JP2009019535A

JP2009019535A - エンジンの始動燃料制御装置

Info

Publication number: JP2009019535A
Application number: JP2007181634A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Watanabe; 剛渡辺; Yuji Nakada; 裕司中田
Original assignee: Walbro Japan Inc
Current assignee: Walbro Japan Inc
Priority date: 2007-07-11
Filing date: 2007-07-11
Publication date: 2009-01-29
Also published as: US20090013951A1

Abstract

【課題】始動時に燃料を増量すると共に、始動を繰り返すような場合に過濃混合気となって始動困難になってしまうことを回避する。
【解決手段】始動時の燃料増量のために始動燃料を供給する始動燃料供給通路１８に電磁弁７を設け、クランキング開始時から第１の所定時間でありかつエンジンが所定のカウント数回転する間だけ燃料増量処理を行い、始動失敗時には第１の所定時間終了時から第２の所定時間が経過する間は電磁弁を開弁しない。再始動において第２の所定時間の計時期間に入った場合には燃料が増量されず、連続再始動において混合気の過濃を防止できる。第２の所定時間経過後には回転検出開始に応じて第１のタイマによる計時が行われるため、再び始動燃料の増量による始動制御を行うことができる。これにより、過濃混合気となることなく、繰り返し始動燃料増量による始動制御を実行することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、機関の始動時に増量した始動燃料を供給し、始動後には始動燃料を停止するようにしたエンジンの始動燃料制御装置に関するものである。

従来、エンジン（内燃機関）の冷間始動時に例えば通常の燃料供給通路とは別個に始動燃料供給通路を設け、その通路を電磁弁により開閉可能にし、開弁時には始動燃料供給通路を介して燃料を増量し、始動時には開弁して増量された燃料（始動燃料）を供給し、エンジン始動後（運転状態）には始動燃料の供給を停止するようにした始動燃料供給方式のエンジンの始動燃料制御装置がある（例えば特許文献１参照。）。
実願平１−９６６３０号のマイクロフィルム

上記したような始動燃料制御装置にあっては、確実に運転状態になったら燃料増量を止める必要があり、例えばエンジンの雰囲気温度を感熱素子で検出し、運転状態になったことを所定値以上の温度上昇により判断し、その場合にはそれ以上の燃料増量制御を止めるようにしたものがあった。しかしながら、始動が失敗して再始動を繰り返すような場合には、再始動の度に燃料増量を繰り返すと過濃混合気となってしまい、エンジンの始動が困難になるという問題があった。

このような課題を解決して、始動時に燃料を増量すると共に、始動を繰り返すような場合に過濃混合気となって始動困難になってしまうことを回避することを実現するために本発明に於いては、機関の低温始動時に燃料供給通路を介して供給される燃料よりも多くの燃料を吸気道に供給するべく当該燃料供給通路とは別個に始動燃料を供給するための始動燃料供給通路と、前記始動燃料供給通路を開閉する電磁弁と、前記電磁弁を開閉弁する制御を行う電磁弁制御回路とを有するエンジンの始動燃料制御装置において、前記機関のクランキング開始を検出するクランキング開始検出手段と、前記機関の回転を検出する回転検出手段と、前記クランキングの開始時から前記機関の回転を所定値カウントする回転カウント手段と、前記機関の回転の検出開始時から第１の所定時間を計時する第１のタイマと、前記第１の所定時間の計時終了時から第２の所定時間を計時する第２のタイマとを有し、前記電磁弁制御回路が、前記第２の所定時間を計時している間は前記第１のタイマによる計時を禁止すると共に、前記第１のタイマにより前記第１の所定時間を計時している間であってかつ前記回転カウント手段により前記回転をカウントしている間は前記電磁弁を開弁させる制御を行うものとした。

特に、前記機関の温度を検出する温度検出手段を有し、前記制御回路は、前記機関の温度が運転状態に相当する所定温度以上になった場合には前記電磁弁を閉弁させると良い。また、前記回転角度検出手段が、前記所定の回転角度を等分割した間隔の複数のパルスを発生するパルス発生手段と、前記パルスの開始から所定のパルス数を検出するパルス検出手段とを有すると良い。

このように本発明によれば、機関の回転をカウントする回転カウント手段と、回転検出開始時から第１の所定時間を計時する第１のタイマとを設けたことから、始動時に燃料を増量する制御において、第１のタイマの計時中であって所定のカウント数に至るまでカウントしている間に電磁弁を開弁して始動燃料の増量を行い、その第１の所定時間の計時終了時から第２のタイマにより第２の所定時間を計時して、第２の所定時間の計時中にあっては、回転がカウントされても第１のタイマの計時を行わないようにしたことから、第２の所定時間の計時中にあっては上記条件が不成立のため電磁弁が開弁されないため、始動失敗による再始動において第２の所定時間の計時期間に入った場合には燃料が増量されず、連続再始動において混合気が過濃になってしまうことを防止できる。第２の所定時間経過後には回転検出開始に応じて第１のタイマによる計時が行われるため、再び始動燃料の増量による始動制御を行うことができる。これにより、過濃混合気となることなく、繰り返し始動燃料増量による始動制御を実行することができる。

特に、機関の温度検出を行うことにより、運転停止後の始動にあっては機関が暖まっている状態であり、その場合には冷間始動とはならないため、特に始動燃料の増量を行う必要が無いことから、機関の温度が所定温度（冷間始動に該当しない温度）以上の場合には電磁弁を閉弁して始動燃料の増量を行わない。これにより、過濃混合気による運転となることを防止することができる。

また、回転角度検出をパルス信号の検出で行うことにより、所定の回転角度の範囲をパルス数で設定でき、制御を簡単かつ容易に行うことができると共に、回転角度検出開始のタイミングも確実になり電磁弁の開弁タイミングの制御も確実に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明が適用された機関としての小型エンジンの概略を示す模式図である。図に示されるエンジン（内燃機関）１にあっては、その吸気ポートに接続された気化器２により運転に必要な混合気が供給されるようになっている。

なお、図１において、エンジン１のクランク軸方向端面（図の表面）の外側には、クランク軸に同軸に固着されたフライホイール３が配設されていると共に、フライホイール３の外周面に臨むようにされた制御ユニット４が固設されている。制御ユニット４には、外部電源としてのバッテリ５と、点火プラグ６と、気化器２に取り付けられた電磁弁７とが電気的に接続されている。

図２に気化器２及び始動制御系統の概略を示す。図において、気化器２の本体１１内には吸気道１１ａが貫通状態に形成され、その吸気道１１ａを直交して横切るように円柱状の回動弁体１２が設けられている。回動弁体１２は、上記吸気道１１ａを横切る向きの軸線回りに回動自在かつその軸線方向（直交方向）に変位し得るように、本体１１に形成された円筒状の弁体支持室１１ｂ内に受容されている。回動弁体１２にはその軸線に直交する混合気通路１２ａが形成されており、回動弁体１２の回動量に応じて吸気道１１ａと混合気通路１２ａとの開通度（開弁量）が変化するようになっている。

回動弁体１２に同軸に固設された回動弁体軸が本体１１の外部（図示例では上側）に突出し、その突出端にはレバー１３が固着されている。レバー１３には図示されないスロットルワイヤが連結されており、レバー１３の回動により回動弁体１２が回動する。また、レバー１３は本体１１の上端面との間で回動に応じて軸線方向変位するようにカム係合しており、カム係合によるレバー１３の変位に応じて回動弁体１２が軸線方向に変位する。

本体１１の図における底部にはダイアフラム式の燃料調整機構１４が設けられており、本体１１内の下部の適所には外部の燃料タンク１５から燃料を吸い上げて燃料調整機構１４のダイアフラムにより仕切られた燃料調圧室内に送り込むためのダイヤフラムポンプからなる燃料ポンプ１６が設けられている。なお、燃料ポンプ１６の駆動力はエンジン１のクランク室の脈動圧を利用するものであって良い。

本体１１内には、回動弁体１２に対して同軸でありかつ混合気通路１２ａ内に突出するようにされた燃料ノズル１７が設けられており、燃料ノズル１７と燃料調整機構１４の燃料調圧室１４ａとが連通している。なお、燃料調圧室１４ａから燃料ノズル１７に至る燃料通路１１ｃと燃料ノズル１７とにより燃料供給通路が構成されている。燃料ノズル１７には、燃料ノズル１７に対向するように回動弁体１２に同軸に固設された燃料調整針弁８が突入している。この燃料調整針弁８が上記した回動弁体１２の軸線方向変位により一体的に変位することにより、燃料ノズル１７の周壁の適所に設けられた燃料噴出口（図示せず）の開口量が調節されて、開弁開度に応じた燃料噴出量が得られる。

このようにしてロータリ弁式気化器が構成されている。なお、本発明が適用される気化器にあっては、図示例のロータリ弁式気化器に限らず、燃料と空気とを混合してエンジンに供給する種々の形式の気化器が対象となる。

さらに、気化器２にあっては、本発明に基づく始動時の燃料増量のための構造が設けられており、以下に示す。上記燃料調圧室１４ａに連通する始動燃料供給通路１８が吸気道１１ａの回転弁体１２の下流側（エンジン１の吸気ポート側）と連通しており、その始動燃料供給通路１８の途中に電磁弁７が設けられている。

電磁弁７は制御ユニット４内に設けられた電磁弁制御回路２１により開閉弁制御される。制御ユニット４内には点火制御回路２２と温度検出回路２３とが設けられている。

なお、制御ユニット４と一体的にＥ字形状のブラケット２４が設けられており、ブラケット２４の各アーム部分に発電コイル２５・イグニッションコイル２６・回転センサ用コイル２７・ＣＤＩ用エキサイタコイル２８が設けられている。ブラケット２４は各コイル２５〜２８の鉄心となり、各鉄心の突出端がフライホイール３の外周面に対して所定の隙間をもって対峙するようにされている。

フライホイール３には、その外周面に臨む位置に周方向に所定の間隔に配置された２片のポールピース（継鉄）２９ａ・２９ｂが取り付けられている。両ポールピース２９ａ・２９ｂ間には磁石Ｍｇが設けられており、両ポールピース２９ａ・２９ｂのフライホイール３の外周面に臨む部分が互いに異極となる。なお、両ポールピース２９ａ・２９ｂの周方向位置にあっては、点火時期に対応させさせた位置であって良い。また、フライホイール３の径方向について両ポールピース２９ａ・２９ｂ及び磁石Ｍｇとは相反する側にはバランス用の重りＷが固着されている。

フライホイール３の回転によりブラケット２４の鉄心部分に対して両ポールピース２９ａ・２９ｂが横切ることによりコイルに電圧波形が生じる。各コイルに生じる電圧波形に基づいて回転や点火時期を検出することができる。上記回転センサ用コイル２７と両ポールピース２９ａ・２９ｂとにより回転検出手段が構成されている。

また、エンジン１の適所には、エンジン１の雰囲気温度を検出するためのサーミスタであって良い温度センサ３１が配設されている。なお、温度センサ３１を制御ユニット４内に配置しても良い。そして、エンジン１のクランキングは、制御ユニット４に接続された始動スイッチ３２をオンすることにより、図示されないスタータモータを駆動して行われる。このクランキング構造にあっては公知のスタータモータを用いたものであって良く、その詳しい説明は省略する。制御ユニット４は、始動スイッチ３２のオン信号の入力によりクランキング開始を判断することができ、クランキング開始検出手段として作用する。

次に、図３の制御ブロック図を参照して制御系について示す。上記した点火制御回路２２には、回転センサ用コイル２７からの電圧信号をパルス波に成形する波形成形回路２２ａと、波形成形回路２２ａから出力される回転パルス信号に基づいて点火信号・クランキング信号・回転パルス信号を出力する第１のＩＣ回路２２ｂと、第１のＩＣ回路２２ｂからの点火信号に応じてイグニッションコイル２６に点火信号を出力するＣＤＩ回路２２ｃとが設けられている。

上記した電磁弁制御回路２１には、第１のＩＣ回路２２ｂからのクランキング信号が入力する第２のＩＣ回路２１ａと、電磁弁７を開閉弁駆動する電磁弁駆動回路２１ｂとが設けられている。第２のＩＣ回路２１ａ内には、第１のタイマＴＭ１と第２のタイマＴＭ２とが設けられている。第１のタイマＴＭ１は回転パルス信号の入力開始時から第１の所定時間を計時し、第２のタイマＴＭ２は第１のタイマＴＭ１の計時終了時から第２の所定時間を計時する。

第２のＩＣ回路２１ａにあっては、第１のタイマＴＭ１により第１の所定時間を計時している間に第１のタイマ計時信号を電磁弁駆動回路２１ｂに出力し、第２のタイマＴＭ２による第２の所定時間の計時中にあっては第１のタイマＴＭ１による計時を禁止する。そして、電磁弁駆動回路２１ｂにあっては、第１のタイマ計時信号の入力かつ第１のＩＣ回路２２ｂからの回転パルス信号の入力のアンド条件が成立している間にて電磁弁７に対して開弁信号を出力し、その他の場合には閉弁信号を出力する。

また、上記した温度検出回路２３には温度センサ３１からのセンサ信号が入力している。温度検出回路２３は、センサ信号に基づいてＩＣ回路で処理可能に変換した温度検出信号を第２のＩＣ回路２１ａに出力する。

なお、電磁弁制御回路２１はバッテリ５から供給される電圧を電源電圧として駆動可能になっている。バッテリ５の充電は発電コイル２５の発生電圧により行われるものであって良い。したがって、上記タイマＴＭ１・ＴＭ２は常時作動可能である。それに対して、点火制御回路２２は、発電コイル２５から供給される電圧を電源電圧として駆動可能になっているため、エンジン１の回転中にのみ動作し、エンジン１の停止毎にリセットされる。

このようにして構成された気化器の自動始動装置の作動要領について図４のタイムチャートを参照して以下に示す。先ず、始動スイッチ３２をオンして、図示されないスタータを起動してエンジン１をクランキングする。なお、始動スイッチ３２をオンしている間クランキングが行われ、オフにするとクランキングは停止されるものとする。クランキングによりフライホイール３が回転するため、回転センサ用コイル２７に電圧信号が回転に応じて発生し、クランキングしている間、図の２段目に示されるように回転パルス信号Ｃが発生する。図の回転パルス信号Ｃは、波形成形回路２２ａの出力信号である。

第１のＩＣ回路２２ｂにはクランキングの回転による回転パルス信号Ｃが入力するが、第１のＩＣ回路２２ｂから電磁弁駆動回路２１ｂに出力される信号は図の３段目に示されるように、上記回転パルス信号Ｃの３パルス分となる電磁弁駆動信号Ｄとして出力される。図では５パルス分の回転パル信号Ｃが入力しているが、その開始時から３パルスを内部で積算処理し、３パルス分の電磁弁駆動信号Ｄとする。

また、第１のＩＣ回路２２ｂから第２のＩＣ回路２１ａにも回転パルス信号Ｃに応じた信号が出力されるが、その出力開始時から第２のＩＣ回路２１ａでは第１のタイマＴＭ１の計時を開始する。その第１の所定時間Ｔ１としては、例えばユーザの使用実態の調査などに基づいて一般的な始動操作における始動失敗で２回目の始動を行うのに相当する時間であって良い。第２のＩＣ回路２１ａでは、その第１の所定時間Ｔ１となる開弁信号Ａを電磁弁駆動回路２１ｂに出力する。

電磁弁駆動回路２１ｂにあっては、開弁信号Ａと電磁弁駆動信号Ｄとのアンド（論理和）処理を行って、電磁弁７に対して開弁駆動信号を出力する。したがって、図４に示されるように開弁信号Ａが出力されている間での電磁弁駆動信号Ｄが出力されている間だけ電磁弁７の開弁駆動信号が出力される。

また、第２のＩＣ回路２１ａにあっては、第１の所定時間Ｔ１の終了時から第２のタイマＴＭ２による第２の所定時間Ｔ２の計時を開始する。この第２の所定時間Ｔ２としては、例えば始動失敗により過濃混合気が供給されたままとなった場合に、続けて燃料増量を行って所謂かぶりになってしまうことを防止して、エンジン１内を通常状態に戻すことができる時間であって良い。この時間設定は実験データなどに基づいて決めることができる。

この第２の所定時間Ｔ２の間にあっては、第１のタイマＴＭ１の計時開始が防止される。したがって、図４に示されるように、第２の所定時間Ｔ２の間に電磁弁駆動信号Ｄが出力されても、電磁弁駆動回路２１ｂから開弁駆動信号は出力されない。これにより、始動燃料の増量は行われず、混合気が希薄になって、過濃混合気による繰り返しの始動が防止される。

第２の所定時間Ｔ２が終了すると、第１のタイマＴＭ１に対する計時停止が解除されるため、次の電磁弁駆動信号Ｄの開始のタイミングで第１のタイマＴＭ１による計時が開始される。これにより、上記と同じ条件で電磁弁駆動信号Ｄが出力されている間の電磁弁７の開弁が行われる。図４の右側部分に示されるように、この開弁信号Ａの出力中にエンジン１が始動した場合にはエンジン１の回転速度が高まるため、その回転速度が所定値（アイドリング回転）以上になったことを例えば第１のＩＣ回路２２ｂ内に設けた回転速度判定回路ＪＣｎにより判定して、その場合には電磁弁駆動信号Ｄの出力を停止して、通常の運転状態とする。

また、上記制御要領について図５のフロー図を参照して以下に示す。このフローの処理としては例えば第２のＩＣ回路２１ａによるプログラム処理であって良い。ステップＳＴ１でクランキングか否かを判別する。この判別は上記回転パルス信号Ｃの有無であって良い。クランキング有りと判定された場合にはステップＳＴ２に進み、クランキングでは無いと判定された場合にはステップＳＴ１に戻る。なお、クランキングの判断として、回転パルス信号Ｃが所定時間以上発生しない（点火制御回路２２のリセット）場合にクランキング無しとしても良い。

ステップＳＴ２ではタイマ（ＴＭ１・ＴＭ２）が起動中であるか否かを判別する。起動中では無い場合にはステップＳＴ３に進み、そこではタイマ（ＴＭ１・ＴＭ２）を起動状態にするする。第１のタイマＴＭ１は計時開始し、第２のタイマＴＭ２は上記したように第１のタイマＴＭ１の計時終了のタイミングを待つスタンバイ状態となる。

ステップＳＴ３の次、またはステップＳＴ２で起動中と判定された場合にはステップＳＴ４に進み、そこでは第１のタイマＴＭ１による計時（ｔ）が第１の所定時間Ｔ１未満か否（タイムアップ）かを判別する。タイムアップした（ｔ＞＝ＴＭ１）と判定された場合にはステップＳＴ１に戻り、タイムアップしていない（ｔ＜ＴＭ１）と判定された場合にはステップＳＴ５に進む。

ステップＳＴ５では温度検出回路２３によりエンジン温度ｔｈが設定温度Ｔｄ未満か否かを判別する。この設定温度Ｔｄはエンジン１が燃料増量することなく始動可能である温度である。エンジン温度ｔｈが設定温度Ｔｄに達していない（冷間）と判定された場合にはステップＳＴ６に進み、設定温度以上であると判定された場合にはステップＳＴ１に戻る。

ステップＳＴ６では電磁弁７を開弁し、ステップＳＴ７に進む。ステップＳＴ７でクランキング回数（エンジン回転カウント数）Ｎｃが所定値Ｎｄ未満であるか否かを判別する。この所定値は上記したように３回であって良いが、３回に限られるものではなく、エンジン特性などに応じて任意に設定して良い。クランキング回数Ｎｃが所定値Ｎｄに至らない場合にはステップＳＴ８に進む。

ステップＳＴ８では、ステップＳＴ４と同様に第１のタイマＴＭ１による計時ｔが第１の所定時間Ｔ１未満か否かを判別し、タイムアップしていない（ｔ＜ＴＭ１）と判定された場合にはステップＳＴ９に進む。ステップＳＴ９ではステップＳＴ５と同様にエンジン温度ｔｈが設定温度Ｔｄ未満か否かを判別し、エンジン温度ｔｈが設定温度Ｔｄに達していない（冷間）と判定された場合にはステップＳＴ７に戻る。

上記ステップＳＴ７でクランキング回数（エンジン回転カウント数）Ｎｃが所定値Ｎｄに達したと判定された場合、またはステップＳＴ８でタイムアップした（ｔ＞＝ＴＭ１）と判定された場合、またはステップＳＴ９でエンジン温度ｔｈが設定温度Ｔｄ以上であると判定された場合にはそれぞれステップＳＴ１０に進む。

ステップＳＴ１０では電磁弁７を閉弁し、ステップＳＴ１１に進む。ステップＳＴ１１では第２のタイマＴＭ２の計時ｔが第２の所定時間Ｔ２以上（タイムアップ）であるか否かを判別する。タイムアップしたと判定された場合にはステップＳＴ１に戻り、タイムアップしていないと判定された場合にはステップＳＴ１２に進む。ステップＳＴ１２ではタイマ（ＴＭ１・ＴＭ２）の作動を終了し、ステップＳＴ１に戻る。

本発明が適用された小型エンジンの小型エンジンの概略を示す模式図である。気化器及び始動制御系の概略を示す図である。本発明に基づく制御回路の要部を示ブロック図である。本発明に基づくタイムチャートを示す図である。本発明に基づくフローを示す図である。

符号の説明

１エンジン
２気化器
４制御ユニット
５バッテリ
７電磁弁
１１ａ吸気道
１８始動燃料供給通路
２１電磁弁制御回路
２２点火制御回路
２３温度検出回路
２５発電コイル
２７回転センサ用コイル
３１温度センサ
３２始動スイッチ
ＴＭ１第１のタイマ
ＴＭ２第２のタイマ
ＪＣｎ回転速度判定回路

Claims

機関の低温始動時に燃料供給通路を介して供給される燃料よりも多くの燃料を吸気道に供給するべく当該燃料供給通路とは別個に始動燃料を供給するための始動燃料供給通路と、前記始動燃料供給通路を開閉する電磁弁と、前記電磁弁を開閉弁する制御を行う電磁弁制御回路とを有するエンジンの始動燃料制御装置において、
前記機関のクランキング開始を検出するクランキング開始検出手段と、前記機関の回転を検出する回転検出手段と、前記クランキングの開始時から前記機関の回転を所定値カウントする回転カウント手段と、前記機関の回転の検出開始時から第１の所定時間を計時する第１のタイマと、前記第１の所定時間の計時終了時から第２の所定時間を計時する第２のタイマとを有し、
前記電磁弁制御回路が、前記第２の所定時間を計時している間は前記第１のタイマによる計時を禁止すると共に、前記第１のタイマにより前記第１の所定時間を計時している間であってかつ前記回転カウント手段により前記回転をカウントしている間は前記電磁弁を開弁させる制御を行うことを特徴とするエンジンの始動燃料制御装置。
前記機関の温度を検出する温度検出手段を有し、
前記制御回路は、前記機関の温度が運転状態に相当する所定温度以上になった場合には前記電磁弁を閉弁させることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動燃料制御装置。
前記回転角度検出手段が、前記所定の回転角度を等分割した間隔の複数のパルスを発生するパルス発生手段と、前記パルスの開始から所定のパルス数を検出するパルス検出手段とを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンの始動燃料制御装置。