JP4421503B2 - エンジンの点火制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの点火制御装置に関するものである。

従来から、エンジンの出力軸の回転に伴い周期的に充電と放電とを繰り返して発電を行う交流発電機を備えた車両が実用化されており、車両に搭載された各種電気部品に対して交流発電機から給電が行われ、その給電により各種電気部品が駆動される。点火系について述べると、交流発電機からの給電により点火コイルの一次コイルが通電され、その後所定タイミングで通電遮断されることにより二次コイルに高電圧が誘起され、点火動作が行われる（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、既存の装置では以下の問題があった。すなわち、点火コイルの通電時にはその通電により点火エネルギが蓄積されるが、その際、交流発電機からの給電が十分でないと、点火エネルギが不足する。そして、点火エネルギが不十分であることに起因して失火等が生じ、結果として燃焼不良が生じてしまう。
特開平５−１６５０号公報

本発明は、点火エネルギの不足による失火等の不具合を防止することができるエンジンの点火制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

本発明のエンジンの点火制御装置では前提として、交流発電機と点火コイルと通電制御手段とを備えており、交流発電機は、エンジン出力軸の回転に伴い交流電力を発生する。通電制御手段は、あらかじめ定めたエンジン出力軸の所定回転区間を通電期間とし該通電期間にて点火コイルへの通電を実施する。このとき、エンジン出力軸が所定回転位置に達した時に、電力供給ラインを通じての交流発電機からの電力供給により点火コイルが通電され、その後通電期間が経過したタイミングで通電が遮断されて点火が行われる。

上記構成において特に、電力供給ラインを通じて交流発電機から電力供給される電力供給期間と前記通電期間とが重複するようにそれら各期間を設定したため、点火コイルの通電遮断時（すなわち点火タイミング）における点火エネルギが十分に確保できる。したがって、点火エネルギの不足による失火等の不具合を防止することができる。

自動二輪車等ではバッテリ非搭載とした車両が存在している。かかるバッテリ非搭載の車両では、エンジン始動時において電源電圧が低い状態であると点火エネルギが不足する可能性が高くなり、点火エネルギの不足によりエンジンの始動性が低下する。これに対し、少なくともエンジン始動に際し前記所定回転区間にて点火コイルへの通電を実施する構成において、上記のとおり電力供給ラインを通じて交流発電機から電力供給される電力供給期間と点火コイルの通電期間（所定回転区間）とが重複するようにそれら各期間を設定することにより、エンジン始動時であっても十分な点火エネルギが確保できる。その結果、エンジンの始動性を向上させることができる。

前記電力供給期間と点火コイルの通電期間とを重複させるための具体的な仕様としては、エンジンのアイドル運転状態又はそれに相当する運転状態において、交流発電機からの電力供給と点火コイルの通電とが重複する重複期間が、前記通電期間の５０％以上となるように構成されると良い。すなわち、前記通電期間をＸ、前記重複期間をＹとしたとき、その比率（Ｙ／Ｘ）が５０％以上であるようにすると良い。より望ましくは、前記比率（Ｙ／Ｘ）が７０％以上であると良い。

第２の発明においては、検出手段は、電力供給ラインを通じての交流発電機からの電力供給開始を検出する。また、通電開始手段は、前記検出手段により電力供給開始が検出されたことを条件として点火コイルの通電を開始させる。かかる構成によれば、交流発電機からの電力供給に重複させて点火コイルの通電を行うことができる。したがって、点火コイルの通電遮断時（すなわち点火タイミング）における点火エネルギが十分に確保できるようになり、点火エネルギの不足による失火等の不具合を防止することができる。

自動二輪車等のバッテリ非搭載車両では、エンジン始動時において電源電圧が低い状態であると点火エネルギが不足する可能性が高くなるが、上記のとおり前記検出手段による電力供給開始の検出を条件として点火コイルの通電を開始させることにより、エンジン始動時であっても十分な点火エネルギが確保できる。その結果、エンジンの始動性を向上させることができる。

また、電力供給ラインに、交流発電機からの電力供給により蓄電されるコンデンサ等の蓄電手段が設けられると良い。これにより、交流発電機の発電により周期的に電力供給ラインに対して電力供給される構成でも、点火コイルに対して安定した電力供給が可能となる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態では、自動二輪車用のエンジン制御システムへの適用例を説明することとしており、図１に構成の概要を示す。なお本例では、自動二輪車よりなる車両はバッテリを搭載しておらず、ユーザがキック式の始動装置をキック操作することでエンジンのクランク軸に初期回転が付与され、それに伴いエンジンが始動されるようになっている。

図１において、交流発電機１０は、エンジンのクランク軸（図示略）から駆動力が付与されることで交流の電力を発生するものあり、具体的には単相マグネト発電機にて構成されている。交流発電機１０にて発生する電力によりヘッドライトやリアライト等の点灯装置１１が駆動される。この交流発電機１０は、永久磁石よりなる複数の磁極を有しており、例えば１０個、１２個等の磁極を有する。交流発電機１０では、発電に際し磁極数に応じた周期で充電と放電とが交互に繰り返される。

交流発電機１０の電力はレギュレータ１２によって例えば１４Ｖの電圧に調整された後、イグニッションスイッチ（以下、ＩＧスイッチという）１３を介してＥＣＵ（電子制御ユニット）２０に供給される。このとき、レギュレータ１２から供給される電力は電源端子Ｔ１を含む給電ラインを介してＥＣＵ２０に取り込まれる。

ＥＣＵ２０において、電源端子Ｔ１には、ダイオード２１を介して蓄電手段としてのコンデンサ２２が接続されており、コンデンサ２２において高電位となる端子側（すなわちダイオード２１のカソード側）は出力端子Ｔ２を介して点火コイル３０の一次コイル３０ａに接続されている。

また、前記電源端子Ｔ１には、ダイオード２３を介してコンデンサ２４が接続されており、コンデンサ２４において高電位となる端子側（すなわちダイオード２３のカソード側）は電源ＩＣ２５に接続されている。電源ＩＣ２５は、マイコン用の駆動電圧ＶＣＣ（例えば５Ｖ）を生成するための電源回路を構成している。

電源ＩＣ２５の出力側にはコンデンサ２６が接続されるとともにマイコン（マイクロコンピュータ）２７が接続されている。マイコン２７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなる周知の論理演算回路を構成するものであり、当該マイコン２７には、クランク角センサ３３の検出信号が波形整形回路（図示略）を介して入力されるとともに、エアフロメータ等よりなる負荷検出センサの検出信号などが適時入力される。マイコン２７は通電制御手段に相当する。クランク角センサ３３は、所定角度（例えば３０°ＣＡ）ごとにクランク軸の回転位置を検出するセンサであり、マイコン２７には、波形整形回路を通じて所定角度周期でパルス状のＮＥ信号（回転角度信号）が入力される。

マイコン２７は、その都度のエンジン運転状態等に基づいて最適な点火時期を演算するとともに、該点火時期に応じた点火制御信号を生成する。この点火制御信号はトランジスタ２８に出力される。トランジスタ２８は、コレクタが出力端子Ｔ３を介して点火コイル３０の一次コイル３０ａに接続され、エミッタが接地されている。また、点火コイル３０の二次コイル３０ｂには点火プラグ３１が接続されている。

マイコン２７から出力される点火制御信号によりトランジスタ２８がＯＮされると、それに伴い点火コイル３０の一次コイル３０ａが通電される。そしてその後、トランジスタ２８がＯＦＦされると一次コイル３０ａの通電が遮断され、それに伴い二次コイル３０ｂに高電圧が誘起され、点火プラグ３１の対向電極間で点火火花が発生する。

エンジンの始動時には、あらかじめ定めた所定回転区間で点火コイル３０への通電が行われるようになっており、具体的には、前記ＮＥ信号に同期させて通電開始時期と通電遮断時期とが設定される。つまり、ＮＥ信号の各パルスにはクランク角位置に対応して番号付け（ナンバリング）が施されており、所定のｎ番パルス（通電開始パルス）の到来により点火コイル３０の通電が開始され、その後ｎ＋α番パルス（通電終了パルス）の到来により前記通電が遮断される。そして、エンジンの始動完了後において、点火時期制御が固定点火から可変点火へと移行される。

ところで、点火コイル３０の通電時にはその通電により点火エネルギが蓄積されるが、その際、交流発電機１０から供給される電力が十分でないと点火エネルギが不足し、それに起因して燃焼不良が生じることが懸念される。そこで本実施の形態では、点火エネルギの確保を図るべく、交流発電機１０による充電期間とコイル通電期間とが重複するようにそれら各期間を設定する。

交流発電機１０の着磁位相を調整することで、交流発電機１０による充電期間とコイル通電期間とを重複させるようにすると良い。つまり、交流発電機１０は、径方向に交互にＳＮ磁極が着磁された環状の永久磁石を有しており、その永久磁石における着磁位相を、前記コイル通電期間に相当するクランク角位置に対応させるように構成する。

次に、交流発電機１０による発電動作と点火コイル３０による点火動作とを図２のタイムチャートを用いてより具体的に説明する。図２において、（ａ）は交流発電機１０による発電時の電圧波形を、（ｂ）は点火出力波形を、（ｃ）はＮＥ信号をそれぞれ示している。ただし、（ａ）はレギュレータ１２による電圧調整後の波形を示す。（ｃ）はＮＥ信号の立ち上がりエッジのみを示す。

交流発電機１０の電圧波形は充電と放電とを一定周期で繰り返す波形となっており、基本的に４５°ＣＡ周期で充電と放電とが繰り返される。また、ＮＥ信号の立ち上がりエッジは３０°ＣＡごとに発生する。そして、タイミングｔ１では、所定の通電開始ＮＥパルスに基づいて点火コイル３０の通電が開始される。また、タイミングｔ２では、所定の通電終了ＮＥパルスに基づいて通電が遮断され、その通電遮断により点火火花が発生する。このとき、交流発電機１０の充電期間とコイル通電期間とが重複することで点火エネルギが確保できる。

この場合、図３に示すように、コイル通電期間をＸ、交流発電機１０の充電とコイル通電とが重複する重複期間をＹとしたとき、その比率（Ｙ／Ｘ）が５０％以上であると良い。より望ましくは、前記比率（Ｙ／Ｘ）が７０％以上であると良い。なお図３において、（ａ）は交流発電機１０による充電期間がコイル通電期間に完全に重複する場合を、（ｂ）は点火コイル３０の通電開始タイミングを跨いで交流発電機１０の充電が行われる場合を、（ｃ）は点火コイル３０の通電終了タイミングを跨いで交流発電機１０の充電が行われる場合を、それぞれ示す。

ただし、交流発電機１０の充電期間はエンジン回転速度等に応じて変化し、前記図３の（ａ）〜（ｃ）の各状態に移行すると考えられる。例えば回転速度の上昇に伴い（ｂ）→（ａ）→（ｃ）の各状態に移行する。つまり、前記比率（Ｙ／Ｘ）が運転状態によって変動する。これを考慮すると、運転状態によっては前記比率（Ｙ／Ｘ）が小さくなるが、少なくともエンジン始動直後におけるアイドル運転状態又はそれに相当する運転状態において、前記比率（Ｙ／Ｘ）が５０％以上であると良い。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

交流発電機１０による充電期間と点火コイル３０の通電期間とが重複するようにそれら各期間を設定したため、点火コイル３０の通電遮断時（すなわち点火タイミング）における点火エネルギが十分に確保できる。したがって、点火エネルギの不足による失火等の不具合を防止することができる。

特にエンジン始動時における固定点火に合わせて充電期間を設定したため、エンジン始動時であっても十分な点火エネルギが確保でき、エンジンの始動性を向上させることができる。

また、点火コイル３０に給電を行うための給電ラインに蓄電手段としてのコンデンサ２２を設けたため、充電と放電との繰り返しにより交流発電機１０が発電を行う場合において点火コイル３０に対して安定した電力供給が可能となる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、交流発電機１０の充電開始を検出し、その検出結果に基づいて点火コイル３０の通電を開始させる構成とする。以下、上記第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。

図４には、交流発電機１０の充電開始を検出するための検出回路４０の構成を示す。検出回路４０は、トランジスタ４１と抵抗４２〜４４とを有しており、トランジスタ４１のベースに交流発電機１０からの電圧波形が入力される。トランジスタ４１のコレクタには定電圧源（電圧ＶＣＣ）が接続されており、トランジスタ４１のＯＮ／ＯＦＦに伴うコレクタ電圧の変化がマイコン２７に入力される。この場合、充電開始前（放電時）はトランジスタ４１がＯＦＦされており、マイコン入力はＨとなっている。そして、充電開始に伴い電圧値が上昇するとトランジスタ４１がＯＮし、マイコン入力がＬに変化する。

図５は、交流発電機１０の電圧波形と点火出力波形とを示すタイムチャートである。同図に示すように、交流発電機１０の充電が開始される際、その電圧波形の立ち上がりが検出され、点火コイル３０の通電が開始される（タイミングｔ１１）。そして、通電開始後、所定時間が経過したタイミングで通電が遮断される（タイミングｔ１２）。

図６は、点火制御処理を示すフローチャートであり、本処理はマイコン２７により所定の時間周期で実行される。図６において、ステップＳ１１では、検出回路４０からの入力信号に基づいて充電開始タイミングであるか否かを判定する。また、ステップＳ１２では、今回点火コイル３０の通電開始が許可されるか否か、すなわち今回が圧縮行程の点火直前タイミングであるか否かなどを判定する。そして、ステップＳ１１，Ｓ１２が共にＹＥＳである場合にステップＳ１３に進み、点火コイル３０の通電を開始する。

以上第２の実施の形態によれば、交流発電機１０による充電に重複させて点火コイル３０の通電を行うことができる。したがって、点火コイル３０の通電遮断時（すなわち点火タイミング）における点火エネルギが十分に確保できるようになり、点火エネルギの不足による失火等の不具合を防止することができる。特に、エンジン運転状態によってクランク角度に対する交流発電機１０の充電期間が変動する場合にも、確実に交流発電機１０の充電期間とコイル通電期間とを重ならせることができる。

またこの場合、エンジン始動時であっても十分な点火エネルギが確保でき、エンジンの始動性を向上させることができる。

上記実施の形態では、点火コイル３０に給電を行うための給電ラインに蓄電手段としてのコンデンサ２２を設けたが、この構成を変更し、前記給電ラインを直接点火コイル３０に接続する構成であっても良い。

上記実施の形態では、バッテリを搭載していない自動二輪車への適用例を説明したが、これ以外に、小型（低容量）のバッテリを搭載した車両にも適用できる。かかる場合にも、点火エネルギが確保できる等の効果が得られる。自動二輪車以外にも、四輪自動車、小型船舶、農機具等への適用も可能である。

発明の実施の形態における装置の概略を示す構成図である。 交流発電機による発電動作と点火コイルによる点火動作とを説明するためのタイムチャートである。 交流発電機の電圧波形と点火出力波形とを示すタイムチャートである。 検出回路の構成を示す図である。 交流発電機による発電動作と点火コイルによる点火動作とを説明するためのタイムチャートである。 点火制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…交流発電機、２０…ＥＣＵ、２２…コンデンサ、２７…マイコン、３０…点火コイル、３１…点火プラグ、４０…検出回路。

Claims (6)

1. エンジン出力軸の回転に伴い交流電力を発生する交流発電機と、
   該交流発電機の発電により周期的に電力供給される電力供給ラインに接続され、その電力供給により通電される点火コイルと、
   あらかじめ定めたエンジン出力軸の所定回転区間を通電期間とし該通電期間にて前記点火コイルへの通電を実施する通電制御手段と、
   を備えたエンジンの点火制御装置において、
   前記電力供給ラインを通じて前記交流発電機から電力供給される電力供給期間と前記通電期間とが重複するようにそれら各期間を設定したことを特徴とするエンジンの点火制御装置。
2. バッテリ非搭載とした車両に適用され、前記通電制御手段は、少なくともエンジン始動に際し前記所定回転区間にて前記点火コイルへの通電を実施することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの点火制御装置。
3. エンジンのアイドル運転状態又はそれに相当する運転状態において、前記交流発電機からの電力供給と前記点火コイルの通電とが重複する重複期間が、前記通電期間の５０％以上となるように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの点火制御装置。
4. エンジン出力軸の回転に伴い交流電力を発生する交流発電機と、
   該交流発電機の発電により周期的に電力供給される電力供給ラインに接続され、その電力供給により通電される点火コイルと、
   前記電力供給ラインを通じての前記交流発電機からの電力供給開始を検出する検出手段と、
   該検出手段により電力供給開始が検出されたことを条件として前記点火コイルの通電を開始させる通電開始手段と、
   を備えたことを特徴とするエンジンの点火制御装置。
5. バッテリ非搭載とした車両に適用され、前記通電開始手段は、少なくともエンジン始動に際し前記検出手段による電力供給開始の検出を条件として前記点火コイルの通電を開始させることを特徴とする請求項４に記載のエンジンの点火制御装置。
6. 前記電力供給ラインに、前記交流発電機からの電力供給により蓄電される蓄電手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のエンジンの点火制御装置。

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