JP4232177B2 - エンジンの点火制御装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、エンジンの回転に応じて点火タイミングを決定する点火制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、エンジンの回転軸に三相交流による発電動機を連結して、電動機として駆動してエンジンの始動を行わせるとともに、始動後は発電機として駆動してエンジン点火用の電源として用いるようにして、ロータリエンコーダによって発電動機の回転角度を検出しながらブラシレスによる電動機の通電制御を行うとともに、エンジンにおけるピストンが上死点にくるときの回転位置を検出してエンジンの点火制御を行わせるようにしている(特開2001−349228号公報参照)。
【0003】
このような発電動機に取り付けられるロータリエンコーダとしては、図9および図10に示すように、円周上の一部分が磁気センサ(ホールIC)に感応する一方極性Nに着磁されたエンジンの回転検出用のマグネットリング1と、それと同径の円周上にN極とS極とが等間隔に交互に複数着磁された発電動機の回転角度検出用のマグネットリング2′とを並設して発電動機の回転軸(図示せず)に取り付けるとともに(回転方向を図中矢印で示す)、その各マグネットリング1,2′の外周囲にそれぞれ空隙を介して対向するように磁気センサ3,4を固定側に設けるようにしている。
【0004】
回転電機の回転角度検出用のマグネットリング2′に対向して設置される磁気センサ4としては、三相交流による回転電機のU,V,Wの各相の回転角度をそれぞれ検出できるようにマグネットリング1の回転方向に等間隔に3つの磁気センサ41、42、43が設けられている。
【0005】
図11は、磁気センサ41,42,43による発電動機のU,V,W相の各回転角度検出信号U−DS,V−DS,W−DSおよび磁気センサ3によるエンジンの回転検出信号ENG−DSを示している。
【0006】
従来、エンジンの1回転ごとに1つのパルス信号を発生する磁気センサ3によるエンジンの回転検出信号ENG−DSに応じてエンジンの点火タイミングを決定するには、図12に示すように、そのパルス信号の立上りのaの時点から始めた一定周波数によるカウント値をもとにbの点火タイミングを決定するようにしている。
【0007】
しかし、エンジンの回転数が変動する場合、そのカウントがなされるまでに回転変動の影響を受けてbにて反映されるはずのカウント値とは違う値が得られてしまい、その結果点火の出力角度の計算値もずれて目的とする角度での点火を行わせることができなくなってしまう。
【0008】
そのため、エンジンの回転数の変動の影響を受けることなく点火タイミングの決定を行わせることができるようにするべく、エンジンの回転に同期するフライホイールのリングギヤから誘導信号を得ることにより、エンジンの1回転当り多数のパルス信号を発生する計数用のパルス発生手段を別途設けて、エンジンの1回転ごとにパルス数を計数することによって回転速度を求めながら、その1回転ごとに求められた回転速度に応じて点火タイミングを逐次決定していくようにしたものが開発されている(特許第2653212号公報参照)。
【0009】
それは、図13に示すように、(A)のエンジンの1回転ごとに生ずる基準信号Vp1に応じて(B)のパルス信号を(C)に示すようにN1だけ計数し、続いてそのパルス信号をN2だけ計数する。また、(D)に示すように、パルス信号をN1だけ計数する動作が終了した時刻以降にパルス信号をN3だけ計数する動作を開始させる。そのN3の計数動作が終了するまでの間に、N2の計数動作が終了した時刻T2とN1の計数動作が終了した時刻T1との差から得た回転速度の情報に基いて、N3の計数動作の終了時刻T3から目標点火時期Tiまでの時間に等しい点火時期計測時間tiを求め、N3の計数動作が終了した時刻から点火時期計測時間の計測を開始してその計測が終了したときにエンジンの点火を行わせるようにしている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする問題点は、エンジンの1回転ごとに発生する1つのパルス信号をトリガとして、フライホイールのリングギヤから誘導信号を得て計数用としたパルス信号の数を計数しながら、そのときのエンジンの回転速度に即した点火タイミングを逐次決定していくようにする従来のエンジンの点火制御装置では、計数用のパルス信号の発生手段を別途必要とするとともに、エンジンの点火タイミングを決定するために複雑な計数動作を必要とするものになっていることである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明によるエンジンの点火制御装置は、簡単な構成によってエンジン回転の変動の影響を受けることなくエンジンの点火タイミングの決定を精度良く容易に行わせることができるようにするべく、エンジンに同期して回転し、円周上の一部分が一方極性に着磁された第1のマグネットリングおよびその外周囲に空隙を介して対向するように配設された第1のマグネットリングの一方極性に着磁部分に感応する磁気センサからなるエンジンのクランクシャフトの1回転当り1つの第1のパルス信号を発生する手段と、エンジンに同期して回転し、円周上にN極とS極とが等間隔に交互に複数着磁された第2のマグネットリングおよびその外周囲に空隙を介して対向するように配設された一方極性に感応する磁気センサからなるエンジンのクランクシャフトの1回転当り複数の第2のパルス信号を発生する手段と、第1のパルス信号に応じて第2のパルス信号を所定数カウントする手段と、そのカウントの所定数番目にあるエンジン点火角度の最大進角角度に一番近い第2のパルス信号の立上り時点から所定のタイムカウントを行ってエンジンの点火タイミングを決定する手段とを設けるようにしている。
【0012】
【実施例】
本発明によるエンジンの点火制御装置は、図1に示すように、エンジンのクランクシャフトの1回転当り1パルスのセンサ信号を発生するマグネットリング1および磁気センサとしてのホール1C(ホール素子による磁気検知信号をパルス状にして出力する回路が組み込まれたもの)3と、エンジンのクランクシャフトの1回転当り6パルスのセンサ信号を発生するマグネットリング2およびホールIC4と、ホールIC3から送られてくるセンサ信号S1およびホールIC4から送られてくるセンサ信号S2をそれぞれ読み込んでエンジンの点火タイミングを決定して、点火信号IGSをエンジンの点火装置(図示せず)に出力するECU5とによって構成されている。
【0013】
各マグネットリング1,2は、図2に示すように、エンジンの回転軸6(またはエンジンに直結した三相交流の発電動機の回転軸)に並設して固定的に取り付けられている。
【0014】
各マグネットリング1,2の外周囲には、それぞれ空隙を介して対向するように、ホールIC3,4が固定側に設けられている。
【0015】
そして、マグネットリング1とホールIC3との間およびマグネットリング2とホールIC4との間には、それぞれ磁気鋼板からなる空隙磁束を捕捉するピックアッププレート7が設けられている。
【0016】
マグネットリング1としては、図3に示すように、円周上の一部分が磁気センサとして用いるホールICに感応する一方極性N(またはS)に着磁され、他の部分が他方極性S(またはN)に着磁された2極構成になっている。
【0017】
マグネットリング2としては、図4に示すように、円周上にN極とS極とが等間隔に交互に12極分着磁されている。
【0018】
このような構成にあって、マグネットリング1に対向するホールIC3からは、図5に示すように、エンジンの回転軸6が1回転する周期Tごとに、その前半のT/2期間がハイレベルHとなり、その後半のT/2期間がローレベルLとなる1つのパルスによるセンサ信号S1が得られる。同時に、それと同期して、マグネットリング2に対向するホールIC4からは、図5に示すように、エンジンの回転軸6が1回転する周期Tごとに6つのパルスによるセンサ信号S2が得られる。
【0019】
ECU5は、ホールIC3から送られてくるセンサ信号S1およびホールIC4から送られてくるセンサ信号S2をそれぞれ読み読み込んで、図5に示すように、センサ信号S1の立上り時点t1からセンサ信号S2のパルスに番号付けをすることにより、エンジン点火角度の最大進角角度の位置pに応じて予め設定されたパルス数だけセンサ信号S2のパルスカウントを行って、最大進角角度の位置pに最も近いパルスを特定する。その最大進角角度の位置pに最も近い▲3▼のパルスの立上り時点t2から所定のタイムカウントを開始してエンジンの点火時期t3を決定し、点火信号IGSを出力する。
【0020】
ここで、最大進角角度の位置pに最も近いパルスの決定方法としては、ある状態でのエンジンの回転速度を一定とすると、相対的な機械角は決まっているために、t2の時点は番号付けされたセンサ信号S2のパルスカウントから一意的に求まることになる。そして、同様に、t2時点の回転角度が相対的な機械角度から定まってくるため、この角度から実際に点火する角度までの機械的な角度を求め、現在の回転速度からエンジンの点火時期t3を計算しているのである。
【0021】
このように、本発明によれば、エンジンの回転変動による点火角度のずれが有効に軽減され、安定したエンジンの点火信号IGSを出力することができるようになる。
【0022】
図6は、スロットル開度が0から100%になるように1秒間だけアクセルをふかしたときのエンジンの回転数と点火角度との変化の状態を測定したときの特性を示している。ここで、Aの特性はスロットル開度の特性を示している。Bの特性は本発明を適用したときのエンジン回転数の特性を、B′の特性は図12に示す従来の方法で点火タイミングを決定したときのエンジン回転数の特性をそれぞれ示している。Cの特性は本発明を適用したときのエンジンの点火角度の特性を、C′の特性は図12に示す従来の方法で点火タイミングを決定したときのエンジンの点火角度の特性をそれぞれ示している。
【0023】
この測定結果によれば、本発明によれば、エンジン回転数が変化しても、その影響をほとんど受けることなく、エンジンの点火角度はほぼ一定であることがわかる。
【0024】
本発明では、マグネットリング1とホールIC3との間およびマグネットリング2とホールIC4との間に、それぞれ磁気鋼板からなる空隙磁束を捕捉するピックアッププレート7を設けている。
【0025】
したがって、組付け時に各マグネットリング1,2と各々に対向するホールIC3,4との相対的な位置がずれてしまっても、ピックアッププレート7によってその間の空隙磁束が有効に捕捉されて、各ホールIC3,4からセンサ精度の良い充分なセンサ出力が得られるようになる。
【0026】
その際、ピックアッププレート7の幅wが大きすぎると逆に空隙磁束が遮蔽されてしまい、またピックアッププレート7とホールIC3,4との間隔dが広すぎるとピックアップ効率が低下してしまうため、その幅wおよび間隔dを最適に設定する必要がある。
【0027】
いま、図7に示すように、ピックアッププレート7の幅wを2mm、3mm、4mm、5mmの4種類に設定して、それぞれについてピックアッププレート7とホールIC3との間隔dを0〜1.5mmまでの範囲で変化させたときの磁気センサ3の出力電圧およびピックアップ効率をそれぞれ測定した結果、出力電圧とピックアップ効率とのかねあいからして、幅wが2mm、間隔dが0.5mmの仕様が、磁気センサ3の出力電圧が12mV程度の充分なものとなり、ピックアップ効率が5倍ほど得られる最適なものとなった。
【0028】
図8は、ピックアッププレート7の幅wを2mmに設定して、ピックアッププレート7とホールIC3との間隔dを0〜1.5mmまでの範囲で変化させたときのホールIC3の出力電圧Voおよびピックアップ効率ηの各特性をそれぞれ示している。
【0029】
実際には、その特性からして、適正値として、ピックアッププレート14の幅wが3±1mmに設定され、ピックアッププレート14と磁気センサ3との間隔dが0.7±0.3mmに設定される。
【0030】
なお、本発明を実施するに際して、マグネットリング1,2およびホールIC3,4を専用に設けることなく、前述したエンジン始動用の発電動機に取り付けられる図9および図10に示すロータリエンコーダをそのまま利用することが可能となる。その場合、例えば、W相の回転角度検出信号W−DSとエンジンの回転検出信号ENG−DSとをとり出して、エンジンの点火タイミングを決定するようにする(図11参照)。
【0031】
【発明の効果】
以上、本発明によるエンジンの点火制御装置にあっては、エンジンのクランクシャフトの1回転ごとに、基準パルス信号とパルス列信号とを互いに同期をもって発生させ、基準パルス信号に応じてパルス列信号のパルスを所定数カウントして、そのカウントの所定番目にあるパルス列信号中におけるパルスの立上り時点から所定のタイムカウントを行ってエンジンの点火タイミングを決定するようにしたもので、簡単な構成によってエンジン回転の変動の影響を受けることなく、エンジンの点火タイミングを精度良く容易に決定して、エンジンの運転を安定に行わせることができるという利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるエンジンの点火制御装置の一構成例を示すブロック図である。
【図2】本発明に用いられる2つのマグネットリングおよび各対向するホールICの部分的な構成を示す側面図である。
【図3】本発明に用いられる第1のマグネットリングを示す正面図である。
【図4】本発明に用いられる第2のマグネットリングを示す正面図である。
【図5】本発明における第1のパルス信号、第2のパルス信号およびその各パルス信号にもとづいて点火タイミングが決定されるエンジンの点火信号のタイムチャートである。
【図6】本発明および従来の方法によってそれぞれ点火タイミングを決定したときの1秒間だけアクセルをふかしたときのエンジンの回転数と点火角度との変化の状態を測定した特性図である。
【図7】本発明におけるピックアッププレートの幅とピックアッププレートの磁気センサに対する位置関係を示す図である。
【図8】ピックアッププレートの幅を2mmに設定して、ピックアッププレートとホールICとの間隔を0〜1.5mmまでの範囲で変化させたときのホールICの出力電圧およびピックアップ効率の各特性をそれぞれ示す図である。
【図9】従来のエンジンの始動用発電動機に取り付けられるロータリエンコーダの簡略構成を示す側面図である。
【図10】そのロータリエンコーダの正面図である。
【図11】そのロータリエンコーダによる発電動機のU,V,W相の各回転角度検出信号およびエンジンの回転検出信号のタイムチャートである。
【図12】従来方法によってエンジンの回転検出信号にもとづいてエンジンの点火タイミングが決定されるときのタイムチャートである。
【図13】従来の他の方法によってエンジンの回転検出信号にもとづいてエンジンの点火タイミングが決定されるときのタイムチャートである。
【符号の説明】
1 第1のパルス信号発生用のマグネットリング
2 第2のパルス信号発生用のマグネットリング
3 第1のパルス信号発生用の磁気センサ(ホールIC)
4 第2のパルス信号発生用の磁気センサ(ホールIC)
5 ECU
6 回転軸
7 ピックアッププレート
Claims (1)
- エンジンに同期して回転し、円周上の一部分が一方極性に着磁された第1のマグネットリングおよびその外周囲に空隙を介して対向するように配設された第1のマグネットリングの一方極性に着磁部分に感応する磁気センサからなるエンジンのクランクシャフトの1回転当り1つの第1のパルス信号を発生する手段と、エンジンに同期して回転し、円周上にN極とS極とが等間隔に交互に複数着磁された第2のマグネットリングおよびその外周囲に空隙を介して対向するように配設された一方極性に感応する磁気センサからなるエンジンのクランクシャフトの1回転当り複数の第2のパルス信号を発生する手段と、第1のパルス信号に応じて第2のパルス信号を所定数カウントする手段と、そのカウントの所定数番目にあるエンジン点火角度の最大進角角度に一番近い第2のパルス信号の立上り時点から所定のタイムカウントを行ってエンジンの点火タイミングを決定する手段とによって構成されたエンジンの点火制御装置。
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