(57)【要約】【課題】エンジン始動に必要な時間のばらつきを低減する。【解決手段】クランクシャフトに対し固定された偏心した固定ウェイトと、クランクシャフト回転軸に対して回転可能とされた偏心した可動ウェイトからなる、偏心ウェイトの組を備え、エンジン回転の加速時に、可動ウェイトの固定ウェイトに対する相対位置が、前記ウェイトの組の全体としての重心が回転軸上に来るように構成された、可動ウェイトと固定ウェイトとの相互回転制限機構、および、エンジン回転が所定回転速度以上の場合に、固定ウェイトに対する可動ウェイトの相対位置を固定する、高速回転時位置固定機構が設けられている。【選択図】図１
2014118878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトの回転に応じて、１個以上の気筒の各々においてピストンがシリンダ内を移動しかつ吸気弁と排気弁が開閉動作して、機関サイクルを実行するように構成され、かつ、燃料噴射が電気的に制御される内燃機関における停止位置の制御装置であって、
クランクシャフトに対し固定され、クランクシャフト回転軸に対し重心が偏心した少なくとも１個の固定ウェイトと、クランクシャフト回転軸を中心に回転方向に可動とされ、クランクシャフト回転軸に対し重心が偏心した少なくとも１個の可動ウェイトからなる、偏心ウェイトの組を備え、
前記内燃機関の回転の加速時に、前記可動ウェイトの前記固定ウェイトに対する相対位置が前記偏心ウェイトの組の全体としての重心がクランクシャフト回転軸上に来るように構成された、前記可動ウェイトと前記固定ウェイトとの相互回転制限機構が設けられており、
前記内燃機関の回転速度が所定の回転速度以上である場合に、前記固定ウェイトに対する前記可動ウェイトの前記相対位置を固定する、高速回転時位置固定機構が設けられている、
ことを特徴とする内燃機関の停止位置制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関の回転の加速の後、前記偏心ウェイトの組の全体としての重心が前記クランクシャフト回転軸上に来た状態で、前記偏心ウェイトの組の前記クランクシャフト回転軸周りの慣性モーメントは、前記内燃機関に必要とされるフライホイールとしての慣性モーメントの全体または一部となるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の停止位置制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関の停止位置の制御装置は、アイドルストップ機能を備えた車両に搭載された内燃機関に備えられたことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の停止位置制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関の停止位置の制御装置において、前記固定ウェイトに対する前記可動ウェイトの前記相対位置が前記高速回転時位置固定機構によって固定される前記所定の回転速度は、アイドル回転数以下であることを特徴とする請求項１乃至３記載の内燃機関の停止位置制御装置。
【請求項５】
前記偏心ウェイトの組を構成する前記可動ウェイトおよび前記固定ウェイトの少なくとも1つが、前記クランクシャフト回転軸に垂直な平面に沿って広がる略板状形状とされていることを特徴とする請求項１乃至４記載の内燃機関の停止位置制御装置。
【請求項６】
前記偏心ウェイトの組を構成する前記可動ウェイトおよび前記固定ウェイトの少なくとも1つが、前記クランクシャフト回転軸方向から見て略扇形形状とされていることを特徴とする請求項１乃至５記載の内燃機関の停止位置制御装置。
【請求項７】
前記相互回転制限機構は、前記可動ウェイトまたは前記固定ウェイトの少なくとも一方のウェイトに、前記クランクシャフト回転軸を中心とした円周の一部をなす形状に沿った形の溝部を備え、かつ、他方のウェイトに、前記溝部に組み合わせ可能なように構成された凸部を備えて構成されることを特徴とする請求項１乃至６記載の内燃機関の停止位置制御装置。
【請求項８】
前記高速回転時位置固定機構は、前記可動ウェイトまたは前記固定ウェイトの少なくとも一方のウェイトに固定されたバネとその先に固定された錘を備え、該錘が前記所定の回転速度以上となった場合に遠心力で前記クランクシャフト回転軸から離れる方向に移動した状態で他方のウェイトに接触することにより固定されて前記固定ウェイトに対する前記可動ウェイトの相対位置を固定する構成とされていることを特徴とする請求項１乃至７記載の内燃機関の停止位置制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関において、停止時の位置を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載された内燃機関（エンジン、複数の気筒を有するエンジンを含む）であって、電気的にエンジンを制御する方式のものにおいては、適切なタイミングで燃料噴射や点火等を行うために、燃焼行程となるべき気筒とそのタイミングを判別する、いわゆる気筒判別が行われる。通常、気筒判別は、クランクホイールの回転により得られるクランクパルス信号と、カムホイールの回転により得られるカムパルス信号のそれぞれの出現パターンや双方の信号の相対関係等に基づいて行われる。そのような気筒判別方法や装置は、種々提案、実用化されている（例えば特許文献１等参照）。
【０００３】
一方、車両搭載のエンジンは、その運転を一旦停止した際、その際のエンジンの回転方向の位置（クランクシャフトの回転方向角度、カムシャフトの回転方向角度、ピストンの位置等）は任意の位置であった。すなわち、停止時のクランクホイールやカムホイールの回転方向角度も任意の位置にあった。したがって、次回の始動時に、任意の位置である停止時のクランクホイールやカムホイールの位置から、エンジンが回転してクランクパルス信号やカムパルス信号で気筒判別できるような特定のパターンが現れるまでの回転量は、始動のたびに異なっていた。この結果、エンジン始動開始から完了までに必要な時間がばらついていた。
【０００４】
また、従来、エンジンの始動時に、気筒判別が完了してから燃料噴射をするのではなく、気筒判別する前に何らかのタイミングで全気筒に燃料噴射を行う技術が種々提案されている（例えば特許文献２等参照）。
しかし、特許文献２記載の技術にあっても、気筒判別完了前にエンジンが始動するためには、燃料が噴射された気筒のうちどれかの気筒で、最初の燃料噴射後、必要な空気（直噴エンジン）あるいは燃料（直噴エンジン以外）が気筒内に吸入され気筒内に混合気が入った状態に至る行程である吸気行程と、点火され混合気が燃焼し膨張する行程である燃焼行程を経る必要がある。しかし、エンジン停止時のエンジンの回転方向の位置が任意であるため、次回始動時にどれかの気筒で吸気行程と燃焼行程を経て始動完了に至るまでの時間にはなおばらつきがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２４０４８９号公報
【特許文献２】特開昭５８−１６０５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
エンジン始動開始から完了までの時間がばらつくと、ドライバーが緊急の車両の発進を望む場合にこれに十分応えられない場合が発生し、車両のユーザー満足度を十分高められないという問題点がある。特に、近年、スタートストップ機能付き車両で停車毎に頻繁にエンジン停止と始動を繰り返す場合の再始動後の発進など、エンジン始動後すぐに車両の発進が求められる場合が高頻度で生じるようになってきているため、エンジン始動に必要な時間のばらつきを低減し、短時間で始動することは、重要度が高い課題となっている。
【０００７】
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジン始動に必要な時間のばらつきを低減し、常に短時間で始動可能とすることにより、ドライバーの要求により高レベルで応えることのできる車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、クランクシャフトの回転に応じて、１個以上の気筒の各々においてピストンがシリンダ内を移動しかつ吸気弁と排気弁が開閉動作して、機関サイクルを実行するように構成され、かつ、燃料噴射が電気的に制御される内燃機関における停止位置の制御装置であって、クランクシャフトに対し固定され、クランクシャフト回転軸に対し重心が偏心した少なくとも１個の固定ウェイトと、クランクシャフト回転軸を中心に回転方向に可動とされ、クランクシャフト回転軸に対し重心が偏心した少なくとも１個の可動ウェイトからなる、偏心ウェイトの組を備え、前記内燃機関の回転の加速時に、前記可動ウェイトの前記固定ウェイトに対する相対位置が前記偏心ウェイトの組の全体としての重心がクランクシャフト回転軸上に来るように構成された、前記可動ウェイトと前記固定ウェイトとの相互回転制限機構が設けられており、前記内燃機関の回転速度が所定の回転速度以上である場合に、前記固定ウェイトに対する前記可動ウェイトの前記相対位置を固定する、高速回転時位置固定機構が設けられていることを特徴としてなる内燃機関の停止位置制御装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
【０００９】
すなわち、本発明にかかる内燃機関の停止位置制御装置によれば、まず、内燃機関の前回始動時の回転加速時には、相互回転制限機構によって偏心ウェイトの組全体としての重心がクランクシャフト回転軸上に来るようにされる。その後内燃機関運転中は高速回転時位置固定機構によってこの状態が保たれている。その後、停止する過程で、回転速度が徐々に低下し、所定の回転速度以下になった段階で、高速回転時位置固定機構による可動ウェイトと固定ウェイトの相対位置固定が解除される。すると、この時点以降は、内燃機関のクランクシャフトに固定されているのは偏心した固定ウェイトのみとなる。このため、内燃機関は、クランクシャフト回転方向角度が固定ウェイトの偏心した重心が下方（すなわち重力方向）となる位置で停止するようにされる。一方、固定ウェイトのクランクシャフト回転軸まわりの偏心重心方向が下方となるときの内燃機関のクランクシャフト回転方向位置を、内燃機関が始動時に始動完了までの時間が短い特定の位置に合わせるように、内燃機関を設計することが可能である。このことにより、内燃機関停止位置を常に次回内燃機関始動開始から完了までが短時間で行うことのできる位置に保つことが可能とされる。このようにして、内燃機関始動後車両発進までの時間のばらつきが押えられており常に素早く発進可能な車両の提供が実現可能とできる。
【００１０】
また、本発明において、さらに、前記内燃機関の回転の加速の後、前記偏心ウェイトの組の全体としての重心が前記クランクシャフト回転軸上に来た状態で、前記偏心ウェイトの組の前記クランクシャフト回転軸周りの慣性モーメントは、前記内燃機関に必要とされるフライホイールとしての慣性モーメントの全体または一部となるように構成されることが望ましい。
【００１１】
このように構成されていれば、内燃機関が所定の回転速度以上となり偏心ウェイトの組の全体の重心がクランクシャフト回転軸上に来ている間は、内燃機関のフライホイールとしての機能を全部または少なくとも一部担えるように、偏心ウェイトの組の全体の慣性モーメントを設定して構成されることが可能となる。したがって、このように構成されることにより、本発明請求項１の構成による効果を奏しつつ、かつ同時に、偏心ウェイトの組を追加するとともに従来取り付けられていたフライホイールを小型化又は省略し、内燃機関の軽量性小型性を維持することが可能となる。なお、内燃機関のフライホイールとしての機能は、すなわち、内燃機関の各気筒ごとの点火後の燃焼行程の間の回転の加速などに起因するクランクシャフト回転速度のムラを、クランクシャフト回転と同軸の慣性重量を取り付け、はずみ車とすることによって低減する機能である。
【００１２】
また、本発明において、さらに、前記内燃機関の停止位置の制御装置は、アイドルストップ機能を備えた車両に搭載された内燃機関に備えられることが望ましい。
【００１３】
アイドルストップ機能を備えた車両は、例えば信号機のある交差点での停止時など、搭載された内燃機関を頻繁に停止および再始動し、かつ、再始動後はすぐに車両を発進させることが特に強く求められている。このような車両の内燃機関に本発明を備えることにより、頻繁に発生する内燃機関再始動後の速やかな発進に対する要求に対し、常に的確に応え、アイドルストップ後始動時の発進性に優れたアイドルストップ機能付車両を実現することを可能にする。
【００１４】
また、本発明において、さらに、前記内燃機関の停止位置の制御装置において、前記固定ウェイトに対する前記可動ウェイトの前記相対位置が前記高速回転時位置固定機構によって固定される前記所定の回転速度は、アイドル回転数以下であることが望ましい。
【００１５】
内燃機関回転速度がアイドル回転数以下である場合は停止直前と始動直後のごくわずかな期間がほとんどである。したがって、高速回転時位置固定機構における所定の回転速度をアイドル回転数以下とすることによって、高速回転時位置固定機構によるウェイト間の相対位置固定が解除される場合を停止直前と始動直後のごくわずかな期間の場合に限定することとなる。これにより、請求項１の構成による効果をより的確に実現しつつ、その他の通常運転時には不要である、偏心ウェイトの組全体としての重心がクランクシャフト回転軸上から外れて偏心重量が発生したまま内燃機関が回転を加速し車両振動が増大する事態の発生を、より的確に防止できる。
【００１６】
また、本発明において、さらに、前記偏心ウェイトの組を構成する前記可動ウェイトおよび前記固定ウェイトの少なくとも1つが、前記クランクシャフト回転軸に垂直な平面に沿って広がる略板状形状とされていることが望ましい。
【００１７】
このように構成されていれば、固定ウェイトおよび可動ウェイトの回転方向の断面積が回転に伴って変化しないため、回転に伴う空気の抵抗を極小とすることができ、損失を低くできるという効果を有する。
【００１８】
また、本発明において、さらに、前記偏心ウェイトの組を構成する前記可動ウェイトおよび前記固定ウェイトの少なくとも1つが、前記クランクシャフト回転軸方向から見て略扇形形状とされていることが望ましい。
【００１９】
このように構成されていれば、内燃機関始動後偏心ウェイトの組全体としての重心がクランクシャフト回転軸上に来るようにされた場合に、全体の重心が誤差少なく確実に回転軸上に来るように、固定ウェイトと可動ウェイトの重心位置を設定するような設計が容易となる。
【００２０】
また、本発明において、さらに、前記相互回転制限機構は、前記可動ウェイトまたは前記固定ウェイトの少なくとも一方のウェイトに、前記クランクシャフト回転軸を中心とした円周の一部をなす形状に沿った形の溝部を備え、かつ、他方のウェイトに、前記溝部に組み合わせ可能なように構成された凸部を備えて構成されることが望ましい。
【００２１】
このように構成されていれば、本発明請求項１における相互回転制限機構を簡便な構成で容易に実現できるという効果を有する。
【００２２】
また、本発明において、さらに、前記高速回転時位置固定機構は、前記可動ウェイトまたは前記固定ウェイトの少なくとも一方のウェイトに固定されたバネとその先に固定された錘を備え、該錘が前記所定の回転速度以上となった場合に遠心力で前記クランクシャフト回転軸から離れる方向に移動した状態で他方のウェイトに接触することにより固定されて前記固定ウェイトに対する前記可動ウェイトの相対位置を固定する構成とされていることが望ましい。
【００２３】
このように構成されていれば、本発明請求項１における高速回転時位置固定機構を簡便な構成で容易に実現できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の停止位置制御装置を備えた内燃機関を説明するための図である。
【図２】本発明の実施形態に係る内燃機関の停止位置制御装置における固定ウェイトの詳細を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態に係る内燃機関の停止位置制御装置における可動ウェイトの詳細を説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態に係る内燃機関の停止位置制御装置における偏心ウェイトの組の内燃機関停止時の状態を説明するための図である。
【図５】本発明の実施形態に係る内燃機関の停止位置制御装置における偏心ウェイトの組の内燃機関始動直後の状態を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態に係る内燃機関の停止位置制御装置における偏心ウェイトの組の内燃機関始動から半回転程度後の状態を説明するための図である。
【図７】本発明の実施形態に係る内燃機関の停止位置制御装置における偏心ウェイトの組の内燃機関始動後所定の回転速度以上に至った時点の状態を説明するための図である。
【図８】本発明の実施形態に係る内燃機関の停止位置制御装置における偏心ウェイトの組の内燃機関停止開始後減速によって所定の回転速度以下となった時点の状態を説明するための図である。
【図９】本発明の実施形態に係る内燃機関の停止位置制御装置による停止位置の一例についての説明に用いる図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る内燃機関の停止位置の一変形例における固定ウェイトを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図１０を参照しつつ説明する。ただし、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては同一の部材が示され、適宜説明が省略されている。
【００２６】
まず、本実施形態にかかる内燃機関の停止位置制御装置を備えた内燃機関としてのエンジンを、図１を用いて説明する。
本発明の実施形態にかかるエンジン１は、例えば、４気筒エンジンを模式的に示したものであり、良く知られているように、その内部において、ピストン３がシリンダ５の内部に摺動可能に収納され、燃焼室７が形成されたものとなっている。そして、燃焼室７と連通するように吸気管（図示せず）と排気管（図示せず）がエンジン１に接続されている。
そして、燃焼室７には、吸気管の上流側に設けられたスロットルバルブ（図示せず）を介して吸入された吸入空気が導入される一方、燃焼後の排気が、排気管を介して排気されるようになっている。
また、燃焼室７と吸気管との間には、双方の連通を制御する吸気弁２１が、燃焼室７と排気管との間には、双方の連通を制御する排気弁２３が、それぞれ設けられている。
さらに、吸気弁２１の上流側の適宜な位置には、気筒数に応じてインジェクタ（図示せず）が設けられている。
【００２７】
燃焼室７内の燃焼に伴ってピストン３がシリンダ５内を移動（例えば図１において上下に移動）すると、クランクシャフト１１が回転し、このクランクシャフト１１の回転トルクがエンジン１の出力として変速機等（図示せず）を経て駆動輪（図示せず）に伝達され、車両が駆動されることとなる。
さらに、クランクシャフト１１の回転に応じてカムシャフト（図示せず）が回転する。例えば、クランクシャフト２回転に対応してカムシャフトが１回転する。しかして、カムシャフトの回転に応じて吸気弁２１および排気弁２３の開閉のタイミングが制御されるようにされている。
【００２８】
また、クランクシャフト１１には、フライホイール１３が同軸に固定されており、クランクシャフト１１の回転速度の変動、例えば燃焼のタイミングでの回転速度の加速、などを回転運動エネルギーの吸収あるいは放出によって平滑化する。
【００２９】
さらに、クランクシャフト１１には、クランクホイール１５が同軸に固定されている。クランクホイール周縁部には略一定間隔の突起がある。また突起の一部は除去された形状をしている（以下この部分を欠け歯部１７と呼ぶ）。さらに、クランクホイール周縁部近傍にはクランク角センサ１９が設けられている。なお、クランク角センサ１９には、電磁ピックアップ式のものや、ホールセンサなどが良く用いられるが、特定のものに限定される必要はない。クランク角センサ１９の出力信号は、電子制御ユニット（図示せず）に入力され、エンジン回転速度の演算算出や気筒判別処理等に供されるものとなっている。
【００３０】
また、クランクシャフト１１には、固定ウェイト３３が固定されている。固定ウェイト３３はクランクシャフト回転軸に対し重心が偏心している。また、クランクシャフト１１には、可動ウェイト３５が、クランクシャフト１１に対して回転方向に可動となるように取り付けられている。可動ウェイト３５もまたクランクシャフト回転軸に対し重心が偏心している。固定ウェイト３３と可動ウェイト３５で偏心ウェイトの組３１を構成している。
【００３１】
図２を用いて、本実施形態にかかるクランクシャフト回転軸に対し重心が偏心した固定ウェイト３３の詳細について説明する。図２において、（ａ）は固定ウェイト３３を可動ウェイト３５の側を向く側と逆の側から見た図、（ｂ）は固定ウェイト３３を可動ウェイト３５の側を向く側から見た図である。
【００３２】
固定ウェイト３３は、中心部にあるクランクシャフト固定部５１でクランクシャフト１１に固定される。また、固定ウェイト３３は、クランクシャフト回転軸と同軸であるクランクシャフト固定部５１の中心軸の軸上にある中心点を中心とし、クランクシャフト回転軸の延長方向から見て略扇形に構成されている。さらに、固定ウェイト３３は、クランクシャフト回転軸に垂直な平面に沿って略板状の形状に構成されている。
【００３３】
また、固定ウェイト３３の扇形の面の片方の面、すなわち、クランクシャフト１１に取り付けられた際に可動ウェイト３５の側を向く側の面５３には、凡そ、クランクシャフト回転軸を中心とした円周の一部をなす形状をした、溝５５が形成されている。
【００３４】
図３を用いて、本実施形態にかかるクランクシャフト回転軸に対し重心が偏心した可動ウェイト３５の詳細について説明する。図３において、（ａ）は可動ウェイト３５を固定ウェイト３３の側を向く側から見た図、（ｂ）は可動ウェイト３５を固定ウェイト３３の側を向く側と逆の側から見た図である。
【００３５】
可動ウェイト３５は、中心部にあるクランクシャフト取り付け部７１でクランクシャフト１１にクランクシャフト回転方向に可動であるように取り付けられる。また、可動ウェイト３５は、クランクシャフト回転軸と同軸であるクランクシャフト取り付け部７１の中心軸の軸上にある中心点を中心とし、クランクシャフト回転軸の延長方向から見て略扇形に構成されている。さらに、可動ウェイト３５は、クランクシャフト回転軸に垂直な平面に沿って略板状の形状に構成されている。
【００３６】
また、可動ウェイト３５の扇形の面の片方の面、すなわち、クランクシャフト１１に取り付けられた際に固定ウェイト３３の側を向く側の面７３には、固定ウェイト３３に形成された溝５５内に入り込む形状でかつ溝５５の底面には接触しない程度の高さに形成されたストッパ７５、７７が備えられている。また、可動ウェイト３５の扇形面に立てられたピン８３に一方の端が固定され他方の端には錘８５が取り付けられたバネ８７からなる構成の高速回転時ブレーキ８１が備えられている。図３に示す本実施形態においては、ストッパ７５、７７が、高速回転時ブレーキ８１の錘８５が回転時にも可動ウェイト３５に対する位置が回転方向にふらつかないようにするためのガイドを兼ねた構成とされている。また、図３に示す本実施形態においては、ストッパ７５、７７、高速回転時ブレーキ８１が、円形凹部８９の中に位置しており、これにより、ストッパ７５、７７や高速回転時ブレーキ８１があっても可動ウェイト３５全体としての重心偏心方向が概ね扇形の中心角の二等分線上にあるようにされている例となっている。
【００３７】
なお、固定ウェイト３３と可動ウェイト３５の相互回転制限機構は、本実施形態においては、図２における固定ウェイト３３上に形成された溝５５と、図３における可動ウェイト３５上に固定ウェイト３３の溝５５内に入り込む形状で形成されたストッパ７５あるいは７７によって構成される。すなわち、相互回転制限機構は、可動ウェイト３５上の凸部であるストッパ７５あるいは７７が、固定ウェイト３３上の溝部５５に入り込むように組み合わされて、構成される。詳細は図４乃至図９の説明において後述する。
【００３８】
また、固定ウェイト３３に対する可動ウェイト３５の相対位置を固定する高速回転時位置固定機構は、本実施形態においては、図２における固定ウェイト３３上に形成された溝５５と、図３における可動ウェイト３５上に固定ウェイト３３の溝５５内に入り込む形状で形成されたピン８３とバネ８７と錘８５によって成る高速回転時ブレーキ８１によって構成される。高速回転時ブレーキ８１は、エンジンの回転速度が所定の回転速度以上である場合に、可動ウェイト３５にバネ８７を介して取り付けられた錘８５が遠心力でクランクシャフト回転軸から離れる方向に移動した状態で固定ウェイト３３に接触することで、固定ウェイト３３に対する可動ウェイト３５の相対位置を固定する、高速回転時位置固定機構として機能する。詳細は図４乃至図９の説明において後述する。
【００３９】
次に、図４乃至図９を用いて、本実施形態にかかる固定ウェイト３３と可動ウェイト３５からなる偏心ウェイトの組３１の、エンジン１の運転状態の変化に伴う変化について説明する。なお、図４乃至図９はいずれも、固定ウェイト３３と可動ウェイト３５からなる偏心ウェイトの組３１を、クランクシャフト回転軸に沿った方向の可動ウェイト３５の側から見た図である。
図４は、偏心ウェイトの組３１のエンジン１の停止時の状態を説明する図である。固定ウェイト３３の偏心重量によって、エンジン１停止時は、固定ウェイト３３の重心の偏心方向が図の下方である重力方向に位置して停止している。また、可動ウェイト３５はクランクシャフト回転軸に対し回転可能なように取り付けられているので、これもまたその重心の偏心方向が重力方向を向いた位置にある。なお、エンジン１停止時は、相互回転制限機構によって固定ウェイト３３と可動ウェイト３５の相互回転が制限される範囲内にある。すなわち、図に示すように、本実施形態においては、可動ウェイト３５のストッパ７５および７７は固定ウェイト３３の溝５５の壁面に接触していない。
【００４０】
図５は、図４の状態から次にエンジン１が始動し始めた直後の状態を説明する図である。なお、図４乃至図９において、エンジン１の回転方向すなわちクランクシャフト１１の回転方向は、図における時計回り方向とされている。固定ウェイト３３はクランクシャフト１１に固定されているので、図５においては、エンジン１の始動開始に伴い図４の状態から固定ウェイト３３のみが時計回り方向に回転した状態にある。しかしまだ可動ウェイト３５のストッパ７５あるいは７７は固定ウェイト３３の溝５５の壁面に接触しておらず、すなわち相互回転制限機構での相互回転の制限範囲内である。したがって、可動ウェイト３５はクランクシャフト回転軸に対し回転方向に可動に取り付けられているため、未だ重心が重力方向を向いたままの位置となっている。
【００４１】
図６は、図５の状態からエンジン１が始動後さらにクランクシャフト１１が半回転ほど回転した状態を説明する図である。固定ウェイト３３はクランクシャフト１１の回転に伴いさらに回転し、図６の状態においては、可動ウェイト３５のストッパのうちストッパ７７が固定ウェイト３３の溝５５の壁面への接触に至っている（図６中のＰ点参照）。すなわち、固定ウェイト３３と可動ウェイト３５の相互の位置関係においてこれ以上の回転は相互回転制限機構で制限される状態に移行する。従って、エンジン１の始動に伴ってクランクシャフト１１がこれ以上回転すると、固定ウェイト３３に引きずられて可動ウェイト３５も回転を始めることとなる。なお、この状態では、固定ウェイト３３と可動ウェイト３５からなる偏心ウェイトの組３１全体の重心がクランクシャフト回転軸上に来るように固定ウェイト３３および可動ウェイト３５が設計されているため、この状態で偏心ウェイトの組３１全体が回転を続けても車両の振動増加につながることがない。
【００４２】
図７は、エンジン１が始動後、図６の状態からさらにクランクシャフト１１が加速しつつ回転していき、所定の回転速度以上に至った状態を説明する図である。固定ウェイト３３はクランクシャフト１１の回転に伴い回転を加速していく。また、回転が加速しているため、その間可動ウェイト３５のストッパ７７が図６の状態と同じ位置関係で固定ウェイト３３の溝５５の壁面へ接触し続けている。すなわち、固定ウェイト３３と可動ウェイト３５の相互位置関係も図６の状態と同じまま、可動ウェイト３５もまたクランクシャフト１１の回転と同期して回転していく。つまり、固定ウェイト３３と可動ウェイト３５からなる偏心ウェイトの組３１全体の重心がクランクシャフト回転軸上に来る状態のまま、偏心ウェイトの組３１全体が回転していく。そして、図７の状態では、エンジン回転速度すなわちクランクシャフト１１の回転速度が、所定の回転速度以上、たとえば、アイドル回転速度以下に設定された所定の回転速度より以上、となっている。この状態では、可動ウェイト３５の回転の遠心力により、高速回転ブレーキ８１を構成する錘８５がバネ８７の引っ張り力に抗して回転軸から離れる方向に移動し、固定ウェイト３３の溝５５の壁面に接触（図７中のＱ点参照）している。すなわち、この高速回転ブレーキ８１が、所定の回転速度以上において、固定ウェイト３３に対する可動ウェイト３５の相対位置の固定が行われる高速回転時位置固定機構として機能している。なお、本実施形態においては、錘８５の移動量はわずかなため、固定ウェイト３３と可動ウェイト３５からなる偏心ウェイトの組３１全体の重心がクランクシャフト回転軸上からほとんどずれず、振動の増加を引き起こさないような設計となっている。エンジン１が所定の回転速度以上、例えば、アイドル回転速度以下の所定の回転速度以上の状態である限り、高速回転時位置固定機構による固定ウェイト３３に対する可動ウェイト３５の相対位置固定はされ続ける。所定の回転速度がエンジン１の始動直後と停止直前にしか現れない回転速度にキャリブレーションされて設定されていれば、固定ウェイト３３に対する可動ウェイト３５の相対位置固定は、エンジン１の停止直前で所定の回転速度を下回るまでエンジン１の運転中解除されない状態でずっと保たれることとなる。なお、エンジン１の始動直後と停止直前にしか現れない所定の回転速度としては、たとえば、アイドル回転速度以下の所定の回転速度とすることができる。
【００４３】
なお、偏心ウェイトの組３１全体としてのクランクシャフト回転軸周りの慣性モーメントを、図７の状態でエンジン１におけるフライホイールとして本来必要な慣性モーメントを担えるような慣性モーメントとなるように、固定ウェイト３３および可変ウェイトの重量、形状、重心位置を設計することが可能である。これにより、元々エンジン１に取り付ける必要があるフライホイール１３は、偏心ウェイトの組３１と兼用でき、すなわちフライホイールを偏心ウェイトの組と別に取り付ける必要はなく、エンジンの軽量性や小型性を損なうことが無い。あるいは、偏心ウェイトの組３１全体の慣性モーメントをエンジン１におけるフライホイールとして必要な慣性モーメントの一部を担えるように設計することが可能である。これにより、偏心ウェイトの組３１がフライホイール機能の一部を担うことで元々エンジンに取り付ける必要があるフライホイール１３を小型化でき、やはりエンジンの軽量性小型性確保に貢献できる。
【００４４】
図８は、図７の状態から今度はエンジン１が停止し始め、クランクシャフト１１が回転しつつ減速していき、所定の回転速度を下回った状態を説明する図である。所定の回転速度を下回ったため、固定ウェイト３３に対する可動ウェイト３５の相対位置固定は解除される。すなわち、図８において、錘８５が固定ウェイト３３の溝５５の壁面から離れている。また、クランクシャフト回転が減速しているため、それに固定されている固定ウェイト３３は回転が減速するが、可動ウェイト３５は回転の慣性のため固定ウェイト３３ほど早く減速しない。その結果、図８の状態においては、可動ウェイト３５のストッパ７５あるいは７７が固定ウェイト３３の溝５５の壁面から離れている。
【００４５】
しかして、さらにクランクシャフト１１の回転が減速し、エンジン１がまさに停止しようとする状態では、クランクシャフト１１には偏心した重量を持つ固定ウェイト３３のみが固定され、可動ウェイト３５はクランクシャフト１１の回転に対して可動な状態である。したがって、クランクシャフト１１の停止する際の位置としては、固定ウェイトの重量すなわちクランクシャフト回転軸に対して偏心している重量が、重力方向を向く位置となることとなる。すなわち、エンジン１は、停止する際には、固定ウェイト３３の重心の偏心方向が重力方向である下方を向く位置で停止することとなる。一方、可動ウェイト３５は、クランクシャフト１１に対し回転方向に可動な状態なので、これもクランクシャフト１１の回転方向位置と関係なく自らの重心の偏心方向が重力方向である下方を向く位置に来ることとなる。これらにより、エンジン１が停止する時点では、再び、図４で説明した状態となる。
【００４６】
このようにして、本実施形態にかかるエンジンの停止位置制御装置においては、まず、固定ウェイト３３に形成された溝５５と固定ウェイト３３に形成された溝５５内に入り込む形状でかつ溝５５の底面には接触しない程度の高さに形成されたストッパ７５、７７によって構成される相互回転制限機構を備えている。そして、固定ウェイト３３と可動ウェイト３５の相互の位置関係が相互回転制限機構で制限される状態においては、固定ウェイト３３と可動ウェイト３５からなる偏心ウェイトの組３１全体の重心がクランクシャフト回転軸上に来るように固定ウェイト３３および可動ウェイト３５が設計されている。また、所定の回転速度以上において、回転の遠心力により、可動ウェイト３５にとりつけられた錘８５がバネ８７の引っ張り力に抗して回転軸と反対側に移動し固定ウェイト３３の溝５５の壁面に接触する構成とされている高速回転ブレーキ８１が高速回転時位置固定機構として機能するようにされている。しかして、エンジンの前回始動時の回転加速時には、相互回転制限機構によって偏心ウェイトの組３１全体としての重心がクランクシャフト回転軸上に来るようにされている。その後エンジン運転中は高速回転時位置固定機構によってこの状態が保たれている。そして、その後エンジン１が停止する過程で、回転速度が徐々に低下し、所定の回転速度以下になった段階で、高速回転時位置固定機構による可動ウェイト３５と固定ウェイト３３の相対位置固定が解除される。すると、この時点以降は、エンジン１のクランクシャフト１１に固定されているのは偏心した固定ウェイト３３のみとなる。このため、エンジン１は、クランクシャフト回転方向角度が固定ウェイト３３の偏心した重心が下方（すなわち重力方向）となる位置で停止するようにされる。一方、固定ウェイト３３のクランクシャフト回転軸まわりの偏心重心方向が下方となるときのエンジン１のクランクシャフト回転方向位置が、エンジン１が始動時に始動完了までの時間が短い特定の位置に合わせるようにエンジン１を設計することが可能である。このことにより、エンジン停止位置を常に次回エンジン始動開始から完了までが短時間で行うことのできる位置に保つことが可能とされる。このようにして、エンジン始動後車両発進までの時間のばらつきが押えられており常に素早く発進可能な車両の提供が実現可能とされる。
【００４７】
なお、このような始動完了までの時間が短い特定の位置としては、例えば、まず、気筒判別に要する時間が短い位置が挙げられる。
【００４８】
気筒判別は、例えば、次のようになされる。エンジン１の始動時に、すなわちクランクシャフト１１が回転して、クランクシャフト１１に固定されたクランクホイール周縁部に設けられた略一定間隔の突起がクランク角センサ１９近傍の通過を検出することで、クランク角センサ１９がクランクパルス信号を発生する。クランクシャフト回転に応じてカムシャフトも回転し始めるが、カムシャフトにはまた同様の構造をもつカムホイール（図示せず）を備え、同様な原理によってカム角センサ（図示せず）がカムパルス信号を発生する。しかして、クランク角センサ１９やカム角センサの出力信号は電子制御ユニット（図示せず）に入力され、気筒判別に供される。しかし、気筒判別は、通常、クランクパルス信号、あるいはカムパルス信号、あるいはそれらの相対関係に、特定のパターンが現れることを利用しているので、この特定のパターンが早期に現れる位置にエンジン１を停止させると、再始動の際始動完了までの時間を短く保つことができる。特定のパターンとしては、例えば、略一定間隔の突起の一部が除去された形状の部分である欠け歯部１７がクランク角センサ１９近傍を通過することに伴う、クランクパルス信号のパルスの抜け、等がある。
【００４９】
図９は、このような気筒判別に要する時間が短い位置について、クランクホイールの欠け歯部１７によるクランクパルス信号における特定のパターンと各気筒の位置関係を説明する図である。図９の例においては、クランクホイールの周縁部の略一定間隔の突起が、クランク回転角（以下ＣＡと呼ぶ）で１０°毎にクランクパルスを生じるように設けられ、さらに、２パルス分の欠け歯部１７が設けられている。また、図９の例は、４気筒のエンジンの例である。図９中、ＴＤＣは各気筒の圧縮行程の終わりの上死点（以下圧縮上死点と呼ぶ）を、＃１乃至＃４は各気筒の番号を示す。さらに、図９には、クランクシャフト１１の２回転分、すなわち、すべての気筒が、吸気、圧縮、燃焼、排気の４つの行程全てを経るだけの回転の分、ＣＡにして７２０°分、が表されている。なお、本実施形態においては、カムシャフトはこの間に１回転する。また、図９中では、クランクパルスに対して、ＴＤＣ＃１すなわち＃１気筒の圧縮上死点のパルスを０として、その後、順にパルスに番号が付けられている。この番号は、欠け歯部１７に相当するクランクパルス信号の抜けに対してもそこにパルスがあるものとして付与されている。
【００５０】
前述したように、クランクホイールはクランクシャフト１１に固定されている。よって、クランクホイール周縁部に欠け歯部１７が１か所設けられていると、ＣＡ７２０°相当の回転、すなわちクランクシャフトが２回転すると、欠け歯部１７に相当するクランクパルス信号の抜けのパターンは２回現れる。図９の例では、パルス番号で２８、２９の箇所と、６４、６５の箇所である。この例において、パルス番号２８、２９の箇所は、＃４気筒の圧縮上死点から７０°乃至８０°前の位置であることが分かる。同様に、パルス番号６４、６５の箇所は、＃１気筒の圧縮上死点から７０°乃至８０°前の位置である。従って、クランクパルス信号を受信する電子制御ユニットは、このような欠け歯部１７に相当するクランクパルス信号を受信したときは、＃４気筒の圧縮上死点から７０°乃至８０°前か、＃１気筒の圧縮上死点から７０°ないし８０°前か、のいずれかであると判定できる。さらにこのうちどちらであるかを電子制御ユニットが判定するには、例えばカムパルス信号が＃４気筒の欠け歯部相当の場合と＃１気筒の欠け歯部相当の場合で異なるように予めカムホイールの形状を用意しておき、クランクパルス信号と、その時のカムパルス信号を合わせて判断の処理に供するようにされていればよい。しかして、このようにして気筒判別がなされ、これによりエンジン１の燃焼に適した燃料噴射あるいは点火のタイミングが特定され、適正に燃料噴射と点火がなされ、しかしてエンジン１の燃焼が開始しエンジン１の始動が完了することとなる。
【００５１】
この際、前回のエンジン１の停止で、この欠け歯部１７に相当するクランクパルス信号を生じる直前の位置、例えばクランク角センサ誤検出防止のための２ないし３パルス分の余裕をみて、欠け歯部１７の位置の２ないし３パルス分前の位置、にエンジン１が停止されていれば、再始動開始後わずかな回転で気筒判別が成功するようにでき、従って、再始動完了までを常に短い時間で実現することが可能になる。すなわち、この位置は、気筒判別に要する時間が短い位置である。つまり、この位置は、始動完了までの時間が短い特定の位置の一例である。したがって、例えば、この位置において、固定ウェイト３３の偏心した重心方向が下方を向くようにすることで、エンジン１の停止時の特定の位置としてこの位置となるようにし、エンジン１の始動完了までの時間が短いようにすることが実現可能となる。
【００５２】
また、このような始動完了までの時間が短い特定の位置の他の例としては、例えば、いずれかの気筒における吸気行程開始の直前に相当する位置があげられる。
【００５３】
エンジンの中には、前回停止時に、停止制御開始後完全停止に至るまでの間等のエンジン完全停止より以前の時点で、燃料噴射を先に停止し、よって停止に至るまでの残りのエンジン回転によって燃焼室内の燃料が完全停止以前に極力燃焼されつくすようにされているものがある。このようなエンジンにおいては、エンジンの停止中には燃焼室内に燃料がほとんど無い状態とするようにされ、これにより、次回始動時に当初から燃焼室中にいた燃料が燃焼されないまま排気され排気ガス中のＨＣ濃度が上昇するような事態を、極力避けるようにされている。エンジン１がこのようなタイプの場合においては、次回始動時に、ポート噴射タイプエンジンにおいては、燃料が噴射されると共に噴射された燃料と空気が共に燃焼室７内に吸入される吸気行程を経て、あるいは、直噴タイプエンジンにおいては、空気が燃焼室７内に吸入されまた燃焼室７内に燃料が噴射され燃焼室７内で空気と混じる吸気行程を経て、すなわち、いずれにしても吸気行程を経て、しかして後、初めて燃焼室７内に燃料と空気の混合気が存在するようにされ、つまりエンジン１が燃焼可能となる。すなわち、エンジン１のいずれかの気筒がこのような吸気行程を経る直前の位置である状態からエンジン１が始動すると、その気筒での燃焼開始までの時間を短く保つことができ、結果エンジン１の始動完了までの時間が短い。
【００５４】
したがって、前回のエンジン１の停止で、いずれかの気筒がこのような吸気行程を経る直前の位置である状態でエンジン１が停止されていれば、再始動開始後わずかな回転で燃焼開始するようにでき、従って、再始動完了までを常に短い時間で実現することが可能になる。すなわち、この位置は、気筒判別に要する時間が短い位置である。つまり、この位置は、始動完了までの時間が短い特定の位置の、また別の一例である。したがって、例えば、この位置において、固定ウェイト３３の偏心した重心方向が下方を向くようにすることで、エンジン１の停止時の特定の位置としてこの位置となるようにし、エンジン１の始動完了までの時間が短いようにすることが実現可能となる。
【００５５】
以上、始動完了までの時間が短い特定の位置の例を挙げた。
【００５６】
また、本実施形態においては、エンジン１が所定の回転速度以上となり偏心ウェイトの組３１の全体の重心がクランクシャフト回転軸上に来ている間は、エンジン１のフライホイール機能を全部または少なくとも一部担えるように、偏心ウェイトの組３１の全体の慣性モーメントを設定して構成されることが可能である。したがって、このように構成されることにより、さらに、偏心ウェイトの組３１を追加する代わりに従来取り付けられていたフライホイール１３を小型化又は省略し内燃機関の軽量性小型性を維持することが可能とされている。
【００５７】
さらに、本実施形態のエンジンの停止位置制御装置は、アイドルストップ機能を備えた車両に搭載可能である。
【００５８】
アイドルストップ機能を備えた車両は、例えば信号機のある交差点での停止時など、搭載されたエンジン１を頻繁に停止および再始動し、かつ、再始動後はすぐに車両を発進させることが特に強く求められている。このような車両のエンジンに本実施形態の停止位置制御装置を適用することにより、頻繁に発生するエンジン再始動後の速やかな発進に対する要求に対し、常に的確に応え、アイドルストップ後始動時の発進性に優れたアイドルストップ機能付車両を実現することが可能とされている。
【００５９】
また、本実施形態においては、固定ウェイト３１に対する可動ウェイト３３の相対位置を固定し高速回転時位置固定機構として機能する高速回転時ブレーキ８１を、その相対位置固定機能が発揮される所定の回転速度がアイドル回転数以下の回転速度とするように、錘８５とバネ８７を選定することが可能である。
【００６０】
エンジン回転速度がアイドル回転数以下である場合は停止直前と始動直後のごくわずかな期間がほとんどである。したがって、高速回転時ブレーキ８１が機能を発揮すいる所定の回転速度をアイドル回転数以下とすることによって、高速回転時ブレーキ８１によるウェイト間の相対位置固定が解除される場合を停止直前と始動直後のごくわずかな期間の場合に限定することにより、常に素早く発進可能な車両でありつつ、通常運転時には不要な、偏心ウェイトの組全体としての重心がクランクシャフト回転軸上から外れて偏心重量が発生したまま内燃機関が回転を加速し車両振動が増大する事態の発生を、より的確に防止できるものとなっている。
【００６１】
さらに、本実施形態においては、偏心ウェイトの組３１を構成する可動ウェイト３５および固定ウェイト３３が、クランクシャフト回転軸に垂直な平面に沿って広がる略板状形状とされている。このため、固定ウェイトおよび可動ウェイトの回転方向の断面積が回転に伴って変化しないので、回転に伴う空気の抵抗による損失の低いものになっている。
【００６２】
また、本実施形態においては、偏心ウェイトの組３１を構成する可動ウェイト３５および固定ウェイト３３が、クランクシャフト回転軸方向から見て略扇形形状とされている。このため、エンジン始動後、偏心ウェイトの組３１全体としての重心がクランクシャフト回転軸上に来るようにされた場合に、全体の重心が誤差少なく確実に回転軸上に来るように、固定ウェイト３３と可動ウェイト３５の重心位置を設定するような設計が容易になされている。
【００６３】
また、本実施形態においては、可動ウェイト３５と固定ウェイト３３の間の相互回転制限機構として、固定ウェイト３３にクランクシャフト回転軸を中心とした円周の一部をなす形状に沿った形の溝部５５を備え、かつ、可動ウェイト３５に、溝部５５に組み合わせ可能なように構成された凸形状のストッパ７５、７７を備えている。このように構成されているので、相互回転制限機構が簡便な構成で容易に実現されている。
【００６４】
また、本実施形態においては、固定ウェイト３１に対する可動ウェイト３３の相対位置を固定する高速回転時ブレーキ８１が、可動ウェイト３５に固定されたバネ８７とその先に固定された錘８５を備える。そして、錘８５が、エンジン回転速度が所定の回転速度以上となった場合に遠心力でクランクシャフト回転軸から離れる方向に移動した状態で固定ウェイト３３の溝部５５の壁面に接触することにより固定されて固定ウェイト３３に対する可動ウェイト３５の相対位置を固定する構成とされている。このため、高速回転時位置固定機構が簡便な構成で容易に実現されている。
【００６５】
なお、本実施形態にかかる偏心ウェイトの組３１がフライホイールの機能を兼ねる場合は図７を用いた説明で前述したが、さらに、クランクホイールの機能をも兼ねるような構成も可能である。
【００６６】
本実施形態の一変形例として、偏心ウェイトの組３１がフライホイールの機能に加えさらにクランクホイールの機能も兼ねる例について、図１０を用いて説明する。図１０は、偏心ウェイトの組３１がフライホイール機能とクランクホイール機能を兼ねる例における固定ウェイト３３である。固定ウェイト３３はクランクシャフト１１に固定しているので、クランクシャフト回転に応じて回転する。本変形例では、固定ウェイト３３を例えば図１０のような構造としている。すなわち、固定ウェイト３３の外形は円形状としその周縁部に略一定間隔の突起９１を設け、また必要に応じ、突起９１の一部は除去された形状として欠け歯部１７を形成している。一方、突起９１のある外周部から中心方向に入った部分に、例えば略扇形形状をしたヌキ部分９３（つまり貫通穴）を設けて、固定ウェイト３３の肉のある部分の概略形状を、周縁部突起９１に近い外周部分がリング状であることを除き略扇形形状として、この構成により重心を偏心せしめている。なお、図１０に示す本変形例の固定ウェイト３３は、図２に示した例と同じように可動ウェイト３５を向く側の面に略円周形状をした溝５５を設けた固定ウェイト３３の構成とされている。固定ウェイト３３を図１０を用いて説明したような構成とし、これと図３を用いて説明したような構成の可動ウェイト３５を組み合わせることにより、偏心ウェイトの組がフライホイール機能のみならずクランクホイール機能も兼ねるような構成とでき、さらにエンジンの軽量性小型性確保に貢献でき、あるいは部品点数低減による製造性向上に貢献できる。
【００６７】
なお、以上の実施形態において、固定ウェイトや可動ウェイトの形状は本発明の範囲内で種々改変可能である。たとえば、扇形に限られるものではなく、例えば棒状でも支柱と錘を組み合わせた形状でもよいものであり、本発明として説明した範囲内で種々改変可能である。また、実施の形態では４気筒エンジンの場合について説明したが、例えば３気筒エンジン、あるいは他の気筒数のエンジンにも本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１        エンジン
３        ピストン
５        シリンダ
７        燃焼室
１１      クランクシャフト
１３      フライホイール
１５      クランクホイール
１７      クランクホイール周縁部突起が除去された部分（欠け歯部）
１９      クランク角センサ
２１      吸気弁
２３      排気弁
３１      偏心ウェイトの組
３３      固定ウェイト
３５      可動ウェイト
５１      クランクシャフト固定部
５３      クランクシャフトに取り付けられた際に可動ウェイトの側を向く側の面
５５      溝
７１      クランクシャフト取り付け部
７３      クランクシャフトに取り付けられた際に固定ウェイトの側を向く側の面
７５      ストッパ
７７      ストッパ
８１      高速回転時ブレーキ
８３      ピン
８５      錘
８７      バネ
９１      略一定間隔の突起
９３      ヌキ部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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