JP2005023911A

JP2005023911A - 内燃機関用制御装置

Info

Publication number: JP2005023911A
Application number: JP2003270780A
Authority: JP
Inventors: Bunro Kobayashi; 文朗小林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-07-03
Filing date: 2003-07-03
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2023-07-03
Also published as: JP4239730B2

Abstract

【課題】バッテリレス車や、バッテリが性能低下している場合にあっても、ＥＦＩ（電子制御燃料噴射）システムを有する内燃機関の良好な始動性を確保すること。
【解決手段】内燃機関１の始動時にクランク角センサ２０でクランク角信号が検出されると、まず、燃料ポンプ４２が１２０〔ｍｓ〕駆動されることでインジェクタ５の燃圧が所定燃圧とされる。この所定燃圧は、始動時にインジェクタ５から内燃機関１に所定回数だけ所望の燃料噴射量を供給するために必要な燃圧である。このため、始動時の燃料ポンプ４２によるエネルギ損失を最小限とすることができ、例えば、バッテリレス車や、車両に搭載されたバッテリ８０が性能低下している場合にあっても、キック始動時の発電機７０による発電電力が有効利用されることでＥＦＩシステムを有する内燃機関１における良好な始動性を確保することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関を始動させる際のエネルギ消費を抑え、始動性を向上する内燃機関用制御装置に関するものである。

従来、内燃機関用制御装置に関連する先行技術文献としては、特許第３２０１６８４号公報にて開示されたものが知られている。このものでは、バッテリレス車の始動時に、発電機の発電電力を点火装置へ優先的に供給し、内燃機関の始動が確実になされた後にランプ等の電気負荷への給電を行う技術が示されている。
特許第３２０１６８４号（第１頁〜第３頁）

ところで、前述のものでは、内燃機関への燃料供給系については特に、言及されていないことから、内燃機関への燃料供給に関して発電機による発電電力を必要としない、キャブレタによる燃料供給系が想定されている。

近年、内燃機関への燃料供給系にインジェクタ（燃料噴射弁）を備え、内燃機関の運転状態に応じてより適切な燃料供給を行うことで、燃費、エミッション、ドライバビリティを向上可能なＥＦＩシステムが広く採用されるようになってきている。このようなＥＦＩシステムでは、内燃機関の運転時、当然のことながら、インジェクタに燃料を圧送する燃料ポンプが必要であり、その駆動には所定の電力供給が必要となる。

このため、バッテリレス車や、車両に搭載されたバッテリが性能低下している場合にあっても、ＥＦＩシステムを有する内燃機関であれば、その始動時に発電機による発電電力を燃料ポンプにも供給することが必要となり、発電機による発電電力が不足気味となって始動性が低下するという不具合があった。

そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、バッテリレス車や、車両に搭載されたバッテリが性能低下している場合にあっても、ＥＦＩシステムを有する内燃機関の良好な始動性を確保可能な内燃機関用制御装置の提供を課題としている。

請求項１の内燃機関用制御装置によれば、システム電源投入に伴う燃料ポンプの初回ポンプ駆動では、ポンプ制御手段によって、燃料ポンプが第１の所定時間駆動されることでインジェクタ（燃料噴射弁）の燃圧が、始動時にインジェクタから内燃機関に所定回数だけ所望の燃料噴射量を供給するために必要な所定燃圧とされる。なお、この初回ポンプ駆動中はクランク角信号が検出されてもポンプ駆動時間は延長されない。このため、始動時に燃料ポンプが通常２〜３〔ｓｅｃ：秒〕駆動される既存のシステムと比較して、始動時の燃料ポンプの駆動によるエネルギ損失を最小限に抑えることが可能となる。

請求項２の内燃機関用制御装置では、回転速度検出手段によりクランク角信号に基づき内燃機関の機関回転速度が検出され、燃料ポンプの第１の所定時間駆動終了時点で、機関回転速度が所定回転速度未満であるときには、スタータ始動時と判断され、システムへの給電エネルギがバッテリからであると判断され、燃料ポンプの駆動を引続き第２の所定時間延長して駆動されると共に、クランク角信号が検出されたときには、燃料ポンプの駆動時間が第３の所定時間にセットされるので、例えば、ＥＣＵ電源がオンされたのちしばらくしてからスタータ始動されるような間欠的な始動時操作によっても確実な始動が達成される。

請求項３の内燃機関用制御装置では、回転速度検出手段によりクランク角信号に基づき内燃機関の機関回転速度が検出され、燃料ポンプの第１の所定時間駆動終了時点で、機関回転速度が所定回転速度以上であるときには、キック始動時と判断され、例えば、バッテリレスの内燃機関や、バッテリの容量不足によりスタータ始動できない状態等にあり、キック始動によって発電機を回転させ発電させていると判断され、発電機によるエネルギの無駄使用を防止するため、燃料ポンプの駆動が一時停止され、内燃機関の燃焼サイクルが所定回数終了して始動完了と判断されたときには、発電機によるエネルギ発生に基づく燃料ポンプへの給電が再開され燃料ポンプが再駆動される。これにより、キック始動時には無駄なエネルギ消費がなくなり確実な始動が達成される。

請求項４の内燃機関用制御装置におけるポンプ制御手段では、内燃機関の燃焼サイクルが所定回数として２回乃至３回に設定される。これは、内燃機関の燃焼サイクルが２回乃至３回終了すると始動時燃料噴射・始動時点火が適切に実行され始動完了と判断されるためであり、これ以降では内燃機関のクランクシャフトの回転に伴う発電機によるエネルギ発生は十分となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施例にかかる内燃機関用制御装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。

図１において、１は４サイクル単気筒でＥＦＩ（電子制御燃料噴射）システムを有する内燃機関（エンジン）であり、内燃機関１の吸気通路２にはエアクリーナ３からの空気が導入される。この吸気通路２途中には、図示しないアクセルペダルの操作に連動して開閉されるスロットルバルブ１１が設けられている。このスロットルバルブ１１が開閉されることにより、吸気通路２への吸入空気量が調節される。また、内燃機関１のクランクシャフト１２にはその回転に伴うクランク角〔°ＣＡ〕を検出するクランク角センサ２０が設けられている。このクランク角センサ２０で検出されるクランク角信号に基づき内燃機関１の機関回転速度が算出される。そして、吸気通路２途中に設けられたスロットルバルブ１１の下流側には、吸気通路２内の吸気圧（吸気管圧力）を検出する吸気圧センサ２５が設けられている。

また、クランク角センサ２０で検出されるクランク角信号に同期して後述のＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御ユニット）３０から出力される燃料噴射信号に基づき、内燃機関１の吸気ポート４の近傍で吸気通路２に設けられたインジェクタ（燃料噴射弁）５から燃料が噴射供給される。そして、吸気通路２内における所定の燃料噴射量及び吸入空気量からなる混合気が吸気バルブ６を介して燃焼室７内に吸入される。

また、内燃機関１の燃焼室７内に向けて点火プラグ１３が配設されている。この点火プラグ１３にはクランク角センサ２０で検出されるクランク角信号に同期して後述のＥＣＵ３０から出力される点火指令信号に基づき点火コイル１４からの高電圧が印加され、燃焼室７内の混合気に対する点火燃焼が行われる。このように、燃焼室７内の混合気が燃焼され駆動力が得られ、この燃焼後の排気ガスは、排気バルブ８を介して排気マニホールドから排気通路９に導出され外部に排出される。

燃料タンク４１内に設置された燃料ポンプ４２は、バッテリ８０または発電機７０からの給電により駆動される電動モータ部とポンプ部とが一体化されたものである。この燃料タンク４１内に貯留され燃料ポンプ４２で汲上げられる燃料は、インジェクタ５に供給される。

内燃機関１のクランクシャフト１２には、矢印方向に回転されるクランクロータ２１が配設されている。このクランクロータ２１の外周には、クランク角信号検出用の突起部２２が形成されている。クランク角センサ２０はクランクロータ２１の外周に形成された突起部２２に対向し、それら突起部２２によるクランク角信号（クランクシャフト１２の回転位置）を検出する電磁ピックアップ等からなる（ホール素子やＭＲＥを用いたセンサでも可能）。

ＥＣＵ３０は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ、制御プログラムや制御マップ等を格納したＲＯＭ、各種データ等を格納するＲＡＭ及び入出力回路等からなるマイクロコンピュータを内蔵し構成されている。このＥＣＵ３０にはクランク角センサ２０からのクランク角信号、吸気圧センサ２５からの吸気圧信号等が入力されている。これら各種センサ情報に基づくＥＣＵ３０からの出力信号に基づき、燃料噴射時期及び燃料噴射量に関連するインジェクタ５、点火プラグ１３の点火時期に関連する点火コイル１４、燃料ポンプ４２等が適宜、制御される。

なお、本実施例は、バッテリ８０が搭載されていない車両、所謂バッテリレス車では、キックレバー５１によるキック始動機構５０、一方、バッテリ８０が搭載されている車両では、キック始動機構５０に加え、または単独で所謂セルモータ６１によるスタータ始動機構６０を有する何れの構成にも対応させることができる。そして、キック始動機構５０またはスタータ始動機構６０によって内燃機関１のクランクシャフト１２に接続された回転系及び発電機７０を駆動するものである。なお、発電機７０は、クランクシャフト１２と一体的に駆動が可能なものであって周知の構造であるため説明を省略する。

次に、本発明の一実施例にかかる内燃機関用制御装置で使用されているＥＣＵ３０における始動時の燃料ポンプ４２に対するポンプ駆動制御の処理手順を示す図２及び図３のフローチャートに基づき、図４を参照して説明する。なお、このポンプ駆動制御ルーチンのうち、図２はシステム電源投入に伴うＥＣＵ電源がオン（図４に示す時刻ｔ01）でＥＣＵ３０に対する電源供給が開始されたのち所定時間（例えば、８〔ｍｓ〕）毎、図３はクランク角信号の入力毎にそれぞれ実行される。なお、初回のポンプ駆動のためのポンプ駆動タイマのセットはイニシャルルーチンによって実行されているものとする。

ここで、図４は図２及び図３の処理に対応するクランク角信号やタイマ等の遷移状態をキック始動時（太い実線にて表示）を想定して示すタイムチャートである。なお、このタイムチャートでは、クランク角信号の発生に伴う内燃機関１の燃焼サイクルにおける所定の行程位置に応じた始動時燃料噴射・始動時点火等については省略されており、時刻ｔ03〜時刻ｔ04の間に内燃機関１の燃焼サイクルが２回終了されることとする。

図２において、ステップＳ１０１では、ポンプ駆動タイマが「０（零）」であるかが判定される。ステップＳ１０１で、ポンプ駆動タイマが「０」でなければステップＳ１０２に移行し、ポンプ駆動タイマが「−１」減算されたのちステップＳ１０８に移行し、燃料ポンプ４２が駆動され、本ルーチンを終了する。

一方、ステップＳ１０１で、ポンプ駆動タイマが「０」であるときにはステップＳ１０３に移行し、初回のポンプ駆動の終了であるかが判定される。初回のポンプ駆動の終了時でないときにはステップＳ１０６に移行し、燃料ポンプ４２が停止され本ルーチンを終了する。初回のポンプ駆動の終了時であるときにはステップＳ１０４に移行し、内燃機関１の機関回転速度が所定回転速度以上であるかが判定される。ここで、大抵の小型４サイクル単気筒の内燃機関において、セルモータ６１によるスタータ始動時であれば、この初回のポンプ駆動の終了時における機関回転速度は最高でも５００回転程度であり、キックレバー５１によるキック始動時であれば、有効なキックの場合、機関回転速度は１０００回転を越える。このように、スタータ始動時とキック始動時とでは、このタイミングにおける機関回転速度には大きな差があり、判定閾値としての所定回転速度は両者の中間値として例えば、７００回転に予め設定される。

ステップＳ１０４の判定条件が成立、即ち、機関回転速度が所定回転速度以上と高いときには、キック始動時と判定し、エネルギの無駄使用をなくすためステップＳ１０５に移行し、内燃機関１の燃焼サイクルが所定回数終了するまでクランク角信号入力毎のポンプ駆動時間プリセットが禁止される。この所定回数は、内燃機関１の燃焼サイクルに対応する燃料噴射回数及び点火回数が終了して内燃機関１の始動が達成されたと見做される回数として２回乃至３回に設定される。そして、ステップＳ１０６で燃料ポンプ４２が停止され本ルーチンを終了する。

ステップＳ１０４の判定条件が成立せず、即ち、機関回転速度が所定回転速度未満と低いときには、スタータ始動時と判定しステップＳ１０７に移行し、ポンプ駆動時間が２〔ｓｅｃ〕延長されポンプ駆動時間がセットされる。また、クランク角信号入力毎のポンプ駆動時間（第３の所定時間）プリセットが許可される。そして、ステップＳ１０８で燃料ポンプ４２が駆動され本ルーチンを終了する。

次に、図３のクランク角信号入力毎のポンプ駆動制御ルーチンでは、ステップＳ２０１で、初回のポンプ駆動が終了したかが判定される。初回のポンプ駆動が終了していないときには、本ルーチンを終了する。一方、初回のポンプ駆動が終了しているときには、ステップＳ２０２に移行し、キック始動時またはスタータ始動時かが判定される。キック始動時のときにはステップＳ２０３に移行し、内燃機関１の燃焼サイクルが所定回数終了しているかが判定される。ステップＳ２０３の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１の燃焼サイクルが所定回数終了していないときには、本ルーチンを終了する。

そして、ステップＳ２０２の判定条件が成立せず、即ち、スタータ始動時またはステップＳ２０３の判定条件が成立、即ち、内燃機関１の燃焼サイクルが所定回数終了しているときにはステップＳ２０４に移行し、ポンプ駆動時間（第３の所定時間）が再セットされる。

したがって、スタータ始動時には、図４のタイムチャートに示すように、燃料ポンプ４２は時刻ｔ02に駆動開始され、時刻ｔ03にて太い破線にて示す２〔ｓｅｃ〕延長されたポンプ駆動タイマが「０」になるまで駆動される。この期間内に、内燃機関１が始動完了しクランク角信号が発生されると、こののち燃料ポンプ４２は内燃機関１の停止に伴ってＥＣＵ電源がオフされＥＣＵ３０に対する電源供給が終了されるまで連続して駆動されることとなる。

このように、本実施例の内燃機関用制御装置は、４サイクル単気筒でＥＦＩ（電子制御燃料噴射）システムを有する内燃機関１のクランクシャフト１２の回転に伴うクランク角信号を検出する信号検出手段としてのクランク角センサ２０と、内燃機関１に対して燃料を噴射供給するインジェクタ（燃料噴射弁）５に燃料を圧送する燃料ポンプ４２と、その燃料ポンプ４２を、システム電源投入に伴う初回のポンプ駆動時には、インジェクタ５の燃圧が所定燃圧となるよう第１の所定時間である１２０〔ｍｓ〕をポンプ駆動時間としてセットすると共に、初回のポンプ駆動中はクランク角信号を検出してもポンプ駆動時間を再セットさせないＥＣＵ３０にて達成されるポンプ制御手段とを具備するものである。

つまり、システム電源投入に伴うＥＣＵ電源のオンでＥＣＵリセット時間ののち（図４に示す時刻ｔ02）、初回のポンプ駆動によって燃料ポンプ４２が１２０〔ｍｓ〕駆動されることでインジェクタ５の燃圧が所定燃圧とされる。この所定燃圧は、始動時にインジェクタ５から内燃機関１に所定回数だけ所望の燃料噴射量を供給するために必要な燃圧である。なお、この初回のポンプ駆動中はクランク角信号が検出されてもポンプ駆動時間のプリセットが禁止され駆動延長はされない。このため、始動時の燃料ポンプ４２によるエネルギ損失を最小限とすることができ、例えば、バッテリレス車や、車両に搭載されたバッテリ８０が性能低下している場合にあっても、キック始動時の発電機７０による発電電力が有効利用されることでＥＦＩシステムを有する内燃機関１における良好な始動性を確保することができる。

また、本実施例の内燃機関用制御装置は、クランク角センサ２０からのクランク角信号に基づき内燃機関１の機関回転速度を検出するＥＣＵ３０にて達成される回転速度検出手段を具備し、ＥＣＵ３０にて達成されるポンプ制御手段は、第１の所定時間である１２０〔ｍｓ〕経過時において、機関回転速度が所定回転速度として７００回転未満であるときには、燃料ポンプ４２を１２０〔ｍｓ〕に続き第２の所定時間である２〔ｓｅｃ〕延長しポンプ駆動時間としてセットすると共に、クランク角信号を検出する毎に第３の所定時間である１２０〔ｍｓ〕をポンプ駆動時間としてセットするものである。

つまり、内燃機関１の始動時、初回のポンプ駆動によって燃料ポンプ４２が１２０〔ｍｓ〕駆動された直後に、機関回転速度が７００回転未満であるときには、セルモータ６１によるスタータ始動時であると分かり、バッテリ８０からの給電エネルギによる燃料ポンプ４２の駆動と判断され、燃料ポンプ４２が引続き２〔ｓｅｃ〕延長され駆動される。また、クランク角信号の入力毎に１２０〔ｍｓ〕がポンプ駆動時間としてプリセットされる。これにより、例えば、二輪車において、イグニッションスイッチ（図示略）がオンされ、ＥＣＵ電源がオンされたのちしばらくしてからスタータスイッチ（図示略）によりセルモータ６１が駆動されるような間欠的な始動時操作によっても確実な始動を達成することができる。

そして、本実施例の内燃機関用制御装置は、クランク角センサ２０からのクランク角信号に基づき内燃機関１の機関回転速度を検出するＥＣＵ３０にて達成される回転速度検出手段を具備し、ＥＣＵ３０にて達成されるポンプ制御手段は、第１の所定時間である１２０〔ｍｓ〕経過時において、機関回転速度が所定回転速度として７００回転以上であるときには、燃料ポンプ４２を内燃機関１の燃焼サイクルが所定回数終了するまではクランク角信号を検出してもポンプ駆動時間をセットさせないと共に、この所定回数終了ののちはクランク角信号を検出する毎に第３の所定時間である１２０〔ｍｓ〕をポンプ駆動時間としてセットするものである。また、ＥＣＵ３０にて達成されるポンプ制御手段は、所定回数を２回、即ち、クランクシャフト１２の４回転分とするものである。

つまり、内燃機関１の始動時、燃料ポンプ４２の１２０〔ｍｓ〕駆動によりインジェクタ５の燃圧が所定燃圧となった時点で、機関回転速度が７００回転以上であるときには、キックレバー５１によるキック始動時であると分かり、例えば、バッテリレスや、バッテリ８０の容量不足によりセルモータ６１が作動できない状態等にあり、キックレバー５１によって発電機７０を回転させ発電させていることから、発電機７０によるエネルギの無駄使用を防止するため、燃料ポンプ４２を内燃機関１の燃焼サイクルが所定回数終了するまではクランク角信号が入力されてもポンプ駆動時間がプリセットされないことで、燃料ポンプ４２が一時停止される。そして、内燃機関１の燃焼サイクルが所定回数として２回終了すると始動完了されたとして、クランク角信号入力毎にポンプ駆動時間とてし第３の所定時間がプリセットされ、発電機７０によるエネルギ発生に基づく燃料ポンプ４２への給電が再開され燃料ポンプ４２が再駆動される。これにより、キック始動時であってもインジェクタ５に対する所定燃圧が好適に維持され、かつ始動時燃料噴射・始動時点火が適切に実行されるため、確実な始動を達成することができる。

ここで、例えば、内燃機関１の機関回転速度が１０００回転のときクランク角信号のうちパルス信号の発生間隔は５〔ｍｓ〕であるため、内燃機関１が運転状態にある限り燃料ポンプ４２は、エネルギ供給を規制する強制的な一時停止中を除き、連続して駆動されるため内燃機関１の運転状態を良好に維持することができる。更に、内燃機関１の停止によりクランク角信号の発生がなくなると１２０〔ｍｓ〕という短い時間にて燃料ポンプ４２も停止されるため、異常事態で内燃機関１が停止してしまった場合、既存のシステムでは２〜３〔ｓｅｃ〕程度、燃料ポンプが回り続けてしまい問題となるが、本システムでは、極めて短時間にて燃料ポンプを停止させることができることとなる。

図１は本発明の一実施例にかかる内燃機関用制御装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。図２は本発明の一実施例にかかる内燃機関用制御装置で使用されているＥＣＵにおける始動時のポンプ駆動制御の処理手順を示すフローチャートである。図３は本発明の一実施例にかかる内燃機関用制御装置で使用されているＥＣＵにおける始動時のポンプ駆動制御の処理手順を示すフローチャートである。図４は図２及び図３の処理に対応するクランク角信号やタイマ等の遷移状態を示すタイムチャートである。

符号の説明

１内燃機関
５インジェクタ（燃料噴射弁）
１２クランクシャフト
２０クランク角センサ
３０ＥＣＵ（電子制御ユニット）
４２燃料ポンプ

Claims

４サイクル単気筒でＥＦＩ（Electronic Fuel Injection:電子制御燃料噴射）システムを有する内燃機関のクランクシャフトの回転に伴うクランク角〔°ＣＡ(Crank Angle）〕信号を検出する信号検出手段と、
前記内燃機関に対して燃料を噴射供給する燃料噴射弁に前記燃料を圧送する燃料ポンプと、
前記燃料ポンプを、システム電源投入に伴う初回ポンプ駆動時には、前記燃料噴射弁の燃圧が所定燃圧となるよう第１の所定時間をポンプ駆動時間としてセットすると共に、前記初回ポンプ駆動中は前記クランク角信号を検出してもポンプ駆動時間を再セットさせないポンプ制御手段と
を具備することを特徴とする内燃機関用制御装置。
前記クランク角信号に基づき前記内燃機関の機関回転速度を検出する回転速度検出手段を具備し、
前記ポンプ制御手段は、前記第１の所定時間経過時において、前記機関回転速度が所定回転速度未満であるときには、前記燃料ポンプを前記第１の所定時間に続き第２の所定時間延長しポンプ駆動時間としてセットすると共に、前記クランク角信号を検出する毎に第３の所定時間をポンプ駆動時間としてセットすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用制御装置。
前記クランク角信号に基づき前記内燃機関の機関回転速度を検出する回転速度検出手段を具備し、
前記ポンプ制御手段は、前記第１の所定時間経過時において、前記機関回転速度が所定回転速度以上であるときには、前記燃料ポンプを前記内燃機関の燃焼サイクルが所定回数終了するまでは前記クランク角信号を検出してもポンプ駆動時間をセットさせないと共に、この所定回数終了ののちは前記クランク角信号を検出する毎に第３の所定時間をポンプ駆動時間としてセットすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用制御装置。
前記ポンプ制御手段は、前記所定回数を２回乃至３回とすることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関用制御装置。