CN110382850A

CN110382850A - 发动机系统

Info

Publication number: CN110382850A
Application number: CN201780088081.7A
Authority: CN
Inventors: 山村要一
Original assignee: Honda R&D Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Honda R&D Co Ltd
Priority date: 2017-04-04
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2019-10-25
Anticipated expiration: 2037-11-16
Also published as: US20190390618A1; EP3608530B1; EP3608530A1; WO2018185968A1; CN110382850B; EP3608530A4; JP2018178757A; US10760509B2

Abstract

发动机系统具有：燃料箱，其容纳燃料；内燃发动机；发电机，其由内燃发动机驱动并进行发电；反冲启动器，其启动内燃发动机；控制部，其通过由发电机生成的电力而进行动作；喷射器，其通过由发电机生成的电力而进行动作，并且由控制部控制而向内燃发动机供给燃料；燃料泵，其通过由发电机生成的电力而进行动作，并且由控制部控制而将容纳于燃料箱的燃料供给至喷射器；点火装置，其对在内燃发动机中被压缩的燃料进行点火；以及检测部，其检测内燃发动机的曲轴角。在反冲启动器所进行的内燃发动机的启动期中，控制部以曲轴角为基准并以点火装置的通电期间与喷射器以及燃料泵的通电期间不重叠的方式，向点火装置、喷射器以及燃料泵供给电力。

Description

发动机系统

技术领域

本发明涉及电子燃料喷射控制系统及发动机系统。

背景技术

通过内燃发动机驱动发电机而生成电力的发动机系统是在供电网尚未普及的地域、商用电源的停电时而有用的电源。根据专利文献1，提出了在具备作为手动操作式的发动机启动装置的反冲启动器(recoil starter)的发动机系统中，为了弥补启动时的电力不足而设置备用电池。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4159040号公报

发明内容

发明要解决的问题

在专利文献1的方法中，通过设置备用电池而向电子式燃料喷射装置供给充足的电力。然而，因为设置备用电池而增加了发动机系统的制造成本。另外，若备用电池的充电量不足，则发动机不能启动。因此，本发明的目的在于，提供能够减少启动时的消耗电力的发动机系统。

解决问题的手段

根据本发明，例如提供一种无电池的发动机系统，其具有：

燃料箱，其容纳燃料；

内燃发动机；

发电机，其由所述内燃发动机驱动并进行发电；

反冲启动器，其启动所述内燃发动机；

控制部，其被供给由所述发电机生成的电力而进行动作；

喷射器，其被供给由所述发电机生成的电力而进行动作，并且由所述控制部控制而向所述内燃发动机供给燃料；

燃料泵，其被供给由所述发电机生成的电力而进行动作，并且由所述控制部控制而将容纳于所述燃料箱的燃料供给至所述喷射器；

点火装置，其对在所述内燃发动机中被压缩的所述燃料进行点火；以及

检测部，其检测所述内燃发动机的曲轴角，

在所述反冲启动器所进行的所述内燃发动机的启动期中，所述控制部以所述曲轴角为基准并以所述点火装置的通电期间与所述喷射器以及所述燃料泵的通电期间不重叠的方式，向所述点火装置、所述喷射器以及所述燃料泵供给电力。

发明效果

根据本发明，提供能够减少启动时的消耗电力的发动机系统。

附图说明

本发明的其他特征以及优点，通过以附图为参照的以下说明而得以明确。此外，在附图中，对于相同或者同样的结构，标注相同的附图标记。

附图包含在说明书中并构成其一部分，表示本发明的实施方式并与其记述一起用于说明本发明的原理。

图1是表示发动机系统的概要图。

图2是表示控制部和电源电路的框图。

图3是表示脉冲信号、曲轴状态以及曲轴角之间的关系的图。

图4是表示映射表的图。

具体实施方式

＜发动机系统＞

图1是表示无电池的发动机系统100的概要图。发动机系统100也可以称作电子燃料喷射控制系统。内燃发动机1是四冲程式的发动机。在曲轴箱2中容纳有曲轴19。通过曲轴19旋转从而使连结于连杆3的活塞4在汽缸内进行上下运动。在曲轴19上连结有用于启动内燃发动机1的反冲启动器5。反冲操作者通过抓握并拉动反冲启动器5的把手而使曲轴19旋转。在曲轴19上连结有发电机6，通过曲轴19旋转从而发电机6的转子旋转并发电。通过曲轴角传感器7来检测曲轴19的曲轴角。曲轴角传感器7例如可以是对设置于连结在曲轴19的飞轮上的磁体的磁力进行检测的霍尔元件等。电源电路8具有将由发电机6生成的交流转换为直流的电路、转换直流电压的等级的电路等。电源电路8将由发电机6生成的电力供给至控制部9。此外，若由反冲启动器5致使曲轴19旋转，则发电机6产生控制部9进行动作所需的充足的电力。控制部9是发动机控制单元(ECU)，其对从电源电路8供给至点火装置11、燃料泵14、喷射器15以及节气门马达16等的电力进行控制。点火装置11供给用于使火花塞12进行火花放电的点火电力。燃料箱13是容纳燃料的容器。燃料泵14是将容纳于燃料箱13的燃料供给至喷射器15的泵。在图1中燃料泵14设置于燃料箱内。节气门马达16是用于控制空气流入量的马达。吸气阀17是通过将曲轴19的旋转运动转换为上下运动的凸轮等进行开闭的阀。吸气阀17在吸气行程中打开，在压缩行程、膨胀行程以及排气行程中基本上关闭。排气阀18是通过将曲轴19的旋转运动转换为上下运动的凸轮等进行开闭的阀。排气阀18在排气行程中打开，在压缩行程、膨胀行程以及吸气行程中基本上关闭。为了顺畅地进行从排气到吸气的转换，还可以设置吸气阀17和排气阀18同时打开的期间(重叠(overlap))。

然而，控制部9、燃料泵14、点火装置11、以及喷射器15的消耗电力的合计值有时达到几十瓦特。在不使用备用电池而仅通过发电机6供应该电力的情况下，会需要巨大的反冲动力。即，对反冲操作者的体力工作提出要求。或者，仅通过反冲启动器5原本也应该不能够供应充足的电力。因此，在本实施例中，在反冲启动器5进行的内燃发动机1的启动期中，控制部9以曲轴角为基准并以点火装置11的通电期间与喷射器15以及燃料泵14的通电期间不重叠的方式，向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给电力。由此，由于启动期所需要的电力被削减，因此对反冲操作者所要求的动力也得以削减。

＜控制部和电源电路＞

图2表示控制部9的功能和电源电路8的功能。在控制部9中曲轴角检测部21基于从曲轴角传感器7输出的脉冲信号的间隔而检测曲轴角。曲轴角检测部21以上止点(TDC)为0度而进行检测。在四冲程发动机中曲轴角设为取值在0度至720度。但是，可以以TDC为基准而将比TDC靠前的行程中的角度记载为BTDC，将比TDC靠后的行程中的角度记载为ATDC。另外，可以将比作为排气行程中的上止点的重叠顶部(overlap top,OLT)靠前的行程中的角度记载为BOLT，将比OLT靠后的行程中的角度用AOLT记载。行程判定部22基于从曲轴角传感器7输出的脉冲信号的间隔而对内燃发动机1的行程进行判定。例如，行程判定部22将与曲轴19的旋转两周(720度)相当的期间识别为18个曲轴状态。点火控制部23根据由曲轴角检测部21检测的曲轴角而控制对点火装置11的通电和非通电。在存储器26中可以存储表示与曲轴角对应的对点火装置11的通电的许可和非许可的信息(映射表)。喷射器控制部24根据由曲轴角检测部21检测的曲轴角而控制对喷射器15的通电和非通电。在存储器26中可以存储表示与曲轴角对应的对喷射器15的通电的许可和非许可的信息(映射表)。泵控制部25根据由曲轴角检测部21检测的曲轴角而控制对燃料泵14的通电和非通电。在存储器26中可以存储表示与曲轴角对应的对燃料泵14的通电的许可和非许可的信息(映射表)。替代由曲轴角检测部21检测的曲轴角，可以使用由行程判定部22判定的曲轴状态。

内燃发动机1所需要的燃料的量取决于被从发动机系统100供给电力而动作的负荷的大小。因而，泵控制部25可以根据负荷的大小对向燃料泵14的通电时间进行PWM控制。即，可以根据负荷的大小而对供给至燃料泵14的脉冲状的驱动信号的导通期间(onduty，占空比)的长度进行可变控制。存储器26是包括RAM、ROM等的存储装置。

在电源电路8中，整流电路31是对由发电机6生成的交流进行整流的电路。平滑电路32是将由整流电路31生成的脉动电流平滑化从而生成直流的电路。由此，例如生成12V的直流电压。DC/DC转换器35是对直流电压的等级进行转换的电路。例如，DC/DC转换器35将12V的直流电压转换为5V、3.3V的直流电压。

＜曲轴状态＞

图3表示曲轴角传感器7输出的脉冲信号、曲轴状态以及曲轴角的关系。行程判定部22将曲轴角传感器7输出的脉冲信号的下降用作控制的基准时机。如图3所示，在曲轴19旋转360度的期间曲轴角传感器7输出九个脉冲信号。在此，将磁体配置为：使得在第一个脉冲信号至第九个脉冲信号中相邻的脉冲信号间的间隔相同，但第九个至第十个的间隔变得相对较长。例如，设为九个磁体配置为以30度为间隔，第九个磁体至第一个磁体的间隔为120度。即，第九个磁体至第一个磁体的间隔变为通常的间隔的4倍。行程判定部22通过计时器、计数器来测定脉冲间隔，并对相邻的两个脉冲间隔进行比较，将相对较长的间隔之后所产生的脉冲信号判定为临时的曲轴状态1的开始。例如，若第i个脉冲间隔是第i-1个脉冲间隔的2倍以上，则行程判定部22将第i+1个脉冲间隔决定为临时的曲轴状态1。在以后每输入一个脉冲信号，行程判定部22就使曲轴状态的编号增加一个。由此，对曲轴19旋转720度的期间，分配临时的曲轴状态1至18。在此，行程判定部22对临时的曲轴状态4中的脉冲间隔是否比临时的曲轴状态13中的脉冲间隔长进行判定。由于本来的曲轴状态4是压缩行程中的点燃前的状态，曲轴19的角速度最慢，因此其脉冲间隔变得比曲轴状态13中的脉冲间隔长。因而，若临时的曲轴状态4中的脉冲间隔比临时的曲轴状态13中的脉冲间隔长，则行程判定部22判定为曲轴状态的判定是正确的。另一方面，若临时的曲轴状态4中的脉冲间隔不比临时的曲轴状态13中的脉冲间隔长，则临时的曲轴状态13与本来的曲轴状态4相当。因而，若临时的曲轴状态4中的脉冲间隔不比临时的曲轴状态13中的脉冲间隔长，则行程判定部22判定为曲轴状态错开9个。即，行程判定部22通过将临时的曲轴状态分别错开9个而决定本来的曲轴状态。曲轴角检测部21将在本来的曲轴状态18之后而到来的脉冲信号的下降识别为BDTC145.5度，并以此为基准而管理曲轴角。

在此使用曲轴状态来管理以及监视曲轴角，但是曲轴角检测部21也可以根据基于曲轴角传感器7输出的脉冲信号的旋转角度(0度～360度)和驱动吸气阀17的凸轮的旋转角度(0度～360度)，来检测曲轴角(0度～720度)。但是，在该情况下，需要对驱动吸气阀17的凸轮的旋转角度进行检测的传感器。

＜通电控制＞

在内燃发动机1自主地动作的运转期中，通过上述的方法来确定本来的曲轴状态。然而，尽管可以在内燃发动机1的启动期中决定临时的曲轴状态，但有时不能确定本来的曲轴状态。这是因为，在内燃发动机1的启动期中在曲轴状态4的脉冲间隔与曲轴状态13的脉冲间隔之间不产生显著的差异。因此，在本实施例中不管是TDC还是OLT，控制部9都在上止点的附近执行点火，并在点火之前使喷射器15和燃料泵14工作。其意图是不进行曲轴状态1～9与曲轴状态10至18之间的区分。

图4是保持于存储器26的启动期用的映射表。控制部9从映射表中获取与由曲轴角检测部21获取的曲轴角或者由行程判定部22判定的曲轴状态对应的控制状态。例如，在曲轴状态1、2中控制部9虽然不执行对点火装置11的通电，但是分别向燃料泵14和喷射器15供给电力。即，点火控制部23按照映射表而不执行对点火装置11的通电。泵控制部25按照映射表而执行对燃料泵14的通电。喷射器控制部24也按照映射表而执行对喷射器15的通电。如上述那样虽然燃料泵14被通过PWM控制而供给电力，但是在启动期中不知道负荷的大小。因此，泵控制部25以启动期用的占空比而生成PWM信号，并供给至燃料泵14。这样，在曲轴状态1、2中燃料被供给至内燃发动机1的汽缸内，并被执行压缩。这样，在启动期中的曲轴状态1、2中，控制部9以点火装置11的通电期间与喷射器15以及燃料泵14的通电期间不重叠的方式，向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给电力。

在曲轴状态3～6中，点火控制部23按照映射表而执行对点火装置11的通电。由此点火装置11向火花塞12供给电力，并使其执行放电。在曲轴状态3～6中，喷射器控制部24也按照映射表而不执行对喷射器15的通电。同样地，泵控制部25按照映射表而不执行对燃料泵14的通电。这样，在启动期中的曲轴状态3～6中，控制部9也以点火装置11的通电期间与喷射器15以及燃料泵14的通电期间不重叠的方式，向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给电力。

在曲轴状态7中，点火控制部23按照映射表而不执行对点火装置11的通电。喷射器控制部24也按照映射表而不执行对喷射器15的通电。但是，泵控制部25按照映射表而执行对燃料泵14的通电。设为在启动期中需要较多燃料。因此，能够通过使燃料泵14比喷射器15更早进行工作而向喷射器15供给充足的燃料。

在曲轴状态8～11中，点火控制部23按照映射表而不执行对点火装置11的通电。喷射器控制部24也按照映射表而执行对喷射器15的通电。泵控制部25也按照映射表而执行对燃料泵14的通电。运转期中的曲轴状态8～11与膨胀行程和排气行程相当，但是启动期中的临时的曲轴状态8～11有可能不是这些步骤。即，临时的曲轴状态8～11有可能与本来的吸气行程以及压缩步骤相当。因此，在临时的曲轴状态8～11中也执行燃料的供给。但是，在启动期中的曲轴状态8～11中，控制部9也以点火装置11的通电期间与喷射器15以及燃料泵14的通电期间不重叠的方式，向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给电力。

在曲轴状态12～15中，点火控制部23按照映射表而执行对点火装置11的通电。喷射器控制部24按照映射表而不执行对喷射器15的通电。同样地，泵控制部25按照映射表而不执行对燃料泵14的通电。这样，在启动期中的曲轴状态12～15中，控制部9也以点火装置11的通电期间与喷射器15以及燃料泵14的通电期间不重叠的方式，向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给电力。

在曲轴状态16中，点火控制部23按照映射表而不执行对点火装置11的通电。喷射器控制部24也按照映射表而不执行对喷射器15的通电。但是，泵控制部25按照映射表而执行对燃料泵14的通电。

在曲轴状态17、18中，点火控制部23按照映射表而不执行对点火装置11的通电。喷射器控制部24按照映射表而执行对喷射器15的通电。泵控制部25也按照映射表而执行对燃料泵14的通电。这样，在启动期中的曲轴状态16～18中，控制部9也以点火装置11的通电期间与喷射器15以及燃料泵14的通电期间不重叠的方式，向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给电力。

如图4所示，在启动期中，控制部9以点火装置11的通电期间与喷射器15以及燃料泵14的通电期间不重叠的方式，向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给电力。由此，能够减少启动时的消耗电力。通过减少启动时的消耗电力，能够使电源电路8紧凑化。例如，由于不需要备用电池、其充电电路等，因此电源电路8变得紧凑化。

此外，若内燃发动机1的转速稳定，则控制部9从启动期用的映射表切换为运转期用的映射表，并执行对点火装置11、喷射器15以及燃料泵14的通电控制。特别是，在运转期中泵控制部25可以根据负荷的大小而生成占空比的PWM信号并执行对燃料泵14的通电。即，在PWM信号的等级是导通时从电源电路8向燃料泵14供给电力，在PWM信号的等级是断开时不从电源电路8向燃料泵14供给电力。由此，将根据了负荷的大小的量的燃料，适当地供给至内燃发动机1内。

＜总结＞

根据本实施例，喷射器15是被供给由发电机6生成的电力而进行动作、并且由控制部9控制而向内燃发动机1供给燃料的燃料喷射装置的一个例子。燃料泵14是被供给由发电机6生成的电力而进行动作、并且由控制部9控制而将容纳于燃料箱13的燃料供给至喷射器15的燃料泵的一个例子。点火装置11是对在内燃发动机1中被压缩的燃料进行点火的点火装置的一个例子。曲轴角传感器7是对内燃发动机1的曲轴角进行检测的检测部的一个例子。在反冲启动器5进行的内燃发动机1的启动期中，控制部9以曲轴角为基准并以点火装置11的通电期间与喷射器15以及燃料泵14的通电期间不重叠的方式，向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给电力。由此减少启动时的消耗电力。其结果是，不需要备用电池、其充电电路，而能够使发动机系统100紧凑化。另外，伴随备用电池的充电不足而发生的不能启动这样的问题，在本实施例中也不产生。

控制部9可以对供给至燃料泵14的电力进行PWM控制。由此能够节约燃料泵14中的消耗电力，并且能够减少燃料泵14的发热量。在内燃发动机1的启动期中，控制部9可以根据内燃发动机1的启动所需要的燃料量而对供给至燃料泵14的电力进行PWM控制。此外，控制部9能够从与曲轴状态9或者18相当的脉冲期间的长度计算出内燃发动机1的转速。另外，控制部9能够根据转速的稳定程度而区分启动期和运转期。在内燃发动机1的运转期中，控制部9可以根据发电机的负荷而对供给至燃料泵14的电力进行PWM控制。由此能够节约运转期中的燃料泵14中的消耗电力，并且能够减少燃料泵14的发热量。

然而，在内燃发动机1的运转期中，控制部9可以根据由内燃发动机1驱动的负荷而对供给至燃料泵14的电力进行PWM控制。例如，在内燃发动机1搭载于农业机械等的情况下，负荷是连接于农业机械的耕作机械等。在该情况下，对由内燃发动机1驱动的负荷的大小(例如：耕作机械所需要的驱动力)进行检测的传感器可以设置为负荷传感器。控制部9可以根据由负荷传感器检测到的负荷的大小而对供给至燃料泵14的电力进行PWM控制。控制部9可以在对喷射器15的通电之前开始对燃料泵14的通电。由此喷射器15能够从喷射最开始就以高压来喷射燃料。

燃料泵14可以设置在燃料箱内。通过如上述那样对供给至燃料泵14的电力进行PWM控制，应能抑制燃料泵14的发热，还能够抑制燃料箱内的燃料的温度上升。即，即使为了实现发动机系统100的小型化而将燃料泵14设置于燃料箱13的内部，也应能抑制燃料的沸腾。另外，为了抑制燃料箱13的内压的上升，不仅能够采用金属，还能够采用树脂材料作为燃料箱13的材料。由于树脂制成的燃料箱13其形状的自由度较大，因此会给发动机系统100的整体构造带来很多优点。另外，由于与金属制成的燃料箱13比较，树脂制的燃料箱13质量轻，因此应有助于发动机系统100的轻型化。另外，由于由燃料产生的挥发物质的量会减少，因此能够将蒸发器(evaporator)、滤罐(canister)小型化。

至此以不使点火装置11的通电期间与喷射器15以及燃料泵14的通电期间重叠为中心而进行了说明。然而，控制部9可以根据内燃发动机1的负荷或者发电机6的负荷而对供给至燃料泵14的电力进行PWM控制。由此减少燃料泵14的消耗电力。

本发明不限于上述实施方式，并能够不脱离本发明的精神以及范围地进行各种各样的变更以及变形。因此，为公开本发明的范围而附上以下权利要求。

本申请要求享有以于2017年4月4日提交的日本专利申请2017-074714为基础的优先权，并引用其记载内容的全部至本文中。

Claims

1.一种无电池的发动机系统，其特征在于，具有：

燃料箱，其容纳燃料；

内燃发动机；

发电机，其由所述内燃发动机驱动并进行发电；

反冲启动器，其启动所述内燃发动机；

控制部，其被供给由所述发电机生成的电力而进行动作；

检测部，其检测所述内燃发动机的曲轴角，

2.根据权利要求1所述的无电池的发动机系统，其特征在于，所述控制部对供给至所述燃料泵的电力进行PWM控制。

3.根据权利要求2所述的无电池的发动机系统，其特征在于，在所述内燃发动机的启动期中，所述控制部根据所述内燃发动机的启动所需要的燃料量而对供给至所述燃料泵的电力进行PWM控制。

4.根据权利要求2或3所述的无电池的发动机系统，其特征在于，在所述内燃发动机的运转期中，所述控制部根据所述发电机的负荷而对供给至所述燃料泵的电力进行PWM控制。

5.根据权利要求4所述的无电池的发动机系统，其特征在于，所述无电池的发动机系统还具有：

整流电路，其对由所述发电机生成的交流进行整流；以及

平滑电路，其将由所述整流电路生成的脉动电流平滑化而生成直流，

所述控制部根据所述发电机的负荷而对供给至所述燃料泵的电力进行PWM控制。

6.根据权利要求2或3所述的无电池的发动机系统，其特征在于，在所述内燃发动机的运转期中，所述控制部根据由所述内燃发动机驱动的负荷而对供给至所述燃料泵的电力进行PWM控制。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的无电池的发动机系统，其特征在于，所述控制部在向所述喷射器的通电之前开始向所述燃料泵的通电。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的无电池的发动机系统，其特征在于，所述燃料泵设置于所述燃料箱的内部。

9.一种发动机系统，其特征在于，具有：

燃料箱，其容纳燃料；

内燃发动机；

发电机，其由所述内燃发动机驱动并进行发电；

控制部，其通过由所述发电机生成的电力而进行动作；

喷射器，其通过由所述发电机生成的电力而进行动作，并且由所述控制部控制而向所述内燃发动机供给燃料；

燃料泵，其设置于所述燃料箱的内部，通过由所述发电机生成的电力而进行动作，并且由所述控制部控制而将容纳于所述燃料箱的燃料供给至所述喷射器；以及

点火装置，其对在所述内燃发动机中被压缩的所述燃料进行点火，

所述控制部根据所述内燃发动机的负荷或者所述发电机的负荷而对供给至所述燃料泵的电力进行PWM控制。