JP6720045B2

JP6720045B2 - エンジン始動装置

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Publication number: JP6720045B2
Application number: JP2016200113A
Authority: JP
Inventors: 萩村　将巳; 将巳萩村
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2016-10-11
Filing date: 2016-10-11
Publication date: 2020-07-08
Anticipated expiration: 2036-10-11
Also published as: JP2018062864A

Description

本発明は、エンジン始動装置に関する。

車載の発電機をエンジン始動用のモータとしても使用するＡＣＧ（ＡＣＧｅｎｅｒａｔｏｒ）スタータ（始動発電機）を用いるエンジン始動装置では、スクータのようなベルト変速車において電子制御によるスイングバックを用いる場合がある（例えば特許文献１の背景技術の欄等）。電子制御によるスイングバックは、例えばエンジンの停止直後にＡＣＧスタータを逆転駆動させ、圧縮上死点までの助走距離を確保することで、始動トルクの低減を図るものである。

一方、エンジンの始動手法の一つにダイレクトスタートと呼ばれるものがある（例えば特許文献２）。エンジン始動時に、膨張行程（燃焼行程等ともいう）にある気筒の燃焼室内に燃料を噴射して点火および燃焼させることでエンジンを始動させる技術である。特許文献２に記載されているエンジン始動装置は、エンジンの始動時にスタータでクランク軸を逆回転させることで膨張行程にある気筒の燃焼室内の空気を圧縮し、燃焼室内に燃料を直接噴射するとともに点火して燃焼を生起する。

国際公開第２０１５／０５０１５５号特開２００５−２９９４８１号公報

特許文献２に記載されているエンジン始動装置では、膨張行程にある気筒の燃焼室内に燃料を噴射する必要がある。しかしながら、例えば特許文献１に記載されているように、吸気行程において、吸気通路内に設けられたインジェクターから燃料を噴射して外気と混合し、燃料混合気体を吸気弁を介して燃焼室内に供給する構造のエンジンでは、特許文献２に記載されている構成は使用することができない。

本発明は、上記事象に鑑みてなされたものであり、燃焼室内に燃料を直接噴射できないエンジンを用いた場合でも、燃焼室内の燃焼を利用してエンジンを始動させることができるエンジン始動装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、クランク軸に連結された始動発電機と、エンジン停止条件が成立すると、点火及び燃料噴出を停止し、前記クランク軸を慣性回転させるエンジン停止制御と、前記慣性回転時において、ピストンが次の圧縮上死点を越えられないと判断すると、前記ピストンが所定の位置で停止するよう前記始動発電機への通電を制御する回転停止制御と、前記エンジンの始動時に、前記クランク軸が車両前進時の駆動方向に対する逆転方向へ駆動するよう前記始動発電機への通電を制御する逆転制御と、前記逆転制御後、点火により前記クランク軸を車両前進時の駆動方向に対する正転方向へ駆動させる点火制御とを行う制御部とを有するエンジン始動装置において、前記制御部が、前記慣性回転時において、前記クランク軸の角速度が、前記ピストンが次の次の圧縮上死点を越えられない角速度未満、または、以下であると判断すると、直後の吸気行程から前記クランク軸の回転が停止するまでの各吸気行程において、燃料噴出手段が燃料を噴出する燃料噴出制御を行い、前記慣性回転時において、前記クランク軸の角速度が、前記ピストンが次の圧縮上死点を越えられない角速度未満、または、以下であると判断すると、その後ピストンが膨張行程下死点付近の位置で停止するよう前記始動発電機への通電を制御する前記回転停止制御を行うことを特徴とするエンジン始動装置である。

また、本発明の一態様は、上記エンジン始動装置であって、前記所定の位置は、膨張行程下死点付近の位置であって、排気弁が開いていない又は直前の吸気行程で吸気された燃料混合気体が再始動時に必要量残る程度開いている位置であること、を特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記エンジン始動装置であって、前記制御部が、前記点火制御後、前記クランク軸が車両前進時の駆動方向に対する正転方向へ駆動するよう前記始動発電機への通電を制御する始動補助制御と、前記始動補助制御後において、前記クランク軸の角速度が第三の閾値（車両の要求する始動補助に応じて適宜設定できる角速度）以上であると判断すると、前記始動補助制御を停止する始動補助停止制御と、を行うことを特徴とする。

本発明によれば、燃焼室内に燃料を直接噴射できないエンジンを用いた場合でも、燃焼室内の燃焼を利用してエンジンを始動させることができる。

本発明の一実施形態に係るエンジン始動装置１の主要部の構成を示したブロック図である。図１に示すエンジン始動装置１の動作例を説明するためのフローチャートである。図１に示すエンジン始動装置１の動作例を説明するためのフローチャートである。図１に示すエンジン始動装置１の動作例を説明するための模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るエンジン始動装置１の主要部の構成を示したブロック図である。図１に示すエンジン始動装置１は、始動発電機２と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００とを備える。図１は、エンジン始動装置１が、スクータ等の自動二輪車に搭載されている例を示している。この場合、自動二輪車には、図示していないエンジン、バッテリ１０、イグニッション１２、燃料噴出手段１３、エンジン制御部１４、スロットルセンサ１５等を備えている。

また、図示していないエンジンは、４サイクル単気筒エンジンであり、吸気行程において、吸気通路内に設けられた燃料噴出手段１３から燃料を噴射して外気と混合し、燃料混合気体を図示していない吸気弁を介して燃焼室内に供給する構造を有する。イグニッション１２は、燃焼室内にその点火部を突出させた状態で設けられていて、エンジン制御部１４の指示に応じて火花を発生させ、燃焼室内の混合気体に点火する。燃料噴出手段１３は、エンジン制御部１４の指示に応じて吸気通路内に燃料を噴出する。スロットルセンサ１５は、吸気通路から燃焼室内へ吸気される空気量を制御するスロットル弁の開閉量を検知する。エンジン制御部１４は、例えばアイドリングストップ状態からのエンジン始動時に、スロットルセンサ１５等の複数のセンサから検出信号を入力するとともに、ＥＣＵ２００（比較部２０３）から制御信号を入力し、それらの入力信号に基づいてイグニッション１２、燃料噴出手段１３等を制御する。その際、エンジン制御部１４は、例えば、エンジン停止条件成立の信号（例えばアクセル開度信号）や比較部２０３の信号を受けて、イグニッション１２による点火や燃料噴出手段１３による燃料の噴出を制御する。

始動発電機２は、エンジンの始動時においてはモータとして機能し、エンジンの始動後においては発電機として機能するアウターロータ型のブラシレス回転電機である。始動発電機２は、ロータ２１とステータ２２とセンサ３とを備える。ロータ２１は、永久磁石を有し、不図示のエンジンのクランク軸に連結され、クランク軸と一体回転する。ステータ２２は、ステータ鉄心とステータ鉄心に巻回される３相コイル２５とを有し、不図示のエンジンブロックに固定されている。センサ３は、ホール素子等を用いた磁気センサであり、ロータ２１の磁極の変化に基づいてロータ２１の回転角を検出する。センサ３は、ロータ２１を構成する複数の磁極の位置を検出する３個のホール素子と、ロータ２１の特定の位置を検出する１個のホール素子とを備える。本実施形態ではセンサ３が検知するロータ２１の特定の位置がエンジン内のピストンの上死点に対応する位置に設定されているものとする。ロータ２１はクランク軸に直結固定されているので、センサ３の出力信号に基づいて、ＥＣＵ２００はロータ２１およびクランク軸の回転位置、回転速度、エンジンの気筒内のピストンの位置等を検出することができる。

ＥＣＵ２００は、例えばマイクロコンピュータ等を含む電子回路であり、３相インバータ２０１と、通電制御部２０２と、比較部２０３と、算出部２０４と、検出部２０５とを含む。３相インバータ２０１は、ブリッジ接続された６個のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を有し、直流入出力端子をバッテリ１０の正極および負極（接地端子）に接続し、３相交流入出力端子の各相を３相コイル２５の各端子に接続している。３相インバータ２０１は、各ＭＯＳＦＥＴの各ゲートが通電制御部２０２によって制御され、バッテリ１０を直流電源として３相交流を発生させて３相コイル２５に通電することで始動発電機２をモータとして機能させたり、エンジンの始動後に始動発電機２が発電した３相交流電力を制御することでバッテリ１０を充電したり、他の電気負荷に直流電力を供給したりする。

検出部２０５は、センサ３からの出力を受けてクランク軸のクランク角等を検出し、検出結果を出力する。その際、検出部２０５は、センサ３からの出力信号に基づき、例えば、クランク軸の角加速度を求めることで、圧縮上死点と排気上死点とを判別する。算出部２０４は、検出部２０５からの出力を受けて、クランク軸の回転情報（回転角、角速度等）を算出し、算出結果を出力する。比較部２０３は、算出部２０４から出力された算出結果を基に、算出結果を所定の閾値と比較した比較結果を出力する。通電制御部２０２は、比較部２０３からの出力およびスロットルセンサ１５や図示していないアクセルポジションセンサからの出力を受けて、バッテリ１０から始動発電機２への通電や始動発電機２の発電出力を制御する。

なお、エンジン始動装置１の構成は、図１に示すものに限定されず、例えば、エンジン制御部１４をＥＣＵ２００内に設けたり、３相インバータ２０１を始動発電機２と一体的に構成したりしてもよい。また、センサ３とは別にクランク角を検出するセンサを設けてもよい。

次に図２〜図４を参照して、アイドリングストップからのエンジン再始動の際の図１に示すエンジン始動装置１の動作例について説明する。図２および図３は、エンジン始動装置１の動作例を説明するためのフローチャートであり、図２と図３は結合子Ａで連結されている。図４は本実施形態におけるアイドリングストップ時のクランク角に対応するピストンの位置を示す図である。図４に示すようにエンジンは吸気、圧縮、膨張、排気の４つの行程を繰り返し行う。上死点は、ピストンが一番上の位置、つまり、気筒の内部空間の体積が最も小さくなるピストンの位置を表す。下死点は、ピストンが一番下の位置、つまり、気筒の内部空間の体積が最も大きくなるピストンの位置を表す。エンジンの基本的な動作において、吸気行程では、ピストンが下がることで、吸気弁から混合気体を吸い込む。次の圧縮行程では、吸気行程で吸入した混合気体を、ピストンが上昇することによって圧縮する。圧縮行程で圧縮した混合気体にイグニッション１２が点火し、混合気体は爆発する。この爆発によって、爆圧で膨張してピストンを押し下げることで、ピストンは圧縮上死点から下死点に移行する。ピストンが下死点に近づくと、排気弁が開き始め、排気ガスを排気弁から排出する。これよりクランク軸の２回転つまり４行程で１サイクルが構成される。

次に、エンジン始動装置１の動作例について説明する。ＥＣＵ２００（比較部２０３）が予め設定されたエンジンの停止条件を満たしたと判断すると（図２のステップＳ１０１でＹｅｓ）、比較部２０３はエンジン制御部１４に対してエンジンの停止を指示する信号を出力する（ステップＳ１０２）。予め設定されたエンジンの停止条件とは、アイドリングストップの停止条件に対応し、例えば、スロットルセンサ１５や図示していないアクセルポジションセンサの出力がスロットルやアクセルの開度が所定の閾値以下になったことを示した場合に対応する。ただし、例えば、「エンジン始動時にアクセル開度をあけた後、アクセル開度を閉めるとエンジンが停止してしまった」といった事態を防ぐため、「エンジンが駆動状態である」、「エンジンの温度が閾値以上」等の何らかの前提条件を付加することもできる。

次にエンジン制御部１４がイグニッション１２および燃料噴出手段１３を停止する（ステップＳ１０３）。ここでクランク軸の慣性回転が開始する（ステップＳ１０４）。次に、比較部２０３が圧縮上死点でのクランク軸（あるいはロータ２１）の角速度が所定の閾値１未満か（あるいか以下か）否かを判定する（ステップＳ１０５）。圧縮上死点での角速度とは、センサ３の出力信号に基づいてピストンの位置が圧縮上死点に位置していると検出されたときの角速度である。ただし、この比較対象とする角速度は、圧縮上死点での角速度に限らず、他の行程や位置で検出された角速度を用いてもよい。ただし、閾値１は位置に応じて変化させる必要がある。閾値１は、ピストンが次の次の圧縮上死点を越えられないであろう角速度である。すなわち、閾値１は、角速度が閾値１以上の場合にはピストンが次の圧縮上死点を余裕を持って越えることはできるが、次の次の圧縮上死点は越えることができないか、あるいは次の次の圧縮上死点は越えることができるか否かが不確かとなるような値に設定される。あるいは、閾値１は、角速度が閾値１以上の場合にはピストンが次の次の圧縮上死点をぎりぎり越えられることができるような値に設定される。エンジン停止後、角速度が徐々に低下し、角速度が初めて閾値１未満となった場合にはピストンは次の圧縮上死点を越えることはできるが、次の次の圧縮上死点は越えることができないという可能性が高いことになる。

比較部２０３は圧縮上死点での角速度が所定の閾値１未満（あるいか以下）となるまで圧縮上死点に到達する度にステップＳ１０５の判定を実行する（ステップＳ１０５でＮｏの繰り返し）。比較部２０３は、ステップＳ１０５で圧縮上死点での角速度が所定の閾値１未満（あるいか以下）であると判定すると（ステップＳ１０５でＹｅｓ）、エンジン制御部１４に対して以後の吸気行程で燃料を噴出するよう指示する信号を出力する（ステップＳ１０６）。エンジン制御部１４は、クランク軸の回転停止までの各吸気行程で燃料を噴出する制御を行う（ステップＳ１０７）。

図４に示す例において、例えば、位置ｐ１で、慣性回転における圧縮上死点での角速度が初めて閾値１未満になったと比較部２０３によって判断されたとすると（ステップＳ１０５でＹｅｓ）、エンジン制御部１４によって次の吸気行程において燃料が噴出される（位置ｐ２）（ステップＳ１０６〜Ｓ１０７）。位置ｐ１の圧縮上死点での角速度が閾値１未満ということは、クランク軸の回転は、次の圧縮上死点（位置ｐ３）は越えられるものの、次の次の圧縮上死点（位置ｐ５）は越えられず、位置ｐ３から位置ｐ５までのどこかで停止する可能性が高いことを意味する。

次に、比較部２０３は、圧縮上死点での角速度が所定の閾値２未満か（あるいは以下か）否かを判定する（ステップＳ１０８）。閾値２は閾値１と同様のクランク軸の角速度に関する閾値であるが次の点が異なる。すなわち、閾値２は、次の圧縮上死点を越えることができない角速度に対応する。角速度が閾値２未満の場合にはピストンが次の圧縮上死点を越えられない可能性が高いという値となるように閾値２は設定される。

比較部２０３は圧縮上死点での角速度が所定の閾値２未満（あるいか以下）となるまで圧縮上死点に到達する度にステップＳ１０８の判定を実行する（ステップＳ１０８でＮｏの繰り返し）。比較部２０３は、ステップＳ１０８で圧縮上死点での角速度が所定の閾値２未満（あるいか以下）であると判定すると（ステップＳ１０８でＹｅｓ）、通電制御部２０２に対してピストンが所定位置で停止するよう始動発電機２に対する通電を制御するよう指示する信号を出力する（ステップＳ１０９）。所定位置とは、クランク軸の停止前、最後の圧縮行程の次の膨張行程下死点付近の位置であって、排気弁が開いていない又は直前の吸気行程で吸気された燃料混合気体が再始動時に必要量残る程度開いている位置である。なお、所定位置は、排気弁が開いていない位置としているが、直前の吸気行程で吸気された燃料混合気体が漏れ、再始動に支障をきたすことを防ぐのが目的であり、再始動時に必要量残る程度開いている位置であればよい。また、所定位置は、ピストンが摩擦や気圧差によって自然に（すなわち始動発電機２を非通電とした状態で）停止する位置とすることが望ましい。

次に、通電制御部２０２が、ピストンが所定位置で停止するよう通電制御を開始する（ステップＳ１１０）。この通電制御では、例えば、通電制御部２０２が、ピストンの位置と角速度とに対応づけて始動発電機２を逆回転させる通電パターンに対応する逆転通電進角値を複数組予め定めたマップ使い、現在の位置と角速度に応じて選択した逆転通電進角値を用いて３相インバータ２０１を制御する。始動発電機２は、クランク軸の回転方向と逆方向に駆動トルクを発生し、クランク軸の角速度が低下する。

次に比較部２０３は、クランク軸の回転が通電停止条件１を満たしたか否かを判定する（ステップＳ１１１）。クランク軸の回転が通電停止条件１を満たすとは、ピストンが所定位置で停止すると予想されるクランク角およびクランク角速度の範囲内にクランク角およびクランク角速度の値があるということである。クランク軸の回転が通電停止条件１を満たした場合（ステップＳ１１１でＹｅｓの場合）、比較部２０３は、通電制御部２０２が始動発電機２への通電を停止するよう制御する（ステップＳ１１２）。例えば、比較部２０３は、クランク角と通電停止角速度を複数組対応づけたマップを使用して、検出されたクランク角において当該クランク角に対応するマップ内の通電停止角速度と検出された角速度とを比較することで通電停止条件１の成否を判定することができる。次に、通電制御部２０２が始動発電機２への通電を停止する（ステップＳ１１３）。ここで、ピストンが所定位置で停止する（ステップＳ１１４）。

図４に示す例において、例えば、位置ｐ３で、慣性回転における圧縮上死点での角速度が閾値２未満になったと比較部２０３によって判断されたとすると（ステップＳ１０８でＹｅｓ）、通電制御部２０２によって始動発電機２に対して逆転通電による通電制御が行われて（ステップＳ１０９〜Ｓ１１３）、ピストンが所定位置で停止する（ステップＳ１１４）（位置ｐ４）。図４に示す例では、所定位置は、ピストンが膨張行程下死点付近の位置であって、排気弁が開いていない又は直前の吸気行程で吸気された燃料混合気体が再始動時に必要量残る程度開いている位置であるものとする（位置ｐ４）。

次に、エンジン始動条件が成立すると（図３のステップＳ１１５でＹｅｓ）、例えばスロットルセンサ１５から所定の信号が通電制御部２０２へ出力される（ステップＳ１１６）。エンジン始動条件は、アイドリングストップの再始動条件に対応し、例えば、スロットルセンサ１５や図示していないアクセルポジションセンサの出力がスロットルやアクセルの開度が所定の閾値以上になったことを示した場合に対応する。ステップＳ１１６では、例えば、スロットルセンサ１５が、スロットルの開度が所定の閾値以上になったことを示す信号を通電制御部２０２へ出力する。

次に、通電制御部２０２がクランク軸が逆転するように始動発電機２へ通電制御する（ステップＳ１１７）。ここでクランク軸が逆転する（ステップＳ１１８）。次に、比較部２０３が（あるいは通電制御部２０２が（以下、同じ））、逆転通電制御を開始してから逆転通電時間ｔ１が経過したか否かを判定する（ステップ１１９）。逆転通電時間ｔ１が経過した場合（ステップ１１９でＹｅｓの場合）、通電制御部２０２が始動発電機２への通電を停止するよう制御する（ステップＳ１２０）。ここで、３相インバータ２０１から始動発電機２への逆転通電が停止する。また、クランク軸が惰性回転を開始する（ステップＳ１２１）。次に比較部２０３が、ステップＳ１２０で逆転通電を停止してから惰性回転時間ｔ２が経過したか否かを判定する（ステップＳ１２２）。惰性回転時間ｔ２が経過した場合（ステップＳ１２２でＹｅｓの場合）、比較部２０３がエンジン制御部１４に対してイグニッション１２によって燃焼室内の混合気体に点火するよう指示する信号を出力する（ステップＳ１２３）。

ここで、逆転通電時間ｔ１は、逆転通電を開始してから逆転通電を停止するまでの時間である。また、惰性回転時間ｔ２は、逆転通電停止による惰性回転開始から点火までの時間である。逆転通電時間ｔ１および惰性回転時間ｔ２は、逆転通電停止による惰性回転停止の位置が、ピストンによって混合気体が十分に圧縮される位置となるように設定される。また、逆転通電時間ｔ１および惰性回転時間ｔ２は、クランク角、角速度および角加速度を基に決定される。さらに、逆転通電時間ｔ１および惰性回転時間ｔ２は、始動発電機２の温度やバッテリ電圧等の他のパラメータを加味して決定することができる。

次に、エンジン制御部１４がイグニッション１２によって燃焼室内の混合気体に点火する（ステップＳ１２４）。次に、クランク軸が正転し、エンジンが始動する（ステップＳ１２５）。

図４に示す例において、位置ｐ４でピストンが停止している状態で、エンジン始動条件が成立すると（ステップＳ１１５でＹｅｓ）、通電制御部２０２が始動発電機２を逆転通電して、ピストンが直前に通過した圧縮上死点より近い位置ｐ３ａに戻される（ステップＳ１１６〜Ｓ１２２でＹｅｓ）。この状態でイグニッション１２によって燃焼室内の混合気体に点火して燃焼させることで、エンジンが始動する。

以上のように、エンジン始動装置１は、クランク軸に連結された始動発電機２と、次の制御を行うＥＣＵ２００（制御部）とを備える。すなわち、ＥＣＵ２００は、エンジン停止条件が成立すると、点火及び燃料噴出を停止し、クランク軸を慣性回転させるエンジン停止制御を行う。また、ＥＣＵ２００は、慣性回転時において、ピストンが次の圧縮上死点を越えられないと判断すると、ピストンが所定の位置で停止するよう始動発電機２への通電を制御する回転停止制御を行う。また、ＥＣＵ２００は、エンジンの始動時に、クランク軸が車両前進時の駆動方向に対する逆転方向へ駆動するよう始動発電機２への通電を制御する逆転制御を行う。また、ＥＣＵ２００は、逆転制御後、点火によりクランク軸を車両前進時の駆動方向に対する正転方向へ駆動させる点火制御を行う。ここで、ＥＣＵ２００は、慣性回転時において、クランク軸の角速度が閾値１（第一の閾値）（ピストンが次の次の圧縮上死点を越えられないであろう角速度）以下であると判断すると、直後の吸気行程からクランク軸の回転が停止するまでの各吸気行程において、燃料噴出手段１３が燃料を噴出する燃料噴出制御を行う。また、ＥＣＵ２００は、慣性回転時において、クランク軸の角速度が閾値２（第二の閾値）（ピストンが次の圧縮上死点を越えられないであろう角速度）以下であると判断すると、その後ピストンが所定の位置で停止するよう始動発電機２への通電を制御する回転停止制御を行う。

本実施形態によれば次の効果を奏する。すなわち、特許文献２に記載されている従来技術では燃焼室内に直接燃料を噴射できるため、始動時に燃料噴出できる。しかし、燃焼室内に直接燃料を噴射できない始動装置においては、燃料噴出停止後から始動時の点火までの間に気筒内の燃料が希薄になってしまう。このため、膨張行程内でクランク軸を逆転させ、点火によりクランク軸を正転させることはできなかった。これに対し、本実施形態によれば、燃焼室内に直接燃料を噴射できないエンジン始動装置を用いる場合であっても、点火による正転駆動を用いた逆転始動ができる。

また、本実施形態においては、回転停止制御において始動発電機２への通電制御によってピストンを停止させる所定の位置は、膨張行程であり、例えば、膨張行程下死点付近とすることができる。始動時間を短縮するのであれば、膨張行程の上死点付近でピストンを停止させるのがよい。この場合、気筒内の燃料に点火し燃料を燃焼させる行程を行うのみで、即座に駆動に必要な駆動力を得られる。しかし、膨張行程の上死点付近でピストンを停止させると、気筒内の圧力は大気圧よりも高い。このため、気筒内の気体がシリンダとピストンの間から漏れ出てしまう虞がある。その場合、長い停車を経てエンジンを始動しようとした際に、気筒内に燃焼に必要な量の気体が残っておらず、始動不良に繋がる虞もある。また、単気筒のエンジンに限れば、ピストンを膨張行程の上死点付近で停止させ続けるためには、気筒内の気体を圧縮した状態で維持するために始動発電機２へ通電し続ける必要があり、電力の消費が激しくなってしまう。これに対し、本実施形態では、燃焼行程の下死点寄りを所定の位置とすることで、気筒内の圧力が低い状態で停車でき、気筒内の気体の漏れによる始動不良を防止できる。

なお、図４に示した例では、逆転通電してピストンを所定位置（位置ｐ３ａ）で停止させた後、イグニッション１２による点火後に、始動発電機２に対して正転通電して始動発電機２を正転回転させることで、混合気体を燃焼させることによるエンジン始動を、アシストする制御を行っている。すなわち、エンジン始動装置１では、ＥＣＵ２００によって、点火制御後、クランク軸が車両前進時の駆動方向に対する正転方向へ駆動するよう始動発電機２への通電を制御する始動補助制御を行うことができる。この場合、例えば、始動補助制御後における圧縮上死点（ただし、圧縮上死点に限定されない）において、ＥＣＵ２００は、クランク軸の角速度が閾値３（第三の閾値）（車両の要求する始動補助に応じて適宜設定できる角速度、例えば始動発電機２がクラッチミートできる角速度）以上であると判断したときに、始動補助制御を停止する始動補助停止制御を行うことができる。この始動時における始動発電機２を正転回転に係る制御は必須ではないものの次の効果を奏する。すなわち、逆転駆動時に点火される気体は、上述のとおりエンジン停止から再始動に至るまでの間に気筒内から漏れ出てしまい、始動に必要なトルクを逆転後すぐに確保できない虞がある。これに対し、逆転始動後クランク軸の角速度が所定の値を超えるまで始動発電機２へ通電することで、エンジン始動時に始動発電機２を正転回転させることで、クランク軸の回転をアシストすることで、点火による始動トルク不足を原因とした始動の遅れを防止できる。

なお、図４に示した例では、角速度が閾値１未満となる圧縮上死点（位置ｐ１）と角速度が閾値２未満となる圧縮上死点（位置ｐ３）が２つの圧縮上死点が隣接関係を有し、２つの圧縮上死点間には１つの吸気行程のみが存在する。ただし、図４は一動作例を示すものであり、２つの圧縮上死点が隣接関係を有さず、閾値１未満となる圧縮上死点と閾値２未満となる圧縮上死点間に、他の圧縮上死点や２以上の吸気行程を含む場合もあり得る。この場合、燃料噴出制御では各吸気行程で燃料を噴出するようにしている。

以上のように本実施形態のエンジン始動装置１では、圧縮行程を乗り越えた場所で静止し、待機する。そして、再始動指令が出たときに、逆転通電して、膨張行程の途中で点火しエンジンを始動する。さらに、そのまま正転通電して、クラッチミートまでの時間を短縮することができる。また本実施形態における燃料噴出タイミングについては、この角速度があればピストンが次の次の圧縮上死点を越えられないであろう角速度を閾値１とし、圧縮上死点での角速度がその閾値１を下回ったら、その直後の吸気行程からクランク軸の回転停止までにおける各吸気行程にて燃料を噴出している。

また、本実施形態のエンジン始動装置１によれば助走距離を大幅に短縮することができる。従来のＡＣＧスタータは、モータトルクが小さい為、乗り越し直前の回転数をなるべく高くする必要があり、その為に、助走距離を長くとる必要があった。助走距離が長くなると、始動時間が余計にかかる。さらに、助走距離を稼ぐ為に、スイングバック制御等を取り入れるとさらに時間がかかる。時間がかかると、アイドリングストップからの再発進にもたつきが生じ、違和感を感じる。さらに、走行中にエンジンを止める制御を想定した場合、必要なときにすぐエンジンが再始動しないと、転倒のおそれもあり、二輪車の場合は、速度がゼロにならなければアイドリングストップすることが出来なかった。従来は例えば膨張行程終わりから圧縮行程終わりまでの５４０°助走しているが、これに対し、本実施形態のエンジン始動装置１では、膨張行程内で終了するので、１８０°以内で済む。時間にして、１／３で済む見込みがある。

なお、本発明の実施形態は上記のものに限定されない。例えば、始動発電機２を、アウターロータ型のブラシレス回転電機としているが、インナーロータ型のブラシレス回転電機としたり、永久磁石を用いず、界磁巻線を巻回したロータコアを用いてロータを構成したりしてもよい。また、例えば、エンジンは単気筒に限定されず多気筒であってもよく、車両は４輪車等であってもおい。また、実施形態では、エンジンを４サイクルエンジンであるものとして記載したが、エンジンは、例えば２サイクルエンジンであってもよい。また、３相コイル２５は、スター結線に限らずデルタ結線であってもよい。また、図２および図３に示すクランク角や角速度に基づく判定処理については、クランク角に基づく判断に対して角速度や角加速度に基づく判断を加えたり、角速度に基づく判断に対してクランク角や角加速度に基づく判断を加えたりすることができる。

２始動発電機
３センサ
１０バッテリ
１２イグニッション
１３燃料噴出手段
１４エンジン制御部
１５スロットルセンサ
２１ロータ
２２ステータ
２５３相コイル
２００ＥＣＵ
２０１３相インバータ
２０２通電制御部
２０３比較部
２０４算出部
２０５検出部

Claims

クランク軸に連結された始動発電機と、
エンジン停止条件が成立すると、点火及び燃料噴出を停止し、前記クランク軸を慣性回転させるエンジン停止制御と、
前記慣性回転時において、ピストンが次の圧縮上死点を越えられないと判断すると、前記ピストンが所定の位置で停止するよう前記始動発電機への通電を制御する回転停止制御と、
前記エンジンの始動時に、前記クランク軸が車両前進時の駆動方向に対する逆転方向へ駆動するよう前記始動発電機への通電を制御する逆転制御と、
前記逆転制御後、点火により前記クランク軸を車両前進時の駆動方向に対する正転方向へ駆動させる点火制御と
を行う制御部と
を有するエンジン始動装置において、
前記制御部が、
前記慣性回転時において、前記クランク軸の角速度が、前記ピストンが次の次の圧縮上死点を越えられない角速度未満、または、以下であると判断すると、直後の吸気行程から前記クランク軸の回転が停止するまでの各吸気行程において、燃料噴出手段が燃料を噴出する燃料噴出制御を行い、
前記慣性回転時において、前記クランク軸の角速度が、前記ピストンが次の圧縮上死点を越えられない角速度未満、または、以下であると判断すると、その後ピストンが膨張行程下死点付近の位置で停止するよう前記始動発電機への通電を制御する前記回転停止制御を行う
ことを特徴とするエンジン始動装置。
前記所定の位置は、膨張行程下死点付近の位置であって、排気弁が開いていない又は直前の吸気行程で吸気された燃料混合気体が再始動時に必要量残る程度開いている位置であること、
を特徴とする請求項１に記載のエンジン始動装置。
前記制御部が、
前記点火制御後、前記クランク軸が車両前進時の駆動方向に対する正転方向へ駆動するよう前記始動発電機への通電を制御する始動補助制御と、
前記始動補助制御後において、前記クランク軸の角速度が第三の閾値（車両の要求する始動補助に応じて適宜設定できる角速度）以上であると判断すると、前記始動補助制御を停止する始動補助停止制御と、
を行うことを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動装置。