JPH0463238B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関によりこれに連結された可
変容量油圧ポンプを駆動する装置を制御する油圧
ポンプ駆動系制御装置に関する。

内燃機関に可変容量油圧ポンプを連結し、内燃
機関の出力回転数をできるだけ一定に保持しなが
ら可変容量油圧ポンプを駆動する全馬力制御は既
に知られている。以下、第１図乃至第６図に基づ
いてこのような従来の制御装置を説明する。

第１図は内燃機関と可変叶出量ポンプとの系を
示すものである。第１図において、１は内燃機
関、２および３は内燃機関１によつて駆動される
可変叶出量ポンプである。４および５はそれぞれ
ポンプ２および３の斜板（もしくは斜軸）の傾転
角を制御するレギユレータで、この具体的構成例
は第３図に示してある。６は内燃機関１の燃料噴
射ポンプで、この燃料噴射ポンプ６はこれに設け
たラツクを操作することにより所望量の燃料を内
燃機関に供給する。この燃料噴射ポンプ６のラツ
ク駆動手段の具体的な構成例は第２図に示してあ
る。７は内燃機関１のスタータスイツチ、８は内
燃機関１のアクセルレバー、９および１０はそれ
ぞれポンプ２および３の傾転角の最大値を外部か
ら操作するための操作レバー、１１は内燃機関１
の出力回転数を検出する検出器、１２は燃料噴射
ポンプ６のラツク変位を検出する検出器である。
１３は内燃機関１の燃料噴射ポンプ６およびポン
プ２，３の傾転角を制御する制御装置で、この制
御装置１３はスタータ信号７ａ、内燃機関１の目
標回転数に相当するアクセル信号８ａ、操作レバ
ー９，１０によるポンプ２，３の傾転角の操作信
号９ａ，１０ａ、検出器１１からの内燃機関１の
回転数信号１１ａおよび検出器１２からの燃料噴
射ポンプ６のラツク変位Ｙの信号１２ａ、ポンプ
２，３の傾転角信号４ａ，５ａに基づいて、ラツ
ク操作信号１３ａおよびポンプ２，３の傾転角操
作量信号１３ｂ，１３ｃを演算し出力する。

第２図は、燃料噴射ポンプ６およびその燃料噴
射量を制御するラツク駆動手段の具体的な実施例
を示すもので、この図において第１図の同符号の
ものは同一部分である。内燃機関１への燃料噴射
量はラツク１４の変位の関数で決定される。この
ラツク１４は可動線輪１５によつて駆動される。
１６はヨーク、１７は永久磁石、１８ラツク１４
の戻しばねである。１９は電流増幅器であり、制
御装置１３からのラツク操作信号１３ａを受け
て、直流電流信号もしくはパルス幅変調信号１９
ａを出力して、可動線輪１５を駆動する。ラツク
変位検出器１２の検出信号は増幅器もしくは波形
整形回路２０を介して、ラツク変位信号１２ａと
して制御装置１３に帰還される。

第３図はポンプ２のレギユレータ４の具体的な
実施例を示すものである。ポンプ２の斜板（もし
くは斜軸）２ａは油圧シリンダ２１ａおよび油圧
シリンダ２１ｂにより駆動される。油圧シリンダ
２１ａ，２１ｂは４個の２位置２方電磁弁２２，
２３，２４，２５により制御される。すなわち、
電磁弁２２のソレノイド２２ａおよび電磁弁２３
のソレノイド２３ａを励磁すると、パイロツト油
圧源２６からの圧油が油圧シリンダ２１ａに作用
すると共に、油圧シリンダ２１ｂはタンク２７に
つながるので、ポンプ２の傾転角は増加する。逆
に電磁弁２４のソレノイド２４ａおよび電磁弁２
５のソレノイド２５ａを励磁すると、ポンプ２の
傾転角は減少する。そして、電磁弁２３のソレノ
イド２３ａおよび電磁弁２５のソレノイド２５ａ
を励磁すると、電磁弁２２〜２５はすべて回路を
閉じるから、ポンプ２の傾転角はその状態を維持
する。２８はポンプ２の傾転角を検出する検出器
であり、その出力信号は増幅器もしくは波形整形
回路２９を介して、ポンプ傾転角信号４ａとして
制御装置１３に帰還される。ポンプ３のレギユレ
ータ５についても同様に構成されているので、そ
の詳細な説明は省略する。

次に内燃機関−ポンプ系における制御構成を第
４図について説明する。

アクセルレバー８の出力は内燃機関１の目標回
転数N_rとして制御装置１３に取り込まれる。そ
して、この目標回転数Nrは検出器１１により検
出された内燃機関１の出力回転数Ｎと比較され
る。この差ΔNは回転数偏差となる。この回転数
偏差ΔNはラツク変位目標値発生回路３０によつ
てラツク変位目標値Ｍな変換される。そのラツク
変位目標値Ｍとラツク変位検出器１２により検出
されたラツク変位Ｙとの差ΔYが電流増幅器１９
に出力され、燃料噴射ポンプ６の可動線輪１５を
駆動する。これによりラツク変位Ｙはラツク変位
目標値Ｍにより制御されるので、燃料噴射ポンプ
６の燃料噴射量が変化し、内燃機関１の燃焼系３
１で爆発燃焼が起り、出力トルクTeを増しフラ
イホイール３２を加速する。一方、フライホイー
ル３２にはポンプ２，３からのトルク反力T_pが
作用し、両トルクT_e，T_pが平衡すると、内燃機
関１の出力回転数Ｎが定まる。ここでポンプ２，
３からのトルク反力T_pが大きすぎて、燃焼系３
１の出しうる最大トルクにうち勝つと、出力回転
数Ｎが低下して、ついにはエンジン停止に至る。
このような事態を防ぐために、ポンプの馬力制御
手段が備えられている。すなわち、内燃機関１の
回転数偏差ΔNは、ポンプ制御係数発生回路３３
により、ポンプ制御係数K_pに変換される。この
ポンプ制御係数発生回路３３は第５図に示すよう
に、回転数偏差ΔNが定めた設定値ΔN₁より小さ
い範囲ではポンプ制御係数K_pの値として１を出
力し、回転数偏差ΔNが設定値ΔN₁を超えると、
ポンプ制御係数K_pの値を回転数偏差ΔNの増加に
伴なつて零の近くまで減少させる特性を有してい
る。この特性はK_p＝ｈ（ΔN）の関数として記憶
装置に記憶されている。このポンプ制御係数発生
回路３３により求めたポンプ制御係数K_pは、第
４図に示すようにポンプ２の操作レバー９の出力
L₁と乗算される。この乗算値K_p・L₁はポンプ２
の傾転角指令X_1iになる。またポンプ制御係数K_p
は操作レバー１０の出力L₂と乗算される。この
乗算K_p・L₂はポンプ３の傾転角指令X_2iになる。
ポンプ２の傾転角指令X_1iと傾転角検出器２８か
らのポンプ２の傾転角X₁₀との差Z₁は増幅器３４
によつて増幅されて、斜板操作用の油圧シリンダ
２１の変位を制御する。ポンプ２の新しい傾転角
X₁₀とポンプ２の負荷圧力P₁とは積の形となつ
て、ポンプ２のトルク反力T_p1となる。またポン
プ３のトルク反力T_p2も同様であり、両者の和T_p
が内燃機関１のトルク反力T_pとなる。このよう
に制御系を構成すると、ポンプ２およびポンプ３
の反力T_pが増大して内燃機関１の回転数Ｎが低
下し、回転数偏差ΔNが増大すると、その増大量
に応じてポンプ制御係数K_pが小さくなるので、
ポンプ２およびポンプ３の傾転角X₁₀，X₂₀が減
少して、内燃機関１の出力回転数Ｎの著しい減少
を防止することになる。

上述のような制御を行なつた場合のポンプ２の
特性を第６図に示す。第６図はポンプ２に作用す
る回路圧力P₁とポンプ２の傾転角X₁₀の関係を示
すものである。すなわち、ポンプ３に作用する回
路圧力P₂が低い場合（P₂＝P_2L）には、ポンプ２
の回路圧力P₁が高圧になるまで、ポンプ２の傾
転角X₁₀は減少しないが、ポンプ３の回路圧力P₂
が高いとき（P₂＝P_2H）ではポンプ２の回路圧力
P₁が比較的低い段階でポンプ２の傾転角X₁₀は減
少するようになる。そして、両者の場合とも、内
燃機関１の出力馬力（出力回転数と出力トルクと
の積）はほぼ一定値に保たれるように制御される
ものである。

以上述べたような従来の制御装置は、内燃機関
による油圧ポンプ駆動系の制御に大きな効果を発
揮するものであるが、温度等の影響により電気的
なドリフトが発生すると、制御を効果的に行なう
ことができなくなる。以下、前述の制御装置に電
気的ドリフトが発生した場合に生じる状態につい
て述べる。今、第４図に示す装置の傾転角検出器
２８の出力においてドリフトが発生しているもの
とする。ここで、指令値X_1iに応じて調整される
べき実際の傾転角に相当する出力信号をX₁₀ ^*、
ドリフト量をδとすると、傾転角検出器２８から
出力されるドリフトした出力信号X₁₀は X₁₀＝X₁₀ ^*＋δ となる。増幅器３４、斜板操作用の油圧シリンダ
２１、傾転角検出器２８で構成するサーボ系は、
出力信号X₁₀が指令X_1iに一致するように作動する
ので、もし、ドリフト量δがδ＞０の場合は、実
際の傾転角に相当する信号X₁₀ ^*は指令値X_1iに比
べて小さくなり、したがつて、実際の傾転角は設
定した値より小さくなり、油圧ポンプ系に馬力が
かからず、駆動されるアクチユエータの動作が遅
くなつてしまう。又、これとは逆にドリフト量δ
がδ＜０の場合は、信号X₁₀ ^*は指令値X_1iに比べ
て大きくなり、実際の傾転角は設定した値より大
きくなつて油圧ポンプ系に馬力がかかり過ぎ、こ
の結果、内燃機関の回転数の低下が著しくなる。
このような状態を第７図を参照しながらさらに詳
細に説明する。

第７図は横軸に回転数偏差ΔN（ΔN＝N_r−Ｎ）
縦軸にトルクがとつてある。曲線はある目標回
転数N_rにおける内燃機関の出力トルク特性であ
る。負荷が増加するとともに回転数Ｎが低下して
ゆくので、回転数偏差ΔNは曲線上を点A₁から
点A₂の方へ向つて移動する。負荷がさらに増加
してゆき、出力トルクがトルクT_Bに相当する点
Ｂに達すると燃料噴射ポンプのラツクは最大量と
なり、以後出力トルクはほぼ一定となる。この曲
線上の点Ｂに対応する回転数偏差をΔN₂とす
る。一方、第５図に示す回転数偏差ΔNに対する
ポンプ制御係数K_pが作用した場合の油圧ポンプ
の入力トルクの最大値（即ち、発生し得る最大ト
ルク）は曲線のようになる。即ち、ポンプ負荷
が小さい点C₁ではポンプ制御係数K_pはK_p＝１で
あり、油圧ポンプの入力トルクの最大値は大であ
るが、回転数偏差ΔNがΔN₁に達するとポンプ制
御係数K_pは減少し、したがつて、油圧ポンプの
入力トルクの最大値も減少して点C₂の方に移動
する。このような油圧ポンプの入力トルクの最大
値の曲線が、曲線上の点Ｂと交わるように調
整すると、内燃機関の出力トルクは曲線上の点
A₁と点Ｂとの間で均衡することとなり、出力ト
ルクの最大値はトルクT_Bとなる。

ここで、前述のドリフトが発生した場合を考え
ると、ドリフト量δがδ＞０であるとき、実際の
傾転角は設定した値より小さくなるので、油圧ポ
ンプの入力トルクの最大値も小さくなり、曲線
は曲線のようにシフトする。この結果、内燃機
関の出力トルクは点A₁と点Ｅとの間で均衡し、
油圧ポンプの入力トルクの最大値はトルクT_Eと
なり、油圧系の馬力がかからなくなる。逆に、ド
リフト量δがδ＜０のときは、曲線は曲線に
シフトして内燃機関の出力トルクは点A₁と点Ｆ
との間で均衡し、点Ｂを超えるので回転数Ｎの低
下が著しくなり、極端な場合、内燃機関は停止し
てしまう。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を
除き、制御装置内においてドリフトが発生しても
安定した制御を行なうことができる油圧ポンプ駆
動系制御装置を提供するにある。

この目的を達成するため、本発明は、内燃機関
の目標回転数と実際の回転数の偏差を検出し、こ
の偏差がある設定値以上になつたとき油圧ポンプ
の傾転角を減少する制御信号を出力するととも
に、前記偏差が所定値以上の範囲にある期間、所
定周波数のパルスをカウントする第１のカウンタ
を設けるとともに、この期間内であり、かつ、ラ
ツク量が最大量およびその近傍にある期間、前記
所定の周波数のパルスをカウントする第２のカウ
ンタを設け、第１および第２のカウンタで得た数
値の比を求め、この比の値に応じて補正値を求
め、この補正値を前記制御信号に加えてドリフト
による誤差を補正することを特徴とする。

以下、本発明を第８図に示す実施例に基づいて
説明する。

第８図で、第４図に示す部分と同一部分には同
一符号を付して説明を省略する。３５は油圧ポン
プ２の操作レバーの操作信号L₁と油圧ポンプ３
の操作レバーの操作信号L₂とを入力する演算器
であり、いずれかの操作レバーが操作されている
とき信号L₀を出力するOR回路で構成されてい
る。３６は第１のカウンタである。第１のカウン
タ３６は演算器３５の信号L₀が入力し、かつ、
回転数偏差がある値ΔN_S以上の範囲にあるとき、
別途設けられている所定周波数のクロツクからク
ロツクパルスを入力してその数をカウントする。
前記の値ΔN_Sは、第７図に示す曲線上の点Ｂに
対応する偏差ΔN₂の近傍の値（偏差ΔN₂より小
さな値）に設定される。第１のカウンタ３６から
は操作レバーの操作終了毎に計数値T〓_NMが出力
される。即ち、、この出力T〓_NMは操作レバーの操
作時間内において、内燃機関に負荷がかかつたと
きにポンプ制御係数K_pを変化させて馬力制御を
行なつた時間に相当する値である。

３７は第２のカウンタである。第２のカウンタ
３７は演算器３５の信号L₀が入力し、かつ、、回
転数偏差ΔNが前記偏差ΔN_S以上の範囲内であ
り、さらに、ラツク変位検出器１２からの信号Ｙ
の値がある値Y_S以上の範囲にあるときに前記ク
ロツクからのクロツクパルスを入力してその数を
カウントする。前記の値Y_Sは燃料噴射ポンプの
ラツクの最大ラツク量の近傍の値に設定される。
第２のカウンタ３７は第１のカウンタ３６と同じ
く、操作レバーの操作終了毎にその計数値T_YMを
出力する。この出力T_YMは前記操作レバーの操作
時間内において、実際に内燃機関に最大負荷がか
かつた時間に相当する値である。

３８は第１のカウンタ３の出力信号T〓_NMと第
２のカウンタ３７の出力信号T_YMとの比を演算す
る除算器である。即ち、除算器３８はT_YM／T〓_NM
を演算し、その値の信号Ｄを出力する。この出力
Ｄは前記操作レバーの操作時間内において、操作
レバーを操作したときの負荷のかかり具合を時間
の平均でとらえた量であることを意味する。３９
は関数発生器である。関数発生器３９は第９図に
示す特性を有し、除算器３８の信号Ｄの入力に応
じてその特性にしたがつた値dKを出力する。出
力dKはポンプ制御係数K_pの補正値となる。な
お、第９図に示す特性図については後述する。４
０はポンプ制御係数発生回路３３からのポンプ制
御係数K_pと関数発生器３９からの補正信号dKを
加算する加算器であり、その出力K_p′は補正され
た（ドリフトの影響を除いた）正しいポンプ制御
係数となる。

なお、４１は従来の制御装置１３に対応する部
分を示す。又、内燃機関の制御は従来装置と同じ
である。

次に、本実施例の動作を第９図に示す関数発生
器３９の特性図および第１０図に示すタイムチヤ
ートを参照しながら説明する。

まず、ドリフトが発生していない正常の場合、
時刻t₁において油圧ポンプ２の操作レバー９を操
作すると演算器３５からは信号L₀が出力される。
一方、油圧ポンプ２の負荷により内燃機関１と油
圧ポンプ２，３を連結する駆動軸にはトルク反力
T_pが加わり、回転数Ｎは減少し目標回転数N_rと
の間に偏差ΔNが発生する。油圧ポンプ２の負荷
が大きいと、第１０図ｄに示すようにこの偏差
ΔNは増大してゆき、時刻t₂において値ΔN_Sに達
し、さらに増加を続ける。第１のカウンタ３６は
時刻t₂において第１０図ｆに示すようにクロツク
パルスのカウントを開始する。この場合、ポンプ
制御係数K_pにより油圧ポンプの傾転角は減少す
るように制御が行なわれている。偏差ΔNの増大
により燃料噴射ポンプのラツク量も速かに増大
し、第１０図ｅに示すように時刻t₃においてラツ
ク量Y_Sに達し、さらに最大ラツク量となる。そ
して、第７図に示す曲線上の点Ｂにおいて均衡
する。カウンタ３７は第１０図ｇに示すように時
刻t₃においてクロツクパルスのカウントを開始す
る。負荷が減少するとラツク量は減少して時刻t₅
において設定量Y_S以下となり、回転量偏差ΔNも
減少して時刻t₆において値ΔN_S以下となりやがて
傾転角の制御も停止される。第１のカウンタ３６
および第２のカウンタ３７は第１０図ｆおよびｇ
に示すように、それぞれ時刻t₆および時刻t₅にお
いてカウントを停止する。以後、負荷の変動によ
り同じ動作が繰り返えされる。

操作レバーの操作終了後、第１のカウンタ３６
および第２のカウンタ３７はそれぞれカウントし
た値T〓_NM，T_YMを出力する。第１０図に示す場
合、値T〓_NMは２４、値T_YMは１９である（実際の
値はこの値より遥かに大である。）。除算器３８で
はT_YM／T〓_NMを演算し（第１０図に示す場合、1
９／２４）、この比の値Ｄを出力する。このときの出
力値をD₁とする。したがつて、関数発生器３９
には値D₁が入力される。関数発生器３９には第
９に示すように、値Ｄに対する補正値dKの特性
が記憶されており、この特性にしたがうと、値
D₁（ドリフトのない場合の除算器３８において演
算された比の値）に対する補正値dKの値はdK＝
０である。このため、加算器４０においてはポン
プ制御係数K_pは何等の補正もされない（即ち、
K_p＝K_p′）。なお、関数発生器３９の特性は、値
D₁を中心にある範囲ΔDを不感帯として設定して
あり、値D₁の近傍で均衡しておれば必ずしもポ
ンプ制御係数K_pを補正する必要はない。

次に、制御装置内にドリフト量δ（δ＞０）が
発生している場合について述べる。第７図の説明
で述べたように、ドリフト量δがδ＞０の場合、
油圧ポンプの実際の傾転角は小さくなり、曲線
は曲線にシフトするので、均衡点も点Ｂから点
Ｅへ移動しており、内燃機関にかかる負荷はドリ
フトのない正常な場合に比べて小さくなる。した
がつて、燃料噴射ポンプのラツクが最大値近傍
（値Y_s以上の範囲内）にある時間は短かくなり、
第１０図ｈに示すように第２のカウンタ３７でカ
ウントされるクロツクパルスも減少し、その出力
値T_YMも小さくなる。このため、除算器３８で演
算される比の値Ｄも小さくなり、この場合の値Ｄ
はドリフトのない正常な場合の値D₁よりも小さ
な値D₂となる。関数発生器３９は値D₂を入力す
ることにより、その特性における値D₂に対応す
る補正値dK₂を出力する。加算器４０において
は、ポンプ制御係数K_pに補正値dK₂が加算され、
補正されたポンプ制御係数K_p′（K_p′＝K_p＋dK₂）
を得る。この結果、シフトされた曲線は曲線
の方に戻されたと同様となり、ドリフトの影響は
除去される。

ドリフト量δがδ＜０の場合、内燃機関にかか
る負荷は大きくなるので、燃料噴射ポンプのラツ
クが最大値近傍にある時間は長くなり、第２のカ
ウンタ３７でカウントされるクロツクパルスが増
加し、出力値T_YM、比の値Ｄのいずれも増加す
る。したがつて、関数発生器３９から出力される
補正値dKは第９図から明らかなように負の値と
なり、ポンプ制御係数K_pは加算器において負の
値が加算され、補正されたポンプ制御係数K_p′は
係数K_pより小さくなり、第７図におけるシフト
された曲線は曲線の方に戻される結果とな
り、やはりドリフトの影響は除去される。

なお、関数発生器３９の特性において、不感帯
Ｄを設けなくても動作には何等の支障もない。

このように、本実施例では、馬力制御をしてい
る期間に入力したパルスをカウントする第１のカ
ウンタと、この期間内においてラツク量が最大値
とその近傍にある期間に入力したパルスをカウン
トする第２のカウンタとを設け、両カウンタの値
の比を演算し、この比の値に対応した補正値を求
め、この補正値によりポンプ制御係数を補正する
ようにしたので、制御装置内にドリフトが発生し
ても制御には何等の影響も及ぼさないようにする
ことができる。

なお、前記ドリフトが、傾転角検出器のみでな
く、第１および第２のカウンタ以外のどの部分に
生じたものであつてもその影響を除去することが
できる。又、前記実施例では種々の演算器、関数
発生器等を用いたが、これらに代えてマイクロコ
ンピユータを用いることもできる。

以上述べたように、本発明では、回転数偏差が
所定値以上の範囲内にある期間、パルスを計数す
る第１のカウンタと、この期間内においてラツク
量が最大値を含む一定範囲内にある期間、パルス
を計数する第２のカウンタとを設け、両者の計数
の比を演算し、その比の値に対応する補正値を求
め、この補正値で油圧ポンプの傾転角を減少する
制御信号を補正するようにしたので、制御装置内
にドリフトが発生してもその影響を除き、安定し
た制御を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は内燃機関と可変容量油圧ポンプとの系
統図、第２図は第１図に示す燃料噴射ポンプのラ
ツク駆動装置の概略構成図、第３図は第１図に示
す可変容量油圧ポンプのレギユレータの概略構成
図、第４図は従来の油圧ポンプ駆動系制御装置の
ブロツク図、第５図は第４図に示すポンプ制御係
数発生回路の特性図、第６図は第４図に示す制御
装置を用いた場合の油圧ポンプの圧力と傾転角の
関係を示す特性図、第７図は回転数偏差と内燃機
関および油圧ポンプのトルクとの関係を示す特性
図、第８図は本発明の実施例に係る油圧ポンプ駆
動系制御装置のブロツク図、第９図は第８図に示
す関数発生器の出力特性図、第１０図は第８図に
示す実施例の動作を説明するタイムチヤートであ
る。 １……内燃機関、２，３……可変容量油圧ポン
プ、４，５……レギユレータ、６……燃料噴射ポ
ンプ、１１……回転数検出器、１２……ラツク変
位検出器、３３……ポンプ制御係数発生器、３５
……演算器、３６……第１のカウンタ、３７……
第２のカウンタ、３８……除算器、３９……関数
発生器、４０……加算器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内燃機関と、この内燃機関の燃料量制御装置
   と、前記内燃機関で駆動される可変容量油圧ポン
   プと、この可変容量油圧ポンプを制御するおしの
   け容積可変機構とを備えた油圧ポンプ駆動系にお
   いて、前記内燃機関の目標回転数と実際の回転数
   との偏差が設定値以上になつたとき前記油圧ポン
   プの傾転角を減少する制御信号を出力する制御信
   号出力手段と、前記偏差が所定値以上の範囲内に
   ある期間内に出力される所定周波数のパルスを計
   数する第１のカウンタ手段と、前記期間内におい
   て前記燃料量制御装置が前記内燃機関に対し最大
   燃料量を含む一定範囲内で燃料供給動作を行う期
   間内に出力される前記所定周波数のパルスを計数
   する第２のカウンタ手段と、この第２のカウンタ
   手段の計数値と前記第１のカウンタ手段の計数値
   との比を求める比演算手段と、この比演算手段で
   演算された比の値に応じて前記制御信号出力手段
   で出力された制御信号に対する補正値を求める補
   正値演算手段と、この補正値演算手段で演算され
   た補正値により前記制御信号を補正する補正手段
   とを設けたことを特徴とする油圧ポンプ駆動系制
   御装置。