JPS608345B2 - 内燃機関用点火装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関における点火装置に関し〜特に電子回
路を用いて点火時期を制御する点火装置Ｚに関する。

周知のごとく、内燃機関におけるシリンダ内の燃焼のヱ
才．ルギーをエンジン出力として最も効率良く取り出す
には、シリンダ内の最大圧力が上死点（ＴＤＣ）より少
し後に来るようにすることが２望ましく、着火遅れ期間
等を考慮して上死点以前のある時期に点火するように設
定している。

この最適点火時期は主としてエンジンの回転速度あるし
、は吸気マニホルド員圧によって変わるため、従来は、
前者に対する進角を設定するものとしてガ２バナ進角装
置が「そして後者に対する進角を設定するものとしてバ
キューム進角装置等の機械的制御装置が用いられた。然
しながら近年、内燃機関においても種々電子制御化が進
み、前記の点火装置に対しても機械的制御に代えて電子
的制御が行３なわれるようになって来た。この電子的制
御による点火装置ついては既に種々の構成のものが提案
されており「又それぞれに改良が加えられている。従っ
て本発明の目的は、電子的制御による、ご３らに別の構
成の内燃機関用点火装置を提案することであり、特に点
火用トランジスタを通して流れる電流によって消費され
る電力をなるべく少なくするように改良された内燃機関
用点火装涜を提案するものである。

４上記目的に従い本発明は、点
火用トランジスタのオフからオンへの切換わりタイミン
グを制御する単安定マルチ回路を有し、しかも該単安定
マルチ回路の時定数がエンジンの回転速度に応じて可変
になるようにしＬ ここに該時定数はその回転速度の低
速又は高速に応じてそれぞれ長く又は短くなるように制
御され「 これによりその回転速度が低速である程「前
記点火用トランジスタのオフからオンへの切換わりタイ
ミングを遅らし、又「その回転速度が高速である程その
タイミングを早くして、エンジン回転速度の変化に関係
なくし各点火サイクルにおける前記点火用トランジスタ
のオンの時間を必要最小限の一定時間にするようにした
ことを特徴とするものである。以下図面に従って本発明
を説明する。

第竃図は本発明に基づく一実施例を示すブロック図であ
り、第２図は第亀図の要部における波形を示すタイムチ
ャートである。

第亀図において軍Ｑ亀は通常のディストリビュータ系で
あり「クランク軸に連動して回転する回転ギャ８８２と
各点火プラグに放電電圧を分配する側方端子を具えたデ
ィストリビュ−夕亀８３とに分解して示してある。一方
、軍８４は通常のィグニッションコィルでありｔバッテ
リー（十ＶＢ）に接続する一次巻線と「前記デイストリ
ビュータ亀ＱＩ内のデイストリビュータロータｒと摺動
可能に電気的に接続する二次巻線とからなる。前記一次
巻線は点火用トランジスタ１蟹５と接続しこの点火用ト
ランジスタ１８夏のベースに印如される点火制御パルス
によってこれがオフすることに該一次巻線の通電電流は
しや断され〜 このとき前記二次巻線に高電圧が誘起さ
れ、前述の放電電圧を得る。ここで前記ディストリビュ
ータ亀０３から前記側方端子の１つに前述の放電電圧を
供給する際「 どの様なタイミングでこれを供給するか
が重要な問題であり、このタイミングの適否が、既に述
べたエンジン出力の効率を決定する。例えば、１つの任
意のシリダ内におけるピストンの動きを図解すれば第３
図の様になり、ＴＤＣを上死点、ＢＤＣを下死点とすれ
ば、前記点火用トランジスタ奪８５１こ与えるべき点火
制御パルスはＴＤＣよりも角度８だけ早目に供給しなけ
ればならない。この角度のま進角と呼ばれ良く知られて
いる。ただしこの進角８の大きさは種々の要因で決定さ
れなければならず「前述した吸気マニホ−ルド負圧、エ
ンジン回転速度さらには車速、シフト位置「 エンジン
冷却水の温度等の要因で決定される。再び第１図に戻り
本発明の構成を述べると、ディストリビュータ系１０１
には、回転ギヤ１０２に近接して回転ピックアップ１０
６が付加され、この回転ピックアップ１０６は回転ギャ
１０２と電磁的に結合する。

回転ギヤ１０２が回転ピックアップ１０６に近接するご
とに、第３図のＴＤＣに対応するピックアップパルスが
得られ、このピックアップパルスは波形整形回路１０７
を経て波形整形されピックアップパルスＰ，を得る。ピ
ックアップパルスＰ，の波形は第２図１に示すとおりで
ある。ただし第２図１〜７は縦軸に信号の振幅をとり、
機軸に経過時間ｔをとって示したものである。さらに第
２図１〜７において領域Ｌｖは、エンジンの回転が低速
である場合を示し、領域畑ｖは高速である場合を示す。
第１図に戻り、波形整形回路１０７から送出された前記
のピックアップパルスＰ，は一方においてディジタル／
アナログ変換器（Ｄ／Ａ）１０８のリセット入力（Ｒ）
に印放され、もう一方においてフェーズロックリレーフ
。回路（ＰＬＬ）１０９に印加される。このフェーズロ
ック・ループ回路１０９は「既に述べた従来の電子進角
用ディストリビュー外こおいて第２のピックアップに相
当するものであり、回転ギャ１０２の回転角を示す信号
を作り出す部分である。しかもエンジンの回転速度と無
関係に高分解能の回転角信号を作り出す部分である。フ
ェーズロックループ回路１０９内の１１０は位相比較器
（ＰＤ）であり、第２図１に示すごとき波形整形回路１
０７からのピックアップパルス列Ｐ，を一方の入力に受
信し、また電圧制御発振器（ＶノＦ）１１ １からの発
振出力Ｐ２を分周器（ＤＩＶ）１ １２におし・て学風
た信号（害）をもぅ一方の初に受信し、これらの位相差
を検出する。ただし位相比較器１１８からの出力は位相
差に比例したパルス中をもつ信号なのでそれを積分器１
１３を通して直流信号に変換する。この積分器１１３か
らの出力Ｖｏｃは、ピックアップパルスＰ，の周波数に
比例したレベルの直流電圧からなる速度信号であり、そ
の一部は前記電圧制御発振器１１１の制御入力に印加さ
れ、その発振周波数を変化させる。ここに電圧制御発振
器１１１は、ピックアップパルスＰ，の周波数のＮ倍の
周波数で発振しておりその発振出力Ｐ２は第２図の２に
示す様である。ただしこの発振机胸記の欄器１１２‘こ
よって音分周されるので、位相比較器１１０１こ入力さ
れる時点では、ピックアップパルスＰ，と略同一周波数
となり「この分周器１１２からの出力が有する周波数な
らびに位相が常にピックアップパルスＰ，の周波数なら
びに位相とそれぞれ一致するように制御される。ここに
述べたＮは自然数であり、実施例ではＮ＝１２８とした
。上述した、電圧制御発振器１１１からの発振出力Ｐ２
の周波数は、ピックアップパルスＰ，の周波数に対して
常にＮ倍となっており、第２図１および２について１つ
のパルスＰ，．から次のパルスＰ，２までの間に必ずＮ
個のパルスＰ２ｏｏ，，Ｐ２ｏｏ２，……Ｐ２，２６（
Ｎ＝１２８）が含まれ、しかもエンジンの回転速度と無
関係に同じ数だけ含まれる。

従ってこの発振出力Ｐ２は「 いわゆる回転ギャ１０２
の回転角度パルスであり、前記のＮを大きく選ぶことに
より回転角の所望の高分解能が得られる。そこで等間隔
でＮ個並んだ回転角度パルス列Ｐ２ｏ。，，Ｐ２の２・
・・・・・Ｐ２脚（Ｎ＝１２８）の１つ１つに一定の重
みづけをして累加し、この重みづけのレベルをｈとする
と、ある任意の１つのピストンの上死点前５０ｏ（第２
図１の例えばＰ．．に相当）から次のピトンの上死点前
５０ｏにいたる（第２図１の例えばＰ，２に相当）まで
の間、レベル０からしベルＮｈ（一定）までリニャに変
化する三角波の回転角度信号が得られる。要するにエン
ジンの回転速度がどの様に変わろうとも〜つまりその三
角波の傾きがどの様な場合でも、全ての三角波上のある
電圧Ｖ，は「必ずこれに対応するある回転角度８，に一
対一に対応し、三角波上の電圧を知ればそのときの回転
角度が知れる。第１図において、上述のレベル０からし
ベルＮｈ（一定）までリニャに変化する三角波の回転角
度信号Ｓ．は、ディジタル／アナログ変換器（ＤノＡ）
１０８で作られ、その出力波形炎，は第２図２に示すと
おりである。今、ある１つの任意のシリンダ内のピスト
ンが上死点５０ｏ を通過し波形整形回路１０Ｔよりピ
ックアップパルスＰ，（第２図１参照）が出力されたと
すると、このピックアップパルスＰ，は一方においてデ
ィジタルノァナログ変換器１０８のリセット入力Ｒに印
加され「これをリセットする。こののち、該ディジタル
ノアナログ変換器１０８はそのセット入力Ｓに、電圧制
御発振器１１１からの回転角度パルスＰ２を受信し、各
パルスＰ２毎に前記のレベルｈなる重みづけをし且つこ
れを累加する。ここにレベル０からしベルＮｈ（一定）
まで一定ステップで階段状にリニャに変化する三角波の
回転角度信号Ｓ，を得る。かくして、エンジン回転数と
無関係に常にレベル０からしベルＮｈ（一定）までリニ
ヤに変化する三角波の回転角度信号Ｓ，が得られたので
〜 この回転角度信号Ｓ，をもとに、求めるべき進角８
を設Ｚ定する手順について述べる。

既に述べたとおり、進角ａＧま主としてエンジン回転速
度、吸気マニホールド員圧、エンジン冷却水の温度等の
要因で決定され、実施例ではこれら３つの要因で進角８
を設定するものとする。先ずエンジン回転速度を表Ｚわ
す信号は、第１図の積分器ｉ１３より速度信号Ｖ。ｃと
して得られ、吸気マニホールド負圧はバキュームセンサ
１１４より負圧信号Ｖｖとして得られエンジン冷却水の
温度は水温センサ１１５より水温信号Ｖｔとして得られ
る。ただし「周知の様２にエンジンの回転速度に対して
進角８が固有の回転数一進角特性を示すように、速度信
号Ｖ。ｃは第１の関数発生器１１６を通してその回転数
一進角特性に即した信号に変換される。同機に吸気マニ
ホールド負圧を表わす負圧信号Ｖｖは進角８が固２有の
負圧一進角特性を示すように第２の関数発生器１１７を
通してその負圧一進角特性に即した信号に変換される。
エンジン冷却水の温度と進角についてもある固有の特性
が存在するが、これは一次関数的なものであって関数発
生器を使用するに３は及ばない。上述の変換された信号
はさらに演算器１１８に入力され加算される。また水温
信号Ｖ，も演算器１１８に入力され所定の演算がなされ
る。この様に、演算器１１８から出力された進角設定信
号Ｔは、進角８を設定する種々の要因を３総合的に加味
したものとなる。そしてこの進角設定信号Ｔはコンパレ
ータ１１９の第２入力に印力０され、その第１入力に印
加される三角波の回転角度信号Ｓ，としベル比較される
。ただし前記進角設定信号Ｔには、三角波の回転角度信
号Ｓ，と正しく４レベル比較される様に所定の直流バイ
アスが付与される。この進角設定信号Ｔは第２図３にお
いて点線で示すとおりであり、速度信号Ｖｏｃ、負圧信
号Ｖｖ、水温信号Ｖｔ等の変動に対応してＴ′あるし、
はＴ″の様に変動する。進角設定信号Ｔおよび回転角度
信号Ｓ，のレベル比較を行うコンパレータ１１９は、Ｓ
，＞Ｔとなっている期間中矩形波Ｐ３を第２図４の様に
出力する。そしてこの矩形波Ｐ３のうち、その立上り部
分（第２図４において矢印Ｕで示す）が点火すべき進角
８を定める。今フリップフロップ回路（Ｆ／Ｆ）１２０
のＱ出力が、“Ｈ”レベルにあるものとすると、この“
Ｈ”レベルの期間中点火用トランジスタ１０５はオンで
あり、イグニツションコィル１０４の一次巻線に所定の
一次電流を通電している。この後、コンパレ−夕亀 １
９の出力より矩形波Ｐ３が送出されると、その立上り部
分Ｕがフリップフロップ回路１２０のリセット入力Ｒに
印加されそのＱ出力を“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルに
反転する。この“Ｌ”レベルにより点火用トランジスタ
１０５は急激にオフとなる。この様にトランジスタ１０
５は、フリツプフロツプ回路１２０の出力によってオン
またはオフとなり、その切換りタイミングは第２図５に
示すとおり、矩形波Ｐ３の立上り部分Ｕおよび後述の単
安定マルチ回路１２１からの出力Ｓ２の立下りによって
決定される。この立上り部分Ｕをフリップフロップ回路
１２０が受信したとき、トランジスター０５はオンから
オフに急激に切換り、前記一次巻線に通電していた一次
電流を急激にしや断する。この結果ィグニッションコイ
ル１０４の二次巻線には高電圧が譲起され、ディストリ
ビュータ１０３を通して各プラグに放電電圧ＳＰ（第２
図の６に示す）が供給される。この放電電圧ＳＰが、エ
ンジンの状態に応じエンジン出力の効率を最も高くする
に最適の進角のこおいて発生しめられることは上述の説
明により明らかであり〜進角設定信号ＴがＴ′またはＴ
′′の様に変化すると、ＳＰ′またはＳＰ″の様に変化
する。なお、フリツプフロツプ回路１０２のセット入力
Ｓにセット信号を入力すべきタイミング、すなわち一日
オフとなったトランジスタ１０５を再びオンとするタイ
ミングは、単安定マルチ回路（Ｍ．Ｍ）１２１の出力Ｓ
２の立下りによって定められる。すなわち、コンパレー
タ１１９により矩形波Ｐ３が出力されたときその立上り
部分Ｕにおいて、単安定マルチ回路１２１の出力Ｓ２は
、第２図７に示す如く立上り「そして該回路１２１に固
有の時定数７で決まる期間のＴ７の間“Ｈ”レベルを保
つたのち立下り、この立下りでフロツプフロツプ回路１
２０をセットして点火用トランジスタ１０５をオンにす
る。この場合、その時定数すを余り長く設定すると、１
回の点火サイクルにおいてトランジスタ１０５をオンす
べき期間Ｔ７が短くなってしまう。もしこの期間Ｔ７が
短いとトランジスタ１０５はィグニツションコィル１０
４の一次巻線に十分に高い振幅を持った一次電流を通電
することが出釆ず、この結果十分な放電電圧ＳＰが供給
されないためミスフアィャを起す原因となる。従ってト
ランジスタ１０５をオンすべき期間Ｔ７は、少なくとも
前述の十分に高い振幅を持った一次電流が通電されるま
で保持されるべきである。逆に、単安定マルチ回路１２
１の時定数↑を余り短く設定すると、そのオンすべき期
間Ｔ↑が長くなってしまう。この期間Ｔ７が不必要に長
いと無駄に電力を消費してしまう。そこで本発明はこの
期間Ｔ↑を必要最小限の長さとし、しかもエンジン回転
速度と無関係に、その必要最小限の長さを保持するよう
にする。すなわちトランジスター０５をオフすべき期間
Ｔ↑がエンジンの低速または高速回転に応じて、それぞ
れ長くまたは短くなるように単安定マルチ回路１２１の
時定数づを可変とする。これを実現するには例えば単安
定マルチ回路１２１のＲＣ時定数回路のＲをＦＥＴにて
構成し、このＦＥＴのゲートＧ（第１図）にエンジンの
回転速度を表わす信号を印加しても良い。本実施例では
第１図に示すごとく、フェーズロック・ループ回路１０
９内の積分器１１３からの速度信号である直流電圧Ｖｏ
ｃを利用して、エンジンの回転速度を表わす信号として
いる。なおこのフェーズロック・ループ回路１０９は例
えばモトローラ社製ＭＣ４０４４ ＭＣ４０２４および
ＭＣ４０１４で実現される。以上説明したように本発明
によれば、点火用トランジスタのオン時間を一定にしな
がら電子進角制御を行うことができ、点火用トランジス
タを通して流れる電流によって消費される電力を必要最
０小限に抑えることができ、しかもエンジン回転速度の
変動に拘らず常に必要最小限に抑えることができる。

又、このための制御を行う単安定マルチ回路１２１への
制御入力は新たに形成する必要はなく、単に既存のフェ
ーズロック・ループ回路１夕０９内の積分器１１３から
の出力を流用すれば良いという利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく内燃機関用点火装置の一実施例
を示すブロック図、第２図１〜７は第１０図における要
部波形を示すタイムチャート、第３図は進角を図解して
説明するための図である。 図において、１０２は回転ギャ、１０３はディストリビ
ユータ、１０４はイグニツシヨンコイル、１０５は点火
用トランジスタ、１０６は回転タピックアップ、１０８
はディジタルノアナログ変換器、１０９はフェーズロッ
ク・ループ回路、１１８は演算器、１１９はコンパレー
タ、１２０はフリップフロツプ回路、１２１は単安定マ
ルチ回路、ｒはディストリビュータロータである。第１
図・第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内燃機関が有する点火プラグに放電電圧ＳＰを分配
   するデイストリビユータロータｒと、該デイストリビユ
   ータロータｒの回転に同期したピツクアツプパルスＰ＿
   １を発生する回転ピツクアツプ１０６と、第１の入力に
   前記ピツクアツプパルスＰ＿１を、第２の入力に該ピツ
   クアツプパルスＰ＿１と位相比較するための帰還信号を
   それぞれ入力する位相比較器１１０と、該位相比較器１
   １０の出力に接続し前記ピツクアツプパルスＰ＿１のパ
   ルス周波数に比例した直流電圧Ｖ＿Ｄ＿Ｃを取り出す積
   分器１１３と、該積分器１１３の出力に接続し前記直流
   電圧Ｖ＿Ｄ＿Ｃを制御入力として前記ピツクアツプパル
   スＰ＿１のパルス周波数のＮ（Ｎは予め定めた自然数）
   倍の発振出力Ｐ＿２を発生する電圧制御発振器１１１と
   、該電圧制御発振器１１１の出力と接続し前記発振出力
   Ｐ＿２を１／Ｎ分周して前記帰還信号を発生する分周器
   １１２とからなり、前記ピツクアツプパルスＰ＿１の位
   相と前記帰還信号の位相との位相差を零にする様に動作
   するフエーズロツク・ループ回路１０９と、該フエーズ
   ロツク・ループ回路１０９に接続する制御系を介してオ
   ン・オフ駆動される点火用トランジスタ１０５と、該点
   火用トランジスタ１０５によってオン・オフ制御された
   通電電流が流れる一次巻線と該通電電流のオン・オフ制
   御に応じて前記放電電圧ＳＰを誘起する二次巻線とを具
   えたイグニツシヨンコイル１０４と、を含み、前記制御
   系が、前記ピツクアツプパルスＰ＿１をリセツト入力と
   し、前記電圧制御発振器１１１からの発振出力Ｐ＿２を
   リニヤに上昇するアナログ量に変換するデイジタル／ア
   ナログ変換器１０８と、該デイジタル／アナログ変換器
   １０８からのリニヤに上昇する前記アナログ信号Ｓ＿１
   を受信する第１の入力および該アナログ信号Ｓ＿１とレ
   ベル比較すべき進角設定信号Ｔを受信する第２の入力を
   具えたコンパレータ１１９と、前記進角設定信号Ｔを形
   成するため、内燃機関の所定箇所に設けられて該内燃機
   関の状態を検出する複数個のセンサより送出された複数
   個のセンス信号Ｖ＿Ｄ＿Ｃ，Ｖ＿ｖ，Ｖ＿ｔに所定の論
   理演算を施す演算器１１８と、該演算器１１８からの前
   記進角設定信号Ｔのレベルと前記アナログ信号Ｓ＿１の
   レベルとが逆転したとき前記コンパレータ１１９から出
   力される逆転検知信号Ｐ＿３の立上りをセツト入力とし
   、該逆転検知信号Ｐ＿３の立上り後、時定数τで定まる
   所定時間出力信号Ｓ＿２を生成する単安定マルチ回路１
   ２１と、該単安定マルチ回路１２１からの前記出力信号
   Ｓ＿２の立下りをセツト入力とし、前記コンパレータ１
   １９から出力される該逆転検知信号Ｐ＿３の立上りをリ
   セツト入力として、前記点火用トランジスタ１０５のベ
   ースに印加すべき出力を生成するフリツプフロツプ回路
   １２０と、からなる内燃機関用点火装置において、前記
   単安定マルチ回路１２１は、前記フエーズロツク・ルー
   プ回路１０９内の前記積分器１１３からの前記直流電圧
   Ｖ＿Ｄ＿Ｃを制御入力として前記時定数τを可変とし、
   前記内燃機関が低速又は高速で回転するのに応じて、該
   時定数τをそれぞれ長く又は短くすることを特徴とする
   内燃機関用点火装置。