JP4179156B2 - 内燃機関の点火制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のクランクシャフトの回転に伴う角度位置に対応して検出されるクランク角信号から燃焼サイクルにおける行程位置を特定し、点火時期を制御する内燃機関の点火制御装置に関するものである。

一般に、内燃機関は圧縮行程において、その回転速度が低下することによる回転変動が有り、特に、単気筒からなる内燃機関ではその傾向が顕著に現われる。また、通常、内燃機関の動力性能を十分に発揮させるために、点火時期は圧縮上死点前の進角側に設定される。そこで、内燃機関のクランクシャフトの回転に伴う角度位置に対応して検出されるクランク角信号が波形整形され、最適な点火時期が演算される。この際、内燃機関の回転変動等で波形整形による信号抜けが発生しないように、点火制御回路の回路定数が設定されている。

ところで、内燃機関の始動時やアイドル時等で機関回転速度が極低速回転域にあるとき、回転慣性力が弱いため圧縮上死点を乗越えることができずに、ピストンが押戻されることがある。このような場合にあっても、点火制御回路はクランク角信号を波形整形して点火時期を演算し、点火信号を出力することとなる。すると、内燃機関が点火燃焼を伴ってその回転方向が逆となる逆転現象が発生し、内燃機関自身の故障や損傷を招くという不具合があった。また、二輪車のキック始動時ではキックレバーの急激な戻りによって運転者に対して負傷を引起こす可能性も想定される。

これに対処する先行技術文献として、特開２００１−３２３８６５号公報にて開示されたものが知られている。このものでは、内燃機関の始動後で１回転毎に変化する回転速度を回転速度計測時間として逐次計測し、今回の回転速度計測時間と前回の回転速度計測時間との比較により逆転現象（内燃機関の回転方向が反転）と判定されたときに、点火信号の発生を禁止する技術が示されている。
特開２００１−３２３８６５号公報（第２頁〜第５頁）

しかしながら、前述のものでは、内燃機関の始動後で１回転毎に変化する回転速度を回転速度計測時間として逐次計測する必要があり、マイクロコンピュータの演算負荷が大きく、また、内燃機関における回転速度計測時間の変動を用いて逆転現象を特定することは精度的に極めて難しく、逆転現象が起きていないときにも誤判断によって点火信号の発生を禁止してしまうという不具合があった。

そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、内燃機関における点火燃焼を伴った逆転現象の発生を正確に把握し、その逆転現象を未然に防止可能な内燃機関の点火制御装置の提供を課題としている。

請求項１の内燃機関の点火制御装置によれば、内燃機関のクランクシャフトの回転に伴う所定クランク角に対応し、機関回転速度に応じた大きさにて発生され、信号検出手段で検出されたクランク角信号が、内燃機関の出力特性に合わせ閾値設定手段で予め設定された閾値に基づき、信号生成手段で波形整形されパルス信号が生成され、このパルス信号に応じて点火制御手段で点火信号が出力される。即ち、クランク角信号のピーク値であるクランク角信号波高値が、内燃機関の出力特性に合わせた閾値との比較によって波形整形され、パルス信号が生成される。この際、内燃機関における点火燃焼を伴った逆転現象の発生の有無が時前に予測され、この予測に基づいて点火信号が点火コイル側に出力されることで、逆転現象の発生が未然に防止される。

また、前記閾値設定手段では、内燃機関の機関回転速度に変動があっても点火燃焼を伴って回転方向が逆となる逆転現象の発生がないと予測される内燃機関の正転時では、閾値がクランク信号よりも常に低くなるレベルに設定され、内燃機関の回転速度が極低速回転域となり回転方向が逆となる内燃機関の逆転時には、閾値がクランク信号よりも高くなるときがあるレベルに設定される。このように設定された閾値が、クランク角信号のピーク値であるクランク角信号波高値と比較されることで、内燃機関の正転時／逆転時が的確に判定される。

そして、前記点火制御手段では、点火信号に対応する時前のコイル通電開始時に、パルス信号の生成をなくすことができ、内燃機関における点火燃焼を伴った逆転現象の発生が予測されるときには、コイル通電をも中止させられる。これにより、点火燃焼に伴うコイル通電回路等の信頼性が向上され、車載バッテリ等の無駄な電力消費が抑えられる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施例にかかる内燃機関の点火制御装置を示す概略構成図である。また、図２は図１における各種信号等の発生タイミングを示すタイムチャートである。

図１において、１は火花点火式の４サイクル単気筒からなる内燃機関（図示略）のクランクシャフト、２はクランクシャフト１に固設され矢印方向に回転されるクランクロータ（回転体）である。このクランクロータ２の外周には、クランク角検出用として例えば、１回転である３６０〔°ＣＡ（Crank Angle:クランク角）〕に対して等間隔（９０〔°ＣＡ〕毎）に４箇所の突起部３が形成されている。１０はクランクロータ２の外周に形成された突起部３に対向し、この突起部３によるクランク角信号（クランクシャフト１の回転位置）を検出するマグネットピックアップからなるクランク角センサである。

本実施例の内燃機関は４サイクルであり、吸入行程→圧縮行程→燃焼（膨張）行程→排気行程からなる１燃焼サイクルは７２０〔°ＣＡ〕である。そして、クランクシャフト１の１回転でクランクロータ２は１回転される。このクランクロータ２の１回転である３６０〔°ＣＡ〕毎に、クランクロータ２の回転方向における突起部３の前端から後端までの間隔に対応して、図２に示すように、クランク角センサ１０からクランク角信号が出力される。

２０はＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御ユニット）であり、クランク角センサ１０からのクランク角信号はＥＣＵ２０を構成する波形整形回路２１を介してマイクロコンピュータ３０に入力される。また、各種センサからの各種センサ信号がＥＣＵ２０を構成するＡ／Ｄ変換回路２２を介し、または直接、マイクロコンピュータ３０に入力される。マイクロコンピュータ３０ではクランク角信号の発生タイミングに基づき、各種センサ信号による内燃機関の運転状態に応じた制御量が演算され、その演算結果に応じた点火信号が点火コイル４０、その他の駆動信号が各種アクチュエータ（図示略）等に出力される。なお、通常、内燃機関が圧縮行程から燃焼（膨張）行程に移行する圧縮上死点前の進角側に設定された点火タイミングにて点火信号は出力されるが、この際の行程判別処理については周知であるため、その詳細な説明を省略する。

マイクロコンピュータ３０は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ３１、制御プログラムや制御マップ等を格納したＲＯＭ３２、各種データ等を格納するＲＡＭ３３、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ３４、入出力回路３５及びそれらを接続するバスライン３６等からなる論理演算回路として構成されている。

次に、ＥＣＵ２０内の波形整形回路２１及びマイクロコンピュータ３０の処理について、図１、図２及び図３を参照して説明する。ここで、図３は機関回転速度〔ｒｐｍ〕に応じて発生されるクランク角信号波高値〔Ｖ：ボルト〕と機関回転速度〔ｒｐｍ〕をパラメータとして設定される閾値〔Ｖ〕との関係を示すマップである。

上述のように、クランク角センサ１０はマグネットピックアップにて構成されているため、クランク角センサ１０から出力されるクランク角信号のピーク値であるクランク角信号波高値〔Ｖ〕は、図３に示すように、内燃機関の機関回転速度〔ｒｐｍ〕が高くなるに連れて大きくなるという特性を有している。

また、波形整形回路２１における波形整形のための閾値〔Ｖ〕は、その回路構成要素としてのコンデンサ及び抵抗体によって、図３に示すように、クランク角信号波高値〔Ｖ〕の出力特性に合わせ、機関回転速度〔ｒｐｍ〕が高くなるに連れて大きくなるように予め設定されている。そして、閾値は、内燃機関の始動時やアイドル時等で機関回転速度が極低速回転域で正転限界となったときのクランク角信号波高値と交差するように予め設定されている。

クランク角センサ１０からＥＣＵ２０内の波形整形回路２１に入力されたクランク角信号は、波形整形回路２１で内燃機関の出力特性に合わせ予め設定された閾値と比較される。ここで、点火タイミングにおいて、機関回転速度が高くクランク角信号波高値が閾値を越えるとき（図３に示す正転領域）には、この閾値に基づき波形整形回路２１にて波形整形されパルス信号が生成され、パルス信号がマイクロコンピュータ３０に入力される。このため、マイクロコンピュータ３０から点火コイル４０に点火信号が出力され（図２に示す時刻ｔ2 ）、内燃機関に供給された燃料を所望のタイミングにて点火燃焼させることができる。

一方、点火タイミングにおいて、機関回転速度が極低速回転域となり、クランク角信号波高値が正転限界に予め設定されている閾値より低くなるとき（図３に示す逆転領域）には、内燃機関における点火燃焼を伴った逆転現象の発生が予測される。このとき、波形整形回路２１ではパルス信号が生成されないため、喩え点火タイミングとなってもパルス信号がマイクロコンピュータ３０に出力されることはない。このため、マイクロコンピュータ３０から点火コイル４０に点火信号が出力されることがない（図２に示す時刻ｔ4 ）。なお、この時点から点火コイル４０へのコイル通電が継続状態となるため、所定タイマによってコイル通電が遮断される。

つまり、内燃機関のピストン（図示略）が圧縮行程から燃焼（膨張）行程に移行するときの圧縮上死点を乗越えられず押戻される可能性のあるときには、喩え内燃機関に燃料が供給されていても失火（点火せず）となるため、内燃機関が点火燃焼を伴ってその回転方向が逆となる逆転現象の発生を未然に防止することができる。

なお、発明者の実験結果として具体的に、例えば、ある内燃機関の機関回転速度をアイドル時の１２００〔ｒｐｍ〕から１０〔ｍｓ：ミリ秒〕後に、５００〔ｒｐｍ〕に急減速させたとき、閾値は１．９〔Ｖ〕から１．３〔Ｖ〕、クランク角信号波高値は６．５〔Ｖ〕から１．２〔Ｖ〕となり、パルス信号が生成されず点火信号による点火燃焼が起こらないことで、内燃機関における点火燃焼を伴った逆転現象の発生を未然に防止できることが確認された。

このように、本実施例の内燃機関の点火制御装置は、内燃機関（図示略）のクランクシャフト１の回転に伴う所定クランク角に対応し、機関回転速度に応じた大きさにて発生されるクランク角信号を検出する信号検出手段としてのクランク角センサ１０と、クランク角センサ１０で検出されるクランク角信号に対する閾値を、内燃機関の出力特性に合わせ予め設定するＥＣＵ２０内の波形整形回路２１にて達成される閾値設定手段と、クランク角センサ１０で検出されたクランク角信号を、前記閾値設定手段で設定された閾値に基づき波形整形してパルス信号を生成するＥＣＵ２０内の波形整形回路２１にて達成される信号生成手段と、前記信号生成手段で生成されたパルス信号に応じて点火信号を出力するＥＣＵ２０内のマイクロコンピュータ３０にて達成される点火制御手段とを具備するものである。

つまり、内燃機関のクランクシャフトの回転に伴う所定クランク角として９０〔°ＣＡ〕毎に対応し、機関回転速度に応じた大きさにて発生されるクランク角信号が、内燃機関の出力特性に合わせて予め設定された閾値に基づいて波形整形されパルス信号が生成され、このパルス信号に応じて点火信号が出力される。即ち、クランク角信号のピーク値であるクランク角信号波高値が、内燃機関の出力特性に合わせた閾値との比較によって波形整形され、パルス信号が生成される。この際、内燃機関における点火燃焼を伴った逆転現象の発生の有無が時前に予測され、この予測に基づいて点火信号が点火コイル側に出力されることで、逆転現象の発生を未然に防止することができる。

また、本実施例の内燃機関の点火制御装置のＥＣＵ２０内の波形整形回路２１にて達成される閾値設定手段は、閾値を、内燃機関の正転時にはクランク角信号よりも常に低くなるレベルに設定し、内燃機関の逆転時にはクランク角信号よりも高くなるときがあるレベルに設定するものである。

つまり、クランク角信号のピーク値であるクランク角信号波高値の判定に用いられる閾値が、内燃機関の機関回転速度に変動があっても点火燃焼を伴って回転方向が逆となる逆転現象の発生がないと予測される内燃機関の正転時では、クランク信号よりも常に低くなるレベルに設定される。一方、内燃機関の回転速度が極低速回転域となり回転方向が逆となる内燃機関の逆転時には、その閾値がクランク信号よりも高くなるときがあるレベルに設定される。このように設定された閾値を、クランク角信号のピーク値であるクランク角信号波高値と比較することで、内燃機関の正転時／逆転時を的確に判定することができる。

ところで、上記実施例では、内燃機関のピストンが圧縮行程から燃焼（膨張）行程に移行するときの圧縮上死点を乗越えられず押戻される可能性のあるときには、マイクロコンピュータ３０から点火コイル４０に点火信号を出力しないようにし、内燃機関に燃料が供給されていても失火（点火せず）とすることで、内燃機関が点火燃焼を伴ってその回転方向が逆となる逆転現象の発生を未然に防止しているが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、上記実施例より内燃機関のクランクシャフトの１回転当たりに発生されるクランク角信号の個数を増し、そのときのパルス信号の発生位置を制御することで、点火信号の立上がり（コイル通電開始）から中止させることも可能となる。即ち、上述の実施例における図２に示す時刻ｔ3 で、クランク角信号波高値が閾値より低くでき、この結果、パルス信号が生成されず逆転現象の発生が予測できれば、点火コイル４０へのコイル通電をも中止することができるのである。

このような内燃機関の点火制御装置は、マイクロコンピュータ３０にて達成される点火制御手段が、点火信号に対応する時前のコイル通電開始時に、内燃機関における点火燃焼を伴った逆転現象の発生が予測されるときには、そのコイル通電を中止するものであり、上述の実施例に加えて、点火燃焼に伴うコイル通電回路等の信頼性を向上でき、車載バッテリ等の無駄な電力消費を抑えることができるという作用・効果が期待できる。

図１は本発明の一実施例にかかる内燃機関の点火制御装置を示す概略構成図である。 図２は図１における各種信号等の発生タイミングを示すタイムチャートである。 図３は図２で機関回転速度に応じて発生されるクランク角信号波高値と機関回転速度をパラメータとして設定される閾値との関係を示すマップである。

符号の説明

１ クランクシャフト
２ クランクロータ
３ 突起部
１０ クランク角センサ
２０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）
２１ 波形整形回路
３０ マイクロコンピュータ

Claims (1)

1. 内燃機関のクランクシャフトの回転に伴う所定クランク角に対応し、機関回転速度に応じた大きさにて発生される出力信号を検出する信号検出手段と、
   前記信号検出手段で検出される出力信号に対する閾値を、前記内燃機関の出力特性に合わせ予め設定する閾値設定手段と、
   前記信号検出手段で検出された出力信号を、前記閾値設定手段で設定された閾値に基づき波形整形してパルス信号を生成する信号生成手段と、
   前記信号生成手段で生成されたパルス信号に応じて点火信号を出力する点火制御手段とを具備し、
   前記閾値設定手段の前記閾値は、内燃機関の正転時にクランク角信号よりも常に低くなるレベルに設定し、内燃機関の逆転時にクランク角信号よりも高くなるレベルに設定し、また、前記点火制御手段は、前記点火信号に対応する時前のコイル通電開始時に、前記内燃機関における点火燃焼を伴った逆転現象の発生が予測されるときには、そのコイル通電を中止することを特徴とする内燃機関の点火制御装置。

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