JPH10141193A - 内燃機関の点火方法及び内燃機関用点火装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】機関の低速時の動作の安定化を図ることがで
き、機関の高速時には点火時期を高分解能で制御するこ
とができる内燃機関の点火方法を提供する。 【解決手段】機関の回転軸の基準回転角度位置で基準パ
ルスＶs1，Ｖs1´，Ｖs2，Ｖs2´を発生する信号発生器
２と、機関の回転軸が微小角度回転する毎に回転角検出
パルスＶa を発生するエンコーダ３とを設けておく。機
関の回転速度が設定値より低いときには、基準パルスが
発生したことが検出された時に回転角検出パルスの計数
を開始させてその計数値が所定値に達した時に点火信号
を発生させ、回転速度が設定値以上であるときには基準
パルスが発生したことが検出された時にマイクロコンピ
ュータ６内の発振器が発生するタイミングパルスの計数
を開始させて、その計数値が所定値に達した時に点火信
号を発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関を点火す
る点火方法、及び該点火方法を実施するために用いる内
燃機関用点火装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関用点火装置は、点火信号が与え
られた時に点火コイルの一次側に設けた一次電流制御用
スイッチを動作させることにより点火コイルの一次電流
に急激な変化を生じさせて該点火コイルの二次コイルに
点火用の高電圧を発生させる点火回路と、内燃機関の点
火時期に点火回路に点火信号を与える点火時期制御装置
とにより構成される。点火回路としては、点火コイルの
一次側に設けられて点火時期よりも前に電源部により一
方の極性に充電されるコンデンサと、点火信号が与えら
れた時に導通して該コンデンサの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を備えて
コンデンサを放電させた際に点火コイルの二次コイルに
点火用の高電圧を誘起させるようにしたコンデンサ放電
式の回路や、点火コイルの一次コイルに対して直列に接
続した一次電流制御用スイッチを点火信号が与えられた
時に導通状態から遮断状態にすることにより点火コイル
の二次コイルに点火用の高電圧を誘起させるようにした
電流遮断形の回路などが用いられている。

【０００３】最近、点火時期制御装置としては、点火時
期の制御を正確に行わせるために、マイクロコンピュー
タを用いて点火時期を演算するようにしたものが多く用
いられている。マイクロコンピュータを用いた点火時期
制御装置においては、内燃機関の回転に同期してパルス
信号を発生する信号発生器の出力パルスをマイクロコン
ピュータにより検出して、検出したパルスの発生間隔か
ら機関の回転数［rpm］を演算し、演算した回転数に対
して点火時期を演算する。この場合、マイクロコンピュ
ータは、信号発生器から得られる基準パルスの発生時刻
から点火時期までの間にタイマが計数すべきタイミング
パルスの計数値（その時の回転数で基準位置から点火時
期に相当する回転角度位置まで機関が回転するのに要す
る時間）の形で点火時期を演算し、基準パルスが発生し
たことが検出された時にマイクロコンピュータ内のタイ
マによるタイミングパルスの計数動作を開始させる。そ
してタイマの計数値が演算された点火時期を計測するた
めに必要な値に達した時に点火信号を発生させ、該点火
信号を点火回路に与えて点火動作を行わせる。

【０００４】マイクロコンピュータ内のタイマは発振器
が発生する一定周波数のタイミングパルスを計数するよ
うになっていて、該タイマが計数するパルスの周波数は
機関の回転数とは相関関係を持たないため、上記の方法
により演算された点火時期の検出を正確に行わせるため
には、基準パルスが発生する時刻から点火時期までの期
間における機関の回転数が、演算された回転数にほぼ等
しいことが必要とされる。

【０００５】ところが、内燃機関の低速時においては、
機関の行程変化に起因して、機関が１回転する間にその
回転数が細かく変動するため、信号発生器から得られる
パルスの発生間隔から求めた機関の平均的な回転数に基
づいて演算した計数値をタイマにより計数させる方法で
は正確に点火時期を検出することができず、実際の点火
時期と演算された点火時期との間に生じる誤差が大きく
なって機関の動作が不安定になるのを避けられない。

【０００６】特に、トローリングなどのために機関を長
時間低速で運転させることが多い船外機においては、低
速時の機関の安定性を向上させることが必要とされるた
め、上記の方法で低速時の点火時期を定めるのは適当で
ない。

【０００７】そこで、内燃機関を始動させる電動始動装
置の出力軸に取り付けられたピニオンギアを噛み合わせ
るために設けられているリングギアの歯のエッジを検出
するごとに回転角検出パルスを発生するエンコーダを設
けて、信号発生器が基準パルスを発生した時にこのエン
コーダから得られる回転角検出パルスの計数を開始さ
せ、所定数の回転角検出パルスが計数された時に点火信
号を発生させるようにした点火装置が提案されている。
この場合エンコーダは、機関がリングギアの歯のピッチ
により決まる微小角度回転するごとに回転角検出パルス
を発生するため、該エンコーだから得られるパルスを検
出して点火時期を計測するようにすれば、機関が１回転
する間に回転角度の変化に伴って回転数が細かく変動す
る低速領域においても、演算された点火時期を正確に求
めることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、機関が
微小角度回転するごとに回転角検出パルスを発生するエ
ンコーダを設けて、このエンコーダの出力パルスを計数
することにより点火時期を求めるようにすれば、回転角
度の変化に伴って回転数が細かく変動する機関の低速時
においても、演算された点火時期を正確に求めることが
できるが、エンコーダが発生する回転角検出パルスの発
生間隔（角度）は余り狭くすることができないため、分
解能を高くすることが難しく、点火時期を細かく制御す
ることができないという問題があった。

【０００９】本発明の目的は、機関の低速時の点火時期
を正確に定めて機関の動作の安定化を図るとともに、機
関の高速時には点火時期の分解能を高めて点火時期を細
かく制御することができるようにした内燃機関の点火方
法及び該方法を実施するために用いる内燃機関用点火装
置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、内燃機関の回
転に同期して機関の一定の回転角度位置でパルス信号を
発生する信号発生器の出力パルスをマイクロコンピュー
タにより検出して検出したパルスの発生間隔から内燃機
関の回転数を演算した後、演算された回転数に対して内
燃機関の点火時期を演算して演算した点火時期に点火信
号を発生させ、点火信号が発生した時に点火コイルの一
次電流に急激な変化を生じさせることにより該点火コイ
ルの二次コイルに誘起させた点火用の高電圧を内燃機関
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
り内燃機関を点火する内燃機関の点火方法に係わるもの
である。

【００１１】本発明においては、内燃機関の回転軸が微
小角度回転する毎に回転角検出パルスを発生するエンコ
ーダを設けておく。また信号発生器は内燃機関の上死点
よりも位相が進んだ回転角度位置に設定された基準位置
で基準パルスを発生するように構成しておく。この基準
位置は、機関の点火時期の進角度が最大になった時の回
転角度位置（最大進角位置）かまたは該最大進角位置よ
りも更に進んだ位置に設定しておく。

【００１２】そして、内燃機関の回転数が設定値よりも
低いときには、基準パルスが発生したことが検出された
時に回転角検出パルスの計数を開始させて、その計数値
が演算された点火時期を検出するために必要な値に達し
た時に点火信号を発生させ、回転数が設定値以上である
ときには基準パルスが発生したことが検出された時にマ
イクロコンピュータ内の発振器が発生するタイミングパ
ルスの計数を開始させて、その計数値が演算された点火
時期を検出するために必要な値に達した時に点火信号を
発生させる。

【００１３】本発明に係わる点火装置は、点火信号が与
えられた時に点火コイルの一次電流に急激な変化を生じ
させて点火用の高電圧を発生する点火回路と、マイクロ
コンピュータを用いて点火回路に点火信号を与える時期
を制御する点火時期制御装置とを備えたものである。

【００１４】本発明においては、上記点火時期制御装置
が、内燃機関の上死点よりも位相が進んだ回転角度位置
に設定された基準位置で基準パルスを発生する信号発生
器と、内燃機関の回転軸が微小角度回転する毎に回転角
検出パルスを発生するエンコーダと、パルサコイルの出
力から内燃機関の回転数を演算する回転数演算手段と、
回転数演算手段により演算された回転数に対して内燃機
関の点火時期を演算する点火時期演算手段と、内燃機関
の回転数が設定値よりも低いか否かを判定する回転数判
定手段と、回転数判定手段により回転数が設定値よりも
低いと判定されたときに基準パルスの発生時刻から回転
角検出パルスの計数を開始してその計数値が低速時点火
時期計測用計数値に一致した時刻を内燃機関の点火時期
として検出する低速時点火時期検出手段と、回転数判定
手段により回転数が設定値以上であると判定されたとき
に基準パルスの発生時刻からマイクロコンピュータ内の
発振器が発生するタイミングパルスの計数を開始させ
て、その計数値が高速時点火時期計測用計数値に一致し
た時刻を内燃機関の点火時期として検出する高速時点火
時期検出手段と、低速時点火時期検出手段が点火時期を
検出した時に点火信号を発生する低速時点火信号発生手
段と、高速時点火時期検出手段が点火時期を検出した時
に点火信号を発生する高速時点火信号発生手段とを備え
ている。

【００１５】上記低速時点火時期計測用計数値は、基準
パルスの発生時刻から演算された点火時期までの間にエ
ンコーダが発生する回転角検出パルスの数である。

【００１６】また上記高速時点火時期計測用計数値は、
基準パルスの発生時刻から演算された点火時期までの間
にマイクロコンピュータ内の発振器が発生するタイミン
グパルスの数である。

【００１７】上記エンコーダは、内燃機関を始動させる
電動始動装置の出力軸に取り付けられたピニオンギアを
噛み合わせるために内燃機関に取り付けられているリン
グギアの歯を検出して回転角検出パルスを発生するよう
に構成することができる。

【００１８】リングギアが強磁性材料により形成されて
いる場合、エンコーダとしては、リングギアの歯に対向
する磁極部を有する鉄心と、該鉄心に磁束を流す永久磁
石と、鉄心に巻回されてリングギアの歯が鉄心の磁極部
に対向するごとにパルス信号を発生するパルサコイルと
を備えた周知のものを用いることができる。またパルサ
コイルの代りにホールＩＣなどの磁気検知素子を用いて
鉄心内を流れる磁束の変化を検出することによりパルス
信号を発生するようにしたものを用いることもできる。

【００１９】なお本発明で用いるエンコーダは、機関の
回転軸が微小角度回転するごとにパルスを発生するもの
であればよく、リングギアの歯を検出して回転角検出パ
ルスを発生させるものに限定されるものではない。例え
ば、フォトインタラプタを用いたエンコーダや、回転方
向に沿ってＳ極とＮ極とが微小間隔で並ぶように着磁さ
れて機関の回転軸に取り付けられたフライホイールなど
に固定されたコード板と、該コード板の一連の磁極を検
出することによりパルスを発生する磁気センサとからな
るもの等を用いることができる。

【００２０】上記のように、回転数が細かく変動する機
関の低速時には、エンコーダが発生する回転角検出パル
スを計数することにより点火時期を検出し、回転数の変
動が少なくなる高速回転時には、マイクロコンピュータ
内の発振器が発生するタイミングパルスを計数すること
により点火時期を検出するようにすると、内燃機関の低
速時の点火時期を演算された通りに正確に定めて低速時
の動作の安定化を図ることができだけでなく、機関の高
速時には点火時期の分解能を高めて、排気ガスの浄化
や、機関の出力の向上を図るべく、点火時期を精密に制
御することができる利点がある。

【００２１】なお本発明においては、機関の回転数領域
を低速領域と高速領域とに分けているが、本明細書にお
いて、「低速」及び「高速」は相対的なものであり、回
転数の設定値が如何なる場合でも、設定値以下の回転数
領域を低速領域とし、設定値を超える領域を高速領域と
する。回転数の設定値は、機関の気筒数、特性、用途等
に応じて適宜に設定する。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係わる内燃機関用
点火装置のハードウェアの構成例を示したもので、この
例では４気筒の内燃機関を点火するものとしている。図
１において１は内燃機関により駆動されるフライイール
磁石発電機内に設けられたエキサイタコイルで、その一
端は接地されている。Ｕ1 〜Ｕ4 はそれぞれ内燃機関の
第１ないし第４の気筒に対して設けられた第１ないし第
４の点火回路である。各点火回路は、一端が接地された
一次コイルＬ1 と一端が一次コイルＬ1 の他端に接続さ
れた二次コイルＬ2 とを有する点火コイル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
されたコンデンサＣと、コンデンサＣの他端にカソード
が接続されたダイオードＤ1 と、コンデンサＣの他端と
接地間にカソードを接地側に向けた状態で接続されたサ
イリスタＴh と、点火コイルＩＧの一次コイルの両端に
カソードを接地側に向けて接続されたダイオードＤ2 と
を備えた周知のコンデンサ放電式の回路からなってい
る。第１ないし第４の点火回路Ｕ1 〜Ｕ4 のそれぞれの
点火コイルの二次コイルＬ2 の他端は内燃機関の第１な
いし第４の気筒にそれぞれ取り付けられた点火プラグＰ
1 ないしＰ4 の非接地側の端子に接続されている。

【００２３】点火回路Ｕ1 〜Ｕ4 のそれぞれのダイオー
ドＤ1 のアノードはエキサイタコイル１の非接地側端子
に接続され、エキサイタコイル１が図示の矢印方向の正
の半サイクルの出力電圧を発生したとき各点火回路のダ
イオードＤ1 を通してコンデンサＣが図示の極性に充電
されるようになっている。

【００２４】各点火回路のサイリスタＴh のゲートに点
火信号Ｖi が与えられると、該サイリスタが導通するた
め、コンデンサＣの電荷がサイリスタＴh と点火コイル
ＩＧの一次コイルＬ1 とを通して放電する。これにより
点火コイルＩＧの鉄心中で大きな磁束変化が生じるた
め、該点火コイルの二次コイルＬ2 に高電圧が誘起す
る。第１ないし第４の点火回路Ｕ1 〜Ｕ4 の点火コイル
の二次コイルにそれぞれ誘起した高電圧は点火プラグＰ
1 〜Ｐ4 に印加されるため、これらの点火プラグに火花
が生じてそれぞれの点火プラグが取り付けられた気筒が
点火される。

【００２５】点火回路Ｕ1 〜Ｕ4 に点火信号を与えるた
め、信号発生器２と、エンコーダ３と、第１及び第２の
波形整形回路４及び５と、マイクロコンピュータ６とを
備えた点火時期制御装置７が設けられている。

【００２６】信号発生器２は、エキサイタコイル１が設
けられたフライホイール磁石発電機のフライホイールの
外周に周方向に延びる円弧状の突起からなるリラクタｒ
を形成することにより構成したロータ２Ａと、該ロータ
の外周の近傍に配置されて内燃機関のケースなどに対し
て固定された信号発電子２Ｂ及び２Ｃとからなってい
る。ロータ２Ａのリラクタｒは１８０°の極弧角を有す
るように形成され、信号発電子２Ｂ及び２Ｃは機械角で
９０°離れた位置に配置されている。信号発電子２Ｂ
は、リラクタｒに対向する磁極部を有する鉄心と該鉄心
に巻回されたパルサコイルＰＣ1 と該鉄心に磁束を流す
永久磁石とを備えた周知の誘導子形の発電子で、リラク
タｒのエッジｅ1 及びｅ2 を検出したときにパルサコイ
ルＰＣ1 にパルス電圧が誘起する。即ち、リラクタｒの
回転方向の前端側のエッジｅ1 が信号発電子２Ｂの鉄心
の磁極部に対向し始める際に信号発電子２Ｂの鉄心内を
流れる磁束が増加し、この磁束の変化によりパルサコイ
ルＰＣ1 に図６（Ａ）に示すように負極性の基準パルス
Ｖs1を発生する。またリラクタｒの回転方向の後端側の
エッジｅ2 が信号発電子２Ｂの鉄心の磁極部との対向を
終了する際に該鉄心内を流れる磁束が減少し、この磁束
の変化により、パルサコイルＰＣ1 に正極性の基準パル
スＶs2が誘起する。

【００２７】同様に、信号発電子２Ｃは、リラクタｒに
対向する磁極部を有する鉄心と該鉄心に巻回されたパル
サコイルＰＣ2 と該鉄心に磁束を流す永久磁石とを備え
ていて、リラクタｒの回転方向の前端側のエッジｅ1 が
信号発電子２Ｃの鉄心の磁極部に対向し始める際、及び
リラクタｒの回転方向の後端側のエッジｅ2 が該信号発
電子２Ｃの鉄心の磁極部との対向を終了する際にそれぞ
れ信号発電子２Ｃの鉄心中で生じる磁束の変化により、
図６（Ｂ）に示すように、パルサコイルＰＣ2に負極性
の基準パルスＶs1´及び正極性の基準パルスＶs2´が誘
起する。

【００２８】ここで、パルスＶs1，Ｖs2の位相差及びパ
ルスＶs1´，Ｖs2´の位相差は共に機械角で１８０°で
あり、基準パルスＶs1とＶs1´との位相差は機械角で９
０°である。この例では、基準パルスＶs1の発生位置
［基準パルスＶs1が波形整形回路４により認識されるレ
ベル（しきい値レベル）に達する位置］を機関の第１気
筒の点火時期を計測するための基準位置として用い、基
準パルスＶs2の発生位置を第１気筒の点火時期に対して
１８０°進んだ時期に点火される第３気筒の点火時期を
計測するための基準位置として用いる。また基準パルス
Ｖs1´の発生位置を機関の第２気筒の点火時期を計測す
るための基準位置として用い、基準パルスＶs2´の発生
位置を第２気筒の点火時期に対して１８０°進んだ時期
に点火される第４気筒の点火時期を計測するための基準
位置として用いる。この例では、第４気筒−第３気筒−
第２気筒−第１気筒の順に点火が行われる。図６におい
て、＃１〜＃４はそれぞれＶs1，Ｖs1´，Ｖs2及びＶs2
´が第１気筒ないし第４気筒の基準位置を定める基準パ
ルスであることを意味している。

【００２９】リラクタｒが形成されたフライホイールの
外周にはまた、電動始動装置の出力軸に取り付けられた
ピニオンギアを噛み合わせるためのリングギアＧが取り
付けられ、電動始動装置によりこのリングギアを回転さ
せることにより機関のクランク軸を回転させて機関を始
動させるようになっている。

【００３０】エンコーダ３は、リングギアＧの歯に対向
する磁極部を有する鉄心と該鉄心に巻回された信号コイ
ルＳＣと該鉄心に磁束を流す永久磁石とを備えた周知の
もので、機関のケースなどに固定されている。エンコー
ダ３はリングギアＧの各歯の回転方向の前端側及び後端
側のエッジを検出して極性が異なるパルスを発生する。
即ち、リングギアＧの各歯の回転方向の前端側のエッジ
がエンコーダ３の鉄心の磁極部に対向し始めるとエンコ
ーダの鉄心中を流れる磁束が増加し、リングギアの各歯
の回転方向の後端側のエッジがエンコーダの磁極部との
対向を終了する際にエンコーダの鉄心中を流れる磁束が
減少する。リングギアの各歯の回転方向の前端側のエッ
ジがエンコーダの鉄心の磁極部に対向し始める際に生じ
る磁束の変化、及びリングギアの各歯の回転方向の後端
側のエッジがエンコーダの鉄心の磁極部との対向を終了
する際に生じる磁束の変化により、信号コイルＳＣに異
なる極性のパルス電圧が誘起する。これら異なる極性の
パルス電圧のうちの一方の極性のパルス電圧を回転角検
出パルスとして用いる。このようにして得た回転角検出
パルスは、リングギアの隣り合う歯の間の角度間隔に等
しい角度間隔をもって発生するため、この回転角検出パ
ルスを計数することにより機関の回転軸の回転角度を計
測することができる。この例では、エンコーダ３の信号
コイルＳＣが１．６°の角度間隔で角度検出パルスＶa
を発生する。

【００３１】パルスコイルＰＣ1 及びＰＣ2 が発生する
パルスは波形整形回路４に与えられて、マイクロコンピ
ュータ６が認識し得る波形に変換されてマイクロコンピ
ュータ６に入力される。またエンコーダ３の信号コイル
ＳＣが発生する回転角検出パルスＶa は波形整形回路５
によりマイクロコンピュータが認識し得る波形に変換さ
れてマイクロコンピュータ６に入力される。

【００３２】マイクロコンピュータ６は、ＣＰＵ６Ａ
と、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）６Ｂ及びＲＡＭ
（ランダムアクセスメモリ）６Ｃと、８ビットカウンタ
６０１、８ビットレジスタ６０２及び８ビットコンパレ
ータ６０３からなる８ビットタイマ６Ｄと、１６ビット
カウンタ６０４、１６ビットレジスタ６０５及び１６ビ
ットコンパレータ６０６からなる１６ビットタイマ６Ｅ
と、割込み制御回路６Ｆと、エッジ検出回路６Ｇと、ラ
ッチ回路６Ｈとを備えている。

【００３３】８ビットカウンタ６０１は、エンコータ３
の信号コイルＳＣから波形整形回路５を通して入力され
る回転角検出パルスＶa を計数する。カウンタ６０１の
計数値は８ビットコンパレータ６０３により、８ビット
レジスタ６０２にセットされている計数値と比較され
る。カウンタ６０１の計数値がレジスタ６０２にセット
されている計数値に一致したことがコンパレータ６０３
により検出されると、割込み制御回路６Ｆがプログラム
を後記する８ビットタイマ割込みルーチンにジャンプさ
せる。

【００３４】また１６ビットカウンタ６０４はマイクロ
コンピュータ内に設けられている発振器が発生するタイ
ミングパルスを計数する。この例では、１６ビットカウ
ンタの１カウントが１［μsec]に相当するようになって
いる。１６ビットカウンタ６０４の計数値は、１６ビッ
トコンパレータ６０６により１６ビットレジスタ６０５
にセットされている計数値と比較される。カウンタ６０
４の計数値がレジスタ６０５にセットされている計数値
に一致したことがコンパレータ６０６により検出される
と、割込み制御回路６Ｆがプログラムを後記する１６ビ
ットタイマ割込みルーチンにジャンプさせる。

【００３５】マイクロコンピュータ６は第１ないし第４
の点火回路Ｕ1 〜Ｕ4 にそれぞれ対応する出力ポートＡ
1 〜Ａ4 を有していて、これらの出力ポートから点火回
路Ｕ1 〜Ｕ4 にそれぞれ点火信号Ｖi が与えられる。な
おマイクロコンピュータ６の出力ポートＡ1 〜Ａ4 と点
火回路Ｕ1 〜Ｕ4 との間に増幅手段を備えた信号供給回
路を設けて、出力ポートＡ1 〜Ａ4 のそれぞれに点火指
令信号が発生したときに対応する信号供給回路から点火
回路Ｕ1 〜Ｕ4 に点火信号を供給するようにする場合も
ある。

【００３６】図１に示した点火装置において、マイクロ
コンピュータ６が実行するプログラムのメインルーチ
ン、基準パルス割込みルーチン、８ビットタイマ割込み
ルーチン及び１６ビットタイマ割込みルーチンのアルゴ
リズムを示すフローチャートをそれぞれ図２ないし図５
に示した。

【００３７】図１の点火装置において、マイクロコンピ
ュータ６の電源が確立すると、図２のメインルーチンが
実行され、ステップ１において各部のイニシャライズが
行われる。メインルーチンでは、ステップ２ないし５に
おいて後記する基準パルス割込みルーチンで演算された
回転数に対して第１ないし第４気筒の目標点火時期が演
算される。第１気筒の点火時期は基準パルスＶs1の発生
位置（第１気筒の基準位置）から点火時期に相当する回
転角度位置までの角度αの形で演算される。同様に、第
２気筒ないし第３気筒の点火時期はそれぞれ、基準パル
スＶs1´，Ｖs2及びＶs2´の発生位置からそれぞれの点
火時期に相当する回転角度位置までの角度の形で演算さ
れる。第１ないし第４気筒の点火時期の演算は、ＲＯＭ
に記憶されたマップ（回転数と点火時期との間の関係を
与える特性の折れ点のデータをテーブルの形で記憶した
もの）を用いて行われる。

【００３８】基準パルスＶs1，Ｖs1´，Ｖs2，Ｖs2´の
いずれかが波形整形回路４を通してマイクロコンピュー
タ６に入力されて、エッジ検出回路６Ｇにより入力され
た基準パルスの立上りエッジが検出されると、ラッチ回
路６Ｈによりその時の１６ビットタイマ６Ｅのカウンタ
６０４の計数値をラッチすると同時に、プログラムが図
３に示した基準パルス割込みルーチンにジャンプさせら
れる。この割込みルーチンでは、先ずステップ１におい
て一連の基準パルスＶs1，Ｖs1´，Ｖs2，Ｖs2´がそれ
ぞれいずれの気筒に対応するパルスであるかの判別（気
筒判別）を行う。この気筒判別は、例えば、負極性の基
準パルスＶs1及びＶs1´が続けて入力されたことが検出
されたときに、今回入力された基準パルスＶs1´を第２
気筒の基準位置を定めるための基準パルスと判定するこ
とにより行う。また負極性の基準パルスＶs1´の次に正
極性の基準パルスＶs2が入力されたときに今回入力され
た基準パルスＶS2を第３気筒の基準位置を定めるための
基準パルスであると判定し、正極性の基準パルスＶs2に
続いて正極性の基準パルスＶs2´が入力されたときに、
今回入力された基準パルスＶs2´を第４気筒の基準位置
を定める基準パルスであると判定する。更に正極性の基
準パルスＶs2´に続いて負極性の基準パルスＶs1が入力
されたときに今回入力された基準パルスＶS1を第１気筒
の基準位置を定める基準パルスであると判定する。

【００３９】気筒判別を行った後、ステップ２において
前回基準パルスが入力された際にラッチされた１６ビッ
トカウンタの計数値と今回の基準パルスが入力された際
にラッチされた１６ビットカウンタの計数値との差を演
算して、前回の基準パルスが入力された時刻から今回基
準パルスが入力された時刻までの経過時間（この例では
機関が９０°回転するのに要した時間）を求め、この経
過時間から機関の現在の回転数を演算する。次いでステ
ップ３において演算された回転数が設定値（この例では
3000［rpm ］）よりも低いか否かを判定し、回転数が設
定値よりも低い場合には、ステップ４において、ステッ
プ１で判別された気筒の点火時期を計測するために、そ
の気筒の基準パルスの発生時刻から点火時期までの間に
エンコーダ３が発生する回転角検出パルスの数を低速時
点火時期計測用計数値Ｘigとして演算する。基準位置か
ら目標点火時期に相当する回転角度位置までの角度（メ
インルーチンで演算される目標点火時期）をα、回転角
検出パルスの発生間隔を1.6 °とすると、低速時点火時
期計測用計数値Ｘigは、次式により求められる。

【００４０】 Ｘig＝α／1.6 …（１） ステップ５においてフラグＴＭＳＥＬを零にし、ステッ
プ６において上記低速時点火時期計測用計数値Ｘigを８
ビットタイマのレジスタ６０２にセットした後、メイン
ルーチンに戻る。

【００４１】８ビットタイマのカウンタ６０１は基準信
号が入力された後回転角検出パルスＶa が入力されるご
とにインクリメントされる。コンパレータ６０３がカウ
ンタ６０１の計数値とレジスタ６０２にセットされてい
る計数値とが一致したことを検出すると、割込み制御回
路６Ｆがプログラムを図４に示す８ビットタイマ割込み
ルーチンにジャンプさせる。この８ビットタイマ割込み
ルーチンでは、先ずステップ１において気筒判別の結果
に基づいて選択したマイクロコンピュータの所定の出力
ポートから所定の気筒の点火信号Ｖi を出力し、ステッ
プ２において１６ビットタイマのレジスタに、現在のカ
ウンタ６０４の計数値に５０［μsec ］に相当する計数
値を加えた数をセットする。次いでステップ３でフラグ
ＴＭＳＥＬを零にしてメインルーチンに戻る。

【００４２】点火信号が発生した後、１６ビットタイマ
のカウンタ６０４の計数値がレジスタ６０５にセットさ
れている数に一致すると、図５の１６ビットタイマ割込
みルーチンが実行される。この割込みルーチンでは、ス
テップ１においてフラグＴＭＳＥＬが１であるか否かを
判定する。点火信号が発生している状態では、図４のス
テップ３においてフラグＴＭＳＥＬが零にされているの
で、図５のステップ２が行われ、点火信号が消滅させら
れる。これにより、点火信号の信号幅が５０μsec に制
限される。点火信号を消滅させた後メインルーチンに戻
る。

【００４３】上記のようにして、機関の低速時には、回
転角検出パルスを計数することにより点火時期が計測さ
れて点火信号が発生させられる。この場合点火時期の分
解能は1.6 °であるが、点火時期は機関の回転角度で演
算されているため、機関の回転数の変動の影響を受けず
に安定した点火時期を得ることができる。

【００４４】また図３の割込みルーチンのステップ３に
おいて回転数が設定値以上であると判定されたときに
は、ステップ７において基準パルスの発生時刻から演算
された点火時期までの間にマイクロコンピュータ内の発
振器が発生するタイミングパルスの数を高速時点火時期
計測用計数値Ｙigとして次式により演算する。

【００４５】 Ｙig＝α×ＮＲＰＭ／360 …（２） ここでＮＲＰＭは、機関が１回転する間に１６ビットタ
イマが計数するタイミングパルスの数である。

【００４６】図３のステップ８においてフラグＴＭＳＥ
Ｌを１にした後、ステップ９において上記高速時点火時
期計測用計数値Ｙigを１６ビットタイマのレジスタ６０
５にセットしてメインルーチンに戻る。１６ビットタイ
マの計数値（１カウントが１μsec ）がレジスタ６０５
にセットされている数値に一致したときに図５の１６ビ
ットタイマ割込みルーチンが実行される。図５の割込み
ルーチンのステップ１においてフラグＴＭＳＥＬが１で
あるか否かが判定される。今の場合、フラグＴＭＳＥＬ
は図３のステップ８において１にされているので、ステ
ップ３に進み、点火信号Ｖi を出力する。次いでステッ
プ４において１６ビットタイマのカウンタ６０４の現在
の計数値に５０μsec に相当する計数値を加えた数をレ
ジスタ６０５にセットし、ステップ５においてフラグＴ
ＭＳＥＬを零にした後メインルーチンに戻る。

【００４７】点火信号Ｖi が発生した後、１６ビットタ
イマのカウンタ６０４の計数値がレジスタ６０５にセッ
トされている数に一致すると、再び図５の１６ビットタ
イマ割込みルーチンが実行され、ステップ１においてフ
ラグＴＭＳＥＬが１であるか否かが判定される。この場
合、前回実行された図５の割込みルーチンのステップ５
においてフラグＴＭＳＥＬが零にされているので、図５
のステップ２が行われ、点火信号が消滅させられる。こ
れにより、点火信号Ｖi の信号幅が５０μsecに制限さ
れる。点火信号を消滅させた後メインルーチンに戻る。

【００４８】上記のように、本発明では、機関の高速回
転時にはマイクロコンピュータ内で発生するタイミング
パルスを計数して点火時期を計測するため、高速時の点
火時期の分解能を高めることができ、点火時期を精密に
制御することができる。

【００４９】図１の点火装置の基準パルス及び回転角検
出パルスの波形と、８ビットタイマ及び１６ビットタイ
マの計数動作とを示す波形図を図７に示した。図７
（Ａ）はパルサコイルＰＣ1 及びＰＣ2 が発生する基準
パルスＶs1，Ｖs1´，Ｖs2及びＶs2´の波形を回転角θ
に対して示し、同図（Ｂ）はエンコーダ３が発生する回
転角検出パルスＶa の波形を示している。また図７
（Ｃ）は８ビットタイマの計数動作を示し、同図（Ｄ）
は８ビットタイマの計数値が低速時点火時期計測用計数
値Ｘigに達したときに発生する点火信号Ｖi を示してい
る。また図７（Ｅ）は１６ビットタイマの計数動作を示
し、同図（Ｆ）は１６ビットタイマが高速時点火時期計
測用計数値Ｙigに達したときに発生する点火信号Ｖi を
示している。なお図１に示した点火装置においては、エ
ンコーダ３が回転角検出パルスＶa を1.6°間隔で１回
転当り２２５個発生するが、図７（Ｂ）においては、便
宜上回転角検出パルスの発生間隔を実際の発生間隔より
も拡大して図示している。図７においてαi1〜αi4はそ
れぞれ第１気筒ないし第４気筒の目標点火時期に相当す
る回転角度を示し、θi1〜θi4は低速時における第１気
筒ないし第４気筒の点火時期を示している。またθi1´
〜θi4´はそれぞれ高速時における第１気筒ないし第４
気筒の点火時期を示している。

【００５０】８ビットタイマにより回転角検出パルスＶ
a を計数してその計数値が低速時点火時期計測用計数値
Ｘigに達したときに点火信号を発生させるようにした場
合には、目標点火時期と実際の点火時期との間の誤差Δ
θi （図７Ｃ参照）の最大値が、回転角検出パルスの発
生間隔（実例では1.6 °）に等しい大きさになるが、こ
の場合、時間を計測して点火時期を求めるのではなく、
機関の実際の回転角度を計測して点火時期を求めること
になるため、機関の回転数の変動の影響を受けずに安定
した点火時期を得ることができる。

【００５１】また１６ビットタイマによりタイミングパ
ルスを計数してその計数値が高速時点火時期計測用計数
値Ｙigに達したときに点火信号を発生させるようにした
場合には、目標点火時期と実際の点火時期との間の誤差
Δθi ´（図７Ｅ参照）の最大値が、３６０／ＮＲＰＭ
で与えられる。ここで、１回転当りに計数するタイミン
グパルスの数ＮＲＰＭは、機関の回転数の上昇に伴って
小さくなっていくが、タイミングパルスの周波数を高く
しておくことにより、機関の高速時の点火時期の誤差を
充分に小さくすることができる。例えば、上記の例のよ
うに、タイミングパルスの発生間隔が１μsec である場
合、機関の最大回転数が１６６００rpmであるとする
と、高速時の点火時期の誤差の最大値は約0.1 °とな
り、高分解能で点火時期を制御することができる。

【００５２】上記の例では、図３に示した基準パルス割
込みルーチンのステップ２により、パルサコイルの出力
から内燃機関の回転数を演算する回転数演算手段が実現
される。また図２に示したメインルーチンのステップ２
ないし５により、回転数演算手段により演算された回転
数に対して内燃機関の点火時期を演算する点火時期演算
手段が実現され、図３の割込みルーチンのステップ３に
より、内燃機関の回転数が設定値よりも低いか否かを判
定する回転数判定手段が実現される。

【００５３】更に図３の割込みルーチンのステップ４な
いし６により、回転数判定手段により回転数が設定値よ
りも低いと判定されたときに、基準パルスの発生時刻か
ら演算された点火時期までの間にエンコーダ３が発生す
る回転角検出パルスの数を低速時点火時期計測用計数値
として、基準パルスの発生時刻から回転角検出パルスの
計数を開始し、その計数値が低速時点火時期計測用計数
値に一致した時刻を内燃機関の点火時期として検出する
低速時点火時期検出手段が実現され、図３に示した割込
みルーチンのステップ７ないし９により、回転数判定手
段により回転数が設定値以上であると判定されたとき
に、基準パルスの発生時刻から演算された点火時期まで
の間にマイクロコンピュータ内の発振器が発生するタイ
ミングパルスの数を高速時点火時期計測用計数値とし
て、基準パルスの発生時刻から回転角検出パルスの計数
を開始させ、その計数値が高速時点火時期計測用計数値
に一致した時刻を内燃機関の点火時期として検出する高
速時点火時期検出手段が実現される。また図４に示した
８ビットタイマ割込みルーチンのステップ１ないし３
と、図５に示した１６ビットタイマ割込みルーチンのス
テップ１及び２とにより、低速時点火時期検出手段が点
火時期を検出した時に点火信号を発生する低速時点火信
号発生手段が実現され、図５の割込みルーチンのステッ
プ１ないし５により、高速時点火時期検出手段が点火時
期を検出した時に点火信号を発生する高速時点火信号発
生手段が実現される。

【００５４】上記の例では、点火回路として、コンデン
サ放電式の回路を用いたが、電流遮断形の回路を用いる
場合にも本発明を適用することができる。

【００５５】上記の例では、４気筒内燃機関を点火する
場合を例にとったが、本発明は気筒数の如何に係わりな
く実施することができる。

【００５６】上記の例では、続いて発生する基準パルス
の極性の組み合わせの違いを利用して各基準パルスがい
ずれの気筒の基準パルスであるかを判別するようにして
いるが、本発明において、気筒判別の方法は任意であ
る。

【００５７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、回転速
度が細かく変動する機関の低速時には、エンコーダが発
生する回転角検出パルスを計数することにより点火時期
を検出し、回転速度の変動が少なくなる高速回転時に
は、マイクロコンピュータ内の発振器が発生するタイミ
ングパルスを計数することにより点火時期を検出するよ
うにしたので、内燃機関の低速時の点火時期を演算され
た通りに正確に定めて低速時の動作の安定化を図ること
ができだけでなく、機関の高速時には点火時期の分解能
を高めて、排気ガスの浄化や、機関の出力の向上を図る
べく、点火時期を精密に制御することができる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる内燃機関用点火装置の構成例を
示した構成図である。

【図２】図１の点火装置でマイクロコンピュータが実行
するプログラムのメインルーチンのアルゴリズムの一例
を示したフローチャートである。

【図３】図１の点火装置でマイクロコンピュータが実行
するプログラムの基準パルス割込みルーチンのアルゴリ
ズムの一例を示したフローチャートである。

【図４】図１の点火装置でマイクロコンピュータが実行
するプログラムの８ビットタイマ割込みルーチンのアル
ゴリズムの一例を示したフローチャートである。

【図５】図１の点火装置でマイクロコンピュータが実行
するプログラムの１６ビットタイマ割込みルーチンのア
ルゴリズムの一例を示したフローチャートである。

【図６】図１の点火装置で用いられる信号発生器が出力
するパルス信号波形を示した波形図である。

【図７】図１の点火装置の動作を説明するための波形図
である。

【符号の説明】

Ｕ1 〜Ｕ4 第１ないし第４の点火回路 １ エキサイタコイル ２ 信号発生器 ３ エンコーダ ４，５ 波形整形回路 ６ マイクロコンピュータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の回転に同期して該内燃機関の
   一定の回転角度位置でパルス信号を発生する信号発生器
   の出力パルスをマイクロコンピュータにより検出して検
   出したパルスの発生間隔から内燃機関の回転数を演算し
   た後、演算された回転数に対して内燃機関の点火時期を
   演算して演算した点火時期に点火信号を発生させ、前記
   点火信号が発生した時に点火コイルの一次電流に急激な
   変化を生じさせることにより該点火コイルの二次コイル
   に誘起させた点火用の高電圧を内燃機関の気筒に取り付
   けられた点火プラグに印加することにより内燃機関を点
   火する内燃機関の点火方法において、 内燃機関の回転軸が微小角度回転する毎に回転角検出パ
   ルスを発生するエンコーダを設けておき、 前記信号発生器は前記内燃機関の上死点よりも位相が進
   んだ回転角度位置に設定された基準位置で基準パルスを
   発生するように構成しておき、 前記内燃機関の回転数が設定値よりも低いときには、前
   記基準パルスが発生したことが検出された時に前記回転
   角検出パルスの計数を開始させて、その計数値が演算さ
   れた点火時期を検出するために必要な値に達した時に前
   記点火信号を発生させ、 前記回転数が設定値以上であるときには前記基準パルス
   が発生したことが検出されたときに前記マイクロコンピ
   ュータ内の発振器が発生するタイミングパルスの計数を
   開始させて、その計数値が演算された点火時期を検出す
   るために必要な値に達した時に前記点火信号を発生させ
   ることを特徴とする内燃機関の点火方法。
2. 【請求項２】 点火信号が与えられた時に点火コイルの
   一次電流に急激な変化を生じさせて点火用の高電圧を発
   生する点火回路と、マイクロコンピュータを用いて前記
   点火回路に点火信号を与える時期を制御する点火時期制
   御装置とを備えた内燃機関用点火装置において、 前記点火時期制御装置は、 内燃機関の上死点よりも位相が進んだ回転角度位置に設
   定された基準位置で基準パルスを発生する信号発生器
   と、 内燃機関の回転軸が微小角度回転する毎に回転角検出パ
   ルスを発生するエンコーダと、 前記パルサコイルの出力から内燃機関の回転数を演算す
   る回転数演算手段と、 前記回転数演算手段により演算された回転数に対して前
   記内燃機関の点火時期を演算する点火時期演算手段と、 前記内燃機関の回転数が設定値よりも低いか否かを判定
   する回転数判定手段と、 前記回転数判定手段により回転数が設定値よりも低いと
   判定されたときに、前記基準パルスの発生時刻から演算
   された点火時期までの間に前記エンコーダが発生する回
   転角検出パルスの数を低速時点火時期計測用計数値とし
   て、前記基準パルスの発生時刻から前記回転角検出パル
   スの計数を開始し、その計数値が前記低速時点火時期計
   測用計数値に一致した時刻を内燃機関の点火時期として
   検出する低速時点火時期検出手段と、 前記回転数判定手段により回転数が設定値以上であると
   判定されたときに、前記基準パルスの発生時刻から演算
   された点火時期までの間に前記マイクロコンピュータ内
   の発振器が発生するタイミングパルスの数を高速時点火
   時期計測用計数値として、前記基準パルスの発生時刻か
   ら前記回転角検出パルスの計数を開始させ、その計数値
   が前記高速時点火時期計測用計数値に一致した時刻を内
   燃機関の点火時期として検出する高速時点火時期検出手
   段と、 前記低速時点火時期検出手段が点火時期を検出した時に
   前記点火信号を発生する低速時点火信号発生手段と、 前記高速時点火時期検出手段が点火時期を検出した時に
   前記点火信号を発生する高速時点火信号発生手段とを具
   備したことを特徴とする内燃機関用点火装置。
3. 【請求項３】 前記点火回路は内燃機関に取り付けられ
   たフライホイール磁石発電機に設けられた発電コイルを
   電源として動作する回路からなり、 前記エンコーダは、前記内燃機関を始動させる電動始動
   装置の出力軸に取り付けられたピニオンギアを噛み合わ
   せるために前記フライホイール磁石発電機のフライホー
   イルの外周に固定されたリングギアの歯を検出して前記
   回転角検出パルスを発生するように構成されている請求
   項２に記載の内燃機関用点火装置。