(57)【要約】      （修正有）【課題】再始動にとって最適な位置への迅速且つ正確な復帰を再現可能な態様で可能にするクランクシャフトを再配置するための方法を提供する。【解決手段】停止位置（θＡ）から目標位置（θ０）にあるヒートエンジンロータの回転位置決めのための方法であって、ロータの角度位置を検出するための装置が目標位置（θ０）からの角度差（Δθ）を決定するステップと、角度差（Δθ）から、ロータの角度位置（θ）の関数としての速度設定点（Ωｃ（θ））が、所定値（Ω０）未満の高速値に達するまで続く所定値未満の上り勾配（ａ）と所定値未満の下り勾配（ｂ）とを伴って定められるステップと、ロータが速度設定点（Ωｃ（θ））にしたがって動作されるステップとを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
停止位置（θＡ）から目標位置（θ０）にあるヒートエンジンロータ（３）の回転位置決めのための方法であって、
−前記ロータ（３）の角度位置を検出するための装置が前記目標位置（θ０）からの角度差（Δθ）を決定するステップと、
−前記角度差（Δθ）に基づいて、前記ロータ（３）の前記角度位置（θ）の関数としての速度設定点（Ωｃ（θ））が、所定値（Ω０）未満の高速値に達するまで続く所定値未満の上り勾配（ａ）と所定値未満の下り勾配（ｂ）とを伴って定められるステップと、
−前記ロータ（３）が前記速度設定点（Ωｃ（θ））にしたがって動作されるステップと
を備える方法。
【請求項２】
前記上り勾配（ａ）及び前記下り勾配（ｂ）の前記所定の高速値（Ω０）が制御ユニット（１１）の電子メモリに記憶されることを特徴とする、請求項１に記載の位置決め方法。
【請求項３】
前記上り勾配（ａ）及び前記下り勾配（ｂ）の前記所定の高速値（Ω０）は、前記ロータに及ぼされるトルクを所定のトルク値未満に制限するために前記ロータ（３）の慣性モーメントに応じて決定されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の位置決め方法。
【請求項４】
前記エンジンが自動車エンジンであり、前記所定のトルク値が２０Ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項３に記載の位置決め方法。
【請求項５】
前記エンジンが重量物車両或いは土木機械又は農機具のエンジンであり、前記所定のトルク値が４０Ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項３に記載の位置決め方法。
【請求項６】
所定の角距離（δθ）で引き起こされる電気モータ（７）の短絡による付加的な制動ステップ（１０９）を備え、前記所定の角距離（δθ）は、再始動（θ０）にとって最適な位置に近い位置で前記ロータ（３）の完全な停止を可能にするために前記ロータ（３）の慣性モーメント、前記ロータ（３）の回転速度、前記ロータ（３）に作用する摩擦、及び、短絡する前記電気モータ（７）の散逸電力に応じて計算されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の位置決め方法。
【請求項７】
停止位置（θＡ）から目標位置（θ０）にあるヒートエンジンロータ（３）の回転位置決めのための装置であって、
−前記ロータ（３）の角度位置を検出するための装置と、
−制御ユニット（１１）と、
−前記ロータ（３）を回転させるように構成される前記制御ユニット（１１）により制御される電気モータ（７）と
を備える装置において、
前記制御ユニット（１１）は、
−前記ロータ（３）の前記角度位置を検出するための前記装置に問い合わせて、前記目標位置（θ０）から角度差（Δθ）を決定し、
−前記角度差（Δθ）から、前記角度位置（θ）の関数としての速度設定点（Ωｃ（θ））を、所定値（Ω０）未満の高速値に達するまで続く所定値未満の上り勾配（ａ）と所定値未満の下り勾配（ｂ）とを伴って定め、
−前記速度設定点（Ωｃ（θ））にしたがうことによる前記電気モータ（７）による前記ロータ（３）の動作を監視する、
ように構成されることを特徴とする、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車両の内燃機関のロータを再配置するためのシステム及び関連する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートエンジンを伴う自動車両の燃料消費を減らすために、エンジンを自動的に待機状態にするためのシステム、すなわち、例えば交差点で、信号灯で、又は、交通渋滞時に車両が停止するときにエンジンを自動的に切り離す、いわゆる「ストップ−スタート」システムが知られている。ストップ−スタートシステムは、エンジン切り離しが運転者に気づかれないで行われるように、運転者がブレーキペダルを離し、クラッチをつなぎ、又は、再び始動するべくアクセルペダルを踏むときに、エンジンを再始動させる。
【０００３】
したがって、そのようなシステムを備える車両の場合、始動サイクルの数が大幅に増加するため、前記始動サイクル中の動力の最小限の経済性が実質的な省燃費に反映される。
【０００４】
ヒートエンジンは一般にロータを形成するクランクシャフトを備え、ロータは、ステータを形成するシリンダブロックに対して回転される。
【０００５】
エンジン停止時のクランクシャフトとシリンダブロックとの相対的な角度位置に応じて、再始動には多かれ少なかれエネルギーが必要であり、必要とされるエネルギーの差が最大で約３０％となる場合があることが立証されてきた。
【０００６】
エンジンが停止されるときに始動に必要な最小限の動力に対応する位置に近い位置へクランクシャフトを移動させるためのヒートエンジンの電気モータ、例えば電気スタータの使用が知られている。
【０００７】
前述の装置において、クランクシャフト再配置は、短時間で再始動のための目標位置に到達するために急速であり、そのため、エンジンの逆反応が生じる。特に、ピストンが急速に移動されると、ピストンはシリンダ内の空気を圧縮する。この圧縮は、特に目標位置付近でクランクシャフトの振動を引き起こし、また、これは、エンジンを再始動するための目標位置にクランクシャフトを正確に位置決めする最中に厄介である。
【０００８】
現在、再始動にとって最適な位置が大部分のエンジンにとって不安定な位置であることが分かっている。したがって、この最適な位置からの逸脱は、前記最適な位置（一般的には最初にとられた停止位置）とは異なる安定位置へのクランクシャフトが移動に反映され得る。
【０００９】
更に、スタータの電気モータは可能な回転方向を１つしか有しておらず、そのため、最適な再始動位置を過ぎると、クランクシャフトの付加的な完全回転の実行が必要となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、再始動にとって最適な位置への迅速且つ正確な復帰を再現可能な態様で可能にするクランクシャフトを再配置するための方法を見出すことが必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述の問題を少なくとも部分的に解決するために、本発明は、停止位置から目標位置にあるヒートエンジンロータの回転位置決めのための方法であって、
−ロータの角度位置を検出するための装置が目標位置からの角度差を決定するステップと、
−角度差に基づいて、ロータの角度位置の関数としての速度設定点が、所定値未満の高速値に達するまで続く所定値未満の上り勾配と所定値未満の下り勾配とを伴って定められるステップと、
−ロータが速度設定点にしたがって動作されるステップと
を備える方法に関する。
【００１２】
このように実行される方法は、ヒートエンジンのロータの迅速且つ効率的な再配置を可能にする。
【００１３】
前記方法は、単独で又は組み合わせて使用される以下の特徴のうちの１つ以上を有することができる。
【００１４】
高速、上り勾配、及び、下り勾配の所定の値は、制御ユニットの電子メモリに記憶される。
【００１５】
高速、上り勾配、及び、下り勾配の所定の値は、前記ロータに及ぼされるトルクを所定のトルク値未満に制限するためにロータの慣性モーメントに応じて決定される。
【００１６】
エンジンは自動車エンジンであり、所定のトルク値は２０Ｎｍ以下である。
【００１７】
エンジンが重量物車両或いは土木機械又は農機具のエンジンであり、また、所定のトルク値が４０Ｎｍ以下である。
【００１８】
方法は、所定の角距離で引き起こされる電気モータの短絡による付加的な制動ステップを備え、所定の角距離は、再始動にとって最適な位置に近い位置でロータの完全な停止を可能にするためにロータの慣性モーメント、ロータの回転速度、ロータに作用する摩擦、及び、短絡する電気モータの散逸電力に応じて計算される。
【００１９】
また、本発明は、停止位置から目標位置にあるヒートエンジンロータの回転位置決めのための装置であって、
−ロータの角度位置を検出するための装置と、
−制御ユニットと、
−ロータを回転させるように構成される制御ユニットにより制御される電気モータと
を備える装置において、
制御ユニットが、
−ロータの角度位置を検出するための装置に問い合わせて、目標位置から角度差を決定し、
−角度差から、角度位置の関数としての速度設定点を、所定値未満の高速値に達するまで続く所定値未満の上り勾配と所定値未満の下り勾配とを伴って定め、
−速度設定点にしたがうことによる電気モータによるロータの動作を制御する、
ように構成されることを特徴とする装置に関する。
【００２０】
本発明の他の特徴及び利点は、例示的で非限定的な例として与えられる以下の説明及び添付図面を読むと明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るヒートエンジンロータを位置決めするための装置を概略的に示す。
【図２】本発明に係るロータ再配置のための方法のステップをフローチャートの形態で与える。
【図３】ロータの角度位置の関数としての速度設定点のグラフである。
【図４】図３の設定点にしたがって回転されるロータに関する経時的なロータの回転速度のグラフである。
【図５】図４のロータに関する経時的なロータの角度位置のグラフである。
【図６ａ】位置決め方法の別の実施形態の場合における経時的なロータの角度位置のグラフである。
【図６ｂ】図６ａに関連したロータ再配置のための方法のステップをフローチャートの形態で与える。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
全ての図において、同じ参照符号は同じ要素に関連する。
【００２３】
図面を参照して説明される実施形態は一例である。説明は１つ以上の実施形態に言及するが、このことは、それぞれの言及が同じ実施形態に関係すること、或いは、特徴がその単一の実施形態にのみに適用されることを必ずしも意味しない。異なる実施形態の単一の特徴を組み合わせて他の実施形態をもたらしてもよい。
【００２４】
図１は、ヒートエンジンロータ３の位置決め装置１を概略的に示す。ロータ３は、ヒートエンジンのステータ５に対して回転可能である。ロータ３は、特に、ヒートエンジンの１つ以上のピストンを駆動するクランクシャフトであってもよい。このとき、ステータ５は、前記クランクシャフトが取り付けられるシリンダブロックである。
【００２５】
エンジンが停止されると、ロータ３が電気モータ７により駆動装置９を用いて動作される。特定の実施形態では、前記電気モータ７がヒートエンジンのスタータ又はスタータジェネレータであり、駆動装置９が駆動ベルト又は一組のギヤを備える。
【００２６】
ここで、スタータジェネレータとは、それに電流が供給されるときにスタータとして機能するとともにそれが給電されないときにロータ３の運動エネルギーの一部をバッテリ、例えば車両のバッテリを充電するための電気エネルギーに変換するオルタネータとして機能する電気モータを意味する。
【００２７】
電気モータ７は、制御ユニット１１によって供給される設定点電流ｉｃによって制御される。ロータ３の位置を調整できるようにするために、制御ユニット１１は、ステータ５に対するロータ３の角度位置θを検出するように構成される位置センサ１３に接続される。前記センサ１３は、電磁的、容量的、光学的、又は、電気的な接点である検出手段を備えてもよい。
【００２８】
特に、センサ１３はホール効果アナログセンサ及び磁気ターゲットを備えてもよく、ホール効果センサはステータ５上に配置され、また、磁気ターゲットはロータ３上に配置される。
【００２９】
図２は、本発明に係るヒートエンジンロータ３の再配置装置１と関連する再配置方法の一例を示す。図２は、ヒートエンジン１のロータ３の再配置をもたらす一連のステップを示すフローチャートである。
【００３０】
第１のステップ１０１において、制御ユニット１１は、目標位置θ０と位置センサ１３により測定される開始位置θＡとの間の角度差Δθを決定する。この目的のため、制御ユニット１１は、ヒートエンジンが停止した角度位置θＡの値を得るために位置検出器１３に問い合わせる。
【００３１】
制御ユニット１１は、ヒートエンジンロータ３が停止した測定された開始位置θＡと再始動するための目標位置θ０との間の差Δθを定めるように構成される計算手段に接続され又は該計算手段を備える。これらの計算手段は、一般に、プロセッサと、専用の又は車両のグローバル電子ネットワークに組み込まれる１つ以上の電子メモリユニットとを備える。
【００３２】
ここで、図３，４，５を参照して、以降のステップ１０３，１０５，１０７について説明する。
【００３３】
図３は、ロータ３の回転速度設定点Ωｃ（θ）をロータの角度位置θにしたがって示すグラフである。横軸は開始位置θＡから目標位置θ０まで延びる。開始位置θＡは、ヒートエンジンが例えば交差点で停止したときにロータ３が停止した位置に対応する。目標位置θ０は、再始動が最もエネルギーを必要としない位置に対応する。
【００３４】
停止位置θＡと目標位置θ０との間の角度領域Δθは、方法１００の次の３つのステップ１０３，１０５，１０７に対応する３つの部分に分けられる。
【００３５】
前述したような装置１と関連付けられる方法は、ヒートエンジンが停止するときに、例えば「停止−始動」システムを備えるエンジンにおいてはヒートエンジンが交差点で停止するときに開始される。
【００３６】
ヒートエンジンのロータ３の回転速度設定点Ωｃ（θ）は、第２のステップ１０３に対応する上り勾配、第３のステップ１０５に対応する高値Ω０の速度平坦域、及び、第４のステップ１０７に対応する下り勾配を有する台形形状を成す。速度の高値Ω０は、特に、制御ユニット１１の電子メモリに記憶されてもよい。特に、制御ユニット１１のメモリは、超えないようになっている高速最大値Ω０の最大値を含んでもよく、設定点Ωｃ（θ）で使用される値は、測定される角度差Δθと方法１００の実行のための目標時間とに応じて調整される。
【００３７】
第２のステップ１０３は、この場合には固定される所定の上り勾配ａにしたがったロータ３の加速段階に対応する。上り勾配は、電気モータ７によって過大なトルクをロータ３に及ぼすことを回避するべく絶対値が制限される。特に、勾配ａは、一般に自動車における小さい又は通常のサイズのエンジンの場合には２０Ｎｍ未満、より大きい車両（バス、大型トラック、農機具、又は、土木機械、ボート）のエンジンの場合には３０〜４０Ｎｍ未満にとどまるように及ぼされるトルクにとって十分低いままである。
【００３８】
したがって、勾配ａの制限により、エンジンは、加速の漸進的な性質に起因してシリンダ内に含まれる空気を排出することができる。それに伴って及ぼされるアクセルトルクの制限は、エンジン及び装置１の騒音及び振動を更に減少させる。結果として、方法１００は、その後、ヒートエンジンがオフに切り換えられるため、ユーザがその後に寄生的であると知覚される振動又は聴覚騒音を感じることなく実行され得る。
【００３９】
第３のステップ１０５において、速度は、一定に保たれ、特に高値Ω０以下である。最高速度に関して値Ω０に制限することにより、この場合も先と同様に、ヒートエンジンは、ピストンの上死点への戻り中にシリンダ内に含まれる空気を排出することができる。
【００４０】
第４のステップ１０７において、ロータ３は、先と同様に漸進的に、絶対値が所定値ｂ以下の下り勾配を伴って減速される。下り勾配ｂの絶対値の制限は制動トルクの制限に対応し、それにより、先と同様、騒音及び振動を制限することができる。
【００４１】
その動作中、ロータ３は、ステータ５との摩擦に起因して固体摩擦を受ける。電気モータ７が切り離されると、ロータ３はその慣性モーメントに起因して回転し続けるが、その動きは制動された後に前記摩擦により停止される。
【００４２】
上り勾配ａ及び下り勾配ｂの値は、前記ロータ３に及ぼされるべきトルクを制限するためにロータ３の慣性モーメントを考慮に入れて所定のヒートエンジンに関して決定される。勾配ａ，ｂの最大値は特に制御ユニット１１の電子メモリに記憶されてもよく、方法１００で使用される値は、目標実行時間及び測定された角度差Δθに応じて調整される。
【００４３】
ロータ３は、電気モータ７の作動により回転するようになっている。その後、制御ユニット１１は、ロータ３の位置センサ１３によって得られる実時間における位置θの測定値を考慮に入れて随意的なフィードバックにより供給電流ｉｃを調節する。
【００４４】
再始動θ０にとって最適な位置での正確な停止のために、速度設定点Ωｃ（θ）は、ロータ３の慣性モーメントと固体摩擦により発生されるトルクの値とを考慮に入れて定められる。
【００４５】
図４は、図３の速度設定点Ωｃ（θ）を監視することによりもたらされる経時的な速度を示す。
【００４６】
時間の関数としての速度Ω（ｔ）の曲線は、加速、値Ω０での速度平坦域、減速の３つのステップ１０３，１０５，１０７に対応する３つの部分に分けることができる。
【００４７】
加速ステップ１０３では、速度Ω（ｔ）が上昇放物線にしたがって増加する。速度平坦域ステップ１０５では、速度Ω（ｔ）が一定であって値Ω０を有する。減速ステップ１０７では、速度Ω（ｔ）が下降放物線にしたがって減少する。
【００４８】
加速及び減速のステップ１０３，１０７の上昇放物線及び下降放物線は、図３の直線的な上り勾配及び下り勾配における角度位置θと時間ｔとの間の変数の変化によってもたらされる。
【００４９】
図５は、ロータ３の理想的な再始動位置θ０における位置決め機構を示す、時間ｔの関数としての角度位置θのグラフである。
【００５０】
図５に示される時間間隔も先と同様に前述のステップ１０３，１０５，１０７に対応する３つの間隔に分けることができる。
【００５１】
加速ステップ１０３に対応する第１の間隔では、角度位置θが徐々に増大し、これは方法１００の開始時の漸進的な加速に対応する。
【００５２】
第２の間隔において、角度位置θは、方向パラメータとしてのΩ０を伴って直線的に増大する。定速ステップ１０５では、この間隔が値Ω０に対応する。
【００５３】
減速ステップ１０７に対応する第３の間隔において、角度位置θは、ますますゆっくりと増大し、所要の目標位置に対応する値θ０で安定する。
【００５４】
方法１００の別の実施形態が図６ａ及び図６ｂに示される。図６ａは、時間ｔにわたるロータ３の角度位置θのグラフであり、この場合、図示の時間領域は、４つのステップ１０３〜１０９に対応する４つの間隔に分けられ、前述したように、そのうちの最初の３つは、加速ステップ１０３、速度平坦域ステップ１０５、及び、減速ステップ１０７に対応する。一定の角度位置θにおける第５のステップ１１１も設けられる。図６ｂは、図６ａのグラフと関連するステップ１０１〜１１１をフローチャートの形態で与える。
【００５５】
図６ａ及び図６ｂの実施形態は付加的な制動ステップ１０９を更に備え、この制動ステップ中、大部分の車両では車両のバッテリから給電される同期ＤＣモータである電気モータ７が短絡される。
【００５６】
このステップ１０９中、電気モータ７の短絡は、磁束の消散によって制動トルクを生み出す。短絡は、特に、ロータ３が再始動θ０にとって最適な位置から所定の角距離δθにあるときに引き起こされる。
【００５７】
所定の角距離δθは、特に、再始動θ０にとって最適な位置にできるだけ近い位置で完全な停止を可能にするために、ロータ３の慣性モーメント、ロータの速度、ロータが受ける摩擦、及び、短絡する電気モータ７の散逸電力に応じて計算される。
【００５８】
次のステップ１１１は、少なくとも数百分の１秒から数十分の１秒の間にわたって短絡を維持するステップであり、この間に、制御ユニット１１は、角度位置θが一定のままであることを確認する。この短絡の維持、したがって回転制動の維持により、場合により遅れるピストン又はエンジン１の反応が目標位置θ０に近いロータ３の最終位置を変えないようにすることができる。
【００５９】
この種の遅延反応は、特に、空気が低流量でシリンダから逃げることによってもたらされる場合がある。また、制動維持１１１により、動摩擦力よりも高い静止摩擦力が効力を生じ得る。
【００６０】
また、電気モータ７が短絡状態に維持されるという事実により、ロータ３が対象の角度開口を通じて移動するのに必要なエネルギーを増大させることができる。したがって、ロータ３は、最適な再始動位置θ０を越えて移動することがほとんどなく、その結果、より安定した位置（ピストンの上死点又は下死点）を自発的にとる。これにより、ロータ３が目標位置θ０から大きく外れることが回避され、それにより、ほとんどのスタータ及びスタータジェネレータで実施されるように、電気モータ７を単一の回転方向で使用することができる。
【００６１】
速度設定点Ωｃ（θ）は、特に、電気モータ７とヒートエンジンとの間のプーリ比と駆動装置９のベルト又はプーリの張力とを更に考慮に入れて計算されてもよい。
【００６２】
したがって、本発明に係る方法は、ヒートエンジンのロータ３を位置θ０に正確に且つ再現可能に位置決めできるようにし、それにより、少ないエネルギーでヒートエンジンを再始動させることができる。また、本発明に係る方法は、本質的に、ほとんどの車両で既に存在する装置（ロータ３の位置センサ１３、電気モータ７としてのスタータジェネレータ）を使用し、したがって、大部分の車両で容易に実施することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
2018132061.tif 000008
【図６ｂ】
2018132061.tif 000009
【外国語明細書】
2018132061000001.pdf