ES2208071B1 - Aparato de arranque de motor. - Google Patents
Aparato de arranque de motor.Info
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Abstract
Aparato de arranque de motor. Objeto: Garantizar una buena arrancabilidad del motor con un motor de arranque pequeño para satisfacer tanto la arrancabilidad del motor como la conductibilidad. Medios de solución: Un aparato de arranque de motor que gira un cigüeñal hacia atrás a una posición predeterminada después de pararse el motor para preparar el arranque siguiente del motor, está configurado de tal manera que el par máximo generado de un motor de arranque sea igual o inferior a aproximadamente 60% del par de arranque máximo necesario para que un pistón supere una carrera de compresión al arranque del motor, pero es igual o superior al par de arranque necesario para que el pistón prosiga en cualquier carrera distinta de la carrera de compresión.
Description
Aparato de arranque de motor.
Esta invención se refiere a un aparato de
arranque de motor para arrancar un motor usando un motor de
arranque para arrancar el motor, y más en concreto a un aparato de
arranque de motor que usa tanto la fuerza inercial de un sistema
de rotación incluyendo un cigüeñal como el par de accionamiento de
un motor de arranque para permitir el buen arranque de un motor
aunque el par del motor de arranque sea bajo.
El par de arranque al arranque de un motor exhibe
un valor máximo (par de superación) inmediatamente antes de que un
pistón llegue al punto muerto superior de compresión (PMS), y para
superar el PMS, se adopta convencionalmente un motor de arranque
comparativamente grande donde el par máximo generado (par de
bloqueo) que se puede generar es igual o superior al par de
arranque máximo mencionado anteriormente.
La arrancabilidad de un motor aumenta a medida
que aumenta el par de accionamiento de un motor de arranque. Sin
embargo, en una estructura donde el motor de arranque está acoplado
directamente al cigüeñal del motor, dado que una porción rotacional
del motor de arranque hace de masa inercial, si se adopta un motor
de arranque de un tamaño grande cuyo par de accionamiento es alto,
entonces no se puede evitar que la conducibilidad se deteriore en
particular al arrancar y acelerar.
Por ejemplo, en un motor de cuatro tiempos de 100
cc o menos adoptado por un vehículo general de dos ruedas de un
tamaño pequeño, el par de arranque máximo llega a 1,3 kgfm. Sin
embargo, si se acopla directamente al cigüeñal un motor de arranque
cuyo par máximo generado es 1,3 kgfm, entonces su masa inercial
resulta 40 kgcm y es mucho más alta que una masa inercial óptima de
28 a 33 kgcm. En otros términos, la arrancabilidad de un motor y
la conducibilidad tienen una relación contradictoria entre sí, y es
difícil satisfacer ambas.
Un objeto de la presente invención es resolver el
objeto de la técnica anterior descrito anteriormente y
proporcionar un aparato de arranque de motor donde se garantiza una
buena arrancabilidad del motor con un motor de arranque pequeño
para satisfacer tanto la arrancabilidad de un motor como la
conducibilidad.
Para alcanzar el objeto antes descrito, según la
presente invención, un aparato de arranque de motor que gira un
cigüeñal hacia atrás a una posición predeterminada después de
pararse el motor para preparar el arranque siguiente del motor se
caracteriza porque incluye: un motor de arranque para girar el
cigüeñal hacia adelante y hacia atrás; y medios de control de
rotación inversa para hacer que el motor de arranque gire hacia
atrás después de pararse el motor, donde el par máximo generado del
motor de arranque es igual o inferior a aproximadamente 60 del par
de arranque máximo necesario para que un pistón supere una carrera
de compresión al arranque del motor, pero es igual o superior al
par de arranque necesario para que el pistón prosiga en cualquier
carrera distinta de la carrera de compresión.
Con la característica descrita anteriormente,
puesto que el pistón se acelera suficientemente para obtener una
fuerza inercial comparativamente alta antes de alcanzar una carrera
de compresión, solamente si la fuerza resultante de la fuerza
inercial y el par de accionamiento del motor de arranque llega al
par de arranque máximo, aunque el par máximo generado del motor de
arranque propiamente dicho sea menor que el par de arranque máximo,
el pistón puede superar la carrera de compresión.
La figura 1 es una vista lateral en alzado de una
motocicleta completa de tipo scooter a la que se aplica la
presente invención.
La figura 2 es una vista en sección tomada a lo
largo de un cigüeñal de una unidad basculante de la figura 1. La
figura 3 es una vista parcial ampliada de la figura 2.
La figura 4 es un diagrama de bloques de un
sistema de control para un motor de
arranque-generador.
La figura 5 es un diagrama de bloques que
representa una configuración de una porción principal de una UEC de
la figura 4.
La figura 6 es un diagrama de flujo del control
de retroceso.
Las figuras 7 (a), 7(b) y 7(c) son
vistas explicativas del funcionamiento del control de
retroceso.
La figura 8 es una vista que representa un
ejemplo de transición del par de arranque.
La figura 9 es un diagrama de flujo que ilustra
la operación de una sección de accionamiento de descompresión.
La figura 10 es un diagrama de flujo de un
proceso de control de generación ACG.
La figura 11 es una vista que ilustra
temporizaciones de corrientes de fase de las bobinas de estator y
una salida de un sensor de ángulo de rotor en el control de
energización ACG.
La figura 12 es una tabla de un trabajo de
energización donde se utiliza la velocidad del motor como un
parámetro.
La figura 13 es una vista que ilustra variaciones
temporales de una velocidad del motor Ne y un par de arranque
Tcnk.
La figura 14 es una vista que ilustra variaciones
temporales del par de accionamiento Tdrv de un motor de arranque,
el par inercial Tine de un sistema rotativo incluyendo un cigüeñal,
y el par resultante Tadd del par de accionamiento Tdrv y el par
inercial Tine.
La figura 15 es una vista que ilustra la relación
entre una masa inercial y el par máximo generado del dispositivo de
arranque ACG 1.
1: Motor de arranque-generador
(dispositivo de arranque ACG), 2': Batería, 31: UEC, 300: Circuito
puente de rectificación de onda completa, 100: Regulador, 29:
Sensor de ángulo de rotor, 30: Pulsador de encendido, 50: Estator,
60: Rotor exterior, 201: Cigüeñal.
La presente invención se describe a continuación
con referencia a los dibujos. La figura 1 es una vista lateral en
alzado de una motocicleta tipo scooter entera a la que se aplica
un aparato de arranque de motor de la presente invención. El
vehículo tiene además una función de
parada-arranque automático del motor que para
automáticamente el motor si el vehículo se para y después acciona
automáticamente el motor de arranque para volver a arrancar el motor
si después se realiza una operación de arranque en la que se abre
una palanca de acelerador o se pone en estado de activación un
interruptor de dispositivo de arranque.
Una porción delantera de carrocería de vehículo y
una porción trasera de carrocería de vehículo están conectadas
entre sí mediante una porción de suelo 4, y un bastidor de
carrocería que forma una estructura de la carrocería de vehículo
está compuesto en general por un tubo descendente 6 y un tubo
principal 7. Un depósito de combustible y un compartimiento
portaobjetos (no representados) se soportan por el tubo principal
7, y un asiento 8 está dispuesto encima del tubo principal 7.
Un manillar 11 se soporta para movimiento
pivotante por un tubo delantero de dirección 5 en el lado superior
de la porción delantera de carrocería de vehículo. Una horquilla
delantera 12 se extiende en el lado inferior de la porción
delantera de carrocería de vehículo, y tiene una rueda delantera FW
soportada para rotación en extremos inferiores de la horquilla
delantera 12. Una porción superior del manillar 11 se cubre con una
cubierta de manillar 13 que sirve también como un panel de
instrumentos. Se ha dispuesto un soporte 15 de manera sobresaliente
en un extremo inferior de una porción ascendente del tubo principal
7, y un soporte sustentador 18 de una unidad basculante 2 está
conectado y se soporta para movimiento oscilante en el soporte 15
mediante un elemento de articulación 16.
Un motor monocilindro de cuatro tiempos de 50 cc
E se soporta en una porción delantera de la unidad basculante 2.
Una transmisión continuamente variable del tipo de correa 10 se
forma de tal manera que se extienda hacia atrás desde el motor E, y
una rueda trasera RW se soporta para rotación en un mecanismo
reductor de velocidad 9 que está dispuesto en una porción trasera
de la transmisión continuamente variable del tipo de correa 10
mediante un embrague centrífugo. Un amortiguador trasero 3 está
interpuesto entre un extremo superior del mecanismo reductor de
velocidad 9 y una porción curvada de una porción superior del tubo
principal 7. Un carburador 17 conectado a un tubo de entrada 19 que
se extiende desde el motor E y un filtro de aire 14 conectado al
carburador 17 están dispuestos en una porción delantera de la
unidad basculante 2.
La figura 2 es una vista en sección de la unidad
basculante 2 tomada a lo largo de un cigüeñal 201, y la figura 3 es
una vista parcial ampliada de la misma. Caracteres de referencia
análogos a los que aparecen antes denotan elementos análogos o
equivalentes.
La unidad basculante 2 se cubre con un cárter 202
que se forma a partir de cárteres izquierdo y derecho 202L y 202R
unidos, y el cigüeñal 201 se soporta para rotación por cojinetes 208
y 209 fijados al cárter 202R. Una varilla de conexión (no
representada) está conectada al cigüeñal 201 mediante un muñón
213.
El cárter izquierdo 202L sirve también como un
cárter de cámara de transmisión continuamente variable del tipo de
correa, y una polea de accionamiento de correa 210 está dispuesta
para rotación en el cigüeñal 201 que se extiende al cárter
izquierdo 202L. La polea de accionamiento de correa 210 se compone
de una mitad de polea lateral fija 210L y una mitad de polea
lateral móvil 210R. La mitad de polea lateral fija 210L se fija a
una porción de extremo izquierdo del cigüeñal 201 mediante un
saliente 211. La mitad de polea lateral móvil 210R está enchavetada
en el cigüeñal 201 en el lado derecho de la mitad de polea lateral
fija 210L de tal manera que la mitad de polea lateral móvil 210R se
pueda aproximar y alejar de la mitad de polea lateral fija 210L.
Una correa en V 212 está enrollada alrededor de las dos mitades de
polea 210L y 210R.
En el lado derecho de la mitad de polea lateral
móvil 210R, una chapa excéntrica 215 está fijada al cigüeñal 201, y
una pieza deslizante 215a dispuesta en un extremo circunferencial
exterior de la chapa excéntrica 215 se mantiene en enganche para
movimiento deslizante en una porción saliente deslizante de chapa
excéntrica 210Ra formada en una dirección axial en un extremo
circunferencial exterior de la mitad de polea lateral móvil 210R.
La chapa excéntrica 215 de la mitad de polea lateral móvil 210R
tiene una cara ahusada cerca de su circunferencia exterior. La cara
ahusada está inclinada al lado de mitad de polea lateral móvil
210R. Una bola de peso en seco 216 se acomoda en un espacio libre
entre la cara ahusada y la mitad de polea lateral móvil 210R.
Si aumenta la velocidad de rotación del cigüeñal
201, la bola de peso en seco 216 que está colocada entre la mitad
de polea lateral móvil 210R y la chapa excéntrica 215 y gira junto
con ellas, se desplaza en una dirección centrífuga por la fuerza
centrífuga, y la mitad de polea lateral móvil 210R es empujada por
la bola de peso en seco 216 de manera que se desplace a la
izquierda de manera que la mitad de polea lateral móvil 210R se
aproxime a la mitad de polea lateral fija 210L. Como resultado, la
correa en V 212 mantenida entre las dos mitades de polea 210L y
210R se mueve en la dirección centrífuga y aumenta su diámetro de
devanado.
Una polea accionada (no representada)
correspondiente a la polea de accionamiento de correa 210 descrita
anteriormente está dispuesta en una porción trasera del vehículo,
y la correa en V 212 se enrolla alrededor de la polea accionada.
Mediante este mecanismo de transmisión de correa, la potencia del
motor E se regula automáticamente y transmite al embrague
centrífugo de manera que la potencia mueva la rueda trasera RW
mediante el mecanismo reductor de velocidad 9 y así
sucesivamente.
Un motor de arranque-generador
(dispositivo de arranque ACG) 1 que incluye un motor de arranque y
un generador CA en combinación está dispuesto en el cárter derecho
202R. En el dispositivo de arranque ACG 1, un rotor exterior 60
está fijado a la porción ahusada del extremo del cigüeñal 201 por
un tornillo 253.
Un estator 50 dispuesto en un lado
circunferencial interior del rotor exterior 60 está fijado al
cárter 202 por un perno 279. Un ventilador 280 fijado por un perno
246 está dispuesto en el rotor exterior 60. Un radiador 282 está
dispuesto junto al ventilador 280, y el radiador 282 se cubre con
una cubierta de ventilador 281.
Como se representa a escala ampliada en la figura
3, una carcasa de sensor 28 está encajada en una circunferencia
interior del estator 50. Se ha dispuesto sensores de ángulo de
rotor (sensores de polo magnético) 29 y un sensor de pulsador
(pulsador de encendido) 30 a distancias iguales a lo largo de una
circunferencia exterior de un saliente 60a del rotor exterior 60.
Los sensores de ángulo de rotor 29 se han previsto para efectuar el
control de energización de bobinas de estator del dispositivo de
arranque ACG 1 y están dispuestos uno a uno correspondientes a la
fase U, la fase V y la fase W del dispositivo de arranque ACG 1. El
pulsador de encendido 30 se ha previsto para el control de
encendido del motor, y solamente se ha dispuesto un pulsador de
encendido 30. Los sensores de ángulo de rotor 29 y el pulsador de
encendido 30 se pueden formar a partir de un Cl Hall o un elemento
de reluctancia magnética (RM).
Los cables de los sensores de ángulo de rotor 29
y el pulsador de encendido 30 están conectados a una placa 31, y
además, un mazo de cables 32 está acoplado a la placa 31. Un aro de
imán 33 magnetizado en dos etapas está encajado en una periferia
externa del saliente 60a del rotor exterior 60 de manera que el aro
de imán 33 pueda tener una acción magnética en cada uno de los
sensores de ángulo de rotor 29 y el pulsador de encendido 30.
En una de las zonas de magnetización del aro de
imán 33 que corresponde a los sensores de ángulo de rotor 29 se
forma polos N y polos S dispuestos alternativamente a distancias de
30° de ancho en una dirección circunferencial en relación
correspondiente a los polos magnéticos del estator 50. En la otra
zona de magnetización del aro de imán 33 que corresponde al
pulsador de encendido 30, se forma una porción magnetizada en un
rango de 15° a 40° en una posición en una dirección
circunferencial.
El dispositivo de arranque ACG 1 funciona como un
motor de arranque (motor síncrono) cuando el motor arranca y es
excitado con corriente eléctrica suministrada por una batería para
girar el cigüeñal 201 para arrancar por ello el motor. Después de
poner en marcha el motor, el dispositivo de arranque ACG 1 funciona
como un generador síncrono y carga la batería con corriente
eléctrica por él generada y además suministra corriente eléctrica a
las partes eléctricas.
Con referencia de nuevo a la figura 2, un piñón
231 está fijado al cigüeñal 201 entre el dispositivo de arranque
ACG 1 y un cojinete 209, y una cadena para mover un árbol de levas
(no representado) desde el cigüeñal 201 está enrollada alrededor
del piñón 231. Se ha de notar que el piñón 231 se forma
integralmente con un engranaje 232 para transmitir potencia a una
bomba para hacer circular aceite lubricante.
La figura 4 es un diagrama de bloques de un
sistema eléctrico incluyendo el dispositivo de arranque ACG 1. Una
UEC 3' incluye un circuito puente trifásico de rectificación de onda
completa 300 para rectificar en onda completa la corriente alterna
trifásica generada por la función de generación de potencia del
dispositivo de arranque ACG 1, y un regulador 100 para limitar una
salida del circuito puente de rectificación de onda completa 300 a
un voltaje regulado predeterminado (voltaje operativo del regulador:
por ejemplo, 14,5 V).
Además, la UEC 3' de la presente realización
incluye una sección de control de retroceso 700 para girar el
cigüeñal hacia atrás a una posición predeterminada inmediatamente
después de pararse el motor para mejorar la arrancabilidad al
arranque siguiente del motor, una sección de control de arranque
500 para disminuir el par de arranque al arranque del motor, y una
sección de control de generación de potencia 400 para incrementar
la cantidad de energía generada cuando la velocidad del motor está
dentro de una región de velocidad baja predeterminada.
Una bobina de encendido 21 está conectada a la
UEC 3', y una bujía de encendido 22 está conectada al lado
secundario de la bobina de encendido 21. Además, un sensor de
acelerador 23, un sensor de combustible 24, un interruptor de
asiento 25, un interruptor de marcha en vacío 26, un sensor de
temperatura del agua refrigerante 27, los sensores de ángulo de
rotor 29 y el pulsador de encendido 30 están conectados a la UEC
3', y se introducen señales de detección desde los elementos a la
UEC 3'.
Además, un relé de dispositivo de arranque 34, un
interruptor de dispositivo de arranque 35, interruptores de parada
36 y 37, un indicador de espera 38, un indicador de combustible 39,
un sensor de velocidad 40, un dispositivo secundario de arranque
automático 41 y un faro 42 están conectados a la UEC 3'. Se ha
previsto un interruptor regulador 43 para el faro 42.
Se suministra corriente eléctrica a los elementos
antes mencionados desde una batería 2' a través de un fusible
principal 44 y un interruptor principal 45. Se ha de notar que la
batería 2' está conectada directamente a la UEC 3' por el relé de
dispositivo de arranque 34 y tiene un circuito que está conectado a
la UEC 3' solamente a través del fusible principal 44 sin mediación
del interruptor principal 45.
Ahora se describe una configuración y operación
de la sección de control de retroceso 700, la sección de control
de arranque 500 y la sección de control de generación de potencia
400 de la UEC 3' descrita anteriormente con referencia a un
diagrama de bloques funcionales de la figura 5.
En la sección de control de retroceso 700, una
sección de discriminación de etapa 73 divide una rotación del
cigüeñal 201 en 36 etapas n° 0 a n° 35 en base a señales de salida
de los sensores de ángulo de rotor 29 y discrimina la etapa
presente usando la temporización de detección de una señal de pulso
generada por el pulsador de encendido 30 como una etapa de
referencia (la etapa n° 0).
Una sección de detección de tiempo de paso de
etapa 74 detecta, en base a un período de tiempo después de que la
sección de discriminación de etapa 73 discrimina una nueva etapa
hasta que la sección de discriminación de etapa 73 discrimina una
etapa siguiente, el tiempo de paso \Deltatn de la etapa presente.
Una sección de control de rotación inversa 75 genera una
instrucción de accionamiento inverso en base al resultado de la
discriminación por la sección de discriminación de etapa 73 y el
tiempo de paso \Deltatn detectado por la sección de detección de
tiempo de paso de etapa 74.
Una sección de establecimiento de relación de
trabajo 72 controla dinámicamente la relación de trabajo de un
voltaje de puerta a suministrar a FETs de potencia del circuito
puente de rectificación de onda completa 300 en base a un resultado
de la discriminación por la sección de discriminación de etapa 73.
Un excitador 80 suministra un pulso de excitación de la relación de
trabajo establecida como se ha descrito anteriormente a los FETs de
potencia del circuito puente de rectificación de onda completa
300.
Ahora se describe la operación de la sección de
control de retroceso 700 descrita anteriormente con referencia a un
diagrama de flujo de la figura 6 y una vista explicativa de la
operación de la figura 7.
La figura 7(a) ilustra una relación entre
el par de arranque (carga de rotación inversa) necesario para girar
el cigüeñal 201 hacia atrás y el ángulo de calado, y el par de
arranque aumenta drásticamente inmediatamente antes de que se
alcance el punto muerto superior de compresión (en rotación
inversa). La figura 7(b) ilustra una relación entre el
ángulo de calado y la etapa, y la figura 7(c) ilustra una
variación de la velocidad angular del cigüeñal en rotación
inversa.
Si se detecta parada del motor en el paso S61, se
hace referencia a la etapa presente ya discriminada por la sección
de discriminación de etapa 73 en los pasos S62 y S63. Aquí, si la
etapa presente es una de las etapas n° 0 a n° 11, el procesado pasa
al paso S64, pero si la etapa presente es una de las etapas n° 12 a
n° 32, el procesado pasa al paso S65. Sin embargo, en cualquier
otro caso (es decir, si la etapa presente es una de las etapas n°
33 a n° 35), el procesado pasa al paso S66. En el paso S64 o S65,
la sección de establecimiento de relación de trabajo 72 establece
la relación de trabajo de un pulso de excitación a 70%, pero en el
paso S65, la sección de establecimiento de relación de trabajo 72
establece la relación de trabajo a 80%.
Tal control dinámico de la relación de trabajo
recién descrita se lleva a cabo para disminuir suficientemente, en
rotación inversa, la velocidad angular del cigüeñal 201 antes de un
ángulo correspondiente al punto muerto superior de compresión al
que aumenta el par de arranque (en rotación inversa), pero permitir
el accionamiento rotacional inverso rápido a cualquier otro ángulo
que el ángulo como se describe más adelante con detalle.
En el paso S67, el excitador 80 controla los FETs
de potencia del circuito puente de rectificación de onda completa
300 con la relación de trabajo establecida como se ha descrito
anteriormente para iniciar la energización para rotación inversa.
En el paso S68, el tiempo de paso \Deltatn de las etapas nº n
pasadas es medido por la sección de detección de tiempo de paso de
etapa 74.
En el paso S69, la sección de control de rotación
inversa 75 discrimina si el cigüeñal 201 ha pasado o no una
posición cerca de la etapa n° 0, es decir, el centro muerto
superior. Si el cigüeñal 201 no ha pasado la etapa n° 0, la
relación [\Deltatn/\Deltatn-1] entre el tiempo
de paso \Deltatn de la etapa n° n que el cigüeñal 201 ha pasado
en último lugar y el tiempo de paso \Deltatn-1 de
la etapa n° (n-1) que el cigüeñal 201 ha pasado en
penúltimo lugar se compara con un valor de referencia Rref (en la
presente realización, 4/3) en el paso S71. Si la relación de tiempo
de paso [\Deltatn/\Deltatn-1] no es más alto
que el valor de referencia Rref, el procesado vuelve al paso S62
descrito anteriormente para continuar el accionamiento de rotación
inversa, y el procesado descrito anteriormente se repite en
paralelo al accionamiento de rotación inversa.
Aquí, si la posición de parada del motor, es
decir, la posición de arranque de rotación inversa, está en el
lado más próximo al punto muerto superior de compresión durante el
tiempo siguiente que una posición media entre los puntos muertos
superiores de compresión durante los tiempos precedente y
siguiente, o en otros términos, está en el proceso al punto muerto
superior de compresión después de pasar el punto muerto superior de
escape (en rotación hacia adelante) como se indica con una curva A
en la figura 7(c), aunque el dispositivo de arranque ACG 1
sea accionado para girar hacia atrás con la relación de trabajo de
70%, el cigüeñal puede pasar la etapa n° 0 (punto muerto superior
de escape). Por consiguiente, después de detectar esto en el paso
S69, el procesado pasa al paso S70, en el que se discrimina si el
cigüeñal 201 llega o no a la etapa n° 32. Si se discrimina que el
cigüeñal 201 llega a la etapa n° 32, entonces puesto que la
energización para rotación inversa descrita anteriormente se para
en el paso S72, el cigüeñal se para después de que el cigüeñal se
gira más hacia atrás por la fuerza inercial.
Por otra parte, si la posición de arranque de
rotación inversa está en el lado más próximo al punto muerto
superior de compresión durante el tiempo precedente que la posición
media entre los puntos muertos superiores de compresión durante los
tiempos precedente y siguiente, o en otros términos, está en el
proceso al punto muerto superior de escape después de pasar el
punto muerto superior de compresión (en rotación hacia adelante)
como se indica con una curva B en la figura 7(c), entonces
puesto que el dispositivo de arranque ACG 1 es accionado para
girar hacia atrás con la relación de trabajo de 70%, cuando aumenta
la carga de rotación inversa antes de alcanzar la etapa n° 0 (en
rotación inversa), la velocidad angular del cigüeñal 201 cae
drásticamente como se representa en la figura 7(a).
Entonces, si se discrimina en el paso S71 que la relación de tiempo
de paso [\Deltatn/\Deltatn-1] es igual o
superior a 4/3 del valor de referencia, la energización para
rotación inversa se para en el paso S72, y la rotación inversa del
cigüeñal para casi simultáneamente con la parada de la
energización.
De esta manera, en el control de retroceso de la
presente realización, al accionamiento para rotación inversa después
de pararse el motor, se supervisa si el cigüeñal ha pasado o no un
ángulo correspondiente al centro muerto superior y si ha caído o
no la velocidad angular del cigüeñal, y si el cigüeñal pasa el
centro muerto superior en rotación inversa, la energización para
rotación inversa se termina inmediatamente después de eso. Además,
cuando la velocidad angular del cigüeñal cae como resultado del
aumento de la carga de rotación inversa, se termina la energización
para rotación inversa. Por consiguiente, independientemente de la
posición de arranque de rotación inversa, el cigüeñal se puede
hacer volver a una posición antes del punto muerto de compresión
durante el tiempo precedente (en rotación inversa) en el que la
fuerza de reacción de compresión es baja.
Además, en el control de retroceso de la presente
realización, puesto que la velocidad angular del cigüeñal 201 se
detecta en base a las salidas de los sensores de ángulo de rotor 29
para detectar el rotor ángulo (es decir, una etapa) del dispositivo
de arranque ACG, no hay que disponer por separado un sensor para
detectar el ángulo del cigüeñal 201.
Con referencia de nuevo a la figura 5, la sección
de control de arranque 500 eleva a la fuerza la válvula de escape
solamente inmediatamente después del arranque del motor para
disminuir la presión interna del cilindro en una carrera de
compresión para bajar el par de arranque al arranque del motor.
En la sección de control de arranque 500, una
sección de discriminación de velocidad del motor 52 discrimina una
velocidad del motor en base a una señal de detección del pulsador
de encendido 30, una señal de frecuencia de un voltaje generado y
así sucesivamente. Una sección de accionamiento de descompresión 51
detecta la pulsación del interruptor de dispositivo de arranque 35
para mover el dispositivo de arranque ACG 1 y excitar un solenoide
de descompresión 63, que eleva a la fuerza la válvula de escape, a
una temporización predeterminada.
Dado que el par de arranque al arranque del motor
aumenta en una carrera de compresión hasta el PMS como se
representa en la figura 8, se demanda del dispositivo de arranque
ACG que tenga un par máximo generado igual o superior al par de
arranque máximo Tmax en una carrera de compresión. Por lo tanto, en
la presente realización, al arranque del motor, la válvula de
escape se abre para suprimir la subida de la presión interna del
cilindro en una carrera de compresión para disminuir el par de
arranque máximo Tmax.
La figura 9 es un diagrama de flujo que ilustra
la operación de la sección de accionamiento de descompresión 51
descrita anteriormente. Si la pulsación del interruptor de
dispositivo de arranque 35 es detectada en el paso S51, la
velocidad del motor Ne se compara con una velocidad de referencia
predeterminada Nref en el paso S52. Aquí, el motor permanece en un
estado de parada y la velocidad del motor Ne es menor que la
velocidad de referencia Nref, y por lo tanto, el procesado pasa al
paso S53.
En el paso S53, se inhibe la inyección de
combustible, y en el paso S54, el solenoide de descompresión 63 es
excitado de manera que la válvula de escape se eleve a la fuerza.
El dispositivo de arranque ACG 1 es excitado en el paso S55.
Después, la velocidad del motor Ne aumenta hasta
que excede de la velocidad de referencia Nref, y cuando se detecta
ésta en el paso S52, se inicia la inyección de combustible en el
paso S56. En el paso S57 se para la excitación del solenoide de
descompresión 63.
Se ha de observar que, si la cancelación de la
pulsación del interruptor de dispositivo de arranque 35 se detecta
en el paso S51, el solenoide de descompresión 63 se desactiva en el
paso S58, y el dispositivo de arranque ACG 1 se desactiva en el
paso S59.
De esta manera, en la presente realización,
puesto que, al arranque del motor, la válvula de escape se abre a
la fuerza para suprimir una subida de la presión interna del
cilindro en una carrera de compresión para disminuir el par de
arranque máximo Tmax, se puede garantizar una buena arrancabilidad
aunque se adopte un dispositivo de arranque de un pequeño tamaño
cuyo par máximo generado sea bajo.
Con referencia de nuevo a la figura 5, la sección
de control de generación de potencia 400 tiene, además de una
función de controlar normalmente la cantidad de potencia generada
(voltaje), una función de energizar en ángulo de retardo las
bobinas de estator de los diferentes fases del dispositivo de
arranque ACG 1 de la batería 2' para aumentar la cantidad de
potencia generada (denominada más adelante "control de
energización ACG").
Aquí, la energización de ángulo de retardo
significa energizar una bobina de estator después de un retardo
correspondiente a un ángulo eléctrico predeterminado de una señal
de detección en un cambio entre polos magnéticos de zonas
magnetizadas del aro de imán 33 detectado por los sensores de
ángulo de rotor 29. Sin embargo, para evitar la inestabilidad de la
rotación del motor que surge de una variación brusca de la carga
del motor que se produce cuando el regulador 100 opera en una
región de rotación baja, el control se lleva a cabo de manera que
el voltaje de salida (voltaje de batería) del circuito puente de
rectificación de onda completa 300 pueda permanecer dentro de una
banda predeterminada de voltaje igual o inferior al voltaje
regulado.
En la sección de control de generación de
potencia 400, una sección de discriminación de velocidad del motor
48 detecta la velocidad del motor, por ejemplo, en base a una señal
de detección del pulsador de encendido 30 y suministra una
instrucción de ángulo de retardo al excitador 80 si la velocidad
del motor está dentro de una región predeterminada de control de
generación de potencia. El excitador 80 que recibe la instrucción
de ángulo de retardo lee una cantidad de ángulo de retardo de
excitación establecida con anterioridad en una sección de
establecimiento de cantidad de ángulo de retardo 49 y realiza la
energización de ángulo de retardo. Una relación de trabajo de
energización se suministra desde una sección de establecimiento de
relación de trabajo 47 al excitador 80.
El excitador 80 detecta una señal de detección de
polo magnético procedente de los sensores de ángulo de rotor 29,
es decir, una señal que aumenta a un estado activado cada vez que
los sensores de ángulo de rotor 29 detectan una de las zonas
magnetizadas del aro de imán 33 formadas en una relación
correspondiente a los polos magnéticos del rotor exterior 60.
Después, el excitador 80 envía una señal de control PWM a los FETs
del circuito puente de rectificación de onda completa 300 después
de un retardo de un ángulo correspondiente a una cantidad de
ángulo de retardo de energización desde un borde ascendente de la
señal.
Una sección de discriminación de voltaje de
batería 46 compara un voltaje de batería Vb con un valor máximo de
voltaje de control VMax y un valor mínimo de voltaje de control
VMin, que definen una banda de control de voltaje, y ajusta el
trabajo de energización establecido por la sección de
establecimiento de relación de trabajo 47 en base a un resultado de
la comparación de manera que el voltaje de batería Vb pueda
permanecer dentro del rango de control descrito anteriormente. En
particular, si el voltaje de batería Vb llega al valor máximo de
voltaje de control VMax, la sección de discriminación de voltaje de
batería 46 disminuye el trabajo de energización un valor pequeño
predeterminado (por ejemplo, 1%), pero si el voltaje de batería Vb
cae al valor mínimo de voltaje de control VMin, la sección de
discriminación de voltaje de batería 46 aumenta el trabajo de
energización en el valor pequeño.
La figura 10 es un diagrama de flujo que ilustra
la operación de la sección de control de generación de potencia 400
descrita anteriormente, que se activa después de que la sección de
control de arranque 500 termina el control de arranque del
motor.
En el paso S41, se discrimina si la velocidad del
motor está o no dentro de la región de control de generación de
potencia. La región de control de generación de potencia se
establece, por ejemplo, a una región no inferior a 1.000 rpm, pero
no superior a 3.500 rpm. Si la velocidad del motor está dentro de la
región de control de generación de potencia, el procesado pasa al
paso S41, en el que se discrimina si un señalizador F_{ACG} que
indica que la velocidad del motor está dentro de la región de
control de generación de potencia, está o no en un estado
establecido (= 1). Si el señalizador F_{ACG} no está puesto, el
procesado pasa al paso S43, en el que se pone el señalizador
F_{ACG}. En el paso S44, se pone un valor predeterminado ACGAGL a
una cantidad de ángulo de retardo de energización acgagl. Aunque el
valor predeterminado ACGAGL se puede establecer adecuadamente con
anterioridad, el valor predeterminado ACGAGL en la presente
realización es, por ejemplo, un ángulo eléctrico de 60°.
En la fase siguiente S45, se pone un valor
inicial ACDUTY a un trabajo de energización acduty. Aunque también
el valor inicial ACDUTY se puede poner adecuadamente con
anterioridad, el valor inicial ACDUTY en la presente realización
es, por ejemplo, 40%. Después de terminar los pasos S43 a S45, el
procesado pasa al paso S47. Si la discriminación en el paso S42 es
afirmativa, el procesado salta pasos S43 a S45 y pasa al paso S47.
Por otra parte, si la velocidad del motor no está dentro de la
región de control de generación, el señalizador Fn, se reposiciona
(= 0) en el paso S46, después de lo cual el procesado pasa al paso
S47.
En el paso S47, se discrimina si el señalizador
F_{ACG} está o no en un estado establecido. Si el señalizador
F_{ACG} está establecido, se discrimina en el paso S48 si el
voltaje de batería Vb es o no igual o superior al valor máximo de
voltaje de control VMax. El valor máximo de voltaje de control VMax
se pone a un valor menor que el voltaje regulado, por ejemplo, a
13,5 voltios. Si el voltaje de batería Vb es menor que el valor
máximo de voltaje de control VMax, el procesado pasa al paso S49,
en el que se discrimina si el voltaje de batería Vb es o no igual o
inferior al valor mínimo de voltaje de control VMin. El valor
mínimo de voltaje de control VMin se establece, por ejemplo, a 13,0
voltios.
Si el voltaje de batería Vb es más alto que el
valor mínimo de voltaje de control VMin en el paso S49, se
determina que el voltaje de batería Vb está dentro de una banda de
voltaje de energización ACG establecida a un valor menor que el
voltaje regulado del regulador, y el procesado pasa al paso S50,
en el que se lleva a cabo el control de energización ACG según la
cantidad de ángulo de retardo de energización acgagl y el trabajo
de energización acduty antes descrito.
Si se discrimina en el paso S48 que el voltaje de
batería Vb es igual o superior al valor máximo de voltaje de
control VMax, el procesado pasa al paso S51, en el que el trabajo
de energización acduty se decrementa un valor pequeño DDUTY. El
valor pequeño DDUTY es, por ejemplo, 1%. Por otra parte, si se
discrimina en el paso S49 que el voltaje de batería Vb es igual o
inferior al valor mínimo de voltaje de control VMin, el procesado
pasa al paso S52, en el que el trabajo de energización acduty se
incrementa el valor pequeño DDUTY. Después del procesado en los
pasos S51 y S52, el procesado pasa al paso S50.
Se ha de observar que el valor pequeño DDUTY
cuando se incrementa el trabajo de energización acduty, no tiene
que ser necesariamente igual al valor pequeño DDUTY cuando se
decrementa el trabajo de energización acduty, o el valor pequeño
DDUTY se puede variar en proporción a la diferencia entre el valor
máximo de voltaje de control VMax o el valor mínimo de voltaje de
control VMin y el valor presente.
Por otra parte, si el señalizador F_{ACG} no
está en un estado establecido en el paso S47, dado que la velocidad
del motor no está en la región de control de generación de
potencia, el procesado pasa al paso S53, en el que se para el
control de energización ACG.
La figura 11 es una vista que ilustra
temporizaciones de corrientes eléctricas (corrientes de fase) que
fluyen en las fases de las bobinas de estator y una salida de los
sensores de ángulo de rotor 29 al control de energización ACG. En
un caso ordinario en el que no se lleva a cabo el control de
energización de ángulo de retardo, se suministra corriente
eléctrica a cada una de las fases U, V y W de las bobinas de
estator en respuesta a una variación entre el positivo y el
negativo (N y S) de la salida de detección de los sensores de
ángulo de rotor 29. Por otra parte, si se lleva a cabo control de
energización de ángulo de retardo, se suministra corriente eléctrica
a cada una de las fases U, V y W de las bobinas de estator después
de un retardo en una cantidad predeterminada de ángulo de retardo
d (= 60°) desde el tiempo del cambio entre el positivo y el
negativo (N y S) de la salida de detección de los sensores de
ángulo de rotor 29.
Aunque, en la figura 11, el ángulo de
energización T por troceado de trabajo es 180°, se puede determinar
dentro de 180° dependiendo del trabajo de energización de energía
suministrada desde la sección de establecimiento de relación de
trabajo 47 al excitador 80.
La figura 12 es una tabla del trabajo de
energización establecida usando la velocidad del motor Ne, es
decir, la velocidad del dispositivo de arranque ACG 1, como un
parámetro. Se detecta la velocidad del motor, y el trabajo de
energización se determina según la velocidad del motor.
De esta manera, con el control de generación de
la presente realización, el aumento de la cantidad de potencia
generada se puede lograr establemente sin hacer operativo un
regulador de voltaje ordinario en una región de rotación a baja
velocidad. Por consiguiente, a la marcha en vacío o análogos, la
variación de la carga del motor se puede reducir para minimizar la
variación de rotación del motor para estabilizar por lo tanto la
marcha en vacío.
Ahora se describe especificaciones del
dispositivo de arranque ACG 1 en la presente realización, en
particular el par máximo generado que está relacionado con la
constitución del dispositivo de arranque ACG 1.
El par necesario para arrancar el cigüeñal 201
por fuerza externa al arranque del motor, es decir, el par de
arranque, exhibe su valor máximo Tmax inmediatamente antes de que el
pistón llegue al punto muerto superior de compresión (PMS) como se
ha descrito anteriormente con referencia a la figura 8. Por
consiguiente, no hay necesidad de generar un par igual o superior
al par de arranque máximo Tmax en el cigüeñal 201.
Sin embargo, la arrancabilidad de un motor y la
conducibilidad tienen una relación contradictoria entre sí, y en
una estructura donde el dispositivo de arranque ACG 1 está acoplado
directamente al cigüeñal 201 como en la presente realización,
puesto que el dispositivo de arranque ACG 1 actúa como una masa
inercial del cigüeñal 201, si se adopta un motor de arranque de un
tamaño grande que proporciona un par de accionamiento alto, se
deteriora la operación de aceleración, etc.
Aquí, en un aparato de arranque de motor donde el
cigüeñal se hace girar hacia atrás a una posición predeterminada
después de pararse el motor como en la presente realización, dado
que es larga la carrera de acercamiento hasta que el pistón llega a
una carrera de compresión al arranque siguiente del motor y la
velocidad del motor se puede aumentar más que nunca durante el
período de marcha de acercamiento, el sistema rotativo incluyendo
el cigüeñal 201 puede obtener una fuerza inercial comparativamente
alta.
La figura 13 es una vista que ilustra variaciones
temporales de la velocidad del motor Ne (línea continua) y el par
de arranque Tcnk (línea discontinua), y la figura 14 es una vista
que ilustra variaciones temporales del par de accionamiento Tdrv
(línea continua) del motor de arranque propiamente dicho, el par
inercial Tine (línea de trazos largos y cortos alternos) del
sistema rotativo incluyendo el cigüeñal, y el par resultante Tadd
(línea discontinua) del par de accionamiento Tdrv y el par inercial
Tine.
En la presente realización, dado que el par de
arranque Tcnk exhibe su valor máximo de 1,3 kgfm en el tiempo tmax
como se representa en la figura 13, para que el pistón supere el
punto muerto superior de compresión, se requiere un par de
accionamiento de al menos 1,3 kgfm o más. Por consiguiente, se
requiere convencionalmente un motor de un tamaño grande que tenga
un par máximo generado igual o superior a 1,3 kgcm como el
dispositivo de arranque ACG 1.
Sin embargo, en la presente realización, dado que
el cigüeñal se hace girar hacia atrás a una posición predeterminada
después de pararse el motor, al arranque siguiente del motor, la
velocidad del motor inmediatamente antes de alcanzar una carrera
de compresión, llega a 700 a 900 rpm como se representa en la
figura 13. Por consiguiente, dado que el par inercial Tine del
sistema rotativo incluyendo el cigüeñal 201 es alto como se
representa en la figura 14, aunque el dispositivo de arranque ACG 1
pueda generar solamente par de accionamiento Tdrv de tal magnitud
que sea mucho más pequeño que el par de arranque máximo Tmax, el
par resultante Tadd del par inercial Tine y el par de accionamiento
Tdrv puede exceder del par de arranque máximo Tmax descrito
anteriormente (en la presente realización, 1,3 kgfm). En otros
términos, se puede anticipar la reducción de tamaño y peso del
dispositivo de arranque ACG 1.
Sin embargo, es necesario que el dispositivo de
arranque ACG 1 genere un par de arranque Tcnk al menos necesario
para que el pistón prosiga en las carreras distintas de una carrera
de compresión, y según el resultado del examen realizado por los
inventores, se confirmó que el valor del par de arranque Tcnk
corresponde a aproximadamente 20% del par de arranque máximo Tmax
necesario para que el pistón supere una carrera de compresión. Por
consiguiente, el valor máximo generado del dispositivo de arranque
ACG 1 en la presente realización es preferiblemente más alto que al
menos aproximadamente 201 del par de arranque máximo Tmax.
Además, en una estructura donde el dispositivo de
arranque ACG 1 y el cigüeñal 201 están acoplados directamente entre
sí como en la presente realización, el dispositivo de arranque ACG
1 hace de una masa inercial en el motor. Se reconoce empíricamente
que, con un motor cuyo par de arranque máximo corresponde a 1,3
kgfm como en la presente realización, un valor apropiado de la masa
inercial es 28 a 33 kgcm desde el punto de vista de la
conducibilidad en aceleración o análogos.
La figura 15 es una vista que ilustra la relación
entre la masa inercial y el par máximo generado del dispositivo de
arranque ACG 1. En el dispositivo de arranque ACG 1 de una
constitución donde la masa inercial es 28 a 33 kgcm, el par máximo
generado es de 0,5 a 0,8 kgfm. Esto corresponde a aproximadamente
40 a 60 por ciento del par de arranque máximo Tmax, y con el
dispositivo de arranque ACG 1 cuya masa inercial es más alta que
esto, aunque la arrancabilidad del motor es mejor, se deteriora la
conducibilidad en aceleración.
Desde el punto de vista de lo anterior, en la
presente realización, se adopta como el dispositivo de arranque
ACG 1 un motor de arranque de un tamaño pequeño cuyo par máximo
generado es aproximadamente 20 a 60 del par de arranque máximo
Tmax. En otros términos, el par máximo generado del dispositivo de
arranque ACG 1 se selecciona de manera que la masa inercial del
cigüeñal 201 acoplado directamente al dispositivo de arranque 1
pueda ser un límite superior de su rango óptimo.
Según la presente invención, dado que el pistón
se acelera suficientemente hasta que el pistón adquiere fuerza
inercial comparativamente alta antes de que el pistón llegue a una
carrera de compresión, solamente si la fuerza resultante de la
fuerza inercial y el par de accionamiento del motor de arranque
llega a par de arranque máximo, aunque el par máximo generado del
motor de arranque propiamente dicho sea menor que el par de
arranque máximo, el pistón puede superar la carrera de compresión.
Por consiguiente, dado que se puede reducir el tamaño del motor de
arranque en comparación con un motor de arranque convencional, se
puede mejorar la conducibilidad sin deteriorar la
arrancabilidad.
Claims (5)
1. Un aparato de arranque de motor que gira un
cigüeñal hacia atrás a una posición predeterminada después de
pararse el motor para preparar el arranque siguiente de dicho
motor, caracterizado porque incluye:
un motor de arranque para girar dicho cigüeñal
hacia adelante y hacia atrás; y
medios de control de rotación inversa para hacer
que dicho motor de arranque gire hacia atrás después de pararse
dicho motor,
donde el par máximo generado de dicho motor de
arranque es igual o inferior a aproximadamente 60% del par de
arranque máximo necesario para que un pistón supere una carrera de
compresión al arranque de dicho motor, pero es igual o superior al
par de arranque necesario para que dicho pistón prosiga a cualquier
carrera distinta de la carrera de compresión.
2. Un aparato de arranque de motor según la
reivindicación 1, caracterizado porque el par máximo
generado de dicho motor de arranque se selecciona de manera que
una masa inercial de dicho cigüeñal acoplado directamente a dicho
motor de arranque pueda ser igual a un límite superior de su rango
óptimo.
3. Un aparato de arranque de motor según la
reivindicación 1, caracterizado porque el par máximo
generado de dicho motor de arranque es igual o superior a
aproximadamente 20% del par de arranque máximo.
4. Un aparato de arranque de motor según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por
incluir medios para reducir, al arranque de dicho motor, la presión
interna de un cilindro en la carrera de compresión durante un
período durante el que la velocidad de dicho motor es igual o
inferior a una velocidad de referencia predeterminada.
5. Un aparato de arranque de motor según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado
porque la velocidad de dicho motor inmediatamente antes de que
dicho pistón entre en la carrera de compresión es del orden de 700
a 900 rpm.
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