JP4431927B2 - 点火システムの制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、正転方向および逆転方向に回転可能な内燃機関(以下、「内燃機関」をエンジンという)の点火システムの制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、小型の車両、例えばスクータやスノーモービル等においては、小型化および軽量化を実現するため、後進するためのギアを備えていないことがある。このように、ギアの切り替えにより後進を選択できない車両において、エンジンを逆回転させることにより後進を実現するエンジンの点火システムとして、特開平11−82270号公報に開示されているものが知られている。
【0003】
この公報に開示されている点火システムでは、気筒の圧縮行程と爆発行程との間に位置する上死点の角度位置を含む歯を回転体の外周側に設け、アイドル運転時には、歯の基準信号を検出すると対応する気筒の点火プラグに点火する。また、定常運転時には、歯の基準信号を検出するとカウンタ等に計数値を設定し、計数値のカウントダウンが終了すると点火プラグに点火している。点火プラグを点火させる時期は、各気筒の上死点より僅かに進角した位置である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平11−82270号公報に開示される点火システムでは回転体に歯が一つしかないので、各気筒に対応する歯の基準信号を検出してから、カウントダウンを終了し点火を行うまで回転体がほぼ一周する。つまり、カウントダウンの時間が長い。カウントダウン中にエンジンの回転数が変動したりすると、点火時期がずれる恐れがある。歯の回転方向長さを長くすれば、歯の基準信号を検出してから基準信号に対応する点火を行うまでの時間を短縮できる。しかし、基準信号はアイドル運転時における点火信号としても使用するので、歯の回転方向長さを長くするには限度がある。また、歯の回転方向長さを長く加工することは困難である。
本発明の目的は、エンジンの正転および逆転において高精度に点火制御を行う点火システムの制御方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1記載の点火システムの制御方法によると、位置検出部の正転方向前方および逆転方向前方に演算開始部を配置し、センサが各気筒に対応する演算開始部を検出したときに演算、例えばカウントダウンを開始し、カウントダウンを終了すると演算開始部に対応する気筒を点火させる。演算開始部と演算開始部に対応する気筒との回転角度範囲が小さくなるので、演算時間が短くなる。エンジンの回転数が変動しても点火時期のずれが少なくなるので、各気筒の点火時期を高精度に制御できる。
【0006】
また、位置検出部は、各気筒の圧縮行程と爆発行程との間に位置する上死点の角度位置を挟み回転方向の前後に離れて配置されている気筒段部を3個以上有し、いずれか一つの位置検出部において隣接する気筒段部の間隔が異なっている。隣接する気筒段部の間隔が異なっている気筒において検出される位置検出部の検出信号のタイミングと、他の気筒において検出される位置検出部の検出信号のタイミングとをエンジンの回転方向によってずらすことができる。検出信号のタイミングを比較することにより、1つのセンサでエンジンの正転方向または逆転方向の判別ができるので、部品点数が減少する。さらに、センサの組み付け工数が減少するとともに電気的接続箇所が減少するので、製造コストが低下する。
【0007】
本発明の請求項2記載の点火システムの制御方法によると、エンジンが複数気筒を有する場合、着目気筒の回転方向前方に位置する気筒の位置検出部が着目気筒の演算開始部を兼ねているので、位置検出部と別に演算開始部を形成する必要がない。したがって、加工が容易になる。
【0008】
本発明の請求項3記載の点火システムの制御方法によると、各気筒の圧縮行程と爆発行程との間に位置する上死点の角度位置から正転方向前方および逆転方向前方に等角度位置に演算開始位置が設けられている。正転および逆転において、同じ演算方法、例えばカウンタ設定値を同じにしてカウントダウンを行なえるので、演算処理時間を短縮できる。
【0009】
本発明の請求項4記載の点火システムの制御方法によると、対応する気筒および回転方向に合わせてより精度の高い所望のタイミングで点火を行うことができる。また、正転時および逆転時において同様な走行フィーリングを得ることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図に基づいて説明する。
(第1実施例)
本発明の第1実施例による点火システムを図1に示す。
点火システム1は、図示しないシリンダに収容されたピストンが往復移動することによりクランクシャフトを回転する3気筒2サイクルエンジンの点火時期を制御するものである。点火システム1は、回転体10、タイミングセンサ30および制御ユニット31を有する。
【0011】
回転体10は、図示しないクランクシャフトとともに回転し、クランクシャフトが1回転すると同様に1回転する。回転体10は、円板状の回転本体11と、回転本体11の外周に設けられ、径方向外側に突出する位置検出部としての歯20、21、22、23、24、25とを有する。歯20は歯20を除く他の歯よりも回転方向に長い。エンジンの正転時において、歯25の回転前方側と歯21の回転前方側とのほぼ中間に歯20の回転前方側が位置するように歯20の長さは設定されている。歯20、21は第1気筒、歯22、23は第2気筒、歯24、25は第3気筒のそれぞれの圧縮行程と爆発行程との間に位置する上死点(以下、「上死点」をTDCという)を挟み、回転方向の前後にTDCから同じX°、例えば5°離れて配置されている。第1気筒の#1TDC12、第2気筒の#2TDC13、第3気筒の#3TDC14は回転本体11に120°の等角度間隔に配置されている。また、図4に示すように、歯20、21、22、23、24、25の正転方向側の気筒段部を200、210、220、230、240、250、逆転方向側の気筒段部を201、211、221、231、241、251とする。
【0012】
タイミングセンサ30はマグネットピックアップを用いており、図2および図3に示すように、各歯の回転前方側または回転後方側に位置する気筒段部を検出し検出信号としてのセンサ信号を出力する。タイミングセンサ30として、ホール素子、MRE素子等を用いてもよい。
【0013】
制御手段としての制御ユニット31は、CPU、ROM、RAM、制御回路等を有し、電源32から電力を供給されている。点火装置35は各気筒毎に合計3個存在し、イグニションコイル36および点火プラグ37を有している。制御ユニット31から各気筒の点火時期にイグニションコイル36にスイッチング信号が送出され、イグニションコイル36で発生する起電力により点火プラグ37で火花が発生する。
【0014】
次に、エンジンの回転方向の検出および回転方向の切り替え制御について説明する。図2は正転時のタイムチャートを示し、図3は逆転時のタイムチャートを示している。図2および図3において、左方向が進角方向、つまり回転前方側であり、右方向が遅角方向、つまり回転後方側である。
【0015】
タイミングセンサ30は各歯の回転後方側および回転前方側において図2および図3に示すように正負の信号を出力する。制御ユニット31の制御回路では、タイミングセンサ30の出力した信号からパルス信号として、回転前方信号G1、回転後方信号G2を生成する。
【0016】
エンジン運転中に前進から後進、あるいは後進から前進にエンジンの回転方向を反転する場合、例えば反転スイッチを押す。しかし、エンジンの回転方向は、エンジンが低回転になるまで反転できない。図6に示すスイッチ判定ルーチンでは、ステップ100において反転スイッチが押されているか否かが判定され、スイッチが押されているとステップ101において反転フラグがオンされる。図6に示すスイッチ判定ルーチンは、メインルーチンの中で周期的に実行される。
【0017】
図7に示すルーチンは、G1信号およびG2信号が発生する毎に起動する割り込みルーチンである。
ステップ110においてエンジンの回転方向が判定済みかが判定され、未判定なら、ステップ111においてエンジンの回転方向が判定される。エンジンの回転方向の判定方法を以下に説明する。
【0018】
G1信号およびG2信号において、それぞれ2回前と1回前との発生間隔をTn-1、1回前と今回との発生間隔をTnとし、(1) Tn-1<Tnなら{(Tn-1+Tn)/Tn-1}≧Kを判定し、(2) Tn-1>Tnなら{(Tn-1+Tn)/Tn}≧Kを判定する。Kの値は各歯の長さによって決まる。機械強度を保持し、タイミングセンサ30で検出可能な程度に歯20を除く他の歯の回転方向の長さを短くすれば、G1信号およびG2信号においてTn-1とTnの差が大きくなるので、Kの値を大きくできる。Kの値が大きくなれば、回転変動によりG1信号およびG2信号の発生間隔が変動しても、前述した条件(1) または(2) のいずれかによりエンジンの回転方向を判定できる確率が高くなる。
【0019】
G2信号で4回連続して条件(1) または条件(2) のいずれかが成立したら回転方向が正転方向であると判断し、ステップ112において正転フラグをオンする。G1信号で4回連続して条件(1) または条件(2) のいずれかが成立したら回転方向が逆転方向であると判断し、ステップ113において逆転フラグをオンする。4回連続して成立しておらず回転方向が判定できないときは、ステップ114においてG2信号が発生する毎に、TDCの前後で5°のタイミングで制御回路により固定的に点火プラグ37を点火させ、このルーチンを終了する。
【0020】
正転フラグまたは逆転フラグがオンされたら、ステップ115においてエンジンの回転数を判定する。回転数が設定値1以上であれば、G2信号が発生する毎に点火プラグ37が固定的に点火することを禁止するために、G2信号をキャンセルするマスク信号を生成する。次にステップ117において正転フラグおよび逆転フラグのオンまたはオフを判定し、エンジン運転状態に応じて点火時期を規定するカウンタ値をステップ118または119で設定する。
【0021】
図5に示すように、設定したカウンタ値のカウントダウンの演算開始位置は、正転時において第1気筒、第2気筒、第3気筒の回転方向前方に位置する歯25、21、23の正転方向側の気筒段部250、210、230であり、逆転時において第1気筒、第2気筒、第3気筒の回転方向前方に位置する歯22、24、20の逆転方向側の気筒段部221、241、201である。図2および図3において、演算点火信号がオフになる、つまりカウンタが0になったところで別の割り込みルーチンが起動し、点火プラグ37に点火する。各気筒において、回転方向前方に位置する気筒の歯が演算点火の演算開始位置を決定している。つまり、歯20、21、22、23、24、25は位置検出部および演算開始部を兼ねている。また、各気筒のTDCと、各気筒に対応する正転側の演算開始位置および逆転側の演算開始位置との角度はほぼ等しい。
【0022】
ステップ115において回転数が設定値1よりも低いと判定した場合、ステップ120において反転スイッチが押されているか否かを判定する。反転スイッチが押されていなければステップ114において固定点火を行う。反転スイッチが押されていれば、ステップ121においてエンジン回転数と設定値2との比較を行う。回転数が設定値2以上であれば、エンジン回転数が高すぎると判断する。そして、エンジンの回転数を低下するためにステップ122において該当する気筒の点火プラグを点火させない。
【0023】
回転数が設定値2よりも低い場合エンジンを反転可能と判断し、正転中ならば正転用、逆転中ならば逆転用の過進角点火をステップ124または125において行う。設定値2は設定値1よりも低い値である。過進角点火は、正転中および逆転中ともに、前述した演算点火と同じ演算開始位置からカウントダウンを開始し、カウントダウンが終了したら点火プラグを点火させる。通常の演算点火よりもカウンタの設定値を小さくすることにより、通常の演算点火時期よりも進角した位置で点火プラグ37を点火する。これにより、TDCにピストンが達する前にピストンを押し戻し、エンジンの回転を反転させる。そして、ステップ126において反転フラグをクリアし、ステップ127において、正転フラグ、逆転フラグ、エンジン回転数等をクリアする。
【0024】
エンジン始動時において制御ユニット31のプログラムが作動していないときは、G2信号毎に固定的に点火プラグ37を点火させる。図2および図3の始動時固定点火信号に示すように、各気筒のTDCの前後で点火プラグ37を点火させているが、TDCよりも遅角側で点火させても燃料はすでに燃焼しているので、エンジンの回転を妨げない。
【0025】
第1実施例では、各気筒毎に一対の歯を設け、第1気筒の一方の歯20だけ、他方の歯21よりも回転方向に長くしている。したがって、G1信号およびG2信号において、発生間隔を比で比較することにより、1つのタイミングセンサ30でエンジンの回転方向が検出できる。したがって、部品点数が減少する。また、センサの組み付け工数が低減するので、製造コストを低下できる。
【0026】
また、各気筒のTDCから回転方向の前後に等しい角度離れて歯を配置しているので、正転方向および逆転方向の固定点火において同じ条件で点火プラグに点火できる。これにより、正転時および逆転時ともに同様な走行フィーリングを得ることができる。第1実施例では、正転時と逆転時の固定点火位置を同じ5°としたが、同じ角度である必要はなく、例えば7°と4°等、必要に応じて設定すればよい。
【0027】
(第2実施例)
本発明の第2実施例を図8から図11に示す。図10は正転時のタイムチャートを示し、図11は逆転時のタイムチャートを示している。
図8に示す回転体40は第1実施例と同様に3気筒2サイクルエンジンに用いられ、図示しないクランクシャフトとともに回転し、クランクシャフトが1回転すると同様に1回転する。回転体40は、円板状の回転本体41と、回転本体41の外周に設けられ、径方向外側に突出する位置検出部としての歯42、43、44とを有する。歯42、43、44は、正転方向側から気筒段部420、421、422、430、431、432、440、441、442を有している。タイミングセンサは、各気筒段部を検出しセンサ信号を出力する。歯42において、気筒段部420と気筒段部421との回転方向の間隔は、気筒段部421と気筒段部422との回転方向の間隔よりも長い。歯43、44のそれぞれにおいて、隣接する気筒段部の回転方向の間隔はほぼ等しい。
【0028】
エンジンの正転時において、気筒段部441と気筒段部421とのほぼ中間に歯42の気筒段部420が位置するように気筒段部420と気筒段部421との間隔は設定されている。気筒段部421と気筒段部422は第1気筒、気筒段部431と気筒段部432は第2気筒、気筒段部441と気筒段部442は第3気筒のそれぞれの圧縮行程と爆発行程との間に位置するTDCを挟み、回転方向の前後にTDCから同じ角度離れて配置されている。第1気筒の#1TDC、第2気筒の#2TDC、第3気筒の#3TDCは回転本体41に120°の等角度間隔に配置されている。
【0029】
回転方向の検出は、図10および図11に示すG1、G2信号においてTn-1/Tnを演算し、G2信号においてTn-1/Tnがほぼ1の演算結果が3回連続して続くと正転であり、G1信号においてTn-1/Tnがほぼ1の演算結果が3回連続して続くと逆転であると判断する。
【0030】
演算点火および過進角点火を行う場合、設定したカウンタ値のカウントダウンの演算開始位置は、図9に示すように、正転時において第1気筒、第2気筒、第3気筒の回転方向前方に位置する歯44、42、43の気筒段部442、422、432であり、逆転時において第1気筒、第2気筒、第3気筒の回転方向前方に位置する歯43、44、42の気筒段部431、441、421である。図10および図11において、カウンタが0になったところで別の割り込みルーチンが起動し、点火プラグに点火する。過進角点火の場合、通常の演算点火よりもカウンタ設定値を小さくする。各気筒において、回転方向前方に位置する気筒の歯が演算点火および過進角点火のカウントダウン開始位置を決定している。つまり、歯42、43、44は位置検出部および演算開始部を兼ねている。
【0031】
(第3実施例)
本発明の第3実施例を図12から図15に示す。図14は正転時のタイムチャートを示し、図15は逆転時のタイムチャートを示している。
図12に示す回転体50は1気筒2サイクルエンジンに用いられ、図示しないクランクシャフトとともに回転し、クランクシャフトが1回転すると同様に1回転する。回転体50は、円板状の回転本体51と、回転本体51の外周に設けられ、径方向外側に突出する位置検出部としての歯52、53と、演算開始部としての歯54、55とを有する。歯52、53、54、55は、正転方向側から段部520、521、530、531、540、541、550、551を有している。段部520、521、530、531は気筒段部である。第1気筒において、歯52の回転方向長さは歯53の回転方向長さよりも長くなっている。つまり、段部520と段部521との回転方向の間隔は、段部530と段部531との回転方向の間隔よりも長い。
【0032】
エンジンの正転時において、段部550と段部530とのほぼ中間に歯52の段部520が位置するように歯52の回転方向長さは設定されている。段部521と段部530は第1気筒の圧縮行程と爆発行程との間に位置する#1TDCを挟み、回転方向の前後に#1TDCから同じ角度離れて配置されている。#1TDCと歯54と歯55とは、回転本体51にほぼ120°間隔に配置されている。
【0033】
回転方向の検出は、図14および図15に示すG1、G2信号においてTn-1/Tnを演算し、G1信号において(Tn-1/Tn)≦Kが3回連続して続くと正転であり、G2信号において(Tn-1/Tn)≦Kが3回連続して続くと逆転であると判断する。Kの値は各歯の長さによって設定される。
【0034】
演算点火および過進角点火を行う場合、設定したカウンタ値のカウントダウンの演算開始位置は、図13に示すように、正転時において第1気筒の回転方向前方に位置する演算開始部としての歯55の段部551であり、逆転時において第1気筒の回転方向前方に位置する歯54の段部540である。図14および図15において、カウンタが0になったところで別の割り込みルーチンが起動し、点火プラグに点火する。過進角点火の場合、通常の演算点火よりもカウンタ設定値を小さくする。
【0035】
以上説明した上記複数の実施例では、各気筒の位置検出部である歯とは別に演算開始部としての歯を各気筒の位置検出部から所定角度離れた位置に設け、しかも回転方向や対応する各気筒に応じて位置検出部や演算開始部が予め決められている。したがって、演算開始位置から点火位置までの回転角度が小さくなり、カウントダウンに要する時間が短くなる。カウントダウン中にエンジンの回転変動が生じても点火時期のずれが少なくなるので、点火時期を高精度に制御できる。
【0036】
上記複数の実施例では、3気筒2サイクルまたは1気筒2サイクルのエンジンに本発明を適用したが、歯の設置が可能であるなら何気筒のエンジンに本発明を適用することも可能である。また、2サイクルエンジンに限らず、4サイクルエンジンにも本発明を適用できる。その場合、エンジンが2回転する間に1回転する回転軸に回転体を取り付ければよい。
【0037】
本実施例では、位置検出部および演算開始部として回転本体の径方向外側に突出する歯を形成したが、回転本体に凹部を形成して位置検出部および演算開始部としてもよい。また、エンジンの回転変動が小さいのであれば、G1信号またはG2信号のいずれか一方だけでエンジンの回転方向を判定できる。
また、車両等に限らず、正転方向および逆転方向の安定したエンジン回転を要求される装置、例えばベルトコンベア等に用いるエンジンの点火システムに本発明を適用することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例による点火システムを示す模式的構成図である。
【図2】第1実施例による正転時のセンサ検出信号および点火信号を示すタイムチャートである。
【図3】第1実施例による逆転時のセンサ検出信号および点火信号を示すタイムチャートである。
【図4】第1実施例における回転体の歯の位置を示す説明図である。
【図5】第1実施例における固定点火位置およびカウントダウン開始位置を示す説明図である。
【図6】第1実施例のスイッチ判定ルーチンである。
【図7】第1実施例の点火システムを制御する制御ルーチンである。
【図8】本発明の第2実施例における回転体の歯の位置を示す説明図である。
【図9】第2実施例における固定点火位置およびカウントダウン開始位置を示す説明図である。
【図10】第2実施例による正転時のセンサ検出信号および点火信号を示すタイムチャートである。
【図11】第2実施例による逆転時のセンサ検出信号および点火信号を示すタイムチャートである。
【図12】本発明の第3実施例における回転体の歯の位置を示す説明図である。
【図13】第3実施例における固定点火位置およびカウントダウン開始位置を示す説明図である。
【図14】第3実施例による正転時のセンサ検出信号および点火信号を示すタイムチャートである。
【図15】第3実施例による逆転時のセンサ検出信号および点火信号を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
10、40、50 回転体
11、41、51 回転本体
12、13、14 TDC(上死点)
20、21、22、23、24、25、42、43、44 歯(位置検出部、演算開始部)
30 タイミングセンサ
31 制御ユニット
33 点火装置
36 イグニションコイル(点火装置)
37 点火プラグ(点火装置)
52、53 歯(位置検出部)
54、55 歯(演算開始部)
200、201、210、211、220、221、230、231、240、241、250、251、420、421、422、430、431、432、440、441、442 気筒段部
520、521、530、531 段部(気筒段部)
Claims (4)
- 一つ以上の気筒を有し正転方向および逆転方向に回転可能な内燃機関に用いられる点火システムの制御方法において、
前記点火システムは、
内燃機関と同期して回転する回転体であって、正転方向および逆転方向における各気筒の固定点火位置を決定する位置検出部、ならびに前記位置検出部の正転方向前方および逆転方向前方に設けられており、演算点火の開始位置となる演算開始部を外周側に配置している回転体と、
前記位置検出部および前記演算開始部を検出する一つのセンサと、
前記センサが出力する前記位置検出部および前記演算開始部の検出信号により前記回転体の回転方向を判定し、点火装置の点火時期を制御する制御手段とを備え、
前記位置検出部は、
各気筒の圧縮行程と爆発行程との間に位置する上死点の角度位置を挟み回転方向の前後に離れて配置されている気筒段部を3個以上有し、いずれか一つの前記位置検出部において隣接する前記気筒段部の間隔が異なっており、
前記制御手段は、
前記センサが検出する前記気筒段部の検出信号の間隔比を演算することにより前記回転体の回転方向を判定し、かつ、前記センサが各気筒に対応する前記演算開始部を検出したときに演算を開始し、演算を終了すると前記演算開始部に対応する気筒を点火させることを特徴とする点火システムの制御方法。 - 前記内燃機関が複数気筒を有する場合、着目気筒の回転方向前方に位置する前記位置検出部は、前記着目気筒の前記演算開始部を兼ねていることを特徴とする請求項1記載の点火システムの制御方法。
- 正転時における各気筒の演算開始位置と逆転時における各気筒の演算開始位置とは、各気筒の圧縮行程と爆発行程との間に位置する上死点の角度位置からほぼ等角度位置に設けられていることを特徴とする請求項1または2記載の点火システムの制御方法。
- 前記位置検出部および前記演算開始部は、対応する気筒および回転方向に応じて別に設定されていることを特徴とする請求項1記載の点火システムの制御方法。
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