(57)【要約】【課題】スタータを過剰にクランクすることによって、または内燃エンジンが既に走行しているときにスタータを係合することによって発生する、スタータおよび／またはフライホイールへの損傷を回避する、内燃エンジン用始動システムを提供する。【解決手段】  内燃エンジンは、フライホイールと、フライホイールを回転可能に駆動するスタータと、少なくとも１つのスタータ・パラメータ・インディケータと、エンジン制御モジュールとを含む。各インディケータは、スタータに対して始動または非始動状態を表す出力信号を供給する。エンジン制御モジュールは、スタータと１つ以上のインディケータとに結合されている。エンジン制御モジュールは、各インディケータからの出力信号に応じて、スタータを制御可能に作動させる。【選択図】図１
2007154879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジンであって、
フライホイールと、
前記フライホイールを回転可能に駆動するスタータと、
少なくとも１つのスタータ・パラメータ・インディケータであって、各々、前記スタータに対して始動および非始動状態の一方を表す出力信号を供給する、インディケータと、
前記スタータおよび前記少なくとも１つのインディケータと結合されたエンジン制御モジュールであって、各前記インディケータからの前記出力信号に応じて、前記スタータを制御可能に作動させる、エンジン制御モジュールと、
を備えた、内燃エンジン。
【請求項２】
請求項１記載の内燃エンジンであって、更に、始動位置を有するスタータ・スイッチを含み、前記エンジン制御モジュールは、前記スイッチと結合されており、各前記インディケータからの前記出力信号と、前記スイッチの前記始動位置とに応じて、前記スタータを制御可能に作動させる、内燃エンジン。
【請求項３】
請求項２記載の内燃エンジンにおいて、前記エンジン制御モジュールは、各前記インディケータからの前記出力信号の各々と前記スイッチの前記始動位置との論理ブール演算に応じて、前記スタータを作動させる、内燃エンジン。
【請求項４】
請求項１記載の内燃エンジンにおいて、各前記インディケータは、前記内燃エンジンの走行状態と、前記スタータのクランク時間との一方を含む、内燃エンジン。
【請求項５】
請求項４記載の内燃エンジンにおいて、前記少なくとも１つのインディケータは、２つのインディケータを含み、前記インディケータの一方は、前記内燃エンジンの前記走行状態を示す走行インディケータを含み、前記インディケータの他方は、前記スタータの前記クランク時間を示すタイムアウト・インディケータを含む、内燃エンジン。
【請求項６】
請求項５記載の内燃エンジンにおいて、前記走行インディケータは、前記内燃エンジンのＲＰＭを表す出力信号を供給するＲＰＭセンサを含む、内燃エンジン。
【請求項７】
請求項５記載の内燃エンジンにおいて、前記タイムアウト・インディケータは、前記スタータの過剰クランク時間に対応するタイムアウト信号を供給するタイマを含む、内燃エンジン。
【請求項８】
請求項７記載の内燃エンジンであって、更に、始動位置を有するスタータ・スイッチを含み、前記タイマは、前記スイッチが前記始動位置にある時間に対応する、内燃エンジン。
【請求項９】
内燃エンジン用始動システムであって、
スタータと、
少なくとも１つのスタータ・パラメータ・インディケータであって、各々、前記スタータに対して始動および非始動状態の一方を表す出力信号を供給する、インディケータと、
前記スタータおよび前記少なくとも１つのインディケータと結合されたエンジン制御モジュールであって、各前記インディケータからの前記出力信号に応じて、前記スタータを制御可能に作動させる、エンジン制御モジュールと、
を備えた、始動システム。
【請求項１０】
請求項９記載の始動システムであって、更に、始動位置を有するスタータ・スイッチを含み、前記エンジン制御モジュールは、前記スイッチと結合されており、各前記インディケータからの前記出力信号と、前記スイッチの前記始動位置とに応じて、前記スタータを制御可能に作動させる、始動システム。
【請求項１１】
請求項１０記載の始動システムにおいて、前記エンジン制御モジュールは、各前記インディケータからの前記出力信号の各々と前記スイッチの前記始動位置との論理ブール演算に応じて、前記スタータを作動させる、始動システム。
【請求項１２】
請求項９記載の始動システムにおいて、各前記インディケータは、前記内燃エンジンの走行状態と、前記スタータのクランク時間の一方を含む、始動システム。
【請求項１３】
請求項１２記載の始動システムにおいて、前記少なくとも１つのインディケータは、２つのインディケータを含み、前記インディケータの一方は、前記内燃エンジンの前記走行状態を示す走行インディケータを含み、前記インディケータの他方は、前記スタータの前記クランク時間を示すタイムアウト・インディケータを含む、始動システム。
【請求項１４】
請求項１３記載の始動システムにおいて、前記走行インディケータは、前記内燃エンジンのＲＰＭを表す出力信号を供給するＲＰＭセンサを含む、始動システム。
【請求項１５】
請求項１３記載の始動システムにおいて、前記タイムアウト・インディケータは、前記スタータの過剰クランク時間に対応するタイムアウト信号を供給するタイマを含む、始動システム。
【請求項１６】
請求項１５記載の始動システムであって、更に、始動位置を有するスタータ・スイッチを含み、前記タイマは、前記スイッチが前記始動位置にある時間に対応する、始動システム。
【請求項１７】
内燃エンジンの作動方法であって、
スタータの付勢を要求するステップと、
前記スタータに対する始動状態および非始動状態の一方を表す少なくとも１つのスタータ・パラメータ・インディケータを検証するステップと、
前記スタータの前記要求した付勢と、始動状態に対応する各前記インディケータとに応じて、前記スタータを制御可能に作動させるステップと、
を備えた、内燃エンジンの作動方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の内燃エンジンの作動方法において、前記要求するステップは、スタータ・スイッチを始動位置に係合することを含む、内燃エンジンの作動方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の内燃エンジンの作動方法において、前記制御可能に作動させるステップは、前記スタータ・スイッチが前記始動位置にあり、各前記インディケータが始動状態に対応するときに実行する、内燃エンジンの作動方法。
【請求項２０】
請求項１記載の内燃エンジンの作動方法において、前記閣インディケータは、前記内燃エンジンの走行状態、および前記スタータのクランク時間の一方を含む、内燃エンジンの作動方法。
【請求項２１】
請求項２０記載の内燃エンジンの作動方法において、前記少なくとも１つのインディケータは、２つのインディケータを含み、前記インディケータの一方は、前記内燃エンジンの前記走行状態を示す走行インディケータを含み、前記インディケータの他方は、前記スタータの前記クランク時間を示すタイムアウト・インディケータを含む、内燃エンジンの作動方法。
【請求項２２】
請求項２１記載の内燃エンジンの作動方法において、前記走行インディケータは、前記内燃エンジンのＲＰＭを表す出力信号を供給するＲＰＭセンサを含む、内燃エンジンの作動方法。
【請求項２３】
請求項２１記載の内燃エンジンの作動方法において、前記タイムアウト・インディケータは、前記スタータの過剰クランク時間に対応するタイムアウト信号を供給するタイマを含む、内燃エンジンの作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃エンジンに関し、更に特定すれば、このようなエンジンのための始動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
農業、林業および建設産業において用いられるような作業用機械は、通例、複数の車輪または軌道に機動力を供給する内燃（ＩＣ）エンジンを含む。このような作業用機械の例には、農業用トラクタおよびコンバイン、林業用木材伐採機械、ならびに建設用トラック・ホー(track hoes)およびバックホー(backhoes)を含む。このような作業用機械において用いられるＩＣエンジンは、圧縮点火型（例えば、ジーゼル・エンジン）または火花点火型（例えば、ガソリン・エンジン）とすることができる。
【０００３】
ＩＣエンジンが圧縮または火花点火エンジンのどちらで構成されているかには関わらず、通例、クランクシャフトの一端にフライホイールが設けられている。フライホイールは、エンジンの円滑な動作のために、慣性質量(inertial mass)を設け、更に、操作者がスタータ・スイッチ（例えば、点火キー）を始動位置に移動させるときに行われるように、始動シーケンスの間スタータが係合する鋸歯状外周または内周も有するのが通例である。スタータは、電磁的に係合される小径ギアを有し、スタータ・スイッチを用いて作動させるときに、これが軸方向に移動して、鋸歯状フライホイールと係合する。
【０００４】
操作者がスタータを過剰にクランクさせる時間が長すぎると、問題が発生する。例えば、燃料が冷たい程、そして粘度が高い程、ジーゼル・エンジンは圧縮点火始動に増々頼るようになる。殆どのジーゼル・エンジンは「グロー・プラグ」(glow plug)を含み、これは本質的に燃焼シリンダへの噴射に先だって燃料を加熱するためのインライン・ヒータ(inline heater)である。しかしながら、噴射器、シリンダ・ライナ、ピストン・クラウン等の金属面は、相変わらず非常に冷たいままであり、圧縮点火プロセスには相応しくない場合もある。
【０００５】
１つの解決策は、エンジンの水冷ジャケットと連通するブロック・ヒータを用い、燃料およびＩＣエンジンの種々の金属部品を加熱することである。尚、ＩＣエンジンの熱質量を仮定すると、ＩＣエンジンを加熱するには大量の時間がかかり、所与の作業現場において電気プラグイン(plug-in)が常に使用可能ではないことは認められよう。別の可能な解決策は、エーテルを活性成分として含む始動流体を用いることであるが、これもＩＣエンジン上では硬質である可能性がある。
【０００６】
スタータは、高いアンペア数の電気入力を必要とする電動モータを含む。スタータをクランクする(crank)時間が長すぎると（即ち、過剰にクランクする）、作業用機械のバッテリが放電する虞れがある。更に、スタータのモータが故障する可能性があり、これはＩＣエンジンが始動できなくなる、または作業用機械が利用できなくなるという最大の問題となる。動作指図は、スタータ・モータの動作方向を規定し、スタータ・モータの係合回数（クランク回数）を指示する。しかしながら、スタータ・モータを交換すると、動作指図には関わらず、保証クレーム(warranty claims)（返送および原価焼却費用）や、機械の非稼動時間が生ずることが多い。
【０００７】
ＩＣエンジンが既に走行している後にスタータを係合させると、二次的な問題が発生する場合がある。フライホイールの鋸歯状外面は、通例、スタータ・モータの動作中の回転速度よりも速く回転する。ＩＣエンジンが既に走行している時にスタータを係合すると、フライホイールまたはスタータ上の鋸状外形への物理的損傷、またはスタータのモータへの損傷が生ずる結果となる虞れがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
スタータを過剰にクランクすることによって、またはＩＣエンジンが既に走行しているときにスタータを係合することによって発生するような、スタータおよび／またはフライホイールへの損傷を回避するように構成した、ＩＣエンジン用始動システムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一形態において、本発明は、フライホイールと、このフライホイールを回転可能に駆動するスタータと、少なくとも１つのスタータ・パラメータ・インディケータと、エンジン制御モジュールとを含む内燃エンジンを対象とする。各インディケータは、スタータに対して始動または非始動状態を表す出力信号を供給する。エンジン制御モジュールは、スタータおよび１つ以上のインディケータと結合されている。エンジン制御モジュールは、各インディケータからの出力信号に応じて、制御可能にスタータを作動させる。
【００１０】
別の形態において、本発明は、内燃エンジンを動作させる方法を対象としており、スタータの付勢を要求するステップと、始動状態または非始動状態を表す少なくとも１つのスタータ・パラメータ・インディケータを検証するステップと、スタータの付勢要求および始動状態に対応する各インディケータに応じて、スタータを制御可能に作動させるステップとを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
これより図面、更に特定すれば、図１を参照すると、本発明のＩＣエンジン１２の一実施形態を含むことができる作業用機械１０が示されている。作業用機械１０は、農業、林業、建設、または工業向け作業用機械というように、適した機種であればいずれでもよい。例には、トラクタ、コンバイン、ウインドローアー(swather)、木材伐採機、フロント・エンド・ローダ、バックホー、トラック・ホー、スキッド・ステア(skid steer)等が含まれる。
【００１２】
ＩＣエンジン１２は、図示の実施形態では、ジーゼル・エンジンであると仮定しているが、火花点火エンジン（ガソリンまたはプロパン）のような、異なる種類のＩＣエンジンも可能である。ＩＣエンジンは、前述のような作業用機械内において用いることができ、あるいは、発電機(generator sets)、イリゲーションまたはその他のエンジン駆動ポンプにおいて用いられるような、固定エンジンでもよい。ＩＣエンジン１２は、複数の燃焼シリンダ１６を有するブロック１４を含む。燃焼シリンダの数は、エンジンに応じて、６、８、１０、または１２個の燃焼シリンダというように、種々の値を取ることができる。複数のピストン（具体的には示されていない）が、それぞれの燃焼シリンダ１６内に往復運動するように配置されている。ピストンは、通例、それぞれのピストン・ロッドを介して、クランクシャフト（図示せず）に接続されており、クランクシャフトは、その一端においてフライホイール１８と結合されている。
【００１３】
スタータ２０は、モータ２２と、電気機械的に係合されたギア２４とを含み、ギア２４は、ＩＣエンジン内において圧縮点火を開始する際に、フライホイール１８と係合する。スタータ２０は、勿論、ＩＣエンジン１２のサイズに応じたサイズとなっている。
【００１４】
スタータ・スイッチ２６は、キー（図示せず）を受容するためのキースロット２７を含む。キースロット２７は、停止位置Ａ、走行位置Ｂ、および始動位置Ｃの間で移動可能である。また、スイッチ２６は、望ましければ、補助給電位置も含むことができる。あるいは、オン−オフ給電スイッチを設け、瞬間押下型スタータ・スイッチと合わせて作動させて、スタータ２０を付勢することも知られている。別の代用品として、スタータ・スイッチを、２つの機能を有する瞬時押下型ボタンとして構成することもできる。最初にボタンを押下すると、点火リレーに電力が供給されて、キャブを起動する。一旦点火電力（走行位置）がオンになると、瞬時ボタンを再度押下することにより、スタータを付勢するための始動コマンドがエンジン・コントローラに供給される。また、点火をオフに切り換えるには、別個の瞬時押下型ボタンを用いる。
【００１５】
１つ以上のスタータ・パラメータ・インディケータ２８が、スタータ２０に対する始動状態または非始動状態を表す出力信号を供給する。言い換えると、スタータ・スイッチ２６を始動位置Ｃまで回すことによって、始動要求が伝達されたとき、スタータ２０は、インディケータ（複数のインディケータ）２８がしかるべき出力信号を供給しなければ、始動することができない。図示の実施形態では、ＩＣエンジン１２は、スタータ２０に対する始動状態または非始動状態に対応する、２つのインディケータ２８を含む。更に特定すると、一方のインディケータ２８は、内燃エンジン１２の走行状態を示す走行インディケータ３０の形態であり、他方のインディケータ２８は、スタータ２０のクランク時間を示すタイムアウト・インディケータ３２の形態となっている。走行インディケータ３０は、フライホイール１８と関連するＲＰＭセンサの形態となっており、フライホイール１８のＲＰＭを表す出力信号を供給する。検知したフライホイール１８のＲＰＭが、スタータ２０の入力駆動速度よりも高い速度というような、所定の速度に対応する場合、ＩＣエンジン１２は既に走行しており、スタータ２０は作動していない。ＩＣエンジン１２の走行状態に対応する出力信号を供給するセンサは、別の種類でも可能であり、シリンダ１６内の燃焼、クランクシャフトの回転等を検出するセンサがある。
【００１６】
タイムアウト・インディケータ３２は、エンジン制御モジュール（ＥＣＭ）３４内に内蔵されているタイマまたはカウンタの形態となっている。タイマ３２は、スタータ２０の過剰クランク時間に対応するタイムアウト信号を供給する。この目的のため、スタータ・スイッチ２６が始動位置Ｃに来たときにタイマ３２を始動させ、所定の時間期間の後に、時間切れとする。
【００１７】
また、ＥＣＭ３４はスタータ２０、スタータ・スイッチ２６、および走行インディケータ３０とも結合されている。ＥＣＭ３４は、スタータ・スイッチ２６およびスタータ・パラメータ・インディケータ２８のステータスに応じて、スタータ２０を制御可能に作動させる。更に特定すると、ＥＣＭ３４は、各インディケータ２８からの出力信号と、スタータ・スイッチ２６の始動位置Ｃとの論理ブール演算に応じて、スタータ２０を作動させる。スタータ・スイッチ２６を始動位置Ｃに移動させたときに、走行インディケータ３０が、ＩＣエンジン１２が走行していないこと、およびスタータ２０のタイムアウト期間を超過していないことを示すと、ＥＣＭ３４がスタータ２０のモータ２２を付勢する。ＩＣエンジン１２が既に走行している場合、ＥＣＭ３４は、スタータ２０のモータ２２を付勢せず、非始動状態となる。タイムアウト期間に達した場合、ＥＣＭ３４はスタータ２０を消勢し、予め設定した時間期間にわたって非始動状態となる。
【００１８】
これより図２を参照すると、上位フローチャートが示されており、これを用いて、図１に示すＩＣエンジン１２を動作させる方法の実施形態について説明する。スタータ・スイッチ２６を始動位置Ｃに移動させることにより、始動シーケンスを要求して、スタータ２０を付勢する（ブロック４０）。ＥＣＭ３４は、走行インディケータ３０およびタイムアウト・インディケータ３２を含む、スタータ・パラメータ・インディケータ２８のステータスをチェックし、スタータ２０に対して始動状態または非始動状態のどちらが存在するのか検証する（ブロック４２）。始動状態が存在する場合（判断ブロック４４、ライン４６）、ＥＣＭ３４はスタータ２０のモータ２２を付勢する（ブロック５０）。一方、非始動状態が存在する場合（ライン４８）、ＥＣＭ３４はスタータ２０のモータ２２を付勢しないか、または消勢する。
【００１９】
これより図３を参照すると、ＩＣエンジン１２を動作させる方法の実施形態の下位フローチャートが示されている。スタータ・スイッチ２６をオフ位置Ａから移動させると（判断ブロック６０）、スイッチは走行位置Ｂ（否定、ライン６２）または始動位置Ｃ（肯定、ライン６４）のどちらにあるかについて判定を行う。スタータ・スイッチ２６が始動位置Ｃにある場合、所定量だけカウンタを増分する（例えば、１だけ増分する。ブロック６６）。次いで、カウンタの値を所定のオーバーフロー値と比較する（判断ブロック６８）。カウンタがオーバーフローしている場合、最大スタータ・クランク時間（例えば、３０秒）を超過していることを意味し、オーバーフロー・フラグをセットし（ブロック７０）、スタータを付勢せず、プロセスを終了する（ライン７２）。逆に、カウンタがオーバーフローしていない場合、最大スタータ・クランク時間を超過していないことを意味し、エンジンが既に走行しているか否かについて判定を行う。これを判定するには、ＲＰＭセンサ３０を用いることによる等で検知したエンジン速度を、スタータの速度と比較するとよい（判断ブロック７４）。ＩＣエンジン１２が既に走行している場合、スタータを係合せず、プロセスを終了する（ライン７６）。一方、エンジンが未だ走行していない場合（ライン７８）、スタータ２０から受け取った診断フィードバックを、スタータ・リレー出力と比較する（ブロック８６）。フィードバックが、スタータ・ソレノイドが付勢されていることを示す場合、スタータ・リレーには電力を供給せず、ミスマッチ・スタータ・ソース・ステータス(mismatch start source status)を設定して、プロセスを終了する（ライン８２）。スタータ・リレーが付勢されており（ブロック８６）、スタータ２０からのフィードバックが、指定期間の後スタータ・ソレノイドに電力を供給していないことを示す場合、ミスマッチ・スタータ・ソース・ステータスを設定し、プロセスを終了する（ライン８２）。ミスマッチ・スタート・ソースまたはオーバーフロー・フラグのいずれかがセットされている場合、スタータ・リレーを付勢しない（ブロック８０）。逆に、スタータ２０からのステータス・フィードバックが、モータ２２のソレノイドに電力を供給する必要があることを示す場合（ライン８４）、ＥＣＭ３４は、スタータ２０のソレノイドを制御可能に付勢する（ブロック８６）。次いで、エンジンが始動するか、またはオーバーフローが起こるまで、スタータ・スイッチ２６を始動位置Ｃに保持しつつ、プロセスを繰り返す。
【００２０】
スタータ・スイッチ２６を解除し、走行位置Ｂに移動した後（ライン６２）、前述のカウンタの蓄積値（ブロック６６および判断ブロック６８を参照）を所定量だけ減分する（ブロック９０）。次いで、カウンタ値を所定のアンダーフロー値（例えば、０、判断ブロック９２）と比較する。オーバーフロー・フラグがセットされており（ブロック７０）、カウンタ値が未だアンダーフロー値に達していない場合、またはミスマッチ・スタータ・ソース・ステータスが設定されている場合、スタータを付勢することができず、プロセスを終了する（ライン９４）。一方、アンダーフロー値に達している場合（ライン９６）、スタータ・ソース・ステータスを解除し（ブロック９４）、ミスマッチ・スタータ・ソース・ステータスが解除している場合、スタータ・スイッチを始動位置Ｃに移動させるときに、前述のようにスタータを再度付勢することができる（ブロック８６）。
【００２１】
以上、好適な実施形態について説明したが、添付した特許請求の範囲に既定されている発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更が可能であることは明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の内燃エンジンの実施形態を含む、作業用機械の模式図である。
【図２】図２は、本発明の内燃エンジンを動作させる方法の実施形態を示す上位フローチャートである。
【図３】図３は、本発明の内燃エンジンを動作させる方法の実施形態を示す、更に詳細なフロー・チャートである。
【符号の説明】
【００２３】
１０    作業用機械
１２    内燃エンジン
１４    ブロック
１６    燃焼シリンダ
１８    フライホイール
２０    スタータ
２２    モータ
２４    ギア
２６    スタータ・スイッチ
２７    キースロット
２８    インディケータ
３０    走行インディケータ
３２    タイムアウト・インディケータ
３４    エンジン制御モジュール（ＥＣＭ）
【図１】
2007154879.tif 000003
【図２】
2007154879.tif 000004
【図３】
2007154879.tif 000005
【外国語明細書】
2007154879000001.pdf