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CN104728015B - 发动机起动设备 - Google Patents

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CN104728015B
CN104728015B CN201410795536.7A CN201410795536A CN104728015B CN 104728015 B CN104728015 B CN 104728015B CN 201410795536 A CN201410795536 A CN 201410795536A CN 104728015 B CN104728015 B CN 104728015B
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大泽幸一
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Abstract

在发动机起动设备(1)中，起动器控制单元(4)被配置成：当命令起动发动机(2)时，将起动器(3)置于驱动器ON状态以开始发动机(2)的曲柄起动，然后在预定时刻将起动器(3)置于驱动器OFF状态。起动器控制单元(4)被配置成：当在从起动发动机(2)的命令起的预定时间段(Ta)内请求加速时，保持起动器(3)处于驱动器ON状态，即使在所述预定时间段(Ta)内不具有加速请求的情况下起动器(3)将被置于驱动器OFF状态的时刻(Ty)之后也如此；以及驱动起动器(3)以对发动机(2)进行转矩辅助，从而执行辅助模式，在所述辅助模式下，发动机(2)和起动器(3)二者均充当用于驱动车辆的驱动源。

Description

发动机起动设备
技术领域
本发明涉及发动机起动器。
背景技术
用于改进车辆的燃料燃烧效率的已知技术被配置成经由电机来对发动机进行转矩辅助，使得发动机和电机两者均充当驱动车辆的驱动源。传统上，电动发电机(MG)被用作这样的电机。
然而，MG是交流(AC)电机，其具有以下缺点：车辆的加速度紧接发动机的起动之后被延迟直到检测到转子的旋转位置为止，并且增加了制造成本。因此，期望的是具有用于提高紧接发动机的起动之后的加速度响应度的技术。
包括但不限于直流(DC)起动器的廉价车载电机可以被用作转矩辅助电机。
然而，这样的起动器经受由与驱动起动器相关联的噪声(如环形齿轮与小齿轮之间的啮合声音)所引起的不适和起动器与发动机之间的传动系统的劣化(如环形齿轮和小齿轮的磨损)。因此，使用这样的起动器作为转矩辅助电机需要克服这些缺点。
日本专利申请公开出版第2008-190496号公开了一种技术，该技术使用DC电机经由起动器使得车辆的规避(evasive)运行成为可能，然而没有教导或者建议使用起动器用于对发动机进行转矩辅助。日本专利申请公开出版第2002-188549号公开了能够进行旋转直到速度超过发动机的空转速度的起动器，然而也没有教导或者建议使用起动器用于对发动机进行转矩辅助。
考虑到上述情况，本发明的示例性实施方式旨在提供能够经由廉价的直流(DC)起动器来对发动机进行转矩辅助的发动机起动设备。
发明内容
根据本发明的示例性实施方式，提供了一种发动机起动设备，所述发动机起动设备包括：起动器，所述起动器具有产生旋转力的直流(DC)电机，所述起动器被配置成将DC电机的旋转力传送至发动机的曲柄轴；以及起动器控制单元，所述起动器控制单元被配置成对起动器的驱动进行控制。
起动器控制单元被配置成：当命令起动发动机时，将起动器置于驱动器ON状态以开始发动机的曲柄起动，然后在预定时刻将起动器置于驱动器OFF状态。驱动器ON状态为起动器的使得电机通电并且将电机的旋转力传送至曲柄轴的状态。驱动器OFF状态为起动器的使得电机的旋转力不被传送至曲柄轴的状态。
起动器控制单元被配置成：当在从起动发动机的命令起的预定时间段内请求加速时，保持起动器处于驱动器ON状态，即使在所述预定时间段内不具有请求加速的情况下起动器将被置于驱动器OFF状态的时刻之后也如此；以及驱动起动器以对发动机进行转矩辅助，从而执行辅助模式，在所述辅助模式下，所述发动机和所述起动器二者均充当用于驱动车辆的驱动源。
利用上述配置，在车辆的低速行驶期间，仅当在起动器的驱动期间请求加速时，起动器才被用于对发动机进行转矩辅助，而传统地即使在低速行驶期间MG也被用于对发动机进行转矩辅助。
亦即，在本发明中，例如当在发动机的曲柄起动终止时起动器与发动机之间的传动系统被去啮合之后请求加速时，起动器不被用于对发动机进行转矩辅助。
这可以减小起动器被用于对发动机进行转矩辅助的使用频率。起动器的用以对发动机进行转矩辅助的这种减小的使用频率能够防止起动器与曲柄轴之间的传动系统的劣化。例如，起动器与曲柄轴之间的传动系统包括小齿轮与环形齿轮之间的齿轮啮合，其可以引起小齿轮与环形齿轮之间的齿轮磨损。然而，利用上述配置，起动器的用以对发动机进行转矩辅助的受限使用可以使起动器的使用频率减小。这能够防止这样的齿轮磨损。
此外，起动器仅在车辆处于正在加速状态时被用于对发动机进行转矩辅助，这可以减小与驱动起动器相关联的噪声所引起的不适。这源于以下事实：与驱动起动器相关联的噪声对车辆的乘客而言不太明显，这是因为在车辆的加速期间的总体噪声在幅度上大于在车辆的稳定状态行驶期间的噪声。
因此，上述配置能够防止传动系统的劣化以及与驱动起动器相关联的噪声引起的不适，并且允许廉价的直流起动器用于对发动机进行转矩辅助。
附图说明
图1是根据本发明第一实施方式的发动机起动设备的示意图；
图2是根据第一实施方式的起动命令、加速请求、发动机速度、起动器驱动状态、电机驱动电流的示意时序图；
图3是根据第一实施方式的起动器控制过程的流程图；
图4是根据本发明第二实施方式的起动命令、加速请求、发动机速度、起动器驱动状态、电机驱动电流的示意时序图；以及
图5是根据第二实施方式的起动器控制过程的流程图。
具体实施方式
将参照附图在下文中更充分地描述本发明。贯穿全文，相同的标记指代相同的元件。
(第一实施方式)
(配置)
现在将参照图1至图3来说明第一实施方式。第一实施方式的发动机起动设备1适用于具有用于自动控制发动机的停止和重新起动的空转停止系统的车辆，并且包括：起动器3，其被配置成起动发动机2；以及电子控制单元(ECU)4，其被配置成控制起动器3的操作。
起动器3是能够进行旋转直到速度超过发动机2的空转速度的惯性啮合型起动器，并且包括电机7、小齿轮8、电磁开关9等。
电机7是直流(DC)换向器电机，其包括：由布置在磁轭(其也充当框架)的内周上的永磁体(或场线圈)形成的场(未示出)；具有布置在电枢轴的外周上的换向器的电枢(未示出)；以及布置在换向器的外周上的电刷(未示出)。电机7能够进行旋转直到速度超过空转速度。
小齿轮8(布置在电机7的输出轴上的小齿轮)与环形齿轮11啮合，以将电机7的旋转力传送至与环形齿轮11连接的发动机2的曲柄轴12。
起动器3包括单向离合器(未示出)，所述单向离合器不仅用于将电机7的旋转力传送至小齿轮8，而且还用于隔断从齿轮8至电机7的旋转力的传送。单向离合器被配置成：当环形齿轮11的旋转速度超过电机7的旋转速度时，隔断从齿轮8至电机7的旋转力的传送。
电磁开关9不仅充当用于经由变速杆(未示出)将小齿轮8推向环形齿轮11的小齿轮推动装置，而且还充当用于使电机7通电和断电的电机开关。
电子控制单元(ECU)4充当起动器控制单元，所述起动器控制单元被配置成基于来自用于检测发动机速度的发动机速度传感器13、加速器传感器14、制动传感器15和起动开关16等的信号来控制起动器3的通电。
一旦命令起动发动机2，电子控制单元(ECU)4就将起动器3置于驱动器ON状态以起动发动机2。
驱动器ON状态指的是使得电机7被通电并且电机7的旋转力被传送至曲柄轴12的状态。亦即，在本实施方式中，驱动器ON状态是如下的状态：使得小齿轮8在被推向环形齿轮11之后与环形齿轮11啮合，并且使得电机7处于通电状态。
起动发动机2的命令可以作为来自起动开关16的信号被发信号至ECU(起动器控制单元)4，该信号表示已在发动机2停止时接通起动开关16。在下文中，这样的信号被称为起动命令。
在其中安装有空转停止系统的车辆中，当通过停用制动器来退出空转停止(或者空转关闭)时，发动机被重新起动。因此，起动发动机2的命令还可以作为来自制动传感器15的检测信号被发信号至ECU(起动器控制单元)4，该检测信号表示已经停用制动器。在发动机2减慢至自动停止期间停用制动器时，还命令ECU 4来重新起动发动机2。
(控制起动器的过程)
起动器控制单元被配置成：当在从起动发动机的命令起的预定时间段Ta内请求加速时，执行如下辅助模式：在该辅助模式下，起动器控制单元控制起动器3以对发动机2进行转矩辅助。在该辅助模式下，发动机2和起动器3二者均充当用于驱动车辆的驱动源。
现在将参照图2和图3来说明在起动发动机的命令之后所执行的对起动器3进行控制的过程。
图2示出了用于在发动机2停止时当起动命令(信号)变为ON时所执行的对起动器3进行控制的过程的时序图。尽管未示出，可以在发动机2减慢至自动停止期间，在命令重新起动发动机时(或者当起动命令变为ON时)执行对起动器3进行控制的类似过程。
当起动开关16接通或者停用制动器用于退出空转停止时，起动命令变为ON(参见图2)。
当起动命令变为ON时，起动器3被置于驱动器ON状态，亦即，通过使电磁开关9通电，将小齿轮8推向环形齿轮11以便与环形齿轮11啮合，并且开始使电机7通电。这允许将电机7的旋转力传输至曲柄轴12。
如果在起动器3的驱动器ON状态期间，在从起动命令变为ON的时刻t0至时刻tx的时间段Ta内请求加速(参见图2)，则执行辅助模式(参见图3中的步骤S1至S3)。
如上所述，在步骤S2中，确定直到时刻tx为止是否已请求加速，亦即，确定是否已在起动命令从OFF转变为ON的预定时间段Ta内请求加速。对加速的请求可以作为来自加速器传感器14的信号被发信号至ECU(起动器控制单元)4，该信号表示已经压下加速踏板。在下文中，这样的信号被称为加速请求。亦即，当通过加速器传感器14检测到加速踏板被压下时，加速请求(信号)从OFF转变为ON。当加速踏板的按压速度或者加速器开度的变化率变成等于或大于预定值时，加速请求可以变为ON。
如图2所示，作为示例，加速请求(信号)在时刻t1(其在时刻tx之前)处从OFF转变为ON。因此，确定已在预定时间段Ta内请求加速。此后，处理进行至步骤S3，在步骤S3中执行辅助模式。在辅助模式下，无论发动机2是否实现自点火，起动器3都保持在驱动器ON状态，并且电机7的旋转力被连续地传送至曲柄轴12。因此，在辅助模式下，通过起动器3来对发动机2进行转矩辅助，并且发动机2和起动器3二者均充当用于驱动车辆的驱动源。
在本实施方式中，如图2所示，预定时间段Ta被设置成小于从起动命令的从OFF至ON的转变到发动机2的首次点火的时间段Tb。
在步骤S2中确定在预定时间段Ta内尚未请求加速，则过程进行至步骤S4，在步骤S4中确定发动机2是否已经实现自点火。如果确定发动机2已经实现自点火，则起动器3被置于驱动器OFF状态。如果确定发动机2尚未实现自点火，则起动器3保持在驱动器ON状态，并且过程返回至步骤S1。
起动器3的驱动器OFF状态是如下状态：使得电机7的旋转力不被传送至曲柄轴12，并且直流(DC)电机处于断电状态或者小齿轮8与环形齿轮11被去啮合。
在本实施方式中，在起动器3的正常模式下(如果在起动命令从OFF转变至ON的预定时间段Ta内尚未请求加速)，起动器3在时刻ty断电。在时刻ty处，在步骤S4中确定实现自点火(参见图2)。
如果已在起动命令从OFF转变至ON的预定时间段Ta内请求加速，则起动器3即使在时刻ty之后也保持在驱动器ON状态，而在时刻ty处不被置于驱动器OFF状态。
在普通低速起动器的情况下，当发动机2实现自点火时发动机速度超过电机的旋转速度，这使得单向离合器被去啮合。在本实施方式中，起动器3的电机7能够以高速度进行旋转。因此，即使在实现自点火之后单向离合器也保持啮合，并且电机7的旋转力继续被传送至发动机2。
在步骤S5中，确定从加速请求的从OFF至ON的转变起是否已经经过预定时间段Tz。如果确定从加速请求的从OFF至ON的转变起已经经过预定时间段Tz，则在步骤S6中将起动器3置于驱动器OFF状态。如果确定从加速请求的从OFF至ON的转变起尚未经过预定时间段Tz，则过程返回至步骤S3。
在本实施方式中，在时刻t2处起动器3被置于驱动器OFF状态。在时刻t2处，从时刻t1起经过了时间段Tz，在时刻t1处加速请求从OFF转变至ON。设置时间段Tz以使得时刻ty先于时刻t2。
如上所述，在本实施方式中，起动器3的驱动器ON状态的持续时间的结束(此时退出辅助模式)是通过从加速请求的从OFF至ON的转变起所经过的时间来确定的。
(优点)
在本实施方式中，仅当在对起动器3的驱动期间请求加速时，更具体地仅当在从起动发动机的命令起的预定时间段Ta内请求加速时，起动器3才被用于对发动机2进行转矩辅助。
在如上所述的这样的配置中，在低速行驶等期间起动器3不被用于对发动机2进行转矩辅助，而即使在低速行驶期间MG也被用于对发动机进行转矩辅助。这能够减小起动器3被用于对发动机2进行转矩辅助的使用频率。
起动器3的用于对发动机2进行转矩辅助的这种减小的使用频率能够防止起动器3与曲柄轴12之间的传动系统的劣化。
在本实施方式中，起动器3与曲柄轴12之间的传动系统包括如在本实施方式中的小齿轮8与环形齿轮11之间的齿轮啮合，其可能引起小齿轮8与环形齿轮11之间的齿轮磨损。然而，在本实施方式中，起动器3的用以对发动机进行转矩辅助的受限使用可以使得起动器3的使用频率减小。这能够防止这样的齿轮磨损。
仅当车辆处于正在加速状态时，起动器3才被用于对发动机2进行转矩辅助，这能够减小与驱动起动器3相关联的噪声所引起的不适。这源于如下事实：与驱动起动器3相关联的噪声对于司机和其他乘客而言不太明显，这是因为在车辆的加速期间的总体噪声在幅度上大于在车辆的稳定状态行驶期间的噪声。
起动器3的电机7是具有良好响应度的直流(DC)电机。因此，与MG的协助相比较，起动器3的辅助能够提高响应度。
因此，本实施方式能够防止传动系统的劣化以及与驱动起动器3相关联的噪声所引起的不适，并且允许廉价的直流起动器3被用于对发动机2进行转矩辅助。
(第二实施方式)
现在将参照图4和图5来说明根据本发明的第二实施方式的发动机起动设备1。将仅对第二实施方式与第一实施方式的不同点进行说明。将具有与第一实施方式中的功能相同的功能的元件分配相同的标记，并且为了简洁起见将不再对其进行描述。在本实施方式中，起动器3的驱动器ON状态的持续时间的结束是根据发动机速度来确定的。
替代第一实施方式的步骤S5，控制起动器3的过程包括步骤S5a，在步骤S5a中确定通过发动机速度传感器13检测到的发动机速度是否已经达到预定的发动机速度Na。
如果确定通过发动机速度传感器13检测到的发动机速度已经达到预定的发动机速度Na，则起动器3被置于驱动器OFF状态。
如图4所示，在时刻t3处达到预定的发动机速度Na并且起动器3被置于驱动器OFF状态。
预定的发动机速度Na可以是预定的空转速度或者是在ECU 4中作为加速请求的程度的函数所计算的发动机速度。
在第二实施方式中实现了如第一实施方式中的相同效果。
(改型)
在电磁开关9中，用于将小齿轮8推向环形齿轮11的螺线管与用于接通和关断电机7的通电电流的螺线管可以是相同的或者是彼此不同的。
在上述实施方式中，起动器3是惯性啮合型起动器。替代地，起动器3可以是常啮合起动器，其中小齿轮与环形齿轮彼此持续啮合。
在上述实施方式中，起动器3包括单向离合器。替代地，起动器3不包括任何单向离合器。
在第一实施方式中，起动器3在正常模式下在实现自点火的时刻ty处被置于驱动器OFF状态，并且起动器3在转矩辅助模式下在时刻ty之后的时刻t2处被置于驱动器OFF状态。替代地，起动器3在扭矩辅助模式下到驱动器OFF状态的转变可以在起动器3在正常模式下到驱动器OFF状态的转变之后，并且起动器3在正常模式下到驱动器OFF状态的转变可以在实现自点火时的时刻ty之后。
从上述说明和相关附图中所呈现的教导中获益的本发明所属领域的技术人员将会想到本发明的很多改型和其它实施方式。因此，应当理解的是，本发明不限于所公开的具体实施方式，并且所述改型和其它实施方式意在被包括在所附权利要求的范围内。尽管在本文中采用了特定术语，但是这些特定术语仅以一般性和描述性的概念使用，并不用于限制的目的。

Claims (9)

1.一种发动机起动设备(1)，包括：
惯性啮合型起动器(3)，所述惯性啮合型起动器(3)包括产生旋转力的直流DC电机(7)、小齿轮(8)和电磁开关(9)，所述起动器被配置成在接通所述电磁开关之后经由发动机的小齿轮(8)和环形齿轮(11)之间的齿轮啮合将所述DC电机(7)的旋转力传送至发动机(2)的曲柄轴(12)；以及
起动器控制单元(4)，所述起动器控制单元(4)被配置成对所述起动器(3)的驱动进行控制，所述起动器控制单元(4)被配置成：当命令起动所述发动机(2)时，将所述起动器(3)置于驱动器ON状态以开始所述发动机(2)的曲柄起动，然后在预定时刻将所述起动器(3)置于驱动器OFF状态，所述驱动器ON状态为所述起动器的使得所述电机(7)通电并且经由所述小齿轮和环形齿轮之间的齿轮啮合将所述电机(7)的旋转力传送至所述曲柄轴(12)的状态，并且所述驱动器OFF状态为所述起动器的经由所述小齿轮与所述环形齿轮被去啮合或者经由所述电机的断电使得所述电机(7)的旋转力不被传送至所述曲柄轴(12)的状态，
其中，所述起动器控制单元(4)被配置成：仅当在所述起动器的驱动器ON状态期间在从起动所述发动机(2)的命令起的预定时间段(Ta)内请求加速时，保持所述起动器(3)处于所述驱动器ON状态，即使在所述预定时间段(Ta)内不具有加速请求的情况下所述起动器(3)将被置于所述驱动器OFF状态的时刻(Ty)之后也如此；以及驱动所述起动器(3)以对所述发动机(2)进行转矩辅助，从而执行辅助模式，在所述辅助模式下，所述发动机(2)和所述起动器(3)二者均充当用于驱动车辆的驱动源。
2.根据权利要求1所述的发动机起动设备(1)，其中，起动所述发动机(2)的命令用于在所述发动机(2)停止时起动所述发动机(2)。
3.根据权利要求2所述的发动机起动设备(1)，其中，当起动开关(16)被接通时，起动所述发动机(2)的命令被发信号至所述起动器控制单元(4)。
4.根据权利要求1所述的发动机起动设备(1)，其中，
所述发动机起动设备被应用于具有空转停止系统的车辆，所述空转停止系统用于自动控制所述发动机(2)的停止和重新起动，以及
起动所述发动机(2)的命令用于在所述发动机(2)减慢至自动停止期间重新起动所述发动机(2)。
5.根据权利要求4所述的发动机起动设备(1)，其中，当停用制动器时，起动所述发动机(2)的命令被发信号至所述起动器控制单元(4)。
6.根据权利要求1至5中的一项所述的发动机起动设备(1)，其中，
所述起动器控制单元(4)被配置成：在从在所述预定时间段(Ta)内请求加速时起经过预定时间量(Tz)的时刻，设置所述起动器(3)的驱动器ON状态的持续时间的结束。
7.根据权利要求1至5中的一项所述的发动机起动设备(1)，其中，
所述起动器控制单元(4)被配置成：在所述发动机(2)的发动机速度达到预定发动机速度(Na)的时刻，设置所述起动器(3)的驱动器ON状态的持续时间的结束。
8.根据权利要求7所述的发动机起动设备(1)，其中，所述预定发动机速度(Na)是所述发动机(2)的预定空转速度。
9.根据权利要求1-5和8中的一项所述的发动机起动设备(1)，其中，
所述预定时间段(Ta)小于从起动所述发动机(2)的命令到所述发动机(2)的首次点火的时间段(Tb)。
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