DE102016106903A1

DE102016106903A1 - Maschinensteuerungsvorrichtung zum genauen Vorhersagen der Maschinendrehzahl

Info

Publication number: DE102016106903A1
Application number: DE102016106903.5A
Authority: DE
Inventors: Tomohiro Takizawa; Shinsuke KAWAZU
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2016-04-14
Publication date: 2016-10-20
Also published as: CN106050448A; US20160305355A1; JP2016205174A; JP6447339B2; US10294880B2

Abstract

Eine Maschinensteuerungsvorrichtung sagt die Drehzahl einer Maschine in einem Normaldrehbereich als eine Funktion einer Verlustenergie in einer Maschinendrehungspulsierungsperiode voraus, und sagt ebenso die Drehzahl der Maschine in einem Rückwärtsdrehbereich als eine Funktion einer Pumpverlustkomponente und einer Verlustenergie, die durch Umkehren des Vorzeichens eines Werts einer Reibungskomponente, die ein Teil der Verlustenergie in dem Normaldrehbereich ist und aus einer mechanischen Reibung hervorgeht, der der Kolben während eines Hubs von diesem ausgesetzt ist, hergeleitet wird, voraus. Die Pumpverlustkomponente ist ein Energieverlust, der in dem Ansaugtakt der Maschine auftritt. Diese Berechnung verbessert die Genauigkeit der Vorhersage einer zukünftigen Maschinendrehzahl zwischen einem Start eines Abfalls der Drehzahl der Maschine resultierend aus einem Stopp einer Verbrennung von Kraftstoff und einem Stopp einer Drehung der Maschine.

Description

QUERBEZUG AUF VERWANDTE DRUCKSCHRIFT
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-84912 , eingereicht am 17. April 2015, wobei deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
HINTERGRUND
1 Technisches Gebiet
Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Maschinensteuerungsvorrichtung, die in Kraftfahrzeugen angewendet werden kann, und insbesondere auf eine solche Maschinensteuerungsvorrichtung, die konstruiert ist, um eine Drehzahl einer Brennkraftmaschine innerhalb einer Zeitperiode zwischen einem Start eines Abfalls der Drehzahl der Maschine resultierend aus einem Stopp der Verbrennung von Kraftstoff in der Maschine und einem Stopp der Drehung der Maschine vorherzusagen oder zu berechnen.
2 Stand der Technik
Es sind Maschinensteuerungssysteme für Kraftfahrzeuge bekannt, die eine Leerlaufstoppfunktion aufweisen, um eine Operation des Fahrers, wie etwa eine Beschleunigungsoperation oder eine Bremsoperation zum Starten oder Stoppen des Fahrzeugs, zu überwachen, um automatisch eine im Fahrzeug montierte Maschine zu stoppen oder neu zu starten. Eine solche automatische Maschinenstopp- und -neustartsteuerung wird gewöhnlich durchgeführt, um den Verbrauch von Kraftstoff in der Maschine zu reduzieren.
Die japanische Patenterstveröffentlichung Nr. 2014-77399 lehrt ein automatisches Maschinenstopp- und -neustartsystem, das, wenn eine Maschinenstartanforderung gestellt wird, während die Drehzahl der Maschine in einem automatischen Maschinenstoppmodus abnimmt, die Maschine so schnell wie möglich neu startet, ohne auf einen vollständigen Stopp der Maschine zu warten. Wenn insbesondere die Maschinenstartanforderung gestellt wird, fungiert das automatische Maschinenstopp- und neustartsystem dazu, die Drehzahl der Maschine nach Verstreichen einer Zeitperiode, die notwendig ist, um einen Kolben eines Maschinenstarters zu bewegen und einen Eingriff mit einem an einer Ausgangswelle der Maschine angebrachten Hohlrad in Eingriff zu bringen, vorherzusagen, und anschließend die Operation des Maschinenstarters zu steuern.
Die vorstehende Veröffentlichung lehrt ebenso ein Berechnen eines Energieverlustes während einer Rückwärtsdrehung der Maschine von einem Energieverlust während einer normalen Drehung bzw. Normaldrehung der Maschine, um die Drehzahl der Maschine in einem Rückwärtsdrehbereich vorauszusagen. Bei dem Voraussagen der Drehzahl der Maschine in dem Rückwärtsdrehbereich wird der Energieverlust in einem Normaldrehbereich in eine Reibungskomponente und eine Kompressionskomponente heruntergebrochen. Die positiven und negativen Vorzeichen der Reibungskomponente werden umgekehrt, während die Summe der Kompressionskomponente über alle Takte der Maschine als Null angenommen wird.
Jedoch führt die Annahme, dass die Summe der Kompressionskomponenten über alle der Takte der Maschine Null ist, bei der Vorhersage der Drehzahl der Maschine zu der Befürchtung, dass die Genauigkeit der Vorhersage der Drehzahl der Maschine mit einem Anstieg der Kompressionskomponente abnimmt. Die verringerte Vorhersagegenauigkeit kann zu einem Fehler des Eingreifens des Ritzels mit dem Zahnkranz in einem Maschinendrehzahlbereich führen, bezüglich dessen ein Geräusch, das vom Eingriff des Ritzels mit dem Zahnkranz entsteht, oder einer mechanischen Abnutzung des Ritzelrads und des Zahnkranzes entstehen kann, was zu einem Anstieg eines solchen Geräusches oder einem vorzeitigen mechanischen Verschleiß führt, wenn die Maschine neu gestartet wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist daher eine Aufgabe, eine Maschinensteuerungsvorrichtung bereitzustellen, die konstruiert ist, um die Genauigkeit des Vorhersagens oder Berechnens der Drehzahl einer Maschine innerhalb einer Zeitperiode zwischen einem Start eines Abfalls der Drehzahl der Maschine resultierend aus einem Stopp einer Verbrennung von Kraftstoff in der Maschine, und einem Stopp einer Drehung der Maschine zu verbessern.
Gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels ist eine Maschinensteuerungsvorrichtung bereitgestellt, die dazu fungiert, um eine Drehzahl einer Maschine in einer Zeitperiode zwischen einem Start eines Abfalls der Drehzahl der Maschine resultierend aus einem Stopp einer Verbrennung von Kraftstoff in der Maschine und einem Stopp einer Drehung der Maschine vorauszusagen. Die Maschinensteuerungsvorrichtung weist auf: (a) eine erste Berechnungseinrichtung, die eine zukünftige Drehzahl der Maschine in einem Normaldrehbereich von dieser als eine Funktion einer Verlustenergie in einer neuersten von Maschinendrehungspulsierungsperioden vorhersagt, wobei jede davon einem Änderungszyklus der Maschinendrehzahl hervorgehend aus einem Anstieg und einem Abfall eines Volumens eines Zylinders der Maschine entspricht; (b) eine Energieberechnungseinrichtung, die ein positives oder negatives Vorzeichen eines Werts einer Reibungskomponente, die ein Teil der Verlustenergie im Normaldrehbereich ist und die aus einer mechanischen Reibung hervorgeht, der ein Kolben der Maschine während eines Hubs davon unterworfen ist, umkehrt, und eine Verlustenergie in einem Rückwärtsdrehbereich der Maschine als eine Funktion des Werts der Reibungskomponente, deren Vorzeichen umgekehrt wurde, und einer Pumpverlustkomponente, die ein Energieverlust ist, der in einem Ansaugtakt der Maschine auftritt, berechnet; und (c) eine zweite Berechnungseinrichtung, die eine zukünftige Drehzahl der Maschine im Rückwärtsdrehbereich der Maschine basierend auf der durch die Energieberechnungseinrichtung hergeleiteten Verlustenergie vorhersagt.
Die Reibungskomponente, die von einer Verlustenergie, die in der Maschine zwischen dem Start eines Abfalls der Drehzahl der Maschine resultierend aus dem Stopp des Verbrennens des Kraftstoffs in der Maschine und dem Stopp einer Drehung der Maschine erzeugt wird, eine Komponente ist, die durch die mechanische Reibung verursacht wird, die der Kolben während eines Hubs von diesem erfahren wird, wirkt in der Normaldrehung und der Rückwärtsdrehung der Maschine in unterschiedliche Richtungen. Die Kompressionskomponente resultierend aus einer Druckänderung in dem Zylinder der Maschine kann durch die Pumpverlustkomponente ausgedrückt werden, die ein Energieverlust ist, der während des Einlasstakts in die Maschine auftritt. Die Maschinensteuerungsvorrichtung ist basierend auf der vorstehenden Tatsache konstruiert, und erhöht die Genauigkeit der Berechnung des Energieverlustes in der Rückwärtsdrehung der Maschine, was zu einer verbesserten Genauigkeit des Vorhersagens einer zukünftigen Drehzahl der Maschine im Rückwärtsdrehbereich führt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachstehend bereitgestellten detaillierten Beschreibung und aus den anhängenden Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung, die jedoch nicht betrachtet werden sollte, die Erfindung auf die spezifischen Ausführungsbeispiele einzuschränken, sondern lediglich zum Zweck der Erläuterung und des Verständnisses dienen, umfassender verstanden.
In den Zeichnungen gilt:
1 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Maschinensteuerungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
2(a) ist eine Teilansicht, die einen Hub eines Kolbens in einem Zylinder einer Maschine von einem oberen Totpunkt zu einem unteren Totpunkt demonstriert;
2(b) ist eine Teilansicht, die einen Hub eines Kolbens in einem Zylinder einer Maschine von einem unteren Totpunkt zu einem oberen Totpunkt demonstriert;
2(c) ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen dem Druck in einem Zylinder und dem Volumen des Zylinders während eines Einlasstaktes eines Kolbens einer Maschine demonstriert;
2(d) ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen dem Druck in einem Zylinder und dem Volumen des Zylinders während eines Kompressions- bzw. Verdichtungstaktes eines Kolbens einer Maschine demonstriert;
2(e) ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen dem Druck in einem Zylinder und dem Volumen des Zylinders während eines Expansions- bzw. Arbeitstakts eines Kolbens einer Maschine demonstriert;
2(f) ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen dem Druck in einem Zylinder und dem Volumen des Zylinders während eines Auslasstakts eines Kolbens einer Maschine demonstriert;
3 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Druck in einem Zylinder einer Maschine und einer Winkelposition einer Kurbelwelle der Maschine darstellt;
4 ist ein Ablaufdiagramm eines Drehzahlvorhersageprogramms, das durch die Maschinensteuerungsvorrichtung von 1 auszuführen ist; und
5 ist ein Ablaufdiagramm eines Startersteuerungsprogramms zum Steuern einer Operation eines Starters bzw. Anlassers unter Verwendung einer Drehzahl einer Maschine, die in dem Programm von 4 vorhergesagt wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in unterschiedlichen Ansichten bezeichnen, und insbesondere auf 1, ist ein Maschinensteuerungssystem eines Ausführungsbeispiels gezeigt, das bezüglich einer Viertakt-Vierzylinder-Maschine verwendet wird. Das Maschinensteuerungssystem (das nachstehend ebenso als eine Maschinensteuerungsvorrichtung bezeichnet wird) ist durch eine elektronische Steuereinheit (ECU) implementiert, und dient zum Durchführen einer Kraftstoffeinspritzsteuerungsaufgabe, einer Zündzeitpunktsteuerungsaufgabe und einer automatischen Maschinenstopp- und -neustartaufgabe.
Eine Anlasser- bzw. Startervorrichtung 10 ist, wie in 1 veranschaulicht ist, als ein Maschinenstarter der Ritzeldruckart konstruiert, und umfasst ein Ritzel 11, einen Elektromotor 12 und ein elektromagnetisches Stellglied 13. Der Motor 12 fungiert zum Drehen des Ritzels 11. Das elektromagnetische Stellglied 13 fungiert als ein elektrisch angetriebenes Stellglied zum Drücken des Ritzels 11 in eine Axialrichtung von diesem. Der Motor 12 ist über ein Motorerregungsrelais 15 mit einer Batterie bzw. einem Akkumulator 16 verbunden. Wenn eine Schaltvorrichtung des Motorerregungsrelais 15 geschlossen wird, führt die Batterie 16 dem Motor 12 elektrische Energie zu. Das Motorerregungsrelais 15 weist eine mit einem Motorantriebsrelais 14, das als Antwort auf ein elektrisches Signal geöffnet oder geschlossen wird, verbundene Spule auf. Die Schaltvorrichtung des Motorerregungsrelais 15 wird geschlossen, wenn ein Schließsignal in das Motorantriebsrelais 14 eingegeben wird, wodurch die Energie von der Batterie 16 dem Motor 12 zugeführt wird.
Das elektromagnetische Stellglied 13 umfasst einen Stößel 17 und eine Spule 18. Der Stößel 17 überträgt eine Antriebskraft (d. h. Moment) über einen Hebel an das Ritzel 11. Bei Erregung fungiert die Spule 18, um den Stößel 17 in eine Axialrichtung davon zu bewegen. Das elektromagnetische Stellglied 13 ist elektrisch mit der Batterie 16 über ein Ritzelantriebsrelais 19 verbunden. Das Ritzelantriebsrelais 19 wird als Antwort auf ein elektrisches Signal, das sich von dem an das Motorantriebsrelais 14 Ausgegebene unterscheidet, geöffnet oder geschlossen. Mit anderen Worten werden die Drehung des Ritzels 11, die durch den Motor 12 erlangt wird, und der Schub des Ritzels 11, der durch das elektromagnetische Stellglied 13 erlangt wird, unabhängig voneinander gesteuert.
Das Ritzel 11 befindet sich an einer Position, wo, wenn das Ritzel 11 bewegt wird, Zähne von diesem in Eingriff mit dem mit einer Ausgangswelle (d. h. eine Kurbelwelle 22) der Maschine 20 gekoppelten Zahnkranz 21 gebracht werden. Insbesondere gilt, dass wenn das elektromagnetische Stellglied 13 nicht erregt ist, sich das Ritzel 11 in Nicht-Kontakt mit dem Zahnkranz 21 befindet. Wenn das Ritzelantriebsrelais 19 eingeschaltet oder geschlossen wird, wenn sich das Ritzel 11 in Nicht-Kontakt mit dem Zahnkranz 21 befindet, wird dem elektromagnetischen Stellglied 13 Energie von der Batterie 16 zugeführt, und zieht den Stößel 17 in der Axialrichtung von diesem an, wodurch das Ritzel 11 in Richtung des Zahnkranzes 21 gedrückt wird. Dies bewirkt, dass jeder an einem Außenumfang des Ritzels 11 angeordnete Zahn zwischen zwei benachbarten von an einem Außenumfang des Zahnkranzes 21 angeordneten Zähnen eintritt, um einen mechanischen Eingriff zwischen dem Ritzel 11 und dem Zahnkranz 21 herzustellen. Wenn der Motor 12 erregt wird, wenn sich das Ritzel 11 mit dem Zahnkranz 21 in Eingriff befindet, wird dies den Zahnkranz 21 bewirken, durch das Ritzel 11 gedreht zu werden, um ein Start- bzw. Anlaufmoment bezüglich der Maschine 20 auszuüben, wodurch die Maschine 20 angelassen wird.
Das Maschinensteuerungssystem umfasst ebenso einen Kurbelwinkelsensor 23, der ein Rechtecksignal zu einem Intervall eines vorgegebenen Kurbelwinkels der Maschine 20 ausgibt. Der Kurbelwinkelsensor 23 ist mit einem Pulsgeber (d. h. eine Drehscheibe) 24 und einem elektromagnetischen Aufnehmer 25 ausgestattet. Der Pulsgeber 24 dreht sich einhergehend mit der Kurbelwelle 22. Der elektromagnetische Aufnehmer 25 ist nahe des Außenumfangs des Pulsgebers 24 angebracht. An dem Pulsgeber 24 sind an einem Umfang von diesem eine Vielzahl von Vorsprüngen 26, die in einem Intervall eines vorgegebenen Drehwinkels (z. B. 30°CA) entfernt voneinander angeordnet sind, und ein ebener Bereich 27, an dem sich keine Vorsprünge befinden, z. B. werden die beiden Vorsprünge 26 weggelassen, ausgebildet.
Wenn sich der Pulsgeber 24 der Rotation der Kurbelwelle 22 folgend dreht, gibt der elektromagnetische Aufnehmer 25 ein Impulssignal (das nachstehend ebenso als ein Kurbelpulssignal bezeichnet wird) jedes Mal dann aus, wenn einer der Vorsprünge 26 den elektromagnetischen Aufnehmer 25 erreicht oder durchläuft, das heißt zu einem Intervall von 30°CA in diesem Ausführungsbeispiel. Die ECU 30 analysiert das Impulssignal, das von dem elektromagnetischen Aufnehmer 25 eingegeben wird, und bestimmt die Drehzahl und Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 22 der Maschine 20 als eine Funktion einer Breite des Impulssignals. Die ECU 30 zählt ebenso die Anzahl der Impulssignale, die sequentiell eingegeben werden, um den Kurbelwinkel oder die Winkelposition der Kurbelwelle 22 zu bestimmen.
Die ECU 30 fungiert als eine elektronische Steuerung, die mit einem typischen Mikrocomputer ausgestattet ist, um Ausgaben von in dem Maschinensteuerungssystem installierten Sensoren zum Steuern der in die Maschine 20 einzuspritzende Kraftstoffmenge, des Zündzeitpunkts, der Operation der Maschine 20, beispielsweise in einen Leerlaufstoppmodus, und der Operation der Startervorrichtung 10 zu überwachen oder zu analysieren. Die in dem Maschinensteuerungssystem installierten Sensoren umfassen den Kurbelwinkelsensor 23, einen Ansaugdrucksensor 28 und einen Kühlmitteltemperatursensor (nicht gezeigt). Der Einlassdrucksensor 28 misst den Druck in einem mit der Maschine 20 verbundenen Ansaugrohr. Der Kühlmitteltemperatursensor fungiert zum Messen der Temperatur von Kühlwasser oder eines Kühlmittels für die Maschine 20.
Die Leerlaufstoppsteuerungsoperation (ebenso als eine automatische Maschinenstopp- und -neustartoperation bezeichnet), die durch das Maschinensteuerungssystem dieses Ausführungsbeispiels auszuführen ist, wird nachstehend beschrieben. Die Leerlaufstoppsteuerungsoperation dient zum automatischen Stoppen der Maschine 20, wenn eine automatische Maschinenstoppbedingung(en) während eines Leerlaufmodus eines Betriebs der Maschine 20 erfüllt ist, und anschließendem Neustarten der Maschine 20, wenn eine automatische Maschinenneustartbedingung(en) erfüllt ist. Beispielsweise ist die automatische Maschinenstoppbedingung eine Beliebige von Bedingungen, wo der Beschleuniger (z. B. das Fahrpedal) des Fahrzeugs vollständig gelöst wurde, das heißt, sich die Maschine im Leerlauf befindet, wo das Bremspedal herabgedrückt wird und wo die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 20 unter einen vorgegebenen Wert abgefallen ist. Die automatische Maschinenneustartbedingung ist eine von Bedingungen, wo der Beschleuniger herabgedrückt wird, und wo das Bremspedal vollständig gelöst wurde.
Das Maschinensteuerungssystem dieses Ausführungsbeispiels ist derart ausgelegt, um die Maschine 20 so schnell wie möglich neu zu starten, ohne zu warten, dass die Maschine 20 vollständig stoppt, wenn die automatische Maschinenneustartbedingung in einer Zeitperiode erfüllt ist, wenn die Drehzahl der Maschine 20 folgend auf einen automatischen Stopp der Maschine 20 abfällt.
Insbesondere gilt, dass wenn die automatische Maschinenstoppbedingung auftritt, das Maschinensteuerungssystem fungiert, um eine Verbrennung von Kraftstoff in der Maschine 20 zu stoppen. Wenn die automatische Maschinenneustartbedingung während einer Zeitperiode erfüllt ist, in der die Drehzahl der Maschine 20 folgend auf den Stopp des Verbrennens von Kraftstoff in der Maschine 20 abfällt, gibt das Maschinensteuerungssystem ein Ein-Signal an das Ritzelantriebsrelais 19 zu einem Zeitpunkt aus, der als eine Funktion der Drehzahl der Maschine 20 eingestellt ist (z. B., wenn die Drehzahl der Maschine 20 in einen Niedrigdrehzahlbereich von 100 U/min oder weniger gefallen ist). Dies bewirkt die Spule 18, erregt zu werden, um das Ritzel 11 in Richtung des Zahnkranzes 21 zu stoßen. Nachdem eine vorgegebene Zeitperiode (die nachstehend ebenso als eine Verfahrzeit Tp bezeichnet wird) verstrichen ist, seit das Ritzel 11 gestoßen wurde, gibt das Maschinensteuerungssystem das Ein-Signal an das Motorantriebsrelais 14 aus. Die Verfahrzeit Tp ist ein Zeitausmaß, das benötigt wird, zwischen wenn das Ritzel 11 startet, bewegt zu werden, und wenn das Ritzel 11 zu dem Zahnkranz 21 verfährt und dieses kontaktiert. Die Ausgabe des Ein-Signals an das Motorantriebsrelais 14 nach Verstreichen der Verfahrzeit Tp bewirkt das Ritzel 11, das sich mit dem Zahnkranz 21 in Eingriff befindet, gedreht zu werden, um die Maschine 20 anzukurbeln, ohne warten zu müssen, dass die Maschine 20 vollständig stoppt.
Der Eingriff des Ritzels 11 mit dem Zahnkranz 21 wird vorzugsweise erlangt, wenn eine relative Drehzahl des Zahnkranzes 21 bezüglich des Ritzels 11 in einem vorgegebenen Bereich liegt, beispielsweise 0 ± 100 U/min, um ein aus dem Eingriff zwischen diesem oder einem Verschleiß der Zähne von diesem auftretendes mechanisches Geräusch zu minimieren. Bevor das Ritzelantriebsrelais 19 geschlossen wird, befindet sich das Ritzel 11 weg von dem Zahnkranz 21. Es wird daher eine Zeit benötigt, um das Ritzel 11 zu bewegen und das Ritzel 11 dem Zahnkranz 21 in Kontakt zu bringen. Wenn daher das Ritzel 11 startet, um zum Zeitpunkt der Erfüllung der automatischen Maschinenneustartbedingung bewegt zu werden, wenn sich die Drehzahl der Maschine 20 in einem Bereich befindet, in dem es dem Ritzel 11 und dem Zahnkranz 21 zulässig ist, in Eingriff zu treten, kann dies verursachen, dass die Drehzahl der Maschine 20 zu einem Zeitpunkt außerhalb eines solchen zulässigen Bereichs liegt, wenn das Ritzel 11 tatsächlich mit dem Zahnkranz 21 in Eingriff kommt. Dies führt zu einer Befürchtung bezüglich eines Anstiegs eines mechanischen Geräusches, das aus dem Eingriff zwischen dem Ritzel 11 und dem Zahnkranz 21 oder einem Verschleiß von Zähnen davon hervorgeht.
Darüber hinaus weist der Kurbelwinkelsensor 23, der vom elektromagnetischen Aufnehmertyp ist, für gewöhnlich einen beschränkten Maschinendrehzahlbereich auf, in dem ein Impulssignal (das nachstehend ebenso als ein Kurbelimpulssignal bezeichnet wird) produziert werden kann, und nicht die Drehzahl der Maschine 20 genau messen kann, insbesondere in einem Niedrigdrehzahlbereich von beispielsweise 50 U/min oder weniger. Die Verwendung einer Ausgabe von dem Kurbelwinkelsensor 23 bei der Steuerung der Operation der Startervorrichtung 10 kann daher zu einer Verschlechterung der Steuerbarkeit des Maschinensteuerungssystems im Niedrigdrehzahlbereich führen.
Um die vorstehenden Probleme zu mildern, ist die ECU 30 konstruiert, um eine zukünftige Drehzahl der Maschine 20 in einer Zeitperiode zwischen, wenn die Drehzahl der Maschine 20 startet, abzufallen, und wenn die Maschine 20 vollständig stoppt, abzuschätzen oder zu berechnen, und die Zeit zu bestimmen, wann eine Bewegung des Ritzels 11 zu starten ist, sowie die Zeit zu bestimmen, wann der Motor 12 startet, betätigt zu werden, als eine Funktion der berechneten zukünftigen Drehzahl der Maschine 20. Insbesondere ist das Maschinensteuerungssystem mit einer ersten Berechnungseinrichtung, die als Rotationsberechnungsmittel dient, um die Drehzahl der Maschine 20 zu berechnen, nachdem die Kraftstoffverbrennung in der Maschine 20 stoppt, und wenn sich die Kurbelwelle 22 in der Vorwärtsrichtung (d. h. der normalen Richtung) dreht, und einer zweiten Berechnungseinrichtung, die als Rotationsberechnungsmittel dient, um die Drehzahl der Maschine 20 zu berechnen, nachdem die Kraftstoffverbrennung in der Maschine 20 stoppt, und wenn sich die Kurbelwelle 22 in der rückwärtigen Richtung dreht, ausgestattet.
ERSTE BERECHNUNGSEINRICHTUNG
Die erste Berechnungseinrichtung definiert jeden Zyklus einer Drehzahländerung der Maschine 20, die aus einem Anstieg und Abfall eines Volumens eines Zylinders (d. h. einer Verbrennungskammer) der Maschine 20 hervorgeht, als eine Maschinendrehzahlvorhersagezeitperiode (die nachstehend ebenso als eine Maschinendrehungspulsierungsperiode bezeichnet wird), und berechnet oder sagt eine zukünftige Drehzahl der Maschine 20 während einer Drehung der Maschine 20 in der Vorwärtsrichtung (d. h. in einem Normaldrehbereich) als eine Funktion eines Verlustes von Energie in der Maschine 20 in einer Vorhergehenden (d. h. einer Neuesten) der Maschinendrehungspulsierungsperioden voraus.
Insbesondere ist in diesem Ausführungsbeispiel, wie vorstehend beschrieben, die Maschine 20 eine Viertakt-Vierzylinder-Brennkraftmaschine. Wenn die Maschine 20 eine Einzelzylindermaschine ist, ist die Maschinendrehzahlvorhersageperiode oder die Maschinendrehungspulsierungsperiode, wie hier bezeichnet, ein Zyklus, in dem der Kolben von beispielsweise dem TDC zum BDC verfährt und anschließend zu dem TDC zurückkehrt, mit anderen Worten ein Zyklus, in dem das Volumen einer Verbrennungskammer eines Zylinders der Maschine 20 erhöht und anschließend verringert wird, oder umgekehrt. Die Maschine 20 dieses Ausführungsbeispiels weist vier Zylinder auf. Daher gilt, dass wenn die Verbrennungskammer in einem Beliebigen der Zylinder verdichtet bzw. komprimiert wird, sich jene in einem anderen der Zylinder ausdehnt. Ein solcher Zyklus (d. h. eine 180°-Drehung der Kurbelwelle 22) ist als eine der Maschinendrehungspulsierungsperioden in diesem Ausführungsbeispiel definiert.
Die erste Berechnungseinrichtung nimmt an, dass ein Verlust von Energie, was ein Verlust eines Moments der Kurbelwelle 22 ist (die nachstehend ebenso als Verlustenergie bezeichnet wird), während sich die Maschine 20 in der Vorwärtsrichtung bei verringernder Drehzahl davon dreht, bei der gleichen Winkelposition des Kolbens der Maschine 20 konstant verbleibt. Die erste Berechnungseinrichtung definiert, wie vorstehend beschrieben, jeden Zyklus (d. h. 180°CA (Kurbelwinkel) in diesem Ausführungsbeispiel) einer Änderung der Momentandrehzahl der Maschine 20, die aus einem Zyklus eines Anstiegs und Abfalls der Volumen der Verbrennungskammern der Maschine 20 hervorgeht, als eine der Maschinendrehungspulsierungsperioden, und berechnet zukünftige Werte der Drehzahl der Maschine 20 der Reihe nach als eine Funktion von vergangenen Werten davon in jeder der Maschinendrehungspulsierungsperioden in jeder der Maschinendrehungspulsierungsperioden. Mit anderen Worten bestimmt die erste Berechnungseinrichtung eine zukünftige Drehzahl der Maschine 20 basierend auf der Tatsache, dass wenn sich die Maschine 20 in der Vorwärtsrichtung dreht, ein Moment, das durch die Maschine 20 produziert wird, in dem gleichen Muster in jeweils zwei Aufeinanderfolgenden der Maschinendrehungspulsierungsperioden variieren wird. Die vorstehende momentane Drehzahl der Maschine 20 ist die Drehzahl der Maschine 20, die als eine Funktion eines Ausmaßes von Zeit abgeleitet wird, die die Kurbelwelle 22 benötigt, um einen vorgegebenen Winkel zu rotieren. Die erste Berechnungseinrichtung fungiert daher zum Berechnen eines vorhergesagten Werts der Momentandrehzahl der Maschine 20, der bei einem Drehzahlwinkel der Maschine 20 auftreten würde (d. h. einer Winkelposition der Kurbelwelle 22), wo das Kurbelimpulssignal als Nächstes von dem Kurbelwinkelsensor 23 ausgegeben werden wird, das heißt, in einem anschließenden Zyklus der Berechnung in der ECU 30, und anschließend zum Berechnen eines vorhergesagten Werts der Momentandrehzahl der Maschine zwei Zyklen der Berechnung später basierend auf dem vorhergesagten Wert in dem anschließenden Zyklus der Berechnung. Auf diese Weise leitet die ECU 30 den Verlauf einer Drehzahländerung der Maschine 20 in einer Zeitperiode, in der die Drehzahl der Maschine 20 abnimmt, her.
Insbesondere ist ein Punkt, der bereits durch den Kurbelwinkelsensor 23 erfasst wurde, oder bei dem die Drehzahl der Maschine 20 bereits durch die Rotationsberechnungseinrichtung vorhergesagt wurde, als ein Referenzpunkt P(i) definiert. Ein Punkt, für den die Drehzahl der Maschine 20 vorhergesagt wird, ist als ein Vorhersagepunkt P(i + 1) definiert. Die Drehzahl der Maschine 20 (die nachstehend ebenso als eine vorhergesagte Maschinendrehzahl Ne(i + 1) bezeichnet wird) am Vorhersagepunkt P(i + 1) im Normaldrehbereich der Maschine 20 wird durch die nachstehende Gleichung (1) ausgedrückt, unter Verwendung einer Verlustenergie El_{oss_p(i→i+1)}, die zwischen dem Referenzpunkt P(i) und dem Vorhersagepunkt P(i + 1) im Normaldrehbereich auftritt. Es sei angemerkt, dass das Vorzeichen der Verlustenergie, die in eine Richtung entgegengesetzt zu der normalen Richtung der Maschine 20 wirkt, als positiv definiert ist.
wobei Ne(i) die Drehzahl der Maschine 20 am Referenzpunkt P(i) ist, Ne(i + 1) die Drehzahl der Maschine 20 am Vorhersagepunkt P(i + 1) ist, und E_{loss_p(i→i+1)} eine Verlustenergie zwischen dem Referenzpunkt P(i) und dem Vorhersagepunkt P(i + 1) ist.
Das Maschinensteuerungssystem nimmt an, dass die Ausmaße eines durch die Maschine 20 produzierten Moments in den benachbarten zwei Maschinendrehungspulsierungsperioden während einer Kraftstoffabtrennung in der Maschine 20 bei den gleichen Kurbelwinkeln von dem TDC einander identisch sind, solange die Drehrichtung der Maschine 20 unverändert verbleibt. Die Verlustenergie Eloss_p(i→i + 1) in Gleichung (1) verwendet daher die Verlustenergie zwischen entsprechenden Kurbelwinkeln in der vorhergehenden Maschinendrehungspulsierungsperiode.
Die vorstehende Vorhersageoperation wird bei jeder Eingabe des Kurbelimpulssignals von dem Kurbelwinkelsensor 23 in die ECU 30 initiiert, d. h. alle 30°CA, und in einer Zeitperiode ausgeführt, bis eine anschließende Eingabe des Kurbelimpulssignals erfolgt, wodurch die vorhergesagte Daten zur Verwendung des Definierens des Änderungsverlaufs der Drehzahl der Maschine 20 aktualisiert werden. Die Vorhersageoperation kann alternativ durch Konvertieren der Momentwerte der Drehzahl der Maschine 20 in Werte einer Winkelgeschwindigkeit durchgeführt werden.
ZWEITE BERECHNUNGSEINRICHTUNG
Als Nächstes wird nachstehend das Vorhersagen der Drehzahl der Maschine 20, die durch die zweite Berechnungseinrichtung durchgeführt wird, diskutiert. Die erste Berechnungseinrichtung, wie bereits beschrieben wurde, sagt eine zukünftige Drehzahl der Maschine 20 unter der Annahme voraus, dass die Verlustenergie in der Maschine 20, nachdem die Maschine 20 ein Verbrennen des Kraftstoffs stoppt, bei der gleichen Kurbelwinkelposition konstant sein wird, wie bezüglich der Position des Kolbens der Maschine 20 ausgedrückt wird, in Zyklen einer Drehung der Kurbelwelle 22, jedoch ist eine solche Annahme nicht im Rückwärtsdrehbereich der Maschine erfüllt. Dies liegt daran, dass das Maschinenmoment (das nachstehend ebenso als ein Verlustmoment bezeichnet wird), das entwickelt wird, wenn das Verbrennen von Kraftstoff in der Maschine 20 gestoppt wird, gewöhnlich einen Momentenverlust enthält, der aus einer mechanischen Reibung hervorgeht, die auf den Kolben während eines Hubs in der Maschine 20 einwirkt, und ein solcher Momentenverlust wirkt auf die Maschine 20 in eine Richtung abhängig von der Drehrichtung der Maschine 20, mit anderen Worten in entgegengesetzten Richtungen zwischen der Vorwärtsrichtung und der rückwärtigen Richtung der Maschine 20 (siehe 2(a) bis 2(f)). Insbesondere enthält die Verlustenergie in den Maschinendrehungspulsierungsperioden eine Reibungskomponente, die aus der mechanischen Reibung hervorgeht, der der Kolben der Maschine 20 während eines Hubs davon ausgesetzt ist, sowie eine Verdichtungs- bzw. Kompressionskomponente, die aus einer Druckänderung in dem Zylinder der Maschine 20 resultiert.
In Anbetracht des vorstehenden Phänomens ist das Maschinensteuerungssystem dieses Ausführungsbeispiels konstruiert, um die Verlustenergie in der Maschine 20 in die Reibungskomponente und die Kompressionskomponente herunterzubrechen, und die Verlustenergie in dem Rückwärtsdrehbereich der Maschine 20 im Sinne einer Differenz einer Wirkrichtung der Reibungskomponente auf die Maschine 20 zu berechnen. Insbesondere wird das Vorzeichen der Reibungskomponente, die in der Verlustenergie in der Maschinendrehungspulsierungsperiode während der normalen Rotation der Maschine 20 enthalten ist, umgekehrt und als der Wert der Reibungskomponente der Verlustenergie im Rückwärtsdrehbereich der Maschine 20 definiert. Bezüglich der Kompressionskomponente wird eine Pumpverlustkomponente, die ein Energieverlust ist, der während des Einlasstakts des Kolbens in der Maschine 20 erzeugt wird, berechnet und als die Kompressionskomponente der Verlustenergie im Rückwärtsdrehbereich der Maschine 20 definiert. Die Verlustenergie, die durch die Summe der Reibungskomponente und der Kompressionskomponente ausgedrückt wird, wird als ein vorhergesagter Wert der Verlustenergie im Rückwärtsdrehbereich der Maschine 20 bestimmt und bei der Vorhersage der Drehzahl der Maschine 20 im Rückwärtsdrehbereich verwendet.
Der Grund, warum die Pumpverlustkomponente als die Kompressionskomponente der Verlustenergie betrachtet wird, wird nachstehend anhand eines P-V-Diagramms in den 2(a) bis 2(f) beschrieben. Die 2(c) bis 2(f) demonstrieren jeweils Änderungen der Kompressionsenergie in einem vollständigen Verbrennungszyklus, d. h. vier Takte: Einlasstakt, Verdichtungstakt, Expansionstakt (d. h. Arbeitstakt) und Auslasstakt des Kolbens der Maschine 20. Der Einlass- und Kompressionstakt in den 2(c) und 2(e) sind Takte bzw. Hübe des Kolbens, die das Volumen der Verbrennungskammer der Maschine 20 erhöhen, während der Kompressions- und Auslasstakt Takte des Kolbens sind, die das Volumen der Verbrennungskammer der Maschine 20 verringern. Die 2(a) bis 2(f) veranschaulichen Änderungen der Kompressionsenergie in dem Fall, in dem die Maschine 20 eine Einzelzylindermaschine ist.
Ein Energieabfall P1, der aus dem Pumpverlust hervorgeht, wie in 2(c) veranschaulicht ist, tritt in dem Zylinder während des Einlasstakts auf. In dem Zylinder, in dem der Kolben dem Kompressionstakt unterzogen wird, tritt ein Anstieg Q2 der Kompressionsenergie, wie in 2(d) veranschaulicht ist, mit einer Aufwärtsbewegung des Kolbens auf, nach welchem ein Abfall P2 der Kompressionsenergie auftritt. In dem Zylinder, in dem der Kolben dem Ausdehnungstakt unterzogen wird, tritt ein Anstieg Q3, wie in 2(e) veranschaulicht ist, mit einer Abwärtsbewegung des Kolbens auf, nach welchem ein Abfall P3 der Kompressionsenergie auftritt. Der Druck im Zylinder, in dem der Kolben dem Auslasstakt unterzogen wird, ist im Wesentlichen identisch mit dem atmosphärischen Druck, sodass eine Änderung der Kompressionsenergie in etwa Null sein wird. Die Änderungen der Kompressionsenergie während des Kompressionstakts und des Expansionstakts heben sich daher gegenseitig auf, sodass der Energieabfall P1, der durch den Pumpverlust verursacht wird, eine Änderung der Kompressionsenergie in all den Takten (d. h. dem Einlass-, dem Kompressions-, dem Expansions- und dem Auslasstakt) sein wird.
3 ist ein Graph, der eine Druckänderung in einem Zylinder einer Einzelzylindermaschine, wie durch eine durchgezogene Linie A angegeben ist, einen resultierenden Druck, der eine Kombination von Drücken in allen Zylindern ist (d. h. die vier Zylinder der Maschine 20), wie durch eine gestrichelte Linie B angegeben ist, und einen Mittelwert des resultierenden Drucks in allen der Zylinder in jedem Takt, wie durch eine durchgezogene Linie C angegeben ist, veranschaulicht. Jeder Druck wird auf der Basis des Atmosphärendrucks ausgedrückt. Die Richtung, in der jeder Druck in der normalen Drehrichtung der Maschine wirkt, wird durch ein Plus-Vorzeichen (+) ausgedrückt. Der Kurbelwinkel wird auf der Basis einer Referenzposition (0°CA), welcher der obere Totpunkt in dem Kompressionstakt in einem Ausgewählten der Zylinder (z. B. der erste Zylinder) der Maschine ist, ausgedrückt. Der Graph zeigt, dass der Mittelwert des resultierenden Drucks in allen den Zylindern in einem Beliebigen der Einlass-, Kompressions-, Expansions- und Auslasstakte, wie durch die durchgezogene Linie C angegeben ist, identisch mit dem Druck in dem Einlasstakt der Einzelzylindermaschine, die durch die durchgezogene Linie A angegeben ist, ist. Dies bedeutet, dass die resultierende Kompressionsenergie in einem Beliebigen des Einlass-, Kompressions-, Expansions- und Auslasstakts in allen den Zylindern der Maschine gleich der Energie des Pumpverlustes im Einlasstakt ist.
Dieses Ausführungsbeispiel setzt daher die Kompressionskomponente in eine arithmetische Gleichung, ohne den Pumpverlust zu ignorieren, um die Berechnung der Drehzahl der Maschine 20 zu verbessern. Insbesondere wird eine Beziehung zwischen einem Kompressionsmoment T_ec und einem Pumpverlustmoment T_pomp durch die nachstehende Gleichung (3) ausgedrückt. Die Summe von Energieverlusten in allen den Zylindern wird gemäß der nachstehenden Gleichung (4) unter Verwendung des Reibungsmoments T_ef und des Pumpverlustmoments T_pomp ausgedrückt. Ein Intervall der Integration in den Gleichungen (3) und (4) reicht über alle der Takte in der Maschine (d. h. eine Sequenz der Einlass-, Kompressions-, Expansions- und Auslasstakte in allen den Zylindern). ∫T_ec(θ)dθ = ∫T_pomp(θ)dθ (3) Σ n / iE_p(i) = ∫T_ef(θ)dθ + ∫T_pomp(θ)dθ (4) wobei E_p(i) der Energieverlust in einem Takt ist und n die Anzahl der Zylinder in der Maschine in Gleichung (4) angibt.
Wie die Drehzahl der Maschine 20 im Rückwärtsdrehbereich berechnet wird, wird nachstehend detailliert beschrieben. Wenn eine Richtung entgegengesetzt der normalen Drehrichtung der Maschine 20 mit einem Plus-Vorzeichen (+) ausgedrückt wird, wird das Maschinenmoment T_e [Nm] durch T_e = T_ef + T_ec (5) ausgedrückt, wobei T_ef das Reibungsmoment ist und T_ec das Kompressionsmoment ist.
Das Reibungsmoment T_{ef_n} während der Rückwärtsdrehung ist durch die nachstehende Gleichung (6) unter Verwendung des Reibungsmoments T_{ef_p} während der Normaldrehung angegeben. T_{ef_n} = –T_{ef_p} (6)
Das Reibungsmoment T_ef wird durch die nachstehende Gleichung (7) unter Verwendung der vorstehenden Gleichungen (3) und (5) ausgedrückt. ∫T_e(θ)dθ = ∫T_ef(θ)dθ) + ∫T_ec(θ)dθ T_ef = 1 / n[∫T_e(θ)dθ – ∫T_ec(θ)dθ] (7)
Wenn das Ausmaß des Kompressionsmoments in der Maschinendrehungspulsierungsperiode das gleiche bei dem gleichen Kurbelwinkel von dem TDC ist, wird das Kompressionsmoment T_{ec_n} während der Rückwärtsdrehung durch die nachstehende Gleichung (8) unter Verwendung des Kompressionsmoments T_{ec_p} während der Normaldrehung ausgedrückt. T_{ec_n} = T_{ec_p} = T_e – T_ef (8)
Das Maschinenmoment T_{e_n} während der Rückwärtsdrehung ist daher durch die nachstehende Gleichung (9) unter Verwendung des Maschinenmoments T_{e_p} während der Normaldrehung angegeben. T_{e_n} = T_{ef_n} + T_{ec_n} = –T_{ef_p} + (T_{e_p} – T_{ef_p}) = T_{e_p} – 2 × T_{ef_p} (9)
Durch Umschreiben der Gleichung (9) unter Verwendung der Gleichungen (3) und (7), wird erhalten:
Das Maschinenmoment T_e und die Verlustenergie E_loss weisen eine proportionale Beziehung zueinander auf, sodass Gleichung (10) erfüllt ist, wenn das Maschinenmoment T_e durch die Verlustenergie E_loss ersetzt wird. Die Verlustenergie E_{loss_n} während der Rückwärtsdrehung wird durch die nachstehende Gleichung (11) ausgedrückt. Die Verwendung von Gleichung (11) ermöglicht ein Herleiten der Verlustenergie E_{loss_n} während der Rückwärtsdrehung unter Verwendung der Verlustenergie E_{loss_p} während der Normaldrehung. Die Verlustenergie E_{loss_p} während der Normaldrehung wird durch eine Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 23 oder der durch die erste Berechnungseinrichtung vorhergesagten Maschinendrehzahl Ne(i + 1) bestimmt.
wobei E_{loss_p} der Energieverlust [U/min²] während der Normaldrehung ist, E_{loss_n} die Verlustenergie [U/min²] während der Rückwärtsdrehung ist und E_pomp die Pumpverlustenergie [U/min²] ist.
In Gleichung (11) wird die Pumpverlustenergie E_pomp als eine Funktion des Drucks in dem Zylinder berechnet, in dem der Kolben dem Einlasstakt unterzogen wird.
Insbesondere wird die Pumpverlustenergie E_pomp unter Verwendung der nachstehenden Gleichung (12) hergeleitet. E_pomp = βP (12) wobei P der Druck in dem Zylinder ist, in dem der Kolben dem Einlasstakt unterzogen wird, und β ein Umwandlungsfaktor zur Verwendung der Druck-zu-Energie-Umwandlung ist. Der Druck P in dem Zylinder, in dem der Kolben dem Einlasstakt unterzogen wird, wird durch eine Ausgabe des Einlassdrucksensors 28 hergeleitet.
Die Verlustenergie E_{loss_n} während der Rückwärtsdrehung, die in Gleichung (11) hergeleitet wird, wird zum Vorhersagen der Drehzahl der Maschine 20 in dem Rückwärtsdrehbereich gemäß der nachstehenden Gleichung (13) verwendet.
wobei Ne(i) die Drehzahl der Maschine 20 am Referenzpunkt P(i) ist, Ne(i + 1) die Drehzahl der Maschine 20 am Vorhersagepunkt P(i + 1) ist und E_{loss_n(i→i+1)} die Verlustenergie zwischen dem Referenzpunkt P(i) und dem Vorhersagepunkt P(i + 1) in dem Rückwärtsdrehbereich darstellt.
In Gleichung (13) ist die Verlustenergie E_{loss_n(i→i+1)} durch einen Wert angegeben, der durch Konvertieren bzw. Umwandeln der Verlustenergie E_{loss_p} zwischen Kurbelwinkeln in dem Normaldrehbereich, die jeweils identisch mit dem Referenzpunkt P(i) und dem Vorhersagepunkt P(i + 1) sind, in die Verlustenergie E_{loss_n} während der Rückwärtsdrehung unter Verwendung von Gleichung (11) hergeleitet wird. Insbesondere wird sich, nachdem sich die Drehung der Maschine 20 von der normalen Richtung zu der rückwärtigen Richtung geändert hat, der Kurbelwinkel des Kolbens umkehren, sodass sich die Drehzahl der Maschine 20 sequentiell zu jenen an den Vorhersagepunkten P(i – 3) → P(i – 2) → P(i – 1) → P(i) → P(i + 1) → P(i + 2) ändert. Wenn die Drehzahl der Maschine 20 am Vorhersagepunkt P(i – 1) Null wird, wird der Kurbelwinkel am Vorhersagepunkt P(i), unmittelbar nachdem in den Rückwärtsdrehbereich eingetreten wird, mit jenem am Vorhersagepunkt P(i – 2) in dem Normaldrehbereich, unmittelbar bevor in den Rückwärtsdrehbereich eingetreten wird, identisch werden. Der Kurbelwinkel am Vorhersagepunkt P(i + 1) ist ebenso mit jenem an P(i – 3) identisch. In diesem Fall entsprechen Werte der Verlustenergie, die an dem gleichen Kurbelwinkel erzeugt wird, einander, ungeachtet der Drehrichtung der Maschine 20. Der Wert der Verlustenergie, der beispielsweise zwischen den Vorhersagepunkten P(i) und P(i + 1) auftritt, kann daher gemäß der vorstehenden Gleichung (11) als gleich dem Wert der Verlustenergie, die zwischen den Vorhersagepunkten P(i – 3) und P(i – 2) in dem Normaldrehbereich auftritt, berechnet werden.
Das Zeitintervall Δt_(i→i+1) zwischen dem Referenzpunkt P(i) und dem Vorhersagepunkt P(i + 1) wird durch die nachstehende Gleichung (14) ausgedrückt, ungeachtet der Drehrichtung der Maschine 20. Es sei angemerkt, dass Δθ_(i→i+1) in Gleichung (14) ein Winkel ist, um den sich die Kurbelwelle 22 von dem Referenzpunkt P(i) zu dem Vorhersagepunkt P(i + 1) dreht, das heißt die Kurbelauflösung. Δt_(i→i+1) = 2 × [Δθ_(i→i+1)/(Ne(i) + Ne(i + 1))] (14)
Als Nächstes wird die Operation zum Berechnen des Vorhersagewerts der Drehzahl der Maschine 20 ebenso mit Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm von 4 beschrieben. Das Programm oder eine Sequenz von logischen Schritten in 4 wird durch die ECU 30 zu einem Intervall einer vorgegebenen Winkelposition der Kurbelwelle 22 (z. B. in diesen Ausführungsbeispielen alle 30°CA) nach einem Stopp der Maschine nach Erfüllen der automatischen Maschinenstoppbedingung ausgeführt.
Nach Starten des Programms fährt die Routine zu Schritt S101 fort, wo die Verlustenergie E_loss, die in der letzten Maschinendrehungspulsierungsperiode hergeleitet wird, verwendet wird, um die Drehzahl Ne(i + 1) der Maschine 20 in der nächsten Drehungspulsierungsperiode gemäß der vorstehenden Gleichung (1) zu berechnen oder vorherzusagen (was durch die erste Berechnungseinrichtung durchgeführt wird). Die Routine fährt zu Schritt S102 fort, worin bestimmt wird, ob der Vorhersagewert der Drehzahl Ne(i + 1) der Maschine 20, die in Schritt S101 hergeleitet wird, die Tatsache angibt, dass sich die Kurbelwelle 22 in der normalen Richtung (d. h. der Vorwärtsrichtung) dreht oder nicht. Insbesondere, wenn [Ne(i)² – E_{loss(i→i+1)}] > 0 gilt, wird die Drehzahl Ne(i + 1) bestimmt, um einen positiven Wert aufzuweisen, was bedeutet, dass sich die Kurbelwelle 22 in der normalen Richtung dreht. Alternativ gilt, dass wenn [Ne(i)² – E_{loss(i→i+1)}] < 0 gilt, die Drehzahl Ne(i + 1) bestimmt wird, einen negativen Wert aufzuweisen. Wenn in Schritt S102 eine JA-Antwort erhalten wird, fährt anschließend die Routine zu Schritt S103 fort, wo bestimmt wird, ob die Vorhersage der Drehzahl der Maschine 20 fortgesetzt werden sollte oder nicht, das heißt, ob die ECU 30 auf eine nachfolgende Eingabe des Kurbelimpulssignals von dem Kurbelwinkelsensor 23 wartet oder nicht. Wenn eine JA-Antwort erhalten wird, kehrt anschließend die Routine zu Schritt S101 zurück. Die erste Berechnungseinrichtung fährt damit fort, zyklisch den Vorhersagewert der Drehzahl der Maschine 20 durch die Schritte S101 und S102 zu berechnen.
Wenn alternativ in Schritt S102 eine NEIN-Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass der Wert der vorhergesagten Drehzahl Ne(i + 1), der zuletzt gemäß Gleichung (1) berechnet wird, bestimmt wird, sich auf negativ geändert zu haben, fährt anschließend die Routine zu Schritt S104 fort, wo eine Umkehrentscheidungszeit tb, die die Zeit ist, wann eine vorgegebene Drehzahl der Kurbelwelle 22 (z. B. Null oder nahe Null-Drehzahl) erreicht wird, basierend auf der vorhergesagten Drehzahl Ne(i + 1), die in Schritt S101 hergeleitet wird, bestimmt wird. Die Umkehrentscheidungszeit tb ist die letzte bzw. neuste Zeit in einem Zeitbereich, wo es dem Ritzel 11 möglich ist, mit dem Zahnkranz 21 während der Normaldrehung der Maschine 20 in Eingriff zu gelangen. Die Umkehrentscheidungszeit tb wird in Anbetracht einer benötigten Verfahrzeitperiode tp bestimmt, die eine Zeit ist, die zwischen einem Start des Verfahrens des Ritzels 11 und dem Kontakt des Ritzels 11 mit dem Zahnkranz 21 benötigt wird.
Die Routine fährt anschließend zu Schritt S105 fort, wo bestimmt wird, ob die gegenwärtige Zeit später ist als die Umkehrentscheidungszeit tb oder nicht. Wenn eine NEIN-Antwort erhalten wird, was bedeutet, dass wenn eine Anfrage zum Neustarten der Maschine 20 jetzt erfolgt und das Ritzel 11 anschließend startet, vorzustoßen, es möglich ist, das Ritzel 11 in Kontakt mit dem Zahnkranz 21 während der Normaldrehung der Maschine 20 zu bringen, wird gefolgert, dass keine Notwendigkeit zum Vorhersagen der Drehzahl der Maschine 20 während der Rückwärtsdrehung der Maschine 20 besteht. Anschließend endet die Routine.
Wenn alternativ in Schritt S105 eine JA-Antwort erhalten wird, fährt die Routine zu Schritt S106 fort, wo die Verlustenergie E_{loss_n} in dem Rückwärtsdrehbereich der Maschine 20 gemäß Gleichung (11) berechnet wird, was durch eine Energieberechnungseinrichtung erlangt wird (die eine der Aufgaben der ECU 30 ist). Die Routine fährt zu Schritt S107 fort, wo eine zukünftige Drehzahl der Maschine 20 in dem Rückwärtsdrehbereich gemäß Gleichung (13) unter Verwendung der Verlustenergie E_{loss_n} in dem Rückwärtsdrehbereich der Maschine 20 berechnet wird. Dies wird durch die zweite Berechnungseinrichtung erlangt.
Die Routine fährt zu S108 fort, wo bestimmt wird, ob die zweite Berechnungseinrichtung die Vorhersage der Drehzahl der Maschine 20 fortsetzen sollte oder nicht. Wenn eine JA-Antwort erhalten wird, kehrt anschließend die Routine zu Schritt S106 zurück. Wenn alternativ eine NEIN-Antwort erhalten wird, endet die Routine. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Zeitintervall, zwischen einem Stopp des Verbrennens von Kraftstoff in der Maschine 20 und wenn sich die Drehrichtung der Maschine 20 erstmals von der rückwärtigen Richtung nach dem Stopp des Verbrennens des Kraftstoffs in der Maschine 20 ändert, auf eine Drehzahlvorhersagezeitperiode eingestellt, in der die Drehzahl der Maschine 20 vorhergesagt wird. Demzufolge wird in Schritt S108 die Drehzahl der Maschine 20 mit einem Referenzwert verglichen, der das Ende der Drehzahlvorhersagezeitperiode angibt. Wenn ein solcher Vergleich zeigt, dass die Zeit, wann sich die Drehrichtung der Maschine 20 von der rückwärtigen Richtung zu der normalen Richtung erstmals nach dem Stopp des Verbrennens des Kraftstoffs in der Maschine 20 ändert, verstrichen ist, wird in Schritt S108 eine NEIN-Antwort erhalten. Anschließend endet die Routine.
5 ist ein Ablaufdiagramm eines Anlasser- bzw. Startersteuerungsprogramms zum Steuern der Operation des Anlassers bzw. Starters 10. Dieses Programm wird zu einem vorgegebenen Intervall durch eine Startersteuerung (d. h. der ECU 30) in einer Zeitperiode zwischen einem Stopp des Verbrennens des Kraftstoffs in der Maschine 20 nach Erfüllen der vorstehend beschriebenen automatischen Maschinenstoppbedingung und einem Stopp der Drehung der Maschine 20 ausgeführt.
Nach Start des Programms fährt die Routine zu Schritt S201 fort, wo bestimmt wird, ob die automatische Maschinenneustartbedingung erfüllt ist oder nicht. Wenn eine NEIN-Antwort erhalten wird, endet die Routine. Wenn alternativ eine JA-Antwort erhalten wird, fährt anschließend die Routine zu Schritt S202 fort, wo bestimmt wird, ob die Maschinendrehzahl kleiner oder gleich einer zulässigen Ritzelverfahrdrehzahl ist oder nicht. Die zulässige Ritzelverfahrdrehzahl ist eine Obergrenze eines Drehzahlbereichs der Maschine 20, in dem es zulässig ist, dass der Starter 10 das Ritzel 11 in Kontakt mit dem Zahnkranz 21 bewegt. Die zulässige Ritzelverfahrdrehzahl ist beispielsweise auf 100 U/min eingestellt. Die mit der zulässigen Ritzelverfahrdrehzahl zu vergleichende Maschinendrehzahl ist die Drehzahl der Maschine 20, wie durch die auf die vorstehend beschriebene Weise erste Berechnungseinrichtung vorhergesagt wird, kann jedoch alternativ die Drehzahl der Maschine 20 sein, die direkt durch den Kurbelwinkelsensor 23 gemessen wird.
Wenn in Schritt S202 eine NEIN-Antwort erhalten wird, endet die Routine. Wenn alternativ in Schritt S202 eine JA-Antwort erhalten wird, fährt anschließend die Routine zu Schritt S203 fort, wo bestimmt wird, ob ein zulässiger Ritzelverfahrzeitbereich begonnen hat oder nicht. Der zulässige Ritzelverfahrzeitbereich ist eine Zeitperiode, in der es zulässig ist, dass das Ritzel 11 mit dem Zahnkranz 21 innerhalb eines zulässigen Maschinendrehzahlbereichs in Eingriff kommt, im Sinne des Zahnradeingriffsgeräusches oder eines mechanischen Verschleißes des Ritzels 11 und des Zahnkranzes 21. Der zulässige Ritzelverfahrzeitbereich wird demzufolge basierend auf der Drehzahl der Maschine 20, die durch die zweite Berechnungseinrichtung vorhergesagt wird, hinsichtlich einer Kontaktunterbindungsperiode und der Verfahrzeit Tp bestimmt. Die Kontaktunterbindungsperiode ist eine Zeitperiode, in der unterbunden wird, dass das Ritzel 11 in Kontakt mit dem Zahnkranz 21 gebracht wird. Die Kontaktunterbindungsperiode ist innerhalb eines Maschinendrehzahlbereichs eingestellt, wo die Maschinendrehzahl 20 in dem Rückwärtsdrehbereich relativ hoch ist.
Wenn in Schritt S203 eine NEIN-Antwort erhalten wird, endet die Routine. Wenn alternativ eine JA-Antwort erhalten wird, kehrt anschließend die Routine zu Schritt S204 fort, wo die ECU 30 das Ein-Signal an das Ritzelantriebsrelais 19 ausgibt, um den Anlasser bzw. Starter 10 zu aktivieren. Der Starter 10 stößt anschließend das Ritzel 11 in Richtung des Zahnkranzes 21. Die Routine fährt anschließend zu Schritt S205 fort, wo nach Verstreichen der Verfahrzeit Tp, seit das Ritzel 11 gestartet ist, bewegt zu werden, die ECU 30 das Ein-Signal an das Motorantriebsrelais 14 ausgibt, um den Elektromotor 12 zu aktivieren, um das Ritzel 11 zu drehen. Die Verfahrzeit Tp ist, wie vorstehend beschrieben, eine notwendige Zeitperiode zwischen wenn das Ritzel 11 startet, bewegt zu werden, und wenn das Ritzel 11 zu dem Zahnkranz 21 verfährt und diesen kontaktiert.
Die Routine fährt anschließend zu Schritt S206 fort, wobei, wenn die Bedingung, dass die Drehzahl Ne der Maschine 20 höher ist als eine Maschinenstartdrehzahl Nef (z. B. 400 U/min bis 500 U/min), erfüllt ist, die ECU 30 die Ein-Signale an das Ritzelantriebsrelais 19 und das Motorantriebsrelais 14 ausgibt, um den Eingriff des Ritzels 11 mit dem Zahnkranz 21 zu lösen und ebenso den Motor 12 zu stoppen, wodurch das Ankurbeln der Maschine 20 beendet wird.
Das Maschinensteuerungssystem dieses Ausführungsbeispiels bietet die folgenden Vorteile.
Das Maschinensteuerungssystem ist, wie vorstehend beschrieben, konstruiert, um das Vorzeichen (d. h. Plus- oder Minus-Vorzeichen) eines Werts der Reibungskomponente, die ein Teil der Verlustenergie in dem Normaldrehbereich ist und aus der mechanischen Reibung hervorgeht, der der Kolben der Maschine 20 während eines Hubs von diesem ausgesetzt ist, umzukehren, die Verlustenergie in dem Rückwärtsdrehbereich der Maschine 20 als eine Funktion des Werts der Reibungskomponente, deren Vorzeichen umgekehrt wurde, und der Pumpverlustkomponente, die ein Energieverlust ist, der in dem Einlasstakt der Maschine 20 auftritt, zu berechnen, und eine zukünftige Drehzahl der Maschine 20 in dem Rückwärtsdrehbereich als eine Funktion der berechneten Verlustenergie vorherzusagen. Mit anderen Worten ist das Maschinensteuerungssystem konstruiert, um die Kompressionskomponente, die in der Verlustenergie enthalten ist, in die arithmetische Gleichung zu setzen, ohne den Pumpverlust zu ignorieren, um das Vorhersagen der Drehzahl der Maschine 20 zu verbessern. Dies verbessert die Genauigkeit der Berechnung der Verlustenergie in dem Rückwärtsdrehbereich der Maschine 20, was zu einer verbesserten Genauigkeit des Vorhersagens der Drehzahl der Maschine 20 in dem Rückwärtsdrehbereich führt.
Das Maschinensteuerungssystem berechnet die Pumpverlustenergie E_pomp basierend auf dem Druck in einem der Zylinder, in dem der Kolben dem Einlasstakt unterzogen wird. Dies führt zu einer verbesserten Genauigkeit bei der Bestimmung der Pumpverlustenergie E_pomp durch Messen des Drucks P in dem Zylinder, dessen Kolben sich in dem Einlasstakt befindet. Insbesondere wird der Druck im Ansaugrohr, der durch den Ansaugdrucksensor 28 gemessen wird, als der Druck P in dem Zylinder bei der Berechnung der Pumpverlustenergie E_pomp verwendet. Das Maschinensteuerungssystem dieses Ausführungsbeispiels ist daher zur Verwendung in Kraftfahrzeugen geeignet, die nicht mit einem Zylinderdrucksensor ausgestattet sind.
Es gilt vorzugsweise, dass wenn eine Maschinenneustartanforderung während eines Drehzahlabfalls in der Maschine 20 erfolgt, nachdem die Kraftstoffverbrennung der Maschine 20 als Antwort auf eine automatische Maschinenstoppanforderung gestoppt wird, die Maschine 20, unmittelbar nachdem die Maschineneustartanforderung gestellt wird, neu gestartet wird, ohne auf einen Stopp der Kurbelwelle 22 zu warten, wobei jedoch der Kontakt des Ritzels 11 mit dem Zahnkranz 21 während einer Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle 22 in einem relativ hohen Drehzahlbereich davon zum Erlangen eines Eingriffs des Ritzels 11 mit dem Zahnkranz 21 zu einer größeren Befürchtung bezüglich eines Anstiegs eines Zahnradeingriffsgeräusches oder einer Beschleunigung des Verschleißes des Ritzels 11 oder des Zahnkranzes 21 führt. Um diesen Nachteilen zu begegnen, wird dieses Ausführungsbeispiel mit einem automatischen Stopp- und Neustartsystem für Fahrzeuge verwendet, um die Zeit zu steuern oder zu bestimmen, wann das Ritzel 11 bewegt werden sollte, unter Verwendung der Drehzahl der Maschine 20, die durch die erste Berechnungseinrichtung oder die zweite Berechnungseinrichtung durch die Operationen der Schritte S201 und S202 von 9 vorhergesagt wird, wodurch das Zahnradeingriffsgeräusch und der Verschleiß des Ritzels 11 und des Zahnkranzes 21 minimiert werden und ebenso ermöglicht wird, dass die Maschine 20 so schnell wie möglich neu gestartet wird, nachdem die Maschinenneustartanforderung gestellt wird.
Insbesondere wird dieses Ausführungsbeispiel mit einem System verwendet, das dazu fähig ist, die Bewegung des Ritzels 11 und die Aktivierung des Motors 12 separat zu steuern, wodurch ermöglicht wird, dass die Zeit, wann das Ritzel 11 bewegt werden sollte, mit hoher Ansprechrate und mit verbesserter Genauigkeit unter Verwendung der Drehzahl der Maschine 20, die durch die erste Berechnungseinrichtung oder die zweite Berechnungseinrichtung vorhergesagt wird, zu steuern ist. Dies ermöglicht, dass die Maschine 20 neu gestartet wird, ohne den Verschleiß des Ritzels 11 und des Zahnkranzes 21 zu erhöhen.
MODIFIKATIONEN
Der Aufbau oder die Operation des Maschinensteuerungssystems können modifiziert werden, wie nachstehend beschrieben ist.
Die Berechnung der Pumpverlustenergie E_pomp verwendet den Druck in dem Ansaugrohr, der durch den Ansaugdrucksensor 28 gemessen wird, als den Druck P in einem der Zylinder der Maschine 20 im vorstehenden Ausführungsbeispiel, wobei jedoch Drucksensoren, einer für jeden Zylinder der Maschine 20, bereitgestellt sein können, um direkt den Druck P zu messen. Die direkte Messung des Drucks P führt zu einer erhöhten Genauigkeit der Berechnung der Pumpverlustenergie E_pomp.
Das vorstehende Ausführungsbeispiel berechnet die Pumpverlustenergie E_pomp als eine Funktion des Drucks P in einem der Zylinder der Maschine 20, in dem der Kolben dem Ansaugtakt unterzogen wird, wobei dies nicht auf ein solches Verfahren eingeschränkt ist. Beispielsweise kann die Pumpverlustkomponente als eine Funktion der Verlustenergie bei einer Winkelposition der Drehung der Maschine 20 berechnet werden, wo das Volumen von einem der Zylinder der Maschine 20, in dem der Kolben dem Kompressionstakt unterzogen wird, gleich jenem der Zylinder wird, in dem der Kolben dem Expansionstakt unterzogen wird.
Bei der Winkelposition einer Drehung der Maschine 20, wo das Volumen von einem der Zylinder der Maschine 20 in dem Kompressionstakt gleich jenem von einem der Zylinder in dem Expansionstakt ist, heben sich die Energieverluste im Kompressionstakt und dem Expansionstakt gegenseitig auf, sodass nur die Verlustenergie in dem Ansaugtakt, das heißt die Pumpverlustkomponente, verbleibt. Beispielsweise gilt in dem Fall einer Vierzylindermaschine, wenn der obere Totpunkt in einem der Zylinder (z. B. im ersten Zylinder) in dem Kompressionstakt als eine Referenzposition (0°CA) definiert ist, dass der Zylinder in dem Kompressionstakt und der Zylinder in dem Expansionstakt einander identische Volumen bei Winkelpositionen von –270°CA, –90°CA, 90°CA und 270°CA aufweisen, sodass der resultierende Druck, der eine Kombination von Drücken in allen den Zylindern ist, die durch die gestrichelte Linie B angegeben ist, gleich dem Mittelwert des resultierenden Drucks in allen den Zylindern in jedem Takt ist, wie durch die durchgezogene Linie C angegeben ist. Basierend auf dieser Tatsache wird die Pumpverlustkomponente auf die vorstehende Weise hergeleitet. Insbesondere ist die Verlustenergie E_{loss_p} bei dem Kurbelwinkel, wo das Volumen des Zylinders in dem Kompressionstakt identisch mit jenem des Zylinders in dem Expansionstakt ist, innerhalb des Normaldrehbereichs unter Verwendung vergangener Historiendaten berechnet. Die auf diese Weise berechnete Verlustenergie E_{loss_p} wird als die Pumpverlustenergie E_pomp verwendet. Die Verlustenergie E_{loss_n} in dem Rückwärtsdrehbereich wird gemäß der vorstehenden Gleichung (11) bestimmt.
Das vorstehende Ausführungsbeispiel bestimmt ein Zeitintervall, zwischen einem Stopp des Verbrennens von Kraftstoff in der Maschine 20 und wenn sich die Drehrichtung der Maschine 20 erstmals von der rückwärtigen Richtung zu der normalen Richtung nach dem Stopp des Verbrennens des Kraftstoffs in der Maschine 20 ändert, als die Drehzahlvorhersagezeitperiode, in der die Drehzahl der Maschine 20 vorhergesagt wird, wobei dies jedoch nicht auf ein solches Zeitintervall eingeschränkt ist. Das Vorhersagen der Drehzahl der Maschine 20 kann fortfahren, nachdem sich die Drehrichtung der Maschine 20 erstmals von der rückwärtigen Richtung zu der normalen Richtung nach dem Stopp des Verbrennens des Kraftstoffs in der Maschine 20 ändert. Beispielsweise kann das Vorhersagen der Drehzahl der Maschine 20 fortfahren, bis die Drehzahl der Maschine 20 Null wird. Das Maschinensteuerungssystem ist mit einem Ritzelantriebsrelais 19, das zum Erregen oder Abschalten der Spule 18 zum Bewegen des Ritzels 11 fungiert, und dem Motorantriebsrelais 14, das zum Erregen oder Abschalten des Elektromotors 12 fungiert, ausgestattet, kann jedoch ausgelegt sein, um ein Motorerregungssteuerrelais aufzuweisen. Beispielsweise ist in dem Aufbau von 1 ein Motorerregungskontakt an einem Ende des Stößels 17 entgegengesetzt einem Ende davon, an dem der Hebel verbunden ist, angebracht, anstatt des Motorantriebsrelais 14 und des Energiezufuhrrelais 15. Das Motorerregungssteuerrelais ist zwischen dem Motor 12 und der Batterie 16 angebracht. Das Motorerregungssteuerrelais ist ausgelegt, um geschlossen oder eingeschaltet zu werden, um die elektrische Energie von der Batterie 16 dem Motor 12 zuzuführen, wenn der Motorerregungskontakt durch die Bewegung des Stößels 17 geschlossen wird, der das Ritzel 11 in Eingriff mit dem Zahnkranz 22 bringt. Mit anderen Worten startet die Zufuhr von Energie zu dem Motor 12 folgend oder nach Abschluss der Bewegung des Stößels 17. Das Motorerregungssteuerrelais kann ebenso ausgelegt sein, um als Antwort auf ein von der ECU 30 ausgegebenes Ein-/Aus-Signal ein- oder ausgeschaltet zu werden. Die ECU 30 kann die Operationen des Ritzelantriebsrelais 19 und des Motorerregungssteuerrelais unabhängig voneinander steuern, um den Eingriff des Ritzels 11 mit dem Zahnkranz 21 sowie die Aktivierung des Motors 12 separat zu erlangen.
Das Maschinensteuerungssystem des vorstehenden Ausführungsbeispiels, wie vorstehend beschrieben, steuert die Bewegung des Ritzels 11 und die Aktivierung des Motors 12 separat, jedoch kann dieses konstruiert sein, um eine Aktivierung des Motors 12 nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeitperiode, seitdem das Ritzel 11 startet, bewegt zu werden, zu starten. Die vorgegebene Zeitperiode ist konstant, was den Motor 12 bewirken kann, zu früh gestartet zu werden, aktiviert zu werden, um das Ritzel 11 zu drehen, wenn das Ritzel 11 mit dem Zahnkranz 21 während der Rückwärtsdrehung der Maschine 20 in Eingriff kommt, sodass ein Moment, das auf die Kurbelwelle 22 in der Vorwärtsdrehung (d. h. der Normaldrehung) wirken wird, an die Kurbelwelle 22 angelegt wird, die sich nun in der rückwärtigen Richtung dreht, was zu einer Fehlfunktion des Neustartens der Maschine 20 führt. Dies beschleunigt den Verschleiß des Ritzels 11 und des Zahnkranzes 21. Das Maschinensteuerungssystem kann ebenso ausgelegt sein, um ein Intervall zwischen einem Start der Bewegung des Ritzels 11 und einem Start der Aktivierung des Motors 12 einzustellen, um lang zu sein, um die Aktivierung des Motors 12 während der Rückwärtsdrehung der Maschine 20 zu vermeiden, was zu einer Verzögerung des Ansprechens des Systems auf eine Maschinenneustartanforderung führen kann. Das Maschinensteuerungssystem des vorstehenden Ausführungsbeispiels ist jedoch dazu fähig, eine zukünftige Drehzahl der Maschine 20 während der Rückwärtsdrehung davon genau vorherzusagen, was zu einem verringerten Verschleiß des Ritzels 11 und des Zahnkranzes 21 führt und die Startfähigkeit der Maschine 20 sicherstellt.
Das Maschinensteuerungssystem kann ausgelegt sein, um die Drehzahl der Maschine 20, die durch die erste oder zweite Berechnungseinrichtung hergeleitet wird, zu verwenden, um eine Zeit abzuschätzen, wann die Maschine 20 ein Drehen stoppen wird, und eine Zeit zu bestimmen, wann das Ritzel 11 in Richtung des Zahnkranzes 21 bewegt werden sollte, sodass das Ritzel 11 mit dem Zahnkranz 21 zu dem abgeschätzten Zeitpunkt in Eingriff kommen wird. Die Verwendung der Kompressionskomponente führt zu einer verbesserten Genauigkeit bei der Vorhersage der Drehzahl der Maschine 20 in dem Rückwärtsdrehbereich, was ermöglicht, dass das Ritzel 11, unmittelbar nachdem die Maschine 20 ein Drehen stoppt, gestartet wird, bewegt zu werden, was den Verschleiß des Ritzels 11 und des Zahnkranzes 21 minimiert, und ebenso ermöglicht, dass die Maschinenneustartoperation so früh wie möglich initiiert wird. Insbesondere ist es für eine herkömmliche Anlasser- bzw. Startervorrichtung, die das Ritzel 11 bewegt und anschließend den Motor 12 aktiviert, schwierig, einen Eingriff des Ritzels 11 mit dem Zahnkranz 21 präzise zu steuern, im Vergleich mit der Startervorrichtung 10, die die Bewegung des Ritzels 11 und die Aktivierung des Motors 12 separat steuert. Die herkömmliche Startervorrichtung muss manchmal die Maschine 20 neu starten, nachdem die Maschine 20 eine Drehung stoppt. Das Maschinensteuerungssystem des vorstehenden Ausführungsbeispiels ist jedoch dazu fähig, einen solchen Nachteil zu beseitigen.
Eine Maschinensteuerungsvorrichtung sagt die Drehzahl einer Maschine in einem Normaldrehbereich als eine Funktion einer Verlustenergie in einer Maschinendrehungspulsierungsperiode voraus, und sagt ebenso die Drehzahl der Maschine in einem Rückwärtsdrehbereich als eine Funktion einer Pumpverlustkomponente und einer Verlustenergie, die durch Umkehren des Vorzeichens eines Werts einer Reibungskomponente, die ein Teil der Verlustenergie in dem Normaldrehbereich ist und aus einer mechanischen Reibung hervorgeht, der der Kolben während eines Hubs von diesem ausgesetzt ist, hergeleitet wird, voraus. Die Pumpverlustkomponente ist ein Energieverlust, der in dem Ansaugtakt der Maschine auftritt. Diese Berechnung verbessert die Genauigkeit der Vorhersage einer zukünftigen Maschinendrehzahl zwischen einem Start eines Abfalls der Drehzahl der Maschine resultierend aus einem Stopp einer Verbrennung von Kraftstoff und einem Stopp einer Drehung der Maschine.
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

JP 2014-77399 [0004]

Claims

Maschinensteuerungsvorrichtung, die fungiert, um eine Drehzahl einer Maschine in einer Zeitperiode zwischen einem Start eines Abfalls der Drehzahl der Maschine resultierend aus einem Stopp einer Verbrennung von Kraftstoff in der Maschine und einem Stopp einer Drehung der Maschine vorauszusagen, mit: einer ersten Berechnungseinrichtung, die eine zukünftige Drehzahl der Maschine in einem Normaldrehbereich von dieser als eine Funktion einer Verlustenergie in einer neuersten von Maschinendrehungspulsierungsperioden vorhersagt, wobei jede davon einem Änderungszyklus der Maschinendrehzahl hervorgehend aus einem Anstieg und einem Abfall eines Volumens eines Zylinders der Maschine entspricht; einer Energieberechnungseinrichtung, die ein positives oder negatives Vorzeichen eines Werts einer Reibungskomponente, die ein Teil der Verlustenergie im Normaldrehbereich ist und die aus einer mechanischen Reibung hervorgeht, der ein Kolben der Maschine während eines Hubs davon unterworfen ist, umkehrt, und eine Verlustenergie in einem Rückwärtsdrehbereich der Maschine als eine Funktion des Werts der Reibungskomponente, deren Vorzeichen umgekehrt wurde, und einer Pumpverlustkomponente, die ein Energieverlust ist, der in einem Ansaugtakt der Maschine auftritt, berechnet; und einer zweiten Berechnungseinrichtung, die eine zukünftige Drehzahl der Maschine im Rückwärtsdrehbereich der Maschine basierend auf der durch die Energieberechnungseinrichtung hergeleiteten Verlustenergie vorhersagt.
Maschinensteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, weiterhin mit einer Druckbestimmungseinrichtung, die einen Druck in jenem Zylinder der Maschine, in dem der Kolben dem Ansaugtakt unterworfen ist, bestimmt, und wobei die Energieberechnungseinrichtung die Pumpverlustkomponente als eine Funktion des Drucks in dem Zylinder, der durch die Druckbestimmungseinrichtung hergeleitet wird, bestimmt.
Maschinensteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Maschine eine Mehrzylindermaschine ist, und wobei die Energieberechnungseinrichtung die Pumpverlustkomponente als eine Funktion einer Verlustenergie bei einer Winkelposition einer Drehung der Maschine bestimmt, wo ein Volumen von einem von Zylindern der Maschine, in dem ein Kolben einem Kompressionstakt unterworfen ist, gleich jenem von einem der Zylinder ist, in dem ein Kolben einem Expansionstakt unterworfen ist.
Maschinensteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, weiterhin mit einer automatischen Maschinenstopp- und -neustartfunktion, die automatisch die Maschine stoppt, wenn eine vorgegebene automatische Maschinenstoppbedingung erfüllt ist, und eine Ausgangswelle der Maschine durch eine Startervorrichtung dreht, um die Maschine neu zu starten, wenn eine vorgegebene Maschinenneustartbedingung erfüllt ist, nachdem die Maschine automatisch gestoppt wird, und ebenso eine Startersteuerung aufweist, die eine Zeit steuert, wann ein Ritzel der Startervorrichtung in Richtung der Maschine zu bewegen ist, basierend auf der Drehzahl der Maschine, die durch die erste Berechnungseinrichtung oder die zweite Berechnungseinrichtung vorhergesagt wird.