JP2005030251A - 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】リコイルスタータで始動されるエンジン1に使用される燃料噴射装置の駆動電力を、エンジン1で駆動される単相2極発電機22の出力からとる。発電機22の出力を全波整流器25で整流して、その電力で燃料ポンプ15、燃料噴射弁10、点火装置27を駆動する。燃料ポンプ15、燃料噴射弁10、および点火装置27のそれぞれの主動作は、整流器25で整流された電力の半波波形のうち、互いに異なる半波波形内に配分される。こうして、主動作の時期が重ならないようにして、消費電力のピーク値を抑制し、効率よく電力を確保する。
【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が必要である。
【0003】
これに対して、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。これにより、バッテリを必要としないエンジンへの燃料噴射装置の適用も可能である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報の燃料噴射装置を備えるエンジンは、発電機出力が低下した場合でもある程度の運転継続は可能である。しかし、発電機の巻線部を小型化して発電機全体を小型化したいという要望に対しては、そのことによる出力不足を補うために蓄電手段の蓄電容量を相当大きくしなければならないという問題が生じる。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、蓄電手段を大きくすることなく発電機の小型化を図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。
【0005】
【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発電機の単相出力を整流して得ら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、前記燃料ポンプ、燃料噴射弁、および点火装置のそれぞれの主動作が、前記整流された電力の半波波形のうち、互いに異なる半波波形内に配分されている点に第1の特徴があり、前記燃料ポンプ、燃料噴射弁、および点火装置のそれぞれの主動作が、前記半波波形内で、最大振幅時寄りに配置されている点に第2の特徴がある。
【0006】
また、本発明は、前記発電機が単相2極の磁石発電機であり、その出力が全波整流されて電力として取り出される点に第3の特徴がある。
【0007】
また、本発明は、前記エンジンが4サイクル単気筒エンジンであり、前記燃料噴射弁が、圧縮行程に対応して現れる前記半波波形に同期させて駆動させる点に第4の特徴がある。
【0008】
さらに、本発明は、前記エンジンが、手動操作で始動させるリコイルスタータを備えている点に第5の特徴がある。
【0009】
本発明によれば、燃料噴射に必要な電子制御部品の動作が重ならないようにして、使用電力のピーク値を抑制することにより、各電子制御部品への電力供給を安定に行うことができる。第2の特徴によれば、エンジン回転数の変化に対応して発電機出力の実効値が大きく変動するが、最大振幅時寄りで動作させて効率よく電力を得るようにしているので、エンジン回転数が低くて出力の実効値が小さいときでも容易に必要電力を確保することができる。
【0010】
第3の特徴によれば、効率よく電力を得られることから単相2極の発電機を使用して電力確保できるようになる。したがって、発電機の巻線部の小型化が可能となり、コスト削減はもとより、発電機内に他の部品等を配置可能なスペースが生じるので、レイアウトの自由度が増大する。
【0011】
第4の特徴によれば、発電機の出力波形に対応して燃料噴射タイミングを簡単に設定することができる。
【0012】
第5の特徴によれば、リコイルスタータの簡単な始動操作性により、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。
【0013】
【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6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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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233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。
【0020】
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。
【0021】
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)を参照のためライン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。
【0022】
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2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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
図1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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。好ましくは、半波波形の最大振幅時寄りの位置に各電子制御部品の動作タイミングを設定する。これによって、エンジン回転数が低くて電力の実効値が低いときでも、所定の動作電圧を確保することが容易になる。
【0034】
なお、本実施例では、リコイルスタータで始動させるエンジンで駆動される発電装置の燃料噴射装置に関して説明した。しかし、本願発明はこれに限定されず、スタータモータで始動される発電装置に適用しても、電力の効率的利用が図れるのはもちろんである。
【0035】
【発明の効果】
燃料噴射のために消費される電力のピークが大きくなるのを避けることができ、効率よく電力を確保することができるので、本発明の燃料噴射制御装置を適用するエンジンで駆動される発電機の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】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。
【図2】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】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。
【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 (5)
- エンジンで駆動される発電機の単相出力を整流して得ら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、
前記燃料ポンプ、燃料噴射弁、および点火装置のそれぞれの主動作が、前記整流された電力の半波波形のうち、互いに異なる半波波形内に配分されている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。 - 前記燃料ポンプ、燃料噴射弁、および点火装置のそれぞれの主動作が、前記半波波形内で、該波形の最大振幅時寄りに配置されてい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。
- 前記発電機が単相2極の磁石発電機であり、その出力が全波整流されて電力として取り出されることを特徴とする請求項1または2記載の内燃エンジンの電子制御式燃料噴射装置。
- 前記エンジンが4サイクル単気筒エンジンであり、前記燃料噴射弁が、圧縮行程に対応して現れる前記半波波形に同期させて駆動させることを特徴とする請求項3記載の内燃エンジンの電子制御式燃料噴射装置。
- 前記エンジンが、手動操作で始動させるリコイルスタータを備えてい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。
Priority Applications (3)
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JP2003194285A JP2005030251A (ja) | 2003-07-09 | 2003-07-09 | 内燃エンジンの電子制御式燃料噴射装置 |
US10/876,633 US6868832B2 (en) | 2003-07-09 | 2004-06-28 | Electronic controlled fuel injection apparatus of internal combustion engine |
CNB2004100636210A CN1330871C (zh) | 2003-07-09 | 2004-07-08 | 内燃发动机的电子控制式燃料喷射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003194285A JP2005030251A (ja) | 2003-07-09 | 2003-07-09 | 内燃エンジンの電子制御式燃料噴射装置 |
Publications (1)
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JP2005030251A true JP2005030251A (ja) | 2005-02-03 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2003194285A Pending JP2005030251A (ja) | 2003-07-09 | 2003-07-09 | 内燃エンジンの電子制御式燃料噴射装置 |
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2003
- 2003-07-09 JP JP2003194285A patent/JP2005030251A/ja active Pending
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