JP2011085148A - 自動二輪車のエンジン制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セルモータによる始動およびキック軸による始動の両方を良好に行うことができるようにする。
【解決手段】制御装置１０は、クランク位置を検出するクランクパルスセンサ３６と、吸気圧を検出する吸気圧センサ４０と、エンジンの行程を判別する行程判別部と、セル始動かキック始動かを判定する始動方法判定部と、燃料噴射弁２１を制御する噴射制御部とを備えている。噴射制御部は、セル始動と判定されると、行程判別が終了した後に燃料噴射弁２１から燃料を噴射させ、キック始動と判定されると、行程判別が終了する前に燃料噴射弁２１から燃料を噴射させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動二輪車のエンジン制御装置に関する。

自動二輪車に搭載される４ストロークエンジンの制御装置において、行程判別を行うものが知られている。例えば、吸気弁および排気弁を駆動するカムの位置を検出するカムセンサを備えたエンジンにおいて、カムの位置に基づいてエンジンの行程判別を行うことが知られている。また、コスト削減等を目的としてカムセンサを省略したエンジンが知られている。このようなエンジンでは、クランク位置および吸気圧に基づいて行程判別が行われる。

エンジンを始動させる方法として、以下の方法が知られている。この方法では、まず、クランキングの開始と同時に燃料噴射弁から燃料を噴射させ、その後はエンジンが１回転する毎に同じクランク位置で燃料を噴射させる。噴射のタイミングはクランキング開始時のクランク位置に依存するが、どのクランク位置でクランキングが開始されるかはケースバイケースである。そのため、噴射のタイミングは必ずしも適切なタイミングであるとは限らない。しかし、噴射された燃料はクランキングに伴って燃焼室に導かれるので、やがて燃焼室内で最初の爆発が起こり、エンジンは始動する。その後も同様のタイミングで噴射が行われ、爆発が繰り返される。このような動作を繰り返している間、制御装置はカムセンサ信号に基づいて、あるいは、クランク位置および吸気圧の変化に基づいて行程判別を行う。制御装置は行程判別が完了すると、適切なタイミングで燃料を噴射するよう、噴射タイミングを修正する。

しかし、上記始動方法では、噴射タイミングが修正されるまでの間、噴射タイミングは成り行き任せとなり、必ずしも最適ではないタイミングで燃料の噴射が行われる可能性がある。このため、エンジンのかかり具合の再現性（以下、単に始動の再現性という。）が良好に得られないという問題があった。そこで、スタータモータによるクランキング中に行程判別を行い、行程判別が完了してから、適切なタイミングで燃料の噴射を開始するという方法が考えられる。このような方法によれば、最初から常に適切なタイミングで燃料を噴射するので、始動の再現性を良好にすることができる。

ところで、セルモータによる始動とキック軸による始動との両方が可能なエンジンが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。このようなエンジンに対して、上記始動方法を適用することが考えられる。

特許第４００８８８２号公報 特許第４３１５２８５号公報 特開２００６−４６３２９号公報

行程判別をカムセンサで行う場合、クランク軸が回転してカムセンサの出力を検出するまでは行程判別を完了することはできない。４ストロークエンジンでは、クランク軸が２回転する毎に吸気行程、圧縮行程、膨張行程、および排気行程という１サイクルが行われる。そのため、吸気圧の変化に基づいて行程判別を行う場合、少なくともクランク軸が２回転しなければ、行程判別を完了することはできない。いずれの行程判別方法を用いる場合でも、行程判別後に燃料を噴射する上記始動方法では、クランク軸が数回転しなければ噴射を開始することができず、エンジンの始動に至るまでに、約２サイクル（４回転）クランク軸を回転させることが必要となる。

ところが、キック軸による始動を行う場合、クランク軸が２サイクル以上回転するとは限らない。乗員のキック操作によっては、クランク軸の回転数が２サイクル未満となる場合があり得る。そのため、上記始動方法では、キック軸による始動が良好に行われない可能性がある。セルモータによる始動とキック軸による始動との両方が可能なエンジンに上記始動方法を一律に適用しようとすると、セルモータによる始動を良好に行うことができたとしても、キック軸による始動を良好に行うことができないおそれがある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、セルモータによる始動およびキック軸による始動の両方を良好に行うことができるようにすることである。

本発明に係る自動二輪車のエンジン制御装置は、燃料噴射弁を有する４ストロークのエンジンと、セルモータと、キック軸とを備えた自動二輪車の前記エンジンを制御するエンジン制御装置である。エンジン制御装置は、クランク位置を検出するクランク位置検出手段と、前記エンジンの行程を判別する行程判別手段と、前記セルモータによる始動か前記キック軸による始動かを判定する始動方法判定手段と、噴射制御手段とを備えている。噴射制御手段は、前記セルモータによる始動と判定されると、前記行程判別手段による行程判別が終了した後に前記燃料噴射弁から燃料を噴射させ、前記キック軸による始動と判定されると、前記行程判別手段による行程判別が終了する前に前記燃料噴射弁から燃料を噴射させる。

本発明によれば、セルモータによる始動およびキック軸による始動の両方を良好に行うことが可能となる。

自動二輪車の側面図である。 エンジンおよび制御装置の構成を表すブロック図である。 （ａ）はクランクパルスセンサの概念図であり、（ｂ）はクランクパルスと各行程との関係を示す図である。 始動制御のブロック図である。 セル始動のタイムチャートである。 キック始動のタイムチャートである。

本実施形態に係るエンジン制御装置は、例えば図１に示すような自動二輪車１に搭載される。図１に示す自動二輪車１はいわゆるスクータ型の自動二輪車である。ただし、本発明に係るエンジン制御装置が対象とする自動二輪車はスクータ型に限られず、他の形式の自動二輪車であってもよい。

自動二輪車１は、車両本体２と、車両本体２に支持されたエンジン８と、車両本体２を支持する前輪４および後輪５とを備えている。また、自動二輪車１は、ハンドル６およびシート７を備えている。エンジン８の側部には、キック軸３に連結されたキックペダル９が設けられている。図示は省略するが、キック軸３は歯車機構等を介してエンジン８のクランク軸１１（図２参照）と連結されている。乗員がキックペダル９を蹴るとキック軸３が回転し、そのキック軸３の回転に伴ってクランク軸１１が回転する。キックペダル９を操作することにより、クランク軸１１を強制的に回転させることができ、エンジン８を始動させることができる。本明細書では、乗員がキックペダル９を操作することによってエンジン８を始動することをキック軸による始動、または単にキック始動と称することとする。

図示は省略するが、ハンドル６には、セルモータ３４（図４参照）を起動するセルスイッチが設けられている。図示は省略するが、セルモータ３４は歯車機構等を介してクランク軸１１と連結されている。乗員がセルスイッチを操作するとセルモータ３４が回転し、クランク軸１１も回転する。セルモータ３４によりクランク軸１１を強制的に回転させることができ、エンジン８を始動させることができる。本明細書では、乗員がセルスイッチを操作することによってエンジン８を始動することをセルモータによる始動、または単にセル始動と称することとする。エンジン８では、キック始動およびセル始動の両方が可能である。

図２はエンジン８および制御装置１０の構成を表すブロック図である。エンジン８は、燃焼室１６と、点火装置１７と、吸気弁２５と、吸気弁２５を駆動するカム２４と、排気弁２９と、排気弁２９を駆動するカム２８とを備えている。エンジン８は吸気通路２０および排気通路１８を備えており、吸気通路２０にはスロットル弁２２が設けられている。吸気通路２０のスロットル弁２２の上流側にはエアクリーナ２６が配置され、吸気通路２０のスロットル弁２２の下流側には燃料噴射弁２１が取り付けられている。

制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、およびＲＡＭ等を有するＥＣＵ４２と、吸気通路２０のスロットル弁２２の下流側部分の圧力（以下、吸気圧という）を検出する吸気圧センサ４０と、クランク位置を検出するクランクパルスセンサ３６と、を備えている。図示は省略するが、制御装置１０は、スロットル弁２２の開度を検出するスロットルセンサ等の他のセンサも備えている。本実施形態では、制御装置１０はカム２４，２８の位置を検出するカムセンサを備えておらず、カムセンサを用いずに行程判別を行う。しかし、制御装置１０はカムセンサを備え、カムセンサからの信号を受けて行程判別を行うように構成されていてもよい。

クランクパルスセンサ３６には、従来から公知のものを利用することができる。図３を参照しながら、クランクパルスセンサ３６を用いたクランク位置の検出方法について簡単に説明する。図３（ａ）に模式的に示すように、クランク軸１１には円板１２が固定されている。円板１２の外周部には複数の歯１３が設けられている。これらの歯１３は、欠歯部１４を除いて一定角度毎に配置されている。ここでは合計１１個の歯１３が３０度毎に配置されている。欠歯部１４とこの欠歯部１４の隣に位置する歯１３との間の角度も３０度となっている。クランクパルスセンサ３６は、円板１２の半径方向の外方に配置されており、各歯１３の通過を検出する。各歯１３の検出方法は何ら限定されず、例えば、磁気または光を利用するものであってもよい。クランクパルスセンサ３６は、歯１３がクランクパルスセンサ３６の手前を通過する度にパルスを出力する。

クランク軸１１の回転に伴い、クランクパルスセンサ３６からは図３（ｂ）に示すようなパルス信号が出力される。歯１３に対応する位置ではパルスが生じるが、欠歯部１４に対応する位置ではパルスは生じない。そのため、パルスの有無に基づいて、クランク位置が所定のクランク位置にあるか否かを判定することができる。欠歯部１４の位置は特に限定されないが、本実施形態では、ピストン２７が下死点よりも約３０度手前に位置するときに、欠歯部１４はクランクパルスセンサ３６の手前に位置するようになっている。４ストロークエンジンでは、クランク軸１１が２回転する毎に、ピストン２７が上昇する圧縮行程、ピストン２７が下降する膨張行程、ピストン２７が上昇する排気行程、およびピストン２７が下降する吸気行程が順に行われる。欠歯部１４がクランクパルスセンサ３６の手前を通過する時は、膨張行程または吸気行程の後期に対応する。

図４は、始動制御を実行する制御装置１０の機能ブロック図である。ＥＣＵ４２は、バッテリ３５の電圧を検出する電圧検出部５１と、始動方法判定部５２と、行程判別部５５と、噴射制御部５６と、点火制御部５７とを備えている。

始動方法判定部５２は、エンジン８の始動方法がセル始動かキック始動かを判定するものである。始動方法判定部５２は、クランクパルスセンサ３６からパルス信号を受けると、クランキングが開始されたことを検出する。始動方法判定部５２は、クランキングの開始を検出すると、電圧検出部５１の検出結果に基づき、バッテリ３５の電圧低下量が所定値以上か否かを判定する。キック始動ではバッテリ３５の電圧はほとんど低下しないのに対し、セル始動では、セルモータ３４に対する給電によってバッテリ３５の電圧低下量が所定値以上となる。始動方法判定部５２は、バッテリ３５の電圧低下量が所定値以上であることを検出すると、セル始動であると判定し、バッテリ３５の電圧低下量が所定値未満であることを検出すると、キック始動であると判定する。

行程判別部５５は、エンジン８の行程を判別するものである。上述したように、欠歯部１４に対応するクランク位置は膨張行程または吸気行程の後期であるが、膨張行程では吸気圧に大きな変化がないのに対し、吸気行程では吸気圧は大きく変化する。吸気圧が大きく変化した場合、吸気行程であると判定することができる。行程判別部５５には、クランクパルスセンサ３６からクランク位置が入力され、吸気圧センサ４０から吸気圧が入力される。行程判別部５５は、クランク位置と吸気圧とに基づいて、膨張行程または吸気行程を判別する。１サイクルは吸気行程、圧縮行程、膨張行程、および排気行程からなっているので、膨張行程または吸気行程を判別することができれば、他の行程も判別することができる。行程判別部５５は、膨張行程または吸気行程を判別することにより、各行程を判別する。

なお、本実施形態では、吸気圧センサ４０を利用して行程判別を行うが、行程判別の方法は特に限定される訳ではない。例えば、カムセンサを備えたエンジンにおいて、カムセンサを利用して行程判別を行うことも勿論可能である。

噴射制御部５６は、燃料噴射弁２１にパルス信号を与えることにより、燃料噴射弁２１を制御する。後述するように、噴射制御部５６は、始動方法判定部５２がセル始動と判定すると、行程判別部５５による行程判別が終了した後に燃料噴射弁２１から燃料を噴射させる。燃料噴射弁５６は、始動方法判定部５２がキック始動と判定すると、行程判別部５５による行程判別が終了する前に燃料噴射弁２１から燃料を噴射させる。

点火制御部５７は、点火装置１７にパルス信号を与えることにより、点火装置１７を制御する。点火制御部５７は、クランキングが開始されると、行程判別部５５による行程判別が終了するまで、同一のクランク位置において点火を行う。

図５は、セル始動のタイムチャートである。メインスイッチがＯＮされ、乗員がセルスイッチを操作すると、セルモータ３４が駆動する。セルモータ３４が駆動するとクランク軸１１が回転し始め、ｔ１にてクランクパルスが発生し、クランキングが開始されたことが検出される。ｔ２にてバッテリ電圧が所定値ΔＥ以上低下したことが検出されると、セル始動と判定される。ｔ３およびｔ４にてパルスの欠落が検出されると、ｔ３の吸気圧Ｐ１とｔ４の吸気圧Ｐ２とが比較され、吸気圧が高い方のｔ３が膨張行程、あるいは吸気圧が低い方のｔ４が吸気行程であると判定され、行程判別が終了する。

噴射制御部５６は、行程判別後のｔ５において、燃料噴射弁２１にパルス信号を与え、燃料噴射弁２１から燃料を噴射させる。なお、ｔ５は圧縮行程のクランク位置に対応し、以後、燃料の噴射は上記圧縮行程のクランク位置にて行われる。燃焼室１６に燃料が導入された後の最初の点火時期ｔ６において、最初の爆発が生じる。それ以降は、同様の動作が繰り返される。なお、エンジン８の動作が安定した後（例えば所定サイクルが経過した後）は、点火装置１７は１サイクルに１回点火を行うように制御される。

図６は、キック始動のタイムチャートである。メインスイッチがＯＮされ、乗員がキックペダル９を操作すると、ｔ１１にてクランクパルスが発生し、クランキングが開始されたことが検出される。クランキング開始から所定時間の間にバッテリ電圧の低下量が所定値以上にならないことが検出されると、キック始動と判定される。

キック始動と判定されると、噴射制御部５６は行程判別の終了を待つことなく、ｔ１２において燃料噴射弁２１にパルス信号を与え、燃料噴射弁２１から燃料を噴射させる。それ以後、噴射制御部５６は、同一の行程且つ同一のクランク位置において、燃料を噴射させる。燃焼室１６に燃料が導入された後の最初の点火時期ｔ１３において、最初の爆発が生じる。図６に示すようにキック始動では、クランキングが開始された後、クランク軸が２回転する以前に最初の爆発が生じる。

その後、同様の動作が繰り返され、行程判別部５５により、クランク位置と吸気圧とに基づいて行程判別が行われる。行程判別が終了すると、燃料噴射弁２１は所定のクランク位置で燃料を噴射するように制御され、点火装置１７は１サイクルに１回点火を行うように制御される。セル始動と判定されたときの燃料噴射と、キック始動と判定され且つ行程判別が終了した後の燃料噴射とは、同一の行程且つ同一のクランク位置にて行われる。

以上のように、本実施形態によれば、セル始動とキック始動とにおいて、燃料の噴射パターンが異なっている。セル始動の場合には、行程判別が終了した後、燃料噴射は所定の行程にて実行される。すなわち、セル始動の場合には、クランキング開始時のクランク位置に拘わらず、燃料噴射は常に一定の時期に行われる。したがって、セル始動の再現性を良好に保つことができる。一方、キック始動の場合には、行程判別を待つことなく燃料の噴射が実行される。クランク軸が２回転するまでに最初の燃料噴射が行われ、最初の爆発が生じる。キック始動の場合、最初の爆発までの時間がセル始動の場合よりも短くなっている。本実施形態によれば、始動の再現性が重視されるセル始動においては、始動の再現性を良好に保つことができ、始動時のクランク軸の回転数が比較的少ないキック始動においては、迅速な始動が可能となる。したがって、セル始動およびキック始動の両方を良好に行うことができる。

本実施形態では、キック始動と判定されると、その判定の終了と同時に燃料を噴射することとしている。そのため、キック始動の場合に、非常に短時間の間に最初の爆発を行わせることができる。したがって、キックペダル９の操作によるクランク軸の回転回数が少なくても、エンジン８をより確実に始動させることができる。

１ 自動二輪車
３ キック軸
８ エンジン
９ キックペダル
１０ 制御装置（エンジン制御装置）
１７ 点火装置
２１ 燃料噴射弁
２７ ピストン
３４ セルモータ
３５ バッテリ
３６ クランクパルスセンサ（クランク位置検出手段）
４０ 吸気圧センサ（吸気圧検出手段）
５２ 始動方法判定部（始動方法判定手段）
５５ 行程判別部（行程判別手段）
５６ 噴射制御部（噴射制御手段）
５７ 点火制御部（点火制御手段）

Claims (6)

1. 燃料噴射弁を有する４ストロークのエンジンと、セルモータと、キック軸とを備えた自動二輪車の前記エンジンを制御するエンジン制御装置であって、
   クランク位置を検出するクランク位置検出手段と、
   前記エンジンの行程を判別する行程判別手段と、
   前記セルモータによる始動か前記キック軸による始動かを判定する始動方法判定手段と、
   前記セルモータによる始動と判定されると、前記行程判別手段による行程判別が終了した後に前記燃料噴射弁から燃料を噴射させ、前記キック軸による始動と判定されると、前記行程判別手段による行程判別が終了する前に前記燃料噴射弁から燃料を噴射させる噴射制御手段と、
   を備えた自動二輪車のエンジン制御装置。
2. 前記噴射制御手段は、前記キック軸による始動と判定されると、その判定の終了の直後に前記燃料噴射弁から燃料を噴射させる、請求項１に記載の自動二輪車のエンジン制御装置。
3. 前記噴射制御手段は、前記キック軸による始動と判定されると、前記行程判別手段による行程の判別が終了するまで、同一の行程且つ同一のクランク位置において前記燃料噴射弁から燃料を噴射させる、請求項１または２に記載の自動二輪車のエンジン制御装置。
4. 前記セルモータによる始動と判定されたときの燃料噴射と、前記キック軸による始動と判定され且つ前記行程判別が終了した後の燃料噴射とは、同一の行程且つ同一のクランク位置にて行われる、請求項１〜３のいずれか一つに記載の自動二輪車のエンジン制御装置。
5. 前記自動二輪車は、前記セルモータに接続されたバッテリを備え、
   前記始動方法判定手段は、前記クランク位置検出手段によってクランク位置が所定量変化したことが検出されたときに、前記バッテリの電圧低下量が所定値以上であれば前記セルモータによる始動と判定し、前記バッテリの電圧低下量が所定値未満であれば前記キック軸による始動と判定する、請求項１〜４のいずれか一つに記載の自動二輪車のエンジン制御装置。
6. 前記行程判別手段は、
   クランク位置に基づいて、ピストンが上昇する第１行程と、前記第１行程に続いてピストンが下降する第２行程と、前記第２行程に続いてピストンが上昇する第３行程と、前記第３行程に続いてピストンが下降する第４行程とを判別し、
   前記第１行程および前記第３行程の同一クランク位置における吸気圧を比較し、吸気圧が低い方の行程を吸気行程と判別しまたは吸気圧が高い方の行程を膨張行程と判別し、あるいは、前記第２行程および前記第４行程の同一クランク位置における吸気圧を比較し、吸気圧が低い方の行程を圧縮行程と判別しまたは吸気圧が高い方の行程を排気行程と判別する、請求項１〜５のいずれか一つに記載の自動二輪車のエンジン制御装置。

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