JPS592796B2 - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の気筒内圧力を常時検出してこの気筒
内圧力がある状態になる様に点火時期を決定する内熱機
関用点火装置に関するものである。

内熱機関の点火時期は機関が最適に運転される様に機関
の状態により決定する必要がある。

従来、点火時期制御装置としては、遠心式進角機構によ
り機関速度及び真空式進角機構により吸気負圧を検出し
、機関の状態を代表させて点火時期を決定するのが一般
的である。

ところで、一般に機関の効率、燃費を考えると最大トル
ク時の最小進角値いわゆるＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍａｄ
ｖａｎｃｅ ｆｏｒ Ｂｅ５ｔ Ｔｏｒｑｕｅ
）で点火するのが最良と知られており、機関の状態によ
りＭＢＴに点火時期を変える必要がある。

ところが、上述した従来装置においては、内燃機関の試
験結果に基いて点火時期を平均的にプログラムしたもの
を使用しているので、現実のＭＢＴとは点火時期が大幅
にずれる、点火位置のプログラム点と実点火点が大気状
態や個々の機関特注のバラツキやその他で差を生じ、補
正が実際上困難であり、要求進角通り点火しない時が多
い、補正したとしても、その補正要素は回転数、吸気負
圧、温度等の種々の環境条件によるものであるのでこれ
らの補正項をすべて含むことは装置が高価かつ複雑とな
りその構成上実用に乏しいものとなるなどの欠点がある
。

ところで、点火時期と気筒内圧とは強い相関々係がある
ことは一般に知られるところであるが、混合気を爆発さ
せた場合のシリンダ内圧の最大値（以下Ｐｍａｘ と
する）と点火火花を発生させない即ち気筒内の混合気を
爆発させないでモータにより内燃機関を駆動させたいわ
ゆるモータリング時の最高圧力値（以下Ｐｍとする）と
の比ＰｍａＸ／Ｐｒｒｌを各種条件にて実験した結果、
点火時期を進めるに従いＰｍａＸ７ が大きくなる
傾ｍ 向があり、又第１図に示す様にＭＢＴでは回転速度、吸
気管負圧、Ａ／Ｆ等のパラメータによらずＰｍａＸ／Ｐ
ｍがほとんど一定であることが判明した、（又、図には
記載してないが冷却水温・油温に関してもほぼ一定であ
る。

）従って、本発明はｍａｘ 機関の点火時期を ’Ｐｍが一定となる様に制御す
ることにより、上記の欠点を解消することを目的とした
ものである。

この際、実際の制御としてＰｍを検出することは不可能
であるので最大点火進角以前の固定角度（第２図におけ
るＫａ）における圧力値（第２図におけるＰｉ）で代表
さｍａｘ せて ／Ｐ、を検出し、所定値より小さい時は点火
時期を進み側にし、又大きい時は点火時期を遅れ側にす
ることにより、内燃機関の運転状態によらず点火時期を
ＭＢＴ付辺に保つことのできる内燃機関用点火装置を提
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３図は本発明のブロック図を示すものであシ、１は４
気筒４サイクル内燃機関のクランク軸の２つの角度位置
を検出する角度位置検出装置、２は前記角度位置検出装
置１の信号によりコンデンサを充放電させて点火進角度
を演算する点火時期演算回路である。

３は前記点火時期演算回路２の信号により点火火花を発
生する公知の点火装置である。

４は前記角度位置検出装置１の角度位置検出信号により
点火時期演算回路２と同様にして固定角度を演算する固
定角度演算回路である。

６は内燃機関の気筒内の圧力を検出する圧力検出器、５
はＰｍａＸ／／ が所定値より大きいか小さいかをＰ
ｉ 判断して点火時期を進めるか遅らせるかの信号を発生す
る進角、遅角検出回路である。

次に、本発明装置の詳細回路を第４図乃至第６図におい
て説明する。

まず、第４図に示す点火時期演算回路２において、抵抗
２−２０２−２１、コンデンサ２−２２により基準電位
Ｖ ｒ ｅ ｆをつくり、以下に示す演算増幅器にバイ
アス抵抗を介して接続される。

そして、点火時期演算回路２い、さらにＮＯＴ回路２−
１、放電制御回路２−２、ｕ Ｉ Ｉ＋レベルの信号で
導通（ＯＮ）するアナログスイッチ２−３．２−４．２
−９、充電抵抗２−５゜放電抵抗２−６、基準電位Ｖｒ
ｅｆに接続されているバイアス抵抗２−７，２−１２、
入力抵抗２−ＩＬ演算増福器２−８、２−１３ 、コン
デンサ２−１０、およびＡＮＤ回路２−１４で構成され
ている。

そして、抵抗２−５．２−６．２−７、コンデンサ２−
１０、および演算増幅器２−８はミラー積分回路を構成
しており、入力電圧が基準電位Ｖｒｅｆより低い時コン
デンサ２−１０が充電され、Ｖｒｅｆよシ高い時コンデ
ンサ２−１０が放電される。

又、抵抗２−１１，２−１２、演算増幅器２−１３は比
較回路を構成している。

また、第４図に示す固定角度演算回路４も点火時期演算
回路２と同様に充電制御回路４−１、放電制御回路４−
２、ルベルの信号で導通（ＯＮ）するアナログスイッチ
４−３、４−４、４−９、充電抵抗４−５、放電抵抗４
−６、’基準電位Ｖｒｅｆに接続されているバイアス抵
抗４−７、４−１２、入力抵抗４−１１、演算増幅器４
−８．４−１３、コンデンサ４−１０、ＡＮＤ回路４−
１４で構成されている。

また、上記各アナログスイッチ２−３．２−４．２−９
．４−３．４−４．４−９は電界効果トランジスタで構
成すると好適である。

尚、１０はキースイッチ、１１は電源をなすバッテリ、
Ｋｓはキースイッチ１０を介して電源１１に接続される
電源端子である。

また、固定角度演算回路４の充電制御回路４−１は第５
図に示すごとく、抵抗４−１−Ｌ４−１−２で構成され
、その出力端子Ｂには抵抗分割により基準電位Ｖｒｅｆ
より低い一定電位が取り出されるようになっている。

また、放電制御回路４−２は第５図に示すごとく、抵抗
４−２−１．４−２−２で構成され、その出力端子Ｃに
は抵抗分割により基準電位Ｖｒｅｆより常に高い一定電
位が取り出されるようにしである。

そして、固定角度演算回路４によりクランク角度で一定
角を示す固定角度Ｋａを求める。

また、角度位置検出装置１および点火時期演算回路２の
放電制御回路２−２の詳細回路の一実施例を第５図にお
いて説明する。

角度位置検出器１において、１−１は外周に等間隔で４
個の突起を有するロータで４気筒内燃機関の図示せぬテ
イストリビュータ軸に固定してあって、このテイストリ
ビュータ軸と共に回転するものである。

１−２゜１−３はロータ１−１の円周方向に於いて所定
角度ずらせて配設した第１．第２の電磁ピックアップで
ロータ１−１の突起と対向させである。

１−６．１−７は各電磁ピックアップ１−２．１−３に
接続したトランジスタ、１−４．１−５は抵抗である。

１−８．１−９はＮＡＮＤ回路でフリップフロップ回路
を構成しており、その一方の入力はトランジスタ１−６
のコレクタに他方の入力がトランジスタ１−７のコレク
タに接続されているそして、ロータ１−１はクランク軸
の２回転で矢印方向に１回転し、ロータ１−１の各突起
が電磁ピックアップ１−２．１−３を横切る時にこの各
電磁ピックアップ１−２．１−３は負に落ち込む第γ図
ａ、ｂに示すごとき信号を発生する。

従って、各電磁ピックアップ１−２．１−３はクランク
軸の各気筒に対して角度位置Ｍｌ、Ｍ２を検出すること
になる。

そして、この各電磁ピックアップ１−２、１−３に負の
信号が発生すると各トランジスタ１−６ 各トランジスタ１−６，１−７の導通によってＮＡＮＤ
回路１−８．１−９よりなるフリップフロップ回路が作
動し、このフリップフロップ回路の一方の出力端子１ａ
には第７図Ｃに示すごとき出力が発生する。

そして、放電制御回路２−２は抵抗２−１−１．２−１
−２にて構成され、基準電位Ｖ ｒ ｅ ｆよシ高い一
定電位をとりだすようにしである。

次に圧力検出器６と進角、遅角検出回路５について第６
図にて説明する。

圧力検出器６において６−１ 、６−２ 、６−３ 、
６− 付けた圧力センサであり、各気筒の圧力上昇に伴い出力
電位が上昇するものである。

進角、遅角検出回路５において、５−１は圧力検出器６
０４つの信号を加算する加算回路であり、抵抗５−１−
１・５−１−２ 、５−１−３ 、５−１−４ 、５−
１−５。

５−１−６、演算増幅器５−１−７で構成されている。

そして、その出力は第７図りに示す様になる。

又、５−５は固定角度演算回路４の出力により第７図ｆ
、ｇに示す様な固定角度Ｋａから単安定出力ｆ、ｇを発
生させる単安定発生回路であり、ＮＯＴ回路５−５−１
、５−５−５、ＮＡＮＤ回路５−５−４、抵抗５−５
−２、コンデンサ５−５−３で構成される単安定回路で
単安定出力ｆを発生させ、この単安定出力ｆの立ち下り
よりＮＯＴ回路５−５−６、５−５−１０、ＮＡＮＤ回
路５−５−９、抵控５−５−７、コンデンサ５−５−８
で構成される単安定回路で単安定出力ｇを発生させるも
のである。

又、５−２はアナログスイッチ５−２−１、抵抗５−２
−２、コンデンサ５−２−３、演算増幅器５−２−４で
構成されるホールド回路であり、固定角度Ｋａにおける
圧力波形の値Ｐｉを第７図にで示す様に毎回ホールドす
るものであって、固定角度圧力値検出回路をなすもので
ある。

５−３は演算増幅器５−３−１ 。５−３−７、ダイオ
ード５−３−２、抵抗５−３−３．５−３−４、トラン
ジスタ５−３−５、コンデンサ５−３−６で構成される
ピークデテクタ回路とアナログスイッチ５−３−８、抵
抗５−３−９、コンデンサ５−３−１０、演算増幅器５
−３−１１で構成されるホールド回路より構成される最
大圧力値検出回路であり、加算回路５−１の出力信号り
がピークデテクタ回路に入力され、演算増幅器５−３−
１とダイオード５−３−２とにより入力のピーク値が検
出され、抵抗５−３−３、を通してコンデンサ５−３−
６に記憶される。

一方、コンデンサ５−３−６の電荷は抵抗５−３−４ト
ランジスタ５−３−５を通じて単安定出力ｇにより毎回
消去され、演算増幅器５−３−７の電圧ホロウ回路にて
第７図ｊにて示すごとき出力ｉをとり出し、これがホー
ルド回路により単安定出力ｆにて圧力波形のピーク値が
第７図ｊに示す様にとり出される。

この出力、すなわち毎回の圧力の最大値Ｐｍａｘが抵抗
５−３−１２ 、５−３−１３で分割され、最大圧力値
検出回路５−３の出力はｐｍａＸ／ｒｒ１（ｍ＞１ ）
となる。

又、５−４は抵抗５−４−１ 、５−４−２、演算増幅
器５−４−３で構成される比較回路と抵抗５−４−４
、５−４−５、コンデンサ５−４−６、演算増幅器５−
４−７から構成する積分回路とから構成される点火時期
補正回路をなす充電電流制御回路であり、ホールド回路
５−２の出力ｋＰｉと最大圧力値検出回路５−３の出力
ＰｍａＸ／ｍとを入力としてＰｉよりＰｍａＶ／′ｍの
力が大きい場合は比較回路の出力ｌには第１図１で示す
とと＜ １１１ Ｉ＋レベルの信号が出て積分回路によ
り充電々流制御回路５−４の出力りの電位は第７図ｍで
示すごとく負の傾きをもち下降していく。

又、ＰｉよりＰｍａＸ／／ｒｎの方が小さい場合は、比
較回路の出力ｌには゛０″レベルの信号が出て、充電々
流制御回路５−４の出力りの電位は第７図ｍで示すごと
く正の傾きをもち上昇していく。

そして、この充電電流制御回路５−４の出力端子は第４
図図示の点火時期演算回路２のアナログスイッチ２−３
の入力端子りに接続される。

次に、上述した実施例について第７図のタイムチャート
を援用してその作動を説明する。

角度位置検出装置１は図示してない内燃機関のクランク
軸の回転に同期して矩形パルスを発するもので、その出
力端子１ａに第７図Ｃに示すととくＭ１〜Ｍ２０間”１
“レベル、Ｍ２〜Ｍ１間ＴＴ Ｏｎレベルの出力を発し
、内燃機関の１回転当り２周期の２パルスの出力を発生
するものである。

そして、角度位置検出装置１の出力が゛１″レベルにな
ると点火時期演算回路２のアナログスイッチ２−３がＯ
Ｎする。

このとき、ＮＯＴ回路２−１の出力が′０”レベルであ
るのでアナログスイッチ２−４がＯＦＦとなり、また、
ＡＮＤ回路２−１４の出力信号が０“レベルでコンデン
サリセット用のアナログスイッチ２−９がＯＦＦである
ので、コンデンサ２−１０は進角、遅角検出回路５の出
力に応じて基準単位Ｖｒｅ ｆよりＭｉの時点から第７
図ｄに示す様に充電されていく。

このコンデンサ２−１０の充電により演算増幅器２−８
の出力は基準電位Ｖｒｅｆより高くなるので、比較回路
の出力はｎレベルになる。

次に、Ｍ２の時点で角度位置検出装置１の出力端子１ａ
の信号が０レベルになると、アナログスイッチ２−３が
ＯＦＦになり、同時にアナログスイッチ２−４がＯＮに
なるので、コンデンサ２−１０は放電制御回路２−２の
一定電位による一定の放電電流により第７図ｄで示す様
に放電が開始される。

そして、このコンデンサ２−１０の放電が終了した時点
で演算増幅器２−８の出力が基準電位Ｖｒｅｆより低く
なるので、比較回路の出力が反転して゛′１″レベルに
なり、ＡＮＤ回路２−１４の出力が゛１′ルベルになる
ので、アナログスイッチ２−９はＯＮになり、演算増幅
器２−８の出力は第１図ｄで示すように基準電位Ｖｒｅ
ｆに一定に保たれる。

この点火時期演算回路２の出力端子２ａの信号が点火装
置３０入力となり、この信号の立上り時点、すなわちコ
ンデンサ２−９の放電終了時点Ｓで点火装置３に点火火
花が発するものである。

また、固定角度演算回路４について考えると、構成は点
火時期演算回路２とほぼ同様であり、その両者の演算方
法に差はなく、固定角度演算回路４においてもコンデン
サ４−１０は第７図ｅで示すごとく角度位置Ｍ１〜Ｍ２
の間で充電り、Ｍ２＝Ｍ１の間で放電する点については
同じである。

ただし、充電放電制御回路４−１．４−２の出力電位Ｂ
、Ｃが一分である為、充電電流と放電電流とはいずれも
一定であるため、機関回転数に関係なく出力端子４ａに
は常に一定の固定角度位置Ｋａにおいて固定角度位置信
号が発生する。

捷た、進角、遅角検出回路５において単安定出力ｆとｇ
とをつくり、単安定出力ｆにて各気筒のクランク軸の固
定角度Ｋａ毎に一つ手前のＰｉとＰｍａｘ／／ｍとをホ
ールド回路５−２、最大圧力値検出回路５−３で検出し
てホールドし、充電々流制御回路５−４で毎回比較して
いる。

従って、ＰｉよりＰｍａｘ−／ｍ、が大きい時、すなわ
ちＰｍａＸ／／ｒｒ１が所定値ｍより大きい時はＤの電
位はｍａ 下降していき、 Ｘ／Ｐｉ が所定値ｍより小さ
い時はＤの電位は上昇していく。

これによって、点火時期がＭＢＴより遅角側の場合は、
ＰｍａＸ／４）ｉが所定値ｍより小さいことにより充電
電流制御回路５−４の出力りが犬さくなって充電々流が
・」・さくなるので、放電々流が（であることによって
点火時期は進み側に移る。

又、逆に点火時期がｍａ ＭＢＴよりも進角側にある場合は、 Ｘ／ｐｉが所
定値ｍより大きくなることにより充電々流制御回路５−
４の出力りが・」・さくなって充電々流が大きくなるの
で点火時期は遅角側に移る。

この様に前回（７） Ｐｍ ａ ｘ／ｐ ｉ が所定
値ｍと比較して大きいか小さいかで点火時期を遅角側、
進角側に移行させ、Ｐｍａｘ／ｐｓ を所定値ｍに近
づける様に点火時期を制御することにより、常にＭＢＴ
にて点火を行なわせるものである。

なお、上述した実施例においては、コンデンサ２−１０
の放電電流を一定として充電電流を変えるようにしたが
、充電電流を亡定として放電電流を変えるようにするこ
とも可能である。

また、上述した実施例においては始動時、アイドリンク
時については述べなかったが、実際の運転状態を考えれ
ば第８図に示す様に点火時期演算回路２０入力りを始動
時及びアイドリンク時にスイッチ１４によって強制的に
０に落し、充電々流を最大にして点火時期を最大遅角に
セットして点火を行ない、その他の運転時に進角、遅角
検出回路５の出力を点火時期演算回路２に印加するよう
にしてもよい。

寸だ、上述した実施例においては、コンデンサ２−１０
の充放電によって点火時期を演算するアナログ式の点火
時期演算回路を用いたが、テジタル式等の他の方式によ
る点火時期演算回路を用いることもできる。

また、上述した実施例においては、基準角Ｋａの検出を
コンデンサ４−１０の充放電演算によって行ったが、基
準角Ｋａを検出する第３の角度センサを取りつけて検出
するようにしてもよい。

寸だ、上述した実施例においては角度位置検出装置１と
して電磁ピックアップにより角度位置を検出するように
したが、光電式あるいはポイント式でも同様に検出でき
る。

また、上述した実施例においては圧力検出器６において
各気筒毎の圧力を各圧力センサ６−１゜６−２．６−３
．６−４によって各々検出しているが、コストを考えれ
は、１つ又は数個の圧カセンザで代表して各気筒の圧力
を検出するようにし“でも同様の効果が得られる。

寸た、上述した実施例においては、点火時期演算回路２
により直接点火時期の決定をするようにしたが、例えば
モータの回転によって点火用断続器を開閉させるように
した場合にはモータの回転速度を制御する回路によって
、また点火用断続器の位置をモータで変化させるように
した場合にはモ・−夕の位置を決定する回路によって点
火時期演算回路を構成（７て間接的に点火時期を決定す
るようにしてもよい。

以上述べた様に本発明装置においては、内燃機関の気筒
内圧の最大圧力値Ｐｍａｘと混合気が爆発する以前の固
定角度Ｋａにおける圧力値Ｐｉとの比ＰｍａＸ／Ｐｊ
が所定の値になる様に点火時期を制御して点火時期がＭ
ＢＴになる様にしているから以下に述べるごとき優れた
効果がある。

（１）従来のプログラム式点火で問題となった個々の機
関の運転状況及び機関特性差に対して内燃機関の気筒の
最大圧力値と固定角度の混合気が爆発する以前の圧力値
とによって個々に最適点火位置に保つことができ、従っ
て個々の内燃機関に適合した最適進角特性が得られる。

（２）捷だ、前記最大圧力値となる角度位置を目標の角
度位置に帰還制御するようなものでは、精密な回転角度
検出手段を設けたり、あるいは機関回転数の補正を加え
て検出された時間差を角度差に変換したりしなければ精
度の良い制御は困難であるが、本願発明では最大圧力値
と固定角度位置における圧力値との比ＰｍａＸ／Ｐｉが
所定の値となるように点火時期を補正しているので、機
関回転数に無関係に圧力値の比Ｐｒｎａｘ／／Ｐ、 。

と所定の値との差が求められ、機関の回転数に影響され
ることなく精度良く点火時期を補正することができる。

（３）機関運転上一般に必要とされる大気圧、温度、湿
度等のパラメータの補正を点火装置に行う場合、従来で
は各項目毎に補正回路を必要としかつその精度も要求さ
れるため高価かつ複雑な装置を必要としたが、本装置で
は機関内部状態を検知し、自動的に最適点に保つため、
回路的に特に厳密な精度を要求されず、簡単かつ安価な
ものとなす事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＭＢＴの時の各機関パラメータに対する（最大
圧力値Ｐｍａｘ ） ／ （モータリング時の最高圧力
値Ｐｍ）の特注図、第２図は一般の内燃機関の気筒内圧
力波形図、第３図は本発明装置の一実施例を示すブロッ
ク図、第４図乃至第６図はそれぞれ本発明装置の詳細回
路の一実施例を示す電気結線図、第７図は第４図乃至６
図図示の本発明装置の作動説明に供するタイムチャート
、第８図は本発明装置の他の実施例の要部を示すブロッ
ク図である。 １・・・角度位置検出装置、２・・・点火時期演算回路
、３・・・点火装置、５−２・・・固定角度圧力検出回
路をなすホールド回路、５−３・・・最大圧力値検出回
路、５−４・・点火時期補正回路をなす充電電流制御回
路、６・・・圧力検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 点火時期の演算をする点火時期演算手段と、内燃機
   関の気筒内の圧力を検出する圧力検出器と、この圧力検
   出器に接続され、前記気筒内圧力の最大圧力値（Ｐｍａ
   ｘ）を検出する最大圧力値検出手段と、前記圧力検出器
   に接続され、前記気筒内の混合気が爆発する以前の所定
   の内燃機関角度位置における前記気筒内圧力値（Ｐｉ）
   を検出する固定角度圧力値検出手段と、前記固定角度圧
   力値検出手段と前記最大圧力値検出手段との圧力検出値
   に応じてこの両者の圧力値の比（Ｐｍａｘ／Ｐｉ ）を
   求めるこの値が所定の値より大きいとき点火時期を遅角
   し、小さいとき進角させるべく前記点火時期の補正をす
   る点火時期補正手段とを備えることを特徴とする内燃機
   関用点火装置。