JP4434789B2 - コンデンサ放電式内燃機関用点火装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンデンサ放電式内燃機関用点火装置に関するものである。

コンデンサ放電式の内燃機関用点火装置は、図５に示すように内燃機関により駆動される磁石式発電機１と、１次コイル２及び２次コイル３を有する点火コイル４と、磁石式発電機１のソースコイル５の正のパルスＶｐ（図６参照）によりダイオード１１，１２を介して充電される点火用コンデンサ６と、点火信号によりオンして点火用コンデンサ６の電荷を点火コイル４の１次コイル２を経て放電させるサイリスタ等の放電用スイッチング素子７と、ソースコイル５の負のパルスＶｎ１，Ｖｎ２（図６参照）により充電されて直流の制御用電源Ｖｃｃに変換する制御用電源回路８と、その制御用電源Ｖｃｃにより動作し且つ内燃機関の回転周期に応じた点火時期に点火信号を放電用スイッチング素子７に与える点火時期制御手段９とを備えている。点火コイル４の２次コイル３は、点火プラグ１３に接続されている。１４はソースコイル５の負のパルスＶｎ１，Ｖｎ２を流すためのダイオードである。

磁石式発電機１は、内燃機関のクランク軸等に固定されたロータ１０と、ロータ１０の外周側に設けられた永久磁石と、ステータ側に設けられたソースコイル５等を備え、ロータ１０の１回転毎に、ソースコイル５に図６に示すように負の半波のパルスＶｎ１、正の半波のパルスＶｐ、負の半波のパルスＶｎ２の順番で各パルスＶｎ１，Ｖｎ２，Ｖｐを発生する。なお、ソースコイル５の巻き始め側に制御用電源回路８、点火時期制御手段９等が接続されている。

内燃機関の点火に際して、ソースコイル５に正のパルスＶｐが発生すると、このパルスＶｐによりダイオード１１、点火用コンデンサ６、点火コイル４の１次コイル２、ダイオード１２を経て充電電流が流れ、その充電電流により点火用コンデンサ６を充電する。そして、その後に点火時期制御手段９が所定の点火時期に点火信号を出力し、その点火信号により放電用スイッチング素子７がオンして、点火用コンデンサ６の電荷を放電用スイッチング素子７、点火コイル４の１次コイル２を経て放電し、点火コイル４の２次コイル３に発生する高圧パルスを点火プラグ１３に印加する。

最近の内燃機関用点火装置には、排気ガスの浄化、燃費の向上等の要求に応えるため、複雑な点火制御特性に沿って点火時期を容易に制御できるマイクロコンピュータによるソフト点火方式が考えられている。この場合の方式として、従来、点火時期制御手段９をマイクロコンピュータにより構成して点火時期をソフト的に制御するソフト点火の単独方式と、ハード点火とソフト点火とを併用した併用方式とがある。

単独方式は内燃機関の全回転域についてソフト点火方式を採用するのに対して、併用方式は、例えば内燃機関の回転速度が非常に遅い始動時等の微速回転域では点火時期をハード的に制御するハード点火とし、その微速回転域以外の回転域では点火時期をソフト的に制御するソフト点火としている（特許文献１）。
特開２００３−１３８２９号公報

内燃機関の始動に際して、リコイルの操作により仮にソースコイル５に図７（Ａ）に示すような時間間隔で１回転目、２回転目、３回転目・・・のパルスが発生したものと仮定する。そして、ソースコイル５に正のパルスＶｐが発生したときに立ち下がるようにソースコイル５の出力波形を波形成形した場合、点火時期制御手段９の前段側の入力信号波形は、図７（Ｂ）に示すように各回転後毎の正のパルスＶｐに対応して順次パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ３・・・が発生する。またソースコイル５に正のパルスＶｐが発生すれば、点火用コンデンサ６は、図７（Ｅ）に示すように順次充電される。

点火時期制御手段９は、図８にそのフローチャートを示すように、入力信号波形の各パルスを順次検出し（ステップＳ１）、前後２個のパルスＰ２，Ｐ３、Ｐ３，Ｐ４・・・から内燃機関の各１回転毎の回転周期Ｔ１，Ｔ２・・・を演算する（ステップＳ２）。そして、所定の点火制御特性に従って各回転周期毎に点火時期が予め決められているデータテーブルを参照して（ステップＳ３）、その時の回転周期Ｔ１，Ｔ２・・・に最も近いデータを読み取り、そのときの回転周期Ｔ１，Ｔ２・・・に合わせてそのデータを補正して（ステップＳ４）、図７（Ｃ）に示すように各パルスＰ３，Ｐ４・・・の立ち下がり時点からの点火時期ｔ１，ｔ２・・・を演算し、その点火時期ｔ１，ｔ２・・・に放電用スイッチング素子７へと点火信号ｐ１，ｐ２・・・を出力する（ステップＳ５）。

そして、点火時期制御手段９からの点火信号ｐ１，ｐ２・・・により、図７（Ｄ）に示すように放電用スイッチング素子７がオンし、放電用コンデンサ６の電荷を点火コイル４の１次コイル２を経て放電する（図７（Ｅ）参照）。このため内燃機関の始動後は、所定の点火制御特性に基づいて内燃機関の点火時期を制御できる。

一方、制御用電源回路８はソースコイル５に発生する負のパルスＶｎ１，Ｖｎ２によりコンデンサが充電されており、点火時期制御手段９はその直流電圧を制御用電源Ｖｃｃとして動作する。しかし、内燃機関の１回転目のパルスＰ１の発生時点では、ソースコイル５の先の負のパルスＶｎ１による充電のみであって、制御用電源回路８の電源電圧が十分に上がっていないため、点火時期制御手段９は図７に示すように動作していない。このため点火時期制御手段９は１回転目のパルスＰ１を検出できない。

そして、内燃機関が１回転して制御用電源回路８が前後の２個の負のパルスＶｎ１，Ｖｎ２によって充電され、制御用電源Ｖｃｃの電圧がマイクロコンピュータの動作電圧まで上昇したときに、その制御用電源Ｖｃｃによって点火時期制御手段９が動作を開始する。

また点火時期制御手段９は前後２個のパルスＰ２，Ｐ３、Ｐ３，Ｐ４・・・を検出して内燃機関の回転周期Ｔ１，Ｔ２・・・を演算しているため、内燃機関の２回転目に動作開始後のパルスＰ２が初期パルスＰｓとして入力しても、その初期パルスＰｓに基づいて点火信号を出力することはない。そして、内燃機関の３回転目になれば、前回の初期パルスｐｓ（Ｐ２）と今回のパルスＰ３とから内燃機関の回転周期Ｔ１を演算でき、点火時期制御手段９が点火信号ｐ１を出力し、その後順次点火信号ｐ２，ｐ３・・・の出力を開始する。

従って、ソフト点火の単独方式の場合には、点火時期制御手段９が点火信号ｐ１を出力するのは、早くとも動作開始後における内燃機関の２回転目（内燃機関の回転開始から３回転目）となる。このため内燃機関が少なくとも３回転しない限り点火しないので、ハード点火方式に比較して始動性能が低下するという欠点がある。

また併用方式の場合には、内燃機関の回転速度が非常に遅い微速回転域をハード点火方式としているので、単独方式のような始動性能の低下という問題は生じない。しかし、マイクロコンピュータ製の点火時期制御手段９の他に、微速回転域で点火信号を出すハード回路構成の点火時期制御手段を設ける必要があり、点火装置全体の構成が非常に複雑になり、製作コストの高騰、装置の大型化等を招くという欠点がある。

本発明は、かかる従来の課題に鑑み、ソフト点火方式でも内燃機関の始動性能を向上できるコンデンサ放電式内燃機関用点火装置を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関により駆動される磁石式発電機１と、該磁石式発電機１のソースコイル５の正のパルスにより充電される点火用コンデンサ６と、点火コイル４と、点火信号によりオンして前記点火用コンデンサ６の電荷を前記点火コイル４を経て放電させる放電用スイッチング素子７と、前記ソースコイル５の負のパルスを制御用電源に変換する制御用電源回路８と、前記内燃機関の２回転目から前記制御用電源により動作し且つ前記放電用スイッチング素子７に前記点火信号を与える点火時期制御手段９とを備え、前記点火時期制御手段９は前記ソースコイル５の前後２個の正のパルスに基づいて前記内燃機関の１回転毎の回転周期を演算する演算部と、前記内燃機関の２回転目の前記ソースコイル５の正のパルスを初期パルスとして検出する初期パルス検出部と、前記初期パルスがあったときに前記内燃機関の始動回転数相当の回転周期を設定する設定部と、所定の点火制御特性に従って回転周期毎に点火時期が設定されたデーターテーブルと、前記データーテーブルから前記演算部で演算された前記回転周期、前記設定部で設定された前記回転周期に最も近い点火時期を読み取ってその点火時期に前記点火信号を出力する出力部とを備えたものである。

前記点火時期制御手段９は前記内燃機関の３回転以降に前記前後の正のパルスに基づいて１回転毎の前記回転周期を演算して、その回転周期に応じた前記点火時期に前記点火信号を出力することもある。前記点火時期制御手段９は前記初期パルスの検出から一定時間経過後の前記点火時期に前記点火信号を出力することもある。前記点火時期制御手段９は前記正のパルスの立ち下がり時点を基準に、それから所定時間の経過後の前記点火時期に前記点火信号を出力することもある。

本発明によれば、点火時期制御手段９の動作開始後の初期パルスＰｓで点火信号を出せるので、ソフト点火でも内燃機関の始動性能を向上できる。従って、ソフト点火の単独方式を採用することが可能であり、これによって従来の併用方式に比して構成を簡素化でき、製作コストの高騰、装置の大型化等を回避することもできる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳述する。なお、従来と同一の名称物については同一の符号を付して、その説明を省略する。

図１〜図４は本発明の第１の実施例を例示する。図１のコンデンサ放電式の内燃機関用点火装置はソフト点火方式の単独方式を採用しており、内燃機関により駆動される磁石式発電機１と、該磁石式発電機１のソースコイル５の正のパルスＶｐにより充電される点火用コンデンサ６と、点火コイル４と、点火信号によりオンして点火用コンデンサ６の電荷を点火コイル４を経て放電させる放電用スイッチング素子７と、ソースコイル５の負のパルスＶｎ１，Ｖｎ２を制御用電源Ｖｃｃに変換する制御用電源回路８と、制御用電源Ｖｃｃにより動作し、且つソースコイル５の正のパルスＶｐに基づいて内燃機関の回転周期Ｔ１，Ｔ２・・・を演算して、その回転周期Ｔ１，Ｔ２・・・に応じた点火時期ｔ１，ｔ２・・・に放電用スイッチング素子７に点火信号ｐ１，ｐ２・・・を与える点火時期制御手段９とを備えている。

そして、点火時期制御手段９はマイクロコンピュータ等により構成され、前述のように内燃機関の回転周期Ｔ１，Ｔ２・・・を演算して、その回転周期Ｔ１，Ｔ２・・・に応じた点火時期ｔ１，ｔ２・・・に放電用スイッチング素子７に点火信号ｐ１，ｐ２・・・を与える点火時期制御機能の他に、動作開始後の初期パルスＰｓを検出する初期パルス検出手段９１と、初期パルスＰｓを基準に点火信号ｐｓを出力する初期点火信号出力手段９２とを備えている。

次に図２のフローチャート、図３のタイムチャートを参照しながら、内燃機関の始動に際しての動作を説明する。点火時期制御手段９は、図３に示すように内燃機関の１回転目は制御用電源Ｖｃｃの電圧不足により動作せず、２回転目から動作を開始する。点火時期制御手段９は、動作開始後、従来と同様にパルス検出ループでパルスＰの検出を行う（ステップＳ１）。このパルス検出ループには初期パルス判断ループを設けており、この初期パルス判断ループで検出したパルスＰが初期パルスＰｓか否かの判断を行う（ステップＳ６）。そして、そのパルスが図３に示すように初期パルスＰｓであれば、予め設定された内燃機関の始動回転数相当の回転周期のデータ（固定値データ）を初期データとして設定する（ステップＳ７）。なお、始動回転数相当の回転周期は、リコイル操作時の内燃機関の平均的な回転数から実験等により算出し決定しておけば良い。

次にデータテーブルを参照して（ステップＳ３）、その始動回転数相当の回転周期に最も近いデータを読み取り、また必要に応じてそのデータを補正して（ステップＳ４）、その初期データに応じた点火時期ｔｓを演算し、その点火時期ｔｓに放電用スイッチング素子７へと点火信号ｐｓを出力する（ステップＳ５）。例えば、図３に示すように初期パルスＰｓ、特にその立ち下がり時点を基準にそれから所定時間の経過後の点火時期ｔｓに点火信号ｐｓを出力する。するとこの点火信号ｐｓにより放電用スイッチング素子７がオンして、点火用コンデンサ６の電荷を点火コイル４の１次コイル２を経て放電する。

内燃機関の３回転目以降は順次パルスＰ３，Ｐ４・・・を検出しても（ステップＳ１）、次のステップＳ６で初期パルスＰｓと判断しないので、２回転目以降の前後２個のパルスＰｓ，Ｐ３、Ｐ３，Ｐ４・・・により周期演算に移行し、従来と同様に各ステップＳ２〜Ｓ５を経て各回転毎の回転周期Ｔ１，Ｔ２・・・に応じた点火時期ｔ１，ｔ２・・・で放電用スイッチング素子７へと点火信号ｐ１，ｐ２・・・を出力する。

従って、このようにすれば、点火時期制御手段９が動作開始後の最初に検出する初期パルスＰｓに基づいて点火信号ｐｓを出力できるので、前後２個のパルスＰｓ，Ｐ３、Ｐ３，Ｐ４・・・から内燃機関の回転周期Ｔ１，Ｔ２・・・を演算して、所定の点火制御特性に基づいてその回転周期Ｔ１，Ｔ２・・・の長短に応じた点火信号ｐ１，ｐ２・・・を出すソフト点火方式を採用しているにも拘わらず、点火時期制御手段９が動作状態になれば、内燃機関の２回転目から直ぐに出力を開始して点火でき、始動特性を向上させることができる。

また初期パルスＰｓの検出から一定時間経過後の点火時期ｔｓ後に点火信号ｐｓを出力することになり、初期パルスＰｓに対する点火信号ｐｓの出力時期が固定的になるが、内燃機関が始動時の微速回転状態であり、微妙な点火時期の制御を必要としないので、別段問題はない。更に併用方式に比較して、構成が非常に簡単であり、容易且つ安価に実施できると共に、装置全体の小型化を図ることができる。

このような内燃機関の点火制御方法を工程的に分析すると、図４に示すように、内燃機関により駆動される磁石式発電機１のソースコイル５の正のパルスによって点火用コンデンサ６を充電する充電工程１０１と、点火信号ｐｓ，ｐ１，ｐ２・・・により放電用スイッチング素子７をオンして点火用コンデンサ６の電荷を点火コイル４を経て放電する放電工程１０２と、その放電によって点火プラグ１３により点火する点火工程１０３と、ソースコイル５の負のパルスＶｎ１，Ｖｎ２を変換した制御用電源Ｖｃｃで動作する点火時期制御手段９により、内燃機関の２回転目以降のソースコイル５に発生するパルスＶｐに基づく前後２個のパルスＰ２（Ｐｓ），Ｐ３、Ｐ３，Ｐ４・・・から内燃機関の回転周期Ｔ１，Ｔ２・・・を演算して、その回転周期Ｔ１，Ｔ２・・・に応じた点火時期ｔ１，ｔ２・・・に放電用スイッチング素子７に点火信号ｐ１，ｐ２・・・を与える点火信号出力工程１０４と、点火時期制御手段９の動作開始後にソースコイル５に最初に発生するパルスＶｐに基づく初期パルスＰｓ（Ｐ２）を検出して、この初期パルスＰｓを基準に始動回転数相当の回転周期に応じて点火信号ｐｓを出力する初期点火信号出力工程１０５とを含むものとなる。

なお、点火時期制御手段９の各ステップＳ１〜Ｓ７の内、ステップＳ１，Ｓ６により初期パルス検出手段９１が構成され、またステップＳ２〜Ｓ５，Ｓ７により初期点火信号出力手段９２が構成されている。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、実施例では、点火時期制御手段９は、ソースコイル５が発生する正のパルスＶｐを利用して、それに基づく前後２個のパルスＰ２（Ｐｓ），Ｐ３、Ｐ３，Ｐ４・・・から内燃機関の回転周期Ｔ１，Ｔ２・・・を演算し、また初期パルスＰｓを検出するようにしているが、内燃機関の回転毎にソースコイル５が発生する前又は後の負のパルスＶｎ１，Ｖｎ２を利用して、それに基づく前回のパルスと今回のパルスとから内燃機関の回転周期Ｔ１，Ｔ２・・・を演算し、また初期パルスＰｓを検出するようにしても良い。

また実施例では初期パルスＰｓに基づいて点火信号ｐｓを出す場合にも、ステップＳ２〜Ｓ５を経て出すようにしているが、データの補正等は行わずに、初期パルスＰｓの立ち下がり時点又は立ち上がり時点を基準に、それから一定時間後に点火信号ｐｓを出すようにしても良い。

更に実施例では、ソフト点火の単独方式として説明したが、微速回転域のハード点火と、それ以外の回転域のソフト点火とを併用した併用方式を採用しても良い。

本発明の一実施例を示す内燃機関用点火装置の回路図である。 本発明の一実施例を示す点火制御のフローチャートである。 本発明の一実施例を示す点火制御のタイムチャートである。 本発明の一実施例を示す点火制御方法の工程図である。 従来の内燃機関用点火装置の回路図である。 ソースコイルの電圧波形図である。 従来の点火制御のタイムチャートである。 従来の点火制御のフローチャートである。

符号の説明

１ 磁石式発電機
４ 点火コイル
５ ソースコイル
６ 点火用コンデンサ
７ 放電用スイッチング素子
９ 点火時期制御手段
９１ 初期パルス検出手段
９２ 初期点火信号出力手段

Claims (4)

1. 内燃機関により駆動される磁石式発電機（１）と、該磁石式発電機（１）のソースコイル（５）の正のパルスにより充電される点火用コンデンサ（６）と、点火コイル４と、点火信号によりオンして前記点火用コンデンサ（６）の電荷を前記点火コイル（４）を経て放電させる放電用スイッチング素子（７）と、前記ソースコイル（５）の負のパルスを制御用電源に変換する制御用電源回路（８）と、前記内燃機関の２回転目から前記制御用電源により動作し且つ前記放電用スイッチング素子（７）に前記点火信号を与える点火時期制御手段（９）とを備え、前記点火時期制御手段（９）は前記ソースコイル（５）の前後２個の正のパルスに基づいて前記内燃機関の１回転毎の回転周期を演算する演算部と、前記内燃機関の２回転目の前記ソースコイル５の正のパルスを初期パルスとして検出する初期パルス検出部と、前記初期パルスがあったときに前記内燃機関の始動回転数相当の回転周期を設定する設定部と、所定の点火制御特性に従って回転周期毎に点火時期が設定されたデーターテーブルと、前記データーテーブルから前記演算部で演算された前記回転周期、前記設定部で設定された前記回転周期に最も近い点火時期を読み取ってその点火時期に前記点火信号を出力する出力部とを備えたことを特徴とするコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。
2. 前記点火時期制御手段（９）は前記内燃機関の３回転以降に前記前後の正のパルスに基づいて１回転毎の前記回転周期を演算して、その回転周期に応じた前記点火時期に前記点火信号を出力することを特徴とする請求項１に記載のコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。
3. 前記点火時期制御手段（９）は前記初期パルスの検出から一定時間経過後の前記点火時期に前記点火信号を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載のコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。
4. 前記点火時期制御手段（９）は前記正のパルスの立ち下がり時点を基準に、それから所定時間の経過後の前記点火時期に前記点火信号を出力することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。

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