JPH0472069B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明の点火時期制御装置は、車両等における
各種電子装置、殊にガソリンエンジンの点火時期
の最適制御あるいはスターリングエンジンの最適
加熱、冷却制御を必要とする装置などに利用して
好適なものである。

(ロ) 従来の技術 従来の点火系には古くはコンタクトブレーカを
用いた接点式点火装置であつたが、最近では無接
点方式のものが多く採用されるようになつた。

そしてデイストリビユータの回転軸と連動する
歯車状磁極の磁極数と同数のパルス信号を、その
１回転当りに発生する電磁式のピツクアツプが多
く適用されるようになつた。

現在ではエンジンのクランク軸角度の検出精度
が15゜あるいはさらに10゜位とかなり向上したの
で、多くの車両に搭載されている。

しかしながらエンジンでの点火と爆発のタイミ
ングは、その性能や排出窒素酸化物濃度に敏感に
影響するので、クランク軸角度の1゜あるいはそれ
以下の回転をも検出できるような高分解能の新規
なパルス発生器が要望されている。

殊に現行の点火系においてはクランク軸角度の
検出信号として最低２種類を必要としている。

すなわち上に述べたデイストリビユータの回転
角を規定するためのパルス信号のほかに、エンジ
ンのどの気筒の動作であるかを判別するためのパ
ルス信号が必要である。

この２種類の信号を発生させるために、少なく
とも２台の信号発生器が相互の電磁誘導障害等の
防止のために隔離して設置されているのが現状で
ある。従つて２台の信号発生器全体の容積が必然
的に大きくなつている。

また最近になつて異常燃焼振動等によるノツキ
ングの防止のために、最適点火時期特性を車載の
マイクロコンピユータのROMを利用して制御す
ることが行われている。

しかるにこのような制御も、前述したクランク
軸角度の高分解能化された信号処理によつて著し
く合理化できることが期待されている。

なお最近のスターリングエンジンのように加熱
と冷却によるガス圧変化で動作させる試みもある
が、このような場合にも動作位置に対する高精度
の検知手段が要望されている。

一方、これらの要望に対し電磁誘導によるパル
ス起電力を利用した各種の装置が多く実用化され
ている。

しかしながら従来の電磁誘導により発生する起
電力の大きさは、一般に検出コイルに鎖交する磁
束の時間的変化割合に依存するのが普通であるか
ら、その鎖交速度が極めて小さくなると、例えば
回転速度が小さくなると遂には起電力を発生しな
くなるものとされてきた。

しかるに特公昭59−12142号公報の感磁要素と
呼ばれる複合磁性体に対し、検出コイルを巻いて
構成したパルス発生器は、非対称励磁方式という
特殊な外部磁界の作用、すなわち弱い負方向の磁
界の次に正方向の磁界を作用させた時点で特異な
パルス起電力を発生するものである。

この場合、鎖交磁束の変化割合には依存せず、
磁界の大きさだけに依存してパルスを誘発すると
いう極めて優れた性能を備えたものである。

故にかかる複合磁性体を用いれば、例えば磁界
が超低速で鎖交したとしても、高速鎖交時と殆ど
同一の波高値のパルス起電力を確実に発生するの
で、各種の機器に対する利用がはかられている。

例えば、特開昭54−70169号公報にみる如く、
点火装置の正確なトリガ信号源として利用する試
みがある。しかしながら、その固定子に配列され
た各複合磁性体に対する検出コイルは単に一種類
だけ、すなわち一つのコイルを捲回して構成した
ものにすぎない。故に、利用目的の異なる複数の
パルス信号を発生させるためには別の複合磁性体
および検出コイルを配置する必要があつた。従つ
て、複合磁性体の使用本数を多くするとか、別に
複数個のパルス発生器を備えなければならなかつ
た。

(ハ) 発明の目的 本発明は、ガソリンエンジンの点火系等におけ
るクランク軸角度の検出信号と気筒判別信号など
を、同時に高精度で出力する回転パルス発生器を
構成し、そのパルス信号を車載のコンピユータ制
御信号と連携させて最適制御を可能にする点火時
期制御装置を提供することにある。

(ニ) 発明の概要 本発明の点火時期制御装置は、補助磁石の作用
により保磁力の比較的小さい部分の磁化方向のみ
を負方向に転位させておき、これをその次の主磁
石の作用によつて保磁力の大きい部分と同じ正方
向に反転させた場合には殊更に急速に転位するよ
うに処理された複合磁性体を用い、その多数の複
合磁性体を円筒状の周辺に配列したものに第１検
出コイルを巻くと共に、該複合磁性体のうちの特
定のものに対して単独に第２検出コイルを捲回し
て成る円筒状感磁装置を固定子とし、これに前記
補助磁石および回転子に装着した主磁石などの磁
界を作用させるように構成した回転パルス発生器
の、前記第１および第２検出コイルから発生させ
たパルス信号をイグナイタを内臓する電子回路の
制御信号と連携させて、エンジンの各気筒の点火
に対し最適制御が行えるようにしたものである。

(ホ) 発明の作用と実施例 本発明の作用原理と実施例を図面について説明
する。

第１図は、多数の複合磁性体１と４および５な
どを円筒２の周辺に所定の間隔で配列し、その全
周にソレノイド状の第１検出コイル３を捲回した
ものである。この第１検出コイルは、回転子の一
定の回転角毎に順次一定のタイミングでパルスを
発生するものであるから、回転角検知用パルスを
出力させるものになる。そしてさらに特定の複合
磁性体には、例えば図の複合磁性体１と５に対し
ては第１検出コイルの捲回に加え、回転位置の判
別用という別の役割もつたパルスを発生させるた
めの第２検出コイル６と７とをそれぞれ捲回して
円筒状感磁装置を構成し、これを固定子１５とし
たものである。従つて複合磁性体１と５とはそれ
ぞれ第１検出コイルと第２検出コイルとを備え、
別々の役割をもつた２つのパルスを同時に発生さ
せ得るものである。

そして固定子１５の内面に沿つて回動する配向
磁石Moと補助磁石Maおよび主磁石Mmを、図の
ように上部の磁極がそれぞれＮ極とＳ極およびＮ
極となるように、回転子１７に装着し全体として
１台の回転パルス発生器を構成したものである。

この場合、第１検出コイル３としては外にも幾
つかの形状が考えられるが、例えば各複合磁性体
の表面に個別に捲回した各コイルの両端子を互い
に直列または並列に接続して１個の第１検出コイ
ルとしてもよく、また配列した各複合磁性体を横
糸と見なしコイル用導線を縦糸と見なして織成し
たうえで端部を結線して１個の第１検出コイルを
形成したものであつてもよい。

こゝで本発明の作用原理の理解を容易にするた
め、まず本発明に用いる複合磁性体の磁気的性状
について説明する。

例えば細いバイカロイ線の如き強磁性体にひね
り等の外部応力を加えて処理したものは、線軸方
向に単軸磁気異方性を備え、その線心部付近に比
較的保持力の大きい部分を有し、これと隣接する
外周部に保磁力の小さい部分をもつような複合磁
性体になる。

あるいは異種の強磁性金属や金属酸化物および
アモルフアス磁性体などの、組成と保磁力とが異
なる複数の強磁性分子の異方性を互いに同軸方向
に処理して成る強磁性層の複合磁性体、または異
種の磁性材料をメツキやクラツドしたり積層して
成る複合磁性体も、本発明に適用できる。

この場合、いずれにしても本発明に適用する複
合磁性体は、次の磁気的性質を備えたものであ
る。

第２図は比較的保磁力の小さい部分８と配向磁
化された保磁力の大きい部分９とを有する複合磁
性体１の内部挙動を説明するためにモデル化して
示したものである。

黒矢印１０，１１および１２はそれぞれ次のよ
うな役目をもつた外部磁界である。

あらかじめ配向磁界１０を作用させて複合磁性
体１の全体を正方向（図では上向き）に磁化し、
その磁界を除去しておく。

これに補助磁界１１を作用させて、比較的保磁
力の小さい部分＋８のみを−８のように負方向
（図では下向き）に転位させておく。この場合、
負方向に転位させた−８の部分は単軸磁気異方性
を備えているので、その状態は補助磁界１１を除
去したとしても保持されている。

次に主磁界１２を作用させて比較的保磁力の小
さい部分を再び＋８の正方向に転位させる時は、
保磁力の大きい配向磁化の部分９と同一方向への
転位であるため、その時の転位速度は極めて急速
であるという特異な性状を有する。

故に複合磁性体に検出コイルを捲回しておけ
ば、急峻なパルス起電力を誘起できる。この場
合、複数組の検出コイルを捲回しておけば、それ
ぞれの検出コイルに同時に別々の出力を得ること
が原理的に可能である。

殊に、外部磁界の作用に応じ複合磁性体内部に
おいて、自律的に応変する急激な磁束変化に基づ
きパルスを誘発させるものである。しかも複合磁
性体が細線状であるため、これに捲回した複数の
検出コイルはそれぞれ全く同時に同等のパルス起
電力を出力することができ、従つてそれぞれが特
定の役割をもつた複数の制御信号として扱うこと
ができる。

なお、主磁界１２は配向磁界１０を兼ねても、
その作用効果は同じである。

上に述べたような性状をもつ複合磁性体の多数
を配列して成る第１図の回転パルス発生器におい
て、パルスを発生する態様をタイムチヤートで例
示すると第３図および第４図のようになる。

すなわち第３図の１は、１個の複合磁性体に着
目した時の、各磁石による作用磁界の時間的経過
を示したものである。図中の記号Hoは配向磁界、
Haは補助磁界そしてHmは主磁界を示す。

これらの磁界の鎖交によつて第１検出コイル３
に発生するパルスは同図２のようになる。

また第１検出コイル３が発生するパルスの時間
的経過で示すと、第４図１の如く主磁界Hmがｎ
個の各複合磁性体に鎖交するたびごとに順次連続
的にパルス起電力Vsを発生する。そして第２検
出コイル６あるいは７がそれぞれ単独に発生する
パルス信号は同図２のVd６とVd７になる。

この場合、各複合磁性体の設定位置は予めそれ
ぞれ規定されている。故に第１検出コイル３のパ
ルスにより回転子の回転角を正確に検出できるこ
とになるので、これは回転角検知用パルスにな
る。と同時に、第２検出コイル６または７からも
パルスを発生するが、これらのパルスは、それぞ
れ固定子の固有の位置にある特定の複合磁性体の
検出コイルから出力するものであるから、回転子
の回転位置判別用パルス信号になる。すなわち、
その回転軸にデイストリビユータの摺動片を結合
してあるのが普通であるから、その回転位置は複
数個のうちの特定の気筒に対応させることができ
る。故に、気筒判別用パルスとして扱うことがで
きる。

上記回転子１７においては３種の磁石を１組と
してその作用効果を述べたが、これを複数組で構
成することにより発生パルス数の増大をはかるこ
ともできる。

なお本発明において、パルスを発生させる磁界
の作用方式として幾つかの手段をとり得るが、例
えば第５図のような構成による回転パルス発生器
も安定にパルスを発生させることができる。

これは円筒２の周辺に複合磁性体を所定の間隔
で配列し、その周囲に前記第１検出コイルおよび
第２検出コイルを捲回して第１図と同様の円筒状
感磁装置を構成する。その外周に上部をＳ極とす
る、例えば円筒状補助磁石Maを装着した固定子
を構成する。そしてその内面に沿つて上部をＮ極
とする少なくとも１個の主磁石Mm（配向磁石Mo
を兼用させてもよい）を有する回転子が回動する
ようにしたものである。

この場合、１個の複合磁性体に着目した磁界の
態様は第６図のようになる。すなわち同図１は固
定された補助磁石Maによる補助磁界Haと、回動
する主磁石Mmによる主磁界Hmであり、両者の
合成磁界は同図２のようになる。従つて同図３の
ように主磁界Hmがその複合磁性体を鎖交するた
びごとにパルス起電力Vsを発生する。そして前
例と同様に第２検出コイルは所定のパルス信号を
単独に発生することはいうまでもない。

なお第５図では円筒状補助磁石Maを感磁装置
の外周に装着したが、これは内周に装着してもよ
く、またその磁束が有効に作用するような形状で
あれば必ずしも円筒状に限定するものではない。

そして上記回転子用の各磁石の形状について
も、角形または円柱状のもので通常の動作には一
向に差し支えない。しかしながら位置や回転角の
分解能を極めて高精度にする必要がある場合に
は、例えば棒状磁石をコの字状にして複合磁性体
の上下から磁力線を作用させるとか、配列したそ
れぞれの複合磁性体と刃形の部分で対向する形状
の磁石にして、磁界強度が鋭角的に印加されるよ
うに構成すればよい。あるいは磁石に沿つて強磁
性体の保磁子を装着することにより鋭角的に磁界
を鎖交させることも効果的である。

第７図は、以上に述べた回転パルス発生器２０
をガソリンエンジンの無接点式点火系統に配置し
た本発明の点火時期制御装置の実施例を示すもの
である。

同図において、回転パルス発生器２０の第１検
出コイル３は回転角検知用パルスを発生し回転子
の回転角を高分解能で正確に検出できる。

そしてイグナイタを内臓した電子回路２１を経
て半導体制御素子２２のゲートにトリガとして作
用し、当該素子をオンの状態に応動させる。この
ようにしてイグニツシヨンコイル２３で発生した
高電圧を、デイストリビユータ２４の配電子２５
を経由して所定の気筒に配電し、スパークプラグ
２６で点火する。

この場合、回転パルス発生器２０とデイストリ
ビユータ２４とは回転軸１６で直結されており、
エンジンのクランクシヤフトと連動している。故
に第２検出コイル６または７の気筒判別用パルス
も全く同時に検知できるので、どの気筒が圧縮上
死点を迎えた位置にクランク軸があるかを極めて
高精度で判定できる。

なお回転パルス発生器２０からのパルス出力
は、例えば電子制御系統の同期信号などとして利
用することもできる。最近の自動車等にはコンピ
ユータその他の制御機器２６が搭載されるように
なつてエンジンの回転に同期する正確な多数のタ
イミングを指示する制御信号２７が必要になつて
いるが、本発明の装置によればこれらの信号を前
記パルス発生器から容易にとり出すことができ
る。

また車載の各種センサからの情報信号２８によ
り、例えば水温、油温、湿度、回転速度および振
動などを検知した情報信号２８をプログラム制御
装置２９で整理し、この情報をイグナイタを内臓
する電子回路２１あるいはマイクロコンピユータ
等に入力したり、フイードバツク制御を行うなど
の処理を施して最適制御を行うことができる。

(ヘ) 発明の効果 (1) 装置の簡略と小型化：従来のこの種の点火時
期制御装置では、回転角検知用と気筒判別用と
の少なくとも２台のパルス発生器を必要とし、
かつ両者の電磁的な相互干渉を防止するために
間隔をあけて設置する必要があるなど大型化を
免れ得なかつた。これが１台で済むことになつ
たゝめ、特に車載用として重要な占有容積の小
型化のうえに極めて有効に貢献できることにな
つた。

(2) 検出精度の向上：本発明の点火時期制御装置
は、本文に詳記したように回転パルス発生器に
おける第１検出コイルの回転角検知用パルスに
より回転子の回転角が高分解能で正確に検出で
きると共に、第２検出コイルの気筒判別用パル
スも前者と全く同時に発生するので、どの気筒
が圧縮上死点を迎えたかを、極めて迅速かつ高
精度で判定できることになる。

また従来の技術の欄でも前述したように、エ
ンジンのクランク軸角度の検出精度が現行の
15゜あるいは10゜位では、その性能や公害防止な
どの見地から不十分とされ、1゜あるいはそれ以
下の検出精度をもつ技術が強く要望されてい
る。

本発明に係る回転パルス発生器は、固定子の
円筒状感磁装置においてその主役を司る複合磁
性体が細線状に形成できるから、その多数を配
列した極めて高分解能のパルス発生器が達成で
きるという、大きな効果が期待できる。

なお最近のスターリングエンジンのように加
熱と冷却によるガス圧変化で動作させる場合
の、動作位置の制御にも本発明は有効に適用で
きる。

(3) 対応速度の拡張：本発明は、車両のように高
速から超低速にわたる回転部の状況をパルス情
報として確実に得られるようになつた効果、特
に超低速領域におけるパルス情報の検知は従来
一般に不可能とされていただけにその効用は誠
に大きいといえよう。

(4) 外来磁界の耐擾乱性：本発明の新規な構成に
より、従来の方式では複数個のパルス発生器を
必要とした装置において、これを１個で代替し
十分にその役割を果たすことができるようにな
つた。また、従来のパルス発生器に比し、その
占積率を小さくできると共に、検出コイルの巻
数が少ない場合にも波高値の高いパルスを発生
できる。そのうえ検出コイル部に対する外来磁
界の鎖交面積を著しく小さくすることができる
ため、雑音電圧の誘導障害がなく、外来ノイズ
にも強い、Ｓ／Ｎの極めてよいパルス発生器に
なるという効果がある。補助磁石を固定して常
時作用させておく方式のものは、パルス発生時
に補助磁界を打ち消して作用する大きさの主磁
界が必要であるから、より強い主磁石を用いな
ければならない。しかしながら、実用的な見地
からみれば大きい主磁界で作用させる方が、外
部からの擾乱磁界に対して強く安定であるとい
う効用をもつことになる。

(5) その他：一般にエンジンの点火時期を早める
ほど出力を増大できるが、ノツキングの発生に
より能力を低下するなどの障害がある。このた
めにも最適点火時期制御は重要であるが、これ
らの制御に本発明の感磁装置を有する回転パル
ス発生器のパルス信号が有効に適用できる。

また先にも述べたように車載の各種センサか
らの情報信号を整理し、この情報をイグナイタ
を内臓した電子回路あるいはマイクロコンピユ
ータ等に入力したり、フイードバツク制御を行
うなどの処理を施して最適制御を行うことがで
きるという効果がある。

さらにその他の電子回路の連動させて車内、
車外の各種の運転情報の授受および制御に活用
できるという、従来のものにはない格別な効用
がある。

そして軽量、小型で高性能かつ安価という厳
しい制約にも適合させ得るので、その効用は誠
に大きいものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図と第５図は本発明の点火時期制御装置に
おける回転パルス発生器の部分の構成例を示す概
観図、第２図は複合磁性体の動作を説明するため
のモデル図であり、第３図と第４図および第６図
は作用磁界およびパルス起電力のタイムチヤート
を例示したものである。そして第７図は本発明の
点火時期制御装置の実施例を説明するための概要
図である。 符号１と４および５は複合磁性体、２は円筒、
３は第１検出コイル、６と７は第２検出コイル、
８は保磁力の小さい部分、９は保磁力の大きい部
分、１０は配向磁界、１１は補助磁界、１２は主
磁界、１５は固定子、１６は回転軸、１７は回転
子、２０は回転パルス発生器、２１は電子回路、
２２は半導体制御素子、２３はイグニツシヨンコ
イル、２４はデイストリビユータ、２５は配電
子、２６はスパークプラグ、２７は制御信号、２
８は情報信号、２９はプログラム制御装置、Mo
は配向磁石、Hoは配向磁界、Mmは主磁石、
Hmは主磁界、Maは補助磁石、Haは補助磁界、
Vsはパルス起電力。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 補助磁石の作用により保磁力の比較的小さい
   部分の磁化方向のみを負方向に転位させておき、
   これをその次の主磁石の作用によつて保磁力の大
   きい部分と同じ正方向に反転させた場合には殊更
   に急速に転位するように処理された複合磁性体を
   用い、該複合磁性体の多数を円筒状の周辺に配列
   したものに対して第１検出コイルを巻くと共に、
   該複合磁性体のうちの特定の位置に配列したもの
   に対しては第２検出コイルをも捲回して成る円筒
   状感磁装置を固定子とし、これに前記補助磁石お
   よび回転子に装着した主磁石などの磁界を作用さ
   せるように構成した回転パルス発生器の、前記第
   １検出コイルを回転角検知用とし、第２検出コイ
   ルを回転位置判別用として、それぞれから発生さ
   せたパルス信号をイグナイタを内臓する電子回路
   の制御信号と連携させて、エンジンの最適制御を
   行うようにしたことを特徴とする点火時期制御装
   置。 ２ 前記補助磁石と主磁石とを回転軸に装着して
   成る回転子において、主磁石の次により強い同極
   性の配向磁石が回動するように装着して成る回転
   パルス発生器を構成したことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の点火時期制御装置。 ３ 前記感磁装置の近くに固着した補助磁石の磁
   界が前記複数の複合磁性体に常時作用するように
   配置した固定子と、前記主磁石を主体とする回転
   子とで回転パルス発生器を構成したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の点火時期制御装
   置。