JP4039604B2 - 小型二輪車用のエンジン始動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンをスタータモータによりクランキングして始動するエンジン始動装置に係り、特に、クランク軸を含む回転系の慣性力とスタータモータの駆動トルクとを併用することにより、低トルクのスタータモータでも良好なエンジン始動を可能にした小型二輪車用のエンジン始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン始動時のクランキングトルクは、ピストンが圧縮上死点（ＴＤＣ）に達する直前で最大値（乗り越しトルク）を示し、このＴＤＣを乗り越えるために、従来は発生し得る最大発生トルクすなわちロックトルクが前記最大クランキングトルク以上である比較的大きなスタータモータを採用していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
エンジンの始動性は、スタータモータの駆動トルクが大きいほど向上する。しかしながら、スタータモータがエンジンのクランク軸に直結された構造では、スタータモータの回転部分が慣性マスとして作用してしまうので、駆動トルクの大きな大型のスタータモータを採用すると、特に発進加速時などにドライバビリティの低下を余儀なくされてしまう。
【０００４】
たとえば、一般的な小型二輪車に採用されている１００ｃｃ以下の４サイクルエンジンでは、その最大クランキングトルクは１．３kgfmに達する。ところが、最大発生トルクが１．３kgfmのスタータモータをクランク軸に直結すると、その慣性マスは４０kgcmとなり、最適慣性マスの２８から３３kgcmを大きく上回ってしまう。すなわち、エンジンの始動性とドライバビリティとは二律背反の関係にあり、両者を両立させ得ることが難しかった。
【０００５】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、小さなスタータモータで良好なエンジン始動性を確保することにより、エンジンの始動性とドライバビリティとを両立させた小型二輪車用の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】
上記した目的を達成するために、本発明は、エンジン停止後にクランク軸を所定の位置まで逆転させて次のエンジン始動に備えるエンジン始動装置において、クランク軸を正転および逆転させるスタータモータと、エンジン停止後にスタータモータを逆転させる逆転制御手段とを具備し、前記スタータモータの最大発生トルクが、エンジン始動時にピストンが圧縮行程を乗り越すために必要な最大クランキングトルクの略６０％以下であり、かつピストンが圧縮行程以外を進むのに必要なクランキングトルク以上であることを特徴とする。
【０００７】
上記した特徴によれば、ピストンは圧縮行程に達するまでに十分に加速されて比較的大きな慣性力を得るので、この慣性力とスタータモータの駆動トルクとの合力が最大クランキングトルクに達してさえいれば、スタータモータ自身の最大発生トルクが最大クランキングトルクよりも小さくても、ピストンは圧縮行程を乗り越すことができる。
【０００８】
【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１は、本発明のエンジン始動装置を適用したスクータ型自動二輪車の全体側面図であり、当該車両はさらに、車両を停止させるとエンジンを自動停止させ、その後、スロットルグリップが開かれるか、あるいはスタータスイッチがオン操作されるなどの発進操作がなされると、スタータモータを自動的に駆動させてエンジンを再始動させるエンジン自動停止始動機能を有する。
【０００９】
車体前部と車体後部とは低いフロア部４を介して連結されており、車体の骨格をなす車体フレームは、概ねダウンチューブ６とメインパイプ７とから構成される。燃料タンクおよび収納ボックス（共に図示せず）はメインパイプ７により支持され、その上方にシート８が配置されている。
【００１０】
車体前部では、ステアリングヘッド５に軸支されて上方にハンドル１１が設けられ、下方にフロントフォーク１２が延び、その下端に前輪ＦＷが軸支されている。ハンドル１１の上部は計器板を兼ねたハンドルカバー１３で覆われている。メインパイプ７の立ち上がり部下端にはブラケット１５が突設され、このブラケット１５には、スイングユニット２のハンガーブラケット１８がリンク部材１６を介して揺動自在に連結支持されている。
【００１１】
スイングユニット２には、その前部に単気筒５０ｃｃの４サイクルエンジンＥが搭載されている。このエンジンＥから後方にかけてベルト式無段変速機１０が構成され、その後部に遠心クラッチを介して設けられた減速機構９に後輪ＲＷが軸支されている。この減速機構９の上端とメインパイプ７の上部屈曲部との間にはリヤクッション３が介装されている。スイングユニット２の前部にはエンジンＥから延出した吸気管１９に接続された気化器１７および同気化器１７に連結されるエアクリーナ１４が配設されている。
【００１２】
図２は、前記スイングユニット２をクランク軸２０１に沿って切断した断面図、図３は、その部分拡大図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００１３】
スイングユニット２は、左右のクランクケース２０２Ｌ、２０２Ｒを合体して構成されるクランクケース２０２に覆われ、クランク軸２０１は、クランクケース２０２Ｒに固定された軸受け２０８、２０９により回転自在に支持されている。クランク軸２０１には、クランクピン２１３を介してコンロッド（図示せず）が連結されている。
【００１４】
左クランクケース２０２Ｌは、ベルト式無段変速室ケースを兼ねており、左クランクケース２０２Ｌまで延びたクランク軸２０１にはベルト駆動プーリ２１０が回転可能に設けられている。ベルト駆動プーリ２１０は、固定側プーリ半体２１０Ｌと可動側プーリ半体２１０Ｒとからなり、固定側プーリ半体２１０Ｌはクランク軸２０１の左端部にボス２１１を介して固着され、その右側に可動側プーリ半体２１０Ｒがクランク軸２０１にスプライン嵌合され、固定側プーリ半体２１０Ｌに接近・離反することができる。両プーリ半体２１０Ｌ、２１０Ｒ間にはＶベルト２１２が巻き掛けられている。
【００１５】
可動側プーリ半体２１０Ｒの右側ではカムプレート２１５がクランク軸２０１に固着されており、その外周端に設けたスライドピース２１５ａが、可動側プーリ半体２１０Ｒの外周端で軸方向に形成したカムプレート摺動ボス部２１０Ｒａに摺動自在に係合している。可動側プーリ半体２１０Ｒのカムプレート２１５は、外周寄りがカムプレート２１５側に傾斜したテーパ面を有しており、該テーパ面と可動プーリ半体２１０Ｒとの間の空所にドライウェイトポール２１６が収容されている。
【００１６】
クランク軸２０１の回転速度が増加すると、可動側プーリ半体２１０Ｒとカムプレート２１５との間にあって共に回転する前記ドライウェイトボール２１６が、遠心力により遠心方向に移動し、可動側プーリ半体２１０Ｒはドライウェイトボール２１６に押圧されて左方に移動して固定側プーリ半体２１０Ｌに接近する。その結果、両プーリ半体２１０Ｌ、２１０Ｒ間に挟まれたＶベルト２１２は遠心方向に移動し、その巻き掛け径が大きくなる。
【００１７】
車両の後部には前記ベルト駆動プーリ２１０に対応する被動プーリ（図示せず）が設けられ、Ｖベルト２１２はこの被動プーリに巻き掛けられている。このベルト伝達機構により、エンジンＥの動力は自動調整されて遠心クラッチに伝えられ、前記減速機構９等を介して後輪ＲＷを駆動する。
【００１８】
右クランクケース２０２Ｒ内には、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が配設されている。ＡＣＧスタータ１では、クランク軸２０１の先端テーパ部にアウターロータ６０がネジ２５３により固定されている。
【００１９】
アウタロータ６０の内周側に配設されるステータ５０はボルト２７９によってクランクケース２０２に固定される。アウタロータ６０にはボルト２４６によって固定されたファン２８０が設けられる。ファン２８０に隣接してラジエータ２８２が設けられ、ラジエータ２８２はファンカバー２８１によって覆われる。
【００２０】
図３に拡大して示したように、ステータ５０の内周にはセンサケース２８が嵌め込められている。このセンサケース２８内には、アウタロータ６０のボス６０ａの外周に沿って等間隔でロータ角度センサ（磁極センサ）２９およびパルサセンサ（点火パルサ）３０が設けられている。ロータ角度センサ２９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り、ＡＣＧスタータ１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに対応して１つずつ設けられる。点火パルサ３０はエンジン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２９および点火パルサ３０は、いずれもホールＩＣまたは磁気抵抗（ＭＲ）素子で構成することができる。
【００２１】
ロータ角度センサ２９および点火パルサ３０のリード線は基板３１に接続され、さらに基板３１にはワイヤハーネス３２が結合される。アウタロータ６０のボス６０ａの外周には、ロータ角度センサ２９および点火パルサ３０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３３が嵌め込まれる。
【００２２】
ロータ角度センサ２９に対応するマグネットリング３３の一方の着磁帯には、ステータ５０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３０に対応するマグネットリング３３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。
【００２３】
前記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駆動されてクランク軸２０１を回動させてエンジンを始動させる。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。
【００２４】
図２に戻り、クランク軸２０１上には、前記ＡＣＧスタータ１と軸受け２０９との間にスプロケット２３１が固定されており、このスプロケット２３１にはクランク軸２０１からカムシャフト（図示せず）を駆動するためのチェーンが巻き掛けられている。なお、前記スプロケット２３１は、潤滑オイルを循環させるポンプに動力を伝達するためのギヤ２３２と一体的に形成されている。
【００２５】
図４は、ＡＣＧスタータ１を含む電装系統のブロック図である。ＥＣＵ３は、ＡＣＧスタータ１の発電機能が発生する三相交流を全波整流する３相全波整流ブリッジ回路３００と、全波整流ブリッジ回路３００の出力を予定のレギュレート電圧（レギュレータ作動電圧：例えば、１４．５Ｖ）に制限するレギュレータ１００とを含む。
【００２６】
さらに、本実施形態のＥＣＵ３は、エンジン停止直後にクランク軸を所定の位置まで逆転させて次のエンジン始動性を向上させるスイングバック制御部７００と、エンジン始動時におけるクランキングトルクを低下させる始動制御部５００と、エンジン回転数が予定の低回転域であるとき発電量を増加させる発電制御部４００とを有する。
【００２７】
ＥＣＵ３には、点火コイル２１が接続され、点火コイル２１の二次側には点火プラグ２２が接続される。また、ＥＣＵ３にはスロットルセンサ２３、フューエルセンサ２４、シートスイッチ２５、アイドルスイッチ２６、冷却水温センサ２７、前記ロータ角度センサ２９および点火パルサ３０が接続され、各部から検出信号がＥＣＵ３に入力される。
【００２８】
さらに、ＥＣＵ３には、スタータリレー３４、スタータスイッチ３５、ストップスイッチ３６，３７、スタンバイインジケータ３８、フューエルインジケータ３９、スピードセンサ４０、オートバイスタ４１、およびヘッドライト４２が接続される。ヘッドライト４２には、ディマースイッチ４３が設けられる。
【００２９】
上記の各部にはメインヒュ−ズ４４およびメインスイッチ４５を介してバッテリ２から電流が供給される。なお、バッテリ２は、スタータリレー３４によってＥＣＵ３に直接接続される一方、メインスイッチ４５を介さず、メインヒューズ４４だけを介してＥＣＵ３に接続される回路を有する。
【００３０】
次いで、上記したＥＣＵ３のスイングバック制御部７００、始動制御部５００および発電制御部４００の構成および動作を、図５の機能ブロック図を参照して説明する。
【００３１】
スイングバック制御部７００において、ステージ判定部７３は、ロータ角度センサ２９の出力信号に基づいてクランク軸２０１の１回転をステージ＃０〜＃３５の３６ステージに分割し、点火パルサ３０が発生するパルス信号の検知タイミングを基準ステージ（ステージ＃０）として現在のステージを判定する。
【００３２】
ステージ通過時間検知部７４は、前記ステージ判定部７３が新たなステージを判定してから次のステージを判定するまでの時間に基づいて当該ステージの通過時間Δｔn を検知する。逆転制御部７５は、前記ステージ判定部７３による判定結果および前記ステージ通過時間検知部７４により検知された通過時間Δｔn とに基づいて逆転駆動指令を発生する。
【００３３】
デューティー比設定部７２は、前記ステージ判定部７３による判定結果に基づいて、全波整流ブリッジ回路３００の各パワーＦＥＴに供給するゲート電圧のデューティー比を動的に制御する。ドライバ８０は、前記設定されたデューティー比の駆動パルスを全波整流ブリッジ回路３００の各パワーＦＥＴへ供給する。
【００３４】
次いで、上記したスイングバック制御部７００の動作を、図６のフローチャートおよび図７の動作説明図を参照して説明する。
【００３５】
図７(a) は、クランク軸２０１を逆転するのに要するクランキングトルク（逆転負荷）とクランク角度との関係を示しており、クランキングトルクは圧縮上死点に至る直前（逆転時）で急激に上昇する。同図(b) は、クランク角度とステージとの関係を示し、同図(c) は、逆転時におけるクランク軸の角速度の変化を示している。
【００３６】
ステップＳ６１でエンジン停止が検知されると、ステップＳ６２、Ｓ６３では、ステージ判定部７３において既に判定されている現在のステージが参照される。ここで、現在ステージがステージ＃０〜＃１１のいずれかであればステップＳ６４へ進み、ステージ＃１２〜＃３２のいずれかであればステップＳ６５へ進み、それ以外（すなわち、ステージ＃３３〜＃３５のいずれか）であればステップＳ６６へ進む。ステップＳ６４，Ｓ６６では、デューティー比設定部７２において、駆動パルスのデューティー比が７０％に設定され、ステップＳ６５では８０％に設定される。
【００３７】
このようなデューティー比の動的制御は、後に詳述するように、逆転時にクランク軸２０１の角速度を、クランキングトルクが増大する圧縮上死点相当角の手前（逆転時）で十分に低下させると共に、それ以外の角度では素早い逆転駆動を可能にするために行われる。
【００３８】
ステップＳ６７では、ドライバ８０が前記設定されたデューティー比で全波整流ブリッジ回路３００の各パワーＦＥＴを制御して逆転通電を開始する。ステップＳ６８では、通過したステージ＃ｎの通電時間Δｔn が前記ステージ通過時間検知部７４により計測される。
【００３９】
ステップＳ６９では、逆転制御部７５において、クランク軸２０１がステージ＃０すなわち上死点近傍を通過したか否かが判定される。ステージ＃０を通過していなければ、ステップＳ７１において、直前に通過した前記ステージ＃ｎの通過時間Δｔｎと、その前に通過したステージ＃（ｎ＋１）の通過時間Δｔｎ +1との比［Δｔｎ／Δｔｎ +1］が基準値Ｒref （本実施形態では、４／３）と比較される。前記通過時間比［Δｔｎ／Δｔｎ +1］が基準値Ｒref を上回っていなければ、前記ステップＳ６２へ戻って逆転駆動が継続され、これと並行して上記した各処理が繰り返される。
【００４０】
ここで、エンジン停止位置すなわち逆転開始位置が、図７(c) に曲線Ａで示したように、前回および次回の圧縮上死点の中間位置よりも次回の圧縮上死点に近い側、換言すれば、排気上死点を通過（正転時）してから圧縮上死点に至る過程であると、ＡＣＧスタータ１が７０％のデューティー比で逆転駆動されているにもかかわらず、クランク軸はステージ＃０（排気上死点）を通過できる。したがって、これがステップＳ６９において検知されてステップＳ７０へ進み、クランク軸２０１がステージ＃３２に到達したか否かが判定される。クランク軸２０１がステージ＃３２に到達したと判定されると、ステップＳ７２において、前記逆転通電が停止されるので、その後、クランク軸は慣性力でさらに逆回転した後に停止する。
【００４１】
一方、逆転開始位置が、図７(c) に曲線Ｂで示したように、前回および次回の圧縮上死点の中間位置よりも前回の圧縮上死点に近い側、換言すれば、圧縮上死点を通過（正転時）してから排気上死点に至る過程であると、ＡＣＧスタータ１が７０％のデューティー比で逆転駆動されているので、逆転負荷が、図７(a) に示したように、ステージ＃０に至る手前（逆転時）で上昇すると、クランク軸２０１の角速度が急激に低下する。そして、ステップＳ７１において、前記通過時間比［Δｔｎ／Δｔｎ +1］が基準値の４／３以上と判定されると、ステップＳ７２において前記逆転通電が停止され、クランク軸の逆転は、通電の停止とほぼ同時に停止する。
【００４２】
このように、本実施形態のスイングバック制御では、エンジン停止後の逆転駆動時に、クランク軸が上死点相当角を通過したか否か、およびクランク軸の角速度が低下したか否かを監視し、クランク軸が逆転時に上死点を通過すると、その直後に逆転通電を終了し、クランク軸の角速度が逆転負荷の増大により低下した場合も逆転通電を終了する。従って、逆転開始位置にかかわらず、クランク軸を前回の圧縮上死点の手前（逆転時）であって圧縮反力の低い位置まで戻すことができる。
【００４３】
さらに、本実施形態のスイングバック制御では、クランク軸２０１の角速度を、ＡＣＧスタータのロータ角度（すなわち、ステージ）を検知するロータ角度センサ２９の出力に基づいて検知するようにしたので、クランク軸２０１の角度を検知するためのセンサを別途に設ける必要がない。
【００４４】
図５に戻り、始動制御部５００は、エンジン始動時のクランキングトルクを低減させるために、始動直後のみ排気バルブを強制的にリフトアップさせて圧縮行程の気筒内圧を低下させる。
【００４５】
始動制御部５００において、エンジン回転数判別部５２は、点火パルサ３０の検出信号や発電電圧の周波数信号などに基づいてエンジン回転数を判別する。デコンプ駆動部５１は、スタータスイッチ３５の押下を検知してＡＣＧスタータ１を駆動させると共に、排気バルブを強制的にリフトアップさせるデコンプソレノイド６３を所定のタイミングで励磁する。
【００４６】
エンジン始動時のクランキングトルクは、図８に示したように、ＴＤＣに至る圧縮行程で上昇するため、ＡＣＧスタータとしては、その最大発生トルクが圧縮行程における最大クランキングトルクＴmax以上のものが要求される。そこで、本実施形態ではエンジン始動時に排気バルブを開いて圧縮行程における気筒内圧の上昇を抑え、最大クランキングトルクＴmaxを低く抑えるようにしている。
【００４７】
図９は、前記デコンプ駆動部５１の動作を示したフローチャートである。ステップＳ５１においてスタータスイッチ３５の押下が検知されると、ステップＳ５２では、エンジン回転数Ｎｅが所定の基準回転数Ｎrefと比較される。ここでは未だエンジンが停止しており、エンジン回転数Ｎｅが基準回転数Ｎrefを下回るのでステップＳ５３へ進む。
【００４８】
ステップＳ５３では燃料噴射が禁止され、ステップＳ５４ではデコンプソレノイド６３が励磁されて排気バルブが強制的にリフトアップされる。ステップＳ５５ではＡＣＧスタータ１が駆動される。
【００４９】
その後、エンジン回転数Ｎｅが上昇して前記基準回転数Ｎrefを超え、これが前記ステップＳ５２で検知されると、ステップＳ５６では燃料噴射が開始される。ステップＳ５７ではデコンプソレノイド６３の励磁が中止される。
【００５０】
なお、スタータスイッチ３５の押下解除がステップＳ５１で検知されると、ステップＳ５８ではデコンプソレノイド６３がオフにされ、ステップＳ５９ではＡＣＧ１スタータがオフにされる。
【００５１】
このように、本実施形態ではエンジン始動時に排気バルブを強制的に開いて圧縮行程における気筒内圧の上昇を抑え、最大クランキングトルクＴmaxを低く抑えるようにしたので、最大発生トルクの小さな小型のスタータを採用しても良好な始動性を確保できる。
【００５２】
図５に戻り、発電制御部４００は、通常に発電量（電圧）を制御する機能に加え、前記ＡＣＧスタータ１の各相のステータコイルに対してバッテリ２から遅角通電して発電量を増加させる（以下、「ＡＣＧ 通電制御」という）機能を有する。
【００５３】
ここで、遅角通電とは、前記ロータ角度センサ２９で検出される前記着磁帯３３の磁極の変化時の検出信号から予定の電気角相当分を遅延させてステータコイルに通電することをいう。但し、低回転域で前記レギュレータ１００が作動することによって生じるエンジン負荷の急変に起因するエンジン回転の不安定化を防止するため、全波整流器ブリッジ回路３００の出力電圧（バッテリ電圧）が、レギュレート電圧以下の予定電圧範囲内に収まるよう制御される。
【００５４】
発電制御部４００において、エンジン回転数判別部４８は、例えば、点火パルサ３０の検出信号に基づいてエンジン回転数を検出し、このエンジン回転数が予定の発電制御領域にあれば遅角指令をドライバ８０に供給する。遅角指令を受信したドライバ８０は、遅角量設定部４９から予め設定されている通電遅角量を読み出して遅角通電させる。通電デューティ比はデューティ比設定部４７からドライバ８０へ供給される。
【００５５】
ドライバ８０は、ロータ角度センサ２９による磁極検出信号、すなわちアウタロータ６０の磁極に対応して形成されているマグネットリング３３の着磁帯をセンサ２９が検出するたびにオンに立ち上がる信号を検出する。そして、その信号の立上がりから通電遅角量相当分を遅角させて、全波整流ブリッジ回路３００の各ＦＥＴへＰＷＭ制御信号を出力する。
【００５６】
バッテリ電圧判別部４６は、バッテリ電圧Ｖb を、電圧制御範囲を規定する制御電圧最大値ＶMax および制御電圧最小値ＶMin と比較し、その比較結果に基づいて、デューティ比設定部４７に設定される通電デューティを増減し、バッテリ電圧Ｖb を前記制御範囲に収める。すなわち、バッテリ電圧Ｖb が制御電圧最大値ＶMax に達したら通電デューティを予定の微小値（例えば１％）だけ低減させ、バッテリ電圧Ｖb が制御電圧最小値ＶMin に下がったら通電デューティを同微小値だけ増大させる。
【００５７】
図１０は、上記した発電制御部４００の動作を示したフローチャートであり、前記始動制御部５００によるエンジン始動制御の終了後に起動される。
【００５８】
ステップＳ４１では、エンジン回転数が発電制御領域に存在しているか否かが判断される。発電制御領域は、例えば１０００ｒｐｍ以上３５００ｒｐｍ以下に設定される。エンジン回転数が発電制御領域に存在していれば、ステップＳ４２に進み、エンジン回転数が発電制御領域に存在していることを示すフラグＦ_{ＡＣ Ｇ} がセットされている（＝１）か否かが判別される。フラグＦ_ＡＣＧ がセットされていなければ、ステップＳ４３に進んでフラグＦ_ＡＣＧ がセットされる。ステップＳ４４では、通電遅角量acgaglに予定値ACGAGLがセットされる。予定値ACGAGLは、予め適当に設定しておくことができるが、本実施形態では、例えば、電気角６０°である。
【００５９】
続くステップＳ４５では、通電デューティacdutyに初期値ACDUTYがセットされる。前記初期値ACDUTYも予め適当に設定しておくことができるが、本実施形態では、例えば４０％である。ステップＳ４３〜Ｓ４５が終わったならばステップＳ４７に進む。前記ステップＳ４２が肯定ならばステップＳ４３〜Ｓ４５はスキップしてステップＳ４７に進む。また、エンジン回転数が前記発電制御領域に存在しないときは、ステップＳ４６でフラグＦ_ＡＣＧ をリセット（＝０）した後、ステップＳ４７に進む。
【００６０】
ステップＳ４７では、フラグＦ_ＡＣＧ がセットされているか否かが判別される。フラグＦ_ＡＣＧ がセットされていれば、ステップＳ４８でバッテリ電圧Ｖbが制御電圧最大値ＶMax 以上か否かが判断される。制御電圧最大値ＶMax は、レギュレート電圧より低い値、例えば１３．５ボルトに設定される。バッテリ電圧Ｖb が制御電圧最大値ＶMax 以上でないときは、ステップＳ４９に進んでバッテリ電圧Ｖb が制御電圧最小値ＶMin 以下か否かが判断される。制御電圧最小値ＶMin は、例えば１３．０ボルトに設定される。
【００６１】
ステップＳ４９でバッテリ電圧Ｖb が制御電圧最小値ＶMin 以下でないときは、レギュレータのレギュレート電圧よりも低い値に設定されたＡＣＧ 通電電圧範囲に入っていると判断され、ステップＳ５０に進んで、上記通電遅角量acgaglと通電デューティacdutyとに従ってACG 通電制御を行う。
【００６２】
ステップＳ４８でバッテリ電圧Ｖb が制御電圧最大値ＶMax 以上であると判断されたときは、ステップＳ５１に進んで通電デューティacdutyを微小値DDUTY だけ減じる。微小値DDUTY は、例えば１％である。また、ステップＳ４９でバッテリ電圧Ｖb が制御電圧最小値ＶMin 以下であると判断されると、ステップＳ５２に進んで通電デューティacdutyを微小値DDUTYだけ増す。ステップＳ５１，Ｓ５２の処理後はステップＳ５０に進む。
【００６３】
なお、通電デューティacdutyを増大させる時と低減させるときの前記微小値DDUTY は必ずしも同一でなくてもよいし、制御電圧最大値ＶMax または制御電圧最小値ＶMin と現在値との差に比例して微小値DDUTYを変化させてもよい。
【００６４】
一方、ステップＳ４７でフラグＦ_ＡＣＧ がセットされていなければ、発電制御領域でないのでステップＳ５３に進んでＡＣＧ 通電制御を停止する。
【００６５】
図１１は、ＡＣＧ 通電制御時にステータコイルの各相に流れる電流（相電流）とロータ角度センサ２９の出力とのタイミングを示す図である。遅角通電制御が行われない、通常の場合にはロータ角度センサ２９の検出出力の正負（ＮＳ）の変化に応答してステータコイルのＵ，Ｖ，Ｗ各相に電流が供給される。一方、遅角通電制御を行った場合には、ロータ角度センサ２９の検出出力の正負（ＮＳ）の変化時から予定の遅角量ｄ（＝６０°）だけ遅れてステータコイルのＵ，Ｖ，Ｗ各相に電流が供給される。
【００６６】
図１１において、デューティチョッピングによる通電角Ｔは１８０°であるが、デューティ比設定部４７からドライバ８０へ供給される通電デューティによって１８０°以内で決定することができる。
【００６７】
図１２はエンジン回転数ＮｅつまりＡＣＧスタータ１の回転数をパラメータとして設定した通電デューティのテーブルである。エンジン回転数を検出し、エンジン回転数に応じた通電デューティを決定する。
【００６８】
このように、本実施形態の発電制御によれば、低回転域で通常の電圧レギュレータを作動させずに安定的に発電量の増大を図ることができる。したがって、アイドル運転時などにエンジン負荷の変動を少なくしてエンジン回転の変動を極力小さくし、アイドル運転を安定にすることができる。
【００６９】
次いで、本実施形態における前記ＡＣＧスタータ１の仕様、特にその体格に関係する最大発生トルクについて説明する。
【００７０】
エンジン始動時にクランク軸２０１を外力によりクランキングさせるのに必要なトルクすなわちクランキングトルクは、前記図８に示したように、ピストンが圧縮上死点（ＴＤＣ）に達する直前で最大値Ｔmaxを示す。したがって、クランク軸２０１には前記最大クランキングトルクＴmax以上のトルクを生じさせる必要がある。
【００７１】
ただし、エンジンの始動性とドライバビリティとは二律背反の関係にあり、本実施形態のように、ＡＣＧスタータ１がクランク軸２０１に直結された構造では、ＡＣＧスタータ１がクランク軸２０１の慣性マスとして作用してしまうので、駆動トルクの大きな大型のスタータモータを採用すると加速性能等が低下してしまう。
【００７２】
ここで、本実施形態のように、エンジン停止後にクランク軸を所定の位置まで逆転させるエンジン始動装置では、次のエンジン始動時にピストンが圧縮行程に達するまでの助走期間が長く、この助走期間中にエンジン回転数を従来よりも上昇させることができるので、クランク軸２０１を含む回転系が比較的大きな慣性力を得ることになる。
【００７３】
図１３は、エンジン回転数Ｎｅ（実線）およびクランキングトルクＴcnk（破線）の時間変化を示した図であり、図１４は、スタータモータ自身の駆動トルクＴdrv（実線）、クランク軸を含む回転系の慣性トルクＴine（一点鎖線）および前記駆動トルクＴdrvと慣性トルクＴineとの合成トルクＴadd（破線）の時間変化を示した図である。
【００７４】
本実施形態では、図１３に示したように、時刻ｔmaxでクランキングトルクＴcnkが最大値１．３kgfmを示しているので、ピストンが圧縮上死点を乗り越えるためには、少なくとも１．３kgfm以上の駆動トルクが必要となる。したがって、従来であればＡＣＧスタータ１として、最大発生トルクが１．３kgcm以上の大型モータが必要となる。
【００７５】
しかしながら、本実施形態ではエンジン停止後にクランク軸を所定の位置まで逆転させておくので、図１３に示したように、次のエンジン始動時には、圧縮行程に至る直前のエンジン回転数が７００ないし９００rpmにまで達する。したがって、図１４に示したように、クランク軸２０１を含む回転系の慣性トルクＴineが大きくなるので、ＡＣＧスタータ１が最大クランキングトルクＴmaxを大きく下回る程度の駆動トルクＴdrvしか発生できなくても、慣性トルクＴineと駆動トルクＴdrvとの合成トルクＴaddは、前記最大クランキングトルクＴmax（本実施形態では、１．３kgfm）を上回ることができる。すなわち、ＡＣＧスタータ１の小型軽量化が可能になる。
【００７６】
ただし、ＡＣＧスタータ１には、少なくともピストンが圧縮行程以外を進むのに必要なクランキングトルクＴcnkを発生させる必要があり、発明者等の実験結果によれば、その値はピストンが圧縮行程を乗り越すために必要な最大クランキングトルクＴmaxの略２０％に相当することが確認された。したがって、本実施形態におけるＡＣＧスタータ１の最大発生トルクは、少なくとも最大クランキングトルクＴmaxの略２０％以上であることが望ましい。
【００７７】
さらに、本実施形態のように、ＡＣＧスタータ１とクランク軸２０１とが直結された構造では、エンジンに対してＡＣＧスタータ１が慣性マスとして作用する。エンジンの慣性マスの値は、加速時のドライバビリティ等の観点から、本実施形態のように最大クランキングトルクが１．３kgfm相当のエンジンでは、２８〜３３kgcmが適正値であることが経験的に認識されている。
【００７８】
図１５は、ＡＣＧスタータ１がクランク軸に直結されたエンジンにおける慣性マスと最大発生トルクとの関係を示した図である。クランク軸に連結されたときにエンジンの慣性マスが２８〜３３kgcmとなる体格のＡＣＧスタータ１では、その最大発生トルクが０．５〜０．８kgfmとなる。これは最大クランキングトルクＴmaxの略４０〜６０パーセントに相当し、エンジンの慣性マスがこれ以上となるＡＣＧスタータ１では、エンジンの始動性は良好になるものの加速時のドライバビリティが低下してしまう。
【００７９】
以上の観点から、本実施形態ではＡＣＧスタータ１として、その最大発生トルクが最大クランキングトルクＴmaxの２０ないし６０％程度の小型のスタータモータを採用した。換言すれば、ＡＣＧスタータ１の最大発生トルクは、当該スタータ１がクランク軸２０１に直結されたエンジンの慣性マスが、その最適範囲の上限となるように選択されている。
【００８０】
【発明の効果】
本発明によれば、ピストンは圧縮行程に達するまでに十分に加速されて比較的大きな慣性力を得るので、この慣性力とスタータモータの駆動トルクとの合力が最大クランキングトルクに達してさえいれば、スタータモータ自身の最大発生トルクが最大クランキングトルクより小さくても、ピストンは圧縮行程を乗り越すことができる。したがって、スタータモータを従来よりも小型化できるので、始動性を損なわずにドライバビリティを向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用したスクータ型自動二輪車の全体側面図である。
【図２】 図１のスイングユニットのクランク軸に沿った断面図である。
【図３】 図２の部分拡大図である。
【図４】 スタータ兼ジェネレータの制御系のブロック図である。
【図５】 図４のＥＣＵの主要部の構成を示したブロック図である。
【図６】 スイングバック制御のフローチャートである。
【図７】 スイングバック制御の動作説明図である。
【図８】 エンジン始動制御のタイミングチャートである。
【図９】 エクランキングトルクの遷移例を示した図である。
【図１０】 ＡＣＧ発電制御処理のフローチャートである。
【図１１】 ＡＣＧ通電制御時のステータコイルの相電流とロータ角度センサの出力とのタイミングを示す図である。
【図１２】 エンジン回転数をパラメータとする通電デューティのテーブルである。
【図１３】 エンジン回転数ＮｅおよびクランキングトルクＴcnkの時間変化を示した図である。
【図１４】 スタータモータの駆動トルクＴdrv、クランク軸を含む回転系の慣性トルクＴineおよび駆動トルクＴdrvと慣性トルクＴineとの合成トルクＴaddの時間変化を示した図である。
【図１５】 ＡＣＧスタータ１における慣性マスと最大発生トルクとの関係を示した図である。
【符号の説明】
１…スタータ兼発電機（ＡＣＧスタータ）、２…バッテリ、３…ＥＣＵ、４…全波整流器、５…レギュレータ、２９…ロータ角度センサ、３０…点火パルサ、５０…ステータ、６０…アウタロータ、６２…マグネット、２０１…クランク軸

Claims (3)

1. エンジン停止後にクランク軸を所定の位置まで逆転させて次のエンジン始動に備える小型二輪車用のエンジン始動装置において、
   クランク軸を正転および逆転させるスタータモータと、
   エンジン停止後にスタータモータを逆転させる逆転制御手段とを具備し、
   前記スタータモータの最大発生トルクが、エンジン始動時にピストンが圧縮行程を乗り越すために必要な最大クランキングトルクの略６０％以下であり、かつピストンが圧縮行程以外を進むのに必要なクランキングトルク以上であり、
   前記スタータモータがクランク軸に直結されたエンジンの慣性マスが、当該エンジンの最適範囲の上限であることを特徴とする小型二輪車用のエンジン始動装置。
2. エンジン始動時に、エンジン回転数が所定の基準回転数以下の期間だけ圧縮行程における気筒内の圧力を低減させる手段を具備したことを特徴とする請求項１に記載の小型二輪車用のエンジン始動装置。
3. ピストンが圧縮行程に至る直前のエンジン回転数が７００から９００rpmであることを特徴とする請求項１または２に記載の小型二輪車用のエンジン始動装置。

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