JPS5937268A - 内燃機関の電子制御進角装置 - 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、船外機用エンジン等に用いられて好適な内燃
機関の電子制御進角装置に関する。

従来の内燃機関では、点火信号発生部を支持する支持台
を、機関本体に回動可能に取付け、スロットル操作機構
と連動して前記支持台を回動させることによシ、点火時
期を変化させている。ここで、最大点火進角は、その機
関の最大トルク回転速度域において異常燃焼の発生を引
き起こすことのない角度以下に設定されている。すなわ
ち、スロットル弁の所定開度までは、その開度に対応し
て上記最大進角まで点火時期を進角させ、上記所定開度
以上では点火時期を一定に保持している、。

しかしながら、実運転での経済燃費速度域であるスロッ
トル弁の部分開度域における機関の媛求進角は、前記最
大トルク回転速度域において異常燃焼を引き起こすこと
のない角度に比して、極端に進角側にある。また、スロ
ットル弁の全開域であっても、最大トルク回転速度域を
外れた回転速度域においては、異常燃焼発生の可能性が
小であり、機関の要求進角まで進角可能である。

すなわち、従来の機械的進角装置にあっては、経済燃費
速度域、高負荷域における最大トルク回転速度域を外れ
た回転速度域において、機関が要求する最適点火時期に
まで進角操作することが不ＬＩＪ能となっている。

本発明は、機関のあらゆる負荷状態および回転速度状態
に対し、最適時期に点火可能とし、燃費および出力の向
上を１図ることができる電子制御進角装置を提供するこ
とを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の電
子制御進角装置は、エンジン速度を検出するエンジン速
度検出器と、吸入空気量を検出する吸入空気量検出器と
、エンジン速度と吸入空気量の各組合せに対する最適点
火時期が予め定められ、エンジン速度検出器および吸入
空気量検出器の検出結果に対応する最適点火時期を設定
する点火時期設定器と、クランク角度位置を検出可能と
するクランク角度検出器と、点火時期設定器およびクラ
ンク角度検出器の検出結果に基づいて、クランク角度位
置が最適点火時期に６１する時点で点火信号を発生する
点火信号発生器とからなるようにしたものである。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する０ 第１図は本発明を適用した船外機用Ｖ型４気筒２サイク
ル内燃機関の一例を−・部破断してヅドーｆ　４１１１
向図、第２図は同船外機用内燃機関を御名ｌ（（Ｉ”ｊ
、断して示す平面図である。機関本体１１にＶ」クラン
ク軸１２が縦置き配置され、クランク軸１２には連接棒
１３を介して、横置き配置の各気筒内にｊ又容されるピ
ストン１４が連結されている。機１列本体１１の後部に
Ｖ↓、各気筒に燃焼室１５を画ｒ？ｉ、するンリンダヘ
ノト１６が固定されている。機１男本体１１の前部に（
は、各気筒に対応する吸気＋４ｉ１７に備えられている
リード弁１８を介して、各気筒のクランク室１９に混合
気を供給する気化器２０゜吸気箱２１が接続されている
。なお、２２は点火栓を示し、２３はスロットル弁を示
している１、クランク軸１２の上端部には、マグネト’
ｌ形成スルロータ２４のボス部２５が、半月キー２６お
よびナツト２１によって固定されている。ロータ２４の
内面には永久磁石２８が固定されている。

２９は発電用コイルであり、永久磁石２８の内ｌｌ１ｉ
に対応するように環状に複数個配設されている。

これらの発電用コイル２９は機関本体１１に設けた複数
の脚部３０に固定されている。

３１Ａ　、　３１Ｂ　、　３１Ｃ、３１Ｄ　（３１Ｃ、
３１Ｄは不図示）は、前記ロータ２４のボス部２５の外
周面に固定された永久磁石である。

３２はパルサコイルであり、機関本体１１に支持されて
いる支持台３３に一体化されている環状の保持具３４の
内面に固定されている。各永久磁石３１Ａ〜３１Ｄは、
クランク軸１２が一回転する間に、パルサコイル３２に
それぞれ一回対向する。

そこで、パルサコイル３２には、第３図に示すように、
クランク軸１２の一回転毎に、Ｎ−１気筒、Ｎ気筒のそ
れぞれに対して１パルスの電気ノくルスＰＸが誘起され
る。また、ロータ２４の外周部には機関の始動時に図示
されないスタータからの回転力を受けるリングギヤ３５
が固定され、リングギヤ３５の外周部には、機関本体１
１に固定配置されるクランク回転角度信号発生器３６が
対向配置されている。クランク回転角度信号発生器３６
には、第３図に示すように、クランク軸１２０回転とと
もに、リングギヤ３５の各噛合い歯に対応スル電気パル
スＰＹが誘起される。

すなわち、パルサコイル３２は、クランク軸１２の一回
転において、それぞれクランク軸１２の定角度位置に対
応する気筒数分のノ（ルス、すなわちクランク軸１２０
基準角度信号を発生する。したがって、パルサコイル３
２はクランク軸１２０基準角度信号発生器として機能し
、）（ルサコイル３２のパルス発生時点後におけるクラ
ンク回転角度信号発生器３６の発生パルス数を計数する
ことにより、クランク軸１２の角度位置を検出可能とし
ている。なお、クランク軸１２０角度位置を検出するに
あたり、Ｎ気筒のクランク角度位置に関する基準角度信
号として、Ｎ−１気筒に対応する）（ルサコイル３２の
発生パルスを用いるものとすｈば、当該基準角度信号と
してＮ気筒に対応する）くルナコイル３２０発生パルス
を用いる場合に比して、該Ｎ気筒に対応するノ（ルサコ
イル３２の）くルス発生時点より以前の角度をより小な
る角度差で畠精度に割出し５Ｊ能となる。

また、パルサコイル３２は、エンジン速度検出器として
も機能する。すなわち、バルサコイル３２はクランク軸
１２の一回転毎に気筒数分のパルスを発生するものであ
るから、単位時間内におけるバルサコイル３２の発生パ
ルス数を計数することにより、クランク軸１２の回転速
度すなわちエンジン速度を検出することが可能となる。

また、機関本体１１の側部には中間レバー３７が回動可
能に軸支され、中間レバー３７の一端にシよスロットル
タイヤ３８の端部が連結され、中間レバー３７の他端に
はリンク３９を介してカムレバー４０が連結されている
。カムレバー４０はその下端が支点４１により回動可能
に機関本体１１に軸支されている。４２は前記スロット
ル弁２３と一体に回動するレバーであシ、このレバー４
２にはカムレバー４０に当接するカムフォロワ４３が設
けられている。上下の各気化器２０のスロットル弁２３
に対向する上下のレバー　４２は、リンク４４によって
連動可能に連結されている。すなわち、中（１６レバー
３７が第１図において時計方向に回動すると、リンク３
９ｆｃ介してカムレバー４０も同方向へ回動し、カムフ
ォロワ４３とともにレバー４２も同方向へ回動し、した
がって上下の気化器２０におけるスロットル弁２３が連
動して開放せしめらハる。

更に、リンク４４には、リンク４５を介して、吸入空気
＃検出器としてのポテンショメータがらｆｚ　ルスｏッ
トル開度検出器４６の作動レバー４７が連結されている
。すなわち、スロットル開度検出器４６は、スロットル
ワイヤ３８の操作解に応じて回動するスロットル弁２３
の回転角度に応じた電圧を発生し、スロットル弁２３の
開度、したがって各気筒への吸入空気量を検出可能とし
ている。なお、各気前への吸入空気量全検出する吸入空
気量検出器としては、上記スロットル開度検出器４６に
替えて、吸入空気流景計、吸気負圧針、クランクケース
内圧計等を用いるものであっても艮いＯ 更に、機関本体１１に固定されているシリンダヘッド１
６には、例えばサーミスタ型からなる温度検出器４８が
設けられている。温度検出器４８は機関の温度を検出可
能としている。なお、機関の温度を検出する手段として
、機関の冷却水温を用いても良い また、上記シリンダヘッド１６には、例えば圧電素子式
、磁歪式等の振動検出型からなる異常燃焼検出器４９が
設けられている。異常燃焼検出器４９は、機関に発生す
るあるレベル以上の振動を検出し、有害なノッキング、
過早着火、ランオン等の異常燃焼発生を検出可能として
いる、なお、上記異常燃焼検出器４９は、シリンダヘッ
ド１６の中で、機関に発生する撮動を最も高感度で検出
可能とする位置に選択配置され、この実施例におけるよ
うな多気筒機関においては、最も異常燃焼を発生し易い
気筒の近傍に設けられる。異常燃焼検出器４９は、異常
燃焼発生時の燃焼室内に生じ、周波数成分的にもレベル
的にも正常燃焼時におけると全く異なる圧力波のシリン
ダヘッド１６への伝播撮動を検出し、その撮動の大小を
電圧の大小に変換して出力可能としている。なお、異常
燃焼発生時の燃焼室内における圧力波の周波数成分は、
既略機関の気筒内径および燃焼温度によって冗まり、全
体の強さも正常燃焼時に比して極度に大となる。したが
って、異常燃焼の検出方法は、振動全体のレベルを見る
方法、予め判明している機関のノッキング周波数での振
動のレベルを見る方法のいずれの方法によっても良い。

次に、上記内燃機関において進角制御を行なうマイクロ
コンピュータからなる制御器５０について説明する。

制御器５０は機関本体１１に固定され、第４図の制御系
統図に示すように点火時期設定器５１、クランク角度検
出器５２、点火信号発生器５３からなり、第４図に示す
ＣＤＩ点火点火装作全作動可能ている。なお、ＣＤＩ点
火装置は、前記マグネトの発電用コイル２９で発生した
電圧をダイオード５４で整流し点火用コンデンサ５５に
充電開始した後、点火信号発生器５３で発生する信号電
流によｔ）ＳＣＲ５６のゲートが導通状態となると同時
に、点火用コンデンサ５５に蓄えていた電荷を、＠、激
に点火コイル５７の１次側に印加することによって、点
火コイル５７０２次側に高電圧を発生し、点火栓２２に
放電を発生用能としている。

まず、制御器５０の点火時期設定器５１には、エンジン
速度Ｎと、吸入空気量としてのスロットルバルブ開［６
ｖの各組み合せに対する最適点火時１４ＡＯｓが、第５
図に示すマツプまたは関数式の形式で予め定められてい
る。すなわち、爾５図において、領域Ｉは、機関のアイ
ドリンク状態に対応し、燃焼安定性を考慮して最適点火
時期が設定されている。領域■は、実航走における船舶
の滑走前の速度域に対応し、乗船感を重視し、最適点火
時期は従来の機械的進角における場合より遅角側に設定
されている。領域■は、航走時に最良燃費どなり、ノッ
キング発生の可能性の少ない領域であることから、最適
点火時期は機関の要求進角付近にまで進角されている。

領域■は、スロットル弁開度が３０％〜４０％の最大ト
ルク回転速度域であり、ノッキングが発生し易い危険領
域であることから、最適点火時期はノッキングの発生を
抑制することが可能な程度の進角とされている。領域■
ば、スロットル弁高開Ｌ（「の最大トルク回転ｙｔｉ　
ＩＩ域を外れたノッキング発生の少ない領域でル・す、
最適点火時期は機関の要求進角付近に設定されている。

領域■は、急加速ｎ、４等の過渡状態を想＞’ｆして進
角さね、ており、領域■におけろより若干起用側に設定
されでいる。したがって、」二記内り然ｍ　ｉ：ｓ’Ｊ
の運転時に、パルザコイル３２によって前述のように検
出されたエンジン速１歪、スロットル開１（（検出器４
６によって前述のように検出されたスロットルバルブ開
度すなわち吸入空気量が点火時期設定器５１に伝達され
ると、点火時期設定器５１は、上記４５図のマツプｔた
は関数式に基づいて、上記伝達結果に対応する＃＃、適
点火時期を設〆する。

次に、制御器５０のクランク角度検出器５２は、前述の
ように、基準角度信号発生器としてのノくルサコイル３
２のパルス発生時点後におけるクランク回転角度１，１
号発生器３６の発生パルスｉ　′ｋＭｌ数し、クランク
軸１２０角度位置を検出する。

上記点火時期設定器５１およびクランク角度検出器５２
の各検出結果は、点火＋４号発生器５３に伝達される。

点火信号発生器５３は、点火時期設定器５１およびクラ
ンク角度検出器５２の検出結果に基づいて、クランク角
度（ｉ？置が最適点火時期に位置する時点で点火信号を
発生し、各気筒に対応する５ＣＲ５６のゲートを導油状
態とし、各気筒の点火栓２２に放電を発生させる。ｆな
わち、上記制御器５０による進角制御によれば、点火時
期設定器５１に予め定める点火時期の選定により、機関
の各運転状態で異常燃焼を生ずることのない最適点火時
期で点火可能となる。

ここで、上記制御器５０によるイ（角制御に対するｌ関
度検出器４８、異常燃燵検出器４９の作用について説明
すれば以下の通りである。

まず、温度検出器４８は、前述のように機関温度を検出
し、その検出結果を点火時期設定器５１に伝達する。点
火時期設定器５１は、機関温度′ｒがＤ「定温度、例え
ば３（）℃以下である場合における最適点火時期Ｏ８を
、例えば４九６図に示すように予め設定している。すな
わち、機関温度が３０℃以下の始動時（セルモータによ
るクランキング時）には、最適点火時期を上死点前７度
とし、機関温度が５℃以下である始動後の冷機時には、
最適点火時期を上死点前５度とし、機関温度が５℃〜３
０℃である始動後の冷機時には、最適点火時期を０度に
設定している。そこで、点火時期設定器５１は、機関温
度が３０℃以下である場合には、第５図に示したエンジ
ン速１１ｆＮおよびスロットル弁開度６ｖに基づく進角
値と、第６図に示した機関温度Ｔに基づく進角値を比較
し、より大なる進角値を最適点火時期として設定可能と
している。例えば、スロットル弁開度が８度、エンジン
速度が１１０００ＲＰである場合に、第５図に基づく進
角値が上死点前２度であり、その時の機関温度がマイナ
ス５℃であったとすれば、第６図に基づく進角値は上死
点前５度であることから、点火時期設定器５１は上死点
前５度を採用することになる。点火時期設定器５１は、
このように第５図に基づく進角値と第６図に基づく進角
値を常に比較しているが、機関の特性から考えて、第６
図に示したような機関温度に基づく進角制御は実質的に
低負荷低回転速度領域においてのみ採用されるものであ
る。

すなわち、上記温度検出器４８の検出結果を点火時期設
定器５１の設定要素として用いることにより、始動時お
よび始りνＩ後の機関冷機時に、点火時期を機関温度に
応じて通常点火時期より進角させ、始動および暖機運転
の存易かつ羅実化を図り、冷機時低負企Ｉ低Ｉｒ１１転
速度域での航走時に、機関の回転安定化を図ることが可
能となる。

次に、異常燃焼検出器４９は、前述のように機関に生ず
るあるレベル以上の振動を検出し、点火時期設定器５１
に伝達可能としている。点火時期設定器５１は、異常燃
焼の検出に基づいて、点火時期を第７図に示すように２
段階で遅角設定ｄ」能としている。すなわち、第７図に
おいて、Ａ点で異常燃焼を検出すると、ａ度遅角してＥ
点の点火時期を設定する。Ｂ点〜Ｃ点の時間経過中、再
度異常燃焼を検出する場合には、更にａ度遅角し、合計
２ａ度遅角設定する。上記２ａ度遅角した後、Ｂ点〜Ｅ
点の時間が経過した後には、上記と逆のステップで順次
当初の点火時期に復帰する。この際、Ｆ点〜Ｇ点の間に
、再び異常燃焼を検出すれば、その時点で再度ａ度だけ
遅角設定する。なお、第７図における２ａ度の遅角幅は
、異常燃焼を十分に抑制可能とする値に設定されている
。また、上記第７図に示すような２段階遅角方式を採用
することにより、機関回転速度および船体速度の急激な
低下を避け、運転者および同乗者の身体への衝撃あるい
Ｉｄ精神的な不安感の発生を回避することかり能となる
。

すなわち、上記異常燃焼検出器４９の検出結果を点火時
期設定器５１の設定要素として用いることにより、機関
の定常航走中に異常燃焼が発生ずる際、意図的に点火時
期を遅らせ、また所要時間の経過後に通常の点火時期、
こ復帰させることが可能となる。すなわち、船外機等に
用いられる内燃機関では、その性質上、用途、使用環境
に大幅な差があるため、燃焼室、ピストンへのカーボン
の堆積あるいは点火栓のミスマツチング、低オクタン価
ガソリンの使用等による異常燃焼の発生を考慮し、機関
の最大点火進角域を要求進角より遅角側に設定するのが
通常であり、安全面を優先させることによって機関の性
能を１００チ引き出せない場合がある。こり、らに対し
、上記異常燃焼検出器４９を用いた進角制御によれば、
機関の保護を図るとともに、異常燃焼が発生しない運転
状態下では機関の性能を十分に引き出すことが可能とな
る。

なお、上記実施例においては、本発明を複数気筒に係る
内燃機関に適用する場合について説明したが、本発明は
単一気筒に係る内燃機関においても同様に適用可能であ
る。

以上のように、本発明に係る内燃機関の電子制御進角装
置は、エンジン速度を検出するエンジン速度検出器と、
吸入空気量を検出する吸入空気量検出器と、エンジン速
度と吸入空気量の各組合せに対する最適点火時期が予め
定められ、エンジン速度検出器および吸入空気量検出器
の検出結果に対応する最適点火時期を設定する点火時期
設定器と、クランク角度位置を検出可能とするクランク
角度検出器と点火時期設定器およびクランク角度検出器
の検出結果に基づいて、クランク角度位置が最適点火時
期に位置する時点で点火信号を発生する点火信号発生器
とからなるようにしたので、点火時期設定器に予め足め
る点火時期の選定により、機関の各運転状態で異常燃焼
を生ずることのない最適点火時期で点火可能となり、機
関の燃費および出力を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した船外機用内燃機関の一実施例
ケ一部破断して示す側面図、第２図は同船外機用内燃機
関ケ一部破断して示す平面図、第３図は同実施例におけ
る基準角度信号発生器およびクランク回転角度信号発生
器の各発生ノ＜ルスを示す説明図、第４図は同実施例に
おける進角制御手順を示す制御系統図、第５図は同実施
例にち−けるエンジン速度とスロットルノ（ルプ開度の
組合せに対する最適点火時期を示すマツプ、第６図は同
実施例における機関温度に対する最適点火時期を示す線
図、第７図は同実施例における異常燃焼発生時の点火時
ルリ制御状態を示す線図である。 １２・・・クランク軸、　２２・・・点火栓、２３・・
・スロットル弁、３２・・・バルサフィル、３６・・・
クランク回転角度信号発生器、４６・・スロットル開度
検出器、 ４８・・・温度検出器、　４９・・・異常燃焼検出器、
５０・・・制御器、　　　５１・・・点火時期設足器、
５２・・・クランク角度検出器、 ５３・・・点火信号発生器。 代理人　弁理士　塩　川　修　治 第５図 第６図 Ｓ 手続補正書（自発） 昭和５８年５月７７日 特許庁長官　若杉和夫殿 １、事件の表示 昭和５７年特許願第１４６２６８号 ２、発明の名称 内燃機関の電子制御進角装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 名　　　称　　三信工業株式会社 ４、代理人　〒１０５ 住所　東京都港区虎ノ門−丁目２３番７号第２３森ビル
８階 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　エンジン速度を検出するエンジン速度検出器
   と、吸入空気量を検出する吸入空気量検出器と、エンジ
   ン速度と吸入空気量の各組合せに対する最適点火時期が
   予め定められ、エンジン速度検出器および吸入空気量検
   出器の検出結果に対応する最適点火時期を設定する点火
   時期設定器と、クランク角度位置を検出可能とするクラ
   ンク角度検出器と、点火時期設定器およびクランク角度
   検出器の検出結果に基づいて、クランク角度位置が最適
   点火時期に位置する時点で点火信号を発生する点火信号
   発生器とからなる内燃機関の電子制御進角装置。