JP2004068792A

JP2004068792A - 内燃機関用燃料噴射・点火装置

Info

Publication number: JP2004068792A
Application number: JP2002233330A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Kishihata; 岸端　一芳; Yuichi Kitagawa; 北川　雄一; Hiroyasu Sato; 佐藤　弘康
Original assignee: Kokusan Denki Co Ltd
Current assignee: Mahle Electric Drive Systems Co Ltd
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2004-03-04
Also published as: US20040025839A1; CN100370126C; CN1474045A; US6807949B2

Abstract

【課題】バッテリを用いずに、発電機を電源としてインジェクタ、燃料ポンプ、点火回路及びこれらを制御する制御装置に電源電圧を与える場合に、電源部の構成を簡素化し、コストの低減を図る。
【解決手段】発電機１０を電源とする１つの電圧調整機能付きの電源回路１１から電源ライン１２を通してインジェクタＩＮＪと点火コイルＩＧと制御装置ＥＣＵと燃料ポンプＦＰとに電源電圧を与える。インジェクタ及び点火コイルのそれぞれの最低動作電圧のうちの高い方に相当する電圧より僅かに高く設定した電圧を基準電圧として、内燃機関を始動する過程で電源ラインの電圧を基準電圧以上に保つように、燃料ポンプの駆動電流をＰＷＭ制御する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関への燃料の供給と内燃機関の点火とを行う内燃機関用燃料噴射・点火装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スノーモビルや船外機、小型の２輪車等の乗り物においては、バッテリを搭載しないことが多い。最近では、バッテリを搭載しない乗り物を駆動する内燃機関においても、排気ガスの浄化や機関の始動性の向上などを図る目的で、燃料を供給する手段として電子制御式の燃料噴射装置（ＥＦＩ）を用い、機関を点火する手段として、マイクロプロセッサを用いて点火時期を正確に制御する点火装置が用いられるようになってきている。
【０００３】
バッテリを搭載しない乗り物を駆動する内燃機関の燃料噴射・点火装置においては、インジェクタ、燃料ポンプ、点火回路及びこれらを制御する制御装置に電源電圧を与える電源システムとして、機関により駆動される磁石発電機（マグネト）を電源として各部に電源を与えるようにしたシステム（ＭＡＧ電源システムという。）を採用している。
【０００４】
ＭＡＧ電源システムを採用するような小形の乗り物を駆動する内燃機関では、一般に機関の始動をロープスタータやキックスタータ等の人力を利用する始動装置により行っている。
【０００５】
ロープスタータやキックスタータ等の人力による始動装置を用いて機関を始動する際には、機関のクランク軸の回転速度を十分に高くすることができないため、機関により駆動される発電機は高い出力を発生することができない。そのため、この種の電源システムを用いる内燃機関では、発電機が発生する限られた電力で機関を始動させるために、インジェクタ、燃料ポンプ、点火回路、及び制御装置にそれぞれ電源電圧を与える電源系統を別々に設けて、各電源系統の出力特性の適正化を図ることにより、始動時の極低速回転でも、制御装置の電力が不足してインジェクタを駆動できなかったり、インジェクタの駆動が可能なのに燃料ポンプの駆動電力の不足により燃料圧力が不足して予定通りの噴射量の燃料が噴射されなかったりするといった不具合を極力なくして、機関の始動性を向上させるようにしている。
【０００６】
上記のように、インジェクタや制御装置に別々の電源系統から電源を与えるようにした従来例としては、実用新案登録第２５７３１１８号に示されたものがある。実用新案登録第２５７３１１８号では、燃料ポンプの電源や点火回路の電源については特に触れられていないが、この考え方を実用化した市販の燃料噴射・点火装置では、燃料ポンプ及び点火回路にもそれぞれ別々の電源系統から電源電圧を与えるようにしている。
【０００７】
現在実用化されている電源システムの構成例を図７に示した。図７において１は内燃機関のクランク軸に回転子が取り付けられた磁石発電機で、その固定子側には、燃料ポンプ駆動用発電コイル１ａ、インジェクタ駆動用発電コイル１ｂ、点火回路駆動用発電コイル１ｃ、制御装置駆動用発電コイル１ｄ及びヘッドランプなどの車体電気負荷を駆動する車体電気負荷駆動用発電コイル１ｅが設けられている。これらの発電コイルは、それぞれが供給する負荷が必要とする電力量に応じて、電機子鉄心の１つの極（歯部）または複数の極に巻装されている。
【０００８】
発電コイル１ａないし１ｅの出力はそれぞれ、電圧調整機能付きの整流回路とその出力端子間に接続された電源コンデンサＣｄとを備えた電源回路２ａないし２ｅにより直流電圧に変換されて、燃料ポンプＦＰ、インジェクタＩＮＪ、点火コイルＩＧを含む点火回路、制御装置ＥＣＵ及び車体電気負荷３に供給されている。制御装置ＥＣＵは、点火時期や燃料噴射量等を演算するマイクロプロセッサＭＰＵを備えている外、燃料ポンプＦＰへの通電を制御するスイッチＱｆ、インジェクタＩＮＪへの通電を制御するスイッチＱｊ、点火コイルの一次コイルへの通電を制御するスイッチＱｉ等を備えている。図示の例では、点火コイルＩＧとスイッチＱｉとにより点火回路が構成されている。
【０００９】
なお図７に示した例では、電源回路２ａないし２ｅが制御装置ＥＣＵと別体に構成されているが、電源回路２ａないし２ｅと制御装置とが１つのユニットを構成するようにまとめられる場合もある。
【００１０】
図７に示したように構成すると、各電源回路の出力特性の適正化を図っておくことにより、機関の極低速時から制御装置を動作させて、燃料噴射と点火動作とを行わせることができるため、機関の始動性を向上させることができる。
【００１１】
しかし、図７に示した構成では、１つの発電機内に特性が異なる多数の発電コイルを設けて、各発電コイル毎に電源回路を構成する必要があるため、以下に示すような問題点があった。
【００１２】
ａ．各発電コイル毎に銅線を交換して巻線しなければならないため、発電機の巻線作業が面倒で、発電機の製造コストが高くなる。
【００１３】
ｂ．多数の発電コイルのそれぞれの端末処理を行う必要があるため、端末処理に要する工数が多くなり、発電機の製造コストが高くなる。
【００１４】
ｃ．発電機から引き出すハーネスの本数が多いため、ハーネスの引き回しが面倒である。
【００１５】
ｄ．電源回路の数が多くなるため、電源部のコストが高くなる。
【００１６】
スノーモビルやＡＴＶ（バギー車）のように人里離れたところでの使用が考えられる乗り物や、モータボートのように、機関の運転が停止すると遭難の危険がある乗り物においては、バッテリが使用できない状態でも内燃機関を運転することができるようにしておくのが好ましい。
【００１７】
ＭＡＧ電源システムは、機関の始動時から定常運転時までバッテリに頼ることなく燃料噴射装置及び点火装置を駆動することを可能にするため、バッテリから十分な出力を得ることを保証できない超低温の環境下に機関が置かれる場合や、バッテリが劣化した状態でも機関の運転を継続することが要求される場合にとても優れたシステムである。
【００１８】
ところが、従来のＭＡＧ電源システムは、図７に示したように多数の電源回路により構成していたため、バッテリを電源として用いる通常の電源システムを用いる場合に比べてかなりコストが高くなるのを避けられなかった。
【００１９】
そこで、特開２００２−２１６２４号に示されているように、燃料ポンプとインジェクタと点火システムとを発電機を電源とした１つの電源回路により駆動するように電源部を構成するとともに、機関を始動する過程でインジェクタを駆動する際及び点火システムを駆動する際には、燃料ポンプの駆動を停止して、機関の始動時に、燃料ポンプとインジェクタと点火システムとが同時に電源回路の負荷となることがないようにした始動制御装置が提案された。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
特開２００２−２１６２４号に示された始動制御装置によれば、電源部に設ける電源回路の数を減らすことができるため、コストの低減を図ることができる。
しかしながら、この既提案の装置によった場合には、機関の始動過程で燃料噴射を行う際に燃料ポンプの駆動を止めて、燃料噴射前に燃料配管系に蓄積された燃料圧力により燃料を噴射することになるため、蓄積された燃料圧力の大きさによっては、機関の始動過程で噴射される燃料の量が所望の噴射量よりも相当に少なくなって、混合気の空燃比がリーンな値になり、機関の始動性が悪くなるおそれがある。
【００２１】
また機関の始動時の燃料噴射及び点火を行う際に燃料ポンプを停止させるようにした場合には、機関の始動時に燃料ポンプが間欠的に運転されることになるため、機関を長時間停止させた状態にした後に始動する際に、インジェクタに与えられる燃料の圧力が正常値に上昇するまでに時間がかかり、これにより機関の始動時の燃料噴射量が不足して機関の始動性が悪くなるおそれがある。
【００２２】
本発明の目的は、電源部に設ける電源回路の数を少なくしてコストの低減を図るとともに、機関の始動過程で噴射される燃料の量が不足する状態が生じるおそれをなくして機関の始動性を良好にすることができるようにした内燃機関用燃料噴射・点火装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内燃機関に燃料を供給するインジェクタと、該インジェクタに燃料を供給する燃料ポンプと、内燃機関の気筒に取り付けられた点火プラグに印加する点火用の高電圧を発生する点火回路と、少なくともインジェクタ及び点火回路を制御する制御装置と、内燃機関により駆動される交流発電機を電源としてインジェクタと燃料ポンプと点火回路と制御装置とに電源電圧を与える電源部とを備えた内燃機関用燃料噴射・点火装置に係わるものである。
【００２４】
本発明においては、上記電源部が、上記発電機を電源とする１つの電圧調整機能付きの電源回路から電源ラインを通してインジェクタ及び点火回路の少なくとも一方と、制御装置と、燃料ポンプとに電源電圧を与えるように構成されている。また制御装置は、上記電源ラインから電源電圧が与えられる要素のうち、燃料ポンプ以外の要素の最低動作電圧に相当する電圧以上に定めた電圧を基準電圧として、内燃機関を始動する過程で電源ラインの電圧を基準電圧以上に保つように、燃料ポンプの駆動電流をＰＷＭ制御するポンプ駆動電流制御手段を備えている。
【００２５】
上記のように、インジェクタ及び点火回路の少なくとも一方と、制御装置と、燃料ポンプとに対して共通に１つの電源回路を構成するようにすると、電源部に設ける電源回路の数を少なくしてコストの低減を図ることができる。また発電機内に系統を異にして設ける発電コイルの数を少なくすることができるため、発電機の巻線作業工数の削減を図り、発電機から引き出すハーネスの数を少なくして発電機のコストの低減を図ることができる。
【００２６】
更に、上記のように構成すると、内燃機関を始動する過程で、燃料噴射や点火動作を行わせる際にも燃料ポンプの運転を継続することができるため、機関を始動する過程で燃料噴射を行わせる際や点火を行わせる際に燃料ポンプを停止させていた従来技術による場合のように、燃料圧力が不足する状態が生じるおそれが生じるのを防ぐことができる。従って、機関を始動する際に燃料噴射量が不足する状態が生じるのを防ぐことができ、常に機関の始動性を良好にすることができる。
【００２７】
本発明の好ましい態様では、上記電源部が、発電機を電源とする１つの電圧調整機能付きの電源回路から電源ラインを通してインジェクタと点火回路と制御装置と燃料ポンプとに電源電圧を与えるように構成される。
【００２８】
この場合、制御装置のポンプ駆動電流制御手段は、インジェクタ及び点火回路のそれぞれの最低動作電圧のうちの高い方に相当する電圧以上に定めた電圧を基準電圧として、内燃機関を始動する過程で電源ラインの電圧を基準電圧以上に保つように、燃料ポンプの駆動電流をＰＷＭ制御する。
【００２９】
このように、本発明によれば、内燃機関を動作させるために必要不可欠な基本要素であるインジェクタと点火回路と制御装置と燃料ポンプとに１つの電源回路から電源電圧を与えることができるため、インジェクタ及び点火回路の一方に他の回路を通して電源を与える場合に比べて更に電源部の構成を簡単にすることができる。
【００３０】
本発明において、燃料ポンプ及び制御装置に電源電圧を与える電源回路と同じ電源回路からインジェクタ及び点火回路のいずれか一方のみに電源電圧を与えるようにする場合には、インジェクタ及び点火回路のうちの他方は、上記電源回路とは別系統の回路を通して電源電圧を与えるようにする。このように構成した場合も、インジェクタ、燃料ポンプ、点火回路及び制御装置のそれぞれに対して個別の電源系統を構成していた従来の燃料噴射・点火装置に比べて、電源部の構成をはるかに簡単にすることができる。
【００３１】
また本発明の他の好ましい態様では、インジェクタ、点火回路、制御装置及び燃料ポンプ以外の負荷（ランプ負荷など）が通電制御用スイッチ手段を通して上記電源ラインに接続される。この場合制御装置は、上記したポンプ駆動電流制御手段の外に、内燃機関の始動時に通電制御用スイッチをオフ状態にし、内燃機関の始動が完了した後は電源ラインの電圧を基準電圧以上に設定された目標電圧に保つように通電制御用スイッチをＰＷＭ制御する通電用スイッチ制御手段を更に備えた構成とする。
【００３２】
上記電源回路は、ダイオードとサイリスタとの混合ブリッジ回路からなる制御整流回路を備えて該制御整流回路から電源ラインに電源電圧を出力するように構成することができる。この場合、電源ラインの電圧を予め定められた制限値以下に制限するようにサイリスタを制御するサイリスタ制御手段を電源部または制御装置に設けておく。
【００３３】
発電機が磁石発電機からなっている場合には、発電機の出力電圧が過大になったときに、発電機の出力を短絡することにより出力電圧を制限値以下に低下させる電圧調整を行うことができる。従って、発電機が磁石発電機からなっている場合には、発電機の出力電圧を整流する整流回路と、発電機の出力を短絡する出力短絡用スイッチとを備えて整流回路から電源ラインに電源電圧を出力するように電源回路を構成することができる。
【００３４】
この場合には、電源ラインの電圧が予め定められた制限値を超えたときに発電機の出力を短絡するように出力短絡用スイッチを制御する出力短絡用スイッチ制御手段を電源部または制御装置に設けておく。
【００３５】
また上記電源回路は、発電機の出力電流を整流する整流器と発電機の出力電流を断続させるチョッパ用スイッチとを備えて、整流器により整流され、チョッパ用スイッチにより電圧が調整された電圧を電源ラインに出力するように構成することもできる。
【００３６】
この場合には、内燃機関の回転速度が低く、電源ラインの電圧が予め定めた制限値よりも低いときに電源ラインの電圧を昇圧し、電源ラインの電圧が制限値を超えたときには電源ラインの電圧を下降させるようにチョッパ用スイッチを制御するチョッパ制御手段を電源部または制御装置に設けておく。
【００３７】
このように構成した場合には、機関の始動時に発電機の出力を昇圧して電源ラインに発電機の出力電圧の波高値よりも高い直流電圧を送り出すことができるため、機関の始動回転速度（燃料噴射や点火動作が開始される回転速度）を低くして、機関の始動性を向上させることができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、図１ないし図６を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００３９】
図１は、本発明の第１の実施形態を示したもので、同図において、１０はスノーモービルなどの乗り物を駆動する図示しない内燃機関に取り付けられた磁石発電機である。磁石発電機１０は、機関のクランク軸に取り付けられた磁石回転子と、環状の継鉄部の外周から多数の突極部（歯部）を放射状に突出させた構造を有する多極星形電機子鉄心の突極部に発電コイルを巻装してなる固定子とにより構成される公知のもので、内燃機関に取り付けられる発電機として広く用いられているものである。
【００４０】
本実施形態では、発電機１０の固定子に３相のコイルＬｕないしＬｗを星形結線して構成した３相発電コイル１０ａと、単相発電コイル１０ｂとが設けられていて、３相発電コイル１０ａが内燃機関を動作させるために必要不可欠な基本要素である燃料ポンプＦＰと、インジェクタＩＮＪと、点火コイルＩＧを含む点火回路と、制御装置ＥＣＵとを駆動するための電源として用いられる。また単相発電コイル１０ｂは、車体に搭載されるランプなどの電気負荷（車体電気負荷という。）を駆動するための電源として用いられる。
【００４１】
３相発電コイル１０ａの出力は、出力端子間に平滑用コンデンサＣｄ１が接続された電圧調整機能付きの整流回路１１に入力されている。電圧調整機能付きの整流回路１１は、例えば、発電コイル１０ａの出力を整流して直流電圧に変換して電源ライン１２に送出する３相ダイオードブリッジ全波整流回路と、オン状態にされたときに発電機の出力を短絡する出力短絡用スイッチと、整流回路の出力電圧が制限値を超えたときに発電コイル１０ａの出力を短絡するように出力短絡用スイッチを制御する出力短絡用スイッチ制御手段とを備えた公知のもので、発電コイル１０Ａの交流出力を直流出力に変換して、制限値を超えないように調整された直流電圧を電源ライン１２，１２’に出力する。
【００４２】
この例では、電圧調整機能付き整流回路１１とコンデンサＣｄ１とにより、発電機１０を電源として電圧値が調整された直流電圧を電源ライン１２，１２’に出力する電源回路１３が構成され、発電コイル１０ａと電源回路１３と電源ライン１２，１２’とにより、１つの電源系統が構成されている。
【００４３】
整流回路１１から引き出された電源ライン１２，１２’のうち、整流回路の負極性側の出力端子から引き出された電源ライン１２’は接地されている。本明細書において、単に電源ラインというとき、該電源ラインは、非接地側の電源ライン１２を指すものとする。
【００４４】
整流回路１１の正極性側の出力端子から引き出された電源ライン１２は、制御装置ＥＣＵの非接地側の電源端子１４ａに接続されるとともに、燃料ポンプＦＰの一方の電源端子１５ａと、燃料ポンプＦＰから燃料が与えられるインジェクタＩＮＪの一方の電源端子１６ａと、点火コイルＩＧの一次コイルの一端１７ａとに接続されている。
【００４５】
燃料ポンプＦＰの他方の電源端子１５ｂは、制御装置ＥＣＵ内に設けられてエミッタが接地されたＮＰＮトランジスタＴＲｆのコレクタに接続され、インジェクタＩＮＪの他方の電源端子１６ｂは同じく制御装置ＥＣＵ内に設けられてエミッタが接地されたＮＰＮトランジスタＴＲｊのコレクタに接続されている。また点火コイルＩＧの一次コイルの他端は制御装置ＥＣＵ内に設けられてエミッタが接地されたＮＰＮトランジスタＴＲｉのコレクタに接続され、点火コイルＩＧの二次コイルには、図示しない機関の気筒に取り付けられた点火プラグ１８が接続されている。
【００４６】
図示の例では、トランジスタＴＲｆにより、燃料ポンプの駆動電流をオンオフするポンプ駆動スイッチが構成され、トランジスタＴＲｊにより、インジェクタ駆動スイッチが構成されている。またトランジスタＴＲｉにより、点火コイルＩＧの一次コイルを制御する一次電流制御スイッチが構成され、トランジスタＴＲｉと点火コイルＩＧとにより周知の電流遮断形の点火回路が構成されている。
【００４７】
この点火回路においては、トランジスタＴＲｉが点火時期よりも前の時期にオン状態にされ、点火時期にオフ状態にされる。トランジスタＴＲｉがオン状態にされると、電源ライン１２から点火コイルＩＧの一次コイルとトランジスタＴＲｉとを通して点火コイルの一次電流が流れ、点火コイルにエネルギが蓄積される。トランジスタＴＲｉがオフ状態にされると、それまで点火コイルの一次コイルを流れていた電流が遮断されるため、点火コイルＩＧの一次コイルに高い電圧が誘起する。この電圧は点火コイルの一次二次間の巻数比により昇圧されるため、点火コイルの二次コイルに点火用の高電圧が誘起する。この点火用高電圧は、点火プラグ１８に印加されるため、該点火プラグ１８で火花放電が生じ、機関が点火される。
【００４８】
インジェクタＩＮＪは、燃料ポンプＦＰから燃料が与えられるインジェクタボディと、インジェクタボディの先端に形成された噴射口を開閉するニードルバルブと、該ニードルバルブを駆動するソレノイドとを備えていて、ソレノイドに所定の駆動電流が与えられている間、噴射口を開いて内燃機関の燃料噴射空間に燃料を噴射する。
【００４９】
ここで、「燃料噴射空間」は、機関の吸気管内の空間や、シリンダ内の空間などである。インジェクタから噴射する燃料の量（燃料噴射量）は、インジェクタに与えられる燃料の圧力と燃料を噴射する時間（燃料噴射時間）とにより決まる。通常インジェクタに与えられる燃料の圧力は圧力調整器により一定に保たれるため、燃料噴射量は燃料噴射時間により管理される。
【００５０】
制御装置ＥＣＵは、燃料ポンプ、インジェクタ及び点火コイルへの通電を制御するスイッチ（図示の例ではトランジスタＴＲｆ，ＴＲｊ及びＴＲｉ）の外にマイクロプロセッサＭＰＵと、電源ライン１２の電圧を降圧してマイクロプロセッサを駆動するための電源電圧（５Ｖ）を発生する制御電源回路とを備えていて、マイクロプロセッサＭＰＵに所定のタスクを実行させることにより、機関の回転速度を演算する回転速度演算手段、演算された回転速度を含む各種の制御条件に対して機関の点火時期を演算する点火時期演算手段、回転速度、機関の温度、スロットルバルブ開度、大気圧などの各種の制御条件に対して燃料噴射時間を演算する噴射時間演算手段、機関を始動する過程で電源ラインの電圧をインジェクタ及び点火回路の最低動作電圧以上の電圧に保つように燃料ポンプＦＰの駆動電流をＰＷＭ制御するポンプ駆動電流制御手段等の各種の機能実現制御手段を実現する。
【００５１】
発電機１０に設けられた他の発電コイル１０ｂの出力は、出力端子間に平滑用コンデンサＣｄ２が接続された電圧調整機能付きの整流回路２０に入力され、この整流回路２０の出力端子間にランプなどの車体電気負荷２１が接続されている。発電コイル１０Ｂと整流回路２０とにより他の電源系統が構成されている。
【００５２】
電圧調整機能付き整流回路２０は電圧調整機能付き整流回路１１と同様に構成され、発電コイル１０ｂから整流回路２０を通して、車体電気負荷２１に、電圧が調整された直流電圧が印加されるようになっている。
【００５３】
図１に示した例では、発電機１０と、整流回路１１及び２０とにより、内燃機関を動作させるために必要不可欠な基本要素と車体電気負荷とに電源電圧を与える電源部が構成され、この電源部には、燃料ポンプ、インジェクタ、点火回路及び御装置に電圧を与える電源系統と、車体電機負荷に電源電圧を与える電源系統との２つの電源系統が設けられている。
【００５４】
本発明においては、内燃機関を動作させるために必要不可欠な基本要素である制御装置ＥＣＵ、燃料ポンプＦＰ、インジェクタＩＮＪ及び点火回路に電力を供給する発電コイル１０ａが、内燃機関を始動する過程で、少なくとも制御装置ＥＣＵと、最も電力を必要とする要素とを同時に駆動し得る出力を発生することができるように、発電コイル１０ａの出力特性（発電コイルの巻数や導体断面積により決まる）を設定しておく。
【００５５】
そして、燃料ポンプＦＰの駆動電流をオンオフするポンプ駆動用スイッチ（トランジスタＴＲｆ）を設けて、このスイッチをオンオフすることにより燃料ポンプＦＰの駆動電流を可変デューティでＰＷＭ制御し得るようにしておき、インジェクタ及び点火回路を動作させるために必要な最低動作電圧のうちの高い方の電圧よりも僅かに高い値に設定された電圧を基準電圧として、内燃機関を始動する過程で、電源ライン１２の電圧を基準電圧以上に保つように、燃料ポンプの駆動電流をＰＷＭ制御する。
【００５６】
図１に示した制御装置ＥＣＵのマイクロプロセッサＭＰＵが実行する一連のタスクのうち、上記のように燃料ポンプの駆動電流を制御するポンプ駆動電流制御手段を実現するためのタスクのアルゴリズムを示すフローチャートを図６に示した。
【００５７】
図６に示したアルゴリズムによる場合には、先ずステップ１において電源ラインの電圧Ｖｐを検出し、続いてステップ２で基準電圧Ｖｔとの偏差ΔＶを計算し、ステップ３でその偏差ΔＶにＰＩＤ演算を施して、ＰＩＤ制御量ＣＤＵＴＹを算出する。この制御量ＣＤＵＴＹは、比例ゲインをＫ_Ｐ、積分ゲインをＫ_Ｉ、微分ゲインをＫ_Ｄとすると以下の式により与えられる。
【００５８】
ＣＤＵＴＹ＝Ｋ_Ｐ×ΔＶ_ｎ＋Ｋ_Ｉ×（ΔＶ_ｎ＋ΔＶ_ｎ _−１＋…）＋Ｋ_Ｄ×（ΔＶ_ｎ−ΔＶ_ｎ _−１）
次いでステップ４において、ＣＤＵＴＹが１００％を超えているか否かを判定し、その結果ＣＤＵＴＹが１００％を超えているときには、ステップ５においてＰＷＭＤＵＴＹに１００％をセットする。
【００５９】
ステップ４において、ＣＤＵＴＹが１００％を超えていないと判定されたときには、ステップ６に進んでＣＤＵＴＹが負であるか否かを判定し、その結果ＣＤＵＴＹが正である場合には、ステップ７においてＰＷＭＤＵＴＹにＣＤＵＴＹをセットする。ステップ６においてＣＤＵＴＹが負であると判定されたときに、ステップ８に進んでＰＷＭＤＵＴＹに０％をセットする。
【００６０】
マイクロプロセッサは、ＰＷＭＤＵＴＹにセットされたデューティ比でトランジスタＴＲｆをオンオフさせて燃料ポンプの駆動電流をＰＷＭ制御する。図６に示したルーチンを一定時間間隔毎に繰り返し行う。
【００６１】
本実施形態の実際の動作を図５を参照して説明する。この例では、インジェクタ及び点火回路の最低動作電圧が８Ｖであるとし、前述の基準電圧を１０Ｖに設定している。また電圧調整機能付きの整流回路１１は、制限値を１４Ｖとして電圧調整された直流電圧を電源ライン１２に出力する。即ち、発電機の出力が十分に高くなる機関の定常運転時には、整流回路１１から電源ライン１２に１４Ｖの電源電圧が出力される。
【００６２】
時刻ｔ１でリコイルスタータ等の始動装置を操作して内燃機関のクランキングを開始すると、回転速度の上昇と共に電源ライン１２に出力される電源電圧Ｖｐが上昇していく。時刻ｔ２において電源電圧Ｖｐがマイクロプロセッサの動作電圧を超えると、ＥＣＵ内のマイクロプロセッサが起動する。マイクロプロセッサは起動後先ず各部のイニシャライズを行い、動作を開始する。この時点では、電源電圧が基準電圧１０Ｖに満たないのでＰＷＭＤＵＴＹは初期値０のままである。従ってトランジスタＴＲｆはオフ状態にあり、燃料ポンプＦＰは駆動されない。
【００６３】
回転速度の上昇と共に、電源電圧Ｖｐが立ち上がり、時刻ｔ３において電源電圧Ｖｐが基準電圧１０Ｖを超えると、ＰＷＭＤＵＴＹも上昇し、トランジスタＴＲｆにデューティ比ＰＷＭＤＵＴＹで断続する駆動信号Ｓｐが与えられるため、ポンプが動作を開始する。これに伴って燃料圧力が上昇していく。
【００６４】
続いて予定された噴射タイミングｔ４が到来すると、マイクロプロセッサがトランジスタＴＲｊのベースに噴射指令Ｓｊを与えて、該トランジスタＴＲｊをオン状態にするため、インジェクタＩＮＪに通電され、燃料の噴射が開始される。このとき、発電機の発生電力が充分でないと電源電圧が基準電圧よりも低くなってしまう。電源電圧Ｖｐが降下すると、前述の制御により燃料ポンプの駆動電流のデューティ比ＰＷＭＤＵＴＹを減少させて、燃料ポンプＦＰの駆動電流を減少させるため、発電機の消費電力が減少して、電源電圧が基準電圧に戻る。このとき、燃料ポンプの吐出量が減少するが、燃料ポンプの運転が継続しており、燃料配管中には既に圧力が蓄えられているため、燃料噴射時の燃圧の低下はほとんどなく、インジェクタからはほぼ予定通りの量の燃料が噴射される。時刻ｔ５で噴射指令が消滅すると、トランジスタＴＲｊがオフ状態になるため、インジェクタへの通電が終了し、電源電圧Ｖｐは基準電圧（１０Ｖ）以上に回復する。このきＰＷＭＤＵＴＹも１００％となり、燃料ポンプの駆動電流のデューティ比は１００％となる。
【００６５】
続いて、点火コイルＩＧの一次コイルに通電するタイミングｔ６が到来すると、トランジスタＴＲｉに点火指令Ｓｉが与えられるため、点火コイルＩＧの一次コイルへの通電を開始される。一般的に点火コイルの消費電力はインジェクタの消費電力よりも大きく、インジェクタの駆動電流が１Ａ程度であるのに対し、点火コイルの一次電流は飽和時に４Ａ程度に達する。点火コイルにエネルギが蓄積されるにしたがって流れる電流も増加するため、電源電圧が低下しようとするが、その分燃料ポンプの駆動電流のデューティ比ＰＷＭＤＵＴＹを減少させるため、電源電圧は基準電圧に戻るように制御される。時刻ｔ７において始動時の点火時期が到来すると、トランジスタＴＲｉに与えられていた点火指令が消滅するため、トランジスタＴＲｉがオフ状態になり、それまで流れていた点火コイルの一次電流が遮断される。これにより点火コイルの二次コイルに点火用の高電圧が誘起して機関が点火されるため、機関が始動する。また、点火コイルへの通電を断ったことで、電源電圧Ｖｐが基準電圧以上に回復するため、燃料ポンプＦＰの駆動電流のデューティ比ＰＷＭＤＵＴＹが１００％になる。
【００６６】
内燃機関が初爆によりその回転速度を一気に高めると、発電機１０の出力も上昇し、インジェクタＩＮＪ及び点火コイルＩＧを駆動する際にも、基準電圧以上の電源電圧を確保できるようになるため、燃料ポンプの駆動電流のデューティ比ＰＷＭＤＵＴＹは１００％のままとなる。
【００６７】
図１に示した例では、燃料ポンプＦＰ及び制御装置ＥＣＵに電源電圧を与える電源回路によりインジェクタＩＮＪ及び点火回路にも電源電圧を与えるようにしているが、インジェクタＩＮＪまたは点火回路のいずれか一方のみを電源ライン１２に接続し、これらの他方には発電機１０から別の電源回路を通して電源電圧を与えるようにしてもよい。例えば、電源ライン１２には、制御装置ＥＣＵと燃料ポンプＦＰとインジェクタＩＮＪのみを接続し、点火コイルＩＧとその一次電流を制御する回路とからなる点火回路に対しては発電機１０内に別の発電コイルを設けて、その別の発電コイルから点火回路に電源電圧を与えるようにしてもよい。
【００６８】
上記の実施形態では、燃料ポンプや制御装置を駆動する電源回路１３とは別の回路を通して車体電気負荷２１に電源電圧を与えるようにしたが、点火回路及びインジェクタの少なくとも一方と、燃料ポンプＦＰと、制御装置ＥＣＵとに電源電圧を与える電源回路１３と同じ電源回路から車体電気負荷に電力を供給するようにしてもよい。この場合には、図２に示したように、電源ライン１２にＰＮＰトランジスタＴＲ１などからなる通電制御用スイッチ２３を通して車体電気負荷２１を接続する。また内燃機関の始動時に通電制御用スイッチ２３をオフ状態にし、内燃機関の始動が完了した後は電源ライン１２の電圧を、前記基準電圧よりも高く設定された目標電圧に保つように通電制御用スイッチ２３をＰＷＭ制御する通電用スイッチ制御手段を制御装置ＥＣＵに設けておく。
【００６９】
図２に示した例では、トランジスタＴＲ１のベースにコレクタが接続され、エミッタが接地されたＮＰＮトランジスタＴＲ２が制御装置ＥＣＵ内に設けられ、マイクロプロセッサからトランジスタＴＲ２のベースにＰＷＭ変調された駆動信号を与えることにより、通電制御用スイッチ２３をＰＷＭ制御するようにしている。
【００７０】
図２に示した燃料噴射・点火装置において、内燃機関を始動する過程では、電源ライン１２の電圧を基準電圧以上に保つように燃料ポンプＦＰの駆動電流をＰＷＭ制御する。また内燃機関が始動した後は、電源ラインの電圧を基準電圧よりも高く設定した目標電圧以上に保つように通電制御用スイッチＴＲ１をＰＷＭ制御する。
【００７１】
このように構成すると、車体電気負荷が大きすぎ、電源電圧が低下するときに車体電気負荷への電力配分を制限することができるため、制御装置、燃料ポンプ、インジェクタ、点火回路などが動作不能に陥るのを防ぐことができる。
【００７２】
図２に示したように、制御装置、燃料ポンプ、インジェクタ及び点火回路を駆動する電源回路１３と同じ電源回路で車体電気負荷をも駆動するようにすると、発電機に設ける巻線系統が１系統となり、また電圧調整機能付きの整流回路も１つ設ければよいため、バッテリ電源を用いる場合とのコストの差を最小限に抑えてＭＡＧ電源システムを採用することが可能になる。
【００７３】
上記の実施形態では、発電機１０の出力電圧を整流する整流回路と、発電機の出力を短絡する出力短絡用スイッチとを備えて、電源ラインの電圧が制限値を超えたときに発電機の出力を短絡することにより、電圧調整を行うようにした電源回路を用い、電源ラインの電圧が予め定められた制限値を超えたときに発電機の出力を短絡するように出力短絡用スイッチを制御する出力短絡用スイッチ制御手段を電源部に設けるようにしたが、出力短絡用スイッチ制御手段は制御装置ＥＣＵ内に設けるようにしてもよい。
【００７４】
また本発明は、上記のような電源回路を用いる場合に限定されない。例えば、ダイオードとサイリスタとの混合ブリッジ回路からなる制御整流回路を備えて該制御整流回路から電源ラインに電源電圧を出力するように構成された電源回路を用いることもできる。この場合は、電源ラインの電圧を予め定められた制限値以下に制限するようにサイリスタを制御するサイリスタ制御手段を電源部または制御装置ＥＣＵ内に設けておく。
【００７５】
図３は本発明の更に他の実施形態を示したもので、この実施形態では、電源回路１３’が、発電機１０の出力電流を整流する整流器ＤｕないしＤｗと、発電機の出力電流を断続させるチョッパ用スイッチＱｕないしＱｗとを備えていて、整流器により整流され、チョッパ用スイッチにより電圧が調整された電圧を電源ライン１２に出力するように構成されている。
【００７６】
図示の例では、整流器ＤｕないしＤｗがブリッジの上辺を構成し、チョッパ用スイッチＱｕないしＱｗがブリッジの下辺を構成するように設けられた混合ブリッジ回路により電源回路１３’が構成されていて、この電源回路の交流側端子に発電機１０内に設けられた３相発電コイル１０ａの出力が入力されている。また電源回路１３’の出力端子間に平滑用コンデンサＣｄ１が接続され、電源回路１３’から電源ライン１２を通して制御装置ＥＣＵと、燃料ポンプＦＰと、インジェクタＩＮＦと、点火コイルＩＧとに電源電圧が与えられている。
【００７７】
図示の例では、チョッパ用スイッチＱｕないしＱｗがＭＯＳＦＥＴからなっていて、これらのスイッチＱｕないしＱｗをそれぞれ構成するＦＥＴのゲートが制御装置ＥＣＵ内に設けられた制御用ＰＮＰトランジスタＴＲ３のコレクタに一括して接続されている。トランジスタＴＲ３のエミッタは電源ライン１２に接続され、該トランジスタＴＲ３をオンオフさせることにより、スイッチＱｕないしＱｗをオンオフさせることができるようになっている。
【００７８】
なおＤｆｕないしＤｆｗは、スイッチＱｕないしＱｗをそれぞれ構成するＭＯＳＦＥＴのドレインソース間に形成された寄生ダイオードである。
【００７９】
図３に示した例では、内燃機関の回転速度が低く、電源ライン１２の電圧が予め定めた制限値よりも低いときに電源ライン１２の電圧を昇圧し、電源ラインの電圧が制限値を超えたときには電源ラインの電圧を下降させるようにチョッパ用スイッチＱｕないしＱｗを制御するチョッパ制御手段が制御装置ＥＣＵ内に設けられている。なおこのチョッパ制御手段は、電源部に（制御装置ＥＣＵの外部に）設けるようにしてもよい。
【００８０】
チョッパ用スイッチの制御は、ＥＣＵ内の制御電源回路の出力（５Ｖ）が立ち上がってマイクロプロセッサが起動した時点から開始させることができるため、機関の始動操作を開始した直後から発電機の出力電圧を昇圧する昇圧動作を開始させて、電源ライン１２に高い電源電圧を出力させることができる。
【００８１】
図１及び図２に示した実施形態では、図４に実線で示したように、機関の回転速度Ｎがある程度（図示の例では９００ｒｐｍ）上昇しないと電源ラインから負荷に電流Ｉを供給することができないが、上記のようにチョッパ昇圧制御を行うようにすると、図４に波線で示したように、始動時に低速領域から負荷に電流を供給することができるようになるため、機関の始動性の向上を図ったり、発電機の小型化を図ったりすることが可能となる。
【００８２】
上記の例では、点火回路として電流遮断形の回路を用いているが、コンデンサ放電式の点火回路を用いることもできる。磁石発電機の交流出力により点火用コンデンサを充電するコンデンサ放電式の点火回路を用いる場合には、点火用コンデンサを充電する発電コイルを発電機１０内に設けて、該発電コイルの出力で点火用コンデンサを充電するようにする。
【００８３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、発電機を電源とする１つの電圧調整機能付きの電源回路から電源ラインを通してインジェクタ及び点火回路の少なくとも一方と、制御装置と、燃料ポンプとに電源電圧を与えるように電源部を構成したので、電源部に設ける電源回路の数を少なくしてコストの低減を図ることができる。本発明によればまた、発電機内に系統を異にして設ける発電コイルの数を少なくすることができるため、発電機の巻線作業工数の削減を図り、発電機から引き出すハーネスの数を少なくして、発電機のコストの低減を図ることができる。
【００８４】
更に本発明によれば、内燃機関を始動する過程で、燃料噴射や点火動作を行わせる際にも燃料ポンプの運転を継続することができるため、機関を始動する過程で燃料噴射を行わせる際や点火を行わせる際に燃料ポンプを停止させていた従来技術による場合のように、燃料圧力が不足する状態が生じるおそれが生じるのを防ぐことができる。従って、機関を始動する際に燃料噴射量が不足する状態が生じるおそれをなくして、常に機関の始動性を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示した回路図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の構成を示した回路図である。
【図３】本発明の第３の実施形態の構成を示した回路図である。
【図４】図３に示した実施形態のように構成した場合に得られる効果を説明するためのグラフである。
【図５】本発明に係わる燃料噴射・点火装置の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図６】図１の実施形態において制御装置のマイクロプロセッサが実行するプログラムの１つのタスクのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図７】従来の内燃機関用燃料噴射・点火装置の構成を示した回路図である。
【符号の説明】
１０：発電機、１０ａ：３相発電コイル、１１：電圧調整機能付き整流回路、１２：電源ライン、１３：電源回路、ＥＣＵ：制御装置、ＦＰ：燃料ポンプ、ＩＮＪ：インジェクタ、ＩＧ：点火コイル。

Claims

内燃機関に燃料を供給するインジェクタと、該インジェクタに燃料を供給する燃料ポンプと、前記内燃機関の気筒に取り付けられた点火プラグに印加する点火用の高電圧を発生する点火回路と、少なくとも前記インジェクタ及び点火回路を制御する制御装置と、前記内燃機関により駆動される交流発電機を電源として前記インジェクタと燃料ポンプと点火回路と制御装置とに電源電圧を与える電源部とを備えた内燃機関用燃料噴射・点火装置において、
前記電源部は、前記発電機を電源とする１つの電圧調整機能付きの電源回路から電源ラインを通して前記インジェクタ及び点火回路の少なくとも一方と、前記制御装置と、前記燃料ポンプとに電源電圧を与えるように構成され、
前記制御装置は、前記電源ラインから電源電圧が与えられる要素のうち、前記燃料ポンプ以外の要素の最低動作電圧に相当する電圧以上に定めた電圧を基準電圧として、前記内燃機関を始動する過程で前記電源ラインの電圧を前記基準電圧以上に保つように、前記燃料ポンプの駆動電流をＰＷＭ制御するポンプ駆動電流制御手段を備えている内燃機関用燃料噴射・点火装置。
内燃機関に燃料を供給するインジェクタと該インジェクタに燃料を供給する燃料ポンプと、前記内燃機関の気筒に取り付けられた点火プラグに印加する点火用の高電圧を発生する点火回路と、少なくとも前記インジェクタ及び点火回路を制御する制御装置と、前記内燃機関により駆動される交流発電機を電源として前記インジェクタと燃料ポンプと点火回路と制御装置とに電源電圧を与える電源部とを備えた内燃機関用燃料噴射・点火装置において、
前記電源部は、前記発電機を電源とする１つの電圧調整機能付きの電源回路から電源ラインを通して前記インジェクタと点火回路と前記制御装置と前記燃料ポンプとに電源電圧を与えるように構成され、
前記制御装置は、前記インジェクタ及び点火回路のそれぞれの最低動作電圧のうちの高い方に相当する電圧以上に定めた電圧を基準電圧として、前記内燃機関を始動する過程で前記電源ラインの電圧を前記基準電圧以上に保つように、前記燃料ポンプの駆動電流をＰＷＭ制御するポンプ駆動電流制御手段を備えている内燃機関用燃料噴射・点火装置。
内燃機関に燃料を供給するインジェクタと該インジェクタに燃料を供給する燃料ポンプと、前記内燃機関の気筒に取り付けられた点火プラグに印加する点火用の高電圧を発生する点火回路と、少なくとも前記インジェクタ及び点火回路を制御する制御装置と、前記内燃機関により駆動される交流発電機を電源として前記インジェクタと燃料ポンプと点火回路と制御装置とに電源電圧を与える電源部とを備えた内燃機関用燃料噴射・点火装置において、
前記電源部は、前記発電機を電源とする電圧調整機能付きの電源回路から電源ラインを通して前記インジェクタ及び点火回路の一方と前記制御装置と前記燃料ポンプとに電源電圧を与え、前記インジェクタ及び点火回路の他方には前記電源回路とは別系統の回路を通して電源電圧を与えるように構成され、
前記制御装置は、前記電源ラインから電源電圧が与えられる要素のうち、前記燃料ポンプ以外の要素の最低動作電圧に相当する電圧以上に定めた電圧を基準電圧として、前記内燃機関を始動する過程で前記電源ラインの電圧を前記基準電圧以上に保つように、前記燃料ポンプの駆動電流をＰＷＭ制御するポンプ駆動電流制御手段を備えている内燃機関用燃料噴射・点火装置。
前記インジェクタ、点火回路、制御装置及び燃料ポンプ以外の負荷が通電制御用スイッチ手段を通して前記電源ラインに接続され、
前記制御装置は、前記内燃機関の始動時に前記通電制御用スイッチをオフ状態にし、前記内燃機関の始動が完了した後は前記電源ラインの電圧を前記基準電圧以上に設定された目標電圧に保つように前記通電制御用スイッチをＰＷＭ制御する通電用スイッチ制御手段を更に備えている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の内燃機関用燃料噴射・点火装置。
前記電源回路は、ダイオードとサイリスタとの混合ブリッジ回路からなる制御整流回路を備えて該制御整流回路から前記電源ラインに電源電圧を出力するように構成され、
前記電源ラインの電圧を予め定められた制限値以下に制限するように前記サイリスタを制御するサイリスタ制御手段が前記電源部または前記制御装置に設けられている請求項１ないし４のいずれか１つに記載の内燃機関用燃料噴射・点火装置。
前記発電機は磁石発電機からなり、
前記電源回路は、前記発電機の出力電圧を整流する整流回路と、前記発電機の出力を短絡する出力短絡用スイッチとを備えて前記整流回路から前記電源ラインに電源電圧を出力するように構成され、
前記電源ラインの電圧が予め定められた制限値を超えたときに前記発電機の出力を短絡するように前記出力短絡用スイッチを制御する出力短絡用スイッチ制御手段が前記電源部または前記制御装置に設けられている請求項１ないし４のいずれか１つに記載の内燃機関用燃料噴射・点火装置。
前記電源回路は、前記発電機の出力電流を整流する整流器と前記発電機の出力電流を断続させるチョッパ用スイッチとを備えて、前記整流器により整流され、前記チョッパ用スイッチにより電圧が調整された電圧を前記電源ラインに出力するように構成され、
前記内燃機関の回転速度が低く、前記電源ラインの電圧が予め定めた制限値よりも低いときには前記電源ラインの電圧を昇圧し、前記電源ラインの電圧が前記制限値を超えたときには前記電源ラインの電圧を下降させるように前記チョッパ用スイッチを制御するチョッパ制御手段が前記電源部または前記制御装置に設けられている請求項１ないし４のいずれか１つに記載の内燃機関用燃料噴射・点火装置。