JP4082578B2 - エンジン始動制御装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン始動制御装置に関し、特に、エンジンの停止および停止直後の再始動を容易にすることができるエンジン始動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料消費量の低減による環境改善等のため、交差点等で車両を一時停止させる際にエンジンを停止させる、いわゆるアイドルストップ機能が知られる。このアイドルストップ機能を有する車両では、スロットルの開閉を感知するスロットルセンサを設け、このセンサでスロットル弁が閉じたことを検出するとエンジンの点火が停止される一方、スロットル弁が開かれたことを検知するとエンジンが始動される。アイドルストップ状態からの発進時、車両が動き出すまでは駆動力を増加させ、その後の低車速域において、駆動力を一時的に低減させる車両が提案されている（特開２００１−３５５４８０）。
【０００３】
また、点火を停止させた後、エンジンが惰性で回転を維持している間にスロットル弁を開くとエンジンが始動するようにして、極めて短時間の点火停止後の再始動を容易にすることもできる。この場合、エンジンの基準回転数を設定し、エンジン回転数がこの基準回転数以上であれば、スロットル弁の「開」操作で直ちにスタータモータにエンジン正転のための通電が行われる。一方、エンジン回転数が基準回転数以下であれば、エンジンの回転が停止するのを待ってクランクの位置決めを行う。クランクは、始動を確実にするために、大きいトルクを要する圧縮行程を避けた位置にスタータモータで位置決めされる。そして、この位置決め後にスタータモータにエンジン正転のための通電がなされ、再始動が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
車両の小型化のためには、スタータモータもできるだけ小型のものが望ましい。そこで、小さなトルクでも圧縮行程の上死点を乗り越せるように、始動時にはエンジンの慣性を有効に利用するのが好ましい。すなわち、エンジンの慣性も考慮に入れてスタータモータのトルクが選定される。したがって、上記基準回転数は、モータトルクとエンジンの慣性とを合わせたトルクが、圧縮行程乗り越しのために必要なトルクを上回るように設定される。
【０００５】
しかし、この設定は圧縮行程の上死点乗り越しを考慮した場合のものであり、例えば爆発行程にクランク位置がある場合は始動時に、大きいトルクを必要としない。したがって、この場合は、大きいエンジン慣性を期待できない低回転数域であっても、つまりエンジン回転数が上死点乗り越しを考慮して設定された基準回転数以下であっても、直ちに正転のための通電を行ってもよい。
【０００６】
しかし、従来は、このような場合でもエンジン回転数が基準回転数以下であれば、一旦エンジンが停止するまで待ち、クランクの位置決めを行った後でなければエンジン正転のための通電を行うことはなかった。
【０００７】
そこで、エンジンの回転数が低くなっている場合であっても、スタータモータにとって有利な状況では直ちにエンジン正転のための通電を行ってエンジンを再始動できるようにすることが望まれる。
【０００８】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、エンジンを一旦停止させた後の再始動を短時間で行えるエンジン始動制御装置を提供することにある。
【０００９】
【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、スロットル弁が閉じたことを検出してエンジンを停止し、スロットル弁が開いたことを検出してエンジンを始動させる手段を備えたエンジン始動制御装置において、上記エンジン始動に先立ち、エンジン始動のための予定位置にクランクを位置決めする手段と、前記スロットル弁が開いたことを検出したときに、クランク位置を検出する手段と、検出されたクランク位置に応じた正転優先回転数を決定する手段と、前記スロットル弁が開いたときのエンジン回転数が前記正転優先回転数以上であるかによって、エンジン回転数が正転優先回転数以上のときは、直ちにエンジンを正転させる一方、エンジン回転数が正転優先回転数以下のときはクランク位置を前記予定位置に位置決めした後にエンジンを正転させてエンジン始動させる始動モード決定手段とを備えた点に第１の特徴がある。
【００１０】
第１の特徴によれば、クランク角に応じて決定された正転優先回転数よりもエンジン回転数が高い場合には、例えば軽負荷位置にクランク位置決めしなくても、エンジン始動が可能であると判断し、直ちにエンジンを始動させることができる。したがって、クランク位置決め後に始動させるよりもスロットル開操作からエンジンが始動されるまでの時間を短縮することができる。
【００１１】
また、本発明は、前記始動モード決定手段によってクランク位置を前記予定位置に位置決めした後にエンジンを正転させてエンジン始動すると決定した場合に、エンジンにブレーキをかける手段を具備した点に第２の特徴がある。
【００１２】
第２の特徴によれば、エンジンが自然停止するまで待って位置決めを行い始動させる場合に、エンジンを短時間で停止させることができるので、スロットル開操作からエンジン始動までの時間を短縮することができる。
【００１３】
【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、本発明の一実施形態に係るエンジン始動制御装置に含まれるスタータモータの断面図である。スタータモータ１はロータ２とステータ３とを有する。スタータモータ１は図示しないエンジンの始動手段であるとともに、エンジンが自律運転を開始した後は、該エンジンで駆動される発電機として作用する。
【００１４】
ロータ２はカップ状のヨーク４と、ヨーク４をエンジンのクランク軸（図示しない）に結合するスリーブつまりハブ５と、ヨーク４の内周に沿って配置された複数のマグネット６とを含む。スリーブ５の端部外周には回転検出のための環状のセンサマグネット７が嵌挿されている。センサマグネット７は所定角度毎に極性を反転させた着磁帯（角度検出用着磁帯）と、１回転のうちの１カ所の着磁部もしくは１カ所だけ他と異なる極性に着磁された着磁帯（基準位置検出用着磁部ないし着磁帯）とを有する。
【００１５】
ステータ３はステータコア８と該ステータコア８に絶縁材９を介して巻回されたステータ巻線１０とを含む。ステータ巻線１０は三相巻線である。ステータコア８は図示しないステータベースを介してエンジンのケーシングに固定される。ステータ３にはセンサマグネット７の角度検出用着磁帯に対向して配置される三つの第１磁気センサ１１と基準位置検出用着磁部ないし着磁帯に対向して配置される第２磁気センサ１２とを含むセンサパッケージ１３が設けられる。
【００１６】
第１磁気センサ１１は所定角度毎に極性を変化させたセンサマグネット７の着磁帯に対応して所定角度毎に交番する検出信号を出力する。この検出信号はクランク角の変化に対応するので、以下、第１磁気センサ１１をクランク角センサ１１という。クランク角センサは、スタータモータ１のＵ，Ｖ，Ｗ相に対応して電気角１２０°の位相差を有して３個配置される。すなわち、クランク角センサ１１はセンサ１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗからなる。
【００１７】
第２磁気センサは基準位置検出用着磁部ないし着磁帯に対応して１回転毎に１回パルス信号を出力する。このパルス信号は点火時期検出用に用いられるので、以下、第２磁気センサ１２を点火パルサ１２という。
【００１８】
センサパッケージ１３はクランク角センサ１１、および点火パルサ１２を支持する基板１４とセンサ１１，１２を制御部（図示せず）に接続するリード線１５を含み、ボルト１６でステータ３に固定される。
【００１９】
図３は、前記スタータモータを含む自動二輪車用エンジンの要部システム構成図である。ＥＣＵ１７には、スタータモータ１の三相巻線１Ｕ，１Ｖ，１Ｗに結合される整流回路１００と、整流回路１００を構成するスイッチング素子（例えば、ＦＥＴ）を、クランク角センサ１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗの出力に従って制御するスイッチング回路２００とを備える。また、ＥＣＵ１７には、クランク角センサ１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗ、点火パルサ１２および後述の各センサの検出信号ならびにスイッチの切り替えに基づき、予定のプログラムに従って動作するマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）３００を備える。
【００２０】
ＥＣＵ１７には、メインスイッチ１８，スタータスイッチ１９，スタータリレー２０，点火コイル２１、スロットルセンサ２２、速度センサ２３が接続される。速度センサ２３はクランク軸の１回転毎に検出信号を出力するように形成され、クランク軸に近接して配置される。点火コイル２１の二次側には点火プラグ２４が接続される。
【００２１】
上記各部の電源としてバッテリ２５が設けられ、バッテリ２５からヒューズ２６およびメインスイッチ１８を介して各部に電流が供給される。
【００２２】
次に、上記スタータモータを制御するエンジン始動制御装置を説明する。エンジン始動制御装置は、スロットル弁の「閉」操作でエンジンを停止させ、スロットル弁の「開」操作でエンジンを始動させる再始動機能を有する。この再始動機能は、前記エンジン始動操作時、つまりスロットル弁の「開」操作が行われた時に、エンジン回転数の如何によって、スタータモータ１にエンジンを正転させるよう通電する第１の始動モードに移行するか、スタータモータ１にクランクの位置決めを行うための通電を行った後に正転のための通電を行う第２の始動モードに移行するかを決定する機能を含む。
【００２３】
つまり、エンジン回転数が基準回転数以上である場合には大きいエンジン慣性を期待できるので直ちにエンジンを正転させて再始動させる。一方、エンジン回転数が基準回転数以下に低下している場合は、大きいエンジン慣性を期待できないので、そのままスタータモータに正転の通電をしても圧縮行程を乗り越えることが困難である。そこで、一旦、大きいトルクを要しないクランク位置までエンジンを逆転方向に回転させて、改めて正転の通電により再始動させる。
【００２４】
さらに、本実施形態では、エンジン回転数に基づく始動モードの決定にあたり、この決定のための判断基準となるエンジン回転数（基準回転数）を、エンジンの行程毎またはクランク角毎に可変とした。行程やクランク角で判断されるクランク位置によっては、低いエンジン回転数からでも容易に再始動可能だからである。例えば、爆発行程では、エンジン停止状態からでも再始動は可能である。
【００２５】
図１は、スロットル弁の開閉操作による再始動機能を前提とするエンジン始動制御装置の要部機能を示すブロック図であり、前記ＣＰＵ３００の機能として実現される。正転優先回転数記憶部３０には、エンジンの吸気、圧縮、爆発、排気の各行程毎または１サイクルのクランク角に対応させて、エンジンを正転させるか否かを決定するための正転優先回転数が予め記憶される。クランク角に対応する正転優先回転数の一例は図５に関して後述する。
【００２６】
行程判別部３１は、クランク角センサ１１および点火パルサ１２の各検出信号に基づき、行程またはクランク角を判別する。以下では、１サイクル（４サイクルエンジンの２回転）中のクランク角１０°毎にステージ番号を割り付け、クランク位置がどのステージにあるかを判別する例を説明する。１サイクルのクランク位置は７２ステージのクランク角で代表される。クランク角の判別はスロットル弁が「開」操作された時に行われる。つまり、スロットル開度検出部３２でスロットルセンサ２２の出力に基づいてスロットル「開」が検出されたときにクランク角が判別される。
【００２７】
判別されたクランク角つまりステージ番号は正転優先回転数記憶部３０に入力され、正転優先回転数記憶部３０からはステージ番号に対応する正転優先回転数が始動モード決定部３３へ読み出される。回転数検出部３４は速度センサ２３の出力パルス間隔からエンジン回転数を検出し、検出されたエンジン回転数は始動モード決定部３３に入力される。
【００２８】
始動モード決定部３３は、エンジン回転数を正転優先回転数と比較し、始動モードを決定する。エンジン回転数が正転優先回転数以上であれば決定信号ｍ１を出力し、エンジン回転数が正転優先回転数未満であれば決定信号ｍ２を出力する。決定信号ｍ１は正転通電部３５に入力され、決定信号ｍ２は位置決め通電部３６に入力される。
【００２９】
なお、位置決め通電はエンジンが実質的に停止したあとに行う。そして、早期に位置決め通電を開始してエンジン始動を迅速に行うため、決定信号ｍ１が出力された場合であって、エンジン回転数が有る程度低下したときにモータを逆転方向に駆動してエンジンにブレーキをかけるのがよい。
【００３０】
図４は、エンジン再始動制御のフローチャートである。ステップＳ１では、再始動フラグと正転フラグとが「０」に初期化される。ステップＳ２では、正転フラグが「１」か否かが判別される。最初はフラグが「０」に初期化されているので、ステップＳ２は否定となり、ステップＳ３に進む。ステップＳ３ではスロットルセンサ２２の検出値を読み込む。ステップＳ４では、クランク角速度を演算する。
【００３１】
ステップＳ５では、再始動フラグが「２」か否かが判別される。フラグは「０」に初期化されているので、ステップＳ５は否定となり、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、スロットルセンサ２２の検出値が、予め設定した開度値ＴＨ１以上か否かが判断される。スロットル開度センサの検出値が開度値ＴＨ１以上であれば、再始動のためにスロットルの開操作が行われたと判断され、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、現在のクランク角に対応する正転優先回転数を、予め設定したマップで検索する。マップの例は図５に示す。
【００３２】
ステップＳ８ではクランク角速度が正転優先回転数以上か否かの判断がなされる。クランク角速度が正転優先回転数以上であれば、改めてクランク位置決め処理を行わなくてもエンジン始動可能であるので、ステップＳ９に進んでスタータモータを正転可能にするため正転フラグに「１」をセットする。正転フラグ「１」がセットされることにより、ステップＳ２が肯定となり、ステップＳ１６に進んで、スタータモータに正転のための通電がなされる。
【００３３】
クランク角速度が正転優先回転数以上でない場合は、そのままでは正転始動が困難である。したがって、この場合は、クランク位置決め処理を行った後で、エンジンを正転させる。クランク位置決めはエンジンが一旦停止した後に行われる。そして、エンジンの停止を早めて、速やかにクランク位置決めを行うために、エンジン回転数（クランク角速度）が予定回転数ＮＥ１以下になったときにスタータモータを逆転させるための通電を行い、エンジンにブレーキをかける。
【００３４】
まず、ステップＳ１０に進んで再始動フラグが「１」か否かの判別がなされる。クランク角速度が回転数ＮＥ１以下では再始動フラグは「１」である。最初は再始動フラグが「１」でないので、ステップＳ１１に進んでクランク角速度が回転数ＮＥ１以上か否かを判断する。クランク角速度が回転数ＮＥ１以下のときはステップＳ１２に進み、再始動フラグに「１」をセットする。
【００３５】
再始動フラグが「１」になれば、次回の処理ではステップＳ１０が肯定となり、ステップＳ１０からステップＳ１３に進んでスタータモータを逆転させる。ステップＳ１４では、クランク角速度が回転数ＮＥ２（回転数ＮＥ２は実質的にゼロに設定する）以下になったか判断する。ステップＳ１４が肯定ならばステップＳ１５に進んで再始動フラグに「２」をセットする。再始動フラグに「２」がセットされることによりステップＳ５は肯定となってステップＳ１７に進み、クランク位置決め処理が行われる。
【００３６】
クランク位置決め処理では、スタータモータに逆転のための通電を行い、回転負荷の小さいステージまでクランク軸を逆転させる。圧縮行程を除く位置に位置決めするのがよい。クランク軸を逆回転させた後、正規の正回転を行うようにしたエンジンは、例えば特開平７−７１３５０号公報に記載されている。
【００３７】
図５は、ステージつまりクランク位置と正転優先回転数の関係を示す図である。同図において、爆発および排気行程に対応する第１ステージから第３６ステージまでは、エンジンの負荷が小さいので、正転優先回転数は低く設定してある。一方、吸気および圧縮行程に対応する第３７ステージから第７２ステージまでは、エンジンの負荷が大きいので正転優先回転数は高く設定してある。
【００３８】
図６は、本実施形態による始動制御の概要を示すエンジン回転数の変化を示す図である。同図において、領域Ａは正転優先領域であり、この領域Ａでスロットルが開かれた場合は、直ちにスタータモータを正回転させてエンジンを再始動する領域である。一方、領域Ｂは回転数条件付き正転優先領域であり、この領域Ｂでスロットルが開かれた場合は、エンジン回転数がクランク角に応じた正転優先回転数以上であれば、直ちにスタータモータを正回転させるし、エンジン回転数が前記正転優先回転数以下であらば、エンジンにブレーキをかける。
【００３９】
例えば、領域Ａの時点ａでスロットルが開かれた場合、その時点から直ちにスタータモータを正回転させ、エンジン回転数は線ＮＡのように上昇する。一方、領域Ｂの時点ｂ１でスロットルが開かれ、そのときの正転優先回転数がＮＥ１であった場合は、その時点から直ちにスタータモータを正回転させ、エンジン回転数は線ＮＢのように上昇する。
【００４０】
また、領域Ｂの時点ｂ２でスロットルが開かれた場合は、正転優先回転数がＮＥ１以下であるので、一旦、点火を停止してエンジンが停止してから位置決めし、改めてスタータモータを正回転させてエンジンを再始動する。この場合、スタータモータを逆回転させる方向に通電するなどしてエンジンにブレーキをかける。
【００４１】
エンジンにブレーキをかけない場合はエンジン回転数は線ＮＣに沿って低下する。したがって、エンジンにブレーキをかけた場合はブレーキをかけない場合と比較して時間Ｔだけ短縮することができる。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１，２の発明によれば、スロットルを開ける操作によってエンジンを再始動させる場合のエンジン始動までの時間を短縮することができる。
【００４３】
エンジン回転数が低い場合であっても、クランク位置によっては直ちにエンジン始動できる一方、比較的高回転数であってもクランク位置が始動に適さない高負荷位置（例えば、圧縮上死点前）では、その位置からは直ちにエンジン始動できないこともある。請求項１の発明では、このような不具合を解消し、クランク位置をエンジン再始動に適した軽負荷位置に位置決めしないでも残っている慣性で直ちに再始動させられる基準回転数（正転優先回転数）をクランク位置に応じて可変とした。
【００４４】
また、請求項２の発明では、クランクの位置決め後に再始動する場合であっても、エンジンが停止するまで漫然と待つのではなく、スタータモータに逆通電するなどしてエンジンにブレーキをかけて早期にクランクの位置決めおよびエンジン始動をできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係るエンジン始動制御装置の要部機能ブロック図である。
【図２】 エンジン始動制御装置に含まれるスタータモータの断面図である。
【図３】 スタータモータを含む自動二輪車用エンジンの要部システム構成図である。
【図４】 エンジン始動制御装置の要部動作を示すフローチャートである。
【図５】 ステージに対応する正転優先回転数の一例を示す図である。
【図６】 本実施形態のエンジン始動制御によるエンジン回転数の変化を示す図である。
【符号の説明】
１…モータ、 ２…ロータ、 ３…ステータ、 ４…ヨーク、 ５…スリーブ、６…ロータマグネット、 ７…センサマグネット、 １０…ステータ巻線、 １１…モータ用センサ、 １２…基準位置センサ、 ３０…正転優先回転数記憶部、 ３１…行程判別部、 ３３…始動モード決定部

Claims (2)

  1. スロットル弁が閉じたことを検出してエンジンを停止し、スロットル弁が開いたことを検出してエンジンを始動させる手段を備えたエンジン始動制御装置において、
    エンジン始動に先立ち、エンジン始動のための予定位置にクランクを位置決めする手段と、
    前記スロットル弁が開いたことを検出したときに、クランク位置を検出する手段と、
    検出されたクランク位置に応じた正転優先回転数を決定する手段と、
    前記スロットル弁が開いたときのエンジン回転数が前記正転優先回転数以上であるかによって、エンジン回転数が正転優先回転数以上のときは、直ちにエンジンを正転させる一方、エンジン回転数が正転優先回転数以下のときはクランク位置を前記予定位置に位置決めした後にエンジンを正転させてエンジン始動させる始動モード決定手段とを具備したことを特徴とするエンジン始動制御装置。
  2. 前記始動モード決定手段によってクランク位置を前記予定位置に位置決めした後にエンジンを正転させてエンジン始動すると決定した場合に、エンジンにブレーキをかける手段を具備したことを特徴とする請求項１記載のエンジン始動制御装置。
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