JP2007107527A - 内燃機関の惰性回転時にスタータのスタータピニオンを内燃機関のリングギヤに噛み合わせるための方法および内燃機関のスタータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関がクランク軸の回転数および回転方向を突き止めるための手段を有しており、該内燃機関の惰性回転時にスタータ１５のスタータピニオンを内燃機関のリングギヤに噛み合わせるための方法において、機械的な部品の負荷が大幅に低減されかつ更に運転者の走行快適さが高められる、機関惰性回転期間中の噛み合わせ方法を提供する。
【解決手段】内燃機関の回転数が最大回転数を下回りかつ最小回転数を上回っておりかつ回転方向がクランク軸の順回転方向に相応しているときに、スタータピニオンをリングギヤに噛み合わせる。
【選択図】図２

Description

本発明は、
内燃機関が発生器ホイールを有し、該発生器ホイールは内燃機関のクランク軸に連結されておりかつ歯および歯の隙間の交番的な配置によるマーキングを有しており、
発生器ホイールには第１並びに第２の発生器が配属されており、該発生器はそれぞれ、少なくとも２つの信号レベルをとることができる電気的な信号を生成することができ、
信号レベルの一方に歯が対応付けられておりかつ信号レベルの他方に歯の隙間が対応けられており、
更に、その都度一方の信号（Ｓ１，Ｓ２）の上昇または下降側縁および他方の信号（Ｓ１，Ｓ２）の信号レベルを用いてクランク軸の回転方向が求められ、かつ
内燃機関は更にスタータに対する制御装置を有しており、該制御装置は係合信号を生成しかつスタータに伝達して、スタータを制御してスタータピニオンがリングギヤ（始動装置のスタータリングギヤ）に係合されるようにすることができる
そういう形式の、内燃機関の惰性回転時にスタータのスタータピニオンを内燃機関のリングギヤに噛み合わせるための方法に関する。

内燃機関、殊に車両の燃料消費を低減するための方法は車両機関が例えば比較的長い信号待ちの際に遮断されるスタート／ストップ作動である。運転者が走行を再び始めようとするとただちに、車両機関は新たにスタートされる。新たなスタートでの騒音の発生は避けられず、走行快適性が妨げられる。スタート時の騒音はとりわけ、車両のリングギヤにスタータピニオンが噛み合うことで生じる。

噛み合い騒音およびスタート時間も低減するために、機関の新たなスタートのための噛み合いを機関の完全な停止状態後にようやく行うのではなく、惰性回転フェーズ（Auslaufphase）期間に行うことが公知である。これにより、スタータピニオンおよびリングギヤのぶつかり合いにより生じる回避できない噛み合わせ騒音の知覚は著しく低減される。

機関惰性回転フェーズ期間の噛み合わせは約５０〜１００回転／秒の領域の低い回転数の際にしか行うことができない。機関惰性回転フェーズ期間に機関の回転方向が幾度も変わる可能性があることは問題である。機関惰性回転フェーズ期間に機関のこの公知の惰性振り子はスタータピニオンをリングギヤに噛み合わせるために不都合である。というのは、噛み合わせが機関の逆回転運動の期間で行われることになり、このために相当ながくんという衝撃が生じることになるからである。このがくんという衝撃は機械的な部品に負荷をかけかつ運転者には不快と知覚される。

従って本発明の課題は、機械的な部品の負荷が大幅に低減されかつ更に運転者の走行快適さが高められる、機関惰性回転期間中の噛み合わせ方法を提供することである。

この課題は本発明によれば冒頭に述べた形式の方法から出発して請求項１の特徴部分に記載の構成によっておよび請求５に記載の内燃機関のスタータ制御装置によって解決される。

内燃機関がクランク軸の回転数および回転方向を突き止めるための手段を有しており、該内燃機関の惰性回転時にスタータのスタータピニオンを内燃機関のリングギヤに噛み合わせるための方法において、本発明により、内燃機関の回転数が最大回転数を下回りかつ最小回転数を上回っておりかつ回転方向がクランク軸の順回転方向に相応しているときに、スタータピニオンをリングギヤに噛み合わせる。

この本発明の方法を用いて、スタータのスタータピニオンの、内燃機関のリングギヤへの噛み合わせは、このことが内燃機関の逆方向回転時には生じないように行うことができる。従って、内燃機関の逆回転の期間の噛み合わせによる、惰性振り子特性が原因で生じる部品の負荷は回避される。本発明によればスタータへの係合信号の伝送は、２つの条件ＡおよびＢが充足されているときに行われる：内燃機関の回転数が予め定めた回転数領域内にある（条件Ａ）および内燃機関の求められた回転方向が順回転方向に相応している（条件Ｂ）。条件Ｂの他に条件Ａは、スタータピニオンの、リングギヤへの係合の期間に、内燃機関の回転方向反転が発生しないことを保証するものである。

有利には、内燃機関の回転数および回転方向を突き止めるための手段は発生器ホイールを有しており、該発生器ホイールは内燃機関に連結されておりかつ歯および歯の隙間の交番的な配置によるマーキングを有しており、発生器ホイールには第１の発生器並びに第２の発生器が配属されており、該発生器はその都度、少なくとも２つの信号レベルをとることができる電気的な信号を発生することができ、信号レベルの一方は歯に対応付けられておりかつ他方の歯は歯の隙間に対応付けられており、更にクランク軸の回転方向をその都度、一方の信号の上昇側縁または下降側縁および他方の信号の信号レベルを用いることによって求めるようになっている。

その際有利には、内燃機関はスタータに対する制御装置を有しており、該制御装置は係合信号を発生しかつスタータに伝送し、ここで該スタータは該係合信号に基づいてスタータピニオンの、リングギヤへの係合を実施するようになっている。

本発明の方法の有利な実施形態において、係合信号の発生とスタータピニオンの、リングギヤへの係合との間の時間並びに内燃機関の種々の作動状態に対する内燃機関の惰性回転特性のモデルが制御装置に記憶されており、係合信号の時点は内燃機関の惰性回転特性のモデルおよび係合信号の発生とスタータピニオンの、リングギヤへの係合との間の時間から、スタータピニオンの、リングギヤへの係合がクランク軸の逆方向での回転時に回避されるように突き止められるようになっている。

その際係合信号の発生とスタータピニオンの、リングギヤへの実際の係合との間の時間が本発明の方法に関連付けられる。この時間間隔の間に最初求められた順回転方向の、係合のために不都合な逆回転方向への反転が生じることを排除することはできないので、有利には測定によって求められる、係合信号の発生とスタータピニオンの、リングギヤへの係合との間の時間、および内燃機関の惰性回転特性のモデルが用いられて、係合信号の適当な時点が突き止められ、その結果内燃機関の、逆向きの回転時の、スタータピニオンの、リングギヤへの係合が回避される。それ故に全体として考察するに、係合信号の発生と実際の係合との間の、状況によっては不都合なデッドタイムがこの本発明の実施形態に有利に関連付けられる。使用の惰性回転モデルは、有利には作動中実際に発生する作動状態を大きな範囲においてカバーしている複数の作動状態を有しているので、内燃機関の、逆方向の回転期間での不都合な係合は実際に排除することができる。

冒頭に述べた問題点は、内燃機関がクランク軸の回転数および回転方向を突き止めるための手段を有している形式であって、該内燃機関の惰性回転時にスタータのスタータピニオンを内燃機関のリングギヤに噛み合わせるための制御手段を備えている内燃機関のスタータの制御装置において、内燃機関の回転数が予め定めた最大回転を下回っておりかつ予め定めた最小回転数を上回っておりかつ回転方向がクランク軸の順回転方向に相応しているときに、スタータピニオンがリングギヤに噛み合わされることを特徴とする制御装置によっても解決される。

次に本発明を図示の実施例に付き図面を用いて詳細に説明する。

図１には発生器ホイール１が略示されている。これは例えばクランク軸またはカム軸に直接配置されているかまたはギヤ装置を用いて回転に関してカム軸に連結されている。発生器ホイール１は軸２を中心に回転する。発生器ホイール１の外周に複数のマーキング３が配置されている。これらマーキングは例えば複数の歯から成っている。これら歯はそれぞれ発生器ホイールの外周に等間隔に配置されている。歯４の間にそれぞれ歯の隙間８が配置されている。例えばここに図示されているように２倍の幅の歯４の形または２つの歯４の間のより大きな歯間隔または類似のものの形の別のマーク５がクランク軸の定められた零位置（零マーキング）をマーキングしている。歯はそれぞれ約３°の角度にわたって延在しており、歯の隙間は３°の角度にわたって延在している。従って歯４並びに隣接している歯の隙間８は約６°の角度にわたって延在している。発生器ホイール１に第１の発生器６並びに第２の発生器７が配置されている。発生器６，７は異なっている角度位置において発生器ホイール１に分配されている。有利には２つの発生器６，７は共通のケーシングに配置されている。この場合これらは例えば約１ないし１５°である（小さな）角度αだけ相互に離れて配置されていてよい。特別有利な解決法は空間的な近傍に収容されている２つのセンサエレメントを有する１つの発生器である。１つの形態によれば、少なくとも２つのホールエレメントがＩＣ上に数ミリメートルの間隔で集積されている。ＩＣは付加的に評価回路を含んでいる。その場合２つのホールエレメントは発生器６および７に相応し、かつ評価回路は発生器信号の時間的な関係から回転方向を特定しかつ出力信号として上述のパルスを発生する。その場合公知のクランク軸発生器の構造形態をそのままにしておいて、機関に対してさほどのシステム整合を行うことなくこの発生器を使用することができる。

クランク軸、ひいては発生器ホイール１が回転するとその都度、発生器６，７の歯４並びにマーキング５の前を通過する。これにより例えば発生器６，７に電気的な信号がトリガされる。発生器６，７は誘導または容量センサであってよい。択一的に発生器６，７は光学的に動作するものであってもよい。その場合例えばこれらは歯４もしくはマーキング５によりこれらに引き起こされた光学的な変化を測定することができるものである。

図２には発生器６，７の信号特性が時間ｔに関して示されている。歯４および歯の隙間８を交互に通過すると第１の発生器６の信号特性Ｓ１においても第２の発生器７の信号特性Ｓ２においてもその都度矩形形状の信号が発生される。両信号とも値"Ｈｉｇｈ"並びに"Ｌｏｗ"をとる。ＬｏｗからＨｉｇｈへの移行は上昇側縁９として表され、ＨｉｇｈからＬｏｗへの移行は下降側縁１０として表される。

次の表１および２において上昇側縁９は"Ｌ−＞Ｈ"で示され、下降側縁１０は"Ｈ−＞Ｌ"で示されている。ＤＲはクランク軸の回転方向を表し、−＞でクランク軸の左回転を、＜−で右回転を表している。

信号Ｓ１もしくはＳ２の上昇側縁もしくは下降側縁の間、その時一定のその都度別の信号から、クランク軸がどの方向において回転しているかを求めることができる。例えば信号１の側縁が降下し（Ｈ−＞Ｌ）かつ信号Ｓ２がハイレベルにあると、クランク軸は左回転している。

角度の通例の分解能は６°でありかつ隙間とともに２つの角度単位を以て、発生器ホイールには５８の歯または極対が設けられている。角度αは、これが発生器ホイール１の刻みの直接的な倍数でないように選択される。というのは直接的な倍数であると２つのセンサ６，７の信号はその都度位相のずれなしにタイミングが同じになる可能性があるからである。

そこで機関制御装置に対する信号を用いて回転方向の直接的な評価を可能にするために、図３に示されているようにコード化された信号が生成される。発生器６，７の１つの信号特性Ｚ並びにそこから導出される２つの異なっている信号ＰＬ１ないしＰＬ２がそれぞれ時間に関して図示されている。発生器６，７の１つの矩形信号として最初に供給される信号Ｚは表１ないし２に基づいて図３に示すような方向情報を有するパルス長さコード化された発生器信号（ＰＬ）に変換される。図３の例において、信号ＰＬ１は規定の比較的長いハイレベルで、クランク軸の例えば右回転を表し、信号ＰＬ２は規定の比較的短いハイレベルで左回転を表している。上昇側縁は更に時間的に（ひいてはクランク軸角度に関連して）発生器６，７の１つの信号と一致している。

図４にはスタータモータ１３と、スタータピニオン（図示なし）をリングギヤに係合するための係合ユニット１４とを備えているスタータ１５が略示されている。スタータ１５のドライブ制御は図４には略示されているにすぎない制御装置１１を介して行われる。制御装置は別個のモジュールであってもよいし、既存の機関制御装置（図示なし）に集積されているものであってもよい。制御装置１１は殊に係合信号のような制御信号をロジックユニット１２に伝送する。伝送された信号はロジックユニット１２によってその他の伝送された信号と論理結合される。ロジックユニット１２において行われる論理結合の結果次第で、ロジックユニット１２から制御信号が低電流モジュール１６に伝送されて、このモジュールが制御され、係合ユニット１４に車載バッテリー１８のバッテリー電流が給電されてスタータピニオン（図示なし）が係合される。すなわち、例えば、制御装置１１によって係合信号に対して付加的にスタート命令のためのスタート信号が例えば比較的長い車両停止後の車両アクセルペダルの操作によりトリガされてロジックユニット１２に伝送されるときに係合は行われる。ロジックユニット１２からスタート電流モジュール１７にも制御信号が伝送されて、該モジュールが制御されて、スタートモータ１３にその駆動のためにバッテリー電流が供給されるようにすることができる。

上に説明した、方向情報を持ったパルス位置コード化発生器信号（ＰＬ）は信号Ｓ１およびＳ２の相応の信号処理により発生器６，７において発生されかつ引き続いて図４に略示されている制御装置１１に伝送される。択一的に、発生器６，７の信号Ｓ１およびＳ２が制御装置１１に伝送されるようにすれば、パルス位置コード化発生器信号を発生するための信号処理を制御装置１１において行うことができる。回転方向情報および規定の機関回転数に応じて、制御装置１１から係合信号（噛み合わせ）がロジックユニット１２に伝送される。本発明によればこのことは、回転方向情報から、車両機関の回転方向が順回転方向に相応しかつ機関回転数が予め定めた回転数領域内にあることが明らかになったときに行われる。

図５は、機関の回転数ｒｐｍがクランク軸角度°ＫＷにわたって示されている機関の惰性回転特性（Auslaufverhalten）を説明するための線図であり、ここで０°ＫＷは任意の零位置、例えばシリンダの上死点に相応している。正の回転数はここでは機関の順方向回転に相応している。機関の遮断後の周知の惰性振り子特性のために回転数はその極性を変え、すなわち順回転方向から逆回転方向への回転方向の反転が生じることが分かる。

そこで本発明によれば領域１９においてだけ制御装置１１から係合信号が送出されかつ最終的にスタータピニオンの、リングギヤへの噛み合わせが行われる。機関回転が玉向きに行われる領域２１での噛み合わせは本発明によれば回避される。

図６は本発明の方法のシーケンスを略示しているフローチャートである。

ステップＳ１においてまず、スタート／ストップ作動条件が充足されているかどうかが検査される。更にステップＳ２において、例えばアクセルペダルの操作によってトリガされて、走行希望が生じているかどうかが検査される。これらの条件が充足されているとき、ステップＳ３およびＳ４において、機関回転数が予め定めた回転数領域内にありかつ機関の回転方向が順回転方向に相応しているかどうかが検査される。これらの条件が充足されているとき、ステップＳ５においてスタータピニオンの、リングギヤへの係合が行われる。

発生器ホイールと発生器ホイールに配属されている２つの発生器との略図 ２つの発生器の信号の、時間に関する特性図 １つの発生器の信号、時間に関する特性図並びに２つの発生器の信号から導出されたコード化された２つの信号の、時間に関する特性図 スタータの略図とその回路のブロック線図 機関の回転数がクランク軸角度に関して示されている機関の指導特性の略図 本発明の方法のシーケンス線図

符号の説明

１ 発生器ホイール、 ２ 軸、 ３ マーキング、 ４ 歯、 ５ 別のマーク、 ６ 第１の発生器、 ７ 第２の発生器、 ８ 歯の隙間、 ９ 発生器信号の上昇側縁、 １０ 発生器信号の下降側縁、 １１ 制御装置、 １２ ロジックユニット、 １３ スタータモータ、 １４ 係合ユニット、 １５ スタータ、 １６ 低電流モジュール、 １７ スタート電流モジュール、 １８ 車載バッテリー、 １９ 本発明の制御領域、 ２０ 本発明により制御から排除される領域

Claims (5)

1. 内燃機関がクランク軸の回転数および回転方向を突き止めるための手段を有しており、該内燃機関の惰性回転時にスタータ（１５）のスタータピニオンを内燃機関のリングギヤに噛み合わせるための方法において、
   内燃機関の回転数が最大回転数を下回りかつ最小回転数を上回っておりかつ回転方向がクランク軸の順回転方向に相応しているときに、スタータピニオンをリングギヤに噛み合わせる
   ことを特徴とする方法。
2. 内燃機関の回転数および回転方向を突き止めるための手段は発生器ホイール（１）を有しており、該発生器ホイールは内燃機関に連結されておりかつ歯（４）および歯の隙間（８）の交番的な配置によるマーキング（３）を有しており、
   発生器ホイール（１）には第１の発生器（６）並びに第２の発生器（７）が配属されており、該発生器はその都度、少なくとも２つの信号レベル（Ｈｉｇｈ，Ｌｏｗ）をとることができる電気的な信号（Ｓ１，Ｓ２）を発生することができ、
   信号レベル（Ｈｉｇｈ，Ｌｏｗ）の一方は歯に対応付けられておりかつ他方の歯は歯の隙間（８）に対応付けられており、
   更にクランク軸の回転方向をその都度、一方の信号（Ｓ１，Ｓ２）の上昇側縁または下降側縁および他方の信号（Ｓ１，Ｓ２）の信号レベルを用いることによって求める
   請求項１記載の方法。
3. 内燃機関はスタータ（１５）に対する制御装置（１１）を有しており、該制御装置は係合信号を発生しかつスタータ（１５）に伝送し、ここで該スタータ（１５）は該係合信号に基づいてスタータピニオンの、リングギヤへの係合を実施する
   請求項１または２記載の方法。
4. 係合信号の発生とスタータピニオンの、リングギヤへの係合との間の時間並びに内燃機関の種々の作動状態に対する内燃機関の惰性回転特性のモデルが制御装置（１１）に記憶されており、
   係合信号の時点は内燃機関の惰性回転特性のモデルおよび係合信号の発生とスタータピニオンの、リングギヤへの係合との間の時間から、スタータピニオンの、リングギヤへの係合がクランク軸の逆方向での回転時に回避されるように突き止められる
   請求項３記載の方法。
5. 内燃機関がクランク軸の回転数および回転方向を突き止めるための手段を有している形式であって、該内燃機関の惰性回転時にスタータ（１５）のスタータピニオンを内燃機関のリングギヤに噛み合わせるための制御手段を備えている内燃機関のスタータ（１５）の制御装置（１１）において、
   内燃機関の回転数が予め定めた最大回転を下回っておりかつ予め定めた最小回転数を上回っておりかつ回転方向がクランク軸の順回転方向に相応しているときに、スタータピニオンがリングギヤに噛み合わされる
   ことを特徴とする制御装置。

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