專利名稱：發(fā)動機起動裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機起動裝置。
在起動裝置中，由于發(fā)動機起動時活塞的位置是不一定的，所以要可以從在將要壓縮沖程前的位置停止的狀態(tài)起動，也可以在粘性阻力等較大的冷態(tài)時確實地起動，因此就要考慮提高電動機的輸出功率，這樣就存在電動機大型化的問題。
為了在電動機的輸出功率即使很小時也可在上述條件下起動，作成在起動時使發(fā)動機一旦逆轉之后就進行正轉驅動的擺動式起動裝置就可以。此種情況下由于逆轉至膨脹沖程為止，所以可以確保向正轉方向的較大的助推區(qū)間、利用壓縮壓力的反力，因此即使是低輸出型電動機，也可以獲得越過轉動動力輸出軸時的壓縮沖程時充分的旋轉速度。
上述擺動式起動裝置為了以小型的電動機進行確實的起動，先行于反轉驅動，通常必須使曲軸停止于對著膨脹沖程的反轉方向上能夠確保較大的助推區(qū)間的位置上，例如壓縮沖程內或與其較近的吸氣沖程位置等上。不然，當低溫等發(fā)動機負荷較重(粘性阻力大)的情況下，恐怕在快要到達膨脹沖程前就停止，要是常溫下是能夠逆行到膨脹沖程的壓縮上升途中的規(guī)定位置的。反之，由于高溫等發(fā)動機負荷較輕時，有可能在越過膨脹沖程的上止點之前就反轉。
然而，雖然發(fā)動機停止狀態(tài)的曲軸角度(活塞位置)是大致可以進行推斷的，但也不能說總是相同，當設定將誤差考慮進去的反轉驅動量時，通常不能有充足的助推區(qū)間，無法盡可能地將電動機的額定輸出功率變小。為了得知活塞位置要考慮設置編碼器等，就會產生加大裝置成本的問題。
本發(fā)明的第二目的是，提供確實并以最小的電力消耗得以起動發(fā)動機的起動裝置。
本發(fā)明的第三目的是，提供將在這樣的起動裝置中使用的曲軸角度位置傳感器簡便化，得以實現裝置成本的極小化的起動裝置。
本發(fā)明的第四目的是，提供適合采用頻繁進行再起動所需的怠速停止構造的起動裝置。
本發(fā)明的第五目的是，提供適于采用兼做發(fā)電機的電動機的起動裝置。
為了實現上述目的，本發(fā)明提供一種發(fā)動機起動裝置，所述發(fā)動機起動裝置通過與將被起動的發(fā)動機的曲軸相連接的電動機，將曲軸向反方向驅動之后，最終向正轉方向轉動動力輸出軸，其特征在于，設有與曲軸連接的電動機；用以檢測曲軸的角度位置的傳感器；和根據所述傳感器的輸出信號控制向所述電動機進行通電的控制器；所述控制器至少適合在規(guī)定的條件下，先行于所述反向驅動、向所述電動機進行正轉方向的通電。
這樣，在預先正轉驅動曲軸移動到壓縮沖程內位置的狀態(tài)下，暫且使曲軸停止，利用壓縮壓力的反力，以充分的起始距離向反向驅動后，可以最終向正轉方向轉動動力輸出軸，可以實現確實的起動。特別是如果以斷續(xù)驅動或間歇驅動的較小扭矩進行預備正轉方向的驅動時，則即使在由于等待信號等將怠速停止的情況(怠速停止)下，或者象再乘車時起動的情況那樣，發(fā)動機足夠熱、摩擦損失較小的情況下，也由于旋轉速度變得過高而越過上止點或者由于被壓縮到上止點前產生較大的壓縮反力，所以在反向時被較大彈回，從而能夠防止其后的起動開始位置從最佳位置較大偏離。
由于，將從所述正轉方向的間歇的通電向所述反向驅動切換的曲軸角度位置，以在切斷正轉方向的間歇的通電時對于通電時驅動方向被頂回超過規(guī)定的返回方向旋轉角度作為檢測規(guī)定的次數的位置；以或者，在接通正轉方向的間歇的通電時僅向正轉方向旋轉小于規(guī)定的旋轉角度作為檢測規(guī)定的次數的位置，所以，能夠簡單并且低成本地確定向反向驅動進行切換的曲軸角度位置。
如果曲軸角度位置傳感器可以提供必要的角度信息，那么，也可預先決定應從所述正轉方向的間歇的通電切換到所述反向驅動的曲軸角度位置，當所述曲軸角度位置傳感器的輸出檢測出已到達該角度時，將所述電動機切換到所述反向驅動。
在不進行所述正轉方向的間歇的通電時，與進行預備的正轉方向的驅動的情況相同，向膨脹沖程逆行，為了避免越過上止點或由于膨脹沖程的壓縮反力而被頂回，可以間歇地進行所述反向驅動。
如果進一步設置檢測電瓶電壓和發(fā)動機溫度中至少任一方的傳感器，僅在該傳感器的輸出信號顯示電瓶電壓及發(fā)動機溫度中至少任一方比規(guī)定的下限值低時，進行所述正轉方向的間歇的通電；那么，僅在電瓶電壓降低時或發(fā)動機溫度較低的情況下，使曲軸一度正轉后再進行反轉，從而避免由于向膨脹沖程逆行時的壓縮反力被頂回，根椐情況可以迅速并且使電力消耗達到最小化地進行起動。
特別是象怠速停止或再乘車時的起動等那樣在暖機時再起動時，由于摩擦小，容易被壓縮反力頂回，所以只通過正轉方向的間歇的通電，有時無法使所述曲軸角度位置到達規(guī)定的壓縮沖程內位置，此種情況下可以反復進行正轉方向的間歇的通電。為了使曲軸角度位置有效地到達規(guī)定的壓縮沖程內位置，當反復進行正轉方向的間歇的通電時，可以逐漸降低通電的占空比。
為了不采用價格昂貴的編碼器等而獲得必要的角度信息，所述曲軸角度位置傳感器設有提供所述曲軸的絕對角度位置的絕對位置傳感器、和以更高的析像度檢測所述曲軸的角度變化的相對位置傳感器，并且通過將兩傳感器進行組合，以更高的析像度可以求得所述曲軸的絕對角度位置。例如可以是所述絕對位置傳感器包括點火定時傳感器，所述電動機由無刷電機構成，所述相對位置傳感器包括所述無刷電機的換向信號傳感器。
此種情況下，判定從所述反向驅動向最終的正轉方向的起動過渡的所述曲軸的角度位置，可以以所述發(fā)動機的排氣沖程中所述點火定時傳感器產生的輸出為基準，根椐所述相對位置傳感器的輸出進行。這樣，由于可以以高析像度得到曲軸的絕對角度位置，所以，曲軸的絕對角度位置不只用于起動控制，亦可用于點火控制或電子燃料噴射控制中。
點火定時傳感器，通常在壓縮沖程及排氣沖程這兩個沖程產生輸出信號，因此，為了知道曲軸的絕對角度位置，將這些確實加以區(qū)別非常重要?；谶@一考慮，可以在所述預備的正轉方向的間歇的通電之后進行所述反轉驅動后的規(guī)定角度內，使所述點火定時傳感器進行的檢測無效。
像無刷電機的換向信號傳感器那樣，如果所述相對位置傳感器可以檢測旋轉方向，那么根椐檢測出的旋轉方向和所述點火定時傳感器的檢測結果，識別在所述發(fā)動機的排氣沖程中所述點火定時傳感器產生的輸出，以成為最終向正轉方向的起動過渡的基準?；蛘?，根椐檢測出的旋轉方向的反向時刻，識別在所述發(fā)動機的排氣沖程中所述點火定時傳感器產生的輸出，以成為最終向正轉方向的起動過渡的基準。
圖2是是適用本發(fā)明的發(fā)動機起動裝置的關鍵部分縱斷截面圖。
圖3是沿著圖2的箭頭III-III線觀察的局部剖開的關鍵部分端面圖。
圖4是適用本發(fā)明的發(fā)動機起動裝置的電路構成簡圖。
圖5是表示適用本發(fā)明的電動機(無刷電機)的換向信號的時間圖。
圖6是表示本發(fā)明的控制流程的流程圖。
圖7是表示不進行本發(fā)明適用的四沖程發(fā)動機的預備正轉驅動的情況下沖程變化的說明圖。
圖8是對應圖7的控制順序的說明圖。
圖9是對應圖7的控制順序的時間圖。


圖10是表示進行本發(fā)明適用的四沖程發(fā)動機的預備正轉驅動的情況下沖程變化的說明圖。
圖11是對應圖10的控制順序的說明圖。
圖12是對應圖10的控制順序的時間圖。
圖13是用以說明在進行本發(fā)明適用的四沖程發(fā)動機的預備正轉驅動時，避免點火定時傳感器輸出誤認的結構的沖程變化說明圖。
圖14是對應圖13的控制順序的說明圖。
圖15是對應圖13的控制順序的時間圖。
圖16～18是用以說明在進行本發(fā)明適用的四沖程發(fā)動機的預備正轉驅動時，避免點火定時傳感器輸出誤認的其它結構的時間圖。
圖19是用以說明在進行本發(fā)明適用的四沖程發(fā)動機的預備正轉驅動時，避免點火定時傳感器輸出誤認的其它結構的時間圖。
圖20是用以進一步說明在進行本發(fā)明適用的四沖程發(fā)動機的預備正轉驅動時，避免點火定時傳感器輸出誤認的其它結構的時間圖。
圖21是用以進一步說明在進行本發(fā)明適用的四沖程發(fā)動機的預備正轉驅動時，避免點火定時傳感器的輸出誤認的其它結構的時間圖。
參照圖2及圖3如下所示介紹本發(fā)電機1的構造。如圖所示，電動機1被同軸固定在發(fā)動機ENG的曲軸2上，設有兼作飛輪的扁平的有底圓筒形狀的外轉子3，在外轉子3的圓筒部的內圓周面上固定安裝所定數量的圓弧狀的磁體4，使N·S極在圓周方向上交互配置。
電動機1為了進一步與外轉子3協(xié)同動作，設有同軸配置的內定子5。內定子5設有與磁體4的磁極對置地位于外轉子3的周壁的內側并且與相對曲軸2呈放射狀設置的磁體4同數的定子鐵心7，以及回卷在各定子鐵心上的定子線圈6，通過固定螺栓11被螺絲固設在發(fā)動機ENG的端面上。各定子線圈6如圖4所示，與由電機驅動器14內的例如FET構成的各驅動元件連接，所述電機驅動器14是根據來自控制器ECU內的CPU的電動機控制信號來驅動電動機1的。而且，本ACG起動裝置是三相無刷電機結構，在電機驅動器14上，在U·V·W相每相上各設置二個垂直驅動用FET，將各成對的垂直FET的中間部與各定子線圈6連接。
在外轉子3的周壁部的外圓周面上，固定安裝著由磁性體構成的磁阻(リラクタ)8。將脈沖發(fā)生器(磁檢測線圈)9經其支架10借助安裝螺栓12固定設置在發(fā)動機ENG的端面上，以靠近外轉子3的周壁部的外圓周面上。脈沖發(fā)生器9借助檢測通過磁阻8時的磁變化，與磁阻8協(xié)同發(fā)揮作用構成點火定時傳感器。在電動機1的內定子5的內部配設三個構成換向位置傳感器的霍爾元件13。在外轉子3上，于向發(fā)動機主體側突出的轂部的突出端部的外圓周面上安裝作為被檢測體的圓環(huán)狀的傳感器磁體15。上述各霍爾元件13為了檢測傳感器磁體15的磁極位置變化，通過定位用殼體被固定設置在內定子5的適當位置。霍爾元件13如圖3所示，對應U·V·W相，在圓周方向上以規(guī)定的等角度間距，配設三個。
如圖1及圖4所示，控制器ECU監(jiān)視發(fā)動機溫度TE或電瓶電壓BT。根據這些檢測值，例如根據預先在ROM上存儲的圖表數據，通過改變控制，就可進行有效且適宜的預備動作。該發(fā)動機溫度TE，只要給出發(fā)動機任一部分的溫度指標即可，比如水冷發(fā)動機的冷卻水溫度；發(fā)動機室內的溫度；電動機(發(fā)電機)1的溫度；裝載于發(fā)動機室內時的控制器ECU的溫度等。
如此結構的本起動裝置的起動要領如下所示。本實施例中，由于采用三相無刷電機，如圖5所示配置霍爾元件13以檢測U· V· W相的上升(L→H)/下降(H→L)的時刻，并將這些相的狀態(tài)進行組合，從而可以根據來自霍爾元件13的換向位置信號以10度為單位判定旋轉角度的變化。此時，由于組合數為六，所以每60度就反復進行同一組合，雖然其自身無法判定，但可以檢測相對角度變化的絕對角度。
由于該發(fā)動機是四沖程發(fā)動機，所以，如圖7所示，在曲軸旋轉2圈即旋轉720度的過程期間，進行壓縮、膨脹、排氣及吸氣各沖程。脈沖發(fā)生器9在壓縮·膨脹行程間的上止點稍前的位置(θ1)以及排氣·吸氣行程間的上止點的稍前位置(θ2)，即與θ1分離360度的位置上檢測磁阻8的通過。這里，稱θ1為點火定時基準位置，稱θ2為角度計算基準位置。此時，由于磁阻8具有規(guī)定的寬度，所以脈沖發(fā)生器9隨著磁阻8的前緣及后緣的通過，分別產生相互相反的極性，從而產生與磁阻8的位置對應的信號。這里，脈沖發(fā)生器9可以判定磁阻8的絕對角度位置，而其自身只能檢測360度中的一點，因此無法區(qū)別是壓縮沖程還是排氣沖程。
在發(fā)動機ENG停止狀態(tài)中，曲軸雖然被假設處于排氣或吸氣沖程，但是通常的位置無法進行特定。因此，由于在最終的正轉起動動作之前，逆轉驅動曲軸，所以，要適當地進行發(fā)動機的起動時(擺動式起動動作)，無法判定應將曲軸反轉驅動多大程度。也就是說，根椐起動時曲軸的位置，即使進行反轉驅動，也會考慮到借助將膨脹沖程逆行時的壓縮阻力，曲軸不能充分反轉，不能進行與充分的起始距離即充分的擺式作用同步的最終的正轉驅動，而相反，從膨脹沖程的上側超過上止點。于是，在本實施例中，先行于擺動式起動動作，根椐需要，在不超過壓縮·膨脹沖程的上止點的范圍內，正轉驅動(預備正轉驅動)曲軸，在確保相對反轉驅動的充分的助推距離的基礎上，進行擺動式起動動作。
另外，怠速停止后的再起動等，發(fā)動機在暖機狀態(tài)進行起動的情況下，由于摩擦損失少，不需要預備正轉驅動。而且，即使不進行預備正轉驅動，也必需考慮到由于反轉驅動過度而從膨脹沖程一側向上止點逆行的問題。
本起動裝置，首先在接通點火開關IG時進行規(guī)定的預備動作，然后在接通起動開關ST進行起動。起動可以是單純的正轉驅動或也可以由反轉·正轉驅動構成的擺動式起動。而且，該動作是在操作者接通點火開關IG后，接通起動開關ST的一系列動作期間，自動進行的。
如圖6所示，在第一步ST1中判斷電瓶電壓BT是否比規(guī)定的下限值BTL低，當高于時進入第二步ST2，再判斷發(fā)動機溫度TE是否比規(guī)定的下限值TEL低，當高于時進入第三步ST3。
在第三步ST3中，判斷不需要進行預備正轉驅動，從而，作為接通起動開關ST前的預備反轉驅動，如圖7及圖8的箭頭A所示，向反轉方向進行間歇驅動。如圖9所示，間歇驅動時的通電接通時間t1是例如50ms程度，通電切斷時間t2也可以相同。間歇地進行驅動時由于，在電瓶電壓較高，或怠速停止后的再起動等，發(fā)動機處于暖機狀態(tài)下進行起動時，由于摩擦損失少，所以反轉驅動過度，從膨脹沖程一側不會向上止點逆行。因此，象這樣，通過想對策使反轉驅動不過度進行，如果從膨脹沖程一側不可能向上止點逆行，那么反轉驅動也可不是間歇的而是連續(xù)的。
在第四步ST4中，如圖7及8所示，判斷是否到達了設置于膨脹沖程中間位置θe。判斷是否到達壓縮開始位置θe是利用向膨脹沖程逆行壓縮壓增大，借助該壓縮壓產生反力而進行的。也就是說，根椐霍爾元件13的換向位置信號，可以超過規(guī)定次數(一次或多次)檢測通電切斷時向正轉方向頂回超過規(guī)定旋轉角度(例如20度)的情況，或者超過規(guī)定次數檢測(一次或多次)通電接通時向反轉方向只旋轉規(guī)定旋轉角度(例如20度)的情況。然而，如果過去的控制動作的結果、曲軸的絕對角度位置包括沖程的區(qū)別是已知的或者角度傳感器可以提供這樣的情報，那么，也可檢測曲軸角度位置實際上到達壓縮開始位置θe，并停止反轉驅動。
在第四步ST4中，當判斷出到達壓縮開始位置θe時，進入第五步ST5。在第五步ST5中，在上述第四步ST4中作為壓縮開始位置檢測出的位置不能作為正確的位置，因此將該位置作為臨時的壓縮開始位置θe進行設定，進入第六步ST6。
在第六步ST6中進行最終的正轉驅動。并且，當檢測出壓縮開始位置θe時，如圖7及圖8所示，于在膨脹沖程內位置停止的狀態(tài)下待機，接通起動開關ST，向電動機連續(xù)通電進行起動，如圖7及圖8的箭頭B所示，以從該待機位置向正轉方向驅動的方式向電動機1連續(xù)通電而起動。如此進行起動時，確保了從膨脹沖程內位置到壓縮沖程的充分的助推區(qū)間，由于可以利用壓縮壓力的反力，可以得到能夠越過壓縮沖程的上止點要求的旋轉速度的提高。在此正轉時，如圖7及圖8所示，如果在排氣沖程通過時作為脈沖發(fā)生器輸出信號檢測磁阻8的通過，則將該檢測位置作為角度計算基準位置θ2，代替上述臨時的壓縮開始位置θe，成為正規(guī)的角度位置的基準。該角度位置作為得知絕對角度的基準，可以用于起動、點火或燃料噴射等定時控制中。
本實施例中，根椐第一步ST1及第二步ST2中電瓶電壓BT與發(fā)動機溫度TE來判斷不需要預備正轉驅動進行最終的正轉起動時旋轉速度能夠充分提高的條件?？梢耘袛嘣陔娖侩妷築T比下限值BTL低時，電動機1的驅動扭矩低，在發(fā)動機溫度TE比下限值TEL低時，由于較大的粘性阻力，摩擦損失大，這是因為任何時候，如果不進行預備的正轉驅動，就無法保證最終的正轉轉動動力輸出軸要求的旋轉速度的充分提高。在這些情況下，進入第七步ST7。
在第七步ST7中，與上述第三步ST3相反，如圖10及11的箭頭C所示，進行預備正轉驅動即正轉方向間歇驅動。此時，為了不從壓縮沖程一側越過上止點，并且，如果想對策使曲軸位置現行于反轉驅動時移動到壓縮沖程內位置，也就可以不是間歇地而是連續(xù)地進行預備正轉驅動。在接下來的第八步ST8中，如圖10及11所示，與上述第四步ST4一樣判別是否到達了壓縮沖程的壓縮開始位置θp。也就是說，根椐霍爾元件13的換向位置信號，可以超過規(guī)定次數(一次或多次)檢測通電切斷時向反轉方向頂回超過規(guī)定旋轉角度(例如20度)的情況，或者超過規(guī)定次數(一次或多次)檢測通電接通時向反轉方向只旋轉規(guī)定旋轉角度(例如20度)的情況。如果判斷到達了壓縮開始位置θp，就進入第九步ST9，在第九步ST9中，與上述第五步ST5一樣，將該位置作為臨時的壓縮開始位置θp進行設定，進入第十步ST10。此種情況如果過去的控制動作的結果、曲軸的絕對角度位置包括沖程的區(qū)別也是已知的或者角度傳感器可以提供這樣的信息，那么，也可檢測曲軸角度位置實際上到達壓縮開始位置θp，將正轉驅動停止。
在第十步ST10中，進行擺動式起動控制。而且，在檢測出壓縮開始位置θp時，如圖10及圖11所示，在停止于壓縮沖程內位置的狀態(tài)下待機，如圖10及圖11的箭頭D所示，通過將起動開關ST接通向電動機1連續(xù)通電(參照圖12)，以從該待機位置進行反轉驅動。進行該反轉時，如圖10及圖11所示將排氣沖程通過時磁阻8的通過作為脈沖發(fā)生器輸出信號進行檢測，將該檢測位置作為角度計算基準位置θ2，代替上述臨時的壓縮開始位置θp成為正規(guī)的角度位置的基準。該角度位置作為已得知絕對角度后的基準，可以用于起動、點火或燃料噴射等定時控制中。
將角度計算基準位置θ2作為基準可以求出向膨脹沖程逆行時正規(guī)的壓縮開始位置θe，如果到達該壓縮開始位置θe，則與上述一樣，停止向電動機1進行通電，使之以慣性向膨脹沖程逆行。如果在膨脹沖程的中途(θ4)停止進行反向，就向電動機1進行連續(xù)通電以向正轉方向(圖9及圖11的箭頭E)進行驅動而起動。這樣，曲軸的慣力與向膨脹沖程逆行產生的壓縮力取得平衡，由于曲軸停止進行反向時才進行正轉驅動，所以與反轉驅動后立即進行正轉驅動時相比，可以節(jié)約電力消耗。
這樣，即使在由于低溫導致粘性阻力增加，摩擦損失變大的情況下，也因為一旦使之向正轉方向旋轉到壓縮沖程之后再使之進行反轉而延長了助推區(qū)間，并且為了進行反轉驅動連續(xù)通電，從而可以充分地提高向膨脹沖程逆行時的旋轉速度。加之，由于向膨脹沖程逆行時壓縮壓的升高引起壓縮反力而產生回推活塞的力，同時，可以提高因向正轉方向的充分的助推區(qū)間需要的旋轉速度的升高。因此，由于在正轉時的壓縮沖程得以產生能夠容易地越過其上止點的扭矩，所以即使在摩擦損失較大的情況下也可以用額定輸出功率較小的電動機1使之起動。
例如由于通過信號等待等，在停止怠速時，接通點火開關IG就直接作為絕對值存儲角度位置信息，所以象這樣怠速停止時的再起動控制可以根據被存儲的角度計算基準位置θ2進行。亦可將其用于起動時或通常情況下的點火控制或電子燃料噴射控制。
此時，角度位置在根椐角度計算基準位置θ2求出時，可以作為正規(guī)的絕對角度位置使用。與此相對，在根椐壓縮回彈中曲軸2的旋轉速度變化求出時，作為臨時的絕對值使用，由于沒有較大的差異，因此，求出利用使起動時的例如膨脹沖程逆行而得到的壓縮反力進行起動時的最佳反向位置，或用于起動時的點火控制或電子燃料噴射控制中，沒有任何問題。
當上述預備動作完成時或怠速停止的發(fā)動機停止時或發(fā)動機停止時，有時停止在從壓縮開始位置θe(θp)偏離超過規(guī)定的背離旋轉角度(例如20度)的地方。此時，根椐本發(fā)明要再次進行預備動作。從而，即使進行正轉/反向的任一起動控制，也可以進行保證了充足的助推區(qū)間的最佳的再起動。
由于考慮到停止在從壓縮開始位置θe(θp)偏離較大的地方的時候是由于膨脹或壓縮沖程的壓縮反力產生的回彈很大的時候，所以在進行上述的再次預備動作時，可以將通電接通時間設定為比其前面進行預備動作時的通電接通時間t1短。從而可以將上述回彈減小，使之停止在膨脹或壓縮沖程附近。
而且，可以根據電瓶電壓BT·發(fā)動機溫度TE中的至少任一方，使預備動作時的通電接通時間t1和通電切斷時間t2的各長短產生變化。例如在電瓶電壓較低或發(fā)動機低溫時，可以增加通電接通時間t1，同時進一步較少通電切斷時間t2，反之，在電瓶電壓高或發(fā)動機高溫時，可以縮短通電接通時間t1，同時進一步增加通電切斷時間t2。從而能夠進行適應發(fā)動機起動環(huán)境的變化的最佳的起動控制。
而且，在預備動作時進行壓縮開始位置的檢測后，在似乎沒有從該壓縮開始位置停在規(guī)定角度(例如20度)以內的情況下，在規(guī)定角度的檢測進行之后，將電機驅動電路14的較低一側的FET的全部變?yōu)榻油顟B(tài)，從而進行電動機1的發(fā)電(再生)制動，可以使曲軸2從壓縮開始位置停止在規(guī)定角度以內。因此，不再次反復進行預備動作即可完成。
接下來，介紹本發(fā)明的第二實施例。在第二實施例中，還是首先接通點火開關IG，然后接通起動開關ST進行起動。此時，如圖15所示，當上述點火開關IG被接通時，首先向正轉方向間歇地驅動電動機1，進行預備的正轉驅動。該間歇驅動時的通電接通時間t1可以是例如50ms的程度。此種情況下，為了不從壓縮沖程一側越過上止點，或者如果想對策使曲軸位置先行于反轉驅動時移動到壓縮沖程內位置，那么也可以使預備正轉驅動不是間歇地而是連續(xù)地進行。
點火開關IG在接通的狀態(tài)下，根椐無刷電機的換向位置信號計算曲軸2(外轉子3)的旋轉角度，并根椐后述的基準信號開始計算。本圖示例是將三相無刷電機用于電動機1中，并通過上述霍爾元件13，如用于剛才介紹的實施例的圖6所示，檢測各相U·V·W的上升(L→H)/下降(H→L)的時機，從而形成例如計算每10度的旋轉角度的相對角度傳感器。
該預備正轉驅動如圖13及圖14的箭頭A所示，在四沖程發(fā)動機ENG的壓縮沖程的上止點前旋轉。作為為此進行的控制，由于從上述旋轉角度的計算能夠推出旋轉速度，所以在間歇驅動時的通電切斷狀態(tài)下如果判斷旋轉速度變?yōu)橥Ｖ範顟B(tài)，則可以判斷由于活塞上升到上止點附近、油缸壓力上升、活塞借助壓縮壓停止了，在此時刻停止正轉驅動。間歇驅動在不能越過上止點(不產生超過壓縮反力的扭矩)的程度之前，是可以將曲軸2進行旋轉的程度，這是為了能夠使之旋轉到與點火定時基準位置(用于點火控制的上止點前規(guī)定角度)θ1大致一致。
并且，通過接通起動開關ST向反轉方向驅動電動機1(圖13及14的箭頭B)。此時，圖示例的四沖程發(fā)動機在排氣沖程中通過脈沖發(fā)生器9檢測磁阻8的通過(角度計算基準位置θ2)，從而產生與上述點火定時基準位置θ1相同的信號。根椐該角度計算基準位置θ2再計算旋轉角度，讀出規(guī)定的角度α，如果到達設定在膨脹沖程內的反轉驅動停止位置θ3，就停止向電動機1的反轉方向進行驅動，從平衡朝向反轉方向的慣力和通過與膨脹沖程逆行而升高的壓縮反力的正轉反向位置θ4、向正轉方向驅動電動機1(圖13及14的箭頭C)。這樣，曲軸的慣力和因與膨脹沖程逆行而產生的壓縮力平衡、曲軸停止、進行反向時(θ4)才開始進行正轉驅動，從而，與反轉驅動后立即(θ3)開始正轉驅動相比，可以節(jié)省電力消耗。
這樣，由于向膨脹沖程逆行時壓縮壓的上升帶來的壓縮反力產生回推活塞的力，同時向正轉方向施加助力，與確保充足的助推區(qū)間相互配合，可以提高旋轉速度，產生在正轉時的壓縮沖程上能夠輕易地越過其上止點的扭矩，即使以額定輸出功率較小的電動機1也可以容易地轉動動力輸出軸。
然而，在上述最初的預備正轉驅動時，不論何種原因，曲軸2向正轉方向旋轉到通過脈沖發(fā)生器9可以檢測磁阻8的初端(頂端)的位置(圖13及14的虛線D)時，在其反向之后也對該端進行檢測，所以此種情況時，如圖15的虛線所示，就會檢測出誤檢測信號G。于是，將該誤檢測信號G作為上述角度計算基準位置信號θ2進行誤識別，從而在根椐點火定時基準位置θ1讀出規(guī)定的角度α的誤識別反向位置θ5(參照圖13)上，停止反轉驅動。并且，由于在從誤識別反向位置θ5進行空轉后停止，然后如圖13的虛線的箭頭E所示進行正轉驅動，所以無法獲得助力，而且減少了該正轉驅動中的助推區(qū)間(相對上述約一半)，有可能無法達到只越過上止點的旋轉速度。
與此相對，本發(fā)明為了防止上述檢測信號G的產生，將電動機1從正轉向反轉變化后的規(guī)定角度作為將脈沖發(fā)生器9進行的信號檢測變?yōu)闊o效的掩蔽區(qū)間M。而且，掩蔽區(qū)間M的角度比脈沖發(fā)生器9檢測出的磁阻8的角度大，如果是比角度計算基準位置信號θ2產生之前的360度小某種程度的角度即可，例如可以是200度左右。
接下來參照圖16～18來介紹成為求出絕對角度的基準并用以避免脈沖發(fā)生器9對磁阻8進行誤檢測的另一個實施例。本起動裝置中的脈沖發(fā)生器9是檢測在磁阻8的始端和終端通過時產生的信號的裝置，通常動作時相對正轉方向的脈沖檢測信號如圖16所示，在通過磁阻8的始端時，產生負的第一基準脈沖P1，在磁阻8的終端通過時產生正的第二基準脈沖P2。通過將這些基準脈沖進行積分等，作為與磁阻8的位置對應的矩形波，產生脈沖輸出(脈沖發(fā)生器用磁阻)信號。并且，在以下的控制中，與基準脈沖P1·P2的正負無關。
在起動控制中的反轉時的排氣沖程中，檢測磁阻8的通過時，如圖17所示，首先產生第二基準脈沖P2，接著產生第一基準脈沖P1，產生與上述相同的脈沖輸出信號。在進行預備正轉驅動時，如果沒有到達θ1，那么可以將最初得到的第二基準脈沖P2識別為反轉時的角度計算基準位置信號θ2。
與此相對，在上述的問題點即進行最初的預備正轉驅動時將曲軸2旋轉到檢測磁阻8的始端的位置之后，從磁阻8的中途進行反向時，如圖18所示，在正轉方向時檢測第一基準脈沖P1的上升，在反向后的反轉方向時，再次檢測第一基準脈沖P1的升高。這樣，由于各基準脈沖分別在正轉時和反轉時發(fā)生，可以判別與圖17的情況不同，從而能夠防止誤檢測。并且可以通過對圖5所示的U·V·W相的出現順序進行確認判別正轉/反轉。
作為與基準脈沖產生時的旋轉方向進行比較的誤檢測防止要領的另一個變型實施例，為了從角度計算基準位置θ2僅繼續(xù)規(guī)定角度α的反轉驅動，只在反轉時計算旋轉角度即可，從而亦可在反轉時對旋轉角度的計算進行限定。因此，如圖18所示，如果第一基準脈沖P1產生時為正轉時，就可以判斷不是與計算旋轉角度的角度計算基準位置θ2對應的基準脈沖，從而可以防止誤檢測。
以下，參照圖19來介紹應當成為求出絕對角度的基準并用以避免脈沖發(fā)生器9對磁阻8進行誤檢測的另一個實施例。本實施例中，當產生兩基準脈沖P1·P2時，由于預先牽扯到U·V·W相的狀態(tài)，所以要判斷是否是正常狀態(tài)。首先，正轉時，第一基準脈沖P1產生時在T1上變?yōu)長·L·H，第二基準脈沖P2發(fā)生時在T2上變?yōu)長·H·L。相反，在檢測出此種狀態(tài)的變化時，可以判斷是正轉狀態(tài)。
與此相對，在反轉時檢測磁阻8的通過時，與上述相反，首先如圖19的虛線所示，產生第二基準脈沖P2，此時T3的U·V·W相的各狀態(tài)為L·H·L，接著如虛線所示，在第一基準脈沖P1產生時T4上變?yōu)長·L·H，這樣被檢測出來時，可以判斷在反轉時檢測出磁阻8。
并且，用圖19的反向表示的狀態(tài)，在最初的正轉時產生第一基準脈沖P1，在第二基準脈沖P2產生之前，是通過反向進行了反轉的狀態(tài)，此時，U·V·W相的各狀態(tài)在第一基準脈沖P1產生時在T1上是L·L·H，接著進行反轉時，產生第一基準脈沖P1，用虛線表示，產生時于T4上再變?yōu)長·L·H，該狀態(tài)變化與上述第二狀態(tài)(正轉/反轉狀態(tài))的任一項不符合，所以可以判別與正常的情況不同，這樣可以防止誤檢測。
然而，產生任一基準脈沖中，當U·V·W相的任何狀態(tài)變化時，出現不能判斷正常的正轉/反轉狀態(tài)的情況。例如如圖20所示，為了在第一基準脈沖P1產生中U相的狀態(tài)改變，在第二基準脈沖P2產生時V相的狀態(tài)改變，當兩基準脈沖P1·P2產生時，預先牽連U·V·W相的狀態(tài)。也就是U·V·W各相的一個沖程是各60度，與此相對，將磁阻8的寬度設定為50度。因此，U·V·W相的各狀態(tài)，在正轉時，從第一基準脈沖P1產生的時刻T1到第二基準脈沖P2產生的時刻T2的過程中，從L·L·H變?yōu)長·H·H，在反轉時，從第二基準脈沖P2產生的時刻T3到第一基準脈沖P1產生的時刻T4的過程中，從L·L·H變?yōu)镠·L·H。正轉時通過磁阻8的始端，在磁阻8的中途進行反向，磁阻8的始端下一次通過反向時，U·V·W相的各狀態(tài)從T1的L·L·H變?yōu)門4的H·L·H。因此，不能將反向狀態(tài)與反轉狀態(tài)區(qū)別。
此種情況，基準脈沖的檢測，不是當脈沖發(fā)生時即上升時進行，而是至少在一部分下降時進行，從而能夠避免這樣問題的產生。以下降時為基準時，U·V·W相的各狀態(tài)在正轉時，從T4的H·L·H變?yōu)門3的L·L·H，逆轉時，從T2的L·H·H變?yōu)門1的L·L·H。反向時從T4的H·L·H變?yōu)門1的L·L·H。因此，反向狀態(tài)與正轉狀態(tài)不能區(qū)別，但可以與逆轉狀態(tài)加以區(qū)分，逆轉時能夠不將點火定時基準位置θ1與角度計算基準位置θ2混淆。
下面參照圖21介紹應當成為求出絕對角度的基準并用以避免脈沖發(fā)生器9對磁阻8進行誤檢測的另一個實施例。本實施例，通過監(jiān)視上述U·V·W相的各狀態(tài)，判別反向狀態(tài)，U·V·W相的各狀態(tài)，如上所述每10度，將各項的任一個進行上升/下降切換，用各切換定時進行檢測，看出各狀態(tài)的變化。
本圖示例中，如圖21所示，在各檢測定時期間(10度間距)的各區(qū)間Ta～Tg上，對各相的狀態(tài)進行監(jiān)視。U·V·W相的各狀態(tài)，在曲軸正轉時，按照LHH、LLH、HLH、HLL、HHL、LHL、LHH的順序變化，在曲軸逆轉時，按照其相反的順序進行變化。正轉時通過磁阻8的始端，在磁阻8的中途進行反向，當磁阻8的始端這次反向通過時，該順序失效。例如在相當磁阻8的中途的區(qū)間Td上進行反向時，U·V·W相的各狀態(tài)按照LHH、LLH、HLH、HLL、HLH、LLH、LHH的順序進行變化，可以明了地與逆轉時區(qū)分開。此時，由于不必考慮各基準脈沖P1·P2的產生時機，基準脈沖產生的時機與換向脈沖產生(各相的變化)的時機，無論怎樣都行，所以可以實施上述誤檢測的防范。從而，不必正確地將兩者的位置關系進行組合。
本實施例表示的是四沖程發(fā)動機，然而，根椐本發(fā)明，如果在下止點一側也設置同樣的磁阻的話，也可以直接使用于二沖程發(fā)動機上。
以上雖然對于特定的實施例進行了說明，但同業(yè)者在不背離本發(fā)明技術方案的范圍中記載的本發(fā)明的概念的基礎上，可以進行各種變型或改變。
權利要求
1.一種發(fā)動機起動裝置，所述發(fā)動機起動裝置通過與將被起動的發(fā)動機的曲軸相連接的電動機，將曲軸向反方向驅動之后，最終向正轉方向轉動動力輸出軸，其特征在于，設有與曲軸連接的電動機；用以檢測曲軸的角度位置的傳感器；和根據所述傳感器的輸出信號控制向所述電動機進行通電的控制器；所述控制器至少適合在規(guī)定的條件下，先行于所述反向驅動、向所述電動機進行正轉方向的通電。
2.如權利要求1記載的發(fā)動機起動裝置，其特征在于，所述正轉方向的通電是間歇的。
3.如權利要求2記載的發(fā)動機起動裝置，其特征在于，將從所述正轉方向的間歇的通電向所述反向驅動切換的曲軸角度位置，以在切斷正轉方向的間歇的通電時對于通電時驅動方向被頂回超過規(guī)定的返回方向旋轉角度作為檢測規(guī)定的次數的位置。
4.如權利要求2記載的發(fā)動機起動裝置，其特征在于，將從所述正轉方向的間歇的通電向所述反向驅動切換的曲軸角度位置，以在接通正轉方向的間歇的通電時反向正轉方向旋轉小于規(guī)定的旋轉角度作為檢測規(guī)定的次數的位置。
5.如權利要求2記載的發(fā)動機起動裝置，其特征在于，預先決定應從所述正轉方向的間歇的通電切換到所述反向驅動的曲軸角度位置，當所述曲軸角度位置傳感器的輸出檢測出已到達該角度時，將所述電動機切換到所述反向驅動。
6.如權利要求2記載的發(fā)動機起動裝置，其特征在于，在不進行所述正轉方向的間歇的通電時，間歇地進行所述反向驅動。
7.如權利要求2記載的發(fā)動機起動裝置，其特征在于，進一步設置檢測電瓶電壓和發(fā)動機溫度中至少任一方的傳感器，僅在該傳感器的輸出信號顯示電瓶電壓及發(fā)動機溫度中至少任一方比規(guī)定的下限值低時，進行所述正轉方向的間歇的通電。
8.如權利要求2記載的發(fā)動機起動裝置，其特征在于，在所述曲軸角度位置到達規(guī)定的壓縮沖程內位置為止，反復進行所述正轉方向的間歇的通電。
9.如權利要求8記載的發(fā)動機起動裝置，其特征在于，在所述曲軸角度位置到達規(guī)定的壓縮沖程內位置為止、反復進行所述正轉方向的間歇的通電時，使通電的占空比逐漸減少。
10.如權利要求8記載的發(fā)動機起動裝置，其特征在于，在所述曲軸角度位置到達規(guī)定的壓縮沖程內位置為止、反復進行所述正轉方向的間歇的通電的情況下，經過再生制動的區(qū)間之后開始所述反向驅動。
11.如權利要求1記載的發(fā)動機起動裝置，其特征在于，所述曲軸角度位置傳感器設有提供所述曲軸的絕對角度位置的絕對位置傳感器和以更高的析像度檢測所述曲軸的角度變化的相對位置傳感器，并且通過將兩傳感器進行組合，以更高的析像度求得所述曲軸的絕對角度位置。
12.如權利要求11記載的發(fā)動機起動裝置，其特征在于，所述絕對位置傳感器包括點火定時傳感器。
13.如權利要求11記載的發(fā)動機起動裝置，其特征在于，所述電動機由無刷電機構成，所述相對位置傳感器包括所述無刷電機的換向信號傳感器。
14.如權利要求12記載的發(fā)動機起動裝置，其特征在于，以所述發(fā)動機的排氣沖程中所述點火定時傳感器產生的輸出為基準、根椐所述相對位置傳感器的輸出，來判定從所述反向驅動向最終的正轉方向轉動動力輸出軸過渡的所述曲軸的角度位置。
15.如權利要求14記載的發(fā)動機起動裝置，其特征在于，在所述正轉方向的通電之后進行所述反轉驅動后的規(guī)定角度內，使所述點火定時傳感器進行的檢測無效。
16.如權利要求14記載的發(fā)動機起動裝置，其特征在于，所述相對位置傳感器可以檢測旋轉方向，并且根椐檢測出的旋轉方向和所述點火定時傳感器的檢測結果識別在所述發(fā)動機的排氣沖程中所述點火定時傳感器產生的輸出，該點火定時傳感器產生的輸出成為最終向正轉方向的起動過渡的定時基準。
17.如權利要求14記載的發(fā)動機起動裝置，其特征在于，所述相對位置傳感器可以檢測旋轉方向，并且根椐檢測出的旋轉方向的反向時刻，識別在所述發(fā)動機的排氣沖程中所述點火定時傳感器產生的輸出，該點火定時傳感器產生的輸出成為最終向正轉方向轉動動力輸出軸過渡的定時基準。
全文摘要
在將曲軸向反向進行驅動后最終向正轉方向轉動動力輸出軸的發(fā)動機起動裝置中，為了總是能夠進行確實的起動，至少在規(guī)定的條件下，先行于所述反向驅動，向所述電動機進行正轉方向的間歇的通電，從而根椐需要，使曲軸(活塞)移動到最佳位置。而且，不用特別的角度傳感器，就能實現該控制。
文檔編號F02N11/04GK1466658SQ01816367
公開日2004年1月7日 申請日期2001年9月28日 優(yōu)先權日2000年9月28日
發(fā)明者稻葉光則, 行森公雄, 金子義弘, 野末裕, 弘, 雄 申請人:株式會社美姿把