JPH05240131A - 内燃機関用エアポンプの制御装置及び内燃機関の制御装置 - Google Patents

内燃機関用エアポンプの制御装置及び内燃機関の制御装置

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JPH05240131A
JPH05240131A JP4042759A JP4275992A JPH05240131A JP H05240131 A JPH05240131 A JP H05240131A JP 4042759 A JP4042759 A JP 4042759A JP 4275992 A JP4275992 A JP 4275992A JP H05240131 A JPH05240131 A JP H05240131A
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JP
Japan
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air
internal combustion
air pump
combustion engine
electric motor
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JP4042759A
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English (en)
Inventor
Toshiji Nogi
利治 野木
Minoru Osuga
大須賀　　稔
Junichi Yamaguchi
純一 山口
Yoshiyuki Tanabe
好之 田辺
Keigo Naoi
啓吾 直井
Masayuki Shizuka
正之 志塚
Kazuo Tawara
和雄 田原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Priority to DE69311927T priority patent/DE69311927T2/de
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Priority to KR1019930002704A priority patent/KR0168084B1/ko
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/08—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel characterised by the fuel being carried by compressed air into main stream of combustion-air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B63/00—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
    • F02B63/06—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/22—Control of additional air supply only, e.g. using by-passes or variable air pump drives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/02—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
    • F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Air Humidification (AREA)
  • Air Conditioning Control Device (AREA)

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】始動電動機の回転に支障を来たすことがなく、
しかも回転駆動力源の切り換えの必要がないエアポンプ
の制御装置を提供する。 【構成】内燃機関の始動スイッチが投入されている間回
転して内燃機関を始動させる始動電動機にエアポンプ２
を接続し、始動スイッチの開放後も電動機の回転を維持
させる電源供給手段を設ける。 【効果】スタータにエアポンプ機能を付加することによ
って、始動時、触媒活性化前のエアアシストインジェク
タの微粒化空気源を確保することができる。これによっ
て排気中の未燃炭化水素の低減，始動性向上を図れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば機関の排気を浄
化する触媒装置の上流に触媒の反応を促進するための二
次空気を供給するエアポンプ、機関の吸気管に燃料を噴
射供給する燃料噴射弁からの噴射燃料を微粒化するため
の微粒化用空気を供給するエアポンプ等の制御装置に関
する。また、燃料噴射弁からの噴射燃料を微粒化するた
めにエアポンプからの空気流を用いる内燃機関の制御装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】特開平1−253565 号公報には、内燃機関
の燃料噴射弁からの吸気管内に供給される燃料に、電動
エアポンプから送られてくる空気を吹き付けて燃料を微
粒化することが記載されている。
【０００３】また、実開平2−107763 号公報には燃料微
粒化の為の空気を供給するエアポンプを内燃機関の始動
時には機関始動用の始動電動機によって回転駆動し、機
関始動後は機関自身によってエアポンプを回転駆動する
ことが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように内燃機関の
分野において、電動エアポンプで空気を供給すること、
および電動エアポンプに代わって始動電動機や機関自身
によってエアポンプを回転駆動することが知られてい
る。
【０００５】しかるに、電動エアポンプを用いる場合、
機関の始動時に電動エアポンプが駆動されるとバッテリ
ーに対する負荷が大きくなり過ぎて始動電動機の回転が
不安定になり、機関が始動しにくくなる問題が有る。
【０００６】これに対し、始動電動機でエアポンプを駆
動するものではエアポンプ駆動用の電動機が無くなった
分だけ電気的あるいは、機械的ロスが少なくなりバッテ
リの負荷が軽減され始動電動機の回転が安定する。
【０００７】ところが、始動電動機は機関の始動が完了
すると回転が停止するように構成されているので始動電
動機停止後には別の駆動力源を用意する必要が有った。
【０００８】上記従来技術の後者のように、エアポンプ
の別の駆動力源として機関自身の回転力を利用すること
が考えられるが、この場合回転力の伝達経路を始動電動
機から機関の回転軸に切り換えるための機構が複雑にな
り、実用性に欠けていた。
【０００９】本発明の目的は上記従来の欠点を除去し、
始動電動機の回転に支障を来すこと無く、しかも、回転
駆動力源の切り換えの必要が無いエアポンプの制御装置
を提供することに有る。
【００１０】また、本発明によれば、このようなエアポ
ンプの制御装置を用いて吸気管内に燃料噴射弁から噴射
される燃料を微粒化するようにした内燃機関の制御装置
を提供することができる。
【００１１】更に、本発明によれば、エアポンプ駆動機
能を備えた新しい始動電動機が提供される。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為、
本発明では内燃機関の始動スイッチが投入されている間
回転して前記内燃機関を始動される始動電動機によって
エアポンプを回転駆動すると共に、前記始動スイッチの
開放後に作動して前記始動電動機の回転を維持する電源
供給手段を設けた。
【００１３】また、電源供給手段が前記始動スイッチの
開放後に前記始動電動機に供給する電力を前記機関始動
時より減少させる電力制御手段を含んでいることが好ま
しい。
【００１４】また、このようなエアポンプの制御装置を
用いて吸気管内に燃料噴射弁から噴射される燃料を微粒
化する事ができ、このときには、エアポンプによって供
給される空気流の脈動に対して、前記燃料噴射弁からの
噴射燃料の間歇噴射周期を同期させる手段を設けると良
い。
【００１５】また、新しい始動電動機はその反ピニオン
ギア側の側面にエアポンプが固定され、始動電動機の回
転軸がエアポンプ内部のロータのところまで延びるよう
に構成することができる。
【００１６】
【作用】本発明によれば機関が始動して始動スイッチが
開放された後は機関への回転力伝達手段のみ解除し、始
動電動機には電力に供給しつづける様に構成したので、
エアポンプへ回転力を伝達する回転力伝達経路を機関の
始動完了前後で切り替える必要がなくなり回転力の伝達
機構が簡単な構成になる。
【００１７】また、始動電動機に供給する電力を機関の
始動完了前後で切り替えるように構成すれば、始動電動
機がエアポンプのみ駆動する状態に切り替わったときの
始動電動機の回転をエアポンプの回転に適した回転数に
抑制することができる。
【００１８】また、エアポンプによって供給される空気
流の脈動に対して、前記燃料噴射弁からの噴射燃料の間
歇噴射周期を同期させ、エアポンプの吐出量が多い時に
燃料を噴射するようにこの種内燃機関の制御装置を構成
すれば、燃料を効果的に微粒化できる。
【００１９】
【実施例】図１に本発明の一実施例の構成を示す。スタ
ータモータ１にエアポンプ２を接続する。エアポンプの
空気吐出口はエアアシストインジェクタ５に連通してい
る。スタータモータはマグネットスイッチなどのピニオ
ン可動手段６によって、ピニオンギア１０をリングギア
７に接続する。電圧はバッテリ９より切り替え手段４を
介して、スタータモータ，ピニオン可動手段に供給され
る。スタータモータに供給される電源の１部は抵抗など
の電圧制限手段５を介して行なう。切り替え手段４はメ
カニカル動作またはマイクロコンピュータ等のコントロ
ールユニット３で制御する。
【００２０】図２に構成の一例を示す。スタータモータ
１にエアポンプ２を接続する。エアポンプとしてはベー
ン式，ダイアフラム式，スクロール式などいずれでも良
い。インジェクタへ空気の清浄性を確保するためにはダ
イアフラムポンプが良い。スタータモータ１はマグネッ
トスイッチなどのピニオン可動手段６によって、ピニオ
ンギア１０をリングギア７に接続する。電圧はバッテリ
９より切り替え手段４を介して、スタータモータ，ピニ
オン可動手段に供給される。バッテリ電源は、スイッチ
４−ｂがＯＮのとき抵抗などの電圧制限手段５を介し
て、スタータモータ１に接続する。スイッチ４−ｃがＯ
Ｎのとき抵抗を介さずに、スタータモータ１に接続す
る。スイッチ４−ａがＯＮのときにはマグネットスイッ
チが動作し、ピニオンギアとリングギアが接続状態にな
る。切り替え手段４はメカニカル動作またはマイクロコ
ンピュータ等のコントロールユニット３でエンジン運転
状態（エンジン回転数，水温など）に応じて、制御す
る。
【００２１】図３に本発明の他の実施例を示す。電圧は
バッテリ９より切り替え手段４を介して、スタータモー
タ，ピニオン可動手段に供給される。バッテリ電源は、
スイッチ４−ｃがＯＮのとき抵抗を介さずに、スタータ
モータ１に接続する。スイッチ４−ａがＯＮのときには
マグネットスイッチが動作し、ピニオンギアとリングギ
アが接続状態になる。このような構成では構造が簡単で
ある。しかしピニオンとリングギアが接続していないと
きにはモータ１に大きな電流が流れるので、エアポンプ
２を長い時間稼働するのが困難である。そのため、スタ
ータが回転しているときのみエアポンプを駆動するか、
時間を制限する必要がある。
【００２２】図４に吸気ポート燃料噴射システムに本発
明を適用した例を示す。エアクリーナ１２より流入した
空気はエアフロメータ１１で計量されたのち絞り弁１７
を通り、吸気管１８よりエンジンに吸入される。燃料は
エアフロメータ１１信号に応じて、コントロールユニッ
ト３で燃焼に必要な量が計算されて、燃料噴射弁８より
噴射される。燃料噴射弁８の先端には微粒化用空気がエ
アフロメータ１１の下流よりエア通路１６，エアポンプ
２を通って、供給される。エアポンプ２はスタータモー
タ１によって駆動される構成となっている。微粒化用空
気はエアフロメータで計量されているので、計量誤差と
ならない。バッテリ電源９は切り替え手段４を通って、
スタータモータ１に接続される。切り替え手段４によっ
て、マグネットスイッチ６をＯＮとしてピニオンギア１
０をリングギア７につなぎ始動させる。そのとき切り替
え手段４−ｃによって、スタータモータ１に電源を供給
する。始動後、マグネットスイッチ６をＯＦＦとしてピ
ニオンギア１０をリングギア７から切離す。始動の判定
はエンジン回転数またはバッテリ電圧の少なくとも一つ
が所定値を超えたときに始動したとする。そのとき抵抗
６を通って、スタータモータ１に電源を供給する。これ
によってスタータに過電流が加わるのを防止することが
できるので、スタータモータ１の加熱，寿命低下を防止
できる。
【００２３】図５にエアアシストインジェクタの構成の
一例を示す。燃料噴射弁本体８−ｃの先端に空気オリフ
ィス８−ｄを取り付ける。微粒化用空気は燃料噴射弁本
体より噴出した燃料と衝突する。それによって燃料の微
粒化を図ることができる。燃料ノズル８−ａは例えば燃
料に旋回を加えると燃料が薄膜となり、微粒化用空気が
なくても微粒化が良い。さらに燃料ノズルの下流に空気
オリフィス８−ｂを設け、空気を衝突させて微粒化させ
る。空気に燃料と逆旋回流を加えて空気と燃料の相対速
度を大きくして微粒化効率を大きくしても良い。
【００２４】図６にスタータとエアポンプの動作の例を
示す。スタータＯＮはリングギアとピニオンギアが接続
されている状態を示す。スタータＯＮのときエアポンプ
をＯＮとして同時に動かす。この場合、始動クランキン
グ時にエアポンプによって空気を供給する。これによっ
て燃料の微粒化を図り始動性を向上できる。このような
場合、エアポンプとリングギアとピニオンギアの接続を
同時に行なうので構成を図３に示すように簡単化でき
る。
【００２５】図７にスタータとエアポンプの動作の例を
示す。スタータＯＮはリングギアとピニオンギアが接続
されている状態を示す。スタータＯＮのときエアポンプ
をＯＮとして同時に動かす。この場合、始動クランキン
グ時にエアポンプによって空気を供給する。これによっ
て燃料の微粒化を図り始動性を向上できる。その後スタ
ータＯＦＦ後時間τだけエアポンプを駆動する。このと
きスタータモータ１には抵抗を介した電源が接続されて
いる。始動直後はエンジン，吸気管の温度が低いので、
エンジンが暖機されるまで燃料の微粒化が必要である。
そのためエアポンプを完爆後も駆動させる。
【００２６】図８にエンジン水温Ｔw とτの関係を示
す。エンジン水温Ｔw が大きいほどτが小さくなる。こ
の関係はあらかじめ実験などにより燃料，排気が良好と
なる時間を決めておく。これをコントローラのマップに
いれておく。
【００２７】図９にスタータとエアポンプの動作の例を
示す。スタータＯＮはリングギアとピニオンギアが接続
されている状態を示す。スタータＯＮのときエアポンプ
をＯＮとして同時に動かす。この場合、始動クランキン
グ時にエアポンプによって空気を供給する。これによっ
て燃料の微粒化を図り始動性を向上できる。その後スタ
ータＯＦＦ後触媒があらかじめ決めた設定温度Ｔcat を
こえるまでエアポンプを駆動する。このときスタータモ
ータ１には抵抗を介した電源が接続されている。始動直
後はエンジン，吸気管の温度のほかさらに触媒温度が低
いので、触媒が動作しない。そのため触媒が活性化する
まで燃料の微粒化を向上に未燃焼排ガスの低減が必要で
ある。そのためエアポンプを完爆後も駆動させる。この
場合触媒に温度センサを設置する。または触媒の前後に
酸素センサを設け、酸素センサの動作により触媒の活性
化状態を判定し、触媒活性化までエアポンプを駆動して
も良い。
【００２８】図１０にスタータとエアポンプの動作の例
を示す。スタータＯＮはリングギアとピニオンギアが接
続されている状態を示す。スタータＯＮのときエアポン
プをＯＮとして同時に動かす。この場合、始動クランキ
ング時にエアポンプによって空気を供給する。これによ
って燃料の微粒化を図り始動性を向上できる。その後ス
タータＯＦＦ後水温が設定値を超えるまでエアポンプを
駆動する。このときスタータモータ１には抵抗を介した
電源が接続されている。始動直後はエンジン，吸気管，
吸気弁の温度が低いので、エンジンが暖機されるまで燃
料の微粒化が必要である。そのためエアポンプを完爆後
も駆動させる。
【００２９】図１１にエアポンプ動作の条件例を示す。
大気圧と吸気管内圧との差圧ΔＰは、吸気管内圧ＰB が
約−３００mmＨｇ以上となると（例えば−２００mmＨ
ｇ）微粒化用空気が少なくなるのでエアポンプをＯＮと
する。
【００３０】図１２にエアポンプの動作の例を示す。ク
ランキング時の回転数Ｎcrは変動する。これはエンジン
の圧縮行程でスタータモータの負荷が大きくなるためで
ある。このため圧縮行程でエンジン回転数が低下する。
回転数が低下すると、スタータモータで駆動しているた
めエアポンプの排出量も変動する。このためエアポンプ
の空気量が大きくなるときに燃料噴射タイミングを選ぶ
ことによって燃料の微粒化を確保できる。また空気量が
変動しているので平均空気量が小さくなり、少ない空気
で微粒化が可能である。これは空燃比の制御性，アイド
ル回転数の低下に有利である。
【００３１】図１３に吸気ポート燃料噴射システムに本
発明を適用した例を示す。エアクリーナ１２をより流入
した空気はエアフロメータ１１で計量されたのち絞り弁
１７を通り、吸気管１８よりエンジンに吸入される。燃
料はエアフロメータ１１信号に応じて、コントロールユ
ニット３で燃焼に必要な量が計算されて、燃料噴射弁８
より噴射される。燃料噴射弁８の先端には微粒化用空気
がエアフロメータ１１の下流よりエア通路１６，エアポ
ンプ２を通って、供給される。エアポンプ２はスタータ
モータ１によって駆動される構成となっている。微粒化
用空気はエアフロメータで計量されているので、計量誤
差とならない。バッテリ電源９は切り替え手段４を通っ
て、スタータモータ１に接続される。切り替え手段４に
よって、マグネットスイッチ６をＯＮとしてピニオンギ
ア１０をリングギア７につなぎ始動させる。そのとき切
り替え手段４−ｃによって、スタータモータ１に電源を
供給する。始動後、マグネットスイッチ６をＯＦＦとし
てピニオンギア１０をリングギア７から切離す。始動の
判定はエンジン回転数またはバッテリ電圧の少なくとも
一つが所定値を超えたときに始動したとする。そのとき
加熱触媒抵抗６を通って、スタータモータ１に電源を供
給する。これによってスタータに過電流が加わるのを防
止することができるので、スタータモータ１の加熱，寿
命低下を防止できる。また触媒を電気ヒータで加熱する
ので触媒活性化に要する時間を短くできる。また加熱触
媒は触媒に直接電気を流しても良い。
【００３２】図１４に吸気ポート燃料噴射システムに本
発明を適用した例を示す。エアクリーナ１２をより流入
した空気はエアフロメータ１１で計量されたのち絞り弁
１７を通り、吸気管１８よりエンジンに吸入される。燃
料はエアフロメータ１１信号に応じて、コントロールユ
ニット３で燃焼に必要な量が計算されて、燃料噴射弁８
より噴射される。燃料噴射弁８の先端には微粒化用空気
がエアフロメータ１１の下流よりエア通路１６，エアポ
ンプ２を通って、供給される。エアポンプ２はスタータ
モータ１によって駆動される構成となっている。微粒化
用空気はエアフロメータで計量されているので、計量誤
差とならない。バッテリ電源９は切り替え手段４を通っ
て、スタータモータ１に接続される。切り替え手段４に
よって、マグネットスイッチ６をＯＮとしてピニオンギ
ア１０をリングギア７につなぎ始動させる。そのとき切
り替え手段４−ｃによって、スタータモータ１に電源を
供給する。始動後、マグネットスイッチ６をＯＦＦとし
てピニオンギア１０をリングギア７から切離す。始動の
判定はエンジン回転数またはバッテリ電圧の少なくとも
一つが所定値を超えたときに始動したとする。そのとき
加熱触媒抵抗６を通って、スタータモータ１に電源を供
給する。これによってスタータに過電流が加わるのを防
止することができるので、スタータモータ１の加熱，寿
命低下を防止できる。また触媒を電気ヒータで加熱する
ので触媒活性化に要する時間を短くできる。また加熱触
媒は触媒に直接電気を流しても良い。さらにエア通路１
６にはエア制御弁１８が設けてある。ダイフラムポンプ
をエアポンプとして用いた場合、エアポンプ停止時には
空気が流れなくなるためエア制御弁１８を開き、大気圧
との差圧で空気を流す。アイドル時など微粒化用空気に
よって回転数が上昇してしまうときにはエア制御弁１８
によって空気量を制御する。また図１５に示すように燃
料噴射パルス幅Ｔi に同期して空気噴射パルス幅Ｔaiを
制御するようにしても良い。エア制御弁としてはデュー
ティ弁，リニアストローク弁などでよい。リニアストロ
ーク弁では空気量が連続的に制御できるので燃料噴射弁
に連続的に空気を供給できる。
【００３３】図１６に吸気ポート燃料噴射システムに本
発明を適用した例を示す。エアクリーナ１２をより流入
した空気はエアフロメータ１１で計量されたのち絞り弁
１７を通り、吸気管１８よりエンジンに吸入される。燃
料はエアフロメータ１１信号に応じて、コントロールユ
ニット３で燃焼に必要な量が計算されて、燃料噴射弁８
より噴射される。燃料噴射弁８の先端には微粒化用空気
がエアフロメータ１１の下流よりエア通路１６，エアポ
ンプ２を通って、供給される。エアポンプ２はスタータ
モータ１によって駆動される構成となっている。微粒化
用空気はエアフロメータで計量されているので、計量誤
差とならない。バッテリ電源９は切り替え手段４を通っ
て、スタータモータ１に接続される。切り替え手段４に
よって、マグネットスイッチ６をＯＮとしてピニオンギ
ア１０をリングギア７につなぎ始動させる。そのとき切
り替え手段４−ｃによって、スタータモータ１に電源を
供給する。始動後、マグネットスイッチ６をＯＦＦとし
てピニオンギア１０をリングギア７から切離す。始動の
判定はエンジン回転数またはバッテリ電圧の少なくとも
一つが所定値を超えたときに始動したとする。そのとき
加熱触媒抵抗６を通って、スタータモータ１に電源を供
給する。これによってスタータに過電流が加わるのを防
止することができるので、スタータモータ１の加熱，寿
命低下を防止できる。また触媒を電気ヒータで加熱する
ので触媒活性化に要する時間を短くできる。また加熱触
媒は触媒に直接電気を流しても良い。さらにエア通路１
６にはエア制御弁１８が設けてある。ダイフラムポンプ
をエアポンプとして用いた場合、エアポンプ停止時には
空気が流れなくなるためエア制御弁１８を開き、大気圧
との差圧で空気を流す。アイドル時など微粒化用空気に
よって回転数が上昇してしまうときにはエア制御弁１８
によって空気量を制御する。また図１５に示すように燃
料噴射パルス幅Ｔi に同期して空気噴射パルス幅Ｔaiを
制御するようにしても良い。エア制御弁としてデューテ
ィ弁，リニアストローク弁などでよい。リニアストロー
ク弁では空気量が連続的に制御できるので燃料噴射弁に
連続的に空気を供給できる。さらにエアポンプ動作時の
空気量の制御を空気制御弁１９を設けた空気量のより精
密な制御を行なう。
【００３４】図１７に吸気ポート燃料噴射システムに本
発明を適用した例を示す。エアクリーナ１２をより流入
した空気はエアフロメータ１１で計量されたのち絞り弁
１７を通り、吸気管１８よりエンジンに吸入される。燃
料はエアフロメータ１１信号に応じて、コントロールユ
ニット３で燃焼に必要な量が計算されて、燃料噴射弁８
より噴射される。燃料噴射弁８の先端には微粒化用空気
がエアフロメータ１１の下流よりエア通路１６，エアポ
ンプ２を通って、供給される。エアポンプ２はスタータ
モータ１によって駆動される構成となっている。微粒化
用空気はエアフロメータで計量されているので、計算誤
差とならない。バッテリ電源９は切り替え手段４を通っ
て、スタータモータ１に接続される。切り替え手段４に
よって、マグネットスイッチ６をＯＮとしてピニオンギ
ア１０をリングギア７につなぎ始動させる。そのとき切
り替え手段４−ｃによって、スタータモータ１に電源を
供給する。始動後、マグネットスイッチ６をＯＦＦとし
てピニオンギア１０をリングギア７から切離す。始動の
判定はエンジン回転数またはバッテリ電圧の少なくとも
一つが所定値を超えたときに始動したとする。そのとき
燃料加熱抵抗２１を通って、スタータモータ１に電源を
供給する。これによってスタータに過電流が加わるのを
防止することができるので、スタータモータ１の加熱，
寿命低下を防止できる。また燃料の気化を容易にするこ
とができ、未燃焼燃料を少なくできる。
【００３５】図１８に本発明の実施例の一例を示す。微
粒化用加熱抵抗２２を介して、スタータモータ１に電源
を供給する。これによって微粒化用空気によって燃料を
加熱し、気化を促進できる。さらに低温時などエア通路
１６，空気オリフィスが凍結して詰まるのを防止でき
る。
【００３６】図１９に本発明の実施例の一例を示す。燃
料加熱抵抗２３を介して、スタータモータ１に電源を供
給する。これによって燃料を加熱し、気化を促進でき
る。燃料加熱抵抗を吸気管内に設置し、噴射燃料の１部
を気化させる。燃料加熱抵抗として、ＰＴＣヒータなど
を用いる。
【００３７】図２０に本発明の実施例の一例を示す。電
流制御手段２４を介してスタータモータに電源を供給す
る。図２１に示すように電流制御手段２４は電圧をチョ
ッパ制御して、Ｔａ，Ｔｂを変化させる。それによって
電流を制御できるので、抵抗などによる制限が不用とな
り、抵抗加熱を防止できる。たとえば図２２に示すよう
にＴａを変化させるとスタータモータに供給される電
流，エアポンプ吐出量を制御できる。
【００３８】図２３に本発明の実施例の一例を示す。排
気管内で未燃焼燃料を燃焼させるため排気管にエアポン
プ２４により空気を供給する。これによって排気中の未
燃炭化水素を低減できる。エアポンプ２４はスタータモ
ータ１で駆動し、触媒が活性化するまで動作させる。
【００３９】図２４に本発明の実施例の一例を示す。排
気管内で未燃焼燃料を燃焼させるため排気管にエアポン
プ２４により空気を供給する。これによって排気中の未
燃炭化水素を低減できる。エアポンプ２はスタータモー
タ１で駆動し、空気量の１部をインジェクタの微粒化用
空気、その他を排気２次空気として用いる。この時排気
２次空気量をエアフロメータ２５で計量する。図２５に
示すように、空気量センサ１１より空気量センサ２５の
信号を引くことにより、実際にエンジンに供給された空
気量を求め、基本燃料噴射量Ｔp を決定する。
【００４０】図２６に本発明の実施例の一例を示す。ス
タータモータ１でエアアシストインジェクト用空気ポン
プ２及び排気２次エアポンプ２４を駆動する。このよう
な構成では図２７に示すように微粒化用空気と排気２次
空気を独立に制御できるので空気圧力，ポンプ容量を任
意に選べる。
【００４１】図２８に本発明の実施例の一例を示す。ス
タータモータ１の周囲より空気を導き、エアポンプに供
給する。スタータモータは回転時電流によって発熱する
ため、エアポンプの空気で冷却することができる。また
これによって微粒化用空気を加熱する効果がある。
【００４２】図２９に本発明の効果の一例を示す。従来
の方式に比べ、始動時にもエアアシストインジェクタに
空気を導くことができるので、低いクランキング回転数
でも始動が可能である。これによってスタータの小型
化，軽量化が可能となるので重量アップなしに始動性の
向上が可能である。
【００４３】図３２に本発明の構成の一実施例を示す。
空気はエアクリーナ１２を通り、エアフロメータ１１で
計量された後、吸気管３６を通ってシリンダ３８に吸入
される。燃料は燃料タンク１４より燃料ポンプ１３で加
圧された後、燃料噴射弁８から間歇的に噴射される。各
気筒の２回転に１回噴射されるのが応答性，空燃比制御
上望ましいが、１回転に１回全気筒同時に噴射しても良
い。エアフロメータの計量信号及びクランク角センサ３
９の信号はコントロールユニット３に入力され、燃料量
が下記のように決定される。
【００４４】
【数１】
【００４５】Ｔp ：基本噴射パルス幅，Ｎ：エンジン回
転数，ＱA ：エアフロメータ信号，Ｋ：定数，Ｋ1〜
Ｋn：補正係数 燃料噴射弁８の先端には、微粒化用空気が導かれ、空気
と燃料を衝突させ、微粒化を図り、燃料の気化を促進す
る。微粒化用空気は絞り弁１７の上流より空気制御弁１
８を介して、噴射弁８に導かれている。通常、絞り弁１
７の開度が小さい運転条件では、吸気管３６内の圧力は
大気圧よりも低いため、空気が差圧によって流れる。微
粒化用空気は、空気制御弁１８によって運転条件によっ
て任意に量を調整できる。たとえば、アイドル回転数を
低くしたいときには、空気制御弁１８の開度を小さくす
る。アイドル回転数の調整には、アイドル回転数制御用
の弁３０が他に設けられている。アイドル回転の過回転
を防止するため、空気制御弁１８とアイドル回転数制御
用の弁の開口量の合計が設定アイドル回転数の最大値と
なるようにする。そのため、空気微粒化の効果を最大限
とするためにまず、空気制御弁１８を開き、その後アイ
ドル回転数制御弁３０を開くようにする。
【００４６】始動時や絞り弁全開付近では、吸気管内の
圧力が大気圧程度となるため、微粒化用空気を確保する
ことができない。そのため、エアポンプ２を空気通路１
６に配置して、空気を確保する。エアポンプは燃料噴射
弁８のエアオリフィスの汚れを防止するために、ダイア
フラムポンプなどのオイルレスポンプを使用する。エア
ポンプ２はスタータモータ１で駆動する。クランキング
時スタータでポンプを回転することによって、微粒化用
空気を確保することができる。望ましくは、クランキン
グ前に微粒化用空気を確保するためにエアポンプ２を予
め回転させ、空気圧を０.２〜１.０kg／cm2 程度に加圧
しておくことが必要である。たとえば、ドア開度センサ
３３，シート圧センサ４０によって、ドアが開いたら、
エアポンプ２を駆動したり、人が座席にすわったらエア
ポンプ２を駆動する。それによって、クランキング前に
空気源を確保することができる。さらに、微粒化用空気
が確保される前に低温始動時など燃料を噴射すると、液
状燃料が点火プラグ３８に付着し、くすぶり，かぶり状
態となり始動不能となる場合がある。そのため、空気圧
が所定条件以上となったときに、燃料を噴射するように
する。所定条件の判定は、エアポンプ２が一定時間以上
駆動したか又は空気圧センサで直接計測しても良い。
【００４７】さらに、クランキング前に空気圧を速く所
定値にするため、ピニオンギア１０がリングギア７にか
みこむ前にはスタータモータ１を速く回転させ、エアポ
ンプ２を速く回転させる。空気圧が所定値になり、クラ
ンキングを開始するためにピニオンギア１０とリングギ
ア７をかみ合わせるときには、スタータモータの回転数
を遅くし、かみ合い時の応力を少なくし、ギアの破損を
防ぐ。
【００４８】クランキング後ピニオンとリングギアのか
み合いをはずしたとき、もしエンストした場合、続けて
スタータをまわそうとすると、エアポンプ２の慣性力に
よって、まだスタータモータ１が回転しており、ピニオ
ンギア１０とリングギア７のかみ合いがうまくいかず、
ギアの破損を招くことがある。この場合でも、エンスト
をクランク角センサ信号やオルタネータ信号から判断し
たときには、クランク軸回転数，スタータ回転数が所定
値以下となるまでかみ合いを行なわせない。又は、エン
スト後、一定時間かみ合いを行なわせなくても良い。
【００４９】クランキング時は、クランキング回転数が
エンジンの圧縮仕事の負荷等によって大きく変動する。
そのとき、エアポンプ２も回転変動に応じて、排出空気
量が変化する。そのため、エンジンの行程に同期した空
気脈動を得ることができる。燃料噴射をその空気脈動に
一致させて行うと、少ない空気量で燃料を微粒化するこ
とができる。なぜならば、燃料は吸気行程に同期して噴
射されているのに対し、空気は連続的に流れていると、
燃料がないのに、微粒化用空気を供給することになり、
ムダである。さらに、吸気弁まわりたまっている燃料を
かきまぜてしまい、吸気管壁への燃料の付着が多くなっ
てしまう。また空気量の増大によって、エアポンプ容量
が大きくなったり、空燃比の制御性が低下しやすくな
る。脈動の利用によりこれらの問題点を解決することが
できる。
【００５０】微粒化用空気はスタータモータ１のまわり
を通った後燃料噴射弁８に導くことによって、スタータ
モータの冷却及び空気の加熱を行うことができる。空気
を加熱することによって、燃料の気化を一層行うことが
できる。
【００５１】クランキング後は、触媒１５が活性化する
までの間、スタータモータ１で引き続きエアポンプ２を
駆動する。そのとき、クランキングの負荷がなくなるた
め、スタータモータに加わる電力を抵抗やパワー素子に
よるチョッパ制御で低くくする。たとえば、加熱触媒抵
抗１５−ａに導き、電力を有効に活用することができ
る。
【００５２】触媒が活性化したり、水温が高くなったり
してエアポンプの駆動がなくても、燃料の気化や排気浄
化が行えるようになったときには、エアポンプ２の駆動
を停止する。そのとき、エアポンプ２の駆動を急な停止
すると空気量が小さくなり、アイドル時などエンストの
危険がある。その場合、エアポンプの回転数を徐々に落
としながら、空気弁１８及びアイドル回転数制御弁３０
を開いていく。又は、エアポンプ上流又は下流に配置し
た空気弁１９で空気量の制御を行い、エアポンプ側の空
気量を徐々に落していく。
【００５３】図３０に空気制御弁及びアイドル回転数制
御弁の一体化構造の構成例を示す。弁はステッピングモ
ータ４２で制御される。ストロークが小さいときには、
まず弁４５が開き、絞り弁から噴射弁に空気量ＱA3が供
給される。ストロークが大きくなると、弁４３が開き、
絞り弁上流から吸気管に空気量ＱA1が供給される。これ
によって、常に噴射弁に空気量を供給しつつ、アイドル
回転数を弁４３及び４５によって制御できる。エアポン
プが駆動時には、ストロークを小さくし、弁４４によっ
て加圧空気を供給する。このような構造では、エアポン
プ側空気弁４４と絞り弁上流より供給される弁４５が同
時に開くことがないので、過回転することなく、安全で
ある。エアポンプ駆動時、非駆動時のいずれにおいて
も、空気量は、図３１に示すように、ストロークで制御
できる。このときの制御は、デューティ制御でも良い。
【００５４】エアポンプＯＮ時の空気量を下げるために
は、ＱA2とＱA3と空気量特性を調整すれば良い。又はエ
アポンプの回転数を制御しても良い。
【００５５】排気管には触媒内での未燃炭化水素の燃焼
を促進するため、排気管２次空気をポンプ２４で導入す
る。このとき、２次空気の導入はエンジン完爆後に必要
なので、クランキング時のみエアポンプ２を作動させる
場合には、エアポンプ２をクランキング時には、微粒化
用空気源として用い、そのほかでは、排気２次空気とし
て使うこともできる。その場合、クランキング時には、
排気２次空気への空気の導入をストップし、エア圧の上
昇を助ける。
【００５６】以下、この発明の一実施例を図によって説
明する。図３３，図３４に於て、モータ１０３，減速機
１０４，減速回転軸１０５，オーバーランニングクラッ
チ１０６，ピニオン１０７，シフトレバー１０８，マグ
ネットスイッチ１０９，ギヤケース１１０、から構成さ
れるスターティングモータ本体部と、モータ１０３の反
ピニオン側に配置されたポンプ本体部１００から構成さ
れている。ポンプ本体部はポンプロータ１１１，ポンプ
ハウジング１１２，ベーン１１３，サイドプレート１１
４，吸気ポート１１５，排気ポート１１６、から構成さ
れている。ポンプロータ１１１はモータ軸１３１の延長
部分上にスプライン結合等で結合されており、モータ軸
１３１により回転駆動される。ポンプロータ１１１には
複数個の溝 １１１ａが設けてあり、この中にベーン１
１３が摺動可能な状態で挿入されている。ポンプハウジ
ング１１２の内周の中心はポンプロータ１１１の中心に
対して偏心しており、１１２の部にて微小なすき間が出
来る様にモータ１０３のエンドブラケット１３２上に取
付けられている。ポンプロータ１１１の回転によりベー
ン１１３は遠心力で外側が広がり、ポンプハウジング１
１２の内周面を摺動しながら回転する。ポンプハウジン
グ１１２，ポンプロータ１１１，ベーン１１３で仕切ら
れる空間はベーン１１３の位置により容積が変化するの
でポンプ作用を有し、吸気ポート１１５で吸気し、排気
ポート１１６で排気する。
【００５７】本実施例では上記の様にいわゆるベーンポ
ンプで構成された実施例を示したが、ピストンタイプ，
ダイヤフラムタイプ等の容積形ポンプで構成することも
可能である。
【００５８】図３５により電気回路の実施例を説明す
る。１０１はバッテリ、１０２はキースイッチである。
１０９ａは第１のメインスイッチでシリースコイル１０
９ｃ，シャントコイル１０９ｄにより吸引されるプラン
ジャ１０９ｂ及び図示していないバネにより開閉され
る。プランジャ１０９ｂの一端にシフトレバー１０８の
一端が回動可能に結合され、シフトレバー１０８の他の
一端はピニオン１０７に回動可能に結合されている。１
１７は第１のメインスイッチで、ソレノイド117aにより
開閉される。１１８はタイマ回路でありキースイッチ２
のＯＮ後一定時間遅れてＯＮとなり、さらに一定時間後
ＯＦＦとなる様な機能を有する。１１９は抵抗、１２０
はリングギヤを示す。
【００５９】次に動作について説明する。キースイッチ
２をＯＮするとシリースコイル109c，シャントコイル１
０９ｄに電流が流れプランジャ１０９ｂが吸引され左の
方向に動く、シフトレバー１０８の回動によりピニオン
１０７は右方向に押し出され、リングギヤ１２０と噛み
合う。プランジャ１０９ｂの動きにより第１のメインス
イッチ１０９ａがＯＮとなりモータ１０３に電流が流
れ、モータ１０３の回転により減速機１０４，減速回転
軸１０５，オーバーランニングクラッチ１０６，ピニオ
ン１０７を介してリングギヤ１２０が駆動され図示して
いないエンジンが駆動される。同時にポンプ１００も駆
動される。次にタイマー回路１１８によりキースイッチ
１０２のＯＮ後一定時間遅れてソレノイド１１７ａに電
流が流れ、第２のメインスイッチ１１７をＯＮする。エ
ンジン始動後キースイッチ１０２をＯＦＦすると、プラ
ンジャ１０９ｄは図示していないバネ力により右方向に
動き、メインスイッチ１０９ａをＯＦＦすると共にピニ
オン１０７をリングギヤ120から離脱し、エンジン始動
操作が終了する。しかし、第２のメインスイッチ117は
ＯＮのままであるので、モータ１０３には抵抗１１９を
介して電流が流れ、所定の回転数でモータ１０３は回転
し、ポンプ１００のみを駆動する。抵抗１１９は上記の
所定の回転数を得るための抵抗値が設定されている。こ
の状態からさらに所定の時間の後、タイマー回路１１８
により、ソレノイド１１７の電流が遮断され、第２のメ
インスイッチ１１７がＯＦＦされ、モータ１０３の回転
が停止し、ポンプ１００も停止する。
【００６０】本実施例ではソレノイド１１７ａの通電制
御をタイマー回路１１８で行う例を示したが、ポンプ１
００の作動要求に応じて、通電制御を行う制御回路を用
いればより適切なポンプ動作が得られる事は言うまでも
ない。
【００６１】
【発明の効果】本発明によればスタータにエアポンプ機
能を付加することによってスタータの種効率を上げるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の構成図。
【図２】本発明の構成図。
【図３】本発明の構成図。
【図４】本発明のエンジンシステムの適用例。
【図５】燃料噴射弁の断面図。
【図６】本発明の動作説明図。
【図７】本発明の動作説明図。
【図８】本発明の動作説明図。
【図９】本発明の動作説明図。
【図１０】本発明の動作説明図。
【図１１】本発明の動作説明図。
【図１２】本発明の動作説明図。
【図１３】本発明のエンジンシステムへの適用例。
【図１４】本発明のエンジンシステムへの適用例。
【図１５】本発明の動作説明図。
【図１６】本発明のエンジンシステムへの適用例。
【図１７】本発明のエンジンシステムへの適用例。
【図１８】本発明のエンジンシステムへの適用例。
【図１９】本発明のエンジンシステムへの適用例。
【図２０】本発明のエンジンシステムへの適用例。
【図２１】本発明の動作説明図。
【図２２】本発明の動作説明図。
【図２３】本発明のエンジンシステムへの適用例。
【図２４】本発明のエンジンシステムへの適用例。
【図２５】本発明の動作説明図。
【図２６】本発明の構成図。
【図２７】本発明のエンジンシステムへの適用例。
【図２８】本発明の構成図。
【図２９】本発明の効果を説明する図面。
【図３０】本発明の他の実施例に用いるバルブの図面。
【図３１】図３０のバルブの特性図。
【図３２】本発明の別の実施例のシステム図。
【図３３】本発明に使用されるエアポンプ付始動電動機
の構成図。
【図３４】そのポンプの断面図。
【図３５】その制御回路図。
【符号の説明】
１…スタータモータ、２…エアポンプ、３…コントロー
ルユニット、４…切り替え手段、５…電流制限手段、７
…ピニオンギア、８…エアアシストインジェクタ、１０
…リングギア。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田辺 好之 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 直井 啓吾 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 志塚 正之 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 田原 和雄 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関の始動スイッチが投入されている
    間回転して前記内燃機関を始動させる始動電動機、 この始動電動機によって回転駆動されるエアポンプ、 前記始動スイッチの開放後に作動して前記始動電動機の
    回転を維持する電源供給手段を設けたことを特徴とする
    内燃機用エアポンプの制御装置。
  2. 【請求項２】内燃機関の始動スイッチが投入されている
    間回転して前記内燃機関を始動させる始動電動機、 この始動電動機によって回転駆動されるエアポンプ、 前記始動スイッチの開放後に作動して前記始動電動機の
    回転を維持する電源供給手段、 この電源供給手段内にあって、前記始動スイッチの開放
    後に前記始動電動機に供給する電力を前記機関始動開始
    時より減少させる電力制御手段を設けたことを特徴とす
    る内燃機用エアポンプの制御装置。
  3. 【請求項３】内燃機関の始動スイッチが投入されている
    間回転して前記内燃機関を始動させる始動電動機、 この始動電動機によって回転駆動されるエアポンプ、 機関の吸気管に燃料を間歇的に噴射供給する燃料噴射
    弁、 から構成され、前記エアポンプによって供給されれる空
    気流により、 前記燃料噴射弁からの噴射燃料が微粒化されるように構
    成されたものにおいて、 前記エアポンプによって供給される空気流の脈動周期に
    対して、前記燃料噴射弁からの噴射燃料の間歇噴射周期
    を同期させる手段を設けたことを特徴とする内燃機関の
    燃料噴射装置。
  4. 【請求項４】内燃機関の始動スイッチが投入されている
    間回転して前記内燃機関を始動させる始動電動機、 この始動電動機によって回転駆動されるエアポンプ、 機関の吸気管に燃料を噴射供給する燃料噴射弁、 から構成され、前記エアポンプによって供給される空気
    流により、前記燃料噴射弁からの噴射燃料を微粒化する
    ものにおいて、 前記始動スイッチの開放後に作動して前記始動電動機の
    回転を維持する電源供給手段、 この電源供給手段内にあって、前記始動スイッチの開放
    後に前記始動電動機に供給する電力を前記機関始動時よ
    り減少させる電力制御手段を設けたことを特徴とする内
    燃機関の燃料噴射装置。
  5. 【請求項５】請求項４において、 前記電力制御手段が （１).前記始動電動機に印加する電圧を制限する電圧制
    限手段と、 （２).前記始動スイッチの状態に応じて前記電圧制限手
    段を作動させるか否かを制御する印加電圧切換え手段、 とから構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料
    噴射装置。
  6. 【請求項６】請求項５において、 前記電圧制限手段が前記始動電動機の電力供給線路に直
    列に接続された抵抗体であることを特徴とする内燃機関
    の燃料噴射装置。
  7. 【請求項７】請求項６において、 前記抵抗体が前記機関の排気を浄化する触媒装置の加熱
    抵抗として兼用されることを特徴とする内燃機関の燃料
    噴射装置。
  8. 【請求項８】請求項６において、 前記抵抗体が前記燃料噴射弁に供給される燃料を加熱す
    る燃料加熱抵抗体として兼用されることを特徴とする内
    燃機関の燃料噴射装置。
  9. 【請求項９】請求項６において、 前記抵抗体が、 前記エアポンプによって供給される燃料微粒化用の空気
    を加熱する空気加熱抵抗体として兼用されることを特徴
    とする内燃機関の燃料噴射装置。
  10. 【請求項１０】内燃機関の始動スイッチが投入されてい
    る間回転して前記内燃機関を始動させる始動電動機、 前記機関の排気を浄化する触媒装置、 この触媒装置の上流に触媒の反応を促進するための二次
    空気を供給する第１のエアポンプ、 機関の吸気管に燃料を噴射供給する燃料噴射弁、 前記燃料噴射弁からの噴射燃料を微粒化するための微粒
    化用空気を供給する第２のエアポンプ、 前記エアポンプを前記始動電動機で回転駆動するように
    構成したことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  11. 【請求項１１】請求項１０において、 前記始動電動機の回転軸の反リングギア側を前記電動機
    のエンドブラケットの外に突出させ、前記電動機のハウ
    ジングに固定した前記エアポンプのロータをこの突出し
    た回転軸部分に固定したことを特徴とする内燃機関の制
    御装置。
  12. 【請求項１２】内燃機関を始動させる始動電動機であっ
    て、 内燃機関に空気を供給するエアポンプが前記始動電動機
    の回転軸の反ピニオンギア側の側面に固定されており、 前記電動機の回転軸が前記電動機のエンドブラケットの
    外に突出しており、 前記エアポンプのロータがこの突出した回転軸部分に固
    定されていることを特徴とする内燃機関の制御装置に用
    いるエアポンプ付始動電動機。
JP4042759A 1992-02-28 1992-02-28 内燃機関用エアポンプの制御装置及び内燃機関の制御装置 Pending JPH05240131A (ja)

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