用于控制起动内燃机的起动器的系统的制作方法

专利名称：用于控制起动内燃机的起动器的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于控制起动内燃机的起动器的系统。
背景技术：
用于起动内燃机的传统起动器通常包括在接合位置和脱离接合位置之间可移动 的小齿轮。当小齿轮位于接合位置时，小齿轮与随内燃机曲轴一同旋转的齿圈相啮合。当 小齿轮位于脱离接合位置时，小齿轮与齿圈分离。传统的起动器还包括致动器，所述致动器构造成在被激励(接通)时将小齿轮从 接合位置移到脱离接合位置。传统的起动器还包括马达，所述马达在被激励(接通)时转 动小齿轮。从改进例如操控性能方面来看，需要控制系统来控制这种起动器以尽可能快地重 新起动已经停止的内燃机。尤其是，当这些控制系统安装到机动车辆以便在机动车辆临时 停止时自动停止其内燃机时，这些需求增加。为了满足这些需求，用于这些起动器的控制系统被设计用于执行下文描述的所谓 的“预调控制”或所谓的“预旋转控制”。提出“预调控制”主要假设内燃发动机(简称为“发动机”)起动请求发生在发动 机停止期间。具体地说，预调控制是在发动机起动请求发生之前将小齿轮移向接合位置，并 将小齿轮保持在接合位置处。随后，当发动机起动请求发生时，预调控制使小齿轮转动，由 此使发动机转动。与响应于发动机起动请求发生而将小齿轮移向接合位置的控制相比，预 调控制能更快地起动发动机。提出“预旋转控制”主要假设发动机起动请求发生在发动机曲轴的转速NE降低期 间。具体地，预旋转控制是在转速NE达到零之前使小齿轮转动，随后将小齿轮移至接合位 置以使小齿轮与旋转的齿圈啮合。与在发动机起动请求发生之后等待转速NE达到零并且 使小齿轮与齿圈接合的控制相比，预旋转控制能够更快速地起动发动机。为了执行预调控制和预旋转控制，需要用于起动器的控制系统独立地控制小齿轮 向接合位置的移动以及小齿轮的旋转。为了满足这些需求，与WO公布号2006/018350以及WO公布号2006/018350的已 公布的日文译文No. 2008-51009相对应的美国专利申请公布号2008/0127927公开了一种 起动器控制系统，其设置有第一 MOS开关(第一开关单元)以切换致动器的激励和去激励 (断开)，并设置有第二 MOS开关(第二开关单元)以切换马达的激励和去激励(断开)。 同样，与其已公布的日文译文No. 2009-500550相对应的WO公布号2006/120180公开了第 一 MOS开关和第二 MOS开关。

发明内容
本发明人已经发现上述每种起动器控制系统都存在问题。具体而言，由于向马达供给的功率大于向致动器供给的功率，所以需要经得起大电流的MOS开关作为第二 MOS开关。为此，由于需要较大的栅极电流来维持第二 MOS开关 的导通状态，所以电子控制电路例如微计算机不能直接控制第二 MOS开关的操作。这导致 与第二 MOS开关有关的每个起动器控制系统的可控制性恶化。注意，可以使用机械式螺线管开关代替第二 MOS开关来激励和去激励马达。然而， 因为需要用于激励机械式螺线管开关的较大电流来维持机械式螺线管开关的接通状态，所 以这同样导致与机械式螺线管开关有关的起动器控制系统的可控制性恶化。鉴于上述情况，本发明寻求提供用于控制起动器的系统；这些系统被设计成解决 传统的起动器控制系统中产生的上述问题。具体地说，本发明的目的是提供用于控制起动器的系统，每个起动器都设置有致 动器和马达，其每个都被设计成用来提高与用于激励和去激励马达的开关单元有关的可控 制性。根据本发明的一方面，提供一种用于控制起动内燃机的起动器的系统。所述起动 器包括在接合位置和脱离接合位置之间可移动的小齿轮。当所述小齿轮位于接合位置时， 所述小齿轮与随所述内燃机的曲轴一起旋转的齿圈相接合。当所述小齿轮位于脱离接合位 置时，所述小齿轮与所述齿圈脱离接合。所述起动器包括致动器和马达，所述致动器被构造 成在被激励时使小齿轮从脱离接合位置移向接合位置，所述马达被构造成在被激励时使小 齿轮转动。所述系统包括控制电路、第一开关单元和第二开关单元，第一开关单元被构造成 在控制电路的控制下在致动器的激励和去激励之间切换，第二开关单元被构造成在控制电 路的控制下在马达的激励和去激励之间切换。第一开关单元和第二开关单元单独布置。第 二开关单元包括第一继电器和第二继电器，第一继电器被构造成在控制电路的控制下在马 达的激励和去激励之间切换，第二继电器被构造成控制第一继电器的激活。根据本发明的这个方面，第二开关单元包括两级继电器(第一继电器和第二继电 器)。也就是说，由于第二继电器主要控制第一继电器的激活，所以为了使第二继电器保持 在导通状态而不必向第二继电器供应大功率。因此，控制电路，例如包括微计算机的电子控 制单元，可以直接控制第二继电器的激活，从而可以提高与第二继电器有关的系统的可控 制性。


根据下面参照附图对实施例的描述，本发明的其它目的和方面将变得显而易见， 其中图1是根据本发明第一实施例的发动机起动系统的示意性系统配置图；图2A是示意性地示出根据第一实施例的由ECU执行的发动机自动起动任务的流 程图；图2B是示意性地示出根据第一实施例的由ECU执行的第二预调控制的流程图；图2C是示意性地示出根据第一实施例的由ECU执行的预旋转控制的流程图；图3是根据本发明第二实施例的发动机起动系统的示意性系统配置图；图4是根据本发明第三实施例的发动机起动系统的示意性系统配置图；图5是根据本发明第四实施例的发动机起动系统的示意性系统配置图；图6是根据本发明第五实施例的发动机起动系统的示意性系统配置图7是根据本发明第六实施例的发动机起动系统的示意性系统配置图；图8是根据本发明第七实施例的发动机起动系统的示意性系统配置图；图9是根据本发明第八实施例的发动机起动系统的示意性系统配置图；图10是根据本发明第二实施例的发动机起动系统的第一修改的示意性系统配置 图；以及图11是根据本发明第二实施例的发动机起动系统的第二修改的示意性系统配置 图。
具体实施例方式
在下文中将参照附图描述本发明的实施例。在实施例中，实施例之间相同附图标记所指定的相同部件在冗长的描述中被省略 或被简化。第一实施例参照图1和图2，根据本发明第一实施例的发动机起动系统1安装在机动车辆中。 发动机起动系统用作怠速减速系统以便自动地控制安装在机动车辆中的内燃发动机(简 称为“发动机”)EN的停止和重新起动。发动机起动系统1包括用于起动发动机EN的起动器10和用于在发动机EN起动 时控制起动器10的操作的电子控制单元(ECU) 20。发动机起动系统1还包括第一驱动继电 器31、第二驱动继电器32、第一二极管41、第二二极管42、延迟电路43和电池70。参照图1，发动机EN具有作为其输出轴的曲轴CS，该曲轴的一端直接或间接连接 至齿圈50。发动机EN运行以通过使活塞在每个气缸中移动来压缩空气_燃料混合物或空气， 并在每个气缸中燃烧被压缩的空气_燃料混合物或被压缩的空气与燃料的混合物，以将燃 料的能量转变为机械能，例如旋转能量，从而使曲轴CS旋转。曲轴CS的旋转通过安装在机 动车辆中的动力系被传递至驱动轮，从而驱动机动车辆。油(发动机油)位于每个气缸内， 以润滑放置于发动机EN内的任意两个互相接触的部件，例如运动的活塞和每个气缸。发动机EN安装有例如点火系统81和燃料喷射系统83。点火系统81包括致动器AC，例如点火器，并使得致动器AC提供电流或火花，以点 燃发动机EN的每个气缸内的空气-燃料混合物，从而燃烧空气_燃料混合物。燃料喷射系统83包括致动器AC，例如燃料喷射器，并使得致动器AC将燃料直接喷 入发动机EN的每个气缸中或者喷入正好位于发动机EN的每个气缸之前的进气歧管(或进 气端口)中，由此燃烧发动机EN的每个气缸中的空气-燃料混合物。当内燃机被设计成柴 油机时，可以除去点火系统81。另外，在机动车辆中，为了测量发动机EN的操作条件和机动车辆的行驶状况，在 机动车辆中安装传感器91。每个传感器91可操作以测量与发动机EN和/或机动车辆的操作条件相关联的相 应一个参数的瞬时值，并将指示相应一个参数的测量值的信号输出到ECU20。具体地说，传感器91包括例如转速传感器、加速传感器(节气门位置传感器)和 制动传感器；这些传感器电连接到ECU 20。
转速传感器可操作成将指示发动机EN的曲轴CS的转速NE (每单位时间的转数) 的信号输出到E⑶20。加速传感器可操作成测量机动车辆的驾驶员可操纵的加速踏板的实际位置或行程，所述加速踏板与节 气门相连以便控制进入进气歧管的空气量；以及将指示所测量得的加速踏板的实际行程或位置的信号输出至ECU 20。制动传感器可操作成测量由驾驶员可操纵的机动车辆的制动踏板的实际位置或 行程并输出指示所测量得的制动踏板的实际行程或位置的信号。起动器10包括起动器马达(马达)11、输出轴11a、继电器开关(第一继电器)12、 可移动小齿轮构件PM、螺线管14、柱塞16以及变速杆17。例如，螺线管14、柱塞16和变速 杆17组成小齿轮移位致动器。马达11由通过减速机构与输出轴Ila的一端连接的马达输出轴(未示出)和与 马达输出轴连接并电连接到继电器开关12的电枢组成。继电器开关12包括螺线管12a和 开关12b。开关12b电连接在电池70的正极端子和马达11的电枢之间，电池的负极端子接 地。电池70的电压(电池电压)被设为例如12V。可移动小齿轮构件PM包括单向离合器15和小齿轮13。如图1所示，单向离合器15设置成与输出轴Ila的另一端的外周缘螺旋花键接
I=I O单向离合器15包括离合器外部和离合器内部，离合器外部连接到输出轴Ila的 另一端，小齿轮13安装在离合器内部上；这些离合器内部和外部被设置成彼此螺旋花键接
I=I O单向离合器15的结构使得小齿轮13可沿输出轴Ila的轴向方向与单向离合器15 的离合器内部一起移动并随之旋转。具体而言，发动机EN和起动器10被布置为使得小齿轮13 (可移动小齿轮构件PM) 在小齿轮13与齿圈50可接合的接合位置和小齿轮13与齿圈50脱离接合的脱离接合位置 之间可移动。当被激励时，马达11转动马达输出轴以及输出轴11a，从而转动小齿轮13 (可移动 小齿轮构件PM)。相反，当被去激励时，马达11停止马达输出轴11和输出轴Ila的旋转，从 而停止小齿轮13 (可移动小齿轮构件PM)的旋转。单向离合器15被设计为将马达11提供的旋转运动传递到离合器内部(小齿轮 13)，而不将离合器内部(小齿轮13)提供的旋转运动传递到离合器外部(马达11)。减速机构被同轴地安装于输出轴Ila的一端，并位于例如单向离合器15和马达11 之间。为了简单地示出起动器10，在图示中省略了减速机构。减速机构被设计用于传递马 达输出轴的扭矩，同时减小马达输出轴的转速，从而提高转动输出轴Ila的扭矩。螺线管14缠绕柱塞16，柱塞16被布置为可沿与螺线管14的轴向方向对应的长 度方向移动。柱塞16的一端可枢转地连接到变速杆17的一端，变速杆17的另一端可枢转 地连接到可移动小齿轮构件PM。变速杆17绕位于其长度方向上大体上中心处的枢转点PI 枢转。螺线管14的一端通过第一驱动继电器31电连接到电池70的正极端子，其另一端接地。在第一实施例中，发动机起动系统1包括安装在输出轴Ila上的减震器13a。减震 器13a可操作以减小(吸收)当小齿轮13与齿圈50啮合时小齿轮13经受的扭矩。这可 以提高发动机起动系统1的可靠性。注意，为了有助于更好地理解对发动机起动系统1的操作的描述，螺线管14由标 记SLl示出，继电器开关12由标记SL2示出。E⑶20被发计为例如普通的微计算机电路，其包括例如CPU ；存储介质20a，包括 诸如可再写ROM的ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)等；IO(输入和输出)接口；等等。存储介质20a事先将各种发动机控制程序存储在其中。E⑶20在其IO处设置有输出端口 Pl和P2，从输出端口 Pl和P2输出各种控制信号。ECU20可操作以接收从传感器91输出的信号；和基于通过从传感器91接收到的信号中的至少一些信号所确定的发动机EN的操作 状况，控制安装于发动机EN中的各种致动器AC，由此调节发动机EN的各种控制变量。例如，E⑶20可被编程以调节进入每个气缸的进气空气量；计算每个气缸的点火器AC的适当点火正时，以及每个气缸的燃料喷射器AC的适 当燃料喷射正时和适当喷射量；指令每个气缸的燃料喷射器AC在相应的计算出的适当喷射正时将相应的计算出 的适当量的燃料喷入每个气缸；以及指令每个气缸的点火器AC在相应的计算出的适当点火正时点燃每个气缸中的压 缩的空气_燃料混合物或者压缩的空气与燃料的混合物。第一驱动继电器31用作激励和去激励螺线管14的第一开关单元。具体而言，第 一驱动继电器31包括例如螺线管31a和开关31b。螺线管31a的一端电连接到E⑶20的 输出端P2，并通过第一二极管41电连接到点火钥匙开关60，而另一端接地。点火钥匙开关 60设置在机动车辆中，并包括驾驶员可操作的点火钥匙、电连接到ECU 20的点火接通触点 (位置)ON、电连接到第一二极管41的起动器接通触点(位置)START以及接地的断开触点 (位置)OFF。点火钥匙开关60电连接电池70的正极端子。当激励电流从E⑶20通过输出端口 P2供给到螺线管31a时，螺线管31a被激励。开关31b电连接在电池70的正极端子和螺线管14的一端之间。开关31b通过在 螺线管31a被激励时所产生的磁力接通(闭合)，使得螺线管14被激励。在被激励时，螺线管14抵御复位弹簧(未示出)的力使柱塞16移动而被拉入到其 中。柱塞16的拉入移动使得变速杆17枢转，使得可移动小齿轮构件PM移动到接合位置； 可移动小齿轮构件PM(小齿轮13)的这种移动以箭头K示出。这使得小齿轮13和齿圈50 啮合，用于起动发动机EN。相反，在没有激励电流通过输出端口 P2从E⑶20传送到螺线管31a时，螺线管31a被去激励，从而开关31b断开，进而使得螺线管14被去激励。当被去激励时，复位弹簧使柱塞16返回其原始位置，如图1中所示，使得小齿轮13 与齿圈50不啮合，进而使得小齿轮13位于脱离接合位置。第二驱动继电器32包括例如螺线管32a和开关32b。螺线管32a的一端电连接到E⑶20的输出端口 P1，并通过延迟电路43和第二二 极管42电连接到点火开关60的起动器接通位置START，而另一端接地。当激励电流通过输出端口 Pl从E⑶20供给到螺线管32a时，螺线管32a被激励。开关32b电连接在电池70的正极端子和继电器开关12的螺线管12a之间。开关 32b通过在螺线管32a被激励时产生的磁力而接通(闭合)，从而激励螺线管12a。当螺线管12a被激励时，开关12b闭合(接通)，从而激励马达11的电枢。这使得 马达11使马达输出轴连同输出轴Ila—起旋转，从而使小齿轮13 (可移动小齿轮构件PM) 旋转。相反，当没有激励电流通过输出端口 Pl从E⑶20传送到螺线管32a时，螺线管 32a被去激励，使得开关32b断开，进而使得螺线管12a被去激励。当螺线管12a被去激励时，开关12b打开(断开)，使得马达11的电枢被去激励。 这使得马达11停止马达输出轴和输出轴Ila的旋转，从而使小齿轮13 (可移动小齿轮构件 PM)停止旋转。另外，当点火钥匙被驾驶员插入机动车辆的钥匙筒中，并由驾驶员从断开位置操 作至点火接通位置ON时，电池70的电功率供向E⑶20，从而激活E⑶20。E⑶20将从电池 70供应的电池电压例如12V转变为操作电压例如5V，并以操作电压运行。当插在钥匙筒中的点火钥匙由驾驶员从点火接通位置ON转向起动器接通位置 START时，激励电流通过第一二极管41从电池70供给到螺线管31a，并通过延迟电路43和 第二二极管42供给到螺线管32a。由于位于点火钥匙开关60和第二驱动继电器32之间的延迟电路43，从电池70供 给的激励电流被延迟电路43延迟了预设的延迟时间，随后，激励电流被供给到螺线管32a。将预设的延迟时间确定为从小齿轮13移向接合位置开始到小齿轮13与齿圈50 接合所需的时段。也就是说，使得螺线管31a响应于驾驶员对点火钥匙开关60的操作的激励早于螺 线管32a响应于驾驶员对点火钥匙开关60的操作的激励。因此，开关31b通过在螺线管31a被激励时所产生的磁力接通(闭合)，从而激励 螺线管14。如上所述，螺线管14的激励使得小齿轮13向接合位置移动，进而使得小齿轮 13与齿圈50相啮合。因为预设的延迟时间被确定为从小齿轮13移向接合位置开始到小齿轮13与齿圈 50相接合所需的时段，所以，在小齿轮13与齿圈50接合后，开关32b通过在螺线管32a被 激励时所产生的磁力而接通(闭合)，从而激励螺线管12a。当螺线管12a被激励时，开关12b闭合(接通)，从而激励马达11的电枢。如上所 述，马达11的激励使得小齿轮13 (可移动小齿轮构件PM)旋转。由于小齿轮13与齿圈50 啮合，所以小齿轮13的转动起动发动机EN。相反，当点火开关60不是位于起动器接通位置START时，第一驱动继电器31和第二驱动继电器32均处于断开状态，使得螺线管14和12a被去激励。存储在存储介质20a中的发动机控制程序包括发动机停止和起动控制例程(程 序)。E⑶20在其被激励期间以给定的循环重复运行发动机停止和起动控制例程。具体而言，依照发动机自动停止和起动控制例程，E⑶20基于从传感器91输出的 信号重复地判断是否满足预定的发动机自动停止条件中的至少一个。换句话说，E⑶20基 于从传感器91输出的信号重复地判断发动机自动停止请求是否发生。当确定出满足预定的发动机自动停机条件中的至少一个(发动机自动停止请求 发生)时，ECU 20执行发动机自动停止任务。例如，发动机自动停止任务是切断向发动机 EN的每个气缸中的燃料喷射。预定的发动机停止条件包括例如下列条件驾驶员的加速踏板的行程为零(驾驶员完全松开加速踏板)，使得节气门位于其 怠速位置；当车速为零时驾驶员压下制动踏板；以及发动机速度等于或低于预设的速度(怠速减速执行速度)。在发动机EN自动停止后，根据包含在发动机自动停止和起动控制例程中的起动 器驱动子例程，ECU 20基于从传感器91输出的信号判断是否满足预定的发动机重新起动 条件中的至少一个。当基于从传感器57输出的信号确定出满足预定的发动机重新起动条件中的至少 一个时，换句话说，当确定出发动机起动请求发生时，ECU 20执行发动机自动起动任务Τ。 发动机自动起动任务T将驱动起动器10以使发动机EN转动，使得曲轴CS旋转至其初始速度(怠速)；指令每个气缸的喷射器AC重新开始向相应的气缸中喷射燃料；以及指令每个气缸的点火器AC重新开始点燃相应的气缸中的空气_燃料混合物。预定的发动机重新起动条件包括例如以下条件加速踏板被压下(节气门被打开)；和驾驶员的制动踏板的行程为零(驾驶员完全松开制动踏板)。接下来，在下文中将描述将由ECU 20执行的发动机自动起动任务Τ。每当发动机 起动请求发生时，ECU 20运行发动机自动起动任务Τ。在图2Α的步骤SlOO中，E⑶20判断在发动机起动请求发生时发动机EN的曲轴 CS的沿前向方向的转速NE是等于还是小于预设的阈值速度TS。在下文中将描述预设的阈值速度TS。当小齿轮13的每单位时间的转数与齿圈50的每单位时间的转数彼此差别很大 时，不能实现小齿轮13与齿圈50的接合。然而，发动机EN的曲轴CS的转速NE变为等于或小于恒定的转速(每单位时间的 恒定的转数)，小齿轮13可以在小齿轮13不旋转的情况下与齿圈50接合。将该恒定的转 速称作“预设的阈值速度TS”。具体而言，当发动机EN的曲轴CS的转速NE变为等于或小于预设的阈值速度TS 时，可使小齿轮13与齿圈50接合。优选地将预设的阈值速度TS设为等于或小于怠速，并 且等于或大于由马达11转动的发动机EN的曲轴CS的脉动转速NE的局部最小值。
在确定出发动机EN的曲轴CS的转速NE等于或小于预设的阈值速度TS (步骤SlOO 中的是)时，E⑶20进行至步骤S110。否则，当确定出发动机EN的曲轴CS的转速NE大于 预设的阈值速度TS(步骤SlOO中的否)时，E⑶20重复步骤SlOO中的判断。在步骤SllO中，E⑶20激励第一驱动继电器31。第一驱动继电器31的该激励使 螺线管14(SL1)激励，从而使小齿轮13移向接合位置。在步骤S120中，E⑶20判断在第一驱动继电器31的激励之后发动机EN的曲轴 CS的转速NE是否小于零。当确定出发动机EN的曲轴CS的转速NE小于零(步骤S120中 的是)时，ECU20确定出发动机EN的曲轴CS沿反向方向临时旋转，并在步骤S130中设置 第一等待时段P1，然后进行至步骤S150。否则，当确定出发动机EN的曲轴CS的转速NE等于或大于零(步骤S120中的否) 时，E⑶20在步骤S140中设置第二等待时段P2，然后进行到步骤S150。从小齿轮13开始 移动至小齿轮13与齿圈50相接合需要第二等待时段P2。第一等待时段Pl被设定得稍微 长于第二等待时段P2。在步骤S150中，E⑶20判断自小齿轮13移动开始是否已经经过所设定的等待时 段(第一等待时段Pl或第二等待时段P2)。一旦确定出还未经过所设定的等待时段(第一等待时段Pl或第二等待时段P2) (步骤S150中的否)，E⑶20就重复步骤S150中的判断。否则，一旦确定出已经经过所设定的等待时段(第一等待时段Pl或第二等待时 段P2)(步骤S150中的是)，ECU 20就激励第二驱动继电器32，以激励马达11，从而在步骤 S160中转动小齿轮13。随后，E⑶20退出发动机自动起动任务T。注意，如上所述，当驾驶员将插入在钥匙筒中的点火钥匙从点火接通位置ON转向 起动器接通位置START时，激励电流通过第一二极管41从电池70供给到螺线管31a，并通 过延迟电路43和第二二极管42供给到螺线管32b。也就是说，从电池70供给的激励电流被供给到螺线管31a，从而导通第一驱动继 电器31，并且自从第一驱动继电器31的导通开始经过预设的延迟时间后，激励电流供给到 螺线管32a，从而导通第二驱动继电器32。由于将预设的延迟时间确定为从小齿轮13开始移动至小齿轮13与齿圈50接合 的接合位置所需的时段，所以，在小齿轮13与齿圈50相接合后，导通第二驱动继电器32，从 而接通继电器开关12，进而激励马达11的电枢。这使得马达11转动小齿轮13 (可移动小 齿轮构件PM)。由于小齿轮13与齿圈50相啮合，所以小齿轮13的旋转使得发动机EN转动。如上所述，即使在发动机EN的曲轴CS的转速NE大于预设的阈值速度时发动机起 动请求发生，发动机自动起动任务T将等待小齿轮13的旋转(参见步骤S100)，并且当发动 机EN的曲轴CS的转速NE等于或小于预设的阈值速度(参见步骤S110)时，导通第一驱动 继电器31，从而使小齿轮13移向接合位置。如果在发动机EN的曲轴CS的转速NE等于或 小于预设的阈值速度时发动机起动请求发生，则发动机自动起动任务T将立即导通第一驱 动继电器31，从而使小齿轮13移向接合位置。此后，当小齿轮13与齿圈50相接合(步骤S150中的是)时，发动机自动起动任 务T导通第二驱动继电器32，以使马达11和小齿轮13转动，从而使得发动机EN转动(参见步骤S160)。具体而言，当发动机重新起动请求发生在发动机EN自动停止后曲轴CS的转速NE 减速(滑行)期间时，发动机起动系统1立即响应于发动机重新起动请求的发生来控制起 动器10以使小齿轮13移向接合位置而不旋转。在下文中将该控制称作“第一预调控制”。当发动机重新起动请求发生时，第一预调控制立即转动(起动)发动机EN。由于 在发动机重新起动请求发生时，马达1未被驱动以使小齿轮13与齿圈50相接合，所以可以 减小功率消耗的增加，因为对马达11的功率供应尽可能地低。另外，E⑶20可以执行后面描述的第二预调控制。特别地，参照图2B，E⑶20在步骤S200中判断曲轴CS的转速NE是否保持为零。当确定出曲轴CS的转速NE不是保持为零(步骤S200中的否)时，E⑶20重复步 骤S200中的判断。否则，当确定出曲轴CS的转速NE保持为零(步骤S200中的是)时，E⑶20在步 骤S210中在发动机重新起动请求发生之前激励第一驱动继电器31。第一驱动继电器31的 该激励使得螺线管H(SLl)激励。螺线管14的激励使小齿轮13移向接合位置，从而在发 动机重新起动请求发生之前小齿轮13与齿圈50啮合。此后，在步骤S220中ECU 20基于从传感器91输出的信号判断发动机起动请求是 否发生。当确定出发动机重新起动请求没有发生(步骤S220中的否)时，E⑶20重复步 骤S220中的判断。相反，当确定出发动机重新起动请求发生(步骤S220中的是)时，在步骤S230中 E⑶20激励第二驱动继电器32，从而激励马达11，从而转动小齿轮13。随后，E⑶20退出
第二预调控制。由于小齿轮13已经与齿圈50相啮合，所以小齿轮13的旋转使得发动机EN转动。也就是说，与发动机重新起动请求发生之后使小齿轮13移向接合位置的控制相 比，第二预调控制实现了立即重新起动(转动)发动机EN的优点。此外，E⑶20可以执行后面描述的预旋转控制。具体而言，参照图2C，在步骤S300中E⑶20在发动机自动停止之后曲轴CS的转 速NE减速(滑行)期间基于从传感器91输出的信号判断发动机起动请求是否发生。当确定出发动机重新起动请求没有发生(步骤S300中的否)时，E⑶20重复步 骤S300中的判断。否则，当确定出发动机重新起动请求发生(步骤S300中的是)时，E⑶20在步骤 S310中激励第二驱动继电器32，以激励马达11，从而在小齿轮13移动之前使小齿轮13旋转。接下来，在步骤S320中E⑶20判断小齿轮13的转速是否与曲轴CS的齿圈50的
转速基本同步。注意，在说明书中，小齿轮13的转速与齿圈50的转速之间的同步意味着齿圈50 的圆周速度(齿圈50的齿的圆周速度)与小齿轮13的圆周速度(小齿轮13的齿的圆周 速度)基本相同。因此，齿圈50的转速等于小齿轮13的转速的表述是指齿圈50的圆周速度等于小齿轮13的圆周速度的事实。因此，当齿圈50的转速等于小齿轮13的转速时，齿圈50的实 际转速和小齿轮13的实际转速具有齿圈50的直径(例如，节圆的直径)与小齿轮13的直 径(例如，节距圆的直径)之间的比率。例如，假定齿圈50的直径是小齿轮13的直径的十倍，当齿圈50的转速与小齿轮 13的转速同步时，小齿轮13的实际转速是齿圈50的实际转速的十倍。也就是说，当确定出小齿轮13的转速与曲轴CS的齿圈50的转速不基本同步(步 骤320中的否)时，E⑶20重复步骤S320中的判断。否则，当确定出小齿轮13的转速与曲轴CS的齿圈50的转速基本同步(步骤S320 中的是)时，E⑶20在步骤S330中激励第一驱动继电器31，同时小齿轮13旋转。第一驱 动继电器31的该激励使螺线管14(SL1)激励。螺线管14的激励使得转动的小齿轮13移 向接合位置，从而转动的小齿轮13与转动的齿圈50相接合。由于小齿轮13的转速与曲轴 CS的齿圈50的转速基本同步，所以，平稳地实现接合。也就是说，与曲轴CS的转速NE为零之后控制以使小齿轮13与齿圈50相接合相 比，预旋转控制实现了立即重新起动(转动)发动机EN的优点。即，E⑶20可以根据曲轴CS的转速NE以及曲轴CS的转速NE和发动机起动请求 发生的正时之间的关系来执行第一预调控制、第二预调控制和预旋转控制中的任何一个。注意，如上所述，发动机EN的曲轴CS紧接在曲轴CS的旋转停止之前暂时沿反向 方向旋转。此时，如果ECU 20在小齿轮13与齿圈50接合之后立即驱动马达11使小齿轮 13旋转，则由于接合导致的的扭转应力和由于马达11产生的扭矩导致的扭转应力将重叠 地产生。因此，马达11、输出轴Ila和曲轴CS将承受相对较大的扭转应力。相反，根据第一实施例的E⑶20等待经过比第二等待时段P2稍长的第一等待时 段Pl ；从小齿轮13移动开始到小齿轮13与齿圈50相接合需要该第二等待时段P2 (参见步 骤S130和S150)。在等待完成后，E⑶20导通第二驱动继电器32以接通继电器开关12 (参 见步骤S160)，从而使马达11与小齿轮13 —起转动。因为由接合导致的扭转应力是在接合后的瞬间立即产生的，所以等待第一等待时 段Pi使得由接合所导致的扭转应力和马达11产生的扭矩所导致的扭转应力被分散。这种 分散降低了扭转应力的最大水平，从而减小了起动器10的承受扭转应力的金属部件的疲劳。如上所述，根据第一实施例的发动机起动系统1被设计成根据紧接在第一驱动继 电器31的激励之后曲轴CS的转速NE的值可变地确定从小齿轮13向接合位置移动的开始 正时到小齿轮13的转动正时的等待时段。也就是说，为了执行可变地确定从小齿轮13开始移向接合位置的正时到小齿轮 13转动正时的等待时段，发动机起动系统1包括用于切换螺线管14 (小齿轮移动致动器) 的激励或去激励的第一驱动继电器31、第二驱动继电器32、和继电器开关12，其彼此独立； 这些第二驱动继电器32和继电器开关12适于切换马达11的激励和去激励。另外，发动机起动系统1被配置以单独控制小齿轮13的移动及其转动；这种配置 能够可变地确定从小齿轮13开始移向接合位置的正时至小齿轮13旋转正时的等待时段。具体而言，可以独立于小齿轮13的移动来切换马达11的激励和去激励，并可以独 立于马达11的驱动状况来切换螺线管14的激励和去激励。因此，可以控制螺线管14和马达11，使得它们彼此完全独立。在发动机起动系统1中，用于切换马达11的激励和去激励的继电器开关12和用 于控制继电器开关12的激活的第二驱动继电器32用作为用于切换马达11的激励和去激 励的第二开关单元。如果继电器开关12未被设置，使得用于切换马达11的激励和去激励的第二开关 单元仅由第二驱动继电器32构成，则将导致以下问题。具体而言，因为供给到马达11的功率高于供给到螺线管14的功率，所以作为第二 驱动继电器32，将需要经得起高电流的继电器。为此，由于需要较高的激励电流来维持第二 驱动继电器32的导通状态，所以ECU 20可能不会直接控制第二驱动继电器32的操作。鉴于上述要点，发动机起动系统1被配置为使得用于切换马达11的激励和去激励 的继电器开关12和用于控制继电器开关12的激活的第二驱动继电器32构成用于切换马 达11的激励和去激励的第二开关单元。与供给到继电器开关12到马达11的电流值相比，该配置减小了供给到第二驱动 继电器32的电流值。因此，可以减小为维持第二驱动继电器32的导通状态所需的激励电 流的水平。该减小允许ECU20直接控制第二驱动继电器32的操作。为此，可以以高精确度 控制马达11操作的起动正时，从而提供关于第二驱动继电器32的可控制性。第二实施例在下文中将参照图3描述根据本发明第二实施例的发动机起动系统1A。在图3 中，为了简单地示出发动机起动系统IA的结构，在示图中略去了小齿轮13、单向离合器15、 柱塞14、变速杆17、发动机EN、传感器91等。根据第二实施例的发动机起动系统IA的结构和/或功能在以下方面不同于发动 机起动系统1。具体而言，代替第一驱动继电器31，使用MOS晶体管继电器(半导体继电器)310 作为用于激励和去激励螺线管14的第一开关单元。MOS晶体管继电器310的漏极电连接到 电池70的正极端子，其源极电连接到螺线管14。代替第二驱动继电器32，使用MOS晶体管继电器(半导体继电器)320作为用于切 换马达11的激励和去激励的第二开关单元。MOS晶体管继电器320的漏极电连接到电池 70的正极端子，其源极电连接到螺线管12a。注意，作为用于直接激励和去激励马达11的继电器开关12，使用机械式继电器， 类似于第一实施例。发动机起动系统IA还包括第一驱动器311和第二驱动器321。第一驱动器311电 连接到E⑶20、电连接到第一二极管41、并且电连接到MOS晶体管继电器310的控制端子 例如栅极。第二驱动器321电连接到E⑶20、电连接到延迟电路43、并且电连接到MOS晶 体管继电器320的控制端子例如栅极。根据从E⑶20传送的指令或从电池70经由点火开关60和第一二极管41传送的 激励电流激活第一驱动器311。在被激活时，第一驱动器311被设计成控制供给到MOS晶体 管继电器310的栅极的栅极电流，由此调节栅极信号的占空比。例如，第一驱动器311被设 计成在PWM模式下操作，以输出作为栅极电流的脉冲电流，其中，脉冲电流的每个脉冲的宽 度经过调制。
类似地，根据从E⑶20传送的指令或从电池70经由点火开关60和延迟电路43传 送的激励电流激活第二驱动器321。在被激活时，第二驱动器321被设计成控制供给到MOS 晶体管继电器320的栅极的栅极电流，由此调节栅极信号的占空比。例如，第二驱动器321 被设计成在PWM模式下操作，以输出作为栅极电流的脉冲电流，其中，脉冲电流的每个脉冲 的宽度经过调制。注意，从发动机起动系统IA中略去了第二二极管42。发动机起动系统IA的其它元件和电路结构与发动机起动系统1的基本相同。也 就是说，发动机起动系统IA被配置成控制螺线管14和马达11，使得它们彼此完全独立。因此，发动机起动系统IA的E⑶20适合于执行在第一实施例中所描述的第一预 调控制、第二预调控制和预旋转控制。如上所述，根据第二实施例的发动机起动系统IA设置有代替机械式继电器的MOS 晶体管继电器310和320。因为MOS晶体管继电器310和320中每个的操作时间比机械式 继电器的操作时间快，所以，与使用机械式继电器的发动机控制系统相比，发动机起动控制 系统IA可以更快地开始小齿轮13的移动和马达11的转动。另外，因为MOS晶体管继电器 310和320的操作时间基本上恒定，所以，在MOS晶体管继电器310和320的操作时间之间 有小的变化。因此，可以高精确度控制小齿轮13开始移动的正时和马达11开始旋转的正 时。与机械式继电器相比，MOS晶体管继电器310和320具有较小的恢复时间；该恢复 时间是指通过去激励处于断开状态的继电器在紧跟去激励之后通过激励恢复到导通状态 所需的时间。因此，在发动机EN的自动停止后自动起动发动机EN时，与使用机械式继电器 的发动机起动系统相比，可以使得从发动机起动请求发生到发动机EN起动所需的时间更短。因为MOS晶体管继电器310和320中每个的耐久性均高于机械式继电器的耐久 性，所以，与使用机械式继电器的发动机起动系统相比，可以改善发动机起动系统IA的耐 久性。具体而言，上面阐述的怠速减速控制(发动机自动停止和重新起动控制)频繁地 导通和断开MOS晶体管继电器310和320。为此，改善发动机起动系统IA的耐久性的优点 变得更加明显。另外，E⑶20使得第二驱动器321控制供给到MOS晶体管继电器320的栅极的栅 极电流，由此调节栅极信号的占空比。这允许以高精确度控制马达11的转速，并且转速平 稳改变。第三实施例在下文中将参照图4描述根据本发明第三实施例的发动机起动系统1B。在图4 中，为了简单地示出发动机起动系统IB的结构，在示图中略去了小齿轮13、单向离合器15、 柱塞14、变速杆17、发动机EN、传感器91等。根据第二实施例的发动机起动系统IA被配置成驱动驱动器311和321，以将栅极 电流(激励电流)输出到MOS晶体管继电器310和320，由此分别导通MOS晶体管继电器 310 和 320。这时，为保持MOS晶体管继电器310和320中每个处于导通状态所需的栅极电流的水平高于被供给到机械式继电器31和32中每个的螺线管的激励电流的水平。如果由于在开始向马达11供电时所引起的浪涌电流而降低电池电压，则这可能 不能保持MOS晶体管继电器310和320中每个都处于导通状态。具体而言，在发动机EN的 冷起动期间，马达11上的负荷会随着每个气缸的可滑动接触部分和安装在发动机EN的每 个气缸中的活塞的摩擦的增大而增大。由于马达11的这种重负荷会降低电池电压，所以， 会非常担忧MOS晶体管310和320中的每个MOS晶体管不能保持在导通状态。鉴于上述情况，除了发动机起动系统IA的结构外，根据第三实施例的发动机起动 系统IB设置有供电电路44。当电池电压一旦降到等于或低于预设水平时，供电电路44可 操作以向第一驱动器311和第二驱动器321供给功率，以用作为每个MOS晶体管继电器310 和320的栅极电流(激励电流)。具体而言，供电电路44包括电容器44a和二极管44b，二极管44b的阳极电连接到 电池70的正极端子，二极管44b的负极电连接到电容器44a的一个电极。电容器44a的另 一个电极电连接到第一驱动器311、第二驱动器321和延迟电路43。也就是说，供电电路44并联电连接到MOS晶体管310和320。第一驱动器311和 第二驱动器321中每个以从E⑶20提供的5V操作电压工作。发动机起动系统IB的其它元件和电路结构与发动机起动系统IA的基本相同。在发动机起动系统IB的结构中，因为电池电压施加于供电电路44，所以电容器 44a充电。这时，即使在MOS晶体管310和320中每个均保持导通状态期间电池电压由于在 开始向马达11供电时导致的浪涌电流而降至等于或低于预设水平，在电容器44a中充入的 电压仍可以施加于第一驱动器311和第二驱动器321。这样从相应的第一驱动器311和第 二驱动器321向MOS晶体管310和320中每个持续供给栅极电流，使得第一 MOS晶体管310 和第二 MOS晶体管320保持在导通状态。因此，发动机起动系统IB获得如下优点消除了在电池电压降低至等于或低于预 设水平时MOS晶体管310和320可能不能保持在导通状态的担忧。第四实施例在下文中将参照图5描述根据本发明第四实施例的发动机起动系统1C。在图5 中，为了简单地示出发动机起动系统IC的结构，在示图中略去了小齿轮13、单向离合器15、 柱塞14、变速杆17、发动机EN、传感器91等。与发动机起动系统IB的结构相比，根据第四实施例的发动机起动系统IC设置有 代替供电电路44的升压器45。升压器45的输入端子电连接到电池70的正极端子，其输出端子电连接至第一驱 动器311、第二驱动器321和延迟电路43。也就是说，升压器45并联电连接到MOS晶体管310和320中每个。发动机起动系统IC的其它元件和电路结构与发动机起动系统IB的基本相同。在发动机起动系统IC的结构中，即使在各个MOS晶体管310和320保持在导通状 态期间电池电压由于在开始向马达11供电时所导致的浪涌电流而降低至等于或低于预设 水平，升压器45将电池电压提升到足够高的水平，并向第一驱动器311和第二驱动器321 中每个施加提升后的电池电压。即使在例如冷起动期间电池电压降低至等于或低于预设水平，这仍旧从相应的第一驱动器311和第二驱动器321向各个MOS晶体管继电器310和320 持续供应栅极电流，使得第一 MOS晶体管310和第二 MOS晶体管320保持在导通状态。因此，发动机起动系统IC实现以下优点消除了在电池电压降低至等于或低于预 设水平时各个MOS晶体管310和320可能不能保持在导通状态的担忧。第五实施例在下文中将参照图6描述根据本发明第五实施例的发动机起动系统1D。在图6中， 为了简单地示出发动机起动系统1D，在示图中略去了小齿轮13、单向离合器15、柱塞14、变 速杆17、发动机EN、传感器91等。E⑶20通常整合有供电电路440或升压器450。供电电路440可操作以在其中充 入从电池70供给的功率，并在电池电压降低至等于或低于预设水平时用作为E⑶20的后 备电源。升压器450可以操作以当电池电压降低至等于或低于预设水平时将电池电压提升 到足够高的水平，并用作为ECU 20的后备电源。发动机起动系统ID被设计成代替供电电路44或升压器45而使用在功能上等效 于供电电路44的供电电路440或在功能上等效于升压器45的升压器450。在下文中将整 合在E⑶20中的供电电路440或升压器450称作后备电源460。后备电源460的输入端子电连接到电池70的正极端子，并且其输出端子电连接到 第一驱动器311、第二驱动器321和延迟电路43。发动机起动系统ID的其它元件和电路结构与发动机起动系统IB或IC的基本相 同。在发动机起动系统ID的结构中，即使在各个MOS晶体管310和320维持导通状态 期间电池电压由于在开始向马达11供电时所导致的浪涌电流而降低至等于或低于预设水 平，后备电源460仍持续地供电，即使在例如冷起动期间电池电压降低至等于或低于预设 水平，从相应的第一驱动器311和第二驱动器321持续向各个MOS晶体管继电器310和320 供应栅极电流，使得第一 MOS晶体管310和第二 MOS晶体管320保持在导通状态。因此，发动机起动系统ID实现以下优点消除了当电池电压降低至等于或低于预 设水平时各个MOS晶体管310和320可能不能保持在导通状态的担忧。另外，由于发动机起动系统ID将最初所安装的后备电源460用作为用于将第一 MOS晶体管310和第二 MOS晶体管320保持在导通状态的供电电路440或升压器450。因 此，与发动机起动系统IB或IC中每个的结构相比，可以减少发动机起动系统ID的部件的 数量，从而与发动机起动系统IB或IC中每个的成本相比降低了发动机起动系统ID的成 本。第六实施例在下文中将参照图7描述根据本发明第六实施例的发动机起动系统1E。在图7 中，为了简单地示出发动机起动系统IE的结构，在示图中略去了小齿轮13、单向离合器15、 柱塞14、变速杆17、发动机EN、传感器91等。除了发动机起动系统1的结构之外，根据第六实施例的发动机起动系统IE设置有 在第二实施例中所描述的MOS晶体管继电器310和320以及第一驱动器311和第二驱动器 321。MOS晶体管继电器(第四继电器)310并联地电连接到第一驱动继电器(第五继电器)31。具体而言，MOS晶体管继电器310的漏极电连接到电池70的正极端子。MOS晶 体管继电器310的源极和开关31b的一端电连接到螺线管14，开关31b的另一端电连接到 电池70的正极端子。MOS晶体管继电器310的栅极电连接到第一驱动器311，第一驱动器 311电连接到ECU 20。MOS晶体管继电器(第二继电器)320并联地电连接到第二驱动继电器(第三继电 器)32。具体而言，MOS晶体管继电器320的漏极电连接到电池70的正极端子。MOS晶体 管继电器320的源极和开关32b的一端电连接到螺线管12a，开关32b的另一端电连接到 电池70的正极端子。MOS晶体管继电器320的栅极电连接到第二驱动器321，第二驱动器 321电连接到ECU 20。发动机起动系统IE的其它元件和电路结构与发动机起动系统1的基本相同。如上所述，担忧当电池电压降低至等于或低于预设水平时MOS晶体管310和320 中每个可能不能保持在导通状态，这种担忧对于在发动机EN响应于驾驶员对点火开关60 的操作而正常起动来说比发动机EN在其自动停止后自动起动时更加剧烈。这是因为在响应于驾驶员对点火开关60的操作而正常起动发动机EN时发动机EN 的温度比发动机EN在其自动停止后自动起动时的温度低。具体而言，在发动机EN的冷起 动期间，马达11上的负荷会随着每个气缸的可滑动接触部分和安装在发动机EN的每个气 缸中的活塞的摩擦的增大而增大。由于马达11上的这种重负荷会降低电池的电压，所以会非常担忧在开始向马达 11供电时导致的高浪涌电流使得各个MOS晶体管310和320不能保持在导通状态。作为对比，由于发动机EN的温度比响应于驾驶员对点火开关60的操作正常起动 发动机EN时发动机EN的温度高，所以，每个气缸的可滑动接触部分和安装在发动机EN的 每个气缸中的活塞的摩擦导致马达11上的负荷减小。因而，能够减轻这种担忧。鉴于上面阐述的情况，根据第六实施例的E⑶20被设计成导通或断开第一驱动 继电器31和第二驱动继电器32，从而在响应于驾驶员对点火开关60的操作正常起动发动 机EN时激励和去激励相应的螺线管14和马达11。作为对比，根据第六实施例ECU 20被设 计成导通或断开MOS晶体管继电器310和320，从而在发动机EN在其自动停止后自动起动 时激励和去激励相应的螺线管14和马达11。因此，发动机起动系统IE的配置实现了由根据第二实施例的系统IA实现的优点， 而没有消除当电池电压降低至等于或小于预设水平时各个MOS晶体管310和320可能不能 保持在导通状态的担忧。发动机起动系统IE的配置还实现了去除供电电路44和升压器45的优点。换句 话说，与发动机起动系统IE的配置相比，根据第三实施例的发动机起动系统IC和根据第四 实施例的发动机起动系统ID的配置实现了去除机械式继电器31和32的优点。第七实施例在下文中将参照图8描述根据本发明第七实施例的发动机起动系统1F。在图8中， 为了简单地示出发动机起动系统1F，在示图中略去了小齿轮13、单向离合器15、柱塞14、变 速杆17、发动机EN、传感器91等。根据第六实施例的发动机起动系统IE的ECU 20被配置成根据是响应于驾驶员对 点火开关60的操作起动发动机EN还是响应于在发动机EN自动停止后发动机起动请求的
19发生来起动发动机EN而在使用第一驱动继电器31和第二驱动继电器32和使用MOS晶体 管310和320之间切换。作为对比，根据第七实施例的发动机起动系统IF的E⑶20被配置成根据起动发 动机EN时发动机EN的温度而在使用第一驱动继电器31和第二驱动继电器32和使用MOS 晶体管310和320之间切换。具体而言，根据第七实施例的发动机起动系统IF设置有MOS晶体管继电器310和 320以及第一驱动器311和第二驱动器321。E⑶20被设计成根据发动机EN的温度选择性地在第一驱动继电器31和第二驱 动继电器32的使用和MOS晶体管310和320的使用之间切换。为了执行所述切换，螺线管 31a和32a中每个的一端电连接到E⑶20，起动器接通位置START电连接到E⑶20。具体而言，根据第六实施例的第一驱动继电器31和第二驱动继电器32中每个的 导通/断开由驾驶员对点火开关60的操作直接控制。然而，在发动机起动系统IF中，ECU 20直接控制第一驱动继电器31和第二驱动继电器32中每个的导通/断开。因而，可以从 发动机起动系统IF中去除延迟电路43。在第七实施例中，传感器91包括温度传感器，所述温度传感器可操作以直接或间 接测量以下各项中的至少一项发动机冷却剂温度；发动机油温度；以及发动机EN外部的 环境温度，并且输出指示所测量的温度的信号。响应于驾驶员对点火开关60的操作以起动发动机EN和在发动机EN自动停止后 发动机起动请求发生中的任一者，ECU 20具有基于从温度传感器输出的信号来计算发动机 EN的温度值的第一功能Fl。ECU 20具有判断所计算的发动机EN的温度值是否比预设的阈值温度低的第二功 能F2。ECU 20具有以下第三功能F3 当确定出所计算的发动机EN的温度值比预设的阈值温度低时，导通或断开第一 驱动继电器31和第二驱动继电器32，以激励和去激励相应的螺线管14和马达11 ；以及当确定出所计算的发动机EN的温度值等于或高于预设的阈值温度时，导通或断 开MOS晶体管继电器310和320，以激励和去激励相应的螺线管14和马达11。具体而言，对于在发动机EN的温度低于预设的阈值温度时起动发动机EN，马达11 上的负荷会随着每个气缸的可滑动接触部分和安装在发动机EN的每个气缸中的活塞的摩 擦的增大而增大。因为马达11上的这种重负荷会降低电池电压，所以会非常担忧在开始向马达11 供电时导致的高浪涌电流使得各个MOS晶体管310和320不能保持在导通状态。作为对比，对于在发动机EN的温度等于或高于预设的阈值温度时起动发动机EN， 马达11上的负荷由于每个气缸的可滑动接触部分和安装在发动机EN的每个气缸中的活塞 的摩擦会减小。因此，可以减轻这种担忧。鉴于上面阐述的情况，根据第七实施例的E⑶20被设计成当所计算的发动机EN 的温度值低于预设的阈值温度时，导通或断开第一驱动继电器31和第二驱动继电器32，以 激励和去激励相应的螺线管14和马达11。作为对比，根据第七实施例的ECU 20被设计成当所计算的发动机EN的温度值等于或高于预设的阈值温度时，导通或断开MOS晶体管继电器310和320，以激励和去激励相 应的螺线管14和马达11。因此，发动机起动系统IF的配置实现了由根据第二实施例的系统IA实现的优点， 没有消除当电池电压降低至等于或小于预设水平时各个MOS晶体管310和320可能不保持 在导通状态的担忧。注意，因为发动机EN的温度与响应于驾驶员对点火开关60的操作正常起动发动 机EN时发动机EN的温度相比更进一步升高，所以E⑶20频繁地使用第一动继电器31和 第二驱动继电器32，从而响应于驾驶员对点火开关60的操作而起动发动机EN。第八实施例在下文中将参照图9描述根据本发明第八实施例的发动机起动系统1G。在根据第一实施例的发动机起动系统1中，第一驱动继电器31的开关31b电连接 到螺线管14的一端。作为对比，根据第八实施例的发动机起动系统IG被配置成使得第一驱动继电器 31的开关31b电连接到螺线管14的中间部分。具体而言，螺线管14包括第一螺线管14a 和第二螺线管14b。螺线管14b的一端电连接到开关32b的一个端子；开关32b的这一个 端子电连接到马达11的电枢的高电位侧，其另一端电连接到电池70的正极端子。发动机起动系统IG的配置基于螺线管14在马达11的激励之前被激励的前提。具体而言，当导通第一驱动继电器31时，激励电流被供给到第一螺线管14a和第 二螺线管14b中每个，使得小齿轮13从脱离接合位置移向接合位置，类似于第一实施例。这 时，由于使用了螺线管14的总安培匝数，所以可以获得螺线管14所产生的最大力，以使小 齿轮13移向接合位置。此后，当导通第二驱动继电器32时，第二螺线管14b的两端具有相同的电位，使得 没有向第二螺线管14b供给激励电流。也就是说，在小齿轮13已经移到接合位置之后，小 齿轮13通过第一螺线管14a保持在接合位置。根据第八实施例的发动机起动系统IG与第一实施例的发动机起动系统1获得相 同的优点。另外，在已经导通第二驱动继电器32之后，没有激励电流向第二螺线管14b供给， 使得激励电流仅向第一螺线管14a供给。虽然第一螺线管14a的安培匝数比螺线管14的 安培匝数少，但是第一螺线管14a的安培匝数足够使小齿轮13保持在接合位置。因为第一螺线管14a的安培匝数比螺线管14的安培匝数少，所以螺线管14产生 的热量减少。这消除或减小了应对所产生的热的措施的需要。因此，可以使螺线管14的尺 寸保持紧凑。注意，在根据第八实施例的发动机起动系统IG中，位于点火钥匙开关60和第二驱 动继电器32之间的延迟电路43使得螺线管31a响应于驾驶员对点火钥匙开关60的操作 而激励早于螺线管32a响应于驾驶员对点火钥匙开关60的操作而激励。本发明并不限于第一至第八实施例，因此可以对第一至第八实施例中的至少一个 实施例进行下面描述的各种修改。本发明可以应用于包括在第一至第八实施例中的具体特 征中的某些特征的组合。在第二实施例中，半导体继电器310和320用作为第一和第二驱动继电器，但是，如图10所示，半导体继电器310用作为第一驱动继电器，而机械式继电器32可以代替半导 体继电器320来使用。在第二实施例中，半导体继电器310和320用作为第一和第二驱动继电器，但是， 如图11所示，可以代替半导体继电器310而使用机械式继电器31，半导体继电器320用作 为第二驱动继电器。在第一至第八实施例的每个实施例中，使用机械式继电器作为继电器开关12，但 是可以使用半导体继电器例如MOS晶体管继电器作为继电器开关12。如果电池电压由于在开始向马达11供电时导致的浪涌电流而降低，则可能重新 设置安装在机动车辆中的附件500，例如导航系统和音频设备。因而，附件500中的至少一 个可以安装有用于防止重新设置的后备电源460。因此，可以使用安装在附件500中的至少 一个附件中的后备电源460作为用于保持第一 MOS晶体管310和第二 MOS晶体管320处于 导通状态的供电电路440或升压器450。在第一至第八实施例及其修改中，当插在钥匙筒中的点火钥匙K由驾驶员从点火 接通位置ON旋转至起动器接通位置ST时，用作为起动器开关的点火钥匙开关60被接通， 使得激励电流供给到螺线管31a和螺线管32a，从而激活起动器10，但本发明并不局限于这 种结构。具体而言，可以在机动车辆中设置驾驶员可操作的起动器开关，如按钮开关。在该 修改中，当驾驶员可操作的起动器开关由驾驶员操作时，激励电流从电池70供给到螺线管 31a和螺线管32a，从而激活起动器10。尽管已经描述了目前被视为本发明的实施例及其修改的内容，但应当理解的是， 可以在此做出未被描述的各种修改，并且在所附权利要求书中旨在覆盖落入本发明的范围 内的所有这些修改。
2权利要求
一种控制起动内燃机的起动器的系统，所述起动器包括能够在接合位置和脱离接合位置之间移动的小齿轮，当所述小齿轮位于所述接合位置时，所述小齿轮与随所述内燃机的曲轴一起旋转的齿圈相接合，当所述小齿轮位于所述脱离接合位置时，所述小齿轮与所述齿圈脱离接合；致动器，所述致动器被构造成在被激励时使所述小齿轮从所述脱离接合位置移到所述接合位置；以及马达，所述马达被构造成在被激励时使所述小齿轮旋转；所述系统包括控制电路；第一开关单元，所述第一开关单元被构造成在所述控制电路的控制下在所述致动器的激励和去激励之间切换；以及第二开关单元，所述第二开关单元被构造成在所述控制电路的控制下在所述马达的激励和去激励之间切换，所述第一开关单元和所述第二开关单元单独布置，所述第二开关单元包括第一继电器，所述第一继电器被构造成在所述控制电路的控制下在所述马达的激励和去激励之间切换；以及第二继电器，所述第二继电器被构造成控制所述第一继电器的激活。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二继电器是半导体继电器。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制电路包括控制单元和驱动器，当 所述驱动器由所述控制单元驱动时，所述驱动器向所述半导体继电器提供激励信号，由此 激励所述半导体继电器，所述半导体继电器被构造成激活所述第一继电器，使得所述第一 继电器切换至激励所述马达，所述控制单元基于用于向所述马达供给功率的电池而操作， 所述系统还包括供电电路，所述供电电路被构造成充入从所述电池供给的功率，并且当所述电池的电 压瞬间降至等于或低于预设值时将充入的功率供给到所述驱动器，所述驱动器被构造成基 于从所述供电电路中供给的充入的功率向所述半导体继电器提供所述激励信号。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制电路包括控制单元和驱动器，当 所述驱动器由所述控制单元驱动时，所述驱动器向所述半导体继电器提供激励信号，从而 激励所述半导体继电器，所述半导体继电器被构造成激活所述第一继电器，使得所述第一 继电器切换至激励所述马达，所述控制单元基于用于向所述马达供给功率的电池而操作， 所述系统还包括供电电路，所述供电电路被构造成提升所述电池的电压，并将提升后的电压供给到所 述驱动器，所述驱动器被构造成基于从所述升压器供给的提升的电压而向所述半导体继电 器提供激励信号。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制单元是包括微计算机的电子控 制单元，所述供电电路安装在所述电子控制单元中，所述供电电路用作为所述电子控制单 元的后备电源。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述控制单元是包括微计算机的电子控 制单元，所述供电电路安装在所述电子控制单元中，所述供电电路用作为所述电子控制单元的后备电源。
7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第二开关单元包括被设计为机械式 继电器且并联连接到所述第二继电器的第三继电器，所述第三继电器被构造成控制所述第 二继电器的激活。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统安装在车辆中，并且所述控制电 路被构造成响应于驾驶员的起动所述内燃机的操作而激活所述第三继电器，从而激励所述马达；以及响应于在所述内燃机已经自动停止后发动机起动请求的发生而激活所述第二继电器， 从而激励所述马达。
9.根据权利要求7所述的系统，其还包括温度输出单元，所述温度输出单元被构造成 输出指示与所述内燃机相关联的温度的信号，其特征在于，所述控制电路被构造成根据从所述温度输出单元输出的信号，判断与所述内燃机相关联的温度是否低于所述 预设值；当确定出与所述内燃机相关联的温度低于所述预设值时，激活所述第三继电器从而激 励所述马达；以及当确定出与所述内燃机相关联的温度等于或高于所述预设值时，激活所述第二继电器 从而激励所述马达。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制电路被构造成使所述第一开关单元独立于所述马达的操作状态在所述致动器的激励和去激励之间 切换；以及使所述第二开关单元独立于所述小齿轮的移动位置在所述致动器的激励和去激励之 间切换。
11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一开关单元包括第四继电器，所 述第四继电器被设计为半导体继电器，并被构造成在所述致动器的激励和去激励之间切换。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述第一开关单元包括被设计为机械 式继电器并且并联连接到所述第四继电器的第五继电器，所述第五继电器被构造成在所述 致动器的激励和去激励之间切换。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述系统安装在车辆中，并且所述控制 电路被构造成响应于驾驶员的起动所述内燃机的操作而激活所述第五继电器，从而激励所述致动 器；以及响应于所述内燃机已经自动停止后发动机起动请求的发生而激活所述第四继电器，从 而激励所述马达。
14.根据权利要求12所述的系统，其还包括温度输出单元，所述温度输出单元被构造 成输出指示与所述内燃机相关联的温度的信号，其中，所述控制电路被构造成根据从所述温度输出单元输出的信号，判断与所述内燃机相关联的温度是否低于所述 预设值；当确定出与所述内燃机相关联的温度低于所述预设值时，激活所述第五继电器从而激 励所述马达；以及当确定出与所述内燃机相关联的温度等于或高于所述预设值时，激活所述第四继电器 从而激励所述马达。
15.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统安装在车辆中，并且所述控制 电路被构造成响应于发动机自动停止请求的发生自动停止所述内燃机；以及响应于所述内燃机自动停止后发动机起动请求的发生而通过控制所述第一开关单元 和所述第二开关单元自动起动所述内燃机。
16.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制电路包括预调控制装置，所述预调控制装置控制所述第一开关单元，以在激励所述马达之前激 励所述致动器，从而在所述小齿轮旋转之前使所述小齿轮移到所述接合位置。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述致动器包括具有一端和另一端的 螺线管，所述一端连接到所述第二开关单元的一部分，所述第二开关单元的所述一部分连 接到所述马达的高电位侧，所述致动器被构造成在其中间部分经受功率，并且当所述第一 开关单元和所述第二开关单元被激励时，所述螺线管的所述一端和所述螺线管的所述中间 部分具有相同的电位。
18.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制电路包括预旋转控制装置，所述预旋转控制装置控制所述第二开关单元，以激励所述马达，从而 在使所述小齿轮移到所述接合位置之前使所述小齿轮旋转。
19.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述内燃机已经自动停止之后，所述 控制电路包括转速测量单元，所述转速测量单元被构造成测量所述内燃机的曲轴的转速；第一预调控制装置，所述第一预调控制装置控制所述第一开关单元以在激励所述马达 之前激励所述致动器，从而在所述小齿轮旋转之前使所述小齿轮移到所述接合位置；第二预调控制装置，所述第二预调控制装置控制所述第一开关单元以在所述发动机起 动请求发生之前激励所述致动器，从而在所述小齿轮旋转之前使所述小齿轮移到所述接合 位置；以及预旋转控制装置，所述预旋转控制装置控制所述第二开关单元以激励所述马达，从而 在使所述小齿轮移到所述接合位置之前使所述小齿轮旋转，所述控制电路被构造成根据所述内燃机的曲轴的转速以及所述内燃机的曲轴的转速 与所述发动机起动请求发生的正时之间的关系来执行所述第一预调控制、所述第二预调控 制和所述预旋转控制中的任一个。
全文摘要
在控制起动器的系统中，所述起动器包括可在接合位置和脱离接合位置之间移动的小齿轮。所述起动器包括致动器和马达，所述致动器被构造成在被激励时使小齿轮从脱离接合位置移到接合位置，所述马达被构造成在被激励时使小齿轮转动。所述系统包括控制电路、第一开关单元和第二开关单元，第一开关单元被构造成在控制电路的控制下在致动器的激励和去激励之间切换，第二开关单元被构造成在控制电路的控制下在马达的激励和去激励之间切换。第一开关单元和第二开关单元单独布置。第二开关单元包括第一继电器和第二继电器，第一继电器被构造成在控制电路的控制下在马达的激励和去激励之间切换，第二继电器被构造成控制第一继电器的激活。
文档编号F02N15/06GK101892934SQ20101023357
公开日2010年11月24日 申请日期2010年5月21日 优先权日2009年5月21日
发明者加藤章, 千田崇, 奥本和成 申请人:株式会社电装