JP2629022B2 - 内燃機関の点火起動装置 - Google Patents

内燃機関の点火起動装置

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、火花点火式内燃機関の点火パルスの起動
に係り、特に、２ストローク船外機に使用される内燃機
関の点火起動装置に関する。
［従来の技術］ 火花点火式内燃機関の動作要件は、燃料と空気の混合
物の燃焼を点火するために、当該シリンダに正しいタイ
ミングで火花を発生させることである。長年の間、この
ような火花は、昇圧器の１次巻線がなすインダクタンス
コイルを流れる電流を遮断するブレーカ接点によってつ
くられていた。このようにして発生された高電圧インパ
ルスは、それぞれのシリンダと個々別々に直接的な電気
的接続をつくる機械的な回転式スイッチによって各シリ
ンダに分配される。このように、タイミング順序は接続
順序によって決定される。よって、シリンダ内にピスト
ンの上死点（TDC）を基準とする火花タイミングを変え
るのに必要な操作は、ブレーカとスイッチの配列を交替
可能とすることによって実行される。
［発明が解決しようとする課題］ 上述した装置は、電流を遮断してブレーカ接点に火花
を発生させるため、電波障害を発生することとなる。ま
た、遮断の結果としてブレーカ接点自体にはくぼみがで
き、シリンダに電流を分配する回転式スイッチは腐食に
さらされ、火花が十分にでなかったり、修理が必要にな
ったりする。
この種の点火装置を改善しようとする初期の試みにあ
っては、ブレーカ接点をシリコン制御整流素子（SCR）
に置き換え、アークの発生しないスイッチングを実現し
ようとするものであった。この他に、オルタネータを用
いて、火花タイミングとそれに必要なエネルギとを発生
しようとするものがある。
米国特許第3,669,086号「固体点火装置」と、第3,94
2,501号「フライホイール点火装置のタイミング回路」
の２つには、ブレーカ接点を使用しないで火花を発生す
る方法が示されている。米国特許第3,669,086号は、フ
ライホイールに永久磁石を取り付け、充電・トリガコイ
ル組み立て体を通過するように前記永久磁石を回転させ
てコンデンサを充電し、点火のための高エネルギパルス
を発生させるものである。次いでトリガコイルは、回転
している磁石からインパルスを受けてコンデンサの放電
をトリガし、点火コイルに放電させる。フライホイール
とともに回転する磁石は、火花のエネルギ源となるとと
もにタイミングを制御する。これに対して米国特許第3,
942,501号は、各対シリンダごとに一つの固定コイルを
もつことにより、該対シリンダのそれぞれに対して個々
別々にトリガインパルスを発生するものである。各固定
コイルはひとつのアーマチュアをもち、そのアーマチュ
アはオルタネータの回転磁石構造の一セグメントに渡っ
ている。また、オルタネータは露出した複数の磁石面を
もち、一回転につき正負各方向の符号反転を一回発生す
る。この信号は、トリガにのみ使用され、点火エネルギ
としては使用されない。
上で引用した両特許の装置は、シリンダ数が多い場合
の点火制御に適用しにくいという欠点をもっている。'5
01号の特許は、２つのシリンダに対して７つの磁石セグ
メントを使用しているが、これ以上のシリンダをトリガ
するには、さらに多くの磁石セグメントが必要となろ
う。'086号の特許は、４つの火花プラグを点火するよう
になっている。しかしながら、各点火プラグは２つ一組
で点火され、４ストロークサイクルのうち、仕事行程で
１回、排気行程で１回、それぞれ点火されるようになっ
ている。これらの動作様式は、この発明の回路によって
解決される欠点にあたるものである。
ブレーカ接点を使用しないで点火パルスを発生、制御
する第３の方法は、米国特許第4,269,152号の「ブレー
カを使用しないパルス分配装置とそのための光電気分配
器」に開示され、請求されている。この特許では、開口
部を有する容器状のシャッタがフォトトランジスタ列の
回りを回転するようになっている。容器状のシャッタ
は、発光ダイオード（LED）からフォトトランジスタへ
の光を通過させて点火タイミングの開始とする。この発
明は、この種のタイミングシャッタを、パルス状の光を
発生するLEDと組み合わせて使用すると、連続光を発す
る光源と組み合わせて使用する場合に比べて利点が得ら
れることを教えている。しかしながら、回転する容器状
のシャッタを使用すると、点火角度を変化させるために
機械的調整が必要となる。
上述した各特許においては、各シリンダは一本の専用
ラインから点火を指示するパルスを受け取っている。各
シリンダに一本ずつのラインを配し、点火パルスを送る
ようにすれば、さらに簡単な点火装置が得られるであろ
う。上記装置では、電気モジュールによって点火パルス
が処理され、当該シリンダにそれぞれ分配される。しか
しながら、このような装置では、一以上の全点火間隔に
おいて、点火タイミングが変化しないようにするため
に、一つの特定のシリンダを同定するための曖味さのな
い手段が必要である。これは、第１シリンダを選択する
こととして特徴づけられる。
内燃機関を適切に動作させるためには、点火タイミン
グの基準として通常使用される上死点（TDC）に対して
点火タイミングを変える必要がある。エンジンをスター
トさせるときの最適タイミングは、エンジンを運転させ
るときの最適タイミングとは違うのが普通である。ま
た、エンジンが冷えているときには、熱いときの設定と
は異なった点火タイミングが要求される。さらに、冷え
ているエンジンでは、失速を最小にするためにアイドリ
ング速度を上げることが望ましい。任意のエンジン速度
における最適のタイミングは、通常、エンジンにかかる
負荷の関数となる。エンジンにかかる負荷を検出する一
方法は、スロットルの位置を検出するものである。上述
したタイミングの変更は、従来、点火タイミングを機械
的に変更する機械的な点火パルス分配器によって行われ
るのが普通であった。
この発明は、このような背景の下になされたもので、
以下の目的を達成する内燃機関の点火起動装置を提供す
るものである。
この発明は、火花点火される内燃機関において、火花
のタイミングをとるためのより優れた手段を提供するこ
とを目的とする。
この発明は、各シリンダに一本ずつの信号ラインを接
続し、各シリンダの電気的点火装置にそれぞれタイミン
グパルスを送り込むようにした改良型の点火装置を提供
することを目的とする。
この発明は、さらに、点火タイミングを制御するため
に、一つの特定のシリンダを同定する手段を提供するこ
とを目的とする。
この発明は、また、一つのシリンダを特定して点火ト
リガ信号を与えるとともに、その点火トリガ信号のタイ
ミングをエンジンの動作特性の関数として変化させる計
算手段を有する改良型の点火装置を提供することを目的
とする。
［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するためにこの発明は、 複数のシリンダと、クランクシャフトと時間的関係を
もって回転するリングギヤとを有する火花点火式内燃機
関にあって、点火トリガを発生して点火信号を同期させ
るようにした内燃機関の点火起動装置において、 前記リングギヤと同心の円上に等間隔で配置され、そ
の一つは第１極性の露出極をなし、他は第１極性と反対
の第２極性の露出極をなすシリンダと同数の複数の磁石
と、 前記リングギヤの近傍に、該リングギヤの回転にとも
なって前記磁石と誘導結合を生じるように配置され、前
記第１極性の露出極が通過するときにその露出極の動き
に応答して第１極性の信号を誘導発生する第１のコイル
と、 前記リングギヤの近傍に、該リングギヤの回転にとも
なって前記磁石と誘導結合を生じるように配置され、前
記第２極性の露出極が通過するときに該各露出極の動き
に応答して第１極性の信号を誘導発生する第２のコイル
と、 前記第１、第２のコイルに接続され、該第１、第２の
コイルからの第１極性の信号を入力とし、該第１極性の
信号の論理和に相当する出力信号を発生するデコーダで
あって、前記第１のコイルの第１極性の信号によって、
同期出力信号と、特定の一つのシリンダを同定するため
の同定信号とを発生し、かつ前記出力信号によって各シ
リンダの点火トリガ信号を形成するように構成したデコ
ーダと を具備することを特徴とする。
［作用］ この発明は、内燃機関の火花点火装置のトリガ装置に
係るものである。これは、エンジンと時間的関係を保っ
て回転する構造とされた複数の磁石をもっている。磁石
の数は、エンジンのシリンダ数と等しい。エンジンが２
ストロークサイクルの場合、好適な実施例では、フライ
ホイールの周辺部、あるいはエンジンのクランクシャフ
トと同期して回転する他の回転体の周縁部に、各シリン
ダあたり一個の磁石が等間隔で配置されている。エンジ
ンが４ストロークサイクルの場合、好適な実施例では、
クランクシャフトと時間的関係を保ってその半分の速度
で回転するカムシャフトに連結されているホイールの周
縁部に、シリンダと同数の磁石が等間隔で配置されてい
る。
一個の磁石を除いて他の磁石はすべて、検出コイルと
誘導結合されるように露出された同一極性の露出極をも
ち、上記一個の磁石はこれと反対極性の露出極をもって
いる。検出コイルは、２本巻き（バイファイラ巻き）に
なっており、この結果形成された２つのコイルは極性が
反対になるように接続されている。これら２つのコイル
の出力は、それぞれデコーダに供給されている。これら
の出力は、磁石の極性とは無関係に、一つの磁石につき
１パルス出るようになっている。また、デコーダへの一
方の入力は、回転体が１回転するたびに１パルスを出力
する。このパルスは、火花のタイミングを維持するため
にシリンダ番号１のものを同定する。デコーダへの他方
の入力は、シリンダ番号１以外の各シリンダに１回転に
つき１パルスを供給するものである。シリンダ番号１を
同定するためのパルスは、また、タコメータ入力として
カウントされる。デコーダの出力とシリンダ番号１を同
定するパルスの双方は、計算手段への入力とされる。こ
の計算手段は、シリンダ番号１のタイミングに基づい
て、複数のシリンダの火花を制御するものである。計算
手段は、また、エンジンの動作特性の関数として火花の
タイミングを変化させる。この動作特性は、検出されて
計算手段に供給されるものである。
［実施例］ 以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
第１図は、この発明のピックアップ部の詳細を示す一
部切取図である。第１図において、リングギヤ10は、矢
印12の方向に回転する。エンジンは２ストロークサイク
ルで動作するものとする。４ストロークサイクルで動作
する場合は、リングギヤ10を、クランクシャフトに駆動
されてその半分の速度で回転するホイールに置き換えれ
ばよい。２ストロークサイクルのエンジンにおいては、
クランクシャフトと一緒に回転するフライホイールや他
の部品をリングギヤ10の代わりに用いることができる。
磁石14は、リングギヤ10の周縁部、またはその近傍で
露出された複数の磁石の中のひとつである。リングギヤ
10に取り付けられた磁石14は、第１図に一部を切り欠い
て示したハウジング16の近傍を通過する。望ましくはＵ
字状をした強磁性体コア18にはコイル20が巻回され、こ
のコア18はハウジング16に取り付けられている。コイル
20は、２本の線を一緒に巻いてつくったバイファイラ巻
きが好適である。これら２本の線は、第１巻線22と第２
巻線24を形成している。リングギヤ10が矢印12の方向に
回転して磁石14がコア18を通過すると、磁石14の磁束は
一方向から他の方向に逆転する。コア18における磁束の
方向変化によって巻線22と24に電圧が誘起される。この
作用はリングギヤ10が軸方向から描かれた第２図にもっ
ともよく示されている。コア18は、特定の極性（ここで
はＮ極性）の極としてコア18を通過して回転する磁石14
のすぐ近傍に配置されている。リングギヤ10は、２サイ
クルエンジンの４個のシリンダに火花を供給するように
構成されている。その結果、磁石30,32,34は、磁石14と
ともに、各シリンダあたり１個、計４個の磁石となって
いる。磁石30〜34は、コア18に向けて露出された磁石14
と逆極性の極をもち、それらがコア18を通過して回転す
るようになっている。よって、第１図において、磁石30
〜34は、コア18にＳ極を向けることとなる。したがっ
て、これらの極は、磁石14が発生するのとは逆極性のパ
ルスを近傍に配置された任意のコイルに形成することと
なる。磁石14は、磁石30〜34によってつくられるものと
は逆極性の信号を発生する。
第１巻線22の一端は、ライン40に接続され、他端は接
地されている。第２巻線24は逆極性となるようにライン
42に接続されている。ライン40,42は、論理制御部44に
接続されている。論理制御部44は、デコーダ46を含み、
ライン40,42上の信号を受信する。デコーダ46は、コン
パレータ48からの入力を受け、コンパレータ48はエンジ
ンの温度とスロットル位置に対応する外部信号を受信す
る。もし必要ならば、コンパレータ48には他の入力を接
続することも可能である。
デコーダ46は、計算手段への入力を発生する。この計
算手段は、好ましくはマイクロプロセッサ50からなり、
点火装置の動作を制御する。マイクロプロセッサ50は、
診断データポート52へ供給される出力を発生する。この
出力には、たとえば、エンジン速度、エンジン温度、点
火角度等が含まれる。
エンジンの点火プラグの発火を指示する複数の出力
は、マイクロプロセッサ50から光カプラ54に供給され
る。マイクロプロセッサ50、光カプラ54、および論理制
御部44の各素子は、電源56から電源供給され、電源56
は、また、オルタネータ、または制御を受けているエン
ジンの他の電源供給部から電源供給されている。電源56
は、外部の他の電源から電源供給を受けることも可能で
ある。光カプラ54は論理制御部44と点火部58とを電気的
に絶縁するものであり、点火部58には、制御を受けてい
るエンジンの各点火プラグに適切なタイミングで火花を
供給する点火回路60が設けられている。
第２図のブロック図に対応する詳細な回路は、第３図
に示されている。シリンダ番号１を同定する磁石14が通
過したことを示す信号が出力される度に、ライン40を通
してバッファアンプ70に入力が供給される。第１巻線22
（第１図参照）はライン40に接続され、ダイオード72と
RC回路網74を介して接地されている。ダイオード72は、
バッファアンプ70への入力を正極性の信号に限定する。
また、RC回路網74は、ライン40の電圧をリングギヤ10
（第1,2図参照）の回転速度にかかわりないものとす
る。
第３図のバッファアンプ70の出力はオアゲート76に供
給され、オアゲート76の出力はアンドゲート78に供給さ
れる。オアゲート76は、ラインP36を介して送られるマ
イクロプロセッサ50からの信号を第２入力として受信す
る。
同様に、第１図の第２巻線24からの信号は、ライン42
を介してバッファアンプ80に供給される。この第２巻線
24は、ダイオード82とRC回路網74を介して接地されてい
る。これによって、バッファアンプ80は正のパルスにの
み応答し、これらのパルスの大きさはエンジン速度にほ
ぼ無関係であることが確実にされる。バッファアンプ80
の出力はオアゲート84に供給され、オアゲート84の出力
はアンドゲート78の第２入力として供給される。オアゲ
ート84は、また、ラインP37を介して送られるマイクロ
プロセッサ50からの信号を第２入力として受信する。
アンドゲート78によりオアゲート76,84を結合するこ
とにより、マイクロプロセッサ50からのイネーブル信号
とあいまって、これらは、第１図の巻線22,24からの信
号に対して実質的にオアゲートとして作用する。その結
果、ライン88からは、磁石14,30,32,34が通過するごと
に負のパルスが出力される。同時に、磁石14の通過に対
応し、シリンダ番号１を同定する負の信号は、ライン90
上に得られる。このライン90は、第１図の磁石14の通過
と同期した信号をマイクロプロセッサ50に供給するもの
で、ラインP11に相当するものである。シリンダ番号2,
3,4に対応する同様の信号は、バッファアンプ80の出力
としてライン92上に得られる。ライン92も、また、ライ
ンP24としてマイクロプロセッサ50に接続されている。
ライン90,92から得られた信号はオアゲート76および84
をイネーブルとし、エンジンのタイミングシーケンスを
同定する信号を正しいタイミングで通過させる。
以下に示す表は、点火の同定およびタイミングに関係
するデコーダ46の各部の動作を示す真理値表である。端
子40および42で論理１を示す入力は、それぞれシリンダ
番号１およびシリンダ番号2,3,4を同定する磁石の通過
を表すものである。
これらの入力はバッファアンプ70と80で反転され、シ
リンダ番号１に対応するライン90つまりP11と、シリン
ダ番号2,3,4に対応するライン92つまりP24とに論理０の
信号を発生する。アンドゲート78から出力される点火タ
イミング出力は、ライン88上で論理０で表され、負論理
と考えることもできる。
この表は、ａ）シリンダ番号１の同定前で、点火パル
スが一つも出ていない初期状態、ｂ）シリンダ番号１の
同定前で、シリンダ番号2,3,4に対応するパルスを受信
した状態、ｃ）シリンダ番号１に対応する最初のパルス
を受信した状態、およびｄ）シリンダ番号１を同定した
後、シリンダ番号2,3,4に対応するパルスを受信した状
態の各論理を示している。なお、ドントケア条件は、DN
Cで示されている。
磁石14,40,32,34は、その出力パルスがエンジンの点
火最大進み角よりもさらに早いタイミングで出力される
位置に配置されることが望ましい。これにより、上記出
力タイミングからの遅延を変えることによって、所望の
タイミングが達成できるようにする。望ましい実施例で
は、上死点から約26度前で上記パルスが出力される。こ
れにより、点火を約24度進めることが可能となり、任意
の進み角にすることができる。
第３図の左部分に示される回路によって、エンジンパ
ラメータに関する種々の情報がマイクロプロセッサ50に
供給される。この回路は次のように作動する。マイクロ
プロセッサ50からラインP14への信号によってトランジ
スタ100が制御され、２つの直列抵抗102,104からなる分
圧回路に５ボルトの電源が接続される。これらの抵抗10
2,104からの分圧電圧は、コンパレータ106、およびコン
パレータ108の各負入力単に基準電圧として供給され
る。コンパレータ106の正入力端は、コンデンサ110とサ
ーミスタ112の接続点から信号を受けるようになってい
る。サーミスタ112は、エンジン温度に応答する位置に
配置されている。上記コンデンサ110は初期状態では放
電されているため、コンパレータ106の正入力端に供給
される比較信号は初期状態ではゼロである。マイクロプ
ロセッサ50からの信号によってトランジスタ100がイネ
ーブル状態となると、コンデンサ110はこの回路のRC時
定数で定まる速度で充電を開始する。この時定数は、サ
ーミスタ112の抵抗値の関数である。コンパレータ106の
出力は、コンデンサ110の充電開始から一定時間後に取
り込まれ、これがエンジン温度の測定値を与える。
コンパレータ108の正入力端は、抵抗114とインダクタ
116の接続点からの信号を受ける。インダクタ116は、た
とえば、強磁性体のスラグをスロットルリンケージに取
り付けるなどの手段により、そのインダクタンスがスロ
ットル位置の関数として変化するように配置される。こ
の結果、コンパレータ108の出力は、エンジンのスロッ
トル位置の測定値を与える。
コンパレータ106の出力は、マイクロプロセッサ50か
らラインP12への信号によって開閉されるNANDゲート118
に供給される。NANDゲート118の出力はANDゲート120に
供給される。同様に、コンパレータ108の出力は、マイ
クロプロセッサ50からラインP13への信号によって開閉
されるNANDゲート122でゲートされ、NANDゲート122の出
力がANDゲート120の第２入力として供給される。ORゲー
ト76,84とANDゲート78とで構成されるORゲートの出力、
およびANDゲート120の出力は、NANDゲート124への入力
となる。NANDゲート124の出力は、マイクロプロセッサ5
0からラインP10への信号によって開閉されるNANDゲート
126に供給される。NANDゲート126の出力は、次の２つの
信号からなる電気信号である。第１は、適宜に決定され
たタイミングで出力される各シリンダの点火タイミング
パルスに対応する負の信号、第２は計数可能なタイミン
グでコンパレータ出力を発生させ、エンジン温度とスロ
ットル位置の決定を可能とする信号である。
第３図の診断データポート52は、２つのオペレーショ
ナルアンプ130を含み、端子132にはエンジン速度に比例
する信号を発生させ、端子134には、エンジン温度やス
ロットル位置、あるいはエンジンの動作状態を示す情報
等を発生させる。これらは、プログラムにより選択でき
るようになっている。ギヤシフト割り込み端子136は、
点火を中止させる信号が発生したことを示す信号を与え
る。これによって、シフトレバーが切り替えられたとき
にエンジンのトルクが減少するようにされる。好ましい
実施例では、このような信号が生じた場合に、連続する
幾つかの点火パルス、たとえば５〜50個位の範囲で点火
パルスの発生を禁止することによりトルク減少が遂行さ
れる。この他には、エンジン速度を約600rpmに減少させ
る場合に点火が抑止される。これによって、船外機のギ
ヤシフトがやり易くなる。この信号は、米国特許第4,26
2,622号、および第4,403,970号に記載されたようなスイ
ッチから得ることができる。これらの特許は、この発明
の譲受人に譲渡され、周知の参考としてここにあげられ
たものである。端子138は、ダイオード140を介して、接
地あるいは適当な電圧をバッファ142に供給し、電源投
入時にマイクロプロセッサ50をリセットするための信号
を発生させる。点火スイッチがオフされると、電源56か
ら供給されていた５ボルトの信号が断となってマイクロ
プロセッサ50の動作を禁止し、エンジンに供給されてい
た火花が切られる。
マイクロプロセッサ50からの出力信号は、複数のドラ
イバ144に送られる。各ドライバは、複数のシリコン制
御整流素子（SCR）154,156,158,160をそれぞれ駆動す
る。各SCR154,156,158,160は、個々の点火プラグのコイ
ルを駆動する。このドライバ144の動作は、その各素子
への動作電圧をゲートする反転NANDゲート162によって
制御される。点火プラグとコイルの動作電圧は、ダイオ
ードブリッジ164から供給される。このダイオードブリ
ッジ164は、光アイソレータ146,148,150および152によ
って、第３図に示す回路の電気回路部から電気的に絶縁
されている。マイクロプロセッサ50からのデータライン
166は、点火装置を、エンジンの他の部分、たとえば燃
料噴射装置のようなものと関連させて動作させるのに使
用することができる。
上述した回路は、すでに組み立てられ十分うまく動作
したこの発明の実施例を説明するためのものである。こ
の発明は、４シリンダエンジンにのみ限定されるもので
はなく、一以上の任意数のシリンダをもつエンジンに容
易に適用できる。この発明が特に、２ストロークの船外
機、あるいは４ストロークエンジンに種々の態様で適用
できることはすでに説明した。２ストロークエンジンの
場合は、クランクシャフトに連結された、フライホイー
ル、リングギヤ、または他の回転体に磁石を取り付け、
４ストロークエンジンの場合は、クランクシャフトの半
分の速度で回転するカムシャフトや他の回転体でタイミ
ングをとるのが望ましい。この発明がさらに複雑な電気
的点火装置に適用できることは明らかである。すなわ
ち、速度、エンジン温度、およびスロットル位置以外の
変数に応じて点火タイミングが電気的に変更される装置
にも適用できる。
第４図は、エンジン起動時におけるマイクロプロセッ
サ50の動作フローチャトを示すものである。スタートブ
ロック180では初期化ルーチンが呼ばれ、ブロック182で
はメモリから比較パラメータが選択され、入出力ポート
に初期値として設定される。次いで、ブロック184でエ
ンジンの初期温度を読み込むためのルーチンが呼ばれ、
ブロック186でスロットル位置を読み込むためのルーチ
ンが呼ばれる。次に判定ブロック188で、マイクロプロ
セッサ50が第１シリンダから信号を受けたか否かが判定
される。第３図に示すように、これはマイクロプロセッ
サ50に直接取り込まれているライン90上の信号をテスト
することに他ならない。第４図の判定ブロック188にて
第１シリンダの信号がみつからない場合は、監視動作が
継続される。第１シリンダの信号が検出されると、ブロ
ック190でシリンダフラグ信号が１にセットされる。次
の判定ブロック192ではエンジンの失速が発生したか否
かがテストされる。失速が生じた場合は、上の手順を繰
り返すためにブロック186に制御が移される。エンジン
が失速していない場合は、判定ブロック194にてスロッ
トル位置が上限を越えていないか否かがテストされる。
上限を越えている場合、ブロック196で高速フラグ信号
をセットし、ブロック198に移行する。ここでは、上記
スロットル位置に対応する適切な点火角を決定するため
に、マイクロプロセッサ50はルックアップテーブルの検
索を開始する。スロットル位置が上限を越えていない場
合、判定ブロック200で速度が下限以下か否かがテスト
される。下限以下の場合、ブロック202で低速フラグ信
号がセットされる。これによって、低速動作に対応して
あらかじめ定められた点火角と、ブロック184で決定し
た温度が用いられる。速度が下限よりも大きい場合、ブ
ロック204で中速度フラグ信号がセットされ、判定ブロ
ック192に戻り、上述した動作のうち確認動作部分が繰
り返される。
第５図は、エンジン走行時のマイクロプロセッサ50の
動作を示すフローチャートである。トリガ割り込みブロ
ック210は、第２図に示す磁石14,30,32,34のうちの一つ
が通過して発生した信号がマイクロプロセッサ50に受信
されたことを示している。ブロック212では割り込み間
隔の計算が指令され、これがエンジン速度の測定値とな
る。判定ブロック214では、次いで、速度が低いか否か
がテストされる。これは、ブロック212で計算されたト
リガ間隔が、あらかじめ設定された最大値を越えたこと
を意味する。判定ブロック214で低速度が検出された場
合、ブロック216にて遅れ点火の固定角に対応する時間
遅れ量が計算される。ブロック218では回転速度が計算
されて制御が戻される。
ブロック214で低速度が検出されなかった場合は、ブ
ロック220で高速度がテストされる。これは、トリガ間
隔があらかじめ設定した値よりも小さいことを意味す
る。判定ブロック220で高速度が検出されなかった場
合、制御は中速度ループに進み、ブロック222でトリガ
間隔から回転速度が計算される。ブロック224では、検
出されたスロットル位置に対応する適正速度が計算され
る。ブロック226では、エンジン温度が低い場合に上で
得られた適正速度を補正する。ブロック228で点火カバ
ナが呼ばれ、次のブロック230では、スロットル位置、
低温度補償、および点火タイミングを設定するのに必要
なその他の調整値に適した時間遅れをトリガ割り込みか
ら計算する。
次いで速度範囲にかかわりなく、制御はブロック232
に移行する。ここでは、各速度における進み角、または
遅れ角に対応して選択された遅れ時間を取り込む。点火
シリンダの選択は、サークル234で示されている。前述
したように、これは、エンジン１回転につき１回、シリ
ンダ番号１を同定し、続いて入力パルスが受信されるた
びに、後続のシリンダを順次同定することによって行わ
れる。こうして、ブロック236は、４つの異なるシリン
ダを同定するための４つの入力を受けることを図式的に
示している。ブロック236は、該当シリンダに点火を指
示するために、そのシリンダに対応するビットをイネー
ブルさせる。次いで、判定ブロック238で点火トリガが
完了したか否かのテストガ行われる。完了していない場
合、制御は判定ブロック238をループし、点火トリガが
完了するまでそれ以上の動作は待機させられる。点火ト
リガが完了すると、ブロック240は遅延を挿入し、トリ
ガパルスの幅が点火回路を十分にトリガできるようなも
のとする。次いで、ブロック242でトリガ信号をオフと
する。ブロック244は、エンジン温度とスロットル位置
の読み込みを指示し、上述のサイクルが後続のトリガパ
ルスについて繰り返される。
この発明は、２ストロークサイクルで動作するものが
多い船外機に適用して特に有効である。この種のエンジ
ンの制御は、エンジン速度、スロットル位置、およびエ
ンジン温度に対応する入力を供給することによって十分
に行われるのが普通である。第３図に示されている回路
は、これらの入力に対応するものである。他の入力、た
とえば吸気管内負圧等の入力によって、第３図のマイク
ロプロセッサ50への入力をつくりだし、最適動作のため
の点火角を制御する上での補助とすることができる。こ
の発明が２ストロークサエンジンあるいは４ストローク
エンジンに適用できることが、すでに説明した通りであ
る。２ストロークサエンジンに適用された場合、点火順
序はシリンダの物理的な配置順序と同様である。ただし
必ずしもこの必要はない。第３図から明らかなように、
光カプラ146,148,150,152との接続順序を変えることに
よって、いかようにも点火順序を変えることができる。
この発明を４ストロークエンジンの制御に適用した場合
には、点火順序はシリンダの幾何学的配列順序と異なる
のが普通であり、このような変形接続は必要である。４
ストロークエンジンの場合、クランクシャフトの半分の
速度で回転する回転体に磁石14,30,32、および34を配置
することにより、上述した回路で最適に制御されること
は、すでに指摘したとおりである。これは、４ストロー
クエンジンのカムシャフトのタイミングの代表例であ
る。
ここで示したように、点火タイミングをシリアルに扱
う方法は、マイクロプロセッサでエンジンを制御する場
合に有利である。たとえば、第３図のポートP20を一つ
使うだけで、点火タイミング、エンジン温度、およびス
ロットル位置を同定するためのシリアル入力を得ること
ができる。これによって、エンジン速度を決定するのに
必要な隣接する点火タイミングパルスを容易に計数で
き、それにより、逆に点火タイミングの望ましい範囲を
決定することが可能となる。マイクロプロセッサを使用
することにより、また、連続するいくつかの点火パルス
を禁止したり落としたりして、ギヤシフトのためのゼロ
トルク期間をつくりだすことができる。上述した機能以
外の機能も、マイクロプロセッサ上にプログラムするこ
とによって容易に実現することができる。
［発明の効果］ 以上説明したように、この発明は、シリンダ数と同数
の磁石とコイルとの誘導結合を用いて、各シリンダに対
応する点火トリガ信号を発生させるとともに、特定の一
つのシリンダを同定する信号を出力するようにしたの
で、次の効果をあげることができる。
シリンダ数が増加しても基本的な構成を変えることな
く、容易に対処することができる。
エンジン速度を簡単に計測できるので、それに対応す
る最良の点火タイミングの範囲を求めることが可能とな
る。
点火パルスを停止することによって、ギヤシフトのた
めのトルクゼロ期間を容易につくりだすことができる。
機械的な点火パルスの切替がなくなるため接点障害が
なくなり信頼性が高まる。また、点火角を変えるための
機械的調整がなくなり操作性が向上する。
上記点火トリガ信号と、エンジンの他の動作特性、た
とえば、回転速度、エンジン温度、スロットル位置等の
特性に応じて点火角を最適に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明のピックアップの詳細を示す部分切取
図、 第２図はこの発明の装置のブロック図、 第３図はこの発明を実施するための回路例を示す詳細な
回路図、 第４図はスタート時における第２図のマイクロプロセッ
サの動作を示すフローチャート、 第５図は運転中における第２図のマイクロプロセッサの
動作を示すフローチャートである。 10……リングギヤ、14……第１極性の磁石、30,32,34…
…第２極性の磁石、22,24……コイル、46……デコー
ダ、48……コンパレータ、50……マイクロプロセッサ、
54……光カプラ、60……点火回路、112……サーミス
タ、116……インダクタ、144……ドライバ、154,156,15
8,160……SCR。
フロントページの続き (72)発明者 ポール ティ エヌジィ アメリカ合衆国 イリノイ 60085 パ ーク シティ アパートメント ５ ビ ルディング 36 シャーロン アヴェニ ュー 791 (56)参考文献 特開 昭58−20968（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−85256（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−19988（ＪＰ，Ａ)

Claims (33)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数のシリンダと、クランクシャフトと時
    間的関係をもって回転するリングギヤとを有する火花点
    火式内燃機関にあって、点火トリガを発生して点火信号
    を同期させるようにした内燃機関の点火起動装置におい
    て、 前記リングギヤと同心の円上に等間隔で配置され、その
    一つは第１極性の露出極をなし、他は第１極性と反対の
    第２極性の露出極をなすシリンダと同数の複数の磁石
    と、 前記リングギヤの近傍に、該リングギヤの回転にともな
    って前記磁石と誘導結合を生じるように配置され、前記
    第１極性の露出極が通過するときにその露出極の動きに
    応答して第１極性の信号を誘導発生する第１のコイル
    と、 前記リングギヤの近傍に、該リングギヤの回転にともな
    って前記磁石と誘導結合を生じるように配置され、前記
    各第２極性の露出極が通過するときに該各露出極の動き
    に応答して第１極性の信号を誘導発生する第２のコイル
    と、 前記第１、第２のコイルに接続され、該第１、第２のコ
    イルからの第１極性の信号を入力とし、該第１極性の信
    号の論理和に相当する出力信号を発生するデコーダであ
    って、前記第１のコイルの第１極性の信号によって、同
    期出力信号と、特定の一つのシリンダを同定するための
    同定信号とを発生し、かつ前記出力信号によって各シリ
    ンダの点火トリガ信号を形成するように構成したデコー
    ダと を具備することを特徴とする内燃機関の点火起動装置。
  2. 【請求項２】前記第１および第２のコイルが巻回された
    強磁性体コアを有し、前記磁石および強磁性体コアは前
    記リングギヤの周縁近傍に配置され、前記リングギヤが
    回転して前記磁石が通過するときに前記強磁性体コアが
    磁束変化を受けるように構成されたことを特徴とする請
    求項１記載の内燃機関の点火起動装置。
  3. 【請求項３】前記第１、第２のコイルは、強磁性体コア
    に巻回されたバイファイラ巻きからなり、第１および第
    ２のコイルは、反対側の端子でそれぞれ接地されている
    ことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の点火起動装
    置。
  4. 【請求項４】前記第１、第２のコイルには、第１極性の
    信号とは逆極性の信号を阻止するダイオードがそれぞれ
    接続され、各ダイオードは抵抗・コンデンサ回路を介し
    て接地されていることを特徴とする請求項３記載の内燃
    機関の点火起動装置。
  5. 【請求項５】軸の回りで回転するフライホイールをもつ
    火花点火式内燃機関にあって点火タイミングをとる内燃
    機関の点火起動装置において、 前記軸に中心をもち、かつこの軸に垂直な平面上で円を
    なすように等間隔で前記フライホイールの周縁近傍に取
    り付けられ、その第１は前記円に関して第１の方向を有
    する第１極性の極をもち、他はそれぞれ第１の方向を有
    する第１極性と反対の第２極性の極をもつ複数の磁石
    と、 前記フライホイールの近傍に、該フライホイールの回転
    にともなって前記各磁石と誘導結合を生じるように配置
    され、前記第１極性の磁石との誘導結合によりその第１
    端子に第１の符号の第１電圧パルスを発生するととも
    に、前記第２極性の磁石との誘導結合により前記第１の
    符号とは逆符号の第２電圧パルスを前記第１端子に発生
    し、かつ前記第１電圧パルスはフライホイール１回転に
    つき１回発生するようにされた第１のコイルと、 前記フライホイールおよび第１のコイルの近傍に、前記
    フライホイールの回転にともなって前記各磁石と誘導結
    合を生じるように配置され、前記第１のコイルに誘導結
    合が生じるのとほぼ同時に、前記第１端子に発生した第
    １電圧パルスとは逆符号の第２電圧を第２端子に発生す
    るようにされた第２のコイルと、 前記第１および第２の端子に接続され、該第１、第２の
    端子に生じた電圧を論理的に結合して前記各磁石が前記
    第１、第２のコイルを通過するときに出力パルスを発生
    し、前記第１電圧パルスは特定の一つのシリンダを同定
    し、前記出力パルスは前記内燃機関の各シリンダを点火
    するタイミングを決めるように構成されたデコーダと を具備することを特徴とする内燃機関の点火起動装置。
  6. 【請求項６】前記第１の方向は、前記軸に垂直な方向で
    あることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の点火起
    動装置。
  7. 【請求項７】前記第１の方向は、前記軸に平行な方向で
    あることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の点火起
    動装置。
  8. 【請求項８】前記第１の方向は、前記軸に対してあらか
    じめ設定した角度を有することを特徴とする請求項５記
    載の内燃機関の点火起動装置。
  9. 【請求項９】前記第１および第２のコイルは強磁性体コ
    アに巻回され、かつこの強磁性体コアは前記フライホイ
    ールの近傍に配置され、該フライホイールの回転にとも
    なって前記各磁石が前記強磁性体コアの近傍を通過して
    該強磁性体コアを通る磁束を変化させ、前記第１、第２
    のコイルに電圧を発生させることを特徴とする請求項５
    記載の内燃機関の点火起動装置。
  10. 【請求項１０】前記第１および第２のコイルは、バイフ
    ァイラコイルとしてともに巻回されていることを特徴と
    する請求項５記載の内燃機関の点火起動装置。
  11. 【請求項１１】前記デコーダは、計算ユニットに接続さ
    れ、前記シリンダの点火タイミングにかかわる一連のパ
    ルス列を供給するとともに、該パルス列中にあって特定
    の一つのシリンダに対応するパルスを同定するパルスを
    供給することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の点
    火起動装置。
  12. 【請求項１２】前記計算ユニットは、複数の点火プラグ
    の各点火速度とタイミングとを制御し、その速度とタイ
    ミングで点火を指令するタイミング信号を出力すること
    を特徴とする請求項11記載の内燃機関の点火起動装置。
  13. 【請求項１３】それぞれが往復ピストンをもつ複数のシ
    リンダと、クランクシャフトと時間的関係を保ちながら
    回転するリングギヤとを有し、前記各ピストンは点火タ
    イミングを決定する基準点となる上死点をもち、この上
    死点が前記リングギヤの回転角基準点と時間的関係を有
    するように構成された内燃機関に使用するコンデンサ放
    電式点火装置にて、点火トリガ同期信号を発生する内燃
    機関の点火起動装置において、 前記リングギヤに連結されたシリンダと同数で、該リン
    グギヤと同心の円上に等間隔に配置され、その一つは第
    １極性の露出極をなし、他はそれぞれ第１極性と反対の
    極性をもつ露出極をなす複数の磁石と、 前記リングギヤの近傍に、該リングギヤの回転にともな
    って前記磁石と誘導結合を生じるように配置され、前記
    第１極性の露出極が通過するときにその露出極の動きに
    応答して第１極性の信号を誘導発生する第１のコイル
    と、 前記リングギヤの近傍に、該リングギヤの回転にともな
    って前記磁石と誘導結合を生じるように配置され、前記
    第２極性の各露出極が通過するときに該各露出極の動き
    に応答して第１極性の信号を誘導発生する第２のコイル
    と、 前記第１、第２のコイルに接続され、該第１、第２のコ
    イルからの第１極性の信号を入力とし、該第１極性の信
    号の論理和に相当する出力信号を発生するデコーダであ
    って、前記第１のコイルの第１極性の信号は、同期出力
    信号と、特定の一つのシリンダを同定するための同定信
    号とを発生し、かつ前記出力信号は各シリンダのトリガ
    信号を形成するように構成したデコーダと、 点火トリガ信号を受けて、前記各シリンダをそれぞれ点
    火する手段と、 機関の動作特性を示す信号を供給する手段と、 該動作特性信号とトリガ信号を受けて、該動作特性信号
    値の関数として変化する該トリガ信号のタイミングに対
    応するタイミング特性をもつ点火トリガ信号を発生する
    計算手段と を具備することを特徴とする内燃機関の点火起動装置。
  14. 【請求項１４】前記計算手段は、機関がギヤシフト中で
    あることを示す動作特性信号に応答してあらかじめ定め
    られた時間、前記点火トリガ信号の発生を禁止すること
    を特徴とする請求項13記載の内燃機関の点火起動装置。
  15. 【請求項１５】前記動作特性信号は、機関のスロットル
    位置を示す信号を含むことを特徴とする請求項13記載の
    内燃機関の点火起動装置。
  16. 【請求項１６】前記動作特性信号は、機関の温度を示す
    信号を含むことを特徴とする請求項13記載の内燃機関の
    点火起動装置。
  17. 【請求項１７】前記動作特性信号は、機関の動作速度を
    示す信号を含むことを特徴とする請求項13記載の内燃機
    関の点火起動装置。
  18. 【請求項１８】前記計算手段は、動作特性信号の関数と
    しての点火トリガ信号のタイミングになんの変化もない
    場合には、特定の一つのピストンの上死点に対応するリ
    ングギヤの角度基準点の約26度手前の角度位置に対応す
    る、あらかじめ定められた設定タイミング特性を有する
    点火トリガ信号を発生することを特徴とする請求項13記
    載の内燃機関の点火起動装置。
  19. 【請求項１９】前記計算手段は、機関の温度を示す動作
    特性信号に正比例させて前記設定タイミング特性を減少
    することを特徴とする請求項18記載の内燃機関の点火起
    動装置。
  20. 【請求項２０】前記計算手段は、機関の速度を示す動作
    特性信号に正比例させて前記設定タイミング特性を減少
    することを特徴とする請求項18記載の内燃機関の点火起
    動装置。
  21. 【請求項２１】複数のシリンダと、クランクシャフトと
    時間的関係を保って回転するリングギヤとを有する火花
    点火式内燃機関にて、点火トリガおよび同期信号を発生
    する内燃機関の点火起動装置において、 第１のシリンダと時間的に関連する第１の信号を発生す
    る手段と、 第２のシリンダと時間的に関連する第２の信号を発生す
    る手段と、 前記第１および第２の信号を組み合わせ、第１および第
    ２のシリンダと時間的に関連する信号と実質的に同等な
    信号を供給する組み合わせ手段と、 第１シリンダ信号を発生するために、前記第１の信号に
    応答して、前記実質的に同等な信号の一つを第１のシリ
    ンダと関連付ける手段と を具備することを特徴とする内燃機関の点火起動装置。
  22. 【請求項２２】前記組み合わせ手段および前記関連付け
    る手段に接続され、第１のシリンダの火花を制御する第
    １出力を発生するとともに、第２のシリンダの火花を制
    御する第２出力を発生するマイクロプロセッサを具備す
    ることを特徴とする請求項21記載の内燃機関の点火起動
    装置。
  23. 【請求項２３】前記マイクロプロセッサは、センサ入力
    に応答して上死点を基準として火花の発生タイミングを
    制御することを特徴とする請求項22記載の内燃機関の点
    火起動装置。
  24. 【請求項２４】前記センサ入力は、スロットル位置の関
    数であることを特徴とする請求項23記載の内燃機関の点
    火起動装置。
  25. 【請求項２５】前記センサ入力は、機関の温度の関数で
    あることを特徴とする請求項23記載の内燃機関の点火起
    動装置。
  26. 【請求項２６】前記マイクロプロセッサは、ギヤ切替実
    行中を示す入力に応答して第１および第２のシリンダの
    火花を変化させることを特徴とする請求項22記載の内燃
    機関の点火起動装置。
  27. 【請求項２７】前記第２の信号を発生する手段は、第
    ２、第３および第４のシリンダのそれぞれと時間的に関
    連付けられていることを特徴とする請求項21記載の内燃
    機関の点火起動装置。
  28. 【請求項２８】前記第１および第２の信号を組み合わせ
    る手段は、前記第１、第２、第３および第４のシリンダ
    と時間的に関連付けられている信号と実質的に同等な信
    号を供給することを特徴とする請求項27記載の内燃機関
    の点火起動装置。
  29. 【請求項２９】前記組み合わせ手段および前記関連付け
    る手段に接続され、第１のシリンダの点火を制御する第
    １出力と、第２のシリンダの点火を制御する第２出力
    と、第３のシリンダの点火を制御する第３出力と、第４
    のシリンダの点火を制御する第４出力とを形成するマイ
    クロプロセッサを有することを特徴とする請求項28記載
    の内燃機関の点火起動装置。
  30. 【請求項３０】前記マイクロプロセッサは、センサ入力
    に応答して、上死点を基準として第１、第２、第３およ
    び第４各シリンダの点火タイミングを制御することを特
    徴とする請求項29記載の内燃機関の点火起動装置。
  31. 【請求項３１】前記センサ入力は、スロットル位置の関
    数であることを特徴とする請求項30記載の内燃機関の点
    火起動装置。
  32. 【請求項３２】前記センサ入力は、機関の温度の関数で
    あることを特徴とする請求項30記載の内燃機関の点火起
    動装置。
  33. 【請求項３３】前記マイクロプロセッサは、ギヤ切替実
    行中を示す入力に応答して前記第１、第２、第３および
    第４の各シリンダの火花を変化させることを特徴とする
    請求項28記載の内燃機関の点火起動装置。
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