JP3838058B2 - コンデンサ放電式内燃機関用点火装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンデンサ放電式の内燃機関用点火装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンデンサ放電式の内燃機関用点火装置は、点火コイルと、点火コイルの一次側に設けられて所定の電源の出力電圧で一方の極性に充電される点火用コンデンサと、点火信号が与えられた時に導通して点火用コンデンサの電荷を点火コイルの一次コイルを通して放電させる放電用サイリスタと、内燃機関の点火位置（点火動作が行われる時のクランク軸の回転角度位置）で放電用サイリスタに点火信号を与える点火制御部とにより構成される。
【０００３】
点火用コンデンサを充電する電源としては、内燃機関により駆動される磁石式交流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が多く用いられている。
【０００４】
点火装置に用いる磁石式交流発電機としては、図５に示すものが多く用いられている。この発電機は、内燃機関のクランク軸１に取り付けられたカップ状の回転体２と、該回転体の外周に設けられた凹部２ａ内に取り付けられて回転体の径方向に着磁された１つの永久磁石３とを有して、永久磁石３と該永久磁石に隣接する回転体２の外周部とにより３極の磁石界磁を構成した磁石回転子４と、磁石回転子４の磁石界磁に対向する磁極部５ａ，５ｂを有するＵ字形の鉄心５にエキサイタコイル６を巻装して構成した固定子７とからなっている。図示の例では磁石３の外側の磁極がＮ極となっているため、１つのＮ極とその両側の回転体の外周部にそれぞれ形成された２つのＳ極とにより３極の磁石界磁が構成されている。
【０００５】
固定子７は、機関のケースやカバー等に設けられた固定子取付け部に固定されて、その鉄心５の磁極部５ａ，５ｂが磁石回転子４の磁石界磁にエアギャップを介して対向させられる。
【０００６】
この発電機は、磁石回転子４がクランク軸とともに１回転する間に、図５（Ｂ）に示すように第１の負の半波の電圧Ｖn1と正の半波の電圧Ｖp と第２の負の半波の電圧Ｖn2とが順次現れる１サイクル半の交流電圧Ｖｅをエキサイタコイル６から出力する。
【０００７】
図５に示す発電機を用いる場合には、エキサイタコイル６が出力する正の半波の電圧Ｖp が点火用コンデンサを充電するための電圧として用いられる。
【０００８】
前述のように、コンデンサ放電式の点火装置では、内燃機関の点火位置で放電用サイリスタに点火信号を与える必要があり、そのため、機関のクランク軸の回転情報（クランク軸の回転角度情報及び回転速度情報）を含む信号を必要とする。内燃機関の回転情報を含む信号としては、内燃機関に取り付けられて、クランク軸の所定の回転角度位置でパルス信号を発生するパルサ（信号発電機）を用いることが多いが、内燃機関の構成を簡略にすることを重視する場合には、パルサを用いずに、エキサイタコイルの負の半波の電圧から機関の回転情報を得るようにしている。
【０００９】
図１４は、図５に示したような発電機が用いられる場合に、エキサイタコイル６が出力する負の半波の電圧から機関のクランク軸の回転角度情報を得て点火位置を決定するようにしたコンデンサ放電式内燃機関用点火装置の従来の構成を示したものである。
【００１０】
図１４においてＩＧは点火コイル、Ｃi は点火コイルＩＧの一次側に設けられてエキサイタコイル６の正の半波の出力電圧Ｖp によりダイオードＤ1 と点火コイルの一次コイルとダイオードＤ2 とを通して図示の極性に充電される点火用コンデンサ、ＴhiはコンデンサＣi の電荷を点火コイルの一次コイルを通して放電させる放電用サイリスタである。この点火装置においては、エキサイタコイル６が正の半波の電圧Ｖp を出力してコンデンサＣi が充電された後、該エキサイタコイルが負の半波の電圧Ｖn2を出力したときに、エキサイタコイル６からツェナーダイオードＺＤo とサイリスタＴhiのゲートカソード間とダイオードＤ3 とを通して電流が流れてサイリスタＴhiに点火信号が与えられる。
【００１１】
放電用サイリスタＴhiに点火信号が与えられると、該サイリスタが導通して、点火用コンデンサＣi の電荷を点火コイルＩＧの一次コイルを通して放電させる。サイリスタＴhiが導通すると、エキサイタコイルの負の半波の出力電圧はダイオードＤ4 とサイリスタＴhiとダイオードＤ3 とを通して短絡されるため、サイリスタＴhiへの点火信号の供給が停止される。
【００１２】
点火用コンデンサＣi からサイリスタＴhiと点火コイルの一次コイルとを通して放電電流が流れると、点火コイルＩＧの一次コイルには、該放電電流が流れるのを妨げる方向の高い電圧が誘起する。この電圧が一次コイルと二次コイルとの巻数比により昇圧されて、点火コイルＩＧの二次コイルに点火用の高電圧が誘起する。この点火用の高電圧は、図示しない内燃機関の気筒に取り付けられた点火プラグＰに印加されるため、該点火プラグで火花が生じて機関が点火される。
【００１３】
この点火装置により機関を点火する際の点火位置θi は、ツェナーダイオードＺＤo のツェナー電圧と抵抗Ｒf の抵抗値とにより決まり、点火位置θi の回転速度Ｎ［ｒ／ｍｉｎ］に対する特性は、例えば図１３の曲線ａのようになる。
【００１４】
図１４に示した構成によれば、パルサを用いずに点火位置を決定できるため、パルサを省略して内燃機関の構成の簡素化を図ることができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
図１４に示した従来の点火装置では、内燃機関の点火特性が図１３の曲線ａのようになり、この特性は、発電機の出力特性によりほぼ決まってしまうため、点火特性の選択の自由度が低いという問題があった。
【００１６】
特に最近では、機関の排気ガスの浄化や、燃費の節約等の要求に応えるために、内燃機関用点火装置に、例えば図１３の曲線ｂのような複雑な点火特性を持たせることが要求されるが、図１４に示した従来の構成では、このような複雑な点火特性を得ることができなかった。そのため、図１３の曲線ｂのような複雑な点火特性を必要とする場合には、機関に磁石式交流発電機とは別個にパルサを取り付けて、該パルサから得た回転情報に基づいて点火位置を演算する必要があり、機関のコストが高くなるのを避けられなかった。
【００１７】
本発明の目的は、パルサを用いることなく、点火位置の決定に用いる機関の回転情報を得て、該回転情報に基づいて機関の点火位置を演算することにより、種々の点火特性を得ることができるようにしたコンデンサ放電式内燃機関用点火装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内燃機関のクランク軸に取り付けられた回転体と該回転体の外周に取り付けられた１つの永久磁石とを有して永久磁石と該永久磁石に隣接する回転体の外周部とにより３極の磁石界磁が構成された磁石回転子と、磁石回転子の磁石界磁に対向する磁極部を有する鉄心と該鉄心に巻装されたエキサイタコイルとを有して磁石回転子が１回転する間に第１の負の半波の電圧と正の半波の電圧と第２の負の半波の電圧とが順に現れる１サイクル半の交流電圧をエキサイタコイルから出力する固定子とを備えた磁石式交流発電機と、点火コイルと、該点火コイルの一次側に設けられてエキサイタコイルが出力する正の半波の電圧で一方の極性に充電される点火用コンデンサと、点火用コンデンサが一方の極性に充電されている状態で点火信号が与えられたときに導通して点火用コンデンサの電荷を点火コイルの一次コイルを通して放電させる放電用サイリスタと、放電用サイリスタに点火信号を与える点火制御部とを備えたコンデンサ放電式内燃機関用点火装置を対象とする。
【００１９】
本発明においては、エキサイタコイルが出力する負の半波の電圧を制御用の直流電圧に変換する制御用電源回路と、エキサイタコイルが出力する第１及び第２の負の半波の電圧をそれぞれ波形整形して矩形波状の第１及び第２のパルス信号に変換する波形整形回路とを設ける。
【００２０】
上記のように波形整形回路によりエキサイタコイルの負の半波の出力電圧を第１及び第２のパルス信号に変換したときに、第２のパルス信号の立上りのエッジの位置または立下がりのエッジの位置が内燃機関の始動時の点火位置として適した位置に一致するように磁石式交流発電機を設けておく。
【００２１】
また点火制御部は、制御用電源回路から得られる直流電圧を電源電圧として、第１及び第２のパルス信号のそれぞれの立上りのエッジまたは立下がりのエッジを検出したときに放電用サイリスタに点火信号を供給するハードウェア回路からなる極低速時点火制御部と、第１及び第２のパルス信号から内燃機関の回転情報を得て制御用電源回路から得られる直流電圧を電源電圧として動作するマイクロコンピュータにより内燃機関の各回転速度における点火位置の演算と演算した点火位置の検出とを行って、演算した点火位置を検出したときに放電用サイリスタに点火信号を与える定常時点火制御部とを備えた構成とする。
【００２２】
３極の磁石界磁を備えた磁石式交流発電機では、エキサイタコイルが出力する第１の負の半波の電圧を発生してから第２の負の半波の電圧を発生するまでの時間と、第２の負の半波の電圧を発生してから第１の半波の電圧を発生するまでの時間が大幅に異なる。そのため、上記のように、第１の負の半波の電圧と第２の負の半波の電圧とをそれぞれ第１及び第２のパルス信号に変換すると、両パルス信号相互間の発生間隔を検出して比較することにより、第１のパルス信号及び第２のパルス信号がエキサイタコイルの正の半波の電圧に対して進み側の信号であるのか遅れ側の信号であるのかを検出することができる。第１のパルス信号及び第１のパルス信号がエキサイタコイルの正の半波の電圧に対して進み側の信号であるのか遅れ側の信号であるのかを判別することができれば、各パルス信号の立上りのエッジ位置及び立下がりのエッジ位置にそれぞれ対応する機関のクランク軸の位置を知ることができるため、第１及び第２のパルス信号の立上り位置及び立下がり位置から機関のクランク軸の回転角度位置の情報を検出することができ、いずれかのパルス信号の立上りのエッジ位置または立下がりのエッジ位置を基準位置として、該基準位置に対して点火位置を演算することにより、点火位置を特定することができる。
【００２３】
また上記のように、第２のパルス信号の立上りのエッジ位置または立下がりのエッジ位置が機関の始動時及び極低速時の点火位置として適した位置になるように磁石発電機を設けておいて、各パルス信号の立上りのエッジ位置または立下がりのエッジ位置で放電用サイリスタに点火信号を与えるようにしておくと、機関の始動時及び極低速時においてマイクロコンピュータが動作できない状態にある場合でも点火動作を行わせることができる。
【００２４】
上記のように構成した場合、エキサイタコイルが正の半波の出力電圧を発生する前（点火用コンデンサが充電される前）にも放電用サイリスタに点火信号が与えられるが、点火用コンデンサが未充電の状態で点火信号が与えられても該放電用サイリスタは導通せず、点火動作は行われないため、機関の点火には支障を来さない。
【００２５】
またマイクロコンピュータの動作が可能になる機関の定常運転時には、エキサイタコイルの負の半波の電圧から検出した機関の回転情報を用いて点火位置を演算して、演算した点火位置で機関を点火することができるため、点火装置に図１３の曲線ｂのような複雑な点火特性を持たせることを要求される場合にも、その要求に容易に応えることができる。
【００２６】
そして、本発明によれば、磁石式交流発電機と別個にパルサを設けることを必要としないため、機関の構成を複雑にすることなく、多様な点火特性に対応し得る内燃機関用点火装置を得ることができる。
【００２７】
本明細書では、ハードウェア回路からなる極低速時点火制御部から放電用サイリスタに与えられる点火信号を、ハードウェア回路から与えられる点火信号の意味で「ハード点火信号」と呼ぶ。またこのハード点火信号により行われる点火動作をハード点火と呼ぶ。
【００２８】
これに対し、マイクロコンピュータに所定のソフトウェアを実行させることにより演算した点火位置で放電用サイリスタに与える点火信号をソフトウェア的に決定された点火位置で発生させる点火信号の意味で、「ソフト点火信号」と呼ぶ。またこのソフト点火信号により行われる点火動作をソフト点火と呼ぶ。
【００２９】
本発明の好ましい態様では、上記点火制御部に更に、キャンセル指令が与えられているときに導通して極低速時点火制御部から放電用サイリスタに与えられる点火信号を該放電用サイリスタから側路する点火信号キャンセル用スイッチが設けられる。また定常時点火制御部のマイクロコンピュータは、第１及び第２のパルス信号の信号幅と第１及び第２のパルス信号の発生間隔とから第１のパルス信号及び第２のパルス信号を判別して、判別した一方のパルス信号の立上りまたは立下がりのエッジの位置を基準位置として検出する基準位置検出手段と、第１及び第２のパルス信号の少なくとも一方を用いて前記内燃機関の回転速度を検出するためのデータを求める回転速度検出手段と、検出された回転速度に対する内燃機関の点火位置を基準位置から該点火位置まで機関のクランク軸が回転するのに要する時間の形で演算する点火位置演算手段と、基準位置が検出されたときに点火位置の計測を開始して、該点火位置の計測が完了したときに放電用サイリスタに点火信号を与える点火位置検出手段と、内燃機関の回転速度が設定値を超えているときにキャンセル指令を発生するキャンセル指令発生手段とを構成するようにプログラムされる。
【００３０】
上記のようにキャンセルスイッチを設けて、機関の回転速度が設定値を超えていて、マイクロコンピュータが動作する状態にあるときに、キャンセルスイッチを導通させて極低速時点火制御部から放電用サイリスタに与えられる点火信号を該放電用サイリスタから側路するようにしておくと、定常運転時に第１のパルス信号の立下がりまたは立上りで放電用サイリスタに与えられる点火信号により該放電用サイリスタが導通して点火用コンデンサが充電されなくなる状態が生じて機関が失火するおそれをなくすことができる。
【００３１】
本発明の好ましい態様では、上記極低速時点火制御部が、制御用電源回路の出力電圧で電流制限素子と放電用サイリスタのゲートカソード間とを通して充電される点火信号供給用コンデンサと、パルス信号をベース信号として導通して点火信号供給用コンデンサの充電電流を該コンデンサから側路するように設けられたトランジスタと、該トランジスタが導通したときに点火信号供給用コンデンサの電荷をトランジスタを通して放電させるように点火信号供給用コンデンサとトランジスタとの間を結合するダイオードとを備えて、第１のパルス信号及び第２のパルス信号の立下がりのエッジで放電用サイリスタに点火信号を与えるように構成される。
【００３２】
また上記回転速度検出手段は、第１のパルス信号の立上がりのエッジ位置または立下がりのエッジ位置が検出されてからクランク軸が１回転した後の同じ位置が検出されるまでの経過時間を内燃機関の平均回転速度を検出するためのデータとして求めるように構成することができる。
【００３３】
また第１及び第２のパルス信号から機関の回転情報を得るためには、両信号をマイクロコンピュータに入力する必要があるが、この場合、第１及び第２のパルス信号は、マイクロコンピュータの一つのポートに順次入力するようにするのが好ましい。
【００３４】
このように、第１及び第２のパルス信号をマイクロコンピュータの一つのポートに入力する構成をとる場合には、ポートに入力される信号の認識モードを、信号の立上りのエッジを認識する第１のモードと信号の立下がりのエッジを認識する第２のモードとに切り替える信号認識モード切替手段と、第１のパルス信号の立上りのエッジを認識したときに瞬時速度計測用の計時を開始して、ポートに入力される信号の認識モードを第２のモードに切り替える瞬時速度計測開始手段と、第１のパルス信号の立下がりのエッジを認識したときに瞬時速度計測用の計時を終了して信号認識モードを第１のモードに切り替える瞬時速度計測終了手段と、第１のパルス信号の立上りのエッジが認識された時の時刻から立下がりのエッジが認識された時の時刻までの間に計測された時間を内燃機関の瞬時回転速度を検出するためのデータとして求める瞬時速度検出手段とを設けることにより、機関の瞬時回転速度の情報を得ることができる。
【００３５】
上記回転速度演算手段はまた、第１のパルス信号の立上りのエッジ及び立下がりのエッジの一方を認識してから第２のパルス信号の立上りのエッジ及び立下がりのエッジの一方を認識するまでの間の経過時間から内燃機関の回転速度を演算するように構成することもできる。
【００３６】
このように回転速度演算手段を構成した場合には、第１のパルス信号が発生してから第２のパルス信号が発生するまでの間の平均回転速度を演算することができる。
【００３７】
またキャンセル指令発生手段は、第１のパルス信号の立上りのエッジが認識されてから第２のパルス信号の立上りのエッジが認識されるまでの間キャンセル指令を発生するように構成するのが好ましい。
【００３８】
機関の始動時に第１のパルス信号の立下がりで放電用サイリスタに点火信号を与えた場合に、該放電用サイリスタが導通することがないようにするため、各パルス信号は、エキサイタコイルの負の半波の出力電圧が減衰してゼロになる位置よりも位相が進んだ位置で立ち下がるようにしておくのが好ましい。
【００３９】
したがって、前記波形整形回路は、エキサイタコイルが出力する第１の負の半波の電圧の立上がり側のゼロ点及びピーク点でそれぞれ第１のパルス信号の立上がり及び立下がりのエッジを生じさせ、エキサイタコイルが出力する第２の負の半波の電圧の立上がり側のゼロ点及びピーク点でそれぞれ第２のパルス信号の立上がり及び立下がりのエッジを生じさせるように構成するのが好ましい。
【００４０】
また前記波形整形回路は、エキサイタコイルが出力する第１の負の半波の電圧が一定のしきい値レベルを超えている間第１のパルス信号を発生し、エキサイタコイルが出力する第２の負の半波の電圧が一定のしきい値レベルを超えている間第２のパルス信号を発生するように構成してもよい。
【００４１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係わるコンデンサ放電式内燃機関用点火装置のハードウェアの構成例を示したものである。同図において６は図５に示した磁石式交流発電機内に設けられたエキサイタコイル、ＩＧは一次コイルＷ1 及び二次コイルＷ2 を有する点火コイルである。点火コイルＩＧの一次コイル及び二次コイルの一端は接地され、一次コイルＷ1 の他端及び二次コイルＷ2 の他端はそれぞれ、点火用コンデンサＣi の一端、及び図示しない機関の気筒に取り付けられた点火プラグＰの非接地側端子に接続されている。
【００４２】
エキサイタコイル６は、図５（Ｂ）に示すように、磁石回転子４（図５Ａ参照）がクランク軸１とともに１回転する間に第１の負の半波の電圧Ｖn1と正の半波の電圧Ｖp と第２の負の半波の電圧Ｖn2とが順に現れる１サイクル半の交流電圧Ｖｅを出力する。なお図５（Ｂ）の横軸のθはクランク軸の回転角度を示している。
【００４３】
点火用コンデンサＣi の他端は、カソードを接地した放電用サイリスタＴhiのアノードに接続されるとともに、カソードを該点火用コンデンサ側に向けたダイオードＤ1 を通してエキサイタコイル６の一端に接続されている。エキサイタコイル６の他端はアノードが接地されたダイオードＤ2 のカソードに接続され、エキサイタコイル６の一端と接地間には、アノードを接地側に向けたダイオードＤ3 が接続されている。以上の構成は、図１４に示した従来の点火装置の構成と同様である。
【００４４】
図示の例では、点火コイルＩＧと点火用コンデンサＣi と放電用サイリスタＴhiとにより点火装置の主要部をなす点火回路が構成されている。またエキサイタコイル６とダイオードＤ1 ないしＤ3 とにより点火用コンデンサＣi の充電電源部が構成されている。
【００４５】
図示の点火回路においては、エキサイタコイル６の正の半波の出力電圧によりダイオードＤ1 を通して点火用コンデンサＣi が図示の極性に充電される。コンデンサＣi が図示の極性に充電されている状態（サイリスタＴhiのアノードカソード間に順方向電圧が印加されている状態）で後記する回路から放電用サイリスタＴhiに点火信号Ｖi が与えられると、該放電用サイリスタが導通するため、点火用コンデンサＣi の電荷が放電用サイリスタＴhiと点火コイルＩＧの一次コイルＷ1 とを通して放電する。これにより点火コイルＩＧの二次コイルに点火用高電圧が誘起し、この高電圧が点火プラグＰに印加されるため、該点火プラグで火花が生じて機関が点火される。
【００４６】
なおサイリスタＴhiのゲートカソード間やアノードカソード間には保護用の抵抗やコンデンサが接続されるが、これらの図示は省略されている。
【００４７】
本発明においては、エキサイタコイル６の他端にアノードを該エキサイタコイル側に向けたダイオードＤ10を通して抵抗Ｒ1 の一端が接続され、該抵抗Ｒ1 の他端と接地間に電源コンデンサＣ1 が接続されている。コンデンサＣ1 の両端には、アノードを接地側に向けたツェナーダイオードＺＤ1 が接続され、該ツェナーダイオードによりコンデンサＣ1 の両端の電圧が一定値（ツェナー電圧）以下に保たれるようになっている。コンデンサＣ1 の両端の電圧は、入力電圧の変動に対して出力電圧を一定（この例では５［Ｖ］）に保つように制御する機能を有する３端子レギュレータＲｅｇに入力されている。ダイオードＤ10と、抵抗Ｒ1 と、コンデンサＣ1 と、ツェナーダイオードＺＤ1 と、３端子レギュレータＲｅｇとにより、エキサイタコイルが出力する第１及び第２の負の半波の電圧Ｖn1，Ｖn2を制御用の直流電圧に変換する制御用電源回路１０が構成され、レギュレータＲｅｇの出力端子がこの電源回路１０の出力端子１０ａとなっている。
【００４８】
機関の始動操作が行われた後にエキサイタコイル６が出力する一連の電圧Ｖｅの波形及び制御用電源回路１０の電源コンデンサＣ1 の両端の電圧Ｖc1の波形をそれぞれ図８（Ａ）及び（Ｂ）に示した。図８（Ｂ）に示すように、電源コンデンサＣ1 の端子電圧Ｖc1は、機関の回転速度の上昇に伴って上昇していく。回転速度がある程度上昇して電圧Ｖc1がレギュレータＲｅｇの制御電圧である５［Ｖ］以上になると、図８（Ｃ）に示すようにレギュレータＲｅｇが一定（＝５［Ｖ］）の直流電圧Ｖdcを出力する。
【００４９】
なお図８（Ｂ）においてＶz は、ツェナーダイオードＺＤ1 のツェナー電圧であり、コンデンサＣ1 の端子電圧はこのツェナー電圧Ｖz 以下に制限される。
【００５０】
またエキサイタコイル６の正の半波の出力電圧Ｖp により充電される点火用コンデンサＣi の両端の電圧Ｖciを図８（Ｈ）に示した。点火用コンデンサＣi は、正の半波の電圧Ｖp が立上がった後ピークに達する間に充電されて、その端子電圧Ｖciが上昇する。
【００５１】
図１において、１１はエキサイタコイル６が出力する第１及び第２の負の半波の電圧Ｖn1及びＶn2をそれぞれ波形整形して矩形波状の第１及び第２のパルス信号に変換する波形整形回路である。図示の波形整形回路１１は、エキサイタコイル６の他端に一端が接続されたコンデンサＣ2 と、該コンデンサＣ2 に並列に接続された抵抗値が十分に大きい抵抗器Ｒ2 と、コンデンサＣ2 の他端にアノードが接続されたダイオードＤ5 と、ダイオードＤ5 のカソードに一端が接続された抵抗器Ｒ3 と、抵抗器Ｒ3 の他端にベースが接続され、エミッタが接地されたＮＰＮトランジスタＴＲ1 と、ベースがトランジスタＴＲ1 のコレクタに接続され、エミッタが接地されたＮＰＮトランジスタＴＲ2 と、トランジスタＴＲ1 及びＴＲ2 のコレクタと電源回路１０の出力端子１０ａとの間にそれぞれ接続された抵抗器Ｒ4 及びＲ5 とからなっている。
【００５２】
この波形整形回路１１においては、トランジスタＴＲ1 のベースと抵抗Ｒ3 との接続点及びトランジスタＴＲ2 のコレクタからそれぞれ第１及び第２の出力端子１１ａ及び１１ｂが導出されている。
【００５３】
波形整形回路１１は、以下に示すように、エキサイタコイル６の負の半波の電圧Ｖn1及びＶn2のそれぞれの立ち上がり側の零点及びピーク点を検出して、図６（Ｂ）及び図８（Ｄ）に示すように各負の半波の電圧の立ち上がり側の零点で立ち上がり、ピーク点で立ち下がる矩形波状のパルス信号を発生する。第１の負の半波の電圧Ｖn1及び第２の負の半波の電圧Ｖn2をそれぞれ波形整形して得た矩形波状のパルス信号をそれぞれ第１及び第２のパルス信号Ｖq1（またはＶq1´）及びＶq2（またはＶq2´）とする。
【００５４】
すなわち、図６（Ａ）及び図８（Ａ）に示すように、エキサイタコイル６が負の半波の電圧Ｖn1またはＶn2を発生すると、コンデンサＣ2 とダイオードＤ5 と抵抗器Ｒ3 とトランジスタＴＲ1 のベースエミッタ間とを通して電流が流れる。これによりトランジスタＴＲ1 が導通し、トランジスタＴＲ2 が遮断状態になる。このときトランジスタＴＲ1 のベースの電位及びトランジスタＴＲ2 のコレクタの電位が上昇するため、出力端子１１ａ及び１１ｂの電位が高レベルの状態に立ち上がり、図６（Ｂ）及び図８（Ｄ）に示すように、パルス信号Ｖq1またはＶq2が立ち上がる。負の半波の電圧Ｖn1またはＶn2がピークに達すると、コンデンサＣ2 に充電電流が流れなくなるため、トランジスタＴＲ1 が遮断状態になり、トランジスタＴＲ2 が導通状態になる。これにより、出力端子１１ａ及び１１ｂの電位がほぼ零レベル（接地電位）に立ち下がる。
【００５５】
したがって、波形整形回路１１は、エキサイタコイル６が第１の負の半波の電圧Ｖn1を発生したときに、該電圧Ｖn1の立上り側のゼロ点及びピーク点にそれぞれ立上り側のエッジ及び立ち下がり側のエッジが一致する第１のパルス信号Ｖq1及びＶq1´を出力端子１１ａ及び１１ｂから出力し、第２の負の半波の電圧Ｖn2が発生したときに、該電圧Ｖn2の立上り側のゼロ点及びピーク点にそれぞれ立上り側のエッジ及び立ち下がり側のエッジが一致する第２のパルス信号Ｖq2及びＶq2´を出力端子１１ａ及び１１ｂからそれぞれ出力する。
【００５６】
上記のように、機関のクランク軸に対して所定の位置関係をもって取り付けられた磁石式交流発電機の負の半波の電圧を波形整形することにより矩形波状の制御信号を発生させると、パルス信号Ｖq1（またはＶq1´），Ｖq2（またはＶq2´）の立上りのエッジ位置θ11，θ21、及び立下がりのエッジ位置θ12，θ22は、クランク軸の特定の回転角度位置に対応することになる。
【００５７】
本発明においては、上記のようにエキサイタコイル６の負の半波の出力電圧を波形整形することにより得た第１のパルス信号Ｖq1，Ｖq1´及び第２のパルス信号Ｖq2，Ｖq2´の立上りのエッジまたは立下がりのエッジから内燃機関の回転情報（回転角度位置の情報及び回転速度情報）を得て、始動時及び極低速時の点火位置を定めるとともに、定常運転時の点火位置の演算と、演算した点火位置の検出とを行う。
【００５８】
機関の始動時及び極低速時の点火位置を定めるため、いずれかのパルス信号の立上りまたは立下がりのエッジの位置を機関の始動時及び極低速時の点火位置として適した位置に設定しておく。機関の始動時及び極低速度の点火位置は、通常上死点位置（ピストンが上死点に達する時のクランク軸の回転角度位置）より僅かに進角した位置である。
【００５９】
機関の始動時及び極低速時に点火動作を行わせるには、エキサイタコイル６の正の半波の電圧Ｖp により点火用コンデンサＣi が充電された後に、放電用サイリスタＴhiに点火信号Ｖi を与える必要がある。したがって、上記パルス信号の内、第２のパルス信号Ｖq2の立上りのエッジ位置θ21または立下がりのエッジ位置θ22を機関の始動時及び極低速時の点火位置に一致させておく。
【００６０】
図１に示した例では、パルス信号Ｖq2の立下がりのエッジ位置θ22（図６Ｂ参照）を始動時及び極低速時の点火位置に一致させるように、磁石回転子４及び固定子７を機関に取り付けてある。
【００６１】
定常運転時の点火位置を演算するためには、機関の回転速度の情報を含むデータを必要とする。機関の回転速度の情報を含むデータとしては、各パルス信号の発生周期、各パルス信号の信号幅、または２つのパルス信号の発生間隔等、クランク軸が一定の角度回転するのに要する時間を用いることができる。点火位置を演算する際には、この時間データを速度に変換して用いてもよく、該時間データそのものを用いてもよい。
【００６２】
また定常運転時に演算した点火位置で点火動作を行わせるためには、演算した点火位置を正確に検出できるようにしておく必要がある。そのため、クランク軸の基準となる回転角度位置を基準位置として定めておいて、演算された回転速度において基準位置から点火位置まで機関が回転するのに要する時間（点火タイマが計測する時間）Ｔigの形で点火位置を演算し、基準信号が発生したことが検出された時に点火タイマ（マイクロコンピュータに設けられているタイマ）をスタートさせて点火位置の計測を行う。本明細書では、上記点火位置を与える時間Ｔigを「点火タイマ時間」と呼ぶ。
【００６３】
基準位置は、計測すべき点火位置よりも、点火位置の進角幅以上位相が進んだ位置であればよいが、点火位置の検出精度を高めるためには、点火位置にできるだけ近い位置で発生するパルス信号のエッジ位置を基準位置とするのが好ましい。
【００６４】
ここでは、第１のパルス信号Ｖq1´の立下がりのエッジ位置（Ｖq1の立下がりエッジ位置と同じ）を基準位置として設定することにする。
【００６５】
波形整形回路１１の出力端子１１ａから得られるパルス信号Ｖq1及びＶq2は、エミッタが接地されたＮＰＮトランジスタＴＲ3 のベースエミッタ間に印加されている。トランジスタＴＲ3 のコレクタは抵抗Ｒ6 を通して電源回路１０の非接地側の出力端子１０ａに接続されるとともに、点火信号供給用コンデンサＣ3 の一端に接続され、該コンデンサＣ3 の他端はアノードを該コンデンサＣ3 側に向けたダイオードＤ6 を通して放電用サイリスタＴhiのゲートに接続されている。またコンデンサＣ3 の他端と接地間にアノードが接地されたダイオードＤ7 が接続されている。
【００６６】
この例では、トランジスタＴＲ3 とコンデンサＣ3 と抵抗Ｒ6 とダイオードＤ7 とにより、極低速時点火制御部１２が構成され、この点火制御部が出力する信号ＶihがダイオードＤ6 を通して放電用サイリスタＴhiのゲートに与えられている。
【００６７】
図示の極低速時点火制御部１２の動作は次の通りである。パルス信号Ｖq1またはＶq2が立上がってトランジスタＴＲ3 が導通すると、コンデンサＣ3 に蓄積されていた電荷がトランジスタＴＲ3 のコレクタエミッタ間とダイオードＤ7 とを通して瞬時に放電する。パルス信号が高レベルの状態にあって、トランジスタＴＲ3 が導通している状態では、コンデンサＣ3 の充電電流がトランジスタＴＲ3 を通してコンデンサＣ3 から側路されるため、コンデンサＣ3 の充電が阻止される。この状態で与えられていたパルス信号Ｖq1またはＶq2が立下がり、トランジスタＴＲ3 が遮断状態になると、電源回路１０の出力電圧により抵抗Ｒ6 とコンデンサＣ3 とダイオードＤ6 と放電用サイリスタＴhiのゲートカソード間とを通して電流が流れてコンデンサＣ3 が充電される。このコンデンサＣ3 の充電電流により放電用サイリスタＴhiに点火信号が与えられる。極低速時点火制御部１２から放電用サイリスタに与えられる点火信号は、コンデンサＣ3 の充電が完了して充電電流が流れなくなったときに消滅する。
【００６８】
図示の極低速時点火制御部１２は、上記のようにして、パルス信号Ｖq1またはＶq2の立下がりのエッジで放電用サイリスタＴhiに信号幅が制限された点火信号Ｖih1 またはＶih2 を与える。これらの点火信号の波形の一例を図８（Ｅ）に示した。
【００６９】
上記極低速時点火制御部１２が、エキサイタコイルの正の半波の電圧Ｖp よりも位相が進んだ第１のパルス信号Ｖq1の立下がりのエッジで放電用サイリスタＴhiにハード点火信号Ｖih1 を与えた時には、未だ点火用コンデンサＣi が充電されていないため、点火動作は行われない。エキサイタコイル６が正の半波の電圧Ｖp を発生して点火用コンデンサＣi が充電された後、第２のパルス信号Ｖq2の立下がりのエッジで放電用サイリスタＴhiにハード点火信号Ｖih2 が与えられると、該放電用サイリスタＴhiが導通して点火用コンデンサＣi の電荷を点火コイルＩＧの一次コイルＷ1 を通して放電させ、点火動作を行わせる。
【００７０】
即ち、パルス信号Ｖq1の立下がりエッジで発生するハード点火信号Ｖih1 は無駄な信号となるが、点火動作には何等影響を与えない。
【００７１】
定常運転時の回転速度の演算、点火位置の演算及び演算した点火位置の検出を行わせるため、ＣＰＵやＲＯＭ，ＲＡＭあるいはタイマ等からなるマイクロコンピュータ１３Ａを備えた定常時点火制御部１３が設けられ、波形整形回路１１の出力端子１１ｂから得られる第１及び第２のパルス信号Ｖq1´，Ｖq2´がマイクロコンピュータ１３Ａの一つのポートＡ1 に入力されている。マイクロコンピュータ１３Ａの電源端子１３ａは電源回路１０の出力端子１０ａに接続されていて、電源回路１０の出力電圧Ｖdcが確立したときにマイクロコンピュータ１３Ａが動作可能な状態になるようになっている。
【００７２】
マイクロコンピュータ１３Ａは、後記するように、ポートＡ1 に入力される信号の認識モードを、立上りのエッジを認識する第１のモードと、立下がりのエッジを認識する第２のモードとに切り替えるようにプログラムされていて、順次入力されるパルス信号Ｖq1´及びＶq2´の各エッジのうち、機関の回転情報を得るために必要なエッジを認識する。本実施形態では、パルス信号Ｖq1´の立上がり及び立下がりのエッジと、パルス信号Ｖq2´の立上がりのエッジとを認識するようにしている。
【００７３】
マイクロコンピュータ１３Ａは、その電源電圧が確立して動作可能な状態になったときに、先ず波形整形回路１１から与えられる一連のパルス信号のいずれが第１のパルス信号で、いずれが第２のパルス信号であるのかを判別するための処理を行う。第１のパルス信号Ｖq1及び第２のパルス信号Ｖq2の判別は、第１のパルス信号Ｖq1が発生してから第２のパルス信号Ｖq2が発生するまでの時間Ｔ2 と第２のパルス信号Ｖq2が発生してから次の第１のパルス信号Ｖq1が発生するまでの時間Ｔ1 との間にＴ1 ＞＞Ｔ2 の関係があることを利用して行うことができる。例えば、パルスの立上がりのエッジ間の時間間隔を計測するパルス判別用タイマを設けて、図８（Ｆ）に示すように、パルス信号Ｖq1及びＶq2の立上がりのエッジで、タイマの計測値を読込むことにより時間Ｔ1 ，Ｔ2 を計測して記憶させておき、時間Ｔ1 とＴ2 との間に（Ｔ1 ／２）＞Ｔ2 の関係が成立しているときに、時間Ｔ1 が計測されたときのエッジが第１のパルス信号の立上がりのエッジであると判別することができる。
【００７４】
上記のように、一つのポートによりパルス信号の立上りのエッジと立下がりのエッジとを認識するようにしておくと、パルス信号Ｖq1´及びＶq2´をそれぞれ別のポートから読み込んで認識する場合に比べて、必要とするポート数を少なくすることができるため、マイクロコンピュータとして安価なものを用いることができる。
【００７５】
マイクロコンピュータ１３Ａの他のポートＡ2 は点火信号の出力ポートとなっていて、該ポートＡ2 から出力されるソフト点火信号Ｖisがカソードを放電用サイリスタ側に向けたダイオードＤ8 を通して放電用サイリスタＴhiのゲートに点火信号Ｖi として供給されている。
【００７６】
この例では、ダイオードＤ6 及びＤ8 により、極低速時点火制御部１２の出力または定常時点火制御部１３の出力を点火信号として放電用サイリスタＴhiのゲートに与えるオア回路１４が構成されている。
【００７７】
オア回路１４を構成する一方のダイオードＤ6 のアノード（極低速時点火制御部１２の非接地側出力端子）と接地間には、キャンセルスイッチ１５が接続されている。図示のキャンセルスイッチ１５は、エミッタが接地されコレクタがダイオードＤ4 のアノードに接続されたＮＰＮトランジスタＴＲ4 からなり、このトランジスタＴＲ4 のベースには、マイクロコンピュータ１３ＡのポートＡ3 からキャンセル指令信号Ｖk が入力されている。
【００７８】
マイクロコンピュータ１３Ａは、機関の回転速度が設定速度を超えているときに、第１のパルス信号Ｖq1´の立上りのエッジが認識されてから第２のパルス信号Ｖq2´の立上りのエッジが認識されるまでの間キャンセル指令Ｖk を発生するキャンセル指令発生手段を構成するようにプログラムされていて、キャンセル指令が発生している間に極低速時点火制御部１２が始動時及び極低速時用の点火信号Ｖioを出力した時には、トランジスタＴＲ4 が導通して、該点火信号Ｖioを放電用サイリスタＴhiから側路するようになっている。
【００７９】
本実施形態においてマイクロコンピュータ１３Ａが実行するプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートの一例を図１０ないし図１２に示し、このプログラムを説明するためのタイミングチャートを図９に示した。
【００８０】
図１０はマイクロコンピュータ１３Ａが実行するプログラムのメインルーチンを示し、図１１は第１のパルス信号Ｖq1´の立上がり及び立下がりのエッジが認識されたとき、並びに第２のパルス信号Ｖq2´の立上がりのエッジが認識されたときに実行されるパルス信号エッジ割込みルーチンを示している。また図１２は、点火タイマがセットされた時間の計測を完了したときに実行される点火タイマ割込みルーチンを示している。
【００８１】
マイクロコンピュータの電源が確立すると、先ず図１０のメインルーチンが開始される。このメインルーチンでは、先ずステップ１で各部の初期化を行い、次いでステップ２において割込みを許可した後、ステップ３で機関の平均回転速度データを演算する。この平均回転速度データは、機関のクランク軸が１回転するのに要する時間（＝Ｔ1 ＋Ｔ2 ）そのものでもよく、この時間を用いて演算した回転速度でもよい。
【００８２】
ステップ３で平均回転速度Ｎのデータを求めた後、ステップ４において図１１に示すパルス信号エッジ割込みが３回以上行われたか否かを判定する。後記するように、本発明において、パルス信号Ｖq1，Ｖq2の判別を行うためには、マイクロコンピュータが動作可能になった後、図１１に示した割込みルーチンを３回実行する必要がある。メインルーチンのステップ４においては、図１１の割込みが行われる回数（エッジ割込み回数）が３回未満であるときに、未だパルス信号の判別が完了していないと判定してステップ５に進み、キャンセル信号Ｖk の出力を禁止する。
【００８３】
ステップ４においてエッジ割込みが３回以上行われていると判定されたときには、ステップ６に進んで平均回転速度Ｎがソフト点火開始回転速度Ｎｓ以上になっているか否かを判定する。その結果Ｎ＜Ｎｓであると判定されたときにはステップ５に進んでキャンセル信号の出力を禁止する。
【００８４】
ステップ６においてＮ≧Ｎｓであると判定されたときには、ステップ７に進んでポートＡ3 からキャンセル信号Ｖk を出力させ、次いでステップ８において、平均回転速度Ｎを与えるデータ（時間または回転速度）と点火位置との間の関係を与える点火位置演算用マップを用いて、演算されている平均回転速度における点火位置を演算する。この点火位置は、例えば機関の上死点に相応するクランク角度位置を基準にして進角側に図った角度の形で演算される。
【００８５】
マイクロコンピュータ１３Ａは、ポートＡ1 に入力される信号の認識モードを、パルス信号の立上りのエッジを認識する第１のモードと、立下がりのエッジを認識する第２のモードとに切り替えるようにプログラムされるが、マイクロコンピュータが動作可能になった後、各部の初期化が行われた状態では、ポートＡ1 に入力される信号の認識モードが第１のモードとなっている。そのため、マイクロコンピュータの各部の初期化が行われた後、パルス信号Ｖq1´またはＶq2´の立上がりのエッジが生じると図１１の割込みルーチンが実行される。
【００８６】
この例では、図９に示すように、クランク角度θ1 の位置で図１１の割込みルーチンが最初に実行されたとする。この割込みルーチンでは、先ずステップ１で今回の割込みが立上がりエッジによる割込みであるか否かを判定する。最初に行われるパルス信号エッジ割込みは立上がりエッジによる割込みであるため、ステップ１に続いてステップ２が実行される。ステップ２では、パルス判別用タイマ（マイクロコンピュータ内に設けられているタイマ）の計測値Ｔｘを読込んでメモリに記憶させる。次いでステップ３に進んで、パルス判別処理を行う。このパルス判別処理では、前回読み込んで記憶した計測値Ｔx-1 と今回読み込んだ計測値Ｔｘとを比較して、Ｔｘ＞２×Ｔx-1 のときに今回立上がりのエッジが認識されたパルス信号は第１のパルス信号Ｖq1´であると判定し、Ｔｘ≦Ｔx-1 ／２のときに、今回立上がりのエッジが認識されたパルス信号は第２のパルス信号Ｖq2´であると判定する。
【００８７】
ステップ３でパルス判別処理を行った後、ステップ４に進んで、今回入力されたパルス信号がエキサイタコイルの正の半波の出力電圧Ｖp に対して進み側のパルス信号（第１のパルス信号）であるか否かを判定する。
【００８８】
最初はパルス判別用タイマがセットされていないため、ステップ２で読込まれたタイマの計測値Ｔｘは０であり、今回立ち上がりのエッジが認識されたパルスが進み側のパルスであるのか否かの判定を行うことができない。したがって、ステップ４からステップ５に移行し、パルス判別用タイマをセットしてパルス判別用タイマ時間Ｔｘの計測を０から開始させた後、メインルーチンに戻る。
【００８９】
次にクランク角度θ2 の位置でポートＡ1 にパルス信号の立上がりエッジが入力されると、再び図１１の割込みルーチンのステップ１及び２が実行され、最初に計測されたパルス判別用タイマ時間Ｔｘ（図９に示した例ではＴ2 ）が読み込まれ、記憶される。次いでステップ３でパルス判別処理が行われるが、この時点では未だパルス判別用タイマ時間Ｔｘが一つしか計測されていないため、いぜんとしてパルスの判別処理を行うことができない。そのため、ステップ４では今回のパルスの立上がりエッジが進み側のパルス信号（第１のパルス信号）の立上がりエッジであるとの判定を行うことができず、ステップ５が実行される。ステップ５で再度パルス判別用タイマがセットされて、パルス判別用タイマ時間Ｔｘの計測が再開される。
【００９０】
次にクランク角θ3 の位置で３回目のパルス信号エッジ割込みが実行されると、ステップ２で計測されたパルス判別用タイマ時間Ｔｘ（図９に示した例ではＴ1 ）と前回計測されたパルス判別用タイマ時間Ｔx-1 （図示の例ではＴ2 ）とからパルス判別処理が可能になる。このパルス判別処理（ステップ３）では、今回計測された時間Ｔｘと前回計測された時間Ｔx-1 とを比較して、Ｔｘ＞２×Ｔx-1 のときに今回立上がりのエッジが認識されたパルス信号は第１の（進み側の）パルス信号Ｖq1´であると判定し、Ｔｘ≦Ｔx-1 ／２のときに、今回立上がりのエッジが認識されたパルス信号は第２の（遅れ側の）パルス信号Ｖq2´であると判定する。図示の例では、Ｔ1 ＞２×Ｔ2 であるので、今回立ち上がりのエッジが認識されたパルス信号が進み側の第１のパルス信号Ｖq1´であると判定される。
【００９１】
このように、マイクロコンピュータが動作可能になった後、図１１の割込みルーチンが３回実行されると、波形整形回路１１が順次発生するパルス信号が第１及び第２のパルス信号のうちのいずれであるかを判別し得るようになる。
【００９２】
ステップ４において、今回立上がりのエッジが入力されたパルス信号が進み側のパルス信号Ｖq1´であるとの判定がされたことが確認されると、続いてステップ６でパルス判別用タイマがセットされてパルス判別用タイマ時間Ｔｘの計測が再開され、ステップ７において瞬時速度計測用タイマ（マイクロコンピュータ内に設けられたタイマ）がセットされて瞬時速度のデータを得るための時間の計測が開始される。次いでステップ８においてＣＰＵのポートＡ1 が入力信号の立下がりエッジを認識するようにポートＡ1 の信号の認識モードを反転させた後（信号の認識モードを第２のモードにした後）メインルーチンに戻る。
【００９３】
上記のように、第１のパルス信号Ｖq1´の立上がりのエッジが認識されると、ポートＡ1 に入力される信号の認識モードが、信号の立下がりを認識するモードに切り替わるため、第１のパルス信号Ｖq1´の立下がりのエッジが入力されたときに図１１の割込みルーチンが実行される。この時ステップ１において立下がりのエッジによる割込みであると判定されるため、次いでステップ９が実行されて前回の割込みにおいてステップ７でセットされた瞬時速度計測用タイマの計測時間Ｔｎを読込む。次いでステップ１０でこの計測時間Ｔｎから瞬時回転速度を演算し、ステップ１１でメインルーチンにおいて演算されている点火位置を点火タイマ時間Ｔigに換算する。この点火タイマ時間Ｔigは、クランク軸が基準位置（この例では、第１のパルス信号Ｖq1´の立下がり位置）からメインルーチンで演算された点火位置まで、ステップ１０で演算された瞬時回転速度で回転するのに要する時間である。
【００９４】
ステップ１１で点火タイマ時間Ｔigを演算した後、ステップ１２で点火タイマ（マイクロコンピュータ内のタイマ）に点火タイマ時間Ｔigをセットして点火位置の計測を開始させる。その後ステップ１３で点火フラグを「１」にセットした後、ステップ１４でＣＰＵのボートＡの信号認識モードを入力信号の立上がりを認識するモード（第１のモード）に反転させた後、メインルーチンに戻る。
【００９５】
点火タイマが上記点火タイマ時間Ｔigの計測を完了する（点火位置の計測を完了する）と、図１２に示した点火タイマ割込みが実行される。この割込みルーチンでは、先ずステップ１において点火フラグが「１」であるか否かを判定し、該点火フラグが「１」であるときには、ステップ２に進んでソフト点火信号の出力を開始させる。次いでステップ３において点火信号出力停止時刻検出用時間を点火タイマにセットして、その計測を開始させる。次いでステップ４で点火フラグを「０」とした後、メインルーチンに戻る。点火タイマが点火信号出力停止時刻検出用時間の計測を完了すると再び図１２に示す点火タイマ割込みが実行される。このとき点火フラグは「０」になっているので、ステップ５が実行され、点火信号の出力を停止させる。
【００９６】
上記の例では、機関の始動時、及び回転速度が設定値Ｎｓ（ソフト点火開始回転速度）未満の時に極低速時点火制御部１２から放電用サイリスタに点火信号を与えることにより点火動作を行わせ、マイクロコンピュータ１３Ａが動作する状態になった後、機関の回転速度が設定値Ｎｓを超えた時にマイクロコンピュータからキャンセル信号Ｖk を発生させてキャンセルスイッチを構成するトランジスタＴＲ4 を導通させることにより、極低速時点火制御部１２から放電用サイリスタＴhiに与えられるハード点火信号Ｖihを該放電用サイリスタから側路するようにしている。
【００９７】
このように構成しておくと、定常運転時に第１のパルス信号の立下がりまたは立上りで放電用サイリスタにハード点火信号が与えられるのを防ぐことができるため、定常運転時にハード点火信号により放電用サイリスタが導通して点火用コンデンサＣi が充電されなくなる状態が生じて機関が失火するおそれをなくすことができる。
【００９８】
図１０ないし図１２に示したプログラムをマイクロコンピュータに実行させる場合、図１１のステップ１ないし５により、第１及び第２のパルス信号の信号幅と第１及び第２のパルス信号の発生間隔とから第１のパルス信号及び第２のパルス信号を判別して判別した一方のパルス信号の立上りまたは立下がりのエッジの位置を基準位置として検出する基準位置検出手段が構成される。
【００９９】
また図１０のメインルーチンのステップ３により、第１のパルス信号の立上がりのエッジ位置または立下がりのエッジ位置（上記の実施形態では立上がりのエッジ位置）が検出されてからクランク軸が１回転した後の同じ位置が検出されるまでの経過時間を内燃機関の平均回転速度を検出するためのデータとして求める平均速度検出手段が構成される。
【０１００】
更に、図１１の割込みルーチンのステップ７及び８により、第１のパルス信号の立上りのエッジを認識したときに瞬時速度計測用の計時を開始して、ポートＡ1 に入力される信号の認識モードを第２のモードに切り替える瞬時速度計測開始手段が構成され、図１１の割込みルーチンのステップ９及び１０により、第１のパルス信号の立上りのエッジが認識された時の時刻から立下がりのエッジが認識された時の時刻までの間に計測された時間を内燃機関の瞬時回転速度を検出するためのデータとして求める瞬時速度検出手段が構成される。
【０１０１】
上記平均速度検出手段及び瞬時速度検出手段により、第１及び第２のパルス信号の少なくとも一方を用いて内燃機関の回転速度を検出するためのデータを求める回転速度検出手段が構成されている。
【０１０２】
また図１０に示したメインルーチンのステップ８と図１１の割込みルーチンのステップ１１とにより、検出された回転速度に対する内燃機関の点火位置を基準位置から該点火位置まで機関のクランク軸が回転するのに要する時間の形で演算する点火位置演算手段が構成され、図１１の割込みルーチンのステップ１２及び１３と図１２の点火タイマ割込みルーチンとにより、基準位置が検出されたときに点火位置の計測を開始して、該点火位置の計測が完了したときに放電用サイリスタＴhiに点火信号を与える点火位置検出手段が構成される。更に図１０のメインルーチンのステップ４ないし７により、内燃機関の回転速度が設定値を超えているときにキャンセル指令を発生するキャンセル指令発生手段が構成される。
【０１０３】
コンデンサ放電式の点火装置においては、エキサイタコイルの正の半波の電圧が立上がる前に放電用サイリスタを遮断状態にしておく必要がある。したがって、上記の例のように、エキサイタコイル６の負の半波の電圧Ｖn1及びＶn2をそれぞれ波形整形して得た第１及び第２のパルス信号Ｖq1及びＶq2の立下がりエッジでハード点火信号Ｖihを発生させる場合には、エキサイタコイルの正の半波の出力電圧が立上がる前に第１及び第２のパルス信号Ｖq1及びＶq2を消滅させる必要がある。
【０１０４】
図１に示した例では、エキサイタコイル６が出力する第１の負の半波の電圧の立上がり側のゼロ点及びピーク点でそれぞれ第１のパルス信号の立上がり及び立下がりのエッジを生じさせ、エキサイタコイルが出力する第２の負の半波の電圧の立上がり側のゼロ点及びピーク点でそれぞれ第２のパルス信号の立上がり及び立下がりのエッジを生じさせるように波形整形回路１１を構成したが、図７（Ａ），（Ｂ）に示したように、エキサイタコイルが出力する第１の負の半波の電圧Ｖn1が一定のしきい値レベルＶthを超えている間第１のパルス信号を発生させ、エキサイタコイルが出力する第２の負の半波の電圧が一定のしきい値レベルを超えている間第２のパルス信号を発生させるように波形整形回路１１を構成することもできる。
【０１０５】
図７のように、エキサイタコイルの第１及び第２の負の半波の出力電圧Ｖn1及びＶn2がしきい値レベルを超えている間第１及び第２のパルス信号Ｖq1及びＶq2を発生させるには、例えば図２に示すように、エキサイタコイル６の他端を抵抗Ｒ2 ´とツェナーダイオードＺＤ2 とを通してＮＰＮトランジスタＴＲ1 のベースに接続するようにすればよい。この場合しきい値Ｖthは、抵抗Ｒ2 ´の抵抗値とツェナーダイオードＺＤ2 のツェナー電圧とにより適宜に調整できる。
【０１０６】
上記の例では、極低速時点火制御部１２の電源電圧と定常運転時点火制御部１３の電源電圧とを共通の電源回路１０から得ているが、図８（Ｂ）及び（Ｃ）に示したように、図１及び図２に示した電源回路１０から一定の直流電圧Ｖdcを出力するようになるまでには、始動操作を開始した後クランク軸が何回か回転するまで待たなければならない。そのため、上記のように構成した場合には、始動時にハード点火が行われるのが遅れ、機関の始動性が悪くなるおそれがある。
【０１０７】
このような問題を解決するためには、図３に示すように、制御用直流電源回路１０を、エキサイタコイル６が出力する負の半波の電圧Ｖn1，Ｖn2を入力としてマイクロコンピュータ１３Ａの電源電圧として適した定電圧を出力する第１の電源回路１０Ａと、エキサイタコイルが出力する負の半波の電圧Ｖn1，Ｖn2を入力として極低速時点火制御部１２の電源電圧として用いる直流電圧を発生する第２の電源回路１０Ｂとにより構成するようにすればよい。
【０１０８】
図３に示した第１の電源回路１０Ａは、図１及び図２の例で用いた制御用電源回路１０と同様に構成されている。第１の電源回路１０ＡのコンデンサＣ1 を第１の電源コンデンサとする。
【０１０９】
また第２の電源回路１０Ｂは、エキサイタコイル６の他端にアノードが接続されたダイオードＤ10´と、ダイオードＤ10´のカソードに抵抗Ｒ1 ´を通して一端が接続されるとともに他端が接地された第２の電源コンデンサＣ1 ´とにより構成されている。
【０１１０】
上記第２の電源回路１０Ｂの出力は、図８（Ｂ）に示した電圧Ｖc1と同様である。極低速時点火制御部１２からハード点火信号を発生させるために必要な電源電圧は、マイクロコンピュータ１３Ａを動作させるために必要な電圧（５［Ｖ］）よりも低くてよいため、図３に示したように、極低速時点火制御部１２のために別電源を設けると、放電用サイリスタへのハード点火信号の供給が開始される回転速度（始動回転速度）を低くして、機関の始動性を向上させることができる。
【０１１１】
第２の電源回路１０Ｂは図３に示したものに限定されるものではなく、例えば図４に示すように構成することもできる。図４に示した第２の電源回路１０Ｂは、エキサイタコイル６の他端にアノードが接続されたダイオードＤ10´と、該ダイオードのカソードに抵抗Ｒ1 ´を介してコレクタが接続されたＮＰＮトランジスタＴＲ5 と、トランジスタＴＲ5 のコレクタベース間に接続された抵抗Ｒ11と、トランジスタＴＲ5 のベースと接地間にアノードを接地側に向けた接続されたツェナーダイオードＺＤ1 ´と、トランジスタＴＲ5 のエミッタと接地間に接続されたコンデンサＣ1 ´とにより構成されている。
【０１１２】
この電源回路１０Ｂにおいては、エキサイタコイルの負の半波の出力電圧が設定値以下の時にトランジスタＴＲ5 が導通して第２の電源用コンデンサＣ1 ´に充電電流を流す。エキサイタコイルの負の半波の出力電圧が設定値を超えると、ツェナーダイオードＺＤ1 ´が導通してエキサイタコイルから抵抗Ｒ1 ´とＲ11とを通してトランジスタＴＲ5 ´のベースに与えられる電流を該トランジスタから側路するため、トランジスタＴＲ5 ´が遮断状態になってコンデンサＣ1 ´の充電を停止する。したがって、コンデンサＣ1 ´の端子電圧（第２の電源回路１０Ｂの出力電圧）は設定値以下に制限され、第２の電源回路１０Ｂから過大な直流電圧が出力されるのが防止される。
【０１１３】
この例では、ダイオードＤ10´と、抵抗Ｒ1 ´及びＲ11と、トランジスタＴＲ5 とにより、エキサイタコイルの負の半波の出力電圧が設定値以下の時に第２の電源用コンデンサＣ1 ´を充電し、エキサイタコイルの負の半波の出力電圧が設定値を超えたときに第２の電源用コンデンサＣ1 ´の充電を停止する充電制御回路が構成されている。
【０１１４】
なお図３及び図４に示した例において、第１の電源回路１０ＡのレギュレータＲｅｇより前段の部分の回路（ダイオードＤ10と抵抗Ｒ1 とコンデンサＣ1 とツェナーダイオードＺＤ1 とからなる回路）を図４に示した第２の電源回路１０Ｂと同様の構成を有する回路で置き換えることもできる。
【０１１５】
上記の説明では、単気筒の内燃機関を点火する場合を例にとったが、多気筒内燃機関を点火する場合にも本発明を適用できるのはもちろんである。多気筒内燃機関を点火する場合には、例えば、磁石式交流発電機に気筒数分の固定子を設けて、各気筒用の固定子に設けたエキサイタコイル毎に上記の説明で示したものと同様の構成を有する点火装置を構成するようにすればよい。
【０１１６】
この場合、マイクロコンピュータは、各気筒用の点火装置毎に設けてもよいが、すべての気筒に対して共通に１つのマイクロコンピュータを設けて、該１つのマイクロコンピュータに、各気筒用のエキサイタコイルの負の半波の出力を波形整形して得た一連のパルス信号を入力することにより、すべての気筒用の点火装置の点火位置を１つのマイクロコンピュータで制御するようにしてもよい。
【０１１７】
なお１つのマイクロコンピュータにより複数気筒の点火位置を制御する場合には、複数の気筒に対してそれぞれ設けられたエキサイタコイルの負の半波の出力を波形整形して得たパルス信号が順次マイクロコンピュータに入力されるため、各パルス信号がいずれの気筒用のパルス信号であるのかを判別できるようにしておく必要がある。そのためには、例えば、マイクロコンピュータの複数のポートをそれぞれ複数の気筒用のパルス信号入力ポートとして割り当てておいて、各気筒用のエキサイタコイルの負の半波の出力を波形整形して得たパルス信号を各気筒用のパルス信号入力ポートに入力するようにすればよい。また特定の気筒用のエキサイタコイルの負の半波のいずれかのエッジをマイクロコンピュータに気筒判別信号として認識させて、この気筒判別信号を基準にして一連のパルス信号がいずれの気筒に対応するパルス信号であるかを識別する方法をとることもできる。
【０１１８】
また場合によっては、点火コイルの二次コイルに２つの点火プラグを接続する周知の同時発火コイルの構成をとることにより、１つの点火装置で２つの気筒を点火するようにすることもできる。
【０１１９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、内燃機関の始動時及び極低速時にエキサイタコイルの負の半波の出力電圧から機関の回転角度位置を検出して機関の始動時及び極低速時の点火位置を定めることができ、またマイクロコンビュータの動作が可能になる機関の定常運転時には、エキサイタコイルの負の半波の電圧から検出した機関の回転情報を用いて点火位置を演算して、演算した点火位置で機関を点火することができるため、磁石式交流発電機と別個にパルサを設けなくても、複雑な点火特性に対応し得る内燃機関用点火装置を得ることができるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のハードウェアの構成を示した回路図である。
【図２】本発明の他の実施形態のハードウェアの構成を示した回路図である。
【図３】本発明の更に他の実施形態のハードウェアの構成を示した回路図である。
【図４】本発明の更に他の実施形態のハードウェアの構成を示した回路図である。
【図５】（Ａ）は本発明に係わる点火装置で用いる磁石式交流発電機の構成を示した構成図、（Ｂ）は同発電機から得られる出力電圧の波形を示した波形図である。
【図６】本発明の一実施形態において用いる波形整形回路の動作を説明するための波形図である。
【図７】本発明の他の実施形態において用いる波形整形回路の動作を説明するための波形図である。
【図８】図１ないし図４に示した実施形態の各部の電圧波形を機関のクランク軸の回転角に対して示した波形図である。
【図９】本発明の実施形態の動作を説明するための波形図である。
【図１０】本発明の実施形態において定常時点火制御部のマイクロコンピュータに実行させるプログラムのメインルーチンのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
【図１１】本発明の実施形態において定常時点火制御部のマイクロコンピュータに実行させるプログラムのパルスエッジ割込みルーチンのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
【図１２】本発明の実施形態において定常時点火制御部のマイクロコンピュータに実行させるプログラムの点火タイマ割込みルーチンのアルゴリズムの一例を示したフローチャートである。
【図１３】本発明に係わる点火装置で得られる点火特性の一例及び従来の点火装置による場合の点火特性を示した線図である。
【図１４】従来の点火装置の構成を示した回路図である。
【符号の説明】
６…エキサイタコイル、１０…制御用電源回路、１１…波形整形回路、１２…極低速時点火制御部、１３…定常運転時点火制御部、１４…オア回路、ＩＧ…点火コイル、Ｃi …点火用コンデンサ、Ｔhi…放電用サイリスタ。

Claims (9)

1. 内燃機関のクランク軸に取り付けられた回転体と該回転体の外周に取り付けられた１つの永久磁石とを有して前記永久磁石と該永久磁石に隣接する前記回転体の外周部とにより３極の磁石界磁が構成された磁石回転子と、前記磁石回転子の磁石界磁に対向する磁極部を有する鉄心と該鉄心に巻装されたエキサイタコイルとを有して前記磁石回転子が１回転する間に第１の負の半波の電圧と正の半波の電圧と第２の負の半波の電圧とが順に現れる１サイクル半の交流電圧を前記エキサイタコイルから出力する固定子とを備えた磁石式交流発電機と、点火コイルと、前記点火コイルの一次側に設けられて前記エキサイタコイルが出力する正の半波の電圧で一方の極性に充電される点火用コンデンサと、前記点火用コンデンサが一方の極性に充電されている状態で点火信号が与えられたときに導通して前記点火用コンデンサの電荷を前記点火コイルの一次コイルを通して放電させる放電用サイリスタと、前記放電用サイリスタに前記点火信号を与える点火制御部とを備えたコンデンサ放電式内燃機関用点火装置において、
   前記エキサイタコイルが出力する負の半波の電圧を制御用の直流電圧に変換する制御用電源回路と、前記エキサイタコイルが出力する第１及び第２の負の半波の電圧をそれぞれ波形整形して矩形波状の第１及び第２のパルス信号に変換する波形整形回路とが設けられ、
   前記磁石式交流発電機は、前記第２のパルス信号の立上りのエッジの位置または立下がりのエッジの位置が前記内燃機関の始動時の点火位置として適した位置に一致するように設けられ、
   前記点火制御部は、
   前記制御用電源回路から得られる直流電圧を電源電圧として、前記第１及び第２のパルス信号のそれぞれの立上りのエッジまたは立下がりのエッジを検出したときに前記放電用サイリスタに前記点火信号を供給するハードウェア回路からなる極低速時点火制御部と、
   前記第１及び第２のパルス信号から前記内燃機関の回転情報を得て、前記制御用電源回路から得られる直流電圧を電源電圧として動作するマイクロコンピュータにより前記内燃機関の各回転速度における点火位置の演算と演算した点火位置の検出とを行って、演算した点火位置を検出したときに前記放電用サイリスタに前記点火信号を与える定常時点火制御部と、
   を備えているコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。
2. 内燃機関のクランク軸に取り付けられた回転体と該回転体の外周に取り付けられた１つの永久磁石とを有して前記永久磁石と該永久磁石に隣接する前記回転体の外周部とにより３極の磁石界磁が構成された磁石回転子と、前記磁石回転子の磁石界磁に対向する磁極部を有する鉄心と該鉄心に巻装されたエキサイタコイルとを有して前記磁石回転子が１回転する間に第１の負の半波の電圧と正の半波の電圧と第２の負の半波の電圧とが順に現れる１サイクル半の交流電圧を前記エキサイタコイルから出力する固定子とを備えた磁石式交流発電機と、点火コイルと、前記点火コイルの一次側に設けられて前記エキサイタコイルが出力する正の半波の電圧で一方の極性に充電される点火用コンデンサと、前記点火用コンデンサが一方の極性に充電されている状態で点火信号が与えられたときに導通して前記点火用コンデンサの電荷を前記点火コイルの一次コイルを通して放電させる放電用サイリスタと、前記放電用サイリスタに前記点火信号を与える点火制御部とを備えたコンデンサ放電式内燃機関用点火装置において、
   前記エキサイタコイルが出力する負の半波の電圧を制御用の直流電圧に変換する制御用電源回路と、前記エキサイタコイルが出力する第１及び第２の負の半波の電圧をそれぞれ波形整形して矩形波状の第１及び第２のパルス信号に変換する波形整形回路とが設けられ、
   前記磁石式交流発電機は、前記第２のパルス信号の立上りのエッジの位置または立下がりのエッジの位置が前記内燃機関の始動時の点火位置として適した位置に一致するように設けられ、
   前記点火制御部は、前記制御用電源回路から得られる直流電圧を電源電圧として、前記第１及び第２のパルス信号のそれぞれの立上りのエッジまたは立下がりのエッジを検出したときに前記放電用サイリスタに前記点火信号を供給するハードウェア回路からなる極低速時点火制御部と、前記制御用電源回路から得られる直流電圧を電源電圧として動作するマイクロコンピュータを備えた定常時点火制御部と、キャンセル指令が与えられているときに導通して前記極低速時点火制御部から前記放電用サイリスタに与えられる点火信号を該放電用サイリスタから側路する点火信号キャンセル用スイッチとを備えてなり、
   前記定常時点火制御部のマイクロコンピュータは、前記第１及び第２のパルス信号の信号幅と第１及び第２のパルス信号の発生間隔とから前記第１のパルス信号及び第２のパルス信号を判別して判別した一方のパルス信号の立上りまたは立下がりのエッジの位置を基準位置として検出する基準位置検出手段と、前記第１及び第２のパルス信号の少なくとも一方を用いて前記内燃機関の回転速度を検出するためのデータを求める回転速度検出手段と、検出された回転速度に対する前記内燃機関の点火位置を前記基準位置から該点火位置まで機関のクランク軸が回転するのに要する時間の形で演算する点火位置演算手段と、前記基準位置が検出されたときに前記点火位置の計測を開始して、該点火位置の計測が完了したときに前記放電用サイリスタに点火信号を与える点火位置検出手段と、前記内燃機関の回転速度が設定値を超えているときに前記キャンセル指令を発生するキャンセル指令発生手段とを構成するようにプログラムされているコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。
3. 前記第１のパルス信号の立下がりのエッジの位置を前記基準位置とする請求項２に記載のコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。
4. 前記極低速時点火制御部は、前記制御用電源回路の出力電圧で電流制限素子と前記放電用サイリスタのゲートカソード間とを通して充電される点火信号供給用コンデンサと、前記パルス信号をベース信号として導通して前記点火信号供給用コンデンサの充電電流を該コンデンサから側路するように設けられたトランジスタと、該トランジスタが導通したときに前記点火信号供給用コンデンサの電荷を前記トランジスタを通して放電させるように前記点火信号供給用コンデンサと前記トランジスタとの間を結合するダイオードとを備えていて、前記第１のパルス信号及び第２のパルス信号の立下がりのエッジで前記放電用サイリスタに点火信号を与える請求項２または３に記載のコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。
5. 前記回転速度検出手段は、前記第１のパルス信号の立上がりのエッジ位置または立下がりのエッジ位置が検出されてから前記クランク軸が１回転した後の同じ位置が検出されるまでの経過時間を前記内燃機関の平均回転速度を検出するためのデータとして求める平均速度検出手段を備えている請求項４に記載のコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。
6. 前記第１及び第２のパルス信号は前記マイクロコンピュータの一つのポートに入力され、
   前記回転速度検出手段は、
   前記ポートに入力される信号の認識モードを、信号の立上りのエッジを認識する第１のモードと信号の立下がりのエッジを認識する第２のモードとに切り替える信号認識モード切替手段と、
   前記第１のパルス信号の立上りのエッジを認識したときに瞬時速度計測用の計時を開始して、前記ポートに入力される信号の認識モードを第２のモードに切り替える瞬時速度計測開始手段と、前記第１のパルス信号の立下がりのエッジを認識したときに前記瞬時速度計測用の計時を終了して前記信号認識モードを前記第１のモードに切り替える瞬時速度計測終了手段と、前記第１のパルス信号の立上りのエッジが認識された時の時刻から立下がりのエッジが認識された時の時刻までの間に計測された時間を前記内燃機関の瞬時回転速度を検出するためのデータとして求める瞬時速度検出手段と、
   を備えている請求項４に記載のコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。
7. 前記キャンセル指令発生手段は、前記第１のパルス信号の立上りのエッジが認識されてから前記第２のパルス信号の立上りのエッジが認識されるまでの間前記キャンセル指令を発生するように構成されている請求項２ないし６のいずれか一つに記載のコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。
8. 前記波形整形回路は、前記エキサイタコイルが出力する第１の負の半波の電圧の立上がり側のゼロ点及びピーク点でそれぞれ前記第１のパルス信号の立上がり及び立下がりのエッジを生じさせ、前記エキサイタコイルが出力する第２の負の半波の電圧の立上がり側のゼロ点及びピーク点でそれぞれ前記第２のパルス信号の立上がり及び立下がりのエッジを生じさせるように構成されている請求項１ないし７のいずれか一つに記載のコンデンサ放電式内燃機関用点火装置。
9. 前記波形整形回路は、前記エキサイタコイルが出力する第１の負の半波の電圧が一定のしきい値レベルを超えている間前記第１のパルス信号を発生させ、前記エキサイタコイルが出力する第２の負の半波の電圧が一定のしきい値レベルを超えている間前記第２のパルス信号を発生させるように構成されている請求項１ないし７のいずれか一つ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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