JP5113696B2 - 燃料噴射式エンジンの制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料を噴出する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁に燃料を供給する燃料ポンプと、クランクシャフトに始動用動力を伝達し得るスタータモータと、前記クランクシャフトに連結される発電機と、前記燃料ポンプ、前記燃料噴射弁および前記スタータモータに作動用電力を供給するバッテリと、該バッテリの電圧が所定のリセット電圧以下では制御処理不能となるようにして少なくとも前記燃料噴射弁および前記燃料ポンプの作動を制御する電子制御ユニットとを備える燃料噴射式エンジンの制御装置に関する。
スタータモータによってクランキングを行っているエンジンの始動時において、バッテリ電圧が低い状態でも燃料ポンプの作動を可能とするようにしたエンジンの制御装置が、特許文献1で知られている。
特開平07−317620号公報
ところで、燃料ポンプ等の作動を制御する電子制御ユニットは、バッテリの電圧が所定のリセット電圧以下となる状態では制御処理不能となるのが一般的であり、上記特許文献1で開示されるように、エンジンの始動時にバッテリ電圧が低い状態でも燃料ポンプの作動を可能とするようにしたものでは、バッテリがその長期使用等で劣化した状態では、その劣化度合いが小さくても電子制御ユニットが制御処理不能となり、エンジンの始動が困難となる。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、バッテリ劣化時のエンジン始動性を高めた燃料噴射式エンジンの制御装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、燃料を噴出する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁に燃料を供給する燃料ポンプと、クランクシャフトに始動用動力を伝達し得るスタータモータと、前記クランクシャフトに連結される発電機と、前記燃料ポンプ、前記燃料噴射弁および前記スタータモータに作動用電力を供給するバッテリと、該バッテリの電圧が所定のリセット電圧以下では制御処理不能となるようにして少なくとも前記燃料噴射弁および前記燃料ポンプの作動を制御する電子制御ユニットとを備える燃料噴射式エンジンの制御装置において、前記電子制御ユニットが、前記スタータモータの作動開始を検出して前記燃料ポンプの作動を禁止するための禁止信号を出力する禁止信号出力手段と、前記スタータモータの作動開始に応じて前記燃料ポンプの作動が停止した後の前記燃料噴射弁による燃料噴射前に前記燃料ポンプの作動によっても前記バッテリの電圧が所定の前記リセット電圧以下となることを回避し得るポンプ作動許可状態になったと判定して前記燃料ポンプの作動を許可する許可信号を出力する許可信号出力手段と、前記禁止信号出力手段からの禁止信号出力に応じて前記燃料ポンプの作動を停止するとともに前記禁止信号が出力された後に前記許可信号出力手段からの許可信号出力に応じて前記燃料ポンプの作動を開始するようにして前記燃料ポンプを駆動するポンプ駆動手段とを含むことを特徴とする。
また請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明の構成に加えて、前記スタータモータの作動を制御するスタータスイッチを含み、該スタータスイッチのスイッチング態様変化に基づいて前記禁止信号出力手段が前記スタータモータの作動開始を検出することを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明の構成に加えて、前記バッテリの電圧を検出する電圧検出手段を含み、該電圧検出手段で検出されるバッテリ電圧が所定の禁止閾値以下に低下するのに応じて前記禁止信号出力手段が前記スタータモータの作動が開始されたと判断することを特徴とする。
請求項4記載の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記クランクシャフトの回転に応じたクランクパルスを出力するクランクセンサを含み、前記許可信号出力手段が、前記クランクパルスに基づいて前記クランクシャフトのクランク角が所定値に達したときに前記ポンプ作動許可状態になったと判定することを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記バッテリの電圧を検出する電圧検出手段を含み、前記許可信号出力手段が、前記電圧検出手段で検出されるバッテリ電圧が所定の許可閾値を超えるのに応じて前記ポンプ作動許可状態になったと判定することを特徴とする。
さらに請求項6記載の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前記許可信号出力手段が、前記禁止信号出力手段からの禁止信号出力から所定の時間が経過するのに応じて前記ポンプ作動許可状態になったと判定することを特徴とする。
請求項1記載の発明によれば、スタータモータの作動開始時には、燃料ポンプの作動を一旦停止した後の燃料噴射前に、燃料ポンプの作動によってもバッテリの電圧がリセット電圧以下となることを回避し得るポンプ作動許可状態になったかどうかを許可信号出力手段で判定し、その状態になったと許可信号出力手段が判定したときに燃料ポンプの駆動を開始するようにしているので、スタータモータを作動せしめたエンジンの始動時に、バッテリが劣化していても、燃料ポンプの作動によっても電子制御ユニットが制御処理不能となることを回避して始動性を高めることができる。
また請求項2記載の発明によれば、スタータスイッチのスイッチング態様変化に基づいてスタータモータの作動開始を検出するようにしているので、スタータモータの作動開始を確実に検出することができる。
請求項3記載の発明によれば、バッテリ電圧が所定の禁止閾値以下に低下するのに応じてスタータモータの作動が開始されたと判断するようにしているので、スタータモータの作動を電子制御ユニットで制御しないものでも容易に適用可能である。
請求項4記載の発明によれば、クランクパルスに基づいてクランクシャフトのクランク角が所定値に達したときにポンプ作動許可状態になったと判定するようにしており、スタータモータによるクランキング時にクランク角によって点火および燃料噴射時期を定めていることに基づけば、確実に燃料噴射前のポンプ作動許可状態を判定して燃料ポンプの作動を開始することができる。
請求項5記載の発明によれば、バッテリ電圧が所定の許可閾値を超えるのに応じてポンプ作動許可状態になったと判定するようにしているので、燃料ポンプの作動によってもバッテリの電圧がリセット電圧以下となることを回避し得るポンプ作動許可状態を確実に判定することができる。
さらに請求項6記載の発明によれば、禁止信号出力手段からの禁止信号出力によって燃料ポンプの作動が禁止されてから所定の時間が経過するのに応じてポンプ作動許可状態になったと判定しているので、クランク角やバッテリ電圧とは関連しない簡易な制御が可能であり、従来仕様のエンジンに容易に適用することができる。
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図1〜図4は本発明の第1の実施の形態を示すものであり、図1は燃料噴射式エンジンの制御系の構成を示す図、図2は電子制御ユニットのうちエンジン始動時の燃料ポンプ制御に関連する部分の構成を示すブロック図、図3はエンジン始動時の燃料ポンプ制御手順を示すフローチャート、図4はエンジン始動時のスタータモータ、バッテリ電圧、燃料ポンプおよびエンジン回転数の経時変化を示すタイミングチャートである。
先ず図1において、燃料噴射式エンジンにおけるエンジン本体11のクランクケース12にはクランクシャフト15が回転自在に支承されており、クランクケース12に結合されるシリンダブロック13に摺動可能に嵌合されるピストン16が前記クランクシャフト15にコネクティングロッド17を介して連接される。しかも前記クランクシャフト15には、始動時にクランクシャフト15に始動用動力を伝達するためのスタータモータ18が減速機構19を介して連結されるとともに、クランクシャフト15の回転に応じて発電する発電機20が同軸に連結される。
前記エンジン本体11の一部を構成するシリンダヘッド14が、前記ピストン1の頂部を臨ませる燃焼室21を前記シリンダブロック13との間に形成するようにしてシリンダブロック13に結合されており、該シリンダヘッド14には、前記燃焼室21に通じ得る吸気ポート22および排気ポート23が設けられ、前記吸気ポート22の前記燃焼室21への連通、遮断を切換える吸気弁24、ならびに前記排気ポート23の前記燃焼室21への連通、遮断を切換える排気弁25が開閉作動を可能として前記シリンダヘッド14に配設され、前記燃焼室21に先端部を臨ませる点火プラグ26が前記シリンダヘッド14に取付けられ、点火コイル27が点火プラグ26に接続される。
前記吸気ポート22に接続される吸気装置28は、前記吸気ポート22に連なる吸気路29を有するスロットルボディ30を備えるものであり、該スロットルボディ30には、前記吸気路29を開閉するスロットル弁31が開閉作動可能に配設されるとともに、燃料を噴射する燃料噴射弁32が付設される。而して前記燃料噴射弁32には、燃料タンク33内の燃料が、該燃料タンク33の底部に配設される燃料ポンプ34から供給される。
前記燃料ポンプ34、前記燃料噴射弁32および前記スタータモータ18にはバッテリ35から作動用電力が供給されるものであり、少なくとも前記燃料噴射弁32および前記燃料ポンプ34の作動、この実施例では、前記燃料噴射弁32、前記燃料ポンプ34およびスタータモータ18の作動と、前記点火コイル27による点火プラグ26の点火時期とが電子制御ユニット36で制御されるものであり、この電子制御ユニット36には、前記クランクシャフト15に固定されるパルサ37の外周に対向して固定配置されるクランクセンサ38からのクランクパルスと、前記スタータモータ18の作動開始時期を定めるスタータスイッチ39からの信号と、バッテリ35の電圧を検出する電圧検出手段40からのバッテリ電圧が入力される。
前記電子制御ユニット36のうちエンジン始動時の燃料ポンプ34制御に関連する部分は、図2で示すように、スタータモータ18の作動開始を検出して燃料ポンプ34の作動を禁止するための禁止信号を出力する禁止信号出力手段41と、スタータモータ18の作動開始に応じて燃料ポンプ34の作動が停止した後の燃料噴射弁32による燃料噴射前に燃料ポンプ34の作動によってもバッテリ35の電圧が所定のリセット電圧以下となることを回避し得るポンプ作動許可状態になったと判定して燃料ポンプ34の作動を許可する許可信号を出力する許可信号出力手段42と、禁止信号手段42からの禁止信号出力に応じて燃料ポンプ34の作動を停止するとともに禁止信号が出力された後に許可信号出力手段からの許可信号出力に応じて燃料ポンプ34の作動を開始するようにして燃料ポンプ34を駆動するポンプ駆動手段43とを含む。
而して前記禁止信号出力手段41は、前記スタータモータ18の作動を制御するスタータスイッチ39のスイッチング態様変化に基づいてスタータモータ18の作動開始を検出するものであり、前記許可信号出力手段42は、クランクシャフト15の回転に応じてクランクセンサ38から出力されるクランクパルスに基づいてクランクシャフト15のクランク角が燃料噴射弁32からの燃料噴射が開始される前の所定値に達したときにポンプ作動許可状態になったと判定するものであり、たとえばピストン16が上死点に達したときにポンプ作動許可状態になったと判定する。
このような電子制御ユニット38は、図3で示す手順に従って、エンジン始動時の燃料ポンプ34の作動制御を実行するものであり、ステップS1では、クランクセンサ38から出力されるクランクパルスに基づいてクランクシャフト15のクランク角を演算し、ステップS2ではクランク角が所定値に達したか否かを判断する。すなわちステップS1およびステップS2は、許可信号出力手段42が実行する処理ステップであり、クランク角が所定値に達していないと判断したときには、ステップS2からステップS3に進む。
ステップS3では、スタータモータ18の作動を開始するためにスタータスイッチ39がオン状態にあるか否かを判断し、スタータスイッチ39がオフ状態にあると判断したときには、ステップS4に進む。このステップS4では、電圧検出手段40で検出されたバッテリ電圧VBが所定値V1たとえば7Vを超えるか否かを判断し、所定値V1を超えていればステップS4からステップS5に進んでカウンタのカウント値を「1」だけ加算し、次のステップS6でカウント値が「20」以下であると判断したときに、ステップS6からステップS7に進んで燃料ポンプ34を作動せしめ、カウント値が「20」を超えたときには、ステップS6からステップS8に進んで燃料ポンプ34の作動を停止する。
すなわちエンジン始動時に、スタータモータ18の作動が開始される前の予備駆動として燃料ポンプ34を作動せしめるものであり、電子制御ユニット36による演算処理がたとえば100m秒毎に実行されるので、前記燃料ポンプ34は、たとえば最大2秒間だけ予備駆動される。
ところで前記ステップS3の判断処理は禁止信号出力手段41によるものであり、前記スタータモータ18の作動を制御するスタータスイッチ39がオン状態にあると判断したときには、ステップS3からステップS8に進み、燃料ポンプ34の作動を禁止するための禁止信号を出力することになる。
またステップS2においてクランク角が所定値に達したと判断したときにはポンプ作動許可状態になったとして、ステップS9でエンストが生じていないことを確認した後に、ステップS7に進んで作動許可信号を出力することになる。
このような電子制御ユニット36によるエンジン始動時の制御によれば、エンジン始動時には、図4で示すように、スタータモータ18、バッテリ電圧VB、燃料ポンプ34およびエンジン回転数NEが変化することになり、バッテリ電圧VBが所定値V1を超えている状態で燃料ポンプ34が2秒未満の時間だけ予備駆動された後の時刻t1でスタータスイッチ39によってスタータモータ18の作動が開始されたことを確認したときに、燃料ポンプ34の作動は停止される。
而して燃料ポンプ34の作動を継続したままではバッテリ電圧VBがスタータモータ18の作動開始に応じて破線で示すように急激に低下するはずであるが、上述のように、燃料ポンプ34の作動を一旦停止することにより、スタータモータ18の作動開始によるバッテリ電圧VBの低下量を小さく抑えることができる。
上記時刻t1からのスタータモータ18の作動によってクランクシャフト15に始動用動力が入力されると、クランクシャフト15に連結された発電機20が作動し、その発電による充電によってバッテリ電圧VBは徐々に増加する。前記時刻t1で燃料ポンプ34の作動が停止した後の時刻t2で、燃料噴射弁32からの燃料噴射が開始される前のピストン16が上死点に達したクランク角となったことが検出されると、燃料ポンプ34の作動が開始されることになる。
次にこの第1の形態の作用について説明すると、スタータモータ18の作動開始時には、燃料ポンプ34の作動を一旦停止した後の燃料噴射前に、燃料ポンプ34の作動によってもバッテリ35の電圧がリセット電圧VR(図4参照)以下となることを回避し得るポンプ作動許可状態になったかどうかを許可信号出力手段42で判定し、その状態になったと許可信号出力手段42が判定したときに燃料ポンプ34の駆動を開始するようにしているので、スタータモータ18を作動せしめたエンジンの始動時に、バッテリ35が劣化していても、燃料ポンプ34の作動によっても電子制御ユニット36が制御処理不能となることを回避して始動性を高めることができる。
またスタータスイッチ39のスイッチング態様変化に基づいてスタータモータ18の作動開始を検出するようにしているので、スタータモータ18の作動開始を確実に検出することができる。
さらにクランクパルスに基づいてクランクシャフト15のクランク角が所定値に達したときにポンプ作動許可状態になったと判定するようにしており、スタータモータ18によるクランキング時にクランク角によって点火および燃料噴射時期を定めていることに基づけば、確実に燃料噴射前のポンプ作動許可状態を判定して燃料ポンプ34の作動を開始することができる。
図5は本発明の第2の実施の形態のエンジン始動時の制御手順を示すものであり、ステップS11では、バッテリ電圧VBが所定の禁止閾値V2(第1実施例の図4参照)を超えているか否かを判断し、バッテリ電圧VBが所定の禁止閾値V2以下に低下していると判断したときには、禁止信号出力手段41がスタータモータ18の作動が開始されたと判断し、ステップS12で燃料ポンプ34の作動を禁止するための禁止信号を出力する。
またバッテリ電圧VBが所定の禁止閾値V2を超えているとステップS11で判断したときには、ステップS11からステップ13に進んで、バッテリ電圧VBが所定の許可閾値V3を超えているか否かを判断する。この許可閾値V3は、燃料ポンプ34の作動が停止した後の燃料噴射弁32による燃料噴射前に燃料ポンプ34の作動によってもバッテリ電圧VBがリセット電圧VR以下となることを回避し得る値として設定されるものであり、前記禁止閾値V2よりも大きな値として設定される。
ステップS13において、バッテリ電圧VBが所定の許可閾値V3以下であると判断したときにはステップS12に進み、バッテリ電圧VBが所定の許可閾値V3を超えているときには、ポンプ作動許可状態になったものとしてステップS14に進む。
ステップS14では、エンストが生じているか否かを判断し、生じていないと判断したときにステップS15で作動許可信号を出力する。
またエンストが生じているとステップS14で判断したときには、ステップS16で始動カウンタの始動カウント値を「1」だけ加算し、次のステップS17で始動カウント値が「20」を超えていると判断したときにはステップS12に、始動カウント値が「20」以下であると判断したときにはステップS15に進むことになる。
この第2の実施の形態によれば、バッテリ電圧VBが所定の禁止閾値V2以下に低下するのに応じてスタータモータ18の作動が開始されたと判断して燃料ポンプ34の作動が停止されるので、スタータモータ18の作動を電子制御ユニット36で制御しないものでも容易に適用可能である。
またバッテリ電圧VBが所定の許可閾値V3を超えるのに応じてポンプ作動許可状態になったと判定するようにしているので、燃料ポンプ34の作動によってもバッテリ35の電圧がリセット電圧VR以下となることを回避し得るポンプ作動許可状態を確実に判定することができる。
図6は本発明の第3の実施の形態のエンジン始動時の制御手順を示すものであり、ステップS21では、スタータモータ18の作動を開始するためにスタータスイッチ39がオン状態にあるか否かを判断し、スタータスイッチ39がオフ状態にあると判断したときには、ステップS22でエンストが生じているか否かを判断し、生じていないと判断したときにステップS23で作動許可信号を出力する。
またスタータスイッチ39がオン状態にあるとステップS21で判断したときには、ステップS24で停止カウンタの停止カウント値を「1」だけ加算し、次いでステップS25において停止カウント値が「10」を超えるか否か、すなわち1秒を超えるか否かを判断し、1秒以下であると判断したときにはステップS26に進んで燃料ポンプ34の作動を禁止するための禁止信号を出力する。
またステップS25において、停止カウント値が「10」を超えると判断したときにはステップS25からステップS22に進む。
またステップS22において、エンストが生じていると判断したときには、ステップS27で始動カウンタの始動カウント値を「1」だけ加算し、ステップS28で始動カウント値が「20」を超えると判断したときにはステップS26に進み、始動カウント値が「20」以下である判断したときにはステップS23に進む。
この第3の実施の形態によれば、スタータスイッチ39がオン状態となることによって燃料ポンプ34の作動を禁止する禁止信号が出力されてから所定の時間たとえば1秒が経過するのに応じてポンプ作動許可状態になったと判定するようにしているので、クランク角やバッテリ電圧VBとは関連しない簡易な制御が可能であり、従来仕様のエンジンに容易に適用することができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。
第1の実施の形態の燃料噴射式エンジンの制御系の構成を示す図である。 電子制御ユニットのうちエンジン始動時の燃料ポンプ制御に関連する部分の構成を示すブロック図である。 エンジン始動時の燃料ポンプ制御手順を示すフローチャートである。 エンジン始動時のスタータモータ、バッテリ電圧、燃料ポンプおよびエンジン回転数の経時変化を示すタイミングチャートである。 第2の実施の形態のエンジン始動時の燃料ポンプ制御手順を示すフローチャートである。 第3の実施の形態のエンジン始動時の燃料ポンプ制御手順を示すフローチャートである。
符号の説明
15・・・クランクシャフト
18・・・スタータモータ
20・・・発電機
32・・・燃料噴射弁
34・・・燃料ポンプ
35・・・バッテリ
36・・・電子制御ユニット
38・・・クランクセンサ
39・・・スタータスイッチ
40・・・電圧検出手段
41・・・禁止信号出力手段
42・・・許可信号出力手段
43・・・ポンプ駆動手段

Claims (6)

  1. 燃料を噴出する燃料噴射弁(32)と、該燃料噴射弁(32)に燃料を供給する燃料ポンプ(34)と、クランクシャフト(15)に始動用動力を伝達し得るスタータモータ(18)と、前記クランクシャフト(15)に連結される発電機(20)と、前記燃料ポンプ(34)、前記燃料噴射弁(32)および前記スタータモータ(18)に作動用電力を供給するバッテリ(35)と、該バッテリ(35)の電圧が所定のリセット電圧以下では制御処理不能となるようにして少なくとも前記燃料噴射弁(32)および前記燃料ポンプ(34)の作動を制御する電子制御ユニット(36)とを備える燃料噴射式エンジンの制御装置において、前記電子制御ユニット(36)が、前記スタータモータ(18)の作動開始を検出して前記燃料ポンプ(34)の作動を禁止するための禁止信号を出力する禁止信号出力手段(41)と、前記スタータモータ(18)の作動開始に応じて前記燃料ポンプ(34)の作動が停止した後の前記燃料噴射弁(32)による燃料噴射前に前記燃料ポンプ(34)の作動によっても前記バッテリ(35)の電圧が所定の前記リセット電圧以下となることを回避し得るポンプ作動許可状態になったと判定して前記燃料ポンプ(34)の作動を許可する許可信号を出力する許可信号出力手段(42)と、前記禁止信号出力手段(41)からの禁止信号出力に応じて前記燃料ポンプ(34)の作動を停止するとともに前記禁止信号が出力された後に前記許可信号出力手段(42)からの許可信号出力に応じて前記燃料ポンプ(34)の作動を開始するようにして前記燃料ポンプ(34)を駆動するポンプ駆動手段(43)とを含むことを特徴とする燃料噴射式エンジンの制御装置。
  2. 前記スタータモータ(18)の作動を制御するスタータスイッチ(39)を含み、該スタータスイッチ(39)のスイッチング態様変化に基づいて前記禁止信号出力手段(41)が前記スタータモータ(18)の作動開始を検出することを特徴とする請求項1記載の燃料噴射式エンジンの制御装置。
  3. 前記バッテリ(35)の電圧を検出する電圧検出手段(40)を含み、該電圧検出手段(40)で検出されるバッテリ電圧が所定の禁止閾値以下に低下するのに応じて前記禁止信号出力手段(41)が前記スタータモータ(18)の作動が開始されたと判断することを特徴とする請求項1記載の燃料噴射式エンジンの制御装置。
  4. 前記クランクシャフト(15)の回転に応じたクランクパルスを出力するクランクセンサ(38)を含み、前記許可信号出力手段(42)が、前記クランクパルスに基づいて前記クランクシャフト(15)のクランク角が所定値に達したときに前記ポンプ作動許可状態になったと判定することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の燃料噴射式エンジンの制御装置。
  5. 前記バッテリ(35)の電圧を検出する電圧検出手段(40)を含み、前記許可信号出力手段(42)が、前記電圧検出手段(40)で検出されるバッテリ電圧が所定の許可閾値を超えるのに応じて前記ポンプ作動許可状態になったと判定することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の燃料噴射式エンジンの制御装置。
  6. 前記許可信号出力手段(42)が、前記禁止信号出力手段(41)からの禁止信号出力から所定の時間が経過するのに応じて前記ポンプ作動許可状態になったと判定することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の燃料噴射式エンジンの制御装置。
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