JPS63246468A - 電子点火装置 - 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】 本発明は自動中の内燃エンジンに使われる点火　　゛装
置に関する。

内燃エンジンではピストンのサイクル運動中ピストンが
上死点に近づく行程中゛ｅ火花を発生させる必要がある
。火花はあらかじめ十分な電気エネルギーが蓄積されて
いるコイル中を流れる電流を急に遮断することにより発
生される。このため各ピストンサイクル中第１は電流供
給回路の開成に第２はその開成に対応した計２つの時間
的な基準点が存在する。コイルに通電して火花点火が生
ずるに十分な電気エネルギーを」イル中に蓄積するに必
要な時間は一定であるが、エンジンサイクルの長さはそ
の回転速度によって変化する。従って前記２つの基準点
の間隔はコイルに十分なエネルギーが蓄積するように十
分大きく設定されなければならないが、一方でエネルギ
ーを余計に消費したり電子部品の余計な加熱を招かない
ように余り長すぎてはいけない。

本明細書では本発明の目的を理解しやすく説明するため
に、まず図面を参照しながら従来の点火装置のいくつか
の動作を説明する。

最も旧式の装置は機械的断続器を使用する。点火コイル
の一次側には車載バッテリー電源が供給され断続器がエ
ンジン駆動軸とｌ１ｌｌｌするカムの作用で開閉される
ことにより電流の断続がなされる。

点火が生じるサイクルはエンジンの圧縮行程に対応する
半回転の間であり、この行程はピストンが「上死点」を
通過するのと実質的に一致して生じる火花形成により終
了する。以上の理由から、普通エンジンの１サイクル中
に生じる事象の時間関係はエンジンの回転角であられさ
れることが多い。

そこで、通常の断続器点火装置では断続器がクランク軸
により駆動されるカムとばねの作用により所定回転角範
囲で開成し電流が一次側巻線に流される。この回転角範
囲は通常「カムドウエル角」と称される。上死点の近く
でカムは断続２：を持ち上げ、電流の急な遮断に応じて
二次側巻線に火花発生に十分な電圧が誘起される。この
ような点火装置で動作がエンジンに対し一定の角度関係
をもって制御される。

かかる機械的点火装置は断続器及びカムの１９擦に起因
する様々な問題を有する。

今日の傾向は機械的点火装置を電子的点火装置で置換え
るのが主流であり、断続器はパワー電子スイッチ要素に
より置換えられて摩耗の問題が解決される。ただし、こ
のためには点火コイル回路を開閉するタイミングを決定
する感知器及び手段が必要である。

かかる感知器のうち最も簡単で安価なのはホール感知器
やうず電流近接感知器であるがこれらの感知器は各サイ
クルについて点火コイル回路の開成点、すなわち上死点
に実質的に対応した一つの情報のみしか正確には提供で
きない。従って、コイルに十分な電気エネルギーを蓄積
するためには回路の開成が生じた後でいつ頃回路を閉成
さセるかを計算しなければならない。

他の種類の感知器に、エンジンの回転角位置情報を次々
に出力する光学的感知器がある。しかし、このような感
知器は高価である上に効率的に使用しようとするとマイ
クロブロセッザシステムと協働させなければならない問
題点がある。

最も一般的に使われているのは可変リラクタンス感知器
であり、以下その動作を詳細に説明するが、かかる可変
りランタンス感知器はエンジンが動作状態を変化させて
いる最中は上死点通過に対応する情報しか信頼性をもっ
て提供できないことに注意すべきである。

第１図は可変リラクタンス感知器を使用した電子点火回
路を概略的に示す。第１図回路では車載バッテリー１が
コイルの一次側巻１ｉ１３に流される電流を制御するト
ランジスタ２を給電し、一方コイルの二次側巻線４は分
配器に接続される。第１図は抵抗３Ｇと、ツェナーダイ
オード６と、コンデンサ７とよりなる初歩的な過電流及
び過電圧保護手段を示す。トランジスタ２の制御は可変
リラクタンス感知器１０によりパルス整形回路Ｐを介し
て行なわれる。可変リラクタンス感知器はエンジンの回
転部分と協働する−又は複数の歯を備えた回転要素８を
有する。回転要素８と協働する磁気回路の状態が変化す
ると巻線９に電圧が生じる。

特に第２Ａ図は回転要素８の歯が磁気回路と協働する巻
線に近接・１ｌｉｌｔ間運動する場合にこの巻線９に誘
起される電圧が正から負へ急速に変化する様子を示す。

エンジン動作が過渡的である場合、すなわちエンジンが
急加速又は急減速している場合にはこの電圧のゼロ点交
差が可変リラクタンス感知器信号から誤差なしで得られ
る唯一の情報になる。

第２Ａ図はそれぞれ長さＴ１及びＴ２を有する２つの連
続したサイクルにおける可変リラクタンス感知器の出力
信号波形を示す。ここで、後のサイクルの長さＴ２は前
のサイクルの良さＴ１の半分であり、エンジンが急加速
している状態をあられしている。簡単のため、加速は２
つのサイクルの間で瞬時に生じまた各サイクル中では速
度は一定であると仮定する。勿論、実際の現象がもつと
複雑であるのは明らかである。しかし、このような複雑
さを単純化しないと−のサイクルと次のサイクルとの間
に非常に大きな加速が存在する場合エネルギー蓄積回路
の閉成時間を最適化することはできない。事実、各サイ
クルで一つの情報しか得られない場合はエネルギー蓄積
回路の閉或は先の開成時点からの所定遅延時間によって
しか制御することができない。以下、図面を参照しなが
ら上記問題解決法が有する問題点を少なくともｔ＋Ｘ＜
つかの動作域にわたって説明する。

通常の内燃エンジンは例えば３０ＲＰＭから６００ＯＲ
Ｐ　Ｍの間で回転速度が変化する。以下の表は各エンジ
ン回転速度（ＲＰＭ）に対する火花発生間隔（ミリ秒）
及び対応する電気エネルギー蓄積角（度）の関係をあら
れす。この表ではコイルへの電気エネルギー蓄積回路は
十分なエネルギーを蓄積するのに３ミリ秒を要し、エン
ジン１回転中に２回火花が生じ、また感知器は４気！１
ｉ１４ストロークエンジンであるエンジンの回転速度の
半分の速度で回転する４本の歯を備えた感知器であると
する。

エンジン速成　　火花間隔　　電気エネルギー（ＲＰＭ
）　　　　（ｍｓ）　　　蓄積角３０　　　１．０００
　　　　　　　　　Ｇ、５′″６００　　　　　５０　
　　　　　　　１１゜１．００Ｇ　　　　　　３３．３
　　　　　　　１８゜６．０００　　　　　５　　　　
　　　１０８゜第３図は回路の開成を、その直前になさ
れた開成動作に引続く所定遅延時間にもとづいて制御す
る場合と、回路の開成を角位置検出にもとづいて制御す
る場合についての結果をそれぞれ示す。第３図中、Ｔ１
及びＴ２はそれぞれ例えば５００ＲＰＭ及び１０００Ｐ
　Ｐ　Ｍの回転速度に対応する。このような状態はエン
ジン速度が３ＯＲＰＭ〜１００ＯＲＰＭ程度の範囲で−
のナイクルから次のサイクルにかけての間に非常に急速
な加速がなされた場合に実際に生じる。間隔Ｔ２の間に
おいては回路閉成時間ＴＤ２は３ｍｓであるのが好まし
い。上記表より、これはエネルギー蓄積角で１８°に対
応することがわかる。ＴＲ２はｂ１成の後次に閉成がな
される（エネルギー蓄積時期の始まり）までの遅延をあ
られす。第１の周期Ｔ１において、この場合は１８°で
あるエネルギー蓄積角についての情報が入手できる点火
装置では回路を閉成して要素エネルギーの蓄積を開始す
るのを遅延時間ＴＲ１の直後に行なうことができ、エネ
ルギー蓄積期間はＴＤｌとなる。この場合はエネルギー
蓄積角は常に１８°であり、デユーティ−サイクルは約
１／１０で一定になる。従ってエネルギー消費が少ない
。一方、前記１８°のエネルギー蓄積角を検出すること
ができない構成の点火装置では回路の閉成を行なうのに
先行の開成動作の後に一定の長さの遅延ＴＲ２を設ける
以外に方法はない。そこでサイクルＴ１においては回路
開成期間が点線に示したようになりデユーティ−サイク
ルは５０％を越えてしまう。前者の場合（一定エネルギ
ー蓄積角）はカムと断続器を使った従来の機械的点火装
置においであるいは複雑な光学的角位置検出を行なう点
火装置において可能である。一方、後者の場合（一定遅
延時間）は感知器が上死点に関する情報しか提供しない
点火装置の動作に対応する。

可変リラクタンス感知器を使用した電子装置において第
２Ａ図に示す曲線から次の周期の開成期間を予測するた
めの情報を取り出すために様々なサーボ装置を使用する
ことが試みられている。このような点火装置は定常状態
あるいは速度がゆつくり変化している状態においては満
足しうる動作を行なうが、急加速や急減速が生じるよう
な状態では上記のような理由から満足な結果が得られず
、このため非常に複雑なマイクロプロセッサシステムを
使用せざるを（ｑない（この場合でも、単一の周期中に
おいて今のような加減速が生じると閉成時間を最適に決
定づることはできなくなる）。従って回路閉成時間は減
速時において長くなりすぎたり加速時において短くなり
すぎたりする。その結果、エンジンサイクルのいくつか
では火花が発生しないことがある。今日の自動車ではエ
ンジンに触媒コンバータが協働しているためこのような
現像（火花が生じないこと）が生じると大きな問題が生
じる。すなわち、触媒コンバータに未燃焼あるいは不完
全燃焼ガスが供給されると触ｔｓ要素の急速な劣化が生
じてしまう。

エンジンが状態を変化させているような場合に適用可能
な最も安全なまた最も簡単な点火装置は２つの回転角値
を検出できる旧式の機械式点火装置である。しかし、こ
のような機械式点火装置は機械的摩耗の問題を伴い、ま
た例えば点火時期前進システム等信のシステムで別の目
的で使われるのに適した電気信号を提供することができ
ない問題点を有する。

そこで、本発明は特に簡単で安価な一定回転角に対応す
る制御２１１動作を行なう、感知器と協働する電子点火
［２２を提供することを目的とする。

上記の及びその他の目的を達成するために、本発明は所
定速度域において急加速運動を含む回転運動を行なって
いるエンジンと協働し、可変りランタンス検出器を使用
してその出力信号（０（ｔｌｌの急変により点火コイル
の電気エネルギーを蓄積する回路を開成する時期を決定
し、該回路の開成時期が該エンジン動作速度域中の最高
速度に対応して定められた所定エンジン回転角に対し一
定の関係で対応づけられているエンジンの電子点火袋ｚ
ｒであって：該出力信号の積分信号を出力する積分品と
：該積分信号を基準電圧と比較してｒｌ＋成信号を出力
する比較器とを有することを特徴とする電子点火装置を
提供する。

以下、本発明を好ましい実施例について図面を参照しな
がら詳細に説明する。

本発明は第１図に示したような通常の可変リラクタンス
感知器を使用するが、感知器の出力信号を直接に使用す
るのではなく積分回路を通すことを特徴とする。この積
分回路を通して得られる積分信号とエンジン回転角、よ
り正確には可動磁気要素のなす角度との間には一定の対
応関係が存在する。事実、感知器に発生する電圧ｅはｅ
＝−ｄ　Ｆ／ｄ　ｔ で表わされるが、この関係は積分するとｆｅｄｔ＝ＦＣ
＋積分定数） の形に書くことができる。

感知器巻線を通る磁束Ｆは可動磁気要素及びその形にの
みによって決まる。従ってｌ１ｉｅｄｔの積分値は回転
角の関数である。そこで、第２Ｂ図に示すように、しき
い値ＦＯを例えば１８°又は１６２”の角度に対応する
値に選ぶとこのしきい値ＦＯを開数Ｆが通る度に対応の
角度が求められる。

従って、上記積分回路を使った構成によりマイクロプロ
ッサを使った複雑な電子回路を使用せずとも点火コイル
回路の開成時期をエンジンの所定回転角に対応するよう
に制御することができる。第２Ｂ図は第２Ａ図及び第３
図に関連して本発明が提供するカムを使った機械的点火
装置と同様な動作を強調して示す図である。この動作の
類似性から、かかる装置は［子カム５ＡｒａＪと称して
もさしつかえない。

本発明はサイクルが最も短い場合換言すればエンジンが
最高速度で回転しているような場合においてもエネルギ
ー蓄積角が比較的小さく例えば４５°以下であるような
点火装置において特に有用である。これは実際には曲線
Ｆの傾きが直線的であるような領域に対し、このため所
定の基準電圧に対応する角度測定値が比較的正確に得ら
れるためである。

第４図は本発明実施例を示す。可変リラクタンス感知器
１０が信号ｅ　（ｔ）を出力し４７７号ｅ　（ｔ）は比
較器１１に直接に加えられる。この比較器１１は第２の
入力端子が接地され信号ｅ（ｔ）のゼロ点交差を検出す
る。また信号ｅ（ｔ）は例えば抵抗器１３及びコンデン
サ１４よりなる簡単な積分器１２に供給される。この積
分器は出力がコンデンサを介して入力側に帰還される構
成を右する差動増幅器によって形成してもよい。積分器
１２の積分出力信号Ｆは比較器１６の第１の入力端子に
加えられる。比較器１６は第２の入力端子と基準電圧Ｖ
ｒｅｆ１を供給される。その結果、第１の比較器１１は
電圧ｅ　（ｔ）のゼロ点交差を検出し第２の比較器がエ
ンジン回転角の所定角到達をｖｒ８ｆ１の関数として検
出する。

比較器１１及び１６の出力信号はそれぞれＲ−８形フリ
ツプフロツプ１８のリセット人力Ｒ及びセット人力Ｓに
供給される。これらの入力信号はその際フリップフロッ
プ１８に短い持続時間の制御パルスを出力する波形整形
回路２０及び２２を通してから供給してもよい。その場
合は信号ｅ及びＦの立上り縁によって７リツプフロツプ
がトリガされる。整形回路は例えば遅延回路２３（ｂ（
ｌｔｌｌパルスの持続時間を決定する）と、遅延回路に
持続されたインバータ２４と、第１の入力端子にインバ
ータの出力を第２の入力端子に各比較器の出力信号を直
接に供給されるＡＮＤゲート２５とにより形成してもよ
い。Ｒ−Ｓフリップ７０ツブ１８の出力信号は例えばト
ランジスタよりなる制御スイッチ２６の制御入力端子に
供給される。スイッチ２６はエンジンの点火コイル３２
に直列接続されたトランジスタ等のメインスイッチ３０
の閉成を制御する。また、所定時間にわたってコイルへ
の電気エネルギーが供給された後で過電流が流れるのを
防ぐため、コイル３２及びパワートランジスタ３０より
なるエネルギー蓄積回路中の電流が測定用抵抗器３４に
より測定される。抵抗器３４両端に生じる電圧は比較器
３６中において基準電圧ｖｒｅｔ２と比較され、上記電
圧が基準電圧Ｖ、。、２を越えると電流が制御される。

本発明による回路は最高速度で運転中でもエネルギー蓄
積角が小さく維持されるようなエンジンに特に適してい
る。上記の図においてはこのような状態はエンジン速度
が例えば３０ＲＰＭないし１１０００ＰＰの範囲にある
場合に生じる。１０００ＲＰＨを越えるとエネルギー蓄
積角はより重要になる。

例えば６０００Ｐ　Ｐ　Ｍの速度ではこの角度は約１０
８゜である。これはコイルに通される電流のデユーティ
−サイクルが５０％を越える状態に対応する。

このような状態では一定エネルギー蓄積角の点火装ｄを
使用することはもはや望ましくない。そこで、エンジン
速度が１１０００ＲＰを越えると適当な速度検出手段に
より点火装置を本発明装置からこのような速度域での動
作に適した従来のサーボ制御点火装置に切換えるのが望
ましい。これはこのような大きな速度域ではもはや−の
サイクルと次のサイクルとの間に非常に大きな加速は生
じないためである。一般に、ＩＧＯＯＲＰ　Ｍを越える
と−のサイクルとの次のサイクルと間の速度差は常に１
０％以下に収まるようになる。

本発明による電子点火装置では従来の点火装置を追加し
なくとも本発明装置を変形することにより高速度域での
み通常のサーボ動作を行なう装置を形成することができ
る。かかるサーボ装置を第５図に示す。第５図中、第４
図と同じ参照符号で示した部分はそれらの部分と同一な
部分であることを示す。第５図の回路では第４図の回路
に対して２つの変形が加えられている。第１の点は比較
器１６の第１の入力端子に印加される電圧が厳密には積
分信号Ｆのみではないことで、第２の点は比較器１６に
加えられる基準電圧Ｖ、。ｆｌは一定電圧でないことで
ある。

第１の変形個所ではコンデンサ１４に直列に抵抗器４０
が挿入される。抵抗器４０の目的は信号Ｆに比ｒの割合
で信号ｅ　（ｔ）に比例した電圧を加えることにある。

この加えられる電圧の大きさはｅ　（ｔ）の周波数と共
に増大し、要素１３゜１４及び４０のインピーダンスは
信号Ｆの最大振幅と信号ｅ（ｔ）の最大振幅とがエンジ
ンが最高回転数で回転している場合に等しくなるように
選ばれる。

信号ｅを信号Ｆに加えることにより第２Ｃ図に示すよう
な波形の信号が形成される。これにより長時間にわたる
点火コイルへのエネルギー蓄積の場合でもレベル検出が
可能になる。既に説明したように、エンジン速度が増加
すると電気エネルギー蓄積角を増大さゼる必要がある〈
例えば前記の例では６０ＧＯＲＰ　Ｍで１０８°）。こ
れに対し、立上り縁に対応するしきい値を曲線Ｅ上に選
ぶとエネルギー蓄積角は９０’を越えることができない
。

また、４５°から９０°の間では精度が低く、曲ＩＦは
実質的に平らである。第２Ｃ図に示す曲線はこの問題を
解決することを可能にする。信号ｅを信号Ｆに加える別
の利点は急加速が生じた場合にこの加えられた信号成分
ｅがカムドウエル角の瞬間的な増大を生じ、有利である
ことにある。

本変形例の第２の変形個所ではコンデンサ４２が比較器
１６の第２の入力端子と接地との間に、ダイオード４４
を直列接続された基準電圧源■、。ｆｌに対して並列に
なるように接続される。

コンデンサ４２はＲ８形フリップ７０ツブ１８の出力が
オンである場合にｌ流源工により放電される。コンデン
サ４２は比較器３６の出力がオンである場合にＮ流源ｎ
Ｉにより充電される。コンデンサ４２はサイクルの残り
の期間中充電された状態に維持される。

第５図のサーボｉ、ＩＪ御点火装置の動作は以下の通り
である。コンデンサ４２はコイルが最大値にまで電気エ
ネルギーを供給され蓄積している間（カムドウエル期間
）は電流源工によりより放電される。次いでコンデンサ
は抵抗器３４と比較器３６とにより定′Ｒ流源ｎＩがオ
ンにされている間この定電流源によって充電される。こ
の第２の時間をセツティング時間と称する。このピッテ
ィング時間は安全のためのものであり一のサイクルのカ
ムドウエル期間とセツティング時間を合わせたものの大
きさは次のサイクルで急な加速が生じた場合でも同じ電
気エネルギー蓄積角で十分なカムドウエル時間が冑られ
るように選ばれる。上記サーボ装置ではセツティング時
間とカムドウエル期間の比がｉ／ｎ−ｉになる。ここで
、ｎの比は制御される内燃エンジンの要求を満足するよ
うに選ばれる。

’ａ＊電圧■ｒｅｆ１を設けることにより、サーボ！１
１１１１ｆｆｉ子点火装置は所定しきい値を越えた場合
にのみ動作するようにされる。換言すれば、点火コイル
の開成が生じるエンジンの回転角は所定値以下■ｒｅｆ
　’で決まる最小角より小さくなることはなく、低速度
では一定に維持される。

要約すると、本発明は所定速度域において急加速運動を
含む回転運動を行なっているエンジンと！ｇ働し、可変
リラクタンス検出１（１０）を使用してその出力信号（
ｅ（ｔ））の急変により点火コイルへ電気エネルギーを
蓄積する回路を開成する時期を決定し、該回路の開成時
期が該エンジン動作域中の最高速度に対応して定められ
た所定エンジン回転角に対し一定の関係で対応づけられ
ているエンジンの電子点火装置であって：該出力信号の
積分信号（Ｆ）を出力する積分器（１２）と該積分信号
を基準電圧（Ｖ、、、１）と比較して開成信号（Ｓ）を
出力する比較器（１６）とを備えたことを特徴とする電
子点火装置を提供する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電子点火装置の概略図、第２Ａ。 第２Ｂ及び第２Ｃ図は第１図の従来の装置及び本発明に
よる電子点火装置の動作を説明するためのグラフ、第３
図は一連のエンジン動作サイクルにおける点火コイルへ
の供給電流を示す概略図、第４図は本発明の実施例を示
す概略図、第５図は本発明の別の実施例を示す概略図で
ある。 １・・・バッテリー、２・・・トランジスタ、３・・・
点火コイル−次側巻線、４・・・点火コイル二次側巻線
、５．１３．３４．４０・・・抵抗器、６・・・ツェナ
ーダイオード、７．１４．４２・・・コンデンサ、８・
・・回転要素、９・・・感知器巻線、１０・・・可変リ
ラクタンス感知器、１１．１６．３６・・・比較器、１
２・・・積分器、１Ｂ・・・フリップ７０ツブ、２０．
２２．Ｐ・・・波形整形回路、２３・・・遅延回路、２
４・・・インバータ、２５・・・ＡＮＤゲート、２６・
・・スイッチ、３０・・・パワートランジスタ、３２・
・・−次側巻線、４４　・５　イ、ｔ−ト、Ｖｒｅｆ　
１．ｖｒｅｆ　２””準電圧、ｅ　（ｔ）・・・感知器
出力信号、Ｆ・・・積分信号。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定速度域において急加速運動を含む回転運動を
   行なっているエンジンと協働し、可変リラクタンス検出
   器（１０）を使用してその出力信号（ｅ（ｔ））の急変
   により点火コイルへ電気エネルギーを蓄積する回路を開
   成する時期を決定し、該回路の開成時期が該エンジン動
   作域中の最高速度に対応して定められた所定エンジン回
   転角に対し一定の関係で対応づけられているエンジンの
   電子点火装置であつて： −該出力信号の積分信号（Ｆ）を出力する積分器（１２
   ）と； −該積分信号を基準電圧（Ｖ＿ｒ＿ｅ＿ｆ１）と比較し
   て開成信号（Ｓ）を出力する比較器（１６）とを備えた
   ことを特徴とする電子点火装置。
2. （２）該基準電圧は固定電圧であることを特徴とする請
   求項１記載の電子点火装置。
3. （３）該電気エネルギー蓄積回路を開成させる信号は可
   変リラクタンス検出器の出力信号 （ｅ（ｔ））より直接に得られることを特徴とする請求
   項１記載の電子点火装置。
4. （４）該積分器はＲＣ形の積分器であることを特徴とす
   る請求項１記載の電子点火装置。
5. （５）該比較器（１６）は積分信号に加えて該出力信号
   （ｅ（ｔ））を所定の割合で供給されることを特徴とす
   る請求項１記載の電子点火装置。
6. （６）該比較器（１６）は第２の入力端子に大きさが先
   のサイクルにおける該電気エネルギー蓄積回路の閉成時
   間によって定まる基準電圧を供給され、該基準電圧の大
   きさは所定しきい値内に制限されていることを特徴とす
   る請求項１記載の電子点火装置。