JP2007132206A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリ無しや、バッテリあがり状態での始動（例えばキック始動）の場合に確実にエンジン始動できる燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【構成】コントロールユニット駆動開始後、所定時間内に、エンジン回転が高回転、または、電源電圧が高電圧と判定した場合には、即始動モードと判定し、パージ噴射を行わず、現在の行程の判別を完了していない場合でも、その後のクランク角信号入力タイミングで、メイン噴射を行う。
【選択図】図６

Description

本発明はプランジャの往復運動により燃料を吸引、加圧して噴射する燃料噴射モジュールを備えた燃料噴射装置に関し、特に二輪車等に搭載されるエンジンの様々な運転状態において常に燃料噴射状態を安定に維持するようにした電子制御式燃料噴射装置に関する。

エンジンの回転速度や負荷に応じて燃料供給量を演算して燃料供給を行う電子制御式の燃料噴射装置として、従来より、コントロールユニットから与えられる駆動信号によってソレノイドコイルを通電し、これに応じてソレノイドコイルに生じる電磁力でプランジャを動作させることで、燃料を加圧してエンジン内に噴射し、その後、プランジャがスプリングで押し戻される際に次の燃料を吸引するようにした燃料噴射モジュールが広く知られている。（例えば、特許文献１参照）。

また、この燃料噴射モジュールにおいては、環境温度が高温のときや、プランジャを電磁駆動する際に生じるソレノイドコイルの発熱等に起因してプランジャが往復動するシリンダ内に気泡混じりの燃料（以下、ベーパと称する）が滞留し、これが大量に存在するときには噴射燃料の混合比率を低下させてエンジンの不調を引き起こすことがある。そこで、これを防止するために、燃料が噴射される前に、予めシリンダ内に滞留しているベーパをリターンパイプを経由して燃料タンクに向けて還流させるベーパ排出機構が設けられている。

このような構成の燃料噴射モジュールを用いた燃料噴射装置は、燃料の加圧と調圧を燃料ポンプとレギュレータで行って加圧燃料をインジェクタから噴射する方式のものに比べると、構成部品が少なく、また、噴射時にだけ通電するので平均消費電力が少なくて済むという利点があり、この利点を利用して、特に発電機やバッテリの能力が低い小型の二輪車において専ら使用されている。

ところで、エンジンが高温停止状態から再度エンジンを起動するような場合には、プランジャが往復動するシリンダ内に大量のベーパが発生し易くなっているので、上記のベーパ排出機構を利用し、燃料の噴射に至らない程度の短時間だけソレノイドコイルに通電してプランジャを動作させる、いわゆるパージ噴射を利用することでベーパがリターンパイプを経由して効率よく排出されるようにし、これによってエンジンの再始動性を高めるようにした技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、一方では、この燃料噴射モジュールを備えた燃料噴射装置において、プランジャを駆動して燃料噴射を行った後、プランジャがリターンスプリングで押し戻されて燃料を吸引する際に、ソレノイドコイルに蓄えられた電力をソレノイドコイルの駆動回路内に設けた蓄電用コンデンサに一時的に蓄え、そして、再度、ソレノイドコイルを駆動する際にコンデンサの蓄電電力を放電して、その電力をソレノイドコイルの駆動力とすることでソレノイドコイルの応答性を高め、消費電力を低減するようにした技術も提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００１−２２１１３７号公報 特開２００３−２２７４３２号公報 特開２００３−３３６５３７号公報

一般的に、小型二輪車においては、前記の通り発電機やバッテリの能力が低く、しばらく車両を運転しなかった場合には、バッテリあがりを起こしたり、また、更に運転者によっては、バッテリを外したりして、セルモータ（スタータとも呼ぶ）によるエンジン始動ではなく、キックレバーを足で踏み込むことによるキック始動によるエンジン始動を行うことがある。すなわち、上述したバッテリあがりやバッテリ無しの場合、運転者がキースイッチをＯＮしても、コントロールユニットが動作可能となる電源電圧に達しないため燃料噴射動作が行われず、エンジン回転しいては発電機回転が行われず運転不能となってしまう。従ってこの場合、上記キック始動を行うことによって発電機を強制的に回転させ、これによる発電電圧によりコントロールユニットを動作可能とするものである。

また、キック始動時には、その踏み込み力でエンジンは数回回転するが、その間にエンジン内に燃料を噴射して点火コイルで着火し、エンジンシリンダ内で爆発を起こさせ、その駆動力でエンジンの駆動が維持されなければならない。
ところが、従来の装置においては、上述したようにエンジンを起動させる際に、コントロールユニットに電源供給した後、所定期間、燃料の噴射に至らない程度の短時間、ソレノイドコイルに通電してプランジャを動作させるいわゆるパージ噴射を実施していたので、このキック始動時には、エンジンが始動できないと言う不具合が生じた。

さらに、従来の装置においては、各クランク角信号間の時間間隔を計測し、現在のクランク角位置及び現在の行程の判定を行い、現在の行程が何であるかが判別するまでは、燃料を噴射しなかったので、キック始動時には、噴射までの時間がかかり、エンジンが始動できないと言う不具合が生じた。
この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、バッテリ無しや、バッテリあがり状態での始動（例えばキック始動）の場合に確実にエンジン始動できる燃料噴射装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明にあっては、プランジャの往復運動により燃料を吸引し、加圧して噴射する機能を有する燃料噴射モジュールと、エンジンの回転により発電を行う発電機と、エンジンの運転状態を検出する各種センサと、エンジンの運転状態に基づいて前記燃料噴射モジュールに上記プランジャの駆動信号を与えるコントロールユニットとを備え、燃料の噴射に至らないパージ噴射を行うことによりシリンダ内に発生したベーパを排出するようにした燃料噴射装置において、前記コントロールユニットは、上記各種センサによるエンジンの運転状態に基いて即始動モードを判定し、即始動モードの判定されたことにより上記パージ噴射を行うことなく直ちに燃料噴射を行うようにしたものである。

またこの発明は、前記コントロールユニットに電源が供給された後、所定時間内に、エンジンの回転速度が所定値以上となった場合に、即始動モードと判定し、エンジン起動時のパージ噴射を実施せず、燃料を噴射するようにソレノイドコイルに通電してプランジャを動作させる（以下、メイン噴射と称する）ようにしたものである。

更にこの発明は、前記コントロールユニットに電源が供給された後の所定時間内に、前記コントロールユニットに供給される電源電圧が所定値以上となった場合に、即始動モードと判定し、エンジン起動時のパージ噴射を実施せず、メイン噴射を実施するようにしたものである。さらに、即始動モードと判定された場合には、現在の行程の判別を完了していない場合でも、その後のクランク角信号入力タイミングで、メイン噴射を実施するようにしたものである。

本発明によれば、バッテリあがりや、バッテリ無し状態での始動（例えばキック始動）の場合に確実にエンジン始動が可能となり、二輪車等に搭載されるエンジンの様々な運転状態において常に安定な燃料噴射状態を維持することができる効果を有する。

実施の形態１．
図１は、本発明の燃料噴射装置がエンジンに取り付けられた状態を示す構成図である。
図１において、符号１は４サイクル型のエンジン、２はエンジン１の吸入空気の温度を検出する吸気温センサ、３はスロットル弁、４はスロットル弁３の開度を検出するスロットル開度センサ、５はスロットル弁３の下流側の吸入空気の圧力を検出する吸気圧センサ、６はエンジン１の壁面温度を検出するエンジン温度センサ、７はエンジン１の図示しないクランク軸の回転位置を検出するクランク角センサ、８は燃料噴射モジュール、９は点火コイル、１０はコントロールユニットである。

また、１１は燃料タンク、１２は燃料供給用のフィードパイプ、１３はこのフィードパイプ１２の途中に設けられたフィルタ、１４は燃料噴射モジュール８に生じるベーパを燃料タンク１１に還流させるためのリターンパイプ、１５はインテークマニホールドである。前記の燃料噴射モジュール８は、エンジン１に連結されたインテークマニホールド１５内に燃料を噴射するようになっている。

コントロールユニット１０は、上記した吸気温センサ２、スロットル開度センサ４、吸気圧センサ５、エンジン温度センサ６、クランク角センサ７の検出出力に基づいて適切な燃料噴射時期、燃料噴射量を演算して燃料噴射モジュール８に駆動信号を出力するとともに、点火コイル９に点火信号を出力するものである。
なお、この実施例では、燃料噴射モジュール８、コントロールユニット１０、燃料タンク１１、および各パイプ１２、１４により燃料噴射装置が構成されている。

図２は燃料噴射装置を構成する前記の燃料噴射モジュール８の詳細を示す断面図である。図２において、８１はプランジャ、８２はシリンダ、８３はソレノイドコイル、８４は燃料噴射チェックノズル、８５はオリフィスノズル、８６は燃料噴射口、８７は燃料吸入チェックノズル、８８はリターンチェックノズル、８９はリターン通路である。リターンチェックノズル８８およびリターン通路８９によりベーパ排出機構が構成されている。

そして、コントロールユニット１０から与えられる駆動信号によってソレノイド８３が通電される。この通電によりソレノイドコイル８３が励磁されプランジャ８１を付勢するように作動するものである。また、燃料吸入チェックノズル８７はフィードパイプ１２に連通され、また、リターン通路８９はその一端側がリターンチェックノズル８８を介してシリンダ８２の側壁の一部に連通され、他端側がリターンパイプ１４に連通されている。

次に、図２に示した構成の燃料噴射モジュール８の動作について、図３に示すタイミングチャートを参照して説明する。
コントロールユニット１０から与えられる駆動信号によりソレノイドコイル８３への通電が開始されると、ソレノイドコイル８３に生じる電磁力でプランジャ８１が図２の下方に向けて移動する。その際、プランジャ８１がシリンダ８２の側壁に設けられたリターンチェックノズル８８に到達するまでの期間は、シリンダ８２内のベーパがベーパ排出機構を構成するリターンチェックノズル８８およびリターン通路８９からリターンパイプ１４を経由して燃料タンク１１に還流される。

さらに、コントロールユニット１０から与えられる駆動信号によってソレノイド８３への通電が継続されると、プランジャ８１が引き続いて下方に移動してその側面でリターン通路８９を塞ぐので、ベーパの排出が停止されるとともに、シリンダ８２内の燃料が加圧される。ここでは、前記のシリンダ８１内のベーパが外部に排気され、続いてシリンダ８２内の燃料が加圧されるまでの期間Ｔ１が無効噴射期間となる。そして、プランジャ８１がさらに移動してシリンダ８２内の圧力が所定値を超えると、加圧された燃料が燃料噴射チェックノズル８４、オリフィスノズル８５、燃料噴射口８６を通り、インテークマニホールド１５内に噴射される（図３の期間Ｔ２）。

コントロールユニット１０から与えられる駆動信号の出力期間Ｔ０が経過して、ソレノイドコイル８３への通電が停止されると、図示しないリターンスプリングによってプランジャ８１が元の位置まで復帰するように上方に移動する（図３の期間Ｔ３）。その際、燃料タンク１１からフィードパイプ１２を経由して供給される燃料が燃料チェックノズル８７を通過してシリンダ８２内に吸引される。

図４は、本発明の燃料噴射装置を示す回路構成図である。
図中８は燃料噴射モジュールであり、コントロールユニット１０に接続されている。１０３はバッテリ、１０４はエンジンのクランク軸に取り付けられた発電機、１０５はレギュレータである。コントロールユニット１０は、マイクロコンピュータ１０６、ソレノイド駆動制御回路１０７、ソレノイド駆動用ＦＥＴ１０８、放電制御回路１０９、放電制御用ＦＥＴ１１０、コンデンサ１１１、電流検出用抵抗１１２、ソレノイド電流増幅回路１１３、電流検出回路１１４により構成されている。

コントロールユニット１０は、キースイッチ１１５がＯＮされるとバッテリ１０３から電流が供給されて動作を始める。そして、図１に示されているセンサなどからの入力に基づき噴射すべき燃料量をマイクロコンピュータ１０６で演算してソレノイド駆動制御回路１０７に信号を送る。ソレノイド駆動制御回路１０７はソレノイド駆動用ＦＥＴ１０８をＯＮして燃料噴射モジュール８のソレノイド８３に通電し、プランジャ８１を駆動して燃料を噴射する。このとき、マイクロコンピュータ１０６は放電制御回路１０９にも信号を送り、放電制御用ＦＥＴ１１０をＯＮしてこれを介してコンデンサ１１１に蓄電されたエネルギーを燃料噴射モジュール８に放電しソレノイド８３の駆動力とする。

ソレノイド８３を駆動してから所定時間が経過した時点で、電流検出用抵抗１１２でソレノイド通電電流を検出し、ソレノイド電流増幅回路１１３を通して、マイクロコンピュータ１０６に上記通電電流値に相当する信号が送られる。マイクロコンピュータ１０６はこの通電電流に応じた補正値を演算し上記のソレノイド駆動時間を補正する。また、上記マイクロコンピュータ１０６はソレノイド駆動用ＦＥＴ１０８の遮断によりソレノイド電流を遮断すると同時に、放電制御用ＦＥＴ１１０も遮断する。遮断時にソレノイド８３に蓄えられている電気エネルギーはコンデンサ１１１に蓄電され、次回のソレノイド駆動の初期に利用されるようにする。

次に、バッテリが正常に接続している場合と、バッテリが接続されていない場合での、エンジン始動時の動作について説明する。
図５はバッテリが正常に接続されている場合のコントロールユニットの動作を説明するもので、キーＳＷ、セルモータ、クランク角信号、エンジン回転速度、電源電圧、コントロールユニット、駆動信号のそれぞれの相互関連動作状態を示しており、図６はバッテリが接続されていない場合のコントロールユニットの動作を説明するもので、同じく各部の相互関連動作状態を示している。

図５のバッテリが正常に接続されている場合、運転者が、キーＳＷをＯＮすると、バッテリから十分な電源電圧がコントロールユニットに供給されるため、即時にコントロールユニットは動作を始める。その後、運転者は、セルモータを駆動し、エンジンを始動させる。運転者が、キーＳＷをＯＮしてから、セルモータを駆動させるまでの時間（およそ５００ｍｓ）は、コントロールユニットが動作を始めてからの即始動判定期間（およそ１００ｍｓ）に比べると遅くなるので、即始動判定期間内にエンジン回転速度が即始動判定回転速度（およそ９００ｒ／ｍｉｎ）以上になることはない。

また、上記セルモータを駆動させるまでの間は、エンジンは回転しないので発電機は発電を開始せず、従って、電源電圧は即始動判定電圧（およそ１４ｖ）以上にはならず（バッテリは鉛蓄電池なので１２ｖ）、コントロールユニットは、燃料噴射モジュール８に対してパージ噴射駆動信号を与える。その後、セルモータによりエンジンが回転を始め、コントロールユニットは、燃料噴射モジュールに対して、メイン噴射駆動信号を与え、燃料が噴射され、点火装置により、着火し、エンジンは回転上昇する。

次に、図６のバッテリが接続されていない場合は、運転者が、キーＳＷをＯＮしても、コントロールユニットには電源電圧が供給されないので、コントロールユニットはなんら動作も開始しない。また、セルモータにも電源電圧が供給されないので動作しない。そして、運転者はキックレバーによりキックを開始する。エンジンはキックされると回転を開始し、即座に高回転に達する。すると、発電機が発電を開始し、コントロールユニットに電源電圧を供給する。コントロールユニットは動作を始め、即始動判定期間内に、エンジン回転速度、電源電圧が所定値以上になっているかをチェックする。この場合、エンジン回転速度は既に所定速度（即始動判定回転速度）以上になっている。

また、バッテリが繋がっていないので、発電機の発電量はほぼそのままコントロールユニットに供給されるので、電源電圧もかなり上昇し（１４〜１８ｖ程度）、所定電圧（即始動判定電圧）以上になっている。従って、コントロールユニットは、即始動モードと判定し、燃料噴射モジュールに対して、現在の行程が判別されていなくても、その後のクランク角信号入力タイミングでメイン噴射駆動信号を与え、燃料が噴射され、点火装置により、着火し、エンジンはさらに回転上昇する。

更に、バッテリあがりを起こしている場合は、キーＳＷをＯＮしても、コントロールユニットに電源電圧を供給することができず、当然セルモータを駆動することができないので、運転者はキック始動をすることになり、前記のバッテリが接続されていない場合と同様に、コントロールユニット動作開始後の即始動判定期間内に、エンジン回転速度が所定値以上になっているので、即始動モードと判定し、燃料噴射モジュールに対して、メイン噴射駆動信号を与え、燃料が噴射され、点火装置により、着火し、エンジンはさらに回転上昇する。

図７は本発明のバッテリが接続されていない場合のキック始動時のコントロールユニットが燃料噴射モジュールへの駆動信号を与える様子を詳細に示したタイミングチャートである。図は、燃料噴射モジュールへの駆動信号を、キックペダル、クランク角信号、エンジン工程、電源電圧、コントロールユニット、エンジン回転速度との相互関連動作を時系列において示したものである。

すなわち、図において、キックペダルの駆動により、電源電圧がコントローラ動作電圧Ｖ１以上になると、コントロールユニット内に組み込まれた工程判別手段により、圧縮、膨張、排気、吸入等のエンジン工程の判別動作を行う。この工程判別動作はｔ１にて開始され、ｔ２で完了する。上記工程判別手段としては、たとえばクランク軸に所定間隔の突起を取り付け、クランク角センサからの信号により各突起の入力時間を計測して、その時間差を演算することにより突起番号を割り付ける。また、その突起毎に吸気管圧力を検出し、指定突起番号毎の吸気圧データから吸気工程位置を判定し、その後突起番号に各工程を割り付けることにより行われるのは周知の事実である。

今、コントロールユニット動作開始後の所定期間内に、前述したようにエンジン回転速度、電源電圧をチェックし、このいずれかが所定値を超えていることを確認すると、即始動モードと判定し、これまでのパージ噴射を行うことなくメイン噴射に直ちに切り換える。さらに、この即始動モード時は、現在の行程が判別されていなくても、すなわち工程判別動作が完了していない状態（ｔ１〜ｔ２の間）でも、その後のクランク角信号入力タイミングで駆動信号１を発生させ、メイン噴射を行うものである。

なお、従来は、上記工程判別動作が完了してから（ｔ２以降の）クランク角信号入力タイミングで駆動信号２を発生させていたため、噴射までの時間がかかり、エンジンの始動が遅くなっていた。これに対して、本発明によれば、バッテリあがりや、バッテリなし状態での始動（例えばキック始動）の場合でも確実にエンジンの始動が可能となるものである。

本発明の燃料噴射装置がエンジンに取り付けられた状態の概略を示す構成図である。 燃料噴射装置を構成する燃料噴射モジュールの概略を示す断面図である。 コントロールユニットから出力される駆動信号と、これに応じた燃料噴射モジュールの動作説明に供するタイミングチャートである。 燃料噴射装置を示す構成図である。 バッテリが正常に接続されている場合の、コントロールユニットの動作の説明に供する、キーＳＷ、セルモータ、エンジン回転、電源電圧、コントロールユニット、燃料噴射モジュールへの駆動信号のタイミングチャートである。 バッテリが接続されていない場合の、コントロールユニットの動作の説明に供する、キーＳＷ、キックペダル、エンジン回転、電源電圧、コントロールユニット、燃料噴射モジュールへの駆動信号のタイミングチャートである。 本発明のバッテリが接続されていない場合のキック始動時のコントロールユニットが燃料噴射モジュールへの駆動信号を与える様子を詳細に示したタイミングチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ 吸気温センサ
３ スロットル弁
４ スロットルポジションセンサ
５ 吸気圧センサ
６ エンジン温度センサ
７ クランク角センサ
８ 燃料噴射モジュール
９ 点火コイル
１０ コントロールユニット
１１ 燃料タンク
１２ フィードパイプ
１３ 燃料フィルタ
１４ リターンパイプ
１５ インテークマニホールド
８１ 燃料噴射モジュールのプランジャ
８２ 燃料噴射モジュールのシリンダ
８３ 燃料噴射モジュールのソレノイドコイル
８４ 燃料噴射モジュールの燃料噴射チェックノズル
８５ 燃料噴射モジュールのオリフィスノズル
８６ 燃料噴射モジュールの燃料噴射口
８７ 燃料噴射モジュールの燃料吸入チェックノズル
８８ 燃料噴射モジュールのリターンチェックノズル
８９ 燃料噴射モジュールのリターン通路
１０３ バッテリ
１０４ 発電機
１０５ レギュレータ
１０６ マイクロコンピュータ
１０７ ソレノイド駆動制御回路
１０８ ソレノイド駆動用ＦＥＴ
１０９ 放電制御回路
１１０ 放電制御用ＦＥＴ
１１１ コンデンサ
１１２ 電流検出用抵抗
１１３ ソレノイド電流増幅回路
１１４ 電源検出回路
１１５ キーＳＷ。

Claims (5)

1. プランジャの往復運動により燃料を吸引し、加圧して噴射する機能を有する燃料噴射モジュールと、エンジンの回転により発電を行う発電機と、エンジンの運転状態を検出する各種センサと、エンジンの運転状態に基づいて前記燃料噴射モジュールに上記プランジャの駆動信号を与えるコントロールユニットとを備え、燃料の噴射に至らないパージ噴射を行うことによりシリンダ内に発生したベーパを排出するようにした燃料噴射装置において、前記コントロールユニットは、上記各種センサによるエンジンの運転状態に基いて即始動モードを判定し、即始動モードと判定されたことにより上記パージ噴射を行うことなく直ちに燃料噴射を行うようにしたことを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記コントロールユニットに電源が供給された後の所定判定期間内に、エンジンの回転速度が所定値以上となった場合に、即始動モードと判定することを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 前記コントロールユニットに電源が供給された後の所定判定期間内に、前記コントロールユニットに供給される電源電圧が所定値以上となった場合に、即始動モードと判定することを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
4. 上記所定判定期間は１００ｍｓとしたことを特徴とする請求項２あるいは３に記載の燃料噴射装置。
5. 前記コントロールユニットは、上記各種センサからの情報に基づいてエンジンの各行程を判定する行程判別手段を備え、即始動モードと判定された場合には、前記行程判別手段が行程の判別を完了していない場合でも、その後のクランク角信号入力タイミングで、直ちに燃料噴射を行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。

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