(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１気筒を有し、正転方向および逆転方向に回転可能な内燃機関に用いられる点火システムにおいて、
内燃機関と同期して回転する回転体であって、各気筒の圧縮行程と爆発行程との間に位置する上死点の角度位置を挟み回転方向の前後に離れて配置された一対の位置検出部を外周上に気筒毎に有し、少なくとも１つの前記一対の位置検出部の一方の位置検出部と他方の位置検出部の回転方向の長さが異なる回転体と、
前記位置検出部を検出する１つのセンサと、
前記センサから送出される検出信号により、点火装置の点火時期を制御する制御手段と、
を備え、
前記各一対の位置検出部は、前記上死点の角度位置からほぼ等しい角度離れていることを特徴とする点火システム。
【請求項２】
前記センサは、前記位置検出部の回転後方側および回転前方側において正負の信号を出力し、
前記制御手段は、前記センサから出力された正負の信号に基づき、負の信号に対応するパルスである各位置検出部の回転前方信号、および、正の信号に対応するパルスである各位置検出部の回転後方信号を生成することを特徴とする請求項１記載の点火システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記回転前方信号の２回前と１回前との発生間隔および前記回転前方信号の１回前と今回との発生間隔の比、ならびに前記回転後方信号の２回前と１回前との発生間隔および前記回転後方信号の１回前と今回との発生間隔の比を演算することによりエンジンの回転方向を判別することを特徴とする請求項２記載の点火システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正転方向および逆転方向に回転可能な内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンという）の点火システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、小型の車両、例えばスクータやスノーモービル等においては、小型化および軽量化を実現するため、後進するためのギアを備えていないことがある。このように、ギアの切り替えにより後進を選択できない車両において、エンジンを逆回転させることにより後進を実現するエンジンの点火システムとして、欧州特許出願公開第７５０１１３Ａ２号明細書に公開されているものが知られている。
この公開明細書に記載されている点火システムでは、各気筒毎に回転体に設けられた位置検出部としての歯を２個のセンサで検出し、互いのセンサで検出した信号の位相差によりエンジンの正転または逆転を判定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した明細書に記載されている点火システムでは、エンジンの回転方向を検出するために２個のセンサを用いているため、部品点数が増加する。さらに、センサの電気的接続箇所の増加により組み付け工数が増加するので、製造コストが上昇する。
本発明の目的は、エンジンの正転および逆転を可能にし、部品点数および組み付け工数が少なく安価な点火システムを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１または２記載の点火システムによると、各気筒の圧縮行程と爆発行程との間に位置する上死点の角度位置を挟み回転方向の前後に離れて一対の位置検出部を外周上に気筒毎に配置している。そして、少なくとも一つの一対の位置検出部の一方の位置検出部と他方の位置検出部の回転方向の長さが異なっている。一方の位置検出部と他方の位置検出部の回転方向の長さが異なっている気筒において検出される位置検出部の検出信号のタイミングと、他の気筒において検出される位置検出部の検出信号のタイミングとをエンジンの回転方向によってずらすことができる。検出信号のタイミングを比較することにより、１つのセンサでエンジンの正転方向または逆転方向の判別ができるので、部品点数が減少する。さらに、センサの組み付け工数が減少するとともに電気的接続箇所が減少するので、製造コストが低下する。
また、一対の位置検出部は、上死点の角度位置からほぼ等しい角度離れている。この角度を点火装置の点火時期と一致させれば、エンジンの正転方向および逆転方向のいずれでも上死点の前または後の同じ時期に点火装置を点火できる。したがって、正転方向および逆転方向のいずれにおいても、同じ条件でエンジンを運転できる。
【０００６】
本発明の請求項３記載の点火システムによると、前記回転前方信号の２回前と１回前との発生間隔および前記回転前方信号の１回前と今回との発生間隔の比、ならびに前記回転後方信号の２回前と１回前との発生間隔および前記回転後方信号の１回前と今回との発生間隔の比を演算している。したがって、エンジンの回転変動が発生しても回転前方信号または回転後方信号のいずれかでエンジンの回転方向を判別することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す実施例を図に基づいて説明する。
本発明の一実施例による点火システムを図１に示す。
点火システム１は、図示しないシリンダに収容されたピストンが往復移動することによりクランクシャフトを回転する３気筒２サイクルエンジンの点火時期を制御するものである。点火システム１は、回転体１０、タイミングセンサ３０および制御ユニット３１を有する。
【０００８】
回転体１０は、図示しないクランクシャフトとともに回転し、クランクシャフトが１回転すると同様に１回転する。回転体１０は、円板状の回転本体１１と、回転本体１１の外周に設けられ、径方向外側に突出する位置検出部としての歯２０、２１、２２、２３、２４、２５とを有する。歯２０は歯２０を除く他の歯よりも回転方向に長い。エンジンの正転時において、歯２５の回転前方側と歯２１の回転前方側とのほぼ中間に歯２０の回転前方側が位置するように歯２０の長さは設定されている。歯２０、２１は第１気筒、歯２２、２３は第２気筒、歯２４、２５は第３気筒のそれぞれの圧縮行程と爆発行程との間に位置する上死点（以下、「上死点」をＴＤＣという）を挟み、回転方向の前後にＴＤＣから同じＸ°、例えば５°離れて配置されている。第１気筒の＃１ＴＤＣ１２、第２気筒の＃２ＴＤＣ１３、第３気筒の＃３ＴＤＣ１４は回転本体１１に１２０°の等角度間隔に配置されている。
【０００９】
タイミングセンサ３０はマグネットピックアップを用いており、図２および図３に示すように、各歯の回転前方側および回転後方側で検出信号としてのセンサ信号を出力する。タイミングセンサ３０として、ホール素子、ＭＲＥ素子等を用いてもよい。
制御手段としての制御ユニット３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、制御回路等を有し、電源３２から電力を供給されている。点火装置３５は各気筒毎に合計３個存在し、イグニションコイル３６および点火プラグ３７を有している。制御ユニット３１から各気筒の点火時期にイグニションコイル３６にスイッチング信号が送出され、イグニションコイル３６で発生する起電力により点火プラグ３７で火花が発生する。
【００１０】
次に、エンジンの回転方向の検出および回転方向の切り替え制御について説明する。図２は正転時のタイムチャートを示し、図３は逆転時のタイムチャートを示している。図２および図３において、左方向が進角方向、つまり回転前方側であり、右方向が遅角方向、つまり回転後方側である。
タイミングセンサ３０は各歯の回転後方側および回転前方側において図２および図３に示すように正負の信号を出力する。制御ユニット３１の制御回路では、タイミングセンサ３０の出力した信号からパルス信号として、回転前方信号Ｇ１、回転後方信号Ｇ２を生成する。
【００１１】
エンジン運転中に前進から後進、あるいは後進から前進にエンジンの回転方向を反転する場合、例えば反転スイッチを押す。しかし、エンジンの回転方向は、エンジンが低回転になるまで反転できない。図４に示すスイッチ判定プログラムでは、ステップ１００において反転スイッチが押されているか否かが判定され、スイッチが押されているとステップ１０１において反転フラグがオンされる。図４に示す判定プログラムは、メインルーチンの中で周期的に実行される。
図５に示すルーチンは、Ｇ１信号およびＧ２信号が発生する毎に起動する割り込みルーチンである。
【００１２】
ステップ１１０においてエンジンの回転方向が判定済みかが判定され、未判定なら、ステップ１１１においてエンジンの回転方向が判定される。エンジンの回転方向の判定方法を以下に説明する。
Ｇ１信号およびＧ２信号において、それぞれ２回前と１回前との発生間隔をＴn-1、１回前と今回との発生間隔をＴnとし、(1) Ｔn-1＜Ｔnなら｛（Ｔn-1＋Ｔn）／Ｔn-1｝≧Ｋを求め、(2) Ｔn-1＞Ｔnなら｛（Ｔn-1＋Ｔn）／Ｔn｝≧Ｋを求める。Ｋの値は各歯の長さによって決まる。機械強度を保持し、タイミングセンサ３０で検出可能な程度に歯２０を除く他の歯の回転方向の長さを短くすれば、Ｇ１信号およびＧ２信号においてＴn-1とＴnの差が大きくなるので、Ｋの値を大きくできる。Ｋの値が大きくなれば、回転変動によりＧ１信号およびＧ２信号の発生間隔が変動しても、前述した条件(1) または(2) のいずれかによりエンジンの回転方向を判定できる確率が高くなる。
【００１３】
Ｇ２信号で４回連続して条件(1) または条件(2) のいずれかが成立したら回転方向が正転方向であると判断し、ステップ１１２において正転フラグをオンする。Ｇ１信号で４回連続して条件(1) または条件(2) のいずれかが成立したら回転方向が逆転方向であると判断し、ステップ１１３において逆転フラグをオンする。４回連続して成立しておらず回転方向が判定できないときは、ステップ１１４においてＧ２信号が発生する毎に、ＴＤＣの前後で５°のタイミングで制御回路により固定的に点火プラグ３７を点火させ、このルーチンを終了する。
【００１４】
正転フラグまたは逆転フラグがオンされたら、ステップ１１５においてエンジンの回転数を判定する。回転数が設定値１以上であれば、Ｇ２信号が発生する毎に点火プラグ３７が固定的に点火することを禁止するために、Ｇ２信号をキャンセルするマスク信号を生成する。次にステップ１１７において正転フラグおよび逆転フラグのオンまたはオフを判定し、エンジン運転状態に応じて点火時期を規定するカウンタ値をステップ１１８または１１９で設定する。図２および図３において、演算点火信号がオフになる、つまりカウンタが０になったところで別の割り込みルーチンが起動し、点火プラグ３７に点火する。
【００１５】
ステップ１１５において回転数が設定値１よりも低いと判定した場合、ステップ１２０において反転スイッチが押されているか否かを判定する。反転スイッチが押されていなければステップ１１４において固定点火を行う。反転スイッチが押されていれば、ステップ１２１においてエンジン回転数と設定値２との比較を行う。回転数が設定値２以上であれば、エンジン回転数が高すぎると判断する。そして、エンジンの回転数を低下するためにステップ１２２において該当する気筒の点火プラグを点火させない。
【００１６】
回転数が設定値２よりも低い場合エンジンを反転可能と判断し、正転中ならば正転用、逆転中ならば逆転用の過進角点火をステップ１２４または１２５において行う。設定値２は設定値１よりも低い値である。通常の点火時期よりも進角した位置で点火プラグ３７を点火することにより、ＴＤＣにピストンが達する前にピストンを押し戻し、エンジンの回転を反転させる。そして、ステップ１２６において反転フラグをクリアし、ステップ１２７において、正転フラグ、逆転フラグ、エンジン回転数等をクリアする。
【００１７】
エンジン始動時において制御ユニット３１のプログラムが作動していないときは、Ｇ２信号毎に固定的に点火プラグ３７を点火させる。図２および図３の始動時固定点火信号に示すように、各気筒のＴＤＣの前後で点火プラグ３７を点火させているが、ＴＤＣよりも遅角側で点火させても燃料はすでに燃焼しているので、エンジンの回転を妨げない。
【００１８】
以上説明した本発明の実施の形態を示す上記実施例では、各気筒毎に一対の歯を設け、第１気筒の一方の歯２０だけ、他方の歯２１よりも回転方向に長くしている。したがって、Ｇ１信号およびＧ２信号において、発生間隔を比で比較することにより、１つのタイミングセンサ３０でエンジンの回転方向が検出できる。したがって、部品点数が減少する。また、センサの組み付け工数が低減するので、製造コストを低下できる。
また、各気筒のＴＤＣから回転方向の前後に等しい角度離れて歯を配置しているので、正転方向および逆転方向において同じ条件で点火プラグに点火できる。
【００１９】
本実施例では、３気筒２サイクルのエンジンに本発明を適用したが、３気筒に限らず歯の設置が可能であるなら何気筒のエンジンに本発明を適用することも可能である。また、２サイクルエンジンに限らず、４サイクルエンジンにも本発明を適用できる。その場合、エンジンが２回転する間に１回転する回転軸に回転体１０を取り付ければよい。
【００２０】
本実施例では、位置検出部として回転本体１１の径方向外側に突出する歯を形成したが、回転本体に凹部を形成して位置検出部としてもよい。また、エンジンの回転変動が小さいのであれば、Ｇ１信号またはＧ２信号のいずれか一方だけでエンジンの回転方向を判定できる。
また、車両等に限らず、正転方向および逆転方向の安定したエンジン回転を要求される装置、例えばベルトコンベア等に用いるエンジンの点火システムに本発明を適用することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による点火システムを示す模式的構成図である。
【図２】本実施例による正転時のセンサ検出信号および点火信号を示すタイムチャートである。
【図３】本実施例による逆転時のセンサ検出信号および点火信号を示すタイムチャートである。
【図４】本実施例において反転スイッチのオン、オフを判定するプログラムである。
【図５】本実施例の点火システムを制御する制御ルーチンである。
【符号の説明】
１０      回転体
１１      回転本体
１２、１３、１４          ＴＤＣ（上死点）
２０、２１、２２、２３、２４、２５      歯（位置検出部）
３０      タイミングセンサ
３１      制御ユニット
３３      点火装置
３６      イグニションコイル（点火装置）
３７      点火プラグ（点火装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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