内燃機関用点火装置
【課題】機関の始動時の点火位置の制御をきめ細かく行って始動性を向上させることができる内燃機関用点火装置を提供する。
【解決手段】信号発生器２が基準信号を発生してから固定点火位置信号を発生するまでの時間をクランキング速度判定時間Ｔxとして計測して、計測した判定時間が第１の設定時間Ｔ1以下でクランキング速度が十分に高い場合には直ちに点火回路１に点火信号を与え、計測した判定時間が第１の判定時間Ｔ1を超え、第２の設定時間Ｔ2以下であって、クランキング速度が不足しているが点火位置を遅角させれば始動が可能である場合には、判定時間Ｔxの関数として演算されて判定時間Ｔxが長い場合ほど大きい値をとる遅れ角だけ固定点火位置よりも遅れたクランク角位置で点火信号を発生させるようにした。
【解決手段】信号発生器２が基準信号を発生してから固定点火位置信号を発生するまでの時間をクランキング速度判定時間Ｔxとして計測して、計測した判定時間が第１の設定時間Ｔ1以下でクランキング速度が十分に高い場合には直ちに点火回路１に点火信号を与え、計測した判定時間が第１の判定時間Ｔ1を超え、第２の設定時間Ｔ2以下であって、クランキング速度が不足しているが点火位置を遅角させれば始動が可能である場合には、判定時間Ｔxの関数として演算されて判定時間Ｔxが長い場合ほど大きい値をとる遅れ角だけ固定点火位置よりも遅れたクランク角位置で点火信号を発生させるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロプロセッサを用いて内燃機関の点火位置を制御する内燃機関用点火装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関用点火装置は、点火信号が与えられたときに点火用の高電圧を発生する点火回路と、内燃機関のピストンの上死点に相応するクランク角位置である上死点位置よりも進角した位置に設定された基準クランク角位置θ0及び基準クランク角位置θ0よりも遅れ、上死点位置よりは進んだクランク角位置である固定点火位置θ1でそれぞれ基準信号及び固定点火位置信号を発生する信号発生器と、信号発生器が発生する信号から得られる内燃機関の回転情報に基づいて点火信号の発生位置を制御する点火制御部とにより構成される。
【０００３】
点火制御部は、例えば、信号発生器が出力する基準信号の発生周期から機関の回転速度を演算する回転速度演算手段と、演算された回転速度に対して点火位置を演算する点火位置演算手段と、クランク軸が基準クランク角位置から演算された点火位置まで回転するのに要する時間を点火位置検出用計時データとして演算する点火位置検出用計時データ演算手段と、信号発生器が基準信号を発生したときに点火位置検出用計時データを点火タイマ（マイクロプロセッサ内に設けられたタイマ）にセットしてその計測を開始させるタイマセット手段と、点火タイマがセットされた点火位置検出用計時データの計測を完了したときに点火信号を発生する点火信号発生回路とにより構成される。
【０００４】
マイクロプロセッサにより点火位置を制御する場合には、上記のように、信号発生器が出力する信号の発生周期から演算した回転速度に基づいて点火位置検出用計時データを演算して、その計時テータを計測することにより点火位置を検出するため、回転速度を演算する際の機関の回転速度と、点火位置を計測する際の機関の回転速度とが一致していることが必要とされる。
【０００５】
機関の定常運転時には機関の回転が安定しているため、上記のように点火位置検出用計時データを計測することにより点火位置を検出するようにしてもなんら問題がないが、機関の始動時及びアイドリング時には、クランク軸の回転速度が機関の行程変化に伴って細かく変動するため、点火位置検出用計時データを計測することにより演算された点火位置を正確に検出することはできない。そのため、少なくとも機関の始動時には、信号発生器が固定点火位置信号を発生するクランク角位置（固定点火位置）で点火信号を発生させて点火動作を行わせている。内燃機関の始動時の点火位置（点火動作が行われるクランク角位置）は、ピストンが上死点に達するクランク角位置（上死点位置という。）の直前に設定されるため、固定点火位置信号の発生位置は、上死点位置よりもわずかに進角した位置に設定される。
【０００６】
内燃機関の始動装置としては、リコイルスタータやキックスタータ等の人力を利用したものと、スタータモータを用いた電動式のものとが用いられている。いずれの始動装置が用いられる場合でも、始動時にクランク軸の回転に勢いがない状態で上死点前の点火位置で点火が行われると、ピストンが押し戻される現象が生じ、機関の始動に失敗する。始動時にピストンが押し戻される現象が生じると、電動式の始動装置が用いられている場合には、始動装置が破損するおそれがある。また人力による始動装置が用いられている場合に、始動時にピストンが押し戻される現象が生じると運転者に危害が及ぶおそれがある。
【０００７】
そこで、機関の始動時の点火位置を上死点位置よりも遅らせることが考えられるが、信号発生器が固定点火位置信号を発生する位置を上死点位置よりも遅らせると、アイドリング時にも点火位置を遅らせることになるため、アイドリング回転を安定に行わせることができなくなる。この場合、アイドリング時の点火位置をマイクロプロセッサにより演算された点火位置を検出する手法により定めることも考えられるが、アイドリング時には機関の行程変化に伴ってクランク軸の回転速度が細かく変動し、点火位置を正確に決めることが困難であるため、アイドリング時に演算された点火位置で点火を行わせようとすると、機関のアイドリング回転を安定させることが難しくなる。
【０００８】
上記の問題を解決するため、特許文献１に示されているように、信号発生器が基準信号を発生してから固定点火位置信号を発生するまでの時間を計測し、計測した時間が許容上限値を超えているときにクランキング速度に勢いがないと判断して、点火信号の発生を中止させるようにした内燃機関用点火装置が提案されている。
【０００９】
また特許文献２に示されているように、信号発生器が基準信号を発生してから固定点火位置信号を発生するまでの経過時間を計測して、計測した経過時間Ｔが許容上限値Ｔ1を超えているときに、図６に示したように、点火位置を固定点火位置θ1よりも一定の角度θDだけ遅れた点火位置θａとするようにした内燃機関用点火装置が提案されている。
【特許文献１】特開平９−１４４６３６号公報
【特許文献２】特開平６−２１３１２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
機関を始動させるためにクランキングを行わせた際の機関の状態としては、次の３つのケースが考えられる。
（ａ）クランク軸の回転の勢いが不足しているため、機関のピストンが上死点を越えることができない。
（ｂ）クランク軸の回転には、ピストンが上死点を越えることができるだけの勢いがあるが、上死点位置よりも前の固定点火位置で点火させるとピストンが押し戻され、機関の始動に失敗する。
（ｃ）クランク軸の回転に勢いがあり、上死点位置よりも前の固定点火位置で点火を行ってもピストンが上死点を超えることができる。
【００１１】
特許文献１に示されたように、信号発生器が基準信号を発生してから固定点火位置信号を発生するまでの時間を計測し、計測した時間が許容上限値を超えているときにクランキング速度に勢いがないと判断して、点火信号の発生を中止させるようにした場合には、ピストンが押し戻される現象が生じるのを防ぐことはできるが、上記（ｃ）の場合にしか機関を始動させることができないため、機関の始動性が悪くなるという問題があった。
【００１２】
また特許文献２に示されたように、信号発生器が基準信号を発生してから固定点火位置信号を発生するまでの経過時間Ｔを計測して、計測した経過時間Ｔが許容上限値を超えているときに、点火位置を固定点火位置θ1より一定の角度θDだけ遅れた点火位置θaとするようにした場合には、クランキング速度が始動可能範囲の下限まで低下した状態を想定して点火位置の遅れ角θDを十分に大きく設定する必要がある。そのため、特許文献２に記載された発明によった場合には、クランキング速度が僅かに不足する場合でも、点火位置が大幅に遅角させられることになり、機関の始動時の出力トルクが不足気味になって、機関の始動性が悪くなるという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、機関の始動時の点火位置をきめ細かく制御して、機関の始動性を向上させることができるようにした内燃機関用点火装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、点火信号が与えられたときに点火用の高電圧を発生する点火回路と、内燃機関のピストンの上死点に相応するクランク角位置である上死点位置よりも進角した位置に設定された基準クランク角位置θ0及び前記基準クランク角位置よりも遅れ、前記上死点位置よりは進んだ固定点火位置θ1でそれぞれ基準信号及び固定点火位置信号を発生する信号発生器と、前記信号発生器が発生する信号から得られる内燃機関の回転情報に基づいて前記内燃機関の始動時及び定常運転時にそれぞれ前記点火信号の発生位置を制御する始動時点火制御部及び定常運転時点火制御部とを備えた内燃機関用点火装置を対象とする。
【００１５】
本発明においては、上記始動時点火制御部が、内燃機関のクランキング時に基準信号が発生してから固定点火位置信号が発生するまでの時間をクランクキング速度判定時間Ｔxとして計測するタイマ手段と、内燃機関のクランキング時に固定点火位置θ1でタイマ手段により計測されている判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1以下のときには直ちに点火指令を発生させ、判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1を超え、第２の設定時間Ｔ2（＞Ｔ1）以下のときには前記判定時間Ｔxの関数として演算されて判定時間Ｔxが長い場合ほど大きい値をとる遅れ角θdだけ固定点火位置θ1よりも遅れたクランク角位置で点火指令を発生させ、判定時間Ｔxが第２の設定時間Ｔ2を超えているときには点火指令の発生を禁止するように点火指令の発生を制御するクランキング時点火制御手段と、点火指令の発生時に点火回路に点火信号を与える点火信号供給回路とを備えている。
【００１６】
上記第１の設定時間Ｔ1は、固定点火位置で点火を行わせても内燃機関のピストンが上死点を越えることができるクランキング速度領域の下限を与えるクランキング速度Ｎ2で内燃機関が回転させられているときにタイマ手段が計測する時間に等しく設定され、第２の設定時間Ｔ2は、固定点火位置信号の発生位置よりも遅れたクランク角位置で点火を行わせれば内燃機関のピストンが上死点を超えることができるクランキング速度領域の下限を与えるクランキング速度Ｎ1（＜Ｎ2）で内燃機関が回転させられているときにタイマ手段が計測する時間に等しく設定されている。
【００１７】
上記のように、信号発生器が基準信号を発生してから固定点火位置信号を発生するまでの時間をクランキング速度判定時間として計測して、計測した判定時間が第１の設定時間以下でクランキング速度が十分に高い場合には直ちに（固定点火位置θ1で）点火信号を発生させ、計測した判定時間が第１の判定時間を超え、第２の設定時間Ｔ2以下であって、クランキング速度が不足しているが点火位置を遅角させれば始動が可能である場合には、判定時間Ｔxの関数として演算されて判定時間Ｔxが長い場合ほど大きい値をとる遅れ角θdだけ固定点火位置θ1よりも遅れたクランク角位置で点火信号を発生させるようにすると、クランキング速度が不足気味な状態にあるときの点火位置をきめ細かく制御することができるため、機関の始動時に点火位置が必要以上に遅角するのを防いで、機関の出力トルクが不足するのを防ぐことができ、機関の始動性を向上させることができる。
【００１８】
本発明の好ましい態様では、上記クランキング速度判定時間Ｔxが第２の設定時間Ｔ2に等しいときに遅れ角θdが最大値θdmaxをとるとしたときに、始動時の点火位置の固定点火位置に対する遅れ角θdを、演算式θd＝{（Ｔx−Ｔ1）／（Ｔ2−Ｔ1）}×（θdmax−θ1）により求められる値とする。
【００１９】
本発明の他の好ましい態様では、上記クランキング時点火制御手段が、内燃機関のクランキング時に判定時間Ｔxと第１の設定時間Ｔ1及びＴ2とを比較して、判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1以下であるか、第１の設定時間Ｔ1を超え、第２の設定時間Ｔ2（＞Ｔ1）以下であるか、または第２の設定時間Ｔ2を超えているかを判定する判定手段と、この判定手段により判定時間が第１の設定時間Ｔ1を超え、第２の設定時間Ｔ2（＞Ｔ1）以下であると判定されたときに演算式θd＝{（Ｔx−Ｔ1）／（Ｔ2−Ｔ1）}×（θdmax−θ1）により遅れ角を演算するとともに、クランキング速度判定時間Ｔxと基準クランク角位置から固定点火位置までの角度αとにより求められる回転速度α／Ｔxで、クランク軸が遅れ角θdの区間を回転するのに要する時間を点火位置検出用計時データＴigとして演算する点火位置検出用計時データ演算手段と、この点火位置検出用計時データ演算手段により演算された点火位置検出用計時データを直ちに点火タイマにセットして、該計時データの計測を開始させるタイマセット手段と、判定手段により判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1以下であると判定されたとき及び点火タイマがセットされた計時データの計測を完了したときに点火指令を発生する始動時点火指令発生手段とを備えている。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明によれば、信号発生器が基準信号を発生してから固定点火位置信号を発生するまでの時間をクランキング速度判定時間として計測して、計測した判定時間が第１の設定時間以下でクランキング速度が十分に高い場合には直ちに点火信号を発生させ、計測した判定時間が第１の判定時間を超え、第２の設定時間Ｔ2以下であって、クランキング速度が不足しているが点火位置を遅角させれば始動が可能である場合には、判定時間Ｔxの関数として演算されて判定時間Ｔxが長い場合ほど大きい値をとる遅れ角θdだけ固定点火位置θ1よりも遅れたクランク角位置で点火信号を発生させるようにしたので、機関のクランキング速度が不足気味な状態にあるときの点火位置を必要以上遅角させることなく、きめ細かく制御して、機関の始動時に出力トルクが不足するのを防ぐことができ、機関の始動性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下図１ないし図５を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係わる内燃機関用点火装置のハードウェアの構成例を示し、図２は同実施形態のマイクロプロセッサにより構成される部分を含む内燃機関用点火装置の全体的な構成を示したブロック図である。また図３は同実施形態で用いる信号発生器が発生する信号の波形を示す波形図、図４は本実施形態において、クランキング時点火制御手段により決定される点火位置とクランキング速度判定時間との関係を示したグラフである。また図５は同実施形態においてマイクロプロセッサが実行する処理の一部のアルゴリズムを示したフローチャートである。
【００２２】
図１において１は、点火信号Ｓiが与えられたときに点火用の高電圧を発生する点火回路、２は内燃機関のピストンの上死点に相応するクランク角位置である上死点位置よりも進角した位置に設定された基準クランク角位置θ0及び前記基準クランク角位置よりも遅れ、上死点位置よりは進んだ固定点火位置θ1でそれぞれ基準信号Ｖs1及び固定点火位置信号Ｖs2を発生する信号発生器、３は信号発生器が発生する信号から得られる内燃機関の回転情報に基づいて内燃機関の始動時及び定常運転時に点火信号Ｓiの発生位置を制御する点火制御部である。
【００２３】
点火回路１は、一端が接地された一次コイルｗ1及び二次コイルｗ2を有する点火コイル１０１と、内燃機関により駆動される磁石発電機内に設けられて機関の回転に同期して交流電圧を誘起するエキサイタコイル１０２と、点火コイルの一次側に設けられてエキサイタコイル１０２の出力でダイオード１０３を通して一方の極性に充電される点火用コンデンサ１０４と、点火用コンデンサ１０４に蓄積された電荷を点火コイルの一次コイルｗ1を通して放電させる放電用スイッチとしてのサイリスタ１０５と、点火コイルの一次コイルｗ１に対して並列に接続されたダイオード１０６とにより構成されている。
【００２４】
図示の例では、点火用コンデンサ１０４の一端が点火コイルの一次コイルｗ1の非接地側の端子に接続され、点火用コンデンサの他端がアノードをエキサイタコイル１０２側に向けたダイオード１０３を通してエキサイタコイル１０２の一端に接続されている。エキサイタコイル１０２の他端は接地され、エキサイタコイル１０２に誘起する交流電圧の一方の半サイクルにおいて、エキサイタコイル１０２−ダイオード１０３−コンデンサ１０４−ダイオード１０６及び一次コイルｗ1−エキサイタコイル１０２の閉回路に電流が流れて、コンデンサ１０４が図示の極性に充電されるようになっている。
【００２５】
ダイオード１０６はそのアノードをコンデンサ１０４と一次コイルｗ1との接続点に接続し、カソードを接地回路に接続した状態で一次コイルｗ１に対して並列に接続されている。またサイリスタ１０５は、そのアノードを点火用コンデンサ１０４の他端に接続し、カソードを接地回路に接続した状態で設けられている。サイリスタ１０５は、そのゲートに点火信号Ｓiが与えられたときに導通して、コンデンサ１０４の電荷を一次コイルｗ１を通して放電させる。
【００２６】
サイリスタ１０５が導通してコンデンサ１０４の電荷が点火コイルの一次コイルｗ1を通して放電すると、一次コイルｗ1に高い電圧が誘起する。この電圧は点火コイルの一次、二次間の昇圧比により昇圧されるため、点火コイルの二次コイルｗ2に点火用の高電圧が誘起する。この高電圧は機関の気筒に取りつけられた点火プラグＰＬに印加されるため、点火プラグＰＬで火花放電が生じ、機関が点火される。本実施形態では説明を簡単にするため内燃機関が単気筒機関であるとしている。
【００２７】
信号発生器２は、内燃機関と同期回転するロータに設けられたリラクタ（突起または凹部）の回転方向の前端縁及び後端縁をそれぞれ検出して極性が異なるパルス状の基準信号Ｖs1及び固定点火位置信号Ｖs2を発生する周知のものである。本実施形態で用いている信号発生器２は、図３に示したように、機関の上死点位置（ピストンが上死点に達したときのクランク角位置）ＴＤＣよりも進角した位置に設定された基準クランク角位置θ0及び基準クランク角位置θ0よりも遅れ、上死点位置ＴＤＣよりは進んだ位置に設定された固定点火位置θ1でそれぞれ基準信号Ｖs1及び固定点火位置信号Ｖs2を発生する。基準信号Ｖs1が発生する基準クランク角位置θ0は演算された点火位置の計測を開始する基準位置として用いられ、固定点火位置θ1は、機関の始動時及びアイドル回転時の点火位置を定める信号として用いられる。
【００２８】
図１において３は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ及びタイマなどを有するマイクロプロセッサＭＰＵを用いて点火位置を制御するための処理を行う点火制御部で、点火制御部を構成するマイクロプロセッサには、信号発生器２が出力する基準信号Ｖs1及び固定点火位置信号Ｖs2がそれぞれ波形整形回路４及び５を通して入力されている。波形整形回路４及び５はそれぞれ基準信号Ｖs1及び固定点火位置信号Ｖs2をマイクロプロセッサが認識し得る波形の信号Ｐs1及びＰs2に変換するために設けられている。本実施形態では、図示しないバッテリから電源回路を通してマイクロプロセッサＭＰＵに電源電圧が与えられる。
【００２９】
なお本発明において、マイクロプロセッサへの電源の与え方は任意であり、バッテリを省略するために、例えば特許文献２に示されているように、エキサイタコイル１０２の負の半波の出力電圧により充電される電源用コンデンサと、この電源用コンデンサの両端の電圧を一定値に保つように制御する制御回路とを備えて、電源用コンデンサの両端に一定の電源電圧を得るように構成された電源回路を設けて、この電源回路からマイクロプロセッサに電源電圧を与えるようにしてもよい。
【００３０】
図２に示されているように、点火制御部３は、機関の始動時に点火指令の発生位置を制御する始動時点火制御部３Ａと、機関の定常運転時に点火指令の発生位置を制御する定常運転時点火制御部３Ｂと、始動時点火制御部３Ａ及び定常運転時点火制御部３Ｂがそれぞれ点火指令を発生したときに点火回路１に点火信号Ｓiを与える点火信号供給回路３Ｃとにより構成されている。
【００３１】
本実施形態では、始動時点火制御部３Ａが、タイマ手段３A1と、クランキング時点火制御手段３A2とにより構成されている。タイマ手段３A1は、内燃機関のクランキング時に基準信号Ｖs1が発生してから固定点火位置信号Ｖs2が発生するまでの時間をクランクキング速度判定時間Ｔxとして計測する手段で、マイクロプロセッサ内のタイマにより構成される。
【００３２】
クランキング時点火制御手段３A2は、内燃機関のクランキング時に固定点火位置θ1でタイマ手段３A1により計測されている判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1以下のときに直ちに点火指令を発生させ、判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1を超え、第２の設定時間Ｔ2（＞Ｔ1）以下のときには判定時間Ｔxの関数として演算されて判定時間Ｔxが長い場合ほど大きい値をとる遅れ角θdだけ固定点火位置θ1よりも遅れたクランク角位置で点火指令を発生させ、判定時間Ｔxが第２の設定時間Ｔ2を超えているときには点火指令の発生を禁止するように点火指令の発生を制御する手段である。
【００３３】
上記第１の設定時間Ｔ1は、固定点火位置で点火を行わせても内燃機関のピストンが上死点を越えることができるクランキング速度領域の下限を与えるクランキング速度Ｎ2で内燃機関が回転させられているときにタイマ手段が計測する時間に等しく設定され、第２の設定時間Ｔ2は、固定点火位置よりも遅れたクランク角位置で点火を行わせれば内燃機関のピストンが上死点を超えることができるクランキング速度領域の下限を与えるクランキング速度Ｎ1（＜Ｎ2）で内燃機関が回転させられているときにタイマ手段が計測する時間に等しく設定されている。
【００３４】
本実施形態で用いられているクランキング時点火制御手段３A2は、内燃機関のクランキング時に判定時間Ｔxと第１の設定時間Ｔ1及びＴ2とを比較して、判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1以下であるか、第１の設定時間Ｔ1を超え、第２の設定時間Ｔ2（＞Ｔ1）以下であるか、または第２の設定時間Ｔ2を超えているかを判定する判定手段３０１と、判定手段３０１により判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1を超え、第２の設定時間Ｔ2（＞Ｔ1）以下であると判定されたときに後記する演算式により遅れ角θdを演算するとともに、クランキング速度判定時間Ｔxと基準クランク角位置から固定点火位置までの角度αとにより求められる回転速度α／Ｔxで、クランク軸が遅れ角θdの区間を回転するのに要する時間を点火位置検出用計時データＴigとして演算する点火位置検出用計時データ演算手段３０２と、点火位置検出用計時データ演算手段３０２により演算された点火位置検出用計時データを直ちに点火タイマ（図示せず。）にセットして、該計時データの計測を開始させるタイマセット手段３０３と、判定手段３０１により判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1以下であると判定されたとき及び点火タイマがセットされた計時データの計測を完了したときに点火指令を発生する始動時点火指令発生手段３０４とにより構成されている。点火指令発生手段３０４又は定常運転時点火制御部３Ｂが点火指令を発生したときに点火信号供給回路３Ｃから点火回路１に点火信号Ｓiが与えられる。
【００３５】
本実施形態では、図４に示すように、判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1以下のときに固定点火位置θ1で点火指令を発生させる。また、判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1より長く、第２の設定時間Ｔ2（＞Ｔ1）以下のときには固定点火位置θ1よりも遅れ角θdだけ遅れた位置で点火指令を発生させ、判定時間Ｔxが第２の設定時間Ｔ2を超えているときには点火指令の発生を禁止して機関を失火させる。なお図４において、縦軸に付された符号ＡＴＤＣは点火位置が上死点よりも遅れ側であることを意味し、ＢＴＤＣは点火位置が上死点よりも進み側であることを意味する。
【００３６】
前述のように、第１の設定時間Ｔ1は、固定点火位置θ1で点火を行わせても内燃機関のピストンが上死点を越えることができるクランキング速度領域の下限を与えるクランキング速度Ｎ2で内燃機関が回転させられているときにタイマ手段が計測する時間であり、第２の設定時間Ｔ2は、固定点火位置θ1よりも遅れたクランク角位置で点火を行わせれば内燃機関のピストンが上死点を超えることができるクランキング速度領域の下限を与えるクランキング速度Ｎ1（＜Ｎ2）で内燃機関が回転させられているときにタイマ手段が計測する時間である。
【００３７】
本実施形態では、図４に示されているように、判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1より長く、第２の設定時間Ｔ2（＞Ｔ1）以下のときに、判定時間Ｔxの増大に伴って点火位置の遅れ角θdを直線的に増加させる。そのため、遅れ角θdは下記の式により演算される。
θd＝{（Ｔx−Ｔ1）／（Ｔ2−Ｔ1）}×（θdmax−θ1） （１）
また基準クランク角位置θ0から固定点火位置θ1までの角度αの区間におけるクランク軸の回転速度α／Ｔxを用いて、固定点火位置θ1から始動時の点火位置θigまでのθdの区間をクランク軸が回転するのに要する時間を点火位置検出用計時データＴigとして下記の式により演算する。
Ｔig＝θd／（α／Ｔx） （２）
【００３８】
図２に示したクランキング時点火位置制御手段３A2を構成するためにマイクロプロセッサに実行させる処理のアルゴリズムを示すフローチャートを図５に示した。図５に示した処理は、機関の始動時に（始動操作が開始された後機関の始動が完了するまでの間）図３に示した固定点火位置信号Ｖs2が発生する毎に実行される。
【００３９】
機関の始動操作が開始されると、信号発生器２が図３に示した基準信号Ｖs1及び固定点火位置信号Ｖs2を発生する。マイクロプロセッサＭＰＵは、クロックパルスを計数しているフリーランカウンタの計数値を、図３に示された基準信号Ｖs1が発生した時及び固定点火位置信号Ｖs2が発生した時にそれぞれ読み込み、固定点火位置信号が発生したときに読み込んだ計数値と基準信号が発生したときに読み込んだ計数値との差を演算することにより、基準信号Ｖs1が発生してから固定点火位置信号Ｖs2が発生するまでの時間をクランキング速度判定時間Ｔxとして求める。このようにして判定時間Ｔxを求める過程により図２に示したタイマ手段３A１が構成される。
【００４０】
マイクロプロセッサは、判定時間Ｔxを求めた直後に図５の処理を開始する。この処理が開始されると、先ずステップＳ１において、今回の固定点火位置信号Ｖs2が発生したときに計測されたクランキング速度判定時間Ｔxを第２の設定時間Ｔ2と比較する。その結果、判定時間Ｔxが第２の設定時間Ｔ2以下であると判定されたときには、ステップＳ２において判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1以下であるか否かを判定する。その結果、判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1以下であると判定されたとき（クランキング速度が十分に速く、クランク軸の回転に十分な勢いがあるとき）には、ステップＳ３に進んで直ちに点火指令を発生してこの処理を終了する。ステップＳ１ないしＳ３は瞬時に実行されるため、点火指令は固定点火位置θ1で発生したものと見なすことができる。ステップＳ３で点火信号が発生すると、点火信号供給回路３Ｃが点火回路１に点火信号を与えるため、点火回路１が点火用高電圧を発生し、機関が点火される。これにより初爆が行われ、機関が始動する。
【００４１】
ステップＳ２において判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1よりも長いと判定されたとき（クランキング速度が不足しているが点火位置を遅角させれば始動が可能である場合）には、ステップＳ４において（１）式を用いて、始動時の点火位置の固定点火位置θ1に対する遅れ角θdを演算し、ステップＳ５において、（２）式により点火位置検出用計時データＴigを演算する。次いでステップＳ６において点火位置検出用計時データＴigを点火タイマにセットして該計時データＴigの計測を開始させ、点火タイマが計時データＴigの計測を完了したときに点火指令を発生させる。ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５及びＳ６は瞬時に実行されるため、点火タイマへの計時データＴigのセットは、固定点火位置θ1で行われたと見なすことができ、始動時の点火位置θigは、固定点火位置θ1から遅れ角θdだけ遅角していると見なすことができる。
【００４２】
図５のステップＳ1においてＴx＞Ｔ2であると判定されたとき（クランク軸の回転に勢いがなく、点火位置を遅角させてもピストンが上死点を越えることができない場合）には、ステップＳ７に進み、点火指令の発生を中止させて点火をキャンセルする。これにより、ピストンが押し戻されて機関の始動装置が破損したり、運転者に危害が及んだりするのを防止する。
【００４３】
図５に示したアルゴリズムによる場合、ステップＳ１及びＳ２により判定手段３０１が構成され、ステップＳ４及びＳ５により点火位置検出用計時データ演算手段３０２が構成される。またステップＳ６によりタイマセット手段が構成され、ステップＳ３と点火タイマが計時データの計測を完了したときに点火タイマを発生させる過程とにより点火指令発生手段３０４が構成される。
【００４４】
本発明において、定常運転時点火制御部３Ｂの構成は任意である。この定常運転時点火制御部３Ｂは例えば、基準信号Ｖs1の発生周期（クランク軸が１回転するのに要する時間）から内燃機関の回転速度を演算する回転速度演算手段と、回転速度演算手段により演算された回転速度に対して機関の点火位置を演算する点火位置演算手段と、回転速度演算手段により演算された回転速度で、基準クランク角位置θ1から演算された点火位置までクランク軸が回転するのに要する時間を点火位置検出用計時データとして演算する点火位置検出用計時データ演算手段と、基準クランク角位置で（基準信号が発生した時に）点火位置検出用計時データ演算手段により演算された点火位置検出用計時データを点火タイマにセットして、その演算を開始させるタイマセット手段と、点火タイマが演算された点火位置検出用計時データの計測を完了したときに点火指令を発生する点火指令発生手段とにより構成することができる。
【００４５】
上記のように、本発明では、信号発生器が基準信号を発生してから固定点火位置信号を発生するまでの時間をクランキング速度判定時間として計測して、計測した判定時間が第１の設定時間以下でクランキング速度が十分に高いときに直ちに（固定点火位置θ1で）点火信号を発生させ、計測した判定時間が第１の判定時間を超え、第２の設定時間Ｔ2以下であって、クランキング速度が不足しているが点火位置を遅角させれば始動が可能であるときには、判定時間Ｔxの関数として演算されて判定時間Ｔxが長い場合ほど大きい値をとる遅れ角θdだけ固定点火位置θ1よりも遅れたクランク角位置で点火信号を発生させるので、クランキング速度が不足気味な状態にあるときの点火位置をきめ細かく制御することができる。そのため、機関の始動時に点火位置が必要以上に遅角するのを防いで、機関の出力トルクが不足するのを防ぐことができ、機関の始動性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は本発明の実施形態に係わる内燃機関用点火装置のハードウェアの構成例を示した回路図である。
【図２】図２は同実施形態においてマイクロプロセッサにより構成される手段を含む点火装置全体の構成を概略的に示したブロック図である。
【図３】図３は同実施形態で用いる信号発生器が発生する信号の波形を示す波形図である。
【図４】図４は本実施形態において、クランキング時点火制御手段により決定される点火位置とクランキング速度判定時間との関係を示したグラフである。
【図５】図５は同実施形態においてマイクロプロセッサが実行する処理の一部のアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図６】従来の内燃機関用点火装置の始動時の点火位置とクランキング速度判定時間との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１ 点火回路
２ 信号発生器
３ 点火制御部
３Ａ 始動時点火制御部
３A1 タイマ手段
３A2 クランキング時点火制御手段
３０１ 判定手段
３０２ 点火位置検出用計時データ演算手段
３０３ タイマセット手段
３０４ 点火指令発生手段
３Ｂ 定常運転時点火制御部
３Ｃ 点火信号供給回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロプロセッサを用いて内燃機関の点火位置を制御する内燃機関用点火装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関用点火装置は、点火信号が与えられたときに点火用の高電圧を発生する点火回路と、内燃機関のピストンの上死点に相応するクランク角位置である上死点位置よりも進角した位置に設定された基準クランク角位置θ0及び基準クランク角位置θ0よりも遅れ、上死点位置よりは進んだクランク角位置である固定点火位置θ1でそれぞれ基準信号及び固定点火位置信号を発生する信号発生器と、信号発生器が発生する信号から得られる内燃機関の回転情報に基づいて点火信号の発生位置を制御する点火制御部とにより構成される。
【０００３】
点火制御部は、例えば、信号発生器が出力する基準信号の発生周期から機関の回転速度を演算する回転速度演算手段と、演算された回転速度に対して点火位置を演算する点火位置演算手段と、クランク軸が基準クランク角位置から演算された点火位置まで回転するのに要する時間を点火位置検出用計時データとして演算する点火位置検出用計時データ演算手段と、信号発生器が基準信号を発生したときに点火位置検出用計時データを点火タイマ（マイクロプロセッサ内に設けられたタイマ）にセットしてその計測を開始させるタイマセット手段と、点火タイマがセットされた点火位置検出用計時データの計測を完了したときに点火信号を発生する点火信号発生回路とにより構成される。
【０００４】
マイクロプロセッサにより点火位置を制御する場合には、上記のように、信号発生器が出力する信号の発生周期から演算した回転速度に基づいて点火位置検出用計時データを演算して、その計時テータを計測することにより点火位置を検出するため、回転速度を演算する際の機関の回転速度と、点火位置を計測する際の機関の回転速度とが一致していることが必要とされる。
【０００５】
機関の定常運転時には機関の回転が安定しているため、上記のように点火位置検出用計時データを計測することにより点火位置を検出するようにしてもなんら問題がないが、機関の始動時及びアイドリング時には、クランク軸の回転速度が機関の行程変化に伴って細かく変動するため、点火位置検出用計時データを計測することにより演算された点火位置を正確に検出することはできない。そのため、少なくとも機関の始動時には、信号発生器が固定点火位置信号を発生するクランク角位置（固定点火位置）で点火信号を発生させて点火動作を行わせている。内燃機関の始動時の点火位置（点火動作が行われるクランク角位置）は、ピストンが上死点に達するクランク角位置（上死点位置という。）の直前に設定されるため、固定点火位置信号の発生位置は、上死点位置よりもわずかに進角した位置に設定される。
【０００６】
内燃機関の始動装置としては、リコイルスタータやキックスタータ等の人力を利用したものと、スタータモータを用いた電動式のものとが用いられている。いずれの始動装置が用いられる場合でも、始動時にクランク軸の回転に勢いがない状態で上死点前の点火位置で点火が行われると、ピストンが押し戻される現象が生じ、機関の始動に失敗する。始動時にピストンが押し戻される現象が生じると、電動式の始動装置が用いられている場合には、始動装置が破損するおそれがある。また人力による始動装置が用いられている場合に、始動時にピストンが押し戻される現象が生じると運転者に危害が及ぶおそれがある。
【０００７】
そこで、機関の始動時の点火位置を上死点位置よりも遅らせることが考えられるが、信号発生器が固定点火位置信号を発生する位置を上死点位置よりも遅らせると、アイドリング時にも点火位置を遅らせることになるため、アイドリング回転を安定に行わせることができなくなる。この場合、アイドリング時の点火位置をマイクロプロセッサにより演算された点火位置を検出する手法により定めることも考えられるが、アイドリング時には機関の行程変化に伴ってクランク軸の回転速度が細かく変動し、点火位置を正確に決めることが困難であるため、アイドリング時に演算された点火位置で点火を行わせようとすると、機関のアイドリング回転を安定させることが難しくなる。
【０００８】
上記の問題を解決するため、特許文献１に示されているように、信号発生器が基準信号を発生してから固定点火位置信号を発生するまでの時間を計測し、計測した時間が許容上限値を超えているときにクランキング速度に勢いがないと判断して、点火信号の発生を中止させるようにした内燃機関用点火装置が提案されている。
【０００９】
また特許文献２に示されているように、信号発生器が基準信号を発生してから固定点火位置信号を発生するまでの経過時間を計測して、計測した経過時間Ｔが許容上限値Ｔ1を超えているときに、図６に示したように、点火位置を固定点火位置θ1よりも一定の角度θDだけ遅れた点火位置θａとするようにした内燃機関用点火装置が提案されている。
【特許文献１】特開平９−１４４６３６号公報
【特許文献２】特開平６−２１３１２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
機関を始動させるためにクランキングを行わせた際の機関の状態としては、次の３つのケースが考えられる。
（ａ）クランク軸の回転の勢いが不足しているため、機関のピストンが上死点を越えることができない。
（ｂ）クランク軸の回転には、ピストンが上死点を越えることができるだけの勢いがあるが、上死点位置よりも前の固定点火位置で点火させるとピストンが押し戻され、機関の始動に失敗する。
（ｃ）クランク軸の回転に勢いがあり、上死点位置よりも前の固定点火位置で点火を行ってもピストンが上死点を超えることができる。
【００１１】
特許文献１に示されたように、信号発生器が基準信号を発生してから固定点火位置信号を発生するまでの時間を計測し、計測した時間が許容上限値を超えているときにクランキング速度に勢いがないと判断して、点火信号の発生を中止させるようにした場合には、ピストンが押し戻される現象が生じるのを防ぐことはできるが、上記（ｃ）の場合にしか機関を始動させることができないため、機関の始動性が悪くなるという問題があった。
【００１２】
また特許文献２に示されたように、信号発生器が基準信号を発生してから固定点火位置信号を発生するまでの経過時間Ｔを計測して、計測した経過時間Ｔが許容上限値を超えているときに、点火位置を固定点火位置θ1より一定の角度θDだけ遅れた点火位置θaとするようにした場合には、クランキング速度が始動可能範囲の下限まで低下した状態を想定して点火位置の遅れ角θDを十分に大きく設定する必要がある。そのため、特許文献２に記載された発明によった場合には、クランキング速度が僅かに不足する場合でも、点火位置が大幅に遅角させられることになり、機関の始動時の出力トルクが不足気味になって、機関の始動性が悪くなるという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、機関の始動時の点火位置をきめ細かく制御して、機関の始動性を向上させることができるようにした内燃機関用点火装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、点火信号が与えられたときに点火用の高電圧を発生する点火回路と、内燃機関のピストンの上死点に相応するクランク角位置である上死点位置よりも進角した位置に設定された基準クランク角位置θ0及び前記基準クランク角位置よりも遅れ、前記上死点位置よりは進んだ固定点火位置θ1でそれぞれ基準信号及び固定点火位置信号を発生する信号発生器と、前記信号発生器が発生する信号から得られる内燃機関の回転情報に基づいて前記内燃機関の始動時及び定常運転時にそれぞれ前記点火信号の発生位置を制御する始動時点火制御部及び定常運転時点火制御部とを備えた内燃機関用点火装置を対象とする。
【００１５】
本発明においては、上記始動時点火制御部が、内燃機関のクランキング時に基準信号が発生してから固定点火位置信号が発生するまでの時間をクランクキング速度判定時間Ｔxとして計測するタイマ手段と、内燃機関のクランキング時に固定点火位置θ1でタイマ手段により計測されている判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1以下のときには直ちに点火指令を発生させ、判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1を超え、第２の設定時間Ｔ2（＞Ｔ1）以下のときには前記判定時間Ｔxの関数として演算されて判定時間Ｔxが長い場合ほど大きい値をとる遅れ角θdだけ固定点火位置θ1よりも遅れたクランク角位置で点火指令を発生させ、判定時間Ｔxが第２の設定時間Ｔ2を超えているときには点火指令の発生を禁止するように点火指令の発生を制御するクランキング時点火制御手段と、点火指令の発生時に点火回路に点火信号を与える点火信号供給回路とを備えている。
【００１６】
上記第１の設定時間Ｔ1は、固定点火位置で点火を行わせても内燃機関のピストンが上死点を越えることができるクランキング速度領域の下限を与えるクランキング速度Ｎ2で内燃機関が回転させられているときにタイマ手段が計測する時間に等しく設定され、第２の設定時間Ｔ2は、固定点火位置信号の発生位置よりも遅れたクランク角位置で点火を行わせれば内燃機関のピストンが上死点を超えることができるクランキング速度領域の下限を与えるクランキング速度Ｎ1（＜Ｎ2）で内燃機関が回転させられているときにタイマ手段が計測する時間に等しく設定されている。
【００１７】
上記のように、信号発生器が基準信号を発生してから固定点火位置信号を発生するまでの時間をクランキング速度判定時間として計測して、計測した判定時間が第１の設定時間以下でクランキング速度が十分に高い場合には直ちに（固定点火位置θ1で）点火信号を発生させ、計測した判定時間が第１の判定時間を超え、第２の設定時間Ｔ2以下であって、クランキング速度が不足しているが点火位置を遅角させれば始動が可能である場合には、判定時間Ｔxの関数として演算されて判定時間Ｔxが長い場合ほど大きい値をとる遅れ角θdだけ固定点火位置θ1よりも遅れたクランク角位置で点火信号を発生させるようにすると、クランキング速度が不足気味な状態にあるときの点火位置をきめ細かく制御することができるため、機関の始動時に点火位置が必要以上に遅角するのを防いで、機関の出力トルクが不足するのを防ぐことができ、機関の始動性を向上させることができる。
【００１８】
本発明の好ましい態様では、上記クランキング速度判定時間Ｔxが第２の設定時間Ｔ2に等しいときに遅れ角θdが最大値θdmaxをとるとしたときに、始動時の点火位置の固定点火位置に対する遅れ角θdを、演算式θd＝{（Ｔx−Ｔ1）／（Ｔ2−Ｔ1）}×（θdmax−θ1）により求められる値とする。
【００１９】
本発明の他の好ましい態様では、上記クランキング時点火制御手段が、内燃機関のクランキング時に判定時間Ｔxと第１の設定時間Ｔ1及びＴ2とを比較して、判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1以下であるか、第１の設定時間Ｔ1を超え、第２の設定時間Ｔ2（＞Ｔ1）以下であるか、または第２の設定時間Ｔ2を超えているかを判定する判定手段と、この判定手段により判定時間が第１の設定時間Ｔ1を超え、第２の設定時間Ｔ2（＞Ｔ1）以下であると判定されたときに演算式θd＝{（Ｔx−Ｔ1）／（Ｔ2−Ｔ1）}×（θdmax−θ1）により遅れ角を演算するとともに、クランキング速度判定時間Ｔxと基準クランク角位置から固定点火位置までの角度αとにより求められる回転速度α／Ｔxで、クランク軸が遅れ角θdの区間を回転するのに要する時間を点火位置検出用計時データＴigとして演算する点火位置検出用計時データ演算手段と、この点火位置検出用計時データ演算手段により演算された点火位置検出用計時データを直ちに点火タイマにセットして、該計時データの計測を開始させるタイマセット手段と、判定手段により判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1以下であると判定されたとき及び点火タイマがセットされた計時データの計測を完了したときに点火指令を発生する始動時点火指令発生手段とを備えている。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明によれば、信号発生器が基準信号を発生してから固定点火位置信号を発生するまでの時間をクランキング速度判定時間として計測して、計測した判定時間が第１の設定時間以下でクランキング速度が十分に高い場合には直ちに点火信号を発生させ、計測した判定時間が第１の判定時間を超え、第２の設定時間Ｔ2以下であって、クランキング速度が不足しているが点火位置を遅角させれば始動が可能である場合には、判定時間Ｔxの関数として演算されて判定時間Ｔxが長い場合ほど大きい値をとる遅れ角θdだけ固定点火位置θ1よりも遅れたクランク角位置で点火信号を発生させるようにしたので、機関のクランキング速度が不足気味な状態にあるときの点火位置を必要以上遅角させることなく、きめ細かく制御して、機関の始動時に出力トルクが不足するのを防ぐことができ、機関の始動性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下図１ないし図５を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係わる内燃機関用点火装置のハードウェアの構成例を示し、図２は同実施形態のマイクロプロセッサにより構成される部分を含む内燃機関用点火装置の全体的な構成を示したブロック図である。また図３は同実施形態で用いる信号発生器が発生する信号の波形を示す波形図、図４は本実施形態において、クランキング時点火制御手段により決定される点火位置とクランキング速度判定時間との関係を示したグラフである。また図５は同実施形態においてマイクロプロセッサが実行する処理の一部のアルゴリズムを示したフローチャートである。
【００２２】
図１において１は、点火信号Ｓiが与えられたときに点火用の高電圧を発生する点火回路、２は内燃機関のピストンの上死点に相応するクランク角位置である上死点位置よりも進角した位置に設定された基準クランク角位置θ0及び前記基準クランク角位置よりも遅れ、上死点位置よりは進んだ固定点火位置θ1でそれぞれ基準信号Ｖs1及び固定点火位置信号Ｖs2を発生する信号発生器、３は信号発生器が発生する信号から得られる内燃機関の回転情報に基づいて内燃機関の始動時及び定常運転時に点火信号Ｓiの発生位置を制御する点火制御部である。
【００２３】
点火回路１は、一端が接地された一次コイルｗ1及び二次コイルｗ2を有する点火コイル１０１と、内燃機関により駆動される磁石発電機内に設けられて機関の回転に同期して交流電圧を誘起するエキサイタコイル１０２と、点火コイルの一次側に設けられてエキサイタコイル１０２の出力でダイオード１０３を通して一方の極性に充電される点火用コンデンサ１０４と、点火用コンデンサ１０４に蓄積された電荷を点火コイルの一次コイルｗ1を通して放電させる放電用スイッチとしてのサイリスタ１０５と、点火コイルの一次コイルｗ１に対して並列に接続されたダイオード１０６とにより構成されている。
【００２４】
図示の例では、点火用コンデンサ１０４の一端が点火コイルの一次コイルｗ1の非接地側の端子に接続され、点火用コンデンサの他端がアノードをエキサイタコイル１０２側に向けたダイオード１０３を通してエキサイタコイル１０２の一端に接続されている。エキサイタコイル１０２の他端は接地され、エキサイタコイル１０２に誘起する交流電圧の一方の半サイクルにおいて、エキサイタコイル１０２−ダイオード１０３−コンデンサ１０４−ダイオード１０６及び一次コイルｗ1−エキサイタコイル１０２の閉回路に電流が流れて、コンデンサ１０４が図示の極性に充電されるようになっている。
【００２５】
ダイオード１０６はそのアノードをコンデンサ１０４と一次コイルｗ1との接続点に接続し、カソードを接地回路に接続した状態で一次コイルｗ１に対して並列に接続されている。またサイリスタ１０５は、そのアノードを点火用コンデンサ１０４の他端に接続し、カソードを接地回路に接続した状態で設けられている。サイリスタ１０５は、そのゲートに点火信号Ｓiが与えられたときに導通して、コンデンサ１０４の電荷を一次コイルｗ１を通して放電させる。
【００２６】
サイリスタ１０５が導通してコンデンサ１０４の電荷が点火コイルの一次コイルｗ1を通して放電すると、一次コイルｗ1に高い電圧が誘起する。この電圧は点火コイルの一次、二次間の昇圧比により昇圧されるため、点火コイルの二次コイルｗ2に点火用の高電圧が誘起する。この高電圧は機関の気筒に取りつけられた点火プラグＰＬに印加されるため、点火プラグＰＬで火花放電が生じ、機関が点火される。本実施形態では説明を簡単にするため内燃機関が単気筒機関であるとしている。
【００２７】
信号発生器２は、内燃機関と同期回転するロータに設けられたリラクタ（突起または凹部）の回転方向の前端縁及び後端縁をそれぞれ検出して極性が異なるパルス状の基準信号Ｖs1及び固定点火位置信号Ｖs2を発生する周知のものである。本実施形態で用いている信号発生器２は、図３に示したように、機関の上死点位置（ピストンが上死点に達したときのクランク角位置）ＴＤＣよりも進角した位置に設定された基準クランク角位置θ0及び基準クランク角位置θ0よりも遅れ、上死点位置ＴＤＣよりは進んだ位置に設定された固定点火位置θ1でそれぞれ基準信号Ｖs1及び固定点火位置信号Ｖs2を発生する。基準信号Ｖs1が発生する基準クランク角位置θ0は演算された点火位置の計測を開始する基準位置として用いられ、固定点火位置θ1は、機関の始動時及びアイドル回転時の点火位置を定める信号として用いられる。
【００２８】
図１において３は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ及びタイマなどを有するマイクロプロセッサＭＰＵを用いて点火位置を制御するための処理を行う点火制御部で、点火制御部を構成するマイクロプロセッサには、信号発生器２が出力する基準信号Ｖs1及び固定点火位置信号Ｖs2がそれぞれ波形整形回路４及び５を通して入力されている。波形整形回路４及び５はそれぞれ基準信号Ｖs1及び固定点火位置信号Ｖs2をマイクロプロセッサが認識し得る波形の信号Ｐs1及びＰs2に変換するために設けられている。本実施形態では、図示しないバッテリから電源回路を通してマイクロプロセッサＭＰＵに電源電圧が与えられる。
【００２９】
なお本発明において、マイクロプロセッサへの電源の与え方は任意であり、バッテリを省略するために、例えば特許文献２に示されているように、エキサイタコイル１０２の負の半波の出力電圧により充電される電源用コンデンサと、この電源用コンデンサの両端の電圧を一定値に保つように制御する制御回路とを備えて、電源用コンデンサの両端に一定の電源電圧を得るように構成された電源回路を設けて、この電源回路からマイクロプロセッサに電源電圧を与えるようにしてもよい。
【００３０】
図２に示されているように、点火制御部３は、機関の始動時に点火指令の発生位置を制御する始動時点火制御部３Ａと、機関の定常運転時に点火指令の発生位置を制御する定常運転時点火制御部３Ｂと、始動時点火制御部３Ａ及び定常運転時点火制御部３Ｂがそれぞれ点火指令を発生したときに点火回路１に点火信号Ｓiを与える点火信号供給回路３Ｃとにより構成されている。
【００３１】
本実施形態では、始動時点火制御部３Ａが、タイマ手段３A1と、クランキング時点火制御手段３A2とにより構成されている。タイマ手段３A1は、内燃機関のクランキング時に基準信号Ｖs1が発生してから固定点火位置信号Ｖs2が発生するまでの時間をクランクキング速度判定時間Ｔxとして計測する手段で、マイクロプロセッサ内のタイマにより構成される。
【００３２】
クランキング時点火制御手段３A2は、内燃機関のクランキング時に固定点火位置θ1でタイマ手段３A1により計測されている判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1以下のときに直ちに点火指令を発生させ、判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1を超え、第２の設定時間Ｔ2（＞Ｔ1）以下のときには判定時間Ｔxの関数として演算されて判定時間Ｔxが長い場合ほど大きい値をとる遅れ角θdだけ固定点火位置θ1よりも遅れたクランク角位置で点火指令を発生させ、判定時間Ｔxが第２の設定時間Ｔ2を超えているときには点火指令の発生を禁止するように点火指令の発生を制御する手段である。
【００３３】
上記第１の設定時間Ｔ1は、固定点火位置で点火を行わせても内燃機関のピストンが上死点を越えることができるクランキング速度領域の下限を与えるクランキング速度Ｎ2で内燃機関が回転させられているときにタイマ手段が計測する時間に等しく設定され、第２の設定時間Ｔ2は、固定点火位置よりも遅れたクランク角位置で点火を行わせれば内燃機関のピストンが上死点を超えることができるクランキング速度領域の下限を与えるクランキング速度Ｎ1（＜Ｎ2）で内燃機関が回転させられているときにタイマ手段が計測する時間に等しく設定されている。
【００３４】
本実施形態で用いられているクランキング時点火制御手段３A2は、内燃機関のクランキング時に判定時間Ｔxと第１の設定時間Ｔ1及びＴ2とを比較して、判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1以下であるか、第１の設定時間Ｔ1を超え、第２の設定時間Ｔ2（＞Ｔ1）以下であるか、または第２の設定時間Ｔ2を超えているかを判定する判定手段３０１と、判定手段３０１により判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1を超え、第２の設定時間Ｔ2（＞Ｔ1）以下であると判定されたときに後記する演算式により遅れ角θdを演算するとともに、クランキング速度判定時間Ｔxと基準クランク角位置から固定点火位置までの角度αとにより求められる回転速度α／Ｔxで、クランク軸が遅れ角θdの区間を回転するのに要する時間を点火位置検出用計時データＴigとして演算する点火位置検出用計時データ演算手段３０２と、点火位置検出用計時データ演算手段３０２により演算された点火位置検出用計時データを直ちに点火タイマ（図示せず。）にセットして、該計時データの計測を開始させるタイマセット手段３０３と、判定手段３０１により判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1以下であると判定されたとき及び点火タイマがセットされた計時データの計測を完了したときに点火指令を発生する始動時点火指令発生手段３０４とにより構成されている。点火指令発生手段３０４又は定常運転時点火制御部３Ｂが点火指令を発生したときに点火信号供給回路３Ｃから点火回路１に点火信号Ｓiが与えられる。
【００３５】
本実施形態では、図４に示すように、判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1以下のときに固定点火位置θ1で点火指令を発生させる。また、判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1より長く、第２の設定時間Ｔ2（＞Ｔ1）以下のときには固定点火位置θ1よりも遅れ角θdだけ遅れた位置で点火指令を発生させ、判定時間Ｔxが第２の設定時間Ｔ2を超えているときには点火指令の発生を禁止して機関を失火させる。なお図４において、縦軸に付された符号ＡＴＤＣは点火位置が上死点よりも遅れ側であることを意味し、ＢＴＤＣは点火位置が上死点よりも進み側であることを意味する。
【００３６】
前述のように、第１の設定時間Ｔ1は、固定点火位置θ1で点火を行わせても内燃機関のピストンが上死点を越えることができるクランキング速度領域の下限を与えるクランキング速度Ｎ2で内燃機関が回転させられているときにタイマ手段が計測する時間であり、第２の設定時間Ｔ2は、固定点火位置θ1よりも遅れたクランク角位置で点火を行わせれば内燃機関のピストンが上死点を超えることができるクランキング速度領域の下限を与えるクランキング速度Ｎ1（＜Ｎ2）で内燃機関が回転させられているときにタイマ手段が計測する時間である。
【００３７】
本実施形態では、図４に示されているように、判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1より長く、第２の設定時間Ｔ2（＞Ｔ1）以下のときに、判定時間Ｔxの増大に伴って点火位置の遅れ角θdを直線的に増加させる。そのため、遅れ角θdは下記の式により演算される。
θd＝{（Ｔx−Ｔ1）／（Ｔ2−Ｔ1）}×（θdmax−θ1） （１）
また基準クランク角位置θ0から固定点火位置θ1までの角度αの区間におけるクランク軸の回転速度α／Ｔxを用いて、固定点火位置θ1から始動時の点火位置θigまでのθdの区間をクランク軸が回転するのに要する時間を点火位置検出用計時データＴigとして下記の式により演算する。
Ｔig＝θd／（α／Ｔx） （２）
【００３８】
図２に示したクランキング時点火位置制御手段３A2を構成するためにマイクロプロセッサに実行させる処理のアルゴリズムを示すフローチャートを図５に示した。図５に示した処理は、機関の始動時に（始動操作が開始された後機関の始動が完了するまでの間）図３に示した固定点火位置信号Ｖs2が発生する毎に実行される。
【００３９】
機関の始動操作が開始されると、信号発生器２が図３に示した基準信号Ｖs1及び固定点火位置信号Ｖs2を発生する。マイクロプロセッサＭＰＵは、クロックパルスを計数しているフリーランカウンタの計数値を、図３に示された基準信号Ｖs1が発生した時及び固定点火位置信号Ｖs2が発生した時にそれぞれ読み込み、固定点火位置信号が発生したときに読み込んだ計数値と基準信号が発生したときに読み込んだ計数値との差を演算することにより、基準信号Ｖs1が発生してから固定点火位置信号Ｖs2が発生するまでの時間をクランキング速度判定時間Ｔxとして求める。このようにして判定時間Ｔxを求める過程により図２に示したタイマ手段３A１が構成される。
【００４０】
マイクロプロセッサは、判定時間Ｔxを求めた直後に図５の処理を開始する。この処理が開始されると、先ずステップＳ１において、今回の固定点火位置信号Ｖs2が発生したときに計測されたクランキング速度判定時間Ｔxを第２の設定時間Ｔ2と比較する。その結果、判定時間Ｔxが第２の設定時間Ｔ2以下であると判定されたときには、ステップＳ２において判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1以下であるか否かを判定する。その結果、判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1以下であると判定されたとき（クランキング速度が十分に速く、クランク軸の回転に十分な勢いがあるとき）には、ステップＳ３に進んで直ちに点火指令を発生してこの処理を終了する。ステップＳ１ないしＳ３は瞬時に実行されるため、点火指令は固定点火位置θ1で発生したものと見なすことができる。ステップＳ３で点火信号が発生すると、点火信号供給回路３Ｃが点火回路１に点火信号を与えるため、点火回路１が点火用高電圧を発生し、機関が点火される。これにより初爆が行われ、機関が始動する。
【００４１】
ステップＳ２において判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1よりも長いと判定されたとき（クランキング速度が不足しているが点火位置を遅角させれば始動が可能である場合）には、ステップＳ４において（１）式を用いて、始動時の点火位置の固定点火位置θ1に対する遅れ角θdを演算し、ステップＳ５において、（２）式により点火位置検出用計時データＴigを演算する。次いでステップＳ６において点火位置検出用計時データＴigを点火タイマにセットして該計時データＴigの計測を開始させ、点火タイマが計時データＴigの計測を完了したときに点火指令を発生させる。ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ４，Ｓ５及びＳ６は瞬時に実行されるため、点火タイマへの計時データＴigのセットは、固定点火位置θ1で行われたと見なすことができ、始動時の点火位置θigは、固定点火位置θ1から遅れ角θdだけ遅角していると見なすことができる。
【００４２】
図５のステップＳ1においてＴx＞Ｔ2であると判定されたとき（クランク軸の回転に勢いがなく、点火位置を遅角させてもピストンが上死点を越えることができない場合）には、ステップＳ７に進み、点火指令の発生を中止させて点火をキャンセルする。これにより、ピストンが押し戻されて機関の始動装置が破損したり、運転者に危害が及んだりするのを防止する。
【００４３】
図５に示したアルゴリズムによる場合、ステップＳ１及びＳ２により判定手段３０１が構成され、ステップＳ４及びＳ５により点火位置検出用計時データ演算手段３０２が構成される。またステップＳ６によりタイマセット手段が構成され、ステップＳ３と点火タイマが計時データの計測を完了したときに点火タイマを発生させる過程とにより点火指令発生手段３０４が構成される。
【００４４】
本発明において、定常運転時点火制御部３Ｂの構成は任意である。この定常運転時点火制御部３Ｂは例えば、基準信号Ｖs1の発生周期（クランク軸が１回転するのに要する時間）から内燃機関の回転速度を演算する回転速度演算手段と、回転速度演算手段により演算された回転速度に対して機関の点火位置を演算する点火位置演算手段と、回転速度演算手段により演算された回転速度で、基準クランク角位置θ1から演算された点火位置までクランク軸が回転するのに要する時間を点火位置検出用計時データとして演算する点火位置検出用計時データ演算手段と、基準クランク角位置で（基準信号が発生した時に）点火位置検出用計時データ演算手段により演算された点火位置検出用計時データを点火タイマにセットして、その演算を開始させるタイマセット手段と、点火タイマが演算された点火位置検出用計時データの計測を完了したときに点火指令を発生する点火指令発生手段とにより構成することができる。
【００４５】
上記のように、本発明では、信号発生器が基準信号を発生してから固定点火位置信号を発生するまでの時間をクランキング速度判定時間として計測して、計測した判定時間が第１の設定時間以下でクランキング速度が十分に高いときに直ちに（固定点火位置θ1で）点火信号を発生させ、計測した判定時間が第１の判定時間を超え、第２の設定時間Ｔ2以下であって、クランキング速度が不足しているが点火位置を遅角させれば始動が可能であるときには、判定時間Ｔxの関数として演算されて判定時間Ｔxが長い場合ほど大きい値をとる遅れ角θdだけ固定点火位置θ1よりも遅れたクランク角位置で点火信号を発生させるので、クランキング速度が不足気味な状態にあるときの点火位置をきめ細かく制御することができる。そのため、機関の始動時に点火位置が必要以上に遅角するのを防いで、機関の出力トルクが不足するのを防ぐことができ、機関の始動性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は本発明の実施形態に係わる内燃機関用点火装置のハードウェアの構成例を示した回路図である。
【図２】図２は同実施形態においてマイクロプロセッサにより構成される手段を含む点火装置全体の構成を概略的に示したブロック図である。
【図３】図３は同実施形態で用いる信号発生器が発生する信号の波形を示す波形図である。
【図４】図４は本実施形態において、クランキング時点火制御手段により決定される点火位置とクランキング速度判定時間との関係を示したグラフである。
【図５】図５は同実施形態においてマイクロプロセッサが実行する処理の一部のアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図６】従来の内燃機関用点火装置の始動時の点火位置とクランキング速度判定時間との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１ 点火回路
２ 信号発生器
３ 点火制御部
３Ａ 始動時点火制御部
３A1 タイマ手段
３A2 クランキング時点火制御手段
３０１ 判定手段
３０２ 点火位置検出用計時データ演算手段
３０３ タイマセット手段
３０４ 点火指令発生手段
３Ｂ 定常運転時点火制御部
３Ｃ 点火信号供給回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火信号が与えられたときに点火用の高電圧を発生する点火回路と、内燃機関のピストンの上死点に相応するクランク角位置である上死点位置よりも進角した位置に設定された基準クランク角位置θ0及び前記基準クランク角位置よりも遅れ、前記上死点位置よりは進んだ固定点火位置θ1でそれぞれ基準信号及び固定点火位置信号を発生する信号発生器と、前記信号発生器が発生する信号から得られる内燃機関の回転情報に基づいて前記内燃機関の始動時及び定常運転時にそれぞれ点火指令の発生位置を制御する始動時点火制御部及び定常運転時点火制御部と、前記点火指令が発生したときに前記点火回路に点火信号を与える点火信号供給回路とを備えた内燃機関用点火装置において、
前記始動時点火制御部は、
前記内燃機関のクランキング時に前記基準信号が発生してから固定点火位置信号が発生するまでの時間をクランクキング速度判定時間Ｔxとして計測するタイマ手段と、
前記内燃機関のクランキング時に前記固定点火位置θ1で前記タイマ手段により計測されている判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1以下のときには直ちに点火指令を発生させ、前記判定時間Ｔxが前記第１の設定時間Ｔ1を超え、第２の設定時間Ｔ2（＞Ｔ1）以下のときには前記判定時間Ｔxの関数として演算されて前記判定時間Ｔxが長い場合ほど大きい値をとる遅れ角θdだけ前記固定点火位置θ1よりも遅れたクランク角位置で点火指令を発生させ、前記判定時間Ｔxが前記第２の設定時間Ｔ2を超えているときには前記点火指令の発生を禁止するように点火指令の発生を制御するクランキング時点火制御手段と、
を備え、
前記第１の設定時間Ｔ1は、前記固定点火位置で点火を行わせても前記内燃機関のピストンが上死点を越えることができるクランキング速度領域の下限を与えるクランキング速度Ｎ2で前記内燃機関が回転させられているときに前記タイマ手段が計測する時間に等しく設定され、前記第２の設定時間Ｔ2は、前記固定点火位置信号の発生位置よりも遅れたクランク角位置で点火を行わせれば内燃機関のピストンが上死点を超えることができるクランキング速度領域の下限を与えるクランキング速度Ｎ1（＜Ｎ2）で前記内燃機関が回転させられているときに前記タイマ手段が計測する時間に等しく設定されていること、
を特徴とする内燃機関用点火装置。
【請求項２】
前記判定時間Ｔxが第２の設定時間Ｔ2に等しいときに前記遅れ角θdが最大値θdmaxをとるとしたときに、前記遅れ角θdは、演算式θd＝{（Ｔx−Ｔ1）／（Ｔ2−Ｔ1）}×（θdmax−θ1）により求められる値をとることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項３】
前記クランキング時点火制御手段は、
前記内燃機関のクランキング時に前記判定時間Ｔxと前記第１の設定時間Ｔ1及びＴ2とを比較して、前記判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1以下であるか、前記第１の設定時間Ｔ1を超え、第２の設定時間Ｔ2（＞Ｔ1）以下であるか、または第２の設定時間Ｔ2を超えているかを判定する判定手段と、
前記判定手段により前記判定時間Ｔxが前記第１の設定時間Ｔ1を超え、第２の設定時間Ｔ2（＞Ｔ1）以下であると判定されたときに前記演算式θd＝{（Ｔx−Ｔ1）／（Ｔ2−Ｔ1）}×（θdmax−θ1）により遅れ角を演算するとともに、前記クランキング速度判定時間Ｔxと前記基準クランク角位置から固定点火位置までの角度αとにより求められる回転速度α／Ｔxで、前記クランク軸が前記遅れ角θdの区間を回転するのに要する時間を点火位置検出用計時データＴigとして演算する点火位置検出用計時データ演算手段と、
前記点火位置検出用計時データ演算手段により演算された点火位置検出用計時データを直ちに点火タイマにセットして、該計時データの計測を開始させるタイマセット手段と、 前記判定手段により前記判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1以下であると判定されたとき及び前記点火タイマがセットされた計時データの計測を完了したときに前記点火指令を発生する始動時点火指令発生手段と、
を備えていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項１】
点火信号が与えられたときに点火用の高電圧を発生する点火回路と、内燃機関のピストンの上死点に相応するクランク角位置である上死点位置よりも進角した位置に設定された基準クランク角位置θ0及び前記基準クランク角位置よりも遅れ、前記上死点位置よりは進んだ固定点火位置θ1でそれぞれ基準信号及び固定点火位置信号を発生する信号発生器と、前記信号発生器が発生する信号から得られる内燃機関の回転情報に基づいて前記内燃機関の始動時及び定常運転時にそれぞれ点火指令の発生位置を制御する始動時点火制御部及び定常運転時点火制御部と、前記点火指令が発生したときに前記点火回路に点火信号を与える点火信号供給回路とを備えた内燃機関用点火装置において、
前記始動時点火制御部は、
前記内燃機関のクランキング時に前記基準信号が発生してから固定点火位置信号が発生するまでの時間をクランクキング速度判定時間Ｔxとして計測するタイマ手段と、
前記内燃機関のクランキング時に前記固定点火位置θ1で前記タイマ手段により計測されている判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1以下のときには直ちに点火指令を発生させ、前記判定時間Ｔxが前記第１の設定時間Ｔ1を超え、第２の設定時間Ｔ2（＞Ｔ1）以下のときには前記判定時間Ｔxの関数として演算されて前記判定時間Ｔxが長い場合ほど大きい値をとる遅れ角θdだけ前記固定点火位置θ1よりも遅れたクランク角位置で点火指令を発生させ、前記判定時間Ｔxが前記第２の設定時間Ｔ2を超えているときには前記点火指令の発生を禁止するように点火指令の発生を制御するクランキング時点火制御手段と、
を備え、
前記第１の設定時間Ｔ1は、前記固定点火位置で点火を行わせても前記内燃機関のピストンが上死点を越えることができるクランキング速度領域の下限を与えるクランキング速度Ｎ2で前記内燃機関が回転させられているときに前記タイマ手段が計測する時間に等しく設定され、前記第２の設定時間Ｔ2は、前記固定点火位置信号の発生位置よりも遅れたクランク角位置で点火を行わせれば内燃機関のピストンが上死点を超えることができるクランキング速度領域の下限を与えるクランキング速度Ｎ1（＜Ｎ2）で前記内燃機関が回転させられているときに前記タイマ手段が計測する時間に等しく設定されていること、
を特徴とする内燃機関用点火装置。
【請求項２】
前記判定時間Ｔxが第２の設定時間Ｔ2に等しいときに前記遅れ角θdが最大値θdmaxをとるとしたときに、前記遅れ角θdは、演算式θd＝{（Ｔx−Ｔ1）／（Ｔ2−Ｔ1）}×（θdmax−θ1）により求められる値をとることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用点火装置。
【請求項３】
前記クランキング時点火制御手段は、
前記内燃機関のクランキング時に前記判定時間Ｔxと前記第１の設定時間Ｔ1及びＴ2とを比較して、前記判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1以下であるか、前記第１の設定時間Ｔ1を超え、第２の設定時間Ｔ2（＞Ｔ1）以下であるか、または第２の設定時間Ｔ2を超えているかを判定する判定手段と、
前記判定手段により前記判定時間Ｔxが前記第１の設定時間Ｔ1を超え、第２の設定時間Ｔ2（＞Ｔ1）以下であると判定されたときに前記演算式θd＝{（Ｔx−Ｔ1）／（Ｔ2−Ｔ1）}×（θdmax−θ1）により遅れ角を演算するとともに、前記クランキング速度判定時間Ｔxと前記基準クランク角位置から固定点火位置までの角度αとにより求められる回転速度α／Ｔxで、前記クランク軸が前記遅れ角θdの区間を回転するのに要する時間を点火位置検出用計時データＴigとして演算する点火位置検出用計時データ演算手段と、
前記点火位置検出用計時データ演算手段により演算された点火位置検出用計時データを直ちに点火タイマにセットして、該計時データの計測を開始させるタイマセット手段と、 前記判定手段により前記判定時間Ｔxが第１の設定時間Ｔ1以下であると判定されたとき及び前記点火タイマがセットされた計時データの計測を完了したときに前記点火指令を発生する始動時点火指令発生手段と、
を備えていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用点火装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−３２７３４３（Ｐ２００７−３２７３４３Ａ）
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５６９８９（Ｐ２００６−１５６９８９）
【出願日】平成１８年６月６日（２００６．６．６）
【出願人】（０００００１３４０）国産電機株式会社 (191)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月６日（２００６．６．６）
【出願人】（０００００１３４０）国産電機株式会社 (191)
【Ｆターム（参考）】
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