CN111065814A - 内燃机的重启待机控制方法以及重启待机控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机的重启待机控制方法以及重启待机控制装置。内燃机(1)具有传动带式起动机/发电机(4)，在车辆停止时进行怠速停止。在为了车辆停止而切断燃料且使发动机转速随之降低的过程中，为了抑制因传动带(9)松弛而使重启响应性降低，进行起动机/发电机(4)的预备牵引。减速时的传动带张力因发动机转速的脉动，而在微观上张力相对较高的期间与张力相对较低的期间周期性地发生变化。因为高张力期间传动带(9)不产生松弛，所以只在低张力期间施加预备牵引扭矩。

Description

内燃机的重启待机控制方法以及重启待机控制装置
技术领域
本发明涉及利用经由带传动机构与曲轴联动的电动机/发电机进行重启的内燃机，特别涉及一种重启待机控制方法以及重启待机控制装置，其在为了车辆停止而切断内燃机的燃料且发动机转速随之降低时，进行准备重启的电动机/发电机的预备牵引。
背景技术
已知一种为了提高内燃机的燃料效率而在车辆停止期间使内燃机停止的所谓的怠速停止技术，但此外，也已知一种技术，其在更早的阶段、即车辆为了车辆停止而减速过程中切断燃料，来谋求提高燃料效率。在这样内燃机停止燃烧的状态下发动机转速以及车速降低的过程中，假设在驾驶员为了重新加速而踩踏加速器踏板时、发动机转速已降低至某极限(可自主恢复的转速)以下的情况下，需要由电动机/发电机等施加启动扭矩，使内燃机重启。
在专利文献1中已经公开一种待机控制，其在经由带传动机构而连接电动机/发电机的结构中，为了提高在上述行驶过程中请求重启时的启动响应性，在内燃机停止燃烧后，使电动机/发电机以比较小的扭矩进行牵引动作(即预备牵引)，消除传动带的松弛。
也就是说，缠绕在曲轴带轮与电动机/发电机的带轮之间的环状传动带虽然对应于扭矩传递方向，一侧张紧，另一侧松弛，但在上述的减速过程中，在电动机/发电机利用曲轴进行旋转时，在利用电动机/发电机的启动时应该成为张紧侧的区间(相对于传动带移动方向，成为电动机/发电机带轮的上游侧的区间)成为松弛侧，且在此传动带可能产生松弛。因此，即使根据重启请求、电动机/发电机开始牵引动作，在传动带的松弛度为0、传动带张力上升之前也不向曲轴带轮传递启动扭矩，结果启动时间延长。另外，因为在松弛度为0的时间点，传动带张力急剧上升，所以最大张力增大，成为传动带劣化的主要原因。
在专利文献1中，不论实际上是否存在重启请求，通过使电动机/发电机进行预备牵引，来谋求消除传动带的松弛。
然而，在这样于车辆减速过程中通过电动机/发电机施加预备牵引扭矩的现有的待机控制中，因为原本在试图使内燃机停止的情况下向内燃机施加牵引扭矩，所以发动机转速的降低速度降低，在通常存在于怠速转速以下的共振点(车辆的动力传动系统共振的频带)滞留的时间增长，噪音振动特性恶化。另外，至内燃机完全停止所需要的时间延长，并且当牵引扭矩过大时，内燃机不停止。另外，假设在不进行重启的情况下，则由于预备牵引而浪费了所消耗的能量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)专利第5986617号公报
发明内容
本发明的内燃机的重启待机控制方法为，
在为了车辆停止而切断内燃机的燃料且发动机转速随之降低时，进行准备重启内燃机且用于抑制传动带在曲轴与电动机/发电机之间的松弛的预备牵引，
并且在传动带张力在张力相对较大的高张力期间与张力相对较小的低张力期间周期性地变化过程中，控制该预备牵引，使低张力期间的预备牵引扭矩比高张力期间的预备牵引扭矩大。
例如，只在所述低张力期间内进行所述预备牵引，在所述高张力期间，不施加预备牵引扭矩。
在切断内燃机的燃料且发动机转速随之降低的情况下，从微观上观察发动机转速即曲轴的转速，转速上下地发生脉动变化，同时作为整体逐渐降低。因此，卷绕在曲轴带轮与电动机/发电机的带轮之间的环状传动带的张力(具体而言为电动机/发电机带轮的上游侧的区间的张力)作为不考虑预备牵引的基本传动带张力，也伴随有周期性的脉动变化。也就是说，存在传动带张力相对较大的高张力期间与相对较小的低张力期间，并周期性地变化。在此，在高张力期间，传动带产生正张力，因此，在该高张力期间，即使不施加预备牵引扭矩，传动带也不会松弛。
在该发明中，通过只在低张力期间施加预备牵引扭矩，或在低张力期间施加比高张力期间更大的预备牵引扭矩，能够抑制在高张力期间施加不需要的预备牵引扭矩。
由此，能够确保在具有重启请求时提高启动响应性及抑制最大张力这样的、施加预备牵引扭矩带来的优点，并且抑制伴随施加预备牵引扭矩而产生的缺点、即共振点滞留时间延长、截止至内燃机停止的时间延长、能量消耗浪费等。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施例的内燃机以及电动机/发电机的结构说明图。
图2是内燃机的(a)恒常状态、(b)减速过程中、(c)加速过程中各传动带张力以及张紧器的状态的说明图。
图3是将(a)发动机转速伴随脉动而降低的情况与(b)与之对应的传动带张力的周期性变化进行对比来表示的特性图。
图4是表示重启待机控制的处理的流程的流程图。
图5是表示第一实施例的发动机转速的降低特性的特性图。
图6是表示第二实施例的发动机转速的降低特性的特性图。
图7是表示第一实施例的投入能量的特性的特性图。
图8是表示第二实施例的投入能量的特性的特性图。
图9是表示第一实施例的最大张力的特性的特性图。
图10是表示第二实施例的最大张力的特性的特性图。
图11是表示第一实施例的重启所需时间的特性的特性图。
图12是表示第二实施例的重启所需时间的特性的特性图。
具体实施方式
下面，基于附图，详细地说明本发明的一个实施例。
图1表示本发明的一个实施例的结构。搭载于车辆的内燃机1由汽油发动机或柴油发动机构成，构成为经由适当的有级或无级的变速机构及离合器等动力控制机构，向未图示的车辆的驱动轮传递动力。因为内燃机1能够在该内燃机1的旋转完全停止前曲柄转动(重启)，所以具有经由带传动机构2而与曲轴3联动的电动机/发电机、即传动带式起动机/发电机(所谓的BSG)4。该起动机/发电机4利用控制器5在牵引及再生双方面进行控制，将通过再生产生的电力储存在未图示的蓄电池中。
带传动机构2的结构包括：在曲轴3的前端安装的曲轴带轮7、在起动机/发电机4的旋转轴设置的电动机带轮8、缠绕在上述带轮的环状传动带9、以及调节该传动带9的张力的一个或多个张紧器10(10A、10B)。在该图示例中，带传动机构2同时驱动空调装置用压缩机及油泵等辅助设备11。需要说明的是，也可以为具有多个辅助设备11的结构，另外，也可以为不具有辅助设备11而是起动机/发电机4专用的带传动机构2。
在图示例中，张紧器10(10A、10B)分别配置在曲轴3与起动机/发电机4之间、以及起动机/发电机4与辅助设备11之间。张紧器10未详细地图示，但具有：与传动带9的外周面相接的张紧轮、以及由将该张紧轮向传动带移动通路的内周侧施力的的弹簧及液压机构等构成的施力机构。
在图1中，内燃机1即曲轴带轮7在顺时针方向上旋转，因此，起动机/发电机4及辅助设备11也在顺时针方向上旋转。因此，对于起动机/发电机4的基于曲柄转动的重启的响应性，传动带在传动带9的通路之中相对于传动带移动方向而作为起动机/发电机4的上游侧的区间、即配置有张紧器10A的曲轴带轮7与电动机带轮8之间的区间9A的松弛成为问题。在如下的说明中提及的“传动带张力”，在未特别说明的情况下，是指所述区间9A的传动带张力。
需要说明的是，内燃机1也可以与起动机/发电机4分开而具有车辆钥匙接通时进行初始启动(曲柄转动)的起动机电动机，或者也可以是利用起动机/发电机4进行用于初始启动的、车辆停止状态下的曲柄转动的结构。
内燃机1利用控制器5控制燃料供给等，在交叉路口等车辆停止时，执行内燃机1的停止即所谓的怠速停止。另外，在该怠速停止前、例如在行驶过程中驾驶员释放了加速器踏板时、或释放加速器踏板且踩踏制动器踏板时等，以满足车速等其它条件为条件，切断燃料，直至车辆停止、换言之内燃机1的旋转停止。也就是说，为了车辆停止，切断内燃机1的燃料，同时发动机转速随之降低，车辆停止后，直接向怠速停止过渡。从各种传感器向控制器5输入发动机转速信号、车速信号、加速器开度信号、表示制动器踏板的踩踏的制动器开关信号、冷却水温信号、表示蓄电池的充电状态的SOC信号等各种检测信号。需要说明的是，控制器5可以为一个控制器5控制起动机/发电机4与内燃机1双方的结构，也可以为起动机/发电机4用控制器与内燃机1用控制器通过车载网络进行信号的接收与发送的结构。
在如上所述在怠速停止之前、为了车辆停止而切断内燃机1的燃料且发动机转速随之降低的情况下，只要驾驶员不改变操作，就仍然执行至车辆停止以及内燃机1的旋转停止，并如上所述向怠速停止过渡。但是，正如所谓的“想法转变”，在为了车辆停止而车速以及发动机转速降低的过程中驾驶员改变主意、为了重新加速而踩踏加速器踏板的情况下，需要立即重启内燃机1。特别在发动机转速降低至可自主恢复的转速以下的情况下，利用起动机/发电机4施加启动用扭矩进行曲柄转动，由此，重启内燃机1。
因此，在上述为了车辆停止而切断内燃机1的燃料且发动机转速随之降低的规定的情况下，执行准备重启请求的重启待机控制。
图4是表示所述控制器5所执行的重启待机控制的处理的流程的流程图。例如，在依据行驶过程中驾驶员释放加速器踏板、或释放加速器踏板且踩踏制动器踏板等的规定的条件、切断燃料而随之成为惯性行驶时，作为重启待机模式，开始图4的例行程序。在步骤1中，判别发动机转速是否处于准备重启且应该进行预备牵引的区域。例如，只要是通过简单地重新开始供给燃料而能够恢复为自主运行的转速，就不需要预备牵引。当降低至可自主恢复的转速以下时，则从步骤1进入步骤2，如下所述判断周期性变化的传动带张力是否处在相对较小的期间即低张力期间(传动带松动期间)。然后，当处于低张力期间时，则进入步骤3，以指定的扭矩使起动机/发电机4进行牵引动作。也就是说，当处于低张力期间时，利用起动机/发电机4，施加预备牵引扭矩。
从步骤3进入步骤4，判定重启待机模式的结束条件是否已成立。作为结束条件，通过内燃机1的旋转停止、或重启的请求的任意一项的检测，结束重启待机模式。在结束条件成立之前，重复进行步骤1～3的处理。因此，在由于惯性行驶、发动机转速降低至应该进行预备牵引的区域后，只在周期性变化的传动带张力处于相对较低的低张力期间时进行预备牵引，在传动带张力相对较高的高张力期间，停止预备牵引。也就是说，对应于周期性变化的传动带张力的变化，间断地执行预备牵引。
图3(a)表示在假定起动机/发电机4的负载恒定(例如，既不进行牵引也不再生的状态)、为了车辆停止而切断燃料且内燃机1的发动机转速随之降低的过程中转速变化的特性。如图所示，虽然表示了发动机转速整体降低的倾向，但微观上也伴随有周期性上下变化的脉动。换言之，旋转加速度周期性地正负变化。
传动带张力也随之周期性地变化，如图3(b)所示在张力相对较高的高张力期间与张力相对较低的低张力期间交替出现。需要说明的是，该图的特性为，通过模拟求出不包括通过起动机/发电机4进行的预备牵引以及张紧器10的影响的原本的传动带张力。
图2是用于说明传动带张力随着发动机转速的变化而变化的说明图，当假定起动机/发电机4的负载恒定时，在发动机转速恒定的恒常状态下，如图2(a)所示，起动机/发电机4与上游侧的曲轴带轮7之间的区间9A的传动带张力为某一恒定的恒常状态。此时，位于该区间9A的张紧器10A位于某一规定的位置。也就是说，为对应于传动带张力的规定的位移量。
当这样在恒常状态下内燃机1从内燃机1正在旋转的状态进行减速时，也就是旋转加速度为负时，如图2(b)所示，区间9A的传动带张力增加。需要说明的是，此时，位于区间9A的张紧器10A响应于传动带张力的增加，向外周侧移动。
反之当内燃机1进行加速时，也就是说旋转加速度为正时，如图2(c)所示，区间9A的传动带张力减小。需要说明的是，此时，位于区间9A的张紧器10A响应于传动带张力的减小，向内周侧移动。
因此，如图3所示，内燃机1的转速脉动的结果为，传动带张力发生周期性地变化。在此，因为传动带9的区间9A为在图2中在顺时针方向上旋转的曲轴带轮7的下游侧的区间，所以在起动机/发电机4随着内燃机1的旋转而旋转的情况下，在缠绕在曲轴带轮7与起动机/发电机4的传动带9之中区间9A基本上为所谓的“松动侧”。然而，如图3(b)所示传动带张力周期性地发生增减变化的结果为，从微观上观察，可以说传动带9在区间9A的松弛只产生在低张力期间，在高张力期间，因为存在原本准备重启的充分的传动带张力，所以不需要预备牵引扭矩。
这样，在上述实施例中，只在低张力期间进行预备牵引。由此，通过考虑传动带张力的周期性变化，能够实现合理的预备牵引扭矩的施加。
在此，作为在低张力期间施加的预备牵引扭矩的设定，例如可以考虑两种方式。
一种方式是设定使包括高张力期间也始终施加预备牵引扭矩的情况(将此作为第二比较例)与牵引扭矩的总和(换言之投入能量的总和)相同(将此作为第一实施例)。在该第一实施例中，在低张力期间中施加的预备牵引扭矩当然比第二比较例大。例如，在低张力期间，施加2.5倍左右的预备牵引扭矩。
另一种方式是设定使包括高张力期间也始终施加预备牵引扭矩的第二比较例的情况与低张力期间的牵引扭矩相同(将此作为第二实施例)。在该第二实施例中，投入能量的总和当然比第二比较例小。
上述设定例如可以根据车辆的规格适当进行选择。另外，也可以进行上述两个例子之间的中间设定。
图5及图6是分别表示第一实施例及第二实施例的发动机转速的降低特性的特性图。在上述图中，将完全不进行预备牵引的情况(将此作为第一比较例)的特性、包括高张力期间连续施加预备牵引扭矩的所述第二比较例的特性、以及各实施例的特性进行对比来表示。
如第一比较例所示，在为了车辆停止而使发动机转速降低的过程中，发动机转速脉动，同时降低。如第二比较例所示，当为了消除传动带9的松弛而连续地施加恒定的预备牵引扭矩时，该预备牵引扭矩辅助内燃机1的旋转，所以转速降低缓慢，至旋转完全停止所需要的时间延长。因此，通常存在于怠速转速以下的共振点(车辆的动力传动系统共振的频带)滞留的时间延长，噪音振动特性恶化。
与此相对，在只在低张力期间施加与第二比较例相同大小的预备牵引扭矩的第二实施例中，如图6所示，与第二比较例相比，转速降低提前，能够缩短在共振点滞留的时间，所以噪音振动特性的恶化减少。
在使预备牵引扭矩较大的第一实施例的情况下，如图5所示，转速的降低与第二比较例相同。
图7及图8是分别表示第一实施例及第二实施例的投入能量的特性的特性图。横轴为启动请求时刻。也就是说，上述图表示了在某一定时具有重启请求的情况下至重启完成所需要的投入能量。
如图8所示，在只在低张力期间施加与第二比较例相同大小的预备牵引扭矩的第二实施例中，与第二比较例相比，可以大幅减少投入能量。
在使预备牵引扭矩较大的第一实施例的情况下，如图7所示，投入能量与第二比较例相同。
图9及图10是分别表示了第一实施例及第二实施例的最大张力的特性的特性图。横轴为启动请求时刻。也就是说，当在某一定时具有重启请求、且起动机/发电机4产生启动用扭矩而使内燃机1进行曲柄转动时，在传动带9的松弛度为0后，传动带张力急剧上升。因此，最大张力与周期性产生的传动带9的松弛状态有关(例如参照第一比较例)，但通过提前施加预备牵引扭矩，可以降低最大张力(例如参照第二比较例)。
如图10所示，在只在低张力期间施加与第二比较例相同大小的预备牵引扭矩的第二实施例中，最大张力降低至与第二比较例相同的水平。
与此相对，在使预备牵引扭矩较大的第一实施例中，如图9所示，最大张力比第二比较例更小。
图11及图12是分别表示了第一实施例及第二实施例的重启所需时间的特性的特性图。横轴为启动请求时刻。也就是说，表示了在某一定时具有重启请求时、至重启完成所需要的时间。需要说明的是，因为内燃机1在某一时间点停止旋转，所以内燃机1之后从旋转停止状态重启。旋转停止的定时由于预备牵引扭矩的有无及大小，如前所述分别不同，在图中，在各特性中所需时间为峰值的时刻大体上与旋转停止正时一致。需要说明的是，旋转停止后重启的响应性在任一例子中也基本不变。
如图11所示，在第一实施例中，与未伴随有预备牵引的第一比较例相比，在旋转停止前的正时重启的响应性增高。特别是能够得到与连续施加恒定的预备牵引扭矩的第二比较例相同的启动响应性。
在第二实施例中，如图12所示，因为与连续施加恒定的预备牵引扭矩的第二比较例相比，转速降低提前，所以在旋转停止前的正时重启的响应性稍低，但与未伴随有预备牵引的第一比较例相比，启动响应性增高。
这样，通过如第一实施例的预备牵引扭矩的设定，与第二比较例相比，在能够减小最大张力的方面是有利的。通过如第二实施例的预备牵引扭矩的设定，与第二比较例相比，在能够缩短在共振点滞留的时间且能够抑制能量消耗的方面是有利的。
在内燃机1的转速降低的过程中，可以通过几种方法直接或间接地检测出传动带张力处于低张力期间。或者也可以不进行上述检测，而是与已知的脉动周期对应，基于曲柄角度等，使预备牵引扭矩发生增、减变化。
作为一个例子，基于由曲柄角传感器等检测的曲轴3的旋转加速度，能够间接地检测出传动带张力处于低张力期间。
同样地，基于起动机/发电机4的旋转加速度，能够检测出传动带张力处于低张力期间。起动机/发电机4的旋转加速度例如可以利用内置于起动机/发电机4中的旋转传感器进行检测。
作为其它的一个例子，基于位于曲轴3与起动机/发电机4之间的张紧器10A的位移，能够检测出传动带张力处于低张力期间。如图2(c)所示，因为当传动带张力降低时张紧器10A向内周侧移动，所以根据该位移量能够检测出处于低张力期间。
同样地，也能够检测出利用由弹簧及液压机构等构成的施力机构作用于张紧器10A的力，并基于该力的大小，检测出传动带张力处于低张力期间。
此外在其它的例子中，基于曲轴3的轴扭矩，能够间接检测出传动带张力处于低张力期间。
同样地，基于起动机/发电机4的轴扭矩，能够间接检测出传动带张力处于低张力期间。
需要说明的是，上述实施例说明了在高张力期间不施加预备牵引扭矩的例子，但也可以为在高张力期间施加比低张力期间的预备牵引扭矩小的预备牵引扭矩的结构。

Claims (11)

1.一种内燃机的重启待机控制方法，该内燃机具有经由带传动机构而与曲轴联动、且通过牵引动作来施加启动用扭矩的电动机/发电机，所述内燃机的重启待机控制方法的特征在于，
在为了车辆停止而切断内燃机的燃料且发动机转速随之降低时，进行准备内燃机的重启且用来抑制在所述曲轴与所述电动机/发电机之间的传动带的松弛的预备牵引，
并且在传动带张力在张力相对较大的高张力期间与张力相对较小的低张力期间周期性地变化的过程中，控制所述预备牵引，使低张力期间的预备牵引扭矩比高张力期间的预备牵引扭矩大。
2.如权利要求1所述的内燃机的重启待机控制方法，其特征在于，
只在所述低张力期间内进行所述预备牵引，在所述高张力期间不施加预备牵引扭矩。
3.如权利要求1或2所述的内燃机的重启待机控制方法，其特征在于，
直接或间接地检测出传动带张力处于低张力期间，来控制预备牵引扭矩。
4.如权利要求3所述的内燃机的重启待机控制方法，其特征在于，
基于所述曲轴的旋转加速度，检测出传动带张力处于低张力期间。
5.如权利要求3所述的内燃机的重启待机控制方法，其特征在于，
基于所述电动机/发电机的旋转加速度，检测出传动带张力处于低张力期间。
6.如权利要求3所述的内燃机的重启待机控制方法，其特征在于，
基于在所述曲轴与所述电动机/发电机之间配置的张紧器的位移，检测出传动带张力处于低张力期间。
7.如权利要求3所述的内燃机的重启待机控制方法，其特征在于，
基于作用于在所述曲轴与所述电动机/发电机之间配置的张紧器的力，检测出传动带张力处于低张力期间。
8.如权利要求3所述的内燃机的重启待机控制方法，其特征在于，
基于所述曲轴的轴扭矩，检测出传动带张力处于低张力期间。
9.如权利要求3所述的内燃机的重启待机控制方法，其特征在于，
基于所述电动机/发电机的轴扭矩，检测出传动带张力处于低张力期间。
10.如权利要求2所述的内燃机的重启待机控制方法，其特征在于，
较大地设定所述低张力期间的预备牵引扭矩，以使在所述低张力期间与所述高张力期间双方连续地施加恒定的预备牵引扭矩的情况与投入能量的总和相同。
11.一种内燃机的重启待机控制装置，其特征在于，具有：
内燃机；
电动机/发电机，其经由带传动机构，与所述内燃机的曲轴联动，通过牵引动作施加启动用扭矩；
控制器；
所述控制器在为了车辆停止而切断内燃机的燃料且发动机转速随之降低时，进行准备内燃机的重启且用于抑制在所述曲轴与所述电动机/发电机之间的传动带的松弛的预备牵引，
并且在传动带张力在张力相对较大的高张力期间与张力相对较小的低张力期间周期性地变化的过程中，控制所述预备牵引，使低张力期间的预备牵引扭矩比高张力期间的预备牵引扭矩大。
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