CN102108930B - 发动机控制装置和发动机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种发动机控制装置，设置成控制使用AC电动机启动的发动机。该发动机控制装置包括发动机旋转方向确定部分、重启命令确定部分和发动机重启抑制部分。所述发动机旋转方向确定部分用以确定所述发动机的旋转方向。所述重启命令确定部分用以在所述发动机的转速由于空载停止命令而正在降低的同时确定是否出现重启命令。所述发动机重启抑制部分用以当确定所述发动机正在向回旋转时选择性地抑制所述发动机由响应于所述重启命令的所述AC电动机重启。

Description

发动机控制装置和发动机控制方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年12月25日提交的日本专利申请No.2009-294046的优先权。该日本专利申请No.2009-294046的完整内容通过引用的方式结合于此。

技术领域

本发明总体涉及一种发动机控制装置和发动机控制方法。更具体地说，本发明涉及使用AC电动机启动发动机。

背景技术

传统的发动机自动停止/重启装置(例如，参见日本未审公开专利出版物No.2005-330813)已经公知，其中，当空载停止命令已经产生之后，发动机转速降低的同时发动机重启命令产生时，启动器电动机的小齿轮的转速与飞轮的环形内齿轮的转速同步，该小齿轮与环形内齿轮啮合。然后，发动机开始启动，而不用等待发动机停止旋转。

发明内容

已经发现，在发动机采用电动机-发电机启动的装置中，如果在发动机转速正在降低的同时产生发动机重新启动命令，那么发动机会在正在经历旋转反冲(向后旋转)的同时被启动。在这种情况下，在电动机-发电机的MOS(金属氧化物半导体)晶体管中产生大电流的持续时间根据那时的发动机转速进行确定。发动机转速越慢，电流持续时间越长。因此，如果在MOS晶体管中产生大电流并且发动机的转速长时间处于低转速区域，尤其地如果当发动机经受旋转反冲(向后旋转)时产生电流，那么MOS晶体管的半导体部分将加热并且MOS晶体管的使用寿命(可持续性)将降低。这里公开的发动机控制装置通过使MOS晶体管经受不太严格的环境而保护MOS晶体管，由此延长MOS晶体管的寿命。

本公开的发动机控制装置和发动机启动控制方法鉴于传统技术中的这一问题而得到。本公开中提出的一个目的是提供一种发动机控制装置和/或发动机启动控制方法，通过在发动机处于低转速区域时限制采用电动机-发电机重新启动发动机而改善电动机-发电机的寿命。

鉴于公知的技术，发动机控制装置控制使用AC电动机启动的发动机。该发动机控制装置包括发动机旋转方向确定部分、重启命令确定部分和发动机重启抑制部分。所述发动机旋转方向确定部分用以确定所述发动机的旋转方向。所述重启命令确定部分用以在所述发动机的转速由于空载停止命令而正在降低的同时确定是否出现重启命令。所述发动机重启抑制部分用以当确定所述发动机正在向回旋转时选择性地抑制所述发动机由响应于所述重启命令的所述AC电动机重启。

同样，提供一种发动机控制方法，使得发动机使用AC电动机重新启动。所述发动机控制方法包括在所述发动机的转速由于空载停止命令正在降低的同时确定是否出现重启命令，确定所述发动机的旋转方向，以及当确定所述发动机正在向回旋转时选择性地抑制所述发动机由响应于所述重启命令的所述AC电动机重启。

附图说明

现在参照形成本原始公开的一部分的附图：

图1是根据一项所示实施例的发动机控制装置的示意性系统图；

图2是图1所示的发动机控制装置的SSG的电子系统的示意图；

图3是从曲柄轴的轴向方向观看的图1所示的发动机控制装置的曲柄转角传感器的示意图；

图4是用于说明使用图3所示的曲柄转角传感器检测旋转方向的方法的曲线图；

图5是说明图1所示的发动机控制装置的操作的流程图；以及

图6是说明图1所示的发动机控制装置的操作的图。

具体实施方式

现在将参照附图说明选定的实施例。本领域技术人员从本公开内容清楚可知，下面说明的实施例仅仅是为了示出本发明，而不是为了限制本发明，本发明由所附的权利要求及其等同内容进行限定。

首先参照图1，发动机控制装置1示意性地示出以根据一项所示实施例重新启动发动机10。发动机10是串联四缸发动机。但是，任何类型的缸布置都可接受用作发动机10。发动机10具有曲柄轴11，曲柄带轮11a连接至曲柄轴11的一端。发动机10也设置有侧部安装的启动器发电机(SSG)30。图2是图1所示的发动机控制装置1的SSG 30的电子系统的示意图。皮带12围绕曲柄带轮11a和SSG 30布置。

曲柄转角传感器20检测发动机的转速和旋转方向。曲柄转角20将在下文进行详细地讨论。

SSG 30借助皮带12而与发动机10的曲柄轴11同步。当重新启动发动机10时，SSG 30作为启动器来转动曲柄轴11。SSG 30也作为交流发电机以在发动机10运行的同时使用来自于曲柄轴11的驱动动力发电。SSG 30响应于传送自控制器50的SSG控制信号而作为重启器和/或交流发电机产生作用。在空载停止已经产生之后，当发送发动机重启命令时，SSG 30被驱动来重新启动发动机10。在所示实施例中，SSG 30是三相同步AC电动机。后文将提供对SSG 30的详细说明。

当发动机10通过用户转动钥匙、按下点火按钮或者任何其他启动操作而被启动时，启动器电动机40被驱动。

控制器50优选地包括微电脑，该微电脑具有中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机读取存储器(RAM)以及输入-输出接口(I/O接口)。控制器50也可接受包括多个微电脑。控制器50根据曲柄转角传感器20和其他传感器的信号控制SSG30的操作和发动机10的燃料喷射正时和燃料喷射量。因此，除了其他装置以外，控制器50包括控制发动机的燃料喷射系统的燃料喷射控制程序。本领域技术人员从本公开内容清楚可知，用于控制器50的精确结构和算法可以是实现本发明的功能的硬件和软件的任何组合。

基本上，控制器50配置以在发动机10向回旋转时抑制采用SSG 30(例如，AC电动机)启动发动机10。由于在发动机10向回旋转的同时抑制采用SSG 30(例如，AC电动机)启动发动机10，所以能够防止在用于将DC电力源转换成交流电流的SSG 30(例如，AC电动机)的半导体开关中长时间产生大的电流。因此，SSG 30(例如，AC电动机)的半导体部分能够被保护并且AC电动机的使用寿命能够被延长。

现在将参照图2说明SSG 30的电子系统。除了其他元件，SSG 30包括集成电路31、门驱动电路32、激活电路33、MOS晶体管34、转子35和定子36。SSG 30使用作为电动源的外部电池60被激活和驱动。

控制集成电路31根据控制器50的SSG控制信号控制施加至门驱动电路32和激活电路33的电压。控制集成电路31考虑由电流产生的热量和转子35的转速的作用。

门驱动电路32转动MOS晶体管34开启和/或关闭。门驱动电路32使用MOS晶体管34控制输送至转子35的电流的幅值和方向从而将从电池60供给的直流电转换为交流电。

激活电路33控制馈送至定子36的电流并且用于激活该定子36。这里所使用的“激活”指将电流供给至定子36从而产生磁力。

MOS晶体管34包括如图2所示的三对半导体开关(U1，U2，V1，V2，W1，W2)。当MOS晶体管34的一侧上的开关U1被转动开启时，另一侧上的开关U2被转动关闭。开关U1和U2的每个都连接至U相线，该U相线连接至转子35。当开关U1开启时，电流从电池60流向转子35。相反于开关U1，当开关U2开启时，电流从转子35流向电池60。对于开关V1和V2对和开关W1和W2对来说也是一样的。开关U1、V1和W1开启，彼此异相120度。通过转动开关开启和关闭，转子35的输出(U相、V相和W相)是交流电，重复地在正波形和负波形之间交变。采用这种方式，MOS晶体管34将电池60的直流电力转换为交流电。

转子35采用电磁体。包括U相绕组、V相绕组和W相绕组的电枢线圈布置在转子35上。通过MOS晶体管34将电池60的直流电进行转换而得到的三相交流电被馈送至转子35的三个绕组。因此，电线中的电流的相位相差120度。产生于转子35的磁场根据电流的改变幅值和方向而时时地改变。

转子36是当被激活时产生磁场的场磁体。场线圈布置在定子36上。来自于电池60的直流电流向定子36的场线圈并且激活定子36。

为了使SSG 30被驱动，定子36必须首先被激活。一旦定子36的激活完成，那么将三相交流电供给至转子35。转子35的电磁体与定子36的场磁体之间产生的吸引力和排斥力使得转子经受连续的旋转移动。转子35的旋转通过皮带12传递至发动机10的曲柄轴11。因此，SSG 30将电能转换为机械能并且转动(启动)发动机10。

当发动机转速由于空载停止命令而降低的同时重启命令出现时，如果发动机10的启动由驱动SSG而开始、并未等到发动机10已经完全停止，那么发动机10可能将在其正在向回旋转的同时被启动。如果发动机10在向后旋转的同时被启动，那么SSG 30的半导体中可能存在电流，或者持续一段长时间，导致SSG 30的半导体加热以及SSG 30的使用寿命降低。通过抑制在发动机向回旋转同时SSG驱动的发动机启动状态，相对于传统布置来讲，SSG 30的使用寿命的降低能够被防止。后文将更详细地描述响应于控制器50的各种命令采用SSG 30启动发动机。

现在将参照图3和4，讨论发动机控制装置1的曲柄转角检测装置。图3示出从曲柄轴的轴向方向观看的曲柄转角传感器20。图4是用于说明使用曲柄转角传感器20检测旋转方向的方法的曲线图。环形齿轮13围绕曲柄轴11的整个外周固定。环形齿轮13具有以相同间隔布置的凹槽和凸起(齿部)。在所示实施例中，曲柄转角传感器20包括第一曲柄转角传感器20-1和第二曲柄转角传感器20-2。第一曲柄转角传感器20-1和第二曲柄转角传感器20-2相对于曲柄轴11布置从而检测环形齿轮13的凹槽和凸起。

第一曲柄转角传感器20-1和第二曲柄转角传感器20-2以规定的相位(规定的旋转位置)检测环形齿轮13的凹槽和凸起。当发动机10沿向前方向F旋转时，第二曲柄轴传感器20-2发送检测信号，早于第一曲柄转角传感器20-1发送检测信号，如图4的左侧上所示。当发动机向回旋转R时，第一曲柄转角传感器20-1发送检测信号，早于第二曲柄转角20-2发送检测信号，如图4的右侧上所示。通过使用两个曲柄转角传感器(例如，第一曲柄转角传感器20-1和第二曲柄转角传感器20-2)，曲柄轴11的旋转方向能够根据传感器20-1和20-2的检测信号的序列而被识别。

现在将参照图5的流程图说明控制器50的发动机启动控制逻辑。在发动机控制装置1中，SSG 30的场系统使用电磁体或永磁体实现。这一实施例说明SSG 30的场系统使用电磁体的情况，因此需要被激活。发动机控制装置1重复地以每个小循环时间(例如，10毫秒)一次地执行图5所示的流程图的发动机启动控制逻辑。

在步骤S1，控制器50确定SSG 30是否处于激活模式。该激活模式为在SSG 30被驱动作为发动机10的启动器之前定子36被激活的模式。如果SSG 30没有处于激活模式，那么控制器50前进至步骤S2。如果SSG 30处于激活模式，那么控制器50前进至步骤S6。

在步骤S2，控制器50确定是否满足空载停止状态。怠速停止状态是例如发动机10已经维持空载转速一段规定量的时间的状态。如果怠速停止状态被满足，那么控制器50前进至步骤S3。如果怠速停止状态没有被满足，那么控制器50执行控制序列。

在步骤S3，控制器50执行燃料切断。燃料喷射器接收来自于控制器50的燃料喷射停止信号并且停止将燃料供给至发动机10。

在步骤S4，控制器50确定发动机重启命令是否已经产生。发动机重启命令持续，例如，将制动踏板从压下状态释放出来。如果发动机重启命令已经出现，那么控制器50前进至步骤S5。如果发动机重启命令没有出现，那么控制器50离开控制序列。

在步骤S5，控制器50将SSG 30设定为激活模式。

在步骤S6，控制器50确定SSG 30的激活是否已经完成。当足够的磁通量36存在于定子36中以驱动SSG 30作为启动发动机10的启动器时，激活被视为完成。激活的完成根据激活所需的时间量是否已经经过以及检测到激活电流值而被确定。如果激活已经完成，那么控制器50前进至步骤S7。如果激活还没有完成，那么控制器50离开控制序列。

在步骤S7，控制器50确定发动机10是否向回旋转。向回旋转R通过使用曲柄转角传感器20识别旋转方向而被确定，如前文所述。如果发动机10正在向回旋转，那么控制器50离开控制序列。如果发动机10没有向回旋转，即，向前旋转，那么控制器50前进至步骤S8。

在步骤S8，控制器50通过驱动SSG 30而重新启动发动机10。SSG 30从激活模式改变至启动器模式。

现在将参照图6说明发动机控制装置1的实际操作(实线曲线)。由于这一控制基于发动机10正在空载的假设，那么将从发动机10正在以空载转速而行驶时的时间点开始说明。

在时间t1，发动机10已经保持空载转速一段规定时间短并且空载停止状态被满足(图5-步骤S1中否，步骤S2中是)。由于空载将被停止，那么停止将燃料供给至发动机10(图5-步骤S3)。同时，SSG 30从交流发电机模式改变为空档模式(图6的曲线(C))。空档模式是SSG 30既不作为交流发电机(即，产生AC电力)也不作为定子的等待模式。发动机10的转速开始从时间t1下降(图6的曲线图(A))。

在时间t2，重新启动发动机10的请求产生，将SSG 30设定为激活模式(图6的曲线图(C)，在步骤S4→步骤S5的是)。SSG 30的激活开始。

在时间t3，发动机10的旋转从向前旋转改变为向后旋转(图6的曲线图(A))。虽然发动机10正在向后旋转，但是SSG 30没有被设定为启动器模式，即使SSG 30的激活已经完成(步骤S6中的是→步骤S7中的是)。

在时间t4，发动机10的旋转从向回旋转改变为向前旋转(图6的曲线图(A)，步骤S7中的否)。同样，SSG 30的激活完成(图6的曲线图(C)＜步骤S1中的是→步骤S6中的是)。如果发动机10在SSG 30激活完成时向前旋转，那么SSG 30被设定为启动器模式，燃料开始被供给(图6的曲线图(B)和(C)，步骤S8)。发动机10被启动，发动机转速增加(图6的曲线图(A))。

在时间t5，发动机10已经启动并且SSG 30从启动器模式改变为交流发电机模式(图6的曲线图(C))。

这一实施例描述下述情况，即，发动机重启命令出现在时间t2，发动机10从向回旋转改变为向前旋转，同时在时间t4完成SSG 30的激活。因此，通过从t4减去t2获得的时间量是激活SSG 30所必需的时间量。但是，如果在发动机10的转速降低的同时在时间t2之前的时间出现发动机重启命令，那么存在下述可能性，即，发动机10的启动由于向回旋转而被抑制，以及即使SSG 30的激活已经完成，激活模式的持续时间也将延长。同样，即使在发动机10的旋转被确定为向前的同时在时间t3时或之前完成激活，在由于控制信号通信的差异(延迟)而向回旋转的同时仍然可能启动发动机10。

考虑到这些可能性，可接受在发动机10的转速等于或低于阈值时，即，在等于或低于时间t2时产生的转速N2时，开始SSG 30的激活。采用这种方式，SSG 30的激活和发动机10的启动能够被高效地执行。阈值N2根据发动机的规格进行计算。

采用这一实施例，当发动机10的转速由于空载停止命令而降低的同时重启命令产生时，如果发动机10向回旋转，那么即使SSG 30的激活已经完成，发动机10的启动也被抑制。采用这种方式，能够防止在SSG 30的MOS晶体管34中持续一段长时间的大电流。因此，MOS晶体管34的半导体部分能够受到保护并且能够防止SSG 30的使用寿命降低。

当SSG 30的激活完成并且发动机10正在向前旋转时，使用SSG 30开始启动发动机10。由于SSG 30在发动机10的转速为正时被驱动，所以发动机10能够更容易地离开低转速区域。因此，能够防止大电流在SSG 30的MOS晶体管34中持续一段长的时间。因此，能够防止SSG 30的使用寿命降低。

虽然SSG 30的场系统在上述实施例中采用电磁体，但是当使用不需要激活的永磁体时能够如上所述获得相同的效果。因此，如果当驱动SSG 30的条件被满足时发动机10向回旋转，那么将抑制使用SSG 30启动发动机10。同时，如果发动机10的旋转是向前的，那么开始使用SSG 30启动发动机10。因此，能够防止SSG 30的使用寿命降低。

当SSG 30如该实施例中那样需要激活时，该装置在发动机10向回旋转的同时激活SSG 30。在发动机10向回旋转的同时，抑制将SSG 30设定为启动器模式，将SSG 30设定为激活模式而不是空档模式。因此，如果如该实施例中所述的发动机10向回旋转的同时完成激活，那么SSG 30在发动机10的旋转从向回改变至向前之后立刻被驱动。即使在发动机10向回旋转的同时抑制驱动SSG 30，发动机10的启动性能也能够通过允许SSG 30的激活而被改善。

也可接受当发动机10的转速变得等于或低于规定转速N2时，开始激活SSG 30。在这种情况下，即使在发动机10的转速由于空载停止命令而开始降低之后的早期出现重启命令，SSG 30的激活也不会开始，直到发动机10达到规定的转速N2。因此，在发动机10正在向回旋转的同时完成SSG 30的激活以及被激活状态(电流流到SSG 30的时间量)变得延长的情况得以避免。因此，SSG 30的激活时间不会变得长于所需。另外，这一方法消除了出现下述异常情况的可能性，即，在向回旋转之前发动机10仍然向前旋转的同时重启状态被满足(S6中的是，S7中的否)，但是延迟控制信号的作用使得发动机10在反向旋转的同时被启动。由于能够抑制在向回旋转的同时启动发动机10，所以能够防止SSG 30的使用寿命减少。规定转速N2被设定为使得如果SSG 30的激活在达到那一转速时开始，那么该激活将完成，同时发动机10从向回旋转过渡至向前旋转。因此，发动机10的启动能够在SSG 30已经被激活一段适当量的时间时开始。另外，发动机10的启动性能得以改善，因为发动机10能够在发动机10从向回旋转改变至向前旋转之后立刻被SSG 30启动。

另一实施例使用图6中的单点划线示出。在这一其他实施例中，在时间t1满足空载停止状态，发动机从空载状态过渡至空载停止状态。即使发动机重启命令产生于时间t2，同时发动机10的转速正在降低，发动机10也不会被SSG 30启动，直到发动机10已经完全停止时的时间t9。SSG 30的激活开始于时间t6，该时间t6通过从时间t9减去完成激活所需的时间而得到。在空载停止状态被满足之后发动机10完全停止所需的时间量和激活所需的时间量根据发动机规格进行确定。当发动机10的转速已经保持为零一段规定时间量(时间t8与t9之间的时间量)时发动机10确定为被完全停止。这一完全停止状态采用这种方式而被限定，从而忽略当随着发动机10由于反冲而在向前旋转与向后旋转之间转换发动机10的转速瞬时地变为零的时间。因此，采用这一其他实施例，需要花费时间(从时间t2至时间t9的时间量)而从发动机重启命令前进以启动该发动机。

因此，假定发动机重启命令产生于相同的时间t2，采用图6中的实线曲线所示的实施例能够比、图6中的采用单点划线曲线所示的实施例早时间t9减去时间t4的时间量Δt地、采用SSG 30启动发动机。

在理解本发明的范围时，术语“包括”和其派生词，如这里使用的，意在作为说明所述特征、元件、部件、组、整数和/或步骤的存在的开放术语，但是不排除其他未说明特征、元件、部件、组、整数和/或步骤的存在。上述内容也适用以具有类似含义的词语，诸如术语“包含”、“具有”和其派生词。前文也应用至具有类似含义的词，诸如术语，“包含”、“具有”及其派生词。.同样，当单数使用术语“部件”、“区段”、“部分”、“组成部分”或“元件”时可具有单一部件或多个部件的双重含义。这里使用的诸如“基本上”、“大约”和“大概”的程度术语表示修改术语的可推理的偏差量，使得最终结果没有明显变化。

此外，发动机控制装置并不局限于前文所述的实施例。换句话说，虽然只有选定的实施例用于示出本发明，但是本领域技术人员从公开的内容可知，在不脱离如所附权利要求限定的发明范围的情况下可在这里进行各种变化和改进。

例如，虽然在实施例中，皮带布置在SSG与发动机的曲柄轴之间，但是发动机控制装置并不局限于这种结构。例如，可接受使用齿轮机构代替皮带。虽然在实施例中，设置SSG和启动器电动机二者，并且在空载停止之后重启命令产生时使用SSG来重启该发动机，但是除了在空载停止之后重启发动机，也可接受使用SSG通过钥匙或按钮点火操作而从车辆和发动机被停止的冷却状态启动发动机。因此，如这里使用的术语“重启”和“正在重启”对于术语“启动”和“正在启动”来说具有不同的含义。尤其地，术语“重启”和“正在重启”不包括采用钥匙或按钮点火操作而从车辆和发动机被停止的冷却状态启动发动机。但是，如这里使用的术语“启动”和“正在启动”是包括重新启动发动机的同类术语。因此，这里公开的发动机控制装置除了上述发动机重启部分之外也可包括发动机启动部分。

同样，例如，虽然在实施例中，SSG采用三相AC同步电动机，但是发动机控制装置并不局限于这一SSG。该SSG也不局限于转子用作电枢并且定子用作场系统的旋转电枢布置。该发动机控制装置可应用至其他布置，只要SSG为设置有半导体部件的AC电动机，诸如MOS晶体管。另外，确定发动机的旋转方向的方法并不局限于使用具有两个曲柄转角传感器20-1和20-2的曲柄转角传感器的方法。例如，可接受设置分离的发动机旋转方向检测装置来确定发动机的旋转方向。

而且，所有的优势并不必要同时出现在具体实施例中。不同于现有技术的每个特征，单独或者与其他特征相结合，也应该认为是由申请人作出的对其他发明的独立说明，包括由这种(各)特征实现的结构和/或功能概念。因此，根据本发明的实施例的前述说明仅仅是示出的目的，并不是为了限制本发明的范围，本发明由所附的权利要求及其等同内容进行限定。

Claims (4)

1.一种发动机控制装置，该发动机控制装置控制使用AC电动机重启的发动机，所述发动机控制装置包括：

发动机旋转方向确定部分，所述发动机旋转方向确定部分用以确定所述发动机的旋转方向；

重启命令确定部分，所述重启命令确定部分用以在所述发动机的转速由于空载停止命令而正在降低的同时确定是否出现重启命令；以及

发动机重启抑制部分，所述发动机重启抑制部分用以当确定所述发动机正在向回旋转时选择性地抑制所述发动机响应于所述重启命令而由所述AC电动机重启；

激活部分，所述激活部分用以响应于重启命令而选择性地激活所述AC电动机的场磁体；以及

发动机重启部分，所述发动机重启部分用以当确定所述发动机的旋转从向后改变成向前时重启所述发动机，

其中，所述激活部分进一步用以当所述发动机的转速等于或低于规定转速时，选择性地激活所述AC电动机的场磁体。

2.根据权利要求1所述的发动机控制装置，其中：

所述发动机重启部分用以当确定所述发动机正在向前旋转时，通过采用响应于所述重启命令的所述AC电动机驱动所述发动机而选择性地重启所述发动机。

3.一种发动机控制方法，该发动机控制方法控制使用AC电动机重启的发动机，所述发动机控制方法包括：

在所述发动机的转速由于空载停止命令而正在降低的同时确定是否出现重启命令；

确定所述发动机的旋转方向；以及

当确定所述发动机正在向回旋转时，选择性地抑制所述发动机响应于所述重启命令而由所述AC电动机重启；

响应于重启命令发生而选择性地激活所述AC电动机的场磁体；以及

当确定所述发动机的旋转从向后改变成向前时重启所述发动机，

其中，当所述发动机的转速等于或低于规定转速时，选择性地激活所述AC电动机的场磁体。

4.根据权利要求3所述的发动机控制方法，还包括：

当确定所述发动机正在向前旋转时，通过采用响应于所述重启命令的所述AC电动机驱动所述发动机而选择性地重启所述发动机。