CN104728013A - 发动机起动装置 - Google Patents
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Abstract
本公开内容提供了一种发动机起动装置,该发动机起动装置包括起动器和被配置成对该起动器的驱动进行控制的起动器控制单元。该起动器控制单元使电动机和与环形齿轮啮合的小齿轮一起工作以用曲柄起动发动机,并且该起动器控制单元使小齿轮与环形齿轮脱离啮合或者使电动机去激励,以终止对发动机的曲柄起动。从发起对发动机的曲柄起动时到达到等于或大于450rpm的预定发动机转速时的曲柄起动时间等于或小于曲柄起动时间的容许限度,该曲柄起动时间的容许限度不使车辆的用户感到由所述发动机的曲柄起动期间产生的曲柄起动噪音所导致的明显不适。
Description
技术领域
本发明涉及发动机起动装置。
背景技术
典型的发动机起动方法包括使用惯性啮合型起动器来使发动机以较低发动机转速(400rpm或更小)转动,然后点火或向燃烧室喷射燃料,从而仅通过燃烧室中的燃烧来使发动机转速提高至怠速。
然而,由于这种方法单独利用燃烧来使发动机转速从较低发动机转速范围提高至怠速,所以在起动发动机时要喷射的燃料量必然增加,导致了燃料经济性变差。
图12示出了具有固定加速器位置的汽油发动机的发动机转速与燃料喷射量的关系Z。在发动机的怠速Na处和发动机的怠速Na附近所需的燃料喷射量由关系Z指定,而在预定发动机转速Nmin(约450rpm)以下,所需燃料喷射量随着发动机转速减小而偏离关系Z非线性地增加。也就是说,在预定发动机转速Nmin以下,需要在由关系Z指定的喷射量以上增加的燃料喷射量(被称为增加的喷射量)。
小于预定发动机转速Nmin的发动机转速的范围被称为范围I。等于或大于预定发动机转速Nmin的发动机转速的范围被称为范围II,在范围II中,可以在不增加喷射量的情况下保持发动机转速。
用于利用惯性啮合型起动器起动发动机的传统方法为了使发动机以范围I中的发动机转速转动,需要喷射量增加至由关系Z指定的喷射量以上,这会降低燃料经济性。
因此,需要一种用于起动发动机的技术,该技术在燃料喷射之前将发动机转速增加至约怠速Na,使得在起动发动机时不需要增加喷射量,从而提高燃料经济性。
这样的用于起动发动机的技术可以采用被称为集成起动器和发电机(ISG)或电动发电机(MG)的电动机和发动机。
然而,ISG和MG昂贵。另外,由于它们是交流发电机,所以相对于包含有直流(DC)电动机的惯性啮合型起动器来说,ISG和MG起动性能较差。
因此,期望具有一种用于起动发动机的技术,该技术利用具有良好起动性能的便宜的惯性啮合型起动器,在燃料喷射之前使发动机转速增加至约怠速Na。然而,惯性啮合型起动器产生较大的曲柄起动噪音。因此,通常有必要在发动机转速达到上述范围II之前经受燃烧并且终止驱动起动器。
在不消除或降低由起动曲柄噪音引起的不适的情况下,不可能存在用于利用惯性啮合型起动器来起动发动机并且提高燃料经济性的技术。
日本专利申请公开特许公报No.2002-188549公开了用于通过利用惯性啮合型起动器将发动机转速增加至高达怠速来起动发动机的技术。然而,其未考虑曲柄起动噪音。另外,在日本专利申请公开特许公报No.2002-188549中所公开的技术和用于增加处于较低发动机转速范围内的发动机转速来起动发动机的传统技术中,单向离合器在燃烧室中点火时或在燃烧室中点火之后隔离起动器马达对发动机的转矩传递。也就是说,在燃烧室中点火时或在燃烧室中点火之后,终止发动机的曲柄运动。
考虑到上述情况,本发明的示例性实施方式涉及提供如下一种发动机起动装置:该发动机起动装置能够经由便宜的惯性啮合型起动器来起动发动机,并且提高燃料经济性。
发明内容
根据本发明的示例性实施方式,提供了一种发动机起动装置,该发动机起动装置包括起动器和被配置成对起动器的驱动进行控制的起动器控制单元。
起动器包括产生旋转力的电动机、接收电动机的旋转力以进行旋转的小齿轮、接通和关断从电池到电动机的电力供给的电动机激励单元、以及将小齿轮推向发动机的环形齿轮以与该环形齿轮啮合的小齿轮推进单元。
起动器控制单元被配置成:使电动机和与环形齿轮啮合的小齿轮一起工作以用曲柄起动发动机,并使小齿轮与环形齿轮脱离啮合或者使电动机去激励,以终止对发动机的曲柄起动。
从发起对发动机的曲柄起动时到达到等于或大于450rpm的预定发动机转速时的曲柄起动时间等于或小于不会使车辆的用户感到明显不适的曲柄起动时间的容许限度。
发明人已发现由曲柄起动噪音引起的不适取决于曲柄起动噪音的持续时间(即,曲柄起动时间),而非起动噪音的幅度。对于提高的预定曲柄起动速度,减小的曲柄起动时间可以减轻由曲柄起动噪音引起的不适。
在上述装置中,发动机转速在曲柄起动时间内增加至等于或大于450rpm的发动机转速的较高速度范围内,该曲柄起动时间足够短而未使车辆的用户(或乘客)感到明显不适。这可以减少由在用曲柄起动发动机以用于使发动机转速增加至等于或大于450rpm的发动机转速的较高速度范围内期间出现的曲柄起动噪音引起的不适。
也就是说,发动机转速可以不是通过燃烧而是通过起动器增加至等于或大于450rpm的发动机转速的较高速度范围内,并减轻由曲柄起动噪音引起的不适。因此,可以提供这样一种发动机起动装置,该发动机起动装置能够经由便宜的惯性啮合型起动器起动发动机,并提高燃料经济性。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施方式的发动机起动装置的示意图;
图2是根据第一实施方式的发动机转速与电动机驱动电流的示意性时序图;
图3是根据第一实施方式的控制起动器的过程的流程图;
图4是噪音水平和曲柄起动时间的相互关系,其中在发动机停止时发起对发动机的曲柄起动,并且发动机转速N1被设定在600rpm;
图5是根据第一实施方式在向电动机施加的电压下降之前和之后的噪音水平和曲柄起动时间的相互关系;
图6是根据本发明的第二实施方式的发动机转速和电动机驱动电流的示意性时序图;
图7是根据第二实施方式的控制起动器的过程的流程图;
图8是根据本发明的第三实施方式的控制起动器的过程的流程图;
图9是根据本发明的第四实施方式的发动机起动装置的电路图;
图10是根据第四实施方式的发动机转速、电动机驱动命令和小齿轮驱动命令的示意性时序图;
图11是根据第四实施方式的发动机转速、电动机驱动命令和小齿轮驱动命令的示意性时序图;以及
图12是发动机转速和燃料喷射量之间的相互关系。
具体实施方式
在下文中将参照附图来更加彻底地描述本发明。贯穿全文相同的附图标记指代相同的元素。
(第一实施方式)
(配置)
现在将参照图1至图5来说明根据本发明的第一实施方式。第一实施方式的发动机起动装置1适用于具有用于自动控制发动机的停止和重启的空闲停止系统的车辆,并且该发动机起动装置1包括用于起动发动机2的起动器3和被配置成控制起动器3的操作的电子控制单元(ECU)4。
本实施方式的发动机2为火花点火式汽油发动机。
起动器3为能够旋转达到发动机2的怠速以上的转速的惯性啮合型起动器,并且起动器3包括电动机7、小齿轮8、电磁开关9以及其他部件。
电动机7为直流(DC)换向器电动机,该直流(DC)换向器电动机包括设置在还用作框架的轭的内圆周上的永磁体(或磁场线圈)形成的磁场(未示出)、具有设置在电枢转轴的外圆周上的换向器(未示出)的电枢以及设置在换向器的外圆周上的刷子(未示出)。电动机7能够旋转达到怠速以上的转速。
作为设置在电动机7的输出轴上的小型齿轮的小齿轮8与环形齿轮11啮合,以将电动机7的旋转力传递至连接环形齿轮11的发动机2的曲柄轴12。
电磁开关9不仅充当用于经由变速杆(未示出)将小齿轮8推向环形齿轮11以使得小齿轮8与环形齿轮11啮合的小齿轮推进装置,还充当激励电路内用于开启和关闭电动机7的电动机开关。在电磁开关9中,用于将小齿轮8推向环形齿轮11的螺线管和用于接通和断开电动机7的激励电流的螺线管可以彼此相同或可以彼此不同。
电子控制单元(ECU)4充当起动器控制单元,该起动器控制单元被配置成基于来自用于检测发动机转速的发动机转速传感器13、起动开关(未示出)和制动传感器(未示出)等的信号来控制起动器3的激励。
发动机起动装置1被配置成使电动机7和与环形齿轮11啮合的小齿轮8一起工作,以用曲柄起动发动机2,以及使小齿轮8与环形齿轮11脱离啮合或者使电动机7去激励,以终止对发动机2的曲柄起动。
也就是说,根据起动发动机2的命令,ECU 4使起动器3处于驱动ON状态,以用曲柄起动发动机2。
驱动ON状态是指如下状态:小齿轮8在被推向环形齿轮11之后与环形齿轮11啮合,电动机7处于被激励状态,从而使电动机7的旋转力传递至曲柄轴12。
可以在从起动开关获得起动开关已在发动机2停止时接通的信号时向ECU(起动器控制单元)4传达起动发动机2的命令。在其内安装有空闲停止系统的车辆中,当通过解除制动来退出空闲停止(或空闲停机)时,发动机重启。因此,还可以在从制动传感器得到制动已被解除的检测信号时向ECU(起动器控制单元)4传达起动发动机2的命令。当在减慢到发动机2的自动停止期间制动被解除时,也命令ECU4重启发动机2。
当满足用于终止对发动机的曲柄起动的预定条件时,ECU 4使小齿轮8从啮合位置返回至原始位置,以使小齿轮8与环形齿轮11脱离啮合或者使电动机7去激励,从而终止对发动机2的曲柄起动,也就是说,从而关闭起动器。
(控制起动器的过程)
在本实施方式中,从发起对发动机2的曲柄起动时到达到发动机转速N1时的曲柄起动时间Ta(在下文中被称为达到发动机转速N1的时间)等于或小于如下预定时间量,该预定时间量为不会使车辆的用户(或乘客)感到明显不适的曲柄起动时间的容许限度。
发动机转速N1为等于或大于450rpm的预定发动机转速。在450rpm或更大的发动机转速,发动机2能够自动点火,并且可以在不增加喷射量的情况下保持发动机2的旋转。
如图12所示,在发动机的怠速Na处和发动机的怠速Na附近所需的燃料喷射量由发动机转速和燃料喷射量的预定关系Z指定,而在预定发动机转速Nmin以下,所需燃料喷射量随着发动机转速减小而远离关系Z非线性地增加。
在处于等于或大于发动机转速Nmin的范围II内的发动机转速处,可以在不增加喷射量的情况下保持发动机2的旋转。
发动机转速N1为如下预定发动机转速,该预定发动机转速等于或大于作为处于范围II内的最小发动机转速的发动机转速Nmin。
在本实施方式中,发动机转速Nmin等于或小于怠速(例如约450rpm)。发动机转速N1为等于或小于怠速并且等于或大于450rpm的预定发动机转速。在达到发动机转速N1之后,发动机转速经由点火而增加。在500rpm或更大的发动机转速处,在不需要增加喷射量的范围II内可以达到等于或大于发动机谐振点的发动机转速。
达到发动机转速N1的时间Ta等于或小于作为曲柄起动时间的容许限度的预定的时间量,该曲柄起动时间的容许限度不会使车辆的用户(或乘客)感到由于持续到达到发动机转速N1为止的曲柄起动噪音引起的明显不适。
发明人已发现由于曲柄起动噪音而引起的不适取决于曲柄起动噪音的持续时间,即达到发动机转速N1的时间Ta。达到发动机转速N1的时间Ta太长会使车辆的用户感到由于曲柄起动噪音而引起的不适。因此,在本实施方式中,将达到发动机转速N1的时间Ta设定成不会使车辆的用户感到由于曲柄起动噪音而引起的明显不适的较短时间。
图4示出了对在不同曲柄起动时间内由曲柄起动噪音引起的不适程度(作为噪音水平)评估的示例,其中在发动机停止时发起对发动机的曲柄起动并且发动机转速N1被设置在600rpm。该数据以到达发动机转速N1的时间Ta作为横坐标并以噪音水平作为纵坐标来绘制。
如从其中发动机转速N1被设定在600rpm的图4可以看到的,对于等于或小于0.3秒的到达发动机转速N1的时间Ta,曲柄起动噪音可以使车辆的用户几乎未感到明显不适。对于等于或大于0.4秒的到达发动机转速N1的时间Ta,曲柄起动噪音会使车辆的用户感到明显不适。
因此,在该情况下,未导致由于曲柄起动噪音而引起的明显不适的曲柄起动时间的容许限度可以被设置成0.3秒。
曲柄起动时间的容许限度取决于发动机转速N1,也就是说,曲柄起动时间的容许限度随发动机转速N1增加而减小。例如,当发动机转速N1为大于600rpm(约700rpm)的怠速时,容许限度为约0.2秒。也就是说,在从发起对发动机的曲柄起动时到达到发动机转速N1(600rpm)时的时间段内,曲柄起动噪音不会使车辆的用户感到明显不适。当发动机转速进一步增加至达到700rpm,曲柄起动机噪音会使车辆的用户感到明显不适,原因是曲柄起动时间超过了发动机转速N1=700rpm的容许限度0.2秒。
在本实施方式中,发动机转速N1被设定在600rpm并且容许限度被设定在0.3秒,其中在从发起对发动机的曲柄起动时起0.3秒内达到发动机转速N1(600)。更具体地,在电动机7的初始条件下,使用具有这样的性能的电动机7,其性能使得可以在从发起对发动机的曲柄起动时起0.2秒内达到发动机转速N1(600)。初始条件使得电池完全充电并且未出现由于时间退化(包括由于绕组的劣化而导致的阻抗增加)而使向电动机7施加的电压的下降。
达到发动机转速N1的时间Ta随着由电池中的剩余电荷和互连阻抗而引起的向电动机7施加的电压改变而变化。
因此,在本实施方式中,作为在初始条件下到达发动机转速N1的时间Ta的到达发动机转速N1的时间Ta的初始值Ta0被设置为0.2秒。
该初始值Ta0比0.3秒的容许限度小一定裕度。利用该裕度,即使在电池中的剩余电荷减少或时间退化使向电动机7的施加的电压下降并因此到达发动机转速N1的时间Ta变得比初始值Ta0大的情况下,达到发动机转速N1的时间Ta将仍保持在容许限度(0.3秒)以下。因此,优选地,初始值Ta0可以被设置成使得即使在电池中的剩余电荷减少或者时间退化使向电动机7施加的电压下降并且因此到达发动机转速N1的时间变得比初始值Ta0大的情况下,到达发动机转速N1的时间Ta也可以保持在容许限度以下。
例如,在起动器3的初始条件下,发动机转速花费0.2秒(为Ta的初始值)达到600rpm,而在向电动机7的施加的电压降低至预定范围内(以下称为劣化条件)的情况下,发动机转速花费0.3秒达到600rpm。
图5示出了在初始条件和劣化条件中的每个条件下噪音水平和曲柄起动时间的相互关系,其中通过用曲柄起动发动机2达到最大发动机转速MAX。发动机转速随着曲柄起动时间增加而增加。在起动器3的初始条件下,发动机转速在0.2秒内达到600rpm并且在0.3秒内达到700rpm。在起动器3的劣化条件下,发动机转速未在0.2秒内达到600rpm,而是在0.3秒内达到600rpm。
如图5所示,在初始条件下,噪音水平在曲柄起动时间超过0.2秒之后变差。在劣化条件下,发动机转速在0.3秒内达到600rpm。因此,噪音水平处于容许范围内,直到曲柄起动时间超过0.3秒。
在本实施方式中,在终止对发动机2的曲柄起动之后,在发动机2的燃烧室中点火。对于火花点火式发动机,在火花点火时或紧接在火花点火之后发起点火。对于压缩点火式发动机,在燃料喷射时或紧接在燃料喷射之后开始点火。在本实施方式中,在火花点火之前终止对发动机2的曲柄起动。
现在将参照图2和图3来更加详细地说明控制起动器3的过程。
图2示出了在发动机2停止时在起动命令(信号)变成ON时执行的控制起动器3的过程的时序图。尽管未示出,可以在减慢到发动机2的自动停止期间根据重新启动发动机(或者起动命令变为on)的命令执行控制起动器3的相似过程。
首先,在步骤S1中,当起动开关被接通或者制动被解除以退出空闲停止时,启动命令变成ON,然后起动器3处于驱动ON状态。也就是说,在时间t0处,发起对发动机2的曲柄起动。
在本实施方式中,用于终止发动机2的曲柄起动的条件为达到发动机转速N1。因此,在达到发动机转速N1的时刻t1处终止对发动机2的曲柄起动。
在本实施方式中,将达到发动机转速N1的时间的初始值Ta0设置为0.2秒。因此,在理想情况下,发动机转速在时间t0之后的0.2秒达到发动机转速N1。
也就是说,在步骤S2中,确定是否达到发动机转速N1。如果在步骤S2中确定达到了发动机转速N1,则在步骤S3中,使起动器3处于驱动OFF状态,从而终止对发动机2的曲柄起动。
在终止对发动机2的曲柄起动之后的发动机2的滑行期间,在步骤S4中由火花塞来对所喷射的燃料进行点火。也就是说,在火花点火之前终止对发动机2的曲柄起动。燃料喷射可以在终止对发动机2的曲柄起动之前,或者燃料喷射可以在终止对发动机2的曲柄起动之后并且紧接在点火之后。
(优点)
利用根据本实施方式的发动机起动装置1,从发起对发动机2的曲柄起动时到达到发动机转速N1时的曲柄起动时间Ta(即,达到发动机转速N1的时间)等于或小于曲柄起动时间的容许限度,该曲柄起动时间的容许限度为不会使车辆的用户(或乘客)感到由曲柄起动噪音引起的明显不适的直到达到发动机转速N1为止的预定时间量。
也就是说,在本实施方式中,发动机转速在曲柄起动时间内增加至范围II内,范围II是等于或大于450rpm的发动机转速的较高转速范围,该曲柄起动时间足够短,从而不足以使车辆的用户(或乘客)感到明显不适。
这可以减轻由在用曲柄起动发动机2以使发动机转速增加至等于或大于450rpm的发动机转速的较高转速范围内期间出现的曲柄起动噪音引起的不适。也就是说,发动机转速可以不通过燃烧而是通过起动器3增加至处于等于或大于450rpm的发动机转速的较高转速范围内,同时减轻由曲柄起动噪音引起的不适。
在通过起动器3使发动机转速增加至处于等于或大于450rpm的发动机转速的较高转速范围的范围II内之后,发动机2经受燃烧。这可以减小燃料喷射量,从而提高燃料经济性。
另外,在本实施方式中,发动机转速N1小于怠速。在达到怠速之前终止对发动机2的曲柄起动,并且在终止对发动机2的曲柄起动之后进行火花点火。事实上,为了减小燃料消耗,期望在发动机转速由起动器3增加至怠速之后终止对发动机2的曲柄起动,并且在终止对发动机2的曲柄起动之后进行火花点火。
然而,为了用曲柄起动发动机2直到达到怠速并且不使车辆的用户(或乘客)感到明显不适,有必要以非常高的速度来用曲柄起动发动机2(例如,使得发动机转速可以在0.2秒内达到700rpm)。
在本实施方式中,发动机转速N1小于怠速,但发动机转速N1等于或大于450rpm。因此,即使在达到怠速之前终止对发动机2的曲柄起动,发动机2的滑行也能够使发动机转速滑动增加至接近怠速。这使得即便在不使用高性能电动机的情况下发动机转速接近怠速时,发动机2也能够进行点火。
因此在发动机燃烧之前终止对发动机2的曲柄起动,这可以防止由发动机燃烧引起的更大转矩对小齿轮8的不利影响。
也就是说,在本实施方式中,从发起对发动机2的曲柄起动时到发动机转速增加至等于或大于怠速时的时间段可以分为三个时段。第一时段为从发起对发动机2的曲柄起动时到达到发动机转速N1时的曲柄起动时段。第二时段为从终止对发动机2的曲柄起动时到发动机转速从发动机转速N1增加至接近怠速时的滑行时段。发动机2在第二时段期间旋转滑行。第三时段为通过点火使发动机转速从接近怠速增加至大于怠速的旋转时段。在第一时段和第二时段中,可以在不增加喷射量的情况下增加发动机转速。与在第一时段和第二时段期间持续用曲柄起动发动机2的情况相比,这可以减小由曲柄起动噪音引起的不适。
因此,可以提供如下发动机起动装置:该发动机起动装置能够经由便宜的惯性啮合型起动器来起动发动机,并提高燃料经济性。
(第二实施方式)
现在将参照图6和图7来说明根据本发明的第二实施方式的发动机起动装置1。将仅对第二实施方式与第一实施方式的不同进行说明。具有与在第一实施方式中的功能相同的功能的元件被分配有相同的附图标记,并且为了简洁起见,不再对其进行描述。
在本实施方式中,发动机2为压缩点火式发动机。在燃料喷射之前终止用曲柄起动发动机2。
也就是说,在步骤S4a中,在终止用曲柄起动发动机2之后,将燃料喷射到发动机2的燃烧室中。
第二实施方式可以提供与第一实施方式的优点相类似的优点。
(第三实施方式)
现在将参照图8来说明根据本发明的第三实施方式的发动机起动装置1。将仅对第三实施方式与第一实施方式的不同进行说明。具有与在第一实施方式中的功能相同的功能的元件被分配有相同的附图标记,并且为了简洁起见,不再对其进行描述。
在第一实施方式中,终止对发动机2的曲柄起动是以达到发动机转速N1为条件。也就是说,在达到发动机转速N1的时刻终止对发动机2的曲柄起动。
在本实施方式中,基于从发起对发动机2的曲柄起动起经过的时间量来估计是否已经达到发动机转速N1。
然而,如上所述,由于电池中的剩余电荷的减少和时间退化所引起的向电动机7的施加的电压下降而使达到发动机转速N1的时间Ta变得比初始值Ta0大。因此,如果无一例外地在经过初始时间Ta0时终止对发动机2的曲柄起动,则会在发动机转速实际上低于发动机转速N1时终止对发动机2的曲柄起动。
为了克服这个缺点,例如,监视向电动机7施加的电压。用于终止对发动机2的曲柄起动的条件基于所检测到的施加电压而改变。现在将参照图8来说明该过程。
在本实施方式的起动器3的初始条件下,发动机转速花费0.2秒达到600rpm(是达到发动机转速N1的时间Ta的初始值Ta0),而在向电动机7施加的电压下降到预定范围内的劣化情况下,发动机转速花费0.3秒达到600rpm。
首先,在步骤S31中,当起动开关被接通或者制动被解除以退出空闲停止时,起动命令变为ON,然后使起动器3处于驱动ON状态。也就是说,发起对发动机2的曲柄起动。
随后,在步骤S32中,确定向电动机7施加的电压是否等于或大于第一阈值。如果确定向电动机7施加的电压等于或大于第一阈值,则过程进行至步骤S33。在步骤S33中,确定从发起对发动机2的曲柄起动起是否已经过了0.2秒(是初始值Ta0)的曲柄起动时间。如果从发起对发动机2的曲柄起动起经过了0.2秒(为初始值Ta0)的曲柄起动时间,则假定已经达到发动机转速N1并且在步骤S34中使起动器3处于驱动OFF状态。此后,在步骤S35中,发动机2经受点火。
如果在步骤32中确定向电动机7施加的电压小于第一阈值,则在步骤S36中确定向电动机7施加的电压是否等于或大于第二阈值。如果确定向电动机7施加的电压等于或大于第二阈值,则该过程进行至步骤S37。在步骤S37中,确定从发起对发动机2的曲柄起动起是否已经过了0.3秒的曲柄起动时间。如果从发起对发动机2的曲柄起动起已经过了0.3秒的曲柄起动时间,则假定已经达到发动机转速N1并且在步骤S34中使起动器3处于驱动OFF状态。此后,在步骤S35中,发动机2经受点火。
如果在步骤S36中确定向电动机7施加的电压小于第二阈值,则假定无法在较短曲柄起动时间内达到发动机转速N1,并且过程进行至步骤S38。在步骤S38中,发动机2在发起对发动机2的曲柄起动之后的预定时间量内经受点火,而不管是否已达到发动机转速N1。此后,在步骤S39中终止对发动机2的曲柄起动。
在本实施方式中,当基于自发起对发动机的曲柄起动起经过的时间量来估计是否已达到发动机转速N1时,确定并且考虑由于电池中剩余电荷的减少或时间退化而使向电动机7施加的电压下降的水平。这使得能够基于自发起对发动机的曲柄起动起经过的时间量来准确地估计是否已经达到发动机转速N1。
另外,在本实施方式中,当向电动机7施加的电压下降的水平处于预定容许范围内时,在终止对发动机的曲柄起动之后在发动机的燃烧室内进行点火。当向电动机7施加的电压下降的水平处于预定容许范围之外时,在终止对电动机的曲柄起动之前在发动机的燃烧室内进行点火。
也就是说,在本实施方式中,当向电动机7施加的电压小于第二阈值时,假定在较短的曲柄起动时间内无法达到发动机转速N1。在该情况下,发动机在发起对发动机的曲柄起动之后的预定时间量内经受点火,而不管是否已达到发动机转速N1。此后,终止对发动机2的曲柄起动。这可以在即使向电动机7施加的电压已下降至使得发动机转速在较短的曲柄起动时间内不能增加至N1的情况下也能可靠地保证点火。
由于在电池中剩余电荷的减少或时间退化而导致的向电动机7施加的电压下降的水平可以如在本实施方式中通过直接监视向电动机7施加的电压来确定或者可替选地通过监视电池中的剩余电荷来确定。
(第四实施方式)
现在将参照图9至图11来说明根据本发明的第四实施方式的发动机起动装置1。将仅对第四实施方式与第一实施方式的不同进行说明。具有与在第一实施方式中的功能相同的功能的元件被分配有相同的附图标记,并且为了简洁起见,不再对其进行描述。
在本实施方式的电磁开关9(用作电动机激励单元和小齿轮推进单元)中,用于将小齿轮8推向环形齿轮11的螺线管SL1(SL1与小齿轮推进单元相对应)和用于接通和断开电动机7的激励电流的螺线管SL2(SL2与电动机激励单元相对应)彼此不同。因此,电动机7可以被控制成使得电动机7的激励电流可以独立于将小齿轮8推向环形齿轮11而被接通和关断。
图9示出了包括螺线管SL1和螺线管SL2的发动机起动装置的电路图。
螺线管SL1的线圈21电连接至驱动继电器22,并且螺线管SL2的线圈23电连接至驱动继电器24。驱动继电器22和驱动继电器24各自响应于来自ECU 4的信号而操作。
当驱动继电器22被切换成ON时,线圈21由通过驱动继电器22(在螺线圈SL1处于ON的情况下)从电池25流向线圈22的电流来激励,从而将小齿轮8推向环形齿轮11,以与环形齿轮11啮合。当驱动继电器22被切换成OFF时,线圈21被去激励(在螺线管SL1处于OFF的情况下)并且小齿轮8返回至原始位置。
当驱动继电器24被切换成ON时,线圈23由通过驱动继电器24(在螺线圈SL2处于ON的情况下)从电池25流向线圈23的电流来激励,因此在从电池25到电动机7的激励电路中设置的主接触器26闭合。这使得电动机7能够被激励。当驱动继电器24被切换成OFF时,线圈23被去激励(在螺线管SL2处于OFF的情况下),因此主接触器26打开。这使得电动机7被去激励。
在本实施方式中,在终止对电动机7的曲柄起动时,使电动机7去激励。在实现发动机2的自点火之后,对起动器3的驱动进行控制,以使小齿轮8与环形齿轮11脱离啮合。
如图10所示,当达到发动机转速N1时,电动机驱动命令被设置成OFF。也就是说,使螺线管SL2断电,并且因此电动机7被去激励,从而使得终止对发动机的曲柄起动。此后,对发动机进行点火,发生首次点火,并实现自点火。在实现自点火之后,小齿轮驱动命令被设置成OFF。也就是说,使螺线管SL1断电,并且因此使小齿轮8与环形齿轮11脱离啮合。
如图11所示,当在电动机7被去激励并且然后进行点火之后未发生首次点火时,对起动器的驱动进行控制,使得再次对电动机7进行激励以用曲柄起动发动机。
例如,当在经过达到发动机转速N1的时间Ta之后持续检测到小于发动机转速N1的发动机转速时,确定首次点火已经失败。在该情况下,再次激励电动机7以用曲柄起动发动机,使得发动机转速变得等于或大于Nmin。此后,再次对发动机进行点火。在实现自点火之后,小齿轮驱动命令被设定为OFF。
可以通过确定发动机转速是否已达到允许假定已经实现自点火的发动机转速来确定是否已实现自点火。
即使在首次点火失败的情况下,这使得发动机能够通过再次被用曲柄起动而快速地起动。
(修改)
在第一实施方式中,在终止对发动机2的曲柄起动之后进行点火。可替选地,基于发动机转速等来预测何时在发动机的燃烧室中发生点火。可以在点火的预测时间之前终止对发动机2的曲柄起动。仍然可替选地,可以在首次点火和自点火中至少之一之前终止对发动机2的曲柄起动。
另外,在一些可替选实施方式中,即使在发生首次点火之后仍可以继续用曲柄起动发动机。例如,发动机转速在0.2秒的曲柄起动时间内增加至怠速,对发动机进行点火,然后可以在已发生首次点火之后终止对发动机的曲柄起动。这样的实施方式可以提供如下优点:可以减小达到发动机转速N1的时间Ta,也就是说,可以减轻由在从发起对发动机的曲柄起动时到达到发动机转速N1(在该情况下的怠速)时的时间段期间产生的曲柄起动噪音引起的不适。
在第一实施方式中,在发动机转速在曲柄起动时间Ta(曲柄起动时间Ta等于或小于容许限度)内增加至等于或大于450rpm的、预定的发动机转速N1之后,在进行点火之前终止对发动机的曲柄起动(参见图2)。可替选地,曲柄起动时间Ta可以超过容许限度。也就是说,无论曲柄起动时间Ta是大于容许限度还是小于容许限度,发动机转速都可以在曲柄起动时间Ta内增加至等于或大于450rpm的、预定的发动机转速N1,然后可以在发生首次点火之前终止对发动机的曲柄起动。
此外,与在其中即使在首次点火之后仍继续用曲柄起动发动机的实施方式相比,在这样的可替选实施方式中,可减少曲柄起动时间。这可以减轻由曲柄起动噪音造成的不适。
由于发动机转速通过用曲柄起动发动机而增加至等于或大于450rpm的预定发动机转速N1,所以使发动机滑行使得即使在终止用曲柄起动发动机之后,发动机转速也能够在较短时间内增加(至接近怠速)。因此,即使在发生首次点火之前终止对发动机的曲柄起动的情况下,首次点火也不太可能在发动机转速的高速范围(范围II)内失败。然而,尽管首次点火不太可能会失败,但以防万一,期望应用如在第四实施方式中所描述的对电磁开关9的控制。
可替选地,起动器3可以不包括如下单向离合器(未示出):该单向离合器不仅用于将电动机7的旋转力传递至小齿轮8,而且还用于隔离从小齿轮8到电动机7的旋转力的传递。这是因为在上述实施方式中,在发动机燃烧之前终止了对发动机的曲柄起动,并且因此电动机不可能由发动机来转动。在其中在发动机燃烧之后终止对发动机的曲柄起动的一些实施方式中,起动器3可以包括单向离合器。
从前述说明和相关联附图中呈现的教导受益的属于本发明的领域的技术人员将会想到本发明的许多修改和其他实施方式。因此,要理解的是,本发明不限于所公开的特定实施方式,并且修改和其他实施方式旨在包含在所附权利要求的范围内。尽管在本文中采用了特定术语,但其仅用于通用和描述性意义而非用于限制的目的。
Claims (13)
1.一种发动机起动装置(1),包括:
起动器(3),所述起动器(3)包括产生旋转力的电动机(7)、接收所述电动机(7)的所述旋转力以进行旋转的小齿轮(8)、接通和关断从电池(25)到所述电动机(7)的电力供给的电动机激励单元(9)、以及将所述小齿轮(8)推向发动机(2)的环形齿轮(11)以与所述环形齿轮(11)啮合的小齿轮推进单元(9);以及
起动器控制单元(4),所述起动器控制单元(4)被配置成对所述起动器(3)的驱动进行控制,所述起动器控制单元(4)被配置成使所述电动机(7)和与所述环形齿轮(11)啮合的所述小齿轮(8)一起工作以用曲柄起动所述发动机(2),并使所述小齿轮(8)与所述环形齿轮(11)脱离啮合或者使所述电动机(7)去激励,以终止对所述发动机(2)的曲柄起动,
其中,从发起对所述发动机(2)的曲柄起动时到达到等于或大于450rpm的预定发动机转速(N1)时的曲柄起动时间(Ta)等于或小于曲柄起动时间的容许限度,所述曲柄起动时间的容许限度不使车辆的用户感到由所述发动机的曲柄起动期间产生的曲柄起动噪音所导致的明显不适。
2.根据权利要求1所述的装置(1),其中,所述曲柄起动时间(Ta)等于或小于0.3秒。
3.根据权利要求1或2所述的装置(1),其中,所述预定发动机转速(N1)等于或大于500rpm。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的装置(1),其中,
所述发动机(2)的所述预定发动机转速(N1)等于或小于怠速,以及
所述起动器控制单元(4)还被配置成使得终止对所述发动机(2)的曲柄起动在达到所述发动机(2)的所述怠速之前。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的装置(1),其中,
所述起动器控制单元(4)还被配置成使得终止对所述发动机(2)的曲柄起动在所述发动机(2)的燃烧室中点火之前。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的装置(1),其中,
所述发动机(2)为火花点火式发动机,以及
所述起动器控制单元(4)还被配置成使得终止对所述发动机(2)的曲柄起动在所述发动机(2)的燃烧室中进行火花点火之前。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的装置(1),其中,
所述发动机(2)为压缩点火式发动机,以及
所述起动器控制单元(4)还被配置成使得终止对所述发动机(2)的曲柄起动在燃料喷射到所述发动机(2)的燃烧室中之前。
8.根据权利要求1至3中的任一项所述的装置(1),其中,
所述起动器控制单元(4)还被配置成:确定由于所述电池(25)中的剩余电荷的减少或时间退化而使向所述电动机(7)施加的电压下降的水平;并且
所述起动器控制单元(4)还被配置成:
当向所述电动机(7)施加的电压下降的水平处于预定容许范围内时,使得终止对所述发动机(2)的曲柄起动在所述发动机(2)的燃烧室中点火之前;以及
当向所述电动机(7)施加的电压下降的水平处于所述预定容许范围之外时,使得终止对所述发动机(2)的曲柄起动在所述发动机(2)的燃烧室中点火之后。
9.根据权利要求5至8中的任一项所述的装置(1),其中,
对所述起动器(3)的所述电动机激励单元(9)的致动和对所述起动器(3)的所述小齿轮推进单元(9)的致动能够由所述起动器控制单元(4)独立地控制,以及
所述起动器控制单元(4)还被配置成对所述起动器(3)的驱动进行控制,以使得在终止对所述发动机(2)的曲柄起动时通过控制所述电动机激励单元(9)来使所述电动机(7)去激励,并且在实现所述发动机(2)的自点火之后通过控制所述小齿轮推进单元(9)来使所述小齿轮(8)与所述环形齿轮(11)脱离啮合。
10.根据权利要求9所述的装置(1),其中,所述起动器控制单元(4)还被配置成对所述起动器(3)的驱动进行控制,以使得当在终止对所述发动机(2)的曲柄起动之后首次点火失败时,通过控制所述电动机激励单元(9)再次对所述电动机(7)进行激励,以用曲柄起动所述发动机(2)。
11.一种发动机起动装置(1),包括:
起动器(3),所述起动器(3)包括产生旋转力的电动机(7)、接收所述电动机(7)的所述旋转力以进行旋转的小齿轮(8)、接通和关断从电池到所述电动机(7)的电力供给的电动机激励单元(9)、以及用于推进所述小齿轮(8)与发动机(2)的环形齿轮(11)啮合的小齿轮推进单元(9);以及
起动器控制单元(4),所述起动器控制单元(4)被配置成对所述起动器(3)的驱动进行控制,所述起动器控制单元(4)被配置成:使所述电动机(7)和与所述环形齿轮(11)啮合的所述小齿轮(8)一起工作以用曲柄起动所述发动机(2),并使所述小齿轮(8)与所述环形齿轮(11)脱离啮合或者使所述电动机(7)去激励,以终止对所述发动机(2)的曲柄起动,
其中,所述起动器控制单元(4)被配置成对所述起动器(3)的驱动进行控制,以使得所述起动器(3)用曲柄起动所述发动机(2),直到发动机转速增加至等于或大于450rpm的预定发动机转速(N1),并使得所述起动器(3)在所述发动机(2)首次点火之前终止对所述发动机(2)的曲柄起动。
12.根据权利要求11所述的装置(1),其中,
对所述起动器(3)的所述电动机激励单元(9)的致动和对所述起动器(3)的所述小齿轮推进单元(9)的致动能够由所述起动器控制单元(4)独立地控制,以及
所述起动器控制单元(4)还被配置成对所述起动器(3)的驱动进行控制,以使得在终止对所述发动机(2)的曲柄起动时通过控制所述电动机激励单元(9)来使所述电动机(7)去激励,并使得在实现所述发动机(2)的自点火之后通过控制所述小齿轮推进单元(9)来使所述小齿轮(8)与所述环形齿轮(11)脱离啮合。
13.根据权利要求12所述的装置(1),其中,所述起动器控制单元(4)还被配置成对所述起动器(3)的驱动进行控制,以使得当在终止对所述发动机(2)的曲柄起动之后首次点火失败时,通过控制所述电动机激励单元(9)再次对所述电动机(7)进行激励,以用曲柄起动所述发动机(2)。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180213 |
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