JPS6237231B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関において周期的に繰返され
る過程をクランク軸の位置に依存して制御する電
子装置に関する。この装置では、クランク軸に結
合された円板に複数のマーキングが設けられ、該
マーキングと共働して、クランク軸の所定回転角
度範囲に対応する信号を発生する信号発生器が設
けられ、該信号に基づいて矩形電圧信号を出力す
るデータ処理装置が設けられ、データ処理装置
は、前記所定回転角度範囲の始端から、内燃機関
の瞬時運転状態に対応する電気量の計数を行なう
ことによつて矩形電圧信号の一方の側縁を決定
し、該側縁の時間位置が前記過程の生じる時間位
置に対応している。

内燃機関の点火時点を正確に決定する場合、機
関の効率と排気ガスの有害成分が最も重要な要因
となる。そのため、最適の運転条件を求めて、点
火時点をより正確に設定できるように怒力が続け
られている。点火時点の制御量としては、第１に
回転数（回転速度）と負荷があげられる。回転数
について言えば、回転数が上昇している場合は点
火時点を早めるように調節し、回転数が低い時は
点火時点が上死点に近づくように調節する。ま
た、内燃機関がまだ運転温度に達していない場合
は、機関の暖機が最重要なので点火時点を上死点
より後に選ぶと有利である。もちろん、運転温度
に達すればそれ以上温度を上げるのは不都合であ
る。このような意味で、温度も点火時点の決定に
あたつて考慮すべき要因である。

公知の点火時点計算装置の１つに、計数パルス
増分方式のものがある。この装置では、内燃機関
のクランク軸に円板が結合され、その円周上の一
部に複数の歯もしくは突起が設けられている。ク
ランク軸の回転に伴つて、この歯列はパルス発信
器の近傍を通過し、発信器はパルスを発生する。
発信器にはゲートが接続されており、このゲート
は所定の時間だけ計数パルスをカウンタへ通過さ
せる。そのため、回転数が高いほど、所定時間内
にカウンタに達するパルス数は多くなる。従つ
て、計数時間終了時におけるカウンタの計数値か
ら回転数を求められる。

これとは別に、所定の計数値に達するまで計数
パルスを加算することも可能である。この場合
は、回転数が大きいほど所定計数値に早く達す
る。従つて所定計数値に達するまでの時間から回
転数を求めることができる。

以上どちらの場合でも、パルス計数値または時
間の形で、回転数に依存する出力値が得られる。

このような装置では、所定の計数値で点火パル
スを発生することによつて、点火時点を決定す
る。通常は上死点を基準マークとし、先行の動作
サイクルに基づき、コンピユータによつて点火を
行なうべき計数値を計算する。それ以降は計数に
よつて点火時点を決定するが、目標計数値は他の
パラメータ、例えば回転数、圧力、温度等によつ
て計算する。従つて、回転数が低い時と高回転数
の時では目標計数値が異なる。また回転数が等し
くても、圧力や温度に応じて目標計数値は変化す
る。

上記の計数の結果として、クランク軸のある角
度位置に相当する時点が得られる。しかし、点火
コイルを制御するためにはさらに別の信号が必要
である。そのためにこの点火時点計算装置は、測
定目的によつて歯間の間隔が異なる特別のパルス
発信器を必要とする。つまり、点火時点を決定す
るような高い精度が必要な範囲では歯と歯の間隔
を狭くし、回転数を計算するための範囲などはも
つと低い精度でよいので、歯間を広くするのであ
る。その結果、歯付円板の製作や信号の評価に困
難が生じる。まず、第１の計数経過に対して一定
の計数時間を設定しなければならない。次に、第
２の計数経過の間に歯間間隔の相違を考慮しなけ
ればならない。最後に、目標値を常に新たに形成
しなければならない。これらは考慮を要する３つ
の可変条件となる。以上の理由から、この点火時
点計算装置はかなり高コストとなる。

さらに問題なのは、高回転数で動作する多気筒
の内燃機関でこの装置を構成する場合である。こ
のような場合、ごく短い時間で回転数を評価しな
ければならないので、計算やスイツチング過程も
高速で実施する必要がある。この点には、本願の
出願時点において大きな困難があつた。特に高速
回転時にはパルスを検出する時間が極めて短くな
るので、パルス幅の短縮に起因する精度の低下と
も結びついて識別誤差が急増する。そのため、高
い回転数では所要の分解能を得られない事態が生
じ、回転数を変化しうる範囲も限定される。

なお、内燃機関の動作過程を制御する装置は、
特開昭50―90826号公報によつて公知である。こ
の装置では、エンジンのエネルギ変換過程を制御
する機構が設けられており、これらの制御機構の
調整は、少なくとも１つのエンジン動作状態を検
出し、その状態を表す電気信号を生じ、デイジタ
ル計算機を用いてエンジンのエネルギ変換過程を
制御するために用いる機械の設定点に対応する各
値を計算することによつて、行なわれる。デイジ
タル計算機はエネルギ変換制御機構の設定点と感
知した状態との間の所望の関係を表す１つまたは
多くの代数関数から算術的にそれらの値すなわち
設定点を計算するようにプログラミングされる。

しかしこの公知の装置は、多数のパラメータに
対する即時アクセス能力に問題があり、また多様
な用途における汎用性という点でも極めて不利で
ある。

本発明の課題は、内燃機関で周期的に繰返され
る過程を開始するために、回転数等のパラメータ
に依存するパルス電圧を出力電圧として供給する
装置を提供することである。クランク軸と正しい
角度を保つて回転する円板にはマーキングが設け
られているが、上記の出力信号はこのマーキング
と所定の角度関係を持つて生じるようにする。ま
た、入力量の処理に関して最大の自由度を持つこ
とが望ましい。

本発明によれば、この課題は次のようにして解
決される。すなわち、前記データ処理装置を、バ
ス系を介して接続された複数の機能ブロツクから
構成し、該機能ブロツクが、中央マイクロプログ
ラム制御ユニツト、すべての計算操作を行なう中
央演算ユニツト、外部記憶装置とのデータ交換を
制御するユニツト、少なくとも１つの入力回路お
よび出力回路であるようにする。そして、データ
処理装置の全体または一部が故障した場合、矩形
電圧信号の側縁を決定するための前記電気量の計
数を中止し、信号発生器の信号を矩形電圧信号と
して出力する、ようにしたのである。

前に述べた特開昭50―90826号公報には、「時分
割補間器１５６がオーバフロー状態になつた時に
クランク軸基準パルスPrを用いて火花タイミン
グパルスを直接発生する」ことが開示されてい
る。この公知例の場合、エンジン始動時つまり回
転数が極めて低い時には、Prパルスの時間間隔
が長くなり過ぎるので計数値が非常に大きくな
り、カウンタがすべての計数パルスを検出できな
くて時分割補間器がオーバフロー状態になつてし
まう。もちろんこの時には点火時点の制御は不可
能である。この問題を解決するために公知例で
は、オーバフロー状態になつた時にPrパルスの
立下り縁で単安定マルチバイブレータ７０２をト
リガし、このマルチバイブレータによつて火花タ
イミングパルスを発生するようにしている。つま
り、始動時の回転数が低い時に補間器がオーバフ
ローして計算回路が使用できなくなると、Prパ
ルスの立下り縁でマルチバイブレータをセツト
し、所定時間後に点火パルスを発生するのであ
る。

この場合、回転数の変化は余り重要でない。低
回転数域ではそれほど厳密に点火時点を定める必
要がなく、特に始動時のように極めて回転数が低
い場合は上述の措置で十分だからである。

ここではつきりしているのは、始動時に補間器
がオーバフロー状態になるのは公知例の構造的な
欠陥であり、Prパルスによつて点火パルスを発
生するのはこの欠陥を埋め合わせる措置にすぎな
いということである。つまり、従来例では点火装
置が正常に作動している時でも補間器はオーバフ
ロー状態になるのであり、この時にPrパルスを
点火パルスの発生に用いるのである（点火装置が
正常動作していないとオーバフローの検出もでき
ない）。従つて、本発明のようなデータ処理装置
の故障時を想定した緊急制御動作については全く
記載がない。

また公知例の場合、Prパルス自体を点火パル
スとして用いるのではなく、Prパルスの立下り
縁で単安定マルチバイブレータをセツトし、所定
時間の経過後に点火パルスを発生する。従つて公
知例を広い回転数範囲に適用した場合は、例えば
低い回転数範囲では正しい時点に点火パルスが生
じても、回転数が上がるにつれて点火パルス発生
時点が正しい時点からずれてゆく。その結果最悪
の場合には、ピストンの後退過程で点火パルスが
発生し、エンジンを破壊してしまう事態すら考え
られる。この点だけをとつてみても、公知例が緊
急制御動作に適してないことは明らかである。

これに対して本発明によれば、データ処理装置
に故障が生じても、少なくとも最寄りの修理工場
に達するまでは機関の動作が維持される。もちろ
ん、その場合機関が最適条件で作動することはで
きず、例えば最大出力は得られないかも知れない
が、緊急時にその程度は甘受されると考えられ
る。

データ記憶装置から処理量が取出され、これら
の処理量が、パルス電圧を使用するためにパラメ
ータに依存し、かつ独自のものであるならば有利
である。

この処理量の形式に応じて本装置は、例えば噴
射パルスを発生するためにも適用できる。さらに
このデータ記憶装置内へエンジン独自のデータを
入れることが望ましい。それにより本来のデータ
処理は、一般的に、かつ内燃機関の形式に無関係
に行なうことができる。装置の汎用性を高めるた
めに、周波数、衝撃係数または両者の組合わせで
あるような任意の電気的な量として運転パラメー
タの事前処理を行なえば有利である。これによ
り、パラメータ用信号発生器が所定の形式に制御
されないという利点が得られる。それ故に角度間
隔発生器と共に、所定のクランク軸角度に対する
付加的なマーキングを有する歯車信号発生器も適
している。

精度と演算に要する時間との間に最適な妥協点
を見出すために、異なつた少なくとも２つのクロ
ツク周波数によつてデータを処理できれば有利で
ある。異なつた２つのクロツク周波数において、
回転速度に関する情報を例えば負荷に関するパラ
メータの処理よりも低い周波数で処理すると有利
である。何となれば回転速度に関する値の精度
は、クランク軸角度を度で測定すべき調整に関し
てさ程高くする必要はないからである。

上記の特徴を有するパルス電圧を得るための装
置の大きな利点として、多くのパラメータに対す
る自由度および取扱い可能性がある。前記の構造
は、集積化にも適しており、かつ汎用の構成ブロ
ツクとして、例えば自動車に任意に必要なパルス
電圧のために外部データ記憶装置と結合して装置
を使用することができる。

点火のためのこの装置の用途は自動車に適した
ものであるが、本来のデータ処理装置は公知であ
る。そのため以下においてデータ処理装置の動作
に詳細に立入ることはせず、かつ適用上の細目、
および本発明に関する主要部だけを取扱う。デー
タ処理装置に関しては、次のような文献が公知で
ある。データ処理装置はこれら文献に記載のもの
を使用することができる。

「標準論理素子を用いたマイクロコンピユータ
の設計」第１部および第２部、エレクトロニク
ス、1975年１月23日第90〜107頁。

ベルおよびニユーエル、「計算機の構成」マグ
ロウ・ヒル、1971年。

デービス「電子計算機入門」マグロウ・ヒル、
1971年。

本発明の実施例を以下図面によつて説明する。

第１図の斜視図は、本発明の適用位置を示して
いる。必要なパラメータのために処理ブロツクが
あり、この処理ブロツクの出力信号は、負荷装置
の間接または直接の制御に使われる。ここでは点
火コイルが負荷装置として示されている。個々の
パラメータの一般的な処理原理によつて噴射弁の
制御または変速機の制御もできる。装置を、点火
コイル２７のための制御信号を検出するために使
う場合、回転速度、機関の負荷、温度、空気量お
よび始動信号のパラメータが点火計算機２０に供
給される。そのために点火計算機２０は、回転速
度計２１、絞り弁スイツチ２２、温度計２３、空
気量測定器２４および始動スイツチ２５に接続さ
れている。最後に出力端子がデストリビユータ２
８に接続された点火コイル２７のための点火信号
を個々のデータから得るため、これらのデータが
処理される。信号発生器の構成に関しても何も制
限はないようにするため、パラメータデータを、
できるだけ多方面から点火計算機の入力端子に供
給できるようになつている。

そのために、円板の周囲を60゜ずつ分割したセ
グメント形信号発生器が、回転速度計として第１
図に示されている。この信号発生器の角度情報を
介して、回転速度を表わす値が検出できる。図の
セグメントの後縁が始動角度と一致するように構
成すれば有利である。始動角度とは、機関の始動
時に点火が行なわれる角度である。

歯車信号発生器に対してセグメント形信号発生
器は、角度を規定する信号を供給するという利点
を持つている。これに対して歯車信号発生器の場
合には、点火角度に対する基準点として付加的な
マーキングを設けなければならない。

回転速度と並んで別の重要なパラメータは負荷
である。この負荷に対する尺度は種々の値から得
ることができる。すなわち絞り弁位置、吸気管負
圧、また吸入空気量を機関回転数で除した商から
得ることができる。排気ガス清浄化のために適正
な噴射量を決めるため、必然的に空気量測定器も
設けなければならないガソリン噴射の場合に、吸
入空気量の割合から負荷に対する尺度を得ること
が可能である。

エンジン温度を検出することによつて、エンジ
ンの暖機運転の際に点火調整曲線を変えることが
できる。遅れ方向へ調整することによつて、例え
ば排気装置が急速に加熱される。この加熱によ
り、吸気系の予備加熱、または排気ガス触媒の運
転温度を得ることができる。複数の温度閾値を設
定すると好都合である。

内燃機関の無負荷運転は、特に問題の多い運転
状態である。何となればエンジンは、例えば自動
変速機におけるコンバータのクリープの形で、負
荷を接続した際に停止してはならず、すなわち無
負荷運転は安定でなければならないからである。
その上無負荷運転中におけるエンジンの排気ガス
には特に問題がある。絞り弁から取出し可能な無
負荷運転スイツチ信号によつてこの臨界的な運転
状態が示される。このことは、点火調整の変更さ
れた特性曲線内で考慮できる。

機関が次のような所定の運転状態にある場合、
特別な処置を講じて点火時点計算に変更を加える
ことができる。

ａ 車載電源の電圧値が、点火計算機に対して定
められた最小値を下回つた場合、 ｂ 付加的な安全回路によつて、点火計算機また
は信号発生器の１つに障害が検出された場合。

以上のような事態が生じた場合、特別な処置に
よつて、点火角度がセグメント信号発生器の信号
の後縁と一致するように切変える。

第２ａ図および第２ｂ図に負荷および回転速度
と点火角度との関係が示されている。曲線は直線
部分を持つた折れ線であり、その際直線部分は
種々の傾斜を持つことができる。これらの曲線
は、内燃機関における最高の効率に関する実験に
おいて得られ、その際折線表示は実際の連続特性
曲線を近似的に妥協して表している。点火角度と
は、上死点前の点火を行う角度とみなすべきであ
る。

点火のための装置の出力信号は、所定のパルス
幅および周期を有する方形波信号である。その
際、パルス幅は点火コイルの閉成時間に、周期と
パルス幅との差が開放時間に相当する。閉成時間
の間、点火コイルにはエネルギーが蓄えられる。
そのために、供給電流量を増大させるのが普通で
ある。供給電流がどのように増大するかというこ
とは、コイルの時定数によつて決まる。時定数
は、コイルのインダクタンスおよび抵抗、つまり
RL素子によつて決定され、その値は既知であ
る。研究によれば、大ざつぱな制御では閉成時間
を時定数の３倍にすればよいと言われている。

他方、点火火花を形成するには十分な開放時間
が必要である。特に高い回転速度では、開放時間
を一定にして有利な閉成時間を決定しなければな
らない。

第３図は、回転速度の逆数を横軸に、正規化開
放時間、つまり開放時間ｔ_pとパルス幅Ｔとの比
を縦軸にとつて示す線図である。図から分かるよ
うに、低い回転速度で信号発生器を用いた点火制
御を行つていれば、つまり閉成時間が60゜セグメ
ントに相当している限り、正規化開放時間と回転
速度の逆数とは比例関数にある。この場合、回転
速度が上がるにつれて、正規化回転速度は減少
し、その傾きは段階的に変化する。この屈曲点は
2300r.p.mと4500r.p.mである。4500r.p.mより上
では、一定の開放時間で点火コイルを流れる電流
が制御される。この一定の開放時間は選択可能で
あり、４気筒機関ではほぼ100μｓ〜2msであ
る。

本発明による装置をできるだけ汎用的に使用す
るため、独立に選択可能な２つの回転速度閾値を
設定する。そうすれば、閉成時間を短縮しながら
一定の開放時間へ移行できる。

無負荷回転速度から3300r.p.mまでの回転速度
範囲では、閉成時間は、点火コイルのインダクタ
ンスと抵抗によつて決まる時定数の３倍である。
低い回転速度では、閉成時間を意図的に短くす
る。点火コイルを過熱させないよう、それを流れ
る電流を小さく抑えるためである。点火コイルの
過熱を抑え、非動作状態におけるバツテリの放電
を減少させるために、例えば20r.p.m以下の非常
に低い回転速度では、むだ電流遮断を行なう。そ
うすれば、閉成時間が非常に長くてもバツテリが
放電することはない。なぜなら、自動車が一時的
に停止した場合でも、信号発生器または計算機に
よつて点火コイルに電流が流れるからである。

第６図と関連して後で説明するが、この過程は
むだ電流カウンタによつて行なわれる。このカウ
ンタは所定の計数値にセツトされており、他の事
象とは無関係にカウントダウンされる。計数値が
ゼロになる前に閉成時間が終了すれば、むだ電流
遮断は不要である。しかし閉成時間がそれ以上持
続した場合は、自動車が停止したか所定の回転速
度を下回つていると考えられる。この時には、点
火コイルを流れる電流を遮断する、つまりむだ電
流遮断を行なうのである。

第４図は、第１図による点火計算機の構造を示
している。この点火計算機は、大体において４つ
の機能ブロツクを含んでいる： まず、入力データを検出し２進数に変換する入
力回路３０および３１、 演算ユニツト３２、制御ユニツト３３および一
時記憶装置３４を含む演算ブロツク、 出力パルスを形成するための出力回路３６、そ
して外部記憶装置３９とデータ交換を行なうデー
タ交換制御部３８である。

さらに３つの線路系、すなわち主アドレスバス
４１、命令アドレスバス４２、およびデータバス
４３が設けられている。

主アドレスバス４１を介してマクロ処理（負荷
および回転速度の処理、回転速度閾値の形成、修
正にもとずく開放時間計算）が決められ、命令ア
ドレスバス４２において再記憶および演算経過の
ような個々のデータのミクロ処理が決められる。
一方データバス４３を介して、個々の記憶装置お
よび回路間の全内部データ転送が行なわれる。３
つのバス線路４１ないし４３は、その役割に応じ
て個々の機能ブロツクに接続されている。

開放時間計算の修正は、例えば、高速回転時に
も機関の動作を維持するために回転速度閾値に基
づいて行なわれる。言いかえれば、開放時間の計
算はあらゆる回転速度範囲で行なわれるのではな
く、例えば高い回転数範囲においては、閉成時間
を犠牲にしても開放時間を少なくとも所定の時間
だけ維持するのである。

さらに、回転速度閾値を決定する回転速度閾値
段４５と、補助クロツク周波数を発生するユニツ
ト４６が設けられている。回転速度閾値は、例え
ば第３図の屈曲点の回転速度に相当する。

点火計算機２０における演算の詳細を説明する
前に、まず入力回路３０，３１におけるデータの
事前処理について説明する。データの事前処理と
は、入力信号を点火計算機で処理しやすい形に変
換することを意味する。

第５図は、入力回路が負荷情報および回転速度
情報を事前処理する場合の例を示している。主要
な構成要素は、カウンタ５０とその後段に接続さ
れた記憶装置５１である。記憶装置５１には、事
前処理された負荷情報や回転速度情報が、いつも
呼出し可能なような記憶される。入力回路を汎用
的に使用できるようにするため、この回路にはゲ
ート時間Ｔ_Eおよび周波数_Eが入力量、つまり負
荷情報ないし回転速度情報として供給される。こ
のゲート時間は入力側５４に、周波数は入力側５
３に加わる。また、周波数の分周または逓倍が必
要な場合は、別のカウンタ５６および計数状態デ
コーダ５７によつて行なう。分周比ないし逓倍比
は、記憶装置５８に記憶されたカウンタ５６の初
期計数値または最終計数値に基づいて調節可能で
ある。この場合、計数周波数がもう１つの処理量
として必要である。本実施例では、計数周波数は
入力端子５９に加わるクロツク周波数である。

周波数とゲート時間とのどちらの量を処理する
かに応じて、カウンタ５０，５６のリセツト入力
側および計数入力側の切換えが行なわれる。この
場合、計数周波数としてクロツク周波数_pが用
いられる。

ゲート時間Ｔ_Eは、例えばセグメント形信号発
生器から供給される。スイツチ６１，６２が図示
の切換位置にある場合、カウンタ５０はゲート時
間Ｔ_Eの間に入力側クロツク周波数_pを計数す
る。カウンタ５０の出力信号はゲート時間の終了
時に記憶装置５１へ転送される。従つて記憶装置
５１には、閉成時間に相当する数値が記憶され
る。

同じようにして、セグメント形信号発生器を用
いて回転速度を検出できる。この場合、例えば１
つのセグメントの先端から次のセグメントの先端
までの間にパルスを計数する。スイツチ６２が入
力側５３に、スイツチ６１がデコーダ５７に切換
えられていると仮定する。この時、入力側５９の
クロツク周波数からカウンタ５６およびデコーダ
５７によつて分周された信号が、ゲート時間とし
てカウンタ５０に加わる。このゲート時間はクロ
ツクに応じて一定である。カウンタ５０はこの
ゲート時間の間に入力側５３と接続された回転速
度信号発生器の信号を加算する。従つてゲート時
間の終了時には、回転速度信号に対応する値が記
憶装置５１に転送される。

信号発生器の信号を直接に処理できる可能性が
薄い場合は、周波数を分周する方がよい。例え
ば、点火時にクランク軸の角度１゜ずつの精度が
必要なのに、角度３゜を単位とした信号発生器し
か使用できない場合、分周を行なえば（多少の誤
りは残るにしても）この欠点を補償できる。

入力信号の選択、入力周波数の分周ないし逓倍
は、図示のデコーダDecを介してスイツチ６１〜
６３を操作することによつて行なわれる。このデ
コーダはマイクロプロセツサによつて制御され
る。

上述の入力回路は汎用性を有しているので有利
である。つまり、周波数及びゲート時間を事前処
理し、次の信号処理のために記憶装置に記憶でき
るのである。この場合の前提は、測定量を周波数
またはゲート時間としてデジタル的に発生するこ
とである。しかし、この装置は精度の高い点に特
徴があるので、アナログ信号発生器の使用はあり
えない。アナログ信号発生器は障害の影響を受け
やすく、また強い温度依存性を有しているからで
ある。

出力信号の必要とする精度に応じて、カウンタ
に異なるクロツク周波数を供給するのが望まし
い。特に、カウンタがシフトレジスタを有し、記
憶装置５１からの出力が直列に行なわれる場合は
そうである。この場合、精度と所要コストとの間
に妥協点を見出し、回転速度を表わす量は基本ク
ロツク周波数の1/12の周波数で、負荷を表わす量
は1/8の周波数で検出する。回転速度情報はかな
り正確に解析しなければならないので、12ビツト
レジスタが必要である。負荷情報の解析には８ビ
ツトで十分である。

以上の点について、記憶装置５１の動作と関連
しながら説明する。記憶装置５１が８ビツト配列
から成り、基本クロツク周波数で循環が行なわ
れるならば、８番目のクロツクごとに結果が読出
される。12ビツト配列を選べば、12番目のクロツ
クの後で読出し過程が終了する。つまり、相応し
た数の基本クロツクパルスが通過した後で、適当
な値が得られる。

第６図は、方形波電圧としての出力信号の形成
を示す図である。この出力信号は、通常、クラン
ク軸の所定の角度位置に関連して発生する。

第６図ａは60゜セグメント形信号発生器の信号
を示しており、この信号はクランク軸の角度位置
に関連して生じる。第６図ｂはセグメント形信号
発生器の信号の１周期の間に出力回路３６で行な
われる３つの計数経過を示している。第６図ｃは
出力回路３６の出力信号である。

第６図ｂでZZZは点火時点計数を表わし、OZZ
は開放時間計数、RSZはむだ電流計数を表わして
いる。一般に点火時点計数ZZZは第６図ａに示す
発生器信号の前縁とともに始まる。点火時点計数
が所定の値（この場合はゼロ）まで達した時が点
火時点である。その後、開放時間計数OZZが行な
われる。開放時間計数が終わると、むだ電流遮断
を行なうための計数RSZが行なわれる。

このむだ電流計数は次のようにして行なわれ
る。まず開放時間計数の経過後、出力回路内のカ
ウンタに新しい値が初期値としてセツトされ、こ
の初期値は次続の発生器信号の前縁が現れるまで
減算計数される。従つて、計数周波数が一定であ
れば、次続の発生器信号の立上がり縁が生じた時
の計数状態は、回転速度に応じて決まる。立上が
り縁の出現時にこの計数状態がゼロより大きけれ
ば、回転速度は十分であると見なされ、むだ電流
遮断は行なわれない。これに対して計数状態がゼ
ロより小さくなれば、回転速度が十分でないと見
なされて点火コイルの電流が遮断される。どの程
度の回転速度でむだ電流遮断を行なうかは計数周
波数およびむだ電流計数の初期値に従つて決めら
れる。

第６図ｃは、出力回路３６の出力信号を示して
いる。この信号のパルス持続時間は、原則として
点火時点計数の終了と共に始まる。従つてパルス
持続時間の終了は、第６図ａに示した発生器パル
スの立上がり縁から計算され、次のパルスの開始
は、先行するパルス持続時間の終了から出発して
計算される。第６図ｃの信号は、点火コイルを流
れる電流と同じである。従つて、閉成時間の終了
や点火時点、点火角度は、第６図ａに示したセグ
メント形信号発生器のパルスを介してクランク軸
角度に関連している。

ここで、むだ電流計数についてもう１度説明す
る。既述のように、むだ電流遮断は回転速度に依
存して行なわれる。つまり、所定の回転速度を下
回つた場合にむだ電流遮断が行なわれる。

この目的で閉成時間が所定の最大値を上回らな
いようにする。その上で、減算カウンタにかなり
大きな計数値を読み込む。この計数値は、むだ電
流計数RSZの間にクロツク周波数によつて減算計
数される。上述のように、発生器信号の立上がり
縁が生じた時、つまり閉成時間から開放時間に切
換わる時に、カウンタが停止する。この立上がり
縁の間隔は回転速度が大きいほど短く、立上がり
縁の間隔が短いほどカウンタに記憶された値の減
少は小さくなる。つまり、回転速度が大きいほど
立上がり縁が生じた時の未減算計数値は大きく、
回転速度の低下につれて小さくなる。回転数が低
下し続ければ、どこかの時点で未減算計数値が所
定の値、例えばゼロを下回る。この事実は、回転
数が下がり過ぎており、所定の時間内に次の立上
がり縁が生じないことを意味している。こうなつ
た時に、むだ電流遮断を行なうのである。

第６図はこの間の事情を示している。第６図ａ
に示す信号の立上がり縁が生じると、第６図ｂに
見るように、出力回路３６内のカウンタが所定の
計数値にセツトされる。カウンタはこの値から減
算計数、すなわち点火時点計数ZZZを行ない、計
数値がゼロになると点火が行なわれる。言い換え
れば、第６図ｃの信号が１から０に切換わる。同
時に、開放時間計数OZZのためにカウンタが新し
い値にセツトされる。開放時間計数で計数値がゼ
ロになると、点火コイルを含む電流路が閉成さ
れ、第６図ｃの信号も０から１になる。この後む
だ電流計数RSZが行なわれ、第６図ａの次の立上
がり縁が現われるまで続く。ここで注意すべきこ
とは、立上がり縁が生じた時にむだ電流計数の計
数値が所定の値、例えばゼロを下回つていなけれ
ば、むだ電流遮断は行なわれないということであ
る。第６図の場合では、どのむだ電流計数におい
ても計数値は所定の値を下回つていないので、こ
こではむだ電流遮断は行なわれない。

以上述べたように、第６図ｂのむだ電流計数
RSZで計数値がゼロを下回るとむだ電流遮断が行
なわれ、点火コイルの電流が遮断される。この
後、同期マーキング（この場合は第６図ａに示す
発生器信号の立上がり縁）が２回現れた後でむだ
電流計数の計数値がゼロを下回らなければ、コイ
ル電流を再び投入する。

従つて第６図ｃによる出力信号を供給するため
に３つの計数値が必要であり、これらの計数値
は、正しい流れにしたがつてカウンタに供給しな
ければならない。

第７図は、出力回路３６の詳細を示すブロツク
図である。この回路は次のような構成要素から成
つている。計数過程を制御するための制御ユニツ
ト６５および記憶装置６６。点火時点計数、開放
時間計数を行ない、むだ電流遮断を決定するカウ
ンタ６７。計数周波数を切り換えるための切換ス
イツチ７０。この実施例では、回転速度信号発生
器としてセグメント形信号発生器を用いる場合、
計数周波数は一定であり、歯車式信号発生器を用
いている場合はクランク軸の角度に応じて変化す
る。さらに逓降カウンタ７２が設けられ、その分
周比は一時記憶装置７３の中に記憶される。

点火計算機が事前に検出した値をカウンタ６７
にセツトすることによつて、第６図ｂの点火時点
計数ZZZが始まる。この時の計数周波数は、回転
速度信号発生器としてセグメント形発生器が用い
られるか歯車式発生器が使用されるかによつて決
まる。セグメント式発生器の場合は、一定の周波
数で計数が行なわれる。この周波数は、例えば、
切換スイツチ７０を介して供給される基本クロツ
ク周波数を必要に合わせて逓降カウンタ７２で分
周することによつて生じる。歯車式信号発生器の
場合は、計数周波数として角度パルスを使用す
る。この角度パルスも必要に応じて分周される。
従つて、どちらの回転速度信号発生器が使用され
るかに応じて、点火時点はクランク軸の角度また
は時間に依存して決定され、その時カウンタ６７
は相応の計数周波数で動作する。

点火時点計数においてカウンタ６７の計数値が
所定の値（この場合はゼロ）に達すると、出力線
路７５から送出される出力信号、つまり第６図ｃ
の信号が、制御ユニツト６５によつて１からゼロ
に切換えられる。同時にカウンタ６７には、開放
時間によつて定まる値がセツトされ、第６図ｂに
示すような開放時間計数OZZが行なわれる。この
開放時間計数が終わると、むだ電流遮断のための
計数RSZが行なわれる。そのためにカウンタ６７
は、逓降カウンタ７２の最大計数値に対応する値
から、低い計数周波数で減算計数を行なう。一時
記憶装置７３は、点火時点計数および開放時間計
数の時は逓降カウンタ７２に初期値を与え、その
逓降比を決めるが、むだ時間計数の場合は作動し
ない。その代わりに、逓降カウンタ７２のロード
入口側７４の前に設けられたANDゲートが作動
し、このANDゲートには逓降カウンタのオーバ
フローパルスと制御ユニツト６５の信号が供給さ
れる。

以上に述べた出力回路３６の動作を、以下で補
足的に説明する。

切換スイツチ７０の入力側には、いろいろなク
ロツク周波数が供給される。この周波数は、例
えば第５図の基本クロツク_pから得られる。カ
ウンタ６７は異なる計数周波数で逓降計数を行な
うので、スイツチ７０の２つの入力側にはそれぞ
れ異なる周波数が加えられる。通常、一時記憶
装置７３には所定の値が入力され、さらに逓降カ
ウンタ７２に転送される。この所定値に基づいて
逓降カウンタは、それに供給される周波数の分周
比を決定する。例えば一時記憶装置に10という数
値が記憶されていれば、周波数は1/10に分周さ
れてカウンタ６１に供給される。カウンタ６７は
この分周された周波数で計数を行なうので、一時
記憶装置７３と逓降カウンタ７２によつてカウン
タ６７の計数速度が決定される。カウンタ６７に
は、第６図ｂに示すような計数初期値も入力され
る。

点火時点計数ZZZ、開放時間計数OZZ、むだ電
流計数RSZの各々において、カウンタ６７に入力
される計数初期値および一時記憶装置７３に加わ
る数値は異なる。例えば一時記憶装置７３に１と
いう数値を入力することもできるが、この時周波
数は全く分周されないでカウンタ６７に加わ
る。

以上のことから、出力回路３６の制御に２つの
可能性が考えられる。１つは、例えば回転速度に
応じてカウンタ６７を所定の値にセツトするこ
と。もう１つは、例えば吸気管内における圧力比
に応じて分周比を決定することである。こうすれ
ば、マイクロプロセツサは面倒な計算をやる必要
はない。上述の２つの値を出力すれば、一方では
回転速度に依存して計数初期値を設定し、他方で
点火時点を計数する際に負荷に依存して計数速度
を変化させることができる。

ただし、むだ電流計数RSZの場合、一時記憶装
置７３は何も作用しない。つまり、一時記憶装置
の信号は逓降カウンタ７２に全く影響しない。む
だ電流計数の場合は、クロツク周波数から導入さ
れた時間信号だけが入力される。この時、カウン
タ７２のロード入力側７４がANDゲートによつ
て閉鎖されるので、一時記憶装置７３に記憶され
た値はカウンタ７２に加わらず、カウンタ７２は
所定の値（ふつうは１）に設定される。

制御ユニツト６５は、セグメント形信号発生器
の信号、または計数の開始を決定するその他のマ
ーキング用の入力側を有し、また始動時に信号が
加わる入力側も有している。何らかの演算操作が
行われず、従つて演算結果に誤りがあつた時に出
力線路７５に生じる信号が安全保持プログラムと
して使用される場合は、セグメント形信号発生器
の信号がそのまま出力線路７５に送出される。緊
急動作プログラムに関しては、演算経過全体を説
明する時に詳しく述べる。

安全保持プログラムによつて導入される特別プ
ログラムの状態を第４図の制御ユニツト３３が識
別できるようにするためには、出力回路の制御ユ
ニツト６５から計算機全体の制御ユニツト３３へ
応答信号を送る必要がある。そのてために、制御
ユニツト３３，６５間に応答線路７７が設けられ
ている。

第８図は、第４図をより詳細に示したブロツク
図である。ここでは、制御ユニツト３３、データ
交換制御部３８および回転速度閾値段４５を特に
詳しく示している。主制御ユニツト３３は、制御
ユニツトデコーダ８０と主制御カウンタ８１を有
している。この主制御カウンタは負荷調整や回転
速度調整のような主要動作を制御するが、その他
に、信号処理の過程で細かな動作を制御する命令
カウンタ８２も設けられている。データ交換の間
はこの命令カウンタ８２が機能しないようにする
ため、命令カウンタと命令バス４２との間にスイ
ツチングゲート８４が接続されている。命令カウ
ンタ８２の出力動作は、転送アドレス用記憶装置
８５によつて決定される。接続ユニツトデコーダ
８０は、データ線路および命令線路から情報を受
け取る他に、回転速度信号発生器の情報、出力線
路７５に生じる点火信号、無負荷運転スイツチの
信号、および特別制御のための信号を受取る。さ
らに制御ユニツトデコーダ８０は、データ交換制
御部３８のアドレスおよびデータ交換論理回路９
０と接続されている。主制御カウンタ８１からデ
ータ交換制御部のアドレス記憶装置９１へアドレ
スバス４１が通じている。アドレス記憶装置９１
には温度信号および無負荷運転信号が供給され、
その出力信号は並列−直列変換器９２に加わる。

外部データ記憶装置３９のデータは、ワードの
形で作業レジスタ９４に転送され、制御可能なス
イツチングゲート９５を介して直列情報の形でデ
ータバス４３に加わる。この過程は逆方向に行な
うこともできるので、データバス４３のデータを
外部データメモリ４３へ転送できる。この両方向
に行なわれるデータ交換の過程で、命令カウンタ
８１により開始される動作がデータ交換に影響し
ないようにするため、内部演算プログラムを変更
する必要がある。つまり、データ交換の間は計算
機は他の機能を実行しないので、その間、演算プ
ログラムを停止するのである。その代わりに、デ
ータ処理のためのサブプログラムが呼び出され
る。本来のデータ交換のために、アドレスおよび
データ交換論理回路９０と接続された制御カウン
タ９６が設けられている。

計算機は主制御ユニツト３３の中で、命令バス
４２および主アドレスバス４１に対する２つのビ
ツトパターンを形成する。第１のビツトパターン
によつて、実行すべき算術演算、加算、減算に関
する演算命令と、その時一時記憶装置３４内で使
用すべきレジスタが決定される。本実施例で行な
われるマクロ処理は、演算ユニツトに算術演算を
行なわせるミクロ命令の列からなつている。連続
するミクロ処理の例としては、補間がある。負荷
信号および回転速度信号の両方に対して、ミクロ
処理としての補間が行なわれる。一方、負荷値お
よび回転速度値の形成はマクロ処理として行なわ
れる。従つて負荷信号および回転速度信号は異な
る基準に従つて評価されるが、それらを補間する
場合は同一のサブプログラムを使用できる。負荷
信号と回転速度信号を区別するために、主アドレ
スバス４１の信号が用いられる。

点火計算機はデータを記憶するために、一時記
憶装置３４の中に複数のレジスタを有している。
計算機の中では直列処理が行なわれるので、レジ
スタは記憶用帰還路を有するシフトレジスタとし
て構成される。このレジスタの一部は、演算周期
（12bitまたは8bit）の間に語長を適正化するた
め、補助的なダイナミツクレジスタから成つてい
る。ダイナミツクレジスタとは、演算結果をごく
短期間だけ一時記憶し、その後すぐに新しいデー
タを受け入れるレジスタである。また、クロツク
発生器（その出力信号はセグメント形信号発生器
信号の立上がり縁と同期している）がリセツトさ
れた時に、レジスタ内に記憶されている点火時間
が失われないようにしなければならない。つま
り、割込みによつて計算機がリセツトされた時で
も、レジスタ内に点火時間を記憶している必要が
ある。

データ交換レジスタはスタテイツクレジスタ、
つまりデータを長い期間にわたつて記憶するレジ
スタなので、データ交換は制御経過と同期しない
で行なわれる。一方それ以外のレジスタは、集積
化しやすいようにダイナミツクレジスタとして構
成される。以上のレジスタは、次のようなデータ
を記憶する； 計算に必要な量を供給する外部データメモリの
アドレス、 直前の計算周期において求められた点火角度
（これに基づいて新しい点火角度が計算される）、
点火角度と点火時点と開放時間を計算している間
に生じる一時的な値、 負荷検出回路で求められた負荷量。

個々の算術演算を行なうために、正負符号制御
部を有する１ビツト全加算器が設けられている。

点火計算機は、外部データバスを介してデータ
記憶装置３９と接続されている。計算機は、この
線路系を介して、例えば中央電子装置に接続で
き、この中央電子装置内に、噴射装置および変速
装置のための制御装置が設けられている。例えば
変速時に点火時点を変更するために、噴射装置と
変更装置の間でデータを交換することができる。
このデータ交換を行なうべきかどうかの情報は、
命令アドレスバス４２を介して中央制御ユニツト
からデコーダに供給される。

本来のデータ交換を行なうために、ナシヨナル
セミコンダクタ社製の４ビツトスタテイツクシフ
トレジスタMM54C95が２つ用いられる。これら
のシフトレジスタは直列並列変換および並列直列
変換を行なう。外部記憶装置３９は、情報を４ビ
ツトブロツクの形で処理し、一方計算機はデータ
を直列に処理する。

点火計算機の制御ユニツトに緊急制御プログラ
ムが設けられている。緊急制御を行なう場合は、
回転速度発生器のマーキングがいつも同じ時間に
発生するかどうかを確かめる。そのために計算機
は、割込みによつて同じ計数値が計算機内に転送
されているかどうか確かめる。もしも、所定のア
ドレスのもとで記憶された値（例えば点火時点
値）が２度続けて同じであれば、点火計算機に障
害が生じていると見なす。このような事態は普通
起こらないからである。この場合、出力線路７５
をセグメント形信号発生器２１と直結し、点火計
算機をバイパスする。この状態は余り長く持続し
ない。つまり、点火過程が２度行われた後で、再
び点火計算機が接続される。この時開始条件を等
しくするために、一時的に点火コンピユータを、
データ記憶装置内に記憶された値にセツトする。
いわば、点火計算機を新たに初期設定するのであ
る。この構成によつて、車載電圧の低下など偶発
的な障害が生じても点火計算機が全面的に故障す
ることはなく、計算機を一時的に遮断してこの障
害の影響を抑えることができる。そのためこの構
成により緊急動作を維持し、また終了させること
ができる。

点火計算機は、基本位置も持つている。この位
置にある間データ交換レジスタを除いた全レジス
タが、循環によつて情報を保持する。このために
各レジスタは、ゲートを介して制御可能な帰還路
を持つている。これは次の目的のために不可欠で
ある。

１ 制御経過を回転速度計出力信号に整合させる
ため。

２ 制御経過を点火スイツチトランジスタの状態
に整合させるため。

３ 外部記憶装置と計算機との間でデータ交換を
行なうため。この場合データ交換部は命令バス
のための制御を引受ける。

４ クロツクフレームを整合させる目的で、８ビ
ツトから12ビツトへ、または12ビツトから８ビ
ツトへ語長を変換するため。

５ 遅延時間の問題を除去する目的で、付加的な
クロツクを挿入するため。

第９図は、制御ユニツトの記憶装置に適した実
施例を示している。シーケンスアドレス用の第１
のROM記憶装置１００は、シーケンスカウンタ
１０１、および帰還接続された一時記憶装置１０
２によつて制御される。一時記憶装置１０２は、
演算のための別のROM記憶装置１０３とも接続
されており、このROM記憶装置１０３の出力端
子１０４は、第４図の命令バス４１，４２に接続
されている。

多数のサブプログラム、すなわち基本プログラ
ム内におけるくり返しプログラムシーケンスを省
略したい時に、記憶装置に適した実施例が適用さ
れる。記憶装置に適した制御ユニツトの実施例に
おいて、シーケンスカウンタ１０１の計数状態に
よつてROM記憶装置のアドレスを制御し、この
ROM記憶装置の値を読出す。そこからこの値
は、記憶内容が演算に対応しているROM記憶装
置１０３のアドレスとして使用できる。

一時記憶装置３４を持つた第４図の演算ユニツ
ト３２の実施例が第１０図に示されている。一時
記憶装置はｎ段シフトレジスタである。このシフ
トレジスタの入力端子は、基本位置を維持するた
めに、演算ユニツト３２の出力端子またはそれぞ
れのレジスタの出力端子に選択的に接続すること
ができる。他方レジスタの出力端子は、データバ
スを介して演算ユニツト３２の２つの出力端子の
一方へ切換可能である。レジスタの前後に接続さ
れたスイツチは、第９図に示した演算ユニツトの
信号によつて操作できる。

本発明による方法を実施するための本装置の原
理は、データ処理装置に相当する装置を運転パラ
メータの処理のために使用することである。

例えば自由にプログラムできる記憶装置を介し
て設定できる簡単なプログラムシーケンスの場
合、および記憶装置に適した制御ユニツト配置の
際、装置は問題なく実現できる。

以上説明した外部データ記憶装置を有する実施
例は、演算経過およびデータに十分に合わせるこ
とができ、かつそれにより自動車用の個々の制御
データを検出するための汎用の用途を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は自動車の種々の電気パラメータにより
制御する装置の配置を示す斜視図、第２ａ図は負
荷と点火角度の所望の関係を示す線図、第２ｂ図
は回転速度の逆数と点火角度との関係を示す線
図、第３図は回転速度に関する閉成時間の割合を
示す線図、第４図は装置内における計算機の構成
を示すブロツク図、第５図は入力回路図、第６図
は出力回路の計数過程の線図、第７図は出力回路
図、第８図は第４図の計算機構造を詳細に示すブ
ロツク図、第９図は制御ユニツトの実施例を示す
図、第１０図は記憶装置を有する演算ユニツトの
図である。 ２０…点火計算機、２１…信号発生器、３０，
３１…入力回路、３２…演算ユニツト、３３…主
制御ユニツト、３４…一時記憶装置、３６…出力
回路、３８…データ交換ユニツト、３９…データ
記憶装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関において周期的に繰返される過程を
   クランク軸の位置に依存して制御する電子装置で
   あつて、 クランク軸に結合された円板に複数のマーキン
   グが設けられ、 該マーキングと共働して、クランク軸の所定回
   転角度範囲に対応する信号を発生する信号発生器
   が設けられ、 該信号に基づいて矩形電圧信号を出力するデー
   タ処理装置が設けられ、 データ処理装置は、前記所定回転角度範囲の始
   端から、内燃機関の瞬時運転状態に対応する電気
   量の計数を行なうことによつて矩形電圧信号の一
   方の側縁を決定し、該側縁の時間位置が前記過程
   の生じる時間位置に対応している、 内燃機関において周期的に繰返される過程を制
   御する電子装置において、 前記データ処理装置が、バス系を介して接続さ
   れた複数の機能ブロツクから成り、該機能ブロツ
   クは、中央マイクロプログラム制御ユニツト３
   ３、すべての計算操作を行なう中央演算ユニツト
   ３２、外部記憶装置３９とのデータ交換を制御す
   るユニツト３８、少なくとも１つの入力回路３
   ０，３１および出力回路３６であり、 データ処理装置の全体または一部が故障した場
   合、矩形電圧信号の側縁を決定するための前記電
   気量の計数を中止し、信号発生器の信号を矩形電
   圧信号として出力する、 ことを特徴とする内燃機関において周期的に繰
   返される過程を制御する電子装置。 ２ 入力回路３０，３１に少なくとも１つの運転
   パラメータが供給され、また入力回路の記憶装置
   内に記憶された事前処理済みの信号が呼出可能で
   ある特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 周波数、ゲート時間、周波数とゲート時間の
   組合わせ、などの任意の電気量が入力回路の入力
   量として用いられる特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の装置。 ４ パルス電圧に対する電気量の計数の他に、例
   えばむだ電流しや断のための別の計数過程を実施
   するようにした、特許請求の範囲第１項から第３
   項までのいずれか１項記載の装置。 ５ データの処理が直列に行なわれる、特許請求
   の範囲第４項記載の装置。 ６ クランク軸に所定の角度で結合されたデイス
   ク上のマーキングが、始動角度に合わせて設けら
   れている、特許請求の範囲第１項記載の装置。