JP2005030250A - 内燃エンジンの電子制御式燃料噴射装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンジン発電機22に並列に電池233を設ける。リコイルスタータによるエンジン始動時には、電池233から燃料ポンプ等、電子制御部品に電力が供給される。エンジン1が自立運転を行うようになると発電機22から電力が供給される。エンジン回転数が第1の回転数以下のときは燃料ポンプ15のみを駆動する。エンジン回転数が第1の回転数を超えたときには、燃料ポンプ15を一旦停止し、噴射弁10と点火装置27とを互いに時期が重ならないように駆動する。エンジン回転数がさらに高い第2の回転数になったときは、燃料ポンプ15を再び駆動する。こうして、エンジン1が安定に自立運転するまでは、電子制御部品を別々の時期に駆動して始動時の消費電力を抑制する。
【選択図】図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃エンジンの電子制御式燃料噴射装置に関し、特にスタータモータを使用せずに手動操作などで始動させる比較的小型の内燃エンジンの電子制御式燃料噴射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃エンジン(以下、単に「エンジン」という)の吸気系に配設された燃料噴射弁と、エンジンの運転状態に応じて燃料噴射弁の開弁時間を制御して燃料噴射量を調整する制御装置とからなる電子制御式燃料噴射装置が知られている。従来の電子制御式燃料噴射装置では、燃料噴射弁、制御装置、および燃料ポンプを使用するために十分な電力を安定的に供給するバッテリを備えるのが一般的である。
【0003】
一方、リコイルスタータでエンジンを始動させ、始動後はエンジンで駆動される発電機のみから電力を得るようにした、バッテリを備えない形式の電子制御式燃料噴射装置が知られる。例えば、特許第2580367号公報に開示された電子制御式燃料噴射装置では、リコイルスタータで付勢されたフライホイールの回転慣性エネルギを効率よく利用するようにしてバッテリを必要としないようにしている。
【0004】
また、実公平8−9393号公報には、エンジンで駆動される発電機の出力を蓄積する蓄電手段を設けておき、発電機出力が低下した場合に、この蓄電手段から電力を供給して発電機出力を補うようにする燃料噴射装置が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
エンジンの始動時には発電機の出力は大きく不足する。したがって、不足電力を蓄電手段からの電力で補う従来の装置では、この不足分に対応するために、蓄電容量が相当大きい蓄電手段を必要とする。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄電手段を小型容量にすることができる電子制御式燃料噴射装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジンで駆動される主電源としての発電機から供給される電力で動作する燃料ポンプ、燃料噴射弁、および点火装置を有する内燃エンジンの電子制御式燃料噴射装置において、手動操作式のエンジン始動装置と、前記主電源と並列に設けられたバックアップ電池と、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記エンジンの回転数が第1の回転数以下のとき、および前記エンジンの回転数が前記第1の回転数より高い第2の回転数以上のときに前記燃料ポンプを動作させるとともに、前記エンジンの回転数が第1の回転数以上のときに前記燃料噴射弁および点火装置をそれぞれの駆動時期が互いに重ならないように予定の間隔で駆動させる駆動手段とを具備した点に第1の特徴がある。
【0007】
また、本発明は、前記始動装置がリコイルスタータである点に第2の特徴があり、前記バックアップ電池が、前記主電源で充電されるニッケルカドミウム電池である点に第2の特徴がある。
【0008】
本発明によれば、エンジン回転数が第1の回転数より低い間は、バックアップ電池の電力で燃料ポンプだけが駆動され、エンジン回転数が第2の回転数になったときは、燃料ポンプが停止され、点火装置と燃料噴射弁とが駆動される。そして、エンジン回転数が第2の回転数以上になれば、主電源から十分な電力が供給されるので再び燃料ポンプが駆動される。
【0009】
このように、十分な電力が得られないエンジン始動時に消費電力を抑えることによって、始動時に電力を供給するバックアップ電池を小型化できる。例えば、乾電池の使用も可能である。
【0010】
また、本発明によれば、リコイルスタータの簡単な始動操作性と、バックアップ電池の小型化との相乗により、一般のエンジン作業機に対して優れた汎用搭載性能を得ることができる。ニッケルカドミウム電池による良好な充電性能により、エンジン始動後に充電され、次回の始動にも安定して始動用保持電力を供給することができる。
【0011】
始動に失敗した場合にも、エンジン回転数が第1の回転数以下に低下したときに、燃料ポンプが駆動されるので、速やかに始動装置を操作して再びエンジン始動操作を開始できる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図2は本発明の一実施形態に係るエンジン発電装置の構成を示す図である。同図において、エンジン1のシリンダ2にはピストン3および点火プラグ4が配されている。シリンダ2の上部に開口する吸気ポート5には吸気弁6が設けられ、吸気ポート5は、吸気管7およびエアクリーナ8を介して大気に連通する。吸気管7の途中には、スロットル弁9が設けられ、スロットル弁9の上流側に燃料噴射弁(以下、単に噴射弁という)10および吸気温を検出する吸気温センサ11が配されている。スロットル弁9の開度はスロットル開度センサ12で検出される。シリンダ2の周りには冷却水が循環する通路2bが形成されていて、冷却水温度はシリンダ2の壁面に設けられた水温センサ2aによって検出される。
【0013】
噴射弁10に供給する燃料を貯蔵する燃料タンク13が設けられ、燃料タンク13と噴射弁10とは燃料供給管14で連結される。燃料供給管14の途中には燃料ポンプ15が設けられる。燃料ポンプ15は燃料を所定値に圧力調整して噴射弁10に供給する機能を有する。この噴射弁10により、スロットル弁9の上流側で吸気管7内に燃料が噴射される。
【0014】
エンジン1のクランク軸16には、環状部分を有するフライホイール17が固定され、このフライホイール17の環状部分の内周にはマグネット18および19が取り付けられている。マグネット18,19に対向する位置に、固定子鉄心20が設けられ、固定子鉄心20には巻線21が巻回されている。これら、マグネット18,19、固定子鉄心20、および巻線21によって単相2極の発電機(主電源)22を構成する。クランク軸16には、リコイルスタータを係合させるための連結部品(図示せず)が設けられる。リコイルスタータおよびその取り付け構造は、例えば、特開平2001−207941号公報や特開2000−328957号公報等に記載されている。
【0015】
巻線21は、発電電圧の整流および安定化を行う電源回路23に接続され、電源回路23は電子コントロールユニット(以下、ECUという)24に電源電圧を供給する。センサ11,12,2aの検出信号はECU24に供給される。
【0016】
ECU24は、燃料ポンプ15、点火装置27、および噴射弁10に、駆動のための信号を供給する。また、燃料ポンプ15、点火装置27、および噴射弁10へは、図示しないケーブルで電源回路23を介して電力が供給される。
【0017】
図3は、電源回路23を含む電気系統図である。同図において、発電機22の出力は、全波整流器25を介して電源回路23に接続される。電源回路23は、全波整流器25を介して入力される出力電圧を定電圧(例えば、14.5ボルト)に調節する定電圧レギュレータ231およびトランジスタ232、並びにバックアップ用の電池233およびその充電器234を備える。電池233は、再充電可能な電池、例えば、定格電圧6ボルトのニッケルカドミウム電池が適当である。電池233と電源ラインLとの間には逆流防止用のダイオード235が設けられる。
【0018】
定電圧レギュレータ231は全波整流器25の出力を予定電圧以下になるようにトランジスタ232を制御する。電池233は、充電電圧が所定値(6ボルトより低い値)以下になったときに充電器234がオンとなって発電機22の出力で充電されるようにECU24で制御される。電源回路23の出力側には、電源スイッチ26を介して、ECU24、燃料ポンプ15、噴射弁10、点火装置27、およびエンジン回転数制御用の電子ガバナ28が接続される。発電機22の出力波形が、例えば定電圧レギュレータ231において検出され、発電機22の回転数つまりエンジン1の回転数NEの算出のためECU24に入力される。ECU24は、出力波形の周波数からエンジン1の回転数NEを算出する。また、ECU24は、入力された出力波形に基づいて、この波形の振幅がゼロの位置、つまり全波整流された発電機出力の半波波形の立ち上がりの位置が検出される。この半波波形の立ち上がりは、後述の電子制御部品の動作タイミングを決定する際に使用される。
【0019】
電源回路23には、外部の蓄電池、例えば、定格電圧12ボルトの蓄電池29を接続するための外付け端子Tを備えることができる。電池233が放電したときに補助として蓄電池29を接続できるようにするためである。蓄電池29はヒューズ30およびスイッチ31を介して外付け端子Tに接続される。
【0020】
図4は、発電機22の出力波形の一例を示す図である。同図において、ニッケルカドミウム電池である電池233の電圧(6ボルト)を参照するためラインAで示し、レギュレータ231の最大出力電圧(14.5ボルト)はラインBで示される。エンジン回転数NEが100rpm(第1の回転数)のときは、全波整流器25で整流後の発電機22の出力電圧V1は電池233の電圧ラインAより低い。そして、エンジン回転数NEが1000rpm(第2の回転数)のところでは、発電機22の整流後の出力電圧V2は電池233の電圧ラインAを超え、レギュレータ231の最大出力電圧ラインBにほぼ近付いている。
【0021】
本実施形態では、このようなエンジン低回転時の発電機22の出力を考慮して、次のように、エンジン始動時の各電子制御部品の動作タイミングが制御される。図1は、電子制御部品としての燃料ポンプ15、噴射弁10、点火装置27、および電子ガバナ28の、エンジン回転数NEに関連した動作タイミングを示すタイミングチャートである。同図において、タイミングt1で電源スイッチ26をオンにすると、燃料ポンプ15が駆動(オンに)される。この時点t1ではエンジン1は回転していないので、電源ラインLの電位より電池233の電圧が高い。したがって、ダイオード235を通じて、電池233から燃料ポンプ15に電力が供給される。
【0022】
燃料ポンプ15が駆動されると燃料圧力が高くなって燃料噴射が可能になるので、その後、リコイルスタータを操作してエンジン1を始動させる。リコイルスタータによってエンジン1が回転を開始し、エンジン回転数NEが第1の回転数、例えば100rpmに達した時点t2で、燃料ポンプ15を停止(オフに)する。そして、噴射弁10および点火装置27を動作させてエンジン1を点火させる。噴射弁10および点火装置27は、両者が同時に駆動されないようにタイミングおよび動作時間が設定される。両者が同時に駆動されると、電力消費が大きくなって、電池233および発電機22による供給電力が不足するからである。
【0023】
エンジン回転数NEが第2の回転数、例えば1000rpmに達したならば、エンジン1は確実に起動されたと判断できるし、上述のように、発電機22の出力電圧は上昇している。したがって、タイミングt3からは、燃料ポンプ15、噴射弁10、点火装置27、および電子ガバナ28をすべて作動させて、エンジン1を定格運転させることができる。そして、図1の最下段に示すように各部の動作状態によって変化するエンジン始動時の消費電力量に応じて電源回路23から好適に電力を供給することができる。
【0024】
なお、エンジン回転数が、一旦第1の回転数を超えた後に低下した場合、つまり始動に失敗した場合は、噴射弁10と点火装置27の動作は停止し、燃料ポンプ15が駆動される。したがって、始動を失敗しても、直ちにリコイルスタータを操作して再びエンジン1の始動操作を開始させることができる。
【0025】
図5は、エンジン始動に係るECU24の要部機能を示すブロック図である。エンジン始動のために、エンジン回転数検出部100と駆動部110とを備える。エンジン回転数検出部100および駆動部110はともに電源スイッチ26がオンになって電源回路23からの電力供給が開始されると作動する。エンジン回転数判別部100は、エンジン回転数NEが第1の回転数を超えているときに検出信号s1を出力するとともに、エンジン回転数NEが第1の回転数より高い第2の回転数を超えているときには検出信号s2を駆動部110に入力する。駆動部110は、エンジン回転数検出部100からの信号s1,s2によって予定の動作をする。信号s1が検出されないとき、つまりエンジン回転数NEが第1の回転数より低いと判断された場合は、燃料ポンプ15を駆動する。一方、信号s1が検出された場合、つまりエンジン回転数NEが第1の回転数を超えていると判断された場合は、燃料ポンプ15を停止させて、噴射弁10および点火装置27を駆動する。但し、噴射弁10および点火装置27は互いに交互に駆動され、両者が同時に駆動されていることがないようにする。
【0026】
駆動部110は、検出信号s2が検出されると、エンジン1が自力で確実に回転していると判断して燃料ポンプ15、噴射弁10、点火装置27、電子ガバナ28を駆動する。エンジン1の始動に失敗すると、エンジン回転数NEが第1の回転数以下になって検出信号s1が消滅するので、再び、燃料ポンプ15のみが駆動される。
【0027】
燃料ポンプ15、噴射弁10および点火装置27の動作タイミングを、電源回路23の出力電圧に関してさらに詳述する。
【0028】
図6は、全波整流器25の出力波形と燃料ポンプ15、噴射弁10および点火装置27の動作タイミングとの関係を示す図である。エンジン始動時およびエンジン完爆後の通常運転時のいずれにおいても出力波形に対する動作タイミングは同一である。
【0029】
本実施形態では発電機22が単相2極であるので、全波整流器25による出力はエンジン1の1回転毎に4つの半波波形を形成する。エンジン1は2回転で1サイクルを実行する4サイクルエンジンである。第1の回転つまり吸気および圧縮時に形成される4つの半波波形の後半の2つの半波波形に同期させて、点火装置27に対する充電および放電、並びに噴射弁10の駆動を行う。点火装置27の充電と、点火装置27の放電および噴射弁10の駆動とは、2つの半波波形に分配して同期させる。点火装置27の充電と放電とでは、充電の方が放電よりも消費電力が大きく、放電動作のための消費電力はわずかである。放電は、単にトリガ信号を供給するだけだからである。このように、単一の電子制御部品で複数の動作を行わせる場合、消費電力が最も大きい動作(主動作)が、他の電子制御部品の主動作と重なって同じ半波波形内に配分されることがないようにする。例えば、点火装置27の充電と噴射弁10の駆動とは互いに異なる半波波形に同期させて動作させる。また、第2の回転つまり爆発および排気時に形成される4つの半波波形の後半の2つの半波波形にそれぞれ同期させて、燃料ポンプ15を駆動する。噴射弁10等、電子制御部品の動作電圧は電池233の電圧に適合するように、例えばニッケルカドミウム電池の電圧6ボルトに適合するように設定されている。
【0030】
点火装置27の充電や放電、並びに噴射弁10の駆動は、半波波形に対してその時間が短いので、それぞれ、エンジン1の点火時期に適合するように、電圧ラインLの電圧値が6ボルトを超えているタイミングで開始させればよい。例えば、別途設定された燃料噴射時期において電圧が6ボルトに達していないときは、その後、電圧ラインLの電圧が6ボルトに達したときに噴射弁10を駆動する。また、燃料噴射時期において電圧ラインLの電圧が6ボルトに達していたときは、直ちに噴射弁10を駆動する。半波波形の周期は短い(3600rpmで約4ミリ秒)ので、燃料噴射時期を半波波形に合わせて多少ずれることがあっても、エンジン1の運転に影響はない。
【0031】
一方、燃料ポンプ15は、半波波形の立ち上がりを検出後、電圧値がしきい値、例えば6ボルトを超えたときにオンになるように設定する。これによって、半波波形内で効率的に燃料ポンプ15に電力を供給することができる。
【0032】
半波波形に対する噴射弁10等、上記電子制御部品の動作の同期は、上記の例に限らず、半波波形内で、効率的に電力を取り出せるものであればよい。つまり、所定の動作電圧(例えば6ボルト)が、所定の動作時間維持できるように各半波波形内での動作開始タイミングを設定すればよい。
【0033】
なお、本実施例においては、手動操作式のエンジン始動装置としてリコイルスタータを使用しているが、これに限らず、畜力式のスタータとか、キック式スタータ等、適宜使用可能である。
【0034】
【発明の効果】
主電源と並列に設けられるバックアップ電池の小型化が図られるし、始動に失敗しても再始動操作のための準備を迅速に行えるので、エンジンの始動操作性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】エンジン回転数に関連した電子制御部品の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図2】本発明の一実施形態に係るエンジンの構成を示す図である。
【図3】電源回路を含むエンジンの要部電気系統図である。
【図4】主電源としての発電機の出力波形の一例を示す図である。
【図5】エンジン始動に係るECUの要部機能を示すブロック図である。
【図6】全波整流器の出力波形と電子制御部品の動作タイミングとの関係を示す図である。
【符号の説明】
1 エンジン
7 吸気管
10 噴射弁
15 燃料ポンプ
20 鉄心
21 巻線
22 発電機(主電源)
23 電源回路
27 点火装置
233 電池
Claims (3)
- エンジンで駆動される主電源としての発電機から供給される電力で動作する燃料ポンプ、燃料噴射弁、および点火装置を有する内燃エンジンの電子制御式燃料噴射装置において、
手動操作式のエンジン始動装置と、
前記主電源と並列に設けられたバックアップ電池と、
前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
前記エンジンの回転数が第1の回転数以下のとき、および前記エンジンの回転数が前記第1の回転数より高い第2の回転数以上のときに前記燃料ポンプを動作させるとともに、前記エンジンの回転数が第1の回転数以上のときに前記燃料噴射弁および点火装置をそれぞれの駆動時期が互いに重ならないように予定の間隔で駆動させる駆動手段とを具備したことを特徴とする内燃エンジンの電子制御式燃料噴射装置。 - 前記始動装置がリコイルスタータであることを特徴とする請求項1記載の内燃エンジンの電子制御式燃料噴射装置。
- 前記バックアップ電池が、前記主電源で充電されるニッケルカドミウム電池であることを特徴とする請求項1記載の内燃エンジンの電子制御式燃料噴射装置。
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