JPH05149221A - 自動車用エンジン始動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】スタータ，バッテリー等、始動に関係する機器
の軽量化を図り、あわせて始動操作を容易にして運転者
の負担を軽減する。 【構成】エンジンのクランク軸を回転負荷の小さい位置
にあらかじめ配置することおよびエンジンの停止時に、
クランク軸の角度の情報および回転数からクランク軸が
停止する位置を予測し、スタータモータに逆起電力を与
えてクランク軸が所定の位置に停止させることができ、
かつ、次回の始動時にクランク軸の位置情報が得られる
よう、これを記憶する手段を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車のエンジン始動
システムに係り、エンジンを自動的に、かつ低回転でク
ランキングすることにより、自動車エンジン補機類の軽
量化を達成し、かつ、始動性の向上および始動時の運転
者の負担軽減を図ることのできるエンジン始動システム
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車用エンジンの始動時におい
ては、運転者がキースイッチを操作することにより、バ
ッテリーから供給される電力をそのままスタータに与え
るものが一般的である。この際のクランキング速度は毎
分平均２００回転程度と比較的高回転であり、このため
大出力のスタータを必要とし、これを駆動するバッテリ
ーも大容量で、かつ瞬間的な電流を多く流せるものが必
要となり、また、始動電流の流れる配線も太くする必要
があった。この結果、自動車の走行中には必要でない始
動のために、車両の重量がかなり増加していた。また、
キースイッチの断続は運転者の手動によるものであり、
エンジンがかかったかどうかの判定が運転者によってま
ちまちであるために、スタータの回しすぎによる電力の
浪費，スタータコイルの焼損あるいはスタータオーバー
ランによるスタータ駆動機構の破損、またはスタータを
戻すのが早すぎるための始動の失敗などの問題があり、
これを個々に解決するために、たとえば特開昭63−1208
58号に示されるようなスタータ自体の機構の改善、ま
た、特開昭58−18557 号のような、再始動時の自動始動
システムが考えられているが、スタータ自体の負荷を低
減するような発明は見あたらない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前項で示し
たように、自動車用エンジンの始動時に必要な各種補機
類が大型で、重量が大きく、走行性能や経済性に悪影響
を与えている問題を改善しようとするものである。ま
た、キースイッチの断続、すなわちエンジンがかかった
かどうかの判定が運転者によってまちまちであるため
に、スタータの回しすぎによる電力の浪費，スタータの
破損，始動の失敗などの問題を解決しようとするもので
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前項に示したような問題
を解決するために、本発明では、スタータ自体の負荷を
軽減することにより、エンジン始動の際、スタータに流
れる電流を制限し、エンジンの平均回転数を毎分６０回
転以下とするという手法をとった、しかし、単にスター
タに流れる電流を少なくしたのでは、図８に見られるよ
うにクランキング時の回転速度に著しいむらが生じ、始
動に要する時間が増大し、はなはだしい場合には始動が
不可能になるという問題がある。そこで本発明では、始
動時のクランク位置によってクランク軸を回転させるの
に必要な負荷が変わり、これに伴いクランク軸の回転速
度も変わるという現象をもとに、エンジンの停止時に、
次回の始動を低負荷で行うことができるような位置でク
ランクシャフトを停止させることにより、始動直後の負
荷を低減し、始動時のエンジンの平均回転数を高めた。
さらに、クランキング中のエンジン回転数をモニター
し、回転数が高い、すなわち負荷が低いときはスタータ
に流れる電流を減らし、逆に回転が低いとき、すなわち
高負荷の時にはスタータに流れる電流を増やし、負荷の
変動にともなう回転数の変動を小さくするようにする。
これにより、通常であれば平均毎分２０回転程度しか回
転させられない電流値で、毎分６０回転前後の回転数を
維持することが可能となる。さらに、モニターしている
エンジン回転数が一定値以上の回転数（たとえば毎分５
００回転以上）で一定時間以上（たとえば０.１ 秒以
上）連続して回転した場合にはエンジンが始動したもの
とみなし、スタータをＯＦＦにすることにより、スター
タの回しすぎによる電力の浪費、さらにはスタータオー
バーランによるスタータの破損を防止することができ
る。

【０００５】また、運常のシーケンシャル型燃料噴射装
置においては、各気筒毎に、それぞれの排気行程に燃料
を噴射するようになっている。従って、ある気筒が始動
時に吸気行程もしくは圧縮行程にあった場合には、その
気筒には次の排気行程まで一回転以上混合気形成が行わ
れない、本発明のようにクランキング回転数が低い場合
には、この間の時間遅れが始動時間の増加に及ぼす影響
が無視できない。本発明では、この点を考慮し、スター
タが回転しようとする際に吸気行程または圧縮行程にあ
る気筒を検出し、この気筒内にあらかじめ燃料を噴射
し、一定時間経過してからスタータを回転させるという
始動時先行燃料噴射を行う。燃料の先行噴射量に関して
は、エンジン冷却水温，バッテリーの電圧すなわち放電
状態、及び燃料の性状を検出し、気化の悪い燃料、もし
くはエンジン水温が極端に低い場合には多めの燃料を噴
射し、また燃料噴射からスタータ回転までの待ち時間も
長くとるようにする。これにより、図４のように６気筒
エンジンを例にとった場合には、スタータの回転始動か
ら燃料の初爆までに最低限必要な回転角度をおよそ１２
０度短縮でき、回転数が毎分６０回転のとき、始動時間
を約０.３ 秒短縮することができる。

【０００６】以上の手段を総合的に実施するために、運
転者がキースイッチの断続あるいはボタンの押下げを一
回行えば、適当量の燃料の先行噴射および待ち時間の
後、スタータがＯＮになり、負荷に応じた電流が流れ、
エンジン回転数が一定の条件に達すればスタータをＯＦ
Ｆにするという一連の手順をコンピュータに記憶させ、
始動を行うという自動始動システムとする。これによ
り、運転者がキーをひねり続けることなく、円滑かつ確
実な始動を行うことができ、運転者の負担を軽減できる
とともに、スタータの破損，焼損を防ぐことができる。

【０００７】

【作用】スタータ，バッテリー，配線等の始動に必要な
機器の軽量化を図りながら、確実なクランク回転および
始動を行うために、始動の際のクランク位置を負荷の低
い最適値に合わせ、スタータに流れる電流を負荷に応じ
て制御している。また、スタータの回転が始まってから
エンジンの始動までの時間を短縮するために、スタータ
をＯＮにする前に適切な量の燃料の先行噴射を行ってい
る。さらに、運転者の負担の軽減，スタータの破損およ
び焼損を防ぐために、エンジンの始動後一定の条件を満
たせば、自動的にスタータがＯＦＦになるようにする。

【０００８】

【実施例】本発明の一実施例の構成を図１および図２に
示す。始動時に必要な情報は、前回に車両が停止した際
のクランク角度と現在の吸気温，エンジン冷却水温，バ
ッテリー電圧、および燃料の性状である。これらの情報
は、カム角センサ７，クランク角センサ１７，吸気温セ
ンサ９，エンジン水温計１３，バッテリー２３，燃料性
状センサ３から得られる。これをコンピュータ２２が演
算し、燃料噴射弁６への適切な燃料噴射量の指示，スタ
ータ回転までの待ち時間を決定する。スタータ２０に流
れる電流量の制御，エンジンの始動の判定もコンピュー
タがおこなう。エンジンの停止時には、クランク軸を所
定の位置に停止させるための制御も行う。

【０００９】図３は始動時の流れ図を示したものであ
る。運転者がスタータのスイッチをＯＮにして始動の指
令を与えると、コンピュータは吸気温，エンジン冷却水
温，燃料の性状をもとに、図５に示すような始動時の燃
料の先行噴射マップに従い燃料噴射量およびスタータＯ
Ｎまでの待ち時間を決定する。次に、前回のクランク軸
停止時にどこで停止したかを示すクランク角度の情報を
コンピュータ内のメモリから呼び出し、先行噴射を行う
気筒を図４に従って決定する。例えば、クランク軸が１
番気筒を基準として圧縮上死点前９０度の位置で止まっ
ているとすれば、その際に吸気行程にあり、吸気バルブ
が開いている気筒は３番気筒であるので、３番気筒、も
しくは３，４番の２気筒に対して先行噴射を行う。吸気
管内、もしくはシリンダ内に混合気が作られるまで一定
時間待ったのち、スタータへの電流をＯＮにする。この
とき、バッテリー電圧，エンジン回転数をモニターし、
バッテリー電圧が低く（１２ボルト車で４ボルト程
度）、エンジン回転数が低い（毎分１０回転以下）とき
には、スタータに流れる電流を増やすよう指示する。逆
に、バッテリー電圧が比較的高く（６ボルト以上）エン
ジン回転数が高い（１００回転前後）ときにはスタータ
に流れる電流を減らすよう指示する。これによって、図
６に示したようにクランク軸の回転速度の変動を小さく
抑えることができ、始動に必要な電力量をそれほど増や
さずに、クランク軸の平均回転数を上げることが可能と
なる。ここで、エンジン回転数が一定の条件を満たした
場合、例えば、毎分５００回転以上の回転速度が０.１
秒以上連続した場合には、エンジンが完全に自力で回転
していると見なせるので、スタータに流れる電流をＯＦ
Ｆにし、スタータによる電力の浪費を防ぎ、また、スタ
ータの過回転によるスタータコイルの焼損やスタータの
ギヤの破損を防ぐ、同時に、エンジンが始動したことを
運転者に知らせるために、たとえばエンジンスタートの
位置にあるキースイッチを、リレー等を用いてＯＮの位
置まで戻すなどしてから一連の動作を終了する。

【００１０】図７はエンジン停止時の一実施例をフロー
チャートで示したものである。キースイッチをＯＦＦに
すると、燃料および点火のカットが行われ、エンジン回
転が急激に下がる。この際のエンジン回転数をモニター
し、回転数が十分に低く（毎分１００回転以下）クラン
ク角がいずれかの気筒の圧縮上死点３０度前にあると
き、スタータに逆起電力をかけ、エンジンをその位置で
停止させる。クランク軸の慣性が大きいときは、逆起電
力をかけるタイミングを若干早くする。このようにして
希望の位置でクランク軸を停止させた後、コンピュータ
に次回始動時の気筒情報を登録する。

【００１１】ここで、始動の際には、エンジン回転数が
一定になったらスタータに流れる電流をＯＦＦにすると
説明したが、実際には、エンジン回転に逆比例して電流
量を調節することもできる。すなわち、 ｛電流（Ａ）｝ ＝０.１×［５００−｛エンジン回転数（ＲＰＭ）｝］ （ただし、電流量は正の値） のようにすれば、５００回転以上では電流が流れず、逆
に低回転では大きな電流を流すことができる。

【００１２】また、停止時にクランク軸を所定の位置に
合わせるには、一度エンジンが完全に停止してから、ス
タータによりクランク軸を動かす方法も考えられる。

【００１３】また、先行噴射量を決定する際には、図
９，図１０に示したようにエンジン停止時にタンク内の
燃料の性状をもとにして基本となる燃料の先行噴射量を
決定し、エンジン始動的に，吸気温，エンジン冷却水温
等の情報をもとに補正を加えて燃料の先行噴射量とする
という方法もある。

【００１４】また、図２に示した燃料性状センサ３は、
メタノール等の気化性がガソリンに比べて低い燃料につ
いても判定できるので、先に示した実施例は、メタノー
ルをガソリンに混合したものを燃料とする自動車（ＦＦ
Ｖ）にも適用が可能である。図１１は燃料の先行噴射の
タイミングチャートを示したものである。燃料噴射弁に
は、図１２に示した気流微粒化噴射弁を用いている。燃
料の性状に応じて、先行噴射のパルス幅ａおよび噴射か
らスタータモータ回転までの待ち時間ｂが変わる。気流
微粒化噴射弁の作動の際には一定の空気量が必要なの
で、噴射に先立ち、あらかじめエアポンプにより空気圧
を上げておくものとする。

【００１５】

【発明の効果】本発明により、低い電流で、かつ、従来
と変わらない時間でエンジンを始動できるので、スター
タやバッテリー、およびこれをつなぐ配線など、始動に
関係する装置の負荷を軽くすることができ、これによ
り、部品の軽量化が行え、低燃費の自動車をつくること
ができる効果がある。

【００１６】また、始動に関する一連の操作をコンピュ
ータが行うので、運転者の勘による操作の為に始動に失
敗したり、スタータを破損するといったトラブルがなく
なり、誰でも確実に始動ができるようになる効果もあ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成図である。

【図２】本発明に用いられるエンジン制御システムの構
成図である。

【図３】エンジン始動時のフローチャートを示す図であ
る。

【図４】先行噴射の機構（１）を示す図である。

【図５】先行噴射の機構（２）を示す図である。

【図６】スタータに流れる電流を可変した場合の効果を
示す図である。

【図７】エンジン停止時のフローチャートを示す図であ
る。

【図８】本発明の効果を示す図である。

【図９】エンジン停止時に燃料性状を記憶する場合のエ
ンジン停止時の制御フローチャートを示す図である。

【図１０】同じくエンジン始動時の制御フローフャート
を示す図である。

【図１１】始動のタイミングチャートを示す図である。

【図１２】気流微粒化噴射弁の機構図である。

【符号の説明】

１…燃料タンク、２…燃料ポンプ、３…燃料ろ過器(燃
料性状センサを含む)、４…圧力調整弁、５…アイドル
調整弁、６…気流微粒化式燃料噴射弁、７…カム軸角度
検出センサ（気筒判別用）、８…吸気ろ過器、９…吸気
流量計（吸気温センサを含む）、１０…スロットル、１
１…スロットル角度検出センサ、１２…ディストリビュ
ータ、１３…エンジン冷却水温計、１４…エンジン本
体、１５…点火プラグ、１６…空燃費センサ、１７…ク
ランク角度検出センサ（エンジン回転速度検出・クラン
ク位置測定用）、１８…リングギヤ・フライホイール、
１９…イグニッションコイル、２０…スタータ、２１…
イグニッションキースイッチ、２２…コントロールユニ
ット、２３…バッテリー。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料噴射装置を備え、吸気温，エンジンの
   冷却水温，クランク軸の位置及び回転数を検出する手段
   を備えた自動車用エンジンにおいて、エンジンのクラン
   ク軸を回転負荷の小さい位置にあらかじめ配置すること
   を特徴とした自動車用エンジン始動装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の自動車用エンジンについ
   て、エンジンの停止時に、クランク軸の角度の情報およ
   び回転数からクランク軸が停止する位置を予測し、スタ
   ータモータに逆起電力を与えてクランク軸が所定の位置
   に停止させることができ、かつ、次回の始動時にクラン
   ク軸の位置情報が得られるよう、これを記憶する手段を
   備えたことを特徴とするエンジン始動装置。
3. 【請求項３】自動車用エンジンにおいて、エンジンの始
   動時に、スタータモータのスイッチがＯＮになる前に燃
   料の先行噴射を行い、この際、自動車にとりつけられた
   温度センサ，燃料性状センサから入力される温度，燃料
   性状の情報に基づいて、燃料の先行噴射量および先行噴
   射からスタータモータのスイッチがＯＮになるまでの時
   間を増減させることを特徴としたエンジン始動装置。
4. 【請求項４】エンジンの始動時においてクランク軸の回
   転速度が一定時間一定値を上回った場合にはスタータの
   スイッチをＯＦＦにすることを特徴としたエンジン始動
   装置。
5. 【請求項５】請求項１記載の自動車用エンジンにおい
   て、スタータの回転時に、スタータの負荷が大きいとき
   にはスタータに流れる電流を増やし、負荷が小さいとき
   は電流を減らすことにより、クランク軸の回転速度変動
   を小さくし、少ない電力で一定以上の平均回転数を実現
   できる手段を備えたことを特徴とするエンジン始動装
   置。
6. 【請求項６】自動車用エンジンにおいて、請求項１，
   ２，３，４，５記載の動作を行い、かつ自動車エンジン
   の始動時における運転者の負担を軽減するために、運転
   者が始動の指令を一度与えることにより、エンジン始動
   時の燃料の先行噴射の制御，スタータモータの電流の可
   変制御を行い、エンジンの始動を確実に自動的に行わ
   せ、始動が完了したらこれを運転者に知らせる手段を持
   つことを特徴としたエンジン自動始動装置。