JPH028147B2

JPH028147B2 -

Info

Publication number: JPH028147B2
Application number: JP49038755A
Authority: JP
Inventors: Harorudo Fuoodo Eritsuku
Original assignee: OOTOKAA IKUITSUPUMENTO Ltd
Current assignee: OOTOKAA IKUITSUPUMENTO Ltd
Priority date: 1973-04-06
Filing date: 1974-04-05
Publication date: 1990-02-22
Anticipated expiration: 1994-04-05
Also published as: GB1420814A; DE2416115A1; SE392507B; ZA741731B; IT1004459B; CA1018245A; BR7402727D0; DE2416115C2; US3896776A; ES425385A1; JPS5029930A; AU6704874A; FR2224646A1; FR2224646B1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は内燃機関用点火装置に関し、さらに詳
しく言うとスパークを点滅する時期に関するもの
である。

既知の型の内燃機関用点火装置は機関のクラン
ク軸からの適当な歯車を介して駆動するカムによ
り作動するブレーカ接点を使用している。この装
置において、接点が閉じると電池は機関速度に関
係なく、一定のクランク軸回転数に合わせて点火
コイルの両端に接続される。ブレーカ接点が開か
れる時に始まるスパークの持続時間は本装置の電
気的変数の関数であり、機関速度とはほとんど無
関係である。

別の既知の型の内燃機関用点火装置では、点火
コイルへの電流を切つてスパークを開始させ、そ
して次のスパークが必要になる前の適当な時期に
再び電流を流すように磁気トリガが使用されてい
る。点火コイルの点滅間の時間は適当な制御装置
により機関の速度と関連しており、コイルにはス
パークを発生するのに十分なエネルギを蓄積する
ための十分な「オン」時間が与えられる。

もうひとつの既知の型の点火装置は光学電子装
置により適当なクランク軸の位置でトリガされ、
そのトリガは点火コイルへの電流を切り、そのコ
イルは切つてから一定時間後に再び電池に接続さ
れる。このような装置ではスパークが始まるクラ
ンク軸位置は正確に定められる。スパークの持続
時間は装置の電気的変数によるものであり、コイ
ルのオンは、クランク軸の特定の角度というより
むしろ、コイルのオフ後一定時間後に行われる。
この装置は、スパークがコイルの「オン」の安定
状態を有する電子回路で発生し、そして１次巻線
の電流を遮断するため不安定状態にトリガされ、
そこでスパークを発生するのに必要な２次電圧を
生じ、回路はその後一定時間で安定状態に戻るか
ら、有効的な単安定装置である。

上記単安定の光学電子制御装置についての既知
の改良装置は、コイルのオン、オフに対応するク
ランク軸の角度が相互に一定の角変位を有してい
る双安定装置であり、これは英国特許第1219833
号に発表されている。

最近、車の排気物による汚染に対する関心が深
まるにつれて、車の性能について非常に厳しい要
求が生じてきた。燃料の正しい燃焼を生じさせる
ために、清浄な排気物、正しいタイミングそして
十分強力な点火スパークが燃焼室内に確実に与え
られなければならないことが明白になつてきた。
点火装置の最も重要な構成部品は点火プラグであ
り、従つて点火プラグが良好な状態にあるという
ことは、適切なスパークを発生するため不可欠な
ことである。長期間にわたりある機関が排気汚染
の要求事項を満足しているとすれば、その点火プ
ラグは良好な状態に維持されているに違いない
し、そして機械的干渉なしにその目的を達成する
ためには、今まで次の理由により必要と考えられ
ていたより一層完全なスパークタイミングのそし
て特に角度的持続時間の制御を必要とする。

内燃機関内の燃焼工程の研究により、この燃焼
工程が２つのはつきりとした段階を有することが
わかつた。最初にスパークの開始後混合気が点火
され、そしてほのおが燃焼室内にひろがり始める
低圧段階がある。引続きある時点で、燃焼の第２
の爆発段階の始まりを示す気筒内の圧力の鋭い不
連続性が観察される。燃焼の第１段階の間は燃焼
室内の温度及び圧力が燃焼の第２段階の間の燃焼
室内の温度及び圧力と比較して低い。

点火プラグの損耗状態を研究した結果、燃焼の
第１段階の間プラグがスパークしている時はプラ
グはほとんど損耗せず、従つて、スパーク・ギヤ
ツプを越えてわずかな金属が移転されることによ
る電極の退化はほとんどないことがわかつた。然
しながら、燃焼の第２段階の間に点火プラグがス
パークしている時は、すなわち、周囲の温度及び
圧力が非常に高い時は、電極間の金属の移転は急
激に加速され、これに比例して損耗速度も増加す
ることがわかつた。

燃焼の第２段階のはじめまでに気筒内の混合気
はよく燃焼しているから、点火プラグにおけるス
パークの存在は気筒内の引き続く燃焼工程にとつ
て不要である。点火プラグが燃焼の第２段階中も
ずつとスパークを続けていた場合、点火プラグは
前述のように速い速度で損耗される。従つて点火
プラグを良好な状態に維持するためには、燃焼の
第１段階のおわりにスパークを停止させることが
必要である。実験の結果、ピストンが気筒の上死
点（T.D.C.）と約5゜おくれとの間にある領域に達
する時に、燃焼工程の第１段階のおわりが起きる
ことがわかつた。

すべての先行技術の点火装置の欠点はスパーク
を切る時点の制御が欠けていることであり、従つ
てすべての先行技術のブレーカなしの点火装置で
は、点火プラグが燃焼の第２段階の途中までスパ
ークして点火プラグの損耗を早めるという状態が
生じるおそれがある。

先行技術の点火装置のもうひとつの欠点は、も
しその電気的変数が比較的短いスパークを発生す
るように選択されると、このスパークは点火を助
けるためスパークが存在した方が良い燃焼の第１
段階のおわりにならないうちに消えてしまうおそ
れがある（機関の回転速度がおそい場合）。

本発明の目的は、既知装置の上述の欠点のいく
つかまたはすべてを部分的に、または完全に克服
する内燃機関用点火装置を提供することである。

本発明によれば、点火プラグにおけるスパーク
は、スパークの始まるクランク軸角度とは関係な
く所定のクランク軸角度で消滅する内燃機関用電
子点火装置が提供される。

この点火装置は、すべての速度でスパークを連
続に維持するのに十分なエネルギを蓄積できる点
火コイル装置を有しており、各速度で点火装置の
点火時期に対応するクランク軸角度で点火開始
し、そして所定のクランク軸角度で点火を終るの
が好ましい。

クランク軸角度は、放射線放出装置から放射線
感知装置への放射線ビームの通路が選択されたク
ランク軸角度で遮断または再開される装置により
検出されることが好ましい。

前記放出及び受信素子間の放射線伝送路の再開
はスパークが消滅すべきクランク軸角度に対応し
ていることが好ましい。

前記放出及び受信素子間の放射線伝送の遮断は
すべての機関状態のもとに必要なスパークの点火
のための最大進角に対応していることが好まし
い。

スパークの開始がスパークの最大進角位置から
適当な数のクランク軸角度だけ遅角され、その遅
角を機関の負荷及び（または）機関の速度に従つ
て制御する装置が設けられていることが好まし
い。

このようにスパークの開始を最大進角に対する
遅角で行うようにした装置は、第２の放射線通路
を有しており、その通路はクランク軸の小刻みな
角度で遮断・再開され、第１の放射線通路の遮断
後にカウントされたクランク軸の小刻みな角度の
数で遅角を決定していることが好ましい。

内燃機関用の本電子点火装置は、一連の交互に
高低する信号を作るため機関の回転と同期した第
１の方形波電圧パルス列を発生する装置と、この
パルス列よりはるかに高い周波数の第２の方形波
電圧パルス列を発生する装置と、第１の電圧パル
ス列に関して与えられた点から第２の電圧パルス
列の数をカウントする装置と、このカウントが完
了した後そのカウント装置から所定レベルの出力
を発生する第１装置と、第１パルス発生装置から
の所定レベルの信号とスパークを開始するカウン
ト装置からの所定レベルの信号との両方の存在を
検出し、第１パルス発生装置からの信号のレベル
が反転するときにスパークを消滅させるための装
置と、機関の速度及び（または）機関上の負荷状
態に従つてカウント装置のカウント値を変化させ
る装置を備えていることが好ましい。

本電子装置は点火の進み及びおくれを制御し、
カウント装置は最大進角位置からカウントを始め
る。従つて第１トリガ装置からの所定レベルの信
号でカウント装置はカウントを始め、そして予め
設定したパルス数をカウントダウンしたとき所定
レベルの信号を与えてスパークを開始させること
が好ましい。

このカウント装置は好ましくは分周器である。

分周器のカウント値を変えるための装置として
コンピユータが用いられ、そのデジタル出力は機
関の速度及び（または）負荷状態に関するデジタ
ル情報に従つて変化されることが好ましい。

第１及び第２のパルス列は、交互に反転関係に
切換えるように配列された複数個のトランジスタ
から成るトリガ回路により急速に切換えられて電
流増幅される。このトリガ回路では、どの時点で
も少なくとも１個のトランジスタが常に完全に飽
和し、同時にその両隣りのトランジスタは全くオ
フになつている。

第１トリガ及びカウント装置からの出力は、１
段または２段以上の前置増巾段を介して電力トラ
ンジスタ段を動作させ、点火コイルの第１次巻線
を通る電流を遮断することによりスパークを開始
する。

この電力トランジスタ段は共通のコレクタ電
極、ツエナ・ダイオード、及び直列抵抗を有する
ダーリントン対を用いることができ、また共通の
コレクタと第１トランジスタのベース電極との間
にバリスタを接続してもよい。このトリガ回路の
最後のトランジスタのコレクタ電極は好ましくは
直列に接続されたダイオードとリアクタとにより
ダーリントン対の第１トランジスタのベース電極
に接続されており、それはダーリントン対の切換
速度を減速する作用をする。なお、リアクタは鉄
心入りのインダクタンスである。

本発明を以下添付図面を参照してより詳しく説
明する。

本発明による点火制御装置は以下４気筒内燃機
関の場合について説明する。

第１図から第３図までにおいて、本装置はスパ
ークの点火進角とスパークの停止を電気的に制御
する全体として１で表わされた放射線チヨツパ装
置と、第１急速半転切換トリガ回路１１と、第２
急速半転切換トリガ回路１２と、分周器１４と、
コンピユータ１６と、増幅器兼電力トランジスタ
段１８とを備えている。

放射線チヨツパ装置１はハウジング２と、円板
３と、円板３を担持する軸４と、赤外放射線源５
及び６と、放射線検出器７及び８から成つてい
る。赤外放射線源５及び６はひ化ガリウムランプ
が好ましく、放射線検出器はフオト・トランジス
タが好ましい。これらの素子はすべてハウジング
２に固定されている。軸４はハウジング２内のベ
アリング（図示されてない）の中に軸支されてお
り、機関のカム軸の速度で駆動される。

チヨツパ円板３は２列の同心円の孔９及び１０
を含んでいる。等間隔に並んだ４つの大きい孔９
と多数の（例えば68個の）小さい孔または細長い
切込み１０がある。孔９はランプ５から来る赤外
放射線がフオト・トランジスタ７に達するように
し、そして切込み１０はランプ６から来る赤外放
射線がフオト・トランジスタ８に達するようにし
ている。ランプ５及び６は共通の安定化電源２０
により付勢される。

各フオト・トランジスタ７及び８からの出力は
各急速反転切換トリガ回路１１及び１２の入力端
子に供給される。第２トリガ回路１２の出力は通
常「０」出力を出すが、コンピユータ１６からそ
れにセツトされたカウント・ダウンの完了と同時
に「１」出力を出す分周器１４に供給される。分
周器１４にセツトされるカウント値は４本の出力
ライン２２ａから２２ｄを介してコンピユータ１
６により制御され、そのおのおのは２進法により
「１」を表わすハイレベルかまたは「０」を表わ
すローレベルのいずれかの値をとる。コンピユー
タ１６は２個の入力端子２４ａ及び２４ｂを介し
て機関の速度及び負荷に関する情報をデジタルの
形で受信する。この情報は既知のすべてのアナロ
グ形の測定装置から得られ、その後、デジタル値
に変換して、コンピユータがカウント・ダウン値
を計算できるようにする。このカウント・ダウン
値に基づき分周器１４は「１」出力を発生し、点
火時期の正しい進みまたはおくれを与える。この
実施例では、コンピユータは最大16のカウント値
を有する。増幅器兼電力トランジスタ段１８は点
火コイル２６の１次巻線を通る電流を制御する。
段１１及び１４からの出力が「０」及び「１」ま
たは「１」及び「０」、または「０」及び「０」
のいずれかの時、電流は点火コイル２６の１次巻
線を通つて流れるが、両方の出力がハイレベル
「１」の時はコイルを通る電流は遮断され、磁束
は消滅し、そしてスパークに必要な高い２次電圧
が生じる。

次に第３図を参照するに、第１及び第２トリガ
回路１１及び１２はそれぞれ第１トランジスタ３
０ａ及び３０ｂ、第２トランジスタ３２ａ及び３
２ｂ、第１コレクタ負荷抵抗３４ａ及び３４ｂ、
第２コレクタ負荷抵抗３６ａ及び３６ｂ、及び帰
還抵抗３８ａ及び３８ｂを有している。各トリガ
回路の第１及び第２トランジスタは相互に反転関
係に切換えるように縦列接続されて、一方が完全
に飽和している（オン）時、他方は完全に非導通
（オフ）になるようになつている。さらに、フオ
ト・トランジスタ７及び８の出力は各第１トラン
ジスタ３０ａ及び３０ｂのベース電極に接続され
ているので、フオト・トランジスタが導通する時
第１トランジスタはオフとなり、その逆の場合は
オンとなる。各ダイオード４０ａ及び４０ｂはフ
オト・トランジスタ７及び８のコレクタ・エミツ
タ電極間に接続され、これらの素子の切換を確実
にさせている。

ひ化ガリウムランプ５及び６はそれぞれ抵抗４
２ａ及び４２ｂと直列に接続され、そして抵抗４
３を介してプラス12ボルトの電池に相互に並列に
接続されている。ツエナー・ダイオード４４は安
定化電圧を作るためにランプ５及び６の両端に並
列接続されている。フオト・トランジスタ７及び
８の両端の電圧もまたツエナ・ダイオード４４に
より安定化されており、これらのフオト・トラン
ジスタはそれぞれ抵抗４６ａ及び４６ｂと直列に
接続されている。

第１のトリガ回路１１のトランジスタ３２ａの
コレクタ電極からの出力は電力トランジスタ段１
８の増幅器段を構成するトランジスタ５０のベー
ス電極に直接に供給されると共に、分周器１４の
セツト／リセツト入力端子に供給される。第２ト
リガ回路１２のトランジスタ３２ｂのコレクタ電
極からの出力は分周器１４を介してトランジスタ
５０のベース電極に間接的に加えられる。トラン
ジスタ５０は段１１及び１４からの出力が共に
「１」を表わすハイレベルの時のみ導通する。こ
のトランジスタは従つて完全に飽和状態になる二
重のハイレベルの場合を除き他の３つの状態では
すべて通常「オフ」となつている。抵抗５２はそ
のコレクタ電極と直列に設けられている。

電力トランジスタ段１８はさらにダーリントン
対として接続されている２個の電力トランジスタ
５４及び５６、ダイオード５８，６０、及び６
２、ツエナ・ダイオード６４、抵抗６６，６８、
及び７０を備えている。電力トランジスタ５４及
び５６はツエナ・ダイオード６４及びダイオード
６２により十分に保護されている。このツエナ・
ダイオードはある電圧レベル以上で導通するもの
で、ダーリントン対がオフになつた時、もし回路
中に正の過渡電圧が誘起されると、ツエナ・ダイ
オード６４をブレーク・ダウンし、抵抗６６を介
して電力トランジスタ５４のベースに電流を流
す。なおこの回路において、抵抗６６の代りにバ
リスタを使用することができる。このようにダー
リントン対は、過渡期間中正の高電圧サージが生
じたときダーリントン対のどの部品も破損される
おそれがないようにオンにされるように制御され
る。ダーリントン対がオフにされる時に生じる負
の過渡電圧はダイオード６２を介してアースに導
かれる。ダイオード５８の目的はツエナ・ダイオ
ード６４を通過する電流がトランジスタ５０を介
してアースに流れるのを防止することである。

点火コイルの２次巻線は在来方法で分配器７４
を介して点火プラグ７２ａから７２ｄまでに接続
されている。

以上述べた回路の変更例として、各フオト・ト
ランジスタのコレクタ電極とアースとの間にそれ
ぞれ第１のコンデンサを接続し、また抵抗３８ａ
及び３８ｂと並列にそれぞれ第２のコンデンサを
接続してもよい。

電子点火制御装置の動作をそこで第４図に示さ
れた３つの波形を参照してさらに詳細に説明す
る。円板３が機関のクランク軸の速度で回転する
と、ランプ５及び６からの赤外放射線は孔９及び
切込み１０を通して各フオト・トランジスタ７及
び８に入射する。従つて、フオト・トランジスタ
７は円板３の１回転毎に４つの電流パルスを発生
し、同時にフオト・トランジスタ８は１回転毎に
多数の（例えば68）パルスを発生する。２つのト
リガ回路１１および１２は波形ａ及びｂをそれぞ
れ発生するため、それらのパルスを急速に切換え
そして増幅する。時刻t₀からt₁までの間フオト・
トランジスタ７は赤外放射線により付勢され、従
つてオンになる。トランジスタ３０ａ及び３２ａ
はそれぞれオフ及びオンであり、それは第１トリ
ガからの出力が「０」を表わすローレベルである
ことを意味する。t₁において、赤外放射線は遮断
され、そして第１トリガ回路の出力は「１」を表
わすハイレベルになる。この出力は分周器１４及
び段１８のトランジスタ５０の両方に加えられ
る。分周器１４はそこでコンピユータ１６からそ
こにセツトされた数に従つて第２トリガ回路１２
からのパルスをカウントする。分周器１４の出力
は、コンピユータが点火の最大の進みを要求しな
い限り時刻t₀から時刻t₁を越すまでローレベル
「０」である。それ故、トリガ１１がハイレベル
出力を発生する時、分周器１４からのローレベル
出力が引続き存在するため電力トランジスタは反
転されない。図示の実施例において、分周器１４
はその出力がハイレベルに切換わる前に合計６個
のパルスをカウント・ダウンするようにセツトさ
れている。それ故、６個のカウントが完了した時
刻t₂において、その出力は７番目のパルスでハイ
レベルになり、トランジスタ５０はオンに反転さ
れる。これは順次に電力トランジスタ・ダーリン
トン対５４−５６をオフに反転し、点火コイル２
６の１次巻線内の電流の流れを切り、従つてコイ
ルの１次巻線内の磁束を消滅させると同時に誘起
される高圧２次電圧を通してスパークを開始す
る。時刻t₃において、第１トリガ回路の出力はロ
ーレベルに戻り、従つて波形Ｃの示すように分周
器をローレベル出力にリセツトしてスパークを消
滅させる。これらの現象はフオト・トランジスタ
７が赤外放射線により再び付勢される時に起き
る。

機関の負荷及び（または）速度が変化すると、
コンピユータ１６はそこに供給される情報からデ
ジタル形式でその出力に加えられるカウントの新
しい値を再計算する。分周器１４は始動後、前よ
りも少ないか又は多いパルスをカウントした時ハ
イレベル出力を出す。従つて以前の点火位置を進
めまたはおくらせるように点火の開始時期を変え
る。図示の実施例において、コンピユータは16個
の最大デジタル出力を有し、分周器のカウント値
は零から16まで変化させることができる。零は最
大進みのカウントであり16は最大おくれのカウン
トである。

機関回転数×10³を横軸にプロツトされた上死
点前（BTDC）のクランク角度で与えられたス
パークの開始時期を示す第５図を参照すると、円
板内の各孔９はランプ５からの赤外放射線が遮断
される時30゜B.T.D.C.でカウントが始まるように
調整されている。4600以上の機関の回転数ではコ
イルは26゜B.T.D.C.で切られる。2100と4600との
間の回転数でコイルはそれぞれ16゜から26゜までの
B.T.D.C.で直線的に変化する角度で切られる。
すなわちそれは、500R.P.M.／2゜の傾斜を有する。
600と2100との間の回転数でコイルは6゜から16゜ま
でのB.T.D.C.で直線的に変化する角度で切られ
る。すなわちそれは300R.P.M.／2゜の傾斜を有す
る。ランプ５からの赤外放射線がフオト・トラン
ジスタ７に入射した時、トリガ回路１１はスパー
クを消磁させるため電力トランジスタ５４，５６
及びコイルをオンにするローレベル出力を発生す
る。従つて、スパークの消滅はクランク軸に関し
て各孔９の前縁の位置に依存する。いずれの場合
もコイルは零度B.T.D.C.で、すなわち上死点で
再びオンに切換えられる。

従つてクランク角度で言えばスパーク持続時間
は最小600回転で6゜から最大4600回転の速度で26゜
まで制御される。

従つて上述の装置は内燃機関内のスパークの開
始時期の進みおくれを電子的に制御するものであ
り、そして前記スパークの消滅時点の電子制御、
すなわちスパークの進みまたはおくれの角度は機
関の速度及び（または）負荷状態により、そして
スパークの消滅時点のそれは機関のクランク軸の
角度により決まる。

上述の電子点火装置は所定のクランク角度でス
パークを消すことについて既知の装置より優れた
点を有し、スパークはこの角度に達するまで維持
されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は内燃機関のスパーク点火装置に使用す
るスパーク制御装置の一実施例を示す回路構成
図、第２図は第１図に示した円板の正面図、第３
図は第１図に示した電子制御装置の詳細な回路
図、第４図は第３図に示した回路の動作の説明を
補足する１組の波形図、そして第５図はスパーク
制御装置の動作を機関速度を変えて説明する線図
である。３……円板、５……赤外放射線源、７……放射
線検出器、１１……第１急速反転切換トリガ回
路、１２……第２急速反転切換トリガ回路、１４
……分周器、１６……コンピユータ。

Claims

【特許請求の範囲】

１１次巻線および２次巻線を有する点火コイル
と、最大進角と最大遅角をそれぞれ表わす２つの
所定の限界の間で機関の条件に従つて決定される
クランク軸角度においてスパークを開始するよう
に前記１次巻線に流れる電流を遮断しその後また
該１次巻線の電流を回復するようにした制御回路
とを備えた内燃機関用電子点火装置において、ス
パークプラグの電極間のスパークを消すために前
記１次巻線の電流が燃焼の第１の段階の終りで回
復されるようにしたことを特徴とする内燃機関用
電子点火装置。