专利名称：发动机起动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在规定的怠速停止条件成立时进行发动机的怠速停止，之后在再起动条件成立时使发动机再起动的自动怠速停止系统的发动机起动装置。
背景技术：
以往，开发出了以改善机动车的耗油量、降低环境负荷等作为目的，在满足规定的条件时自动进行怠速停止的自动怠速停止系统。其中，对于利用起动机的自动怠速停止系统而言，车辆的系统变更少，成本低，但是相反地，存在无法啮合到发动机完全地停止这样的课题。对于该课题，具有如下的技术方案，S卩，在发动机再起动时通过调速通电使起动机电动机与发动机转速同步，在转速差成为小于规定的阈值的时刻，推出小齿轮并使其啮合(例如参照专利文献I)。此外，具有如下的技术方案，即，预测将来的环形齿轮转速，并预测小齿轮转速与将来的环形齿轮转速同步的时刻，控制小齿轮的推出时机或推出速度，以与该时刻对应(例如参照专利文献2)。专利文献I :日本特开2002 - 070699号公报专利文献2 :日本特开2005 - 330813号公报
发明内容
上述的专利文献I或2的技术方案与如以往那样等待直到判断为发动机的旋转完全停止后进行再起动控制的技术方案相比，显然是能够迅速地进行发动机的再起动的系统。可是，在上述专利文献I中，根据占空比控制等，另外需要用于对起动机调速通电的部件，有可能会导致成本提高。此外，在上述专利文献2中，由于预测将来的环形齿轮转速，并预测小齿轮转速同步的时刻，所以需要预测至少具有一定的范围的期间的环形齿轮转速，或始终在线预测，有时需要重新变更高性能的发动机ECU (在这里，“ECU”是Electronic Control Unit的简称。以下相同),有可能会导致成本提高。另外，为了预测将来的转速，在用于预测的参数中产生干扰(noise)的情况下，也有可能预测到的转速与实际的值有较大差异。本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供一种发动机起动装置，不需要大的运算负荷和成本提高，能够迅速且安静地进行自动怠速停止系统的发动机的惯性旋转中的小齿轮与环形齿轮的啮合。本发明的发动机装置起动是在怠速停止条件成立时进行怠速停止的自动怠速停止系统的发动机起动装置，其特征在于，该发动机起动装置包括环形齿轮，连结于上述发动机的曲柄轴；起动机电动机，用于起动上述发动机；小齿轮，向上述环形齿轮传递上述起动机电动机的旋转；转速差取得部件，取得该小齿轮和上述环形齿轮的转速差；小齿轮啮合部件，使上述小齿轮移动，并使其与上述环形齿轮啮合；以及再起动控制部件，在由上述转速差取得部件所取得的小齿轮和环形齿轮的转速差低于阈值时，利用上述小齿轮啮合部件使小齿轮移动，上述再起动控制部件具有阈值设定部件，预先设定有与输入该阈值设定部件的特性相对应的上述阈值。在本发明中，通过迅速且安静地进行小齿轮与环形齿轮的啮合，对驾驶员不给予不舒适感，而且能够实现啮合时的噪音降低以及零件的长寿命化。
图I是表示本发明的实施方式I的发动机起动装置的概略结构的框图。图2是表示本发明的实施方式I的转速差取得部件的概略结构的框图。图3是表示本发明的实施方式I的小齿轮推出部件的概略结构的框图。
图4是表示本发明的实施方式I的怠速停止控制的流程的流程图。图5是表示本发明的实施方式I的发动机再起动控制的流程的流程图。图6是表示从本发明的实施方式I的怠速停止开始起发动机由于惰性旋转而转速下降时的、发动机转速和曲柄角的示意图。图7是表示对本发明的实施方式I的起动机电动机开始通电起的时间和小齿轮转速的示意图。图8是表示本发明的实施方式I的通电时间和小齿轮转速变化量的数据表的一个例子的图。图9是表示对本发明的实施方式I的螺线管施加的电压变化时的校正系数的数据表的一个例子的图。图10是表示本发明的实施方式I的螺线管电流变化时的校正系数的数据表的一个例子的图。图11是表示本发明的实施方式I的电源电压变化时的校正系数的数据表的一个例子的图。图12是表示本发明的实施方式I的起动机经时变化时的校正系数的数据表的一个例子的图。图13是表示本发明的实施方式I的怠速停止控制的流程的流程图。图14是表示本发明的实施方式I的啮合控制的流程的流程图。附图标记的说明10发动机E⑶、11环形齿轮、12曲柄角传感器、13控制器、14小齿轮、15铁芯、16螺线管、17起动机电动机、18定时器、19起动机、20发动机起动装置、21发动机转速检测部件、22小齿轮啮合部件。
具体实施例方式实施方式I图I是表示本发明的实施方式I的发动机起动装置的概略结构的框图。在图I中，发动机ECUlO判断怠速停止条件(例如车速为5km/h以下且驾驶员踩刹车等)是否成立，将其结果输入发动机起动装置20的控制器13。发动机起动装置20包括连结于发动机的曲柄轴(省略图示)的环形齿轮11 ;检测发动机的曲柄角的曲柄角传感器12 ;起动机19 ;控制对起动机电动机17和螺线管16通电的控制器13 ;检测对起动机电动机17开始通电起的时间的定时器18 ;以及与起动机电动机17的上升特性相应地，以上述开始通电起的时间为输入、以小齿轮转速Np为输出的第二数据表Tb2(省略图示)。起动机19包括起动机电动机17 ;传递起动机电动机17的旋转的小齿轮14 ;用于推出小齿轮14，并使其与环形齿轮11啮合的铁芯15 ;通过通电能够使铁芯15可动的螺线管16。控制器13对通电的控制能够独立地控制对起动机电动机17的通电和对螺线管16的通电。此外，控制器13包括在发动机再起动时，以曲柄角、发动机转速、小齿轮转速为输入，输出用于决定对螺线管16的通电的转速差的阈值Ndiff的数据表Tbl (省略图示)。此外，在本发明的实施方式中，曲柄角以BTDC (上止点前)表示。此外，发动机转速Nr通过来自曲柄角传感器12的传感器输入周期，由控制器13 运算，但是也可以取而代之，包括旋转编码器、能够检测环形齿轮的齿的脉冲的脉冲产生器等，使用利用来自上述旋转编码器、脉冲产生器等的信号的FV (频率一电压)变换等的另外的部件来检测发动机转速Nr。此外，关于小齿轮转速Np，也通过开始通电起的时间推断现在的小齿轮转速，但是也可以由利用霍尔元件等的小齿轮转速传感器直接检测，此外，除了小齿轮转速传感器以夕卜，也可以使用与施加于起动机电动机17的电压或与电流相对应的转速表等另外的部件来检测小齿轮转速Np。另外，在图I中，将控制器13和发动机ECUlO表示为不同的构件，但是也可以代替包括控制器13，而由发动机E⑶10进行处理。因而，发动机起动装置20能够包含发动机ECUlO。此外，上述控制器13和发动机E⑶10中的双方或任一方构成再起动控制部件，控制器13和发动机ECUlO中的双方或任一方与曲柄角传感器12、环形齿轮11和定时器18构成转速差取得部件21 (图2)，控制器13和发动机E⑶10中的双方或任一方与铁芯15和螺线管16构成小齿轮啮合部件22 (图3)。此外,通常,小齿轮14比环形齿轮11齿数少，为了避免混乱,考虑到小齿轮与环形齿轮的齿数比，本实施方式中的小齿轮转速、发动机转速使用换算成环形齿轮的转速的转速。接着，使用图4、图5说明实施方式I的动作。图4、图5是分别表示实施方式I的控制器13和发动机ECUlO中的处理的流程图。首先，在发动机E⑶10中，判断怠速停止条件成立是否(S110)。若不成立，则进入下一个控制周期。在步骤SllO中，若怠速停止条件成立，则开始怠速停止控制(S111)，通过发动机ECUlO的控制停止向发动机供给燃料。然后，在由于发动机的惯性旋转而发动机转速降低的期间，利用供给ECUlO的信号来判断发动机再起动条件(例如驾驶员将脚从刹车踏板挪开等)是否成立(S112)。在再起动条件成立的情况下，进入步骤S113，在再起动条件不成立的情况下，进入下一个控制周期。在步骤SI 13中，开始发动机再起动控制。接着,用图5说明发动机再起动控制。首先，在步骤S120中，判断发动机转速Nr是否为发动机能够自行恢复转速Nr1C例如700rpm)以上。在这里，所谓发动机能够自行恢复，是指不利用起动机19进行曲柄起动，仅通过喷射燃料并点火而能够再起动的情况，例如具有通过较多地喷射燃料而使燃料容易燃烧等的控制。另外，关于发动机自行恢复的控制的详细情况，在这里不进行详细地说明。在步骤S120中，若判断为发动机转速Nr为发动机自行恢复转速Nr1以上，则进入步骤S121，通过上述的燃料供给而进行再起动，使发动机再起动。此外，在步骤S120中，在发动机转速小于发动机能够自行恢复转速Nr1的情况下，进入步骤S122。在步骤S122中，判断发动机转速Nr是否为不使起动机电动机17旋转而环形齿轮11与小齿轮14能够啮合的能够啮合转速Nr2以下。在步骤S122中，若判断为发动机转速Nr为能够啮合转速Nr2以下，则进入步骤S123，通过对螺线管16通电使铁芯15可动，推出小齿轮14，使小齿轮和环形齿轮啮合。 然后，进入步骤S124，通过对起动机电动机17通电，开始小齿轮14的旋转，在步骤S129 (参照图5)中,通过曲柄起动,使发动机再起动。在步骤S122中，若判断为发动机转速Nr大于能够啮合转速Nr2,则进入步骤S125，通过对起动机电动机17通电,开始小齿轮14的旋转。在步骤S126中，决定用于决定开始推出小齿轮14的时机的转速差阈值NdifT。然后，在步骤S127中，比较发动机转速Nr和小齿轮转速Np的转速差与在步骤S126中决定了的转速差的阈值Ndiff，若比阈值Ndiff小，则进入步骤S128，通过对螺线管16通电，使铁芯15可动，推出小齿轮14，使小齿轮和环形齿轮啮合。此外，在步骤S127中，若发动机转速Nr和小齿轮转速Np的转速差为阈值Ndiff以上，则返回步骤S126，重复步骤S126、S127直到转速差比阈值Ndiff小。在这里，使用图6、图7、图8，详情说明步骤S126中的阈值Ndiff决定。阈值Ndiff的决定由数据表Tbl和Tb2决定，该数据表Tbl和Tb2预先存储在从开始推出小齿轮14起一定的延迟，即直到抵接为止的延迟时间中发动机转速和小齿轮转速是否变化。在本实施例中，成为以下的构成，S卩，由发动机转速和曲柄角决定抵接延迟时间中的发动机转速的变化量，并由对起动机电动机开始通电起的时间决定抵接延迟时间中的小齿轮转速的变化。图6表示由怠速停止开始产生的惰性旋转中的曲柄角和发动机转速的曲线。例如在时间tl开始推出小齿轮14时，具有一定的延迟，即直到抵接为止的延迟时间，在时间t2，抵接环形齿轮，在此期间，发动机转速从Nrtl降低到Nrt2。另一方面，在时间t2开始推出小齿轮14的情况下，在时间t3抵接环形齿轮，而在此期间的发动机转速变化量从Nrt2成为Nrt3。在这里，从开始推出小齿轮起直到抵接环形齿轮为止的延迟时间由小齿轮的移动的速度决定，因此，上述两个期间大致是恒定的(即，t2 - tl ^ t3 - t2)。可是，虽然如图示那样是大致相同的期间，但是从Nrt2到Nrt3的降低量比从Nrtl到Nrt2的降低量大。这是因为，在从时间tl到时间t2之间，由于通过各气缸的压缩上止点而产生扭矩脉动的影响，另一方面，不包含该扭矩脉动的从时间t2到时间t3之间的发动机转速的变化
量变大。以发动机转速和曲柄角为输入而决定发动机转速变化量的数据表Tbl如表I那样表不。表I
权利要求
1.一种发动机起动装置，是在怠速停止条件成立时进行怠速停止的自动怠速停止系统的发动机起动装置，其特征在于， 该发动机起动装置包括 环形齿轮，连结于上述发动机的曲柄轴； 起动机电动机，用于起动上述发动机； 小齿轮，向上述环形齿轮传递上述起动机电动机的旋转； 转速差取得部件，取得该小齿轮和上述环形齿轮的转速差； 小齿轮啮合部件，使上述小齿轮移动，并使其与上述环形齿轮啮合；以及再起动控制部件，在由上述转速差取得部件所取得的小齿轮和环形齿轮的转速差低于阈值时，利用上述小齿轮啮合部件使小齿轮移动，并且， 上述再起动控制部件具有阈值设定部件，预先设定有与输入该阈值设定部件的特性相对应的上述阈值。
2.根据权利要求I所述的发动机起动装置，其特征在于， 上述阈值设定部件使用数据表决定上述阈值。
3.根据权利要求I所述的发动机起动装置，其特征在于， 上述阈值设定部件使用函数决定上述阈值。
4.根据权利要求2或3所述的发动机起动装置，其特征在于， 上述再起动控制部件在发动机转速是规定转速以上的情况下，基于上述怠速停止条件的成立，开始对起动机电动机通电。
5.根据权利要求2或3所述的发动机起动装置，其特征在于， 在上述怠速停止系统的发动机起动装置中，在上述怠速停止条件成立后，进一步根据再起动条件的成立，使发动机再起动， 上述再起动控制部件在发动机转速是规定转速以上的情况下，基于上述怠速停止条件的成立，开始对起动机电动机通电。
6.根据权利要求2或3所述的发动机起动装置，其特征在于， 该发动机起动装置包括检测发动机的曲柄角的曲柄角检测部件， 上述阈值设定部件至少以由上述曲柄角检测部件检测到的曲柄角为输入。
7.根据权利要求2或3所述的发动机起动装置，其特征在于， 该发动机起动装置包括检测对起动机电动机开始通电起的时间的定时器或者取得小齿轮的转速的小齿轮转速取得部件， 上述阈值设定部件至少以检测到的开始通电起的时间或者小齿轮转速为输入。
8.根据权利要求7所述的发动机起动装置，其特征在于， 该发动机起动装置包括检测对起动机电动机开始通电起的时间的定时器， 根据上述开始通电起的时间推断小齿轮转速。
9.根据权利要求2或3所述的发动机起动装置，其特征在于， 该发动机起动装置包括检测发动机转速的发动机转速检测部件， 上述阈值设定部件以检测到的发动机转速为输入。
10.根据权利要求6所述的发动机起动装置，其特征在于， 上述阈值设定部件除了以上述曲柄角为输入之外，还至少以上述小齿轮转速或上述发动机转速为输入。
11.根据权利要求2或3所述的发动机起动装置，其特征在于， 该发动机起动装置包括检测在车辆行驶中从发动机以外传递到发动机的旋转扭矩的传递扭矩检测部件， 基于由上述传递扭矩检测部件检测到的传递扭矩，校正由上述阈值设定部件输出的上述阈值。
12.根据权利要求2或3所述的发动机起动装置，其特征在于， 该发动机起动装置包括检测起动机电动机的上升特性的电动机上升特性检测部件， 基于由上述电动机上升特性检测部件检测到的电动机上升特性，校正由上述阈值设定部件输出的上述阈值。
13.根据权利要求2或3所述的发动机起动装置，其特征在于， 该发动机起动装置包括啮合需要时间推断部件，该啮合需要时间推断部件推断上述小齿轮啮合部件使上述小齿轮移动，并使上述小齿轮与上述环形齿轮啮合所需的啮合需要时间， 基于由上述啮合需要时间推断部件推断出的啮合需要时间，校正由上述阈值设定部件输出的上述阈值。
全文摘要
本发明的发动机起动装置迅速且安静地进行自动怠速停止系统的发动机的惰性旋转中的小齿轮与环形齿轮的啮合。该发动机起动装置包括连结于发动机的曲柄轴的环形齿轮；用于起动发动机的起动机电动机；向环形齿轮传递起动机电动机的旋转的小齿轮；使小齿轮移动，并使其与环形齿轮啮合的小齿轮啮合部件；取得小齿轮和环形齿轮的转速差的转速差取得部件；以及在由转速差取得部件所取得的小齿轮和环形齿轮的转速差低于阈值时，利用小齿轮啮合部件使小齿轮移动的再起动控制部件，再起动控制部件具有阈值设定部件，预先设定有与输入该阈值设定部件的特性相对应的阈值。
文档编号F02N15/02GK102725513SQ20108006239
公开日2012年10月10日 申请日期2010年10月26日 优先权日2010年1月26日
发明者北野弘明, 小田原一浩, 岩崎隆至, 栗重正彦, 金田直人, 龟井光一郎 申请人:三菱电机株式会社