JP2015108323A - 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の停止時に、燃焼室31aに空気が流入する状態で、混合気が燃焼されることなく、クランク軸が惰性によって正方向に回転する。エンジン10の始動時には、クランク軸が逆方向に回転されるとともに、クランク角が始動吸気範囲にあるときに吸気口21が開かれ、燃焼室31a内に混合気が導入される。その後、クランク角が始動点火範囲にあるときに燃焼室31a内の混合気に点火される。この場合、燃焼室31a内で生じる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。【選択図】図8

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。
特開2005−248921号公報
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、エンジンに空気を導く吸気通路と、吸気通路における空気の流量を調整するための流量調整部と、エンジンユニットおよび流量調整部を制御する制御部とを備え、エンジンは、シリンダと、流量調整部の下流で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、エンジンの停止動作の際に、吸気通路および燃焼室に空気が流入するように流量調整部を制御し、燃焼室内で混合気の燃焼が行われることなく惰性によってクランク軸が正方向に回転するように燃料噴射装置および点火装置を制御し、エンジンの始動動作の際に、クランク角が始動吸気範囲を越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、エンジンの停止時に、吸気通路および燃焼室に空気が流入する状態で、混合気が燃焼されることなく、クランク軸が惰性によって正方向に回転する。この場合、吸気通路および燃焼室を通って継続的に空気が流れる。それにより、エンジンから燃焼後の気体が十分に排出される。
エンジンの始動時には、クランク軸が逆方向に回転されるとともに、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、燃焼室内に混合気が導入される。この場合、エンジンから燃焼後の気体が十分に排出されているため、クランク軸が逆方向に回転されても、燃焼後の気体が逆流して燃焼室および吸気通路に導かれることが防止される。それにより、燃焼室内の空燃比を精度よく調整することができる。
その後、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される。この場合、燃焼室内で生じる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。上記のように、燃焼後の気体の逆流が防止されるので、燃焼不良の発生が防止される。それにより、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越えることができる。その結果、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)制御部は、回転駆動部によるクランク軸の逆方向への回転時に、吸気通路に燃焼後の気体が逆流しないように流量調整部を制御してもよい。
この場合、吸気通路が正圧に維持されるので、クランク軸が逆方向に回転される状態で吸気口および排気口が開いても、気体が逆流しにくい。そのため、燃焼後の気体が燃焼室および吸気通路に導かれることが防止される。
(3)エンジンユニットは、クランク軸の回転速度を検出する回転速度検出器をさらに含み、制御部は、エンジンの停止動作の際に、回転速度検出器により検出される回転速度が予め定められた値以上であるときに吸気通路および燃焼室に空気が流入するように流量調整部を制御し、回転速度検出器により検出される回転速度が予め定められた値より低いときに吸気通路および燃焼室に空気が流入しないように流量調整部を制御してもよい。
この場合、クランク軸の回転が停止する際に、次の始動時に備えて、気体が逆流しないように流量調整部が予め切り替えられる。そのため、エンジンの始動時に、流量調整部の切り替えのための時間が不要となり、クランク軸の逆方向の回転を即時に開始することができる。したがって、エンジンの始動に要する時間を短縮することができる。
(4)流量調整部は、吸気通路に設けられるスロットルバルブを含んでもよい。
この場合、スロットルバルブが流量調整部として機能することにより、流量調整部の構成の簡略化が可能となる。
(5)エンジンシステムは、吸気通路に設けられるスロットルバルブをさらに備え、流量調整部は、スロットルバルブをバイパスするように吸気通路に設けられた補助通路と、補助通路を開閉するように設けられた補助バルブとを含んでもよい。
この場合、スロットルバルブと別個に設けられた補助バルブが流量調整部として機能することにより、スロットルバルブおよび補助バルブの制御が簡単になる。
(6)制御部は、エンジンの始動後でかつスロットルバルブが閉じられた状態で、クランク軸の回転速度が一定の範囲内に維持されるように補助バルブを制御してもよい。
この場合、エンジンの始動後であってスロットルバルブが開かれる前に、エンジンのアイドリングを適切に維持することができる。
(7)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、通常排気範囲は、始動吸気範囲を含んでもよい。
この場合、正方向の回転時に排気を行うべきクランク角の範囲が、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ので、通常排気範囲に始動吸気範囲が含まれることにより、正方向の回転時の排気および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。
(8)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。
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。 エンジンシステムの構成について説明するための模式図である。 エンジンユニットの動作について説明するための図である。 エンジンユニットの動作について説明するための図である。 燃焼後の気体の逆流について説明するための図である。 燃焼後の気体の逆流について説明するための図である。 エンジンの停止時におけるISC開度について説明するためのタイミングチャートである。 エンジンの停止時における気体の流れについて説明するための模式図である。 エンジンの始動時におけるISC開度について説明するためのタイミングチャートである。 エンジンの停止時における気体の流れについて説明するための模式図である。 エンジン停止処理のフローチャートである。 エンジン始動処理のフローチャートである。 エンジン始動処理のフローチャートである。
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。
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。
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。始動兼発電機14の代わりに、スタータモータおよび発電機が別個に設けられてもよい。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。バルブ駆動部17は、例えば、カムシャフト、油圧式動弁機構または電磁式動弁機構である。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。
吸気通路22には、外部から流入する空気(以下、新気と呼ぶ)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。スロットルバルブTVをバイパスするように、吸気通路22に補助通路22aが設けられる。補助通路22aには、ISC(アイドルスピードコントロール)バルブIVが設けられる。ISCバルブIVの開度(以下、ISC開度と呼ぶ)が調整されることにより、アイドリング時におけるエンジン10の回転速度が調整される。また、本実施の形態では、ISC開度が調整されることにより、燃焼後の気体の逆流が防止される。ISC開度の調整については後述する。
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の回転角度および回転速度を検出する。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、インジェクタ19およびISCバルブIV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の始動時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。
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、新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(以下、燃焼気と呼ぶ)が排出される。
以下の説明では、角度A11でインジェクタ19により燃料が噴射されることを通常噴射動作と呼び、角度A14で点火プラグ18により点火が行われることを通常点火動作と呼ぶ。
(3−2)始動時
図4を参照しながらエンジン10の始動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。図4において、まず、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、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が停止される際には、インジェクタ19による通常噴射動作および点火プラグ18による通常点火動作が行われることなく、クランク軸13が惰性で回転する。ピストン11が圧縮上死点に達するときに燃焼室31a内の圧力が最大となるので、クランク軸13の回転は、クランク角が角度A2に達する直前に停止しやすい。クランク角が角度A30付近にある状態でクランク軸13の回転が停止した場合には、エンジン10の始動時にクランク角が角度A30に調整されなくてもよい。
続いて、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に新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、新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が正方向に駆動される。
本実施の形態では、始動兼発電機14によるクランク軸13の逆方向への駆動が停止された後に、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、角度A15から角度A16までの範囲において、排気バルブ16により排気口23が開かれ、角度A31での点火による燃焼気が燃焼室31aから排出される。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る。その後、エンジン10が通常運転に移行する。
このように、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、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が最初の圧縮上死点に対応する角度A2を超えるためのトルクを得ることができる。
(4)燃焼気の逆流
図2の排気通路24および燃焼室31aに燃焼気が滞留する状態で上記のようなエンジン10の始動動作が行われると、クランク軸13の逆回転時に燃焼気が吸気通路22または燃焼室31aに逆流し、空燃比にばらつきが生じることがある。それにより、エンジン10の始動を良好に行うことができない場合がある。
図5および図6は、燃焼気の逆流について説明するための図である。上記のように、クランク軸13の逆回転時には、図4の角度A1から角度A0までの範囲において、吸気口21が開かれた状態でピストン11が上昇する。この場合、図5(a)に示すように、燃焼室31a内に燃焼気が滞留していると、その燃焼気が吸気口21を通して吸気通路22に流れる可能性がある。
また、クランク軸13の逆回転時には、図4の角度A0から角度A3までの範囲において、排気口23が開かれた状態でピストン11が下降する。この場合、図5(b)に示すように、排気通路24に燃焼気が滞留していると、その燃焼気が排気口23を通して燃焼室31aに流れる可能性がある。
また、図4の角度A16から角度A12までの範囲においては、図6に示すように、吸気口21および排気口23の両方が開かれる。この場合、排気通路24に燃焼気が滞留していると、その燃焼気が、排気口23を通して燃焼室31aに流れ、さらに吸気口21を通して吸気通路22に流れる可能性がある。
本実施の形態では、エンジン10の停止時および始動時において、ISC開度が調整されることにより、このような燃焼気の逆流が防止される。以下、エンジン10の停止時および始動時におけるISC開度について説明する。
図7は、エンジン10の停止時におけるISC開度について説明するためのタイミングチャートである。図8は、エンジン10の停止時における気体の流れについて説明するための模式図である。図9は、エンジン10の始動時におけるISC開度について説明するためのタイミングチャートである。図10は、エンジン10の始動時における気体の流れについて説明するための模式図である。
図7および図9には、始動兼発電機14によるクランク軸13の駆動方向、クランク角の変化、エンジン10の回転速度の変化、インジェクタ19による燃料の噴射タイミング、点火プラグ18による点火タイミング、およびISC開度の変化が示される。燃料の噴射タイミングおよび点火タイミングは、矩形パルスで示される。クランク角の変化は、図4の角度A2を基準とする720°の範囲で示される。エンジン10の回転は、クランク軸13の回転と同義である。図7および図9において、横軸は時間を示す。
エンジン10の停止時について説明する。エンジン10の停止時にはスロットルバルブTVの開度(以下、スロットル開度と呼ぶ)が0に維持される。
図7の例では、時点t1において、エンジン10の停止条件が満たされる。エンジン10の停止条件は、例えば、メインスイッチがオフされること、または上記のアイドルストップ条件が満たされることである。エンジン10の停止条件が満たされると、インジェクタ19による通常噴射動作および点火プラグ18による通常点火動作が停止される。これにより、エンジン10の回転速度が徐々に低下する。この場合、クランク軸13が惰性によって回転する。始動兼発電機14は、エンジン10の停止時には動作しない。
時点t2において、ISC開度が最大になるようにISCバルブIVの制御が開始される。本例では、時点t2より前の期間にはISC開度が値H1に維持される。時点t2からの所定時間内で、ISC開度が値H1から最大値MAXに変化する。
時点t3において、クランク軸13の回転が停止する。本例では、クランク角が角度A30であるときに、クランク軸13の回転が停止する。クランク軸13の回転が停止すると、ISC開度が0になるようにISCバルブIVが制御される。停止条件が満たされてからISC開度が0に調整されるまでのエンジン10の動作が、エンジン10の停止動作に相当する。
このように、エンジン10の停止時には、ISC開度が最大に調整された状態で、クランク軸13が惰性によって回転する。この場合、新たに燃焼気が生成されることなく、新気が吸気通路22、燃焼室31aおよび排気通路24を流れる。具体的には、図8(a)に示されるように、吸気口21が開かれた状態で、吸気通路22から燃焼室31aに新気が導かれる。また、図8(b)に示すように、排気口23が開かれた状態で、燃焼室31aから排気通路24に燃焼気とともに新気が導かれる。クランク軸13が複数回転することにより、このような動作が複数回繰り返される。
これにより、吸気通路22、燃焼室31aおよび排気通路24を通して十分な量の新気が流れる。その結果、吸気通路22、燃焼室31aおよび排気通路24に燃焼気が滞留することが防止される。
エンジン10の始動時について説明する。エンジン10の始動時にはスロットル開度は0に維持される。
図9の例では、時点t11において、エンジン10の始動条件が満たされる。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の始動条件が満たされると、始動兼発電機14によりクランク軸13が逆方向に駆動される。これにより、クランク角が角度A30から図3および図4の矢印R2の方向に変化する。なお、エンジン10の始動時に、クランク角が角度A30付近にない場合には、始動条件が満たされる前にクランク角が角度A30付近に調整されることが好ましい。
時点t11aにおいて、クランク角が角度A23に達すると、インジェクタ19により燃料が噴射される。時点t12において、クランク角が角度A31に達すると、始動兼発電機14によるクランク軸13の逆方向への駆動が停止されるとともに、ISC開度が規定値H2になるようにISCバルブIVの制御が開始される。その直後に、点火プラグ18により燃焼室31a内の混合気に点火され、クランク軸13が正方向に駆動される。また、始動兼発電機14によるクランク軸13の正方向への駆動が開始される。その後、ISC開度が規定値H2になり、インジェクタ19による通常噴射動作および点火プラグ18による通常点火動作が行われる。それにより、エンジン10の回転速度が上昇する。
時点t13において、エンジン10の回転速度が予め定められたしきいH3に達すると、始動兼発電機14の動作が停止される。また、エンジン10の回転速度が一定範囲内に維持されるように、ISC開度が調整される。これにより、エンジン10のアイドリングが行われる。始動条件が満たされてからエンジン10の回転速度がしきい値H3に達するまでのエンジン10の動作が、エンジン10の始動動作に相当する。
このように、エンジン10の始動時には、ISC開度が0に維持された状態でクランク軸13が逆回転される。この場合、吸気通路22が正圧に維持される。それにより、図10(a)に示すように、吸気口21が開かれた状態でピストン11が上昇しても、燃焼室31aから吸気通路22に気体が逆流しにくい。そのため、燃焼室31a内に燃焼気が滞留していても、吸気通路22に燃焼気が導かれることが防止される。
また、図4の角度A16から角度A12までの範囲において、吸気口21および排気口23の両方が開かれても、図10(b)に示すように、排気通路24から燃焼室31aおよび吸気通路22に気体が逆流しにくい。そのため、排気通路24に燃焼気が滞留していても、吸気通路22および燃焼室31aに燃焼気が導かれることが防止される。
(5)エンジン停止処理
エンジン10の停止時には、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、エンジン停止処理を行う。図11は、エンジン停止処理のフローチャートである。エンジン停止処理は、例えば、図示しないメインスイッチがオフされた場合、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11に示すように、ECU6は、上記の停止条件が満たされたか否かを判定する(ステップS1)。停止条件が満たされていない場合、ECU6は、ステップS1の処理を繰り返す。停止条件が満たされた場合、ECU6は、インジェクタ19による通常噴射動作を停止するとともに(ステップS2)、点火プラグ18による通常点火動作を停止する(ステップS3)。
次に、ECU6は、ISC開度が最大となるようにISCバルブIVを制御する(ステップS4)。次に、ECU6は、クランク角センサ43の検出結果に基づいて、クランク軸13の回転が停止したか否かを判定する(ステップS5)。クランク軸13の回転が停止していない場合、ECU6は、ステップS5の処理を繰り返す。クランク軸13の回転が停止した場合、ECU6は、ISC開度が0となるようにISCバルブIVを制御する(ステップS6)。これにより、ECU6は、エンジン停止処理を終了する。ステップS2〜S6の処理がエンジン10の停止動作の際に行われる。
(6)エンジン始動処理
エンジン10の始動時には、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12および図13は、エンジン始動処理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た場合、またはアイドルストップ状態で上記のエンジン停止処理が終了した場合に行われる。
図12に示すように、まず、ECU6は、クランク角を角度A30に調整する(ステップS11)。例えば、停止状態にあるクランク軸13のクランク角がメモリ等に記憶されている場合、その記憶されたクランク角に基づいて始動兼発電機14が制御されることにより、クランク角が角度A30に調整される。一方、停止状態にあるクランク軸13のクランク角が記憶されていない場合、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始動兼発電機14によりクランク軸13が正方向に回転される。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、上記のように、停止状態にあるクランク軸13のクランク角が角度A30付近にある場合には、ステップS11でのクランク角の調整は行われなくてもよい。
次に、ECU6は、上記の始動条件が満たされたか否かを判定する(ステップS12)。始動条件が満たされていない場合、ECU6は、ステップS12の処理を繰り返す。始動条件が満たされた場合、ECU6は、クランク軸13が逆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S13)。
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、クランク角が角度A23に達したか否かを判定する(ステップS14)。クランク角が角度A23に達していない場合、ECU6は、ステップS14の処理を繰り返す。クランク角が角度A23に達した場合、ECU6は、吸気通路22に燃料が噴射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、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、クランク角が角度A31に達したか否かを判定する(ステップS16)。クランク角が角度A31に達していない場合、ECU6は、ステップS16の処理を繰り返す。クランク角が角度A31に達した場合、ECU6は、クランク軸13の逆方向への駆動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S17)。また、ECU6は、ISC開度が規定値H2(図9)となるようにISCバルブIVを制御する(ステップS18)。
なお、エンジン10がいずれの行程にあるか認識された後には、クランク角の検出時に、吸気圧力センサ42の検出結果が用いられず、クランク角センサ43の検出結果のみが用いられてもよい。
次に、ECU6は、燃焼室31a内の混合気に点火されるように点火プラグ18を制御するとともに(ステップS19)、クランク軸13が正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S20)。次に、ECU6は、インジェクタ19による通常噴射動作を開始するとともに(ステップS21)、点火プラグ18による通常点火動作を開始する(ステップS22)。
次に、ECU6は、クランク角センサ43の検出結果に基づいて、エンジン10の回転速度(クランク軸13の回転速度)がしきい値H3(図9)に達したか否かを判定する(ステップS23)。エンジン10の回転速度がしきい値H3に達していない場合、ECU6は、ステップS23の処理を繰り返す。エンジン10の回転速度がしきい値H3に達した場合、ECU6は、クランク軸13の正方向への駆動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S24)。また、ECU6は、エンジン10の回転速度が一定の範囲内に維持されるように、ISC開度を調整する(ステップS25)。これにより、エンジン10のアイドリングが行われる。その後、ECU6は、エンジン始動処理を終了する。ステップS13〜S24の処理がエンジン10の始動動作の際に行われる。
(7)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の停止時に、エンジン10に新気が流入する状態で、燃料の噴射および混合気の点火が行われることなく、惰性によりクランク軸13が正回転する。この場合、吸気通路22、燃焼室31aおよび排気通路24を通って継続的に新気が流れる。それにより、吸気通路22、燃焼室31aおよび排気通路24から燃焼気が十分に排出される。
エンジン10の始動時には、クランク軸13が逆回転されるとともに、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内に混合気が導入される。この場合、エンジン10から燃焼気が十分に排出されているため、クランク軸13が逆回転されても、燃焼気が逆流して燃焼室31aおよび吸気通路22に導かれることが防止される。それにより、燃焼室31a内の空燃比を精度良く調整することができる。
その後、クランク角が角度A31にあるときに燃焼室31a内の混合気に点火され、その爆発のエネルギーによりクランク軸13が正方向に駆動される。上記のように、燃焼気の逆流が防止されることにより、混合気の燃焼不良が防止される。それにより、クランク軸13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。その結果、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、本実施の形態では、クランク軸13の逆回転時に、スロットルバルブTVおよびISCバルブIVが閉じられる。これにより、クランク軸13の逆回転時に吸気通路22が正圧に維持されるので、クランク軸13が逆回転されても、気体が逆流しにくい。そのため、燃焼気が燃焼室31aおよび吸気通路22に導かれることが十分に防止される。
また、本実施の形態では、スロットルバルブTVと別個に設けられたISCバルブIVによりエンジン10の停止時における新気の導入およびエンジン10の始動時における吸気通路22の正圧の維持が実現される。そのため、これらがスロットルバルブTVによって実現される場合に比べて、スロットルバルブTVおよびISCバルブIVの制御が簡単になる。
また、本実施の形態では、エンジン10の始動後でかつスロットルバルブTVが閉じられた状態で、クランク軸13の回転速度が一定の範囲内に維持されるようにISCバルブIVが制御される。これにより、エンジン10のアイドリングを適切に維持することができる。
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る。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、角度A31において、クランク軸13の逆方向への駆動が停止された後に、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、クランク軸13が圧縮上死点に対応するクランク角を確実に超えることができる。
(8)他の実施の形態
(8−1)
上記実施の形態では、エンジン10の始動時に、ISC開度が0に維持された状態でクランク軸13が逆回転されるが、本発明はこれに限らない。燃焼気の滞留が防止されている場合には、ISC開度が0より大きい状態でクランク軸13が逆回転されてもよい。この場合、燃焼室31aおよび吸気通路22に気体が逆流しても、その気体は燃焼気ではないため、エンジン10の始動に悪影響を与えることが防止される。
(8−2)
上記実施の形態では、エンジン10の停止時に、クランク軸13の回転が停止されるとISC開度が0に調整されるが、本発明はこれに限らない。例えば、0より大きい回転速度のしきい値が予め定められる。エンジン10の回転速度がそのしきい値以上である場合には燃焼室31aに新気が導入されるようにISCバルブIVが制御され、エンジン10の回転速度がそのしきい値より低くなると燃焼室31aに新気が導入されないようにISCバルブIVが制御されてもよい。
(8−3)
上記実施の形態では、クランク軸13の回転の停止時にISC開度が0に調整されるが、本発明はこれに限らない。クランク軸13の回転の停止時にISC開度が調整されることなく、エンジン10の始動時において、クランク軸13の逆回転が開始される前に、ISC開度が0に調整されてもよい。また、エンジン10の停止後にISC開度が0より僅かに大きく調整され、エンジン10の始動時において、クランク軸13の逆回転が開始される前に、ISC開度が0に調整されてもよい。
(8−4)
上記実施の形態では、ISC開度が調整されることにより、エンジン10の停止時における燃焼室31aへの新気の導入、およびエンジン10の始動時における吸気通路22の正圧の維持が実現されるが、本発明はこれに限らない。例えば、スロットルバルブTVとして電磁バルブが用いられる場合には、スロットル開度が調整されることにより、エンジン10の停止時における燃焼室31aへの新気の導入、およびエンジン10の始動時における吸気通路22の正圧の維持が実現されてもよい。この場合、補助通路22aおよびISCバルブIVが設けられなくてもよい。
また、スロットルバルブTVおよびISCバルブIVの他に、エンジン10の停止時および始動時に上記の機能を実現可能な他の流量調整機構が設けられてもよい。
(8−5)
上記実施の形態では、エンジン10の停止時に、インジェクタ19による通常噴射動作および点火プラグによる通常点火動作の両方が停止されるが、本発明はこれに限らない。燃焼室31aでの混合気の燃焼が行われないのであれば、通常噴射動作および通常点火動作の一方のみが停止されてもよい。
(8−6)
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。
(8−7)
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がカムシャフトである場合には、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。
(8−8)
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。
(9)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。
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、スロットルバルブTVまたはISCバルブIVが流量調整部の例であり、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、シリンダ31がシリンダの例であり、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、スロットルバルブTVがスロットルバルブの例であり、補助通路22aが補助通路の例であり、ISCバルブIVが補助バルブの例であり、クランク角センサ43が回転速度検出部の例である。
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
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 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
EU エンジンユニット
IV ISCバルブ
TV スロットルバルブ

Claims (8)

  1. エンジンおよび回転駆動部を含むエンジンユニットと、
    前記エンジンに空気を導く吸気通路と、
    前記吸気通路における空気の流量を調整するための流量調整部と、
    前記エンジンユニットおよび前記流量調整部を制御する制御部とを備え、
    前記エンジンは、
    シリンダと、
    前記流量調整部の下流で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、
    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動作の際に、前記吸気通路および前記燃焼室に空気が流入するように前記流量調整部を制御し、前記燃焼室内で混合気の燃焼が行われることなく惰性によって前記クランク軸が前記正方向に回転するように前記燃料噴射装置および前記点火装置を制御し、
    前記エンジンの始動動作の際に、クランク角が前記始動吸気範囲を越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。
  2. 前記制御部は、前記回転駆動部による前記クランク軸の前記逆方向への回転時に、前記吸気通路に燃焼後の気体が逆流しないように前記流量調整部を制御する、請求項1記載のエンジンシステム。
  3. 前記エンジンユニットは、前記クランク軸の回転速度を検出する回転速度検出器をさらに含み、
    前記制御部は、前記エンジンの停止動作の際に、前記回転速度検出器により検出される回転速度が予め定められた値以上であるときに前記吸気通路および前記燃焼室に空気が流入するように前記流量調整部を制御し、前記回転速度検出器により検出される回転速度が前記予め定められた値より低いときに前記吸気通路および前記燃焼室に空気が流入しないように前記流量調整部を制御する、請求項2記載のエンジンシステム。
  4. 流量調整部は、前記吸気通路に設けられるスロットルバルブを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
  5. 前記吸気通路に設けられるスロットルバルブをさらに備え、
    前記流量調整部は、前記スロットルバルブをバイパスするように前記吸気通路に設けられた補助通路と、
    前記補助通路を開閉するように設けられた補助バルブとを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
  6. 前記制御部は、前記エンジンの始動後でかつ前記スロットルバルブが閉じられた状態で、前記クランク軸の回転速度が一定の範囲内に維持されるように前記補助バルブを制御する、請求項5記載のエンジンシステム。
  7. 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、
    前記通常排気範囲は、前記始動吸気範囲を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
  8. 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1〜7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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