DE112017000457B4 - Anlasser - Google Patents

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Abstract

Anlasser (10), der an einem Fahrzeug (100) angebracht ist, um eine Kraftmaschine (110) anzulassen, mit:einem Schubelement (50), das ein Ritzelrad (62) zu einem Ringrad (68), das mit einer Ausgangswelle (70) der Kraftmaschine (110) verbunden ist, unter Verwendung einer elektromagnetischen Kraft schiebt, die durch einen Strom erzeugt wird, der durch ein Solenoid (52) geführt wird, um das Ringrad (68) in Eingriff mit dem Ritzelrad (62) zu bringen;einem Drängelement (55), das das Ritzelrad (62) in eine Richtung entgegengesetzt zu der Richtung drängt, in der das Ritzelrad (62) durch das Schubelement (50) herausgeschoben wird;einem vorbestimmten Element (67), das mit dem Ritzelrad (62) verbunden ist;einem ersten Begrenzungselement (82), das eine Bewegung des durch das Drängelement (55) gedrängten vorbestimmten Elements (67) auf eine vorbestimmte Position begrenzt, bevor das Ritzelrad (62) durch das Schubelement (50) herausgeschoben wird, undeiner Steuerungseinheit (41), die das Ringrad (68) von dem Ritzelrad (62) unter einer Drängwirkung des Drängelements (55) trennt und den Strom, der durch das Solenoid (52) geführt wird, wenn das vorbestimmte Element (67) auf die vorbestimmte Position zurückgezogen wird, derart steuert, dass der Strom nach Trennen des Ringrads (68) von dem Ritzelrad (62), jedoch vor Zurückziehen des vorbestimmten Elements (67) auf die vorbestimmte Position auf eine vorbestimmte Größe (I5) eingestellt wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Anlasser, der in einem Fahrzeug installiert ist, um eine Kraftmaschine zu starten.
  • Stand der Technik
  • PTL 1 beschreibt einen Anlasser, der unabhängig ein Solenoid und einen Motor speist. Das Solenoid schiebt ein Ritzel zu einem Ringzahnrad, das mit der Ausgangswelle einer Kraftmaschine verbunden ist, und der Motor übermittelt eine Drehung auf das Ritzel. Anlasser sind allgemein konfiguriert, ein Ritzel von einer Anfangsposition derart zu schieben, dass es mit einem Ringzahnrad in Eingriff gelangt, und sind konfiguriert, das Ritzel mit einem Motor derart zu drehen, dass es das Ringzahnrad dreht, wodurch die Kraftmaschine gestartet wird. Zusätzlich dazu wird gemäß der in PTL 1 beschriebenen Konfiguration der dem Solenoid und dem Motor zugeführte Strom justiert, um das Schieben und die Drehung des Ritzels zu steuern.
  • Zitierungsliste
  • Patentliteratur
  • PTL 1: JP 2015- 86 720 A
  • Die DE 10 2010 016 388 A1 offenbart einen Anlasser, welcher in einem Fahrzeug zum Starten der Maschine montiert ist, welcher Folgendes aufweist: einen Motor, welcher durch eine Versorgung mit Energie ein Drehmoment erzeugt; eine Ausgangswelle, welche sich durch einen Empfang des Drehmoments von dem Motor dreht, eine Kupplung, welche auf den Außenumfang der Ausgangswelle eingepasst ist; ein Zahnrad, welches das von dem Motor erzeugte Drehmoment über die Kupplung empfängt; eine Zahnradsteuereinrichtung, welche aufgebaut ist, um es dem Zahnrad zu ermöglichen, integral mit der Kupplung in die axiale Richtung hinausgedrückt zu werden, eine Motorsteuereinrichtung für eine An-/AusSteuerung des Stroms, mit welchem der Motor versorgt wird; eine Steuereinheit zum getrennten Steuern der Zahnradsteuereinrichtung und der Motorsteuereinrichtung; und ein inneres Rohr, welches angeordnet ist, um zylindrisch von dem Inneren und in Richtung entgegengesetzt des Motors erstreckt zu sein, welches das Zahnrad abstützt, um eine Drehung desselben hinsichtlich des Umfangs des inneren Rohres zu verhindern, und welches das Zahnrad abstützt, um in der axialen Richtung verschiebbar zu sein; wobei eine zahnradseitige Druckaufnahmefläche und eine rohrseitige Druckaufnahmefläche an dem Zahnrad und dem inneren Rohr ausgebildet sind, wobei die beiden Flächen mit einem vorbestimmten Abstand in der axialen Richtung einander gegenüberliegen, und wobei ein Dämpfungsbauteil zwischen der zahnradseitigen Druckaufnahmefläche und der der rohrseitigen Druckaufnahmefläche angeordnet ist.
  • Die DE 10 2010 016 338 A1 offenbart ein Maschinenstartsystem, das in Kraftfahrzeugleerlaufstoppsystemen genutzt werden kann. Um eine Maschine zu starten, bringt das System ein Planetenrad in einen Eingriff mit einem Hohlrad, das mit der Maschine gekoppelt ist, und schaltet einen elektrischen Motor ein, um das Hohlrad durch das Planetenrad zu drehen, um die Maschine zu kurbeln. Wenn angefragt wird, die Maschine während einer Verlangsamung der Maschine vor einem Stopp derselben zu starten, drängt das System das Planetenrad in einen Eingriff mit dem Hohlrad und schaltet dann den Motor ein, um das Planetenrad zu drehen, verzögert mit anderen Worten die Aktivierung des Motors bis danach, dass das Planetenrad das Hohlrad in Eingriff genommen hat.
  • Die US 2014 / 0 102 395 A1 offenbart ein Motorstartsystem für einen Motor, das mit einem Ritzel, einem elektromagnetischen Betätigungsglied und einer Steuerungseinrichtung ausgestattet ist. Bei Erregung erzeugt das elektromagnetische Betätigungsglied eine magnetische Anziehung, um das Ritzel direkt zu einem Hohlrad zu bewegen, das mit einem Motor gekoppelt ist, um den Motor zu starten. Die Steuerung ist dazu ausgelegt, dem elektromagnetischen Betätigungsglied wahlweise eine kleine Strommenge und dem elektromagnetischen Betätigungsglied eine große Strommenge bereitzustellen. Wenn es erforderlich ist, den Geräuschpegel zu minimieren, der durch den mechanischen Kontakt des Ritzels mit dem Zahnkranz entsteht, führt die Steuerungseinrichtung die kleine Strommenge dem elektromagnetischen Betätigungsglied zu, um die Bewegung des Ritzels zum Zahnkranz zu verlangsamen und dadurch den Aufprall des Ritzels auf den Zahnkranz zu verringern.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Nach Anlauf der Kraftmaschine wird das Ritzel von dem Ringzahnrad getrennt, und wird ihm erlaubt, sich zu der Anfangsposition zurückzuziehen, wobei es durch ein Drängelement wie eine Feder gedrängt wird. Die vorliegende Offenbarung hat sich auf die Abgabe des Geräuschs fokussiert, das erzeugt wird, wenn erlaubt wird, dass das Ritzel sich zu der Anfangsposition zurückzieht. Insbesondere wird dieses Geräusch durch die Kollision eines spezifischen Elements, das mit dem Ritzel verbunden ist, mit einem Begrenzungselement erzeugt, das die Bewegung des spezifischen Elements begrenzt.
  • Die vorliegende Offenbarung weist eine Hauptaufgabe auf, die Erzeugung des Geräuschs zu minimieren, das auftritt, wenn erlaubt wird, dass das spezifische Element, das mit dem Ritzel verbunden ist, sich zu der vorbestimmten Position zurückzieht, nachdem es von dem Ringzahnrad getrennt wird.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Anlasser gelöst, wie er in Patentanspruch 1 angegeben ist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Entsprechend der Konfiguration, wie sie in Patentanspruch 1 beschrieben ist, setzt die Steuerungseinheit eine Steuerung um, bei der ein vorbestimmter Strom durch das Solenoid nach Trennen des Ringzahnrads von dem Ritzel, jedoch vor dem Zurückziehen des vorbestimmten, mit dem Ritzel verbundenen Elements zu der vorbestimmten Position geführt wird. Dementsprechend wird die Drängkraft, die durch das Drängelement beaufschlagt wird, reduziert. Somit wird, wenn das mit dem Ritzel verbundene vorbestimmte Element sich zu der vorbestimmten Position zurückzieht, der durch die Kollision mit dem ersten Begrenzungselement verursachte Aufprall minimiert und wird somit die Erzeugung des Geräuschs minimiert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • 1 zeigt eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration eines Hybridfahrzeugs veranschaulicht.
    • 2 zeigt eine schematische Darstellung, die eine elektrische Konfiguration eines Anlassers veranschaulicht.
    • 3 zeigt eine schematische Darstellung, die eine mechanische Konfiguration des Anlassers veranschaulicht.
    • 4 zeigt eine Darstellung, die eine Schubkraft und eine Drängkraft veranschaulicht, die auf ein Ritzel einwirkt.
    • 5 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Prozess des Herausschiebens des Ritzels veranschaulicht.
    • 6 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Prozess des Zurückziehens des Ritzels veranschaulicht.
    • 7 zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm, das die Prozesse des Herausschiebens und Zurückziehens des Ritzels veranschaulicht.
    • 8 zeigt eine Darstellung, die ein Kennfeld veranschaulicht, die eine Fahrpedalstellgröße und eine zeitliche Variation der Fahrpedalstellgröße mit einer Kraftmaschinenanlaufzeitdauer korreliert.
    • 9 zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm, das eine zeitliche Variation einer Kraftmaschinendrehzahl und einer Motordrehzahl veranschaulicht, wenn die Anlasszeitdauer lang ist.
    • 10 zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm, das eine zeitliche Variation der Kraftmaschinendrehzahl und der Motordrehzahl veranschaulicht, wenn die Anlasszeitdauer kurz ist.
    • 11 zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm, das eine zeitliche Variation der Kraftmaschinendrehzahl und der Motordrehzahl veranschaulicht, wenn das Anlassen vor Abschluss von Expansionstakten in anderen Zylindern abgeschlossen ist.
    • 12 zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm, das einen Prozess des Einstellens eines Ausgangsdrehmoments und einer Drehzahl des Motors veranschaulicht.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen sind nachstehend einige Ausführungsbeispiele beschrieben, gemäß denen ein Kraftmaschinenanlasser gemäß der vorliegenden Offenbarung bei einem Hybridfahrzeug angewendet ist.
  • 1 zeigt ein Fahrzeug 100, das insbesondere ein Doppelkupplungs-Parallelhybridfahrzeug ist, bei dem eine Kraftmaschine 110 und ein Motorgenerator (MG) 112 eingebaut sind. Die Kraftmaschine 110 weist eine Ausgangswelle auf, die mit der Ausgangswelle des Motorgenerators 112 über eine Kupplung 114 verbunden ist. Die Ausgangswelle des Motorgenerators 112 ist mit Rädern 119 des Fahrzeugs 100 über ein Getriebe 117, das mit einer Kupplung 116 versehen ist, und über ein Differentialgetriebe 118 verbunden.
  • Der Motorgenerator 112 ist mit einer Hochspannungsbatterie 44 über einen Motorgenerator-Wechselrichter 120 verbunden, so dass die Ausgangswelle mit elektrischer Leistung, die aus der Hochspannungsbatterie 44 zugeführt wird, angetrieben wird. Außerdem erzeugt der Motorgenerator 112 elektrische Leistung, wenn die Ausgangswelle durch die Kraftmaschine 110 angetrieben wird, so dass elektrische Ladung der Hochspannungsbatterie 44 zugeführt wird.
  • Das Fahrzeug 100 weist ebenfalls eine Niedrigspannungsbatterie 45 auf, dessen Ausgangsspannung niedriger als diejenige der Hochspannungsbatterie 44 ist. Die Niedrigspannungsbatterie 45 führt Leistung anderen Hilfsvorrichtungen 104 als dem Motorgenerator 112 zu. Die Hoch- und Niedrigspannungsbatterien 44 und 45 sind miteinander über den Gleichspannungswandler 102 verbunden. Insbesondere ist die Hochspannungsbatterie 44 ein Batteriepack von Lithiumionensekundärbatterien mit einer Ausgangsspannung von 200 V. Die Niedrigspannungsbatterie 45 ist eine Bleibatterie mit einer Ausgangsspannung von 12 V. Für die Hoch- und Niedrigspannungsbatterien 44 und 45 können andere Batterien verwendet werden.
  • Die Kraftmaschine 110 ist mit einem Anlasser 10 verbunden, bei dem die Zufuhr elektrischer Leistung aus den Hoch- und Niedrigspannungsbatterien 44 und 45 gewährleistet ist. Unter Bezugnahme auf 2 ist die Konfiguration des Anlassers 10 insbesondere beschrieben.
  • Wie es in 2 gezeigt ist, weist das Fahrzeug 100 den Anlasser 10 und eine elektronische Steuerungseinheit (die nachstehend als ECU bezeichnet ist) 20 auf, die die Kraftmaschine 110 steuert. Der Anlasser 10 weist einen Motor 30, einen Wechselrichter 40, eine Steuerungsschaltung 41 und ein elektromagnetisches Solenoid 50 auf.
  • Der Motor 30 ist eine rotierende Drei-Phasen-Wechselstrommaschine und weist einen Rotor 32 sowie U-, V- und W-Phasen-Statorspulen 34U, 34V und 34W auf. Die U-, V- und W-Phasen-Statorspulen 34U, 34V und 34W weisen jeweilige Enden auf, die an einem Neutralpunkt 36 miteinander verbunden sind. Der Motor 30, der gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird, ist ein Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM).
  • Der Wechselrichter 40 ist ein Drei-Phasen-Wechselrichter mit drei Sätzen von Reihenschaltungen von Schaltelementen, bei denen Y-Phasen-Oberzweig-Schaltelemente SYp (Y=U, V oder W) zu jeweiligen Y-Phasen-Unterzweig-Schaltelementen S¥n in Reihe geschaltet sind. Insbesondere weisen die ¥-Phasen-Ober- und Unterzweig-Schaltelemente SYp und S¥n einen Verbindungspunkt dazwischen auf, der mit einem Ende der ¥-Phasen-Statorspule 34¥ verbunden ist, wobei das Ende eines (Y-Phasen-Anschluss des Motors 30) auf einer Seite entgegengesetzt zu dem Ende ist, das mit dem Neutralpunkt 36 verbunden ist. Das Schaltelement S¥# (#=p oder n), das gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird, ist ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), der ein Halbleiterschaltelement ist. Das Schaltelement S¥# ist umgekehrt parallel zu einer Diode DY# geschaltet.
  • Der Wechselrichter 40 weist ein Paar von Eingangsanschlüssen auf, über die eine Hochspannungsbatterie 44 über einen Kondensator 42 verbunden ist. Das elektromagnetische Solenoid 50 (entsprechend dem Schubelement), weist eine Solenoidspule 52 auf, die ein Ende aufweist, das mit der Niedrigspannungsbatterie 45 über einen Gleichspannungswandler 46 verbunden ist. Die Solenoidspule 52 weist ein anderes Ende auf, das geerdet ist. Der Gleichspannungswandler 46 wird durch die Steuerungsschaltung 41 derart gesteuert, dass eine Konstantstromsteuerung umgesetzt wird, unter der ein Strom I, der durch die Solenoidspule 52 geführt wird, ein vorbestimmter Strom wird. Es sei bemerkt, dass der Gleichspannungswandler 46 eine Konstantspannungssteuerung umsetzen kann, unter der die Ausgangsspannung eine vorbestimmte Spannung wird. Der Gleichspannungswandler 46 ist beispielsweise eine bekannte Chopper-Schaltung. Neben der Solenoidspule 52 weist das elektromagnetische Solenoid 50 einen Kolben 54 (beweglichen Kern) auf.
  • Die Kraftmaschinen-ECU 20 beschafft ein Ausgangssignal aus einem Drehwinkelsensor 76, der an einer Kurbelwelle 70 der Kraftmaschine 110 vorgesehen ist, um den Drehwinkel der Kurbelwelle 70 und die Kraftmaschinendrehzahl (NE) zu beschaffen.
  • Die Steuerungsschaltung 41 (die der Steuerungseinheit entspricht), die für den Anlasser 10 vorgesehen ist, weist ein gesteuertes Objekt (Regelungsobjekt) auf, das der Wechselrichter 40 ist, d.h. die ¥-Phasen-Ober- und Unterzweig-Schaltelemente SYp und SYn. Die Steuerungsschaltung 41 weist außerdem ein gesteuertes Objekt auf, das der Gleichspannungswandler 46 ist. Die Steuerungsschaltung 41 beschafft Ströme iv und iw der V- und W-Phasen jeweils aus Stromsensoren 72V und 72W von denen jeder einen Ausgangsstrom des Wechselrichters 40 erfasst. Die Steuerungsschaltung 41 beschafft eine Eingangsspannung VINV aus einem Spannungssensor 74, der eine Eingangsspannung des Wechselrichters 40 erfasst.
  • Die Steuerungsschaltung 41 des Wechselrichters 40 empfängt Eingänge einer erfassten Kraftmaschinendrehzahl (NE) und eines Aktivierungsanforderungssignals (Sig) für den Anlasser 10 aus der Kraftmaschinen-ECU 20. Auf der Grundlage der erfassten Kraftmaschinendrehzahl (NE) und des Aktivierungsanforderungssignals (Sig) für den Anlasser 10 justiert die Steuerungsschaltung 41 den Ausgangsstrom und die Ausgangsspannung des Wechselrichters 40 und des Gleichspannungswandlers 46, um den Anlasser 10 zu steuern. Die Steuerungsschaltung 41 ist mit einem Mikrocomputer versehen, der aus Komponenten wie einer CPU (Zentralverarbeitungseinheit), einem ROM (Nur-Lese-Speicher) und einem RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) aufgebaut ist.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung, die einen Aufbau des Anlassers 10 veranschaulicht. Der Anlasser 10 weist eine Freilaufkupplung 60, ein Ritzel 62, eine Drehwelle 64, einen Stoppring 65 und einen Schalthebel 66 auf. Das Ritzel 62 ist mit dem Motor 30 über die Freilaufkupplung 60 und einem Verbindungselement 67 verbunden. Die Freilaufkupplung 60 überträgt Drehmoment von dem Motor 30 auf das Ritzel 62 lediglich dann, wenn als Ergebnis des Subtrahierens der Drehzahl des Ritzels 62 von der Drehzahl der Ausgangswelle des Motors 30 eine nicht-negative relative Drehzahl erhalten wird. Die Freilaufkupplung 60 dient als ein unidirektionaler Übertragungsmechanismus, der kein Drehmoment zwischen dem Motor 30 und dem Ritzel 62 überträgt, wenn eine negative relative Drehzahl erhalten wird.
  • Das Ritzel 62 ist koaxial mit der Ausgangswelle 81 des Motors 30 vorgesehen. Wie es in 2 gezeigt ist, ist das Ritzel 62 derart vorgesehen, dass es zwischen der durch die gepunkteten Linien angegebenen Position, an der das Ritzel 62 in Eingriff mit dem Ringzahnrad 68 steht, das direkt mit der Kurbelwelle 70 der Kraftmaschine 110 verbunden ist (was nachstehend als Verbindungsposition (die durch ein Bezugszeichen 62a angegeben ist) bezeichnet ist), und der Position bewegbar ist, die durch die durchgezogenen Linien angegeben ist, an der das Ritzel 62 von dem Ringzahnrad 68 getrennt ist (die nachstehend als Trennungsposition oder anfängliche Position bezeichnet ist).
  • Insbesondere ist, wenn die elektrische Leistungsabgabe des Gleichspannungswandlers 46 gestoppt ist und die Solenoidspule 52 nicht gespeist wird, das Ritzel 62 an der Trennungsposition. Wenn die Solenoidspule 52 durch elektrische Leistung, die aus dem Gleichspannungswandler 46 ausgegeben wird, gespeist wird, bewirkt die elektromagnetische Kraft des elektromagnetischen Solenoids 50, dass der Kolben 54 sich in eine vorbestimmte Richtung (zu dem Schalthebel 66 hin) bewegt. Mit dieser Bewegung wird das Ritzel 62 von der Trennungsposition zu der Verbindungsposition hin über den Schalthebel 66 geschoben, um mit dem Ringzahnrad 68 in Eingriff zu gelangen. Gemäß der vorliegenden Spezifikation kann die gespeiste Solenoidspule 52 als das aktivierte elektromagnetische Solenoid 50 bezeichnet werden.
  • Wie es in 3 gezeigt ist, ist das Ritzel 62 mit dem koaxial vorgesehenen Verbindungselement 67 (das dem vorbestimmten Element entspricht) verbunden. Das Verbindungselement 67 weist einen inneren Umfang auf, der mit schneckenförmigen Verzahnungen oder Spiralnuten versehen ist (die nicht gezeigt sind). Die Ausgangswelle 81 des Motors 30 ist spiralförmig mit Zähnen versehen, die an die spiralförmigen Verzahnungen angepasst sind, die an dem inneren Umfang des Verbindungselements 67 vorgesehen sind. Drehmoment der Ausgangswelle 81 des Motors 30 wird auf das Verbindungselement 67 und das Ritzel 62 über die spiralförmigen Verzahnungen übertragen. Das Verbindungselement 67 und das Ritzel 62 bewegen sich, wenn sie durch den Schalthebel 66 geschoben werden, entlang den spiralförmigen Verzahnungen des Verbindungselements 67. Die Ausgangswelle 81 des Motors 30 ist separat von, jedoch koaxial mit der Drehwelle 64 des Ritzels 62 versehen.
  • Wenn zu der Verbindungsposition bewegt, ist das Ritzel 62 in der Lage, in Eingriff mit dem Ringzahnrad 68 zu treten. Wenn das Ritzel 62 durch den Motor 30 in einen Zustand, in dem es mit dem Ringzahnrad 68 in Eingriff steht, gedreht wird, wird die anfängliche Drehung auf die Kurbelwelle 70 der Kraftmaschine 110 übertragen. Das heißt, dass die Kraftmaschine angekurbelt wird.
  • Der Stoppring 65 ist um die Drehwelle 64 vorgesehen. Wenn das elektromagnetische Solenoid 50 aktiviert wird und das Ritzel 62 herausgeschoben wird, gelangt das Ritzel 62 in Kontakt mit dem Stoppring 65 nach Starten des Eingriffs mit dem Ringzahnrad 68. Der Stoppring 65 (entsprechend dem zweiten Begrenzungselement) begrenzt, wenn er in Kontakt mit dem Ritzel 62 gebracht ist, die Bewegung des Ritzels 62, um das Ritzel 62 auf der Verbindungsposition zu fixieren.
  • Der Kolben 54 ist mit einer Feder 55 verbunden (die dem Drängelement entspricht). Die Feder 55 drängt den Kolben 54 zur Bewegung in eine Richtung, die entgegengesetzt zu der Richtung der Bewegung ist, die durch das elektromagnetische Solenoid 50 verursacht wird (in eine Richtung, die sich von dem Schalthebel 66 beabstandet). Nach Abschluss des Ankurbelns wird die Speisung der Solenoidspule 52 gestoppt und wirkt lediglich die Drängkraft der Feder 55 auf den Kolben 54 ein. Dementsprechend wird der Kolben 54 in eine Richtung bewegt, bei der er sich selbst von dem Schalthebel 66 beabstandet. Als Ergebnis zieht sich das Ritzel 62 von der Verbindungsposition zu der Trennungsposition über den Schalthebel 66 zurück.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Ringzahnrad 68 direkt mit der Kurbelwelle 70 verbunden, wie es vorstehend beschrieben ist. Dementsprechend stimmt die Drehrichtung des Ringzahnrads 68 mit derjenigen der Kurbelwelle 70 überein. Außerdem sind gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Drehwelle 64 und die Kurbelwelle 70 derart vorgesehen, dass die Rotationsachse der Drehwelle 64 parallel zu derjenigen der Drehmitte der Kurbelwelle 70 ist. Somit ist in dem Zustand, in dem das Ritzel 62 in Eingriff mit dem Ringzahnrad 68 ist, die Drehrichtung des Ringzahnrads 68 umgekehrt zu derjenigen des Ritzels 62. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind in dem Zustand, in dem der Rotor 32 durch die Aktivierung des Motors 30 mit den Ritzel- und Ringrädern 62 und 68, die in Eingriff miteinander sind, gedreht wird, die Drehrichtung dieser Räder jeweils als die normalen Drehrichtungen definiert.
  • 4 zeigt eine Schubkraft FP des elektromagnetischen Solenoids 50 und eine Drängkraft FB der Feder 55, die auf das Ritzel 62 einwirken. Die Schubkraft FP des elektromagnetischen Solenoids 50 agiert derart, dass das Ritzel 62 sich zu dem Ringzahnrad 68 hin bewegt. Die Drängkraft FB der Feder 55 agiert in einer Richtung, die entgegengesetzt zu der Richtung ist, in der die Schubkraft FP des elektromagnetischen Solenoids 50 wirkt, um zu bewirken, dass das Ritzel 62 von dem Ringzahnrad 68 beabstandet wird. Die Drängkraft FB ist proportional zu dem Versatz des Ritzels 62 (des Kolbens 54), wohingegen die Schubkraft FB umgekehrt proportional zu dem Quadrat des Abstands zwischen der Solenoidspule 52 und dem Kolben 54 ist.
  • Es gibt ein Problem einer Beschädigung und eines Geräuschs, was durch die Kollision verursacht wird, die während der Bewegung des Ritzels 62 auftritt. Unter Bezugnahme auf 3 ist die Kollision beschrieben, die während der Bewegung des Ritzels 62 auftritt.
  • Als erstes tritt, wenn das Ritzel 62 durch das elektromagnetische Solenoid 50 herausgeschoben wird und in Kontakt mit dem Ringzahnrad 68 gebracht wird, eine Kollision zwischen dem Ritzel 62 und dem Ringzahnrad 68 auf. Als zweitens berührt nach dem Start des Eingriffs zwischen dem Ritzel 62 und dem Ringzahnrad 68 der Stoppring 65 zur Begrenzung der Position des Ritzels 62 auf die Verbindungsposition das Ritzel 62. In diesem Fall tritt eine Kollision zwischen dem Ritzel 62 und dem Stoppring 65 auf. Als drittes kollidiert, wenn das Ritzel 62 herausgeschoben wird, der Kolben 54 mit einem Anschlag (Stopper) 56 zum Begrenzen der Bewegung des Kolbens 54. Schließlich wird nach dem Trennen des Ritzels 62 von dem Ringzahnrad 68 dem Ritzel 62 erlaubt, sich durch die Feder 55 auf die anfängliche Position zurückzuziehen. In diesem Fall kollidiert das Verbindungselement 67 mit einem Anschlag 82 (der dem ersten Begrenzungselement entspricht) zum Begrenzen der Bewegung des Verbindungselements 67.
  • Die Steuerungsschaltung 41 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel steuert den Ausgangsstrom des Gleichspannungswandlers 46 zur Steuerung des Stroms I (Solenoidstroms I), der durch das elektromagnetische Solenoid 50 geführt wird. Somit steuert die Steuerungsschaltung 41 die Schubkraft FP, die auf das Ritzel 62 und die Elemente, die mit dem Ritzel 62 verbunden sind (der Kolben 54, der Schalthebel 66 und das Verbindungselement 67), einwirkt.
  • Insbesondere reduziert die Steuerungsschaltung 41 unmittelbar vor Kontakt des Ritzels 62 mit dem Ringzahnrad 68 den Solenoidstrom I, um die Kollision zwischen dem Ritzel 62 und dem Ringzahnrad 68 abzuschwächen. Weiterhin reduziert die Steuerungsschaltung 41 den Solenoidstrom I während der Zeitdauer, die den Punkt enthält, wenn das Ritzel 62 den Stoppring 65 berührt, um die Kollision zwischen dem Ritzel 62 und dem Stoppring 65 abzuschwächen, und ebenfalls die Kollision zwischen dem Kolben 54 und dem Anschlag 56 abzuschwächen. Nach Trennen des Ritzels 62 von dem Ringzahnrad 68 führt die Steuerungsschaltung 41 einen vorbestimmten Strom als den Solenoidstrom I durch die Solenoidspule, bevor dem Ritzel 62 erlaubt wird, sich durch die Drängkraft FB der Feder 55 auf die anfängliche Position zurückzuziehen. Somit trägt die Steuerungsschaltung 41 dazu bei, die Drängkraft FB der Feder 55 aufzuheben und die Kollision zwischen dem mit dem Ritzel 62 verbundenen Verbindungselement 67 und dem Anschlag 82 abzuschwächen.
  • 5 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Prozess des Schiebens des Ritzels 62 veranschaulicht. Der gegenwärtige Prozess wird zyklisch zu Intervallen durch die Steuerungsschaltung 41 wiederholt.
  • In Schritt S01 wird bestimmt, ob es eine Anlasseraktivierungsanforderung gibt. Die Anlasseraktivierungsanforderung tritt auf, wenn ein Anlauf der Kraftmaschine 110 in dem Fahrzeug 100 angefordert wird. Die Anlaufanforderung der Kraftmaschine 110 tritt auf, wenn es eine Beschleunigungsanforderung gibt oder wenn der Motorgenerator 112 elektrische Leistung aufgrund des Absenkens eines SOC (Ladezustand: Ladungsverhältnis) in der Hochspannungsbatterie 44 erzeugt. Die Anlasseraktivierungsanforderung wird aus der Kraftmaschine-ECU 20 eingegeben. Bei nicht Vorhandensein der Anlasseraktivierungsanforderung (NEIN in Schritt S01) wird der gegenwärtige Prozess beendet.
  • Wenn es eine Anlasseraktivierungsanforderung gibt (JA in Schritt S01), geht die Steuerung zu Schritt S02 über, in dem bestimmt wird, ob der Abstand zwischen dem Ritzel 62 und dem Ringzahnrad 68 ein vorbestimmter Abstand oder mehr ist. Wenn bestimmt wird, dass der Abstand zwischen dem Ritzel 62 und dem Ringzahnrad 68 ein vorbestimmter Abstand oder mehr ist (JA in Schritt S02), geht die Steuerung zu Schritt S03 über, in dem der durch das elektromagnetische Solenoid 50 geführte Strom auf I1 eingestellt wird, und daraufhin wird der Prozess beendet.
  • Wenn der Abstand zwischen dem Ritzel 62 und dem Ringzahnrad 68 nicht ein vorbestimmter Abstand oder mehr ist (NEIN in Schritt S02), geht die Steuerung zu Schritt S04 über, in dem bestimmt wird, ob das Ritzel 62 sich an einem Punkt unmittelbar vor Berühren des Ringzahnrads 68 befindet. Wenn das Ritzel 62 sich an einem Punkt unmittelbar vor Berühren des Ringzahnrads 68 befindet (JA in Schritt S04), geht die Steuerung zu Schritt S05 über, in dem der Solenoidstrom I auf I2 (<I1) eingestellt wird, um den Solenoidstrom I um eine vorbestimmte Größe zu reduzieren, und daraufhin wird der Prozess beendet.
  • Wenn das Ritzel 62 sich nicht unmittelbar vor Berühren des Ringzahnrads 68 befindet (NEIN in Schritt S04), geht die Steuerung zu Schritt S06 über, in dem bestimmt wird, ob das Ritzel 62 sich in Eingriff mit dem Ringzahnrad 68 nach Berührung damit befindet. Wenn das Ritzel 62 sich in Eingriff mit dem Ringzahnrad 68 befindet (JA in Schritt S06), geht die Steuerung zu Schritt S07 über, in dem der Solenoidstrom I auf I1 eingestellt wird, um den Solenoidstrom I um eine vorbestimmte Größe zu erhöhen, und dann wird der Prozess beendet.
  • Wenn das Ritzel 62 sich nicht in Eingriff mit dem Ringzahnrad 68 befindet (NEIN in Schritt S06), geht die Steuerung zu Schritt S08 über, in dem bestimmt wird, ob das Ritzel 62 sich in Kontakt mit dem Stoppring 65 befindet. Wenn das Ritzel 62 sich in Kontakt mit dem Stoppring 65 befindet (JA in Schritt S08), geht die Steuerung zu Schritt S09 über, in dem der Solenoidstrom auf I3 (<I1) eingestellt wird, um den Solenoidstrom I um eine vorbestimmte Größe zu reduzieren, und daraufhin wird der Prozess beendet.
  • Wenn das Ritzel 62 sich nicht in Kontakt mit dem Stoppring 65 befindet (NEIN in Schritt S08), wird der Eingriff zwischen dem Ritzel 62 und dem Ringzahnrad 68 beibehalten, um Drehung des Ritzels 62 auf das Ringzahnrad 68 zu übertragen. Dementsprechend geht die Steuerung zu Schritt S10 über, in dem der Solenoidstrom I auf I4 (I1>I2>I4>I3) eingestellt wird, und daraufhin wird der Prozess beendet.
  • 6 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Prozess des Zurückziehens des Ritzels 62 veranschaulicht. Der gegenwertige Prozess wird zyklisch zu Intervallen durch die Steuerungsschaltung 41 ausgeführt.
  • In Schritt S21 wird bestimmt, ob das Ankurbeln abgeschlossen ist. Der Ausdruck „das Ankurbeln ist abgeschlossen“ bezieht sich darauf, dass die Anlasseraktivierungsanforderung aufgehört hat, jedoch das Ritzel 62 sich immer noch auf die anfängliche Position zurückziehen soll. Falls das Ankurbeln nicht abgeschlossen ist (NEIN in Schritt S21), wird der Prozess beendet.
  • Wenn das Ankurbeln abgeschlossen ist (JA in Schritt S21) geht die Steuerung zu Schritt S22 über, in dem bestimmt wird, ob der Prozess des Zurückziehens des Ritzels 62 gestartet ist. Wenn das Ritzel 62 sich nicht in den Prozess des Zurückziehens auf die anfängliche Position befindet (NEIN in Schritt S22), geht die Steuerung zu Schritt S23 über, in dem bestimmt wird, ob die zeitliche Variation der Kraftmaschinendrehzahl (dNE/dt) kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. Wenn die zeitliche Variation der Kraftmaschinendrehzahl gleich wie oder größer als der vorbestimmte Wert ist (NEIN in Schritt S23), geht die Steuerung zu Schritt S24 über, in dem der Solenoidstrom I auf I4 eingestellt wird, um den Eingriff zwischen dem Ritzel 62 und dem Ringzahnrad 68 beizubehalten. Wenn die zeitliche Variation der Kraftmaschinendrehzahl kleiner als der vorbestimmte Wert ist (JA in Schritt S23), geht die Steuerung zu Schritt S25 über, in dem der Prozess des Zurückziehens des Ritzels 62 gestartet wird, und wird daraufhin in Schritt S26 der Solenoidstrom I auf 0 eingestellt.
  • Wenn der Prozess des Zurückziehens des Ritzels 62 gestartet ist (JA in Schritt S22), geht die Steuerung zu Schritt S27 über, in dem bestimmt wird, ob das Ritzel 62 sich an einem Punkt unmittelbar vor Zurückziehen auf die anfängliche Position befindet. Falls das Ritzel 62 sich nicht unmittelbar vor Zurückziehen auf die anfängliche Position befindet (NEIN in Schritt S27), geht die Steuerung zu Schritt S29 über, in dem der Solenoidstrom I auf 0 eingestellt wird, und daraufhin wird der Prozess beendet. Wenn das Ritzel 62 sich an einem Punkt unmittelbar vor Zurückziehen auf die anfängliche Position befindet (JA in Schritt S27), geht die Steuerung zu Schritt S28 über, in dem der Solenoidstrom I auf I5 (I4>I5) eingestellt wird, so dass der vorbestimmte Strom I5 durch das elektromagnetische Solenoid 50 geführt wird, und daraufhin wird der Prozess beendet.
  • 7 zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm, das eine Variation des Stroms I, der durch das elektromagnetische Solenoid 50 geführt wird, und die Position (Versatz) des Ringzahnrads 62 veranschaulicht, wenn die in 5 und 6 gezeigte Steuerung ausgeführt wird.
  • Bei Auftreten einer Anlasseraktivierungsanforderung zu dem Zeitpunkt t0 wird der Solenoidstrom I von I1 auf 0 eingestellt. Wenn der Solenoidstrom I auf I1 eingestellt ist, nähert sich das Ritzel 62 dem Ringzahnrad 68 an, während es beschleunigt wird. Zu dem Zeitpunkt t1 wird der Abstand zwischen dem Ritzel 62 und dem Ringzahnrad 68 gleich wie der vorbestimmte Abstand. Da dies dem Punkt unmittelbar vor der gegenseitigen Berührung des Ritzels 62 und des Ringzahnrads 68 entspricht, verringert der Solenoidstrom I sich von I1 auf I2. Dementsprechend wird die auf das Ritzel 62 einwirkende Schubkraft FP kleiner als die Drängkraft FB, und somit verringert sich die Bewegungsgeschwindigkeit des Ritzels 62 in der axialen Richtung.
  • Die Bewegungsgeschwindigkeit des Ritzels 62 wird im Wesentlichen 0, während sich zu dem Zeitpunkt t2, das heißt dem Punkt unmittelbar vor Kontakt des Ritzels 62 mit dem Ringzahnrad 68, der Solenoidstrom I von I2 auf I1 erhöht. Dementsprechend wird die auf das Ritzel 62 einwirkende Schubkraft FP größer als die Drängkraft FB, so dass das Ritzel 62 das Ringzahnrad 68 berührt. Dann beginnt zu dem Zeitpunkt t3 das Ritzel 62 den Eingriff mit dem Ringzahnrad 68. Während der Zeitdauer von dem Zeitpunkt t3 bis zu dem Zeitpunkt t4 wird das Ritzel 62 gegen das Ringzahnrad 68 derart geschoben, dass die Zähne des Ringzahnrads 62 mit den Nuten des Ringzahnrads 68 verzahnt sind.
  • Zu dem Zeitpunkt t4, der dem Punkt unmittelbar vor Kontakt des Ritzels 62 mit dem Stoppring 65 entspricht, wird der Solenoidstrom I auf I3 eingestellt. Dementsprechend wird die auf das Ritzel 62 einwirkende Schubkraft FP im Wesentlichen gleich zu der Summe der Drängkraft FB und der Reibungskraft, wodurch die Beschleunigung des Ritzels 62 verringert wird. Dann berührt zu dem Zeitpunkt t5 das Ritzel 62 den Stoppring 65, dessen Position die Verbindungsposition des Ritzels 62 ist.
  • Zu dem Zeitpunkt t6 nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit nach der Positionierung des Ritzels 62 an der Verbindungsposition wird der Solenoidstrom I auf I4 eingestellt, so dass das Ritzel 62 an der Verbindungsposition fixiert ist. In diesem Zustand wird der Eingriff zwischen dem Ritzel 62 und dem Ringzahnrad 68 zum Ankurbeln der Kraftmaschine beibehalten.
  • Zu dem Zeitpunkt t10 ist das Ankurbeln abgeschlossen und ist die Anlasseraktivierungsanforderung nicht mehr vorhanden. Zu derselben Zeit wird, wenn die Variation der Kraftmaschinendrehzahl niedriger als der vorbestimmte Wert wird, der Solenoidstrom I auf 0 eingestellt. Als Ergebnis wirkt von den schiebenen und drängenden Kräften FP und FB lediglich die Drängkraft FB auf das Ritzel 62 ein, und wird das Ritzel 62 auf die anfängliche Position zurückgezogen.
  • Zu dem Zeitpunkt t11, das heißt dem Punkt unmittelbar vor Zurückziehen des Ritzels 62 auf die anfängliche Position, wird der Solenoidstrom I auf I5 eingestellt. Dementsprechend wird die Schubkraft FP größer als die Drängkraft FB, und verringert sich somit die Bewegungsgeschwindigkeit des Ritzels 62 in der axialen Richtung. Dann befindet sich zu dem Zeitpunkt t12 das Ritzel 62 an der anfänglichen Position, und wird das Verbindungselement 67 in Kontakt mit dem Anschlag 82 gebracht. Der vorstehend beschriebene Betrieb kann den Aufprall, der verursacht wird, wenn das Ritzel 62 zu dem Ringzahnrad 68 geschoben wird, und den Aufprall, der verursacht wird, wenn das Ritzel 62 von dem Ringzahnrad 68 zu der anfänglichen Position zurückgezogen wird, abschwächen.
  • Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist derart konfiguriert, dass die Anlaufzeitdauer der Kraftmaschine 110 in Abhängigkeit von der Art des Anlaufauslösers bestimmt wird, der eine Anlaufanforderung für die Kraftmaschine 110 erzeugt. Weiterhin ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der dem Motor 30 zugeführte Strom derart konfiguriert, dass er auf der Grundlage der Anlaufzeitdauer eingestellt wird, um zumindest entweder die Drehzahl oder das Ausgangsdrehmoment des Motors 30 zu steuern. Der Anlaufauslöser, der eine Anlaufanforderung für die Kraftmaschine 110 in einem Hybridfahrzeug (Fahrzeug 100) erzeugt, kann eine Beschleunigungsanforderung für das Fahrzeug 100, eine elektrische Leistungserzeugungsanforderung, die gemacht wird, wenn der SOC der Hochspannungsbatterie 44 sich abgesenkt hat, eine Temperaturerhöhungsanforderung für Kühlwasser, eine Aktivierungsanforderung für eine (nicht gezeigte) Heizung oder dergleichen sein.
  • Der Kraftmaschinenanlaufvorgang, die durch eine Beschleunigungsanforderung für das Fahrzeug 100 ausgelöst wird, erfordert ein besseres Ansprechen im Vergleich zu dem Kraftmaschinenanlaufvorgang, die durch andere Anlaufauslöser ausgelöst werden. Um dieser Erfordernis zu entsprechen, wird, wenn die Kraftmaschine 110 nach einer Beschleunigungsanforderung für das Fahrzeug 100 gestartet wird, gewährleistet, dass eine Anlaufzeitdauer der Kraftmaschine 110 kürzer als im Vergleich dazu ist, wenn die Kraftmaschine 110 nach anderen Anlaufauslösern gestartet wird. Weiterhin wird, wenn die Kraftmaschine 110 nach einer Beschleunigungsanforderung für das Fahrzeug 100 gestartet wird, gewährleistet, dass die Anlaufzeitdauer auf der Grundlage einer Fahrpedalstellgröße als eine Fahrpedalanforderung und eine zeitliche Variation der Fahrpedalstellgröße bestimmt wird.
  • 8 zeigt ein Kennfeld, das eine Korrelation zwischen einer Fahrpedalstellgröße (Prozent), einer zeitlichen Variation der Fahrpedalstellgröße (Prozent/s) und einer Kraftmaschinenanlaufzeitdauer (Millisekunden) veranschaulicht. Wenn die Fahrpedalstellgröße größer wird, wird die Kraftmaschinenanlaufzeitdauer derart eingestellt, dass sie kürzer wird. Wenn die zeitliche Variation der Fahrpedalstellgröße größer wird, wird die Kraftmaschinenanlaufzeitdauer derart eingestellt, dass sie kürzer wird. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Fahrpedalstellgröße durch ein Verhältnis des tatsächlichen Werts der Stellgröße zu dem maximalen Wert davon ausgedrückt.
  • Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist konfiguriert, eine derartige Steuerung umzusetzen, dass die Drehzahl des Motors 30 kleiner wird und das Ausgangsdrehmoment kleiner wird, wenn die Kraftmaschinenanlaufzeitdauer länger wird. Unter diesem Steuerungsschema wird das Auftreten eines Geräuschs bei der Aktivierung des Anlasses 10 reduziert oder verhindert.
  • 9 zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm, das eine Drehzahl des Motors und einer Kraftmaschinendrehzahl während der Aktivierung des Anlassers (zu der Zeit des Ankurbelns) veranschaulicht.
  • Die Kraftmaschine 110, d.h. eine Viertakt-Kraftmaschine, führt vier Takte eines Ansaugtakts, eines Verdichtungstakts, eines Verbrennungstakts und eines Ausstoßtakts aus. Während eines normalen Kraftmaschinenanlaufs wird eine Anlasseraktivierung (Ankurbeln) durchgeführt, bis der Ansaugtakt und der Verdichtungstakt abgeschlossen sind. Nach Abschluss des Verdichtungstakts wird der Verbrennungstakt zum Starten der Kraftmaschine 110 gestartet. Wie es in 9 gezeigt ist, ist die Konfiguration derart, dass der Kolben nahe an dem oberen Totpunkt in irgendeinen der Zylinder, die die Kraftmaschine 110 konfigurieren, in dem Zustand bleibt, in dem die Kraftmaschine 110 gestoppt ist. Mit dieser Konfiguration wird die Startfähigkeit der Kraftmaschine 110 verbessert werden.
  • Wenn eine Kraftmaschine, die eine Vielzahl von Zylindern (beispielsweise eine Vierzylinder-Kraftmaschine) gestartet wird, wird ein Ansaugtakt in einem ersten Zylinder durchgeführt, während dessen ein Verdichtungstakt in einem zweiten Zylinder durchgeführt wird. Dann wird, während der Verdichtungstakt in dem ersten Zylinder durchgeführt wird, ein Expansionstakt ohne Verbrennung in dem zweiten Zylinder durchgeführt. In dem Expansionstakt expandiert die während des Verdichtungstakts des zweiten Zylinders verdichtete Luft in dem zweiten Zylinder. Die Expansion der Luft übermittelt Drehmoment auf die Kurbelwelle 70 der Kraftmaschine 110. Es bestehen Bedenken, dass, während das Drehmoment übermittelt wird, die Kraftmaschine 110 eine Drehzahl (Drehzahl der Kurbelwelle 70) aufweisen wird, die zeitweilig die Drehzahl des Motors 30 überschreitet.
  • 10 zeigt ein Zeitverlaufsdiagramm, das eine Drehzahl des Motors 30 und eine Kraftmaschinendrehzahl zu der Zeit des Aktivierens des Anlassers in dem Fall veranschaulicht, in dem die eingestellte Anlaufzeitdauer kurz ist und das Ausgangsdrehmoment des Motors 30 groß ist.
  • Nach dem Anlauf der Kraftmaschine 110 wird, wenn ein Expansionstakt in irgendeinem der Zylinder, die die Kraftmaschine 110 konfigurieren, gestartet wird, Drehmoment auf die Kurbelwelle 70 durch den internen Druck des fraglichen Zylinders übermittelt. Wenn die Anlaufzeitdauer kurz ist und das Ausgangsdrehmoment des Motors 30 groß ist, ändert sich die Drehzahl der Kurbelwelle 70 drastisch und ändert sich dementsprechend die Drehzahl der Kurbelwelle 70 in dem Expansionstakt (Verdichtungstakt von 10) ebenfalls drastisch. Somit kann der Start des Expansionstakts eine Situation erzeugen, in der die Drehzahl der Kurbelwelle 70 die Drehzahl des Motors 30 überschreitet. Dann stimmt mit Abschluss des Expansionstakts die Drehzahl der Kurbelwelle 70 erneut mit der Drehzahl des Motors 30 überein.
  • Somit wird in dem Fall, in dem die Drehzahl des Motors 30 sich in einer Weise „0 auf einen negativen Wert, dann auf 0“ in Bezug auf die Drehzahl der Kurbelwelle 70 ändert, eine starke Kraft auf die Freilaufkupplung 60 zu dem Punkt ausgeübt, wenn die relative Drehzahl des Motors 30 sich in einer Weise „ein negativer Wert auf 0“ ändert. Es gibt Bedenken, dass diese große Kraft ein Geräusch erzeugen kann und die Lebensdauer der Freilaufkupplung 60 verkürzen kann.
  • Als eine Maßnahme dagegen wird unter der in 11 gezeigten Steuerung gewährleistet, dass das Ankurbeln vor Start des Expansionstakts (Verdichtungstakts von 11) abgeschlossen wird und die Drehzahl des Motors 30 in Bezug diejenige der Kurbelwelle 70 derart beibehalten wird, dass sie negativ ist, sodass eine erneute Verbindung der Freilaufkupplung 60 verhindert wird. Insbesondere wird das Ausgangsdrehmoment des Motors 30 erhöht, um das Ankurbeln durch Drehmomentübertragung von dem Ritzel 62 auf das Ringzahnrad 68 vor einem substantiellen Start des Expansionstakts (Verdichtungstakts von 11) abzuschließen.
  • Der Ausdruck „das Ankurbeln abzuschließen“ bezieht sich hier auf „Energie auf die Kurbelwelle 70 zu übermitteln, die zum Abschließen des Verdichtungstakts von 11 erforderlich ist, vor Übergehen auf den Verbrennungstakt“. Auf diese Weise kann ein Übergang auf den Verbrennungstakt erzielt werden, während die Drehzahl des Motors 30 in Bezug auf diejenige der Kurbelwelle 70 derart beibehalten wird, dass sie negativ ist. Anders ausgedrückt wird verhindert, dass das Geräusch in dem Anlasser 10 erzeugt wird, oder wird verhindert, dass die Lebensdauer des Anlassers 10 verkürzt wird.
  • 12 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Prozess des Einstellens der Anlaufzeitdauer der Kraftmaschine 110 und des Einstellens des Ausgangsdrehmoments und der Drehzahl des Motors 30 veranschaulicht. Der gegenwärtige Prozess wird zyklisch durch die Steuerungsschaltung 41 ausgeführt. Dieser Prozess kann zwischen der Kraftmaschinen-ECU 20 und der Steuerungsschaltung 41 verteilt werden.
  • In Schritt S31 wird bestimmt, ob es eine Kraftmaschinenanlaufanforderung gibt. Bei Nichtvorhandensein der Kraftmaschinenanlaufanforderung (NEIN in Schritt S31) wird der gegenwärtige Prozess beendet. Wenn es eine Kraftmaschinenanlaufanforderung gibt (JA in Schritt S31), geht die Steuerung zu Schritt S32 über, in dem bestimmt wird, ob die Kraftmaschinenanlaufanforderung durch eine Beschleunigungsanforderung für das Fahrzeug 100 ausgelöst worden ist. Wenn die Kraftmaschinenanlaufanforderung durch eine Vielzahl von Anlaufauslösern einschließlich einer Beschleunigungsanforderung für das Fahrzeug 100 ausgelöst worden ist, bestimmt die Steuerungsschaltung 41, dass die Kraftmaschinenanlaufanforderung durch eine Beschleunigungsanforderung für das Fahrzeug 100 ausgelöst worden ist.
  • Wenn die Kraftmaschinenanlaufanforderung durch eine Beschleunigungsanforderung für das Fahrzeug 100 ausgelöst worden ist (JA in Schritt S32), geht die Steuerung zu Schritt S33 über, in dem die Steuerungsschaltung 41 eine Fahrpedalstellgröße und eine zeitliche Variation der Fahrpedalstellgröße beschafft. In Schritt S34 wird eine Anlaufzeitdauer der Kraftmaschine 110 auf der Grundlage der Fahrpedalstellgröße und der zeitlichen Variation der Fahrpedalstellgröße und dem Kennfeld gemäß 8 eingestellt.
  • Wenn die Kraftmaschinenanlaufanforderung nicht durch eine Beschleunigungsanforderung für das Fahrzeug 100 ausgelöst worden ist (NEIN in Schritt S32), geht die Steuerung zu Schritt S35 über, in dem eine Anlaufzeitdauer auf der Grundlage der Art des Anlaufauslösers eingestellt wird. In diesem Schritt wird, wenn die Kraftmaschinenanlaufanforderung durch eine Vielzahl von Anlaufauslösern ausgelöst worden ist, eine Anlaufzeitdauer auf der Grundlage von derjenigen unter der Vielzahl der Anlaufauslöser eingestellt, die die kürzeste Anlaufzeitdauer erfordert. In Schritt S36 werden das Ausgangsdrehmoment und die Drehzahl des Motors 30 auf der Grundlage der Anlaufzeitdauer der Kraftmaschine 110 eingestellt, die in Schritt S34 oder S35 eingestellt worden ist. Insbesondere wird, wenn die Anlaufzeitdauer derart eingestellt ist, dass sie länger ist, die Drehzahl des Motors 30 derart eingestellt, dass sie niedriger ist, und wird das Ausgangsdrehmoment derart eingestellt, dass es kleiner ist. Es sei bemerkt, dass, wenn die Anlaufzeitdauer derart eingestellt ist, dass sie länger ist, entweder die Drehzahl oder das Ausgangsdrehmoment des Motors 30 derart eingestellt werden kann, dass sie bzw. es niedriger oder kleiner ist.
  • In Schritt S37 wird bestimmt, ob das in Schritt S36 eingestellte Ausgangsdrehmoment größer als ein vorbestimmter Wert ist. Wenn das Ausgangsdrehmoment größer als der vorbestimmte Wert ist (JA in Schritt S37), geht die Steuerung zu Schritt S38 über, in dem das Ausgangsdrehmoment zum zweiten Mal eingestellt wird. Insbesondere stellt vor Start eines Expansionstakts ohne Verbrennung in irgendeinem der Zylinder, die die Kraftmaschine 110 konfigurieren, die Steuerungsschaltung 41 ein Ausgangsdrehmoment erneut mit einer Erhöhung ein, die ein Übermitteln von Energie, die zum Abschluss eines Verdichtungstakts erforderlich ist, auf die Kurbelwelle 70 ermöglicht. Folglich wird der Verbrennungstakt erzielt, während die Drehzahl des Motors 30 in Bezug auf diejenige der Kurbelwelle 70 derart beibehalten wird, dass sie negativ ist.
  • Nach der Einstellung des Ausgangsdrehmoments in Schritt S38, oder wenn das Ausgangsdrehmoment derart eingestellt wird, dass es gleich wie oder kleiner als der vorbestimmte Wert in S37 ist (NEIN in Schritt S37), geht die Steuerung zu Schritt S39 über, in dem die Anlaufzeitdauer mit einer vorbestimmten Schwellenwertzeitdauer verglichen wird. Wenn die Anlaufzeitdauer gleich wie oder länger als die Schwellenwertzeitdauer ist (JA in Schritt S39), geht die Steuerung zu Schritt S40 über, in dem die Steuerungsschaltung 41 ein Umsetzen einer Geräuschreduktionssteuerung (die in 5 gezeigt ist) während des Herausschiebens des Ritzels 62 bestimmt, und beendet dann den Prozess. Wenn die Anlaufzeitdauer kürzer als die Schwellenwertzeitdauer ist (NEIN in Schritt S39), bestimmt die Steuerungsschaltung 41, dass die (in 5 gezeigte) Geräuschreduktionssteuerung während des Herausschiebens des Ritzels 62 unterlassen werden sollte (Schritt S41), und beendet dann den Prozess.
  • Der Ausdruck „bestimmt, dass die Geräuschreduktionssteuerung während des Herausschiebens des Ritzels 62 unterlassen werden sollte“ bezieht sich insbesondere auf Unterlassen der Schritte S02 bis S09 von 5. Das heißt, nach dem Auftreten einer Aktivierungsanforderung für den Anlasser 10 wird der Solenoidstrom I konstant auf I1 eingestellt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem das Ritzel 62 in Kontakt mit dem Stoppring 65 gebracht wird.
  • Wenn die Anlaufzeitdauer gleich wie oder größer als die Schwellenwertzeitdauer ist (JA in Schritt S39) und die (in 5 gezeigte) Geräuschreduktionssteuerung in Schritt S40 während des Herausschiebens des Ritzels 62 umgesetzt wird, kann die Steuerung der Schritte S08 und S09 unterlassen werden. Insbesondere kann die Konfiguration derart sein, dass, wenn das Ritzel 62 das Ringzahnrad 68 berührt, lediglich die Steuerung des Reduzierens des Solenoidstroms I von I1 auf I2 in der Zeitdauer umgesetzt werden kann, wenn der Abstand zwischen dem Ritzel 62 und dem Ringzahnrad 68 sich in einem vorbestimmten Bereich befindet.
  • Gleichermaßen kann, wenn die Anlaufzeitdauer gleich wie oder länger als die Schwellenwertzeitdauer ist (JA in Schritt S39) und die (in 5 gezeigte) Geräuschreduktionssteuerung in Schritt S40 während des Herausschiebens des Ritzels 62 umgesetzt wird, die Steuerung der Schritte S04 und S05 unterlassen werden. Insbesondere kann die Konfiguration derart sein, dass, wenn das Ritzel 62 den Stoppring 65 berührt, lediglich die Steuerung des Reduzierens des Solenoidstroms I von I1 auf I3 in der Zeitdauer umgesetzt werden, wenn der Abstand zwischen dem Ritzel 62 und dem Stoppring 65 in einem vorbestimmten Bereich ist.
  • Durch Ausführung des Geräuschreduktionsprozesses bei Herausschieben des Ritzels 62, wenn die Anlaufzeitdauer gleich wie oder länger als die vorbestimmte Zeitdauer (Schwellenwertzeitdauer) ist, kann sowohl die Startfähigkeit des Anlassers 10 als auch ein geringes Geräusch beim Anlauf gewährleistet werden.
  • Nachstehend sind vorteilhafte Wirkungen des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschrieben.
  • In der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird ein vorbestimmter Strom I5 durch das elektromagnetische Solenoid 50 nach Trennen des Ringzahnrads 68 von dem Ritzel 62, d.h. vor dem Zurückziehen des mit dem Ritzel 62 verbundenen Verbindungselements 67 auf die vorbestimmte Position geführt. Dies ermöglicht, dass die Schubkraft FP auf das Ritzel 62 und das Verbindungselement 67 in einer Richtung einwirkt, die entgegengesetzt zur derjenigen der Drängkraft FB ist. Dementsprechend wird die Beschleunigung des Ritzels 62 und des Verbindungselement 67 reduziert, wodurch der durch die Kollision des Verbindungselements 67 mit dem Anschlag 82 verursachte Aufprall abgeschwächt wird und die Erzeugung von Geräusch minimiert wird, wenn das Verbindungselement 67 auf die vorbestimmte Position zurückgezogen wird.
  • Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist derart konfiguriert, dass ein vorbestimmter Strom I5 durch das elektromagnetische Solenoid 50 zu einem Punkt unmittelbar vor Anstoßen des Verbindungselements 67 gegen den Anschlag 82 geführt wird. Mit dieser Konfiguration wird das Verbindungselement 67 prompt auf die vorbestimmte Position zurückgezogen, und wird der durch die Kollision des Verbindungselements 67 mit dem Anschlag 82 verursachte Aufprall minimiert. Weiterhin können die geeigneten Einstellungen des Betrags des Solenoidstroms I und der Zeitdauer des Führens des Solenoidstroms I zum Einsparen elektrischer Leistung beitragen.
  • Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist konfiguriert, eine Steuerung des Reduzierens der Schubkraft FP umzusetzen, die durch das elektromagnetische Solenoid 50 beaufschlagt wird, wenn das Ritzel 62 in Kontakt mit dem Ringzahnrad 68 gebracht wird. Mit dieser Konfiguration wird der durch die Kollision zwischen dem Ritzel 62 und dem Ringzahnrad 68 verursachte Aufprall minimiert, während sie in Eingriff miteinander gebracht werden, und wird die Erzeugung von Geräusch minimiert.
  • Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist konfiguriert, eine Steuerung des Reduzierens der durch das elektromagnetische Solenoid 50 beaufschlagten Schubkraft FP während einer Zeitdauer durchzuführen, wenn der Abstand zwischen dem Ritzel 62 und dem Stoppring 65 in einem vorbestimmten Bereich nach Start des Eingriffs zwischen dem Ritzel 62 und dem Ringzahnrad 68 ist. Mit dieser Konfiguration wird, während das Ritzel 62 zu einer vorbestimmten Verbindungsposition bewegt wird, der durch die Kollision zwischen dem Ritzel 62 und dem Stoppring 65 verursachte Aufprall minimiert, und wird die Erzeugung von Geräusch minimiert.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbespiel wird der durch das elektromagnetische Solenoiden 50 geführte Strom I in der Zeitdauer, wenn das Ringzahnrad 68 sich in Eingriff mit dem Ritzel 62 befindet, im Vergleich zu der Zeitdauer vor dem Eingriff reduziert. Insbesondere wird unter der durch die gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umgesetzten Steuerung die durch das elektromagnetische Solenoid 50 beaufschlagte Schubkraft FP reduziert, während sie größer als die durch die Feder 55 beaufschlagte Drängkraft FB gemacht wird. Somit wird der Leistungsverbrauch des elektromagnetischen Solenoids 50 reduziert und wird der Kontakt zwischen dem Ritzel 62 und dem Ringzahnrad 68 beibehalten, wodurch zum Einsparen elektrischer Leistung beigetragen wird.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Trennen des Ritzels 62 von dem Ringzahnrad 68 in einer Zeitdauer gestartet, wenn die zeitliche Variation der Drehzahl der Kurbelwelle 70 kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
  • Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist konfiguriert, eine Anlaufzeitdauer der Kraftmaschine 110 in Abhängigkeit von der Art des Anlaufauslösers einzustellen und die Drehzahl und/oder das Ausgangsdrehmoment des Motors 30 auf der Grundlage der Anlaufzeitdauer zu steuern. Somit können sowohl Startfähigkeit der Kraftmaschine 110 als auch geringes Geräusch des Anlassers 10 gewährleistet werden. Beispielsweise wird, wenn es erforderlich ist, die Kraftmaschine schnell zu starten, dem Kraftmaschinenanlauf Vorrang eingeräumt, indem die Drehzahl und/oder das Ausgangsdrehmoment des Motors 30 erhöht wird. Wenn ein schnelles Starten der Kraftmaschine nicht erforderlich ist, wird der Geräuschreduktion des Anlassers 10 Vorrang eingeräumt, indem die Drehzahl und/oder das Ausgangsdrehmoment des Motors 30 verringert wird.
  • Andere Ausführungsbeispiele
  • Der Motor 30 kann ein Gleichstrommotor sein, um dadurch den Wechselrichter 40 wegzulassen und ebenfalls die Steuerung der Drehzahl und des Ausgangsdrehmoments des Motors 30 wegzulassen.
  • Schritt S04 von 5 kann weggelassen werden, und das Ritzel 62 kann in Kontakt mit dem Ringzahnrad 68 gebracht werden, ohne dass es verlangsamt wird. Gleichermaßen kann in Schritt S08 das Ritzel 62 in Kontakt mit dem Stoppring 65 gebracht werden, ohne dass es verlangsamt wird.
  • Schritt S23 von 6 kann weggelassen werden, um das Ritzel 62 gleichzeitig mit dem Abschluss des Ankurbelns zurückzuziehen.
  • Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde die Anlaufzeitdauer der Kraftmaschine 110 auf der Grundlage der Fahrpedalstellgröße und der zeitlichen Variation der Fahrpedalstellgröße eingestellt. Jedoch kann dies geändert werden. Insbesondere kann die Anlaufzeitdauer der Kraftmaschine 110 lediglich auf der Grundlage der zeitlichen Variation der Fahrpedalstellgröße eingestellt werden. Alternativ dazu kann die Anlaufzeitdauer der Kraftmaschine 110 lediglich auf der Grundlage der Fahrpedalstellgröße eingestellt werden.
  • In den Schritten S37 und S38 von 12 wurde das Ausgangsdrehmoment weiter erhöht, wenn es größer als ein vorbestimmter Wert ist, so dass das Ankurbeln vor Start des Expansionstakts ohne Verbrennungstakt in irgendeinem der Zylinder, die die Kraftmaschine 110 bilden, abgeschlossen wird. Alternativ zu dieser Konfiguration kann das Ausgangsdrehmoment erhöht werden, wenn die Anlaufzeitdauer kürzer als ein vorbestimmter Wert ist, so dass das Ankurbeln vor einem Start des Expansionstakts ohne Verbrennungstakt in irgendeinem der die Kraftmaschine 110 bildenden Zylinder abgeschlossen wird. Mit dieser alternativen Konfiguration kann ebenfalls verhindert werden, dass die Drehzahl des Ritzels 260 relativ zu derjenigen der Kurbelwelle 70 (des Ringzahnrads 68) sich in einer Weise „0 zu einem negativen Wert“ ändert. Insbesondere kann ein Übergang zu dem Verbrennungstakt erzielt werden, während die Drehzahl des Motors 30 relativ zu derjenigen der Kurbelwelle 70 negativ beibehalten wird.
  • Teilbeschreibung von Bezugszeichen
    • 10
    Anlasser
    30
    Motor
    41
    Steuerungsschaltung
    50
    Elektromagnetisches Solenoid
    55
    Feder
    62
    Ritzel
    67
    Verbindungselement
    68
    Ringzahnrad
    70
    Kurbelwelle
    82
    Anschlag
    110
    Kraftmaschine

Claims (10)

  1. Anlasser (10), der an einem Fahrzeug (100) angebracht ist, um eine Kraftmaschine (110) anzulassen, mit: einem Schubelement (50), das ein Ritzelrad (62) zu einem Ringrad (68), das mit einer Ausgangswelle (70) der Kraftmaschine (110) verbunden ist, unter Verwendung einer elektromagnetischen Kraft schiebt, die durch einen Strom erzeugt wird, der durch ein Solenoid (52) geführt wird, um das Ringrad (68) in Eingriff mit dem Ritzelrad (62) zu bringen; einem Drängelement (55), das das Ritzelrad (62) in eine Richtung entgegengesetzt zu der Richtung drängt, in der das Ritzelrad (62) durch das Schubelement (50) herausgeschoben wird; einem vorbestimmten Element (67), das mit dem Ritzelrad (62) verbunden ist; einem ersten Begrenzungselement (82), das eine Bewegung des durch das Drängelement (55) gedrängten vorbestimmten Elements (67) auf eine vorbestimmte Position begrenzt, bevor das Ritzelrad (62) durch das Schubelement (50) herausgeschoben wird, und einer Steuerungseinheit (41), die das Ringrad (68) von dem Ritzelrad (62) unter einer Drängwirkung des Drängelements (55) trennt und den Strom, der durch das Solenoid (52) geführt wird, wenn das vorbestimmte Element (67) auf die vorbestimmte Position zurückgezogen wird, derart steuert, dass der Strom nach Trennen des Ringrads (68) von dem Ritzelrad (62), jedoch vor Zurückziehen des vorbestimmten Elements (67) auf die vorbestimmte Position auf eine vorbestimmte Größe (I5) eingestellt wird.
  2. Anlasser (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuerungseinheit (41) den Strom, der die vorbestimmte Größe (I5) aufweist, durch das Solenoid (52) nach Trennen des Ringrads (68) von dem Ritzelrad (62), jedoch unmittelbar vor Kontakt des vorbestimmten Elements (67) mit dem ersten Begrenzungselement (82) führt.
  3. Anlasser (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das vorbestimmte Element (67) und das erste Begrenzungselement (82) koaxial zu dem Ritzelrad (62) vorgesehen sind.
  4. Anlasser (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, wenn das Ritzelrad (62) in Kontakt mit dem Ringrad (68) gebracht wird, die Steuerungseinheit (41) eine Steuerung des Reduzierens des durch das Solenoid (52) geführten Stroms um eine vorbestimmte Größe während einer Periode implementiert, wenn ein Abstand zwischen dem Ritzelrad (62) und dem Ringrad (68) in einem vorbestimmten Bereich ist.
  5. Anlasser (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Anlasser (10) ein zweites Begrenzungselement (65) aufweist, das eine Bewegung des Ritzelrads (62) aufgrund einer elektromagnetischen Kraft, die durch Führen von Strom durch das Solenoid (52) erzeugt wird, in einem Zustand begrenzt, in dem das Ringrad (68) sich in Eingriff mit dem Ritzelrad (62) befindet, und wenn das Ritzelrad (62) in Kontakt mit dem zweiten Begrenzungselement (65) gebracht wird, die Steuerungseinheit (41) eine Steuerung des Reduzierens von durch das Solenoid (52) geführten Strom um eine vorbestimmte Größe während einer Periode durchführt, wenn ein Abstand zwischen dem Ritzelrad (62) und dem zweiten Begrenzungselement (65) in einem vorbestimmten Bereich ist.
  6. Anlasser (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuerungseinheit (41) den durch das Solenoid (52) geführten Strom während einer Periode, wenn das Ringrad (68) sich in Eingriff mit dem Ritzelrad (62) befindet, im Vergleich zu einer Periode, wenn das Ringrad (68) noch in Eingriff mit dem Ritzelrad (62) zu bringen ist, reduziert, um die durch das Schubelement (50) beaufschlagte Schubkraft zu reduzieren, und die durch das Schubelement (50) beaufschlagte Schubkraft stärker als die durch das Drängelement (55) beaufschlagte Schubkraft erhöht.
  7. Anlasser (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuerungseinheit (41) den durch das Solenoid (52) geführten Strom reduziert und die durch das Schubelement (50) beaufschlagte Schubkraft stärker als die durch das Drängelement (55) beaufschlagte Drängkraft reduziert, um das Ringrad (68) von dem Ritzelrad (62) zu trennen und das vorbestimmte Element (67) auf die vorbestimmte Position zurückzuziehen.
  8. Anlasser (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuerungseinheit (41) die Startperiode der Kraftmaschine (110) in Abhängigkeit von der Art eines Startauslösers einstellt, der eine Startanforderung für die Kraftmaschine (110) erzeugt, und einen einem Motor (30) zum Drehen des Ritzelrads (62) zugeführten Strom auf der Grundlage der Startperiode einstellt, um die Drehzahl des Motors (30) und/oder das Ausgangsdrehmoment des Motors (30) zu steuern.
  9. Anlasser (10) nach Anspruch 8, wobei, wenn der Startauslöser durch eine Beschleunigungsanforderung für das Fahrzeug (100) ausgelöst wird, die Steuerungseinheit (41) die Startperiode kürzer als im Vergleich zu Startperioden einstellt, die auf der Grundlage von anderen Startauslösern als den durch die Beschleunigungsanforderung verursachten Startauslöser eingestellt werden.
  10. Anlasser (10) nach Anspruch 9, wobei, wenn der Startauslöser durch die Beschleunigungsanforderung ausgelöst wird, die Steuerungseinheit (41) die Startperiode auf der Grundlage einer Fahrpedalstellgröße als die Fahrpedalanforderung und einer zeitlichen Variation der Fahrpedalstellgröße einstellt.
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