JP2021032233A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】デコンプ機構を確実に機能させて始動性を向上させる内燃機関を提供する。【解決手段】クランク軸（１４）に駆動力を伝えて内燃機関（１）を始動させるスタータモータ（４０）と、始動時に排気バルブ（２３）に開度を与えて燃焼室（１７）を減圧させるデコンプ動作が可能なデコンプ機構（４）と、を備えた内燃機関において、始動時に、デコンプ機構が機能せずスタータモータの駆動力によってクランク軸の回転が進行しない場合に、スタータモータの駆動を停止させてから所定時間後にスタータモータを再駆動させるようにした。【選択図】図７

Description

本発明は、デコンプ機構を備えた内燃機関に関する。

高圧縮比の単気筒エンジンのようにピストンの圧縮反力が大きいエンジンで、圧縮反力を低減して始動を容易にさせる手段として、デコンプ（デコンプレッション）機構が知られている（例えば、特許文献１）。デコンプ機構は、エンジン始動時の圧縮行程で、排気バルブを僅かに開放して燃焼室を減圧させるものである。

特許文献１に記載されたデコンプ機構では、排気バルブの動作を制御する排気カム（排気カムロブ）から突出可能なデコンプカムを備えている。デコンプカムは排気カムから突出する位置に付勢されており、エンジン始動時の圧縮行程でデコンプカムを用いて排気バルブを僅かに開かせる。エンジン回転数（クランク軸の回転速度）が上昇すると、デコンプウエイトに加わる遠心力によってデコンプカムが排気カムの輪郭内に収容されて、デコンプ機構が非作動状態に切り替わる。このようなデコンプ機構を用いることにより、エンジンの始動性が向上する。

特開２０１０−１７８９号公報

この種のデコンプ機構では、エンジン停止時に特定の条件下で、デコンプカムが作動状態（排気カムから突出する位置）に戻らない場合がある。近年では、デコンプ機構を備えたエンジンを始動させる手段としてスタータモータ（セルモータ）の採用が増えており、デコンプ機構が機能することを前提として小型軽量のスタータモータの使用が求められている。そのため、デコンプ機構が機能しない状態でスタータモータを駆動すると、高い圧縮反力を乗り越えることができずエンジン始動が困難になる。エンジンが始動しない状態でスタータモータを長時間通電すると、スタータモータ駆動用の回路に大電流が発生して故障などの原因になる。

本発明は係る点に鑑みてなされたものであり、デコンプ機構を確実に機能させて始動性を向上させる内燃機関を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関は、クランク軸に駆動力を伝えて内燃機関を始動させるスタータモータと、前記始動時に排気バルブに開度を与えて燃焼室を減圧させるデコンプ動作が可能なデコンプ機構と、を備え、前記始動時に、前記デコンプ機構が機能せず前記スタータモータの駆動力によって前記クランク軸の回転が進行しない場合に、前記スタータモータの駆動を停止させてから所定時間後に前記スタータモータを再駆動させることを特徴とする。

本発明の内燃機関によれば、デコンプ機構が機能しない場合に、スタータモータの駆動停止と再駆動を行うことによって、デコンプ機構を確実に機能させて始動性を向上させることができる。

エンジンの側面図である。 エンジンの概略構成を示す模式図である。 スタータ駆動機構の斜視図である。 動弁装置の斜視図である。 作動状態のデコンプ機構を示す側面図である。 非作動状態のデコンプ機構を示す側面図である。 デコンプ機構の機能回復を示す図である。 本実施の形態のエンジン始動制御を示すグラフである。 本実施の形態のエンジン始動制御を示すフローチャートである。

以下、本発明を適用した実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１と図２は、本実施の形態の内燃機関であるエンジン１の外観と概略構成を示したものである。図３は、エンジン１の始動を行わせるためのスタータ駆動機構２を示している。図４から図６は、エンジン１に設けた動弁装置３と、その一部であるデコンプ機構４を示している。図７はデコンプ機構４の機能回復を示す図である。図８及び図９は、エンジン１の始動制御を説明するための図である。以下の説明中における上下、左右、前後などの各方向は、エンジン１を搭載する車両（自動二輪車）の車体を基準とした方向を意味する。

まず、図１と図２を参照してエンジン１の全体的な構成と制御システムを説明する。この制御システムは、エンジン１及びその周辺構成の動作を、ＥＣＭ（Engine Control Module）５で制御するように構成されている。

エンジン１は、自動二輪車用の単気筒４サイクルエンジンであり、図１に示すように、クランクケース１０の上部に、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２を取り付けて構成される。クランクケース１０内に形成されたクランク室にクランク軸１４（図２参照）が配置されている。クランク軸１４は左右方向に延びている。

図２に示すように、シリンダブロック１１の内部にはシリンダ１５が形成され、シリンダ１５内にピストン１６が往復移動可能に配置されている。クランク軸１４とピストン１６はコンロッドによって連結されており、ピストン１６が往復運動すると、クランク軸１４がコンロッドを介して回転される。

シリンダヘッド１２内にはシリンダ１５の上部に通じる燃焼室１７が形成され、燃焼室１７の上部には点火プラグ１８が設けられている。点火プラグ１８は、ＥＣＭ５から出力される点火信号に基づいて所定のタイミングで点火し、燃焼室１７内で燃料と空気の混合気を燃焼させる。混合気の燃焼によってピストン１６が往復運動され、クランク軸１４の回転動作として出力する。エンジン１の運転時におけるクランク軸１４の通常の回転方向を正転方向Ｒ１、これと反対のクランク軸１４の回転方向を逆転方向Ｒ２とする（図１及び図３参照）。クランク軸１４の回転角を検出するクランク角センサ１９を備え、クランク角センサ１９は検出値をＥＣＭ５に出力する。ＥＣＭ５は、クランク角センサ１９から入力される検出値に基づいて、エンジン回転数（クランク軸１４の回転速度）を算出する。

シリンダヘッド１２には、燃焼室１７に連通する吸気ポート２０と排気ポート２１が形成されている。吸気ポート２０を通じて混合気生成用の空気が流入し、燃焼室１７で燃焼した後の排気ガスが排気ポート２１を経て外部へ排出される。吸排気に関与する可動弁として、吸気ポート２０と燃焼室１７の間を開閉する吸気バルブ２２と、排気ポート２１と燃焼室１７の間を開閉する排気バルブ２３が設置されている。外気を取り入れるタイミング（吸気行程）で吸気バルブ２２が開かれ、排気ガスを排出するタイミング（排気行程）で排気バルブ２３が開かれる。

吸気ポート２０の上流端には吸気管２４が接続される。吸気ポート２０及び吸気管２４は、吸入空気を流入させる吸気通路を構成する。吸気管２４の途中には、上流側から順にエアクリーナ２５とスロットルバルブ２６が設けられている。エアクリーナ２５とスロットルバルブ２６の間の吸気通路中には、空気量センサ２７が設けられている。空気量センサ２７は、エアクリーナ２５を通過して吸気管２４内を流れる空気流量（吸入空気量）を検出し、その検出値をＥＣＭ５に出力する。

スロットルバルブ２６は、スロットル駆動装置２８によって開閉動作を行う。ＥＣＭ５の指令に応じてスロットル駆動装置２８がスロットルバルブ２６を駆動して開度を変更させることで、吸気管２４から吸気ポート２０へ進む吸入空気の流量（吸入空気量）を調整する。具体的には、空気量センサ２７で検出される吸入空気量を参照しながら、スロットルバルブ２６の開度が制御される。

スロットル駆動装置２８には、スロットルバルブ２６の開度を検出するスロットル開度センサ２９が設けられている。スロットル開度センサ２９は、スロットル駆動装置２８の動作状態に基づいてスロットルバルブ２６の開度を検出し、その検出値をＥＣＭ５に出力する。

スロットルバルブ２６の下流側には、吸気ポート２０内に燃料を噴射する燃料噴射装置としてのインジェクタ３０が設けられている。インジェクタ３０は、ＥＣＭ５の指令に応じて吸気ポート２０内に所定量の燃料を所定のタイミングで噴射する。

排気ポート２１の下流端には排気管３１が接続される。排気ポート２１及び排気管３１は、排気ガスを排出する排気通路を構成する。排気管３１には、不図示の触媒やマフラが接続される。

乗員によるアクセル３２の操作は、アクセルポジションセンサで検出されて、アクセル開度情報を含むアクセル操作信号としてＥＣＭ５に入力される。ＥＣＭ５は、アクセル操作信号に応じて、点火プラグ１８、スロットルバルブ２６、インジェクタ３０などの動作を制御する。具体的には、アクセル操作信号による出力要求が大きくなると、ＥＣＭ５は、スロットルバルブ２６の開度を大きくすると共に、インジェクタ３０からの燃料噴射を増加させる。

なお、電動式のスロットル駆動装置２８ではなく、乗員が操作するアクセルグリップとスロットルボディをワイヤで接続して、ワイヤの牽引量に応じてスロットルバルブ２６の開度を機械的に変化させるタイプのスロットル装置であってもよい。また、スロットルバルブ２６の開度の検出は、アクセル開度を検知するアクセルポジションセンサの出力に基づいて行ってもよい。

図１に示すように、クランクケース１０の右側面にはクラッチカバー３３が取り付けられる。クランクケース１０とクラッチカバー３３の間には、クラッチ機構（不図示）を収納するクラッチ室（不図示）が形成される。クランク軸１４の回転は、クラッチ機構を経て変速機構（不図示）に伝達され、自動二輪車の駆動輪（後輪）を駆動させる駆動力として取り出される。

クランクケース１０の左側面には、左方に向けて外囲壁１０ａが突出している。外囲壁１０ａは、クランク軸１４を囲むように形成されている。外囲壁１０ａで囲まれた開口を塞ぐように、クランクケース１０の左側に発電機カバー（不図示）が取り付けられる。発電機カバーは、外囲壁１０ａの端面である合わせ面に当接してクランクケース１０に固定される。この状態で、クランクケース１０と発電機カバーによって囲まれる発電機室が形成される。図１は発電機カバーを外した状態である。

発電機室内にはクランク軸１４の一端が突出しており、クランク軸１４の回転によって発電を行う発電機３４が発電機室内に設けられている。発電機３４は、クランク軸１４に固定される有底の円筒形状のロータ３４ａと、ロータ３４ａの内径側に位置するコア（コイル）３４ｂを有している。ロータ３４ａは磁性体からなり、エンジン１の運転状態ではクランク軸１４の回転に伴ってロータ３４ａが回転し、コア３４ｂを通る磁束密度が変化し、電磁誘導によってコア３４ｂに電流が発生する。発電機３４で発生するのは交流電流であり、整流器（不図示）で直流に変換して電圧調整回路（不図示）で電圧を一定以下に制御する。こうして発電機３４を用いて得られた電力は、バッテリー３５（図２参照）に充電され、エンジン１を搭載した自動二輪車の電装系に供給される。

続いて、図１と図３を参照して、スタータ駆動機構２の構成を説明する。クランクケース１０の上部には、スタータモータ４０が取り付けられている。スタータモータ４０は、バッテリー３５からの電力供給を受けて駆動される。スタータモータ４０の本体部から左方に向けて出力軸４０ａが突出している。出力軸４０ａは発電機室内に挿入されている。発電機室内には、発電機３４の後部上方に、３つのスタータアイドルギヤ４１，４２，４３が配されている。出力軸４０ａはスタータアイドルギヤ４１に噛合しており、スタータアイドルギヤ４１からスタータアイドルギヤ４２，４３の順で出力軸４０ａの回転を減速して伝達するギヤ列を構成している。

スタータモータ４０は、乗員によるスタータスイッチ４６（図２）の操作（スタータスイッチ４６の押し込みなど）によって、バッテリー３５から通電されて駆動する。スタータスイッチ４６が操作されると、操作信号がＥＣＭ５に入力され、スタータモータ４０を駆動するモータドライバにＥＣＭ５が駆動信号を送る。乗員によるスタータスイッチ４６の操作が解除されると、ＥＣＭ５はモータドライバに停止信号を送り、スタータモータ４０が停止する。

図３に示すように、スタータ駆動機構２はワンウェイクラッチ４４を備えている。ワンウェイクラッチ４４は、スタータギヤ４４ａと外輪４４ｂと内輪４４ｃを有している。スタータギヤ４４ａの周縁には、スタータアイドルギヤ４３が噛合する歯が形成されている。スタータギヤ４４ａの中心部には円筒部４４ｄが設けられ、円筒部４４ｄと外輪４４ｂの間に内輪４４ｃが配置されている。

外輪４４ｂは、内輪４４ｃを囲む形状であり、発電機３４のロータ３４ａ（図１）に対して固定されている。ロータ３４ａはクランク軸１４に固定されているので、外輪４４ｂはクランク軸１４と一体に回転する。内輪４４ｃには、回転方向に位置を異ならせて複数のローラ（不図示）が保持されている。各ローラは、外輪４４ｂの内周側に形成したカム面（不図示）と、スタータギヤ４４ａの円筒部４４ｄの外周面に対して接触する。各ローラが配置されている外輪４４ｂと円筒部４４ｄの間の空間を、収容空間とする。

ワンウェイクラッチ４４における各ローラの収容空間は、正転方向Ｒ１に進むほど半径方向に狭く（外輪４４ｂのカム面と円筒部４４ｄの外周面との間の半径方向間隔が小さく）なっている。ワンウェイクラッチ４４には、正転方向Ｒ１（収容空間が半径方向に狭くなる方向）に向けて各ローラを付勢する付勢部材（不図示）が設けられている。付勢部材はバネなどからなる。

このワンウェイクラッチ４４の構成により、スタータモータ４０の駆動力が伝達されたスタータギヤ４４ａが正転方向Ｒ１に回転すると、各ローラが外輪４４ｂのカム面と円筒部４４ｄの外周面に対する接触面圧によって楔のように作用して、スタータギヤ４４ａと外輪４４ｂが正転方向Ｒ１に一体的に回転するようになる。これにより、エンジン１が停止している状態でスタータモータ４０を駆動させると、正転方向Ｒ１への駆動トルクがクランク軸１４に伝達されて、エンジン１を始動させることができる。エンジン１の始動が終了してスタータモータ４０の駆動を止める（スタータスイッチ４６の操作を解除する）と、スタータギヤ４４ａが回転を停止する。

エンジン１の運転中には、クランク軸１４と共に外輪４４ｂが正転方向Ｒ１に回転する。このとき、正転方向Ｒ１への外輪４４ｂの回転速度が、正転方向Ｒ１へのスタータギヤ４４ａの回転速度を上回っていると（スタータギヤ４４ａが停止している場合も含む）、各ローラは収容空間のうち半径方向に広くなる側に進もうとするため、外輪４４ｂと円筒部４４ｄに対する各ローラの接触面圧（楔の効果）が解除される。従って、所定以上のエンジン回転数であるエンジン１の運転中には、ワンウェイクラッチ４４は、クランク軸１４の駆動トルクをスタータギヤ４４ａやスタータモータ４０に伝えないフリー状態になる。

このように、ワンウェイクラッチ４４は、エンジン１の始動時にスタータモータ４０の駆動トルクをクランク軸１４に伝達し、エンジン１の運転中のクランク軸１４の駆動トルクをスタータモータ４０側に伝達しないという機能を有する。

なお、エンジン１が停止に近い状態（回転数が低い場合など）にあるとき、ピストン１６に対する圧縮反力などを受けてクランク軸１４が逆転方向Ｒ２に回転しようとする場合がある。クランク軸１４が逆転方向Ｒ２に回転すると、ワンウェイクラッチ４４の各ローラの接触面圧を高める（楔の効果が生じる）方向に外輪４４ｂが回転する。このとき、停止状態のスタータモータ４０によってスタータギヤ４４ａの回転が規制されていると、各ローラを介して外輪４４ｂの回転が制限され、逆転方向Ｒ２へのクランク軸１４の回転を止めるように作用する。

続いて、主に図４から図６を参照して、吸気バルブ２２と排気バルブ２３の開閉動作を行わせる動弁装置３の構成を説明する。吸気バルブ２２と排気バルブ２３は周知のものであるため、詳細な構成の説明は省略する。吸気バルブ２２と排気バルブ２３はそれぞれ、バルブスプリング（不図示）によって閉じ方向に付勢されており、ロッカーアームの揺動によって開閉動作を行う。動弁装置３は、クランク軸１４の回転に同期して、吸気バルブ２２用のロッカーアーム（不図示）と、排気バルブ２３用のロッカーアーム６１（図７）を所定のタイミングで揺動させる。なお、ロッカーアームを介さずに、吸気カムや排気カムがタペットを押圧して吸気バルブや排気バルブの動作を行わせるタイプの動弁装置であってもよい。

動弁装置３は、シリンダヘッド１２の上部に形成される動弁室内に配置されるカムシャフト４９とカムシャフト５０を備えている（図１参照）。カムシャフト４９，５０は、クランク軸１４と平行に左右方向へ延びている。カムシャフト４９には吸気カム５３が設けられており、カムシャフト５０には排気カム５４が設けられている。

動弁装置３のうち、排気バルブ２３の駆動に関与する部分を図４から図６に示した。カムシャフト５０は、軸受５１，５２を介してシリンダヘッド１２に対して回転可能に支持されている。カムシャフト５０には、軸方向に位置を異ならせて、２つの排気カム５４とカムスプロケット５５が設けられている（固定されている）。クランク軸１４と一体に回転するカムドライブギヤ（不図示）とカムスプロケット５５の間にカムチェーン（不図示）が架け渡されており、クランク軸１４の回転がカムチェーンを介してカムスプロケット５５に伝達される。従って、エンジン１の運転中には、クランク軸１４に同期してカムシャフト５０が回転する。クランク軸１４の正転方向Ｒ１への回転に対応するカムシャフト５０の回転方向を正転方向Ｒ１１、クランク軸１４の逆転方向Ｒ２への回転に対応するカムシャフト５０の回転方向を逆転方向Ｒ１２とする（図４から図６参照）。

詳細な説明を省略するが、吸気カム５３を備えたカムシャフト４９は、カムシャフト５０と同様の機構（カムチェーンやカムスプロケット）を介して、クランク軸１４に同期して回転される。

吸気カム５３と排気カム５４の周面にはカム面が形成されている。吸気カム５３のカム面に対して、吸気バルブ２２側のロッカーアーム（不図示）に設けたカムフォロアが当接し、排気カム５４のカム面に対して、排気バルブ２３側のロッカーアーム６１（図７）に設けたカムフォロア６１ａ（図７）が当接している。カムシャフト４９，５０が回転すると、吸気カム５３と排気カム５４のそれぞれのカム面に対するカムフォロアの当接位置が変化して各ロッカーアームが揺動を行い、吸気バルブ２２と排気バルブ２３がそれぞれ所定のタイミングで開閉動作を行う。

排気カム５４のカム面は、ベース円部５４ａとリフト制御部５４ｂを含んでいる。ベース円部５４ａは、カムシャフト５０の回転中心からの半径が小さい円形（円筒）状部分である。リフト制御部５４ｂは、ベース円部５４ａに対して外径側への突出量を大きくした非円形の形状である。

排気バルブ２３用のロッカーアーム６１のカムフォロア６１ａが、排気カム５４のベース円部５４ａに対向する状態では、バルブリフト量がゼロであり、排気バルブ２３が閉じている。

正転方向Ｒ１１へのカムシャフト５０の回転に伴い、リフト制御部５４ｂがロッカーアーム６１のカムフォロア６１ａに当接すると、バルブスプリングの付勢力に抗して排気バルブ２３のリフト動作が開始される。リフト制御部５４ｂのうち外径方向に最も突出した部分がカムフォロア６１ａに当接する時点で、排気バルブ２３のバルブリフト量（開度）が最大になる。

さらに正転方向Ｒ１１へカムシャフト５０が回転すると、リフト制御部５４ｂによるロッカーアーム６１への押圧が徐々に解除され、バルブスプリングの付勢力によって排気バルブ２３のリフト量が徐々に小さくなる。そして、ベース円部５４ａがカムフォロア６１ａに対向する状態で、排気バルブ２３が閉じる。

詳細な説明を省略するが、吸気カム５３のカム面は、排気カム５４と同様にベース円部５３ａとリフト制御部５３ｂを含んでおり、カムシャフト４９の回転に応じて吸気バルブ２２の開度を変化させる。

カムシャフト５０の周面の一部には、軸方向に延びる収容溝５０ａが形成されている。収容溝５０ａは、軸方向で排気カム５４からカムスプロケット５５にかけての範囲に形成されている。２つの排気カム５４のうち一方には、ベース円部５４ａの周面の一部を切り欠いて、収容溝５０ａに連通する収容凹部５４ｃが形成されている。カムスプロケット５５には、収容溝５０ａの延長上に位置する円形の貫通孔５５ａが形成されている。

動弁装置３は、エンジン１の始動時に排気バルブ２３を僅かに開かせて（開度を与えて）圧縮反力を低減させるデコンプ動作を行うデコンプ機構４を備えている。デコンプ機構４は、デコンプカムシャフト５６とデコンプウエイト５７を有している。

デコンプカムシャフト５６は、カムシャフト５０の軸方向に延びる円柱状の部材であり、収容溝５０ａに収容されている。デコンプカムシャフト５６は、軸受５２の内側を通過しており、収容溝５０ａの内面と軸受５２とを介して、デコンプカムシャフト５６自身の軸線を中心とする回転が可能に支持されている。

デコンプカムシャフト５６の一方の端部にはデコンプカム５８が形成されている。デコンプカム５８は、円柱状のデコンプカムシャフト５６の一部を切り欠いた形状（Ｄカット形状）をなし、切り欠かれていない部分に相当する円筒面部５８ａと、切り欠かれた部分に相当する平面部５８ｂとを有している。

図５に示すように、円筒面部５８ａは、収容凹部５４ｃの外側に向いたときに、ベース円部５４ａよりも外径方向に突出する形状（寸法）である。図６に示すように、平面部５８ｂは、収容凹部５４ｃの外側に向いたときに、ベース円部５４ａに対して外径方向に突出せずに収容凹部５４ｃ内に収容される形状（寸法）である。つまり、カムシャフト５０に対するデコンプカムシャフト５６の回転に応じて、デコンプカム５８は、排気カム５４のベース円部５４ａに対して外径方向に突出する突出位置（図５）と、突出しない格納位置（図６）に変化する。

デコンプカムシャフト５６の他方の端部は、貫通孔５５ａを貫通してデコンプウエイト５７に接続している。デコンプウエイト５７は、カムスプロケット５５の一方の側面に沿って配置されており、デコンプカムシャフト５６と一体的に回転（揺動）する。デコンプウエイト５７は、デコンプカムシャフト５６に接続する基端部５７ａから、Ｌ字状のアーム５７ｂを延出させている。図５及び図６に示すように、アーム５７ｂは、カムスプロケット５５の外周付近に沿って逆転方向Ｒ１２へ延びる鈎状の形状を有している。

図４に示すように、カムスプロケット５５に支持プレート５９が取り付けられている。支持プレート５９は、カムスプロケット５５との間にデコンプウエイト５７を支持して、軸方向でのデコンプカムシャフト５６及びデコンプウエイト５７の位置を定める。また、支持プレート５９の所定部位にデコンプウエイト５７が当接することによって、デコンプウエイト５７の揺動範囲が定められる。具体的には、デコンプカム５８の突出位置（図５）と、デコンプカム５８の格納位置（図６）が、デコンプウエイト５７の揺動範囲の一端と他端になるように構成されている。

デコンプウエイト５７は、図５及び図６に模式的に表すバネ６０によって、デコンプカム５８を突出位置にさせる方向（図５及び図６の時計方向）に向けて付勢されている。バネ６０は、例えばコイルバネやトーションバネなどで構成されるものであり、具体的な形態は限定されない。

カムシャフト５０が回転すると、カムシャフト５０の回転中心から偏心して設けられたデコンプウエイト５７が、遠心力によってデコンプカムシャフト５６を中心として揺動する。より詳しくは、カムシャフト５０が正転方向Ｒ１１に回転すると、デコンプウエイト５７を図５及び図６で反時計方向に揺動させる遠心力が働く。この遠心力がバネ６０の付勢力を超えると、デコンプウエイト５７が揺動して、デコンプカム５８が突出位置（図５）から格納位置（図６）に回転する。

以上の構成のデコンプ機構４は、次のように動作する。エンジン１の停止状態では、カムシャフト５０が回転しておらず、デコンプウエイト５７に対して遠心力が作用していない。そのため、図５に示すように、バネ６０の付勢力によってデコンプカム５８が突出位置に保持されて、デコンプ機構４は作動状態にある。

停止状態のエンジン１を始動させるとき、スタータモータ４０の駆動によってクランク軸１４が正転方向Ｒ１に回転し、これに応じてカムシャフト５０が正転方向Ｒ１１に回転する。すると、圧縮行程において、ベース円部５４ａよりも外径方向に突出するデコンプカム５８の円筒面部５８ａによって、排気バルブ２３用のロッカーアーム６１が押圧されて、排気バルブ２３が僅かにリフトされる。これにより、排気通路への圧抜きが行われて圧縮反力が低減されて、スタータモータ４０の駆動力によってピストン１６が圧縮上死点を超えることができる。従って、小型のスタータモータ４０を用いて、高圧縮比の単気筒エンジンであるエンジン１における確実な始動を実現できる。

エンジン１が始動してクランク軸１４が所定の回転速度（アイドル状態の回転速度）まで達すると、クランク軸１４に同期して回転するカムシャフト５０に支持されているデコンプウエイト５７が、遠心力によってバネ６０の付勢力に抗して揺動する。すると、デコンプウエイト５７に接続しているデコンプカムシャフト５６のデコンプカム５８が、図５の突出位置から図６の格納位置へと回転する。これにより、平面部５８ｂが外径側を向き、デコンプカム５８（円筒面部５８ａ）が収容凹部５４ｃ内に格納されてベース円部５４ａよりも突出しない状態、すなわちデコンプ機構４の非作動状態になる。デコンプ機構４の非作動状態では、圧縮行程でデコンプカム５８（円筒面部５８ａ）による排気バルブ２３のバルブリフトが行われず、エンジン１はデコンプ動作を伴わない通常の運転を行う。

エンジン１の運転が停止してクランク軸１４の回転速度が所定以下になると、デコンプウエイト５７に働く遠心力が減少し、バネ６０の付勢力によってデコンプウエイト５７が揺動し、デコンプカム５８が格納位置（図６）から突出位置（図５）に回転する。これにより、デコンプ機構４が作動する状態で次のエンジン始動を行うことができる。

ところで、図７（Ａ）に示すように、特定の条件下では、エンジン１の運転停止に伴ってデコンプカム５８が突出位置に戻らず、デコンプ機構４が機能しなくなる場合がある。図７（Ａ）の状態では、デコンプカム５８の平面部５８ｂがロッカーアーム６１のカムフォロア６１ａに対向しており、収容凹部５４ｃ内に格納されている（格納位置にある）デコンプカム５８が、突出位置へ回転することが妨げられる。その結果、エンジン運転中の遠心力で格納位置にあったデコンプカム５８が、エンジン１の運転を停止しても格納位置に保持されたままの状態になる。

例えば、エンジン停止の際に、惰性で正転方向Ｒ１に回転するクランク軸１４は、圧縮行程での圧縮反力による抵抗を受けて停止し、続いて逆転方向Ｒ２へ回転しようとする。上述のように、クランク軸１４が逆転方向Ｒ２に回転すると、ワンウェイクラッチ４４がクランク軸１４の回転を止めるように作用する。従って、エンジン停止時のクランク軸１４の停止位置は、圧縮行程での特定範囲に集中する傾向がある。そして、圧縮反力とワンウェイクラッチ４４の相互作用によって、圧縮行程の特定位置でクランク軸１４が急停止されると、これに伴ってカムシャフト５０の回転も急停止される。このとき、デコンプカム５８がロッカーアーム６１のカムフォロア６１ａに対向していると、バネ６０の付勢力によってデコンプカム５８が格納位置から突出位置に戻る前に、平面部５８ｂとカムフォロア６１ａの当接によってデコンプカム５８の復帰回転が制限されてしまい、図７（Ａ）の状態になる。

デコンプ機構４が機能しなくなる別の原因として、エンジン１が停止する際に、バネ６０の付勢力によってデコンプカム５８が格納位置から突出位置に向けて一旦回転したものの、その後のクランク軸１４及びカムシャフト５０の逆転方向Ｒ２，Ｒ１２への回転に伴って、デコンプカム５８がカムフォロア６１ａに当接して格納位置へ押し戻されてしまい、図７（Ａ）の状態になる可能性もある。

原因がいずれの場合も、エンジン１が停止した段階で図７（Ａ）の状態になると、デコンプ機構４の本来の作用が得られない非作動状態から、次回のエンジン始動を行うことになる。スタータモータ４０は、デコンプ機構４が作動する状態を前提として出力が設定されているので、デコンプ機構４が非作動状態のままであると、スタータモータ４０に要求される駆動トルク（圧縮上死点を乗り越えるために必要なトルク）が過大になり、スタータモータ４０の通電を続けてもエンジン１を始動させることができなくなる。そして、この状態が継続すると、スタータモータ４０の駆動回路に大電流が発生して不具合（回路の焼損など）が生じてしまうおそれがある。本実施の形態は、このような不具合を防いで、エンジン停止時の状態に関わらずデコンプ機構４を機能させて、確実なエンジン１の始動を実現するものである。以下、その詳細を説明する。

図８に、圧縮行程における筒内圧（シリンダ１５及び燃焼室１７の内圧）と乗り越えトルクとの関係を示した。デコンプ機構４が作動状態（デコンプカム５８が突出位置にある状態）の場合の筒内圧Ｐ１は、デコンプ機構４が非作動状態（デコンプカム５８が格納位置にある状態）の場合の筒内圧Ｐ２よりも小さい。この筒内圧Ｐ１，Ｐ２の差に応じて、デコンプ機構４が作動状態の場合にスタータモータ４０が付与する乗り越えトルクＱ１と、デコンプ機構４が非作動状態の場合にスタータモータ４０が付与する乗り越えトルクＱ２が異なっている。

乗り越えトルクが、スタータモータ４０の仕様上の最大トルクであるモータ設定トルクＱＭの範囲内である場合（図８のグラフでモータ設定トルクＱＭよりも上方にある場合）、圧縮反力に抗してスタータモータ４０でクランク軸１４を正転方向Ｒ１に回転させることができる。

図８に示すように、デコンプ機構４が作動状態の場合の乗り越えトルクＱ１は、圧縮上死点Ｖ１を超えるまでモータ設定トルクＱＭの範囲内であり、圧縮反力に抗してスタータモータ４０によってクランキングさせることができる。

一方、デコンプ機構４が非作動状態の場合、乗り越えトルクＱ２とモータ設定トルクＱＭが途中で交差している。この交点位置で、スタータモータ４０の駆動トルクとエンジン１の圧縮反力とが釣り合う状態になり、クランク軸１４を正転方向Ｒ１にそれ以上回転させることができなくなる。この状態のクランク軸１４の角度位置を、トルク釣り合い位置Ｖ２とする。上述のように、デコンプ機構４が機能して圧縮反力を低減させる状態を前提としてスタータモータ４０の出力を設定しているため、デコンプ機構４の非作動状態では、スタータモータ４０の駆動トルクだけでは圧縮上死点Ｖ１を乗り越えさせることができず、トルク釣り合い位置Ｖ２が存在する。

クランク軸１４の角度位置に関し、デコンプ機構４が機能する位置（デコンプカム５８の円筒面部５８ａがロッカーアーム６１のカムフォロア６１ａを押圧してデコンプ動作させる位置）をデコンプ機能位置Ｖ３とする。図８に示すように、トルク釣り合い位置Ｖ２が、デコンプ機能位置Ｖ３よりも圧縮上死点Ｖ１側に設定されている。言い換えれば、クランク軸１４やカムシャフト５０の正転方向Ｒ１，Ｒ１１において、デコンプ機能位置Ｖ３、トルク釣り合い位置Ｖ２、圧縮上死点Ｖ１の順序になるように設定している。

図７（Ａ）の状態は、デコンプカム５８が収容凹部５４ｃに格納されていて機能していないが、クランク軸１４の角度位置としてはデコンプ機能位置Ｖ３に相当する。そして、図７（Ａ）の状態で乗員がスタータスイッチ４６を操作してスタータモータ４０が駆動されると、クランク軸１４は、デコンプ機能位置Ｖ３よりも圧縮上死点Ｖ１側のトルク釣り合い位置Ｖ２まで回転する。この場合、図８に示す筒内圧Ｐ２と乗り越えトルクＱ２の関係で推移しているため、スタータモータ４０の駆動が継続されている間は、圧縮反力との釣り合いによって、クランク軸１４はトルク釣り合い位置Ｖ２で停止したままになり、エンジン１が適切に始動されない。

クランク軸１４のトルク釣り合い位置Ｖ２に対応する排気カム５４の角度位置を図７（Ｂ）に示した。デコンプ機能位置Ｖ３（図７（Ａ））からトルク釣り合い位置Ｖ２までの回転によって、デコンプカム５８がロッカーアーム６１のカムフォロア６１ａと対向する位置関係ではなくなり、カムフォロア６１ａによる回転制限が解除されたデコンプカム５８が、バネ６０の付勢力で格納位置から突出位置へ回転している。

ＥＣＭ５は、スタータモータ４０の駆動開始からのタイムカウントを行うと共に、クランク角センサ１９の出力信号を監視する。そして、所定時間が経過してもクランク軸１４の回転が検出されない（クランク軸１４の速度がゼロ、もしくは速度ゼロとみなせる程度の挙動しか行っていない）場合に、スタータモータ４０の駆動を停止する。

スタータモータ４０が駆動停止すると、クランク軸１４を正転方向Ｒ１に回転させる力が解除されて力の均衡状態が解除されるので、圧縮反力を受けるクランク軸１４が、トルク釣り合い位置Ｖ２からデコンプ機能位置Ｖ３に向けて逆転方向Ｒ２に回転する。すると、図７（Ｃ）に示すように、排気カム５４が逆転方向Ｒ１２に回転し、デコンプカム５８がロッカーアーム６１のカムフォロア６１ａに対向する位置関係になる。

先のスタータモータ４０の駆動によるトルク釣り合い位置Ｖ２までの回転の際に、デコンプカム５８がバネ６０の付勢力で突出位置に復帰している。そのため、逆転方向Ｒ２に回転するクランク軸１４がデコンプ機能位置Ｖ３に達すると、図７（Ｃ）に示すように、デコンプカム５８の円筒面部５８ａがカムフォロア６１ａに当接して、ロッカーアーム６１をバルブリフト方向に押し込む。これにより、デコンプ機構４が作動状態になり、デコンプ機構４の機能が回復する。

そして、デコンプ機構４の機能が回復した状態でスタータモータ４０を再度駆動させると、図８に示す筒内圧Ｐ１と乗り越えトルクＱ１の関係に切り替わっているため、スタータモータ４０の駆動力によってエンジン１を始動させることができる。

以上のエンジン始動時のクランク軸１４の動作を、図８に一点鎖線Ｆで模式的に示した。エンジン１の停止状態からの最初のスタータモータ４０の駆動では、クランク軸１４がトルク釣り合い位置Ｖ２まで正転し（Ｆ１）、トルク釣り合い位置Ｖ２に到達したところで、圧縮反力によってそれ以上の回転が制限される。スタータモータ４０の駆動を停止すると、クランク軸１４が圧縮反力を受けてトルク釣り合い位置Ｖ２からデコンプ機能位置Ｖ３まで逆転する（Ｆ２）。続いて、スタータモータ４０の再駆動によって、クランク軸１４がデコンプ機能位置Ｖ３からの正転を行う（Ｆ３）。スタータモータ４０の再駆動の際には、デコンプ機構４が機能回復しているので、クランク軸１４は圧縮反力によって停止されずに正転を継続できる。

図９のフローチャートを参照して、本実施の形態におけるエンジン１の始動制御の流れについて説明する。ステップＳ１では、スタータスイッチ４６の操作の有無をチェックする。スタータスイッチ４６の操作が検知された場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、当該操作によるスタータモータ４０の駆動指示が継続しているかを、ステップＳ２でチェックする。駆動指示が継続的なものである場合（ステップＳ２のＹＥＳ）、ステップＳ３に進み、ＥＣＭ５が駆動信号を発してスタータモータ４０の駆動を開始させる。また、ＥＣＭ５は、スタータモータ４０の駆動からのタイムカウントを開始する。なお、ステップＳ３では明示していないが、ＥＣＭ５は、スタータモータ４０の駆動に合わせて、インジェクタ３０からの燃料噴射や点火プラグ１８による点火など、エンジン１の始動に必要な各種動作も実行させる。

スタータモータ４０の駆動開始後に、ステップＳ４でクランク軸１４が回転しているか否かを判定する。この判定は、クランク角センサ１９の出力信号を参照してＥＣＭ５が行う。クランク軸１４の回転が検出された場合（ステップＳ４のＹＥＳ）、ステップＳ２に戻ってスタータモータ４０の駆動指示が継続しているかを判定する。

スタータモータ４０の駆動開始から所定時間が経過してもクランク軸１４の回転が検出されない場合（ステップＳ４のＮＯ）、ステップＳ５に進み、ＥＣＭ５がスタータモータ４０への通電を停止するように制御し、スタータモータ４０の駆動を停止させる。なお、ステップＳ５では明示していないが、ＥＣＭ５は、スタータモータ４０の駆動停止に合わせて、インジェクタ３０からの燃料噴射や点火プラグ１８による点火なども停止させる。

図７（Ａ）のようなデコンプ機構４の非作動状態でスタータモータ４０の駆動を行った場合、スタータモータ４０の駆動継続中は、クランク軸１４がトルク釣り合い位置Ｖ２（図８）から圧縮上死点Ｖ１側に進めなくなる。そして、ステップＳ５でのスタータモータ４０の駆動停止によって、クランク軸１４が圧縮反力で逆転方向Ｒ２（デコンプ機能位置Ｖ３側）に回転する。つまり、クランク軸１４が、図８に示すＦ１からＦ２の動作を行う。このクランク軸１４の一連の動作により、デコンプ機構４は、デコンプカム５８を格納位置から突出位置に回転させ、図７（Ｃ）に示す作動状態に復帰する。

ステップＳ５に続くステップＳ６では、スタータモータ４０の駆動停止回数を示すカウンタにカウント数「１」を追加すると共に、規定時間待機する。この待機時間は、スタータモータ４０の駆動停止により生じるクランク軸１４の逆転方向Ｒ２の回転（図８のＦ２）と、デコンプカム５８によるロッカーアーム６１の押し込み（図７（Ｃ））に要する時間に、所定のマージンを加えたものである。ステップＳ６での待機時間は、エンジンの構成などによっても異なるが、一例として０．１〜０．５秒程度に設定される。

ステップＳ６で設定したカウンタの数が規定値に達したか否かを、ステップＳ７で判定する。カウンタ数が規定値未満の場合（ステップＳ７のＮＯ）、ステップＳ２に戻る。そのため、スタータモータ４０の駆動指示が継続しているにも関わらずクランク軸１４の回転が検出されない間は（ステップＳ４のＮＯ）、デコンプ機構４の機能回復がなされていないという判定になり、カウンタ数が規定値に達するまで、スタータモータ４０の駆動停止（ステップＳ５）と再駆動（ステップＳ３）が繰り返される。つまり、スタータモータ４０の駆動停止と再駆動を、規定回数自動で繰り返すように制御する。

スタータモータ４０の１回の駆動停止だけではデコンプ機構４が作動状態に復帰しない場合、駆動停止と再駆動を複数回行うことで、デコンプ機構４が作動状態に復帰する可能性が高くなる。ステップＳ７でのカウンタ数の規定値は、デコンプ機構４を作動状態に復帰させるのに足りると想定される値に設定される。一般には、ステップＳ３からステップＳ６までの動作及び制御は２回程度で足りるため、ステップＳ７でのカウンタ数の規定値を「２」や「３」などに設定するとよい。しかし、必要に応じて、ステップＳ７でのカウンタ数の規定値をそれ以上にして、スタータモータ４０の駆動停止と再駆動の回数を増やしてもよい。

規定値のカウンタ数まで達した場合（ステップＳ７のＹＥＳ）、デコンプ機構４が作動状態に復帰できない何らかのエラーが発生している、あるいはデコンプ機構４以外にエンジン始動を妨げる別種のエラーが発生している、という可能性が想定される。そのため、ステップＳ７で規定値のカウンタ数に達した場合は、それ以上のスタータモータ４０の再駆動を行わずに、図９の制御フローから抜ける。

なお、ステップＳ７でカウンタ数が規定値に達して制御フローから抜ける場合には、音や表示などによる報知手段を用いて、エンジン１の始動に支障が生じているという警告を発するように制御してもよい。

また、ステップＳ１の判定とステップＳ２の判定のいずれかでＮＯである場合、すなわちスタータスイッチ４６が操作されない場合や、スタータスイッチ４６の継続的な操作（スタータモータ４０の駆動指示）が解除された場合には、始動制御を終えて図９の制御フローから抜ける。

例えば、エンジン１が適正に始動してアイドリング状態に移行したことを確認した場合には、乗員はスタータスイッチ４６の継続的な操作を解除するので、当該操作解除に伴ってステップＳ２の判定がＮＯになる。

なお、上記の制御フローは、エンジン１を始動させる際に、乗員がスタータスイッチ４６を継続的に操作する形態と、乗員がスタータスイッチ４６を一時的に操作する形態（スタータスイッチ４６を一度押したら離すタイプの操作）のいずれにも対応することが可能である。乗員がスタータスイッチ４６を一時的に操作する形態では、ステップＳ２において、スタータスイッチ４６への操作入力から所定時間が経過するまで、スタータモータ４０の継続的な駆動指示が行われているという判定にする。

以上のように、本実施の形態のエンジン１では、スタータモータ４０に通電しているにも関わらずクランク軸１４の回転が検出されない場合に、スタータモータ４０の駆動停止と再駆動を少なくとも一回ずつ行うことでデコンプ機構４の機能を回復させ、スタータモータ４０に過大な負荷を与えずに確実に始動させることができる。スタータモータ４０の駆動力とエンジン１の圧縮反力とが釣り合った状態のままスタータモータ４０の駆動を継続させてしまうことがないため、スタータモータ４０の長時間駆動に伴う大電流からシステムの破損を回避することができる。また、デコンプ機構４が確実に機能する状態でのエンジン始動を実現できるため、必要最低限な出力及びサイズのスタータモータ４０を選択可能となり、電装系やエンジン１全体の小型軽量化を図ることができる。

スタータモータ４０の駆動停止と再駆動はＥＣＭ５の制御によって規定回数まで自動的に実行されるため、スタータモータ４０の駆動停止後に乗員がスタータスイッチ４６を押し直す必要がなく、複雑な操作による手間をかけずに確実に効果を得ることができる。

デコンプ機構４の機能の回復は、スタータモータ４０の駆動と駆動停止により生じるクランク軸１４の往復回転（デコンプ機能位置Ｖ３からトルク釣り合い位置Ｖ２までの往復動作）に伴って実現される。そして、デコンプ機構４の機能を回復させるための新規な部品などは必要としないため、簡単な構成で効果が得られる。つまり、構成の面では、クランク軸１４の角度位置に関して、トルク釣り合い位置Ｖ２がデコンプ機能位置Ｖ３よりも圧縮上死点Ｖ１側にあるという要件を満たしていればよい。また、クランク角センサ１９で検出するクランク軸１４の回転状態に基づいてスタータモータ４０の駆動をオンオフさせるというシンプルな制御であるため、制御の負担が少なく、高価な制御系を要さずに効果を得ることができる。従って、低コストにエンジン１の始動性の向上を実現できる。

なお、以上の説明では、スタータモータ４０自体のトルクの変動については省略したが、スタータモータ４０が実際に発生するトルクは、電力供給を行うバッテリー３５の充電状態による影響を受ける。そのため、上述したトルク釣り合い位置Ｖ２とデコンプ機能位置Ｖ３の位置関係などは、バッテリー３５の充電状態によるスタータモータ４０のトルク変動を加味して設定する。

本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている構成や制御等については、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記実施形態では、エンジン始動時のスタータモータ４０への通電をクランク角センサ１９の検出値に基づいてＥＣＭ５が制御するものとしたが、これと同様の通電制御にバッテリー３５の保護回路を用いることも可能である。具体的には、バッテリー３５の内部に、電流値を閾値としてスタータモータ４０への通電のオンオフを切り替える保護スイッチを設けると共に、スタータモータ４０の駆動に関して所定の保護期間（停止時間）を設定する。エンジン始動指示を受けてバッテリー３５からスタータモータ４０に通電を行い、上記の閾値を超える電流値になった場合、デコンプ機構４が機能せずに適切なクランキングが実行されていないと判定して、バッテリー３５からスタータモータ４０への通電を停止する。そして、上記の保護期間（停止時間）の経過後に、バッテリー３５からスタータモータ４０への通電を再開してスタータモータ４０を再駆動させる。

この変形例から分かるように、本発明において、デコンプ機構が機能しないことに起因するエンジン始動のエラー（スタータモータを駆動してもクランク軸の回転が進行しないこと）を検出及び判定する手段は、一律のものではなく、様々な検出手段や判定手段を用いることが可能である。

本発明の内燃機関は車両用のエンジンには限定されない。用途に関わりなく、同様の構成を備える内燃機関全般に適用が可能である。

以上説明したように、本発明は、内燃機関においてデコンプ機構を確実に機能させて始動性を向上させるという効果を有し、特に、小型軽量なスタータモータで確実に始動させることが求められる内燃機関に有用である。

１ ：エンジン
２ ：スタータ駆動機構
３ ：動弁装置
４ ：デコンプ機構
１４ ：クランク軸
１７ ：燃焼室
１９ ：クランク角センサ
２２ ：吸気バルブ
２３ ：排気バルブ
３２ ：アクセル
３３ ：クラッチカバー
３４ ：発電機
３５ ：バッテリー
４０ ：スタータモータ
４４ ：ワンウェイクラッチ
４６ ：スタータスイッチ
４９，５０ ：カムシャフト
５３ ：吸気カム
５４ ：排気カム
５６ ：デコンプカムシャフト
５８ ：デコンプカム
Ｖ１ ：圧縮上死点
Ｖ２ ：トルク釣り合い位置
Ｖ３ ：デコンプ機能位置

Claims (4)

1. クランク軸に駆動力を伝えて内燃機関を始動させるスタータモータと、
   前記始動時に排気バルブに開度を与えて燃焼室を減圧させるデコンプ動作が可能なデコンプ機構と、を備え、
   前記始動時に、前記デコンプ機構が機能せず前記スタータモータの駆動力によって前記クランク軸の回転が進行しない場合に、前記スタータモータの駆動を停止させてから所定時間後に前記スタータモータを再駆動させることを特徴とする内燃機関。
2. 前記デコンプ機構が機能していない状態での前記スタータモータの駆動トルクと前記内燃機関の圧縮反力とが釣り合う前記クランク軸の位置は、前記デコンプ機構が前記デコンプ動作を行うときの前記クランク軸の位置よりも圧縮上死点側であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記クランク軸の回転を検知するクランク角センサを備え、前記クランク軸の回転が前記クランク角センサにより検知されない場合に、前記スタータモータの前記駆動停止と前記再駆動を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
4. 前記スタータモータの前記駆動停止と前記再駆動を、規定回数自動で繰り返すことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関。

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