JP2007071061A - エンジン制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの始動時に燃料噴射量が不足するのを防いで、エンジンの始動性を向上させることができるようにしたエンジン制御装置を提供する。
【解決手段】インジェクタ３及び燃料ポンプ４を有する燃料噴射装置と、エンジンを始動するスタータモータ２とをマイクロプロセッサを用いて制御するエンジン制御装置において、マイクロプロセッサの電源が確立したときに設定時間の間だけ燃料ポンプ４を駆動する初回燃料ポンプ駆動手段２１と、初回燃料ポンプ駆動手段による燃料ポンプの駆動が完了し、かつエンジンを始動することを指令する始動指令が与えられていることが確認されたときにスタータモータ２の駆動に先だってインジェクタ３から初回の燃料噴射を行なわせる初回燃料噴射制御手段とを設けた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、燃料噴射装置とスタータモータまたはスタータジェネレータとをマイクロプロセッサを用いて制御するエンジン制御装置に関するものである。

燃料噴射装置により燃料が供給されるエンジンにおいては、始動時に必要な量の燃料を噴射させてエンジンの始動性を良好にするために、始動時にインジェクタに十分な圧力を以て燃料が与えられている必要がある。そのため、燃料噴射装置により燃料が与えられるエンジンを制御する制御装置においては、特許文献１に示されているように、制御装置の電源が投入されたときに先ず燃料ポンプを所定時間の間だけ駆動する手段を設けて、エンジンのクランキングを開始するまでの間にインジェクタに与えられる燃料の圧力を所定値まで高めておくことが行なわれている。

始動装置によりエンジンのクランキングが開始されると、制御装置は、エンジンに取り付けられた各種のセンサから得られる情報に基づいて燃料噴射時期及び燃料噴射時間と、点火時期とを制御する。

従来の制御装置では、エンジンに取り付けられたクランク角センサの出力からエンジンのクランク角情報を得て、このクランク角情報に基づいて燃料噴射時期を検出したときに初回の燃料噴射を行なわせるようにしていた。そのため、エンジンのクランキングを開始してから最初の燃料噴射が行なわれるまでの間に遅れがあり、この遅れにより、エンジンの燃焼室内に供給される混合気の空燃比が所定の値に達するのが遅れるため、エンジンの始動性が悪くなるという問題があった。

エンジンの始動性が悪いと、スタータモータを駆動する時間が長くなって、バッテリの消費電力量が増加するため、バッテリとして大容量のものを用いる必要があり、不経済である。

またスタータモータを駆動する際には、非常に多くの電力が消費されるため、バッテリの端子電圧が大きく落ち込む。図１１は、エンジン始動時の回転速度の変化と、バッテリ電圧の変化とを実測した結果の一例を、横軸にスタータモータの駆動時間をとって示したもので、同図において曲線ａはエンジンの回転速度（クランキング速度）を示し、ｂはバッテリ電圧を示している。バッテリ電圧が低下すると、インジェクタの駆動電圧が低下するため、インジェクタの開弁動作が遅れ、インジェクタから所望の量の燃料を噴射することができなくなる。

一般にエンジン用の燃料噴射装置においては、インジェクタに与える燃料の圧力（燃圧）を圧力調整器により一定に保つように制御しているため、インジェクタが噴射する燃料の量はインジェクタの弁を開いている時間（開弁時間）により管理される。またインジェクタは、駆動電圧が与えられた際に直ちに弁を開くのではなく、駆動電圧が与えられてから実際に弁が開くまでの間に遅れ時間（無効噴射時間と呼ばれる。）がある。そのため、燃料の噴射量を制御する際には、各種の制御条件に対して、混合気の空燃比を所定の範囲に保つために必要な噴射量を得るために必要な開弁時間を有効噴射時間として演算し、この有効噴射時間に無効噴射時間を加えた時間を見かけの燃料噴射時間として、この見かけの燃料噴射時間に相当する信号幅を有する噴射指令信号をインジェクタ駆動部に与えるようにしている。インジェクタ駆動部は、噴射指令信号が与えられている間インジェクタに駆動電圧を与えて、有効噴射時間の間インジェクタから燃料を噴射させる。

図１０は、インジェクタ駆動電圧と無効噴射時間との関係を示したもので、同図に示したように、無効噴射時間は、インジェクタ駆動電圧が低下すると大幅に長くなる。このように、無効噴射時間は、インジェクタ駆動電圧の低下に伴って長くなるため、図１１に示されたように、エンジンの始動時にバッテリ電圧が落ち込んで、インジェクタ駆動電圧が低下すると、インジェクタの無効噴射時間が長くなって、インジェクタの開弁が遅れてしまう。このようにインジェクタの開弁が遅れると、インジェクタに与えられる燃圧が十分に上昇していたとしても燃料噴射量が不足することになるため、エンジンの始動性が悪くなるのを避けられない。

そこで、バッテリ電圧を検出して、バッテリ電圧に応じて有効噴射時間に加算する無効噴射時間を補正することにより、インジェクタ駆動電圧の低下に伴って噴射量が減少するのを防ぐことが考えられる。

しかしながら、エンジンの始動時には、エンジンの行程変化に伴うシリンダ内圧の変化によりスタータモータにかかる負荷が変動して、図１１の曲線ａに示すように、回転速度がクランク角により細かく変化し、この負荷変動に伴ってバッテリ電圧も変化する。更に、スタータモータの駆動電流は、コンミュテータとブラシとからなる整流機構により行なわれる通電の切換（ブラシレスモータの場合には、通電パターンの切換）に伴って細かく変動するため、バッテリ電圧の波形は図１１に示されたように激しく変化する波形となる。

上記のように、エンジンの始動時には、バッテリ電圧が激しく変化するため、このバッテリ電圧を検出して無効噴射時間を正確に演算することは困難であり、バッテリ電圧に対して無効噴射時間を的確に補正して燃料噴射量を精度良く制御することは困難である。

エンジンの始動時に燃料噴射量が不足するのを防ぐために、特許文献２に示されているように、キースイッチが閉じられたときにインジェクタを駆動して初回の燃料噴射を行なわせ、その後にスタータモータを起動することが提案されている。
特開２００５−２３９１１号公報 実開昭６０−９０５４０号のマイクロフィルム

キースイッチが閉じられた際に、インジェクタに与えられている燃圧が十分で、かつ初回の燃料噴射が行なわれた後遅滞なくスタータモータを起動することができれば、特許文献２に記載されたような制御を行なうことにより、エンジンの始動時に燃料が不足するのを防いでエンジンの始動性を向上させることができる。

しかしながら、キースイッチが閉じられた際には、インジェクタに与えられている燃圧が不足していることが多い。キースイッチが閉じられた際にインジェクタに与えられている燃圧が不足している場合には、特許文献２に示されたように、キースイッチが閉じられたときに燃料を噴射させても、所望量の燃料を噴射させることができないため、その後に行なわれる初回の点火時に燃料への着火に失敗し、始動性が悪くなるのを避けられない。また燃料への着火に失敗すると、未燃焼ガスが排出されることになるため、大気が汚染されてしまう。

更に、キースイッチを閉じた後、スタータスイッチを閉じるまでの時間が長い場合には、インジェクタが噴射した燃料が吸気管の内面やシリンダの内面に付着して液膜を形成するため、燃焼に寄与する燃料の量が不足し、エンジンの始動性が悪くなる。この場合もシリンダ内で着火に失敗すると、未燃焼ガスが排出されることになるため、大気が汚染され、好ましくない。

本発明の目的は、エンジンの始動時に燃料噴射量が不足するのを防いで、エンジンの始動性を向上させるとともに、未燃焼ガスの排出量を減少させて、エンジン始動時の排気ガス特性を改善することができるようにしたエンジン制御装置を提供することにある。

本発明は、エンジンに供給する燃料を噴射するインジェクタ及び該インジェクタに燃料を供給する燃料ポンプを有する燃料噴射装置と、エンジンを始動するスタータモータとをマイクロプロセッサを用いて制御するエンジン制御装置に係わるものである。

本発明においては、マイクロプロセッサの電源が確立したときにインジェクタに与えられる燃料の圧力を設定された値以上にするために必要な設定時間の間だけ燃料ポンプを駆動する初回燃料ポンプ駆動手段と、初回燃料ポンプ駆動手段による燃料ポンプの駆動が完了し、かつエンジンを始動することを指令する始動指令が与えられていることが確認されたときにスタータモータの駆動に先だってインジェクタから初回の燃料噴射を行なわせる初回燃料噴射制御手段とを設けた。

上記のように、初回の燃料ポンプの駆動が完了した後、スタータモータを駆動する前に初回の燃料噴射を行なわせるようにすると、インジェクタに与えられる燃圧とインジェクタの駆動電圧とが安定している状態で（スタータモータの駆動により電源電圧が低下する前に）初回の燃料噴射を行わせることができるため、初回の燃料噴射時に演算された通りの量の燃料を噴射させることができる。従って、エンジンの始動時に燃料噴射量が不足するのを防いで、エンジンの始動性を向上させることができる。また始動時に燃料噴射量が不足するのを防いで、初回の点火時に着火に失敗するのを防ぐことができるため、未燃焼ガスの排出量を減少させて、エンジン始動時の排気ガス特性を改善することができる。

本発明の好ましい態様では、マイクロプロセッサの電源が確立したときに設定時間の間だけ燃料ポンプを駆動する初回燃料ポンプ駆動手段と、初回燃料ポンプ駆動手段による燃料ポンプの駆動が完了し、かつエンジンを始動することを指令する始動指令が与えられていることが確認されたときにインジェクタから初回の燃料噴射を行なわせる初回燃料噴射制御手段と、初回の燃料噴射が完了したことが確認され、かつ始動指令が与えられていることが確認されたときにエンジンを始動させるべくスタータモータを駆動するスタータモータ駆動手段とが設けられる。

本発明の他の好ましい態様では、エンジンを始動する際にはスタータモータとして機能し、エンジンの始動が完了した後はバッテリを充電するためのジェネレータとして機能するスタータジェネレータがエンジンに取り付けられる。この場合、マイクロプロセッサはバッテリから電源電圧が与えられて動作する。

上記のようにスタータジェネレータが用いられる場合には、マイクロプロセッサの電源が確立したときに設定時間の間だけ燃料ポンプを駆動する初回燃料ポンプ駆動手段と、初回燃料ポンプ駆動手段による燃料ポンプの駆動が完了し、かつエンジンを始動することを指令する始動指令が与えられていることが確認されたときにインジェクタから初回の燃料噴射を行なわせる初回燃料噴射制御手段と、初回の燃料噴射が完了したことが確認され、かつ始動指令が与えられていることが確認されたときにスタータジェネレータをスタータモータとして機能させてエンジンを始動させるべくスタータジェネレータを制御するスタータ制御手段と、エンジンが始動したことが確認されたときにバッテリの両端の電圧が設定値を超えないように、スタータジェネレータの発電出力を制御する発電出力制御手段とが設けられる。

エンジンを動作させるためには、当然のことながら、エンジンの運転中の燃料ポンプの動作を管理する定常時燃料ポンプ制御手段と、エンジンが始動した後に燃料噴射装置からの燃料噴射量を制御する定常時燃料噴射制御手段とを必要とする。すなわち、本発明に係わる制御装置では、燃料噴射量の制御に関して、少なくとも、初回燃料ポンプ駆動手段と、初回燃料噴射制御手段と、定常時燃料ポンプ制御手段と、定常時燃料噴射制御手段とを必要とし、スタータジェネレータを制御する場合には、更にスタータ制御手段と、発電出力制御手段とを必要とする。また電子制御式の点火装置を備えている場合には、点火時期を制御するための手段を更に必要とする。これらの制御を一つのマイクロプロセッサを用いて行わせると、制御項目が多くなるため、各項目の制御を高精度で行うことが難しくなる。

そこで、本発明の好ましい態様では、マイクロプロセッサを２つ設けて、初回燃料ポンプ駆動手段と、初回燃料噴射制御手段と、定常時燃料ポンプ制御手段と、定常時燃料噴射制御手段とを２つのマイクロプロセッサの内の一方により構成し、スタータ制御手段と発電出力制御手段とを２つのマイクロプロセッサの内の他方により構成する。

このように２つのマイクロプロセッサに制御を分担させると、各マイクロプロセッサが負担する制御項目を少なくすることができるため、燃料噴射量の制御や発電出力の制御を高精度で行わせることができる。

以上のように、本発明によれば、初回の燃料ポンプの駆動が完了した後、スタータモータの駆動により電源電圧が低下する前に初回の燃料噴射を行わせるようにしたので、初回の燃料噴射時に演算された通りの量の燃料を噴射させることができ、エンジンの始動時に燃料噴射量が不足するのを防いで、エンジンの始動性を向上させることができる。

また本発明によれば、始動時に燃料噴射量が不足するのを防いで、初回の点火時に着火に失敗するのを防ぐことができるため、未燃焼ガスの排出量を減少させて、エンジン始動時の排気ガス特性を改善することができる。

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ないし図４は本発明の第１の実施形態を示したもので、図１はハードウェアの構成を示し、図２はマイクロプロセッサにより構成される機能実現手段を含む制御装置の構成を示していてる。また図３は図２に示された手段を構成するためにマイクロプロセッサが実行するプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートであり、図４は本実施形態におけるエンジンの始動時の動作を示すタイミングチャートである。

図１において１はバッテリ、２は図示しないエンジンを始動させるスタータモータ、３は図示しないエンジンに供給する燃料を噴射するインジェクタ（電磁式燃料噴射弁）、４は図示しない燃料タンク内の燃料を汲み出してインジェクタ３に与える燃料ポンプ、５はバッテリ１から電源電圧が与えられて動作するマイクロプロセッサである。スタータモータ２を駆動するためにスタータ駆動部６が設けられ、インジェクタ３及び燃料ポンプ４をそれぞれ駆動するためにインジェクタ駆動部７及び燃料ポンプ駆動部８が設けられている。

バッテリ１の両端の電圧はまたキースイッチ１０を通して、スタータ駆動部６、インジェクタ駆動部７及び燃料ポンプ駆動部８に与えられるとともに、電圧調整部１１を通してマイクロプロセッサ５に与えられている。スタータ駆動部６、インジェクタ駆動部７及び燃料ポンプ駆動部８は、それぞれスタータモータ２、インジェクタ３及び燃料ポンプ４の駆動電流をオンオフする機能を有するスイッチを備えていて、それぞれのスイッチがオン状態にされたときにバッテリ１を電源としてスタータモータ２、インジェクタ３及び燃料ポンプ４に駆動電流を供給する。電圧調整部１１は、バッテリ１の両端の電圧をマイクロプロセッサ５を駆動するのに適した値（例えば５Ｖ）に調整して、この電圧をマイクロプロセッサ５の電源端子に与える。

１２はバッテリ電圧を検出するバッテリ電圧検出部で、この検出部により得られたバッテリ電圧の情報がマイクロプロセッサ５に与えられている。１３はエンジンを始動する際に操作されて始動指令を発生するスタータスイッチ、１４は燃料噴射量を制御するための制御条件を検出する各種センサ（吸気温センサ、冷却水温センサ、大気圧センサ、吸気圧センサ等）、１５はエンジンのクランク角情報を検出するクランク角センサであり、スタータスイッチ１３が発生する始動指令と、各種センサ１４及びクランク角センサ１５が検出した情報がマイクロプロセッサ５に与えられている。

マイクロプロセッサ５は、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、エンジンを動作させるために必要な各種の機能実現手段を構成する。マイクロプロセッサ５により構成される各種の機能実現手段のうち、本発明に関係する手段を含む制御装置の要部の構成を図２に示した。図２において、２０はエンジンの始動時の燃料噴射制御とスタータモータの制御とを行う始動時制御部である。この始動時制御部は、マイクロプロセッサの電源が確立したときに設定時間の間だけ燃料ポンプを駆動する初回燃料ポンプ駆動手段２１と、始動操作開始後初回に行う燃料噴射の噴射時間を演算する初回燃料噴射時間演算手段２２と、スタータスイッチが閉じられているか否か（始動指令が与えられているか否か）を判定するスタータスイッチ状態判定手段２３と、初回燃料ポンプ駆動手段２１による燃料ポンプの駆動が完了し、かつスタータスイッチ状態判定手段２３により始動指令が与えられていることが確認されたときに初回の燃料噴射を行わせることを指令する初回燃料噴射指令を発生する初回噴射指令発生手段２４と、初回の燃料噴射が完了したことが確認され、かつ始動指令が与えられていることが確認されたときにエンジンを始動させるべくスタータモータ２を駆動するスタータモータ駆動手段２５とにより構成される。

この実施形態では、初回燃料噴射時間演算手段２２と、スタースイッチ状態判定手段２３と、初回噴射指令発生手段２４とにより、初回燃料ポンプ駆動手段２１による燃料ポンプの駆動が完了し、かつスタータスイッチから始動指令が与えられていることが確認されたときにインジェクタ３から初回の燃料噴射を行なわせる初回燃料噴射制御手段が構成されている。

また図２に示した例では、始動時制御部２０の他に、エンジンが始動した後の燃料噴射制御を行う定常時燃料噴射制御手段２６と、エンジンの始動操作が開始された後に燃料ポンプの駆動を再開させてエンジンの運転中の燃料ポンプの動作を管理する定常時燃料ポンプ制御手段２７とが設けられている。

エンジンの動作を維持するためには、当然のことながら、エンジンを点火する点火装置を制御する手段を必要とし、また場合によっては、エンジンの排気タイミングの制御等を行うこともあるが、これらの制御を行うための手段については説明を省略する。

図２に示した始動時制御部２０を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムの一例を示すフローチャートを図３に示した。図３に示した処理は、キースイッチ１０がオン状態にされてマイクロプロセッサ５の電源が確立したときに開始される。処理が開始されると先ずステップＳ１０１で各部の初期化を行い、ステップＳ１０２で燃料ポンプ４の駆動を開始させる。次いでステップＳ１０３で燃料ポンプの駆動時間が設定時間以上であるか否かを判定する。その結果ポンプの駆動時間が設定時間以上であると判定されたときにステップＳ１０４に移行して燃料ポンプの駆動を停止する。

ステップＳ１０４で燃料ポンプ４の駆動を停止した後、ステップＳ１０５で初回の燃料噴射時間を演算し、ステップＳ１０６でスタータスイッチ１３がオン状態になっているか否かを判定する。その結果、スタータスイッチがオン状態にないと判定されたときには、スタータスイッチがオン状態になるのを待ち、初回燃料噴射時間の演算を再度行う。

初回燃料噴射時間は、吸気温度、エンジンの冷却水温度、大気圧などの制御条件に対して演算された有効噴射時間に無効噴射時間を加算した時間である。無効噴射時間は、バッテリ電圧により変化するため、バッテリ電圧検出部１２により検出されたバッテリ電圧に応じて補正される。

ステップＳ１０６でスタータスイッチがオン状態になっていると判定されたときには、ステップＳ１０７に移行して初回の燃料噴射指令を発生させて初回の燃料噴射を開始し、ステップＳ１０８で初回の燃料噴射が終了したか否か（初回燃料噴射時間が経過したか否か）を判定する。その結果初回の燃料噴射が完了したと判定されたときには、ステップＳ１０９に移行してスタータモータの駆動を開始した後、一定時間経過したときに定常運転のための燃料ポンプの制御を開始するステップＳ１１０と、エンジンの点火制御を開始するステップＳ１１１とを行い、ステップＳ１１２でエンジンの回転速度Ｎが始動完了判定速度Ｎs以上であるか否かを判定する。回転速度Ｎはクランク角センサ１５が出力するクランク角検出パルスの発生周期から演算される。ステップＳ１１２で回転速度Ｎが始動完了判定速度Ｎs以上であると判定されたとき（エンジンの始動が完了したと判定されたとき）には、ステップＳ１１３でスタータモータ２への通電を停止させ、ステップＳ１１４で定常時の制御に移行させる。

定常時の制御では、エアフローメータにより検出されたエンジンの吸入空気量、エンジン回転速度と吸気管内圧力とから推定した吸入空気量、またはエンジンのスロットルバルブ開度と回転速度とから推定した吸入空気量に対して基本燃料噴射時間を演算する。またこの基本燃料噴射時間に、エンジンの吸気温度、冷却水温、大気圧、エンジンの回転速度などの制御条件に対して演算した補正係数を乗じることにより有効噴射時間を演算し、この有効噴射時間に無効噴射時間を加算して見かけの燃料噴射時間を演算する。そして、クランク角センサの出力などから燃料噴射時期が検出されたときに、見かけの燃料噴射時間に相当する信号幅を有する噴射指令パルスを発生させ、この噴射指令パルスをインジェクタ駆動部７に与える。インジェクタ駆動部７は、噴射指令パルスが与えられている間インジェクタ３に駆動電流を与えて、演算された有効噴射時間の間燃料の噴射を行わせる。

本実施形態では、ステップＳ１０２ないしＳ１０４により、初回燃料ポンプ駆動手段２１が構成され、ステップＳ１０５により初回燃料噴射時間演算手段２２が構成される。またステップＳ１０６によりスタータスイッチ状態判定手段２３が構成され、ステップＳ１０７により初回噴射指令発生手段が構成される。更にステップＳ１０８及びＳ１１２によりスタータ制御手段２５が構成され、ステップＳ１１０により定常時燃料ポンプ制御手段２７が構成される。またステップＳ１１４により定常時燃料噴射制御手段が構成される。

本実施形態の制御装置によりエンジンを制御する場合のエンジンの始動時の動作を示すタイミングチャートを図４（Ａ）ないし（Ｅ）に示した。時刻ｔ1においてキースイッチ１０が閉じられると、燃料ポンプ４が時刻ｔ2までの間（設定時間Ｔsの間）駆動され、次いで時刻ｔ3でインジェクタ駆動部７に噴射指令パルスＶjが与えられる。この噴射指令パルスが発生している間に初回の燃料噴射が行われる。時刻ｔ4で初回の燃料噴射が終了すると、スタータモータの駆動が開始され、時刻ｔ5で燃料ポンプの正式な駆動が開始される。次いで時刻ｔ6でエンジンの回転速度が始動完了判定速度以上になったと判定されるとスタータモータが停止させられる。

次に図５ないし図９を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。図５は第２の実施形態のハードウェアの構成を示すブロック図、図６は図５に示されたスタータジェネレータ駆動部の構成例を示した回路図、図７はマイクロプロセッサにより構成される部分を含む制御装置の構成を示したブロック図、図８及び図９は図７に示された手段を構成するためにマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムを示したフローチャートである。

図５において、図１の各部と同等の部分にはそれぞれ同一の符号が付されている。本実施形態では、図１に示されたスタータモータに代えてスタータジェネレータ２′がエンジンに取り付けられている。スタータジェネレータ２′は、エンジンを始動する際にはスタータモータとして機能し、エンジンの始動が完了した後はバッテリを充電するためのジェネレータとして機能する回転電機である。この回転電機は例えば、回転子ヨークに永久磁石を取り付けて構成した磁石回転子と、磁石回転子の磁極に対向する磁極部を有する電機子鉄心に電機子コイルを巻装してなる固定子とにより構成されて、エンジンの始動時にはブラシレスモータとして駆動され、エンジンが始動した後はエンジンにより駆動されて磁石式交流発電機として機能する。

スタータジェネレータとして、２ｎ極（ｎは１以上の整数）の磁石回転子と、３ｎ極の固定子とにより構成されて、エンジンの始動時に三相ブラシレスモータとして動作し、エンジンの始動後は三相の磁石式交流発電機として動作するものを用いる場合のスタータジェネレータ駆動部６′の構成例を図６に示した。

図６に示されたスタータジェネレータ駆動部は、一端が共通接続されたスイッチＱuないしＱwによりブリッジの上辺が構成され、スイッチＱuないしＱwの他端にそれぞれ一端が接続されるとともに他端が共通接続されたスイッチＱxないしＱzによりブリッジの下辺が構成された三相ブリッジ形のスイッチ回路と、スイッチＱuないしＱwにそれぞれ逆並列接続されたダイオードＤuないしＤwとスイッチＱxないしＱzにそれぞれ逆並列接続されたダイオードＤxないしＤzとにより構成された三相全波整流回路とからなる三相インバータ回路により構成されている。スイッチＱuないしＱw及びＱxないしＱzのそれぞれはオンオフ制御が自在なスイッチ素子であればよい。図６に示した例では、各スイッチがＭＯＳＦＥＴにより構成されている。

ＬuないしＬwは三相星形結線された三相の電機子コイルで、これらの電機子コイルの中性点と反対側の端子がインバータ回路の三相の交流側端子６uないし６wに接続されている。またインバータ回路の直流側端子６a，６b間にバッテリ１が接続されている。

このスタータジェネレータ駆動部を用いる場合には、磁石回転子の回転角度位置を検出する位置センサが設けられて、該位置センサが検出する回転子の回転角度位置情報がマイクロプロセッサに与えられる。そして、エンジンの始動時には、バッテリ１の両端を短絡することがないように配慮しながら、エンジンを始動させる方向に磁石回転子を回転させるために必要な通電パターンで電機子コイルＬuないしＬwに駆動電流を流すように、インバータ回路のブリッジの上辺のスイッチＱuないしＱwの中から選択された一つのスイッチとブリッジの下辺のスイッチＱxないしＱzの中から選択された一つのスイッチとに駆動信号が与えられ、駆動信号が与えられたスイッチがオン状態になってバッテリ１から電機子コイルＬuないしＬwに駆動電流を流す。

またエンジンが始動した後は、電機子コイルＬuないしＬwに誘起する三相交流電圧がダイオードＤuないしＤw及びＤxないしＤzにより構成された三相全波整流回路を通して整流されてバッテリ１に供給される。電機子コイルの誘起電圧はエンジンの回転速度の上昇に伴って上昇していくため、マイクロプロセッサは、バッテリの両端に印加される電圧を設定値以下に保つようにインバータ回路を制御して発電出力を制御する。

発電出力の制御は、バッテリの両端の電圧が設定値を超えたときに発電出力を短絡し、バッテリの両端の電圧が設定値未満になったときに発電出力の短絡を解除するように、インバータ回路を構成するスイッチをオンオフ制御することにより行なうことができる。即ち、マイクロプロセッサは、バッテリ電圧検出部１２により検出されたバッテリ電圧が設定値を超えたときにインバータ回路のブリッジの下辺のスイッチＱxないしＱzに同時に駆動信号を与えるか、またはブリッジの上辺のスイッチＱuないしＱwに同時に駆動信号を与えて、ブリッジの下辺のスイッチＱxないしＱzまたはブリッジの上辺のスイッチＱuないしＱwを同時にオン状態にすることにより、スタータジェネレータの三相の出力を短絡し、スタータジェネレータの発電出力を低下させる。バッテリに印加される電圧が設定値未満になったときにスイッチＱxないしＱzまたはスイッチＱuないしＱwへの駆動信号の供給を停止させてスタータジェネレータの三相出力の短絡を解除し、発電出力を回復させる。これらの動作によりバッテリ１に印加される電圧を設定された範囲に保つ。

本実施形態ではまた、第１のマイクロプロセッサ５Ａと第２のマイクロプロセッサ５Ｂとの２つのマイクロプロセッサが設けられていて、第１のマイクロプロセッサ５Ａにより燃料ポンプとインジェクタとが制御され、第２のマイクロプロセッサ５Ｂによりスタータジェネレータ２′が制御される。第１のマイクロプロセッサ５Ａ及び第２のマイクロプロセッサ５Ｂには、バッテリ１からキースイッチ１０と電圧調整部１１を通して電源電圧が与えられる。またバッテリ電圧検出部１２の出力が第１のマイクロプロセッサ及び第２のマイクロプロセッサの双方に与えられ、クランク角センサ１５の出力が第１のマイクロプロセッサ及び第２のマイクロプロセッサの双方に与えられている。第１のマイクロプロセッサ５Ａと第２のマイクロプロセッサ５Ｂとの間は相互にデータの交換を行なうことができるように通信線を通して接続され、第１のマイクロプロセッサ及び第２のマイクロプロセッサの一方に記憶されているデータを他方の側に読み込んだり、一方が発生した信号を他方の側で受信したりすることができるようになっている。例えば第１のマイクロプロセッサ５Ａで演算されたエンジンの回転速度のデータを第２のマイクロプロセッサ５Ｂ側にも読み込むことができるようになっている。

本実施形態においてマイクロプロセッサにより構成される手段を含む制御装置の構成は図７に示す通りである。図７に示した制御装置の構成は、スタータモータ２に代えてスタータジェネレータ２′が用いられている点、スタータ駆動部６に代えてスタータジェネレータ駆動部６′が設けられている点、及びエンジンが始動したことが確認されたときにバッテリ１の両端の電圧が設定値を超えないように、スタータジェネレータの発電出力を制御する発電出力制御手段２８が新たに設けられている点を除き、図２に示された制御装置の構成と同様である。

図７に示した制御装置の各機能実現手段を構成するために第１のマイクロプロセッサ５Ａに実行させる処理のアルゴリズムを示すフローチャートを図８に示し、第２のマイクロプロセッサ５Ｂに実行させる処理のアルゴリズムを示すフローチャートを図９に示した。図８に示した処理及び図９に示した処理はそれぞれ、キースイッチ１０がオン状態にされて第１のマイクロプロセッサ５Ａ及び第２のマイクロプロセッサ５Ｂの電源が確立したときに開始される。第１のマイクロプロセッサ５Ａは、先ず図８のステップＳ２０１で各部の初期化を行い、ステップＳ２０２で燃料ポンプ４の駆動を開始させる。次いでステップＳ２０３で燃料ポンプの駆動時間が設定時間以上であるか否かを判定する。その結果ポンプの駆動時間が設定時間以上であると判定されたときにステップＳ２０４に移行して燃料ポンプの駆動を停止する。

ステップＳ２０４で燃料ポンプ４の駆動を停止した後、ステップＳ２０５で初回の燃料噴射時間を演算し、ステップＳ２０６でスタータスイッチ１３がオン状態になっているか否かを判定する。その結果、スタータスイッチがオン状態にないと判定されたときには、スタータスイッチがオン状態になるのを待ち、初回燃料噴射時間の演算を再度行う。

ステップＳ２０６でスタータスイッチがオン状態になっていると判定されたときには、ステップＳ２０７に移行して初回の燃料噴射指令を発生させて初回の燃料噴射を開始し、ステップＳ２０８で初回の燃料噴射が終了したか否か（初回燃料噴射時間が経過したか否か）を判定する。その結果初回の燃料噴射が完了したと判定されたときには、ステップＳ２０９に移行してスタータ駆動許可信号を第２のマイクロプロセッサ５Ｂに向けて出力した後、一定時間経過したときに定常運転のための燃料ポンプの制御を開始するステップＳ２１０と、エンジンの点火制御を開始するステップＳ２１１とを行う。次いでステップＳ２１２で、エンジンの始動が完了したときに１にセットされるフラグＦがセットされているか否かを判定し、フラグＦが１にセットされていると判定されたときに定常時の制御に移行させる。

一方第２のマイクロプロセッサ５Ｂは、電源が確立したときにステップＳ３０１で各部の初期化を行なった後、ステップＳ３０２で第１のマイクロプロセッサ５Ａがスタータ駆動許可信号を発生するのを待つ。スタータ駆動許可信号が発生したときにステップＳ３０３でエンジンの回転速度Ｎが始動完了判定速度Ｎs1以上であるか否かを判定し、回転速度Ｎが始動完了判定回転速度Ｎs1以上でないときにステップＳ３０４でスタータジェネレータ２′をブラシレスモータとして動作させるようにスタータジェネレータ駆動部６′を制御して、スタータジェネレータ２′をスタータモータとして動作させる。エンジンの回転速度Ｎが始動判定回転速度Ｎs1に達するまでステップＳ３０３とＳ３０４とを繰り返して、スタータジェネレータをモータとして駆動し続け、エンジンの回転速度Ｎが始動判定回転速度Ｎs1以上になったときにステップＳ３０５に移行して、スタータモータとしての駆動を停止する。次いでステップＳ３０６でエンジンの始動が完了したことを示すフラグＦを１にセットし、ステップＳ３０７でエンジンの回転速度Ｎが始動完了回転速度Ｎs1よりも高く設定された設定回転速度Ｎs2以上になるのを待つ。設定回転速度Ｎs2は、エンジンの回転速度がスタータジェネレータ２′をジェネレータとして動作させてエンジンに負荷をかけても支障を来さない回転速度に達しているか否かを判定するための速度である。ステップＳ３０７でエンジンの回転速度Ｎが設定速度Ｎs2以上になったと判定されたときにステップＳ３０８に移行して制御モードを発電モードとする。この発電モードでは、バッテリ１の両端の電圧が設定値を超えないように、スタータジェネレータ２′の発電出力を制御する。

本実施形態では、図８のステップＳ２０２ないしＳ２０４により、初回燃料ポンプ駆動手段２１が構成され、ステップＳ２０５により初回燃料噴射時間演算手段２２が構成される。またステップＳ２０６によりスタータスイッチ状態判定手段２３が構成され、ステップＳ２０７により初回噴射指令発生手段が構成される。更にステップＳ２０８及びＳ２０９によりスタータ駆動許可信号発生手段が構成され、ステップＳ２１０により定常時燃料ポンプ制御手段２７が構成される。またステップＳ２１３により定常時燃料噴射制御手段が構成される。

更に図９のステップＳ３０２ないしＳ３０５によりスタータ制御手段２５が構成され、ステップＳ３０８により発電出力制御手段２８が構成される。

図５に示したように２つのマイクロプロセッサ５Ａ及び５Ｂを設ける場合、エンジンの点火時期の制御は、マイクロプロセッサ５Ａで行なわせても良く、マイクロプロセッサ５Ｂで行なわせてもよい。

本発明の第１の実施形態のハードウェアの構成を示したブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係わる制御装置のマイクロプロセッサにより構成される機能実現手段を含む構成を示したブロック図である。 図２に示した機能実現手段を実現するためにマイクロプロセッサに実行させる処理のアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係わる制御装置を用いた場合のエンジン始動時の燃料噴射装置の動作及びスタータモータの動作を示したタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態のハードウェアの構成を示したブロック図である。 図５に示されたスタータジェネレータ駆動部の構成例を示した回路図である。 本発明の第２の実施形態に係わる制御装置のマイクロプロセッサにより構成される機能実現手段を含む構成を示したブロック図である。 図６に示された機能実現手段を実現するために第１のマイクロプロセッサに実行させる処理のアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。 図６に示された機能実現手段を実現するために第２のマイクロプロセッサに実行させる処理のアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。 インジェクタの無効噴射時間と駆動電圧との関係を示したグラフである。 エンジン始動するスタータモータを駆動するバッテリ電圧とスタータモータの駆動時間との間の関係、及びエンジンの回転速度とスタータモータの駆動時間との間の関係を実測した結果を示したグラフである。

符号の説明

１ バッテリ
２ スタータモータ
２′ スタータジェネレータ
３ インジェクタ
４ 燃料ポンプ
５ マイクロプロセッサ
５Ａ 第１のマイクロプロセッサ
５Ｂ 第２のマイクロプロセッサ
６ スタータ駆動部
７ インジェクタ駆動部
８ 燃料ポンプ駆動部
１０ キースイッチ
１２ バッテリ電圧検出部
１３ スタータスイッチ
１４ 各種センサ
１５ クランク角センサ

Claims (4)

1. エンジンに供給する燃料を噴射するインジェクタ及び該インジェクタに燃料を供給する燃料ポンプを有する燃料噴射装置と、前記エンジンを始動するスタータモータとをマイクロプロセッサを用いて制御するエンジン制御装置において、
   前記マイクロプロセッサの電源が確立したときに設定時間の間だけ前記燃料ポンプを駆動する初回燃料ポンプ駆動手段と、
   前記初回燃料ポンプ駆動手段による燃料ポンプの駆動が完了し、かつ前記エンジンを始動することを指令する始動指令が与えられていることが確認されたときに前記スタータモータの駆動に先だって前記インジェクタから初回の燃料噴射を行なわせる初回燃料噴射制御手段と、
   を備えているエンジン制御装置。
2. エンジンに供給する燃料を噴射するインジェクタ及び該インジェクタに燃料を供給する燃料ポンプを有する燃料噴射装置と、前記エンジンを始動するスタータモータとをマイクロプロセッサを用いて制御するエンジン制御装置において、
   前記マイクロプロセッサの電源が確立したときに設定時間の間だけ前記燃料ポンプを駆動する初回燃料ポンプ駆動手段と、
   前記初回燃料ポンプ駆動手段による燃料ポンプの駆動が完了し、かつ前記エンジンを始動することを指令する始動指令が与えられていることが確認されたときに前記インジェクタから初回の燃料噴射を行なわせる初回燃料噴射制御手段と、
   前記初回の燃料噴射が完了したことが確認され、かつ前記始動指令が与えられていることが確認されたときに前記エンジンを始動させるべく前記スタータモータを駆動するスタータモータ駆動手段と、
   を備えているエンジン制御装置。
3. エンジンに供給する燃料を噴射するインジェクタ及び該インジェクタに燃料を供給する燃料ポンプを有する燃料噴射装置と、前記エンジンを始動する際にはスタータモータとして機能し、前記エンジンの始動が完了した後はバッテリを充電するためのジェネレータとして機能するスタータジェネレータとを前記バッテリから電源電圧が与えられるマイクロプロセッサを用いて制御するエンジン制御装置において、
   前記マイクロプロセッサの電源が確立したときに設定時間の間だけ前記燃料ポンプを駆動する初回燃料ポンプ駆動手段と、
   前記初回燃料ポンプ駆動手段による燃料ポンプの駆動が完了し、かつ前記エンジンを始動することを指令する始動指令が与えられていることが確認されたときに前記インジェクタから初回の燃料噴射を行なわせる初回燃料噴射制御手段と、
   前記初回の燃料噴射が完了したことが確認され、かつ前記始動指令が与えられていることが確認されたときに前記スタータジェネレータをスタータモータとして機能させて前記エンジンを始動させるべく前記スタータジェネレータを制御するスタータ制御手段と、
   前記エンジンが始動したことが確認されたときに前記バッテリの両端の電圧が設定値を超えないように、前記スタータジェネレータの発電出力を制御する発電出力制御手段と、 を備えているエンジン制御装置。
4. エンジンに供給する燃料を噴射するインジェクタ及び該インジェクタに燃料を供給する燃料ポンプを有する燃料噴射装置と、前記エンジンを始動する際にはスタータモータとして機能し、前記エンジンの始動が完了した後はバッテリを充電するためのジェネレータとして機能するスタータジェネレータとを前記バッテリから電源電圧が与えられるマイクロプロセッサを用いて制御するエンジン制御装置において、
   前記マイクロプロセッサの電源が確立したときに設定時間の間だけ前記燃料ポンプを駆動する初回燃料ポンプ駆動手段と、
   前記初回燃料ポンプ駆動手段による燃料ポンプの駆動が完了し、かつ前記エンジンを始動することを指令する始動指令が与えられていることが確認されたときに前記インジェクタから初回の燃料噴射を行なわせる初回燃料噴射制御手段と、
   前記初回の燃料噴射が完了したことが確認され、かつ前記始動指令が与えられていることが確認されたときに前記スタータジェネレータをスタータモータとして機能させて前記エンジンを始動させるべく前記スタータジェネレータを制御するスタータ制御手段と、
   前記エンジンが始動したことが確認されたときに前記バッテリの両端の電圧が設定値を超えないように、前記スタータジェネレータの発電出力を制御する発電出力制御手段と、 前記エンジンの始動操作が開始された後に前記燃料ポンプの駆動を再開してエンジンの運転中の燃料ポンプの動作を管理する定常時燃料ポンプ制御手段と、
   前記エンジンが始動した後の前記燃料噴射装置からの燃料噴射量を制御する定常時燃料噴射制御手段と、
   を備え、
   前記マイクロプロセッサは２つ設けられていて、前記初回燃料ポンプ駆動手段と、初回燃料ポンプ噴射制御手段と、前記定常時燃料ポンプ制御手段と、前記定常時燃料噴射制御手段とが前記２つのマイクロプロセッサの内の一方により構成され、
   前記スタータ制御手段と前記発電出力制御手段とが前記２つのマイクロプロセッサの内の他方により構成されているエンジン制御装置。

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