发动机的启动控制装置的制作方法

本发明涉及一种发动机的启动控制装置，尤其是涉及一种如下所述的发动机的启动控制装置，其在启动发动机时，基于与发动机的旋转同步地输出的曲柄角信号，确定目标曲柄角，并基于所确定的目标曲柄角，使火花塞和喷射器等控制设备工作。

背景技术：

为了提高发动机的燃料消耗效率及废气特性等，要求针对发动机的各种控制实现优化，例如，需要在最佳时机执行根据点火时期控制使火花塞点火，或者根据燃料喷射控制使喷射器喷射燃料。因此，例如根据专利文献1的技术，生成与发动机的曲柄轴的旋转同步地变动的曲柄角信号，基于该曲柄角信号，确定目标点火时期作为发动机的目标曲柄角，进行点火时期控制。

更详细地阐述，根据专利文献1的技术，在发动机飞轮的外周上，跨越特定角度区域形成磁阻分配头(reluctor)突起，和该飞轮相向地配置曲柄角传感器。从曲柄角传感器输出的曲柄角信号呈矩形波状，以发动机旋转1圈为1个周期，将压缩上止点的提前角侧设为对应特定角度区域的接通期间，将其他角度区域设为关断期间，两者交替地切换。另一方面，例如基于发动机旋转速度及节流开度等计算目标点火时期，具体为，计算从曲柄角信号的接通期间的开始时刻(基准位置)到目标点火时期为止的曲柄角。

在发动机旋转过程中，根据发动机旋转2圈前的旋转周期中的关断期间及随后的接通期间、以及本次旋转周期中的关断期间，推算本次旋转周期中的接通期间。然后，基于推算的接通期间，对目标点火时期为止的曲柄角进行时间换算，将本次旋转周期中的目标点火时期确定为时间(从基准位置到目标点火时期所需的时间)，并基于所获得的目标点火时期，使火花塞工作。

推算本次旋转周期的接通期间的原因在于，在接通期间内发动机会到达目标点火时期，因此，如果按照在测量接通期间后再确定目标点火时期的顺序，则火花塞会来不及工作。此外，参照旋转2圈前的接通期间及关断期间的原因在于，四冲程发动机以720℃A反复地进行燃烧循环，旋转2圈前发动机的旋转变动会在本次的旋转周期中再现，因此，可以根据这些接通期间及关断期间之比以及本次的关断期间，推算本次的接通期间。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2002-317741号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

根据上述专利文献1的技术，为了确定目标点火时期，需要有旋转2圈前的接通期间及关断期间的信息。这在常规的发动机运行过程中没有问题，但在启动发动机时，如果不是在开始曲柄转动起2圈之后，便无法获取接通期间及关断期间的信息，自然也就无法开始点火时期控制。开始点火时期控制的延迟会导致发动机启动的延迟乃至车辆出发的延迟，因此，一直以来都希望有一种可以快速启动发动机的根本性对策。

本发明为解决上述问题而完成，其目的在于提供一种发动机的启动控制装置，在启动发动机时，从曲柄转动开始之初便能同步于发动机的旋转，使火花塞及喷射器等控制设备工作，从而能够实现发动机的快速启动。

解决技术问题所采用的技术方案

为了实现上述目的，本发明的发动机的启动控制装置特征在于，具备：信号输出单元，其输出曲柄角信号，该曲柄角信号以发动机旋转1圈为1个周期，使得预先设定在压缩上止点的提前角侧的特定角度区域所对应的第1输出电平期间以及对应其他角度区域的第2输出电平期间交替地切换；目标曲柄角设定单元，其以曲柄角信号的第1输出电平期间的起点或终点所对应的边沿为基准位置，将用于使发动机的控制设备同步于发动机的旋转而工作的目标曲柄角设定作为与基准位置之间的角度；第1目标时间确定单元，其测量发动机的本次旋转周期中的第1输出电平期间，基于第1输出电平期间的测量值，对目标曲柄角设定单元所设定的目标曲柄角进行时间换算，确定本次旋转周期中的目标时间，作为从基准位置开始的时间；第2目标时间确定单元，其测量发动机旋转2圈前的旋转周期中的第2输出电平期间及随后的第1输出电平期间以及本次旋转周期中的第2输出电平期间，基于这些输出电平期间的测量值，推算本次旋转周期中的第1输出电平期间，并基于推算的第1输出电平期间，对目标曲柄角设定单元所设定的目标曲柄角进行时间换算，确定本次旋转周期中的目标时间，作为从基准位置开始的时间；以及发动机控制单元，其在启动发动机时，在从开始曲柄转动到发动机旋转2圈为止的期间内，基于第1目标时间确定单元所确定的目标时间，使发动机的控制设备工作，在旋转2圈后的期间内，基于第2目标时间确定单元所确定的目标时间，使发动机的控制设备工作。

根据如上构成的发动机的控制装置，在从开始曲柄转动到发动机旋转2圈为止的期间内，基于第1目标时间确定单元所确定的目标时间，使发动机的控制设备工作，在旋转2圈后的期间内，基于第2目标时间确定单元所确定的目标时间，使发动机的控制设备工作。因此，在启动发动机时，从曲柄转动开始之初，便能以同步于发动机旋转的合适的时机，使控制设备工作。

关于其他形态，优选目标曲柄角设定单元设定发动机的火花塞的目标点火时期作为目标曲柄角，第1及第2目标时间确定单元分别对目标点火时期进行时间换算，确定本次旋转周期的目标时间，发动机控制单元基于启动发动机时第1及第2目标时间确定单元所确定的目标时间，使火花塞工作。

根据如上构成，从曲柄转动开始之初，便能开始火花塞的点火时期控制。

关于其他形态，优选目标曲柄角设定单元设定发动机的喷射器的目标喷射时期作为目标曲柄角，第1及第2目标时间确定单元分别对目标喷射时期进行时间换算，确定本次旋转周期的目标时间，发动机控制单元基于启动发动机时第1及第2目标时间确定单元所确定的目标时间，使喷射器工作。

根据如上构成，从曲柄转动开始之初，便能开始喷射器的燃料喷射控制。

发明效果

根据本发明，在启动发动机时，从曲柄转动开始之初便能同步于发动机的旋转，使火花塞及喷射器等控制设备工作，从而能够实现发动机的快速启动。

附图说明

图1是表示实施方式的发动机的启动控制装置的系统结构图。

图2是表示对应磁阻分配头突起的曲柄角信号生成处理以及基于曲柄角信号确定目标点火时期的处理的时序图。

图3是表示ECU执行的启动模式选择程序的流程图。

具体实施方式

以下，对本发明具体化为搭载于二轮车上的发动机的启动控制装置的一个实施方式进行说明。

图1是表示本实施方式的发动机的启动控制装置的系统结构图。

本实施方式的发动机1构成为排气量50cc的四冲程单缸汽油发动机，搭载于二轮车上作为行驶用动力源。但是，发动机1的规格并不限定于此，可以任意变更。

在形成于发动机1的气缸体2中的气缸3内，可滑动地配设有活塞4，活塞4经由连杆5连接到曲柄6，与活塞4的往复运动联动，曲柄6随之旋转。在曲柄6的后端(未图示的变速器侧)安装有飞轮7，在飞轮7的外周上的规定角度区域内形成有磁阻分配头突起7a，该磁阻分配头突起7a由磁体构成，用于检测曲柄角。

在固定于气缸体2上的气缸盖9上形成有进气口9a及排气口9b，并且以前端朝向气缸内的姿态配设有火花塞10。在连接到进气口9a的进气通道11上，从上游侧开始依次设置有空气滤清器12、根据驾驶员的节流操作而开闭的节流阀13、具备ISCV(怠速控制阀)14的旁路通道15、以及朝向进气口9a喷射燃料的喷射器16。此外，在连接到排气口9b的排气通道17上，设置有用于净化废气的三元催化剂18以及未图示的消音器。

在进气口9a上配设有进气阀20，在排气口9b上配设有排气阀21。通过阀弹簧22，对这些进气排气阀20、21向闭合侧施力，并且利用在气缸盖9上同步于曲柄轴6而被旋转驱动的进气凸轮轴23及排气凸轮轴24，使这些进气排气阀20、21开启。由此，在同步于活塞4的往复运动的规定时刻，进气阀20及排气阀21开闭，由进气、压缩、膨胀、排气这4个行程构成的发动机1的燃烧循环以720℃A的曲柄角反复工作。

利用燃料泵26，向上述喷射器16供应存储于燃料罐25内的燃料(汽油)。燃料泵26和喷射器16形成为一体，经由供应软管27及回流软管28，分别连接到燃料罐25。

如果燃料泵26工作，则会经由供应软管27将燃料罐25内的燃料引导至燃料泵26内，并加压至规定压力，将加压后的燃料供应给喷射器16，并经由回流软管28将剩余燃料回收到燃料罐25中。由此，能够始终向喷射器16供应规定压力的燃料，可以根据喷射器16的开启，以规定的喷射时期及喷射量向进气口9a喷射燃料。

在发动机1运行过程中，利用进气行程中伴随活塞4的下降而产生的负压，经由空气滤清器12将外部气体吸入到进气通道11内，根据节流阀13的开度，调整吸入空气的流量，然后与从喷射器16喷射的燃料混合，同时在进气阀20开启期间流入发动机1的气缸内。在接下来的压缩行程中进行压缩，然后在压缩上止点附近利用火花塞10对混合气体点火，在膨胀行程中进行燃烧，并经由活塞4，对曲柄轴6施加旋转力。在接下来的排气行程中，在排气阀21开启期间，将燃烧后的废气从气缸内排出，流过排气通道17并经过三元催化剂18及消音器，排出到外部。

基于ECU31(发动机控制单元)的控制，执行以上发动机1的燃烧循环。因此，在ECU31的输入侧连接有电磁拾音器(pick-up)32(信号输出单元)、节流开度传感器33、O₂传感器34以及水温传感器35等各种传感器类，电磁拾音器32和上述飞轮7相向地配置，输出同步于磁阻分配头突起7a的检测信号，节流开度传感器33用于检测节流阀13的开度，O₂传感器34配设于排气通道17中，根据以化学计量(stoichiometry)(理论空燃比)为中心的排气空燃比的变动，使输出呈阶梯状地变动，水温传感器35用于检测发动机1的冷却水温Tw。此外，在ECU31的输出侧连接有上述ISCV14、喷射器16(控制设备)、燃料泵26以及用于驱动火花塞10(控制设备)的点火器36等各种设备类。

ECU31基于这些传感器信息，执行用于驱动喷射器16的燃料喷射控制、用于驱动火花塞10的点火时期控制等各种控制，使发动机1运行。

例如，作为燃料喷射控制，ECU31基于根据电磁拾音器32的检测信号计算出的发动机旋转速度Ne以及由节流传感器33检测出的节流开度θth等，决定目标燃料喷射量，并在进气行程的规定时刻驱动喷射器16，执行燃料喷射。

此外，作为点火时期控制，ECU31基于发动机旋转速度Ne及节流开度θth等，决定目标点火时期，同时基于根据电磁拾音器32的检测信号生成的矩形波状曲柄角信号，确定对应于目标点火时期的时刻，驱动点火器36，使火花塞10点火(发动机控制单元)。

以下，详细说明这种由ECU31执行的、从生成曲柄角信号到火花塞10的点火时期控制为止的处理。

图2是表示对应磁阻分配头突起7a的曲柄角信号的生成处理以及基于曲柄角信号确定目标点火时期的处理的时序图。

在飞轮7上，跨越60℃A的特定角度区域形成有本实施方式的磁阻分配头突起7a。如果将飞轮7的旋转方向上的磁阻分配头突起7a的端部设为起点，将反向旋转方向上的磁阻分配头突起7a的端部设为终点，则该起点在比发动机1的上止点提前80℃A一侧的曲柄角处对应于电磁拾音器32，终点在比上止点提前20℃A一侧的曲柄角处对应于电磁拾音器32。

电磁拾音器32具有如下特性，即通过与磁体之间的接触、分离而引发磁通变化，从而使输出发生变动。因此，每当和磁阻分配头突起7a的起点及终点对应时，从电磁拾音器32输出的检测信号就会呈尖峰状变动。更具体阐述为，在对应于磁阻分配头突起7a的起点的BTDC(Before Top Dead Center，上止点前)80℃A、以及对应随后的终点的BTDC20℃A，检测信号分别发生变动，这些检测信号的变动每隔360℃A进行重复。

如上所述，将电磁拾音器32输出的检测信号输入到ECU31中，ECU31使用内置的锁存电路31a(信号输出单元)，生成曲柄角信号。也就是说，锁存电路31a在对应于磁阻分配头突起7a的起点的检测信号的变动时刻，使曲柄角信号上升并保持为接通状态(本发明的第1输出电平期间，以下简称为接通期间)，在对应于随后的磁阻分配头突起7a的终点的变动时刻，使曲柄角信号下降并保持为关断状态(本发明的第2输出电平期间，以下简称为关断期间)。由锁存电路31a反复执行该处理，以360℃A为1个周期(关断期间+接通期间)，生成与发动机1的曲柄角同步地变动的矩形波状曲柄角信号。

然后，基于曲柄角信号执行点火时期控制，和专利文献1的技术一样，如果为了推算本次旋转周期的接通期间而参照旋转2圈前的接通期间及关断期间，会出现发动机启动延迟的问题。

鉴于这一问题，本发明者研究发现，如果相较于常规情况(例如专利文献1)，将飞轮7上的磁阻分配头突起7a设置于更靠提前角侧，使曲柄角信号的接通期间向提前角侧偏移，则可以确保在测量接通期间后有充裕的时间用于确定目标点火时期。上述形成的磁阻分配头突起7a的特定角度区域就是基于该认知而得出的。但是，该方法仅根据接通期间的测量结果对目标点火时期进行时间换算，因此，延迟角点火时(测量结束部位和点火通电关断相分离)，和现有的反映旋转2圈前的接通期间及关断期间的方法相比，难以进行准确的点火时期控制。

因此，仅在从曲柄转动开始之初到发动机1旋转2圈为止的期间内(对应首次点火)执行该点火时期控制(本发明的第1目标时间确定单元，以下简称为第1启动模式)，之后转为基于现有方法执行点火时期控制(本发明的第2目标时间确定单元，以下简称为第2启动模式)。

另外，磁阻分配头突起7a的最佳特定角度区域是从上述BTDC 80℃A到BTDC 20℃A，但并不限定于此，只要将磁阻分配头突起7a的起点设定在BTDC 90～60℃A的范围内，将磁阻分配头突起7a的终点设定在BTDC 20～15℃A的范围内即可。

以下，基于以上认知，针对由ECU31执行的发动机启动时的控制进行说明。

图3是表示ECU31执行的启动模式选择程序的流程图，ECU31在车辆的点火开关进行了接通操作时，以规定的控制间隔开始该程序。

首先，于步骤S2判断发动机1的曲柄转动是否开始，如果为No(否)，则暂时结束程序。如果曲柄转动开始，使得在步骤S2中判断为Yes(是)，则进入步骤S4，判断发动机1是否已经旋转2圈。如果还没有旋转2圈，判断为No，并在步骤S6中选择第1启动模式，然后结束程序；如果发动机1已经旋转2圈，步骤S4的判断为Yes，则进入步骤S8，选择第2启动模式，然后结束程序。

关于以上由ECU31选择启动模式，并据此在启动发动机时执行点火时期控制的执行状况，基于图2的时序图，进一步进行说明。

图2所示的是在膨胀行程和排气行程之间发动机1的曲柄转动开始的情况，在该曲柄转动开始之初，根据图3的程序，选择第1启动模式。

如上所述，曲柄角信号以360℃A为1个周期发生变动，首先，测量从位于排气上止点之前的关断期间开始到位于压缩行程中的关断期间结束(＝接通期间开始)，作为该旋转的旋转周期中的关断期间Toff_(n-2)。继而，测量从接通期间开始到位于压缩上止点之前的接通期间结束，作为该旋转的旋转周期中的接通期间Ton_(n-2)。另外，这些测量值表示关断期间Toff_(n-2)及接通期间Ton_(n-2)的持续时间(后述本次期间的关断期间Ton_(n)及接通期间Ton_(n)相同)。

与此同时，在接通期间Ton_(n-2)开始的同时，利用点火器36开始对点火线圈通电，基于预先设定的启动用目标点火时期以及接通期间Ton_(n-2)，确定目标点火时期，基于该目标点火时期，点火线圈通电结束，火花塞10被点火。在先于该点火的进气行程的规定时刻，从喷射器16喷射燃料，在随后的压缩行程中对喷射的燃料和吸入的空气一同在气缸内进行压缩，因此，点火会使膨胀行程中发生燃烧。

此时，按照以下步骤执行利用第1启动模式确定目标点火时期的处理。首先，对于目标点火时期，以接通期间Ton_(n-2)的开始时刻(上升沿)为基准，计算从该基准位置到目标点火时期的曲柄角(本发明的目标曲柄角，以下称为点火目标曲柄角Dtgt)(目标曲柄角设定单元)。另外，在本实施方式中，预先在ECU31中将发动机启动时的点火目标曲柄角Dtgt存储作为固定值，但并不仅限于此，例如也可以基于发动机1的冷却水温Tw或电池电压，可变地设定点火目标曲柄角Dtgt(目标曲柄角设定单元)。

按照上述方式测量的接通期间Ton_(n-2)相当于磁阻分配头突起7a的角度区域(60℃A)的曲柄角，使曲柄6旋转该曲柄角需要接通期间Ton_(n-2)。因此，以这些磁阻分配头突起7a的特定角度区域以及接通期间Ton_(n-2)的关系为指标，对点火目标曲柄角Dtgt进行时间换算，可以计算出从基准位置到目标点火时期所需的时间(本发明的目标时间，以下简称为点火目标时间Ttgt)。然后，在从基准位置经过点火目标时间Ttgt后的目标点火时期的时刻，结束点火线圈的通电，从而进行点火。

另外，基准位置并不一定要为接通期间的开始时刻，也可以以接通期间的结束时刻(下降沿)为基准位置。

如上所述，执行曲柄转动开始之初的首次点火，第2次点火是在发动机1旋转2圈后(720℃A后)的旋转周期中的压缩上止点之前执行。

此时，根据图3的程序选择第2启动模式，并按照以下步骤执行利用该第2启动模式确定目标点火时期的处理。

首先，除在旋转2圈前的旋转周期中已经测量的关断期间Toff_(n-2)及接通期间Ton_(n-2)，还要测量本次旋转周期中的关断期间Toff_(n)。基于这些测量值(Toff_(n-2)、Ton_(n-2)、Toff_(n))，并根据以下公式(1)推算本次旋转周期中的接通期间Ton_(n)。

Ton_(n)＝Toff_(n)·Ton_(n-2)/Toff_(n-2)……(1)

然后，和上述第1启动模式一样，以磁阻分配头突起7a的特定角度区域以及接通期间Ton_(n)的关系为指标，对点火目标曲柄角Dtgt进行时间换算，可以计算出从基准位置到目标点火时期所需的时间(点火目标时间Ttgt)。此时的点火目标曲柄角Dtgt并不一定需要采用和第1启动模式相同的值，也可以采用预先设定的其他固定值或者基于发动机1的冷却水温Tw或电池电压计算出的值作为点火目标曲柄角Dtgt(目标曲柄角设定单元)。另外，关于以上根据第2启动模式计算点火目标时间Ttgt的详细处理，请参照专利文献1。

之后，随着发动机1的曲柄转动继续，反复以720℃A的间隔执行使喷射器16喷射燃料以及火花塞10基于第2启动模式所确定的目标点火时期(＝点火目标时间Ttgt)进行点火。

然后，如果发动机旋转速度Ne超过预先设定的完全爆炸判断值，则视作发动机1启动已完成，为了继续运行，ECU31转入运行模式。在该运行模式下，不同于启动发动机时的情况，是基于发动机1的运行状态(例如，发动机旋转速度Ne、节流开度θth)计算点火目标曲柄角Dtgt作为目标点火时期，但是，关于将点火目标曲柄角Dtgt进行时间换算为点火目标时间Ttgt的处理，按照和上述第2启动模式相同的步骤执行。

如上所述，根据本实施方式的发动机1的启动控制装置，为了能够在测量曲柄角信号的接通期间后确定目标点火时期，将飞轮7上的磁阻分配头突起7a设定于提前角侧，在此基础上，曲柄转动开始之初的首次点火是基于曲柄角信号的接通期间Ton_(n-2)的测量值确定目标点火时期(第1启动模式)，第2次以后的点火是基于旋转2圈前的旋转周期中的关断期间Toff_(n-2)及接通期间Ton_(n-2)以及本次旋转周期中的关断期间Toff_(n)的各测量值，推算本次旋转周期中的接通期间Ton_(n)，并基于推算的接通期间Ton_(n)，确定目标点火时期(第2启动模式)。

因此，在启动发动机1时，从曲柄转动开始之初，便能在同步于发动机1的旋转的合适的时机，开始火花塞10的点火时期控制，进而能够实现发动机的快速启动。

此外，本实施方式中，具体化为在启动发动机时用于确定目标点火时期的处理，但是应用对象并不仅限于点火时期控制，例如也可以应用于燃料喷射控制。而且，在曲柄转动开始之初的首次燃料喷射(进气行程)中，也可以基于曲柄角信号的接通期间Ton_(n-2)的测量值确定目标喷射时期(＝喷射目标时间Ttgt)(第1目标时间确定单元)，然后可以基于该目标喷射时期，首次利用喷射器16喷射燃料(发动机控制单元)，在此不做重复说明，和实施方式一样，能够快速地开始燃料喷射控制，尽快启动发动机1。

实施方式的说明至此结束，但本发明的形态并不仅限于该实施方式。例如，上述实施方式具体化为搭载于二轮车上的发动机1的启动控制装置，但发动机1的搭载对象并不仅限于此。例如也可以具体化为搭载于三轮车、发电机上的发动机1的启动控制装置。此外，上述实施方式是应用于单气缸发动机1的情况，也可以应用于多气缸发动机。

另外，上述实施方式使用ECU31的锁存电路31a及电磁拾音器32作为信号输出单元，但并不仅限于此，可以任意变更，例如也可以使用众所周知的光遮断器(photo interrupter)。

标号说明

1 发动机

10 火花塞(控制设备)

16 喷射器16(控制设备)

31 ECU(目标曲柄角设定单元、第1目标时间确定单元、第2目标时间确定单元、发动机控制单元)

31a 锁存电路(信号输出单元)

32 电磁拾音器(信号输出单元)