CN1330871C - 内燃发动机的电子控制式燃料喷射装置 - Google Patents

Abstract

一种内燃发动机的电子控制式燃料喷射装置。可实现通用的发动机驱动式发电机的小型化，提高其操作的简便性。与发动机的发电机(22)并联设置电池(233)。在起动发动机时，从电池(233)向燃料泵等的电子控制部件提供电力。当发动机(1)自行运转后，由发电机(22)提供电力。当发动机转速在预定的低转速范围内时，只驱动燃料泵(15)。在发动机转速超出了低转速范围时，停止燃料泵(15)的动作，并以相互不重叠的时间分别驱动喷射阀(10)和点火装置(27)。把燃料泵(15)、燃料喷射阀(10)和点火装置(27)各自的主动作分别分配在由整流器(25)整流的电力的半波波形中的相互不同的半波波形内。

Description

内燃发动机的电子控制式燃料喷射装置

技术领域

本发明涉及内燃发动机的电子控制式燃料喷射装置，特别是涉及不使用起动马达而只通过手动操作便可起动的比较小型的内燃发动机的电子控制式燃料喷射装置。

背景技术

目前，公知有这样一种电子控制式燃料喷射装置，其由配置在内燃发动机(以下简称“发动机”)的吸气系统内的燃料喷射阀和通过根据发动机的运转状态控制燃料喷射阀的开阀时间来调整燃料喷射量的控制装置构成。在以往的电子控制式燃料喷射装置中，为了使用燃料喷射阀、控制装置以及燃料泵，一般具有可稳定提供充分电力的电池。

另一方面，还有一种利用反弹式起动器来起动发动机，在起动后，只从由发动机驱动的发电机获得电力的不具备电池的电子控制式燃料喷射装置。例如，在专利第2580367号公报所公开的电子控制式燃料喷射装置中，通过有效地利用由反弹式起动器赋能的飞轮的旋转惯性能量，而取代了电池。

在实公平8-9393号公报中，公开了一种预先设置积蓄由发动机驱动的发电机的输出的蓄电装置，在发电机的输出下降时，利用由该蓄电装置提供的电力来补偿发电机的输出的燃料喷射装置。

然而具有实公平8-9393号公报所公开的燃料喷射装置的发动机虽然即使在发电机的输出下降时由于设有蓄电装置而仍能维持一定程度的运转，但是，由于一般是通过使发电机的绕组部分小型化来满足发电机全体小型化的要求，所以如果为了满足该要求，则为了补充因发电机的小型化所致的输出不足，必须使蓄电装置具有相当大的蓄电容量。

另一方而，在发动机的起动时，发电机的输出严重不足，因此，在利用蓄电装置的电力来补充该不足的电力的以往的装置中，即使只为了补充该不足的部分，也需要蓄电容量相当大的蓄电装置。

发明内容

本发明是鉴于上述的情况而做出的，其目的是提供一种在满足发电机小型化的同时还能够使蓄电装置小容量化的电子控制式燃料喷射装置。

本发明的内燃发动机的电子控制式燃料喷射装置，具有利用作为由发动机驱动的主电源的发电机所供给的电力而动作的燃料泵、燃料喷射阀以及点火装置，其第1特征是，还包括：手动操作式的发动机起动装置；与所述主电源并联设置的备用电池；用于检测所述发动机的转速的发动机转速检测装置；和驱动装置，在所述发动机的转速小于等于第1转速时，以及在所述发动机的转速比所述第1转速高，且大于等于第2转速时，使所述燃料泵动作，并且，在所述发动机的转速大于等于第1转速时，以预定的间隔对所述燃料喷射阀及点火装置进行驱动，使得各自的驱动时间相互不重叠。

本发明的第2特征是，还包括与所述发电机连接的通过将该发电机的单相输出整流而形成用于供给燃料泵、燃料喷射阀以及点火装置的电力的整流器，所述燃料泵、燃料喷射阀以及点火装置的各自的主动作被分配在所述被整流的电力的半波波形中的相互不同的半波波形内。本发明的第3特征是，所述燃料泵、燃料喷射阀以及点火装置的各自的主动作被配置在所述半波波形中的接近该波形的最大振幅时的位置。

本发明的第4特征是，所述发电机是单相2极式磁铁发电机，所述整流器式全波整流器。

本发明的第5特征是，所述发动机是4循环单缸发动机，驱动装置与对应压缩行程而出现的所述半波波形同步地驱动所述燃料喷射阀。

本发明的第6特征是，所述手动操作式的发动机起动装置是通过手动操作来起动的反弹式起动器。

本发明的第7特征是，所述备用电池是由所述主电源充电的镍铬电池。

根据本发明，在发动机转速低于第1转速的期间，使用备用电池的电力只驱动燃料泵，在发动机转速达到第1转速时，停止驱动燃料泵，而驱动点火装置和燃料喷射阀。然后，如果发动机转速达到第2转速以上，则由于可从主电源提供充分的电力，所以燃料泵再次被驱动。

这样，通过在不能获得充分电力的发动机起动时抑制电力的消耗，可实现备用电池的小型化。例如，也能够使用干电池。

另外，根据本发明，通过发挥反弹式起动器的起动操作的简单化和备用电池小型化的优点，能够获得对于一般的发动机作业机器的良好的通用配置性。通过利用镍铬电池的良好的充电性能，在发动机起动后对其进行充分的充电，这样，可在下一次的起动时提供充分的起动用保持电力。

即使在起动失败的情况下，由于在发动机转速下降到第1转速以下时，燃料泵仍被驱动，所以，可以立即操作起动装置，再次开始发动机的起动操作。

根据本发明，通过使进行燃料喷射所必要的电子控制部件的动作不相重叠来抑制所使用的电力的峰值，可对各个电子控制部件进行稳定的电力供给。特别是，针对对应发动机转速的变化而发电机的输出有效值发生大的变化，通过使其在接近最大振幅时动作，可有效地获得电力，所以即使在发动机转速低，输出有效值小时，也可以容易地确保所需要的电力。

而且，根据本发明，由于可高效地获得电力而使用单相2极式发电机来确保电力。因此，由于能够实现发电机卷线部的小型化，降低成本，并且在发电机内部剩余出可配置其它部件的空间，因此增大了设计自由度。

由于与半波波形同步驱动燃料喷射阀，所以对应发电机的输出波形可简单地设定燃料喷射时间。

并且，由于反弹式起动器的简单的起动操作性，所以可获得对于一般的发动机驱动式作业机器的良好的通用配置性。

附图说明

图1是表示与发动机转速相关的电子控制部件的动作时间的时序图。

图2是表示本发明一实施例的发动机的结构的图。

图3是表示包括电源电路的发动机的主要部分的电路系统的图。

图4是表示作为主电源的发电机的输出波形的一例的图。

图5是表示与发动机的起动相关的EDU的主要部分的功能的方框图。

图6是表示全波整流器的输出波形与电子控制部件的动作时间的关系的图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明进行详细的说明。图2是表示本发明一实施例的发动机发电装置的结构的图。在该图中，在发动机1的汽缸2上安装有活塞3和点火火花塞4。在汽缸2的上部形成开口的吸气口5内设置有吸气阀6，吸气口5通过吸气管7及空气滤清器8与大气连通。在吸气管7的中途，设置有节流阀9，在节流阀9的上游侧设置有燃料喷射阀(以下简称喷射阀)10以及检测吸气温度的吸气温度传感器11。由节流阀开度传感器12检测节流阀9的开度。在汽缸2的周围形成冷却水循环通路2b，由设置在汽缸2的壁面上的水温传感器2a检测冷却水的温度。

另外，设有用于储存向喷射阀10供给的燃料的燃料箱13，燃料箱13与喷射阀10通过燃料供给管14相连接。在燃料供给管14的中途设有燃料泵15。燃料泵15把燃料调整为具备规定值的压力，然后供给喷射阀10。由该喷射阀10向节流阀9上游侧的吸气管7内喷射燃料。

在发动机1的曲轴16上固定具有环状部分的飞轮17，在该飞轮17的环状部分的内周上设置有磁铁18、19。在磁铁18、19的相对的位置上设置有定子铁心20，在定子铁心20上缠绕有卷线21。由这些磁铁18、19、定子铁心20及卷线21构成单相2极式发电机(主电源)22。在曲轴16上设置有用于与反弹式起动器扣合的连接部件(未图示)。反弹式起动器及其安装构造例如是特开平2001-207941号公报和特开2000-328957号公报等所记载的构造，在本实施方式的发动机中，可以组装这些公知的反弹式起动器。

卷线21与用于进行发电电压的整流及稳压的电源电路23连接，从电源电路23向电子控制单元(以下简称ECU)24提供电源电压。传感器11、12、2a的检测信号也被输入到ECU24。

ECU24分别向燃料泵15、点火装置27、以及喷射阀10提供驱动信号。通过电源电路23，并经过未图示的电缆向燃料泵15、点火装置27以及喷射阀10提供电力。

图3是表示包括电源电路23的电路系统图。在该图中，发电机22的输出通过全波整流器25连接到电源电路23。电源电路23具有将通过全波整流器25被输出的输出电压调节到规定的电压(例如为14.5伏)的定电压调压器231、晶体管232、以及备用电池233及其充电器234。电池233适合使用可进行再充电的电池，例如是额定电压为6伏的镍铬电池。在电池233与电源线L之间设置有防止逆流的二极管235。

定电压调压器231控制晶体管232，将全波整流器25的输出调节到预定电压以下。在ECU24的控制下，当充电电压下降到规定值(低于6伏的值)以下时，开启充电器234，利用被调整到规定电压值的发电机22的输出对电池233进行充电。电源电路23的输出侧通过电源开关26与ECU24、燃料泵15、喷射阀10、点火装置27以及控制发动机转速的电子控制器28连接。发电机22的输出波形例如在定电压调压器231中被检测出来，然后为了计算出发电机22的转速，也就是发动机1的转速NE，被输入到ECU24。ECU24根据输出波形的频率计算出发动机1的转速NE。另外，ECU24根据输入的输出波形，检测出其波形振幅为零时的位置，即，被全波整流的发电机的输出的半波波形的上升沿位置。该半波波形的上升沿将在决定后述的电子控制部件的动作时间时使用。

在电源电路23中可具备用于连接外部电池，例如是额定电压为12伏的蓄电池29的外连端子T。其目的是在电池233被放电后可作为辅助电池而连接蓄电池29。蓄电池29通过熔断器30及开关31与外连端子T连接。

图4是表示发电机22的输出波形的一例的图。在该图中，用直线A表示本身为镍铬电池的电池233的电压(6伏)，用直线B表示调压器231的最大输出电压(14.5伏)。在发动机转速NE为100rpm(第1转速)时，通过全波整流器25整流后的发电机22的输出电压V1比电池233的电压线A低。而且，在发动机转速NE为1000rpm(第2转速)时，通过全波整流器25整流后的发电机22的输出电压V2超过了电池233的电压线A，几乎接近调压器231的最大输出电压线B。

在本实施例中，考虑到这种在发动机低转速时的发电机22的输出，对于发动机起动时的各个电子控制部件的动作时间进行如下的控制。图1是表示作为电子控制部件的燃料泵15、喷射阀10、点火装置27、以及电子控制器28的与发动机转速NE相关联的动作时间的时序图。在该图中，在时刻t1接通电源开关26时，燃料泵15被驱动(高电位)。由于在此时刻t1发动机1还未旋转，所以电池233的电压比电源线L(图3)的电位高。因此，从电池233通过二极管235向燃料泵15供给电力。

由于当燃料泵15被驱动时燃料压力升高，能够进行燃料的喷射，所以在驱动燃料泵15之后，操作反弹式起动器来起动发动机1。通过反弹式起动器使发动机1开始旋转，在发动机转速NE达到第1转速，例如达到100rpm的时刻t2，停止驱动燃料泵15(低电位)。然后，使喷射阀10及点火装置27动作，对发动机1进行点火。对于喷射阀10及点火装置27设定时间以及动作时间，使两者不能被同时驱动。理由是，如果两者被同时驱动，则会增大电量的消耗，导致由电池233及发电机22的供电不足。

当发动机转速NE达到第2转速，例如1000rpm时，可判断为发动机1已被确实起动，如上述那样，发电机22的输出电压上升。因此，从时刻t3开始，能够使燃料泵15、喷射阀10、点火装置27以及电子控制器28全部动作，使发动机1进行额定的运转。而且，如图1的最下段所示，可从电源电路23对应根据各部的动作状态而变化的发动机起动时的消耗电量提供适当的电力。

在发动机转速在超过了第1转速之后又下降的情况下，即，起动失败的情况下，喷射阀10和点火装置27的动作停止，而燃料泵15被驱动。因此，即使起动失败，也可以通过立即操作反弹式起动器来再次开始发动机1的起动操作。

图5是表示与发动机的起动相关的ECU24的主要部分的功能的方框图。为了起动发动机，具有发动机转速检测部100和驱动部110。发动机转速检测部100及驱动部110在电源开关26被打开，开始从电源电路23供给电力时执行动作。发动机转速检测部100在发动机转速NE超过第1转速时输出检测信号s1，并且当发动机转速NE高于第1转速，并且超过了第2转速时，向驱动部110输入检测信号s2。驱动部110根据来自发动机转速检测部100的信号s1、s2进行预定的动作。在未检测出信号s1的情况下，即，在判断为发动机转速NE比第1转速低时，驱动燃料泵15。另一方面，在检测出信号s1的情况下，即，在判断为发动机转速NE超过了第1转速的情况下，使燃料泵15停止，而驱动喷射阀10及点火装置27。但是要对喷射阀10及点火装置27进行相互交替驱动，避免两者被同时驱动。

当检测信号s2被检测出时，驱动部110判断为发动机1确实在进行自行旋转，并且驱动燃料泵15、喷射阀10点火装置27以及电子控制器28。当发动机1的起动失败时，由于发动机转速NE下降到第1转速以下，检测信号s1消失，所以只有燃料泵15被驱动。

下面，对照电源电路23的输出电压，进一步说明燃料泵15、喷射阀10及点火装置27的动作时间。

图6是表示全波整流器25的输出波形与燃料泵15、喷射阀10及点火装置27的动作时间的关系的图。无论是在发动机的起动时还是在发动机自行运转后的通常运转时，其相对输出波形的动作时间是相同的。

在本实施例中由于发电机22是单相2极式发电机，所以全波整流器25的输出形成对应发动机1的1次旋转的4个半波波形。发动机1是由2次旋转执行1循环的4循环发动机。与在第1旋转时，即吸气及压缩时形成的4个半波波形的后2个半波波形同步，进行点火装置27的充电和放电，并且进行喷射阀10的驱动。通过把点火装置27的充电、点火装置27的放电以及喷射阀10的驱动分配在2个半波波形中，来使其达到同步。在点火装置27的充电和放电中，充电的耗电比放电大，放电动作所消耗的电力很少。这是由于放电时只提供触发信号。这样，在用单一的电子控制部件控制多个动作的情况下，不要将消耗电力最多的动作(主动作)与其它电子控制部件的主动作重叠分配到相同的半波波形内。例如，应该使点火装置27的充电和喷射阀10的驱动分别与相互不同的半波波形同步来执行动作。另外，分别与在第2旋转时，即爆发及排气时形成的4个半波波形的后2个半波波形同步，驱动燃料泵15。设定喷射阀10等的电子控制部件的动作电压，使其适合于电池233的电压，例如适合于镍铬电池的6伏的电压。

由于点火装置27的充电和放电以及喷射阀10的驱动的时间相对半波波形来说是很短的，所以为了分别使其符合发动机1的点火时间，只要在电压线L的电压值超过6伏的时刻开始即可。例如，在另外设定的燃料喷射时间内，在电压未达到6伏时，之后在电压线L的电压达到了6伏时驱动喷射阀10。而且，在燃料喷射时间内在电压线L的电压达到了6伏时，立即驱动喷射阀10。由于半波波形的周期短(3600rpm，约4毫秒)，所以即使燃料喷射时间因与半波波形的同步而使其与最佳喷射时间产生一些偏差，也不会影响发动机1的运转。

另一方面，设定成使燃料泵15在半波波形的上升沿被检测出后，当电压值超过了阈值，例如超过6伏时，开始动作。这样，在半波波形内可以有效地向燃料泵15提供电力。

使喷射阀10等的上述电子控制部件的动作与半波波形同步的方法，并不限于上述的示例，只要能够在半波波形内高效率地获取电力即可。即，只要在各个半波波形内设定动作开始时间，使得能够在规定的动作时间内维持规定的动作电压(例如6伏)即可。

理想的是，将各个电子控制部件的动作时间设定在接近半波波形的最大振幅时的位置。这样，即使在发动机转速低、电力有效值低的情况下，也能够容易地确保规定的驱动电压。

在本实施例中，作为手动操作式发动机的起动装置，虽然是使用了反弹式起动器，但本发明不限于此，也可以使用蓄力式起动器或突跳式起动器等。

另外，本发明不限于此，当然也可以通过应用在由起动马达起动的发电装置上，以提高电力的使用效率。

由于实现了与主电源并联设置的备用电池的小型化，即使起动失败，也能够迅速地完成为了进行再次起动操作的准备，所以可提高发动机起动操作的便利性。

由于可避免燃料喷射时的消耗电力峰值的增大，可有效地确保电力的供给，所以，能够实现由应用了本发明的燃料喷射控制装置的发动机驱动的发电机的小型化。

Claims (7)

1.一种内燃发动机的电子控制式燃料喷射装置，具有利用作为由发动机驱动的主电源的发电机所提供的电力而动作的燃料泵、燃料喷射阀以及点火装置，其特征在于，还包括：

手动操作式的发动机起动装置；

与所述主电源并联设置的备用电池；

用于检测所述发动机的转速的发动机转速检测装置；和

驱动装置，在所述发动机的转速小于等于第1转速时，以及在所述发动机的转速比所述第1转速高，且大于等于第2转速时，使所述燃料泵动作，并且，在所述发动机的转速大于等于第1转速时，以预定的间隔对所述燃料喷射阀及点火装置进行驱动，使得各自的驱动时间相互不重叠。

2.根据权利要求1所述的内燃发动机的电子控制式燃料喷射装置，其特征在于，还包括与所述发电机连接的通过将该发电机的单相输出整流而形成用于供给燃料泵、燃料喷射阀以及点火装置的电力的整流器，

所述燃料泵、燃料喷射阀以及点火装置的各自的主动作被分配在所述被整流的电力的半波波形中的相互不同的半波波形内。

3.根据权利要求2所述的内燃发动机的电子控制式燃料喷射装置，其特征在于，所述燃料泵、燃料喷射阀以及点火装置的各自的主动作被配置在所述半波波形中的接近该波形的最大振幅时的位置。

4.根据权利要求2所述的内燃发动机的电子控制式燃料喷射装置，其特征在于，所述发电机是单相2极式磁铁发电机，所述整流器式全波整流器。

5.根据权利要求4所述的内燃发动机的电子控制式燃料喷射装置，其特征在于，所述发动机是4循环单缸发动机，所述驱动装置与对应压缩行程而出现的所述半波波形同步地驱动所述燃料喷射阀。

6.根据权利要求1或2所述的内燃发动机的电子控制式燃料喷射装置，其特征在于，所述手动操作式的发动机起动装置是通过手动操作来起动的反弹式起动器。

7.根据权利要求1所述的内燃发动机的电子控制式燃料喷射装置，其特征在于，所述备用电池是由所述主电源充电的镍铬电池。

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