WO2018212093A1 - エンジンユニット - Google Patents

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WO2018212093A1
WO2018212093A1 PCT/JP2018/018340 JP2018018340W WO2018212093A1 WO 2018212093 A1 WO2018212093 A1 WO 2018212093A1 JP 2018018340 W JP2018018340 W JP 2018018340W WO 2018212093 A1 WO2018212093 A1 WO 2018212093A1
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engine
crankshaft
temperature
fuel injection
fuel
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PCT/JP2018/018340
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Inventor
善人 伊東
伊藤　大貴
飯田　実
Original Assignee
ヤマハ発動機株式会社
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    • F02N2300/102—Control of the starter motor speed; Control of the engine speed during cranking

Definitions

  • the present invention relates to an engine unit that has a high load region and a low load region during four strokes and starts by cranking a crankshaft with a starter motor.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-343404 discloses an engine starter for starting an engine by rotating a crankshaft in a reverse direction and then stopping the crankshaft.
  • the engine starter described in Patent Document 1 rotates the crankshaft reversely until the position where the load increases in the reverse rotation, that is, in the middle of the expansion stroke, by the motor after the rotation of the crankshaft of the engine stops. Thereafter, the engine starting device rotates the crankshaft forward by rotating the motor in the forward rotation direction from a position in the middle of the expansion stroke.
  • the crankshaft is rotated from the middle of the expansion stroke to the compression stroke at the time of starting the engine by reversely rotating the crankshaft to a position where the load increases, i.e., to a position in the middle of the expansion stroke. Rotates in a low load area. Thereafter, the engine reaches the first high load region. Therefore, the rotational speed of the crankshaft can be increased before the engine reaches the first high load region. By utilizing both the large inertial force with high rotational speed and the output torque of the starter motor, the engine can get over the first high load region.
  • Patent Document 2 International Publication No. WO2015 / 093576 discloses that the crankshaft is rotated by a three-phase brushless motor when the crankshaft is rotating forward after the combustion operation of the 4-stroke engine main body is stopped. An engine unit that provides resistance to forward rotation is disclosed.
  • the engine unit stops the crankshaft at the compression stroke position in the 4-stroke engine body. Then, in response to an input of a start instruction when the crankshaft is stopped, the crankshaft is rotated forward from the position of the stopped compression stroke by the three-phase brushless motor.
  • crankshaft starts to rotate from a position where the four-stroke engine can be easily started even if the output torque of the motor is small. Can do.
  • the crankshaft when the crankshaft starts rotating in response to an input of a start instruction, the rotational speed of the crankshaft gradually increases from a stopped state.
  • the rotation speed of the crankshaft is low in the compression stroke.
  • the crankshaft when the rotation speed of the crankshaft is low in the compression stroke, the crankshaft is not easily subjected to the compression reaction force caused by the gas in the combustion chamber. As a result, the crankshaft can quickly rotate over the load in the high load region of the compression stroke.
  • the inventors of the present invention evaluated the startability of the engine in which a high load region and a low load region exist between four strokes as shown in Patent Documents 1 and 2 described above. As a result, the present inventors have found that the startability of the engine is reduced due to a large load fluctuation in a specific aspect.
  • An object of the present invention is to provide a configuration in which startability can be improved in the engine in which a high load region and a low load region exist between four strokes.
  • the present inventors evaluated the startability of an engine in which a high load region and a low load region exist between four strokes that have been proposed in the past.
  • the inventors have studied that, in a certain aspect, the engine load fluctuates greatly, and therefore, by accelerating the rotational speed of the crankshaft in a low load region, conversely, the engine It has been found that the startability of is reduced.
  • the rotational speed of the crankshaft is accelerated in the low load region even if the engine temperature is extremely low.
  • the engine load increases further. Therefore, it is considered preferable to increase the inertial force by increasing the rotation speed of the crankshaft in a low load region.
  • the total heat generation amount of the fuel that contributes to combustion is reduced, so that sufficient torque is not obtained due to combustion, and the engine may not be started.
  • the same phenomenon may occur during the next combustion because the combustion interval is large.
  • the torque can be increased as the rotational speed is lower.
  • the inventors of the present invention have a high load region and a low load region in four strokes. It has been found that the energy of the first combustion can be sufficiently increased even if the acceleration of the rotational speed of the crankshaft is suppressed in the low load region between the shaft rotating from the stopped state and the first combustion.
  • acceleration of the rotational speed of the crankshaft can be accelerated in a low load range until the first combustion after the crankshaft is rotated from the stopped state. The same startability can be ensured.
  • An engine unit includes: A combustion chamber provided with an intake port and an exhaust port, an intake valve that opens and closes the intake port, an exhaust valve that opens and closes the exhaust port, and air in the atmosphere connected to the intake port and through the intake port
  • An intake passage that leads the fuel into the combustion chamber, an exhaust passage connected to the exhaust port, a fuel injection device that injects fuel into the intake passage, and an ignition that ignites an air-fuel mixture containing fuel and air in the combustion chamber
  • a four-stroke engine having a high load region having a large load and a low load region in which a load for rotating the crankshaft is smaller than a load in the high load region.
  • a permanent magnet type starter motor having a permanent magnet and rotating the crankshaft;
  • a control device for controlling the permanent magnet starter motor, the fuel injection device and the ignition device;
  • An engine temperature detector for detecting the temperature of the four-stroke engine body;
  • a crank angle detector that detects a crank angle that is a position of a rotation angle of the crankshaft,
  • the control device includes: By driving the permanent magnet starter motor, the crankshaft is rotated from a stopped state, By controlling the fuel injection device while the crank angle of the crankshaft is in the low load region, fuel is injected into the intake passage, Detected by the engine temperature detection unit when the crankshaft crank angle is between the low load region and when the fuel injection device injects fuel into the intake passage and closes the intake valve.
  • the rotational speed of the permanent magnet starter motor is controlled so as to suppress an increase in the rotational speed of the crankshaft
  • the four-stroke engine body is started by igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber using the ignition device while the crank angle of the crankshaft is in the high load region.
  • the rotational speed of the crankshaft can be suppressed by controlling the rotational speed of the permanent magnet starter motor in accordance with the temperature of the engine unit. Therefore, it is possible to increase the fuel injection time and secure the fuel evaporation time according to the engine temperature. Moreover, since the permanent magnet type starter motor has a large torque at the time of low rotation, sufficient energy for starting the engine can be secured. Therefore, the startability of the engine can be improved by the above-described configuration.
  • the engine unit of the present invention preferably includes the following configuration.
  • the control device is configured such that the rotation speed of the crankshaft when the temperature of the four-stroke engine body detected by the engine temperature detection unit is the first temperature is the engine temperature.
  • the rotational speed of the permanent magnet starter motor is set to be lower than the rotational speed of the crankshaft when the temperature of the four-stroke engine body detected by the detection unit is the second temperature higher than the first temperature.
  • the engine unit of the present invention preferably includes the following configuration.
  • the fuel injection device injects fuel toward the intake valve.
  • the fuel supply efficiency can be improved by injecting the fuel to a place close to the intake port in this way.
  • the engine unit of the present invention preferably includes the following configuration.
  • the control device determines a rotation speed of the crankshaft according to a fuel injection time determined based on the temperature of the four-stroke engine body detected by the engine temperature detection unit.
  • the engine unit of the present invention preferably includes the following configuration.
  • the engine temperature detector is a sensor that detects the temperature of the coolant in the four-stroke engine body or the temperature of oil in the oil passage.
  • the engine unit of the present invention preferably includes the following configuration.
  • the control device causes the fuel injection device to inject fuel until a predetermined time during which fuel necessary for starting the engine can be supplied is exceeded within the fuel injection time.
  • the engine unit of the present invention preferably includes the following configuration.
  • the control device controls the rotation speed of the motor such that the lower the temperature of the four-stroke engine body detected by the engine temperature detection unit, the lower the rotation speed of the crankshaft during the fuel injection time. .
  • the engine unit of the present invention preferably includes the following configuration.
  • the four-stroke engine main body further includes a pressure reducing mechanism that temporarily opens the exhaust valve to discharge the air-fuel mixture in the combustion chamber while the crank angle of the crankshaft is in the high load region.
  • a pressure reducing mechanism that temporarily opens the exhaust valve to discharge the air-fuel mixture in the combustion chamber while the crank angle of the crankshaft is in the high load region.
  • attachment In this specification, “attached”, “connected”, “coupled” and / or their equivalents are used in a broad sense, and are “direct and indirect” attachments, Includes both connections and couplings. Further, “connected” and “coupled” are not limited to physical or mechanical connections or couplings, and can include direct or indirect connections or couplings.
  • cranking refers to rotating the crankshaft by applying an external force from the outside of the engine regardless of combustion in the cylinder of the engine.
  • cranking means that the crankshaft is rotated using an engine starting motor when the engine is started.
  • the cranking includes applying an external force to the crankshaft when combustion occurs in the cylinder of the engine.
  • the high load region of the engine means a region where a large torque is required for compressing the in-cylinder gas in the compression stroke in the engine operation region.
  • the high load region of the engine includes a compression stroke.
  • the low load region of the engine means a region where the in-cylinder gas is not compressed in the engine operation region.
  • the temperature of the four-stroke engine body means a temperature detected by an engine temperature detection unit that detects a temperature in the combustion chamber of the engine or a temperature related to the temperature in the combustion chamber.
  • the temperature related to the temperature in the combustion chamber means the temperature of the coolant, the cylinder and crankcase body of the 4-stroke engine body, the fuel temperature, the injector temperature, the intake port temperature, etc., which change according to the temperature of the combustion chamber. .
  • the temperature of oil in the oil passage may be used.
  • the engine unit according to the embodiment of the present invention can improve the startability of the engine.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an engine unit according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between the crank angle at the time of engine start and the necessary torque necessary for cranking.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the rotational speed control of the permanent magnet starter motor by the ECU when the engine unit of FIG. 1 is started.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the engine speed and the crank angle when the engine unit of FIG. 1 is started.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining an example of the movement of the crankshaft when the engine unit shown in FIG. 1 is started.
  • FIG. 6 is a graph schematically showing the relationship between the opening amount of the exhaust valve of the engine unit shown in FIG. 1 and the crank angle.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an engine unit according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between the crank angle at the time of engine start and the necessary torque necessary for cranking
  • FIG. 7 is a graph showing the engine rotation speed when the engine temperature of the engine unit of FIG. 1 is high and when the engine temperature is low.
  • FIG. FIG. 8A is a graph showing an example of the relationship between the engine temperature and the rotational speed of the crankshaft when the engine is started.
  • FIG. 8B is a graph showing another example of the relationship between the engine temperature and the rotational speed of the crankshaft when the engine is started.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the engine unit, an example of a relationship between the engine temperature and the rotational speed of the crankshaft at the time of starting the engine, and a relationship between the crank angle and the required torque at the time of starting the engine.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing the configuration of the engine unit of the second embodiment.
  • FIG. 11 is a graph showing an example in which the fuel injection positions are different in the relationship between the engine temperature and the rotation speed of the crankshaft when the engine is started.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the engine unit 100.
  • the engine unit 100 has a single-cylinder four-stroke engine main body 10 (hereinafter simply referred to as the engine 10) will be described.
  • each component of the engine unit 100 is shown in a simplified manner.
  • the engine unit 100 according to the present embodiment is an engine unit having a four-stroke engine 10 that includes an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke in one cycle.
  • the engine unit 100 includes an engine 10, an air cleaner 12, an intake pipe 14a, an intake pipe 14b, an exhaust pipe 16, a throttle device 20, a throttle position sensor (hereinafter referred to as TPS) 22, and a pressure sensor. 24, a crank angle sensor 26 (crank angle detection unit), an engine temperature sensor 28 (engine temperature detection unit), a permanent magnet starter motor 30 and an engine control device (control device, hereinafter referred to as ECU) 32, an inverter 62.
  • the battery 64 and the start switch 66 are provided.
  • the air cleaner 12 inhales air in the atmosphere (air outside the vehicle on which the engine 10 is mounted) and purifies the inhaled air.
  • One end of the intake pipe 14 a is connected to the air cleaner 12.
  • the other end of the intake pipe 14a is connected to a throttle body 20c described later of the throttle device 20.
  • One end of the intake pipe 14 b is connected to the throttle body 20 c of the throttle device 20.
  • the other end of the intake pipe 14b is connected to a passage 34a formed in a cylinder head 34 described later.
  • One end of the exhaust pipe 16 is connected to a passage 34b formed in a cylinder head 34 described later.
  • the intake passage 33a is formed by the space in the intake pipe 14a, the space in the throttle body 20c, the space in the intake pipe 14b, and the passage 34a.
  • the exhaust passage 33b is formed by the space in the passage 34b and the exhaust pipe 16, for example.
  • the intake passage 33a guides air in the atmosphere purified by the air cleaner 12 into a combustion chamber 36 described later of the engine 10 through an intake port 35a described later.
  • the exhaust passage 33b discharges the gas in the combustion chamber 36 to the atmosphere (outside the vehicle) through an exhaust port 35b described later.
  • the configuration of the intake passage 33a is not limited to the configuration shown in FIG. 1, and any configuration that can guide air in the atmosphere into the combustion chamber 36 described later may be used.
  • the configuration of the exhaust passage 33b is not limited to the configuration shown in FIG. 1, and any configuration that can discharge the gas in the combustion chamber 36 to the atmosphere may be used.
  • upstream and downstream mean “upstream” and “downstream” based on the flow direction of air flowing from the air cleaner 12 through the intake passage 33a and the engine 10 to the exhaust passage 33b. To do.
  • the throttle device 20 includes a throttle valve 20a, a drive device 20b that drives the throttle valve 20a, and a throttle body 20c.
  • the throttle valve 20a and the drive device 20b are provided on the throttle body 20c.
  • an electric motor can be used as the driving device 20b.
  • the throttle valve 20a is driven by the driving device 20b to adjust the opening area of the intake passage 33a. That is, in the present embodiment, the throttle valve 20a is an adjustment valve that adjusts the opening area of the intake passage 33a.
  • the drive device 20b is controlled by the ECU 32 as will be described later.
  • the TPS 22 detects the position of the throttle valve 20a as the throttle opening.
  • the TPS 22 outputs a signal indicating the detected throttle opening to the ECU 32.
  • the pressure sensor 24 detects the pressure (intake pressure) in the portion downstream of the throttle valve 20a in the intake passage 33a. That is, the pressure sensor 24 detects the pressure in the portion between the throttle valve 20a and the combustion chamber 36 described later in the intake passage 33a.
  • the intake pressure means the pressure in the portion between the throttle valve 20a and the combustion chamber 36 in the intake passage 33a.
  • the pressure sensor 24 outputs a signal related to the detected pressure to the ECU 32.
  • the pressure sensor 24 is a pressure detection unit.
  • the crank angle sensor 26 detects a rotational position (hereinafter referred to as a crank angle) of the crankshaft 46 described later of the engine 10.
  • the crank angle sensor 26 outputs a signal (crank pulse signal) indicating the detected crank angle to the ECU 32.
  • the ECU 32 ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 36 by a spark plug 56 described later of the engine 10 based on a signal output from the crank angle sensor 26.
  • the ECU 32 performs operation control when starting the engine. Specifically, the ECU 32 includes a rotation speed calculation unit 70, a crank angle determination unit 71, a fuel injection time determination unit 72, a motor control unit 73, a fuel injection control unit 74, an ignition control unit 75, and a memory 76.
  • the rotational speed calculation unit 70 calculates the rotational speed of the engine 10, that is, the rotational speed of the crankshaft 46, based on the crank pulse signal output from the crank angle sensor 26.
  • the rotation speed of the crankshaft 46 calculated by the rotation speed calculation unit 70 is input to the motor control unit 73 and used for feedback control of the permanent magnet starter motor 30.
  • the crank angle determination unit 71 determines whether or not the crank angle obtained based on the crank pulse signal output from the crank angle sensor 26 is larger than a predetermined angle, and the crank angle is a specified angle at which fuel injection is started. To determine if it is greater than.
  • the determination result by the crank angle determination unit 71 is input to the motor control unit 73 and used for driving control of the permanent magnet starter motor 30.
  • the determination result by the crank angle determination unit 71 is input to the fuel injection control unit 74 and used for driving control of the fuel injection device 54 described later of the engine 10.
  • the predetermined angle is an angle smaller than the specified angle.
  • the fuel injection time determination unit 72 obtains the fuel injection time corresponding to the engine temperature from the injection time data stored in advance in the memory 76 based on the engine temperature information output from the engine temperature sensor 28. Further, the fuel injection time determination unit 72 calculates an integrated fuel injection time (integrated fuel injection time) while injecting fuel from the fuel injection device 54, and the calculated integrated fuel injection time is a predetermined value. It is determined whether it is longer than (predetermined time).
  • the engine temperature sensor 28 is a sensor that measures the temperature of the coolant of the engine 10 as an example.
  • the engine temperature sensor 28 may directly measure the temperature in the combustion chamber 36, or may measure the temperature of the cylinder 40, the crankcase 44, and the like of the engine 10. That is, the engine temperature sensor 28 may be provided at any position as long as the temperature related to the combustion chamber 36 of the engine 10 can be measured.
  • the motor control unit 73 is a permanent magnet starter motor based on the rotation speed of the crankshaft 46 output from the rotation speed calculation unit 70 and the determination result output from the crank angle determination unit 71 when the engine is started. 30 drive is controlled. Specifically, the motor control unit 73 controls the rotation speed of the permanent magnet starter motor 30 according to the determination result output from the crank angle determination unit 71, and controls the rotation speed of the crankshaft 46. And using the permanent magnet starter motor 30 for feedback control.
  • the fuel injection control unit 74 causes the fuel injection device 54 to inject fuel when the crank angle determination unit 71 determines that the crank angle is larger than a specified angle at which fuel injection is started. On the other hand, the fuel injection control unit 74 stops the fuel injection by the fuel injection device 54 when the fuel injection time determination unit 72 determines that the accumulated fuel injection time is longer than the predetermined value.
  • the ignition control unit 75 causes the ignition plug 56 to ignite when the crank angle obtained based on the crank pulse signal output from the crank angle sensor 26 reaches the ignition timing of the ignition plug 56.
  • the permanent magnet starter motor 30 is a motor that starts the engine 10 by cranking the crankshaft 46.
  • the permanent magnet type starter motor 30 is a DC brushless motor.
  • the permanent magnet starter motor 30 is characterized in that the torque is higher as the rotational speed is lower.
  • the DC brushless motor may be a DC brushless motor that detects an electrical angle using a hall sensor, or a DC brushless motor that detects a mechanical angle using a crank pulse.
  • the output shaft of the permanent magnet starter motor 30 is connected to the crankshaft 46 of the engine 10 so as to rotate the crankshaft 46.
  • the output shaft of the permanent magnet starter motor 30 is connected to the crankshaft 46 without a power transmission mechanism (for example, a belt, a chain, a gear, a speed reducer, a speed increaser, etc.).
  • the permanent magnet starter motor 30 only needs to be connected to the crankshaft 46 of the engine 10 so that the crankshaft 46 can rotate forward. Therefore, the permanent magnet starter motor 30 may be connected to the crankshaft 46 via a power transmission mechanism.
  • the rotation axis of the permanent magnet starter motor 30 and the rotation axis of the crankshaft 46 are preferably substantially coincident.
  • the inverter 62 controls the rotational speed of the permanent magnet starter motor 30 by controlling the current supplied from the battery 64 to the permanent magnet starter motor 30.
  • the inverter 62 is controlled by the motor control unit 73 of the ECU 32.
  • the battery 64 supplies power to the permanent magnet starter motor 30 via the inverter 62.
  • the start switch 66 outputs an ON signal in response to a driver's operation when the engine 10 is started or when an engine start condition is satisfied in an idle stop system described later.
  • an ON signal is output from the start switch 66, the ECU 32 starts rotation speed control of the permanent magnet starter motor 30 in order to start the engine 10.
  • the engine 10 includes a cylinder head 34, a cylinder 40, a piston 42, a crankcase 44, a crankshaft 46, a connecting rod 48, an intake valve 50, an exhaust valve 52, a fuel injection device 54, and a spark plug 56 (ignition device).
  • the piston 42 can reciprocate in the cylinder 40.
  • the crankshaft 46 can rotate in the crankcase 44.
  • the piston 42 and the crankshaft 46 are connected by the connecting rod 48.
  • the reciprocating motion of the piston 42 is transmitted to the crankshaft 46 through the connecting rod 48.
  • the crankshaft 46 rotates.
  • a combustion chamber 36 is formed by the cylinder head 34, the cylinder 40 and the piston 42.
  • the combustion chamber 36 is provided with an intake port 35a and an exhaust port 35b.
  • the cylinder head 34 has a passage 34a connected to the intake port 35a and a passage 34b connected to the exhaust port 35b.
  • the intake pipe 14b and the combustion chamber 36 are connected by the passage 34a.
  • the combustion chamber 36 and the exhaust pipe 16 are connected by a passage 34b.
  • the intake valve 50 opens and closes the intake port 35a.
  • the exhaust valve 52 opens and closes the exhaust port 35b.
  • the intake valve 50 is driven by a known valve operating mechanism (not shown).
  • the exhaust valve 52 is driven by a valve operating mechanism (not shown).
  • the intake valve 50 is opened before the exhaust valve 52 is closed, and is closed before the exhaust valve 52 is opened.
  • the intake stroke is started before the exhaust stroke ends.
  • the intake valve 50 is in an open state with a crank angle of, for example, 344 to 576 degrees.
  • the crank angle when the intake valve 50 is open is not limited to the above, and may be open at a minimum of 360 to 540 degrees and at a maximum of 326 to 610 degrees.
  • the exhaust valve 52 is open at least during the exhaust stroke. Specifically, the exhaust valve 52 is in an open state with a crank angle of, for example, 64 degrees to 378 degrees.
  • the crank angle when the exhaust valve 52 is open is not limited to the above, and it may be open at a minimum between 180 degrees and 360 degrees and at a maximum between 70 degrees and 390 degrees.
  • the fuel injection device 54 injects fuel into the intake passage 33a.
  • the fuel injection device 54 injects fuel toward the intake valve 50.
  • the fuel supplied into the intake passage 33a is sent to the combustion chamber 36 as air-fuel mixture together with air.
  • the spark plug 56 ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 36.
  • the fuel injection device 54 and the spark plug 56 perform fuel injection and ignition at appropriate timing according to each stroke in one cycle of the engine 10 under the control of the ECU 32.
  • a pressure reducing mechanism 58 is provided in the vicinity of a camshaft (not shown) that drives the exhaust valve 52.
  • the decompression mechanism 58 reduces an increase in the resistance of rotation of the crankshaft 46 due to the compression of air in the cylinder in the compression process of the engine. That is, the pressure reducing mechanism 58 is a mechanism that opens the exhaust valve 52 at a predetermined timing in order to reduce the pressure in the cylinder in the compression process at the time of starting the engine.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between the crank angle at the time of engine start and the necessary torque necessary for cranking.
  • the engine 10 of the engine unit 100 has a high load region TH in which a load for rotating the crankshaft 46 is large during four strokes, and a load in which the crankshaft 46 is rotated is smaller than a load in the high load region TH. And a low load region TL.
  • the low load region TL is equal to or wider than the high load region TH. More specifically, the low load region TL is wider than the high load region TH. In other words, the rotation angle region corresponding to the low load region TL is wider than the rotation angle region corresponding to the high load region TH.
  • the engine 10 repeats four strokes of an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke.
  • the compression stroke is included in the high load region TH, but is not included in the low load region TL.
  • the high load region TH is a region that substantially overlaps the compression stroke
  • the low load region TL is a region that substantially overlaps the intake stroke, the expansion stroke, and the exhaust stroke.
  • each boundary between the high load region TH and the low load region TL does not need to coincide with the boundary of each stroke.
  • the decompression mechanism 58 operates to open the exhaust valve 52 when the crank angle is approximately 630 degrees.
  • the period during which the exhaust valve 52 is opened by the decompression mechanism 58 is a period during which the compression stroke is short.
  • the timing at which the exhaust valve 52 is opened by the pressure reducing mechanism 58 is immediately before the intake valve 50 is closed or after the intake valve 50 is closed.
  • the timing at which the exhaust valve 52 is opened by the pressure reducing mechanism 58 can be adjusted within the compression stroke, as shown in FIG.
  • the valve lift amount of the exhaust valve 52 during the operation period of the pressure reducing mechanism 58 is smaller than the valve lift amount of the intake valve 50.
  • the valve lift is the distance that the valve has moved away from the valve seat in the axial direction.
  • cranking by the starter motor 30 is performed when the engine 10 is started.
  • the starting of the engine 10 includes a case where the engine 10 is started from a state where the engine temperature is lower than a temperature during operation of the engine 10 and a restart from the engine stop state in the idle stop system. Since the idle stop system has the same configuration as the conventional one, detailed description and illustration regarding the idle stop system are omitted.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the rotational speed control of the permanent magnet starter motor 30 by the ECU 32 when the engine unit 100 is started.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the engine speed and the crank angle when the engine unit 100 is started.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the movement of the crankshaft 46 when the engine unit 100 is started.
  • step S1 when the start switch 66 is turned on and the activation request flag is set (step S1), the ECU 32 causes the motor control unit 73 to rotate the permanent magnet starter motor 30.
  • the engine 10 stops combustion in response to a combustion stop instruction from the ECU 32.
  • the crankshaft 46 is rotated by inertial force after the combustion in the engine 10 is stopped.
  • the crankshaft 46 rotates in the reverse direction due to the compression reaction force and stops. Therefore, the stop position of the crankshaft 46 is often stopped at the crank angle P0 of the intake stroke, which is the stroke before the compression stroke, as shown in FIG.
  • the ECU 32 obtains information on the crank angle and the rotational speed of the engine 10 based on the signal output from the crank angle sensor 26.
  • the motor control unit 73 of the ECU 32 rotates the permanent magnet starter motor 30 in the reverse direction as indicated by broken lines in FIGS. 4 and 5.
  • the reverse rotation of the permanent magnet starter motor 30 is continued until the crank angle reaches the specified position P1 in the expansion stroke.
  • the crank angle determination unit 71 of the ECU 32 determines whether or not the crank angle of the crankshaft 46 is larger than a predetermined angle (step S2).
  • the predetermined angle is an angle smaller than a crank angle (specified angle) at which fuel is injected.
  • step S2 When the crank angle of the crankshaft 46 is larger than the predetermined angle (in the case of YES in step S2), the motor control unit 73 of the ECU 32 causes the rotational speed of the crankshaft 46 to be the target rotational speed A.
  • the permanent magnet starter motor 30 is driven and controlled (step S3). Control of the rotational speed of the permanent magnet type starter motor 30 may be torque control using a duty ratio, or may be speed control for detecting the rotational speed of the permanent magnet type starter motor 30 and performing feedback control.
  • the target rotational speed A has a speed that can secure a fuel injection time derived from the engine temperature measured by the engine temperature sensor 28 as will be described later, and a speed that can overcome the maximum load in the high load region TH. Is the lower limit.
  • the air-fuel ratio in the combustion chamber 36 may not be an appropriate value.
  • the target rotational speed A of the crankshaft 46 is determined within the above upper and lower limits in consideration of the phenomenon as described above.
  • the target rotational speed A is obtained based on the temperature of the engine 10 as will be described later.
  • crank angle determination unit 71 When the crank angle of the crankshaft 46 is equal to or smaller than the predetermined angle (in the case of NO in step S2), the crank angle determination unit 71 performs step S2 until the crank angle of the crankshaft 46 becomes larger than the predetermined angle. Repeat the determination.
  • the crank angle determination unit 71 determines whether or not the crank angle of the crankshaft 46 is larger than a prescribed angle for starting fuel injection. (Step S4). If the crank angle of the crankshaft 46 is larger than the prescribed angle for starting fuel injection (YES in step S4), the fuel injection control unit 74 of the ECU 32 injects fuel from the fuel injection device 54 (step S5). . On the other hand, if the crank angle of the crankshaft 46 is equal to or smaller than the prescribed angle for starting fuel injection (NO in step S4), the crank angle of the crankshaft 46 is larger than the prescribed angle for starting fuel injection. The determination in step S4 is repeated.
  • the prescribed angle for starting fuel injection by the fuel injection device 54 is, for example, 300 °.
  • the specified angle for starting the fuel injection may be other than 300 °.
  • the fuel injection time is determined by the fuel injection time determination unit 72 based on injection time data determined in advance with reference to the engine temperature.
  • the injection time data is stored in the memory 76 of the ECU 32. It is necessary to end the fuel injection at the longest from the start of fuel injection until the intake valve 50 is closed (within the period of FI shown in FIG. 4).
  • the fuel injection time determination unit 72 of the ECU 32 determines whether the integrated fuel injection time, which is the integrated time of fuel injection, is longer than a predetermined value (predetermined time) of the fuel injection time. It is determined whether or not (step S6). If it is determined that the accumulated fuel injection time is longer than the predetermined value (YES in step S6), the fuel injection by the fuel injection device 54 is stopped (step S7). Thereafter, the rotational speed control in which the target rotational speed is set to A in step S3 is canceled (step S8), and the rotational speed control flow at the time of engine start is ended (end).
  • the predetermined value is determined according to the engine temperature using the injection time data.
  • step S6 when it is determined that the accumulated fuel injection time is equal to or less than the predetermined value (NO in step S6), the fuel by the fuel injection device 54 is kept until the accumulated fuel injection time becomes larger than the predetermined value. Continue jetting.
  • the crank angle at the time of ignition of the spark plug 56 is 715 degrees, but is not limited to this.
  • Rotational force is applied to the crankshaft 46 by the above-mentioned initial combustion, and the engine 10 is continuously started by cranking by performing four strokes continuously in the engine 10.
  • the fuel injection time determination unit 72 of the ECU 32 refers to the injection time data stored in the memory 76 of the ECU 32 in advance based on the temperature of the engine 10 measured by the engine temperature sensor 28. The fuel injection time for the first combustion at the start of is determined.
  • the injection time data is, for example, a table in which engine temperature and fuel injection time are associated with each other.
  • the injection time data is set so that the fuel injection time becomes longer as the engine temperature is lower.
  • the injection time may be calculated so as to increase according to a predetermined relational expression as the temperature decreases, or the injection time is constant within a predetermined range, and decreases when the engine temperature increases beyond the range. It may be set to be.
  • An example of the injection time is indicated by a solid arrow in FIG. As shown in FIG. 2, the injection time when the engine temperature is ⁇ 5 ° C. is longer than the injection time when the engine temperature is 80 ° C. In FIG. 2, only the first stroke is described for the injection time, and subsequent strokes are omitted.
  • the injection time data varies depending on the position where the fuel injection device 54 injects the fuel, the injection direction, the size of the fuel droplets to be injected, and the like. As described above, even when the engine 10 is at a low temperature, the injected fuel is sufficiently evaporated to obtain an appropriate air-fuel ratio at the time of ignition. Accordingly, the injection time data is set so that the fuel injection time becomes longer when the engine temperature is low. In general, the injection time is shorter when the droplet size of the injected fuel is smaller and the spray spread angle is larger.
  • Fuel injection by the fuel injection device 54 is started at a predetermined crank angle (for example, 300 degrees), and is completed until the intake valve 50 is closed in the intake stroke of the engine 10. For this reason, it is necessary to determine the rotational speed of the crankshaft 46 so that the fuel injection is completed before the intake valve 50 is opened.
  • the fuel injection start timing is fixed at a crank angle of 300 degrees regardless of the engine temperature.
  • the target rotational speed A of the crankshaft 46 is set lower as the injection time becomes longer.
  • the fuel injection time needs to be longer as the engine temperature is lower. Therefore, as shown in FIG. 7, the target rotational speed A ′ when the engine temperature is low is the target rotational speed when the engine temperature is high. It becomes lower than the speed A.
  • FIG. 8A shows an example of the relationship between the engine temperature and the rotational speed of the crankshaft 46 at the time of engine start.
  • the target rotational speed A of the crankshaft 46 decreases as the temperature of the engine 10 decreases.
  • the temperature of the engine 10 at two arbitrary points in the graph referred to as a first temperature and a second temperature, respectively
  • the ECU 32 controls the rotation speed of the permanent magnet starter motor 30 so that the rotation speed is lower than the rotation speed at the second temperature higher than the first temperature.
  • the rotational speed of the crankshaft 46 does not continuously change according to the temperature of the engine 10 as described above, but is constant until the temperature of the engine 10 reaches a predetermined temperature as shown in FIG. 8B.
  • the rotation speed can be controlled to be lowered.
  • the fuel injection may be completed between the start of fuel injection and the closing of the intake valve 50 (fuel injection time FI). Therefore, the fuel injection time of the injection time data may be shorter than the fuel injection time FI.
  • the target rotational speed of the crankshaft 46 when the target rotational speed of the crankshaft 46 is increased according to the fuel injection time, the power consumption of the permanent magnet starter motor 30 is increased, so that the power consumption of the battery 64 is increased.
  • the target rotational speed A of the crankshaft 46 may be reduced to a rotational speed at which a necessary fuel injection time can be secured according to the engine temperature. Thereby, the power consumption of the permanent magnet starter motor 30 can be suppressed, and the increase in the power consumption of the battery 64 can be suppressed.
  • the permanent magnet starter motor 30 that can obtain higher output torque as the rotational speed is lower is used as the starter motor. Further, in the engine 10 in which the high load region TH and the low load region TL exist during the four strokes, as shown in FIG. 5, the low load region until the first combustion after the crankshaft 46 rotates from the stopped state. At TL, the target rotational speed A of the crankshaft 46 is set according to the engine temperature. Thereby, the time for the fuel supplied into the intake passage 33a to be vaporized can be secured. Therefore, the energy by the first combustion can be sufficiently increased, and the startability of the engine 10 can be improved.
  • the pressure in the combustion chamber 36 can be reduced by operating the pressure reducing mechanism 58 during the compression stroke at the time of starting the engine.
  • the pressure reducing mechanism 58 in the compression step, there is a possibility that sufficient energy cannot be obtained by the first combustion at the time of starting the engine, and the rotational speed of the crankshaft 46 cannot be increased.
  • the target rotational speed A of the crankshaft 46 depends on the engine temperature in the low load region TL until the first combustion after the crankshaft 46 rotates from the stopped state.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing the configuration of the engine unit 101 according to the second embodiment of the present invention.
  • the ECU 80 sets the rotational speed of the crankshaft 46 according to the temperature of the engine 10 using rotational speed data as map data between the engine temperature and the target rotational speed A. This is different from the engine unit 100 according to the first embodiment.
  • the ECU 80 includes a rotation speed calculation unit 70, a crank angle determination unit 71, a motor control unit 73, a fuel injection control unit 74, an ignition control unit 75, a memory 76, and a rotation speed determination unit 81.
  • the memory 76 is a map in which the temperature of the engine 10 and the target rotational speed A of the crankshaft 46 at the time of starting the engine are associated with each other in advance. Rotational speed data as data is stored.
  • the rotational speed determination unit 81 uses the rotational speed data stored in the memory 76 to determine the target rotational speed A of the crankshaft 46 at the time of engine start according to the engine temperature measured by the engine temperature sensor 28. To do.
  • the motor control unit 73 controls the inverter 62 using the target rotation speed A determined by the rotation speed determination unit 81, so that the crankshaft 46 becomes the target rotation speed A, so that a permanent magnet type starter motor is used. 30 is driven.
  • the fuel injection control unit 74 uses the rotational speed data stored in the memory 76 to determine the fuel injection time according to the engine temperature measured by the engine temperature sensor 28.
  • the method for determining the fuel injection time is the same as in the first embodiment.
  • the fuel injection time may be determined according to the rotational speed of the crankshaft 46.
  • the engine unit using a single-cylinder four-stroke engine has been described, but the engine may be a parallel two-cylinder or a V-type two-cylinder four-stroke engine.
  • crankshaft 46 is reversely rotated at the time of starting the engine.
  • present invention is not limited to this, and the crankshaft 46 may be rotated forward without being reversely rotated at the time of starting the engine.
  • the permanent magnet starter motor 30 used in each of the above embodiments may be a motor having a brush or a brushless motor.
  • the starter motor may be a starter motor generator having a function of a generator.
  • the fuel injection device 54 injects fuel toward the intake valve 50.
  • the fuel injection device 54 may inject fuel to other positions in the intake passage 33a.
  • the fuel injection device 54 may inject the fuel upstream of the intake valve 50 and toward the inner surface of the wall constituting the intake passage 33a.
  • the injection time data can be set so that the injection time becomes longer than that when fuel is injected toward the intake valve 50. That is, as shown in FIG. 11, the target rotational speed A of the crankshaft 46 in the case of injecting toward the inner surface of the wall constituting the intake passage 33a is the case where fuel is injected toward the intake valve 50. Low compared.
  • the configuration in which the engine units 100 and 101 are applied to a motorcycle has been described.
  • the engine units 100 and 101 may be applied to other vehicles such as a tricycle or a four-wheel vehicle.
  • the temperature of the engine coolant is measured as the temperature of the engine 10.
  • the temperature of the oil in the oil passage through which lubricating oil flows is used as the temperature of the engine. May be measured.
  • the engine 10 uses the TPS 22, but an accelerator position sensor may be used instead of the TPS 22.
  • the engine unit 100 includes the decompression mechanism 58.
  • the engine unit 101 of the second embodiment may also include a pressure reducing mechanism.
  • the engine unit 100 may not have a pressure reducing mechanism.

Abstract

４ストロークの間に高負荷領域ＴＨと低負荷領域ＴＬが存在するエンジン１０の始動性向上をできる吸気管燃料噴射式４ストロークエンジンユニットを提供する。　４ストロークの間に高負荷領域ＴＨと低負荷領域ＴＬとを有する４ストロークエンジン本体１０と、永久磁石を有しクランクシャフト４６を回転させる永久磁石式スタータモータ３０と、永久磁石式スタータモータ３０を制御するＥＣＵ３２とを備え、低負荷領域ＴＬの間、かつ、燃料噴射装置５４が吸気通路３３ａに燃料を噴射した後、吸気弁５０が閉じるまでの間で、エンジン温度センサ２８により計測された４ストロークエンジン本体１０の温度に基づいてクランクシャフト４６の回転速度の増加を抑制するように、永久磁石式スタータモータ３０の回転速度を制御する。

Description

エンジンユニット
　本発明は、４ストロークの間に高負荷領域及び低負荷領域を有し、スタータモータによってクランクシャフトをクランキングすることにより始動するエンジンユニットに関する。
　車両が備えるエンジンとして、４ストロークの間に、エンジンのクランクシャフトを回転させる負荷が大きい高負荷領域と、エンジンのクランクシャフトを回転させる負荷が小さい低負荷領域とを有する４ストロークエンジン(例えば、単気筒エンジン)が知られている。
　特許文献１（特開２００３－３４３４０４号公報）には、クランクシャフトを一旦逆回転させて停止させた後、前記クランクシャフトを正回転させることによってエンジンを始動させるエンジン始動装置が開示されている。
　特許文献１に記載されたエンジン始動装置は、エンジンの前記クランクシャフトの回転が停止した後、モータによって、逆回転において負荷が増大する位置、すなわち膨張行程の途中まで前記クランクシャフトを逆回転させる。その後、前記エンジン始動装置は、前記膨張行程の途中の位置から前記モータを正回転方向に回転させることにより、前記クランクシャフトを正回転させる。
　上述のように、前記クランクシャフトを負荷が増大する位置、すなわち、前記膨張行程の途中の位置まで逆回転させることにより、前記クランクシャフトは、エンジン始動時において、膨張行程の途中から圧縮行程まで、低負荷領域で回転する。その後、前記エンジンは、１回目の高負荷領域に到達する。そのため、前記エンジンが１回目の高負荷領域に到達する前に、前記クランクシャフトの回転速度を高めることができる。高い回転速度を伴う大きな慣性力及びスタータモータの出力トルクの両方を利用することにより、前記エンジンは１回目の高負荷領域を乗り越えることができる。
　また、特許文献２（国際公開第ＷＯ２０１５／０９３５７６号）には、４ストロークエンジン本体の燃焼動作が停止した後、前記クランクシャフトが正回転しているときに、三相ブラシレスモータによって前記クランクシャフトの正回転に対して抵抗を付与するエンジンユニットが開示されている。
　前記エンジンユニットは、前記クランクシャフトを前記４ストロークエンジン本体における圧縮行程の位置で停止させる。そして、前記クランクシャフトの停止時における始動指示の入力に応じて、前記三相ブラシレスモータによって、前記クランクシャフトを、停止している圧縮行程の位置から正回転させる。
　これにより、前記始動指示の入力に応じて前記４ストロークエンジン本体を始動する場合に、モータの出力トルクが小さくても、前記４ストロークエンジンを始動させやすい位置から前記クランクシャフトの回転を開始することができる。
　上述のように始動指示の入力に応じて前記クランクシャフトが回転を開始した場合、前記クランクシャフトの回転速度は、停止状態から徐々に増大する。前記クランクシャフトの正回転を圧縮行程から開始した場合、前記圧縮行程では、前記クランクシャフトの回転速度は低速度である。このように前記クランクシャフトの回転速度が圧縮行程で低速度の場合、前記クランクシャフトは、燃焼室内の気体による圧縮反力を受けにくい。その結果、前記クランクシャフトは、速やかに圧縮行程の高負荷領域の負荷を乗り越えて回転することができる。
特開２００３－３４３４０４号公報 国際公開第ＷＯ２０１５／０９３５７６号
　本発明者らは、上述の特許文献１，２に示すように４ストロークの間に高負荷領域及び低負荷領域が存在する前記エンジンの始動性について評価した。その結果、本発明者らは、ある特定の局面では、負荷の変動が大きいことにより、前記エンジンの始動性が低下することを見出した。
　本発明は、４ストロークの間に高負荷領域及び低負荷領域が存在する前記エンジンにおいて、始動性の向上が可能な構成を提供することを目的とする。
　本発明者らは、従来提案されている、４ストロークの間に高負荷領域及び低負荷領域が存在するエンジンの始動性を評価した。
　従来提案されている、４ストロークの間に高負荷領域及び低負荷領域が存在する前記エンジンでは、低負荷領域で前記クランクシャフトの回転速度を加速することにより得られる慣性力を利用することで、前記エンジンの始動性を高めている。そのため、基本的には、前記エンジンの始動性は良好である。
　しかしながら、本発明者らは、検討する中で、ある特定の局面では、前記エンジンの負荷の変動が大きいため、低負荷領域で前記クランクシャフトの回転速度を加速することで、逆に、前記エンジンの始動性が低下することを見出した。
　具体的には、４ストロークの間に高負荷領域及び低負荷領域が存在する前記エンジンにおいて、エンジン温度が極低温であっても、低負荷領域で前記クランクシャフトの回転速度は加速する。特に、前記エンジン温度が極低温時では、前記エンジンの負荷がより増加するため、低負荷領域で前記クランクシャフトの回転速度を高めることによって慣性力を増加させる制御が好ましいと考えられる。
　しかしながら、前記エンジン温度が極低温時に低負荷領域で前記クランクシャフトの回転速度を高めると、温度低下にともなう燃料の蒸気圧低下で噴射燃料の気化（ｖａｐｏｒｉｚｅ）が抑制され、かつ前記クランクシャフトの回転速度が高まったことによって、燃料噴射開始から吸気行程完了までの時間が減少する。このため、燃焼室内に流入する燃料量が減少する。
　これにより、燃焼に寄与する燃料の総熱発生量が減少するため、燃焼によるトルクが十分に得られず、前記エンジンを始動できない場合がある。しかも、４ストロークの間に高負荷領域及び低負荷領域が存在する前記エンジンでは、燃焼間隔が大きいため、次回の燃焼時にも同様の現象が生じる場合がある。
　このように、４ストロークの間に高負荷領域及び低負荷領域が存在する前記エンジンでは、エンジン温度が極低温時に低負荷領域で前記クランクシャフトの回転速度を加速すると、逆に始動性が低下する場合がある。本発明者らは、ストロークの間に高負荷領域及び低負荷領域が存在する前記エンジンの始動性を評価する中で、上述の現象を見出した。
　特許文献１及び２に開示されているように、４ストロークの間に高負荷領域及び低負荷領域が存在する前記エンジンでは、低負荷領域で前記クランクシャフトの回転速度を加速することによって得られる慣性力を利用して、始動性を高めている。エンジン温度が極低温時では、前記エンジンの負荷がより増加するため、低負荷領域で前記クランクシャフトの回転速度の加速を抑制して慣性力を減少させることは考えにくい。
　しかしながら、永久磁石式スタータモータの場合、回転速度が低いほどトルクを高めることができる。本発明者らは、このような永久磁石式スタータモータの特性を利用することで、４ストロークの間に高負荷領域と低負荷領域が存在する前記エンジンにおいて、エンジン温度が極低温時に、前記クランクシャフトが停止状態から回転した後、最初の燃焼までの間の低負荷領域で、前記クランクシャフトの回転速度の加速を抑制しても、最初の燃焼によるエネルギーを十分高めることができることを見出した。しかも、始動性が低下しないエンジン温度領域では、前記クランクシャフトを停止状態から回転させた後の最初の燃焼までの間の低負荷領域で、前記クランクシャフトの回転速度の加速を促進でき、今までと同様の始動性を確保することができる。
　上述のような検討結果に基づいて、本発明者らは、以下のような構成に想到した。
　本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。
　（１）　本発明の一実施形態に係るエンジンユニットは、
　吸気ポート及び排気ポートが設けられた燃焼室と、前記吸気ポートを開閉する吸気弁と、前記排気ポートを開閉する排気弁と、前記吸気ポートに接続され且つ前記吸気ポートを介して大気中の空気を前記燃焼室内に導く吸気通路と、前記排気ポートに接続される排気通路と、前記吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記燃焼室内の燃料及び空気を含む混合気に点火する点火装置と、前記燃焼室内を往復移動するピストンと、前記ピストンの往復移動に応じて回転するように、前記ピストンに接続されたクランクシャフトとを備え、４ストロークの間に前記クランクシャフトを回転する負荷が大きい高負荷領域と、前記クランクシャフトを回転する負荷が前記高負荷領域の負荷よりも小さい低負荷領域と、を有する４ストロークエンジン本体と、
　永久磁石を有し前記クランクシャフトを回転させる永久磁石式スタータモータと、
　前記永久磁石式スタータモータ、前記燃料噴射装置及び前記点火装置を制御する制御装置と、
　前記４ストロークエンジン本体の温度を検出するエンジン温度検出部と、
　前記クランクシャフトの回転角度の位置であるクランク角を検出するクランク角検出部と、を備え、
　前記制御装置は、
　前記永久磁石式スタータモータを駆動させることによって、前記クランクシャフトを停止状態から回転させ、
　前記クランクシャフトのクランク角が前記低負荷領域の間に、前記燃料噴射装置を制御することによって、前記吸気通路内に燃料を噴射し、
　前記クランクシャフトのクランク角が前記低負荷領域の間で、かつ、前記燃料噴射装置が前記吸気通路内に燃料を噴射してから前記吸気弁が閉じるまでの間に、前記エンジン温度検出部により検出された前記４ストロークエンジン本体の温度に基づいて、前記クランクシャフトの回転速度の増加を抑制するように前記永久磁石式スタータモータの回転速度を制御し、
　前記クランクシャフトのクランク角が前記高負荷領域の間に、前記点火装置を用いて前記燃焼室内の混合気に点火することによって、前記４ストロークエンジン本体を始動する。
　以上の構成により、前記エンジンユニットの温度に応じて、永久磁石式スタータモータの回転速度を制御することで、前記クランクシャフトの回転速度を抑制することができる。よって、燃料噴射の時間を長くして、エンジン温度に応じた燃料蒸発の時間を確保することができる。また、前記永久磁石式スタータモータは低回転時のトルクが大きいので、前記エンジンを始動させるための十分なエネルギーを確保できる。したがって、上述の構成により、前記エンジンの始動性を向上できる。
　（２）　他の観点によれば、本発明のエンジンユニットは、以下の構成を含むことが好ましい。前記制御装置は、前記永久磁石式スタータモータの回転速度を前記エンジン温度検出部により検出された前記４ストロークエンジン本体の温度が第１温度であるときの前記クランクシャフトの回転速度が、前記エンジン温度検出部により検出された前記４ストロークエンジン本体の温度が前記第１温度よりも高い第２温度であるときの前記クランクシャフトの回転速度よりも低くなるように、前記永久磁石式スタータモータの回転速度を制御する。
　これにより、エンジン温度が低温の時に、燃料の蒸発の時間が確保されるため、前記エンジンの始動性を向上できる。
　（３）　他の観点によれば、本発明のエンジンユニットは、以下の構成を含むことが好ましい。前記燃料噴射装置は、前記吸気弁に向けて燃料を噴射する。このように吸気ポートに近い場所に燃料を噴射することにより、燃料供給の効率を向上させることができる。
　（４）　他の観点によれば、本発明のエンジンユニットは、以下の構成を含むことが好ましい。前記制御装置は、前記エンジン温度検出部により検出された前記４ストロークエンジン本体の温度に基づいて決定された燃料噴射時間に応じて、前記クランクシャフトの回転速度を決定する。
　これにより、前記エンジン温度に応じた燃料噴射時間の制御を容易に行うことができる。よって、より効率よく前記エンジンの始動制御を行うことができる。
　（５）　他の観点によれば、本発明のエンジンユニットは、以下の構成を含むことが好ましい。前記エンジン温度検出部は、前記４ストロークエンジン本体の冷却液の温度又はオイル通路内のオイルの温度を検出するセンサである。このように、前記エンジンの機能として必要なセンサを共用することで、エンジンユニットの構成を簡易にすることができる。
　（６）　他の観点によれば、本発明のエンジンユニットは、以下の構成を含むことが好ましい。前記制御装置は、前記燃料噴射時間内に、エンジン始動に必要な燃料を供給可能な所定時間を超えるまで、前記燃料噴射装置に燃料を噴射させる。これにより、前記エンジンへの燃料の供給量を所定量以上に確保することができ、前記エンジンの始動性を向上できる。
　（７）　他の観点によれば、本発明のエンジンユニットは、以下の構成を含むことが好ましい。前記制御装置は、前記エンジン温度検出部により検出された前記４ストロークエンジン本体の温度が低いほど、前記燃料噴射時間における前記クランクシャフトの回転速度を低下させるように、前記モータの回転速度を制御する。これにより、低温時における燃料の蒸発の時間を確保することができ、低温時でもエンジンの始動性を向上できる。
　（８）　他の観点によれば、本発明のエンジンユニットは、以下の構成を含むことが好ましい。前記４ストロークエンジン本体は、前記クランクシャフトのクランク角が前記高負荷領域の間に、前記燃焼室内の混合気を排出するために前記排気弁を一時的に開く減圧機構をさらに備えている。このように、減圧機構を有する構成では、エンジン始動時の最初の燃焼によって前記クランクシャフトの回転速度を十分に高めることができない可能性がある。これに対し、上述の各構成を適用することにより、最初の燃焼によって、エンジンを始動させるためのエネルギーを確保できるため、エンジンの始動性を向上できる。
　本明細書で使用される専門用語は、特定の実施例のみを定義する目的で使用されるのであって、前記専門用語によって発明を制限する意図はない。本明細書で使用される「及び／又は」は、一つ又は複数の関連して列挙された構成物のすべての組み合わせを含む。
　本明細書において、「含む、備える（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」「含む、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」及びそれらの変形の使用は、記載された特徴、工程、要素、成分、及び／または、それらの等価物の存在を特定するが、ステップ、動作、要素、コンポーネント、及び／または、それらのグループのうちの１つまたは複数を含むことができる。
　本明細書において、「取り付けられた」、「接続された」、「結合された」、及び／または、それらの等価物は、広義の意味で使用され、“直接的及び間接的な”取り付け、接続及び結合の両方を包含する。さらに、「接続された」及び「結合された」は、物理的または機械的な接続または結合に限定されず、直接的または間接的な接続または結合を含むことができる。
　他に定義されない限り、本明細書で使用される全ての用語（技術用語及び科学用語を含む）は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解される意味と同じ意味を有する。
　一般的に使用される辞書に定義された用語は、関連する技術及び本開示の文脈における意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書で明示的に定義されていない限り、理想的または過度に形式的な意味で解釈されることはない。
　本発明の説明においては、いくつもの技術及び工程が開示されていると理解される。これらの各々は、個別の利益を有し、他に開示された技術の１つ以上、または、場合によっては全てと共に使用することもできる。
　したがって、明確にするために、本発明の説明では、不要に個々のステップの可能な組み合わせをすべて繰り返すことを控える。しかしながら、本明細書及び特許請求の範囲は、そのような組み合わせがすべて本発明の範囲内であることを理解して読まれるべきである。
　以下の説明では、本発明の完全な理解を提供するために多数の具体的な例を述べる。しかしながら、当業者は、これらの具体的な例がなくても本発明を実施できることが明らかである。
　よって、以下の開示は、本発明の例示として考慮されるべきであり、本発明を以下の図面または説明によって示される特定の実施形態に限定することを意図するものではない。
＜クランキングの定義＞
　本明細書において、クランキングとは、エンジンの気筒内での燃焼によらず、エンジンの外から外力を与えて前記クランクシャフトを回転させることをいう。特に、クランキングとは、エンジンの始動時にエンジン始動用のモータを用いてクランクシャフトを回転させることを意味する。なお、クランキングには、エンジンの気筒内で燃焼が発生している際に外力を前記クランクシャフトに与えることも含まれる。
＜高負荷領域の定義＞
　本明細書において、エンジンの高負荷領域とは、エンジンの運転領域において、圧縮行程で筒内ガスの圧縮に要するトルクが大きい領域を意味する。エンジンの高負荷領域には、圧縮行程を含む。
＜低負荷領域の定義＞
　本明細書において、エンジンの低負荷領域とは、エンジンの運転領域において、筒内ガスを圧縮していない領域を意味する。
＜４ストロークエンジン本体の温度の定義＞
　本明細書において、４ストロークエンジン本体の温度とは、エンジンの燃焼室内の温度、または、燃焼室内の温度に関連する温度を検出するエンジン温度検出部によって検出された温度を意味する。燃焼室内の温度に関連する温度とは、燃焼室の温度に応じて変化する、冷却液、４ストロークエンジン本体のシリンダ及びクランクケース本体、燃料温度、インジェクタ温度、吸気ポート温度などの温度を意味する。また、空冷式エンジンの場合などは、オイル通路内のオイルの温度であってもよい。
　本発明の一実施形態に係るエンジンユニットによれば、エンジンの始動性を向上できる。
図１は、第１実施形態のエンジンユニットの構成を示す概略図である。 図２は、エンジン始動時のクランク角とクランキングに必要な必要トルクとの関係を示す説明図である。 図３は、図１のエンジンユニットの始動時において、ＥＣＵによる永久磁石式スタータモータの回転速度制御の動作を示すフローチャートである。 図４は、図１のエンジンユニットの始動時におけるエンジン回転速度とクランク角との関係を示す図である。 図５は、図１に示すエンジンユニットの始動時におけるクランクシャフトの動きの一例を説明する図である。 図６は、図１に示すエンジンユニットの排気弁の開き量とクランク角との関係を模式的に示すグラフである。 図７は、図１のエンジンユニットの始動時において、エンジン温度が高温時及び低温時のそれぞれのエンジン回転速度を示すグラフである。図である。 図８Ａは、エンジン温度とエンジン始動時におけるクランクシャフトの回転速度との関係の一例を示すグラフである。 図８Ｂは、エンジン温度とエンジン始動時におけるクランクシャフトの回転速度との関係の他の例を示すグラフである。 図９は、エンジンユニットの概略構成と、エンジン温度とエンジン始動時におけるクランクシャフトの回転速度との関係の一例と、エンジン始動時のクランク角と必要トルクとの関係を示す説明図である。 図１０は、第２実施形態のエンジンユニットの構成を示す概略図である。 図１１は、エンジン温度とエンジン始動時におけるクランクシャフトの回転速度との関係において、燃料噴射位置が違う場合を比較した例を示すグラフである。
（第１実施形態）
　以下で、実施形態について、図面を参照しながら説明する。各図において、同一部分には同一の符号を付して、その同一部分の説明は繰り返さない。なお、各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
　＜エンジンユニットの構成＞
　エンジンユニット１００の構成について説明する。エンジンユニット１００は、車両の一例である自動二輪車に設けられている。図１は、エンジンユニット１００の構成を示す概略図である。なお、以下においては、エンジンユニット１００が単気筒の４ストロークエンジン本体１０（以下、単にエンジン１０と表記する）を有する場合について説明する。図１においては、エンジンユニット１００の各構成要素を簡略化して示している。本実施形態に係るエンジンユニット１００は、１サイクル中に吸入行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程が含まれる４ストロークのエンジン１０を有するエンジンユニットである。
　図１に示すように、エンジンユニット１００は、エンジン１０、エアクリーナ１２、吸気管１４ａ、吸気管１４ｂ、排気管１６、スロットル装置２０、スロットルポジションセンサ（以下、ＴＰＳと記載する。）２２、圧力センサ２４、クランク角センサ２６（クランク角検出部）、エンジン温度センサ２８（エンジン温度検出部）、永久磁石式スタータモータ３０及びエンジン制御装置（制御装置、以下、ＥＣＵと記載する。）３２、インバータ６２、バッテリ６４及び始動スイッチ６６を備える。まず、エンジン１０以外の構成要素について簡単に説明する。
　エアクリーナ１２は、大気中の空気（エンジン１０が搭載されている車両の外部の空気）を吸入し、吸入した空気を浄化する。吸気管１４ａの一端は、エアクリーナ１２に接続される。吸気管１４ａの他端は、スロットル装置２０の後述するスロットルボディ２０ｃに接続される。吸気管１４ｂの一端は、スロットル装置２０のスロットルボディ２０ｃに接続される。吸気管１４ｂの他端は、後述するシリンダヘッド３４に形成された通路３４ａに接続される。排気管１６の一端は、後述するシリンダヘッド３４に形成された通路３４ｂに接続される。本実施形態では、例えば、吸気管１４ａ内の空間、スロットルボディ２０ｃ内の空間、吸気管１４ｂ内の空間、及び通路３４ａによって、吸気通路３３ａが形成される。また、本実施形態では、例えば、通路３４ｂ及び排気管１６内の空間によって、排気通路３３ｂが形成される。
　吸気通路３３ａは、エアクリーナ１２によって浄化された大気中の空気を、後述する吸気ポート３５ａを介してエンジン１０の後述する燃焼室３６内へ導く。一方、排気通路３３ｂは、後述する排気ポート３５ｂを介して燃焼室３６内の気体を大気（車両の外部）へ排出する。
　なお、吸気通路３３ａの構成は、図１に示した構成に限定されず、大気中の空気を後述する燃焼室３６内に導くことができる構成であればよい。また、排気通路３３ｂの構成は、図１に示した構成に限定されず、燃焼室３６内の気体を大気へ排出することができる構成であればよい。以下の説明において、「上流」及び「下流」とは、エアクリーナ１２から吸気通路３３ａ及びエンジン１０を介して排気通路３３ｂへと流れる空気の流通方向を基準とした「上流」及び「下流」を意味する。
　スロットル装置２０は、スロットルバルブ２０ａと、スロットルバルブ２０ａを駆動する駆動装置２０ｂと、スロットルボディ２０ｃとを含む。スロットルバルブ２０ａ及び駆動装置２０ｂは、スロットルボディ２０ｃに設けられる。駆動装置２０ｂとしては、例えば、電動モータを用いることができる。
　スロットルバルブ２０ａは、駆動装置２０ｂに駆動されることによって、吸気通路３３ａの開口面積を調整する。すなわち、本実施形態では、スロットルバルブ２０ａが、吸気通路３３ａの開口面積を調整する調整弁である。駆動装置２０ｂは、後述するように、ＥＣＵ３２によって制御される。
　ＴＰＳ２２は、スロットルバルブ２０ａの位置を、スロットル開度として検出する。ＴＰＳ２２は、検出したスロットル開度を示す信号を、ＥＣＵ３２へ出力する。
　圧力センサ２４は、吸気通路３３ａ内においてスロットルバルブ２０ａよりも下流の部分の圧力（吸気圧力）を検出する。すなわち、圧力センサ２４は、吸気通路３３ａ内におけるスロットルバルブ２０ａと後述する燃焼室３６との間の部分の圧力を検出する。なお、以下において、吸気圧力とは、吸気通路３３ａ内におけるスロットルバルブ２０ａと燃焼室３６との間の部分の圧力を意味する。圧力センサ２４は、検出した圧力に関する信号を、ＥＣＵ３２へ出力する。本実施形態では、圧力センサ２４が圧力検出部である。
　クランク角センサ２６は、エンジン１０の後述する前記クランクシャフト４６の回転位置（以下、クランク角という。）を検出する。クランク角センサ２６は、検出したクランク角を示す信号（クランクパルス信号）を、ＥＣＵ３２へ出力する。
　また、前記ＥＣＵ３２は、前記クランク角センサ２６から出力された信号に基づいて、エンジン１０の後述する点火プラグ５６によって燃焼室３６内の混合気に点火する。
　上述のＥＣＵ３２の構成及び動作は、従来と同様であるため、ＥＣＵ３２の構成及び動作に関する詳しい説明を省略する。
　前記ＥＣＵ３２は、エンジン始動時の動作制御を行う。具体的には、前記ＥＣＵ３２は、回転速度算出部７０、クランク角判定部７１、燃料噴射時間判定部７２、モータ制御部７３、燃料噴射制御部７４、点火制御部７５及びメモリ７６を有する。
　回転速度算出部７０は、クランク角センサ２６から出力されたクランクパルス信号に基づいて、エンジン１０の回転速度、すなわち、前記クランクシャフト４６の回転速度を算出する。回転速度算出部７０で算出された前記クランクシャフト４６の回転速度は、モータ制御部７３に入力され、永久磁石式スタータモータ３０のフィードバック制御に用いられる。
　クランク角判定部７１は、クランク角センサ２６から出力されたクランクパルス信号に基づいて得られるクランク角が、所定角度よりも大きいかどうかを判定するとともに、前記クランク角が燃料噴射を開始する規定角度よりも大きいかどうかを判定する。前記クランク角判定部７１による判定結果は、前記モータ制御部７３に入力され、前記永久磁石式スタータモータ３０の駆動制御に用いられる。また、前記クランク角判定部７１による判定結果は、前記燃料噴射制御部７４に入力され、エンジン１０の後述する前記燃料噴射装置５４の駆動制御に用いられる。なお、前記所定角度は、前記規定角度よりも小さい角度である。
　前記燃料噴射時間判定部７２は、エンジン温度センサ２８から出力されるエンジン温度情報に基づいて、メモリ７６に予め記憶されている噴射時間データから、エンジン温度に応じた燃料噴射時間を求める。また、燃料噴射時間判定部７２は、燃料噴射装置５４から燃料を噴射している際に、燃料噴射の積算時間（積算燃料噴射時間）を算出して、算出された積算燃料噴射時間が既定値（所定時間）よりも長いかどうかを判定する。
　なお、エンジン温度センサ２８は、一例として、エンジン１０の冷却液の温度を計測するセンサである。前記エンジン温度センサ２８は、燃焼室３６内の温度を直接計測してもよいし、エンジン１０のシリンダ４０、クランクケース４４などの温度を計測してもよい。すなわち、エンジン温度センサ２８は、エンジン１０の燃焼室３６に関連する温度を計測可能であれば、どのような位置に設けられていてもよい。
　モータ制御部７３は、エンジン始動時に、回転速度算出部７０から出力される前記クランクシャフト４６の回転速度と、前記クランク角判定部７１から出力される判定結果とに基づいて、永久磁石式スタータモータ３０の駆動を制御する。具体的には、前記モータ制御部７３は、クランク角判定部７１から出力される判定結果に応じて、前記永久磁石式スタータモータ３０の回転速度制御を行うとともに、前記クランクシャフト４６の回転速度を用いて、前記永久磁石式スタータモータ３０のフィードバック制御を行う。
　前記燃料噴射制御部７４は、前記クランク角判定部７１によって、クランク角が燃料噴射を開始する規定角度よりも大きいと判定された場合に、燃料噴射装置５４に燃料を噴射させる。一方、前記燃料噴射制御部７４は、前記燃料噴射時間判定部７２によって前記積算燃料噴射時間が前記既定値よりも長いと判定された場合には、燃料噴射装置５４による燃料噴射を停止する。
　前記点火制御部７５は、前記クランク角センサ２６から出力されたクランクパルス信号に基づいて得られるクランク角が、前記点火プラグ５６の点火タイミングに達した際に、前記点火プラグ５６に点火させる。
　永久磁石式スタータモータ３０は、前記クランクシャフト４６をクランキングさせてエンジン１０を始動させるモータである。本実施形態では、永久磁石式スタータモータ３０は、ＤＣブラシレスモータである。永久磁石式スタータモータ３０は、回転速度が低いほどトルクが高いという特徴を有する。
　なお、前記ＤＣブラシレスモータとしては、ホールセンサによって電気角を検出するタイプのＤＣブラシレスモータ、及びクランクパルスによって機械角を検出するタイプのＤＣブラシレスモータを用いることも可能である。
　前記永久磁石式スタータモータ３０の出力軸は、前記エンジン１０のクランクシャフト４６に対し、前記クランクシャフト４６を回転させるように接続されている。本実施形態では、前記永久磁石式スタータモータ３０の出力軸が、前記クランクシャフト４６に動力伝達機構（例えば、ベルト、チェーン、ギア、減速機、増速機など）を介さずに接続されている。ただし、前記永久磁石式スタータモータ３０は、エンジン１０の前記クランクシャフト４６に対して、前記クランクシャフト４６を正回転可能に接続されていればよい。したがって、前記永久磁石式スタータモータ３０が前記クランクシャフト４６に動力伝達機構を介して接続されていてもよい。なお、永久磁石式スタータモータ３０の回転軸線と、前記クランクシャフト４６の回転軸線とは、略一致していることが好ましい。
　インバータ６２は、バッテリ６４から前記永久磁石式スタータモータ３０に供給する電流を制御することによって、前記永久磁石式スタータモータ３０の回転速度を制御する。インバータ６２は、前記ＥＣＵ３２のモータ制御部７３によって制御される。
　バッテリ６４は、前記インバータ６２を介して、永久磁石式スタータモータ３０に電力を供給する。
　始動スイッチ６６は、前記エンジン１０の始動の際、運転者の操作に応じて、又は、後述のアイドルストップシステムにおいてエンジン始動の条件を満たした場合に、オン信号を出力する。始動スイッチ６６からオン信号が出力されると、前記ＥＣＵ３２が、前記エンジン１０を始動させるために、前記永久磁石式スタータモータ３０の回転速度制御を開始する。
　次に、前記エンジン１０の構成について説明する。なお、前記エンジン１０の構成としては、公知の種々のエンジンの構成を採用できるので、各構成要素の詳細な説明は省略する。
　前記エンジン１０は、シリンダヘッド３４、シリンダ４０、ピストン４２、クランクケース４４、クランクシャフト４６、コンロッド４８、吸気弁５０、排気弁５２、燃料噴射装置５４及び点火プラグ５６（点火装置）を備える。
　前記ピストン４２は、前記シリンダ４０内を、往復運動可能である。前記クランクシャフト４６は、前記クランクケース４４内で、回転運動可能である。前記ピストン４２と前記クランクシャフト４６とは、前記コンロッド４８によって連結されている。ピストン４２の往復運動は、前記コンロッド４８を介して前記クランクシャフト４６に伝達される。これにより、前記クランクシャフト４６が回転運動する。
　前記エンジン１０において、前記シリンダヘッド３４、前記シリンダ４０及び前記ピストン４２によって、燃焼室３６が形成される。前記燃焼室３６には、吸気ポート３５ａ及び排気ポート３５ｂが設けられている。シリンダヘッド３４には、吸気ポート３５ａに接続される通路３４ａ及び排気ポート３５ｂに接続される通路３４ｂが形成されている。本実施形態では、前記通路３４ａによって、吸気管１４ｂと燃焼室３６とが接続されている。また、通路３４ｂによって、前記燃焼室３６と排気管１６とが接続されている。
　前記吸気弁５０は、吸気ポート３５ａを開閉する。排気弁５２は、排気ポート３５ｂを開閉する。前記吸気弁５０は、図示しない公知の動弁機構によって駆動される。同様に、排気弁５２は、図示しない動弁機構によって駆動される。
　１サイクル中において、前記吸気弁５０は、排気弁５２が閉じる前に開き、かつ、排気弁５２が開く前に閉じる。言い換えると、少なくとも低負荷運転領域では、排気行程の終了前に、吸入行程が開始される。
　具体的には、前記吸気弁５０は、クランク角が例えば３４４度～５７６度で開状態である。なお、前記吸気弁５０が開状態のクランク角は、上記に限定されるものではなく、最小で３６０度～５４０度、最大で３２６度～６１０度の間、開状態であってもよい。
　また、前記排気弁５２は、少なくとも排気行程で開状態である。具体的には、前記排気弁５２は、クランク角が例えば６４度から３７８度で開状態である。なお、排気弁５２が開状態のクランク角は、上記に限定されるものではなく、最小で１８０度～３６０度、最大で７０度～３９０度の間、開状態であってもよい。
　前記燃料噴射装置５４は、吸気通路３３ａ内に燃料を噴射する。本実施形態では、燃料噴射装置５４は、吸気弁５０に向けて燃料を噴射する。吸気通路３３ａ内に供給された燃料は、空気とともに、混合気として前記燃焼室３６へ送られる。点火プラグ５６は、前記燃焼室３６内の混合気に点火する。
　前記燃料噴射装置５４及び点火プラグ５６は、前記ＥＣＵ３２の制御によって、エンジン１０の１サイクル中の各行程に応じて適宜のタイミングで燃料噴射及び点火を行う。
　また、前記排気弁５２を駆動させる図示しないカムシャフトの近傍には、減圧機構５８が設けられている。前記減圧機構５８は、エンジンの圧縮工程において、シリンダ内の空気の圧縮に伴う前記クランクシャフト４６の回転の抵抗増加を低減する。すなわち、前記減圧機構５８は、エンジンの始動時の圧縮工程においてシリンダ内の圧力を低減させるために所定のタイミングで排気弁５２を開く機構である。
　＜エンジンユニットの始動動作＞
　まず、エンジン始動時にクランキングに必要なトルクについて説明する。図２は、エンジン始動時のクランク角とクランキングに必要な必要トルクとの関係を示す説明図である。
　前記エンジンユニット１００の前記エンジン１０は、４ストロークの間に、前記クランクシャフト４６を回転させる負荷が大きい高負荷領域ＴＨと、前記クランクシャフト４６を回転させる負荷が高負荷領域ＴＨの負荷よりも小さい低負荷領域ＴＬとを有する。前記クランクシャフト４６のクランク角において、低負荷領域ＴＬは高負荷領域ＴＨと同等かそれよりも広い。より詳細には、低負荷領域ＴＬは高負荷領域ＴＨよりも広い。言い換えると、低負荷領域ＴＬに相当する回転角度領域は、高負荷領域ＴＨに相当する回転角度領域よりも広い。
　より詳細には、前記エンジン１０は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び排気行程の４行程を繰り返す。図２に示すように、圧縮行程は、高負荷領域ＴＨに含まれるが、低負荷領域ＴＬには含まれない。本実施形態のエンジン１０において、高負荷領域ＴＨは、圧縮行程と略重なる領域であり、低負荷領域ＴＬは、吸気行程、膨張行程、及び排気行程と略重なる領域である。ただし、高負荷領域ＴＨ及び低負荷領域ＴＬのそれぞれの境界は、上記の各行程の境界と一致している必要はない。
　なお、前記圧縮行程では、燃焼室３６内の混合気がピストン４２によって圧縮されるため、圧縮による反力が生じる。よって、前記圧縮行程では、クランキングに必要なトルクが、他の行程に比べて大きい。前記圧縮行程で減圧機構５８を作動させることにより、燃焼室３６内の圧力を低下させることができる。
　なお、前記減圧機構５８は、クランク角が概ね６３０度前後において、排気弁５２を開くように動作する。減圧機構５８により排気弁５２が開いている期間は、圧縮行程の短い期間である。また、図６に示すように、前記減圧機構５８によって排気弁５２が開くタイミングは、吸気弁５０が閉じる直前または吸気弁５０が閉じた後である。前記減圧機構５８によって排気弁５２が開くタイミングは、図６に示すように、圧縮行程内で調整可能である。また、前記減圧機構５８の作動期間における排気弁５２のバルブリフト量は、吸気弁５０のバルブリフト量に比べて小さい。前記バルブリフト量は、バルブがバルブシートから離れて軸方向に動いた距離である。
　次に、前記エンジンユニット１００の始動動作について説明する。本実施形態では、前記エンジン１０の始動時には、前記スタータモータ３０によるクランキングが行われる。前記エンジン１０の始動には、エンジン温度がエンジン１０の動作時の温度よりも低い状態から前記エンジン１０が始動する場合、及び、アイドルストップシステムにおけるエンジン停止状態からの再始動も含まれる。なお、アイドルストップシステムは、従来と同様の構成を有するため、アイドルストップシステムに関する詳しい説明及び図示を省略する。
　図３は、前記エンジンユニット１００の始動時において、前記ＥＣＵ３２による永久磁石式スタータモータ３０の回転速度制御の動作を示すフローチャートである。図４は、前記エンジンユニット１００の始動時におけるエンジン回転速度とクランク角との関係を示す図である。図５は、前記エンジンユニット１００の始動時における前記クランクシャフト４６の動きの一例を説明する図である。
　まず、ＥＣＵ３２は、始動スイッチ６６がオンになり、起動要求フラグが立つ（ステップＳ１）と、モータ制御部７３によって、永久磁石式スタータモータ３０を回転駆動させる。
　エンジン１０は、ＥＣＵ３２の燃焼停止指示によって、燃焼を停止する。前記クランクシャフト４６は、エンジン１０における燃焼の停止後、慣性力によって回転する。前記慣性力がエンジン１０の圧縮行程における圧縮反力よりも小さくなると、前記クランクシャフト４６は、前記圧縮反力によって、逆回転して停止する。このため、前記クランクシャフト４６の停止位置は、図５に示すように、圧縮行程の前の行程である吸気行程のクランク角Ｐ０で停止している場合が多い。
　ＥＣＵ３２は、前記クランク角センサ２６から出力された信号に基づいて、クランク角及びエンジン１０の回転速度の情報を入手する。前記ＥＣＵ３２のモータ制御部７３は、前記クランクシャフト４６のクランク角が規定位置となっていない場合は、図４及び図５に破線で示すように前記、永久磁石式スタータモータ３０を逆回転させる。前記永久磁石式スタータモータ３０の逆回転は、クランク角が膨張行程内の規定位置Ｐ１となるまで継続される。
　続いて、前記ＥＣＵ３２のクランク角判定部７１は、前記クランクシャフト４６のクランク角が所定角度よりも大きいか否かについて判断する（ステップＳ２）。前記所定角度は、燃料噴射するクランク角（規定角度）よりも小さい角度である。
　前記クランクシャフト４６のクランク角が所定角度よりも大きい場合（ステップＳ２においてＹＥＳの場合）には、ＥＣＵ３２のモータ制御部７３は、前記クランクシャフト４６の回転速度が目標回転速度Ａとなるように、永久磁石式スタータモータ３０を駆動制御する（ステップＳ３）。永久磁石式スタータモータ３０の回転速度の制御は、デューティ比を用いたトルク制御でもよいし、永久磁石式スタータモータ３０の回転速度を検出してフィードバック制御する速度制御でもよい。
　目標回転速度Ａは、後述するように前記エンジン温度センサ２８により計測されたエンジン温度から導かれる燃料噴射時間を確保できる速度を上限とし、かつ、高負荷領域ＴＨにおける最大負荷を乗り越えることができる速度を下限とする。
　前記クランクシャフト４６の回転速度が小さい場合は、高負荷領域ＴＨにおいて、気化した燃料を圧縮することができず、エンジン１０が停止する。
　一方、前記クランクシャフト４６の回転速度が大きい場合は、噴射された燃料が蒸発する時間を十分に確保できない場合がある。この場合には、前記エンジン１０の燃焼室３６内の燃料濃度が不足するため、前記エンジン１０の回転速度の上昇不良及び失火等につながる可能性がある。
　すなわち、クランキング時における前記クランクシャフト４６の回転速度が極端に大きくなると、燃料噴射時間ＦＩ（図４参照）の経過後、吸気通路３３ａの通路３４ａ内において燃料の蒸発が十分に行われなくなる。この結果、燃焼室３６内の空燃比が適正な値にならない場合がある。
　前記クランクシャフト４６の目標回転速度Ａは、上述のような現象を考慮し、上記の上限及び下限の範囲内において決定される。目標回転速度Ａは、後述するように、エンジン１０の温度に基づいて求められる。
　前記クランクシャフト４６のクランク角が所定角度以下の場合（ステップＳ２においてＮＯの場合）には、前記クランクシャフト４６のクランク角が所定角度よりも大きくなるまで、クランク角判定部７１は、ステップＳ２の判定を繰り返す。
　前記永久磁石式スタータモータ３０が目標回転速度Ａで駆動制御された後、前記クランク角判定部７１は、前記クランクシャフト４６のクランク角が、燃料噴射開始の規定角度よりも大きいかどうかを判定する（ステップＳ４）。前記クランクシャフト４６のクランク角が燃料噴射開始の規定角度よりも大きい場合（ステップＳ４においてＹＥＳの場合）、前記ＥＣＵ３２の燃料噴射制御部７４は、燃料噴射装置５４から燃料を噴射させる（ステップＳ５）。一方、前記クランクシャフト４６のクランク角が燃料噴射開始の規定角度以下の場合（ステップＳ４においてＮＯの場合）には、前記クランクシャフト４６のクランク角が燃料噴射開始の規定角度よりも大きくなるまで、ステップＳ４の判定を繰り返し行う。
　本実施形態では、燃料噴射装置５４による燃料噴射開始の規定角度は、例えば３００°である。しかしながら、前記燃料噴射開始の規定角度は、３００°以外であってもよい。燃料噴射の時間は、上述したように、燃料噴射時間判定部７２によって、エンジン温度を基準として予め決められた噴射時間データに基づいて決定される。噴射時間データは、前記ＥＣＵ３２のメモリ７６に格納されている。なお、燃料噴射は、最長でも、燃料噴射を開始してから前記吸気弁５０が閉じるまで（図４に示すＦＩの期間内）に終了させる必要がある。
　前記燃料噴射装置５４によって燃料噴射を開始した後、前記ＥＣＵ３２の燃料噴射時間判定部７２は、燃料噴射の積算時間である積算燃料噴射時間が燃料噴射時間の既定値（所定時間）よりも大きいかどうかを判定する（ステップＳ６）。前記積算燃料噴射時間が前記既定値よりも大きいと判定された場合（ステップＳ６においてＹＥＳの場合）には、前記燃料噴射装置５４による燃料の噴射を停止する（ステップＳ７）。その後、ステップＳ３において目標回転速度をＡに設定した回転速度制御を解除し（ステップＳ８）、エンジン始動時における回転速度制御のフローを終了する（終了）。なお、前記既定値は、噴射時間データを用いてエンジン温度に応じて決定される。
　一方、前記積算燃料噴射時間が前記既定値以下と判定された場合（ステップＳ６においてＮＯの場合）には、前記積算燃料噴射時間が前記既定値よりも大きくなるまで、前記燃料噴射装置５４による燃料噴射を継続する。
　上述の前記ＥＣＵ３２による永久磁石式スタータモータ３０の回転速度制御の後、前記吸気弁５０が閉じると、その後に続く圧縮行程において、燃焼室３６内の圧縮圧力が前記クランクシャフト４６の回転負荷となる。よって、図４に示すように、前記クランクシャフト４６の回転速度は低下する。クランクシャフト４６が、圧縮行程における圧縮上死点に対応する位置を通過した後、ＥＣＵ３２の点火制御部７５が、前記点火プラグ５６に前記燃焼室３６内の混合気に点火させることにより、初回燃焼が行われる。なお、本実施形態において、点火プラグ５６の点火時におけるクランク角は、７１５度であるが、これに限定されない。
　上述の初回燃焼により、前記クランクシャフト４６に回転力が付与されるとともに、前記エンジン１０で継続的に４サイクルの各行程が行われることによって、クランキングによる前記エンジン１０の始動が完了する。
　＜目標回転速度の決定手順＞
　次にエンジン１０の始動時における前記クランクシャフト４６の目標回転速度Ａの決定手順について説明する。
　ＥＣＵ３２の燃料噴射時間判定部７２は、前記エンジン温度センサ２８により測定された前記エンジン１０の温度に基づいて、予め前記ＥＣＵ３２のメモリ７６に格納されている噴射時間データを参照して、前記エンジン１０の始動時における１回目の燃焼のための燃料噴射時間を決定する。
　前記噴射時間データは、例えば、エンジン温度と燃料噴射時間とが対応付けられたテーブルである。前記噴射時間データは、エンジン温度が低いほど燃料の噴射時間が長くなるように設定されている。前記噴射時間は、温度が低くなるにしたがって所定の関係式によって長くなるように算出されてもよいし、ある所定の範囲内では噴射時間を一定とし、当該範囲を超えてエンジン温度が高くなると短くなるように設定されていてもよい。なお、前記噴射時間の一例を、図２に実線矢印で示す。図２に示すように、エンジン温度が－５℃のときの噴射時間は、エンジン温度が８０℃のときの噴射時間よりも長い。なお、図２においては、前記噴射時間について、最初のストロークについてのみ記載し、以降のストロークについての記載は省略している。
　また、前記噴射時間データは、燃料噴射装置５４が燃料を噴射する位置、噴射方向、噴射する燃料の液滴の大きさなどによって変化する。上記のように前記エンジン１０が低温時でも、噴射した燃料を十分に蒸発させて、点火時において適正な空燃比を得るためである。したがって、前記噴射時間データは、エンジン温度が低い場合に、燃料噴射時間が長くなるように設定されている。一般に、噴射する燃料の液滴の大きさが小さくかつ噴霧の広がり角度が大きい方が噴射時間は短い。
　燃料噴射装置５４による燃料の噴射は、所定のクランク角（例えば３００度）において開始され、前記エンジン１０の吸気行程で前記吸気弁５０が閉じるまでに終了する。このため、燃料の噴射が、吸気弁５０が開くまでに終了するように前記クランクシャフト４６の回転速度を決定する必要がある。なお、本実施形態では、燃料噴射開始のタイミングは、エンジン温度に関係なく、クランク角３００度で固定されている。
　よって、低温時における燃料噴射時間を確保するために、燃料噴射開始から吸気弁５０が閉じるまでの時間に応じて、前記クランクシャフト４６の目標回転速度Ａを設定する必要がある。このため、図７に示すように、噴射時間が長くなるほど、目標回転速度Ａは低く設定される。上記の通り、燃料噴射時間は、エンジン温度が低いほど長くする必要があるため、図７に示すように、エンジン温度が低温時の目標回転速度Ａ’は、エンジン温度が高温の場合の目標回転速度Ａに比べて低くなる。
　図８Ａに、エンジン温度とエンジン始動時における前記クランクシャフト４６の回転速度との関係の一例を示す。上記の通り、前記クランクシャフト４６の目標回転速度Ａは、前記エンジン１０の温度が低くなるほど低くなる。一例として図８Ａに示すように、グラフ中の任意の２点における前記エンジン１０の温度（それぞれ第１温度、第２温度という。）において、相対的に低温な第１温度における前記クランクシャフト４６の回転速度が、前記第１温度よりも高い第２温度における回転速度よりも低くなるように、前記ＥＣＵ３２は、永久磁石式スタータモータ３０の回転速度を制御する。
　なお、前記クランクシャフト４６の回転速度は、上記のようにエンジン１０の温度に応じて連続的に変化するのではなく、図８Ｂに示すように、エンジン１０の温度が所定の温度までは一定で、前記エンジン１０の温度が前記所定の温度よりも低くなると、回転速度を低くするように制御することもできる。
　なお、燃料噴射は、上記の通り、燃料噴射開始から前記吸気弁５０が閉じるまでの間（燃料噴射時間ＦＩ）に終わればよい。そのため、前記噴射時間データの燃料噴射時間は、燃料噴射時間ＦＩよりも短くてもよい。
　ところで、燃料噴射時間に応じて前記クランクシャフト４６の目標回転速度を高くすると、前記永久磁石式スタータモータ３０の消費電力が増大するため、バッテリ６４の消費電力が増大する。これに対し、前記クランクシャフト４６の目標回転速度Ａを、エンジン温度に応じて必要な燃料噴射時間を確保可能な回転速度まで小さくしてもよい。これにより、前記永久磁石式スタータモータ３０の消費電力を抑えることができ、バッテリ６４の消費電力の増大を抑制できる。
　本実施形態に係るエンジンユニット１００によれば、スタータモータとして、回転速度が低いほど高い出力トルクが得られる永久磁石式スタータモータ３０を用いる。また、４ストロークの間に高負荷領域ＴＨ及び低負荷領域ＴＬが存在するエンジン１０において、図５に示すように、前記クランクシャフト４６が停止状態から回転した後、最初の燃焼までの低負荷領域ＴＬで、前記クランクシャフト４６の目標回転速度Ａをエンジン温度に応じて設定する。これにより、吸気通路３３ａ内に供給した燃料が気化する時間を確保することができる。したがって、最初の燃焼によるエネルギーを十分高めることができ、前記エンジン１０の始動性を向上することができる。
　また、本実施形態では、エンジン始動時の圧縮行程で減圧機構５８を作動させることにより、燃焼室３６内の圧力を低下させることができる。しかしながら、前記圧縮工程で減圧機構５８を作動させることにより、エンジン始動時の最初の燃焼で十分なエネルギーが得られず、前記クランクシャフト４６の回転速度を上昇させることができない可能性がある。これに対し、本実施形態のエンジンユニット１００では、前記クランクシャフト４６が停止状態から回転した後、最初の燃焼までの低負荷領域ＴＬで、前記クランクシャフト４６の目標回転速度Ａをエンジン温度に応じて設定することにより、吸気通路３３ａ内に供給した燃料が気化する時間を確保することができる。したがって、最初の燃焼によるエネルギーを十分高めることができ、エンジン１０の始動性を向上することができる。
（第２実施形態）
　図１０は、本発明の第２実施形態に係るエンジンユニット１０１の構成を示す概略図である。本実施形態に係る前記エンジンユニット１０１では、ＥＣＵ８０が、エンジン温度と目標回転速度Ａとのマップデータとしての回転速度データを用いて、エンジン１０の温度に応じて前記クランクシャフト４６の回転速度を設定する点において、第１実施形態に係るエンジンユニット１００と異なる。
　具体的には、ＥＣＵ８０は、回転速度算出部７０、クランク角判定部７１、モータ制御部７３、燃料噴射制御部７４、点火制御部７５、メモリ７６及び回転速度決定部８１を備える。
　本実施形態では、メモリ７６には、実施形態１と同様の噴射時間データに加えて、エンジン１０の温度と、エンジン始動時における前記クランクシャフト４６の目標回転速度Ａとが予め対応付けられたマップデータとしての回転速度データが格納されている。
　回転速度決定部８１は、メモリ７６に格納された前記回転速度データを用いて、エンジン温度センサ２８により測定されたエンジン温度に応じて、エンジン始動時の前記クランクシャフト４６の目標回転速度Ａを決定する。モータ制御部７３は、前記回転速度決定部８１によって決定された目標回転速度Ａを用いてインバータ６２を制御することにより、前記クランクシャフト４６が目標回転速度Ａとなるように、永久磁石式スタータモータ３０を駆動させる。
　燃料噴射制御部７４は、メモリ７６に格納された前記回転速度データを用いて、前記エンジン温度センサ２８により測定されたエンジン温度に応じて、燃料噴射時間を決定する。この燃料噴射時間の決定方法は、実施形態１と同様である。なお、前記燃料噴射時間は、前記クランクシャフト４６の回転速度に応じて決定されてもよい。
　上述以外の前記ＥＣＵ８０の構成は、実施形態１のＥＣＵ３２と同様なので、ＥＣＵ８０に関する詳しい説明を省略する。
　本実施形態の構成によっても、吸気通路３３ａ内に供給した燃料が気化する時間を確保することができる。したがって、最初の燃焼によるエネルギーを十分高めることができ、前記エンジン１０の始動性を向上することができる。
　（その他の実施形態）
　以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
　上記各実施形態では、単気筒４ストロークエンジンを用いた前記エンジンユニットについて説明したが、前記エンジンは、並列２気筒又はＶ型２気筒４ストロークエンジンでもよい。
　上記各実施形態では、エンジン始動時に前記クランクシャフト４６を逆回転させた場合について説明したが、この限りではなく、エンジン始動時に前記クランクシャフト４６を逆回転させることなく正回転させてもよい。
　上記各実施形態で用いられる前記永久磁石式スタータモータ３０は、ブラシを有するモータでもよいしブラシレスモータでもよい。また、スタータモータは、発電機の機能も備えたスタータモータジェネレーターであってもよい。
　上記各実施形態では、燃料噴射装置５４は、前記吸気弁５０に向けて燃料を噴射するが、前記吸気通路３３ａ内の他の位置に燃料を噴射してもよい。例えば、前記燃料噴射装置５４が燃料を噴射する位置は、前記吸気弁５０よりも上流側で且つ吸気通路３３ａを構成する壁の内面に向けて燃料を噴射してもよい。
　なお、この場合、噴射時間データは、前記吸気弁５０に向けて燃料を噴射する場合に比べて噴射時間が長くなるように設定することができる。すなわち、図１１に示すように、前記吸気通路３３ａを構成する壁の内面に向けて噴射する場合の前記クランクシャフト４６の目標回転速度Ａは、前記吸気弁５０に向けて燃料を噴射する場合に比べて低い。
　上記各実施形態では、前記エンジンユニット１００，１０１が自動二輪車に適用された構成について説明した。しかしながら、前記エンジンユニット１００，１０１は、三輪車または四輪車などの他の車両に適用されてもよい。
　上記実施形態では、前記エンジン１０の温度としてエンジン冷却液の温度を計測したが、例えば、空冷式エンジンの場合などは、前記エンジンの温度として、潤滑用のオイルが流れるオイル通路内のオイルの温度を計測してもよい。
　上記実施形態では、前記エンジン１０は、前記ＴＰＳ２２を用いているが、前記ＴＰＳ２２の代わりにアクセルポジションセンサを用いてもよい。
　上記実施形態１では、前記エンジンユニット１００は、減圧機構５８を備える。実施形態２の前記エンジンユニット１０１も減圧機構を備えていてもよい。前記エンジンユニット１００が減圧機構を有していなくてもよい。
１０　４ストロークエンジン本体
１２　エアクリーナ
１４ａ，１４ｂ　吸気管
１６　排気管
２０　スロットル装置
２２　ＴＰＳ
２４　圧力センサ
２６　クランク角センサ（クランク角検出部）
２８　エンジン温度センサ（エンジン温度検出部）
３０　永久磁石式スタータモータ
３２、８０　ＥＣＵ（制御装置）
３３ａ　吸気通路
３３ｂ　排気通路
３５ａ　吸気ポート
３５ｂ　排気ポート
３４　シリンダヘッド
３６　燃焼室
４０　シリンダ
４２　ピストン
４４　クランクケース
４６　クランクシャフト
４８　コンロッド
５０　吸気弁
５２　排気弁
５４　燃料噴射装置
５６　点火プラグ（点火装置）
５８　減圧機構
６２　インバータ
６４　バッテリ
６６　始動スイッチ
７０　回転速度算出部
７１　クランク角判定部
７２　燃料噴射時間半底部
７３　モータ制御部
７４　燃料噴射時間制御部
７５　点火制御部
７６　メモリ
８１　回転速度決定部
１００，１０１　エンジンユニット

Claims (8)

  1. 　吸気ポート及び排気ポートが設けられた燃焼室と、前記吸気ポートを開閉する吸気弁と、前記排気ポートを開閉する排気弁と、前記吸気ポートに接続され且つ前記吸気ポートを介して大気中の空気を前記燃焼室内に導く吸気通路と、前記排気ポートに接続される排気通路と、前記吸気通路内に燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記燃焼室内の燃料及び空気を含む混合気に点火する点火装置と、前記燃焼室内を往復移動するピストンと、前記ピストンの往復移動に応じて回転するように、前記ピストンに接続されたクランクシャフトとを備え、４ストロークの間に前記クランクシャフトを回転する負荷が大きい高負荷領域と、前記クランクシャフトを回転する負荷が前記高負荷領域の負荷よりも小さい低負荷領域と、を有する４ストロークエンジン本体と、
    　永久磁石を有し前記クランクシャフトを回転させる永久磁石式スタータモータと、
    　前記永久磁石式スタータモータ、前記燃料噴射装置及び前記点火装置を制御する制御装置と、
    　前記４ストロークエンジン本体の温度を検出するエンジン温度検出部と、
    　前記クランクシャフトの回転角度の位置であるクランク角を検出するクランク角検出部と、を備え、
    　前記制御装置は、
    　前記永久磁石式スタータモータを駆動させることによって、前記クランクシャフトを停止状態から回転させ、
    　前記クランクシャフトのクランク角が前記低負荷領域の間に、前記燃料噴射装置を制御することによって、前記吸気通路内に燃料を噴射し、
    　前記クランクシャフトのクランク角が前記低負荷領域の間で、かつ、前記燃料噴射装置が前記吸気通路内に燃料を噴射してから前記吸気弁が閉じるまでの間に、前記エンジン温度検出部により検出された前記４ストロークエンジン本体の温度に基づいて、前記クランクシャフトの回転速度の増加を抑制するように前記永久磁石式スタータモータの回転速度を制御し、
    　前記クランクシャフトのクランク角が前記高負荷領域の間に、前記点火装置を用いて前記燃焼室内の混合気に点火することによって、前記４ストロークエンジン本体を始動する、エンジンユニット。
  2. 　請求項１に記載のエンジンユニットにおいて、
    　前記制御装置は、前記エンジン温度検出部により検出された前記４ストロークエンジン本体の温度が第１温度であるときの前記クランクシャフトの回転速度が、前記エンジン温度検出部により検出された前記４ストロークエンジン本体の温度が前記第１温度よりも高い第２温度であるときの前記クランクシャフトの回転速度よりも低くなるように、前記永久磁石式スタータモータの回転速度を制御する、エンジンユニット。
  3. 　請求項１又は２に記載のエンジンユニットにおいて、
    　前記燃料噴射装置は、前記吸気弁に向けて燃料を噴射する、エンジンユニット。
  4. 　請求項１から３のいずれか一つに記載のエンジンユニットにおいて、
    　前記制御装置は、前記エンジン温度検出部により検出された前記４ストロークエンジン本体の温度に基づいて決定された燃料噴射時間に応じて、前記クランクシャフトの回転速度を決定する、エンジンユニット。
  5. 　請求項１から４のいずれか一つに記載のエンジンユニットにおいて、
    　前記エンジン温度検出部は、前記４ストロークエンジン本体の冷却液の温度又はオイル通路内のオイルの温度を検出するセンサである、エンジンユニット。
  6. 　請求項１から５のいずれか一つに記載のエンジンユニットにおいて、
    　前記制御装置は、前記燃料噴射時間が、エンジン始動に必要な燃料を供給可能な所定時間を超えるまで、前記燃料噴射装置に燃料を噴射させる、エンジンユニット。
  7. 　請求項１から６のいずれか一つに記載のエンジンユニットにおいて、
    　前記制御装置は、前記エンジン温度検出部により検出された前記４ストロークエンジン本体の温度が低いほど、前記燃料噴射時間における前記クランクシャフトの回転速度を低下させるように、前記モータの回転速度を制御する、エンジンユニット。
  8. 　請求項１から７のいずれか一つに記載のエンジンユニットにおいて、
    　前記４ストロークエンジン本体は、前記クランクシャフトのクランク角が前記高負荷領域の間に、前記燃焼室内の混合気を排出するために前記排気弁を一時的に開く減圧機構をさらに備えている、エンジンユニット。
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