JP2005240613A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン再始動時に吸気行程から始めることでエンジン始動性を向上させること。
【解決手段】エンジン１の制御装置は、アクセルペダル１３により運転が操作されると共に、吸気行程、圧縮行程、爆発行程及び排気行程からなる一連のエンジン行程に対応してインジェクタ１４による燃料噴射と、点火プラグ２１及び点火コイル２２による点火とを制御する。エンジン１を停止するためにアクセルペダル３の操作が解除されたとき、コントローラ４０は、各種センサ等３０〜３４により検出される運転状態に基づき、停止前に実行すべき燃料噴射及び点火の回数を算出し、算出された回数だけインジェクタ１４及び点火プラグ２１等を制御する。コントローラ４０は、エンジン回転速度が所定の設定値まで落ちたときのエンジン温度に基づき上記した燃料噴射及び点火の回数を算出する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ゴルフカート等の軽車両に搭載されるエンジンに係り、詳しくは、そのエンジンにおける燃料噴射及び点火を制御する制御装置に関する。

従来、ゴルフカート等の軽車両に搭載されるエンジンの制御装置として、例えば、下記の特許文献１に記載された装置がある。この装置は、電動式の始動補助機（スタータ）により始動が補助され、運転操作手段（アクセルペダル）により運転が操作されるエンジンに設けられる。この装置は、エンジンへ燃料を供給するために燃料噴射手段（インジェクタ）から噴射される燃料と、点火プラグによる点火動作とをエンジンの運転状態に基づいて制御するものである。この装置は、エンジンを始動させるためにアクセルペダルが操作されたときに、スタータを起動させ、それと同時にインジェクタによる燃料噴射を制御すると共に、点火プラグにより点火を制御するようになっている。始動後は、吸気行程、圧縮行程、爆発行程及び排気行程からなる一連のエンジン行程に対応してインジェクタによる燃料噴射と点火プラグによる点火を順次制御するようになっている。

特開２０００−３２８９８９号公報（第２−６頁，図１−４）

ところが、上記した特許文献１に記載の装置では、アクセルペダルの操作を解除することにより、燃料噴射と点火が停止してエンジンが停止することになる。このため、停止したときのエンジン行程は、成り行きであり、所定の行程には定まっていない。このため、停止時にエンジン行程が吸気行程となったときは、エンジンの再始動時に吸気行程から始まるので、クランクシャフトを１回転させる間にエンジンを始動させることができる。しかし、吸気行程以外の行程でエンジンが停止したときは、クランクシャフトを１回転以上回させないとエンジンを始動させることができず、始動遅れとなった。

上記のような始動遅れは、例えば、アクセルペダルを踏み込むことによりパーキングブレーキが解除されるゴルフカートで問題となる。すなわち、ゴルフカートが坂道で停止した状態から、エンジンを再始動させるために、アクセルペダルが踏み込まれると、パーキングブレーキが解除される。このとき、エンジンの始動が遅れると、その分だけゴルフカートが自重で動くおそれがあった。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、エンジン再始動時に吸気行程から始めることでエンジンの始動性を向上させることを可能としたエンジンの制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、運転操作手段により運転が操作されると共に、吸気行程、圧縮行程、爆発行程及び排気行程からなる一連のエンジン行程に対応して燃料噴射手段による燃料噴射と点火手段による点火とを制御するエンジンの制御装置において、エンジンの運転状態を検出するための運転状態検出手段と、エンジンを停止するために運転操作手段の操作が解除されたとき、検出される運転状態に基づき停止前に実行すべき燃料噴射及び点火の回数を算出し、算出された回数だけ燃料噴射手段及び点火手段を制御する停止前制御手段とを備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、エンジンは、運転者により運転操作手段が操作されることにより運転される。このエンジンは、吸気行程、圧縮行程、爆発行程及び排気行程からなる一連のエンジン行程に対応して燃料噴射手段による燃料噴射と点火手段による点火とが制御される。ここで、エンジンを停止するために運転操作手段の操作が解除されたとき、停止前制御手段は、運転状態検出手段により検出される前記エンジンの運転状態に基づき、停止前に実行すべき燃料噴射及び点火の回数を算出し、その算出された回数だけ燃料噴射手段及び点火手段を制御する。従って、上記算出された回数における最後の燃料噴射及び点火が実行されることにより、最後の圧縮行程、爆発行程及び排気行程を経て吸気行程においてエンジンが停止することになる。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、運転操作手段の操作を検出するための運転操作検出手段を備え、停止前制御手段は、運転操作検出手段により運転操作手段の操作解除が検出されたとき、エンジン回転速度が所定の設定値まで落ちたときのエンジン温度を運転状態検出手段により検出し、その検出されたエンジン温度に基づき停止前に実行すべき燃料噴射及び点火の回数を算出することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、エンジンフリクションを反映したエンジン温度に応じて停止前の燃料噴射及び点火の回数が算出されるので、エンジンの停止しやすさに応じて燃料噴射及び点火の回数が決まることになり、燃料噴射及び点火を無駄に実行することがない。

請求項１に記載の発明によれば、エンジン再始動時に吸気行程から始めることができ、これによりエンジンの始動性を向上させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、燃料と電力の無駄な消費を抑えることができる。

以下、本発明のエンジンの制御装置を具体化した一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。

図１に、軽車両の一つであるゴルフカートに搭載されたエンジンシステムを概略構成図に示す。エンジン１は周知の構造を有する単気筒レシプロエンジンである。エンジン１は、吸気通路２を通じて供給される燃料及び空気、すなわち可燃混合気を、燃焼室３で爆発・燃焼させ、その燃焼後の排気ガスを排気通路４を通じて排出させることにより、ピストン５を駆動させ、クランクシャフト６を回転させて動力を得る。クランクシャフト６の回転に伴い、このエンジン１は、吸気行程、圧縮行程、爆発行程及び排気行程からなる周知の一連のエンジン行程を経て動作する。

クランクシャフト６には、スタータ７が駆動連結される。スタータ７は、エンジン１の始動を補助するために駆動制御される。スタータ７に付随して設けられたスタータリレー８は、スタータ７への給電を制御するためにオン・オフされる。スタータ７は、エンジン１の始動が完了した後は、エンジン１の動力を受けて駆動されることにより、発電機として機能する。スタータ７で発生した電力は、電源線９を通じてバッテリ１０に充電される。

吸気通路２に設けられたエアクリーナ１１は、同通路２に取り込まれる空気を清浄化する。吸気通路２に設けられたスロットルバルブ１２は、同通路２を流れて燃焼室３に吸入される空気量（吸気量）を調節するために開閉される。このスロットルバルブ１２に対して設けられたスロットルセンサ３０は、スロットルバルブ１２の開度（スロットル開度）ＴＡを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。

スロットルバルブ１２は、運転席に設けられたアクセルペダル１３の操作（踏み込み）に連動して作動する。アクセルペダル１３は、周知のように、エンジン１の加速、減速等を含む運転を操作するためのものであり、本発明の運転操作手段を構成する。アクセルペダル１３は、その踏み込みを解除することにより、無操作状態である元位置に復帰する。アクセルペダル１３に付随して設けられたアクセルスイッチ３１は、アクセルペダル１２が踏み込み操作されたときにそのことを検出し、その検出信号を出力する。アクセルスイッチ３１は、スタータリレー８をオン・オフするために、スタータリレー８に接続される。

燃焼室３に通じる吸気ポートに設けられたインジェクタ１４は、燃料タンク１５から燃料ポンプ１６及び燃料パイプ１７等を介して供給される燃料を吸気ポートへ噴射供給する。インジェクタ１４、燃料タンク１５、燃料ポンプ１６及び燃料パイプ１７等は燃料供給装置を構成する。インジェクタ１４は、本発明の燃料噴射手段に相当する。電動式の燃料ポンプ１６は、燃料タンク１５に内蔵され、同タンク１５に貯溜された燃料を汲み上げ、燃料パイプ１７へ吐出してエンジン１のインジェクタ１４へ圧送するためのものである。燃料ポンプ１６に付随して設けられた燃料フィルタ１８は燃料を濾過する。同じく燃料ポンプ１６に付随して設けられたプレッシャーレギュレータ１９は、インジェクタ１４へ圧送される燃料の圧力を一定に調整する。燃料ポンプ１６に付随して設けられたポンプリレー２０は、燃料ポンプ１６への給電を制御するためにオン・オフされる。

ここで、ポンプリレー２０がオンされて燃料ポンプ１６が作動することにより、燃料タンク１５の中の燃料が、燃料フィルタ１８、燃料ポンプ１６及び燃料パイプ１７等を通じてインジェクタ１４へ圧送される。昇圧してインジェクタ１４に供給された燃料は、同インジェクタ１４の作動に伴い吸気ポートへ噴射され、吸気通路２を流れる空気と共に可燃混合気を形成して燃焼室３に取り込まれる。

燃焼室３に対応してエンジン１に設けられた点火プラグ２１は、点火コイル２２から出力される高電圧を受けて作動する。点火コイル２２は、クランクシャフト６の回転角の変化に応じて点火プラグ２１へ点火のための高電圧を出力する。点火プラグ２１の作動時期、（点火時期）は、点火コイル２２から出力される高電圧の出力タイミングにより決定される。つまり、点火コイル２２を制御することで、点火プラグ２１の作動が制御される。点火プラグ２２及び点火コイル２３は、本発明の点火手段を構成する。

クランクシャフト６にはフライホイール２３が設けられる。フライホイール２３の外周に対向配置された電磁ピックアップよりなるクランク角センサ３２は、クランクシャフト６の回転速度（エンジン回転速度）ＮＥを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。フライホイール２３の外周には、複数の突起２３ａが設けられる。クランクシャフト６の回転に伴いフライホイール２３が回転して、クランク角センサ３２が各突起２３ａの通過を検出するごとに、同センサ３２から一つのパルス信号が出力される。この実施形態では、クランクシャフト６が１回転するごとに、クランク角センサ３２から複数のパルス信号が連続的に出力される。

エンジン１に設けられた温度センサ３３は、エンジンブロックの温度（エンジン温度）ＴＨＥを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。このエンジン温度ＴＨＥは、エンジン１の暖機状態を反映する。吸気通路２に設けられた吸気圧センサ３４は、吸気通路２における圧力（吸気圧）ＰＭを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。

この実施形態において、上記したスロットルセンサ３０、アクセルスイッチ３１、クランク角センサ３２、温度センサ３３及び吸気圧センサ３４は、エンジン１の運転状態を検出するための本発明の運転状態検出手段を構成する。この実施形態で、アクセルスイッチ３１は、アクセルペダル１３の操作を検出するための本発明の運転操作検出手段に相当する。

ゴルフカートに搭載されたバッテリ１０は、上記した各電気機器及び後述するコントローラ４０のための電源を構成する。バッテリ１０に付随して設けられた電源キースイッチ３５は、コントローラ４０に電源を投入するために操作される。バッテリ１０は、電源キースイッチ３５及び電源線９を介してスタータリレー８に接続される。バッテリ１０は、電源キースイッチ３５及び給電線２４を介してポンプリレー２０に接続される。給電線２４の途中には、抵抗２５が設けられる。バッテリ１０は、給電線２６を介してコントローラ４０に接続される。

この実施形態で、コントローラ４０は、前述したスロットルセンサ３０、アクセルスイッチ３１、クランク角センサ３２、温度センサ３３及び吸気圧センサ３４から出力される各種信号を入力する。また、コントローラ４０は、電源キースイッチ３５がオンされていることを、電源の投入を受けて検知するようになっている。コントローラ４０は、これら入力信号に基づき、燃料噴射制御、点火制御及び燃料ポンプ制御等を実行するために、スタータリレー８、インジェクタ１４、ポンプリレー２０及び点火コイル２２等をそれぞれ制御する。この実施形態で、コントローラ４０は、本発明における停止前制御手段に相当する。

コントローラ４０は、周知の構成、すなわち中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、バックアップＲＡＭ、外部入力回路及び外部出力回路等を備える。コントローラ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びバックアップＲＡＭと、外部入力回路及び外部出力回路等とをバスにより接続してなる論理演算回路を構成する。ＲＯＭは、上記各種制御に関する所定の制御プログラムを予め記憶している。ＲＡＭは、ＣＰＵの演算結果を一時記憶する。バックアップＲＡＭは、予め記憶したデータを保存する。ＣＰＵは、入力回路を介して入力される各種センサ等３０〜３６の検出値に基づき、所定の制御プログラムに従って前述した各種制御等を実行する。

ここで、燃料噴射制御とは、エンジン１の運転状態に応じてインジェクタ１４から噴射される燃料量（燃料噴射量）及びその噴射タイミングを制御することである。点火制御とは、クランクシャフト６の回転に応じて点火コイル２２を制御することにより、点火プラグ２１による点火動作を制御することである。

この実施形態では、アクセルスイッチ３１によりアクセルペダル１３の踏み込みが検出されるのを待って燃料噴射制御及び点火時期制御がそれぞれ開始される。従って、電源キースイッチ３５によりコントローラ４０に電源が投入されても、アクセルペダル１３が踏み込まれない限り、エンジン１が始動することはない。従って、このエンジン１の運転には、アイドリング状態は存在しない。

燃料ポンプ制御とは、アクセルスイッチ３１、電源キースイッチ３５及びシートスイッチ３６からの検出信号に基づいてポンプリレー２０を制御することにより、燃料ポンプ１６を制御することである。

次に、コントローラ４０が実行する各種制御のうち、エンジン１の停止前制御を含む処理内容について詳しく説明する。図２にその処理内容をフローチャートに示す。コントローラ４０は、このルーチンを所定期間ごとに周期的に実行する。

先ずステップ１００で、コントローラ４０は、電源キースイッチ３５がオンされたか否かを判断する。すなわち、コントローラ４０に電源を投入する操作が行われたか否かを判断する。この判断結果が否定である場合、コントローラ４０は、その後の処理を一旦終了する。この判断結果が肯定である場合、コントローラ４０は、処理をステップ１１０へ移行する。

ステップ１１０で、コントローラ４０は、アクセルペダル１３が踏み込まれてアクセルスイッチ３１がオンされたか否かを判断する。この判断結果が肯定である場合、エンジン１の運転が要求されているものとして、コントローラ４０は、処理をステップ１２０へ移行する。

ステップ１２０で、コントローラ４０は、インジェクタ１４からの燃料噴射を実行するために燃料噴射制御を実行する。続き、ステップ１３０で、コントローラ４０は、点火プラグ２１による点火を実行するために点火制御を実行した後、処理をステップ１１０へ戻す。これらステップ１２０，１３０の処理は、エンジン１の通常制御である。

一方、ステップ１１０の判断結果が否定である場合、エンジン１の運転が要求されていないものとして、コントローラ４０は、処理をステップ１４０へ移行する。ステップ１４０で、コントローラ４０は、回転速度センサ３２により検出されるエンジン回転速度ＮＥが所定の設定値Ｘｎｅ未満であるか否かを判断する。この設定値Ｘｎｅは、エンジン１の停止前制御に係る基準値であり、例えば「１０００ｒｐｍ」を当てはめることができる。この判断結果が肯定である場合、エンジン１を停止させるために、ステップ１５０へ移行する。

そして、ステップ１５０で、コントローラ４０は、インジェクタ１４からの燃料噴射を停止する。続き、ステップ１６０で、コントローラ４０は、点火プラグ２１による点火を停止した後、処理をステップ１１０へ戻す。これにより、エンジン１が停止する。

一方、ステップ１４０の判断結果が否定である場合、コントローラ４０は処理をステップ１７０へ移行する。ステップ１７０で、コントローラ４０は、エンジン回転速度ＮＥが所定の設定値Ｘｎｅまで落ちたときのエンジン温度ＴＨＥから、停止前に実行すべき燃料噴射及び点火の回数を算出する。この実施形態で、コントローラ４０は、エンジン回転速度ＮＥが所定の設定値Ｘｎｅまで落ちたときのエンジン温度ＴＨＥを温度センサ３３により検出し、その検出されたエンジン温度ＴＨＥに基づき停止前に実行すべき燃料噴射及び点火の回数を算出する。この実施形態で、コントローラ４０は、所定のマップデータを参照することにより、この停止前の回数を算出する。このマップデータは、エンジン温度ＴＨＥに対する回数の関係が予め実験的に定められたもである。

そして、ステップ１８０で、コントローラ４０は、算出された回数の分だけ燃料噴射及び点火を実行するために、インジェクタ１４及び点火プラグ２１（点火コイル２２）を制御した後、その後の処理を一旦終了する。

以上説明したこの実施形態におけるエンジンの制御装置によれば、エンジン１は、運転者によりアクセルペダル１３が踏み込み操作されることにより運転される。また、このエンジン１は、吸気行程、圧縮行程、爆発行程及び排気行程からなる一連のエンジン行程に対応してインジェクタ１４による燃料噴射と、点火プラグ２１及び点火コイル２２による点火とが制御される。

ここで、エンジン１を停止するためにアクセルペダル１３の操作が解除されたとき、コントローラ４０は、各種センサ等３０〜３４により検出されるエンジン運転状態に基づき、停止前に実行すべき燃料噴射及び点火の回数を算出する。また、コントローラ４０は、算出された回数だけインジェクタ１４と、点火プラグ２１及び点火コイル２２とを制御する。従って、上記算出された回数における最後の燃料噴射及び点火が実行されることにより、最後の圧縮行程、爆発行程及び排気行程を経て吸気行程においてエンジン１が停止することになる。このため、エンジン１の再始動を吸気行程から始めることができ、最初の１回転からエンジン１を立ち上げることができ、エンジン１に始動遅れがなく始動が安定するので、エンジン１の始動性を向上させることができる。

ここで、図３（ａ）〜（ｈ）に、エンジン１の停止時及び再始動時における各種パラメータの挙動をタイムチャートに示す。図３（ｄ）において、本実施形態の挙動を実線で、従来例の挙動を破線で示す。このタイムチャートにおいて、時刻ｔ１で、アクセルスイッチ３１がオフされると、コントローラ４０は、停止前制御に入る。そして、停止前制御において、コントローラ４０は、時刻ｔ２で、エンジン回転速度ＮＥが設定値Ｘｎｅまで落ちたときのエンジン温度ＴＨＥに基づき停止前に実行すべき燃料噴射及び点火の回数を算出する。その後、時刻ｔ３までの間に、コントローラ４０は、算出された回数の燃料噴射及び点火を実行する。そして、時刻ｔ３で、コントローラ４０は、最後の点火を実行すると、その後の燃料噴射及び点火を停止する。これにより、図３（ｄ）に示すように、時刻ｔ３〜ｔ４で、従来例とは異なり、最後の圧縮行程、爆発行程及び排気行程を経て吸気行程においてエンジン１が停止する停止制御が行われる。従って、時刻ｔ５で、エンジン１を再始動するためにアクセルスイッチ３１がオンされると、図３（ｄ）に示すように、従来例とは異なり、エンジン１が吸気行程から始動し、エンジン回転速度ＮＥが速やかに立ち上がることになる。このようにエンジン１の始動性が向上する。

この実施形態のゴルフカートでは、エンジン１の始動性が向上するので、ゴルフカートが坂道で停止した状態から再始動のためにアクセルペダル１３が踏み込まれることにより、エンジン１が速やかに始動してカートが速やかに発進することになる。このため、始動遅れによりゴルフカートが自重で不意に動くことを防止することができ、ゴルフカートのドライバビリティを向上させることができ、運転者に安心感を与えることができる。

この実施形態では、エンジンフリクションを反映したエンジン温度ＴＨＥに応じて停止前の燃料噴射及び点火の回数が算出されるので、エンジン１の停止しやすさに応じて燃料噴射及び点火の回数が決まることになり、燃料噴射及び点火を無駄に実行することがない。このため、燃料と電力の無駄な消費を抑えることができる。

この実施形態では、バッテリ１０からポンプリレー２０につながる給電線２４に抵抗２５が設けられるので、燃料ポンプ１６に対する給電を低電流化することができる。これにより、バッテリ１０の消耗を抑えることができる。

尚、この発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することもできる。

（１）前記実施形態では、運転操作手段としてアクセルペダル１３を設けたが、アクセルペダル１３の代わりに、手で操作するアクセルレバー等の別の操作部材を設けてもよい。

（２）前記実施形態では、運転操作検出手段としてアクセルスイッチ３１を使用したが、アクセルペダル１３の操作に連動して開閉するスロットルバルブ１２のスロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ３０を運転操作検出手段として使用することもできる。

エンジンシステムを示す概略構成図。 制御プログラムを示すフローチャート。 各種パラメータの挙動を示すタイムチャート。

符号の説明

１ エンジン
１３ アクセルペダル（運転操作手段）
１４ インジェクタ（燃料噴射手段）
２１ 点火プラグ
２２ 点火コイル（２１，２２は点火手段を構成する。）
３０ スロットルセンサ
３１ アクセルスイッチ（運転操作検出手段）
３２ 回転速度センサ
３３ 温度センサ
３４ 吸気圧センサ（３０〜３４は運転状態検出手段を構成する。）
４０ コントローラ（停止前制御手段）

Claims (2)

1. 運転操作手段により運転が操作されると共に、吸気行程、圧縮行程、爆発行程及び排気行程からなる一連のエンジン行程に対応して燃料噴射手段による燃料噴射と点火手段による点火とを制御するエンジンの制御装置において、
   前記エンジンの運転状態を検出するための運転状態検出手段と、
   前記エンジンを停止するために前記運転操作手段の操作が解除されたとき、前記検出される運転状態に基づき停止前に実行すべき燃料噴射及び点火の回数を算出し、算出された回数だけ前記燃料噴射手段及び前記点火手段を制御する停止前制御手段と
   を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 前記運転操作手段の操作を検出するための運転操作検出手段を備え、前記停止前制御手段は、前記運転操作検出手段により前記運転操作手段の操作解除が検出されたとき、エンジン回転速度が所定の設定値まで落ちたときのエンジン温度を前記運転状態検出手段により検出し、その検出されたエンジン温度に基づき前記停止前に実行すべき燃料噴射及び点火の回数を算出することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。

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