CN1214184C - 发动机起动装置 - Google Patents

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Abstract

在将曲轴向反向进行驱动后最终向正转方向转动动力输出轴的发动机起动装置中，为了总是能够进行确实的起动，至少在规定的条件下，先行于所述反向驱动，向所述电动机进行正转方向的间歇的通电，从而根椐需要，使曲轴(活塞)移动到最佳位置。而且，不用特别的角度传感器，就能实现该控制。

Description

发动机起动装置
技术领域
本发明涉及发动机起动装置。
背景技术
以往，汽车中通过电动机来使动力输出轴转动，同时用其电动机作为发电机使用。像这样可以以一台电动机兼用起动装置和发电机，从而能够简化发动机的辅机。
在起动装置中，由于发动机起动时活塞的位置是不一定的，所以要可以从在将要压缩冲程前的位置停止的状态起动，也可以在粘性阻力等较大的冷态时确实地起动，因此就要考虑提高电动机的输出功率，这样就存在电动机大型化的问题。
为了在电动机的输出功率即使很小时也可在上述条件下起动，作成在起动时使发动机一旦逆转之后就进行正转驱动的摆动式起动装置就可以。此种情况下由于逆转至膨胀冲程为止，所以可以确保向正转方向的较大的助推区间、利用压缩压力的反力，因此即使是低输出型电动机，也可以获得越过转动动力输出轴时的压缩冲程时充分的旋转速度。
上述摆动式起动装置为了以小型的电动机进行确实的起动，先行于反转驱动，通常必须使曲轴停止于对着膨胀冲程的反转方向上能够确保较大的助推区间的位置上，例如压缩冲程内或与其较近的吸气冲程位置等上。不然，当低温等发动机负荷较重(粘性阻力大)的情况下，恐怕在快要到达膨胀冲程前就停止，要是常温下是能够逆行到膨胀冲程的压缩上升途中的规定位置的。反之，由于高温等发动机负荷较轻时，有可能在越过膨胀冲程的上止点之前就反转。
然而，虽然发动机停止状态的曲轴角度(活塞位置)是大致可以进行推断的，但也不能说总是相同，当设定将误差考虑进去的反转驱动量时，通常不能有充足的助推区间，无法尽可能地将电动机的额定输出功率变小。为了得知活塞位置要考虑设置编码器等，就会产生加大装置成本的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述现有技术的问题点而提出的，主要目的是提供为了经常能进行确实的起动，而根据需要使曲轴(活塞)移动到最佳位置、进行摆动式起动动作的起动装置。
本发明的第二目的是，提供确实并以最小的电力消耗得以起动发动机的起动装置。
本发明的第三目的是，提供将在这样的起动装置中使用的曲轴角度位置传感器简便化，得以实现装置成本的极小化的起动装置。
本发明的第四目的是，提供适合采用频繁进行再起动所需的怠速停止构造的起动装置。
本发明的第五目的是，提供适于采用兼做发电机的电动机的起动装置。
为了实现上述目的，本发明提供一种发动机起动装置，所述发动机起动装置通过与将被起动的发动机的曲轴相连接的电动机，将曲轴向反方向驱动之后，最终向正转方向转动动力输出轴，其特征在于，设有：与曲轴连接的电动机；用以检测曲轴的角度位置的传感器；和根据所述传感器的输出信号控制向所述电动机进行通电的控制器；所述控制器至少适合在规定的条件下，在所述反向驱动之前向所述电动机进行正转方向的通电。
这样，在预先正转驱动曲轴移动到压缩冲程内位置的状态下，暂且使曲轴停止，利用压缩压力的反力，以充分的起始距离向反向驱动后，可以最终向正转方向转动动力输出轴，可以实现确实的起动。特别是如果以断续驱动或间歇驱动的较小扭矩进行预备正转方向的驱动时，则即使在由于等待信号等将怠速停止的情况(怠速停止)下，或者象再乘车时起动的情况那样，发动机足够热、摩擦损失较小的情况下，也由于旋转速度变得过高而越过上止点或者由于被压缩到上止点前产生较大的压缩反力，所以在反向时被较大弹回，从而能够防止其后的起动开始位置从最佳位置较大偏离。
由于，将从所述正转方向的间歇的通电向所述反向驱动切换的曲轴角度位置，以在切断正转方向的间歇的通电时对于通电时驱动方向被顶回超过规定的返回方向旋转角度作为检测规定的次数的位置；以或者，在接通正转方向的间歇的通电时仅向正转方向旋转小于规定的旋转角度作为检测规定的次数的位置，所以，能够简单并且低成本地确定向反向驱动进行切换的曲轴角度位置。
如果曲轴角度位置传感器可以提供必要的角度信息，那么，也可预先决定应从所述正转方向的间歇的通电切换到所述反向驱动的曲轴角度位置，当所述曲轴角度位置传感器的输出检测出已到达该角度时，将所述电动机切换到所述反向驱动。
在不进行所述正转方向的间歇的通电时，与进行预备的正转方向的驱动的情况相同，向膨胀冲程逆行，为了避免越过上止点或由于膨胀冲程的压缩反力而被顶回，可以间歇地进行所述反向驱动。
如果进一步设置检测电瓶电压和发动机温度中至少任一方的传感器，仅在该传感器的输出信号显示电瓶电压及发动机温度中至少任一方比规定的下限值低时，进行所述正转方向的间歇的通电；那么，仅在电瓶电压降低时或发动机温度较低的情况下，使曲轴一度正转后再进行反转，从而避免由于向膨胀冲程逆行时的压缩反力被顶回，根椐情况可以迅速并且使电力消耗达到最小化地进行起动。
特别是象怠速停止或再乘车时的起动等那样在暖机时再起动时，由于摩擦小，容易被压缩反力顶回，所以只通过正转方向的间歇的通电，有时无法使所述曲轴角度位置到达规定的压缩冲程内位置，此种情况下可以反复进行正转方向的间歇的通电。为了使曲轴角度位置有效地到达规定的压缩冲程内位置，当反复进行正转方向的间歇的通电时，可以逐渐降低通电的占空比。
为了不采用价格昂贵的编码器等而获得必要的角度信息，所述曲轴角度位置传感器设有提供所述曲轴的绝对角度位置的绝对位置传感器、和以更高的析像度检测所述曲轴的角度变化的相对位置传感器，并且通过将两传感器进行组合，以更高的析像度可以求得所述曲轴的绝对角度位置。例如可以是：所述绝对位置传感器包括点火定时传感器，所述电动机由无刷电机构成，所述相对位置传感器包括所述无刷电机的换向信号传感器。
此种情况下，判定从所述反向驱动向最终的正转方向的起动过渡的所述曲轴的角度位置，可以以所述发动机的排气冲程中所述点火定时传感器产生的输出为基准，根椐所述相对位置传感器的输出进行。这样，由于可以以高析像度得到曲轴的绝对角度位置，所以，曲轴的绝对角度位置不只用于起动控制，亦可用于点火控制或电子燃料喷射控制中。
点火定时传感器，通常在压缩冲程及排气冲程这两个冲程产生输出信号，因此，为了知道曲轴的绝对角度位置，将这些确实加以区别非常重要。基于这一考虑，可以在所述预备的正转方向的间歇的通电之后进行所述反转驱动后的规定角度内，使所述点火定时传感器进行的检测无效。
像无刷电机的换向信号传感器那样，如果所述相对位置传感器可以检测旋转方向，那么根椐检测出的旋转方向和所述点火定时传感器的检测结果，识别在所述发动机的排气冲程中所述点火定时传感器产生的输出，以成为最终向正转方向的起动过渡的基准。或者，根椐检测出的旋转方向的反向时刻，识别在所述发动机的排气冲程中所述点火定时传感器产生的输出，以成为最终向正转方向的起动过渡的基准。
附图说明
图1是适用本发明的发动机起动装置的概略结构图。
图2是是适用本发明的发动机起动装置的关键部分纵断截面图。
图3是沿着图2的箭头III-III线观察的局部剖开的关键部分端面图。
图4是适用本发明的发动机起动装置的电路构成简图。
图5是表示适用本发明的电动机(无刷电机)的换向信号的时间图。
图6是表示本发明的控制流程的流程图。
图7是表示不进行本发明适用的四冲程发动机的预备正转驱动的情况下冲程变化的说明图。
图8是对应图7的控制顺序的说明图。
图9是对应图7的控制顺序的时间图。
图10是表示进行本发明适用的四冲程发动机的预备正转驱动的情况下冲程变化的说明图。
图11是对应图10的控制顺序的说明图。
图12是对应图10的控制顺序的时间图。
图13是用以说明在进行本发明适用的四冲程发动机的预备正转驱动时，避免点火定时传感器输出误认的结构的冲程变化说明图。
图14是对应图13的控制顺序的说明图。
图15是对应图13的控制顺序的时间图。
图16～18是用以说明在进行本发明适用的四冲程发动机的预备正转驱动时，避免点火定时传感器输出误认的其它结构的时间图。
图19是用以说明在进行本发明适用的四冲程发动机的预备正转驱动时，避免点火定时传感器输出误认的其它结构的时间图。
图20是用以进一步说明在进行本发明适用的四冲程发动机的预备正转驱动时，避免点火定时传感器输出误认的其它结构的时间图。
图21是用以进一步说明在进行本发明适用的四冲程发动机的预备正转驱动时，避免点火定时传感器的输出误认的其它结构的时间图。
具体实施方式
图1是适用本发明的发动机起动装置的概略结构图。如图1所示，本起动装置的电动机(发电机)1是在与四冲程发动机ENG的曲轴2同轴地进行直接连结的状态下设置的，在起动时进行动力输出轴的转动的同时，作为发电机用于发动机运转中。而且，将点火开关IG以及起动器开关ST的各信号输入控制电动机1及发动机ENG的控制器ECU中。再将点火信号P和燃油喷射信号F从控制器ECU向发动机ENG输出。
参照图2及图3如下所示介绍本发电机1的构造。如图所示，电动机1被同轴固定在发动机ENG的曲轴2上，设有兼作飞轮的扁平的有底圆筒形状的外转子3，在外转子3的圆筒部的内圆周面上固定安装所定数量的圆弧状的磁体4，使N·S极在圆周方向上交互配置。
电动机1为了进一步与外转子3协同动作，设有同轴配置的内定子5。内定子5设有与磁体4的磁极对置地位于外转子3的周壁的内侧并且与相对曲轴2呈放射状设置的磁体4同数的定子铁心7，以及回卷在各定子铁心上的定子线圈6，通过固定螺栓11被螺丝固设在发动机ENG的端面上。各定子线圈6如图4所示，与由电机驱动器14内的例如FET构成的各驱动元件连接，所述电机驱动器14是根据来自控制器ECU内的CPU的电动机控制信号来驱动电动机1的。而且，本ACG起动装置是三相无刷电机结构，在电机驱动器14上，在U·V·W相每相上各设置二个垂直驱动用FET，将各成对的垂直FET的中间部与各定子线圈6连接。
在外转子3的周壁部的外圆周面上，固定安装着由磁性体构成的磁阻(リラクタ)8。将脉冲发生器(磁检测线圈)9经其支架10借助安装螺栓12固定设置在发动机ENG的端面上，以靠近外转子3的周壁部的外圆周面上。脉冲发生器9借助检测通过磁阻8时的磁变化，与磁阻8协同发挥作用构成点火定时传感器。在电动机1的内定子5的内部配设三个构成换向位置传感器的霍尔元件13。在外转子3上，于向发动机主体侧突出的毂部的突出端部的外圆周面上安装作为被检测体的圆环状的传感器磁体15。上述各霍尔元件13为了检测传感器磁体15的磁极位置变化，通过定位用壳体被固定设置在内定子5的适当位置。霍尔元件13如图3所示，对应U·V·W相，在圆周方向上以规定的等角度间距，配设三个。
如图1及图4所示，控制器ECU监视发动机温度TE或电瓶电压BT。根据这些检测值，例如根据预先在ROM上存储的图表数据，通过改变控制，就可进行有效且适宜的预备动作。该发动机温度TE，只要给出发动机任一部分的温度指标即可，比如：水冷发动机的冷却水温度；发动机室内的温度；电动机(发电机)1的温度；装载于发动机室内时的控制器ECU的温度等。
如此结构的本起动装置的起动要领如下所示。本实施例中，由于采用三相无刷电机，如图5所示配置霍尔元件13以检测U·V·W相的上升(L→H)/下降(H→L)的时刻，并将这些相的状态进行组合，从而可以根据来自霍尔元件13的换向位置信号以10度为单位判定旋转角度的变化。此时，由于组合数为六，所以每60度就反复进行同一组合，虽然其自身无法判定，但可以检测相对角度变化的绝对角度。
由于该发动机是四冲程发动机，所以，如图7所示，在曲轴旋转2圈即旋转720度的过程期间，进行压缩、膨胀、排气及吸气各冲程。脉冲发生器9在压缩·膨胀行程间的上止点稍前的位置(θ1)以及排气·吸气行程间的上止点的稍前位置(θ2)，即与θ1分离360度的位置上检测磁阻8的通过。这里，称θ1为点火定时基准位置，称θ2为角度计算基准位置。此时，由于磁阻8具有规定的宽度，所以脉冲发生器9随着磁阻8的前缘及后缘的通过，分别产生相互相反的极性，从而产生与磁阻8的位置对应的信号。这里，脉冲发生器9可以判定磁阻8的绝对角度位置，而其自身只能检测360度中的一点，因此无法区别是压缩冲程还是排气冲程。
在发动机ENG停止状态中，曲轴虽然被假设处于排气或吸气冲程，但是通常的位置无法进行特定。因此，由于在最终的正转起动动作之前，逆转驱动曲轴，所以，要适当地进行发动机的起动时(摆动式起动动作)，无法判定应将曲轴反转驱动多大程度。也就是说，根椐起动时曲轴的位置，即使进行反转驱动，也会考虑到：借助将膨胀冲程逆行时的压缩阻力，曲轴不能充分反转，不能进行与充分的起始距离即充分的摆式作用同步的最终的正转驱动，而相反，从膨胀冲程的上侧超过上止点。于是，在本实施例中，先行于摆动式起动动作，根椐需要，在不超过压缩·膨胀冲程的上止点的范围内，正转驱动(预备正转驱动)曲轴，在确保相对反转驱动的充分的助推距离的基础上，进行摆动式起动动作。
另外，怠速停止后的再起动等，发动机在暖机状态进行起动的情况下，由于摩擦损失少，不需要预备正转驱动。而且，即使不进行预备正转驱动，也必需考虑到由于反转驱动过度而从膨胀冲程一侧向上止点逆行的问题。
本起动装置，首先在接通点火开关IG时进行规定的预备动作，然后在接通起动开关ST进行起动。起动可以是单纯的正转驱动或也可以由反转·正转驱动构成的摆动式起动。而且，该动作是在操作者接通点火开关IG后，接通起动开关ST的一系列动作期间，自动进行的。
如图6所示，在第一步ST1中判断电瓶电压BT是否比规定的下限值BTL低，当高于时进入第二步ST2，再判断发动机温度TE是否比规定的下限值TEL低，当高于时进入第三步ST3。
在第三步ST3中，判断不需要进行预备正转驱动，从而，作为接通起动开关ST前的预备反转驱动，如图7及图8的箭头A所示，向反转方向进行间歇驱动。如图9所示，间歇驱动时的通电接通时间t1是例如50ms程度，通电切断时间t2也可以相同。间歇地进行驱动时由于，在电瓶电压较高，或怠速停止后的再起动等，发动机处于暖机状态下进行起动时，由于摩擦损失少，所以反转驱动过度，从膨胀冲程一侧不会向上止点逆行。因此，象这样，通过想对策使反转驱动不过度进行，如果从膨胀冲程一侧不可能向上止点逆行，那么反转驱动也可不是间歇的而是连续的。
在第四步ST4中，如图7及8所示，判断是否到达了设置于膨胀冲程中间位置θe。判断是否到达压缩开始位置θe是利用向膨胀冲程逆行压缩压增大，借助该压缩压产生反力而进行的。也就是说，根椐霍尔元件13的换向位置信号，可以超过规定次数(一次或多次)检测通电切断时向正转方向顶回超过规定旋转角度(例如20度)的情况，或者超过规定次数检测(一次或多次)通电接通时向反转方向只旋转规定旋转角度(例如20度)的情况。然而，如果过去的控制动作的结果、曲轴的绝对角度位置包括冲程的区别是已知的或者角度传感器可以提供这样的情报，那么，也可检测曲轴角度位置实际上到达压缩开始位置θe，并停止反转驱动。
在第四步ST4中，当判断出到达压缩开始位置θe时，进入第五步ST5。在第五步ST5中，在上述第四步ST4中作为压缩开始位置检测出的位置不能作为正确的位置，因此将该位置作为临时的压缩开始位置θe进行设定，进入第六步ST6。
在第六步ST6中进行最终的正转驱动。并且，当检测出压缩开始位置θe时，如图7及图8所示，于在膨胀冲程内位置停止的状态下待机，接通起动开关ST，向电动机连续通电进行起动，如图7及图8的箭头B所示，以从该待机位置向正转方向驱动的方式向电动机1连续通电而起动。如此进行起动时，确保了从膨胀冲程内位置到压缩冲程的充分的助推区间，由于可以利用压缩压力的反力，可以得到能够越过压缩冲程的上止点要求的旋转速度的提高。在此正转时，如图7及图8所示，如果在排气冲程通过时作为脉冲发生器输出信号检测磁阻8的通过，则将该检测位置作为角度计算基准位置θ2，代替上述临时的压缩开始位置θe，成为正规的角度位置的基准。该角度位置作为得知绝对角度的基准，可以用于起动、点火或燃料喷射等定时控制中。
本实施例中，根椐第一步ST1及第二步ST2中电瓶电压BT与发动机温度TE来判断不需要预备正转驱动进行最终的正转起动时旋转速度能够充分提高的条件。可以判断：在电瓶电压BT比下限值BTL低时，电动机1的驱动扭矩低，在发动机温度TE比下限值TEL低时，由于较大的粘性阻力，摩擦损失大，这是因为任何时候，如果不进行预备的正转驱动，就无法保证最终的正转转动动力输出轴要求的旋转速度的充分提高。在这些情况下，进入第七步ST7。
在第七步ST7中，与上述第三步ST3相反，如图10及11的箭头C所示，进行预备正转驱动即正转方向间歇驱动。此时，为了不从压缩冲程一侧越过上止点，并且，如果想对策使曲轴位置现行于反转驱动时移动到压缩冲程内位置，也就可以不是间歇地而是连续地进行预备正转驱动。在接下来的第八步ST8中，如图10及11所示，与上述第四步ST4一样判别是否到达了压缩冲程的压缩开始位置θp。也就是说，根椐霍尔元件13的换向位置信号，可以超过规定次数(一次或多次)检测通电切断时向反转方向顶回超过规定旋转角度(例如20度)的情况，或者超过规定次数(一次或多次)检测通电接通时向反转方向只旋转规定旋转角度(例如20度)的情况。如果判断到达了压缩开始位置θp，就进入第九步ST9，在第九步ST9中，与上述第五步ST5一样，将该位置作为临时的压缩开始位置θp进行设定，进入第十步ST10。此种情况如果过去的控制动作的结果、曲轴的绝对角度位置包括冲程的区别也是已知的或者角度传感器可以提供这样的信息，那么，也可检测曲轴角度位置实际上到达压缩开始位置θp，将正转驱动停止。
在第十步ST10中，进行摆动式起动控制。而且，在检测出压缩开始位置θp时，如图10及图11所示，在停止于压缩冲程内位置的状态下待机，如图10及图11的箭头D所示，通过将起动开关ST接通向电动机1连续通电(参照图12)，以从该待机位置进行反转驱动。进行该反转时，如图10及图11所示将排气冲程通过时磁阻8的通过作为脉冲发生器输出信号进行检测，将该检测位置作为角度计算基准位置θ2，代替上述临时的压缩开始位置θp成为正规的角度位置的基准。该角度位置作为已得知绝对角度后的基准，可以用于起动、点火或燃料喷射等定时控制中。
将角度计算基准位置θ2作为基准可以求出向膨胀冲程逆行时正规的压缩开始位置θe，如果到达该压缩开始位置θe，则与上述一样，停止向电动机1进行通电，使之以惯性向膨胀冲程逆行。如果在膨胀冲程的中途(θ4)停止进行反向，就向电动机1进行连续通电以向正转方向(图9及图11的箭头E)进行驱动而起动。这样，曲轴的惯力与向膨胀冲程逆行产生的压缩力取得平衡，由于曲轴停止进行反向时才进行正转驱动，所以与反转驱动后立即进行正转驱动时相比，可以节约电力消耗。
这样，即使在由于低温导致粘性阻力增加，摩擦损失变大的情况下，也因为一旦使之向正转方向旋转到压缩冲程之后再使之进行反转而延长了助推区间，并且为了进行反转驱动连续通电，从而可以充分地提高向膨胀冲程逆行时的旋转速度。加之，由于向膨胀冲程逆行时压缩压的升高引起压缩反力而产生回推活塞的力，同时，可以提高因向正转方向的充分的助推区间需要的旋转速度的升高。因此，由于在正转时的压缩冲程得以产生能够容易地越过其上止点的扭矩，所以即使在摩擦损失较大的情况下也可以用额定输出功率较小的电动机1使之起动。
例如：由于通过信号等待等，在停止怠速时，接通点火开关IG就直接作为绝对值存储角度位置信息，所以象这样怠速停止时的再起动控制可以根据被存储的角度计算基准位置θ2进行。亦可将其用于起动时或通常情况下的点火控制或电子燃料喷射控制。
此时，角度位置在根椐角度计算基准位置θ2求出时，可以作为正规的绝对角度位置使用。与此相对，在根椐压缩回弹中曲轴2的旋转速度变化求出时，作为临时的绝对值使用，由于没有较大的差异，因此，求出利用使起动时的例如膨胀冲程逆行而得到的压缩反力进行起动时的最佳反向位置，或用于起动时的点火控制或电子燃料喷射控制中，没有任何问题。
当上述预备动作完成时或怠速停止的发动机停止时或发动机停止时，有时停止在从压缩开始位置θe(θp)偏离超过规定的背离旋转角度(例如20度)的地方。此时，根据本发明要再次进行预备动作。从而，即使进行正转/反向的任一起动控制，也可以进行保证了充足的助推区间的最佳的再起动。
由于考虑到停止在从压缩开始位置θe(θp)偏离较大的地方的时候是由于膨胀或压缩冲程的压缩反力产生的回弹很大的时候，所以在进行上述的再次预备动作时，可以将通电接通时间设定为比其前面进行预备动作时的通电接通时间t1短。从而可以将上述回弹减小，使之停止在膨胀或压缩冲程附近。
而且，可以根据电瓶电压BT·发动机温度TE中的至少任一方，使预备动作时的通电接通时间t1和通电切断时间t2的各长短产生变化。例如在电瓶电压较低或发动机低温时，可以增加通电接通时间t1，同时进一步较少通电切断时间t2，反之，在电瓶电压高或发动机高温时，可以缩短通电接通时间t1，同时进一步增加通电切断时间t2。从而能够进行适应发动机起动环境的变化的最佳的起动控制。
而且，在预备动作时进行压缩开始位置的检测后，在似乎没有从该压缩开始位置停在规定角度(例如20度)以内的情况下，在规定角度的检测进行之后，将电机驱动电路14的较低一侧的FET的全部变为接通状态，从而进行电动机1的发电(再生)制动，可以使曲轴2从压缩开始位置停止在规定角度以内。因此，不再次反复进行预备动作即可完成。
接下来，介绍本发明的第二实施例。在第二实施例中，还是首先接通点火开关IG，然后接通起动开关ST进行起动。此时，如图15所示，当上述点火开关IG被接通时，首先向正转方向间歇地驱动电动机1，进行预备的正转驱动。该间歇驱动时的通电接通时间t1可以是例如50ms的程度。此种情况下，为了不从压缩冲程一侧越过上止点，或者如果想对策使曲轴位置先行于反转驱动时移动到压缩冲程内位置，那么也可以使预备正转驱动不是间歇地而是连续地进行。
点火开关IG在接通的状态下，根椐无刷电机的换向位置信号计算曲轴2(外转子3)的旋转角度，并根椐后述的基准信号开始计算。本图示例是将三相无刷电机用于电动机1中，并通过上述霍尔元件13，如用于刚才介绍的实施例的图6所示，检测各相U·V·W的上升(L→H)/下降(H→L)的时机，从而形成例如计算每10度的旋转角度的相对角度传感器。
该预备正转驱动如图13及图14的箭头A所示，在四冲程发动机ENG的压缩冲程的上止点前旋转。作为为此进行的控制，由于从上述旋转角度的计算能够推出旋转速度，所以在间歇驱动时的通电切断状态下如果判断旋转速度变为停止状态，则可以判断由于活塞上升到上止点附近、油缸压力上升、活塞借助压缩压停止了，在此时刻停止正转驱动。间歇驱动在不能越过上止点(不产生超过压缩反力的扭矩)的程度之前，是可以将曲轴2进行旋转的程度，这是为了能够使之旋转到与点火定时基准位置(用于点火控制的上止点前规定角度)θ1大致一致。
并且，通过接通起动开关ST向反转方向驱动电动机1(图13及14的箭头B)。此时，图示例的四冲程发动机在排气冲程中通过脉冲发生器9检测磁阻8的通过(角度计算基准位置θ2)，从而产生与上述点火定时基准位置θ1相同的信号。根椐该角度计算基准位置θ2再计算旋转角度，读出规定的角度α，如果到达设定在膨胀冲程内的反转驱动停止位置θ3，就停止向电动机1的反转方向进行驱动，从平衡朝向反转方向的惯力和通过与膨胀冲程逆行而升高的压缩反力的正转反向位置θ4、向正转方向驱动电动机1(图13及14的箭头C)。这样，曲轴的惯力和因与膨胀冲程逆行而产生的压缩力平衡、曲轴停止、进行反向时(θ4)才开始进行正转驱动，从而，与反转驱动后立即(θ3)开始正转驱动相比，可以节省电力消耗。
这样，由于向膨胀冲程逆行时压缩压的上升带来的压缩反力产生回推活塞的力，同时向正转方向施加助力，与确保充足的助推区间相互配合，可以提高旋转速度，产生在正转时的压缩冲程上能够轻易地越过其上止点的扭矩，即使以额定输出功率较小的电动机1也可以容易地转动动力输出轴。
然而，在上述最初的预备正转驱动时，不论何种原因，曲轴2向正转方向旋转到通过脉冲发生器9可以检测磁阻8的初端(顶端)的位置(图13及14的虚线D)时，在其反向之后也对该端进行检测，所以此种情况时，如图15的虚线所示，就会检测出误检测信号G。于是，将该误检测信号G作为上述角度计算基准位置信号θ2进行误识别，从而在根椐点火定时基准位置θ1读出规定的角度α的误识别反向位置θ5(参照图13)上，停止反转驱动。并且，由于在从误识别反向位置θ5进行空转后停止，然后如图13的虚线的箭头E所示进行正转驱动，所以无法获得助力，而且减少了该正转驱动中的助推区间(相对上述约一半)，有可能无法达到只越过上止点的旋转速度。
与此相对，本发明为了防止上述检测信号G的产生，将电动机1从正转向反转变化后的规定角度作为将脉冲发生器9进行的信号检测变为无效的掩蔽区间M。而且，掩蔽区间M的角度比脉冲发生器9检测出的磁阻8的角度大，如果是比角度计算基准位置信号θ2产生之前的360度小某种程度的角度即可，例如可以是200度左右。
接下来参照图16～18来介绍成为求出绝对角度的基准并用以避免脉冲发生器9对磁阻8进行误检测的另一个实施例。本起动装置中的脉冲发生器9是检测在磁阻8的始端和终端通过时产生的信号的装置，通常动作时相对正转方向的脉冲检测信号如图16所示，在通过磁阻8的始端时，产生负的第一基准脉冲P1，在磁阻8的终端通过时产生正的第二基准脉冲P2。通过将这些基准脉冲进行积分等，作为与磁阻8的位置对应的矩形波，产生脉冲输出(脉冲发生器用磁阻)信号。并且，在以下的控制中，与基准脉冲P1·P2的正负无关。
在起动控制中的反转时的排气冲程中，检测磁阻8的通过时，如图17所示，首先产生第二基准脉冲P2，接着产生第一基准脉冲P1，产生与上述相同的脉冲输出信号。在进行预备正转驱动时，如果没有到达θ1，那么可以将最初得到的第二基准脉冲P2识别为反转时的角度计算基准位置信号θ2。
与此相对，在上述的问题点即进行最初的预备正转驱动时将曲轴2旋转到检测磁阻8的始端的位置之后，从磁阻8的中途进行反向时，如图18所示，在正转方向时检测第一基准脉冲P1的上升，在反向后的反转方向时，再次检测第一基准脉冲P1的升高。这样，由于各基准脉冲分别在正转时和反转时发生，可以判别与图17的情况不同，从而能够防止误检测。并且可以通过对图5所示的U·V·W相的出现顺序进行确认判别正转/反转。
作为与基准脉冲产生时的旋转方向进行比较的误检测防止要领的另一个变型实施例，为了从角度计算基准位置θ2仅继续规定角度α的反转驱动，只在反转时计算旋转角度即可，从而亦可在反转时对旋转角度的计算进行限定。因此，如图18所示，如果第一基准脉冲P1产生时为正转时，就可以判断不是与计算旋转角度的角度计算基准位置θ2对应的基准脉冲，从而可以防止误检测。
以下，参照图19来介绍应当成为求出绝对角度的基准并用以避免脉冲发生器9对磁阻8进行误检测的另一个实施例。本实施例中，当产生两基准脉冲P1·P2时，由于预先牵扯到U·V·W相的状态，所以要判断是否是正常状态。首先，正转时，第一基准脉冲P1产生时在T1上变为L·L·H，第二基准脉冲P2发生时在T2上变为L·H·L。相反，在检测出此种状态的变化时，可以判断是正转状态。
与此相对，在反转时检测磁阻8的通过时，与上述相反，首先如图19的虚线所示，产生第二基准脉冲P2，此时T3的U·V·W相的各状态为L·H·L，接着如虚线所示，在第一基准脉冲P1产生时T4上变为L·L·H，这样被检测出来时，可以判断在反转时检测出磁阻8。
并且，用图19的反向表示的状态，在最初的正转时产生第一基准脉冲P1，在第二基准脉冲P2产生之前，是通过反向进行了反转的状态，此时，U·V·W相的各状态在第一基准脉冲P1产生时在T1上是L·L·H，接着进行反转时，产生第一基准脉冲P1，用虚线表示，产生时于T4上再变为L·L·H，该状态变化与上述第二状态(正转/反转状态)的任一项不符合，所以可以判别与正常的情况不同，这样可以防止误检测。
然而，产生任一基准脉冲中，当U·V·W相的任何状态变化时，出现不能判断正常的正转/反转状态的情况。例如如图20所示，为了在第一基准脉冲P1产生中U相的状态改变，在第二基准脉冲P2产生时V相的状态改变，当两基准脉冲P1·P2产生时，预先牵连U·V·W相的状态。也就是U·V·W各相的一个冲程是各60度，与此相对，将磁阻8的宽度设定为50度。因此，U·V·W相的各状态，在正转时，从第一基准脉冲P1产生的时刻T1到第二基准脉冲P2产生的时刻T2的过程中，从L·L·H变为L·H·H，在反转时，从第二基准脉冲P2产生的时刻T3到第一基准脉冲P1产生的时刻T4的过程中，从L·L·H变为H·L·H。正转时通过磁阻8的始端，在磁阻8的中途进行反向，磁阻8的始端下一次通过反向时，U·V·W相的各状态从T1的L·L·H变为T4的H·L·H。因此，不能将反向状态与反转状态区别。
此种情况，基准脉冲的检测，不是当脉冲发生时即上升时进行，而是至少在一部分下降时进行，从而能够避免这样问题的产生。以下降时为基准时，U·V·W相的各状态在正转时，从T4的H·L·H变为T3的L·L·H，逆转时，从T2的L·H·H变为T1的L·L·H。反向时从T4的H·L·H变为T1的L·L·H。因此，反向状态与正转状态不能区别，但可以与逆转状态加以区分，逆转时能够不将点火定时基准位置θ1与角度计算基准位置θ2混淆。
下面参照图21介绍应当成为求出绝对角度的基准并用以避免脉冲发生器9对磁阻8进行误检测的另一个实施例。本实施例，通过监视上述U·V·W相的各状态，判别反向状态，U·V·W相的各状态，如上所述每10度，将各项的任一个进行上升/下降切换，用各切换定时进行检测，看出各状态的变化。
本图示例中，如图21所示，在各检测定时期间(10度间距)的各区间Ta～Tg上，对各相的状态进行监视。U·V·W相的各状态，在曲轴正转时，按照LHH、LLH、HLH、HLL、HHL、LHL、LHH的顺序变化，在曲轴逆转时，按照其相反的顺序进行变化。正转时通过磁阻8的始端，在磁阻8的中途进行反向，当磁阻8的始端这次反向通过时，该顺序失效。例如：在相当磁阻8的中途的区间Td上进行反向时，U·V·W相的各状态按照LHH、LLH、HLH、HLL、HLH、LLH、LHH的顺序进行变化，可以明了地与逆转时区分开。此时，由于不必考虑各基准脉冲P1·P2的产生时机，基准脉冲产生的时机与换向脉冲产生(各相的变化)的时机，无论怎样都行，所以可以实施上述误检测的防范。从而，不必正确地将两者的位置关系进行组合。
本实施例表示的是四冲程发动机，然而，根椐本发明，如果在下止点一侧也设置同样的磁阻的话，也可以直接使用于二冲程发动机上。
以上虽然对于特定的实施例进行了说明，但同业者在不背离本发明技术方案的范围中记载的本发明的概念的基础上，可以进行各种变型或改变。

Claims (17)

1.一种发动机起动装置，所述发动机起动装置通过与将被起动的发动机的曲轴相连接的电动机，将曲轴向反方向驱动之后，最终向正转方向转动动力输出轴，其特征在于，设有：
与曲轴连接的电动机；
用以检测曲轴的角度位置的传感器；
和根据所述传感器的输出信号控制向所述电动机进行通电的控制器；
所述控制器至少适合在规定的条件下，在所述反向驱动之前向所述电动机进行正转方向的通电。
2.如权利要求1记载的发动机起动装置，其特征在于，所述正转方向的通电是间歇的。
3.如权利要求2记载的发动机起动装置，其特征在于，将从所述正转方向的间歇的通电向所述反向驱动切换的曲轴角度位置，以在切断正转方向的间歇的通电时对于通电时驱动方向被顶回超过规定的返回方向旋转角度作为检测规定的次数的位置。
4.如权利要求2记载的发动机起动装置，其特征在于，将从所述正转方向的间歇的通电向所述反向驱动切换的曲轴角度位置，以在接通正转方向的间歇的通电时反向正转方向旋转小于规定的旋转角度作为检测规定的次数的位置。
5.如权利要求2记载的发动机起动装置，其特征在于，预先决定应从所述正转方向的间歇的通电切换到所述反向驱动的曲轴角度位置，当所述曲轴角度位置传感器的输出检测出已到达该角度时，将所述电动机切换到所述反向驱动。
6.如权利要求2记载的发动机起动装置，其特征在于，在不进行所述正转方向的间歇的通电时，间歇地进行所述反向驱动。
7.如权利要求2记载的发动机起动装置，其特征在于，进一步设置检测电瓶电压和发动机温度中至少任一方的传感器，仅在该传感器的输出信号显示电瓶电压及发动机温度中至少任一方比规定的下限值低时，进行所述正转方向的间歇的通电。
8.如权利要求2记载的发动机起动装置，其特征在于，在所述曲轴角度位置到达规定的压缩冲程内位置为止，反复进行所述正转方向的间歇的通电。
9.如权利要求8记载的发动机起动装置，其特征在于，在所述曲轴角度位置到达规定的压缩冲程内位置为止、反复进行所述正转方向的间歇的通电时，使通电的占空比逐渐减少。
10.如权利要求8记载的发动机起动装置，其特征在于，在所述曲轴角度位置到达规定的压缩冲程内位置为止、反复进行所述正转方向的间歇的通电的情况下，经过再生制动的区间之后开始所述反向驱动。
11.如权利要求1记载的发动机起动装置，其特征在于，所述曲轴角度位置传感器设有提供所述曲轴的绝对角度位置的绝对位置传感器和以高析像度检测所述曲轴的角度变化的相对位置传感器，并且通过将两传感器进行组合，以高析像度求得所述曲轴的绝对角度位置。
12.如权利要求11记载的发动机起动装置，其特征在于，所述绝对位置传感器包括点火定时传感器。
13.如权利要求11记载的发动机起动装置，其特征在于，所述电动机由无刷电机构成，所述相对位置传感器包括所述无刷电机的换向信号传感器。
14.如权利要求12记载的发动机起动装置，其特征在于，以所述发动机的排气冲程中所述点火定时传感器产生的输出为基准、根椐所述相对位置传感器的输出，来判定从所述反向驱动向最终的正转方向转动动力输出轴过渡的所述曲轴的角度位置。
15.如权利要求14记载的发动机起动装置，其特征在于，在所述正转方向的通电之后进行所述反转驱动后的规定角度内，使所述点火定时传感器进行的检测无效。
16.如权利要求14记载的发动机起动装置，其特征在于，所述相对位置传感器可以检测旋转方向，并且根椐检测出的旋转方向和所述点火定时传感器的检测结果识别在所述发动机的排气冲程中所述点火定时传感器产生的输出，该点火定时传感器产生的输出成为最终向正转方向的起动过渡的定时基准。
17.如权利要求14记载的发动机起动装置，其特征在于，所述相对位置传感器可以检测旋转方向，并且根椐检测出的旋转方向的反向时刻，识别在所述发动机的排气冲程中所述点火定时传感器产生的输出，该点火定时传感器产生的输出成为最终向正转方向转动动力输出轴过渡的定时基准。
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