(57)【要約】【課題】大型の発電機を用いることなく、機関の始動時に燃料噴射弁から十分な燃料を噴射することができるようにしたバッテリレスの内燃機関用燃料噴射装置を提供する。【解決手段】内燃機関１に取付けられる燃料噴射弁４と、内燃機関により駆動される発電機２０の出力で駆動されて燃料タンク５から燃料噴射弁４に燃料を供給する電動燃料ポンプ６と、内燃機関を始動する操作が行われた際にキックスタータ２のキックペダルにより駆動されて燃料タンク５から燃料噴射弁４に燃料を供給する往復ポンプ１０とを備えた。【選択図】    図１
2005330815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人力により操作される始動装置を備えた内燃機関に燃料を供給する内燃機関用燃料噴射装置であって、
噴射パルスに応答して前記内燃機関の燃料被噴射空間に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記内燃機関により駆動される発電機の出力で駆動されて燃料タンク内の燃料を前記燃料噴射弁に供給する電動式燃料ポンプと、
前記内燃機関を始動する操作が行われた際に前記始動装置から機械的な駆動力が与えられて前記燃料タンク内の燃料を前記燃料噴射弁に供給する機械駆動式燃料ポンプと、
を備えてなる内燃機関用燃料噴射装置。
【請求項２】
人力により操作される始動装置を備えた内燃機関に燃料を供給する内燃機関用燃料噴射装置であって、
噴射パルスに応答して前記内燃機関の燃料被噴射空間に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記内燃機関により駆動される発電機の出力で駆動されて燃料タンク内の燃料を前記燃料噴射弁に供給する電動燃料ポンプと、
前記内燃機関を始動する操作が行われた際に前記始動装置から機械的な駆動力が与えられて前記燃料タンク内の燃料を前記燃料噴射弁に供給する機械駆動式燃料ポンプと、
各種の制御条件に対して前記燃料噴射弁から噴射させる燃料の量を決定して、決定した量の燃料を噴射させるべく、前記燃料噴射弁に前記噴射パルスを与える燃料噴射制御手段と、
を具備し、
前記燃料噴射制御手段は、前記内燃機関の始動操作が開始された後前記発電機の出力電圧が設定値に達したときに初回の噴射パルスを発生するように構成されていること、
を特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
【請求項３】
前記始動装置は、キックスタータであり、
前記機械駆動式燃料ポンプは、前記キックスタータのキックペダルから駆動力が与えられて前記燃料タンクから前記燃料噴射弁に燃料を供給する往復ポンプである請求項１または２に記載の内燃機関用燃料噴射装置。
【請求項４】
バッテリが搭載されない車両を駆動するキックスタータ付きの内燃機関に燃料を供給する内燃機関用燃料噴射装置であって、
噴射パルスに応答して前記内燃機関の燃料被噴射空間に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記内燃機関により駆動される発電機の出力で駆動されて燃料タンク内の燃料を前記燃料噴射弁に供給する電動燃料ポンプと、
吸込み口が低圧側接続管路を通して前記燃料タンクに接続されるとともに吐出口が高圧側接続管路を通して前記燃料噴射弁の燃料供給口に接続されて、駆動された際に前記燃料タンク内の燃料を前記燃料噴射弁に供給する往復ポンプと、
前記内燃機関を始動するために前記キックスタータのキックペダルを操作した際に、前記往復ポンプから燃料を吐出させるべく、前記キックペダルの変位を前記往復ポンプの被駆動部に伝達するポンプ駆動機構と、
各種の制御条件に対して前記燃料噴射弁から噴射させる燃料の量を決定して、決定した量の燃料を噴射させるべく、前記燃料噴射弁に前記噴射パルスを与える燃料噴射制御手段と、
を具備し、
前記燃料噴射制御手段は、前記内燃機関の始動操作が開始された後前記発電機の出力電圧が設定値に達したときに初回の噴射パルスを発生するように構成されていること、
を特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人力により操作される始動装置を備えた内燃機関に燃料を供給する内燃機関用燃料噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関用燃料噴射装置は、内燃機関の吸気管などに取り付けれて噴射パルスに応答して燃料を噴射する電磁式の燃料噴射弁（フューエルインジェクタ）と、燃料タンクから燃料噴射弁に燃料を供給する燃料ポンプと、燃料ポンプから燃料噴射弁に供給される燃料の圧力（燃圧）を一定に保つように制御する圧力調整器と、所定の燃料噴射タイミングで所定の噴射時間の間燃料噴射弁から燃料を噴射させるべく、燃料噴射弁を制御する制御装置とにより構成される。内燃機関が駆動する車両等がバッテリを備えている場合には、燃料ポンプ、燃料噴射弁及び制御装置をバッテリにより駆動するバッテリ駆動式の燃料噴射装置が用いられる。これに対し、小型の自動二輪車や、スノーモビルのように、バッテリを搭載しない車両に燃料を供給する場合には、機関により駆動される発電機を電源として、燃料ポンプ、燃料噴射弁及び制御装置を駆動するバッテリレスの燃料噴射装置が用いられる。バッテリレスの燃料噴射装置は例えば、特許文献１や特許文献２に示されている。
【０００３】
バッテリを電源として燃料ポンプを駆動する燃料噴射装置においては、燃料ポンプとしてタービン型のポンプが用いられている。これに対し、バッテリレスの燃料噴射装置では、内燃機関を始動する際に、人力により駆動される始動装置により内燃機関のクランク軸を回転させ、クランク軸が回転している僅かな時間の間に発電機の出力で燃料ポンプを駆動して燃料噴射弁に供給する燃料の圧力を上昇させる必要があるため、燃料ポンプとしては、低速回転時から多くの燃料を吐出させることができるトロコイド型等の容積型ポンプを用いている。また特許文献２に示されたバッテリレスの燃料噴射装置では、低速回転時の吐出圧を高くするために、燃料ポンプとして、プランジャ型の電動ポンプを用いている。
【特許文献１】特開２００２−１０６３９７号公報
【特許文献２】特開２００４−３４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の始動時に燃料噴射弁から機関に燃料を供給するためには、燃料の噴射を開始する前に燃料噴射弁に与える燃圧を所定の圧力まで上昇させておく必要がある。内燃機関が搭載される車両等にバッテリが設けられる場合には、バッテリにより燃料ポンプを駆動することができるため、機関の始動開始前に燃料噴射弁に与える燃圧を所定値まで問題なく高めることができる。
【０００５】
しかし、バッテリレスの燃料噴射装置においては、機関の始動時に、人力で操作される始動装置により機関のクランク軸を回転させている僅かな時間内に、機関に取り付けられた発電機の出力で燃料ポンプを駆動して、燃料噴射弁に与える燃圧を高める必要がある。クランキング時に発電機の出力が不足すると、燃料噴射弁に与える燃圧を十分に高くすることができなくなって、初回の燃料噴射量が不足し、機関の始動性が悪くなるおそれがある。機関の始動を確実にするためには、機関に取り付ける発電機として低速時に高い電圧を出力する大型のものを用いて、機関の始動時に燃料噴射弁に与える燃圧を速やかに上昇させる必要がある。
【０００６】
このように、バッテリレスの燃料噴射装置においては、機関により駆動される発電機として、低速時の出力が高い大型のものを用いる必要があったため、機関が大形化し、機関の重量が重くなるという問題があった。
【０００７】
また燃料噴射装置においては、燃料噴射弁に与えられる燃圧が規定値に保たれていることを前提にして燃料の噴射量を定めるようにしているが、バッテリレスの燃料噴射装置では、初回のクランキング時に燃料噴射弁に与える燃圧を規定値まで上昇させることは困難であるため、１回目のクランキング時に噴射する燃料の量が不足気味になる。特に長時間機関を停止した状態に放置した場合には、初回のクランキング時に噴射される燃料の量が大きく不足するため、１回の始動操作で機関を始動することが困難なことが多かった。
【０００８】
また従来のバッテリレスの内燃機関用燃料噴射装置では、発電機の発電コイルの巻数を多くして、機関の低速回転時に発電機から十分に大きな出力を発生させる必要があったが、このような特性を発電機に持たせると、機関の定常運転時に電機子反作用により発電機の出力が低下するため、発電機として大型のものを用いているにも拘わらず機関の定常運転時に発電機から大きな出力を取り出すことができず、機関の定常運転時の発電効率が低下するという問題があった。このことは、機関の定常時に各種の電装品を駆動するために必要な発電出力を得るために大型の発電機を用いる必要があることを意味し、所要の発電出力を発生する発電機を駆動するために使われる機関の出力エネルギが増大して、燃費が悪化することを意味する。
【０００９】
更にバッテリレスの燃料噴射装置では、燃料ポンプとして容積型のポンプを用いていたが、容積型のポンプは構造が複雑で高価であるため、燃料噴射装置のコストの上昇を招くという問題もあった。特許文献２に示されたように、プランジャ型の電動燃料ポンプを用いることも提案されているが、プランジャ型のポンプは高い吐出圧を発生することはできるが、容積形の燃料ポンプやタービン型の燃料ポンプに比べると吐出量が制限されるため、大量の燃料を必要とする機関の高速運転時に燃料噴射弁に供給される燃圧を維持するためには大型のポンプを用いることが必要になり、定常運転時に燃料ポンプで消費される電力が多くなるという問題が生じる。
【００１０】
またプランジャ型の電動ポンプを用いた燃料噴射装置においても、機関の始動時には発電機の出力がある程度大きくならないと燃料噴射弁に与えられる燃圧が規定値に達しないことに変わりはない。従ってプランジャ型の電動燃料ポンプを用いても、機関を長時間停止状態に放置した状態での機関の始動性を改善することはできない。
【００１１】
本発明の目的は、大型の発電機を用いることなく、機関の始動性を向上させ、機関の定常運転時の発電効率を高くすることができるようにしたバッテリレスの内燃機関用燃料噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、人力により操作される始動装置を備えた内燃機関に燃料を供給する内燃機関用燃料噴射装置に係わるものである。
本発明に係わる燃料噴射装置は、噴射パルスに応答して内燃機関の燃料被噴射空間に燃料を噴射する燃料噴射弁と、内燃機関により駆動される発電機の出力で駆動されて燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁に供給する電動式燃料ポンプと、内燃機関を始動する操作が行われた際に始動装置から機械的な駆動力が与えられて燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁に供給する機械駆動式燃料ポンプとを備えたことを特徴とする。
【００１３】
上記始動装置としてはキックスタータが多く用いられる。この場合、機械駆動式燃料ポンプとしては、キックスタータのキックペダルから駆動力が与えられて燃料タンクから燃料噴射弁に燃料を供給する往復ポンプを用いるのが好ましい。往復ポンプは、ピストンやプランジャの往復運動によって燃料を吸込み、所定の圧力に圧縮して吐出させるポンプで、高い吐出圧を得ることができる。
【００１４】
上記のように構成すると、始動操作を行うと同時に往復ポンプが動作して燃料噴射弁に与えられる燃料の圧力を上昇させるため、始動操作開始後最初に行われる燃料噴射時に十分な量の燃料を噴射して、機関の始動性を向上させることができる。
【００１５】
また上記のように構成すると、機関の始動開始時には往復ポンプから燃料噴射弁に燃料が供給されるため、発電機は低速時に高い電圧を出力する必要がなく、機関の回転速度がある程度上昇してから燃料ポンプを駆動するために必要な電圧を発生すればよい。従って、発電機として従来よりも小型のものを用いて、機関の小形化を図ることができる。また大型の発電機を用いることなく、定常運転時に発電機から所要の出力を得ることができるため、機関の定常運転時の発電効率を高くすることができる。
【００１６】
内燃機関用燃料噴射装置においては、各種の制御条件に対して燃料噴射弁から噴射させる燃料の量を決定して、決定した量の燃料を噴射させるべく、燃料噴射弁に噴射パルスを与える燃料噴射制御手段が設けられる。本発明の好ましい態様では、この燃料噴射制御手段が、内燃機関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ときに初回の噴射パルスを発生するように構成される。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、機関の始動時に始動装置から機械的駆動力が与えられて動作する往復ポンプを設けて、機関の始動時に発電機の出力に頼ることなく、往復ポンプから燃料噴射弁に燃料を供給するようにしたので、発電機として低速時に高い電圧を出力する大型のものを用いることなく、機関の始動時に十分な量の燃料を噴射させて、機関の始動性を向上させることができる。
【００１８】
更に本発明によれば、従来のバッテリレスの燃料噴射装置で用いられていた発電機に比べて、小型の発電機を用いることができるため、機関の小形軽量化を図ることができる。また発電機を大型にすることなく、機関の定常運転時に所要の発電出力を得ることができるため、機関の定常運転時の発電効率を高めて、燃費の節約を図ることができる。
【００１９】
また本発明によれば、電動燃料ポンプとして、極低速回転時に大きな吐出量を得ることができる容積型のポンプを用いる必要が無く、安価なタービン型の燃料ポンプを用いることができるため、往復ポンプのコストを考慮してもなお燃料噴射装置のコストの削減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１は、本発明に係わる燃料噴射装置が用いられた内燃機関と、内燃機関により駆動される発電機と、内燃機関を制御する電子式制御装置（ＥＣＵ）とを含むシステム全体の構成を概略的に示したものである。
【００２１】
本実施形態の燃料噴射装置は、バッテリが搭載されない車両を駆動するキックスタータ付きの内燃機関に燃料を供給する内燃機関用燃料噴射装置であって、本実施形態においては、噴射パルスに応答して内燃機関の燃料被噴射空間に燃料を噴射する燃料噴射弁と、内燃機関により駆動される発電機の出力で駆動されて燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁に供給する電動燃料ポンプと、吸込み口が低圧側接続管路を通して燃料タンクに接続されるとともに吐出口が高圧側接続管路を通して燃料噴射弁の燃料供給口に接続されて、駆動された際に燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁に供給する往復ポンプと、内燃機関を始動するためにキックスタータのキックペダルを操作した際に、往復ポンプから燃料を吐出させるべく、キックペダルの変位を往復ポンプの被駆動部に伝達するポンプ駆動機構と、各種の制御条件に対して燃料噴射弁から噴射させる燃料の量を決定して、決定した量の燃料を噴射させるべく、燃料噴射弁に噴射パルスを与える燃料噴射制御手段とが設けられる。
【００２２】
上記燃料噴射制御手段は、内燃機関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ときに初回の噴射パルスを発生するように構成される。
【００２３】
図１において、１は単気筒の４サイクル内燃機関で、図示の内燃機関は、シリンダ１ａと、ピストン１ｂと、ピストン１ｂにコンロッドを介して連結されたクランク軸１ｃと、吸気ポート１ｄ及び排気ポート１ｅを有するシリンダヘッド１ｆと、吸気ポート及び排気ポートをそれぞれ開閉する吸気バルブ１ｇ及び排気バルブ１ｈと、クランク軸１ｃにより駆動されるカム軸１ｉと、カム軸１ｉの回転に伴って吸気バルブ１ｇ及び排気バルブ１ｈを駆動するバルブ駆動機構１ｊと、吸気ポート１ｄに接続された吸気管１ｋとを備えている。
【００２４】
吸気管１ｋ内にはスロットルバルブ１ｍが設けられ、スロットルバルブ１ｍをバイパスする空気通路にＩＳＣバルブ１ｎが取り付けられている。ＩＳＣバルブ１ｎはスロットルバルブをバイパスする空気通路の開口面積を調節するバルブで、このＩＳＣバルブを調節することにより、機関の始動直後のアイドリング速度の制御（ファーストアイドル制御）が行われる。
【００２５】
２は人力により内燃機関を始動する始動装置で、図示の始動装置は、キックペダル２０１と、該キックペダルにより回転させられるスタータギア２０２と、クランク軸１ｃに取り付けられた被駆動ギア２０３と、スタータギア２０２と被駆動ギア２０３との間に設けられたアイドルギア２０４及び２０５とを備えたキックスタータからなっている。定常時にキックペダル２０１を原位置に保持するため、キックペダル２０１を図示の破線矢印Ａ方向に付勢するバネが設けられている。キックペダル２０１の一端には足を載せる操作部２０１ａが設けられ、この操作部に足を載せて上記バネの付勢力に抗してキックペダル２０１を実線矢印Ｂ方向に押し下げた際に、クランク軸１ｃが図面上時計方向に回転させられて機関の始動時のクランキングが行われる。
【００２６】
内燃機関１のシリンダヘッドには点火プラグ３が取り付けられ、この点火プラグ３の非接地側の端子が点火コイルＩＧの二次コイルに高圧コードを通して接続されている。内燃機関の吸気管１ｋには、電磁式の燃料噴射弁（フューエルインジェクタ）４が取り付けられている。本実施形態では、内燃機関の吸気管内の空間を燃料被噴射空間としている。
【００２７】
図示の燃料噴射弁４は、燃料噴射口を先端に有し、燃料供給口を後端部寄りに有する噴射弁本体（インジェクタボディ）と、該噴射弁本体内で燃料噴射口を開く位置（開位置）と閉じる位置（閉位置）との間を変位し得るように設けられたバルブ部材と、該バルブ部材を常時閉位置側に付勢する付勢手段と、バルブ部材を開位置側に駆動するソレノイドとを備えたものである。燃料噴射弁４は、そのソレノイドに駆動電流が与えられている間燃料噴射口を開いて内燃機関の吸気管内に燃料を噴射する。
【００２８】
５は機関に供給する燃料を蓄える燃料タンク、６は燃料タンク５内の燃料を燃料噴射弁４に供給する電動式の燃料ポンプで、電動燃料ポンプ６は後記する発電機の出力により駆動される。電動燃料ポンプ６の吸込み口６ａは燃料タンク５に設けられた燃料流出管５ａに所定の配管を通して接続されている。電動燃料ポンプ６の吐出口６ｂには、該燃料ポンプ側への燃料の逆流を阻止するチェックバルブ６b1が設けられていて、吐出口６ｂに配管７の一端が接続され、配管７の他端に圧力調整器８が接続されている。配管７の他端寄りの部分と燃料噴射弁４の燃料供給口との間が燃料供給管９を介して接続され、燃料ポンプ６から吐出した燃料が配管７及び燃料供給管９を通して燃料噴射弁４に与えられるようになっている。
【００２９】
本発明においては、上記電動燃料ポンプ６の外に、内燃機関１を始動する始動装置２から機械的な駆動力が与えられて動作する機械駆動式燃料ポンプ１０が設けられている。図示の例では、機械駆動式燃料ポンプ１０として、シリンダ１１と、シリンダ１１内に嵌合されたピストン１２とを備えた往復ポンプが用いられている。図示の例では、ピストン１２にピン１３を介して操作軸１４の一端が連結され、操作軸１４の他端がピン１５を介してキックペダル２０１の操作部２０１ａと反対側の端部に連結されている。
【００３０】
本実施形態では、操作軸１４とピン１３及び１５とにより、内燃機関を始動するためにキックスタータのキックペダルを操作した際に、往復ポンプ１０から燃料を吐出させるべく、キックペダルの変位を往復ポンプ１０のピストン（被駆動部）に伝達するポンプ駆動機構が構成されている。
【００３１】
燃料ポンプ１０のシリンダ１１には、該シリンダ内への燃料の流入を許容し、シリンダ１１からの燃料の流出を阻止するチェックバルブ１６aを備えた吸込み口１６と、シリンダ１１からの燃料の流出を許容し、シリンダ１１内への燃料の流入を阻止するチェックバルブ１７ａを備えた吐出口１７とが設けられている。吸込み口１６は、配管１８を通して燃料タンク５の燃料流出管５ａに接続され、吐出口１７は、配管１９と燃料供給管９とを通して燃料噴射弁４の燃料供給口に接続されている。この例では、配管１８により機械駆動式燃料ポンプ１０の吸込み口１６を燃料タンク５に接続する低圧側接続管路が構成され、配管１９と燃料供給管９とにより、燃料ポンプ１０の吐出口を燃料噴射弁４の燃料供給口に接続する高圧側接続管路が構成されている。
【００３２】
機械駆動式燃料ポンプ１０においては、機関を始動するためにキックペダル２０１の操作部２０１ａが押し下げられた際に生じるピストン１２の変位によりシリンダ１１内のポンプ室の容積が縮小され、シリンダ１１内の燃料が吐出口１７から吐出させられる。キックペダル２０１をバネの付勢力により原位置に復帰させると、ピストン１１の変位によりポンプ室の容積が拡大されるため、燃料タンク５からシリンダ１１内に燃料が流入する。機械駆動式燃料ポンプ１０のポンプ室内は常時燃料により満たされている。
【００３３】
なお図示の例ではピストン１２を備えた往復ポンプを用いているが、ピストンに代えてプランジャを用いた往復ポンプを使用してもよい。
【００３４】
圧力調整器８は、燃料ポンプ６及び１０から燃料噴射弁４に与えられる燃圧が設定値を超えたときに燃料ポンプ５から供給される燃料の一部を燃料タンク５に戻すことにより、燃料噴射弁に与えられる燃圧を設定値に保つように調整する。
【００３５】
上記のように、燃料噴射弁４に与えられる燃圧はほぼ一定に保たれるため、燃料噴射弁４から噴射する燃料の量（燃料噴射量）は、燃料噴射弁４の噴射口が開いている時間（噴射時間）により決まる。燃料噴射弁４の噴射口が開いている時間は、燃料噴射弁に駆動電流を与える時間によりほぼ決まる。したがって、燃料噴射量を制御する際には、各種の制御条件に対して機関が要求する燃料噴射量を演算して、その噴射量を得るために必要な噴射時間を求め、この噴射時間に無効噴射時間を加えた時間幅を有する噴射パルスを燃料噴射弁６のソレノイドに与えて、該燃料噴射弁から燃料の噴射を行わせる。
【００３６】
図１において、２０は機関のクランク軸１ｃにより駆動される磁石発電機である。図示の磁石発電機は、クランク軸１ｃに取り付けられた磁石回転子２０ａと、機関のケース等に固定された固定子２０ｂとからなっている。磁石回転子２０ａは、クランク軸１ｃに取り付けられたカップ状のフライホイール２０ｃと、このフライホイールの内周に取り付けられた複数の永久磁石２０ｄとを備えたフライホイール磁石回転子からなっている。図示の例では、フライホイールの内周に６個の永久磁石２０ｄが取り付けられていて、これらの永久磁石が例えば１２極に着磁されて磁石界磁が構成されている。
【００３７】
また固定子２０ｂは、多数の歯部が放射状に形成された多極星形鉄心と、該鉄心の多数の歯部にそれぞれ巻回された多数の発電コイルとからなっていて、固定子２０ｂを構成する多極星形鉄心の各歯部の先端の磁極部が、磁石回転子２０ａの磁極部に所定のギャップを介して対向させられている。
【００３８】
２１は燃料噴射弁４からの燃料噴射量と機関の点火時期とを制御するＥＣＵ（電子式制御装置）である。ＥＣＵ２１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、内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段を構成する外、燃料ポンプ制御手段２１Ａ、点火制御手段２１Ｂ、燃料噴射制御手段２１Ｃ、及びファストアイドル制御手段２１Ｄ等の各種の制御手段を構成する。
【００３９】
２２はＥＣＵ２１に電源電圧を与える第１の電源回路で、この電源回路は、磁石発電機２０の固定子に設けられた発電コイルの出力電圧Ｖａを整流する整流器と、該整流器の出力電圧を一定に保つように制御するレギュレータとにより構成される。また２３は、磁石発電機２０の固定子に設けられた他の発電コイルの出力を一定の電圧に変換する第２の電源回路で、この電源回路は、磁石発電機２０の固定子に設けられた他の発電コイルの出力電圧Ｖｂを整流する整流器と、該整流器の出力電圧を一定に保つように制御するレギュレータとにより構成される。第２の電源回路２３の出力はＥＣＵ２１内に設けられたポンプ駆動回路を通して燃料ポンプ６に与えられると共に、内燃機関により駆動される車両に搭載された各種の電気負荷２４に供給される。
【００４０】
ＥＣＵ２１には、燃料噴射弁４から噴射させる燃料の量を制御するための制御条件と、機関の点火時期を制御するための制御条件とを検出する各種のセンサの出力が入力されている。図示の例では、吸気管１ｋ内の圧力を吸気管内圧力として検出する圧力センサ２５と、機関の吸気温度を検出する吸気温度センサ２６と、機関の冷却水の温度を検出する水温センサ２７と、スロットルバルブ１ｍの開度を検出するスロットルセンサ２８とが設けられていて、これらのセンサの出力がＥＣＵ２１のＡ／Ｄ入力ポートに入力されている。
【００４１】
またフライホイール２０ｃの近傍には、フライホイール２０の外周に形成された突起または凹部からなるリラクタ２０ｅのエッジを検出して、クランク軸の特定の回転角度位置でパルスを発生するクランク角センサ３０が配置されている。クランク角センサ３０は、例えば、リラクタ２０ｅに対向する磁極部を先端に有する鉄心と、該鉄心に磁気結合された永久磁石と、該鉄心に巻回された信号コイルとを備えていて、リラクタ２０ｅの回転方向の前端側のエッジを検出したとき、及び該リラクタ２０ｅの回転方向の後端側のエッジを検出したときに極性が異なるパルスを発生する。クランク角センサ３０が出力するパルスは、図示しない波形整形回路を通してＥＣＵ２１のマイクロプロセッサに与えられている。
【００４２】
ＥＣＵ２１に設けられる各種の制御手段の構成を図２に示した。図２において、２１Ｅは、機関の回転速度を検出する回転速度検出手段で、この回転速度検出手段は、クランク角センサ３０が特定のパルスを発生する毎にタイマの計測値を読み込んで、該特定のパルスの発生間隔を回転速度検出用時間データとして検出する手段と、回転速度検出用時間データから機関の回転速度を演算する手段とにより構成される。
【００４３】
燃料ポンプ制御手段２１Ａは、マイクロプロセッサが起動した後、機関の回転速度が設定値に達したときにポンプ駆動指令を発生するポンプ駆動指令発生手段２１A1と、ポンプ駆動指令が発生したときに電動燃料ポンプ６に駆動電流を供給するポンプ駆動回路２１A2とにより構成される。
【００４４】
点火制御手段２１Ｂは、機関の回転速度に対して内燃機関の点火時期を演算する点火時期演算手段２１B1と、演算された点火時期を検出して点火指令を発生する点火指令発生手段２１B2と、点火指令が発生したときに点火コイルＩＧの一次電流に急激な変化を生じさせるように点火コイルの一次電流を制御する機能を有する点火回路２１B3とにより構成される。ここで、点火時期演算手段２１B1及び点火指令発生手段２１B2は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構成され、点火回路２１B3はハードウェア回路により構成される。
【００４５】
機関の点火時期は、クランク角センサ３０が特定のパルスを発生する位置（基準位置）から点火時期に相当するクランク角位置までクランク軸が回転する間に点火タイマに計測させる時間の形で演算される。点火指令発生手段２１B2は、クランク角センサ３０の出力パルスから基準位置が検出された時に点火時期を計測するための時間を点火タイマにセットしてその計測を開始させ、点火タイマが計時動作を完了したときに点火指令を発生する。点火回路２１B3は、この点火指令に応答して点火コイルのＩＧの一次電流を制御して、点火コイルＩＧの二次コイルに点火用の高電圧を誘起させる。この高電圧は点火プラグ３に印加されるため、該点火プラグで火花放電が生じ、機関が点火される。
【００４６】
燃料噴射制御手段２１Ｃは、圧力センサ２５により検出された吸気管内圧力と回転速度とから内燃機関のシリンダ内に吸入される空気の量を推定する吸入空気量推定手段２１C1と、推定され吸入空気量に対して燃料の基本噴射時間を演算する基本噴射時間演算手段２１C2と、各種の制御条件に対して基本噴射時間を補正して実際の噴射時間を求める噴射時間補正手段２１C3と、燃料噴射開始タイミングが検出された時に、基本噴射時間を補正することにより求められた実噴射時間に無効噴射時間を加えた時間に等しい時間幅を有する噴射指令を発生する噴射指令発生手段２１C4と、噴射指令が発生したときに該噴射指令の時間幅に等しい噴射パルスを燃料噴射弁４のソレノイドに与える噴射弁駆動回路２１C5とにより構成される。
【００４７】
なお吸入空気量推定手段は、スロットルバルブ開度と機関の回転速度とから吸入空気量を推定するようにしたものでもよい。ここで、吸入空気量推定手段２１C1、基本噴射時間演算手段２１C2、噴射時間補正手段２１C3及び噴射指令発生手段２１C4は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構成され、噴射弁駆動回路２１C5はハードウェア回路により構成される。
【００４８】
内燃機関の定常運転時の燃料噴射開始タイミングは、クランク角センサ３０が発生するパルスから得たクランク角情報と、機関の燃焼サイクルの行程とに基づいて決められるが、本実施形態では、内燃機関の始動時にできるだけ速やかに燃料を噴射して機関の始動性を向上させるため、機関の始動時には、始動操作が開始された後発電機２０の出力電圧（第１の電源回路２２の出力電圧）が設定値に達してマイクロコンピュータが起動したときに初回の噴射パルスを発生させるように、燃料噴射制御手段２１Ｃの噴射指令発生手段２１C4が構成される。初回の燃料噴射時の噴射時間は、予め設定しておく。
【００４９】
ファストアイドル制御手段２１Ｄは、機関の冷却水温度や吸気温度等の各種の制御条件に基づいてＩＳＣバルブ１ｎを制御することにより、機関のアイドリング速度を適正な範囲に保つように制御する。
【００５０】
上記のように、電動燃料ポンプ６の外に、機関を始動する際に始動装置２から直接駆動力が与えられて動作する機械駆動式の燃料ポンプ１０を設けて、この燃料ポンプから燃料噴射弁４に燃料を与えるようにしておくと、機関の始動時に、電動燃料ポンプ６から燃料噴射弁４に燃料が与えられる前に、機械駆動式の燃料ポンプ１０から燃料噴射弁４に燃料を供給して、該燃料噴射弁に与えられる燃料の圧力を設定値まで上昇させることができる。
【００５１】
図３は機関を長時間停止状態に放置した後に機関の始動操作を行った際の燃料噴射動作を示すタイムチャートである。この例では、時刻ｔ1においてキックペダル２０１が押し下げられて始動操作が開始されている。始動操作が開始された直後に往復ポンプからなる燃料ポンプ１０が燃料噴射弁４に燃料を供給するため、図３（Ｃ）に示すように燃料噴射弁に与えられる燃圧が上昇していく。燃料ポンプ１０の吐出口にはチェックバルブが設けられているため、燃料が燃料ポンプ１０側に逆流することはなく、燃料噴射弁４の燃料供給口につながる燃料供給管９及び配管１９内の圧力が急速に上昇していく。燃料供給管９及び配管１９内の燃料の圧力が設定値を超えると、圧力調整器８が燃料を燃料タンク５内に戻すため、燃料噴射弁４に与えられる燃圧は設定値に保たれる。
【００５２】
図３（Ｂ）は発電機２０の出力電圧を一定の直流電圧に変換する第１の電源回路２２からマイクロプロセッサに与えられる電源電圧を示している。始動操作によるクランク軸の回転に伴って発電機２０の出力電圧が上昇していくため、マイクロプロセッサに与えられる電源電圧が上昇していき、時刻ｔ2で電源電圧が設定値Ｖsに達するとマイクロプロセッサが起動する。起動したマイクロプロセッサは、各部のイニシャライズを行った後、図３（Ａ）に示すように、予め設定された信号幅を有する噴射指令Ｖjを発生する。これにより、噴射弁駆動回路２１C5から燃料噴射弁４に噴射指令Ｖjに信号幅が等しい噴射パルスが与えられる。このとき、燃料噴射弁４に与えられる燃圧は、既に設定値に達しているため、燃料噴射弁４から設定された通りの量の燃料が噴射される。
【００５３】
マイクロプロセッサは、初回の噴射指令を発生させた後、クランク角センサ３０の出力パルスから噴射開始タイミングｔ3を検出したときに、各種の制御条件に対して演算された信号幅を有する噴射指令を発生して２回目の燃料噴射を行わせる。この２回目の燃料噴射を行わせた後、機関の点火動作を行わせ、機関を始動させる。時刻ｔ4で機関の回転速度が設定値に達し、機関が始動したことが確認されたときにポンプ駆動指令発生手段２１A1がポンプ駆動指令を発生して燃料ポンプ６を起動させる。これにより図３（Ｃ）に破線で示したように燃料ポンプ６から燃料噴射弁に与えられる燃圧が上昇していく。図３（Ｃ）において、Ｔkはキックスタータのストロークに相当する時間（キックスタータによりクランキングが行われる時間）を示している。キックペダルが元の位置に復帰するのに合わせて燃料ポンプ１０のピストンが下降し、次の始動操作に備えて燃料タンク５から燃料ポンプ１０内に燃料が流入する。
【００５４】
図４（Ａ）ないし（Ｃ）は、１回目の始動操作により機関の始動に失敗した後、２回目に行われる始動操作時の噴射指令と、ＥＣＵのマイクロプロセッサに与えられる電源電圧と、燃料噴射弁に与えられる燃圧とを示している。図４に示した時刻ｔ1,ｔ2，ｔ3及びｔ4はそれぞれ始動操作を開始した時間、ＥＣＵの電源電圧が確立して初回の噴射指令が発生する時刻、マイクロプロセッサがクランク角センサの出力から検出した噴射開始タイミング及び電動燃料ポンプ６が起動するタイミングを示している。
【００５５】
参考のため、機関の始動時に電動燃料ポンプにより燃料噴射弁に燃料を供給するようにした燃料噴射装置の動作を示すタイムチャートを図５及び図６に示した。図５は機関を長時間停止状態に放置した後（燃料噴射弁に与えられている燃圧が零の状態で）始動操作を行った際のタイムチャートであり、図６は、燃料噴射弁に規定の燃圧が与えられている状態で２回目の始動操作を行った際の動作を示すタイムチャートである。
【００５６】
始動操作時に電動燃料ポンプから燃料噴射弁に燃料を供給するようにしたバッテリレスの燃料噴射装置を用いた内燃機関において、長時間機関を停止した状態に放置した後に始動操作を行った場合には、図５に示すように、時刻ｔ1で始動操作を開始した後、直ぐには燃圧が上昇せず、発電機２０の出力電圧が上昇して燃料ポンプが起動した後に燃圧の上昇が開始される。この状態では、時刻ｔ2においてＥＣＵの電源電圧が規定値に達して、初回の噴射指令が発生したときに、燃料噴射弁には十分な燃圧が与えられていないため、燃料噴射は行われない。時刻ｔ3においてＥＣＵが２回目の噴射指令を発生したときに初めて燃料の噴射が行われる。このように、機関の始動時に電動燃料ポンプにより燃料噴射弁に燃料を供給するようにした場合には、燃料噴射弁に与えられる燃圧が規定値に達するまでに時間がかかるため、１回目の始動操作により機関を始動することができる確率が低くなり、機関の始動性が悪くなる。機関の始動に失敗した後、２回目に始動操作が行われたときには、図６に示すように、始動操作開始時に燃圧が規定値に達しているため、初回の噴射指令が発生したときに燃料の噴射が行われ、その後点火動作が行われたときに機関が始動する。
【００５７】
上記のように、本発明に係わる燃料噴射装置では、キックペダルが変位を開始した直後から燃料噴射弁に与えられる燃圧を上昇させることができるため、図３に示したように、燃料噴射弁４に与えられている燃圧が零の状態で機関の始動操作が行われた場合であっても、時刻ｔ2でＥＣＵが噴射指令を発生するまでの間に燃料噴射弁４に与えられる燃圧を規定値に到達させることができる。従って、始動操作開始後初回の燃料噴射で十分な量の燃料を機関に供給して、１回目のキックで機関を始動することが可能になり、機関の始動性が向上する。
【００５８】
本発明に係わる燃料噴射装置では、始動に必要な燃料が往復ポンプからなる機械駆動式燃料ポンプ１０から燃料噴射弁４に与えられるため、始動時に電動燃料噴射ポンプ６を駆動する必要が無くなる。従って、機関の始動時に必要とされる発電機２０の出力を少なくすることができる。
【００５９】
図７は、発電機から第２の電源回路２３を通して負荷に供給し得る負荷電流Ｉと機関の回転速度Ｎとの関係を示したもので、同図に示した曲線ａの特性は、機関の始動時に電動燃料ポンプから燃料噴射弁に燃料を供給するようにした場合に発電機に必要とされる特性である。発電機にこのような特性を持たせるためには、発電コイルの巻数を十分に多くしておく必要があるが、発電コイルの巻数を多くすると、機関の高速回転時に電機子反作用による出力の低下が大きくなるため、機関の定常運転時に発電機から取り出すことができる電流が制限される。なお図７においてＮoはクランキングを行っているときの回転速度の最大値であり、機関を始動する際にキックペダルを平均的な蹴り方で蹴ったときの最大クランキング回転速度である。またＮiは機関のアイドリング回転速度である。
【００６０】
これに対し、本発明に係わる燃料噴射装置では、機関の始動時に発電機２０により燃料ポンプを駆動する必要がなくなるため、発電機としては、図７に示した曲線ｂのように、機関が始動した後に第２の電源回路２３を通して流れる負荷電流Ｉが立ち上がる特性を有するものを用いることができる。このように低速回転時の出力を抑制した発電機は、機関の高速回転時に大きな出力を発生することができるため、発電機を小型に構成しても、機関の定常運転時に電装品負荷を駆動するのに必要な電力を得ることができ、機関の定常運転時の発電効率を高くすることができる。
【００６１】
従来のバッテリレスの燃料噴射装置では、電動燃料ポンプ６として、低速回転時から大きな吐出圧力を発生する容積型のポンプ（例えばトロコイドポンプ）を用いる必要があったが、容積型のポンプは構造が複雑で高価であった。これに対し、本発明のように、機関の始動時に始動装置から駆動力が与えられて動作する機械駆動式の往復ポンプにより燃料噴射弁に燃料を供給するように構成した場合には、機関の極低速回転時に電動燃料ポンプから燃料噴射弁に燃料を供給する必要が無くなるため、燃料ポンプとしては安価なタービン型のポンプを用いることができ、往復ポンプのコストを考慮してもなお燃料噴射装置のコストの低減を図ることができる。
【００６２】
上記の実施形態では、単気筒内燃機関を例にとったが、２気筒以上の多気筒内燃機関に設ける燃料噴射装置にも本発明を適用することができるのはもちろんである。
【００６３】
上記の実施形態では、キックペダルの変位を操作軸１４を介して燃料ポンプ１０のピストン１２に伝達するようにしているが、始動装置２から燃料ポンプ１０に駆動力を伝達するポンプ駆動機構の構成は任意であり、例えば、ピストンに取り付けたカム従動子と、キックペダルを踏んだ際に回転する軸に取り付けたカムとからなるカム機構によりポンプ駆動機構を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係わる燃料噴射装置が用いられた内燃機関と、内燃機関により駆動される発電機と、内燃機関を制御する制御装置とを含むシステム全体のハードウェアの構成を概略的に示した構成図である。
【図２】マイクロプロセッサにより構成される各種の制御手段を含む本発明の実施形態の全体的な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に係わる燃料噴射装置が用いられた内燃機関が長時間停止状態に放置された後、第１回目の始動操作が行われた際の燃料噴射装置の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図４】本発明に係わる燃料噴射装置が用いられた内燃機関が長時間停止状態に放置され、第１回目の始動操作で始動に失敗した後、第２回目の始動操作が行われた際の燃料噴射装置の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図５】燃料噴射弁に燃料を供給するポンプとして、発電機により駆動される燃料ポンプのみが用いられた燃料噴射装置を備えた内燃機関が長時間停止状態に放置された後、第１回目の始動操作が行われた際の燃料噴射装置の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図６】燃料噴射弁に燃料を供給するポンプとして、発電機により駆動される燃料ポンプのみが用いられた燃料噴射装置を備えた内燃機関が長時間停止状態に放置され、第１回目の始動操作で始動に失敗した後、第２回目の始動操作が行われた際の燃料噴射装置の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図７】本発明に係わる燃料噴射装置を用いる場合に必要な発電機の出力特性と、電動燃料噴射ポンプのみにより燃料噴射弁に燃料を供給するようにした燃料噴射装置で必要とした発電機の出力特性とを比較して示したグラフである。
【符号の説明】
【００６５】
１  内燃機関
２  始動装置
２０１  キックペダル
３  点火プラグ
４  燃料噴射弁
６  電動燃料ポンプ
１０  機械駆動式燃料ポンプ
２０  発電機
２１  ＥＣＵ
【図１】
2005330815.tif 000003
【図２】
2005330815.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005330815.tif 000006
【図５】
2005330815.tif 000007
【図６】
2005330815.tif 000008
【図７】
2005330815.tif 000009