JP2015108322A - エンジンシステムおよび鞍乗り型車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】エンジンを安定にかつ迅速に始動させることが可能なエンジンシステムおよびそれを備えた鞍乗り型車両を提供する。
【解決手段】エンジン10の停止後であって始動前に、クランク角が逆転開始範囲に到るまでクランク軸13が正方向に回転され、エンジン10の始動時に、クランク角が逆転開始範囲から始動吸気範囲を超えて始動点火範囲に到るまでクランク軸を逆方向に回転される。クランク角が始動吸気範囲にあるときに、インジェクタ19により噴射された燃料と空気からなる混合気が吸気通路22から吸気口21を通して燃焼室31aに導入される。また、クランク角が始動点火範囲にあるときに、点火プラグ18により燃焼室31a内の混合気に点火される。
【選択図】図4
【解決手段】エンジン10の停止後であって始動前に、クランク角が逆転開始範囲に到るまでクランク軸13が正方向に回転され、エンジン10の始動時に、クランク角が逆転開始範囲から始動吸気範囲を超えて始動点火範囲に到るまでクランク軸を逆方向に回転される。クランク角が始動吸気範囲にあるときに、インジェクタ19により噴射された燃料と空気からなる混合気が吸気通路22から吸気口21を通して燃焼室31aに導入される。また、クランク角が始動点火範囲にあるときに、点火プラグ18により燃焼室31a内の混合気に点火される。
【選択図】図4
Description
本発明は、エンジンシステムおよび鞍乗り型車両に関する。
自動二輪車等の鞍乗り型車両において、エンジンの始動動作の際には、最初にクランク軸が圧縮上死点に対応するクランク角を超えるために大きなトルクが必要となる。そこで、エンジンの始動性を高めるため、クランク軸を逆方向に回転させる技術がある。
特許文献1に記載されるエンジン始動制御装置においては、エンジンの停止後に、クランク軸に設けられた始動兼発電機によってクランク軸が予め定められた位置まで逆回転される。その後、エンジンの始動時にクランク軸がその位置から正方向に回転される。
しかしながら、このようにクランク軸が逆方向に回転された後に正方向に回転されても、十分なトルクが得られず、クランク軸が圧縮上死点に対応するクランク角を超えることができないことがある。
本発明の目的は、エンジンを安定にかつ迅速に始動させることが可能なエンジンシステムおよびそれを備えた鞍乗り型車両を提供することである。
(1)第1の発明に係るエンジンシステムは、エンジンおよび回転駆動部を含むエンジンユニットと、エンジンユニットを制御する制御部とを備え、エンジンは、シリンダと、シリンダの燃焼室に空気を導く吸気通路と、吸気通路内に燃料を噴射するように配置された燃料噴射装置と、燃焼室内の混合気に点火するように構成された点火装置と、吸気口を開閉する吸気バルブおよび排気口を開閉する排気バルブをそれぞれ駆動するように構成されたバルブ駆動部とを含み、回転駆動部は、エンジンのクランク軸を正方向または逆方向に回転駆動し、バルブ駆動部は、クランク軸の逆方向の回転時において、クランク角が予め定められた始動吸気範囲にあるときに吸気口が開かれるように吸気バルブを駆動し、制御部は、エンジンの停止後であって始動前に、クランク角が予め定められた逆転開始範囲に到るまでクランク軸を正方向に回転させるように回転駆動部を制御し、エンジンの始動時に、クランク角が逆転開始範囲から始動吸気範囲を超えて予め定められた始動点火範囲に到るまでクランク軸を逆方向に回転させるように回転駆動部を制御し、クランク角が始動吸気範囲にあるときに吸気通路から吸気口を通して燃焼室に混合気が導入されるように燃料噴射装置を制御し、クランク角が始動点火範囲にあるときに燃焼室内の混合気に点火するように点火装置を制御する。
このエンジンシステムにおいては、エンジンの停止後であって始動前に、クランク角が逆転開始範囲に到るまでクランク軸が正方向に回転され、エンジンの始動時に、クランク角が始動吸気範囲を超えて点火範囲に到るまでクランク軸が逆方向に回転される。クランク角が始動吸気範囲にあるときに吸気口が開かれ、吸気通路から燃焼室内に混合気が導入される。この場合、エンジンの停止時におけるクランク角にばらつきがあっても、エンジンの始動前にクランク角が逆転開始範囲内に調整されるので、クランク軸の逆方向の回転時にクランク角が確実に始動吸気範囲を経由する。それにより、燃焼室内に混合気を適正に導入することができる。
その後、クランク角が点火範囲にあるときに燃焼室内の混合気に点火される。これにより、燃焼室内で爆発が生じ、爆発のエネルギーにより、クランク軸が正方向に回転するように駆動される。これにより、クランク軸が圧縮上死点に対応するクランク角を容易に超えることができる。したがって、エンジンを安定にかつ迅速に始動させることができる。
(2)逆転開始範囲は、正方向においてピストンが排気上死点にあるときのクランク角からピストンが圧縮上死点にあるときのクランク角までの範囲にあり、始動吸気範囲は、逆方向においてピストンが排気上死点にあるときのクランク角からピストンが膨張下死点にあるときのクランク角までの範囲内にあり、始動点火範囲は、逆方向においてピストンが膨張下死点にあるときのクランク角からピストンが圧縮上死点にあるときのクランク角までの範囲内にあってもよい。
この場合、逆転開始範囲からクランク軸が逆方向に回転されることにより、クランク角が始動吸気範囲を経由する。クランク角が始動吸気範囲であるときにピストンが下降する。そのため、吸気通路から燃焼室内に混合気が導入される。また、クランク角が点火範囲にあるときに燃焼室内の混合気が圧縮される。それにより、燃焼室内で爆発を容易に生じさせることができる。
(3)バルブ駆動部は、クランク軸の正方向の回転時に、クランク角が始動吸気範囲にあるときに吸気バルブを駆動しなくてもよい。
クランク軸の正方向の回転時には、クランク角が始動吸気範囲にあるときにピストンが上昇する。そのため、クランク角が始動吸気範囲にあるときに吸気口が開かれないことにより、燃焼後の気体が燃焼室から吸気通路に導かれることが防止される。
(4)バルブ駆動部は、クランク軸の正方向の回転時に、クランク角が通常排気範囲にあるときに排気口が開かれるように排気バルブを駆動しかつクランク角が通常吸気範囲にあるときに吸気口が開かれるように吸気バルブを駆動し、始動吸気範囲は、通常排気範囲に含まれてもよい。
クランク軸の正方向の回転時と逆方向の回転時とでは、ピストンの移動方向が逆になる。そのため、クランク軸の正方向の回転時に排気を行うべきクランク角の範囲が、クランク軸の逆方向の回転時に吸気を行うべきクランク角の範囲に対応する。したがって、通常排気範囲に始動吸気範囲が含まれることにより、クランク軸の正方向の回転時の排気およびクランク軸の逆方向の回転時の吸気をそれぞれ適正に行うことができる。
(5)逆転開始範囲は、正方向において通常吸気範囲の終端のクランク角からピストンが圧縮上死点にあるときのクランク角までの範囲内にあってもよい。
この場合、クランク軸の逆方向の回転時において、クランク角が逆転開始範囲から始動吸気範囲に到るまでの期間にクランク軸の回転速度を上昇させることができる。それにより、クランク角が始動吸気範囲であるときに混合気を燃焼室に効率よく導入することができる。
(6)制御部は、クランク軸の逆方向の回転時であって吸気口が開かれる前または吸気口が開かれている間に吸気通路に燃料が噴射されるように燃料噴射装置を制御してもよい。
この場合、クランク角が始動吸気範囲であるときに燃焼室に混合気が適正に導かれる。
(7)エンジンシステムは、クランク角を検出するクランク角検出部をさらに備え、制御部は、クランク角検出部の検出結果に基づいてクランク軸を正方向に回転させることにより、クランク角を逆転開始範囲内に調整してもよい。
この場合、効率よく正確にクランク角を逆転開始範囲内に調整することができる。
(8)制御部は、ピストンが圧縮上死点に達しないように予め定められたトルクで一定時間だけクランク軸を正方向に回転させることにより、クランク角を逆転開始範囲内に調整してもよい。
この場合、クランク角を検出することができない場合でも、燃焼室内の圧力による反力とピストンの駆動力とを拮抗させることにより、クランク角を逆転開始範囲内に調整することができる。
(9)第2の発明に係る鞍乗り型車両は、駆動輪を有する本体部と、駆動輪を回転させるための動力を発生する上記第1の発明に係るエンジンシステムとを備える。
この鞍乗り型車両においては、エンジンシステムによって発生される動力により、駆動輪が回転される。それにより、本体部が移動する。この場合、上記第1の発明に係るエンジンシステムが用いられるので、エンジンを安定にかつ迅速に始動させることができる。それにより、鞍乗り型車両の運転フィーリングが向上される。
本発明によれば、エンジンを安定にかつ迅速に始動させることができる。
以下、本発明の実施の形態に係る鞍乗り型車両の一例として、自動二輪車について図面を用いて説明する。
(1)自動二輪車
図1は、本発明の一実施の形態に係る自動二輪車の概略構成を示す模式的側面図である。図1の自動二輪車100においては、車体1の前部にフロントフォーク2が左右方向に揺動可能に設けられる。フロントフォーク2の上端にハンドル4が取り付けられ、フロントフォーク2の下端に前輪3が回転可能に取り付けられる。
図1は、本発明の一実施の形態に係る自動二輪車の概略構成を示す模式的側面図である。図1の自動二輪車100においては、車体1の前部にフロントフォーク2が左右方向に揺動可能に設けられる。フロントフォーク2の上端にハンドル4が取り付けられ、フロントフォーク2の下端に前輪3が回転可能に取り付けられる。
車体1の略中央上部にシート5が設けられる。シート5の後方下部にECU(Engine Control Unit;エンジン制御装置)6が配置され、シート5の下方にエンジンユニットEUが設けられる。エンジンユニットEUは、例えば単気筒のエンジン10を含む。ECU6およびエンジンユニットEUによりエンジンシステム200が構成される。車体1の後端下部には後輪7が回転可能に取り付けられる。エンジン10により発生される動力により後輪7が回転駆動される。
(2)エンジンシステム
図2は、エンジンシステム200の構成について説明するための模式図である。図2に示すように、エンジンユニットEUは、エンジン10および始動兼発電機14を含む。エンジン10は、ピストン11、コンロッド12、クランク軸13、吸気バルブ15、排気バルブ16、バルブ駆動部17、点火プラグ18およびインジェクタ19を備える。
図2は、エンジンシステム200の構成について説明するための模式図である。図2に示すように、エンジンユニットEUは、エンジン10および始動兼発電機14を含む。エンジン10は、ピストン11、コンロッド12、クランク軸13、吸気バルブ15、排気バルブ16、バルブ駆動部17、点火プラグ18およびインジェクタ19を備える。
ピストン11はシリンダ31内で往復動可能に設けられ、コンロッド12を介してクランク軸13に接続される。ピストン11の往復運動がクランク軸13の回転運動に変換される。クランク軸13に始動兼発電機14が設けられる。始動兼発電機14は、スタータモータの機能を有する発電機であり、クランク軸13を正方向および逆方向に回転駆動しかつクランク軸13の回転により電力を発生する。以下の説明において、正方向および逆方向とは、クランク軸13の回転方向をそれぞれ意味する。始動兼発電機14は、減速機を介することなく直接的にクランク軸13にトルクを伝達する。クランク軸13と後輪7との間にはワンウェイクラッチ(図示せず)が設けられる。クランク軸13の正方向の回転(以下、正回転と呼ぶ)はワンウェイクラッチを介して後輪7に伝達され、クランク軸13の逆方向の回転(以下、逆回転と呼ぶ)は後輪7に伝達されない。
ピストン11上に燃焼室31aが形成される。燃焼室31aは、吸気口21を介して吸気通路22に連通し、排気口23を介して排気通路24に連通する。吸気口21を開閉するように吸気バルブ15が設けられ、排気口23を開閉するように排気バルブ16が設けられる。吸気バルブ15および排気バルブ16は、バルブ駆動部17により駆動される。吸気通路22には、外部から流入する空気の流量を調整するためのスロットルバルブTVが設けられる。点火プラグ18は、燃焼室31a内の混合気に点火するように構成される。インジェクタ19は、吸気通路22に燃料を噴射するように構成される。
ECU6は、例えばCPU(中央演算処理装置)およびメモリを含む。CPUおよびメモリの代わりに、マイクロコンピュータが用いられてもよい。ECU6には、スタータスイッチ41、吸気圧力センサ42、クランク角センサ43および電流センサ44が電気的に接続される。スタータスイッチ41は、例えば図1のハンドル4に設けられ、運転者により操作される。吸気圧力センサ42は、吸気通路22内の圧力を検出する。クランク角センサ43は、クランク軸13の回転角度を検出する。電流センサ44は、始動兼発電機14に流れる電流(以下、モータ電流と呼ぶ)を検出する。
スタータスイッチ41の操作が操作信号としてECU6に与えられ、吸気圧力センサ42、クランク角センサ43および電流センサ44による検出結果が検出信号としてECU6に与えられる。ECU6は、与えられた操作信号および検出信号に基づいて、始動兼発電機14、点火プラグ18およびインジェクタ19を制御する。
(3)エンジンの動作
図3および図4は、エンジンユニットEUの動作について説明するための図である。図3は、エンジン10の通常運転時におけるエンジンユニットEUの動作を示し、図4は、エンジン10の始動前後の期間におけるエンジンユニットEUの動作を示す。
図3および図4は、エンジンユニットEUの動作について説明するための図である。図3は、エンジン10の通常運転時におけるエンジンユニットEUの動作を示し、図4は、エンジン10の始動前後の期間におけるエンジンユニットEUの動作を示す。
エンジン10の始動は、例えば、図2のスタータスイッチ41がオンされることにより行われる。また、運転者による自動二輪車100を停止および発進させるための操作に基づいて、ECU6がエンジン10を自動的に停止および始動させてもよい。例えば、予め定められたアイドルストップ条件が満たされた場合に、エンジン10が自動的に停止され、予め定められたアイドルストップ解除条件が満たされた場合に、エンジン10が自動的に始動される。
アイドルストップ条件は、例えば、スロットルバルブTVの開度(スロットル開度)、車速およびエンジン10の回転速度のうち少なくとも1つに関する条件を含む。アイドルストップ解除条件は、例えば、アクセルグリップが操作されてスロットル開度が0より大きくなることである。以下、アイドルストップ条件が満たされることによってエンジン10が自動的に停止された状態をアイドルストップ状態と呼ぶ。また、通常運転とは、エンジン10の始動後において、エンジン10が安定に動作する状態をいう。
以下の説明では、クランク軸13の回転位置をクランク角と呼ぶ。また、圧縮行程から膨張行程への移行時にピストン11が経由する上死点を圧縮上死点と呼び、排気行程から吸気行程への移行時にピストン11が経由する上死点を排気上死点と呼ぶ。吸気行程から圧縮行程への移行時にピストン11が経由する下死点を吸気下死点と呼び、膨張行程から排気行程への移行時にピストン11が経由する下死点を膨張下死点と呼ぶ。
図3および図4においては、クランク軸13の2回転(720度)の範囲における回転角度が1つの円で表される。クランク軸13の2回転はエンジン10の1サイクルに相当する。エンジン10の1サイクルは、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程を含む。
図2のクランク角センサ43は、クランク軸13の1回転(360度)の範囲における回転角度を検出する。ECU6は、吸気圧力センサ42により検出された吸気通路22内の圧力に基づいて、クランク角センサ43により検出されたクランク角が、エンジン10の1サイクルに相当するクランク軸13の2回転のうちいずれの回転に対応するかを判定する。それにより、ECU6は、クランク軸13の2回転(720度)の範囲における回転角度を取得することができる。
図3および図4において、角度A0は、ピストン11(図2)が排気上死点に位置するときのクランク角であり、角度A2は、ピストン11が圧縮上死点に位置するときのクランク角であり、角度A1は、ピストン11が吸気下死点に位置するときのクランク角であり、角度A3は、ピストン11が膨張下死点に位置するときのクランク角である。矢印R1は、クランク軸13の正回転時におけるクランク角の変化の方向を表し、矢印R2は、クランク軸13の逆回転時におけるクランク角の変化の方向を表す。矢印P1〜P4は、クランク軸13の正回転時におけるピストン11の移動方向を表し、矢印P5〜P8は、クランク軸13の逆回転時におけるピストン11の移動方向を表す。
(3−1)通常運転時
図3を参照しながらエンジン10の通常運転時におけるエンジンユニットEUの動作について説明する。通常運転時には、クランク軸13(図2)が正方向に回転する。そのため、クランク角が矢印R1の方向に変化する。この場合、矢印P1〜P4で示されるように、角度A0から角度A1までの範囲でピストン11(図2)が下降し、角度A1から角度A2までの範囲でピストン11が上昇し、角度A2から角度A3までの範囲でピストン11が下降し、角度A3から角度A0までの範囲でピストン11が上昇する。
図3を参照しながらエンジン10の通常運転時におけるエンジンユニットEUの動作について説明する。通常運転時には、クランク軸13(図2)が正方向に回転する。そのため、クランク角が矢印R1の方向に変化する。この場合、矢印P1〜P4で示されるように、角度A0から角度A1までの範囲でピストン11(図2)が下降し、角度A1から角度A2までの範囲でピストン11が上昇し、角度A2から角度A3までの範囲でピストン11が下降し、角度A3から角度A0までの範囲でピストン11が上昇する。
角度A11において、インジェクタ19(図2)により吸気通路22(図2)に燃料が噴射される。正方向において、角度A11は角度A0よりも進角側に位置する。続いて、角度A12から角度A13までの範囲において、吸気バルブ15(図2)により吸気口21(図2)が開かれる。正方向において、角度A12は角度A11よりも遅角側でかつ角度A0よりも進角側に位置し、角度A13は角度A1よりも遅角側に位置する。角度A12から角度A13までの範囲が通常吸気範囲の例である。これにより、空気および燃料を含む混合気が吸気口21を通して燃焼室31a(図2)内に導入される。
次に、角度A14において、点火プラグ18(図2)により燃焼室31a(図2)内の混合気に点火される。角度A14は角度A2とほぼ一致する。これにより、燃焼室31a内で爆発が生じる。爆発のエネルギーがピストン11の駆動力となる。その後、角度A15から角度A16までの範囲において、排気バルブ16(図2)により排気口23(図2)が開かれる。正方向において、角度A15は角度A3よりも進角側に位置し、角度A16は角度A0よりも遅角側に位置する。角度A15から角度A16までの範囲が通常排気範囲の例である。これにより、燃焼室31aから排気口23を通して燃焼後の気体が排出される。
(3−2)始動前後の期間
図4を参照しながらエンジン10の始動前後の期間におけるエンジンユニットEUの動作について説明する。図4において、まず、エンジン10の停止後であって始動前に、クランク軸13(図2)が正方向に回転されることにより、クランク角が角度A30に調整される。角度A30は、逆転開始範囲の例である。角度A30は、正方向において例えば角度A0から角度A2までの範囲にあり、角度A13から角度A2までの範囲にあることが好ましい。本例において、角度A30は、角度A13から角度A2までの範囲にある。
図4を参照しながらエンジン10の始動前後の期間におけるエンジンユニットEUの動作について説明する。図4において、まず、エンジン10の停止後であって始動前に、クランク軸13(図2)が正方向に回転されることにより、クランク角が角度A30に調整される。角度A30は、逆転開始範囲の例である。角度A30は、正方向において例えば角度A0から角度A2までの範囲にあり、角度A13から角度A2までの範囲にあることが好ましい。本例において、角度A30は、角度A13から角度A2までの範囲にある。
エンジン10の停止後とは、例えば図示しないメインスイッチがオフされた後、またはアイドルストップ条件が満たされた後であり、インジェクタ19による燃料の噴射および点火プラグ18による点火が停止されるとともに惰性によるクランク軸13の回転も停止した後である。エンジン10の始動前とは、例えばスタータスイッチ41がオンされる前、またはアイドルストップ解除条件が満たされる前である。
続いて、エンジン10の始動時に、角度A30からクランク軸13が逆方向に回転される。クランク軸13の逆回転時には、クランク角が矢印R2の方向に変化する。この場合、矢印P5〜P8で示されるように、角度A2から角度A1までの範囲でピストン11が下降し、角度A1から角度A0までの範囲でピストン11が上昇し、角度A0から角度A3までの範囲でピストン11が下降し、角度A3から角度A2までの範囲でピストン11が上昇する。クランク軸13の逆回転時におけるピストン11の移動方向は、クランク軸13の正回転時におけるピストン11の移動方向と逆になる。
本例では、クランク軸13の逆回転時においても、正回転時と同様に、角度A13から角度A12までの範囲で吸気口21が開かれ、かつ角度A16からA15までの範囲で排気口23が開かれるが、本発明は、これに限らない。クランク軸13の逆回転時には、角度A13から角度A12までの範囲で吸気口21が開かれなくてもよく、また、角度A16から角度A15までの範囲で排気口23が開かれなくてもよい。
角度A23において、インジェクタ19(図2)により吸気通路22(図2)に燃料が噴射される。逆方向において、角度A23は、角度A0より進角側に位置する。また、角度A13から角度A12までの範囲および角度A21から角度A22までの範囲において、吸気バルブ15(図2)により吸気口21(図2)が開かれる。角度A21から角度A22までの範囲は、始動吸気範囲の例である。角度A21,A22は、逆方向において角度A0から角度A3までの範囲にあることが好ましい。本例では、逆方向において、角度A21,A22は、角度A0より遅角側に位置する。この場合、角度A1から角度A0までの範囲でピストン11が上昇するので、角度A13から角度A12までの範囲においては、燃焼室31aに空気および燃料がほとんど導入されない。その後、角度A0から角度A3までの範囲でピストン11が下降するので、角度A21から角度A22までの範囲において、空気および燃料を含む混合気が吸気口21を通して燃焼室31a内に導入される。
続いて、角度A31において、クランク軸13の回転方向が逆方向から正方向に切り替えられる。角度A31は、始動点火範囲の例であり、逆方向において角度A3から角度A2までの範囲にあることが好ましい。本例では、逆方向において、角度A31は、角度A2より僅かに進角側に位置する。それにより、クランク角が矢印R1の方向に変化する。また、角度A31において、点火プラグ18(図2)により燃焼室31a内の混合気に点火される。これにより、燃焼室31a内で爆発が生じ、クランク軸13が駆動される。
本実施の形態では、クランク軸13の逆回転が停止された後に、点火プラグ18により燃焼室31a内の混合気に点火される。これにより、クランク軸13を確実に正方向に駆動することができる。点火のタイミング等を調整することにより、クランク軸13を正方向に駆動することが可能であれば、クランク軸13の逆回転が停止される前に、点火プラグ18により燃焼室31a内の混合気に点火されてもよい。
その後、図3と同様の動作が行われる。具体的には、図3の角度A11において、吸気通路22(図2)に燃料が噴射され、角度A12から角度A13までの範囲において、燃焼室31aに混合気が導入される。続いて、角度A14において、点火プラグ18(図2)により燃焼室31a内の混合気に点火され、角度A15から角度A16までの範囲において、燃焼室31aから排気口23を通して燃焼後の気体が排出される。その後、エンジン10が通常運転に移行する。
このように、本実施の形態では、エンジン10の始動時に、始動兼発電機14によりクランク軸13が逆回転されつつ燃焼室31aに混合気が導かれ、その後、ピストン11が圧縮上死点に近づいた状態で、燃焼室31a内の混合気に点火される。それにより、クランク軸13が正方向に回転するようにピストン11が駆動され、正方向への十分なトルクが得られる。その結果、ピストン11が最初の圧縮上死点を容易に超えることができる。
なお、角度A31においてクランク軸13の回転方向が逆方向から正方向に切り替えられた後であって、図3の角度A12から角度A13までの範囲で吸気バルブ15により吸気口21が開かれる前に、角度A15から角度A16までの範囲で排気バルブ16により排気口23が開かれてもよい。この場合、角度A12から角度A13までの範囲で吸気が行われる前に、角度A31での点火による燃焼後の気体が燃焼室31aから排出される。
(3−3)クランク角の調整
エンジン10の停止時において、以下の理由により、クランク角が角度A0から角度A31までの範囲にある状態で、クランク軸13の回転が停止することがある。
エンジン10の停止時において、以下の理由により、クランク角が角度A0から角度A31までの範囲にある状態で、クランク軸13の回転が停止することがある。
図2のバルブ駆動部17がカムシャフトからなる場合、バルブ駆動部17はクランク軸13の回転に連動して回転する。バルブ駆動部17が吸気バルブ15をリフトさせる場合、後述のバルブスプリング15a(図10)の付勢力が、吸気バルブ15からバルブ駆動部17に反力として加わる。同様に、バルブ駆動部17が排気バルブ16をリフトさせる場合、後述のバルブスプリング16a(図10)の付勢力が、排気バルブ16からバルブ駆動部17に反力として加わる。
エンジン10の停止時には、燃焼室31a内で混合気の燃焼が行われないので、クランク軸13およびバルブ駆動部17の回転力が徐々に低下する。その場合、吸気バルブ15または排気バルブ16からの反力によってバルブ駆動部17の回転が停止し、それに伴いクランク軸13の回転が停止することがある。
クランク角が角度A15近傍にあるときには、排気バルブ16からの反力がバルブ駆動部17に加わる。それにより、クランク角が角度A15近傍にあるときに、クランク軸13の回転が停止しやすい。また、クランク角が角度A0近傍にあるときには、吸気バルブ15からの反力および排気バルブ16からの反力がそれぞれバルブ駆動部17に加わる。それにより、クランク角が角度A0近傍にあるときにもクランク軸13の回転が停止しやすい。
上記のように、エンジン10の始動時にはクランク軸13が逆回転される。その際に、逆方向においてクランク角が角度A0から角度A31までの範囲にある状態からクランク軸13の逆回転が開始されると、エンジン10の始動を適正に行うことができない。
具体的には、クランク角が角度A15から角度A31までの範囲にある状態からクランク軸13の逆回転が開始されると、クランク角が角度A21から角度A22までの範囲を経由することなく角度A31に達する。この場合、燃焼室31aに混合気が導入されない。そのため、角度A31において、燃焼室31a内で爆発が生じず、クランク軸13を正方向に回転させるための駆動力が得られない。
また、クランク角が角度A31に近づくほど、燃焼室31a内の圧力は高くなる。そのため、クランク軸13が一定以上の回転速度を有さない場合、クランク角が角度A31に到達しにくい。角度A31に近いクランク角からクランク軸13の逆回転が開始されると、クランク軸13の回転速度が上昇せず、クランク角が角度A31に到達しない可能性がある。
クランク角が角度A0から角度A21までの範囲にある状態からクランク軸13の逆回転が開始されると、クランク軸13の回転速度が低いままクランク角が角度A21から角度A22までの範囲で変化する。この場合、角度A21から角度A22までの範囲において、燃焼室31a内に混合気が導かれにくい。そのため、角度A31において、燃焼室31a内の混合気に点火されても、クランク軸13を正方向に回転させるための十分な駆動力が得られない。また、上記同様に、クランク軸13の回転速度が十分に上昇せず、クランク角が角度A31に到達しない可能性もある。
そこで、本実施の形態では、クランク軸13が逆回転される前に、クランク角が角度A30に達するように、クランク軸13が正回転される。角度A30からクランク軸13の逆回転が開始されることにより、クランク角が角度A21に達する時点でクランク軸13の回転速度が十分に上昇している。そのため、角度A21から角度A22までの範囲において、燃焼室31a内に混合気が十分に導入される。また、クランク軸13の回転速度が十分に上昇するので、クランク角が角度A31に確実に到達する。したがって、角度A31において、燃焼室31a内で適正に混合気の爆発を生じさせることができる。それにより、クランク軸13を正方向に回転させるための十分な駆動力が得られる。その結果、エンジン10の始動を適正に行うことができる。
(4)エンジン始動処理
(4−1)第1の例
エンジン10の始動前後の期間には、ECU6が、予めメモリに記憶された制御プログラムに基づいて、エンジン始動処理を行う。図5〜図7は、エンジン始動処理の第1の例のフローチャートである。エンジン始動処理は、例えば、図示しないメインスイッチがオンされる、またはエンジン10がアイドルストップ状態に移行した場合に行われる。
(4−1)第1の例
エンジン10の始動前後の期間には、ECU6が、予めメモリに記憶された制御プログラムに基づいて、エンジン始動処理を行う。図5〜図7は、エンジン始動処理の第1の例のフローチャートである。エンジン始動処理は、例えば、図示しないメインスイッチがオンされる、またはエンジン10がアイドルストップ状態に移行した場合に行われる。
図5に示すように、まず、ECU6は、現在のクランク角がメモリに記憶されているか否かを判定する(ステップS1)。現在のクランク角は、例えば、前回のエンジン10の停止時にメモリに記憶される。例えば、メインスイッチがオンされた直後には、現在のクランク角が記憶されておらず、アイドルストップ状態では、現在のクランク角が記憶されている。
現在のクランク角が記憶されていない場合、ECU6は、クランク軸13が正方向に回転するように始動兼発電機14を制御する(ステップS2)。この場合、ピストン11が圧縮上死点(図3および図4の角度A2)を超えないように、電流センサ44(図2)からの検出信号に基づいて、始動兼発電機14のトルクが調整される。
次に、ECU6は、ステップS2でクランク軸13の回転が開始されてから規定時間が経過したか否かを判定する(ステップS3)。規定時間が経過していない場合、ECU6は、クランク軸13の正方向の回転が継続されるように始動兼発電機14を制御する。規定時間が経過すると、ECU6は、クランク軸13の回転が停止されるように始動兼発電機14を制御する(ステップS4)。これにより、クランク角が図4の角度A30付近に調整される。
なお、ステップS2において、クランク軸13が正方向に回転される際にクランク角が検出され、その検出値に基づいてクランク角が図4の角度A30に調整されてもよい。
一方、ステップS1において、現在のクランク角が記憶されている場合、ECU6は、現在のクランク角が角度A30(図4)付近にあるか否かを判定する(ステップS5)。例えば、現在のクランク角と角度A30との差が予め定められた許容範囲内である場合には、現在のクランク角が角度A30付近にあると判定される。一方、現在のクランク角と角度A30との差が許容範囲外である場合には、現在のクランク角が角度A30付近にないと判定される。
現在のクランク角が角度A30付近にない場合、ECU6は、クランク軸13が正方向に回転するように始動兼発電機14を制御する(ステップS6)。この場合、ピストン11が圧縮上死点(図3および図4の角度A2)を超えないように、電流センサ44(図2)からの検出信号に基づいて、始動兼発電機14のトルクが調整される。
次に、ECU6は、吸気圧力センサ42およびクランク角センサ43の検出結果に基づいて、現在のクランク角が角度A30に達したか否かを判定する(ステップS7)。現在のクランク角が角度A30に達していない場合、ECU6は、クランク軸13の正方向の回転が継続されるように始動兼発電機14を制御する。現在のクランク角が角度A30に達した場合、ECU6は、クランク軸13の回転が停止されるように始動兼発電機14を制御する(ステップS4)。これにより、クランク角が図4の角度A30に調整される。
ステップS6,S7の処理では、上記のステップS2,S3の処理に比べて、クランク角の調整が精度良く行われるとともに、始動兼発電機14による消費電力が抑制される。
クランク軸13が正回転されることによってクランク角が角度A30付近に調整された後、図6のステップS11の処理が行われる。また、ステップS5において、現在のクランク角が角度A30付近にある場合、そのまま図6のステップS11の処理が行される。
図6に示すように、ECU6は、予め定められたエンジン10の始動条件が成立したか否かを判定する(ステップS11)。エンジン10の始動条件は、例えば、スタータスイッチ41(図2)がオンされること、またはアイドルストップ解除条件が満たされることである。エンジン10の始動条件として、図示しないブレーキスイッチがオフされる、図示しないアクセルグリップが操作される、または図示しないバッテリの電圧が低下する等の他の条件が設定されてもよい。
エンジン10の始動条件が成立した場合、ECU6は、エンジン始動処理のタイムアウト設定を行う(ステップS12)。具体的には、その時点から経過時間が計測される。経過時間が予め定められた終了時間に達すると、エンジン始動処理が強制的に終了される(後述のステップS28)。
次に、ECU6は、クランク軸13が逆方向に回転されるように始動兼発電機14を制御する(ステップS13)。次に、ECU6は、吸気圧力センサ42(図2)およびクランク角センサ43(図2)からの検出信号に基づいて、現在のクランク角が図4の角度A23に達したか否かを判定する(ステップS14)。現在のクランク角が角度A23に達するまで、ECU6は、ステップS9の処理を繰り返す。現在のクランク角が角度A23に達すると、ECU6は、吸気通路22(図2)への燃料の噴射が開始されるように、インジェクタ19を制御する(ステップS15)。この場合、クランク角が角度A23に達したときにクランク角センサ43からECU6にパルス信号が与えられ、そのパルス信号に応答して燃料が噴射されるようにECU6がインジェクタ19を制御してもよい。
次に、ECU6は、ステップS10で燃料の噴射が開始されてから予め定められた噴射時間が経過したか否かを判定する(ステップS16)。予め定められた噴射時間が経過するまで、ECU6は、燃料の噴射が継続されるようにインジェクタ19を制御する。予め定められた噴射時間が経過すると、ECU6は、燃料の噴射が停止されるように、インジェクタ19を制御する(ステップS17)。
次に、図7に示すように、ECU6は、電流センサ44からの検出信号に基づいて、モータ電流が予め定められたしきい値に達したか否かを判定する(ステップS21)。この場合、クランク角が図4の角度A2に近づくほど、モータ電流が大きくなる。本例では、クランク角が図4の角度A31に達したときに、モータ電流がしきい値に達する。
始動兼発電機14に流れる電流が予め定められたしきい値に達した場合、ECU6は、クランク軸13の逆方向の回転が停止されるように始動兼発電機14を制御し(ステップS22)、点火プラグ18への通電を開始する(ステップS23)。次に、ECU6は、ステップS15で通電が開始されてから予め定められた通電時間が経過したか否かを判定する(ステップS24)。予め定められた通電時間が経過するまで、ECU6は、点火プラグ18への通電を継続する。予め定められた通電時間が経過すると、ECU6は、点火プラグ18への通電を停止する(ステップS25)。これにより、燃焼室31a内の混合気に点火される。また、ECU6は、クランク軸13が正方向に回転するように、始動兼発電機14を制御する(ステップS26)。これにより、ECU6は、エンジン始動処理を終了する。その後、ECU6は、図3の通常運転の動作に対応する制御動作を行う。なお、始動兼発電機14によるクランク軸13の駆動は、例えばステップS26の処理から一定時間が経過した後に停止される。
ステップS21において、モータ電流がしきい値に達していない場合、ECU6は、図6のステップS12のタイムアウト設定から予め定められた終了時間が経過したか否かを判定する(ステップS27)。エンジンユニットEUの異常により、始動兼発電機14に流れる電流がしきい値に達することなく、タイムアウト設定から予め定められた終了時間が経過することがある。エンジンユニットEUの異常としては、始動兼発電機14の動作不良またはバルブ駆動部17の動作不良等がある。終了時間が経過していない場合、ECU6は、ステップS21の処理に戻る。終了時間が経過すると、ECU6は、クランク軸13の逆方向の回転が停止されるように始動兼発電機14を制御するとともに(ステップS28)、エンジンユニットEUに異常が生じたことを運転者に警告する(ステップS29)。具体的には、例えば図示しない警告ランプが点灯される。これにより、ECU6は、エンジン始動処理を終了する。
(4−2)第2の例
図8は、エンジン始動処理の第2の例のフローチャートである。ECU6は、図7のステップS21〜S29の処理の代わりに、図8のステップS31〜S41の処理を行ってもよい。
図8は、エンジン始動処理の第2の例のフローチャートである。ECU6は、図7のステップS21〜S29の処理の代わりに、図8のステップS31〜S41の処理を行ってもよい。
図8の例では、ECU6は、クランク角センサ43(図2)からの検出信号に基づいて、図6のステップS8でクランク軸13の逆回転が開始された後、クランク軸13が予め定められた逆回転角度回転したか否かを判定する(ステップS31)。逆回転角度は、図4の角度A30から角度A31までの角度に相当する。例えば、クランク軸13の逆回転が開始された後、クランク角センサ43から検出信号として逆回転角度に対応する規定数のパルスが与えられると、ECU6は、クランク軸13が逆回転角度回転したと判定する。
クランク軸13が逆回転角度回転した場合、ECU6は、クランク軸13の逆方向の回転が停止されるように始動兼発電機14を制御し(ステップS32)、点火プラグ18への通電を開始する(ステップS33)。
次に、ECU6は、ステップS33で通電が開始された後、クランク軸13が予め定められた通電角度回転したか否かを判定する(ステップS34)。通電角度は、図7のステップS16の通電時間においてクランク軸13が回転する角度に相当する。例えば、通電が開始された後、クランク角センサ43から検出信号として通電角度に対応する規定数のパルスが与えられると、ECU6は、クランク軸13が通電角度回転したと判定する。
クランク軸13が通電角度回転した場合、ECU6は、点火プラグ18への通電を停止するとともに(ステップS35)、クランク軸13が正方向に回転するように始動兼発電機14を制御し(ステップS36)、エンジン始動処理を終了する。
一方、ステップS31において、クランク軸13が逆回転角度回転していない場合、ECU6は、ステップS7のタイムアウト設定から予め定められた第1の終了時間が経過したか否かを判定する(ステップS37)。第1の終了時間が経過していない場合、ECU6は、ステップS31の処理に戻る。第1の終了時間が経過すると、ECU6は、クランク軸13の逆方向の回転が停止されるように始動兼発電機14を制御するとともに(ステップS38)、エンジンユニットEUに異常が生じたことを運転者に警告し(ステップS41)、エンジン始動処理を終了する。
また、ステップS34において、クランク軸13が通電角度回転していない場合、ECU6は、ステップS7のタイムアウト設定から予め定められた第2の終了時間が経過したか否かを判定する(ステップS39)。第2の終了時間は、上記の第1の終了時間よりも長く設定される。第2の終了時間が経過していない場合、ECU6は、ステップS34の処理に戻る。第2の終了時間が経過すると、ECU6は、点火プラグ18への通電を停止するとともに(ステップS40)、エンジンユニットEUに異常が生じたことを運転者に警告し(ステップS41)、エンジン始動処理を終了する。
このように、第2の例では、クランク角センサ43からの検出信号に基づいて、クランク軸13の逆回転が停止される(ステップS31,S32)。また、クランク角センサ43からの検出信号に基づいて、点火プラグ18への通電が停止される(ステップS34,S35)。これにより、適切なタイミングでクランク軸13の逆回転および点火プラグ18への通電を停止することができる。
また、ステップS33で点火プラグ18への通電が開始された後、ステップS39で第2の終了時間が経過した場合、ステップS40で点火プラグ18への通電が停止される。これにより、点火プラグ18への通電が長時間にわたって継続されることが防止される。
(5)バルブ駆動部
(5−1)構成
バルブ駆動部17の具体例について説明する。図9は、バルブ駆動部17の具体例について説明するための模式的側面図である。図9のバルブ駆動部17はカムシャフトであり、後述の吸気ロッカーアーム510(図10)および排気ロッカーアーム520(図10)を介して図2の吸気バルブ15および排気バルブ16を駆動する。バルブ駆動部17はシリンダヘッド32内に回転可能に設けられる。バルブ駆動部17はスプロケット17aを有し、クランク軸13はスプロケット13aを有する。スプロケット13aおよびスプロケット17aに無端のチェーン25が取り付けられる。これにより、クランク軸13の回転がチェーン25を介してバルブ駆動部17に伝達される。バルブ駆動部17の回転速度はクランク軸13の回転速度の半分である。
(5−1)構成
バルブ駆動部17の具体例について説明する。図9は、バルブ駆動部17の具体例について説明するための模式的側面図である。図9のバルブ駆動部17はカムシャフトであり、後述の吸気ロッカーアーム510(図10)および排気ロッカーアーム520(図10)を介して図2の吸気バルブ15および排気バルブ16を駆動する。バルブ駆動部17はシリンダヘッド32内に回転可能に設けられる。バルブ駆動部17はスプロケット17aを有し、クランク軸13はスプロケット13aを有する。スプロケット13aおよびスプロケット17aに無端のチェーン25が取り付けられる。これにより、クランク軸13の回転がチェーン25を介してバルブ駆動部17に伝達される。バルブ駆動部17の回転速度はクランク軸13の回転速度の半分である。
(5−2)バルブの駆動
図10は、バルブ駆動部17およびその周辺部分の断面図である。図10においては、図9の矢印Gの方向から見たバルブ駆動部17が示される。図10に示すように、シリンダヘッド32内には、吸気ロッカーアーム510および排気ロッカーアーム520が設けられる。吸気ロッカーアーム510はシャフト511を中心として揺動可能に設けられる。吸気ロッカーアーム510の一端部にローラ512が設けられ、他端部にアジャスタ513が設けられる。ローラ512は、バルブ駆動部17のメイン吸気カム240またはサブ吸気カム245に当接する。メイン吸気カム240またはサブ吸気カム245の詳細については後述する。アジャスタ513は、吸気バルブ15の上端部に当接する。吸気バルブ15は、バルブスプリング15aにより吸気口21を閉じる方向に付勢される。この場合、吸気バルブ15から吸気ロッカーアーム510にアジャスタ513を押し上げる方向に力が加わる。それにより、吸気ロッカーアーム510のローラ512がメイン吸気カム240またはサブ吸気カム245に押し当てられる。
図10は、バルブ駆動部17およびその周辺部分の断面図である。図10においては、図9の矢印Gの方向から見たバルブ駆動部17が示される。図10に示すように、シリンダヘッド32内には、吸気ロッカーアーム510および排気ロッカーアーム520が設けられる。吸気ロッカーアーム510はシャフト511を中心として揺動可能に設けられる。吸気ロッカーアーム510の一端部にローラ512が設けられ、他端部にアジャスタ513が設けられる。ローラ512は、バルブ駆動部17のメイン吸気カム240またはサブ吸気カム245に当接する。メイン吸気カム240またはサブ吸気カム245の詳細については後述する。アジャスタ513は、吸気バルブ15の上端部に当接する。吸気バルブ15は、バルブスプリング15aにより吸気口21を閉じる方向に付勢される。この場合、吸気バルブ15から吸気ロッカーアーム510にアジャスタ513を押し上げる方向に力が加わる。それにより、吸気ロッカーアーム510のローラ512がメイン吸気カム240またはサブ吸気カム245に押し当てられる。
排気ロッカーアーム520はシャフト521を中心として揺動可能に設けられる。排気ロッカーアーム520の一端部にローラ522が設けられ、他端部にアジャスタ523が設けられる。ローラ522は、バルブ駆動部17の排気カム230に当接する。排気カム230の詳細については後述する。アジャスタ523は、排気バルブ16の上端部に当接する。排気バルブ16は、バルブスプリング16aにより排気口23を閉じる方向に付勢される。それにより、排気バルブ16から排気ロッカーアーム520にアジャスタ523を押し上げる方向に力が加わり、排気ロッカーアーム520のローラ522が排気カム230に押し当てられる。
クランク軸13(図9)の正回転時には、バルブ駆動部17が第1の方向Q1に回転し、クランク軸13の逆回転時には、バルブ駆動部17が第2の方向Q2に回転する。バルブ駆動部17が回転することにより、メイン吸気カム240およびサブ吸気カム245が吸気ロッカーアーム510を揺動させ、排気カム230が排気ロッカーアーム520を揺動させる。それにより、吸気バルブ15が吸気口21を開閉するとともに、排気バルブ16が排気口23を開閉する。
図11は、バルブ駆動部17の外観斜視図であり、図12は、バルブ駆動部17の断面図である。図13および図14は、互いに異なる方向から見たバルブ駆動部17の部分分解斜視図である。図11および図12に示すように、バルブ駆動部17は、スプロケット17a、軸部材210、ばね固定部材220、排気カム230、サブ吸気カム245、ばね固定部材250および切替機構300を含む。
図13および図14に示すように、軸部材210は略円筒形状を有し、軸心に沿った貫通孔210aを有する。以下の説明において、軸方向とは、軸部材210の軸心に平行な方向を意味し、周方向とは、軸部材210の軸心を中心とする周方向を意味する。軸部材210には、メイン吸気カム240が一体的に設けられる。メイン吸気カム240の一方側における軸部材210の部分に、排気カム230およびばね固定部材220が取り付けられる。また、メイン吸気カム240の他方側における軸部材210の部分に、サブ吸気カム245およびばね固定部材250が取り付けられる。
図13に示すように、メイン吸気カム240の一方側における軸部材210の部分には、フランジ部211、カム取付部212および軸受部213が設けられる。カム取付部212の外径はフランジ部211の外径より小さく、軸受部213の外径はカム取付部212の外径より小さい。カム取付部212には、貫通孔210bが形成される。後述のように、貫通孔210aおよび貫通孔210bは互いに連通する。
排気カム230は略環形状を有する。排気カム230の内径は、軸部材210のカム取付部212の外径と略等しい。排気カム230は、フランジ部211に当接するように軸部材210のカム取付部212上に位置決めされる。後述のように、排気カム230は、軸部材210に対して一定の角度範囲内で周方向に回転可能に設けられる。
ばね固定部材220は略円筒形状を有する。ばね固定部材220の内径は、軸部材210の軸受部213の外径と略等しい。ばね固定部材220は、カム取付部212の側面に当接するように軸部材210の軸受部213上に位置決めされる。ばね固定部材220は、軸部材210に対して周方向に回転しないように設けられる。
ばね固定部材220の端部にフランジ部221が設けられる。フランジ部221を除くばね固定部材220の外周面上に、ねじりコイルばね225が配置される。図12に示すように、ねじりコイルばね225の一端部はばね固定部材220のフランジ部221に固定され、他端部は排気カム230の側面に固定される。排気カム230は、ねじりコイルばね225により軸部材210に対して第2の方向Q2(図10)に付勢される。
図14に示すように、メイン吸気カム240の他方側における軸部材210の部分には、カム取付部214、ばね取付部215および軸受部216が設けられる。ばね取付部215の外径はカム取付部214の外径より小さく、軸受部216の外径はばね取付部215の外径より小さい。
サブ吸気カム245は略環形状を有する。サブ吸気カム245の内径は、軸部材210のカム取付部214の外径と略等しい。サブ吸気カム245は、メイン吸気カム240に当接するように軸部材210のカム取付部214上に位置決めされる。サブ吸気カム245には、周方向に沿った長尺状の開口246が形成される。また、メイン吸気カム240には、他方側に突出するように嵌合ピン241(図12)が固定される。嵌合ピン241の先端部は、サブ吸気カム245の開口246に嵌合される。サブ吸気カム245の詳細については後述する。
ばね固定部材250は略環形状を有する。ばね固定部材250の内径は、軸部材210のばね取付部215の外径と略等しい。ばね固定部材250は、カム取付部214の側面に当接するようにばね取付部215上に位置決めされる。ばね固定部材250は、軸部材210に対して周方向に回転しないように設けられる。
ばね固定部材250の端部に突起部251が設けられる。ばね固定部材250の外周面上に、ねじりコイルばね255が配置される。図12に示すように、ねじりコイルばね255の一端部はばね固定部材250の突起部251に固定され、他端部はサブ吸気カム245の側面に固定される。サブ吸気カム245は、ねじりコイルばね255により軸部材210に対して第1の方向Q1(図10)に付勢される。
図12に示すように、軸部材210の軸受部213の一端部にスプロケット17aが軸方向に垂直に配置される。スプロケット17aの中心部には開口17bが形成される。また、貫通孔210aの一端部の内周面にねじ山が形成される。スプロケット17aの開口17bを通してボルト260が貫通孔210aにねじ込まれる。これにより、スプロケット17aが軸部材210に固定される。
図10のシリンダヘッド32内において、軸部材210の軸受部213の外周面に当接するように軸受B1が設けられ、軸受部216の外周面に当接するように軸受B2が設けられる。軸受B1,B2により軸部材210が周方向に回転可能に保持される。
図15は、切替機構300の外観斜視図であり、図16は、切替機構300の断面図である。図15および図16に示すように、切替機構300は、ばね係止部材310、ばね315、移動部材320、嵌合部材330、ばね335、押圧機構340および摺動機構350を含む。
図16に示すように、ばね係止部材310は、軸部材210の貫通孔210a内において図12のボルト260の先端部に対向するように配置される。ばね係止部材310にばね315の一端部が係止される。
ばね係止部材310に隣り合うように、移動部材320が軸部材210の貫通孔210a内に軸方向に移動可能に配置される。移動部材320は、移動制止部321、ばね係止部322、第1の当接部323、テーパ部324、第2の当接部325および被押圧部326を有する。移動制止部321は、ばね係止部322から軸方向に突出するように設けられる。ばね係止部322の外径は、移動制止部321の外径より大きく、貫通孔210aの内径と略等しい。移動制止部321の外周面を取り囲むようにばね315が配置され、ばね315の他端部がばね係止部322に係止される。
第1および第2の当接部323,325の間にテーパ部324が設けられる。第2の当接部325の外径は第1の当接部323の外径より大きい。テーパ部324は、第1の当接部323から第2の当接部325に向かって外径が漸次大きくなるように形成される。これにより、第1の当接部323の外周面と第2の当接部325の外周面とがテーパ部324の外周面を介してつながる。被押圧部326は、移動部材320の他端部に設けられる。
軸部材210には、貫通孔210aと垂直に交差するように、貫通孔210bが形成される。貫通孔210bは、カム取付部212の外周面上で開口する。貫通孔210b内に、嵌合部材330が配置される。嵌合部材330は、当接部331および嵌合部332からなる。当接部331の外径は嵌合部332の外径より大きい。当接部331は、凸状に湾曲する当接面を有する。当接部331の当接面は、軸方向における移動部材320の位置に応じて、移動部材320の第1の当接部323、テーパ部324または第2の当接部325に当接する。嵌合部332の外周面を取り囲むようにばね335が配置される。ばね335の一端部は、当接部331に係止され、他端部は、貫通孔210bの端部に形成された段差部に係止される。当接部331が第1の当接部323に当接する状態では、嵌合部材330の嵌合部332が軸部材210の貫通孔210b内に収納される。一方、当接部331が第2の当接部325に当接する状態では、嵌合部材330の嵌合部332が軸部材210のカム取付部212の外周面上に突出する。
図17は、押圧機構340の分解斜視図である。図17に示すように、押圧機構340は、カバー部材410、回転部材420、環状部材430、球状部材431a,431b、保持部材440および棒状部材450を含む。カバー部材410は略円筒形状を有する。図16に示すように、カバー部材410の内径は、一端部から他端部に向かって段階的に小さくなるように設定される。これにより、カバー部材410の内部に、段差部411,412が形成される。
図17に示すように、回転部材420は略円柱形状を有し、球受け部421、フランジ部422および摺動部423を有する。球受け部421の外周面に、螺旋状に延びる一対の溝424a,424bが回転部材420の軸心に関して対称に設けられる。保持部材440は略円筒形状を有し、球保持部441および棒保持部442を有する。球保持部441の外径および内径は棒保持部442の外径および内径よりもそれぞれ大きい。
図16に示すように、保持部材440の棒保持部442に棒状部材450が挿入される。棒保持部442は、軸部材210の貫通孔210aに挿入される。棒状部材450は、棒保持部442により軸部材210の軸方向に延びるように保持される。貫通孔210a内において棒状部材450の一端部は移動部材320の被押圧部326に当接する。保持部材440の球保持部441の内周面には、一対の凹部441a,441bが形成される。凹部441a,441bに、球状部材431a,431bがそれぞれ嵌合される。また、球保持部441の一端部と当接するように環状部材430が配置される。球保持部441の凹部441a,441bおよび環状部材430により球保持部441に対する球状部材431a,431bの軸方向および周方向の移動が阻止される。保持部材440の球保持部441内に回転部材420の球受け部421の一端部が挿入され、球状部材431a,431bが溝424a,424bにそれぞれ嵌合される。棒状部材450の他端部は回転部材420の球受け部421の端面に当接する。
保持部材440の球保持部441の外周面および回転部材420の球受け部421の外周面を覆うように、カバー部材410が保持部材440および回転部材420に取り付けられる。カバー部材410の一端部の内径は、保持部材440の球保持部441および環状部材430の外径と略等しく、カバー部材410の他端部の内径は、回転部材420の摺動部423の外径と略等しい。カバー部材410の中間部の内径は、回転部材420のフランジ部422の外径と略等しい。
カバー部材410内において、環状部材430がカバー部材410の段差部411に当接する。また、図16の状態では、回転部材420のフランジ部422が段差部412に当接する。回転部材420の摺動部423は、カバー部材410の他端部から軸方向に突出する。
押圧機構340は、回転部材420を除いて軸部材210と一体的に回転する。回転部材420は、軸部材210に対して周方向に一定角度回転可能に設けられる。
摺動機構350は、固定部材351および摺動部材352を含む。固定部材351は略円筒形状を有し、回転部材420の摺動部423の外周面を取り囲むように、図10のシリンダヘッド32に固定される。摺動部材352は円環形状を有し、固定部材351の内周面に取り付けられる。摺動部材352は弾性を有し、回転部材420の摺動部423の外周面に当接する。
上記のように、回転部材420の外周面に形成された螺旋状の溝424a,424bには、球状部材431a,431bが嵌合されている。そのため、回転部材420が軸部材210に対して回転することにより、回転部材420が軸部材210に対して軸方向に移動する。本実施の形態では、回転部材420が軸部材210に対して第1の方向Q1に回転することにより、回転部材420が軸部材210から遠ざかる方向に移動する。一方、回転部材420が軸部材210に対して第2の方向Q2に回転することにより、回転部材420が軸部材210に近づく方向に移動する。
クランク軸13の正回転時には、嵌合部材330の嵌合部332が軸部材210のカム取付部212の外周面上に突出する状態(以下、回転阻止状態)に維持される。一方、クランク軸13の逆回転時には、嵌合部材330の嵌合部332が軸部材210の貫通孔210b内に収納される状態(以下、回転可能状態と呼ぶ)に維持される。回転阻止状態と回転可能状態との切り替わりについては後述する。
(5−3)メイン吸気カムおよびサブ吸気カム
図18は、メイン吸気カム240およびサブ吸気カム245について説明するための図である。図18(a)および図18(b)に示すように、メイン吸気カム240に取り付けられた嵌合ピン241が、サブ吸気カム245の開口246に嵌合される。メイン吸気カム240は軸部材210と一体的に設けられ、サブ吸気カム245は軸部材210に対して周方向に回転可能である。サブ吸気カム245が軸部材210に対して回転することにより、開口246内で嵌合ピン241が周方向に移動する。軸部材210に対するサブ吸気カム245の回転可能な角度範囲は、開口246の長さに依存する。
図18は、メイン吸気カム240およびサブ吸気カム245について説明するための図である。図18(a)および図18(b)に示すように、メイン吸気カム240に取り付けられた嵌合ピン241が、サブ吸気カム245の開口246に嵌合される。メイン吸気カム240は軸部材210と一体的に設けられ、サブ吸気カム245は軸部材210に対して周方向に回転可能である。サブ吸気カム245が軸部材210に対して回転することにより、開口246内で嵌合ピン241が周方向に移動する。軸部材210に対するサブ吸気カム245の回転可能な角度範囲は、開口246の長さに依存する。
図18(a)に示すように、嵌合ピン241がサブ吸気カム245の開口246の一端部CAに当接することにより、吸気カム245の第1の方向Q1の回転が制止される。この状態では、サブ吸気カム245のカムノーズ245Tがメイン吸気カム240のカムノーズ240Tに重ならない。図18(a)のサブ吸気カム245の位置が第1の位置の例である。
一方、図18(b)に示すように、嵌合ピン241がサブ吸気カム245の開口246の他端部CBに当接することにより、吸気カム245の第2の方向Q2への回転が制止される。この状態では、サブ吸気カム245のカムノーズ245Tの全体がメイン吸気カム240のカムノーズ240Tに重なる。図18(b)のサブ吸気カム245の位置が第2の位置の例である。
軸部材210の軸心からカムノーズ240Tの先端部までの長さは、軸部材210の軸心からカムノーズ245Tの先端部までの長さより大きい。ここで、カムノーズの先端部とは、軸部材210の軸心からの長さが最大となるカムノーズの外周面の部分をいう。また、以下の説明において、カムノーズの立ち上がり部とは、カムノーズと他の部分との境界部分であり、軸部材210の軸心からの長さが最小となるカムノーズの外周面の部分をいう。
上記のように、サブ吸気カム245は、図12のねじりコイルばね255により第1の方向Q1(図16)に付勢される。ねじりコイルばね255からサブ吸気カム245に加わる第1の方向Q1への付勢力は、バルブ駆動部17の回転時に図10の吸気ロッカーアーム510からサブ吸気カム245に反力として加わる第2の方向Q2への力よりも小さい。そのため、バルブ駆動部17の回転時に、吸気ロッカーアーム510からサブ吸気カム245に第2の方向Q2への力が加わると、サブ吸気カム245が軸部材210に対して回転可能な範囲内で第2の方向Q2に回転される。
図10の吸気ロッカーアーム510のローラ512に対するメイン吸気カム240およびサブ吸気カム245の作用について説明する。図19は、クランク軸13の正回転時におけるメイン吸気カム240およびサブ吸気カム245の作用について説明するための図であり、図20は、クランク軸13の逆回転時におけるメイン吸気カム240およびサブ吸気カム245の作用について説明するための図である。図21は、吸気バルブ15のリフト量を表す図である。
クランク軸13の正回転時には、軸部材210が第1の方向Q1に回転する。図19(a)に示すように、サブ吸気カム245のカムノーズ245Tおよびメイン吸気カム240のカムノーズ240Tがいずれもローラ512に当接していない状態では、ローラ512からサブ吸気カム245に第2の方向Q2への力が加わらない。この場合、ねじりコイルばね255(図12)の付勢力により、嵌合ピン241がサブ吸気カム245の開口246の一端部CAに当接する状態が維持される。また、図10の吸気バルブ15がリフトせず、吸気口21が閉じられた状態となる。以下、吸気バルブ15がリフトされない状態でのローラ512の位置を初期位置と呼ぶ。
図19(b)に示すように、サブ吸気カム245のカムノーズ245Tの立ち上がり部がローラ512に当接すると、ローラ512からサブ吸気カム245に第2の方向Q2への力が加わる。この場合、カムノーズ245Tの立ち上がり部がローラ512に当接する状態が維持されるようにサブ吸気カム245が軸部材210に対して第2の方向Q2に回転する。そのため、ローラ512はサブ吸気カム245によって駆動されず、初期位置に維持される。
続いて、図19(c)に示すように、メイン吸気カム240のカムノーズ240Tがローラ512に達すると、カムノーズ240Tがローラ512を押し上げる。これにより、図21(a)に示すように、角度A12から角度A13までの範囲で吸気バルブ15がリフトし、吸気口21が開かれる。
続いて、図19(d)に示すように、メイン吸気カム240のカムノーズ240Tの先端部がローラ512に近づくと、サブ吸気カム245のカムノーズ245Tがローラ512から離間する。この場合、ローラ512からサブ吸気カム245に第2の方向Q2への力が加わらなくなる。そのため、ねじりコイルばね255(図12)の付勢力により、サブ吸気カム245が軸部材210に対して第1の方向Q1に回転する。それにより、嵌合ピン241がサブ吸気カム245の開口246の一端部CAに当接する状態に戻る。その後、図19(a)〜図19(d)の動作が繰り返される。
このように、クランク軸13の正回転時には、サブ吸気カム245が吸気ロッカーアーム510を駆動することなく、メイン吸気カム240のみが吸気ロッカーアーム510を駆動する。したがって、図21(a)の角度A12から角度A13までの範囲でのみ、図10の吸気バルブ15がリフトされ、吸気口21が開かれる。
クランク軸13の逆回転時には、軸部材210が第2の方向Q2に回転する。図20(a)に示すように、ローラ512がサブ吸気カム245のカムノーズ245Tに当接していない状態では、図19(a)の状態と同様に、ローラ512からサブ吸気カム245に第2の方向Q2への力が加わらない。この場合、ねじりコイルばね255(図12)の付勢力により、嵌合ピン241がサブ吸気カム245の開口246の一端部CAに当接する状態が維持される。
図20(b)に示すように、メイン吸気カム240のカムノーズ240Tがローラ512に達すると、カムノーズ240Tがローラ512を押し上げる。これにより、図21(b)に示すように、角度A13から角度A12までの範囲で吸気バルブ15がリフトし、吸気口21が開かれる。
続いて、図20(c)に示すように、サブ吸気カム245のカムノーズ245Tがローラ512に達すると、ローラ512からサブ吸気カム245に第1の方向Q1への力が加わる。この場合、嵌合ピン241がサブ吸気カム245の開口246の一端部CAに当接する状態が維持され、カムノーズ245Tがローラ512を押し上げる。それにより、図21(b)に示すように、角度A21から角度A22までの範囲で吸気バルブ15がリフトし、吸気口21が開かれる。
続いて、図20(d)に示すように、ローラ512の当接位置がカムノーズ245Tの先端部を超えると、ローラ512からサブ吸気カム245に第2の方向Q2への力が加わる。これにより、サブ吸気カム245が軸部材210に対して第2の方向Q2に回転し、ローラ512が初期位置に戻る。この場合、図21(b)に示すように、角度A22において、吸気バルブ15のリフト量が急峻に減少する。
このように、クランク軸13の逆回転時には、メイン吸気カム240およびサブ吸気カム245がいずれも吸気ロッカーアーム510を駆動する。したがって、図21(b)の角度A13から角度A12までの範囲および角度A21から角度A22までの範囲で、図10の吸気バルブ15がリフトされ、吸気口21が開かれる。
これらにより、図3に示した通常運転時における吸気口21の開閉動作、および図4に示した始動時における吸気口21の開閉動作が実現される。
(5−4)排気カム
図22は、排気カム230について説明するための図である。図22(a)に示すように、軸部材210のカム取付部212には、外周面から軸方向に垂直な方向に突出するように、嵌合ピン217が固定される。排気カム230の内周面には、周方向に沿うように溝231が形成される。嵌合ピン217の先端部は、排気カム230の溝231内に配置される。
図22は、排気カム230について説明するための図である。図22(a)に示すように、軸部材210のカム取付部212には、外周面から軸方向に垂直な方向に突出するように、嵌合ピン217が固定される。排気カム230の内周面には、周方向に沿うように溝231が形成される。嵌合ピン217の先端部は、排気カム230の溝231内に配置される。
軸部材210に対して排気カム230が回転することにより、溝231内で嵌合ピン217が移動する。軸部材210に対する排気カム230の回転可能な角度範囲は、溝231の長さに依存する。
図22(a)に示すように、嵌合ピン217が排気カム230の溝231の一端部DAに当接することにより、軸部材210に対する排気カム230の第2の方向Q2の回転が制止される。また、図22(b)に示すように、嵌合ピン217が排気カム230の溝231の他端部DBに当接することにより、軸部材210に対する排気カム230の第1の方向Q1の回転が制止される。図22(a)の排気カム230の位置が第4の位置の例であり、図22(b)の排気カム230の位置が第3の位置の例である。
排気カム230の内周面には、凹部232が形成される。嵌合ピン217が排気カム230の溝231の一端部DAに当接する状態(図22(a)の状態)では、貫通孔210bの延長線上に凹部232が位置する。この状態で、嵌合部材330の嵌合部332が凹部232に嵌合されると、軸部材210に対する排気カム230の回転が阻止される。
後述のように、クランク軸13の正回転時には、切替機構300(図16)が回転阻止状態に維持される。この場合、嵌合ピン217が排気カム230の溝231の一端部DAに当接する状態で嵌合部材330の嵌合部332が凹部232に嵌合され、軸部材210に対する排気カム230の回転が阻止される。一方、クランク軸13の逆回転時には、切替機構300(図12)が回転可能状態に維持される。それにより、軸部材210に対して排気カム230が一定範囲内で回転可能となる。
上記のように、排気カム230は、図12のねじりコイルばね225により第2の方向Q2に付勢される。ねじりコイルばね225から排気カム230に加わる第2の方向Q2への付勢力は、バルブ駆動部17の回転時に図10の排気ロッカーアーム520から排気カム230に反力として加わる第1の方向Q1への力よりも小さい。そのため、バルブ駆動部17の回転時に、排気ロッカーアーム520から排気カム230に第1の方向Q1への力が加わると、排気カム230が軸部材210に対して回転可能な範囲内で第1の方向Q1に回転される。
図10の排気ロッカーアーム520のローラ522に対する排気カム230の作用について説明する。図23は、クランク軸13の正回転時における排気カム230の作用について説明するための図であり、図24は、クランク軸13の逆回転時における排気カム230の作用について説明するための図である。
クランク軸13の正回転時には、図23(a)〜(d)に示すように、嵌合ピン217が排気カム230の溝231の一端部DAに当接する状態で、排気カム230が軸部材210と一体的に第1の方向Q1に回転する。この場合、排気カム230のカムノーズ230Tがローラ522を押し上げる。これにより、図3の角度A15から角度A16までの範囲で図10の排気バルブ16がリフトし、排気口23が開かれる。
図24(a)には、クランク角が図4の角度A30であるときの排気カム230の状態が示され、図24(d)には、クランク角が図4の角度A31であるときの排気カム230の状態が示される。図24(b)および図24(c)には、図24(a)の状態と図24(d)の状態との間の排気カム230の状態が示される。上記のように、クランク軸13の逆回転は、図4の角度A30から角度A31までの範囲で行われる。
クランク軸13の逆回転時には、排気カム230が軸部材210に対して回転可能である。また、図12のねじりコイルばね225により排気カム230が第2の方向Q2に付勢される。クランク角が図4の角度A30にあるときには、図24(a)に示すように、排気カム230のカムノーズ230Tがローラ522に当接していない。そのため、ローラ522から排気カム230に第1の方向Q1への力が加わらず、ねじりコイルばね225の付勢力により嵌合ピン217が溝231の一端部DAに当接する状態が維持される。
続いて、図24(b)に示すように、排気カム230のカムノーズ230Tの立ち上がり部がローラ522に当接すると、ローラ522から排気カム230に第1の方向Q1への力が加わる。ローラ522からカムノーズ230Tに加わる第1の方向Q1への力は、ねじりコイルばね225から排気カム230に加わる第2の方向Q2への力よりも大きい。そのため、図24(c)に示すように、カムノーズ230Tがローラ522を押し上げることなく、カムノーズ230Tの立ち上がり部がローラ522に当接する状態が維持されつつ軸部材210のみが第2の方向Q2に回転する。
その後、軸部材210の第2の方向Q2への回転が継続されると、嵌合ピン217が溝231の他端部DBに当接し、排気カム230が軸部材210と一体的に回転する。その場合、ローラ522がカムノーズ230Tにより押し上げられる。しかしながら、本実施の形態では、クランク角が図4の角度A31に達しても、図24(d)に示すように、嵌合ピン217が溝231の他端部DBに当接しない。したがって、クランク軸13の逆回転時には、排気ロッカーアーム520が駆動されず、排気口23が開かれない。
図25は、クランク軸13の回転方向が逆方向から正方向に切り替わった直後の排気カム230の動作を示す図である。クランク軸13の回転方向が逆方向から正方向に切り替わった直後には、図25(a)に示すように、カムノーズ230Tの立ち上がり部がローラ522に当接し、嵌合ピン217が溝231の一端部DAと他端部DBとの間にある。この場合、図12のねじりコイルばね225の付勢力によりカムノーズ230Tの立ち上がり部がローラ522に当接する状態が維持されつつ軸部材210のみが第1の方向Q1に回転する。
その後、図25(b)に示すように、嵌合ピン217が溝231の一端部DAに当接すると、切替機構300が回転阻止状態に切り替わり、軸部材210に対する排気カム231の回転が阻止される。その後、図23に示したように、排気カム230が軸部材210と一体的に回転し、排気ロッカーアーム520を駆動する。
このように、図22に示される排気カム230の構成によれば、クランク軸13の正回転時にのみ角度A15から角度A16までの範囲で排気口23が開かれ、クランク軸13の逆回転時には排気口23が開かれない。この場合、角度A21から角度A22までの範囲において混合気の吸気動作を効率良く行うことができる。
(5−5)切替機構
図26は、切替機構300の動作について説明するための図である。図26(a)には、回転可能状態の切替機構300が示され、図26(b)には、回転阻止状態の切替機構300が示される。図26において、軸方向における一方の向きを第3の方向Q3とし、他方の向きを第4の方向Q4とする。第3の方向Q3は、移動部材320がばね係止部材310に近づく方向であり、第4の方向Q4は、移動部材320がばね係止部材310から遠ざかる方向である。
図26は、切替機構300の動作について説明するための図である。図26(a)には、回転可能状態の切替機構300が示され、図26(b)には、回転阻止状態の切替機構300が示される。図26において、軸方向における一方の向きを第3の方向Q3とし、他方の向きを第4の方向Q4とする。第3の方向Q3は、移動部材320がばね係止部材310に近づく方向であり、第4の方向Q4は、移動部材320がばね係止部材310から遠ざかる方向である。
図26(a)に示すように、回転可能状態では、回転部材420のフランジ部422がカバー部材410の段差部412に当接し、棒状部材450が保持部材440内に収納される。この場合、移動部材320の被押圧部326が保持部材440の一端部に当接し、移動部材320の第1の当接部323が軸部材210の貫通孔210bの延長線上に位置する。それにより、嵌合部材330の当接部331が移動部材320の第1の当接部323に当接し、嵌合部332が貫通孔210b内に収納される。図26(a)の嵌合部材330の位置が回転可能位置の例である。
図26(b)に示すように、回転阻止状態では、回転部材420のフランジ部422が環状部材30に当接し、棒状部材450が保持部材440の一端部から第3の方向Q3に突出する。この場合、移動部材320の第2の当接部325が軸部材210の貫通孔210bの延長線上に位置する。それにより、嵌合部材330の当接部331が移動部材320の第2の当接部325に当接し、嵌合部材330の嵌合部332が軸部材210のカム取付部212の外周面から突出する。そのため、嵌合部材330の嵌合部332が排気カム230(図22)の凹部232に嵌合される。図26(b)の嵌合部材330の位置が回転制止位置の例である。
エンジン10の始動前には、切替機構300が図26(b)の回転阻止状態にある。エンジン10の始動時に、クランク軸13が逆方向に回転され、軸部材210が第2の方向Q2に回転される。摺動機構350を除く切替機構300の各部は、軸部材210とともに第2の方向Q2に回転する。この場合、摺動機構350の摺動部材352から回転部材420の摺動部423に第1の方向Q1への摩擦力が働く。そのため、回転部材420が軸部材210に対して第1の方向Q1に回転するとともに、軸方向に沿って第4の方向Q4に移動する。回転部材420の第1の方向Q1への回転および第4の方向Q4への移動は、回転部材420のフランジ部422がカバー部材410の段差部412に当接することにより制止される。
回転部材420が第4の方向Q4へ移動すると、ばね315の付勢力により移動部材320および棒状部材450が第4の方向Q4に移動する。それにより、棒状部材450が保持部材440内に収納されるとともに、移動部材320の被押圧部326が保持部材440の一端部に当接する。また、ばね335の付勢力により、嵌合部材330の当接部331が移動部材320の第1の当接部323に当接する。それにより、嵌合部材330の嵌合部332が軸部材210の貫通孔210b内に収納される。このようにして、切替機構300が図26(b)の回転阻止状態から図26(a)の回転可能状態に切り替わる。
その後、クランク軸13の回転方向が逆方向から正方向に切り替わり、軸部材210が第1の方向にQ1に回転される。しかしながら、図25(a)に示したように、クランク軸13の回転方向が逆方向から正方向に切り替わった直後には、嵌合ピン217が排気カム230の溝231の一端部DAに当接しておらず、軸部材210の貫通孔210bの延長線上に排気カム230の凹部232が位置しない。したがって、嵌合部材330の嵌合部332は、軸部材210の貫通孔210b内に収納された状態に維持される。
図25(b)に示したように、嵌合ピン217が排気カム230の溝231の一端部DAに当接すると、切替機構300が図26(a)の回転可能状態から図26(b)の回転阻止状態に切り替わる。具体的には、軸部材210が第1の方向にQ1に回転することにより、摺動機構350の摺動部材352から回転部材420の摺動部423に第2の方向Q2への摩擦力が働く。そのため、回転部材420が軸部材210に対して第2の方向Q2に回転するとともに、軸方向に沿って第3の方向Q3に移動する。回転部材420の第2の方向Q2への回転および第3の方向Q3への移動は、回転部材420のフランジ部422が環状部材430に当接することにより制止される。
回転部材420が第3の方向Q3へ移動することにより、棒状部材450の一端部が保持部材440から第3の方向Q3に突出する。それにより、移動部材320が第3の方向Q3に移動し、移動部材320の移動制止部321がばね係止部材310に当接する。また、移動部材320のテーパ部324により嵌合部材330の当接部331が軸部材210の軸心から遠ざかる方向に押圧される。それにより、ばね335の付勢力に抗して嵌合部材330が軸部材210の軸心から遠ざかる方向に移動し、嵌合部材330の嵌合部332が貫通孔210bの外側に突出する。それにより、嵌合部材330の嵌合部332が排気カム230(図22)の凹部232に嵌合される。このようにして、切替機構300が図26(a)の回転可能状態から図26(b)の回転阻止状態に切り替わる。
(5−6)切替機構の他の例
図27は、切替機構300の他の例について説明するための図である。図27の切替機構300について、図26の例と異なる点を説明する。図27の切替機構300においては、移動部材320の第1の当接部323の外径が第2の当接部325の外径より大きい。テーパ部324は、第1の当接部323から第2の当接部325に向かって外径が漸次小さくなるように形成される。これにより、第1の当接部323の外周面と第2の当接部325の外周面とがテーパ部324の外周面を介してつながる。
図27は、切替機構300の他の例について説明するための図である。図27の切替機構300について、図26の例と異なる点を説明する。図27の切替機構300においては、移動部材320の第1の当接部323の外径が第2の当接部325の外径より大きい。テーパ部324は、第1の当接部323から第2の当接部325に向かって外径が漸次小さくなるように形成される。これにより、第1の当接部323の外周面と第2の当接部325の外周面とがテーパ部324の外周面を介してつながる。
図27(a)に示すように、嵌合部材330の当接部331が移動部材320の第1の当接部323に当接する状態では、嵌合部材330の嵌合部332が軸部材210のカム取付部212の外周面から突出する。それにより、切替機構300が回転阻止状態になる。一方、図27(b)に示すように、嵌合部材330の当接部331が移動部材320の第2の当接部325に当接する状態では、嵌合部材330の嵌合部332が軸部材210の貫通孔210b内に収納される。それにより、切替機構300が回転可能状態になる。
回転部材420の球受け部421の外周面には、図26の溝424a,424bの代わりに螺旋状の溝424c,424dが形成される。回転部材420の軸心に関して、溝424cの螺旋の方向は、溝424aの螺旋の方向と反対であり、溝424dの螺旋の方向は、溝424bの螺旋の方向と反対である。溝424cに球状部材431aが嵌合され、溝424dに球状部材431bが嵌合される。
この場合、回転部材420が軸部材210に対して第1の方向Q1に回転することにより、回転部材420が第3の方向Q3に移動する。一方、回転部材420が軸部材210に対して第2の方向Q2に回転することにより、回転部材420が第4の方向Q4に移動する。
エンジン10の始動前には、切替機構300が図27(a)の回転阻止状態にある。エンジン10の始動時に、クランク軸13が逆方向に回転され、軸部材210が第2の方向Q2に回転される。それにより、摺動機構350の摺動部材352から回転部材420の摺動部423に第1の方向Q1への摩擦力が働く。したがって、回転部材420が軸部材210に対して第1の方向Q1に回転するとともに、軸方向に沿って第3の方向Q3に移動する。
回転部材420が第3の方向Q3へ移動することにより、棒状部材450の一端部が保持部材440から第3の方向Q3に突出する。それにより、移動部材320が第3の方向Q3に移動し、移動部材320の移動制止部321がばね係止部材310に当接する。また、ばね335の付勢力により、嵌合部材330の当接部331が移動部材320の第2の当接部325に当接する。それにより、嵌合部材330が軸部材210の貫通孔210b内に収納される。このようにして、切替機構300が図27(a)の回転阻止状態から図27(b)の回転可能状態に切り替わる。
その後、クランク軸13の回転方向が逆方向から正方向に切り替わると、軸部材210が第1の方向Q1に回転される。それにより、摺動機構350の摺動部材352から回転部材420の摺動部423に第2の方向Q2への摩擦力が働く。図25(b)に示したように、嵌合ピン217が溝231の一端部に当接すると、回転部材420が軸部材210に対して第2の方向Q2に回転するとともに、軸方向に沿って第4の方向Q4に移動する。
回転部材420が第4の方向Q4へ移動すると、ばね315の付勢力により移動部材320および棒状部材450が第4の方向Q4に移動する。それにより、棒状部材450が保持部材440内に収納されるとともに、移動部材320の被押圧部326が保持部材440の一端部に当接する。また、移動部材320のテーパ部324により嵌合部材330の当接部331が軸部材210の軸心から遠ざかる方向に押圧される。それにより、ばね335の付勢力に抗して嵌合部材330が軸部材210の軸心から遠ざかる方向に移動し、嵌合部材330の嵌合部332が貫通孔210bの外側に突出する。その結果、嵌合部材330の嵌合部332が排気カム230(図22)の凹部232に嵌合される。このようにして、切替機構300が図27(b)の回転可能状態から図27(a)の回転阻止状態に切り替わる。
(6)効果
本実施の形態に係るエンジンシステム200においては、エンジン10の停止後であって始動前に、クランク軸13が正回転されることによりクランク角が角度A30付近に調整され、エンジン10の始動時にクランク軸13が逆回転される。クランク軸13の逆回転時には、クランク角が角度A21から角度A22までの範囲にあるときに吸気口21が開かれ、燃焼室31aに混合気が導入される。この場合、エンジン10の停止時におけるクランク角にばらつきがあっても、最初にクランク角が一定範囲内に調整されるので、クランク軸13の逆回転時にクランク角が確実に角度A21から角度A22までの範囲を経由する。それにより、燃焼室31a内に混合気を確実に導入することができる。
本実施の形態に係るエンジンシステム200においては、エンジン10の停止後であって始動前に、クランク軸13が正回転されることによりクランク角が角度A30付近に調整され、エンジン10の始動時にクランク軸13が逆回転される。クランク軸13の逆回転時には、クランク角が角度A21から角度A22までの範囲にあるときに吸気口21が開かれ、燃焼室31aに混合気が導入される。この場合、エンジン10の停止時におけるクランク角にばらつきがあっても、最初にクランク角が一定範囲内に調整されるので、クランク軸13の逆回転時にクランク角が確実に角度A21から角度A22までの範囲を経由する。それにより、燃焼室31a内に混合気を確実に導入することができる。
その後、クランク角が角度A31に達すると、燃焼室31a内の混合気に点火される。これにより、燃焼室31a内で爆発が生じ、爆発のエネルギーにより、クランク軸13が正回転するように駆動される。これにより、クランク軸13が圧縮上死点に対応する角度A2を容易に超えることができる。したがって、エンジン10を安定にかつ迅速に始動させることができる。
また、大型の始動兼発電機14を用いることなく、混合気の点火によってエンジン10の始動のために十分なトルクを得ることができるので、エンジン10を小型化することができる。さらに、大型の始動兼発電機14を用いる必要がないので、余剰電力(電力ロス)の発生を抑制することができる。
また、本実施の形態では、角度A30が、正方向において角度A13から角度A2までの範囲に設定される。それにより、クランク軸13が角度A21に達する時点で、クランク軸13の回転速度が十分に上昇される。そのため、角度A21から角度A22までの範囲において、燃焼室31a内に混合気を十分に導入することができる。
また、本実施の形態では、クランク軸13の逆回転時にのみ角度A21から角度A22までの範囲で吸気口21が開かれ、クランク軸13の正回転時には角度A21から角度A22までの範囲で吸気口21が開かれない。それにより、クランク軸13の正回転時に燃焼後の気体が吸気通路22に逆流することを防止しつつ、クランク軸13の逆回転時に燃焼室31a内に混合気を導くことができる。
また、本実施の形態では、クランク軸13の正回転時に角度A15からA16までの範囲で排気が行われ、クランク軸13の逆回転時に角度A21からA22までの範囲で吸気が行われ、角度A21からA22までの範囲は、角度A15からA16までの範囲に含まれる。これにより、正回転時の排気および逆回転時の吸気をそれぞれ適正に行うことができる。
また、本実施の形態では、クランク軸13の逆回転時に、吸気口21が開かれる前にインジェクタ19により吸気通路22に燃料が噴射される。これにより、吸気通路22内で混合気が生成された後に吸気口21が開かれる。その結果、生成された混合気を燃焼室31aに効率よく導入することができる。
また、本実施の形態では、エンジン10の停止後であって始動前に、現在のクランク角が記憶されている場合には、クランク角センサ43の検出結果に基づいて、クランク角が角度A30に達するようにクランク軸13が正回転される。これにより、精度良くクランク角を角度A30に調整することができる。
また、本実施の形態では、エンジン10の停止後であって始動前に、現在のクランク角が記憶されていない場合には、ピストン11が圧縮上死点に達しないように予め定められたトルクで一定時間だけクランク軸13が正回転される。これにより、クランク角を角度A30付近に調整することができる。
また、本実施の形態では、角度A31において、クランク軸13の逆方向の回転が停止された後に、点火プラグ18により燃焼室31a内の混合気に点火される。これにより、混合気の点火後にクランク軸13を確実に正方向に回転させることができる。
また、本実施の形態では、角度A31における混合気の点火後に、始動兼発電機14によりクランク軸13が正方向に駆動される。これにより、正方向へのより大きなトルクが得られる。したがって、ピストン11が圧縮上死点を確実に超えることができる。
(7)他の実施の形態
(7−1)
上記実施の形態では、正方向において吸気口23が開かれるべきクランク角の範囲の終端である角度A13から圧縮上死点に対応する角度A2までの範囲に逆転開始範囲としての角度A30が設定されるが、本発明は、これに限らない。例えば、排気上死点に対応する角度A0から角度A13までの範囲に角度A30が設定されてもよい。この場合も、クランク軸13の逆回転時に、クランク角が角度A21から角度A22までの範囲を経由し、かつクランク角が角度A21に達するまでにクランク軸13の回転速度を上昇させることができる。それにより、燃焼室31a内に混合気を適正に導入することができ、エンジン10を適正に始動させることができる。
(7−1)
上記実施の形態では、正方向において吸気口23が開かれるべきクランク角の範囲の終端である角度A13から圧縮上死点に対応する角度A2までの範囲に逆転開始範囲としての角度A30が設定されるが、本発明は、これに限らない。例えば、排気上死点に対応する角度A0から角度A13までの範囲に角度A30が設定されてもよい。この場合も、クランク軸13の逆回転時に、クランク角が角度A21から角度A22までの範囲を経由し、かつクランク角が角度A21に達するまでにクランク軸13の回転速度を上昇させることができる。それにより、燃焼室31a内に混合気を適正に導入することができ、エンジン10を適正に始動させることができる。
(7−2)
上記実施の形態では、吸気口21が閉じられた状態でインジェクタ19により吸気通路22に燃料が噴射され、その後、吸気口21が開かれることにより吸気通路22から吸気口21を通して燃焼室31a内に燃料が導かれるが、本発明は、これに限らない。吸気口21が開かれた状態で、インジェクタ19により吸気口21を通して燃焼室31a内に燃料が直接噴射されてもよい。
上記実施の形態では、吸気口21が閉じられた状態でインジェクタ19により吸気通路22に燃料が噴射され、その後、吸気口21が開かれることにより吸気通路22から吸気口21を通して燃焼室31a内に燃料が導かれるが、本発明は、これに限らない。吸気口21が開かれた状態で、インジェクタ19により吸気口21を通して燃焼室31a内に燃料が直接噴射されてもよい。
(7−3)
上記実施の形態では、逆転開始範囲として一定の角度A30が設定されるが、本発明は、これに限らず、一定の角度範囲が逆転開始範囲として設定されてもよい。
上記実施の形態では、逆転開始範囲として一定の角度A30が設定されるが、本発明は、これに限らず、一定の角度範囲が逆転開始範囲として設定されてもよい。
(7−4)
上記実施の形態では、バルブ駆動部17としてカムシャフトが用いられるが、本発明は、これに限らない。バルブ駆動部17として、例えば油圧式動弁機構または電磁式動弁機構等が用いられてもよい。
上記実施の形態では、バルブ駆動部17としてカムシャフトが用いられるが、本発明は、これに限らない。バルブ駆動部17として、例えば油圧式動弁機構または電磁式動弁機構等が用いられてもよい。
(7−5)
上記実施の形態では、クランク角センサ43により検出されたクランク角、および吸気圧力センサ42により検出された吸気通路22内の圧力に基づいて、クランク軸13の2回転(720度)の範囲における回転角度が取得されるが、本発明は、これに限らない。例えば、バルブ駆動部17の回転角度(以下、カム角度と呼ぶ)を検出するカム角度センサが設けられ、カム角度センサの検出結果に基づいてクランク軸13の2回転の範囲における回転角度が取得されてもよい。あるいは、クランク角センサ43により検出されたクランク角、およびカム角度センサにより検出されたカム角度に基づいて、クランク軸13の2回転の範囲における回転角度が取得されてもよい。この場合、クランク軸13の2回転の範囲におけるより正確な回転角度が取得可能となる。
上記実施の形態では、クランク角センサ43により検出されたクランク角、および吸気圧力センサ42により検出された吸気通路22内の圧力に基づいて、クランク軸13の2回転(720度)の範囲における回転角度が取得されるが、本発明は、これに限らない。例えば、バルブ駆動部17の回転角度(以下、カム角度と呼ぶ)を検出するカム角度センサが設けられ、カム角度センサの検出結果に基づいてクランク軸13の2回転の範囲における回転角度が取得されてもよい。あるいは、クランク角センサ43により検出されたクランク角、およびカム角度センサにより検出されたカム角度に基づいて、クランク軸13の2回転の範囲における回転角度が取得されてもよい。この場合、クランク軸13の2回転の範囲におけるより正確な回転角度が取得可能となる。
(7−6)
上記実施の形態では、電流センサ44により始動兼発電機14に流れる電流が検出されるが、始動兼発電機14を適切に制御可能であれば、電流センサ445が設けられなくてもよい。
上記実施の形態では、電流センサ44により始動兼発電機14に流れる電流が検出されるが、始動兼発電機14を適切に制御可能であれば、電流センサ445が設けられなくてもよい。
(7−7)
上記実施の形態は、本発明を自動二輪車に適用した例であるが、これに限らず、自動三輪車もしくはATV(All Terrain Vehicle;不整地走行車両)等の他の鞍乗り型車両に本発明を適用してもよい。
上記実施の形態は、本発明を自動二輪車に適用した例であるが、これに限らず、自動三輪車もしくはATV(All Terrain Vehicle;不整地走行車両)等の他の鞍乗り型車両に本発明を適用してもよい。
(8)請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
上記実施の形態では、エンジンシステム200がエンジンシステムの例であり、エンジンユニットEUがエンジンユニットの例であり、エンジン10がエンジンの例であり、ECU6が制御部の例であり、吸気通路22が吸気通路の例であり、燃焼室31aが燃焼室の例であり、インジェクタ19が燃料噴射装置の例であり、点火プラグ18が点火装置の例である。また、吸気口21が吸気口の例であり、排気口23が排気口の例であり、吸気バルブ15が吸気バルブの例であり、排気バルブ16が排気バルブの例であり、バルブ駆動部17がバルブ駆動部の例であり、クランク軸13がクランク軸の例であり、始動兼発電機14が回転駆動部の例であり、ピストン11がピストンの例であり、クランク角センサ43がクランク角検出部の例である。
また、自動二輪車100が鞍乗り型車両の例であり、後輪7が駆動輪の例であり、車体1が本体部の例である。
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
本発明は、種々の車両に有効に利用することができる。
1 車体
3 前輪
6 ECU
7 後輪
10 エンジン
11 ピストン
12 コンロッド
13 クランク軸
14 始動兼発電機
15 吸気バルブ
16 排気バルブ
17 バルブ駆動部
17a スプロケット
18 点火プラグ
19 インジェクタ
21 吸気口
22 吸気通路
23 排気口
24 排気通路
31 シリンダ
31a 内燃焼室
41 スタータスイッチ
42 吸気圧力センサ
43 クランク角センサ
44 電流センサ
100 自動二輪車
200 エンジンシステム
210 軸部材
220,250 ばね固定部材
225,255 ねじりコイルばね
230 排気カム
240 メイン吸気カム
245 サブ吸気カム
300 切替機構
310 ばね係止部材
315,335 ばね
320 移動部材
330 嵌合部材
340 押圧機構
350 摺動機構
EU エンジンユニット
3 前輪
6 ECU
7 後輪
10 エンジン
11 ピストン
12 コンロッド
13 クランク軸
14 始動兼発電機
15 吸気バルブ
16 排気バルブ
17 バルブ駆動部
17a スプロケット
18 点火プラグ
19 インジェクタ
21 吸気口
22 吸気通路
23 排気口
24 排気通路
31 シリンダ
31a 内燃焼室
41 スタータスイッチ
42 吸気圧力センサ
43 クランク角センサ
44 電流センサ
100 自動二輪車
200 エンジンシステム
210 軸部材
220,250 ばね固定部材
225,255 ねじりコイルばね
230 排気カム
240 メイン吸気カム
245 サブ吸気カム
300 切替機構
310 ばね係止部材
315,335 ばね
320 移動部材
330 嵌合部材
340 押圧機構
350 摺動機構
EU エンジンユニット
Claims (9)
- エンジンおよび回転駆動部を含むエンジンユニットと、
前記エンジンユニットを制御する制御部とを備え、
前記エンジンは、
シリンダと、
前記シリンダの燃焼室に空気を導く吸気通路と、
前記吸気通路内に燃料を噴射するように配置された燃料噴射装置と、
前記燃焼室内の混合気に点火するように構成された点火装置と、
吸気口を開閉する吸気バルブおよび排気口を開閉する排気バルブをそれぞれ駆動するように構成されたバルブ駆動部とを含み、
前記回転駆動部は、前記エンジンのクランク軸を正方向または逆方向に回転駆動し、
前記バルブ駆動部は、前記クランク軸の前記逆方向の回転時において、クランク角が予め定められた始動吸気範囲にあるときに前記吸気口が開かれるように前記吸気バルブを駆動し、
前記制御部は、
前記エンジンの停止後であって始動前に、クランク角が予め定められた逆転開始範囲に到るまで前記クランク軸を前記正方向に回転させるように前記回転駆動部を制御し、
前記エンジンの始動時に、クランク角が前記逆転開始範囲から前記始動吸気範囲を超えて予め定められた始動点火範囲に到るまで前記クランク軸を前記逆方向に回転させるように前記回転駆動部を制御し、クランク角が前記始動吸気範囲にあるときに前記吸気通路から前記吸気口を通して前記燃焼室に混合気が導入されるように前記燃料噴射装置を制御し、クランク角が前記始動点火範囲にあるときに前記燃焼室内の混合気に点火するように前記点火装置を制御する、エンジンシステム。 - 前記逆転開始範囲は、前記正方向において前記ピストンが排気上死点にあるときのクランク角から前記ピストンが圧縮上死点にあるときのクランク角までの範囲にあり、
前記始動吸気範囲は、前記逆方向において前記ピストンが排気上死点にあるときのクランク角から前記ピストンが膨張下死点にあるときのクランク角までの範囲内にあり、
前記始動点火範囲は、前記逆方向において前記ピストンが膨張下死点にあるときのクランク角から前記ピストンが圧縮上死点にあるときのクランク角までの範囲内にある、請求項1記載のエンジンシステム。 - 前記バルブ駆動部は、前記クランク軸の前記正方向の回転時に、クランク角が前記始動吸気範囲にあるときに前記吸気バルブを駆動しない、請求項1または2記載のエンジンシステム。
- 前記バルブ駆動部は、前記クランク軸の前記正方向の回転時に、クランク角が通常排気範囲にあるときに前記排気口が開かれるように前記排気バルブを駆動しかつクランク角が通常吸気範囲にあるときに前記吸気口が開かれるように前記吸気バルブを駆動し、
前記始動吸気範囲は、前記通常排気範囲に含まれる、請求項1〜3のいずれか一項に記載のエンジンシステム。 - 前記逆転開始範囲は、前記正方向において前記通常吸気範囲の終端のクランク角から前記ピストンが圧縮上死点にあるときのクランク角までの範囲内にある、請求項4記載のエンジンシステム。
- 前記制御部は、前記クランク軸の前記逆方向の回転時であって前記吸気口が開かれる前または前記吸気口が開かれている間に前記吸気通路に燃料が噴射されるように前記燃料噴射装置を制御する、請求項1〜5のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
- クランク角を検出するクランク角検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記クランク角検出部の検出結果に基づいて前記クランク軸を前記正方向に回転させることにより、クランク角を前記逆転開始範囲内に調整する、請求項1〜6のいずれか一項に記載のエンジンシステム。 - 前記制御部は、前記ピストンが圧縮上死点に達しないように予め定められたトルクで一定時間だけ前記クランク軸を前記正方向に回転させることにより、クランク角を前記逆転開始範囲内に調整する、請求項1〜7のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
- 駆動輪を有する本体部と、
前記駆動輪を回転させるための動力を発生する請求項1〜8のいずれか一項に記載のエンジンシステムとを備えた、鞍乗り型車両。
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JP4412646B2 (ja) * | 2004-02-27 | 2010-02-10 | 本田技研工業株式会社 | エンジン始動制御装置 |
JP4315287B2 (ja) | 2004-03-08 | 2009-08-19 | 本田技研工業株式会社 | エンジン始動制御装置 |
JP4749981B2 (ja) * | 2005-12-28 | 2011-08-17 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 内燃機関の可変動弁装置 |
JP4665818B2 (ja) * | 2006-03-31 | 2011-04-06 | マツダ株式会社 | エンジンの始動装置 |
DE102006016889A1 (de) * | 2006-04-11 | 2007-10-25 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Direktstart einer mehrzylindrigen Kolben-Brennkraftmaschine |
JP4956335B2 (ja) * | 2007-08-29 | 2012-06-20 | 株式会社ケーヒン | 内燃機関制御装置 |
KR20100096282A (ko) * | 2008-01-08 | 2010-09-01 | 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하 | 내연 기관의 시동 방법, 장치 및 제어기 |
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2013
- 2013-12-04 JP JP2013250980A patent/JP2015108322A/ja active Pending
-
2014
- 2014-10-21 TW TW103136363A patent/TWI582307B/zh not_active IP Right Cessation
- 2014-10-23 EP EP14190098.5A patent/EP2881565A1/en not_active Withdrawn
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