(57)【要約】【課題】手動によるエンジン始動性を向上しながら、ＡＣＧの小型化等を実現可能なエンジンの燃料噴射装置を提供する。【解決手段】燃料噴射装置は、複数気筒♯１，♯２を有するエンジンにおいて各気筒毎に燃料を噴射する。エンジン始動時、燃料噴射の開始タイミングを気筒毎にずらし、且つ全気筒に対して噴射開始タイミングをクランク軸１回転以内に設定する。少なくとも初回の燃料噴射は、気筒判別前に行われる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数気筒を有するエンジンにおいて各気筒毎に燃料を噴射するエンジンの燃料噴射装置であって、
エンジン始動時、燃料噴射の開始タイミングを気筒毎にずらし、且つ全気筒に対して噴射開始タイミングをクランク軸１回転以内に設定することを特徴とするエンジンの燃料噴射装置。
【請求項２】
少なくとも初回の燃料噴射は、気筒判別前に行われる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。
【請求項３】
エンジン制御装置が起動し、その直後に前記初回の燃料噴射を実施することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの燃料噴射装置。
【請求項４】
前記初回の燃料噴射は、エンジン制御装置が起動して、所定のクランク角度回転後に開始することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの燃料噴射装置。
【請求項５】
２回目以降の燃料噴射は、気筒判別前において前記クランク軸に同期して所定のクランク角度で実施することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジンの燃料噴射装置。
【請求項６】
複数気筒のうち２気筒以上に対して実質的に同時に燃料噴射を実施しないことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のエンジンの燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動二輪車あるいは船外機等における内燃機関において、特に多気筒燃料噴射に好適なエンジンの燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の燃料噴射式多気筒エンジンでは通常、気筒の判別後に各気筒毎にピストン位置に合せて最適なタイミングで燃料噴射を行うようにＥＣＵ（エンジン制御装置）にて制御している。エンジン始動性の向上のために少しでも早いタイミングで燃料噴射を行いたい場合には、ＥＣＵ起動後、気筒判別を行う前に各気筒同時に燃料噴射を行うという手法がある。
【０００３】
燃料噴射を行うために燃料インジェクタの駆動用電源としてバッテリを搭載している場合には、複数のインジェクタを同時駆動するために必要な電力は確保される。一方、例えば自動二輪車や船外機等においてバッテリを使用しないでエンジン始動する機種、つまりバッテリレスエンジンでは人手（自動二輪車にあってはキックスタータ、船外機にあっては手動によるリコイルスタータ）に依存せざるを得ない。この場合、手動にてエンジンのクランクシャフトを強制回転させ、オルタネータもしくはＡＣＧの発電によりエンジン負荷であるインジェクタを駆動させることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−３２６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように手動等でエンジン始動する場合、その時のエンジン回転数が低い、即ちクランク軸回転速度が遅いため、ＡＣＧにて複数のインジェクタを駆動させるために必要な電力を確保するのが実質的に困難になる。従来ではこの対策として例えばＡＣＧを大型化し、その発電量を増大する必要があった。
【０００６】
なお、特許文献１にはこの種の多気筒エンジンにおける始動時制御方法が開示される。これは、始動モードにおいて気筒検出信号に対して全気筒について非同期で所定量の燃料噴射を行うというものである。
【０００７】
本発明はかかる実情に鑑み、特に手動によるエンジン始動性を向上しながら、ＡＣＧの小型化等を実現可能なエンジンの燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるエンジンの燃料噴射装置は、複数気筒を有するエンジンにおいて各気筒毎に燃料を噴射するエンジンの燃料噴射装置であって、エンジン始動時、燃料噴射の開始タイミングを気筒毎にずらし、且つ全気筒に対して噴射開始タイミングをクランク軸１回転以内に設定することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のエンジンの燃料噴射装置において、少なくとも初回の燃料噴射は、気筒判別前に行われることを特徴とする。
また、本発明のエンジンの燃料噴射装置において、エンジン制御装置が起動し、その直後に前記初回の燃料噴射を実施することを特徴とする。
また、本発明のエンジンの燃料噴射装置において、前記初回の燃料噴射は、エンジン制御装置が起動して、所定のクランク角度回転後に開始することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のエンジンの燃料噴射装置において、２回目以降の燃料噴射は、気筒判別前において前記クランク軸に同期して所定のクランク角度で実施することを特徴とする。
複数気筒のうち２気筒以上に対して実質的に同時に燃料噴射を実施しないことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、特に手動でエンジンを始動する際、エンジン制御装置の起動直後に複数気筒間での燃料噴射の開始タイミングを気筒毎に一定時間又は一定クランク角ずらして行う。エンジン始動時の電力消費のタイミングを分散させることで、電源を安定確保し、且つ実質的にＡＣＧの小型化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料噴射装置の適用例を示す船外機の側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るエンジン制御装置及びその主要関連機器類の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係るクランク角センサの要部構成例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態における燃料噴射のタイミング制御プロセスを概略的に示す図である。
【図５】本発明の実施形態におけるクランク角センサ及びカム角センサの出力信号の例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態における燃料噴射装置の作動例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態における燃料噴射装置のクランク角非同期初回噴射制御時の作動例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態における燃料噴射装置のクランク角同期始動時噴射制御時の作動例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の比較例におけるリコイルスタータによる始動時の電源電圧の変化状態等を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面に基づき、本発明におけるエンジンの燃料噴射装置の好適な実施の形態を説明する。
図１は、本発明の適用例としての船外機１００の側面図である。ここで先ず図１を用いて、この船外機１０の全体構成について説明する。船外機１００の上部に４サイクル多気筒エンジンを含むエンジンユニット１０１が搭載され、そのクランクシャフト１０２が鉛直方向を向くように縦置きに支持される。この例では例えば２気筒直列エンジンとし、♯１気筒１０３及び♯２気筒１０４が上下に配置される。クランクシャフト１０２の下端部に連結するドライブシャフト１０５が上下方向に配置され、このドライブシャフト１０５の駆動力が、プロペラシャフト１０６に伝達されて、プロペラ１０７を回転駆動するようになっている。
【００１４】
♯１気筒１０３及び♯２気筒１０４に対して燃料噴射装置のインジェクタ１１，１２が対応配置され、詳細図示を省略するが、各気筒の燃焼室に接続されたインテークポートに対してこれらのインジェクタ１１，１２から所定タイミングで燃料が噴射される。これらの燃料噴射タイミング等を制御するためのＥＣＵ（エンジン制御装置）１０がエンジンユニット１０１の適所に配設される。なお、ＥＣＵ１０は各気筒の燃焼室に装着された点火プラグ（図示せず）の点火タイミング等を制御する。
【００１５】
クランクシャフト１０２の上端部にはＡＣＧ１３が付設されており、エンジン作動に必要な電力を発電供給する。クランクシャフト１０２の上端部においてまた、ＡＣＧ１３に隣接してリコイルスタータ１０８が配置され、このリコイルスタータ１０８の操作によりクランクシャフト１０２を回転付勢することで、手動によりＡＣＧ１３を駆動させて発電できるようにしている。
【００１６】
次に、図２はエンジン制御装置としてのＥＣＵ１０の具体的に構成例を示している。ＥＣＵ１０には、上述したインジェクタ１１，１２、ＡＣＧ１３及びレクチファイア１４が接続されると共に、インジェクタ１１，１２に対する燃料供給源である燃料ポンプ１５や、点火プラグに電力を供給するイグニッションコイル１６が接続される。また、エンジン制御に必要な各種センサ類、即ちクランク角センサ１７、カム角センサ１８、吸気温センサ１９及び吸気圧センサ２０、更にはエンジン温度センサ２１等が接続される。ＥＣＵ１０はこれらのセンサ類から受信する信号に基づき、所定の制御プログラムに従って制御対象であるインジェクタ１１，１２やイグニッションコイル１６を駆動制御する。
【００１７】
特に、クランク角センサ１７に関して、その構成例としてクランクシャフト１０２と同期回転する回転体１７Ａ（パルサロータ）の外周部に沿って所定数の歯１７ａが等ピッチもしくは等間隔で形成されてなる歯部を有する。その歯部の直近には電磁ピックアップ式に各歯を検出して歯毎にパルス信号を生成する検出センサ１７Ｂが配置される。歯の個数は予め設定されているため、１歯に対応するパルス信号でクランクシャフト１０２の回転角、例えば１０°が検出される。また、歯部の一部には数個分の歯を形成しないことで歯欠け部１７ｂが設けられ、この歯欠け部１７ｂ前後のパルス信号を使ってクランク角の基準位置が設定される。
【００１８】
ＥＣＵ１０は、クランク角センサ１７から入力されるパルス信号に基づいて、クランク角及びクランクシャフト１０２の回転数を算出する。一方、カム角センサ１８においても同様に、カムシャフトと同期回転するパルサロータにより形成されるパルス信号によってカムシャフトの回転角が検出されるようになっている。これによりクランク角センサ１７から入力されるパルス信号とカム角センサ１８から入力されるパルス信号とから気筒を判別することができる。
【００１９】
ここで、本例のようなバッテリレスの多気筒エンジンにおいて、リコイルスタータ１０８により手動でＡＣＧ１３を駆動し、２つのインジェクタ１１，１２を同時噴射する場合を考える。なお、これは本発明に対する比較例として説明するが、例えば図９のように先ず手動始動開始時の電源電圧Ｖ1は次第に上昇し、次に始動性の向上を図るべく♯１及び♯２気筒のインジェクタ１１，１２を同時駆動し（信号Ｓ1，Ｓ2）、燃料の同時噴射を行う。このように同時駆動すると電力消費が集中してしまい、電源電圧が一定電圧Ｖ2以下になると、そのままではＥＣＵ１０が停止し、その後の点火及び燃料噴射ができなくなってしまう。
【００２０】
そこで本発明ではエンジン始動時、燃料噴射の開始タイミングを気筒毎にずらし、電力消費の集中を回避すべく電力消費を分散させることで、これを実現する。図４は、本実施形態における燃料噴射のタイミング制御プロセスを概略的に示している。本発明では手動始動開始後で気筒判別前に、（１）初爆を得るためのクランク角非同期初回噴射制御と、（２）補充的なつなぎ噴射を行うためのクランク角同期始動時噴射制御を含んでいる。なお、気筒判別後は通常のシーケンシャル噴射が行われる。
【００２１】
次に、本実施形態における燃料噴射タイミング制御の具体的な実施例を説明する。この燃料噴射タイミング制御にあたり先ず、クランク角センサ１７の信号を用いて、歯欠け判定によりクランク角基準位置を決定する。図５に示すようにクランク角センサ１７のパルス信号の周期をクランク角１０°とし、前述した回転体１７Ａ（図３）における歯欠け部１７ｂ直前のパルス信号ｔ(n-2)と歯欠け部１７ｂ直後のパルス信号ｔ(n-1)とを使い、歯部のパルス信号周期及び歯欠け部１７ｂに対応する周期の比を計算する。それらの周期比≧２のときのクランク角を基準にする。なお、歯欠け部１７ｂに対応する周期が、３パルス信号分に相当するとき、周期比＝３となる。
【００２２】
また、クランク角基準位置として、歯欠け部１７ｂ直後のパルス信号ｔ(n-1)とその後最初に現われるパルス信号ｔ(n)とを使い、それらの周期比≦０．５のときのクランク角（♯１気筒）をＢＴＤＣ７５°とする。この場合、ＢＴＤＣ（Before Top Dead Center）はエンジンの４サイクル中、圧縮工程上死点前を意味する。
【００２３】
また、気筒判別においてカム角センサ１８の信号も用いる。即ち、カム角センサ１８の信号で各気筒に対して吸入、圧縮、爆発あるいは排気のいずれの工程の上死点であるかを判別するようにしている。例えば、図５において、クランク角センサ１７の歯欠け部１７ｂを基準とし、区間Ａ，Ｂ，Ｃに分割する。そして、この区間に入っているカム角センサ１８のパルス信号の数で気筒を判別する。１例としてＡ＝１，Ｂ＝１，Ｃ＝０のときＣ区間の終点を♯１気筒のＢＴＤＣ５°と設定・判別する。
【００２４】
図６は、本発明の燃料噴射装置のより具体的な作動例を示している。リコイルスタータ１０８でＡＣＧ１３を駆動し、これによりＥＣＵ１０が起動する。クランク角非同期初回噴射制御（１）において、本例では先ず♯１気筒のインジェクタ１１にて初回噴射が行われる。この場合、噴射タイミングとしては例えば、クランク角センサ１７からの所定数（例えば５つ目）パルス信号にてインジェクタ１１を開弁する。また、♯２気筒のインジェクタ１２については、♯１気筒のインジェクタ１１の開弁から一定時間後から開弁する。
【００２５】
図７は、クランク角非同期初回噴射制御（１）の流れを示すフローチャートである。ＥＣＵ１０起動後、ステップＳ１において全てのカウンタ及びタイマをリセットする。ステップＳ２、ステップＳ３においてクランク角センサ１７からのパルス信号をカウントし、所定数Ｘに達しているか否かを判断し（ステップＳ４）、所定数のパルス信号が得られればステップＳ５にてインジェクタ１１を開弁する。
【００２６】
インジェクタ１１の開弁後、タイマＴ1をカウント開始すると共に（ステップＳ６）、ステップＳ７においてクランク角センサ１７からのパルス信号が所定数Ｘ＋Ｙに達しているか否かを判断する。所定数Ｘ＋Ｙに達していない場合でもタイマＴ1が所定時間ｔ1経過すれば（ステップＳ８）、ステップＳ９にてインジェクタ１１を閉弁する。なお、所定数Ｘ＋Ｙに達していれば、ステップＳ１０において♯２気筒のインジェクタ１２を開弁し、タイマＴ2をカウント開始する。なお、パルス信号数Ｘ及びＹ、あるいは時間ｔ1等の設定の仕方では、インジェクタ１１及び１２がタイミング上、部分的に重なって開弁することも生じ得る。このような場合でもインジェクタ１１は必ずインジェクタ１２よりも早いタイミングで開弁しており、両者が完全に同時に開弁することはない。また、インジェクタ１１及び１２の作動タイミングが部分的にオーバラップしても、コンデンサに蓄電された電力をインジェクタ１１あるいは１２の駆動電力に充当することが可能である。
【００２７】
その後再び、ステップＳ１２においてクランク角センサ１７からのパルス信号が所定数Ｘ＋Ｙに達しているか否かを判断する。所定数Ｘ＋Ｙに達していれば、ステップＳ１３において♯２気筒のインジェクタ１２を開弁し、タイマＴ2をカウントして（ステップＳ１４）、タイマＴ2が所定時間ｔ2経過すれば（ステップＳ１５）、ステップＳ１６にてインジェクタ１２を閉弁する。
【００２８】
図８は、クランク角同期始動時噴射制御（２）の流れを示すフローチャートである。クランク角非同期初回噴射制御（１）の後、ステップＳ２１においてクランク角センサ１７の信号を用いて、前述のように歯欠け判定によりクランク角基準を検出する。この制御はクランク角に同期して行うが、クランク角基準位置はＢＴＤＣ７５°とする。これを基準にして、ステップＳ２２においてクランク角センサ１７からのパルス信号をカウントし、所定数Ｚに達すれば（ステップＳ２３）、ステップＳ２４においてこの例では♯１気筒に対してクランク角ＢＴＤＣ５°でインジェクタ１１を開弁する。
【００２９】
インジェクタ１１の開弁後、ステップＳ２５でタイマＴ3をカウント開始し、タイマＴ3が所定時間ｔ0経過すれば（ステップＳ２６）、ステップＳ２７にてインジェクタ１２を開弁する。
【００３０】
また、ステップＳ２８でタイマＴ3をカウントし、タイマＴ3が所定時間ｔ3経過すれば（ステップＳ２９）、ステップＳ３０にてインジェクタ１１を閉弁する。
更に、ステップＳ３１でタイマＴ3をカウントし、タイマＴ3が所定時間ｔ4経過すれば（ステップＳ３２）、ステップＳ３３にてインジェクタ１２を閉弁する。
【００３１】
上記のようにクランク角非同期初回噴射制御（１）とクランク角同期始動時噴射制御（２）の完了後、クランク角センサ１７の信号による歯欠け判定と相俟って、カム角センサ１８の信号による気筒判別が行われる。気筒判別後、通常のシーケンシャル噴射が行われる。
なお、クランクシャフト１０２の２回転につき１回燃料噴射を行うので、気筒判別完了後においては、噴射は行われない（図６参照）。
【００３２】
上記の場合、クランク角センサ１７の信号から歯欠け判定によりクランク角基準位置が検出し、図６において▲印で示されるように２気筒同時点火を行う。
【００３３】
本発明の燃料噴射装置においてエンジン始動時、リコイルスタータ１０８による手動でＡＣＧ１３を駆動する。その際、ＥＣＵ１０の起動直後であって気筒判別前に♯１及び♯２気筒のインジェクタ１１，１２による燃料噴射の開始タイミングを気筒毎に一定時間又は一定クランク角ずらして行う。このように少なくとも２気筒以上に対して同時に燃料噴射を実施しないため、これにより複数気筒全体として見れば、電力消費のタイミングを分散させることができ、実質的にＡＣＧ１３の小型化を図ると共に、電力の安定供給によりＥＣＵ１０等の適正作動を保証する。
【００３４】
そして、特にバッテリレスの多気筒エンジンに対してその始動性を格段に向上することができる。なお、このようにタイミングをずらしても、圧縮工程前に燃料噴射を完了すれば（図６参照）、次の点火による爆発には間に合うため、エンジン始動には何ら影響はない。また、クランク角とは非同期で、即ちクランク角の如何に関わらず初回噴射を行うので、効率的に初爆を完了することができる。
【００３５】
上記初爆に加えて、次いで気筒判別前にクランク軸に同期して２回目の燃料噴射を実施し、これにより燃料噴射を有効に補充することができる。即ち、初爆を得るためのクランク角非同期初回噴射制御（１）と相俟って、クランク角同期始動時噴射制御（２）を行うことでエンジン始動性を効果的に向上することができる。
【００３６】
また、全気筒に対してクランク角非同期初回噴射制御（１）とクランク角同期始動時噴射制御（２）をクランク軸１回転以内で実施する。このようにエンジン始動時に極めて早いタイミングで効率よく始動することができる。
【００３７】
なお、インジェクタ１１，１２の駆動タイミングが他の負荷の電力消費、例えば点火用コンデンサへの通電と重なる場合には、その負荷の電力消費後にそれらの駆動タイミングを設定することも可能である。このようにインジェクタ１１，１２相互間ばかりでなく、他の負荷との関係でも駆動タイミングをずらすことで、電力消費タイミングを効果的に分散させ、実用上極めて有利である。
【００３８】
以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
上記実施形態において、インジェクタ１１，１２による燃料噴射の開始タイミングの基準となるクランク角センサ１７からのパルス信号数や、歯欠け判定によるクランク角基準位置等の具体的数値は車種等との関係で必要に応じて適宜変更可能である。また、本実施形態では２気筒エンジンの例で説明したが、３気筒以上の多気筒エンジンに対しても同様に適用可能であり、上記実施形態と実質的に同様な効果を得ることができる。
また、上記実施形態では船外機に本発明を適用した例を説明したが、本発明は自動二輪車等の車両に対しても同様に適用可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  ＥＣＵ、１１，１２  インジェクタ１１、１３  ＡＣＧ、１４  レクチファイア、１５  燃料ポンプ、１６  イグニッションコイル、１７  クランク角センサ、１８  カム角センサ、１９  吸気温センサ１９、２０  吸気圧センサ、２１  エンジン温度センサ、１００  船外機、１０１  エンジンユニット、１０２  クランクシャフト、１０３  ♯１気筒、１０４  ♯２気筒、１０５  ドライブシャフト。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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