JPH0131021B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自己点火式内燃機関の電子調速装
置、特に少なくともPI動作特性あるいはフイー
ドバツク回路を備えたPI調速器と、現在の目標
回転速度とアイドリング回転速度を比較する比較
回路とを備え、回転速度、燃料供給量及びアクセ
ルペダルの位置に従つて内燃機関の回転速度を制
御する自己点火式内燃機関の電子調速装置に関す
る。

［従来技術］ 一般に、自己点火式内燃機関の調速装置は、回
転速度が変動した場合回転速度をできるだけ速く
所定の回転速度に調速させる機能を持たなければ
ならない。このような機能は、調速装置の比例動
作特性を急なものにすることによつて、すなわ
ち、その比例ゲインを大きなものにすることによ
つて実現されている。

例えば、Ｐ（比例）、Ｉ（積分）、Ｄ（微分）動作
特性を備え、比例ゲインが０〜約10％まで調節可
能な電子調速器が知られている。例えば、特公昭
51−3849号公報の装置では、回転速度の実際値と
目標値の偏差をPID調速器に入力し、その偏差に
応じて燃料供給量の目標値を形成し燃料供給量の
実際値との差に従つて燃料供給量を調節すること
により回転速度を目標値に制御している。このよ
うな装置では、供給される燃料量に従つて回転速
度の目標値にフイードバツク信号を送つて回転速
度の目標値を変化ないし調節しており、それによ
つて比例動作特性を調節している。また回転速度
が大きくなりすぎた場合には、燃料供給量を所定
の燃料供給量に制限することによつて回転速度を
制限するようにしている。

［発明が解決しようとする問題点］ このような従来の制御装置では、動的特性が悪
くなる欠点がある。例えば、負荷が突然変動した
場合ないしアクセルペダルによつて設定された回
転速度の目標値が突然変動した場合、比例ゲイン
が大きいため制御が不安定となり調速装置の出力
信号もそれに従つて変動ないし振動してしまい、
その結果回転速度は、その目標値を中心に顕著に
変動し、内燃機関の動作が不安定になるという欠
点がある。自己点火式の内燃機関の場合安定性、
信頼性及び走行特性が良好でなければならないと
いうことを考えるとこのような不安定さは好まし
くない。

上述した特公昭51−3849号公報に記載の装置で
は、回転速度が大きくなりすぎた場合には燃料供
給量をその回転速度で定まる所定の燃料供給量に
制限することによつて回転速度を制限するように
しているが、回転速度がその目標値を中心にして
変動し、内燃機関の動作が不安定になるのを防止
することはできない。

また、特開昭54−150519号公報には、燃料供給
量の目標値に従つて噴射ポンプの制御ロツドの位
置を制御して燃料供給量を制御する自己点火式内
燃機関の制御装置が記載されている。同装置の場
合、比例ゲインは一定であり、また燃料供給量の
目標値の計算は、排気ガス組成や排気ガス温度が
所定の値を越えることがないようにすると同時に
始動量を増大させて始動が容易になるように最大
値選択回路並びに最小値選択回路を用いて入力パ
ラメータの上限値並びに下限値が設定されてい
る。すなわち、このような装置では、調速装置に
入力されるパラメータが制限されるようになつて
いるが、調速装置の出力信号は制限されていない
ので、上述したように負荷が突然変動した場合な
いしアクセルペダルによつて設定された回転速度
の目標値が突然変動した場合、同様に調速装置の
出力信号もそれに従つて変動ないし振動してしま
い、その結果内燃機関の動作が不安定になるとい
う欠点がある。

従つて、本発明はこのような従来の欠点を解消
するもので、比例動作特性がかなり急なものであ
つても安定してかつ安全に回転速度の制御が可能
な自己点火式内燃機関の電子調速装置を提供する
ことを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によれば、上記目的を達成するために、
現在の回転速度とアクセルペダル位置に従つて燃
料供給量を定めるPI動作特性を有する調速器を
備えた自己点火式内燃機関の電子調速装置におい
て、アクセルペダル位置１０並びに現在の回転速
度２１に従つて燃料供給量の上方および下方限界
値を定める上方および下方限界特性曲線SO，SU
を発生する特性信号発生器２３，２４；４９，５
０を設け、前記現在の回転速度とアクセルペダル
位置に従つて前記調速器１５，４８によつて得ら
れた燃料供給量がそのときの回転速度とアクセル
ペダル位置に従い前記特性信号発生器によつて得
られた上方限界特性曲線の値SOを越えた場合は、
燃料供給量を上方限界特性曲線の値以下に制限
し、また下方限界特性曲線の値SUを下回つた場
合は、燃料供給量を下方限界特性曲線の値以上に
し、調速器によつて得られる燃料供給量を前記上
方および下方限界特性曲線で定まる値の範囲内に
制限する構成を採用した。

［作用］ このような構成では、現在の回転速度とアクセ
ルペダル位置に従つて調速器によつて得られた燃
料供給量がそのときの回転速度とアクセルペダル
位置において得られる上方および下方限界特性曲
線で定まる値の範囲内に制限するようにしている
ので、負荷が突然変動した場合や回転速度の目標
値が突然変動した場合でも調速器の出力信号の上
限及び下限値が制限されることになり、従来装置
に見られた調速器の出力信号の変動ないし振動が
防止され、その結果内燃機関の動作が不安定にな
ることがなくなり、内燃機関を安全に、また信頼
性よくしかも走行特性を良好にして運転すること
が可能になる。

特性曲線が非常に急激な場合であることを考慮
して調速器の出力信号をフイードバツクさせて、
回転速度の目標値を減少させ、あまり急激な変化
が発生しないようにしている。その場合フイード
バツク特性は比例的であるかあるいは非線形的に
決められる。

このようにして本発明による調速装置では特性
曲線が非常に急な場合でも極めて安定して動作
し、純粋に機械的な調速装置と同様にこのような
急激な特性曲線を確実に制御して良好な調速を行
なうことが可能になる。特に調速をそれぞれ静的
な減量特性曲線に隣接する限界特性曲線を設ける
ことによつて行なう場合これらの限界特性曲線を
比較的簡単に形成することができ、この点におい
て本発明は特に好ましいものとなる。

［実施例］ 以下図面に従つて本発明の実施例を詳細に説明
する。

第１図にはデイーゼルエンジンのような自己点
火式内燃機関における回転速度を制御する電子調
速装置がブロツク図の形で図示されている。１０
はアクセルペダルを示し、その踏み込み量は角度
電圧変換器１１により電圧量に変換され、アクセ
ルペダル１０の位置にしたがつて角度電圧変換器
１１から回転速度の目標値に対応した信号が得ら
れる。この変換器１１の後段には比較点１２、最
大値選択回路１３、比較点１４並びに調速器１５
から成る直列回路が接続され、調速器１５の出力
は内燃機関１７の調節ロツドを制御する調速部材
１６に接続される。調速器１５の出力信号はフイ
ードバツク回路１８を介して比較点１２のマイナ
ス入力と接続される。アイドリング回転速度の目
標値信号発生器２０が設けられており、この信号
発生器２０は最大値選択回路１３に入力され、こ
の最大値選択回路１３はアイドリング回転速度と
目標回転速度を比較する比較回路でもあり、その
うち最大値を選択して出力に発生する。回転速度
測定器２１から得られる回転速度信号は比較点１
４のマイナス入力に入力される。

２３，２４はそれぞれ特性信号発生器を示し、
その入力は回転速度測定器２１と変換器１１に接
続され、一方出力は比較回路２５，２６と接続さ
れる。更にこれらの比較回路２５，２６には調速
器１５の出力がそれぞれ入力される。調速器１５
の入力２７はスイツチ２８，２９を介して特性信
号発生器２３，２４の出力と接続することがで
き、その場合スイツチ２８，２９はそれぞれ比較
回路２５，２６の出力信号によつて制御すること
ができる。

第１図に図示した調速装置の動作は基本的には
既に知られており、アクセルペダル位置が定まる
と、それに従つて回転速度の目標値が定まり、こ
の回転速度の目標値は比較点１２において調速器
１５の出力信号、すなわち、燃料供給量に従つて
調節ないし変化される。この調節は、調速器１５
の出力信号が増大する場合、すなわち燃料供給量
の増加量が大きい場合、その分回転速度の目標値
が小さくなるように行われる。具体的には、燃料
供給量の増加量が大きければ大きい程回転速度の
目標値は減少される。このような調節は、あまり
急激な変化を抑えるために行われるものである。

このように比較点１２において調節された回転
速度の目標値は、最大値選択回路１３において信
号発生器２０から得られるアイドリング回転速度
の目標値と比較される。これは、内燃機関がアイ
ドリング回転速度以下になるのを防止し、比較点
１２から出力される回転速度の目標値がアイドリ
ング回転速度より小さくなつた場合、最大値選択
回路１３によつてアイドリング回転速度の目標値
を選択するために行われる。

最大値選択回路１３によつて選択された大きい
方の回転速度の目標値は、比較点１４において回
転速度測定器２１から得られる現在の回転速度と
比較され、その偏差が調速器１５に入力される。
調速器１５は、アクセルペダル位置に従つて求め
られる回転速度の目標値と現在の回転速度の偏差
に従つて出力信号を発生する。この調速器１５の
出力信号は所望の燃料供給量QKを示し、それに
対応した燃料供給量が調速部材１６並びにそれと
結合された調節ロツドを介して内燃機関１７に供
給される。

第１図の回路は第２図ａに図示した特性曲線に
従つて制御される。同図においてｎは回転速度を
示す。回転速度がアイドリング回転速度nLL以下
になつた場合、最大値選択回路１３によりアイド
リング回転速度の目標値が選択される。アイドリ
ング時には、フイードバツク回路１８の機能は働
かなくなるので、最大値選択回路１３は、常にア
イドリング回転速度nLLを回転速度の目標値とし
て選択する。従つて、特性曲線は、第２図ａに図
示したようにnLLの点を垂直に延びる特性曲線と
なる。更に個々の下降する（減量）特性曲線はア
クセルペダルFPの位置を変化させることによつ
て移動させることができる。

第２図ｂにはフイードバツク回路１８の特性が
図示されており、回転速度の目標値を減少させる
量Δnso１１が燃料供給量信号QKに関して図示さ
れている。帰還率が一定の場合、すなわちフイー
ドバツク回路１８の出力信号と入力信号の比が一
定で、燃料供給量の増加量が大きくなるに従つて
それに比例して回転速度の目標値を減少させる場
合には、実線で示した線が発生する。フイードバ
ツク回路１８による帰還率を一定としない場合に
は、例えば点線で図示したような２つの特性を選
ぶことができ、燃料供給量がある程度大きくなつ
た場合燃料供給量がそれ以上増加しても回転速度
の目標値の減少量を一定にしたり、あるいは回転
速度の目標値の減少量を大きく増加させ非線形的
な特性にすることもできる。

第３図には簡単化された特性曲線を用いて第１
図の調速器１５を制御し制御状態を変化させる状
態が図示されている。同図において実線IRは静
的な、即ち安定化した状態に対する減量特性曲線
を示す。またSOは上方限界特性曲線を示し、又
SUは下方限界特性曲線を示す。これらの両限界
特性曲線は信号特性に関して純粋に比例特性を有
する減量特性曲線である。

本発明において重要なことは、燃料供給量ある
いは回転速度の偏差が斜線で示した領域、即ち両
限界特性曲線で形成される領域で変動する場合に
は調速器の出力信号は制限されず、一方偏差が非
常に大きくなつて両限界特性曲線の一方に達した
ときのみ調速器の出力信号が制限されるようにな
ることである。

第３ｂ図には内燃機関の負荷が減少した場合の
動作特性が図示されており、同図において出発点
は動作点３０で示されている。動作点３０におい
て負荷が変動し、例えば負荷が減少したとする。
負荷の減少する割合が緩慢である場合には、実線
に従つて下降しそれにより回転速度が上昇し目標
点３１に到つて安定するが、変動が急激な場合に
は、回転速度が上昇し、点３２において上方限界
特性曲線SOに達し、その線に沿つて下方に下が
り、回転速度が大きくなるように制御され、目標
点３１以下のQKの値になると点３３において上
方限界特性曲線を離れ、このようにして最終的に
螺線を描いて目標点３１に到達する。なお同図に
おいてnistは現在の回転速度である。

従来の装置では、このように上方及び下方の限
界特性曲線SO，SUが設けられていないので、目
標点３１を中心に回転速度は顕著に変動し、内燃
機関は極めて不安定になるが、本発明実施例で
は、上方及び下方の限界特性曲線SO，SUが設け
られているので、このような不安定さを防止する
ことが可能になる。

この上方限界特性曲線が出発点に近ければ近い
程、目標点に近づく制御は遠く行なわれる。勿論
このような制御には安定性と制御特性の理由から
限界があり、両限界特性曲線が重なると、同様な
急な特性曲線を有するＰ調速器と同様に不安定な
動作特性となる。

上述したような燃料供給量の制限を最高に行な
うために限界特性曲線SO，SUを回転速度測定器
２１から得られる現在の回転速度並びにアクセル
ペダル１０の位置（目標回転速度）に従つて変化
させるようにするのが好ましい。このために、現
在の回転速度並びにアクセルペダル位置がそれぞ
れ上方及び下方限界特性曲線SO，SUを発生させ
る特性信号発生器２３，２４にそれぞれ入力され
る。

特性を制御させる第３ｂ図に図示した信号特性
は第１図に図示した特性信号発生器２３，２４お
よびその後段に接続された比較回路２５，２６に
よつて実現される。ブロツクとして図示した両特
性信号発生器２３，２４において特性曲線が図示
されており、それに沿つて種々の回転速度で制御
が行なわれる。

特性信号発生器２３は上方限界特性曲線SOを
発生し、一方特性信号発生器２４は下方の限界特
性曲線SUを発生する。調速器１５の出力値が特
性信号発生器２３，２４の両出力信号値の一方を
上まわつたとき、それに対応して両スイツチ２
８，２９の一つが閉じ、その結果関連する特性信
号発生器２３あるいは２４の出力が調速器１５の
制御入力と接続される。このようにしてそれぞれ
の特性値が直接調速器１５に入力される。

制御可能なPI調速器１５の例が第４図に図示
されている。その主要部は負帰還された増幅器３
５であり、負帰還回路にコンデンサ３６と抵抗３
７から成る直列回路が接続されている。また調速
器の入力には入力３８が接続されている。増幅器
３５の非反転入力は駆動電圧線間に接続された２
つの抵抗３９，４０から成る分圧器の分圧点と接
続される。

調速器１５のコンデンサ３６の電荷（Ｉ成分）
はコンデンサ３６に短時間一定の電位を印加させ
ることにより断続的にセツトあるいは変化させる
ことができる。これは入力２７を介して制御する
ことができる電源４１により行われる。この制御
可能な電源４１は制御可能な電流源と異なり積分
時定数を変化させるのではなく、微少時間（ｔ→
０）内においてPI調速器のエネルギー状態を変
化させるようにしている。

デイーゼル機関においても精度よく値を求める
ためにコンピユータによる制御が行われており、
そのプログラムは第５図に図示したフローチヤー
トに従つて行われる。同図において最初のプログ
ラムステツプ45ではアクセルペダルFPの位置か
ら回転速度目標値ｎ so１１が求められ、続くプ
ログラムステツプ46において調速器の出力信号か
らフイードバツクされた値が引き算される。続い
て第１図の比較器回路、即ち最大値選択回路１３
によりステツプ47で回転速度目標値と所定のアイ
ドリング回転速度値ｎ LLが比較され、ステツ
プ46において回転速度目標値が小さくなつた場合
所定のアイドリング回転速度が優先するようにな
る。

第１図に図示したPI調速器１５はプログラム
ステツプ48に対応し、そのステツプにおいて燃料
供給量のの目標値が QK＝Kp・Δn＋Ts／Ti・ΣΔn の式に従つて求められる。但しKpは任意の常数
を、Δnは現在の回転速度偏差値を、Tsは測定時
間を、又Tiは積分時定数をそれぞれ示す。

続いてステツプ49、50でそれぞれ上方および下
方限界特性曲線SO，SUが形成される。続いて判
断ステツプ51において下方限界特性値SUとの大
小が判断され、続いてステツプ52において現在の
回転速度との大小との判断が行われ、ステツプ53
では上方限界特性値SOとの大小が判断され、上
述したような燃料供給所望量QKが求められる。
更に図示していないが他の判断ステツプならびに
プログラムステツプにより所定の制御が行われ
る。

このような自己点火式内燃機関の電子調速装置
により特性曲線が非常に急な場合でも安定した制
御が可能になる。安定性の理由から積分速度１／
Ti（制御量の変化速度）は非常に小さく選ばなけ
ればならない。しかしこれはまた、例えば所定の
時間内に負荷が増減してエンジンの負荷のような
動作要因が急激に変化した場合変化以前に得られ
ていた所与量の調速器の状態が新しい動作点に合
わされるまでそのまま保持させておくことを意味
する。従つて例えばPI調速器が緩慢である場合
には負荷が減少した場合燃料が余計に与えられ許
容回転速度をはるかに越えてしまうという危険が
発生する。

上述した発明において重要なことは燃料供給量
信号が限界特性曲線を上まわつたときあるいは下
まわつたとき調速器の限界特性曲線により強制的
に燃料供給量が制限されることである。この理由
により本発明による調速装置では制御速度が速く
なると同時に優れた安定性を得ることが可能にな
る。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明では、現在の回転
速度とアクセルペダル位置に従つて調速器によつ
て得られた燃料供給量がそのときの回転速度とア
クセルペダル位置において得られる上方および下
方限界特性曲線で定まる値の範囲内に制限するよ
うにしているので、負荷が突然変動した場合や回
転速度の目標値が突然変動した場合でも調速器の
出力信号の上限及び下限値が制限されることにな
り、従来装置に見られた調速器の出力信号の変動
ないし振動が防止され、その結果内燃機関の動作
が不安定になることがなくなり、内燃機関を安全
に、また信頼性よくしかも走行特性を良好にして
運転することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電子調速装置の概略構成
をしたブロツク回路図、第２図ａ，ｂは本発明の
調速特性を説明する線図、第３ａ図および第３ｂ
図は本発明による調速制御をさらに詳細に示した
線図、第４図は制御可能なPI調速器の一実施例
を示した回路図、第５図は第１図回路の動作を説
明するフローチヤート図である。 １０……アクセルペダル、１１……角度電圧変
換器、１３……比較回路（最大値選択回路）、１
５……調速器、１６……調節部材、１７……内燃
機関、１８……フイードバツク回路、２０……ア
イドリング回転速度目標値信号発生器、２１……
回転速度測定器、２３，２４……特性信号発生
器、２５，２６……比較回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 現在の回転速度とアクセルペダル位置に従つ
   て燃料供給量を定めるPI動作特性を有する調速
   器を備えた自己点火式内燃機関の電子調速装置に
   おいて、 アクセルペダル位置１０並びに現在の回転速度
   ２１に従つて燃料供給量の上方および下方限界値
   を定める上方および下方限界特性曲線SO，SUを
   発生する特性信号発生器２３，２４；４９，５０
   を設け、 前記現在の回転速度とアクセルペダル位置に従
   つて前記調速器１５，４８によつて得られた燃料
   供給量がそのときの回転速度とアクセルペダル位
   置に従い前記特性信号発生器によつて得られた上
   方限界特性曲線の値SOを越えた場合は、燃料供
   給量を上方限界特性曲線の値以下に制限し、また
   下方限界特性曲線の値SUを下回つた場合は、燃
   料供給量を下方限界特性曲線の値以上にし、調速
   器によつて得られる燃料供給量を前記上方および
   下方限界特性曲線で定まる値の範囲内に制限する
   ようにしたことを特徴とする自己点火式内燃機関
   の電子調速装置。 ２ アクセルペダル位置に従つて求められる回転
   速度の目標値とアイドリング回転速度の目標値の
   大きい方を選択する最大値選択回路１３を設け、
   最大値選択回路からの回転速度目標値と現在の回
   転速度値との偏差に従つて調速器１５を介して燃
   料供給量を定めるようにした特許請求の範囲第１
   項に記載の自己点火式内燃機関の電子調速装置。 ３ 調速器からの出力信号をアクセルペダル位置
   に従つて求められる回転速度の目標値にフイード
   バツクさせ、回転速度の目標値を調節するように
   した特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の自
   己点火式内燃機関の電子調速装置。 ４ 前記上方及び下方の限界特性曲線を調速器の
   燃料供給量を定める特性曲線に隣接して設けるよ
   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項に記載の自己点火式内燃機関の電子
   調速装置。