CN107152364A - 发动机启动系统 - Google Patents

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Abstract

一种发动机启动系统。控制设备4将反向旋转时段设为曲轴转动禁止时段，并且在反向旋转时段期间产生发动机1的启动请求时，当基于旋转角度传感器6的信息来检测到曲轴1a从反向旋转转换为正向旋转时通过驱动第一启动器2和第二启动器3中的一个或全部二者来开始曲轴转动。结果，从产生发动机1的启动请求到开始曲轴转动的延迟减少，使得发动机1的启动时间缩短。

Description

发动机启动系统
技术领域
本发明涉及一种通过使用产生旋转力的两个启动器中的一个或两个来启动发动机的发动机启动系统。
背景技术
常规地，已知一种怠速停止系统，该怠速停止系统当诸如汽车的车辆临时地在交叉路等处停止时自动地停止发动机。
当发动机速度通过实施怠速停止系统而逐渐降低时并且刚好在发动机停止之前，活塞可能被推回，而不能越过压缩上止点，这导致曲轴反向旋转。
如果在发动机完全停止之前产生发动机的启动请求，并且在曲轴反向旋转时操作启动器，则可能将过大的负载施加到与发动机的环齿轮啮合的小齿轮，因此小齿轮可能会损坏。
相反，日本专利No.4228882中已经公开了这样的技术：当怠速停止系统在发动机的自动停止中产生了启动请求时，该技术禁止在检测到或估计出曲轴的反向旋转时有意地使曲轴旋转的动作(以下称此动作为曲轴转动(cranking))。
然而，在日本专利No.4228882中，直到在发动机转速低于预定转速之后不发生反向旋转的可能性消失，换句话说，将从曲轴开始反向旋转之前到其完全停止旋转的预定时段设置为曲轴转动禁止时段。
因此，例如，当曲轴重复反向旋转和正向旋转时，在曲轴不反向旋转时(即在曲轴正向旋转时)启动曲轴转动是不可能的。
结果，从产生启动请求到曲轴转动启动的延迟增加，从而导致发动机的启动延迟的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而做出，目的在于提供一种发动机启动系统，其能够减少从产生发动机启动请求到开始旋转曲轴转动的延迟，从而可以缩短发动机的启动时间。
在第一方面的发动机启动系统包括：启动设备，用于将发动机的旋转力传递到曲轴来驱动曲轴；以及控制设备，用于响应于发动机的启动请求来控制启动设备的操作。
发动机启动系统包括旋转判定部，能够区分曲轴的旋转方向。
当发动机停止时曲轴反向旋转的时段被称为反向旋转时段，控制设备将反向旋转时段设为用于禁止启动设备驱动曲轴的曲轴转动禁止时段，并且如果启动请求在反向旋转时段期间产生，则启动设备被操作为：当检测到曲轴已经从反向旋转转换为正向旋转时，基于来自旋转判定部的信息来驱动曲轴。
本发明的发动机启动系统仅禁止曲轴在反向旋转时段期间旋转。
也就是说，当在反向旋转时段期间产生启动请求时，通过检测曲轴从反向旋转转换为正向旋转来开始旋转曲轴。
因此，不需要等待直到曲轴的旋转完全停止才启动旋转曲轴，并且可以当检测到曲轴从反向旋转转换为正向旋转时开始旋转曲轴，从而减少从产生启动请求到开始旋转曲轴转动的延迟。
附图说明
在附图中：
图1示出根据第一实施例的发动机启动系统的配置图；
图2示出了根据第一实施例的控制设备(逆变器)的配置图；
图3示出第一实施例的控制过程的流程图；
图4示出根据第一实施例的控制的时序图；
图5示出根据常规技术的控制的时序图；
图6示出第二实施例的控制过程的流程图；
图7示出根据第二实施例的控制的时序图；
图8示出第三实施例的控制过程的流程图；
图9示出第三实施例的控制过程的另一流程图；
图10示出根据第三实施例的控制的时序图；
图11示出根据第三实施例的控制的另一时序图；
图12示出根据第三实施例的控制的又一时序图；
图13示出根据第四实施例的发动机启动系统的配置图；
图14示出根据第五实施例的发动机启动系统的配置图；以及
图15示出根据第六实施例的发动机启动系统的配置图。
具体实施方式
将通过以下实施例详细描述用于实施本发明的方面。
[实施例]
[第一实施例]
如图1所示，第一实施例的发动机启动系统包括：第一启动器2，其为始终连接到发动机1的曲轴1a的启动设备；第二启动器3，其为能够连接到曲轴1a的另一启动设备；以及控制设备4，其用于控制第一启动器2和第二启动器3的操作。
第一启动器2为例如用作电动机和发电机的电动发电机，其转子轴2a经由带5连接到曲轴1a。
另外，第一启动器2可以是根据电源频率改变旋转速度的交流发电机。
第一启动器2设置有旋转角度传感器6，该旋转角度传感器6是能够检测转子的旋转角度的旋转角度检测部。
旋转角度传感器6可以使用例如解角器，该解角器能够通过从两个检测线圈输出的电压信号来检测转子的旋转角度和旋转方向。
第二启动器3是例如小齿轮插入式(pinion-plunging type)启动器，沿轴向推动小齿轮7并使小齿轮7与发动机1的环齿轮8啮合。
第二启动器3包括用于驱动小齿轮7的电动机以及用于对电动机通电并推动小齿轮7的电磁开关。
电磁开关包括通过通电产生电磁力的螺线管，并且具有通过利用由螺线管产生的电磁力推动小齿轮7的功能，以及导通和断开设置在电动机电路中的主触点从而接通和断开流过电动机的电流的功能。
环齿轮8设置在附连到曲轴1a的AT(自动变速器)车辆的驱动盘或MT(手动变速器)车辆的飞轮的外周上，并且与曲轴1a一起旋转。
如图2所示，控制装置4是能够将直流转换为交流的逆变器，并且包括连接到电池9的多个切换元件4a，以及用于通过将从电流传感器10流动的电流反馈到第一启动器2来控制切换元件4a的接通和断开操作的控制电路4b。
控制装置4管理第一启动器2和第二启动器3的驱动定时，并且能够通过调节施加到第一启动器2的电压和频率来任意地控制第一启动器2的转速。
注意，驱动定时是指通过向第一启动器2和第二启动器3输出驱动命令来使第一启动器2和第二启动器3启动操作的定时。
此外，控制设备4具有输入旋转角度传感器6的检测信号并且区别第一启动器2的旋转方向(即曲轴1a的旋转方向)的功能(以下称为旋转判定部11)。
在下文中，将参照图3所示的流程图描述响应于发动机1的启动请求来执行曲轴转动(曲轴转动是指有意地旋转曲轴来启动发动机)的过程。
以下的步骤S10至S40对应于标记到图3所示的流程图的各步骤的S10至S40。
步骤S10：在实施怠速停止系统之后，判断是否输入了发动机1的启动请求。
重复步骤S10直到输入启动请求，并且在启动请求输入之后，处理进行到步骤S20。
例如当执行诸如驾驶员松开制动器踏板，将变速杆从N挡切换到D挡等操作时，发动机1的启动请求从发动机ECU 12(参照图1)输出。
发动机ECU 12是控制发动机1的操作状态的电子控制设备。
步骤S20：判断曲轴1a是否在反向旋转。
曲轴1a的反向旋转由旋转判定部11基于来自旋转角度传感器6的信息来确定。
当曲轴1a反向旋转时，重复步骤S20，当未检测到反向旋转时，处理进行到下一步骤S30。
步骤S30：输出对第一启动器2和第二启动器3中的任一个的驱动命令。
用于选择第一启动器2和第二启动器3中的任一个的条件是例如温度，并且作为具体示例，在极低温度的情况下选择第二启动器3，并且在室温至高温的情况下选择第一启动器2。
在将在第一启动器2或第二启动器3中产生的旋转力被传输到曲轴1a并启动曲轴转动之后，处理进行到下一步骤S40。
步骤S40：判断发动机1是否已经完全启动。
重复步骤S40直到完全启动发动机1，并且在确定发动机1已经完全启动之后，本处理结束。
发动机1的启动的完成可以例如基于预设的完全燃烧速度来确定。
换句话说，当发动机速度超过完全燃烧速度时，可以确定发动机1已经完全启动。
[第一实施例的操作和效果]
当曲轴1a反向旋转时，第一实施例的发动机启动系统不进行到步骤S30。
即，曲轴1a反向旋转期间的时段设定为曲轴转动禁止时段。
如图4所示，当响应于发动机1的停止请求而实施怠速停止系统时，曲轴1a可能在发动机速度逐渐减小并且发动机完全停止之前反向旋转。
当曲轴1a反向旋转时，即使已经产生发动机1的启动请求，曲轴转动也不立即开始，并且当检测到曲轴1a已从反向旋转转换到正向旋转时，曲轴转动将通过驱动第一启动器2和第二启动器3中的任一个来启动。
应该注意，“当检测到曲轴1a已从反向旋转转换到正向旋转时”是当步骤S20的判定结果从“是”变为“否”时的时间。
在上述日本专利No.4228882中所公开的现有技术中，如图5所示，将从曲轴1a开始向反向旋转之前直到曲轴完全停止旋转为止的时段设定为曲轴转动禁止时段。
即，曲轴转动禁止时段被设为长于曲轴1a重复反向旋转和正向旋转的反向旋转时段。
因此，即使在曲轴1a重复反向和正向旋转期间产生启动请求，也不能启动曲轴转动，直到曲轴转动禁止时段结束曲轴转动为止。
结果，由于从产生启动请求到曲轴转动启动的延迟增加，使得发动机1的启动时间变长。
另一方面，在根据第一实施例的发动机启动系统中，当启动请求在反向旋转时段期间产生时，不必等到曲轴1a的旋转完全停止，而可以在检测到反向旋转已经转换为正向旋转时启动曲轴转动。
结果，与现有技术相比，由于从产生启动请求到开始曲轴转动的延迟减少，使得发动机1的启动时间缩短。
另外，当在反向旋转时段期间产生启动请求时，当检测到启动请求产生的反向旋转时段结束并且发动机已经转换为正向旋转时，启动曲轴转动。
换句话说，当在第一反向旋转时段期间产生启动请求时，不需要等待直到第二和随后的反向旋转时段结束，并且由于当检测到第一反向旋转时段已经结束并且已经转换为正向旋转时可以启动曲轴转动，发动机1可以在早期阶段重启。
此外，虽然在发动机控制中使用用于检测曲轴1a的旋转角度的曲轴转角传感器，但在使用拾取线圈的通用MPU型曲轴转角传感器中不能检测曲轴1a的反向旋转和极低速度。
为了检测曲轴1a的反向旋转和极低速度，传感器有必要变为使用磁阻元件的昂贵的MRE型传感器。
另一方面，在第一实施例的发动机启动系统中，由于可以基于来自第一启动器2的旋转角度传感器6(解角器)的信息检测曲轴1a在极低速度下的反向旋转，不必为发动机控制而使用昂贵的MRE型传感器。
在下文中，将描述本发明的其它实施例。
应当理解，在第二实施例和随后的实施例中，与第一实施例中的部件相同或相似的部件被赋予相同的附图标记，并且将不再描述其重复的结构和特征，以避免多余的说明(参照第一实施例)。
[第二实施例]
在第二实施例中，使用第一启动器2和第二启动器3两者来执行曲轴转动。
下文中，将参照图6所示的流程图描述响应于发动机1的启动请求来执行曲轴转动的步骤。
注意，步骤S10、S20和S40与第一实施例中的相同，并且执行步骤S31，S32和S33来代替第一实施例的步骤S30。
步骤S31：第二启动器3在第一启动器2之前被驱动。
在第二启动器3中，电磁开关的螺线管由从控制设备4输出的驱动命令通电。
结果，由电磁力推出的小齿轮7与环齿轮8啮合，并且电动机的扭矩从小齿轮7传递到环齿轮8以驱动曲轴1a。
步骤S32：判断发动机1的活塞是否越过第一压缩冲程的上止点(以下称为压缩上止点)。
基于经由皮带5恒定地连接到曲轴1a的第一启动器2的转速、扭矩和电流中的至少一个信息来判断活塞是否已经越过压缩上止点。
重复步骤S32，直到可以确定活塞已经越过压缩上止点，并且在确定活塞已经越过它之后，处理进行到步骤S33。
步骤S33：从第二启动器3切换到第一启动器2来驱动曲轴1a。
也就是说，当确定活塞已经越过压缩上止点时，停止对第二启动器3的驱动命令，并且向第一启动器2输出驱动命令。
结果，如图7的时序图所示，扭矩从第二启动器3传递到曲轴1a，直到活塞越过压缩上止点，从而驱动曲轴1a。
另外，在活塞越过压缩上止点后，扭矩从第一启动器2传递到曲轴1a以驱动曲轴1a。
在第二实施例中，当检测到曲轴1a从反向旋转转换为正向旋转时，第二启动器3驱动曲轴1a，并且由于在活塞越过压缩上止点之后第一启动器2被驱动，从而能够减小第一启动器2的尺寸。
也就是说，由于可以使第一启动器2的设计扭矩小于活塞越过压缩上止点所需的扭矩(也称为超越扭矩)，第一启动器2可以相应地被小型化。
此外，通过使小齿轮7与环齿轮8接合而连接到曲轴1a的第二启动器3的减速比能够相对于通过皮带5连接到曲轴1a的第一启动器2而增加。
即，从第二启动器3传递到曲轴1a的扭矩大于从第一启动器2传递到曲轴1a的扭矩，并且第二启动器3在第一启动器2启动之前启动，使得发动机1启动时间能被缩短。
此外，由于第一启动器2经由皮带5连接到曲轴1a，所以在活塞越过压缩上止点之后，发动机可以安静地启动。
此外，由于第二启动器3在曲轴1a从反向旋转转换为正向旋转之后被驱动，即第二启动器3在曲轴1a的反向旋转期间不被驱动，所以过大的负载没有被施加到小齿轮7，从而可以避免小齿轮7的损坏。
[第三实施例]
在第三实施方式中，抑制了曲轴1a的反向旋转由第一启动器2产生。
如图8和图9的流程图所示，当步骤S20的判定结果为“是”时，执行步骤S21。
图8的流程图示出了与第一实施例类似地通过驱动第一启动器2和第二启动器3中的任一个来执行曲轴转动的情况下的过程。
图9的流程图示出了与第二实施例类似地以相同方式通过使用第一启动器2和第二启动器3执行曲轴转动的情况下的过程。
步骤S21：控制第一启动器2的操作来抑制曲轴1a的反向旋转的产生。
如图10至图12的实线曲线(发动机转速)所示，反向旋转的数目可以被减少，通过执行步骤S21使用第一启动器2，能够在检测到曲轴1a的反向旋转时抑制曲轴1a的反向旋转。
结果，由于反向旋转时段被缩短，因此与不抑制曲轴1a的反向旋转产生的情况相比，能够减少从产生启动请求到开始曲轴转动的延迟，使得能够进一步缩短发动机1的启动时间。
注意，图10至图12是示出下列情况的时序图：仅通过第一启动器2执行曲轴转动的情况(图10)，表示仅通过第二启动器3执行曲轴转动的情况(图11)，以及通过使用第一启动器2和第二启动器3两者来执行曲轴转动的情况(图12)。
此外，在图10至图12中，在发动机1的停止请求产生之前第一启动器2由发动机1驱动来用作发电机，并且在停止请求产生之后，第一启动器2用作再生制动器，因此曲线图指示第一启动器2的扭矩正在变化。
[第四实施例]
在第四实施例中，分别配置向第一启动器2输出的驱动命令和向第二启动器3输出的驱动命令。
对第二启动器3的驱动命令不一定必须从控制设备4输出，例如，如图13所示，其可以从发动机ECU 12输出到第二启动器3，而不经过控制设备4。
[第五实施例]
在第五实施例中，旋转判定部11基于由控制设备4所管理的物理量(例如，流过切换元件4a、电流传感器10等的电流或电压)来区分曲轴1a的旋转方向，以控制第一启动器2的操作。
在这种情况下，由于第一启动器2不具有旋转角度传感器6，如图14所示，也就是说，即使没有旋转角度传感器6也能够检测曲轴1a的反向旋转，这可能降低成本。
[第六实施例]
在第六实施例中，旋转判定部11设置在控制设备4的外部。
旋转判定部11不是必须作为控制设备4的一个功能而设置，而是例如，如图15所示，可以设置在控制设备4的外部，并且被配置为把来自旋转判定部11的信息输出到控制设备4。
[变形例]
尽管在第一实施例中已经描述了基于温度选择第一启动器2和第二启动器3中的任一个的情况，但是可以优先驱动任一个启动设备而不管温度如何。
例如，具有比第一启动器2更大的变速器扭矩的第二启动器3可优先用于曲轴转动。
可替代地，也可以在第一启动器2和第二启动器3之间进行故障判断，并且如果确定一个启动设备有故障，则可以通过另一个启动设备执行曲轴转动。
在第二实施例和第三实施例中，在确定活塞已经越过压缩上止点之后从第二启动器3切换到第一启动器2。
然而，在能够判断活塞在到达压缩上止点之前能够越过的情况下，可以基于该判断从第二启动器3切换到第一启动器2。
也就是说，由于在从第二启动器3切换到第一启动器2之前惯性能量在包括曲轴1a和环齿轮8的旋转系统中积累，所以可能存在具有小扭矩的第一启动器2能够越过压缩上止点的情况。
因此，在能够基于发动机转速等在活塞越过压缩上止点之前判断活塞能够越过的情况下，也能够从第二启动机3切换到第一启动机2而不管活塞是否越过压缩上止点。

Claims (12)

1.一种发动机启动系统，包括：
启动设备(2，3)，用于将其旋转力传输到发动机(1)的曲轴(1a)来驱动所述曲轴；以及
控制设备(4)，用于响应于所述发动机的启动请求来控制所述启动设备的操作；其中，
所述发动机启动系统包括旋转判定部(11)，所述旋转判定部能够区分所述曲轴的旋转方向；
当所述发动机停止时所述曲轴反向旋转的时段被称为反向旋转时段；
所述控制设备将反向旋转时段设为曲轴转动禁止时段，所述曲轴转动禁止时段用于禁止所述启动设备驱动所述曲轴；并且
如果所述启动请求在反向旋转时段期间产生，则所述启动设备被操作为：当检测到所述曲轴已经从反向旋转转换为正向旋转时，基于来自所述旋转判定部的信息来驱动所述曲轴。
2.如权利要求1所述的发动机启动系统，其特征在于，
当检测到所述曲轴已经从第一反向旋转转换为正向旋转时，所述控制设备驱动所述启动设备来驱动所述曲轴。
3.如权利要求1或2所述的发动机启动系统，其特征在于，
所述启动设备包括恒定连接到所述曲轴的第一启动器(2)和具有能够连接到所述曲轴的耦合功能的第二启动器(3)；并且
当在反向旋转时段期间产生所述启动请求时，所述控制设备通过所述第一启动器或所述第二启动器中的任一或全部二者来驱动所述曲轴。
4.如权利要求3所述的发动机启动系统，其特征在于，
通过操作所述第一启动器，当基于来自所述旋转判定部的所述信息检测到所述曲轴的反向旋转时，所述控制设备抑制所述曲轴的反向旋转发生。
5.如权利要求3或4所述的发动机启动系统，其特征在于，
所述第一启动器具有旋转角度检测部(6)，能够检测所述第一启动器的旋转位置；并且
通过输入由所述旋转角度检测部检测的所述第一启动器的旋转位置，所述旋转判定部区分所述曲轴的旋转方向。
6.如权利要求3或4所述的发动机启动系统，其特征在于，
所述旋转判定部基于由所述控制设备管理的物理量来区分所述曲轴的旋转方向，以控制所述第一启动器的操作。
7.如权利要求3至6中任一项所述的发动机启动系统，其特征在于，
所述控制设备：
当通过使用所述第一启动器和所述第二启动器两者驱动所述曲轴时，在所述第一启动器之前操作所述第二启动器来驱动所述曲轴；
基于所述第一启动器的转速、扭矩和电流中的至少一个信息来判断所述发动机的活塞是否能够越过第一压缩冲程中的上止点；并且
在确定所述活塞能够越过所述上止点之后，从所述第二启动器切换为所述第一启动器来驱动所述曲轴。
8.如权利要求3至6中的任一项所述的发动机启动系统，其特征在于，
所述控制设备当通过使用所述第一启动器和所述第二启动器两者来驱动所述曲轴时，在所述第一启动器之前操作所述第二启动器来驱动所述曲轴；
基于所述第一启动器的转速、扭矩和电流中的至少一个信息来判断所述发动机的活塞是否能够越过第一压缩冲程中的上止点；并且
在确定所述活塞已经越过所述上止点之后，从所述第二启动器切换为所述第一启动器来驱动所述曲轴。
9.如权利要求7或8所述的发动机启动系统，其特征在于，
从所述第二启动器传递到所述曲轴的扭矩大于从所述第一启动器传递到所述曲轴的扭矩。
10.如权利要求3至9中的任一项所述的发动机启动系统，其特征在于，
所述第一启动器是根据电源频率改变旋转速度的交流发电机；并且
所述控制设备是逆变器，所述逆变器包括：切换元件(4a)，用于根据所述切换元件的导通/断开操作来改变将要施加到所述交流发电机的频率；控制电路(4b)，用于在管理所述第二启动器的驱动计时的同时控制所述切换元件的导通/断开操作。
11.如权利要求3至10中的任一项所述的发动机启动系统，其特征在于，
所述第二启动器的所述耦合功能包括：小齿轮(7)，能够与连接到所述曲轴的环齿轮(8)啮合；以及螺线管，响应于从所述控制设备输出的驱动命令生成电磁力；并且
通过利用所述螺线管的电磁力将所述小齿轮推向所述环齿轮。
12.如权利要求3至11中的任一项所述的发动机启动系统，其特征在于，
所述第一启动器经由带连接到所述曲轴。
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