-
HINTERGRUND
-
(Gebiet der Technik)
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschinenstartvorrichtung.
-
(Verwandte Technik)
-
Ein herkömmliches Verfahren zum Starten einer Maschine verwendet einen nach dem Schwungkraftverzahnungsprinzip ausgelegten Anlasser bzw. Starter, um die Maschine anzukurbeln, bis eine vorgegebene Drehzahl der Maschine N0 innerhalb eines niedrigen Maschinendrehzahlbereichs (≤ 400 UpM) erreicht wird, und steigert nach Erreichen der Drehzahl der Maschine N0 die Drehzahl der Maschine mit einer Verbrennung in einer Brennkammer auf eine Leerlaufdrehzahl. Üblicherweise sind zur Erhöhung der Drehzahl der Maschine auf die Leerlaufdrehzahl eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzungen und Zündungen (im Falle des Dieselmotors eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzungen) nötig, wie in 4 dargestellt ist. Zum Beispiel werden eine erste Kraftstoffeinspritzung und Zündung, eine zweite Kraftstoffeinspritzung und Zündung, eine dritte Kraftstoffeinspritzung und Zündung und eine vierte Kraftstoffeinspritzung und Zündung nacheinander in einem ersten Zylinder, einem dritten Zylinder, einem vierten Zylinder und einem zweiten Zylinder durchführt.
-
Was die Verbrennung in der Brennkammer betrifft, so nimmt eine ideale Kraftstoffeinspritzmenge im Hinblick auf die Abgasemission und den Kraftstoffverbrauch mit steigender Drehzahl der Maschine ab. Eine Kraftstoffeinspritzmenge, die über der idealen Kraftstoffeinspritzmenge liegt, bewirkt eine fette Verbrennung oder die Einspritzung von zu viel Kraftstoff in den Zylinder, was zu einem höheren Kraftstoffverbrauch und verschlechterten Abgasemissionswerten führt. Daher wird danach gestrebt, eine Drehzahl der Maschine bei einer Zündung, genauer beim Zünden im Falle des Ottomotors oder bei der Kraftstoffeinspritzung im Falle des Dieselmotors, vorauszusagen und eine Kraftstoffeinspritzmenge einzustellen, die der vorausgesagten Drehzahl der Maschine entspricht
-
Beim Ottomotor wird die Kraftstoffeinspritzmenge eingestellt, woran sich das Einspritzen der eingestellten Kraftstoffmenge und das Zünden des eingespritzten Kraftstoffs anschließt. Daher wird danach gestrebt, eine Drehzahl der Maschine bei einer Zündung vorauszusagen und eine Kraftstoffeinspritzmenge einzustellen, die der vorausgesagten Drehzahl der Maschine entspricht.
-
Allerdings benötigt die herkömmliche Technik mehrere Zündungen, bis die Leerlaufdrehzahl erreicht ist. Wie oben beschrieben ist es außerdem sehr schwierig, die Drehzahl der Maschine bei jedem Zündzeitpunkt vorauszusagen.
-
Wenn bei der ersten Zündung keine erste Verbrennung stattfindet, fährt der Starter damit fort, die Maschine durch Anlegen eines Drehmoments an die Maschine anzukurbeln. Daher findet die zweite Zündung während der Ankurbelung der Maschine statt, das heißt während die Drehzahl der Maschine in einem niedrigen Drehzahlbereich liegt.
-
Wenn bei der ersten Zündung eine erste Verbrennung stattfindet, endet die Ankurbelung der Maschine durch die Wirkung einer Freilaufkupplung des Starters und die Drehzahl der Maschine steigt mit der Verbrennung an. Die zweite Zündung findet statt, während die Drehzahl der Maschine durch die Verbrennung steigt, was dazu führt, dass die Kraftstoffeinspritzmenge im Vergleich zu dann, wenn bei der ersten Zündung keine erste Verbrennung stattfindet, verringert ist.
-
Die Kraftstoffmenge, die bei der zweiten Zündung einzuspritzen ist, wird vor dem zweiten Zündzeitpunkt eingestellt. Allerdings ist es zum Zeitpunkt der Einstellung der Kraftstoffmenge, die bei der zweiten Zündung einzuspritzen ist, nicht bekannt, ob bei der ersten Zündung die erste Verbrennung stattgefunden hat. Daher wird es schwierig, die Drehzahl der Maschine bei der zweiten Zündung exakt vorauszusagen.
-
Herkömmlicherweise wird vorsichtshalber die Kraftstoffmenge, die bei der zweiten Zündung einzuspritzen ist, auf eine etwas größere Kraftstoffeinspritzmenge eingestellt, ohne die Drehzahl der Maschine bei der zweiten Zündung vorauszusagen, so dass die größere Kraftstoffeinspritzmenge die zweite Zündung auch bei einem Ausbleiben der ersten Verbrennung bei der ersten Zündung bewirken kann. Diese herkömmliche Technik hat den Nachteil eines zu hohen Kraftstoffverbrauchs und verschlechterter Abgasemissionswerte, wenn die erste Verbrennung bei der ersten Zündung stattfindet.
-
Außerdem macht die Voraussage der Drehzahl der Maschine bei einer Zündung nach Beendigung der Ankurbelung der Maschine das Voraussagen einer Steigerungsrate der Drehzahl der Maschine als Folge der Verbrennung nötig, wodurch es schwierig ist, die Drehzahl der Maschine bei einer Zündung nach einer Beendigung der Ankurbelung der Maschine vorauszusagen. Das heißt, es ist schwierig, die Drehzahl der Maschine während eines Zeitraums ab dem Erreichen der vorgegebenen Drehzahl der Maschine N0 (im niedrigen Drehzahlbereich), wenn die Ankurbelung der Maschine beendet wird, bis zum Erreichen der Leerlaufdrehzahl vorauszusagen. Da es somit leicht sein kann, dass die Drehzahl der Maschine bei einer Zündung zu niedrig angesetzt wird, wird die Kraftstoffeinspritzmenge unvermeidlicherweise zu hoch angesetzt, wodurch bewirkt wird, dass die Drehzahl der Maschine über der Leerlaufdrehzahl liegt, wie in 4 dargestellt ist.
-
Das heißt, mit der herkömmlichen Technik zum Starten der Maschine ist es sehr schwierig, die Drehzahl der Maschine bei einer Zündung vorauszusagen, während die Drehzahl der Maschine steigt, was unvermeidlicherweise zu einer Regelung führt, bei der die Drehzahl der Maschine bei einer Zündung zu tief angesetzt wird und die Kraftstoffeinspritzmenge daher zu hoch angesetzt wird. Dies kann zu einer über der Leerlaufdrehzahl liegenden, zu hohen Drehzahl, einem zu hohen Kraftstoffverbrauch und verschlechterten Abgasemissionswerten führen.
-
Das
japanische Patent Nr. 4 973 595 offenbart ein Verfahren zum Korrigieren einer Anfangs-Kraftstoffeinspritzmenge. Diese Technik offenbart jedoch keine exakte Voraussage der Drehzahl der Maschine bei einer Zündung, um eine Kraftstoffeinspritzmenge einzustellen, die der vorausgesagten Drehzahl der Maschine entspricht. Außerdem offenbart das
japanische Patent Nr. 4 973 595 nicht das Einstellen der Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend der Drehzahl der Maschine bei einer Zündung, während die Drehzahl der Maschine steigt.
-
Dies vorausgeschickt, sind als Beispiele dienende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf die Schaffung einer Maschinenstartvorrichtung gerichtet, mit der eine Drehzahl der Maschine bei einer Zündung exakt vorausgesagt wird und eine geeignete Kraftstoffmenge eingespritzt wird, um die Drehzahl der Maschine auf eine Leerlaufdrehzahl zu erhöhen.
-
KURZDARSTELLUNG
-
Gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Maschinenstartvorrichtung geschaffen, die einen Starter aufweist, der einen Elektromotor, der so gestaltet ist, dass er eine Drehkraft erzeugt, und ein Ritzel aufweist, das so gestaltet ist, dass es die Drehkraft der Maschine auf ein Hohlrad überträgt. Der Starter ist so gestaltet, dass er eine Maschine mit einer bestimmten Drehzahlsteigerungsrate ankurbelt, um eine Drehzahl der Maschine auf eine vorgegebene Drehzahl zu erhöhen, die bei oder über 450 UpM liegt. Die Vorrichtung weist ferner auf: einen Zündzeitpunkteinsteller, der so gestaltet ist, dass er einen Zündzeitpunkt einstellt, zu dem Kraftstoff in einer Brennkammer der Maschine gezündet wird, während die Drehzahl der Maschine während der Ankurbelung der Maschine durch den Starter oder während die Maschine nach Beendigung der Ankurbelung der Maschine durch den Starter in einem Freilauf läuft, steigt, und eine Drehzahlvoraussageeinrichtung, die so gestaltet ist, dass sie eine Drehzahl der Maschine zum Zündzeitpunkt auf Basis der jeweiligen Drehzahlsteigerungsrate voraussagt.
-
Dadurch kann die Maschine angekurbelt werden, bis die Drehzahl der Maschine einen hohen Drehzahlbereich der Maschinebereich erreicht, wobei die Untergrenze dieses Bereichs mit bei oder über 450 UpM nahe der Leerlaufdrehzahl liegt. Somit muss die Zündung in den meisten Fällen nicht wiederholt werden, um die Maschine zu starten. Der Grund dafür ist, dass die Maschine weiterhin angekurbelt wird, bis die Leerlaufdrehzahl erreicht wird oder bis ungefähr kurz vor Erreichen der Leerlaufdrehzahl. Im Gegensatz dazu wird mit den herkömmlichen Techniken die Leerlaufdrehzahl mit einer Verbrennung durch aufeinanderfolgende Zündungen erreicht.
-
Außerdem wird der Kraftstoff in der Brennkammer entzündet, während die Drehzahl der Maschine während der Ankurbelung der Maschine durch den Starter oder während der Maschine nach der Beendigung der Ankurbelung der Maschine durch den Starter im Freilauf läuft, steigt, wodurch die Drehzahl zum Zündzeitpunkt aus der Drehzahlsteigerungsrate während der Ankurbelung der Maschine exakt vorausgesagt werden kann. Somit ist die Maschinenstartvorrichtung dieser Ausführungsform in der Lage, eine angemessene Kraftstoffmenge einzuspritzen, um die Drehzahl der Maschine auf die Leerlaufdrehzahl zu erhöhen.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1A ist ein Blockschema einer Maschinenstartvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
1B ist ein Funktionsblockschema einer elektronischen Steuereinheit (ECU) der in 1A dargestellten Maschinenstartvorrichtung;
-
2 ist ein Zeitschema einer Drehzahl der Maschine, einer Ritzeldrehung, eines Maschinenantriebsstroms und einer Kraftstoffeinspritzmenge;
-
3 ist ein Ablaufschema eines Maschinenstartprozesses; und
-
4 ist ein Zeitschema einer Drehzahl der Maschine, einer Ritzeldrehzahl und einer Kraftstoffeinspritzmenge gemäß dem Stand der Technik.
-
BESCHREIBUNG KONKRETER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Es wird nun auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Bezugszahlen in den verschiedenen Ansichten ähnliche oder gleiche Teile bezeichnen, und von diesen insbesondere auf 1A, 1B, 2 und 3, wo eine Vorrichtung zum Starten bzw. Anlassen einer Maschine 2 dargestellt ist. Die Maschine 2 kann eine Mehrzylinderkraftmaschine sein. Die Vorrichtung 1 wird im Folgenden auch als Maschinenstartvorrichtung bezeichnet.
-
Wie in 1A dargestellt ist, weist die Maschinenstartvorrichtung 1, die auf ein Fahrzeug angewendet wird, das mit einem Leerlaufstoppsystem zum automatischen Steuern des Anhaltens und Neustartens der Maschine 2 ausgestattet ist, einen Starter 3 zum Starten der Maschine 2 und eine elektronische Steuereinheit (ECU) 4 zum Steuern des Betriebs des Starters 3 und eines (nicht dargestellten) Zünders auf. Die Maschine 2 der vorliegenden Ausführungsform ist ein fremdgezündeter Ottomotor.
-
Der Starter 3 ist ein nach dem Schwungkraftverzahnungsprinzip ausgelegter Starter, der in der Lage ist, sich mit Drehzahlen bis oberhalb einer Leerlaufdrehzahl der Maschine 2 zu drehen, und weist unter anderem einen Elektromotor 7, ein Ritzel 8 und einen elektromagnetischen Schalter 9 auf.
-
Der Elektromotor 7 ist ein Gleichstrom-(DC-) bzw. Kommutatormotor, der ein (nicht dargestelltes) Feld, das aus Dauermagneten (oder Feldspulen) gebildet ist, die auf einem Innenumfang eines Jochs angeordnet sind, das auch als Rahmen dient, einen Anker mit einem (nicht dargestellten) Kommutator, der an einem Außenumfang einer Ankerachse angeordnet ist, und (nicht dargestellte) Bürsten, die an einem Außenumfang des Kommutators angeordnet sind, aufweist.
-
Der Elektromotor 7 ist in der Lage, sich mit Drehzahlen oberhalb der Leerlaufdrehzahl zu drehen.
-
Das Ritzel 8, bei dem es sich um ein kleines Getrieberad handelt, das an einer Abtriebswelle des Elektromotors 7 angeordnet ist, steht mit einem Hohlrad 11 in Eingriff, um die Drehkraft des Elektromotors 7 auf eine Kurbelwelle 12 der Maschine 2 zu übertragen, der mit dem Hohlrad 11 verbunden ist.
-
Der elektromagnetische Schalter 9 dient nicht nur als Ritzelanschubeinrichtung zum Schieben des Ritzels 8 über einen (nicht dargestellten) Schalthebel in Richtung auf das Hohlrad 11, so dass das Ritzel 8 mit dem Hohlrad 11 in Eingriff kommt, sondern auch als Elektromotorschalter innerhalb eines Bestromungskreises zum Ein- und Ausschalten des Elektromotors 7. Im elektromagnetischen Schalter 9 können eine Magnetspule zum Schieben des Ritzels 8 in Richtung auf das Hohlrad 11 und eine Magnetspule zum An- und Abschalten eines Erregungsstroms des Elektromotors 7 gleich oder verschieden sein.
-
Die elektronische Steuereinheit (ECU) 4 dient als Startersteuereinrichtung zum Steuern der Bestromung des Starters 3 auf Basis von Signalen von einem Maschinendrehzahlsensor 13 zum Erfassen einer Drehzahl der Maschine (auch als Maschinendrehzahl bezeichnet), eines (nicht dargestellten) Startschalters, eines (nicht dargestellten) Bremsensensors und dergleichen.
-
Die Maschinenstartvorrichtung 1 ist so gestaltet, dass sie den Elektromotor 7 mit dem Ritzel 8 betätigt, das mit dem Hohlrad 11 in Eingriff steht, um dadurch die Maschine 2 anzukurbeln, und um das Ritzel 8 vom Hohlrad 11 zu lösen oder den Elektromotor 7 stromlos zu machen, um dadurch die Ankurbelung der Maschine 2 zu beenden.
-
Das heißt, auf einen Befehl zum Starten der Maschine 2 hin versetzt die ECU 4 den Starter 3 in einen Antrieb-EIN-Zustand, um die Maschine 2 anzukurbeln.
-
Antrieb-EIN-Zustand bezeichnet einen Zustand, in dem das Ritzel 8 mit dem Hohlrad 11 in Eingriff steht, nachdem es in Richtung auf das Hohlrad 11 geschoben worden ist, und der Elektromotor 7 in einem bestromten Zustand ist, und die Drehkraft des Elektromotors 7 dadurch auf die Kurbelwelle 12 übertragen wird.
-
Der Befehl zum Starten der Maschine 2 kann als Signal vom Startschalter, dass der Startschalter eingeschaltet worden ist, während die Maschine 2 angehalten ist, an die ECU (Startersteuereinheit) 4 signalisiert werden. In einem Fahrzeug, das mit dem Leerlaufstoppsystem ausgestattet ist, wird die Maschine neu gestartet, wenn eine Leerlaufstoppeinrichtung (oder Leerlaufabschaltungseinrichtung) durch Deaktivieren der Bremse bestromt wird. Daher kann der Befehl zum Starten der Maschine 2 auch als Erfassungssignal vom Bremsensensor, dass die Bremse losgelassen worden ist, an die ECU (die Startersteuereinheit) 4 signalisiert werden. Der ECU 4 wird auch befohlen, die Maschine 2 neu zu starten, wenn die Bremse während einer Verlangsamung bis zu einem automatischen Anhalten der Maschine 2 losgelassen wird.
-
Wenn eine vorgegebene Bedingung für die Beendigung der Ankurbelung der Maschine erfüllt ist, bringt die ECU 4 das Ritzel 8 aus der Eingriffsposition zurück in die Ausgangsposition, um das Ritzel 8 vom Hohlrad 11 zu lösen oder um den Elektromotor 7 stromlos zu machen, um dadurch die Ankurbelung der Maschine 2 zu beenden. Das heißt, die ECU 4 bringt den Starter 3 in einen Antrieb-AUS-Zustand.
-
(Merkmale)
-
In der vorliegenden Ausführungsform kurbelt der Starter 3 den Verbrennungsmotor 2 mit einer bestimmten Drehzahlsteigerungsrate (oder einer Drehzahlerhöhung) an, bis eine vorgegebene Drehzahl N1, die bei oder über 450 UpM liegt, erreicht ist.
-
Die Ankurbelung der Maschine wird bei der vorgegebenen Drehzahl N1 beendet, bevor die Leerlaufdrehzahl erreicht wird. Die jeweilige Drehzahlsteigerungsrate wird so eingestellt, dass die Drehzahl der Maschine während eines Freilaufs der Maschine 2 nach Beendigung der Ankurbelung der Maschine 2 für eine vorgegebene Zeit von der vorgegebenen Drehzahl N1 aus (die bei oder über 450 UpM und unter der Leerlaufdrehzahl liegt) weiter steigen kann.
-
Zum Beispiel wird die Drehzahl der Maschine vom Starter 3, der die Maschine 2 ankurbelt, im Wesentlichen linear in 0,3 Sekunden auf 600 UpM (die vorgegebene Drehzahl N1) erhöht. Das heißt, die Drehzahlsteigerungsrate ist in diesem Fall 2000 UpM. In diesem Beispiel kann die Drehzahl der Maschine während des Freilaufs der Maschine 2 nach der Beendigung der Ankurbelung der Maschine 2 für eine bestimmte Zeit weiterhin im Wesentlichen linear von der vorgegebenen Dehzahl N1 aus steigen.
-
Die oben genannte Drehzahlsteigerungsrate wird auch so eingestellt, dass die Drehkraft des Starters 3 während der Ankurbelung der Maschine 2 weiterhin vom Ritzel 8 auf das Hohlrad 11 übertragen werden kann, auch wenn die Drehzahl der Maschine bei einem Pumpen der Maschine 2 während der Ankurbelung der Maschine 2 abrupt erhöht wird.
-
Im Falle einer niedrigen Drehzahlsteigerungsrate kann das Ritzel 8, wie in 4 dargestellt ist, in einem frühen Stadium der Ankurbelung der Maschine 2 vom Hohlrad 11 gelöst werden (zum Beispiel etwa bis Kolben der drei Zylinder sich nacheinander durch ihre jeweiligen oberen Totpunkte (OTTs) bewegt haben, wie später beschrieben), wenn die Drehzahl der Maschine bei einem Pumpen der Maschine 2, durch das eine Übertragung des Drehmoments des Starters 3 vom Ritzel 8 auf das Hohlrad 11 außer Kraft gesetzt wird, erhöht wird. Ein solches Phänomen wird als ”Drehmomentverlust” bezeichnet. Wenn es zu einem solchen Drehmomentverlust kommt, kann die Drehzahl der Maschine, wie in 4 dargestellt ist, die Drehzahl des Ritzels 8 sogar während der Ankurbelung der Maschine 2 übertreffen.
-
In der vorliegenden Ausführungsform kann die Maschine 2 jedoch auf Basis dessen, dass die Drehzahlsteigerungsrate der Maschine 2 beim Pumpen der Maschine 2 vorab in Erfahrung gebracht wird, mit einer Drehzahlsteigerungsrate angekurbelt werden, die höher ist als die bekannte Drehzahlsteigerungsrate der Maschine 2.
-
Bei der Maschinenstartvorrichtung 1 können sich Kolben einer Mehrzahl von Zylindern während der Ankurbelung der Maschine 2 durch ihre jeweiligen OTTs bewegen. Zum Beispiel bewegen sich in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 2 dargestellt, die Kolben der ersten, dritten, vierten und zweiten Zylinder in dieser Reihenfolge durch ihre jeweiligen OTTs. Während der Ankurbelung der Maschine 2 bewegen sich die Kolben der ersten, dritten und vierten Zylinder durch ihre jeweiligen OTTs.
-
Die Drehzahl nimmt linear zu, während sich die Kolben der ersten, dritten und vierten Zylinder in dieser Reihenfolge durch ihre jeweiligen OTTs bewegen. Das heißt, die Drehzahlen bei OTTs der ersten, dritten und vierten Zylinder liegen, wie in 2 dargestellt, auf einer Approximationslinie oder einer Fit-Linie X, bei der es sich um eine gerade, monoton steigende Linie handelt. Die Steigung der Approximationslinie X liefert eine Drehzahlsteigerungsrate in der vorliegenden Ausführungsform. Zum Beispiel liegt die Drehzahlsteigerungsrate (d. h. die Steigung der Approximationslinie X) bei 2000 UpM/s.
-
Wie noch beschrieben wird, weist die ECU 4 einen Zündzeitpunkteinsteller 401 und eine Maschinendrehzahlvoraussageeinrichtung 402 auf.
-
Der Zündzeitpunkteinsteller 401 ist so gestaltet, dass er einen Zündzeitpunkt einstellt, zu dem der Kraftstoff in der Brennkammer gezündet wird, während die Drehzahl der Maschine während der Ankurbelung der Maschine 2 durch den Starter 3 oder während des Freilaufs der Maschine 2, nachdem die Ankurbelung der Maschine 2 durch den Starter 3 beendet worden ist, steigt.
-
In der vorliegenden Ausführungsform, wo die Maschine 2 ein Ottomotor ist, ist der Zündzeitpunkt ein Zündungszeitpunkt, zu dem der Kraftstoff in der Brennkammer durch den Zünder entzündet oder fremdgezündet wird, beispielsweise durch eine Zündkerze.
-
In anderen Ausführungsformen, wo die Maschine 2 ein Dieselmotor ist, wird der Kraftstoff in der Brennkammer gleichzeitig mit der Einspritzung des Kraftstoffs in die Brennkammer entzündet. Das heißt, der Zündzeitpunkt ist der gleiche Zeitpunkt wie der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt.
-
In der vorliegenden Ausführungsform kann der erste Zündzeitpunkt Tc nach dem Beginn der Ankurbelung der Maschine 2 ausgehend von dessen stationärem Zustand auf einen bestimmten Zeitpunkt eingestellt werden, der um einen vordefinierten Zeitbetrag nach dem Beginn der Ankurbelung der Maschine 2 kommt und in einen Zeitraum fällt, in dem die Drehzahl in einem Freilauf der Maschine 2 nach Beendigung der Ankurbelung der Maschine 2 steigt. Der erste Zündzeitpunkt Tc wird abhängig von einer Umgebungsbedingung, einem Maschinenzustand, einem Batteriezustand des Starters 3 und anderem eingestellt. In manchen Ausführungsformen kann der erste Zündzeitpunkt Tc in dem Zeitraum liegen, in dem die Ankurbelung der Maschine durch den Starter stattfindet.
-
Die Maschinendrehzahlvoraussageeinrichtung 402 ist so gestaltet, dass sie eine Drehzahl der Maschine Nc zum Zündzeitpunkt Tc auf Basis der Drehzahlsteigerungsrate während der Ankurbelung der Maschine 2 voraussagt.
-
Zum Beispiel ist die Maschinendrehzahlvoraussageeinrichtung 402 so gestaltet, dass sie die Drehzahlsteigerungsrate während der Ankurbelung der Maschine 2 vorab als vordefinierte Funktion ermittelt und die Drehzahl der Maschine Nc zum Zündzeitpunkt Tc aus der Drehzahlsteigerungsrate während der Ankurbelung der Maschine 2 berechnet.
-
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Zündzeitpunkt Tc beispielsweise in der Nähe des OTT des zweiten Zylinders (OTT Nr. 2) eingestellt. Da die Drehzahl wie oben beschrieben linear zunimmt, während sich die Kolben der ersten, dritten und vierten Zylinder in dieser Reihenfolge durch ihre jeweiligen OTTs bewegen, kann die Drehzahl der Maschine nahe dem OTT des zweiten Zylinders auf einfache Weise und exakt aus der Drehzahlsteigerungsrate berechnet werden. Das heißt, die Maschinendrehzahlvoraussageeinrichtung 402 ist so gestaltet, dass sie die oben definierte Approximationslinie X, die näherungsweise eine Beziehung zwischen der Zeit, die ab dem Beginn der Ankurbelung der Maschine 2 vergangen ist, und der Drehzahl der Maschine darstellt, als die vordefinierte Funktion ermittelt und auf Basis der Approximationslinie X die Drehzahl der Maschine Nc zum Zündzeitpunkt Tc berechnet.
-
Man beachte, dass die Drehzahlsteigerungsrate (die Steigung der Ausgleichslinie X) mit Änderungen der an den Elektromotor 7 angelegten Spannung abhängig vom Batteriezustand und anderem etwas variieren kann. Daher kann die Drehzahlsteigerungsrate auf Basis des Batteriezustands korrigiert werden.
-
Nun wird die Maschinestartprozess unter Bezugnahme auf das Ablaufschema von 3 beschrieben.
-
Zuerst wird in Schritt S1, wenn der Startschalter eingeschaltet wird oder die Bremse losgelassen wird, um den Leerlaufstopp zu beenden, der Startbefehl zu EIN, und dann wird der Starter 3 in den Antrieb-EIN-Zustand gebracht. Das heißt, die Ankurbelung der Maschine 2 durch den Starter 3 wird initiiert.
-
Anschließend wird in Schritt S2 die Drehzahl der Maschine Nc zum Zündzeitpunkt Tc aus der Drehzahlsteigerungsrate auf die oben beschriebene Weise vorausgesagt.
-
In Schritt S3 wird eine Zylinderluftmenge zum Zündzeitpunkt Tc aus der aktuellen Ansaugluftmenge berechnet.
-
In Schritt S4 wird eine geeignete Kraftstoffeinspritzmenge auf Basis der vorausgesagten Drehzahl der Maschine Nc und der vorausgesagten Zylinderluftmenge berechnet.
-
In Schritt S5 wird die errechnete Kraftstoffmenge eingespritzt.
-
In Schritt S6 wird bestimmt, ob die Drehzahl N1 erreicht ist oder nicht erreicht ist. Falls bestimmt wird, dass die Drehzahl N1 erreicht ist, wird die Ankurbelung der Maschine 2 in Schritt S7 beendet.
-
In Schritt S8 wird der Brennstoff in der Brennkammer durch den Zünder entzündet (das heißt gezündet).
-
(Vorteile)
-
In der vorliegenden Ausführungsform kurbelt der Starter 3 den Verbrennungsmotor 2 mit einer bestimmten Drehzahlsteigerungsrate an, bis die vorgegebene Drehzahl N1 erreicht ist, die bei oder über 450 UpM liegt. Die Maschinenstartvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform weist den Zündzeitpunkteinsteller 401 auf, der so gestaltet ist, dass er den Zündzeitpunkt Tc einstellt, zu dem der Kraftstoff in der Brennkammer der Maschine 2 gezündet wird, während die Drehzahl während der Ankurbelung der Maschine 2 durch den Starter 3 oder während des Freilaufs der Maschine 2, nachdem die Ankurbelung der Maschine 2 durch den Starter 3 beendet worden ist, steigt. Die Maschinenstartvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform weist ferner die Maschinendrehzahlvoraussageeinrichtung 402 auf, die so gestaltet ist, dass sie die Drehzahl der Maschine Nc zum Zündzeitpunkt Tc auf Basis der Drehzahlsteigerungsrate während der Ankurbelung der Maschine 2 voraussagt.
-
Dadurch kann die Maschine 2 angekurbelt werden, bis die Drehzahl der Maschine einen hohen Maschinendrehzahlbereich erreicht, wobei die Untergrenze dieses Bereichs mit bei oder über 450 UpM nahe der Leerlaufdrehzahl liegt. Somit muss das Zünden in den meisten Fällen nicht wiederholt werden, um die Maschine zu starten. Der Grund dafür ist, dass die Maschine 2 bis zum Erreichen der Leerlaufdrehzahl oder bis ungefähr kurz vor Erreichen der Leerlaufdrehzahl weiter angekurbelt wird. Im Gegensatz dazu wird mit der herkömmlichen Technik die Leerlaufdrehzahl mit einer Verbrennung durch aufeinanderfolgende Zündungen erreicht.
-
Der Kraftstoff in der Brennkammer wird gezündet, während die Drehzahl während der Ankurbelung der Maschine 2 durch den Starter 3 oder während die Maschine 2 nach der Beendigung der Ankurbelung der Maschine 2 durch den Starter 3 im Freilauf läuft, steigt, wodurch die Drehzahl Nc zum Zündzeitpunkt Tc aus der Drehzahlsteigerungsrate während der Ankurbelung der Maschine 2 exakt vorausgesagt werden kann. Somit ist die Maschinenstartvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform in der Lage, eine angemessene Kraftstoffmenge einzuspritzen, um die Drehzahl der Maschine auf die Leerlaufdrehzahl zu erhöhen.
-
Außerdem wird die jeweilige Drehzahlsteigerungsrate so eingestellt, dass die Drehkraft des Starters 3 während der Ankurbelung der Maschine 2 weiterhin vom Ritzel 8 auf das Hohlrad 11 übertragen werden kann, auch wenn die Drehzahl der Maschine bei einem Pumpen der Maschine 2 während der Ankurbelung der Maschine 2 abrupt erhöht wird.
-
Mit dieser Gestaltung kann der Drehmomentverlust vermieden werden, der in einem frühen Stadium der Ankurbelung der Maschine 2 leicht auftreten kann, wobei der Drehmomentverlust ein Phänomen ist, bei dem die Drehzahl der Maschine die Drehzahl des Ritzels 8 etwas übersteigt. Daher kann die Drehzahl der Maschine während der Ankurbelung der Maschine 2 exakt vorausgesagt werden und ein Einrückgeräusch, das durch Springen von Zähnen zwischen dem Hohlrad 8 und dem Ritzel 11 während der Ankurbelung der Maschine 2 bewirkt wird, kann verringert werden.
-
In der vorliegenden Ausführungsform steigt die Drehzahl während der Ankurbelung der Maschine 2 linear, während sich die Kolben der ersten, dritten und vierten Zylinder nacheinander durch ihre jeweiligen OTTs, das heißt OTT Nr. 1, OTT Nr. 3, OTT Nr. 4, in dieser Reihenfolge, bewegen.
-
Dadurch kann die Drehzahl bei der Zündung, die in der Nähe des nächsten OTT stattfindet, das heißt des OTT Nr. 2, auf einfache Weise und exakt aus den Drehzahlen bei OTT Nr. 1, OTT Nr. 3 und OTT Nr. 4 vorausgesagt werden.
-
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Elektromotor 7 ein Gleichstrommotor (DC-Motor). Dadurch kann die Drehzahl auf einfache Weise und linear erhöht werden, wodurch eine einfache und exakte Vorhersage der Drehzahl möglich ist.
-
(Modifikationen)
-
In der oben beschrieben Ausführungsform ist die Beziehung zwischen der Zeit, die ab Beginn der Ankurbelung der Maschine 2 vergangen ist, und der Drehzahl der Maschine eine lineare Beziehung, so dass die Drehzahl der Maschine 2 mit einer Zunahme der Zeit, die ab dem Beginn der Ankurbelung der Maschine 2 vergangen ist, linear steigt, wobei diese Beziehung durch die Approximationslinie X dargestellt werden kann. Alternativ dazu kann die Beziehung zwischen der Zeit, die ab dem Beginn der Ankurbelung der Maschine 2 vergangen ist, und der Drehzahl der Maschine eine nicht-lineare Beziehung sein, die von einer Fit-Linie dargestellt werden kann.
-
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die ECU 4 (genauer die Maschinendrehzahlvoraussageeinrichtung 402) so gestaltet, dass sie die Drehzahl der Maschinensteigerungsrate vorab als die vordefinierte Funktion ermittelt. Alternativ dazu kann die ECU 4 (genauer die Maschinendrehzahlvoraussageeinrichtung 402) so gestaltet sein, dass sie den Maschinendrehzahlsensor 13 verwendet, um Drehzahlen bei OTTs vor dem Zeitpunkt Tb, zu dem die Kraftstoffeinspritzmenge eingestellt wird, zu erfassen (siehe 2), die Drehzahlsteigerungsrate auf Basis der bei den OTTs erfassten Drehzahlen berechnet und auf Basis der errechneten Drehzahlsteigerungsrate die Drehzahl Nc zum Zündzeitpunkt Tc (in der Nähe des folgenden OTT) voraussagt.
-
Das heißt, es können beispielsweise die Drehzahl beim OTT des ersten Zylinders und die Drehzahl beim OTT des dritten Zylinders vom Maschinendrehzahlsensor 13 erfasst werden. Die Drehzahl OTT zum Zündzeitpunkt Tc kann auf Basis der Drehzahlsteigerungsrate berechnet werden, die aus den erfassten Drehzahlen bei OTTs der ersten und dritten Zylinder berechnet werden.
-
Der herkömmliche Starter 3 weist die Freilaufkupplung nicht nur zum Übertragen der Drehkraft des Elektromotors 7 auf das Ritzel 8, sondern auch zum Unterbrechen der Übertragung einer Drehkraft vom Ritzel 8 auf den Elektromotor 7 auf.
-
Da in der oben beschriebenen Ausführungsform die Ankurbelung der Maschine 2 vor dem Zünden beendet wird, ist es unwahrscheinlich, dass der Elektromotor 7 von der Maschine 2 umgekehrt wird. Somit ist die Freilaufkupplung nicht nötig. In manchen Ausführungsformen, wo die Ankurbelung der Maschine nach dem Zünden beendet wird, kann der Starter 3 die Freilaufkupplung aufweisen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
