準確預測發動機速度的發動機控制裝置的制造方法

準確預測發動機速度的發動機控制裝置的制造方法
【專利摘要】公開了一種準確預測發動機速度的發動機控制裝置。一種發動機控制裝置，相關于發動機旋轉脈動周期中的損失能量預測正常旋轉范圍中的發動機的速度，并且還相關于泵送損失分量和損失能量預測反向旋轉范圍中的發動機的速度，該損失能量是通過反轉摩擦分量值的符號導出的，該摩擦分量是正常旋轉范圍中的損失能量的一部分并且由活塞在其沖程期間所經受的機械摩擦引起。泵送損失分量是發生在發動機的進氣沖程中的能量損失。此計算提高在由燃料的燃燒的停止引起的發動機的速度下降的開始與發動機的旋轉的停止期間預測將來發動機速度的準確度。
【專利說明】
準確預測發動機速度的發動機控制裝置
技術領域
[0001] 本公開總體上設及可在機動車輛中使用的發動機控制裝置，并且更具體地設及運 樣一種發動機控制裝置，該發動機控制裝置被設計成在由發動機的燃料的燃燒的停止導致 的發動機的速度下降的開始與發動機的回轉的停止之間的時期內預測或計算內燃機的旋 轉速度。
【背景技術】
[0002] 已知一些用于機動車輛的發動機控制系統，運些發動機控制系統具有怠速停止 (idle-stop)功能W監測駕駛員的操作(諸如用于啟動或停止車輛的加速操作或制動操作） W自動停止或重啟安裝在車輛中的發動機。通常完成運種自動發動機停止與重啟控制來降 低發動機中的燃料消耗。
[0003] 日本專利第一公開No. 2014-77399教示了一種自動發動機停止與重啟系統，當在 自動發動機停止模式中發動機的速度正在減小時作出發動機重啟請求時，自動發動機停止 與重啟系統盡可能快地重啟發動機而不需要等待發動機完全停止。具體地，當作出發動機 重啟請求時，自動發動機停止與重啟系統工作W在移動發動機啟動器的小齒輪并獲得與連 接到發動機的輸出軸的環形齒輪的曬合所需要的時段的流逝之后預測發動機的速度并且 然后控制發動機啟動器的操作。
[0004] 上述公開還教示從發動機的正常旋轉期間的能量損失計算發動機的反向旋轉期 間的能量損失來預測反向旋轉范圍中的發動機的速度。在反向旋轉范圍中的發動機的速度 的預測中，正常旋轉范圍中的能量損失被分為摩擦分量和壓縮分量。摩擦分量的正負號反 轉，同時壓縮分量在發動機的所有沖程上的總和被假定為零。
[0005] 然而，預測發動機的速度中將壓縮分量在發動機的所有沖程上的總和為零的假定 導致預測發動機的速度中的準確度隨著壓縮分量的增加而減小的擔憂。減小的預測準確度 可導致在由小齒輪與環形齒輪的曬合引起的噪聲或小齒輪與環形齒輪的機械磨損方面被 容許的發動機速度范圍中的小齒輪與環形齒輪曬合故障，運將導致在重啟發動機時增大運 種噪聲或過早的機械磨損。

【發明內容】

[0006] 因此，目標是提供一種發動機控制裝置，該發動機控制裝置被設計成提高在由發 動機中的燃料的燃燒的停止導致的發動機的速度下降的開始與發動機的回轉的停止之間 的時段內預測或計算發動機的速度的準確度。
[0007] 根據實施例的一個方面，提供了一種發動機控制裝置，該發動機控制裝置工作W 在由發動機中的燃料的燃燒的停止導致的發動機的速度下降的開始與發動機的旋轉的停 止之間的時段中預測發動機的速度。該發動機控制裝置包括：（a)第一計算器，與發動機旋 轉脈動周期中的最近一個中的損失能量相關地預測發動機在其正常旋轉范圍中的將來速 度，每一個發動機旋轉脈動周期對應于由發動機的汽缸的體積的增大與減小引起的發動機 的速度變化的循環；（b)能量計算器，反轉摩擦分量值的正號或負號，摩擦分量是正常旋轉 范圍中的損失能量的一部分并且由發動機的活塞在其沖程期間所經受的機械摩擦引起，并 且能量計算器與摩擦分量值和累送損失分量值相關地計算發動機的反向旋轉范圍中的損 失能量，其中，摩擦分量的符號已經被反轉，累送損失分量是在發動機的進氣沖程中發生的 能量損失；W及(C)第二計算器，基于由所述能量計算器導出的損失能量預測發動機的反向 旋轉范圍中的發動機的將來速度。
[0008] 摩擦分量，即在由停止燃燒發動機中的燃料導致的發動機的速度下降的開始與發 動機的旋轉的停止之間在發動機中產生的損失能量之中由活塞將在其沖程期間經歷的機 械摩擦引起的分量，在發動機的正常旋轉和反向旋轉之間沿相反的方向作用。由發動機的 汽缸中的壓強變化引起的壓縮分量可由累送損失分量來表達，累送損失分量是發生在發動 機中的進氣沖程期間的能量損失。本發動機控制裝置是基于W上事實來設計的并且增強了 計算發動機的反向旋轉中的能量損失的準確度，運將導致預測反向旋轉范圍中的發動機的 將來速度的準確度提高。
【附圖說明】
[0009] 根據下文給出的詳細描述和本發明的優選實施例的附圖，將更全面地理解本發 明，然而，運些詳細描述和附圖不應將本發明限制到具體的實施例，而僅僅是出于說明和理 解的目的。
[0010] 在附圖中；
[0011] 圖1是示出根據一個實施例的發動機控審曠置的電路圖；
[0012] 圖2(a)是展示發動機的汽缸中的活塞從頂部止點到底部止點的沖程的截面圖；
[0013] 圖2(b)是展示發動機的汽缸中的活塞從底部止點到頂部止點的沖程的截面圖；
[0014] 圖2(c)是展示發動機的活塞的進氣沖程期間的汽缸中的壓強與汽缸的體積之間 的關系的示圖；
[0015] 圖2(d)是展示發動機的活塞的壓縮沖程期間的汽缸中的壓強與汽缸的體積之間 的關系的示圖；
[0016] 圖2(e)是展示發動機的活塞的膨脹沖程期間的汽缸中的壓強與汽缸的體積之間 的關系的示圖；
[0017] 圖2(f)是展示發動機的活塞的排氣沖程期間的汽缸中的壓強與汽缸的體積之間 的關系的示圖；
[0018] 圖3是表示發動機的汽缸中的壓強與發動機的曲軸的角位置之間的關系的曲線 圖；
[0019] 圖4是由圖1的發動機控制裝置執行的速度預測程序的流程圖；W及
[0020] 圖5是使用圖4的程序中預測的發動機的速度來控制啟動器的操作的啟動器控制 程序的流程圖。
【具體實施方式】
[0021] 參見附圖，其中相似的附圖標記指若干示圖中的相似部分，具體參見圖1，示出了 與四循環四汽缸發動機一起使用的實施例的發動機控制系統。發動機控制系統(還將在下 面被稱為發動機控制裝置）由電子控制單元化cu)來實施并且工作W執行燃料注入控制任 務、點火定時控制任務W及自動發動機停止與重啟任務。
[0022] 如圖1所示，啟動器設備10被設計為小齒輪推動類型發動機啟動器并且包括小齒 輪11、電動機12和電磁致動器13。電動機12工作W旋轉小齒輪11。電磁致動器13作為電驅動 致動器工作W沿其軸向推動小齒輪11。電動機12經由電動機激勵繼電器15連接至電池16。 當電動機激勵繼電器15的開關設備閉合時，電池16向電動機12遞送電力。電動機激勵繼電 器15具有連接至電動機驅動繼電器14的線圈，電動機驅動繼電器14響應于電信號而斷開或 閉合。電動機激勵繼電器15的開關設備在閉合信號輸入到電動機驅動繼電器14時閉合，由 此從電池16向電動機12供應電力。
[0023] 電磁致動器13包括柱塞(plunger)17和線圈18。柱塞17將驅動力（即，轉矩)經由杠 桿傳送到小齒輪11。當被激勵時，線圈18工作W沿其軸向移動柱塞17。電磁致動器13經由小 齒輪驅動繼電器19電連接至電池16。小齒輪驅動繼電器19響應于電信號而斷開或閉合，此 電信號與輸出到電動機驅動繼電器14的電信號不同。換而言之，由電動機12獲得的小齒輪 11的旋轉和由電磁致動器13獲得的小齒輪11的推力被彼此獨立地控制。
[0024] 小齒輪11設置在一位置處，在該位置處，當小齒輪11被移動時，小齒輪11的齒與禪 合到發動機20的輸出軸（即，曲軸22)的環形齒輪21曬合。具體地，當電磁致動器13未被激勵 時，小齒輪11被設置成與環形齒輪21不接觸。當小齒輪驅動繼電器19在小齒輪11與環形齒 輪21不接觸時接通或閉合時，電磁致動器13由電池16供應電力并且沿其軸向吸引柱塞17， 由此朝向環形齒輪21推動小齒輪11。運使得排列在小齒輪11的外邊緣上的每一個齒進入排 列在環形齒輪21的外邊緣上的相鄰兩個齒之間，W在小齒輪11與環形齒輪21之間建立機械 曬合。當在小齒輪11與環形齒輪21曬合時激勵電動機12時，將使得環形齒輪21被小齒輪11 旋轉W在發動機20上施加初始轉矩，由此轉動發動機20的曲柄
[0025] 發動機控制系統還包括曲柄角傳感器23, W發動機20的給定曲柄角的間隔輸出矩 形信號。曲柄角傳感器23配備有脈沖星(pulsar)(即，旋轉盤)24和電磁拾波器25。脈沖星24 連同曲軸22-起旋轉。電磁拾波器25設置在脈沖星24的外圓周附近。脈沖星24在其圓周上 形成多個突起26和平坦區域27,多個突起26W給定旋轉角(例如，30°CA)的間隔遠離彼此排 列，并且在平坦區域27不存在突起，例如省略兩個突起26。
[00%]當脈沖星24隨著曲軸22的旋轉而旋轉時，每一次突起16中的一個到達或經過電磁 拾波器25(即，在此實施例中，W30°CA的間隔），電磁拾波器25輸出脈沖信號(在下文也將被 稱為曲柄脈沖信號）dECU 30分析脈沖信號（如由電磁拾波器25輸入的）并且相關于脈沖信 號的寬度確定發動機20的曲軸22的速度和角速度。ECU 30還計數(如順序輸入的）脈沖信號 的數量W確定曲軸22的曲柄角或角位置。
[0027] ECU 30作為配備有典型微計算機的電子控制器工作W監測或分析來自安裝在發 動機控制系統中的傳感器的輸出，該發動機控制系統用于控制噴射到發動機20中的燃料的 量、點火定時、發動機20的操作(例如，在怠速停止模式中及啟動器設備10的操作。安裝 在發動機控制系統中的傳感器包括曲柄角傳感器23、進氣壓強傳感器28和冷卻劑溫度傳感 器(未示出）。進氣壓強傳感器28測量與發動機20連接的進氣管中的壓強。冷卻劑溫度傳感 器工作W測量用于發動機20的冷卻水或冷卻劑的溫度。
[0028] 下面將描述由此實施例的發動機控制系統執行的怠速停止控制操作(也稱為自動 發動機停止與重啟操作）。怠速停止控制操作在發動機20的操作的怠速模式期間滿足自動 發動機停止條件時自動停止發動機20并且然后在滿足自動發動機重啟條件時重啟發動機 20。例如，自動發動機停止條件是W下條件中的任一項:車輛的加速器(例如，加速器踏板） 已被完全釋放即發動機20正在空轉；制動踏板已被壓下；W及車輛20的速度已落到給定值 W下。自動發動機重啟條件是W下條件中的任一項：加速器已被壓下和制動踏板已被完全 釋放。
[0029] 此實施例的發動機控制系統被設計成在發動機20的速度隨著發動機20的自動停 止而下降時的時段中滿足了自動發動機重啟條件時盡可能快地重啟發動機20而不需要等 待發動機20完全停止。
[0030] 具體地，當遇到自動發動機停止條件時，發動機控制系統工作W停止發動機20中 的燃料的燃燒。當在發動機20的速度隨著發動機20的燃料的燃燒的停止而下降時的時段期 間滿足了自動發動機重啟條件時，發動機控制系統在一時刻向小齒輪驅動繼電器19輸出接 通信號，該時刻與發動機20的速度(例如，當發動機20的速度落入l(K)rpm或更低的低速范圍 中時)相關地被設定。運使得線圈18被激勵W朝向環形齒輪21推動小齒輪11。在自小齒輪被 推動起給定的時段(下文也將稱為行進時間化)過去之后，發動機控制系統向電動機驅動繼 電器14輸出接通信號。行進時間化是小齒輪11開始被移動時與小齒輪11行進到并接觸環形 齒輪21時之間所需要的時間量。在行進時間化的流逝之后向電動機驅動繼電器14輸出接通 信號使得已與環形齒輪21曬合的小齒輪11被旋轉W轉動發動機20的曲柄而不必等待發動 機20完全停止。
[0031] 優選當環形齒輪21對于小齒輪11的相對速度在給定范圍（例如，0± 10化pm)中時 獲得小齒輪11與環形齒輪21的曬合W最小化其之間的曬合引起的機械噪聲或它們的齒的 磨損。在小齒輪驅動繼電器19閉合之前，小齒輪11遠離環形齒輪21。因此，移動小齒輪11并 且將小齒輪11與環形齒輪21接觸需要花費時間。因此，如果當發動機20的速度在允許小齒 輪11與環形齒輪21曬合的范圍中時，在自動發動機重啟條件得到滿足的時刻，小齒輪11開 始被移動，則它會在小齒輪11與環形齒輪21實際曬合的時候使得發動機20的速度脫離運種 容許的范圍。運導致關于小齒輪11與環形齒輪20之間的曬合引起的機械噪聲或它們的齒的 磨損增大的擔憂。
[0032] 此外，電磁拾波器類型的曲柄角傳感器23通常具有可產生脈沖信號（下文也將稱 為曲柄脈沖信號）的受限的發動機速度范圍并且不能準確地測量發動機20的速度，尤其例 如在50rpm或更低的低速范圍中。因此，使用來自此曲柄角傳感器23的輸出來控制啟動器設 備10的操作可導致低速范圍中的發動機控制系統的可控性變差。
[0033] 為了緩解上述問題，ECU 30被設計成在發動機20的速度開始下降時和發動機20完 全停止之間的時段中估計或計算發動機20的將來速度并相關于發動機20的經計算的將來 速度確定小齒輪11要開始被移動的時間和電動機12要開始被致動的時間。具體地，發動機 控制系統配備有:第一計算器，用作旋轉計算裝置W在發動機20中的燃料燃燒停止之后并 且當曲軸22沿正向方向（即，正常方向）旋轉時計算發動機20的速度；W及第二計算器，用作 旋轉計算裝置W在發動機20中的燃料燃燒停止之后并且當曲軸22沿反方向旋轉時計算發 動機20的速度。
[0034] 第一計算器
[0035] 第一計算器將由發動機20的汽缸（即，燃燒腔室）的體積的增大與減小引起的發動 機20的速度變化的每一個循環定義為發動機速度預測時間周期(下文也將稱為發動機旋轉 脈動周期）并且在發動機20沿正向（即，沿正常旋轉范圍）的旋轉期間相關于前一個（即，最 近一個)發動機旋轉脈動周期中的發動機20的能量損失計算或預測發動機20的將來速度。
[0036] 具體地，如上所述，發動機20在此實施例中是四循環四汽缸內燃機。如果，發動機 20是單汽缸發動機，發動機速度預測周期或如本文所稱的發動機旋轉脈動周期是一循環， 在該循環中，活塞例如從TDC行進到抓C然后返回到TDC，換而言之，在該循環中，發動機20的 汽缸的燃燒腔室的體積增大然后減小，反之亦然。此實施例的發動機20具有四個汽缸。因 此，當任何一個汽缸中的燃燒腔室被壓縮時，另一個汽缸中的燃燒腔室膨脹。在此實施例 中，運一循環(即，曲軸22的180°旋轉)被定義為發動機旋轉脈動周期中的一個。
[0037] 第一計算器假定作為當發動機20正在其速度的降低期間沿正向旋轉時的曲軸22 的轉矩損失的能量損失（下文也將稱為損失能量)在發動機20的活塞的相同角位置處保持 恒定。如上所述，第一計算器將由發動機20的燃燒腔室的體積的增大與降低的循環引起的 發動機20的瞬時速度變化的每一個循環（即，在此實施例中180°CA(曲柄角））定義為發動機 旋轉脈動周期中的一個并且在每一個發動機旋轉脈動周期中相關于每一個發動機旋轉脈 動周期中的發動機20的速度的過去值計算發動機20的速度的將來值。換而言之，第一計算 器基于發動機20沿正向轉動的事實確定發動機20的將來速度，由發動機20產生的轉矩將在 相繼兩個發動機旋轉脈動周期中W相同的形式變化。發動機20的上述瞬時速度是相關于曲 軸22轉過給定角所需要的時間量導出的發動機20的速度。因此，第一計算器用于計算發動 機20的瞬時速度的預測值，該瞬時速度在發動機20的旋轉角（即曲軸22的角位置)處呈現， 其中緊接著從曲柄角傳感器23輸出曲柄脈沖信號（即，在ECU 30中的隨后計算循環），然后 在兩個計算循環之后基于隨后的計算循環中的預測值計算發動機的瞬時速度的預測值。W 此方式，ECU 30導出發動機20的速度降低的時段中的發動機20的速度變化的軌跡。
[0038] 具體地，已經由曲柄角傳感器23檢測的或發動機20的速度已經由旋轉計算裝置預 測的點被定義為參考點P(i)。將預測發動機20的速度所針對的點被定義為預測點P(i + 1)。 發動機20的正常旋轉范圍中的預測點P(i+1)處的發動機20的速度(下文也將稱為預測的發 動機速度Ne(i + 1))使用發生在正常旋轉范圍中的參考點P(i)與預測點P(i + 1)之間的損失 能量EiDss_p(i- i+i)由下面的方程（1)來表達。注意到，在與發動機20的正常方向相反的方向上 作用的損失能量的符號被定義為正。
[0039]
[0040] (化（i)>〇 且化（i)2-Ei〇ss_p(i一 i+i)>0) (1)
[0041] 其中化（i)是參考點P(i)處的發動機20的速度，Ne(i+1)是預測點P(i+1)處的發動 機20的速度，W及EiDss_p(i-i+i)是參考點P(i)與預測點P(i+1)之間的損失能量。
[0042] 發動機控制系統假定在發動機20的燃料切斷期間的相鄰兩個發動機旋轉脈動周 期中由發動機20產生的轉矩的程度在自TDC算的相同曲柄角處彼此一致，只要發動機20的 旋轉的方向保持不變。因此，Eq.(l)中的損失能量Eidss_p(i~^i+i)使用先前發動機旋轉脈動周 期中的對應曲柄角之間的損失能量。
[0043] 每當從曲柄角傳感器23向ECU 30輸入曲柄脈沖信號時（即，每30°CA)發起上述預 測操作，并且在曲柄脈沖信號的隨后輸入之前的時段中執行上述預測操作，由此更新預測 的數據W便在定義發動機20的速度變化的軌跡中使用。可選地，可通過將發動機20的速度 的瞬時值轉換為角速度值作出預測操作。
[0044] 第二計算器
[0045] 接著，下面將討論由第二計算器作出的發動機20的速度的預測。如上所述，第一計 算器基于發動機20停止燃燒燃料之后發動機20中的損失能量將在相同曲柄角位置處恒定 的假設預測發動機20的將來速度，如在曲軸22的旋轉循環中借助發動機20的活塞的位置來 表達，然而，在發動機20的反向旋轉范圍中不滿足運種假設。運是因為當發動機20中的燃料 的燃燒停止時產生的發動機轉矩（下文也將稱為損失轉矩)通常包含由活塞將在發動機20 中的沖程期間經歷的機械摩擦引起的轉矩的損失，并且運種轉矩損失沿著取決于發動機20 的旋轉方向的方向作用在發動機20上，換而言之，沿著發動機20的正向旋轉與反向旋轉之 間的相反方向（參見圖2(a)到2(f))作用在發動機20上。具體地，發動機旋轉脈動周期中的 損失能量包含由發動機20的活塞在其沖程期間經歷的機械摩擦引起的摩擦分量和由發動 機20的汽缸中的壓強變化引起的壓縮分量。
[0046] 考慮到上述現象，此實施例的發動機控制系統被設計成將發動機20中的損失能量 分成摩擦分量和壓縮分量，并借助摩擦分量作用在發動機20上的方向差異計算發動機20的 反向旋轉范圍中的損失能量。具體地，包含在發動機20的正常旋轉期間的發動機旋轉脈動 周期中的損失能量中的摩擦分量的符號被反轉且被定義為發動機20的反向旋轉范圍中的 損失能量的摩擦分量值。對于壓縮分量，作為發動機20的活塞的進氣沖程期間創建的能量 的損失的累送損失分量被計算且被定義為發動機20的反向旋轉范圍中的損失能量的壓縮 分量。損失能量(如摩擦分量與壓縮分量之和來表達)被確定為發動機20的反向旋轉范圍中 的損失能量的預測值且被用于預測反向旋轉范圍中的發動機20的速度。
[0047] 下面將利用圖2(a)到2(f)中的P-V圖描述累送損失分量被認為是損失能量的壓縮 分量的原因。圖2(c)到2(f)分別展示完整燃燒循環中的壓縮能量的變化，完整燃燒循環即 四個沖程:發動機20的活塞的進氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程（即，燃燒沖程似及排氣沖程。 圖2(c)和2(e)中的進氣沖程與膨脹沖程是增大發動機20的燃燒腔室的體積的活塞沖程，而 壓縮沖程與排氣沖程是減小發動機20的燃燒腔室的體積的活塞沖程。圖2(a)到2(f)示出發 動機20是單汽缸發動機的情況下的壓縮能量的變化。
[0048] 在進氣沖程期間在汽缸中出現由累送損失引起的能量下降P1，如圖2(c)所示。在 活塞經受壓縮沖程的汽缸中，隨著活塞的向上運動出現壓縮能量的上升Q2,如圖2(d)所示， 之后發生壓縮能量的下降P2。在活塞經受膨脹沖程的汽缸中，隨著活塞的向下運動出現上 升Q3,如圖2(e)所示，之后發生壓縮能量的下降P3。活塞經受排氣沖程中的汽缸中的壓強基 本上與大氣壓一致，使得壓縮能量的變化將大約為零。因此，在壓縮沖程與膨脹沖程期間的 壓縮能量的變化彼此抵消，使得由累送損失造成的能量下降P1將作為所有沖程（即，進氣、 壓縮、膨脹W及排氣）中的壓縮能量的變化，
[0049] 圖3是示出單汽缸發動機的汽缸中的壓強的變化(如點劃線A所示）、作為所有汽缸 (即，發動機20的四個汽缸）中的壓強的結合的合成壓強(如虛線B所示）、W及每一個沖程中 的所有汽缸中的合成壓強的平均值(如實線C所示）。每一個壓強是基于大氣壓來表達的。每 一個壓強在發動機的正常旋轉方向上作用的方向用加號(+ )來表達。曲柄角是基于參考位 置(0°CA)來表達的，該參考位置是發動機的選擇的汽缸之一(例如，第一汽缸）的壓縮沖程 中的頂部止點。此曲線圖示出進氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程與排氣沖程的任何一個中的所 有汽缸中的合成壓強的平均值(如實線C所示)與單汽缸發動機的進氣沖程中的壓強(如點 劃線A所示)一致。運表示發動機的所有汽缸中的進氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程與排氣沖程 的任何一個中的合成壓縮能量等于進氣沖程中的累送損失的能量。
[0050]因此，此實施例將壓縮分量代入算術方程而不忽略累送損失W在計算發動機20的 速度中取得改進。具體地，壓縮轉矩Tec與累送損失轉矩Tpnmp之間的關系由下列Eq. (3)來表 達。所有汽缸中的能量損失之和根據使用摩擦轉矩Tef和累送損失轉矩Tpnmp的下列Eq. (4)來 表達。方程(3)和(4)中的積分的區間包含發動機中的所有沖程（即，所有汽缸中的進氣沖 程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程的序列）。
[0化1 ]
[0化2] (4)
[0053] 其中Ep(i)是一個沖程中的能量損失，W及方程(4)中的n指示發動機的汽缸的數 量。
[0054] 下面將詳細描述如何計算反向旋轉范圍中的發動機20的速度。如果與發動機20的 正常旋轉方向相反的方向用加號(+ )來表達，那么發動機轉矩Te[Nm]由下式表達：
[0化5] Te = Tef+Tec 巧）
[0056] 其中是Tef摩擦轉矩，W及Tec是壓縮轉矩。
[0057] 反向旋轉期間的摩擦轉矩Tef_n由使用正常旋轉期間的摩擦轉矩Tef_p的下列方程 (6)來給出。
[0化引 Tef_n = -Tef_p (6)
[0059] 摩擦轉矩由使用上述方程(3)和(5)的下列方程(7)來表達。
[0060]
巧
[0061] 如果發動機旋轉脈動周期中的壓縮轉矩的程度在從TDC起的相同曲柄角處相同， 那么反向旋轉期間的壓縮轉矩Tec_n由使用正常旋轉期間的壓縮轉矩Tec_p的下列方程(8)來 表達。
[0062] Tec_n = Tecj = Te-Tef (8)
[0063] 因此，反向旋轉期間的發動機轉矩Te_n由使用正常旋轉期間的發動機轉矩Te_p的下 列方程(9)來給出。
[0064] Te_n = Tef_n+Tec_n = -Tef_p+ ( Te_p-Tef_p )
[00化]=Te_p-2XTef_p (9)
[0066] 使用方程(3)和(7)重寫方程(9)，我們得到
[0067] Te_n=Te j-2/n [ J Te J ( 0 ) d 0 - J Tec ( 0 ) d 0 ]
[006引=Te_p-2/n[jTe_p(目）d 目-jTpomp(目）d 目](10)
[0069]發動機轉矩Te和損失能量Eims彼此具有成比例的關系，使得如果發動機轉矩Te被 替換為損失能量EIdss則滿足方程（10)。反向旋轉期間的損失能量ElDss_n由下列方程（11)來 表達。方程（11)的使用使得使用正常旋轉期間的損失能量E1dss_p能夠導出反向旋轉期間的 損失能量EiDss_n。正常旋轉期間的損失能量61。33_。由曲柄角傳感器23的輸出或第一計算器所 預測的發動機速度化（i+1)來確定。
[0070] Ei〇ss_n = Ei〇ss_p-2/n[ JEi0ss_p (目）d目-化。。111。（目）d目](11)
[0071] 其中，Eidss_p是正常旋轉期間的能量損失[rpm2]，EiDss_n是反向旋轉期間的損失能 量[巧m2]，W及Epomp是累送損失能量[rpm2]。
[0072] 在方程（11)中，相關于活塞經受進氣沖程的汽缸中的壓強計算累送損失能量 Epnmp。具體地，使用下列方程（12)導出累送損失能量。
[0073] Ep〇mp =邸（12)
[0074] 其中，P是活塞經受進氣沖程的汽缸中的壓強，W及0是在壓強到能量轉換中使用 的轉換系數。活塞經受進氣沖程的汽缸中的壓強P由進氣壓強傳感器28的輸出導出。
[0075] 反向旋轉期間的損失能量EiDss_n(如在方程（11)中導出）被用于根據下列方程（13) 預測反向旋轉范圍中的發動機20的速度。
[0076]
[0077] (化（i)<〇 且化（i)2 巧 loss_n(i一 1+1)>0) (13)
[0078] 其中化（i)是參考點P(i)處的發動機20的速度，Ne(i+1)是預測點P(i+1)處的發動 機20的速度，W及ElDss_n(W+l)代表反向旋轉范圍中的參考點P(i)與預測點P(i + 1)之間的損 失能量。
[0079] 在方程（13)中，損失能量EiDss_n(w+i)由一值給出，該值是通過將分別與參考點P (i)和預測點P(i+1)-致的正常旋轉范圍中的曲柄角之間的損失能量Eidss_p轉換為使用方 程(11)的反向旋轉期間的損失能量ElDss_n來導出。具體地，在發動機20的旋轉從正常方向改 變為反向方向之后，活塞的曲柄角將反轉，使得發動機20的速度順序地改變到預測點處的 速度 P(i-3)^P(i-2)^P(i-l)^P(i)^P(i+l)^P(i+2)。當發動機 20 的速度在預測點 p(i- 1)變為零時，緊接在進入反向旋轉范圍之后的預測點P(i)處的曲柄角將與剛好在進入反向 旋轉范圍之前的正向旋轉范圍中的預測點P(i-2)處的曲柄角一致。預測點P(i+1)處的曲柄 角還與P(i-3)處的曲柄角一致。在此情況下，不管發動機20的旋轉的方向，在相同曲柄角處 創建的損失能量值彼此對應。例如，預測點P(i)與P(i+1)之間發生的損失能量值因此可根 據上述方程（11)被計算為等于正常旋轉范圍中的預測點P(i-3)與P(i-2)之間發生的損失 能量值。
[0080] 不管發動機20的旋轉的方向，參考點P(i)與預測點P(i + 1)之間的時間區間A 由下列方程(14)表達。諸如方程(14)中的A0(i_^w)是曲軸22從參考點P(i)旋轉到預 測點P(i+1)所經過的角度，即曲柄分辨率。
[0081 ] At(i-w) = 2X[ A 白(i一i+i)/(i)+Ne(i+l))] (14)
[0082] 接著，還將參考圖4的流程描述計算發動機20的速度的預測值的操作。ECU 30在發 動機根據自動發動機停止條件的滿足而停止之后W曲軸22的給定角位置的間隔（例如，在 此實施例中，每30°CA)執行圖4中的邏輯步驟的程序或序列。
[0083] 在進入此程序之后，例程前進至步驟S101，其中損失能量Eidss(如在最近發動機旋 轉脈動周期導出的）被用于根據上述方程（1)計算或預測下一旋轉脈動周期的發動機20的 旋轉速度化（i+l)(運由第一計算器作出）。例程前進至步驟S102,其中確定發動機20的速度 Ne(i+1)的預測值(如在步驟SlOl中導出的）是否指示曲軸22正在沿正常方向（即，正向）旋 轉的事實。具體地，當陽e(i)2-Ei〇ss(i- i+i)]〉0時，速度化（i+1)被確定為具有意味著曲軸22正 在沿正常方向旋轉的正值。可選地，當陽e(i)2-Ei〇ss(i- i+i)K〇時，速度化（i+1)被確定為具有 負值。如果在步驟S102獲得"是"回答，那么例程前進至步驟S103,其中確定發動機20的速度 的預測是否應該繼續，即ECU 30是否等待來自曲軸角傳感器23的曲軸脈沖信號的后續輸 入。如果獲得了 "是"回答，那么例程返回步驟S101。第一計算器繼續經由步驟S101和S102周 期地計算發動機20的速度的預測值。
[0084] 可選地，如果在步驟S102獲得意味著預測的速度值化（i + 1)(如根據方程（1)最近 計算的)被確定為已經變為負數的"否"回答，那么例程前進至步驟S104,其中作為當達到曲 軸22的給定速度(例如，零或接近零速度)時的時間的反轉決定時間tb基于預測的速度Ne (i + 1)(如在步驟SIO1中導出的）來確定。反轉決定時間tb是在發動機20的正常旋轉期間小齒 輪11能夠與環形尺寸21曬合的時間范圍中的最后時間，根據需要的行進時段化確定反轉決 定時間tb，需要的行進時段化是小齒輪11的行進的開始和小齒輪11與環形尺寸21的接觸之 間所需要的時間。
[0085] 例程然后前進至步驟S105,其中確定當前時間是否晚于反轉決定時間tb。如果獲 得了 "否"回答，意味著如果現在作出對重啟發動機20的請求則小齒輪11開始被推動，那么 有可能在發動機20的正向旋轉期間使小齒輪11與環形尺寸21接觸，結論是不需要在發動機 20的反向旋轉期間預測發動機20的速度。例程然后終結。
[0086] 可選地，如果在步驟S105獲得叮ES"回答，那么例程前進至步驟S106，其中根據方 程（11)計算發動機20的反向旋轉范圍中的損失能量EiDss_n，其由作為ECU 30的任務之一的 能量計算器獲取。例程前進至步驟S107,其中根據使用發動機20的反向旋轉范圍中的損失 能量ElDss_n的方程(13)計算反向旋轉范圍中的發動機20的將來速度。運由第二計算器獲得。
[0087] 例程前進至步驟S108,其中確定第二計算器是否應該繼續發動機20的速度的預 巧。。如果獲得了 "是"回答，那么例程返回步驟S106。可選地，如果獲得了 "否"回答，那么例程 終結。在此實施例中，停止燃燒發動機20中的燃料與在停止燃燒發動機20中的燃料之后發 動機20的旋轉的方向首次從反向方向改變為正常方向時之間的時間間隔被設定為預測發 動機20的速度的速度預測時段。因此，在步驟S108中，發動機20的速度與指示速度預測時段 的結束的參考值相比較。如果此比較示出在停止燃燒發動機20中的燃料之后發動機20的旋 轉的方向首次從反向方向改變為正常方向的時間已經過去，那么在步驟S108中獲得"否"回 答。例程然后終結。
[0088] 圖5是控制啟動器10的操作的啟動器控制程序的流程。在發動機20中的燃料的燃 燒根據上述自動發動機停止條件的滿足而停止與發動機20的旋轉停止之間的時段中，啟動 器控制器(即，ECU 30) W給定間隔執行此程序。
[0089] 在進入此程序之后，例程前進至步驟S201，其中確定自動發動機重啟條件是否已 經滿足。如果獲得了 "否"回答，那么例程終結。可選地，如果獲得了 "是"回答，那么此例程前 進至步驟S202,其中確定發動機速度是否低于或等于小齒輪行進容許速度。小齒輪行進容 許速度是發動機20的速度的范圍的上限，在該速度的范圍中允許啟動器10移動小齒輪11與 環形齒輪21接觸。小齒輪行進容許速度例如被設定為lOOrpm。要與小齒輪行進容許速度相 比較的發動機速度是發動機20的速度(如由第一計算器W上述方式預測的），但可選地可W 是直接由曲柄角傳感器23測量的發動機20的速度。
[0090] 如果在步驟S202獲得了 "否"回答，那么例程終結。可選地，如果在步驟S202中獲得 了 "是"回答，那么例程前進至步驟S203,其中確定是否已經進入小齒輪行進容許時間范圍。 小齒輪行進容許時間范圍是在在小齒輪11和環形齒輪21的齒輪曬合噪聲或機械磨損方面 容許的發動機速度范圍內，允許小齒輪11與環形齒輪21曬合的時段。因此，考慮到接觸禁止 周期和行進時間化，基于發動機20的速度(如由第二計算器預測的）來確定小齒輪行進容許 時間范圍。接觸禁止周期是小齒輪11被禁止與環形齒輪21接觸的時段。接觸禁止周期被設 定在反向旋轉范圍中的發動機20的速度相對較高的發動機速度范圍內。
[0091] 如果在步驟S203獲得了 "否"回答，那么例程終結。可選地，如果獲得了 "是"回答， 那么例程前進至步驟S204,其中ECU 30向小齒輪驅動繼電器19輸出接通信號W致動啟動器 10啟動器10然后朝向環形齒輪21推動小齒輪11。此例程然后前進至S205,其中在自小齒輪 11開始被移動起的行進時間化流逝之后，ECU 30向電動機驅動繼電器14輸出接通信號W致 動電動機12來旋轉小齒輪11。如上所述，行進時間化是小齒輪11開始被移動時與小齒輪11 行進到并接觸環形齒輪21時之間所需要的時段。
[0092] 此例程然后前進至步驟S206,其中當發動機20的速度化高于發動機啟動速度化f (例如，400rpm到500rpm)的條件滿足時，ECU 30向小齒輪驅動繼電器19和電動機驅動繼電 器14輸出斷開信號W釋放小齒輪11與環形齒輪21的曬合并且還停止電動機12,由此終結發 動機20的轉動。
[0093] 此實施例的發動機控制系統提供W下優勢。
[0094] 如上所述，發動機控制系統被設計成:反轉摩擦分量值的符號（即，加號或減號）， 摩擦分量是正常旋轉范圍中的損失能量的一部分并且由發動機20的活塞在其沖程期間所 經受的機械摩擦引起;相關于已經被反轉符號的摩擦分量值和作為出現在發動機20的進氣 沖程中的能量損失的累送損失分量計算發動機20的反向旋轉范圍中的損失能量；W及相關 于所計算的損失能量預測反向旋轉范圍中的發動機20的將來速度。換而言之，發動機控制 系統被設計成將壓縮分量(如包含在損失能量中）代入算術方程而不忽略累送損失W在預 測發動機20的速度中取得改進。運改進了計算發動機20的反向旋轉范圍中的損失能量的準 確度，運將導致預測反向旋轉范圍中的發動機20的速度的準確度提高。
[00%]發動機控制系統基于汽缸之中活塞正在經受進氣沖程的那個汽缸中的壓強來計 算累送損失能量EpDmp。運導致通過測量活塞處于進氣沖程中的汽缸中的壓強P來確定累送 損失能量Epnmp的準確度提高。具體地，進氣管中的壓強（如由進氣壓強傳感器28測量)在計 算累送損失能量EpDmp中被用作汽缸中的壓強P。因此，此實施例的發動機控制系統適于在未 配備有汽缸壓強傳感器的機動車輛中使用。
[0096]優選的是，當在響應于自動發動機停止請求而停止發動機20的燃料燃燒之后的發 動機20的速度下降期間作出發動機重啟請求時，在發動機重啟請求被作出之后立即重啟發 動機20而不等待曲軸22的停止，然而，為了獲得小齒輪11與環形齒輪21的曬合在曲軸22的 相對高速范圍中的反向旋轉期間的小齒輪11與環形齒輪22的接觸將導致關于小齒輪11或 環形齒輪21的齒輪曬合噪聲增大或磨損的加速的更大擔憂。為了緩解運種缺點，與用于車 輛的自動停止與重啟系統一起使用此實施例W經由圖9的步驟S201和S202中的操作使用發 動機20的速度(如由第一計算器或第二計算器預測的）控制或確定小齒輪11應該被移動的 時間，由此最小化小齒輪11與環形齒輪21的齒輪曬合噪聲和磨損并且還允許發動機20在發 動機重啟請求被作出之后盡可能快地重啟。
[0097]具體地，與能夠分開控制小齒輪11的移動和電動機12的致動的系統一起使用此實 施例，由此能夠使用由第一計算器或第二計算器預測的發動機20的速度W高響應速率和增 大的準確度控制應該移動小齒輪11的時間。運使發動機20能夠被重啟而不增大小齒輪11與 環形齒輪21的磨損。
[009引修正例
[0099] 可修改發動機控制系統的結構或操作，如下所述。
[0100] 累送損失能量Epnmp的計算使用進氣管中的壓強（如由進氣壓強傳感器28測量)作 為上述實施例中的發動機20的汽缸之一中的壓強P，然而，可針對發動機20的每一個汽缸提 供一個壓強傳感器W直接測量壓強P。壓強P的直接測量導致計算累送損失能量EpDmp的準確 度提高。
[0101] 上述實施例相關于發動機20的汽缸之中活塞正經受進氣沖程的那個汽缸中的壓 強P計算累送損失能量EpDmp，然而，不限于運種方法。例如，可相關于發動機20的旋轉的角位 置處的損失能量計算累送損失分量，在該角位置處，發動機20的汽缸之中活塞正經受壓縮 沖程的那一個的體積變得等于汽缸之中活塞正經受膨脹沖程的那一個的體積。
[0102] 在發動機20的旋轉的角位置處，其中發動機20的汽缸之中處于壓縮沖程的那一個 的體積等于汽缸之中處于膨脹沖程的那一個的體積，壓縮沖程和膨脹沖程中的能量損失相 互抵消，使得僅在進氣沖程中存留損失能量，即累送損失分量。例如，在四汽缸發動機的情 況下，如果汽缸之中處于壓縮沖程的那一個(例如，第一汽缸）中的頂部止點被定義為參考 位置(〇°CA)，那么壓縮沖程中的汽缸和膨脹沖程中的汽缸在-27(rCA、-9(rCA、9(rCA和270 °CA的角位置處在體積上彼此一致，從而使得作為所有汽缸中的壓強的組合的合成壓強(如 虛線B所示)等于每一個沖程中的所有汽缸中的合成壓強的平均值(如實線C所示）。基于此 事實，W上述方式導出累送損失分量。具體地，使用過去的歷史數據計算一曲柄角處的損失 能量E1dss_p，正常旋轉范圍內的壓縮沖程中的汽缸的體積在該曲柄角處與膨脹沖程中的汽 缸的體積一致。W此方式計算的損失能量E1dss_p被用作累送損失能量EpDmp。根據上述方程 (11 )確定反向旋轉范圍中的損失能量ElDss_n。
[0103] 上述實施例確定發動機20中燃燒燃料的停止與發動機20中燃燒燃料的停止之后 發動機20的旋轉的方向首次從反向方向改變為正常方向時之間的時間間隔，作為預測發動 機20的速度的速度預測時段，但是它不限于此時間間隔。在發動機20中燃燒燃料的停止之 后發動機20的旋轉的方向首次從反向方向改變為正常方向之后，發動機20的速度的預測可 繼續。例如，發動機20的速度的預測可繼續，直到發動機20的速度變為零。
[0104] 發動機控制系統配備有小齒輪驅動繼電器19和電動機驅動繼電器14,小齒輪驅動 繼電器19工作W激勵或斷開線圈18來移動小齒輪11，電動機驅動繼電器14工作W激勵或斷 開電動機12,但發動機控制系統可被設計成具有電動機激勵控制繼電器。例如，在圖1的結 構中，電動機激勵接觸被設置在柱塞17的一端上，該端與連接至杠桿而不是電動機驅動繼 電器14和電源繼電器15的一端相反。電動機激勵控制繼電器被設置在電動機12和電池16之 間。當電動機激勵接觸通過使小齒輪11與環形齒輪22曬合的柱塞17的移動來閉合時，電動 機激勵控制繼電器被設置成被閉合或接通W將電力從電池16提供到電動機12。換而言之， 隨著柱塞17的移動的完成或柱塞17的移動的完成之后，開始對電動機12的電力供應。電動 機激勵控制繼電器也可被設計成響應于從ECU30輸出的接通/斷開信號而接通或斷開。ECU 20可彼此獨立地控制小齒輪驅動繼電器19和電動機激勵控制繼電器的操作W分開地獲得 小齒輪11與環形齒輪21的曬合W及電動機12的致動。
[0105] 如上所述，上述實施例的發動機控制系統分別控制小齒輪11的移動和電動機12的 致動，然而，它可被設計成在自小齒輪11開始被移動起的給定時段的流逝之后開始致動電 動機12。給定時段是恒定的，運會導致電動機12過早開始被致動W致于在發動機20的反向 旋轉期間小齒輪11與環形齒輪21曬合時不能旋轉小齒輪11，從而使得將沿正向旋轉（即，正 常旋轉)作用在曲軸22上的轉矩被施加到現在沿反向方向旋轉的曲軸22,因此導致重啟發 動機20失敗。運加速小齒輪11和環形齒輪21的磨損。發動機控制系統還可被設計成將小齒 輪11的移動的開始與電動機12的致動的開始之間的間隔設定長W避免在發動機20的反向 旋轉期間致動電動機12,運會導致系統對發動機重啟請求的響應中的延遲。然而，上述實施 例的發動機控制系統能夠在發動機20的反向旋轉期間準確地預測發動機20的將來速度，因 此導致小齒輪11和環形齒輪21的磨損降低并且確保發動機20的啟動性。
[0106] 發動機控制系統可被設計成使用發動機20的速度(如由第一計算器或第二計算器 導出）W估計發動機20將停止旋轉的時間并且確定應該朝向環形齒輪21移動小齒輪11的時 間W使得小齒輪11將在估計的時間與環形齒輪21曬合。壓縮分量的使用導致預測反向旋轉 范圍中的發動機20的速度的準確度提高，由此能夠在發動機20停止旋轉之后立即開始移動 小齒輪11，運將最小化小齒輪11和環形齒輪21的磨損并且還能夠盡可能早地啟動發動機重 啟操作。具體地，與分開控制小齒輪11的移動和電動機12的致動的啟動器設備10相比較，依 次移動小齒輪11并致動電動機12的常規啟動器設備難W精確地控制小齒輪11與環形齒輪 21的曬合。常規啟動器設備有時不得不在發動機20停止旋轉之后重啟發動機20。然而，上述 實施例的發動機控制系統能夠消除此缺點。
【主權項】
1. 一種發動機控制裝置，工作以在由發動機中的燃料的燃燒的停止導致的所述發動機 的速度下降的開始與所述發動機的旋轉的停止之間的時段中預測所述發動機的速度，所述 發動機控制裝置包括： 第一計算器，相關于發動機旋轉脈動周期中的最近一個中的損失能量預測所述發動機 在其正常旋轉范圍中的將來速度，每一個發動機旋轉脈動周期對應于由所述發動機的汽缸 的體積的增大與減小引起的發動機的速度變化的循環； 能量計算器，反轉摩擦分量值的正號或負號，所述摩擦分量是所述正常旋轉范圍中的 損失能量的一部分并且由所述發動機的活塞在其沖程期間所經受的機械摩擦引起，并且所 述能量計算器相關于所述摩擦分量值和栗送損失分量值計算所述發動機的反向旋轉范圍 中的損失能量，其中，所述摩擦分量的符號已經被反轉，所述栗送損失分量是發生在所述發 動機的進氣沖程中的能量損失；以及 第二計算器，基于由所述能量計算器導出的損失能量預測所述發動機的反向旋轉范圍 中的發動機的將來速度。2. 如權利要求1所述的發動機控制裝置，其特征在于，所述發動機控制裝置進一步包括 壓強確定器，確定活塞正在經歷所述進氣沖程所在的所述發動機的汽缸中的壓強，并且其 中，所述能量計算器相關于如由所述壓強確定器導出的所述汽缸中的壓強確定所述栗送損 失分量。3. 如權利要求1所述的發動機控制裝置，其特征在于，所述發動機是多汽缸發動機，并 且其中，所述能量計算器相關于所述發動機的旋轉的角位置處的損失能量確定所述栗送損 失分量，其中所述發動機的汽缸之中的活塞正在經歷壓縮沖程的那一個汽缸的體積等于汽 缸之中的活塞正在經歷膨脹沖程的那一個汽缸的體積。4. 如權利要求1所述的發動機控制裝置，其特征在于，所述發動機控制裝置進一步包括 自動發動機停止與重啟功能，在滿足給定自動發動機停止條件時自動停止所述發動機并且 在所述發動機自動停止之后滿足了給定發動機重啟條件時經由啟動器設備旋轉所述發動 機的輸出軸以重啟所述發動機;并且所述發動機控制裝置還包括啟動器控制器，基于如由 第一計算器或第二計算器預測的所述發動機的速度控制要朝向所述發動機移動所述啟動 器設備的小齒輪的時間。
【文檔編號】F02D41/00GK106050448SQ201610237080
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月15日
【發明人】瀧澤智弘, 川津信介
【申請人】株式會社電裝