KR20020070985A - 엔진시동제어장치 - Google Patents

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혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
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Abstract

엔진정지 직후에 크랭크축(201)을 소정의 위치까지 역전시켜 다음의 엔진시동에 대비하는 역전제어에 있어서 엔진의 시동성을 개선한다.
엔진정지후에 시동모터(1)에의 역전통전을 개시하는 역전제어수단(75)과, 역전하는 크랭크축이 상사점 상당각에 도달한 것을 검지하는 크랭크각 검지수단(30) 과, 크랭크축의 역전부하를 검지하는 역전부하 검지수단(74)을 설치하여 역전제어수단은 크랭크각 검지수단에 의해 크랭크축의 상사점 상당각에의 도달이 검지된 것[도 6(c)의 곡선(A)상의 ×표] 및 역전부하 검지수단에 의해 역전부하의 상승이 검지된 것[도 6(c)의 곡선(B)상의 ×표] 중 어느 하나의 빠른쪽에 응답하여 역전통전을 종료한다.

Description

엔진시동제어장치{ENGINE START CONTROLLER}
엔진을 시동할 때의 크랭킹 토오크를 저감시켜 엔진의 시동성을 향상시키기 위하여 엔진을 시동하기 전에 크랭크축을 역회전시켜 소정의 위치까지 되돌리고, 상기 역전위치로부터 엔진을 시동함으로써 엔진의 시동성을 개선하는 기술이, 예를 들면 일본국 특개평6-64451호 공보 또는 특개평7-71350호 공보에 개시되어 있다.
상기한 종래 기술에서는 크랭크축이 큰 크랭킹 토오크에서 역전되기 때문에 크랭크축은 정회전시에 통과한 압축 상사점에 이르는 직전까지 되돌려진다. 이 때문에 구동(스타터)모터에의 역전통전이 끊기면 크랭크축은 피스톤의 압축반력에 의해 정회전방향으로 진행되어 버린다.
여기서, 상기한 종래 기술과 같이 크랭크축을 엔진시동시에 역전시켜 그 후 즉시 정회전시키는 제어방식에서는 상기 압축반력과 시동모터에 의한 정회전구동력이 동시에 크랭크축으로 전해지기 때문에, 상기 압축반력에 의해 크랭크축이 정회전방향으로 진행되어도, 이에 의하여 시동성이 손상되는 일은 없다.
이에 대하여 크랭크축을 엔진시동시가 아니라 엔진정지 직후에 소정의 위치까지 역전시켜 다음의 엔진시동에 대비하는 시스템에서는 크랭크축이 피스톤의 압축반력에 의해 정회전방향으로 진행되어 버리면, 다음의 엔진시동시에는 보조주행거리가 줄어들기 때문에 소망의 관성력이 얻어지지 않아 엔진의 시동성을 충분히 개선할 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 상기한 종래 기술의 과제를 해결하여 엔진정지 직후에 크랭크축을 소정의 위치까지 역전시켜 다음의 엔진시동에 대비하는 역전제어에 있어서, 엔진의 시동성을 충분히 개선할 수 있도록 하는 것에 있다.
본 발명은, 엔진을 시동모터에 의해 크랭킹하여 시동하는 엔진시동제어장치에 관한 것으로, 특히 엔진정지후에 크랭크축을 역방향으로 소정의 위치까지 크랭킹하여 시동성을 개선하는 엔진시동제어장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명을 적용한 스쿠터형 자동 이륜차의 전체 측면도,
도 2는 도 1의 스윙유닛의 크랭크축에 따른 단면도,
도 3은 시동기겸 발전기의 제어시스템의 블록도,
도 4는 도 3의 ECU의 주요부의 구성을 나타낸 블록도,
도 5는 스윙백제어의 플로우차트,
도 6은 스윙백제어의 동작설명도이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 엔진정지후에 그 크랭크축을 소정의 위치까지 역전시켜 다음의 엔진시동에 대비하는 엔진시동제어장치에 있어서, 크랭크축을 정회전 및 역전시키는 시동모터와, 엔진정지후에 시동모터에의 역전통전을 개시하는 역전제어수단과, 역전하는 크랭크축이 피스톤의 상사점 상당각에 도달한 것을 검지하는 크랭크각 검지수단과, 크랭크축의 역전부하를 검지하는 역전부하 검지수단을 포함하고, 상기 역전제어수단은, 크랭크각 검지수단에 의해 크랭크축의 상사점 상당각에의 도달이 검지된 것, 및 역전부하 검지수단에 의해 역전부하의 상승이 검지된 것 중 어느 하나의 빠른쪽에 응답하여 역전통전을 종료하는 것을 특징으로 한다.
상기한 특징에 의하면, 크랭크축의 역전부하가 상승하기 보다도 전에 크랭크축이 상사점 상당각에 도달하면, 상기 위치는 배기 상사점 근방이라고 예측된다.따라서 상기 위치에서 역전통전을 정지하면, 크랭크축을 관성력으로 다시 역전시켜 압축 상사점의 직전까지 되돌릴 수 있다.
한편, 크랭크축이 상사점 상당각에 도달하기 보다도 전에 크랭크축의 역전부하가 상승하면, 상기 위치는 이미 압축 상사점의 직전(역전시)이기 때문에, 여기서 역전통전을 정지하면, 크랭크축을 압축 상사점의 직전(역전시)에 있어서 압축반력이 작은 위치에서 정지시킬 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 차량용 발전제어장치를 적용한 스쿠터형 자동 이륜차의 전체 측면도이다.
차체 앞 부분과 차체 뒷부분은 낮은 플로어부(4)를 거쳐 연결되어 있고, 차체의 골격을 이루는 차체 프레임은, 개략 다운튜브(6)와 메인 파이프(7)로 구성된다. 연료탱크 및 수납박스(모두 도시 생략)는, 메인 파이프(7)에 의해 지지되고, 그 위 쪽에 시트(8)가 배치되어 있다.
차체 앞 부분에서는, 스티어링헤드(5)에 축지지되어 위쪽에 핸들(11)이 설치되고, 아래쪽으로 프론트 포크(12)가 연장되고, 그 하단에 전륜(FW)이 축지지되어 있다. 핸들(11)의 상부는 계기판을 겸한 핸들커버(13)로 덮여져 있다. 메인 파이프(7)의 상승부 하단에는 브래킷(15)이 돌출 설치되고, 이 브래킷(15)에는 스윙유닛 (2)의 행거 브래킷(18)이 링크부재(16)를 거쳐 요동 자유롭게 연결지지되어 있다.
스윙유닛(2)에는 그 앞 부분에 단기통의 4 사이클 엔진(E)이 탑재되어 있다. 이 엔진(E)으로부터 뒤쪽에 걸쳐 벨트식 무단변속기(10)가 구성되고, 그 뒷부분에 원심클러치를 거쳐 설치된 감속기구(9)에 후륜(RW)이 축지지되어 있다. 이 감속기구(9)의 상단과 메인 파이프(7)의 상부 굴곡부 사이에는 리어 쿠션(3)이 장착되어 있다. 스윙유닛(2)의 앞 부분에는 엔진(E)으로부터 연장 돌출한 흡입기관(19)에 접속된 기화기(17) 및 상기 기화기(17)에 연결되는 에어클리너(14)가 배치되어 있다.
도 2는 상기 스윙유닛(2)을 크랭크축(201)을 따라 절단한 단면도이고, 상기와 동일한 부호는 동일 또는 동등부분을 나타내고 있다.
스윙유닛(2)은 좌우의 크랭크 케이스(202L, 202R)를 합체하여 구성되는 크랭크 케이스(202)에 덮어지고, 크랭크축(201)은, 크랭크 케이스(202R)에 고정된 베어링(208, 209)에 의해 회전 자유롭게 지지되어 있다. 크랭크축(201)에는 크랭크핀 (213)을 거쳐 콘로드(도시 생략)가 연결되어 있다.
왼쪽 크랭크 케이스(202L)는, 벨트식 무단변속실 케이스를 겸하고 있고, 왼쪽 크랭크 케이스(202L)까지 연장된 크랭크축(201)에는 밸트구동 풀리(210)가 회전 가능하게 설치되어 있다. 밸트구동 풀리(210)는 고정측 풀리 절반체(210L)와 가동측 풀리 절반체(210R)로 이루어지고, 고정측 풀리 절반체(210L)는 크랭크축(201)의 좌단부에 보스(211)를 거쳐 고정되고, 그 오른쪽에 가동측 풀리 절반체(210R)가 크랭크축(201)에 스플라인 끼워 맞춰져 고정측 풀리 절반체(210L)에 접근·이반할 수 있다. 양 풀리 절반체(210L, 210R) 사이에는 V벨트(212)가 감겨져 있다.
가동측 풀리 절반체(210R)의 오른쪽에서는 캠플레이트(215)가 크랭크축(201)에 고정되어 있고, 그 바깥 둘레끝에 설치한 슬라이드피스(215a)가 가동측 풀리 절반체(210R)의 바깥 둘레끝에서 축방향으로 형성한 캠플레이트 슬라이딩 보스부 (210Ra)에 슬라이딩 자유롭게 걸어 맞춰져 있다. 가동측 풀리 절반체(210R)의 캠플레이트(215)는 바깥 둘레 주변이 캠플레이트(215)측으로 경사진 테이퍼면을 가지고 있고, 상기 테이퍼면과 가동 풀리 절반체(210R) 사이의 빈 곳에 건조중량기둥(216)이 수용되어 있다.
크랭크축(201)의 회전속도가 증가하면, 가동측 풀리 절반체(210R)와 캠플레이트(215)와의 사이에 있어서 함께 회전하는 상기 건조중량기둥(216)이 원심력에 의해 원심방향으로 이동하여 가동측 풀리 절반체(210R)는 건조중량기둥(216)에 가압되어 왼쪽으로 이동하여 고정측 풀리 절반체(210L)에 접근한다. 그 결과, 양 풀리 절반체(210L, 210R) 사이에 끼워진 V벨트(212)는 원심방향으로 이동하여, 그 감김 지름이 커진다.
차량의 뒷부분에는 상기 밸트 구동풀리(210)에 대응하는 피동 풀리(도시 생략)가 설치되고, V벨트(212)는 이 피동 풀리에 감겨져 있다. 이 벨트식 전달기구에 의하여 엔진(E)의 동력은 자동조정되어 원심클러치에 전달되어 상기 감속기구(9) 등을 거쳐 후륜(RW)을 구동한다.
오른쪽 크랭크 케이스(202R)내에는 시동모터와 AC 발전기를 조합한 시동기겸 발전기(1)가 배치되어 있다. 시동기겸 발전기(1)에서는 크랭크축(201)의 선단 테이퍼부에 바깥쪽 로터(60)가 나사(253)에 의해 고정되어 있다. 바깥쪽 로터(60)의 안쪽에 배치되는 안쪽 시동기(50)는 크랭크 케이스(202)에 볼트(279)에 의해 나사고정되어 지지된다.
팬(280)은 그 중앙 원추부(280a)의 끝부분을 볼트(246)에 의해 바깥쪽 로터 (60)에 고정되어 있어, 팬(280)은 라디에이터(282)를 거쳐 팬 커버(281)에 의해 덮여져 있다.
크랭크축(201)상에는 상기 시동기 겸 발전기(1)와 베어링(209) 사이에 스프로킷(231)이 고정되어 있고, 이 스프로킷(231)에는 크랭크축(201)으로부터 캠 샤프트 (도시 생략)를 구동하기 위한 체인이 감겨져 있다. 또한 상기 스프로킷 (231)은 윤활오일을 순환시키는 펌프에 동력을 전달하기 위한 기어(232)와 일체적으로 형성되어 있다.
도 3은 상기 시동기 겸 발전기(1)의 제어시스템의 블록도이고, 상기와 동일한 부호는 동일 또는 동등부분을 나타내고 있다.
ECU에는 시동기 겸 발전기(1)의 발전기 기능이 발생하는 3상 교류를 전파(全波) 정류하는 3상 전파 정류브리지회로(400)와, 전파 정류브리지회로(400)의 출력을 예정의 레귤레이트전압(레귤레이터 작동전압 : 예를 들면, 14.5V)으로 제한하는 레귤레이터(100)와, 엔진정지후에 크랭크축(201)을 소정의 위치까지 역전시키는 스윙백 제어부(700)가 설치된다.
ECU에는 로터각도 센서(29), 점화코일(21), 스로틀센서(23), 연료센서(24), 시트스위치(25), 아이들스위치(26), 냉각수온 센서(27) 및 점화펄서(30)가 접속되어각 부로부터 검출신호가 ECU에 입력된다. 점화코일(21)의 2차측에는 점화플러그 (22)가 접속되어 있다.
또한 ECU에는, 시동 릴레이(34), 시동 스위치(35), 정지 스위치(36, 37), 스탠바이 인디케이터(38), 연료 인디케이터(39), 속도센서(40), 오토 바리스터(41), 및 헤드라이트(42)가 접속된다. 헤드라이트(42)에는 디머스위치(43)가 설치된다.
상기한 각 부에는 메인퓨즈(44) 및 메인 스위치(45)를 거쳐 배터리(46)로부터 전류가 공급된다. 또한 배터리(46)는 시동 릴레이(34)에 의해 ECU에 직접 접속되는 한편, 메인 스위치(45)를 거치지 않고 메인퓨즈(44)만을 거쳐 ECU에 접속되는 회로를 가진다.
도 4는 상기 ECU의 스윙백제어에 관한 주요부의 구성을 나타낸 도면으로, 3상 전파 정류브리지회로(400)는 직렬 접속된 2개의 FET의 3세트를 병렬 접속하여 구성된다.
스윙백제어부(700)에 있어서, 스테이지판정부(73)는 로터각도 센서(29)의 출력신호에 의거하여 크랭크축(201)의 1회전을 스테이지(#0 내지 #35)의 36스테이지로 분할하여 점화펄서(30)가 발생하는 펄스신호의 검지타이밍을 기준 스테이지[스테이지(#0)] 로 하여 현재의 스테이지를 판정한다.
스테이지 통과시간 검지부(74)는, 상기 스테이지 판정부(73)가 새로운 스테이지를 판정하고 나서 다음의 스테이지를 판정하기 까지의 시간에 의거하여 상기 스테이지의 통과시간(Δtn)을 검지한다. 역전 제어부(75)는 상기 스테이지 판정부(73)에 의한 판정결과 및 상기 스테이지 통과시간 검지부(74)에 의해 검지된 통과시간 (Δtn)에 의거하여 역전 구동지령을 발생한다.
듀티비 설정부(72)는, 상기 스테이지 판정부(73)에 의한 판정결과에 의거하여 전파 정류브리지회로(400)의 각 파워 FET에 공급하는 게이트전압의 듀티비를 동적으로 제어한다. 드라이버(71)는 상기 설정된 듀티비의 구동펄스를 전파 정류브리지회로(400)의 각 파워 FET에 공급한다.
이어서 상기한 스윙백제어부(700)의 동작을 도 5의 플로우차트 및 도 6의 동작설명도를 참조하여 설명한다. 도 6(a)는 크랭크축(201)을 역전하는 데 요하는 크랭킹 토오크(역전부하)와 크랭크각도와의 관계를 나타내고 있고, 크랭킹토오크는 압축 상사점에 이르기 직전(역전시)에 급격하게 상승한다. 상기 도 6(b)는 크랭크각도와 스테이지와의 관계를 나타내고, 상기 도 6(c)는 역전시에 있어서의 크랭크축의 각속도(角速度)의 변화를 나타내고 있다.
단계(S11)에서 엔진정지가 검지되면, 단계(S12, S13)에서는 스테이지 판정부 (73)에 있어서 이미 판정되고 있는 현재의 스테이지가 참조된다. 여기서 현재의 스테이지가 스테이지(#O 내지 #11) 중 어느 하나이면 단계(S14)로 진행하고, 스테이지 (#12 내지 #32) 중 어느 하나이면 단계(S15)로 진행하고, 그 외[즉, 스테이지(#33 내지 #35 중 어느 하나]이면 단계(S16)로 진행한다. 단계(S14, S16)에서는 듀티비 설정부(77)에 있어서, 구동펄스의 듀티비가 70%로 설정되고, 단계(S15)에서는 80% 로 설정된다.
이와 같은 듀티비의 동적 제어는 뒤에서 상세하게 설명하는 바와 같이 역전시에 크랭크축(201)의 각속도를 크랭킹 토오크가 증대하는 압축 상사점 상당각의 직전 (역전시)에서 충분히 저하시킴과 동시에, 그 이외의 각도에서는 재빠른 역전구동을 가능하게 하기 위하여 행하여진다.
단계(S17)에서는 드라이버(71)가 상기 설정된 듀티비로 전파 정류브리지회로 (400)의 각 파워 FET를 제어하여 역전통전을 개시한다. 단계(S18)에서는 통과한 스테이지(#n)의 통전시간(Δtn)이 상기 스테이지 통과시간 검지부(74)에 의해 계측된다.
단계(S19)에서는 역전 제어부(75)에 있어서, 크랭크축(201)이 스테이지(#0), 즉 상사점 근방을 통과하였는지의 여부가 판정된다. 스테이지(#0)를 통과하고 있지 않으면, 단계(S21)에 있어서 직전에 통과한 상기 스테이지(#n)의 통과시간(Δtn)과, 그 전에 통과한 스테이지[#(n-1)]의 통과시간(Δtn-1)과의 비[Δtn/Δtn-1]가 기준값(Rref)(본 실시형태에서는 4/3)과 비교된다. 상기 통과시간비 [Δtn /Δtn-1]가 기준값(Rref)을 상회하고 있지 않으면, 상기 단계(S12)로 되돌아가 역전 구동이 계속되어 이것과 평행하여 상기한 각 처리가 반복된다.
여기서 엔진 정지위치, 즉 역전 개시위치가 도 6(c)에 곡선(A)으로 나타낸 바와 같이 전회 및 다음번의 압축 상사점의 중간위치보다도 다음번의 압축 상사점에 가까운 측, 바꾸어 말하면 배기 상사점을 통과(정회전시)하고 나서 압축 상사점에 이르는 과정이면, 시동기 겸 발전기(1)가 70%의 듀티비로 역전 구동되어 있음에도 불구하고, 크랭크축은 스테이지(#0)(배기 상사점)를 통과할 수 있다. 따라서 이것이 단계(S19)에 있어서 검지되어 단계(S20)로 진행하여 크랭크축(201)이 스테이지 (#32)에 도달하였는지의 여부가 판정된다. 크랭크축(201)이 스테이지(#32)에 도달하였다고 판정되면 단계(S22)에 있어서 상기 역전 통전이 정지되므로 그 후 크랭크축은 관성력으로 더욱 역회전한 후에 정지한다.
한편, 역전 개시위치가 도 6(c)에 곡선(B)으로 나타낸 바와 같이, 전회 및 다음번의 압축 상사점의 중간위치보다도 전회의 압축 상사점에 가까운 측, 바꾸어 말하면, 압축 상사점을 통과(정회전시)하고 나서 배기 상사점에 이르는 과정이면 시동기 겸 발전기(1)가 70%의 듀티비로 역전 구동되어 있으므로, 역전부하가 도 6(a) 에 나타낸 바와 같이, 스테이지(#0)에 이르기 직전(역전시)에서 상승하면, 크랭크축 (201)의 각속도가 급격하게 저하한다. 그리고 단계(S21)에 있어서 상기 통과시간비 [Δtn/Δtn-1]가 기준값의 4/3 이상이라고 판정되면, 단계(S22)에 있어서 상기 역전통전이 정지되어, 크랭크축의 역전은 통전의 정지와 거의 동시에 정지한다.
이와 같이, 본 실시형태에서는 엔진정지후의 역전 구동시에 크랭크축이 상사점 상당각을 통과하였는지의 여부 및 크랭크축의 각속도가 저하하였는지의 여부를 감시하여 크랭크축이 역전시에 상사점을 통과하면, 그 직후에 역전 통전을 종료하고, 크랭크축의 각속도가 역전 부하의 증대에 의해 저하한 경우도 역전 통전을 종료하므로 역전 개시위치에 관계 없이, 크랭크축을 전회의 압축 상사점의 직전(역전시)이므로 압축 반력이 낮은 위치까지 되돌릴 수 있다.
또한 본 실시형태에서는 크랭크축(201)의 각속도를 시동기 겸 발전기(1)의 로터각도(즉, 스테이지)를 검지하는 로터각도 센서(29)의 출력에 의거하여 검지하도록 하였기 때문에, 크랭크축(201)의 각도를 검지하기 위한 센서를 별도로 설치할 필요가 없다.
본 발명에 의하면, 이하와 같은 효과가 달성된다.
(1) 크랭크축의 역전 부하의 상승이 검지되기 보다도 전에 크랭크축의 상사점상당각에의 도달이 검지되면, 상기 위치는 배기 상사점 근방이라고 예측할 수 있으므로 여기서 역전 통전을 정지함으로써, 관성력으로 크랭크축을 소망의 위치까지 다시 되돌릴 수 있다.
또 크랭크축의 상사점 상당각에의 도달이 검지되기 보다도 전에 크랭크축의 역전 부하의 상승이 검지되면, 상기 위치는 압축 상사점의 직전(역전시)에 있어서 압축반력이 낮은 위치이므로 여기서 역전통전을 정지함으로써, 크랭크축을 압축반력이 낮은 위치에서 정지시킬 수 있다.
(2) 시동모터의 역전구동 토오크를, 상사점 및 그 근방에서는 그 이외의 위치보다도 저하시켰으므로, 역전하는 크랭크축의 각속도를 압축 상사점의 직전에서 감속시킬 수 있다. 따라서 크랭크축이 압축 상사점 상당각을 초과하여 버리는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 크랭크축이 압축 상사점의 직전에 도달한 것의 검지가 용이하게 된다.
(3) 크랭크축이 역전시에 상사점을 통과하면, 그 직후에 역전통전을 정지하고, 그 후는 관성력을 이용하여 크랭크축을 다시 역전시키기 때문에 시동모터에의 통전시간을 단축할 수 있어 전력소비량의 저감이 가능하게 된다.
(4) 크랭크축의 각속도를 시동모터의 로터각도를 검지하는 센서의 출력에 의거하여 검지하도록 하였기 때문에, 크랭크축(201)의 각도를 검지하기 위한 센서를 별도로 설치할 필요가 없다.

Claims (5)

  1. 엔진정지후에 크랭크축을 소정의 위치까지 역전시켜 다음의 엔진시동에 대비하는 엔진시동제어장치에 있어서,
    크랭크축(201)을 정회전 및 역전시키는 시동모터(1)와;
    엔진정지후에 시동모터에의 역전통전을 개시하는 역전제어수단(75)과;
    역전하는 크랭크축이 피스톤의 상사점 상당각에 도달한 것을 검지하는 크랭크각 검지수단(73)과;
    상기 크랭크축의 역전부하를 검지하는 역전부하 검지수단(74)을 포함하고,
    상기 역전제어수단(75)은,
    상기 크랭크각 검지수단(30)에 의해 크랭크축의 상사점 상당각에의 도달이 검지된 것 및 상기 역전부하 검지수단(74)에 의해 역전부하의 상승이 검지된 것 중 어느 하나의 빠른쪽에 응답하여 상기 역전통전을 종료하는 것을 특징으로 하는 엔진시동제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 시동모터를 역전시킬 때의 구동토오크가, 크랭크축이 상기 상사점 상당각 및 그 근방영역을 통과하는 동안은, 크랭크축이 다른 각도영역을 통과하는 동안보다도 줄어드는 것을 특징으로 하는 엔진시동제어장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 역전부하 검지수단(74)은, 역전하는 크랭크축의 각속도의 변화에 의거하여 역전부하를 검지하는 것을 특징으로 하는 엔진시동제어장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 시동모터(1)는 상기 회전각도를 검지하는 회전각 검지수단(73)을 포함하고,
    상기 역전부하 검지수단(74)은, 상기 회전각 검지수단(73)에 의해 검지되는 시동모터의 각속도의 변화로 상기 크랭크축의 각속도의 변화를 대표하는 것을 특징으로 하는 엔진시동제어장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진은 4 사이클 엔진이고, 상기 크랭크각 검지수단은, 점화타이밍을 검지하는 점화용 펄서(30)인 것을 특징으로 하는 엔진시동제어장치.
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