JP4315287B2 - エンジン始動制御装置 - Google Patents

Description

本発明はエンジンの始動制御装置に係り、特に、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、エンジン始動時には当該逆転位置からクランキングすることで始動性を改善するエンジン始動制御装置に関する。

従来、内燃機関用のスタータモータとジェネレータとは個別に装備されていたが、それぞれの機能を一体化させた多相交流式のスタータ兼ジェネレータ装置(ACGスタータ)が特許文献１に開示されている。

一方、内燃機関の始動時に、ピストンが最初の圧縮行程開始点（圧縮下死点）に達するまでのクランク角度（以下、「助走角度」という。）は内燃機関停止時のクランク軸の停止位置により決定されるので、その停止位置によっては、次のエンジン始動時に十分な助走角度を確保することができず、クランク軸の回転速度（角速度）が、ピストンが最初の圧縮上死点を乗り越えるほど十分ではなく、始動が円滑に行われないことがある。このような技術課題に対して、エンジンを始動する前にクランク軸を逆回転させて所定の位置まで戻し、当該逆転位置からエンジンを始動することによりエンジンの始動性を改善する技術が特許文献２，３に開示されている。
特開平１０−１４８１４２号公報 特開平６−６４４５１号公報 特開平７−７１３５０号公報

燃料噴射弁を備えたエンジンでは、その燃料噴射タイミングがクランク軸の回転角度に依存するので、エンジンを予め逆転させる際、その逆転行程中に燃料噴射タイミング信号が発生されても、現在が正転時なのか逆転時なのかを判別することができないので逆転時にも燃料が噴射される可能性がある。同様に、エンジンの逆転行程中に点火タイミングがあっても、これが正転時なのか逆転時なのかを判別することができないので逆転時にも点火動作が行われてしまう可能性がある。

本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、エンジンの逆転時には燃料噴射が禁止され、さらにはエンジン点火も禁止されるようにしたエンジンの始動制御装置を提供することにある。

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制御装置において、クランク軸が所定の角度に達すると燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記燃料噴射後の所定のタイミングでエンジンを点火する点火装置と、スタータモータおよびジェネレータとして機能する多相交流電機と、前記多相交流電機のロータ位置を検知して多相分の相信号を出力するロータセンサと、前記ロータセンサの出力信号に基づいてエンジンの回転方向を判別する回転方向判別手段と、エンジンの逆転時に燃料噴射を禁止する噴射禁止手段とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、以下のような効果が達成される。
(1)エンジンの逆転時に燃料噴射タイミングを迎えても燃料が噴射されないので、次の正転時に混合気がオーバーリッチとなることを防止できる。
(2)エンジンの逆転時には燃料噴射弁が作動しないので、バッテリの無駄な電力消費を防止できる。
(3)エンジンの逆転時には点火装置が作動しないので、バッテリの無駄な電力消費を防止できる。
(4)多相交流電機の励磁用として既設のロータセンサの出力信号に基づいてエンジンの正逆転を判別するので、専用センサを別途に配置する必要がなく、レイアウトやコストの面で有利となる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明のエンジン始動制御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る。

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。

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の上部は計器盤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。

スイングユニット２には、その前部に単気筒の内燃機関Ｅが搭載されている。この内燃機関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サスペンション３が介装されている。スイングユニット２の前部には内燃機関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。

図２は、本発明に係るエンジン始動制御装置の構成を示したブロック図であり、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逆転機能に加えて、エンジンを所定の停車条件に応答して停止し、その後、所定の発進操作に応答して再始動する自動アイドル停止機能を搭載している。

ECU３０には、スタータを兼ねたＡＣジェネレータ（ACGスタータ）５０が接続され、このACGスタータ５０には、スタータリレー３１を介してバッテリ３２から駆動電流が供給される。インジェクタ３６、燃料ポンプ３７およびイグニッションコイル３８、ならびに後述する「自動停止発進モード」で点滅するスタンバイインジケータ３９ａおよびアラームインジケータ３９ｂには、メインヒューズ３３およびメインリレー３４を介して前記バッテリ３２から駆動電流が供給される。前記メインリレー３４はメインスイッチ３５により付勢される。

前記ACGスタータ５０はエンジンのクランク軸に連結され、そのロータ位置すなわちクランク角度は、ロータセンサユニット４０に実装されたＵ相センサ４０Ｕ、Ｖ相センサ４０ＶおよびＷ相センサ４０Ｗで検知される。前記ロータセンサユニット４０には更に、圧縮上死点および排気上死点を検知するPCBセンサ４０Ｐも実装されている。

前記ECU３０にはさらに、エンジンを始動させるスタータスイッチ４１、エンジンのアイドリングを手動で許可または制限するためのアイドルスイッチ４２、運転者がシート８に着座しているか否かを検知するシートスイッチ４３、走行速度を検知する車速センサ４４、スロットル開度θthを検知するスロットルセンサ４５、吸気負圧（PB）を検知するPBセンサ４６、大気温度を検知するTAセンサ４７および冷却水温を検知するTWセンサ４８等の各種スイッチやセンサが接続されている。

前記自動アイドル停止機能は、アイドリングが許可される動作モード（以下、「始動＆アイドルスイッチ（ＳＷ）モード」という）と、アイドリングが制限（または禁止）される動作モード（以下、「自動停止発進モード」という）とを備えている。

アイドリングが許可される「始動＆アイドルスイッチ（ＳＷ）モード」では、エンジン始動時の暖機運転等を目的として、メインスイッチ投入後の最初のエンジン始動後にアイドリングが一時的に許可される。また、上記した最初のエンジン始動後以外でも、運転者の意思（アイドルスイッチ４２を“オン”）によってアイドリングが許可される。一方、アイドリングが制限される「自動停止発進モード」では、エンジンが所定の停車条件に応答して自動停止され、その後、所定の発進操作として、例えばスロットルグリップが開操作されると自動的に再始動されて車両の発進が可能になる。

図３は、前記各動作モードの切り換え条件を模式的に示した図であり、メインスイッチ３５が投入される（条件１が成立）と「始動＆アイドルＳＷモード」が起動される。さらに、この「始動＆アイドルＳＷモード」において予定速度（例えば、時速１０キロ）以上の車速が検知され、かつ水温が所定温度（例えば、暖機運転が完了したと予測される温度）以上であり、かつアイドルスイッチ４２がオフであれば（条件２が成立）「自動停止発進モード」が起動される。

また、「自動停止発進モード」において、アイドルスイッチ４２が“オフ”から“オン”（条件３が成立）にされると、動作モードが「自動停止発進モード」から「始動＆アイドルＳＷモード」へ戻る。なお、「自動停止発進モード」および「始動＆アイドルＳＷモード」のいずれにおいても、メインスイッチ３５が遮断（条件４が成立）されればオフ状態となる。また、「自動停止発進モード」において、エンジンの自動停止後に非着座（シートスイッチがオフ）が所定時間継続（条件５が成立）してもオフ状態となる。

次いで、フローチャートを参照して本実施形態の動作を詳細に説明する。図４は、ACGスタータ５０のロータ位置を代表するモータステージ（Mstg）を、前記各ロータセンサ４０Ｕ、４０Ｖ、４０Ｗから出力される相信号Su，Sv，Swに基づいて判別する「モータステージ判別処理」の手順を示したフローチャートであり、図５、６は、それぞれ前記各相信号Su，Sv，SwとモータステージMstgとの関係を示したタイムチャートおよび一覧表である。

ステップＳ１１〜Ｓ１７ではロータセンサユニット４０から出力される相信号Su，Sv，Swの出力レベルが参照され、各相信号Su，Sv，Swの出力レベルの組み合わせが[Ｌ：Ｈ：Ｈ]であればステップＳ１８へ進み、現在のモータステージMstgが前回のモータステージMstg1として更新登録されると共に、現在のモータステージMstgが「０」に更新登録される。

前記出力レベルの組み合わせが[Ｌ：Ｈ：Ｌ]であればステップＳ１９へ進み、現在のモータステージMstgが前回のモータステージMstg1として更新登録されると共に、現在のモータステージMstgが「５」に設定される。前記出力レベルの組み合わせが[Ｌ：Ｌ：Ｈ]であればステップＳ２０へ進み、現在のモータステージMstgが前回のモータステージMstg1として更新登録されると共に、現在のモータステージMstgが「１」に設定される。前記出力レベルの組み合わせが[Ｌ：Ｌ：Ｌ]であればステップＳ２１へ進み、現在のモータステージMstgが前回のモータステージMstg1として更新登録されると共に、現在のモータステージMstgが「８」に設定される。

同様に、前記出力レベルの組み合わせが[Ｈ：Ｈ：Ｈ]であればステップＳ２２へ進み、現在のモータステージMstgが前回のモータステージMstg1として更新登録されると共に、現在のモータステージMstgが「９」に設定される。前記出力レベルの組み合わせ[Ｈ：Ｈ：Ｌ]であればステップＳ２３へ進み、現在のモータステージMstgが前回のモータステージMstg1として更新登録されると共に、現在のモータステージMstgが「４」に設定される。前記出力レベルの組み合わせが[Ｈ：Ｌ：Ｈ]であればステップＳ２４へ進み、現在のモータステージMstgが前回のモータステージMstg1として更新登録されると共に、現在のモータステージMstgが「２」に設定される。前記出力レベルの組み合わせが[Ｈ：Ｌ：Ｌ]であればステップＳ２５へ進み、現在のモータステージMstgが前回のモータステージMstg1として更新登録されると共に、現在のモータステージMstgが「３」に設定される。

次いで、前記モータステージMstgの判別結果に基づいてエンジンの正逆転を判別する「正逆転判別処理」の手順を、図７のフローチャートに沿って説明する。

ステップＳ３１では、現在のモータステージMstgが参照され、これが「５」以下でなければ、ステップＳ４５へ進んでステージエラー判定がなされる。モータステージMstgが「５」以下であればステップＳ３２へ進み、現在のモータステージMstgが前回のモータステージMstg1と比較される。Mstg＞Mstg1であればステップＳ３３へ進み、現在のモータステージMstgが「５」であるか否かが判定される。Mstgが「５」であり、さらにステップＳ３４において、前回のモータステージMstg1が「０」と判定されれば、ステップＳ３５において「逆転」の判定がなされる。

これに対して、前記ステップＳ３３において、現在のモータステージMstgが「５」以外と判定されるか、あるいは前記ステップＳ３４において、前回のモータステージMstg1が「０」以外と判定されればステップＳ３６へ進む。ステップＳ３６において、前回のモータステージMstg1の次（Mstg1＋１）が現在のモータステージMstgであると判定されれば、ステップＳ３７において「正転」の判定がなされる。それ以外であれば、ステップＳ３８においてステージエラー判定がなされる。

一方、前記ステップＳ３２において、Mstg＞Mstg1以外と判定されればステップＳ４０へ進み、現在のモータステージMstgが「０」であるか否かが判定される。モータステージMstgが「０」であり、さらにステップＳ４１において前回のモータステージMstg1が「５」と判定されれば、ステップＳ４２において「正転」の判定がなされる。

これに対して、前記ステップＳ４０において、現在のモータステージMstgが「０」以外と判定されるか、あるいは前記ステップＳ４１において、前回のモータステージMstg1が「５」以外と判定されればステップＳ４３へ進む。ステップＳ４３において、前回のモータステージMstg1の前（Mstg1−１）が現在のモータステージMstgであると判定されれば、ステップＳ４４において「逆転」の判定がなされる。それ以外であれば、ステップＳ４５においてステージエラー判定がなされる。

次いで、燃料噴射ステージ(FIstg)を判別する「燃料噴射(FI)ステージ判別処理」の手順を、図８のフローチャートおよび図９のタイミングチャートに沿って説明する。この「FIステージ判別処理」は、前記Ｗ相センサ４０Ｗから出力される相信号Swの両エッジで起動される。

ステップＳ６１では、前記エンジンの正逆転に関する判別結果Mdirが参照され、「正転」の判定がなされていればステップＳ６２へ進む。ステップＳ６２では、今回の処理がW相信号Swの立ち上がりに同期して起動されたか否かが判定される。図９の時刻t1のように、W相信号Swの立ち上がりタイミングに同期していればステップＳ６３へ進み、PCB入力が“Ｈ”レベルであるか否かが判定される。時刻t1のように、PCB入力が“Ｌ”レベルであればステップＳ６５へ進む。

ステップＳ６５では、ステージ確定フラグF_STGOKが参照され、ここではステージ確定前と判定されるのでステップＳ６６へ進む。ステップＳ６６ではクランク基準位置確認フラグF_PCINITが参照される。このクランク基準位置確認フラグF_PCINITは、前記W相信号Swの立ち上がりタイミングでPCB入力が“Ｈ”レベルであればステップＳ６４でセットされるフラグであり、ここでは確認前と判定されるのでステップＳ６７へ進む。ステップＳ６７では、燃料噴射ステージFIstgが「０」にセットされる。その後も、時刻t2〜t4では、PCB入力が“Ｈ”レベルの期間にW相信号Swが立ち上がらないので、上記と同様の処理が繰り返される。

時刻t5において、PCB入力が“Ｈ”レベルの期間にW相信号Swが立ち上がり、これが前記ステップＳ６２，Ｓ６３で検知されると、ステップＳ６４へ進んで前記クランク基準位置確認フラグF_PCINITがセットされ、さらにステップＳ６５、Ｓ６６を経由してステップＳ６８へ進む。ステップＳ６８では、前記クランク基準位置確認フラグF_PCINITがリセットされる。ステップＳ７０では、燃料噴射ステージFIstgが「１５」にセットされると共に、前記ステージ確定フラグF_STGOKがセットされる。

時刻t6でW相信号Swの立ち下がりが検知されると、ステップＳ６２からステップＳ６５へ進み、ここではステージ確定フラグF_STGOKがセットされていると判定されるのでステップＳ７１へ進む。ステップＳステップＳ７１では、燃料噴射ステージFIstgがインクリメントされる。ステップＳ７２では、燃料噴射ステージFIstgが「２４」以上であるか否かが判定され、「２４」以上であれば、ステップＳ７３で燃料噴射ステージFIstgが「０」に戻される。ステップＳ７４では、前記クランク基準位置確認フラグF_PCINITがリセットされる。ステップＳ７５では「噴射処理」が実行されて所定のタイミングで燃料が噴射され、さらにエンジンの点火動作が実行される。

なお、前記ステップＳ６１において、前記エンジンの回転方向に関する正逆転の判別結果Mdirが「逆転」と判定されれば、ステップＳ６９へ進んで前記ステージ確定フラグF_STGOKおよび燃料噴射ステージFIstgをリセットして当該処理を終了する。すなわち、エンジンの逆転が検知されると燃料噴射が禁止され、その後の点火動作も禁止される。

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。 本発明に係るエンジン始動制御装置のブロック図である。 自動アイドル停止機能における各動作モードの切り換え条件を模式的に示した図である。 「モータステージ判別処理」のフローチャートである。 「モータステージ判別処理」のタイミングチャートである。 各相信号の組み合わせとモータステージとの関係を一覧表示した図である。 「正逆転判別処理」のフローチャートである。 「燃料噴射ステージ判別処理」のフローチャートである。 「燃料噴射ステージ判別処理」のタイミングチャートである。

符号の説明

３０…ECU，３１…スタータリレー，３２…バッテリ，３３…メインヒューズ，３４…メインリレー，３５…メインスイッチ，４０…ロータセンサユニット，A５０…ACGスタータ

Claims (2)

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エンジン始動制御装置において、
   クランク軸が所定の角度に達すると燃料を噴射する燃料噴射装置と、
   前記燃料噴射後の所定のタイミングでエンジンを点火する点火装置と、
   スタータモータおよびジェネレータとして機能する多相交流電機と、
   前記多相交流電機のロータ位置を検知して多相分の相信号を出力するロータセンサと、
   各相の相信号の組み合わせに基づいてロータの位置を代表するモータステージを設定するモータステージ設定手段と、
   前記ロータの今回のステージと前回のステージとに基づいてエンジンの回転方向を判別する正逆転判別手段と、
   前記多相分の相信号のうちの１つの相信号に基づいて燃料噴射ステージを設定する燃料噴射ステージ設定手段とを具備し、
   前記燃料噴射装置は、前記燃料噴射ステージが所定のステージに達することで、前記クランク軸が所定の角度に達したことを判定して燃料を噴射し、
   前記燃料噴射ステージ判別手段は、前記エンジンの逆転時に燃料噴射ステージの設定を行わないことを特徴とするエンジン始動制御装置。
2. 前記エンジンの逆転時にエンジン点火を禁止する点火禁止手段をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動制御装置。

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