JPS6038066Y2 - 内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は火花点火式内燃機関の点火時期制御装置に関す
る。

機関の運転状態を表わす各種信号、例えば、機関の回転
速度を表わす回転速度信号、機関の吸入空気流量を表わ
す吸気量信号等、に応じて機関の点火進角をデジタル的
に算出し、その算出した点火進角データを用いて該機関
の点火時期を制御しようとする場合は、クランク軸の基
準角度位置からその点火時期に対応するクランク角位置
までのクランク角度あるいはクランク軸がその角度だけ
回動するに要する時間に対応するデータがその点火進角
データから換算される。

この換算によって得られたデータは、例えばダウンカウ
ンタ等にプリセットされ、所定のクランク角度間隔ある
いは所定の時間間隔を有するクロックによってカウント
ダウンされる。

このカウントダウン動作は、クランク軸が前述の基準角
度位置に達した時点から開始される。

その結果、このダウンカウンタのカウント値が零となっ
た時点が点火時期として認識される。

しかしながら、手動によって機関を始動している時（押
しかけ時等）、クラッチ等を操作して機関に急激に負荷
を与えた時（発進時等）、及びスタータモータを停止さ
せた直後等は、機関の回転”速度、吸気負圧、吸気量等
が大幅に変動し、その結果、上述の如き従来の点火時期
制御装置によると、点火時期がばらついてしまう。

本考案は従来技術の上述の問題点を容易に解決できる装
置を提供するものであって、本考案の目的は、機関の運
転状態の変動が激しい時に簡易な操作で点火時期のバラ
ツキを抑止させることのできる点火時期制御装置を提供
することにある。

第６図は本考案の構成を示す全体構成図である。

同図に示すように本考案は、内燃機関ａの運転状態を検
出する手段すと、該検出した運転状態に応じて点火時期
を算出する点火時期計算回路Ｃと、該点火時期計算回路
Ｃから得られる点火時期データの値と基準クランク角時
期から計数を開始して得られる計数値とが一致した際に
点火指示信号を発生する指示信号発生回路ｄと、機関ａ
が運転状態の変動の激しい運転領域にある場合は前記指
示信号発生回路ｄに送られる前記点火時期データを大き
な値に強制的に設定する設定手段ｅと、機関ａの各気筒
の圧縮上死点時期に対応して上死点信号を発生する上死
点信号発生回路ｆと、該上死点信号と前記点火指示信号
とのうち時間的に先に発生した方の信号により点火の指
示を行う点火制御回路ｇとを備えたことを特徴としてい
る。

以下図面を参照して本考案を詳細に説明する。

第１図は本考案の一実施例装置を示すブロック図である
。

この実施例は６気筒４サイクルで等角度爆発を行う火花
点火式内燃機関に適用される。

第１図において、１０は機関の吸入空気流量を表わすア
ナログの吸気量信号を発生するエアフローセンサを示し
ており、このエアフローセンサ１０から得られる吸気量
信号はアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１２におい
て２進コードの吸気量データＱにＡ／Ｄ変換され、所定
のタイミングでラッチ回路１４に格納される。

また、同図において、アンドゲート１６は線１８を介し
て後述するタイミング信号発生回路から送り込まれる回
転速度検出用ゲート信号Ｓｇにより開閉制御されるよう
に構成されており、このアンドゲート１６が間伐してい
る間に線２０を介して送り込まれるクロックパルスＣＰ
の数がカウンタ２２によって計数される。

ゲート信号Ｓ、は、機関にクランク軸（図示なし）が所
定角度、本実施例では６０°クランク角（６０°ＣＡと
表わす）、だけ回動するに要する時間に等しい持続時間
を有しており、クロックパルスＣＰは所定の周期、例え
ば本実施例においては１２．５μｓｅｃの周期を有して
いる。

従って、カウンタ２２の計数値は機関の回転速度に反比
例した値を示すことになり、この回転速度データ１／Ｎ
ｅはラッチ回路２４に所定のタイミングで格納される。

ラッチ回路１４及び２４はデータ及びアドレスバス２６
を介して中央処理装置（ＣＰＵ） ２８ 。

リードオンメモリ（ＲＯＭ）３０． ランダムアクセ
スメモリ（ＲＡＭ）３２に接続されている。

ＣＰＵ２８は、ＲＯＭ３（）内にあらかじめ格納されて
いるプログラムに従って点火進角の演算、点火装置３４
内の図示しない点火コイルに通電を開始する時期を表わ
す通電開始角の演算を行い、さらにこれらの演算結果か
ら実際に出力すべき点火時期データ及び通電開始時期デ
ータを算出する。

割込みコントロール回路３６は、前述のタイミング信号
発生回路から線３８を介して割込みタイミング信号Ｓ！
ｒｔが印加されると、ＣＰＵ２８に対して割込み処理を
要求し、上述の各演算処理を開始させる。

バス２６には入力インタフェース３７を介してスタータ
信号線３９が接続されている。

このスタータ信号線３９は、機関の図示しないスタータ
モータが駆動された際に発生するスタータ信号を伝達す
る。

バス２６には、さらに、ｃｐｕ２８より点火時期データ
を受は取るラッチ回路４ｏ、及びＣＰＵ２８より通電開
始時期データを受は取るラッチ回路４２が接続されてい
る。

プリセッタブルダウンカウンタ４６，４Ｂはラッチ回路
４０，４２にそのプリセット入力がそれぞれ接続されて
おり、線５０を介してロードタイミング信号Ｓ１ｄが送
り込まれるとこれらのラッチ回路４０．４２に格納され
ているデータが各カウンタ４６，４Ｂにそれぞれプリセ
ットされる。

各カウンタ４６，４８のカウントはアンドゲート５２，
５４をそれぞれ介して印加される所定周期（１２，５μ
５ｅｃ）のクロックパルスＣＰによって行われる。

アンドゲート５２，５４の開閉はＳ−Ｒフリップフロッ
プ５６．５８それぞれのＱ出力によって制御される。

フリップフロップ５６のセットは線６０を介してタイミ
ング信号発生回路から送り込まれる基準角度位置信号Ｓ
−こよって威される。

フリップフロップ５６のリセット及びフリップフロップ
５８のセットはダウンカウンタ４６の値が零となった際
に発生するボロー出力及び線６２を介してタイミング信
号発生回路から印加される上死点信号Ｓｔｄ。

（ただし、本実施例では割込みタイミング信号） ＳＩ
、ｔと同一）のうち、先に発生した信号がオアゲート６
４及び反転回路６６を介して送り込まれることによって
威される。

フリップフロップ５８はダウンカウンタ４Ｂの値が零と
なった際に発生するボロー出力が反転回路６８を印加さ
れることによってリセットされる。

フリップフロップ５８のＱ出力端子は、点火装置３４の
入力に接続されている。

この点火装置３４は、図示されてないが、点火コイルと
、この点火コイルの２次巻線にディストリビュータを介
して接続される各気筒毎の点火プラグと、点火コイルの
１次電流を、フリップフロップ５８のＱ出力のレベルに
応じてオン・オフ制御するスイッチ回路とを備えた周知
の構成となっている。

第２図は前述したタイミング信号発生回路の一例を表わ
すブロック図である。

同図において、７０．７２は機関のクランク軸（図示な
し）に同期して回転する磁性体の円板である。

円板７０の周囲には単数の突起部が設けられておりこの
突起部が磁気ピックアップセンサ７４の近傍を通過する
ことにより、このセンサ７４からはクランク軸１回転即
ちクランク角３６００毎に１つのパルスが発生する。

一方、円板７２の周囲には６０°間隔の複数の突起部が
設けられており、これらの突起部が磁気ピックアップセ
ンサ７６の近傍を通過することにより、このセンサ７６
からはクランク角６０゜毎に１つのパルスが発生する。

これらのセンサ７４．７６からのパルスは波形整形回路
７８．８０においてそれぞれ波形整形され、第３図のＡ
、 Ｂに示す如くクランク角位置信号Ｓ。

１９ ＳＣ２となる。

第３図は第１図及び第２図の回路の各部の信号波形図で
あり、横軸は機関の各気筒のうちの１つの気筒の圧縮上
死点を零としたクランク角度を表わしており、以下この
クランク角度を用いて説明を行う。

第２図において、８２はトリガ型フリップフロップであ
り、このフリップフロップは、トリガ入力端子Ｔに信号
が印加された際その立下りエツジでトリガされ、自己の
Ｑ、 Ｑ出力を反転させる動作を行う。

またクリア端子ＣＬＲに信号が印加されると、Ｑ、 Ｑ
出力を強制的に低・高レベルにそれぞれ設定する。

第３図Ａに示すクランク角位置信号Ｓ。

、がこのフリップフロップ８２のクリア端子ＣＬＲに印
加されることによりクランク角位置０°に同期した初期
設定がなされる。

第３図Ｂに示すクランク角位置信号Ｓ、２がフリップフ
ロップ８２に印加されることにより、そのＱ出力は第３
図Ｃに示す如く、クランク角６０°〜１２０°、１８０
゜〜２４０°、３００°〜３６０°に対応する期間のみ
高レベルを維持する波形となりこのＱ出力は前述のゲー
ト信号Ｓｇとして線１８を介して第１図のアンドゲート
１６に送り込まれる。

アンドゲート８４には、フリップフロップ８２のＱ出力
とクランク角位置信号Ｓｃ２とが印加され、従ってその
出力は第３図りに示す如く、クランク角位置０°、１２
０°、２４０°毎に、換言すれば、各気筒の圧縮上死点
毎にその立下りエツジが現れるパルス波形となり、この
信号は、割込みタイミング信号５ｉｒｔとして線３８を
介して第１図に示す割込みコントロール回路３６に送り
込まれると共に、上死点信号５ｔｄｃとして線６２を介
してオアゲート６４に送り込まれる。

アンドゲート８６には、フリップフロップ８２のＱ出力
とクランク角位置信号Ｓｃ２とが印加され、従ってその
出力は第３図Ｅに示す如く、クランク角位置６０°。

１８０、３００°毎にその立下りエツジが現れるパルス
波形となり、この信号はロードタイミング信号Ｓ１ｄと
して線５０を介して第１図に示すダウンカウンタ４６及
び４８のロード端子に送り込まれる。

また、このアンドゲート８６の出力は遅延回路８８に印
加されることによりわずかに遅延されて第３図Ｆに示す
如き基準角度位置信号Ｓ、となり、線６０を介して第１
図に示すフリップフロップ５６のセット入力端子に送り
込まれる。

次に第１図の回路の動作を説明する。

前述の如く、クランク角位置が０°、１２０°、２４０
°となる毎に割込みタイミング信号が割込みコントロー
ル回路３６に送り込まれることにより、割込み要求が起
りｃｐｕ２Ｂは割込み演算処理を行う。

第４図はＣＰＵＺ８の割込み演算処理のフローチャート
である。

割込み処理が生じると、ＣＰＵ２８は、ステップ１００
においてラッチ回路２４から機関の回転速度の逆数に比
例する速度データ１／Ｎｅを取り込み、ステップ１０２
において、吸気量データＱをラッチ回路１４より取り込
む。

次いでステップ１０１において、入力インタフェース３
７より、スタータ信号が発生しているか否かの情報を取
り込み、スタータ信号が発生している場合はＲＡＭ３２
内の所定ビット位置に今回のスタータフラグを立てる。

また、その所定ビット位置にそれまで格納されていた内
容、即ち、前回の割込み演算処理時のスタータ信号の発
生に関する情報を前回のスタータフラグとしてＲＡＭ３
２内の他の所定ビット位置に移す。

次いでステップ１０３において、機関の回転速度Ｎｅが
３０Ｏｒｐｍより大きいか否かを判別する。

Ｎｅ≧３０Ｏｒｐｍの場合はステップ１０４へ進み、前
回のスタータフラグが立っているか、即ちオンであるか
否かが調べられ、オフの場合は機関が定常運転状態にあ
ると判断して次のステップ１０５へ進む。

ステップ１０５において、ＣＰＵ２８は、ステップ１０
０及び１０１で取り込んだ速度データ及び吸気量データ
からその運転状態における最適点火時期を算出する。

この算出方法として種々の方法が周知であるが、本実施
例では次のような算出方法を用いている。

即ち、回転速度Ｎｅ及び吸入空気量Ｑと点火進角度θ３
との間の望ましい関係を表わす、例えば第５図に示す如
き、関数０８＝ｆ （Ｎ−Ｑ）をあらかじめＲＯＭ３Ｑ
に記憶させておき、この関数から最適点火進角θユを求
め、この求めた点火進角θユの表わす点火時期と基準角
度位置との間のクランク角θ、を算出する。

本実施例では、基準角度位置として、点火すべき気筒の
圧縮上死点の６０°クランク角だけ手前の位置、即ち６
０°ＣＡ、ＢＴＤＣを採用しているため、θｂはθ、＝
６０−〇〇によって求まる。

そして、この算出したクランク角θ、は時間の単位に換
算せしめられる。

即ち、この換算処理は、クランク角θ、だけクランク軸
が回動するに要する時間を算出するもので、これはその
時の回転速度Ｎｅでクランク角θｂを除することによっ
て容易に実施することができる。

次いで、ステップ１０６において、上述の求めた時間を
カウンタ４６のクロック数に換算する処理、即ち、求め
た時間をクロックの周期（１２，５μ５ｅｃ）で除する
換算処理が施された後ステップ１０７において、その換
算結果が点火時期データとしてラッチ回路４０に出力さ
れる。

ステップ１０３において、Ｎｅ（３００ｒｐｍと判断さ
れた場合は、機関が、押しかけ時、あるいは発進時等の
非定常運転状態にあると認識され、ステップ１０８に進
んで、ラッチ回路４０へ出力すべき点火時期データの値
を通常考えられる値に比して著しく大きな値に設定する
。

即ち、点火時期データの値を本実施例では基準角度位置
が６０゜ＣＡ−ＢＴＤＣであるから、クランク軸が６０
°ＣＡ回動するに要する時間より大きな時間に対応する
値に設定する。

次いでステップ１０７へ進む。ステップ１０４において
、前回のスタータフラグがオンであると判別されるとス
テップ１０９へ進み、今回のスタータフラグがオンであ
るか否かが調べられる。

オンである場合は、前述のステップ１０５へ進むが、オ
フである場合は、スタータモータが停止した直後である
と認識され、ステップ１０Ｂへ進み上述の処理を行う。

一方、ＣＰＵ２８は、ステップ１１０において、今回の
気筒の点火時期から次の気筒に点火を行うために点火コ
イルの１次巻線に電流を流し始める時間即ち通電時期ま
での時間を周知の方法で算出し、ステップ１１１におい
てこの算出した時間をカウンタ４８のクロック数に換算
した後、ステップ１１２においてこのクロック数、即ち
通電時期データをラッチ回路４２に出力する。

次に、第３図に示すクランク角１２０°において圧縮上
死点（ＴＴ）Ｃ）が現れる気筒について本実施例の動作
を説明する。

第３図りに示す如く、１２０°ＣＡ−ＢＴＤＣにおいて
割込みタイミング信号Ｓ、ｒＬが生じると、第３図Ｇに
示す如く、ＣＰＯ２８は、この１２０°ＣＡ−ＢＴＤＣ
から前述の演算処理を開始する。

この場合にＣＰＵ２８に入力する速度データは１８０°
〜１２０’ ＣＡ −ＢＴＤＣのゲート信号によって検
出されたデータとなる。

６０°ＣＡ・ＢＴＤＣにおいてロードタイミング信号Ｓ
、ｄがダウンカウンタ４６及び４８に印加され、ラッチ
回路４０及び４２の内容がこれらのカウンタ４６及び４
８にそれぞれプリセットされる。

次いでこのロードタイミング信号Ｓ＋ｄよりわずかに遅
れてはいるがほぼ６０°ＣＡ−ＢＴＤＣとみなせる位置
で基準角度位置信号Ｓ、。

が現われるため（第３図Ｆ参照）、この時点でフリップ
フロップ５６がセットされてダウンカウンタ４６の計数
が開始せしめられる。

定常運転状態においては、ダウンカウンタ４６が、プリ
セットされた点火時期データを上死点の現れる時期より
前に計数し終るため、そのボロー出力の反転出力によっ
てフリップフロップ５８がセットされ、同時にフリップ
７０ツブ５６がリセットされる。

しかしながら、機関の押しかけ時、発進時、あるいはス
タータモータが停止した直後等の機関の非定常運転状態
時においては、前述の如く、ダウンカウンタ４６にプリ
セットされる点火時期データが著しく大きいため、上死
点の現れる時期より前にこのカウンタ４６の値が零とは
ならず、従って線６２を介して送り込まれる上死点信号
Ｓ、ｄｏ（第３図り参照）がボロー出力より前に現れる
。

その結果、この上死点信号５ｔｄｃによってフリップフ
ロップ５８がセットされ、同時にフリップフロップ５６
がリセットされる。

第３図Ｈは、この場合のカウンタ４６の出力値を表わし
ている。

フリップフロップ５８がセットされると、この時点でダ
ウンカウンタ４８の計数が開始する。

このカウンタ４８がプリセットされた通電開始時期デー
タを計数し終るとそのボロー出力によってフリップフロ
ップ５８がリセットされる。

従って、非定常運転状態におけるフリップフロップ５８
のＱ出力は第３図Ｉに示す如くなり、このＱ出力の立上
り時点が今回の気筒の点火時期、立下り時点が次の気筒
の点火のための点火コイルの通電開始時期にそれぞれ対
応するように点火装置３４において制御される。

このように、本実施例では、ダウンカウンタ４６のボロ
ー出力と線６２を介して送り込まれる上死点信号５ｔｄ
ｃとをオアゲート６４を介してフリップフロップ５８の
セット入力に送り込むように構成されているため、ボロ
ー出力及び上死点信号のうち、時間的に先に現れた信号
によって点火時期が決定される。

従って、運転状態の変化が急激な場合等にカウンタ４６
にプリセットされる点火時期データを非常に大きな値に
設定すれば、点火時期は上死点に一致するように制御さ
れ、機関出力の安定化を計ることができる。

なお、本考案の点火時期制御装置は、機関の運転状態に
応じて点火時期の演算を実際に行った結果が、上死点よ
り遅角側の点火時期を指示するような場合にもその点火
時期を強制的に上死点に一致させるように制御するため
、非常に有効である。

以上詳細に説明したように、本考案の装置は、機関の運
転状態の変動が激しい場合にも、点火時期データを著し
く大きくするという簡単な操作だけで点火時期を安定化
することができる利点を有しており、さらにそのための
構造が非常に簡易であるという利点をも有している。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は上記
実施例におけるタイミング信号発生回路のブロック図、
第３図は第１図及び第２図の回路の各部波形図、第４図
は上記実施例における演算処理のフローチャート、第５
図は点火進角特性の一例を表わす特性図、第６図は本考
案の全体構成図である。 １０・・・・・・エアフローセンサ、１２・・・・・・
Ａ／Ｄ変換器、１４，２４，４０，４２・・・・・・ラ
ッチ回路、１６．５２．５４・・・・・・アンドゲート
、２２・・・・・・カウンタ、２８・・・・・−ＣＰＵ
、３Ｑ・・・・・・ＲＯＭ、３２・・・・・・ＲＡＭ、
３４・・・・・・点火装置、３６・・・・・・割込みコ
ントロール回路、３７・・・・・・入力インタフェース
、４６．４８・・・・・・プリセッタブルダウンカウン
タ、５６．５８・・・・・・フリップフロップ、６４・
・・・・・オアゲート。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 内燃機関の運転状態を検出する手段と、該検出した運転
   状態に応じた点火時期を算出する点火時期計算回路と、
   該点火時期計算回路から得られる点火時期データの値と
   基準クランク角時期から計数を開始して得られる計算値
   とが一致した際に点火指示信号を発生する指示信号発生
   回路と、機関が運転状態の変動の激しい運転領域にある
   場合は前記指示信号発生回路に送られる前記点火時期デ
   ータを大きな値に強制的に設定する設定手段と、機関の
   各気筒の圧縮上死点時期に対応して上死点信号を発生す
   る上死点信号発生回路と、該上死点信号と前記点火指示
   信号とのうち時間的に先に発生した方の信号により点火
   の指示を行う点火制御回路とを備えたことを特徴とする
   内燃機関の点火時期制御装置。