CN104704232B - 发动机起动装置以及起动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够将起动器的磨损或负荷抑制在容许范围内，且缩短起动器驱动禁止区间，最大限度地提前缩短起动时间的发动机起动装置以及起动方法。起动器(101)由磁性开关(102)、小齿轮(103)以及电动机本体(105)构成。控制装置(109)在使发动机自动停止时发动机即将完全停止前的逆旋转区域，将预定的负旋转以下的区间作为起动器驱动禁止区间来禁止所述小齿轮的移动开始，在所述起动器驱动禁止区间以外的区域针对发动机重新起动请求立即开始小齿轮的移动，使其与齿圈连接来起动发动机，并根据由发动机旋转传感器(110)检测到的发动机转速来控制发动机重新起动。

Description

发动机起动装置以及起动方法

技术领域

本发明涉及一种起动发动机的发动机起动装置以及起动方法，尤其涉及适于在采用怠速停止系统的汽车中使用的发动机起动装置以及起动方法。

背景技术

在近年来的汽车中，以能源节约和环境保护为目的，有的汽车搭载有在运转中预定的条件成立时自动地临时停止发动机的怠速停止系统。该怠速停止系统例如在信号等待等驾驶员停止车辆时自动地停止发动机，之后，通过驾驶员的操作等需要使发动机运转时自动地重新起动发动机。重新起动发动机时大多采用如下的方法：使用所谓的小齿轮(pinion gear)推送式起动器电动机，在起动时推送小齿轮而使小齿轮与同发动机轴直接连接的齿圈(ring gear)啮合，通过由起动器电动机进行的曲轴转动来起动发动机。

已知使发动机自动停止后，发动机在完全停止前的一小段期间进行逆旋转(以后，称为“发动机逆旋转区间”)。在该发动机逆旋转区间发生了驾驶员的重新起动请求时，针对重新起动请求立即使起动器的小齿轮与逆旋转中的齿圈连接时，有时导致齿轮的磨损或对起动器施加过度的负荷。

因此，以往已知检测发动机逆旋转，在发动机进行逆旋转时禁止起动器的驱动的技术(例如，参照专利文献1)。此外，还已知推定发动机逆旋转区间(逆旋转向量作用期间)，同样地禁止发动机逆旋转区间中的起动器的驱动的技术(例如，参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005－140030号公报

专利文献2：日本特开2009－2202号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在专利文献1、2的记载中，由于设置起动器驱动禁止区间，因此即使在该区间发生了基于驾驶员的发动操作的发动机重新起动请求，也无法重新起动发动机，直到起动器驱动禁止区间结束为止。

本发明的目的是提供一种能够将起动器的磨损或负荷抑制在容许范围内的同时，缩短起动器驱动禁止区间且最大限度地缩短重新起动时间的发动机起动装置以及起动方法。

用于解决问题的手段

为了实现上述目的，本发明提供一种发动机起动装置，用于搭载有怠速停止系统的汽车中，并通过电动机重新起动发动机，该怠速停止系统是在发动机运转中满足怠速停止条件时使发动机自动停止，在发生重新起动请求时使起动器的小齿轮与发动机的齿圈啮合，向发动机传递电动机的旋转力而开始转动曲轴，使发动机重新起动的方式，所述发动机起动装置具备：发动机旋转检测部，其对发动机旋转进行检测；以及控制部，其在使发动机自动停止时发动机即将完全停止前的逆旋转区域，将预定的负旋转以下的区间作为起动器驱动禁止区间来禁止所述小齿轮的移动开始，在所述起动器驱动禁止区间以外的区域针对发动机重新起动请求立即开始小齿轮的移动，使其与齿圈连接来起动发动机，并根据由所述发动机旋转检测部检测到的发动机转速来控制发动机重新起动。

根据该结构，能够将起动器的磨损或负荷抑制在容许范围内的同时，缩短起动器驱动禁止区间，最大限度地缩短重新起动时间。

发明效果

根据本发明，能够将起动器的摩擦或负载抑制在容许范围内的同时，缩短起动器驱动禁止区间且最大限地提高重新起动时间。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的发动机起动装置的结构图。

图2是表示本发明的一实施方式的发动机起动装置的控制动作的流程图。

图3是通过本发明的一实施方式的发动机起动装置进行控制时的发动机旋转的预测和输出的起动器驱动信号的例子的说明图。

图4是通过本发明的一实施方式的发动机起动装置进行控制时的发动机旋转的预测和输出的起动器驱动信号的例子的说明图。

图5是通过本发明的一实施方式的发动机起动装置进行控制时的发动机旋转的预测和输出的起动器驱动信号的例子的说明图。

图6是通过本发明的一实施方式的发动机起动装置进行控制时的发动机旋转的预测和输出的起动器驱动信号的例子的说明图。

图7是通过本发明的一实施方式的发动机起动装置进行控制时的发动机旋转的预测和输出的起动器驱动信号的例子的说明图。

图8是通过本发明的一实施方式的发动机起动装置进行控制时的发动机旋转的预测和输出的起动器驱动信号的例子的说明图。

图9是通过本发明的一实施方式的发动机起动装置进行控制时的发动机旋转的预测和输出的起动器驱动信号的例子的说明图。

图10是通过本发明的一实施方式的发动机起动装置进行控制时的发动机旋转的预测和输出的起动器驱动信号的例子的说明图。

图11是通过本发明的一实施方式的发动机起动装置进行控制时的小齿轮的移动开始禁止区间的说明图。

图12是本发明的一实施方式的发动机起动装置的预测发动机旋转的举动的方法的说明图。

图13是本发明的一实施方式的发动机起动装置的预测发动机旋转的举动的方法的说明图。

图14是本发明的一实施方式的发动机起动装置的变形例的说明图。

具体实施方式

以下，使用图1～图14对本发明的一实施方式的发动机起动装置的结构以及动作进行说明。

首先，使用图1对本实施方式的发动机起动装置的结构进行说明。

图1是本发明的一实施方式的发动机起动装置的结构图。在图1中示意性地示出了本发明的一实施方式的发动机起动装置的系统整体结构和电路连接的一例。

起动器101大致由磁性开关102、小齿轮103以及电动机本体105构成。电动机105是所谓的直流电动机，通过附加直流电压来产生旋转力。必要时，磁性开关102通过向箭头A1方向拖拽杆102A来使小齿轮103在电动机旋转轴上向箭头A2方向移动，与同发动机轴直接连接的齿圈104啮合。若是啮合状态，则向电动机本体105通电，从而使电动机105A旋转，电动机105A的旋转力通过小齿轮103被传递给齿圈104，使发动机旋转。在发动机旋转的状态下，向发动机供给燃料，在预定的定时向气缸内的燃料喷雾进行点火，由此可以起动发动机。控制装置109除了通常的燃料喷射、点火、空气控制(电子控制节气门)以外，还根据制动踏板状态、车速等各种信息来控制怠速停止以及怠速停止后的发动机重新起动。

小齿轮103具备单向离合器108。即，电动机105A的旋转力经由单向离合器108以及小齿轮103传递给齿圈104。但是，在齿圈104与小齿轮103啮合的状态下，来自齿圈104侧的旋转力被单向离合器108切断而无法传递到电动机105侧。

在图1所示的结构中，磁性开关102使小齿轮103移动的同时，闭合磁性开关102的电接点107，从而同时达到了向电动机105A通电的效果。即，来自控制装置109的驱动信号使得从电池BA经由继电器电路106对磁性开关102内部的电磁线圈102B进行通电，吸引电磁线圈102B的可动铁心102C。可动铁心102C移动时小齿轮103移动，与此同时，通过可动铁心102C闭合接点107，从电池BA向电动机105A进行通电。因此，在该图1所示的结构中，通过从控制装置109输出的一个驱动信号来进行直到小齿轮103的移动和电动机105A通电为止的一连串动作。

另外，除了图1所示的电路连接以外，也可以设为通过来自控制装置109的信号分别对小齿轮103的移动和电动机105的通电进行控制的结构。分别对小齿轮103的移动和电动机105A的通电进行控制时，从控制装置109分别输出驱动信号，例如也可以采用从输出小齿轮103的驱动信号开始经过一定时间后输出电动机105的驱动信号的控制方式。

并且，也可以使用开关元件来代替继电器电路106或接点107。例如，也可以使用利用了MOSFET等半导体的开关元件来控制通电电流等，构筑更灵活的控制。

图1所示的旋转检测传感器110是用于测量发动机的转速的传感器(发动机旋转检测单元)。旋转检测传感器110的输出被输入到控制装置109，并作为发动机转速信息被用于控制。另外，齿圈104与发动机的曲轴连接，因此齿圈104的转速与发动机的转速的意义相同。

另外，除了发动机的转速外，还需要曲轴的角度信息(以下，称为曲轴转角)时，需要与仅检测发动机转速的传感器独立地设置曲轴转角传感器(曲轴转角检测单元)，并向控制装置109进行输入。在使用检测发动机转速的同时也可以检测曲轴转角位置的类型的传感器时，将一个传感器输入给控制装置109即可。另外，旋转检测传感器110是能够检测发动机的正旋转和逆旋转的传感器，但并不一定必须使用能够检测发动机的逆旋转的类型的传感器。对于使用了不能检测发动机的逆旋转的类型的旋转传感器时的逆旋转检测方法，在后面进行叙述。

接着，使用图2对本实施方式的发动机起动装置的控制动作进行说明。

图2是表示本发明的一实施方式的发动机起动装置的控制动作的流程图。

在图2的步骤S201中，控制装置109在预定的条件成立且切断了向发动机的燃料供给后，通过驾驶员的操作等发生了发动机的重新起动请求时执行本实施方式的控制。在本实施方式的控制之外，在控制装置109中，在发动机重新起动请求后进行向发动机的燃料供给或向燃料喷雾的点火等与燃烧相关的控制等。

在步骤S202中，控制装置109预测将来的发动机转速Ne’。将来的发动机转速Ne’是从当前时刻经过了预定时间后的发动机转速。对于具体的预测方法，在后面进行叙述。

接着，在步骤S203中，控制装置109对预测出的将来的发动机转速Ne’与预定的参照用的发动机转速Ne_ref进行比较，判断预测出的发动机转速Ne’是否超过预定的参照用的发动机转速Ne_ref。发动机存在进行正旋转的情况和在发动机即将停止前进行逆旋转的情况，在将正旋转时的发动机转速设为正值，且将逆旋转时的发动机转速设为负值时，参照用的发动机转速Ne_ref被设定成负值，即被设定为发动机逆旋转时的预定的参照值。并且，在发动机转速为正，且发动机正在进行正旋转时，预测出的发动机转速Ne’超过参照用的发动机转速Ne_ref。此外，预测出的发动机转速Ne’为负时，若预测出的发动机转速Ne’的绝对值小于参照用的发动机转速Ne_ref的绝对值，则假定预测出的发动机转速Ne’超过了参照用的发动机转速Ne_ref。相反，预测出的发动机转速Ne’为负时，若预测出的发动机转速Ne’的绝对值大于参照用的发动机转速Ne_ref的绝对值，则判断为预测出的发动机转速Ne’低于参照用的发动机转速Ne_ref。通过后述的图3，对该关系进行详细的说明。

然后，在步骤S203的判定中，预测出的发动机转速Ne’高于预定的参照用的发动机转速Ne_ref时向步骤S204前进，开始起动器驱动的动作。

具体而言，在步骤S204中，控制装置109开始向磁性开关102通电，推送小齿轮103使其与齿圈104啮合。例如为乘用车用发动机时，可以将预定的参照用的发动机转速Ne_ref设定成﹣100r/min。

在步骤S203中预测出的发动机转速Ne’低于预定的发动机转速Ne_ref时，不进行起动器的驱动，而是返回到步骤S202，继续进行将来的发动机转速Ne’的预测。也就是说，禁止起动器的驱动，直到预测出的发动机转速Ne’高于预定的发动机转速Ne_ref为止。

使起动器的小齿轮103与齿圈104啮合后，通过向电动机进行通电来向发动机传递电动机的旋转力，开始转动曲轴，由此使发动机起动。

在步骤S205中，控制装置109判断是否完成了发动机起动，当判断为完成了发动机起动时，在步骤S206中停止起动器的驱动并结束控制。步骤S205所示的发动机起动完成判定，例如通过发动机转速超过了预定的转速来判断完成了发动机起动。

接着，使用图3～图10对通过本实施方式的发动机起动装置进行控制时的发动机旋转的预测和输出的起动器驱动信号的例子进行说明。

图3～图10是通过本发明的一实施方式的发动机起动装置进行控制时的发动机旋转的预测和输出的起动器驱动信号的例子的说明图。

首先，使用图3对怠速停止条件成立，切断了针对发动机的燃料供给后的发动机转速的变化的一例进行说明。

在图3中，横轴表示时间，纵轴表示发动机转速。图3中的实线Ne表示发动机转速。

发动机转速Ne在切断了燃料供给后以惯性继续进行旋转，转速在波动(即，作为正值减少后，临时进行逆旋转而成为负值，之后再次进行正旋转，其绝对值逐渐变小)的同时趋近于0。发动机转速Ne在完全停止前的区间SEC1中进行逆旋转。在起动器的驱动禁止的判定中所使用的预定的参照用发动机转速Ne_ref例如用发动机转速设定成－100r/min(逆旋转为100r/min)。此时，若小齿轮103与齿圈104接触时的齿圈104的转速在Ne_ref以上，则表示小齿轮103与齿圈104接触的磨损或噪音在容许范围内。

想要在发动机逆旋转中连接起动器与发动机时，逆旋转的转速越快，齿轮越容易产生磨损，连接时的噪音越大，在最差的情况下，有时齿轮等损坏。但是，发明人经过研究发现若连接时的发动机转速在一定的负旋转以上，则即使在发动机逆旋转中连接起动器，也可以将齿轮磨损抑制在容许范围内，将噪音也抑制在不会觉察到的水平。因此，在发动机进行逆旋转的期间也使用参照用发动机转速Ne_ref，作为用于判别能够将噪音或齿轮的磨损抑制在容许范围内的范围的基准值。若小齿轮103与齿圈104接触时的齿圈104的转速是参照用发动机转速Ne_ref以上，则能够将小齿轮103与齿圈104接触的磨损或噪音抑制在容许范围内。

在面向乘用车的三缸发动机中，发动机逆旋转的影响最大(发动机逆旋转时的转速最快)。在三缸发动机中，例如可以将参照用发动机转速Ne_ref设定为－200～－30r/min的范围。在六缸或四缸发动机中，发动机进行逆旋转时的发动机转速小于三缸发动机，因此与三缸的情况相比，也将参照用发动机转速Ne_ref设定成较小(绝对值较小，接近0r/min)值。

此外，也可以根据发动机的温度或负荷、电池的状态等用于表示车辆状态的信息来适当地变更参照用发动机转速Ne_ref。例如，发动机的温度低时，很难重新起动发动机，因此与发动机的温度高的情况相比，也将参照用发动机转速Ne_ref设定成较小(绝对值较小，接近0r/min)值。此外，电池的电压低时，很难重新起动发动机，因此与电池的电压高的情况相比，也将参照用发动机转速Ne_ref设定成较小(绝对值较小，接近0r/min)值。

在图3所示的发动机旋转的举动例中可以知道，低于预定的发动机转速Ne_ref的区域是发动机逆旋转区间SEC1的一半左右。希望能够准确地避免低于预定的发动机转速Ne_ref的区域SEC2，但实际上从控制装置输出小齿轮移动开始信号起到小齿轮103到达齿圈104为止发生延迟时间。因此，在本实施方式中提前预测小齿轮103到达齿圈104的时刻的齿圈104的转速，并判断小齿轮移动开始。

接着，使用图4～图6说明在发动机旋转为正旋转时发生了发动机重新起动请求时的本发明的控制举动。图4是预测出的Ne’为正的例子，图5是预测出的Ne’为负且Ne_ref较高的例子，图6是预测出的Ne’、Ne_ref较低的例子。图4(A)表示发动机转速，图4(B)表示起动器驱动信号的开(ON)/关(OFF)。图5(A)、图5(B)、图6(A)、图6(B)也是相同的。

在图4(A)所示的时刻t的定时发生了发动机重新起动请求时，在本实施方式的控制中，使用时刻t的定时的发动机转速Ne来预测比时刻t晚Δt秒的时刻t+Δt的发动机转速Ne’。用虚线来表示从时刻t预测出的将来的发动机旋转的举动，将时刻t+Δt的此时预测出的将来的发动机转速设为Ne’。Δt是小齿轮103的移动延迟时间，是从向磁性开关102输出驱动信号开始直到小齿轮103与齿圈104实际接触为止的时间。关于将来的发动机转速的预测方法，使用图12和图13来进行后述。

如图2所示的控制流程图的步骤S203所示，本实施方式的控制对预测出的将来的发动机转速Ne’与预定的发动机转速Ne_ref进行比较，判断起动器的驱动。如图4(B)的起动器驱动信号所示，此时Ne’＞Ne_ref成立，因此针对在时刻t发生的发动机重新起动请求立即将起动器驱动信号设为“开(ON)”，开始发动机重新起动。

另外，当为能够根据来自控制装置109的信号分别对起动器的小齿轮103的移动和电动机105的通电进行控制的结构时，在图4所示的情况下，也可以先向电动机进行通电，使电动机旋转后在小齿轮103与齿圈104的旋转同步的定时推送小齿轮103使其与齿圈104连接。

在图5(A)所示的定时t发生了发动机重新起动请求时，同样地在本实施方式的控制中使用时刻t的定时的发动机转速Ne来预测比时刻t晚Δt秒的时刻t+Δt的发动机转速Ne’。如图5(A)所示，此时预测出的Ne’为负，也就是说预测到进行逆运转。即使预测出的Ne’为负，同样地针对预定的发动机转速Ne_ref也有Ne’＞Ne_ref成立，因此针对在时刻t发生的发动机重新起动请求，如图5(B)所示，立即将起动器驱动信号设为“开(ON)”，开始发动机重新起动。实际上，小齿轮103在时刻t+Δt的定时与逆旋转中的齿圈104啮合，重新起动发动机。相对于以往避免如该条件那样的发动机逆旋转中的起动器连接，本实施方式可以通过连接起动器，进行发动机重新起动来使重新起动时间提前。

在图6(A)所示的定时t发生了发动机重新起动请求时，同样地在本实施方式的控制中使用时刻t的定时的发动机转速Ne来预测比时刻t晚Δt秒的时刻t+Δt的发动机转速Ne’。如图6(A)所示，此时预测出的Ne’为负，也就是说预测到进行逆运转。针对预定的发动机转速Ne_ref成为Ne’＜Ne_ref，因此针对在时刻t发生的发动机重新起动请求，如图6(B)所示，在本实施方式的控制中禁止起动器的驱动。如图2所示的控制流程图的步骤S203所示，不输出起动器驱动信号，返回到步骤S202后继续将来的发动机转速的预测。在该情况下，发动机转速Ne还在进行正旋转，但预测结果的转速Ne’低于预定的Ne_ref，因此禁止起动器的驱动。继续将来的发动机转速的预测，在预测结果的转速Ne’高于预定的转速Ne_ref的时刻，如图6(B)中虚线所示，输出起动器驱动的“开(ON)”信号，并重新起动发动机。

接着，使用图7～图10，说明发动机旋转为逆旋转时发生了发动机重新起动请求时的本实施方式的控制举动。图7是Ne＞Ne_ref的情况，图8是Ne’＜Ne_ref且Ne＜Ne_ref的例子，图9是Ne’＞Ne_ref且Ne＜Ne_ref的例子，图10是Ne’＞0且Ne＜0的例子。

在图7(A)所示的定时t发生了发动机重新起动请求时，同样地在本实施方式的控制中使用时刻t的定时的发动机转速Ne来预测比时刻t晚Δt秒的时刻t+Δt的发动机转速Ne’。图7(A)所示的情况是从已经在进行逆运转的发动机转速来预测将来的发动机转速。预测出的将来的发动机转速Ne’针对预定的发动机转速Ne_ref成为Ne’＜Ne_ref，因此针对在时刻t发生的发动机重新起动请求，如图7(B)所示，在本实施方式的控制中禁止起动器的驱动。如图2所示的控制流程图的步骤S203所示，不输出起动器驱动信号，返回到步骤S202后继续将来的发动机转速的预测。继续将来的发动机转速的预测，在预测的结果的转速Ne’高于预定的转速Ne_ref的时刻，如图7(B)中虚线所示，输出起动器驱动的“开(ON)”信号，并重新起动发动机。

在图8(A)所示的定时t发生了发动机重新起动请求时，同样地在本实施方式的控制中使用时刻t的定时的发动机转速Ne来预测比时刻t晚Δt秒的时刻t+Δt的发动机转速Ne’。预测出的将来的发动机转速Ne’针对预定的发动机转速Ne_ref成为Ne’＜Ne_ref，因此针对在时刻t发生的发动机重新起动请求，如图8(B)所示，在本实施方式的控制中禁止起动器的驱动。如控制流程图的步骤S203所示，不输出起动器驱动信号，返回到步骤S202后继续将来的发动机转速的预测。继续将来的发动机转速的预测，在预测的结果的转速Ne’高于预定的转速Ne_ref的时刻，如图8(B)中虚线所示，输出起动器驱动的“开(ON)”信号，并重新起动发动机。

在图9(A)所示的定时t发生了发动机重新起动请求时，同样地在本实施方式的控制中使用时刻t的定时的发动机转速Ne来预测比时刻t晚Δt秒的时刻t+Δt的发动机转速Ne’。预测出的将来的发动机转速Ne’针对预定的发动机转速Ne_ref成为Ne’＞Ne_ref，因此针对在时刻t发生的发动机重新起动请求，如图9(B)所示，在本实施方式的控制中针对在时刻t发生的发动机重新起动请求立即将起动器驱动信号设为“开(ON)”，开始发动机重新起动。实际上，小齿轮103在时刻t+Δt的定时与逆旋转中的齿圈104啮合，重新起动发动机。相对于以往避免如该条件那样的发动机逆旋转中的起动器连接，本实施方式可以通过连接起动器，进行发动机重新起动来使重新起动时间提前。

在图10(A)所示的定时t发生了发动机重新起动请求时，同样地在本实施方式的控制中使用时刻t的定时的发动机转速Ne来预测比时刻t晚Δt秒的时刻t+Δt的发动机转速Ne’。预测出的将来的发动机转速Ne’针对预定的发动机转速Ne_ref成为Ne’＞Ne_ref，因此针对在时刻t发生的发动机重新起动请求，如图10(B)所示，在本实施方式的控制中针对在时刻t发生的发动机重新起动请求立即将起动器驱动信号设为“开(ON)”，开始发动机重新起动。实际上，小齿轮103在时刻t+Δt的定时完全停止，或与正旋转中的齿圈104啮合，重新起动发动机。

接着，使用图11，对实施本实施方式的结果为禁止了小齿轮103的移动开始的区间的一例进行说明。

图11是通过本发明的一实施方式的发动机起动装置进行控制时的小齿轮的移动开始禁止区间的说明图。

在图11(A)中，针对低于预定的发动机转速Ne_ref的区域SEC2，实际上禁止了小齿轮103的移动开始的区间成为区域SEC2’。每次进行发动机的自动停止时，发动机旋转的举动都不同，因此低于预定的发动机转速Ne_ref的区域SEC2也每次不同，禁止小齿轮103的移动开始的区间SEC2’也每次不同。

图11(B)所示的发动机旋转举动，发动机逆旋转区间变短，逆转速也不会低于预定的发动机转速Ne_ref。此时，在本实施方式的控制中，不禁止小齿轮103的移动开始。

以往，在图11(B)所示的情况中避免发动机逆旋转中的起动器连接。与此相对，如上所述，本实施方式可以不禁止起动器的连接，在整个发动机逆旋转区间针对重新起动请求立即重新起动发动机。也就是说，本实施方式可以通过发动机转速的预测，针对发动机转速的举动判断有无起动器连接的禁止区域。

接着，使用图12和图13，对本实施方式的发动机起动装置的预测发动机旋转的举动的方法进行说明。

图12和图13是本发明的一实施方式的发动机起动装置的预测发动机旋转的举动的方法的说明图。

预测发动机转速时，使用测量的发动机转速信息和曲轴转角信息。根据两者的信息，通过图13所示的函数进行预测，但此时所使用的曲轴转角的基准如图12所示。在本说明中以三缸发动机为例进行了说明，但在其他缸数的情况下考虑方法也相同。

在图12中，第1气缸从压缩工序开始的情况下，此后继续膨胀工序、排气工序、吸气工序，循环一周后，从原状态开始进行重复。在压缩工序结束，膨胀工序开始的瞬间，发动机的活塞到达上死点TDC。在四冲程发动机中，曲轴转角以2周旋转成为1个周期，因此曲轴转角的720°成为1个周期。在三缸发动机中，各气缸的相位仅偏移将该角度进行了3等分而得的角度，即240°。因此，第1气缸的TDC、第2气缸的TDC以及第3气缸的TDC分别相位逐个偏移240°。除了图中所示的TDC的定时外，还在排气工序结束的瞬间，在各气缸中活塞达到上死点，但在此着眼于压缩工序结束的TDC。没有进行燃烧的情况下，气缸内的压力在压缩工序结束的TDC的瞬间最高，通过其前后气缸内的压力成为推送活塞的力，支配发动机的旋转举动。因此，以压缩工序结束的TDC为曲轴转角的基准，将TDC中的曲轴转角设为0°，通过前后各120°来表现曲轴转角。因此，以经过了由第1气缸规定曲轴转角的表现的状态后，以第2气缸的TDC为基准来规定曲轴转角，之后通过第三缸规定那样的方式进行循环。

使用图13，对利用在图12中规定的曲轴转角来预测发动机旋转的举动的函数进行说明。在图13所示的图表中，横轴为曲轴转角，纵轴为发动机加速度(＝转速的变化率)。在发动机没有燃烧的状态下，认为发动机进行按照在此所示的加速度的举动，来预测发动机的旋转举动。即，将发动机停止过程中的举动认为是遵照了式(1)的函数的举动。

[式1]

$\frac{\mathrm{dNe}}{\mathrm{dt}}=\mathrm{func}(\mathrm{\θ},\mathrm{Ne})......\left(1\right)$

式(2)表示式(1)的具体内容，主要通过曲轴转角规定发动机的加速度，图13通过图表对其进行表示。

[式2]

$\begin{array}{c}\mathrm{func}(\mathrm{\θ},\mathrm{Ne}){=a}_0+a_1\×\cos (\mathrm{\π}\×\frac{\mathrm{\θ}}{120})+b_1\×\sin (\mathrm{\π}\×\frac{\mathrm{\θ}}{120})\\ \text{+}{a}_2\×\cos (\mathrm{\π}\×\frac{\mathrm{\θ}}{120}\×2)+b_2\×\sin (\mathrm{\π}\×\frac{\mathrm{\θ}}{120}\×2)\\ +a_3\×\cos (\mathrm{\π}\×\frac{\mathrm{\θ}}{120}\×3)+b_3\×\sin (\mathrm{\π}\×\frac{\mathrm{\θ}}{120}\×3)\\ +a_4\×\cos (\mathrm{\π}\×\frac{\mathrm{\θ}}{120}\×4)+b_4\×\sin (\mathrm{\π}\×\frac{\mathrm{\θ}}{120}\×4)\end{array}...\left(2\right)$

在三缸发动机中，曲轴转角每旋转240°时重复相同的状态，因此使用以240°为1个周期的傅里叶级数来记述函数。函数形式也可以使用傅里叶级数以外的级数。系数a₁～a₄、b₁～b₄为常数，作为恒定成分的系数a₀如式(3)所示根据发动机转速而变化。

[式3]

$a_0=\left\{\begin{array}{cc}-c& (\mathrm{Ne}\&GreaterEqual;k)\\ -c\&CenterDot;\mathrm{Ne}/k& \left(\right|\mathrm{Ne}|<k)\\ +c& (\mathrm{Ne}\&le;-k)\end{array}\right....\left(3\right)$

在式(3)中，系数c、k为正的常数。即，表示发动机旋转为正旋转时，加速度的恒定成分为负，发动机进行逆旋转时，加速度的恒定成分为正。在式(3)中，将正旋转与逆旋转之间通过线性函数连接，但除此之外也可以通过具有滞后性的函数来规定。此外，也可以采用使式(2)的系数a₁～a₄、b₁～b₄也根据发动机转速来进行变化的方式。

另外，通过式(4)的关系来关联发动机转速Ne[r/min]与曲轴转角θ轴转角。

[式4]

$\mathrm{Ne}=\frac{1}{6}\frac{\mathrm{d\&theta;}}{\mathrm{dt}}...\left(4\right)$

根据向控制装置输入的信息，获知了时刻t的发动机转速Ne和曲轴转角θ时，求Δt时间后的发动机转速和曲轴转角的方法为式(5)、式(6)的函数。

[式5]

$\mathrm{Ne}(t+\mathrm{\&Delta;t})=\mathrm{Ne}\left(t\right)+{\&Integral;}^{t+\mathrm{\&Delta;t}}\mathrm{func}(\mathrm{\&theta;},\mathrm{Ne})\mathrm{dt}...\left(5\right)$

[式6]

$\mathrm{\&theta;}(t+\mathrm{\&Delta;t})=\mathrm{\&theta;}\left(t\right)+6{\&Integral;}^{t+\mathrm{\&Delta;t}}\mathrm{Nedt}...\left(6\right)$

式(5)是对式(1)进行时间积分而得到的结果，式(6)是对式(4)进行时间积分而得到的结果。若事前测量发动机的停止举动，并决定式(2)、式(3)的系数，则式(5)、式(6)可进行数值性的积分，通过该积分计算可预测发动机举动。

另外，若在实时控制中进行该积分计算，则计算负荷较高，需要高价的计算机，因此若事前进行积分计算并将其结果制作成表，则在进行实时控制时参照该表，通过表的插补计算能够得到与上述的积分计算相同的计算结果。只要向初始条件提供发动机转速Ne和曲轴转角θ就能进行该计算，因此若事前进行以发动机转速Ne、曲轴转角θ以及预测的时间Δ间为参数的计算，且将针对这些的计算结果作为表由控制装置保存，则能够容易地预测发动机的转速举动。

此外，根据式(6)可知，所述发动机转速的预想方法也可以同时预测将来的曲轴转角。由此，也可以与发动机转速同样地，使用将来的曲轴转角来设置起动器驱动禁止区间。通过曲轴转角，即活塞的位置来决定驱动发动机时的负荷，因此起动器驱动发动机时为了避免过大的负荷，避免特定的曲轴转角的范围来连接即可。例如，特定的曲轴转角以TDC为基准，采用－10°～0°的范围。在控制流程的步骤S203所示的起动器驱动禁止区间的判定中，除了发动机转速以外还追加曲轴转角来判定起动器驱动禁止区间，由此能够避免向起动器施加过大的负荷。

接着，使用图14对本实施方式的发动机起动装置的变形例进行说明。

图14是本发明的一实施方式的发动机起动装置的变形例的说明图。

在本实施方式中希望使用还能够检测发动机旋转的逆旋转的旋转传感器，但也可以使用所述的将来的发动机转速的预测方法来预测发动机逆旋转的转速，由此成为使用仅能够检测正旋转的旋转传感器的结构。

图14是说明使用了仅能够检测发动机旋转的正旋转的旋转传感器时的控制方法的图。图14所示的发动机转速Ne是使用旋转传感器进行测量而得到的，据此在定时t使用所述的将来的发动机转速预测方法。在时刻t的定时，预测在时刻t以后直到发动机完全停止为止的转速的举动。例如通过虚线来表示预测出的发动机转速的举动。时刻t以后可以不使用旋转检测传感器，而替代地使用预测出的发动机转速来进行控制。此时，在时刻t的定时还能够确定发动机转速成为预定的发动机转速Ne_ref以下的区域SEC2。由此，即使使用仅能够检测正旋转的类型的旋转检测传感器，也能够使用预测出的发动机转速来进行同样的控制。

在图4所示的例子中，Δt为小齿轮103的移动延迟时间，是向磁性开关102输出驱动信号开始直到小齿轮103实际接触齿圈104为止的时间。该移动延迟时间Δt根据起动器而不同。其根据起动的发动机的排气量或针对电动机的电流的易流动性等而不同。一般，移动延迟时间Δt为20ms～50ms左右。存在该程度的移动延迟时间的情况下，适当的方法是使用移动延迟时间Δt后的预测出的发动机转速来将用于重新起动发动机的起动器驱动信号设为“开(ON)”。

然而，根据起动器，有时移动延迟时间Δt比上述的例子短，例如是10ms左右。在这样的情况下，也可以不使用预测出的发动机转速，而是直接使用实际检测出的发动机转速，将用于重新起动发动机的起动器驱动信号设为“开(ON)”。但是，此时，也稍存在移动延迟时间，因此作为基准使用的预定的参照用发动机转速Ne_ref大于上述的情况为较佳。例如，在上述的例子中，作为参照用发动机转速Ne_ref设成－100r/min时，在该例子中例如设成－50r/min。

如上所述，根据本实施方式，在怠速停止系统中能够缩短发动机的重新起动时间。也就是说，在发动机逆旋转区间发生了重新起动请求时，将起动器的驱动禁止区间比以往缩短，由此能够尽快驱动起动器来开始发动机起动的动作。

此外，还使用预测出的将来的曲轴转角来决定起动器的驱动禁止区间时，也可以通过避免负荷较高的曲轴转角来避免向起动器施加过大的负荷。

并且，在不使用能够检测发动机逆旋转的传感器的情况下，能够降低传感器所需要的成本。

符号说明

101起动器本体

102磁性开关

103小齿轮

104齿圈

105直流电动机

106磁性开关通电用开关

107电动机通电用接点

108单向离合器

109控制装置

110旋转检测传感器

Claims (7)

1.一种发动机起动装置，用于搭载有怠速停止系统的汽车中，并通过电动机重新起动发动机，该怠速停止系统是在发动机运转中满足怠速停止条件时使发动机自动停止，在发生重新起动请求时使起动器的小齿轮与发动机的齿圈啮合，向发动机传递电动机的旋转力而开始转动曲轴，使发动机重新起动的方式，所述发动机起动装置的特征在于，具备：

发动机旋转检测部，其对发动机转速进行检测；以及

控制部，其在使发动机自动停止时发动机即将完全停止前的逆旋转区域，将预定的负转速以下的区间作为起动器驱动禁止区间来禁止所述小齿轮的移动开始，在所述起动器驱动禁止区间以外的区域针对发动机重新起动请求立即开始小齿轮的移动，使其与齿圈连接来起动发动机，并根据由所述发动机旋转检测部检测到的发动机转速来控制发动机重新起动，

所述控制部根据发动机转速和发动机的曲轴的角度来预测将来的逆旋转中的发动机转速，并使用该预测出的将来的逆旋转中的发动机转速来控制发动机重新起动,

所述控制部除了预测将来的发动机转速外还预测将来的曲轴转角，

所述控制部除了所述预定的负转速以下的区域外还将预定的曲轴转角的范围设定成起动器驱动禁止区间。

2.根据权利要求1所述的发动机起动装置，其特征在于，

所述控制部预测从输出起动器驱动信号开始至起动器的小齿轮到达发动机的齿圈为止的移动延迟时间量的将来的发动机转速。

3.根据权利要求1所述的发动机起动装置，其特征在于，

所述发动机旋转检测部是仅检测正旋转的发动机转速的旋转传感器，

所述控制部在使发动机自动停止时发动机即将完全停止前的逆旋转区域前，发动机转速低于预定的转速以后，根据所述发动机转速低于预定的转速的时刻的发动机转速和曲轴转角来预测直到发动机完全停止为止的发动机转速的变化，并使用预测出的发动机转速来控制发动机重新起动。

4.根据权利要求1所述的发动机起动装置，其特征在于，

所述控制部根据表示汽车状态的信息来变更所述预定的负转速的值。

5.根据权利要求1所述的发动机起动装置，其特征在于，

所述控制部使用针对曲轴转角和发动机转速定义发动机转速的变化率的定义式来预测所述将来的逆旋转中的发动机转速，

在所述定义式中，发动机旋转为正旋转时，变化率的恒定成分为负，发动机进行逆旋转时，变化率的恒定成分为正。

6.根据权利要求1所述的发动机起动装置，其特征在于，

所述控制部在使发动机自动停止时，在发动机即将完全停止前的逆旋转区域，通过预定的判定针对发动机重新起动请求来判断有无起动器驱动禁止区域。

7.一种发动机起动方法，用于搭载有怠速停止系统的汽车中，并通过电动机重新起动发动机，该怠速停止系统是在发动机运转中满足怠速停止条件时使发动机自动停止，在发生重新起动请求时使起动器的小齿轮与发动机的齿圈啮合，向发动机传递电动机的旋转力而开始转动曲轴，使发动机重新起动的方式，该发动机起动方法的特征在于，

在使发动机自动停止时发动机即将完全停止前的逆旋转区域，将预定的负转速以下的区间作为起动器驱动禁止区间来禁止所述小齿轮的移动开始，在所述起动器驱动禁止区间以外的区域针对发动机重新起动请求立即开始小齿轮的移动，使其与齿圈连接来起动发动机，并根据由发动机旋转检测部检测到的发动机转速来控制发动机重新起动,

根据发动机转速和发动机的曲轴的角度来预测将来的逆旋转中的发动机转速，并使用该预测出的将来的逆旋转中的发动机转速来控制发动机重新起动,

除了预测将来的发动机转速外还预测将来的曲轴转角，

除了所述预定的负转速以下的区域外还将预定的曲轴转角的范围设定成起动器驱动禁止区间。