JP2007170338A - エンジンの燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの始動に際し、燃料噴射弁による適正な燃料噴射をいち早く行わせ、ひいてはエンジンの始動性向上を実現する。
【解決手段】交流発電機２１は、エンジン１０のクランク軸に駆動力が付与されることで交流の電力を発生する。交流発電機２１の電力はレギュレータ２３によって例えば１４Ｖの電圧に調整される。燃料ポンプ１５には常閉式リレー２５が接続され、ポンプ電圧ＶＰの印加により燃料ポンプ１５が始動する。ＥＣＵ３０において、電源ＩＣ３３は電源電圧ＶＣＣを生成し、マイコン３５は電源電圧ＶＣＣの供給を受けて動作する。エンジン１０の始動完了後、マイコン３５からのポンプ停止信号が出力されることによりソレノイド２５ｂが励磁され、常閉スイッチ２５ａが開状態となるため、燃料ポンプ１５への給電が停止し、燃料ポンプ１５が停止する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、エンジンの燃料噴射装置に関するものである。

この種の燃料噴射装置では、燃料タンクから供給される燃料を燃料ポンプにて加圧し、その加圧燃料を燃料噴射弁によりエンジンに噴射供給するようにしている。この場合、燃料ポンプや燃料噴射弁の駆動はマイコン（マイクロコンピュータ）等にて構成される電子制御装置により制御される。

また、例えば自動二輪車では、車載電源としてのバッテリを搭載していない車両も多く存在しており、エンジン始動時にはライダーのキック操作等により外力が加えられることでエンジンのクランク軸が回転する。そして、そのクランク軸の回転により発電機（マグネト発電機）が発電を開始し、それに伴い電子制御装置やその他電気部品への給電が行われる。この場合、発電機にて生じた電力は電源回路に供給され、電源回路にて生成される電源電圧ＶＣＣが所定値（例えば５Ｖ）まで上昇するとマイコン等の動作が開始される。そして、燃料ポンプや燃料噴射弁が駆動される。

その詳細を図６を用いて説明する。なお図６において、（ａ）はイグニッションスイッチの状態を、（ｂ）は電源電圧ＶＣＣの推移を、（ｃ）はマイコンから出力されるポンプ駆動信号を、（ｄ）は燃料ポンプにより加圧される燃圧（燃料圧力）の推移を、（ｅ）は燃料噴射弁に印加される駆動電圧の推移を、それぞれ示す。

図６において、イグニッションスイッチがＯＮされた後、キック操作等によりエンジン始動されると、発電機による発電が開始され、タイミングｔ１０で電源電圧ＶＣＣが上昇するとともに燃料噴射弁の駆動電圧が上昇する。そして、タイミングｔ１１では、電源電圧ＶＣＣが所定値（５Ｖ）に達することでマイコンが起動されて初期化処理が行われる。初期化処理が完了した後、タイミングｔ１２では、マイコンによってポンプ駆動信号としてＯＮ信号が出力され、所定の遅れ時間を経た後、タイミングｔ１３で燃料ポンプによる燃料加圧が開始される。タイミングｔ１３以降、燃圧が図示のごとく上昇する。また、燃料噴射弁による燃料噴射に関しては、マイコンの起動後、行程判別が完了することでマイコンによって燃料噴射弁の駆動信号が出力され、タイミングｔａ、ｔｂでそれぞれ燃料噴射が行われる。

しかしながら、上記のごとく燃料噴射制御が行われる場合、例えばタイミングｔａでは、燃料噴射弁が開弁駆動されても燃圧が未だ十分に上昇しておらず、実際の燃料噴射が不十分なものとなる。そのため、エンジン始動性が低下してしまう。

また、例えば特許文献１では、エンジンの始動操作が開始された後、発電機の出力電圧が設定値に達した時に初回の噴射指令を発生させる。これにより、始動操作後において有効な初回噴射をいち早く行わせ、その後点火動作が行われるまでに十分な気化時間を確保してエンジンの始動性を向上させるようにしていた。

しかしながら、上記特許文献１の場合、初回噴射（すなわち、初回の燃料噴射弁の駆動）をいち早く行わせたとしても、その時点では上述のとおり燃圧が十分に上昇しておらず、燃料噴射が不十分なものとなる。したがって、所望とするエンジン始動性が実現できないという問題があった。
特開２００４−１６２６９１号公報

本発明は、エンジンの始動に際し燃料噴射弁による適正な燃料噴射をいち早く行わせ、ひいてはエンジンの始動性向上を実現することができるエンジンの燃料噴射装置を提供することを主たる目的とするものである。

請求項１に記載の発明では、基本動作としてエンジンの回転に伴い発電機が発電を行い、発電機からの給電により燃料ポンプが駆動する。また、同じく発電機からの給電によりマイコン等の制御装置が作動する。燃料ポンプが駆動されると燃料が加圧され、その加圧燃料が燃料噴射弁に供給されて燃料噴射が行われる。制御装置は起動後においてポンプの駆動制御を行う。

本燃料噴射装置では、燃料ポンプの通電経路の途中にスイッチ手段を設け、そのスイッチ手段を通じて通電経路を常時通電状態としたため、エンジン始動に際し当該エンジンの回転に伴い発電機が発電を開始すると、制御装置の起動、同制御装置での初期化処理、同制御装置による信号の出力を待つことなく発電機から燃料ポンプに給電が行われ、燃料ポンプの駆動が開始される。したがって、エンジン始動時における燃圧の上昇が早められ、燃料噴射弁による適正な燃料噴射をいち早く行わせることができる。このため、エンジンの始動性向上を実現することができる。

また、エンジン始動完了後において、所定条件が成立した場合は制御装置によりスイッチ手段が開状態とされるため、即座に燃料ポンプの駆動を停止することができる。これにより、例えばエンジンが過負荷となった場合や車両が転倒した場合などは、燃料ポンプの駆動が停止されて燃料ポンプからの燃料の圧送が制限されるため、エンジンの運転を制限することができる。

請求項２に記載の発明では、スイッチ手段として、通電経路の途中に設けられた常閉式のリレースイッチと、そのリレースイッチを開位置又は閉位置に操作するソレノイドとを有するリレー回路を設ける。この場合、制御装置によってソレノイドが励磁されることによりリレースイッチが開放されて通電経路が遮断される。

燃料ポンプの通電経路に設けられたリレースイッチが常閉とされているため、制御装置により行われるリレー回路の操作を待つことなく発電機から燃料ポンプへの給電が可能とされる。また、エンジン始動完了後には必要に応じて制御装置によって通電経路が遮断されるため、燃料ポンプの駆動を停止させることができる。

請求項３に記載の発明では、制御装置が作動していない場合に通電状態とされる第１経路と、制御装置による通電及び遮断状態の切り替えが可能とされる第２経路を設ける。そして、これら各経路をスイッチ手段により切り替える。エンジン始動時には第１経路を通じて燃料ポンプへの給電を行い、エンジン始動完了後にはスイッチ手段の操作により通電経路を第２経路に切り替える。

エンジン始動時において、第１経路を通電経路とすることにより、制御装置による信号の出力を待つことなく発電機から燃料ポンプに給電を行うことができる。故に、エンジンの始動性が向上する。また、エンジン始動完了後において、通電経路を第２経路に切り替えることにより、制御装置の制御下で燃料ポンプの駆動と停止とを行うことができる。

請求項４に記載の発明では、発電機による給電開始から所定時間経過後にスイッチ手段の操作により通電経路を第２経路に切り替える。エンジン始動時は、発電機から供給される電力における電圧や電流の状態、すなわち発電機からの給電状態が安定していないことが考えられる。そこで、その給電状態が安定するまでに要する所要時間を所定時間としてあらかじめ定めておく。そして、発電機による給電開始から所定時間経過後に通電経路を第２経路に切り替えることにより、安定した給電状態で燃料ポンプの制御を行うことができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、自動二輪車用のエンジン制御システムへの適用例を説明することとしており、図１に本システムの概要を示す。なお本例では、自動二輪車はバッテリを備えておらず、ライダーがキック式の始動装置をキック操作することでクランク軸に初期回転が付与され、それに伴いエンジンが始動するようになっている。

図１において、エンジン１０には吸気管１１と排気管１２とが接続され、吸気管１１には燃料噴射弁１３が設けられている。燃料タンク１４内にはインタンク式の燃料ポンプ１５が設けられ、燃料タンク１４内の燃料は燃料ポンプ１５によってくみ上げられるとともに、所定の燃圧に加圧されて燃料噴射弁１３に供給される。また、エンジン１０のシリンダヘッドには点火プラグ１６が設けられており、点火装置１７を通じて点火プラグ１６に高電圧が印加されることにより当該点火プラグ１６の対向電極間に放電火花が発生し、エンジン燃焼室内に吸入された燃料が燃焼に供される。

ＥＣＵ（電子制御ユニット）３０は、エンジン１０の各主制御を実施するための中枢部をなすものであり、このＥＣＵ３０には、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ１８やライダーによるアクセル操作量を検出するアクセルセンサ１９から検出信号が入力される。ＥＣＵ３０は、これらのセンサから入力される検出信号に基づいてエンジン運転状態を把握するとともに該運転状態に基づいて燃料噴射弁１３、燃料ポンプ１５、点火装置１７の駆動を制御する。また、アクセルセンサ１９の検出信号等からエンジン負荷を検出し、エンジン過負荷などの判定を行う。さらに、ＥＣＵ３０には、転倒センサ２０による検出信号が入力され、その検出信号などに基づいてＥＣＵ３０は車両の転倒を判定し、車両が転倒していれば燃料ポンプ１５の駆動を停止するポンプ停止制御を行う。

また、図２には、本システムの電気系の構成を示す。図２において、交流発電機２１は、エンジン１０のクランク軸（図示略）に駆動力が付与されることで交流の電力を発電するものであり、具体的には単相マグネト発電機にて構成されている。交流発電機２１にて発電される電力によりヘッドライトやリアライト等の点灯装置２２が駆動される。交流発電機２１の電力はレギュレータ２３によって例えば１４Ｖの電圧に調整された後、イグニッションスイッチ２４を介して燃料ポンプ１５とＥＣＵ３０に供給される。ここで、燃料ポンプ１５はＥＣＵ３０と並列に接続されており、燃料ポンプ１５に印加される電圧をポンプ電圧ＶＰとする。

燃料ポンプ１５の通電経路の途中には常閉式リレー２５が設けられており、その常閉式リレー２５は常閉スイッチ２５ａとソレノイド２５ｂとから構成されている。常閉スイッチ２５ａの一端は燃料ポンプ１５に、他端はグランドにそれぞれ接続されている。常閉スイッチ２５ａが閉状態である場合は交流発電機２１から燃料ポンプ１５に給電が行われ、これにより燃料ポンプ１５が駆動される。ソレノイド２５ｂの一端は燃料ポンプ１５の高電位側に、他端はＥＣＵ３０の制御用端子にそれぞれ接続されている。ＥＣＵ３０から出力される信号によってソレノイド２５ｂが励磁され、それにより常閉スイッチ２５ａが開状態とされる。そして、常閉スイッチ２５ａが開状態とされることにより、燃料ポンプ１５への給電が停止される。すなわち、ＥＣＵ３０により燃料ポンプ１５の駆動を停止させることができる。

ＥＣＵ３０には、レギュレータ２３から供給される電力が電源端子Ｔ１を介して取り込まれる。ＥＣＵ３０において、電源端子Ｔ１には、ダイオード３１を介して蓄電手段としてのコンデンサ３２が接続されており、コンデンサ３２において高電位となる端子側（すなわちダイオード３１のカソード側）は電源ＩＣ３３に接続されている。電源ＩＣ３３は、マイコン用の電源電圧ＶＣＣ（例えば５Ｖ）を生成するための電源回路を構成している。電源ＩＣ３３の出力側にはコンデンサ３４が接続されている。

マイコン３５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭよりなる周知の演算装置を構成するものであり、電源電圧ＶＣＣの供給を受けて動作し、都度のエンジン運転状態等に基づいて燃料噴射弁１３、燃料ポンプ１５、点火装置１７の駆動を最適に制御する。図２には、制御対象として燃料ポンプ１５を示している。マイコン３５にはトランジスタ３６のベース端子が接続され、トランジスタ３６のコレクタ端子はＥＣＵ３０の制御用端子に接続されている。燃料ポンプ１５の駆動を停止させるためにマイコン３５からポンプ停止信号が出力される。すると、トランジスタ３６がＯＮ状態となり、常閉式リレー２５が動作して燃料ポンプ１５の駆動が停止する。

マイコン３５からポンプ停止信号が出力されていない場合は、トランジスタ３６のＯＦＦ状態が保持されるため、ソレノイド２５ｂが励磁されず常閉スイッチ２５ａの閉状態が保持される。このため、交流発電機２１により燃料ポンプ１５に対しての給電が行われ、燃料ポンプ１５が駆動される。そして、燃料ポンプ１５の駆動により、燃料タンク１４内の燃料が所定の燃圧に加圧されて燃料噴射弁１３に供給される。この状態で燃料噴射弁１３への給電が行われると、該燃料噴射弁１３から燃料噴射が行われる。

次に、燃料ポンプ１５の動作制御について図３のタイムチャートを用いて説明する。図３において（ａ）はイグニッションスイッチ２４のＯＮ／ＯＦＦの状態を、（ｂ）はポンプ電圧ＶＰの推移を、（ｃ）は燃料ポンプ１５の駆動状態を、（ｄ）は燃料ポンプ１５により加圧される燃圧（燃料圧力）の推移を、（ｅ）は燃料噴射弁１３に印加される駆動電圧の推移を、（ｆ）はトランジスタ３６のＯＮ／ＯＦＦの状態を、それぞれ示す。なお（ｄ）には、比較のため、従来技術による燃圧の変化を一点鎖線で示している。

さて、イグニッションスイッチ２４がＯＮされた後、エンジン１０がキック始動されると、それに伴い交流発電機２１による発電が開始される。このとき、常閉スイッチ２５ａが閉状態となっているため、常閉スイッチ２５ａを通じて燃料ポンプ１５への給電が開始される。このため、タイミングｔ１ではポンプ電圧ＶＰが上昇するとともに、燃料ポンプ１５と燃料噴射弁１３の駆動電圧が上昇する。そして、ポンプ電圧ＶＰが燃料ポンプ１５の駆動開始電圧に達することにより、タイミングｔ２で燃料ポンプ１５が始動する。タイミングｔ３以降は燃圧が図示の如く上昇する。

燃料噴射弁１３による燃料噴射に関しては、マイコン３５の起動後、マイコン３５によって燃料噴射弁１３の駆動信号が出力され、タイミングｔ４，ｔ５ではそれぞれ燃料噴射が行われる。この場合、タイミングｔ４，ｔ５での燃料噴射時には、燃圧が十分に上昇しており、燃料噴射弁１３の開弁動作によって適正な燃料噴射が行われる。

従来技術による構成の場合には、電源電圧ＶＣＣの上昇、マイコン起動後の初期化処理、ポンプ駆動信号の出力などを待って燃料ポンプ１５による燃料加圧が始まるため、（ｄ）に一点鎖線で示すように燃圧の上昇が遅れる。これに対して本実施の形態の場合、マイコン３５の起動や初期化処理に関係なく常閉スイッチ２５ａを通じて燃料ポンプ１５へ給電が行われるため、燃料ポンプ１５による燃料加圧が始まり、早期の燃圧上昇が可能となる。

また、エンジン始動完了後において、エンジン１０の運転を制限した方が良い場合がある。例えば、エンジンが過負荷となった場合や車両が転倒した場合などである。図３におけるタイミングｔ６で、転倒センサ２０の検出信号により車両の転倒が判定されたか、アクセルセンサ１９の検出信号によりエンジン過負荷などが判定されたとする。このとき、マイコン３５からポンプ停止信号が出力され、トランジスタ３６がＯＮ状態とされる。すると、ソレノイド２５ｂが励磁され、ソレノイド２５ｂが励磁されることで常閉スイッチ２５ａが開状態とされる。したがって、燃料ポンプ１５の駆動が停止し、燃料ポンプ１５からの燃料の圧送が制限されるため燃圧が減少していく。また、マイコン３５から燃料噴射弁１３の駆動停止信号が出力されて燃料噴射弁１３による燃料噴射が停止する。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

燃料ポンプ１５の通電経路の途中に常閉式リレー２５を設けたことにより、燃料ポンプ１５の通電経路を常時通電状態とした。このため、エンジン始動の際、マイコン３５からの信号の出力を待つことなく、常閉式リレー２５を介して燃料ポンプ１５への給電を行うことができる。故に、燃圧の上昇を早めることができ、燃料噴射弁１３による適正な燃料噴射をいち早く行わせることができる。これにより、エンジン１０の始動性向上を実現することができる。

エンジン始動完了後において、所定条件が成立した場合はマイコン３５から出力されたポンプ停止信号により燃料ポンプ１５の駆動が停止するようにした。これにより、エンジン１０が過負荷となった場合や車両が転倒した場合などは、燃料ポンプ１５の駆動が停止し、燃料ポンプ１５からの燃料の圧送が制限されるため、エンジンの運転を制限することができる。

上記実施の形態では、スイッチ手段として、燃料ポンプ１５の通電経路の途中に設けた常閉スイッチ２５ａと、その常閉スイッチ２５ａを操作するソレノイド２５ｂとを有する常閉式リレー２５を設けたが、これを以下のように変更する。

（ア）図４に示すように、スイッチ手段として、燃料ポンプ１５の通電経路の途中に設けた接点切り替えスイッチ４０ａと、その接点切り替えスイッチ４０ａを操作するソレノイド４０ｂとを有する接点切り替え式リレー４０を設ける。接点切り替えスイッチ４０ａにおいて共通端子Ｓ１を燃料ポンプ１５の低電位側に、常閉端子Ｓ２をグランドに、常開端子Ｓ３をＥＣＵ３０の制御用端子にそれぞれ接続する。ここで、常閉端子Ｓ２を介した経路を第１経路とし、常開端子Ｓ３を介した経路を第２経路とする。また、トランジスタ４１はマイコン３５に接続されており、マイコン３５から切り替え信号が出力されることによりトランジスタ４１がＯＮ状態とされる。すると、ソレノイド４０ｂが励磁され、切り替えスイッチ４０ａの常開端子Ｓ３が閉状態とされる。

エンジン始動時において、第１経路を通電経路として燃料ポンプ１５に給電を行うようにしたことにより、従来技術に比べて早期に燃料ポンプ１５の駆動を開始することができる。また、エンジン始動完了後において、マイコン３５から切り替え信号が出力された時に、切り替えスイッチ４０ａの常開端子Ｓ３が閉状態とされるため、通電経路が第２経路に切り替えられる。第２経路はトランジスタ３６がＯＮ状態であれば通電状態とされ、ＯＦＦ状態であれば遮断状態とされる。これにより、マイコン３５の制御下で燃料ポンプ１５の駆動と停止とを行うことができる。

（イ）図５では、上記図４と同様に接点切り替え式リレー４０を設ける。また、トランジスタ４１に代えてディレイ回路４２を設け、ディレイ回路４２の一端を燃料ポンプ１５の高電位側に、他端をソレノイド４０ｂに接続する。このため、ディレイ回路４２の出力によりソレノイド４０ｂが励磁され、切り替えスイッチ４０ａの常開端子Ｓ３が閉状態とされる。ここで、ディレイ回路４２は、エンジン始動時におけるソレノイド４０ｂの励磁を遅延させる遅延手段であり、電圧が印加された時から所定時間だけ遅れてＯＮ（通電）状態となるものである。

エンジン始動時において、第１経路を通電経路として燃料ポンプ１５に給電を行うようにしたことにより、従来技術に比べて早期に燃料ポンプ１５の駆動を開始することができる。また、エンジン始動完了後において、ディレイ回路４２がＯＮ状態となった時に切り替えスイッチ４０ａの常開端子Ｓ３が閉状態とされて、通電経路が第２経路に切り替えられる。通電経路を第２経路とすることにより、燃料ポンプ１５をマイコン３５の制御下とすることができるため、エンジン制御の信頼性を高めることができる。

ところで、エンジン始動時は、交流発電機２１から供給される電力における電圧や電流の状態、すなわち交流発電機２１からの給電状態が安定していないことが考えられる。そこで、エンジン始動から給電状態が安定するまでに要する所要時間を推定又は計測などにより取得し、その所要時間を所定時間としてあらかじめ定めておく。そして、エンジン始動から所定時間経過後に通電経路を第２経路に切り替えることにより、安定した給電状態でマイコン３５による燃料ポンプの制御を行うことができる。

上記実施の形態では、マイコン３５からのポンプ停止信号により燃料ポンプ１５の駆動を制御するためのスイッチング素子としてトランジスタ３６を使用したが、スイッチング素子としてＦＥＴなどの各種半導体スイッチング素子を使用しても良い。

本実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図である。 本システムの電気系の構成を示す図である。 燃料ポンプの動作制御を説明するためのタイムチャートである。 別の形態においてシステムの電気系の構成を示す図である。 別の形態においてシステムの電気系の構成を示す図である。 従来技術を説明するためのタイムチャートである。

符号の説明

１０…エンジン、１５…燃料ポンプ、２１…交流発電機、２５…常閉式リレー、２５ａ…常閉スイッチ、２５ｂ…ソレノイド、３０…ＥＣＵ、３５…マイコン、３６…トランジスタ、４０…接点切り替え式リレー、４０ａ…接点切り替えスイッチ、４０ｂ…ソレノイド、４１…トランジスタ、４２…ディレイ回路。

Claims (4)

1. エンジンの回転に伴い発電する発電機と、前記発電機からの給電により駆動されるとともに燃料を加圧しその加圧燃料を燃料噴射弁に供給するための電動式の燃料ポンプと、前記発電機からの給電により作動して前記燃料ポンプの駆動を制御する制御装置と、を備えたエンジンの燃料噴射装置において、
   前記燃料ポンプの通電経路の途中にスイッチ手段を設け、前記スイッチ手段を通じて前記通電経路を常時通電状態とする一方、前記エンジンの始動完了後であって所定条件が成立した時に、前記制御装置により前記スイッチ手段を操作して前記通電経路を遮断する構成としたことを特徴とするエンジンの燃料噴射装置。
2. 前記スイッチ手段として、前記通電経路の途中に設けられた常閉式のリレースイッチと、該リレースイッチを開状態又は閉状態に操作するソレノイドとを有するリレー回路を設け、
   前記制御装置は、前記ソレノイドを励磁することにより前記リレースイッチを開放させて前記通電経路を遮断する構成としたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃料噴射装置。
3. 前記通電経路として、前記制御装置が作動していない場合に通電状態とされる第１経路と、前記制御装置による通電及び遮断状態の切り替えが可能とされる第２経路とを設け、これら各経路を前記スイッチ手段により切り替えるようにしたエンジンの燃料噴射装置であって、
   エンジン始動時には前記第１経路を通じて前記燃料ポンプに給電を行い、エンジン始動完了後には前記スイッチ手段の操作により前記通電経路を前記第２経路に切り替える構成とする請求項１に記載のエンジンの燃料噴射装置。
4. 前記発電機による給電開始から所定時間経過後に、前記スイッチ手段の操作により前記通電経路を前記第２経路に切り替える構成としたことを特徴とする請求項３に記載のエンジンの燃料噴射装置。

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