JPH04284168A - エンジンの制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンの制御装置、特
に、イグニションコイルへの通電を制御するためのイグ
ナイタ制御信号を発生させる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータ技術の発達とともに
、エンジンの制御もマイクロコンピュータを用いて行う
のが一般的になってきた。たとえば、特開昭５５−８２
９６５号公報には、エンジンの点火装置や燃料噴射装置
などをマイクロコンピュータで制御するシステムが開示
されている。しかしながら、このようなシステムでは、
コンピュータが万一故障した場合にも、エンジンをある
程度の能力で機能させることができるように、いわゆる
「フェイルオペラブル」の対策を講じておく必要がある
。

【０００３】エンジンを制御するためには、数々の制御
信号が必要になる。イグナイタ制御信号もそのひとつで
あり、イグニションコイルへの通電を制御する機能を有
する。すなわち、この信号は所定幅のパルスからなる信
号であり、パルスの立ち上がり時点においてイグニショ
ンコイルへの通電が開始され、パルスの立ち下がり時点
に同期してプラグが点火される。別言すれば、この信号
のパルス幅に相当する期間だけ、イグニションコイルに
電気エネルギーが蓄積されることになる。

【０００４】「フェイルオペラブル」時には、コンピュ
ータを用いずにこのイグナイタ制御信号を発生させる必
要がある。たとえば、特公昭６２−４３０７２号公報に
は、このようなイグナイタ制御信号を発生させるための
回路が開示されている。このイグナイタ制御信号の発生
は、通常、クランク位置検出信号を利用してなされる。 このクランク位置検出信号は、ディストリビュータから
得られる信号で、クランク軸の回転に同期した周期的な
矩形波信号となる。そこで、このクランク位置検出信号
の立ち上がり時点から所定のクロックのパルス数をカウ
ントアップし始め、クランク位置検出信号が立ち下がっ
た時点から逆にカウントダウンしてゆき、計数値が所定
のしきい値に到達したときにイグナイタ制御信号を立ち
上げるという方法により、適切なイグナイタ制御信号を
発生させている。また、エンジン回転数に応じた待ち時
間を設定し、設定した待ち時間が経過した後にカウント
を開始する方法も知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たイグナイタ制御信号を発生させる従来の装置には、エ
ンジンの回転に適したイグナイタ制御信号を発生させる
ことが困難であるという問題がある。すなわち、上述の
方法では、エンジンの回転数が変わるごとに、しきい値
や待ち時間の値も変える必要がある。ところが、エンジ
ンの回転数はかなり広いレンジで変化するため、この広
いレンジに対してきめ細かくしきい値や待ち時間を設定
するためには、かなりの種類の設定値をデータとして用
意する必要がある。そのためには、レジスタの数などを
増やす必要が生じ、ハードウエアが複雑になってしまう
。したがって、限られたハードウエアを用いて限られた
設定値を用意しているのが実状であり、従来装置によっ
て発生されたイグナイタ制御信号は、必ずしも最適なも
のにはなっていない。

【０００６】そこで本発明は、できるだけ単純なハード
ウエア構成を用いて、エンジンの回転に適したイグナイ
タ制御信号を発生させることができる装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、イグニション
コイルへの通電を制御するためのイグナイタ制御信号を
発生させるエンジンの制御装置において、クランク軸の
回転に同期した矩形波信号を、クランク位置検出信号と
して発生する手段と、一定の周波数のクロック信号を発
生する第１の動作と、与えられた電圧値に応じて異なる
周波数のクロック信号を発生する第２の動作と、を交互
に行いうる電圧制御発振器と、クランク位置検出信号の
前半周期開始時点において、クロック信号のパルス数を
第１の方向にカウントする動作を開始し、クランク位置
検出信号の後半周期開始時点において、クロック信号の
パルス数を第２の方向にカウントする動作を開始するカ
ウンタと、第１の方向へのカウント動作中には、電圧制
御発振器に第１の動作を行わせ、第２の方向へのカウン
ト動作中には、直前の第１の方向へのカウント動作から
第２の方向へのカウント動作に転じた反転時におけるカ
ウンタの計数値に基づいて定まる所定の電圧を与えるこ
とにより、電圧制御発振器に第２の動作を行わせる制御
手段と、第２の方向へのカウント動作中に、その計数値
が所定のしきい値に到達した時点を検出し、この時点に
おいて立ち上がり、所定の時点において立ち下がる信号
を、イグナイタ制御信号として出力する手段と、を設け
たものである。

【０００８】

【作　　用】従来装置では、エンジン回転数の変化に対
して、しきい値あるいは待ち時間を変えることにより対
処していた。これに対して、本発明の基本思想は、クロ
ックの周波数を変えることにより対処しようとするもの
である。すなわち、カウンタのカウントアップ動作中は
、単一の周波数のクロックが与えられるが、カウントダ
ウン動作中は、エンジンの回転数に応じた可変周波数の
クロックが与えられることになる。電圧制御発振器は、
エンジン回転数が速くなるにしたがって、周波数の高い
クロックを発生する。こうすることにより、エンジンの
回転数に適したイグナイタ制御信号が発生できる。しか
も、ハードウエアとしては、電圧制御発振器およびその
制御回路を用意するだけでむ。

【０００９】

【実施例】続いて、本発明を図示する実施例に基づいて
説明する。はじめに、本発明によるイグナイタ制御信号
の発生方法を、図１に示すグラフに基づいて、従来装置
による方法と対比して説明する。本発明による方法も、
従来装置による方法も、基本的には、クランク軸の回転
に同期したクランク位置検出信号ＳＧＴに基づいて、イ
グナイタ制御信号ＩＧＴを発生するものである。いま、
図１（ａ）　に示すようなクランク位置検出信号ＳＧＴ
が与えられたものとする。この信号ＳＧＴは、周期的な
矩形波信号であり、図には、その１周期Ｔに相当する部
分が示されている。この１周期Ｔは前半周期Ｔ１と後半
周期Ｔ２とに分けられる。ここで、所定の周波数のクロ
ックパルスを計数するカウンタを用意し、時刻ｔ１にお
いてクランク位置検出信号ＳＧＴが立ち上がった時点で
、このクロックパルスに対するカウントアップ動作を行
うと、同図（ｂ）　に示すように、カウンタの計数値Ｃ
は時刻ｔ１〜ｔ２にかけて時間の経過とともに増加して
ゆく。 そして、時刻ｔ２においてクランク位置検出信号ＳＧＴ
が立ち下がった時点で、このカウンタの計数動作をカウ
ントダウン動作に転じる。すると、カウンタの計数値Ｃ
は時刻ｔ２〜ｔ３にかけて時間の経過とともに減少して
ゆく。ここで、カウンタの計数値Ｃに対して、所定のし
きい値α１を定義し、カウンタのカウントダウン動作中
に、計数値Ｃがこのしきい値α１に到達した時刻ｔ４に
おいて立ち上がり、クランク位置検出信号ＳＧＴが立ち
上がる時刻ｔ３において立ち下がるような信号を発生さ
せれば、同図（ｄ）　に示すように、この信号はパルス
幅ｔをもったイグナイタ制御信号ＩＧＴとなる。こうし
て、クランク位置検出信号ＳＧＴの１周期ごとに、所定
のパルス幅ｔをもったイグナイタ制御信号ＩＧＴを発生
させるのが、従来装置の基本原理である。

【００１０】イグナイタ制御信号ＩＧＴは、イグニショ
ンコイルへの通電を制御する信号であり、図１（ｄ）　
の例では、時刻ｔ４において通電が開始し、パルス幅ｔ
の期間だけコイルに電気エネルギーが蓄積され、時刻ｔ
３においてプラグが点火することになる。ところが、エ
ンジンの回転数が変化することを考慮に入れると、上述
のような画一的な処理は不適当である。たとえば、エン
ジンの回転数が上がると、クランク軸の回転が速くなる
ため、図１（ａ）　に示すクランク位置検出信号ＳＧＴ
の１周期Ｔは短くなる。したがって、エンジンの回転数
が高いときにも、コイルにエネルギーを蓄積する十分な
時間を確保するためには、エンジンの回転数が高くなる
にしたがって、比率ｔ／Ｔが大きくなるようにしてやる
必要がある。

【００１１】従来装置では、このような要求に対して、
しきい値を変えることによって対処していた。たとえば
、図１（ｂ）　に示す例では、しきい値をα１からα２
に変えれば、イグナイタ制御信号ＩＧＴは時刻ｔ５にお
いて立ち上がることになり、パルス幅ｔは、時刻ｔ５〜
ｔ３の期間になり、比率ｔ／Ｔが大きくなる。図２は、
エンジン回転数ＲＰＭと比率ｔ／Ｔとの関係を示すイグ
ナイタ制御マップである。しきい値を変化させることに
よって得られる従来装置の特性は二点鎖線で示すように
なる。たとえば、しきい値α１を用いる領域ではグラフ
ａ１が得られ、しきい値α２を用いる領域ではグラフａ
２が得られる。ここに示す例では、エンジン回転数ＲＰ
Ｍの全領域を５つの領域に分割し、各領域ごとに異なる
しきい値を設定するようにし、５つのグラフａ１〜ａ５
を得るようにしている。しかしながら、このような方法
では、エンジンの回転に適したイグナイタ制御信号を発
生させるためには、領域の分割を非常に細かくし、多種
類のしきい値を設定しなければならず、ハードウエアが
複雑化する問題があることは前述したとおりである。し
たがって、従来は、図２のグラフａ１〜ａ５に示すよう
な不連続な特性をもったイグナイタ制御を行っていた。

【００１２】本発明は、エンジン回転数の変化に滑らか
に追従する特性グラフが得られるようにするものであり
、しかも、比較的単純なハードウエアによってこれを実
現するものである。その基本原理を、図１（ｃ）　のグ
ラフを参照して説明する。この図１（ｃ）　に示すカウ
ンタのカウントアップ動作は、図１（ｂ）　に示したも
のと全く同じであるが、カウントダウン動作が異なる。 図１（ｂ）　に示す従来の方法では、常に同一の周波数
のクロックを用いてカウントダウンを行っているが、図
１（ｃ）　に示す本発明の方法では、カウントダウンに
用いるクロックの周波数をその都度変えることができる
ようにしている。たとえば、周波数の低いクロックを用
いれば、カウンタの計数値ＣはグラフＸに示すように緩
やかに減少するが、周波数の高いクロックを用いれば、
計数値ＣはグラフＹに示すように急峻に減少する。別言
すれば、計数値Ｃのグラフの傾斜は、カウンタに与える
クロックの周波数を変えることにより制御できる。

【００１３】本発明では、この計数値Ｃに対するしきい
値として、エンジンの回転数にかかわらず、常に同一の
値を用いるようにする。図１（ｃ）　に示す例では、計
数値Ｃの初期値（たとえば０）に等しいしきい値α０を
設定している。このように、しきい値をα０に固定して
も、グラフの傾斜を変化させることにより、イグナイタ
制御信号ＩＧＴのパルス幅ｔを変えることができる。た
とえば、図１（ｃ）　においてグラフＸの傾斜では、時
刻ｔ４においてしきい値α０に到達し、この時点でイグ
ナイタ制御信号ＩＧＴが立ち上がる。したがって、イグ
ナイタ制御信号ＩＧＴのパルス幅ｔは時刻ｔ４〜ｔ３の
期間となる。ところが、グラフＹの傾斜では、時刻ｔ５
においてしきい値α０に到達し、この時点でイグナイタ
制御信号ＩＧＴが立ち上がる。したがって、イグナイタ
制御信号ＩＧＴのパルス幅ｔは時刻ｔ５〜ｔ３の期間と
なる。結局、カウンタに与えるクロック信号の周波数が
低ければ、計数値Ｃのグラフは緩やかになり、幅ｔは短
くなり、比率ｔ／Ｔは小さくなる。逆に、カウンタに与
えるクロック信号の周波数が高ければ、計数値Ｃのグラ
フは急峻になり、幅ｔは長くなり、比率ｔ／Ｔは大きく
なる。

【００１４】そこで、エンジンの回転数に応じて、カウ
ントダウン動作に用いるクロック信号の周波数を変える
ようにすることにより、エンジン回転数が上がるほど、
比率ｔ／Ｔを高めることができる。この様子は、図２に
実線で示した本願装置の特性グラフに明瞭に示されてい
る。図２のグラフの横軸にとったエンジン回転数ＲＰＭ
がＶ１〜Ｖ２の領域において、特性グラフは細かな階段
状に変化している。すなわち、エンジンの回転数が高く
なるほど、比率ｔ／Ｔが大きくなるという理想的な特性
に近くなっている。二点鎖線で示す従来の特性グラフを
比べてみれば、その顕著な効果は明らかである。特性グ
ラフが滑らかな１本の直線にならずに細かな階段状にな
っているのは、後述するように、エンジン回転数の値が
デジタル値として離散的に定義されるためである。なお
、エンジン始動時など回転数が極端に低いＲＰＭ＜Ｖ１
の領域や、逆に回転数が極端に高いＲＰＭ＞Ｖ２の領域
では、ｔ／Ｔを固定するようにしている。

【００１５】以上、本発明の基本原理を説明したが、続
いて、このような処理を行うための具体的なハードウエ
ア構成の一実施例を、図３に示す回路に基づいて説明す
る。この回路には、外部からクランク位置検出信号ＳＧ
Ｔが与えられる。具体的には、このクランク位置検出信
号ＳＧＴは、ディストリビュータから得ることができる
。クランク位置検出信号ＳＧＴは、カウンタ１０および
電圧制御発振器２０に与えられる。カウンタ１０には、
所定のタイミングにおいてその計数値Ｃを保持するレジ
スタ３０が接続されている。カウンタ１０の各時点にお
ける計数値Ｃおよびレジスタ３０の保持値Ｈは、デコー
ダ４０に与えられる。デコーダ４０は、後述するように
、カウンタ１０から与えられた計数値Ｃに基づいてイグ
ナイタ制御信号ＩＧＴを出力する機能と、レジスタ３０
から与えられた保持値ＨをＤ／Ａ変換してこれに対応す
る直流電圧ＤＣ１を出力する機能を有する。直流電圧Ｄ
Ｃ１は差動増幅器５０に与えられ、この差動増幅器５０
は、固定電圧の＋５Ｖと直流電圧ＤＣ１との差に相当す
る直流電圧ＤＣ２を出力する。そして、この直流電圧Ｄ
Ｃ２は、電圧制御発振器２０に与えられる。

【００１６】電圧制御発振器２０は、２とおりの動作を
交互に行う。すなわち、クランク位置検出信号ＳＧＴが
論理１のときには、一定の周波数のクロック信号ＣＬＫ
をカウンタ１０に与える第１の動作を行い、クランク位
置検出信号ＳＧＴが論理０のときには、与えられた直流
電圧ＤＣ２に応じた周波数のクロック信号ＣＬＫをカウ
ンタ１０に与える第２の動作を行う。同様に、カウンタ
１０も、２とおりの動作を交互に行う。すなわち、クラ
ンク位置検出信号ＳＧＴが論理１のときには、与えられ
たクロック信号ＣＬＫ（常に一定の周波数）をカウント
アップする動作を行い、クランク位置検出信号ＳＧＴが
論理０のときには、与えられたクロック信号ＣＬＫ（そ
の都度変わる周波数）をカウントダウンする動作を行う
。

【００１７】以上がこの回路の基本構成であるが、続い
て、この回路の動作を図１（ｃ）　のグラフを参照しな
がら説明する。まず、時刻ｔ１において、クランク位置
検出信号ＳＧＴが立ち上がる。これにより、電圧制御発
振器２０は一定の周波数のクロック信号ＣＬＫをカウン
タ１０に与える第１の動作を行い、カウンタ１０はこれ
をカウントアップしてゆく。やがて、時刻ｔ２に達する
と、クランク位置検出信号ＳＧＴが立ち下がる。レジス
タ３０は、この時点におけるカウンタ１０の計数値Ｃを
保持値Ｈとして保持する。この保持値Ｈは、デコーダ４
０においてＤ／Ａ変換され、直流電圧ＤＣ１（０〜５Ｖ
の値をとる）が発生される。差動増幅器５０は、この直
流電圧ＤＣ１と固定電圧＋５Ｖとの差として、直流電圧
ＤＣ２を発生し、これを電圧制御発振器２０に与える。 一方、電圧制御発振器２０は、与えられた直流電圧ＤＣ
２に基づいて周波数が決定されるクロック信号ＣＬＫを
カウンタ１０に与える第２の動作を開始し、カウンタ１
０はこれをカウントダウンしてゆく。結局、レジスタ３
０に保持された保持値Ｈは、カウンタ１０がカウントア
ップ動作からカウントダウン動作に転じる反転時におけ
る計数値に他ならない。この保持値Ｈは、次の反転時ま
でそのままレジスタ３０に保持される。デコーダ４０の
もうひとつの機能は、イグナイタ制御信号ＩＧＴを出力
することである。すなわち、ダウンカウント時に、カウ
ンタ１０から与えられる計数値Ｃを監視し、これが所定
のしきい値α０に到達した時点（たとえば、時刻ｔ４）
で、イグナイタ制御信号ＩＧＴを立ち上げ、時刻ｔ３に
おいて、クランク位置検出信号ＳＧＴが立ち下がると、
イグナイタ制御信号ＩＧＴを立ち下げる。以上が、クラ
ンク位置検出信号ＳＧＴの１周期についての動作である
。このような動作により、図１（ｄ）　に示すイグナイ
タ制御信号ＩＧＴが生成できることが理解できよう。

【００１８】最後に、電圧制御発振器２０が発生するク
ロック信号ＣＬＫの周波数と、エンジン回転数の関係に
ついて説明する。前述のように、カウントダウン動作時
に、電圧制御発振器２０が発生するクロック信号ＣＬＫ
の周波数は、レジスタ３０の保持値Ｈ、すなわち、時刻
ｔ２の時点における計数値Ｃに依存したものになる。そ
こで、この時刻ｔ２の時点における計数値Ｃのもつ意味
を考えると、これは図１（ａ）　における前半周期Ｔ１
の長さに対応することが理解できるであろう。前半周期
Ｔ１は、いうまでもなくクランク位置検出信号ＳＧＴの
周期Ｔの前半周期であり、エンジンの回転数ＲＰＭに関
連した値である。たとえば、エンジンの回転数が高くな
れば、前半周期Ｔ１は短くなる。結局、時刻ｔ２におけ
る計数値Ｃはエンジンの回転数を示す値として用いるこ
とができる。そこで、エンジン回転数が低いときの動作
と、高いときの動作と、を比較してみる。まず、エンジ
ン回転数が低いときは、前半周期Ｔ１は長くなり、保持
値Ｈは大きな値となる。したがって、電圧ＤＣ１は大き
な値（より＋５Ｖに近い値）となり、電圧ＤＣ２は逆に
小さな値となる。したがって、電圧制御発振器２０が発
生するクロック信号ＣＬＫの周波数は低くなり、図１（
ｃ）　のグラフＸに示すように緩やかなカウントダウン
動作が行われ、比率ｔ／Ｔは小さくなる。逆に、エンジ
ン回転数が高いときは、前半周期Ｔ１は短くなり、保持
値Ｈは小さな値となる。したがって、電圧ＤＣ１は小さ
な値（より０Ｖに近い値）となり、電圧ＤＣ２は逆に大
きな値（より＋５Ｖに近い値）となる。したがって、電
圧制御発振器２０が発生するクロック信号ＣＬＫの周波
数は高くなり、図１（ｃ）　のグラフＹに示すように急
峻なカウントダウン動作が行われ、比率ｔ／Ｔは大きく
なる。 こうして、図２のイグナイタ制御マップに実線で示すよ
うな特性グラフ（区間Ｖ１〜Ｖ２）が得られることにな
る。この特性グラフが細かな階段状になるのは、デコー
ダ４０において保持値ＨをＤ／Ａ変換するためである。 なお、図２の特性グラフに示すように、エンジンの回転
数が極端に低いとき（ＲＰＭ＜Ｖ１）あるいは極端に高
いとき（ＲＰＭ＞Ｖ２）に、ｔ／Ｔの値を固定値にした
い場合は、エンジン回転数がこれらの領域にあるときに
は、クランク位置検出信号ＳＧＴの立ち下がり時点ｔ２
において、イグナイタ制御信号ＩＧＴを立ち上げるよう
な動作をデコーダ４０に行わせるようにしておけばよい
。

【００１９】以上、本発明を図示する実施例に基づいて
説明したが、本発明はこの実施例のみに限定されるもの
ではなく、この他にも種々の態様で実施可能である。た
とえば、図３に示す回路図は、一実施例として示したも
のであり、本発明はこの他にも種々の回路によって実現
しうるものである。また、カウンタのカウントアップ動
作とカウントダウン動作とを逆にしてもかまわないし、
クランク位置検出信号として前半周期開始時点に立ち下
がり、後半周期開始時点に立ち上がるような逆位相の信
号を用いてもかまわない。

【００２０】

【発明の効果】以上のとおり本発明によれば、電圧制御
発振器を用意し、エンジン回転数に応じてカウントすべ
きクロック周波数を変えるようにしたため、エンジンの
回転数に適したイグナイタ制御信号が発生でき、しかも
、ハードウエアの構成は比較的単純になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願装置および従来装置におけるイグナイタ制
御信号ＩＧＴの発生原理を示すグラフである。

【図２】従来装置による方法と本願装置による方法とを
比較するためのイグナイタ制御マップを示すグラフであ
る。

【図３】本発明の一実施例を示す回路図である。

【符号の説明】

１０…カウンタ ２０…電圧制御発振器 ３０…レジスタ ４０…デコーダ ５１…差動増幅器 α０，α１，α２…しきい値

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　イグニションコイルへの通電を制御す
   るためのイグナイタ制御信号を発生させるエンジンの制
   御装置において、クランク軸の回転に同期した矩形波信
   号を、クランク位置検出信号として発生する手段と、一
   定の周波数のクロック信号を発生する第１の動作と、与
   えられた電圧値に応じて異なる周波数のクロック信号を
   発生する第２の動作と、を交互に行いうる電圧制御発振
   器と、前記クランク位置検出信号の前半周期開始時点に
   おいて、前記クロック信号のパルス数を第１の方向にカ
   ウントする動作を開始し、前記クランク位置検出信号の
   後半周期開始時点において、前記クロック信号のパルス
   数を第２の方向にカウントする動作を開始するカウンタ
   と、前記第１の方向へのカウント動作中には、前記電圧
   制御発振器に第１の動作を行わせ、前記第２の方向への
   カウント動作中には、直前の第１の方向へのカウント動
   作から第２の方向へのカウント動作に転じた反転時にお
   けるカウンタの計数値に基づいて定まる所定の電圧を与
   えることにより、前記電圧制御発振器に第２の動作を行
   わせる制御手段と、前記第２の方向へのカウント動作中
   に、その計数値が所定のしきい値に到達した時点を検出
   し、この時点において立ち上がり、所定の時点において
   立ち下がる信号を、イグナイタ制御信号として出力する
   手段と、を備えることを特徴とするエンジンの制御装置
   。