird, kleiner als in dem Fall, wo der Verbrennungsmotor neu gestartet wird, nachdem die Drehzahl des Verbrennungsmotors null erreicht hat. Auch bei ungenügender Batteriespannung kann somit eine niedrigste Spannung der Batterie zu dem Zeitpunkt, zu dem der Verbrennungsmotor neu gestartet wird, bei oder über einem Schwellenwert liegen. Daher kann ein Leerlaufstopp in einer Situation ausgeführt werden, in der ein Leerlaufstopp beschränkt werden sollte.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Anhalten bzw. den Stopp eines Verbrennungsmotors in Abhängigkeit der Drehzahl zu beschränken, wenn eine Spannung einer Batterie ungenügend ist.
PROBLEMLÖSUNG
In einer Ausführungsform weist eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, mit der der Verbrennungsmotor angehalten wird, wenn eine vorgegebene Stoppbedingung erfüllt ist, und von einem Elektromotor angedreht wird, wenn eine vorgegebene Startbedingung erfüllt ist, nachdem er angehalten worden ist, eine Steuereinheit auf, die einen Stopp bzw. ein Anhalten des Verbrennungsmotors aussetzt, nachdem eine Spannung einer Batterie, die dem Elektromotor elektrische Leistung zuführt, unter einen Schwellenwert gesunken ist, während der Elektromotor angesteuert und der Verbrennungsmotor angedreht wird. Der Schwellenwert ist umso höher, je höher eine Drehzahl des Verbrennungsmotors ist, während der Elektromotor angetrieben wird.
Gemäß dieser Ausführungsform ist der Schwellenwert für das Aussetzen eines Verbrennungsmotorstopps umso höher, je höher die Drehzahl des Verbrennungsmotors ist, während der Elektromotor angesteuert wird. Auch wenn ein Maß, in dem eine Spannung zu der Zeit, wenn der Elektromotor angetrieben wird, sinkt, während die Drehzahl des Verbrennungsmotors hoch ist, kleiner ist als ein Maß, in dem die Spannung zu der Zeit, wenn der Elektromotor angetrieben wird, sinkt, während die Drehzahl des Verbrennungsmotors niedrig ist, kann bei einer ungenügenden Batteriespannung die Spannung der Batterie unter einem Schwellenwert liegen. Daher wird ein Anhalten des Verbrennungsmotors danach verhindert.
In einer anderen Ausführungsform ist der Verbrennungsmotor mit einem Starter, der ein zweites Zahnrad, das mit einem mit einer Kurbelwelle verkoppelten ersten Zahnrad in Eingriff gebracht werden kann und mit einem Stellglied ausgestattet ist, das in einem angesteuerten Zustand das zweite Zahnrad in eine Position bewegt, wo das zweite Zahnrad mit dem ersten Zahnrad in Eingriff kommt. Der Elektromotor bewirkt, dass sich das zweite Zahnrad dreht. Die Steuereinheit weist einen ersten Modus auf, in dem der Elektromotor angesteuert wird, bevor das Stellglied angesteuert wird, und einen zweiten Modus, in dem das zweite Zahnrad vom Stellglied mit dem ersten Zahnrad in Eingriff gebracht wird, bevor der Elektromotor angesteuert wird. Das Stellglied und der Elektromotor werden im ersten Modus angesteuert, bei einer Drehzahl des Verbrennungsmotors, die höher ist als die Drehzahl des Verbrennungsmotors, wenn das Stellglied und der Elektromotor im zweiten Modus angesteuert werden.
Gemäß dieser Ausführungsform wird in dem Fall, wo die Drehzahl des Verbrennungsmotors hoch ist, der Elektromotor angesteuert, bevor das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad in Eingriff kommen. Somit kommen das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad miteinander in Eingriff, nachdem ein Unterschied zwischen den Drehzahlen des ersten Zahnrads und des zweiten Zahnrads verringert worden ist. Somit werden das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad ohne Probleme miteinander in Eingriff gebracht. Auch in einem Zustand, in dem die Drehzahl des Verbrennungsmotors hoch ist, kann somit ein Andrehen gestartet werden, um den Verbrennungsmotor zu starten. Bei einem solchen Verbrennungsmotor ist ein Schwellenwert für das Aussetzen des Anhaltens des Verbrennungsmotors umso höher, je höher die Drehzahl des Verbrennungsmotors zu einer Zeit ist, wenn der Elektromotor angetrieben wird. Auch wenn ein Maß, in dem eine Spannung zu der Zeit, wenn der Verbrennungsmotor im ersten Modus angedreht wird, sinkt, kleiner ist als das Maß, in dem die Spannung zu der Zeit, wenn der Verbrennungsmotor im zweiten Modus angedreht wird, sinkt, kann bei einer ungenügenden Batteriespannung die Spannung der Batterie daher niedriger sein als der Schwellenwert, während der Verbrennungsmotor im ersten Modus angedreht wird. Daher wird ein Anhalten des Verbrennungsmotors danach ausgesetzt.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet der Schwellenwert einen Schwellenwert, der im ersten Modus verwendet wird, und einen Schwellenwert, der im zweiten Modus verwendet wird. Der Schwellenwert, der im ersten Modus verwendet wird, ist höher als der Schwellenwert, der im zweiten Modus verwendet wird.
In noch einer weiteren Ausführungsform werden das Stellglied und der Elektromotor im zweiten Modus angetrieben, wenn zu der Zeit, wenn die Startbedingung erfüllt ist, die Drehzahl des Verbrennungsmotors höher ist als null und bei oder unter einer vorgegebenen Drehzahl liegt. Die Steuereinheit beinhaltet zusätzlich zum ersten Modus und zum zweiten Modus einen dritten Modus, in dem das zweite Zahnrad vom Stellglied mit dem ersten Zahnrad in Eingriff gebracht wird, bevor der Elektromotor angesteuert wird, wenn zu der Zeit, wenn die Startbedingung erfüllt ist, die Drehzahl des Verbrennungsmotors null ist. Der Schwellenwer beinhaltet einen Schwellenwert, der im ersten Modus verwendet wird, einen Schwellenwert, der im zweiten Modus verwendet wird, und einen Schwellenwert, der im dritten Modus verwendet wird. Der Schwellenwert, der im ersten Modus verwendet wird, ist höher als der Schwellenwert, der im zweiten Modus verwendet wird. Der Schwellenwert, der im zweiten Modus verwendet wird, ist höher als der Schwellenwert, der im dritten Modus verwendet wird.
In noch einer weiteren Ausführungsform werden das Stellglied und der Elektromotor im zweiten Modus angesteuert, wenn zu der Zeit, wenn die Startbedingung erfüllt ist, die Drehzahl des Verbrennungsmotors höher ist als null und bei oder unter einer vorgegebenen Drehzahl liegt. Die Steuereinheit beinhaltet zusätzlich zum ersten Modus und zum zweiten Modus einen dritten Modus, in dem das zweite Zahnrad vom Stellglied mit dem ersten Zahnrad in Eingriff gebracht wird, bevor der Elektromotor angesteuert wird, wenn zu der Zeit, wenn die Startbedingung erfüllt ist, die Drehzahl des Verbrennungsmotors null ist. Der Schwellenwert beinhaltet einen Schwellenwert, der im zweiten Modus verwendet wird, und einen Schwellenwert, der im dritten Modus verwendet wird. Der Schwellenwert, der im zweiten Modus verwendet wird, ist höher als der Schwellenwert, der im dritten Modus verwendet wird.
In noch einer weiteren Ausführungsform werden das Stellglied und der Elektromotor im zweiten Modus angetrieben, wenn zu der Zeit, wenn die Startbedingung erfüllt ist, die Drehzahl des Verbrennungsmotors höher ist als null und bei oder unter einer vorgegebenen Drehzahl liegt. Die Steuereinheit beinhaltet zusätzlich zum ersten Modus und zum zweiten Modus einen dritten Modus, in dem das zweite Zahnrad vom Stellglied mit dem ersten Zahnrad in Eingriff gebracht wird, bevor der Elektromotor angetrieben wird, wenn zu der Zeit, wenn die Startbedingung erfüllt ist, die Drehzahl des Verbrennungsmotors null ist. Der Schwellenwert beinhaltet einen Schwellenwert, der im ersten Modus verwendet wird, und einen Schwellenwert, der im dritten Modus verwendet wird. Der Schwellenwert, der im ersten Modus verwendet wird, ist höher als der Schwellenwert, der im dritten Modus verwendet wird.
Gemäß diesen Ausführungsformen wird ein Schwellenwert für das Aussetzen des Anhaltens des Verbrennungsmotors für jeden Steuermodus bestimmt. Auch wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors zur Zeit des Andrehens sinkt, beispielsweise aufgrund einer verzögerten Betätigung des Stellglieds oder des Elektromotors oder dergleichen, wird die Entscheidung, ob das Anhalten des Verbrennungsmotors ausgesetzt werden soll oder nicht, mittels eines Schwellenwerts für jeden Steuermodus angemessen getroffen. Obwohl beispielsweise zu der Zeit, wenn das Stellglied und der Elektromotor im ersten Modus angetrieben werden, die Drehzahl des Verbrennungsmotors beim Start des Andrehens sinkt, wird ein relativ niedriger Schwellenwert, der für den zweiten Modus bestimmt wird, nicht angewendet. Obwohl ein Maß, in dem die Spannung zu der Zeit, wenn der Verbrennungsmotor im ersten Modus angedreht wird, klein ist, kann bei ungenügender Batteriespannung die Spannung der Batterie niedriger sein als der Schwellenwert, während der Verbrennungsmotor im ersten Modus angedreht wird. Obwohl zu der Zeit, wenn das Stellglied und der Elektromotor im zweiten Modus angetrieben werden, die Drehzahl des Verbrennungsmotors sinkt, sobald das Starten begonnen wird, wird ein relativ niedriger Schwellenwert, der für den dritten Modus bestimmt wird, nicht verwendet. Auch wenn zu der Zeit, wenn der Verbrennungsmotor im zweiten Modus angedreht wird, ein Maß, in dem die Spannung sinkt, klein ist, kann bei ungenügender Batteriespannung die Spannung der Batterie unter den Schwellenwert sinken, während der Verbrennungsmodus im dritten Modus angedreht wird. Daher wird ein Anhalten des Verbrennungsmotors danach ausgesetzt.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Ein Schwellenwert für das Aussetzen des Anhaltens des Verbrennungsmotors ist umso höher, je höher die Drehzahl des Verbrennungsmotors zu der Zeit ist, wenn der Elektromotor angetrieben wird. Auch wenn das Maß, in dem die Spannung zu der Zeit, wenn der Elektromotor angetrieben wird, während die Drehzahl des Verbrennungsmotors hoch ist, sinkt, kleiner ist als ein Maß, in dem die Spannung zu der Zeit, wenn der Elektromotor angetrieben wird, während die Drehzahl des Verbrennungsmotors niedrig ist, sinkt, kann bei ungenügender Batteriespannung die Spannung der Batterie kleiner sein als der Schwellenwert. Obwohl eine Stoppbedingung danach erfüllt ist, wird der Verbrennungsmotorbetrieb daher fortgesetzt.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein allgemeines Blockschema eines Fahrzeugs in einer ersten Ausführungsform.
2 ist ein Schema, das den Übergang eines Betriebsmodus eines Starters zeigt.
3 ist ein Schema, das einen Antriebsmodus in einem Verbrennungsmotor-Startbetrieb zeigt.
4 ist eine Diagramm (Nr. 1), das eine Spannung einer Batterie zeigt.
5 ist ein Diagramm (Nr. 2), das eine Spannung der Batterie zeigt.
6 ist ein Flussdiagramm (Nr. 1), das Verfahrensschritte zeigt, die von einer ECU in der ersten Ausführungsform durchgeführt werden.
7 ist ein Ablaufschema (Nr. 2), das Verfahrensschritte zeigt, die von der ECU in der ersten Ausführungsform durchgeführt werden.
8 ist ein allgemeines Blockschema eines Fahrzeugs in einer zweiten Ausführungsform.
9 ist ein Ablaufschema (Nr. 1), das Verfahrensschritte zeigt, die von der ECU in der zweiten Ausführungsform durchgeführt werden.
10 ist ein Ablaufschema (Nr. 2), das Verfahrensschritte zeigt, die von der ECU in der zweiten Ausführungsform durchgeführt werden.
11 ist ein Diagramm, das einen Schwellenwert VS zeigt.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In der nachstehenden Beschreibung sind gleichen Elementen die gleichen Bezugszeichen zugewiesen. Ihre Bezeichnung und ihre Funktion sind ebenfalls gleich. Daher wird ihre ausführliche Beschreibung nicht wiederholt.
Erst Ausführungsform
1 ist ein allgemeines Blockschema eines Fahrzeugs 10. In 1 weist ein Fahrzeug 10 einen Verbrennungsmotor 100, eine Batterie 120, einen Starter 200, eine ECU 300 und Relais RY1, RY2 auf. Der Starter 200 weist eine Schwingspule bzw. einen Plunger 210, einen Elektromotor 220, eine Magnetspule 230, einen Kupplungsabschnitt 240, ein Abtriebselement 250 und ein Ritzel 260 auf.
Der Verbrennungsmotor 100 erzeugt Antriebskraft zum Fahren des Fahrzeugs 10. Eine Kurbelwelle 111 des Verbrennungsmotors 100 ist mit einem Antriebsrad verbunden, wobei dazwischen ein Antriebsstrang angeordnet ist, der so aufgebaut ist, dass er eine Kupplung, ein Untersetzungsgetriebe oder dergleichen aufweist.
Der Verbrennungsmotor 100 ist mit einem Drehzahlsensor 115 versehen. Der Drehzahlsensor 115 erfasst eine Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 und gibt ein Erfassungsergebnis an die ECU 300 aus.
Die Batterie 120 ist ein Stromspeicherelement, das so gestaltet ist, dass es ge- und entladen werden kann. Die Batterie 120 ist so aufgebaut, dass sie eine Sekundärbatterie beinhaltet, wie eine Lithiumionenbatterie, eine Nickelmetallhydridbatterie, eine Bleisäurebatterie oder dergleichen. Alternativ dazu kann die Batterie 120 durch ein Elektrizitätsspeicherelement wie einen Doppelschichtkondensator implementiert werden.
Die Batterie 120 ist mit Relais RY1, RY2, die von der dazwischen angeordneten ECU 300 gesteuert werden, mit dem Starter 200 verbunden. Die Batterie 120 liefert eine Versorgungsspannung zur Ansteuerung an den Starter 200, wenn die Relais RY1, RY2 geschlossen sind. Man beachte, dass eine negative Elektrode der Batterie 120 mit einer Karosseriemasse des Fahrzeugs 10 verbunden ist.
Die Batterie 120 ist mit einem Spannungssensor 125 versehen. Der Spannungssensor 125 erfasst eine Ausgangsspannung VB der Batterie 120 und gibt einen Erfassungswert an die ECU 300 aus.
Eine Spannung der Batterie 120 wird über einen Gleichspannungswandler 127 zur ECU 300 und einem Zubehörgerät, wie einem Wechselrichter einer Klimaanlage, geliefert.
Das Relais RY1 weist ein Ende auf, das mit einer positiven Elektrode der Batterie 120 verbunden ist, und ein anderes Ende, das mit einem Ende der Magnetspule 230 innerhalb des Starters 200 verbunden ist. Das Relais RY1 wird durch ein Steuersignal SE1 von der ECU 300 gesteuert, um zwischen Zufuhr und Unterbrechung der Zufuhr einer Versorgungsspannung von der Batterie 120 zur Magnetspule 230 umzuschalten.
Das Relais RY2 weist ein Ende auf, das mit der positiven Elektrode der Batterie 120 verbunden ist, und ein anderes Ende, das mit dem Elektromotor 220 innerhalb des Starters 200 verbunden ist. Das Relais RY2 wird durch ein Steuersignal SE2 von der ECU 300 gesteuert, um zwischen Zufuhr und Unterbrechung der Zufuhr einer Versorgungsspannung von der Batterie 120 zum Elektromotor 220 umzuschalten. Außerdem ist ein Spannungssensor 130 in einer Stromleitung vorgesehen, die das Relais RY2 und den Motor 220 miteinander verbindet. Der Spannungssensor 130 erfasst eine Spannung VM des Elektromotors und gibt einen Erfassungswert an die ECU 300 aus.
Wie oben beschrieben, kann die Zufuhr einer Versorgungsspannung zum Elektromotor 220 und zur Magnetspule 230 innerhalb des Starters 200 durch die Relais RY1, RY2 unabhängig gesteuert werden.
Das Abtriebselement 250 ist mit einer Drehwelle eines Rotors (nicht dargestellt) innerhalb des Elektromotors verbunden, beispielsweise durch eine gerade Keilwelle oder dergleichen. Außerdem ist das Ritzel 260 an einem Endabschnitt des Abtriebselements 250 gegenüber dem Elektromotor 220 vorgesehen. Wenn das Relais RY2 geschlossen ist, wird die Versorgungsspannung von der Batterie 120 zugeführt, damit der Elektromotor 220 rotiert. Dann überträgt das Abtriebselement 250 die Drehwirkung des Rotors auf das Ritzel 260, damit das Ritzel 260 rotiert.
Wie oben beschrieben, weist die Magnetspule 230 ein Ende auf, das mit dem Relais RY1 verbunden ist, und ein anderes Ende, das mit der Karosseriemasse verbunden ist. Wenn das Relais RY1 geschlossen ist und die Magnetspule 230 erregt bzw. bestromt wird, zieht die Magnetspule 230 die Schwingspule bzw. den Plunger 210 in Richtung eines Pfeils. Das heißt, der Plunger 210 und die Magnetspule 230 bilden ein Stellglied 232.
Der Plunger 210 ist mit dem Abtriebselement 250 verbunden, wobei der Kupplungsabschnitt 240 dazwischen angeordnet ist. Wenn das Magnetventil 230 bestromt wird, wird der Plunger 210 in Richtung des Pfeils gezogen. Somit bewegt der Kupplungsabschnitt 240, dessen Drehzapfen 245 feststeht, das Abtriebselement 250 aus einer in 1 dargestellten Ruhestellung in einer Richtung, die einer Richtung, in der der Plunger 210 betätigt wird, entgegengesetzt ist, das heißt in einer Richtung, in der das Ritzel 260 sich von einer Karosserie des Elektromotors 220 weg bewegt. Außerdem wird von einem nicht dargestellten Federmechanismus eine Vorspannkraft entgegengesetzt zum Pfeil in 1 an den Plunger 210 angelegt, und wenn die Magnetspule 230 nicht mehr bestromt wird, kehrt er in die Ruhestellung zurück.
Wenn das Abtriebselement 250 somit infolge der Bestromung der Magnetspule 230 in einer axialen Richtung wirkt, wird das Ritzel 260 mit einem Hohlrad 110 in Eingriff gebracht, das um einen Außenumfang eines Schwungrads oder einer Mitnehmerscheibe herum vorgesehen ist, das bzw. die an einer Kurbelwelle 111 des Verbrennungsmotors 100 angebracht ist. Wenn das Ritzel 260 einen Rotationsbetrieb ausführt, während das Ritzel 260 und das Hohlrad 110 miteinander in Eingriff stehen, wird der Verbrennungsmotor 100 dann angedreht und gestartet.
In der vorliegenden Ausführungsform werden somit das Stellglied 232 zum Bewegen des Ritzels 260, damit dieses mit dem Hohlrad 110, das um den Außenumfang des Schwungrads oder der Mitnehmerscheibe des Verbrennungsmotors 100 herum vorgesehen ist, in Eingriff kommt, und der Elektromotors 220, der bewirkt, dass das Ritzel 260 rotiert, individuell gesteuert.
Obwohl in 1 nicht dargestellt, kann eine Freilaufkupplung zwischen dem Abtriebselement 250 und einer Rotorwelle des Elektromotors 220 so vorgesehen sein, dass der Rotor des Elektromotors 220 während des Drehbetriebs des Hohlrads 110 nicht rotiert.
Außerdem ist das Stellglied 232 in 1 nicht auf den oben beschriebenen Mechanismus beschränkt, solange es ein Mechanismus ist, der in der Lage ist, die Rotation des Ritzels 260 auf das Hohlrad 110 zu übertragen und zwischen einem Zustand, in dem das Ritzel 260 und das Hohlrad 110 miteinander in Eingriff stehen, und einem Zustand, in dem sie nicht miteinander in Eingriff stehen, umzuschalten. Beispielsweise kann auch ein Mechanismus angewendet werden, bei dem das Ritzel 260 und das Hohlrad infolge der Bewegung der Welle des Abtriebselements 250 in einer radialen Richtung des Ritzels 260 miteinander in Eingriff gebracht werden.
Die ECU 300 weist eine CPU (zentrale Verarbeitungseinheit), eine Speichervorrichtung und einen Eingabe/Ausgabe-Zwischenspeicher auf, von denen keines dargestellt ist, und empfängt eine Eingabe von jedem Sensor oder liefert eine Ausgabe eines Steuerbefehls an jedes Teil der Anlage. Man beachte, dass die Steuerung dieser Komponenten nicht auf die Verarbeitung durch Software beschränkt ist, und dass ein Teil davon auch durch spezielle Hardware (elektronische Schaltung) aufgebaut sein und verarbeitet werden kann.
Die ECU 300 empfängt ein Signal ACC, das einen Betätigungsumfang eines Gaspedals 140 anzeigt, von einem Sensor (nicht dargestellt), der am Gaspedal 140 vorgesehen ist. Die ECU 300 empfängt ein Signal BRK, das einen Betätigungsumfang eines Bremspedals 150 anzeigt, von einem Sensor (nicht dargestellt), der am Bremspedal 150 vorgesehen ist. Außerdem empfängt die ECU 300 ein Startbetriebssignal IG-ON, das als Reaktion auf die Betätigung eines Zündschlüssels durch den Fahrer ausgegeben wird. Auf Basis dieser Informationen erzeugt die ECU 300 ein Signal, das den Start des Verbrennungsmotors 100 fordert, und ein Signal, das dessen Stopp fordert, und gibt demgemäß ein Steuersignal SE1, SE2 aus, um den Betrieb des Starters 200 zu steuern.
Wenn beispielsweise eine Stoppbedingung, dass ein Fahrzeug steht, das Bremspedal 150 von einem Fahrer betätigt wird und ein Anhalten des Verbrennungsmotors 100 nicht ausgesetzt ist (zulässig ist), erfüllt ist, wird ein Stoppforderungssignal erzeugt und die ECU 300 bewirkt, dass der Verbrennungsmotor 100 anhält. Das heißt, wenn eine Stoppbedingung erfüllt ist, werden die Kraftstoffeinspritzung und die Verbrennung im Verbrennungsmotor 100 unterbrochen.
Wenn eine Startbedingung, dass ein Betätigungsumfang des Bremspedals 150 durch den Fahrer null erreicht hat, erfüllt ist, wird danach ein Startforderungssignal erzeugt und die ECU 300 steuert den Elektromotor 220 an und dreht den Verbrennungsmotor 100 an. Alternativ dazu kann der Verbrennungsmotor 100 angedreht werden, wenn das Gaspedal 140, ein Schalthebel zum Auswählen eines Schaltbereichs oder Ganges oder ein Schalter zum Auswählen eines Fahrmodus (beispielsweise eines Power-Modus oder eines Eco-Modus) betätigt wird.
Wenn eine Bedingung zum Starten des Verbrennungsmotors 100 erfüllt ist, steuert die ECU 300 das Stellglied 232 und den Verbrennungsmotor 220 in irgendeinem Modus von einem zweiten Modus, in dem das Stellglied 232 und der Elektromotor 220 so gesteuert werden, dass das Ritzel 260 zu rotieren beginnt, nachdem sich das Ritzel 260 zum Hohlrad 110 bewegt hat, und einem ersten Modus, in dem das Stellglied 232 und der Elektromotor 220 so gesteuert werden, dass sich das Ritzel 260 zum Hohlrad 110 bewegt, wenn das Ritzel 260 bereits rotiert.
Wenn die Verbrennungsmotordrehzahl Ne bei oder unter einem vorgegebenen ersten Bezugswert α1 liegt, steuert die ECU 300, wie noch beschrieben wird, das Stellglied 232 und den Elektromotor 220 im zweiten Modus. Wenn die Drehzahl Ne des Elektromotors höher ist als ein erster Bezugswert α1, steuert die ECU 300 das Stellglied 232 und den Elektromotor 220 im ersten Modus.
2 ist ein Schema, das den Übergang eines Betriebsmodus des Starters 200 in der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Der Betriebsmodus des Starters 200 in der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet einen Bereitschaftsmodus 410, einen Eingreifmodus 420, einen Rotationsmodus 430 und einen Vollantriebsmodus 440.
Der zweite Modus, der bereits beschrieben worden ist, ist ein Modus, in dem ein Übergang in den Vollantriebsmodus 440 über den Eingreifmodus 420 bewirkt wird. Der erste Modus ist ein Modus, in dem der Übergang in den Vollantriebsmodus 440 über den Rotationsmodus 430 bewirkt wird.
Der Bereitschaftsmodus 410 stellt einen solchen Zustand dar, dass weder das Stellglied 232 noch der Elektromotor 220 im Starter angesteuert wird, das heißt einen Zustand, dass keine Verbrennungsmotor-Startforderung an den Starter 200 ausgegeben wird. Der Bereitschaftsmodus 410 entspricht einem Anfangszustand des Starters 200 und wird ausgewählt, wenn ein Ansteuern des Starters 200 nicht nötig ist, beispielsweise vor einer Betätigung zum Starten des Verbrennungsmotors 100, nach Abschluss des Startens des Verbrennungsmotors 100, bei einem fehlgeschlagenen Starten des Verbrennungsmotors 100 und dergleichen.
Der Vollantriebsmodus 440 stellt einen solchen Zustand dar, dass sowohl das Stellglied 232 als auch der Elektromotor 220 im Starter 200 angesteuert werden. Im Vollantriebsmodus 440 bewirkt der Motor 220, dass das Ritzel 260 rotiert, während das Ritzel 260 und das Hohlrad 110 miteinander in Eingriff stehen. Somit wird der Verbrennungsmotor 100 tatsächlich angedreht und der Startbetrieb wird gestartet.
Wie oben beschrieben, kann der Starter 200 in der vorliegenden Ausführungsform das Stellglied 232 und den Elektromotor 220 jeweils unabhängig steuern. Während eines Übergangs vom Bereitschaftsmodus 410 in den Vollantriebsmodus 440 kann daher ein Fall eintreten, dass das Stellglied 232 angesteuert wird, bevor der Elektromotor 220 angesteuert wird (das heißt entsprechend dem Eingreifmodus 420), und ein Fall, wo der Elektromotor 220 angesteuert wird, bevor das Stellglied 232 angesteuert wird (das heißt entsprechend dem Rotationsmodus 430).
Die Auswahl zwischen diesem Eingreifmodus 420 und diesem Rotationsmodus 430 wird im Grunde auf Basis der Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 zur Zeit der Forderung eines Neustarts des Verbrennungsmotors 100 durchgeführt.
Eingreifmodus 420 bezeichnet einen Zustand, wo nur das Stellglied 232 angesteuert wird und der Elektromotor 220 nicht angesteuert wird. Dieser Modus wird ausgewählt, wenn das Ritzel 260 und das Hohlrad 110 miteinander in Eingriff gebracht werden können, obwohl das Ritzel 260 angehalten bleibt. Genauer wird dieser Eingreifmodus 420 ausgewählt, während der Verbrennungsmotor 100 angehalten bleibt oder während die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 ausreichend niedrig ist (Ne ≤ erster Bezugswert α1.
Rotationsmodus 430 bezeichnet dagegen einen Zustand, wo nur der Elektromotor 220 angetrieben wird und das Stellglied 232 nicht angetrieben wird. Dieser Modus wird beispielsweise ausgewählt, wenn eine Forderung nach Neustarten des Verbrennungsmodus 100 unmittelbar nach einer Forderung zum Anhalten des Verbrennungsmotors ausgeben wird, und wenn die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 relativ hoch ist (α1 < Ne ≤ zweiter Bezugswert α2).
Wenn die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 hoch ist, ist somit der Unterschied zwischen den Drehzahlen des Ritzels 260 und des Hohlrads 110 groß, während das Ritzel 260 angehalten bleibt, und ein Eingriff zwischen dem Ritzel 260 und dem Hohlrad 110 kann schwierig werden. Daher wird im Rotationsmodus 430 nur der Elektromotor 220 angetrieben, bevor das Stellglied 232 angetrieben wird, so dass eine Drehzahl des Hohlrads 110 und eine Drehzahl des Ritzels 260 miteinander synchron sind. Darm wird als Reaktion darauf, dass der Unterschied zwischen der Drehzahl des Hohlrads 110 und der Drehzahl des Ritzel 260 ausreichend klein ist, das Stellglied 232 angetrieben und das Hohlrad 110 und das Ritzel 260 werden miteinander in Eingriff gebracht. Dann geht der Betrieb vom Rotationsmodus 430 in den Vollantriebsmodus 440 über.
Im Falle des Vollantriebsmodus 440 kehrt der Betrieb als Reaktion auf einen Abschluss des Startens des Verbrennungsmotors 100 und den Beginn eines eigenständigen Betriebs des Verbrennungsmotors 100 vom Vollantriebsmodus 440 in den Bereitschaftsmodus 410 zurück.
Wenn ein Signal ausgegeben wird, das ein Starten des Verbrennungsmotors 100 verlangt, das heißt, wenn bestimmt wird, dass der Verbrennungsmotor 100 gestartet werden soll, werden das Stellglied und der Elektromotor 220 in irgendeinem Modus vom zweiten Modus, in dem der Übergang in den Vollantriebsmodus 440 über den Eingreifmodus 420 gemacht wird, und vom ersten Modus, in dem der Übergang in den Vollantriebsmodus 440 über den Rotationsmodus 430 gemacht wird, gesteuert.
3 ist ein Diagramm, das zwei Antriebsmodi (den ersten Modus, den zweiten Modus) in einem Verbrennungsmotor-Startbetrieb der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
In 3 zeigt die Abszisse die Zeit an und die Ordinate zeigt die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 und einen Ansteuerungszustand des Stellglieds 232 und des Elektromotors 220 im ersten Modus und im zweiten Modus an.
Es wird ein Fall betrachtet, wo beispielsweise zu einem Zeitpunkt t0 eine Stoppbedingung, dass das Fahrzeug anhält und der Fahrer das Bremspedal 150 betätigt, erfüllt ist, und infolgedessen eine Forderung nach Anhalten des Verbrennungsmotors 100 erzeugt wird und der Verbrennungsmotor 100 angehalten wird (Kraftstoffeinspritzung und Zündung werden ausgeschaltet). Solange der Verbrennungsmotor 100 nicht neu gestartet wird, sinkt hierbei die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 allmählich, wie mit einer durchgezogenen Kurve W0 angezeigt, und schließlich hört die Drehung des Verbrennungsmotors 100 auf.
Dann wird ein Fall betrachtet, wo beispielsweise eine solche Startbedingung, dass ein Umfang, in dem der Fahrer das Bremspedal 150 betätigt, null erreicht, während die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 sinkt, erfüllt ist, und daher eine Forderung nach einem Neustart des Fahrzeugs 100 erzeugt wird. Hierbei wird eine Einteilung in drei Region, basieren auf der Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 vorgenommen.
Eine erste Region (Region 1) betrifft einen Fall, wo die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 höher ist als ein zweiter Bezugswert α2, und beispielsweise einen solchen Zustand, dass die Startbedingung erfüllt ist und eine Forderung nach einem Neustart an einem Punkt PO in 3 erzeugt wird.
Diese Region 1 ist eine Region, wo der Verbrennungsmotor 100 durch eine Kraftstoffeinspritzung und eine Betätigung des Zündschlüssels gestartet werden kann, ohne den Starter 200 zu verwenden, da die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 ausreichend hoch ist. Das heißt, die Region 1 ist eine Region, wo der Verbrennungsmotor 100 aus eigener Kraft zurückkommen kann. Daher ist in der Region 1 das Ansteuern des Starters 200 ausgesetzt, und genauer nicht zugelassen. Man beachte, dass der oben beschriebene zweite Bezugswert α2 abhängig von der maximalen Drehzahl des Elektromotors 220 beschränkt sein kann.
Eine zweite Region (Region 2) bezeichnet einen Fall, wo die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 zwischen dem ersten Bezugswert α1 und dem zweiten Bezugswert α2 liegt, und einen solchen Zustand, dass die Startbedingung erfüllt ist und eine Forderung nach einem Neustart zum Zeitpunkt P1 in 3 erzeugt wird.
Diese Region 2 ist eine Region, wo die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 relativ hoch ist, der Verbrennungsmotor 100 jedoch nicht aus eigener Kraft zurückkommen kann. In dieser Region wird der Rotationsmodus ausgewählt wie mit Bezug auf 2 beschrieben.
Wenn zu einem Zeitpunkt t2 eine Forderung nach einem Neustart des Verbrennungsmotors 100 erzeugt wird, wird der Elektromotor 220 zu Beginn erst angesteuert, wenn eine bestimmte Zeitspanne vergangen ist. Somit beginnt ein Ritzel 260 zu rotieren. Dann wird zu einem Zeitpunkt t4 das Stellglied 232 angesteuert. Wenn das Hohlrad 110 und das Ritzel 260 miteinander in Eingriff kommen, wird der Verbrennungsmotor 100 angedreht und die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 wird erhöht, wie von einer gestrichelten Kurve W1 angezeigt. Wenn der Verbrennungsmotors 100 seinen eigenständigen Betrieb wieder aufnimmt, wird dann die Ansteuerung des Stellglieds 232 und des Elektromotors 220 beendet.
Eine dritte Region (Region 3) betrifft einen Fall, wo die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 unter dem ersten Bezugswert α1 liegt, und beispielsweise einen solchen Zustand, dass die Startbedingung erfüllt ist und eine Forderung nach einem Neustart zu einem Zeitpunkt P2 in 3 erzeugt wird.
Diese Region 3 ist eine Region, wo die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 niedrig ist und das Ritzel 260 und das Hohlrad 110 miteinander in Eingriff gebracht werden können, ohne das Ritzel 260 zu synchronisieren. In dieser Region wird der Eingreifmodus ausgewählt wie mit Bezug auf 2 beschrieben.
Wenn zu einem Zeitpunkt t5 eine Forderung nach einem Neustart des Verbrennungsmotors 100 erzeugt wird, wird das Stellglied 232 zu Beginn erst nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne angesteuert. Somit wird das Ritzel 260 zum Hohlrad 110 hin verschoben. Danach wird der Elektromotor 220 angesteuert (zu einem Zeitpunkt t7 in 3). Somit wird der Verbrennungsmotor 100 angedreht und eine Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 wird höher, wie mit einer gestrichelten Kurve W2 dargestellt. Wenn der Verbrennungsmotor 100 dann den Betrieb aus eigener Kraft wieder aufnimmt, wird das Ansteuern des Stellglieds 232 und des Elektromotors 220 beendet.
Dadurch, dass das Neustarten des Verbrennungsmotors 100 somit unter Verwendung des Starters 200 gesteuert wird, in dem das Stellglied 232 und der Elektromotor 220 unabhängig angesteuert werden können, kann der Verbrennungsmotor 100 in einem kürzeren Zeitraum neu gestartet werden als in einem Fall eines herkömmlichen Starters, wo ein Betrieb zum Neustarten des Verbrennungsmotors 100 während eines Zeitraums (Tinh) ab einer Drehzahl, bei das Zurückkommen des Verbrennungsmotors 100 aus eigener Kraft nicht möglich war (einem Zeitpunkt t1 in 3), bis zu einem Anhalten des Verbrennungsmotors 100 (zu einem Zeitpunkt t8 in 3) nicht zugelassen ist. Somit kann eine Verunsicherung des Fahrers, wenn dieser einen verzögerten Neustart des Verbrennungsmotors wahrnimmt, verringert werden.
Wie in 4 dargestellt ist, kann beim Neustarten des Verbrennungsmotors 100 eine Spannung einer Batterie 120 für die Zufuhr von elektrischer Leistung zum Verbrennungsmotor 220 wegen des Ansteuerns des Elektromotors 200 vorübergehend sinken. Da die Batterie 120 elektrische Leistung nicht nur zum Elektromotor 220, sondern auch zu Hilfsgeräten liefert, ist ein Sinken der Spannung der Batterie 120 unerwünscht.
Wenn eine Spannung der Batterie 120 unter einen Schwellenwert VS sinkt, während der Elektromotor 220 angesteuert wird, wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Anhalten des Verbrennungsmotors 100 danach ausgesetzt. Genauer wird ein automatisches Anhalten des Verbrennungsmotors 100, das heißt ein Leerlaufstopp oder Economybetrieb, nicht zugelassen. Die Häufigkeit eines automatischen Anhaltens des Verbrennungsmotors 100 kann verringert werden. Wenn beispielsweise ein niedrigster Spannungswert der Batterie 120, während der Elektromotor 220 angesteuert wird, bei oder unter dem Schwellenwert VS liegt, wird bestimmt, dass die Spannung der Batterie 120 unter den Schwellenwert VS gesunken ist.
Ein Leerlaufstopp oder Economybetrieb kann ausgesetzt werden, bis das nächste Mal ein IG-OFF-Signal empfangen wird oder bis ein Memory in der ECU 300 infolge eines Austausches der Batterie 120 gelöscht wird.
Ein Maß, in dem die Spannung der Batterie 120 sinkt, variiert gemäß der Verbrennungsmotordrehzahl Ne zu der Zeit, wenn der Elektromotor 220 angesteuert wird. Wenn die Verbrennungsmotordrehzahl Ne zu der Zeit, wenn der Elektromotor 220 angesteuert wird, hoch ist, kann die Last, die an den Elektromotor 220 angelegt wird, niedrig sein. Da eine Verbrennungsmotordrehzahl Ne zu der Zeit, wenn der Elektromotor angesteuert wird, höher ist, kann daher ein Maß, in dem die Spannung sinkt, klein sein, wie mit einer gestrichelten Linie in 5 angezeigt.
Angesichts dieser Tatsachen wird in der vorliegenden Ausführungsform ein unterschiedlicher Schwellenwert VS gemäß der Verbrennungsmotordrehzahl Ne zu der Zeit, wenn der Elektromotor 220 angesteuert wird, verwendet. Das heißt, unterschiedliche Schwellenwerte VS werden verwendet in einem Fall, wo das Stellglied 232 und der Elektromotor 220 im Drehmodus gesteuert werden, in einem Fall, wo das Stellglied 232 und der Elektromotor 220 in einem Eingriffsmodus gesteuert werden, bevor die Verbrennungsmotordrehzahl Ne null erreicht, und in einem Fall, wo das Stellglied 232 und der Elektromotor 220 im Eingriffsmodus gesteuert werden, nachdem die Drehzahl des Verbrennungsmotors Ne null erreicht hat.
In dem Fall, wo das Stellglied 232 und der Elektromotor 220 im Drehmodus gesteuert werden, wird ein erster Schwellenwert VS1 verwendet. In dem Fall, wo das Stellglied 232 und der Elektromotor 220 im Eingriffsmodus gesteuert werden, bevor die Verbrennungsmotordrehzahl Ne null erreicht, wird ein zweiter Schwellenwert VS2 verwendet. In dem Fall, wo das Stellglied 232 und der Elektromotor 220 im Eingriffsmodus gesteuert werden, nachdem die Verbrennungsmotordrehzahl Ne null erreicht hat, wird der dritte Schwellenwert VS3 verwendet.
Der erste Schwellenwert VS1 ist höher als der zweite Schwellenwert VS2. Der zweite Schwellenwert VS2 ist höher als der dritte Schwellenwert VS3. Der erste Schwellenwert VS1, der zweite Schwellenwert VS2 und der dritte Schwellenwert VS3 werden von einem Entwickler auf Basis von Versuchen, Simulation und dergleichen vorgegeben.
Nachstehend werden Verfahrensschritte, die von der ECU 300 für ein Anhalten und ein Starten des Verbrennungsmotors 100 durchgeführt werden, mit Bezug auf 6 und 7 beschrieben. Die in 6 und 7 dargestellten Flussdiagramme werden durch Ausführen eines Programms, das vorab in der ECU 300 gespeichert worden ist, in einem vorgeschriebenen Zyklus verwirklicht. Alternativ können die Verfahrensschritte in Bezug auf einige Schritte auch durch die Konstruktion von spezieller Hardware (elektronischer Schaltung) durchgeführt werden.
Im Schritt 100 (Schritt wird im Folgenden mit S abgekürzt) bestimmt die ECU 300, ob der Verbrennungsmotor 100 in Betrieb ist oder nicht. Wenn der Verbrennungsmotor 100 in Betrieb ist (JA in S100), bestimmt die ECU 300 in S102, ob eine Bedingung zum Anhalten des Verbrennungsmotors 100 erfüllt ist oder nicht. Das heißt, es wird bestimmt, ob der Verbrennungsmotor 100 angehalten werden soll oder nicht.
Wenn eine Bedingung zum Anhalten des Verbrennungsmotors 100 nicht erfüllt ist, beispielsweise wegen einer Beschränkung des Anhaltens des Verbrennungsmotors 100 (NEIN in S102), wird der Betrieb des Verbrennungsmotors 100 fortgesetzt. In diesem Fall schreitet das Verfahren zu S290 weiter, und die ECU 300 wählt den Bereitschaftsmodus als Betriebsmodus für den Starter 200 aus.
Wenn eine Bedingung zum Anhalten des Verbrennungsmotors 100 erfüllt ist, weil ein Anhalten des Verbrennungsmotors 100 nicht ausgesetzt ist (JA in S102), bewirkt die ECU 300 in S106, dass der Verbrennungsmotor 100 anhält. Daher werden die Kraftstoffeinspritzung und Verbrennung im Verbrennungsmotor 100 beendet.
Danach bestimmt die ECU 300 in S200, ob eine Bedingung zum Starten des Verbrennungsmotors 100 erfüllt ist oder nicht. Das heißt, es wird bestimmt, ob der Verbrennungsmotor 100 gestartet werden soll oder nicht. Wenn eine Bedingung zum Starten des Verbrennungsmotors 100 nicht erfüllt ist (NEIN in S200), geht das Verfahren zu S290 weiter, und die ECU 300 wählt des Bereitschaftsmodus als den Betriebsmodus des Starters 200 aus, da ein Betrieb zum Starten des Verbrennungsmotors 100 nicht notwendig ist.
Wenn eine Bedingung zum Starten des Verbrennungsmotors 100 erfüllt ist (JA in S200), geht das Verfahren zu S210 weiter, und die ECU 300 bestimmt dann, ob die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 bei oder unter dem zweiten Bezugswert α2 liegt oder nicht.
Wenn die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 über dem zweiten Bezugswert α2 liegt (NEIN in S210), entspricht die Verbrennungsmotordrehzahl Ne einer Region 1 in 3, wo der Verbrennungsmotor 100 aus eigener Kraft zurückkommen kann. Daher bewirkt die ECU 300, dass das Verfahren zu S212 fortschreitet, und wählt den Bereitschaftsmodus aus. Danach nimmt die ECU 300 die Kraftstoffeinspritzung und Verbrennung in S214 wieder auf, um den Verbrennungsmotor 100 neu zu starten.
Wenn die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 bei oder unter dem zweiten Bezugswert α2 liegt (JA in S210), bestimmt die ECU 300 in Schritt S216, ob die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 null ist oder nicht.
Wenn die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 null ist (JA in S216), wählt die ECU 300 in S218 einen dritten Schwellenwert VS3, der vom ersten Schwellenwert VS1, vom zweiten Schwellenwert VS2 und vom dritten Schwellenwert VS3 der niedrigste ist, als Schwellenwert VS aus, der mit einer Spannung der Batterie 120 zu vergleichen ist.
Wenn die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 null ist (JA in S220), liegt die Drehzahl Ne außerdem in der Region 3 in 3, und daher geht das Verfahren zu S245 weiter, und die ECU 300 wählt den Eingreifmodus als Betriebsmodus für den Starter 200 aus. Dann gibt die ECU 300 ein Steuersignal SE1 aus, um das Relais RY1 zu schließen, und das Stellglied 232 wird angesteuert. Hierbei wird der Elektromotor 220 nicht angetrieben bzw. angesteuert.
Danach geht das Verfahren zu S270 weiter, und die ECU 300 wählt den Vollantriebsmodus als Betriebsmodus für den Starter 200 aus. Dann wird der Elektromotor 220 angesteuert, um den Verbrennungsmotor 100 anzudrehen.
Wenn die Spannung der Batterie 120 unter den Schwellenwert VS sinkt, während der Elektromotor 220 angesteuert wird (JA in S272), setzt die ECU 300 in S274 das Anhalten des Verbrennungsmotors 100 aus. In dem Fall, wo eine Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 null ist, wenn die Spannung der Batterie 120 unter den dritten Schwellenwert VS3 sinkt, während der Elektromotor 220 angesteuert wird, wird ein Anhalten des Verbrennungsmotors 100 ausgesetzt. Wenn das Anhalten des Verbrennungsmotors 100 ausgesetzt ist, ist danach eine Stoppbedingung nicht erfüllt. Daher wird ein automatisches Anhalten des Verbrennungsmotors 100, das heißt ein Leerlaufstopp oder ein Economybetrieb, ausgesetzt, und der Betrieb des Verbrennungsmotors 100 wird fortgesetzt.
Solange die Spannung der Batterie 120 nicht unter den Schwellenwert VS sinkt, während der Elektromotor 220 angesteuert wird (NEIN in S272), lässt die ECU 300 in S276 das Anhalten des Verbrennungsmotors 100 zu.
In S280 bestimmt die ECU 300 dann, ob das Starten des Verbrennungsmotors 100 abgeschlossen worden ist oder nicht. Die Bestimmung, dass das Starten des Verbrennungsmotors 100 abgeschlossen worden ist, kann beispielsweise aufgrund dessen getroffen werden, ob die Drehzahl des Verbrennungsmotors über einem Schwellenwert γ, der den eigenständigen Betrieb anzeigt, liegt oder nicht, nachdem eine vorgeschriebene Zeitspanne seit dem Beginn der Ansteuerung des Elektromotors 220 vergangen ist.
Wenn das Starten des Verbrennungsmotors 100 nicht abgeschlossen worden ist (NEIN in S280) kehrt das Verfahren zu S270 zurück, und das Andrehen des Verbrennungsmotors wird fortgesetzt.
Wenn das Starten des Verbrennungsmotors 100 abgeschlossen worden ist (JA in S280) geht das Verfahren zu S290 weiter, und die ECU 300 wählt den Bereitschaftsmodus als Betriebsmodus für den Starter 200 aus.
Wenn die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 höher ist als null (NEIN in S126), bestimmt die ECU 300, ob die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 bei oder unter dem ersten Bezugswert α1 liegt oder nicht (0 < α).
Wenn die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 bei oder unter dem ersten Bezugswert α1 liegt (JA in S220), wählt die ECU 300 in S222 den zweiten Schwellenwert VS2 von dem ersten Schwellenwert VS1, dem zweiten Schwellenwert VS2 und dem dritten Schwellenwert VS3 als Schwellenwert VS aus, der mit einer Spannung der Batterie 120 verglichen werden soll.
Wenn die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 bei oder unter dem ersten Bezugswert α1 liegt (JA in S220), entspricht die Drehzahl Ne der Region 3 in 3. Daher geht das Verfahren zu S245 weiter, und die ECU 300 wählt den Eingreifmodus als Betriebsmodus für den Starter 200 aus. Dann gibt die ECU 300 ein Steuersignal SE1 aus, um das Relais RY1 zu schließen, und somit wird das Stellglied 232 angesteuert. Hierbei wird der Elektromotor 220 nicht angesteuert.
Danach geht das Verfahren zu S270 weiter, und die ECU 300 wählt den Vollantriebsmodus als den Betriebsmodus für den Starter 200 aus. Danach startet der Starter 200 das Andrehen des Verbrennungsmotors 100.
Wenn die Spannung der Batterie 120 unter den Schwellenwert VS sinkt, während der Elektromotor 220 angesteuert wird (JA in S272), setzt die ECU 300 in Schritt S274 das Anhalten des Verbrennungsmotors 100 aus. In dem Fall, dass die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 höher ist als null und bei oder unter dem ersten Bezugswert α1 liegt, wird ein Anhalten des Verbrennungsmotors 100 ausgesetzt, wenn die Spannung der Batterie 120 unter den zweiten Schwellenwert VS2 sinkt, während der Elektromotor 220 angesteuert wird.
Wenn das Starten des Verbrennungsmotors 100 nicht abgeschlossen worden ist (NEIN in S280), kehrt das Verfahren zu S270 zurück, und das Andrehen des Verbrennungsmotors 100 wird fortgesetzt.
Wenn das Starten des Verbrennungsmotors 100 abgeschlossen worden ist (JA in S280), geht das Verfahren zu S290 weiter, und die ECU 300 wählt den Bereitschaftsmodus als Betriebsmodus für den Starter 200 aus.
Wenn die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 höher ist als der erste Bezugswert α1 (NEIN in S220), wählt die ECU 30 in S224 den ersten Schwellenwert VS1, der von dem ersten Schwellenwert VS1, dem zweiten Schwellenwert VS2 und dem dritten Schwellenwert VS3 der höchste ist, als Schwellenwert VS aus, der mit einer Spannung der Batterie 120 verglichen werden soll.
Wenn die Drehzahl Ne des Elektromotors 100 höher ist als der erste Bezugswert α1 (NEIN in Schritt S220), wählt die ECU 300 in S240 den Rotationsmodus als Betriebsmodus für den Starter 200 aus. Dann gibt die ECU 300 ein Steuersignal SE2 aus, um das Relais RY2 zu schließen, und somit wird der Elektromotor 220 angesteuert. Hierbei wird das Stellglied 232 nicht angesteuert.
Dann wählt die ECU 300 in S270 den Vollantriebsmodus als den Betriebsmodus für den Starter 200 aus. Somit wird das Stellglied 232 angesteuert, das Ritzel 260 und das Hohlrad 110 werden miteinander in Eingriff gebracht, und der Verbrennungsmotor 100 wird angedreht.
Wenn die Spannung der Batterie 120 unter den Schwellenwert VS sinkt, während der Elektromotor 220 angesteuert wird (JA in S272), setzt die ECU 300 in S274 das Anhalten des Verbrennungsmotors 100 aus. In dem Fall, dass die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 höher ist als der erste Bezugswert α1, wird ein Anhalten des Verbrennungsmotors 100 ausgesetzt, wenn die Spannung der Batterie 120 unter den ersten Schwellenwert VS1 sinkt, während der Elektromotor 220 angesteuert wird.
Wenn das Starten des Verbrennungsmotors 100 nicht abgeschlossen worden ist (NEIN in S280), kehrt das Verfahren zu S270 zurück, und das Andrehen des Verbrennungsmotors 100 wird fortgesetzt.
Wenn das Starten des Verbrennungsmotors 100 abgeschlossen worden ist (JA in S280), geht das Verfahren zu S290 weiter, und die ECU 300 wählt den Bereitschaftsmodus als Betriebsmodus für den Starter 200 aus.
Wie oben beschrieben, wird in der ersten Ausführungsform der Verbrennungsmotor 100 angehalten, wenn die vorgegebene Stoppbedingung erfüllt ist. Wenn die vorgegebene Stoppbedingung erfüllt ist, wird der Elektromotor 220 im Starter 200 angesteuert und der Verbrennungsmotor 100 wird angedreht. Wenn eine Spannung der Batterie 120 zum Zuführen von elektrischer Leistung zum Elektromotor 220 unter den Schwellenwert VS sinkt, während der Elektromotor 220 angesteuert wird, wird danach ein Anhalten des Verbrennungsmotors 100 ausgesetzt. Der Schwellenwert ist umso höher, je höher die Verbrennungsmotordrehzahl Ne während der Ansteuerung des Elektromotors 220 ist. Auch wenn ein Maß, in dem die Spannung zu der Zeit sinkt, wenn der Elektromotor 220 angesteuert wird, während die Verbrennungsmotordrehzahl Ne hoch ist, kleiner ist als ein Maß, in dem die Spannung zu der Zeit sinkt, wenn der Elektromotor 220 angesteuert wird, während die Verbrennungsmotordrehzahl Ne niedrig ist, kann bei ungenügender Spannung der Batterie 120 die Spannung der Batterie 120 unter dem Schwellenwert VS liegen. Obwohl danach eine Stoppbedingung erfüllt ist, wird der Betrieb des Verbrennungsmotors 100 daher fortgesetzt.
Zweite Ausführungsform
Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform mit Bezug auf 8 beschrieben. Ein Starter 202 in der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich vom Starter 200 in der ersten Ausführungsform dadurch, dass das Ritzel 260 immer mit dem Hohlrad 110 in Eingriff gebracht wird.
Der Starter 202 in der vorliegenden Ausführungsform weist eine Freilaufkupplung 270 anstelle des Stellglieds auf. Die Freilaufkupplung 270 ist an einem Abtriebselement 250 vorgesehen. Die Freilaufkupplung 270 lässt zu, dass die Verbrennungsmotordrehzahl Ne höher ist als die Drehzahl des Elektromotors 220.
Die anderen Merkmale des Verbrennungsmotors 100 sind die gleichen. Daher wird ihre ausführliche Beschreibung hier nicht wiederholt.
Nachstehend werden Verfahrensschritte, die von der ECU 300 für ein Anhalten und ein Starten des Verbrennungsmotors 100 durchgeführt werden, mit Bezug auf 9 und 10 beschrieben. Die in 9 und 10 dargestellten Flussdiagramme werden durch Ausführen eines Programms, das vorab in der ECU 300 gespeichert worden ist, in einem vorgeschriebenen Zyklus verwirklicht. Alternativ können die Verfahrensschritte in Bezug auf einige Schritte auch durch die Konstruktion von spezieller Hardware (elektronischer Schaltung) durchgeführt werden.
Verarbeitungsschritten, die denen in der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform gleich sind, sind die gleichen Bezugszahlen zugeordnet. Daher wird ihre ausführliche Beschreibung hier nicht wiederholt.
Wenn die Drehzahl Ne des Verbrennungsmotors 100 bei oder unter dem zweiten Bezugswert α2 liegt (JA in S210), setzt die ECU 300 in S300 den Schwellenwert VS, der mit einer Spannung der Batterie 120 verglichen werden soll, gemäß der Verbrennungsmotordrehzahl Ne. Wie in 11 dargestellt ist, wird der Schwellenwert VS beispielsweise so gesetzt, dass er umso höher ist, je höher die Verbrennungsmotordrehzahl Ne ist. Genauer wird der Schwellenwert VS umso höher gesetzt, je höher die Verbrennungsmotordrehzahl Ne zu der Zeit ist, wenn die Spannung am niedrigsten ist, während der Elektromotor 220 angesteuert wird. Der Schwellenwert VS kann umso höher gesetzt werden, je höher die Verbrennungsmotordrehzahl Ne ist, wenn eine Startbedingung erfüllt ist. Der Schwellenwert VS kann umso höher gesetzt werden, je höher die Verbrennungsmotordrehzahl Ne zu der Zeit ist, wenn das Ansteuern des Elektromotors 220 beginnt. Ferner kann eine angemessene Drehzahl nach Bedarf als Verbrennungsmotordrehzahl Ne verwendet werden, die zum Setzen des. Schwellenwerts VS verwendet wird.
Mit Bezug auf 10 steuert die ECU 300 in S302 den Elektromotor 220 an, um den Verbrennungsmotor 100 anzudrehen.
Wenn das Starten des Verbrennungsmotors 100 abgeschlossen worden ist (JA in S280), geht das Verfahren zu S304 weiter, und die ECU 300 hält den Elektromotor 220 an.
Auch dadurch kann eine ähnliche Wirkung erhalten werden wie in der ersten Ausführungsform. Ferner kann der Verbrennungsmotor 100 durch einen Wechselstromgenerator angedreht werden.
Es sei klargestellt, dass die hierin offenbarten Ausführungsformen der Erläuterung dienen und in keiner Hinsicht beschränkend sind. Der Bereich der vorliegenden Erfindung wird vom Wortlaut der Ansprüche definiert und nicht von der obigen Beschreibung, und soll alle Modifikationen innerhalb des Bereichs und der Bedeutung, die dem Wortlaut der Ansprüche äquivalent sind, einschließen.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN

10 Fahrzeug; 100 Verbrennungsmotor; 110 Hohlrad; 111 Kurbelwelle; 115 Drehzahlsensor; 120 Batterie; 125, 130 Spannungssensor; 140 Gaspedal; 150 Bremspedal; 160 Antriebsstrang; 170 Antriebsrad; 200, 202 Starter; 210 Plunger; 220 Motor; 230 Magnetspule; 232 Stellglied; 240 Kupplungsabschnitt; 245 Drehzapfen; 250 Abtriebselement; 260 Ritzel; 270 Freilauf; 300 ECU; 410 Bereitschaftsmodus; 420 Eingreifmodus; 430 Rotationsmodus; 440 Vollantriebsmodus; und RY1, RY2 Relais.

Claims

Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor (100), der angehalten wird, wenn eine vorgegebene Stoppbedingung erfüllt ist, und von einem Elektromotor (220) angedreht wird, wenn eine vorgegebene Startbedingung erfüllt ist, nachdem er gestoppt worden ist, aufweisend: eine Steuereinheit (300), die den Stopp des Verbrennungsmotors (100) aussetzt, wenn eine Spannung einer Batterie (120), die den Elektromotor (220) mit elektrischer Leistung versorgt, unter einen Schwellenwert sinkt, während der Elektromotor (220) angesteuert und der Verbrennungsmotor (100) angedreht wird, wobei der Schwellenwert umso höher ist, je höher eine Drehzahl des Verbrennungsmotors (100) zu der Zeit ist, wenn der Elektromotor (220) angesteuert wird.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor (100) nach Anspruch 1, wobei der Verbrennungsmotor (100) mit einem Starter (200) versehen ist, der ein zweites Zahnrad (260), das mit einem mit einer Kurbelwelle (111) verkoppelten ersten Zahnrad (110) in Eingriff gebracht werden kann, und ein Stellglied (232) aufweist, welches in einem Ansteuerungszustand das zweite Zahnrad (260) in eine Position bewegt, wo das zweite Zahnrad (260) mit dem ersten Zahnrad (110) in Eingriff gebracht wird, der Elektromotor (220) bewirkt, dass das zweite Zahnrad (260) rotiert, die Steuereinheit (300) einen Rotationsmodus (430), in dem der Elektromotor (220) angesteuert wird, bevor das Stellglied (232) angesteuert wird, und einen Eingreifmodus (420) aufweist, in dem das zweite Zahnrad (260) vom Stellglied (232) mit dem ersten Zahnrad (110) in Eingriff gebracht wird, bevor der Elektromotor (220) angesteuert wird, und das Stellglied (232) und der Elektromotor (220) im Rotationsmodus (430) angesteuert werden, bei einer Drehzahl des Verbrennungsmotors (100), die höher ist als die Drehzahl des Verbrennungsmotors (100), wenn das Stellglied (232) und der Elektromotor (220) im Eingreifmodus (420) angesteuert werden.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor (100) nach Anspruch 2, wobei der Schwellenwert, der im Rotationsmodus (430) verwendet wird, höher ist als der Schwellenwert, der im Eingreifmodus (420) verwendet wird.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor (100) nach Anspruch 2, wobei das Stellglied (232) und der Elektromotor (220) im Eingreifmmodus (420) angesteuert werden, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors (220) zu einer Zeit, wenn die Startbedingung erfüllt ist, höher ist als null und bei oder unter einer vorgegebenen Drehzahl liegt, die Steuereinheit (300) zusätzlich zum Rotationsmodus (430) und zum Eingreifmodus (420) einen Spezialeingreifmodus aufweist, in dem das zweite Zahnrad (260) vom Stellglied (232) mit dem ersten Zahnrad (110) in Eingriff gebracht wird, bevor der Elektromotor (220) angesteuert wird, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors (100) zu der Zeit, wenn die Startbedingung erfüllt ist, null ist, der Schwellenwert, der im Rotationsmodus (430) verwendet wird, höher ist als der Schwellenwert, der im Eingreifmodus (420) verwendet wird, und der Schwellenwert, der im Eingreifmodus (420) verwendet wird, höher ist als der Schwellenwert, der im Spezialeingreifmodus verwendet wird.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor (100) nach Anspruch 2, wobei das Stellglied (232) und der Elektromotor (220) im Eingreifmodus (420) angesteuert werden, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors (100) zu einer Zeit, wenn die Startbedingung erfüllt ist, höher als null ist und bei oder unter einer vorgegebenen Drehzahl liegt, die Steuereinheit (300) zusätzlich zum Rotationsmodus (430) und zum Eingreifmodus (420) einen Spezialeingreifmodus aufweist, in dem das zweite Zahnrad (260) vom Stellglied (232) mit dem ersten Zahnrad (110) in Eingriff gebracht wird, bevor der Elektromotor (220) angesteuert wird, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors (100) zu der Zeit, wenn die Startbedingung erfüllt ist, null ist, der Schwellenwert, der im Eingreifmodus (420) verwendet wird, höher ist als der Schwellenwert, der im Spezialeingreifmodus verwendet wird.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor (100) nach Anspruch 2, wobei das Stellglied (232) und der Elektromotor (220) im Eingreifmodus (420) angesteuert werden, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors (100) zu einer Zeit, wenn die Startbedingung erfüllt ist, höher als null ist und bei oder unter einer vorgegebenen Drehzahl liegt, die Steuereinheit (300) zusätzlich zum Rotationsmodus (430) und zum Eingreifmodus (420) einen Spezialeingreifmodus aufweist, in dem das zweite Zahnrad (260) vom Stellglied (232) mit dem ersten Zahnrad (110) in Eingriff gebracht wird, bevor der Elektromotor (220) angesteuert wird, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors (100) zu der Zeit, wenn die Startbedingung erfüllt ist, null ist, und der Schwellenwert, der im Rotationsmodus (430) verwendet wird, höher ist als der Schwellenwert, der im Spezialeingreifmodus verwendet wird.