DE112010003384T5

DE112010003384T5 - Motorstartvorrichtung

Info

Publication number: DE112010003384T5
Application number: DE112010003384T
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Kitano; Masahiko Kurishige; Daisuke Mizuno; Shiro Yonezawa; Kazuhiro Odahara; Koichiro Kamei; Naohito Kaneda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2012-06-14
Anticipated expiration: 2030-04-16
Also published as: US20120103294A1; DE112010003384B4; CN102472232A; JP5188627B2; JPWO2011024511A1; WO2011024511A1; CN102472232B; US8757120B2

Abstract

Um ein Ritzel und ein Hohlrad ruhig und schnell in Kämmeingriff mit einander zu bringen, wenn sich ein Motor aufgrund von Trägheit dreht, weist eine Motorstartvorrichtung für ein automatisches Leerlaufstoppsystem folgendes auf: einen Kurbelwinkelsensor (12) zum Erfassen eines Kurbelwinkels des Motors; ein Hohlrad (11), das mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist, um die Rotation des Motors zu übertragen; eine Hohlraddrehzahl-Erfassungseinheit (13, 10) zum Erfassen einer Drehzahl des Hohlradtors; ein Ritzel (14) zum Übertragen der Rotation des Startermotors auf das Hohlrad; eine Ritzeleinrückeinheit (15, 16) zum Vorschieben des Ritzels in Kämmeingriff mit dem Hohlrad; und eine Ritzeleinrück-Steuereinheit (13, 10) zum antriebsmäßigen Bewegen der Ritzeleinrückeinheit, um das Ritzel und das Hohlrad in Kämmeingriff zu bringen, wenn die von der Hohlraddrehzahl-Erfassungseinheit detektierte Hohlraddrehzahl geringer wird als ein Schwellenwert, der durch mindestens einen Parameter, bestehend aus dem Kurbelwinkel, einem Gangbereich und einer Neustartbedingung, bestimmt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorstartvorrichtung für ein automatisches Leerlaufstopp-System bzw. Start-Stopp-System, das einen Leerlaufstopp eines Motors ausführt, wenn eine vorbestimmte Leerlaufstoppbedingung erfüllt ist, und den Motor wieder startet, wenn eine Neustartbedingung erfüllt ist.
Einschlägiger Stand der Technik
Zum Zweck einer verbesserten Kraftstoffeffizienz eines Kraftfahrzeugs, zur Reduzierung der Umweltbelastung und dergleichen ist im Stand der Technik ein automatisches Leerlaufstopp-System entwickelt worden, das automatisch einen Leerlaufstopp vornimmt, wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist. Wenn z. B. bei einem Verfahren zum Verbringen eines Starterritzels in Kämmeingriff mit einem Hohlrad und einer Startersteuerung, wie dies in der nachfolgend genannten Patentliteratur 1 beschrieben ist, die Drehzahl des Hohlrads innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt und es sich bei einer Rotationsrichtung um die Vorwärtsrichtung handelt, wird das Ritzel mit dem Hohlrad in Kämmeingriff gebracht. Ein Kämmeingriffszustand zwischen dem Ritzel und dem Hohlrad wird in einem frühen Stadium realisiert.
Wenn in der nachfolgend genannten Patentliteratur 2 die Drehrichtung eines Hohlrads, das sich in Rückwärtsrichtung dreht, wieder in die Vorwärtsrichtung verändert wird, so wird das Ritzel in Kämmeingriff gebracht.
Liste des Standes der Technik
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 2007-107 527 A
Patentliteratur 2: JP 2005-315 197 A

Kurzbeschreibung der Erfindung
Technische Aufgabe
In der vorstehend beschriebenen Patentliteratur 1 ist man jedoch nicht der Ansicht, dass eine Drehmomentschwankung aufgrund der Kompression/Expansion eines Kolbens berücksichtigt wird. Wenn z. B. ein Zylinder vorhanden ist, der einen Expansionstakt beginnt, unmittelbar nachdem die Drehzahl des Hohlrads geringer wird als die maximale Drehzahl innerhalb des vorbestimmten Bereichs, wird die Drehzahl des Hohlrads erhöht. Infolgedessen überschreitet die Drehzahl zu einem Zeitpunkt, zu dem das Ritzel an dem Hohlrad in Anlage gelangt, den vorbestimmten Drehzahlbereich. Dadurch wird gelegentlich die Eingriffsleistung vermindert.
Wenn bei der vorstehend genannten Patentliteratur 2 von einem Fahrer während einer Rotation in Rückwärtsrichtung eine Anforderung für einen Neustart ausgeführt wird, muss erst abgewartet werden, bis sich das in Rückwärtsrichtung drehende Hohlrad wieder in Vorwärtsrichtung zu drehen beginnt. Es ist daher zu befürchten, dass sich zum Zeitpunkt des Neustarts bei dem Fahrer ein unangenehmes Gefühl einstellt.
Die vorliegende Erfindung ist zum Lösen der vorstehend geschilderten Probleme erfolgt, und ihre Aufgabe besteht daher in der Schaffung einer Motorstartvorrichtung in einem automatischen Leerlaufstopp-System, die einen Kämmeingriff zwischen einem Ritzel und einem Hohlrad in sanfter und rascher Weise (mit guter Eingriffsleistung) ermöglicht, während eine Rotation des Motors unter Trägheit stattfindet.
Lösung der Aufgabe
Die vorliegende Erfindung bietet eine Motorstartvorrichtung für ein automatisches Leerlaufstopp-System zum Ausführen eines Leerlaufstopps, wenn eine vorbestimmte Leerlaufstoppbedingung erfüllt ist, sowie zum erneuten Starten eines Motors, wenn eine Neustartbedingung erfüllt ist, wobei die Motorstartvorrichtung folgendes aufweist:
einen Kurbelwinkelsensor zum Detektieren eines Kurbelwinkels des Motors;
ein mit der Kurbelwelle des Motors verbundenes Hohlrad zum Übertragen der Rotation des Motors;
eine Hohlraddrehzahl-Erfassungseinheit zum Erfassen einer Drehzahl des Hohlrads;
einen Startermotor zum Starten des Motors;
ein Ritzel zum Übertragen der Rotation des Startermotors auf das Hohlrad;
eine Ritzeleinrückeinheit zum Vorschieben bzw. Einrücken des Ritzels, um das Ritzel mit dem Hohlrad in Kämmeingriff zu bringen; und
eine Ritzeleinrück-Steuereinheit zum antriebsmäßigen Bewegen der Ritzeleinrückeinheit, um das Ritzel und das Hohlrad in Kämmeingriff zu bringen, wenn die von der Hohlraddrehzahl-Erfassungseinheit detektierte Hohlraddrehzahl geringer wird als ein vorbestimmter Schwellenwert, wobei der vorbestimmte Schwellenwert durch mindestens einen Parameter aus dem Kurbelwinkel, einem Gangbereich und der Neustartbedingung bestimmt wird.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung können das Ritzel und das Hohlrad gleichmäßig bzw. sanft und rasch in Kämmeingriff gebracht werden. Infolgedessen kann eine längere Lebensdauer der Komponenten erzielt werden, ohne dass sich bei einem Fahrer ein unangenehmes Gefühl einstellt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer Motorstartvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung;
2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Ablaufs einer Leerlaufstopp-Steuerung bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Ablaufs einer Ritzeleinrücksteuerung bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 eine graphische Darstellung zur Erläuterung eines Kurbelwinkels sowie eines Ansaug- und Ausstoßtakts jedes Zylinders eines Vierzylindermotors bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 graphische Darstellungen zur Erläuterung der Hohlraddrehzahl und des Kurbelwinkels, wenn die Drehzahl eines Motors aufgrund der Rotation durch Trägheit ab dem Start des Leerlaufstopps bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung reduziert wird;
6 graphische Darstellungen zur Erläuterung von zeitlichen Änderungen bei der Hohlraddrehzahl und dem Kurbelwinkel, während sich der Motor durch Trägheit dreht, wenn ein Schwellenwert auf einen konstanten Wert gesetzt ist;
7 graphische Darstellungen zur Erläuterung von zeitlichen Änderungen bei der Hohlraddrehzahl und dem Kurbelwinkel, während sich der Motor durch Trägheit dreht, wenn der Schwellenwert für jeden Kurbelwinkel vorgegeben ist, bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer Motorstartvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Konfiguration;
9 eine graphische Darstellung zur Erläuterung einer Differenz bei einer Hohlraddrehzahl-Untersetzungscharakteristik zwischen Gangbereichen, während der Motor aufgrund eines Leerlaufstopps durch Trägheit dreht; und
10 schematische Darstellungen, die jeweils eine zeitliche Änderung bei einem Kurbelwinkel-Impuls und der Hohlraddrehzahl veranschaulichen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Bei der vorliegenden Erfindung wird der Zeitpunkt, zu dem ein Ritzel und ein Hohlrad in Kämmeingriff miteinander gebracht werden, auf der Basis folgender Schwellenwerte bestimmt: eines Schwellenwerts, der für jeden Kurbelwinkel vorgegeben wird, in dem sich ein Verdichtungs- bzw. Kompressions-/Expansionsvorgang eines Kolbens eines Motors widerspiegelt, eines Schwellenwerts, der für jeden Gangbereich eines Getriebes vorgegeben wird, eines Schwellenwerts, der unter Berücksichtigung einer Neustartbedingung vorgegeben wird, sowie eines Schwellenwerts, der unter Berücksichtigung einer Vielzahl von gewünschten Bedingungen der vorstehend genannten Bedingungen vorgegeben wird. Auf diese Weise kann eine Drehmomentschwankung vorhergesagt werden, die z. B. durch Kompression/Expansion des Kolbens bedingt ist und für jeden Kurbelwinkel erzeugt wird.
Eine Ritzelvorschieb- bzw. Ritzeleinrückeinheit wird durch eine Ritzeleinrück-Steuereinheit gemäß der vorhergesagten Drehmomentschwankung antriebsmäßig bewegt. Infolgedessen beginnt nach dem Starten des Ritzeleinrückvorgangs eine Hohlraddrehzahl höher zu werden. Wenn das Ritzel und das Hohlrad dann tatsächlich in Anlage aneinander gelangen bzw. aneinander liegen, kann verhindert werden, dass die Hohlraddrehzahl außerhalb des Bereichs liegt, in dem ein Kämmeingriff erzielt werden kann. Infolgedessen können das Ritzel und das Hohlrad sanft in Kämmeingriff miteinander gebracht werden.
Im folgenden wird eine Motorstartvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind gleiche oder einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine redundante Beschreibung verzichtet wird.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 zeigt ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer schematischen Konfiguration einer Motorstartvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In 1 stellt eine elektronische Motorsteuerung bzw. Motor-ECU 10 fest, ob Leerlaufstoppbedingungen (z. B. ist eine Geschwindigkeit gleich oder kleiner als 5 km/h, ein Fahrer drückt ein Bremspedal, und dergleichen) vorliegen oder nicht, und gibt die Resultate der Feststellung in eine Steuerung 13 einer Motorstartvorrichtung 19 ein.
Die Motorstartvorrichtung 19 besitzt ein Hohlrad 11, das mit einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) eines Motors verbunden ist, um die Rotation des Motors zu übertragen, einen Kurbelwinkelsensor 12 zum Erfassen eines Kurbelwinkels des Motors, einen Starter 18 und eine Steuerung 13 zum Steuern der Aktivierung eines Startermotors 17 und eines Elektromagneten 16.
Der Starter 18 besitzt ein Ritzel 14 zum Übertragen von Rotation des Startermotors 17, einen Kolben 15 zum Einrücken bzw. Einspuren des Ritzels 14 zum Erzielen eines Kämmeingriffs mit dem Hohlrad 11, sowie den Elektromagneten 16, der den Kolben 15 durch Aktivierung bewegen kann. Die Steuerung 13 kann die Aktivierung des Startermotors 17 und die Aktivierung des Elektromagneten 16 steuern.
Obwohl die Steuerung 13 und die Motor-ECU 10 in 1 als voneinander unabhängig dargestellt sind, kann auch die Motor-ECU 10 die Verarbeitung ausführen und dafür auf die Bereitstellung der Steuerung 13 verzichtet werden. Die Motorstartvorrichtung 19 kann somit die Motor-ECU 10 beinhalten. Die Steuerung 13 und die Motor-ECU 10 bilden eine Hohlraddrehzahl-Erfassungseinheit und eine Ritzeleinrück-Steuereinheit, während der Kolben 15 und der Elektromagnet 16 eine Ritzeleinrückeinheit bilden.
Die Verarbeitung, die bei der vorliegenden Erfindung in der Steuerung 13 und der Motor-ECU 10 ausgeführt wird, wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Flussdiagramme der 2 und 3 beschrieben. Als erstes wird unter Bezugnahme auf 2 ein Vorgang einer Leerlaufstoppsteuerung beschrieben, bevor das Ritzel 14 und das Hohlrad 11 in Kämmeingriff gebracht werden. Ob die Leerlaufstoppbedingungen erfüllt sind oder nicht, wird auf der Basis eines in die Motor-ECU 10 eingegebenen Signals festgestellt (Schritt S110).
Wenn die Leerlaufstoppbedingungen nicht erfüllt sind, fährt die Verarbeitung mit einem nächsten Steuerzyklus fort. Sind die Leerlaufstoppbedingungen in dem Schritt S110 erfüllt, wird die Leerlaufstoppsteuerung gestartet (Schritt S111), so dass die Kraftstoffzufuhr zu dem Motor durch die Steuerung der Motor-ECU 10 gestoppt wird. Anschließend wird auf der Basis des Signals an die Motor-ECU 10 festgestellt, ob eine Aufforderung für ein erneutes Starten des Motors (z. B. Lösen eines Fußes von dem Bremspedal oder dergleichen) von einem Fahrer vorliegt, während die Hohlraddrehzahl durch die Rotation des Motors aufgrund von Trägheit geringer wird (S112), Liegt die Neustart-Aufforderung vor, fährt die Verarbeitung mit einem Schritt S113 fort, in dem festgestellt wird, ob eine Hohlraddrehzahl Nr gleich oder größer ist als eine Drehzahl, die eine Selbsterholung des Motors (z. B. 500 min^–1) zulässt.
Die Hohlraddrehzahl Nr wird von der Steuerung 13 anhand eines Sensoreingangszyklus von dem Kurbelsensor 12 berechnet. Stattdessen kann die Hohlraddrehzahl Nr auch unter Verwendung von anderen Mitteln festgestellt werden, beispielsweise durch FV- bzw. Frequenz-/Spannungs-Wandlung eines Signals von einem Codierer oder einem Impulsgenerator.
Die Drehzahl, die eine Selbsterholung des Motors zulässt, ist eine Drehzahl, die einen Neustart durch bloßes Einspritzen und Entzünden von Kraftstoff ohne Ankurbelung durch den Starter 18 zulässt. Beispielsweise wird ein Steuervorgang zum Einspritzen einer größeren Kraftstoffmenge ausgeführt, um die Verbrennung zu erleichtern. Die Details der Steuerung der Motor-Selbsterholung sind nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung.
Wenn in dem Schritt S113 festgestellt wird, dass die Hohlraddrehzahl gleich oder größer ist als die Drehzahl, die eine Selbsterholung des Motors zulässt, fährt die Verarbeitung mit einem Schritt S114 fort, in dem die Motorselbsterholungssteuerung an dem Motor ausgeführt wird, um den Motor wieder zu starten. Wenn die Neustart-Aufforderung durch den Fahrer in dem Schritt S112 nicht erfolgt ist oder wenn die Hohlraddrehzahl geringer ist als die Drehzahl, die eine Selbsterholung des Motors in dem Schritt S113 zulässt, fährt die Verarbeitung mit einem Schritt S115 fort, in dem die Steuerung zum Bringen des Ritzels 14 in Kämmeingriff mit dem Hohlrad 11 ausgeführt wird.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 3 der Steuervorgang zum Vorschieben bzw. Einrücken des Ritzels beschrieben, um das Ritzel 14 und das Hohlrad 11 in Kämmeingriff zu bringen. Wenn die Leerlaufstoppbedingungen erfüllt sind, wird die Rotation des Motors durch den Leerlaufstopp reduziert. Dann wird als erstes festgestellt, ob die Neustart-Aufforderung vorliegt oder nicht (Schritt S120). Wenn festgestellt wird, dass die Neustart-Aufforderung nicht vorliegt, fährt die Verarbeitung mit einem Schritt S122 fort, in dem die Hohlraddrehzahl Nr und ein Schwellenwert Tr₁ miteinander verglichen werden.
Wenn die Hohlraddrehzahl Nr niedriger ist, fährt die Verarbeitung mit einem Schritt S123 fort. In dem Schritt S123 wird die Aktivierung des Elektromagneten 16 gestartet, um den Kolben 15 antriebsmäßig zu bewegen und dadurch das Ritzel 14 und das Hohlrad 11 in Kämmeingriff miteinander zu bringen (Schritt S124). Wenn die Hohlraddrehzahl Nr in dem Schritt S122 gleich dem Schwellenwert Tr₁ oder höher als dieser ist, kehrt die Verarbeitung zu dem Schritt S120 zurück. Die Schritte S120 bis S122 werden dann wiederholt, bis die Hohlraddrehzahl Nr geringer wird als der Schwellenwert Tr₁.
Im folgenden wird der Schwellenwert Tr₁ kurz beschrieben. Im allgemeinen gibt es eine zeitliche Verzögerung vom Start der Aktivierung des Elektromagneten 16 bis zum tatsächlichen Anliegen bzw. Anschlagen des Hohlrads 11 und des Ritzels 14 aneinander. Selbst während der zeitlichen Verzögerung ändert sich die Hohlraddrehzahl Nr. Durch das Vorgeben eines Änderungsbetrags bei der Hohlraddrehzahl Nr während der zeitlichen Verzögerung als Schwellenwert Tr₁ anhand von Motorkenngrößen, wird somit die Hohlraddrehzahl zum Zeitpunkt der Anlage der Zahnräder aneinander reduziert, um einen ruhigen Kämmeingriff zu ermöglichen.
Wenn die Neustart-Aufforderung in dem Schritt S120 erfolgt, bevor die Hohlraddrehzahl Nr geringer wird als der Schwellenwert Tr₁, fährt die Verarbeitung mit dem Schritt S121 fort, in dem die Hohlraddrehzahl Nr und ein Schwellenwert Tr₂ miteinander verglichen werden, Wenn die Hohlraddrehzahl Nr kleiner ist, fahrt die Verarbeitung mit einem Schritt S123 fort.
In dem Schritt S123 wird die Aktivierung des Elektromagnets 16 gestartet, um den Kolben 15 antriebsmäßig zu bewegen und dadurch das Ritzel 14 und das Hohlrad 11 in Kämmeingriff zu bringen (Schritt S124). Wenn die Hohlraddrehzahl Nr in dem Schritt S121 gleich dem Schwellenwert Tr₂ oder höher als dieser ist, wartet die Verarbeitung ab, bis die Hohlraddrehzahl Nr auf einen niedrigeren Wert als den Schwellenwert Tr₂ reduziert ist.
Im folgenden werden die Schwellenwerte Tr₁ und Tr₂ beschrieben, wobei ein Vierzylindermotor als Beispiel verwendet wird. 4 veranschaulicht in exemplarischer Weise Takte der jeweiligen Zylinder während eines Zyklus bei dem Vierzylindermotor. Ein Zyklus (vier Takte, d. h. Kompressions-, Expansions-, Austritts- und Ansaugtakt) wird während zwei Umdrehungen (720°) für jeden Zylinder ausgeführt.
Wie in einem schraffierten Bereich dargestellt ist, sind in der Nähe eines oberen Totpunkts jedes Zylinders ein Ansaugventil und ein Austrittsventil von nur einem Zylinder geschlossen. Weiterhin handelt es sich bei einer Zeitdauer, in der beide Ventile geschlossen sind, um eine Zeitdauer, in der eine Drehmomentschwankung aufgrund von Expansion/Kompression zum Zeitpunkt des Durchlaufens des oberen Totpunkts am größten wird. Bei dem Kurbelwinkel in der Nähe des oberen Totpunkts wird ein Pulsieren der Hohlraddrehzahl hoch.
Daher werden die Schwellenwerte Tr₁ und Tr₂ für jeden von dem Kurbelwinkelsensor 12 erfassten Kurbelwinkel C_ang vorgegeben. Für die Schwellenwerte Tr₁ und Tr₂ kann in dem Fall, in dem der Motor eine Vielzahl von Zylindern beinhaltet, über eine Zeitdauer (Winkelbereich) von einem Kurbelwinkel, bei dem ein die Hohlraddrehzahl während des Expansionstakts erhöhendes Drehmoment größer wird als ein Drehmoment, das die Hohlraddrehzahl aufgrund von Reibung oder dergleichen vermindert, bis zu einem Kurbelwinkel, bei dem das die Hohlraddrehzahl aufgrund von Reibung oder dergleichen vermindernde Drehmoment größer wird als das Drehmoment, das die Hohlraddrehzahl während des Expansionstakts erhöht (z. B. von 10° vor dem oberen Totpunkt (OT) eines Zylinders 1 bis 30° nach dem oberen Totpunkt des Zylinders 1 (150° vor dem oberen Totpunkt eines Zylinders 2) gemäß der Darstellung in 4), der Hohlraddrehzahl-Schwellenwert Tr (der Tr₁ und Tr₂ beinhaltet, wobei dies auch im folgenden gilt) niedriger vorgegeben werden als die Schwellenwerte bei den anderen Kurbelwinkeln.
Ferner kann es sich bei dem vorstehend beschriebenen Kurbelwinkelbereich in der Nähe des oberen Totpunkts um einen Kurbelwinkelbereich handeln, in dem eine Winkelbeschleunigung der Motorrotation tendenziell zunimmt.
Die Hohlraddrehzahl Nr während der Rotation durch Trägheit aufgrund des Leerlaufstopps wird geringer, während Impulse für jeden Kurbelwinkel gemäß der Darstellung in 5 aufgrund der Drehmomentschwankung während der Ansaug-/Austrittstakte oder dergleichen periodisch erzeugt werden. 5(a) veranschaulicht dabei den Kurbelwinkel, und 5(b) veranschaulicht die Hohlraddrehzahl zu der gleichen Zeit.
6 zeigt graphische Darstellungen zur Erläuterung von zeitlichen Änderungen bei der Hohlraddrehzahl und dem Kurbelwinkel, während der Motor aufgrund von Trägheit dreht, wenn der Schwellenwert konstant vorgegeben ist. Dabei veranschaulicht 6(a) den Kurbelwinkel, und 6(b) zeigt die Hohlraddrehzahl sowie die vorbestimmten Schwellenwerte (vgl. ”vorbestimmter Drehzahlschwellenwert” und ”Drehzahl, bei der Kämmeingriff erzielt werden kann”).
Wenn der Schwellenwert Tr konstant vorgegeben ist, ohne dass der Schwellenwert Tr für jeden Kurbelwinkel festgelegt ist, wird das Drehmoment, das die Drehzahl während des Expansionstakts erhöht, zu dem Zeitpunkt erzeugt, zu dem das Ritzel 14 und das Hohlrad 11 tatsächlich aneinander anschlagen, nachdem das Ritzel 14 für die Herstellung des Kämmeingriffs zwischen dem Ritzel 14 und dem Hohlrad 11 vorgeschoben worden ist, wie dies in 6 veranschaulicht ist.
Infolgedessen wird die Hohlraddrehzahl Nr (vgl. 6(b)) manchmal höher als die Drehzahl, bei der der Kämmeingriff erzielt werden kann. Dadurch kann der Kämmeingriff nicht in gleichmäßiger Weise erzielt werden, so dass die Lebensdauer von Komponenten verkürzt wird oder manchmal Kollisionsgeräusch zwischen den Zahnrädern entsteht.
7 veranschaulicht graphische Darstellungen zur Erläuterung von zeitlichen Änderungen bei der Hohlraddrehzahl und dem Kurbelwinkel während der Rotation des Motors aufgrund von Trägheit, wenn der Schwellenwert gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für jeden Kurbelwinkel vorgegeben ist. 7(a) veranschaulicht dabei den Kurbelwinkel, und 7(b) veranschaulicht die Hohlraddrehzahl und einen variablen Schwellenwert (vgl. ”Drehzahlschwellenwert der vorliegenden Erfindung” und ”Drehzahl, bei der der Kämmeingriff erzielt werden kann”).
Wie in den Darstellungen der 7 gezeigt ist, wird der Drehzahlschwellenwert für jeden Kurbelwinkel C_ang geändert. Wenn das Ritzel 14 und das Hohlrad 11 tatsächlich aneinander angeschlagen, nachdem das Ritzel 14 vorgeschoben worden ist und die Drehzahl dann erhöht wird, kann verhindert werden, dass die Drehzahl außerhalb des Bereichs liegt, in dem der Kämmeingriff erzielt werden kann.
Darüber hinaus können durch Vorgeben des Schwellenwerts Tr₂ auf eine höhere Drehzahl als Tr₁, das Ritzel 14 und das Hohlrad 11 rascher miteinander in Kämmeingriff gebracht werden, wenn die Neustart-Aufforderung erfolgt. Wenn die Neustart-Aufforderung nicht erfolgt, so wird der Kämmeingriff mit einer niedrigeren Drehzahl vorgenommen, so dass der Kämmeingriff ruhig erzielt werden kann.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, wird der Schwellenwert Tr für jeden Kurbelwinkel C_ang vorgegeben. Der Schwellenwert Tr wird bei dem Kurbelwinkel in der Nähe des oberen Totpunkts niedriger vorgegeben. Wenn das Ritzel 14 und das Hohlrad 11 tatsächlich aneinander anschlagen, nachdem das Vorschieben bzw. Einrücken des Ritzels gestartet worden ist und die Hohlraddrehzahl Nr dann ansteigt, wird somit verhindert, dass die Hohlraddrehzahl Nr außerhalb des Bereichs liegt, in dem der Kämmeingriff erzielt werden kann.
Wie vorstehend beschrieben, besitzt die Motorstartvorrichtung 19 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Hohlrad 11 zum Übertragen der Rotationsbewegung des Motors, den Kurbelwinkelsensor 12 zum Erfassen des Kurbelwinkels des Motors, den Starter 18 sowie die Steuerung 13 zum Steuern der Aktivierung des Starters 18 sowie des Elektromagneten 16.
Der Starter 18 besitzt das Ritzel 14 zum Übertragen der Rotationsbewegung des Startermotors 17, den Kolben 15 zum Vorschieben des Ritzels 14 und zum Verbringen desselben in Kämmeingriff mit dem Hohlrad 11 sowie den Elektromagneten 16, der den Kolben 15 bewegen kann, indem er aktiviert wird. Die Steuerung 13 kann die Aktivierung des Startermotors 17 und die Aktivierung des Elektromagneten 16 steuern.
Die Steuerung 13 und die Motor-ECU 10 weisen den Schwellenwert für jeden Kurbelwinkel auf, der von dem Kurbelwinkelsensor 12 gemäß den Flussdiagrammen der 2 und 3 erfasst worden ist. Wenn die aufgrund des vorstehend genannten Kurbelwinkels ermittelte Hohlraddrehzahl geringer wird als der vorgenannte Schwellenwert, wird der Elektromagnet 16 aktiviert, um mit dem Vorschieben bzw. Einrücken des Ritzels zu beginnen.
Wie vorstehend beschrieben, wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Erfüllung der Leerlaufstoppbedingungen von der Motor-ECU 10 in die Steuerung 13 eingegeben. Während die Motordrehzahl aufgrund der Rotation durch Trägheit vermindert wird, wird der Schwellenwert für jeden Kurbelwinkel vorgegeben. Für den Kurbelwinkel in der Nähe des oberen Totpunkts wird der Schwellenwert niedrig vorgegeben.
Infolgedessen wird dann, wenn das Ritzel 14 und das Hohlrad 11 tatsächlich aneinander anschlagen, nachdem das Einrücken des Ritzels gestartet worden ist und die Hohlraddrehzahl dann ansteigt, verhindert, dass die Hohlraddrehzahl außerhalb des Bereichs liegt, in dem der Kämmeingriff erzielt werden kann.
Auf diese Weise kann durch den Kämmeingriff zwischen dem Hohlrad 11 und dem Ritzel 14 erzeugtes Geräusch vermindert werden. Durch Reduzieren von Stößen kann ferner die Lebensdauer der Komponenten verlängert werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Schwellenwert Tr bei dem Kurbelwinkel C_ang, der dem Bereich in der Nähe des oberen Totpunkts entspricht, niedrig vorgegeben. Alternativ hierzu kann auch das Vorschieben des Ritzels unterbunden werden. In 1 sind die Steuerung 13 und die Motor-ECU 10 als voneinander unabhängige Elemente vorgesehen.
Jedoch ist es auch möglich, dass die Motor-ECU 10 die Verarbeitung ausführt und dafür auf die Steuerung 13 verzichtet wird. Ferner kann es sich bei dem Winkel in der Nähe des oberen Totpunkts bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel um einen Kurbelwinkel handeln, bei dem die Anzahl von Zylindern, für die das Ansaugventil und das Austrittsventil des Kolbens beide geschlossen sind, nur Eins beträgt.
Zweites Ausführungsbeispiel
8 zeigt ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer schematischen Konfiguration einer Motorstartvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die in 8 dargestellte Motorstartvorrichtung beinhaltet ferner einen Gangbereichssensor 20 (der eine Gangbereichs-Erfassungseinheit bildet) zum Detektieren eines Gangbereichs eines Getriebes, bei dem eine Gangposition vorgegeben ist. Für jeden Gangbereich kann ein jeweiliger Schwellenwert Tr (der Tr₁ und Tr₂ einschließt, wobei dies auch im folgenden gilt) vorgegeben werden. Aus diesem Grund ist eine Steuerung 13A als Steuereinrichtung vorgesehen.
9 zeigt eine Hohlraddrehzahl-Untersetzungscharakteristik für jeden Gangbereich, während sich der Motor aufgrund des Leerlaufstopps durch Trägheit dreht. Wie in 9 gezeigt ist, sind dann, wenn sich die Gangposition in einem Gangbereich für Fahren (D) befindet, der Motor und ein Antriebssystem durch die Auswahl des Bereichs D verbunden, und zwar im Vergleich zu dem Fall, in dem sich die Gangposition in einem neutralen (N) Gangbereich bzw. Leerlaufgangbereich befindet.
Daher werden ein Reibungsmoment und ein Viskositätsmoment von einem Reifen oder dem Getriebe übertragen. Die Motordrehzahl während der Rotation aufgrund von Trägheit wird somit in manchen Fällen rascher vermindert. Wenn die Gangposition in dem Bereich D von dem Gangbereichssensor 20 festgestellt wird, dann wird somit der Schwellenwert Tr im Vergleich zu dem Fall, in dem sich die Gangposition in dem Bereich N befindet, hoch vorgegeben.
Selbst wenn der Leerlaufstopp ausgeführt wird, während sich die Gangposition in dem Bereich D befindet, kann infolgedessen der Kämmeingriff innerhalb eines Sollbereichs der Hohlraddrehzahl erreicht werden. Infolgedessen können das Ritzel 14 und das Hohlrad 11 gleichmäßiger bzw. ruhiger in Kämmeingriff gebracht werden.
Drittes Ausführungsbeispiel
Für den von dem vorstehend beschriebenen Kurbelwinkelsensor 12 erfassten Impuls gibt es einen Winkelbereich, in dem das Impulssignal nicht abgegeben wird, um eine Referenzposition des Kurbelwinkels oder eines Nockenwinkels aufzufinden, wobei dieser als Winkel eines fehlenden Zahns bezeichnet wird. 10(a) veranschaulicht eine zeitliche Änderung bei dem Kurbelwinkel-Impuls, der den Winkelbereich eines fehlenden Zahns beinhaltet, und 10(b) veranschaulicht eine zeitliche Änderung bei der Hohlraddrehzahl in der gleichen Zeit. Wie in den Darstellungen der 10 zu sehen ist, wird das durch den Kurbelwinkel erzeugte Impulssignal über einen Zeitraum eines Doppelten oder Dreifachen eines normalen Winkels nicht erfasst. Dadurch kommt es zu einer nachteiligen Änderung der Hohlraddrehzahl Nr.
In manchen Fällen wird das Impulssignal solange nicht eingegeben, bis der Motor vollständig gestoppt ist. Es kann dadurch passieren, das die Hohlraddrehzahl nicht aktualisiert wird.
Aus diesem Grund kann der Schwellenwert Tb (der Tr₁ und Tr₂ beinhaltet, wobei dies auch im folgenden gilt) innerhalb eines Winkelbereichs, der unmittelbar vor dem Winkelbereich liegt, in dem der fehlende Zahn vorhanden ist, hoch vorgegeben werden, so dass das Ritzel zu einem Früheren Zeitpunkt vorgeschoben wird.
Daher kann in einem Wartezustand, in dem das Impulssignal von dem Kurbelwinkel nicht innerhalb des Winkelbereichs eingegeben wird, in dem der fehlende Zahn vorhanden ist, eine starke Veränderung der Hohlraddrehzahl Nr verhindert werden oder ein vollständiges Stoppen des Hohlrads verhindert werden.
Jeder der vorstehend genannten Schwellenwerte kann in Abhängigkeit von einer Batteriespannung oder einer Fahrzeuggeschwindigkeit geändert werden. Wenn beispielsweise die Batteriespannung niedrig ist, dann wird ein durch den Elektromagneten 16 fließender Strom geringer. Aus diesem Grund wird eine Kraft zum Bewegen des Ritzels 14 schwach. Infolgedessen wird die Zeitdauer ab dem Starten der Aktivierung des Elektromagneten 16 bis zum Anschlagen des Ritzels an dem Hohlrad lang. Durch höheres Vorgeben der Schwellenwerte bei niedriger Batteriespannung, kann somit die Hohlraddrehzahl zum Zeitpunkt der Anlage bzw. des Anschlagens der Zahnräder reduziert werden.
Beispielsweise bilden die Steuerung 13 und die Motor-ECU 10, die die Ritzeleinrück-Steuereinheit bilden, auch die Stromversorgungsspannungs-Erfassungseinheit. Die Batteriespannung wird aus einem Stromversorgungsspannungssignal ermittelt, das von einem externen Batteriespannungssensor (nicht gezeigt) oder dergleichen zu der Motor-ECU 10 für eine normale Motorsteuerung zugeführt wird. Auf der Basis der Batteriespannung wird jeder der Schwellenwerte in der vorstehend beschriebenen Weise vorgegeben.
Wenn dagegen die Fahrzeuggeschwindigkeit hoch ist, wird gelegentlich ein Vorwärtsmoment von der Rotation des Reifens oder dergleichen zu dem Motor übertragen, um den Änderungsbetrag bei der Hohlraddrehzahl in dem Fall zu vermindern, in dem z. B. die Gangposition in dem Bereich D vorgegeben ist. Wenn daher jeder der vorstehend beschriebenen Schwellenwerte niedriger vorgegeben wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit hoch ist, kann somit die Hohlraddrehzahl zum Zeitpunkt des Anschlagens der Zahnräder vermindert werden.
Zum Beispiel bilden die Steuerung 13 und die Motor-ECU 10, die die Ritzeleinrück-Steuereinheit bilden, auch die Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungseinheit. Die Fahrzeuggeschwindigkeit wird aus einem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal ermittelt, das von einem externen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (nicht gezeigt) oder dergleichen in die Motor-ECU 20 für eine normale Motorsteuerung eingegeben wird, und/oder es wird ein Gangbereichssignal von dem Gangbereichssensor 20 ermittelt. Jeder der Schwellenwerte wird in der vorstehend beschriebenen Weise in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder dem Gangbereich vorgegeben.
Es ist zu erkennen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die jeweiligen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern vielmehr alle möglichen Kombinationen derselben umfasst. Somit wird der Schwellenwert zum Bestimmen des Zeitpunkts, zu dem das Ritzel und das Hohlrad in Kämmeingriff gebracht sind, unter Berücksichtigung einer Vielzahl von gewünschten Vorgaben vorgegeben, wie für jeden Kurbelwinkel, für den Gangbereich des Getriebes, ob die Neustartbedingung erfüllt ist oder nicht, den Winkelbereich des Kurbelwinkelsensors für den fehlenden Zahn.
Wenn alle Bedingungen berücksichtigt werden, wird der Schwellenwert für jeden Kurbelwinkel und jeden Gangbereich des Getriebes unter Berücksichtigung davon vorgegeben, ob die Neustartbedingung erfüllt ist oder nicht, sowie unter Berücksichtigung des Winkelbereichs des Kurbelwinkelsensors für den fehlenden Zahn.
Bezugszeichenliste

10: Motor-ECU
11: Hohlrad
12: Kurbelwinkelsensor
13: Steuerung
13A: Steuerung
14: Ritzel
15: Kolben
16: Elektromagnet
17: Startermotor
18: Starter
19: Motorstartvorrichtung
20: Gangbereichssensor

Claims

Motorstartvorrichtung für ein automatisches Leerlaufstopp-System zum Ausführen eines Leerlaufstopps, wenn eine vorbestimmte Leerlaufstoppbedingung erfüllt ist, sowie zum erneuten Starten eines Motors, wenn eine Neustartbedingung erfüllt ist, wobei die Motorstartvorrichtung folgendes aufweist: – einen Kurbelwinkelsensor zum Detektieren eines Kurbelwinkels des Motors; – ein mit der Kurbelwelle des Motors verbundenes Hohlrad zum Übertragen von Rotation des Motors; – eine Hohlraddrehzahl-Erfassungseinheit zum Detektieren einer Drehzahl des Hohlrads; – einen Startermotor zum Starten des Motors; – ein Ritzel zum Übertragen der Rotation des Startermotors auf das Hohlrad; – eine Ritzeleinrückeinheit zum Einrücken des Ritzels, um das Ritzel mit dem Hohlrad in Kämmeingriff zu bringen; und – eine Ritzeleinrück-Steuereinheit zum antriebsmäßigen Bewegen der Ritzeleinrückeinheit, um das Ritzel und das Hohlrad in Kämmeingriff zu bringen, wenn die von der Hohlraddrehzahl-Erfassungseinheit detektierte Hohlraddrehzahl geringer wird als ein vorbestimmter Schwellenwert, wobei der vorbestimmte Schwellenwert durch mindestens einen Parameter aus dem Kurbelwinkel, einem Gangbereich und der Neustartbedingung bestimmt wird.
Motorstartvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ritzeleinrück-Steuereinheit die Ritzeleinrückeinheit antriebsmäßig bewegt, um das Ritzel und das Hohlrad in Kämmeingriff zu bringen, wenn die Hohlraddrehzahl niedriger wird als ein erster Schwellenwert, nachdem die Rotation des Motors durch einen Leerlaufstopp als Ergebnis der Erfüllung der Leerlaufstoppbedingung vermindert worden ist, sowie die Ritzeleinrückeinheit antriebsmäßig bewegt, um das Ritzel und das Hohlrad für einen Neustart in Kämmeingriff zu bringen, wenn die Hohlraddrehzahl geringer ist als ein zweiter Schwellenwert, der höher ist als der erste Schwellenwert, wenn die Neustartbedingung erfüllt ist, bevor die Hohlraddrehzahl niedriger wird als der erste Schwellenwert.
Motorstartvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Motorstartvorrichtung weiterhin eine Gangbereichs-Erfassungseinheit zum Detektieren einer aktuellen vorgegebenen Position eines Gangbereichs des Getriebes des Motors aufweist, wobei einer von dem vorbestimmten Schwellenwert sowie von dem ersten Schwellenwert und dem zweiten Schwellenwert der Ritzeleinrück-Steuereinheit für jeden von der Gangbereichs-Erfassungseinheit detektierten Gangbereich vorgegeben wird.
Motorstartvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei einer von dem vorbestimmten Schwellenwert sowie von dem ersten Schwellenwert und dem zweiten Schwellenwert der Ritzeleinrück-Steuereinheit in einem vorbestimmten Kurbelwinkelbereich in der Nähe des oberen Totpunkts jedes Zylinders des Motors niedriger vorgegeben wird.
Motorstartvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Ritzeleinrück-Steuereinheit die Ritzeleinrückeinheit in einem vorbestimmten Kurbelwinkelbereich in der Nähe des oberen Totpunkts jedes Zylinders des Motors nicht antriebsmäßig bewegt.
Motorstartvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei es sich bei dem vorbestimmten Kurbelwinkelbereich in der Nähe des oberen Totpunkts um einen Kurbelwinkelbereich handelt, in dem die Winkelbeschleunigung der Motorrotation tendenziell zunimmt.
Motorstartvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei es sich bei dem vorbestimmten Kurbelwinkelbereich in der Nähe des oberen Totpunkts um einen Kurbelwinkelbereich handelt, der einem Zylinder entspricht, für den ein Ansaugventil und ein Austrittsventil eines Kolbens des Motors beide geschlossen sind.
Motorstartvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei dann, wenn ein Winkelbereich vorhanden ist, in dem ein Impulssignal des Kurbelwinkelsensors zum Bilden eines Referenzwerts für den Kurbelwinkel nicht detektiert wird, einer von dem vorbestimmten Schwellenwert sowie von dem ersten Schwellenwert und dem zweiten Schwellenwert in einem Winkelbereich unmittelbar vor dem Winkelbereich, in dem das Impulssignal nicht detektiert wird, höher vorgegeben wird.
Motorstartvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Motorstartvorrichtung weiterhin eine Stromversorgungsspannungs-Erfassungseinheit zum Detektieren einer Stromversorgungsspannung aufweist, wobei die Ritzeleinrück-Steuereinheit einen von dem vorbestimmten Schwellenwert sowie von dem ersten Schwellenwert und dem zweiten Schwellenwert höher vorgibt, wenn die von der Stromversorgungsspannungs-Erfassungseinheit detektierte Stromversorgungsspannung niedriger ist als eine vorbestimmte Spannung.
Motorstartvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Motorstartvorrichtung weiterhin eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungseinheit zum Detektieren einer Fahrzeuggeschwindigkeit aufweist, wobei die Ritzeleinrück-Steuereinheit einen von dem vorbestimmten Schwellenwert sowie von dem ersten Schwellenwert und dem zweiten Schwellenwert in Abhängigkeit von der von der Fahrzeuggeschwindigkeits-Erfassungseinheit detektierten Fahrzeuggeschwindigkeit ändert.