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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsmaschinen-Startvorrichtung
und insbesondere eine Antriebsmaschinen-Startvorrichtung, die geeignet ist zum
Verhindern, dass ein Anlassermotor gemeinsam mit einer Antriebsmaschine
durch eine Antriebskraft der Antriebsmaschine gedreht wird, wenn die
Antriebsmaschinendrehzahl zunimmt nachdem das Zünden der Antriebsmaschine begonnen
hat.
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In
einer Antriebsmaschinen-Startvorrichtung wird ein Anlassermotor,
der zum Ankurbeln einer Antriebsmaschine verwendet wird, derart
gesteuert, dass die Drehzahl zu einer im Wesentlichen konstanten
Zieldrehzahl konvergiert, und treibt die Antriebsmaschine an, um
die Antriebsmaschine zu zünden. Daher
wird, nachdem das Zünden
begonnen hat, da die Antriebsmaschinendrehzahl zunimmt, die Zieldrehzahl
relativ niedriger als die Antriebsmaschinendrehzahl. Wenn demnach
ein Anlassermotor selbst nachdem die Maschine gezündet hat
mit der Antriebsmaschine verbunden gehalten wird, empfängt der
Anlassermotor eine Antriebskraft von der Maschine und wird gedreht,
und der Anlassermotor wird gemeinsam mit der Maschine gedreht. Als
ein Ergebnis wird der Motor zu einer Last, die die Umdrehung der Antriebsmaschine
stört.
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Um
zu verhindern, dass der Anlassermotor gemeinsam mit der Antriebsmaschine
gedreht wird, gibt es ein Verfahren, das nachdem das Zünden begonnen
hat, der Eingriff von Zahnrädern,
die den Anlassermotor und die Antriebsmaschine verbinden, ausgelöst wird,
oder eine zwischen dem Anlassermotor und der Maschine vorgesehene
Kupplung außer Eingriff
kommt. In einem System, das den Anlassermotor als einen Generator
verwendet, einem so genannten Generator-Motor, der durch die Antriebsmaschine
nach dem Start der Maschine angetrieben wird, können die Maschine und der Anlassermotor, d.h.
der Generator, nicht mechanisch voneinander getrennt werden selbst
nachdem das Zünden
begonnen hat. Wie in der
japanischen
Patentanmeldungsoffenlegung Nr. H3-3969 offenbart, wird
die Zufuhr eines Erregerstroms zu dem Anlassermotor gestoppt, nachdem
das Zünden
begonnen hat.
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Jedoch
ist die Drehzahl, bei der zuverlässig beurteilt
werden kann, dass der Maschinenbetrieb sich zum unabhängigen oder
selbst-angetriebenen Betrieb verschoben hat, viel höher als
die Anlassdrehzahl. Wenn die Erregung des Anlassermotors zu einem
früheren
Stadium während
der Zunahme der Drehzahl gestoppt wird, nachdem das Antriebsmaschinenzünden begonnen
hat, kann daher in manchen Fällen
kein vollständiger
Explosionszustand erhalten werden und als ein Ergebnis wird das
Starten der Maschine verfehlt. Wenn das Starten einmal verfehlt
wird, kann eine nächste
Startoperation nicht durchgeführt
werden bis die Maschinendrehzahl reduziert wird und die Umdrehung
gestoppt ist.
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In
manchen Fällen
wird ein bürstenloser
Motor, der keinen Positionserfassungssensor eines Rotors hat, als
Anlassermotor verwendet. In diesem Fall wird eine Position des Rotors
gewöhnlich
von der in einer Statorwicklung induzierten Spannung und einem Phasensignal
und Ähnlichem
geschätzt.
Wenn die Zufuhr der elektrischen Energie einmal gestoppt wird, können daher
die Drehzahl und die Drehposition danach nicht erfasst werden. Demnach
gibt es ein Problem, dass wenn das Starten einmal fehlgeschlagen
ist, der nächste
Startvorgang nicht ausgeführt werden
kann, bis die Drehzahl reduziert wird und die Antriebsmaschine gestoppt
ist, und ein Neustart kostet Zeit.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Antriebsmaschinen-Startvorrichtung
bereit, die imstande ist, rasch und glatt eine Antriebsmaschine
derart zu starten, dass ein Anlassermotor nicht zur Last der Antriebsmaschinendrehung
wird, nachdem die Antriebsmaschinenzündung begonnen hat.
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Ein
erstes Merkmal dieser Erfindung umfasst einen mit einer Antriebsmaschine
verbundenen bürstenlosen
Motor zum Starten der Antriebsmaschine, eine Geschwindigkeitserfassungs-Einrichtung zum Erfassen
der Drehgeschwindigkeit der Motors basierend auf einer in der Stationärwicklung
des Motors induzierten Spannung, eine Stromzufuhrunterbrechungs-Einrichtung zum Unterbrechen
der Stromzufuhr zu dem Motor, wenn die Drehgeschwindigkeit eine
erste Geschwindigkeit übersteigt,
die zuvor als ein Startbeurteilungsstandard der Antriebsmaschine festgelegt
ist; und eine Erfassungsstopp-Einrichtung zum
Stoppen einer Erfassung des Betriebs der Geschwindigkeitserfassungs-Einrichtung,
wenn die Drehgeschwindigkeit eine zweite Geschwindigkeit übersteigt,
die höher
ist als die erste Geschwindigkeit.
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Wenn
die Drehgeschwindigkeit eines Motors die erste Geschwindigkeit übersteigt,
nachdem die Antriebsmaschine gestartet worden ist, wird gemäß dem ersten
Merkmal beurteilt, dass die Antriebsmaschine gestartet hat und der
Motor wird angehalten. Eine Geschwindigkeitserfassung des Motors
wird fortgesetzt, bis die Drehgeschwindigkeit die zweite Geschwindigkeit übersteigt,
die höher
ist als die erste Geschwindigkeit, während ein darauf folgendes
Abwürgen
berücksichtigt
wird.
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Ein
zweites Merkmal dieser Erfindung umfasst eine Einrichtung zum Freigeben
eines Stromzufuhrstoppzustandes, der durch die Stromzufuhrstoppeinrichtung
eingestellt worden ist, und zum Zurückführen der Stromzufuhr zu dem
Motor, wenn die Drehgeschwindigkeit reduziert wird, so dass sie gleich
oder geringer ist als eine Drehgeschwindigkeit, die zuvor als ein
Zündungsverfehlungsbeurteilungsstandard
festgelegt worden ist, nachdem die Stromzufuhr durch die Stromzufuhrstoppeinrichtung
gestoppt worden ist.
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Wenn
der Antriebsmaschinenstart verfehlt wird, wird gemäß dem zweiten
Merkmal eine Reduzierung der Antriebsmaschinengeschwindigkeit durch
Erfassen der Motorgeschwindigkeit beurteilt, die unter eine Geschwindigkeit
sinkt, die zuvor als ein Zündungsverfehlungsbeurteilungsstandard
festgelegt worden ist.
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Ein
drittes Merkmal ist, dass die dritte Geschwindigkeit niedriger ist
als die erste Geschwindigkeit. Gemäß diesem dritten Merkmal wird
das Reduzieren der Antriebsmaschinengeschwindigkeit sicher erkannt
oder erfasst.
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Ein
viertes Merkmal dieser Erfindung ist, dass der Motor ein Drehpositionssignal
und ein Drehgeschwindigkeitssignal eines Rotors basierend auf einem
Spannungssignal bildet, das in einer Wicklung induziert wird, der
keine Elektrizität
zugeführt
wird, wenn zwei Phasen von drei Stationärwicklungsphasen Antriebselektrizität zugeführt wird,
und dass die Geschwindigkeitserfassungseinrichtung die Drehgeschwindigkeit
des Motors basierend auf dem Drehgeschwindigkeitssignal erfasst.
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Die
Drehgeschwindigkeit des Motors wird gemäß dem vierten Merkmal basierend
auf einer induzierten Spannung der Wicklung erfasst. Durch die erfasste
Geschwindigkeit kann die Antriebsmaschine mit sicherem Stromzufuhrtiming
neu gestartet werden ohne die Verwendung des Drehpositionssensors des
Motors oder der Antriebsmaschine.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigt:
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1 ein
Funktionsblockdiagramm der Funktion der Motorabschaltsteuerung,
die ein Hauptabschnitt der Motorstartvorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine
Seitenansicht eines Antriebsmaschinengenerators unter Verwendung
eines bürstenlosen
Motors als einem Anlassermotor;
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3 eine
Schnittansicht, betrachtet entlang einer Linie V-V in 2;
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4 ein
Systemstrukturdiagramm des Antriebsmaschinengenerators;
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5 ein
Blockdiagramm von Funktionen wesentlicher Teile eines sensorlosen
Antriebsabschnitts;
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6 ein
Zeitdiagramm des Gesamtbetriebs der Startsteuerung des Antriebsmaschinengenerators;
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7 ein
Ablaufdiagramm (Teil 1) der Startsteuerung des Antriebsmaschinengenerators;
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8 ein
Ablaufdiagramm (Teil 2) der Startsteuerung des Antriebsmaschinengenerators;
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9 ein
Zeitdiagramm wesentlicher Teile der Startsteuerung;
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10 ein
Funktionsblockdiagramm der Funktion der Startpositionsbestimmungssteuerung während des
Antriebsmaschinenstartbetriebs;
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11 ein
Zeitdiagramm der Motorabschaltsteuerung; und
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12 ein
Ablaufdiagramm der Motorabschaltsteuerung.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird detailliert unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen erläutert. 2 ist
eine Seitenansicht eines Antriebsmaschinengenerators unter Verwendung
eines bürstenlosen
Motors als einem Anlassermotor. 3 ist eine Schnittansicht
betrachtet entlang einer Linie V-V in 2. Ein Antriebsmaschinengenerator 1 hat
eine Viertakt-Verbrennungsmaschine 2 und
einen magnetischen Mehrpolargenerator 3. Der Generator 3 ist
ein Generatormotor und funktioniert auch als ein Motor. Details
hierzu werden später beschrieben.
Eine Kurbelwelle 4 der Antriebsmaschine 2 wird
durch ein Lager 6 oder Ähnliches,
das an einer Seitenwand 5a eines Kurbelgehäuses 5 vorgesehen
ist, gelagert, und in diesem Zustand erstreckt sich die Kurbelwelle 4 aus
der Antriebsmaschine 2 heraus. Ein ringförmiger Eisenkern 7 ist
an einem Außenrandteil
eines an der Seitenwand 5a des Kurbelgehäuses vorgesehenen
Nocken befestigt, welcher die Kurbelwelle 4 mit Hilfe von
Bolzen 80 umgibt. Der Eisenkern 7 umfasst ein
ringförmiges
Joch 7a und 27 hervorspringende Pole 7b,
die radial aus dem Joch 7a hervorstehen. Drei Phasenwicklungen
sind aufeinanderfolgend um die hervorstehenden Pole 7b abwechselnd
gewickelt zum Bilden eines Stators 8.
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Eine
gegabelte Nabe 9 ist an einer Endspitze der Kurbelwelle 4 montiert.
Ein Schwungrad 10, das auch als ein Rotor-Joch funktioniert,
ist mit der Nabe 9 verbunden. Das Schwungrad 10 umfasst
einen Scheibenabschnitt 10a, der durch Pressformen einer hochdehnbaren
Stahlplatte in eine Becherform gebildet wird, und einen zylindrischen
Abschnitt 10b. Der Scheibenabschnitt 10a ist an
der Nabe 9 befestigt und der zylindrische Abschnitt 10b ist
derart montiert, dass er eine Außenseite der hervorstehenden
Pole 7b des Eisenkerns 7 abdeckt.
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Auf
einer inneren Randfläche
des zylindrischen Abschnitts 10b des Schwungrades 10 sind
18 Neodym-Magnete 11 mit starker Magnetkraft entlang der
Umgebungsrichtung befestigt, hierdurch einen magnetischen Rotor 12 vom
Außenrotortyp
bildend. In dem Rotor 12 sind die Magnete 11 über die
innere Randfläche
des zylindrischen Abschnitts 10b verteilt zum Sicherstellen
ausreichender Masse, und der Rotor 12 kann die Funktion
eines Schwungrades zeigen.
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Ein
Kühllüfter 13 ist
an dem Scheibenabschnitt 10a des Schwungrades 10 montiert.
Der Kühllüfter 13 hat
eine ringförmige
Platte 13a und mehrere Blätter die sich von einer Seitenfläche der
Platte 13a entlang der Umfangsrichtung erheben. Die Platte 13a ist
an einer äußeren Oberfläche des
Scheibenabschnitts 10a des Schwungrades 10 befestigt.
Eine Lüfterabdeckung 14,
die den Kühllüfter 13 abdeckt, bildet
einen Windkanal 14a, der sich von einer Seite des Schwungrades 10 zu
der Antriebsmaschine 2 erstreckt, durch welchen Kühlluft hindurch
tritt.
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4 zeigt
ein Systemstrukturdiagramm des Antriebsmaschinengenerators 1.
Der Generator 3 wird durch die Antriebsmaschine 2 angetrieben
zum Erzeugen von Dreiphasen-Wechselstrom.
Der Ausgangswechselstrom des Generators 3 wird durch einen
Umrichter 15, der eine Gleichrichterschaltung umfasst,
in der eine Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung in einer Brückenform
montiert ist, Vollwellen-gleichgerichtet und in Gleichstrom umgewandelt. Der
von dem Umrichter 15 ausgegebene Gleichstrom wird durch
eine Kondensatorglättungsschaltung 16 geglättet und
wird in einen Wechselrichter 17 eingegeben und wird durch
eine FET-Brückenschaltung,
die einen Wechselrichter 17 bildet, in Wechselstrom mit
vorbestimmter Frequenz umgewandelt. Der Gleichstrom, der von dem
Wechselrichter 17 ausgegeben wird, wird in ein Demodulationsfilter 18 eingegeben
und nur niedrige Frequenzkomponenten (z.B. Netzfrequenz) durchlaufen
das Demodulationsfilter 18. Der Wechselstrom, der durch
das Demodulationsfilter 18 geführt worden ist, wird über ein
Relais 19 und eine Sicherung 20 zu einem Ausgangsanschluss 21 verbunden.
Das Relais 19 öffnet,
wenn die Antriebsmaschine 2 startet und schließt, nachdem
die Antriebsmaschine sich in einem vorbestimmten Zustand dreht.
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Der
Generator 3 des Antriebsmaschinengenerators 1 ist
der Generatormotor, wie er oben beschrieben worden ist und der Generator 3 kann
als ein Anlassermotor zum Anlassen der Antriebsmaschine 2 verwendet
werden. Wenn der Generator 3 als Anlassermotor verwendet
wird, wird der Generator 3 nachstehend als Anlassermotor 3a bezeichnet. Ein
Anlassertreiber 22 für
den Anlassermotor 3a ist vorgesehen. Um dem Anlassertreiber 22 Strom
zum Starten der Antriebsmaschine 2 zuzuführen, ist
eine Gleichrichterschaltung 23 mit einer Glättungsschaltung 24 vorgesehen.
Die Gleichrichterschaltung 23 ist mit einem Harmonischen-Filter 231 und
einem Umrichter 232 versehen. Das Harmonischen-Filter 231 ist
mit dem Ausgangsanschluss 21 verbunden.
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Eine
Ausgangsseite des Generators 3 ist mit einer Einphasen-Energieversorgung 25 von
beispielsweise 200V Wechselspannung verbunden und von der Energiequelle 25 wird
Wechselspannung bzw. Wechselstrom zugeführt, wenn die Antriebsmaschine
startet. Diese Wechselspannung wird in das Harmonischen-Filter 231 eingegeben
und die Harmonischen werden eliminiert und durch den Umrichter 232 in
Gleichstrom umgewandelt und dann wird der Gleichstrom dem Anlassertreiber 22 als
Steuerenergiequelle über
die Glättungsschaltung 24 zugeführt.
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Eine
Ausgangsseite des Anlassertreibers 22 ist mit jeder Phase
der Dreiphasenwicklungen des Generators 3 über ein
Relais 26 verbunden. Das Relais 26 schließt, wenn
die Antriebsmaschine 2 gestartet wird und öffnet, nachdem
die Antriebsmaschine 2 sich in einem vorbestimmten Zustand
dreht. Um die Antriebsmaschine 2 zu starten, wird sequentiell Strom
an jede Phase der Dreiphasenwicklungen des Generators 3 in
einer vorbestimmten Reihenfolge zugeführt. Ein Umrichter 221,
der ein Schaltelement (FET) zum sequentiellen Zuführen von
Strom zu den Wicklungen jeder Phase umfasst, eine CPU 222 und ein
sensorfreier Treiberabschnitt 223 (einen IC umfassend),
der keinen Sensor zum Erfassen einer Position des Rotors 12 verwendet,
werden bereitgestellt.
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5 ist
ein Blockdiagramm zum Zeigen der Funktion eines wesentlichen Teils
des sensorfreien Treiberabschnitts 223.
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Wenn
von der Wechselrichterschaltung 221 zwischen zwei Phasen
des Stators 8 Elektrizität zugeführt wird und der Rotor gedreht
wird, erfasst ein Induktionsspannungsdetektor 27 eine Schwingungsform
eines Spannungssignals, das zwischen einem Zwischenpunkt und der
verbleibenden Phase induziert wird. Ein Positionsdetektor 28 beurteilt
eine Positionszusammenhang, d.h., eine Drehposition zwischen den
Magneten des Rotors 12 und den Phasen des Stators 8 basierend
auf der erfassten Spannungsschwingungsform. Eine Antriebs-Arithmetikschaltung 29 berechnet
einen Zyklus zum Antreiben der jeweiligen Schaltelemente der Umrichterschaltung 221 basierend
auf dem Positionszusammenhang zwischen den Phasen des Stators 8 und
den Magneten des Rotors 12. Ein Treiberabschnitt 30 führt basierend
auf dem durch die Antriebsarithmetikschaltung 29 berechneten
Zyklus ein Erregungssignal zu der Wechselrichterschaltung 221.
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6 ist
ein Zeitdiagramm zum Zeigen des Gesamtbetriebs der Startsteuerung
des Antriebsmaschinengenerators 1. Zum Zeitpunkt t1 wird
ein Startsignal einer elektrischen Steuereinheit (ECU) ansprechend
auf eine Antriebsmaschinen-Startanweisung
EIN-geschaltet. Nach einer Bereitschaftszeit (z.B. einer Sekunde)
werden die Relais 19 und 26 in einen Steuermodus
für den
Anlassermotor 3a zum Zeitpunkt t2 für eine Vorwärtsdrehung des Anlassermotors 3a geschaltet.
Wenn die Drehgeschwindigkeit während
der Vorwärtsdrehung
gleich oder geringer wird als ein vorbestimmter Wert, wird beurteilt,
dass die Antriebsmaschine einen Hochlastbereich erreicht, und der
Anlassermotor 3a wird zu dem Zeitpunkt t3 rückwärts gedreht.
Während
der Vorwärtsdrehung
und der Rückwärtsdrehung
wird der Anlassermotor mit Anfangserregungsstrom angetrieben, der
kleiner ist als der Strom, der immer während des Normalbetriebs zugeführt wird.
Durch Unterdrücken der
Drehgeschwindigkeit durch einen derart geringen Anfangserregungsstrom
ist es möglich,
den Anlassermotor 3a leicht bei einer Position zu stoppen,
bei der erwartet wird, dass bei einer Hochlastposition, das heißt, einer
Position, bei der der Motor 3a leicht seine Drehrichtung
während
der Vorwärtsdrehung und
Rückwärtsdrehung ändern kann,
ausreichend Startdrehmoment erhalten werden kann und es ist möglich, die
Reaktionskraft zu unterdrücken
(die Reaktionskraft ist bei großer
Drehgeschwindigkeit groß),
wenn der Motor nicht über
die Hochlastposition gelangen kann.
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Der
Anlassermotor 3a wird vorwärts und rückwärts gedreht und wenn die Kurbelwelle 4 an
einer Position positioniert ist, bei der erwartet werden kann, dass
ausreichend Anlassdrehmoment erhalten werden kann, d.h. zu einem
Zeitpunkt t4, wird die Beschleunigung des Anlassermotors 3a in
Vorwärtsdrehrichtung
begonnen. Während
der Vorwärtsdrehung
wird Strom, der höher
ist als der Anfangserregungsstrom, dem Anlassermotor 3a zugeführt.
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Wenn
der Anlassermotor 3a eine Anlasszieldrehzahl zu einem Zeitpunkt
t5 erreicht, wird die Drehgeschwindigkeit während des Ankurbelns beibehalten.
Die Antriebsmaschine wird zu einem Zeitpunkt t6 gezündet und
nach der Anfangsexplosion beginnt die Antriebsmaschinendrehzahl
zuzunehmen, das Relais 19 wird zu einem Zeitpunkt t7 geschlossen,
das Relais 26 wird geöffnet
und der Steuermodus wird zu einem Steuermodus des Generators 3 geschaltet.
Ein Startsignal der ECU wird bis zum Zeitpunkt t8 (d.h., 10 Sekunden
vom Zeitpunkt t1) beibehalten, aber wenn die Maschinendrehzahl bis
zum Zeitpunkt t8 eine vorbestimmte Drehzahl nicht erreicht (z.B.
1500 U/min), wird beurteilt, dass die Startoperation nach der Anfangsexplosion
fehlgeschlagen ist, und das Startsignal wird nach einer vorbestimmten
Zeit (z.B. 10 Sekunden) wieder EIN-geschaltet.
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Eine
Position, bei der die Vorwärtsdrehung und
Rückwärtsdrehung
zum Betreiben des Anlassermotors 3a bei einer Position,
bei der erwartet wird, dass ein ausreichendes Startdrehmoment erhalten werden
kann, gestoppt wird, wird beurteilt, wenn die Drehgeschwindigkeit
des Anlassermotors 3a gleich oder geringer wird als ein
festgelegter Wert. Die Drehgeschwindigkeit des Anlassermotors 3a kann beispielsweise basierend
auf dem Zyklus der Induktionsspannungs-Schwingungsform berechnet werden.
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7 und 8 sind
Ablaufdiagramme der Startsteuerung des Antriebsmaschinengenerators 1 und 9 ist
ein Zeitdiagramm der Startsteuerung. In Schritt S1 in 7 wird
beurteilt, ob eine Antriebsmaschinenstartanweisung eingegeben ist.
Wenn die Antriebsmaschinenstartanweisung eingegeben ist, geht die
Prozedur weiter zu Schritt S2 und der Anlassermotor 3a wird
gedreht, um die Antriebsmaschine 2 in Vorwärtsdrehung
anzutreiben. Im Schritt S3 wird beurteilt, ob die Zeit T1 als eine
erste Zeitdauer (z.B. 0,3 Sekunden) nach dem Starten der Vorwärtsdrehung
der Antriebsmaschine des Schrittes S2 verstrichen ist. Die Zeit
T1 ist die Zeit, während
der beurteilt wird, ob es notwendig ist, den Anlassermotor 3a in Vorwärtsdrehrichtung
erregt beizubehalten. In Schritt S4 wird beurteilt, ob der Anlassermotor 3a eine
Drehung beginnt durch Beurteilen, ob die Drehgeschwindigkeit des
Anlassermotors 3a gleich oder höher ist als die Anlassvollzugsgeschwindigkeit
(z.B. 33 U/min), was eine erste Geschwindigkeit ist. Wenn die Drehgeschwindigkeit
nicht gleich oder höher
als die Anlassvollzugsgeschwindigkeit wird bis die Zeit T1 verstrichen
ist, wird die Erregungsoperation des Anlassermotors 3a in
Vorwärtsrichtung
gestoppt und die Prozedur wird zu Schritt S11 weitergeführt, und
die Rückwärtsdrehung
des Anlassermotors 3a wird begonnen, wie durch eine Pfeil
i in 9 angegeben.
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Wenn
die Drehgeschwindigkeit des Anlassermotors 3a gleich oder
höher wird
als die Startvollzugsgeschwindigkeit, wird ein Ergebnis im Schritt
S4 bestätigend
und die Prozedur wird weitergeführt
zu Schritt S5. Im Schritt S5 wird der Anlassermotor 3a vorwärts gedreht
und wird derart gesteuert, dass die Geschwindigkeit zu einer Vorwärtsdrehzielgeschwindigkeit
(z.B. 230 U/min) zum Positionieren konvergiert. Im Schritt S6 wird
beurteilt, ob die Zeit T2 als eine zweite Zeitdauer (z.B. 0,5 Sekunden)
nach dem Starten der Vorwärtsdrehung
in Schritt S5 verstrichen ist. Die Zeit T2 ist die Zeit, während der
beurteilt wird, ob die Positionierung und die Rückwärtsdrehung benötigt werden
oder nicht. Die Prozedur wird weitergeführt zu Schritt S7 bis die Zeit
T2 verstrichen ist.
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Im
Schritt S7 wird beurteilt, ob die Drehgeschwindigkeit des Anlassermotors 3a zu
einer Rückwärtsdrehungs-Beurteilungsgeschwindigkeit
(z.B. 75% der vorangehenden Maximalgeschwindigkeit), welches eine
zweite Geschwindigkeit ist, reduziert wird. Mit dieser Beurteilung
wird beurteilt, ob die Geschwindigkeit in nachteiliger Weise reduziert
wird, wenn der Kurbelwinkel nahe der Hochlastposition vor dem oberen
Totpunkt-Zentrum ist. Wenn die Drehgeschwindigkeit nicht reduziert
wird (negativ im Schritt S7), bis die Zeit T2 verstrichen ist, d.h.,
eine Bestätigung
im Schritt S6, wird beurteilt, dass die Antriebsmaschine sich in
einer Leichtlastregion hinter dem oberen Totpunkt-Zentrum befindet
und die Beschleunigung in diesem Zustand möglich ist. Daher wird in diesem
Fall der Drehmodus des Anlassermotors 3a nicht zur Rückwärtsdrehung
verschoben und die Prozedur wird weitergeführt zu Schritt S23, der in 8 gezeigt
ist, zum Beschleunigen der Vorwärtsdrehung mit
einer Geschwindigkeit, die wie durch einen Pfeil ii in 9 angegeben
gesteuert wird.
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Wenn
die Drehgeschwindigkeit zu einer Umkehrbeurteilungsgeschwindigkeit
reduziert wird, ist ein Ergebnis in Schritt S7 bestätigend und
die Prozedur wird weitergeführt
zu Schritt S8 und die Vorwärtsdrehung
des Anlassermotors 3a wird durch Steuern der Bremse gestoppt.
Wenn eine Zeit T3 (z.B. 0,2 Sekunden), die zum Beurteilen des Stoppens
verstrichen ist, d.h., eine Bestätigung
in Schritt S9, oder wenn die Drehgeschwindigkeit gleich oder kleiner wird
als eine dritte Geschwindigkeit (z.B. 23 U/min, wie durch ein Symbol
iv in 9 angegeben), bei welcher beurteilt wird, dass
die Drehung gestoppt wird, d.h., bestätigend bei Schritt S10, wird
beurteilt, dass der Anlassermotor 3a nicht weiter normal
dreht zum Rückwärtsdrehen
der Antriebsmaschine 2, und die Prozedur geht weiter zu
Schritt S11.
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In
Schritt S11 wird der Anlassermotor rückwärts gedreht zum Drehen der
Antriebsmaschine in Rückwärtsrichtung.
Im Schritt S12 wird beurteilt, ob die Zeitdauer T4 (z.B. 0,3 Sekunden)
nach dem Starten der Rückwärtsdrehung
des Motors von Schritt S11 verstrichen ist. Die Zeit T4 ist die
Beurteilungszeit, während
der die Vorwärtsdrehung
zur Rückwärtsdrehung
verschoben wird, wobei die Drehgeschwindigkeit gesteuert wird. Wenn
die Geschwindigkeit die Anlassvollzugs-Geschwindigkeit (z.B. 33 U/min) erreicht
bevor die Zeit T4 verstrichen ist, wird ein Ergebnis des Schrittes
s13 bestätigend
und die Prozedur wird weitergeführt
zu Schritt S14. Wenn die Geschwindigkeit nicht gleich oder größer wird
als die Anlassvollzugsgeschwindigkeit selbst wenn die Zeit T4 verstrichen
ist, wird der Schritt weitergeführt
zu S20 zum beschleunigten Vorwärtsdrehen,
wie durch einen Pfeil iii in 9 angegeben.
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Im
Schritt S14 wird der Anlassermotor 3a rückwärts gedreht, wobei die Drehgeschwindigkeit gesteuert
wird. Im Schritt 515 wird beurteilt, ob die Zeit T5 (z.b.
0,5 Sekunden) nach dem Beginn der Rückwärtsdrehung des Schrittes S14
verstrichen ist. Die Zeit T5 ist die Zeit, während der beurteilt wird, ob die
Rückwärtsdrehung
des Anlassermotors 3a gestoppt werden sollte. Die Prozedur
wird weitergeführt zu
Schritt S16 bis die Zeit T5 verstrichen ist. Im Schritt S16 wird
beurteilt, ob die Drehgeschwindigkeit des Anlassermotors 3a auf
eine Umschaltbeurteilungsgeschwindigkeit als eine dritte Geschwindigkeit (z.B.
75% der vorhergehenden Maximal-Geschwindigkeit)
reduziert wird. Mit dieser Beurteilung wird beurteilt, ob die Maschinenlast
erhöht
worden ist und der Kurbelwinkel die Hochlastposition vor dem oberen
Totpunkt-Zentrum
erreicht (in Entsprechung zu einer Position hinter dem oberen Totpunkt-Zentrum
in der Vorwärtsdrehrichtung).
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Wenn
die Zeit T5 verstrichen ist (bestätigend in Schritt S15) oder
wenn die Drehgeschwindigkeit des Anlassermotors 3a reduziert
wird (bestätigend
in Schritt S16), wird die Prozedur weitergeführt zu Schritt 917 und
die Rückwärtsdrehung
des Anlassermotors 3a wird durch Bremsensteuerung gestoppt. Wenn
die Zeit T6 (z.B. 0,2 Sekunden) zum Beurteilen des Stoppens verstrichen
ist, d.h. bestätigend
in Schritt S18, oder wenn die Drehgeschwindigkeit reduziert wird
auf eine Geschwindigkeit, bei der beurteilt wird, dass die Drehung
stoppt, d.h., Bestätigung in
Schritt S19 (z.B. wird die Drehgeschwindigkeit gleich oder niedriger
als 23 U/min, wie durch ein Symbol v in 9 angegeben),
wird die Prozedur zum Beschleunigen der Vorwärtsdrehung des Anlassermotors 3a weiter
geführt
zu Schritt S20, der in 8 gezeigt ist.
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In
Schritt S20 in 8 wird die Vorwärtsdrehung
beschleunigt. Die Geschwindigkeit wird nicht gesteuert während der
Vorwärtsdrehung
nach der Positionierung, während
ein Stromwert fixiert wird und die Vorwärtsdrehung beschleunigt wird.
Wenn die Drehgeschwindigkeit des Anlassermotors 3a gleich
der Steuerstartgeschwindigkeit wird (z.B. 198 U/min wie durch ein
Symbol vi in 9 angegeben), wird der Drehmodus
zur geschwindigkeitsgesteuerten Vorwärtsdrehung verschoben. Ein
Anfangs-Steuerungszielwert wird beispielsweise bei 331 U/min festgelegt.
Dieser Steuerungszielwert wird mit einem vorbestimmten Verhältnis (z.B.
3300 [U/min]/[s]) erhöht.
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Im
Schritt S21 wird beurteilt, ob die Beschleunigungsbeschränkungszeit
T7 mit konstantem Strom verstrichen ist. Im Schritt S22 wird beurteilt,
ob die Geschwindigkeit gleich oder höher wird als die Steuerstartgeschwindigkeit.
Wenn die Zeit T7 verstrichen ist oder die Drehgeschwindigkeit des
Anlassermotors 3a gleich oder höher wird als die Steuerstartgeschwindigkeit,
wird die Prozedur weitergeführt
zu Schritt S23 und die Geschwindigkeit wird in Übereinstimmung mit dem Steuerungszielwert
gesteuert.
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Da
der Steuerungszielwert graduell erhöht wird, wird die tatsächliche
Drehgeschwindigkeit auch graduell erhöht. In Schritt S24 wird beurteilt,
ob die Drehgeschwindigkeit eine Anlassgeschwindigkeit (z.B. 800
U/min) erreicht. Wenn die Drehgeschwindigkeit erhöht wird
und ein Ergebnis des Schrittes S24 bestätigend wird, wird der Steuerungszielwert zum
Beibehalten der Drehgeschwindigkeit bei der Anlassgeschwindigkeit
festgelegt auf eine Anlassgeschwindigkeit und die Startsequenz ist
abgeschlossen.
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10 ist
ein Blockdiagramm zum Zeigen der Funktionen von wesentlichen Teilen
der Anlasssteuerung. Eine Schwingungsform der Induktionsspannung,
die durch den Induktionsspannungsdetektor 27 erfasst wird,
wird in einen Motordrehgeschwindigkeits-Berechnungsabschnitt 31 eingegeben.
Der Motordrehgeschwindigkeits-Berechnungsabschnitt 31 berechnet
eine Drehgeschwindigkeit des Anlassermotors 3a basierend
auf dem Zyklus der Induktionsspannung. Ein Maximalgeschwindigkeitsspeicherabschnitt 32 führt eine
Zwischenspeicherung einer Maximalgeschwindigkeit des Anlassermotors 3a durch,
die vorhergehend durch die Startsteuerung erfasst worden ist. Die
Maximalgeschwindigkeit wird gelöscht,
wenn die Drehrichtung geändert
wird. Ein Geschwindigkeitsbeurteilungsabschnitt 33 vergleicht eine
derzeitige Drehzahl des Anlassermotors 3a und eine vorbestimmte
Umkehrbeurteilungsgeschwindigkeit (z.B. 75% der Maximalgeschwindigkeit)
miteinander, und wenn die derzeitige Drehgeschwindigkeit gleich
oder geringer ist als die Umkehrbeurteilungsgeschwindigkeit gibt
der Geschwindigkeitsbeurteilungsabschnitt 33 ein Geschwindigkeitsreduzierungs-Erfassungssignal
an den Vorwärts/Rückwärts-Drehsteuerungsabschnitt 34 aus.
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Der
Vorwärts/Rückwärts-Drehsteuerungsabschnitt 34 stoppt
den Anlassermotor 3a und führt einem Treiberabschnitt 30 ansprechend
auf das Geschwindigkeitsreduzierungs-Erfassungssignal eine Umkehranweisung
zu. Der Vorwärts/Rückwärts-Drehsteuerungsabschnitt 34 gibt
einen Steuerungszielwert zu der Zeit der Vorwärtsdrehung und der Rückwärtsdrehung
in die Antriebsarithmetikschaltung 29 gemeinsam mit der
Umkehranweisung ein. Die Antriebsarithmetikschaltung 29 berechnet
einen Zyklus zum Antreiben eines Schaltelementes 221, um
die Drehgeschwindigkeit des Anlassermotors auf diesen Steuerungszielwert
zu steuern. Der Anlassermotor 3a wird derart gesteuert,
dass der Anlassermotor 3a sich bei einer Geschwindigkeit
dreht, die bestimmt wird durch einen Antriebszyklus des Schaltelementes 221.
Der Stromzufuhrabschnitt 35 führt einen Strom für die Anfangserregung
zu und einen Strom zum Starten bei der Positionseinstellung und
bei einer beschleunigten Vorwärtsdrehung
nach der Positionseinstellung.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
wird die Antriebsmaschine zuerst vorwärts zu einer Position gedreht,
bei der die Maschinenlast zunimmt und dann wird die Maschine rückwärts gedreht
und wieder gestoppt bei einer Position, bei der die Maschinenlast zunimmt.
Von dieser Position wird die Vorwärtsdrehgeschwindigkeit beschleunigt
bei einem Strich bis zu einem Wert, bei dem das Ankurbeln ausgeführt werden
kann. Durch Stoppen der Drehung auf diese Weise bei der Position,
bei der die Maschinenlast zunimmt, wird die Last bei der darauf
folgenden Umkehr zur Vorwärtsdrehung
reduziert und demnach ist es leicht, die Vorwärtsdrehung zu beschleunigen.
Demnach kann durch Zuführen
des Startstroms nach dem Positionieren durch die Vorwärtsdrehung
und Rückwärtsdrehung
die Trägheitskraft
benutzt werden und es ist möglich,
leicht über
den Kompressionstakt zu kommen und den Ankurbelbetrieb auszuführen.
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Die
Abschaltsteuerung des Anlassermotors nach dem Beginn des Ankurbelns
wird erläutert. Nachdem
die Antriebsmaschinen-Drehgeschwindigkeit
eine Ankurbelgeschwindigkeit erreicht, wird die Steuerung verschoben
zur Steuerung für
das Abschließen
der Antriebsoperation der Antriebsmaschine durch den Anlassermotor 3a,
d.h., die Abschaltsteuerung des Anlassermotors. 11 ist
ein Zeitdiagramm der Anlassermotorabschaltsteuerung. In 11 wird,
nachdem die Drehgeschwindigkeit des Anlassermotors 3a die
Zielgeschwindigkeit (800 U/min) zu dem Zeitpunkt t5 erreicht, ein
Steuerungszielwert bei 800 U/min beibehalten und das Ankurbeln wird
gestartet. Wenn die Antriebsmaschine zum Zeitpunkt t6 gezündet wird,
wird die Maschinendrehzahl graduell erhöht und mit dieser Zunahme wird auch
die Drehgeschwindigkeit des Anlassermotors 3a erhöht. Wenn
diese Steuerung unverändert
fortgeführt
wird, wird der Anlassermotor 3a eine Last der Antriebsmaschine
2 nachdem die Antriebsmaschinendrehzahl den Steuerungszielwert übersteigt. Demgemäß wird zu
dem Zeitpunkt t6a, wenn die Drehzahl des Anlassermotors 3a einen
Steuerungsauslösezielwert
(1000 U/min) erreicht, der der ersten Geschwindigkeit entspricht,
die dem Anlassermotor 3a zugeführte Elektrizität gestoppt.
Wenn die Drehgeschwindigkeit des Anlassermotors 3a den
Relaisschaltzielwert (1250 U/min) zu der Zeit t7 erreicht, werden
die Relais 19 und 26 zu der Generatorsteuerseite
geschaltet. Ferner, wenn zu der Zeit t8 die Drehgeschwindigkeit
des Anlassermotors 3a die Startabschlussgeschwindigkeit
(1500 U/min) als die zweite Geschwindigkeit erreicht, bei der beurteilt
wird, dass die Antriebsmaschine vollständig gestartet ist, wird das
Erfassen der Drehgeschwindigkeit des Motors gestoppt und das ECU-Startsignal wird
AUS-geschaltet.
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Nachdem
die dem Anlassermotor 3a zugeführte Elektrizität zu der
Zeit t6a gestoppt worden ist, wird, wenn die Drehgeschwindigkeit
der Antriebsmaschine 2 reduziert wird, die Geschwindigkeitssteuerung
wieder durchgeführt
und das Ankurbeln wird fortgesetzt. Das heißt, der Steuerungszielwert
wird auf die Ankurbelgeschwindigkeit (800 U/min) zu einer Zeit t9
festgelegt, wenn die Drehgeschwindigkeit auf die Abwürge-Beurteilungsgeschwindigkeit
(900 U/min) reduziert wird, die der dritten Geschwindigkeit entspricht,
und das Ankurbeln, das die Geschwindigkeitssteuerung erfordert,
wird neu gestartet.
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Die
Abschaltsteuerung wird unter Bezugnahme auf das in 12 gezeigte
Ablaufdiagramm erläutert.
Im Schritt S30 wird der Steuerungszielwert beibehalten und das Ankurbeln
wird ausgeführt.
Im Schritt S31 wird beurteilt ob die Zeitdauer T8 zum Beurteilen
des Fehlers verstrichen ist. Im Schritt S32 wird beurteilt, ob die
Drehgeschwindigkeit des Anlassermotors 3a gleich oder höher wird
als eine Anfangsexplosionsstartgeschwindigkeit (ein Steuerungsauslösezielwert)
als die erste Geschwindigkeit, die als ein Standard gelegt wird,
durch den das Starten der Antriebsmaschine 2 beurteilt
wird. Wenn die Drehgeschwindigkeit des Anlassermotors 3a gleich oder
höher ist
als die Anfangsexplosionsstartgeschwindigkeit wird die Prozedur
weitergeführt
zu Schritt S33. Wenn die Drehgeschwindigkeit des Anlassermotors 3a selbst
nachdem die Zeit T8 verstrichen ist nicht gleich oder höher als
die Anfangsexplosionsstartgeschwindigkeit wird, wird die Prozedur von
Schritt S31 fortgeführt
zu Schritt S38, und das ECU-Startsignal
wird gestoppt.
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Im
Schritt S33 wird die dem Anlassermotor 3a zugeführte Elektrizität gestoppt.
Das heißt,
eine PWM-Steuerung (Pulsbreitenmodulationssteuerung) des Anlassermotors 3a wird
gestoppt. Währenddessen
wird das Erfassen der Drehgeschwindigkeit des Anlassermotors 3a fortgesetzt.
Im Schritt S34 wird beurteilt, ob die Zeitdauer T9 zum Beurteilen
eines Fehlers verstrichen ist. Im Schritt S35 wird beurteilt, ob
die Geschwindigkeit reduziert wird durch Beurteilen, ob die Drehgeschwindigkeit
des Anlassermotors 3a reduziert wird auf einen Wert gleich oder
niedriger als die Anfangsfehlerbeurteilungsgeschwindigkeit als einer
dritten Geschwindigkeit der Antriebsmaschine 2.
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Wenn
das Zünden
nicht fehlgeschlagen ist, wird die Prozedur weitergeführt zu Schritt
S36 und es wird beurteilt, ob die Drehgeschwindigkeit des Anlassermotors 3a gleich
oder höher
wird als die Geschwindigkeit der Antriebsmaschine 2 einer vollständigen Explosion.
Wenn die Geschwindigkeit gleich oder höher wird als die Geschwindigkeit
einer vollständigen
Explosion, wird die Prozedur weitergeführt zu Schritt S37, das Erfassen
der Drehgeschwindigkeit des Anlassermotors 3a wird gestoppt
und die Relais 19 und 26 werden zu der Generatorschaltungsseite
geschaltet.
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Wenn
die Zeitdauer T9 im Schritt S34 verstrichen ist, wird die Prozedur
weitergeführt
zu Schritt S38 und das ECU-Startsignal
wird gestoppt. Wenn beurteilt wird, dass die Geschwindigkeit durch
einen Zündfehler
im Schritt S35 reduziert wird, wird die Prozedur bei Schritt S39
weitergeführt
und das Zuführen der
Elektrizität
zu dem Anlassermotor 3a wird erneut begonnen. Wenn die
Zufuhr von Elektrizität
zu dem Anlassermotor 3a erneut begonnen wird, geht die Prozedur
weiter zu Schritt S30 und das Ankurbeln wird erneut begonnen.
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Wenn
der Modus im Schritt S37 zu der Generatorschaltungsseite umgeschaltet
wird, wird die Prozedur weitergeführt zu Schritt S38 und das
Antreiben des Anlassermotors 3a wird gestoppt und die Abschaltsteuerung
ist abgeschlossen.
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1 ist
ein Blockdiagramm zum Zeigen einer Funktion eines wesentlichen Teils
der Abschaltsteuerung des Anlassermotors. Dieselben Bezugszeichen
wie jene in 10 gezeigten, repräsentieren dieselben
Elemente in 1. Ein Geschwindigkeitsbeurteilungsabschnitt 36 überwacht
die Drehgeschwindigkeit des Anlassermotors, die durch den Motordrehgeschwindigkeits-Berechnungsabschnitt 31 berechnet
worden ist, und beurteilt, ob die Motordrehgeschwindigkeit gleich
oder höher
ist als die Steuerungsauslöse-Zielgeschwindigkeit,
ob die Drehgeschwindigkeit reduziert wird auf gleich oder niedriger
als die Umschalt-Geschwindigkeit,
und ob der Anlassermotor sich in einem Bereich befindet, in dem
eine Drehgeschwindigkeitserfassung nicht erforderlich ist. Der Geschwindigkeits-Beurteilungsabschnitt 36 gibt
ein Steuerungsfreigabesignal s1, ein Zündfehlersignal s2, ein Relaisumschaltsignal
s3 und ein Geschwindigkeitsmessungsstoppsignal s4 in Übereinstimmung
mit den jeweiligen Beurteilungsergebnissen aus. Die Antriebs-Arithmetikschaltung 29 berechnet
eine Antriebsperiode oder einen Zyklus des Schaltelementes 221 derart,
dass die tatsächliche
Drehgeschwindigkeit des Anlassermotors 3a zu einem Steuerungszielwert
konvergiert, der durch einen Steuerungszielwerteinstellabschnitt 37 beschränkt wird.
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In
dem Steuerungszielwerteinstellabschnitt 37 wird die vorbestimmte
Ankurbelgeschwindigkeit als ein Steuerungszielwert gespeichert und
dieser Steuerungszielwert wird in die Antriebs-Arithmetikschaltung 29 während der
Geschwindigkeitssteuerung (vom Zeitpunkt t5 bis t6a) eingegeben.
Ein Stromzufuhrstoppabschnitt 38 gibt eine Stromzufuhrstoppanweisung
an den Treiberabschnitt 30 ansprechend auf das Steuerungsauslösesignal
s1 aus. Wenn der Treiberabschnitt 30 die Stromzufuhrstoppanweisung
empfängt,
stoppt der Treiberabschnitt 30 die Zufuhr eines Zyklusanweisungssignals
zu dem Schaltelement, d.h., der Wechselrichterschaltung 221.
Mit jenen funktionalen Prozessen stoppt die Wechselrichterschaltung 221 ihren
Betrieb und der Anlassermotor 3a wird nicht erregt.
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Wenn
die Antriebsmaschinendrehzahl in einen Geschwindigkeitsbereich (Startabschlussgeschwindigkeit,
d.h. 1500 U/min) zunimmt, in dem die Geschwindigkeitssteuerung nicht
durchgeführt
wird, wird das Geschwindigkeitsmessstoppsignal s4 durch eine Erfassungsstoppfunktion
ausgegeben, die in dem Geschwindigkeitsbeurteilungsabschnitt 36 eingeschlossen
ist. Das Signal s4 wird in den Motordrehgeschwindigkeits-Berechnungsabschnitt 31 eingegeben.
Der Motordrehgeschwindigkeits-Berechnungsabschnitt 31 stoppt
die Drehgeschwindigkeitserfassung des Anlassermotors 3a ansprechend
auf dieses Signal s4.
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Wenn
der Stromzufuhrstoppabschnitt 38 das Zündfehlersignal s2 empfängt, das
ein Verfehlen der Startoperation repräsentiert, stoppt der Stromzufuhrstoppabschnitt 38 die
Ausgabe der Stromzufuhrstoppanweisung. Wenn die Ausgabe der Stromzufuhrstoppanweisung
gestoppt wird, wird ein Verhindern der Erregung des Anlassermotors 3a aufgehoben und
der Steuerungszielwert des Steuerungszielwerteinstellabschnitts 37 wird
wieder zurückgeführt zu der
Ankurbelgeschwindigkeit zum erneuten Ankurbeln. Ein Relaissteuerungsabschnitt 39 verbindet
das Relais 19 mit der Generatorseite ansprechend auf das
Relaisumschaltsignal s3, und gibt das Relais 26 frei.
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Wie
aus der obigen Erläuterung
ersichtlich wird, ist es in einem System, in dem ein bürstenloser Motor
mit einer Antriebsmaschine verbunden bleibt, selbst nachdem die
Antriebsmaschine gestartet ist, da die dem Motor zugeführte Elektrizität unterbrochen
wird, möglich,
zu verhindern, dass der Motor in Bezug auf die Drehung der Antriebsmaschine
als Bremse funktioniert, nachdem die Maschine gestartet ist. Selbst
nachdem die Antriebsmaschine gestartet ist, wird der Erfassungsbetrieb
der Drehgeschwindigkeit des Motors fortgesetzt bis die Geschwindigkeit
der Antriebsmaschine weiter erhöht
wird, und der Drehzustand der Antriebsmaschine kann beobachtet werden.
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Gemäß der Erfindung
des Anspruchs 2 ist es möglich,
das Abwürgen
zu erfassen und die Antriebsmaschine rasch neu zu starten. In der
Erfindung des Anspruchs 3 ist es möglich, das Abwürgen der
Antriebsmaschine korrekt zu erkennen.
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Gemäß der Erfindung
des Anspruchs 4 ist es selbst wenn der Motor basierend auf der Induktionsspannung
der Wicklung gesteuert wird, ohne Verwendung eines Positionserfassungssensors
eines Rotors möglich,
die Antriebsmaschine ohne einen Fehler in der Stromzufuhrzeitabstimmung
zu starten.