通过小齿轮与环形齿轮的啮合起动内燃机的系统的制作方法

专利名称：通过小齿轮与环形齿轮的啮合起动内燃机的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及到系统，用于在根据内燃机的自动停机控制内燃机的曲轴转速下降期 间，将起动机的小齿轮移动到连接于内燃机的曲轴的环形齿轮从而使小齿轮与环形齿轮相啮合。
背景技术：
公开号为2005-330813的日本专利申请公报公开了一种发动机停止和起动系统， 例如减少怠速控制系统作为这类系统的一个类型。特别地，发动机停止和起动系统设计成在内燃机(这里简单地称为发动机)的曲 轴转速根据该发动机的自动停机控制下降期间，当发出发动机重新启动请求时开始激励起 动机的电机以转动起动机的小齿轮。发动机停止和起动系统设计成在考虑到小齿轮到达与环形齿轮可啮合的位置所 需要的时间的情况下，预测曲轴(环形齿轮)的转速将与小齿轮的转速同步的正时。发动 机停止和起动系统同样设计成根据当环形齿轮的转速将与小齿轮的转速同步时的预测的 正时，确定开始将小齿轮移动到环形齿轮的时间。

发明内容
发明人已经发现上述的发动机停止和起动系统中应该需要改进的几点。特别地，所述发动机的曲轴转速不是线性地下降而是波动下降，从而环形齿轮的 转速也波动下降。即使发动机停止和起动系统预测到曲轴(环形齿轮)转速与小齿轮转速 同步的正时，这种波动仍然可能降低估算的准确度。这可能会导致小齿轮转速与环形齿轮 的转速的差值在小齿轮与环形齿轮的啮合时增大。小齿轮与环形齿轮之间的转速差的增 大，换句话说，该两者间的相对转速的增大，可能会导致小齿轮与环形齿轮的啮合时噪声水 平的增大(后文参见图7描述)。考虑到上述的提到的情况，本发明的多方面的中的一方面旨在提供用于起动内燃 机的系统；本发明多方面的中的这个方面设计成改进上述的几点中的至少一点。特别地，本发明多方面的中的另一个方面致力于提供用于起动内燃机的系统；本 发明的多方面的所述该方面设计成高精度的确定驱动用于所述内燃机重新启动的起动机 的正时。根据本发明的一个方面，提供一种系统，其用于驱动具有小齿轮的起动机以使所 述起动机在所述曲轴的转速通过内燃机的自动的停止控制而降低期间来转动连接于内燃 机的曲轴的环形齿轮以转动所述内燃机的曲柄。所述系统包括预测器，其根据与所述曲轴 的转速降低有关的信息预测所述曲轴转速的降低的未来轨迹，还包括确定器，其根据内燃 机的转速的降低的未来轨迹确定起动机的驱动正时。本发明的一个方面是在内燃机自动停机控制之后预测具有波动的所述曲轴的转 速降低的未来轨迹。这样，即使在下降期间所述曲轴转速发生波动，本发明的一个方面也能根据曲轴转速的降低的未来轨迹高精度的预测驱动起动机以移动所述小齿轮到环形齿轮 以使小齿轮与环形齿轮相啮合的正时。本发明的一个方面能应用于普通的起动机，其设计成同时驱动小齿轮致动器和电 动机，或者驱动小齿轮致动器和电动机中的一个，且在给定的延迟时间之后驱动另一个。当 本发明的该方面应用于这种普通的起动机时，当曲轴转速在非常低速范围区域之内时确定 器能根据内燃机转速的降低的未来轨迹确定起动机的驱动正时。在曲轴转速保持在极低速 范围之内时，啮合处小齿轮和环形齿轮之间的噪声水平能维持在容许范围之内。本发明的一个方面能应用于起动机上，该起动机具有用于将小齿轮移动到环形齿 轮的小齿轮致动器以及用于独立于小齿轮致动器转动小齿轮的电动机。在该申请中，确定 器配置为当驱动起动机时，根据内燃机转速的下降未来轨迹确定驱动小齿轮致动器将小齿 轮移动至环形齿轮的第一正时和驱动电动机转动小齿轮的第二正时。例如，当发动机重 新启动条件满足在曲轴转速的比较高的转速范围内时，确定器可确定第二正时早于第一正 时。例如，当发动机重新启动条件满足在曲轴转速的比较低的转速范围内时，确定器可确定 第一正时早于第二正时。根据本发明的另一个方面，提供一种系统，其用于驱动具有小齿轮的起动机，从而 在所述曲轴的转速通过内燃机的自动的停止控制降低期间，使起动机移动小齿轮到连接于 内燃机的曲轴的环形齿轮以重新启动内燃机。内燃机运行以使活塞在气缸中往复运动通过 气缸的上死点(TDC)以转动曲轴。该系统包括前次上死点确定器，其根据与曲轴转速降低 有关的信息确定活塞在曲轴转速降低期间在曲轴正向转动过程中到达前次上死点的正时。 该系统包括驱动正时确定器，其根据在曲轴转速降低期间在曲轴的正向转动过程中的前次 上死点的正时确定该起动机的驱动正时。本发明的另一个方面能确定在曲轴转速降低期间该曲轴正向转动中的前次上死 点，从而使确定相对于该前次上死点正时的驱动小齿轮以重新启动内燃机的正时成为可 能。本发明的多方面的上述和/或其他的特点和/或优点将结合以下说明书与附图得 到进一步的理解。本发明的各个方面可以根据适用情况包括和/或排除不同的特点，和/ 或优点。此外，本发明的各个方面能在使用的情况下与其他的实施例的一个或多个特点结 合。本说明书的具体实施例的特点和/或优点将不会构成其他的实施例或者权利要求的限 制。


本发明的其他的目的和方面将从以下实施例的描述并参考其中

清楚图1示出了根据本发明的第一实施例的发动机控制系统的整体硬件结构的一个 示例的示意图；图2示出了作为一个例子的通过根据第一实施例的发动机控制系统获得的发动 机转速降低的预测的未来轨迹的正时示意图；图3示出了计算出图1中示出的内燃机的损耗转矩值的方法的示例，以根据第一 实施例预测内燃机曲轴的角速度值和曲轴的到达时间值；图4示出了一个图表图，其示意地示出了发动机转速降低的预测未来轨迹和图1中示出的起动机的小齿轮转速增大的预测未来轨迹之间的关系；图5A示出了一个流程图，其示意地示出了根据第一实施例通过图1中示出的电子 控制单元执行的轨迹预测程序；图5B示出了一个流程图，其示意地示出了根据第一实施例的修改通过图1中示出 的电子控制单元执行的另一种轨迹预测程序的一部分；图6示出了一个流程图，其示意地示出了根据第一实施例通过电子控制单元执行 的起动机控制程序；图7示出了一个图表，该图描绘了根据第一实施例的当小齿轮的转速设置为零时 发动机转速相对小齿轮转速的相对速度的测量值与由于环形齿轮和小齿轮啮合的噪声水 平在所述相对速度的测量值处的对应值之间的关系。图8示出了一个时间图，其示意地示出了根据本发明的第二实施例的实际发动机 转速的下降轨迹与预测发动机转速的下降轨迹之间在修正两者之间的延迟之前的关系。图9示出了一个时间图，其示意地示出了在修正之后根据本发明的第二实施例的 实际发动机转速的下降轨迹与预测发动机转速的下降轨迹之间的关系。图10示出了一个时间图，其示意地示出了根据第二实施例在预测发动机转速的 下降的修正轨迹上的电动机预驱动停用正时、电动机后驱动启动正时、小齿轮预置控制开 始正时以及预置延时增加正时；图11示出了一个时间图，其示意地示出了根据第二实施例的各个电动机预驱动 停用时间、电动机后驱动启动时间、小齿轮预置控制开始时间以及预置延时增加时间与电 子控制单元的第一到第四种操作方式中的每一个操作方式之间的关系；图12示出了一个流程图，其示意地示出了根据第二实施例通过电子控制单元执 行的运行模式判断程序；图13示出了一个流程图，其示意地示出了根据本发明的第三实施例通过电子控 制单元执行的啮合禁止的判定程序；图14示出了一个流程图，其示意地示出了根据第三实施例通过电子控制单元执 行的电动机预驱动模式控制程序；图15示出了一个流程图，其示意地示出了根据本发明的第四实施例的通过电子 控制单元执行的损失转矩计算程序；图16示出了一个流程图，其示意地示出了根据第四实施例通过电子控制单元执 行的前次上死点判定程序；图17示出了一个正时图，根据本发明的第五实施例，其示意地示出了相对于对应 于当前上死点的当前时间的第一到达时间，曲轴在该时间达到下一个上死点正时，以及相 对于当前时间的第二到达时间，在该时间发动机转速将达到0[RPM]；图18示出了一个流程图，其示意地示出了根据第五实施例通过电子控制单元执 行的前次上死点判定程序；图19示出了一个图表图，作为一个例子，其示意地示出了根据本发明的第六实施 例通过发动机控制系统得到的发动机转速降低的预测的未来轨迹；图20示出了一个流程图，其示意地示出了根据第六实施例通过电子控制单元执 行的前次上死点判断循环。
具体实施例方式本发明的实施例将在下文中参考附图进行说明。在这些实施例中，实施例之间的同样的元件被赋予同样的附图标记，在重复的说 明中进行从略或简化。第一实施例第一实施例中，本发明应用于一个发动机起动系统，其设计为安装于机动车辆中 的发动机控制系统1的一部分。发动机控制系统1由作为中心装置的电子控制单元(ECU) 20 组成，其运作以控制喷射的燃料量以及点火正时并且执行自动地停止内燃机(简称为发动 机)21的任务以及重新启动该发动机21的任务。图1示出了发动机控制系统1的整体结 构一个示例。对于发动机21，作为示例，第一实施例中采用四冲程四缸发动机。参看图1，发动机21具有一个曲轴22，其作为发动机的输出轴，并且在其一端直接 地或者间接地连接有一个环形齿轮23。曲轴22通过位于各个气缸内的连接杆连接于活塞， 以使活塞在各个气缸中上下移动以允许曲轴22被转动。特别地，发动机21运行以通过各个气缸内的活塞压缩空气燃料混合物或空气并 且燃烧各个气缸内的压缩空气燃料混合物或压缩空气和燃料的混合物。这将使各个气缸内 的燃料能转变到机械能，例如旋转能，以使活塞在各个气缸的上死点(TDC)到下死点(BDC) 之间往复运动，从而转动曲轴22。曲轴22的转动通过安装于机动车辆上的动力传动系传递 到驱动车轮，由此驱动机动车辆。在各个气缸内的油(机油)用于润滑置于发动机21中彼 此接触的任何两个元件，例如移动的活塞和各个气缸。作为示例，发动机21安装有燃料喷射系统51和点火系统53。燃料喷射系统51包括多个致动器，例如燃料喷射器AC并使致动器AC向发动机21 的各个气缸直接地喷射燃料或者向恰好在各个气缸前面的进气歧管(或者进气口)喷射燃 料，由此燃烧发动机21的各个气缸中的空气燃料混合气。点火系统53包括多个例如点火器AC的致动器并且致使致动器AC提供电流或者 火花用于点燃在发动机21的各个气缸中的空气燃料混合气，从而燃烧空气燃料混合气。当发动机21设计为柴油机时，可以去掉点火系统53。此外，在机动车辆中，为了减速或者停车，安装有制动系统55。制动系统55包括，作为示例，在机动车辆的各个车轮处的盘式或者鼓式制动器作 为制动器AC。制动系统55运行以响应于通过驾驶员压下机动车辆的刹车踏板，向各个制动 器发出减速信号，该减速信号表示从各个制动器施加到对应的一个车轮上的制动力。根据 该发出的减速信号这致使各个制动器对机动车辆的对应的一个车轮实施减速或者停止转 动。参考标记57表示手动操作变速杆(选择杆)。如果该机动车辆是手动变速器车辆， 驾驶员可以改变变速杆57的位置以转换(改变)动力传动系的变速器传动比，由此控制驱 动轮的转数和发动机21产生的施加到驱动轮上的转矩。如果机动车辆是自动变速器车辆， 驾驶员可以改变变速杆57的位置以选择一个对应于动力传动系的变速器传动比的驱动范 围，例如倒车范围、空档范围、驱动范围等等。 参看图1，发动机控制系统1包括起动机11、可充电电池18、继电器19和开关元件24。起动机11由起动电动机(电动机)12、小齿轮13和小齿轮致动器14组成。该电动机12由输出轴1 和连接于该输出轴1 的电枢组成，并且当电枢通电时 运行以转动所述输出轴12a。小齿轮13安装在输出轴12a的一端的外表面上以便在输出轴1 轴向上可移动。电动机12布置为与发动机21相对以使小齿轮13在输出轴1 轴向上朝着发动 机21的方向移动，从而允许小齿轮13邻接发动机21的环形齿轮23。小齿轮致动器14简称为"致动器"，由柱塞15、螺线管16以及拨叉17组成。柱 塞15布置为平行于电动机12的输出轴12a的轴线方向以便在它的平行于输出轴12a的轴 线方向上的长度方向上可移动。螺线管16，作为示例，配置为环绕所述柱塞15。螺线管16的一端通过继电器19电 气连接到电池18的正极接线柱，另一端接地。拨叉17在它的长度方向上具有一端和另一 端。拨叉17的一端枢轴地连接于柱塞15的一端，拨叉17的另一端连接于输出轴12a。拨 叉17围绕位于在长度方向上基本上中间的位置处的枢轴旋转。螺线管16运行以在其长度方向上移动柱塞15从而在接通时拉动柱塞15克服复 位弹簧(未示出)的力。柱塞15的接通转换使拨叉17在图1中的顺时针方向上转动，借 此小齿轮13通过拨叉17移动到发动机21的环形齿轮23。这允许了小齿轮13啮合于环形 齿轮23以转动发动机21的曲柄。当螺线管16断电时，如图1所示复位弹簧使柱塞15和 拨叉17回到它们的原始位置，以使小齿轮13脱开与环形齿轮23的啮合。继电器19设计为机械继电器或者半导体继电器。继电器19具有分别电连接于电 池18的正极接线柱和螺线管16 —端的第一和第二端子(触点)，以及电连接于电子控制单 元20的控制端子。举例来说，当电子控制单元20发出指示继电器19接通的电信号时，继电器19在 继电器19的第一和第二端子之间确立导电以接通所述继电器19。这允许了电池18通过继 电器19提供DC(直流电)电池电压到螺线管16，由此接通螺线管16。当接通时，螺线管16拉动柱塞15克服复位弹簧的力。将柱塞15拉入到螺线管16 致使小齿轮13通过拨叉17移动到环形齿轮23。这允许了小齿轮16啮合于环形齿轮23以 转动发动机21的曲柄。另外，当电子控制单元20没有发出电信号到继电器19时，继电器19断开，引起螺 线管16断电。当螺线管16断电时，如图1所示致动器14的复位弹簧使柱塞15回到它的原始位 置，以使小齿轮13脱开与环形齿轮23初始状态下的啮合。开关元件M具有分别电连接于电池18的正极接线柱和电动机12的电枢的第一 和第二端子，以及电连接于电子控制单元20的控制端子。举例来说，当例如一个对应于开关元件M的通电持续时间(接通时间)的带有脉 冲宽度(脉冲持续时间)的脉冲电流这样的电信号由电子控制单元20发出到开关元件24 时，开关元件M在所述脉冲电流的接通时间期间确立第一和第二端子之间的导电由此打 开开关元件24。这允许了电池18供给电池电压到所述电动机12的电枢以接通它。在脉冲电流断开期间，开关元件M也断开第一和第二端子之间的导电以确立电池18和电动机12的电枢之间断电。当没有脉冲电流从电子控制单元20发送到开关元件 24时，开关元件M断开以使电动机12停用。电动机12的占空比由它的脉冲电流的接通时 间(脉冲宽度)与重复周期(接通和断开时期的总和)的比率表示。也就是说，电子控制 单元20配置为调整脉冲电流的接通时间(脉冲宽度)来调整电动机12的占空比，由此控 制电动机12的转速，即小齿轮13的转速。此外，发动机控制系统1包括用于测量发动机21的运转工况和机动车辆行驶条件 的传感器59。各个传感器59运行以测量与发动机21和/或机动车辆的运转工况有关的相应的 一个参数的瞬间值并且输出表示相应的一个参数的测量值的信号到电子控制单元20。特别地，传感器59包括，举例来说，曲柄转角传感器(曲轴传感器)25、加速器传感 器(油门位置传感器)以及制动传感器；这些传感器电连接于电子控制单元20。每当曲轴22转动一个预定角时，曲柄转角传感器25运行以输出一个曲柄脉冲到 电子控制单元20。作为示例，后文将对曲柄转角传感器25的具体结构进行说明。凸轮角度传感器运行以测量作为发动机21的输出轴的凸轮轴(未示出)的转动 位置并且输出表示凸轮轴的测量的转动位置的信号到电子控制单元20。凸轮轴通过齿轮、 皮带或者来自曲轴22的链条驱动，并且设计成以曲轴22的一半转速转动。凸轮轴运行以 使发动机21中的各个气门开启和关闭。加速传感器运行以测量机动车辆驾驶员操作的加速踏板的实际位置或行程，加速踏板与节气门相连 用于控制进入进气歧管的空气量；并且输出表示测得的加速踏板的实际行程或位置的信号 到电子控制单元20。制动器传感器运行以测量通过驾驶员操作的车辆刹车踏板的实际位置或行程并 且输出表示测得的刹车踏板实际行程或位置的信号。作为曲柄转角传感器25，本实施例采用标准的磁拾取型角传感器。特别地，该曲柄 转角传感器25包括一个连接于曲轴22的磁阻器盘(脉冲发生器)2 以随曲轴整体地转 动。曲柄转角传感器25还包括一个电磁感应器(简称为"感应器")25b，其布置为接近磁 阻器盘2^1。磁阻器盘2 具有齿25c，其围绕其外圆周表面以预置的曲柄角间隔，例如30°间 隔(η/6弧度间隔)间隔开。矩形盘2 还具有，作为示例，一个缺齿部分MP，在该处去掉 了例如一或几个的预置数目的齿。该预置曲柄角间隔确定了曲柄转角传感器25的曲柄角 度的测量分辨率。作为示例，如果齿25c以30度间隔隔开，该曲柄角度分辨率设置为30度。感应器2 设计成拾取依照磁阻器盘2 的齿25c的转动在先成形的磁场的变化 值，由此产生一个曲柄脉冲，该脉冲是基信号水平到预置信号水平的跃迁。特别地，每当转动磁阻器盘2 的一个齿25c经过感应器2 的前面时感应器2 运行以输出一个曲柄脉冲。从感应器2 输出的一系列曲柄脉冲，被称为"曲柄信号"，被发送给电子控制 单元20 ；该曲柄信号被电子控制单元20用于计算发动机21的转速和/或曲轴22 (发动机 21)的角速度ω。电子控制单元20设计为，作为示例，标准的微型计算机电路，其由下面几部分组成，例如，中央处理器，包括R0M(只读存储器)、例如可再写R0M、RAM(随机存取存储器)等 的存储介质20a以及10(输入和输出)接口设备，等等。该标准的微型计算机电路在第一 实施例中限定为包括至少一个中央处理器和主存储器。存储介质20a在其中预先储存各个发动机控制程序。电子控制单元20运行以接收来自传感器59的输出信号；并且根据通过来自传感器59的至少一些接收信号确定的发动机21的运转工况，控制 安装于发动机21中的各个致动器AC，由此调整发动机21的各个控制变量。电子控制单元20运行以根据来自曲柄转角传感器25输出的曲柄信号确定曲轴22 相对于基准位置的转动位置(曲柄转角)以及发动机21的转速NE，并且根据该相对于基 准位置的曲轴22的曲柄转角确定致动器AC的不同运行正时。基准位置可以根据缺齿部分 MP的位置和/或来自凸轮轴传感器的输出信号确定。特别地，电子控制单元20被编程以调整进入到各个气缸之内的进气量；计算对于各个气缸的燃料喷射器AC的适当的燃料喷射正时以及适当的喷射量， 以及各个气缸点火器AC的适当的点火正时；向各个气缸的燃料喷射器AC发出指令以在相应计算得出的适当的喷射正时向各 个气缸内喷射相应计算得出的适当的燃料量；向各个气缸的点火器AC发出指令以在相应的计算得出的适当的点火正时在各气 缸中点燃压缩空气燃料混合物或压缩空气和燃料的混合物。此外，存储于存储介质20a中的发动机控制程序包括发动机停止和启动控制循环 (程序)。作为示例，在电子控制单元20运行主发动机控制循环期间，电子控制单元20重 复地运行发动机停止和启动控制循环；在电子控制单元20开启期间，电子控制单元20连续 地运行主发动机控制循环。特别地，按照发动机停止和起动控制循环，电子控制单元20根据来自传感器59的 输出信号反复地确定是否满足至少一个预先决定的发动机自动停机工况，换言之，判定是 否发出发动机自动停机请求(怠速减少请求)。当确定不满足预先决定的发动机自动停机工况时，电子控制单元20退出发动机 停止和起动控制循环R。反之，当确定满足至少一个预先决定发动机自动停机工况时，S卩，发生自动停机请 求时，电子控制单元20执行发动机停止和启动任务T。特别地，电子控制单元20控制燃料 喷射系统51停止进入到各个气缸之内的燃料供应(切断燃料)，和/或控制点火系统53停 止各个气缸中的空气-燃料混合物点火，从而停止各个气缸中的空气燃料混合物燃烧。发 动机21各个气缸中空气燃料混合气的停止燃烧表示发动机21的自动停机。例如，依照第 一实施例的电子控制单元20切断进入到各个气缸之内的燃料由此自动地停止发动机21。预先决定发动机自动停机工况包括，作为示例，以下工况当驾驶员的加速踏板的行程为零(该驾驶员完全地释放了加速踏板)以使节气门 位于它的怠速速度位置或者驾驶员压下刹车踏板时，发动机转速等于或低于预定转速(怠 速减少执行转速)；和
在刹车踏板被压下期间机动车辆停下来。在发动机21自动停机之后，发动机21转速下降期间，换言之，曲轴22惯性转动期 间，当根据来自传感器59的信号输出，确定满足至少一个预先决定的发动机重新启动工况 时，即发出发动机重新启动请求时，电子控制单元20执行小齿轮预转动子程序以转动小齿 轮13作为响应。预先决定发动机重新启动工况包括，作为示例，以下工况由驾驶员执行至少一次操作以起动机动车辆；压下加速踏板(打开节气门)以起动机动车辆。作为用于起动机动车辆的至少一次操作，驾驶员完全地释放刹车踏板或改变变速 杆57的位置到驱动范围(如果该机动车辆为自动换挡车辆)。此外，当来自安装于机动车辆中的至少一个附件61输入发动机重启请求到电子 控制单元20时，电子控制单元20确定满足相应的一个发动机重新启动工况。附件61包括， 作为示例，用于控制电池18或其它电池的SOC(充电状态)的电池充电控制系统以及用于 控制机动车辆驾驶室内温度和/或湿度的空气调节器。在小齿轮13预转动之后，如果确定小齿轮13的转速和环形齿轮23的转速之间的 差值小，电子控制单元20移动预转动的小齿轮13到环形齿轮23以使预转动的小齿轮13 平稳地啮合于环形齿轮23，从而转动发动机21的曲柄。这引起曲轴22以起始速度(怠速 速度)转动。从而，电子控制单元20向各个气缸的喷射器AC发出指令向相应气缸中重新启动 喷射燃料，并且向各个气缸的点火器AC发出指令重新启动点燃相应气缸中的空气燃料混
I=I 飞 O注意，在发动机21自动停机后，发动机21转速下降期间，换言之，曲轴22惯性转 动期间，电子控制单元20可以在发生发动机重新启动请求之前执行小齿轮预置子程序以 移动小齿轮13到环形齿轮23，以使小齿轮13啮合于环形齿轮23以发出发动机重新启动请 求，并且保持小齿轮13与环形齿轮23啮合。注意当至少一个发动机自动停机工况满足时 电子控制单元20可以执行小齿轮预置子程序。也就是说，电子控制单元20可以与执行发 动机自动停机控制并行执行小齿轮预置子程序。其后，电子控制单元20根据传感器59输出的信号确定是否满足至少一个预先决 定发动机重新启动工况，即确定是否有发动机重新启动请求发出。当根据传感器59输出的信号确定满足至少一个预先决定发动机重新启动工况 时，电子控制单元20执行发动机重新启动任务。发动机重新启动任务是给起动机11的电动机12通电以转动小齿轮13从而转动发动机21的曲柄，以在 电动机12占空比的控制下使曲轴22转动达到预定的起始速度(怠速速度)(在小齿轮预 置子程序的例子中)；向各个气缸的喷射器AC发出指令向相应气缸中重新启动喷射燃料；并且向各个气缸的点火器AC发出指令重新启动点燃相应气缸中的空气燃料混合气。在执行发动机停止和起动控制循环期间，电子控制单元20监控发动机21的曲轴 22的转速；发动机21的曲轴22的转速也简称为发动机转速。在发动机重新启动任务之后，当发动机转速超过预置门限值时判断机动车辆的启 动是否完成。当发动机转速超过预置门限值时，电子控制单元20确定机动车辆的启动完成，从而通过开关元件M断电起动机11的电动机12并且通过继电器19断电小齿轮致动 器14。这允许了如图1所示复位弹簧使柱塞15和拨叉17回到它们的原始位置，以使小齿 轮13脱开与环形齿轮23的啮合回到它的图1示出的原始位置。特别地，电子控制单元20设计成执行按照图5A示出的作为发动机停止和起动控 制循环的一部分的流程图的轨迹预报循环R1，由此作为预测发动机转速降低未来轨迹的手 段。电子控制单元20还设计成执行按照图6示出的作为发动机停止和起动控制循环的一 部分的流程图的起动机控制循环R2，由此根据由轨迹预测循环得到的发动机转速降低的未 来轨迹的预测数据来确定驱动小齿轮13以重新启动发动机21的正时的手段。下一步，依照第一实施例怎样预测发动机转速降低的未来轨迹将在下文中通过使 用作为曲柄转角传感器25的曲柄转角传感器进行说明，该曲柄转角传感器设计成每当曲 轴22转动30度(30曲柄转角度)时输出一个曲柄脉冲到电子控制单元20。在发动机转速下降期间每当一个曲柄信号的曲柄脉冲当前地输入到电子控制单 元20时，按照以下公式(1)电子控制单元20求解出(计算出)曲轴22 (发动机21)的角 速度ω co[rad/sec]= 30χ2π(1)
360 χ tp其中tp表示曲柄信号中的脉冲间隔[秒]。因为发动机21是四冲程的四缸发动机，所以发动机21的气缸当曲轴22每转动 180度时完成一个动力冲程。作为示例，每当气缸中的活塞位于上死点时，曲轴22的曲柄转 角相对于基准位置是0度(0曲柄转角度)。注意"i"是表示曲轴22转动180度曲柄角度数(CAD)的当前周期的参数。特别地，在发动机转速下降期间曲轴22每转动30CAD时电子控制单元20计算出 曲轴22的角速度ω的值，并且在曲轴22转动每30CAD期间计算出损耗转矩Τ。电子控制 单元20在寄存器RE(中央处理器的寄存器)和/或存储介质20a中储存损失转矩T的计 算值，作为示例，每180CAD周期更新一次。举例来说，在曲轴22转动180CAD周期期间在当前时间CT (参见图幻，当在通过当 前上死点后的30CAD处，即30ATDC处曲柄脉冲被当前地输入到电子控制单元20时，电子控 制单元20已经计算出在曲轴22转动的前一个180CAD周期内按照点火顺序经过前一个气缸的TDC(在 前上死点)后OCAD时的角速度值ω
；在曲轴22转动的前一个180CAD周期内经过在前上死点后30CAD时的角速度值 ω [30， i-1]；在曲轴22转动的前一个180CAD周期内经过在前上死点后60CAD时的角速度值 ω [60, i-1]；在曲轴22转动的前一个180CAD周期内经过在前上死点后90CAD时的角速度值 ω [90， i-1]；在曲轴22转动的前一个180CAD周期内经过在前上死点后120CAD时的角速度值 ω [120， i-1]；在曲轴22转动的前一个180CAD周期内经过在前上死点后150CAD时的角速度值ω [150， i-1]；在曲轴22转动的当前180CAD周期内经过当前上死点后OCAD时的角速度值ω
。图2示出了由计算得出的(测量得出的)角速度构成的角速度ω的变化轨迹以 及实际角速度的变化轨迹。电子控制单元20根据下列公式O)到(7)已经计算得出损失转矩值T 在曲轴22转动的前一个180CAD周期内经过在前上死点后OCAD到30CAD期间的 损失转矩T的值TW_30，i-l]；在曲轴22转动的前一个180CAD周期内经过在前上死点后30CAD到60CAD期间的 损失转矩T的值T [30-60，1-1]；在曲轴22转动的前一个180CAD周期内经过在前上死点后60CAD到90CAD期间的 损失转矩T的值T [60-90，1-1]；在曲轴22转动的前一个180CAD周期内经过在前上死点后90CAD到120CAD期间 的损失转矩T的值T [90-120，1-1]；在曲轴22转动的前一个180CAD周期内经过在前上死点后120CAD到150CAD期间 的损失转矩τ的值T [120-150，1-1]；从曲轴22转动的前一个180CAD周期内经过在前上死点后150CAD到曲轴22转动 的当前180CAD周期内经过当前上死点OCAD期间的损失转矩T的值T[150_0，i-1]。T
= -J · (ω [30, i_l]2_-ω
2),/2⑵
T[30-60, i-1] = -J · (ω [60，i-1]2-ω [30，i-1]2λ/2⑶
T[60-90, i-1] = -J · (ω [90，i-1]2-ω [60, i-1]2λ/2⑷
T[90-120, i-1] = -J · (ω [120，i_1]2-ω [90，i-1]2)/2(5)
T[120-150, i-1] = -J · (ω [150，i-1]2-ω [120，i-I]2)/2(6)T[150-0, i-1] = -J · (ω
2-ω [150，i-1]2)/2(7)其中J表示发动机21的惯量(转动惯量)。注意损失转矩T (损失能量E)意味着由电子控制单元20计算出的角速度值ω到 由电子控制单元20计算出的下一个角速度值ω的曲轴22转动动能的改变(减少)。也 就是说，损失转矩T (损失能量Ε)意味着处于怠速时发动机21的转矩(能量)的损失。损 失转矩T (损失能量Ε)由泵送损失转矩(能量)和发动机21的摩擦损失转矩(能量)，以 及传动系和通过皮带或类似部件连接于曲轴22的交流发电机和/或压缩机的流体损失转 矩(能量)组成。注意损失能量E可以由损失转矩T除以J/2表示出。举例来说，在曲轴 22转动的前一个180CAD周期内经过在前上死点后OCAD到30CAD期间的损失能量E的值 E
可以由下列公式(8)计算出E
= _(ω [30， -1]2_ω
2)(8)电子控制单元20已经在它的寄存器RE(中央处理器的寄存器)和/或存储介 质20a(参见图2、中存储了对应于曲轴22转动的前一个180CAD周期的损失转矩T的 值T
, T[30-60, i-1], T[60-90, i-1], T[90_120，i-1], T[120_150，i-1]以 及T[150-0，i-1]，从而更新对应于曲轴22转动的前一个180CAD周期的损失转矩T的 值:T
, T [30-60，i_2]，T [60-90，i_2]，T [90-120，i_2]，T [120-150，i_2]以及T[150-0, i-2]。响应于曲轴22转动的当前180CAD周期内经过当前上死点后30CAD处的当前输入 曲轴脉冲，电子控制单元20计算出曲轴22转动的当前180CAD周期内经过当前上死点后 30CAD处的角速度ω的值ω [30，i]，并计算损失转矩T的值T W_30，i] =-J · (ω [30， ]2-ω
2)/2。随后，电子控制单元20将损失转矩T的值T W-30，i]存储在它的寄存 器RE中，同时更新损失转矩T的值T W-30，i-1]。随后，根据在曲轴22转动的前一个180CAD周期内经过在前上死点后30CAD到 60CAD期间的损失转矩T的值T[30-60，i-l]，电子控制单元20根据下列公式(9)计算出在 曲轴转动的当前180CAD周期内经过当前上死点后60CAD时的角速度ω的预测值ω，[60, i](参见图3)[60, i] = ω2[30, i] - ^ Γ[30 - 60, i -1]基于角速度ω的预测值ω ’ [60, i]，电子控制单元20根据下列公式(10)计算得 出曲轴22相对于30CAD将到达60CAD的到达时间的预测值t [30-60，i]==[10]然后，基于在曲轴转动的前一个180CAD周期内经过在前上死点后60CAD到90CAD 期间的损失转矩值TW0-90，i-l]，电子控制单元20根据下列公式[11]计算出在曲轴转动 的当前180CAD周期内经过当前上死点后90CAD时的角速度ω的预测值ω，[90，i](参见 图3)ω'2 [90，i] = ω'2 [60, i] - Γ[60 -90,/-1]= ω2 [30J]-j(Γ[30 - 60,/ -1] + Γ[60 - 90,i -1])[11]特别地，角速度ω的预测值ω’ [90, i]由从当前角速度ω [30, i]减去预测正时 (90CAD)和当前正时(30CAD)之间损失转矩值的和得到。基于角速度ω的预测值ω，[90，i]，电子控制单元20根据下列公式(12)计算得 出曲轴22相对于60CAD将到达90CAD的到达时间的预测值t [60-90，i]
2π·30 π 「01^71 t[60 — 90， ·] =-=-
L0157J L360·ω'[90, ] 6·ω'[90,;][12]类似地，基于在曲轴转动的前一个180CAD周期内经过在前上死点后90CAD到 120CAD期间的损失转矩值T[90-120，i_l]，电子控制单元20根据下列公式[13]计算 出在曲轴转动的当前180CAD周期内经过当前上死点后120CAD时的角速度ω的预测值 ω，[120，i](参见图 3)ω'2 [120, i] = ω'2 [90，i] - j T[9Q -120，i — 1]=CD2 [30，i] 一 j (Γ[30 - 60, z-1] + Γ[60-90,/-1] + Γ[90 -120,/-1]) (13)基于角速度ω的预测值ω，[120, i]，电子控制单元20根据下列公式[14]计算 得出曲轴22相对于90CAD将到达120CAD的到达时间的预测值t [90-120，i]
权利要求
1.一种系统，其用于驱动具有小齿轮的起动机以在通过内燃机的自动停止控制的曲轴 的转速降低期间使所述起动机转动连接于内燃机的曲轴的环形齿轮以转动所述内燃机的 曲柄，该系统包括预测器，其根据与曲轴转速降低的相关信息预测曲轴转速降低的未来轨迹；以及确定器，其根据内燃机转速降低的未来轨迹确定起动机的驱动定时。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述起动机包括小齿轮，用于移动该小齿轮到环形 齿轮的小齿轮致动器，以及用于独立于所述小齿轮致动器而转动小齿轮的电动机，并且所 述确定器配置为根据内燃机转速的降低的未来轨迹确定驱动小齿轮致动器将小齿轮移动 至环形齿轮的第一正时和驱动电动机转动小齿轮的第二正时，作为起动机的驱动定时。
3.如权利要求2所述的系统，其中与曲轴转速降低的相关信息包括内燃机的损失转矩 和内燃机的预先确定惯量，并且所述预测器配置为在一个当前预测正时根据内燃机的损失 转矩和内燃机的预先确定惯量来预测每个预置循环的曲轴转速值，进而预测曲轴转速降低 的未来轨迹。
4.如权利要求3所述的系统，其中所述预测器配置为在曲轴转速的预测值之间进行 线性地或曲线地插值从而预测曲轴转速降低的未来轨迹。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述预测器配置为预测曲轴转速降低的未来轨迹， 所述预测轨迹是从预先决定的时间参考点开始随着经过时间而变化，并且所述确定器配置 为根据曲轴转速降低的未来轨迹来确定作为从时间参考点开始的相应经过时间的驱动小 齿轮致动器以将小齿轮移动至环形齿轮的第一正时、以及驱动电动机以转动小齿轮的第二 正时。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述预测器配置为每当曲轴在作为预置循环的预置曲柄转角转动时采样曲轴转速的当前值从而预测在 下一个采样正时的曲轴转速值；并且给曲轴转速预测值的时间加速由于采样造成的延迟。
7.如权利要求5所述的系统，其中所述确定器进一步包括第一再启动单元，其在电动机预驱动模式下，当在曲轴转速降低期间满足发动机重新 启动工况时，执行第一重新启动任务以驱动电动机以在将小齿轮移动至环形齿轮之前转动 小齿轮，在曲轴转速降低的未来轨迹上预先限定从下限值到上限值的第一发动机转速范 围，在该第一发动机转速范围内允许电动机预驱动模式下内燃机重新启动；以及第一设置单元，其设置用于禁止电动机预驱动模式下的内燃机的重新启动的电动机预 驱动停用时间，从而将电动机预驱动停用时间设置为在从时间参考点开始的第一发动机转 速范围的下限值的第一经过时间之前一个第一预置时间，在第一发动机转速范围的下限值 的第一经过时间，第一预置时间从启动小齿轮到环形齿轮的移动到小齿轮邻接于环形齿轮 之间选取。
8.如权利要求5所述的系统，其中所述确定器进一步包括第二再启动单元，其在电动机后驱动模式下，当在曲轴转速降低期间满足发动机重新 启动工况时，执行第二重新启动任务以驱动小齿轮致动器以将小齿轮移动至环形齿轮以使 小齿轮邻接于环形齿轮上，随后驱动电动机转动小齿轮，在曲轴转速降低的未来轨迹上预 先限定从下限值到上限值之间的第二发动机转速范围，在该第二发动机转速范围内允许电动机后驱动模式下内燃机重新启动；以及第二设置单元，其设置用于启动电动机后驱动模式下的内燃机的重新启动的电动机后 驱动启动时间，从而将电动机后驱动启动时间设置为在从时间参考点开始的第二发动机转 速范围的上限值的第二经过时间之前的一个第二预置时间，在从时间参考点开始的第二发 动机转速范围的上限值的第二经过时间，第二预置时间从启动小齿轮到环形齿轮的移动到 小齿轮邻接于环形齿轮之间选取。
9.如权利要求7所述的系统，其中所述确定器进一步包括启用单元，其在曲轴转速降低期间没有满足发动机重新启动工况之前在曲轴转速预置 值启用执行小齿轮预置控制，所述小齿轮预置控制驱动小齿轮致动器以将小齿轮移动至环 形齿轮以使小齿轮邻接于环形齿轮从而为内燃机的重新启动作准备；以及第三设置单元，配置为设置执行小齿轮预置控制的开始时间，从而将执行小齿轮预置 控制的开始时间设置为在从时间参考点开始的曲轴转速预置值的第三经过时间之前的第 三预置时间，在从时间参考点开始的曲轴转速预置值的第三经过时间，第三预置时间从启 动小齿轮到环形齿轮的移动到小齿轮邻接于环形齿轮之间选取。
10.如权利要求7所述的系统，其中所述确定器进一步包括停用单元，其在曲轴转速降低期间没有满足发动机重新启动工况之前禁止执行小齿轮 预置控制，所述小齿轮预置控制将驱动小齿轮致动器以将小齿轮移动至环形齿轮以使小齿 轮邻接于环形齿轮从而为内燃机的重新启动作准备；第二再启动单元，当曲轴转速降低期间满足发动机重新启动工况时，其在电动机后驱 动模式下，在小齿轮邻接于环形齿轮之后执行以驱动电动机转动小齿轮；以及第四设置单元，其配置为设置用于增加延迟时间的开始时间，以使用于增加延迟时间 的开始时间设置为在从时间参考点开始的第四经过时间之前的第四预置时间，所述延迟时 间是从启动小齿轮移动到环形齿轮开始小齿轮完全啮合所需要的时间，在从时间参考点开 始的第四经过时间，第四预置时间从启动小齿轮到环形齿轮的移动到小齿轮邻接于环形齿 轮之间选取，所述曲轴转速是在从时间参考点开始的第四经过时间的一个预置值或是比预 置值小的值。
11.如权利要求7所述的系统，其中确定器配置为在电动机预驱动模式下在驱动电动机转动小齿轮之后预测小齿轮转速增加的未来轨迹；根据曲轴转速降低的未来轨迹和小齿轮转速增加的未来轨迹预测从时间参考点开始 的第五经过时间，在第五经过时间的曲轴转速降低的未来轨迹值与在第五经过时间的小齿 轮转速增加的未来轨迹值之间的差值在预置阈值范围之内；以及给从时间参考点开始的第五经过时间加速一个第五预置时间，在从时间参考点开始的 第五经过时间，第五预置时间从启动小齿轮到环形齿轮的移动到小齿轮邻接于环形齿轮之 间选取。
12.如权利要求1所述的系统，进一步包括啮合禁止请求产生单元，其配置为在通过预测器的曲轴转速降低的未来轨迹的预测 期间，当确定不能确保预测的准确度所需要的水平时，产生用于禁止小齿轮与环形齿轮的 啮合的啮合禁止请求，其中确定器配置为曲轴转速降低期间当啮合禁止请求产生单元产生啮合禁止请求时 禁止内燃机的重新启动。
13.如权利要求7所述的系统，进一步包括啮合禁止请求产生单元，其配置为，在通过预测器的曲轴转速的未来轨迹的预测期间， 当确定不能确保预测的准确度所需要的水平时，产生用于禁止小齿轮与环形齿轮的啮合的 啮合禁止请求，其中，通过第一再启动单元在执行电动机预驱动模式下的第一重新启动任务期间，确 定器配置为当在启动小齿轮移动到环形齿轮之前产生啮合禁止请求时取消小齿轮到环形齿轮的 移动；以及当在启动小齿轮移动到环形齿轮之后产生啮合禁止请求时忽略该啮合禁止请求以继 续电动机预驱动模式下的第一重新启动任务。
14.一种用于驱动带有小齿轮的起动机的系统，其驱动所述小齿轮以移动该小齿轮到 连接于内燃机曲轴的环形齿轮，从而在通过内燃机的自动停止控制的曲轴转速降低期间重 新启动内燃机，所述内燃机运行以使气缸中的活塞往复运动通过气缸的上死点(TDC)从而 转动曲轴，所述系统包括前次上死点确定器，其根据与曲轴转速降低有关的信息确定活塞在曲轴转速降低期间 到达曲轴的正向转动过程中的前次上死点的正时，以及驱动正时确定器，其根据在曲轴转速降低期间曲轴的正向转动过程中的前次上死点的 正时确定该起动机的驱动正时。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述前次上死点确定器配置为在当前预测正时，根据至少一个曲轴转速的当前值预测在任何一个下次预测正时以及 每个预置循环中的曲轴转速的值，从而预测曲轴转速降低的未来轨迹；以及根据曲轴转速降低的预测未来轨迹，确定在曲轴转速降低期间活塞到达曲轴的正向转 动中的前次上死点的正时。
16.如权利要求15所述的系统，其中与曲轴转速降低有关的信息包括内燃机的损失转 矩，内燃机的损失能量以及内燃机的预先确定的惯量中的至少一个，并且前次上死点确定 器配置为在当前预测正时，根据与曲轴转速降低有关的信息预测在任何一个下次预测正时以及 每个预置循环中的曲轴转速的值。
17.如权利要求14所述的系统，其中所述前次上死点确定器配置为在当前预测正时预测在下次预测正时的曲轴转速值；以及根据在在前循环预测的曲轴转速预测值预测在下次预测正时之后的每个预置循环中 曲轴的转速值，从而根据该曲轴转速预测值预测曲轴转速降低的未来轨迹。
18.如权利要求14所述的系统，其中所述前次上死点确定器进一步包括第一预测器，其预测相对于当前预测正时的第一到达时间，在该第一到达时间活塞到 达下一个上死点；第二预测器，其预测相对于当前预测正时的第二到达时间，在该第二到达时间曲轴转 速到达0;以及确定器，其比较第一到达时间和第二到达时间从而根据比较结果确定前次上死点正时。
全文摘要
本发明涉及通过小齿轮与环形齿轮的啮合起动内燃机的系统。在用于驱动带有小齿轮的起动机的系统中，在通过内燃机的自动停止控制的曲轴转速下降期间，起动机转动一个连接于内燃机的环形齿轮以转动该内燃机的曲柄，预测器根据与该曲轴转速降低有关的信息预测曲轴转速降低的未来轨迹。确定器根据内燃机转速降低的未来轨迹确定起动机的驱动正时。
文档编号F02N11/00GK102086830SQ20101062511
公开日2011年6月8日 申请日期2010年12月8日 优先权日2009年12月8日
发明者加藤章, 川津信介, 能谷英弥 申请人:株式会社电装