发动机起动装置和起动方法
【专利摘要】本发明提供一种能够在蓄电池电压下降的允许范围内最大限度地快速重新起动发动机的发动机起动装置和起动方法。旋转检测传感器(110)检测直流电动机(105)的转速。控制单元(109)对向直流电动机的通电进行PWM控制。控制单元(109)基于由旋转检测传感器(110)检测出的直流电动机的转速使PWM控制的通电比D连续地变化，以使得流过直流电动机的电流成为预先设定的固定值。由此，在从电动机通电开始到发动机起动完成的期间中使蓄电池电流为大致固定的设定电流值，蓄电池电压也被控制为在允许范围内且接近允许值的固定值。
【专利说明】发动机起动装置和起动方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及利用直流电动机起动发动机的发动机起动装置和起动方法，尤其是涉及适合于怠速停止系统中重新起动发动机时的发动机起动装置和起动方法。
【背景技术】
[0002]近年来的汽车中以能量资源的节约和环保为目的而搭载有在驾驶中达到规定条件时临时停止发动机的怠速停止系统。该怠速停止系统例如在等待信号灯等驾驶者停止车辆等时自动停止发动机，之后在驾驶者发出重新起动请求时或者需要发动机运行时，自动地重新起动发动机。重新起动发动机时多使用下述方法，即利用所谓小齿轮推出式起动电动机，在起动时推出小齿轮(Pinion)，使小齿轮啮合到与发动机轴直接连结的齿圈，并通过起动电动机带动的曲柄转动(转动动力输出轴)来起动发动机。
[0003]已知在起动发动机时由于对起动电动机通电而在蓄电池中电流流过，在蓄电池特性上电压与电流对应地下降。在驾驶中频繁重新起动发动机的怠速停止系统中，电压下降时例如汽车导航系统等电气部件重启。因此，以往搭载有怠速停止系统的车辆利用辅助电源等来应对，但是关系到安装性的恶化和成本上升。
[0004]另一方面，以往已知有如下装置，通过在电路中增加电阻来降低浪涌电流，抑制发动机起动初期的蓄电池电压下降，之后通过将电阻短路使电流流过，确保启动转矩(例如参考专利文献I)。
[0005]此外，作为其它例子，已知有如下装置，在发动机重新起动时利用开关元件控制对发动机的通电，通过PWM控制逐渐增大占空比，使对电动机的施加电压上升，来防止通电开始后蓄电池电压下降(例如参考专利文献2)。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2004-308645号公报
[0009]专利文献2:日本特开2010-106825号公报
【发明内容】
[0010]发明要解决的课题
[0011]然而，专利文献I和专利文献2记载的装置中，由于以使蓄电池电流随时间降低的方式进行控制，存在起动电动机的输出转矩减小、发动机的启动不能充分进行、发动机重新起动耗时的担忧。
[0012]本发明的目的为提供能够在蓄电池电压下降的允许范围内最大限度地快速重新起动发动机的发动机起动装置和起动方法。
[0013]用于解决课题的技术方案
[0014](I)为了达到上述目的，本发明为一种将直流电动机的旋转力传递到发动机来使发动机起动的发动机起动装置，其包括:检测上述直流电动机的转速的转速检测单元；和对上述直流电动机的通电进行PWM控制的控制单元,其中，上述控制单元基于上述转速检测单元检测出的上述直流电动机的转速，使上述PWM控制的通电比连续变化，以使得流过上述直流电动机的电流成为预先设定的固定值，由此，在从电动机通电开始到发动机起动完成的期间中使蓄电池电流为大致固定的设定电流值，蓄电池电压也被控制为在允许范围内且接近允许值的固定值。
[0015]通过这种结构，能够在蓄电池电压下降的允许范围内最大限度地快速重新起动发动机。
[0016](2)在上述(I)中，上述控制单元优选利用流过上述直流电动机的电流与对直流电动机的通电进行PWM控制时的通电比的平方成正比的关系能够近似成立，来决定通电比。
[0017](3)在上述(I)中，上述直流电动机的转速检测单元优选间接利用上述发动机的转速来检测上述直流电动机的转速。
[0018](4)在上述(3)中，上述控制单元优选具有判断单元，该判断单元判断间接利用上述发动机的转速所检测出的上述直流电动机的转速是否与上述直流电动机的实际转速相异，上述控制单元优选在通过上述判断单元判断为间接利用上述发动机的转速所检测出的上述直流电动机的转速与上述直流电动机的实际转速相异的情况下，推测上述直流电动机的实际转速并用于决定上述PWM控制的通电比的计算中。
[0019](5)在上述(I)中，上述控制单元优选基于上述直流电动机之外的以上述蓄电池为电源的电器中流过的电流，改变流过上述直流电动机的电流，并决定上述PWM控制的通电比，以使得担当上述车辆的电源的作用的蓄电池中流过的电流在总计上为固定值。
[0020](6)此外，为了达到上述目的，本发明为一种将直流电动机的旋转力传递到发动机来使发动机起动的发动机起动方法，其中，基于转速检测单元检测出的直流电动机的转速，使上述PWM控制的通电比连续变化，以使得流过上述直流电动机的电流成为预先设定的固定值，在此，在从电动机通电开始到发动机起动完成的期间中使蓄电池电流为大致固定的设定电流值，蓄电池电压也被控制为在允许范围内且接近允许值的固定值。
[0021]通过这种方法，能够在蓄电池电压下降的允许范围内最大限度地快速重新起动发动机。
[0022]发明的效果
[0023]根据本发明，能够在蓄电池电压下降的允许范围内最大限度地快速重新起动发动机。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本发明的一个实施方式的发动机起动装置的结构图。
[0025]图2是本发明的一个实施方式的发动机起动装置中所用的PWM控制的通电信号的说明图。
[0026]图3是本发明的一个实施方式的发动机起动装置中的通电比D的决定方法的说明图。
[0027]图4是表示本发明的一个实施方式的发动机起动装置中的发动机起动方法的内容的流程图。[0028]图5是表示本发明的一个实施方式的发动机起动装置中电动机转速的推测方法的内容的流程图。
[0029]图6是表示本发明的一个实施方式的发动机起动装置中的控制状态的一个例子的波形图。
[0030]图7是本发明的一个实施方式的发动机起动装置中的通电比D的其他决定方法的说明图。
【具体实施方式】
[0031]以下，使用图1~图7，针对本发明的一个实施方式的发动机起动装置的结构和动作进行说明。
[0032]首先使用图1针对本实施方式的发动机起动装置的结构进行说明。
[0033]图1是本发明的一个实施方式的发动机起动装置的结构图。[0034]如图1所示，起动机101大致由电磁开关102、小齿轮103和电动机105构成。电动机105即所谓直流电动机，通过施加直流电压而产生旋转驱动力。在需要时通过电磁开关102拉动杠杆使小齿轮103在电动机旋转轴上移动，与直接连结发动机轴的齿圈(内齿轮)104啮合。在小齿轮103与齿圈104啮合的状态下，通过对电动机105通电，电动机105旋转，电动机105的旋转力通过小齿轮108传递到齿圈104，使发动机旋转。
[0035]控制装置109在通常的燃料喷射、点火、空气控制(电子控制油门)的基础上，根据刹车踏板状态、车速等各种信息控制怠速停止。
[0036]电动机旋转检测传感器110检测电动机的旋转。检测到的电动机转速信息被输入到控制装置109中。此外，代替直接利用传感器检测电动机的旋转，也可采用通过发动机旋转检测传感器IlOA利用发动机旋转间接地检测电动机的转速的结构。
[0037]电磁开关105经由开关106被控制装置109控制。开关106例如能够使用机械式继电器开关。此外，对电动机105的通电也由控制装置109经由开关元件107控制。开关元件107 能够使用例如米用 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor:金属氧化物半导体场效应管)等半导体的开关元件。
[0038]接着，使用图2针对本实施方式的发动机起动装置中所用的PWM控制的通电信号进行说明。
[0039]图2是本发明的一个实施方式的发动机起动装置中所用的PWM控制的通电信号的示意图。
[0040]控制装置109将图2所示的PWM信号作为通电信号输出。
[0041]图2所示的T为PWM控制的一个周期的长度，例如将PWM控制的频率设定为IOKHz的情况下，T为0.1ms0本实施方式中，以比电动机的电气时间常数足够快的方式决定PWM控制的频率。
[0042]图2所示的TON为一个周期中对电动机进行通电的区间。通电比D如下式(I)所示，定义为一个周期中进行通电的区间的比例。
[0043]【式1】
[0044]D = TON/T......(1)[0045]在此，D为PWM控制中的通电比，TON为一个周期中对电动机进行通电的区间(s (秒))，T为一个周期的长度(S)。
[0046]通电比D为能够在0.0~1.0之间变化的变量。控制装置109通过改变通电比D来控制对电动机的通电量。
[0047]接着，使用图3针对本实施方式的发动机起动装置中的通电比D的决定方法进行说明。
[0048]图3是本发明的一个实施方式的发动机起动装置中的通电比D的决定方法的说明图。
[0049]图3表示蓄电池与起动机的简易电路图。蓄电池301具有内部电阻Rb，令蓄电池的初始电压为VO时，蓄电池的输出电压Vb由下式⑵决定。
[0050]【式2】
[0051]Vb = V0-1bXRb……(2)
[0052]在此，Vb为蓄电池的输出电压(V)，VO为蓄电池的初始电压(没有流过电流时的电压)(V)，Ib为流过蓄电池的电流(A) ,Rb为蓄电池的内部电阻(Ω)。 [0053]由式⑵可知，蓄电池单元由蓄电池电流决定，如果能够将电流控制在规定的值，则能够将蓄电池电压也控制在规定的值。图3的电动机部302也同样，将布线和电动机内部的电阻、开关元件的电阻等合并为电动机电阻Rm时，蓄电池电压Vb能够由下式(3)表示。
[0054]【式3】
[0055]Vb = IbX Rffl+Ve = IbX Rm+ke XNffl……(3)
[0056]在此，Vb为蓄电池的输出电压(V)，Ib为流过蓄电池的电流(A)，Rm为电动机的电阻(包括布线电阻、内部电阻、开关元件的电阻)(Ω)，Ve为电动机旋转产生的反电动势(V), ke为电动机的反电动势系数(V/rpm), Nm为电动机转速(rpm)。
[0057]在此，根据式⑵、式(3)得到下式(4)的关系。
[0058]【式4】
[0059]V0-1bXRb = IbXRm+keXNm
[0060]
【权利要求】
1.一种发动机起动装置，其将直流电动机的旋转力传递到发动机使发动机起动，所述发动机起动装置的特征在于，包括: 检测所述直流电动机的转速的转速检测单元；和 对所述直流电动机的通电进行PWM控制的控制单元,其中， 所述控制单元基于所述转速检测单元检测出的所述直流电动机的转速，使所述PWM控制的通电比连续地变化，以使得流过所述直流电动机的电流成为预先设定的固定值， 由此，在从电动机通电开始到发动机起动完成的期间中使蓄电池电流为大致固定的设定电流值，蓄电池电压也被控制为在允许范围内且接近允许值的固定值。
2.如权利要求1所述的发动机起动装置，其特征在于: 所述控制单元利用流过所述直流电动机的电流与对直流电动机的通电进行PWM控制时的通电比的平方成正比的关系能够近似成立，来决定通电比。
3.如权利要求1所述的发动机起动装置，其特征在于: 所述直流电动机的转速检测单元间接地利用所述发动机的转速来检测所述直流电动机的转速。
4.如权利要求3所述的发动机起动装置，其特征在于: 所述控制单元具有判断单元，所述判断单元判断间接利用所述发动机的转速所检测出的所述直流电动机的转速是否与所述直流电动机的实际转速相异， 所述控制单元在通过所述判断单元判断为间接利用所述发动机的转速所检测出的所述直流电动机的转速与所述直流电动机的实际转速相异的情况下，推测所述直流电动机的实际转速并用于决定所述PWM控制的通电比的计算中。
5.如权利要求1所述的发动机起动装置，其特征在于: 所述控制单元基于所述直流电动机之外的以所述蓄电池为电源的电器中流过的电流，改变流过所述直流电动机的电流，并决定所述PWM控制的通电比，以使得担当所述车辆的电源的作用的蓄电池中流过的电流在总计上为固定值。
6.一种发动机起动方法，将直流电动机的旋转力传递到发动机使发动机起动，所述发动机起动方法的特征在于: 基于转速检测单元检测出的直流电动机的转速，使所述PWM控制的通电比连续变化，以使得流过所述直流电动机的电流成为预先设定的固定值， 在此，在从电动机通电开始到发动机起动完成的期间中使蓄电池电流为大致固定的设定电流值，蓄电池电压也被控制为在允许范围内且接近允许值的固定值。
【文档编号】F02N11/08GK103946537SQ201280057686
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年11月5日 优先权日:2011年11月29日
【发明者】城吉宏泰, 西冈明, 长泽义秋 申请人:日立汽车系统株式会社