JP2013060913A - 内燃機関用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁石発電機が出力する点火装置駆動用の出力から余剰電力を取り出して、点火装置以外の負荷とマイクロプロセッサとに電力を供給することができるようにする。
【解決手段】内燃機関の回転に伴って、第１の半波の電圧とこの第１の半波の電圧と極性が異なる第２の半波の電圧と第１の半波の電圧と同極性の第３の半波の電圧とを順次発生する発電コイル１０ａを有する磁石発電機が搭載された内燃機関に設けられて負荷３をマイクロプロセッサ４Ａを用いて制御する内燃機関用制御装置４において、上記第１及び第３の半波の電圧で充電されるとともに、内燃機関が排気行程にあるときに発生する第２の半波の電圧でも充電される電源用蓄電素子Ｃ１を設けて、この電源用蓄電素子に蓄積されたエネルギで点火装置以外の負荷３及びマイクロプロセッサ４Ａに与える電源電圧を発生する電源回路４Ｂを構成した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関に付属する制御対象をマイクロプロセッサを用いて制御する内燃機関用制御装置に関するものである。

車両、船舶、耕作機械、発動発電機等の機器に搭載された内燃機関には、内燃機関に付属する機器などの特定の制御対象をマイクロプロセッサを用いて制御する制御装置が設けられることが多い。この種の制御装置では、マイクロプロセッサを動作させるために電源を必要とする。また制御対象が電源を有していない場合には、該制御対象にも電源を供給する必要がある。更にセンサ類を動作させるために電力を必要とする場合もある。

内燃機関に取り付けられている発電機が、フライホイールの内周に永久磁石により多数の磁極を構成したロータと、フライホイールの内側でロータの磁極に対向する磁極部を有する多極の電機子鉄心に複数の発電コイルを巻装した構成を有するステータとを備えた内磁石型の磁石発電機であって、内燃機関用点火装置に電力を供給する点火装置駆動用の発電コイルの他に、出力に余裕がある負荷駆動用の発電コイルを有している場合には、該磁石発電機の出力で、マイクロプロセッサや制御対象とする負荷に十分な電力を供給することができる。しかしながら、コストの低減や機関の小形軽量化を図るために、機関に取り付ける発電機として、点火装置駆動用の発電コイルのみが設けられる場合や、他の発電コイルが設けられていても、該他の発電コイルが大きな負荷を有していて、その出力に余裕がない場合には、マイクロプロセッサや制御対象とする負荷に十分な電力を供給することが困難になることがあった。

特に、内燃機関に搭載される磁石発電機として、特許文献１に示されているように、内燃機関のクランク軸に取り付けられるフライホイールの外周に一つの永久磁石を取り付けて三極の磁極を構成したロータと、内燃機関用点火装置に点火エネルギを供給するための電圧を発生する発電コイルをロータの磁極に対向する磁極部を有する鉄心に巻装してなるステータとを備えた点火装置専用の磁石発電機（本明細書では、この種の磁石発電機を外磁石型磁石発電機と呼ぶ。）が用いられる場合には、マイクロプロセッサなどに電力を供給する電源の確保が問題になる。

外磁石型磁石発電機は、一方の極性の第１の半波の電圧と該第１の半波の電圧に続いて発生する他方の極性の第２の半波の電圧と該第２の半波の電圧に続いて発生する一方の極性の第３の半波の電圧とを有する波形の交流電圧を、クランク軸の１回転当たり１回だけ発生する。外磁石型磁石発電機が発生する第１ないし第３の半波の電圧の内、最も波高値が高い電圧は、ロータの構造上、第２の半波の電圧であるため、この第２の半波の電圧が、内燃機関用点火装置を駆動するために用いられる。

外磁石型磁石発電機の発電コイルは、内燃機関用点火装置を構成する点火コイルの一次コイルとして設けられる場合と、点火コイルとは別個の発電コイルとして設けられる場合とがある。外磁石型磁石発電機の発電コイルが点火コイルの一次コイルとして設けられる場合には、点火コイルと共に点火回路を構成する構成要素と、点火回路を制御する点火制御装置の構成要素とを備えた点火ユニットがステータに設けられた点火コイルに一体化された状態で設けられることが多い。

上記のように、内燃機関に取り付けられる発電機が外磁石型磁石発電機である場合には、点火装置駆動用の発電コイルしか設けられていないため、磁石発電機から点火装置以外の負荷に電力を供給することは行われていなかった。外磁石型磁石発電機が第２の半波の電圧（点火装置を駆動する電圧）の前後に出力する同極性の第１の半波の電圧と第３の半波の電圧とを点火装置以外の負荷を駆動するための電圧として利用することが考えられるが、ロータの構造上、第１の半波の電圧及び第３の半波の電圧の波高値を高くすることはできないため、これらの電圧だけでマイクロプロセッサと制御対象とする負荷とに十分な電力を供給することは困難である。また点火装置を動作させるために用いる第２の半波の電圧を、マイクロプロセッサや制御対象とする負荷に電力を供給するために利用することが考えられるが、このような構成をとった場合には、点火装置を駆動するためのエネルギが不足するため、点火性能が低下するのを避けられない。

そのため、内燃機関の点火装置以外の特定の機器を制御対象として、マイクロプロセッサを用いて制御する必要がある場合には、特許文献２に示されているように、十分な容量を有するバッテリを別途電源として用意するか、または内燃機関に取り付ける発電機として、点火装置駆動用の発電コイルの他に、出力に余裕がある発電コイルを備えた大型で高価な内磁石型の磁石発電機を用いる必要があった。

特開２００１−１１２２４号公報 特開平１１−８２１７６号公報

上記のように、内燃機関に搭載される磁石発電機が、点火装置駆動用の発電コイルのみを有している場合や、点火装置駆動用の発電コイルの他に発電コイルを有していても、その発電コイルの出力に余裕がない場合には、内燃機関に搭載された磁石発電機の出力だけで、マイクロプロセッサ及び点火装置以外の負荷に十分な電力を供給することが困難になることがあった。

本発明の目的は、内燃機関に搭載される磁石発電機が、点火装置駆動用の発電コイルのみを有する場合や、点火装置駆動用の発電コイルの他に発電コイルを有していても、その発電コイルの出力に余裕がない場合に、点火装置の点火性能に何等影響を及ぼすことなく、制御対象を制御するマイクロプロセッサ及び点火装置以外の負荷に十分な電力を供給することを可能にする内燃機関用制御装置を提供することにある。

本発明は、内燃機関の回転に伴って交流電圧を誘起する点火装置駆動用の発電コイルを有して、該発電コイルに誘起する半波の電圧が内燃機関を点火する点火装置に点火エネルギを与えるために用いられる磁石発電機を搭載した内燃機関に設けられて、特定の制御対象をマイクロプロセッサを用いて制御する内燃機関用制御装置に係わるものである。

本発明に係わる内燃機関用制御装置は、電源用蓄電素子を有して、該電源用蓄電素子に蓄積したエネルギでマイクロプロセッサに与える電源電圧と点火装置以外の負荷に与える電源電圧とを発生する電源回路と、マイクロプロセッサから充電許可信号が与えられたときに点火装置に点火エネルギを与えるために用いられる前記発電コイルの半波の誘起電圧で電源用蓄電素子を充電する蓄電素子充電部と、内燃機関の行程を判別する行程判別部とを備えている。上記マイクロプロセッサは、行程判別部により内燃機関の行程が排気行程にあると判別されたときに充電許可信号を発生するようにプログラムされている。上記点火装置以外の負荷は、マイクロプロセッサの制御対象であってもよく、制御対象以外の負荷であってもよい。

内燃機関が排気行程にあるときに内燃機関用点火装置が発生する点火火花は、内燃機関の燃料を燃焼させるためには用いられない捨て火であるため、点火装置駆動用の発電コイルが誘起する各半波の電圧のうち、内燃機関が排気行程にあるときに点火装置に点火エネルギを与える半波の電圧を、特定の制御対象を制御するマイクロプロセッサ及び点火装置以外の負荷に電力を供給するための電圧として利用しても、内燃機関の点火性能には何等影響がない。点火装置に点火エネルギを与える半波の電圧は大きな波高値を有しているため、この電圧で電源用蓄電素子を充電すると、電源用蓄電素子に大きなエネルギを蓄積することができ、内燃機関用点火装置の点火性能に何等影響を及ぼすことなく、点火装置駆動用の発電コイルの出力で、マイクロプロセッサと点火装置以外の負荷とに電力を供給することができる。

上記のように、本発明においては、点火動作に何等影響を及ぼすことなく、内燃機関に搭載された磁石発電機に設けられた点火装置駆動用の発電コイルの出力から多くの余剰エネルギを取り出し、この余剰エネルギを有効に利用して、制御対象を制御するマイクロプロセッサと点火装置以外の負荷とに電力を供給するので、点火装置駆動用の発電コイルの出力が無駄に消費されるのを防いで、電力の有効利用を図ることができる。

本発明は、内燃機関に搭載される磁石発電機が、内燃機関の回転に伴って一方の極性の第１の半波の電圧と該第１の半波の電圧に続いて発生する他方の極性の第２の半波の電圧と該第２の半波の電圧に続いて発生する前記一方の極性の第３の半波の電圧とを有する波形の交流電圧を誘起する発電コイルを有して、この発電コイルに誘起する第２の半波の電圧が内燃機関を点火する点火装置に点火エネルギを与えるために用いられる場合に特に有用である。

上記のような磁石発電機が内燃機関に搭載される場合、本発明に係わる内燃機関用制御装置は、電源用蓄電素子を有してこの電源用蓄電素子に蓄積したエネルギで上記マイクロプロセッサに与える電源電圧と上記点火装置以外の負荷に与える電源電圧とを発生する電源回路と、磁石発電機の発電コイルに誘起する第１の半波の電圧及び第３の半波の電圧で電源用蓄電素子を充電する第１の充電回路と、マイクロプロセッサから充電許可信号が与えられたときに発電コイルに誘起する第２の半波の電圧で電源用蓄電素子を充電する第２の充電回路とを有する蓄電素子充電部と、内燃機関の行程を判別する行程判別部とを備えた構成とする。この場合もマイクロプロセッサは、行程判別部により内燃機関の行程が排気行程にあると判別されたときに充電許可信号を発生するようにプログラムされる。

上記のような磁石発電機が用いられる場合、発電コイルに誘起する第２の半波の電圧は大きな波高値を有しているため、この第２の半波の電圧で電源用蓄電素子を充電すると、電源用蓄電素子に大きなエネルギを蓄積することができる。また上記のように構成すると、磁石発電機の発電コイルに誘起する第１の半波の電圧と第２の半波の電圧によっても電源用蓄電素子が充電されるため、該電源用蓄電素子に十分に大きな電気エネルギを蓄積することができ、内燃機関用点火装置の点火性能に何等影響を及ぼすことなく、特定の制御対象を制御するマイクロプロセッサと点火装置以外の負荷とに電力を供給することができる。

本発明の好ましい態様では、制御対象としての負荷への駆動電流の供給を制御する負荷駆動用スイッチ回路と、電源用蓄電素子の両端の電圧がマイクロプロセッサを動作状態に維持するために必要な電圧の下限値以上に設定された設定値まで低下したときに制御対象への駆動電流の供給を禁止するようにスイッチ回路を制御するスイッチ回路制御部とが更に設けられる。

本発明の他の好ましい態様では、負荷への駆動電流の供給を制御する負荷駆動用スイッチ回路と、行程判別部により内燃機関の行程が排気行程にあると判別されている状態で第１の半波の電圧が発生したことが検出された後に負荷への駆動電流の供給を許可し、電源用蓄電素子の両端の電圧がマイクロプロセッサを動作状態に維持するために必要な電圧の下限値以上に設定された設定値まで低下したときに負荷への駆動電流の供給を禁止するようにスイッチ回路を制御するスイッチ回路制御手段とが更に設けられる。

上記のように構成しておくと、電源用蓄電素子に蓄積されているエネルギが不足する状態で負荷が駆動されて、電源回路の電源電圧がマイクロプロセッサの動作を停止させる電圧値まで低下するのを防ぐことができるため、マイクロプロセッサが動作を停止して制御が失われた状態になるのを防ぐことができる。

本発明の好ましい態様では、内燃機関の吸気管内圧力を検出する圧力センサが設けられ、行程判別部は、圧力センサの出力信号から内燃機関の行程が排気行程にあることを判別するように構成される。

一般に圧力センサを動作させるためには、該圧力センサに電源電圧を与える必要がある。そのため、本発明の他の好ましい態様では、マイクロプロセッサから電源供給指令が与えられたときに圧力センサを動作させるために必要な電源電圧を前記電源回路から圧力センサに与えるセンサ電源供給回路と、第１の半波の電圧と第３の半波の電圧とをマイクロプロセッサが認識し得る波形の信号に変換してマイクロプロセッサに与える波形処理回路とが設けられる。この場合、マイクロプロセッサは、電源用蓄電素子の両端の電圧を監視し、波形処理回路から入力される信号から内燃機関の回転速度を検出して、電源用蓄電素子の両端の電圧が設定値を超え、かつ内燃機関の回転速度が設定値を超えているときに上記電源供給指令を発生するようにプログラムされる。

上記のように構成すると、内燃機関の始動時に、マイクロプロセッサの電源が確立する前に圧力センサに電力が供給されてマイクロプロセッサの起動が遅れるのを防ぐことができる。

上記電源用蓄電素子は、電解コンデンサのようなキャパシタであってもよく、小形のバッテリであってもよい。

本発明においては、内燃機関が排気行程にあるときに、点火装置駆動用の発電コイルが点火装置に点火エネルギを与えるために発生する半波の電圧で充電される電源用蓄電素子を設けて、この電源用蓄電素子に蓄積されたエネルギで、マイクロプロセッサに与える電源電圧と点火装置以外の負荷に与える電源電圧とを発生させるように電源回路を構成したので、点火動作に何等影響を及ぼすことなく、内燃機関に搭載される発電機に設けられている点火装置駆動用の発電コイルから余剰電力を有効に取り出して、マイクロプロセッサと、点火装置以外の負荷とに電力を供給することができる。

本発明に係わる制御装置の一実施形態の全体的な構成を示した構成図である。 本発明に係わる制御装置の更に具体的な構成例を示した回路図である。 図２に示された制御装置において、マイクロプロセッサにより構成される機能ブロックの構成例を示したブロック図である。 図２の実施形態において、外磁石型磁石発電機が点火エネルギを得るために発生する半波の電圧での電源用蓄電素子の充電を行わず、負荷の駆動も行わなかったとした場合の、制御装置の各部の動作を示すタイミングチャートで、（Ａ）は内燃機関の行程の変化を示すタイミングチャート、（Ｂ）は発電機が各半波の波形を出力するタイミングを示すタイミングチャート、（Ｃ）は蓄電素子の両端の電圧の変化を示すタイミングチャート、（Ｄ）はマイクロプロセッサが出力する充電許可信号の発生及び消滅のタイミングを示すタイミングチャート、（Ｅ）はマイクロプロセッサに入力されるクランク角検出信号の発生及び消滅のタイミングを示すタイミングチャート、（Ｆ）は圧力センサの出力信号の変化を示すタイミングチャートである。 図２の実施形態において、外磁石型磁石発電機が点火エネルギを得るために発生する半波の電圧による電源用蓄電素子の充電を行うが、負荷は駆動しなかったとした場合の制御装置の各部の動作を示すタイミングチャートで、（Ａ）は内燃機関の行程の変化を示すタイミングチャート、（Ｂ）は発電機が各半波の電圧を出力するタイミングを示すタイミングチャート、（Ｃ）は蓄電素子の両端の電圧の変化を示すタイミングチャート、（Ｄ）はマイクロプロセッサが出力する充電許可信号の発生及び消滅のタイミングを示すタイミングチャート、（Ｅ）はマイクロプロセッサに入力されるクランク角検出信号の発生及び消滅のタイミングを示すタイミングチャート、（Ｆ）は圧力センサの出力信号の変化を示すタイミングチャートである。 図２の実施形態において、外磁石型磁石発電機が点火エネルギを得るために発生する半波の電圧で電源用蓄電素子を充電し、負荷を適正なタイミングで駆動したときの制御装置の各部の動作を示すタイミングチャートで、（Ａ）は内燃機関の行程の変化を示すタイミングチャート、（Ｂ）は発電機が各半波の電圧を発生するタイミングを示すタイミングチャート、（Ｃ）は負荷電流の変化を示すタイミングチャート、（Ｄ）は蓄電素子の両端の電圧の変化を示すタイミングチャート、（Ｅ）はマイクロプロセッサが出力する充電許可信号の発生及び消滅のタイミングを示すタイミングチャート、（Ｆ）はマイクロプロセッサに入力されるクランク角検出信号の変化を示すタイミングチャート、（Ｇ）は圧力センサの出力信号の変化を示すタイミングチャートである。 図２の実施形態において、負荷を駆動するタイミングが適正でなかったとした場合に起こり得る制御装置の各部の状態を示すタイミングチャートで、（Ａ）は内燃機関の行程の変化を示すタイミングチャート、（Ｂ）は発電機が各半波の電圧を発生するタイミングを示すタイミングチャート、（Ｃ）は負荷電流の変化を示すタイミングチャート、（Ｄ）は蓄電素子の両端の電圧の変化を示すタイミングチャート、（Ｅ）はマイクロプロセッサが出力する充電許可信号の発生及び消滅のタイミングを示すタイミングチャート、（Ｆ）はマイクロプロセッサに入力されるクランク角検出信号の変化を示すタイミングチャート、（Ｇ）は圧力センサの出力信号の変化を示すタイミングチャートである。

図１を参照すると、本発明の一実施形態の全体的な構成が概略的に示されている。図１において、１は内燃機関により駆動される外磁石型磁石発電機、２は内燃機関の気筒に取り付けられた点火プラグ、３は制御対象である負荷、４は本発明に係わる内燃機関用制御装置（以下単に制御装置という。）、５は内燃機関を停止させる際にオン状態にされるストップスイッチである。また２０は内燃機関の吸気管内圧力を検出する圧力センサで、吸気管内圧力を示す圧力検出信号Ｓiを出力する。磁石発電機１が出力する交流電圧Ｖ１及び圧力センサ２０が出力する圧力検出信号Ｓiが、制御装置４に入力されている。

外磁石型磁石発電機１は、ロータ１０１とステータ１０２とからなっている。ロータ１０１は、内燃機関のクランク軸６に取り付けられたフライホイール１０３と、フライホイール１０３の外周に設けられた凹部１０３ａの底部に固定されてフライホイールの径方向に着磁された円弧状の永久磁石１０３ｂとからなっている。ロータ１０１には、永久磁石１０３ｂの外周側の磁極（図示の例ではＮ極）と、凹部１０２ａの両側に導出された２つの磁極（図示の例ではＳ極）とにより、３極の界磁が構成されている。

ステータ１０２は、ロータの磁極に対向する磁極部を両端に有するほぼＵ字形の鉄心１０５と、鉄心１０５に一次コイル及び二次コイルを巻回することにより形成された点火コイル（図１には図示せず。）と、点火コイルとともに点火回路を構成する部品と、点火回路を制御する点火制御部とを備えていて、点火コイルと点火回路を構成する部品と、点火制御部を構成する部品とを絶縁樹脂からなるモールド部１０６によりモールドして一体化した構造を有している。点火コイルの二次コイルの非接地側の端子に一端が接続された高圧コード１０７がモールド部１０６から外部に導出され、内燃機関の点火時期に点火コイルの二次コイルに誘起する点火用の高電圧が、高圧コード１０７を通して、内燃機関の気筒に取り付けられた点火プラグ２に印加される。本実施形態では、外磁石型磁石発電機１のステータ１０２が内燃機関の１気筒分の点火装置を構成している。

外磁石型磁石発電機１のステータに設けられた点火コイルの一次コイルは、該磁石発電機１の発電コイルを構成していて、内燃機関の回転に同期して交流電圧Ｖ１を誘起する。モールド部１０６内に設けられた点火回路は、一次コイルに誘起する交流電圧を点火用の電源電圧として点火コイルに一次電流を流し、内燃機関の点火時期にこの一次電流に急激な変化を生じさせることにより、点火コイルの二次コイルに点火用の高電圧を誘起させる。モールド部１０６内に設けられた点火制御部は、点火コイルの一次コイルに誘起する電圧から内燃機関のクランク角情報と回転速度情報とを得て点火動作を行わせる時期（点火コイルの一次電流を変化させる時期）を制御する。

本実施形態では、外磁石型磁石発電機１の点火コイルの一次コイルから、制御装置４のマイクロプロセッサと負荷３とを駆動するために必要な電力を取り出す目的と、内燃機関の回転情報を制御装置４に与える目的とで、点火コイルの一次コイルの両端の電圧が制御装置４に与えられている。本実施形態では、外磁石型磁石発電機１のステータに設けられた点火コイルの一次コイル(発電コイル）の一端が鉄心１０５に接続されて接地され、該一次コイルの他端がモールド部１０６から導出されたリード線１０８を通して制御装置４に接続されている。

制御装置４が制御対象とする負荷３は、内燃機関に付属する電気負荷のうち、点火装置以外の適宜の負荷である。制御装置４が制御対象とする負荷は任意であるが、本実施形態では、内燃機関に燃料を供給する電子式キャブレター（気化器）への空気の流入を制御するために該キャブレターに設けられた電磁バルブを駆動するソレノイドを、制御対象とする負荷３としている。

ストップスイッチ５は、内燃機関を停止する際に一時的にオン状態にされるスイッチで、その一端は接地され、他端はステータ１０２のモールド部１０６内に設けられた点火コイルの一次コイルの非接地側の端子に接続されている。ストップスイッチ５をオン状態にして点火コイルの一次コイルを短絡することにより点火装置の動作を停止させて、内燃機関を停止させる。

図２を参照すると、外磁石型磁石発電機１のステータ１０２に設けられた点火装置の構成例と、制御装置４の構成例とが示されている。図２において、１０は外磁石型磁石発電機１のステータに設けられた点火コイルで、鉄心１０５に巻回された一次コイル１０ａと二次コイル１０ｂとを有している。一次コイル１０ａの一端は鉄心１０５に接続されて接地され、一次コイル１０ａの他端は、コレクタが接地されたＮＰＮトランジスタＴＲ１のエミッタに、抵抗値が小さい抵抗器Ｒ１を通して接続されている。トランジスタＴＲ１のエミッタ、ベース及びコレクタは点火制御部１１に接続されている。この例では、点火コイル１０とトランジスタＴＲ１と抵抗器Ｒ１とにより点火回路が構成され、この点火回路と点火制御部１１とにより、内燃機関用点火装置が構成されている。点火コイル１０の二次コイル１０ｂの一端は、鉄心１０５に接続されて接地され、二次コイル１０ｂの他端は、高圧コード１０７を通して、点火の対象とする気筒に取り付けられた点火プラグ２の非接地側の端子に接続されている。

点火コイルの一次コイル１０ａは、点火コイルの一次コイルであると同時に外磁石型磁石発電機１の発電コイルでもある。この発電コイルは、例えば図４（Ｂ）に模式的に示したように、内燃機関のクランク軸の回転に伴って、一方の極性（図示の例では正極性）の第１の半波の電圧Ｖ11と、この第１の半波の電圧に続いて発生する他方の極性（図示の例では負極性）の第２の半波の電圧Ｖ12と、第２の半波の電圧に続いて発生する一方の極性の第３の半波の電圧Ｖ13とを有する非対称な波形の交流電圧Ｖ１を出力する。ロータの磁極の構成上、第２の半波の電圧Ｖ12のピーク値は大きな値を示すが、第１の半波の電圧Ｖ11及び第３の半波の電圧Ｖ13のピーク値は低い値を示す。なお図３に示された各図において横軸のｔは、経過時間を示している。後記する図５ないし図７においても同様である。

点火制御部１１は、一次コイル１０ａが第２の半波の電圧Ｖ12を誘起したときにトランジスタＴＲ１をオン状態にして、一次コイル１０ａからトランジスタＴＲ１のコレクタ及びエミッタと抵抗器Ｒ１とを通して一次電流を流し、内燃機関の点火時期が検出されたときに、トランジスタＴＲ１をオフ状態にして一次電流を遮断する。この電流の遮断により点火コイルの一次コイル１０ａに高い電圧を誘起させ、この電圧を点火コイルの一次、二次間の昇圧比により昇圧して、二次コイル１０ｂに点火用の高電圧を誘起させる。この高電圧は高圧コード１０７を通して点火プラグ２に印加されるため、点火プラグ２で火花放電が生じて内燃機関が点火される。

制御装置４は、非接地側の電源入力端子４０１及び接地側電源入力端子４０２と、圧力センサ２０のプラス側電源端子２０ａ，出力端子２０ｂ及びアース端子２０ｃがそれぞれ接続されるセンサ接続端子４ａ，４ｂ及び４ｃと、負荷３が接続されるプラス側出力端子４０３及びマイナス側出力端子４０４とを有している。制御装置４の非接地側の電源入力端子４０１は、リード線１０８を通して一次コイル（発電コイル）１０ａの非接地側端子に接続され、接地側電源入力端子４０２は、ストップスイッチ５のアース側端子と共に接地されている。これにより、一次コイル１０ａに誘起する交流電圧Ｖ１が制御装置４に入力されている。

制御装置４は、マイクロプロセッサ４Ａと、電源用蓄電素子Ｃ１に蓄積されたエネルギでマイクロプロセッサ４Ａ及び負荷３等に電力を供給する電源電圧を発生する電源回路４Ｂと、一次コイル１０ａの誘起電圧で電源回路４Ｂに設けられた電源用蓄電素子Ｃ１を充電する蓄電素子充電部４Ｃと、一次コイル１０ａに誘起する第１の半波の電圧Ｖ11と第３の半波の電圧Ｖ13とを、マイクロプロセッサが認識し得る波形の信号に変換して内燃機関のクランク角の情報を含むクランク角信号としてマイクロプロセッサ４Ａに与える波形処理回路４Ｄと、負荷３に供給する駆動電流をオンオフする負荷駆動用スイッチ回路４Ｅと、負荷３に供給する駆動電流をオンオフ制御するように、負荷駆動用スイッチ回路４Ｅを構成するスイッチ素子に駆動信号（スイッチ素子をオン状態にするための信号）を与えるスイッチ駆動回路４Ｆと、内燃機関の吸気管内の圧力（吸気負圧）を検出する圧力センサ２０に電源電圧を与えるセンサ電源供給回路４Ｇと、圧力センサ２０の出力端子２０ｂとマイクロプロセッサ４Ａの入力ポートとの間に設けられたノイズ除去用のローパスフィルタ４Ｈとを備えている。

マイクロプロセッサ４Ａは、ＣＰＵ、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶装置及び入出力回路等の構成要素を集積回路によりまとめてチップ化した演算処理装置で、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、各種の機能を果たす機能ブロックを構成する。マイクロプロセッサ４Ａには、電源回路４Ｂから一定の電圧Ｖc2が電源電圧として与えられるとともに、電源回路の電源用蓄電素子Ｃ１の両端の電圧Ｖc1と、波形処理回路４Ｄの出力と、圧力センサ２０の出力とが制御情報として入力されている。

電源回路４Ｂは、一端が接地されて一次コイル１０ａの誘起電圧で蓄電素子充電部４Ｃを通して充電される電源用蓄電素子Ｃ１と、電源用蓄電素子Ｃ１の両端の電圧でレギュレータＲＥＧを通して一定電圧まで充電される出力コンデンサＣ２とを備えていて、電源用蓄電素子Ｃ１に蓄積したエネルギで、制御装置の各部と圧力センサ２０と負荷３とに与える電源電圧を発生する。図示のレギュレータＲＥＧは、電源用蓄電素子Ｃ１の両端の電圧Ｖc1を、マイクロプロセッサ４Ａ等の電源電圧として適した一定（例えば５Ｖ）の電圧Ｖc2に変換するレギュレータで、出力コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖc2を一定の設定値に保つように制御する。出力コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖc2を設定値に保つ制御をレギュレータＲＥＧに行わせるためには、電源用蓄電素子Ｃ１の両端の電圧Ｖc1が、電圧Ｖc2の設定値以上になっている必要がある。図示の例では、電源回路４Ｂの電源用蓄電素子Ｃ１の両端の電圧Ｖc1がスイッチ駆動回路４Ｆと負荷３とに電源電圧として与えられている。また出力コンデンサＣ２の両端に得られる一定の電圧Ｖc2がマイクロプロセッサ４Ａの電源端子に与えられると共に、センサ電源供給回路４Ｇを通して圧力センサ２０の電源端子４ａに与えられている。

蓄電素子充電部４Ｃは、アノードが非接地側の電源入力端子４０１を通して一次コイル１０ａの非接地側の端子に接続されるとともに、カソードが電源用蓄電素子Ｃ１の非接地側の端子に接続された第１のダイオードＤ１と、アノードが接地側の電源入力端子４０２に接続されたサイリスタＴh1と、一端がサイリスタＴh1のカソードに接続されたコンデンサＣ３と、コンデンサＣ３の他端にアノードが接続され、カソードが非接地側の電源入力端子４０１に接続された第２のダイオードＤ２と、コンデンサＣ３の一端にアノードが接続され、カソードが電源用蓄電素子Ｃ１の非接地側端子に接続された第３のダイオードＤ３と、コンデンサＣ３の他端と電源用蓄電素子Ｃ１の接地側端子との間に接続された抵抗器Ｒ２と、マイクロプロセッサ４Ａから充電許可信号Ｓａが与えられたときにサイリスタＴh1のゲートにトリガ信号を与えるトリガ回路ＴＣとを備えた回路からなっている。

この蓄電素子充電部４Ｃにおいては、電源入力端子４０１−ダイオードＤ１−蓄電素子Ｃ１−アース回路−電源入力端子４０２の回路により第１の充電回路が構成され、外磁石型磁石発電機１の発電コイル（一次コイル）１０ａに第１の半波の電圧Ｖ11が誘起したとき及び第３の半波の電圧Ｖ13が誘起したときに、上記第１の充電回路を通して電源用蓄電素子Ｃ１が図示の極性に充電される。

蓄電素子充電部４Ｃにおいてはまた、マイクロプロセッサ４Ａからトリガ回路ＴＣに充電許可信号が与えられることにより、サイリスタＴh1のゲートにトリガ信号が与えられてサイリスタＴh1がオン状態になったときに、外磁石型磁石発電機１の発電コイル１０ａが出力する第２の半波の電圧Ｖ12でコンデンサＣ３が図示の極性に充電される。またコンデンサＣ３の両端の電圧が電源用蓄電素子Ｃ１の両端の電圧よりも高くなったときにコンデンサＣ３に蓄積された電荷がダイオードＤ３を通して電源用蓄電素子Ｃ１に移行し、これにより電源用蓄電素子Ｃ１が図示の極性に充電される。本実施形態では、電源入力端子４０２−サイリスタＴh1−コンデンサＣ３−ダイオードＤ２−電源入力端子４０１の回路と、コンデンサＣ３−ダイオードＤ３−電源用蓄電素子Ｃ１−抵抗器Ｒ２−コンデンサＣ３の閉回路とにより、マイクロプロセッサ４Ａから充電許可信号が与えられたときに発電コイル１０ａに誘起する第２の半波の電圧で電源用蓄電素子Ｃ１を充電する第２の充電回路が構成されている。

波形処理回路４Ｄは、外磁石型磁石発電機１が出力する第１の半波の電圧Ｖ11と第３の半波の電圧Ｖ13とを波形整形してマイクロプロセッサが認識し得る波形の信号に変換する回路である。本実施形態では、波形処理回路４Ｄが、第１の半波の電圧Ｖ11及び第３の半波の電圧Ｖ13をそれぞれ図４（Ｅ）に示すような矩形波状の第１のクランク角信号Ｓcr1及び第２のクランク角信号Ｓcr2に変換する。

第１のクランク角信号Ｓcr1は、第１の半波の電圧Ｖ11がしきい値に達したときにＨレベル(高レベル）からＬレベル（低レベル）に立ち下がり、第１の半波の電圧Ｖ11がしきい値未満になったときにＬレベルからＨレベルに立ち上がる信号であり、第２のクランク角信号Ｓcr2は、第３の半波の電圧Ｖ13がしきい値に達したときにＨレベルからＬレベルに立ち下がり、第１の半波の電圧Ｖ11がしきい値未満になったときにＬレベルからＨレベルに立ち上がる信号である。これら第１及び第２のクランク角信号を、内燃機関のクランク角が設定クランク角位置に一致したことを検出する信号として用いる。

上記設定クランク角位置は、外磁石型磁石発電機１のステータが配置される位置により決まる。本実施形態では、図４（Ｂ）に示したように、点火装置が点火の対象とする気筒の点火位置(点火が行われるクランク角位置）の最大進角位置よりも位相が進んだクランク角位置で第１のクランク角信号Ｓcr1が発生し、点火の対象とする気筒内のピストンが上死点に達したときのクランク角位置(上死点位置という。）ＴＤＣよりも僅かに位相が遅れたクランク角位置で第２のクランク角信号Ｓcr2が発生するように、外磁石型磁石発電機１のステータの位置が設定されている。第１のクランク角信号Ｓcr1が発生する位置（第１の半波の電圧Ｖ11がしきい値以上になる位置）は、内燃機関の点火位置の計測を開始する位置として用いられる。内燃機関用点火装置の点火制御部１１は、第１の半波の電圧Ｖ11がしきい値以上になる位置で、内燃機関の回転速度等の制御条件に対して演算した点火位置の計測を開始して、その計測が完了したときに(図４Ｂに示されたタイミングｔ1
で）トランジスタＴＲ１をオフ状態にして点火動作を行わせる。

波形処理回路４Ｄは、例えば、第１の半波の電圧Ｖ11及び第３の半波の電圧Ｖ13によりベース電流が与えられて、第１の半波の電圧Ｖ11及び第３の半波の電圧Ｖ13がそれぞれしきい値レベル以上になっている期間オン状態になり、第１の半波の電圧Ｖ11及び第３の半波の電圧Ｖ13がしきい値未満になったときにオフ状態になるトランジスタを備えて、該トランジスタのコレクタエミッタ間にクランク角信号を得る回路により構成することができる。

負荷駆動用スイッチ回路４Ｅは、負荷３に供給する駆動電流をオンオフするスイッチ回路である。図示の負荷駆動用スイッチ回路４Ｅは、電源回路４Ｂの電源用蓄電素子Ｃ１の非接地側の端子にソースが接続され、ドレインが負荷３の一端に接続されたＰチャンネル型の上段のＭＯＳＦＥＴ４１と、負荷３の他端にドレインが接続され、ソースがシャント抵抗器Ｒ３を通して接地されたＮチャンネル型の下段のＭＯＳＦＥＴ４２と、負荷３の一端と接地間にアノードを接地側に向けて接続されたフライホイールダイオードＤ４と、ＭＯＳＦＥＴ４２のドレインにカソードが接続されたツェナーダイオードＺＤと、ツェナーダイオードＺＤのアノードとＭＯＳＦＥＴ４２のゲートとの間にアノードをツェナーダイオードＺＤ側に向けて接続されたダイオードＤ５とを備えた回路からなっている。図示の負荷駆動用スイッチ回路において、上段のＭＯＳＦＥＴ４１は、負荷３に供給する駆動電流を制御するために用いられる。また下段のＭＯＳＦＥＴ４２は、負荷３を駆動するか、負荷３の駆動を停止するかを決めるスイッチとして用いられる。ＭＯＳＦＥＴ４２は、負荷３を駆動する期間オン状態に保たれ、負荷３の駆動を停止する期間オフ状態に保たれる。

スイッチ駆動回路４Ｆは、負荷駆動用スイッチ回路４Ｅを構成するＭＯＳＦＥＴに駆動信号を与える回路で、マイクロプロセッサ４Ａから負荷駆動指令が与えられたときに、下段のＭＯＳＦＥＴ４２をオン状態に保つように該ＭＯＳＦＥＴ４２のゲートに駆動信号を与えるとともに、抵抗器Ｒ３の両端の電圧から検出される負荷電流の平均値を設定値に保つべく、上段のＭＯＳＦＥＴ４１をオンオフさせるための駆動信号を該ＭＯＳＦＥＴ４１のゲートに与える。

センサ電源供給回路４Ｇは、圧力センサ２０に電源電圧を与える回路で、マイクロプロセッサ４Ａから電源供給指令が与えられたときに、電源回路４Ｂの出力コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖc2を圧力センサ２０の電源端子４ａ，４ｃ間に供給する。センサ電源供給回路４Ｇは、マイクロプロセッサ４Ａから電源供給指令が与えられている間オン状態になるスイッチ回路により構成することができる。

図３は、本実施形態においてマイクロプロセッサ４Ａが構成する機能ブロックを、ハードウェア回路により構成される部分とともに示したものである。マイクロプロセッサ４Ａは、所定のプログラムを実行することにより、電圧監視部Ａ１と、クランク角／回転速度検出部Ａ２と、行程判別部Ａ３と、充電許可信号発生部Ａ４と、電源供給指令発生部Ａ５と、スイッチ回路制御部Ａ６とを構成する。以下各部について説明する。

電圧監視部Ａ１は、電源回路４Ｂの電源用蓄電素子Ｃ１の両端の電圧Ｖc1を設定された電圧値と比較することにより、電圧Ｖc1が、マイクロプロセッサ４Ａの動作を停止させることなく、圧力センサ２０を駆動するために必要な電圧値以上であるか否かを判定すると共に、電圧Ｖc1がマイクロプロセッサを動作状態に維持するために必要な電圧の下限値以上に設定された設定値以上であるか否かを判定するように構成されている。電圧Ｖc1の下限値は、電源回路の出力電圧Ｖc2を、マイクロプロセッサの電源電圧として適した一定値に保つことができる電圧値よりも僅かに高く設定される。

クランク角／回転速度検出部Ａ２は、波形処理回路４Ｄを通して入力される信号から内燃機関のクランク角が特定のクランク角に一致したことを検出すると共に、第１の半波の電圧と第３の半波の電圧との間隔から内燃機関の回転速度を検出するように構成されている。クランク角／回転速度検出部Ａ２は、例えば、波形処理回路４Ｄから第１のクランク角信号Ｓcr1が入力されたときにフリーランタイマの計測値を読み取る過程と、第２のクランク角信号Ｓcr2が入力されたときにフリーランタイマの計測値を読み取る過程と、第２のクランク角信号Ｓcr2が入力されたときに読み取ったタイマの計測値と第１のクランク角信号Ｓcr2が入力されたときに読み取ったタイマの計測値との差から機関の回転速度を演算する過程とを含む処理を第１のクランク角信号Ｓcr1及び第２のクランク角信号Ｓcr2が発生する毎にマイクロプロセッサに実行させることにより構成することができる。

行程判別部Ａ３は、圧力センサ２０が検出した吸気管内圧力から内燃機関の行程が排気行程にあることを判別する。圧力センサ２０は、例えば図４（Ｆ）に示すように、吸気管内圧力を示す圧力検出信号Ｓiを出力する。圧力検出信号Ｓiは、吸気管内圧力が低い場合ほど（吸気負圧の絶対値が高い場合ほど）小さい値を示し、吸気管内圧力が高い場合ほど大きい値を示す。内燃機関の吸気管内圧力は、吸気行程で最小値を示した後、徐々に上昇して排気行程の上死点ＴＤＣでほぼ大気圧に達し、その後吸気行程で最小値に向けて急速に下降していく。従って、圧力検出信号Ｓiは、図４（Ｆ）に見られるように、吸気行程で最小値Ｓiminを示した後徐々に上昇して排気行程の上死点ＴＤＣで最大値Ｓimaxを示し、吸気行程で最小値Ｓiminに向けて急速に下降していく。この圧力検出信号の変化のパターンを利用して内燃機関の行程が排気行程にあることを判別することができる。

例えば、圧力検出信号Ｓiをしきい値Ｓitと比較して、圧力検出信号Ｓiのレベルがしきい値Ｓit以上になってから、最大値Ｓimaxに達するまでの期間、内燃機関の行程が排気行程にあると判定することができる。または、圧力検出信号Ｓiが最小値Ｓiminを示した後に、外磁石型磁石発電機１が第１の半波の電圧Ｖ11及び第３の半波の電圧Ｖ13を発生したことを検出した後、再度第１の半波の電圧Ｖ11が発生したことを検出したとき（圧力検出信号Ｓiが最小値Ｓiminを示した後、外磁石型磁石発電機が正極性の電圧を３つ発生したことを検出したとき）に内燃機関の行程が排気行程にあると判定することができる。吸気負圧の変化パターンを利用して内燃機関の行程を判別する種々の方法は既に公知であるので、その詳細な説明は省略する。

充電許可信号発生部Ａ４は、行程判別部Ａ３により内燃機関の行程が排気行程にあると判定されたときに充電許可信号Ｓａを発生するように構成される。充電許可信号発生部Ａ４は例えば、行程判別部Ａ３により内燃機関の行程が排気行程にあると判定されているか否かを確認する過程と、この過程で内燃機関の行程が排気行程にあることが確認されたときにマイクロプロセッサの出力ポートから充電許可信号を出力させる過程と、内燃機関の排気行程が終了したこと（または排気行程から吸気行程に移行したこと）が確認されたときに充電許可信号を消滅させる過程とを含む処理をマイクロプロセッサに一定の時間間隔で実行させることにより実現することができる。充電許可信号発生部Ａ４が発生する充電許可信号Ｓａは、蓄電素子充電部４Ｃに与えられる。

電源供給指令発生部Ａ５は、電圧監視部Ａ１が監視している電源用蓄電素子Ｃ１の両端の電圧Ｖc1が設定値を超え、かつクランク角／回転速度検出部Ａ２により検出された回転速度が設定値を超えているときに電源供給指令を発生するように構成される。電源供給指令発生部Ａ５は、電源用蓄電素子Ｃ１の両端の電圧Ｖc1が設定値を超えているか否かを判定する過程と、回転速度が設定値を超えているか否かを判定する過程と、電圧Ｖc1が設定値を超えていると判定され、かつ回転速度が設定値を超えていると判定されているときにマイクロプロセッサ４Ａの出力ポートから電源供給指令信号を発生させる過程と、電圧Ｖc1が設定値以下になったと判定されるか、又は回転速度が設定値以下になったと判定されたときに電源供給指令を消滅させる過程とを含む処理を一定の時間間隔でマイクロプロセッサに実行させることにより実現することができる。

上記のように、電源供給指令が与えられたときに圧力センサ２０に電源電圧を与えるセンサ電源供給回路４Ｇを設けて、電源用蓄電素子Ｃ１の両端の電圧Ｖc1を監視し、波形処理回路４Ｄから入力される信号から内燃機関の回転速度を検出して、電源用蓄電素子の両端の電圧Ｖc1が設定値を超え、かつ内燃機関の回転速度が設定値を超えているときにマイクロプロセッサ４Ａからセンサ電源供給回路４Ｇに電源供給指令を与えるようにしておくと、内燃機関の始動時に、マイクロプロセッサの電源が確立する前に圧力センサ２０に電力が供給されてマイクロプロセッサの起動が遅れるのを防ぐことができる。

スイッチ回路制御部Ａ６は、行程判別部Ａ３により内燃機関の行程が排気行程にあると判別されている状態で第１の半波の電圧Ｖ11が発生したことが検出された後に負荷３への駆動電流の供給を許可し、電源用蓄電素子Ｃ１の両端の電圧Ｖc1がマイクロプロセッサ４Ａを動作状態に維持するために必要な電圧の下限値以上に設定された設定値まで低下したときに負荷３への駆動電流の供給を禁止するように、スイッチ駆動回路４Ｆから負荷駆動用スイッチ回路４Ｅへの駆動信号の供給を制御して、マイクロプロセッサ４Ａを動作状態に維持することができる範囲で負荷３に電力を供給するように、スイッチ回路４Ｅを制御する。

マイクロプロセッサ４Ａは、更に、負荷３（本実施形態では、電子キャブレターの電磁バルブを駆動するソレノイド）を制御するための制御ブロックを構成するが、本発明において、制御装置４が制御する負荷３及びその制御内容は任意である。

本実施形態の内燃機関用制御装置４においては、発電コイル１０ａに第１の半波の電圧Ｖ11及び第３の半波の電圧Ｖ13が誘起したときに蓄電素子充電部４Ｃを通して電源用蓄電素子Ｃ１が充電される。またマイクロプロセッサ４Ａが内燃機関の排気行程で充電許可信号を発生している状態で発電コイル１０ａに第２の半波の電圧Ｖ12が誘起したときに、発電コイル１０ａに誘起する波高値が高い第２の半波の電圧Ｖ12により、蓄電素子充電部４Ｃを通して電源用蓄電素子Ｃ１が充電される。内燃機関が排気行程にあるときに内燃機関用点火装置が発生する点火火花は、内燃機関の燃料を燃焼させるためには用いられないため、内燃機関が排気行程にあるときに磁石発電機１の発電コイル１０ａに誘起する第２の半波の電圧Ｖ12で電源用蓄電素子Ｃ１を充電して、この蓄電素子に蓄積されたエネルギで、制御対象とする負荷３及びマイクロプロセッサ４Ａに電力を供給するようにしても、内燃機関の点火性能には何等影響がない。

このように、本実施形態においては、点火装置を駆動するための発電コイル１０ａから点火動作に何等影響を及ぼすことなく多くの余剰エネルギを取り出して、制御対象とする負荷３と、負荷３を制御するマイクロプロセッサとに電力を供給することができるので、内燃機関に搭載される発電機として点火装置駆動用の発電コイルのみを備えた磁石発電機が用いられる場合や、点火装置駆動用の発電コイルの他に更に発電コイルが設けられている場合でもその出力に余裕がない場合等に、他の電源を用いることなく、しかも点火動作に影響を及ぼすことなく、点火装置以外の負荷３及びマイクロプロセッサ４Ａを支障なく動作させることができる。

図４は、図２に示された制御装置において、発電コイル１０ａに誘起する第１の半波の電圧Ｖ11及び第３の半波の電圧Ｖ13では電源用蓄電素子Ｃ１を充電するが、第２の半波の電圧Ｖ12では電源用蓄電素子Ｃ１を充電しなかったとした場合（充電許可信号Ｓａを発生させなかったとした場合）、及び負荷３の駆動も行わなかったとした場合の、制御装置４の各部の動作を示すタイミングチャートを示している。図４において、（Ａ）は内燃機関の行程の変化を示すタイミングチャートであり、（Ｂ）ないし（Ｆ）はそれぞれ発電機１の出力電圧Ｖ１、電源用蓄電素子Ｃ１の両端の電圧Ｖc1、マイクロプロセッサ４Ａが出力する充電許可信号Ｓａ、マイクロプロセッサに入力されるクランク角検出信号Ｓcr及び圧力センサ２０の出力信号Ｓｉを示すタイミングチャートである。

図２に示された制御装置において、充電許可信号Ｓａを発生させず、第２の半波の電圧Ｖ12で電源用蓄電素子Ｃ１を充電しなかった場合には、図４（Ｂ）に示すように外磁石型磁石発電機１の発電コイル１０が、圧縮行程の後半で第１の半波の電圧Ｖ11を発生したとき、爆発行程の初期に第３の半波の電圧Ｖ13を発生したとき、排気行程の後半で第１の半波の電圧Ｖ11を発生したとき及び吸気行程の初期に第３の半波の電圧Ｖ13を発生したときにそれぞれ電源用蓄電素子Ｃ１が充電される。この場合、電源用蓄電素子Ｃ１の両端の電圧Ｖc1は図４（Ｃ）に示すように変化する。このように、第２の半波の電圧Ｖ12で電源用蓄電素子Ｃ１を充電しなかった場合には、電源用蓄電素子Ｃ１が、低い値を有する第１の半波の電圧Ｖ11及び第３の半波の電圧Ｖ13のピーク値までしか充電されないため、電源用蓄電素子Ｃ１の両端の電圧Ｖc1を十分に高くなることはできない。図４に示した例では、負荷３を駆動しないため、電圧Ｖc1が大きく低下することはなく、電源回路４Ｂからマイクロプロセッサ４Ａへの電源電圧の供給は支障なく行われている。

これに対し、図５（Ｄ）に示したように、排気行程の終期に充電許可信号Ｓａを発生させて、発電機が第２の半波の電圧Ｖ12を発生したときに蓄電素子充電部４ＣのサイリスタＴh1をオン状態にすることにより、発電コイル１０ａからサイリスタＴh1を通してコンデンサＣ３を充電した後、このコンデンサＣ３の電荷を電源用蓄電素子Ｃ１に移行させて、電源用蓄電素子Ｃ１を第２の半波の電圧Ｖ12でも充電するようにした場合には、図５（Ｃ）に示すように電源用蓄電素子Ｃ１が高い電圧まで充電される。磁石発電機１が第２の半波の電圧Ｖ12を発生したときに蓄電素子充電部４ＣのサイリスタＴh1をオン状態にして発電コイル１０ａから蓄電素子充電部４Ｃに電流を吸収した場合には、トランジスタＴＲ１を通して十分に大きい一次電流を流すことができないため、点火動作は行われず、排気行程で無駄な発火が行われることはない。

図６は、第１の半波の電圧Ｖ11及び第３の半波の電圧Ｖ13で電源用蓄電素子Ｃ１を充電すると共に、排気行程の終期に充電許可信号Ｓａを発生させて、発電機が排気行程で出力する第２の半波の電圧Ｖ12でも電源用蓄電素子Ｃ１の充電を行っている状態で、負荷３を駆動した場合の各部の電圧波形と負荷電流の波形とを示している。前述のように、本実施形態における負荷３は、電子式キャブレターへの空気の供給を制御する電磁バルブのソレノイドである。

図６に示した例では、排気行程で第１の半波の電圧Ｖ11がしきい値以上になって第１のクランク角信号Ｓcr1が発生するタイミングｔaの直後のタイミング（第２の半波の電圧Ｖ12による電源用蓄電素子Ｃ１の充電が開始される直前のタイミング）ｔbを負荷駆動開始タイミングとして、この負荷駆動開始タイミングでマイクロプロセッサ４Ａからスイッチ駆動回路４Ｆに負荷駆動指令を与えている。そのため、タイミングｔｂで負荷駆動用スイッチ回路４ＥのＭＯＳＦＥＴがオン状態にされ、これにより電源回路４Ｂの蓄電素子Ｃ１の両端の電圧Ｖc1がスイッチ回路４Ｅを通して負荷３に印加されて、図６（Ｃ）に示すように負荷電流ＩLが流れている。図示の例では、電子式キャブレターの電磁バルブを開く際に、バルブを開く動作を完了させるために必要な開弁時間の間ＭＯＳＦＥＴ４１及び４２の双方をオン状態に保持して負荷電流を始動時の最大電流ＩL1まで急速に上昇させた後、上段のＭＯＳＦＥＴ４１をオンオフさせて負荷電流を最大値に保っている。またバルブを開く動作が完了した後に上段のＭＯＳＦＥＴ４１をオンオフする基準を減少させて負荷電流ＩLを保持電流値ＩL2まで減少させ、バルブを開いた状態に保つ保持期間の間負荷電流を一定の保持電流ＩL2に保っている。図示の例では、圧縮行程の初期の段階で負荷３の駆動を終了させている。

負荷３を駆動している際にマイクロプロセッサ４Ａの電源が失われると、マイクロプロセッサの動作が停止して制御が失われるため、ソレノイドのような大きな負荷３を駆動する場合には、電源用蓄電素子Ｃ１の両端の電圧Ｖc1が、マイクロプロセッサ４Ａの電源電圧であるコンデンサＣ２の両端の電圧Ｖc2をマイクロプロセッサ４Ａの電源電圧として適した電圧（例えば５Ｖ）に保つために必要な電圧の下限値Ｖminを下回ることがないように、負荷３の駆動を停止するタイミングを設定して、負荷３を駆動する期間を制限する。

負荷３を駆動するために大きな電流を流すことが必要な場合には、上記のように、負荷３を駆動する期間を制限することにより、マイクロプロセッサ４Ａの電源電圧が失われてマイクロプロセッサの動作が停止するのを防ぐことができる。

本実施形態で制御の対象としている電子式キャブレターの電磁バルブは、吸気行程の間開かれた状態に保持されればよいため、上記のようにバルブを駆動するソレノイド（負荷３）を駆動する期間を制限しても支障を来さない。

図６に示すように負荷３を駆動する期間を制限するには、行程判別部Ａ３により内燃機関の行程が排気行程にあると判別されている状態で第１の半波の電圧Ｖ11が発生したことが検出された後に負荷３への駆動電流の供給を許可し、電源用蓄電素子Ｃ１の両端の電圧Ｖc1がマイクロプロセッサを動作状態に維持するために必要な電圧の下限値Ｖmin以上に設定された設定値まで低下したときに負荷３への駆動電流の供給を禁止するように負荷駆動用スイッチ回路４Ｅを制御するスイッチ回路制御部を、マイクロプロセッサ４Ａにより構成するようにしておけばよい。このスイッチ回路制御部は例えば、内燃機関の行程が排気行程であるか否かを判定する過程と、電源用蓄電素子Ｃ１の両端の電圧が設定値以上であるか否かを判定する過程と、内燃機関の行程が排気行程であると判定されている状態で第１のクランク角信号Ｓcr1が入力されたときに負荷駆動指令を発生する過程と、電源用蓄電素子Ｃ１の両端の電圧が設定値未満であると判定されたときに負荷駆動指令を消滅させる過程とを含む処理を、マイクロプロセッサに一定の時間間隔で実行させることにより構成することができる。

図７（Ａ）ないし（Ｇ）は、駆動のために多くの電力を必要とする負荷３(この例ではソレノイド）を好ましくないタイミングで駆動した場合に生じ得る各部の電圧波形と負荷電流の波形とを示している。

図７に示した例では、爆発行程で発生した第３の半波の電圧Ｖ13により電源用蓄電素子Ｃ１の充電が行われた後の時刻ｔｂ′を負荷駆動開始タイミングとして、負荷３の駆動を開始している。この場合は、排気行程で第２の半波の電圧Ｖ12が発生する時刻よりも前の時刻ｔｃで、電源用蓄電素子Ｃ１の両端の電圧Ｖc1が、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖc2をマイクロプロセッサ４Ａの電源電圧として適した一定電圧（例えば５Ｖ）に保つために必要な最低電圧値Ｖminを下回ったため、マイクロプロセッサ４Ａの電源が失われてマイクロプロセッサが動作を停止し、負荷３の駆動が停止している。この例では、時刻ｔｃ以後マイクロプロセッサが動作を停止したままであるため、その後の排気行程でサイリスタＴh1に充電許可信号Ｓａが与えられることがなく、発電コイル１０ａが第２の半波の電圧Ｖ12を発生しても蓄電素子Ｃ１の充電は行われない。そのため、排気行程の点火時期ｔ1′で点火動作が行われている。また時刻ｔｃでマイクロプロセッサの動作が停止したことにより圧力センサ２０に電源電圧が供給されなくなったため、圧力センサ２０の出力信号Ｓｉが消滅している。時刻ｔｄで第１の半波の電圧Ｖ11が最低電圧値Ｖmin以上になると、蓄電素子Ｃ１の両端の電圧がマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）４Ａを動作させるために必要な電圧値に達し、マイクロプロセッサ４Ａが再起動するが、このとき回転速度の検出が行われておらず、センサ電源供給回路４Ｇを構成するスイッチ回路はオフ状態にあるため、圧力センサ２０には電源電圧が与えられない。そのため、圧力センサ２０は出力信号Ｓｉの出力を停止したままである。図２に示した実施形態において、前述のように、電源用蓄電素子Ｃ１の両端の電圧Ｖc1が、コンデンサＣ２の両端の電圧Ｖc2をマイクロプロセッサ４Ａの電源電圧として適した電圧に保つために必要な電圧の下限値Ｖminを下回ることがないように、負荷３を駆動する期間を制限するようにしておけば、上記のような問題が生じるのを回避することができる。

負荷３を駆動するために大きな駆動電流を必要としない場合には、負荷３を駆動する期間を特に制限する必要はないが、負荷３を駆動する期間を制限する必要がない場合でも、マイクロプロセッサの動作が停止して制御が失われる事態が生じるのを防ぐためには、電源用蓄電素子Ｃ１の両端の電圧Ｖc1がマイクロプロセッサを動作状態に維持するために必要な電圧の下限値Ｖmin以上に設定された設定値まで低下したときに負荷３への駆動電流の供給を禁止するように負荷駆動用スイッチ回路４Ｅを制御するスイッチ回路制御部Ａ６を設けておくのが好ましい。

上記の実施形態では、電子式キャブレターの電磁バルブを制御する場合を例にとったが、本発明に係わる制御装置４が制御する負荷３は電子キャブレターに設けられるソレノイドに限られるものではなく、内燃機関のアイドリング速度を調整するために設けられるＩＳＣバルブを駆動するソレノイドなど、他の負荷を制御する場合にも本発明を適用することができる。また本発明は、電源回路４Ｂの出力で制御装置４が制御の対象とする負荷３を駆動する場合に限られるものではなく、電源回路４Ｂの出力を制御の対象とする負荷以外の負荷に供給する場合にも本発明を適用することができる。例えば、電源用蓄電素子Ｃ１の両端の電圧で、小形のバッテリ等の他の蓄電素子を充電するようにしてもよい。

上記の実施形態では、内燃機関の吸気管内圧力を検出する圧力センサの出力から内燃機関の行程を判別するようにしたが、内燃機関の行程を判別する方法は吸気管内圧力による場合に限定されない。例えば、内燃機関のカム軸の回転角(カム角）を検出するカム角センサを設けて、カム角センサの出力から検出されるカム角から内燃機関の行程を判別するようにしてもよい。また内燃機関が圧縮行程にあるときの気筒内の圧力と、内燃機関が排気行程にあるときの気筒内の圧力とが相違することにより、圧縮行程と排気行程とで点火コイル１０の一次コイルの両端の電圧波形が相違すること(気筒内の圧力が高い圧縮行程では、気筒内の圧力が低い排気行程よりも、点火プラグで放電が開始されるまでに要する時間が長くなること）を利用して、圧縮行程と、排気行程とを判別するようにしてもよい。

上記の実施形態では、点火装置として電流遮断型の点火回路を備えたものを用いる場合を例にとったが、コンデンサ放電式の点火回路を用いる場合にも本発明を適用することができる。

上記の実施形態では、磁石発電機のステータに点火コイルが巻回されて、該点火コイルの一次コイルが発電コイルを構成する場合を例にとったが、磁石発電機のステータには発電コイルのみを設けて、点火コイル及び該点火コイルと共に点火回路を構成する部分を磁石発電機の外部に設ける場合にも本発明を適用することができる。

上記の実施形態では、点火回路及び点火回路を制御する点火制御部を内燃機関に取り付けられる磁石発電機のステータに設けているが、本発明に係わる制御装置４内に点火コイルと共に点火回路を構成する部品と、点火時期を制御する点火制御部とを設けるようにすることもできる。本発明に係わる制御装置内に点火制御部を設ける場合、或いは、制御装置の外部に点火制御部が設けられる場合でも、その点火制御部を外部からコントロールすることが可能である場合には、排気行程で第２の半波の電圧Ｖ12が発生したときに発電機の出力の一部が点火回路で失われるのを防ぐために、発電コイルから点火回路に電流が流れるのを阻止する手段(上記の実施形態では、トランジスタＴＲ１がオン状態になるのを阻止する手段）を設けておくのが好ましい。このよに構成しておくと、排気行程で発電コイルから得られるエネルギのすべてを制御装置内の電源回路４Ｂの電源用蓄電素子に蓄積することが可能になり、電源回路４Ｂの容量を増大させることができる。

上記の実施形態では、発電コイル１０ａに誘起する第１の半波の電圧Ｖ11及び第３の半波の電圧Ｖ13を正極性とし、第２の半波の電圧Ｖ12を負極性としたが、第１の半波の電圧Ｖ11及び第３の半波の電圧Ｖ13を負極性とし、第２の半波の電圧Ｖ12を正極性としてもよい。

上記の実施形態では、内燃機関に搭載する発電機として外磁石型の磁石発電機を用いる場合を例にとったが、内磁石型の発電コイルが用いる場合でも、点火装置駆動用の発電コイルから余剰電力を取り出して点火装置以外の他の負荷に電力を供給する電源回路を構成する必要がある場合に本発明を適用することができる。

１ 外磁石型磁石発電機
２ 点火プラグ
３ 負荷
４ 内燃機関用制御装置
４Ａ マイクロプロセッサ
４Ｂ 電源回路
４Ｃ 蓄電素子充電部
４Ｄ 波形処理回路
４Ｅ 負荷駆動用スイッチ回路
４Ｆ スイッチ駆動回路
５ ストップスイッチ
６ クランク軸
Ａ１ 電圧監視部
Ａ２ クランク角／回転速度検出部
Ａ３ 行程判別部
Ａ４ 充電許可信号発生部
Ａ５ 電源供給指令発生部
Ａ６ スイッチ回路制御部

Claims (6)

1. 内燃機関の回転に伴って交流電圧を誘起する点火装置駆動用の発電コイルを有して、前記発電コイルに誘起する半波の電圧が前記内燃機関を点火する点火装置に点火エネルギを与えるために用いられる磁石発電機を搭載した内燃機関に設けられて、特定の制御対象をマイクロプロセッサを用いて制御する内燃機関用制御装置であって、
   電源用蓄電素子を有して、該電源用蓄電素子に蓄積したエネルギで前記マイクロプロセッサに与える電源電圧と前記点火装置以外の負荷に与える電源電圧とを発生する電源回路と、前記マイクロプロセッサから充電許可信号が与えられたときに前記点火装置に点火エネルギを与えるために用いられる前記発電コイルの半波の誘起電圧で前記電源用蓄電素子を充電する蓄電素子充電部と、前記内燃機関の行程を判別する行程判別部とを具備し、
   前記マイクロプロセッサは、前記行程判別部により前記内燃機関の行程が排気行程にあると判別されたときに前記充電許可信号を発生するようにプログラムされている内燃機関用制御装置。
2. 内燃機関の回転に伴って一方の極性の第１の半波の電圧と該第１の半波の電圧に続いて発生する他方の極性の第２の半波の電圧と該第２の半波の電圧に続いて発生する前記一方の極性の第３の半波の電圧とを有する波形の交流電圧を誘起する発電コイルを有して、前記発電コイルに誘起する前記第２の半波の電圧が前記内燃機関を点火する点火装置に点火エネルギを与えるために用いられる磁石発電機を搭載した内燃機関に設けられて、特定の制御対象をマイクロプロセッサを用いて制御する内燃機関用制御装置であって、
   電源用蓄電素子を有して、該電源用蓄電素子に蓄積したエネルギで前記マイクロプロセッサに与える電源電圧と前記点火装置以外の負荷に与える電源電圧とを発生する電源回路と、前記発電コイルに誘起する前記第１の半波の電圧及び第３の半波の電圧で前記電源用蓄電素子を充電する第１の充電回路と、前記マイクロプロセッサから充電許可信号が与えられたときに前記発電コイルに誘起する前記第２の半波の電圧で前記電源用蓄電素子を充電する第２の充電回路とを有する蓄電素子充電部と、前記内燃機関の行程を判別する行程判別部とを具備し、
   前記マイクロプロセッサは、前記行程判別部により前記内燃機関の行程が排気行程にあると判別されたときに前記充電許可信号を発生するようにプログラムされている内燃機関用制御装置。
3. 前記負荷への駆動電流の供給を制御する負荷駆動用スイッチ回路と、前記電源用蓄電素子の両端の電圧が前記マイクロプロセッサを動作状態に維持するために必要な電圧の下限値以上に設定された設定値まで低下したときに前記負荷への駆動電流の供給を禁止するように前記負荷駆動用スイッチ回路を制御するスイッチ回路制御部とが更に設けられている請求項２に記載の内燃機関用制御装置。
4. 前記負荷への駆動電流の供給を制御する負荷駆動用スイッチ回路と、前記行程判別部により前記内燃機関の行程が排気行程にあると判別されている状態で前記第１の半波の電圧が発生したことが検出された後に前記負荷への駆動電流の供給を許可し、前記電源用蓄電素子の両端の電圧が前記マイクロプロセッサを動作状態に維持するために必要な電圧の下限値以上に設定された設定値まで低下したときに前記負荷への駆動電流の供給を禁止するように前記負荷駆動用スイッチ回路を制御するスイッチ回路制御部とが更に設けられている請求項２に記載の内燃機関用制御装置。
5. 前記内燃機関の吸気管内圧力を検出する圧力センサが設けられ、
   前記行程判別部は、前記圧力センサの出力信号から前記内燃機関の行程が排気行程にあることを判別するように構成されている請求項２，３又は４に記載の内燃機関用制御装置。
6. 前記マイクロプロセッサから電源供給指令が与えられたときに前記圧力センサを動作させるために必要な電源電圧を前記電源回路から前記圧力センサに与えるセンサ電源供給回路と、前記第１の半波の電圧と第３の半波の電圧とを前記マイクロプロセッサが認識し得る波形の信号に変換して前記マイクロプロセッサに与える波形処理回路とが設けられ、
   前記マイクロプロセッサは、前記電源用蓄電素子の両端の電圧を監視し、前記波形処理回路から入力される信号から前記内燃機関の回転速度を検出して、前記電源用蓄電素子の両端の電圧が設定値を超え、かつ前記回転速度が設定値を超えているときに前記電源供給指令を発生するようにプログラムされている請求項５に記載の内燃機関用制御装置。

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