專利名稱：通過小齒輪與環(huán)形齒輪的接合來啟動內(nèi)燃發(fā)動機的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及用于通過起動器的小齒輪與聯(lián)接于內(nèi)燃發(fā)動機的輸出軸的環(huán)形齒輪的接合來啟動該內(nèi)燃發(fā)動機的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近來已開發(fā)了諸如怠速減少控制系統(tǒng)之類的發(fā)動機起停系統(tǒng)。這種發(fā)動機起停系統(tǒng)被設(shè)計成響應(yīng)于檢測到駕駛員的諸如制動踏板的操作之類的發(fā)動機停止操作而自動停止車輛的內(nèi)燃發(fā)動機。這些發(fā)動機起停系統(tǒng)還被設(shè)計成響應(yīng)于檢測到駕駛員的諸如加速踏板的操作之類的用以起動車輛的操作而重起該內(nèi)燃發(fā)動機。這些發(fā)動機起停系統(tǒng)旨在降低燃料成本和廢氣排放等。考慮到例如駕駛性能的改進，需要這些發(fā)動機起停系統(tǒng)即時響應(yīng)于發(fā)動機重起請求的出現(xiàn)來重起內(nèi)燃發(fā)動機。已提出用以滿足這種要求的多種不同技術(shù)方法。日本已審專利公開文獻No. 4211208公開了一種包括在這些多種不同技術(shù)方法中的技術(shù)方法。公開在該專利公開文獻中的該技術(shù)方法被設(shè)計成當(dāng)發(fā)動機重起請求在內(nèi)燃發(fā)動機(稱為發(fā)動機)的曲軸的旋轉(zhuǎn)速度下降期間出現(xiàn)時，致使起動器在不等待該發(fā)動機 (曲軸)的旋轉(zhuǎn)完全停止的情況下啟動該發(fā)動機。具體來說，該技術(shù)方法被設(shè)計成當(dāng)發(fā)動機重起請求在該發(fā)動機的曲軸的旋轉(zhuǎn)速度在該發(fā)動機自動停止之后降低期間出現(xiàn)時，旋轉(zhuǎn)小齒輪，從而將該小齒輪的旋轉(zhuǎn)速度控制成達到聯(lián)接于該發(fā)動機的輸出軸的環(huán)形齒輪(發(fā)動機)的旋轉(zhuǎn)速度。當(dāng)該小齒輪的旋轉(zhuǎn)速度與該環(huán)形齒輪的旋轉(zhuǎn)速度同步時，該技術(shù)方案使旋轉(zhuǎn)中的小齒輪與環(huán)形齒輪接合，從而即時響應(yīng)于發(fā)動機重起請求的出現(xiàn)而將該發(fā)動機恢復(fù)到運轉(zhuǎn)狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
由于無法預(yù)測在發(fā)動機速度下降期間出現(xiàn)發(fā)動機重起請求的正時，因此，發(fā)動機重起請求出現(xiàn)在發(fā)動機速度的低速范圍內(nèi)。在這種情況下，小齒輪的旋轉(zhuǎn)速度無法與下降中的發(fā)動機速度同步。即，如上所述的技術(shù)方法無法適當(dāng)?shù)貓?zhí)行小齒輪與環(huán)形齒輪的接合。 由此，當(dāng)發(fā)動機重起請求出現(xiàn)在發(fā)動機速度下降期間時，替代性方法是首先使起動器的小齒輪與環(huán)形齒輪接合，并且驅(qū)動起動器的馬達以響應(yīng)于該小齒輪與環(huán)形齒輪的接合而旋轉(zhuǎn)小齒輪。當(dāng)發(fā)動機重起請求在發(fā)動機速度下降期間出現(xiàn)在發(fā)動機速度的諸如100RPM或更低的低速范圍內(nèi)時，該替代性方法是尤其有效的。注意，當(dāng)在發(fā)動機的自動停止之后下降的發(fā)動機速度在一氣缸中的活塞沿正向經(jīng)過最后一個TDC之后達到大致零時，按點火順序的下一氣缸中的活塞并未經(jīng)過下一 TDC，從而使發(fā)動機反向旋轉(zhuǎn)。此后，在發(fā)動機沿正向和反向交替旋轉(zhuǎn)時，發(fā)動機速度會聚于零。由此，如果發(fā)動機重起請求在發(fā)動機速度接近零的情況下出現(xiàn)，或者發(fā)動機速度在發(fā)動機的自動停止之后急劇下降，則小齒輪可能會在發(fā)動機的輸出軸的反向旋轉(zhuǎn)期間與環(huán)形齒輪接合。當(dāng)小齒輪在發(fā)動機的輸出軸(環(huán)形齒輪)的反向旋轉(zhuǎn)期間與該環(huán)形齒輪接合時，如果替代性方法驅(qū)動馬達以沿正向旋轉(zhuǎn)小齒輪，則小齒輪與環(huán)形齒輪之間的旋轉(zhuǎn)方向之間的差異會造成啟動發(fā)動機的多種不同缺點?？紤]到如上所述的情形，本公開的一個方面試圖提供用于啟動內(nèi)燃發(fā)動機的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)被設(shè)計成解決如上所述的缺點中的至少一種。具體來說，本公開的替代性方面旨在提供這種用于在發(fā)動機重起請求在發(fā)動機速度下降期間出現(xiàn)時適當(dāng)?shù)貑觾?nèi)燃發(fā)動機的系統(tǒng)。根據(jù)本公開的一個方面，提供了一種用于使用起動器來啟動自動停止的內(nèi)燃發(fā)動機的系統(tǒng)，該內(nèi)燃發(fā)動機具有輸出軸，環(huán)形齒輪聯(lián)接于該輸出軸，該起動器包括小齒輪和馬達，該小齒輪能夠移位至環(huán)形齒輪并能夠與其接合，而該馬達在被通電時旋轉(zhuǎn)小齒輪。該系統(tǒng)包括預(yù)測器，其預(yù)測輸出軸沿正向旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)速度因內(nèi)燃發(fā)動機的自動停止而下降期間的輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度的至少一個未來值。該系統(tǒng)還包括接合單元，其響應(yīng)于在輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度因內(nèi)燃發(fā)動機的自動停止而下降期間發(fā)動機重起條件被滿足的時刻，將小齒輪移位至環(huán)形齒輪，以便將小齒輪與環(huán)形齒輪接合。該系統(tǒng)包括接合確定器，其基于由預(yù)測器預(yù)測的輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度的至少一個未來值，確定小齒輪與環(huán)形齒輪是否將會在輸出軸的反向旋轉(zhuǎn)期間變換至其間的接合狀態(tài)。該系統(tǒng)包括控制器，其基于由接合確定器確定的確定結(jié)果來控制用以通過接合單元將小齒輪向環(huán)形齒輪移位的開始正時和用以使馬達通電的開始正時中的至少一個。本發(fā)明的該一個方面被構(gòu)造成，基于輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度的至少一個未來值來確定小齒輪與環(huán)形齒輪是否將會在輸出軸的反向旋轉(zhuǎn)期間變換至其間的接合狀態(tài)?；谠摯_定結(jié)果，本發(fā)明的該一個方面被構(gòu)造成控制如何對馬達進行通電。該構(gòu)造精確地確定當(dāng)小齒輪與環(huán)形齒輪變換至它們的接合狀態(tài)時輸出軸的旋轉(zhuǎn)方向，并且在根據(jù)輸出軸的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的適當(dāng)正時對馬達進行通電以轉(zhuǎn)動小齒輪。由此，能夠減少啟動內(nèi)燃發(fā)動機的缺點，例如馬達的功耗的過度增大和/或小齒輪的齒部和環(huán)形齒輪的齒部因小齒輪的齒部與環(huán)形齒輪的齒部之間的碰撞而導(dǎo)致的磨損。本公開的多個不同方面的上述和/或其它特征、和/或優(yōu)點將由于以下結(jié)合附圖而作出的描述而得到進一步理解。本公開的多個不同方面可在適用的情況下包括和/或排除不同的特征、和/或優(yōu)點。此外，本公開的多個不同方面可在適用的情況下組合其它實施方式的一個或多個特征。對特定實施方式的特征和/或優(yōu)點的描述不應(yīng)被解釋為對其它實施方式或權(quán)利要求的限定。


本公開的其它方面將通過下面參照附圖對實施方式的描述而變得明顯，在所述附圖中圖1是示意性地示出了根據(jù)本公開的第一實施方式的發(fā)動機控制系統(tǒng)的整體硬件結(jié)構(gòu)的示例的視圖；圖2是示意性地示出了根據(jù)第一實施方式發(fā)動機速度在內(nèi)燃發(fā)動機的自動停止之后的下降期間的發(fā)動機速度的變化的正時圖；圖3是根據(jù)第一實施方式用于描述一種預(yù)測發(fā)動機的未來瞬時值的方法的視圖；圖4是示意性地示出了根據(jù)第一實施方式ECU根據(jù)存儲在存儲單元中的小齒輪后旋轉(zhuǎn)控制程序的操作的流程圖；和 圖5是示意性地示出了根據(jù)第二實施方式ECU根據(jù)存儲在存儲單元中的小齒輪后旋轉(zhuǎn)控制程序的操作的流程圖。
具體實施例方式
下文將參照附圖描述本公開的實施方式。在這些實施方式中，省略或簡化這些實施方式之間相似的零件的冗長描述，其中相似的附圖標(biāo)記被分配給這些相似的零件。第一實施方式在第一實施方式中，本公開包括發(fā)動機起動系統(tǒng)，其被設(shè)計為安裝在機動車輛中的發(fā)動機控制系統(tǒng)1的一部分。發(fā)動機控制系統(tǒng)1包括作為其主要裝置的電子控制單元(E⑶)40，并且可操作而控制待被噴灑的燃料的量和點火正時，并且執(zhí)行自動停止內(nèi)燃發(fā)動機(簡單稱為發(fā)動機) 的任務(wù)和重起發(fā)動機20的任務(wù)。發(fā)動機控制系統(tǒng)1的整個結(jié)構(gòu)的示例示于圖1中。就發(fā)動機20而言，在該實施方式中采用四沖程四氣缸發(fā)動機作為示例。參照圖1，發(fā)動機20具有作為其輸出軸的曲軸21，曲軸21帶有一端，環(huán)形齒輪22 直接或間接聯(lián)接于該一端。曲軸21經(jīng)由各個氣缸內(nèi)的連桿聯(lián)接于活塞，從而使得活塞在各個氣缸中的上下移行允許曲軸21轉(zhuǎn)動。具體來說，發(fā)動機20起作用而在各個氣缸內(nèi)通過活塞壓縮空氣-燃料混合物或空氣，并且在各個氣缸內(nèi)使壓縮空氣-燃料混合物或壓縮空氣與燃料的混合物燃燒。這將燃料能變成諸如旋轉(zhuǎn)能之類的機械能，從而使活塞在各個氣缸內(nèi)往復(fù)運動，由此旋轉(zhuǎn)曲軸21。 曲軸21的旋轉(zhuǎn)通過安裝在機動車輛中的動力傳動系(未示出)被傳遞至機動車輛的驅(qū)動車輪(未示出)，從而驅(qū)動機動車輛。發(fā)動機20安裝有例如燃料噴射系統(tǒng)51和點火系統(tǒng)53。燃料噴射系統(tǒng)51包括諸如燃料噴射器之類的執(zhí)行器AC,并且使得執(zhí)行器AC將燃料或直接噴灑到發(fā)動機20的各個氣缸中或噴灑到正好位于其各個氣缸前面的進氣歧管 (或進氣口)中，從而在發(fā)動機20的各個氣缸中使空氣-燃料混合物燃燒。點火系統(tǒng)53包括諸如點火器之類的執(zhí)行器AC,并且使得執(zhí)行器AC提供電流或電火花從而點燃發(fā)動機20的各個氣缸中的空氣-燃料混合物，由此使空氣-燃料混合物燃
；Bs
JyCi。當(dāng)將發(fā)動機20設(shè)計為柴油發(fā)動機時，可除去點火系統(tǒng)53。參照圖1，發(fā)動機控制系統(tǒng)1包括起動器10、充電電池12、第一驅(qū)動繼電器24、第
二驅(qū)動繼電器25、第一二極管Dl和第二二極管D2。起動器10包括起動器馬達(馬達)11、小齒輪軸13、可移動小齒輪構(gòu)件PM、包括螺線管18的螺線管執(zhí)行器SL1、和馬達開關(guān)SL2。馬達11由輸出軸和電樞構(gòu)成，該輸出軸聯(lián)接于小齒輪軸13，該電樞連接于輸出軸并電連接于馬達開關(guān)SL2。馬達開關(guān)SL2包括螺線管61、一對固定觸頭63a和63b、和可移動觸頭65。固定觸頭63a電連接于電池12的正極端子，該電池12的負極端子接地，并且固定觸頭63b電連接于馬達11的電樞。可移動小齒輪構(gòu)件PM包括單向離合器15和小齒輪14。
如圖1中所示，單向離合器15被設(shè)置成與小齒輪軸13的一端的外周螺旋花鍵接合。具體來說，單向離合器15包括離合器外部和離合器內(nèi)部，該離合器外部聯(lián)接于小齒輪軸13的一端，并且小齒輪14安裝在該離合器內(nèi)部上；這些離合器內(nèi)部和離合器外部例如被設(shè)置成彼此螺旋花鍵接合。單向離合器15的結(jié)構(gòu)允許小齒輪14能夠沿小齒輪軸13的軸向方向與單向離合器15的離合器內(nèi)部一起移位并能夠與其一起旋轉(zhuǎn)。單向離合器15被設(shè)計成將從馬達11提供的旋轉(zhuǎn)運動傳遞至離合器內(nèi)部(小齒輪 14)，而不將從離合器內(nèi)部(小齒輪14)提供的旋轉(zhuǎn)運動傳遞至離合器外部(馬達11)。具體地說，即使在小齒輪14與環(huán)形齒輪22嚙合期間發(fā)動機10的曲軸21 (環(huán)形齒輪22)的旋轉(zhuǎn)速度高于小齒輪14的旋轉(zhuǎn)速度，單向離合器15也變得脫離接合，以使小齒輪 14和單向離合器15是空轉(zhuǎn)的。這防止將環(huán)形齒輪22 (小齒輪14)的旋轉(zhuǎn)傳遞至馬達11。馬達11被布置成與發(fā)動機20相反，以致小齒輪14在小齒輪軸13的軸向方向上朝發(fā)動機20的移位允許小齒輪14的齒區(qū)能夠抵接在發(fā)動機20的環(huán)形齒輪22的齒區(qū)上并與其嚙合。螺線管執(zhí)行器SLl包括例如螺線管18、柱塞19、移位桿17和樞軸16。螺線管18 纏繞在柱塞19周圍。螺線管18的一端經(jīng)由第一驅(qū)動繼電器M電連接于電池12的正極端子，并且其另一端接地。移位桿17在其長度方向上具有一端和另一端。移位桿17的一端可樞轉(zhuǎn)地聯(lián)接于柱塞19的一端，并且移位桿17的另一端聯(lián)接于小齒輪軸13的另一端。移位桿17圍繞在長度方向上位于其大致中央處的樞軸16樞轉(zhuǎn)。第一驅(qū)動繼電器M包括例如螺線管2 和開關(guān)Mb。就第一驅(qū)動繼電器M而言， 可使用半導(dǎo)體繼電器。螺線管Ma的一端電連接于E⑶40的輸出端口 Pl并通過第一二極管Dl電連接于點火開關(guān)23，并且另一端接地。點火開關(guān)23設(shè)置在機動車輛中，并且電連接于電池12的正極端子。當(dāng)通過駕駛員的操作將點火開關(guān)23開啟時，電池12可將電力經(jīng)由第一二極管Dl 供應(yīng)至螺線管Ma，作為發(fā)動機起動信號，從而使螺線管2 通電。開關(guān)Mb電連接于電池12的正極端子與螺線管18之間，該螺線管18的另一端接地。通過在使螺線管2 通電時所產(chǎn)生的磁力來開啟(閉合)開關(guān)Mb，從而使螺線管18 通電。當(dāng)通電時，螺線管18起作用而將柱塞19沿其長度方向移入到螺線管18中，以便克服復(fù)位彈簧(未示出)的力將它拉入到該螺線管18中。柱塞19的拉入移位在圖1中逆時針地樞轉(zhuǎn)移位桿17，由此，與可移動小齒輪構(gòu)件PM—起，經(jīng)由移位桿17，將小齒輪軸13 移位至環(huán)形齒輪22。這允許可移動小齒輪構(gòu)件PM的小齒輪14與環(huán)形齒輪22嚙合，以用于啟動發(fā)動機21。在另一方面，在點火開關(guān)23斷開期間，螺線管2 斷電，以使開關(guān)24b斷開，從而導(dǎo)致螺線管18斷電。當(dāng)螺線管18斷電時，復(fù)位彈簧使柱塞19和移位桿返回至它們在圖1中所示的原始位置，從而可移動小齒輪構(gòu)件PM的小齒輪14被拉出而不與環(huán)形齒輪22嚙合。第二驅(qū)動繼電器25包括例如螺線管25a和開關(guān)25b。就第一驅(qū)動繼電器25而言，可使用半導(dǎo)體繼電器。螺線管25a的一端電連接于E⑶40的輸出端口 P2并通過第二二極管D2電連接于點火開關(guān)23，并且另一端接地。當(dāng)通過駕駛員的操作將點火開關(guān)23開啟時，電池12可將電力經(jīng)由第二二極管D2 供應(yīng)至螺線管25a，從而導(dǎo)致螺線管2 通電。開關(guān)25b電連接于電池12的正極端子與螺線管61的一端之間，該螺線管61的另一端接地。通過在使螺線管2 通電時所產(chǎn)生的磁力來開啟(閉合)開關(guān)25b，從而使螺線管61通電。當(dāng)螺線管61通電時，可移動觸頭65抵接至固定觸頭對63a和6 上，從而通過電池12使馬達11的電樞通電。這使得馬達11旋轉(zhuǎn)輸出軸連同小齒輪軸13，由此旋轉(zhuǎn)小齒輪 14 (可移動小齒輪構(gòu)件PM)。在另一方面，在點火開關(guān)23斷開期間，螺線管25a斷電，以使開關(guān)2 斷開，從而導(dǎo)致螺線管61斷電。在點火開關(guān)23斷開或未定位于起動器開啟位置處之時，第二驅(qū)動繼電器25處于斷開狀態(tài)中。當(dāng)斷電時，可移動觸頭65與固定觸頭對63a和6 分離，從而使馬達11的電樞斷電。這使得馬達11停止輸出軸和小齒輪軸13的旋轉(zhuǎn)，由此停止小齒輪14(可移動小齒輪構(gòu)件PM)的旋轉(zhuǎn)。此外，在機動車輛中，為了使車輛減速或停止，為包括驅(qū)動車輪在內(nèi)的各個車輪安裝制動執(zhí)行器(未示出)。在ECU40經(jīng)由液壓回路的控制下，響應(yīng)于駕駛員壓下制動踏板BP，制動執(zhí)行器被設(shè)計成將制動力液壓地施加于對應(yīng)車輪，從而使對應(yīng)車輪的旋轉(zhuǎn)減速或停止。此外，發(fā)動機控制系統(tǒng)1包括作為用于測量發(fā)動機20的運轉(zhuǎn)狀況和機動車輛的駕駛狀況的裝置的不同類型的傳感器。具體來說，發(fā)動機控制系統(tǒng)1包括曲柄角傳感器22、冷卻劑溫度傳感器32、加速器傳感器33和制動傳感器34。曲柄角傳感器31可操作而每次當(dāng)曲軸21旋轉(zhuǎn)過諸如30度(30度曲柄角)之類的預(yù)設(shè)角度時，就將矩形的NE信號(曲軸脈沖)輸出至ECU40。冷卻劑溫度傳感器可操作而測量發(fā)動機20內(nèi)的發(fā)動機冷卻劑的溫度，并將表示測量溫度的信號輸出至E⑶40。加速器傳感器33可操作而測量機動車輛的駕駛員可操作的加速踏板AP的駕駛員操作(下壓)行程，其中該加速踏板AP聯(lián)結(jié)于用于控制進入進氣歧管的空氣的量的節(jié)氣門；以及將表示加速踏板AP的測量到的駕駛員操作行程的信號輸出至ECU40。制動傳感器；34可操作而測量制動踏板BP的駕駛員操作(下壓)行程；以及將表示制動踏板BP的測量到的駕駛員操作行程的信號輸出至ECU40。在機動車輛中安裝有包括用于控制機動車輛的駕駛室內(nèi)的溫度和/或濕度的空調(diào)和用于對電池12進行充電的交流發(fā)電機在內(nèi)的輔助設(shè)備36。輔助設(shè)備36電連接于 E⑶40，從而使E⑶40可監(jiān)控輔助設(shè)備36的運轉(zhuǎn)狀況。ECU40被設(shè)計為例如常規(guī)微機電路，該常規(guī)微機電路包括例如CPU，存儲介質(zhì)40a—包括諸如可重寫ROM(只讀存儲器)之類的ROM、和RAM(隨機存取存儲器)等，10(輸入輸出)接口，等等。常規(guī)微機電路在該實施方式中被限定成包括至少CPU和用于其的主存儲器。存儲介質(zhì)40a預(yù)先在其中存儲多種不同發(fā)動機控制程序。ECU40可操作而接收從傳感器31至35輸出的信號；以及基于發(fā)動機20的由從傳感器接收到的信號中的至少一些信號確定的運轉(zhuǎn)狀況， 控制安裝在發(fā)動機20中的多個不同執(zhí)行器AC，從而調(diào)節(jié)發(fā)動機20的多個不同受控變量。ECU40被設(shè)計成執(zhí)行多個不同發(fā)動機控制任務(wù)。例如，就多個不同發(fā)動機控制任務(wù)而言，ECU40被編程為調(diào)節(jié)進入到各個氣缸中的進氣的量；運算用于各個氣缸的燃料噴射器AC的適當(dāng)燃料噴射正時和適當(dāng)噴射量以及用于各個氣缸的點火器AC的適當(dāng)點火正時；指令用于各個氣缸的燃料噴射器AC以對應(yīng)的運算出的適當(dāng)噴射正時將對應(yīng)的運算出的適當(dāng)燃料量噴灑到各個氣缸中；以及指令用于各個氣缸的點火器AC以對應(yīng)的運算出的適當(dāng)點火正時點燃各個氣缸中的壓縮空氣-燃料混合物或壓縮空氣與燃料的混合物。此外，E⑶40被設(shè)計成執(zhí)行多個不同起動器控制任務(wù)。如上所述，E⑶40具有用于將開啟/斷開信號輸出至第一驅(qū)動繼電器M的輸出端口 P1、和用于將開啟/斷開信號輸出至第二驅(qū)動繼電器25的輸出端口 P2。具體來說，當(dāng)從E⑶40經(jīng)由輸出端口 Pl發(fā)送開啟信號時，使螺線管2 通電，從而開啟開關(guān)Mb。這在將開啟信號輸入到那里期間，在與起動器開關(guān)(未示出)的選定狀態(tài)無關(guān)的情況下，自動在電池12與螺線管18之間建立電傳導(dǎo)。類似地，當(dāng)從E⑶40經(jīng)由輸出端口 P2發(fā)送開啟信號時，使螺線管2 通電，從而開啟開關(guān)25b。這在將開啟信號輸入到那里期間，在與起動器開關(guān)的選定狀態(tài)無關(guān)的情況下，自動在電池12與馬達11的電樞之間建立電傳導(dǎo)。換言之，E⑶40選擇待被輸出至輸出端口 Pl和P2中的任一個的開啟信號，由此單獨切換螺線管18的通電狀態(tài)(模式)和斷電狀態(tài)(模式)，并且單獨切換馬達11的通電狀態(tài)(模式)和斷電狀態(tài)(模式)。更為具體地說，當(dāng)從ECU40將諸如脈沖寬度(脈沖持續(xù)時間)對應(yīng)于第二驅(qū)動繼電器25的通電持續(xù)時間(開啟時期)的脈沖電流之類的電信號發(fā)送至第二驅(qū)動繼電器25 時，第二驅(qū)動繼電器25開啟，從而基于電池12的電池電壓而使馬達11通電。在脈沖電流的斷開時期期間，斷開第二驅(qū)動繼電器25，從而馬達11斷電。馬達11 的占空度表示為脈沖電流的開啟時期(脈沖寬度)與其重復(fù)間隔(開啟和斷開時期的總和)之間的比率。即，E⑶40可調(diào)節(jié)脈沖電流的開啟時期(脈沖寬度)以調(diào)節(jié)馬達11的占空度，從而控制馬達11的旋轉(zhuǎn)速度，即，小齒輪14的旋轉(zhuǎn)速度。ECU40被編程為除了主發(fā)動機控制之外，還執(zhí)行發(fā)動機自動停止控制和發(fā)動機重起控制。具體來說，就發(fā)動機自動停止控制而言，ECU40基于從傳感器輸出的信號反復(fù)地確
9定是否滿足預(yù)定發(fā)動機自動停止條件中的至少一種，換言之，是否出現(xiàn)發(fā)動機自動停止請求(怠速減少請求)。一旦確定沒有預(yù)定發(fā)動機自動停止條件被滿足，ECU40就退出發(fā)動機自動停止控制。否則，一旦確定滿足預(yù)定發(fā)動機自動停止條件中的至少一種，S卩，出現(xiàn)自動停止請求，ECU40就執(zhí)行發(fā)動機自動停止任務(wù)。具體來說，ECU40控制燃料噴射系統(tǒng)51從而停止將燃料供應(yīng)至各個氣缸中(切斷燃料)，和/或控制點火系統(tǒng)53從而停止點燃各個氣缸中的空氣-燃料混合物，由此停止各個氣缸中的空氣-燃料混合物的燃燒。發(fā)動機20的各個氣缸中的空氣-燃料混合物的燃燒的停止意味著發(fā)動機20的自動停止(發(fā)動機停機)。例如，根據(jù)該實施方式的ECU40切斷至各個氣缸中的燃料，從而自動停止發(fā)動機20。預(yù)定發(fā)動機自動停止條件例如包括如下條件加速踏板AP的駕駛員操作行程是零(駕駛員完全松開加速踏板AP)，從而節(jié)氣門定位于其怠速位置中；駕駛員壓下制動踏板BP ；以及發(fā)動機20的曲軸21的簡單稱為“發(fā)動機速度”的旋轉(zhuǎn)速度等于或低于預(yù)設(shè)速度 (怠速減少執(zhí)行速度)。發(fā)動機20的自動停止使得曲軸21慣性滑行，換言之，正向發(fā)動機速度下降。在發(fā)動機20的自動停止之后，E⑶40響應(yīng)于當(dāng)基于從傳感器輸出的信號而確定滿足預(yù)定發(fā)動機重起條件中的至少一種一即，出現(xiàn)發(fā)動機重起請求一時，執(zhí)行發(fā)動機重起控制。預(yù)定發(fā)動機重起條件例如包括如下條件駕駛員壓下加速踏板AP (打開節(jié)氣門)；以及制動踏板BP的駕駛員操作行程是零(駕駛員完全松開制動踏板BP)。具體來說，當(dāng)在發(fā)動機20的自動停止之后、在發(fā)動機20的旋轉(zhuǎn)速度下降期間、滿足發(fā)動機重起條件中的至少一種時，ECU40被編程為驅(qū)動起動器10，以在不等待曲軸21的旋轉(zhuǎn)的停止的情況下啟動發(fā)動機20。例如，ECU40被編程為當(dāng)發(fā)動機20的在滿足發(fā)動機重起條件中的至少一種時的旋轉(zhuǎn)速度的值相對較低、例如接近或約為100RPM(轉(zhuǎn)/分)時，執(zhí)行“馬達后驅(qū)動模式(小齒輪后旋轉(zhuǎn)模式)”。在小齒輪后旋轉(zhuǎn)模式中，ECU40驅(qū)動螺線管18以使小齒輪40移位至環(huán)形齒輪22，從而使小齒輪14與環(huán)形齒輪22接合，并在此后，使馬達11通電以使小齒輪14 與環(huán)形齒輪22 —起旋轉(zhuǎn)，由此啟動發(fā)動機20。圖2是用于描述ECU40在小齒輪后旋轉(zhuǎn)模式中的操作的正時圖。圖2示意性地示出了在發(fā)動機20的自動停止之后、在發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度下降期間、發(fā)動機速度的變化。就發(fā)動機速度下降期間的起動器控制而言，ECU40基本上僅當(dāng)滿足發(fā)動機重起條件的正時允許小齒輪14與環(huán)形齒輪22之間的接合一更為具體地說，在發(fā)動機速度超過預(yù)設(shè)抵接允許速度Nel之前，小齒輪14的外緣抵接至環(huán)形齒輪22的外緣上_一時，才執(zhí)行小齒輪后旋轉(zhuǎn)控制。抵接允許速度Nel是發(fā)動機速度的范圍的上限，在該發(fā)動機速度的范圍內(nèi)，允許小齒輪14的外緣抵接至環(huán)形齒輪22的外緣上。在該第一實施方式中，抵接允許速度Nel被設(shè)定為100RPM或約為1OORPM。在發(fā)動機速度下降期間，ECU40在目前時刻預(yù)測發(fā)動機速度Ne的未來值，并且基于發(fā)動機速度的未來下降軌跡的預(yù)測數(shù)據(jù)計算發(fā)動機速度Ne達到抵接允許速度Nel的正時ta。然后，ECU40確定比正時ta早抵接所需時間Tp的后旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)點tb ；抵接所需時間 Tp是自小齒輪14向環(huán)形齒輪22開始移位起，使小齒輪14的外緣已與環(huán)形齒輪22的外緣相抵接所需要的時間。由此，ECU40僅當(dāng)在后旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)點tb后滿足發(fā)動機重起條件時，才執(zhí)行小齒輪后旋轉(zhuǎn)控制。注意，小齒輪14的外緣與環(huán)形齒輪22的外緣相抵接這一事實意指小齒輪14中的至少一個齒輪不與環(huán)形齒輪22的齒隙接合，而是與環(huán)形齒輪22的齒相抵接。在這種情況下，使小齒輪14旋轉(zhuǎn)過一角度，該角度對應(yīng)于小齒輪14中的至少一個齒輪與環(huán)形齒輪22 的齒隙之間的偏移量；該齒隙在小齒輪14的旋轉(zhuǎn)方向上最接近于小齒輪14中的至少一個齒。在小齒輪14完成旋轉(zhuǎn)過對應(yīng)于偏移量的角度時，小齒輪14的因螺線管18而產(chǎn)生的、 向環(huán)形齒輪22的移位力允許小齒輪14中的至少一個齒與環(huán)形齒輪22的齒隙接合，從而使小齒輪14與環(huán)形齒輪22完全接合。在第一實施方式中，抵接所需時間Tp對應(yīng)于“接合所需時間”。在第一實施方式中，ECU40使用發(fā)動機20的損失扭矩(損失能量)T、發(fā)動機速度 Ne的先前瞬時值、以及發(fā)動機20的慣量(慣性矩)作為參數(shù)，在目前時刻預(yù)測發(fā)動機速度 Ne的未來瞬時值。該預(yù)測可對發(fā)動機速度的因氣缸容積的增大和減小而導(dǎo)致的波動進行預(yù)測。具體來說，在第一實施方式中，發(fā)動機速度的因氣缸容積的增大和減小而導(dǎo)致的波動的一個周期稱為速度波動周期。由于根據(jù)第一實施方式的發(fā)動機20是四沖程四氣缸發(fā)動機、從而使發(fā)動機20在曲軸21的旋轉(zhuǎn)的每180度具有一處于做功行程的氣缸，因此速度波動周期對應(yīng)于180度的曲柄角(CAD)。例如，每次當(dāng)氣缸中的活塞位于其上止點(TDC) 處時，相對于參考位置，曲軸21的曲柄角是0度(0度曲柄角)。S卩，ECU40基于發(fā)動機速度在先前速度波動周期期間的瞬時值來預(yù)測發(fā)動機速度在先前速度波動周期后的速度波動周期期間的瞬時值。圖3是用于描述一種預(yù)測發(fā)動機速度的未來瞬時值的方法的視圖。注意，在圖 3中，S[i]是表示曲軸22的從氣缸的當(dāng)前TDC至氣缸的下一 TDC的旋轉(zhuǎn)的180度曲柄角 (CAD)的目前時期的參數(shù)。此外，曲軸21的當(dāng)前曲柄角是當(dāng)前TDC過30CAD，S卩，30ATDC。在發(fā)動機速度在發(fā)動機20的自動停止(燃料切斷)之后的下降期間，每當(dāng)將一個曲軸脈沖(NE信號)從曲柄角傳感器31當(dāng)前地輸入至E⑶40時，E⑶40就根據(jù)下列等式 (1)計算曲軸21的角速度ω作為發(fā)動機20的瞬時值cc{rad / sec]=——(1)
360 χ 伊式中，tp表示NE信號的脈沖間隔[秒(sec)]。具體來說，在第一實施方式中，在發(fā)動機速度下降期間曲軸21每旋轉(zhuǎn)30CAD， E⑶40就運算曲軸21的角速度ω的值?；谠谇耙?180CAD時期S[i_l]內(nèi)、在角度θ nCAD處的角速度ω [ θ n，i_l]相對于前一 TDC的改變，E⑶40根據(jù)下列等式( 為每個角度θ n計算在前一 180CAD時期S[i_l] 內(nèi)從 θ n+1CAD 至 θ nCAD 的損失扭矩 T[ θ η- θ η+1，i-1]Τ[ θη-θη+1，i-1] = -J · (ω [ θη+1， -1]2-ω [ θ η, i-1]2)/2(2)
式中，J表示發(fā)動機20的慣量(慣性矩)。慣量J是在先基于發(fā)動機20的設(shè)計數(shù)據(jù)計算的，并且已被存儲在ECU40的存儲介質(zhì)40中。注意，損失扭矩T(損失能量)意指曲軸21的旋轉(zhuǎn)動能從由ECU40計算的角速度 ω的值至由ECU40計算的角速度ω的下一個值的改變(減少)。即，損失扭矩Τ(損失能量Ε)意指在發(fā)動機20在發(fā)動機20的自動停止之后的慣性滑行期間，發(fā)動機20的扭矩(能量)損失。損失扭矩T (損失能量)包括例如發(fā)動機20的泵送損失扭矩(能量)和摩擦損失扭矩(能量)，以及變速箱和經(jīng)由皮帶等聯(lián)接于曲軸21的交流發(fā)電機和/或壓縮機的液壓損失扭矩(能量)。接下來，E⑶40根據(jù)等式(1)計算角速度ω的當(dāng)前值ω [30，i]，并且使用角速度 ω的當(dāng)前值ω [30，i]和前一值ω
、根據(jù)等式(2)計算損失扭矩T的值T W_30，i]。此后，為了計算在當(dāng)前180CAD時期S[i]內(nèi)、在下一曲軸脈沖的上升正時一即， 當(dāng)前TDC過60CAD-—時的角速度ω的預(yù)測值，E⑶40在前一 180CAD時期S[i_l]內(nèi)的損失扭矩T的值Τ[ θ η- θ η+1，i-1]中提取損失扭矩T的值T[30-60，i-1]。然后，ECU40基于損失扭矩T的提取值T [30-60，i-Ι]和角速度ω的當(dāng)前值ω [30，i]、根據(jù)下列等式(3)計算角速度ω的預(yù)測值ω’ [60, i]
ryα)'2 [60,/] = ω2 [30, ] — -Γ[30-60,/-1] (3)
J此外，基于角速度ω的預(yù)測值ω’ [60, i]，E⑶20根據(jù)下列等式[4]計算到達時刻的預(yù)測值t [30-60，i]，在該到達時刻，曲軸22將相對于30CAD到達60CAD
權(quán)利要求
1.一種用于使用起動器來啟動自動停止的內(nèi)燃發(fā)動機的系統(tǒng)，所述內(nèi)燃發(fā)動機具有輸出軸，所述輸出軸聯(lián)接有環(huán)形齒輪，所述起動器包括小齒輪和馬達，所述小齒輪能夠移位至所述環(huán)形齒輪并能夠與所述環(huán)形齒輪接合，而所述馬達在被通電時旋轉(zhuǎn)所述小齒輪，所述系統(tǒng)包括預(yù)測器，所述預(yù)測器預(yù)測所述輸出軸沿正向旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)速度因所述內(nèi)燃發(fā)動機的自動停止而下降期間的所述輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度的至少一個未來值；接合單元，所述接合單元響應(yīng)于在所述輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度因所述內(nèi)燃發(fā)動機的自動停止而下降期間發(fā)動機重起條件被滿足的時刻，將所述小齒輪移位至所述環(huán)形齒輪，以便將所述小齒輪與所述環(huán)形齒輪接合；接合確定器，所述接合確定器基于由所述預(yù)測器預(yù)測的所述輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度的至少一個未來值，確定所述小齒輪與所述環(huán)形齒輪是否將會在所述輸出軸的反向旋轉(zhuǎn)期間變換至所述小齒輪與所述環(huán)形齒輪之間的接合狀態(tài)；以及控制器，所述控制器基于由所述接合確定器確定的確定結(jié)果來控制用以通過所述接合單元將所述小齒輪向所述環(huán)形齒輪移位的開始正時和用以使所述馬達通電的開始正時中的至少一個。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，在所述輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度達到大致零之后，所述內(nèi)燃發(fā)動機的輸出軸在首次反轉(zhuǎn)時期期間首次沿反向旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，然后沿正向旋轉(zhuǎn)方向和反向旋轉(zhuǎn)方向交替旋轉(zhuǎn)，并且所述控制器被構(gòu)造成，當(dāng)確定所述小齒輪與所述環(huán)形齒輪將會在所述輸出軸的反向旋轉(zhuǎn)期間變換至所述小齒輪與所述環(huán)形齒輪之間的接合狀態(tài)時， 只要所述輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度已超過所述首次反轉(zhuǎn)時期期間的負峰值，就開始對所述馬達進行通電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括計算器，所述計算器基于由所述預(yù)測器預(yù)測的所述輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度的至少一個未來值，計算所述輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度為零和接近零的值中的至少一個的正時，其中，所述接合確定器被構(gòu)造成，基于計算出的所述正時和接合所需時間來計算確定基準(zhǔn)點，并且基于所述確定基準(zhǔn)點與發(fā)動機重起條件被滿足的正時之間的比較結(jié)果來確定所述小齒輪與所述環(huán)形齒輪是否將會在所述輸出軸的反向旋轉(zhuǎn)期間變換至所述小齒輪與所述環(huán)形齒輪之間的接合狀態(tài)，所述接合所需時間是從用以將所述小齒輪向所述環(huán)形齒輪移位的開始正時起至將所述小齒輪與所述環(huán)形齒輪變換至所述小齒輪與所述環(huán)形齒輪之間的接合狀態(tài)所用的時間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，在所述輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度達到大致零之后，所述內(nèi)燃發(fā)動機的輸出軸在首次反轉(zhuǎn)時期期間首次沿反向旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，然后沿正向旋轉(zhuǎn)方向和反向旋轉(zhuǎn)方向交替旋轉(zhuǎn)，并且所述控制器被構(gòu)造成當(dāng)確定所述小齒輪與所述環(huán)形齒輪將會在所述輸出軸的正向旋轉(zhuǎn)期間變換至所述小齒輪與所述環(huán)形齒輪之間的接合狀態(tài)時，在自用以將所述小齒輪向所述環(huán)形齒輪移位的開始正時起經(jīng)歷了接合所需時間之后，開始對所述馬達進行通電，所述接合所需時間是從用以將所述小齒輪向所述環(huán)形齒輪移位的開始正時起至將所述小齒輪與所述環(huán)形齒輪變換至所述小齒輪與所述環(huán)形齒輪之間的接合狀態(tài)所用的時間；當(dāng)確定所述小齒輪與所述環(huán)形齒輪將會在所述輸出軸的反向旋轉(zhuǎn)期間變換至所述小齒輪與所述環(huán)形齒輪之間的接合狀態(tài)時，只要所述輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度已超過所述首次反轉(zhuǎn)時期期間的負峰值，就在自用以將所述小齒輪向所述環(huán)形齒輪移位的開始正時起經(jīng)歷了所述接合所需時間之后，開始對所述馬達進行通電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，在所述輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度達到大致零之后，所述內(nèi)燃發(fā)動機的輸出軸在首次反轉(zhuǎn)時期期間首次沿反向旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，然后沿正向旋轉(zhuǎn)方向和反向旋轉(zhuǎn)方向交替旋轉(zhuǎn)，并且所述控制器被構(gòu)造成在自用以將所述小齒輪向所述環(huán)形齒輪移位的開始正時起經(jīng)歷了接合所需時間之后， 開始對所述馬達進行通電，所述接合所需時間是從用以將所述小齒輪向所述環(huán)形齒輪移位的開始正時起至將所述小齒輪與所述環(huán)形齒輪變換至所述小齒輪與所述環(huán)形齒輪之間的接合狀態(tài)所用的時間；并且當(dāng)確定所述小齒輪與所述環(huán)形齒輪將會在所述輸出軸的反向旋轉(zhuǎn)期間變換至所述小齒輪與所述環(huán)形齒輪之間的接合狀態(tài)時，經(jīng)由所述接合單元，在下述正時處開始將所述小齒輪向所述環(huán)形齒輪移位，在該正時處，通過基于所述小齒輪向所述環(huán)形齒輪的移位而通電的所述馬達，允許所述輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度已超過所述首次反轉(zhuǎn)時期期間的負峰值。
全文摘要
本發(fā)明設(shè)計一種通過小齒輪與環(huán)形齒輪的接合來啟動內(nèi)燃發(fā)動機的系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，預(yù)測器預(yù)測曲軸沿正向旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)速度因發(fā)動機的自動停止而下降期間的曲軸的旋轉(zhuǎn)速度的至少一個未來值。接合單元響應(yīng)于在曲軸的旋轉(zhuǎn)速度的下降期間發(fā)動機重起條件被滿足的時刻，將小齒輪移位至環(huán)形齒輪，以便將小齒輪與環(huán)形齒輪接合。接合確定器基于曲軸的旋轉(zhuǎn)速度的未來值，確定小齒輪與環(huán)形齒輪是否將會在曲軸的反向旋轉(zhuǎn)期間變換至其間的接合狀態(tài)。控制器基于由接合確定器確定的確定結(jié)果來控制用以通過接合單元將小齒輪向環(huán)形齒輪移位的開始正時和用以使馬達通電的開始正時中的至少一個。
文檔編號F02N15/06GK102345548SQ20111022676
公開日2012年2月8日 申請日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者能谷英彌 申請人:株式會社電裝