JPS5914628B2 - 進角度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、内燃機関の点火時期制御や燃料噴射時期制
御等のように進角度を制御する装置に関するものである
。

近年、公害対策等の要求から、内燃機関の点火１時期制
御や燃料噴射時期制御等の高精度化が叫ばれてきてεす
、電子回路技術を応用した進角度制御装置が採用され始
めている。

さらに、内燃機関に最適な進角度制御を行なわせるため
に、各種条件から進角度値を演算するコンピュータ技術
を用いる場合もある。

このような方式による従来の進角度制御装置の一例を第
１図に示す。

第１図において、１０は角度信号発生器であつ；て、内
燃機関（図示せず）に取り付けられかつ内燃機関と同一
または同期した回転数で回転するカム１１、このカム１
１によって開閉される接点１２、電源（図示せず）に接
続された電源線１３およびこの電源線１３と接点１２の
間に接続され；た抵抗１４を含む。

２０は三角波発生回路であって角度信号発生器１０中の
接点１２と抵抗１４の接続点へ接続された入力端子を有
する単安定マルチバイブレーク２１、この単安定マルチ
バイブレーク２１の出力端子へ接続された入力端子を有
する低域通過フィルタ２２、この低域通過フィルタ２２
の出力端子へ接続された非反転入力端子を有する演算増
幅器２３、この演算増幅器２３の出力端子と反転入力端
子の間に接続さイまたコンデンサ２４、演算増幅器２３
の出力端子と大地の間でコンデンサ２４と直列に接続さ
れた抵抗２５並びにコンデンサ２４の両端間に接続され
た主端子および単安定マルチバイブレーク２１の出力端
子へ接続された制御端子を有するスイッチ２６を含む。

３０は進角度指令信号発生回路であって、コンピュータ
（図示せず）等から進角度指令信号Ａｏ〜Ａｎが供給さ
れるＤ／Ａ変換器３１を含む。

４０は比較回路であって、その非反転入力端子、反転入
力端子がそれぞれ三角波発生回路２０、進角度指令信号
発生回路３０の出力端子へ接続される。

５０は進角度制御装置の出力端子であって、比較回路４
０の出力端子へ接続される。

第２図は、第１図に示した従来の進角度制御装置の動作
説明用のタイムチャートを示す。

第２図において、ａは角度信号発生器１０の出力信号、
ｂは単安定マルチバイブレーク２１の出力信号、Ｃは三
角波発生回路２０の出力信号として出力される三角波で
あって演算増幅器２３の出力端子に現われる出力信号、
ｄは比較回路４０の出力信号を示す。

以下、第１図に示した従来の進角度制御装置の動作を、
第２図のタイムチャートを用いて説明する。

角度信号発生器１０中のカム１１は、内燃機関と同期し
て回転するように取り付けられており、接点１２を開閉
する。

この結果、接点１２が開いている時だけ電源線１３から
抵抗１４を通して単安定マルチバイブレーク２１へ電流
が流れるので、角度信号発生器１０は第２図ａに示した
ような出力信号を発生する。

この第２図ａにおいて、出力信号の周期はＴでありかつ
１周期は２πラジアンであるとする。

また、出力信号パルスの立上り時点が基準の角度となる
ような角度にカム１１は取り付けられているとする。

三角波発生回路２０中の単安定マルチバイブレーク２１
は、角度信号発生器１０の出力信号パルスが発生した瞬
間から時間幅τの出力信号パルス（第２図す参照）を発
生し、これを低域通過フィルタ２２に印加すると共にス
イッチ２６の制御端子に印加する。

このスイッチ２６は、アナログスイッチと呼ばれるもの
であってその制御端子に”高″レベルの信号が印加され
た時閉じるので、上述したように単安定マルチバイブレ
ーク２１が第２図すのように出力信号パルスを発生して
いる間だけ閉じてコンデンサ２４を短絡する。

一方、低域通過フィルタ２２は、単安定マルチバイブレ
ーク２１の出力信号パルス列が入力されると、内燃機関
の回転数に比例した回転数電圧ＶＮを出力し、従ってこ
の回転数電圧■Ｎを演算増幅器２３の非反転入力端子へ
印加する。

回転数電圧ＶＮ（第２図Ｃ参照）は、非常に低く例えば
大体０ボルトであり、しかも低域通過フィルタ２２から
出力されるので回転数が変動しても殆ど変動せず、かつ
単安定マルチバイブレーク２１の出力信号パルスの電圧
振幅をＶＡ （第２図す参照）とすれば■Ｎ＝〒ＶＡで
表わされる。

単安定マルチバイブレーク２１からの出力信号パルスが
消滅すると、スイッチ２６によるコンデンサ２４の短絡
が解ｑるので、コンデンサ２４は演算増幅器２３の出力
端子から充電されかつその充電電流Ｉは抵抗２５の値を
ＲとすればＩ＝＝ ＶＮ＝π〒ｖＡとなる。

従って、コンデンサ２４の容量をＣとすれば、演算増幅
器２３の出力電圧Ｖ（ｔ）はＩ ＶＮ σ・ｔ＝σπ・ ｔ ＝、、、 ＶＡ −ｔとなる。

しかも、単安定マルチバイブレーク２１の出力信号パル
ス幅τとコンデンサ２４および抵抗２５により決まる時
定数ＣＲとを一致させておけば、演算増幅器２３の出力
電圧は単安定マルチバイブレーク２１が出力信号パルス
を出力しなくなった瞬間大体０ボルトの回転数電圧■Ｎ
からピーク電圧ＶＰ（第２図Ｃ参照）に向って所定の傾
斜で直線的に変化する。

すなわち、この三角波を電圧０ボルトへ向けて延長すれ
ば、単安定マルチバイブレーク２１の出力信号が立上る
時刻に三角波は電圧０ボルトと交差する。

この結果、演算増幅器２３の出力端子には第２図Ｃに示
したような三角波出力信号が得られる。

この三角波出力信号のピーク電圧Ｖｐは、ｔ＝Ｔの条件
下でＶｐ＝白い情となり、またτ＝ＣＲであるので■Ｐ
−ＶＡとなり、回転数とは無関係に一定となる。

進角度指令信号Ａｏ”Ａｎは、例えばコンピュータ等で
演算された最適値がディジタル信号で与えられるものと
する。

進角度指令信号発生回路３０中のＤ／Ａ変換器３１は、
上述したピーク電圧Ｖｐが常に一定であることから、そ
の内部でピーク電圧■１に等しい疑似ピーク電圧Ｖｐを
発生させ、この疑似ピーク電圧■１をレファレンス電圧
としてｎビットのディジタル値で与えられた進角度指令
信号を進角度指令電圧■θ（第２図Ｃ参照）に変換する
。

ここに、進角度θ２π θは、第２図Ｃから明らかなように、θ一匹（Ｖｐ−Ｖ
ｐ）として与えられる。

比較回路４０は、三角波発生回路２０の出力信号と進角
度指令信号発生回路３０の出力信号とを比較して、第２
図ｄに示したような出力信号を発生し、これを進角度制
御信号として出力端子５０へ出力する。

この出力端子５０には点火制御装置や燃料噴射装置（共
に図示せず）が接続され、進角度指令信号Ａｏ〜Ａｎで
与えられた進角度の点で点火あるいは燃料の噴射が行な
われる。

第１図の進角度制御装置は上述したように動作し、内燃
機関の回転が安定であれは上述したように回転数に無関
係に三角波のピーク電圧Ｖｐが一定となるが、実際には
内燃機関に常時回転変動が存在し、ピーク電圧ＶＰがわ
ずかながらでも変動するため進角度制御信号に誤差が生
じる。

しかも、内燃機関の回転変動が大きいほど、誤差は大き
くなる。

第３図および第４図に示すタイムチャートは、回転変動
が生じた時、進角度制御信号に誤差が発生する状態を説
明するための図である。

各図中、第２図と同一記号は同一部分の信号を示す。

第３図は、内燃機関の回転数が急に低下した場合を示す
。

第３図において、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは回転数が
安定しており、進角度θ１は第２図の進角度θと全く等
しい。

今、時刻ｔ２において短時間に回転数が低下したとする
と、低域通過フィルタ２２が遅れ要素であることから回
転数電圧ｖＮは急には追従できず、三角波出力信号は時
刻ｔ１とｔ２の間と同じ傾斜で変化しようとするから、
ピーク電圧Ｖｐは安定時のピーク電圧Ｖｐより高くなる
。

この時、進角度θ２はθ２＝２ｉＰ１ （ｖＰｌ−ｖθ）で与えられるから、進角度指令電圧■
θ 一定とすると、進角度θ２は安定時の進角度θ、従
ってθより進んだことになる。

時刻ｔ３とｔ４の間では回転数電圧ｖＮが安定している
とすると、進角度θ３は進角度θ１従ってθと等しくな
り安定する。

第４図は、内燃機関の回転数が急に上昇した場合を示す
。

第４図において、時刻ｔ５から時刻ｔ６までは回転数が
安定しており進角度θ４は第２図の進角度θと全く等し
い。

今、時刻ｔ６において短時間に回転数が上昇したとする
と、上述したように回転数電圧ｖＮが急には追従できな
いため、三角波出力信号は時刻ｔ５とｔ６の間と同じ傾
斜で変化しようし、ピーク電圧■Ｐ２は安定時のピーク
電圧ＶＰより低くなる。

この時、進角度θ５はθ５−２π 一π（ｖｐ２−ｖθ）で与えられ、進角度指令電圧■θ
ｉ≦一定であるから、進角度θ５は安定時の進角度θ４
従ってθより遅れた゛ことになる。

時刻ｔ７とｔ８の間では回転数電圧ｖＮが安定している
とすれば、進角度θ６は進角度θ４従ってθと等しくな
り安定する。

以上の説明から明らかなように、定常回転時でも発生し
ている回転変動は、進角度制御信号に誤差を生じさせ、
進角度制御の精度を著しく低下させる要因となる。

進角度指令信号発生回路３０は。内燃機関に要求される
進角度を高精度で与えるものであるが、三角波発生回路
２０で精度を低下させては、内燃機関の最適な進角度制
御ができなくなり、内燃機関に十分な性能を発揮させる
ことができなくなる。

この発明は、この点に鑑みてなされたものであって、進
角度制御範囲が一般には１周期（第１図の場合は２π）
に比べてはるかに狭いことから、角度信号発生器を２個
用い第１の角度信号発生器で検出した第１の角度から第
２の角度信号発生器で検出した第２の角度までの期間よ
りも短い第２の角度から第１．の角度までの期間のみ三
角波を発生する三角波発生回路を用いることにより、上
述した欠点を除去しようとするものである。

以下、この発明の一実施例を第５図および第６図につい
て詳細に説明する。

第５図に示すこの発明の進角度制御装置は、第１の角度
信号発生器１０に加えて第２の角度信号発生器６０を使
用すること、並びに三角波発生回路２０Ａ中にフリップ
フロップ２７およびオア回路２８を含めることが第１図
に示した従来の進角度制御装置と違う。

詳しく云えば、第１の角度信号発生器１０の出力端子は
フリップフロップ２７のセット入力端子Ｓへ接続される
。

第２の角度信号発生器６０は、第１の角度信号発生器１
ｏと同様にカム６１、接点６２、電源線６３および抵抗
６４を有し、その出力端子が単安定マルチノくイブレー
タ２１およびフリップフロップ２７のリセ゛ント入力端
子Ｒへ接続される０オア回路２８は、その一方の入力端
子が単安定マルチ７＜イブレータ２１の出力端子へ接続
され、その他方の入力端子がフリップフロップ２７の出
力端子へ接続され、かつその出力端子がスイッチ２６の
制御端子へ接続される。

なお、図中、第１図と同一の記号は同一部分または相当
部分を示すＯ 第６図は、第５図に示したこの発明の一実施例の動作説
明用のタイムチャートを示す０第６図においてｅは第２
の角度信号発生器６０の出力信号、ｆはフリップフロッ
プ２７の出力信号、ｇはオア回路２８の出力信号を示す
０なお、図中、第２図と同一の記号は同一部分の出力信
号を示す０以下、第５図に示したこの発明の一実施例の
動作を、第６図のタイムチャートを用いて説明する。

第２の角度信号発生器６０は、第１の角度信号発生器１
０と全く同一の構成でかつ同一の場所に取り付けられ、
第６図ｅに示すように第１の角度信号発生器１０の出力
信号（第６図Ｃ参照）よりも角度θｏ２（第６図Ｃ参照
）だけ進角した角度で出力信号を発生する０単安定マル
チバイブレーク２１は第６図すに示すように第２の角度
信号発生器６０の出力信号が発生した瞬間から時間幅τ
ｌの出力信号パルスを発生する０低域通過フィルタ２２
は、上述したように単安定マルチバイブレーク２１の出
力信号パルス列が入力されると、回転数に比例した回転
数電圧ＶＮ（第６図Ｃ参照）を発生する。

この回転数電圧ｖＮは、単安定マルチバイブレーク２１
の出力信号パルスの電圧振幅をＶＡ（第６図す参照）と
すると、上述したようにｙ Ｎ＝ｒ −ＶＡで与えられ
る０フリツプフロツプ２７は、第１の角度信号発生器１
０の出力信号が発生した時刻から、第２の角度信号発生
器６０の出力信号が発生する時刻まで、第６図ｆに示す
ような出力信号を発生し従ってセット期間（Ｔ１−Ｔ２
）およびこれよりも短いリセット期間Ｔ２を有する。

オア回路２８は、単安定マルチバイブレーク２１の出力
信号とフリップフロップ２７の出力信号との論理和をと
り、第６図ｇに示す出力信号を発生してこれをスイッチ
２６の制御端子に印加する。

スイッチ２６は、オア回路２Ｂの出力信号が“高”レベ
ルの間開じてコンデンサ２４を短絡する。

ここで、コンデンサ２４の容量を０１、抵抗２５の抵抗
値をＲ１、時間幅τ１＝００・Ｒ１とすると、第６図Ｃ
に示す三角波出力信号は、正確にはオア回路２８の出力
信号が立下ると同時に、Ｔ１が非常に狭いのでこれを無
視すれば第２の角度信号発生器６０の出力信号が立上る
と同時に、大体０ボルトの回転数電圧ｖＮからピーク電
圧ＶＰ（第６図Ｃ参照）に向って所定の傾斜で正確には
角度θｏ１、大体角度θｏ２の間直線的に変化する。

この時、三角波出力信号のピーク電圧■Ｐがｙ ｐ、−
？ −ＶＡで与えられるから、Ｄ／Ａ変換器３１は、こ
の値と等しい電圧をレファレンス電圧としてｎビットの
ディジクル値で与えられた進角度指令信号Ａｏ ＝ Ａ
ｎをアナログ電圧に変換し、もって進角度指令電圧■θ
として出力する。

比較回路４０は、三角波発生回路２０Ａの出力信号と進
角度指令電圧■θ（第６図Ｃ参照）を比較して第６図ｄ
に示すような進角度制御信号を発生し、これを出力端子
５０へ送出する〇 この場合、進角度θ（第６図Ｃ参照）と進角度指令電圧
■θの関係は、θ−！Ｑ−２！（■Ｐｏ−■θ）でｐ 与えられる。

進角度の制御範囲（マ、三角波出力信号の傾斜部で制限
されるから、角度θｏｌで与えられる。

従って、時間幅でｌに相当する角度と角度θ旧との和か
ら角度θｏ２を決定し、第２の角度信号発生器６０の取
り付は角度を決定すればよい。

以上のように構成した場合、第１図の進角度制御装置に
比べて精度が改善される度合Ｍは、Ｍ−１−４１である
から、進角度制御範囲を例えばＴ２ θ０２ ３６°とするとＭ−１０となり、この発明の進角度制御
装置による精度は１０倍も改善される。

これは、前述の回転変動による進角度制御信号の誤差を
百に減少させる効果を持つことを示している○ 第５図の実施例では、第１の角度信号発生器１０および
第２の角度信号発生器６０の両方に、カムと接点の組み
合わせを用いたが、他に、歯車またはカムと磁石発電機
、歯車またはカムと磁気感応素子、円板と光電式検出器
による組み合わせ等を用いることもでき、いずれも２個
１組の角度信号発生器を第５図と同様に角度θｏ２の角
度差をもって取り付ければ、この発明と同等の効果があ
ることに変りない。

特に、磁石発電機を用いる方法の場合、磁石発電機の出
力信号のデユーティを小さくして波形の片側の傾斜を急
しゅんにし、２個の角度信号発生器を取り付けると、角
度の検出精度を上げることができ、この発明の効果をよ
り高めることができる。

第５図の実施例では、角度θ０２と角度θ旧の間に差が
あるが、もちろんこの差を無くすようにしても良いし、
また大体Ｏボルトの回転数電圧ｖＮからではなく完全に
Ｏボルトから立上る三角波発生回路を用いても良い。

以上、説明したように、この発明は、進角度制御範囲が
１周期より狭いことから、２個の角度信号発生器を用い
、第２の角度から第１の角度までの間の角度が進角度制
御範囲を確保できる最小値に設定され、この角度間のみ
三角波を発生する三角波発生回路を用いることにより、
従来の装置に比べて内燃機関の回転変動による進角度制
御値の誤差を極めて小さくすることができ、進角度制御
装置の精度を向上できるから、過渡特性、安定性に優れ
た進角度制御装置を提供することができる０

【図面の簡単な説明】 第１図は従来の進角度制御装置を一部ブロック図で示す
回路図、第２図、第３図および第４図は第１図に示した
従来の進角度制御装置の動作説明用のタイムチャート、
第５図はこの発明の一実施例を一部ブロック図で示す回
路図、第６図は第５図に示したこの発明の進角度制御装
置の動作説明用のタイムチャートである。 １０は第１の角度信号発生器、２０Ａは三角波発生回路
、２１は単安定マルチバイブレーク、２２は低域通過フ
ィルタ、２３は演算増幅器、２４はコンデンサ、２５は
抵抗、２６はスイッチ、２７はフリップフロップ、２８
はオア回路、３０は進角度指令信号発生回路、３１はＤ
／Ａ変換器、４０は比較回路、６０は第２の角度信号発
生器を示す。 図中、同一記号は同一部分または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関の回転角度の基準となる第１の角度を検出
   する第１の角度信号発生器と、前記第１の角度より一定
   角度だけ進角した第２の角度を検出する第２の角度信号
   発生器と、前記第１の角度から前記第２の角度までの期
   間よりも短い前記第２の角度から前記第１の角度までの
   期間のみ三角波を発生させ、しかもこの三角波が前記内
   燃機関の回転数と無関係に一定のピーク電圧をもつ三角
   波発生回路と、前記内燃機関に要求される進角度値を出
   力する進角度指令信号発生回路と、前記三角波発生回路
   の出力信号と前記進角度指令信号発生回路の出力信号と
   を比較する比較回路とを備えたことを特徴とする進角度
   制御装置。 ２ 三角波発生回路は、第１の角度信号発生器の出力端
   子へ接続されたセット入力端子および第２の角度信号発
   生器の出力端子へ接続されたりセット入力端子を有する
   フリップフロップと、前記第２の角度信号発生器の出力
   端子へ接続された単安定マルチバイブレークと、この単
   安定マルチバイブレークの出力端子へ接続された低域通
   過フィルタと、前記フリップフロップの出力端子、前記
   単安定マルチバイブレークの出力端子へそれぞれ接続さ
   れた入力端子を有するオア回路と、前記低域通過フィル
   タの出力端子へ接続された非反転入力端子を有する演算
   増幅器と、この演算増幅器の出力端子と反転入力端子の
   間に接続されたコンデンサと、このコンデンサと並列に
   接続されると共に制御端子が前記オア回路の出力端子へ
   接続されたスイッチと、前記反転入力端子と大地の間に
   接続された抵抗とを含み、前記フリップフロップのセッ
   ト期間よりもリセット期間を短くした特許請求の範囲第
   １項記載の進角度制御装置。