CN1760532A

CN1760532A - 内燃机的起动装置及内燃机的起动控制方法

Info

Publication number: CN1760532A
Application number: CNA2004100808005A
Authority: CN
Inventors: 干场健; 滩光博; 太岛启次郎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2024-10-15
Also published as: CN100462539C

Abstract

本发明涉及内燃机的起动装置及内燃机的起动控制方法。本发明的目的在于利用更合适的定时使内燃机的曲轴转动停止而在驱动系统中出现共振现象时避免遇到内燃机的第一次点火的发生。在发动机的转动变化Y大于判定共振的阈值Yref时(S130)，发动机转速Ne越接近于驱动系统的共振频率，转动变化Y越大，相当于发动机曲轴转动停止为止的延迟时间的倒数的计数值S被设定为较大值(S160)，与其相加地计算新的计数累积计算值C(S170)。当计数的计数累积计算值C大于阈值Cref时，使发动机22的曲轴转动停止(S190)。

Description

内燃机的起动装置及内燃机的起动控制方法

技术领域

本发明涉及内燃机的起动装置及内燃机的起动控制方法，具体地，涉及起动和驱动系统连接的内燃机的起动装置及起动控制方法。

背景技术

传统地，提出了将通过利用缓冲器(减振器，damper)而连接于内燃机的电动机来使内燃机运转起动的装置作为这种内燃机的起动装置(如特开平10-82332号公报)。在此装置中，在由内燃机和缓冲器和电动机构成的系统的扭转的共振能达到规定值以上的状态下，当内燃机的转速在产生共振现象的转速区域中经过规定时间以上时，为了防止过度的共振而停止内燃机的运转。

起动内燃机时，存在着因内燃机的转速而导致在连接于内燃机的驱动系统上产生共振现象的情况。在出现这样的共振现象时，在内燃机的第一次点火到来(发生)时，就会产生过大的转矩。由于该过大的转矩被输入到驱动系统，所以会给驱动系统的耐久性带来很大的影响。因此，不把该过大的转矩输入到驱动系统中的，即发生在共振现象时避免内燃机的第一次点火到来的问题，作为传统的问题被探讨。上述的现有技术也是解决该问题的一种方法。

发明内容

本发明的内燃机的起动装置及内燃机的起动控制方法的一个目的在于在驱动系统中出现共振现象时避免遇到内燃机的第一次点火的发生。此外，本发明的内燃机的起动装置及内燃机的起动控制方法的另一目的在于，无需检测共振转矩地使内燃机的曲轴转动(cranking)(起动)通过合适的定时(正时)而停止。

本发明的内燃机的起动装置及内燃机的起动控制方法为了达成上述目的中的至少一个而采用下述技术方案。

本发明的内燃机的起动装置是一种起动连接于驱动系统的内燃机的内燃机的起动装置，其中具有：使所述内燃机的曲轴转动的转动曲轴装置；检测所述内燃机的转速的转速检测装置；基于在通过所述转动曲轴装置使所述内燃机的曲轴转动开始到该内燃机的点火开始为止之间经过多次由所述转速检测装置检测而检测出的转速，改变因所述驱动系统的共振现象而使该内燃机的曲轴转动停止为止的延迟时间的延迟变更装置；和经过被变更的该延迟时间时使所述内燃机的曲轴转动停止的曲轴转动停止装置。

在本发明的内燃机的起动装置中，基于在所述内燃机的曲轴转动开始到该内燃机的点火开始为止之间经过多次检测出的内燃机的转速，改变因连接于内燃机的所述驱动系统的共振现象而使该内燃机的曲轴转动停止为止的延迟时间，经过变更的该延迟时间时使上述内燃机的曲轴转动停止。即，对应于内燃机的转速而改变内燃机的曲轴转动停止为止的延迟时间。因此，可以对应内燃机的转速通过可变的延迟使内燃机的曲轴转动停止。其结果是，可以在驱动系统中产生共振现象时抑制遇到内燃机的第一次点火。当然，无需检测共振转矩。

在如上所述本发明的内燃机的起动装置中，上述延迟变更装置也可以作为使所述检测出的转速与所述驱动系统的共振频率越接近则所述延迟时间变更为越短的装置。这是基于内燃机的转速越接近于共振频率，在驱动系统中越易产生共振现象的原理。因此，可以采用更合适的定时使内燃机的曲轴转动停止。

此外，在本发明的内燃机的起动装置中，上述延迟变更装置也可以是使所述检测出的转速的变化越大则所述延迟时间变更为越短的装置。这是基于内燃机的转速的变化越大，在驱动系统中越易产生共振现象的原理。因此，可以采用更合适的定时使内燃机的曲轴转动停止。

进而，在本发明的内燃机的起动装置中，上述延迟变更装置是用于设定对应于延迟时间长短的计数值的装置，所述曲轴转动停止装置是用于在累积计算(积算)被设定的所述计数值得出的计数累积计算值达到规定值时使曲轴转动停止的装置。如此，由于可以通过计数累积计算值进行处理，所以利用简易的结构就可以通过更合适的定时使得内燃机的曲轴转动停止。在该形态的本发明的内燃机的起动装置中，上述延迟变更装置也可以是用于使所述检测出的转速与所述驱动系统的共振频率越接近则所述计数值设定为越大的装置，还可以作为用于使所述检测出的转速的变化越大则所述计数值设定得越大的装置。

在本发明的内燃机的起动装置中，上述驱动系统也可以通过缓冲器被连接到所述内燃机的输出轴上。

在本发明的内燃机的起动装置中，上述驱动系统也可以具备机械地连接于所述内燃机的输出轴和驱动轴的行星齿轮机构。在该形态的本发明的内燃机的起动装置中，上述驱动系统也可以形成为具有可以向与所述行星齿轮机构的旋转轴中连接于所述输出轴及所述驱动轴的旋转轴不同的旋转轴输出动力的电动机。在该情况下，上述起动装置也可以是上述电动机。

对于本发明的内燃机的起动装置的一种起动连接于驱动系统的内燃机时的控制方法，其中具备以下步骤：(a)从所述内燃机的曲轴转动开始到该内燃机的点火开始为止之间经过多次检测而检测出所述内燃机的转速，(b)基于所述检测出的转速变更因所述驱动系统的共振现象而使该内燃机的曲轴转动停止为止的延迟时间，(c)经过被变更的该延迟时间时使所述内燃机的曲轴转动停止。

根据该本发明的内燃机的起动控制方法，由于基于从所述内燃机的曲轴转动开始到该内燃机的点火开始为止之间经过多次检测而检测出所述内燃机的转速，变更因连接于该内燃机的所述驱动系统的共振现象而使该内燃机的曲轴转动停止为止的延迟时间，在经过被变更的该延迟时间时使所述内燃机的曲轴转动停止，所以可以对应于内燃机的转速通过可变的延迟而使内燃机的曲轴转动停止。其结果是，可以采用更合适的定时使内燃机的曲轴转动停止。当然无需检测出共振转矩。

在如上所述的本发明的起动控制方法中，上述步骤(b)也可以是使所述检测出的转速与所述驱动系统的共振频率越近则所述延迟时间变更为越短，和使所述被检测出的转速的变化越大则所述延迟时间变更为越短的步骤。由于内燃机的转速越接近于共振频率，内燃机的转速的变化越大，在驱动系统中越易产生共振现象，所以通过进行这样的延迟时间的变更，可以采用更合适的定时使内燃机的曲轴转动停止。

附图说明

图1是表示本发明的一实施例的混合动力汽车20的构成的概略结构图。

图2表示通过实施例的混合动力用电子控制单元70所进行的启动时控制处理的一示例的流程图。

图3表示发动机22的转速Ne和用于使发动机22的曲轴转动(起动)停止的延迟时间和计数值S的关系的说明图。

图4是表示转动变化Y和用于使发动机22的起动停止的延迟时间和计数值S之间关系的说明图。

具体实施方式

接下来，对本发明的具体实施方式通过实施例进行说明。图1是表示安装有本发明的一实施例的内燃机的起动装置的混合动力汽车20的结构的概略结构图。如图所示，该实施例的混合动力汽车20具有：发动机22，作为发动机22的输出轴的通过缓冲器28连接于曲轴26的3轴式的动力分配综合机构30，连接于动力分配综合机构30的可发电的马达MG1，安装于作为连接于动力分配综合机构30的驱动轴的齿圈轴32a的减速齿轮35，连接于该减速齿轮35的马达MG2和控制车辆整体的混合动力用电子控制单元70。

发动机22是通过汽油或轻油等的碳氢化合物类的燃料来输出动力的内燃机，通过将从检测发动机22的运转状态的各种传感器，如检测发动机22的转速Ne的转速传感器23等得到的信号输入的发动机用电子控制单元(以下称为发动机ECU)24，来接收燃料喷射控制或点火控制及吸入空气量(进气量)调节控制等的运转控制。发动机ECU24与混合动力用电子控制单元70通信，通过混合动力用电子控制单元70发出的控制信号对发动机22进行运转控制，且根据需要将与发动机22的运转状态相关的数据输出到混合动力用电子控制单元70。

动力分配综合机构30具有：外齿齿轮的太阳齿轮31、配置于与该太阳齿轮31的同心圆上的内齿齿轮的齿圈32，啮合于太阳齿轮31且啮合于齿圈32的多个行星齿轮33，和自由地保持多个行星齿轮33自转且公转的行星齿轮架34，作为将太阳齿轮31和齿圈32和行星齿轮架34作为旋转要素而进行差动作用的行星齿轮机构构成。动力分配综合结构30分别在行星齿轮架34上连接发动机22的曲轴26，在太阳齿轮31上连接马达MG1，在齿圈32上通过齿圈轴32a连接减速齿轮35，在马达MG1作为发电机发挥功能时，将从行星齿轮架34输入的来自发动机22的动力在太阳齿轮31一侧和齿圈32一侧对应于其齿轮比地进行分配，在马达MG1作为电动机发挥功能时，将从行星齿轮架34输入的来自发动机22的动力和从太阳齿轮31输入的来自马达MG1的动力相协调输入到齿圈32一侧。输出到齿圈32的动力从齿圈轴32a开始经过齿轮机构60及差动齿轮62最终输出到车辆的驱动轮63a、63b。

马达MG1及马达MG2，任一种都构成为作为可以作为发电机驱动且可以作为电动机驱动的已被周知的同步发电电动机的结构，其通过逆变器41、42进行与蓄电池50之间的电力交换。连接逆变器41、42和蓄电池50的电线54作为各逆变器41、42共用的正极母线及负极母线而构成，可以将在马达MG1、MG2中任一个发电得到的电力提供给另一马达使用。因此，蓄电池50因马达MG1、MG2中的任一个所产生的电力或电力不足而进行充放电。此外，如果蓄电池50通过马达MG1、MG2而取得电力收支平衡的装置时，则其不进行充放电。马达MG1、MG2中任一个都是通过马达用电子控制单元(以下称为马达ECU)40驱动控制。向马达ECU40输入用于驱动控制马达MG1、MG2的必要的信号，如从检测马达MG1、MG2的转子的旋转位置的旋转位置检测传感器43、44得到的信号或通过未图示的电流传感器检测出的附加到马达MG1、MG2的相电流等，从马达ECU40向逆变器41、42输出转换控制信号。马达ECU40与混合动力用电子控制单元70通信，通过混合动力用电子控制单元70发出的控制信号对马达MG1、MG2进行驱动控制，且根据需要将与马达MG1、MG2的运转状态相关的数据输入到混合动力用电子控制单元70。

蓄电池50通过蓄电池用电子控制单元(以下称为蓄电池ECU)52管理。向蓄电池ECU52中输入用于管理蓄电池50的必要的信号，如从设置于蓄电池50的端子间的未图示的电压传感器得到的端子间电压，从安装于被连接在蓄电池50的输出端子的电线54的未图示的电流传感器得到的充放电电流，从安装在蓄电池50上的温度传感器51得到的电池温度Tb等，根据需要将与蓄电池50的状态相关的数据通过通信输入到混合动力用电子控制单元70。此外，在蓄电池ECU52中，为了管理蓄电池50，基于通过电流传感器检测出的充放电电流的累积计算值也可以求出残容量(SOC)。

混合动力用电子控制单元70，其是作为以CPU72为中心的微处理器而构成的，除CPU72之外，具备存储处理程序的ROM74，暂时存储数据的RAM76，未图示的输入输出端口及通信端口等。将从点火开关80得到的点火信号，从检测换档(变速)杆81的操作位置的换档位置传感器82得到的换档位置SP，从检测加速(油门)踏板83的踩下量的加速踏板位置传感器84得到的油门开度Acc，将从检测制动踏板85的踩下量的制动踏板位置传感器86得到的制动踏板位置BP，从车速传感器88得到的车速V等通过输入端口输入混合动力用电子控制单元70。混合动力用电子控制单元70，如上所述，通过通信端口连接将发动机ECU24或马达ECU40或蓄电池ECU52，与将发动机ECU24或马达ECU40或蓄电池ECU52进行的各种控制信号或数据的交换。

这样地构成的实施例的混合动力汽车20，对发动机22和马达MG1和马达MG2进行运转控制，以使得基于对应驾驶员的加速踏板83的踩下量的油门开度Acc和车速V计算出应输出到作为驱动轴的齿圈轴32a的要求转矩，将对应该要求转矩的要求动力输出到齿圈轴32a。作为发动机22和马达MG1和马达MG2的运转控制，存在着以下几种模式，即：将与要求动力相同(相称)的动力以从发动机22输出的方式对发动机22进行运转控制且将从发动机22输出的全部动力通过动力分配综合机构30和马达MG1和马达MG2进行转矩变换而输出到齿圈轴32a的驱动控制马达MG1及马达MG2的转矩变换运转模式，与要求动力和蓄电池50的充放电必要的电力之和相同的动力以从发动机22输出的方式对发动机22进行运转控制且随着蓄电池50的充放电将从发动机22输出的全部动力或其中一部分在进行通过动力分配综合机构30和马达MG1和马达MG2的转矩变换的同时输出到齿圈轴32a的驱动控制马达MG1及马达MG2的充放电运转模式，停止发动机22的运转而将从马达MG2输出的与要求动力相同的动力以输出到齿圈轴32a的方式进行运转控制的马达运转模式等。

接下来，对这样构成的实施例的混合动力汽车20的工作情况，特别是对利用马达运转模式进行时起动发动机22时的工作情况进行说明。图2是表示通过混合动力用电子控制单元70所进行的起动时控制处理的一示例的流程图。在本实施例中，是以混合动力用电子控制单元70为中心，通过发动机ECU24、马达ECU40、马达MG1、马达MG2和动力分配综合机构30等构成发动机22的起动装置。

当进行起动时控制处理时，混合动力用电子控制单元70的CPU72，首先进行利用马达MG1的发动机22的转动曲轴的开始处理(步骤S100)。此转动曲轴的开始处理，是通过从混合动力用电子控制单元70将转动曲轴开始的控制信号通过通信送到马达ECU40，马达ECU40在由马达MG1输出转动曲轴转矩(力)的同时在马达MG2处接收相对于马达MG1的转矩的反作用力地通过对马达MG1及马达MG2进行控制来进行的。

接下来，输入发动机22的转速Ne(步骤S110)，抽取转速Ne的变化(转动变化)Y(步骤S120)。发动机22的转速Ne的输入，是通过将利用转速传感器23所检测出的转速Ne从发动机ECU24通过通信接收而进行的。可以通过相对于转速Ne使带通滤波器作用等抽取转动变化Y。

这样地抽取转动变化Y后，将转动变化Y和阈值Yref相比较(步骤S130)。在此，阈值Yref是为了判定在通过缓冲器28连接于发动机22的动力分配综合机构30或马达MG1、马达MG2等的驱动系统上是否出现共振现象而被设定的，其可以通过发动机22或驱动系统来设定。当转动变化Y小于或等于阈值Yref时，判定在驱动系统中未产生共振现象，清除计数累积计算值C(步骤S140)，判断发动机22的起动是否完成(步骤S150)，当发动机22的起动完成时终止本处理，当发动机22的起动未完成时，返回到步骤S110的输入发动机22的转速Ne的处理。对计数累积计算值C的说明如后所述。

当转动变化Y大于阈值Yref时，判定在驱动系统中产生共振现象，基于发动机22的转速Ne和转动变化Y设定计数值S(步骤S160)，将被设定的计数值S加到计数累积计算值C上作为新的计数累积计算值C(步骤S170)。在此，对于计数值S，发动机22的转速Ne越接近驱动系统的共振频率就被设定得越大，且转动变化Y越大就被设定得越大。图3表示发动机22的转速Ne和用于使发动机22的曲轴转动停止的延迟时间和计数值S的关系的说明图，图4是表示转动变化Y和用于使发动机22的起动停止的延迟时间和计数值S之间关系的说明图。对于驱动系统的共振现象，当发动机22的转速Ne越接近共振频率的中央值、转动变化Y越大，其就越明显，因此如图3及图4所示，当发动机22的转速Ne越接近共振频率的中央值、转动变化Y越大时，有必要使用于使发动机22的曲轴转动停止的延迟时间变短。即，当发动机22的转速Ne越接近共振频率、转动变化Y越大时，发动机22的曲轴转动越快停止。从图可以看出，计数值S被设定为相当于该延迟时间的倒数，计数值S越大，表示在驱动系统上越易产生共振现象的倾向的同时还表示发动机22的曲轴转动越快停止的倾向。

此外，将这样的计数值S累积计算所得的计数累积计算值C与阈值Cref比较(步骤S180)，当计数累积计算值C小于或等于阈值Cref时，返回到步骤S110的发动机22的转速Ne的输入处理，当计数累积计算值C大于阈值Cref时，使发动机22的曲轴转动停止(步骤S190)，终止该起动时控制处理。在此，阈值Cref被设定用于判定发动机22的起动是否停止。如上所述，计数值S由于其越大表示在驱动系统中越易产生共振现象的倾向的同时还表示发动机22的曲轴转动越快停止的倾向，所以其累积计算值的计数累积计算值C越快达到阈值Cref，在驱动系统上越显著产生共振现象的可能性变高。在该实施例的起动时控制处理中，在这样的在驱动系统中产生共振现象的情况下利用合适的定时使得发动机22的起动停止，防止在驱动系统中产生共振现象时由于发动机22的第一次点火的到来而产生的过大的转矩向驱动系统的输入。

根据上述说明的实施例的混合动力汽车20，可以基于发动机22的曲轴转动开始后的发动机22的转速Ne和转动变化Y，在驱动系统中产生共振现象时发动机22的第一次点火到来之前使发动机22的曲轴转动停止。而且，当发动机22的转速Ne越接近驱动系统的共振频率的中央值、转动变化Y越大时，发动机22的曲轴转动停止越快，因此可以以更合适的定时使得发动机22的曲轴转动停止。

在该实施例的混合动力汽车20中，当发动机22的转速Ne越接近驱动系统的共振频率、转动变化Y越大时，计数值S被设定得越大，在其累积计算值的计数累积计算值C超过一定值的阈值Cref时，发动机22的曲轴转动停止，但也可以将阈值Cref基于发动机22的转速Ne或转动变化Y而变更。此时，发动机22的转速Ne越接近驱动系统的共振频率、转动变化Y越大时，使阈值Cref越小，在值被逐个递增的计数值大于该阈值Cref时，可以停止发动机22的曲轴转动。

在该实施例的混合动力汽车20中，虽然通过基于发动机22的转速Ne及转动变化Y设定计数值S来变更使发动机22的曲轴转动停止的延迟时间，但也可以通过仅基于发动机22的转速Ne设定计数值S来变更使发动机22的曲轴转动停止的延迟时间，或通过仅基于转动变化Y设定计数值S来变更使发动机22的曲轴转动停止的延迟时间。

在该实施例的混合动力汽车20中，将通过缓冲器28连接于发动机22上的动力分配综合机构30或马达MG1或马达MG2作为驱动系统，但也可形成任何结构的驱动系统。此外，作为安装于发动机22的曲轴26上的缓冲器28，可以由转矩限制器等安装而成，也可以是由未安装转矩限制器等的部件形成。

在该实施例中，对作为发动机22的起动装置安装于混合动力汽车20上的部件进行了说明，但作为发动机22的起动装置，也可以是未安装于汽车的部件。

以上，通过实施例对本发明的具体实施方式进行了说明，但本发明在该实施例中没有任何限定，在不脱离本发明的要点的范围内，可以在各种形态下实施。

Claims

1.一种起动连接于驱动系统的内燃机的内燃机的起动装置，其特征在于具有：

使所述内燃机的曲轴转动的转动曲轴装置，

检测所述内燃机的转速的转速检测装置，

基于在通过所述转动曲轴装置使所述内燃机的曲轴转动开始到该内燃机的点火开始为止之间经过多次由所述转速检测装置检测而检测出的转速，改变因所述驱动系统的共振现象而使该内燃机的曲轴转动停止为止的延迟时间的延迟变更装置，和

经过被变更的该延迟时间时使所述内燃机的曲轴转动停止的曲轴转动停止装置。

2.如权利要求1所述的内燃机的起动装置，其特征在于，所述延迟变更装置是用于使所述检测出的转速与所述驱动系统的共振频率越接近则所述延迟时间变更为越短的装置。

3.如权利要求1所述的内燃机的起动装置，其特征在于，所述延迟变更装置是用于使所述检测出的转速的变化越大则所述延迟时间变更为越短的装置。

4.如权利要求1所述的内燃机的起动装置，其特征在于，所述延迟变更装置是用于设定对应于延迟时间长短的计数值的装置，

所述曲轴转动停止装置是用于在累积计算被设定的所述计数值得出的计数累积计算值达到规定值时使曲轴转动停止的装置。

5.如权利要求4所述的内燃机的起动装置，其特征在于，所述延迟变更装置是用于使所述检测出的转速与所述驱动系统的共振频率越接近则所述计数值设定为越大的装置。

6.如权利要求4所述的内燃机的起动装置，其特征在于，所述延迟变更装置是用于使所述检测出的转速的变化越大则所述计数值设定得越大的装置。

7.如权利要求1所述的内燃机的起动装置，其特征在于，所述驱动系统通过缓冲器被连接到所述内燃机的输出轴上。

8.如权利要求1所述的内燃机的起动装置，其特征在于，所述驱动系统具备机械地连接于所述内燃机的输出轴和驱动轴的行星齿轮机构。

9.如权利要求8所述的内燃机的起动装置，其特征在于，所述驱动系统具有可以向所述行星齿轮机构的旋转轴中与连接于所述输出轴及所述驱动轴的旋转轴不同的旋转轴输出动力的电动机。

10.如权利要求9所述的内燃机的起动装置，其特征在于，所述转动曲轴装置为所述电动机。

11.一种起动连接于驱动系统的内燃机时的控制方法，其特征在于具备以下步骤：

(a)从所述内燃机的曲轴转动开始到该内燃机的点火开始为止之间经过多次检测而检测出所述内燃机的转速，

(b)基于所述检测出的转速变更因所述驱动系统的共振现象而使该内燃机的曲轴转动停止为止的延迟时间，

(c)经过被变更的该延迟时间时使所述内燃机的曲轴转动停止。

12.如权利要求11所述的内燃机的起动控制方法，其特征在于，所述步骤(b)使所述检测出的转速与所述驱动系统的共振频率越近则所述延迟时间变更为越短，和使所述被检测出的转速的变化越大则所述延迟时间变更为越短。