JP4831423B2 - エンジンのケッチン防止方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン作動時にケッチンを防止するエンジンのケッチン防止方法に関する。

エンジンを始動するときのクランキング時にクランク軸の回転の勢いが足りないと、クランク軸の回転が逆転し、この逆転状態で着火するとエンジンが逆転方向のまま爆発行程となって、いわゆるケッチンが起こる。このようなエンジンのケッチンを防止する防止装置が開発されている。たとえば、特許文献１に開示されている。

従来のケッチンの防止装置は、エンジンのクランク軸と同期して回転し所定の円周角度に渡る突起を有するロータと、突起を検出するパルサーコイルと、を有するエンジンのケッチン防止装置が開示されている。この防止装置は、正常回転時には、パルサーコイルにより検出したクランク角度に基づいて点火信号を発信し、点火回路を介して点火コイルを駆動して燃焼室内の混合気に着火する。逆転時には点火禁止信号により点火が禁止され、失火状態となってエンジン回転が停止する。

図５を用いて、パルサーコイルの検出動作を説明する。

図５に示すように、エンジンのクランク軸（図示せず）と同期して回転するロータ（例えばフライホイール）２０の外周に所定の円周角度（例えば３０〜６０°）に渡って突起２１が形成される。ロータ２０の外側に突起２１を検出するためのパルサーコイル２２が固定される。パルサーコイル２２の検出位置２２ａは、上死点より１０〜３０°程度回転方向での手前側（回転方向の逆方向側）に設けられる。突起２１の端部Ａ，Ｂがパルサーコイル２２の検出位置２２ａを通過するときに検出パルスを発生する。正転逆転にかかわらず突起２１の端部Ａ又はＢがパルサーコイル２２の検出位置２２ａに進入するときに第１パルス、例えば立上りパルス（正パルス）を発生し、抜けるときに第２パルス、例えば立下りパルス（負パルス）を発生する。なお、パルサーコイルの出力特性によっては正負が逆極性のパルスを発生する場合もある。

突起２１の先端部Ａが検出位置２２ａに進入して通過した後にエンジンが逆転する逆転モードとして、突起の後端部Ｂが抜け切らないうちに、すなわち突起２１の途中で逆転するモード（突起内逆転）と、後端部Ｂが検出位置２２ａを抜け出て、その後上死点に達する前に逆転するモード（突起外逆転）がある。

図６に、突起内逆転モードのパルス波形を示した。エンジン始動のためのクランキング時の正常回転状態では、クランク軸の１回転ごとに、パルサーコイル２２が突起の先端部Ａを検出すると立上りパルス（正パルス）を発生し、続いて突起の後端部Ｂを検出すると立下りパルス（負パルス）を発生する。クランク軸の回転速度が徐々に遅くなって逆転状態に入ろうとするときには、突起の先端部Ａを検出した後、後端部Ｂに達しないで突起の途中で回転速度がゼロになって逆転し、逆転後再び突起の端部Ａがパルサーコイル２２の検出位置２２ａを通過して立下りパルス（負パルス）を発生する。この場合、クランク軸の回転速度低下により発電機出力が低下する。この発電機出力の低下によりクランク軸の逆転が検出され、点火禁止信号が出力される。これにより、逆転後の突起端部Ａを検出して負パルスが発生しても点火信号は発信されず、失火状態となって逆回転方向への爆発がなくなり、ケッチンが防止される。

図７に、突起外逆転のパルス波形を示した。エンジン始動のためのクランキング時の正常回転状態では、図６と同様に、クランク軸の１回転ごとに、突起の先端部Ａが検出され立上りパルス（正パルス）が発生し、続いて突起の後端部Ｂが検出され立下りパルス（負パルス）が発生する。クランク軸の回転速度が徐々に遅くなって逆転状態に入ろうとするときには、突起先端部Ａを検出した後、ゆっくりと突起２１がパルサーコイル２２の検出位置２２ａを通過し、さらに後端部Ｂが検出位置を通過する。ここで、クランク軸の回転速度が小さい場合、後端部Ｂが上死点に達する前に、クランク軸の回転速度がゼロとなり、さらに逆転する。これにより、一旦パルサーコイル２２の検出位置２２ａを通過した突起２１の端部Ｂが検出位置２２ａに戻って検出され正パルス（図の２４）を発生する。その後続いて突起の端部Ａが検出位置２２ａを通過するときに負パルス（図の２５）を発生する。この突起外逆転も、図６の場合と同様に、発電機出力の低下により検出され、ケッチン防止のため逆転後の点火が禁止される。

このケッチン防止装置は、スタータスイッチがオン時に発生するエンジン始動直後のケッチンに対してはその効果を発揮するが、スタータスイッチがオフ時に発生するスナップエンスト時に発生するケッチンを十分に防止できないという問題があった。

具体的には、クランク軸の逆転（ケッチン）が発生した後には、クランク軸にゆれ戻し（ロータの逆転と正転の繰り返し）が発生する。ゆれ戻しが発生すると、ロータの逆転と正転が繰り返され、突起２１がパルサーコイル２２の検出位置２２ａで往復する。より具体的には、ケッチンが発生してクランク軸が逆転すると、突起２１の後端部Ｂがパルサーコイル２２の検出位置２２ａを通過して立上りパルス（正パルス）が発生し、その後、先端部Ａが検出位置２２ａを通過して立下りパルス（負パルス）が発生する。その後、ゆれ戻しによりクランク軸が正転方向に回転する。そして、先端部Ａにより立上りパルス（正パルス）が発生し、後端部Ｂにより立下りパルス（負パルス）が発生する。このとき、ロータの回転方向の変化により、観測されるパルスの間隔が短くなっており、ロータが高速で回転（正転）していると判定される。つまり、ケッチンが発生してもケッチンと判定できずに点火制御を行い、エンジンに損傷を生じさせていた。
特開２００５−２２０８６６号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、エンジン回転時（スタータスイッチがオフの状態）のスナップエンスト時のケッチンを確実に防止できるエンジンのケッチン防止方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明者はケッチンの防止方法について検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。

請求項１に記載の本発明のエンジンのケッチン防止方法は、エンジンの回転数を観測し、エンジンの回転数が所定の回転数以下に低下したときに、エンジンの点火装置を所定時間停止するものであって、所定の回転数は、エンジンのスタータがオンの状態では、エンジンの回転数が始動時用の所定の回転数となり、スタータがオフの状態で、エンジンの回転数が第一の所定の回転数以下では、始動直後の所定の回転数となり、エンジンの回転数が第一の所定の回転数を超えたときに、第一の所定の回転数よりも低い第二の所定の回転数となることを特徴とする。

本発明のケッチン防止方法は、ケッチンが発生してエンジンの回転数が低下したときに、所定時間エンジンの点火装置を停止している。ケッチンによるエンジンの回転数の低下からケッチンの発生を判定し、その後、所定時間点火装置を停止することで、ケッチン後のロータのゆれ戻し時に点火しなくなる。この点火停止により、ケッチン（および失火）を防止できる。

ここで、点火装置が停止される所定時間は、本発明の防止方法が用いられるエンジンにより適宜設定できる。たとえば、１００ｍｓｅｃとすることができる。

本発明のエンジンのケッチン防止方法において、所定の回転数は、エンジンの回転数が第一の所定の回転数を超えたときに、第一の所定の回転数よりも低い第二の所定の回転数となる。エンジン始動直後のケッチンを防止するための回転数よりも高い回転数に所定の回転数を設定することができ、スナップエンスト時のケッチンを抑えることができる。スナップエンスト時には、パルサーコイルにより検出されるロータの回転数がケッチンの発生した回転数から直ちに高回転数となるため、エンジン始動直後のケッチンを防止するための回転数まで回転数が低下しない場合がある。このため、第二の所定の回転数を設定することで、スナップエンスト時のケッチンを抑えることができる。

第一の所定の回転数及び第二の所定の回転数は、本発明の防止方法が用いられるエンジンごとに設定することができる。第一の所定の回転数は、エンジンのアイドリング時の回転数よりわずかに小さな回転数とすることができ、第二の所定の回転数は第一の所定の回転数よりも低い回転数とすることができる。たとえば、アイドリング回転数が１１００ｒｐｍであるときに第一の所定の回転数が１０００ｒｐｍ、第二の所定の回転数を７００ｒｐｍとすることができる。
請求項２に記載の本発明のエンジンのケッチン防止方法は、請求項１に記載の防止方法において、始動時用の所定の回転数，始動直後の所定の回転数，第二の所定の回転数は、その回転数が、始動時用の所定の回転数＜始動直後の所定の回転数＜第二の所定の回転数の関係を満たす。

請求項３に記載の本発明のエンジンのケッチン防止方法は、請求項１に記載の防止方法において、エンジンは、単気筒エンジンである。ケッチンは、単気筒エンジンにおいて発生しやすく、単気筒エンジンに本発明の防止方法を用いることで、スナップエンスト時のケッチンを防止することができる。

本発明のケッチン防止方法は、ケッチンが発生してエンジンの回転数が低下したときに、所定時間エンジンの点火装置を停止している。ケッチンの回転数の低下からケッチンの発生を判定し、その後、所定時間点火装置を停止することで、ケッチン後のロータのゆれ戻し時に点火しなくなる。この点火停止により、ケッチンを防止できる。

以下に、本発明の防止方法をより具体的に説明する。

本発明のケッチン防止方法を用いてエンジンの駆動制御を行うエンジンは、その構成が限定されるものではなく、たとえば、図１にその構成を示したエンジンを用いることができる。つまり、図１に示したエンジンは、本発明の説明のためのひとつの例であり、他の構成のエンジンにおいても同様に制御することができる。

本実施例のエンジンは、排気量が６００ｃｍ^３の二輪車両の単気筒のエンジンである。

３相の発電機１がエンジンのクランク軸（図示せず）の端部に設けられる。この発電機１は３相のコイルをステータとして備え、クランク軸の端部に装着されたフライホイールをロータとしてステータがロータ内面のマグネットに対向して配設される。３相の出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗは、整流及び過電圧防止用のレギュレータ２を介してバッテリ３に接続される。

クランク軸には回転角度検出用の突起を外側面に有するロータ２０が装着され、このロータ２０の外側面に対向して突起を検出するパルサコイル２２が設けられる。ロータの近傍の構成を図２に示した。このパルサコイル２２は、クランク軸の回転に伴い、ロータ側面の例えばほぼ６０度の円弧角の突起の両端を磁束の変化として検出し、１回転につき１つづつの正負のパルサ信号を発する。この正負のパルサ信号は、立上がりパルス（正パルス）及び立下がりパルス（負パルス）である。

エンジンの点火制御を行う点火装置４は、バッテリ３に接続された電源回路５と、所定の点火電圧を得るための昇圧回路６と、上記パルサコイル２２に接続された点火回路７と、ケッチン防止制御用ＥＣＵ９とにより構成される。点火回路７は、運転状態に応じてパルサコイル２２からのパルサ信号に基づいて最適な点火時期となるクランク角度位置で点火電圧を点火コイル８に印加する。

ケッチン防止制御用ＥＣＵ９は、パルサ入力回路１０と、逆転判別回路１１と、発電機出力入力回路１２とにより構成される。パルサ入力回路１０は、端子Ａを介してパルサコイル２２に接続され、パルサ信号が入力される。発電機出力入力回路１２は、端子Ｂ，Ｃを介して発電機１の任意の２相端子（この例ではＶ，Ｗ端子）に接続され、発電機１の出力電圧が入力される。逆転判別回路１１は、パルサ入力回路１０からのパルサ信号に基づいて、このエンジンの逆転を判別し、端子Ｄを介して点火回路７に対し点火許可信号又は点火禁止信号を送る。

具体的には、逆転判別回路１１は、パルサ入力回路１０からのパルサ信号に基づいて、エンジンの回転数を算出する。算出されたエンジンの回転数と、あらかじめ決められたエンジンの回転数（第一の所定の回転数）とからエンジンが始動直後か否かを判定し、始動直後であると判定されたときには、始動直後の所定の回転数よりもエンジンの回転数が低下したときには、エンジンの逆回転（ケッチン）と判定し、点火回路７に対し点火禁止信号を送る。また、始動直後でないと判定されたときには、算出されたエンジンの回転数が第二の所定の回転数よりもエンジンの回転数が低下したときには、エンジンの逆回転（スナップエンストによるケッチン）と判定し、点火回路７に対し所定時間エンジンの点火を禁止する（点火禁止信号を送る）。

本実施形態のエンジンの動作および制御を以下に説明する。図３にはエンジンの点火制御のフローチャートを、図４にはパルサーコイル２２の出力信号から算出されるエンジンの回転数を示した。

（エンジンの始動）
本実施形態のエンジンは、まず、スタータスイッチをオンにする。スタータスイッチがオンになると、クランク軸が回転され、ロータが回転する。エンジンの回転数は、ロータを介してパルサーコイル２２で観測される。エンジン（ロータ）の回転数がスタート時の所定の回転数（本実施形態においては１２０ｒｐｍ）以上となったら、ケッチン防止制御用ＥＣＵ９は、点火回路７に対し点火許可信号を送る。そして、点火回路７は点火電圧を点火コイル８に印加する。

（エンジンの始動直後のケッチン）
エンジンの点火コイル８に点火電圧が印加されて点火コイル８が点火することで、エンジンが駆動し、エンジンの回転数が増加する。エンジンの回転数の増加は、ロータを介してパルサーコイル２２で観測される。エンジンが点火すると、エンジンの回転数が大きくなるとともにスタータスイッチをオフとする。そして、エンジンの回転数がアイドリングの回転数（本実施形態においては１１００ｒｐｍ）よりも低い第一の所定の回転数（請求項２の第一の所定の回転数に相当、本実施形態においては１０００ｒｐｍ）よりも低い回転数でケッチン（エンジン始動直後のケッチン）が発生すると、エンジンの回転数が小さくなる。そして、エンジンの回転数が始動直後の所定の回転数（本実施形態においては２５０ｒｐｍ）よりも小さくなると、ケッチン防止制御用ＥＣＵ９はケッチンが発生したと判断して、点火回路７が点火コイル８に点火電圧を印加することを停止する。この制御により、エンジン始動直後のケッチンの発生による失火が抑えられる。

（スナップエンスト時のケッチン）
エンジン始動直後のケッチンが発生しない場合には、エンジンが点火して回転数が増加し、アイドリングの回転数よりも低い第一の所定の回転数を超える。エンジンの回転数が第一の所定の回転数を超えると、通常のエンジンの稼働状態となる。

そして、ケッチン防止制御用ＥＣＵ９は、エンジンが稼働して始動直後のケッチンが発生しないと判断し、スナップエンスト時に発生するケッチンを防止する。

エンジン始動直後のケッチンが発生しない場合には、スタータスイッチがオフの状態でエンジンが駆動している。そして、アイドリング状態から急激にスロットルをオンにするとスナップエンストによるケッチンが発生すると、エンジンの回転数が急激に低下し、第二の所定の回転数（請求項１の所定の回転数または請求項２の第二の所定の回転数に相当、本実施形態においては７００ｒｐｍ）よりも低い回転数となる。そして、エンジンの回転数が第二の所定の回転数よりも小さくなると、ケッチン防止制御用ＥＣＵ９はケッチンが発生したと判断して、点火回路７が点火コイル８に点火電圧を印加することを所定時間（本実施形態においては１００ｍｓｅｃ）停止する。ケッチンによりクランク軸の逆回転後のゆれ戻しが発生しても、ゆれ戻しの生じている間はエンジンの点火が禁止された。

スナップエンスト時にケッチンが発生すると、エンジンのクランク軸の回転が正転と逆転を繰り返すゆれ戻しが発生する。ゆれ戻しが起きると、ロータにもうけられた突起がパルサコイル２２の突起の検出位置を往復動する。この往復動により発生する立上がりパルス（正パルス）及び立下がりパルス（負パルス）のみからは、逆転判別回路１１がロータが高速回転していると判定する恐れがある。つまり、ケッチン防止制御用ＥＣＵ９は、点火回路７に対し点火許可信号を送る。しかしながら、本実施形態においては、ケッチンによるエンジン回転数の低下が観測されたら一定時間の間点火回路７が点火コイル８に点火電圧を印加することを停止している。つまり、クランク軸がゆれ戻しを生じているときに失火が抑えられる。

上記したように、本実施形態のエンジンは、エンジン始動直後のケッチンからスナップエンスト時のケッチンも防止することができる。

実施形態のエンジンの構成を示した図である。 実施形態のエンジンのロータ近傍の構成を示した図である。 実施形態のエンジンの制御のフローチャートである。 実施形態のエンジンの作動時にパルサーコイルで観測されるパルス波形から算出されるロータの回転数を示した図である。 パルサーコイルの検出動作を説明するためにロータ近傍の構成を示した図である。 突起内逆転モードのパルス波形を示した図である。 突起外逆転モードのパルス波形を示した図である。

符号の説明

１：発電機
２：レギュレータ
３：バッテリ
４：点火装置
５：電源回路
６：昇圧回路
７：点火回路
８：点火コイル
９：ケッチン防止制御用ＥＣＵ
１０：パルサ入力回路
１１：逆転判別回路
１２：発電機出力入力回路
２０：ロータ
２１：突起
２２：パルサーコイル

Claims (4)

1. エンジンの回転数を観測し、該エンジンの回転数が所定の回転数以下に低下したときに、該エンジンの点火装置を所定時間停止するものであって、
   該所定の回転数は、
   該エンジンのスタータがオンの状態では、該エンジンの回転数が始動時用の所定の回転数となり、
   該スタータがオフの状態で、該エンジンの回転数が該第一の所定の回転数以下では、始動直後の所定の回転数となり、該エンジンの回転数が第一の所定の回転数を超えたときに、該第一の所定の回転数よりも低い第二の所定の回転数となることを特徴とするエンジンのケッチン防止方法。
2. 前記始動時用の所定の回転数，前記始動直後の所定の回転数，前記第二の所定の回転数は、その回転数が、該始動時用の所定の回転数＜該始動直後の所定の回転数＜該第二の所定の回転数の関係を満たす請求項１記載のエンジンのケッチン防止方法。
3. 前記エンジンは、単気筒エンジンである請求項１記載のエンジンのケッチン防止方法。
4. 前記エンジンは、二輪用エンジンである請求項３記載のエンジンのケッチン防止方法。

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