JP4396489B2 - 内燃機関用燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関により駆動される交流発電機を電源として直流電圧を出力する電源装置から電源電圧が与えられて動作する内燃機関用燃料噴射装置に関するものである。

内燃機関用の燃料噴射装置は、直流電圧を出力する電源装置と、機関の吸気管やシリンダヘッドなどに取り付けられて、駆動電流が与えられたときに燃料を噴射するインジェクタと、所定の噴射タイミングで噴射指令信号を発生する制御ユニットと、噴射指令信号が発生している間電源装置の出力電圧をインジェクタに印加して該インジェクタに駆動電流を流すインジェクタ駆動回路とを備えている。またインジェクタに燃料を供給する手段として電動燃料ポンプを備えており、この燃料ポンプからインジェクタに与えられる燃料の圧力を一定に保つように制御するために圧力レギュレータを備えている。

バッテリを搭載している車両等を駆動する内燃機関に用いる燃料噴射装置では、上記電源装置としてバッテリが用いられるが、バッテリを搭載しない車両等を駆動する内燃機関に用いる燃料噴射装置では、例えば特許文献１に示されているように、上記電源装置として、内燃機関により駆動される交流発電機の出力を直流出力に変換するようにしたものが用いられる。

インジェクタとしては、通常電磁式の燃料噴射弁が用いられる。この種のインジェクタは、燃料ポンプから燃料が供給さ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設けられた燃料噴射口を開閉するバルブと、このバルブを駆動するソレノイドとを備えていて、ソレノイドのコイルに与えられた駆動電流が所定のレベルに達したときにそのバルブを開いて燃料の噴射を開始し、ソレノイドのコイルに所定の駆動電流が流れている間バルブを開いた状態に保持して燃料の噴射動作を行なう。インジェクタのソレノイドのコイルに電源電圧を印加する時間の内、電源電圧の印加を開始した後、そのバルブが開くまでの時間は無効噴射時間となり、バルブが開いている時間が有効噴射時間となる。噴射指令信号の信号幅は、無効噴射時間と有効噴射時間との和に相当する時間に等しく設定される。無効噴射時間は、ソレノイドのコイルに印加する電源電圧の大きさに依存する。

この種のインジェクタを備えた燃料噴射装置を制御する場合には、機関の回転速度、スロットルバルブ開度、吸気温度、機関の冷却水温度などの各種の制御条件に対して燃料の噴射時間を演算して、演算された噴射時間に無効噴射時間を加えた時間を信号幅とする噴射指令信号をインジェクタ駆動回路に与えて、インジェクタを駆動する。従って、燃料の噴射を的確に行なうためには、無効噴射時間を一定にしておく必要があり、インジェクタに印加する電源電圧を一定にしておく必要がある。そのため、機関により駆動される交流発電機の出力を直流出力に変換するようにした電源装置を用いる場合、該電源装置は、機関の回転速度の如何に関わりなく一定の直流電圧を出力するように構成される。

特許文献１に記載された燃料噴射装置では、内燃機関により駆動される交流発電機の出力を整流する整流器と、この整流器の出力電圧を予め定めた制御電圧以下に制限するように制御する定電圧回路とによりインジェクタを駆動する電源装置が構成されている。
実用新案登録第２５７３１１８号公報

上記のように、内燃機関により駆動される発電機を電源とし、出力電圧を一定の制御電圧以下に制限する機能を有する定電圧回路を備えた電源装置からインジェクタに電源電圧を与える場合、内燃機関の始動の際の操作力の不足により十分なクランキング速度が得られないと、発電機出力の不足によりインジェクタに与えられる電源電圧が不足して、機関の始動に失敗する確率が高くなるという問題があった。即ち、機関を始動する際に、クランクキングのための操作力が不足していると、機関のピストンが圧縮行程の上死点に近づいた時点で機関のクランク軸の回転速度が大幅に低下し、発電機の出力電圧の波高値が定電圧回路の制御電圧よりも低くなって、電源装置からインジェクタに印加される電源電圧が規定値よりも低くなることがある。このように電源装置からインジェクタに与えられる電源電圧が低下すると、インジェクタの無効噴射時間が想定された時間よりも長くなったり、インジェクタのバルブが十分に開くことができなくなったりするため、燃料の噴射量が不足して機関の始動に失敗する。

このような問題を解決するため、従来は、発電機の電機子コイルの巻数を多くして、機関の回転速度が低いときでも発電機が高い電圧を出力するようにしていた。しかしながら、発電機の電機子コイルの巻数を多くすると発電機が大形化してコストが高くなるだけでなく、機関が大形になってその重量が重くなるため、車両重量を軽減して燃費の節約を図るという要請に応えることができなくなるという問題があった。

従って本発明の目的は、機関の始動時にインジェクタに与えられる電源電圧が不足して機関の始動に失敗するおそれをなくした内燃機関用燃料噴射装置を提供することにある。

本発明が適用される内燃機関用燃料噴射装置は、内燃機関により駆動される交流発電機の出力を整流する整流器と、該整流器の出力で一方の極性に充電される電源コンデンサとを備えた電源装置と、電源コンデンサの両端の電圧を電源電圧として動作するインジェクタとを備えている。

本発明においては、内燃機関の始動が完了しているときに電源コンデンサの両端の電圧を予め設定された制御電圧以下に制限し、内燃機関の始動が完了していないときには電源コンデンサの両端の電圧が制御電圧を超えるのを許容するように電源コンデンサの両端の電圧を制御する電源電圧制御手段を設けた。

上記のように、内燃機関の始動が完了していないときに電源コンデンサの両端の電圧が制御電圧を超えるのを許容するようにしておくと、始動操作が開始された直後の機関の回転速度が高い状態にあるときに発電機が発生する高い電圧のピーク値に近い電圧まで電源コンデンサを充電することができる。そのため、機関のピストンが上死点に近づいて発電機の回転速度が低下したときにも、電源コンデンサの両端の高い電圧をインジェクタに電源電圧として印加することができ、機関の始動時にインジェクタの電源電圧が不足して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る。従って、発電機として特に大形のものを用いなくても、機関の始動性を向上させることができる。

本発明の好ましい態様では、内燃機関用燃料噴射装置が、内燃機関により駆動される交流発電機の出力を整流する整流器と該整流器の出力で一方の極性に充電される電源コンデンサとを備えた電源装置と、駆動電流が与えられたときに燃料を噴射するインジェクタと、所定の噴射タイミングで噴射指令信号を発生する制御ユニットと、噴射指令信号が発生している間電源コンデンサの両端の電圧をインジェクタに印加して該インジェクタに駆動電流を流すインジェクタ駆動回路とを備えている。

この場合には、内燃機関の始動が完了しているか否かを判定する始動判定手段と、該始動判定手段により機関の始動が完了していると判定されているときに第１の電圧指令信号を発生し、始動判定手段により機関の始動が完了していないと判定されているときに第２の電圧指令信号を発生する電圧指令発生手段と、第１の電圧指令信号が発生しているときに電源コンデンサの両端の電圧を設定された第１の制御電圧以下に制限し、第２の電圧指令信号が発生しているときには電源コンデンサの両端の電圧が第１の制御電圧よりも高い第２の制御電圧まで上昇するのを許容するように電源コンデンサの両端の電圧を制御するコンデンサ充電制御回路とが設けられる。

上記交流発電機としては磁石式交流発電機が多く用いられる。このような発電機が用いられる場合、コンデンサ充電制御回路は、オン状態になったときに整流器を通して交流発電機の出力端子間を短絡するように設けられた短絡用スイッチと、電源コンデンサの両端の電圧が印加された抵抗分圧回路と、抵抗分圧回路の出力電圧が設定値に達したときに短絡用スイッチをトリガしてオン状態にする短絡用スイッチトリガ手段と、第１の電圧指令信号が発生しているときにオフ状態を保持して抵抗分圧回路の分圧比を大きい値とし、第２の電圧指令信号が発生している間オン状態になって抵抗分圧回路を構成する抵抗の一部を短絡することにより抵抗分圧回路の分圧比を小さい値に切り換えるように設けられた分圧比切換スイッチとを備えた構成とするのが好ましい。

また交流発電機が磁石式交流発電機からなる場合、コンデンサ充電制御回路は、オン状態になったときに前記整流器を通して前記交流発電機の出力端子間を短絡するように設けられた短絡用スイッチと、前記電源コンデンサの両端の電圧が印加された抵抗分圧回路と、前記抵抗分圧回路の出力電圧が設定値に達したときに前記短絡用スイッチをトリガしてオン状態にする短絡用スイッチトリガ手段と、前記第１の電圧指令信号が発生している間オン状態になって前記抵抗分圧回路を構成する抵抗の一部を短絡することにより前記抵抗分圧回路の分圧比を大きくし、前記第２の電圧指令信号が発生しているときにはオフ状態を保持して前記抵抗分圧回路の分圧比を小さくするように設けられた分圧比切換スイッチとを備えた構成とすることもできる。

本発明の他の好ましい態様では、内燃機関の始動が完了しているか否かを判定する始動判定手段と、この始動判定手段により始動が完了していると判定されているときに第１の電圧指令信号を発生し、始動判定手段により始動が完了していないと判定されているときに第２の電圧指令信号を発生する電圧指令発生手段と、第１の電圧指令信号が発生しているときに電源コンデンサの両端の電圧を設定された第１の制御電圧以下に制限し、第２の電圧指令信号が発生しているときには電源コンデンサの両端の電圧が交流発電機の出力電圧のピーク値まで上昇するのを許容するように電源コンデンサの両端の電圧を制御するコンデンサ充電制御回路とが設けられる。

交流発電機が磁石式交流交流発電機からなる場合、上記コンデンサ充電制御回路は、オン状態になったときに整流器を通して交流発電機の出力端子間を短絡するように設けられた短絡用スイッチと、電源コンデンサの両端の電圧が印加された抵抗分圧回路と、抵抗分圧回路の出力電圧が設定値に達したときに短絡用スイッチをトリガしてオン状態にする短絡用スイッチトリガ手段と、第１の電圧指令信号が発生しているときに短絡用スイッチがトリガされるのを許容し、第２の電圧制御が発生しているときには短絡用スイッチがトリガされるのを禁止するように設けられたトリガ制御用スイッチとを備えた構成とすることができる。

本発明の好ましい態様では、インジェクタに燃料を供給する燃料ポンプの電源電圧が電源装置から与えられるように構成される。このように構成すると、始動操作時に燃料ポンプを十分な電源電圧で駆動して、インジェクタに与えられる燃料の圧力を速やかに規定値まで立ち上げ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。

以上のように、本発明によれば、内燃機関の始動が完了していないときに電源コンデンサの両端の電圧が制御電圧を超えるのを許容するようにしたので、始動操作が開始された直後の機関の回転速度が高い状態にあるときに発電機が発生する高い電圧のピーク値に近い値まで電源コンデンサを充電することができ、機関のピストンが上死点に近づいて発電機の回転速度が低下したときに、電源コンデンサの両端の高い電圧をインジェクタに電源電圧として印加することができる。従って、特に大形の発電機を用いなくても、機関の始動時にインジェクタの電源電圧が不足して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、機関の始動性を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の好ましい実施形態のハードウェアの構成を概略的に示したものである。同図において、１は図示しない内燃機関により駆動される磁石式交流発電機に設けられて、機関の回転に同期して交流電圧を出力する電機子コイルである。２は電機子コイル１が出力する交流出力電圧を直流電圧に変換する電源装置で、この電源装置は、電機子コイル１の出力を整流する整流器２０１と、整流器２０１の出力で一方の極性に充電される電源コンデンサＣ1と、電源コンデンサＣ1の両端の電圧を制御するコンデンサ充電制御回路２０２とを備えている。

３は電源装置２から電源電圧が与えられるインジェクタ、４は内燃機関を動作させるために必要な各種の制御動作を行う電子式制御ユニット（ＥＣＵ）である。本実施形態では、この制御ユニットが、内燃機関を点火する点火装置を制御するための制御信号を発生する外、燃料の噴射開始時期と噴射時間とを決定する噴射指令信号Ｓjと、電源装置の出力電圧を制御する第１及び第２の電圧指令信号Ｓc1及びＳc2とを出力する。点火装置及び点火装置を制御する制御系の図示は省略されている。

５はＥＣＵ４に電源電圧を与える制御用電源装置、６はＥＣＵ４が噴射指令信号Ｓjを発生したときに電源装置２の出力電圧をインジェクタ３に印加してインジェクタ３のソレノイドコイル３ａに駆動電流を流すインジェクタ駆動回路である。また７は、インジェクタ３に燃料を供給する電動燃料ポンプで、この燃料ポンプは電源装置２から電源電圧が印加されて動作する。

更に各部を詳細に説明すると、整流器２０１は、ダイオードＤaないしＤdをブリッジ接続して構成した単相ダイオードブリッジ全波整流器からなっていて、そのマイナス側直流出力端子は接地されている。電源コンデンサＣ1は電解コンデンサからなっていて、その一端が接地されている。電源コンデンサＣ1の他端は、アノードが整流器２０１のプラス側出力端子に接続されたダイオードＤ1のカソードに接続されるとともに、ダイオードＤ2のアノードに接続され、ダイオードＤ2のカソードがインジェクタ３のソレノイドコイル３ａの一端に接続されている。電源コンデンサＣ1は、整流器２０１の出力電圧により、ダイオードＤ1を通して図示の極性に充電される。電源コンデンサＣ1の両端の電圧（電源装置２の出力電圧）はダイオードＤ2とインジェクタ駆動回路６とを通してインジェクタのソレノイドコイル３ａに印加される。

コンデンサ充電制御回路２０２は、ＥＣＵ４がポートＡ1から第１の電圧指令信号Ｓc1を発生しているときに電源コンデンサＣ1の両端の電圧を設定された第１の制御電圧以下に制限し、ＥＣＵが第２の電圧指令信号Ｓc2を発生しているときには電源コンデンサＣ1の両端の電圧が第１の制御電圧よりも高い第２の制御電圧まで上昇するのを許容するように、電源コンデンサＣ1の両端の電圧を制御する回路である。

図示の例では、このコンデンサ充電制御回路２０２が、オン状態になったときに整流器２０１を構成するダイオードを通して交流発電機の出力端子間を短絡する短絡用スイッチ２０２Ａと、電源コンデンサＣ1の両端の電圧が印加された抵抗分圧回路２０２Ｂと、抵抗分圧回路の出力電圧が設定値に達したときに短絡用スイッチをトリガしてオン状態にする短絡用スイッチトリガ手段２０２Ｃと、第２の電圧指令信号Ｓc2が発生している間だけオン状態になって抵抗分圧回路を構成する抵抗の一部を短絡することにより抵抗分圧回路２０２Ｂの分圧比を小さくするように設けられた分圧比切換スイッチ２０２Ｄとを備えている。

図示の例では、短絡用スイッチ２０２ＡがサイリスタＴh1からなり、該サイリスタのアノード及びカソードが整流器２０１のプラス側直流出力端子及びマイナス側直流出力端子に接続されている。

抵抗分圧回路２０２Ｂは、直列に接続された第１ないし第３の抵抗器Ｒ1ないしＲ3からなっている。図示の例では、第１の抵抗器Ｒ1の一端が電源コンデンサＣ1の他端（プラス側端子）に接続され、第１の抵抗器Ｒ1の他端に第２の抵抗器Ｒ2の一端が接続されている。また第２の抵抗器Ｒ2の他端に第３の抵抗器Ｒ3の一端が接続され、第３の抵抗器Ｒ3の他端が接地電位部（電源コンデンサの一端）に接続されている。この例では、第１の抵抗器Ｒ1と第２の抵抗器Ｒ2との接続点が分圧点となっていて、この分圧点と接地電位部との間に電源コンデンサＣ1の両端の電圧に比例した検出電圧が現れる。

抵抗分圧回路２０２Ｂの分圧点及びサイリスタＴh1のゲートにそれぞれツェナーダイオードＺＤ1のアノード及びカソードが接続され、このツェナーダイオードにより短絡用スイッチトリガ手段２０２Ｃが構成されている。

抵抗分圧回路２０２Ｂの抵抗器Ｒ2とＲ3との接続点に、エミッタが接地されたＮＰＮトランジスタＴＲ1のコレクタが接続され、トランジスタＴＲ1のベースがＥＣＵ４のポートＡ1に接続されている。トランジスタＴＲ1により分圧比切換スイッチ２０２Ｄが構成されている。

インジェクタ３は、先端に噴射口を有するインジェクタボディと、噴射口を開閉するニードルバルブと、該バルブを駆動するソレノイドとを備えた周知のもので、機関の吸気管に取り付けられて吸気管内に燃料を噴射するか、または機関のシリンダヘッドに取り付けられて燃焼室内に燃料を噴射する。インジェクタ３には燃料ポンプ７から燃料が供給されている。インジェクタに与えられる燃料の圧力は圧力レギュレータにより一定に保たれる。

インジェクタ駆動回路６は、トランジスタなどの半導体スイッチ素子を用いたスイッチ回路からなっていて、ＥＣＵ４のポートＡ2から噴射指令信号Ｖjが与えられている間該スイッチ回路をオン状態にして、電源装置２の出力電圧（電源コンデンサＣ1の両端の電圧）Ｖcをインジェクタ３のソレノイドコイル３ａに印加する。

制御用電源回路５は、磁石発電機内に電機子コイル１とともに設けられた他の電機子コイル８の出力を整流する整流器５０１と、整流器５０１の出力端子間に接続された平滑用コンデンサＣ2と、コンデンサＣ2の両端の電圧を一定に保つように制御する定電圧回路５０２とにより構成されている。定電圧回路５０２は市販のレギュレータＩＣにより構成することができる。制御電源回路５は定電圧回路５０２からＥＣＵ４を駆動するのに適した電圧値（例えば５Ｖ）の制御用電源電圧Ｖccを出力する。この制御電用電源電圧ＶccはＥＣＵ４の電源端子に与えられている。

図示してないが、ＥＣＵ４には、機関の所定のクランクカウ位置でパルス信号を発生するパルス信号発生器９の出力と、機関のスロットルバルブ開度、冷却水温度、吸気温度、吸気圧などの制御条件を検出する各種センサ１０の出力とが入力されている。ＥＣＵ４はマイクロプロセッサを備えていて、該マイクロプロセッサに所定のプログラムを実行させることにより、内燃機関を動作させるために必要な各種の制御手段を構成する。

マイクロプロセッサにより構成される制御手段の中には、パルス信号発生器が発生するパルス信号の発生間隔から機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、内燃機関の始動が完了しているか否かを判定する始動判定手段と、この始動判定手段により始動が完了していると判定されているときに第１の電圧指令信号を発生し、始動判定手段により始動が完了していないと判定されているときに第２の電圧指令信号を発生する電圧指令発生手段と、機関の回転速度、スロットルバルブ開度、冷却水温度、吸気温度、吸気圧などの各種の制御条件に対して燃料の噴射時間を演算する噴射時間演算手段と、燃料の噴射を開始するクランク角位置を検出したときに噴射時間に無効噴射時間を加えた信号幅を有する矩形波状の噴射指令信号Ｓjを発生する噴射指令発生手段と、機関の点火時期を制御するために必要な制御手段とが含まれる。

上記の制御手段のうち、始動判定手段及び電圧指令発生手段以外の各制御手段としては既に公知のものを用いればよいので、それぞれの詳細な説明は省略する。

始動判定手段と、電圧指令発生手段とを構成するためにマイクロプロセッサに実行させるタスクのアルゴリズムを示すフローチャートを図５に示した。図５に示したタスクはマイクロプロセッサの電源が確立して該マイクロプロセッサが起動した後、微小時間毎に実行されるものである。

図５に示したタスクが開始されると、先ずステップ１で現在の回転速度が機関の始動完了を判定するために設定された設定速度未満であるか否かを判定する。その結果、回転速度が設定速度以上であると判定されたときには、ステップ２に進んで、機関の始動操作が開始されてから設定時間が経過しているか否かを判定する。設定時間は、始動操作が開始されてから終了するまでの間に経過することが予想される時間の最大値に設定しておく。ステップ２で始動操作が開始されてからの経過時間が設定時間以上であると判定されたときには、ステップ３に進んで、電源装置の制御電圧を第１の制御電圧Ｖ1とすることを指令する第１の電圧指令信号Ｓc1を発生した後このタスクを終了する。ステップ１で回転速度が設定速度未満であると判定されたとき、またはステップ２で始動操作開始からの経過時間が設定時間未満であると判定されたときには、ステップ４に進んで電源装置の制御電圧を第２の制御電圧Ｖ2（＞Ｖ1）とすることを指令する第２の電圧指令信号Ｓc2を発生してこのタスクを終了する。

本実施形態においては、ＥＣＵ４のポートＡ1の電位が零レベル（接地電位）にある状態を第１の電圧指令信号Ｓc1が発生している状態とし、ポートＡ1の電位が高レベルにある状態を第２の電圧指令信号Ｓc2が発生している状態としている。

図５に示したアルゴリズムによる場合には、ステップ１及び２により、内燃機関の始動が完了しているか否かを判定する始動判定手段が構成され、ステップ３及び４により、始動判定手段により始動が完了していると判定されているときに第１の電圧指令信号を発生し、始動判定手段により始動が完了していないと判定されているときに第２の電圧指令信号を発生する電圧指令発生手段が構成される。

図１に示した電源装置２においては、電源コンデンサＣ1の両端の電圧Ｖcが抵抗分圧回路２０２Ｂにより検出される。電機子コイル１の出力電圧の上昇により電源コンデンサＣ1の両端の電圧がある値を超えて抵抗分圧回路２０２Ｂが出力する検出電圧がツェナーダイオードＺＤ1のツェナー電圧を超えると、サイリスタＴh1にトリガ信号が与えられて該サイリスタが導通状態になるため、電機子コイル１が整流器２０１を構成するダイオードとサイリスタＴh1とを通して短絡され、電源コンデンサＣ1の充電が停止される。電源コンデンサＣ1の両端の電圧が低下して抵抗分圧回路２０２Ｂが出力する検出電圧がツェナー電圧以下になると、サイリスタＴh1へのトリガ信号の供給が停止され、サイリスタＴh1はそのアノード電流が保持電流以下になった時点でオフ状態になる。これにより電源コンデンサＣ1の充電が再開される。

従って、図１に示した電源装置では、抵抗分圧回路２０２Ｂが出力する検出電圧がツェナーダイオードＺＤ1のツェナー電圧を超えるときの電源コンデンサＣ1の両端の電圧が制御電圧となり、上記の動作の繰り返しにより、電源コンデンサＣ1の両端の電圧Ｖcが制御電圧以下に保たれる。内燃機関の定常運転時に電機子コイル１が制御電圧を超える電圧を出力するようにしておけば、機関の定常運転時に電源コンデンサＣ1の両端に得られる電圧Ｖcは制御電圧の値に等しい一定値に保たれる。

図１に示した実施形態において、ＥＣＵ４がポートＡ1から第１の電圧指令信号（零レベルの信号）Ｓc1を発生しているときには、分圧比切換スイッチを構成するトランジスタＴＲ1がオフ状態にある。抵抗器Ｒ1ないしＲ3のそれぞれの抵抗値を同じ符号Ｒ1ないしＲ3で表し、電源コンデンサＣ1の両端の電圧をＶcとすると、トランジスタＴＲ1がオフ状態にあるときに抵抗分圧回路２０２Ｂが出力する検出電圧Ｖs1は下記の式により与えられる。
Ｖs1＝Ｖc（Ｒ2＋Ｒ3）／（Ｒ1＋Ｒ2＋Ｒ3） …（１）

これに対し、ＥＣＵ４がポートＡ1から第２の電圧指令信号（高レベルの信号）Ｓc2を発生しているときには、トランジスタＴＲ1がオン状態になって抵抗Ｒ3の両端を短絡するため、抵抗分圧回路２０２Ｂが出力する検出電圧Ｖs2は下記の（２）式で与えられる。
Ｖs2＝Ｖc・Ｒ2／（Ｒ1＋Ｒ2） …（２）

ここで第１の電圧指令信号Ｓc1が発生しているときの分圧比（Ｒ2＋Ｒ3）／（Ｒ1＋Ｒ2＋Ｒ3）と第２の電圧指令信号Ｓc2が発生しているときの分圧比Ｒ2／（Ｒ1＋Ｒ2＋Ｒ3）とを比較すると、
（Ｒ2＋Ｒ3）／（Ｒ1＋Ｒ2＋Ｒ3）＞Ｒ2／（Ｒ1＋Ｒ2） …（３）
となる。即ち、抵抗分圧回路２０２Ｂの分圧比は、第１の電圧指令信号Ｓc1が発生しているときに大きい値をとり、第２の電圧指令信号Ｓc2が発生しているときに小さい値をとるように、電圧指令信号に応じて切り換えられる。ここで、電源コンデンサＣ1の両端の電圧Ｖcを一定として検出電圧Ｖs1とＶs2とを比較すると、Ｖs1＞Ｖs2となる。

このように、同じ電圧Ｖcに対して、第１の電圧指令信号Ｓc1が発生しているときに抵抗分圧回路２０２Ｂが出力する検出電圧Ｖs1と、第２の電圧指令信号Ｓc2が発生しているときに抵抗分圧回路が出力する検出電圧Ｖs2とを比較すると、第１の電圧指令信号Ｓc1が発生しているときに抵抗分圧回路２０２Ｂが出力する検出電圧Ｖs1の方が第２の電圧指令信号Ｓc2が発生しているときに抵抗分圧回路が出力する検出電圧Ｖs2よりも高くなるため、抵抗分圧回路が出力する検出電圧がツェナーダイオードＺＤ1のツェナー電圧を超えるときの電源コンデンサＣ1の両端の電圧（制御電圧）は、第１の電圧指令信号Ｓc1が発生しているときよりも第２の電圧指令信号Ｓc2が発生しているときの方が高くなる。ここで第１の電圧指令信号Ｓc1が発生しているときの制御電圧を第１の制御電圧Ｖ1とし、第２の電圧指令信号Ｓc2が発生しているときの制御電圧を第２の制御電圧Ｖ2とすると、Ｖ1＜Ｖ2となる。

従って、図１の電源装置２に設けられたコンデンサ充電制御回路２０２は、第１の電圧指令信号Ｓc1が発生しているときに電源コンデンサＣ1の両端の電圧を設定された第１の制御電圧Ｖ1以下に制限し、第２の電圧指令信号Ｓc2が発生しているときには電源コンデンサＣ1の両端の電圧が第１の制御電圧Ｖ1よりも高い第２の制御電圧Ｖ2まで上昇するのを許容する。

図６は、本実施形態において、電機子コイル１が出力する電圧の波形と、電源コンデンサＣ1の両端に得られる電圧と、図１に示した例において、抵抗分圧回路２０２Ｂの分圧比の切換を行わなかったとした場合に電源コンデンサの両端に得られる電圧の波形とを比較して示した図である。

図６において、Ｖoはインジェクタを動作させるために該インジェクタのソレノイドコイルの両端に印加する必要がある電源電圧の最低値であり、インジェクタのソレノイドコイルに印加される電圧がこの電圧Ｖo未満のときには、燃料の噴射を行わせることができない。Ｖ1及びＶ2はそれぞれ第１の制御電圧及び第２の制御電圧であり、Ｖ3は整流器２０１を構成するダイオードの耐電圧である。また図６に示した波形ａは、発電機（電機子コイル１）の出力電圧波形であり、ｂは電源コンデンサＣ1の充電の制御を行わない場合に電源コンデンサＣ1の両端に得られる電圧の波形である。またｃは第１の電圧指令信号Ｓc1が発生しているときに電源コンデンサＣ1の両端に得られる電圧の波形であり、ｄは第２の電圧指令信号Ｓc2が発生しているときに電源コンデンサＣ1の両端に得られる電圧の波形である。

第１の制御電圧Ｖ1は、内燃機関の定常運転時の電源装置の出力電圧を規定する電圧であり、第２の制御電圧Ｖ2は、機関の始動動作が行なわれているときの電源装置の出力電圧の最大値を規定する電圧である。図６に示されているように、第２の制御電圧Ｖ2は、定常運転時の制御電圧Ｖ1よりも十分に高く、かつ整流器のダイオードの耐電圧よりも低く設定される。図６に示した波形ｃ，ｄ及びｂをそれぞれ分かりやすくするため、図７（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）に個別に示した。

上記のように構成すると、内燃機関の始動が完了していないときには、図７（Ｂ）に示すように、電源コンデンサの両端の電圧Ｖcが定常運転時の制御電圧である第１の制御電圧Ｖ1を超えて第２の制御電圧Ｖ2まで上昇するのが許容されるため、機関の始動時には、始動操作が開始された直後で、未だ機関の回転速度が高い状態にあるときに発電機が発生する高い電圧のピーク値に近い電圧Ｖ2まで電源コンデンサＣ1を充電することができる。従って、機関のピストンが上死点に近づいて発電機の回転速度が低下したときにも、電源コンデンサＣ1の両端の高い電圧Ｖcをインジェクタ３のソレノイドコイルに電源電圧として印加することができ、特に大形の発電機を用いなくても、機関の始動時にインジェクタの電源電圧が不足して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る。

上記のように構成すると、機関の始動時にインジェクタに与えられる電源電圧が高くなるため、インジェクタの無効噴射時間が定常運転時の無効噴射時間よりも短くなって有効噴射時間が長くなり、燃料の噴射量が増加する傾向になるが、もともと機関の始動時には燃料噴射量を増加させる燃料増量制御を行うため、支障を来すことはない。

機関の始動が完了した後は、機関の回転速度の如何に関わりなく電源コンデンサＣ1の両端の電圧Ｖcが定常運転時の制御電圧である第１の制御電圧Ｖ1に保たれるため、インジェクタ３に常に一定の電源電圧を印加して定常運転時の燃料噴射動作を安定に行わせることができる。

上記の実施形態では、制御用電源装置５の電源として電機子コイル１とともに磁石発電機内に設けられた他の電機子コイル８を用いているが、他の電機子コイル８を用いることなく、図２に示したように、電源コンデンサＣ1の両端の電圧をＥＣＵ４を駆動するのに適した一定の電圧Ｖccに変換する定電圧回路５０２により制御用電源装置５を構成することもできる。図２に示した実施形態のその他の構成は図１に示した実施形態と同様である。

図１に示した実施形態では、第１の電圧指令信号Ｓc1を零レベルの信号とし、第２の電圧指令信号Ｓc2を高レベルの信号として、第２の電圧指令信号Ｓc2が発生している間だけ分圧比切換スイッチ２０２Ｄをオン状態にすることにより抵抗分圧回路２０２Ｂを構成する抵抗の一部を短絡して抵抗分圧回路２０２Ｂの分圧比を小さくするようにしたが、第１の電圧指令信号Ｓc1を高レベルの信号とし、第２の電圧指令信号Ｓc2を零レベルの信号として、第１の電圧指令信号Ｓc1が発生しているときに分圧比切換スイッチ２０２Ｄをオン状態にして抵抗分圧回路の一部の抵抗を短絡することにより、抵抗分圧回路の分圧比を大きくし、第２の電圧指令信号Ｓc2が発生しているときに分圧比切換スイッチ２０２Ｄをオフ状態にして抵抗分圧回路の分圧比を小さい値にするようにコンデンサ充電制御回路２０２を構成していもよい。

図３はこのようにコンデンサ充電制御回路２０２を構成した例を示したものである。図３に示した例では、分圧比切換スイッチ２０２Ｄを構成するトランジスタＴＲ1のコレクタが抵抗器Ｒ1とＲ2との接続点に接続され、抵抗Ｒ2とＲ3との接続点にトランジスタＴＲ1のエミッタが接続されている。図３には図示してないが、トランジスタＴＲ1のベースはＥＣＵ４のポートＡ1に接続されている。ＥＣＵ４は、機関の始動が完了しているときにポートＡ1から高レベルの第１の電圧指令信号Ｓc1を発生し、機関の始動が完了していないときにポートＡ1から零レベルの第２の電圧指令信号Ｓc2を発生する。

図３に示した例では、抵抗器Ｒ3の両端から抵抗分圧回路２０２Ｂの出力電圧を取り出すようになっていて、抵抗器Ｒ3の両端の電圧がツェナーダイオードＺＤ1を通してサイリスタＴh1のゲートに印加されている。

図３に示したコンデンサ充電制御回路２０２において、ＥＣＵが高レベルの第１の電圧指令信号Ｓc1を発生しているときには、トランジスタＴＲ1がオン状態になって抵抗Ｒ2の両端を短絡するため、抵抗分圧回路２０２Ｂが出力する検出電圧Ｖs1は下記の式で与えられる。
Ｖs1＝Ｖc・Ｒ3／（Ｒ1＋Ｒ3） …（４）

これに対し、ＥＣＵが零レベルの第２の電圧指令信号Ｓc2を発生しているときには、トランジスタＴＲ1がオフ状態にあるため、抵抗分圧回路２０２Ｂから出力される検出電圧Ｖs2は下記の式により与えられる。
Ｖs2＝Ｖc・Ｒ3／（Ｒ1＋Ｒ2＋Ｒ3） …（５）

ここで第１の電圧指令信号Ｓc1が発生しているときの分圧比Ｒ3／（Ｒ1＋Ｒ3）と第２の電圧指令信号Ｓc2が発生しているときの分圧比Ｒ3／（Ｒ1＋Ｒ2＋Ｒ3）とを比較すると、
Ｒ3／（Ｒ1＋Ｒ3）＞Ｒ3／（Ｒ1＋Ｒ2＋Ｒ3） …（６）
となる。即ち、抵抗分圧回路２０２Ｂの分圧比は、第１の電圧指令信号Ｓc1が発生しているときに大きい値をとり、第２の電圧指令信号Ｓc2が発生しているときに小さい値をとるように、電圧指令信号に応じて切り換えられる。ここで、電源コンデンサＣ1の両端の電圧Ｖcを一定として検出電圧Ｖs1とＶs2とを比較すると、Ｖs1＞Ｖs2となる。

この場合も、同じ電圧Ｖcに対して、第１の電圧指令信号Ｓc1が発生しているときに抵抗分圧回路２０２Ｂが出力する検出電圧Ｖs1の方が第２の電圧指令信号Ｓc2が発生しているときに抵抗分圧回路が出力する検出電圧Ｖs2よりも高くなるため、抵抗分圧回路が出力する検出電圧がツェナーダイオードＺＤ1のツェナー電圧を超えるときの電源コンデンサＣ1の両端の電圧（制御電圧）は、第１の電圧指令信号Ｓc1が発生しているときよりも第２の電圧指令信号Ｓc2が発生しているときの方が高くなる。ここで第１の電圧指令信号Ｓc1が発生しているときの制御電圧を第１の制御電圧Ｖ1とし、第２の電圧指令信号Ｓc2が発生しているときの制御電圧を第２の制御電圧Ｖ2とすると、Ｖ1＜Ｖ2となる。

図３に示したコンデンサ充電制御回路２０２は、オン状態になったときに整流器２０１を通して交流発電機の出力端子間を短絡するように設けられた短絡用スイッチ２０２Ａと、電源コンデンサＣ1の両端の電圧が印加された抵抗分圧回路２０２Ｂと、抵抗分圧回路２０２Ｂの出力電圧が設定値に達したときに短絡用スイッチをトリガしてオン状態にする短絡用スイッチトリガ手段２０２Ｃと、第１の電圧指令信号Ｓc1が発生している間だけオン状態になって抵抗分圧回路２０２Ｂを構成する抵抗の一部を短絡することにより抵抗分圧回路２０２Ｂの分圧比を大きくするように設けられた分圧比切換スイッチ２０２Ｄとを備えた構成を有している。

機関の始動時に発電機の出力電圧の波高値がインジェクタの耐電圧を超えるおそれがない場合には、第１の電圧指令信号Ｓc1が発生しているときに電源コンデンサＣ1の両端の電圧を設定された第１の制御電圧Ｖ1以下に制限し、第２の電圧指令信号Ｓc2が発生しているときには電源コンデンサＣ1の両端の電圧が交流発電機の出力電圧のピーク値まで上昇するのを許容するようにコンデンサ充電制御回路２０２を構成してもよい。

図４はこのように構成されたコンデンサ充電制御回路２０２の一例を示したもので、この例では、抵抗分圧回路２０２Ｂが抵抗器Ｒ1とＲ2との直列回路からなり、抵抗器Ｒ1の一端が電源コンデンサＣ1の非接地側端子に接続されている。抵抗器Ｒ1の他端にトランジスタＴＲ1のコレクタが接続され、トランジスタＴＲ1のエミッタと接地間に抵抗器Ｒ2が接続されている。トランジスタＴＲ1のベースは図４には図示しないＥＣＵのポートに接続されている。この例では、トランジスタＴＲ1により、トリガ制御用スイッチ２０２Ｄ′が構成されている。サイリスタＴh1により短絡用スイッチ２０２Ａが構成されている点、及びツェナーダイオードＺＤ1により短絡用スイッチトリガ手段２０２Ｃが構成されている点は、図１に示した実施形態と同様である。

即ち、図４に示したコンデンサ充電制御回路２０２は、オン状態になったときに整流器２０１を通して交流発電機の出力端子間を短絡するように設けられた短絡用スイッチ２０２Ａと、電源コンデンサＣ1の両端の電圧が印加された抵抗分圧回路２０２Ｂと、抵抗分圧回路２０２Ｂの出力電圧が設定値に達したときに短絡用スイッチ２０２Ａをトリガしてオン状態にする短絡用スイッチトリガ手段２０２Ｃと、第１の電圧指令信号Ｓc1が発生しているときに短絡用スイッチ２０２Ａがトリガされるのを許容し、第２の電圧制御Ｓc2が発生しているときには短絡用スイッチ２０２Ａがトリガされるのを禁止するように設けられたトリガ制御用スイッチ２０２Ｄ′とにより構成されている。

図４に示した例では、機関の始動が完了しているときにＥＣＵがポートＡ1から高レベルの第１の電圧指令信号Ｓc1を出力し、機関の始動が完了していないときには、ＥＣＵがポートＡ1から零レベルの第２の電圧指令信号Ｓc2を出力する。図４に示したコンデンサ充電制御回路において、内燃機関の始動が完了していないときには、トランジスタＴＲ1がオフ状態を保持して、抵抗分圧回路２０２Ｂが検出電圧を出力するのを禁止するため、サイリスタＴh1がトリガされるのが禁止される。この状態では、電源コンデンサＣ1が、電機子コイル１の出力電圧のピーク値まで充電されるのが許容される。従って機関の始動時にピストンが圧縮行程の上死点に近づいて発電機の回転速度が低下したときでも、インジェクタ３に高い電源電圧を印加することができ、インジェクタ３を正常に動作させることができる。

また機関の始動が完了しているときには、トランジスタＴＲ1がオン状態になるため、抵抗分圧回路２０２Ｂが検出電圧を出力し、電源コンデンサＣ1の両端の電圧が制御電圧Ｖ1を超えて、抵抗分圧回路２０２Ｂが出力する検出電圧がツェナーダイオードＺＤ1のツェナー電圧を超えたときにサイリスタＴh1のゲートにトリガ信号が与えられる。これによりサイリスタＴh1が導通状態になって発電機の出力を整流器２０１を通して短絡し、電源コンデンサＣ1の充電を停止させて該電源コンデンサＣ1の両端の電圧が制御電圧Ｖ1を超えるのを防止する。

本発明の実施形態のハードウェアの構成を概略的に示した回路図である。 本発明の他の実施形態のハードウェアの構成を概略的に示した回路図である。 本発明で用いるコンデンサ充電制御回路の変形例を示した回路図である。 本発明で用いるコンデンサ充電制御回路の他の変形例を示した回路図である。 本発明の実施形態において、始動判定手段と電圧指令発生手段とを構成するためにマイクロプロセッサに実行させる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１に示した実施形態において、電源コンデンサの両端の電圧を第１の制御電圧以下に保つように制御した場合の電源装置の出力電圧波形と、電源コンデンサの両端の電圧を第２の制御電圧以下に保つように制御した場合の電源装置の出力電圧波形と、電源コンデンサの両端の電圧を制御しなかった場合の電源装置の出力電圧波形と、発電機の出力電圧波形とを比較して示した波形図である。 （Ａ）は電源コンデンサの両端の電圧を第１の制御電圧以下に保つように制御した場合の電源装置の出力電圧波形を示した波形図、（Ｂ）は電源コンデンサの両端の電圧を第２の制御電圧以下に保つように制御した場合の電源装置の出力電圧波形を示した波形図、（Ｃ）は電源コンデンサの両端の電圧を制御しなかった場合の電源装置の出力電圧波形を示した波形図である。

符号の説明

１ 磁石式交流発電機の電機子コイル
２ 電源装置
Ｃ1 電源コンデンサ
２０１ 整流器
２０２ コンデンサ充電制御回路
２０２Ａ 短絡用スイッチ
２０２Ｂ 抵抗分圧回路
２０２Ｃ 短絡用スイッチトリガ手段
２０２Ｄ 分圧比切換スイッチ

Claims (7)

1. 内燃機関により駆動される交流発電機の出力を整流する整流器と該整流器の出力で一方の極性に充電される電源コンデンサとを備えた電源装置と、前記電源コンデンサの両端の電圧を電源電圧として動作するインジェクタとを備えた内燃機関用燃料噴射装置であって、
   前記内燃機関の始動が完了しているときには前記電源コンデンサの両端の電圧を予め設定された制御電圧以下に制限し、前記内燃機関の始動が完了していないときには前記電源コンデンサの両端の電圧が前記制御電圧を超えるのを許容するように前記電源コンデンサの両端の電圧を制御する電源電圧制御手段を具備してなる内燃機関用燃料噴射装置。
2. 内燃機関により駆動される交流発電機の出力を整流する整流器と該整流器の出力で一方の極性に充電される電源コンデンサとを備えた電源装置と、駆動電流が与えられたときに燃料を噴射するインジェクタと、所定の噴射タイミングで噴射指令信号を発生する制御ユニットと、前記噴射指令信号が発生している間前記電源コンデンサの両端の電圧を前記インジェクタに印加して該インジェクタに前記駆動電流を流すインジェクタ駆動回路とを備えた内燃機関用燃料噴射装置であって、
   前記内燃機関の始動が完了しているか否かを判定する始動判定手段と、
   前記始動判定手段により前記機関の始動が完了していると判定されているときに第１の電圧指令信号を発生し、前記始動判定手段により前記機関の始動が完了していないと判定されているときに第２の電圧指令信号を発生する電圧指令発生手段と、
   前記第１の電圧指令信号が発生しているときに前記電源コンデンサの両端の電圧を設定された第１の制御電圧以下に制限し、前記第２の電圧指令信号が発生しているときには前記電源コンデンサの両端の電圧が前記第１の制御電圧よりも高い第２の制御電圧まで上昇するのを許容するように前記電源コンデンサの充電を制御するコンデンサ充電制御回路と、
   を具備してなる内燃機関用燃料噴射装置。
3. 前記交流発電機は磁石式交流発電機からなり、
   前記コンデンサ充電制御回路は、オン状態になったときに前記整流器を通して前記交流発電機の出力端子間を短絡するように設けられた短絡用スイッチと、前記電源コンデンサの両端の電圧が印加された抵抗分圧回路と、前記抵抗分圧回路の出力電圧が設定値に達したときに前記短絡用スイッチをトリガしてオン状態にする短絡用スイッチトリガ手段と、前記第１の電圧指令信号が発生しているときにオフ状態を保持して前記抵抗分圧回路の分圧比を大きい値とし、前記第２の電圧指令信号が発生している間オン状態になって前記抵抗分圧回路を構成する抵抗の一部を短絡することにより前記抵抗分圧回路の分圧比を小さい値に切り換えるように設けられた分圧比切換スイッチとを備えている請求項２に記載の内燃機関用燃料噴射装置。
4. 前記交流発電機は磁石式交流発電機からなり、
   前記コンデンサ充電制御回路は、オン状態になったときに前記整流器を通して前記交流発電機の出力端子間を短絡するように設けられた短絡用スイッチと、前記電源コンデンサの両端の電圧が印加された抵抗分圧回路と、前記抵抗分圧回路の出力電圧が設定値に達したときに前記短絡用スイッチをトリガしてオン状態にする短絡用スイッチトリガ手段と、前記第１の電圧指令信号が発生している間オン状態になって前記抵抗分圧回路を構成する抵抗の一部を短絡することにより前記抵抗分圧回路の分圧比を大きくし、前記第２の電圧指令信号が発生しているときにはオフ状態を保持して前記抵抗分圧回路の分圧比を小さくするように設けられた分圧比切換スイッチとを備えている請求項２に記載の内燃機関用燃料噴射装置。
5. 内燃機関により駆動される交流発電機の出力を整流する整流器と該整流器の出力で一方の極性に充電される電源コンデンサとを備えた電源装置と、駆動電流が与えられたときに燃料を噴射するインジェクタと、所定の噴射タイミングで噴射指令信号を発生する制御ユニットと、前記噴射指令信号が発生している間前記電源コンデンサの両端の電圧を前記インジェクタに印加して該インジェクタに前記駆動電流を流すインジェクタ駆動回路とを備えた内燃機関用燃料噴射装置であって、
   前記内燃機関の始動が完了しているか否かを判定する始動判定手段と、
   前記始動判定手段により始動が完了していると判定されているときに第１の電圧指令信号を発生し、前記始動判定手段により始動が完了していないと判定されているときに第２の電圧指令信号を発生する電圧指令発生手段と、
   前記第１の電圧指令信号が発生しているときに前記電源コンデンサの両端の電圧を設定された第１の制御電圧以下に制限し、前記第２の電圧指令信号が発生しているときには前記電源コンデンサの両端の電圧が前記交流発電機の出力電圧のピーク値まで上昇するのを許容するように前記電源コンデンサの両端の電圧を制御するコンデンサ充電制御回路と、
   を具備してなる内燃機関用燃料噴射装置。
6. 前記交流発電機は磁石式交流交流発電機からなり、
   前記コンデンサ充電制御回路は、オン状態になったときに前記整流器を通して前記交流発電機の出力端子間を短絡するように設けられた短絡用スイッチと、前記電源コンデンサの両端の電圧が印加された抵抗分圧回路と、前記抵抗分圧回路の出力電圧が設定値に達したときに前記短絡用スイッチをトリガしてオン状態にする短絡用スイッチトリガ手段と、前記第１の電圧指令信号が発生しているときに前記短絡用スイッチがトリガされるのを許容し、前記第２の電圧制御が発生しているときには前記短絡用スイッチがトリガされるのを禁止するように設けられたトリガ制御用スイッチとを備えている請求項５に記載の内燃機関用燃料噴射装置。
7. 前記インジェクタに燃料を供給する燃料ポンプの電源電圧が前記電源装置から与えられるように構成されている請求項１ないし６のいずれか１つに記載の内燃機関用燃料噴射装置。
   

Images