JPH05161398A - ステップモータ絞りコントローラ及びステップモータコントローラ並びにステップモータフィードバックシステム - Google Patents

ステップモータ絞りコントローラ及びステップモータコントローラ並びにステップモータフィードバックシステム

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JPH05161398A
JPH05161398A JP3169312A JP16931291A JPH05161398A JP H05161398 A JPH05161398 A JP H05161398A JP 3169312 A JP3169312 A JP 3169312A JP 16931291 A JP16931291 A JP 16931291A JP H05161398 A JPH05161398 A JP H05161398A
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Japan
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signal
internal combustion
combustion engine
step motor
speed
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JP3169312A
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Jonathan D Churchill
ジョナサン、ディー、チャーチル
William T Volmary
ウイリアム、ティー、ボルマリー
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Kohler Co
Original Assignee
Kohler Co
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関の絞りコントローラが提供される。 【構成】 前記コントローラ（６６）はステップモータ
（２４）を使用して、絞り弁（１４）を移動させる。前
記ステップモータ（２４）は戻しバネまたは位置センサ
を使用せず、従って重量とコストを節約する。絞り制御
中のステップモータ（２４）の運動を追跡するアップ／
ダウンカウンタ（７０）によって絞り位置が誘導され
る。前記コントローラ（６６）は未知の始動絞り位置に
対応する積分手段を含む。速度オーバまたは電圧損失の
場合に燃料遮断ソレノイド（１０２）が生かされる。コ
ントローラ（６６）に対する内燃機関速度信号は可変リ
ラクタンスセンサ（１２０）によって発生され、このセ
ンサ（１２０）は外部磁界の影響を除去するため傾斜検
出回路に信号を送る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関コントローラ、
特に電気−機械的アクチュエータを使用する内燃機関速
度コントローラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の正確な速度制御は多くの用途
について望まれるが、特にこの内燃機関がＡＣ発電機の
駆動に使用される際に重要である。内燃機関速度は発生
された電力の周波数を決定し、また多くのＡＣ電流を受
ける電気装置は正確に調整された周波数を必要とする。
さらに、発電機から出た電力の消費率のほとんど瞬間的
な変化による急速な負荷変動のもとにおいて、このよう
な正確な速度制御を保持しなければならない。内燃機関
の負荷の変動に伴う内燃機関の速度の変動は「垂下特
性」と呼ばれる。
【０００３】内燃機関の速度の制御は種々の方法で実施
される。機械的調速機が内燃機関の回転速度を検出し、
負荷の変動に応答して内燃機関速度を調整するために絞
りを開閉することができる。このような機械的制御は比
較的低コストである利点を有するが、通常の負荷変動に
際して実質的な垂下を許す可能性がある。
【０００４】さらに複雑な内燃機関速度制御法は、内燃
機関速度を電気的に検出し、絞り位置の変更のために絞
り板に連結された電気−機械的アクチュエータを使用す
るにある。
【０００５】代表的には、この電気−機械的アクチュエ
ータは線形または回転アクチュエータである。線形アク
チュエータはその名称の示すように、アクチュエータに
加えられた電流または電圧の大きさに比例する距離だけ
線形運動するようにアクチュエータ本体から突出した制
御軸を含む。回転アクチュエータは加えられた電流また
は電圧の大きさに比例する角度だけ回転する軸を有す
る。いずれのアクチュエータにおいても、電圧または電
流がアクチュエータに加えられない時に、バネが軸をゼ
ロ位置または「ホーム」位置に戻す。この戻しバネの力
を常に超過しなければならないので、これらのアクチュ
エータの消費電力が増大する。
【０００６】このような戻しバネによって必要とされる
電力が、線形または回転アクチュエータを使用する絞り
制御機構のコストと重量を増大させる。従って内燃機関
の電気制御のため、線形または回転アクチュエータの代
わりに双方向ステップモータを使用することは公知であ
る。
【０００７】双方向ステップモータは、その巻線を順次
に生かすことによって所定の角度、所定方向に移動する
電気−機械的装置である。このような双方向ステップモ
ータにおいては戻しバネを省略しまたは弱くすることが
できるので、線形または回転アクチュエータと同等また
はこれより優れた動的特性を有する小型モータを使用す
ることができる。
【０００８】低電力の双方向ステップモータを使用する
には、一般に絞り板に直接取り付けられた位置検出装置
を必要とする。その理由は、ステップモータが最初に電
力を加えられた時に任意の配向を有するので、絞り位置
の絶対的表示のために位置検出装置が必要だからであ
る。このような位置検出装置は絞り弁を複雑にしそのコ
ストを増大させる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は実位置フィード
バックの代わりに制御ループにおいて使用できる仮想絞
り位置を発生するためのカウンタを使用する。さらに詳
しくは、オシレータが周期的クロック信号を発生し、こ
の信号がシーケンサーに供給される。またこのシーケン
サーは方向信号を受け、この方向信号が前記の周期的ク
ロック信号と共にシーケンサーに命令して、絞り板に取
り付けられたステップモータを命令された方向に所定の
ステップ数だけ移動させる。すなわちアップ／ダウンカ
ウンタが方向信号とクロック信号を受け、このクロック
信号によって表示された方向によって更新されクロック
信号にクロックされたデジタルワードを発生する。この
デジタルワードが比較器によって絞り制御信号と比較さ
れて方向信号を発生する。このようにして絞り板は電気
制御信号に応答して移動する。本発明の一つの実施態様
においては、電気制御信号はアナログ電圧であって、カ
ウンタの出力がまずデジタルーアナログ変換器によって
アナログ電圧出力に変換される。
【００１０】従って本発明の目的は、絞り板上の高価な
故障しがちな位置フィードバックセンサを必要とせず、
ステップモータを閉ループ制御システムの中に合体させ
る手段を提供するにある。アップ／ダウンカウンタが、
実位置フィードバックの代わりに制御ループにおいて使
用される仮想位置を表示する。
【００１１】オーバフロー／アンダフロー状態を検出し
アップ／ダウンカウンタを非オーバーフロー／アンダフ
ロー状態に設定するために、アップ／ダウンカウンタに
デコーダ回路を組み合わせることができる。
【００１２】従って本発明の他の目的は、仮想絞り位置
を計算するためにアップ／ダウンカウンタを使用する際
にアップ／ダウンカウンタのオーバフローとアンダフロ
ーから生じる制御不連続を防止するにある。
【００１３】本発明による内燃機関制御装置は、内燃機
関の速度に比例した速度信号を発生するための速度セン
サを含む。仮想絞り位置決め回路がこの速度信号を受
け、速度基準とこの速度信号との差を積分して、ターゲ
ット絞り位置決め信号を発生する。ステップモータは、
ターゲット絞り位置と仮想絞り位置との差異を低減させ
る方向に移動される。
【００１４】本発明の他の目的は、既知の「ホーム」位
置から始動しないステップモータなどの電気−機械的ア
クチュエータについて使用するに適したコントローラを
提供するにある。仮想絞り位置決め回路により、ステッ
プモータの絶対位置が不明であってもステップモータは
絞り位置を制御する正しい方向に動くことができる。ス
テップモータの既知の「ホーム」位置の欠如がこのよう
にして補償される。
【００１５】積分器は始動などの所定の内燃機関状態に
対応して仮想絞り位置決め回路の応答を増大しなければ
ならない場合に、この積分器の時定数を変更するバイパ
ス手段を含むことができる。
【００１６】従って本発明のさらに他の目的は、このよ
うな内燃機関状態においてシステムの性能を劣化するこ
となく制御システム中において積分器の使用を可能とす
ることにある。
【００１７】歯車の歯の通過を読みとる可変リラクタン
スセンサによって内燃機関からの速度信号を発生する。
このセンサによって発生された周期的に変動する信号が
傾斜検出器回路によって受けられ、この検出回路がデジ
タルタイミング信号を発生する。
【００１８】本発明のさらに他の目的は、周期的に変動
する信号を上下に片寄らせる内燃機関に伴う浮遊磁界の
存在において内燃機関速度を検出する手段を提供するに
ある。傾斜検出器を使用すればこのようなバイアス効果
に対して高度の防護を成すことができる。
【００１９】本発明のその他の目的および利点は当業者
には明らかであろう。以下、本発明を図面に示す実施例
について説明するが本発明はこれらの実施例に限定され
るものではない。
【００２０】
【実施例】以下、本発明を図１乃至図５について詳細に
説明する。
【００２１】図１について述べれば、１８ＨＰ、1800rp
m のガソリン内燃機関について使用されるキャブレタ１
０は、空気とガソリンを混合しこの混合物を吸気マニホ
ルド（図示されず）に供給するための円筒形スロート１
２を含む。キャブレタ１０のスロート１２の中に、ディ
スク状絞り板１４が絞り軸１６上に、その放射方向軸線
回りに９０゜回転されてスロート１２を空気−ガス流に
対して開閉するように取り付けられている。軸１６はス
ロート１２の対向壁体の中の孔１８、１８’によって回
転自在に軸支され、またこの軸１６は一方の孔１８’を
通してスロート外部まで延出して外部から操作可能であ
る。軸１６の外側延出端部は軸継手２０に連結され、こ
の軸継手は軸１６をステップモータ２４の同軸の軸２２
に連結する。また軸１６はこの軸から放射方向に延出す
るストッパアーム２６を担持し、このストッパアームは
その周方向の運動方向に配置された遊動調整ネジ２８を
担持している。ストッパアーム２６は業界公知のように
スロート１２の中の絞り板１４の回転を制限してキャブ
レタ１０の遊動最大開口を制御する。遊動速度は遊動調
整ネジ２８によって調整される。
【００２２】ステップモータ２４は取り付けブラケット
３０によってキャブレタ１０に固着され、このブラケッ
トはモータ２４をその軸が前述のように絞り軸１６と同
軸となるように配向する。組立てに際して、ステップモ
ータ２４と絞り板１４との相対回転位置を知る必要はな
い。従って下記に説明するように、製造工程中の慎重な
整列の必要が避けられる。
【００２３】ステップモータ２４は、１．８゜／ステッ
プの分解能をもっていずれの方向にも連続的にステップ
運動することのできる双方向設計である。ステップモー
タ２４は４本のリード線３２によって制御される２つの
巻線を含み、これらの巻線はそれぞれ電源に所定順序で
接続されてステップモータ２４を所定量づつステップ運
動させることができる。下記の説明から明らかなよう
に、他の型のこのようなステップモータを使用すること
もできる。
【００２４】ステップモータ２４については戻しバネが
使用されず、ステップモータ２４は絞り板１４に対する
空気流の圧力と、絞り軸１６とスロート１２の孔１８と
の間の最小限摩擦抵抗とから絞り軸１６に加えられる応
力に打ち勝てばよいことを注意しよう。従って、ステッ
プモータ２４は対応の線形または回転アクチュエータよ
りも低コストで軽い。市販のステップモータ２４の速度
は部分的にはステップ解像力に依存している。故に、絞
り応答時間と位置正確度との妥協点がある。当業者には
明らかなように、用途に応じて、種々の１回転あたりス
テップ数と回転数とを有するステップモータ２４から、
正確さと速度の必要に応じたステップモータを選定する
ことができる。
【００２５】絞り軸１６に対するステップ軸２２の直接
連結はこれらの軸間のトルク連結を改良するが、業界公
知のように４バーリンク仕掛など、他の連結方法を使用
することもできる。
【００２６】前記のように、ステップモータ２４は任意
の位置から始動することができ、位置センサがないので
ステップモータ２４の軸２２の現在位置の表示がない。
このようなステップモータ２４の固定「ホーム」位置の
欠如は、ステップ軸２２と絞り軸１６との整列を不必要
とするのでキャブレタの製造を簡易化する。しかし、こ
のようなステップモータ２４の特徴により特殊の絞り制
御回路の使用が必要となる。
【００２７】図２と図３について述べれば、内燃機関制
御器は、内燃機関フライホイール上のリングギヤ４３に
組合わされた磁気ピック・アップ回路３４から、内燃機
関３７の速度情報を受ける。前記の磁気ピック・アップ
回路３４は可変リラクタンス型センサ１２０を含み、こ
のセンサは、内燃機関３７の速度に比例した周波数を有
する周期的波形の信号を発生する。
【００２８】可変リラクタンスセンサは一般に透磁性物
質の通過によって発生される磁束の変化を検知すること
によって作動するので、内燃機関のマグネットシステム
に組合わされた可動磁石または発電機そのものによって
発生される外部磁界にも感応する。センサ１２０の信号
は内燃機関に組合わされた磁石から出る外部磁界による
相当の電圧によってオフセットされることが確認され
た。このようなオフセットの故に、センサ１２０の信号
から信頼できるデジタル周波数信号を発生するために単
に比較回路を使用することができない。
【００２９】この理由から、センサ１２０の信号は、磁
気ピック・アップ回路３４中の傾斜検出回路によってデ
ジタルパルス列に変換される。図３について述べれば、
可変リラクタンスセンサ１２０の一方のリード線は、分
圧回路として接続された抵抗１２２、１２４によってベ
ースライン電圧にオフセットされる。つぎにセンサ１２
０の他方のリード線からの信号が直列抵抗１２８とアー
スツェナーダイオード１３０とによってクリップされ
る。クリップされた信号が直列抵抗１２９によって受け
られ、前記と同様に分圧回路として接続された抵抗１３
２、１３４によって基準電圧にオフセットされる。この
クリップされオフセットされた信号が抵抗１３６を通し
て比較器１４２の非反転入力によって受けられ、また直
列抵抗１３８とアースコンデンサとから成る微分器を通
して比較器１４２の反転入力によって受けられる。前記
微分回路の時定数はセンサ１２０からの信号周波数の期
待範囲に依存する。直列抵抗１２９と抵抗１３２、１３
４は、アースに対して負の電圧の入力が比較器１４２の
非反転入力に入ることを防止する。
【００３０】従って比較器１４２の出力は、クリップ−
オフセットされた信号の絶対値レベルよりはその傾斜に
依存するので、周囲の磁界によって生じたセンサ信号の
ベースラインオフセット効果が除去される。可変リラク
タンスセンサ１２０が好ましいのであるが、回転する内
燃機関成分のパタンに対応する光学ピック・アップを含
む他の速度センサを使用することもできる。
【００３１】従って磁気ピック・アップ回路３４の出力
は、センサ１２０の信号の周波数と同等の周波数を有す
る比較器１４２によって発生されたパルス列である。再
び図２について述べれば、この出力は周波数−電圧変換
器３６によって受けられ、内燃機関速度に逆比例し速度
調整回路３８内の電位差計から出た速度調整電圧によて
オフセットされた電圧を発生する。従って変換器３６か
ら出た高い電圧は低い内燃機関速度を示す。
【００３２】またピック・アップ回路３４から出た信号
は、信号損失検出器３９によって受けられ、この検出器
３９が信号を所定閾値と比較して、センサ１２０の故障
または結線中の破断があったか否かを確認する。信号レ
ベルが所定の閾値より低ければ、検出器３９は周波数−
電圧変換器３６の供給電圧に対する出力を増大する。こ
れにより、後述のように制御ループが絞り弁を閉鎖して
内燃機関速度を低下させる。信号損失検出器３９は、内
燃機関始動に際して周波数−電圧変換器３６をオーバラ
イドすることを防止するため、内燃機関始動中の一定時
間バイパスされる。始動バイパス回路４０は、当業者に
は明らかなように制御回路に対する電力の印加によって
トリガされる抵抗コンデンサ遅延回路である。
【００３３】周波数−電圧変換器３６によって発生され
た電圧は利得ブロック４１によって減衰され、微分積分
器４２の非反転入力によって受けられる。微分積分器４
２は、後述のように周波数−電圧変換器３６の電圧が微
分積分器４２の反転入力に加えられる基準値より高いか
低いかに従って立ち上がりまたは立ち下がり電圧波形を
を発生する。微分積分器４２から出た出力はローパスフ
ィルタ４４によって濾波されてノイズを低下され、安全
上の理由から、この「ターゲット絞り位置」と呼ばれる
信号は比較器４６の正入力とハイパスフィルタ４８の入
力とに加えられる。
【００３４】ハイパスフィルタ４８の出力は基準電圧５
０に加算され、微分積分器４２の反転入力に加えられる
基準値を成す。ハイパスフィルタ４８の目的は、当業者
には明らかなように制御ループの安定性を改良するにあ
る。周波数−電圧変換器３６の出力は速度調整回路３８
または基準電圧５０を変更することによってオフセット
することができる。一般に基準電圧５０は製造時に固定
されており、ユーザが速度調整回路３８を操作すること
ができる。
【００３５】微分積分器４２によって発生される電圧波
形のスルーレートは積分器時定数の関数であり、一般に
絞り板１４の位置の最大変動率を固定する。内燃機関始
動に際して、内燃機関速度と絞り板１４の位置との変化
率が大きい場合には、時定数をゼロに低減される。これ
は信号損失検出器３９について使用された回路と類似の
始動バイパス回路５２によって実施される。内燃機関の
始動後の所定時間、微分積分器４２の時定数はゼロに保
持され、その後この時定数はその所定値に戻る。
【００３６】図４について述べれば、微分積分器４２は
演算増幅器５４を備え、この増幅器５４は、その出力か
らその反転入力へのフィードバック路線に接続された積
分コンデンサ５６と、その反転入力に接続された入力抵
抗５８とを有し、業界公知のように入力抵抗５８を通る
電流を積分する。積分コンデンサ５６は入力抵抗５８と
共に、微分積分器４２の時定数を決定する。
【００３７】また前記のように演算増幅器５４の反転入
力に対してハイパスフィルタ４８からの入力が接続され
る。
【００３８】入力抵抗５８は固体スイッチ６０によって
分路され、この固体スイッチは閉鎖された時に入力抵抗
５８を短絡して本質的にゼロ入力抵抗を生じ、従ってゼ
ロの時定数を生じる。固体スイッチ６０は始動バイパス
５２中の時限回路によって制御され、このバイパス５２
はコンデンサ６２を含み、このコンデンサ６２の一端は
内燃機関制御器の電力供給線に接続され、他端は抵抗６
４を通してアースされる。固体スイッチ６０の制御線は
コンデンサ６２と抵抗６４との間の接合点に接続され
る。内燃機関が始動され内燃機関制御器に電力が加えら
れた時コンデンサ６２の一端に対して供給電圧が加えら
れる。瞬間的に、コンデンサ６２と抵抗器６４との間の
接合が供給電圧まで上昇させられ、固定スイッチ６０が
閉鎖されて、前述のように微分積分器４２の時定数を不
能にする。そこで抵抗６４がコンデンサ６２を放電さ
せ、固定スイッチ６０を開き、入力抵抗５８とコンデン
サ５６とによって決定される値まで時定数を増大させ
る。
【００３９】演算増幅器５４の非反転入力は利得ブロッ
ク４１中の電位差計４５の中心タップに接続され、この
電位差計は周波数−電圧変換器３６からその一端のタッ
プに信号を受ける。他方のタップは抵抗５３を通して、
基準電圧回路５０と入力抵抗５８との接合点に接続さ
れ、演算増幅器５４によって積分された電流を生じる。
【００４０】再び図２について述べれば、微分積分器４
２につづくローパスフィルタ４４の出力がターゲット絞
り位置決め信号を生じ、この信号が比較器４６の非反転
入力に入力され、この比較器４６の中においてこの入力
が後述の「仮想絞り位置」と比較される。比較器４６は
方向信号と呼ばれるバイナリデジタル信号を発生し、こ
の信号はターゲット絞り位置信号が仮想絞り位置信号よ
り大であれば正であり、その逆であればゼロである。
【００４１】ステップシーケンスコントローラ６６がそ
の方向入力として前記の方向信号を受ける。コントロー
ラ６６はまたステップ入力を有し、この入力は、連続ス
テップパルス流を発生するフリーランニングオシレータ
６８に接続される。コントローラ６６は方向入力とステ
ップ入力とを処理して、ステップモータ２４の正確な巻
線電流を発生し、この電動機の軸２２を方向入力の方向
に、ステップ入力に受けられたステップ数だけ移動させ
る。このようにしてステップモータ２４は連続的にステ
ップするが、下記に説明するように仮想絞り位置がステ
ップモータ２４のステッピングと共に移動するので、も
しターゲット絞り位置が仮想絞り位置に近ければ、方向
信号が絶えず変動し、ステップモータ２４は所望の絞り
位置の近くで前後にステップして、微分積分器４２によ
って発生された電圧を追跡する。ステップモータ２４の
前後ステッピングは各ステップ位置対の中間の平均絞り
板解放度を生じ、数ステップの絞り位置誤りに対してス
テップモータ２４のステッピングを禁止する「デッドバ
ンド」回路の挿入から生じるような位置誤りを防止す
る。また常にステッピングするステップモータ２４は絞
りコントローラの複雑さを低減する。
【００４２】仮想絞り位置はステップ数とステップ方向
とをタリーすることによって作られる。これはアップ／
ダウンカウンタ７０によって実施される。このカウンタ
７０は前記のフリーランニングオシレータ６８から出た
クロック信号に接続されたクロック入力と、比較器４６
から出た方向信号に接続されたアップ／ダウン線とを有
する。また前記のアップ／ダウン線は前記のシーケンサ
回路６６によって受けられ、この回路６６がステップモ
ータ２４と絞り板１４を適切な方向に適切なステップ数
だけ回転させる。アップ／ダウンカウンタ７０によって
発生されたデジタルワード出力がデジタル−アナログ変
換器７２によってアナログ仮想絞り位置に変換され、こ
の仮想絞り位置信号が前記のように比較器４６の反転入
力に接続される。
【００４３】前述のように、ステップモータ軸１６の初
位置と、従って絞り位置１４の初位置は不明である。こ
のことはつぎの二つの問題を生じる。
【００４４】第１の問題点は、絞り板１４がその完全に
開いた位置または完全に閉じた位置に達する前にその走
行範囲内にある時、アップ／ダウンカウンタ７０の出力
が「ラップアラウンド」すること、すなわちオーバフロ
ーまたはアンダフローすることである。このようなラッ
プアラウンドは、アップ／ダウンカウンタ７０の出力の
全範囲によって仮想絞り位置信号を急激に変更させ、内
燃機関制御ループの中断を生じる。
【００４５】第２の問題点は、回路が最初に生かされた
時に、前述のようにステップモータ２４の特性の故に、
仮想絞り位置と実絞り位置との相関関係が存在しないこ
とである。
【００４６】ラップアラウンドの問題はデコーダ７４に
よって解決される。このデコーダはアップ／ダウンカウ
ンタ７０の初期オーバフローまたはアンダフローを検出
し、アップ／ダウンカウンタ７０を初期のオーバフロー
またはアンダフロー状態前の状態にリセットする。この
リセットは、ステップ方向が逆転され、デコーダ７４の
介入なしにアップ／ダウンカウンタ７０がオーバフロー
またはアンダフロー状態から脱出するまで継続される。
【００４７】図５について述べればアップ／ダウンカウ
ンタ７０は二つの４ビットアップ／ダウンカウンタ７６
および７８を含み、これらの４ビットカウンタはキャリ
イン線とキャリアウト線によって相互に接続されて単一
の８ビット同期アップ／ダウンカウンタ７０を形成し、
このカウンタ７０はバイナリ出力１、２、４、８．．．
１２８を有する。カウンタ７６は最下位４ビットを発生
し、カウンタ７８は最上位４ビットを発生する。アップ
／ダウンカウンタ７０はクロック信号を受け、またカウ
ンタ７６および７８のアップ／ダウン入力に加えられる
方向信号によってカウント方向が決定される。カウンタ
７６および７８の出力は抵抗ラダー８０を駆動し、この
抵抗ラダーはデジタル−アナログ変換器７２を形成し前
述のようにアナログ仮想絞り位置信号を発生する。
【００４８】それぞれカウンタ７６と７８のバイナリ出
力２、４、８および１６はデコーダ７４のＡＮＤゲート
８２の４入力にそれぞれ接続される。ＡＮＤゲート８２
の出力と、カウンタ７８のバイナリ出力３２、６４およ
び１２８はＡＮＤゲート８４の４入力に接続される。従
ってＡＮＤゲート８４の出力は、カウンタ７６と７８の
バイナリ出力が1111 111x であれば高い。これをオーバ
ーフロー状態と呼ぶ（ここにｘは慣例によりドントケア
ステートを示す）。
【００４９】またカウンタ７６と７８の７最上位バイナ
リ出力はインバータ９０によって反転され、ＡＮＤゲー
ト８６と８８に同様に接続され、これらの７出力を論理
ＡＮＤ処理する。ＡＮＤゲート８８の出力は、カウンタ
のバイナリ出力が0000 000xであれば高い。これをアン
ダフローステートと呼ぶ。
【００５０】ＡＮＤゲート８４と８８から出たオーバー
フロー信号およびアンダフロー信号はそれぞれＤフリッ
プ−フロップ回路９２および９４に対して入力され、そ
こでこれらの入力はそれぞれのフリップ−フロップ９２
および９４の出力に対するクロック信号によってクロッ
クされて、下記に説明するようにカウンタ７８および７
６と適切に同期化される。Ｄフリップ−フロップ９２お
よび９４の出力から出た同期化されたオーバーフロー信
号およびアンダフロー信号はＯＲゲート９６に入力さ
れ、このＯＲゲートの出力を使用して、アップ／ダウン
カウンタ７０の最下位出力に対応するカウンタ７６のプ
リセットされた可能化入力を駆動する。アンダフロー信
号は抵抗／コンデンサ遅延回路９８を通してカウンタ７
６の１、２プリセット入力に接続される。オーバーフロ
ー信号は抵抗／コンデンサ遅延回路１００を通してカウ
ンタ７６の４、８プリセット入力に接続される。
【００５１】アンダフロー状態が検出された場合には、
カウンタ７６の可能化入力を生かし、１、２プリセット
入力をアンダフロー信号によって高く保持し、また４、
８プリセット可能化線がオーバーフロー信号によって低
く保持されて、カウンタ７６の出力１と２を高くしまた
出力４と８を低く成す。このようにしてカウンタ７６の
初期アンダフロー状態0000 000x が0000 0011 に成され
る。次のクロック信号がダウンカウンティング方向に組
合わされているならば、これはカウンタ７６のアンダフ
ローを防止する。方向線がダウンカウンティング方向に
留まっているならば、カウンタ７６はラッピングアラウ
ンドなしで単に 0000 000x と 0000 000xとの間をトグ
ルする。
【００５２】逆に、オーバーフロー状態が検出された場
合には、カウンタ７６の可能化入力を生かし、Ｄ−フリ
ップ−フロップ９４からのオーバーフロー信号によって
プリセット入力１と２を低く保持し、またプリセット４
と８を低く保持して、カウンタ７６の出力１と２を低く
しまた出力４と８を高く成す。このようにしてカウンタ
７６の初期オーバフロー状態1111 111x が1111 1100 に
成される。次のステップ信号がアップカウンティング方
向に組合わされているならば、これはカウンタ７６のオ
ーバフローを防止する。また方向線がアップカウンティ
ング方向に留まっているならば、カウンタ７６はラッピ
ングアラウンドなしで単に1111 111x と 1111 1100 と
の間をトグルする。従ってデコーダ７４の作用は作動中
のアップ／ダウンカウンタ７０のオーバフローまたはア
ンダフローを防止するバリヤを成すにある。
【００５３】アップ／ダウンカウンタ７０はオーバフロ
ー状態およびアンダフロー状態において進行しないが、
ステップパルスはなおもステップモータ２４を駆動して
いるので、ステップモータ２４とアップ／ダウンカウン
タ７０からの仮想絞り位置とをさらに整列させることを
注意しなければならない。
【００５４】従ってステップモータ２４を使用する第２
の問題点、すなわち仮想絞り位置を実絞り位置と妥協さ
せる問題は、絞り板１４の運動方向において、仮想絞り
位置が実絞り位置より前方にある状態については解決さ
れる。この場合、アップ／ダウンカウンタ７０は最終的
にラップアラウンド点に到達して、ステップモータ２４
と実絞り位置が追いつくのを待つ。
【００５５】逆に絞り運動方向において実絞り位置が仮
想絞り位置の前方にある場合、絞り軸１６は最終的にス
トッパアーム２６によって拘束され、ステップモータ２
４は仮想絞り位置が実絞り位置に追いつくまで停止する
であろう。いずれの場合にも、この制御回路の動作は、
仮想絞り位置がフィードバック制御において使用される
絞り板１４の位置の正確な表示を与えるように、実絞り
位置と仮想絞り位置との間の初期差を低減させるにあ
る。
【００５６】図２について述べれば、この絞り制御器は
２つの原理的フィードバックパスを使用する。第１パス
は内燃機関速度の実時間表示をフィードバックする磁気
ピック・アップ回路３４からの信号であり、第２パスは
仮想絞り位置を介してターゲット絞り位置の変化を追跡
するアップ／ダウンカウンタ７０である。
【００５７】図１と図２について述べれば、線形または
回転アクチュエータにおいて使用される引っ込みバネを
除去することは、電気的故障の場合、例えばバッテリー
電力の喪失の場合に、ステップモータ２４が絞り板１４
を所望のように近接位置まで戻さないことを意味する。
従って、図２に図示のように、キャブレタに燃料を供給
するライン（図示されず）の中に燃料遮断ソレノイド１
０２が配置されている。バッテリー電圧喪失検出器１０
４によってバッテリー電圧の喪失が検出された場合、ま
たは内燃機関が所定最高速度またはこれ以上の速度で回
転していることを周波数−電圧変換器３６からの速度電
圧が表示しこれが速度超過検出器１０６によって検出さ
れた場合に、前記の燃料締切ソレノイド１０２が生かさ
れる。速度超過検出器１０６もバッテリー電圧喪失検出
器１０４も業界公知のように比較器から成り、内燃機関
速度が落ちるに従って内燃機関の再活性化を防止するよ
うにラッチされる。
【００５８】 素子明細 素子名と参照番号 メーカ ステッパ・シーケンス・コントローラ６６ L297/1 SGS Thomson カウンタ７６、７８ CD4516 COS/MOS Presettable Up/Down Counter; Motorola ステップモータ２４ Oriental Motor 前記の説明は本発明の好ましい実施態様の説明であっ
て、本発明は前記の説明のみに限定されるものでなく、
その主旨の範囲内において任意に変更実施できる。例え
ば、コントローラは、キャブレタを有せずステップモー
タが燃料噴射ポンプなどの設定を制御するように成され
た内燃機関について使用することもできる。また速度調
整回路３８は内燃機関速度の変更のために遠隔搭載して
使用することができる。本発明は前記の説明のみに限定
されるものでなく、その主旨の範囲内において任意に変
更実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】絞り板と軸を示すように切断されステップモー
タと絞り弁との直接連結を示す内燃機関絞り弁の斜視図
【図２】図１のステップモータと絞り弁とに使用するに
適した絞り制御回路のブロックダイヤグラム
【図３】図２の磁気ピック・アップ回路の回路図
【図４】図２の微分積分器および始動バイパス回路の回
路図
【図５】図２の絞り制御回路のアップ／ダウンカウン
タ、デコーダおよびＤＡＣの接続を示す回路図であっ
て、アナログ「仮想絞り位置」の発生と、「ラップアラ
ウンド」誤りを防止するためのデコーダの動作を示す図
【符号の説明】
１０ キャブレタ １２ スロート １４ 絞り板 ２４ ステップモータ ３４ 電磁ピック・アップ回路 ３７ 内燃機関 ３６ 周波数−電圧変換器 ４１ 利得ブロック ４２ 微分積分器 ４６ 比較器 ５０ 基準電圧回路 ５２ 始動バイパス回路 ６６ ステップモータコントローラ ６８ クロック発振器 ７０ アップ／ダウンカウンタ ７２ Ｄ／Ａ変換器 ７４ デコーダ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｂ 11/36 Ｅ 7740−3Ｈ Ｈ 7740−3Ｈ ５０１ Ｎ 7740−3Ｈ ５０３ Ｃ 7740−3Ｈ ５０７ Ｃ 7740−3Ｈ Ｆ 7740−3Ｈ Ｇ０５Ｄ 7/06 Ｚ 8610−3Ｈ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電気制御信号に応答して空気と燃料の流量
    を制御するためにステップモータを有する内燃機関のレ
    ギュレータに使用される電気制御信号に応答してステッ
    プモータにステップパルスを加えるコントローラにおい
    て、 周期的クロック信号を発生するオシレータと、 ステップモータを１つの方向に所定数のステップづつ移
    動させるステップパルスを発生するために方向信号とク
    ロック信号とを受けるシーケンサと、 方向信号とクロック信号を受けて、方向信号によって表
    示された方向とクロック信号によって表示されたステッ
    プ数とに更新されたデジタルワードを発生するアップ／
    ダウンカウンタと、 前記デジタルワードを電気制御信号と比較して方向信号
    を発生する比較器とを含むことを特徴とするステップモ
    ータ絞りコントローラ。
  2. 【請求項２】前記電気制御信号はアナログ信号であり、
    前記比較器はデジタルワードをアナログ位置値に変換す
    るためのデジタル／アナログ変換器を含み、また前記比
    較器がこのアナログ位置値を前記電気制御信号と比較す
    ることを特徴とする請求項１に記載のコントローラ。
  3. 【請求項３】電気制御信号に応答して空気と燃料の流量
    を制御するためにステップモータを有する内燃機関のレ
    ギュレータに使用されるステップモータコントローラに
    おいて、 速度基準回路と、 内燃機関速度に比例した速度信号を発生する内燃機関速
    度センサと、 仮想位置回路とを含み、 前記仮想位置回路は、 速度基準と速度信号との差を積分して絞り位置信号を発
    生する積分器と、 誤り信号を受けてこの誤り信号を低減させるようにステ
    ップモータをステッピングするためのステップモータシ
    ーケンサと、 誤り信号に応答して仮想絞り位置信号を発生する運動追
    跡手段と、 仮想絞り位置信号と実絞り位置信号とから誤り信号を発
    生する比較器とを含むことを特徴とするステップモータ
    コントローラ。
  4. 【請求項４】所定の内燃機関状態に対応して積分器の時
    定数を変更するための積分器バイパス手段を含むことを
    特徴とする請求項３に記載のステップモータコントロー
    ラ。
  5. 【請求項５】前記所定の内燃機関状態は内燃機関始動状
    態であることを特徴とする請求項３に記載のステップモ
    ータコントローラ。
  6. 【請求項６】バッテリー喪失信号が発生された時に絞り
    位置とは無関係にキャブレタに対する燃料を遮断する燃
    料遮断手段を含むことを特徴とする請求項３に記載のス
    テップモータコントローラ。
  7. 【請求項７】空気と燃料の流量を制御するためにステッ
    プモータを有する内燃機関のレギュレータに使用される
    ステップモータフィードバックシステムにおいて、 周期的クロック信号を発生するための自由走行オシレー
    タと、 ステップモータを１つの方向に所定数のステップだけ移
    動させるようにステップパルスを発生するため方向信号
    とクロック信号とを受けるシーケンサと、 方向信号とクロック信号とを受けて、方向信号によって
    表示された方向およびクロック信号によって表示された
    ステップ量に更新されたデジタルワードを発生するアッ
    プ／ダウンカウンタと、 アップ／ダウンカウンタからのオーバーフロー／アンダ
    フローデジタルワードを検出して、アップ／ダウンカウ
    ンタの状態を非オーバーフロー／アンダフロー状態に設
    定するデコーダ回路と、 デジタルワードを電気制御信号と比較して方向信号を発
    生する比較器とを含むことを特徴とするステップモータ
    フィードバックシステム。
  8. 【請求項８】周期的クロック信号が継続的であることを
    特徴とする請求項７に記載のステップモータフィードバ
    ックシステム。
JP3169312A 1990-06-14 1991-06-14 ステップモータ絞りコントローラ及びステップモータコントローラ並びにステップモータフィードバックシステム Pending JPH05161398A (ja)

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US538289 1990-06-14
US07/538,289 US5003948A (en) 1990-06-14 1990-06-14 Stepper motor throttle controller

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EP (1) EP0465857B1 (ja)
JP (1) JPH05161398A (ja)
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DE (1) DE69124153T2 (ja)
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