JP7444767B2 - 始動失敗判定・検知装置及び始動失敗判定・検知方法 - Google Patents

Description

本開示は、エンジンの始動失敗を検知するための始動失敗判定・検知装置及び始動失敗判定・検知方法に関する。

エンジンの始動時にチョークバルブの開度を制御して空燃比を調整するように構成されたオートチョーク装置が提案されている。例えば、特許文献１には、エンジン始動時のエンジン温度を代表する温度情報を用いてチョークバルブの開度を決定するオートチョーク装置が開示されている。エンジン温度には、潤滑油温度、シリンダヘッド温度、冷却水温度等が使用されている。

特開２００５－２５６７５７号公報

ところで、エンジンの始動では、始動に失敗してクランキングのみが繰り返される場合がある。特許文献１には、エンジンの始動失敗を検知するための構成や始動失敗を回避するように開度制御を実行するための構成が開示されていない。なお、エンジンの回転数に基づいてエンジンの始動失敗を検知する手法が知られている。しかし、このような手法では、高価なセンサと複雑な処理が必要となるため、構成が複雑となる。

上述の事情に鑑みて、本開示は、簡易な構成でエンジンの始動失敗を検知することが可能な始動失敗判定・検知装置及び始動失敗判定・検知方法を提供することを目的とする。

本開示に係る始動失敗判定・検知装置は、
エンジンの点火コイルの温度を計測するための温度センサから温度計測値を取得するように構成された取得部と、
前記温度計測値の時間的推移に基づいて前記エンジンの始動失敗を検知するように構成された検知部と、
を備える。

本開示に係る始動失敗判定・検知方法は、
エンジンの点火コイルの温度を計測するための温度センサから温度計測値を取得するステップと、
前記温度計測値の時間的推移に基づいて前記エンジンの始動失敗を検知するステップと、
を含む。

本開示によれば、簡易な構成でエンジンの始動失敗を検知することが可能となる。

一実施形態に係る始動失敗判定・検知装置を備えるエンジンの全体構成を例示する概略図である。 一実施形態に係る始動失敗判定・検知装置の構成を概略的に示すブロック図である。 一実施形態に係る始動失敗判定・検知装置が始動失敗を検知する場合のコイル温度と回転数の時間的変化の一例を示す概念図である。 一実施形態に係る始動失敗判定・検知装置が使用する関係情報を説明するための図である。 一実施形態に係る始動失敗判定・検知装置が実行する処理の一例を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

（エンジンの全体構成）
図１は、一実施形態に係る始動失敗判定・検知装置１００を備えるエンジン１の全体構成を例示する概略図である。エンジン１は、小型農機具、草刈り機、田植え機、耕運機等の作業機械のエンジンであってもよいし、車両のエンジンであってもよい。図１に示すように、エンジン１のシリンダヘッドには、エンジン１に点火するための点火プラグ３と、吸気量及び排気量を調整するための吸気弁４及び排気弁５とが設けられる。エンジン１は、点火コイルの温度を計測するための温度センサ２を備える。

吸気弁４が設けられた吸気管６には、気化器（キャブレター）７が接続される。気化器７は下流側に配置されたスロットルバルブ８と、その上流に配置されたチョークバルブ９とを備える。気化器７には空気と燃料（不図示）が供給される。エンジン１の吸気通路に設けられたチョークバルブ９は、ステッピングモータ１１によって開閉駆動される。

図１に示すように、エンジン１は、エンジン１で駆動されることによって交流を発生するように構成された発電機１２に連結されていてもよい。エンジン１のクランク軸には手動始動のためのリコイルスタータ（図示せず）を連結されてもよい。

始動失敗判定・検知装置１００は、オートチョーク装置であってもよいし、オートチョーク装置と通信可能な装置であってもよい。幾つかの実施形態では、始動失敗判定・検知装置１００は、ステッピングモータ１１を駆動して、温度センサ２の温度に対応した適度な空燃比が得られるようにチョークバルブ９の開度を制御する。

（始動失敗判定・検知装置の構成）
以下、始動失敗判定・検知装置１００の構成について説明する。始動失敗判定・検知装置１００は、例えば、プロセッサを含む中央処理装置（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、及びＩ／Ｏインターフェイス等を備え、マイクロコンピュータとして構成される。

図２は、一実施形態に係る始動失敗判定・検知装置１００の構成を概略的に示すブロック図である。図２に示すように、始動失敗判定・検知装置１００は、温度計測値を取得するように構成された取得部１１０と、エンジン１の始動失敗を検知するように構成された検知部１２０と、チョークバルブ９の開度を制御するように構成された開度制御部１３０と、複数の関係情報を記憶するための記憶部１４０と、を備える。

取得部１１０は、エンジン１の点火コイルの温度を計測するための温度センサ２から温度計測値を取得する。検知部１２０は、取得部１１０が取得した温度計測値の時間的推移に基づいてエンジン１の始動失敗を検知する。開度制御部１３０は、エンジン１の始動時には、記憶部１４０に記憶されている関係情報を参照して、チョークバルブ９の開度を制御する。開度制御部１３０は、例えば、ステッピングモータ１１への入力パルス数を制御することによってチョークバルブ９の開度を制御する。

記憶部１４０が記憶する関係情報は、点火コイルの温度とチョークバルブ９の開度との関係性を示す情報である。関係情報は、マップであってもよいし、テーブルであってもよいし、関数であってもよい。

記憶部１４０は、始動失敗判定・検知装置１００が備えるＲＯＭ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリや、ＲＡＭなどの揮発性メモリであっても良いし、始動失敗判定・検知装置１００に接続された外部記憶装置であっても良い。また、記憶部１４０は、後述する制御処理を実行するためのプログラムを記憶していてもよい。

図３は、一実施形態に係る始動失敗判定・検知装置１００が始動失敗を検知する場合のコイル温度と回転数の時間的変化の一例を示す概念図である。曲線２１は、コイル温度の時間的推移を示し、曲線２２は回転数の時間的推移を示している。横軸は、始動制御開始時からの経過時間を示している。

図示の例では、エンジン１の始動を行うための点火コイルの通電とクランキングが繰り返されている。そのため、曲線２２が示すように、回転数が短時間において繰り返し上昇している。しかし、これらの回転数の上昇は、いずれも初爆に至らないクランキングであって始動に失敗していることを示している。そのため、回転数は、上昇後にすぐに下降している。このようなクランキングの繰り返しが続いても、エンジン１の始動ができないままとなるため、途中で始動失敗を検知する必要がある。

ここで、点火プラグ３のコイル温度に着目すると、曲線２１が示すように、コイル温度は、始動失敗によるクランキングが繰り返している間に、少しずつ上昇することがわかる。エンジン１の始動に成功した場合には、コイル温度はエンジン温度の上昇に伴って大きく上昇するが、始動に失敗する場合には、コイル温度は少ししか上昇しない。検知部１２０は、このようなコイル温度の温度上昇の挙動の違いを利用して始動失敗を検知する。リコイルスタータによる始動であっても、コイル温度は通常の始動制御の場合と同様に上昇するため、同様の原理で始動失敗を検知可能である。

例えば、検知部１２０は、始動制御開始時における温度計測値である初期コイル温度からの温度計測値の温度変位と温度計測値の所定時間における温度勾配とに基づいて始動失敗を検知する。検知部１２０は、温度変位が第１閾値以上であり、かつ温度勾配が第２閾値以下である場合に、始動失敗を検知するように構成されてもよい。

第１閾値及び第２閾値は、エンジン１の大きさ、搭載状態等に基づいて適正値に定められる。例えば、第１閾値は、２℃であり、所定時間は１００秒間であり、第２閾値は、０．０１℃／秒である。なお、第１閾値は、１℃以上１０℃未満の範囲内の値に設定されることが好ましい。所定時間は１０秒以上であることが好ましい。第２閾値は、０．０１℃／秒以上０．１℃／秒未満の範囲内の値に設定されることが好ましい。例えば、図３に示す例では、検知部１２０は、初期コイル温度Ｔ０に対して、温度勾配が第２閾値以上で温度変位が第１閾値ＴＸとなったときの経過時間ｔのタイミングで始動失敗を検知する。

図４は、一実施形態に係る始動失敗判定・検知装置１００が使用する関係情報を説明するための図である。例えば、図４に示すように、記憶部１４０には、２種類の関係情報が記憶される。破線３１は、通常の開度制御時に使用する関係情報を示し、実線３２は、始動失敗判定・検知時の開度制御時に使用する関係情報を示している。これらの関係情報は、いずれも、コイル温度が低い場合には開度が小さく、コイル温度が高い場合には開度が大きくなり、全開状態（例えば、開度９０％～１００％の状態）に近づく関係性を示している。また、図４に示す例では、通常の開度制御時に使用する関係情報では、チョークバルブ９の最低開度が全閉状態（例えば、開度０～１０％の状態）の開度であるのに対し、始動失敗判定・検知時の開度制御時に使用する第２関係情報では、チョークバルブ９の最低開度が全閉状態の開度ではない。

開度制御部１３０は、検知部１２０が始動失敗を検知した場合には、始動失敗を検知していない場合の始動時よりもチョークバルブ９の開度を大きくするように制御する。例えば、開度制御部１３０は、始動失敗判定・検知時に実線３２が示す関係情報を使用することにより、通常時に使用する破線３１が示す関係情報よりもチョークバルブ９の開度よりも開き気味に制御する。このような制御により、空気の流入量が増大して空燃比が下がるため、クランキングの繰り返しに伴って発生するかぶりを抑制できる。

図４には、２種類の関係情報のみが示されている。しかし、３種類以上の関係情報が使用されてもよい。３種類以上の関係情報を使用する構成では、例えば、コイル温度、回転数等の状態量等に応じて、関係情報が使い分けられてもよい。この場合において、開度制御部１３０は、検知部１２０が始動失敗を検知しているか否かに応じて複数の関係情報のうち一つの関係情報を選択し、選択した関係情報に基づいてチョークバルブ９の開度を制御してもよい。例えば、幾つかの関係情報は、図４に例示する破線３１に対する実線３２の開度の補正量を変更したものであってもよい。

始動失敗時の制御は、上記説明のようなチョークバルブ９の開度制御に限られない。例えば、始動失敗時の制御は、燃料供給量の制御であってもよい。すなわち、始動失敗判定・検知装置１００は、チョークバルブ９以外の装置を制御して空燃比を調整し、始動失敗を回避するように構成されてもよい。始動失敗時の制御であっても始動成功時の制御であっても、始動が成功した後は、開度制御部１３０は、チョークバルブ９の開度を大きくして通常のエンジン１の運転状態の開度に制御する。

始動失敗判定・検知装置１００が使用する関係情報は、一つの関数であってもよく、始動失敗判定・検知装置１００は、その関数に含まれる係数を適宜変更してもよい。始動失敗判定・検知装置１００は、このような係数の変更により、複数の関係情報を使用する構成と実質的に同一の機能を実現してもよい。

（処理の流れ）
以下、始動失敗判定・検知装置１００が実行する処理の流れについて説明する。図５は、一実施形態に係る始動失敗判定・検知装置１００が実行する処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、エンジン１の始動時に実行される。エンジン１の始動制御開始時には、チョークバルブ９は、運転状態の開度すなわち全開状態となるように制御され、その開度から以降の処理において温度計測値に応じた開度に制御される。

図５に示すように、始動失敗判定・検知装置１００は、エンジン１の点火コイルの温度を計測するための温度センサ２から温度計測値を取得する（ステップＳ１）。具体的には、まず、始動失敗判定・検知装置１００の取得部１１０は、初期コイル温度Ｔ０を取得及び記憶する。また、始動失敗判定・検知装置１００の取得部１１０は、その後の温度計測値の時間的推移を取得する。なお、取得部１１０は、温度計測値の時系列データをまとめて取得してもよいし、温度計測値が得られるたびに最新の温度計測値を取得してもよい。

始動失敗判定・検知装置１００は、取得した温度計測値の時間的推移に基づいてエンジン１の複数始動失敗か否かを判定する（ステップＳ２）。例えば、始動失敗判定・検知装置１００の検知部１２０は、コイル温度の変位と温度勾配を各々の閾値と比較して判別を行う。始動失敗であると判別した場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、始動失敗判定・検知装置１００の開度制御部１３０は、チョークバルブ９に対して始動失敗判定・検知時の開度制御を実行する（ステップＳ３）。一方、始動失敗でないと判別した場合（ステップＳ２；Ｎｏ）、始動失敗判定・検知装置１００の開度制御部１３０は、チョークバルブ９に対して通常時の開度制御を実行する（ステップＳ４）。これらの開度制御は、記憶部１４０の関係情報を利用してもよい。

なお、図５に示す一例では、失敗時と通常時の２種類の開度制御を使い分けている。しかし、始動失敗判定・検知装置１００の開度制御は、先に述べたように、３種類以上の開度制御を使い分けるものであってもよいし、関数のパラメータを適宜変更して実現されるものであってもよい。また、始動失敗判定・検知装置１００は、開度制御を行う構成に限られない。始動失敗判定・検知装置１００は、始動の失敗を検知し、その検知結果を他の装置に送信するように構成されてもよい。

本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、複数の実施形態を適宜組み合わせた形態も含む。

（まとめ）
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

（１）本開示に係る始動失敗判定・検知装置（１００）は、
エンジン（１）の点火コイルの温度を計測するための温度センサ（２）から温度計測値を取得するように構成された取得部（１１０）と、
前記温度計測値の時間的推移に基づいて前記エンジン（１）の始動失敗を検知するように構成された検知部（１２０）と、
を備える。

通常のエンジン（１）では、エンジン（１）の始動に失敗してクランキングのみが繰り返される場合であっても、例えば、スタータモータやリコイル装置によって点火コイルに通電が行われる。そのため、エンジン（１）の始動失敗時においても点火コイルの温度が上昇する。しかし、このような始動失敗時の温度上昇は、始動成功時の温度上昇とは挙動（例えば、温度変位や温度勾配）が異なる。上記構成によれば、このような点火コイルの温度上昇の挙動の違いに着目しているため、エンジン（１）の始動失敗を検知することができる。また、温度計測値の時間的推移のみに基づいて始動失敗を検知するため、簡易な構成で実現することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の構成において、
前記検知部（１２０）は、始動制御開始時における前記温度計測値である初期コイル温度からの前記温度計測値の温度変位と前記温度計測値の所定時間における温度勾配とに基づいて前記始動失敗を検知する。

点火コイルの温度勾配だけに着目した構成では、通電による温度勾配ではなく、外気温の変動による点火コイルの温度勾配が生じた場合であってもエンジン（１）の始動失敗と誤検知する虞がある。一方、点火コイルの温度変位だけに着目した構成では、エンジン（１）の始動が成功した場合であっても温度上昇が生じるため、エンジン（１）の始動失敗と誤検知する虞がある。上記構成によれば、初期コイル温度からの温度変位と時間的推移における温度勾配とに基づいてエンジン（１）の始動失敗を検知する。そのため、上記の誤検知の発生リスクを低減できる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載の構成において、
検知部（１２０）は、温度変位が第１閾値以上であり、かつ温度勾配が第２閾値以下である場合に、始動失敗を検知する。

上記構成によれば、温度変位と第１閾値との対比と、温度勾配と第２閾値との対比によって、エンジン（１）の始動失敗を容易に検知することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）に記載の構成において、
前記第１閾値は、１℃以上１０℃未満の範囲内で設定された値であり、
前記第２閾値は、０．０１℃／秒以上０．１℃／秒未満の範囲内で設定された値である。

上記構成によれば、第１閾値及び第２閾値がエンジン（１）の始動失敗を判定するのに適した値に設定されているため、エンジン（１）の始動失敗を高精度に検知することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れか一つに記載の構成において、
前記エンジン（１）の吸気通路に設けられたチョークバルブ（９）の開度を制御するように構成された開度制御部（１３０）をさらに備え、
前記開度制御部（１３０）は、前記検知部（１２０）が前記始動失敗を検知した場合には、前記始動失敗を検知していない場合の始動時よりも前記チョークバルブ（９）の開度を大きくするように制御する。

上記構成によれば、エンジン（１）の始動失敗が検知された場合に、エンジン（１）の通常の始動時よりもチョークバルブ（９）の開度を大きくするように制御する。これにより、点火プラグ（３）のかぶりを抑制し、エンジン（１）の始動の成功率を向上させることが可能となる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）に記載の構成において、前記開度制御部（１３０）は、点火コイルの温度勾配の変動回数に基づいてカウントされる始動失敗の回数に応じてチョーク開度を徐々に変動させるように制御する。

上記構成によれば、始動失敗の回数に応じたチョーク開度の制御が可能となる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れか一つに記載の構成において、
前記エンジン（１）の吸気通路に設けられたチョークバルブ（９）の開度を制御するように構成された開度制御部（１３０）と、
前記点火コイルの温度と前記チョークバルブ（９）の開度との関係性を示す複数の関係情報を記憶するための記憶部（１４０）と、
をさらに備え、
前記開度制御部（１３０）は、前記検知部（１２０）が前記始動失敗を検知しているか否かに応じて前記複数の関係情報のうち一つの前記関係情報を選択し、選択した前記関係情報に基づいて前記チョークバルブ（９）の開度を制御する。

上記構成によれば、エンジン（１）の始動失敗が検知されている場合には、エンジン（１）の始動失敗が検知されていない場合とは異なる関係情報を使用してチョークバルブ（９）の開度を制御する。これにより、エンジン（１）の始動の成功率を向上させることが可能となる。

（８）本開示に係る始動失敗判定・検知方法は、
エンジン（１）の点火コイルの温度を計測するための温度センサ（２）から温度計測値を取得するステップと、
前記温度計測値の時間的推移に基づいて前記エンジン（２）の始動失敗を検知するステップと、
を含む。

上記方法によれば、点火コイルの温度上昇の挙動の違いに着目しているため、エンジン（１）の始動失敗を検知することができる。また、温度計測値の時間的推移のみに基づいて始動失敗を検知するため、簡易な構成で実現することができる。

１ エンジン
２ 温度センサ
３ 点火プラグ
４ 吸気弁
５ 排気弁
６ 吸気管
７ 気化器
８ スロットルバルブ
９ チョークバルブ
１１ ステッピングモータ
１２ 発電機
２１，２２ 曲線
３１ 破線
３２ 実線
１００ 始動失敗判定・検知装置
１１０ 取得部
１２０ 検知部
１３０ 開度制御部
１４０ 記憶部

Claims (8)

1. エンジンの点火コイルの温度を計測するための温度センサから温度計測値を取得するように構成された取得部と、
   前記温度計測値の所定時間における温度勾配が第２閾値以下である場合に前記エンジンの始動失敗を検知するように構成された検知部と、
   を備える始動失敗判定・検知装置。
2. 前記検知部は、前記温度勾配が前記第２閾値以下であり、且つ、始動制御開始時における前記温度計測値である初期コイル温度からの前記温度計測値の温度変位が第１閾値以上である場合に前記始動失敗を検知する
   請求項１に記載の始動失敗判定・検知装置。
3. エンジンの点火コイルの温度を計測するための温度センサから温度計測値を取得するように構成された取得部と、
   前記温度計測値の時間的推移に基づいて前記エンジンの始動失敗を検知するように構成された検知部と、
   を備え、
   前記検知部は、始動制御開始時における前記温度計測値である初期コイル温度からの前記温度計測値の温度変位と前記温度計測値の所定時間における温度勾配とに基づいて前記始動失敗を検知し、
   前記検知部は、前記温度変位が第１閾値以上であり、かつ前記温度勾配が第２閾値以下である場合に、前記始動失敗を検知する
   始動失敗判定・検知装置。
4. 前記第１閾値は、１℃以上１０℃未満の範囲内で設定された値であり、
   前記第２閾値は、０．０１℃／秒以上０．１℃／秒未満の範囲内で設定された値である
   請求項３に記載の始動失敗判定・検知装置。
5. 前記エンジンの吸気通路に設けられたチョークバルブの開度を制御するように構成された開度制御部をさらに備え、
   前記開度制御部は、前記検知部が前記始動失敗を検知した場合には、前記始動失敗を検知していない場合の始動時よりも前記チョークバルブの開度を大きくするように制御する
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の始動失敗判定・検知装置。
6. エンジンの点火コイルの温度を計測するための温度センサから温度計測値を取得するように構成された取得部と、
   前記温度計測値の時間的推移に基づいて前記エンジンの始動失敗を検知するように構成された検知部と、
   を備え、
   前記エンジンの吸気通路に設けられたチョークバルブの開度を制御するように構成された開度制御部をさらに備え、
   前記開度制御部は、前記検知部が前記始動失敗を検知した場合には、前記始動失敗を検知していない場合の始動時よりも前記チョークバルブの開度を大きくするように制御し、
   前記開度制御部は、点火コイルの温度勾配の変動回数に基づいてカウントされる始動失敗の回数に応じてチョーク開度を徐々に変動させるように制御する
   始動失敗判定・検知装置。
7. エンジンの点火コイルの温度を計測するための温度センサから温度計測値を取得するように構成された取得部と、
   前記温度計測値の時間的推移に基づいて前記エンジンの始動失敗を検知するように構成された検知部と、
   を備え、
   前記エンジンの吸気通路に設けられたチョークバルブの開度を制御するように構成された開度制御部と、
   前記点火コイルの温度と前記チョークバルブの開度との関係性を示す複数の関係情報を記憶するための記憶部と、
   をさらに備え、
   前記開度制御部は、前記検知部が前記始動失敗を検知しているか否かに応じて前記複数の関係情報のうち一つの前記関係情報を選択し、選択した前記関係情報に基づいて前記チョークバルブの開度を制御する
   始動失敗判定・検知装置。
8. エンジンの点火コイルの温度を計測するための温度センサから温度計測値を取得するステップと、
   前記温度計測値の所定時間における温度勾配が第２閾値以下である場合に前記エンジンの始動失敗を検知するステップと、
   を含む始動失敗判定・検知方法。

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