JP3375679B2 - 内燃機関の逆転防止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の逆転防止装置
に係り、特に、２サイクルエンジンの逆転防止を図るよ
うにした内燃機関の逆転防止装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の点火時期を制御するシステム
においては、最適な点火時期を得るために、回転誘導子
型信号発生器が広く用いられている。図７は、従来の信
号発生器の概略構成を示した図である、図において、内
燃機関のクランクシャフトに同期して回転するロータ１
の外周には、磁化された突起あるいは磁性体で構成され
た突起（リラクタ）Ｒが突設されている。このリラクタ
Ｒがパルサ３の近傍を通過すると、パルサ３からは図８
に示したような極性の異なる一対の信号が出力され、こ
れによって内燃機関の点火タイミングがとられる。

【０００３】ところで、内燃機関の始動は例えばセルモ
―タを回転させることにより行なわれるが、内燃機関が
始動しないとクランクシャフトはある角度逆転してから
停止する場合がある。また、エンスト時においてもクラ
ンクシャフトが一旦逆転してから停止する場合がある。

【０００４】このクランクシャフトの逆転（ゆり戻し）
時に点火プラグを点火させると、当該内燃機関が逆回転
したり、あるいは、クランクシャフトの角度位置と、各
気筒に配置される点火プラグの点火タイミングとの対応
関係がずれるために、各気筒に対する点火位置が極端に
ずれ、異音発生等商品上好ましくない事態が生ずるおそ
れがあった。

【０００５】この欠点を解決するために、従来ではロー
タ１の外周に複数のリラクタＲを設けて各リラクタＲが
パルサ３の近傍を通過する際に出力されるパルス信号の
間隔や形状（波高値）に基づいて内燃機関の逆転を検知
し、逆転が検知されると点火プラグが点火しないように
したり、点火時期が逆転不可角度領域に入るようにして
いる。

【０００６】逆転を検知する方法は各種提案されている
が、例えば特開昭６２−７０６４６号公報、特開昭６２
−８２２７５号公報、特公平３−４６６７０号公報等に
記載された従来技術では、リラクタＲを検出するための
パルサ３を複数必要としていた。また、実開昭５８−２
５６７６号公報、実公平２−４１３４９号公報等に記載
された従来技術では、ロータ１の周方向に極めて長いリ
ラクタを必要としていた。さらに、特開昭５７−９０８
５０号公報、特公平１−２１３３０号公報では、逆転時
のパルス高と正転時のパルス高とが異なるように、くさ
び型のリラクタを必要としていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術は、
それぞれ次のような問題点を有していた。

【０００８】すなわち、前記複数のパルサを必要とする
従来技術では、パルサと共に配線やコネクタ等も複数必
要となるためにコストダウンが難しいという問題があっ
た。しかも、各パルサを設置するための空間を確保する
必要があるため、レイアウト設計が難しいという問題も
あった。

【０００９】また、前記極めて長いリラクタを必要とす
る従来技術では、その加工が難しいという問題のみなら
ず、エンジン振動やクランク振れによりノイズが発生し
やすいという問題があった。また、始動時のようにエン
ジン回転が不安定な場合でも所望のタイミングで確実に
点火させるためには、エッジの検出タイミングを点火タ
イミングとすることが望ましい。一方、一般的に低回転
時には上死点を点火タイミングとする場合が多い。した
がって、上死点においてリラクタのエッジが検出される
ように、リラクタとパルサとの相対的な位置関係を規定
することが望ましい。

【００１０】ところが、当該方式では、原理的に上死点
付近にリラクタのエッジを位置させることができないた
め、かなり進角した位置を始動開始点としなければなら
ず、最適な点火タイミングを取りにくいという問題があ
った。また、くさび型のリラクタを必要とする従来技術
では、その加工が難しいという問題があった。

【００１１】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を解決し、特殊形状のリラクタを採用することなく、
かつ唯一のパルサのみで機関の逆転を確実に検出できる
ようにすることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明では、内燃機関のクランクシャフトと同
期して回転するロータの一部に設けられた基準マーク
と、ロータの回転方向における長さが前記基準マークと
異なり、かつ基準マークの各エッジと自身の各エッジと
の対向する距離が相互に異なるようにロータに設けられ
た少なくとも１つの補助マークと、各マークのエッジを
検出する手段と、各エッジの検出タイミングに基づい
て、基準マークとこの直前に位置する補助マークとの距
離を検出する手段と、各エッジの検出タイミングに基づ
いて、基準マークとこの直後に位置する補助マークとの
距離を検出する手段と、前記各距離の大小関係に基づい
て逆転検知を行う手段とを具備した。

【００１３】

【作用】上記した構成において、基準マークと補助マー
クとの長さが異なるので、各エッジの検出タイミングか
ら算出される各マークの通過時間の大小関係に基づい
て、検出されたエッジがいずれのマークに関するもので
あるかを認識できるようになる。

【００１４】また、基準マークの各エッジと補助マーク
の各エッジとの対向する距離が相互に異なるようにした
ので、基準マークとこの直前に通過した補助マークとの
距離（Ｄ1 ）および基準マークとこの直後に通過した補
助マークとの距離（Ｄ2 ）の大小関係が機関の回転方向
によって異なることから、正転時にＤ1 ＞Ｄ2 となるよ
うに各マークを配置したならば、逆転時にはＤ2 ＞Ｄ1
となるので、当該機関の逆転を検出できるようになる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。図１は、本発明の一実施例の構成を示したブロック
図であり、図３は図１のフライホイールの詳細を示した
図である。

【００１６】図３に示したように、クランクシャフトと
同期して回転するフライホイール（ロータ）１の周囲に
は、リラクタＲ１および回転方向に対して当該リラクタ
Ｒ１より長いリラクタＲ２が、相互の両端間の間隔が異
なるように配置されている。すなわち、リラクタＲ１の
一方のエッジｅ₁ とリラクタＲ２の他方のエッジｅ₄と
の対向する距離Ｄ1 ［第２図参照］が、リラクタＲ１の
他方のエッジｅ₂ とリラクタＲ２の一方のエッジｅ₃ と
の対向する距離Ｄ2 よりも十分に大きくなるように配置
されている。

【００１７】パルサ３は、各リラクタＲ１、Ｒ２の通過
を検知するためのセンサであり、前記フライホイール１
の外周に設置されている。本実施例のパルサ３は、ピス
トンが上死点に到達したときにリラクタＲ２の一方のエ
ッジｅ₃ を検出する位置に配置されている。なお、以下
の説明では、このように上死点において検出されるエッ
ジを基準エッジ、またいずれか一方のエッジを基準エッ
ジとする突起を基準リラクタ（基準突起）と表現する場
合もある。

【００１８】パルサ３によって検出されたパルサ信号
は、点火ユニット内の＋パルサ信号波形整形回路１０ａ
および−パルサ信号波形整形回路１０ｂに入力される。
＋パルサ信号波形整形回路１０ａは、パルサ信号が
（＋）のときに出力を“１”とする一方でパルサ信号が
（−）あるいは“０”のときには出力を“０”とする回
路であり、その出力はＯＲゲート１１の一方の入力端子
およびワンチップマイコン２０の外部割り込み端子ＩＮ
Ｔ１に入力される。

【００１９】また、−パルサ信号波形整形回路１０ｂ
は、パルサ信号が（−）のときに出力を“１”とする一
方でパルサ信号が（＋）あるいは“０”のときには出力
を“０”とする回路であり、その出力はＯＲゲート１１
の他方の入力端子およびワンチップマイコン１０の外部
割り込み端子ＩＮＴ２に入力される。前記ワンチップマ
イコン１０は通常のデジタルＣＤＩが有する機能を全て
有すると共に、計時手段としてのフリーランニングカウ
ンタ２１およびインプットキャプチャ（レジスタ）２２
を具備している。

【００２０】また、当該点火ユニットは、直流電流によ
り充電され、点火コイル３０の一次側巻線と直列接続さ
れたコンデンサＣと、コンデンサＣの充電電荷を前記一
次側巻線に放電させて点火コイルの二次側に接続された
点火プラグＳＰに火花を発生させるサイリスタＳＣＲと
を具備している。

【００２１】ここで、図２を参照して本発明の概要につ
いて簡単に説明する。図２(a),(b)は、それぞれ正転時
および逆転時におけるリラクタ（上側）とパルサ信号
（下側）との関係を示したタイミングチャートである。

【００２２】上記したように、リラクタＲ１およびＲ２
の長さを予め異ならせておけば、パルサによるエッジの
検出タイミングから算出される各リラクタの通過時間ｔ
1 、ｔ3 の大小関係に基づいて、検出されたエッジがい
ずれのリラクタに関するものであるかを認識できるよう
になる。

【００２３】また、リラクタＲ２の各エッジｅ4 、ｅ3
とリラクタＲ１の各エッジｅ1 、ｅ2 との対向する距離
が相互に異なるようにしたので、リラクタＲ２（基準リ
ラクタ）とこの直前に通過したリラクタＲ１との距離Ｄ
1 （経過時間ｔ4 ）、およびリラクタＲ２（基準リラク
タ）とこの直後に通過したリラクタＲ１との距離Ｄ2
（経過時間ｔ2 ）としたとき、両者の大小関係に基づい
て逆転を検出できるようになる。すなわち、正転時には
図２(a) に示したように、Ｄ1 ＞Ｄ2 となり、逆転時に
は、同図(b) に示したように、Ｄ2 ＞Ｄ1 となることか
ら、当該機関の逆転を容易かつ確実に検出できるように
なる。

【００２４】以下、本実施例の具体的な動作を、図５、
６のフローチャートおよび図４のタイミングチャートを
参照して詳細に説明する。

【００２５】まず、イグニッションスイッチが投入され
ると、図示されないスタ―タが回動して当該内燃機関の
クランクシャフトが回転し、これに同期してフライホイ
ール１が矢印Ａ方向に回転する。そして、図５に示され
た処理がスタ―トする。

【００２６】ステップＳ２では、点火許可フラグに
“０”がセットされて点火が禁止される。ステップＳ３
では、カウンタＮＳに“０”がセットされる。ステップ
Ｓ４では、＋パルサ信号が入力されたか否かが判断され
る。

【００２７】ここで、図４(a) に示したように、短い方
のリラクタＲ１の一方のエッジｅ₁に対応した＋パルサ
信号が検出される（すなわち、エッジｅ₁ がパルサ３を
通過してパルサ３から＋パルサ信号が出力され、この結
果、＋パルサ信号波形整形回路１０ａの出力が“１”に
なる）と、この時のフリーランカウンタ２１のカウント
値がインプットキャプチャ２２に登録される。ステップ
Ｓ５では、インプットキャプチャ２２に登録されたカウ
ント値を＋パルサ信号の検出時間とみなし、変数ｔ（Ｎ
Ｓ）すなわち変数ｔ（０）として登録する。

【００２８】ステップＳ６では、改めてパルサ信号（＋
パルサ信号あるいは−パルサ信号のいずれであっても良
い）が検出されたか否かが判断され、図４(a) に示した
ように、リラクタＲ１の他方のエッジｅ₂ に対応した−
パルサ信号が検出される（すなわち、エッジｅ₂ がパル
サ３を通過してパルサ３から−パルサ信号が出力され、
この結果、−パルサ信号波形整形回路１０ｂの出力が
“１”になる）と、ステップＳ７では、カウンタＮＳが
１だけインクリメントされてＮＳ＝“１”になる。ステ
ップＳ８では、変数ｔ（ＮＳ）すなわちｔ（１）に、前
記リラクタＲ１の他方のエッジｅ₂ に対応したパルサ信
号の検出時間（インプットキャプチャ２２に登録され
た、フリーランカウンタ２１のカウント値）が登録され
る。

【００２９】ステップＳ９では、カウンタＮＳが“３”
であるか否かが判断され、ここではＮＳ＝１なので当該
処理はステップＳ６へ戻る。以下同様に、次のパルサ信
号の検出時間、すなわちリラクタＲ２の一方のエッジｅ
₃ に対応した＋パルサ信号の検出時間がｔ（２）とし
て、更にその次のパルサ信号の検出時間、すなわちリラ
クタＲ２の他方のエッジｅ₄ に対応した−パルサ信号の
検出時間がｔ（３）としてそれぞれ登録され、前記ステ
ップＳ９の判断が肯定になると当該処理はステップＳ１
０へ進む。

【００３０】ステップＳ１０では、［ｔ（３）−ｔ
（２）］すなわちパルサＲ２の幅と、［ｔ（１）−ｔ
（０）］すなわちパルサＲ１の幅とが比較され、［ｔ
（３）−ｔ（２）］＞［ｔ（１）−ｔ（０）］である
と、当該処理は図６のステップＳ１３へ進む。

【００３１】一方、前記ステップＳ４において、初めに
長い方のリラクタＲ２の一方のエッジｅ₃ に対応した＋
パルサ信号が検出されてしまうと、図４(b) に示したよ
うに、変数ｔ（０）にはリラクタＲ２の一方のエッジｅ
₃ の検出時間、変数ｔ（１）にはリラクタＲ２の他方の
エッジｅ₄ の検出時間、変数ｔ（２）にはリラクタＲ１
の一方のエッジｅ₁ の検出時間、変数ｔ（３）にはリラ
クタＲ１の他方のエッジｅ₂ の検出時間がそれぞれ登録
され、前記ステップＳ１０の判断が否定となるので当該
処理はステップＳ１１へ進む。

【００３２】ステップＳ１１では、前記ｔ（２）の値が
ｔ（０）へ、またｔ（３）の値がｔ（１）へ代入され、
ステップＳ１２においてカウンタＮＳに“１”をセット
した後に前記ステップＳ６〜Ｓ９の処理を繰り返す。こ
の結果、図４(b) の右側に示したように、変数ｔ（０）
にはリラクタＲ１の一方のエッジｅ₁ の検出時間、変数
ｔ（１）にはリラクタＲ１の他方のエッジｅ₂ の検出時
間、変数ｔ（２）にはリラクタＲ２の一方のエッジｅ₃
の検出時間、変数ｔ（３）にはリラクタＲ２の他方のエ
ッジｅ₄ の検出時間がそれぞれ登録されたことになり、
結局、図４(a)のように、初めにステップＳ４において
リラクタＲ１の一方のエッジｅ₁ が検出された場合と同
様に扱えるようになる。

【００３３】また、クランクシャフトが逆転している場
合には、図４(c) に示したように、初め（ステップＳ
４）にリラクタＲ２の一方のエッジｅ₃ あるいはリラク
タＲ１の一方のエッジｅ₁ のいずれが検出された場合で
も、前記正転時と同様に、ｔ（０）にはリラクタＲ１の
一方のエッジｅ₁ の検出時間、変数ｔ（１）にはリラク
タＲ１の他方のエッジｅ₂ の検出時間、変数ｔ（２）に
はリラクタＲ２の一方のエッジｅ₃ の検出時間、変数ｔ
（３）にはリラクタＲ２の他方のエッジｅ₄ の検出時間
がそれぞれ登録されるようになる。以上のように、正転
あるいは逆転にかかわらずステップＳ１０の判定が肯定
になると、当該処理は図６のステップＳ１３へ進む。

【００３４】ステップＳ１３では、改めてパルサ信号が
検出されたか否かが判断される。このとき、図４(a) に
示したように、その直前に変数ｔ（３）として登録され
た検出時間がリラクタＲ２の他方のエッジｅ₄ に関する
ものであった場合には、当該ステップＳ１３では、リラ
クタＲ１の一方のエッジｅ₁ に対応した＋パルサ信号が
検出され、ステップＳ１４では、カウンタＮＳが１だけ
インクリメントされる、すなわちカウンタＮＳには
“４”がセットされる。この結果、ステップＳ１５の判
断が肯定となってステップＳ１６へ進む。ステップＳ１
６では、カウンタＮＳに“０”がセットされ、ステップ
Ｓ１７では、既登録の変数ｔ（０）の値が変数ｔ（４）
に登録される。

【００３５】ステップＳ１８では、前記ステップＳ１３
においてリラクタＲ１の一方のエッジｅ₁ に対応した＋
パルサ信号を検出した時間がｔ（ＮＳ）すなわちｔ
（０）に登録される。このとき、ステップＳ１９の判断
は肯定となるので当該処理はステップＳ２０へ進む。

【００３６】ステップＳ２０では、［ｔ（３）−ｔ
（２）］すなわちパルサＲ２の幅と、［ｔ（１）−ｔ
（４）］すなわちパルサＲ１の幅とが比較され、［ｔ
（３）−ｔ（２）］＞［ｔ（１）−ｔ（４）］であると
ステップＳ２１へ進む。

【００３７】ステップＳ２１では、［ｔ（０）−ｔ
（３）］すなわちリラクタ２とこの直後に位置するリラ
クタ１との幅Ｄ1 と、［ｔ（２）−ｔ（１）］すなわち
リラクタ２とこの直前に位置するリラクタ１との幅Ｄ2
とが比較される。図４(a) の場合には、Ｄ1 ＞Ｄ2 すな
わち正転であると判断され、ステップＳ２２において点
火許可フラグに“１”がセットされる。

【００３８】ステップＳ２３では、エンジン回転数が高
いか否かが判断され、高い場合には、ステップＳ２４に
おいて演算点火処理が実行される。ステップＳ２５で
は、点火許可フラグに“０”がセットされる。なお、前
記ステップＳ２４の演算点火処理とは、エンジン回転数
に応じて予定量だけ点火タイミングを進角あるいは遅角
するための演算を実行する処理であり、後述するステッ
プＳ２８で実行される、リラクタのエッジ検出タイミン
グで直ちに点火させる固定点火処理と各回転ごとに択一
的に実行される処理である。

【００３９】その後、当該処理はステップＳ１３へ戻
り、ここで次のパルサ信号、すなわちリラクタＲ１の他
一方のエッジｅ₂ に対応した−パルサ信号が検出される
と、当該処理はステップＳ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１
８と進み、当該リラクタＲ１の他方のエッジｅ₂ の検出
時間が変数ｔ（１）に登録される。その後、ステップＳ
１９、Ｓ２６の判断が否定となるので上記処理を繰り返
し、続くリラクタＲ２の一方のエッジｅ₃ の検出時間が
変数ｔ（２）に登録され、リラクタＲ２の他方のエッジ
ｅ₄ の検出時間が変数ｔ（３）にそれぞれ登録される。

【００４０】このようにして変数ｔ（３）の登録が完了
してステップＳ２６の判断が肯定になると、ステップＳ
２７では、点火許可フラグが“１”であるか否かが判断
される。このとき、前記ステップＳ２３において“高回
転”と判断されてステップＳ２４の演算点火処理が実行
された場合には、ステップＳ２５において点火許可フラ
グに“０”がセットされているので当該処理はステップ
Ｓ１３へ戻るが、“高回転”と判断されて演算点火処理
が実行されていなかった場合には、ステップＳ２８にお
いて固定点火処理が実行される。すなわち、本実施例で
はリラクタＲ２の一方のエッジｅ₃ の検出タイミングで
固定点火処理が実行される。ステップＳ２９では、点火
許可フラグに“０”がセットされる。

【００４１】一方、図４(c) に示したように機関が逆転
している場合には、常に前記Ｄ1 ＞Ｄ2 が成立しないの
で当該処理はステップＳ２１からステップＳ２へ戻り、
点火処理は実行されない。

【００４２】このように、本実施例によれば、唯一のパ
ルサのみで内燃機関の逆転を検出できるようになるの
で、コストダウンを容易に実現できるようになる。ま
た、構成が単純化されることからレイアウト上の制約が
減ってレイアウト設計が容易になると共に、生産性や信
頼性の向上が同時に達成される。

【００４３】さらに、本実施例によれば、上死点におい
てパルサがリラクタのエッジを検出できるように各部を
配置することができるので、特に始動時や低回転時に最
良の点火時期が得られるようになり、始動性や低回転時
の安定性が向上する。

【００４４】なお、上記した実施例ではリラクタが２つ
であり、その一方（基準リラクタＲref ）の長さを他方
より長くするものとして説明したが、これとは逆に、基
準リラクタＲref の長さを他方より短くするようにして
も良い。さらに、リラクタは２つに限定されず、図９
(a) 〜(f) に示したように、３つ以上のリラクタを設け
た場合であっても、その内の１つのリラクタ（基準リラ
クタＲref ）の長さを他のいずれのリラクタよりも長い
あるいは短くすると共に、基準リラクタＲref と隣接す
る他のリラクタとの距離（前記Ｄ1 、Ｄ2 に相当）を異
ならせれば、前記と同様の処理手順で、機関の逆転を唯
一のパルサにより確実に検出できるようになる。

【００４５】また、リラクタの形状は図９(a) 〜(c) に
示したような突設されたものに限定されず、フライホイ
ール（ロータ）全体を磁性体で形成して図９(d) 〜(f)
に示した如く凹状に窪ませた形状としても良い。この場
合には、凹部の最長または最短部分が基準リラクタＲre
f となる。

【００４６】さらに、本実施例ではパルサによるマーク
検出を例にして説明したが、スリットを設けたロータと
光センサとにより検出部（光エンコーダ）を構成した
り、ロータ側に磁石を組み込んだもの（マグネスケー
ル）等を利用しても良い。なお、これらの場合でも、基
準リラクタＲref の一方のエッジを基準エッジとするこ
とが望ましい。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下のような効果が達成される。 (1) 唯一のパルサのみで内燃機関の逆転を検出できるよ
うになるので、コストダウンを容易に実現できるように
なる。また、構成が単純化されることからレイアウト上
の制約が減ってレイアウト設計が容易になると共に、生
産性や信頼性の向上が同時に達成される。 (2) 上死点においてパルサがリラクタのエッジを検出で
きるように各部を配置することができるので、特に始動
時や低回転時に最良の点火時期が得られるようになり、
始動性や低回転時の安定性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の構成を示したブロック図
である。

【図２】 本発明の概要を説明するためのタイミングチ
ャートである。

【図３】 本発明のフライホイールの構成を示した図で
ある。

【図４】 本発明の動作の説明するためのタイミングチ
ャートである。

【図５】 本発明の一実施例の動作を示したフローチャ
ートである。

【図６】 本発明の一実施例の動作を示したフローチャ
ートである。

【図７】 従来のパルサ信号発生器の構成を示した概略
図である。

【図８】 図７の構成により得られるパルス波形を示し
た図である。

【図９】 本発明が適用されるリラクタの他の形状例を
示した図である。

【符号の説明】

１…フライホイール、３…パルサ、１０…ワンチップマ
イコン、１０ａ…＋パルサ信号波形整形回路、１０ｂ…
−パルサ信号波形整形回路、１１…ＯＲゲート、２１…
フリーランニングカウンタ、２２…インプットキャプチ
ャ、３０…点火コイル、Ｒ１、Ｒ２…リラクタ、Ｒref
…基準リラクタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02P 11/02 F02D 45/00 F02P 7/067

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のクランクシャフトと同期して
   回転するロータと、 ロータの一部に設けられた基準リラクタと、 ロータの回転方向における長さが前記基準リラクタと異
   なり、かつ基準リラクタの各エッジと自身の各エッジと
   の対向する距離が相互に異なるようにロータに設けられ
   た補助リラクタと、 各リラクタの両エッジを検出する手段と、各エッジの検出タイミングに基づいて、各エッジがいず
   れのリアクタのいずれのエッジであるかを識別する手段
   と、 各エッジの識別結果およびその検出タイミングに基づい
   て、基準リラクタとこの直前に位置する補助リラクタと
   の距離、および基準リラクタとこの直後に位置する補助
   リラクタとの距離を検出する手段と、 前記各距離の大小関係に基づいて逆転検知を行う手段と
   を具備したことを特徴とする内燃機関の逆転防止装置。
2. 【請求項２】 前記エッジを検出する手段は、上死点に
   おいて前記基準リアクタの一方のエッジを検出できるよ
   うに配置されたことを特徴とする請求項１記載の内燃機
   関の逆転防止装置。