用于内燃机的点火控制装置 本发明涉及用于安装在车辆等中的内燃机的点火控制装置。
图9举例示出了现有技术中用于内燃机的点火控制装置。图10是图9电路中各个部分(a’)～(g’)处的信号波形图。
在图9中，用于内燃机的点火控制装置含有能够探测与内燃机的旋转相同步的信号并产生点火时期信号的点火控制电路51，以及能够在内燃机的转速达到过转速区时使上述点火时期信号无效化从而停止点火的点火停止电路52。此外，两个电路51和52的输出经过“与”电路53输入给点火电路54，点火电路54根据该输入信号通过接通或切断图中未示出的半导体开关器件，在点火栓上产生点火火花。
现在结合图10进行详细说明。点火控制电路51的角度位置传感器55探测第一固定角度位置θH和相位比它落后的第二固定角度位置θL(如图10(a’)所示)。比较器56和比较器57分别对上述传感器55探测到的信号波形进行整形，形成表示第一固定角度位置θH和表示第二固定角度位置θL的信号(图10(b’)示出了表示第二固定角度位置θL地信号)。点火时期计算电路58根据第一固定角度位置θH和第二固定角度位置θH计算点火开始角度θF，并输出与该计算结果相对应的点火时期信号(如图10(c’)所示)。
另一方面，点火停止电路52含有以第二固定角度位置信号作为输入的F-V电路(频率-电压变换电路)59，以及能够根据该F-V电路59的输出形成点火无效化信号的信号无效化电路60。就是说，在F-V电路59中，单稳触发电路61在对第二固定角度位置信号作出响应时将输出一定时间宽度的脉冲信号(如图10(d’)所示)。当有该脉冲输出时，开关63闭合，能够输出与每单位时间内的信号数目(相当于转速)成正比的电压的F-V电容64被恒流电路62供给的恒定电流充电(如图10(e’)所示)。再有，当开关63断开时，F-V电容64以预定的时间常数放电。
此外，在图10的时刻t1’处内燃机的转速达到了过转速区，F-V电容64的输出电压超过了预定的基准电压，使比较器65的输出变成高电平(如图10(f’)所示)，这个输出经过“非”电路66输入给“与”电路53。也就是说，比较器65的输出就是点火无效化信号，在时刻t1’之后，点火被强行停止，从而防止了内燃机的过转速。
还有，F-V电容64的电压在来回充放电时有一定的脉动，该脉动会影响内燃机转速的判定精度。为此，对信号无效化电路60的比较器65的基准电压设定了比脉动幅度大的迟滞特性。也就是说，对于连接在比较器65的负输入端的基准电压作了这样的设定：当该比较器65的输出为低电平时设定较高的基准电压值，当该比较器65的输出为高电平时设定较低的基准电压值(如图10(e’)中的虚线所示)。这样，在图10中，基准电压先在时刻t1’从较高电压值变成较低电压值，其后当内燃机转速降低使F-V电容64的电降回到基准电压时(图10的时刻t2’)，基准电压重新变回成较高电压值。
然而，在上述以往的用于内燃机的点火控制装置中存在这样的问题：在内燃机转速达到过转速区而停止点火的情形下，其后只要内燃机转速不在迟滞幅度的上下变化就不能重新开始点火，于是在限制点火期间当内燃机转速低于必要的转速时会出现感觉不良的情形。特别是，即使当内燃机转速达到了过转速区之后，油门的打开程度仍保持在接近于全开的状态，在迟滞幅度上又加上过冲成分，使内燃机转速发生大的变化，造成驾驶员的不舒适感觉。
另一方面，虽然可以通过减小F-V电容64的脉动幅度来减小比较器65的迟滞幅度，但这时F-V电容64将变得迟钝，F-V电容64的输出电压随内燃机转速上升的时间响应变差。其结果是，对于内燃机转速急剧上升的情形将出现这样的问题：虽然实际上内燃机转速已经达到了过转速区，但也不能停止点火，而是在过转速情况下继续点火。另外，在重新开始点火时还会出现这样的问题，即计算输出(图10(c’))的脉冲波形将发生变化，使点火时期发生变化。
本发明针对上述问题，以提供一种具有下述功能的用于内燃机的点火控制装置为目的，该装置(1)在频率-电压变换电路的电容上不存在电压响应性质的恶化，(2)改良点火限制时的动作感觉，以及(3)计算电路的输出脉冲不出现大于必要程度的变化。
为了达到上述目的，本发明第一个方面的要点是，在配备有用来周期性地探测与内燃机的旋转相同步的预定的固定角度位置并输出与该固定角度位置相对应的固定角度位置信号的位置探测装置、用来根据由上述位置探测装置输出的固定角度位置信号计算点火开始角度并输出与该计算结果相对应的点火时期信号的点火时期计算装置、以及用来使半导体开关器件对应于由上述点火时期计算装置输出的点火时期信号进行接通或断开从而使点火检上发生点火火花的点火装置的用于内燃机的点火控制装置中，还配备有：由能够输出与每单位时间内所接收的来自上述位置探测装置的固定角度位置信号的数目成正比的电压的电容所构成的频率-电压变换装置；能够使上述频率-电压变换装置的电容每当在上述固定角度位置处进行一定时间的充电，而在该时间之外的时期内，使该电容以预定的时间常数放电的充放电装置；以及能够使该电容的输出电压仅仅在上述频率-电压变换装置的电容的充电期间才与相当于内燃机转速的过转速区的基准电压进行比较，并且当前一电压大于基准电压时，将输出使上述点火时期计算装置的点火时期信号无效化的点火无效化信号的信号无效化装置。此外，在上述电容的充电期间，还希望在内燃机处于最高转速时设定不重复点火时期信号。
本发明第二个方面的构成是，当上述频率-电压变换装置的电容在充电期间其输出电压超过上述信号无效化电路中的基准电压时，上述信号无效化装置就在上述电容的放电期间把基准电压切换到其电压值远小于原来值的另一个基准电压上。
本发明第三方面的构成是，上述充放电装置使上述频率-电压变换装置的电容在这样的时刻开始充电，该时刻是上述点火时期计算装置输出的点火时期信号为了能够进行下一个动作周期而被复原的时刻。
根据本发明的第一方面，位置探测装置周期性地探测与内燃机的旋转相同步的预定固定角度位置，并输出对应于该固定角度位置的固定角度位置信号。点火时期计算装置根据位置探测装置输出的固定角度位置信号计算点火开始角度，并产生对应于该计算结果的点火时期信号。点火装置对应于点火时期计算装置输出的点火时期信号使半导体开关器件接通或断开，在点火栓上产生点火火花。
此外，频率-电压变换装置的电容由充放电装置控制其充电期间和放电期间，每当在固定角度位置处就充电一定的时间，而在此以外的期间则以预定的时间常数放电。这样，该电容将输出与每单位时间内所接收到的来自位置探测装置的固定角度位置信号的数目成正比的电压。也就是说，由于每单位时间内固定角度位置信号的数目相当于内燃机的转速，所以从电容的输出电压可以探测内燃机的转速。再有，信号无效化装置仅仅在电容充电期间才把该电容的输出电压和相当于内燃机转速的过转速区的基准电压进行比较，当前者的电压较大时，它将输出使来自点火时期计算装置的点火时期信号无效化的点火无效化信号。通过该点火时期信号的无效化，就可以在过转速区强行停止点火。
总之，频率-电压变换装置的电容的输出电压在充放电装置控制之下反复地充放电，以预定的幅度脉动，该电容的输出电压仅仅在电容的充电期间与相当于内燃机转速的过转速区的基准电压进行，因此能够总是根据同一个基准电压来判定该输出电压，而和电容放电时输出电压的降低没有关系。这样，不会出现重新点火时内燃机转速低于必要转速的情形，从而与以往的点火控制装置相比改良了点火限制时的动作感觉。再有，由于不再有必要减小电容输出电压的脉动幅度，所以不会造成该电容响应性质的恶化。
根据本发明的第二方面，当电容充电期间其电压超过信号无效化装置给出的基准电压时，电容放电期间的基准电压被切换成比前一基准电压的值小得多的另一个基准电压。这样，在点火停止时，电容在放电期间其输出电压不会降回到基准电压，所以不论实际的内燃机转速是否降低都不会出现不希望的重新点火。
根据本发明的第三方面，因为在点火时期信号复原之后电容再开始充电，所以处在由该电容充电期间所发生的点火无效化信号所引起的点火停止前面的点火时期信号不会被切断。也就是说，当电容的输出电压超过基准电压时，虽然由于内燃机转速达到了过转速区而产生了点火无效化信号，但因为该信号发生在点火时期信号复原之后，所以不会影响前面的点火时期信号。
下面，参考附图说明一个把本发明的用于内燃机的点火控制装置具体化到单气缸四冲程内燃机的实施例。
附图的简单说明
图1用于内燃机的点火控制装置的一个实施例的表示其电气构成的电路图。
图2表示点火时期计算电路的构成的电路图。
图3表示点火电路的构成的电路图。
图4表示点火开始角特性的曲线图。
图5点火控制电路中各部分的信号波形图。
图6点火停止电路中各部分的信号波形图。
图7用于内燃机的点火控制装置的另一实施例的表示其电气构成的电路图。
图8表示另一实施例中点火开始角特性的曲线图。
图9以往技术中用于内燃机的点火控制装置的表示其电气构成的电路图。
图10以往技术中用于内燃机的点火控制装置的各部分的信号波形图。
符号说明
4…作为点火装置的点火电路；
5…构成位置探测装置的角度位置传感器；
6-10…构成位置探测装置的电阻；
11，12…构成位置探测装置的比较器；
13…作为点火时期计算装置的点火时期计算电路；
27…作为信号无效化装置的信号无效化电路；
28…构成充放电装置的单稳触发电路；
29…构成充放电装置的恒流电路；
30…构成充放电装置的开关；
31…作为频率-电压变换输出电容的F-V电容；
42…作为半导体开关器件的可控硅；
46…构成充放电装置的电阻。图1示出本实施例中用于采用电容放电型点火方式(CDI方式)的内燃机的点火控制装置的全部构成。如图1所示，用于内燃机的点火控制装置含有：用来周期性地探测与内燃机(图中未示出)的旋转相同步的信号并产生与该信号相对应的点火时期信号的点火控制电路1，以及用来在内燃机转速达到过转速区时强行停止点火的点火停止电路2。并且，点火控制电路1的输出和点火停止电路2的输出经过“与”电路3输入给点火电路(点火装置)4，由该点火电路4进行点火。下面详细说明这个构成和作用。
在图1的点火控制电路1中，设置有一个角度位置传感器5，用来和内燃机的旋转相同步地探测(每旋转一周探测一次)第一固定角度位置θH和相位比它落后的第二固定角度位置θL。具体地说，角度位置传感器5的构成例子是，由与内燃机的旋转相同步转动的转子和带有永久磁铁的电磁检测线圈所构成，其中转子的外周上设有沿着圆周方向延伸的突起。
此外，角度位置传感器5的输出经过电阻6、7、8分压偏置成适当的值之后，输入给比较器11的负输入端和比较器12的正输入端。比较器11的正输入端接地，比较器12的负输入端连接在恒定电压Vcc经过电阻9、10的分压点上。比较器11向点火时期计算电路(点火时期计算装置)13输出与第一固定角度位置θH相一致的第一固定角度位置信号，比较器12向点火时期计算电路13输出与第二固定角度位置θL相一致的第二固定角度位置信号。还有，在本实施例中，角度位置传感器5、电阻6-10、以及比较器11、12等构成了位置探测装置。
点火时期计算电路13根据上述第一和第二固定角度位置信号计算点火开始角度θF，并输出与该计算结果相对应的点火时期信号，其电路构成示于图2。在点火时期计算电路13中，双稳触发器14的设置端(S)与上述比较器11相连接，其复原端(R)与上述比较器12相连接。也就是说，比较器11的输出作为双稳触发器14的设置信号，它的前沿位置和第一固定角度位置θH相一致；而比较器12的输出作为双稳触发器14的复原信号，它的前沿位置和第二固定角度位置θL相一致。
开关15由双稳触发器14的Q端输出信号驱动，开关19由“或”电路24的输出信号驱动。开关15在双稳触发器14的Q端输出为高电平时闭合，开关19在“或”电路24的输出为高电平时闭合。此外，当开关15和19都处在断开状态时，用于点火时期计算的电容18由恒流电路16提供的恒定电流ic1充电。还有，当开关15闭合，开关19断开时，如果分别用ic1和id表示恒流电路16和恒流电路17的恒定电流，则用于点火时期计算的电容18上的电荷将以恒定电流id－ic1放电(这里取id＞ic1)。再有，当开关19处于闭合状态时，用于点火时期计算的电容18被短路，其上的电荷被完全放电。
此外，比较器22的负输入端与用于点火时期计算的电容18的输出端相连接，正输入端与由电阻20、21形成的恒定电压Vcc的分压点相连接。这样，用于点火时期计算的电容18的电压将与由电阻21两端的电压所形成的基准电压相比较，当后者较大时，将输出高电平信号。比较器22的输出端和双稳触发电路14的Q输出端连接到“与”电路23上，“与”电路23的输出端和比较器12的输出端连接到“或”电路24上。
另一方面，图1中，点火停止电路2含有以来自比较器12的第二固定角度位置信号作为输入的频率-电压变换电路(以下称做F-V电路)26，以及作为根据该F-V电路26的输出电压来产生点火无效化信号的信号无效化装置的信号无效化电路27。
详细地说，在F-V电路26中，单稳触发电路28在接收到比较器12的输出信号后将输出一个有一定时间宽度的脉冲信号，在该脉冲信号的输出期间开关30闭合。能够输出正比于每单位时间内的信号数目(相当于转速)的电压的F-V电容31在开关30闭合时被由恒流电路29提供的恒定电流Ic2充电。这时，F-V电容31的输出电压上升，上升规律取决于该电容31的电容量、恒定电流Ic2和电阻46等常数。此外，当开关30断开时，F-V电容31上的电荷通过电阻46放电，使输出电压减小，减小的规律取决于电容31和电阻46的放电时间常数。这样，在本实施例中，频率-电压变换装置的电容由F-V电容31构成，充放电装置由单稳触发电路28、恒流电路29、开关30和电阻46构成。
此外，在信号无效化电路27中，比较器35的正输入端与F-V电容31的输出端相连接，负输入端与恒定电压Vcc经过电阻32、33、34的分压点相连接。比较器35的基准电压可以通过使晶体管38导通或截止而任意设置为电压不同的第一基准电压Vs1或第二基准电压Vs2。这里，第一基准电压Vs1设定为与内燃机的过转速区(例如9000rpm以上)相当的电压；第二基准电压Vs2设定为大于F-V电容31充放电时的脉动幅度但远小于第一基准电压Vs1的电压值。也就是说，当“与”电路37的输出为低电平时，晶体管38截止，基准电压设置为第一基准电压Vs1；而当“与”电路37的输出为高电平时，晶体管38导通，基准电压设置为第二基准电压Vs2。
“与”电路37以由单稳触发电路28经过“非”电路36送来的脉冲信号和比较器35的输出信号作为输入，只有当“与”电路37的两个输入都为高电平时，它才输出高电平。另外，比较器35的输出信号作为点火无效化电路27的点火无效化信号输出，该信号经过“非”电路39输出给“与”电路3。
图3示出了点火电路4的构成。在点火电路4中，充电装置40内含有一个能由发电线圈产生交流电压的磁铁发电机，由该磁铁发电机产生的交流电压经过二极管41和点火线圈44的初级线圈44a施加在主电容43上，对该主电容43充电。另外，当经过“与”电路3送来的点火触发信号使可控硅(半导体开关器件)42导通时，主电容43上所充电的电荷通过点火线圈44的初级线圈44a急速放电。这样在点火线圈44的次级线圈44b上感应出高电压，该高电压将导致在内燃机点火栓的火花间隙45中产生点火火花。
下面，利用图5和图6的信号波形图说明具有上述构成的点火控制电路1和点火停止电路2的工作过程。
图5示出了点火控制电路1的各个部分(a)～(h)的信号波形。首先，在角度位置传感器5上如图5(a)所示，当内燃机旋转一周时产生一个周期的信号电压。比较器11的输出端产生如图5(b)所示的与该信号电压的负方向电压相同步的脉冲信号；比较器12的输出端产生如图5(c)所示的与该信号的正方向电压相同步的脉冲信号。比较器11的输出用作双稳触发器14的设备信号，比较器12的输出用作双稳触发器14的复原信号。从而双稳触发器14的Q端输出信号如图5(d)所示，在第一固定角度位置θH处上升为高电平，在第二固定角度位置θL处下降为低电平。
此外，用于点火时期计算的电容18上的电压如图5(e)所示，在第一固定角度位置θH之前由恒定电流ic1充电而上升，在第一固定角度位置θH处因开关15闭合而以恒定电流id－ic1放电，电压开始降低。再有，该电压和由电阻20、21形成的基准电压在比较器22中进行比较，如图5(f)所示，当后一电压较大时比较器22的输出变为高电平信号。
另外，“与”电路23通过对比较器22的输出信号和双稳触发电路14的Q端输出信号作逻辑相乘运算，输出如图5(g)所示的信号；“或”电路24通过对“与”电路23的输出信号和双稳触发器14的复原信号作逻辑相加运算，输出如图5(h)所示的信号。并且，图5(h)所示的这个点火时期信号的上升沿位置(点火开始角度θF)用作图3中的可控硅42的触发位置。点火时期信号的下降沿位置用作为下一个工作循环准备的复原位置，在该位置上用于点火时期计算的电容18重新开始充电。此外，在本实施例情形下，当内燃机转速上升时点火开始角度θF向图的左侧移动，也即向超前的角度一侧移动，反之，当内燃机转速下降时点火开始角度θF向图的右侧移动，也即向落后的角度一侧移动。总之，如图4所示，点火角度θF在第一固定角度位置θH和第二固定角度位置θL之间变化。
另一方面，图6示出了点火停止电路2中各部分的信号波形。在图6中，时刻t1和t2之间的时期表示点火时期信号被无效化从而点火被强行停止的时期。另外，图6(a)、(c)、(h)是和上述图5(a)、(c)、(h)相同的波形。
首先，单稳触发电路28输出如图6(i)所示的与比较器12的输出信号(如图6(c)所示)的下降沿相同步的有一定时间宽度的脉冲信号。F-V电容31如图6(j)所示，在单稳触发电路28的脉冲信号输出期间以恒定电流ic2充电，在其他期间以预定的时间常数放电。也就是说，在本实施例中，在从点火时期信号(如图6(h)所示)的下降沿开始的一定期间内，F-V电容31进行充电。另外，希望把F-V电容31的充电时间设定在内燃机最高转速时的点火开始角度θF的上升沿之前。
另外，比较器35对F-V电容31的输出电压和由电阻32-34设定的基准电压Vs1或Vs2进行比较。这样，在时刻t1之前，基准电压设置在较高的电平(第一基准电压Vs1)上(如图6(j)中的虚线所示)，F-V电容31的输出电压在第一基准电压下方。从而如图6(k)所示，比较器35的输出(点火无效化信号)保持为低电平，经过“非”电路39的反转后，信号无效化电路2的输出为高电平。这时，如图6(m)所示，“与”电路3将原封不动地输出点火时期计算电路13的点火时期信号(图6(h)的信号)，使点火电路4在其上升沿位置(点火开始角度θF)进行点火。
并且，随着内燃机转速的上升F-V电容31的输出电压也上升，在时刻t1处F-V电容31的输出电压超过第一基准电压Vs1，基准电压被切换成第二基准电压Vs2，其后，仅仅在单稳触发电路28的脉冲信号使F-V电容31充电的期间内，基准电压才从Vs2切换成Vs1(如图6(j)的虚线所示)。这样，在F-V电容31的放电期间，当该输出电压比第二基准电压Vs2大得多时，比较器35输出的点火无效化信号保持在高电平上。另外，在F-V电容31的充电期间，如果该输出电压和相当于过转速的第一基准电压Vs1的比较结果表明前者较大，则比较器35输出的点火无效化信号变为高电平，使点火停止。还有，由于点火时期信号是在电容放电期间产生的，所以在时刻t1-t2期间点火时期信号总是被无效化的。
其后，由于停止了点火，内燃机的转速逐渐下降，在t2时刻处该转速离开了过转速区，从而F-V电容31充电时的输出电压低于第一基准电压Vs1。而且，不论在F-V电容31的充电期间还是放电期间，比较器35的输出都保持为低电平，而基准电压继续维持在较高的基准电压值Vs1上。其后，点火时期信号经过“与”电路3输出给点火电路4，重新开始点火。
前面详细说明的本实施例的用于内燃机的点火控制装置能给出以下的效果。
也就是说，尽管F-V电容31的输出电压在反复充放电的过程中以预定的幅度脉动，但通过在图1的信号无效化电路27中设置“非”电路36和“与”电路37，使得仅仅在电容的充电期间才进行F-V电容31的输出电压和相当于过转速区的基准电压Vs1之间的比较判断。从而，可以与F-V电容31放电时输出电压的下降无关，总是通过和同一个基准电压进行比较来判定该输出电压。这样，在重新开始点火时内燃机的转速不会低于最低的必要转速，从而和以往的点火控制装置相比可以改良点火限制时的动作感觉。
另外，在内燃机转速达到了过转速区之后即使油门仍保持在接近完全打开的状态，内燃机的转速也稳定在所设定的过转速区的转速上限值上，从而不会造成过去那样的转速变动。再有，由于不再有必要采用小的F-V电容31的输出电压脉动幅度，所以确保了该电容31的响应特性。
再有，对于在电容充电期间该电容31的输出电压超过了信号无效化电路27给出的基准电压的情形，电容放电期间的基准电压就被切换到比原先的值(图6(j)中所示的Vs1小得多的另一个基准电压值(图6(j)中所示的Vs2)。这样，在点火停止时期，由于F-V电容31的输出电压不下降到低于基准电压，所以不论实际的内燃机转速是否降低，都可以防止不希望的重新点火。
再有，由于在点火时期信号复原之后F-V电容31才开始充电，所以位在由电容充电期间所产生的点火无效化信号造成的停止点火之前的点火时期信号不会被中途切断。也就是说，虽然当F-V电容31的输出电压超过基准电压，内燃机转速达到了过转速区时产生了点火无效化信号，但由于该信号发生在点火时期信号复原之后，所以不会影响在它前面的点火时期信号。
还有，作为本发明的另外的实施例，可以作如下的具体地。
例如，可以改变上述实施例构成的一部分。构成如图7所示的用于内燃机的点火控制装置。也就是说，和上述实施例中把比较器12的输出(第二固定角度位置信号)作为F-V电路26的单稳触发电路28的输入不同，把点火时期计算电路13的输出(点火时期信号)作为单稳触发电路28的输入。这时，总是在点火时期信号复原之后才进行F-V电容31的充电和点火无效化信号的输出。从而将存在具有如图8所示的特性的情形，即在高转速区内点火角度θF可能移到比第二固定角度位置θL还需落后的角度一侧，但即使这样也不会出现中途切断上一次点火时期信号的情况，可以得到和上述实施例相同的效果。
再有，虽然在上述实施例的信号无效化电路27中晶体管38的集电极是经过电阻33与比较器35的负输入端相连接的，但它也可以直接与比较器35的负输入端相连接。这时，在晶体管38导通期间第二基准电压Vs2变为地电位。
再有，虽然在上述各个实施例中，F-V电容31的输出电压是在电容充电期间和相当于过转速区的基准电压进行比较的，但这个比较的时间也可以改变为最少在F-V电容31从充电变成放电的转变时间进行，也即在输出电压达到峰值时进行。
虽然在上述各实施例中是具体化成了CDI方式的点火控制装置，但是也可以具体化为采用双极晶体管(半导体开关器件)构成的电流切断方式的点火控制装置。
根据本发明的第一方面可以获得这样的优良效果：频率-电压变换输出电容上的输出电压的时间响应性不恶化，改良了点火限制时期的动作感觉。
根据本发明的第二方面可以在点火停止时期防止用于频率-电压变换的电容在放电期间出现不希望的重新点火。
根据本发明的第三方面，可以解决位在进行停止点火之前的点火时间信号被中途切断的问题。