JP7347016B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、スタータモータによって始動を行う内燃機関に関する。

高圧縮比の単気筒エンジンのようにピストンの圧縮反力が大きいエンジンで、スタータモータ（セルモータ）によってエンジン始動を行わせる場合、できるだけ小型軽量なスタータモータを用いたいという要求がある。

圧縮反力を低減して始動を容易にさせる手段として、デコンプ（デコンプレッション）機構が知られている（例えば、特許文献１）。デコンプ機構は、エンジン始動時の圧縮行程で、排気バルブを僅かに開放して燃焼室を減圧させるものである。より詳しくは、デコンプカムは排気カムから突出する位置に付勢されており、エンジン始動時の圧縮行程でデコンプカムを用いて排気バルブを僅かに開かせる。エンジン回転数（クランク軸の回転速度）が上昇すると、デコンプウエイトに加わる遠心力によってデコンプカムが排気カムの輪郭内に収容されて、デコンプ機構が非作動状態に切り替わる。このようなデコンプ機構を用いることにより、エンジンの始動性が向上する。

特許第５４４６９１９号公報

ところで、エンジンの始動性は、吸気系からの吸気量（吸気圧）などの影響を受ける。例えば、吸気される空気流量を調整するスロットルの開度を、アイドリング用の開度（アイドル開度）よりも大きくさせた状態でエンジンの始動を行わせると、燃焼室への吸気量が増すことにより、通常よりも圧縮反力が大きくなってしまう。すると、デコンプ機構を備えていても、エンジンを始動させるためのスタータモータの駆動力が不足してしまう場合がある。特に、エンジン回転数が上がってデコンプ機構が非作動状態に切り替わっていると、吸気量の増加に伴う圧縮反力の増大に対応することが難しく、スタータモータの駆動力で圧縮反力を乗り越えることができずにエンジン回転数が急激に低下するおそれがある。

エンジンの始動時にスタータモータからクランク軸に駆動トルクを伝達し、エンジンの運転状態ではクランク軸の駆動トルクをスタータモータに伝達させないための手段として、ワンウェイクラッチを用いる場合がある。エンジンの始動時に上述のようなクランク軸の回転数の急激な低下が生じると、クランク軸とスタータモータとの互いの速度に大きな差がある状態でワンウェイクラッチが急に再接続して衝撃を発生し、スタータモータからクランク軸までの動力伝達経路に大きなダメージを与えるおそれがある。

本発明は係る点に鑑みてなされたものであり、始動時におけるクランク軸の回転数の急激な低下による衝撃の発生を防止できる内燃機関を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関は、クランク軸に駆動トルクを伝えて内燃機関を始動させるスタータモータと、前記スタータモータの駆動トルクを前記クランク軸に伝達させ、前記クランク軸の駆動トルクを前記スタータモータに伝達させないワンウェイクラッチと、前記クランク軸の回転を検知するクランク角センサと、吸気通路の空気流量を制御するスロットルと、を備え、前記スロットルがアイドル開度よりも大きい開度であることが検出された状態で前記スタータモータを駆動して前記始動が行われた場合に、前記クランク角センサによって検知される前記クランク軸の減速度が所定値以上になると、前記スタータモータの駆動を停止することを特徴とする。

本発明の内燃機関によれば、スロットルがアイドル開度よりも大きい開度である状態で始動が行われた場合に、クランク軸の減速度が所定値以上になるとスタータモータの駆動を停止させるので、ワンウェイクラッチを介してスタータモータからクランク軸へ駆動トルクを再び伝達させる際の衝撃の発生を防止できる。つまり、内燃機関の始動時におけるクランク軸の回転数の急激な低下による衝撃の発生を防止できる。

エンジンの側面図である。 エンジンの概略構成を示す模式図である。 スタータ駆動機構の斜視図である。 動弁装置の斜視図である。 作動状態のデコンプ機構を示す側面図である。 非作動状態のデコンプ機構を示す側面図である。 エンジン始動時の吸気通路の圧力とエンジン回転数の関係を示すグラフであり、（Ａ）は通常のエンジン始動の場合、（Ｂ）はスロットル開度が大きくエンジン回転数が急激に低下した場合を示す。 本実施の形態のエンジン始動制御を示すグラフである。 本実施の形態のエンジン始動制御を示すフローチャートである。

以下、本発明を適用した実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１と図２は、本実施の形態の内燃機関であるエンジン１の外観と概略構成を示したものである。図３は、エンジン１の始動を行わせるためのスタータ駆動機構２を示している。図４から図６は、エンジン１に設けた動弁装置３と、その一部であるデコンプ機構４を示している。図７は、スロットルの開度の違いに応じたエンジン回転数の変化を示す図である。図８及び図９は、エンジン１の始動制御を説明するための図である。以下の説明中における上下、左右、前後などの各方向は、エンジン１を搭載する車両（自動二輪車）の車体を基準とした方向を意味する。

まず、図１と図２を参照してエンジン１の全体的な構成と制御システムを説明する。この制御システムは、エンジン１及びその周辺構成の動作を、ＥＣＭ（Engine Control Module）５で制御するように構成されている。

エンジン１は、自動二輪車用の単気筒４サイクルエンジンであり、図１に示すように、クランクケース１０の上部に、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２を取り付けて構成される。クランクケース１０内に形成されたクランク室にクランク軸１４（図２参照）が配置されている。クランク軸１４は左右方向に延びている。

図２に示すように、シリンダブロック１１の内部にはシリンダ１５が形成され、シリンダ１５内にピストン１６が往復移動可能に配置されている。クランク軸１４とピストン１６はコンロッドによって連結されており、ピストン１６が往復運動すると、クランク軸１４がコンロッドを介して回転される。

シリンダヘッド１２内にはシリンダ１５の上部に通じる燃焼室１７が形成され、燃焼室１７の上部には点火プラグ１８が設けられている。点火プラグ１８は、ＥＣＭ５から出力される点火信号に基づいて所定のタイミングで点火し、燃焼室１７内で燃料と空気の混合気を燃焼させる。混合気の燃焼によってピストン１６が往復運動され、クランク軸１４の回転動作として出力する。エンジン１の運転時におけるクランク軸１４の通常の回転方向を正転方向Ｒ１、これと反対のクランク軸１４の回転方向を逆転方向Ｒ２とする（図１及び図３参照）。クランク軸１４の回転角を検出するクランク角センサ１９を備え、クランク角センサ１９は検出値をＥＣＭ５に出力する。ＥＣＭ５は、クランク角センサ１９から入力される検出値に基づいて、エンジン回転数（クランク軸１４の回転速度）を算出する。

シリンダヘッド１２には、燃焼室１７に連通する吸気ポート２０と排気ポート２１が形成されている。吸気ポート２０を通じて混合気生成用の空気が流入し、燃焼室１７で燃焼した後の排気ガスが排気ポート２１を経て外部へ排出される。吸排気に関与する可動弁として、吸気ポート２０と燃焼室１７の間を開閉する吸気バルブ２２と、排気ポート２１と燃焼室１７の間を開閉する排気バルブ２３が設置されている。外気を取り入れるタイミング（吸気行程）で吸気バルブ２２が開かれ、排気ガスを排出するタイミング（排気行程）で排気バルブ２３が開かれる。

吸気ポート２０の上流端には吸気管２４が接続される。吸気ポート２０及び吸気管２４は、吸入空気を流入させる吸気通路を構成する。吸気管２４の途中には、上流側から順にエアクリーナ２５とスロットルバルブ２６が設けられている。エアクリーナ２５とスロットルバルブ２６の間の吸気通路中には、空気量センサ２７が設けられている。空気量センサ２７は、エアクリーナ２５を通過して吸気管２４内を流れる空気流量（吸入空気量）を検出し、その検出値をＥＣＭ５に出力する。

スロットルバルブ２６は、スロットル駆動装置２８によって開閉動作を行う。ＥＣＭ５の指令に応じてスロットル駆動装置２８がスロットルバルブ２６を駆動して開度を変更させることで、吸気管２４から吸気ポート２０へ進む吸入空気の流量（吸入空気量）を調整する。具体的には、空気量センサ２７で検出される吸入空気量を参照しながら、スロットルバルブ２６の開度が制御される。

スロットル駆動装置２８には、スロットルバルブ２６の開度を検出するスロットル開度センサ２９が設けられている。スロットル開度センサ２９は、スロットル駆動装置２８の動作状態に基づいてスロットルバルブ２６の開度を検出し、その検出値をＥＣＭ５に出力する。

スロットルバルブ２６の下流側には、吸気ポート２０内に燃料を噴射する燃料噴射装置としてのインジェクタ３０が設けられている。インジェクタ３０は、ＥＣＭ５の指令に応じて吸気ポート２０内に所定量の燃料を所定のタイミングで噴射する。

排気ポート２１の下流端には排気管３１が接続される。排気ポート２１及び排気管３１は、排気ガスを排出する排気通路を構成する。排気管３１には、不図示の触媒やマフラが接続される。

乗員によるアクセル３２の操作は、アクセルポジションセンサで検出されて、アクセル開度情報を含むアクセル操作信号としてＥＣＭ５に入力される。ＥＣＭ５は、アクセル操作信号に応じて、点火プラグ１８、スロットルバルブ２６、インジェクタ３０などの動作を制御する。具体的には、アクセル操作信号による出力要求が大きくなると、ＥＣＭ５は、スロットルバルブ２６の開度を大きくすると共に、インジェクタ３０からの燃料噴射を増加させる。

なお、電動式のスロットル駆動装置２８ではなく、乗員が操作するアクセルグリップとスロットルボディをワイヤで接続して、ワイヤの牽引量に応じてスロットルバルブ２６の開度を機械的に変化させるタイプのスロットル装置であってもよい。また、スロットルバルブ２６の開度の検出は、アクセル開度を検知するアクセルポジションセンサの出力に基づいて行ってもよい。

図１に示すように、クランクケース１０の右側面にはクラッチカバー３３が取り付けられる。クランクケース１０とクラッチカバー３３の間には、クラッチ機構（不図示）を収納するクラッチ室（不図示）が形成される。クランク軸１４の回転は、クラッチ機構を経て変速機構（不図示）に伝達され、自動二輪車の駆動輪（後輪）を駆動させる駆動力として取り出される。

クランクケース１０の左側面には、左方に向けて外囲壁１０ａが突出している。外囲壁１０ａは、クランク軸１４を囲むように形成されている。外囲壁１０ａで囲まれた開口を塞ぐように、クランクケース１０の左側に発電機カバー（不図示）が取り付けられる。発電機カバーは、外囲壁１０ａの端面である合わせ面に当接してクランクケース１０に固定される。この状態で、クランクケース１０と発電機カバーによって囲まれる発電機室が形成される。図１は発電機カバーを外した状態である。

発電機室内にはクランク軸１４の一端が突出しており、クランク軸１４の回転によって発電を行う発電機３４が発電機室内に設けられている。発電機３４は、クランク軸１４に固定される有底の円筒形状のロータ３４ａと、ロータ３４ａの内径側に位置するコア（コイル）３４ｂを有している。ロータ３４ａは磁性体からなり、エンジン１の運転状態ではクランク軸１４の回転に伴ってロータ３４ａが回転し、コア３４ｂを通る磁束密度が変化し、電磁誘導によってコア３４ｂに電流が発生する。発電機３４で発生するのは交流電流であり、整流器（不図示）で直流に変換して電圧調整回路（不図示）で電圧を一定以下に制御する。こうして発電機３４を用いて得られた電力は、バッテリー３５（図２参照）に充電され、エンジン１を搭載した自動二輪車の電装系に供給される。

続いて、図１と図３を参照して、スタータ駆動機構２の構成を説明する。クランクケース１０の上部には、スタータモータ４０が取り付けられている。スタータモータ４０は、バッテリー３５からの電力供給を受けて駆動される。スタータモータ４０の本体部から左方に向けて出力軸４０ａが突出している。出力軸４０ａは発電機室内に挿入されている。発電機室内には、発電機３４の後部上方に、３つのスタータアイドルギヤ４１，４２，４３が配されている。出力軸４０ａはスタータアイドルギヤ４１に噛合しており、スタータアイドルギヤ４１からスタータアイドルギヤ４２，４３の順で出力軸４０ａの回転を減速して伝達するギヤ列を構成している。

スタータモータ４０は、乗員によるスタータスイッチ４６（図２）の操作（スタータスイッチ４６の押し込みなど）によって、バッテリー３５から通電されて駆動する。スタータスイッチ４６が操作されると、操作信号がＥＣＭ５に入力され、スタータモータ４０を駆動するモータドライバにＥＣＭ５が駆動信号を送る。乗員によるスタータスイッチ４６の操作が解除されると、ＥＣＭ５はモータドライバに停止信号を送り、スタータモータ４０が停止する。

図３に示すように、スタータ駆動機構２はワンウェイクラッチ４４を備えている。ワンウェイクラッチ４４は、スタータギヤ４４ａと外輪４４ｂと内輪４４ｃを有している。スタータギヤ４４ａの周縁には、スタータアイドルギヤ４３が噛合する歯が形成されている。スタータギヤ４４ａの中心部には円筒部４４ｄが設けられ、円筒部４４ｄと外輪４４ｂの間に内輪４４ｃが配置されている。

外輪４４ｂは、内輪４４ｃを囲む形状であり、発電機３４のロータ３４ａ（図１）に対して固定されている。ロータ３４ａはクランク軸１４に固定されているので、外輪４４ｂはクランク軸１４と一体に回転する。内輪４４ｃには、回転方向に位置を異ならせて複数のローラ（不図示）が保持されている。各ローラは、外輪４４ｂの内周側に形成したカム面（不図示）と、スタータギヤ４４ａの円筒部４４ｄの外周面に対して接触する。各ローラが配置されている外輪４４ｂと円筒部４４ｄの間の空間を、収容空間とする。

ワンウェイクラッチ４４における各ローラの収容空間は、正転方向Ｒ１に進むほど半径方向に狭く（外輪４４ｂのカム面と円筒部４４ｄの外周面との間の半径方向間隔が小さく）なっている。ワンウェイクラッチ４４には、正転方向Ｒ１（収容空間が半径方向に狭くなる方向）に向けて各ローラを付勢する付勢部材（不図示）が設けられている。付勢部材はバネなどからなる。

このワンウェイクラッチ４４の構成により、スタータモータ４０の駆動力が伝達されたスタータギヤ４４ａが正転方向Ｒ１に回転すると、各ローラが外輪４４ｂのカム面と円筒部４４ｄの外周面に対する接触面圧によって楔のように作用して、スタータギヤ４４ａと外輪４４ｂが正転方向Ｒ１に一体的に回転するようになる。これにより、エンジン１が停止している状態でスタータモータ４０を駆動させると、正転方向Ｒ１への駆動トルクがクランク軸１４に伝達されて、エンジン１を始動させることができる。エンジン１の始動が終了してスタータモータ４０の駆動を止める（スタータスイッチ４６の操作を解除する）と、スタータギヤ４４ａが回転を停止する。

エンジン１の運転中には、クランク軸１４と共に外輪４４ｂが正転方向Ｒ１に回転する。このとき、正転方向Ｒ１への外輪４４ｂの回転速度が、正転方向Ｒ１へのスタータギヤ４４ａの回転速度を上回っていると（スタータギヤ４４ａが停止している場合も含む）、各ローラは収容空間のうち半径方向に広くなる側に進もうとするため、外輪４４ｂと円筒部４４ｄに対する各ローラの接触面圧（楔の効果）が解除される。従って、所定以上のエンジン回転数であるエンジン１の運転中には、ワンウェイクラッチ４４は、クランク軸１４の駆動トルクをスタータギヤ４４ａやスタータモータ４０に伝えないフリー状態になる。

このように、ワンウェイクラッチ４４は、エンジン１の始動時にスタータモータ４０の駆動トルクをクランク軸１４に伝達し、エンジン１の運転中のクランク軸１４の駆動トルクをスタータモータ４０側に伝達しないという機能を有する。

なお、エンジン１が停止に近い状態（回転数が低い場合など）にあるとき、ピストン１６に対する圧縮反力などを受けてクランク軸１４が逆転方向Ｒ２に回転しようとする場合がある。クランク軸１４が逆転方向Ｒ２に回転すると、ワンウェイクラッチ４４の各ローラの接触面圧を高める（楔の効果が生じる）方向に外輪４４ｂが回転する。このとき、停止状態のスタータモータ４０によってスタータギヤ４４ａの回転が規制されていると、各ローラを介して外輪４４ｂの回転が制限され、逆転方向Ｒ２へのクランク軸１４の回転を止めるように作用する。

続いて、主に図４から図６を参照して、吸気バルブ２２と排気バルブ２３の開閉動作を行わせる動弁装置３の構成を説明する。吸気バルブ２２と排気バルブ２３は周知のものであるため、詳細な構成の説明は省略する。吸気バルブ２２と排気バルブ２３はそれぞれ、バルブスプリング（不図示）によって閉じ方向に付勢されており、ロッカーアーム（不図示）の揺動によって開閉動作を行う。動弁装置３は、クランク軸１４の回転に同期して、吸気バルブ２２用のロッカーアームと、排気バルブ２３用のロッカーアームを所定のタイミングで揺動させる。なお、ロッカーアームを介さずに、吸気カムや排気カムがタペットを押圧して吸気バルブや排気バルブの動作を行わせるタイプの動弁装置であってもよい。

動弁装置３は、シリンダヘッド１２の上部に形成される動弁室内に配置されるカムシャフト４９とカムシャフト５０を備えている（図１参照）。カムシャフト４９，５０は、クランク軸１４と平行に左右方向へ延びている。カムシャフト４９には吸気カム５３が設けられており、カムシャフト５０には排気カム５４が設けられている。

動弁装置３のうち、排気バルブ２３の駆動に関与する部分を図４から図６に示した。カムシャフト５０は、軸受５１，５２を介してシリンダヘッド１２に対して回転可能に支持されている。カムシャフト５０には、軸方向に位置を異ならせて、２つの排気カム５４とカムスプロケット５５が設けられている（固定されている）。クランク軸１４と一体に回転するカムドライブギヤ（不図示）とカムスプロケット５５の間にカムチェーン（不図示）が架け渡されており、クランク軸１４の回転がカムチェーンを介してカムスプロケット５５に伝達される。従って、エンジン１の運転中には、クランク軸１４に同期してカムシャフト５０が回転する。クランク軸１４の正転方向Ｒ１への回転に対応するカムシャフト５０の回転方向を正転方向Ｒ１１、クランク軸１４の逆転方向Ｒ２への回転に対応するカムシャフト５０の回転方向を逆転方向Ｒ１２とする（図４から図６参照）。

詳細な説明を省略するが、吸気カム５３を備えたカムシャフト４９は、カムシャフト５０と同様の機構（カムチェーンやカムスプロケット）を介して、クランク軸１４に同期して回転される。

吸気カム５３と排気カム５４の周面にはカム面が形成されている。吸気カム５３のカム面に対して、吸気バルブ２２側のロッカーアーム（不図示）に設けたカムフォロアが当接し、排気カム５４のカム面に対して、排気バルブ２３側のロッカーアーム（不図示）に設けたカムフォロアが当接している。カムシャフト４９，５０が回転すると、吸気カム５３と排気カム５４のそれぞれのカム面に対するカムフォロアの当接位置が変化して各ロッカーアームが揺動を行い、吸気バルブ２２と排気バルブ２３がそれぞれ所定のタイミングで開閉動作を行う。

排気カム５４のカム面は、ベース円部５４ａとリフト制御部５４ｂを含んでいる。ベース円部５４ａは、カムシャフト５０の回転中心からの半径が小さい円形（円筒）状部分である。リフト制御部５４ｂは、ベース円部５４ａに対して外径側への突出量を大きくした非円形の形状である。

排気バルブ２３用のロッカーアームのカムフォロアが、排気カム５４のベース円部５４ａに対向する状態では、バルブリフト量がゼロであり、排気バルブ２３が閉じている。

正転方向Ｒ１１へのカムシャフト５０の回転に伴い、リフト制御部５４ｂがロッカーアームのカムフォロアに当接すると、バルブスプリングの付勢力に抗して排気バルブ２３のリフト動作が開始される。リフト制御部５４ｂのうち外径方向に最も突出した部分がカムフォロアに当接する時点で、排気バルブ２３のバルブリフト量（開度）が最大になる。

さらに正転方向Ｒ１１へカムシャフト５０が回転すると、リフト制御部５４ｂによるロッカーアームへの押圧が徐々に解除され、バルブスプリングの付勢力によって排気バルブ２３のリフト量が徐々に小さくなる。そして、ベース円部５４ａがカムフォロアに対向する状態で、排気バルブ２３が閉じる。

詳細な説明を省略するが、吸気カム５３のカム面は、排気カム５４と同様にベース円部５３ａとリフト制御部５３ｂを含んでおり、カムシャフト４９の回転に応じて吸気バルブ２２の開度を変化させる。

カムシャフト５０の周面の一部には、軸方向に延びる収容溝５０ａが形成されている。収容溝５０ａは、軸方向で排気カム５４からカムスプロケット５５にかけての範囲に形成されている。２つの排気カム５４のうち一方には、ベース円部５４ａの周面の一部を切り欠いて、収容溝５０ａに連通する収容凹部５４ｃが形成されている。カムスプロケット５５には、収容溝５０ａの延長上に位置する円形の貫通孔５５ａが形成されている。

動弁装置３は、エンジン１の始動時に排気バルブ２３を僅かに開かせて（開度を与えて）圧縮反力を低減させるデコンプ動作を行うデコンプ機構４を備えている。デコンプ機構４は、デコンプカムシャフト５６とデコンプウエイト５７を有している。

デコンプカムシャフト５６は、カムシャフト５０の軸方向に延びる円柱状の部材であり、収容溝５０ａに収容されている。デコンプカムシャフト５６は、軸受５２の内側を通過しており、収容溝５０ａの内面と軸受５２とを介して、デコンプカムシャフト５６自身の軸線を中心とする回転が可能に支持されている。

デコンプカムシャフト５６の一方の端部にはデコンプカム５８が形成されている。デコンプカム５８は、円柱状のデコンプカムシャフト５６の一部を切り欠いた形状（Ｄカット形状）をなし、切り欠かれていない部分に相当する円筒面部５８ａと、切り欠かれた部分に相当する平面部５８ｂとを有している。

図５に示すように、円筒面部５８ａは、収容凹部５４ｃの外側に向いたときに、ベース円部５４ａよりも外径方向に突出する形状（寸法）である。図６に示すように、平面部５８ｂは、収容凹部５４ｃの外側に向いたときに、ベース円部５４ａに対して外径方向に突出せずに収容凹部５４ｃ内に収容される形状（寸法）である。つまり、カムシャフト５０に対するデコンプカムシャフト５６の回転に応じて、デコンプカム５８は、排気カム５４のベース円部５４ａに対して外径方向に突出する突出位置（図５）と、突出しない格納位置（図６）に変化する。

デコンプカムシャフト５６の他方の端部は、貫通孔５５ａを貫通してデコンプウエイト５７に接続している。デコンプウエイト５７は、カムスプロケット５５の一方の側面に沿って配置されており、デコンプカムシャフト５６と一体的に回転（揺動）する。デコンプウエイト５７は、デコンプカムシャフト５６に接続する基端部５７ａから、Ｌ字状のアーム５７ｂを延出させている。図５及び図６に示すように、アーム５７ｂは、カムスプロケット５５の外周付近に沿って逆転方向Ｒ１２へ延びる鈎状の形状を有している。

図４に示すように、カムスプロケット５５に支持プレート５９が取り付けられている。支持プレート５９は、カムスプロケット５５との間にデコンプウエイト５７を支持して、軸方向でのデコンプカムシャフト５６及びデコンプウエイト５７の位置を定める。また、支持プレート５９の所定部位にデコンプウエイト５７が当接することによって、デコンプウエイト５７の揺動範囲が定められる。具体的には、デコンプカム５８の突出位置（図５）と、デコンプカム５８の格納位置（図６）が、デコンプウエイト５７の揺動範囲の一端と他端になるように構成されている。

デコンプウエイト５７は、図５及び図６に模式的に表すバネ６０によって、デコンプカム５８を突出位置にさせる方向（図５及び図６の時計方向）に向けて付勢されている。バネ６０は、例えばコイルバネやトーションバネなどで構成されるものであり、具体的な形態は限定されない。

カムシャフト５０が回転すると、カムシャフト５０の回転中心から偏心して設けられたデコンプウエイト５７が、遠心力によってデコンプカムシャフト５６を中心として揺動する。より詳しくは、カムシャフト５０が正転方向Ｒ１１に回転すると、デコンプウエイト５７を図５及び図６で反時計方向に揺動させる遠心力が働く。この遠心力がバネ６０の付勢力を超えると、デコンプウエイト５７が揺動して、デコンプカム５８が突出位置（図５）から格納位置（図６）に回転する。

以上の構成のデコンプ機構４は、次のように動作する。エンジン１の停止状態では、カムシャフト５０が回転しておらず、デコンプウエイト５７に対して遠心力が作用していない。そのため、図５に示すように、バネ６０の付勢力によってデコンプカム５８が突出位置に保持されて、デコンプ機構４は作動状態にある。

停止状態のエンジン１を始動させるとき、スタータモータ４０の駆動によってクランク軸１４が正転方向Ｒ１に回転し、これに応じてカムシャフト５０が正転方向Ｒ１１に回転する。すると、圧縮行程において、ベース円部５４ａよりも外径方向に突出するデコンプカム５８の円筒面部５８ａによって、排気バルブ２３用のロッカーアームが押圧されて、排気バルブ２３が僅かにリフトされる。これにより、排気通路への圧抜きが行われて圧縮反力が低減されて、スタータモータ４０の駆動力によってピストン１６が圧縮上死点を超えることができる。従って、小型のスタータモータ４０を用いて、高圧縮比の単気筒エンジンであるエンジン１における確実な始動を実現できる。

エンジン１が始動してクランク軸１４が所定の回転速度（アイドル状態の回転速度）まで達すると、クランク軸１４に同期して回転するカムシャフト５０に支持されているデコンプウエイト５７が、遠心力によってバネ６０の付勢力に抗して揺動する。すると、デコンプウエイト５７に接続しているデコンプカムシャフト５６のデコンプカム５８が、図５の突出位置から図６の格納位置へと回転する。これにより、平面部５８ｂが外径側を向き、デコンプカム５８（円筒面部５８ａ）が収容凹部５４ｃ内に格納されてベース円部５４ａよりも突出しない状態、すなわちデコンプ機構４の非作動状態になる。デコンプ機構４の非作動状態では、圧縮行程でデコンプカム５８（円筒面部５８ａ）による排気バルブ２３のバルブリフトが行われず、エンジン１はデコンプ動作を伴わない通常の運転を行う。

エンジン１の運転が停止してクランク軸１４の回転速度が所定以下になると、デコンプウエイト５７に働く遠心力が減少し、バネ６０の付勢力によってデコンプウエイト５７が揺動し、デコンプカム５８が格納位置（図６）から突出位置（図５）に回転する。これにより、デコンプ機構４が作動する状態で次のエンジン始動を行うことができる。

ところで、高圧縮比のエンジンでは所定の条件下において、始動途中でエンジン回転数が急速に低下して停止してしまうおそれがある。具体的には、スロットル開度を所定以上に（アイドル開度よりも）大きく開けながら始動させた場合が該当する。

図７（Ａ）のグラフは、スロットルバルブ２６をアイドル開度にした状態、すなわち適切な吸気状態で、スタータモータ４０を駆動してクランキングした場合を示している。図７（Ａ）におけるＭ１は、吸気通路（吸気管２４及び吸気ポート２０）のうちスロットルバルブ２６よりも下流側の圧力変化を示し、Ｎ１はエンジン回転数（クランク軸１４の回転速度）の変化を示している。

エンジン１が停止する際に、惰性で正転方向Ｒ１に回転するクランク軸１４は、圧縮行程での圧縮反力による抵抗を受けることにより、停止してから逆転方向Ｒ２へ回転しようとする。上述のように、クランク軸１４が逆転方向Ｒ２に回転すると、ワンウェイクラッチ４４がクランク軸１４の回転を止めるように作用する。従って、エンジン停止時のクランク軸１４の停止位置は、圧縮行程での特定範囲に集中する傾向がある。

乗員によるスタータスイッチ４６の操作で、スタータモータ４０の駆動が開始される。図７（Ａ）に、クランキングの１回目の着火サイクルを示した。エンジン停止状態からスタータモータ４０を駆動すると、圧縮行程での圧縮反力に抗してクランク軸１４が正転方向Ｒ１に回転する。ここで、デコンプ機構４が作動状態になっており、排気バルブ２３を僅かに開いて圧縮反力を低減させながらクランク軸１４を回転させるので、スタータモータ４０の駆動力によって最初の圧縮上死点を超えさせることができる。そして、クランク軸１４が圧縮上死点を超えるとエンジン回転数が急激に増加する。

エンジン回転数が上昇すると、デコンプ機構４のデコンプウエイト５７が遠心力によって揺動して、デコンプカム５８が突出位置（図４）から格納位置（図５）に回転する。つまり、デコンプ機構４が非作動状態になる。

クランク軸１４の膨張下死点から排気上死点まではエンジン回転数が漸減する。また、クランク軸１４の排気上死点付近で吸気バルブ２２が開かれて吸気行程に入ると、吸気通路（吸気ポート２０、吸気管２４）が負圧になる。

ここで、スロットルバルブ２６がアイドル開度である場合は、吸気通路からの吸気量（外気の取り込み量）が制約されており、燃焼室１７側への吸気によってスロットルバルブ２６から吸気ポート２０までの負圧が大きくなる。そして、燃焼室１７への吸気量が少ないため、クランク軸１４が吸気下死点を越えて圧縮行程に入ったときの圧縮反力が抑えられる。その結果、図７（Ａ）に示すように、圧縮行程でのエンジン回転数の落ち込みが抑制され、デコンプ機構４が非作動状態になっていても、クランク軸１４の慣性力によって２回目の圧縮上死点を超えさせることができ、エンジン停止に至らずに次の着火サイクルに進むことができる。

図７（Ｂ）のグラフは、スロットルバルブ２６をアイドル開度よりも所定以上開けた状態、すなわち過度な吸気状態で、スタータモータ４０を駆動してクランキングした場合を示している。図７（Ｂ）におけるＭ２は、吸気通路（吸気管２４及び吸気ポート２０）のうちスロットルバルブ２６よりも下流側の圧力変化を示し、Ｎ２はエンジン回転数（クランク軸１４の回転速度）の変化を示している。

図７（Ｂ）の場合、１回目の着火サイクルの排気上死点付近までは、上述した図７（Ａ）の場合と同様に推移する。しかし、スロットルバルブ２６の開度が大きく吸気量が多くなるため、排気上死点付近からの吸気行程では吸気通路の負圧の程度が小さくなり、吸気下死点付近からの圧縮行程では吸気通路が大気圧相当になる。これにより、図７（Ａ）の場合に比して圧縮反力が大きくなる。また、デコンプカム５８が格納位置になってデコンプ機構４が非作動状態になっていると、燃焼室１７の減圧を行えない。これらの要因によって、図７（Ｂ）に示すように、クランク軸１４の慣性エネルギーが圧縮行程での圧縮反力を超えることができずに、２回目の圧縮上死点付近でエンジン回転数が急激に低下してしまい、エンジン停止に至る。

特に、エンジン１を搭載した車両でレースに参加している最中にエンジンストールなどを起こした場合、乗員は一刻も早く走行に復帰したいという心理状況から、アクセル３２を過剰に操作しながらエンジン始動を行わせるおそれがある。すると、このような吸気過多による始動エラーでのエンジン停止が生じやすくなる。

クランク軸１４とスタータモータ４０との間に設けたワンウェイクラッチ４４は、クランク軸１４側の回転数（エンジン回転数）がスタータモータ４０側の回転数よりも相対的に高い場合には、回転伝達を行わずにスタータモータ４０を無負荷で回転させるフリー状態になる。そのため、図７（Ａ）のようにエンジン１が適切に始動した場合には、エンジン回転数が所定以上になった段階で、ワンウェイクラッチ４４を介した動力伝達が解除され、スタータモータ４０を継続して駆動させていても問題が生じない。

これに対し、図７（Ｂ）のようにエンジン回転数が急激に低下した場合、スタータモータ４０の駆動（通電）を継続させていると、エンジン回転数がスタータモータ４０の回転数を下回った段階でワンウェイクラッチ４４の回転伝達（再接続）が急激に生じる。すると、無負荷で仕様上の最高速の回転を行っているスタータモータ４０側と、急停止したクランク軸１４側との動作量の差によって、大きな衝撃が発生してしまうおそれがある。この衝撃は、スタータ駆動機構２を構成する部品にダメージを与えたり、大きな異音を発生させたりする。

このような不具合を防ぐべく、本実施の形態のエンジン１では、次のような制御及び動作を行わせる。ＥＣＭ５は、エンジン１の始動時に、クランク角センサ１９の出力信号に基づいて、エンジン回転数の減速度Ｘ（単位時間あたりの回転数低下の程度）を継続的に監視する。図８のグラフに示すように、減速度Ｘが所定の閾値を超えたことが検知された場合に、ＥＣＭ５は、スタータモータ４０の駆動を制御するモータドライバに、スタータモータ４０への通電を遮断するように信号を送り、スタータモータ４０の駆動を停止させる。このスタータモータ４０の駆動停止は、乗員の操作によってスタータスイッチ４６が継続的にオンされている場合でも、ＥＣＭ５の制御によって強制的に実行される。

スタータモータ４０が最高速で回転している場合に、ワンウェイクラッチ４４がフリー状態と接続状態に切り替わるエンジン回転数の境界値Ｚを図８に示した。エンジン回転数が境界値Ｚよりも高い間は、ワンウェイクラッチ４４がフリー状態になり、エンジン回転数が境界値Ｚよりも低くなると、ワンウェイクラッチ４４が接続状態になる。

図８に示すように、エンジン回転数の減速度Ｘに基づくスタータモータ４０の駆動停止は、圧縮反力を超えられずにエンジン１の回転が急減速して境界値Ｚまで下降するよりも前の段階で行われている。換言すれば、エンジン１の回転数が境界値Ｚに達する段階ではスタータモータ４０が既に停止しているように、スタータモータ４０の停止制御の実行条件であるエンジン回転数の減速度Ｘの閾値が設定されている。

これにより、スタータスイッチ４６が継続して操作されている状況下で、ワンウェイクラッチ４４が衝撃を伴って急激に接続することを防ぎ、上述した過大な衝撃を発生させずにスタータ駆動機構２の構成部品などを保護することができる。

モータ停止から所定時間Ｔの経過後に、ＥＣＭ５はモータドライバにスタータモータ４０の駆動信号を送り、スタータモータ４０に通電してスタータモータ４０を再駆動させる。エンジン１の構成やスペックによって適切な所定時間Ｔは異なるが、一例として、所定時間Ｔを０．１～０．５秒程度に設定するとよい。所定時間Ｔの経過後は、回転停止又はそれに近い状態にあるクランク軸１４に対して、再駆動するスタータモータ４０から駆動力が伝達されるので、ワンウェイクラッチ４４での急激な接続による衝撃が発生せず、スムーズに動作させることができる。

エンジン回転数の減速度Ｘに基づくスタータモータ４０の停止と再駆動は、ＥＣＭ５によるエンジン始動制御の一環として自動的に行われ、乗員の特別な操作を要さない。また、所定時間Ｔの経過後にスタータモータ４０を自動的に再駆動させるので、乗員がスタータスイッチ４６を繰り返しオンオフ操作する必要がない。すなわち、エンジン始動時に、乗員がスタータスイッチ４６をオンする通常の操作だけを行えばよく、操作の手間がかからない。特に、レースの最中などで乗員が焦ってスタータスイッチ４６を押し続けても、スタータモータ４０やその周辺構造を衝撃や損傷から自動的に保護できる。

図９のフローチャートを参照して、本実施の形態におけるエンジン１の始動制御の流れについて説明する。ステップＳ１では、スタータスイッチ４６の操作の有無をチェックする。スタータスイッチ４６の操作が検知された場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、当該操作によるスタータモータ４０の駆動指示が継続しているかを、ステップＳ２でチェックする。駆動指示が継続的なものである場合（ステップＳ２のＹＥＳ）、ステップＳ３に進み、ＥＣＭ５が駆動信号を発してスタータモータ４０の駆動を開始させる。また、ＥＣＭ５は、着火サイクルにおける所定のタイミングでの点火プラグ１８の点火を実行させる。

スタータモータ４０の駆動開始後に、ステップＳ４でエンジン回転数（クランク軸１４の回転速度）の減速度が所定値（閾値）以上になったか否かを判定する。この判定は、クランク角センサ１９の出力信号を参照してＥＣＭ５が行う。減速度が所定値以上にならない場合（ステップＳ４のＮＯ）、つまり、クランク軸１４が所定以上の回転速度を維持している場合は、スタータモータ４０を継続的に駆動させていても支障が無い状態であるため、スタータモータ４０の駆動を続けながらステップＳ２とステップＳ４の判定を継続的に行う。

エンジン回転数の減速度が所定値以上になった場合は（ステップＳ４のＹＥＳ）、ステップＳ５に進み、ＥＣＭ５がスタータモータ４０への通電を停止するように制御し、スタータモータ４０の駆動を停止させる。また、ステップＳ５では、ＥＣＭ５が点火プラグ１８の点火実行を停止させる。これにより、スロットルバルブ２６の開度が大きすぎるなどの原因で、スタータモータ４０の駆動力が圧縮反力の大きさを超えられずにクランク軸１４の回転が急停止するような状態になったとしても、ワンウェイクラッチ４４の再接続による過大な衝撃の発生を防ぐことができる。

ＥＣＭ５は、ステップＳ５でのスタータモータ４０の駆動停止からタイムカウントを行い、ステップＳ６で所定時間（図８のＴに相当）を経過したか否かを判定する。スタータモータ４０の駆動停止から所定時間が経過したら（ステップＳ６のＹＥＳ）、ステップＳ２に戻り、スタータ駆動指示が継続しているか否かをチェックする。スタータ駆動指示が継続している場合（ステップＳ２のＹＥＳ）、ＥＣＭ５はスタータモータ４０の再駆動を行わせる（ステップＳ３）。

ステップＳ１の判定とステップＳ２の判定のいずれかでＮＯである場合、すなわちスタータスイッチ４６が操作されない場合や、スタータスイッチ４６の継続的な操作（スタータモータ４０の駆動指示）が解除された場合には、始動制御を終えて図９の制御フローから抜ける。

例えば、エンジン１が適正に始動してアイドリング状態に移行したことを確認した場合には、乗員はスタータスイッチ４６の継続的な操作を解除するので、当該操作解除に伴ってステップＳ２の判定がＮＯになる。

また、スロットルバルブ２６の開度が大きいままで、スタータモータ４０の駆動力が圧縮反力を超えることができない状態が継続すると、スタータモータ４０が時間をおいて停止と再駆動を繰り返す状態（図９のステップＳ２からステップＳ６をループする状態）になる。このようなスタータモータ４０の挙動によって、エンジン始動に何らかのエラーが生じていることを認知した乗員が、スタータスイッチ４６の継続的な操作を解除すると、ステップＳ２の判定がＮＯになる。

なお、上記の制御フローは、エンジン１を始動させる際に、乗員がスタータスイッチ４６を継続的に操作する形態と、乗員がスタータスイッチ４６を一時的に操作する形態（スタータスイッチ４６を一度押したら離すタイプの操作）のいずれにも対応することが可能である。乗員がスタータスイッチ４６を一時的に操作する形態では、ステップＳ２において、スタータスイッチ４６への操作入力から所定時間が経過するまで、スタータモータ４０の継続的な駆動指示が行われているという判定にする。

乗員への認知性を高めるために、ステップＳ５でのスタータモータ４０の駆動停止を行う場合に、音や表示などによる報知手段を用いて警告を発するように制御してもよい。これにより、エンジン始動にエラーを生じさせる操作（スロットルバルブ２６の開度を過度に大きくさせる無理なアクセル操作など）が行われていることを乗員に知らせて、当該操作を解除させるように促すことができる。

オプションとして、スタータモータ４０の停止と再駆動の回数に規定値を設定しておき、スタータモータ４０の停止と再駆動のカウント数が上記規定値を超えるか否かを判定するステップを追加してもよい。そして、規定値を超える回数のモータ停止と再駆動が行われた場合には、乗員がスタータスイッチ４６の継続的な操作を行っていても、始動制御を中止してスタータモータ４０を再駆動させないようにする。これにより、エンジン始動にエラーを生じさせる操作が解消されずに始動要求が継続している場合でも、スタータモータ４０を保護することができる。

以上のように、本実施の形態によるエンジン１の始動制御では、エンジン停止に至るようなクランク軸１４の急な減速が検出された場合に、スタータモータ４０の駆動を停止させるので、ワンウェイクラッチ４４が再接続する際の大きな衝撃を防ぐことができる。その結果、エンジン１の構成要素、特にスタータ駆動機構２からクランク軸１４までの駆動力伝達系を保護して、部品破損のリスクを低減できる。

また、スタータモータ４０を、吸気系からの吸気量が過大な場合でも圧縮反力に抗してエンジン始動を可能にする高出力なものにする必要がなく、小型で軽量なスタータモータ４０を採用できる。

スタータモータ４０の駆動停止は、クランク軸１４の減速度を検出してＥＣＭ５が自動で制御するため、乗員が複雑な操作を行う必要がない。また、クランク角センサ１９などの検出結果に基づいてＥＣＭ５の制御によって実現されるため、特別な部品を設ける必要が無く、エンジン１を大型化させずに低コストに得ることができる。

本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている構成や制御などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記実施形態のエンジン１は高圧縮比の単気筒エンジンであり、圧縮反力の大きさに対応するべく動弁装置３にデコンプ機構４を備えている。そして、デコンプ機構４が機能することを前提としてスタータモータ４０の駆動力が設定されているため、エンジン回転数が上昇してデコンプ機構４が非作動状態に切り替わった段階で吸気量が過大であると、図７（Ｂ）に示すようなエンジン回転数の急激な低下が生じやすいという問題がある。このような観点から、本発明は特に、デコンプ機構を備えた内燃機関への有用性が高い。しかし、エンジン始動時に吸気量が過大であることを起因とする圧縮反力の増大は、デコンプ機構の有無に関わらず生じるものであるため、本発明はデコンプ機構を備えていない内燃機関にも有用である。

上記実施形態では、スタータモータ４０の駆動停止と再駆動を行わせる判定要素として、エンジン回転数の減速度のみを参照している。これに加えて、スロットル開度センサ２９で検出するスロットルバルブ２６の開度などを参照して判定してもよい。エンジン回転数の急激な低下は、スロットルバルブ２６の開度（吸気量）以外の要因によっても生じ得る。スロットルバルブ２６の開度を判定要素に含めることで、エンジン回転数の急激な低下の原因がスロットルバルブ２６の開度（吸気量）にある場合にフォーカスした始動制御とすることができる。

言い換えれば、上記実施形態のようにエンジン回転数の減速度のみを参照したスタータモータ４０の駆動停止及び再駆動の制御は、スロットルバルブ２６の開度（吸気量）以外の要因でエンジン回転数の急激な低下が生じた場合にも適用が可能であり、有効性がある。つまり、ワンウェイクラッチ４４が再接続する際に大きな衝撃が生じるという事象全般への対策として適用可能である。

本発明の内燃機関は車両用のエンジンには限定されない。用途に関わりなく、同様の構成を備える内燃機関全般に適用が可能である。

以上説明したように、本発明は、内燃機関の始動時にエンジン回転数の急激な低下による衝撃の発生を防止できるという効果を有し、特に、小型軽量なスタータモータを用いる内燃機関に有用である。

１ ：エンジン
２ ：スタータ駆動機構
３ ：動弁装置
４ ：デコンプ機構
１４ ：クランク軸
１７ ：燃焼室
１９ ：クランク角センサ
２２ ：吸気バルブ
２３ ：排気バルブ
２６ ：スロットルバルブ（スロットル）
２９ ：スロットル開度センサ
３４ ：発電機
３５ ：バッテリー
４０ ：スタータモータ
４４ ：ワンウェイクラッチ
４６ ：スタータスイッチ
４９，５０ ：カムシャフト
５３ ：吸気カム
５４ ：排気カム
５６ ：デコンプカムシャフト
５８ ：デコンプカム

Claims (3)

1. クランク軸に駆動トルクを伝えて内燃機関を始動させるスタータモータと、
   前記スタータモータの駆動トルクを前記クランク軸に伝達させ、前記クランク軸の駆動トルクを前記スタータモータに伝達させないワンウェイクラッチと、
   前記クランク軸の回転を検知するクランク角センサと、
   吸気通路の空気流量を制御するスロットルと、を備え、
   前記スロットルがアイドル開度よりも大きい開度であることが検出された状態で前記スタータモータを駆動して前記始動が行われた場合に、前記クランク角センサによって検知される前記クランク軸の減速度が所定値以上になると、前記スタータモータの駆動を停止することを特徴とする内燃機関。
2. 前記スタータモータの前記駆動停止から所定時間経過後に、前記スタータモータを再駆動させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記始動時に排気バルブに開度を与えて燃焼室を減圧させるデコンプ動作が可能なデコンプ機構を備え、
   前記スタータモータの前記駆動停止が行われるときに、前記デコンプ機構が前記デコンプ動作を行わない状態にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。

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