200307085 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關具備燃料噴射系統及供電系統的內燃機 之燃料噴射裝置，特別是有關藉不含有電池的供電系統驅 動燃料噴射系統的內燃機之燃料噴射裝置。 【先前技術】 如第1圖所示，裝載於內燃機（下稱發動機）的習知燃 料噴射裝置由自燃料槽供給燃料並對燃料加壓的燃料泵1 ，包含朝燃燒室噴射加壓燃料的噴射器2，控制燃料泵1及 噴射器2的驅動的發動機控制組件（ECU)3，用來對這些電 負載供電的交流發電機（ACG)4，全波整流器5，包含電池6 的供電系統等構成。 . 至於其他電負載，包含用來對噴射燃料點火的點火感 應線圈、配電器、火星塞等的點火系統7、包含車頭燈、 閃光燈、停止燈的燈系統8連接於此供電系統。 尤其因爲習知系統須在發動機起動前將噴射器2上游 的燃料壓力昇高到預定位準以上，故使用電池6作爲供電 源，無法預先驅動燃料泵1，進行燃料的加壓（例如參考專 利文獻1)。 [專利文獻1]日本實開昭63-93440號公報 【發明內容】 [發明欲解決之問題] -6 - (2) (2)200307085 在裝載於摩托車或雪上汽車等的發動機中，藉腳蹬起 動桿等迫使曲柄軸旋轉，並旋轉連設於曲柄軸的交流發電 機（ACG)而產生電力，使用此產生之電力，驅動發動機控 制組件3、燃料泵1、噴射器2等，於此情形下，即使交流 發電機4爲多相（三相），藉由進行全波整流，謀求輸出提 高，卻依然需要用來將起動前的燃料加壓的電力，又會導 致系統複雜化、成本提高。 又由於在習知系統中，使用進行全波整流的一部份電 力於燈系統8等其他負載，故有燃料噴射系統（燃料泵1、 引擎2)以及發動機控制組件3受到燈系統8等的負載變動的 影響的問題。另一方面，雖然亦考慮到設置複數個進行全 波整流的交流發電機的線圈，個別供電給各種電負載，不 過這會導致系統複雜化，成本提高。 . 本發明是有鑑於上述習知技術的問題點而完成的裝置 ，其目的在於提供可謀得系統的簡化，成本降低，又可防 止受到其他電負載變動的影響的內燃機之燃料噴射裝置。 [用以解決問題之手段] 本發明之內燃機之燃料噴射裝置是具備對內燃機噴射 燃料的燃料噴射系統以及供電以驅動燃料噴射系統的供電 系統的內燃機之燃料噴射裝置，配置成，上述供電系統具 有在起動時利用外力驅動的單相交流發電機，對利用交流 發電機產生的電力進行半波整流的半波整流器以及蓄積經 由半波整流器整流的電力的電容器，上述燃料噴射系統具 (3) (3)200307085 有藉行經半波整流器及電容器的電力磁驅動，進行燃料的 抽吸及吐出的自行加壓式柱塞泵。 根據此構造，一利用外力（例如駕駛者的踩燈力）驅動 交流發電機而產生電力，此電力即藉半波整流器半波整流 ，又，經過半波整流器整流的電力藉電容器平滑化並蓄電 。並且，藉行經半波整流器及電容器的電力驅動柱塞泵， 進行燃料的加壓及吐出（噴射）。如此，由於柱塞泵是自行 加壓式，故無需用來預先對燃料加壓的電力，亦即電池， 實現系統的簡化、成本降低、無鉛的低公害化。 於上述構造中具有控制柱塞泵的驅動的控制組件，此 控制組件可採用以行經半波整流器及電容器的電力驅動的 構造。 根據此構造，一利用外力（例如駕駛者的腳蹬力）驅動 交流發電機而產生電力，此電力即藉半波整流器半波整流 ，又，經過半波整流器整流的電力藉電容器平滑化並蓄電 。並且，藉經過半波整流器及電容器處理的電力驅動控制 組件及柱塞泵，同時，藉控制組件控制柱塞泵的驅動。 於上述構造中可採用對藉半波整流器整流的半波以外 的殘剩半波加以整流的第2半波整流器的構造。 根據此構造，可於藉發動機產生的正弦波電力中，使 用經過半波整流器整流之一方的半波成份作爲燃料噴射系 統的電力，並使用經過第2半波整流器整流的另一方的半 波成份作爲其他電負載（例如燈負載等）的電力。因此，可 防止其他電負載變動所產生的影響影響到燃料噴射系統， -8- (4) (4)200307085 進行穩定的燃料噴射。 於上述構造中，可採用電容器的電容量根據柱塞泵及 控制組件的驅動電壓設定的構造。 根據此構造，可確實利用交流發電機所產生電力進行 控制單元的起動，並盡量減小燃料噴射系統受到負載變動 影響。 於上述構造中’可採用電容器的電容量根據交流發電 機的磁極數設定的構造。 根據此構造，可根據交流發電機的磁極數，設定最適 電容器的電容量。 於上述構造中，可採用電容器的電容量爲lmF至55mF 範圍的構造。 根據此構造，由於控制組件及燃料噴射系統穩定作動 ，故可確實起動內燃機，在穩定狀態下繼續運轉。 【實施方式】 [發明之實施形態] 以下根據附圖說明本發明的實施形態。 第1至第4圖是顯示本發明燃料噴射裝置之一實施形態 的圖面，第1圖及第2圖是顯示包含燃料噴射裝置的燃料噴 射系統及電力供給系統的系統的圖面，第3圖是等效電路 圖，第4圖是顯示半波整流的波形圖。 如第1圖及第2圖所示，此系統具備單相交流發電機 (ACG)10、對交流發電機10所產生電力進行半波整流的第1 (5) (5)200307085 半波整流器20，蓄積行經第1半波整流器20的電力的電容 器30，作爲負責發動機Μ的全體運轉控制的控制組件的發 動機控制組件（ECU)40，藉ECU40驅動控制的燃料噴射系 統50以及點火系統60等。 亦即，藉交流發電機10、第1半波整流器20以及電容 器30形成用來驅動燃料噴射系統50的電力供給系統。 又，此系統具備對交流發電機1〇所產生電力（正弦波） 中第1半波整流器20所整流的半波（上側半部）以外剩下的 半波（下側半部）加以整流的第2半波整流器70，將行經第2 半波整流器70的電力供至燈系統80。 如此，行經第1半波整流器20及電容器30的電力供至 發動機控制組件（ECU)40、燃料噴射系統50及點火系統等 電負載，行經第2半波整流器70的電力則供至燈系統80等 其他電負載。 因此，即使燈系統80的電負載變動，發動機控制組件 (ECU)40，燃料噴射系統50及點火系統60仍不會受到此負 載變動影響（電壓變動）。藉此，進行穩定的燃料噴射以及 點火動作。 交流發電機10是直接耦合於發動機Μ的曲柄軸而與曲 柄軸一起旋轉驅動的單相發電機，在起動發動機時，駕駛 者踩動腳蹬起動板（藉外力的踩蹬力），旋轉曲柄軸，藉此 驅動而開始發電，於發動機Μ起動後，藉由活塞的往復動 作-曲柄軸的旋轉驅動而繼續發電。由於交流發電機爲單 相，故系統簡化，成本降低，又高效率進行燃料噴射系統 -10- (6) (6)200307085 5 0的驅動。 又，交流發電機10具有磁鐵構成的複數磁極，其磁極 數例如採用3極、4極、5極、6極等。並且，交流發電機10 所產生正弦波（電力）的頻率根據此磁極數來決定。 如第3(a)圖所示，第1半波整流器20由二極體等形成’ 其如第4(b)圖所示進行半波整流，僅取出如第4(a)圖所示 交流發電機1 〇所產生正弦波中的上側半波。 如第3(a)圖所示，第2半波整流器70由二極體等形成， 其如第4(c)圖所示進行半波整流，僅取出第4(a)圖所示交 流發電機10所產生正弦波中的下側半波（第1半波整流器20 所整流的半波以外剩下的半波）。 亦即，由於交流發電機10所產生的正弦波（電力）不管 是否進行半波整流，均不捨棄而有效加以利用，：故提高能 量效率。 作爲控制組件的發動機控制組件（ECU)40是進行發動 機Μ的全體運轉控制，亦即燃料噴射系統50的驅動控制， 點火系統60的驅動控制等的組件，於內部具備發出種種運 算及控制信號，負責全體控制的CPU(中央處理單元），燃 料噴射系統50的驅動電路，點火系統60的驅動電路等。 此發動機控制組件（ECU)40固然藉行經第1半波整流器 20及電容器30的電力驅動，不過，若就CPU的驅動電壓而 言供給約7V的電壓，系統即起動。 燃料噴射系統50是藉電磁力驅動，進行燃料的抽吸及 吐出的自f了加壓式柱塞栗，如第2圖所不，具備往復作動 -11 - (7) (7)200307085 的柱塞51，滑動自如收容柱塞51的缸筒52，用來於配置在 缸筒52外側的電軛（圖略）發生磁力線的勵磁用線圈53，僅 容許朝劃定於缸筒5 2前端側的壓送室內流動的燃料流的止 · 回閥54，僅容許自配置於形成在柱塞5 1內的回流通路的壓 送室回流的燃料流的止回閥5 5，於壓送行程的初期領域的 終點閉塞四流通路的溢流閥56，在壓送室內的燃料加壓至 預定壓力以上時容許吐出的止回閥57等。 而且，在線圏53不通電時，柱塞51爲回動彈簧（圖略） 所推迫，回到休止位置，同時，抽吸燃料。 · 又，如第2圖所示，於止回閥57下游側具備縮小成預 定口徑的孔口噴嘴5 8，在通過孔口噴嘴5 8的燃料達到預定 繼力以上時開閥的提動閥59等。 亦即，於上述柱塞泵50中，一藉行經第1半波整流器 ' 20及電容器30的電力電磁驅動（線圏53以預定程度以上的 脈幅通電），即於此初期領域一面逸出蒸氣，一面開如燃 料的壓送步驟，進一步對壓送室內的燃料加壓。並且，加 _至預定壓力以上的燃料開啓止回閥57，通過孔口噴嘴58 ^ 1十量，開啓提動閥59，成霧狀向吸氣通路噴射。 另一方面，一切斷對線圈53的通電，即藉回動彈簧的 推迫力量將柱塞51推回休止位置。此時，止回閥54開啓， 經由過濾器506，自燃料槽50a，經由過濾器50b，朝壓送 室抽吸燃料，待機準備作次一噴射。 · 由於柱塞泵50如此藉本身的抽吸能力，以一次動作抽 吸燃料，將燃料加壓至適當壓力而吐出（噴射），故無需如 -12- (8) (8)200307085 過去使用噴射器的系統，進行通電等，預先對燃料加壓。 因此’即使在以下不含電池的供電系統驅動情形下，仍確 實地進行燃料噴射。 電谷器30同時進行行動第1半波整流器2〇的電力的蓄 電及平滑化。電容器30具有作爲發動機控制組件40的供電 源’並作爲燃料噴射系統（柱塞泵）5〇及點火系統6〇的供電 源的功能。因此，其電容量（電容）根據柱塞泵50的驅動電 壓以及發動機控制組件40的驅動電壓等，並進一步根據交 流發電機1 0的磁極數設定。 亦即’爲了極力抑制驅動柱塞泵50之際所發生的電壓 變動’雖然以盡量將電容器30的電容量（電容）設定成極大 較佳’不過，若在這方面電容量（電容）過大，即須在起動 時，花費時間藉由駕駿者的踩蹬動作充入（交流發電機1 0) 發電的電力，無法起動發動機控制組件40等。 因此，爲了滿足這些條件，須設定電容器30的電容量 (電容）。 其次，在藉由計算求出電容器30蓄電時的電容器電壓 時，若R1爲交流發電機10的內部電阻Rl(依存於電容量）， R2爲燃料噴射系統50與發動機控制組件40的合成負載電壓 ，第1圖所示電路即成爲第3(a)圖所不等效電路。 又，在進行踩蹬起動情形下’其發生的電壓相當於以 開始起動至結束爲一半周期的正弦波。 在行經第1半波整流器20 ’產生一定周期的半波整流 器f(t)情形下，若E爲最大電壓’其第1波fi(t)即如次式（1) (9) 200307085 ίι (t) =Esincj〇t-u (t) + Esinco (t — π/ω)·ια (t — π/ω) ^ E { s i η ω t · u ( t) + sin〇) (t — π/ω)·ια (t — π/ω)} …(1 ) (其中，U(t)表示階梯函數）。 對此式進行拉普斯變換，即成爲次式（2)。
Fa (s) =Ε {ω/ (s 2+ω2) + (ω/ (s2 + co2))eexp (—πε/ω)}
=(Εω/ (s2 + co2))*(l + exp (-7cs/c〇)) ··· (2) 因此’全波的拉普拉斯變換如次式（3)， F (s)二（Εω/ (s2+co2)).(l/ (1 — exp (―πε/ω)) …（3) 其次，半波整流器f(t)亦即F(s)求出加上第3(a)圖所示 等效電路情形的電容器30的電壓Vc。首先，將上述式（3) 改變成次式（4)，
F (s) = (Εω/ (s2+co2)).(l + exp (―πε/ω) + exp (—2ms/co) +exp (—3ks/co) + e x p (—4 π s/ω) + …) …（4) 上述等效電路的輸入阻抗Z(s)如次式（5)， Z (s) =R1+ (R2/sC) / (R2+l/sC) =(R1 (s + (R1+R2) /R1R2C)) / (S + 1/R2C) …（5) 因此，全部流入電流I(s)如次式（6) ’ I (s) =E (s) /Z (s) =(Εω/ (s2+co2)).{(s + l/R2C) / (Rl (s + (R 1 + R2)/RlR2C)}.(l + exp (— 兀 s/ω) +exp (— 2 π s / ω )+··.) …（6) -14- (10) (10)200307085 因此，Vc(s)如次式（7) V c ( s) = I ( s) · (R 2/s C) / (R 2+ 1/s C) ={E ω/R 1C (s2+co2)-(s + (R1+R2) /R 1 R 2 C)} · (1 + e x p (—π s/ω) + e x p (—2 π s/ω) + …) …（7) 展開右邊，以第1項爲VCi(s)，即成爲次式（8)， V c 1 ( s ) =E ω/R 1C (s2+co2)-(s + (Rl+R2)/R1R2C) …（8) 若對其進行拉普拉斯逆變換，即成爲次式（9)
Vci (t) = [Εω/RlC {((R1+R2) /R1R2C) 2 + ω2Π •(exp (— (R1+R2) t/RlR2C) — coscot + ((Rl+R2)/RlR2coC)*sincot).u (t) ·. (9) 由於t爲；τ/ω、27Γ/ω..........逐步滯後的値，故於第2項 以下，求出Vc(t)作爲其和。 另一方面，電容器30的輸入電壓低於充電的電容器電 壓時的等效電路成爲第3(b)圖所示電路。此情形下的電壓 Vc(s)如次式（10)，
Vc (s) =1 (s).R2/ (S + 1/R2C) …（1 0) 若對其進行拉普拉斯逆變換，即成爲次式（11)，
Vc (t) = I- R2-exp (~t/R2C) ".(11) 第5至第11圖顯示根據上述近似式（9)、（11)，對應就 交流發電機10的內部電阻Rl = 〇.l Ω並就引擎控制組件40及 (11) (11)200307085 燃料噴射系統50的電負載所假定的合成負載電阻R2，以及 交流發電機10的假定極數，算出交流發電機10的發動機電 壓及電容器電壓Vc的結果。 其中，第5圖是顯示極數與電容器電容（電容量）的關係 的圖表，第6圖是顯示合成負載電阻R2與電容器電容的關 係的圖表，第7圖至第11圖是顯示在電容器電容及合成負 載電阻R2變化情形下，電容器電壓Vc相對於起動時歷經時 間的變化的圖表。 如第7圖至第11圖所示，於這些算出的結果中，在約 0.1 5秒，電容器電壓Vc達到的7V，此後，於0.25秒以上的 期間內，繼續維持在8V以上。亦即，確保發動機控制組件 40作動所需要的最低驅動電壓的7V，又確保加入可穩定運 轉的餘格份的電壓8V。 因此，如第5圖及第6圖所示，就電容器30的電容量C ，選定約55mF作爲供發動機控制組件40作動的上限値，並 選定約lmF作爲供燃料噴射系統50穩定作動的下限値，爲 了將發動機Μ起動並使其繼續穩定運轉，較佳地，選定約 lmF至55mF的範圍。 第12圖是顯示電容器30的電容量C爲22mF，以實際車 輛進行起動實驗情形下的結果的圖表。於此圖中分別圖示 顯示發動機旋轉的傳感器線圈的輸出信號、電容器電壓Vc 發動機控制組件40的CPU的像位端子電壓。 如第1 2圖所示，藉由一次踩蹬起動，首先使電容器電 壓Vc以上昇，於P1點，CPU通電（起動）。此後，電容器電 (12) (12)200307085 壓Vc藉燃料噴射系統50及ECU40的驅動負載，於A領域降低 充電量，使之平坦，接著，於發動機Μ起動的B領域以後再 度上昇而穩定於恆定位準。 如此，於發動機起動之際，即使不使用電池，仍確保 發動機起動及繼續運轉所需要的電力（電壓）。亦即，由於可 藉去除電池的供電系統進行發動機Μ的起動及運轉，故可達 到電路簡化所帶來的成本降低，無電池（無鉛）所帶來的低公 害化。 [發明效果] 如以上所述，根據本發明內燃機之燃料噴射裝置，採 用於起動時藉外力驅動的單相交流發電機、半波整流器以 及蓄電的電容器作爲驅動燃料噴射系統的供電系，統，並採 用自行加壓式柱塞泵作爲燃料噴射系統，藉此，無需供預 先對燃料加壓的電池，可達成系統的簡化、成本降低、無 鉛所帶來的低公害化。 又，由於設置第2半波整流器，可對用於燃料噴射系統 驅動的半波以外剩下的半波整流，加以利用，故可將電力 供給燈系統以外的電負載。藉以，可防止燃料噴射系統受 到具有負載的變動影響，可達成穩定的燃料噴射。 【圖式簡單說明】 第1圖是顯示本發明內燃機之燃料噴射裝置之一實施 形態的系統圖。 -17- (13) (13)200307085 第2圖是顯示燃料噴射系統及電力系統的系統圖。 第3(a)圖是顯示本發明系統的等效電路的圖面’第 3 (b)圖是顯示電容器的輸入電壓低於電容器所充電壓情形 的等效電路的圖面。 第4圖是用來說明半波整流器的波形圖，其中第4(a) 圖是顯示交流發電機所產生正弦波的波形圖，第4(b)圖是 顯示藉第1半波整流器整流的半波的波形圖，第4(c)圖是 顯示第1半波整流器整流的半波的波形圖。 第5圖是顯示對應負載電阻的交流發電機極數與電容 器容量的關係的圖表。 第6圖是顯示對應交流發電機極數的負載電阻及電容 器容量的關係的圖表。 第7圖是顯示對應起動時的歷經時間的發電機電壓與 電容器電壓的變化的圖表。 第8圖是顯示對應起動時的歷經時間的電容器電壓變 化的圖表。 第9圖是顯示對應起動時的歷經時間的電容器電壓變 化的圖表。 第1 〇圖是顯示對應起動時的歷經時間的電容器電壓變 化的圖表。 第1 1圖是顯示對應起動時的歷經時間的電容器電壓變 化的圖表。 第1 2圖是顯示實際車輛起動時的實驗結果的圖表。 第1 3圖是顯示習知燃料噴射裝置之一實施形態的系統 -18- (14) (14)200307085 圖 [符號說明] 1 0 :單相交流發電機 2 0 :第1半波整流器 30 :電容器 40 :發動機控制組件（控制組件） 50 :燃料噴射系統（柱塞泵） 5 1 :柱塞 5 3 :線圈 6 0 :點火系統 7 0 :第2半波整流器 8 0 :燈系統
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