DE102004004078B4

DE102004004078B4 - Stopppositionsschätzgerät für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004004078B4
Application number: DE102004004078A
Authority: DE
Inventors: Kenji Toyota Kataoka; Yasushi Toyota Kusaka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-01-28
Filing date: 2004-01-27
Publication date: 2010-04-01
Anticipated expiration: 2024-01-28
Also published as: FR2850427B1; US20040153235A1; FR2850427A1; JP3770235B2; JP2004232488A; DE102004004078A1; US7079939B2

Abstract

Stopppositionsberechnungsgerät (4, 70) einer Brennkraftmaschine (2), mit:
einem Motor-Generator (3), der als Motor und als Generator betreibbar ist und mit einer Kurbelwelle (46) der Brennkraftmaschine wirkkoppelbar ist;
einer ersten Erfassungseinheit (3a) zum Erfassen einer Drehposition des Motor-Generators auf Basis von ersten Signalen;
einer zweiten Erfassungseinheit (90, 70) zum Erfassen eines Kurbelwinkels der Kurbelwelle auf Basis von zweiten Signalen, die einen größeren Signalabstand haben als die ersten Signale; und
einer Berechnungseinheit zum Berechnen einer voraussichtlichen Position der Kurbelwelle (46) im Stillstand der Brennkraftmaschine durch Verknüpfung der ersten Signale mit den zweiten Signalen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Stoppsteuerung einer Brennkraftmaschine, und insbesondere bezieht sie sich auf ein Stopppositionsberechnungsgerät zum Berechnen einer voraussichtlichen Stoppposition einer Brennkraftmaschine.
Unlängst ist ein Kraftmaschinenstopp- und Startsteuergerät zum automatischen Stoppen einer Brennkraftmaschine (nachfolgend auch als „Kraftmaschine” bezeichnet) bekannt geworden, wenn das Fahrzeug stoppt, und zum automatischen Neustarten der Kraftmaschine, um das Fahrzeug zu starten, wenn ein Befehl zum Starten in dem Stoppzustand gegeben wird, um eine Kraftstoffverbrauchsmenge und Abgas während des Leerlaufs zu reduzieren, und zwar unter dem Standpunkt des Umweltschutzes, der Ressourcen und der Energieeinsparung oder dergleichen. Diese Steuerung wird außerdem als „Leerlaufstopp” oder dergleichen bezeichnet.
Es ist bekannt, dass das Steuern der Stoppposition der Kraftmaschine dazu wirksam ist, die erforderliche Energie im Zeitraum des Starts der Kraftmaschine zu minimieren, wenn der Leerlaufstopp automatisch durchgeführt wird. Das Minimieren der erforderlichen Energie im Zeitraum des Starts der Kraftmaschine hat außerdem jene Vorteile, dass eine Kraftmaschinenstartvorrichtung miniaturisiert werden kann, die nach dem Leerlaufstopp verwendet wird, wie zum Beispiel ein Motor-Generator (MG), und die Lebensdauer einer Batterie kann durch Reduzieren der elektrischen Energie verlängert werden.
Als ein Verfahren zum Steuern der Stoppposition der Kraftmaschine wurde ein Verfahren zum Schätzen einer Kraftmaschinenstoppposition hinsichtlich einer Rückwärtsdrehbewegung im Zeitraum des Stopps der Kraftmaschine auf der Grundlage der Abgabe eines Kurbelwinkelsensors vorgeschlagen. Zum Beispiel sei die JP-2002-70629 A betrachtet.
Als ein Verfahren bezüglich der Stoppsteuerung der Kraftmaschine wurde ein Verfahren zum Betreiben eines Motor-Generators zum Stoppen der Kraftmaschine innerhalb eines vorbestimmten Bereiches auf der Grundlage eines absoluten Kurbelwinkels vorgeschlagen, der unter Verwendung eines Kurbelwinkelsensors erfasst wird. Zum Beispiel sei die JP-09-264235 A betrachtet.
Jedoch hat das Verfahren zum Schätzen der Kraftmaschinenstoppposition ausschließlich unter Verwendung der Abgabe des Kurbelwinkelsensors gemäß dem vorstehend erwähnten Dokument 1 jenes Problem, dass die Logik der Schätzverarbeitung kompliziert ist.
Die DE 102 01 278 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Stoppposition einer Brennkraftmaschine mit einem daran gekoppelten Motor-Generator, bei dem/der das Signal der Kurbelwellenstellung ausgewertet wird, um die voraussichtliche Position der Kurbelwelle im Stillstand der Brennkraftmaschine zu ermitteln. Weiterhin ist ein Mittel zur Bestimmung der Drehorientierung der Kurbelwelle vorgesehen. Die Drehposition des Motor-Generators wird nicht bestimmt.
Unter Berücksichtigung des vorstehend beschriebenen Problems ist es die Aufgabe der Erfindung ein Stopppositionsberechnungsgerät vorzusehen, das die vorrausichtliche Stoppposition einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine im Stillstand der Brennkraftmaschine genau berechnen kann, ohne dass eine komplizierte arithmetische Verarbeitung erforderlich ist.
Die Aufgabe wird durch ein Stopppositionsberechnungsgerät gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Stopppositionsberechnungsgerät der Brennkraftmaschine wird auf ein Fahrzeug jener Bauart angewendet, bei der eine Funktion eines Motors oder eines Generators mit einer Kurbelwelle einer Kraftmaschine verknüpft ist, wie zum Beispiel ein Hybridfahrzeug. Die Drehung der Kraftmaschine wird zu dem Motor-Generator über die Kurbelwelle zum Drehen des Motor-Generators übertragen. Die Drehposition des Motor-Generators wird durch die erste Erfassungseinheit erfasst. Der Winkel der Kurbelwelle der Kraftmaschine wird durch die zweite Erfassungseinheit erfasst. Auf der Grundlage der erfassten Drehposition des Motor-Generators und des erfassten Kurbelwinkels wird die Stoppposition im Zeitraum des Stopps der Brennkraftmaschine wie zum Beispiel der Kurbelwinkel geschätzt. Da der Motor-Generator mit der Kurbelwelle der Kraftmaschine gekoppelt ist, entspricht die Drehposition des Motor-Generators der Drehung der Kraftmaschine. Daher kann unter Verwendung der erfassten Drehposition des Motor-Generators und des erfassten Kurbelwinkels die Stoppposition der Brennkraftmaschine genau geschätzt werden.
Das Stopppositionsberechnungsgerät einer Brennkraftmaschine kann des weiteren Folgendes aufweisen: eine Drehrichtungserfassungseinheit zum Erfassen einer Drehrichtung der Brennkraftmaschine auf der Grundlage der durch die erste Erfassungseinheit erfassten Drehposition, und die Schätzeinheit kann die Stoppposition der Brennkraftmaschine auf der Grundlage der Drehrichtung und des Kurbelwinkels schätzen, der durch die zweite Erfassungseinheit erfasst wird.
Wenn die Antriebskraft der Kurbelwelle im Zeitraum des Stopps der Brennkraftmaschine beseitigt wird, dann kann eine derartige Erscheinung auftreten, dass eine Drehung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine durch die Verdichtungsreaktionskraft des Zylinders bei dem Verdichtungshub direkt vor dem Stopp der Kraftmaschine umgekehrt wird, und dass danach die Drehung der Kurbelwelle durch die Reaktionskraft erneut umgekehrt wird, die in dem Zylinder bei dem Expansionshub auftritt. Daher ist es möglich, die Stoppposition der Brennkraftmaschine durch Erfassen der Drehrichtung der Brennkraftmaschine und Schätzen der Änderung des Kurbelwinkels unter Berücksichtigung der Drehrichtung genau zu schätzen bzw. zu berechnen.
Das Stopppositionsberechnungsgerät einer Brennkraftmaschine kann des weiteren Folgendes aufweisen: eine Kurbelwinkelschätzeinheit zum Schätzen eines Kurbelwinkels der Brennkraftmaschine auf der Grundlage der durch die erste Erfassungseinheit erfassten Drehposition; und eine Korrektureinheit zum Korrigieren des geschätzten Kurbelwinkels auf der Grundlage des durch die zweite Erfassungseinheit erfassten Kurbelwinkels.
Da der Motor-Generator an die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine geschaltet ist, kann der Kurbelwinkel der Kraftmaschine auf der Grundlage der Drehposition des Motor-Generators geschätzt werden. Der aus der Drehposition des Motor-Generators geschätzte Kurbelwinkel hat in vorteilhafter Weise eine größere Auflösung als der Kurbelwinkel, der im Allgemeinen durch den Kurbelwinkelsensor erfasst wird, und es kann die umgekehrte Drehung der Kraftmaschine erfasst werden, aber dieser Kurbelwinkel gibt nicht eine absoluten Winkel bzw. eine absolute Position der Kurbelwelle an. Andererseits kann der absolute Kurbelwinkel der Kraftmaschine durch den an der Kraftmaschine angebrachten Sensor direkt erfasst werden, wie zum Beispiel ein Kurbelwinkelsensor. Durch Korrigieren des relativen Kurbelwinkels mit hoher Auflösung, der auf der Grundlage der Drehposition des Motor-Generators indirekt erhalten wird, wobei der absolute Kurbelwinkel direkt von dem Sensor der Kraftmaschine erfasst wird, ist es daher möglich, die Genauigkeit des geschätzten Kurbelwinkels zu verbessern.
Das Stopppositionsberechnungsgerät einer Brennkraftmaschine kann des weiteren eine Einheit zum Erfassen einer Drehzahl der Brennkraftmaschine aufweisen, und die Korrektureinheit kann den geschätzten Kurbelwinkel nur dann korrigieren, wenn die erfasste Drehzahl innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist.
Wenn die Kraftmaschinendrehzahl zu groß wird, dann erhöht sich die Last der arithmetischen Verarbeitung zum Schätzen des Kurbelwinkels auf der Grundlage der Drehposition des Motor-Generators. Wenn die Kraftmaschinendrehzahl zu niedrig wird, dann wird die Erfassungsgenauigkeit des Kurbelwinkels durch den an der Kraftmaschine angebrachten Sensor oder dergleichen stark verschlechtert. Daher wird die Korrektur durch die Korrektureinheit nur dann durchgeführt, wenn die Kraftmaschinendrehzahl innerhalb des vorbestimmten Bereichs ist, so dass der Anstieg der Verarbeitungslast, die Verschlechterung der Korrekturgenauigkeit und dergleichen verhindert werden können.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Korrektureinheit den geschätzten Kurbelwinkel so korrigieren, dass der durch die Kurbelwinkelschätzeinheit geschätzte Kurbelwinkel mit dem Kurbelwinkel übereinstimmt, der durch die zweite Erfassungseinheit erfasst wird.
Die Korrektureinheit kann so aufgebaut sein, dass sie die Korrektur des geschätzten Kurbelwinkels nicht durchführt, wenn ein Fehler zwischen dem durch die Kurbelwinkelschätzeinheit geschätzten Kurbelwinkel und dem durch die zweite Erfassungseinheit erfassten Kurbelwinkel größer ist als ein vorbestimmter Standardfehler.
Der Fehler zwischen dem auf der Grundlage der Drehposition des Motor-Generators geschätzten Kurbelwinkel und dem durch die Kurbelwelle der Kraftmaschine erfassten Kurbelwinkel wird im Allgemeinen durch den Schlupf eines Riemens verursacht, der zum Beispiel den Motor-Generator mit der Kurbelwelle verbindet, und/oder wird durch die arithmetische Verarbeitung zum Schätzen des Kurbelwinkels aus der Drehposition des Motor-Generators verursacht. Jedoch ändert sich ein derartiger Fehler aufgrund seines Wesens nicht so drastisch. Daher wird der Fehler in dem Bereich, der während des gewöhnlichen Betriebs auftreten kann, im Voraus als ein vorbestimmter Standardfehler festgelegt, und wenn der Fehler größer als dieser ist, dann wird bestimmt, dass er aufgrund einer plötzlichen Ursache wie zum Beispiel eine Störgröße aufgetreten ist, und eine Korrektur wird nicht durchgeführt. Somit kann einen fehlerhafte Korrektur auf der Grundlage des Fehlers vermieden werden, der durch eine Störgröße und dergleichen verursacht wird.
Das Stopppositionsberechnungsgerät einer Brennkraftmaschine kann des weiteren eine Einheit zum Abgeben einer Schätzgenauigkeitsinformation aufweisen, die angibt, dass die Schätzgenauigkeit gewährleistet wird, wenn ein Fehler zwischen dem durch die Kurbelwinkelschätzeinheit geschätzten Kurbelwinkel und dem durch die zweite Erfassungseinheit erfassten Kurbelwinkel innerhalb eines vorbestimmten Standardfehlerbereichs ist.
Dadurch wird die Schätzung durch das gegenwärtige Gerät nach einem Zeitplan durchgeführt, wenn der Fehler zwischen dem auf der Grundlage der Drehposition des Motor-Generators geschätzten Kurbelwinkels und dem durch den Kurbelwinkelsensor oder dergleichen erfassten Kurbelwinkel innerhalb des Bereichs des Standardfehlers ist, und die Schätzgenauigkeitsinformation wird abgegeben, die angibt, dass die Schätzgenauigkeit gewährleistet wird. Wenn die Schätzgenauigkeit zum Beispiel unter Bezugnahme auf die Schätzgenauigkeitsinformation gewährleistet wird, dann ist es daher möglich, die Schätzgenauigkeitsinformation der Stoppposition zum Ausführen von verschiedenartigen Steuerungen zu verwenden, wie zum Beispiel unter Verwendung des Schätzergebnisses während der Stoppsteuerung der Kraftmaschine im Zeitraum des Leerlaufstopps, zum Steuern des Starts der Kraftmaschine gemäß der Schätzgenauigkeit und dergleichen.
Die Korrektureinheit kann Folgendes aufweisen: eine Fehlererfassungseinheit zum Erfassen des Fehlers zwischen dem durch die Kurbelwinkelschätzeinheit geschätzten Kurbelwinkel und dem durch die zweite Erfassungseinheit erfassten Kurbelwinkel; und eine Einheit zum Bestimmen des Standardfehlers auf der Grundlage einer vorbestimmten Anzahl von erfassten Fehlern. Dadurch kann auf der Grundlage der für die vorbestimmten Zeiträume erhaltenen Fehler zum Beispiel der Standardfehler, nämlich der Bereich der Fehler korrekt bestimmt werden, die wahrscheinlich dann auftreten, wenn die Schätzverarbeitung stabil durchgeführt wird.
Das Wesen sowie der Nutzen dieser Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung hinsichtlich bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, die nachfolgend kurz beschrieben werden.
1 zeigt eine Systemkonfiguration eines Fahrzeugs, die eine Kraftmaschinenstopppositionsschätzverarbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung durchführt;
2 zeigt eine schematische Blockdarstellung einer Kraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt eine Ansicht einer Konfiguration eines Kurbelwinkelsensors und eines Nockenwinkelsensors;
4A und 4B zeigen Abgabesignalwellenformen eines Kurbelwinkelsensors und eines Nockenwinkelsensors;
5 zeigt eine graphische Darstellung eines Übergangs einer Kraftmaschinendrehzahl während einer Kraftmaschinenstoppsteuerung;
6 zeigt eine graphische Darstellung eines Änderungszustands einer Kurbelwinkelposition während der Kraftmaschinenstoppsteuerung;
7 zeigt eine Blockdarstellung eines Konfigurationsbeispiels des Kraftmaschinenstopppositionsberechnungsgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 zeigt eine Tabelle von Charakteristika von Sensorabgabesignalen, die bei der Kurbelwinkelschätzverarbeitung verwendet werden;
9A und 9B zeigen Ansichten eines Kurbelwinkelschätzbeispiels mit Erfassung einer umgekehrten Drehung der Kraftmaschine;
10 zeigt eine Ansicht einer Kurbelwinkelschätzverarbeitung;
11 zeigt eine Flusskarte eines ersten Beispieles der Kurbelwinkelschätzverarbeitung;
12 zeigt eine Flusskarte eines zweiten Beispiels der Kurbelwinkelschätzverarbeitung;
13 zeigt eine Flusskarte eines dritten Beispiels der Kurbelwinkelschätzverarbeitung;
14 zeigt eine Blockdarstellung eines anderen Konfigurationsbeispiels des Kraftmaschinenstopppositionsberechnungsgeräts gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
[Konfiguration eines Fahrzeugs]
Zunächst wird eine schematische Konfiguration eines Fahrzeugs beschrieben, bei dem ein Stopppositionsschätzverfahren einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Ein Stoppsteuergerät der Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist für sogenannte „wirtschaftlich fahrende” Fahrzeuge, Hybridfahrzeuge und dergleichen vorgesehen, bei denen eine Leerlaufstopptechnik verwendet wird. „Ein wirtschaftlich fahrendes Fahrzeug” ist ein Fahrzeug, das mit einem Elektromotor (Motor-Generator) hauptsächlich zum Zwecke des Starts der Kraftmaschine ausgestattet ist, und das die Kraftmaschine durch den Motor-Generator nach dem Stopp der Kraftmaschine durch die Leerlaufstoppsteuerung automatisch erneut startet. „Ein Hybridfahrzeug” ist ein Antriebsstrang unter Verwendung einer Kraftmaschine und eines Motor-Generators als Leistungsquelle. Bei einem Hybridfahrzeug arbeiten sowohl die Kraftmaschine als auch der Motor-Generator in Kombination gemäß einem Fahrzustand, oder sie werden getrennt verwendet, und ein Leistungsverhalten kann erreicht werden, das ruhig ist und ein ausgezeichnetes Ansprechverhalten zeigt.
Die 1 zeigt eine Systemkonfiguration eines Fahrzeugs 10 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie dies in der 1 gezeigt ist, hat das Fahrzeug 10 eine DC-Startvorrichtung 1, eine Kraftmaschine 2, einen Motor-Generator 3, der einen elektrischen Strom durch eine von der Kraftmaschine 2 abgegebenen Antriebskraft erzeugt, und der als ein Zellenmotor beim Start der Kraftmaschine 2 antreibbar ist, eine Motorsteuereinheit 4 zum Steuern des Motor-Generators 3 und dergleichen, eine Stromzufuhreinheit 5 zum Austauschen von elektrischer Leistung zu dem Motor-Generator 3 und dergleichen über die Motorsteuereinheit 4, ein Stromzuführungskabel 6 zum Verbinden des Motor-Generators 3, der Motorsteuereinheit 4 und der Stromzufuhreinheit 5, ein Leistungsübertragungssystem 7 zum Übertragen einer von der Kraftmaschine 2 erfolgten Antriebskraft zu Rädern und die Räder 8.
Als nächstes werden die jeweiligen vorstehend beschriebenen Einheiten unter Bezugnahme auf die 1 beschrieben.
Die DC-Startvorrichtung 1 ist ein DC-Zellenmotor zum Starten der Kraftmaschine 2. Die DC-Startvorrichtung 1 hat eine Welle, sie nimmt eine Stromzufuhr von einer 12 V- Stromzufuhreinheit auf, wenn ein Zündschalter in einen EIN-Zustand versetzt wird, und die Welle wird gedreht. Durch die Drehung der Welle der DC-Startvorrichtung 1 wird eine Kurbelwelle der Kraftmaschine 2 gedreht, und die Kraftmaschine 2 wird gestartet. Insbesondere ist ein Ritzel an einem Endabschnitt der Welle der DC-Startvorrichtung 1 angebracht. Das Ritzel kämmt ein Hohlrad eines Schwungrads, das an der Kurbelwelle der Kraftmaschine 2 vorgesehen ist. Wenn die DC-Startvorrichtung 1 eine Stromzufuhr von der 12 V-Stromzufuhreinheit bei dem Start der Kraftmaschine 2 aufnimmt, dann kämmt das Ritzel folglich das Hohlrad des Schwungrads und wird gedreht, um das Schwungrad zu drehen. In Folge dessen wird die Kurbelwelle mit einer vorbestimmten Anzahl verbundener Kolben gedreht, und daher kann die Kraftmaschine 2 durch die Drehantriebskraft gestartet werden. Das Antreiben der Kurbelwelle zum Starten der Kraftmaschine wird als „Kurbeln” bezeichnet.
Die Kraftmaschine 2 ist die Brennkraftmaschine zum Erzeugen von Leistung durch Verbrennen von Luft/Kraftstoffgemischen in Zylindern. Das Fahrzeug 10 bei diesem Ausführungsbeispiel wird als die Viertakt-Benzinkraftmaschine angenommen.
Die 2 zeigt ein Beispiel einer schematischen Konfiguration der Brennkraftmaschine 2.
Ein Ende der Kurbelwelle 46 ist mit der Riemenscheibe 50 (nachfolgend auch als „Kurbelwellenriemenscheibe” bezeichnet) durch die elektromagnetische Kupplung 48 verbunden. Die Riemenscheibe 50 kann eine Leistung zu und von anderen drei Riemenscheiben 54, 56 und 58 durch den Riemen 52 übertragen. Bei diesem Beispiel ist der Verdichter 60 für eine Klimaanlage durch die Riemenscheibe 54 antreibbar, und die Servolenkpumpe 62 ist durch die Riemenscheibe 56 antreibbar. Die andere Riemenscheibe 58 (nachfolgend auch als „MG-Riemenscheibe” bezeichnet) ist mit dem Motor-Generator 3 verbunden. Der Motor-Generator 3 hat eine Funktion als ein Generator zum Erzeugen von Leistung durch die Kraftmaschinenantriebskraft von der Seite der MG-Riemenscheibe 58 und eine Funktion als ein Motor zum Zuführen der Antriebskraft von dem Motor-Generator 3 zu der Seite der MG-Riemenscheibe 58.
Eine ECU 70 (Kraftmaschinensteuereinheit) ist hauptsächlich durch einen Mikrocomputer aufgebaut, der eine Eingabe/Abgabe-Vorrichtung, eine Speichervorrichtung, eine Zentralverarbeitungseinheit und dergleichen aufweist, und sie überwacht und steuert das Gesamtsystem des Fahrzeugs 10. Die ECU 70 steuert das Fahrzeug 10 in einen optimalen Zustand auf der Grundlage von eingegebenen Informationen von den jeweiligen Sensoren und dergleichen, die an der Kraftmaschine 2 vorgesehen sind. Insbesondere erfasst die ECU 70 den Kraftstoffdruck von dem vorstehend genannten Kraftstoffdrucksensor 14b, die Drosselöffnung TA von dem Drosselöffnungssensor 36, eine Drehzahl des Motor-Generators von einem bei dem Motor-Generator 3 enthaltenen Drehfrequenzsensor, die elektrische Spannung der Stromzufuhreinheit 5 oder die Stromstärke der Stromzufuhreinheit 5 während einer Ladung und Entladung, einen Schaltzustand des Zündschalters 72, eine Fahrzeuggeschwindigkeit SPD von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 74, einen Drück- oder Niederdrückungsbetrag eines Beschleunigungspedals (Beschleunigungsvorrichtungsöffnung ACCP) von dem Beschleunigungsvorrichtungsöffnungssensor 76, das Vorhandensein oder das Fehlen einer Niederdrückung eines Bremspedals von dem Bremsschalter 78, eine Drehzahl der Kurbelwelle 46 (das heißt eine Kraftmaschinendrehzahl NE) von einem Kraftmaschinendrehzahlsensor 80, eine Einlassluftmenge GA von der Luftdurchsatzmessvorrichtung 82, die Kraftmaschinenkühlwassertemperatur THW von dem Kühlwassertemperatursensor 84, das Vorhandensein oder Fehlen einer Niederdrückung des Beschleunigungspedals von dem Leerlaufschalter 86, einen Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungswert Vox von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 88, der in dem Abgaskanal 42 vorgesehen ist, eine Drehposition einer Nockenwelle von dem Nockenwellensensor 92 und einen Drehwinkel (Kurbelwinkel) der Kurbelwelle von dem Kurbelwinkelsensor 90.
Der Kurbelwinkelsensor 90 ist ein Magnetsensor oder dergleichen, der ein zu erfassendes Objekt (zum Beispiel Metall oder dergleichen) erfassen kann, und er ist an einer vorbestimmten Position nahe der Kurbelwelle 46 in der Kraftmaschine 2 vorgesehen. Und zwar ist eine Verzahnung mit Vorsprüngen und Aussparungen, die an einem Außenumfang ausgebildet sind (nachfolgend als „Signalrotor” bezeichnet) an einer vorbestimmten Position an der Kurbelwelle 46 angebracht, und der Kurbelwinkelsensor 90 ist an einer geeigneten Position vorgesehen, um die Anzahl der Zähne des Signalrotors zu erfassen. Der Kurbelwinkelsensor 90 kann den Drehwinkel der Kurbelwelle 46 (nachfolgend als „Kurbelwinkel” bezeichnet) mit einer Auflösung zum Beispiel von ungefähr 10° bis 30°CA erfassen. Wenn die Kurbelwelle 46 gedreht wird, dann dreht sich der Signalrotor auch synchron mit der Kurbelwelle 46. Bei diesem Zustand erfasst der Kurbelwinkelsensor 90 die Anzahl der Zähne des Signalrotors und gibt diese zu der ECU 70 und dergleichen als ein Pulssignal ab. Die ECU 70 zählt die von dem Kurbelwinkelsensor 90 abgegebenen Pulssignale und wandelt diese zu einem Kurbelwinkel um. Somit erfassen die ECU 70 und dergleichen den Kurbelwinkel. Der Kurbelwinkelsensor 90 ist direkt in der Kraftmaschine 2 vorgesehen, und daher kann er den Kurbelwinkel als einen absoluten Winkel erfassen.
Der Kurbelwinkelsensor 90 gibt ein Pulssignal zu der ECU 70 und dergleichen ab, wenn er einen Zahn des Signalrotors erfasst. Folglich ist das von dem Kurbelwinkelsensor 90 abgegebene Pulssignal in dem gleichen Abgabezustand ungeachtet dessen, ob die Kurbelwelle 46 in einer normalen Richtung oder in einer umgekehrten Richtung gedreht wird, und daher kann die ECU 70 und dergleichen nicht erfassen, ob die Drehung der Kurbelwelle 46 in der normalen Richtung oder in der Umgekehrten Richtung ist.
Auf der Grundlage der so erhaltenen Daten steuert die ECU 70 den Elektromotor 34, um die Drosselöffnung TA einzustellen, und sie stellt die Einspritzzeitgebung des Kraftstoffes durch das Kraftstoffeinspritzventil 14 ein. Wenn ein Automatikstoppzustand eingerichtet ist, dann steuert die ECU 70 des weiteren die Kraftstoffeinspritzung von dem Kraftstoffeinspritzventil 14, um den Betrieb der Kraftmaschine 2 automatisch zu stoppen. Wenn ein Automatikstartzustand eingerichtet ist, dann steuert die ECU 70 die Drehung der Kurbelwelle 46 durch die Antriebskraft des Motor-Generators 3, die durch die Riemenscheibe 48, den Riemen 52, die Riemenscheibe 50 und die elektromagnetische Kupplung 48 übertragen wird, um die Kraftmaschine 2 zu starten. Des weiteren führt die ECU 70 eine Zündzeitgebungssteuerung und die anderen erforderlichen Steuerungen aus.
Der Motor-Generator 3 ist mit der Kurbelwelle 46 durch die Riemenscheibe 50, die Riemenscheibe 58 und den Riemen 52 verbunden. Die mit der Kurbelwelle 46 verbundene Kurbelwellenriemenscheibe 50 oder die mit dem Motor-Generator 3 verbundene MG-Riemenscheibe 58 wird drehend angetrieben, wodurch Leistung zu der anderen durch den Riemen 52 übertragen wird.
Der Motor-Generator 3 kann als Motor (Elektromotor) betrieben werden, wobei er durch die aufgenommene Stromzufuhr von der Stromzufuhreinheit 5 angetrieben wird, was später beschrieben wird, und kann als Generator (Elektrogenerator) betrieben werden, wenn der Motor-Generator 3 durch Aufnahme der Drehantriebskraft von den Rädern 8 gedreht wird. Wenn der Motor-Generator 3 als der Elektromotor dient, dann dreht sich der Motor-Generator 3 durch die Aufnahme der elektrischen Stromzufuhr von der Stromzufuhreinheit 5, und er überträgt die Drehantriebskraft zu der Kurbelwellenriemenscheibe 50, um die Kurbelwelle 46 zum Starten der Kraftmaschine 2 zu drehen. Wenn andererseits der Motor-Generator 3 als der Elektrogenerator dient, dann wird die Drehantriebskraft von den Rädern 8 zu der MG-Riemenscheibe 58 an der Seite des Motor-Generators durch die Kurbelwelle 46 und die Kurbelwellenriemenscheibe 50 übertragen, um den Motor-Generator 3 zu drehen. Wenn der Motor-Generator 3 gedreht wird, dann wird eine elektromotorische Kraft in dem Motor-Generator 3 erzeugt, und die elektromotorische Kraft wird zu einem Gleichstrom durch die Motorsteuereinheit 4 umgewandelt, um die elektrische Leistung zu der Stromzufuhreinheit 5 zu führen. Somit wird die Stromzufuhreinheit 5 geladen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 ist ein Motorwinkelsensor 3a, bei dem eine Hall-Sonde oder dergleichen vorzugsweise an einem Erfassungsabschnitt angeordnet ist, an einer vorbestimmten Position in dem Motor-Generator 3 vorgesehen. Der Motorwinkelsensor 3a kann den Drehwinkel der Welle des Motor-Generators 3 mit hoher Auflösung mit einer Einheit von im Wesentlichen 7,5°CA erfassen. Wenn der Motor-Generator 3 durch Aufnahme der elektrischen Stromzufuhr von der Stromzufuhreinheit 5 drehend angetrieben wird, dann erfasst der Motorwinkelsensor 3a den Drehwinkel der Welle. Insbesondere ist der Motorwinkelsensor 3a an jeweiligen Phasen U, V und W vorgesehen, um so einen Wechselstrom der jeweiligen U-, V- und W-Phase erfassen zu können. Die Motorwinkelsensoren 3a erfassen jeweils einen Wechselstrom der jeweiligen U-, V- und W-Phase, und er wandelt diesen zu einem Pulssignal um und gibt diesen zu der Motorsteuereinheit 4 ab.
Die Motorsteuereinheit 4 ist in der Kraftmaschine 2 vorgesehen und mit dem Motor-Generator 3 bzw. der Stromzufuhreinheit 5 durch das Stromzufuhrkabel 6 verbunden. Die Motorsteuereinheit 4 ist hauptsächlich durch einen Wechselrichter, einen Wandler, einen Steuercomputer oder dergleichen aufgebaut.
Die Motorsteuereinheit 4 zählt die Anzahl der Pulssignale, die von dem vorstehend erwähnten Motorwinkelsensor 3a abgegeben werden, und sie wandelt dadurch die Anzahl zu dem Drehwinkel der Welle des Motor-Generators 3 um. Die Motorsteuereinheit 4 wandelt den umgewandelten Drehwinkel der Welle zu dem Kurbelwinkel auf der Grundlage des Drehverhältnisses der Kurbelwinkelriemenscheibe 50 und der MG-Riemenscheibe 58 um. Infolgedessen kann die Motorsteuereinheit 4 den Kurbelwinkel mit hoher Auflösung mit einer Einheit im Wesentlichen von 3°CA erfassen.
Die Motorsteuereinheit 4 kann erfassen, ob sich die Welle des Motor-Generators 3 in der normalen Richtung oder in der umgekehrten Richtung dreht. Der Abgabezustand des Pulssignals der jeweiligen Phase U, V und W unterscheidet sich nämlich, wenn sich die Welle des Motor-Generators 3 in der normalen Richtung und in der umgekehrten Richtung dreht. Wenn sich die Welle des Motor-Generators 3 in der normalen Richtung dreht, dann ist das Pulssignal der jeweiligen Phase U, V und W in einem derartigen Abgabezustand gemäß der Phasendifferenz, wenn das Pulssignal der U-Phase für eine vorbestimmte Zeit zuerst abgegeben wird, danach das Pulssignal der V-Phase für eine vorbestimmte spätere Zeit abgegeben wird, danach das Pulssignal der W-Phase für eine vorbestimmte Zeit später abgegeben wird und dieses periodisch wiederholt wird. Wenn sich die Welle des Motor-Generators 3 dazu in der umgekehrten Richtung dreht, dann ist das Pulssignal der jeweiligen Phase U, V und W in einem derartigen Abgabezustand, dass das Pulssignal gegenläufig zu der normalen Drehung ist. Wenn nämlich die Welle des Motors 3 in der umgekehrten Richtung gedreht wird, dann werden die jeweiligen Pulssignale für die vorbestimmte Zeit in der Reihenfolge der W-Phase, der V-Phase und der U-Phase periodisch wiederholt. Aus diesem Grund kann die Motorsteuereinheit 4 erfassen, ob sich die Welle des Motor-Generators 3 in der normalen Richtung oder in der umgekehrten Richtung dreht, und zwar auf der Grundlage der Phasendifferenz zwischen diesen.
Als Nächstes werden Beispiele des Kurbelwinkelsensors 90 und des Nockenwinkelsensors 92 beschrieben.
Wie dies in der 3 gezeigt ist, ist ein Signalrotor 91 (in der 2 weggelassen) an der Kurbelwelle 46 angebracht. An dem Außenumfangsabschnitt des Signalrotors 91, 34 sind Zähne (Vorsprungsabschnitte) 91a vorgesehen, die bei gleichen Winkeln (hierbei um 10° beabstandet) ausgebildet sind, wobei eine Achse der Kurbelwelle 46 eine Mittelachse ist, und ein breiter fehlender Zahn (Abschnitt, in dem keine Zähne vorhanden sind) 91b. Die Länge des fehlenden Zahnabschnittes 91b entspricht zwei Zähnen 91a.
Der Kurbelwinkelsensor 90 ist gegenüber dem Außenumfangsabschnitt des Signalrotors 91 vorgesehen. Wenn sich die Kurbelwelle 46 dreht, dann passieren die Zähne 91a und der fehlende Zahn 91b des Signalrotors 91 die Nähe des Kurbelwinkelsensors 90 nacheinander, wodurch ein Drehsignal mit Pulsform (nachfolgend als „NE-Signal” bezeichnet) einschließlich eines Pulses entsprechend der Anzahl der Passagen der Zähne 91a und des fehlenden Zahns 91b von dem Kurbelwinkelsensor 90 abgegeben wird.
Andererseits sind drei Vorsprünge 27a, 27b und 27c an der Außenumfangsfläche der Einlassnockenwelle 27 vorgesehen, die mit Zwischenräumen von 90° (entsprechend 180°CA) angeordnet sind, wobei eine Achse der Einlassnockenwelle 27 eine Mittelachse ist. Dementsprechend beträgt ein Raum zwischen dem Vorsprung 27a und dem Vorsprung 27 an beiden Enden 180° (entsprechend 360°CA). Der Nockenwinkelsensor 92 zum Erfassen der Vorsprünge 27a bis 27c und zum Abgeben des Erfassungssignals ist gegenüber diesen Vorsprüngen 27a bis 27c vorgesehen. Wenn die Einlassnockenwelle 27 gedreht wird, dann passieren die Vorsprünge 27a bis 27c die Nähe des Nockenwinkelsensors 92. Infolgedessen wird ein Erfassungssignal mit einer Pulsform von dem Nockenwinkelsensor 92 entsprechend der jeweiligen Passage der Vorsprünge 27a bis 27c abgegeben.
Hierbei sind die Signale in den 4A, 4B, 4C und 4D gezeigt, die von dem Kurbelwinkelsensor 90 und dem Nockenwinkelsensor 92 erhalten werden, die in die ECU 70 eingegeben werden, wenn die Kraftmaschine 2 angetrieben wird. Die 4A zeigt eine Wellenform der elektrischen Spannung, die bei dem Nockenwinkelsensor 92 gemäß der Drehung der Einlassnockenwelle 27 erzeugt wird. Die 4B zeigt die Wellenform, die durch Umwandeln der Wellenform der elektrischen Spannung der 4A zu dem Nockenwinkelsignal (G2-Signal) mit der Pulsform erhalten wird. Die 4C zeigt eine Wellenform der elektrischen Spannung, die bei dem Kurbelwinkelsensor 90 gemäß der Drehung der Kurbelwelle 46 erzeugt wird. Die 4D zeigt eine Wellenform der elektrischen Spannung, die durch Umwandeln der Wellenform der 4C zu dem NE-Signal erhalten wird. Bei diesem Beispiel beträgt bei dem NE-Signal die Anzahl der Pulse entsprechend den Zähnen 91a 34 pro Umdrehung (360°CA) der Kurbelwelle 46. Von diesen Drehsignalen, die von dem Kurbelwinkelsensor 90 abgegeben werden, ist in dem Abschnitt entsprechend dem fehlenden Zahn 91b der Raum zwischen den Pulsen aufgrund des Fehlens von zwei Pulsen breit. Die Anzahl der Abschnitte mit dem breiten Pulsraum beträgt 1 pro Umdrehung (360°CA) der Kurbelwelle 46.
Die ECU 70 erfasst Drehphasen der Kurbelwelle 46 und der Einlassnockenwelle 27 auf der Grundlage des NE-Signals von dem Kurbelwinkelsensor 90 und aufgrund des Nockenwinkelsignals von dem Nockenwinkelsensor 92. Die ECU 70 führt eine Zylinderunterscheidung für jeden Zylinder (#1 bis #4) auf der Grundlage der Drehphasen der Kurbelwelle 46 und der Einlassnockenwelle 27 durch, und sie wählt jenen Zylinder aus, für den die Kraftstoffeinspritzung und die Zündung unter den Zylindern (#1 bis #4) durchzuführen ist.
[Betrieb des Fahrzeugs]
Als nächstes wird ein Betrieb des Fahrzeugs 10 beschrieben, das gemäß der vorstehenden Beschreibung aufgebaut ist. Das Fahrzeug 10 führt verschiedenartige Betriebsweisen gemäß verschiedenen Betriebszuständen durch, wie zum Beispiel ein Stopp, ein Start, eine normale Fahrt, eine Beschleunigungsfahrt, eine Bremsfahrt, oder dergleichen.
Die Kraftmaschine 2 ist während eines automatischen Stopps (Leerlaufstopp) des Fahrzeugs 10 in einem Stoppzustand. Während eines Antriebs von Hilfsaggregaten wie zum Beispiel ein Luftkompressor, eine Wasserpumpe, eine Servopumpe oder dergleichen ist es in diesem Zustand erforderlich, dass der Motor-Generator 3 die elektrische Stromzufuhr von der Stromzufuhreinheit 5 aufnimmt und diese Hilfsaggregate antreibt, ohne dass die Kraftmaschine 2 angetrieben wird. Jedoch sind die Kraftmaschine 2 und der Motor-Generator 3 über den V-Riemen und die jeweiligen Riemenscheiben drehend miteinander verbunden. Wenn die Welle des Motor-Generators 3 gedreht wird, dann wird daher die Drehantriebskraft zu der Kraftmaschine 2 in diesem Zustand übertragen. Um ausschließlich die vorstehend beschriebenen Hilfsaggregate anzutreiben wird die Elektromagnetkupplung betrieben, um die Drehantriebskraft von dem Motor-Generator 3 der Kraftmaschine 2 nicht zu übertragen, sodass sich die Kurbelwelle der Kraftmaschine 2 nicht dreht. Dies ermöglicht den Antrieb ausschließlich der Hilfsaggregate ohne einen Antrieb der Kraftmaschine 2.
Während des Starts des Fahrzeugs 10, nämlich wenn ein Fahrer seinen Fuß von dem Bremspedal nimmt, während das Fahrzeug in dem Leerlaufstoppzustand ist, dann erhöht der Motor-Generator 3 seine Drehzahl auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl. Wenn der Fahrer dann das Beschleunigungspedal tritt oder niederdrückt, dreht der Motor-Generator 3 die Kurbelwelle der Kraftmaschine 2, und die Kraftmaschine 2 wird automatisch neu gestartet. Wenn eine vorbestimmte Zeit nach dem Lösen der Bremse verstrichen ist, nämlich nach jenem Zeitpunkt, wenn der Fahrer seinen Fuß von dem Bremspedal nimmt, kann die Kraftmaschine 2 auch automatisch neu gestartet werden, um ein optimales energetisches Verhalten zu erzielen.
Während der normalen Fahrt fährt das Fahrzeug 10 durch die Antriebskraft von der Kraftmaschine 2, die zu den Rädern 8 wie bei einem herkömmlichen Fahrzeug übertragen wird. Falls die elektrische Spannung der Stromzufuhreinheit niedrig ist, wird während der normalen Fahrt eine Antriebskraft zu dem Motor-Generator 3 übertragen, und der Motor-Generator 3 bewirkt eine Erzeugung von elektrischer Energie. In Folge dessen dient der Motor-Generator 3 als ein elektrischer Generator und lädt die Stromzufuhreinheit 5 auf (nachfolgend wird dieser Betriebszustand als ”Regeneration” bezeichnet). Dadurch wird die Stromzufuhreinheit 5 stets in einem korrekten Ladezustand gehalten.
[Kraftmaschinenstoppsteuerung]
Als nächstes wird eine Kraftmaschinenstoppsteuerung des Fahrzeugs 10 beschrieben. Wie dies vorstehend beschrieben ist, führt das Fahrzeug 10 einen Leerlaufstopp durch, es stoppt nämlich die Kraftmaschine 2 automatisch, während das Fahrzeug 10 stoppt. Wenn der Fahrer seinen Fuß von dem Bremspedal nimmt, dann erhöht der Motor-Generator 3 danach seine Drehzahl in einen Bereich nahe der Leerlaufdrehzahl der Kraftmaschine 2. Wenn der Fahrer das Beschleunigungspedal tritt oder niederdrückt, dann wird der Motor-Generator 3 betrieben, um eine Drehantriebskraft abzugeben, und die Drehantriebskraft startet die Kraftmaschine 2 erneut automatisch. In dieser Situation wird, um die Fahrt des Fahrzeugs 10 während des automatischen Starts der Kraftmaschine 2 sanft zu starten, der Kurbelwinkel gesteuert, um bei der optimalen Kurbelwinkelstoppposition während des Leerlaufstopps zu stoppen. Bei dem folgenden Beispiel wird eine genaue Stoppsteuerung durch wirksames Nutzen der Trägheitsenergie der Kraftmaschine 2 während des Stopps des Fahrzeugs durchgeführt.
Als nächstes wird ein Verhalten der Kraftmaschine beschrieben, bis die Kraftmaschine stoppt, nachdem die Antriebskraft bei der vorbestimmten Kraftmaschinendrehzahl NE2 gemäß der vorstehenden Beschreibung beseitigt ist. Die 6 zeigt die Versetzung bzw. Änderung des Kurbelwinkels der Kraftmaschine 2 nach der Beseitigung der Antriebskraft der Kraftmaschine 2. In der 6 zeigt die Vertikalachse die Versetzung bzw. Änderung des Kurbelwinkels (°CA) eines vorbestimmten Zylinders. Es ist zu beachten, dass der ”vorbestimmte Zylinder” jener Zylinder ist, bei dem der Verdichtungshub bewirkt wird, wenn der Kurbelwinkel von 0° CA zu 180°CA versetzt wird, wie zum Beispiel der Zylinder #3. Die Horizontalachse zeigt die Zeit (Sekunden).
Insbesondere zeigt die Vertikalachse die Kurbelwinkelversetzung (°CA), wenn der Kolben entsprechend dem vorbestimmten Zylinder von dem Verdichtungshub zu dem Ausdehnungshub wechselt, und sie zeigt die Kurbelwinkelversetzung jeweils bei 30°CA von dem unteren Totpunkt (0°CA) zu dem oberen Totpunkt (180°CA). Währenddessen zeigt die Horizontalachse die verstrichene Zeit (0,6 (s)) von dem Motorantriebsstoppzeitpunkt (0 (s)), bis der Kurbelwinkel des vorbestimmten Zylinders zum Stoppen auf die optimale Kurbelwinkelstoppposition jeweils bei 0,1 (s) gesteuert wird.
Als nächstes werden die graphischen Darstellungen in der 6 beschrieben. In der 6 sind zwei Arten von graphischen Darstellungen gezeigt. Sie bestehen aus einer graphischen Darstellung 110 für jenen Fall, bei dem die Kraftmaschinendrehzahl während des Stopps des Antriebsvorgangs (Motorantriebsvorgang) durch den Motor- Generator 3 groß ist, und aus einer graphischen Darstellung 112 für jenen Fall, bei dem diese niedrig ist. Während der Zeit nach 0 s bis 0,1 s zeigt nämlich die graphische Darstellung 110 mit einem großen Gradienten die Kurbelwinkelversetzung bzw. die Kurbelwinkeländerung, wenn die Kraftmaschinendrehzahl während des Stopps des Motorantriebs groß ist, und die graphische Darstellung 112 mit einem kleinen Gradienten zeigt die Kurbelwinkeländerung, wenn die Kraftmaschinendrehzahl während des Stopps des Motorantriebs niedrig ist.
Zunächst wird von 0 s bis zur Nähe von 0,1 s gezeigt, dass der Kolben entsprechend dem vorbestimmten Zylinder von dem unteren Totpunkt zu dem oberen Totpunkt bei dem Verdichtungshub angehoben wird. Der Kolben entsprechend dem vorbestimmten Zylinder wird zur Nähe des oberen Totpunktes bei dem Verdichtungshub angehoben, und zwar direkt nach Verstreichen von 0,1 s. Dabei wird die Kurbelwelle 46 der Kraftmaschine 2 in der normalen Richtung gedreht.
Danach kann der Kolben entsprechend dem vorbestimmten Zylinder nicht über den oberen Totpunkt (180°CA) bei dem Verdichtungshub gelangen, und die Kurbelwelle der Kraftmaschine 2 wird in der Rückwärtsrichtung gedreht, und zwar bis ungefähr 0,3 s. Dies hat folgenden Gründe. Als Folge der Annäherung des Kolbens entsprechend dem vorbestimmten Zylinder an den oberen Totpunkt des Verdichtungshubs wird die Volumenkapazität in dem Zylinder allmählich kleiner, und der Druck steigt an. Proportional dazu wird die Verdichtungsreaktionskraft 116 zum Zurückdrücken des Kolbens in dem Zylinder größer. Dementsprechend ist die Verdichtungsreaktionskraft in der Nähe des oberen Totpunktes bei dem Verdichtungshub in dem Zylinder am größten, und daher kann die Trägheitsenergie, die die Kraftmaschine bei diesem Zeitpunkt aufweist, die Verdichtungsreaktionskraft nicht überwinden. Somit wird der Kolben entsprechend dem vorbestimmten Zylinder zur Seite des unteren Totpunktes bei dem Verdichtungshub zurück gedrückt. Somit kann der Kolben entsprechend dem vorbestimmten Zylinder nicht über dem oberen Totpunkt des Verdichtungshubs gelangen, und die Kurbelwelle der Kraftmaschine 2 wird in der Rückwärtsrichtung gedreht.
Danach bewegt sich der Kolben entsprechend dem vorbestimmten Zylinder zu dem unteren Totpunkt des Verdichtungshubs, und die Kurbelwelle 46 der Kraftmaschine 2 wird erneut in der Rückwärtsrichtung nahe bei 0,3 s gedreht. Anschließend wird die Kurbelwelle der Kraftmaschine 2 in der normalen Richtung gedreht. Dies hat folgenden Grund. Zunächst senkt sich nämlich der Kolben entsprechend dem vorbestimmten Zylinder zunächst zu dem unteren Totpunkt des Verdichtungshubs ab. Bei dem Verdichtungshub sind sowohl das Einlass- als auch das Auslassventil in dem geschlossenen Zustand, und daher vergrößert sich die Volumenkapazität im Inneren des Zylinders allmählich, wenn sich der Kolben zu dem unteren Totpunkt bei dem Verdichtungshub absenkt. Folglich wird im Inneren des Zylinders ein Unterdruck erzeugt, und der Unterdruck wird allmählich größer. Dementsprechend kehrt der Kolben entsprechend dem vorbestimmten Zylinder in die Richtung des oberen Totpunktes durch eine Reaktionskraft 118 wieder zurück, die durch den Unterdruck hervorgerufen wird. In Folge dessen wird die Kurbelwelle der Kraftmaschine 2 wieder in der normalen Richtung gedreht. Danach verringert sich allmählich die Trägheitsenergie nach ungefähr 0,3 s, die die Kraftmaschine 2 aufweist, und die Kraftmaschine 2 stoppt nach Verstreichen von 0,6 s. Infolgedessen konvergiert die Kurbelwinkelstopposition innerhalb eines Bereiches des Kurbelwinkels von 90°CA bis 120°CA. Falls die Kurbelwinkelstopposition schließlich innerhalb des Bereiches des Kurbelwinkels von ungefähr 90°CA bis 120°CA konvergiert, dann wird davon ausgegangen, dass der Kurbelwinkel zum Stoppen auf die optimale Kurbelwinkelstopposition gesteuert wird, und die Stopsteuerung ist erfolgreich.
[Kraftmaschinenstoppositionsschätzverarbeitung]
Als Nächstes werden Grundlagen für eine Kraftmaschinenstoppositionsschätzverarbeitung beschrieben, die ein wesentlicher Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist. Die 7 zeigt eine schematische Konfiguration eines Kraftmaschinenstoppositionsschätzgerätes bzw. -berechnungsgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel führt eine Motorsteuereinheit 4 die Kraftmaschinenstoppositionsschätzverarbeitung aus. Insbesondere schätzt die Motorsteuereinheit 4 die Kraftmaschinenstopposition, und zwar schätzt sie den Kurbelwinkel während des Stoppens der Kraftmaschine auf der Grundlage des MG-Positionssignals Smg, das von dem Motorwinkelsensor 3a abgegeben wird, des NE-Signals Sne, das von dem Kurbelwinkelsensor 90 abgegeben wird, des Nockenwinkelsignals (G2-Signal) Sg2, das von dem Nockenwinkelsensor 92 abgegeben wird, und des TDC-Signals Stdc, das durch die ECU 70 erzeugt wird. Das TDC-Signal beinhaltet zwei Signale (ein TDC1-Signal und ein TDC2-Signal), die später beschrieben werden.
Die 8 zeigt eine Tabelle, bei der die Charakteristika des MG-Positionssignals, des NE-Signals, des G2-Signals und des TDC-Signals organisiert sind, die vorstehend beschrieben sind.
Das MG-Positionssignal ist jenes Signal, das von dem Motorwinkelsensor 3a des Motor-Generators 3 abgegeben wird und den Drehwinkel der Motorwelle angibt. Die Welle des Motor-Generators 3 ist mit der MG-Riemenscheibe 58 verbunden, wie dies in der 2 gezeigt ist, und sie ist durch einen Riemen 52 mit der Kurbelwellenriemenscheibe 50 zwischengeschaltet, die mit der Kurbelwelle 46 verbunden ist. Während das MG-Positionssignal keinen absoluten Winkel der Kurbelwelle angeben kann, da ein Schlupfbetrag des Riemens vorhanden ist, kann das MG-Positionssignal einen relativen Winkel der Kurbelwelle angeben. Gemäß dem MG-Positionssignal kann der Kurbelwinkel mit einer Auflösung von ungefähr 3°CA erfasst werden, auch wenn die Auflösung von einem Riemenscheibenverhältnis der MG-Riemenscheibe 58 und der Kurbelwellenriemenscheibe 50 abhängt. Da außerdem von dem MG-Positionssignal unterschieden werden kann, ob der Motor in der normalen Richtung oder in der Rückwärtsrichtung gemäß vorstehender Beschreibung gedreht wird, kann ein Rückwärtsdrehsignal erzeugt werden, das angibt, ob der Motor in der normalen Richtung oder in der Rückwärtsrichtung gedreht wird.
Das NE-Signal ist ein Erfassungssignal des Zahnes 91a des Signalrotors 91, der an der Kurbelwelle 46 gemäß der vorstehenden Beschreibung angebracht ist, mit dem der absolute Kurbelwinkel mit einer Auflösung von ungefähr 10°CA bis 30°CA gemäß der Anzahl der Zähne 91a erfasst werden kann, die an dem Signalrotor 91 vorgesehen sind.
Das Nockenwinkelsignal (G2) wird hauptsächlich als ein Zylinderunterscheidungssignal verwendet, wie dies vorstehend beschrieben ist. Da die Nockenwelle und die Kurbelwelle durch einen Steuerriemen, eine Steuerkette und dergleichen miteinander verbunden sind, ist das G2-Signal hauptsächlich jenes Signal, das dem absoluten Kurbelwinkel entspricht. Jedoch beinhaltet das G2-Signal den Zeitversatz, falls die Kraftmaschine einen variablen Ventilmechanismus (VVT) verwendet.
Das TDC-Signal ist jenes Signal, das die ECU 70 oder dergleichen auf der Grundlage des NE-Signals erzeugt, das durch den Kurbelwinkelsensor 90 abgegeben wird, und das TDC-Signal gibt den Zeitzyklus des TDC an. Folglich können 360°CA des absoluten Kurbelwinkels mit dem TDC-Signal erfasst werden.
Bei Verwendung eines Magnetresonanzelement-Sensors bzw. MRE-Sensors kann die Sensorabgabe auch dann erhalten werden, wenn die Kraftmaschinendrehzahl (Kurbelwellendrehung) niedrig ist, und somit kann jedes Signal erhalten werden.
(Grundlagen für die Kurbelwinkelschätzung)
Als Nächstes werden Grundlagen für ein Kurbelwinkelschätzverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung schätzt den Kurbelwinkel unter Berücksichtigung der Rückwärtsdrehung der Kraftmaschine, und dies wird unter Bezugnahme auf die 9A und 9B beschrieben. Es ist bekannt, dass sich die Kraftmaschine direkt vor dem Stopp der Kraftmaschine in den meisten Fällen im Allgemeinen rückwärts dreht, wenn die Kraftmaschine während des Leerlaufstops und dergleichen gestoppt wird. Dies ist ähnlich wie bei dem Stopsteuerverfahren unter Verwendung der vorstehend erwähnten Trägheitsenergie. Der Kurbelwinkelsensor kann den absoluten Winkel der Kurbelwelle erfassen, aber er kann nicht die Drehrichtung der Kurbelwelle erfassen. Der Kurbelwinkelsensor kann nämlich nicht erfassen, ob sich die Kurbelwelle in der normalen Richtung oder in der Rückwärtsrichtung dreht. Wenn die Kraftmaschinenstopposition nicht durch Erfassen der Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle geschätzt wird, wird der Kurbelwinkel unter der Annahme berechnet, dass sich die Kurbelwelle in der normalen Richtung dreht, selbst dann wenn sich die Kurbelwelle direkt vor dem Stop der Kraftmaschine tatsächlich in der Rückwärtsrichtung dreht, und daher kann der Kurbelwinkel während des Stoppens der Kraftmaschine nicht genau geschätzt werden. Selbst wenn der Kurbelwinkel innerhalb eines Bereiches, in dem die Kraftmaschinendrehzahl niedrig ist, durch Verwenden eines MRE-Sensors und dergleichen erfasst wird, wird, wenn nicht erfasst werden kann, dass sich die Kurbelwelle durch die Verdichtungsreaktionskraft und dergleichen rückwärts dreht, der Kurbelwinkel addiert, obwohl sich die Kurbelwelle tatsächlich in der Rückwärtsrichtung dreht, und ein Fehler tritt bei dem Schätzergebnis der Kraftmaschinenstopposition auf. Bei der vorliegenden Erfindung kann der Kurbelwinkel bei einer Zeit des Stoppens der Kraftmaschine genau geschätzt werden, indem das Rückwärtsdrehungssignal verwendet wird, das der Motorwinkelsensor 3a abgibt.
Die 9A zeigt ein Beispiel, bei dem der Kurbelwinkel auf der Grundlage des von dem Motorwinkelsensor 3a abgegebenen MG-Positionssignals und des von dem MG-Positionssignal erzeugten Rückwärtsdrehsignals geschätzt wird. Bei diesem Beispiel wird das Riemenscheibenverhältnis der MG-Riemenscheibe 58 und der Kurbelwellenriemenscheibe 50 als 1:2,5 angenommen, wie dies in der 9B gezeigt ist. Aus diesem Riemenscheibenverhältnis entsprechen 2,5 Umdrehungen der Welle des Motor-Generators 3 einer Umdrehung der Kurbelwelle 46, und der Drehwinkel von 7,5° des Motor-Generators 3 entspricht dem Kurbelwinkel von 3°CA.
Wenn angenommen wird, dass das MG-Positionssignal einen Puls jeweils bei einem Drehwinkel von 7,5° des Motor-Generators abgibt (als „Motordrehwinkel” bezeichnet), entspricht in der 9A eine Pulsperiode des MG-Positionssignals dem Kurbelwinkel von 3°CA. Bei der Stoppositionsschätzung wird nämlich durch die Kurbelwinkelschätzverarbeitung während des Stoppens der Kraftmaschine der Kurbelwinkel unter Bezugnahme auf das Rückwärtsdrehsignal addiert und subtrahiert, wie dies in der 9A gezeigt ist, wodurch der genaue Kurbelwinkel erhalten werden kann.
Die 9A zeigt Beispiele der Wellenform des MG-Positionssignals und des Rückwärtsdrehsignals zum Beispiel in jenem Fall, wenn die zuerst in der normalen Richtung gedrehte Kurbelwelle bei der Position des geschätzten Kurbelwinkels von 106° rückwärts gedreht wird und um den Kurbelwinkel von 9°CA weiter gedreht wird, und dann wieder ihre Richtung umkehrt, so dass sie in der normalen Richtung dreht. Auch wenn die Drehung der Kraftmaschine eine Rückwärtsdrehung bei einem Zeitpunkt direkt vor dem Stop der Kraftmaschine oder dergleichen bewirkt, ist es möglich, den genauen Kurbelwinkel während des Kraftmaschinenstopps zu schätzen, falls die arithmetische Verarbeitung des Kurbelwinkels unter Verwendung des Rückwärtsdrehsignals durchgeführt wird, das von dem Motorwinkelsensor abgegeben wird.
Bei dem in den 9A und 9B gezeigten Beispiel wird der Kurbelwinkel durch Kombinieren des MG-Positionssignals und des Rückwärtsdrehsignals arithmetisch verarbeitet, aber der Kurbelwinkel kann durch Kombinieren des NE-Signals oder der TDC-Signals anstelle des MG-Positionssignals geschätzt werden, welches das Rückwärtsdrehsignal ist. Durch Ausführen einer arithmetischen Verarbeitung der Signale, die den Kurbelwinkel angeben, die nicht auf das MG-Positionssignal beschränkt sind, kann nämlich angesichts des von dem Motorwinkelsensor erhaltenen Rückwärtsdrehsignals der genaue Kurbelwinkel auch dann berechnet werden, wenn sich die Kurbelwelle während des Stoppens der Kraftmaschine rückwärts dreht.
(Erstes Beispiel)
Als Nächstes wird ein erstes Beispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das erste Beispiel führt eine Kurbelwinkelschätzung mit hoher Genauigkeit durch, indem die Abgaben von dem Motorwinkelsensor an der Seite des Motor-Generators 3 und des Kurbelwinkelsensors und des Nockenwinkelsensors an der Seite der Kraftmaschine kombiniert werden.
Wie dies in der Tabelle in der 8 gezeigt ist, ist es das MG-Positionssignal, welches den Kurbelwinkel mit der höchsten Genauigkeit erfassen kann. Jedoch kann der absolute Kurbelwinkel nicht von dem MG-Positionssignal erhalten werden. Folglich wird der Kurbelwinkel durch das MG-Positionssignal, das die höchste Genauigkeit hat, berechnet, und eine Korrektur wird unter Verwendung des TDC-Signals oder des NE-Signals durchgeführt, die die absolute Kurbelposition angeben, wodurch der Kurbelwinkel mit hoher Genauigkeit geschätzt bzw. berechnet wird.
Die 10 zeigt das konkrete Beispiel. Mit dem MG-Positionssignal kann der Kurbelwinkel mit einer Auflösung von 3°CA gemäß der vorstehenden Beschreibung erfasst werden. Dementsprechend wird der Kurbelwinkel auf der Grundlage des MG-Positionssignals berechnet. Hierbei wird der Kurbelwinkel unter Berücksichtigung der Drehrichtung der Kraftmaschine, und zwar durch Verwenden des Rückwärtsdrehsignals, berechnet.
Währenddessen ist das NE-Signal jenes Signal, das durch Erfassen der Zähne 91a des Signalrotors 91 erhalten wird, der an der Kurbelwelle 46 angebracht ist, und eine Pulsabgabe ist in dem Abschnitt des fehlenden Zahnes 91b nicht vorhanden (entsprechend zwei Pulsen bei diesem Beispiel). Der Abschnitt des fehlenden Zahnes 91b entspricht der Position direkt vor dem oberen Totpunkt (TDC) bei einem spezifischen Zylinder der Kraftmaschine 2. Wie dies in der 10 gezeigt ist, ist der obere Totpunkt des Zylinders daher direkt nach dem Abschnitt des NE-Signals entsprechend dem fehlenden Zahn angeordnet. Folglich erzeugt die ECU 70 das in der 10 gezeigte TDC-Signal, nämlich das Signal, das den Puls entsprechend dem oberen Totpunkt bei dem Zylinder jeweils bei 360°CA auf der Grundlage des NE-Signals abgibt. Des weiteren führt die ECU 70 eine Berechnung aus, um das TDC-Signal zu teilen, um ein Signal zu erzeugen, dessen Niveau sich jeweils bei 180°CA ändert (ein TDC2-Signal in der 10). Das TDC-Signal und das TDC2-Signal geben den absoluten Kurbelwinkel an. Folglich wird das Kurbelwinkelsignal, das auf der Grundlage des MG-Positionssignals mit hoher Auflösung erhalten wird, auf der Grundlage des TDC-Signals oder des TDC2-Signals korrigiert bzw. abgeglichen. Somit kann der absolute Kurbelwinkel mit hoher Genauigkeit erhalten werden.
Insbesondere werden die Zeitgebung bei 180°CA des Kurbelwinkels, die auf der Grundlage des MG-Positionssignals erhalten wird (nachfolgend als „MG-Schätzkurbelwinkel” bezeichnet) und die Zeitgebung bei 180°CA, welche durch das TDC2-Signal angegeben wird, miteinander verglichen, wie dies in der 10 gezeigt ist. Da das MG-Positionssignal einen aufsummierten Fehler aufgrund des Schlupfes des Riemens aufweist, der die MG-Riemenscheibe mit der Kurbelwellenriemenscheibe verbindet, wird der Fehlerbetrag auf der Grundlage des TDC2-Signals korrigiert. Die Kurbelwinkelschätzung wird nämlich mit einer hohen Genauigkeitseinheit (bei diesem Beispiel 3°CA) auf der Grundlage des MG-Positionssignals durchgeführt, und der so erhaltene MG-Schätzkurbelwinkel wird jeweils bei 180°CA auf der Grundlage des TDC2-Signals korrigiert, das den absoluten Kurbelwinkel angibt. In der Praxis ist es geeignet, den MG-Schätzkurbelwinkel auf der Grundlage des MG-Positionssignals hoch zu zählen und den MG-Schätzkurbelwinkel jeweils bei 180°CA auf der Grundlage des TDC2-Signals zurückzusetzen.
Das vorstehend beschriebene Verfahren zum Erzeugen des TDC2-Signals zum Durchführen der Korrektur jeweils bei 180°CA ist nur ein Beispiel. Ein beliebiges Verfahren kann übernommen werden, das das MG-Schätzkurbelwinkelsignal korrigiert, indem das Signal auf der Grundlage des NE-Signals oder des TDC-Signals verwendet wird, welches den absoluten Kurbelwinkel angibt. Zum Beispiel kann ein Signal, dessen Niveau sich jeweils bei 90°CA ändert, auf der Grundlage des TDC-Signals erzeugt werden, und das MG-Schätzkurbelwinkelsignal kann jeweils bei 90°CA unter Verwendung dieses Signals korrigiert werden. Das MG-Schätzkurbelwinkelsignal kann jeweils bei 30°CA unter Verwendung des NE-Signals selbst korrigiert werden, das eine Genauigkeit von 30°CA aufweist. Alternativ kann der MG-Schätzkurbelwinkel jeweils bei 720°CA unter Verwendung des G2-Signals korrigiert werden. Da das G2-Signal das Zylinderunterscheidungssignal ist, kann der MG-Schätzkurbelwinkel korrigiert werden, und die Zylinderunterscheidung kann gleichzeitig durchgeführt werden, indem das G2-Signal verwendet wird, wodurch der Hub des jeweiligen Zylinders während des Stoppens der Kraftmaschine erkannt wird.
Da der MG-Positionssensor den Motordrehwinkel in jener Zeit erfassen kann, wenn die Kraftmaschinendrehzahl niedrig ist (siehe 8), ist es möglich, den Kurbelwinkel nach jenem Zeitpunkt der niedrigen Kraftmaschinendrehzahl bis zu dem Stop der Kraftmaschine ungeachtet dessen genau zu schätzen, ob der MPU-Sensor oder der MRE-Sensor als der Kurbelwinkelsensor und der Nockenwinkelsensor verwendet wird.
Als Nächstes wird der Fluss der vorstehend erwähnten Kurbelwinkelschätzverarbeitung unter Bezugnahme auf eine Flusskarte in der 11 beschrieben. Diese Verarbeitung wird durch die Motorsteuereinheit 4 unter Verwendung der Signale durchgeführt, die von den jeweiligen Sensoren und der ECU abgegeben werden, wie dies in der 7 gezeigt ist.
Zunächst nimmt die Motorsteuereinheit 4 das MG-Positionssignal Smg von dem Motorwinkelsensor 3a auf, sie nimmt das NE-Signal Sne von dem Kurbelwinkelsensor 90 auf, sie nimmt das G2-Signal Sg2 von dem Nockenwinkelsensor 92 auf, und sie nimmt das TDC-Signal Stdc von der EUC auf (Schritt S1). Dann berechnet die Motorsteuereinheit 4 den MG-Schätzkurbelwinkel auf der Grundlage des MG-Positionssignals (Schritt S2). Bei dieser Gelegenheit erzeugt die Motorsteuereinheit 4 das Rückwärtsdrehsignal auf der Grundlage des MG-Positionssignals, und sie berechnet den MG-Schätzkurbelwinkel angesichts der Drehrichtung der Kurbelwelle. Dieser Schritt wird auf der Grundlage des MG-Positionssignals kontinuierlich durchgeführt, und der MG-Schätzkurbelwinkel wird kontinuierlich berechnet.
Als Nächstes bestimmt die Motorsteuereinheit 4, ob die Korrekturzeitgebung bzw. Korrekturzeit des MG-Schätzkurbelwinkels erreicht ist oder nicht (Schritt S3). Die Korrekturzeitgebung unterscheidet sich je nach Signal, das zur Korrektur verwendet wird. Falls zum Beispiel die Motorsteuereinheit 4 den MG-Schätzkurbelwinkel jeweils bei 180°CA auf der Grundlage des vorstehend erwähnten TDC2-Signals korrigiert, dann überwacht die Motorsteuereinheit 4 das TDC2-Signal, und sie bestimmt die Korrekturzeitgebung, wenn sie die Niveauänderung des TDC2-Signals erfasst. Falls die Motorsteuereinheit 4 den MG-Schätzkurbelwinkel unter Verwendung des NE-Signals korrigiert, dann bestimmt sie, dass die Korrekturzeitgebung bei dem jeweiligen Puls des NE-Signals erreicht ist. Wenn die Motorsteuereinheit 4 die Korrekturzeitgebung bestimmt (Schritt S3; JA), dann korrigiert die Motorsteuereinheit 4 den MG-Schätzkurbelwinkel unter Verwendung des TDC-Signals, des NE-Signals und dergleichen (Schritt S4). In dem Beispiel gemäß der 10 wird bei dem Zeitpunkt einer Niveauänderung des TDC2-Signals der MG-Schätzkurbelwinkel durch die Motorsteuereinheit 4 so zurückgesetzt, dass der absolute Kurbelwinkel, den das TDC2-Signal angibt, mit dem MG-Schätzkurbelwinkel zusammenfällt. Bis der Befehl zum Beenden der Schätzverarbeitung abgegeben wird, wird die Verarbeitung von den Schritten S1 bis S4 fortgesetzt. Der MG-Schätzkurbelwinkel wird nämlich berechnet, und die Korrektur wird wiederholt durchgeführt. Infolge dessen kann die Motorsteuereinheit 4 den absoluten Kurbelwinkel mit hoher Genauigkeit unter Berücksichtigung der Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle schätzen.
Im Falle der Stoppsteuerung des Fahrzeugs wird diese Kurbelwinkelschätzverarbeitung kontinuierlich durchgeführt. Dann wird die Kurbelwinkelschätzverarbeitung beendet, wenn zum Beispiel erfasst wird, dass das Fahrzeug gestoppt ist, und der Wert des MG-Schätzkurbelwinkels während dieser Zeit gibt die Kraftmaschinenstoppposition an. Es ist zu beachten, dass die Kurbelwinkelschätzverarbeitung selbstverständlich bei einer anderen Gelegenheit außer dem Stoppen der Kraftmaschine ausführbar ist.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Als Nächstes wird ein zweites Beispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das zweite Beispiel soll die Korrektur des MG-Schätzkurbelwinkels bei der Kurbelwinkelschätzverarbeitung durchführen, die bei dem ersten Beispiel gezeigt ist, und zwar nur dann, wenn die Kraftmaschinendrehzahl innerhalb des vorbestimmten Bereiches ist.
Wie dies bei dem ersten Beispiel vorstehend beschrieben ist, wird der MG-Schätzkurbelwinkel auf der Grundlage des MG-Positionssignals berechnet, um den Kurbelwinkel mit hoher Genauigkeit zu schätzen, und der so berechnete MG-Schätzkurbelwinkel wird gemäß dem TDC-Signal und dergleichen korrigiert. Jedoch in jenem Zustand, wenn die Kraftmaschinendrehzahl groß ist (zum Beispiel 4000 U/min oder mehr), dann wird die arithmetische Rechenlast bei der Schätzung des MG-Schätzkurbelwinkels und deren Korrekturverarbeitung ausgesprochen hoch. Wenn andererseits die Kraftmaschinendrehzahl zu niedrig ist, dann ist die Zuverlässigkeit des Abgabesignals von dem Kurbelwinkelsensor niedrig. Die Genauigkeit eines normalen Kurbelwinkelsensors verringert sich normalerweise bei einer Kraftmaschinendrehzahl, die zum Beispiel kleiner als ungefähr 300 U/min ist. Daher wird die Korrektur des MG-Schätzkurbelwinkels nur dann durchgeführt, wenn die Kraftmaschinendrehzahl innerhalb eines vorbestimmten Bereiches ist. Infolge dessen ist es möglich, jene Probleme zu vermeiden, dass die für die Kurbelwinkelschätzverarbeitung erforderliche arithmetische Rechenlast aufgrund einer übermäßig großen Kraftmaschinendrehzahl übermäßig groß ist, so dass sie die anderen Verarbeitungen überlagert, und die Korrekturgenauigkeit des MG-Schätzkurbelwinkels kann aufgrund der übermäßig niedrigen Kraftmaschinendrehzahl nicht gewährleistet werden.
Wenn insbesondere diese Kurbelwinkelschätzverarbeitung während der Kraftmaschinenstoppsteuerung unter Verwendung der vorstehend erwähnten Trägheitsenergie durchgeführt wird, dann wird die Kraftmaschinendrehzahl innerhalb eines geeigneten Bereiches während der Überwachung stabilisiert. Daher kann durch Ausführen der Korrektur während dieser Zeit die Kurbelwinkelschätzung (nämlich die Kraftmaschinenstopppositionsschätzung) während des Stoppens der Kraftmaschine mit günstiger Genauigkeit durchgeführt werden.
Die 12 zeigt ein Flussdiagramm der Kurbelwinkelschätzverarbeitung bei diesem Beispiel. Die Flusskarte des in der 12 gezeigten zweiten Beispieles ist gleich der Flusskarte des in der 11 gezeigten ersten Beispieles, außer dass ein Schritt S3-1 eingefügt ist. Wenn nämlich die Korrekturzeitgebung erreicht ist (Schritt S3; JA), dann nimmt die Motorsteuereinheit 4 die Kraftmaschinendrehzahl von der ECU 70 auf, und sie bestimmt, ob diese innerhalb des vorbestimmten Bereiches ist oder nicht (Schritt S3-1). Der vorbestimmte Kraftmaschinendrehzahlbereich kann zum Beispiel 300 bis 2000 U/min betragen. Wenn die Kraftmaschinendrehzahl innerhalb des vorbestimmten Bereiches ist, dann korrigiert die Motorsteuereinheit 4 den MG-Schätzkurbelwinkel (Schritt S4). Wenn die Kraftmaschinendrehzahl nicht innerhalb des vorbestimmten Bereiches ist, dann führt die Motorsteuereinheit 4 keine Korrektur durch, und es wird zu dem Schritt S1 zurückgekehrt.
(Drittes Beispiel)
Als Nächstes wird ein drittes Beispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dem dritten Beispiel wird bei der Kurbelwinkelschätzverarbeitung gemäß dem ersten Beispiel der Fehler aufgezeichnet, wenn der MG-Schätzkurbelwinkel korrigiert wird, und ein Fehlerbereich bzw. Standardfehlerbereich wird bestimmt. Wenn ein großer Fehler erfasst wird, der den Standardfehlerbereich überschreitet, dann wird bestimmt, dass er durch einen vorübergehenden Faktor wie zum Beispiel eine Störgröße hervorgerufen wird, und eine Korrektur wird nicht durchgeführt. Hinsichtlich des bei dem MG-Schätzkurbelwinkel enthaltenen Fehlers sind hauptsächlich ein Fehler, der durch den Schlupf des Riemens 52 hervorgerufen wird, der die MG-Riemenscheibe 58 mit der Kurbelwellenriemenscheibe 50 verbindet, und ein arithmetischer Rechenfehler denkbar, wenn der MG-Schätzkurbelwinkel auf der Grundlage des MG-Positionssignals berechnet wird. Jedoch wird davon ausgegangen, dass der Fehler aufgrund des Schlupfes des Riemens innerhalb eines bestimmten Bereiches gemäß der Struktur des Riemens und den Riemenscheibenabschnitten liegt, und dass der arithmetische Rechenfehler des MG-Schätzkurbelwinkels innerhalb eines bestimmten Bereiches liegt. Wenn daher ein großer Fehler vorübergehend erfasst wird, der einen derartigen Bereich überschreitet, dann wird nicht davon ausgegangen, dass es ein Fehler ist, der regelmäßig auftritt, sondern es wird vielmehr davon ausgegangen, dass er durch einen anderen plötzlichen Faktor wie zum Beispiel eine Störgröße hervorgerufen wird.
Ein für den Fehler verantwortlicher plötzlicher Faktor kann eine Störgröße bei dem Abgabesignal von dem Kurbelwinkelsensor sein. Ein anderer Faktor kann der Einfluss des fehlenden Zahnes 91b des Signalrotors 91 sein. Wie dies in der 4D und der 10 gezeigt ist, hat das NE-Signal keinen Puls bei den Abschnitten entsprechend dem fehlenden Zahn 91b des Signalrotors 91. Die ECU 70 erfasst die Abschnitte entsprechend diesem fehlenden Zahn 91b, nämlich jene Abschnitte, bei denen der Puls in einer vorbestimmten Periode nicht vorhanden ist, und sie erzeugt das TDC-Signal (siehe 10). Wenn sich jedoch die Kraftmaschinendrehzahl plötzlich ändert, zum Beispiel während einer Stoppsteuerung der Kraftmaschine und dergleichen, dann ändert sich plötzlich ein Zeitintervall zwischen den Pulsen, die bei dem NE-Signal enthalten sind. Wenn die Kraftmaschinendrehzahl plötzlich verringert wird, dann wird auch in jenem Abschnitt, der mit den Zähnen 91a versehen ist, welcher nicht der Abschnitt des fehlenden Zahnes ist, das Zeitintervall zwischen den einander angrenzenden Pulsen hinsichtlich der Zeit bei dem NE-Signal lang, und es ist wahrscheinlich, dass die ECU 70 dieses als einen Pulsfehlabschnitt aufgrund des fehlenden Zahnes fälschlicherweise bestimmt, und sie erzeugt ein fehlerhaftes TDC-Signal. In einem derartigen Fall beinhalten der MG-Schätzkurbelwinkel und der durch das TDC-Signal und dergleichen angegebene Kurbelwinkel einen großen Fehler, der das Standardfehlerniveau überschreitet.
Angesichts dessen wird bei diesem Beispiel der Fehler während dieser Zeit gespeichert, wenn der MG-Schätzkurbelwinkel unter Verwendung des TDC-Signals und dergleichen korrigiert wird, und der Standardfehlerbereich wird auf der Grundlage der Fehler der einzelnen Erfassungen bestimmt. Der Standardfehlerbereich hat nämlich den Fehler mit einem derartigen Niveau, bei dem davon ausgegangen wird, dass er durch den vorstehend erwähnten Schlupf des Riemens hervorgerufen wird, oder den arithmetischen Rechenfehler während der Berechnung des MG-Schätzkurbelwinkels. Wenn ein Fehler erfasst wird, der den Standardfehlerbereich während der Korrektur des MG-Schätzkurbelwinkels überschreitet, dann wird die Korrektur während dieser Zeit nicht durchgeführt. Dies kann einen plötzlichen Fehler ausschließen, der durch eine Störgröße und den vorstehend erwähnten fehlenden Zahn des Signalrotors hervorgerufen wird. Der Fehler, der einen derartigen Standardfehlerbereich überschreitet, erscheint normalerweise plötzlich, aber wenn dieser wiederholt erfasst wird, dann ist es möglich, dass eine neue Ursache eines derartigen Fehlers aufgetreten ist, und in jenem Fall kann eine Korrektur ausgeführt werden, und ein derartig großer Fehler kann permanent korrigiert werden.
Eine Flusskarte der Kurbelwinkelschätzverarbeitung gemäß diesem Beispiel ist in der 13 gezeigt. In der 13 sind Schritte S11 bis S13 gleich den Schritten S1 bis S3 bei dem in der 11 gezeigten ersten Beispiel. Wenn die Korrekturzeitgebung erreicht ist, dann erfasst die Motorsteuereinheit 4 einen Fehler des MG-Schätzkurbelsignals und des TDC-Signals und dergleichen, die für die Korrektur vor dem Ausführen der Korrektur verwendet werden (Schritt S14), und sie bestimmt, ob dieser innerhalb des vorstehend erwähnten Standardfehlerbereiches ist oder nicht (Schritt S15). Nur wenn dieser innerhalb des Standardfehlerbereiches ist (Schritt S15; JA), dann wird die Korrektur ausgeführt (Schritt S16). Die Motorsteuereinheit 4 speichert den Fehler während der Korrektur, und sie verwendet diesen für die Bestimmung, zum Auffrischen und dergleichen des Standardfehlerbereiches. Wenn der Befehl zum Beenden der Schätzverarbeitung auftritt, dann wird die Verarbeitung beendet (Schritt S17).
Für eine vorbestimmte Zeitperiode nach dem Start der Kurbelwinkelschätzverarbeitung wurde der Standardfehlerbereich noch nicht bestimmt, und daher ist es erforderlich, die Korrektur auszuführen, wobei das Ergebnis bei dem Schritt S15 auf „JA” für alle Fehler festgelegt wird. Nachdem der Standardfehlerbereich auf der Grundlage des Fehlers bestimmt wurde, der durch die Korrektur über eine vorbestimmte Anzahl erhalten wird, dann ist dieser zum Durchführen einer Bestimmung dessen geeignet, ob die Korrektur durchgeführt werden soll oder nicht, und zwar auf der Grundlage des Standardfehlerbereiches bei dem Schritt S15.
(Viertes Beispiel)
Ein viertes Beispiel ist ein abgewandeltes Beispiel von dem dritten Beispiel, und es soll ein Zustandssignal erzeugen, welches angibt, ob die Kurbelwinkelschätzverarbeitung stabil durchgeführt wird oder nicht, und zwar ob die Genauigkeit der Kurbelwinkelschätzung ausreicht oder nicht, nämlich auf der Basis des Fehlers während der Korrektur des MG-Schätzkurbelwinkels.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, liegt der Fehler zwischen dem MG-Schätzkurbelwinkel und dem absoluten Kurbelwinkel, der auf der Grundlage des TDC-Signals oder dergleichen erhalten wird, innerhalb des vorstehend erwähnten Standardfehlerbereiches, während die Kurbelwinkelschätzverarbeitung mit hoher Genauigkeit stabil ausgeführt wird. Wenn der Fehler nicht innerhalb des Standardfehlerbereiches liegt, dann kann in umgekehrter Weise davon ausgegangen werden, dass die Kurbelwinkelschätzverarbeitung in einem instabilen Zustand ist, nämlich in einem Zustand, in dem die Schätzgenauigkeit nicht ausreicht und das geschätzte Ergebnis aufgrund irgendeines Faktors nicht zuverlässig ist. Daher legt die Motorsteuereinheit 4 eine Zustandsmarke wie zum Beispiel eine Schätzgenauigkeitsmarke fest. Wenn der Fehler innerhalb des Standardfehlerbereiches bei einem Schritt S15 in der 13 liegt, dann wird die Schätzgenauigkeitsmarke eingeschaltet (EIN) (was den Zustand angibt, dass die Schätzgenauigkeit sichergestellt ist), und wenn der Fehler außerhalb des Standardfehlerbereiches liegt, dann wird die Schätzgenauigkeitsmarke ausgeschaltet (AUS) (was den Zustand angibt, in dem die Schätzgenauigkeit unzureichend ist). Folglich kann noch einfacher unter Bezugnahme auf die Schätzgenauigkeitsmarke bestimmt werden, ob das Schätzergebnis der Kurbelwinkelschätzverarbeitung zuverlässig ist oder nicht, die während der Stopppositionssteuerung ausgeführt wird.
Auf der Grundlage der Schätzgenauigkeitsmarke können verschiedene Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Wenn zum Beispiel die Schätzgenauigkeitsmarke während der Kraftmaschinenstoppsteuerung wie zum Beispiel bei einem Leerlaufstopp ausgeschaltet ist (AUS), dann wird das Kraftmaschinenstopppositionsschätzergebnis in diesem Zeitraum als unzuverlässig bestimmt, und die Kraftmaschinenstoppsteuerung kann unterbrochen werden. Wenn außerdem die Schätzgenauigkeitsmarke ausgeschaltet ist (AUS), dann kann eine vorbestimmte Verarbeitung ausgeführt werden, wenn die Kraftmaschine beim nächsten Mal gestartet wird.
(Abgewandeltes Beispiel)
Bei den vorstehend beschriebenen Beispielen gemäß der 7 werden das MG-Positionssignal Smg von dem Motorwinkelsensor 3a, das NE-Signal Sne von dem Kurbelwinkelsensor 90, das G2-Signal Sg2 von dem Nockenwinkelsensor 92 und das TDC-Signal Stdc von der ECU 70 der Motorsteuereinheit 4 zugeführt, und die Motorsteuereinheit 4 führt die vorstehend erwähnte Kurbelwinkelschätzverarbeitung aus. Im Gegensatz dazu kann die ECU 70 die Kurbelwinkelschätzverarbeitung ausführen. Die Konfiguration für diesen Fall ist in der 14 gezeigt. Wenn die ECU 70 die Kurbelwinkelschätzverarbeitung ausführt, dann werden das MG-Positionssignal Smg von dem Motorwinkelsensor 3a, das NE-Signal Sne von dem Kurbelwinkelsensor 90 und das G2-Signal Sg2 von dem Nockenwinkelsensor 92 ausschließlich der ECU 70 zugeführt. Die ECU 70 verwendet diese Signale sowie das TDC-Signal, welches die ECU 70 auf der Grundlage des NE-Signals selbst erzeugt, und sie führt die vorstehend erwähnte Kurbelwinkelschätzverarbeitung aus. Falls dies erforderlich ist, dann führt die ECU 70 das Steuerbefehlssignal Sc der Motorsteuereinheit 4 zu, um dadurch den Motor-Generator 3 auf der Grundlage des Schätzergebnisses zu steuern. Die Motorsteuereinheit 4 treibt den Motor-Generator 3 auf der Grundlage des Steuerbefehlssignals Sc an, und sie führt die Stoppsteuerung, die Startsteuerung und dergleichen der Kraftmaschine aus.
Bei der vorstehend beschriebenen Erläuterung sind das Öko-Fahrzeug und das Hybridfahrzeug als Beispiele gezeigt, bei denen der Motor-Generator mit der Kurbelwelle der Kraftmaschine gekoppelt ist. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auf ein Fahrzeug angewendet werden, das einen Motor ausschließlich zum Zwecke des Starts der Kraftmaschine aufweist, und der keine Funktion zur Erzeugung einer elektrischen Leistung aufweist und der mit der Kurbelwelle verbunden ist.
Wie dies vorstehend gemäß dem Kraftmaschinenstopppositionsberechnungsgerät der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, kann die Kraftmaschinenstoppposition genau geschätzt werden, da die Rückwärtsdrehung der Kraftmaschine durch den Motorwinkelsensor zum Erfassen der Drehung des Motor-Generators erfasst wird und der Kurbelwinkel angesichts der Drehrichtung der Kraftmaschine geschätzt wird. Da außerdem der Kurbelwinkel durch Korrigieren des relativen Kurbelwinkels mit hoher Auflösung geschätzt wird, der auf der Grundlage des Motorpositionssignals erhalten wird, wobei der absolute Kurbelwinkel auf der Grundlage des Kurbelwinkelsensors oder dergleichen erhalten wird, kann der absolute Kurbelwinkel mit hoher Genauigkeit geschätzt werden. Infolge dessen kann die Stoppposition der Kraftmaschine während des Leerlaufstopps und dergleichen mit hoher Genauigkeit geschätzt werden. Des weiteren sind die für die Schätzung erforderlichen Sensoren jene, die in herkömmlicher Weise verwendet werden, und der Rechenvorgang selbst ist nicht so kompliziert, und somit kann die Schätzung unter geringen Kosten ausgeführt werden.

Claims

Stopppositionsberechnungsgerät (4, 70) einer Brennkraftmaschine (2), mit: einem Motor-Generator (3), der als Motor und als Generator betreibbar ist und mit einer Kurbelwelle (46) der Brennkraftmaschine wirkkoppelbar ist; einer ersten Erfassungseinheit (3a) zum Erfassen einer Drehposition des Motor-Generators auf Basis von ersten Signalen; einer zweiten Erfassungseinheit (90, 70) zum Erfassen eines Kurbelwinkels der Kurbelwelle auf Basis von zweiten Signalen, die einen größeren Signalabstand haben als die ersten Signale; und einer Berechnungseinheit zum Berechnen einer voraussichtlichen Position der Kurbelwelle (46) im Stillstand der Brennkraftmaschine durch Verknüpfung der ersten Signale mit den zweiten Signalen.
Stopppositionsberechnungsgerät (4, 70) einer Brennkraftmaschine (2) gemäß Anspruch 1, des weiteren mit: einer Drehrichtungserfassungseinheit (3a) zum Erfassen einer Drehrichtung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine auf der Grundlage der durch die erste Erfassungseinheit erfassten Drehposition, wobei die Berechnungseinheit die voraussichtliche Position der Kurbelwelle im Stillstand der Brennkraftmaschine durch Verknüpfen der zweiten Signale mit der Drehrichtung berechnet.
Stopppositionsberechnungsgerät (4, 70) einer Brennkraftmaschine (2) gemäß Anspruch 1, des weiteren mit: einer Kurbelwinkelberechnungseinheit zum Berechnen eines Kurbelwinkels der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine auf der Grundlage der ersten Signale; und einer Korrektureinheit zum Korrigieren des berechneten Kurbelwinkels auf der Grundlage der zweiten Signale.
Stopppositionsberechnungsgerät (4, 70) einer Brennkraftmaschine (2) gemäß Anspruch 3, des weiteren mit: einer Einheit (80) zum Erfassen einer Drehzahl der Brennkraftmaschine, wobei die Korrektureinheit den durch die Kurbelwinkelberechnungseinheit berechneten Kurbelwinkel nur dann korrigiert, wenn die erfasste Drehzahl innerhalb eines vorbestimmten Bereiches ist.
Stopppositionsberechnungsgerät (4, 70) einer Brennkraftmaschine (2) gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die Korrektureinheit den durch die Kurbelwinkelberechnungseinheit berechneten Kurbelwinkel bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel, der durch die zweite Erfassungseinheit erfasst wird, derart korrigiert, dass der berechnete Kurbelwinkel mit dem vorbestimmten Kurbelwinkel übereinstimmt.
Stopppositionsberechnungsgerät (4, 70) einer Brennkraftmaschine (2) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Korrektureinheit eine Korrektur des durch die Kurbelwinkelberechnungseinheit berechneten Kurbelwinkels nur dann durchführt, wenn ein Fehler zwischen dem durch die Kurbelwinkelberechnungseinheit berechneten Kurbelwinkel und dem durch die zweite Erfassungseinheit erfassten Kurbelwinkel kleiner als ein vorbestimmter Standardfehler ist.
Stopppositionsberechnungsgerät (4, 70) einer Brennkraftmaschine (2) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, des weiteren mit: einer Einheit zum Abgeben einer Berechnungsgenauigkeitsinformation, die angibt, dass die Berechnungsgenauigkeit sichergestellt ist, wenn ein Fehler zwischen dem durch die Kurbelwinkelberechnungseinheit berechneten Kurbelwinkel und dem durch die zweite Erfassungseinheit erfassten Kurbelwinkel innerhalb eines vorbestimmten Standardfehlerbereichs ist.
Stopppositionsberechnungsgerät (4, 70) einer Brennkraftmaschine (2) gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die Korrektureinheit Folgendes aufweist: eine Fehlererfassungseinheit zum Erfassen des Fehlers zwischen dem durch die Kurbelwinkelberechnungseinheit berechneten Kurbelwinkel und dem durch die zweite Erfassungseinheit erfassten Kurbelwinkel; und eine Einheit zum Bestimmen des Standardfehlers auf der Grundlage einer vorbestimmten Anzahl von erfassten Fehlern.