JPS63147970A - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関用点火装置に係り、特にエンジン負荷
を検出しながら最適な点火位置で点火することのできる
ディジタル式点火装置に係る６〔従来の技術〕 従来、例えば特開昭６０−１８７７６５号公報に示すよ
うに、パラメータの一つであるエンジン負荷を求めるた
めの吸気圧センサ、エアフローセンサ、スロットルセン
サを用いず、エンジン回転速度の脈動の大小を検出し、
これにより点火位置を決定する点火装置が知られている
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の従来技術では、しかしながら、多気筒エンジンの
各シリンダの爆発力の差や、エンジンの排気から吸気行
程までの惰性による回転期間に対する考慮がなされてお
らず、これではエンジン負荷に応じた最適の点火時を決
定することははなはだ困難であった。

以上のことより、本発明の目的は、上記従来技術におけ
る欠点に鑑み、パルサのみにでエンジン負荷を正確に検
出でき、もって最適点火時期での点火時期制御を確実か
つ安定に行い得る内燃機関用点火装置を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕 本発明によれば、エンジンのクランク角の任意の複数の
位置を検出するパルサからの信号に基づき、前記任意の
各位置間の平均回転速度からエンジン回転速度Ｎを求め
、前記任意の各位置間の時間ｔ、ｎ　を検出して以下の
式によりトルクＴを求め、Ｔ＝ＫＭ　（ｔｎ−ｘ　　ｔ
ｎ）／　（ｔｎ−ｔ＋ｔｎ）”（但し、Ｋは定数、Ｍは
エンジンの慣性モーメント）これら求められたエンジン
回転速度Ｎ及びトルクＴにより点火位置を決定する。

〔作用〕

上記の本発明によれば、エンジン負荷を表わすトルクＴ
をクランク角の任意の位置を検出するパルサからの信号
のみにより近似することができ、もってエンジン負荷に
応じた最適点火時期制御が確実かつ安定に行い得る。

〔実施例〕

以下、本発明になる一実施例を図を用いて説明する。

第２図には本発明になる四サイクル２気筒エンジンの点
火装置の構成が示されており、図において、エンジン（
図示せず）のクランク軸と同期して回転するロータ１は
その円周上に複数（図では８ケ）の突起１０１〜１０８
がそれぞれ回転角４５’の間隔をもって設けられている
。これら突起のうち、突起１０１はその他の突起１０２
〜１０８に比較してその幅が大きくなっている。一方、
上記ロータに近接してパルサ２が設けられ、このパルサ
２は上記ロータの突起１０１〜１０８の前端及び後端に
対応した位置で正負の電気信号ａを発生する。この電気
信号ａは、次に、パルサ信号整形回路３で整形されてパ
ルス信号すとなる。

このパルス信号すはディジタル演算を行うプロセッシン
グ・セントラル・ユニット（以下ＣＰＵ）４に接続され
ている。このＣＰＵ４にはさらにフリー・ランニング・
カウンタ５、記憶装置であるリード・オンリ・メモリ（
ＲＯＭ）６及びランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）
７が接続されている。そして、このＣＰＵ４は、上記パ
ルス信号す等を入力信号とし、ＲＯＭ５内に格納された
制御プログラム及び固定データの内容に従ってディジタ
ル演算処理を行い、その演算結果をディジタル・アウト
プット・インターフェイス８に出力する。また、上記演
算処理中において、ＲＡＭ７は一時的にデータを格納す
るための読み出し及び書き込みを行う。

ディジタル・アウトプット・インターフェイス８は、上
記の演算結果を入力し、イグニションコイル１０の一次
巻線に直列接続されたパワートランジスタ９のベース端
子に点火制御信号Ｃを出力する。このパワートランジス
タ１０のエミッタは接地され、そのコレクタは上記イグ
ニションコイル１０の下端に接続されている。また、上
記イブ）ニションコイル１０の上端はバッテリ１１へ接
続され、その二次コイルはそれぞれ点火プラグ１２゜１
２′へ接続されている。

次に、以上述べた点火装置の動作について説明する。

エンジンのクランク軸に同期してロータ１が回転すると
、パルサ２は、第３図（ａ）に示すように、ロータ１の
各突起１０１〜１０８の前端に対応した位置で正に、そ
してその後端に対応した位置で負になるパルサ信号ａを
発生する。そしてこの信号ａは、例えばフリップ・フロ
ップ等により構成されるパルサ信号整形回路３により、
第３図（ｂ）に示すように、上記パルサ信号ａの正の部
分でハイレベルに、負の部分でローレベルになるパルス
信号すに整形され、その後ＣＰＵ４に入力される。

一方、ＣＰＵ４は、フリー・ランニング・カウンタ５の
カウント値を読み取ることにより、上記パルス信号すの
各パルスの立ち上り時間１１〜ｔδを測定すると同時に
これら各パルスの幅をも測定する。即ち、第３図（ｂ）
の波形からも明らかなように、ロータ１の幅広の突起１
０１に対応するパルス幅τ１０１は他の突起１０２〜１
０８によるパルス幅τＬｏｔ等よりも長くなっており、
これにより回転の基準位置を検出する。さらに、ＣＰＵ
４は上記の測定結果に基づいて後に詳細に説明する方法
によりトクルＴ、即ちエンジン負荷を演算し、この演算
結果に基づいて点火時期ｔ８を定めると同時にイグニシ
ョンコイルの一次電流通電時間ｔｏｎを求める。この様
な演算結果を基に、ディジタル・アウトプット・インタ
フェイス８は、第３図（ｄ）に示すように、第１番目の
パルスの立ち上り（時点Ｔｚ）からｔｏＩｌ経過後オン
状態に、その後第３番目のパルスの立ち上り（時点Ｔａ
）からｔ＃経過後にオフ状態になる点火制御信号ｄを出
力する。そしてこの点火制御信号ｄによりパワートラン
ジスタ９のオン・オフ動作が制御される。

即ち、第３図（ｅ）に流すように、パワートランジスタ
９の導通によりバッテリ１１からイグニションコイル１
０の一次巻線に電流ｅが流れ、エネルギーを蓄え、その
後の遮断により一次巻線電流ｅが遮断すると同時に二次
巻線には高電圧が発生する。そして、この高電圧の発生
により点火プラグ１２及び１２′に火花を生ずる。

以下に、上記ＣＰＵ４において上記点火時期ｔ＃及び通
電時間ｔｏｎを演算するフロー図及びその原理を詳細に
説明する。ＣＰＵ４は整形回路３からのパルス信号すの
立ち上りに同期して第１図に示すフロー図に従って以下
に述べるステップを実行してｔａ、ｔｏｎを求める。即
ち、ステップ２０１において、フリー・ランニング・カ
ウンタ５のカウント値Ｆ　ＲＣＮ　Ｔ　ｎ　（ｎ　＝　
１〜８　）を読み込む０次に、ステップ２０２において
は、上記のカウント値ＦＲＣＮＴ、を基に以下の計算式
により各パルスの立ち上りの時間間隔、即ちロータ１が
４５′回転する毎の時間ｔ　ｎ　（ｎ　＝　１〜８）を
求める。

ｔ　ｎ　＝　ＦＲＣＮＴｎＦＲＣＮＴｌｌ−ｉ　　（ｎ
　＝　１〜８）　・・・（１）さらに、ステップ２０３
において、上記の結果を利用して以下の式によりエンジ
ンの回転数Ｎを求める。

Ｎ　＝　６０ｓｅｃ／Σｔｎ＝６０ｓｅｃ／（ｔｘ＋ｔ
２−１−・−）−ｔａ）　　　〜４２）以上のステップ
において、カウント値ＦＲＣＮＴｎは第１パルス（ｎ＝
１）から第８パルス（ｎ＝８）発生時のものが必要とな
る。しかしながら、上記ステップは各パルスの発生毎に
開始されるものであり、例えば第２パルスの発生時には
、カウント値ＦＲＣＮＴｆｉ（ｎ　＝　３〜８）につい
ては前回のカウント値を使用する。このようにして、Ｃ
ＰＵ４は各パルスの発生毎にｔ。（ｎ；１〜８）及び回
転数Ｎを計算する。

一方、エンジン負荷はエンジンのトルクＴであり、エン
ジンの慣性モーメントをＭ、クランク軸の角加速度をω
とすると以下の様に表わされる。

Ｔ＝Ｍω　　　　　　　　　　　　　　　、（３）この
式より、この角加速度ωを求めることによりトルク、即
ちエンジン負荷を求めることができる。

ここで、本発明になる点火装置では、以下の様にしてこ
の角加速度ωを求める。第３図（ｃ）に示される様に、
エンジンの角速度は爆発行程において加速され、低負荷
時におい６てはあまり変化せず、高負荷時には大きく変
化する傾向を示す。説明の容易のため、高負荷時のエン
ジン角速度を例にとって示すと、短い時間Δｔの前後の
角速度をω１．ω２とすると、求める角加速度ωは以下
の様に表わされ、Δｔが充分小さいことから以下の様に
近似される。

一方、一定角度θ（上記の例ではθ＝π／４＝４５ｅ）
を通過するに要する時間はｔｌ及びｔ２であるから、上
記ω工及びω２は以下の様に近似される。

ω工＝θ／　ｔ　ｒ　　　　　　　　　　　　　　　　
　・・・（５）ω２＝θ／ｌｚ　　　　　　　　　　　
　　　　　　・・・（６）また、短い時間Δｔは以下の
様に表わされる。

Δｔ　＝　（ｔ　１＋　ｔ　ｚ）’／　２　　　　　　
　　　・・・（７）上記の結果より（４）式は以下の様
になり、ｔ　１＋　ｔ　ｚ　　　　ｔ　ｒ　ｔ　ｚ（ｔ
ｚ＋ｔｚ）・・・（８） 以下の様になる。

ここで、Ｋは定数である。

このような原理により求められた角加速度ωを用い、さ
らに（３）式を利用し、ステップ２０４においては以下
の式によりトルクＴを近似的に求める。

このようにして、トルクＴが求められるが、このトルク
はクランクの１回転中に８回算出され、これをＴ　ｎ　
（ｎ　＝　１〜８）と表わしている。しかしながら、エ
ンジン負荷を正確に知るには、爆発行程中のトルクのみ
を知ればよく、また４サイクル機関では、クランクの２
回転で１回の爆発を生じる。また、トルクは爆発行程に
おいては正の最大値となることから、クランク２回転中
に算出されたトルクの正の最大値ＴＭＡＸを選ぶことに
より求めるトルクが得られる。このようにして求めるト
ルクＴを得るのがステップ２０５である。このステップ
において、ＴＮＥＷｎ（ｎ＝１〜８）は今回のクランク
１回転中に算出したトルクＴ、（最大で８ケ）を表わし
、ＴＯＬＤｏ（ｎ＝１〜８）はクランクの１回転前のＴ
ｎを表わす。第３図（ｃ）に示される高負荷時の例にお
いては、エンジン角速度ωはω５とω６においてその変
化率が最大となることから、求めるトルクはＴ　Ｍ　Ａ
　Ｘ　＝　Ｔ　６＝ＫＭ　（ｔａ　　ｔｌ）／　（ｔｎ
＋ｔｅ）”となる。一方、２サイクル機関においては、
クランク１回転毎に１回の爆発を生じることから、１回
転中の８ケのデータＴＮＥＷｎ（ｎ＝１〜８）から最大
のものを求めればよいのは当然である。

次に、ステップ２０６では、ステップ２０３で求められ
たエンジン回転数Ｎ及びステップ２０５で求められたト
ルクＴＭＡＸをパラメータとしてＲＯＭＧ内に記憶され
たデータ・マツプから最適点火位置（角度）を検索する
。このＲＯＭＢ内に記憶されたマツプを第４図に示す。

図から明らかなように、上記の最適点火位置データは、
エンジン回転数Ｎ及びトルクにより一定に決定される。

ステップ２０７では、上記の検索された最適点火位置デ
ータに基づき、所定の式を用いてｔｌを算出する。この
ｔｌは第３図（ｂ）に示す第３番目のパルス信号の発生
時点Ｔ８から最適点火時期までの時間間隔を表わしてい
る。

また、ステップ２０６においては、パワートランジスタ
の通電位置データ（角度）を上記ステップ２０３で求め
たエンジン回転数をパラメータとして検索する。そして
ステップ２０７においては、上記検索された通電位置デ
ータ、さらには前回の点火時期を考慮しながら所定の計
算式により通電開始時期ｔＯｎを求める。このデータｉ
ｏｎは、第１パルス信号発生時点Ｔ１からパワートラン
ジスタの通電が開始される時期までの時間を表わすもの
である。

次に、以上によって求められたデータｔθｇ　ｊｏｎを
ディジタル・アウトプット・インターフェイス８に出力
するのがステップ２０８であり、この制御フローはこれ
で終了する。

以上の実施例は４サイクル機関について述べたが、本発
明を２サイクル機関に適用することも容易であろう。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、エン
ジン負荷を検出するための特別の装置、例えばエアフロ
ーセンサ、ブーストセンサ、スロットルセンサ等を用い
ることなく、パルサーのみで最適点火位置制御が可能な
筒便・安価かつ小型化の可能な内燃機関用点火装置を提
供することが可能となる。

以上の本発明の効果により１本発明になる点火装置は１
例えば二輪車や小型四輪車のみならず、）さらには主点
火装置のバックアップシステムとして利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる内燃機関用点火装置の制御内容を
示すフローチャートであり、第２図は本発明になる内燃
機関用点火装置の構成を示すブロック図、第３図（ａ）
〜（ｅ）は、第２図に示す本発明の詳細な説明するため
の点火装置の各部の信号波形を示す図、そして第４図は
第２図に示す点火装置のリード・オンリー・メモリー内
に記憶されたデータ・マツプを示す図。 １・・・ロータ、２・・・パルサ、３・・・整形回路、
４・・・ＣＰＵ、５・・・フリー・ランニング・カウン
タ、６・・・ＲＯＭ、７・・・ＲＡＭ、８・・・ディジ
タル・アウトプット・インターフェイス、９・・・パワ
ートランジスタ、１０・・・イグニッションコイル、１
１・・・バッテリ、１２．１２’・・・点火プラグ、１
０１〜１０８・・・突起。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エンジンのクランク角の任意の複数の位置を検出す
   るパルサ、上記パルサからのパルス信号を入力して最適
   点火位置データを算出する演算手段、上記演算手段から
   の最適点火位置データに基づいて点火時期制御信号を発
   生する手段、上記点火時期制御信号発生手段からの信号
   に基づいてイグニションコイルの一次電流を断続して点
   火用高電圧を発生する手段とを有するものにおいて、上
   記演算手段は、上記パルサからのパルス信号に基づいて
   各位置間の平均速度からエンジン回転速度Ｎを求め、上
   記パルス信号間の時間ｔ＿ｎを求め、以下の式によりト
   ルクを求め、 Ｔ＝ＫＭ（ｔ＿ｎ−＿１−ｔ＿ｎ）／（ｔ＿ｎ−＿１＋
   ｔ＿ｎ）＾３（但し、Ｋは定数、Ｍはエンジンの慣性モ
   ーメント） これら求められたエンジン回転速度Ｎ及びトルクＴによ
   り点火位置を定めることを特徴とする内燃機関用点火装
   置。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記演算手段は、
   エンジンクランクの所定回数の回転中における上記トル
   クを複数個求め、これらの中から最大のものを上記トル
   クとすることを特徴とする内燃機関用点火装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、上記演算手段はさ
   らに記憶手段を有し、上記求められたエンジン回転数Ｎ
   及びトルクＴをパラメータとして上記記憶手段から上記
   最適点火位置を検索して求めることを特徴とする内燃機
   関用点火装置。