JPS5914627B2 - 進角度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、内燃機関の点火時期制御や燃料噴射時期制
御等のように進角度を制御する装置に関するものである
。

近年、公害対策等の要求から、内燃機関の点火時期制御
や燃料噴射時期制御等の高精度化が叫ばれてきており、
電子回路技術を応用した進角度制御装置が採用され始め
ている。

さらに、内燃機関に最適な進角度制御を行なわせるため
に、各種条件から進角度値を演算するコンピュータ技術
を用いる場合もある。

このような方式による従来の進角度制御装置の一例を第
１図に示す。

第１図において、１０は角度信号発生器であって、内燃
機関（図示せず）に取り付けられかつ内燃機関と同一ま
たは同期した回転数で回転するカム１１、このカム１１
によって開閉される接点１２、電源（図示せず）に接続
された電源線１３およびこの電源線１３と接点１２の間
に接続された抵抗１４を含む。

２０は三角波発生回路であって、角度信号発生器１０中
の接点１２と抵抗１４の接続点へ接続された入力端子を
有する単安定マルチバイブレーク２１、この単安定マル
チバイブレーク２１の出力端子へ接続された入力端子を
有する低域通過フィルタ２２、この低域通過フィルタ２
２の出力端子へ接続された非反転入力端子を有する演算
増幅器２３、この演算増幅器２３の出力端子と反転入力
端子の間に接続されたコンデンサ２４、演算増幅器２３
の出力端子と大地の間でコンデンサ２４と直列に接続さ
れた抵抗２５並びにコンデンサ２４の両端間に接続され
た主端子および単安定マルチバイブレーク２１の出力端
子へ接続された制御端子を有するスイッチ２６を含む。

３０は進角度指令信号発生回路であって、コンピュータ
（図示せず）等から進角度指令信号Ａ。

〜Ａｎが供給されるＤ／Ａ変換器３１を含む。

４０は比較回路であって、その非反転入力端子、反転入
力端子がそれぞれ三角波発生回路２０、進角度指令信号
発生回路３０の出力端子へ接続される。

５０は進角度制御装置の出力端子であって、比較回路４
０の出力端子へ接続される。

第２図は、第１図（こ示した従来の進角度制御装置の動
作説明用のタイムチャートを示す。

第２図において、（ａ）は角度信号発生器１０の出力信
号、（ｂ）は単安定マルチバイブレーク２１の出力信号
、（ｃ）は三角波発生回路２０の出力信号として出力さ
れる三角波であって演算増幅器２３の出力端子に現われ
る出力信号、（ｄ）は比較回路４０の出力信号を示す。

以下、第１図に示した従来の進角度制御装置の動作を、
第２図のタイムチャートを用いて説明する。

角度信号発生器１０中のカム１１は、内燃機関と同期し
て回転するように取り付けられており、接点１２を開閉
する。

この結果、接点１２が開いている時だけ電源線１３から
抵抗１４を通して単安定マルチバイブレーク２１へ電流
が流れるので、角度信号発生回路１０は第２図ａに示し
たような出力信号を発生する。

この第２図ａにおいて、出力信号の周期はＴでありかつ
１周期は２πラジアンであるとする。

また、出力信号パルスの立上り時点が基準の角度となる
ような角度にカム１１は取り付けられているとする。

三角波発生回路２０中の単安定マルチバイブレーク２１
は、角度信号発生器１０の出力信号パルスが発生した瞬
間から時間幅τの出力信号パルス（第２図す参照）を発
生し、これを低域通過フィルタ２２に印加すると共にス
イッチ２６の制御端子に印加する。

このスイッチ２６は、アナログスイッチと呼ばれるもの
であってその制御端子に０高″レベルの信号が印加され
た時閉じるので、上述したように単安定マルチバイブレ
ーク２１が第２図すのように出力信号パルスを発生して
いる間だけ閉じてコンデンサ２４を短絡する。

一方、低域通過フィルタ２２は、単安定マルチバイブレ
ーク２１の出力信号パルス列が入力されると、内燃機関
の回転数に比例した回転数電圧ＶＮを出力し、従ってこ
の回転数電圧ＶＮを演算増幅器２３の非反転入力端子へ
印加する。

回転数電圧■Ｎ（第２図Ｃ参照）は、非常に低く例えば
大体Ｏボルトであり、しかも低域通過フィルタ２２から
出力されるので回転数が変動しても殆ど変動せず、かつ
単安定マルチバイブレーク２１の出力信号パルスの電圧
振幅を■Ａ（第２図す参照）とすれば■、＝〒■えで表
わされる。

単安定マルチバイブレーク２１からの出力信号パルスが
消滅すると、スイッチ２６によるコンデンサ２４の短絡
が解けるので、コンデンサ２４は演算増幅器２３の出力
端子から充電されかつその充電々流Ｉは抵抗２５の値を
ＲとすればＩ＝ｙΔ−τ
Ｒｋ〒ＶＡとなる。

従って、コンデンサ２４の容量をＣとすれば、演算増幅
器２３の出力電圧ｖｔは土・ −■虹・１”” ＣＲＴ
ＶＡ ” （となる。

しかも、− ＣＣＲ 単安定マルチバイブレーク２１の出力信号パルス幅τと
コンデンサ２４および抵抗２５により決まる時定数ＣＲ
とを一致させておけば、演算増幅器２３の出力電圧は単
安定マルチバイブレーク２１が出力信号パルスを出力し
なくなった瞬間大体０ポルトの回転数電圧■、からピー
ク電圧■Ｐ（第２図Ｃ参照）に向って所定の傾斜で直線
的に変化する。

すなわち、この三角波を電圧０ボルトへ向けて延長すれ
ば、単安定マルチバイブレーク２１の出力信号が立ち上
る時刻に三角波は電圧Ｏボルトと交差する。

この結果、演算増幅器２３の出力端子には第２図Ｃに示
したような三角波出力信号が得られる。

この三角波出力信号のピーク電圧■１は、ｔ＝Ｔの条件
下でＶＰ−でｎＶＡとなり、またτ＝ＣＲであるのでＶ
、＝Ｖ、となり、回転数とは無関係に一定となる。

進角度指令信号Ａ。−劫は、例えばコンピュータ等で演
算された最適値がディジタル信号で与えられるものとす
る。

進角度指令信号発生回路３０中のＤ／Ａ変換器３１は、
上述したピーク電圧■１が常に一定であることから、そ
の内部でピーク電圧■Ｐに等しい擬似ピーク電圧Ｖ ｐ
／を発生させ、この擬似ピーク電圧Ｖ ｐ ／をレフ
ァレンス電圧としてｎビットのテイジタル値で与えられ
た進角度指令信号を進角度指令電圧■θ（第２図Ｃ参照
）に変換する。

ここに、進角度θ２π は、第２図・から明らかなように、θ−６−（Ｖｐ−Ｖ
のとして与えられる。

比較回路４０は、三角波発生回路２０の出力信号と進角
度指令信号発生回路３０の出力信号とを比較して、第２
図ｄに示したような出力信号を発生し、これを進角度制
御信号として出力端子５０へ出力する。

この出力端子５０には点火制御装置や燃料噴射装置（共
に図示せず）が接続され、進角度指令信号Ａ。

−Ａｎで与えられた進角度の点で点火あるいは燃料の噴
射が行なわれる。

第１図の進角度制御装置は上述したように動作し、内燃
機関の回転が安定であれば上述したように回転数に無関
係に三角波のピーク電圧■Ｐが一定となるが、実際には
内燃機関に常時回転変動が存在し、ピーク電圧■Ｐがわ
ずかながらでも変動するため進角度制御信号に誤差が生
じる。

しかも内燃機関の回転変動が大きいほど、誤差は大きく
なる。

第３図および第４図に示すタイムチャートは、回転変動
が生じた時、進角度制御信号に誤差が発生する状態を説
明するための図である。

各図中、第２図と同一記号は同一部分の信号を示す。

第３図は、内燃機関の回転数が急に低下した場合を示す
。

第３図において、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは回転数が
安定しており、進角度θ１は第２図の進角度θと全く等
しい。

今、時刻ｔ２において短時間に回転数が低下したとする
と、低域通過フィルタ２２が遅れ要素であることから回
転数電圧ｖＮは急には追従できず、三角波出力信号は時
刻ｔ１とｔ２の間と同じ傾斜で変化しようとするから、
ピーク電圧■、１は安定時のピーク電圧ＶＰよ−２π り高くなる。

この時、進角度θ２はθ２ Ｖ口（ＶＰＩ−Ｖｐ）で
与えられるから、進角度指令電圧■θを一定とすると、
進角度θ２は安定時の進角度θ１従ってθより進んだこ
とになる。

時刻ｔ３とｔ４の間では回転数電圧ＶＮが安定している
とすると、進角度θ３は進角度θ１従ってθと等しくな
り安定する。

第４図は、内燃機関の回転数が急に上昇した場合を示す
。

第４図において、時刻ｔ５から時刻ｔ６までは回転数が
安定しており進角度θ４は第２図の進角度θと全く等し
い。

今、時刻ｔ６において短時間に回転数が上昇したとする
と、上述したように回転数電圧■、が急には追従できな
いため、三角波出力信号は時刻ｔ５とｔ６の間と同じ傾
斜で変化しようとし、ピーク電圧ＶＰ□は安定時のピー
ク電圧■Ｐより低くなる。

この時、進角度θ５はθ５＝ ２！！−（ＶＰ２ Ｖ
ｐ）で与えられ、進角度指Ｐ２ 全電圧■θか一一定であるから、進角度θ、は安定時の
進角度θ４従ってθより遅れたことになる。

時刻ｔ７とｔ８の間では回転数電圧■、が安定している
とすれば、進角度θ３は進角度θ４従ってθと等しくな
り安定する。

以上の説明から明らかなように、定常回転時でも発生し
ている回転変動は、進角度制御信号に誤差を生じさせ、
進角度制御の精度を著しく低下させる要因となる。

進角度指令信号発生回路３０は、内燃機関に要求される
進角度を高精度で与えるものであるが、三角波発生回路
２０で精度を低下させては、内燃機関の最適な進角度制
御ができなくなり、内燃機関に十分な性能を発揮させる
ことができなくなる。

この発明は、この点に鑑みてなされたものであって、進
角度制御範囲が一般に１周期（第１図の場合は２π）に
比べてはるかに狭い点に着目し、角度信号発生器から発
生される出力信号のパルスＯＮ期間よりも短いパルスＯ
ＦＦ期間に大体等しい角度間のみ三角波を発生する三角
波発生回路を用いることにより、上述した欠点を除去し
ようとするものである。

以下、この発明の望ましい実施例を図面について詳細に
説明する。

第５図はこの発明の一実施例を示し、三角波発生回路２
０Ａは角度信号発生器１０と単安定マルチバイブレーク
２１の間に挿入されたノット回路２７および角度信号発
生器１０の出力端子へ一方の入力端子が接続されかつ単
安定マルチバイブレーク２１の出力端子へ他方の入力端
子が接続されそしてスイッチ２６の制御端子へ出力端子
が接続されたオア回路２８を更に含む。

なお、図中、第１図と同一の信号は同一部分または相当
部分を示す。

第６図は、第５図に示したこの発明の一実施例の動作説
明用のタイムチャートを示す。

第６図において、ｅはオア回路２８の出力信号を示す。

なお、図中、第２図と同一の信号は同一部分の出力信号
を示す。

以下、第５図に示したこの発明の一実施例の動作を、第
６図のタイムチャートを用５いて説明する。

角度信号発生器１０の出力信号が第６図ａに示すように
パルスＯＮ期間（Ｔ１−Ｔ２）よりも短いパルスＯＦＦ
期間Ｔ２を有するように、カム１１はその構造が変えら
れている。

ノット回路２７が角度信号発生器１０の出力信号を反転
するので、結局、単安定マルチバイブレーク２１は第６
図すに示すように角度信号発生器１０の出力信号が立下
る時点から時間幅τ１の出力信号パルスを発生する。

低域通過フィルタ２２は、上述したように単安定マルチ
バイブレーク２１の出力信号パルス列が入力されると回
転数に比例した回転数電圧■、（第６図Ｃ参照）を発生
する。

この回転数電圧■Ｎは、単安定マルチバイブレーク２１
の出力信号パルスの電圧振幅をＶＡ（第６図す参照）と
すると、上述したようにｙＮ＝、Ｌ−ＶＡで与えられる
。

オア回路２８は、角度信号発生器１０の出力信号と単安
定マルチバイブレーク２１の出力信号との論理和をとり
、第６図ｅに示す出力信号をスイッチ２６の制御端子に
印加する。

スイッチ２６は、オア回路２８の出力信号が”高パレベ
ルの間開じてコンデンサ２４を短絡する。

ここで、コンデンサ２４の容量をＣい抵抗２５の抵抗値
をＲ１時間幅τ１＝０１・Ｒ１とすると、第６図Ｃに示
す三角波出力信号は、正確にはオア回路２８の出力信号
が立下ると同時に、Ｔ１が非常に狭いのでこれを無視す
れば角度信号発生器１０の出力信号が立下ると同時に、
大体０ボルトの回転数電圧■、からピーク電圧ｖｐｏｔ
に向って所定の傾斜でパルスＯＦＦ期間Ｔ２に大体等し
い角度θの間直線的に変化する。

この時三角波出力信号のピーク電圧ＶＰＯＩがＶＰＯ１
＝式−・Ｗで与えられるから、Ｄ／Ａ変換器３１はこの
値と等しい電圧をレファレンス電圧をしてｎビットのテ
イジタル値で与えられた進角度指令信号Ａ□−Ａｎをア
ナログ電圧に変換しもって進角度指令電圧Ｖθとして出
力する。

比較回路４０は、三角波発生回路２０Ａの出力信号と進
角度指令電圧■θ（第６図Ｃ参照）とを比較して第６図
ｄに示すような進角度制御信号を発生し、これを出力端
子５０へ送出する。

この場合、進角度θ（第６図Ｃ参照）と進角度指令電圧
■θの関係は、θ−五一（■１ｏ１−ｖθ）ＰＯＩ で与えられる。

進角度の制御範囲は、三角波出力・信号の傾斜部分で制
限されるから、大体角度θ。

で与えられる。

以上のように構成した場合、第１図の進角度制御装置に
比べて精度が改善される度合Ｍは−−２π
Ｔ２＝■７あるから・進角度
制御範囲を例えば３６゜とすればＭ＝１０となり、この
発明の進角度制御装置による精度は１０倍も改善される
。

これは、前述の回転変動による進角度制御信号の誤差を
」−０ に減少させる効果を持つことを示している。

第５図の実施例では、角度信号発生器１０にカム１１と
接点１２の組み合わせを用いたが、他に、歯車またはカ
ムと磁石発電機ｙ歯車またはカムと磁気感応素子、円板
と光電式検出器による組み合わせ等を用いることもでき
る。

この場合、出力信号が第６図ａに示したように発生され
るように、歯車、カム、円板の構造を決めれば、第５図
について説明したのと同じ効果が得られることに変りな
い。

第７図は、角度信号発生器１０の出力信号が立下ると同
時にかつＯボルトの回転数電圧からピーク電圧ＶＰ ０
２に向って所定の傾斜でパルスＯＦＦ期間Ｔ２に等しい
角度θ。

の間直線的に変化する三角波出力信号を発生する三角波
発生回路の他の例２０Ｂを示す。

第７図において、２０１〜２０５は抵抗、２０６はコン
デンサ、２０７は第１の演算増幅器、２０８は第２の演
算増幅器を示す。

なお、図中、第５図と同一の記号は同一部分または相当
部分を示す。

第８図は第７図に示した三角波発生回路２０Ｂの動作説
明用のタイムチャートを示し、第６図と同一の部分は同
一記号の出力信号を示す。

第７図の三角波発生回路２０Ｂにおいて、角度信号発生
器１０の出力信号が”高″レベルの間、スイッチ２６が
コンデンサ２０６を短絡しているから、演算増幅器２０
８の出力電圧はＯボルトである。

角度信号発生回路１０の出力信号が低レベルになると、
コンデンサ２０６はスイッチ２６による短絡が解かれる
ので充電され始め、その充電電圧はＯボルトから上昇し
始める。

抵抗２０１゜２０２．２０３，２０４，２０５の抵抗値
をそれぞれＲ２ｙ Ｒ３ｐ Ｒ４＋ Ｒ５ｔ Ｒｅとし
、かつＲ１徂。

−Ｒ４＝ Ｒ６とすると、コンデンサ２０６に充電され
る電流■１はＩ １＝’ｌ−−一シー−ｖ、となるＲ６
Ｒ６・Ｔ１ から、コンデンサ２０６は定電流で充電されてその両端
の電圧が直線的に変化し、コンデンサ２０６の容量を０
２とするとピーク電圧ＶＰ Ｏ２がＶＰＯ２＝ｎ二逐【
・−となり、−−が定数であるから回Ｒ６・Ｃ２Ｔ１
Ｔ１ 転数と無関係に一定のピーク電圧ＶＰ ０２をもつ三角
波出力信号が発生されることができる。

このようにして、０ボルトから回転数と無関係に一定の
ピーク電圧ＶＰ Ｏ２に向って所定の傾斜で直線的に変
化する三角波出力信号を発生する三角波発生回路を構成
することができる。

以上、説明したように、この発明は、進角度制御範囲が
１周期よりはるかに狭いことから、角度信号発生器１０
の発生する出力信号のパルスＯＮ期間よりも短いパルス
ＯＦＦ期間に大体等しい角度間のみ三角波を発生する三
角波発生回路を用いることにより、従来の装置に比べて
内燃機関の回転変動による進角度制御値の誤差を極めて
小さくすることができ、直角度制御装置の精度を向上で
きるから、より最適な進角度制御を行なうことができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の進角度制御装置を一部ブロック図で示す
回路図、第２図、第３図および第４図は第１図に示した
従来の進角度制御装置の動作説明用のタイムチャート、
第５図はこの発明の一実施例を一部ブ田ンク図で示す回
路図、第６図は第５図に示したこの発明の進角度制御装
置の動作説明用のタイムチャート、第７図はこの発明で
使用される他の例の三角波発生回路を一部ブロック図で
示す回路図、第８図は第７図に示した三角波発生回路の
動作説明用のタイムチャートである。 １０は角度信号発生器、２０Ａと２０Ｂは三角波発生回
路、２１は単安定マルチバイブレーク、２２は低域通過
フィルタ、２３は演算増幅器、２４はコンデンサ、２５
は抵抗、２６はスイッチ、２７はノット回路、２８はオ
ア回路、３０は進角度指令信号発生回路、４０は比較回
路、２０５は抵抗、２０６はコンデンサ、２０７は第１
の演算増幅器、２０８は第２の演算増幅器である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関の回転角度の基準となる角度を検出する角
   度信号発生器と、この角度信号発生器から発生される出
   力信号のパルスＯＮ期間よりも短いパルスＯＦＦ期間に
   大体等しい角度間のみ三角波を発生させ、しかもこの三
   角波が前記内燃機関の回転数と無関係に一定のピーク電
   圧をもつ三角波発生回路と、前記内燃機関に要求される
   進角度値を出力する進角度指令信号発生回路と、前記三
   角波発生回路の出力信号と前記進角度指令信号発生回路
   の出力信号とを比較する比較回路とを備え、前記内燃機
   関の点火制御装置や燃料噴射装置へ供給されるべき進角
   度制御信号を発生することを特徴とする進角度制御装置
   。 ２ 三角波発生回路は、角度信号発生器の出力端子へ接
   続されたノット回路と、このノット回路の出力端子へ接
   続された単安定マルチバイブレークと、この単安定マル
   チバイブレークの出力端子へ接続された低域通過フィル
   タと、前記角度信号発生器の出力端子、前記単安定マル
   チバイブレークの出力端子へそれぞれ接続された入力端
   子を有するオア回路と、前記低域通過フィルタの出力端
   子へ接続された非反転入力端子を有する演算増幅器と、
   この演算増幅器の出力端子と反転入力端子の間に接続さ
   れたコンデンサと、このコンデンサと並列に接続される
   と共に制御端子が前記オア回路の出力端子へ接続された
   スイッチと、前記反転入力端子と大地の間に接続された
   抵抗とを含む特許請求の範囲第１項記載の進角度制御装
   置。 ３ 三角波発生回路は、角度信号発生器の出力端子へ接
   続された単安定マルチバイブレークと、この単安定マル
   チバイブレークの出力端子へ接続された低域通過フィル
   タと、この低域通過フィルタの出力端子へ接続された非
   反転入力端子を有しかつ大地へ接続された反転入力端子
   を有する第１の演算増幅器と、この第１の演算増幅器の
   出力端子と大地の間で直列に接続された抵抗およびコン
   デンサと、このコンデンサと並列に接続されると共に制
   御端子が前記角度信号発生器の出力端子へ接続されたス
   イッチと、前記抵抗と前記コンデンサの接続点へ接続さ
   れた非反転入力端子を有しかつ前記低域通過フィルタへ
   接続された反転入力端子および出力端子を有する第２の
   演算増幅器とを含む特許請求の範囲第１項記載の進角度
   制御装置。