JP4556690B2 - エンジン用点火装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロコンピュータを用いてエンジンの点火位置を制御するエンジン用点火装置に関するものである。

マイクロコンピュータにより点火位置（点火動作が行なわれるクランク角位置）を制御するエンジン用点火装置として、エンジンの基準クランク角位置で基準信号を発生する信号発生源と、この信号発生源が基準信号を発生する周期をエンジンの回転周期として検出する回転周期検出手段と、回転周期から得られる回転速度におけるエンジンの点火位置を演算する点火位置演算手段と、クランク軸が基準クランク角位置から演算された点火位置まで回転するのに要する時間を点火位置検出用計測時間として演算する点火位置検出用計測時間演算手段と、点火位置検出用計測時間を計測することにより点火位置を検出して、検出した点火位置で点火信号を発生する点火信号発生手段と、点火信号が発生したときにエンジンの点火プラグに印加するための点火用高電圧を発生する点火回路とを備えたものが用いられている。

信号発生源としては、エンジンのクランク軸に取り付けられたロータと、該ロータに設けられたリラクタのエッジを検出してパルス波形の信号を発生する信号発生器や、エンジンにより駆動される磁石式交流発電機内に設けられてエンジンの回転に同期して交流電圧を発生する発電コイル等が用いられ、信号発生源が予め定められた基準クランク角位置で発生する信号が基準信号として用いられる。基準クランク角位置はエンジンの上死点位置（ピストンが上死点に達したときのクランク角位置）に対して所定の角度進んだクランク角位置に設定される。

回転周期検出手段は、信号発生源が各基準信号を発生してから次の基準信号を発生するまでの時間（基準信号の発生周期）を回転周期として検出する手段で、信号発生源が基準信号を発生する毎にマイクロコンピュータにより実行される割り込み処理で読み取ったタイマの計測値から回転周期を検出する。基準信号の発生周期は、クランク軸が一定の角度回転するのに要する時間であるから、エンジンの回転速度の情報を含む。

点火位置演算手段は、マイクロコンピュータに所定のプログラムを実行させることにより構成される手段で、基準信号の発生周期から得た回転速度情報に対してエンジンの点火位置を演算する。点火位置は、例えば、基準クランク角位置から該点火位置までの角度（点火角度）として演算される。

点火位置検出用計測時間演算手段は、基準クランク角位置から演算された点火位置までエンジンのクランク軸が回転するのに要する時間（タイマに計測させる時間）を点火位置検出用計測時間として演算する手段で、この手段もマイクロコンピュータに所定のプログラムを実行させることにより構成される。

点火信号発生手段は、マイクロコンピュータに設けられたタイマを用いて点火位置検出用計測時間を計測し、その計測が完了したときに点火信号を発生する。

点火回路は、コンデンサ放電式の回路や、電流遮断式の回路からなっていて、点火信号が発生したときに点火用高電圧を発生し、該点火用高電圧をエンジンの気筒に取り付けられた点火プラグに印加することにより点火動作を行なわせる。この種の点火装置は、例えば特許文献１に示されている。
特開２００３−２９３９２２号公報

エンジン用の点火装置において、エンジンの回転周期の計測及び点火位置検出用計測時間の計測は、通常マイクロコンピュータ内に設けられた一つのタイマを用いて行なわれる。一つのタイマを用いて回転周期の計測と点火位置検出用計測時間の計測とを行なわせる場合には、通常フリーランタイマを備えたマイコンを用いて、基準信号が発生する毎にタイマの計測値を読み取ってその計測値を保持させておき、新たに読み取ったタイマの計測値から前回の基準信号の発生時に読み取ったタイマの計測値を減算することによりエンジンの回転周期を求めるようにしている。また基準信号が発生したときに行なう割り込み処理において、新たに求められた回転周期を用いて、既に演算されている点火位置を点火位置検出用計測時間に変換し、タイマの計測値からこの点火位置検出用計測時間が経過したことを検出したときに点火信号を発生させるようにしている。

しかしながら、上記のような処理を行なうためには、フリーランタイマを備え、該タイマの計測値を読み取って保持する機能を備えた比較的高機能のマイクロコンピュータを用いる必要があるため、点火装置のコストが高くなるのを避けられなかった。

本発明の目的は、タイマとして、計測値がセットした計測値に達したときにオーバフローする簡単な構成のものを備え、動作周波数が低い低機能のマイクロコンピュータを用いて、エンジンの回転周期の計測と、点火位置検出用計測時間の計測とを正確に行ない、点火位置の制御を精度良く行なうことができるようにしたエンジン用点火装置を提供することにある。

本発明は、エンジンの基準クランク角位置で基準信号を発生する信号発生源と、信号発生源が基準信号を発生する周期をエンジンの回転周期として検出する回転周期検出手段と、回転周期から得られる回転速度におけるエンジンの点火位置を演算する点火位置演算手段と、点火位置演算手段により演算された点火位置を検出したときに点火信号を発生する点火信号発生手段と、点火信号が発生したときにエンジンの点火プラグに印加するための点火用高電圧を発生する点火回路とを備えたエンジン用点火装置を対象とする。

本発明においては、信号発生源が基準信号を発生したときに演算を開始して、エンジンのクランク軸が、回転周期から求められる回転速度で前記基準クランク角位置から演算された点火位置まで回転するのに要する時間を点火位置検出用計測時間として演算する点火位置検出用計測時間演算手段と、信号発生源が基準信号を発生した時にタイマをリセットして、基準信号の発生時刻から点火位置検出用計測時間演算手段が演算を終了する時刻までの時間を第１の時間としてタイマにより計測する第１の計時手段と、第１の計時手段が第１の時間の計測を完了した時にタイマをリセットするとともに点火位置検出用計測時間から第１の時間を差し引いた時間を第２の時間としてタイマにセットして、該第２の時間の計測を行なわせる第２の計時手段と、第２の計時手段が第２の時間の計測を完了した時にタイマをリセットして、第２の時間の計測が完了した時刻から信号発生源が次の基準信号を発生する時刻までの時間を第３の時間として計測する第３の計時手段とが設けられる。

そして、回転周期検出手段は、上記第１の時間と第２の時間と第３の時間との和の時間を回転周期として検出するように構成され、点火信号発生手段は、第２の計時手段が第２の時間の計測を完了したときに点火信号を発生するように構成されている。

上記のように構成すると、点火位置検出用計測時間の演算に時間がかかっても、その演算に要した時間の分だけ、点火位置を検出するためにタイマに計測させる時間を補正して、演算された点火位置を正確に検出することができるため、マイクロコンピュータとしては動作周波数が低い低機能のものを用いることができる。

また上記のように構成すると、タイマとしては、計測値がセットされた計測値に達したときにオーバフローする簡単なタイマがあればよいため、フリーランタイマ等の高価なタイマを必要としない。従って、低機能のマイクロコンピュータを用いて点火位置を正確に制御することができ、点火位置の制御の精度を低下させることなくコストの低減を図ることができる。

以上のように、本発明によれば、基準信号の発生時刻から点火位置検出用計測時間演算手段が演算を終了する時刻までの時間を第１の時間としてタイマにより計測し、点火位置検出用計測時間からこの第１の時間を差し引いた時間を第２の時間としてタイマにセットして、該タイマがセットされた時間を計測したときに点火信号を発生させるようにしたので、点火位置検出用計測時間の演算に時間がかかっても、その演算に要した時間の分だけ、点火位置を検出するためにタイマに計測させる時間を補正して、演算された点火位置を正確に検出することができる。そのため、マイクロコンピュータとして動作周波数が低い低機能のものを用いることができる。

また本発明によれば、タイマとしては、セットされた計測値を計測したときにオーバフローする簡単な構成のものがあればよいため、フリーランタイマ等の高価なタイマを備えない低機能のマイクロコンピュータを用いることができる。

従って、本発明によれば、低機能の安価なマイクロコンピュータを用いて点火位置を正確に制御することができ、点火位置の制御の精度を低下させることなくエンジン用点火装置のコストの低減を図ることができる。

以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態のハードウェアの構成を示したもので、同図において１はエンジンの基準クランク角位置で基準信号を発生する信号発生源、２はコンデンサ放電式の点火回路、３はマイクロコンピュータを備えた点火制御部、４は点火回路の点火用コンデンサを充電するための電圧を発生する点火コンデンサ充電用電源である。

図示の信号発生源１は、エンジンのクランク軸５に取り付けられたロータ６と、ロータ６に設けられたリラクタ６ａのエッジを検出してパルス信号を発生するパルス信号発生器７とを備えた周知のものである。図示のパルス信号発生器７は、リラクタ６ａに対向する磁極部を先端に有する鉄心と該鉄心に巻回された信号コイルＬsと、該鉄心に磁気結合された永久磁石とを備えた周知のもので、図３（Ａ）に示したように、リラクタ６ａの回転方向の前端側エッジ及び後端側エッジをそれぞれ検出したときに極性が異なるパルス信号Ｖs1及びＶs2を発生する。本実施形態では、エンジンの上死点位置ＴＤＣよりも進角した位置に設定された基準クランク角位置θ1及び上死点位置付近に設定されたクランク角位置θ2でそれぞれパルス信号Ｖs1及びＶs2が発生するようにパルス信号発生器７が配置されている。基準クランク角位置θ1で発生するパルス信号Ｖs1が基準信号として用いられ、上死点位置付近のクランク角位置θ2で発生するパルス信号Ｖs2がエンジンの始動時の点火信号として用いられる。

点火回路２は、一次コイルＷ1及び二次コイルＷ2を有する点火コイルＩＧと、点火コイルの一次コイルＷ1に対して並列に接続されたダイオードＤ1と、点火コイルＩＧの一次側に設けられて、点火コンデンサ充電用電源４の出力がダイオードＤ2とＤ1とを通して印加された点火用コンデンサＣiと、点火制御部３から点火信号Ｓiが与えられたときに導通して、導通した際に点火用コンデンサＣiの電荷を点火コイルの一次コイルを通して放電させるように設けられたサイリスタＴhiとを備えている。

図示の点火回路においては、点火コンデンサ充電用電源４の出力で点火用コンデンサＣiが図示の極性に充電される。点火制御部３がサイリスタＴhiに点火信号Ｓiを与えると、該サイリスタが導通するため、点火用コンデンサＣiに蓄積された電荷がサイリスタＴhiと点火コイルの一次コイルＷ1とを通して放電し、この放電により、点火コイルの二次コイルＷ2に点火用の高電圧が誘起する。この高電圧は、エンジンの気筒に取り付けられた点火プラグＰＬに印加されるため、該点火プラグで火花放電が生じ、エンジンが点火される。点火コンデンサ充電用電源４としてはエンジンにより駆動される磁石発電機内に設けられた発電コイルや、バッテリ電圧を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータ等が用いられる。

点火制御部３は、ＣＰＵ８ａ、タイマ８ｂ及び割り込み制御回路８ｃ等を備えたマイクロコンピュータ８と、信号発生源１が出力するパルス信号Ｖs1及びＶs2をそれぞれ波形整形する波形整形回路９及び１０と、ダイオードＤa及びＤbからなるオア回路１１とを備えている。

マイクロコンピュータ８としては、クロックパルスを計数して計測値がセットした値に達したときにオーバフローする機能を有する（オーバフローするときの計測値を任意にセットできる）簡単なタイマを１つだけ備え、比較的動作周波数が低い低機能のものが用いられている。

第１の波形整形回路９は、信号発生源１が発生するパルス信号Ｖs1（基準信号）をマイクロコンピュータが認識し得る波形の信号Ｓ1（図３Ｂ参照）に変換する回路で、この信号Ｓ1はマイクロコンピュータ８の割込み制御回路８ｃに与えられている。割込み制御回路８ｃは、波形整形回路９から信号Ｓ1が与えられたときにＣＰＵが実行しているメインルーチンの処理に割込みをかけて、所定の割込み処理を実行させる。

また第２の波形整形回路１０は、信号源が発生するパルス信号Ｖs2を立ち上がりが速いパルス波形の信号Ｓ2（図３Ｃ）に変換する。この信号Ｓ2はダイオードＤbを通して点火信号ＳiとしてサイリスタＴhiに与えられる。

マイクロコンピュータ８は、図示しないＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、回転周期検出手段、点火位置演算手段、点火位置検出用計測時間演算手段等の機能実現手段を構成して、エンジンの回転周期を求めるとともに、求めた回転周期に対してエンジンの点火位置を演算し、演算した点火位置を検出したときに点火指令信号Ｓi′を発生する。この点火指令信号は、ダイオードＤaを通して点火信号Ｓiとして点火回路のサイリスタＴhiに与えられる。

マイクロコンピュータ８により構成される各種の機能実現手段を備えた点火装置の全体的な構成を図２に示した。図２において、２１ないし２３はそれぞれ第１ないし第３の計時手段、２４は回転周期検出手段、２５は点火位置演算手段である。また２６は点火位置検出用計測時間演算手段、２７は点火信号発生手段である。

第１の計時手段２１は、ＣＰＵ８ａが点火位置検出用計測時間Ｔiを演算するのに要する時間を計測する手段で、信号発生源１が基準信号（Ｖs1）を発生した時にタイマ８ｂをリセットして該タイマの計測動作を０から開始させ、点火位置検出用計測時間演算手段２６が演算を終了したときに再び該タイマをリセットする。ＣＰＵは、点火位置検出用計測時間演算手段２６の演算が終了したときのタイマ８ｂの計測値を第１の時間ｔ1としてＲＡＭに記憶させる。

第２の計時手段２２は、第１の計時手段２１が第１の時間ｔ1の計測を完了した時にタイマ８ｂをリセットするとともに点火位置検出用計測時間Ｔiから第１の時間ｔ1を差し引いた時間を第２の時間ｔ2（＝Ｔi−ｔ1）としてタイマ８ｂにセットして、この第２の時間ｔ2の計測を行なわせる。即ち、タイマ８ｂがオーバフローするまで該タイマに計測動作を行なわせる。

第３の計時手段２３は、第２の計時手段２２が第２の時間ｔ2の計測を完了した時（タイマ８ｂがオーバフローシタ時）にタイマ８ｂをリセットして、第２の時間ｔ2の計測が完了した時刻から信号発生源１が次の基準信号Ｖs1を発生する時刻（基準信号Ｖs1によりタイマがリセットされる時刻）までの時間を第３の時間ｔ3として計測して、この計測値をＲＡＭに記憶させる。

回転周期検出手段２４は、第１の時間ｔ1と第２の時間ｔ2と第３の時間ｔ3とを加算する演算を行なって、これらの時間の和の時間を回転周期Ｔn（＝ｔ1＋ｔ2＋ｔ3）として検出する。

また点火位置演算手段２５は、マイクロコンピュータが実行するメインルーチンにおいて、回転周期検出手段２４により検出された回転周期（エンジンの回転速度の情報が含まれている）Ｔnに対してエンジンの点火位置θiを演算する。点火位置θiは、基準クランク角位置から点火位置までの角度（点火角度という。）αの形で演算される。

点火位置検出用計測時間演算手段２６は、信号発生源１が基準信号Ｖs1を発生したときに演算を開始して、エンジンＥｎｇのクランク軸が、回転周期Ｔnから求められる回転速度で基準クランク角位置から演算された点火位置θiまで（点火角度αの区間を）回転するのに要する時間を点火位置検出用計測時間Ｔiとして、下記の式により演算する。
Ｔi＝（αi／３６０）×Ｔn …（１）
前述の第１の計時手段２１が計測する第１の時間ｔ1は、主として、上記（１）式による演算を行なうのに要する時間である。

点火信号発生手段２７は、第２の計時手段２２が時間ｔ2（＝Ｔi−ｔ1）を計測したとき（タイマ８ｂがオーバフローしたとき）に点火位置θiを検出して点火指令信号Ｓi′をマイクロコンピュータのポートから出力する。本実施形態において、タイマ８ｂがオーバフローするのは第２の時間ｔ2の計測が終了して、点火位置が検出されたときのみである。従って、点火信号発生手段は、単にタイマ８ｂがオーバフローしたときにマイクロコンピュータのポートから点火指令信号を出力させるように構成されればよく、該点火指令発生手段を構成するためのプログラムのアルゴリズムは簡単なものでよい。

図２に示した機能実現手段を構成するために、基準信号Ｖs1が発生する毎にマイクロコンピュータが実行する割り込み処理のアルゴリズムを示すフローチャートを図４に示した。この割り込み処理が開始されると、先ずステップ１で、タイマ８ｂをリセットして、点火位置検出用計測時間Ｔiを演算するために必要な演算処理時間の計測動作を開始させる。次いでステップ２で回転周期Ｔn（＝ｔ1＋ｔ2＋ｔ3）を演算し、ステップ３で回転周期Ｔnが、ソフトウェア的に演算された点火位置での点火を行なう回転速度に相当する設定周期Ｔns以下になっているか否か（エンジンの回転速度が演算された点火位置で点火を行なうことが許容される回転速度以上であるか否か）を判定する。回転周期Ｔnの初期値は、マイクロコンピュータが起動する際に実行する初期化処理において、設定周期Ｔnsよりも十分に大きい値に設定されている。

ステップ３において、Ｔn≦Ｔnsではないと判定されたときには、ステップ４に進んでタイマ８ｂの計測値（ｔ1）をＲＡＭに記憶させると共に、タイマ８ｂをリセットして演算処理時間の計測を停止させる。このとき第２の時間ｔ2は０であり、タイマ８ｂは次に基準信号Ｖs1が発生するまでの間第３の時間ｔ3の計測動作を行なう。

ステップ４でタイマ８ｂをリセットした後、ステップ５で信号発生源１が発生したパルス信号Ｖs2による点火処理を行なわせ、この割り込み処理を終了する。ステップ３でＴn≦Ｔnsであると判定されたときには、ステップ６に移行して回転周期Ｔnに対して点火位置検出用計測時間Ｔiを演算し、ステップ７でタイマ８ｂの計測値（第１の時間ｔ1）をＲＡＭに記憶させると共に、タイマ８ｂをリセットして演算処理時間の計測を停止させる。次いでステップ８で、点火位置を検出するためにタイマにセットする第２の時間ｔ2＝Ｔi−ｔ1を演算し、ステップ９でこの第２の時間ｔ2をタイマ８ｂにセットする。タイマ８ｂはこの第２の時間ｔ2を計測したときにオーバフローする。マイクロコンピュータは、タイマ８ｂがオーバフローしたときに図示しない割り込み処理を実行して、この割り込み処理において、タイマ８ｂをリセットしてクロックパルスを計数する計時動作（第３の時間ｔ3を計測する動作）を開始させるとともに、マイクロコンピュータのポートから点火指令信号Ｓi′を出力さる。

図４に示したアルゴリズムによる場合には、ステップ１とステップ４及び７とにより第１の計時手段２１が構成され、ステップ８及び９と、タイマ８ｂがオーバフローしたときに実行される割り込み処理とにより第２の計時手段２２が構成される。またタイマ８ｂがオーバフローしたときに実行される割り込み処理においてタイマ８ｂをリセットしてクロックパルスを計測する計測動作を開始させる過程と、基準信号Ｖs1が発生したときにタイマ８ｂの計測値を読み込んで記憶させる過程とにより、第３の計時手段２３が構成される。

上記のように、本発明においては、基準信号Ｖs1の発生時刻から点火位置検出用計測時間演算手段が演算を終了する時刻までの時間（演算処理時間）を第１の時間ｔ1としてマイクロコンピュータのタイマ８ｂにより計測し、点火位置検出用計測時間Ｔiからこの第１の時間ｔ1を差し引いた時間を第２の時間ｔ2としてタイマ８ｂにセットして、該タイマがセットされた時間を計測した時（オーバフローした時）に点火信号Ｓiを発生させるので、点火位置検出用計測時間Ｔiの演算に要した時間の分だけ、点火位置を検出するためにタイマに計測させる時間を補正して、演算された点火位置を正確に検出することができる。またタイマ８ｂとしては、セットされた計測値を計測したときにオーバフローする簡単な構成のものでよいため、フリーランタイマ等の高価なタイマを備えない低機能のマイクロコンピュータを用いることができる。

上記の実施形態では、説明を簡単にするために単気筒エンジンを点火する点火装置を例にとったが、多気筒エンジンを点火する点火装置にも本発明を適用することができるのはもちろんである。

本発明の一実施形態のハードウェアの構成を示した回路図である。 マイクロコンピュータにより構成される機能実現手段を含む同実施形態の全体的な構成を示したブロック図である。 本実施形態において信号発生源及び波形整形回路が出力する信号の波形の一例を示した波形図である。 本実施形態において信号発生源が基準信号を発生する毎にマイクロコンピュータが実行する割り込み処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 信号発生源
２ 点火回路
３ 点火制御部
８ マイクロコンピュータ
２１ 第１の計時手段
２２ 第２の計時手段
２３ 第３の計時手段
２４ 回転周期検出手段
２５ 点火位置演算手段
２６ 点火位置検出用計測時間演算手段
２７ 点火信号発生手段

Claims (1)

1. エンジンの基準クランク角位置で基準信号を発生する信号発生源と、前記信号発生源が基準信号を発生する周期を前記エンジンの回転周期として検出する回転周期検出手段と、前記回転周期から得られる回転速度における前記エンジンの点火位置を演算する点火位置演算手段と、前記点火位置演算手段により演算された点火位置を検出したときに点火信号を発生する点火信号発生手段と、前記点火信号が発生したときに前記エンジンの点火プラグに印加するための点火用高電圧を発生する点火回路とを備えたエンジン用点火装置において、
   前記信号発生源が基準信号を発生したときに演算を開始して、前記エンジンのクランク軸が、前記回転周期から求められる回転速度で前記基準クランク角位置から演算された点火位置まで回転するのに要する時間を点火位置検出用計測時間として演算する点火位置検出用計測時間演算手段と、
   前記信号発生源が基準信号を発生した時にタイマをリセットして、前記基準信号の発生時刻から前記点火位置検出用計測時間演算手段が演算を終了する時刻までの時間を第１の時間として前記タイマにより計測する第１の計時手段と、
   前記第１の計時手段が前記第１の時間の計測を完了した時に前記タイマをリセットするとともに前記点火位置検出用計測時間から前記第１の時間を差し引いた時間を第２の時間として前記タイマにセットして、該第２の時間の計測を行なわせる第２の計時手段と、
   前記第２の計時手段が前記第２の時間の計測を完了した時に前記タイマをリセットして、前記第２の時間の計測が完了した時刻から前記信号発生源が次の基準信号を発生する時刻までの時間を第３の時間として計測する第３の計時手段と、
   を具備し、
   前記回転周期検出手段は、前記第１の時間と第２の時間と第３の時間との和の時間を前記回転周期として検出するように構成され、
   前記点火信号発生手段は、前記第２の計時手段が前記第２の時間の計測を完了したときに前記点火信号を発生するように構成されていること、
   を特徴とするエンジン用点火装置。

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