JPS6329108B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は機関の中回転域および高回転域におけ
るデユーテイ制御機能を有する内燃機関の点火装
置に関する。

近年の内燃機関の高性能化に伴い内燃機関の点
火装置の点火エネルギの増大化が益々必要となつ
てきている。この点火エネルギを大きくするため
には、点火コイルの一次側コイルの抵抗およびイ
ンダクタンスの値を小さくしてコイル通電電流の
立ち上り時間を短かくするとともに、コイルへの
通電時間を長くしてしや断電流を増加する方法が
従来採られている。コイルへの通電時間を長くす
ることは云い換えるとコイルにかかるデユーテイ
（duty）を大きくすることであり、デユーテイＤ
は次のよう表わされる。

Ｄ＝通電時間／しや断時間＋通電時間 しかしながら、機関の高回転領域において必要
な点火エネルギが得られるように通電時間を長く
する、つまりデユーテイを大きくすると、機関の
低回転領域では通電時間が長くなりすぎ、その結
果点火コイルの平均消費電流が増加して点火コイ
ルが過熱する等の問題が生じている。

そこで、機関の低回転領域ではデユーテイを小
さくする一方、高回転領域ではデユーテイを大き
くするようにデユーテイ制御機能を点火装置に付
与する必要がある。

本発明は、上述した要請に応えるためになされ
たもので、機関の中高回転領域において、点火タ
イミング信号を発生する電磁ピツクアツプ等のク
ランク軸の回転角度位置検出装置の出力波形に左
右されずに理想的なデユーテイ制御を行うことを
目的とし、この目的のために、機関の低回転領域
においては前記角度位置検出装置からの出力波形
に直接対応した矩形波信号を出力する一方、機関
の中回転領域においては点火コイルの通電時間が
一定になるように、また機関の高回転領域におい
ては点火コイルのしや断時間が一定になるように
夫々制御された矩形波信号を出力する異なる複数
の矩形波形発生装置からなるデユーテイ制御装置
を夫々機関の異なる回転領域に対して設け機関の
中高回転領域では充分な点火エネルギを確保する
とともに低回転領域では点火コイルの発熱を抑制
して、もつて機関の全回転域における理想的なデ
ユーテイ制御を可能とした点火装置を提供するも
のである。

以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図は、デユーテイ制御機能を備えた本発明
の点火装置の全体を示す構成図であり、符号１は
リラクタを示し、後述するデイストリビユータ内
に設けられ、エンジンのカム軸と連動するデイス
トリビユータの駆動軸により機関回転数に関連し
た速度で回転する。リラクタ１の外周には機関の
気筒数に対応した数（図示では４個）の突起１ａ
が形成されており、機関の点火すべき各気筒にお
けるクランク軸に対する所定の角度位置に対応し
て円周方向に等間隔に配置されている。リラクタ
１に近接してコイル２が設けられ、リラクタ１と
コイル２とは無接点電磁ピツクアツプから成るク
ランク軸の回転角度位置検出器を構成している。
コイル２は波形整形回路３の入力側に接続され、
波形整形回路３の出力側は本発明の特徴を成すデ
ユーテイ制御回路４の入力側に接続されている。
デユーテイ制御回路４の出力側は出力トランジス
タ装置５の入力側に接続され、この出力トランジ
スタ装置５は出力トランジスタ５ａと出力トラン
ジスタ制御部５ｂとから成り、出力トランジスタ
５ａのコレクタは点火コイル６の一次側コイル６
ａに接続されている。点火コイル６の二次側コイ
ル６ｂはデイストリビユータ７のロータ７ａに接
続されている。デイストリビユータ７のキヤツプ
７ｂの外周には機関の気筒数に対応した数および
配置の端子７ｃが設けられこれらの端子７ｃは
夫々図示しない機関気筒頭壁内部に突設された点
火プラグ８に接続されている。尚、第１図におい
て符号９はバツテリ、１０は点火スイツチであ
る。第１図の各構成要素は、デユーテイ制御回路
４を除き、従来と同様の構成にすることができ
る。

上述した構成の点火装置において、リラクタ１
の回転に伴い、電磁ピツクアツプのコイル２には
第２図１および第３図２に示すような波形の信号
S₁が発生し、この信号S₁は波形整形回路３に送ら
れる。この波形整形回路３は、公知のように内蔵
のヒステリシスを持つた基準電圧RV₁，RV₂（第
２図１、第３図１）と前記信号S₁の電圧とを比較
して、第２図２および第３図２に示すような矩形
波信号S₂を出力する。デユーテイ制御回路４は、
後述するように、機関の低回転時にはこの矩形波
信号S₂をそのまま出力して出力トランジスタ装置
５に印加する。一方、機関の中回転時には上記の
矩形波信号S₂の波形に関係なく第２図３に示すよ
うにベース幅t₁が一定の矩形波信号S₃を出力する
とともに、機関の高回転時には第３図３に示すよ
うにパルス幅t₂が一定の矩形信号S₃′を出力する。
これらの矩形波信号S₃，S₃′を印加された出力ト
ランジスタ装置５は、これらの信号S₃，S₃′に応
じて点火コイル６の一次側コイル６ａを付勢・消
勢して夫々第２図４および第３図４に示すような
波形の一次電流を発生させる。すなわち、機関の
中回転時には通電時間t₃が一定の一次電流S₄を、
高回転時にはしや断時間t₄が一定の一次電流
S₄′を夫々発生せしめる。

ここで、上記の一定の通電時間t₃は、必要十分
な点火エネルギを得るに足る値、例えば４ｍsec
に、また上記の一定のしや断時間t₄は火花放電が
十分に完了し得るに足る値、例えば1.5ｍsecにな
るように夫々矩形波信号S₃のベース幅t₁と矩形波
信号S₃′のパルス幅t₂が設定されている。

従つて、上述のデユーテイ制御により得られる
点火コイル６の二次電圧波形は第２図５および第
３図５に示すように一様な波形を有する。中回転
時に通電時間を一定に制御するのに対して高回転
時にしや断時間を一定に制御する理由は、高回転
時では通電時間を一定にすると矩形波信号の周期
が極端に短かくなつたときある周期と次の周期に
おける通電時間同志が重複する、即ちしや断時間
が存在しなくなることを回避するためである。

第４図は、第１図のデユーテイ制御回路４の内
部構成を示す図であり、このデユーテイ制御回路
４において、入力端子１１が一方では出力側が出
力端子１８に接続された切換回路１４の入力側に
直接接続される一方、他方では夫々中回転域波形
発生回路１２および高回転域波形発生回路１３を
介して前記切換回路１４に接続されている。ま
た、カウンタ１５が一入力側を入力端子１１に、
別の入力側をクロツク発生回路１６に夫々接続さ
れている。このカウンタ１５の出力側には回転数
検出回路１７の入力側が接続され、該回路１７の
出力側は前記切換回路１４に接続されている。前
記中回転域波形発生回路１２は、入力端子１１を
介して供給される波形整形回路３からの矩形波信
号S₂を例えば後で詳述するような方法により該信
号の波形に関係なくベース幅t₁が一定の矩形波信
号S₃に変換して出力するものであり、また前記高
回転域波形発生回路１３は前記信号S₂を同じく例
えば後で詳述するような方法により該信号の波形
に関係なくパルス幅t₂が一定の矩形波信号S₃′に
変換して出力するものである。カウンタ１５はク
ロツク発生回路１６からの一定周波数のクロツク
パルスを例えば矩形波信号S₂の相隣れるパルスの
パルス間隔に亘りカウントしてそのカウント値を
回転数検出回路１７に供給し、この回路１７はそ
のカウント値に応じて切換回路１４に切換信号を
送つて該回路１４をしてその時の実際の機関回転
数に対応して出力端子１８を、入力端子１１に直
接に、または中回転域波形発生回路１２或いは高
回転域波形発生回路１３に切換接続せしめる。

第５図は前記中回転域波形発生回路１２の内部
構成例を示す図であり、第１図の波形整形回路３
からの矩形波信号S₂のパルスの立上り時期を検出
する立上り検出回路１９が第４図の入力端子１１
に接続され、その出力側は後述するタイミング信
号を発生するタイミング信号発生回路２０の入力
側に接続されている。タイミング信号発生回路２
０は３個の出力端子、即ち、クリア信号出力端子
２０ａ、ラツチ信号出力端子２０ｂおよび立上り
信号出力端子２０ｃを有し、これらの端子を夫々
カウンタ２１のクリア信号入力端子２１ａ、ラツ
チ２２のラツチ信号入力端子２２ａ、およびセツ
ト・リセツトフリツプフロツプ２７のセツト入力
端子Ｓに夫々接続されている。クロツク発生回路
２３が前記立上り検出回路１９、タイミング信号
発生回路２０およびカウンタ２１に接続され、こ
れら装置に一定の周波数のクロツクパルスを供給
してこれらの装置同志を同期させて作動させると
ともに、このクロツクパルスはカウンタ２１に対
しては計数パルスとしてその計数パルス入力端子
２１ｂに供給される。カウンタ２１の出力側は前
記ラツチ２２のカウント入力端子２２ｂおよび比
較器２４の一方の入力端子２４ａに接続されてい
る。ラツチ２２の出力側は引算器２５の一方の入
力端子２５ａに接続され、該引算器２５の他方の
入力端子２５ｂにはレジスタ２６の出力側が接続
されており、このレジスタ２６には前述した一定
のコイル通電時間、例えば４ｍsecに相当する値
のカウント数Ａが記憶されている。引算器２５の
出力側は前記比較器２４の他方の入力端子２４ｂ
に接続されている。この比較器２４の出力端子２
４ｃはセツト・リセツトフリツプフロツプ２７の
リセツト入力端子Ｒに接続されている。

上述の構成の中回転域波形発生回路１２の作動
を第５図および第７図を参照して説明する。立上
り検出回路１９には第１図の波形整形回路３から
の矩形波信号S₂が入力されるがこの回路１９は信
号S₂の各パルスの立上り時期を検出して単一パル
スの検出信号S₁₉を出力しタイミング信号発生回
路２０に印加する。タイミング信号発生回路２０
はこの信号を印加されると同時に同じく単一パル
スの立上り信号S₂₀をフリツプフロツプ２７のセ
ツト入力端子Ｓに印加し、フリツプフロツプ２７
はこの信号によりセツトされて出力S₃＝１を出力
する（第７図３，５）。

一方、カウンタ２１はクロツク発生回路２３か
ら常時クロツクパルスを供給され該パルスをカウ
ントするが、各立上り信号発生時から次の立上り
信号発生時までの間のカウント数をラツチ２２に
供給するようにされている。すなわち、タイミン
グ信号発生回路２０は第７図の周期T₁開始点の
立上り信号S₂₀及びラツチ信号Slaを出力した時点
から一瞬遅れてクリア信号Sclを出力してカウン
タ２１に印加し、カウンタ２１はこのクリア信号
Sclによりクリアされて０からカウントを開始す
る。カウンタ２１はこの周期T₁において次の立
上り信号S₂₀発生直後に出力される次のクリア信
号Sclを印加されるまでの間このカウントを継続
し、このカウント数Ｎはタイミング信号発生回路
２０が発生する立上がり信号S₂₀の直後に発生さ
れるラツチ信号Slaによりカウンタ２１からラツ
チ２２に保持され引算器２５の一方の入力端子２
５ａを介して読み出される。引算器２５は他方の
入力端子２５ｂを介してレジスタ２６内に記憶さ
れている前記所定のコイル通電時間（４ｍsec）
に相当する所定のカウント数Ａを常時入力されて
おり、前記ラツチ２２からのカウント数Ｎからこ
のカウント数Ａを引算してその差Ｎ―Ａを比較器
２４の一方の入力端子２４ｂに印加する。比較器
２４にはその他方の入力端子２４ａを介して前記
次のクリア信号Sclによりクリアされて再び０か
らカウントを開始しているカウンタ２１からの矩
形波信号S₂の次の周期T₂におけるカウント数を
順次印加されており、このカウント数が前記引算
値Ｎ―Ａと等しくなつた時単一パルスの一致信号
S₂₄を出力しフリツプフロツプ２７のリセツト入
力端子Ｒに印加し、該フリツプフロツプ２７の出
力S₃を１から０に反転させる（第７図４，５）。
その後、矩形波信号S₂の更に次のパルスの立上り
時点にて前述と同様にフリツプフロツプ２７の出
力が１に反転する（第７図５）。従つて、引算値
Ｎ―Ａに相当するフリツプフロツプ２７の出力が
１である時間t₂、即ち周期T₂におけるコイルしや
断時間t₄（第２図３，４）が得られるので、当該
周期T₂の残り、即ちコイル通電時間t₃（第２図４）
は前記一定のカウント数Ａに相当し、もつてコイ
ル通電時間t₃を一定に制御することができる。

このように、本発明の中回転域波形発生回路１
２は、点火点に対応するトリガ信号（本実施例で
は矩形波信号S₂）のある周期を測定し、その周期
から一定の通電時間（４ｍsec）を引算して得ら
れる差を次の周期におけるしや断時間となるよう
に制御することにより常に一定の値（４ｍsec）
の通電時間を得るものである。尚、隣り合う周
期、例えば上述した例では周期T₁と周期T₂間に
は若干の差が存在し得、その結果通電時間t₃は完
全に一定ではないが、この周期間の差は通常の機
関の運転状態では微少であり、この差による影響
は無視し得るものである。

第６図は第４図の高回転域波形発生回路１３の
内部構成例を示す図であり、立上り検出回路２８
は第５図の立上り検出回路１９と同様に配置さ
れ、その出力側はタイミング信号発出回路２９の
入力側に接続され、該回路２９はクリア信号出力
端子２９ａをカウンタ３０のクリア入力端子３０
ａに、立上り信号出力端子２９ｂをセツト・リセ
ツトフリツプフロツプ３１のセツト入力端子Ｓに
夫々接続されている。カウンタ３０の計数パルス
入力端子３０ｂには、第５図のクロツク発生回路
２３と同様の目的で立上り検出回路２８とタイミ
ング信号発生回路２９にも接続されたクロツク発
生回路３２の出力端子が接続されている。カウン
タ３０の出力端子は比較器３３の一方の入力端子
３３ａに接続され、この比較器３３の他方の入力
端子３３ｂには前述した所定のコイルしや断時間
（例えば、1.5ｍsec）に相当する値のカウント数
Ｂを保持したレジスタ３４の出力端子が接続され
ている。比較器３３の出力端子３３ｃは前記フリ
ツプフロツプ３１のリセツト入力端子Ｒに接続さ
れている。

上述の構成の高回転域波形発生回路１３の作動
を第６図および第８図を参照して説明する。

立上り検出回路２８は第５図の立上り検出回路
１９と同様に矩形波信号S₂の各パルスの立上り時
期を検出してその検出値信号S₂₈をタイミング信
号発生回路２９に印加し、該回路２９は第５図の
タイミング信号発生回路２０と同様に立上り信号
S₂₉をフリツプフロツプ３１のセツト入力端子Ｓ
に印加して出力S₃′＝１を出力せしめる（第８図
３，５）。

一方、カウンタ３０は常時クロツク発生回路３
２からのクロツクパルスを供給されて該パルスを
カウントしているが、タイミング信号発生回路２
９は前記立上り信号S₂₉を出力すると共にその直
後にクリア信号Sclをカウンタ３０のクリア信号
入力端子３０ａに印加し、カウンタ３０のカウン
ト値を０にする。従つて、カウンタ３０は矩形波
信号S₂の立上り直後に０からカウントを開始し、
そのカウント数を比較器３３の一方の入力端子３
３ａに順次印加する。一方、比較器３３の他方の
入力端子３３ｂにはレジスタ３４からのしや断時
間（1.5ｍsec）に相当するカウント数Ｂが常時印
加されており、比較器３３はカウンタ３０からの
カウント数がこのレジスタ３４からのカウント数
Ｂと等しくなつた時一致信号S₃₃をフリツプフロ
ツプ３１のリセツト入力端子Ｒに印加し、その出
力S₃′を１から０に反転せしめる（第８図４，
５）。従つて、一定のカウント数Ｂに相当するフ
リツプフロツプ３１の出力が１である時間t₂が一
定の値（1.5ｍsec）で得られるので、この時間t₂
に対応するコイルしや断時間t₄（第３図４）を一
定にすることができる。

第９図は上述した本発明のデユーテイ制御によ
り得られる点火コイルの通電時間およびしや断時
間特性を示し、実線イは本発明のデユーテイ制御
により得られる通電時間特性を示し、破線ロおよ
び鎖線ハは二種の従来の点火装置の夫々の通電時
間特性を示す。また、実線Ｔは点火周期、即ち通
電時間プラスしや断時間を示し、本発明のデユー
テイ制御では高回転域ではこの周期曲線Ｔと通電
時間曲線イ間には符号ニで示すように一定のしや
断時間が設けられている。このグラフから、高回
転域では、本発明の点火装置に依る通電時間は従
来の点火装置に比し長くなつており（図中、ａの
部分）、十分な火花エネルギが得られ且つミスフ
アイアを回避できる一方、低回転域では従来の点
火装置に比し通電時間が長くならないため（図
中、ｂの部分）、点火コイルの発熱量を最小限に
抑え得ることが認められる。

尚、上述した実施例では、デユーテイ制御回路
４に供給される機関の点火タイミング信号として
波形整形回路３からの矩形波信号S₂を用いている
が、機関クランク軸の回転角度位置に対応した周
期の一定波形のパルスから成る信号であればかか
る矩形波信号に限定する必要はない。

以上説明したように、本発明の点火装置に依れ
ば、機関の低回転領域ではクランク軸の回転角度
位置検出装置からの出力波形を直接対応した矩形
波信号を出力し、機関の中回転領域では点火コイ
ルの通電時間が一定になるように、また機関の高
回転領域では点火コイルのしや断時間が一定にな
るように夫々制御された矩形波信号を夫々出力す
るデユーテイ制御機能を備えるので、機関の中高
回転領域においては充分な点火エネルギを確保し
てミスフアイアの可能性をなくすとともに機関の
低回転領域では点火コイルの発熱を最少限に抑制
してその寿命を大幅に延ばすことができる等の優
れた効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の点火装置の一実施例を示す構
成図、第２図は第１図の点火装置の中回転域にお
ける各部分の出力波形を示すグラフ、第３図は同
じく高回転域における第２図と同様の図、第４図
は第１図のデユーテイ制御回路の内部構成例を示
すブロツク図、第５図は第４図の中回転域波形発
生回路の内部構成例を示すブロツク図、第６図は
同じく第４図の高回転域波形発生回路の第５図と
同様の図、第７図は第５図の回路の作用を示すグ
ラフ、第８図は第６図の回路の作用を示すグラ
フ、第９図は本発明の点火装置および従来の点火
装置の通電時間・しや断時間特性の比較を示すグ
ラフである。 １…リラクタ、２…コイル、３…波形整形回
路、４…デユーテイ制御回路、５…出力トランジ
スタ回路、６…点火コイル、７…デイストビユー
タ、１２…中回転時波形発生回路、１３…高回転
時波形発生回路、１４…切換回路、１９…立上り
検出回路、２０…タイミング信号発生回路、２１
…カウンタ、２２…ラツチ、２４…比較器、２５
…引算器、２６…レジスタ、２７…フリツプフロ
ツプ、２８…立上り検出回路、２９…タイミング
信号発生回路、３０…カウンタ、３１…フリツプ
フロツプ、３３…比較器、３４…レジスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 機関の気筒内のピストンが機関のクランク軸
   に対し所定の角度位置にあるときを検出しトリガ
   信号を発生する角度位置検出装置と前記トリガ信
   号に応じて矩形波信号を発生する装置と、前記矩
   形波信号に応じて点火コイルの一次電流を制御す
   る出力トランジスタ装置とを備える内燃機関の点
   火装置において、前記矩形波信号発生装置は、前
   記角度位置検出装置からのトリガ信号の各パルス
   の立上り時期と次のパルスの立上り時期までの周
   期を検出する手段と、予め前記周期から機関の中
   回転時の所望の通電時間に相当する所定の時間を
   引算する手段と、前記トリガ信号の次の周期にお
   いて前記次のパルスの立上り時期から引算手段に
   より予め得られている前記最初の周期と前記所定
   時間との差に相当する時間に亘り持続する第１レ
   ベルの信号分と、前記第１レベルの信号分の終了
   時から前記トリガ信号の更に次のパルスの立上り
   時期までの前記所定時間に対応する時間に亘り持
   続する第２レベルの信号分とから成る矩形波信号
   を出力する手段とから成る中回転時波形発生装置
   を含み、前記出力トランジスタ装置をして前記第
   １レベルの信号分により点火コイルの一次側コイ
   ルを消勢せしめるとともに、前記第２レベルの信
   号分により前記一次側コイルを付勢せしめるよう
   にしたことを特徴とする点火装置。 ２ 機関の気筒内のピストンが機関のクランク軸
   に対し所定の角度位置にあるときを検出しトリガ
   信号を発生する角度位置検出装置と、前記トリガ
   信号に応じて矩形波信号を発生する装置と、前記
   矩形波信号に応じて点火コイルの一次電流を制御
   する出力トランジスタ装置とを備える内燃機関の
   点火装置において、前記矩形波信号発生装置は、
   (1)前記角度検出装置からのトリガ信号に直接対応
   した波形の矩形波信号を出力する第１波形発生装
   置と、(2)前記角度位置検出装置からのトリガ信号
   の各パルスの立上り時点とその次のパルスの立上
   り時点までの周期を検出する手段と、予め前記周
   期から機関の中回転時の所望の通電時間に相当す
   る第１の所定時間を引算する手段と、前記トリガ
   信号の次の周期において前記次のパルスの立上り
   時期から引算手段により予め得られている前記最
   初の周期と前記第１所定時間との差に相当する時
   間に亘り持続する第１レベルの信号分と、前記第
   １レベルの信号分の終了時から前記トリガ信号の
   更に次のパルスの立上り時期までの前記第１の所
   定時間に対応する時間に亘り持続する第２レベル
   の信号分とから成る矩形波信号を出力する手段と
   から成る第２波形発生装置と、(3)前記角度位置検
   出装置のトリガ信号の各パルスの立上り時点から
   第２の所定時間が経過するまでの間持続する第１
   レベルの信号分と、前記第１レベルの信号分の終
   了時から前記トリガ信号の前記各パルスの次のパ
   ルスの立上り時期まで持続する第２レベルの信号
   分とから成る矩形波信号を出力する手段から成る
   第３波形発生装置と、(4)機関回転数に応じて前記
   ３つの波形発生装置からの出力を選択する選択装
   置とを含み、前記出力トランジスタ装置をして、
   機関の低回転時においては前記第１波形発生装置
   からの矩形波信号により点火コイルの一次側コイ
   ルを付勢・消勢せしめる一方、機関の中回転時お
   よび高回転時においては前記第２、第３波形発生
   装置の夫々の矩形波信号の各第１レベルの信号分
   により一次側コイルを消勢し、各第２レベルの信
   号分により一次側コイルを付勢するように配され
   て成ることを特徴とする点火装置。 ３ 前記出力選択装置は、機関回転数を検出する
   検出器と、この検出器の検出値信号に応じて、機
   関の所定の低回転域においては前記第１波形発生
   装置からの矩形波信号を、機関の所定の中回転域
   においては前記第２波形発生装置からの矩形波信
   号を、機関の所定の高回転域においては前記第３
   波形発生装置からの矩形波信号を夫々前記出力ト
   ランジスタ装置に供給するように切換作動する切
   換手段とから成る、特許請求の範囲第２項記載の
   点火装置。