CN110402328B - 无电池的发动机系统 - Google Patents

Abstract

无电池的发动机系统具有：燃料箱、内燃发动机、发电机、反冲启动器、控制部、喷射器、燃料泵、点火装置、以及、检测内燃发动机的转速等的检测部。在反冲启动器所进行的内燃发动机的启动期中，控制部基于转速等而对内燃发动机是否能够自持旋转进行判定。若内燃发动机不能够自持旋转则不向点火装置、喷射器以及燃料泵供给电力。若内燃发动机能够自持旋转则向它们供给电力。

Description

无电池的发动机系统

技术领域

本发明涉及电子燃料喷射控制系统及无电池的发动机系统。

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，若不设置备用电池而依赖反冲操作者的动力，则会耗费操作者的繁重的劳动。即，操作者为了启动发动机而会感受到巨大的负荷。因此，本发明的目的在于，减轻在内燃发动机的启动时反冲操作者所感受到的负荷。

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；

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转速，

在所述反冲启动器所进行的所述内燃发动机的启动期中，所述控制部基于所述转速而对所述内燃发动机是否能够自持旋转进行判定，若所述内燃发动机不能够自持旋转，则所述控制部不向所述点火装置、所述喷射器以及所述燃料泵供给来自所述发电机的电力，若所述内燃发动机能够自持旋转，则所述控制部向所述点火装置、所述喷射器以及所述燃料泵供给来自所述发电机的电力。

发明效果

根据本发明，能够减轻在内燃发动机的启动时反冲操作者所感受到的负荷。

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是表示转速和电力供给的开始时机之间的关系的图。

图3是表示控制部和电源电路的框图。

图4是表示电力控制的流程图。

图5是表示控制部和电源电路的框图。

图6是表示电力控制的流程图。

图7是表示控制部和电源电路的框图。

图8是表示电力控制的流程图。

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导致曲轴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。因此，在反冲启动器5所进行的内燃发动机1的启动期中，控制部9通过限制向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14的电力供给从而减轻操作者所感受到的负荷。例如，控制部9参照转速、加速度，若内燃发动机1不能够自持旋转，则不向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给来自发电机6的电力。若内燃发动机1能够自持旋转，则控制部9向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给来自发电机6的电力。由此，减轻在启动期中反冲操作者所感受到的负荷。

＜电力供给的时机＞

图2表示曲轴角传感器7所输出的脉冲信号Cr、内燃发动机1的转速R以及点火装置11、喷射器15以及燃料泵14的消耗电力Pw之间的关系。T1表示反冲操作的初期。根据经验，在T1中操作者对负荷敏感。T2表示反冲操作的中期以及结束期。根据经验，在T2中操作者变得对负荷不敏感。T3表示反冲操作结束、内燃发动机1因惯性力矩而旋转的期间。由于在T3中反冲操作结束，因此操作者感受不到负荷。

根据图2，若转速R变为规定转速(阈值Rth)以上，则控制部9向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给来自发电机6的电力。阈值Rth是内燃发动机1能够自持旋转的转速。阈值Rth例如是内燃发动机1的惯性力矩产生使内燃发动机1能够自持旋转的惯性力矩的转速。在转速R达到阈值Rth之前，不向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给电力。因此，减轻操作者通过反冲启动器5而感受到的负荷。另外，在反冲操作的结束期，由于操作者已经变得对负荷不敏感，因此即使向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给电力，操作者也应该不会注意到负荷。

·实施例1

＜控制部和电源电路＞

图3表示控制部9的功能和电源电路8的功能。在控制部9中转速运算部21基于从曲轴角传感器7输出的脉冲信号的间隔进行运算而得到转速。曲轴角传感器7按照曲轴19每旋转30度而输出九个脉冲，之后在旋转120度的期间内不输出脉冲。特别是，若着眼于前者的脉冲，且若曲轴19的转速上升，则脉冲间隔变短。该脉冲间隔表示曲轴19旋转30度所需的时间。因而，转速运算部21使用计时器、计数器来测定脉冲间隔t，通过对(30度÷360度)÷t进行运算而获取转速R。判定部20基于转速R而对内燃发动机1是否能够自持旋转进行判定。转速比较部27将转速R和阈值Rth进行比较，并对转速R是否是阈值Rth以上进行判定。若转速R是阈值Rth以上，则判定部20可以判定为内燃发动机1能够自持旋转而输出许可通电信号。或者，若转速R小于阈值Rth，则判定部20判定为内燃发动机1不能够自持旋转而不输出许可通电信号(或者输出不许可通电信号)。若判定部20输出许可通电信号，则点火控制部23开始对点火装置11的通电，若判定部20没有输出许可通电信号，则不执行对点火装置11的通电。若判定部20输出许可通电信号，则喷射器控制部24开始对喷射器15的通电，若判定部20没有输出许可通电信号，则不执行对喷射器15的通电。若判定部20输出许可通电信号，则泵控制部25开始对燃料泵14的通电，若判定部20没有输出许可通电信号，则不执行对燃料泵14的通电。此外，存储器26存储阈值Rth等。存储器26是包括RAM、ROM等的存储装置。通过将设置于从电源电路8至点火装置11、喷射器15、燃料泵14的电力线上的继电器、半导体开关等开关从断开切换为导通，来实现通电的开始。例如，该开关设置于电源电路8的内部，并且，分别相对于点火装置11、喷射器15、以及燃料泵14而设置。

在运转期，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而对针对燃料泵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(占空比，onduty)的长度进行可变控制。这样，实现燃料泵14的消耗电力的减少和发热量的减少。

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。控制部9可以根据发电机6、内燃发动机1的负荷而对供给至燃料泵14的电力进行PWM控制。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。

＜流程图＞

图4是表示启动期中的电力控制的流程图。若控制部9通过电源电路8而接收由发电机6生成的电力的供给并启动，则执行以下的处理。

·在步骤S401中，控制部9的转速运算部21使用计时器、计数器来测定脉冲间隔t。此外，计时器、计数器也可以作为脉冲间隔t的检测部或者测定部而设置于转速运算部21的外侧。

·在步骤S402中，控制部9的转速运算部21基于测定的脉冲间隔t而运算转速R。此外，如图2所示，在从第一个脉冲至第九个脉冲中相邻的脉冲的脉冲间隔t几乎相同，但是第九个脉冲和第十个脉冲(第二周期的第一个脉冲)之间的脉冲间隔极长。因此，转速运算部21除去极长的脉冲间隔而计算转速R。

·在步骤S403中，控制部9的转速比较部27对通过运算而获取的转速R是否是从存储器26读出的阈值Rth以上进行判定。由于若转速R小于阈值Rth则内燃发动机1不能够自持旋转，因此转速比较部27返回步骤S401，并测定下一个脉冲间隔t。另一方面，由于若转速R是阈值Rth以上则内燃发动机1能够自持旋转，因此转速比较部27进入步骤S404。

·在步骤S404中，控制部9开始对点火装置11、喷射器15以及燃料泵14的通电(供给电力)。

这样，在反冲启动器5所进行的内燃发动机1的启动期中，在转速R变为规定转速以上之前，控制部9不向参与到燃料喷射和点火的辅助设备(点火装置11、喷射器15以及燃料泵14)供给来自发电机6的电力。若转速R变为规定转速以上，则控制部9向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给来自发电机的电力。即，在从开始拉动反冲启动器5至转速R变为规定转速以上为止的第一期间内不向辅助设备供给电力，在转速R变为规定转速以上之后的第二期间内向辅助设备供给电力。由此能够减轻在内燃发动机1的启动时反冲操作者所感受到的负荷。

·实施例2

＜控制部和电源电路＞

在实施例1中基于转速R而判定是否开始对点火装置11、喷射器15以及燃料泵14的通电(供给电力)。在实施例2在基于根据脉冲间隔t获取的内燃发动机1的加速度是否小于阈值而判定是否开始对点火装置11、喷射器15以及燃料泵14的通电(供给电力)。一般来说，操作者抓握并一口气地拉动反冲启动器5的把手。另外，由于连接于把手的线缆(绳索)的长度为一定的长度，因此曲轴19的加速度在中途开始减小。根据图2大致从操作的开始而持续一定的加速度，在转速R达到阈值Rth时加速度开始降低。因而，能够基于曲轴19的加速度而判定内燃发动机1是否能够自持旋转、或者是否应该开始对点火装置11、喷射器15以及燃料泵14的通电(供给电力)。

图5表示控制部9的功能和电源电路8的功能。在图5中对与图3共用的事项标注同一附图标记。加速度运算部22测定从曲轴角传感器7输出的脉冲信号的脉冲间隔t，并基于脉冲间隔t进行运算而得到曲轴19的加速度a。此外，加速度运算部22可以基于由转速运算部21检测的转速Ri-1和Ri来运算加速度a(i是脉冲的编号，为1至9)。这是由于加速度a是表示转速的增加率的参数。这样，加速度运算部22可以通过对由转速运算部21检测的转速R进行微分而运算加速度a。加速度比较部28对加速度a是否是规定加速度ath以上进行判定。例如，若加速度a是规定加速度ath以上，则加速度比较部28不输出许可通电信号。另一方面，若加速度a小于规定加速度ath，则加速度比较部28输出许可通电信号。若没有输出许可通电信号，则点火控制部23不向点火装置11供给来自发电机6的电力。若没有输出许可通电信号，则喷射器控制部24不向喷射器15供给来自发电机6的电力。若没有输出许可通电信号，则泵控制部25不向燃料泵14供给来自发电机6的电力。若加速度a变为不是规定加速度ath以上，则加速度比较部28输出许可通电信号。由此，控制部9向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给来自发电机6的电力。

＜流程图＞

图6是表示启动期中的电力控制的流程图。若控制部9通过电源电路8而接收由发电机6生成的电力的供给并启动，则执行以下的处理。

·在步骤S601中，控制部9的加速度运算部22使用计时器、计数器来测定脉冲间隔t。此外，计时器、计数器可以作为脉冲间隔t的检测部或者测定部而设置于加速度运算部22的外侧。

·在步骤S602中，控制部9的加速度运算部22基于测定的脉冲间隔t而运算加速度a。也可以基于转速运算部21检测的转速而运算加速度。如图2所示，在从第一个脉冲至第九个脉冲中相邻的脉冲的脉冲间隔t几乎相同，但是第九个脉冲和第十个脉冲(第二周期的第一个脉冲)之间的脉冲间隔极长。因此，加速度运算部22除去极长的脉冲间隔而计算加速度a。

·在步骤S603中，控制部9的加速度比较部28对通过运算获取的加速度a是否小于从存储器26读出的规定加速度ath进行判定。若加速度a不小于规定加速度ath(即，加速度a是规定加速度ath以上)，则加速度比较部28返回步骤S601，并测定下一个脉冲间隔t。另一方面，若加速度a变为小于规定加速度ath(若加速度a变为不是规定加速度ath以上)，则加速度比较部28进入步骤S604。

·在步骤S604中，控制部9开始对点火装置11、喷射器15以及燃料泵14的通电(供给电力)。

这样，在反冲启动器5所进行的内燃发动机1的启动期中，在加速度a是规定加速度ath以上时，控制部9不向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给来自发电机6的电力。然而，加速度a是表示由转速运算部21检测的转速R的增加的参数。即，在转速R增加的期间，控制部9不向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给来自发电机6的电力。另一方面，若加速度a变为不是规定加速度ath以上，则开始向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14进行来自发电机6的电力供给。即，若转速R的增加结束，则控制部9开始电力供给。这样，在从开始拉动反冲启动器5至加速度a变为小于规定加速度为止的第一期间内不向辅助设备供给电力，而在加速度a变为小于规定加速度ath之后的第二期间内向辅助设备供给电力。由此能够减轻在内燃发动机1的启动时反冲操作者所感受到的负荷。

·实施例3

＜控制部和电源电路＞

在实施例3中考虑转速R和加速度a的双方而决定能否进行电力供给。图7表示控制部9的功能和电源电路8的功能。在图7中对与图3、图5共用的事项标注同一附图标记。综合判定部29对转速R是否小于阈值Rth，或者加速度a是否是规定加速度ath以上进行判定。若转速R小于阈值Rth，或者加速度a是规定加速度ath以上，则控制部9不向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给来自发电机6的电力。另一方面，若转速R变为是阈值Rth以上，并且，加速度a小于规定加速度ath，则控制部9向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给来自发电机6的电力。

＜流程图＞

图8是表示启动期中的电力控制的流程图。若控制部9通过电源电路8而接收由发电机6生成的电力的供给并启动，则执行以下的处理。对已经说明的步骤进行简要地说明。

·在步骤S801中，控制部9的转速运算部21使用计时器、计数器来测定脉冲间隔t。

·在步骤S802中，控制部9的转速运算部21运算转速R。

·在步骤S803中，控制部9的加速度运算部22运算加速度a。

·在步骤S804中，控制部9的转速比较部27对转速R是否是阈值Rth以上进行判定。若转速R不是阈值Rth以上，则控制部9返回步骤S801。另一方面，若转速R是阈值Rth以上，控制部9进入步骤S805。

·在步骤S805中，控制部9的加速度比较部28对加速度a是否小于规定加速度ath进行判定。若加速度a不小于规定加速度ath(加速度a是规定加速度ath以上)，则加速度比较部28返回步骤S801。另一方面，若加速度a变为小于规定加速度ath(若加速度a变为不是规定加速度ath以上)，则加速度比较部28进入步骤S806。

·在步骤S806中，控制部9开始对点火装置11、喷射器15以及燃料泵14的通电(供给电力)。

这样，若转速R小于阈值Rth，或者加速度a是规定加速度ath以上，则控制部9不向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给来自发电机6的电力。另一方面，若转速R变为阈值Rth以上，并且，加速度a小于规定加速度ath，则控制部9向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给来自发电机6的电力。由此能够减轻在内燃发动机1的启动时反冲操作者所感受到的负荷。

＜总结＞

根据本实施例，发动机系统100具有：燃料箱13，其容纳燃料；内燃发动机1；发电机6，其由内燃发动机1驱动并进行发电；反冲启动器5，其启动内燃发动机1；控制部9，其通过由发电机6生成的电力而进行动作；喷射器15，其通过由发电机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；燃料泵14，其通过由发电机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；点火装置11，其对在内燃发动机1中被压缩的燃料进行点火；以及检测部，其检测内燃发动机1的转速R。曲轴角传感器7等是对内燃发动机1的转速R进行检测的检测部的一个例子。在反冲启动器5所进行的内燃发动机1的启动期中，控制部9基于转速R而对内燃发动机1是否能够自持旋转进行判定。若内燃发动机1不能够自持旋转，则控制部9不向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给来自发电机6的电力。另外，若内燃发动机1能够自持旋转，则控制部9向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给来自发电机6的电力。由此能够减轻在内燃发动机1的启动时反冲操作者所感受到的负荷。

在反冲启动器5所进行的内燃发动机1的启动期中，在转速R变为内燃发动机1能够自持旋转的规定转速(例：阈值Rth)以上之前，控制部9不向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给来自发电机6的电力。另外，若转速R变为规定转速以上，则控制部9向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给来自发电机6的电力。由此能够减轻在内燃发动机1的启动时反冲操作者所感受到的负荷。

另外，在反冲启动器5所进行的内燃发动机1的启动期中，在由检测部检测的转速R处于增加的期间控制部9可以不向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给来自发电机6的电力。另外，若转速R的增加结束则控制部9可以向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给来自发电机6的电力。

例如，在反冲启动器5所进行的内燃发动机1的启动期中，控制部9可以根据由检测部检测的转速R求取加速度a，并在该加速度a是规定加速度ath以上的情况下，不向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给来自发电机6的电力。另外，若该加速度a变为不是规定加速度ath以上，则控制部9可以向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给来自发电机6的电力。

控制部9可以根据由检测部检测的转速R求取加速度a，若转速R小于内燃发动机1能够自持旋转的规定转速，或者该加速度a是规定加速度以上，则不向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给来自发电机6的电力。另外，若转速R变为内燃发动机1能够自持旋转的规定转速以上，并且，该加速度小于规定加速度，则控制部9可以向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给来自发电机6的电力。

另外，控制部9可以在从反冲启动器5的操作开始、至转速R变为内燃发动机1能够自持旋转的规定转速以上为止的期间，不向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14供给来自发电机6的电力。另外，在转速R变为规定转速以上之后，控制部9可以开始向点火装置11、喷射器15以及燃料泵14进行来自发电机6的电力的供给。

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2017-074716为基础的优先权，并引用其记载内容的全部至本文中。

Claims (2)

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；

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；

电力线，其向所述喷射器、所述燃料泵以及所述点火装置供给由所述发电机生成的电力；

开关，其是设置在所述电力线上的开关，若向所述喷射器、所述燃料泵以及所述点火装置供给由所述发电机生成的电力则该开关从断开切换为导通，若不向所述喷射器、所述燃料泵以及所述点火装置供给由所述发电机生成的电力则该开关从导通切换为断开；以及

检测部，其检测所述内燃发动机的转速，

在所述反冲启动器所进行的所述内燃发动机的启动期中，所述控制部基于所述转速而对所述内燃发动机是否能够自持旋转进行判定，若所述内燃发动机不能够自持旋转，则使所述开关保持断开并不向所述点火装置、所述喷射器以及所述燃料泵供给来自所述发电机的电力从而减轻施加于所述反冲启动器的负荷，若所述内燃发动机能够自持旋转，则所述控制部进一步执行以下步骤：

根据由所述检测部检测的所述转速求取加速度；

在该加速度是规定加速度以上的情况下，不向所述点火装置、所述喷射器以及所述燃料泵供给来自所述发电机的电力；以及

若该加速度变为不是规定加速度以上，则向所述点火装置、所述喷射器以及所述燃料泵供给来自所述发电机的电力。

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，若所述转速变为所述内燃发动机能够自持旋转的规定转速以上，则所述控制部判定所述内燃发动机能够自持旋转，若所述转速未变为所述规定转速以上，则所述控制部判定所述内燃发动机不能够自持旋转。

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