JP3824132B2 - エンジン始動制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンをスタータモータによりクランキングして始動するエンジン始動制御装置に係り、特に、エンジン停止後にクランク軸を逆方向へ所定の位置までクランキングして始動性を改善するエンジン始動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンを始動する際のクランキングトルクを低減させてエンジンの始動性を向上させるために、エンジンを始動する前にクランク軸を逆回転させて所定の位置まで戻し、当該逆転位置からエンジンを始動することによりエンジンの始動性を改善する技術が、例えば特開平６−６４４５１号公報あるいは特開平７−７１３５０号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術では、クランク軸が大きなクランキングトルクで逆転されるため、クランク軸は正転時に通過した圧縮上死点に至る直前まで戻される。このため、駆動（スタータ）モータへの逆転通電が断じられると、クランク軸はピストンの圧縮反力によって正転方向へ進んでしまう。
【０００４】
ここで、上記した従来技術のように、クランク軸をエンジン始動時に逆転させ、その後直ちに正転させる制御方式では、前記圧縮反力とスタータモータによる正転駆動力とが同時にクランク軸へ伝わるので、前記圧縮反力によりクランク軸が正転方向へ進んでも、これにより始動性が損なわれることはない。
【０００５】
これに対して、クランク軸をエンジン始動時ではなくエンジン停止直後に所定の位置まで逆転させて次のエンジン始動に備えるシステムでは、クランク軸がピストンの圧縮反力によって正転方向へ進んでしまうと、次のエンジン始動時には助走距離が短くなるために所望の慣性力が得られず、エンジンの始動性を十分に改善することができないという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、エンジン停止直後にクランク軸を所定の位置まで逆転させて次のエンジン始動に備える逆転制御において、エンジンの始動性を十分に改善できるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、エンジン停止後に、そのクランク軸を所定の位置まで逆転させて次のエンジン始動に備えるエンジン始動制御装置において、クランク軸を正転および逆転させるスタータモータと、エンジン停止後にスタータモータへの逆転通電を開始する逆転制御手段と、逆転するクランク軸がピストンの上死点相当角に到達したことを検知するクランク角検知手段と、クランク軸の逆転負荷を検知する逆転負荷検知手段とを含み、前記逆転制御手段は、クランク角検知手段によりクランク軸の上死点相当角への到達が検知されたこと、および逆転負荷検知手段により逆転負荷の上昇が検知されたこと、のいずれか早い方に応答して逆転通電を終了することを特徴とする。
【０００８】
上記した特徴によれば、クランク軸の逆転負荷が上昇するよりも前にクランク軸が上死点相当角へ到達すると、当該位置は排気上死点近傍と予測される。したがって、当該位置で逆転通電を停止すれば、クランク軸を慣性力でさらに逆転させて圧縮上死点の手前（逆転時）まで戻すことができる。
【０００９】
一方、クランク軸が上死点相当角へ到達するよりも前にクランク軸の逆転負荷が上昇すると、当該位置は既に圧縮上死点の手前（逆転時）なので、ここで逆転通電を停止すれば、クランク軸を、圧縮上死点の手前（逆転時）であって圧縮反力の小さい位置で停止させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の車両用発電制御装置を適用したスクータ型自動二輪車の全体側面図である。
【００１１】
車体前部と車体後部とは低いフロア部４を介して連結されており、車体の骨格をなす車体フレームは、概ねダウンチューブ６とメインパイプ７とから構成される。燃料タンクおよび収納ボックス（共に図示せず）はメインパイプ７により支持され、その上方にシート８が配置されている。
【００１２】
車体前部では、ステアリングヘッド５に軸支されて上方にハンドル１１が設けられ、下方にフロントフォーク１２が延び、その下端に前輪ＦＷが軸支されている。ハンドル１１の上部は計器板を兼ねたハンドルカバー１３で覆われている。メインパイプ７の立ち上がり部下端にはブラケット１５が突設され、このブラケット１５には、スイングユニット２のハンガーブラケット１８がリンク部材１６を介して揺動自在に連結支持されている。
【００１３】
スイングユニット２には、その前部に単気筒の４サイクルエンジンＥが搭載されている。このエンジンＥから後方にかけてベルト式無段変速機１０が構成され、その後部に遠心クラッチを介して設けられた減速機構９に後輪ＲＷが軸支されている。この減速機構９の上端とメインパイプ７の上部屈曲部との間にはリヤクッション３が介装されている。スイングユニット２の前部にはエンジンＥから延出した吸気管１９に接続された気化器１７および同気化器１７に連結されるエアクリーナ１４が配設されている。
【００１４】
図２は、前記スイングユニット２をクランク軸２０１に沿って切断した断面図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００１５】
スイングユニット２は、左右のクランクケース２０２Ｌ、２０２Ｒを合体して構成されるクランクケース２０２に覆われ、クランク軸２０１は、クランクケース２０２Ｒに固定された軸受け２０８、２０９により回転自在に支持されている。クランク軸２０１には、クランクピン２１３を介してコンロッド（図示せず）が連結されている。
【００１６】
左クランクケース２０２Ｌは、ベルト式無段変速室ケースを兼ねており、左クランクケース２０２Ｌまで延びたクランク軸２０１にはベルト駆動プーリ２１０が回転可能に設けられている。ベルト駆動プーリ２１０は、固定側プーリ半体２１０Ｌと可動側プーリ半体２１０Ｒとからなり、固定側プーリ半体２１０Ｌはクランク軸２０１の左端部にボス２１１を介して固着され、その右側に可動側プーリ半体２１０Ｒがクランク軸２０１にスプライン嵌合され、固定側プーリ半体２１０Ｌに接近・離反することができる。両プーリ半体２１０Ｌ、２１０Ｒ間にはＶベルト２１２が巻き掛けられている。
【００１７】
可動側プーリ半体２１０Ｒの右側ではカムプレート２１５がクランク軸２０１に固着されており、その外周端に設けたスライドピース２１５ａが、可動側プーリ半体２１０Ｒの外周端で軸方向に形成したカムプレート摺動ボス部２１０Ｒａに摺動自在に係合している。可動側プーリ半体２１０Ｒのカムプレート２１５は、外周寄りがカムプレート２１５側に傾斜したテーパ面を有しており、該テーパ面と可動プーリ半体２１０Ｒとの間の空所にドライウェイトポール２１６が収容されている。
【００１８】
クランク軸２０１の回転速度が増加すると、可動側プーリ半体２１０Ｒとカムプレート２１５との間にあって共に回転する前記ドライウェイトボール２１６が、遠心力により遠心方向に移動し、可動側プーリ半体２１０Ｒはドライウェイトボール２１６に押圧されて左方に移動して固定側プーリ半体２１０Ｌに接近する。その結果、両プーリ半体２１０Ｌ、２１０Ｒ間に挟まれたＶベルト２１２は遠心方向に移動し、その巻き掛け径が大きくなる。
【００１９】
車両の後部には前記ベルト駆動プーリ２１０に対応する被動プーリ（図示せず）が設けられ、Ｖベルト２１２はこの被動プーリに巻き掛けられている。このベルト伝達機構により、エンジンＥの動力は自動調整されて遠心クラッチに伝えられ、前記減速機構９等を介して後輪ＲＷを駆動する。
【００２０】
右クランクケース２０２Ｒ内には、スタータモータとＡＣジェネレータとを組み合わせたスタータ兼ジェネレータ１が配設されている。スタータ兼ジェネレータ１では、クランク軸２０１の先端テーパ部にアウターロータ６０がネジ２５３により固定されている。アウターロータ６０の内側に配設されるインナステータ５０は、クランクケース２０２にボルト２７９により螺着されて支持される。
【００２１】
ファン２８０は、その中央円錐部２８０ａの裾部分をボルト２４６によりアウターロータ６０に固着されており、ファン２８０はラジエタ２８２を介してファンカバー２８１により覆われている。
【００２２】
クランク軸２０１上には、前記スタータ兼ジェネレータ１と軸受け２０９との間にスプロケット２３１が固定されており、このスプロケット２３１にはクランク軸２０１からカムシャフト（図示せず）を駆動するためのチェーンが巻き掛けられている。なお、前記スプロケット２３１は、潤滑オイルを循環させるポンプに動力を伝達するためのギヤ２３２と一体的に形成されている。
【００２３】
図３は、前記スタータ兼ジェネレータ１の制御系のブロック図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００２４】
ＥＣＵには、スタータ兼ジェネレータ１のジェネレータ機能が発生する三相交流を全波整流する３相全波整流ブリッジ回路４００と、全波整流ブリッジ回路４００の出力を予定のレギュレート電圧（レギュレータ作動電圧：例えば、１４．５Ｖ）に制限するレギュレータ１００と、エンジン停止後にクランク軸２０１を所定の位置まで逆転させるスイングバック制御部７００とが設けられる。
【００２５】
ＥＣＵには、ロータ角度センサ２９、点火コイル２１、スロットルセンサ２３、フューエルセンサ２４、シートスイッチ２５、アイドルスイッチ２６、冷却水温センサ２７および点火パルサ３０が接続され、各部から検出信号がＥＣＵに入力される。点火コイル２１の二次側には点火プラグ２２が接続されている。
【００２６】
さらに、ＥＣＵには、スタータリレー３４、スタータスイッチ３５、ストップスイッチ３６，３７、スタンバイインジケータ３８、フューエルインジケータ３９、スピードセンサ４０、オートバイスタ４１、およびヘッドライト４２が接続される。ヘッドライト４２には、ディマースイッチ４３が設けられる。
【００２７】
上記の各部には、メインヒュ−ズ４４およびメインスイッチ４５を介してバッテリ４６から電流が供給される。なお、バッテリ４６は、スタータリレー３４によってＥＣＵに直接接続される一方、メインスイッチ４５を介さず、メインヒューズ４４だけを介してＥＣＵに接続される回路を有する。
【００２８】
図４は、前記ＥＣＵのスイングバック制御に係る主要部の構成を示した図であり、３相全波整流ブリッジ回路４００は、直列接続された２つのＦＥＴの３組を並列接続して構成される。
【００２９】
スイングバック制御部７００において、ステージ判定部７３は、ロータ角度センサ２９の出力信号に基づいてクランク軸２０１の１回転をステージ＃０〜＃３５の３６ステージに分割し、点火パルサ３０が発生するパルス信号の検知タイミングを基準ステージ（ステージ＃０）として現在のステージを判定する。
【００３０】
ステージ通過時間検知部７４は、前記ステージ判定部７３が新たなステージを判定してから次のステージを判定するまでの時間に基づいて当該ステージの通過時間Δｔn を検知する。逆転制御部７５は、前記ステージ判定部７３による判定結果および前記ステージ通過時間検知部７４により検知された通過時間Δｔn とに基づいて逆転駆動指令を発生する。
【００３１】
デューティー比設定部７２は、前記ステージ判定部７３による判定結果に基づいて、全波整流ブリッジ回路４００の各パワーＦＥＴに供給するゲート電圧のデューティー比を動的に制御する。ドライバ７１は、前記設定されたデューティー比の駆動パルスを全波整流ブリッジ回路４００の各パワーＦＥＴへ供給する。
【００３２】
次いで、上記したスイングバック制御部７００の動作を、図５のフローチャートおよび図６の動作説明図を参照して説明する。図６(a) は、クランク軸２０１を逆転するのに要するクランキングトルク（逆転負荷）とクランク角度との関係を示しており、クランキングトルクは圧縮上死点に至る直前（逆転時）で急激に上昇する。同図(b) は、クランク角度とステージとの関係を示し、同図(c) は、逆転時におけるクランク軸の角速度の変化を示している。
【００３３】
ステップＳ１１でエンジン停止が検知されると、ステップＳ１２、Ｓ１３では、ステージ判定部７３において既に判定されている現在のステージが参照される。ここで、現在ステージがステージ＃０〜＃１１のいずれかであればステップＳ１４へ進み、ステージ＃１２〜＃３２のいずれかであればステップＳ１５へ進み、それ以外（すなわち、ステージ＃３３〜＃３５のいずれか）であればステップＳ１６へ進む。ステップＳ１４，Ｓ１６では、デューティー比設定部７７において、駆動パルスのデューティー比が７０％に設定され、ステップＳ１５では８０％に設定される。
【００３４】
このようなデューティー比の動的制御は、後に詳述するように、逆転時にクランク軸２０１の角速度を、クランキングトルクが増大する圧縮上死点相当角の手前（逆転時）で十分に低下させると共に、それ以外の角度では素早い逆転駆動を可能にするために行われる。
【００３５】
ステップＳ１７では、ドライバ７１が前記設定されたデューティー比で全波整流ブリッジ回路４００の各パワーＦＥＴを制御して逆転通電を開始する。ステップＳ１８では、通過したステージ＃ｎの通電時間Δｔn が前記ステージ通過時間検知部７４により計測される。
【００３６】
ステップＳ１９では、逆転制御部７５において、クランク軸２０１がステージ＃０すなわち上死点近傍を通過したか否かが判定される。ステージ＃０を通過していなければ、ステップＳ２１において、直前に通過した前記ステージ＃ｎの通過時間Δｔｎと、その前に通過したステージ＃（ｎ−１）の通過時間Δｔｎ-1との比［Δｔｎ／Δｔｎ-1］が基準値Ｒref （本実施形態では、４／３）と比較される。前記通過時間比［Δｔｎ／Δｔｎ-1］が基準値Ｒref を上回っていなければ、前記ステップＳ１２へ戻って逆転駆動が係属され、これと平行して上記した各処理が繰り返される。
【００３７】
ここで、エンジン停止位置すなわち逆転開始位置が、図６(c) に曲線Ａで示したように、前回および次回の圧縮上死点の中間位置よりも次回の圧縮上死点に近い側、換言すれば、排気上死点を通過（正転時）してから圧縮上死点に至る過程であると、スタータ兼ジェネレータ１が７０％のデューティー比で逆転駆動されているにもかかわらず、クランク軸はステージ＃０（排気上死点）を通過できる。したがって、これがステップＳ１９において検知されてステップＳ２０へ進み、クランク軸２０１がステージ＃３２に到達したか否かが判定される。クランク軸２０１がステージ＃３２に到達したと判定されると、ステップＳ２２において、前記逆転通電が停止されるので、その後、クランク軸は慣性力でさらに逆回転した後に停止する。
【００３８】
一方、逆転開始位置が、図６(c) に曲線Ｂで示したように、前回および次回の圧縮上死点の中間位置よりも前回の圧縮上死点に近い側、換言すれば、圧縮上死点を通過（正転時）してから排気上死点に至る過程であると、スタータ兼ジェネレータ１が７０％のデューティー比で逆転駆動されているので、逆転負荷が、図６(a) に示したように、ステージ＃０に至る手前（逆転時）で上昇すると、クランク軸２０１の角速度が急激に低下する。そして、ステップＳ２１において、前記通過時間比［Δｔｎ／Δｔｎ-1］が基準値の４／３以上と判定されると、ステップＳ２２において前記逆転通電が停止され、クランク軸の逆転は、通電の停止とほぼ同時に停止する。
【００３９】
このように、本実施形態ではエンジン停止後の逆転駆動時に、クランク軸が上死点相当角を通過したか否か、およびクランク軸の角速度が低下したか否かを監視し、クランク軸が逆転時に上死点を通過すると、その直後に逆転通電を終了し、クランク軸の角速度が逆転負荷の増大により低下した場合も逆転通電を終了するので、逆転開始位置にかかわらず、クランク軸を前回の圧縮上死点の手前（逆転時）であって圧縮反力の低い位置まで戻すことができる。
【００４０】
さらに、本実施形態ではクランク軸２０１の角速度を、スタータ兼ジェネレータ１のロータ角度（すなわち、ステージ）を検知するロータ角度センサ２９の出力に基づいて検知するようにしたので、クランク軸２０１の角度を検知するためのセンサを別途に設ける必要がない。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果が達成される。
【００４２】
(1) クランク軸の逆転負荷の上昇が検知されるよりも前にクランク軸の上死点相当角への到達が検知されると、当該位置は排気上死点近傍と予測できるので、ここで逆転通電を停止することにより、慣性力でクランク軸を所望の位置までさらに戻すことができる。
【００４３】
また、クランク軸の上死点相当角への到達が検知されるよりも前にクランク軸の逆転負荷の上昇が検知されると、当該位置は圧縮上死点の手前（逆転時）であって圧縮反力が低い位置なので、ここで逆転通電を停止することにより、クランク軸を圧縮反力の低い位置で停止させることができる。
【００４４】
(2) スタータモータの逆転駆動トルクを、上死点およびその近傍ではそれ以外の位置よりも低下させたので、逆転するクランク軸の角速度を圧縮上死点の手前で減速させることができる。したがって、クランク軸が圧縮上死点相当角を越えてしまうことを防止できるのみならず、クランク軸が圧縮上死点の手前に達したことの検知が容易になる。
【００４５】
(3) クランク軸が逆転時に上死点を通過すると、その直後に逆転通電を停止し、その後は慣性力を利用してクランク軸をさらに逆転させるので、スタータモータへの通電時間を短縮することができ、電力消費量の低減が可能になる。
【００４６】
(4) クランク軸の角速度を、スタータモータのロータ角度を検知するセンサの出力に基づいて検知するようにしたので、クランク軸２０１の角度を検知するためのセンサを別途に設ける必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用したスクータ型自動二輪車の全体側面図である。
【図２】 図１のスイングユニットのクランク軸に沿った断面図である。
【図３】 スタータ兼ジェネレータの制御系のブロック図である。
【図４】 図３のＥＣＵの主要部の構成を示したブロック図である。
【図５】 スイングバック制御のフローチャートである。
【図６】 スイングバック制御の動作説明図である。
【符号の説明】
１…スタータ兼ジェネレータ，２…スイングユニット，３０…点火パルサ，１００…レギュレータ，２０１…クランク軸，４００…３相全波整流ブリッジ回路，７００…スイングバック制御部

Claims (5)

1. エンジン停止後に、そのクランク軸を所定の位置まで逆転させて次のエンジン始動に備えるエンジン始動制御装置において、
   クランク軸を正転および逆転させるスタータモータと、
   エンジン停止後にスタータモータへの逆転通電を開始する逆転制御手段と、
   逆転するクランク軸がピストンの上死点相当角に到達したことを検知するクランク角検知手段と、
   前記クランク軸の逆転負荷を検知する逆転負荷検知手段とを含み、
   前記逆転制御手段は、
   前記クランク角検知手段によりクランク軸の上死点相当角への到達が検知されたこと、および前記逆転負荷検知手段により逆転負荷の上昇が検知されたこと、のいずれか早い方に応答して前記逆転通電を終了することを特徴とするエンジン始動制御装置。
2. 前記スタータモータを逆転させる際の駆動トルクを、クランク軸が前記上死点相当角およびその近傍域を通過する間は、クランク軸が他の角度域を通過する間よりも減じることを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動制御装置。
3. 前記逆転負荷検知手段は、逆転するクランク軸の角速度の変化に基づいて逆転負荷を検知することを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動制御装置。
4. 前記スタータモータは、その回転角度を検知する回転角検知手段を含み、
   前記逆転負荷検知手段は、前記回転角検知手段により検知されるスタータモータの角速度の変化で前記クランク軸の角速度の変化を代表することを特徴とする請求項３に記載のエンジン始動制御装置。
5. 前記エンジンは４サイクルエンジンであり、前記クランク角検知手段は、点火タイミングを検知する点火用パルサであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のエンジン始動制御装置。

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