JP2018527502A - 始動および停止システムにおける内燃エンジンの再始動を管理するプロセス - Google Patents

Abstract

電動機制御装置（ＥＭＵ）によって管理される電動機を用いて、始動および停止システムにおける内燃エンジンの再始動を管理するプロセスであって、クランク軸の回転状況の直接評価のための第１の工程は、クランク軸上に配置されたセンサを介して、内燃エンジンの燃焼エンジン制御装置（ＥＣＵ）によって提供され、回転状況が、センサの精度損失と対応する閾値を超えているならば、スロットルバルブの再開の場合には、燃焼エンジンの制御装置（ＥＣＵ）は、燃料と点火をエンジンに供給し続け、それ以外の場合には、クランク軸位置決め工程が燃焼エンジンの制御装置（ＥＣＵ）によって提供され、クランク軸位置決め工程は、所定の前方回転角度によるクランク軸の前方回転と、ネガティブなケースの場合、所定の最大前方回転角度に達するまで、追加的なクランク軸の前方回転が続く、起こり得るピストン停止状態の検出と、所定の角度によるクランク軸の逆回転と、ネガティブなケースの場合、所定の最大逆回転角度に達するまで、追加的なクランク軸の逆回転が続く、起こり得るピストン停止状態の検出と、を含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃エンジンのクランク軸上で作動し、電動機制御装置（ＥＭＵ）によって管理される電動機を用いて、始動および停止システムにおける内燃エンジン、すなわち、単気筒エンジンの再始動を管理するプロセスに関する。

このプロセスは、車両が静止しているとき、エンジンの自動停止が設定される該エンジンにおける始動手順を実行するのに特に有利であり、好ましくは、スクーター等のモータビークルの単気筒エンジンに適し、この場合、発電機としても明確に作動する電動機は、クランク軸に直接取り付けられている。

この種のエンジンは、エンジンの始動および停止という条件下では既に幅広く知られている。

この構成で、サイズと、電動機がその機能を実行するために働かせる必要のあるトルクを最適化しようとしている。

この点に関して、エンジンを再始動しなければならないとき、すなわち、車両が停止してエンジンが切れるとき、電動機の回転を提供する再始動手順が用いられ、非常に短期間に後者が起こる必要があると見なし、シリンダ内のピストン停止を確実に回避することによって、再始動可能な最低トルクを要求する位置にシリンダ内のピストンが置かれる。

欧州特許出願第１，４０６，０１０Ａ２号明細書には、エンジン始動制御装置が開示されており、この場合、クランク軸の回転状態は、電動機制御装置（ＥＭＵ）と内燃エンジン制御装置（ＥＣＵ）の両方に接続された電動機上に配置された高価なセンサを介して検出される。この工程は、始動システムの所要の接続に関して手間がかかる可能性があり、また、大規模な処理能力を必要とする。

米国特許第５，４５８，０９８Ａ号明細書には、自動車タイプの多気筒エンジンのために考案された、この種の手順が記載されている。

一般に、この工程の電動機は、限定されたトルクで回転されるため、前記ピストンは圧縮行程に対応する上死点を越えることができず、クランク軸を前後両方に回転させている。

上述の文献では、停止時に後方に回転（rotation backward）が実行される。時期の近い圧縮行程からピストンを遠ざける逆回転（inverse rotation）、すなわち、その瞬間から始動のために前方に回転され、前方回転時に蓄積される運動エネルギーが、より近い工程からの始動によりトルクが圧縮行程の克服に十分でない場合であっても、エンジンの再始動による時期の近い圧縮行程の克服が可能である。

逆回転は、ピストンが、先に逆回転をロックしないという条件で、予め設定された回転角度（４気筒エンジンの場合にはπ／４であり、この場合にはπ／２の回転毎に圧縮行程がある）に対して、又は予め設定された回転時間に対して実行される。

しかしながら、単気筒エンジンでは、隣接する圧縮行程は、回転角度に関して、それらの間が２πの角度だけ離れており、その場合、再始動が確実に実行されるように、一定の角度および／または逆回転時間を設定するのは困難である。

米国特許第５，７１３，３２０Ａにおいても、前述の手順と同様の手順が記載されており、この場合、電動機は、時期が近い圧縮行程に達するまで、低出力で逆回転される。

欧州特許第１，０４６，８１３号明細書には、逆回転手順について記載されており、この場合、いつ逆回転が止まる可能性があるかを理解するために、逆回転中の摩擦を検出するセンサが設けられている。

しかしながら、この種のセンサは、点火システムの追加的な構成要素および余計なリソースを強制的に管理しなければならないことに留意する必要がある。

一方、欧州特許第１，２３３，１７５号明細書には、クランク軸の絶対角度位置を検出することが可能なセンサを用いる手順について記載しており、そのため、先の文献の論評が有効となる。

同様に、欧州特許第１，３２１，６６６号明細書には、クランク軸に適用される逆回転角度が検出される手順について記載されている。

欧州特許第１，３６５，１４５号明細書の手順は、上述の文献に記載された手順に似ている。

欧州特許第１，３７５，９０７号明細書の手順においては、逆回転をいつ中断すべきかを理解するために、クランク軸の位置の代わりに、クランク軸の速度が検出され、そのため、追加的なセンサの存在を要求している。

米国特許第６，８７７，４７０号明細書には、代わりに、申し分のない量の逆回転を正確に用いることができるように、圧縮行程に関する限り、逆回転が、前方回転によって先行される手順について記載されている。しかしながら、この手順は、小さな回転と高トルクが存在する自動車分野のために考えられている。

欧州特許第１，０５５，８１６Ａ１号明細書には、再始動を実行できるようにするために、エンジンの角度位置を高精度で知ることによって、位置決めを行わなければならない手順について記載されている。

しかしながら、スイッチオフを完了する前に再始動がドライバーによって決められる場合、すなわち、エンジンが回転状況（rotation regime）を維持する場合、再始動プロセスは、エンジンの内部慣性にもさらされることを留意する必要がある。

この場合、エンジンクランク軸上に配置された通常のｒｐｍセンサは、使用されるセンサの品質に依存し、特定の閾値以下の精度の信号を生成することに留意する必要がある。

この精度の損失は、スイッチオフ手順の完了を要することなく、純粋な慣性によってエンジンが再始動することができる場合、ＥＣＵエンジンの制御装置が、それを燃料と点火の混合物に供給し続けるため、正確な評価が妨げられる。

しかしながら、このデータを考慮することなく、エンジンがまだ停止していないときのスロットルバルブの再開するとき、エンジンを完全に停止させた後に、それを再始動する必要がある。すなわち、その手順は、ドライバーにネガティブに受取られる時間の無駄を伴う。

本発明の目的は、公知の技術に関して述べた欠点の克服を可能にする点火プロセスを提供することである。

このような課題は、前述および添付のクレーム１で定義された始動プロセスによって解決される。

本発明に係る始動プロセスの主な利点は、最大トルクとサイズに関して最適化された電動機を用いることによって確実な始動を可能にすることであり、クランク軸に装着された単純な速度センサに依存し、内燃エンジン制御装置は、電動機制御装置のセンサに接続されていない。

実際には、逆回転の始動位置と終了位置は、次の二つの条件のうち、少なくとも一方が満たされることによって決定される。すなわち、一方の条件は起こり得る、到達したピストン停止に関し、他方の条件は最大回転角度の実施に関する。

ピストン停止は、内燃エンジンのピストンが、ピストン行程の上死点（top dead center）と下死点（bottom dead center）の両方の近くで、電動機によって克服できない圧縮行程に達したときに決定される停止であることが意図されている。

以下から明らかのように、前方および後方（逆）への回転を管理するために、電動機ＥＭＵの制御装置による追加的なセンサの利用は必要ない。所定の前方および後方の回転角度の値は、電動機の電動機制御装置（ＥＭＵ）内に格納されている。

以下、添付図面の参照により、本発明は、一例として記載された非限定的な好適な実施の形態に従って説明される。
本発明に係る始動プロセス（start process）を実行する点火システム（ignition system）の模式図である。 クランク軸の回転状況の判断に基づく再始動ロジック（re-start logic）を示す図である。 本発明に係る始動プロセスにおける位置決めの方策を示す図（brock diagram）である。 本発明に係る再始動プロセスにおける点火方策を示す図（brock diagram）である。 臨界回転状況（critical rotation regime）時の再始動中のエンジンの動作パラメータの図表（diagram）である。

図１を参照すると、単気筒内燃エンジンのために設けられる、本実施例の始動プロセスを実行する傾向がある点火システムが示されている。

該システムは、バッテリーによる電流を同様に受取る（モータドライバの）作動部によって駆動される永久磁石を有するブラシレスタイプの三相電動機（三相機械）を備えている。

作動およびバッテリーはともに、適当な入力（始動コマンド）によりエンジン点火コマンドを受け取るように構成された電動機の制御装置（ＥＭＵ）によって管理される。具体的な事例において、この入力は、ボタンにより、キーの回転により、アクセルから来る燃料供給系のスロットルバルブの開きにより、ドライバーによってコマンドに及ぼされる始動信号のシフトまたは検出により、ペダルまたはノブにより、アクセル等によって生成された信号を受け取ることができる。

最後の二種類の始動信号は、これまでエンジンが停止していなかったかのようにドライバーが運転再開の意思を示したとき、エンジンを自動的に再点火するために、エンジンおよび車両の停止時または一定の期間を越える停止時にエンジンを切るように構成された点火システムの場合に用いられる始動信号である。

電動機制御装置（ＥＭＵ）は、一つ以上の適当な電気的センサ（電流センサ）から、電動機への電流供給に関連するデータを受け取り、すなわち、該制御装置は、ステータに対する電動機のロータの相対位置を示すパルスをさらに受け取る。

本実施の形態において、そのようなパルスは、電動機のステータの位相センサ（位置センサ）、すなわち、ステータが備えている、ホール効果を有する３つのセンサによって生成された位相パルスである。

電動機は、電動機の軸と一致するクランク軸によって内燃エンジンに機械的に直接接続されている。

さらに、電動機のステータには、ステータに対するロータの回転方向を示す信号を生成する特定のセンサも備えられている。

例えば、ホール効果を有する２つのサブセンサを備えたセンサによって生成された信号は、電動機の制御装置には接続されないが、内燃エンジンの電源、すなわち、スパークプラグ、燃料混合物の供給を調節する内燃エンジン制御装置（ＥＣＵ）には接続される。

最後に、クランク軸上には、軸回転状況を直接検出し、それを内燃エンジンの制御装置（ＥＣＵ）に供給するｒｐｍセンサが配置されている。

本実施例を参照すると、このような点火システムは、実質的にオートバイタイプの４サイクル単気筒エンジンのために構成されている。

図２を参照すると、再始動手順は、クランク軸の回転状況の直接評価を提供する。すなわち、エンジンのスロットルバルブの再開の場合、クランク軸の回転状況の第１の閾値が、それを越えて設定され、エンジンは、純粋な慣性によってスイッチオンの状態を維持し続ける。さらに、第２の閾値が、それ以下に設定され、エンジンは、以下で詳細に説明するスイッチオフおよび再始動手順を実行する。

通常のエンジンの場合の上述した閾値は、エンジンのスロットルバルブの再開の場合、約８００ｒｐｍ（第１の閾値）および１００〜１５０ｒｐｍ（第２の閾値）である。内燃エンジンの制御装置（ＥＣＵ）は、燃料の注入およびスパークプラグの点火の両方を強制し、その結果、エンジンは、完結したスイッチオフおよび再始動の手順を要することなく、素早く再始動することができる。

第２の閾値は、クランク軸上に配置され、内燃エンジン制御装置（ＥＣＵ）に接続されたセンサ（ｒｐｍセンサ）によって生成される信号が精度を失った場合に依存し、それは、この評価に基づいて設定される。

このようにして、内燃エンジン（ＥＣＵ）の制御装置を、クランク軸上のセンサよりも複雑なセンサに接続することなく、エンジンを直接再始動することが可能である。

その結果、本プロセスでは、クランク軸上で用いられるｒｐｍセンサに依存する上述した所定の閾値に基づいて、クランク軸の回転状況の直接評価の第１のステップが設けられ、スロットルバルブの再開の場合、回転状況が、このような閾値以上であれば、燃焼エンジン（ＥＣＵ）の制御装置は、燃料と点火をエンジンに与え続ける。

図５を参照すると、上（スロットル）から一番目のトレースは、該スロットルバルブが開いているときに、スイッチオフされていたエンジンを再始動するためのコマンドを決定するスロットルバルブの位置を表している（その再開は、ほぼ１４９．５の時点で行われる）。

上から二番目のトレースは、クランク軸上に直接配置されたセンサ（ＲＰＭ）によって検出された該クランク軸の回転状況を表し、この場合、１５０ｒｐｍである、該センサに依存する前記所定の閾値も、実線で表されている。

上から三番目のトレースは、センサから来る信号を表している（ＲＰＭピックアップ）。

上からの四番目のトレースは、最小エアバルブ（エア）のコマンドを表している。

上からの五番目のトレースは、ガソリン注入（ガソリン）を表している。

上からの六番目のトレースは、スパーク作動（スパーク）を表している。

ｒｐｍセンサは、内燃エンジン制御装置（ＥＣＵ）に、クランク軸の位置を知らせるのに用いられ、該工程は、純粋な受動タイプであり、したがって、クランク軸速度が、５０ｒｐｍ未満、好ましくは１５０ｒｐｍ以下になった場合には十分な変動がないため、生成された信号には、もはや信頼性がなく、内燃エンジンの制御装置（ＥＣＵ）によって供給されるコマンドの同時性が喪失している可能性がある。

したがって、クランク軸のゼロ速度から始まる始動工程において、それは、同時性を再構成する前およびエンジンを正しく始動しようとする前に、１５０ｒｐｍを超えなければならない。このことは、熱機関を始動するのに必要な時間の増加につながる。

そして、この方策は、エンジンを切る工程において新たな始動の要求が受取られた場合、エンジン制御部（ＥＣＵ）はスイッチオフ手順を中断し、回転閾値が１５０ｒｐｍ以上のままである場合、該制御部は熱機関を再び駆動し、ゼロ速度から始まる同時性を再構成するのに必要な間はずっと、そうすることが確保される。

該図表においては、１４９．０の時点で、ガソリン信号がゼロになり（五番目のトレース）、そのことが、エンジンを停止するための要求を明確に示し、１４９．５の時点では、ユーザは、スロットルバルブを開くことにより、再始動の意思を示し、エンジン制御部（ＥＣＵ）は、クランク軸の回転状況が、依然として予め設定された閾値、すなわち、１５０ｒｐｍ以上であることを認識し、そのため、インジェクタが再び駆動されて、同時性が決して失われないように、エンジンが即座に再始動することに留意する必要ある。

逆の場合、スイッチオフと始動手順が実行され、具体的には、第１の位置決め工程が詳細に後述され、それは、電動機制御装置（ＥＭＵ）によるエンジンのスイッチオフ、すなわち、車両の全体的な停止の後に行われる。

このような位置決め工程は、第１の所定の前方回転角度による電動機の第１の前方回転を含んでいる。この回転は、内燃エンジンのピストンを、理想的には０°〜７２０°の回転角度だけ、その後の圧縮工程に近づける。

前記第１の前方回転の第１の所定の角度は３５０°〜７００°にあり、好ましくは５５０°で構成することができる。

この回転中に、ピストンがピストン停止位置に到達し、電動機が停止した場合、すなわち、ピストンが圧縮行程に達した場合、電動機の制御装置（ＥＭＵ）は、電動機の挙動を介して、すなわち、電流強度センサを用いて、または早期に中断する位相パルスを計数することにより、そのピストン停止を検出し、この時点で、電動機は、逆回転で制御される準備ができている。

ネガティブなケースでは、起こり得るピストン停止状態（possible piston stall state）が検出されない場合、電動機は、追加的な前方回転が、電動機が停止する最大所定前方回転角度に達するまで、該追加的な前方回転で、該制御装置（ＥＭＵ）によって制御される。

このような最大前方回転角度は、前記位相センサによって検出される位相パルスの数Ｎによって決まる。パルスの数Ｎの選択は、前方圧縮行程に確実に適合するように回転角度を保証するように行われる。

好ましくは、Ｎは３５〜７０であり、例えば５５に等しい。

この第２の条件を満たすとき、位置決め工程は、前方回転の場合に説明したことと類似の方法で行われる逆回転を含んでいる。

予め３５０°〜７００°、例えば５５０°の第１の所定の逆回転角度の第１の逆回転が実行され、前述したような電動機の制御装置（ＥＭＵ）によって検出されるピストン停止状態に達したとき、電動機は、後の点火工程の準備ができている。

ネガティブなケースとして、すなわち、ピストン停止が検出されない場合、電動機は、所定の最大逆回転角度に達するまで、追加的な逆回転で該制御装置（ＥＭＵ）によって制御される。

ここでもまた、このような最大逆回転角度は、該停止を保証するように、前記位相センサによって検出される位相パルスの数Ｍに対応する。好ましくは、Ｍは３５〜７０であり、例えば５５である。

この第２の条件を満たすとき、位置決め工程は終了し、点火システムは、後の点火工程を実行する準備ができている（図３）。

点火工程も、前述したのと同様のモードに従う。

最初に、電動機は、最大トルク、すなわち、前の回転では全く必要なかった条件で作動させることにより、前方に制御される。

前に実行された位置決めが正しい場合と、他のすべての周囲状況がそれを可能にする場合、後の圧縮工程に打ち勝つことによって、エンジンがスイッチオンになる。

内燃エンジン制御装置（ＥＣＵ）は、方向センサが受取った信号に基づいて、この情報が、電動機の制御装置によって管理されることなく、スパークプラグの点火と混合物の供給を許可することに留意する必要がある。

エンジンがスイッチオンしない場合、該エンジンは、さらなる停止の状態になる。この場合、位置決め工程の場合に前述した最良の逆回転によって、位置決め手順が繰り返される。

しかしながら、この逆回転中には、圧縮工程に達した可能性のあるときでも、スパークプラグの点火と混合物の供給は、前記方向センサが受取った信号を用いて、内燃エンジン制御装置（ＥＣＵ）によって直接、妨げられることに留意する必要がある。

第２の所定の逆回転角度に対しても実行することができる逆回転の終了時には、点火または所定数Ｘの試みの実行まで再び実行され、その終了時に、該システムは機能停止の状況（failure situation）を知らせる。

内燃エンジンを始動させる上述したプロセスに関して、当業者は、追加的なおよび付随する必要性を満たすという目的で、幾つかの追加的な変更や変形、すなわち、添付の請求項の範囲によって定義される本発明の保護範囲内にあるすべてを取り入れることができる。

Claims (11)

1. 内燃エンジンのクランク軸に対して作用し、電動機制御装置（ＥＭＵ）によって管理される電動機を用いて、始動および停止システムにおける前記内燃エンジンの再始動を管理するプロセスであって、
   前記クランク軸の回転状況の直接評価のための第１の工程は、前記クランク軸上に直接配置され、前記内燃エンジンの燃焼エンジン制御装置（ＥＣＵ）に接続されたｒｐｍセンサを介して提供され、
   前記回転状況が所定の閾値を超えているならば、スロットルバルブの再開の場合、前記燃焼エンジンの制御装置（ＥＣＵ）は、燃料と点火を前記エンジンに供給し続け、
   前記回転状況が前記所定の閾値未満ならば、クランク軸位置決め工程と点火工程が提供され、始動コマンド後に起動され、
   前記所定の閾値は前記ｒｐｍセンサの信号の精度損失と対応し、
   前記電動機制御装置（ＥＭＵ）による前記クランク軸位置決め工程は、
   所定の前方回転角度によるクランク軸の前方回転と、
   ネガティブなケースの場合には、所定の最大前方回転角度に達するまで、追加的なクランク軸の前方回転が続く、起こり得るピストン停止状態の検出と、
   所定の角度によるクランク軸の逆回転と、
   ネガティブなケースの場合には、所定の最大逆回転角度に達するまで、追加的なクランク軸の逆回転が続く、起こり得るピストン停止状態の検出と、
   を含む、プロセス。
2. 前記所定の閾値は１５０ｒｐｍを超えない、請求項１に記載のプロセス。
3. 前記ピストン停止状態は、電気的センサ（電流センサ）による前記電動機への電流供給に関連するデータを受け取る前記エンジンの制御装置（ＥＭＵ）によって検出される、請求項１に記載のプロセス。
4. 前記ピストン停止状態は、前記電動機のステータの位相センサによって検出される位相パルスの数に関連する情報を受け取る前記エンジンの制御装置（ＥＭＵ）によって検出される、請求項１に記載のプロセス。
5. 前記電動機のステータには、前記燃料供給と前記内燃エンジンの点火を調整する前記内燃エンジン制御装置（ＥＣＵ）に送られる、前記ステータに対するロータの回転方向を表す信号を生成するセンサが備えられる、請求項１に記載のプロセス。
6. 前記第１の前方回転の前記所定の前方回転角度は３５０°〜７００°である、請求項１に記載のプロセス。
7. 前記最大前方回転角度は、前記位相センサによって検出される位相パルスの数Ｎによって決定される、請求項１に記載のプロセス。
8. 前記第１の前方回転の前記所定の逆回転角度は３５０°〜７００°である、請求項１に記載のプロセス。
9. 前記最大逆回転角度は、前記位相センサによって検出される位相パルスの数Ｍによって決定される、請求項１に記載のプロセス。
10. クランク軸に前方回転を与えて前記内燃エンジンの始動を判断する点火工程を含む、請求項１に記載のプロセス。
11. 前記始動が実施されていないとき、前記点火または所定数Ｘの試みの実行までの前記位置決め工程の間、前述したクランク軸の逆回転によって前記位置決め手順が繰り返され、その終了時に、該システムは機能停止の状況を知らせる、請求項１０に記載のプロセス。
    

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