(57)【要約】【課題】エンジンの温度が低くフリクショントルクが大きい状態でも小形のスタータモータを用いてエンジンを始動できるエンジン始動装置を提供する。【解決手段】エンジンの始動指令が与えられたときに、クランク軸を一旦逆回転させるためにスタータモータを逆転方向に駆動するスタータ逆転駆動手段５３と、スタータ逆転駆動手段によるスタータモータの駆動が終了した後にクランク軸を正回転させるためにスタータモータを正転方向に駆動するスタータ正転駆動手段５７と、スタータ正転駆動手段がクランク軸を正回転させている過程で、エンジンの始動時に適した点火位置が到来した気筒で点火を行わせる始動時点火制御手段５８と、スタータ正転駆動手段がスタータモータの駆動を開始した後にエンジンの気筒で行われる点火に備えて燃料噴射を行わせる燃料噴射制御手段５９とを設けた。【選択図】    図３
2007132335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にピストンが設けられた少なくとも１つの気筒と、前記気筒内のピストンに連結されたクランク軸と、前記気筒内に供給する混合気を生成するために燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記気筒内で圧縮された混合気に点火する点火装置と、前記クランク軸を回転駆動するスタータモータとを備えたエンジンを始動するエンジン始動装置において、
前記エンジンを始動させるために前記スタータモータを正転方向に駆動するスタータ正転駆動手段と、
前記スタータ正転駆動手段がスタータモータの駆動を開始した後に前記エンジンの気筒で行われる点火に備えて、前記エンジンの気筒内に供給する混合気を生成するための燃料の噴射を前記燃料噴射装置に行わせる始動時燃料噴射制御手段と、
前記スタータ正転駆動手段が前記スタータモータを正転方向に駆動している過程で、前記エンジンの始動時に適した点火位置で点火を行わせる始動時点火制御手段と、
を具備し、
前記スタータ正転駆動手段は、前記エンジンの気筒内のピストンが圧縮行程の上死点に達する前に前記クランク軸が停止したときでも前記エンジンの始動が確認されるまで前記エンジンを始動させる方向に前記スタータモータを駆動し続けるように構成されているエンジン始動装置。
【請求項２】
内部にピストンが設けられた少なくとも１つの気筒と、前記気筒内のピストンに連結されたクランク軸と、前記気筒内に供給する混合気を生成するために燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記気筒内で圧縮された混合気に点火する点火装置と、前記クランク軸を正転方向及び逆転方向に回転駆動し得るスタータモータとを備えたエンジンを始動するエンジン始動装置において、
前記エンジンの始動指令が与えられたときに、前記クランク軸を一旦逆回転させるために前記スタータモータを逆転方向に駆動するスタータ逆転駆動手段と、
前記スタータ逆転駆動手段によるスタータモータの駆動が終了した後に前記クランク軸を正回転させるためにスタータモータを正転方向に駆動するスタータ正転駆動手段と、
前記スタータ正転駆動手段が前記クランク軸を正回転させている過程で、前記エンジンの始動時に適した点火位置で点火を行わせる始動時点火制御手段と、
前記スタータ正転駆動手段がスタータモータの駆動を開始した後に前記エンジンの気筒で行われる点火に備えて、前記エンジンの気筒内に供給する混合気を生成するための燃料を噴射する位置として適したクランク角位置で前記燃料噴射装置に燃料噴射を行わせる燃料噴射制御手段と、
を具備し、
前記スタータ正転駆動手段は、前記特定の気筒内のピストンが圧縮行程の上死点に達する前に前記クランク軸が停止したときでも前記エンジンの始動が確認されるまで前記スタータモータを正転方向に駆動し続けるように構成されているエンジン始動装置。
【請求項３】
前記スタータ逆転駆動手段は、前記エンジンの始動指令が与えられたときに、前記スタータモータを逆転方向に駆動して、前記エンジンの停止時に該エンジンの正転時の圧縮行程の下死点付近に停止した状態にあった特定の気筒内のピストンが、前記エンジンの正転時の吸気行程に相当する区間内に位置した状態になるか、または該正転時の吸気行程に相当する区間を通り過ぎた状態になるまで前記エンジンのクランク軸を逆回転させるように構成されている請求項２に記載のエンジン始動装置。
【請求項４】
前記燃料噴射制御手段は、前記スタータ逆転駆動手段によるスタータモータの駆動が終了した時に初回の燃料噴射を行うように構成されている請求項２または３に記載のエンジン始動装置。
【請求項５】
前記始動時に適した点火位置は、前記エンジンの各気筒内のピストンが上死点に達するクランク角位置または各気筒内のピストンが上死点に達するクランク角位置よりも僅かに遅れたクランク角位置である請求項１，２，３または４に記載のエンジン始動装置。
【請求項６】
内部にピストンが設けられた少なくとも１つの気筒と、前記気筒内のピストンに連結されたクランク軸と、前記気筒内に供給する混合気を生成するために燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記気筒内の混合気に点火する点火装置と、前記クランク軸を正転方向及び逆転方向に回転駆動し得るスタータモータとを備えたエンジンを始動するエンジン始動装置において、
前記エンジンの始動指令が与えられたときに制御モードを始動逆転駆動モードに切り換える始動逆転駆動モード切換手段と、
前記始動逆転駆動モード切換手段により制御モードが始動逆転駆動モードに切り換えられたときに前記クランク軸を逆転させるために前記スタータモータを逆転方向に駆動するスタータ逆転駆動手段と、
前記スタータモータの逆転方向への駆動を開始してからの経過時間が、前記エンジンの停止時に該エンジンの正転時の圧縮行程の下死点付近に停止した状態にあった特定の気筒内のピストンが前記エンジンの正転時の吸気行程に相当する区間内の位置または前記エンジンの正転時の吸気行程に相当する区間を通り過ぎた位置に設定された設定位置に到達するのに十分な長さに設定された設定時間に達したか否かを判定する逆転駆動時間判定手段と、
前記スタータモータを逆転方向に駆動している過程で、前記エンジンの停止時に該エンジンの正転時の圧縮行程の下死点付近に停止した状態にあった特定の気筒内のピストンが前記設定位置に達したか否かを判定する逆転時クランク角位置判定手段と、
逆転駆動時間判定手段により前記経過時間が前記設定時間に達したと判定されたとき、または前記逆転時クランク角位置判定手段により前記クランク角位置が前記設定位置に達したと判定されたときに制御モードを始動正転駆動モードに切り換える始動正転駆動モード切換手段と、
制御モードが前記始動正転駆動モードに切り換えられたときに前記スタータモータの正転方向への駆動を開始するスタータ正転駆動手段と、
前記スタータモータが前記クランク軸を正回転させている過程で圧縮行程の上死点位置以降のクランク角位置を点火位置として、該点火位置が到来した気筒で始動時の点火を行わせる始動時点火制御手段と、
前記逆転駆動時間判定手段により前記経過時間が前記設定時間に達したと判定されたとき、または前記逆転時クランク角位置判定手段により前記クランク角位置が前記設定位置に達したと判定されたときに前記エンジンの前記特定の気筒に対して初回の燃料噴射を行わせ、以後点火が行われる気筒内に供給する混合気を生成するための燃料を噴射する位置として適したクランク角位置で前記燃料噴射装置に燃料噴射を行わせる燃料噴射制御手段と、
前記エンジンの始動が完了したか否かを判定する始動完了判定手段と、
前記始動完了判定手段によりエンジンの始動が完了したと判定されたときに前記スタータモータの駆動を停止するスタータ駆動停止手段と、
前記始動完了判定手段によりエンジンの始動が完了したと判定されたときに制御モードを定常運転モードに切り換える定常運転モード切換手段とを具備し、
前記スタータ正転駆動手段は、前記特定の気筒内のピストンが圧縮行程の上死点に達する前に前記クランク軸が停止したときでも前記スタータモータを正転方向に駆動し続けるように構成されているエンジン始動装置。
【請求項７】
前記スタータモータは、磁石回転子と多相の電機子コイルを有する固定子と前記固定子の各相の電機子コイルに対して設定された検出位置で前記磁石回転子の磁極を検出して矩形波状の検出信号を出力する各相のホールセンサとを備えていて、前記エンジンの始動時にブラシレスモータとして駆動されるように構成され、
前記始動時点火制御手段及び燃料噴射制御手段は、前記ホールセンサの出力から制御に必要な前記エンジンのクランク角情報を得るように構成されている請求項１，２，３，４，５または６に記載のエンジン始動装置。
【請求項８】
前記エンジンは、各気筒内を外部に連通させるデコンプホールをシリンダヘッドに備えている請求項１ないし７のいずれか一つに記載のエンジン始動装置。
【請求項９】
前記デコンプホールは、各気筒内と吸気バルブ及び排気バルブを駆動するカムが配置されたカム室内とを連通させるように設けられている請求項８に記載のエンジン始動装置。
【請求項１０】
前記デコンプホールは、各気筒内と排気ポート内とを連通させるように設けられている請求項８に記載のエンジン始動装置。
【請求項１１】
前記デコンプホールを開閉する制御可能なデコンプバルブが設けられ、前記エンジンの始動時に前記デコンプバルブを開き、前記エンジンの始動後に前記デコンプバルブを閉じるように前記デコンプバルブを制御するバルブ制御手段が更に設けられている請求項８，９または１０に記載のエンジン始動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スタータモータを備えたエンジンを始動するエンジン始動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、エンジンを停止させた際には、クランク軸が惰性で回転する過程でエンジンの圧縮行程での圧縮負荷がブレーキとして作用し、いずれかの気筒のピストンが圧縮行程の上死点に向けて上昇していく過程で回転が一旦停止した後、そのピストンが押し戻されて下死点附近で停止することが多い。従って、エンジンを始動する際には、いずれかの気筒のピストンが圧縮行程の下死点附近にある状態からクランク軸を回転させることになる。
【０００３】
この位置からエンジンを始動するためにクランク軸を正回転させると、回転開始直後から圧縮行程の圧縮負荷がクランク軸に加わるため、回転速度が上昇し難く、圧縮負荷が最大となるクランク角位置でスタータモータに最大の負荷がかかる。４サイクルエンジンの場合、圧縮負荷が最大になるクランク角位置は、圧縮行程の上死点前３０°程度の位置である。
【０００４】
スタータモータは、圧縮負荷が最大になったときにクランク軸にかかる最大負荷トルク以上のトルクを発生する必要がある。特に、クランク軸に回転子が直結されたジェネレータをエンジンの始動時にスタータモータとして用いる場合のように、クランク軸にスタータモータの回転子が直結される場合には、減速機構によりモータトルクの増幅を図ることができないため、大形で高価なモータを使用しなければならないという問題がある。
【０００５】
またエンジン始動後スタータモータをジェネレータとして使用する場合には、駆動トルクが大きいモータを用いると、回転子の質量が大きいため、そのイナーシャが過大となり、エンジンのレスポンスを低下させることになる。エンジンの始動性とレスポンスとは二律背反の関係にあり、両者をともに改善することは難しかった。
【０００６】
上記の問題を解決するため、特許文献１に示されているように、エンジンの始動に先立って、スタータモータを一旦逆回転させた後に正回転させることにより、出力トルクがエンジンの圧縮行程でクランク軸にかかる最大負荷トルクよりも小さい小形のスタータモータを用いて、圧縮行程を乗り越えさせることができるようにしたエンジン始動装置が提案されている。
【０００７】
特許文献１に示された始動装置では、エンジンの始動指令が与えられたときに、スタータモータを一旦逆回転させて始動時のピストンの助走距離を稼いだ後、スタータモータを正回転させて、圧縮行程以外の比較的負荷が軽い助走区間でクランク軸の回転速度を上昇させ、その回転速度により蓄積された慣性力とモータの回転力との合力により、圧縮行程を乗り越えさせるようにしている。
【特許文献１】特開２００２−３３２９３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者の実験によれば、始動時のエンジンの温度が常温から−２０℃程度の範囲にあれば、特許文献１に示された始動装置によりエンジンの始動が可能である。しかしながら、エンジンの温度が−２０℃未満になる極低温の環境下では、圧縮行程でクランク軸にかかる最大負荷トルクよりも小さいスタータモータを用いてエンジンを始動させることは難しいことが明らかになった。
【０００９】
上記のように、極低温の環境下でエンジンを始動させることが困難な理由は、温度の低下により生じるエンジンオイルの粘度の上昇等が原因となって、エンジンの可動部の摺動摩擦によりクランク軸にかかるトルク（フリクショントルク）が急激に増大することにあると思われる。
【００１０】
すなわち、極低温の環境下では、エンジンのフリクショントルクを無視することができず、スタータモータは、エンジンの圧縮負荷と、フリクショントルクとの双方に対して仕事をする必要があるため、圧縮行程でクランク軸にかかる最大負荷トルク（圧縮トルクとフリクショントルクとの和）よりも出力トルクが小さいスタータモータを用いたのでは、エンジンを始動させることができない。
【００１１】
本発明の目的は、極低温の環境下でエンジンを始動する場合のように、エンジンのフリクショントルクが非常に大きい場合でも、エンジンの圧縮行程でクランク軸にかかる最大負荷トルクよりも出力トルクが小さいスタータモータを用いて、エンジンを始動させることができるようにしたエンジン始動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、内部にピストンが設けられた少なくとも１つの気筒と、該気筒内のピストンに連結されたクランク軸と、気筒内に供給する混合気を生成するために燃料を噴射する燃料噴射装置と、気筒内で圧縮された混合気に点火する点火装置と、クランク軸を回転駆動するスタータモータとを備えたエンジンを始動するエンジン始動装置に適用される。
【００１３】
本発明においては、エンジンを始動させるためにスタータモータを正転方向に駆動するスタータ正転駆動手段と、スタータ正転駆動手段がスタータモータの駆動を開始した後にエンジンの気筒で行われる点火に備えて、エンジンの気筒内に供給する混合気を生成するための燃料の噴射を燃料噴射装置に行わせる始動時燃料噴射制御手段と、スタータ正転駆動手段がスタータモータを正転方向に駆動している過程で、エンジンの始動時に適した点火位置で点火を行わせる始動時点火制御手段とを備えた。
【００１４】
上記スタータ正転駆動手段は、エンジンの気筒内のピストンが圧縮行程の上死点に達する前にクランク軸が停止したときでもエンジンの始動が確認されるまでエンジンを始動させる方向にスタータモータを駆動し続けるように構成されている。
【００１５】
エンジンの圧縮行程でクランク軸にかかる最大負荷トルク（圧縮トルク）よりも出力トルクが小さいスタータモータを用いた場合、エンジンの温度が低く、エンジンのフリクショントルクが大きいと、始動開始後、圧縮行程においてピストンが上死点に向けて上昇していく過程で、圧縮トルクとフリクショントルクとの和がモータの出力トルクを超えた時点でモータが停止する。しかしながら、一般に４サイクルエンジンにおいては、ピストンが圧縮行程の上死点に向けて上昇していく過程で、ピストンリングや吸排気バルブから僅かな圧縮漏れが生じるため、圧縮トルクとフリクショントルクとに打ち勝つことができずにスタータモータが停止した後もスタータモータを駆動し続けると、圧縮漏れによる圧縮トルクの漸減に伴ってピストンがゆっくりと上昇していき、クランク軸が微速で回転する。ピストンが圧縮行程の上死点の手前にある圧縮トルク最大位置（通常は圧縮行程の上死点前３０°附近の位置）を超えると、スタータモータにかかる負荷が軽くなるため、クランク軸は速度を上げて回転し始め、ピストンは容易に圧縮行程の上死点を越え、圧縮行程が完了する。
【００１６】
従って、始動操作開始後、初回の燃料噴射が既に行われている状態で、エンジンを始動するのに適した点火位置、即ち、爆発により生じる回転力が必ず正転方向に働くように、上記特定の気筒内のピストンが圧縮行程の上死点に達した時のクランク角位置付近、またはピストンが上死点に達するクランク角位置を僅かに越えたクランク角位置で点火動作を行わせると、エンジンの気筒内の燃料が燃焼して膨張行程が行われ、クランク軸は、スタータモータの駆動力と気筒内で生じる燃焼（爆発）により生じる回転力との合力により一気に加速して回転する。この回転により慣性エネルギを一気に蓄積して次の気筒の圧縮行程を行わせ、次いでその気筒で点火を行わせて膨張行程を行わせる。以後燃料の噴射と点火とを繰り返し行わせて、各気筒で燃焼サイクルを行わせ、これによりクランク軸の回転速度を上昇させてエンジンの始動を完了する。
【００１７】
本発明の好ましい態様では、スタータモータが、クランク軸を正転方向及び逆転方向に回転駆動し得るように構成されていて、エンジンの始動指令が与えられたときに、クランク軸を一旦逆回転させるためにスタータモータを逆転方向に駆動するスタータ逆転駆動手段と、スタータ逆転駆動手段によるスタータモータの駆動が終了した後にクランク軸を正回転させるためにスタータモータを正転方向に駆動するスタータ正転駆動手段と、スタータ正転駆動手段がクランク軸を正回転させている過程で、エンジンの始動時に適した点火位置で点火を行わせる始動時点火制御手段と、スタータ正転駆動手段がスタータモータの駆動を開始した後にエンジンの気筒で行われる点火に備えて、エンジンの気筒内に供給する混合気を生成するための燃料を噴射する位置として適したクランク角位置で燃料噴射装置に燃料噴射を行わせる燃料噴射制御手段とが設けられる。この場合も、スタータ正転駆動手段は、スタータモータがクランク軸を正転方向に回転させている過程でエンジンの気筒内のピストンが圧縮行程の上死点に達する前にクランク軸が停止したときでもエンジンの始動が確認されるまでスタータモータを正転方向に駆動し続けるように構成される。
【００１８】
本発明の好ましい態様で設けられるスタータ逆転駆動手段は、エンジンの始動指令が与えられたときにスタータモータを逆転方向に駆動して、エンジンの停止時に正転時の圧縮行程の下死点付近に停止した状態にあった特定の気筒内のピストンが、エンジンの正転時の吸気行程に相当する区間内に位置した状態になるか、または該正転時の吸気行程に相当する区間を通り過ぎた状態になるまでエンジンのクランク軸を逆回転させるように構成される。
【００１９】
本発明の好ましい態様では、上記燃料噴射制御手段が、スタータ逆転駆動手段によるスタータモータの駆動が終了した時に初回の燃料噴射を行うように構成される。
【００２０】
エンジンの始動指令が与えられたときにスタータモータを逆回転させると、圧縮行程の下死点附近で停止していた特定の気筒内のピストンが、正回転時の吸気行程に相当する区間の途中の適宜のクランク角位置または、正回転時の吸気行程に相当する区間を通り過ぎた状態になるクランク角位置まで戻される。次いでスタータモータを正回転させると、特定の気筒で吸気行程が行われて該特定の気筒内に混合気が供給され、続いて圧縮行程が行われる。圧縮行程において、圧縮トルクとフリクショントルクとの和がスタータモータの出力トルクを上回ってクランク軸が停止したときには、スタータモータを正転方向に駆動し続けることにより、エンジンの気筒内の圧縮漏れによる圧縮トルクの漸減を利用してエンジンのピストンをゆっくりと圧縮行程の上死点に向けて変位させて、圧縮トルクが最大値を超えた後にスタータモータによりクランク軸を加速して圧縮行程を完了させルことができる。このとき気筒内には、スタータモータによるクランク軸の逆回転を終了した時点で噴射した燃料を含む混合気が圧縮された状態で存在するので、続いて点火動作を行わせることにより膨張行程を行わせて、クランク軸を一気に加速してエンジンを始動させることができる。
【００２１】
上記のように、始動指令が与えられたときに一旦クランク軸を逆回転させるようにすると、スタータ正転駆動手段がスタータモータの正回転を開始した後エンジンで最初に行われる圧縮行程が開始される前に、始動開始後最初に行われる点火に備えて、燃料を噴射する機会を作ることができるため、クランク軸の正回転を開始した後、最初に行われる点火によって燃焼を行わせることができ、エンジンの初爆を早期に行わせて始動性を良好にすることができる。
【００２２】
始動時に適した点火位置は、爆発による回転力が必ず正方向に働くように、エンジンの各気筒内のピストンが上死点に達するクランク角位置または各気筒内のピストンが上死点に達するクランク角位置よりも遅れたクランク角位置であることが望ましい。
【００２３】
本発明の他の好ましい態様では、エンジンの始動指令が与えられたときに制御モードを始動逆転駆動モードに切り換える始動逆転駆動モード切換手段と、この始動逆転駆動モード切換手段により制御モードが始動逆転駆動モードに切り換えられたときにクランク軸を逆転させるためにスタータモータを逆転方向に駆動するスタータ逆転駆動手段と、スタータモータの逆転方向への駆動を開始してからの経過時間が、エンジンの停止時に該エンジンの正転時の圧縮行程の下死点付近に停止した状態にあった特定の気筒内のピストンがエンジンの正転時の吸気行程に相当する区間内の適宜の位置（好ましくは正転時の吸気行程の上死点に近い位置）またはエンジンの正転時の吸気行程に相当する区間を通り過ぎた位置に設定された設定位置に到達するのに十分な長さに設定された設定時間に達したか否かを判定する逆転駆動時間判定手段と、スタータモータを逆転方向に駆動している過程で、エンジンの停止時に該エンジンの正転時の圧縮行程の下死点付近に停止した状態にあった特定の気筒内のピストンが前記設定位置に達したか否かを判定する逆転時クランク角位置判定手段と、逆転駆動時間判定手段により経過時間が前記設定時間に達したと判定されたとき、または逆転時クランク角位置判定手段によりクランク角位置が設定位置に達したと判定されたときに制御モードを始動正転駆動モードに切り換える始動正転駆動モード切換手段と、制御モードが始動正転駆動モードに切り換えられたときにスタータモータの正転方向への駆動を開始するスタータ正転駆動手段と、スタータモータがクランク軸を正回転させている過程で圧縮行程の上死点位置以降のクランク角位置を点火位置として、該点火位置が到来した気筒で始動時の点火を行わせる始動時点火制御手段と、逆転駆動時間判定手段により経過時間が設定時間に達したと判定されたとき、または逆転時クランク角位置判定手段によりクランク角位置が設定位置に達したと判定されたときにエンジンの特定の気筒に対して初回の燃料噴射を行わせ、以後点火が行われる気筒内に供給する混合気を生成するための燃料を噴射する位置として適したクランク角位置で燃料噴射装置に燃料噴射を行わせる燃料噴射制御手段と、エンジンの始動が完了したか否かを判定する始動完了判定手段と、始動完了判定手段によりエンジンの始動が完了したと判定されたときにスタータモータの駆動を停止するスタータ駆動停止手段と、始動完了判定手段によりエンジンの始動が完了したと判定されたときに制御モードを定常運転モードに切り換える定常運転モード切換手段とが設けられる。この場合もスタータ正転駆動手段は、特定の気筒内のピストンが圧縮行程の上死点に達する前にクランク軸が停止したときでもスタータモータを正転方向に駆動し続けるように構成される。
【００２４】
スタータモータとしては、磁石回転子と、多相の電機子コイルを有する固定子と、この固定子の各相の電機子コイルに対して設定された検出位置で磁石回転子の磁極を検出して矩形波状の検出信号を出力する各相のホールセンサとを備えて、エンジンの始動時にブラシレスモータとして駆動されるように構成されたものを用いることができる。この場合、始動時点火制御手段及び燃料噴射制御手段は、ホールセンサの出力から制御に必要なエンジンのクランク角情報を得るように構成される。
【００２５】
上記のように、本発明では、エンジンのクランク軸にかかる最大負荷トルクが大きい状態でエンジンを始動する際に、クランク軸を一旦逆回転させた後正回転させる過程で、エンジンの気筒内の圧縮漏れに伴う圧縮トルクの漸減を利用してピストンを圧縮行程の上死点に向けて変位させることにより圧縮行程を完了させて、出力トルクが小さい小形のスタータモータを用いてエンジンを始動することを可能にする。エンジンにおいては、必ず、ピストンリングや吸排気バルブから僅かな圧縮漏れがあるため、特別な機構を設けなくても本発明の目的を達成することができる。しかし、エンジンの圧縮漏れが少なすぎて、ピストンが最初に上死点を越えるまでに長い時間を要する場合には、エンジンの各気筒内を外部に連通させるデコンプホール（貫通孔）をシリンダヘッドに設けることが有効である。このようなデコンプホールを設けると、ピストンが圧縮行程の上死点に向けてゆっくりと変位していく過程で、気筒内の混合気がデコンプホールを通して抜ける（圧縮漏れが大きくなる）ため、圧縮トルクの低下を促して、ピストンが短時間で圧縮トルク最大位置を越えるようにすることができ、エンジンの始動開始後最初に行われる圧縮行程を短時間で完了させて、エンジンの始動性を向上させることができる。
【００２６】
上記デコンプホールは、その内径を十分に小さくしておけば、ピストンの移動速度が低い場合にのみ顕著な圧縮漏れを生じさせて、圧縮トルクを効果的に減少させることができる。エンジンが始動した後、ピストンの変位速度が高くなると、圧縮行程における気筒内の圧力上昇が短時間で急激に行われるため、内径が小さいデコンプホールを通して漏れることができるガスの量は僅かとなり、デコンプホールは実質的に閉塞された状態になる。従って、デコンプホールの内径を十分に小さく（例えば直径１mm程度に）しておけば、エンジンの出力には殆ど影響を与えずに、始動時のピストンの圧縮行程の上死点に向けての変位を容易にして、エンジンの始動性を向上させることができる。
【００２７】
上記デコンプホールは気筒内（燃焼室内）を排気ポートに連通させるように設けてもよく、排気ポート以外の他の箇所、例えば吸排気バルブを駆動するカムが収容されるカム室内に連通させるようにしてもよい。
【００２８】
デコンプホールを排気ポートに連通させた場合、未燃焼ガスがデコンプホールを通して排気ポートに吹き抜けるため、排気ガスの成分を悪化させるおそれがある。これに対し、デコンプホールをカム室内に連通させるようにした場合には、未燃焼ガスが排出されるのを防ぐことができる。もともとブローバイガス（気筒から漏洩した未燃焼ガス）が溜まるカム室（クランク室に通じている）内は、クランク室に接続されたブローバイガス還元通路、または該カム室に直接接続されたブローバイガス還元通路を通して吸気系に接続されていて、気筒内からカム室内に漏れた未燃焼ガスは吸気系に戻されるため、デコンプホールをカム室内に連通させるように設けた場合には、デコンプホールを通して漏れた未燃焼ガスを吸気系を通して再度気筒内に戻して燃焼させることができる。
【００２９】
デコンプホールは、その内径を十分に小さくしておけば、エンジンの出力に大きい影響を与えることはないが、エンジンの運転中に僅かな未燃焼ガスの漏れも許容できない場合には、デコンプホールを開閉する制御可能なデコンプバルブを設けるとともに、エンジンの始動時にデコンプバルブを開き、エンジンの始動後にデコンプバルブを閉じるようにデコンプバルブを制御するバルブ制御手段を設けることもできる。
【００３０】
エンジンをフリクショントルクが大きい状態で始動する際には、前述のように、エンジンの始動指令が与えられたときにスタータモータを一旦逆転させることによりクランク軸を逆方向に回転させて、始動開始後最初に圧縮行程が行われる気筒での点火に備えて、初回の燃料噴射を行う機会を作ることが好ましいが、エンジンの圧縮漏れが比較的大きい場合や、上記のようにデコンプバルブが設けられる場合には、周囲温度がきわめて低い場合であっても、始動時に行われる圧縮行程でクランク軸が停止または停止寸前の状態になったときにスタータモータを駆動し続けることにより、圧縮行程を比較的容易に完了させることができ、この場合、始動開始後最初の点火を行わせるまでにクランク軸を１回転以上回転させることが容易になるため、以下に示すように、スタータ逆転駆動手段を省略して、始動開始時にクランク軸を一旦逆方向に回転させて初回の燃料噴射を行う過程を省略しても、エンジンの始動を支障なく行わせることができる。
【００３１】
即ち、スタータ逆転駆動手段を省略して、始動指令が与えられたときにスタータモータを最初から正回転させた場合には、始動指令が与えられた後、クランク軸の１回転目で最初に圧縮行程を迎える気筒に対しては、混合気を供給することができないため、その気筒で点火を行わせても、燃焼を行わせることはできないが、クランク軸の２回転目で圧縮行程が行われる気筒に対しては、その気筒の圧縮行程が行われる区間よりも前の適当な区間（例えばクランク軸の１回転目で最初に圧縮行程が行われる気筒でピストンが上死点に向かって変位していく区間）で初回の燃料噴射を行わせることにより、混合気を供給することができるため、クランク軸の回転角度位置が、始動開始後クランク軸の２回転目で圧縮行程を迎える気筒の点火動作適合区間に入ったときに点火を行わせることにより、エンジンの始動を支障なく行わせることができる。
【発明の効果】
【００３２】
以上のように、本発明によれば、エンジンの始動時に気筒内のピストンが圧縮行程の上死点に達する前にクランク軸が停止した場合でも、エンジンの始動が確認されるまでエンジンを始動させる方向にスタータモータを駆動し続けるスタータ正転駆動手段を設けて、スタータモータの出力トルクに対してエンジンのクランク軸にかかる最大負荷トルクが過大であるために、気筒内のピストンが圧縮行程の上死点に達する前にクランク軸が停止するか、または停止寸前の状態になったときに、エンジンの圧縮漏れによる圧縮トルクの漸減を利用して、エンジンが圧縮行程を完了させることができるようにしたため、スタータモータの出力トルクに対してエンジンのクランク軸にかかる負荷トルクが過大である場合でも、エンジンの始動を支障なく行わせることができる。従って、本発明によれば、過剰な性能を有するスタータモータを用いてコストの上昇を招いたり、装置の大形化を招いたりすることなく、エンジンの始動性を向上させることができる。またスタータモータとして小形のものを用いることができるため、その回転子のイナーシャが過大になってエンジンの加速性能が低下するのを防ぐことができる。
【００３３】
また本発明において、エンジンの始動時に、スタータ正転駆動手段によりスタータを正転方向に駆動する前に、クランク軸を一旦逆回転させるようにした場合には、始動時に最初に行われる圧縮行程及びその後に行われる膨張行程に備えて、燃料を噴射する機会を作ることができるため、始動操作開始後速やかに初爆を行わせてエンジンの始動性を向上させることができる。
【００３４】
本発明において、エンジンの気筒内と外部とを連通させるデコンプホールを設けた場合には、ピストンが圧縮行程の上死点に向けてゆっくりと変位していく過程で、気筒内の混合気を外部に漏らして圧縮トルクの低下を促すことができるため、エンジンをそのフリクショントルクが大きい状態で始動する際に、ピストンが短時間で圧縮トルク最大位置を越えるようにして、エンジンの始動性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明者は、本発明に係わるエンジン始動装置を提案するに先立って、エンジンの圧縮行程でクランク軸にかかる最大負荷トルク（圧縮トルク）よりも出力トルクが小さい小形のスタータモータを用いて従来技術によりエンジンを始動するようにした場合に、−２０℃未満の極低温環境下でエンジンの始動を行うことができなくなる理由を探るための試験を行ったので、本発明の好ましい実施形態を説明する前に、その試験結果について説明する。
【００３６】
本発明者が行った試験では、総排気量が７００ccの並列２気筒４サイクルエンジンを例にとった。このエンジンにおいては、１番気筒（図においては＃１と略記する。）と２番気筒（図においては＃２と略記する。）との間の位相のずれがクランク角で３６０°であり、１番気筒と２番気筒との行程の対応関係は図１３に示す通りである。同図において「吸気」、「圧縮」、「膨張」及び「排気」はそれぞれ吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を示している。また＃１は１番気筒を意味し、＃２は２番気筒を意味する。
【００３７】
特許文献１に示された実施例では、始動時にピストンが圧縮行程の上死点を乗り越えるのに必要な慣性エネルギを蓄積するために、エンジンが圧縮行程に突入する直前のクランク軸の回転速度が７００〜９００r/min必要であると記載されている。今回試験したエンジンにおいても、同様に、ピストンが圧縮行程に突入する直前のクランク軸の回転速度が７００r/min程度必要であった。図１４は、この試験において実測された始動時のエンジンの回転速度とクランク角との関係を示したものである。同図において、縦軸には回転速度をとってあり、横軸にはクランク角をとってある。
【００３８】
図１４において横軸のクランク角は、１番気筒の圧縮行程におけるピストンの上死点（ＴＤＣ）を３６０°にとってある。図１４の曲線ａは、ピストンが圧縮行程に突入する直前のクランク軸の回転速度が４３０r/minである場合を示し、曲線ｂは同回転速度が７００r/minである場合を示している。図１４から明らかなように、この例では、圧縮行程突入直前の回転速度が７００r/minであれば、ピストンが圧縮行程の上死点を乗り越えることができているが、４３０r/minであると、慣性エネルギが不足して、圧縮行程の途中のほぼ３３０°に相当するクランク角位置θ1でピストンが跳ね返されてしまっている。
【００３９】
また図１５は、エンジンのフリクショントルクと始動時のエンジンの温度との関係を示している。エンジンのフリクショントルク［Ｎｍ］は、常温から−２０℃の範囲では比較的小さい値を示すが、エンジンの温度が−２０℃未満になると、エンジンオイルの粘度の上昇等により急激に大きくなる。スタータモータは、エンジンの圧縮負荷に対して仕事をするだけでなく、このフリクショントルクに対しても仕事をしなければならない。
【００４０】
図１６は試験に使用したエンジンに取り付けられたスタータモータの出力トルク対回転速度特性を示している。図１６に示したスタータモータを用いた場合、エンジンの始動時の温度が−２０℃で、フリクショントルクが４［Ｎｍ］である場合には、同モータによりクランキングを行うことにより、クランク軸をほぼ８００r/minまで加速することができる。始動時にクランク軸を８００r/minまで加速することができる場合には、慣性エネルギを十分に蓄積できるため、圧縮行程を支障なく完了させてエンジンを始動させることができる。
【００４１】
これに対し、始動時のエンジンの温度が−４０℃でエンジンのフリクショントルクが２０［Ｎｍ］である場合には、図１６のスタータモータでクランキングを行った場合、２５０r/minまでしかクランク軸を加速することができない。この場合、始動開始時にクランク軸を一旦逆回転させて長い助走距離を確保したとしても、慣性エネルギが十分に蓄積されないため、圧縮行程を完了させることができず、エンジンを始動することができなかった。
【００４２】
なお特許文献１に示されたエンジン始動装置では、ソレノイドを励磁することにより、排気バルブを強制的にリフトアップする構造のデコンプ機構を設けて、このデコンプ機構により排気バルブを開いた状態で（圧縮トルクを軽減した状態で）クランキングを行い、助走区間でクランク軸の回転速度が所定の回転数まで上昇した時点で排気バルブを閉じて圧縮行程を行わせるようにすることが提案されている。しかしながら、排気バルブを強制的に開くデコンプ機構は構造が複雑であるため、このデコンプ機構を設けると、エンジンのコストの上昇を招き、好ましくない。またエンジンの温度が極めて低く、エンジンのフリクショントルクが極めて大きい場合には、デコンプ機構により圧縮トルクがかからない状態でクランキングしても、クランク軸を十分に加速することができないため、デコンプ機構のソレノイドを非励磁にして排気バルブを閉じた時点でピストンが跳ね返され、圧縮行程を完了させることができない。
【００４３】
本発明は、従来技術が有していた上記の問題を解消して、極低温時のエンジンの始動性を向上させたものである。以下、本発明の好ましい実施形態を図１ないし図１２を用いて説明する。
【００４４】
図１は本発明に係わるエンジン始動装置を備えたエンジンシステムの構成を示したものである。同図においてＥＮＧは並列２気筒４サイクルエンジンで、このエンジンの１番気筒の燃焼サイクルと２番気筒の燃焼サイクルとの位相差は３６０°である。１はエンジン本体で、エンジン本体１は、内部にピストン１００が設けられた２つの気筒１０１（図面には１番気筒のみを示してある。）と、気筒内のピストン１００にコンロッド１０２を介して連結されたクランク軸１０３とを有している。
【００４５】
図４にも示したように、エンジン本体１は、吸気ポート１０４と、排気ポート１０５とを有し、吸気ポート１０４には吸気管１０６が接続されている。吸気管１０６内にはスロットルバルブ１０７が設けられている。吸気ポート１０４及び排気ポート１０５をそれぞれ開閉するように吸気バルブ１０８及び排気バルブ１０９が設けられている。エンジン本体のシリンダヘッド１１０の上部にはカムカバー１１１が取り付けられ、このカムカバー１１１の内側に、吸気バルブ１０８及び排気バルブ１０９を駆動するカム機構１１２を収容したカム室１１３が設けられている。
【００４６】
本実施形態では、各気筒１０１内とカム室１１３内とを連通させるように、デコンプホール１１５（図４参照）が設けられている。またデコンプホール１１５を開閉するために制御可能な電磁弁からなるデコンプバルブ１１６が設けられ、エンジンの始動時にデコンプバルブ１１６を開き、エンジンの始動後にデコンプバルブ１１６を閉じるようにデコンプバルブを制御するデコンプバルブ制御手段が設けられている。
【００４７】
なお本発明に係わる始動装置は、複数の気筒に対して共通に一つの吸気管が設けられる場合にも適用することができるが、本実施形態では、吸気管１０４がエンジンの各気筒毎に設けられている。
【００４８】
エンジンＥＮＧはまた、吸気管１０６を通して気筒１０１内に供給する混合気を生成するために燃料を噴射する燃料噴射装置と、気筒１０１内で圧縮された混合気に点火する点火装置と、クランク軸１０３を正転方向及び逆転方向に回転駆動し得るスタータモータとを備えている。
【００４９】
図示の例では、スロットルバルブ１０７よりも下流側の吸気管内または吸気ポート内に燃料を噴射するようにインジェクタ（電磁式燃料噴射弁）２が取り付けられている。インジェクタ２は、先端に噴射孔を有するインジェクタボディと、噴射孔を開閉するニードルバルブと、ニードルバルブを駆動するソレノイドとを有する周知のもので、そのインジェクタボディ内には、燃料タンク３内の燃料４を汲み出す燃料ポンプ５から燃料が供給されている。燃料ポンプ５からインジェクタ２に供給される燃料の圧力は、圧力調整器６により一定に保たれている。インジェクタ２のソレノイドは電子式制御ユニット（ＥＣＵ）１０内に設けられたインジェクタ駆動回路に接続されている。インジェクタ駆動回路は、ＥＣＵ内で噴射指令信号が発生したときにインジェクタ２のソレノイドに駆動電圧を与える。インジェクタ２は、インジェクタ駆動回路からそのソレノイドに駆動電圧Ｖinjが与えられている間にバルブを開いて吸気管内に燃料を噴射する。インジェクタに与えられる燃料の圧力が一定に保たれる場合、燃料の噴射量は噴射時間（インジェクタのバルブを開いている時間）により管理される。
【００５０】
この例では、インジェクタ２と図示しないインジェクタ駆動回路と、該インジェクタ駆動回路に噴射指令を与える燃料噴射制御手段とにより燃料噴射装置が構成されている。
【００５１】
図１に示されているように、エンジン本体のシリンダヘッドにはまた、各気筒１０１内の燃焼室に先端の放電ギャップを臨ませた状態で各気筒用の点火プラグ１２が取り付けられ、各気筒用の点火プラグは、各気筒用の点火コイル１３の二次側に接続されている。各気筒用の点火コイル１３の一次側は、ＥＣＵ１０内に設けられた図示しない点火回路に接続されている。点火回路は、点火指令発生部から点火指令が与えられたときに点火コイル１３の一次電流Ｉ1に急激な変化を生じさせて点火コイル１３の二次側に点火用の高電圧を誘起させる回路で、点火プラグ１２と、点火コイル１３と図示しない点火回路と、該点火回路に点火指令を与える点火指令発生部とにより、エンジンを点火する点火装置が構成されている。点火指令発生部は、エンジンの定常運転時の点火位置を演算して、演算した点火位置が検出されたときに点火指令を発生する定常時点火制御手段と、エンジンの始動時に、エンジンを始動させるために適した点火位置で点火指令を発生する始動時点火制御手段とにより構成される。
【００５２】
図１に示されたエンジンでは、スロットルバルブをバイパスするようにソレノイドにより操作されるＩＳＣ（Idle Speed Control）バルブ１２０が設けられている。ＥＣＵ１０内にはＩＳＣバルブ１２０に駆動信号Ｖiscを与えるＩＳＣバルブ駆動回路が設けられ、エンジンのアイドリング回転速度を一定に保つように、ＩＳＣバルブ１２０に駆動信号Ｖiscが与えられる。
【００５３】
本実施形態では、エンジンの始動時にはブラシレスモータとして駆動され、エンジンが始動した後はジェネレータ（発電機）として運転される回転電機（スタータジェネレータと呼ばれる。）ＳＧがエンジンに取り付けられ、この回転電機ＳＧがスタータモータとして用いられる。回転電機ＳＧは、エンジンのクランク軸１０３に取り付けられた回転子２１と、エンジン本体のケース等に固定された固定子２２とからなっている。
【００５４】
回転子２１は、カップ状に形成された鉄製の回転子ヨーク２３と、その内周に取り付けられた永久磁石２４とからなっていて、この例では、回転子ヨーク２３の内周に取り付けられた永久磁石２４により１２極の磁石界磁が構成されている。回転子２１は、その回転子ヨーク２３の底壁部の中央に設けられたボス部２５の内側に形成されたテーパ孔にエンジンのクランク軸１０３の先端のテーパ部を嵌合させて、ネジ部材によりボス部２５をクランク軸１０３に対して締め付けることによりクランク軸１０３に取り付けられている。
【００５５】
固定子２２は、環状のヨーク２６ｙの外周から１８個の突極部２６ｐを放射状に突出させた構造を有する固定子鉄心２６と、固定子鉄心の一連の突極部２６ｐに巻回されて３相結線された電機子コイル２７とからなっていて、固定子鉄心２６の各突極部２６ｐの先端の磁極部が回転子の磁極部に所定のギャップを介して対向させられている。
【００５６】
回転子ヨーク２３の外周には弧状の突起からなるリラクタｒが形成され、エンジンのケース側には、このリラクタｒの回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出して極性が異なるパルスを発生する信号発生器２８が取り付けられている。また回転電機ＳＧの固定子側には、３相の各相の電機子コイルに対してそれぞれ設定された検出位置に配置されて、回転子２１の磁石界磁の各磁極の極性を検出するホールＩＣ等のホールセンサ２９ｕないし２９ｗが設けられている。図１においては、３相のホールセンサ２９ｕないし２９ｗが回転子ヨーク２３の外側に配置されているように図示されているが、実際には、３相のホールセンサ２９ｕないし２９ｗが回転子２１の内側に配置されて、固定子２２に対して固定されたプリント基板等に取り付けられている。ホールセンサの設け方は、通常の３相ブラシレスモータにおけるそれと同様である。ホールセンサ２９ｕないし２９ｗは、検出している磁極がＮ極であるときとＳ極であるときとでレベルが異なる電圧信号からなる位置検出信号ｈuないしｈwを出力する。
【００５７】
回転電機ＳＧの３相の電機子コイルは配線３０ｕないし３０ｗを通してモータ駆動／整流回路３１の交流側端子に接続され、モータ駆動／整流回路３１の直流側端子間にバッテリ３２が接続されている。モータ駆動／整流回路３１は、ＭＯＳＦＥＴやパワートランジスタなどのオンオフ制御が可能なスイッチ素子ＱuないしＱw及びＱxないしＱzにより３相Ｈブリッジの各辺を構成したブリッジ形の３相インバータ回路（モータ駆動回路）と、該インバータ回路のスイッチ素子ＱuないしＱw及びＱxないしＱzにそれぞれ逆並列接続されたダイオードＤuないしＤw及びＤxないしＤzにより構成されたダイオードブリッジ３相全波整流回路とを備えた周知の回路である。
【００５８】
回転電機ＳＧをブラシレスモータ（スタータモータ）として動作させる際には、ホールセンサ２９ｕないし２９ｗの出力から検出された回転子２１の回転角度位置に応じてインバータ回路のスイッチ素子がオンオフ制御されることにより、バッテリ３２からインバータ回路を通して３相の電機子コイル２７に、所定の相順で転流する駆動電流が供給される。
【００５９】
またエンジンが始動した後、回転電機ＳＧをジェネレータとして運転する際には、電機子コイル２７から得られる３相交流出力が、モータ駆動／整流回路３１内の全波整流回路を通してバッテリ３２と、バッテリ３２の両端に接続された各種の負荷（図示せず。）とに供給される。このとき、バッテリ３２の両端の電圧に応じて、インバータ回路のブリッジの上辺を構成するスイッチ素子またはブリッジ下辺を構成するスイッチ素子が同時にオンオフ制御されることにより、バッテリ３２の両端の電圧が設定値を超えないように制御される。
【００６０】
例えば、バッテリ３２の両端の電圧が設定値以下のときにはインバータ回路のＨブリッジを構成するスイッチ素子ＱuないしＱw及びＱxないしＱzがオフ状態に保持されてモータ駆動／整流回路３１内の整流回路の出力がそのままバッテリ３２に印加される。また、バッテリ３２の両端の電圧が設定値を超えたときには、インバータ回路のブリッジの３つの下辺（上辺でもよい）をそれぞれ構成する３つのスイッチ素子ＱxないしＱzが同時にオン状態にされることにより、ジェネレータの３相交流出力が短絡されて、バッテリ３２の両端の電圧が設定値以下に低下させられる。これらの動作の繰り返しによりバッテリ３２の両端の電圧が設定値付近の値に保たれる。
【００６１】
また上記のような制御を行う代わりに、バッテリ３２から回転電機ＳＧの電機子コイルに、該電機子コイルの誘起電圧と周波数が等しく、かつ該電機子コイルの無負荷時の誘起電圧に対して所定の位相角を有する交流制御電圧を印加するようにインバータ回路を制御する手段を設けておいて、バッテリの両端の電圧の変化に応じてバッテリ側から電機子コイルに与える交流制御電圧の位相を、電機子コイルの無負荷有機電圧に対して変化させることにより、回転電機の発電出力を増加または減少させて、バッテリ３２の両端の電圧を設定された範囲に保つ制御を行なわせることもできる。
【００６２】
なおインバータ回路のブリッジの各辺を構成するスイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴが用いられる場合には、該ＭＯＳＦＥＴのドレインソース間に形成される寄生ダイオードを上記ダイオードＤuないしＤw及びＤxないしＤzとして用いることができる。
【００６３】
また図示の例では、ＥＣＵ１０のマイクロプロセッサにエンジンの情報を与えるために、スロットルバルブ１０７の位置（開度）を検出するスロットルポジションセンサ３５と、スロットルバルブ１０７よりも下流側の吸気管内圧力を検出する圧力センサ３６と、エンジンの冷却水温度を検出する冷却水温度センサ３７と、エンジンに吸入される空気の温度を検出する吸気温度センサ３８とが設けられている。
【００６４】
上記のように、本実施形態では回転電機（スタータジェネレータ）ＳＧの回転子をエンジンのクランク軸に直結して、エンジンの始動時にはこの回転電機をスタータモータとして用い、エンジンが始動した後はこの回転電機をジェネレータとして用いるが、以下に記載するエンジン始動装置についての説明では、回転電機ＳＧをスタータモータとして動作させる際の制御を対象とするので、便宜上この回転電機ＳＧをスタータモータと呼ぶことにする。
【００６５】
図２を参照すると、図１に示されたシステムの電気的な構成がブロック図で示されている。ＥＣＵ１０は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）４０と、点火回路４１と、インジェクタ駆動回路４２と、ＩＳＣバルブ駆動回路４３と、モータ駆動／整流回路３１の温度を検出する温度センサ４４と、マイクロプロセッサ４０から与えられる指令に応じてモータ駆動／整流回路３１のインバータ回路のスイッチ素子に駆動信号を与えるコントロール回路４５と、デコンプバルブ１１６に駆動電流を与えるデコンプバルブ駆動回路４６と、所定個数のインターフェース回路Ｉ／Ｆとを備えている。
【００６６】
マイクロプロセッサ４０は、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムを実行させることにより、エンジンを制御するために必要な各種の制御手段を構成する。図示の例では、マイクロプロセッサにエンジンの情報を与えるために、スロットルポジションセンサ３５から得られるスロットルポジション信号Ｓa、圧力センサ３６から得られる吸気管内圧力検出信号Ｓb、冷却水温度センサ３７から得られる冷却水温検出信号Ｓc及び吸気温度センサ３８から得られる吸気温度検出信号ＳdがＥＣＵ１０内のマイクロプロセッサにインターフェース回路Ｉ／Ｆを通して入力されている。またホールセンサ２９ｕないし２９ｗの出力信号ｈuないしｈwと、信号発生器２８の出力Ｓpとが所定のインターフェース回路Ｉ／Ｆを通してマイクロプロセッサ４０に入力されている。
【００６７】
そして、ＥＣＵ１０内の点火回路４１から点火コイル１３に一次電流Ｉ1が供給され、ＥＣＵ１０内のインジェクタ駆動回路４２からインジェクタ２に駆動電圧Ｖinjが与えられている。またコントロール回路４５からモータ駆動／整流回路３１のインバータ回路の６個のスイッチ素子ＱuないしＱw及びＱxないしＱzにそれぞれ駆動信号（スイッチ素子をオン状態にするための信号）ＳuないしＳw及びＳxないしＳzが与えられている。
【００６８】
なお図２において、４７はバッテリ３２の出力電圧が入力された電源回路で、電源回路４７は、バッテリ３２の出力電圧を降圧して安定化することにより、ＥＣＵ１０の各部に供給する電源電圧を出力する。
【００６９】
本実施形態において、マイクロプロセッサ４０が構成する各種の制御手段を含む制御装置の要部の構成を図３に示した。図３において、５２はキースイッチからなるスタータスイッチ等からエンジンＥＮＧの始動指令が与えられたときに制御モードを始動逆転駆動モードに切り換える始動逆転駆動モード切換手段、５３は始動逆転駆動モード切換手段５２により制御モードが始動逆転駆動モードに切り換えられたときにエンジンのクランク軸を逆転させるためにスタータモータＳＧを逆転方向に駆動するスタータ逆転駆動手段である。また５４はスタータモータの逆転方向への駆動を開始してからの経過時間が、エンジンの停止時にピストンが正転時の圧縮行程の下死点付近に停止した状態にあった特定の気筒内のピストンが設定位置に到達するのに十分な長さに設定された設定時間に達したか否かを判定する逆転駆動時間判定手段、５５はスタータモータＳＧを逆転方向に駆動している過程で、上記特定の気筒内のピストンが上記設定位置に達したか否かを判定する逆転時クランク角位置判定手段である。上記ピストンの設定位置は、エンジンの正転時の吸気行程に相当する区間内の適宜の位置（好ましくは、正転時の吸気行程の上死点に近い位置）、またはエンジンの正転時の吸気行程に相当する区間を通り過ぎた位置に設定される。ここで、「エンジンの正転時の吸気行程に相当する区間を通り過ぎた位置」は、正転時の排気行程に相当する区間内の位置でもよく、正転時の排気行程に相当する区間を通り過ぎた位置（例えば正転時の膨張行程に相当する区間内の適宜の位置）でもよい。
【００７０】
更に５６は、逆転駆動時間判定手段５４により経過時間が設定時間に達したと判定されたとき、または逆転時クランク角位置判定手段５５によりクランク角位置が設定位置に達したと判定されたときに制御モードを始動正転駆動モードに切り換える始動正転駆動モード切換手段、５７は制御モードが始動正転駆動モードに切り換えられたときにスタータモータＳＧの正転方向への駆動を開始するスタータ正転駆動手段である。
【００７１】
５８はスタータモータＳＧが前記クランク軸を正回転させている過程で圧縮行程の上死点位置以降のクランク角位置を点火位置として、該点火位置が到来した気筒で始動時の点火を行わせる始動時点火制御手段、５９は逆転駆動時間判定手段５４により経過時間が設定時間に達したと判定されたとき、または逆転時クランク角位置判定手段５５によりクランク角位置が設定位置に達したと判定されたときにエンジンの特定の気筒に対して初回の燃料噴射を行わせ、以後点火が行われる気筒内に供給する混合気を生成するための燃料を噴射する位置として適したクランク角位置で燃料噴射装置５０に燃料噴射を行わせる燃料噴射制御手段である。
【００７２】
更に、６０はエンジンの始動が完了したか否かを判定する始動完了判定手段、６１は、始動完了判定手段６０によりエンジンの始動が完了したと判定されたときにスタータモータＳＧの駆動を停止するスタータ駆動停止手段、６２は、エンジンの始動指令が与えられたときにデコンプバルブ１１６を開き、始動完了判定手段６０によりエンジンの始動が完了したと判定されたときにデコンプバルブ１１６を閉じるデコンプバルブ制御手段、６３は、始動完了判定手段６０によりエンジンの始動が完了したと判定されたときに制御モードを定常運転モードに切り換える定常運転モード切換手段、６４はエンジンの定常運転時に燃料噴射量と点火位置との制御を行なう定常運転時制御手段である。定常時運転制御手段６４は、エンジンの定常運転時に（始動後に）に各種の制御条件に対して燃料の噴射時間を演算して、演算した噴射時間の間インジェクタから燃料の噴射を行わせるようにインジェクタ駆動回路４２に噴射指令信号を与える定常時燃料噴射制御手段と、エンジンの定常運転時の点火位置を演算して演算した点火位置が検出されたときに点火回路に点火指令を与える定常時点火制御手段とを備えている。
【００７３】
また６５は、制御モードが始動逆転駆動モードに切換えられている状態、または始動正転駆動モードに切換えられている状態で、エンジンの始動指令が与えられていないことが検出されたとき、及び始動指令は与えられているが制御系に何らかのエラーがあることが検出されたときに、制御モードをエンストモードに切換えるエンストモード切換手段である。エンストモードでは、スタータモータの駆動停止、点火指令及び噴射指令の発生の禁止等、エンジンを停止状態に保つために必要な一連の処理が行なわれる。
【００７４】
上記スタータ正転駆動手段５７は、始動時に特定の気筒内のピストンが圧縮行程の上死点に達する前にクランク軸が停止したときでもスタータモータＳＧの駆動電流を上限値以下に制限しつつ、該モータＳＧを正転方向に駆動し続けるように構成されている。
【００７５】
以下、本発明に係わるエンジン始動装置において行われる制御の内容について説明する。
本発明に係わるエンジン始動装置においては、キースイッチの操作等によりエンジンの始動指令が与えられたときに、先ず始動時に最初に点火する気筒に混合気が吸入されるようにするために、スタータモータＳＧを逆転方向に駆動して、エンジンの停止時にエンジンの正転時の圧縮行程の下死点付近に停止した状態にあった特定の気筒内のピストンが、エンジンの正転時の吸気行程に相当する区間内の適宜の位置（できるだけ吸気行程の上死点に近い位置）またはエンジンの正転時の吸気行程に相当する区間を通り過ぎた位置に達するまでエンジンのクランク軸を逆回転させる。
【００７６】
図５（Ａ）は、並列２気筒４サイクルエンジンの両気筒の行程の関係を示し、同図（Ｂ）はクランク軸を外部から回転させた際にクランク軸にかかる負荷トルクを示している。エンジンのクランク軸を逆回転させたときには、正転時の膨張行程に相当する区間で気筒内の気体の圧縮トルクが負荷トルクとしてクランク軸に働く。並列２気筒４サイクルエンジンにおいては、図５（Ａ）に示されているように、一方の気筒が吸気行程にあるときに他方の行程が膨張行程にあるため、始動時にスタータモータを逆転駆動して、圧縮行程の下死点付近で停止していた一方の気筒（図５に示した例では１番気筒）のピストンを正転時の吸気行程の上死点に向けて上昇させていく際に、一方の気筒では圧縮トルクが働かないが、他方の気筒（図５に示した例では２番気筒）では圧縮トルクが働く。そのため、出力トルクが小さいスタータモータを用いた場合には、圧縮行程の下死点付近で停止していた一方の気筒のピストンを、正転時の吸気行程の上死点に相当する位置に到達させることはできない。従って、並列２気筒４サイクルエンジンの場合には、クランク軸を逆回転させた際に、図５（Ｂ）に示すように、一方の気筒（図示の例では１番気筒）のピストンが正転時の吸気行程に相当する区間の途中に達したところでクランク軸が停止する。
【００７７】
クランク軸が停止したところで（クランク軸を正回転させる前に）、図５（Ｃ）に示すように、インジェクタ駆動回路に噴射指令信号Ｖjを与えることにより、始動時に最初に行なわれる点火に備えて、初回の燃料噴射を行なわせる。
【００７８】
なお単気筒４サイクルエンジンの場合には、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、スタータモータを逆転駆動した際に、クランク軸に圧縮トルクが働かないため、正転時の吸気行程の上死点に相当するクランク角位置付近までクランク軸を逆回転させることは容易に行なうことができる。この場合も、クランク軸が停止したところで（クランク軸を正回転させる前に）、図６（Ｃ）に示すように、インジェクタ駆動回路に噴射指令信号Ｖjを与えることにより、始動時に最初に行なわれる点火に備えて燃料噴射装置に初回の燃料噴射を行なわせる。
【００７９】
特許文献１に示された従来のエンジン始動装置でも、始動指令が与えられたときにスタータモータを逆転駆動してクランク軸を逆回転させていたが、従来の始動装置において、エンジンを始動する際に一旦クランク軸を逆回転させる目的は、助走距離を稼ぐことにあった。
【００８０】
これに対し、本発明において始動指令が与えられたときに先ずクランク軸を逆回転させるのは、助走距離を稼ぐためではなく、続いてクランク軸を正回転させるためのクランキングを行なった際に、最初に点火が行なわれる気筒に混合気が吸入されるようにするためである。即ち、本発明において、始動時に先ずクランク軸を逆回転させるのは、始動動作開始後、最初に行われる点火に備えて燃料を噴射する機会を作るためであり、本発明に係わるエンジン始動装置と、従来のエンジン始動装置とでは、始動時にクランク軸を逆回転させる目的が全く相違する。
【００８１】
上記のようにして、クランク軸を正回転時の吸気行程の途中または吸気行程前に相当する位置まで逆回転させ、燃料噴射装置に初回の燃料噴射を行なわせた後、スタータモータＳＧを正転方向に駆動する。このときのエンジンの負荷トルクとクランク角との関係は図７に示す通りであり、スタータモータの出力トルクと回転速度との関係は図８に示す通りである。図７において横軸のクランク角は、上死点前の角度［ＢＴＤＣ］を示しており、図示の０°のクランク角位置がピストンの上死点に相当するクランク角位置（上死点位置という。）である。
【００８２】
スタータモータを正転方向に駆動すると、モータの出力トルクは図８に示すように回転速度の上昇に伴って低くなっていくが、エンジンの負荷トルクは、図７に示すようにクランク軸が上死点位置に向けて回転していくにつれて大きくなっていく。ここで、エンジンのフリクショントルクが大きく、ピストンが圧縮行程の上死点を越えるのに十分な慣性エネルギを得る回転速度まで加速できない状況にあるときには、図１４に示された曲線ａのように、圧縮行程の途中でクランク軸が一旦停止してしまう。従来の始動装置では、この時点でスタータモータの駆動を停止していたが、本発明においては、スタータモータが停止した後も、該スタータモータへの通電を維持して、その駆動電流（電機子電流）が上限値を超えない範囲で、該モータの出力トルクを最大にするように制御しつつ、スタータモータの正転方向への駆動を継続する。
【００８３】
一般に４サイクルエンジンにおいては、圧縮行程においてピストンが圧縮行程の上死点に向けて上昇していく過程で、ピストンリングや吸排気バルブから僅かな圧縮漏れが生じるため、クランク軸が停止した後もスタータモータによりクランク軸を駆動し続けると、時間の経過に伴って圧縮トルクが減少していき、エンジンの負荷トルクが漸減していく。そのため、スタータモータがエンジンの負荷トルク（圧縮トルクとフリクショントルクとの和）に打ち勝つことができなくなって停止した後もスタータモータを駆動し続けると、圧縮漏れによる負荷トルクの漸減に伴ってピストンがゆっくりと上昇していき、クランク軸が微速で回転する。やがてクランク軸の回転角度位置が、圧縮行程の上死点に相当するクランク角位置（０°の位置）の手前にある圧縮トルク最大位置（図７に示した例では圧縮行程の上死点前３０°附近の位置）を超えると、エンジンの負荷トルクが軽くなり、エンジンからスタータモータにかかる負荷が軽くなるため、クランク軸は速度を上げて回転し始める。従って、ピストンは圧縮行程の上死点を容易に越えることができる。
【００８４】
従来のエンジン始動装置においては、正転時の圧縮行程の上死点の手前の位置で始動時の最初の点火を行わせていたが、本発明においては、クランク軸を微速で回転させて圧縮行程の上死点を越えさせるため、最初の点火を上死点よりも進んだクランク角位置で行わせると、ピストンが押し戻されてエンジンが逆転するおそれがある。
【００８５】
そのため、本発明においては、エンジンの始動時の最初の点火を、ピストンが圧縮行程の上死点に達したときのクランク角位置、またはピストンの上死点に相当するクランク角位置を一定の角度（例えば１０°）だけ行き過ぎた位置（正回転時の膨張行程の初期のクランク角位置）で行わせるのが好ましい。
【００８６】
エンジンの始動時の最初の点火を、ピストンが圧縮行程の上死点に達したときのクランク角位置、またはピストンの上死点に相当するクランク角位置を一定の角度（例えば１０°）だけ行き過ぎた位置で行わせると、ピストンが跳ね返されるのを防ぎつつ、点火された気筒内の燃料を燃焼させて膨張行程を行わせることができる。従って、クランク軸は、スタータモータの駆動力と気筒内での燃焼（爆発）により生じる回転力との合力により一気に加速して回転する。この回転により慣性エネルギを一気に蓄積して次の気筒の圧縮行程を行わせ、次いでその気筒で点火を行わせて膨張行程を行わせる。以後燃料の噴射と点火とを繰り返し行わせて、各気筒で燃焼サイクルを行わせ、これによりクランク軸の回転速度を上昇させてエンジンの始動を完了する。
【００８７】
図９は、発明者が行った実験で実測した始動時のクランク軸の回転速度とクランク角との間の関係を示している。図９の最上部に示された「＃１膨張／＃２吸気」などの表示は、エンジンの正回転時の１番気筒と２番気筒の行程を示しており、例えば「＃１膨張／＃２吸気」と表示された区間は、１番気筒が膨張行程にあり、２番気筒が吸気行程にあることを意味している。図９の横軸に目盛った角度は、２番気筒の圧縮行程の上死点を０°として、この上死点に対する各クランク角位置の角度を、上死点よりも遅れた側［ＡＴＤＣ］を正として示したものである。
【００８８】
図９に示した例では、エンジンの２番気筒のピストンが正転時の圧縮行程の下死点附近のクランク角位置θaにある状態でエンジンが停止している。エンジンの停止時の温度は−４０℃である。
【００８９】
この状態で始動指令が与えられると、図３に示されたデコンプバルブ制御手段６２がデコンプバルブ１１６を開き、各気筒の圧縮行程での圧縮漏れが大きくなる。また始動逆転駆動モード切換手段５２が制御モードを始動逆転駆動モードとするため、スタータ逆転駆動手段５３がスタータモータＳＧを逆転方向に駆動してクランク軸を逆回転させる。これにより、クランク軸は２番気筒の圧縮行程の下死点に相当するクランク角位置から正転時の２番気筒の吸気行程に相当する区間に向けて回転していく。クランク角位置が正転時の２番気筒の吸気行程に相当する区間に入ると、１番気筒では正転時の膨張行程に相当する区間に入るため、１番気筒からクランク軸に大きな負荷トルクが働く。そのためクランク軸は、２番気筒の正回転時の吸気行程に相当する区間の途中のクランク角位置θbまでしか回転することができず、このクランク角位置θbで停止する。このクランク角位置θbを逆転駆動終了位置とする。本実施形態では、逆転駆動時間判定手段５４により、逆転方向への駆動を開始した時刻からの経過時間が設定時間を超えたと判定されたとき、または逆転時クランク角位置判定手段５５によりクランク角位置が予め設定したクランク角位置θbに一致したと判定されたときに、クランク角位置が正転駆動開始位置θbに達したと判定するようにしている。
【００９０】
クランク角位置が逆転駆動終了位置θbに達したと判定されたときに、スタータモータの駆動を停止してインジェクタ駆動電圧を確保した上で、燃料噴射制御手段５９が、クランク軸を正回転させた後最初に行われる点火に備えて、インジェクタ駆動回路４２に噴射指令を与えることによりインジェクタから初回の燃料噴射を行わせる。
【００９１】
この間（噴射が終了するまでの間）スタータモータの駆動が停止しているので、クランク軸は、１番気筒の圧縮反力により押し戻され、図示のθcの位置まで移動して停止する。インジェクタからの初回の燃料噴射が終了すると、始動正転駆動モード切換手段５６が制御モードを始動正転駆動モードに切り換えるため、スタータ正転駆動手段５７がスタータモータＳＧの正転方向への駆動を開始すると同時に、点火制御手段５８が始動時の点火位置の検出を開始する。
【００９２】
スタータ正転駆動手段５７がθcの位置からスタータモータを正方向に駆動して、クランク角位置が２番気筒の圧縮行程の上死点位置（０°の位置）に近づいていくと、クランク軸に働く負荷トルクが大きくなっていくため回転速度が低下していき、負荷トルク（２番気筒の圧縮反力）が最大になるクラン角位置の手前のクランク角位置θdでクランク軸がはね返されて、θd2の位置で停止する。ここでスタータモータに駆動電流を供給し続け、該モータを正転方向に駆動し続けると、２番気筒の圧縮漏れによりクランク軸に働く負荷トルクが漸減していくため、クランク軸は再び正方向に回転し始め、クランク角位置が２番気筒の圧縮行程の上死点位置（０°の位置）の手前にある負荷トルクの最大位置を過ぎるとクランク軸が加速していく。
【００９３】
図９に示した例では、クランク角位置が２番気筒の上死点位置を１０°だけ過ぎた位置θeを始動時の点火位置として、この点火位置を点火制御手段５８により検出し、点火位置θeが検出されたときに２番気筒で最初の点火を行わせるようにしている。この点火により２番気筒で混合気が燃焼し、膨張行程が行われるため、クランク軸の回転速度は一気に加速していく。２番気筒の圧縮行程の上死点（０°の位置）からクランク軸が１８０°回転すると、１番気筒が圧縮行程に入るため、クランク軸に働く負荷トルクが増大する。この負荷トルクの増大により、クランク軸の回転速度が低下していくが、既に２番気筒で行われた燃焼により慣性エネルギが十分蓄積されているため、１番気筒の圧縮行程の上死点の手前でクランク軸が停止することはない。図示の例では、クランク角位置が１番気筒の圧縮行程の上死点位置を１０°過ぎたクランク角位置θfで１番気筒の最初の点火が行われている。
【００９４】
なおフリクショントルクが大きいときには、１番気筒の圧縮行程の上死点位置の手前でもクランク軸が停止することがあり得るが、その場合でも、スタータ正転駆動手段５７はスタータモータを駆動し続けるため、圧縮漏れによる負荷トルクの漸減を利用してクランク軸を再び回転させることができ、クランク角位置θfでの点火は支障なく行われる。
【００９５】
上記のようにして２番気筒及び１番気筒での点火が繰り返されることにより、エンジンの回転速度は次第に上昇していき、やがてスタータモータの駆動を止めてもエンジンは回転を維持し得るようになり、エンジンの始動が完了する。始動完了判定手段６０が、エンジンの始動が完了したと判定すると、スタータ駆動停止手段６１がスタータモータＳＧの駆動を停止する。またこのとき定常運転モード切換手段６３が制御モードを定常運転モードに切り換えるため、定常運転時制御手段６４が点火装置の制御及び燃料噴射装置の制御を定常運転時の制御に移行させる。またこのときデコンプバルブ制御手段６２がデコンプバルブ１１６を閉じて、定常運転時にデコンプホールがエンジンの出力に影響を及ぼすのを防止する。
【００９６】
なおエンジンが自力で回転し得るようになったか否かの判定（エンジンの始動が完了したか否かの判定）は、クランク軸が予め設定した始動判定値を越える平均回転速度で設定回数回転したことを確認することにより行うことができる。
【００９７】
上記の制御において、スタータモータを逆転方向に駆動した際に、クランク軸の回転角度位置が目標とする逆転駆動停止位置θbに達したか否かを判定するためには、エンジンのクランク角位置の情報を必要とする。また始動時の点火位置θeを検出する際にも、クランク角位置の情報を必要とする。更に、各気筒に対して燃料噴射を行なうクランク角位置を検出する際にも、エンジンのクランク角位置の情報が必要になる。また定常運転時の制御においては、演算された点火位置の検出を行なう際、及び燃料噴射開始位置を定める際にエンジンのクランク角位置の情報が必要である。
【００９８】
従来のエンジン用制御装置では、エンジンと共に回転する回転子に設けられたリラクタを検出してパルス信号を発生する信号発生器の出力からエンジンのクランク角情報を得ることが多かったが、この種の信号発生器は、クランク軸の回転速度が低いときに波高値が高いパルスを発生することができないため、エンジンの極低速時に（例えば２００r/min以下で）クランク角情報を得る信号源としては最適ではない。
【００９９】
そこで、本実施形態においては、スタータジェネレータＳＧに設けられている３相のホールセンサ２９ｕないし２９ｗが出力する検出信号からクランク角情報を得ることを基本とし、ホールセンサの出力から検出される回転角度位置が、エンジンのいずれのクランク角位置に対応するかを識別するためにのみ信号発生器２８の出力パルスを用いている。
【０１００】
回転電機の回転子として１２極（６対極）の磁石回転子が用いられる場合に、３相のホールセンサ２９ｕないし２９ｗとしてホールＩＣを用いると、センサ２９ｕないし２９ｗがそれぞれ発生する位置検出信号ｈuないしｈwの波形は、図１０の（Ｃ）ないし（Ｅ）のようになり、クランク角が１０°変化する毎に位置検出信号ｈuないしｈwのいずれかが、高レベル（Ｈレベル）から低レベル（Ｌレベル）への変化または低レベルから高レベルへの変化を示す。本実施形態では、これらの位置検出信号ｈuないしｈwのＨレベル及びＬレベルをそれぞれ「１」及び「０」で表して、位置検出信号のレベルのパターンの変化から、１０°の区間を１区間として、一連の区間を検出し、これらの区間がエンジンのいずれのクランク角位置に対応するかを、信号発生器２８の出力パルスを用いて識別する。
【０１０１】
本実施形態では、始動時に信号発生器２８ができるだけ波高値が高いパルスを発生することができるようにするために、ピストンが下死点付近にある、エンジンの負荷トルクが比較的軽い区間で信号発生器２８がリラクタｒを検出してパルスを発生するようにしている。具体的には、図１０（Ｂ）に示すように、２番気筒の圧縮行程の上死点前２００°の位置及び１６０°の位置で信号発生器２８がリラクタｒの回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出して、正極性のパルスＳp1及び負極性のパルスＳp2を発生するように、信号発生器２８が配置されている。
【０１０２】
信号発生器２８が出力するパルスＳp1及びＳp2から、ホールセンサの出力パターンの変化により検出される一連の区間がそれぞれエンジンのいずれのクランク角位置に対応するかを識別する。図示の例では、図１０の一番下に示したように、信号発生器２８がパルスＳp1を発生した直後に検出される１０°の区間（位置検出信号ｈu，ｈv，ｈwのパターンが０，１，１となった位置から０，０，１となる位置までの区間）に「２０」の区間番号をつけ、以後ホールセンサの出力のパターンが切り替わる毎に、区間番号を１ずつ増減させて、クランク軸が２回転する間に検出される７２個の区間に１ないし７２の区間番号をつけるようにしている。
【０１０３】
ホールセンサの出力のパターンの変化から検出される一連の区間とエンジンの現在のクランク角位置との関係を一度識別することができれば、以後はホールセンサの出力のパターンが切り替わる毎に区間番号を増減させることにより、各区間とエンジンのクランク角位置との対応関係を維持することができる。
【０１０４】
図３に示した制御装置において、始動時から定常運転状態に移行する際の制御モードの切換を制御するためにマイクロプロセッサに実行させるタスク処理のアルゴリズムを示すフローチャートを図１１及び図１２に示した。
【０１０５】
マイクロプロセッサは、その電源が確立している状態にあるときに、図１１のタスク処理を微小時間間隔で繰り返し実行して、制御モードの切換を管理する。図示のアルゴリズムによる場合には、先ずステップＳ１で現在の制御モードがエンジン停止時の制御モード（エンストモード）であるか否かを判定する。その結果、エンストモードであると判定されたときには、次いでステップＳ２で始動指令が与えられたか否かを判定する。その結果、始動指令が与えられていないと判定されたときには、以後何もしないでこのタスクを終了し、始動指令が与えられていると判定されたときには、ステップＳ３に移行して各種のエラー（センサの異常など）がないか否かをチェックする。その結果エラーがあると判定されたときには、以後何もしないでこのタスクを終了し、エラーがないと判定されたときには、ステップＳ４で制御モードを始動逆転駆動モードに切換えてこのタスクを終了する。マイクロプロセッサは、制御モードが始動逆転駆動モードに切り換えられたときに起動する別のタスク処理により、デコンプバルブ１１６を開くとともに、回転電機ＳＧをブラシレスモータとして動作させて、その回転子を逆転方向に回転させるように、回転電機ＳＧの三相の電機子コイルへの通電を制御する。
【０１０６】
図１１のタスクのステップＳ１で現在の制御モードがエンストモードでないと判定されたときには、ステップＳ５に移行して現在の制御モードが始動逆転駆動モードであるか否かを判定する。その結果、始動逆転駆動モードであると判定されたときには、ステップＳ６で始動指令が与えられているか否かを判定し、始動指令が与えられている場合には、ステップＳ７に移行して各種エラーがあるか否かを判定する。その結果エラーがない場合には、ステップＳ８で、スタータモータの逆転方向への駆動を開始した後、逆転駆動設定時間が経過したか否かを判定する。ステップＳ８で逆転駆動設定時間が経過していないと判定されたときには、ステップＳ９で現在のクランク角位置（区間番号）が正転時の吸気行程に相当する区間の途中の位置または正転時の吸気行程開始前の位置に相当する位置に設定された逆転駆動終了位置θbまで戻ったか否かを判定する。その結果、現在のクランク角位置が逆転駆動終了位置まで戻っていないと判定されたときには、以後何もしないでこのタスクを終了する。
【０１０７】
ステップＳ８で逆転駆動設定時間が経過していると判定されたとき、及びステップＳ９で現在のクランク角位置が逆転駆動終了位置であると判定されたときには、ステップＳ１０に移行して、スタータモータＳＧの駆動を停止する処理を行なう。スタータモータの駆動を停止してインジェクタの駆動電圧を確保した後、ステップＳ１１を実行して、始動時の最初の点火に備えて初回燃料噴射を行なわせる。次いでステップＳ１２で制御モードを始動正転駆動モードに切換えてこのタスクを終了する。ステップＳ１１で始動用の初回の燃料噴射を行う始動用噴射実効処理は、ステップＳ８で逆転駆動設定時間が経過していると判定された時、及びステップＳ９で現在のクランク角位置が逆転駆動終了位置であると判定された時に起動する別のタスク処理により行われる。またステップＳ１２で制御モードが始動正転駆動モードに切り換えられると、回転電機ＳＧの回転子を正回転させるようにその電機子コイルへの通電を制御する図示しないタスク処理が起動し、スタータモータが正転方向に駆動される。ステップＳ６で始動指令が与えられていないと判定されたとき、及びステップＳ７でエラーがあると判定されたときには、ステップＳ１３に移行して制御モードをエンストモードとする。制御モードがエンストモードに切り換えられると、図示しないタスクが起動して、スタータモータの駆動停止、点火指令及び噴射指令の発生の禁止等、エンジンを停止状態に保つために必要な一連の処理を行なう。
【０１０８】
ステップＳ５で現在の制御モードが始動逆転駆動モードでないと判定されたときには、ステップＳ１４に進んで現在の制御モードが始動正転駆動モードであるか否かを判定する。この判定の結果、制御モードが始動正転駆動モードであると判定されたときには、ステップＳ１５で始動指令が与えられているか否かを判定し、始動指令が与えられている場合には、ステップＳ１６で各種のエラーがあるか否かを判定する。その結果、エラーがないと判定されたときにはステップＳ１７で始動完了判定が成立しているか否かを判定し、成立している場合には、ステップＳ１８で制御モードを定常運転モードとしてこのタスクを終了する。
【０１０９】
ステップＳ１５で始動指令が与えられていないと判定されたとき及びステップＳ１６で各種のエラーがあると判定されたときにはステップＳ１９に移行して制御モードをエンストモードに切り換える。またステップＳ１４で現在の制御モードが始動正転駆動モードでないと判定されたときには、ステップＳ２０に進んで定常運転モードにおける制御モードの切換を行わせる。
【０１１０】
定常運転モードでは、図１１に示された処理とは別のタスク処理により、デコンプバルブ１１６を閉じるための処理を行うとともに、燃料噴射装置及び点火装置をそれぞれ制御する定常時燃料噴射制御手段及び定常時点火制御手段を構成するための処理を実行する。燃料噴射制御手段は、各種の制御条件に対して所定の空燃比を得るために必要な燃料噴射量を演算し、吸気行程開始直前のクランク角位置などの適宜の噴射開始位置で、演算した量の燃料を噴射するために必要な信号幅を有する噴射指令をインジェクタ駆動回路４２に与える。また定常時点火制御手段は、各種の制御条件に対してエンジンの点火位置を演算する点火位置演算手段と、演算された点火位置を検出するための手段とを備えていて、点火位置演算手段が演算した点火位置を検出したときに点火回路に点火指令信号を与えて点火動作を行わせる。点火位置演算手段は、クランク軸が予め定めた基準クランク角位置から点火位置まで現在の回転速度で回転するのに要する時間を、点火位置検出用計時データとして演算する。そして、予め定めた基準クランク角位置（区間番号）が検出されたときに演算された点火位置検出用計時データの計測を開始し、この計時データの計測が完了したときに点火回路４１に点火指令信号を与えて点火動作を行わせる。またエンジンのアイドル回転速度を一定に保つようにＩＳＣバルブ駆動回路４３からＩＳＣバルブ１２０に駆動電圧Ｖiscを与えて、該ＩＳＣバルブを制御する。
【０１１１】
図１１のステップＳ１２で制御モードが始動正転駆動モードに切換えられると、図１２の割込み処理が許可され、ホールセンサ２９uないし２９wの出力信号のパターンが切り替わる毎に（区間番号が変わる毎に）、図１２の割り込み処理が実行される。図１２の割込み処理により、圧縮行程の上死点に相当するクランク角位置または圧縮行程の上死点よりも僅かに遅れたクランク角位置を始動時の点火位置として検出して、この点火位置で始動時の点火動作を行わせる。図１２に示された例では、圧縮行程の上死点を始動時の点火位置としている。
【０１１２】
図１２の割り込み処理では、先ずステップＳ１０１で始動用燃料噴射が完了しているか否かを判定する。その結果、始動用燃料噴射が完了していないと判定されたときには、以後何もしないでこの処理を終了する。始動用燃料噴射が完了していると判定されたときには、ステップＳ１０２に進んで制御モードが始動正転駆動モードであるか否かを判定する。その結果、始動正転駆動モードでない場合には、以後何もしないでこの処理を終了し、始動正転駆動モードである場合には、ステップＳ１０３に進んで現在のクランク角位置（区間番号）は点火コイル１３への通電を開始する通電開始位置であるか否かを判定する。その結果、通電開始位置であると判定されたときにはステップＳ１０４に進んで点火コイル１３の一次コイルへの通電を開始してこの処理を終了する。ステップＳ１０３で現在のクランク角位置（区間番号）が通電開始位置でないと判定されたときには、ステップＳ１０５に移行して点火コイルの一次コイルへの通電が行われているか否かを判定する。その結果通電が行われていないと判定されたときには以後何もしないでこの処理を終了し、通電が行われていると判定されたときにはステップＳ１０６に移行して現在のクランク角位置が始動時の点火位置（この例では圧縮行程の上死点ＴＤＣ）であるか否かを判定する。ステップＳ１０６で現在のクランク角位置が始動時の点火位置ではないと判定されたときには、以後何もしないでこの処理を終了し、現在のクランク角位置が始動時の点火位置であると判定されたときには、ステップＳ１０７の点火実行処理を実行する。ステップＳ１０７の点火実行処理では、点火コイル１３の一次電流の通電を停止させて点火コイルの二次コイルに点火用高電圧を誘起させ、これにより点火プラグで火花放電を生じさせてエンジンを点火する。
【０１１３】
本実施形態では、図１１のステップＳ１ないしＳ４により始動逆転駆動モード切換手段５２が構成され、ステップＳ８及びＳ９によりそれぞれ逆転駆動時間判定手段５４及び逆転時クランク角位置判定手段５５が構成される。またステップＳ１１により燃料噴射制御手段５９が構成され、ステップＳ１２により始動正転駆動モード切換手段５６が構成される。更にステップＳ１７により始動完了判定手段６０が構成され、ステップＳ１８により定常運転モード切換手段６３が構成される。また図１１のステップＳ１〜Ｓ３，Ｓ１３，Ｓ１４〜Ｓ１６及びＳ１９によりエンストモード切換手段６５が構成され、図１２の処理により始動時点火制御手段５８が構成される。
【０１１４】
上記の実施形態のように、エンジンのシリンダヘッドにデコンプホールを設けておくと、ピストンが圧縮行程の上死点に向けてゆっくりと変位していく過程で、気筒内の混合気がデコンプホールを通して抜けるため、圧縮漏れによる圧縮トルクの低下を促して、ピストンが短時間で圧縮トルク最大位置を越えるようにすることができ、エンジンの始動性を向上させることができる。しかしながら、エンジンにおいては、必ずピストンリングや吸排気バルブから僅かな圧縮漏れがあるため、多くの場合、デコンプホールを特に設けなくても、本発明の始動装置を機能させることができる。
【０１１５】
デコンプホールを設ける場合、上記の実施形態のように、該デコンプホールを開閉するデコンプバルブを設けて、エンジンの始動が完了した後はデコンプホールを閉じるようにするのが好ましいが、デコンプホールの内径が十分に小さい場合には、定常運転時にデコンプホールを通して漏れるガスの量は極僅かであり、デコンプホールがエンジンの定常運転時の出力に及ぼす影響は僅かであるため、デコンプバルブを省略してもよい。
【０１１６】
上記の実施形態では、並列２気筒４サイクルエンジンを始動する場合を例にとったが、単気筒４サイクルエンジンや、３気筒以上の多気筒４サイクルエンジンを始動する場合にも本発明を適用することができるのはもちろんである。
【０１１７】
上記の実施形態では、逆転駆動終了位置θbで初回の燃料噴射を行なわせているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、逆転駆動終了位置θbよりも正転側に多少位相が進んだ位置で初回の燃料噴射を行なわせるようにしてもよい。
【０１１８】
上記の実施形態のように、エンジンのシリンダヘッドにデコンプホールを設けておくと、ピストンが圧縮行程の上死点に向けてゆっくりと変位していく過程で、気筒内の混合気がデコンプホールを通して抜けるため、圧縮漏れによる圧縮トルクの低下を促して、ピストンが短時間で圧縮トルク最大位置を越えるようにすることができ、エンジンの始動性を向上させることができる。しかしながら、エンジンにおいては、必ずピストンリングや吸排気バルブから僅かな圧縮漏れがあるため、多くの場合、デコンプホールを特に設けなくても、本発明の始動装置を機能させることができる。
【０１１９】
デコンプホールを設ける場合、上記の実施形態のように、該デコンプホールを開閉するデコンプバルブを設けて、エンジンの始動が完了した後はデコンプホールを閉じるようにするのが好ましいが、デコンプホールの内径が十分に小さい場合には、定常運転時にデコンプホールを通して漏れるガスの量は極僅かであり、デコンプホールがエンジンの定常運転時の出力に及ぼす影響は僅かであるため、デコンプバルブを省略してもよい。
【０１２０】
エンジンをフリクショントルクが大きい状態で始動する際には、上記の実施形態のように、エンジンの始動指令が与えられたときにスタータモータを一旦逆転させることによりクランク軸を逆方向に回転させて、始動開始後最初に圧縮行程が行われる気筒での点火に備えて、初回の燃料噴射を行う機会を作ることが好ましいが、エンジンの始動時のフリクショントルクがそれほど大きくならない場合や、エンジンのピストンが圧縮行程の上死点に向けて変位していく過程で圧縮漏れにより生じる圧縮トルクの低下分が比較的大きい場合、例えば、デコンプバルブ１１６が設けられる場合には、フリクショントルクが大きくても、始動時に行われる圧縮行程でクランク軸が停止または停止寸前の状態になったときにスタータモータを駆動し続けることにより、その圧縮行程を比較的容易に克服することができるため、スタータモータを一旦逆転させて、始動動作開始後最初に行われる圧縮行程に備えて燃料噴射を行う機会を作ることることなく、最初からスタータモータを正回転させるようにしてもエンジンを始動することができる。
【０１２１】
この場合始動指令が与えられた後、クランク軸の１回転目で最初に圧縮行程を迎える気筒に対しては、混合気を供給できないため、その気筒で点火を行わせても、燃焼を行わせることはできないが、クランク軸の２回転目で圧縮行程が行われる気筒に対しては、適当な区間で初回の燃料噴射を行わせることにより、気筒内に混合気を供給することができるため、クランク軸の回転角度位置が、始動開始後クランク軸の２回転目で圧縮行程を迎える気筒の点火位置として適した位置で点火を行わせることにより、エンジンの始動を支障なく行わせることができる。
【０１２２】
従って、本発明に係わるエンジン始動装置において、始動時のフリクショントルクが大きいエンジンの始動を可能にするために、始動指令が与えられた時にスタータモータを一旦逆回転させるスタータ逆転駆動手段は好ましい要件ではあるが、必須の要件ではなく、始動時に予想される周囲温度が極端に低くない場合や、デコンプホールが設けられる場合等には、スタータ逆転駆動手段を省略することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明に係わる始動装置を適用するエンジンシステムのハードウェアの構成を示した構成図である。
【図２】図１に示したシステムの電気的な構成を示したブロック図である。
【図３】本発明に係わるエンジン始動装置の構成を示したブロック図である。
【図４】図１に示されたエンジンの要部を示した断面図である。
【図５】並列２気筒４サイクルエンジンの２つの気筒の行程の関係と、クランク角の変化に伴う負荷トルクの変化と、本発明に係わる始動装置において逆転駆動が終了した時点で行われる初回の燃料噴射とを説明するための説明図である。
【図６】単気筒４サイクルエンジンの行程変化と、クランク角の変化に伴う負荷トルクの変化と、本発明に係わる始動装置において逆転駆動が終了した時点で行われる初回の燃料噴射とを説明するための説明図である。
【図７】エンジンの負荷トルクとクランク角との関係の一例を示したグラフである。
【図８】スタータモータの出力トルクと回転速度との関係の一例を示したグラフである。
【図９】本発明の実施形態において、エンジンを始動する際にクランク軸の回転速度がクランク角の変化に伴って変化する様子を示したグラフである。
【図１０】本発明の実施形態で用いる信号発生器の出力パルスの波形とホールセンサの出力信号の波形とを模式的に示した波形図である。
【図１１】本発明の実施形態においてマイクロプロセッサが実行する制御モード切換処理のアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図１２】本発明の実施形態においてマイクロプロセッサが実行する始動時点火制御処理のアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図１３】並列２気筒４サイクルエンジンの２つの気筒の行程の関係を示した図である。
【図１４】並列２気筒４サイクルエンジンを出力トルクが異なるスタータモータを用いて始動する際の回転速度の変化をクランク角に対して示したグラフである。
【図１５】２サイクルエンジンのフリクショントルクとエンジンの温度との関係の一例を示したグラフである。
【図１６】スタータモータの出力トルクと回転速度との関係の一例を示したグラフである。
【符号の説明】
【０１２４】
１  エンジン本体
１００  ピストン
１０１  シリンダ
ＥＮＧ  エンジン
ＳＧ  回転電機（スタータモータ）
２  インジェクタ
１０  ＥＣＵ
１２  点火プラグ
１３  点火コイル
５２  始動逆転駆動モード切換手段
５３  スタータ逆転駆動手段
５４  逆転駆動時間判定手段
５５  逆転時クランク角位置判定手段
５６  始動正転駆動モード切換手段
５７  スタータ正転駆動手段
５８  始動時点火制御手段
５９  燃料噴射制御手段
６０  始動完了判定手段
６２  デコンプバルブ制御手段
６３  定常運転モード切換手段
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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