JP3969641B2 - エンジン始動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン始動装置に関し、特に、小さいトルクのスタータモータでも圧縮行程の高負荷域を容易に乗り越すことができるエンジン始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの圧縮行程では、スタータモータに大きい負荷がかかる。上死点前は特に高負荷域となるため、スタータモータにはこの高負荷域を乗り越えることができるトルクが必要とされる。従来、小さいトルクのスタータモータによっても高負荷域を乗り越えるように、始動時に、正回転方向で軽負荷となる領域、つまり逆回転方向の上死点手前までクランク軸を逆回転させ、その位置から正回転させることが考えられている。このような軽負荷域からの始動によってエンジンの持つ慣性力を十分に利用でき、始動性を高めることができる。
【０００３】
しかし、エンジンオイルの温度変化等の影響によるエンジンフリクションの変化によって逆回転後の停止位置にばらつきが生じるので、所望の軽負荷位置にクランク軸を正確に停止させることができない。この不具合を解消するため、例えば、特開２０００−３０３９３８号公報には、エンジン温度に基づいてフリクションを推定し、このフリクションが大きいときは逆回転時間を長くする一方、フリクションが小さいときは逆回転時間を短くするエンジン始動装置が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来装置では、クランク軸の逆回転開始位置に応じて逆回転時間を決定しなければならないので、クランク軸の回転位置検出が複雑となる。また、逆回転させて停止させる軽負荷位置は、上死点手前であるので、逆回転方向へのモータの付勢を停止させた後、正回転方向に揺り戻しがある。この揺り戻しが大きい場合には所望の位置に正確にクランク軸を停止させることが困難であり、慣性力を十分に利用して始動性を高めることができない。
【０００５】
本発明の目的は、上記要望に鑑み、逆転開始位置との兼ね合いで逆転時間を決定する等の複雑な構成をとらず、しかも、揺り戻しを小さくして所望の位置にクランク軸を停止させることにより、始動時に大きい慣性エネルギを発生させることができるエンジン始動装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、エンジン始動操作に応答して直前の圧縮上死点と排気弁の開閉動作範囲との間に予め設定された位置までエンジンを逆回転させるべくスタータモータを駆動した後に停止させる制御手段を具備した点に第１の特徴がある。
【０００７】
また、本発明は、エンジン停止時に、直前の圧縮上死点と排気弁の開閉動作範囲との間に予め設定された位置までエンジンを逆回転させるべくスタータモータを駆動した後に停止させる制御手段を具備した点に第２の特徴がある。
【０００８】
また、本発明は、前記制御手段が、前記位置までエンジンを逆回転させた後、さらに前記スタータモータを小トルクで駆動して前記エンジンを逆回転方向に付勢するように構成された点に第３の特徴がある。
【０００９】
さらに、本発明は、前記位置までエンジンが逆回転されたことを、前記スタータモータに対する通電電流が所定値を超えたことによって判断する手段をさらに具備した点に第４の特徴がある。
【００１０】
また、前記位置までエンジンが逆回転されたことを、前記クランク角検出手段で検出されたクランク角の変化に基づき、該変化の速度が所定値まで下がったことによって判断する検出手段を具備した点に第５の特徴がある。
【００１１】
第１および第２の特徴によれば、圧縮上死点近傍の高負荷域に設定された位置までエンジンを逆回転して停止させることができる。特に、第１の特徴によれば、始動操作に伴ってエンジンを高負荷域まで逆回転させる動作を行わせることができる。また、第２の特徴によれば、エンジン停止に伴ってエンジンを高負荷域まで逆回転させる動作を行わせることができるので、次のエンジン始動時の始動性を高めることができる。
【００１２】
また、第３の特徴によれば、逆回転して予定の位置で停止させる動作をさせた後、さらにスタータモータをエンジンの逆回転方向に付勢することで、高負荷域で付勢を解除したときの揺り戻しを抑制することができる。なお、スタータモータは小出力トルクで駆動されるので、揺り戻しだけが抑制され、逆転を停止させた位置よりも高負荷域にエンジンが回転されることはない。
【００１３】
さらに、第４の特徴によれば、通電電流が所定値を超えたことを検出する簡単な構成で予定の位置に到達したことを判断することができる。第５の特徴によれば、クランク角検出手段の出力によって求めることができる角速度が予定の値、まで減速されたときに予定の位置まで逆転したことを検出することができる。
【００１４】
【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２は、本発明のエンジン始動装置を適用したペダル付き自動二輪車の側面図である。同図において、車体フレーム４には、パワーユニット２が懸架される。パワーユニット２は前部に４サイクルのエンジンＥおよび踏力駆動部を搭載し、後部には後輪ＲＷを支持する。さらに、パワーユニット２は、エンジンＥと後輪ＲＷとの間にあってエンジンＥの出力を変速・減速して後輪ＲＷに伝達するための変速機および減速機構（いずれも詳細は後述）を有する。踏力駆動部は、人力（踏力）で後輪ＲＷを駆動するため、エンジン駆動系統とは別に設けられる駆動系であり、踏力入力手段としてペダル軸３およびペダル７が設けられる。
【００１５】
車体フレーム４の前部に形成されるヘッドパイプ部６には、操舵軸７が回動自在に支持され、操舵軸７の上部には左右に延びるハンドル８が取り付けられ、操舵軸７の下部にはフロントフォーク９が結合される。フロントフォーク９の下端には前輪ＦＷが支持される。操舵軸７およびヘッドパイプ部６の前方には、ヘッドライト１１、荷物用バスケット１２、およびバッテリ１３が設けられる。
【００１６】
車体フレーム４の後方にはシートポスト１４が取り付けられ、やや斜め上後方に延びるシートポスト１４の上にはシート１５が取り付けられる。シート１５の後部下方には、収納ケース１６が設けられ、この収納ケース１６内には燃料タンク１７やエアクリーナ（図示せず）等が収納される。さらに、収納ケース１６の後部には方向指示器１８や後部表示灯１９が取り付けられる。
【００１７】
エンジンＥの上方には気化器５が設けられ、この気化器５には、燃料タンク１７およびエアクリーナが結合される。気化器５で空気と混合された燃料は吸気管２０を通ってエンジンＥに供給される。エンジンＥには排気管２１が結合されていて、エンジンＥの排気は排気管２１および消音器２２を通って後方に排出される。
【００１８】
図３は、図２のＡ−Ａ断面図、図４は、その部分拡大図である。パワーユニット２は、ユニットケース２３に支持されるペダル軸３、エンジンＥのクランク軸２４、中間軸２５、後車軸２６を備える。ペダル軸３は、軸受２７，２８によって、ユニットケース２３に支持され、クランク軸２４は軸受２９，３０によってユニットケース２３に支持される。また、中間軸２５は軸受３１，３２によって、後車軸２６は軸受３３，３４によってそれぞれユニットケース２３に支持される。ペダル軸３の両端にはクランク３５が結合され、クランク３５の先端にはペダル３６が取り付けられる。ペダル軸３には、踏力伝達用の駆動スプロケット３７が結合される。さらに、踏力クランク軸３にはスリーブ３８を介して冷却ファン３９および冷却ファンを回転させるためのギヤ４０が設けられる。スリーブ３８は軸受４１，４２を介してユニットケース２３に支持される。
【００１９】
クランク軸２４には、図示しないクランクピンを介してコンロッド４３が連結される。クランク軸２４に一端には、ベルト式無段変速機のベルト駆動プーリ４４が回転可能に設けられる。ベルト駆動プーリ４４は、固定側プーリ部分４５と可動側プーリ部分４６とからなる。固定側プーリ部分４５はクランク軸２４に固着され、可動側プーリ部分４６はクランク軸２４に対して軸方向に変位できるようにスプライン嵌合される。ベルト駆動プーリ４４にはＶベルト４７が巻き掛けられ、このＶベルト４７はベルト従動プーリ４８にも巻き掛けられる。
【００２０】
可動側プーリ部分４６に隣接して、カムプレート４９がクランク軸２４に固着される。可動側プーリ部分４６の外側つまりＶベルトと接しない側は、外周寄りがカムプレート４９側に傾斜したテーパ面を有しており、このテーパ面と可動プーリ部分４６との間の空所にドライウェイト５０が収容される。
【００２１】
クランク軸２４の他端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（ＡＣＧスタータ）１のアウタロータ５１が結合される。アウタロータ５１の内側にはユニットケース２３に固定されるステータ５２が設けられる。アウタロータ５１の外周にはギヤ５３が設けられていて、ギヤ５３は前記ギヤ４０と噛み合って冷却ファン３９に駆動力を与える。ＡＣＧスタータ１の詳細はさらに後述する。
【００２２】
中間軸２５に設けられる従動プーリ４８も駆動プーリ４４と同様、固定プーリ部分５４と可動プーリ部分５５とを備える。固定プーリ部分５４は中間軸２５に結合され、可動プーリ部分５５は、中間軸２５の軸方向に変位可能なよう、固定プーリ部分５４にスプライン嵌合される。可動プーリ部分５５はバネ５６によって固定プーリ部分５４との間隔が狭められる方向に付勢される。中間軸２５の端部には従動プーリ４８と中間軸２５とを係合させる遠心クラッチ８７が設けられる。
【００２３】
後車軸２６には、スポーク５７を介して後輪ＲＷを支持するハブ５８が結合される。また、後車軸２６の一端には従動スプロケット５９が、その内側には減速ギヤ６０が、それぞれ、ワンウェイクラッチ６１，６２を介して設けられる。減速ギヤ６０は中間軸２５に結合されるピニオン６３に噛み合う。中間軸２５または後車軸２６の周囲には、これらの軸の回転数を検出するためのセンサ（図示せず）が設けられる。このセンサは車速を検出するためのセンサとして使用される。また、従動スプロケット５９は、チェーン６４によって駆動スプロケット３７と連結される。ハブ５８の内側にはブレーキ６５が係合する。
【００２４】
ユニットケース２３内には、ＡＣＧスタータ１の制御装置６６が収納される。この制御装置６６には、整流素子が設けられるので、冷却のためフィンを設けたケース部分に装着される。
【００２５】
ペダル３６を漕いで、ペダル軸３を回転させると駆動スプロケット３７が回転し、その回転はチェーン６４によって従動スプロケット５９に伝達される。従動スプロケット５９の回転はワンウェイクラッチ６１を介して後車軸２６に伝達される。ペダル３６を漕ぐのを止めると、後車軸２６に与えられる踏力はなくなるが、ワンウェイクラッチ６１は、従動スプロケット５９が止まっても後輪ＲＷの前進方向回転は許容するので、後輪ＲＷは惰性で回転可能である。
【００２６】
エンジンＥはＡＣＧスタータ１で始動される。前記バッテリ１３から制御装置６６を介してＡＣＧスタータ１のステータ５２に電流が供給されるとアウタロータ５１が回転してエンジンＥが始動される。エンジンＥが一旦始動するとＡＣＧスタータ１は発電機として働く。また、アウタロータ５１の回転により、ギヤ５３を介してギヤ４０が回転し、冷却ファン３９が付勢される。
【００２７】
エンジンＥが回転し、クランク軸２４の回転速度が増加すると、ドライウェイト５０が、遠心力により放射方向に移動する。そうすると、可動側プーリ部分４６はドライウェイト５０に押圧されて変位して固定側プーリ部分４５に接近する。その結果、Ｖベルト４７はプーリ４４の外周に向かって移動し、その巻き掛け径が大きくなる。
【００２８】
駆動プーリ４４に対するＶベルト４７の巻き掛け径が大きくなると、それに対応して車両の後部に設けられた従動プーリ４８の可動プーリ部分５５が変位する。すなわち、従動プーリ４８に対するＶベルト４７の巻き掛け径が小さくなるように可動プーリ部分５５はバネ５６に抗して変位する。このように、エンジンＥの動力は自動調整されて中間軸２５に伝達され、従動プーリ４８の回転速度が増大すると遠心クラッチ８７によって中間軸２５に回転が伝達される。中間軸２５の回転は、減速ギヤ６３，６０で減速されて後車軸２６に伝達される。エンジンＥが停止すると、後車軸２６に与えられるエンジンＥの動力はなくなるが、ワンウェイクラッチ６２は、ギヤ６０の回転が止まっても後輪ＲＷの前進方向回転は許容するので、後輪ＲＷは惰性で回転可能である。
【００２９】
図４において、ＡＣＧスタータ１では、クランク軸２４の先端テーパ部にアウターロータ５１がボルト６７により固定される。アウタロータ５１の内周側に配設されるステータ５２はボルト６８によってユニットケース２３のボスに固定される。ステータ５２の内周にはセンサケース６９が嵌め込めらる。このセンサケース６９内には、アウタロータ５１のボスの外周に沿って等間隔でロータ角度センサ（磁極センサ）７０およびパルサセンサ（点火パルサ）７１が設けられる。
【００３０】
ロータ角度センサ７０は、ＡＣＧスタータ１のステータコイルに対する通電制御を行うためのものである。点火パルサ７１はエンジンＥの点火制御のためのものであり、１つだけ設けられる。ロータ角度センサ７０および点火パルサ７１は、いずれもホールＩＣまたは磁気抵抗（ＭＲ）素子等で構成することができる。
【００３１】
ロータ角度センサ７０および点火パルサ７１のリード線は基板７２に接続され、さらに基板７２にはワイヤハーネス７３が結合される。アウタロータ５１のボスの外周には、ロータ角度センサ７０および点火パルサ７１のそれぞれに磁気作用を及ぼすよう２段着磁されたマグネットリング７４が嵌め込まれる。
【００３２】
ロータ角度センサ７０に対応するマグネットリング７４の一方の着磁帯には、ステータ５２の磁極に対応して、円周方向に３０°幅間隔で交互に配列されたＮ極とＳ極が形成され、点火パルサ７１に対応するマグネットリング７４の他方の着磁帯には、円周方向の１か所に１５°ないし４０°の範囲で着磁部が形成される。
【００３３】
ＡＣＧスタータ１は、エンジン始動時にはスタータモータ（同期モータ）として機能し、バッテリから供給される電流でクランク軸２４を回動させてエンジンＥを始動させる。エンジン始動後は同期発電機として機能し、発電した電流でバッテリを充電し、かつ各電装部に電流を供給する。
【００３４】
図５は、ＡＣＧスタータ１を含む電装系統のブロック図である。制御装置６６内に設けられるＥＣＵ７５はモータドライブ回路８１を備える。モータドライブ回路８１は、例えばＭＯＳ−ＦＥＴで構成され、ＡＣＧスタータ１が発生する三相交流を全波整流するとともに、モータとして作動させるときはバッテリ１３からの電流をＡＣＧスタータ１に供給する。
【００３５】
ＥＣＵ７５には、ロータ角度センサ７０、点火パルサ７１、スロットルセンサ７９、および油温センサ８０が接続され、各センサの検出信号がＥＣＵ７５に供給される。また、ＥＣＵ７５には点火コイル７７が接続され、点火コイル７７の二次側には点火プラグ７８が接続される。
【００３６】
さらに、ＥＣＵ７５には、スタータスイッチ７６、スタータリレー８８、ストップスイッチ８９，９０、ストップライト９１、スタンバイインジケータ９２、バッテリインジケータ９８、オートバイスタ９９、およびヘッドライト１１が接続される。ヘッドライト１１には、ディマースイッチ１００が設けられる。
【００３７】
上記の各部にはメインヒューズ１０１およびメインスイッチ１０２を介してバッテリ１３から電流が供給される。バッテリ１３は、スタータリレー８８によってＥＣＵ７５に直接接続される一方、メインスイッチ１０２を介さず、メインヒューズ１０１だけを介してＥＣＵ７５に接続される回路を有する。
【００３８】
また、ＥＣＵ７５にはストップ・アンド・ゴー制御部８４、始動時逆転制御部８５、および停止時逆転制御部８６が設けられる。ストップ・アンド・ゴー制御部８４は、エンジンの自動停止および再始動の制御を行う。始動時逆転制御部８５は、スタータスイッチ７６によるエンジン始動時にクランク軸２４を所定の位置まで逆転させ、その後正転させる。停止時逆転制御部８６は、エンジン自動停止時にクランク軸２４を所定位置まで逆転させる。これら逆転制御部８５，８６は次のエンジン始動性を向上させるために設けられる。このように、クランク軸２４を次の始動時に備えて逆転させることをスイングバックと呼ぶ。
【００３９】
ストップ・アンド・ゴー制御部８４は、車両が停止したとき、又は走行中に予定の停止条件を満たしたときにエンジンを自動停止させ、エンジンの自動停止後、スロットル弁が開かれる等の再始動条件を満たしたときに、ＡＣＧスタータ１を自動的に駆動させてエンジンを再始動させる。
【００４０】
次に、スイングバックを説明する。ＥＣＵ７５の始動時逆転制御部８５は、スタータスイッチ７６によるエンジン始動時に、クランク軸２４を正回転時の負荷トルクが小さくなる位置まで一旦逆回転させて停止させた後、改めてＡＣＧスタータ１を正回転方向に駆動してエンジンＥを始動させる。始動までに次の動作が行われる。まず、上死点の直前であって排気弁の開閉動作範囲に設定された停止位置までクランク軸２４を逆回転させる。この停止位置は爆発行程が終わって排気のために排気弁が開かれる位置、逆回転方向でみれば排気弁が閉じられてピストンを上死点まで上昇させるための負荷が増大する位置に設定される。具体的には後述する。
【００４１】
次いで、前記停止位置までの逆回転時より小さい出力でＡＣＧモータ１を逆回転方向に付勢する。この後者の逆回転方向への付勢により、逆回転を停止させたときの揺り戻しを抑制して、所望の位置でクランク軸２４を停止させることができる。
【００４２】
この動作を図によって説明する。図６は、クランキングトルクとクランク角度との関係を示す図である。図示のように、クランキングトルクは上死点つまりクランク角０°および７２０°近傍でそれぞれ最大となる。また、逆回転時と正回転時とでは、クランキングトルクの最大位置と最小位置とが逆になる。つまり、逆回転時にクランキングトルクが最大となる位置と、正回転時にクランキングトルクが最小となる位置とはほぼ一致する。したがって、クランキングトルクが最小となる位置から正回転寄りの範囲でクランク軸２４を停止させることができれば正回転による始動を容易に行えるし、クランキングトルクが最大位置までの回転角を大きくとれるので、大きい慣性トルクにより上死点を乗り越すことができる。
【００４３】
そこで、本実施形態では、始動のための最終停止位置がクランク角度６０°〜１８０°の範囲になるように、揺り戻しを考慮してこの範囲と圧縮上死点との間に停止位置を設定する。爆発行程でクランク角が約６０°のときに排気弁が開き始め、クランク角が約１８０°で排気弁が完全に開く。すなわち、上記クランク角度６０°〜１８０°の範囲は排気弁が開閉動作を行っている期間に対応する。
【００４４】
図７はクランク角度とＡＣＧモータ１の回転数との関係を示す図である。同図において、クランク軸２４の位置Ａ，Ｂ，Ｃから逆回転を開始させ、停止位置Ｄで逆回転のための駆動を停止する。停止位置Ｄで逆回転の駆動を停止させると揺り戻しのために予定の停止範囲でクランク軸２４を停止させることができない。そこで、停止位置Ｄまで逆回転させて停止させたときに揺り戻しを抑制させるためにＡＣＧモータ１を逆回転させる。この逆回転時には揺り戻しに抗するだけの小さいトルクをＡＣＧモータ１から出力させればよい。これにより、大きい揺り戻しは防止されてクランク軸２４は予定の停止範囲内の最終停止位置Ｆで停止される。
【００４５】
図８は従来の始動動作を示す図である。位置Ａａ，Ｂａ，Ｃａからクランク軸２４の逆回転を開始させて、図８中に通電停止と記載した位置で通電を停止して逆回転を停止すると、逆回転の開始位置Ａａ，Ｂａと、通電の停止位置との距離に応じた揺り戻しがあり、それぞれの揺り戻しの大きさによって最終的なクランク軸２４の停止位置が異なる。図示のように、位置Ｂａから逆回転を開始し、途中で通電を停止した場合は所望の停止範囲内（クランク角６０°と１８０°の間）の位置Ｂｂにクランク軸２４は停止する。しかし、位置Ｂａから逆回転させた場合と同じ通電停止位置であっても、逆回転開始位置がＡａの場合は逆回転時間が長いので、位置Ｂａから逆回転を開始した場合よりも揺り戻しの量が大きくなり、所望の停止範囲を外れた位置Ａｂでクランク軸２４は停止する。一方、位置Ｃａから逆回転を開始した場合は所望の停止範囲までの距離が短いので、該停止範囲に停止させようとすると、逆回転開始後、短時間で通電停止することになって惰性回転時間が短くなるので、揺り戻しが大きいために所望の停止範囲にクランク軸２４は停止しない。図７に関して説明した本実施形態によれば、このような従来技術の不安定さは解消され、常に所望の範囲に正確にクランク軸２４を停止させることができる。
【００４６】
なお、クランク軸２４が予定の位置に至ったことは、ロータ角度センサ７０で検出することができるクランク角に基づいて判断することができる。
【００４７】
次に、エンジン始動時の逆回転制御を説明する。図９はエンジン始動時の逆回転制御のフローチャートである。ステップＳ１０では、エンジン始動指令があったか否かが判断される。スタータスイッチ７６がオンになったときにステップＳ１０は肯定となり、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１ではクランク軸２４を逆回転する。ステップＳ１２ではクランク軸２４が停止位置まで逆回転したか否かが判断される。停止位置は上死点（クランク角０°）から６０°進んだ位置に設定される。
【００４８】
ステップＳ１２が肯定になれば、ステップＳ１３でＡＣＧモータ１の駆動を停止する。ステップＳ１４では、再びクランク軸２４を逆回転させるようにＡＣＧモータ１を駆動する。この再度の逆回転では、ＡＣＧモータ１を制御するモータドライブ回路８１を構成するＭＯＳ−ＦＥＴのオンデューティを、停止位置までの逆回転時のときより小さくして出力トルクを小さくする。ステップＳ１５では小出力トルクによる逆回転を予定時間行ったか否かが判断され、この判断が肯定であればＡＣＧモータ１の付勢を停止して始動時逆回転を終える。
逆回転制御は、エンジン始動時に行われるだけでなく、エンジン停止時にも行うことができる。例えば、ストップ・アンド・ゴー制御では、スロットル開度が開かれたときに直ちに点火動作が行われなければならない。したがって、スロットル弁を開く動作に応答して迅速に点火動作が行われるように、ストップ・アンド・ゴー制御のもとで、エンジン停止時に始動のためのクランク軸２４の逆回転を行っておけば、次の始動操作時には迅速にエンジン始動させることができる。
【００４９】
図１０は、停止時逆回転制御のフローチャートである。ステップＳ２１では、エンジンが停止したか否かが判断される。エンジンが停止したときにステップＳ２１は肯定となり、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２ではクランク軸２４を逆回転する。ステップＳ２３ではクランク軸２４が停止位置まで逆回転したか否かが判断される。ステップＳ２３が肯定になれば、ステップＳ２４でＡＣＧモータ１の駆動を停止する。ステップＳ２５では、再びクランク軸２４を逆回転させるようにＡＣＧモータ１を駆動する。この再度の逆回転でドライブ回路８１を構成するＭＯＳ−ＦＥＴのオンデューティを小さくするのは始動時逆回転制御と同様である。ステップＳ２６では小出力トルクによる逆回転を予定時間行ったか否かが判断され、この判断が肯定であればＡＣＧモータ１の付勢を停止してエンジン停止時の逆回転を終える。
【００５０】
図１は始動時および停止時の逆回転制御のための機能を示すブロック図である。始動検出部１１０はスタータスイッチ７６がオンになったのを検出してエンジン始動動作があったことを検出し、第１逆回転部１１１を付勢する。第１逆回転部１１はモータドライブ回路８１にＡＣＧモータ１を逆回転させる指令を出力する。この指令に応答してＡＣＧモータ１は逆回転される。第１逆回転停止部１１２は逆回転が開始されると予定の停止位置までクランク軸２４が回転したかどうかを監視し、停止位置までクランク軸２４が回転したときに第１逆回転部１１１に逆回転停止指令を出力する。停止位置までクランク軸２４が回転したかどうかはロータ角度センサ７０の出力によって認識できるクランク角に基づいて判断することができる。
【００５１】
また、クランク角度センサ７０の出力信号の間隔つまりクランクパルス間隔がクランク軸２４の角速度の関数であることから、第１逆回転停止部１１２を、クランクパルス間隔の長短に基づいてクランク軸２４の位置が逆転停止位置に至ったかどうかを判断するように構成できる。すなわち、高負荷域になれば、クランク角速度は小さくなるので、角速度が予定の値まで低下したことを検出して、高負荷域に達したことを判断することができる。
【００５２】
これ以外にも、逆回転時間が所定時間経過したのをタイマ１１５により監視したり、ＡＣＧモータ１の電流値がロック電流まで上昇したのを電流検出部１１６により監視したりすることで判断することができる。停止位置まで逆回転すると予測される時間より長い時間を予め設定し、その時間、上死点の乗り越しトルクより小さいトルクで逆回転させることにより高負荷の停止位置でクランク軸２４を停止させることができる。この場合、設定された時間が経過するまでに高負荷域に到達したとしても上死点を乗り越えないような小さいトルクでＡＣＧモータ１を駆動する。また、高負荷域になれば、ＡＣＧモータ１にロック電流が流れるので、このロック電流が検出されたときにＡＣＧモータ１を停止させればクランク軸２４を高負荷の停止位置に停止させることができる。
【００５３】
第１逆回転停止部１１２による逆回転停止指令は第２逆回転部１１３に、第２の逆回転つまり揺り戻し抑制のための逆回転指令として入力される。第２逆回転部１１３は、第１逆回転部１１１からの指令による逆回転より小さいトルクでＡＣＧモータ１を逆回転させる指令をモータドライブ回路８１に出力する。第２逆回転停止部１１４は第２逆回転部１１３の指令による逆回転が開始されると予定時間が経過したかどうかをタイマ１１７により監視し、この予定時間が経過したときに第２逆回転部１１３に逆回転停止指令を出力する。
【００５４】
上述の実施形態では、ペダル付き自動二輪車に搭載されるエンジンの始動装置に本発明を適用した。しかし、本発明は、この実施形態に限定されず、圧縮行程の高負荷域を乗り越して始動させる必要がある４サイクルエンジンに広く適用することができる。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１および請求項２の発明によれば、圧縮上死点近傍の高負荷域までエンジンを逆回転して停止させることができる。特に、請求項１の発明によれば、始動操作に伴ってエンジンを高負荷域まで逆回転させる動作を行わせることができる。また、請求項２の発明によれば、エンジン停止に伴ってエンジンを高負荷域まで逆回転させる動作を行わせることができるので、次のエンジン始動時の始動性を高めることができる。
【００５６】
また、請求項３の発明によれば、逆回転して予定の位置で停止させる動作をさせた後、さらにスタータモータをエンジンの逆回転方向に付勢することで、高負荷域で付勢を解除したときの揺り戻しを抑制することができる。なお、スタータモータは小出力トルクで駆動されるので、揺り戻しだけが抑制され、停止位置よりも高負荷域にエンジンが回転されることはなく、所望位置に正確にエンジンを停止させることができる。
【００５７】
さらに、請求項４の発明によれば、通電電流が所定値を超えたことを検出する簡単な構成で停止位置に到達したことを判断することができる。請求項５の発明によれば、クランク角の角速度が小さくなって予定の値まで低下したときに停止位置に到達したと判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 エンジン停止制御のための要部機能を示すブロック図である。
【図２】 本発明を適用した自動二輪車の全体側面図である。
【図３】 図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】 図３の部分拡大図である。
【図５】 ＡＣＧスタータを含む電装系統のブロック図である。
【図６】 エンジン始動時のクランク角度位置と乗越トルクとの関係を示す図である。
【図７】 異なる逆回転開始位置毎の正回転および逆回転動作を示す図である。
【図８】 従来技術に係る正回転および逆回転動作を示す図である。
【図９】 始動時逆回転のフローチャートである。
【図１０】 停止時逆回転のフローチャートである。
【符号の説明】
１…スタータ兼発電機（ＡＣＧスタータ）、 ２…パワーユニット、 ２４…クランク軸、 ５１…アウタロータ、 ５２…ステータ、 ７５…ＥＣＵ、 ７０…ロータ角度センサ、 ７１…点火パルサ、 ８１…モータドライブ回路、 １１０…始動検出部、 １１１…第１逆回転部、 １１２…第１回転停止部、 １１３…第２逆回転部、 １１４…第２逆回転停止部
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン始動装置に関し、特に、小さいトルクのスタータモータでも圧縮行程の高負荷域を容易に乗り越すことができるエンジン始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの圧縮行程では、スタータモータに大きい負荷がかかる。上死点前は特に高負荷域となるため、スタータモータにはこの高負荷域を乗り越えることができるトルクが必要とされる。従来、小さいトルクのスタータモータによっても高負荷域を乗り越えるように、始動時に、正回転方向で軽負荷となる領域、つまり逆回転方向の上死点手前までクランク軸を逆回転させ、その位置から正回転させることが考えられている。このような軽負荷域からの始動によってエンジンの持つ慣性力を十分に利用でき、始動性を高めることができる。
【０００３】
しかし、エンジンオイルの温度変化等の影響によるエンジンフリクションの変化によって逆回転後の停止位置にばらつきが生じるので、所望の軽負荷位置にクランク軸を正確に停止させることができない。この不具合を解消するため、例えば、特開２０００−３０３９３８号公報には、エンジン温度に基づいてフリクションを推定し、このフリクションが大きいときは逆回転時間を長くする一方、フリクションが小さいときは逆回転時間を短くするエンジン始動装置が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来装置では、クランク軸の逆回転開始位置に応じて逆回転時間を決定しなければならないので、クランク軸の回転位置検出が複雑となる。また、逆回転させて停止させる軽負荷位置は、上死点手前であるので、逆回転方向へのモータの付勢を停止させた後、正回転方向に揺り戻しがある。この揺り戻しが大きい場合には所望の位置に正確にクランク軸を停止させることが困難であり、慣性力を十分に利用して始動性を高めることができない。
【０００５】
本発明の目的は、上記要望に鑑み、逆転開始位置との兼ね合いで逆転時間を決定する等の複雑な構成をとらず、しかも、揺り戻しを小さくして所望の位置にクランク軸を停止させることにより、始動時に大きい慣性エネルギを発生させることができるエンジン始動装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、エンジン始動操作に応答して直前の圧縮上死点と排気弁の開閉動作範囲との間に予め設定された位置までエンジンを逆回転させるべくスタータモータを駆動した後に停止させる制御手段を具備した点に第１の特徴がある。
【０００７】
また、本発明は、エンジン停止時に、直前の圧縮上死点と排気弁の開閉動作範囲との間に予め設定された位置までエンジンを逆回転させるべくスタータモータを駆動した後に停止させる制御手段を具備した点に第２の特徴がある。
【０００８】
また、本発明は、前記制御手段が、前記位置までエンジンを逆回転させた後、さらに前記スタータモータを小トルクで駆動して前記エンジンを逆回転方向に付勢するように構成された点に第３の特徴がある。
【０００９】
さらに、本発明は、前記位置までエンジンが逆回転されたことを、前記スタータモータに対する通電電流が所定値を超えたことによって判断する手段をさらに具備した点に第４の特徴がある。
【００１０】
また、前記位置までエンジンが逆回転されたことを、前記クランク角検出手段で検出されたクランク角の変化に基づき、該変化の速度が所定値まで下がったことによって判断する検出手段を具備した点に第５の特徴がある。
【００１１】
第１および第２の特徴によれば、圧縮上死点近傍の高負荷域に設定された位置までエンジンを逆回転して停止させることができる。特に、第１の特徴によれば、始動操作に伴ってエンジンを高負荷域まで逆回転させる動作を行わせることができる。また、第２の特徴によれば、エンジン停止に伴ってエンジンを高負荷域まで逆回転させる動作を行わせることができるので、次のエンジン始動時の始動性を高めることができる。
【００１２】
また、第３の特徴によれば、逆回転して予定の位置で停止させる動作をさせた後、さらにスタータモータをエンジンの逆回転方向に付勢することで、高負荷域で付勢を解除したときの揺り戻しを抑制することができる。なお、スタータモータは小出力トルクで駆動されるので、揺り戻しだけが抑制され、逆転を停止させた位置よりも高負荷域にエンジンが回転されることはない。
【００１３】
さらに、第４の特徴によれば、通電電流が所定値を超えたことを検出する簡単な構成で予定の位置に到達したことを判断することができる。第５の特徴によれば、クランク角検出手段の出力によって求めることができる角速度が予定の値、まで減速されたときに予定の位置まで逆転したことを検出することができる。
【００１４】
【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２は、本発明のエンジン始動装置を適用したペダル付き自動二輪車の側面図である。同図において、車体フレーム４には、パワーユニット２が懸架される。パワーユニット２は前部に４サイクルのエンジンＥおよび踏力駆動部を搭載し、後部には後輪ＲＷを支持する。さらに、パワーユニット２は、エンジンＥと後輪ＲＷとの間にあってエンジンＥの出力を変速・減速して後輪ＲＷに伝達するための変速機および減速機構（いずれも詳細は後述）を有する。踏力駆動部は、人力（踏力）で後輪ＲＷを駆動するため、エンジン駆動系統とは別に設けられる駆動系であり、踏力入力手段としてペダル軸３およびペダル７が設けられる。
【００１５】
車体フレーム４の前部に形成されるヘッドパイプ部６には、操舵軸７が回動自在に支持され、操舵軸７の上部には左右に延びるハンドル８が取り付けられ、操舵軸７の下部にはフロントフォーク９が結合される。フロントフォーク９の下端には前輪ＦＷが支持される。操舵軸７およびヘッドパイプ部６の前方には、ヘッドライト１１、荷物用バスケット１２、およびバッテリ１３が設けられる。
【００１６】
車体フレーム４の後方にはシートポスト１４が取り付けられ、やや斜め上後方に延びるシートポスト１４の上にはシート１５が取り付けられる。シート１５の後部下方には、収納ケース１６が設けられ、この収納ケース１６内には燃料タンク１７やエアクリーナ（図示せず）等が収納される。さらに、収納ケース１６の後部には方向指示器１８や後部表示灯１９が取り付けられる。
【００１７】
エンジンＥの上方には気化器５が設けられ、この気化器５には、燃料タンク１７およびエアクリーナが結合される。気化器５で空気と混合された燃料は吸気管２０を通ってエンジンＥに供給される。エンジンＥには排気管２１が結合されていて、エンジンＥの排気は排気管２１および消音器２２を通って後方に排出される。
【００１８】
図３は、図２のＡ−Ａ断面図、図４は、その部分拡大図である。パワーユニット２は、ユニットケース２３に支持されるペダル軸３、エンジンＥのクランク軸２４、中間軸２５、後車軸２６を備える。ペダル軸３は、軸受２７，２８によって、ユニットケース２３に支持され、クランク軸２４は軸受２９，３０によってユニットケース２３に支持される。また、中間軸２５は軸受３１，３２によって、後車軸２６は軸受３３，３４によってそれぞれユニットケース２３に支持される。ペダル軸３の両端にはクランク３５が結合され、クランク３５の先端にはペダル３６が取り付けられる。ペダル軸３には、踏力伝達用の駆動スプロケット３７が結合される。さらに、踏力クランク軸３にはスリーブ３８を介して冷却ファン３９および冷却ファンを回転させるためのギヤ４０が設けられる。スリーブ３８は軸受４１，４２を介してユニットケース２３に支持される。
【００１９】
クランク軸２４には、図示しないクランクピンを介してコンロッド４３が連結される。クランク軸２４に一端には、ベルト式無段変速機のベルト駆動プーリ４４が回転可能に設けられる。ベルト駆動プーリ４４は、固定側プーリ部分４５と可動側プーリ部分４６とからなる。固定側プーリ部分４５はクランク軸２４に固着され、可動側プーリ部分４６はクランク軸２４に対して軸方向に変位できるようにスプライン嵌合される。ベルト駆動プーリ４４にはＶベルト４７が巻き掛けられ、このＶベルト４７はベルト従動プーリ４８にも巻き掛けられる。
【００２０】
可動側プーリ部分４６に隣接して、カムプレート４９がクランク軸２４に固着される。可動側プーリ部分４６の外側つまりＶベルトと接しない側は、外周寄りがカムプレート４９側に傾斜したテーパ面を有しており、このテーパ面と可動プーリ部分４６との間の空所にドライウェイト５０が収容される。
【００２１】
クランク軸２４の他端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（ＡＣＧスタータ）１のアウタロータ５１が結合される。アウタロータ５１の内側にはユニットケース２３に固定されるステータ５２が設けられる。アウタロータ５１の外周にはギヤ５３が設けられていて、ギヤ５３は前記ギヤ４０と噛み合って冷却ファン３９に駆動力を与える。ＡＣＧスタータ１の詳細はさらに後述する。
【００２２】
中間軸２５に設けられる従動プーリ４８も駆動プーリ４４と同様、固定プーリ部分５４と可動プーリ部分５５とを備える。固定プーリ部分５４は中間軸２５に結合され、可動プーリ部分５５は、中間軸２５の軸方向に変位可能なよう、固定プーリ部分５４にスプライン嵌合される。可動プーリ部分５５はバネ５６によって固定プーリ部分５４との間隔が狭められる方向に付勢される。中間軸２５の端部には従動プーリ４８と中間軸２５とを係合させる遠心クラッチ８７が設けられる。
【００２３】
後車軸２６には、スポーク５７を介して後輪ＲＷを支持するハブ５８が結合される。また、後車軸２６の一端には従動スプロケット５９が、その内側には減速ギヤ６０が、それぞれ、ワンウェイクラッチ６１，６２を介して設けられる。減速ギヤ６０は中間軸２５に結合されるピニオン６３に噛み合う。中間軸２５または後車軸２６の周囲には、これらの軸の回転数を検出するためのセンサ（図示せず）が設けられる。このセンサは車速を検出するためのセンサとして使用される。また、従動スプロケット５９は、チェーン６４によって駆動スプロケット３７と連結される。ハブ５８の内側にはブレーキ６５が係合する。
【００２４】
ユニットケース２３内には、ＡＣＧスタータ１の制御装置６６が収納される。この制御装置６６には、整流素子が設けられるので、冷却のためフィンを設けたケース部分に装着される。
【００２５】
ペダル３６を漕いで、ペダル軸３を回転させると駆動スプロケット３７が回転し、その回転はチェーン６４によって従動スプロケット５９に伝達される。従動スプロケット５９の回転はワンウェイクラッチ６１を介して後車軸２６に伝達される。ペダル３６を漕ぐのを止めると、後車軸２６に与えられる踏力はなくなるが、ワンウェイクラッチ６１は、従動スプロケット５９が止まっても後輪ＲＷの前進方向回転は許容するので、後輪ＲＷは惰性で回転可能である。
【００２６】
エンジンＥはＡＣＧスタータ１で始動される。前記バッテリ１３から制御装置６６を介してＡＣＧスタータ１のステータ５２に電流が供給されるとアウタロータ５１が回転してエンジンＥが始動される。エンジンＥが一旦始動するとＡＣＧスタータ１は発電機として働く。また、アウタロータ５１の回転により、ギヤ５３を介してギヤ４０が回転し、冷却ファン３９が付勢される。
【００２７】
エンジンＥが回転し、クランク軸２４の回転速度が増加すると、ドライウェイト５０が、遠心力により放射方向に移動する。そうすると、可動側プーリ部分４６はドライウェイト５０に押圧されて変位して固定側プーリ部分４５に接近する。その結果、Ｖベルト４７はプーリ４４の外周に向かって移動し、その巻き掛け径が大きくなる。
【００２８】
駆動プーリ４４に対するＶベルト４７の巻き掛け径が大きくなると、それに対応して車両の後部に設けられた従動プーリ４８の可動プーリ部分５５が変位する。すなわち、従動プーリ４８に対するＶベルト４７の巻き掛け径が小さくなるように可動プーリ部分５５はバネ５６に抗して変位する。このように、エンジンＥの動力は自動調整されて中間軸２５に伝達され、従動プーリ４８の回転速度が増大すると遠心クラッチ８７によって中間軸２５に回転が伝達される。中間軸２５の回転は、減速ギヤ６３，６０で減速されて後車軸２６に伝達される。エンジンＥが停止すると、後車軸２６に与えられるエンジンＥの動力はなくなるが、ワンウェイクラッチ６２は、ギヤ６０の回転が止まっても後輪ＲＷの前進方向回転は許容するので、後輪ＲＷは惰性で回転可能である。
【００２９】
図４において、ＡＣＧスタータ１では、クランク軸２４の先端テーパ部にアウターロータ５１がボルト６７により固定される。アウタロータ５１の内周側に配設されるステータ５２はボルト６８によってユニットケース２３のボスに固定される。ステータ５２の内周にはセンサケース６９が嵌め込めらる。このセンサケース６９内には、アウタロータ５１のボスの外周に沿って等間隔でロータ角度センサ（磁極センサ）７０およびパルサセンサ（点火パルサ）７１が設けられる。
【００３０】
ロータ角度センサ７０は、ＡＣＧスタータ１のステータコイルに対する通電制御を行うためのものである。点火パルサ７１はエンジンＥの点火制御のためのものであり、１つだけ設けられる。ロータ角度センサ７０および点火パルサ７１は、いずれもホールＩＣまたは磁気抵抗（ＭＲ）素子等で構成することができる。
【００３１】
ロータ角度センサ７０および点火パルサ７１のリード線は基板７２に接続され、さらに基板７２にはワイヤハーネス７３が結合される。アウタロータ５１のボスの外周には、ロータ角度センサ７０および点火パルサ７１のそれぞれに磁気作用を及ぼすよう２段着磁されたマグネットリング７４が嵌め込まれる。
【００３２】
ロータ角度センサ７０に対応するマグネットリング７４の一方の着磁帯には、ステータ５２の磁極に対応して、円周方向に３０°幅間隔で交互に配列されたＮ極とＳ極が形成され、点火パルサ７１に対応するマグネットリング７４の他方の着磁帯には、円周方向の１か所に１５°ないし４０°の範囲で着磁部が形成される。
【００３３】
ＡＣＧスタータ１は、エンジン始動時にはスタータモータ（同期モータ）として機能し、バッテリから供給される電流でクランク軸２４を回動させてエンジンＥを始動させる。エンジン始動後は同期発電機として機能し、発電した電流でバッテリを充電し、かつ各電装部に電流を供給する。
【００３４】
図５は、ＡＣＧスタータ１を含む電装系統のブロック図である。制御装置６６内に設けられるＥＣＵ７５はモータドライブ回路８１を備える。モータドライブ回路８１は、例えばＭＯＳ−ＦＥＴで構成され、ＡＣＧスタータ１が発生する三相交流を全波整流するとともに、モータとして作動させるときはバッテリ１３からの電流をＡＣＧスタータ１に供給する。
【００３５】
ＥＣＵ７５には、ロータ角度センサ７０、点火パルサ７１、スロットルセンサ７９、および油温センサ８０が接続され、各センサの検出信号がＥＣＵ７５に供給される。また、ＥＣＵ７５には点火コイル７７が接続され、点火コイル７７の二次側には点火プラグ７８が接続される。
【００３６】
さらに、ＥＣＵ７５には、スタータスイッチ７６、スタータリレー８８、ストップスイッチ８９，９０、ストップライト９１、スタンバイインジケータ９２、バッテリインジケータ９８、オートバイスタ９９、およびヘッドライト１１が接続される。ヘッドライト１１には、ディマースイッチ１００が設けられる。
【００３７】
上記の各部にはメインヒューズ１０１およびメインスイッチ１０２を介してバッテリ１３から電流が供給される。バッテリ１３は、スタータリレー８８によってＥＣＵ７５に直接接続される一方、メインスイッチ１０２を介さず、メインヒューズ１０１だけを介してＥＣＵ７５に接続される回路を有する。
【００３８】
また、ＥＣＵ７５にはストップ・アンド・ゴー制御部８４、始動時逆転制御部８５、および停止時逆転制御部８６が設けられる。ストップ・アンド・ゴー制御部８４は、エンジンの自動停止および再始動の制御を行う。始動時逆転制御部８５は、スタータスイッチ７６によるエンジン始動時にクランク軸２４を所定の位置まで逆転させ、その後正転させる。停止時逆転制御部８６は、エンジン自動停止時にクランク軸２４を所定位置まで逆転させる。これら逆転制御部８５，８６は次のエンジン始動性を向上させるために設けられる。このように、クランク軸２４を次の始動時に備えて逆転させることをスイングバックと呼ぶ。
【００３９】
ストップ・アンド・ゴー制御部８４は、車両が停止したとき、又は走行中に予定の停止条件を満たしたときにエンジンを自動停止させ、エンジンの自動停止後、スロットル弁が開かれる等の再始動条件を満たしたときに、ＡＣＧスタータ１を自動的に駆動させてエンジンを再始動させる。
【００４０】
次に、スイングバックを説明する。ＥＣＵ７５の始動時逆転制御部８５は、スタータスイッチ７６によるエンジン始動時に、クランク軸２４を正回転時の負荷トルクが小さくなる位置まで一旦逆回転させて停止させた後、改めてＡＣＧスタータ１を正回転方向に駆動してエンジンＥを始動させる。始動までに次の動作が行われる。まず、上死点の直前であって排気弁の開閉動作範囲に設定された停止位置までクランク軸２４を逆回転させる。この停止位置は爆発行程が終わって排気のために排気弁が開かれる位置、逆回転方向でみれば排気弁が閉じられてピストンを上死点まで上昇させるための負荷が増大する位置に設定される。具体的には後述する。
【００４１】
次いで、前記停止位置までの逆回転時より小さい出力でＡＣＧモータ１を逆回転方向に付勢する。この後者の逆回転方向への付勢により、逆回転を停止させたときの揺り戻しを抑制して、所望の位置でクランク軸２４を停止させることができる。
【００４２】
この動作を図によって説明する。図６は、クランキングトルクとクランク角度との関係を示す図である。図示のように、クランキングトルクは上死点つまりクランク角０°および７２０°近傍でそれぞれ最大となる。また、逆回転時と正回転時とでは、クランキングトルクの最大位置と最小位置とが逆になる。つまり、逆回転時にクランキングトルクが最大となる位置と、正回転時にクランキングトルクが最小となる位置とはほぼ一致する。したがって、クランキングトルクが最小となる位置から正回転寄りの範囲でクランク軸２４を停止させることができれば正回転による始動を容易に行えるし、クランキングトルクが最大位置までの回転角を大きくとれるので、大きい慣性トルクにより上死点を乗り越すことができる。
【００４３】
そこで、本実施形態では、始動のための最終停止位置がクランク角度６０°〜１８０°の範囲になるように、揺り戻しを考慮してこの範囲と圧縮上死点との間に停止位置を設定する。爆発行程でクランク角が約６０°のときに排気弁が開き始め、クランク角が約１８０°で排気弁が完全に開く。すなわち、上記クランク角度６０°〜１８０°の範囲は排気弁が開閉動作を行っている期間に対応する。
【００４４】
図７はクランク角度とＡＣＧモータ１の回転数との関係を示す図である。同図において、クランク軸２４の位置Ａ，Ｂ，Ｃから逆回転を開始させ、停止位置Ｄで逆回転のための駆動を停止する。停止位置Ｄで逆回転の駆動を停止させると揺り戻しのために予定の停止範囲でクランク軸２４を停止させることができない。そこで、停止位置Ｄまで逆回転させて停止させたときに揺り戻しを抑制させるためにＡＣＧモータ１を逆回転させる。この逆回転時には揺り戻しに抗するだけの小さいトルクをＡＣＧモータ１から出力させればよい。これにより、大きい揺り戻しは防止されてクランク軸２４は予定の停止範囲内の最終停止位置Ｆで停止される。
【００４５】
図８は従来の始動動作を示す図である。位置Ａａ，Ｂａ，Ｃａからクランク軸２４の逆回転を開始させて、図８中に通電停止と記載した位置で通電を停止して逆回転を停止すると、逆回転の開始位置Ａａ，Ｂａと、通電の停止位置との距離に応じた揺り戻しがあり、それぞれの揺り戻しの大きさによって最終的なクランク軸２４の停止位置が異なる。図示のように、位置Ｂａから逆回転を開始し、途中で通電を停止した場合は所望の停止範囲内（クランク角６０°と１８０°の間）の位置Ｂｂにクランク軸２４は停止する。しかし、位置Ｂａから逆回転させた場合と同じ通電停止位置であっても、逆回転開始位置がＡａの場合は逆回転時間が長いので、位置Ｂａから逆回転を開始した場合よりも揺り戻しの量が大きくなり、所望の停止範囲を外れた位置Ａｂでクランク軸２４は停止する。一方、位置Ｃａから逆回転を開始した場合は所望の停止範囲までの距離が短いので、該停止範囲に停止させようとすると、逆回転開始後、短時間で通電停止することになって惰性回転時間が短くなるので、揺り戻しが大きいために所望の停止範囲にクランク軸２４は停止しない。図７に関して説明した本実施形態によれば、このような従来技術の不安定さは解消され、常に所望の範囲に正確にクランク軸２４を停止させることができる。
【００４６】
なお、クランク軸２４が予定の位置に至ったことは、ロータ角度センサ７０で検出することができるクランク角に基づいて判断することができる。
【００４７】
次に、エンジン始動時の逆回転制御を説明する。図９はエンジン始動時の逆回転制御のフローチャートである。ステップＳ１０では、エンジン始動指令があったか否かが判断される。スタータスイッチ７６がオンになったときにステップＳ１０は肯定となり、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１ではクランク軸２４を逆回転する。ステップＳ１２ではクランク軸２４が停止位置まで逆回転したか否かが判断される。停止位置は上死点（クランク角０°）から６０°進んだ位置に設定される。
【００４８】
ステップＳ１２が肯定になれば、ステップＳ１３でＡＣＧモータ１の駆動を停止する。ステップＳ１４では、再びクランク軸２４を逆回転させるようにＡＣＧモータ１を駆動する。この再度の逆回転では、ＡＣＧモータ１を制御するモータドライブ回路８１を構成するＭＯＳ−ＦＥＴのオンデューティを、停止位置までの逆回転時のときより小さくして出力トルクを小さくする。ステップＳ１５では小出力トルクによる逆回転を予定時間行ったか否かが判断され、この判断が肯定であればＡＣＧモータ１の付勢を停止して始動時逆回転を終える。
逆回転制御は、エンジン始動時に行われるだけでなく、エンジン停止時にも行うことができる。例えば、ストップ・アンド・ゴー制御では、スロットル開度が開かれたときに直ちに点火動作が行われなければならない。したがって、スロットル弁を開く動作に応答して迅速に点火動作が行われるように、ストップ・アンド・ゴー制御のもとで、エンジン停止時に始動のためのクランク軸２４の逆回転を行っておけば、次の始動操作時には迅速にエンジン始動させることができる。
【００４９】
図１０は、停止時逆回転制御のフローチャートである。ステップＳ２１では、エンジンが停止したか否かが判断される。エンジンが停止したときにステップＳ２１は肯定となり、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２ではクランク軸２４を逆回転する。ステップＳ２３ではクランク軸２４が停止位置まで逆回転したか否かが判断される。ステップＳ２３が肯定になれば、ステップＳ２４でＡＣＧモータ１の駆動を停止する。ステップＳ２５では、再びクランク軸２４を逆回転させるようにＡＣＧモータ１を駆動する。この再度の逆回転でドライブ回路８１を構成するＭＯＳ−ＦＥＴのオンデューティを小さくするのは始動時逆回転制御と同様である。ステップＳ２６では小出力トルクによる逆回転を予定時間行ったか否かが判断され、この判断が肯定であればＡＣＧモータ１の付勢を停止してエンジン停止時の逆回転を終える。
【００５０】
図１は始動時および停止時の逆回転制御のための機能を示すブロック図である。始動検出部１１０はスタータスイッチ７６がオンになったのを検出してエンジン始動動作があったことを検出し、第１逆回転部１１１を付勢する。第１逆回転部１１はモータドライブ回路８１にＡＣＧモータ１を逆回転させる指令を出力する。この指令に応答してＡＣＧモータ１は逆回転される。第１逆回転停止部１１２は逆回転が開始されると予定の停止位置までクランク軸２４が回転したかどうかを監視し、停止位置までクランク軸２４が回転したときに第１逆回転部１１１に逆回転停止指令を出力する。停止位置までクランク軸２４が回転したかどうかはロータ角度センサ７０の出力によって認識できるクランク角に基づいて判断することができる。
【００５１】
また、クランク角度センサ７０の出力信号の間隔つまりクランクパルス間隔がクランク軸２４の角速度の関数であることから、第１逆回転停止部１１２を、クランクパルス間隔の長短に基づいてクランク軸２４の位置が逆転停止位置に至ったかどうかを判断するように構成できる。すなわち、高負荷域になれば、クランク角速度は小さくなるので、角速度が予定の値まで低下したことを検出して、高負荷域に達したことを判断することができる。
【００５２】
これ以外にも、逆回転時間が所定時間経過したのをタイマ１１５により監視したり、ＡＣＧモータ１の電流値がロック電流まで上昇したのを電流検出部１１６により監視したりすることで判断することができる。停止位置まで逆回転すると予測される時間より長い時間を予め設定し、その時間、上死点の乗り越しトルクより小さいトルクで逆回転させることにより高負荷の停止位置でクランク軸２４を停止させることができる。この場合、設定された時間が経過するまでに高負荷域に到達したとしても上死点を乗り越えないような小さいトルクでＡＣＧモータ１を駆動する。また、高負荷域になれば、ＡＣＧモータ１にロック電流が流れるので、このロック電流が検出されたときにＡＣＧモータ１を停止させればクランク軸２４を高負荷の停止位置に停止させることができる。
【００５３】
第１逆回転停止部１１２による逆回転停止指令は第２逆回転部１１３に、第２の逆回転つまり揺り戻し抑制のための逆回転指令として入力される。第２逆回転部１１３は、第１逆回転部１１１からの指令による逆回転より小さいトルクでＡＣＧモータ１を逆回転させる指令をモータドライブ回路８１に出力する。第２逆回転停止部１１４は第２逆回転部１１３の指令による逆回転が開始されると予定時間が経過したかどうかをタイマ１１７により監視し、この予定時間が経過したときに第２逆回転部１１３に逆回転停止指令を出力する。
【００５４】
上述の実施形態では、ペダル付き自動二輪車に搭載されるエンジンの始動装置に本発明を適用した。しかし、本発明は、この実施形態に限定されず、圧縮行程の高負荷域を乗り越して始動させる必要がある４サイクルエンジンに広く適用することができる。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１および請求項２の発明によれば、圧縮上死点近傍の高負荷域までエンジンを逆回転して停止させることができる。特に、請求項１の発明によれば、始動操作に伴ってエンジンを高負荷域まで逆回転させる動作を行わせることができる。また、請求項２の発明によれば、エンジン停止に伴ってエンジンを高負荷域まで逆回転させる動作を行わせることができるので、次のエンジン始動時の始動性を高めることができる。
【００５６】
また、請求項３の発明によれば、逆回転して予定の位置で停止させる動作をさせた後、さらにスタータモータをエンジンの逆回転方向に付勢することで、高負荷域で付勢を解除したときの揺り戻しを抑制することができる。なお、スタータモータは小出力トルクで駆動されるので、揺り戻しだけが抑制され、停止位置よりも高負荷域にエンジンが回転されることはなく、所望位置に正確にエンジンを停止させることができる。
【００５７】
さらに、請求項４の発明によれば、通電電流が所定値を超えたことを検出する簡単な構成で停止位置に到達したことを判断することができる。請求項５の発明によれば、クランク角の角速度が小さくなって予定の値まで低下したときに停止位置に到達したと判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 エンジン停止制御のための要部機能を示すブロック図である。
【図２】 本発明を適用した自動二輪車の全体側面図である。
【図３】 図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】 図３の部分拡大図である。
【図５】 ＡＣＧスタータを含む電装系統のブロック図である。
【図６】 エンジン始動時のクランク角度位置と乗越トルクとの関係を示す図である。
【図７】 異なる逆回転開始位置毎の正回転および逆回転動作を示す図である。
【図８】 従来技術に係る正回転および逆回転動作を示す図である。
【図９】 始動時逆回転のフローチャートである。
【図１０】 停止時逆回転のフローチャートである。
【符号の説明】
１…スタータ兼発電機（ＡＣＧスタータ）、 ２…パワーユニット、 ２４…クランク軸、 ５１…アウタロータ、 ５２…ステータ、 ７５…ＥＣＵ、 ７０…ロータ角度センサ、 ７１…点火パルサ、 ８１…モータドライブ回路、 １１０…始動検出部、 １１１…第１逆回転部、 １１２…第１回転停止部、 １１３…第２逆回転部、 １１４…第２逆回転停止部
Claims (4)
- エンジンを正逆回転させることができるスタータモータと、
エンジンのクランク角を検出するクランク角検出手段と、
エンジンの始動操作に応答して圧縮上死点と排気弁の開閉動作範囲との間に予め設定された位置までエンジンを逆回転させた後、さらに前記スタータモータをそれまでよりも小トルクで駆動して前記エンジンを逆回転方向に予定時間付勢して停止させる制御手段とを具備したことを特徴とするエンジン始動装置。 - エンジンを正逆回転させることができるスタータモータと、
エンジンのクランク角を検出するクランク角検出手段と、
エンジンの停止時に、圧縮上死点と排気弁の開閉動作範囲との間に予め設定された位置までエンジンを逆回転させた後、さらに前記スタータモータをそれまでよりも小トルクで駆動して前記エンジンを逆回転方向に予定時間付勢して停止させる制御手段とを具備したことを特徴とするエンジン始動装置。 - 前記位置までエンジンを逆回転させたことを、前記スタータモータに対する通電電流が所定値を越えたことによって判断する検出手段を具備したことを特徴とする請求項１または２記載のエンジン始動装置。
- 前記位置までエンジンを逆回転させたことを、前記クランク角検出手段で検出されたクランク角の変化に基づき、該変化の速度が所定値まで下がったことによって判断する検出手段を具備したことを特徴とする請求項１または２記載のエンジン始動装置。
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