JP2004092568A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
内燃機関の制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004092568A JP2004092568A JP2002256868A JP2002256868A JP2004092568A JP 2004092568 A JP2004092568 A JP 2004092568A JP 2002256868 A JP2002256868 A JP 2002256868A JP 2002256868 A JP2002256868 A JP 2002256868A JP 2004092568 A JP2004092568 A JP 2004092568A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- ignition
- fuel injection
- unit
- control unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
Landscapes
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
- Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
【課題】点火コイルの1次コイルの1次電圧を利用して燃料の噴射制御する内燃機関において、点火プラグが発火しないときに燃料噴射弁が燃料を噴射することを防止することである。
【解決手段】内燃機関の制御装置は、点火制御ユニット50及び燃料噴射弁制御ユニット55から成る。点火制御ユニット50は検知手段40から回転信号が入力される入力部51と、入力部からの信号に基づき所定時期に点火コイル45の2次コイル45bに高電圧を発生させる第1出力部52とを含む。燃料噴射制御ユニット55は1次コイル45aの1次電圧が入力されその閾値はエンジンの要求2次電圧に対応している検出部56と、検出部からの信号に基づき燃料の噴射時期及び噴射時間を演算する演算部68と、演算部での演算に基づき燃料噴射弁を駆動する第2出力部69とを含む。
【選択図】図1
【解決手段】内燃機関の制御装置は、点火制御ユニット50及び燃料噴射弁制御ユニット55から成る。点火制御ユニット50は検知手段40から回転信号が入力される入力部51と、入力部からの信号に基づき所定時期に点火コイル45の2次コイル45bに高電圧を発生させる第1出力部52とを含む。燃料噴射制御ユニット55は1次コイル45aの1次電圧が入力されその閾値はエンジンの要求2次電圧に対応している検出部56と、検出部からの信号に基づき燃料の噴射時期及び噴射時間を演算する演算部68と、演算部での演算に基づき燃料噴射弁を駆動する第2出力部69とを含む。
【選択図】図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置、特に点火制御ユニットの信号を利用して燃料噴射制御ユニットの作動を制御する制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の一種に、排気量が小さくエンジンの回転数が低く、農業用機械や発電機等に組み込まれる汎用エンジンがある。汎用エンジンでは、点火プラグ及び燃料噴射弁の作動をそれぞれ点火制御ユニット及び燃料噴射ユニットで制御する。従来例は、燃料噴射ユニットと点火制御ユニットとの関係により2つのタイプに分類される。
【0003】
第1タイプの従来例では、タイミングセンサの回転信号を点火制御ユニット及び燃料噴射制御ユニットに入力する。図11に示すように、入力部151及び出力部152を持つ点火制御ユニット150と、入力部156、マイコン157及び出力部158を持つ燃料噴射制御ユニット155とが一体のユニット160に設けられている。タイミングセンサ162からの回転信号に基づき、点火制御ユニット150が点火コイル153を駆動し点火プラグ154の点火時期を制御するとともに、燃料噴射制御ユニット155が燃料噴射弁159からの燃料の噴射時期及び噴射量を制御している。
【0004】
しかし、タイミングセンサ162の出力電圧が下ったとき問題が発生するおそれがある。即ち、点火制御ユニット150及び燃料噴射制御ユニット155の両方をタイミングセンサ162に接続しているので、各制御ユニット150及び155への出力電圧が低くなる。また、電磁ピックアップから成るタイミングセンサ162の出力電圧は、磁束の時間変化(dφ/dt)に比例し、これはエンジンの回転速度に比例する。よって、特にエンジンの回転速度が小さいときはタイミングセンサ162の出力電圧が下がり、入力閾値に達しないために各制御ユニット150及び155が作動困難又は不可となることがある。
【0005】
尚、第1タイプの従来例には制御ユニット150と155とが構造的に別体のものもあるが、上記事情は同じである。
【0006】
これに対して、第2タイプの従来例は点火コイルの1次コイルの信号(1次電圧)を利用して、燃料制御ユニットの作動を制御している。即ち、図12に示すように、入力部166及び出力部167を持つ点火制御ユニット165が、タイミングセンサ162からの回転信号に基づき点火時期を制御し、点火コイル168を駆動する。
【0007】
入力部171、マイコン172及び出力部173を持つ燃料噴射制御ユニット170が、1次コイル168aの1次電圧に基づき、燃料噴射弁174からの燃料の噴射時間及び噴射量を制御している。入力部171にはまた、吸気温センサ176、冷却水温センサ177及び吸気圧センサ178が接続されている。
【0008】
第2タイプの従来例によれば、タイミングセンサ162の回転信号は点火制御ユニット165のみで利用しているので、エンジンの回転速度が低くなったときでも点火制御ユニット165及び燃料噴射制御ユニット170が作動困難となることが防止される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、第2タイプの従来例の燃料噴射制御ユニット170は、点火コイル168の1次コイル168aの1次電圧をそのまま利用しているため、点火プラグ169が発火しないときでも燃料噴射弁174が燃料を噴射することがある。
【0010】
即ち、図12に示すように、1次コイル168aとマイコン172との間に配置された入力部171に検出部180が配置されている。図13に示すように、検出部180では、入力端子184が抵抗182及び183を介してコンパレータ181の−端子に接続され、電源186が抵抗187と抵抗188により分圧された電圧がコンパレータ181の+端子に接続されて基準値を設定している。
【0011】
−端子の電圧がこの基準値と等しくなるときの入力端子184の電圧が閾値である。入力端子184の電圧が閾値以下のときには、−端子の電圧は+端子の電圧の基準値以下となり、コンパレータ181の出力はハイとなる。これに対して、入力端子184の電圧が閾値を超えたときには、−端子の電圧+端子の電圧の基準値を超え、コンパレータ181の出力がローになる。
【0012】
点火制御ユニット165の不動作時、1次コイル168aの1次電圧は電源電圧(約12V)の出力である。点火制御ユニット165のスイッチング素子が導通すると、1次コイル168aの1次電圧はスイッチング素子のオン電圧まで下がる。このとき、1次コイル168aのインピーダンスで決まる電流が電源から1次コイル168aに流れる。
【0013】
点火制御ユニット165は適切なタイミング(点火タイミング)でこの電流を遮断すると、1次コイル168aにはパルス状の高い過度電圧が発生する。この1次電圧による電磁誘導により2次コイル168bに高電圧が発生し、点火プラグ169にアーク放電が発生する。
【0014】
閾値をオン電圧と電源電圧の間に設定しているため、点火制御ユニット165のスイッチング素子がオン、オフ動作することにより、コンパレータ101の出力が上下する。コンパレータ181の出力はマイコン172に入力される。マイコン172は入力電圧の立下りエッジでタイミングを検出する。前述のように点火制御ユニットのスイッチング素子がオフするタイミングが点火タイミングであり、マイコン172の入力立下りエッジのタイミングとなる。
【0015】
多くの汎用エンジンの場合、点火タイミングはエンジン回転数に拘わらず一定のため、基準位置信号として使用可能である。即ち、立下りエッジの入力周期からエンジン回転数を算出することができ、このタイミングでエンジンのピストン位置(上死点に対する機械角度)が判る。マイコン172は、エンジン回転数及び吸気温等から適切な噴射時間を演算し、出力部173が燃料噴射弁154を駆動する。
【0016】
しかし、良く知られているように、前記パルス状の過渡電圧は1次電流が小さいと低くなる。1次電流の電流値は、1次コイル168aのインダクタンスの影響でスイッチング素子がターンオンしてから徐々に増えていくので、通電時間が不足すると、オフ時にまだ充分に電流が流れていないことになる。また、低温での始動時のように、スイッチング素子のオン電圧が大きく電源電圧が低いときには、1次コイル168aにかかる電圧が小さくなるため、通常より電流が小さくなる。1次電流が小さいとき、1次コイル168aの過渡電圧は低いので2次電圧が低くなり、点火プラグ169の電極間にアーク放電が生ずる電圧に達しなくなる。
【0017】
このように、閾値をオン電圧と電源電圧の間に設定しているため、1次コイル168aの電流(1次電流)不足で点火しない場合でも、基準位置信号が検出でき、燃料噴射弁174が燃料を噴射してしまう。失火時に噴射された燃料は未燃焼ガスとなり排気管から排出されてしまい、更にプラグかぶりが生じ、それ以後の再始動(発火)が困難となる。
【0018】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、内燃機関特に点火コイルの1次コイルの1次電圧を利用して燃料噴射制御ユニットの作動を制御する汎用エンジンにおいて、点火プラグが発火しないときに燃料噴射弁が燃料を噴射することが防止できる制御装置を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本願の発明者は、燃料噴射制御ユニットが燃料噴射弁を作動させる閾値を、エンジンの要求2次電圧に応じて決定することを思い付いて、本発明を完成した。
【0020】
本発明にかかる内燃機関の制御装置は、請求項1に記載したように、エンジンの回転状況を検知する検知手段、点火プラグ及び燃料噴射弁を含む内燃機関において、点火プラグ及び燃料噴射弁の作動を制御する制御装置であって、検知手段から回転信号が入力される第1入力部と、第1入力部からの信号に基づき所定時期に点火コイルの2次コイルに高電圧を発生させる第1出力部とを含む点火制御ユニットと;1次コイルの1次電圧が入力されその閾値はエンジンの要求2次電圧に対応している検出部と、検出部からの信号に基づき燃料の噴射時期及び噴射時間を演算する演算部と、演算部での演算に基づき燃料噴射弁を駆動する第2出力部とを含む噴射制御ユニットと;から成ることを特徴とする。
【0021】
この制御装置において、点火制御ユニットは点火コイルの駆動即ち点火プラグの発火を制御し、燃料噴射制御ユニットは燃料噴射弁からの燃料の噴射を制御する。燃料噴射制御ユニットは1次コイルの1次電圧により作動し、点火制御ユニットから燃料噴射制御ユニットにエンジンの要求2次電圧に応じた信号(電圧)が入力されているか否かが検出部により検出される。検出部からの信号により演算部が燃料の噴射又は非噴射(噴射なし)を演算し、第2出力部がそれに基づき燃料噴射弁を駆動する。
【0022】
請求項2の制御装置は、請求項1において内燃機関は汎用エンジンである。請求項3の制御装置は、請求項1又は2において、点火制御ユニットと燃料噴射制御ユニットとは構造的に別体である。
【0023】
請求項4の制御装置は、請求項1又は2において検出部はツェナーダイオードとコンパレータとを含む。請求項5の制御装置は、請求項1又は2において、検知手段はタイミングセンサ又は磁石式発電機を含む。
【0024】
請求項6の制御装置は、請求項1又は2において、燃料噴射制御ユニットは更に、弁吸気温、吸気圧及び/又は冷却水温が入力される第2入力部を含む。
【0025】
【発明の実施の形態】
<内燃機関>
内燃機関は検知手段と、点火プラグと、燃料噴射弁とを含む。本発明は内燃機関のうち特に汎用エンジンに良好に適用される。汎用エンジンは農業用機械や発電機等で使用され、排気量が20から1200ccと少なく、エンジンの回転数が100から4000rpmと低く、一定速度で回転する。また、全体を簡素にしかも安価に構成することが要求され、制御ユニットの一部のマイコンや電源の搭載が省略されている。
【0026】
点火プラグは所定時期に発火して混合気に点火するもので、点火方式には誘導点火(トランジスタ点火)方式と、容量放電点火(CDI)方式とがある。誘導点火方式にはバッテリを電源とするタイプと、磁石式発電機を電源とするタイプがある。
【0027】
容量放電点火方式では、エンジンにより回転される発電機により100Vから200Vの点火用交流電圧が供給される。正電圧時は発電機からダイオード、コンデンサ、点火コイルの1次コイルの直列回路を通って電流が流れ、コンデンサを充電する。負電圧時の電流は発電機と並列のダイオードを通って流れ、コンデンサには影響しない。所定の点火時期にサイリスタがオンすると、コンデンサに充電された電荷が1次コイルを通して放電され、高電圧を発生する。
【0028】
燃料噴射弁は吸気管に取り付けられ、電気信号を燃料流量に変換するとともに燃料を霧化するもので、噴射信号により燃料を燃焼室に噴射する。弁座を持つバルブボデー、弁部を持ちバルブボデー内で移動可能なニードルバルブ、噴孔を持ちバルブボデーの先端に取り付けられたスリーブ等から成る。
【0029】
点火コイル及び燃料噴射弁を駆動するための電圧はタイミングセンサや磁石式発電機により発生される。そして、このタイミングセンサや磁石式発電機がエンジンの回転状況を検知する検知手段を構成する。
<点火制御ユニット>
点火制御ユニットは点火コイルの駆動即ち点火プラグの発火を制御するもので、第1入力部と第1出力部とを有する。第1入力部はタイミングセンサ等の検知手段から入力される回転信号のノイズの除去、矩形波への変換、及び電圧レベルの変更等を行う。
【0030】
第1出力部は例えばトランジスタから成り、そのベースに第1入力部から信号が入力され、そのコレクタが1次コイルの一端に接続されている。例えば上記誘導点火方式の場合、第1出力部の出力が適正な通電タイミングでローになり、これに同期して1次コイルのインダクタンスと抵抗とで決まる時定数分の遅れをもって1次電流が流れ始める。通電開始後、適正な点火タイミングで第1出力部出力がハイになり1次電流が遮断され、2次コイル即ち点火プラグの電極間に高電圧が発生する。この高電圧はエンジンの要求2次電圧で放電される。要求2次電圧はエンジンの圧縮比や点火プラグの種類等により変化するが、一般に10から20kV程度である。
<燃料噴射制御ユニット>
燃料噴射制御ユニットは燃料噴射弁の作動を制御するもので、検出部、第2入力部、マイコン及び第2出力部を含む。
【0031】
検出部は、点火制御ユニットの1次コイルから燃料噴射制御ユニットに所定の信号(電圧)が入力されているか否か検出するもので、1次コイルと演算部との間に配置され、定電圧(ツェナー)ダイオードとコンパレータとを含むことができる。入力は正極性でも負極性でも良い。ツェナーダイオードは、逆方向電圧を増加させながら加えると、所定の逆方向電圧で急激に逆方向電流が流れる(所定の逆方向電圧以下では逆方向電流は流れない)。この性質を利用して、点火制御ユニットで所定の点火信号が発生せず1次コイルの1次電圧が所定値に達しないときは、燃料噴射制御ユニットを作動させない。
【0032】
コンパレータは+端子又は−端子に設定された基準値と−端子又は+端子に入力される1次コイルの1次電圧とを比較し、その比較結果を演算部に出力する。コンパレータが反転するときの電圧を入力の閾値とすることができる。基準値はツェナーダイオードの特性や抵抗の数、抵抗値によって決まり、+100V程度に設定する。ここで、「閾値をエンジンの要求2次電圧に対応させる」とは、電源電圧よりも遙かに大きく、点火プラグの発火時に1次コイルに発生する1次電圧と同等又はこれよりも少し高い電圧を意味する。
【0033】
検出部の他に第2入力部を設けて、吸気管内の吸気温度等、エンジンの運転状況に関連する情報を入力することもできる。第2入力部は上記第1入力部と同様、入力信号中のノイズの除去等を行う。
【0034】
マイコンは、上記1次電圧や吸気の温度等に基づき、記憶しているプログラム(処理手順)やデータを用いて最適の燃料の噴射時期及び噴射量を演算する。第2出力部はパワートランジスタ等から成り、マイコンで演算された結果に応じて燃料噴射弁を開閉する。
【0035】
尚、上記点火制御ユニットと燃料噴射制御ユニットは構造的に一体でも良いが、別体であることが望ましい。別体にすれば、狭いスペースを利用して配置できるからである。また、点火方式の違いにより点火制御ユニットの回路構成を変更しても、燃料噴射制御ユニットは同じ回路構成で良いため標準化でき、安価に製造できる。
【0036】
【実施例】
<第1実施例>
以下、本発明の実施例を図1から図3に基づき説明する。これは、本発明が汎用エンジンに適用され、点火方式はバッテリを電源とした誘導放電点火方式の例で、点火コイル等を駆動する電圧はタイミングセンサで発生させる場合である。
(第1実施例の構成)
図1に示した汎用エンジンは2気筒4サイクルであり、各気筒はシリンダ10及びピストン13により構成される。シリンダ10はシリンダ本体11とシリンダヘッド12とを含み、シリンダヘッド12に燃料噴射弁16及び点火プラグ18が取り付けられている。
【0037】
詳述すると、ピストン13の上方に形成された燃焼室21の吸気ポート22及び排気ポート31にはそれぞれ吸気管23及び排気管32が接続されている。吸気ポート22及び排気ポート31はそれぞれ吸気弁24及び排気弁33により開閉される。吸気管23にはその内圧を検出する吸気圧センサ26、及び温度を検出する吸気温センサ27が配設されている。排気管32にはO2 センサ(不図示)等が配設されている。シリンダ10のまわりのウオータジャケット36には、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ37が配置されている。
【0038】
タイミングセンサ40は磁石式のピックアップから成り、エンジンと同期して回転する回転体に近接して配置される。回転体は円板形状の本体と、その外周に設けられた2組の歯部とを含む。タイミングセンサ40では回転体の各歯部の円周方向(回転方向)前方縁が通過したとき所定の信号が立ち上がり、後方縁が通過したとき立ち下がる。
【0039】
上記燃料噴射弁16は吸気マニホールドの2本の分岐管毎に配設され、吸気管23に燃料を噴射する。また、上記点火プラグ18は2つの気筒毎に配設され吸気管内の混合気に点火する。点火プラグ18を駆動する点火コイル45は1次コイル45aと2次コイル45bとを含み、1次コイル45aの一端は次述する点火制御ユニット50に、他端は電源(バッテリ)46に接続されている。2次コイル45bの一端は点火プラグ18に接続され、他端は電源46に接続されている。
【0040】
図2に、点火プラグ18を制御する点火制御ユニット50及び燃料噴射弁16を制御する燃料噴射制御ユニット55を示す。ここでは、2つの制御ユニット50と55とは構造的に別体とされている。
【0041】
点火制御ユニット50は第1入力部51及び第1出力部52を含む。その機能は図12に示した第2タイプの従来例の第1入力部166及び第1出力部167と同じであるので、詳しい説明は割愛する。第1出力部52はトランジスタ53を有する。
【0042】
一方、燃料噴射制御ユニット55は検出部56、第2入力部66aから66c、マイコン68及び第2出力部69を含む。吸気温センサ176、水温センサ177及び吸気圧センサ178の信号がそれぞれ第2入力部66a、66b及び66cに取り込まれている。
【0043】
図3に示すように、1次コイル45aとマイコン68との間に配置された検出部56はツェナーダイオード59とコンパレータ58とを含む。詳述すると、入力端子57からコンパレータ58の−端子に延びる経路上にツェナーダイオード59と、抵抗値51kΩの抵抗60a及び抵抗値15kΩの60bとが直列に配置されている。ツェナーダイオード59はカソードが57端子側、アノードがコンパレータ58側であり、降伏電圧は75Vである。抵抗60aと抵抗60bとの間と、接地との間に抵抗値2kΩの抵抗60cが配置されている。
【0044】
電源端子62と接地との間に抵抗値30kΩの抵抗63a及び抵抗値20kΩの抵抗63bが直列に配置され、抵抗63aと抵抗63bとの間から分岐した経路が+端子に接続されている。検出部56の電源端子62は5Vの定電圧回路に繋がっており、抵抗63a(30kΩ)と抵抗63b(20kΩ)とで分圧した電圧(2V)をコンパレータ58の+端子の基準値に設定している。抵抗63aの電源端子62側と、抵抗60bと−端子との間に抵抗値68kΩの抵抗63cが配置されている。
【0045】
−端子の電圧は、ツェナーダイオード59が導通してないときは電源端子62の5Vを抵抗63c(68kΩ)、抵抗60b(15kΩ)及び抵抗58c(2kΩ)で分圧して1Vになるように設定している。この電圧は、次述するように、ツェナーダイオード59が導通すると変化(上昇)する。
【0046】
図2において、マイコン68はエンジンの状態を示す上記各パラメータに基づいて最適な燃料の噴射時期及び噴射量を演算し、その結果を噴射信号として第2出力部69に出力する。第2出力部は69はパワートランジスタ等から成り、マイコン68の演算結果に基づき燃料を噴射するための信号を出力する。
(第1実施例の作用効果)
汎用エンジンの一般的な作動、及び点火制御ユニット50による点火プラグ18の点火時期の制御は、基本的に前記第2タイプの従来例と同じであるので、説明を割愛する。以下、燃料噴射制御ユニット55,特に検出部56による燃料の噴射時期及び噴射量の制御を中心に説明する。
【0047】
前述したように、+端子には基準値として2Vが設定され、−端子の電圧は、ツェナーダイオード59が導通してないときは1Vに設定されている。このとき、−端子の電圧が+端子の電圧よりも低いため、コンパレータ58の出力はハイである。また、抵抗60bと抵抗60cとの接点の電圧は0.12Vである。
【0048】
入力端子57の電圧がツェナーダイオード59の降伏電圧である75Vを超えると、ツェナーダイオード59が導通し始め、抵抗60a(51kΩ)と抵抗58cの接点即ち抵抗60bと抵抗58cの接点の電圧は0.12Vよりも高くなる。
【0049】
そして、入力端子57の電圧が111Vになると、抵抗60aと抵抗60cとの接点即ち抵抗60bと抵抗60cとの接点の電圧は1.36Vとなる。この電圧と電源の電圧(5V)との間を抵抗63c及び抵抗60bで分圧するため、抵抗63cと抵抗60bとの接点即ち−端子の電圧は2.02Vとなり、+端子の電圧の基準値2Vを超える。その結果、コンパレータ58の出力はローとなる。
【0050】
つまり、コンパレータ58の出力がハイからローに反転するときの入力端子57の電圧は約111Vであり、この電圧が入力端子57の閾値である。入力端子57に入力される電圧が閾値を超えるとコンパレータ58の出力はローとなり、閾値以下ではコンパレータ58の出力はハイである。
【0051】
点火プラグ18が発火するのは点火制御ユニット50が正常に動作する場合である。この場合、1次コイル45aの1次電圧のピーク値は200Vとなり、入力端子57の閾値111Vよりも高いので、コンパレータ58の出力はローに反転する。その結果、マイコン68に基準位置信号が入力され、前回の信号入力から今回の信号入力までの時間を基にエンジン回転数を演算することができる。また、基準位置が判るので、噴射タイミングがセットできる。マイコン68は、予め設定された回転数と噴射時間のマップ情報等を基にして噴射時間を演算し、第2出力部69が燃料噴射弁16を駆動し、燃料が燃焼室に噴射される。
【0052】
一方、点火プラグ18が発火しない場合として、点火制御ユニット50が動作しない場合と、点火制御ユニット50は動作するが1次電圧が低すぎる場合とが考えられる。
【0053】
たとえばエンジンの始動時にスタータの回転数が上がらず、タイミングセンサ40の出力が低すぎて点火制御ユニット50が動作しない。この場合、第1出力部52の出力即ち1次コイル45aの1次電圧は高くても電源電圧(12V)であり、入力端子57の閾値111Vよりも低い。その結果、コンパレータ58の出力はハイとなり、マイコン68に基準位置信号が入力されない。そのため、マイコン68はエンジン回転数の演算等を行わず、第2出力部69が燃料噴射弁16を駆動せず、燃料室に燃料が噴射されない。
【0054】
また、例えば通電時間や電源電圧が不足すると、1次コイル45aの遮断時の1次電圧(過渡電圧)が低くなり、2次電圧が低くなって点火プラグ18が発火するに足る電圧(要求電圧)に達しない。要求電圧は、エンジンの圧縮比、空燃費、プラグの熱価等により変わるが、ここでは10kV程度である。点火コイルの2次電圧がこの電圧に達するには、100V以上の1次電圧が必要である。
【0055】
1次電圧が100V未満で点火プラグ18が発火しないときは、入力端子57の閾値111Vよりも低いので、コンパレータ58の出力はハイとなる。その結果、マイコン68は基準位置信号が入力されないためエンジン回転数の演算を行わず、第2出力部69が燃料噴射弁16を駆動せず、燃料が噴射されない。
【0056】
このように、第1実施例では点火プラグ18が発火しない時は燃料も噴射されないので、点火プラグ18のプラグかぶりが防止される。また、燃料噴射制御ユニット55が点火制御ユニット50と構造的に別体とされているので、従来と同様の点火制御ユニット150が搭載されたエンジンに、第1実施例の燃料噴射制御ユニット55を配置することができる。
<第1実施例の変形例>
図4に上記検出部56の変形例を示す。この変形例は、端子57とツェナーダイオード59との間にダイオード66が配置され、ツェナーダイオード59と接地との間にコンデンサ67が配置されている点が、第1実施例とは異なる。ダイオード66はそのカソードがツェナーダイオード59側で、アノードが端子57側となる向きである。また、コンデンサ67はツェナーダイオード59よりも端子57側に配置されている。
【0057】
この変形例によれば、ダイオード66及びコンデンサ67により1次電圧のパルス幅を広げることができ、より確実な信号検出が可能となる。
<第2実施例>
(第2実施例の構成)
図5,図6,図7及び図8を参照しつつ第2実施例を説明する。第2実施例は、上記第1実施例に比べて点火方式が異なり、磁石式発電機を電源とした誘導放電点火方式(マグネト・トランジスタ点火)が採用されている。従って、検知手段の構成が異なる。尚、汎用エンジンが2気筒なので、図8に示すように、点火制御ユニット80及び点火プラグ64はそれぞれ2つ設けられている(図5では一方のみ図示)。両者は同じ構成を持つので、一方の点火制御ユニット80及び点火プラグ84について説明する。
【0058】
前記タイミングセンサ40、点火コイル45及び点火制御ユニット50の代わりに、磁石式発電機(マグネット)85及び制御回路82を使用している。
【0059】
図6に示すように、磁石式発電機85は点火コイル90を内蔵した固定子及び電機子86と、エンジンのクランク軸に取り付けられるフライホイール87と、その外周の磁石88とを含む。図7に磁石式発電機(点火コイル)80の1次電圧の波形を示す。(a)がトランジスタが遮断してない場合(失火)を示し、(b)がトランジスタが遮断している場合(点火)を示す。尚、電圧極性は負電圧となっている。
【0060】
図8に制御回路82を示す。点火コイル90の1次コイル91aはフライホイール87の磁石88の磁束を検出することにより、エンジンの回転状況を検知する検知手段を兼ねている。抵抗93a及び93bが検知手段から回転信号が入力される第1入力部93をなす。トランジスタ95a、抵抗95b及びトランジスタ95cが、該第1入力部93からの信号に基づき所定時期に点火コイル90の2次コイル91bに高電圧を発生させる第1出力部95をなす。
【0061】
上記磁石式発電機85と制御回路82とが一体化されて点火制御ユニット80が構成されている。
【0062】
図9は、燃料噴射制御ユニット55の検出部83を示す説明図である。前記図3の検出部56と異なり、入力する1次電圧が負極性のため、ツェナーダイオード59の方向やコンパレータ58の+端子及び−端子の接続が、図3の検出部とは反対になっている。
(第2実施例の作用効果)
固定子鉄心に巻かれた1次コイル91aは、フライホイール87の磁石88の磁束が通過すると、磁束の変化が生じて電圧を生じる。トランジスタ95cは抵抗95bからベース電流が供給されてオン状態にあり、1次コイル91aの電流を短絡している。しかしその内部インピーダンスによる電圧降下で、点火コイル90の両端には電圧が発生する。
【0063】
エンジン回転数が高い程磁束の時間変化が大きくなるため、発生電圧が高くなる。それにつれて抵抗93aと抵抗93bとの分圧値が高くなると、トランジスタ95bがオンしトランジスタ95cをオフするため、1次コイル91aには高い過渡電圧が発生する。その結果、電磁誘導により2次コイル91bに高電圧が発生し、点火プラグ90が放電する。
【0064】
尚、検知部83の基本的は動作は前記検知部56と同じであるため説明は割愛する。前記容量放電点火方式の場合も点火コイル90の1次電圧の波形は負極性であるため、この検出部83により対応可能である。
(第2実施例の変形例)
上記図9の検出部に変えて、図10に示した検出部83を採用することもできる。この検出部83は、前記図4の検出部に対し負極性の電圧を入力する場合に対応するものである。基本的に図4の検出部と同様の構成であるため、詳しい説明は割愛する。
【0065】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明にかかる内燃機関の制御装置によれば、燃料噴射制御ユニットへのエンジンの要求2次電圧の入力が検出される。検出部からの信号により演算部が燃料の噴射又は非噴射(噴射なし)を演算し、点火プラグが発火しないときは燃料噴射弁は燃料を噴射しない。よって、点火プラグのプラグかぶりが防止される。
【0066】
請求項2の制御装置によれば、汎用エンジンにおいてプラグかぶりが防止される。請求項3の制御装置によれば、既に点火制御ユニットが配置する場合に、燃料噴射制御ユニットのみを狭いスペースを利用して配置することができる。
【0067】
請求項4の制御装置によれば、点火制御ユニットから燃料噴射制御ユニットに所定の信号が入力されているか否かを、簡単かつ確実に検出することができる。請求項5の制御装置によれば、種々のタイプの誘導点火方式において、エンジンの回転状況を検知することができる。
【0068】
請求項6の制御装置によれば、回転状況の他、エンジンの運転状況を示す因子が入力されるので、より精度の高い燃料噴射制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の内燃機関の要部を示す正面断面図である。
【図2】第1実施例の点火制御ユニット及び燃料噴射制御ユニットを示す説明図である。
【図3】第1実施例の検出部を示す説明図である。
【図4】上記検出部の変形例を示す説明図である。
【図5】本発明の第2実施例の内燃機関の要部を示す正面断面図である。
【図6】第2実施例の磁石式発電機の外観図である。
【図7】(a)(b)は上記磁石式発電機の出力を示す説明図である。
【図8】第2実施例の点火制御ユニット及び燃料噴射制御ユニットを示す説明図である。
【図9】第2実施例の検出部を示す説明図である。
【図10】上記検出部の変形例を示す説明図である。
【図11】第1従来例を示す説明図である。
【図12】第2従来例を示す説明図である。
【図13】第2従来例の検出部を示す説明図である。
【符号の説明】
10:シリンダ 13:ピストン
16:燃料噴射弁 18:点火プラグ
40:タイミングセンサ 45:点火コイル
45a:1次コイル 50:点火制御ユニット
51:第1入力部 52:第1出力部
55:燃料噴射制御ユニット 56:検出部
66a、66b、66c:第2入力部
68:演算部 69:第2出力部
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置、特に点火制御ユニットの信号を利用して燃料噴射制御ユニットの作動を制御する制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の一種に、排気量が小さくエンジンの回転数が低く、農業用機械や発電機等に組み込まれる汎用エンジンがある。汎用エンジンでは、点火プラグ及び燃料噴射弁の作動をそれぞれ点火制御ユニット及び燃料噴射ユニットで制御する。従来例は、燃料噴射ユニットと点火制御ユニットとの関係により2つのタイプに分類される。
【0003】
第1タイプの従来例では、タイミングセンサの回転信号を点火制御ユニット及び燃料噴射制御ユニットに入力する。図11に示すように、入力部151及び出力部152を持つ点火制御ユニット150と、入力部156、マイコン157及び出力部158を持つ燃料噴射制御ユニット155とが一体のユニット160に設けられている。タイミングセンサ162からの回転信号に基づき、点火制御ユニット150が点火コイル153を駆動し点火プラグ154の点火時期を制御するとともに、燃料噴射制御ユニット155が燃料噴射弁159からの燃料の噴射時期及び噴射量を制御している。
【0004】
しかし、タイミングセンサ162の出力電圧が下ったとき問題が発生するおそれがある。即ち、点火制御ユニット150及び燃料噴射制御ユニット155の両方をタイミングセンサ162に接続しているので、各制御ユニット150及び155への出力電圧が低くなる。また、電磁ピックアップから成るタイミングセンサ162の出力電圧は、磁束の時間変化(dφ/dt)に比例し、これはエンジンの回転速度に比例する。よって、特にエンジンの回転速度が小さいときはタイミングセンサ162の出力電圧が下がり、入力閾値に達しないために各制御ユニット150及び155が作動困難又は不可となることがある。
【0005】
尚、第1タイプの従来例には制御ユニット150と155とが構造的に別体のものもあるが、上記事情は同じである。
【0006】
これに対して、第2タイプの従来例は点火コイルの1次コイルの信号(1次電圧)を利用して、燃料制御ユニットの作動を制御している。即ち、図12に示すように、入力部166及び出力部167を持つ点火制御ユニット165が、タイミングセンサ162からの回転信号に基づき点火時期を制御し、点火コイル168を駆動する。
【0007】
入力部171、マイコン172及び出力部173を持つ燃料噴射制御ユニット170が、1次コイル168aの1次電圧に基づき、燃料噴射弁174からの燃料の噴射時間及び噴射量を制御している。入力部171にはまた、吸気温センサ176、冷却水温センサ177及び吸気圧センサ178が接続されている。
【0008】
第2タイプの従来例によれば、タイミングセンサ162の回転信号は点火制御ユニット165のみで利用しているので、エンジンの回転速度が低くなったときでも点火制御ユニット165及び燃料噴射制御ユニット170が作動困難となることが防止される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、第2タイプの従来例の燃料噴射制御ユニット170は、点火コイル168の1次コイル168aの1次電圧をそのまま利用しているため、点火プラグ169が発火しないときでも燃料噴射弁174が燃料を噴射することがある。
【0010】
即ち、図12に示すように、1次コイル168aとマイコン172との間に配置された入力部171に検出部180が配置されている。図13に示すように、検出部180では、入力端子184が抵抗182及び183を介してコンパレータ181の−端子に接続され、電源186が抵抗187と抵抗188により分圧された電圧がコンパレータ181の+端子に接続されて基準値を設定している。
【0011】
−端子の電圧がこの基準値と等しくなるときの入力端子184の電圧が閾値である。入力端子184の電圧が閾値以下のときには、−端子の電圧は+端子の電圧の基準値以下となり、コンパレータ181の出力はハイとなる。これに対して、入力端子184の電圧が閾値を超えたときには、−端子の電圧+端子の電圧の基準値を超え、コンパレータ181の出力がローになる。
【0012】
点火制御ユニット165の不動作時、1次コイル168aの1次電圧は電源電圧(約12V)の出力である。点火制御ユニット165のスイッチング素子が導通すると、1次コイル168aの1次電圧はスイッチング素子のオン電圧まで下がる。このとき、1次コイル168aのインピーダンスで決まる電流が電源から1次コイル168aに流れる。
【0013】
点火制御ユニット165は適切なタイミング(点火タイミング)でこの電流を遮断すると、1次コイル168aにはパルス状の高い過度電圧が発生する。この1次電圧による電磁誘導により2次コイル168bに高電圧が発生し、点火プラグ169にアーク放電が発生する。
【0014】
閾値をオン電圧と電源電圧の間に設定しているため、点火制御ユニット165のスイッチング素子がオン、オフ動作することにより、コンパレータ101の出力が上下する。コンパレータ181の出力はマイコン172に入力される。マイコン172は入力電圧の立下りエッジでタイミングを検出する。前述のように点火制御ユニットのスイッチング素子がオフするタイミングが点火タイミングであり、マイコン172の入力立下りエッジのタイミングとなる。
【0015】
多くの汎用エンジンの場合、点火タイミングはエンジン回転数に拘わらず一定のため、基準位置信号として使用可能である。即ち、立下りエッジの入力周期からエンジン回転数を算出することができ、このタイミングでエンジンのピストン位置(上死点に対する機械角度)が判る。マイコン172は、エンジン回転数及び吸気温等から適切な噴射時間を演算し、出力部173が燃料噴射弁154を駆動する。
【0016】
しかし、良く知られているように、前記パルス状の過渡電圧は1次電流が小さいと低くなる。1次電流の電流値は、1次コイル168aのインダクタンスの影響でスイッチング素子がターンオンしてから徐々に増えていくので、通電時間が不足すると、オフ時にまだ充分に電流が流れていないことになる。また、低温での始動時のように、スイッチング素子のオン電圧が大きく電源電圧が低いときには、1次コイル168aにかかる電圧が小さくなるため、通常より電流が小さくなる。1次電流が小さいとき、1次コイル168aの過渡電圧は低いので2次電圧が低くなり、点火プラグ169の電極間にアーク放電が生ずる電圧に達しなくなる。
【0017】
このように、閾値をオン電圧と電源電圧の間に設定しているため、1次コイル168aの電流(1次電流)不足で点火しない場合でも、基準位置信号が検出でき、燃料噴射弁174が燃料を噴射してしまう。失火時に噴射された燃料は未燃焼ガスとなり排気管から排出されてしまい、更にプラグかぶりが生じ、それ以後の再始動(発火)が困難となる。
【0018】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、内燃機関特に点火コイルの1次コイルの1次電圧を利用して燃料噴射制御ユニットの作動を制御する汎用エンジンにおいて、点火プラグが発火しないときに燃料噴射弁が燃料を噴射することが防止できる制御装置を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本願の発明者は、燃料噴射制御ユニットが燃料噴射弁を作動させる閾値を、エンジンの要求2次電圧に応じて決定することを思い付いて、本発明を完成した。
【0020】
本発明にかかる内燃機関の制御装置は、請求項1に記載したように、エンジンの回転状況を検知する検知手段、点火プラグ及び燃料噴射弁を含む内燃機関において、点火プラグ及び燃料噴射弁の作動を制御する制御装置であって、検知手段から回転信号が入力される第1入力部と、第1入力部からの信号に基づき所定時期に点火コイルの2次コイルに高電圧を発生させる第1出力部とを含む点火制御ユニットと;1次コイルの1次電圧が入力されその閾値はエンジンの要求2次電圧に対応している検出部と、検出部からの信号に基づき燃料の噴射時期及び噴射時間を演算する演算部と、演算部での演算に基づき燃料噴射弁を駆動する第2出力部とを含む噴射制御ユニットと;から成ることを特徴とする。
【0021】
この制御装置において、点火制御ユニットは点火コイルの駆動即ち点火プラグの発火を制御し、燃料噴射制御ユニットは燃料噴射弁からの燃料の噴射を制御する。燃料噴射制御ユニットは1次コイルの1次電圧により作動し、点火制御ユニットから燃料噴射制御ユニットにエンジンの要求2次電圧に応じた信号(電圧)が入力されているか否かが検出部により検出される。検出部からの信号により演算部が燃料の噴射又は非噴射(噴射なし)を演算し、第2出力部がそれに基づき燃料噴射弁を駆動する。
【0022】
請求項2の制御装置は、請求項1において内燃機関は汎用エンジンである。請求項3の制御装置は、請求項1又は2において、点火制御ユニットと燃料噴射制御ユニットとは構造的に別体である。
【0023】
請求項4の制御装置は、請求項1又は2において検出部はツェナーダイオードとコンパレータとを含む。請求項5の制御装置は、請求項1又は2において、検知手段はタイミングセンサ又は磁石式発電機を含む。
【0024】
請求項6の制御装置は、請求項1又は2において、燃料噴射制御ユニットは更に、弁吸気温、吸気圧及び/又は冷却水温が入力される第2入力部を含む。
【0025】
【発明の実施の形態】
<内燃機関>
内燃機関は検知手段と、点火プラグと、燃料噴射弁とを含む。本発明は内燃機関のうち特に汎用エンジンに良好に適用される。汎用エンジンは農業用機械や発電機等で使用され、排気量が20から1200ccと少なく、エンジンの回転数が100から4000rpmと低く、一定速度で回転する。また、全体を簡素にしかも安価に構成することが要求され、制御ユニットの一部のマイコンや電源の搭載が省略されている。
【0026】
点火プラグは所定時期に発火して混合気に点火するもので、点火方式には誘導点火(トランジスタ点火)方式と、容量放電点火(CDI)方式とがある。誘導点火方式にはバッテリを電源とするタイプと、磁石式発電機を電源とするタイプがある。
【0027】
容量放電点火方式では、エンジンにより回転される発電機により100Vから200Vの点火用交流電圧が供給される。正電圧時は発電機からダイオード、コンデンサ、点火コイルの1次コイルの直列回路を通って電流が流れ、コンデンサを充電する。負電圧時の電流は発電機と並列のダイオードを通って流れ、コンデンサには影響しない。所定の点火時期にサイリスタがオンすると、コンデンサに充電された電荷が1次コイルを通して放電され、高電圧を発生する。
【0028】
燃料噴射弁は吸気管に取り付けられ、電気信号を燃料流量に変換するとともに燃料を霧化するもので、噴射信号により燃料を燃焼室に噴射する。弁座を持つバルブボデー、弁部を持ちバルブボデー内で移動可能なニードルバルブ、噴孔を持ちバルブボデーの先端に取り付けられたスリーブ等から成る。
【0029】
点火コイル及び燃料噴射弁を駆動するための電圧はタイミングセンサや磁石式発電機により発生される。そして、このタイミングセンサや磁石式発電機がエンジンの回転状況を検知する検知手段を構成する。
<点火制御ユニット>
点火制御ユニットは点火コイルの駆動即ち点火プラグの発火を制御するもので、第1入力部と第1出力部とを有する。第1入力部はタイミングセンサ等の検知手段から入力される回転信号のノイズの除去、矩形波への変換、及び電圧レベルの変更等を行う。
【0030】
第1出力部は例えばトランジスタから成り、そのベースに第1入力部から信号が入力され、そのコレクタが1次コイルの一端に接続されている。例えば上記誘導点火方式の場合、第1出力部の出力が適正な通電タイミングでローになり、これに同期して1次コイルのインダクタンスと抵抗とで決まる時定数分の遅れをもって1次電流が流れ始める。通電開始後、適正な点火タイミングで第1出力部出力がハイになり1次電流が遮断され、2次コイル即ち点火プラグの電極間に高電圧が発生する。この高電圧はエンジンの要求2次電圧で放電される。要求2次電圧はエンジンの圧縮比や点火プラグの種類等により変化するが、一般に10から20kV程度である。
<燃料噴射制御ユニット>
燃料噴射制御ユニットは燃料噴射弁の作動を制御するもので、検出部、第2入力部、マイコン及び第2出力部を含む。
【0031】
検出部は、点火制御ユニットの1次コイルから燃料噴射制御ユニットに所定の信号(電圧)が入力されているか否か検出するもので、1次コイルと演算部との間に配置され、定電圧(ツェナー)ダイオードとコンパレータとを含むことができる。入力は正極性でも負極性でも良い。ツェナーダイオードは、逆方向電圧を増加させながら加えると、所定の逆方向電圧で急激に逆方向電流が流れる(所定の逆方向電圧以下では逆方向電流は流れない)。この性質を利用して、点火制御ユニットで所定の点火信号が発生せず1次コイルの1次電圧が所定値に達しないときは、燃料噴射制御ユニットを作動させない。
【0032】
コンパレータは+端子又は−端子に設定された基準値と−端子又は+端子に入力される1次コイルの1次電圧とを比較し、その比較結果を演算部に出力する。コンパレータが反転するときの電圧を入力の閾値とすることができる。基準値はツェナーダイオードの特性や抵抗の数、抵抗値によって決まり、+100V程度に設定する。ここで、「閾値をエンジンの要求2次電圧に対応させる」とは、電源電圧よりも遙かに大きく、点火プラグの発火時に1次コイルに発生する1次電圧と同等又はこれよりも少し高い電圧を意味する。
【0033】
検出部の他に第2入力部を設けて、吸気管内の吸気温度等、エンジンの運転状況に関連する情報を入力することもできる。第2入力部は上記第1入力部と同様、入力信号中のノイズの除去等を行う。
【0034】
マイコンは、上記1次電圧や吸気の温度等に基づき、記憶しているプログラム(処理手順)やデータを用いて最適の燃料の噴射時期及び噴射量を演算する。第2出力部はパワートランジスタ等から成り、マイコンで演算された結果に応じて燃料噴射弁を開閉する。
【0035】
尚、上記点火制御ユニットと燃料噴射制御ユニットは構造的に一体でも良いが、別体であることが望ましい。別体にすれば、狭いスペースを利用して配置できるからである。また、点火方式の違いにより点火制御ユニットの回路構成を変更しても、燃料噴射制御ユニットは同じ回路構成で良いため標準化でき、安価に製造できる。
【0036】
【実施例】
<第1実施例>
以下、本発明の実施例を図1から図3に基づき説明する。これは、本発明が汎用エンジンに適用され、点火方式はバッテリを電源とした誘導放電点火方式の例で、点火コイル等を駆動する電圧はタイミングセンサで発生させる場合である。
(第1実施例の構成)
図1に示した汎用エンジンは2気筒4サイクルであり、各気筒はシリンダ10及びピストン13により構成される。シリンダ10はシリンダ本体11とシリンダヘッド12とを含み、シリンダヘッド12に燃料噴射弁16及び点火プラグ18が取り付けられている。
【0037】
詳述すると、ピストン13の上方に形成された燃焼室21の吸気ポート22及び排気ポート31にはそれぞれ吸気管23及び排気管32が接続されている。吸気ポート22及び排気ポート31はそれぞれ吸気弁24及び排気弁33により開閉される。吸気管23にはその内圧を検出する吸気圧センサ26、及び温度を検出する吸気温センサ27が配設されている。排気管32にはO2 センサ(不図示)等が配設されている。シリンダ10のまわりのウオータジャケット36には、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ37が配置されている。
【0038】
タイミングセンサ40は磁石式のピックアップから成り、エンジンと同期して回転する回転体に近接して配置される。回転体は円板形状の本体と、その外周に設けられた2組の歯部とを含む。タイミングセンサ40では回転体の各歯部の円周方向(回転方向)前方縁が通過したとき所定の信号が立ち上がり、後方縁が通過したとき立ち下がる。
【0039】
上記燃料噴射弁16は吸気マニホールドの2本の分岐管毎に配設され、吸気管23に燃料を噴射する。また、上記点火プラグ18は2つの気筒毎に配設され吸気管内の混合気に点火する。点火プラグ18を駆動する点火コイル45は1次コイル45aと2次コイル45bとを含み、1次コイル45aの一端は次述する点火制御ユニット50に、他端は電源(バッテリ)46に接続されている。2次コイル45bの一端は点火プラグ18に接続され、他端は電源46に接続されている。
【0040】
図2に、点火プラグ18を制御する点火制御ユニット50及び燃料噴射弁16を制御する燃料噴射制御ユニット55を示す。ここでは、2つの制御ユニット50と55とは構造的に別体とされている。
【0041】
点火制御ユニット50は第1入力部51及び第1出力部52を含む。その機能は図12に示した第2タイプの従来例の第1入力部166及び第1出力部167と同じであるので、詳しい説明は割愛する。第1出力部52はトランジスタ53を有する。
【0042】
一方、燃料噴射制御ユニット55は検出部56、第2入力部66aから66c、マイコン68及び第2出力部69を含む。吸気温センサ176、水温センサ177及び吸気圧センサ178の信号がそれぞれ第2入力部66a、66b及び66cに取り込まれている。
【0043】
図3に示すように、1次コイル45aとマイコン68との間に配置された検出部56はツェナーダイオード59とコンパレータ58とを含む。詳述すると、入力端子57からコンパレータ58の−端子に延びる経路上にツェナーダイオード59と、抵抗値51kΩの抵抗60a及び抵抗値15kΩの60bとが直列に配置されている。ツェナーダイオード59はカソードが57端子側、アノードがコンパレータ58側であり、降伏電圧は75Vである。抵抗60aと抵抗60bとの間と、接地との間に抵抗値2kΩの抵抗60cが配置されている。
【0044】
電源端子62と接地との間に抵抗値30kΩの抵抗63a及び抵抗値20kΩの抵抗63bが直列に配置され、抵抗63aと抵抗63bとの間から分岐した経路が+端子に接続されている。検出部56の電源端子62は5Vの定電圧回路に繋がっており、抵抗63a(30kΩ)と抵抗63b(20kΩ)とで分圧した電圧(2V)をコンパレータ58の+端子の基準値に設定している。抵抗63aの電源端子62側と、抵抗60bと−端子との間に抵抗値68kΩの抵抗63cが配置されている。
【0045】
−端子の電圧は、ツェナーダイオード59が導通してないときは電源端子62の5Vを抵抗63c(68kΩ)、抵抗60b(15kΩ)及び抵抗58c(2kΩ)で分圧して1Vになるように設定している。この電圧は、次述するように、ツェナーダイオード59が導通すると変化(上昇)する。
【0046】
図2において、マイコン68はエンジンの状態を示す上記各パラメータに基づいて最適な燃料の噴射時期及び噴射量を演算し、その結果を噴射信号として第2出力部69に出力する。第2出力部は69はパワートランジスタ等から成り、マイコン68の演算結果に基づき燃料を噴射するための信号を出力する。
(第1実施例の作用効果)
汎用エンジンの一般的な作動、及び点火制御ユニット50による点火プラグ18の点火時期の制御は、基本的に前記第2タイプの従来例と同じであるので、説明を割愛する。以下、燃料噴射制御ユニット55,特に検出部56による燃料の噴射時期及び噴射量の制御を中心に説明する。
【0047】
前述したように、+端子には基準値として2Vが設定され、−端子の電圧は、ツェナーダイオード59が導通してないときは1Vに設定されている。このとき、−端子の電圧が+端子の電圧よりも低いため、コンパレータ58の出力はハイである。また、抵抗60bと抵抗60cとの接点の電圧は0.12Vである。
【0048】
入力端子57の電圧がツェナーダイオード59の降伏電圧である75Vを超えると、ツェナーダイオード59が導通し始め、抵抗60a(51kΩ)と抵抗58cの接点即ち抵抗60bと抵抗58cの接点の電圧は0.12Vよりも高くなる。
【0049】
そして、入力端子57の電圧が111Vになると、抵抗60aと抵抗60cとの接点即ち抵抗60bと抵抗60cとの接点の電圧は1.36Vとなる。この電圧と電源の電圧(5V)との間を抵抗63c及び抵抗60bで分圧するため、抵抗63cと抵抗60bとの接点即ち−端子の電圧は2.02Vとなり、+端子の電圧の基準値2Vを超える。その結果、コンパレータ58の出力はローとなる。
【0050】
つまり、コンパレータ58の出力がハイからローに反転するときの入力端子57の電圧は約111Vであり、この電圧が入力端子57の閾値である。入力端子57に入力される電圧が閾値を超えるとコンパレータ58の出力はローとなり、閾値以下ではコンパレータ58の出力はハイである。
【0051】
点火プラグ18が発火するのは点火制御ユニット50が正常に動作する場合である。この場合、1次コイル45aの1次電圧のピーク値は200Vとなり、入力端子57の閾値111Vよりも高いので、コンパレータ58の出力はローに反転する。その結果、マイコン68に基準位置信号が入力され、前回の信号入力から今回の信号入力までの時間を基にエンジン回転数を演算することができる。また、基準位置が判るので、噴射タイミングがセットできる。マイコン68は、予め設定された回転数と噴射時間のマップ情報等を基にして噴射時間を演算し、第2出力部69が燃料噴射弁16を駆動し、燃料が燃焼室に噴射される。
【0052】
一方、点火プラグ18が発火しない場合として、点火制御ユニット50が動作しない場合と、点火制御ユニット50は動作するが1次電圧が低すぎる場合とが考えられる。
【0053】
たとえばエンジンの始動時にスタータの回転数が上がらず、タイミングセンサ40の出力が低すぎて点火制御ユニット50が動作しない。この場合、第1出力部52の出力即ち1次コイル45aの1次電圧は高くても電源電圧(12V)であり、入力端子57の閾値111Vよりも低い。その結果、コンパレータ58の出力はハイとなり、マイコン68に基準位置信号が入力されない。そのため、マイコン68はエンジン回転数の演算等を行わず、第2出力部69が燃料噴射弁16を駆動せず、燃料室に燃料が噴射されない。
【0054】
また、例えば通電時間や電源電圧が不足すると、1次コイル45aの遮断時の1次電圧(過渡電圧)が低くなり、2次電圧が低くなって点火プラグ18が発火するに足る電圧(要求電圧)に達しない。要求電圧は、エンジンの圧縮比、空燃費、プラグの熱価等により変わるが、ここでは10kV程度である。点火コイルの2次電圧がこの電圧に達するには、100V以上の1次電圧が必要である。
【0055】
1次電圧が100V未満で点火プラグ18が発火しないときは、入力端子57の閾値111Vよりも低いので、コンパレータ58の出力はハイとなる。その結果、マイコン68は基準位置信号が入力されないためエンジン回転数の演算を行わず、第2出力部69が燃料噴射弁16を駆動せず、燃料が噴射されない。
【0056】
このように、第1実施例では点火プラグ18が発火しない時は燃料も噴射されないので、点火プラグ18のプラグかぶりが防止される。また、燃料噴射制御ユニット55が点火制御ユニット50と構造的に別体とされているので、従来と同様の点火制御ユニット150が搭載されたエンジンに、第1実施例の燃料噴射制御ユニット55を配置することができる。
<第1実施例の変形例>
図4に上記検出部56の変形例を示す。この変形例は、端子57とツェナーダイオード59との間にダイオード66が配置され、ツェナーダイオード59と接地との間にコンデンサ67が配置されている点が、第1実施例とは異なる。ダイオード66はそのカソードがツェナーダイオード59側で、アノードが端子57側となる向きである。また、コンデンサ67はツェナーダイオード59よりも端子57側に配置されている。
【0057】
この変形例によれば、ダイオード66及びコンデンサ67により1次電圧のパルス幅を広げることができ、より確実な信号検出が可能となる。
<第2実施例>
(第2実施例の構成)
図5,図6,図7及び図8を参照しつつ第2実施例を説明する。第2実施例は、上記第1実施例に比べて点火方式が異なり、磁石式発電機を電源とした誘導放電点火方式(マグネト・トランジスタ点火)が採用されている。従って、検知手段の構成が異なる。尚、汎用エンジンが2気筒なので、図8に示すように、点火制御ユニット80及び点火プラグ64はそれぞれ2つ設けられている(図5では一方のみ図示)。両者は同じ構成を持つので、一方の点火制御ユニット80及び点火プラグ84について説明する。
【0058】
前記タイミングセンサ40、点火コイル45及び点火制御ユニット50の代わりに、磁石式発電機(マグネット)85及び制御回路82を使用している。
【0059】
図6に示すように、磁石式発電機85は点火コイル90を内蔵した固定子及び電機子86と、エンジンのクランク軸に取り付けられるフライホイール87と、その外周の磁石88とを含む。図7に磁石式発電機(点火コイル)80の1次電圧の波形を示す。(a)がトランジスタが遮断してない場合(失火)を示し、(b)がトランジスタが遮断している場合(点火)を示す。尚、電圧極性は負電圧となっている。
【0060】
図8に制御回路82を示す。点火コイル90の1次コイル91aはフライホイール87の磁石88の磁束を検出することにより、エンジンの回転状況を検知する検知手段を兼ねている。抵抗93a及び93bが検知手段から回転信号が入力される第1入力部93をなす。トランジスタ95a、抵抗95b及びトランジスタ95cが、該第1入力部93からの信号に基づき所定時期に点火コイル90の2次コイル91bに高電圧を発生させる第1出力部95をなす。
【0061】
上記磁石式発電機85と制御回路82とが一体化されて点火制御ユニット80が構成されている。
【0062】
図9は、燃料噴射制御ユニット55の検出部83を示す説明図である。前記図3の検出部56と異なり、入力する1次電圧が負極性のため、ツェナーダイオード59の方向やコンパレータ58の+端子及び−端子の接続が、図3の検出部とは反対になっている。
(第2実施例の作用効果)
固定子鉄心に巻かれた1次コイル91aは、フライホイール87の磁石88の磁束が通過すると、磁束の変化が生じて電圧を生じる。トランジスタ95cは抵抗95bからベース電流が供給されてオン状態にあり、1次コイル91aの電流を短絡している。しかしその内部インピーダンスによる電圧降下で、点火コイル90の両端には電圧が発生する。
【0063】
エンジン回転数が高い程磁束の時間変化が大きくなるため、発生電圧が高くなる。それにつれて抵抗93aと抵抗93bとの分圧値が高くなると、トランジスタ95bがオンしトランジスタ95cをオフするため、1次コイル91aには高い過渡電圧が発生する。その結果、電磁誘導により2次コイル91bに高電圧が発生し、点火プラグ90が放電する。
【0064】
尚、検知部83の基本的は動作は前記検知部56と同じであるため説明は割愛する。前記容量放電点火方式の場合も点火コイル90の1次電圧の波形は負極性であるため、この検出部83により対応可能である。
(第2実施例の変形例)
上記図9の検出部に変えて、図10に示した検出部83を採用することもできる。この検出部83は、前記図4の検出部に対し負極性の電圧を入力する場合に対応するものである。基本的に図4の検出部と同様の構成であるため、詳しい説明は割愛する。
【0065】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明にかかる内燃機関の制御装置によれば、燃料噴射制御ユニットへのエンジンの要求2次電圧の入力が検出される。検出部からの信号により演算部が燃料の噴射又は非噴射(噴射なし)を演算し、点火プラグが発火しないときは燃料噴射弁は燃料を噴射しない。よって、点火プラグのプラグかぶりが防止される。
【0066】
請求項2の制御装置によれば、汎用エンジンにおいてプラグかぶりが防止される。請求項3の制御装置によれば、既に点火制御ユニットが配置する場合に、燃料噴射制御ユニットのみを狭いスペースを利用して配置することができる。
【0067】
請求項4の制御装置によれば、点火制御ユニットから燃料噴射制御ユニットに所定の信号が入力されているか否かを、簡単かつ確実に検出することができる。請求項5の制御装置によれば、種々のタイプの誘導点火方式において、エンジンの回転状況を検知することができる。
【0068】
請求項6の制御装置によれば、回転状況の他、エンジンの運転状況を示す因子が入力されるので、より精度の高い燃料噴射制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の内燃機関の要部を示す正面断面図である。
【図2】第1実施例の点火制御ユニット及び燃料噴射制御ユニットを示す説明図である。
【図3】第1実施例の検出部を示す説明図である。
【図4】上記検出部の変形例を示す説明図である。
【図5】本発明の第2実施例の内燃機関の要部を示す正面断面図である。
【図6】第2実施例の磁石式発電機の外観図である。
【図7】(a)(b)は上記磁石式発電機の出力を示す説明図である。
【図8】第2実施例の点火制御ユニット及び燃料噴射制御ユニットを示す説明図である。
【図9】第2実施例の検出部を示す説明図である。
【図10】上記検出部の変形例を示す説明図である。
【図11】第1従来例を示す説明図である。
【図12】第2従来例を示す説明図である。
【図13】第2従来例の検出部を示す説明図である。
【符号の説明】
10:シリンダ 13:ピストン
16:燃料噴射弁 18:点火プラグ
40:タイミングセンサ 45:点火コイル
45a:1次コイル 50:点火制御ユニット
51:第1入力部 52:第1出力部
55:燃料噴射制御ユニット 56:検出部
66a、66b、66c:第2入力部
68:演算部 69:第2出力部
Claims (6)
- エンジンの回転状況を検知する検知手段、点火プラグ及び燃料噴射弁を含む内燃機関において、該点火プラグ及び該燃料噴射弁の作動を制御する制御装置であって、
該検知手段から回転信号が入力される第1入力部と、該第1入力部からの信号に基づき所定時期に点火コイルの2次コイルに高電圧を発生させる第1出力部とを含む点火制御ユニットと、
1次コイルの1次電圧が入力されその閾値はエンジンの要求2次電圧に対応している検出部と、該検出部からの信号に基づき燃料の噴射時期及び噴射時間を演算する演算部と、該演算部での演算に基づき該燃料噴射弁を駆動する第2出力部とを含む燃料噴射制御ユニットと、
から成ることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記内燃機関は汎用エンジンである請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記点火制御ユニットと前記燃料噴射制御ユニットとは構造的に別体である請求項1又は2に記載の制御装置。
- 前記検出部はツェナーダイオードとコンパレータとを含む請求項1又は2に記載の制御装置。
- 前記検知手段はタイミングセンサ又は磁石式発電機を含む請求項1又は2に記載の制御装置。
- 前記燃料噴射制御ユニットは更に、吸気温、吸気圧及び/又は冷却水温が入力される第2入力部を含む請求項1又は2に記載の制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002256868A JP2004092568A (ja) | 2002-09-02 | 2002-09-02 | 内燃機関の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002256868A JP2004092568A (ja) | 2002-09-02 | 2002-09-02 | 内燃機関の制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004092568A true JP2004092568A (ja) | 2004-03-25 |
Family
ID=32061960
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002256868A Pending JP2004092568A (ja) | 2002-09-02 | 2002-09-02 | 内燃機関の制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004092568A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008044097A (ja) * | 2006-08-16 | 2008-02-28 | Andreas Stihl Ag & Co Kg | 診断用データ接続部を備えた手で操縦される可搬型作業機 |
-
2002
- 2002-09-02 JP JP2002256868A patent/JP2004092568A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008044097A (ja) * | 2006-08-16 | 2008-02-28 | Andreas Stihl Ag & Co Kg | 診断用データ接続部を備えた手で操縦される可搬型作業機 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20080087249A1 (en) | Crank Angle Detector Of Internal Combustion Engine And Ignition Timing Controller | |
JP4061951B2 (ja) | 4サイクル内燃機関の行程判定方法及び装置 | |
JP3596382B2 (ja) | 筒内直噴形2サイクル内燃機関用燃料噴射装置及びその制御方法 | |
JP3858582B2 (ja) | 多気筒内燃機関用バッテリレス燃料噴射装置 | |
JP2007009890A (ja) | イオン電流検出装置を備える点火装置 | |
US10808673B2 (en) | Control device and control method for internal combustion engine | |
JP6525839B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JPH0610746A (ja) | エンジンの電子制御式燃料噴射装置 | |
JP2004092568A (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP3788269B2 (ja) | 4サイクル内燃機関の行程判定方法及び装置 | |
JP6931127B2 (ja) | 内燃機関用制御装置 | |
CN115075969B (zh) | 发动机阶段的确定和控制 | |
JP3252733B2 (ja) | 内燃機関点火装置 | |
US6357418B1 (en) | Internal combustion engine control system and apparatus therefor | |
JP7136631B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP3726553B2 (ja) | 内燃機関制御方法及び装置 | |
US20020179058A1 (en) | Fuel injection engine | |
JP4169266B2 (ja) | 内燃機関用点火装置 | |
JP3252734B2 (ja) | 内燃機関点火装置 | |
JP3572498B2 (ja) | 内燃機関の気筒判別装置 | |
JP2013151926A (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP5904768B2 (ja) | 内燃機関の燃焼状態判定装置 | |
JP2000240496A (ja) | 内燃機関用点火装置 | |
JP2000248980A (ja) | エンジン始動制御装置 | |
JP2004019619A (ja) | 内燃機関用点火装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041227 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070726 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070726 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080108 |