JPH03156144A - エンジンの回転数制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンが過負荷運転状態にある場合の回転
数制御装置に関する。

（従来の技術） エンジンの実回転数と、目標回転数との差に対する電圧
（偏差）に比例・積分・微分（Ｐ　Ｉ　Ｄ）演算を施し
、この演算出力に基づいて燃料噴射量を調節して、エン
ジンの回転数を制御する技術は知られている。

第６図は従来の制御系を示すブロック図である。

エンジン１００の回転数は、出力軸１０１に設けた歯車
１０２の回転を非接触型のエンジン回転センサ１０３で
検出し、回転数に応じた周期のパルス信号Ｐｎを発生さ
せ、この信号Ｐｎを周波数−電圧変換器（ｆ−Ｖコンバ
ータ）１０４で対応するアナログ電圧ｅｎに変換する。

この電圧ｅｎと目標回転数設定手段１０５により与えら
れた目標回転数に対応する電圧ｅｓとの偏差ΔｅをＰＴ
Ｄ演算回路１０６に入力し、比例増幅回路１０７、積分
回路１０８、微分回路１０９により夫々比例・積分・微
分の各演算を施した後燃料噴射装置１１０へ印加して燃
料噴射量を調節しエンジン１００の回転数を制御してい
る。

（発明が解決しようとする課題） ところでこの種のフィードバック制御を行なう装置にお
いては、エンジンの負荷が増加するにつれて燃料噴射量
をざらに増加させるべく燃料噴射機構（アクチュエータ
）を駆動するが、最大噴射位置を越えるエンジンの過負
荷には対応できない。このような過負荷運転状態ではエ
ンジンの回転数が低下することになる。この回転数の低
下はエンジン出力の低下を伴ｆｌうことになって、負荷
の駆動力がより低下することになったり、時には失速の
原因となる場合があり得る。

例えば負荷として商用周波数電力を発生する同期発電機
を駆動する場合で、発電機の出力側に水銀灯とか電動機
のように始動時に一時的な大電流が流れる負荷が接続さ
れると、発電機自体が一時的に重負荷になってエンジン
通負荷状態が発生する。この過負荷に伴なってエンジン
回転数が低下するとエンジンのパワーすなわち発電機の
出力電力も低下し、−時的な過負荷であるにも拘らず装
置の定常運転への復帰までに時間がかかり、また、この
間は発電機の出力周波数も低下してしまう。

そこで本発明は、エンジンの過負荷運転状態においてエ
ンジンの回転数の大幅な低下およびそれに伴なうエンジ
ン出力の低下を防止するために、燃料噴射量調節機構が
略最大噴射位置にあることが検出されているにもかかわ
らず回転数判別手段によってエンジンの回転数が上昇中
であるということが検出されないときにはエンジンが過
負荷運転状態であると判別して過負荷検出信号を出力す
ると共に、この過負荷検出信号でエンジンの負荷を軽減
させるように制御することにより、エンジンの回転数を
低下させることはくエンジンのパワーを最大のところで
活用できるようにするエンジンの回転数制御装置を提供
することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 前記課題を解決しその目的を達成するため本発明に係る
エンジンの回転数制御装置は、燃料噴射量調節機構が略
最大噴射位置にあることを検出する最大燃料噴射状態検
出手段と、回転数検出手段で検出された回転数が上昇中
であるか否かを判別する回転数判別手段と、最大燃料噴
射状態検出手段によって燃料噴射量調節機構が略最大噴
射位置にあることを検出しているにもかかわらず回転数
判別手段回転数がある一定以上の速度で上昇中であるこ
とが検出されない場合に過負荷検出信号をエンジンで！
１！Ｉ）されている負荷へ出力してこのエンジン負荷を
軽減させるように構成したことを特徴とする。

なお、エンジン負荷は発電機で構成されるとともに、過
負荷信号で発電機の自動電圧調節機の出力設定電圧を低
下させるように制御してもよい。

（作用） エンジンの回転数制御装置は、燃料噴射量調節機構が最
大燃料噴射位置にあることが検出されているにもかかわ
らず回転数判別手段によって回転数が上昇中であるとい
うことが検出されないときには、エンジンが過負荷運転
状態であると判別して過負荷検出信号を出力し、この過
負荷検出信号でエンジンの負荷を軽減させる。これによ
りエンジンの回転数の大幅な低下およびそれに伴なうエ
ンジン出力の低下を防止することができる。

なお、エンジン負荷が発電機の場合は、過負荷検出信号
で発電機の自動電圧調節器の出力電圧を低下させるので
、エンジンの回転数は所定の回転数を保持でき、発電機
の出力周波数は安定となる。

（実施例） 以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係るエンジンの回転数制御装置を備え
たエンジン発電機の全体システム構成図である。

エンジン発電機１は、エンジン２への燃料供給量を調節
してエンジン回転数を自動制御する回転数制御装置３と
、エンジン２で駆動される発電機４からなる。

回転数制御装置３は、目標回転数設定回路５で設定した
目標回転数に対応する電圧ｅｓを重畳回路６を介して比
例・積分・微分演算回路（以下ＰＩＤ回路と記す）７の
一方の人力機端子７ａへ印加するとともに、エンジン２
の実回転数に対応する電圧信号ｅｎを他方の入力端子７
ｂへ印加して、二つの電圧信号の差電圧（ｅｓ−ｅｎ）
に比例・積分・微分演算を施した出力電圧ｅＯを発生さ
せ、ＰＷＭ　（パルス幅変調）変換回路８を介して燃料
噴射量調節機構９のソレノイド式アクチュエータ９ａを
駆動して燃料噴射量を増減させ、エンジン２の回転数を
制御する構成である。

回転数検出手段１０はエンジンの回転数に比例する周期
のパルス信号Ｐｎを出力し、このパルス信号Ｐｎは周波
数−電圧変換回路１１でパルス信号Ｐｎの周期に対応す
るアナログ電圧ｅｎに変換する。

ソレノイド式アクチュエータ９ａの位置は、アクチュエ
ータ位置センサ１２で検出され、その位置検出出力１２
ａは検波・整流回路１３で直流信号ｅａに変換される。

直流信号ｅａは非反転増幅回路１４で増幅され、その出
力１４ａはコンデンサ６ａを介して重畳回路６内の演算
増幅器６ｄの非反転入力端子６ｂへ人力される。

第２図はソレノイド式アクチュエータおよびアクチュエ
ータ位置センサの一構成例を示す構造図である。

第２図はジーゼルエンジン用の燃料噴射量調節機構９の
コントロールラック９ｂを駆動する例を示したもので、
燃料噴射量調節機構９の側方に固着されたソレノイド式
アクチュエータ９ａの一端をコントロールラック９ｂと
連結し、さらにソレノイド式アクチュエータ９ａの側方
に差動トランスを用いた位置センサ１２を設けている。

ソレノイド式アクチュエータ９ａはソレノイド９ｃへ通
電することにより電磁力でアクチュエータ９ｄを軸方向
へ移動させるものである。位置センサ１２は１次コイル
１２ｂおよび２次コイル１２ｃ、１２ｄの中に、可動コ
ア１２ｅを挿入した直線変位センサである。このセンサ
１２は、１次コイル１２ｂを低周波交流で励磁すること
により、アクチュエ′−夕９ｄに連結された可動コア１
２ｅの位置によって、逆極性接続した２次コイル１２ｃ
、１２ｄに発生する電圧および極性が変化することを利
用してアクチュエータの位置を検出するものである。

第１図に戻フて説明を続ける。

検波・整流回路１３社位置センサ１２の出力１２ａに基
づいてアクチュエータ位置センサ１２が燃料噴射量増側
に位置すると、位置検出出力電圧ａａが高くなるよう構
成されている。検波・整流回路１３の出力ｅａは、非反
転増幅回路１４で直流増幅され、コンデンサ６ａと抵抗
６Ｃからなる微分回路を通してアクチュエータ位置変化
に対応する電圧が微分されて演算増幅器６ｄの非反転入
力端子６ｂへ入力される。演算増幅器６ｄの非反転入力
端子６ｅには目標回転数設定回路５の出力電圧ｅＯが印
加されている。非反転入力端子６ｂに微分入力端子が印
加されない状態では、重畳回路６の出力電圧はｅｓの電
圧と同じで、アクチュエータ位置が燃料増側へ移動した
場合は微分回路６ａ、６ｃからの入力により、重畳回路
６の出力電圧は前記電圧ｅｓより低い電圧となり、燃料
減側へ移動した時は前記電圧ｅｓより高い電圧となるよ
う構成している。

ＰＩＤ回路７は、演算増幅器７Ｃと、この演算増幅器７
Ｃの出力端子７ｄと反転入力端子７ｅとの間に設けた積
分回路１５と、反転入力端子７ｅに一端が接続された入
力抵抗１６と、この入力抵抗と並列に接続された微分回
路１７とで演算回路を構成している。積分回路１５は、
コンデンサ１５ａと、このコンデンサ１５ａに並列接続
されたコンデンサ１５ｂと抵抗１５ｃの直列回路からな
る３素子で構成している。微分回路１７は、コンデンサ
１７ａと抵抗１７ｂの直列回路で構成している。

検波・整流回路１３の出力ｅａは最大燃料噴射状態検出
手段１８の入力端子１８ａから抵抗１８ｂ、コンデンサ
１８ｃからなる時定数回路を介して電圧比較器１８ｄの
手入力端子１８ｅへ印加される。電圧比較器１８ｄの一
入力端子１８ｆには基準電圧発生回路１８ｇより基準電
“圧が印加される。この基準電圧は、燃料噴射量調節機
構９が略燃料最大噴射位置となった時の検波・整流回路
１３の出力電圧である。よって、最大燃料噴射状態が抵
抗１８ｂ、コンデンサ１８ｃで決定される時定数以上継
続すると、この検出手段１８の出力＋８ｈはＨレベルと
なる。

なお、最大燃料噴射状態の検出はリミットスイッチ等に
よりソレノイド式アクチュエータ９ａが所定位置まで移
動したことを検出する構成であってもよい。

周波数−電圧変換回路１１の出力電圧ｅｎは回転数判別
手段１９の入力端子１９ａに印加され、抵抗１９ｂを介
して電圧比較器１９ｄの一入力端子１９ｃへ人力される
。電圧比較器１９ｄの一入力端子１９ｃと手入力端子１
９ｅとの間には抵抗１９ｆが接続されている。さらに、
手入力端子１９ｅは抵抗１９ｇを介して十電源＋Ｖへ接
続され、また、コンデンサ１９ｈを介してＧＮＤへ接続
されている。よって、周波数−電圧変換回路１１の出力
電圧ｅｎが所定の時定数で上昇している場合は、−入力
端子１９ｃの電圧が手入力端子ｔ９ｅの電圧より高く、
電圧比較器１９ｄの出力！９ｉはＬレベルであるが、出
力電圧ｅｎが所定の時間同一値を保持するかまたは減少
する場合は、手入力端子１９ｅの電圧が一入力端子１９
ｃの電圧より高くなり、電圧比較器１９ｄの出力１９ｉ
はＨレベルとなる。

最大燃料噴射状態検出手段１８の出力１８ｈおよび回転
数判別手段１９の出力１９ｉはそれぞれエンジン過負荷
制御手段２０内の論理積回路２０ａへ人力され、その出
力は抵抗２０ｂを介してトランジスタ２０ｃを駆動する
よう構成されている。トランジスタ２０ｃがオン状態に
なると、抵抗３ｂを介して端子３ｃ一端子４ａ−同期発
電機４内の発光ダイオード一端子４ｂ一端子３ａの経路
で電流が供給され、同期発電機４側へエンジン２が過負
荷状態であることを伝達する。

発電機４は、エンジン過負荷信号を受けると発電出力端
子４ｃ、４ｄの出力電圧を低下して電気的負荷２１への
供給電力を低減するよう構成している。

第３図は発電機の回路構成図である。

発電機４は、巻線部２２と出力電圧調節回路２３から構
成されている。

巻線部２２は、回転子２２ａ側に巻回された界磁巻線２
２ｂ、固定子側に設けられた出力巻線２２Ｃ，電圧検出
用巻線２２ｄおよび励磁巻線２２ｅを備える。出力巻線
２２ｃは発電出力端子４ｃ、４ｄへ接続されている。

励磁巻線２２ｅに発生した交流電圧はダイオードブリッ
ジ２４で全波整流され、コンデンサ２５で平滑されて、
ベース抵抗２６を介してトランジスタ２７ヘベース電流
が供給されてトランジスタ２７がオン状態となり界磁巻
線２２ｂへ電流を供給するよう構成されている。

電圧検出用巻１２２ｄに発生した交流電圧はダイオード
ブリッジ２８で全波整流され、抵抗２９、コンデンサ３
０からなる平滑回路で第４図（ａ）に示すように脈流成
分を含む電圧波形となるよう平滑された後、抵抗３１、
抵抗３２で分圧され、この分圧された電圧がツェナーダ
イオード３３を介してトランジスタ３４のベースへ印加
される。

電圧検出用巻線２２ｄに発生する交流電圧が所定の電圧
値より高い場合は、トランジスタ３４ヘベース電流が供
給される期間（第４図（ａ）で斜線で示す期間）が長く
なり、トランジスタ３４のオン−トランジスタ２７のオ
フにより界磁巻線２１ｂへの電流供給が遮断される期間
が長くなり、発電出力電圧は低下する。このように、界
磁巻栓２１ｂへの電流供給時間を異なえることによって
、発電出力端子４ｃ、４ｄ間に発生する出力電圧ｅＯを
定格値に保持している。なお、界磁巻線２２ｂに並列接
続されたダイオード３５は、トランジスタ２７のスイッ
チング動作時に界６１巻線２２ｂに発生するサージを吸
収するための貫流用グイオートである。

端子４ａ、４ｂ間にはフォトカブラ３６の１次側である
発光ダイオード３６ａが介設され、２次側フォトトラン
ジスタ３６ｂがオン状態になると、ダイオード３７−フ
オドトランジスタ３６ｂ−抵抗３８−コンデンサ３９の
経路でコンデンサ３９が充電され、この電圧がダイオー
ド４０、抵抗４１を介してツェナーダイオード３３のア
ノード側へ印加される。よって、ツェナーダイオード３
３のアノード側の電圧は、第４図（ｂ）に示すように脈
流外が小さくなり、トランジスタ３４をオン状態に駆動
する期間が長くなるので発電機４の出力電圧が低下する
。

以上の構成であるから、発電機４の電気的負荷２１がエ
ンジン発電機１の定格を越えてエンジン２へ燃料噴射量
を最大にしてもエンジン２の回転数が低下する場合は、
回転数制御装置３内のエンジン過負荷制御手段２０の出
力により、発電機４側の出力電圧調節回路２３に過負荷
状態である旨の信号が伝達され、出力電圧調節回路２３
は発電出力電圧を定格出力電圧より低い値にするので、
発電機４から電気的負荷２１へ供給される電力は低減す
る。

よってエンジン２の過負荷状態は解消され、回転数制御
装置３のフィードバック制御系は正常な動作状態に復帰
し、エンジン２は目標とする回転数で回転するので、発
電機４の発電周波数は一定に保たれる。

第５図はエンジン回転数制御装置の他の構成例を示すブ
ロック図である。

この実施例では、エンジンの実回転に対応する電圧ｅｎ
およびアクチュエータ９ａの位置に対応する電圧ｅａを
アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器５０に人力し、
ＣＰＵ５１は所定の時間間隔毎に格電圧ｅｎ、ｅａに対
応するディジタル量を読み込み、あらかじめ設定された
条件となった時に出力ボート５１ａをＨしへルとして、
抵抗２０ｂを介してトランジスタ２０ｃをオンさせる構
成としている。ＣＰＵ５１は、電圧ｅａに対応するディ
ジタル量が予め設定した値と等しいかあるいはそれより
大きい状態が、例えば３回連続した時に最大燃料噴射状
態にあると判断し、電圧ｅｎに対応するディジタル量が
前回あるいは前々回の値より所定値以上減少している場
合、または、電圧ｅｎに対応するディジタル量が、所定
のサンプリング回線連続して減少傾向の場合はエンジン
回転数が低下していると判断し、両方の条件がそろった
場合に、エンジン過負荷状態と判断するよう構成してい
る。

（発明の効果） 以上説明したように本発明に係るエンジンの回転数制御
装置は、最大燃料噴射状態にあるにもかかわらず、エン
ジンの回転数が上昇しない場合にはエンジン過負荷検出
信号を出力してエンジン負荷を軽減させる構成としたの
で、エンジンが過負荷状態になってもエンジンの回転数
が低下することなく、エンジンの出力パワーを最大に近
いところで得ることができ、すなわち過負荷状態におい
てエンジン出力パワーを最大限にひき出す運転状態を継
続させることができる。

また、既に燃料噴射制御系が備えているフィードバック
制御に必要な信号を利用することができるので、簡単な
構成で回転数制御装置を実現することができる。

また、エンジン発電機に通用した場合、過負荷検出信号
に基づいて自動電圧調整器の出力設定電圧を低下させて
、発電機の電気的負荷が重負荷、すなわちエンジンにと
って過負荷状態が発生した場合には、電気的負荷への供
給電力量を制限するように構成したので、発電機負荷と
して水銀灯とか電動機のように一時的に大電流が流れる
負荷が接続されても、エンジンの回転数低下を抑えてエ
ンジンの出力を最大限に使用して速やかに定常運転への
復帰を行うことができるとともに、回転数が変動しない
ので同期発電機を使用した場合に、発電周波数を安定に
保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るエンジン回転数制御装置を備えた
エンジン発電機の全体システム構成図、第２図はソレノ
イド式アクチュエータおよびアクチュエータ位置センサ
の一構成例を示す構造図、第３図は発電機の回路構成図
、第４図は出力電圧調節回路内の出力検出用巻線の電圧
を示す波形図、第５図はエンジン過負荷制御手段の他の
構成例を示すブロック図、第６図は従来の燃料噴射量制
御系のブロック図である。 なお、図面中、１はエンジン発電機、２はエンジン、３
は回転数制御装置、４は発電機、５は目標回転数設定回
路、６は重畳回路、７は比例・積分・微分回路（ＰＩＤ
回路）、８はＰＷＭ変換回路、９は燃料噴射量調節機構
、９ａはソレノイド式アクチュエータ、９Ｃはソレノイ
ド、９ｄはアクチュエータ、１０は回転数検出回路、１
１は周波数−電圧変換回路、１２はアクチュエータ位置
センサ、Ｉ８は最大燃料噴射状態検出手段、１９は回転
数判別手段、２０はエンジン過負荷制御手段、２１は発
電機の電気的負荷、２２は巻線部、２２ａは回転子、２
２ｂは界磁巻線、２２ｃは出力巻線、２２ｄは電圧検出
用巻線、２２ｅはｗＪ磁巻線、２３は出力電圧調節回路
、３６はフォトカプラ、５０はＡ／Ｄ変換器、５１はｃ
ｐｕである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、
   この出力信号に応じて燃料噴射量調節機構を駆動して燃
   料噴射量を自動制御するエンジンの回転数制御装置にお
   いて、燃料噴射量調節機構が略最大噴射位置にあること
   を検出する最大燃料噴射状態検出手段と、前記回転数検
   出手段で検出された回転数が上昇中であるか否かを判別
   する回転数判別手段と、最大燃料噴射状態検出手段によ
   って前記燃料噴射量調節機構が略最大噴射位置にあるこ
   とを検出しているにもかかわらず前記回転数判別手段で
   回転数がある一定以上の速度で上昇中であることが検出
   されない場合に過負荷検出信号をエンジンで駆動されて
   いる負荷へ出力してこのエンジン負荷を軽減させるよう
   に構成するエンジン過負荷制御手段とを備えたことを特
   徴とするエンジンの回転数制御装置。
2. （２）前記エンジン負荷は発電機で構成されるとともに
   、過負荷検出信号で前記発電機の自動電圧調整器の出力
   設定電圧を低下させるように制御する請求項１記載のエ
   ンジンの回転数制御装置。