JP4577031B2 - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンデンサ放電式の内燃機関用点火装置に関するものである。

コンデンサ放電式の内燃機関用点火装置は、点火コイルと、点火コイルの一次側に設けられて点火用電源の出力で一方の極性に充電される点火用コンデンサと、点火信号が与えられたときに導通状態になって点火用コンデンサに蓄積された電荷を点火コイルの一次コイルを通して放電させる放電用スイッチと、内燃機関の点火時期に放電用スイッチに点火信号を与える点火制御部とにより構成される。点火用電源としては、機関に取り付けられた磁石式交流発電機に設けられたエキサイタコイルが多く用いられている。

最近の内燃機関駆動車両や内燃機関駆動機器においては、機関が発生する騒音の低減、排気ガスの浄化、効率のよい運転などを可能にするために、機関の回転速度を含む各種の制御条件に対して機関の点火位置（点火動作を行なわせるクランク角位置）を複雑に制御することが必要になっている。そのため、低コストであることを重視する内燃機関においても、マイクロプロセッサを用いた点火制御部を備えた点火装置が用いられるようになっている。

マイクロプロセッサを用いて、点火時期を制御する場合には、何らかの方法で機関の特定のクランク角位置の情報、例えば、機関のクランク角位置が上死点位置（ピストンが上死点に達した時のクランク角位置）に対して一定の関係を有する基準クランク角位置に一致したことを示すクランク角情報を得て、そのクランク角情報に基づいて機関の回転速度を演算し、演算された回転速度を含む各種の制御条件に対して機関の点火位置を演算している。機関の点火位置は、基準クランク角位置から点火位置までの角度、または、機関の上死点から点火位置までの角度として演算される。演算された点火位置を示す角度は、その時の機関の回転速度を用いて点火時期検出用計時データに変換される。点火時期検出用計時データは、その時の回転速度で基準クランク角位置から点火位置まで機関が回転するのに要する時間（マイクロプロセッサ内のタイマに計測させる時間）である。点火制御部は、基準クランク角位置を示す信号が発生したときに機関のクランク角位置が基準クランク角位置に一致したと認識して点火時期計測用データを点火時期計測用タイマ（点火タイマという。）にセットし、点火タイマがセットした計時データの計測を完了したときに点火信号を発生させる。

機関のクランク角情報を得るための信号源としては、機関の基準クランク角位置でパルス信号を発生するパルサ（パルス信号発生器）が用いられているが、低コストであることを重視する場合には、パルサを省略することを要請される場合がある。

パルサを省略した、いわゆるパルサレス方式の点火装置として、例えば特許文献１に示されているように、本来は点火用コンデンサの充電用電源として設けられているエキサイタコイルの出力電圧からクランク角情報を得るようにしたものがある。エキサイタコイルの出力電圧からクランク角情報を得る場合には、図１５に示したように、点火用コンデンサを充電するために十分な大きさの波高値を有する正方向電圧Ｖp1とこの正方向電圧の前後にそれぞれ発生する第１及び第２の負方向電圧Ｖn1及びＶn2とを有する波形の交流電圧を、機関の正回転時にクランク軸が１回転する間に１気筒に対して１回だけエキサイタコイルが発生するように磁石発電機が構成される。

特許文献１に示された点火装置においては、第２の負方向電圧Ｖn2が機関の上死点位置（機関のピストンが上死点に達したときのクランク角位置）ＴＤＣの直前に発生するように設定されていて、第２の負方向電圧Ｖn2の大きさがピークを過ぎた後設定レベルＶs1まで低下した時のクランク角位置θi0を始動時の点火位置とし、第２の負方向電圧Ｖn2のピーク位置の直後のクランク角位置θi1をアイドル運転時の点火位置としている。また正方向電圧Ｖp1を設定電圧Ｖs2と比較して、正方向電圧Ｖp1が設定電圧Ｖs2に等しくなる時のクランク角位置を基準クランク角位置θsとして検出するようにしている。基準クランク角位置θsは、機関の回転速度を求めるための時間データの取り込みと、演算された点火位置の計測の開始とを行なう位置であり、進角幅が最大になったときの点火位置よりも更に進角側の位置に設定される。

マイクロプロセッサは、基準クランク角位置θsが検出される毎にタイマが計測している時間を取り込んで前回基準クランク角位置が検出されてから今回基準クランク角位置が検出されるまでの時間（クランク軸が１回転するのに要した時間）を回転速度検出用時間データとして求め、この時間データから機関の回転速度を演算する。マイクロプロセッサはまた、演算された回転速度に対して機関の点火位置を演算するとともに、その時の回転速度で演算した点火位置まで機関が回転するのに要する時間を点火位置計測用計時データとして求め、この計時データを点火タイマにセットしてその計測を開始させる。基準クランク角位置を求めるために正方向電圧Ｖp1と比較される設定電圧Ｖs2は、満足な点火動作を行なわせるために必要な点火用コンデンサの充電電圧の最低値付近の値に等しく設定される。

そして、機関の始動時には、クランク角位置θi0が検出されたときに点火信号を発生させて点火動作を行なわせ、機関のアイドル運転時には、クランク角位置θi1が検出されたときに点火信号を発生させて点火動作を行なわせる。また機関の回転速度がアイドル回転速度よりも高くなる機関の定常運転時には、基準クランク角位置θsで求められた回転速度に対して機関の点火位置を演算して、演算した点火位置を点火位置計測用計時データに変換し、この計時データを点火タイマに計測させて、その計測が完了したときに点火信号を発生させて点火動作を行なわせる。

また図１５に示したような波形の交流電圧を利用して点火用コンデンサを充電するとともに、機関の基準クランク角位置情報を含む回転情報を得るようにした点火装置として、特許文献２に示された装置が知られている。特許文献２に示された点火装置では、図１５に示された交流電圧の第２の負方向電圧Ｖn2の立上がり位置またはピーク位置を始動時の点火位置とし、第１の負方向電圧Ｖn1のピーク位置を基準クランク角位置として検出するようにしている。

なお本明細書において、内燃機関の始動時とは、始動操作の開始時から機関の始動が完了して機関が回転を維持できるようになるまでの過渡期間を意味する。
特開２００３−３０７１７１号公報 特開２００３−１３８２９号公報

図１５に示した波形の交流電圧の正方向電圧Ｖp1で点火用コンデンサを充電した場合、機関の高速運転時に電機子反作用により正方向電圧Ｖp1が遅れるため、必要な最大進角幅を得るという条件と、始動時の点火位置を上死点に近い位置に設定するという条件との双方を満足するためには、基準クランク角位置θsと始動時の点火位置θi0との間の角度を十分に広くとる必要がある。そのため従来の点火装置では、磁石発電機のロータ及びステータの磁極間隔を広くしてエキサイタコイルが発生する正方向電圧及び負方向電圧の幅を広くする必要があり、磁石発電機が大形になるという問題があった。

また上記のように、エキサイタコイルの正方向電圧Ｖp1を設定電圧Ｖs2と比較することにより基準クランク角位置θsを求めるようにした場合には、基準クランク角位置を求めるためにアナログ電圧を比較するコンパレータを備えたハードウェア回路を設ける必要がある上に、負方向電圧のピーク位置を検出するためにピーク検出回路を設ける必要がある。負方向電圧のピーク位置をデジタル処理により検出することも考えられるが、その場合には、Ａ／Ｄ変換器が必要になり、いずれにしてもハードウェア回路が複雑になってコストが高くなるという問題があった。

なお進角幅を広くとるために、機関が始動した後の点火位置を計測する際に、第２の負方向電圧Ｖn2の零クロス点またはピーク点を基準クランク角位置として、クランク軸のほぼ１回転に亘って点火位置計測用計時データの計測を行ない、基準クランク角位置が検出されてからほぼ１回転後に点火信号を発生させるようにすることも考えられる。ところが、機関の低速時においてはクランク軸が１回転する間の回転速度の変動が大きいため、クランク軸のほぼ１回転に亘って点火位置の計測を行なうようにした場合には、低速時の点火位置の計測誤差が大きくなり、高精度で点火位置を制御することができない。高精度で点火位置を制御するためには、基準クランク角位置から点火位置までの角度をできるだけ小さくするのが好ましい。

また上記のように、基準クランク角位置が検出された後ほぼ１回転後に点火信号を発生させるようにするためには、点火位置検出用計時データの演算に用いる回転速度として、点火位置よりも２回転前から１回転前までの区間で検出した機関の回転速度を用いる必要があるため、点火位置検出用計時データの演算に用いた回転速度と、点火時の実際の回転速度との間の差が大きくなり、機関の回転速度の変動に対する点火位置制御の応答性が悪くなって、機関の始動時の回転が不安定になるのを避けられない。

本発明の目的は、磁石式交流発電機を大形にすることなく、進角幅を広くとることができるようにしたパルサレス方式の内燃機関用点火装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、エキサイタコイルの出力電圧の零クロス点を基準クランク角位置として用いることにより、ハードウェア回路を複雑にすることなく、基準クランク角位置の検出を行なわせるようにするとともに、基準クランク角位置から点火位置までの角度を小さくして、機関の始動時の点火位置の制御を高精度で行なうことができるようにした内燃機関用点火装置を提供することにある。

本発明は、内燃機関と同期回転する磁石式交流発電機に設けられて正方向電圧からなる半波と該正方向電圧からなる半波の前後にそれぞれ現れる第１及び第２の負方向電圧からなる半波とを有する交流電圧を内燃機関の正転時に該機関のクランク軸の１回転当たり１回発生するエキサイタコイルと、点火コイルの一次側に設けられて前記正方向電圧により一方の極性に充電される点火用コンデンサと、点火信号が与えられたときに導通して点火用コンデンサに蓄積された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放電用スイッチと、内燃機関の点火位置で放電用スイッチに点火信号を与える点火制御部とを備えた内燃機関用点火装置を対象とする。

なお本明細書において、エキサイタコイルが出力する交流電圧の各半波の電圧の極性は、波形図上の極性を意味するのではなく、エキサイタコイルが出力する交流電圧の一方の極性の半波の電圧及び他方の極性の半波の電圧の内、点火回路の点火用コンデンサを充電するために用いられる極性の半波の電圧を正方向電圧とし、点火用コンデンサを充電するために用いられる極性と反対の極性の半波の電圧を負方向電圧としている。

本発明においては、上記点火制御部が、点火位置検出用計時データを計測する点火タイマを備えて該点火タイマが点火位置検出用計時データの計測を完了したときに前記点火信号を発生する点火信号発生手段と、前記第１の負方向電圧の発生位置と第２の負方向電圧の発生位置とを検出する負方向電圧発生位置検出手段と、内燃機関が始動時の状態にあるのか始動が完了した状態にあるのかを判定する運転状態判定手段と、この運転状態判定手段により内燃機関が始動時の状態にあると判定されているときに点火信号の発生位置を制御する始動時点火制御手段と、運転状態判定手段により内燃機関の始動が完了した状態にあると判定されているときに点火信号の発生位置を制御する定常運転時点火制御手段とを備えている。

上記始動時点火制御手段は、第１の負方向電圧の発生位置が検出されてから第２の負方向電圧の発生位置が検出されるまでの時間と第１の負方向電圧の発生位置から第２の負方向電圧の発生位置までの角度とから求まる内燃機関の回転速度で機関が第２の負方向電圧の発生位置から始動時に適した点火位置まで回転するのに要する時間を前記点火位置検出用計時データとして演算して該点火位置検出用計時データの計測を前記点火タイマに開始させる過程を第２の負方向電圧の発生位置が検出されたときに行なうように構成されている。

上記のように、本発明においては、内燃機関が始動時の状態にあるときに、第２の負方向電圧の発生位置において第１の負方向電圧の発生位置が検出されてから第２の負方向電圧の発生位置が検出されるまでの時間Ｔ1を計測して、この時間Ｔ1から得られる機関の回転速度の情報を用いて機関の始動時の点火位置を検出するための計時データを求め、該計時データの計測を直ちに開始させることにより始動時の点火位置を検出して始動時の点火信号を発生させる。

始動時点火制御手段を上記のようにように構成すると、機関のクランク軸の回転速度が細かく変動する機関の始動時に、始動時の点火位置の直前に求めた機関の回転速度情報に基づいて始動時の点火位置を検出することができるため、始動時の点火位置を正確に検出して、機関の始動性を向上させることができる。

また始動時点火制御手段を上記のように構成すると、機関の始動時の点火位置を、第２の負方向電圧の発生位置よりも更に遅れた位置（エキサイタコイルが交流電圧を発生する区間を越えた位置）に設定できるため、点火位置の進角幅を広くとることができる。

定常運転時の点火位置検出用計時データの演算も第２の負方向電圧の発生位置で行なわせるようにしてもよいが、演算された定常運転時の点火位置の計測を正確に行なわせるためには、点火位置の計測を開始する位置の直前に求めた回転速度から機関の点火位置を検出するための計時データを演算するのが好ましい。従って、定常運転時に点火位置検出用計時データの演算と、点火タイマに該計時データの計測を開始させるための処理とを行なうタイミングは、第１の負方向電圧が発生するタイミングとするのが好ましい。

そのため、本発明の好ましい態様では、上記定常運転時点火制御手段が、第１の負方向電圧の発生位置が検出されたときに、下記の（ａ）の過程と（ｂ）の過程とを行うように構成される。
（ａ）前記第１の負方向電圧の発生位置が検出される周期Ｔ2から前記内燃機関の回転速度を求める演算と、前記周期Ｔ2から求めた回転速度に対して前記内燃機関の定常運転時の点火位置θignを求める演算と、前記点火位置θignと前記周期Ｔ2とを用いて、前記内燃機関が、前記周期Ｔ2から求めた回転速度で前記第１の負方向電圧の発生位置から前記点火位置θignまで回転するのに要する時間Ｔignを、前記点火位置検出用計時データとして求める演算とを行う過程。
（ｂ）前記点火位置検出用計時データの計測を前記点火タイマに開始させる過程。

上記のように、機関の始動時の点火位置を計測するための処理を行なう第２の負方向電圧の発生位置よりも前の、第１の負方向電圧の発生位置で定常時の点火位置を計測するための処理を行なう（第１の負方向電圧の発生位置を定常運転時の点火位置を定めるための基準クランク角位置とする）ようにすると、点火位置の進角幅を広くとることができるだけでなく、演算された点火位置の検出を正確に行なわせて、点火位置の制御を高精度で行なわせることができる。

上記負方向電圧発生位置検出手段は、第１の負方向電圧の発生位置が検出されてから第２の負方向電圧の発生位置が検出されるまでの時間と第２の負方向電圧の発生位置が検出されてから次の第１の負方向電圧の発生位置が検出されるまでの時間との長短から第１の負方向電圧の発生位置及び第２の負方向電圧の発生位置を検出するように構成することができる。

本発明の好ましい態様では、エキサイタコイルの出力電圧を入力として負方向電圧の発生位置に立下がりを有する矩形波信号に変換する波形整形回路と、矩形波信号の立下がりをクランク信号として認識して該クランク信号を認識する毎にタイマの計測値を読み込んで前回のクランク信号が発生してから今回のクランク信号が発生するまでの経過時間を検出する経過時間検出手段とが設けられる。この場合、負方向電圧発生位置検出手段は、経過時間検出手段が前回検出した経過時間Ｔoldと今回検出した経過時間Ｔnewとを比較して、Ｔnew＜Ｔold／ｋ（ｋは１以上の定数）の関係が成立しないときにクランク信号の今回の発生位置が第１の負方向電圧の発生位置であることを検出し、Ｔnew＜Ｔold／ｋの関係が成立したときにクランク信号の今回の発生位置が第２の負方向電圧の発生位置であることを検出するように構成することができる。

上記定数ｋの値は、１よりは大きく、内燃機関の正転時に発生する第２の負方向電圧の発生位置から次の第１の負方向電圧の発生位置までの角度を第１の負方向電圧の発生位置から第２の負方向電圧の発生位置までの角度で除した値よりは小さく設定する。定数ｋの値を適当な値に設定することにより、機関の急加速時や急減速時に第１の負方向電圧の発生位置と第２の負方向電圧の発生位置とを誤って検出するおそれを無くすことができる。

また本発明の他の好ましい態様では、エキサイタコイルの出力電圧を入力として負方向電圧の発生位置に立上がりを有する矩形波信号に変換する波形整形回路と、該矩形波信号の立上がりをクランク信号として認識して該クランク信号を認識する毎にタイマの計測値を読み込んで前回のクランク信号が発生してから今回のクランク信号が発生するまでの経過時間を検出する経過時間検出手段とが設けられる。この場合も、負方向電圧発生位置検出手段は、経過時間検出手段が前回検出した経過時間Ｔoldと今回検出した経過時間Ｔnewとを比較して、Ｔnew＜Ｔold／ｋ（ｋは１以上の定数）の関係が成立しないときにクランク信号の今回の発生位置が第１の負方向電圧の発生位置であることを検出し、Ｔnew＜Ｔold／ｋの関係が成立したときにクランク信号の今回の発生位置が第２の負方向電圧の発生位置であることを検出するように構成することができる。

上記運転状態判定手段は、内燃機関の回転速度が始動判定速度未満の時に内燃機関が始動時の状態にあると判定し、内燃機関の回転速度が始動判定速度以上を一定期間継続したときに内燃機関が定常運転時の状態にあると判定するように構成することができる。始動判定速度は、内燃機関の始動が完了したときの回転速度に等しく設定しておく。

上記運転状態判定手段はまた、内燃機関の回転速度が始動判定速度未満で、かつ内燃機関の始動操作が開始された後の該機関のクランク軸の回転回数が設定回数以下であるときに内燃機関が始動時の状態にあると判定し、内燃機関の回転速度が始動判定速度以上を一定期間継続したとき、及び内燃機関の回転速度が始動判定速度未満であるが内燃機関の始動操作が開始された後の該機関のクランク軸の回転回数が前記設定回数を超えているときには前記内燃機関が定常運転時の状態にあると判定するように構成することもできる。この場合、上記設定回数は、内燃機関が始動できない状態で（例えば、点火装置の点火動作を停止させた状態で）人力によりクランキングを行なった際のクランク軸の最大回転回数に相当する値に設定する。

上記のように運転状態判定手段を構成すると、リコイルスタータ等の人力による始動装置により機関を始動させる場合には、内燃機関の始動操作が開始された後のクランク軸の回転回数が設定回数を超えることはないため、機関の回転速度が始動判定速度未満のときに機関が始動状態にあると判定され、機関の回転速度が始動判定速度以上を一定期間継続したときに定常運転時の状態にあると判定される。従って人力により機関を始動させる場合には、始動時の点火位置を上死点位置付近の始動時に適した位置として、機関の始動性を向上させることができる。

これに対し、スタータモータを用いてクランキングを行なうことにより機関を始動させる場合には、機関は自発的に回転しなくても、スタータモータによりその回転が維持される。この場合、始動時に適した点火位置（始動時用点火位置）を上死点位置に近い位置に一つだけ設定しておいて、始動時に回転速度が設定回転速度未満であると判定されているときに設定された始動時用点火位置で点火を行なわせ、回転速度が設定回転速度に達したときに定常時の点火に移行させるようにすると、クランキングの脈動により、ケッチン（ピストンが上死点を越えることができなくなって押し戻される現象）が発生する可能性が高くなる。

上記のような問題が生じるのを防ぐため、本発明の好ましい態様では、始動時用点火位置が予め複数個設定されていて、第１の負方向電圧の発生位置が検出される周期から演算された回転速度に応じて始動時用点火位置として設定されている複数の点火位置の中から最適の点火位置が選択される。例えば、始動時に適した点火位置として、上死点位置に近い第１の始動時用点火位置と、この第１の始動時用点火位置よりも進角した第２の始動時用点火位置（アイドル回転時の点火位置として適した点火位置）との２つの始動時用点火位置を設定するとともに、始動時用点火位置を切り換える点火位置切換回転速度ＩＧＣＨＮＥと、機関が始動時の運転状態にあるか否かを判定するための始動判定速度ＳＮＣＨＮＥとを設定しておいて、ＩＧＣＨＮＥ＜回転速度のときに上死点位置に近い第１の始動時用点火位置で点火を行なわせ、ＩＧＣＨＮＥ≦回転速度＜ＳＮＣＨＮＥのときに第２の始動時用点火位置で点火動作を行なわせるようにするのが好ましい。

上記のように構成すると、例えば、始動開始時の点火位置と初爆が行なわれた後の点火位置とを異ならせて、始動開始時の点火位置及び初爆後の点火位置をそれぞれ最適の位置に設定することができるため、機関の始動性を向上させるとともに、機関が始動した後アイドル運転に移行する過程での機関の回転を安定にすることができる。

本発明の他の好ましい態様では、始動時点火制御手段が、第２の負方向電圧の発生位置が検出されてから次の第１の負方向電圧の発生位置が検出されるまでの時間Ｔ0と第１の負方向電圧の発生位置が検出されてから第２の負方向電圧の発生位置が検出されるまでの時間Ｔ1との比Ｔ0／Ｔ1が設定値以上であるときに始動時の点火信号の発生を許可し、比Ｔ0／Ｔ1が設定値未満であるときに始動時の点火信号の発生を禁止する点火許否手段を更に備えている。

始動時点火制御手段に上記のような点火許否手段を設けておくと、始動操作を開始した後、操作力の不足によりクランキング速度が不足する場合に点火動作が行なわれるのを禁止することができるため、リコイルスタータやキックスタータを用いて人力により機関を始動する際にピストンが上死点を越えることができなくなって押し戻される現象（ケッチン）が生じるのを防ぐことができる。

上記点火許否手段は、第１の負方向電圧の発生位置が検出されてから第２の負方向電圧の発生位置が検出されるまでの時間Ｔ1が設定値以下であるときに始動時の点火信号の発生を許可し、時間Ｔ1が設定値を超えているときに始動時の点火信号の発生を禁止するように構成してもよい。

磁石式交流発電機は、そのロータの磁極構成によっては、内燃機関の正転時にエキサイタコイルが第１の負方向電圧を発生する直前に正方向電圧よりも波高値が低い他の正方向電圧を発生する場合もある。エキサイタコイルがこのような波形の交流電圧を発生する場合には、機関の逆転時にも２つの負方向電圧が発生するため、機関の逆転時にも点火動作が行なわれて、機関が逆方向に回転するおそれがある。

磁石式交流発電機が上記のように構成されている場合に、機関の逆転を防止するためには、フィルタ用コンデンサと抵抗器との並列回路からなるフィルタと、入力される負方向電圧が該フィルタ用コンデンサの両端の電圧を超えたときにオン状態になるスイッチ手段とを備えて該スイッチ手段の両端に矩形波信号を発生する回路により波形整形回路を構成して、内燃機関の正転時にはエキサイタコイルが２つの負方向電圧をそれぞれ発生する毎にスイッチ手段がオフ状態からオン状態になり、機関の逆転時にはエキサイタコイルが最初の負方向電圧を発生したときにスイッチ手段がオフ状態からオン状態になるが２番目の負方向電圧を発生したときにはスイッチ手段がオフ状態を保持するようにフィルタ用コンデンサの放電時定数を設定すればよい。

波形整形回路を上記のように構成しておくと、機関の逆転時に第２の負方向電圧の発生位置でクランク信号が発生しなくなり、第２の負方向電圧の発生位置を検出することができなくなるため、機関の逆転時に点火動作が行なわれなくなる。従って、機関が逆転しようとしたときに機関を失火させて、機関が逆方向に回転するのを防ぐことができる。

なお磁石式交流発電機の構造上、エキサイタコイルが第１の負方向電圧に先行して正方向電圧を発生することがない場合には、機関の逆転時に２つの負方向電圧が発生することはないため、上記のように波形整形回路を構成しなくても機関の逆転を防止することができる。

また磁石式交流発電機が、内燃機関の正転時にエキサイタコイルが第１の負方向電圧を発生する直前に、第１及び第２の負方向電圧の間に発生する正方向電圧よりも波高値が低い他の正方向電圧を発生する場合に、フィルタ用コンデンサと抵抗器との並列回路からなるフィルタと、入力される負方向電圧が該フィルタ用コンデンサの両端の電圧以下のときにはオン状態を保持し、入力される負方向電圧が前記フィルタ用コンデンサの両端の電圧を超えている間オフ状態になるスイッチ手段とを備えて該スイッチ手段の両端に矩形波信号を発生する回路により波形整形回路を構成して、内燃機関の正転時にはエキサイタコイルが２つの負方向電圧をそれぞれ発生する毎にスイッチ手段がオン状態からオフ状態になり、内燃機関の逆転時にはエキサイタコイルが最初の負方向電圧を発生したときにスイッチ手段がオン状態からオフ状態になるが、２番目の負方向電圧が発生したときにはスイッチ手段がオン状態を保持するようにフィルタ用コンデンサの放電時定数を設定することによっても、機関の逆転を防止することができる。

以上のように、本発明によれば、内燃機関が始動時の状態にあるときに、第２の負方向電圧の発生位置において第１の負方向電圧の発生位置が検出されてから第２の負方向電圧の発生位置が検出されるまでの時間を計測して、この時間から得られる機関の回転速度の情報を用いて機関の始動時の点火位置を検出するための計時データを求め、該計時データの計測を直ちに開始させることにより始動時の点火位置を検出して始動時の点火信号を発生させるようにしたので、機関のクランク軸の回転速度が細かく変動する機関の始動時に、始動時の点火位置の直前に求めた機関の回転速度情報に基づいて始動時の点火位置を定めることができ、始動時の点火位置を正確に定めて機関の回転を安定させ、機関の始動性を向上させることができる。

また本発明において、機関の始動時の点火位置を計測するための処理を行なう第２の負方向電圧の発生位置よりも前の第１の負方向電圧の発生位置で定常時の点火位置を計測するための処理を行なうようにした場合には、磁石式交流発電機の大型化を招くことなく、点火位置の進角幅を広くとることができるだけでなく、点火位置の演算及び点火位置の検出を正確に行なわせて、点火位置の制御を高精度で行なわせることができる。

更に本発明において、第２の負方向電圧の発生位置が検出されてから次の第１の負方向電圧の発生位置が検出されるまでの時間Ｔ0と第１の負方向電圧の発生位置が検出されてから第２の負方向電圧の発生位置が検出されるまでの時間Ｔ1との比Ｔ0／Ｔ1が設定値以上であるときに始動時の点火信号の発生を許可し、比Ｔ0／Ｔ1が設定値未満であるときに始動時の点火信号の発生を禁止する点火許否手段を設けた場合には、人力により機関を始動する際に操作力の不足によりクランキングの速度が低くなったときに点火動作が行なわれるのを禁止することができるため、人力による始動時にピストンが上死点を越えることができなくなって押し戻される現象（ケッチン）が生じるのを防ぐことができる。

また本発明において、第１の負方向電圧の発生位置が検出されてから第２の負方向電圧の発生位置が検出されるまでの時間Ｔ1が設定値以下であるときに始動時の点火信号の発生を許可し、時間Ｔ1が設定値を超えているときに始動時の点火信号の発生を禁止するように点火許否手段を構成した場合にも同様の効果が得られる。

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は本実施形態のハードウェアの構成を概略的に示したもので、同図において１は図示しない内燃機関により駆動される磁石発電機、２はコンデンサ放電式の点火回路、３はマイクロプロセッサ、４は波形整形回路、５はマイクロプロセッサ３及び波形整形回路４に電源電圧Ｖccを与える電源回路である。

本実施形態で用いている磁石式交流発電機１は図２（Ａ）に示したように構成されている。図２（Ａ）に示された磁石式交流発電機１は、図示しない内燃機関のクランク軸１０に取り付けられた磁石回転子１１と、固定子１２とからなっている。磁石回転子１１は、クランク軸１０に取り付けられたアルミニウム製のフライホイール１３と、フライホイールの径方向に着磁されてＮ極及びＳ極をそれぞれ外部に露呈させた状態でフライホイール１３内に鋳込まれた永久磁石１４及び１５と、永久磁石１４及び１５とともにフライホイール１３内に鋳込まれて永久磁石１４のＳ極と永久磁石１５のＮ極との間を接続する図示しない磁路構成部材とからなっている。また固定子１２は、磁石１４及び１５の磁極に対向する磁極部１６ａ，１６ｂを両端に有するコの字形の電機子鉄心１６と、電機子鉄心１６に巻回されたエキサイタコイルＥＸとからなっていて、内燃機関のケースやカバーなどに設けられた固定子取付部に固定されている。

エキサイタコイルＥＸは、図４（Ａ）に示されているように、機関が正回転しているときに、正方向電圧Ｖp1からなる半波と、正方向電圧からなる半波の前後にそれぞれ現れる第１及び第２の負方向電圧Ｖn1及びＶn2からなる半波とを有する交流電圧を内燃機関の正転時に該機関のクランク軸の１回転当たり１回発生する。本実施形態で用いているエキサイタコイルＥＸは、更に第１の負方向電圧Ｖn1に先行して正方向電圧Ｖp1よりも波高値が低い正方向電圧Ｖpoを発生する。本実施形態では、機関の上死点位置（機関のピストンが上死点に達したときのクランク角位置）ＴＤＣよりも十分に進角した位置で第２の負方向電圧Ｖn2が発生するように固定子１２の取り付け位置が設定されている。

エキサイタコイルＥＸの一端はアノードが接地されたダイオードＤ1のカソードに接続され、エキサイタコイルの他端は、同じくアノードが接地されたダイオードＤ2のカソードに接続されている。図１に示した点火回路２は、一次コイルＷ1及び二次コイルＷ2の一端が接地された点火コイルＩＧと、点火コイルＩＧの一次コイルの非接地側の端子に一端が接続された点火用コンデンサＣiと、点火用コンデンサＣiの他端と接地間にカソードを接地側に向けて接続された放電用スイッチとしてのサイリスタＴhiと、点火火花の放電時間を延ばすためにサイリスタＴhiの両端に逆並列接続されたダイオードＤ3とからなっている。エキサイタコイルＥＸの一端が、アノードを該エキサイタコイル側に向けたダイオードＤ4を通して点火用コンデンサＣiの他端に接続され、エキサイタコイルが正方向電圧を出力したときに、エキサイタコイルＥＸ−ダイオードＤ4−点火用コンデンサＣi−点火コイルの一次コイルＷ1−ダイオードＤ2−エキサイタコイルＥＸの回路からなるコンデンサ充電回路に電流が流れて点火用コンデンサＣiが図示の極性に充電される。

放電用スイッチを構成するサイリスタＴhiのゲートは、マイクロプロセッサ３のポートＢに接続されている。後述するように、マイクロプロセッサ３は、エキサイタコイルＥＸの負方向電圧から内燃機関の回転情報を得て内燃機関の点火位置（点火動作を行なわせるクランク角位置）を定め、定めた点火位置を検出したときにポートＢからサイリスタＴhiのゲートに点火信号Ｓiを与える。サイリスタＴhiに点火信号Ｓiが与えられると、サイリスタＴhiが導通して点火用コンデンサＣiに蓄積されている電荷を点火コイルの一次コイルＷ1を通して放電させるため、点火コイルＩＧの一次コイルに高い電圧が誘起し、この電圧が更に点火コイルの一次、二次間の昇圧比により昇圧されて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、内燃機関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て機関が点火される。

本実施形態では、説明を簡単にするために、内燃機関が単気筒であるとしている。機関が多気筒である場合には、例えば、点火回路２を気筒数分設けるとともに、エキサイタコイルＥＸを備えた固定子を気筒数分設けて、各気筒用のエキサイタコイルが出力する正方向電圧で各気筒用の点火回路の点火用コンデンサを充電するとともに、各気筒用のエキサイタコイルからマイクロプロセッサ３に各気筒用の回転情報を与えて、マイクロプロセッサ３から各気筒の点火位置で各気筒用の点火回路のサイリスタに点火信号を与えるようにすればよい。また内燃機関が２気筒である場合には、点火コイルＩＧの二次コイルＷ2の一端及び他端をそれぞれ異なる気筒の点火プラグの非接地側端子に接続して、機関の２つの気筒の点火プラグで同時に火花放電を生じさせる同時発火コイルの構成をとるようにしてもよい。

電源回路５は、エキサイタコイルＥＸが出力する負方向電圧で電源コンデンサを充電する回路と、該電源コンデンサの両端の電圧を一定値に保つように制御するレギュレータとからなっていて、マイクロプロセッサ３と波形整形回路４とに電源電圧を与える。

図１に示した波形整形回路４は、エキサイタコイルＥＸが出力する負方向電圧Ｖn1及びＶn2をマイクロプロセッサ３が認識し得る信号に変換する回路で、本実施形態の波形整形回路４は、図４（Ｂ）に示したように、エキサイタコイルＥＸが発生する負の半波の電圧を波形整形して負方向電圧Ｖn1及びＶn2が発生している期間低レベル（Ｌレベル）を保持し、負方向電圧Ｖn1及びＶn2が発生していないときに高レベル（Ｈレベル）を保持する矩形波信号Ｖqを発生して、この矩形波信号Ｖqの立下がりをクランク信号としてマイクロプロセッサ３のポートＡに入力する。このような矩形波信号は、例えば、負方向電圧Ｖn1及びＶn2が発生している間だけオン状態を保持するスイッチ手段の両端に得ることができる。

矩形波信号Ｖqは、エキサイタコイルが出力する第１の負方向電圧Ｖn1の発生位置及び第２の負方向電圧Ｖn2の発生位置で立下がり、第１の負方向電圧Ｖn1及び第２の負方向電圧が消滅する位置で立上がる信号となる。本実施形態では、機関のクランク軸が１回転する間に２回現れる矩形波信号Ｖqの立下がりをクランク信号としてマイクロプロセッサに認識させることにより機関の回転情報を得るものとする。第１の負方向電圧Ｖn1の発生位置（第１のクランク信号の発生位置）及び第２の負方向電圧Ｖn2の発生位置（第２のクランク信号の発生位置）にそれぞれ符号ＣＲin及びＣＲoutを付けて２つの負方向電圧の発生位置（クランク信号の発生位置）を識別する。

本実施形態では、第１の負方向電圧の発生位置ＣＲinを、機関の回転速度を求めるための時間データの取り込みと、機関の定常運転時の点火位置の計測の開始とを行なうタイミングを定める基準クランク角位置として用い、第２の負方向電圧の発生位置ＣＲoutを機関の始動時の点火位置の計測を開始する位置として用いる。

マイクロプロセッサ３は、所定のプログラムを実行することにより各種の機能実現手段を構成して、内燃機関の点火位置で放電用スイッチに点火信号を与える点火制御部を構成する。点火制御部の構成例を示すブロック図を図３に示した。図３において１は図２（Ａ）に示すように構成されて内燃機関ＥＮＧにより駆動される磁石式交流発電機、２は点火コイルＩＧと点火用コンデンサＣiとサイリスタからなる放電用スイッチＴhiとを備えた点火回路、２ａはエキサイタコイルの正方向電圧により点火用コンデンサＣiを充電するコンデンサ充電回路である。

２０は点火制御部で、この点火制御部は、点火位置検出用計時データを計測する点火タイマを備えて該点火タイマが点火位置検出用計時データの計測を完了したときに点火信号Ｓiを発生する点火信号発生手段２１と、波形整形回路４が出力する矩形波信号Ｖqの前回の立下がり（クランク信号）が検出されてから今回の立下がり（クランク信号）が検出されるまでの経過時間を検出する経過時間検出手段２２と、第１の負方向電圧Ｖn1の発生位置ＣＲinと第２の負方向電圧Ｖn2の発生位置ＣＲoutとを検出する負方向電圧発生位置検出手段２３と、内燃機関が始動時の状態にあるのか定常運転時の状態にあるのかを判定する運転状態判定手段２４と、第１の負方向電圧Ｖn1の発生位置ＣＲinが検出される周期Ｔ2から内燃機関の回転速度を演算する回転速度演算手段２５と、運転状態判定手段２３により内燃機関が始動時の状態にあると判定されているときに点火信号の発生位置を制御する始動時点火制御手段２６と、運転状態判定手段２３により内燃機関が定常運転時の状態にあると判定されているときに点火信号の発生位置を制御する定常運転時点火制御手段２７とにより構成されている。

経過時間計測手段２２は、波形整形回路４が出力する矩形波信号Ｖqの立下がりを検出する毎にマイクロプロセッサ内のタイマの計測値を読み込んで矩形波信号Ｖqの前回の立下がり（ＣＲinまたはＣＲout）が検出されてから今回の立下がり（ＣＲoutまたはＣＲin）が検出されるまでの時間を検出する。

負方向電圧発生位置検出手段２３は、第１の負方向電圧Ｖn1の発生位置ＣＲinが検出されてから第２の負方向電圧の発生位置ＣＲoutが検出されるまでの時間Ｔ1と第２の負方向電圧の発生位置ＣＲoutが検出されてから次の第１の負方向電圧の発生位置ＣＲinが検出されるまでの時間Ｔ0との長短から第１の負方向電圧Ｖn1の発生位置ＣＲin及び第２の負方向電圧Ｖn2の発生位置ＣＲoutを検出する手段である。

図４に示されているように、負方向電圧発生位置検出手段２３は、経過時間検出手段が前回検出した時間Ｔoldと今回検出した時間Ｔnewとを比較して、Ｔnew＜Ｔold／ｋ（ｋは１以上の定数）の関係が成立しないときに矩形波信号の今回の立下がり位置が第１の負方向電圧Ｖn1の発生位置であることを検出し、Ｔnew＜Ｔold／ｋの関係が成立したときに矩形波信号の今回の立下がり位置が第２の負方向電圧Ｖn2の発生位置であることを検出する。経過時間計測手段２２は、負方向電圧発生位置検出手段２３が第１の負方向電圧の発生位置（クランク信号ＣＲin）を検出したときに、今回取り込んだ経過時間がＴ0であることを認識し、負方向電圧発生位置検出手段２３が第２の負方向電圧の発生位置（クランク信号ＣＲout）を検出したときに、今回取り込んだ経過時間がＴ1であることを認識する。

運転状態判定手段２４は、第１の負方向電圧Ｖn1の発生位置（ＣＲin）が検出される回数から内燃機関の始動操作が開始された後機関のクランク軸の回転回数Ｐｕｌｓｅ−ｃｎtを検出して、この回転回数Ｐｕｌｓｅ−ｃｎｔが設定値ＳＴＡＲＴＮＵＭ以下のとき（Ｐｕｌｓｅ−ｃｎｔ≦ＳＴＡＲＴＮＵＭのとき）に内燃機関が始動時の状態にあると判定し、内燃機関の始動操作が開始された後該機関のクランク軸の回転回数Ｐｕｌｓｅ−ｃｎｔが設定値ＳＴＡＲＴＮＵＭを超えたとき（ＳＴＡＲＴＮＵＭ＜Ｐｕｌｓｅ−ｃｎｔのとき）に内燃機関が定常運転状態に入ったと判定するように構成されている。

回転速度演算手段２５は、第１の負方向電圧の発生位置ＣＲinが検出される毎に経過時間計測手段２２が計測した時間Ｔ0とＴ1とを加算して前回第１の負方向電圧の発生位置ＣＲinが検出されてから今回第１の負方向電圧の発生位置ＣＲinが検出されるまでの経過時間Ｔ2（第１の負方向電圧の発生位置ＣＲinが検出される周期）を求め、この経過時間Ｔ2から機関の回転速度を演算する。

始動時点火制御手段２６は、内燃機関の運転状態が始動時の状態にあると判定されたときに、第１の負方向電圧Ｖn1の発生位置ＣＲinが検出されてから第２の負方向電圧Ｖn2の発生位置ＣＲoutが検出されるまでの時間Ｔ1から求められる内燃機関の回転速度で内燃機関が第２の負方向電圧の発生位置ＣＲoutから始動時に適した点火位置θisまで回転するのに要する時間を点火位置検出用計時データＴigsとして演算して該点火位置検出用計時データＴigsの計測を点火タイマに開始させる過程を第２の負方向電圧の発生位置ＣＲoutが検出されたときに行なう。

図示の始動時点火制御手段２６は、第１の負方向電圧Ｖn1の発生位置ＣＲinが検出されてから第２の負方向電圧Ｖn2の発生位置ＣＲoutが検出されるまでの経過時間Ｔ1と第１の負方向電圧の発生位置ＣＲinから第２の負方向電圧の発生位置ＣＲoutまでの角度α（図４参照）とから求まる内燃機関の回転速度で内燃機関が第２の負方向電圧の発生位置から始動時に適し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時データＴigsとして演算する始動時点火位置検出用計時データ演算手段２８と、点火許否手段２９と、点火位置検出用計時データＴigsを点火信号発生手段２１を構成する点火タイマにセットしてその計測を開始させる点火タイマ制御手段３０とにより構成されている。

上死点位置ＴＤＣから第２の負方向電圧Ｖn2の発生位置ＣＲoutまでの角度をθoutとし、始動時の点火位置θigsを上死点位置ＴＤＣから進角側に測った角度であるとすると、始動時点火位置検出用計時データＴigsは下記の式により演算される。
Ｔigs＝Ｔ1・（θout−θigs）／α …（１）

点火許否手段２９は、機関の始動時に点火動作を許可するか否かを決定する手段で、第２の負方向電圧の発生位置ＣＲoutが検出されてから次の第１の負方向電圧の発生位置ＣＲinが検出されるまでの時間Ｔ0と第１の負方向電圧の発生位置ＣＲinが検出されてから第２の負方向電圧の発生位置ＣＲoutが検出されるまでの時間Ｔ1との比Ｔ0／Ｔ1が設定値以上であるとき（クランキング速度が十分に速いとき）に点火タイマ制御手段３０が点火タイマに計時データをセットするのを許容して始動時の点火信号の発生を許可し、比Ｔ0／Ｔ1が設定値未満であるとき（クランキング速度が遅すぎるとき）には、点火タイマに計時データがセットされるのを禁止して始動時の点火信号の発生を禁止する。

本実施形態では、始動時に適した点火位置として、始動開始時に適した点火位置（上死点位置付近の位置）θigs1と、始動開始後アイドル運転に移行する際の点火位置として適した点火位置（上死点位置よりも僅かに進んだ位置）θigs2との２つの点火位置が予め設定されてＲＯＭに記憶されている。始動時点火位置検出用計時データ演算手段２６は、回転速度演算手段２５により演算された回転速度に応じて、始動時に適した点火位置として設定された２つの点火位置θig1及びθig2の中から最適の点火位置をθigsとして選択して、（１）式により始動時点火位置検出用計時データＴigsを演算する。始動時点火位置検出用計時データＴigsが演算されると、点火タイマ制御手段３０が直ちに点火タイマにその計時データＴigsをセットしてその計測を開始させる。

時間Ｔ1を取り込んでから始動時点火位置検出用計時データＴigsを演算するまでの過程は瞬時に行なわれるため、計時データＴigsの計測は、第２の負方向電圧Ｖn2の発生位置ＣＲoutで開始されると見なすことができる。従って、機関の始動時には、図６に示したように、第２の負方向電圧Ｖn2の発生位置ＣＲoutが検出された時刻から始動時点火位置検出用計時データＴigsにより与えられる時間が経過した時点のクランク角位置θigsで点火回路２のサイリスタＴhiに点火信号が与えられて点火動作が行なわれる。

定常運転時点火制御手段２７は、第１の負方向電圧の発生位置ＣＲinが検出される周期Ｔ2から求められた内燃機関の回転速度に対して演算された内燃機関の定常運転時の点火位置θignと周期Ｔ2とを用いて周期Ｔ2から求められた内燃機関の回転速度で第１の負方向電圧の発生位置から演算された定常運転時の点火位置θignまで機関が回転するのに要する時間Ｔign（図５参照）を点火位置検出用計時データとして演算する過程と該点火位置検出用計時データＴignの計測を点火タイマに開始させる過程とを第１の負方向電圧の発生位置が検出されたときに行なうように構成されている。

図示の定常運転時点火制御手段２７は、１回転前に回転速度演算手段２５により演算された回転速度に対して既に演算されている内燃機関の定常運転時の点火位置θignと、新たに計測された周期Ｔ2とを用いて、周期Ｔ2から求められる現在の内燃機関の回転速度で第１の負方向電圧の発生位置ＣＲinから演算された定常運転時の点火位置θignまで機関が回転するのに要する時間を点火位置検出用計時データＴignとして演算する定常時点火位置検出用計時データ演算手段３１と、演算された点火位置検出用計時データＴignの計測を点火信号発生手段２１を構成する点火タイマにセットしてその計測を開始させる点火タイマ制御手段３２とにより構成されている。

上死点位置ＴＤＣから第１の負方向電圧の発生位置ＣＲinまでの角度をθinとし、点火位置θignが上死点位置から進角側に測った角度であるとすると、定常運転時点火位置検出用計時データＴignは下記の式により演算される。
Ｔign＝Ｔ2・（θin−θign）／３６０ …（２）

点火タイマ制御手段３２は、上記点火位置検出用計時データＴignを点火信号発生手段２１を構成する点火タイマにセットしてその計測を開始させる。点火信号発生手段２１は点火タイマがセットされた計時データＴignの計測を完了したときに放電用スイッチに点火信号Ｓiを与えて点火回路２に点火動作を行なわせる。

従って、機関の定常運転時には、図５に示したように、第１の負方向電圧Ｖn1の発生位置ＣＲinが検出された時刻から定常運転時点火位置検出用計時データＴignにより与えられる時間が経過した時点のクランク角位置θignで点火回路のサイリスタＴhiに点火信号Ｓiが与えられて点火動作が行なわれる。点火位置θignは機関の回転速度等の制御条件の変化に応じて変化する。

なお図４ないし図６においてθimaxは定常運転時の点火位置の最大進角位置を示している。最大進角位置で点火動作を支障なく行なわせるようにするため、最大進角位置θimaxにおいて、エキサイタコイルの正方向電圧Ｖp1の瞬時値が、点火用コンデンサＣiを点火動作が可能な電圧値まで充電し得る値を有しているように、エキサイタコイルの出力電圧の位相と最大進角位置との関係を設定しておく。本実施形態では、エキサイタコイルが出力する正方向電圧Ｖp1のピーク位置が最大進角位置となるように設定している。

本実施形態において、マイクロプロセッサ３に実行させるプログラムの要部のアルゴリズムを図９ないし図１４に示した。図９は、マイクロプロセッサのリセット時（電源投入時）に実行される処理のアルゴリズムを示したもので、この処理においては先ずステップＳ１０１でメモリを初期化した後、ステップＳ１０２に移行してメインルーチンの処理を行なう。

メインルーチンでは、後記する図１３のＣＲin処理で演算された回転速度Ｎeに対する定常時の点火位置θignの演算等を行なう。点火位置θignの演算は例えば、回転速度Ｎeに対してＲＯＭに記憶された点火位置演算用マップを検索して、検索した値に補間演算を施すことにより行なう。また必要に応じてスロットルバルブ開度などの他の制御条件に対して点火位置を補正する演算を行なう。

図１０は図９に示された初期化処理のアルゴリズムを示したもので、この初期化処理では、先ずステップＳ２０１で、内燃機関の始動操作が開始された後の機関のクランク軸の回転回数Ｐｕｌｓｅ−ｃｎtを０とする。本実施形態では、第１の負方向電圧Ｖn1の発生位置（ＣＲin）が検出される回数を回転回数Ｐｕｌｓｅ−ｃｎｔとして計数する。回転回数Ｐｕｌｓｅ−ｃｎtを０とした後、ステップＳ２０２で始動時判定フラグを「始動時」にセットし、ステップＳ２０３でその他のメモリの初期化をする。

図１１は、内燃機関がストールしたか否かを判定するためにマイクロプロセッサが２msec毎に実行する２msec毎処理（エンスト時メモリ初期化処理）のアルゴリズムを示したもので、この処理においては、先ずステップＳ３０１で、前回の２msec毎処理から今回の２msec毎処理までの間に後記するＣＲin処理が行なわれたか否かを判定する。その結果、前回の２msec毎処理から今回の２msec毎処理までの間にＣＲin処理が行なわれなかったと判定された場合には、ステップＳ３０２に移行してエンストの回数を計数するエンストカウンタの計数値をインクリメントする。またステップＳ３０１において前回の２msec毎処理から今回の２msec毎処理までの間にＣＲin処理が行なわれたと判定されたときには、ステップＳ３０３に移行してエンストカウンタの計数値をクリアする。ステップＳ３０２またはＳ３０３を実行した後、ステップＳ３０４に移行してエンストカウンタの計数値が設定回数を超えたか否かを判定し、超えていない場合には機関がストールしていないとしてメインルーチンに復帰する。またステップＳ３０４において、エンストカウンタの計数値が設定回数を超えたと判定されたときには、ステップＳ３０５に移行して図１０に示したメモリ初期化処理を行なった後メインルーチンに復帰する。

図１２は、波形整形回路４が出力する矩形波信号の立下がりを検出する毎にマイクロプロセッサが実行するクランク割込み処理を示し、図１３は図１２のクランク割込み処理において第１の負方向電圧の発生位置ＣＲinが検出されたときに実行されるＣＲin処理を示している。また図１４は、図１２の割込み処理において第２の負方向電圧の発生位置ＣＲoutが検出されたときに実行されるＣＲout処理を示している。

マイクロプロセッサ３に第１の負方向電圧の発生位置ＣＲinでクランク信号が入力されたとき及び第２の負方向電圧の発生位置ＣＲoutでクランク信号が入力されたときに、メインルーチンに割込みがかけられて、図１２に示したクランク割込み処理が開始される。この割込み処理のステップＳ４０１においては、前回のクランク割込み処理から今回のクランク割込み処理までの時間（クランク信号間経過時間）をＴnewとしてＲＡＭに記憶させる。次いでステップＳ４０２に進んで、今回計測したクランク信号間経過時間Ｔnewを、前回のクランク割込み処理において同じように計測されて記憶されてこの割込み処理終了時にＴoldとされた時間に１／ｋを乗じた時間Ｔold／ｋと比較する。この比較の結果、Ｔnew＜Ｔold／ｋではない（Ｔnew≧Ｔoldである）と判定された場合には、今回の割込み処理が開始されたクランク角位置が第１の負方向電圧の発生位置である（今回発生したクランク信号が第１のクランク信号ＣＲinである）として、ステップＳ４０３に進んで図１３に示されたＣＲin処理を行なう。ステップＳ４０２でＴnew＜Ｔold／ｋであると判定された場合には、今回の割込み処理が開始されたクランク角位置が第２の負方向電圧の発生位置である（今回発生したクランク信号が第２のクランク信号ＣＲoutである）として、ステップＳ４０４に進んで図１４に示したＣＲout処理を行なう。ＣＲout処理またはＣＲin処理を終了した後、この割込み処理を終了する。

図１３のＣＲin処理においては、先ずステップＳ５０１において図１２の割込み処理のステップ１で計測された時間ＴnewをＴoldとして保存し、ステップＳ５０２で前回のＣＲin処理から今回のＣＲin処理が行なわれるまでの経過時間をＴ2として演算する。次いでステップＳ５０３で経過時間Ｔ2（クランク軸が１回転するのに要した時間）から機関の回転速度Ｎeを演算し、ステップＳ５０４で始動時判定フラグが「始動時」にセットされているか否かを判定し、「始動時」にセットされている場合には、ステップＳ５０５に進んで機関の回転速度が始動判定速度ＳＮＣＨＮＥ以上である状態が一定期間継続しているか否かを判定する。その結果、機関の回転速度が始動判定速度以上である状態が一定期間継続していないと判定されたときには、ステップＳ５０６に進んで機関の始動操作開始後のクランク軸の回転回数Ｐｕｌｓｅ−ｃｎｔを１だけインクリメントし、ステップＳ５０７で回転回数Ｐｕｌｓｅ−ｃｎｔが設定回数ＳＴＡＲＴＮＵＭを超えているか否かを判定する。その結果、回転回数Ｐｕｌｓｅ−ｃｎｔが設定回数ＳＴＡＲＴＮＵＭを超えていないときには、以後何もしないでこのＣＲin処理を終了してメインルーチンに復帰する。

ステップＳ５０４において始動時判定フラグが「始動時」にセットされていないと判定されたとき、ステップＳ５０５において機関の回転速度が始動判定速度ＳＮＣＨＮＥ以上である状態が一定期間継続していると判定されたとき、及びステップＳ５０７で回転回数Ｐｕｌｓｅ−ｃｎｔが設定回数ＳＴＡＲＴＮＵＭを超えていると判定されたときには、ステップＳ５０８に移行して、始動時判定フラグをリセット（「始動時」でない状態にセット）し、定常時の点火制御に遷移する。定常時の点火制御では、ステップＳ５０９において、ステップＳ５０２で計測された、クランク軸が１回転する間の経過時間Ｔ2と、前回のＣＲin処理で演算された回転速度Ｎeと、メインルーチンで演算されている定常運転時の点火位置θignとを用いて前記（２）式により点火位置検出用計時データＴignを演算し、ステップＳ５１０でこの計時データＴignを点火タイマにセットしてその計測を開始させる。点火タイマがセットされた計時データの計測を完了すると図示しない割込み処理が実行されて、点火回路の放電用スイッチに点火信号が与えられる。

上記のように、本実施形態では、機関の回転速度が始動判定速度に達していない状態でも、始動操作開始後のクランク軸の回転回数Ｐｕｌｓｅ−ｃｎｔが設定回数ＳＴＡＲＴＮＵＭを超えていると判定されたときには、機関が始動時の状態にはないと判定して、回転速度に対して演算された点火位置を点火動作を行なわせる。

次に図１４のＣＲout処理においては、先ずステップＳ６０１において今回計測したクランク信号間経過Ｔnewを、前回計測されたクランク信号間経過時間Ｔoldとして保存する。次いでステップＳ６０２に進んで、始動時判定フラグが「始動時」にセットされているか否かを判定し、「始動時」にセットされていると判定されたとき（機関が始動時の状態にあると判定されたとき）にステップＳ６０３に進んで、演算されている回転速度Ｎeが設定回転速度ＩＧＣＨＮＥ未満であるか否かを判定する。その結果、回転速度Ｎeが設定回転速度ＩＧＣＨＮＥ未満であると判定されたときには、ステップＳ６０４に進んで第１の負方向電圧の発生位置が検出されてから第２の負方向電圧の発生位置が検出されるまでの経過時間Ｔ1（図１２のクランク割込み処理を開始する際に計測されたクランク信号間経過時間）と機関の上死点位置付近に設定された第１の始動時用点火位置θigs1とを用いて始動時の点火位置検出用計時データＴigsを演算する。これに対し、ステップＳ６０３で回転速度Ｎeが設定回転速度ＩＧＣＨＮＥ以上になっていると判定されたときには、ステップＳ６０５に進んで経過時間Ｔ1と機関の上死点位置よりも僅かに進角した位置（アイドル回転時の点火位置として適した点火位置）に設定された第２の始動時用点火位置θigs2とを用いて始動時の点火位置検出用計時データＴigsを演算する。

ステップＳ６０４またはＳ６０５を行なった後、ステップＳ６０６に進んで、第２の負方向電圧の発生位置が検出されてから次の第１の負方向電圧の発生位置が検出されるまでの時間Ｔ0と第１の負方向電圧の発生位置が検出されてから第２の負方向電圧の発生位置が検出されるまでの時間Ｔ1との比Ｔ0／Ｔ1が設定値ＤＩＳＩＧＲＴ未満であるか否かを判定する。その結果、比Ｔ0／Ｔ1が設定値ＤＩＳＩＧＲＴ未満ではないと判定されたときにはステップＳ６０７に進んで、ステップＳ６０４またはＳ６０５で演算された計時データＴigsを点火タイマにセットしてこのＣＲout処理を終了する。ステップＳ６０６で比Ｔ0／Ｔ1が設定値ＤＩＳＩＧＲＴ未満であると判定されたときにはステップＳ６０８に進んで、ステップＳ６０４またはＳ６０５で演算された計時データＴigsを点火タイマにセットするのを禁止して、点火動作を停止した後このＣＲout処理を終了する。ステップＳ６０２で始動時判定フラグが「始動時」にセットされていないと判定されたときには、以後何もしないでこのＣＲout処理を終了する。

本実施形態では、図１２の割込み処理のステップＳ４０１により図３に示した経過時間計測手段２２が構成され、図１２の割込み処理のステップＳ４０２により、負方向電圧発生位置検出手段２３が構成される。また図１０の初期化処理のステップＳ２０２と、図１３のＣＲin処理のステップＳ５０４，Ｓ５０５，Ｓ５０６及びＳ５０７と、図１４のＣＲout処理のステップＳ６０２及びＳ６０３とにより、運転状態判定手段２４が構成され、図１３のＣＲin処理のステップＳ５０３により回転速度演算手段２５が構成される。

また図１４のＣＲout処理のステップＳ６０５により始動時点火位置検出用計時データ演算手段２８が構成され、図１４のＣＲout処理のステップＳ６０６及びＳ６０８により点火許否手段２９が構成されている。更に図１４のＣＲout処理のステップＳ６０７により点火タイマ制御手段３０が構成されている。また図１３のＣＲin処理のステップＳ５０９により定常時点火位置検出用計時データ演算手段３１が構成され、図１３のステップＳ５１０により点火タイマ制御手段３２が構成されている。

上記のように、本実施形態の点火装置においては、機関の始動操作が開始されたときに、先ずクランク信号間経過時間の長短を利用して第１の負方向電圧の発生位置ＣＲinと第２の負方向電圧の発生位置ＣＲoutとを識別した後、内燃機関が始動時の状態にあるか定常運転時の状態にあるかを判定し、内燃機関が始動時の状態にあると判定されたときに、第２の負方向電圧Ｖn2の発生位置ＣＲoutにおいて計測された経過時間（第１の負方向電圧の発生位置ＣＲinが検出されてから第２の負方向電圧の発生位置ＣＲoutが検出されるまでの経過時間）Ｔ1から得られる機関の回転速度の情報を用いて機関の始動時の点火位置を検出するための計時データＴigsを求め、この計時データＴigsの計測を直ちに開始させることにより始動時の点火位置を検出して始動時の点火信号を発生させる。

このように構成すると、機関のクランク軸の回転速度が細かく変動する機関の始動時に、始動時の点火位置の直前に求めた機関の回転速度情報に基づいて始動時の点火位置を検出するることができるため、始動時の点火位置を正確に検出して、機関の始動性を向上させることができる。

また上記のように構成すると、機関の始動時の点火位置を、第２の負方向電圧の発生位置ＣＲoutよりも更に遅れた位置（エキサイタコイルが交流電圧を発生する区間を越えた位置）に設定できるため、点火位置の進角幅を広くとることができる。

また機関が始動時の状態にあると判定されている状態では、点火許否手段が、第２の負方向電圧の発生位置ＣＲoutが検出されてから次の第１の負方向電圧の発生位置ＣＲinが検出されるまでの時間Ｔ0と第１の負方向電圧の発生位置ＣＲinが検出されてから第２の負方向電圧の発生位置ＣＲoutが検出されるまでの時間Ｔ1との比Ｔ0／Ｔ1を設定値と比較して、比Ｔ0／Ｔ1が設定値以上であるとき（クランキング速度が不足していないとき）に始動時の点火信号の発生を許可し、比Ｔ0／Ｔ1が設定値未満であるとき（クランキング速度が不足しているとき）には始動時の点火信号の発生を禁止する。従って、始動操作を開始した後、操作力の不足によりクランキングの速度が低くなったときに点火動作が行なわれるのを禁止することができ、人力により機関を始動する際にピストンが上死点を越えることができなくなって押し戻される現象（ケッチン）が生じるのを防いで安全性を高めることができる。上記経過時間の比Ｔ0／Ｔ1と比較する設定値は、ケッチンが生じるおそれがある程度にクランキング速度が不足したときに、Ｔ0／Ｔ1＜設定値の関係が成立するような値に設定しておく。

なお点火許否手段は、第１の負方向電圧の発生位置ＣＲinが検出されてから第２の負方向電圧の発生位置ＣＲoutが検出されるまでの時間Ｔ1が設定値以下であるときに始動時の点火信号の発生を許可し、時間Ｔ1が設定値を超えているときに始動時の点火信号の発生を禁止するように構成してもよい。

本実施形態においては、内燃機関の始動が完了して機関が定常運転状態にあると判定されたとき、及び機関の始動は完了していないが、始動操作開始後の機関の回転回数Ｐｕｌｓｅ−ｃｎｔが設定回数ＳＴＡＲＴＮＵＭを超えていると判定されたときに、第１の負方向電圧の発生位置ＣＲin（基準クランク角位置）で計測された第１の負方向電圧の発生位置の検出周期Ｔ2を用いて、基準クランク角位置から定常運転時の点火位置（１回転前に演算された回転速度を含む制御条件に対して演算されている）θignまで機関が回転するのに要する時間を点火時期検出用計時データＴignとして演算して、この計時データを点火タイマに計測させることにより点火信号を発生させる。従って、機関の定常運転状態では、回転速度に対して演算され、必要に応じて他の制御条件に対して修正された点火位置で機関が点火される。

本実施形態においては、上記のように、始動時に適した点火位置として、上死点位置に近い第１の始動時用点火位置θigs1と、この第１の始動時用点火位置よりも進角した第２の始動時用点火位置（アイドル回転時の点火位置として適した点火位置）θigs2との２つの始動時用点火位置を設定するとともに、これらの始動時用点火位置を切り換える点火位置切換回転速度ＩＧＣＨＮＥと、機関が始動時の運転状態にあるか否かを判定するための始動判定速度ＳＮＣＨＮＥとを設定して、ＩＧＣＨＮＥ＜回転速度のときに上死点位置に近い第１の始動時用点火位置θigs1で点火を行なわせ、ＩＧＣＨＮＥ≦回転速度＜ＳＮＣＨＮＥのときに第２の始動時用点火位置θigs2で点火動作を行なわせるようにしたので、スタータモータを用いてクランキングを行なうことにより機関を始動させる場合に、クランキングの脈動により、ケッチンが発生するのを防ぐことができる。しかしながら、本発明は、上記のように始動時用点火位置を複数個設定する場合に限定されるものではなく、上死点位置に近い位置に始動時に適した点火位置を一つだけ設定するようにしても良い。

本実施形態で用いている磁石式交流発電機１は、内燃機関の正転時にエキサイタコイルが第１の負方向電圧Ｖp1を発生する直前に正方向電圧よりも波高値が低い他の正方向電圧Ｖpoを発生する。エキサイタコイルがこのような波形の交流電圧を発生する場合には、機関の逆転時にも２つの負方向電圧が発生して点火制御部に機関の回転情報が与えられるため、機関の逆転時にも点火動作が行なわれて、機関が逆方向に回転するおそれがある。

磁石式交流発電機が上記のように構成されている場合に、機関の逆転を防止するためには、図７に示したように、フィルタ用コンデンサＣ1と抵抗器Ｒ1との並列回路からなるフィルタ４ａと、入力される負方向電圧が該フィルタ用コンデンサの両端の電圧を超えたときにオン状態になるスイッチ手段４ｂとを備えて該スイッチ手段の両端に矩形波信号を発生する回路により波形整形回路４を構成して、内燃機関の正転時にはエキサイタコイルＥＸが２つの負方向電圧をそれぞれ発生する毎にスイッチ手段がオフ状態からオン状態になり、機関の逆転時にはエキサイタコイルが最初の負方向電圧を発生したときにスイッチ手段がオフ状態からオン状態になるが２番目の負方向電圧を発生したときにはスイッチ手段がオフ状態を保持するようにフィルタ用コンデンサＣ1の放電時定数を設定すればよい。

図７に示した例では、コンデンサＣ1と抵抗器Ｒ1との並列回路からなるフィルタ４ａの一端がカソードを該フィルタ側に向けたダイオードＤ5を通してエキサイタコイルＥＸとダイオードＤ2との接続点に接続され、該フィルタ４ａの他端と接地間に抵抗器Ｒ2が接続されている。またフィルタ４ａの他端にエミッタが接地されたＮＰＮトランジスタＴＲ1のベースが接続され、該トランジスタＴＲ1のコレクタが抵抗器Ｒ3を通して電源回路５の正極側出力端子に接続されている。トランジスタＴＲ1によりスイッチ手段が構成され、トランジスタＴＲ1にベース電流が供給されて該トランジスタがオン状態になったときに該トランジスタのコレクタの電位が電源電圧Ｖccのレベルからほぼ接地電位まで低下する。従ってトランジスタＴＲ1のコレクタにエキサイタコイルの負方向電圧が発生する毎に立ち下がる矩形波信号Ｖqが得られる。図７に示した点火装置の他の構成は図１に示したものと同様である。

図７に示した点火装置においては、エキサイタコイルＥＸからダイオードＤ5を通して入力される負方向電圧によりコンデンサＣ1が充電され、コンデンサＣ1の電荷は抵抗Ｒ1を通して放電していく。このように波形整形回路の入力段にフィルタを設けておくと、エキサイタコイルが出力する負方向電圧がコンデンサＣ1の両端の電圧を超えないとトランジスタＴＲ1にベース電流が流れないため、エキサイタコイルに誘起するノイズ電圧によりトランジスタＴＲ1がオン状態にされてマイクロプロセッサに誤信号が入力されるのが防止される。

図８（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ機関が正回転しているときにエキサイタコイルが誘起する交流電圧の波形及びトランジスタＴＲ1のコレクタに得られる矩形波信号Ｖqの波形を示し、図８（Ｃ）及び（Ｄ）はそれぞれ機関が逆回転しているときにエキサイタコイルが誘起する交流電圧の波形及びトランジスタＴＲ1のコレクタに得られる矩形波信号Ｖq′の波形を示している。図８（Ａ）及び（Ｃ）に破線で示された電圧Ｖc及びＶc′は、フィルタ用コンデンサＣ1の両端の電圧であり、入力信号をキャンセルするキャンセルレベルとして働く電圧である。エキサイタコイルが出力する負方向電圧がこのキャンセルレベルを超えないとトランジスタＴＲ1にベース電流が流れない。フィルタ用コンデンサの放電時定数を適当に設定しておくと、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示したように、機関の正回転時には、エキサイタコイルＥＸが２つの負方向電圧Ｖn1及びＶn2をそれぞれ発生する毎にトランジスタＴＲ1（スイッチ手段）がオフ状態からオン状態になり、機関の逆転時にはエキサイタコイルＥＸが最初の負方向電圧Ｖn1′を発生したときにトランジスタＴＲ1がオフ状態からオン状態になるが２番目の負方向電圧Ｖn2′を発生したときにはトランジスタＴＲ1がオフ状態を保持するようにすることができる。

波形整形回路４を上記のように構成しておくと、機関の逆転時に第２の負方向電圧Ｖn2′の発生位置でクランク信号が発生しなくなり、第２の負方向電圧の発生位置を検出することができなくなるため、機関の逆転時に点火動作が行なわれなくなる。従って、機関が逆転しようとしたときに機関を失火させて、機関が逆方向に回転するのを防ぐことができる。

図１及び図７に示した例では、エキサイタコイルが負方向電圧を発生したときにＨレベルからＬレベルに立ち下がる波形の矩形波信号Ｖqを用いているが、エキサイタコイルが負方向電圧を発生したときにＬレベルからＨレベルに立上がる波形の矩形波信号Ｖqを発生させて、この矩形波信号の立上がりをクランク信号として用いるようにしてもよい。

この場合には、波形整形回路４を、フィルタ用コンデンサと抵抗器との並列回路からなるフィルタと、入力される負方向電圧が該フィルタ用コンデンサの両端の電圧以下のときにはオン状態を保持し、入力される負方向電圧がフィルタ用コンデンサの両端の電圧を超えている間オフ状態になるスイッチ手段とを備えて該スイッチ手段の両端に矩形波信号を発生する回路により波形整形回路を構成して、内燃機関の正転時にはエキサイタコイルが２つの負方向電圧をそれぞれ発生する毎にスイッチ手段がオン状態からオフ状態になり、内燃機関の逆転時にはエキサイタコイルが最初の負方向電圧を発生したときにスイッチ手段がオン状態からオフ状態になるが、２番目の負方向電圧が発生したときにはスイッチ手段がオン状態を保持するようにフィルタ用コンデンサの放電時定数を設定することにより、機関の逆転を防止することができる。

上記の実施形態では、図２（Ａ）に示したように、非磁性材料からなるフライホイールに永久磁石と磁路構成部材とを鋳込んで２極の磁石界磁を構成したフライホイール磁石回転子１１を備えた磁石式交流発電機を用いたが、図２（Ｂ）に示したように、鉄製のフライホイール１３′の外周に形成した凹部１３ａ内に永久磁石１７を固定して、該永久磁石をフライホイールの径方向に着磁することにより３極の磁石界磁を構成したフライホイール磁石回転子１１′と、磁石界磁の磁極に対向する磁極部１６ａ，１６ｂを両端に有するコの字形鉄心１６にエキサイタコイルＥＸを巻回した固定子１２とからなる磁石式交流発電機１を用いる場合にも本発明を適用することができる。図２（Ａ）に示したような磁石式交流発電機にエキサイタコイルを設ける場合には、エキサイタコイルが、機関の正回転時に第１の負方向電圧Ｖn1に先行して正方向電圧Ｖpoを発生することがないようにすることができる。この場合、機関の逆転時にエキサイタコイルが発生する交流電圧の波形は、図８（Ｃ）の波形から負方向電圧Ｖn2′を除いた波形となり、機関の逆転時に２つの負方向電圧が発生することはない。従って、この場合には、波形整形回路のフィルタのコンデンサの放電時定数を前記のように設定しなくても、機関の逆転を防止することができる。

図３に示した実施形態では、始動時点火制御手段２６に点火許否手段を設けているが、この点火許否手段は省略することもできる。

図１３に示したアルゴリズムでは、機関の始動開始時からのクランク軸の回転回数Ｐｕｌｓｅ−ｃｎｔを設定回数ＳＴＡＲＴＮＵＭと比較して、回転回数Ｐｕｌｓｅ−ｃｎｔが設定回数ＳＴＡＲＴＮＵＭを超えているときには機関の回転速度が始動判定速度に達していなくても定常運転時の制御に移行させるようにしているが、図１３のステップ８及び９を省略して、回転回数Ｐｕｌｓｅ−ｃｎｔを設定回数ＳＴＡＲＴＮＵＭと比較する過程を行なうことなく、単に機関の回転速度が始動判定速度に達しているか否かを判定することにより機関の運転状態が始動時の状態にあるか定常運転時の状態にあるのかを判定するようにしてもよい。

上記の実施形態では、内燃機関が定常運転状態になった後もエキサイタコイルの第２の負方向電圧Ｖn2の発生位置ＣＲoutでの処理を行なうようにしているが、機関が定常運転状態になった後は、第２の負方向電圧Ｖn2の発生位置ＣＲoutでの処理を行なわないように、ソフトウェアまたはハードウェアを構成してもよい。ハードウェア上で機関が定常運転状態になった後は、第２の負方向電圧Ｖn2の発生位置ＣＲoutでの処理を行なわないようにするためには、例えば波形整形回路４を図７に示すように構成して、機関の回転速度が始動判定速度を超えてエキサイタコイルの負方向電圧の波高値が高くなった時点で第２の負方向電圧Ｖn2の発生時にトランジスタＴＲ1がオン状態になることができなくなるように、フィルタ４ａのコンデンサＣ1の放電時定数を設定すればよい。

上記の実施形態では、第１の負方向電圧Ｖn1の発生位置ＣＲinが検出される回数をカウントすることにより始動操作開始時からのクランク軸の回転回数を検出するようにしているが、第２の負方向電圧Ｖn2の発生位置ＣＲoutが検出される回数をカウントすることにより始動操作開始時からのクランク軸の回転回数を検出するようにしてもよい。

本発明に係わる点火装置のハードウェアの構成例を示した回路図である。 （Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ本発明で用いることができる磁石式交流発電機の異なる構成例を概略的に示した構成図である。 本発明の一実施形態の点火制御部の構成を含む全体的な構成を示したブロック図である。 本発明の実施形態においてエキサイタコイルが出力する負方向電圧の発生位置を識別する方法を説明するために、エキサイタコイルの出力電圧の波形と波形整形回路から得られる矩形波信号の波形とを示した波形図である。 本発明の実施形態において、機関の定常運転時の動作を説明するために用いるエキサイタコイルの出力電圧波形及び矩形波信号の波形を示した波形図である。 本発明の実施形態において、機関の始動時の動作を説明するために用いるエキサイタコイルの出力電圧及び矩形波信号の波形図である。 本発明の他の実施形態の点火装置のハードウェアの構成を示した回路図である。 図７の実施形態の動作を説明するために用いるエキサイタコイルの出力電圧及び矩形波信号の波形図である。 図３に示した実施形態において、マイクロプロセッサの電源投入時に実行される処理のアルゴリズムを示したフローチャートである。 図３に示した実施形態において、マイクロプロセッサの電源投入後に実行されるメモリ初期化処理のアルゴリズムを示したフローチャートである。 図３に示した実施形態において、２msec毎にマイクロプロセッサが実行する処理のアルゴリズムを示したフローチャートである。 図３に示した実施形態において、エキサイタコイルが出力する負方向電圧の発生位置が検出される毎にマイクロプロセッサが実行するクランク割込み処理のアルゴリズムを示したフローチャートである。 図３に示した実施形態において、エキサイタコイルが出力する第１の負方向電圧の発生位置ＣＲinが検出される毎にマイクロプロセッサが実行するＣＲin処理のアルゴリズムを示したフローチャートである。 図３に示した実施形態において、エキサイタコイルが出力する第２の負方向電圧の発生位置ＣＲoutが検出される毎にマイクロプロセッサが実行するＣＲout処理のアルゴリズムを示したフローチャートである。 従来の点火装置の動作を説明するために用いるエキサイタコイルの出力電圧波形を示した波形図である。

符号の説明

１ 磁石式交流発電機
２ 点火回路
３ マイクロプロセッサ
４ 波形整形回路
２０ 点火制御部
２１ 点火信号発生手段
２２ 経過時間計測手段
２３ 負方向電圧発生位置検出手段
２４ 運転状態判定手段
２５ 回転速度演算手段
２６ 始動時点火制御手段
２７ 定常運転時点火制御手段
２８ 始動時点火位置検出用計時データ演算手段
２９ 点火許否手段
３０ 点火タイマ制御手段
３１ 定常時点火位置検出用計時データ演算手段
３２ 点火タイマ制御手段

Claims (12)

1. 内燃機関と同期回転する磁石式交流発電機に設けられて正方向電圧からなる半波と該正方向電圧からなる半波の前後にそれぞれ現れる第１及び第２の負方向電圧からなる半波とを有する交流電圧を前記内燃機関の正転時に該機関のクランク軸の１回転当たり１回発生するエキサイタコイルと、点火コイルの一次側に設けられて前記正方向電圧により一方の極性に充電される点火用コンデンサと、点火信号が与えられたときに導通して前記点火用コンデンサに蓄積された電荷を前記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放電用スイッチと、前記内燃機関の点火位置で前記放電用スイッチに点火信号を与える点火制御部とを備えた内燃機関用点火装置において、
   前記点火制御部は、点火位置検出用計時データを計測する点火タイマを備えて該点火タイマが点火位置検出用計時データの計測を完了したときに前記点火信号を発生する点火信号発生手段と、前記第１の負方向電圧の発生位置と第２の負方向電圧の発生位置とを検出する負方向電圧発生位置検出手段と、前記内燃機関が始動時の状態にあるのか始動が完了した状態にあるのかを判定する運転状態判定手段と、前記運転状態判定手段により内燃機関が始動時の状態にあると判定されているときに前記点火信号の発生位置を制御する始動時点火制御手段と、前記運転状態判定手段により内燃機関が定常運転時の状態にある状態にあると判定されているときに前記点火信号の発生位置を制御する定常運転時点火制御手段とを備え、
   前記始動時点火制御手段は、前記第１の負方向電圧の発生位置が検出されてから第２の負方向電圧の発生位置が検出されるまでの時間Ｔ1と前記第１の負方向電圧の発生位置から第２の負方向電圧の発生位置までの角度とから求まる前記内燃機関の回転速度で前記内燃機関が前記第２の負方向電圧の発生位置から始動時に適した点火位置まで回転するのに要する時間Ｔigsを前記点火位置検出用計時データとして演算して該点火位置検出用計時データの計測を前記点火タイマに開始させる過程を前記第２の負方向電圧の発生位置が検出されたときに行なうように構成されていること、
   を特徴とする内燃機関用点火装置。
2. 前記定常運転時点火制御手段は、前記第１の負方向電圧の発生位置が検出されたときに、下記の（ａ）の過程と（ｂ）の過程とを行うように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火装置。
   （ａ）前記第１の負方向電圧の発生位置が検出される周期Ｔ2から前記内燃機関の回転速度を求める演算と、
   前記周期Ｔ2から求めた回転速度に対して前記内燃機関の定常運転時の点火位置θignを求める演算と、
   前記点火位置θignと前記周期Ｔ2とを用いて、前記内燃機関が、前記周期Ｔ2から求めた回転速度で前記第１の負方向電圧の発生位置から前記点火位置θignまで回転するのに要する時間Ｔignを、前記点火位置検出用計時データとして求める演算と、
   を行う過程。
   （ｂ）前記点火位置検出用計時データの計測を前記点火タイマに開始させる過程。
3. 前記負方向電圧発生位置検出手段は、前記第１の負方向電圧の発生位置が検出されてから第２の負方向電圧の発生位置が検出されるまでの時間と第２の負方向電圧の発生位置が検出されてから次の第１の負方向電圧の発生位置が検出されるまでの時間との長短から前記第１の負方向電圧の発生位置及び第２の負方向電圧の発生位置を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用点火装置。
4. 前記エキサイタコイルの出力電圧を入力として負方向電圧の発生位置に立下がりを有する矩形波信号に変換する波形整形回路と、前記矩形波信号の立下がりをクランク信号として認識して該クランク信号を認識する毎にタイマの計測値を読み込んで前回のクランク信号が発生してから今回のクランク信号が発生するまでの経過時間を検出する経過時間検出手段とが設けられ、
   前記負方向電圧発生位置検出手段は、前記経過時間検出手段が前回検出した経過時間Ｔoldと今回検出した経過時間Ｔnewとを比較して、Ｔnew＜Ｔold／ｋ（ｋは１以上の定数）の関係が成立しないときにクランク信号の今回の発生位置が第１の負方向電圧の発生位置であることを検出し、Ｔnew＜Ｔold／ｋの関係が成立したときにクランク信号の今回の発生位置が第２の負方向電圧の発生位置であることを検出するように構成されていること、
   を特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用点火装置。
5. 前記エキサイタコイルの出力電圧を入力として負方向電圧の発生位置に立上がりを有する矩形波信号に変換する波形整形回路と、前記矩形波信号の立上がりをクランク信号として認識して該クランク信号を認識する毎にタイマの計測値を読み込んで前回のクランク信号が発生してから今回のクランク信号が発生するまでの経過時間を検出する経過時間検出手段とが設けられ、
   前記負方向電圧発生位置検出手段は、前記経過時間検出手段が前回検出した経過時間Ｔoldと今回検出した経過時間Ｔnewとを比較して、Ｔnew＜Ｔold／ｋ（ｋは１以上の定数）の関係が成立しないときにクランク信号の今回の発生位置が第１の負方向電圧の発生位置であることを検出し、Ｔnew＜Ｔold／ｋの関係が成立したときにクランク信号の今回の発生位置が第２の負方向電圧の発生位置であることを検出するように構成されていること、
   を特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用点火装置。
6. 前記運転状態判定手段は、前記内燃機関の回転速度が始動判定速度未満の時に前記内燃機関が始動時の状態にあると判定し、前記内燃機関の回転速度が前記始動判定速度以上を一定期間継続したときに前記内燃機関が定常運転時の状態にあると判定するように構成されている請求項１ないし５のいずれか１つに記載の内燃機関用点火装置。
7. 前記運転状態判定手段は、内燃機関の回転速度が始動判定速度未満で、かつ内燃機関の始動操作が開始された後の該機関のクランク軸の回転回数が設定回数以下であるときに前記内燃機関が始動時の状態にあると判定し、前記内燃機関の回転速度が始動判定速度以上を一定期間継続したとき、及び前記内燃機関の回転速度が始動判定速度未満であるが前記内燃機関の始動操作が開始された後の該機関のクランク軸の回転回数が前記設定回数を超えているときには前記内燃機関が定常運転時の状態にあると判定するように構成され、
   前記設定回数は、前記内燃機関が始動できない状態で人力によりクランキングを行なった際のクランク軸の最大回転回数に相当する値に設定されていること、
   を特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の内燃機関用点火装置。
8. 前記始動時に適した点火位置は予め複数設定されていて、前記第１の負方向電圧の発生位置が検出される周期から演算された前記回転速度に応じて始動時に適した点火位置として設定されている点火位置の中から最適の点火位置が選択されること、
   を特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の内燃機関用点火装置。
9. 前記始動時点火制御手段は、前記第２の負方向電圧の発生位置が検出されてから次の第１の負方向電圧の発生位置が検出されるまでの時間Ｔ0と前記第１の負方向電圧の発生位置が検出されてから第２の負方向電圧の発生位置が検出されるまでの時間Ｔ1との比Ｔ0／Ｔ1が設定値以上であるときに前記始動時の点火信号の発生を許可し、前記比Ｔ0／Ｔ1が設定値未満であるときに前記始動時の点火信号の発生を禁止する点火許否手段を更に備えている請求項１ないし８のいずれか１つに記載の内燃機関用点火装置。
10. 前記始動時点火制御手段は、前記第１の負方向電圧の発生位置が検出されてから第２の負方向電圧の発生位置が検出されるまでの時間Ｔ1が設定値以下であるときに前記始動時の点火信号の発生を許可し、前記時間Ｔ1が設定値を超えているときに前記始動時の点火信号の発生を禁止する点火許否手段を更に備えている請求項１ないし８のいずれか１つに記載の内燃機関用点火装置。
11. 前記磁石式交流発電機は、前記内燃機関の正転時に前記エキサイタコイルが前記第１の負方向電圧を発生する直前に前記正方向電圧よりも波高値が低い他の正方向電圧を発生するように構成され、
    前記波形整形回路は、フィルタ用コンデンサと抵抗器との並列回路からなるフィルタと、入力される負方向電圧が該フィルタ用コンデンサの両端の電圧を超えたときにオン状態になるスイッチ手段とを備えて該スイッチ手段の両端に矩形波信号を発生するように構成され、
    前記内燃機関の正転時には前記エキサイタコイルが２つの負方向電圧をそれぞれ発生する毎に前記スイッチ手段がオフ状態からオン状態になり、前記内燃機関の逆転時には前記エキサイタコイルが最初の負方向電圧を発生したときに前記スイッチ手段がオフ状態からオン状態になるが２番目の負方向電圧を発生したときには前記スイッチ手段がオフ状態を保持するように前記フィルタ用コンデンサの放電時定数が設定されていること、
    を特徴とする請求項４に記載の内燃機関用点火装置。
12. 前記磁石式交流発電機は、前記内燃機関の正転時に前記エキサイタコイルが前記第１の負方向電圧を発生する直前に前記正方向電圧よりも波高値が低い他の正方向電圧を発生するように構成され、
    前記波形整形回路は、フィルタ用コンデンサと抵抗器との並列回路からなるフィルタと、入力される負方向電圧が該フィルタ用コンデンサの両端の電圧以下のときにはオン状態を保持し、入力される負方向電圧が前記フィルタ用コンデンサの両端の電圧を超えている間オフ状態になるスイッチ手段とを備えて該スイッチ手段の両端に矩形波信号を発生するように構成され、
    前記内燃機関の正転時には前記エキサイタコイルが２つの負方向電圧をそれぞれ発生する毎に前記スイッチ手段がオン状態からオフ状態になり、前記内燃機関の逆転時には前記エキサイタコイルが最初の負方向電圧を発生したときに前記スイッチ手段がオン状態からオフ状態になるが、２番目の負方向電圧を発生したときには前記スイッチ手段がオン状態を保持するように前記フィルタ用コンデンサの放電時定数が設定されていること、
    を特徴とする請求項５に記載の内燃機関用点火装置。
    

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