JPS6085256A - 内燃機関の点火タイミング制御装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は内燃機関の点火タイミング制御装置に関し、更
に詳しくは予めプログラムを組んだ点火アドバンス・ス
ケジュールに従ってエンジン速度によってマグネト発電
機のタイミングを変化させる装置に関する。

〔従来技術〕

内燃機関に対するこれまでの点火装置では、ピストン・
ストロークの間に、それに１ぬ達するス・（−り・プラ
グが点火すべき瞬間を示唆するタイミング・パルスが発
生され、この）（ルスが個々のスパーク・プラグに与え
られて、予め定めた順序に従ってそれらのプラグが順次
点火して行くようになっていた。

また、ブレーカレス型の点火装置に関連して、エンジン
のクランク軸に工って駆動される羽根要素の回転を検出
するだめのマグネティック・ピックアップを用いて、ス
ノ（−り・プラグの点火を市制御するタイミング信号を
発生させる方法がよく知られている。この場合、点火タ
イミングの変更はマグネティック・ピンクアップからの
〕くルスの出力幅を変えることによって行われる。しか
じな７５；ら、この点火タイミングの変更幅はマグネテ
ィック・ピックアップから受けるノくルス幅に限られる
。

この変更幅を拡大する一つの方法はマグネティック・ピ
ックアップからの信号出力周波数をていイ書する周波数
てい倍器を利用する方法である。し力・しながら、これ
とてもそのてい倍範囲に限りや（あるため、広い速度範
囲に対応せねばならない点火装置に対して利用すること
は出来ない。

１９８１年５月２６日発効の米国特許第４，２６９，１
５２号にはもう一つの興味ある点火装置が開示烙れてい
る。その発明の名称は［Ｂｒｅａｋｅｒｌｅｓｓ　Ｐｕ
１ｓｅＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ＳｙＳｔｅｍ　ａｎ
ｄ　０ｐｔｏ−ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＤｉｓｔｒｉｂｕ
ｔｏｒ　Ｔｈｅｒｅｆｏｒ　」　と題するものである。

この米国特許には、内燃機関用のブレーカレス・ディス
トリビュータが開示されており、このディストリビュー
タでは、エンジン・シリンタ″の数に等しい数の発光ダ
イオードが直列に接続され、りイミノジ・パルスによっ
て同時点火を可能にするような構成が取られている。こ
の発光ダイオードに対しである間隔を置いて対侍するよ
うに配列したフォト・トランジスタはシリコン制御整流
器に接続され、この制御整流器が個々の点火プラグに対
する回路にトリガを与え、その都度発光ダイオードの発
光動作によってそれに対応するフォト・トランジスタが
ＯＮするようになっている。

しかしながら、上述のいづれの先行技術によっても、タ
イミング幅を増大させるための周波数てい倍器のてい倍
範囲を拡大させると云う問題は解決されるものではない
。

〔発明の概要〕

本発明は予めプログラムを組んだ点火アドバンス・スケ
ジュールに沿って点火のタイミングを変化させる内燃機
関用点火タイミング制御装置を提供するものである。本
発明はディストリビュータの速度で回転するディスク内
にあるスロットの通過を検知し、エンジン・シリンダの
各々に対して定められた点火タイミングに対応する一定
幅の角度標準パルスを発生する光学的ピックアップによ
って特徴づけられる。マグネティック・ピックアップは
エンジンのクランク軸の回転増加を検知し、かつエンジ
ン速度に比例するタイミング制御信号を発生する。この
タイミング制御信号と標準ノくルスはマルチ・ビットの
データ語に変換され、このデータ語が予めプログラムさ
れたディジタフレーアナログ変換器を用いて可変点火タ
イミングを表わすアナログ制御関数を合成するのに利用
される。

エンジン速度が予め選んだ値以下である時には、速度制
御スイッチは標準パルスの固定タイミングに対応する点
火トリガ信号をゲートし、エンジン速度が予め選んだ値
を越える場合には前もってプログラムされた点火アドバ
ンス・スケジュールの可変点火タイミングに対応する点
火トリガ信号をゲートする。

したがって、本発明によって得られる重要な利益は、こ
れまでの技術による場合に較べて、点火タイミングの変
化幅を大幅にできることである。

また、これに関連する利益としては、本発明が点火パル
スの周波数をてい倍する周波数てい倍器を用いて広範な
点火タイミングを与える能力を備えている点である。ま
た更に他の利益は、本発明がプログラム可能なディジタ
ル−アナログ変換器を用いて特別なエンジンに要求され
る少なくとも速度または他の変数の関数としての点火タ
イミング曲線を合成するための比較的簡単な手段を提供
する能力を有している点である。

更にまた本発明の利益は、本発明が、各々のシリンダに
対する始動タイミングおよびアドバンス・タイミングの
基準位置を示すタイミング・パルスを発生する信号セン
サを含んでいる点である。

以下、本発明を添附図面を参照して詳述する。

〔実施例〕

先づ第１図を参照する。図に於いて、内燃機関１゛２は
複数の燃焼シリンダ１３を有し、それ等シリンダの各々
はその中で燃料に点火する点火プラグ１８を備えている
。点火のための電気信号は電源１４からディストリビュ
ータ１６を介して点火プラグ１８に与えられる。電源１
４は従来型のマグネト発電機を含むブレーカレス型の装
置であるのが普通である。ディストリビュータ１６によ
って点火プラグ１８に分配きれる点火信号のタイミング
はタイミング制御装置１５によって決定される。この装
置１５はエンジン１２からその速度に関係した情報を受
け取るようになっている。

第２図はエンジンのクランク軸３３の位置を一対の基準
信号を用いてコード化する仕方を示す点火タイミング制
御装置のブロック図でおる。複数の基準パルスを発生す
る第１手段２０は、エンジン１２によって駆動される歯
車列のようガ適当な動力源によってディストリビュータ
１６の速度で回転されるディスク２４を備えている。こ
のディスク２４にはその周囲に沿って、エンジン・シリ
ンダ１３にそれぞれ対応するように複数のスロット２６
が刻まれている。スロット２６はその先端エッヂ２８と
後端エッヂ３０とによって区画きれている。光学センサ
２２はディスク２４の周辺近く配置され、スロット２６
の先後端エッヂ２８゜３０の通過をそれぞれ検知し、そ
の出力をシエイバ４６に与える。この場合のパルス幅は
スロット２６に対する中心角に比例する。第１発生手段
２゜によって作られる基準パルスは一定な角度幅で、か
つシリンダ１８における固定点火タイミングに関連して
いる。スロット２６の各々の先端エッヂ２８はそれに関
連するシリンダに対する最大点火タイミング・アドバン
スに対応している。

クランク軸３３０回転増加を検知する手段３５はクラン
ク軸３３によって駆動され、複数の歯３４を有する歯車
部材３２を備えている。この歯３４の回転は従来型のマ
グネティック・ビックアンプ３６によって検知される。

このマグネティック・ピンクアップ３６はタイミング制
御信号を発生し、この信号はパルス・シェイパ３８によ
って処理され、その周波数は周波数てぃ倍器４ｏによっ
てでい倍される。このでぃ倍されたタイミング制御信号
出力は可変タイミング信号発生のための第２手段３７の
一つの入力に与えられる。シェイパ４６は基準パルスを
第２発生手段３７の第２の入力に与える。

第２発生手段３７は、ライン５ｏの信号を予めプログラ
ムされたディジタル−アナログ変換器５８に与えるエン
コーダ４８と、てぃ倍器４ｏがら信号を受ける周波数−
電圧変換器４２と、２つの変換器５８．４２からライン
６０．６２を介して信号を受けるアナログ比較器６４と
含んで構成されている。てい倍器４０からのタイミング
制御信号出力はスタート／ランアップ回路４４に与えら
れ、この回路の出力（ライン６８）によって点火選択器
７０を制御する。点火選択器ＴＯはライン６１を介して
アナログ比較器６４がら信号を受け、１だライン７１を
介してシェイパ４６から信号を受ける。点火選択器γ０
の出力は点火トリガ信号７２を形成し、この信号は電源
１４に与えられ点火タイミングを制御する。

第３Ａ図から第３Ｄ図に点火タイミング制御装置道の詳
細を示した。光学ピックアップ２２は発光ダイオード２
５とディスク２４の反対側に配置芒れたフォト・トラン
ジスタ２Ｔがら成る従来型の光学的断続器を備えている
。光学的ピックアップ２２の出力はシュミット・トリガ
８０．インバータ８２゜ＲＣ回路８５および反転増幅器
８４がら構成されるパルス・シェイパ４６の入力として
辱えられる。

光学的スロット２６の先端エッヂ２８に対応するシェイ
パ４６の出力の−っはライン８８を介してエンコーダ４
８の一つの入力として与えられる。

このエンコーダ４８は一対のプログラム可能なアップ・
ダウ・カウンタ１００，１０２　、即ち一般には４５１
６チツプとして知られているアップ・ダクンカワンタか
ら構成されている。このカウンタ１００゜１０２はその
それぞれに嘱する手動可能なプリセット１０４，１０６
を含んでいる。エンコーダ４８は更に、一般に４１１１
１チツプと呼ばれる４組のＮＯＲゲート・パッケージ１
４を含んでいる。カウンタ１００　。

１０２の出力はライン５０を介して第３ｃ図に示すプロ
グラムきれたディジタル−アナログ変換器５Ｂの入力に
加えられる。コンバータ５８は複数の４０６１デイマル
チグレクプ・ナツプ１１０−１１６から成り、これらは
抵抗回路１１３と接続している。

コンバータ５８の出力はライン６０を介してアナログ比
較器６４（第３Ｄ図）の負入力端に加えられる。比較器
チップ６４は、抵抗１２２を介してその正入力端に帰還
接続される出力６７を有する比較器チップ６６を含んで
いる。比較器チンプロ６の正入力端は抵抗１２０を介し
て周波数−電圧変換器４２に接続されている。比較器６
４の出力はライン６７を介して、双方間スイッチ１２６
および増幅器１３２からなる点火トリガ回路７２に加え
られる。スイッチ１２６は容量１３０を介して増幅器１
３２の正入力端に接続する出力を有し、その負入力端が
抵抗１３４を介して接地されている４　ｆ＋　６６型チ
ツプを用いて構成することができる。スイッチ１２６へ
の第２人力はライン６８を介して、２９ｏ７チツプ等に
よって構成きれる在来型の周波数−電圧変換器１４２か
らなるスタート−ランアップ回路４４から送られて来る
。スイッチ１２６への第３の人力はライン７１を介して
シェイパ４６から与えられる。

周波数−電圧変換器４２は２９・（）７型の在米型の周
波数−電圧変換器によって構成する。

第３Ａ図に示すように、マグネティック・ピックアップ
３６はシェイパ３８、即ち増幅器１４６に信号を送るコ
イル１４４を含んでいる。シェイパ３８の出力はライン
１４８を介して、Ｎ分カウンタ１５２に接続されている
フェーズ・ロック・ループ１５０からなる周波数てい倍
器４０に加えられる。カウンタ１５２に結合されている
複数のプリセット１５４はカウンタの分割率を決定する
。カウンタ１５２は４　（１５９チツプによって構成す
ることが可能であり、フェーズ・ロック・ループ１５０
は従来の４１１４６チツプによって構成することができ
る。

周波数てい倍器４０は在来設計によるものでよく、こ＼
ではプログラム可能なカウンタ１５２がＶＣＯ（電圧制
御きれた発振器）出力と、フェーズ・ロック・ループ１
５０の比較器出力との間で帰還ループを形成するように
接続されている。プリセット１５４を用いているプログ
ラム・カウンタ１５２によって、てい倍係数は３から９
９９９までの整数ステップで変化烙せることができる。

フェーズ・ロック・ループ１５０の端子６と１の間に接
続された容量８９に対して特定な値を選択することによ
って種々の範囲で周波数を調節することができる。

フェーズ・ロック・ループ１５０の動作範囲は、エンジ
ン速度範囲、歯車３２の歯数、クランク軸３３に対する
歯車３２の速度（両者の間に直接駆動関係がないと仮定
して）、およびカウンタ１５２の設定等に依存する。フ
ェーズ・ロック・ループ１２０の捕捉およびロック範囲
はその内部ｖＣＯの動的範囲、供給電圧レベル、　ＶＣ
Ｏ入力におけるリンプル分、　ＶＣＯ出力と比較器入力
の間にあるカウンタの存在によって制限を受ける。

第３Ｃ図に示すように、予めプログラムされたディジタ
ル−アナログ変換器５８はエンコーダ４８から受ける８
ビツトの選択語によってアドレス式れる「６４の内の１
つ」の選択スイッチを形成するように互に接続されてい
る４信号１６チヤンネルのディマルチプレクサ１１０−
１１６からがっている。このディマルチプレクサ１１０
−１１６　は抵抗回路１１Ｂによって構成される分圧器
のアッパー・レッグを形成する抵抗を選択するのに使用
される。

図示のものにあっては、変換器５８は６４の利用可能な
位置のうち２つを使用し、上限および下限のアドバンス
・リミットを与えている。残りの６２の位置は特別のア
ドバンス・タイミング曲線を合成するのに残されている
。

第４図は第３Ａ図から第３Ｄ図までの関連を示すブロッ
ク図である。

次に第１図から第３図を参照して点火タイミング装置の
動作を説明する。光学的ピックアップ２２によって作ら
れる一定の角度幅を有する基準パルスがシェイパ４６に
４えられ、その出力信号はライン８８，１２８を介して
送出される。ＮＡＮＤシュミット・トリガ８０はピック
・アンプ２２から出力を二乗し、これを第２のＮＡＮＤ
シュミット・トリガ８２の入力に送る。このトリガ８２
は単に信号を反転てせるだけのものである。ＮＡＮＤシ
ュミット・トリガ８２の出力はシャッタ卓２４のスロッ
ト幅を代表する幅を有する二乗波（ｌｌｑｕａｒｅ　Ｗ
！Ｌ’Ｖｅ）パルスである。次いでこの二乗波パルスハ
ライン１２Ｂを介して、点火選択スイッチ１２６に加え
られる。更にまた、ＮＡＮＤシュミット・トリガ８２の
出力は抵抗回路８５に与えられ、これによって二乗波パ
ルスの負方向に進む先端エッヂが微分はれ、微分された
パルスは増幅器８４によって二乗きれ、かつ反転される
。したがってライン８８に現れる結果の信号は幅の狭い
二乗波パルスとなり、その正の先端エッヂは光学的ピッ
クアップ２２を通１尚するシャッタ車２４の先端エッヂ
２８の通過を意味する。ライン８Ｂの信号はＮｏＲゲー
ト９０．９２によって形成きれるクロス結合ラッチをト
グルし、これによってダッンカウンタ１００，１０２を
作動埒せ、次いでこのカウンタは制御ライン５２のてい
倍器れた基準信号によって減少される。

マグネティック・ビック・アップ３６によって発生され
るタイミング制御信号はシェイパ３８によって改変され
、てぃ倍器４８に加えられる。このてい倍器４０はプリ
セット１５４によって定められたカウンタ１５２の設定
値に従ってタイミング制御信号の周波数をてい倍する。

てい倍きれたタイミング制御信号はライン５２を介１−
でエンコーダ４８に、またライン５４を介して周波数−
電圧変換器４２に、更にまたライン５６を介してスター
ト−ランアップ回路に送られる。前述のように、第１発
生手段２０によって発生された基準パルスとセンサ手段
３５によって発生されたタイミング制御信号はクランク
軸３３の回転位置をコード化するのに必要々情報を提供
する。スロット２６は最も進んだ点火タイミングを示す
基準パルスを与えるのに利用される先端エッヂが特定の
エンジン１２に対して位置するようにその位置を定めら
れる。てい倍器４０から出力される連続したタイミング
制御信号出力の各々は装置のインクレメンタル・リゾリ
ュージョンに等しい陵だけ減少される。

それ故タイミングは光学的ピックアップ２２によって発
生はれるパルスに続く適当な数をカウントすることによ
って制御され、変化される。ライン５２．８８を介して
エンコーダ４８に送られる直列形式の信号はクランク４
１１３３の瞬間回転位置を定めるマルチビットのディジ
タル語に変換てれる。

データ語はてい倍され検知をれたクランク軸３３の回転
増加毎に更新される。カウンタ１０２の並列出力はＮＡ
ＮＤゲート・バンク７６を介して送出され、カウンタ１
００の並列出力と結合され、ディマルチプレクサ１００
−１１６にデータ語を与えるライン５０を形成する。予
めプログラムされたディジタル−アナログ変換器５８は
、車度対可変タイミング信号のアドバンス特性を合成す
る制御関？！！、発生器として使用きれる。コンバータ
５８の信号出力はライン６０を介して比較器６６の負入
力端に与えられ、周波数−゛電圧変換器４２からライン
６２を介して正入力端に与えられる信号と比較器れる。

周波数−電圧変換器４２はライン５４を介して受けるて
い倍されたタイミング制御信号の周波数を変換して、ク
ランク軸３３の回転速度に比例する電圧を有する信号に
する。変換器４２からの゛電圧出力（ライン６２）はデ
ィジタル−アナログ変換器５Ｂの信号出力（ライン６０
）との組合せによってタイミング制御信号のだめの予め
プログラムされた速度対アドバンス特性を定める。これ
ら２つの信号はアナログ比較器６４によって比較され、
この比較器からの出力（ライン６６）はライン６２の速
度信号が少なくともライン６０の信号の大きさになった
ときに送出される。ライン６６の出力信号はスイッチ１
２６の入力端の一つに加えられ、これによってライン１
３６を介して点火トリガ信号を出力させる。

第１発生装置２０は遅いエンジン速度ではその動作に制
限を受けることはないが、周波数てい倍器４０は制限さ
れた捕捉およびロック範囲を有している。即ちエンジン
速度の限られた範囲に於いてだけタイミング制御信号を
てい培することができる。したがってエンジン始動の間
およびてい倍器４０がそれを越えてロックできる中位の
遅い速度範囲にある間の点火タイミングを得るために、
双方向点火トリガソースが用意妊れている。前述した通
り、ディスク２４のスロット２６の先端エッヂ２Ｂはエ
ンジン・シリンダ１３に対する最も進んだタイミングの
ための基準位置に対応している。スロット２６の幅はそ
の後端エッヂがシリンダ１３の減速された始動タイミン
グ位置に対応するように選ぶ。始動状態にある間の点火
タイミングを与える固定された点火タイミングノくルス
はライン１２Ｂヲ介してスイッチ１２６の一つの入力端
に与えられる。センサ手段３５によって検知されるクラ
ンク軸３３の速度（即ちエンジン速度）が前述の、始動
時および低速時のエンジン速朋に対応する［直以下であ
る時には、周波数−ｔｔＪ：圧変換器１４２はライン６
８を介してスイッチ１２６の制御入力端に信号を与え、
基準パルス（ライン２８）をライン１３６を介してゲー
１４せる。クランク−１３３の速度が、固定点火タイミ
ングを必装とする低エンジン速度の値以上に増加すると
、ライン６８の信号状態は変化し、ライン１２８の基準
・くルスをスイッチ１２６によって阻止させる一方ライ
ン６６上の＝ｆＫ点火タイミング信号がス１ソチ１２６
を介してライン１３６にゲートされる。

上記の実施例はその好゛ましい態様について述−くだも
のであり、当業者によって本発明の思想から逸脱するこ
となく、例がしかの変更が可能であることは云うまでも
なく、上述の記載が本発明を限定するものでないことも
云う寸でもなく当然である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるタイミング制御装置を用いた内燃
機関の点火装置を示すブロック図、第２図は本発明の好
ましい実施例を示すブロック図と一部図式化したもの３
組合せ図、第３八図から第３Ｄ図までは第１図、第２図
の点火タイミング制御装置の詳細を示す図、第４図は第
３Ａ図乃至第３Ｄ図の相互関係を示す図である。 １２・・・・内燃機関、１３・・・・燃焼シリンダ、１
８・・・・点火プラグ、２０・・・・第１信号発生手段
、３７・・・・第２信号発生手段、７０・・・・トリガ
信号発生手段。 ％　ｉｆＦ　出ｉ１　人　ザ・ペンデイツクス・コーポ
レーション代理人　山川政樹（（・紛・２名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）複数の燃焼シリンダと、クランク軸と、前記シリ
   ンダの各々に附随し燃料の燃焼を開始させるだめの点火
   プラグを含んで構成される内燃機関用点火タイミング制
   御装置であって、この装置が複数の基準パルスを発生す
   る第１手段と、前記基準パルスを用いて可変タイミング
   信号を選択的に発生する第２手段と、点火プラグの点火
   を捉す点火トリガ信号を発生する手段とがらなシ、前記
   基準パルスの各々は前記シリンダの１つに対する点火タ
   イミンクに関連し、この基準パルスのタイミンク時間は
   実質的に一定であり、前記トリガ信号発生手段は前記エ
   ンジンの速度が予め選んだ値以下である時には前記基準
   パルスに応じてトリガパルスを出力し、前記エンジンの
   速度が少なくとも予め選んだ値と同じ大きさの時には前
   記選択された可変タイミング信号を出力する手段を含ん
   で構成されていることを特徴とする内燃機関の点火タイ
   ミング制御装置。 （２、特許請求の範囲第１項に記載の装置であって、前
   記第１発生手段は、回転部材と、センサ手段とを含み、
   前記回転部材は前記シリンダにそれぞれ関連する複数の
   スロットを有し、このスロットは部材回転軸に対して先
   端エッヂと、このエッヂから周辺に沿って離れて設けら
   れた後端エッヂとによって定められ、前記センサ手段は
   前記光・後端エッヂの回転を検知し、前記部材の軸の定
   められた位置に対して前記スロットの一つの先・後端エ
   ッヂの回転を検知したとき前記基準パルスの一つを出力
   することを％徴とする装置。 （３）特許請求の範囲第２項に記載の装置であって、前
   記回転部材は円形ディスクを含み、前記スロットの先・
   後端エッヂは前記軸から全体として半径方向に延びてい
   て、前記センサ手段は光学センサを含むことを特徴とす
   る装置。 （４）特許請求の範囲第１項に記載の装置は前記クラン
   ク軸の増加する回転を検知し、その検知された増加する
   回転をそれに対応する周波数の電気信号に変換する手段
   を有することを特徴とする装置。 （５）特許請求の範囲第４項に記載の装置に於て、前記
   検知手段は前記クランク軸によって駆動される歯車の歯
   の回転を検知するマグネティック・ビックアンプ装置を
   含んでいることを特徴とする装置。 （６）特許請求の範囲第４項に記載の装置は前記電気信
   号をでい倍する手段を含み、前記第２発生手段はその信
   号のてい倍された周波数を、この周波数に比例する電圧
   を有する信号に変換する手段を含むことを％徴とする装
   置。 （７）％許請求の範囲第６項に記載の装置に於て、前記
   第２発生手段は複数のマルチビット・データ語を発生す
   る手段と、そのデータ語の各々を予め選択した点火アド
   バンス・スケジュールに合せてアナログ信号に変換する
   手段と、比較手段とを含み、前記データ語の各々は前記
   シリンダの位置に対するクランク軸の回転位置を示し、
   前記比較手段は前記制御信号の大きさと、前記アナログ
   信号の大きさとを比較して、制御信号がアナログ信号と
   少なくとも同じ大きさである時には前記可変のタイミン
   グ信号を送出することを％徴とする装置。 ＋８１４９許請求の範囲第６項に記載の装置において、
   前記周波数てい（−１手段はフェーズロック・ルーフ゛
   と、これに接続するプログラム可能な２進カワンタを有
   することを特徴とする装置。 （９）％許請求の範囲第７項記載の装置において、前記
   マルチビット・データ語発生手段は前記基準信号を二進
   フォーマットに変換するプリセント・カワンタを含み、
   前記変換手段はこのプリセント・カワンタに結合するデ
   ィマルチプレクサを含むことを特徴とする装置。 （１０）特許請求の範囲第１項の装置において、前記ト
   リガ信号発生手段は、電気的に制＃可能なスイッチを含
   み、このスイッチは前記第１発生手段によって制御され
   る第１制御入力端と、前記第２発生手段によって制御さ
   れる第２制御入力端と、前記トリガ信号を送出する出力
   端を備え、こ＼力・らの出力は前記第１．第２制御入力
   端の状態によって制御されることを特徴とする装置。