專利名稱：用于控制內(nèi)燃機的起動器的方法及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的目的是一種用于激活旨在被并入內(nèi)燃機起動器中的控制設備的控制方 法，所述設備包括電磁閥，該電磁閥控制適于嚙合到在運動學上連至所述發(fā)動機的曲軸的 環(huán)形齒輪中的起動器齒輪的位置，所述齒輪能夠由所述起動器的電力發(fā)動機通過關閉電池 與起動器之間的第一電源切換通道來驅(qū)動，所述設備還包括串聯(lián)放置的至少一個功率電阻 器和輔助繼電器以創(chuàng)建與所述第一切換通道并聯(lián)的第二電源切換通道并且使之能夠通過 比最大電流要小的電源電流來對驅(qū)動所述齒輪的起動器的電力發(fā)動機供電。
背景技術：
本發(fā)明是在當前機動車輛技術的背景下，特別是具有通常稱為“起動_停止”的功 能性的熱發(fā)動機的起動器的背景下。這個功能性在于當車速為零時自動停止發(fā)動機，例如 當停在紅燈前或需要車輛停止的任何其他情形，發(fā)動機隨后當用戶再次激活它時自動重新 起動。這樣做的目的是減少車輛能耗和它產(chǎn)生的污染物。為了在具有熱機的車輛(特別是 機動車輛)上實現(xiàn)這個也稱為“S&S”的“起動-停止”功能同時保留簡單的車載電子系統(tǒng) (通常是14V系統(tǒng))，當前基于電磁機動車輛起動件主要存在兩種可能性。或者使用備用起 動器，其是被置于發(fā)動機傳動帶上的可逆機器，或者使用在功率、噪聲、磨損度等方面適配 于S&S功能的起動器。這種起動器從起動階段直到發(fā)動機通過燃燒循環(huán)獨立運轉(zhuǎn)期間都能 夠借助于嚙合在安裝于發(fā)動機飛輪周邊上的環(huán)形齒輪的齒上的小齒輪來確保對熱發(fā)動機 的曲軸的驅(qū)動，小齒輪在環(huán)形齒輪中的嚙合是由起動器中的電磁閥來控制的。上述S&S起動器的使用相對于備用起動器而言提供了減少成本的非常明確的潛 力并且對于擔心其產(chǎn)品的成本效益比的非專業(yè)機動車輛制造商而言特別有利。這種起動器 已經(jīng)在過去得到改進，例如在對其電磁閥電流的控制方面，已經(jīng)為其提出了一種如文件DE 10034779和US 5818679中描述的電子斬波器，這通過兩個步驟實現(xiàn)了小齒輪的逐步嚙合， 例如參見文件US 6104157和US 6323562。類似地，已經(jīng)為這種起動器提出了一種具有單個 兩級線圈的電磁閥。旨在并入這種起動器中的上述類型的控制設備也已經(jīng)被申請人制造出來并且在 專利申請FR 0606740中被公開。這種控制設備使之能夠通過對起動器打開時的電流限幅 來限制電子起動器在內(nèi)燃機起動期間消耗的功率。當前，機動車輛制造商希望進一步改進這種“起動_停止”起動器，這特別是因為 希望另外具有稱為“反射-起動”的功能。該“反射-起動”功能在于在發(fā)動機曲軸是活動 的時候(不像通常的起動器情形)，按照一系列快速指令通過起動件來重新起動發(fā)動機，例 如按照不到1秒的停止和重新起動指令。當?shù)竭_交叉口或讓路路標等而改變速度時，這種 情形特別地會在機動車輛停在剛變成綠燈的紅燈前的情況下發(fā)生。上述備用起動器系統(tǒng)使 之能夠執(zhí)行“反射-起動”功能，因為經(jīng)由可逆電動機器的傳動帶耦合到發(fā)動機曲軸自然地 確保了具有曲軸的機器的轉(zhuǎn)速在傳動比下的同步。因此，為了立即(也就是說只要電機中 的電流被建立)提供驅(qū)動扭矩給熱發(fā)動機只要對電機供電就足夠了。但是，如上文所述，備用起動器的成本相對對于S&S起動器而言比較高，這因而推動機動車輛制造商尋找替代解 決方案。另一方面，當前的S&S起動器和它們各自的控制設備無法實現(xiàn)這種“反射_起動” 功能，因為這要求小齒輪和環(huán)形齒輪在相互嚙合之前的轉(zhuǎn)速同步，發(fā)動機和各自的曲軸仍 在這個星座中轉(zhuǎn)動。配備有標準電磁閥起動器驅(qū)動組件的起動器實際上僅當該電磁閥的核 心在其行程末尾時才對驅(qū)動所述起動器小齒輪的電機供電，也就是說當小齒輪與進行嚙合 的所述環(huán)形齒輪相嚙合或處于齒對齒的位置時。小齒輪轉(zhuǎn)動地嚙合在環(huán)形齒輪上的操作會 帶來小齒輪的齒被環(huán)形齒輪的齒彈回的風險，這會產(chǎn)生噪音并且使得齒磨損甚至損壞，這 是不可接受的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術起動系統(tǒng)的缺陷并且提供一種起動_停 止起動器，以及用于這種起動器的控制方法，其能夠通過利用簡單的技術裝置來實現(xiàn)“發(fā) 射-起動”，所述技術裝置比備用起動器更加簡單，從而無需用于驅(qū)動起動件的復雜的電力 電子元件，同時保持與配備有傳統(tǒng)電子分布結(jié)構(gòu)的機動車輛相容。為了制造能實現(xiàn)“反射-起動”的起動-停止起動器，本發(fā)明提出了一種用于激活 上述類型的控制設備的控制方法，該方法特別地包括下列步驟-切換沿所述第二電源切換通道放置的輔助繼電器，從而通過為驅(qū)動所述小齒輪 的起動器的電機提供比最大電流要小的電流來加速所述起動器的小齒輪，-確定在運動學上連至發(fā)動機曲軸的環(huán)形齒輪的轉(zhuǎn)速，-確定所述小齒輪的加速階段持續(xù)時間以獲得與所述環(huán)形齒輪的轉(zhuǎn)速相對應的小 齒輪轉(zhuǎn)速，-一旦所述環(huán)形齒輪和小齒輪的轉(zhuǎn)速已同步，就通過以適合其類型的適當方式對 電磁閥供電來執(zhí)行所述起動器的小齒輪至所述發(fā)動機的環(huán)形齒輪中的嚙合，-切換所述第一電源切換通道以對驅(qū)動所述小齒輪的起動器的電機提供最大電流 以起動發(fā)動機，-一旦內(nèi)燃機通過燃燒獨立運轉(zhuǎn)，就執(zhí)行所述起動器的小齒輪從所述發(fā)動機的環(huán) 形齒輪的脫離并且斷開所述起動器的電機的所有電源。通過這些措施，獲得了一種S&S起動器，其小齒輪能在嚙合到熱機的環(huán)形齒輪中 之前轉(zhuǎn)動，從而在它們嚙合之前使這些元件的轉(zhuǎn)速同步。此外，由于使用了比用于正常起動 的最大電流要小的電流，這個小齒輪加速階段對車載系統(tǒng)造成的負載不會像正常起動一樣 大并且減少了對起動器的電機械約束，這有助于減小設備的噪聲和磨損。這個方法可以通過在確定各種參數(shù)期間進行一定數(shù)量的校正而得到進一步改進， 例如通過考慮由于被相應地校正的壓縮和膨脹循環(huán)所造成的發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)速的振蕩來確 定所述環(huán)形齒輪的轉(zhuǎn)速，這種校正能夠與所述振蕩的周期成比例。同樣，小齒輪加速階段的 持續(xù)時間能夠通過使用包括關聯(lián)于相應的起動器小齒輪速度的加速時間的表格或由控制 電子元件使用的起動器物理模型來確定，這考慮了影響將所述起動器帶到運轉(zhuǎn)速度的時間 的因素，例如電源電壓、起動器溫度、電池狀態(tài)和起動器使用年限。此外，在通過為電磁閥供電而使得所述起動器的小齒輪嚙合到發(fā)動機環(huán)形齒輪中之前，沿所述第二電源切換通道放置的輔助繼電器打開以在零扭矩下實現(xiàn)這個嚙合。優(yōu)選地，所述起動器的小齒輪嚙合到所述發(fā)動機的環(huán)形齒輪中以及切換所述第一 電源切換通道的步驟是借助于兩級電磁閥來執(zhí)行的。因此，用于上述“起動_停止”型起動器的控制方法在這里能夠相比現(xiàn)有備用起動 器而言大大減少并入“反射_起動”功能的起動器的成本，同時能夠提供等效的性能，特別 是關于實現(xiàn)“反射-起動”的可能性以及重新起動的速度而言，這同時降低了所用設備的復 雜度并且在熱機重新起動期間最小化了車載電子系統(tǒng)的破壞效應以及起動器的電機械應 力。


參考附圖，通過閱讀下面對本發(fā)明的詳細描述以及從屬權利要求中公開的特征， 其他優(yōu)點將變得明顯。附圖示意性地說明了本發(fā)明實施例的一個例子。圖1示出了內(nèi)燃機曲軸在正常停止期間隨時間變化的轉(zhuǎn)速；圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的控制設備的實施例；圖3示出了發(fā)動機曲軸和起動器小齒輪在利用根據(jù)本發(fā)明的起動器所執(zhí)行的反 射_起動期間隨時間變化的轉(zhuǎn)速；圖4示出了對于發(fā)動機停止后的隨時間變化的曲軸轉(zhuǎn)速的估計。
具體實施例方式現(xiàn)在將參考作為例子而說明本發(fā)明的一個實施例的附圖來詳細描述本發(fā)明。圖1示出了內(nèi)燃機曲軸在正常停止期間隨時間變化的轉(zhuǎn)速，并且示出了傳統(tǒng)起動 器的小齒輪與在運動學上連至內(nèi)燃機曲軸的環(huán)形齒輪的嚙合區(qū)域E，在曲軸已經(jīng)或幾乎靜 止(最大轉(zhuǎn)速為20-40rpm)的階段內(nèi)被正常定位，也就是說在正常起動期間。在這些條件 下，小齒輪在環(huán)形齒輪中的嚙合可以被執(zhí)行而不會造成當前在傳統(tǒng)起動器中執(zhí)行所帶來的 風險。另一方面，在作為起動-停止起動器的附加功能的如導言中提到的反射-起動的 情況下，這個條件沒有被滿足，因為發(fā)動機和其曲軸還沒有靜止。本發(fā)明因而提出了一種針 對用于電機械地控制起動-停止起動器的電源的設備和方法，所述起動器能夠在發(fā)動機曲 軸仍以相當大的速度轉(zhuǎn)動時執(zhí)行這種反射_起動。在如圖2所示的一個實施例中，旨在并入根據(jù)本發(fā)明的用于內(nèi)燃機的起動器5的 控制設備包括控制起動器5的小齒輪的位置的電磁閥1，所述小齒輪通常適于嚙合到在運 動學上連至所述發(fā)動機的曲軸的環(huán)形齒輪中。所述小齒輪可以由起動器5的電機通過關閉 電池6與起動器5之間的第一電源切換通道來驅(qū)動，該電機以最大電流被供電從而獲得熱 機的快速起動。此外，所述設備包括串聯(lián)放置的至少一個功率電阻器3和輔助繼電器2，以 實現(xiàn)與所述第一電源切換通道平行并且使之能夠以比最大電流小的電源電流對驅(qū)動小齒 輪的起動器5電機供電的第二電源切換通道。在這個實施例中，圖2示意性地示出了所述 電磁閥1是兩級電磁閥。在這種情況下，在圖2中在線圈旁邊用數(shù)字1指示的以第一電流 級別的電磁閥1線圈的電源使之能夠控制起動器5的小齒輪的位置，也就是說其與關聯(lián)于 曲軸的環(huán)形齒輪的嚙合或脫離，如圖2中以箭頭所指示的那樣，并且在圖2中的線圈旁邊用數(shù)字2指示的以第二電流級別的電磁閥1線圈的電源使之能夠通過關閉沿所述第一電源切 換通道的功率接觸器1. 1來以最大電流對起動器5的電機供電，所述電機然后驅(qū)動小齒輪 并且通過該小齒輪驅(qū)動發(fā)動機的環(huán)形齒輪和曲軸。功率控制設備因而主要包括兩級電磁閥 起動器驅(qū)動組件、功率繼電器和至少一個功率電阻器的聯(lián)合，以及輔助繼電器的線圈和電 磁閥起動器驅(qū)動組件的線圈的相應的控制電子元件。為了詳細描述這些部分，應當指出，兩級電磁閥起動器驅(qū)動組件使之能夠根據(jù)對 單個線圈供電的電流而獲得其移動核心的兩個穩(wěn)定供電位置，而傳統(tǒng)的起動器驅(qū)動組件包 括“浪涌線圈”和“保持線圈”并且以無法分離的方式執(zhí)行小齒輪的嚙合和功率接觸器的關 閉。靜止時，即不為電磁閥1的線圈供電，小齒輪不嚙合到發(fā)動機環(huán)形齒輪中并且起動器的 功率接觸器1.1打開。在對應于第一電流級別的第一中間位置，小齒輪與環(huán)形齒輪嚙合，但 是接觸器1.1未關閉，這能夠形成穩(wěn)定的狀態(tài)。最后，在第二位置，電磁閥的核心的行程到 達最大并且小齒輪嚙合并且接觸器1.1關閉以便起動器驅(qū)動曲軸從而起動發(fā)動機。在這 里，應當指出，兩級單線圈電磁閥起動器驅(qū)動組件并未構(gòu)成新的方面，但是其并入根據(jù)本發(fā) 明的設備中使之能夠簡化它，特別是減少元件數(shù)量以及其成本和重量。無論小齒輪是否與 環(huán)形齒輪嚙合，輔助繼電器2的關閉仍能夠使得小齒輪轉(zhuǎn)動。關于與包括由輔助繼電器2和功率電阻器3構(gòu)成的電磁閥起動器驅(qū)動組件的傳統(tǒng) 起動器相比的附加元件，它們優(yōu)選地被安裝在起動器5的主體中。輔助繼電器例如可以安 裝在電磁閥1處的用作起動器5的固定凸緣的鼻形件上，該固定凸緣是專用于每個應用的 構(gòu)件。功率電阻器2例如可以被置于起動器主體的表面上以受益于該起動器的熱慣性從而 排放暫時耗散的熱量。第一實施例可以通過插入電絕緣但導熱的薄膜而基于緊貼在所述主 體上的互連的金屬帶。另一個有利的實施例是通過在絕緣主體的表面上借助于絕緣電介質(zhì) 層沉積導電油墨。這個實施例在厚層加熱元件的名義下是已知的。這種安排使之能夠擁有 完整的組件而不必在將起動-停止起動器安裝在熱機上以及制造中的車輛中的時期內(nèi)執(zhí) 行附加的電連接操作。如圖2所示，可以以下面的方式在根據(jù)本發(fā)明的設備中執(zhí)行電互相連接。兩級電 磁閥1的功率接觸器1. 1被用來產(chǎn)生直接在電池6與起動&停止起動器5的電機之間的第 一電源切換通道。與至少一個功率電阻器3串聯(lián)的輔助繼電器2創(chuàng)建電池6與電機之間的 第二電源切換通道，該第二電源切換通道與第一電源切換通道平行并且其電源電流要小于 在直接供電期間提供的最大電流。因此，可以在起動時對當前峰值限幅，特別是在小齒輪的 加速階段期間以使其轉(zhuǎn)速與環(huán)形齒輪的轉(zhuǎn)速同步并且減少車載系統(tǒng)在反射-起動型的重 新起動期間的電壓塌陷。如上文所簡要描述的那樣，所述控制設備還包括控制電子元件4，其適于控制電磁 閥1的線圈和輔助繼電器2的線圈以控制起動器5的小齒輪位置，并且或者經(jīng)由電池6與 起動器5之間的第一電源切換通道以最大電流為起動器5的電機供電或者經(jīng)由第二電源切 換通道以較小的電流為其供電。為此，如圖2示意性顯示的那樣，控制電子元件4的控制級 特別地具有用于測量發(fā)動機曲軸位置的第一輸入端4. 1、用于讀取與起動器和發(fā)動機的熱 狀態(tài)有關的信息的第二輸入端4. 2、以及用于以信號反映電池6的電壓狀態(tài)的第三輸入端 4. 3。此外，所述控制級具有至少一個用于輔助繼電器2的線圈的第一控制輸出端4. 4和用 于電磁閥1的線圈的第二控制輸出端4. 5。電磁閥起動器驅(qū)動組件和輔助繼電器的線圈的控制電子元件4可以優(yōu)選地借助于使用也稱為PWM的斬波器的控制級來控制所述線圈的電 流。特別地，這種斬波器可以被用來改進當前設備中所使用的兩個致動器的響應時間。所 述控制級優(yōu)選地被集成到設于車輛結(jié)構(gòu)中的電子計算機中，該計算機可以組合其他已存在 的功能?？蛇x地，根據(jù)指定機動車輛項目的技術經(jīng)濟條件，所述控制級也可以與專用于起動 &停止功能(特別是反射_起動功能)的一些或全部電子元件一起被安裝于起動器5上。為了現(xiàn)在轉(zhuǎn)向相應起動器各自的這種控制設備的運轉(zhuǎn)，通過描述根據(jù)本發(fā)明的控 制方法可以容易地理解它，該描述一般地參考圖3。具體地，在需要如導言中所描述的“反射_起動”的情形中，通常有兩種可能性當 獲知重新啟動命令時的熱機曲軸的速度足以允許發(fā)動機以其自己慣性的重新起動，這是通 過重新激活汽油發(fā)動機的噴射和點火來實現(xiàn)的。在該情況下，起動器不必被激活；該起動器 針對嚴格低于空載速度的發(fā)動機速度而被激活，即通常約為300-600rmp，其被提供給以永 久磁鐵激勵的機動車輛起動器的曲軸?；蛘甙l(fā)動機速度減小到特定閾值以下并且認為它必 須借助于起動器的幫助來重新起動它。因此，驅(qū)動階段必須盡快進行以限制駕駛員所感受 到的駕駛不適并且甚至防止與熱機扭矩缺乏有關的安全問題從而確保車輛移動性。在這種 情況下，如上文所述，要解決的困難在于小齒輪嚙合必須在不出現(xiàn)環(huán)形齒輪旋轉(zhuǎn)延遲的前 提下被執(zhí)行。借助于發(fā)動機完全停止階段開始時的起動器5小齒輪與在運動學上連至發(fā)動 機曲軸的環(huán)形齒輪之間的預期的預先嚙合動作，可以用在請求重新起動發(fā)動機時已經(jīng)保護 的連接來進行準備。為了實現(xiàn)反射_起動而達到這個嚙合，根據(jù)本發(fā)明的用于激活用于控制電子起動 器的設備的控制方法首先包括第一步驟，其在于切換沿所述第二電源切換通道放置的輔助 繼電器2以加速起動器5的小齒輪，這是通過向驅(qū)動所述小齒輪的起動器5的電機提供比 最大電流要小的電流來完成的。換言之，起動器5小齒輪是“空載”轉(zhuǎn)動的，也就是說在其與 環(huán)形齒輪嚙合之前。由于起動器5的電機是通過鎮(zhèn)流電阻器來供電的，因此車載系統(tǒng)的崩 潰大大減少。顯然，在這個實例中，相比提供較大的扭矩而言，為產(chǎn)生小齒輪轉(zhuǎn)速而對起動 器的供電要更多，這不像其中需要克服熱機壓縮扭矩的傳統(tǒng)起動器的情形。通過將鎮(zhèn)流電 阻器插入電路中來增加電源的阻抗因而對于起動器小齒輪旋轉(zhuǎn)而言幾乎不產(chǎn)生任何效應， 因為起動器所需要的電流是“空載”較小的。然后，在該方法的第二步驟期間，在運動學上連至發(fā)動機曲軸的環(huán)形齒輪的轉(zhuǎn)速 必須被確定。通常，由所述設備的控制電子元件4驅(qū)動的該控制方法使用經(jīng)由上述輸入端 4. 1、4. 2和4. 3而輸入的外部信息，特別是與發(fā)動機曲軸的位置有關的信息。曲軸位置通常 是由噴射計算機已經(jīng)通過稱為TDC (上死點)的傳感器所獲得的信息項，所述傳感器讀取安 裝于發(fā)動機飛輪上的目標的齒的經(jīng)過并且通常對于每個曲軸周轉(zhuǎn)而遞送大約六十個脈沖。 優(yōu)選地，在本發(fā)明的背景中使用能夠正確檢測曲軸倒轉(zhuǎn)并且也以非常低的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)的TDC 傳感器，特別地遠低于發(fā)動機的空轉(zhuǎn)速度。詳細來說，為了確定小齒輪要達到的目標轉(zhuǎn)速，使用TDC傳感器來以下面的方式 確定熱機環(huán)形齒輪的速度。每當目標的新齒經(jīng)過傳感器之下時，通過求自前一齒起過去的 時間的倒數(shù)來更新實際轉(zhuǎn)速。利用在幾個周期上所記下的一連串轉(zhuǎn)速點，計算機確定曲軸 轉(zhuǎn)速降低的總斜率，其也是關于熱機中的摩擦耗能的圖，圖4顯示了這種總斜率的例子。這 條直線因而使之能夠估計曲軸在將來某一時刻的轉(zhuǎn)速值。相反，在低速且無燃燒的情況下，曲軸的轉(zhuǎn)速基本上每次在上死點經(jīng)過時振蕩，這特別地使得在壓縮中轉(zhuǎn)速局部降低而在膨 脹中轉(zhuǎn)速局部升高。因此，為了使得對曲軸轉(zhuǎn)速的預測更加精細，優(yōu)選地添加校正項以考慮 壓縮和膨脹，這可通過利用曲軸位置信息來確定要添加到膨脹階段中的項和要從壓縮階段 中減去的項。這個校正也在圖4中作為例子而示出。優(yōu)選地，可以通過使用按照曲軸角度 編索引的乘數(shù)因子的表來進行校正，該因子被用來對發(fā)動機飛輪的目標的兩個齒之間所測 量的時間段進行加權。這條直線使之能夠估計曲軸在將來某一時刻的轉(zhuǎn)速值。相反，在低速且無燃燒的 情況下，曲軸的轉(zhuǎn)速基本上在每次經(jīng)過上死點時振蕩，這特別地使得轉(zhuǎn)速在壓縮時局部下 降并且在膨脹時局部升高。因此，為了使得對曲軸轉(zhuǎn)速的預測精細，優(yōu)選地添加校正項以考 慮壓縮和膨脹，其可以通過利用曲軸位置信息來確定要添加到膨脹階段的項和要從壓縮階 段減去的項。這個校正也在圖4中作為例子而顯示。優(yōu)選地，該校正可以通過使用按照曲 軸角度編索引的倍增因子的表來實現(xiàn)，該因子可以被用來對在發(fā)動機飛輪的目標的兩齒之 間所測量的時間段加權。另外，所述校正也可以隨著轉(zhuǎn)速降低而成指數(shù)地放大，以考慮振蕩 隨轉(zhuǎn)速降低而增加。以預定狀態(tài)激活熱機的各元件，例如蝶形殼體、蝶閥以及例如壓縮機或 發(fā)電機的輔助元件，從而最小化它們對轉(zhuǎn)速的降低速度的影響。一旦獲知要由小齒輪達到的目標轉(zhuǎn)速，該方法的第三步驟就被用于借助于控制電 子元件4來確定小齒輪加速階段的持續(xù)時間，在給定傳動比的前提下，其對于獲得與環(huán)形 齒輪轉(zhuǎn)速相對應的小齒輪轉(zhuǎn)速而言是必需的。控制電子元件4的計算機確定電機供電階段 的持續(xù)時間以在這個加速階段之后具有盡可能接近于環(huán)形齒輪轉(zhuǎn)速的小齒輪轉(zhuǎn)速，從而使 得小齒輪與環(huán)形齒輪嚙合。優(yōu)選地，小齒輪轉(zhuǎn)速可以稍微低于環(huán)形齒輪轉(zhuǎn)速。具體地，一方 面，環(huán)形齒輪轉(zhuǎn)速總體上隨時間降低，另一方面，在給定起動器減速器(若有的話)的傳動 比的前提下，環(huán)形齒輪將小齒輪帶至略高于起動器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速，起動器的空閑輪可能 使得小齒輪從轉(zhuǎn)子脫離開。帶給小齒輪的較小的慣性因而是使得將小齒輪置入環(huán)形齒輪中 變得更加容易的一個因素。為了固定電機初始供電階段的持續(xù)時間，優(yōu)選地使用并入電子計算機中的數(shù)據(jù) 表，該表包括關于對電機供電的一系列時刻，所述時刻是其典型時間段約為10毫秒的采樣 時刻，所述采樣時刻關聯(lián)于起動器小齒輪的相應轉(zhuǎn)速。這個表通常是從關于起動器產(chǎn)品的 代表批次的實驗室測量中獲得的?？蛇x地，可以使用將被用在計算機中的起動器物理模型。還是在這個步驟期間，控制電子元件4可以使用來自上述輸入端4. 1,4. 2和4. 3 的外部信息，例如車載系統(tǒng)電壓和關于發(fā)動機起動器熱狀態(tài)的信息。電壓可以被容易地測 量并且因而在計算機中可用。起動器溫度優(yōu)選地被估計而不是用傳感器測量，用傳感器測 量會造成額外的成本。這種估計例如可以使用通常已經(jīng)在機動車輛上被測量的外部溫度和 熱機溫度、行程已經(jīng)過去的時間、從上次執(zhí)行的重新起動時的有效電流中計算的起動器電 機中消耗的功率以及平均車速。因此，可以考慮影響用于將起動器帶至運轉(zhuǎn)速度的時間的 因素，其是電源電壓、起動器溫度、例如通過其內(nèi)部阻抗而反映的電池狀態(tài)。適當?shù)男Ｕ?而可以通過或者使用以不同電壓和/或溫度制成的幾個表或者使用要應用于主表的校正 函數(shù)來被實施，從而獲得具有高度準確性的小齒輪加速階段持續(xù)時間。在給定傳動比的前提下使得小齒輪和環(huán)形齒輪的轉(zhuǎn)速同步之后，起動器5的小齒 輪在發(fā)動機環(huán)形齒輪中的嚙合通過在該方法的第四步驟期間對電磁閥1供電而被執(zhí)行。通常在S&S起動器中的電磁閥的可移動核心因而將小齒輪帶至它與環(huán)形齒輪嚙合的位置，不 同之處在于兩個元件由于這個嚙合的預測時刻而處于轉(zhuǎn)動中。在執(zhí)行所述控制方法的優(yōu)選形式中，一旦電子控制計算機已固定了關閉輔助繼電 器2所需要的時間從而實現(xiàn)小齒輪與環(huán)形齒輪的轉(zhuǎn)速同步，就在這個時間過去之后關閉起 動器5的電機的電源，從而實現(xiàn)小齒輪在起動器的零扭矩時的嚙合以減小嚙合時刻的齒壓 力。對應于小齒輪嚙合的電磁閥1的供電和輔助繼電器2的開啟必須被預測以考慮這些電 機械致動器的反應時刻。用于控制相應線圈的電子快速反應斬波器的使用使之能夠通過減 少對指令預測的需要而使得控制更加魯棒。該方法的第五步驟在于切換所述第一電源切換通道以為驅(qū)動所述小齒輪的起動 器5的電機提供最大電流從而起動發(fā)動機。具體地，在小齒輪在該方法的第四步驟之后嚙 合到環(huán)形齒輪中的情況下，只要如上述該方法第四步驟的優(yōu)選執(zhí)行形式中所建議的那樣正 好在小齒輪嚙合之前執(zhí)行了起動器供電中斷，就針對傳統(tǒng)的起動器驅(qū)動熱機的階段來重新 確立起動器中的電流。在起動器耦合到熱機的情況下，實際上優(yōu)選地使用小于最大功率的 起動器供電。當在“空載”轉(zhuǎn)動中進行設定的步驟之后所獲知的和/或由TDC傳感器獲知 的起動器速度由于小齒輪與環(huán)形齒輪嚙合而大于與起動器反電動勢的最低電壓級別相對 應的最小閾值時，兩級電磁閥起動器驅(qū)動組件1被供電以具有電磁閥1的可移動核心的最 大行程并且因而激活功率接觸器1. 1。起動器5然后借助于小齒輪使得熱機曲軸轉(zhuǎn)動以起 動發(fā)動機。如果必要，起動器最低速度可以通過為達到所述最小閾值而在足夠時間段內(nèi)經(jīng) 由輔助通道供電的第五步驟的預備階段來獲得。最后，在該方法的第六步驟期間，一旦內(nèi)燃機通過燃燒獨立運轉(zhuǎn)，起動器5的小齒 輪從發(fā)動機環(huán)形齒輪的脫離就被執(zhí)行并且關閉起動器5的電機的所有電源，其中熱機已經(jīng) 重新起動。應當指出，驅(qū)動階段的持續(xù)時間應當盡可能短，這可以通過應用于發(fā)動機噴射計 算機中的適當?shù)牟呗詠韺崿F(xiàn)。通常，這個驅(qū)動階段約為曲軸周轉(zhuǎn)的一部分。圖3借助于發(fā)動機曲軸和起動器小齒輪的轉(zhuǎn)速的表示而示出了發(fā)動機關閉之后 的上述事件的連續(xù)進行，所述轉(zhuǎn)速在利用根據(jù)本發(fā)明的起動器執(zhí)行反射-起動期間隨時間 而變化。因此，可以看出，盡管曲軸轉(zhuǎn)速在給定時刻關閉熱機噴射之后降低，然而起動器的 電機是由指定電流供電的，這因而在其被設為空載轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生了其小齒輪的速度不斷增大 的轉(zhuǎn)動。曲軸和小齒輪的轉(zhuǎn)速會聚以最終同步。在此刻，通常(但非必要)小于最大電流 的電流優(yōu)選地被切斷以借助于兩級電磁閥實現(xiàn)起動器小齒輪與在運動學上連至熱機曲軸 的環(huán)形齒輪的嚙合。曲軸和小齒輪的轉(zhuǎn)速因而稍微降低，然后起動器的電機通常以最大電 流被再次供電，從而通過起動器驅(qū)動曲軸。最后，熱機的燃燒開始并且起動器的電流可以被 切斷并且小齒輪可以從環(huán)形齒輪脫離，小齒輪的轉(zhuǎn)動因而停止以為新的起動周期做準備。如通過對于電機械控制設備及其線圈的控制電子元件4以及根據(jù)本發(fā)明的用于 實施它的方法的詳細描述所表明的那樣，所述設備和方法使用簡單的低成本裝置來對S&S 型起動器執(zhí)行“反射-起動”功能。根據(jù)本發(fā)明的方法特別地提供了等效于交流發(fā)電機-起 動器的性能，特別是在執(zhí)行“反射-起動”的可能性和重新起動的速度方面，這最小化了在 重新起動熱機期間對車載電子系統(tǒng)造成的破壞效應、同時降低了所用設備的復雜度并且因 而最小化了這種起動器的相應成本。顯然，根據(jù)本發(fā)明的設備和控制方法以及相應的起動器可以被用于具有內(nèi)燃機的任何車輛中。優(yōu)選地，其使用是針對機動車輛、卡車或例如配備有熱機的公共汽車的公共運 輸裝置的。
權利要求
一種用于激活旨在并入內(nèi)燃機的起動器(5)中的控制設備的控制方法，所述設備包括控制所述起動器(5)的小齒輪的位置的電磁閥(1)，所述小齒輪適于嚙合于在運動學上連至所述發(fā)動機的曲軸的環(huán)形齒輪中，所述小齒輪能夠由所述起動器(5)的電機通過關閉電池(6)與該起動器(5)之間的第一電源切換通道來驅(qū)動，所述設備還包括串聯(lián)放置的至少一個功率電阻器(3)和輔助繼電器(2)以創(chuàng)建第二電源切換通道，該第二電源切換通道與所述第一電源切換通道平行并且使之能夠以比最大電流要小的電源電流為驅(qū)動所述小齒輪的起動器(5)的電機供電，其特征在于，所述方法包括下列步驟 切換沿所述第二電源切換通道放置的所述輔助繼電器(2)從而通過向驅(qū)動所述小齒輪的起動器(5)的電機提供比所述最大電流要小的電流來加速該起動器(5)的小齒輪， 以預測的方式確定在運動學上連至所述發(fā)動機的曲軸的環(huán)形齒輪的轉(zhuǎn)速， 以預測的方式確定所述小齒輪的加速階段的持續(xù)時間以獲得與所述環(huán)形齒輪的轉(zhuǎn)速相對應的所述小齒輪的轉(zhuǎn)速， 一旦所述小齒輪和所述環(huán)形齒輪的轉(zhuǎn)速已經(jīng)同步，就通過對所述電磁閥(1)供電來執(zhí)行所述起動器(5)的小齒輪至所述發(fā)動機的環(huán)形齒輪中的嚙合， 切換所述第一電源切換通道以向驅(qū)動所述小齒輪的所述起動器(5)的電機提供所述最大電流從而起動所述發(fā)動機， 一旦所述內(nèi)燃機通過燃燒而獨立運轉(zhuǎn)，就執(zhí)行所述起動器(5)的小齒輪從所述發(fā)動機的環(huán)形齒輪的脫離并且切斷所述起動器(5)的電機的所有電源。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述環(huán)形齒輪的轉(zhuǎn)速是通過考慮所述發(fā) 動機的曲軸的轉(zhuǎn)速由于被相應地校正的壓縮和膨脹循環(huán)所造成的振蕩來以預測的方式而 被確定的，所述校正能夠與所述振蕩的周期成比例。
3.根據(jù)前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，所述小齒輪的加速階段的持續(xù)時 間是通過或者使用包括關聯(lián)于所述起動器(5)的小齒輪的相應轉(zhuǎn)速的加速時刻的表或者 使用該起動器的物理模型來被確定的。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述小齒輪的加速階段的持續(xù)時間是通 過考慮影響用于將所述起動器(5)帶至運轉(zhuǎn)速度的時間的因素而被確定的，特別是電源電 壓、所述起動器(5)的溫度、所述電池(6)的狀態(tài)。
5.根據(jù)前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，在通過對所述電磁閥(1)供電而 使得所述起動器(5)的小齒輪嚙合到所述發(fā)動機的環(huán)形齒輪中之前，沿所述第二電源切換 通道放置的所述輔助繼電器(2)打開以在零扭矩下實現(xiàn)這個嚙合。
6.根據(jù)前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，將所述起動器(5)的小齒輪嚙合 到所述發(fā)動機的環(huán)形齒輪中以及切換所述第一電源切換通道的步驟是借助于兩級電磁閥 (1)來執(zhí)行的。
7.根據(jù)前述權利要求之一的方法在用于內(nèi)燃機的起動器(5)中的應用，所述方法使之 能夠在所述發(fā)動機的曲軸靜止之前重新起動該發(fā)動機。
8.根據(jù)權利要求1至6之一的方法在具有內(nèi)燃機的車輛中的應用。
全文摘要
本發(fā)明涉及控制并入內(nèi)燃機起動器(5)中的控制設備的啟動的方法，該設備包括控制能插入在運動學上連至發(fā)動機曲軸環(huán)形齒輪中的起動器(5)小齒輪的位置的電磁閥(1)。小齒輪由起動器(5)電機通過關閉電池(8)與起動器(5)之間的第一電源切換通道來驅(qū)動。該設備包括串聯(lián)的至少一個功率電阻器(3)和輔助繼電器(2)，這因而構(gòu)成與第一電源切換通道平行且以小于最大電流的電流為驅(qū)動小齒輪的起動器(5)電機供電的第二電源切換通道。該方法包括切換輔助繼電器(2)以加速起動器(5)小齒輪、確定環(huán)形齒輪轉(zhuǎn)速、確定小齒輪加速階段持續(xù)時間、將起動器(5)小齒輪插入發(fā)動機環(huán)形齒輪、切換第一電源切換通道、將起動器(5)小齒輪從發(fā)動機環(huán)形齒輪脫離、和切斷起動器(5)電機的所有電源。
文檔編號F02N11/08GK101946087SQ200880126718
公開日2011年1月12日 申請日期2008年12月18日 優(yōu)先權日2007年12月20日
發(fā)明者H·庫托克斯, N·古伊洛茲, O·施弗格斯 申請人:雷諾股份公司