УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЗАПУСКОМ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЗАПУСКОМ
STARTUP CONTROL DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES AND STARTUP CONTROL METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к устройству и способу для управления запуском двигателя внутреннего сгорания.
Уровень техники
[0002] Согласно 2001-193612A JP, двигатель внутреннего сгорания запускается с использованием электромотора для запуска двигателя (стартера) или электромотора-генератора. Один из них выбирается для использования при запуске в зависимости от скорости транспортного средства с тем, чтобы предотвращать возникновение чувства дискомфорта у пассажира.
Сущность изобретения
[0003] Тем не менее, JP 2001-193612A  не поясняет объем всасываемого воздуха во время запуска в зависимости от того, что из стартера и электромотора-генератора используется для запуска. Это обуславливает вероятность того, что двигатель увеличивает или уменьшает число оборотов сразу после запуска.
[0004] С учетом этого, настоящее изобретение направлено на предоставление устройства управления запуском и способа управления запуском для двигателя внутреннего сгорания, которые позволяют смягчать увеличение числа оборотов и уменьшение числа оборотов двигателя сразу после запуска.
[0005] Согласно одному варианту осуществления этого изобретения, предусмотрено устройство управления запуском для двигателя внутреннего сгорания, причем устройство управления запуском содержит устройство для жесткого проворачивания коленчатого вала и устройство для плавного проворачивания коленчатого вала и устройство для плавного проворачивания коленчатого вала, причем устройство для жесткого  проворачивания коленчатого вала допускает проворачивание коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания до целевой частоты вращения холостого хода, а устройство для плавного проворачивания коленчатого вала формирует меньшую выходную мощность по сравнению с устройством для жесткого проворачивания коленчатого вала и не способно к проворачиванию коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания до целевой частоты вращения холостого хода. Устройство управления запуском для двигателя внутреннего сгорания содержит: модуль определения режима запуска, определяющий то, следует выполнять запуск в режиме без использования давления сгорания, в котором двигатель внутреннего сгорания запускается посредством перевода двигателя внутреннего сгорания на целевую частоту вращения холостого хода посредством проворачивания коленчатого вала с помощью устройства для жесткого проворачивания коленчатого вала, или в комбинированном режиме с использованием давления сгорания, в котором двигатель внутреннего сгорания запускается посредством перевода двигателя внутреннего сгорания на целевую частоту вращения холостого хода посредством проворачивания коленчатого вала с помощью устройства для плавного проворачивания коленчатого вала при одновременном использовании давления сгорания в комбинации, причем давление сгорания формируется посредством подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания; и модуль управления объемом всасываемого воздуха, обеспечивающий различие объема всасываемого воздуха во время проворачивания коленчатого вала между случаем, когда запуск выполняется в режиме без использования давления сгорания, и случаем, когда запуск выполняется в комбинированном режиме с использованием давления сгорания.
Краткое описание чертежей
[0006] Фиг. 1 показывает конфигурации основных компонентов системы, к которой применяется устройство управления запуском для двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению.
Фиг. 2 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей подробности управления, выполняемого посредством контроллера устройства управления запуском для двигателя внутреннего сгорания.
Фиг. 3 показывает корреляцию между температурой охлаждающей воды для двигателя и корректирующими объемами воздуха в режиме без использования давления сгорания и в комбинированном режиме с использованием давления сгорания.
Фиг. 4A является временной диаграммой для случая, когда выполняется управляющая логика, показанная на фиг. 2, и выбирается режим без использования давления сгорания.
Фиг. 4B является временной диаграммой для случая, когда выполняется управляющая логика, показанная на фиг. 2, и выбирается комбинированный режим с использованием давления сгорания.
Подробное описание вариантов осуществления
[0007] Фиг. 1 показывает конфигурации основных компонентов системы, к которой применяется устройство управления запуском для двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению.
[0008] Устройство управления запуском для двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему изобретению применяется, например, к гибридному электромобилю (в дальнейшем называемому «HEV» в случае необходимости). Далее описываются конфигурации основных компонентов HEV 100.
[0009] HEV 100 включает в себя двигатель 110 внутреннего сгорания, стартерный механизм 120, электромотор-генератор 130 и трансмиссию 140.
[0010] Двигатель 110 внутреннего сгорания и электромотор-генератор 130 представляют собой источники приведения в движение для HEV 100.
[0011] Стартерный механизм 120 включает в себя стартер 121, ведущую шестерню 122 и коронную шестерню 123. Стартер 121 служит в качестве устройства для плавного проворачивания коленчатого вала. Ведущая шестерня 122 монтируется на вращательном валу стартера 121. Коронная шестерня 123 размещается между двигателем 110 внутреннего сгорания и электромотором-генератором 130, который служит в качестве устройства для жесткого проворачивания коленчатого вала. Коронная шестерня 123 вводится в зацепление с ведущей шестерней 122. При такой конструкции, когда стартерный аккумулятор 124 подает электроэнергию, стартер 121 вращается, и его крутящий момент вращения передается в двигатель 110 внутреннего сгорания через ведущую шестерню 122 и коронную шестерню 123. Стартер 121 может выводить только крутящий момент, соответствующий частоте вплоть до частоты вращения при проворачивании коленчатого вала (например, 200 об/мин), и не может выводить крутящий момент, соответствующий целевой частоте вращения холостого хода (например, 700 об/мин). Следовательно, в случае, когда двигатель 110 внутреннего сгорания запускается с использованием стартера 121, давление сгорания, сформированное посредством подачи топлива в двигатель 110 внутреннего сгорания, вращаемый посредством стартера 121, используется в комбинации при запуске двигателя внутреннего сгорания 110. Следует отметить, что такой запуск двигателя является общепринятым способом.
[0012] Электромотор-генератор 130 представляет собой, например, электромотор трехфазного переменного тока. Электромотор-генератор 130 вращается по мере того, как электроэнергия гибридного аккумулятора 131 подается в него через инвертор 132 по мере необходимости. Крутящий момент вращения электромотора-генератора 130 обеспечивает возможность HEV 100 двигаться. Помимо этого, крутящий момент вращения электромотора-генератора 130 обеспечивает проворачивание коленчатого вала, другими словами, запуск двигателя 110 внутреннего сгорания. Крутящий момент проворачивания коленчатого вала электромотора-генератора 130 превышает крутящий момент проворачивания коленчатого вала стартера 121. В противоположность стартеру 121, который не может выводить крутящий момент, соответствующий целевой частоте вращения холостого хода, электромотор-генератор 130 формирует большой выходной крутящий момент и может выводить достаточный крутящий момент проворачивания коленчатого вала, соответствующий целевой частоте вращения холостого хода двигателя 110 внутреннего сгорания. В случае электромотора-генератора 130, давление сгорания, в частности, не требуется для того, чтобы запускать двигатель внутреннего сгорания.
[0013] Следует отметить, что рекуперативная электроэнергия формируется, когда электромотор-генератор 130 приводится в действие посредством вращения при приложении внешней силы к нему. Гибридный аккумулятор 131 заряжается посредством рекуперативной электроэнергии через инвертор 132.
[0014] В связи с этим, электромотор-генератор 130 представляет собой источник приведения в движение для HEV 100, служит в качестве электрогенератора, который формирует рекуперативную электроэнергию, и выполняет функции электромагнитного устройства запуска для запуска двигателя внутреннего сгорания 110.
[0015] Трансмиссия 140 переключает вращение(я) выходного вала двигателя 110 внутреннего сгорания и/или электромотора-генератора 130. Муфта 150 размещается между трансмиссией 140 и электромотором-генератором 130. Муфта 150 расцепляется при запуске двигателя внутреннего сгорания 110. Это позволяет предотвращать бесполезную передачу крутящего момента проворачивания коленчатого вала, для запуска двигателя внутреннего сгорания 110, в трансмиссию 140.
[0016] Далее приводится краткое описание настоящего варианта осуществления с тем, чтобы упрощать понимание настоящего варианта осуществления.
[0017] Как указано выше, устройство управления запуском для двигателя внутреннего сгорания согласно настоящему варианту осуществления имеет режим для запуска двигателя внутреннего сгорания с использованием стартера 121 (комбинированный режим с использованием давления сгорания) и режим для запуска двигателя внутреннего сгорания с использованием электромотора-генератора 130 (режим без использования давления сгорания).
[0018] В комбинированном режиме с использованием давления сгорания двигатель 110 внутреннего сгорания запускается посредством формирования давления сгорания посредством подачи топлива при вращении двигателя 110 внутреннего сгорания с использованием стартера 121, который формирует небольшой крутящий момент проворачивания коленчатого вала.
[0019] В режиме без использования давления сгорания двигатель 110 внутреннего сгорания запускается посредством проворачивания коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания до целевой частоты вращения холостого хода с помощью электромотора-генератора 130. Поскольку крутящий момент проворачивания коленчатого вала электромотора-генератора 130 является большим, электромотор-генератор 130 может поддерживать целевую частоту вращения холостого хода без использования давления сгорания двигателя внутреннего сгорания в комбинации. Запуск с помощью электромотора-генератора 130 требует меньшего периода времени по сравнению с запуском с помощью стартера 121. По этой причине, предпочтительно, чтобы запуск по возможности выполнялся с помощью электромотора-генератора 130.
[0020] Тем не менее, может возникать случай, когда крутящий момент проворачивания коленчатого вала электромотора-генератора 130 уменьшается вследствие низкого оставшегося уровня заряда или низкой температуры гибридного аккумулятора 131.
[0021] В таком случае, двигатель 110 внутреннего сгорания запускается в комбинированном режиме с использованием давления сгорания, с использованием стартера 121 в комбинации с давлением сгорания двигателя 110 внутреннего сгорания, как указано выше.
[0022] В этой связи, традиционно не приводится пояснение касательно того, как задавать объем всасываемого воздуха во время запуска в случае, когда двигатель 110 внутреннего сгорания запускается с использованием электромотора-генератора 130. Если область открытия (объем всасываемого воздуха) дросселя, которая представляет собой настройку для случая запуска с помощью традиционного стартера, также применяется к случаю запуска с помощью электромотора-генератора, то двигатель увеличивает или уменьшает число оборотов сразу после запуска. Это обусловлено тем, что дополнительный объем воздуха задается с учетом инерции, ассоциированной с обусловленным сгоранием раскручиванием двигателя внутреннего сгорания до целевой частоты вращения холостого хода.
[0023] С учетом этого, принцип настоящего варианта осуществления заключается в том, чтобы обеспечивать различие объема всасываемого воздуха между режимом без использования давления сгорания и комбинированным режимом с использованием давления сгорания.
[0024] Далее описываются подробные сведения.
[0025] Фиг. 2 является блок-схемой последовательности операций способа, показывающей подробности управления, выполняемого посредством контроллера устройства управления запуском для двигателя внутреннего сгорания.
[0026] Следует отметить, что эта блок-схема последовательности операций способа многократно выполняется каждый цикл с очень маленьким периодом времени (например, 10 миллисекунд).
[0027] На этапе S101 контроллер определяет то, выдана или нет инструкция для запуска двигателя внутреннего сгорания 110. Инструкция для запуска двигателя выдается посредством операции водителя. Инструкция также выдается при возвращении из режима глушения двигателя на холостом ходу. Следует отметить, что глушение двигателя на холостом ходу включает в себя случай, когда двигатель 110 внутреннего сгорания остановлен в то время, когда транспортное средство находится в остановленном состоянии, и случай, когда двигатель 110 внутреннего сгорания остановлен при движении в EV-режиме. Контроллер завершает обработку до тех пор, пока не будет выдана инструкция запуска, и переходит к этапу S102 при выдаче инструкции запуска.
[0028] На этапе S102 контроллер определяет то, следует или нет выполнять запуск в режиме без использования давления сгорания. Как указано выше, инструкция для запуска двигателя выдается посредством операции водителя и также выдается при возвращении из режима глушения двигателя на холостом ходу. Глушение двигателя на холостом ходу разрешается только тогда, когда оставшийся уровень заряда аккумулятора является достаточным. Следовательно, режим без использования давления сгорания нормально выбирается при возвращении из режима глушения двигателя на холостом ходу. Если оставшийся уровень заряда аккумулятора уменьшается во время глушения двигателя на холостом ходу, например, вследствие использования кондиционера или движения в EV-режиме, двигатель 110 внутреннего сгорания запускается, когда уменьшение достигает оставшегося уровня заряда аккумулятора, который предоставляет возможность запуска двигателя в режиме без использования давления сгорания. Таким образом, в этом случае также выбирается режим без использования давления сгорания.
[0029] В случае, когда двигатель запускается посредством операции водителя, режим без использования давления сгорания выбирается, если оставшийся уровень заряда аккумулятора является достаточным. С другой стороны, комбинированный режим с использованием давления сгорания выбирается, если оставшийся уровень заряда аккумулятора является низким или если электроэнергия, которая может выводиться, является низкой вследствие низкой температуры аккумулятора.
[0030] Следует отметить, что по сравнению с комбинированным режимом с использованием давления сгорания, режим без использования давления сгорания требует короткого периода времени при запуске двигателя. По этой причине режим без использования давления сгорания выбирается, когда двигатель 110 внутреннего сгорания может запускаться в любом режиме, тогда как комбинированный режим с использованием давления сгорания выбирается только тогда, когда двигатель 110 внутреннего сгорания не может запускаться в режиме без использования давления сгорания.
[0031] На этапе S102 контроллер переходит к этапу S103, если результат определения является утвердительным, и переходит к этапу S104, если результат определения является отрицательным.
[0032] На этапе S103 контроллер задает корректирующий объем Qadd воздуха на основе таблицы Ta режима без использования давления сгорания. С другой стороны, на этапе S104 контроллер задает корректирующий объем Qadd воздуха на основе таблицы Tb комбинированного режима с использованием давления сгорания. Ниже описываются подробные сведения в этом отношении.
[0033] На этапе S105 контроллер получает общий объем Qall воздуха посредством суммирования корректирующего объема Qadd воздуха с объемом Qbase воздуха, требуемым для того, чтобы поддерживать целевую частоту вращения холостого хода. Затем контроллер управляет степенью открытия дросселя всасываемого воздуха, временем для того, чтобы открывать/закрывать клапан (фазы газораспределения) и т.п., с тем чтобы обеспечивать подачу общего объема Qall воздуха.
[0034] Со ссылкой на фиг. 3, далее приводится описание корректирующих объемов воздуха, задаваемых в режиме без использования давления сгорания (этап S103) и в комбинированном режиме с использованием давления сгорания (этап S104). Следует отметить, что фиг. 3 показывает корреляцию между температурой охлаждающей воды для двигателя и корректирующими объемами воздуха в режиме без использования давления сгорания и в комбинированном режиме с использованием давления сгорания.
[0035] Как очевидно из фиг. 3, чем выше температура охлаждающей воды, тем меньше корректирующие объемы воздуха. Кроме того, корректирующий объем воздуха в режиме без использования давления сгорания меньше корректирующего объема воздуха в комбинированном режиме с использованием давления сгорания.
[0036] В комбинированном режиме с использованием давления сгорания двигатель 110 внутреннего сгорания запускается посредством формирования давления сгорания посредством подачи топлива при вращении двигателя 110 внутреннего сгорания с помощью стартера 121. Соответственно, задается объем воздуха, который является достаточным для того, чтобы поднимать частоту вращения двигателя против крутящего момента трения.
[0037] С другой стороны, в режиме без использования давления сгорания, двигатель 110 внутреннего сгорания может поддерживаться на целевой частоте вращения холостого хода только с помощью крутящего момента проворачивания коленчатого вала электромотора-генератора 130, как указано выше. Следовательно, когда температура охлаждающей воды для двигателя является достаточно высокой, достаточно подавать только объем Qbase воздуха, требуемый для того, чтобы поддерживать целевую частоту вращения холостого хода, без добавления корректирующего объема Qadd воздуха. Напротив, когда температура охлаждающей воды для двигателя является низкой, топливо не испаряется легко и, в силу этого, больший корректирующий объем Qadd воздуха добавляется относительно меньшей температуры охлаждающей воды для двигателя.
[0038] Следует отметить, что разность ΔQadd объема воздуха между корректирующим объемом воздуха в режиме без использования давления сгорания и корректирующим объемом воздуха в комбинированном режиме с использованием давления сгорания представляет собой объем воздуха, требуемый для того, чтобы формировать давление сгорания, эквивалентное крутящему моменту, который электромотор-генератор 130 может выводить на целевой частоте вращения холостого хода. Другими словами, объем воздуха, подаваемого в режиме без использования давления сгорания, меньше объема воздуха, подаваемого в комбинированном режиме с использованием давления сгорания, на объем воздуха, требуемый для того, чтобы формировать давление сгорания, эквивалентное крутящему моменту, который электромотор-генератор 130 может выводить на целевой частоте вращения холостого хода.
[0039] После завершения запуска корректирующий объем Qadd воздуха уменьшается до нуля.
[0040] Фиг. 4A и 4B являются временными диаграммами для случая, когда выполняется управляющая логика, показанная на фиг. 2.
[0041] Следует отметить, что номера этапов на вышеуказанной блок-схеме последовательности операций способа указываются ниже для того, чтобы упрощать понимание соответствия с вышеуказанной блок-схемой последовательности операций способа.
[0042] Фиг. 4A иллюстрирует случай режима без использования давления сгорания (режима запуска с использованием электромотора-генератора).
[0043] Во время t0 выдается инструкция для запуска двигателя внутреннего сгорания 110 (этап S101) и выбирается режим без использования давления сгорания (ветвь «Да» этапа S102). В этом случае, корректирующий объем Qadd воздуха задается на основе таблицы Ta режима без использования давления сгорания (этап S103) и общий объем Qall воздуха задается соответствующим образом (S105). После этого, двигатель 110 внутреннего сгорания запускается посредством подачи общего объема Qall воздуха.
[0044] После завершения запуска двигателя 110 внутреннего сгорания во время t1, корректирующий объем Qadd воздуха уменьшается до нуля.
[0045] Фиг. 4B иллюстрирует случай комбинированного режима с использованием давления сгорания (режима запуска с использованием стартера).
[0046] Во время t0 выдается инструкция для запуска двигателя внутреннего сгорания 110 (этап S101) и выбирается комбинированный режим с использованием давления сгорания (ветвь «Нет» этапа S102). В этом случае, корректирующий объем Qadd воздуха задается на основе таблицы Tb комбинированного режима с использованием давления сгорания (этап S104) и общий объем Qall воздуха задается соответствующим образом (S105). После этого, двигатель 110 внутреннего сгорания запускается посредством подачи общего объема Qall воздуха.
[0047] После завершения запуска двигателя 110 внутреннего сгорания во время t2, корректирующий объем Qadd воздуха уменьшается до нуля.
[0048] Как показано на фиг. 4A и 4B, в случае, когда выбирается комбинированный режим с использованием давления сгорания, большой корректирующий объем Qadd воздуха задается таким образом, чтобы формировать давление сгорания, которое дает в результате крутящий момент проворачивания коленчатого вала, достаточный для того, чтобы запускать двигатель внутреннего сгорания 110, когда топливо подается при вращении двигателя 110 внутреннего сгорания с помощью стартера 121, который формирует небольшой крутящий момент проворачивания коленчатого вала. Таким образом, гарантируется надежный запуск двигателя 110 внутреннего сгорания.
[0049] С другой стороны, в случае, когда выбирается режим без использования давления сгорания, двигатель 110 внутреннего сгорания запускается посредством раскручивания двигателя 110 внутреннего сгорания до целевой частоты вращения холостого хода только с помощью крутящего момента проворачивания коленчатого вала электромотора-генератора 130. В это время, по существу, подается только объем Qbase воздуха, требуемый для того, чтобы поддерживать целевую частоту вращения холостого хода. Когда температура охлаждающей воды для двигателя является низкой, корректирующий объем Qadd воздуха добавляется, поскольку топливо не испаряется легко. Другими словами, подается только объем воздуха, требуемый для того, чтобы поддерживать целевую частоту вращения холостого хода, хотя существуют варьирования в зависимости от температуры охлаждающей воды для двигателя. Меньший корректирующий объем Qadd воздуха задается в режиме без использования давления сгорания, чем в комбинированном режиме с использованием давления сгорания. Это позволяет предотвращать возникновение чувства дискомфорта у водителя, обусловленного увеличением числа оборотов двигателя 110 внутреннего сгорания. Помимо этого, во время последующего зацепления муфты может смягчаться толчок. Кроме того, когда двигатель 110 внутреннего сгорания запускается при движении в EV-режиме, возникновение ступенчатых разностей в движущей силе может подавляться. Кроме того, поскольку объем воздуха во время запуска не увеличивается излишним образом, объем расхода топлива во время запуска уменьшается, и могут достигаться предпочтительные рабочие характеристики по экономии топлива. В случае, когда двигатель внутреннего сгорания представляет собой бензиновый двигатель, увеличение числа оборотов, возможно, может предотвращаться, например, посредством обеспечения запаздывания времени зажигания, вместо подавления увеличения числа оборотов посредством уменьшения объема воздуха, аналогично настоящему варианту осуществления. Тем не менее, эта технология снижает экономию топлива. Посредством уменьшения величины излишнего воздуха во время запуска аналогично настоящему варианту осуществления объем расхода топлива во время запуска уменьшается и могут достигаться предпочтительные рабочие характеристики по экономии топлива.
[0050] Вышеописанный вариант осуществления настоящего изобретения просто иллюстрирует часть примерных вариантов осуществления настоящего изобретения и конкретные конфигурации вышеописанного варианта осуществления не имеют намерение ограничивать объем настоящего изобретения.
[0051] Например, таблицы, показанные на фиг. 3, являются просто примерами. Таблица Ta режима без использования давления сгорания, указываемая посредством сплошной линии на фиг. 3, может быть заменена таблицей Ta0 режима без использования давления сгорания, указываемой посредством пунктирной линии на фиг. 3. Таблица Ta0 режима без использования давления сгорания демонстрирует сходимость к нулю, когда температура охлаждающей воды для двигателя выше предварительно определенной температуры. Подробные сведения для таблиц могут задаваться в случае необходимости.
[0052] Кроме того, хотя устройство управления запуском для двигателя внутреннего сгорания применяется к HEV в вышеприведенном описании, устройство управления запуском не должно обязательно применяться к HEV.
[0053] Устройство управления запуском может применяться к транспортному средству, которое управляется только с помощью двигателя внутреннего сгорания при условии, что устройство управления запуском содержит устройство для жесткого проворачивания коленчатого вала, которое допускает проворачивание коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания до целевой частоты вращения холостого хода, и устройство для плавного проворачивания коленчатого вала, которое формирует меньшую выходную мощность по сравнению с устройством для жесткого проворачивания коленчатого вала и не способно к проворачиванию коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания до целевой частоты вращения холостого хода.
[0054] Данная заявка испрашивает приоритет на основе заявки на патент Японии № 2013-113818, поданной в Патентное Ведомство Японии 30 мая 2013 г., содержимое которой полностью содержится в данном документе по ссылке.