JPH04219468A - 内燃機関の点火装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、クランク軸が１回転す
る毎に、１つの所定のクランク軸角度位置に対応する基
準マークを供給する例えばクランク軸信号発生器（ＫＷ
発生器）等の基準マーク発生器と、クランク軸が２回転
する間に、内燃機関の気筒数に相応する数の、カム軸位
置に対応する位相信号を発生する例えばカム軸信号発生
器（ＮＷ発生器）等の位相信号発生器とを具備し、位相
信号のうちの１つは、点火サイクルの開始を表すサイク
ル信号の形成に用いられる内燃機関の点火装置に関する
。

【０００２】

【従来の技術】ドイツ特許出願公開第３６３４５８７号
公報から、内燃機関と同期して駆動される反射絞りを有
する、内燃機関の点火装置が公知である。この場合、ホ
ールアパーチュアは、それぞれ各気筒に配置されている
開口部を有し、これにより、対応する数の位相パルスが
形成される。開口部のうちの１つは、他の開口部に比し
て幅広く形成されており、これにより、基準マークと共
働して点火サイクルの開始を表す位相パルスが形成され
る。基準マークは、所定のクランク軸角度位置に対応す
る信号をクランク軸の１回転毎に発生するＫＷ発生器か
ら供給される。ＫＷ発生器が故障した場合、ホールアパ
ーチュアを備えているホールセンサの位相信号により非
常動作を行うことができる、何故ならば内燃機関の制御
機器は、幅広く形成されている一方の位相信号により点
火サイクルの開始を検出することができるからである。 この場合、固定の非常動作点火角が定められており、各
位相信号の前縁が発生すると点火コイルが充電され、位
相角のその都度の後縁が発生すると点火がトリガされる
。回転形点火分配の場合には点火サイクルの検出は重要
でない、何故ならば分配は高電圧分配器により行われる
からである。これに対して静止形分配の場合、点火サイ
クルの開始は確実に検出しなければならない。動作中の
内燃機関はダイナミック系であるので、点火開始を表す
位相信号を所定動作点で前述の方法により検出すること
は常に可能であるとはかぎらず、従って誤制御が生じ、
ひいては内燃機関を損傷する及び／又は過負荷する動作
状態が生ずることがある。

【０００３】文献“ＳＡＥ　　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　　
Ｐａｐｅｒ　　Ｓｅｒｉｅｓ”，８２０２５６，“４ビ
ットマイクロコントローラを有する低コスト電子点火制
御装置”，Ｒｉｃｈａｒｄ　　Ｗ．　　Ｋｏｖｅｎｅｒ
，１９８２，から、内燃機関のクランク軸に、周縁に分
配されている開口部を備えているセンサディスクを固定
し、クランク軸の位置を検出器により検出することがで
きるように２重開口部を設けることが公知である。従っ
て装置は、公知の基準マーク発生器の機能を有する。

【０００４】

【発明の効果】従来の技術に対して、請求項１の特徴部
分に記載の構成を有する本発明の点火装置は、静止形又
は回転形点火分配を有する装置においてＫＷ発生器が故
障した場合に非常動作が確実に各動作点において可能で
ある利点を有する、何故ならば点火サイクルの開始を制
御機器の計算機により支障なく検出することができ、こ
の検出はたとえダイナミックな状態変化においても可能
であるからである。このために、特定の気筒に対応する
第１の位相信号と、この位相信号に隣接して後続する位
相信号との間に、対応する第１の位相信号と共働してサ
イクル信号を形成する識別信号が配置される。従って位
相信号発生器は７２０°のクランク軸角毎に、位相信号
と識別信号とから成る１つのサイクル信号を発生し、こ
れにより点火サイクル開始を絶対に確実に検出すること
が可能となる。ダイナミック変化を考慮したとしても、
点火サイクルの開始は確実に検出することができる、何
故ならば従来の技術におけるように拡大された信号幅に
ではなく、“２重信号”に非常動作の際に調整されるか
らである。

【０００５】通常動作の場合、すなわちＫＷ発生器が支
障なく動作している場合には点火検出は、サイクル信号
に対応する位相信号がその他の位相信号に比してより大
きい信号幅を有する場合には遅くともクランク軸が１回
転した後には可能である。従って基準マークは、幅広く
形成されている位相信号と時間的に一致する。これは７
２０°毎に行われ、従って３６０°の周期の間にこの一
致が生じた場合には、点火サイクルを開始する気筒（例
えば気筒１）が検出され、一致が生じない場合には検出
されず、従って検出されない場合にも気筒の特定が、検
出された場合と同様に支障なく可能である。

【０００６】有利には識別信号は、対応する位相信号に
直接後続する識別パルスである。

【０００７】有利には位相信号は、負のパルスにより形
成される。これは、先行の信号振幅の値が位相信号の領
域内で減少することを意味する。

【０００８】１つの有利な実施例においては、識別パル
スが、１０°のクランク軸回転（クランク軸角）に相応
するパルス幅を有することを意味する。識別パルスの終
わりをはっきりと検出することができるように、識別パ
ルスにはパルス休止期間が後続する。有利にはパルス休
止期間は１０°のクランク軸回転に相応する。

【０００９】有利には、気筒数が増加するとともに位相
信号の信号幅が減少する。例えば、４気筒内燃機関にお
いて、識別信号に対応する位相信号の信号幅が約９０°
のクランク軸角に相応し、その他の位相信号の信号幅が
約４０°のクランク軸角に相応する。６気筒内燃機関に
おいて、識別信号に対応する位相信号の信号幅が約８０
°のクランク軸角に相応し、その他の位相信号の信号幅
が約３０°のクランク軸角に相応する。５気筒内燃機関
において、識別信号に対応する位相信号の信号幅が約７
０°のクランク軸角に相応し、その他の位相信号の信号
幅が約４０°のクランク軸角に相応する。８気筒内燃機
関において、識別信号に対応する位相信号の信号幅が約
７０°のクランク軸角に相応し、その他の位相信号の信
号幅が約３０°のクランク軸角に相応する。

【００１０】１つの有利な実施例においては、非常動作
の場合、すなわちＫＷ発生器が故障した場合、位相信号
の前縁が点火コイル充電時間を開始し、位相信号の後縁
が点火をトリガする。これに対して、回転数が低い場合
には位相信号の後縁から充電時間を開始し、固定充電時
間の経過後に点火が行われる。これにより、点火コイル
又は出力段の破壊につながる過度の充電時間を防止する
ことができる。

【００１１】非常動作の場合、サイクル信号により行わ
れる気筒識別（気筒１検出）の後に内燃機関の制御機器
により、識別信号に後続するパルス休止期間を挿入する
。

【００１２】このパルス休止期間の挿入、すなわち非処
理操作は、識別信号の側縁により点火コイルが充電され
たり点火パルスが送出されたりしないために必要である
。

【００１３】

【実施例】次に本発明を実施例に基づき図を用いて詳し
く説明する。

【００１４】以下、クランクシャフト信号発生器（ＫＷ
発生器）と位相信号発生器とを有する、内燃機関の点火
装置を説明する。この内燃機関の点火は内燃機関制御機
器により、内燃機関データ及び動作データを考慮して制
御される。有利にはＫＷ発生器は内燃機関のクランクシ
ャフトの歯付リムと共働し、歯付リムの個々の歯は、Ｋ
Ｗ発生器から供給される電気信号の変化を作用する。歯
付リムの歯と歯溝幅は、内燃機関が回転すると交互に交
代するので、ＫＷ発生器は一種の交流電圧を発生し、こ
の交流電圧から内燃機関の回転数を制御機器により求め
ることができる。歯付リムは歯付リムの周縁の１つの個
所に（例えば１つの歯が無いことにより）特に大きい歯
溝幅を有し、従ってＫＷ発生器の交流電圧も同様に、基
準マークＢＭを形成する１つの対応するギャップを示す
。従って基準マークＢＭは内燃機関のクランク軸の１回
転毎に発生する。有利には基準マークＢＭは、特定の気
筒（例えば気筒１）の上死点ＯＴの前に位置する。特に
、４気筒内燃機関においては基準マークは気筒１の上死
点ＯＴの約８０°前の個所に、６気筒内燃機関において
は気筒１の上死点ＯＴの約７０°前の個所に、８気筒内
燃機関においては気筒１の上死点ＯＴの約６０°前の個
所に、５気筒内燃機関においては気筒１の上死点ＯＴの
約６０°前の個所に位置する。これは図１の線図に示さ
れている。

【００１５】線図の最上段の横軸に基準マークＢＭが（
°ＫＷ（クランク軸角）で）示されている。その下には
４気筒内燃機関における領域ＩでのｔＲパルスの時間変
化が示されている。その下には上死点ＯＴが、対応する
気筒番号と一緒に示されている。次いで位相信号の時間
変化が示されている。最後に、その下に上死点の前１０
°の後縁の個所での点火のスタートが示されている。 基準マークＢＭは上死点の約８０°前に位置する。

【００１６】これに対応する６気筒内燃機関に対する信
号変化が、線図の領域ＩＩに示されている。基準マーク
ＢＭは上死点ＯＴの約７０°前に位置する。

【００１７】領域ＩＩＩにおいては８気筒内燃機関に対
する信号変化が示されており、領域ＩＶにおいては、５
気筒内燃機関に対する信号変化が示されている。８気筒
内燃機関においては基準マークは上死点ＯＴの約６０°
前に位置する。５気筒内燃機関においては基準マークは
上死点の約６０°前に位置する。線図のすべての内燃機
関の形態において点火のスタートは上死点の１０°前の
後縁に位置する。

【００１８】各内燃機関形態に対応する線図に示されて
いる、対応する内燃機関のカム軸と共働する位相信号発
生器の位相信号の時間変化は、各気筒に対応する、負パ
ルスにより形成される位相信号を有する。負パルスは、
各位相信号の領域の中で振幅が減少したことを意味する
。内燃機関のクランク軸は、カム軸の２倍の速度で運動
するので、位相信号発生器は７２０°の点火サイクルの
中で位相信号を供給する。本発明では点火サイクルの開
始は、前述の特定の気筒（例えば気筒１）に対応するサ
イクル信号Ｚにより形成される。サイクル信号Ｚは、特
定の気筒に対応する第１の位相信号と、識別信号とから
成る。図において、位相信号はＰにより示され、識別信
号はＫにより示されている。第１の位相信号をその他の
位相信号から区別するために、第１の位相信号は識別記
号ＰＥにより示される。識別信号Ｋは、対応する第１の
位相信号ＰＥに直接に続く識別パルスとして形成されて
いる。識別信号Ｋにはパルス休止期間Ｌが続く。

【００１９】更に図１にはｔＲパルスが示されている。 このパルスは、制御機器の計算機が基準信号として発生
する、クランク軸角に同期するパルスである。このため
の基礎をＫＷ発生器の交流電圧信号が形成する。

【００２０】装置は、０°のクランク軸位置（ＫＷ）、
３６０°のクランク軸位置（ＫＷ）、７２０°のクラン
ク軸位置（ＫＷ）等において基準マークＢＭが発生する
ように構成されている。その都度のサイクル信号Ｚに対
応する第１の位相信号ＰＥは、０°及び７２０°のクラ
ンク軸位置（ＫＷ）に対応する基準マークＢＭに対して
、その都度基準マークＢＭが、対応する第１の位相信号
ＰＥの長さの中に時間的に位置するようにする。従って
許容誤差を考慮するために第１の位相信号ＰＥは残りの
位相信号Ｐに対してより幅が広く形成されている。３６
０°のクランク軸角位置（ＫＷ）に対応する基準マーク
ＢＭは位相信号Ｐの中に入らない。これにより明確な気
筒への対応が可能となる。

【００２１】詳細には、４気筒内燃機関においては、第
１の位相信号ＰＥの信号幅が９０°のクランク軸角に相
応する。第１の位相信号ＰＥに、１０°のクランク軸角
（クランク軸回転）のパルス幅を有する識別信号Ｋが続
く。識別信号Ｋに続くパルス休止期間Ｌは１０°のクラ
ンク軸角に相応する。個々の位相信号Ｐは４０°のクラ
ンク軸回転の幅を有する。３６０°のクランク軸位置（
ＫＷ）に対応する基準マークＢＭから、後続の位相信号
Ｐの前縁までの間隔は３０°のクランク軸回転に相応す
る。

【００２２】６気筒内燃機関においては、８０°のクラ
ンク軸角の幅を有する第１の位相信号が設けられている
。８気筒内燃機関又は５気筒内燃機関においては、これ
らの信号幅はそれぞれ７０°のクランク軸角に相応する
。６，８及び５気筒内燃機関においては、識別信号Ｋ及
びパルス休止期間Ｌは、４気筒内燃機関の場合と同様に
形成されている。６気筒内燃機関は、３０°のクランク
軸角の幅を有する位相信号Ｐを有する。これは、８気筒
内燃機関の場合も同様である。５気筒内燃機関において
は、前記の信号幅は４０°のクランク軸角に相応する。 ３６０°のクランク軸位置（ＫＷ）に相応する基準マー
クＢＭから、後続の位相信号の前縁までの間隔は、６気
筒内燃機関及び８気筒内燃機関の場合それぞれ２０°の
クランク軸回転角に相応する。５気筒内燃機関において
はこの間隔は２２°のクランク軸角に相応する。

【００２３】内燃機関の通常動作の場合、すなわちＫＷ
発生器及び位相信号発生器が支障なく機能する場合には
、一義的な気筒／識別信号対応が３６０°のクランク軸
角を越すと可能である、何故ならば第１の位相信号ＰＥ
の中の基準マークＢＭか、又は位相信号Ｐの外部に位置
する基準マークＢＭが検出されるからである。ｔＲパル
スの出力は制御機器により、ＫＷ発生器から供給された
信号を用いて行われる。ｔＲパルスは、燃料の噴射時点
の検出に用いられる（Ｔｉ信号）。

【００２４】非常動作の場合、すなわちＫＷ発生器が故
障した場合、識別信号Ｋにより気筒識別を行うことがで
きる。この場合、位相信号ＰＥ、識別信号Ｋ及び場合に
応じて付加的にパルス休止期間Ｌのパルス持続時間を比
較することにより、ダイナミック動作の場合でも常に一
義的に、点火サイクルの開始を表すサイクル信号Ｚを検
出することができる。従って気筒１は７２０°のクラン
ク軸角の中で申分なく検出することができる。

【００２５】内燃機関が回転分配器を有する場合、非常
動作においては点火出力は位相信号発生器の位相信号を
介して制御される。この場合にはｔＲパルスは用いるこ
とができない、何故ならばｔＲパルスは、故障したＫＷ
発生器に依存するからである。位相信号ＰＥ、の各前縁
において点火コイル電流が投入接続され、各位相信号Ｐ
Ｅ，Ｐの後縁により点火が行われる。回転数が低い場合
には前述とは異なり、有利にはバッテリー電圧に依存す
る、後縁から始まる点火コイル固定投入接続時間が出力
されることもある。これは図には、高電圧記号の矢印に
より示されている。気筒識別は回転分配器の場合には必
要でない、何故ならば分配器フィンガと気筒との間に固
定している対応が存在するからである。

【００２６】内燃機関が静止形分配器を有し、ＫＷ発生
器の故障により非常動作が行われる場合、点火出力は同
様に位相信号ＰＥ，Ｐを介して制御される。点火コイル
の充電時間の開始の位置と、点火パルスの送出は、前述
の回転分配器の場合と同様に実現される。しかし更に気
筒識別（気筒１の検出）が必要である。従って先ず初め
に、本発明の検出信号Ｋにより気筒１の識別が行われ、
次いで前述のように点火が行われる。この場合に次いで
、識別信号Ｋに後続するパルス休止期間Ｌが挿入される
、何故ならばこれにより形成されるパルス側縁により、
誤って計数されて誤った時点で点火パルスが送出される
ことが排除されるからである。前述の非常動作は任意の
気筒数の内燃機関に対して可能である。

【００２７】現在の内燃機関は、前述の基準信号（ｔＲ
パルス）に依存して動作する噴射装置を備えているので
、非常動作の場合（すなわちＫＷ発生器が故障した場合
）に特別な措置を講じなければならない、何故ならば同
時にｔＲパルスも無くなるからである。

【００２８】いわゆるＳＥＦＩ噴射（シーケンシャル燃
料噴射）においては、制御機器のマスターマイクロコン
トローラにより定められた量（例えば回転数、予貯蔵、
噴射時間等）がスレーブマイクロコントローラ（ＳＥＦ
Ｉ−μＣ）に伝送される。この伝送は通常動作ではｔＲ
パルスと同期して行われる。非常動作ではｔＲパルスは
無いので、位相信号ＰＥ，Ｐの正の側縁における代用ｔ
Ｒパルスが出力され、代用ｔＲパルスは噴射パルス（Ｔ
ｉパルス）の基礎にされる。このために識別信号Ｋの後
のパルス休止期間の側縁を抑圧して、この側縁が誤って
代用ｔＲパルス側縁として用いられることがないように
する必要がある。通常動作とは異なり非常動作で生ずる
、ｔＲパルスの角度変化（クランク軸角）は許容されな
ければならない。

【００２９】内燃機関が同時噴射装置を有する場合、噴
射開始（Ｔｉパルス）は同様に、その都度の（気筒数／
２の）位相信号の後の正のセグメント側縁に置かれる。 気筒へのＴｉ位置の正確な対応は、気筒検出がされない
場合には維持することができない。

【００３０】グループ噴射の場合には、非常動作の場合
に気筒対応が欠落していると同時噴射に切換えられるか
、又は誤りの気筒対応で運転される。誤りの気筒対応で
の運転は非常動作の場合には許容される。気筒検出を行
うことができる場合、グループ噴射を保持することがで
きる。この場合、第１のグループのためのＴｉ開始を、
位相信号ＰＥに間隔（気筒数／２）−１で後続する位相
信号Ｐに対応させると良い。この対応は４，６及び８気
筒内燃機関において好適である。

【００３１】更に、前もって角度の固定された点火コイ
ル接続持続時間によりコイルの十分な充電が保証されて
いる回転数の限界を上回る回転数では回転数制限を噴射
の遮断により行わなうと好適である。有利にはこの回転
数閾値はバッテリー電圧に依存する。この代わりに、回
転数が高い場合には、先行の気筒の後縁から経過した時
間を計数することによりコイルの接続持続時間を所要時
間に延長することもできる（準セグメント方式）。

【００３２】図２は、前述の装置のブロック回路図であ
る。内燃機関１０はカム軸ＮＷとクランク軸ＫＷとを有
する。クランク軸ＫＷ及びカム軸ＮＷは歯付ベルト伝達
装置１１を介して相互に連結されている。カム軸ＫＷの
上には、カム軸信号発生器（ＮＷ発生器）１３と共働す
る発生器素子１２が設けられている。クランク軸の上に
は回転不能に別の発生器素子１４が固定されており、発
生器素子１４はクランク軸信号発生器１５（ＫＷ発生器
）と共働する。

【００３３】クランク軸信号を供給するＫＷ発生器１５
はインターフェース回路１６と接続されている。ＮＷ発
生器１３は別のインターフェース回路１７と接続されて
いる。インターフェース回路１６の出力側は基準マーク
検出回路１８の入力側と、ＫＷ発生器故障検出回路１９
の入力側とに接続されている。更に前記インターフェー
ス回路１６の出力側は第１の評価回路２０に接続されて
いる。評価回路２０は閉成時間及び点火角度の計算を行
い、場合に応じて通常動作における静止分配を行う。

【００３４】更にインターフェース回路１６の前記出力
側は第１の切換えスイッチ２１を介して第２の評価回路
２２の入力側に接続され、評価回路２２は噴射時間の計
算を行い、場合に応じてＳＥＦＩ噴射のために用いられ
る。

【００３５】インターフェース回路１７の出力側も同様
にＫＷ発生器故障検出回路１９と接続され、更に第１の
切換えスイッチ２１の別の切換端子と、第３の評価回路
２３の入力側とに接続されており、評価回路２３は閉成
時間及び点火角の計算と、場合に応じて非常動作におけ
る静止分配を行う。インターフェース回路１７の出力側
は更に通常動作のための気筒１検出回路２４の入力側と
、非常動作のための気筒１検出回路２５とに接続されて
いる。非常動作においてはサイクル信号Ｚが位相信号Ｐ
Ｅと識別信号Ｋと場合に応じてパルス休止期間Ｌとのパ
ルス持続時間の比較により形成される。基準マーク検出
回路１８の出力側も同様に気筒１検出回路２４の入力側
に接続されている。

【００３６】気筒１検出回路２４の出力側は第１の評価
回路２０の入力側と、第２の切換えスイッチ２６とに接
続され、切換えスイッチ２６は、図２に示されている位
置において、第２の評価回路２２の入力側との接続を形
成する。気筒１検出回路２５の出力側は第２の切換えス
イッチ２６の別の切換端子と接続され、更に第３の評価
回路２３の別の入力側と接続されている。第１の評価回
路２０の出力側は第３の切換えスイッチ２７と接続され
、切換えスイッチ２７は、図２に示されている位置にお
いて、第１の評価回路２０を（図示されていない）１つ
又は複数の点火コイル２８と接続する。第２の評価回路
２２の出力側からは、内燃機関１０の（図示されていな
い）燃料噴射弁２９を制御するための信号が取出される
。第３の評価回路２３の出力側は第３の切換えスイッチ
２７の別の切換端子と接続されている。

【００３７】ＫＷ発生器故障検出回路１９から制御線３
０が出ており、制御線３０は第１、第２及び第３の切換
えスイッチ２１、２６、２７を制御する。図２に示され
ている、切換えスイッチ２１、２６及び２７の切換え位
置においては内燃機関１０は通常動作をする。非常動作
が行われる切換え位置は、破線により示されている。こ
の位置は、ＫＷ発生器故障検出回路１９により実現され
る。

【００３８】更に内燃機関１０は負荷信号発生器３１を
有し、負荷信号発生器３１は、対応する負荷信号を第１
の評価回路２０の入力側と、第２の評価回路２２の入力
側とに供給する。

【００３９】基準マーク検出回路１８、ＫＷ発生器故障
検出回路１９、第１の評価回路２０、第２の評価回路２
２及び第３の評価回路２３、気筒１検出回路２４及び気
筒１検出回路２５はマイクロコントローラμＣの中に統
合されている。

【００４０】内燃機関１０の通常動作においては、図２
の回路装置に示されているように、内燃機関のＫＷ信号
とＮＷ信号との双方が相応して評価され、処理される。 ＫＷ発生器故障検出回路１９がＫＷ発生器１５の機能障
害を検出すると、切換えスイッチ２１、２６及び２７は
、図２に破線で示されている位置に移動し、前述のよう
に非常動作が行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】４，６，８及び５気筒内燃機関のそれぞれに対
応する線図である。

【図２】回路装置のブロック回路図である。

【符号の説明】

１０　　　　内燃機関 １２　　　　発生器素子 １４　　　　発生器素子 １５　　　　クランク軸信号発生器 １６　　　　インターフェース回路 １７　　　　インターフェース回路 １８　　　　基準マーク検出回路 ２０　　　　評価回路 ２１　　　　切換えスイッチ ２２　　　　評価回路 ２３　　　　評価回路 ２４　　　　気筒１検出回路（通常動作用）２５　　　
　気筒１検出回路（非常動作用）２６　　　　切換えス
イッチ ２７　　　　切換えスイッチ ２８　　　　点火コイル ２９　　　　燃料噴射弁 ３０　　　　制御線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　クランク軸が１回転する毎に、１つの
   所定のクランク軸角度位置に対応する基準マークを供給
   する例えばクランク軸信号発生器（ＫＷ発生器）等の基
   準マーク発生器と、クランク軸が２回転する間に、内燃
   機関の気筒数に相応する数の、カム軸位置に対応する位
   相信号を発生する例えばカム軸信号発生器（ＮＷ発生器
   ）等の位相信号発生器とを具備し、位相信号のうちの１
   つは、点火サイクルの開始を表すサイクル信号の形成に
   用いられる内燃機関の点火装置において、特定の気筒（
   気筒１）に対応する第１の位相信号（ＰＥ）と、位相信
   号（ＰＥ）に隣接して後続する位相信号（Ｐ）との間に
   識別信号（Ｋ）を配置し、識別信号（Ｋ）は、対応する
   第１の位相信号（ＰＥ）と共働して、ＫＷ発生器が故障
   した場合に行われる非常動作においてサイクル信号（Ｚ
   ）を形成することを特徴とする内燃機関の点火装置。