JPS5836189B2 - 内燃機関用点火時期制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の吸入空燃比、及び回転数により点火
時期を制御する内燃機関用点火時期制御装置に関するも
のである。

従来の点火時期制御装置は、点火信号の分配器、すなわ
ちデイストリビューター内に設けられた遠心ガバナによ
り内燃機関の回転数によ 制御、または、吸入管の負圧
による負圧制御で点火時期を制御していた。

ところで、現在、排気ガス規制が実施されているが、従
来の装置では、この排気ガスの浄化と、機関の効率を上
げて運転フィーリングの向上を計ることとは相い反する
場合が多く、満足な結果を得ることが困難であるという
問題があった。

本発明は上記問題に鑑み、また一般に内燃機関では空燃
比が変化すると燃焼速度が変化する、すなわち空燃比が
薄くなると燃焼速度が小さくなり、逆に濃くなると燃焼
速度が大きくなるということに着目し、主に内燃機関の
空燃比より点火時期を演算し、さらに、機関回転数と空
燃比の限られた範囲において、その点火時期を補正する
ことにより、燃焼速度を反映したきめ細かい点火時期の
制御ができ、排気ガスの浄化と機関効率の向上とを達成
することのできる内燃機関用点火時期制御装置を提供す
ることを目的とするものである。

以下本発明を図に示す実施例について説明する。

第１図は本発明装置の第１実施例を示すブロック図であ
る。

１は内燃機関のクランク軸に同期して作動するデイスト
リビューターである。

１ ａ ｔ１ｂはデイストリビュータ−１内に設けられ
たカムで、１ａは点火時期演算用、１ｂは基準位置検出
用である（本実施例では４気筒、４サイクル内燃機関用
のものに適用してある）。

１ｃ，１ｄはそれぞれのカム１ａ，ｌｂにより駆動され
る開閉器である。

２及び３は、開閉器ｌｃ，ｌｄの開閉出力信号からチャ
タリング信号を除去する波形整形回路である。

４は２分周回路から成るタイミング発生回路、５は空燃
比演算回路、６は内燃機関の吸入空気量を検出する吸入
空気量センサ、７は内燃機関の燃量噴射量を検出する燃
料噴射量センサである。

８は空燃比を点火時期に変換する空燃比点火時期変換回
路、９は機関回転数、及び空燃比の設定された領域を判
別する判別回路よりなる点火時期補正回路、１０はイグ
ニッションコイル１１を駆動するパワーアンプ回路であ
る。

そして、カム１ａ，１ｂ、開閉器１ｃ，１ｄ、波形整形
回路２，３およびタイミング発生回路４により内燃機関
の運転行程の基準位置を検出する基準位置検出手段を構
成する。

また、空燃比演算回路５および空燃比点火時期変換回路
８により空燃比に応じ基準位置よりの遅れ角として点火
時期を演算する点火時期演算回路を構成する。

次に、上記構成になる本発明装置の作動および詳細回路
の説明をする。

内燃機関の回転に伴って一方の開閉器１ｃが開閉するこ
とにより発生した信号は波形整形回路２を通って第２図
Ｂに示すごとく波形或形された後、タイミング発生回路
４に送られ、第２図Ｃに示すごとき信号が得られる。

第３図はこのタイミング発生回路４の内容を示すもので
、フリツプフロツプ３Ｆから成り立っている。

また、内燃機関の回転に伴って他方の開閉器１ｄで発生
した信号は波形整形回路３を通って第２図Ａに示すごと
く波形成形された後、基準信号として、第３図に示すフ
リツプフロツプ３Ｆのブリセット端子Ｐに加えられる。

そして、空燃比演算回路５によりタイミング発生回路４
の出力信号を下記のＴで示されるパルス幅に変換する。

ここで、Ｋは定数、Ａ／Ｆは空燃比、Ｎは内燃機関の回
転数である。

次に、吸入空気量センサ６及び燃料噴射量センサ７につ
いて述べる。

第４図は公知のエアフロメータよりなる吸入空気量セン
サ６の特性を示す特性図であり、その出力電圧ＶＡは空
気量の逆数に比例する。

第５図は燃料噴射量センサ７の％性を示す特性図である
。

本実施例ではディーゼルエンジン用として一般的に用い
られている機械調量式の燃料噴射ポンプをガソリン噴射
用のポンプとして使用しており、この噴射ポンプは内燃
機関に対して同期噴射を行うので、第５図は毎回噴射あ
たりの噴射料と燃料噴射量センサ７の出力抵抗値ＲＦと
の関係を示すが、これによれば毎回あたりの燃料噴射量
と燃料噴射量センサ７の出力抵抗値ＲＦとは比例する。

そして、この燃料噴射量センサ７は、燃料噴射ポンプの
レバー開度を検出するポテンションメータより構成され
る。

よって、前記（１）式は下記（２）式に変換できる。

＝Ｋ’ − １／Ｎ２− １／Ｒｐ ・１／ＶＡ ＝｛
２）ここでＫ′は定数である。

第６図は上記（２）式を演算する空燃比演算回路５の詳
細回路を示すものである。

この第６図において、タイミング発生回路４で作られた
第２図Ｃ図示のタイミング信号は端子５ａに加えられる
。

この端子５ａが低レベルになると反転回路５１ｈを介し
てトランジスタ５ｔがＯＦＦになるので、抵抗５ｈ，５
ｉ，５ｊ，｝ランジスタ５ｇで構成される定電流回路が
作動し、コンデンサ５Ｋを定電流充電する。

端子５ａが高レベルになると、トランジスタ５ｔがＯＮ
Ｌ， トランジスタ５ｇがＯＦＦになるので前記定電
流回路は充電を停止する。

つまりコンデンサ５ｋは充電を終了した時点の電位を保
つことになる。

この電位は第２図Ｄで示される波形となる。

ここで端子５ａが低レベルになる時間、つまり、コンデ
ンサ５ｋが充電される時間は内燃機関の回転数に反比例
するので、充電終了時のコンデンサ５ｋの充電電位は、
内燃機関の回転数Ｎに反比例する。

また、．端子５ａが高レベルの時は、演算増幅器５ｎ．
；抵抗５ｏ、ダイオード５ｐ、トランジスタ５ｑで構成
する回路が作動する。

この回路は燃料噴射量センサ７が接続されている端子５
ｒの電位がコンデンサ５ｋとの電位と同じになるように
動作するので、燃料噴射量センサ７を構成するポテンシ
ョンメータの出力抵抗値ＲＦで決まる電流が端子５ｒか
ら流れ出す。

ここで、トランジスタ５ｑの電流増幅率が非常に高いと
すると、上記電流によってトランジスタ５ｑ、及びコン
デンサ５１ｇ、トランジスタ５ｓのベース・エミツタ間
のルートにより，コンデンサ５１ｇを定電流充電する。

この場合、エアフロメー夕の出力電圧ＶＡが変化しトラ
ンジスタ５ｔを流れる電流が変化してもトランジスタ５
ｓのベース・エミツタ間の電流が変化するのみでコンデ
ンサ５１ｇの充電電流は影響を受けない。

なぜなら、コンデンサ５１ｇの充電電流はトランジスタ
５ｑを流れる電流により定まるからである。

従ってこのコンデンサ５１ｇの充電電位は充電時間に比
例し、燃料噴射量センサ７の出力抵抗値ＲＦに反比例す
ることはあきらかである。

よって、コンデンサ５１ｇの端子電圧Ｅは下式により導
かれる。

ＬＬ ＣＬｒｋよ疋駆（の’ｂｏ この時、出力端子５ｂは低レベルである。

次に、端子５ａが低レベルになると、反転回路５１ｈを
介しコンデンサ５ｕ、抵抗５ｖで微分した波形がトラン
ジスタ５ｍのベースに加えられるので、このトランジス
タ５ｍが短時間ＯＮＬてコンデンサ５ｋの電荷が瞬時に
放電される。

このとき同時に、コンデンサ５ｗ、抵抗５Ｘで微分され
た波形がトランジスタ５ｙのベースに加えられるので、
このトランジスタ５ｙは短時間ＯＮとなる。

よって、フリツプフロツプ５ｚのプリセット端子Ｐが高
レベルになるので、このフリツプフロツプ５ｚがセット
され、その非反転出力Ｑが高レベルになると同時にその
反転出力Ｑが低レベルになるのでトランジスタ５１ａが
ＯＮＬ、トランジスタ５１ａ、コンデンサ５１ｇ、トラ
ンジスタ５ｔ抵抗５１ｃ、演算増幅器５１ｄの回路が作
動し、コンデンサ５１ｇの電荷が放電を始める。

この放電は、コンデンサ５１ｇの図中十端子の電位が放
電により下がり、トランジスタ５ｓがＯＮするまで続く
（ここで、コンデンサ５１ｇの充放電波形は第２図Ｅに
示すごとくになる）。

このトランジスタ５ｓがＯＮすると、フリツプフロツプ
５ｚのリセットｉ子Ｒが高レベルになってリセットされ
、その非反転出力Ｑは低レベルになる。

この間、出力端子５ｂには、高レベルの出力が出ていた
ことになる。

この出力が前述したＴの時間幅を有するパルスである。

前記放電回路における放電電流は，抵抗５１ｃの両端の
電圧で決まるわけである。

これは、吸入空気量センサ６が端子５ｃ，５ｄに接続さ
れ、この吸入空気量センサ６の出力が演算増幅器５１ｄ
，５１ｅで構成されるボルテージフオロアでインピーダ
ンス変換された後、そのまま加わるので、第４図の特性
図からもわかるように吸入空気量に反比例する。

よって、出力端子５ｂの出力パルス幅Ｔは下式で表わさ
れる。

ここで、Ｍは定数である。

前記（４）式に（３）式を導入すると、 Ｔ＝Ｋ’・１／ＲＦ・１／Ｎ２・１ ／ＶＡ ・・・・
・・（５）となる。

これで前述した（２）式が導かれたわけで逆に言えば第
６図図示の空燃比演算回路５は前述した（１）式のＴ＝
Ｋ−Ａ／Ｆ・１／Ｎの式を満足する回路であることがわ
かる。

なお、第６図において、５ｅは定電電源よりの定電圧が
印加される定電圧端子である。

次に、このパルス幅を点火時期に変換する空燃比点火時
期変換回路８について述べる。

第７図において、第７図ａは第１図図示のＢ点の信号で
、デイストリビューターの出力を波形整形したものであ
る。

第７図ｂは前記Ｔの幅を持つ空燃比演算回路５の出力パ
ルス、第７図Ｃは第１図図示のＣ点の波形で、第７図ａ
の波形を２分周したものである。

第７図ｄは第８図の波形処理回路８１により発生される
信号、第７図ｅは第８図図示の空燃比点火時期変換回路
におけるコンデンサ９ｃの両端の電圧を示すもので、第
７図ｆおよび第２図Ｇは第８図および第１図図示の出力
端子Ｇの信号、第７図ｇおよび第２図Ｈは第１図図示の
Ｈ点の波形で、点火信号である。

第８図図示の空燃比点火時期変換回路８において、波形
処理回路８１としてのＮＯＲ回路は空燃比演算回路５の
出力パルスとタイミング発生回路４の出力パルスとが印
加される。

そして、入力端子９Ｂに高レベルの入力が加わると、フ
リツプフロツプ９Ｅがセットされてその非反転出力Ｇは
高レベルになると同時に反転回路９Ｆを通った信号がト
ランジスタ９Ｇに加えられこのトランジスタ９ＧがＯＦ
Ｆする。

すると、抵抗９Ｈ，９Ｉ，９Ｊ，トランジスタ９Ｋ，９
Ｌ、ダイオード９Ｍで構成される定電流回路が働き、ト
ランジスタ９Ｎのベースを経て、コンデンサ９ｃが定電
流充電される。

これは、入力端子９Ｂカ高レベルの間続く。

よってこの間にコンデンサ９ｃに充電される電圧Ｅ１は
、入力端子９Ｂが高レベルにある時間に比例する。

次に、入力端子９Ｂが低レベルになると、抵抗９０を通
してトランジスタ９ｐがＯＮすると同時にトランジスタ
９ＮがＯＦＦする。

これによって、抵抗９Ｑ，９Ｒ，９Ｓ，ダイオード９■
、トランジスタ９Ｔ，９Ｕで構成される定電流回路によ
り、コンデンサ９ｃが定電流放電される。

この放電はコンデンサ９ｃの電位がトランジスタ９Ｎが
ＯＮｔるベース電位にさがるまでに行なわれる。

そして、トランジスタ９ＮがＯＮすると、反転回路９１
ａを介してＡＮＤ回路９Ｗの一方の入力が高レベルにな
っているためこのＡＮＤ回路９ｗを通してフリツプフロ
ツプ９Ｅがリセットされる。

この間出力端子Ｇは高レベルになっている。

ここで、コンデンサ９Ｃの充電、放電ともに定電流で行
なわれるので、入力端子９Ｂのパルス幅と、出力端子Ｇ
のパルス幅は常に一定の比例関係をもつ。

この比例関係は主に充電回路の抵抗９Ｈ，９Ｉ ，９Ｊ
と、放電回路の抵抗９Ｑ，９Ｒ，９Ｓで決まる。

このようにして、Ｔのパルス幅を持つＡ／Ｆのパルスを
目的とする点火時期に終了するパルスに変換することが
できる。

そして、このパルス信号によりパワーアンプ回路１０を
介してイグニッションコイル１１を駆動することにより
このパルスの終了時点でイグニションコイル１１の２次
側に高電圧が発生し、この高電圧をデイストリビュータ
−１を介して各点火栓に分配する。

次に機関回転数及び空燃比の設定された領域を判別する
判別回路９について述べる。

第９図は上記判別回路９の基本構成を示す電気回路図で
、１０Ａは入力端子で比較する波形を入力する。

１０Ｂは判別出力端子で、１またはＯのデジタル信号を
出力する。

１０ｃは基準信号発生回路、１０ＤはＤ−フリツプフロ
ツプで、基準信号と比較信号とのパルス幅を判別し、比
較信号が基準信号のパルス幅より長ければ出力端子１０
Ｂは高レベルになる。

そして、機関の回転数の判別をするには、入力端子１０
Ａに第１図図示のＣ点の信号を入れ、基準信号発生回路
１０Ｃとして前記第１図図示のＣ点の信号と同期して作
動する単安定マルチバイブレークを使用する。

これによって、入力端子１０Ａの信号のパルス幅は機関
回転数に反比例するので、基準信号塔生回路１０Ｃのパ
ルス幅を希望する値に設定すれば、回転数の大小を出力
端子１０Ｂに１またはＯのデイジタル信号として取り出
すことができる。

また、空燃比の判別をするには、入力端子１０ＡにＴの
幅を持つ第６図図示の出力端子５ｂの信号を入れる。

このパルス幅Ｔは機関回転数に反比例するので、基準信
号発生回路１０Ｃの基準信号も機関回転数に反比例しな
ければならない。

これを実現するには第６図図示の回路の一部を変更した
ものを用いればよい。

つまり、演算増幅器５ｎのかわりに定電圧端子５ｅより
一定電位の電圧を抵抗５０に加え、両センサー６，７を
固定抵抗に変えれば回転数の判別と同様に出力端子１０
Ｂに１または０のデイジタル信号が得られる。

これらの出力信号により、第６図図示回路では抵抗５１
ｃ，５ｊ，５ｉ，５ｈ，第８図図示の回路では抵抗９Ｉ
，９Ｊ ，９Ｈ，９Ｑ，９Ｓ，９Ｒのうち１つまたは
同時に２つ以上をトランジスタ等によって切り換えるこ
とにより点火時期を所定の値に補正することができる。

なお、上述した実施例においては、デイストリビュータ
−１に２つのカム１ａ，Ｉｂを設けて開閉器１ｃ，ｌｄ
の開閉をするようにしているが、第１０図に示す様に４
５°または１３５°にオフセットした２つの電磁ピック
アップ１１ａと４つの凸部を有する鉄片１１ｃと、２つ
の波形整形回路１ｌｂと、セットーリセットフリツプフ
ロツプ１１ｄとで構成される無接点式の基準位置検出手
段に回路をおきかえることもできる。

また、上述した実施例においては点火時期の補正を空燃
比、及び機関の回転数のみで行ったが、吸気管負圧、冷
却水温、その他のパラメータにより適当なセンサを使用
することによって同様に補正可能である。

以上述べたように本願発明装置においては、空気量セン
サにより検出した吸入空気量と燃料噴射量センサにより
検出した燃料噴射量とにより空燃比を演算し、この空燃
比に応じて基準位置よりの遅れ角として点火時期を演算
し、かつ機関回転数および空燃比により運転領域を判別
し点火時期の補正をするから、空燃比に依存する燃焼速
度の違いを考慮して点火時期を所望の値に設定すること
ができ、また運転領域に応じて点火時期の特性を切換え
ることができ、機関の効率向上と排気ガスの浄化が可能
な最適な点火時期特性を実現できるという優れた効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を示すブロック図、第２
図は第１図図示の本発明装置の作動説明に供する各部波
形図、第３図は第１図図示の本発明装置におけるタイミ
ング発生回路を詳細に示す電気回路図、第４図は第１図
図示の本発明装置における吸入空気量センサの特性図、
第５図は第１図図示の本発明装置における燃料噴射量セ
ンサの特性図、第６図は第１図図示の本発明装置におけ
る空燃比演算回路を詳細に示す電流回路図、第７図は第
８図図示の空燃比点火時期変換回路の作動説明に供する
各部波形図、第８図は第１図図示の本発明装置における
空燃比点火時期変換回路を詳細に示す電気回路図、第９
図は第１図図示の本発明装置における判別回路の基本電
気回路図、第１０図は第１図図示の本発明装置に適用す
る基準位置検出手段の他の実施例を示す電気回路図であ
る。 １ ａ ， １ ｂ ， １ ｃ ， １ ｄ ， ２
， ３ ， ｊｌ・・・”基準位置検出手段を構成す
るカム、開閉器、波形整形回路、タイミング発生回路、
５，８・・・・・・点火時期演算回路を構成する空燃比
演算回路と空燃比点火時期変換回路、６・・・・・・吸
入空気量センサ、７・・・・・・燃料噴射量センサ、９
・・・・・・判別回路よりなる点火時期補正回路、ｌｌ
ａ，１ｌｂ，ｌｌｃ，１１ｄ・・・・・・基準位置検出
手段を構成する電磁ピックアップ、波形整形回路、鉄片
、セットーリセットフリツプフロツプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量センサ
   と、燃料噴射量を検出する燃料噴射量センサと、前記内
   燃機関の運転行程の基準位置を検出する基準位置検出手
   段と、前記空気量センサにより検出した吸入空気量と燃
   料噴射量センサにより検出した燃料噴射量とにより空燃
   比を演算し、この空燃比に応じ前記基準位置検出手段の
   基準位置よりの遅れ角として点火時期を演算する点火時
   期演算回路と、前記内燃機関の回転数および前記空燃比
   により運転例域を判別し前記点火時期演算回路の点火時
   期を補正する点火時期補正回路とを備えることを特徴と
   する内燃機関用点火時期制御装置。