JPH0643237U - ディーゼルエンジンのアイドリング回転速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ハンチングを発生させることなく、ＰＩＤ制
御によってアイドリング回転速度を制御する。 【構成】 目標回転速度設定部３０の目標値読出し回路
３４は水温センサ１０の出力に基づいて、エンジンの冷
却水温度に対応して多段に定めた目標回転速度を目標回
転速度記憶回路３２から読み出し、速度偏差演算回路４
０に送る。速度偏差演算回路４０は、回転センサ１１の
出力を受けて目標回転速度と実回転速度との差を求め、
操作量演算部５０に入力する。操作量演算部５０は、比
例定数読出し回路５４が水温センサ１０の出力を受け、
比例定数記憶回路５２に格納してある、冷却水温度に対
応して定めたＰＩＤ制御の比例定数を読み出し、コント
ロールラック位置演算回路５６に送る。コントロールラ
ック位置演算回路５６は、速度偏差演算回路４０の求め
た偏差が零となるような燃料噴射量が得られるコントロ
ールラックの位置をＰＩＤ動作によって求める。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ディーゼルエンジンのアイドリング回転速度制御装置に係り、特に エンジンの回転速度を、比例積分微分動作によるアイソクロナス制御をするのに 好適なディーゼルエンジンのアイドリング回転速度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

ディーゼルエンジンのアイドリング回転速度は、エンジン負荷の変動に対応し て回転速度を変化させるレギュレーション特性をもたせたものと、エンジンの負 荷が変動した場合でも回転速度を一定値に保持するアイソクロナス制御とがある 。そして、建設機械用ディーゼルエンジンにおいては、操縦性の点からローアイ ドル負荷がけ時にエンジンの回転速度が低下しないアイソクロナス制御が行われ ている。

【０００３】 ただ、ディーゼルエンジンにおいては、アイソクロナス制御を行った場合、ロ ーアイドル時にエンジン回転の脈動（ハンチング）が発生しやすい。このため、 アイソクロナス制御においては、比例積分微分動作（ＰＩＤ動作）制御演算を行 ってハンチングの防止を図っている。この従来のアイドリング回転速度の比例積 分微分制御（ＰＩＤ制御）は、次のような方法が採られていた。

【０００４】 （１）抵抗やコンデンサを用いてハードによってＰＩＤ制御の比例定数を固定 する。 （２）ボリューム等によってＰＩＤ制御の比例定数を可変にし、エンジンの種 類によって比例定数を変える。 （３）読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を用いてソフト的にＰＩＤ制御の比例定 数を固定する。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】 上記のように従来のＰＩＤ制御によるアイドリング回転速度の制御は、比例定 数を固定して行っており、エンジンの状態、例えばエンジン冷却水の温度の高低 によってハンチングが発生したり、発生しなかったりする。特に、冷却水の温度 が低いエンジン低温時は、エンジン潤滑油の温度も低く、エンジン自身の摩擦抵 抗が増大して、燃料噴射量の制御遅れの影響が現れやすく、ハンチングを生じや すくなる。このため、従来の制御比例定数を固定したＰＩＤ制御では、エンジン のハンチングを防止することが困難な場合があった。

【０００６】 一方、従来から、エンジン冷却水の温度が低い場合、アイドリング時における エンジンの回転速度を高く設定して燃料噴射量の制御遅れの影響を小さくし、冷 却水の温度が上昇したときに目標回転速度を低くし、エンジンのハンチングを防 止することが行われている。このエンジン冷却水の温度によって回転速度を変化 させるアイドリング回転速度制御は、図４に示した方法と、図５に示した方法と がある。

【０００７】 図４に示した方法は、エンジン冷却水の温度が所定の温度θ₀ （例えば１０° Ｃ）以下の場合、エンジンの目標回転速度を通常の目標アイドル回転速度Ｎ₀ よ り大きなＮ_A に保持し、冷却水温度がθ₀ を上回ると目標回転速度をＮ₀ に落と すものである。また、図５に示した方法は、エンジン冷却水の温度が例えば−４ ０°Ｃのときのエンジンの目標回転速度を通常の目標回転速度Ｎ₀ よりはるかに 高いＮ_A に設定し、冷却水の温度が高くなるに従って回転速度を直線的に低下さ せ、冷却水温度がθ₀ を超えると目標回転速度を通常のＮ₀ に下げるように制御 するものである。

【０００８】 しかし、図４に示した方法は、エンジン冷却水の温度がかなり高くなるまでエ ンジン回転速度を大きくした状態に維持するため、騒音が大きく、しかも微操作 性に問題がある。また、図５に示した方法は、操作量が水温センサの出力信号に 敏感に反応し、水温の揺らぎや外乱の影響を受けやすく、むしろハンチングの原 因となる場合がある。

【０００９】 本考案は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、ハンチング を発生させることなく、ＰＩＤ制御によってアイドリング回転速度を制御するこ とができるディーゼルエンジンのアイドリング回転速度制御装置を提供すること を目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達成するために、本考案に係るディーゼルエンジンのアイドリン グ回転速度制御装置の第１は、エンジンの目標回転速度を設定する目標回転速度 設定部と、前記エンジンの回転速度を検出する回転センサと、この回転センサと 前記目標回転速度設定部との出力信号に基づいて、比例積分微分動作により燃料 噴射量を制御するコントロールラックの位置を求め、前記エンジンの回転速度を 前記目標回転速度に保持する操作量演算部を備えたディーゼルエンジンのアイド リング回転速度制御装置において、前記エンジンを冷却する冷却水の温度を検出 する水温センサを有するとともに、前記目標回転速度設定部は、前記冷却水の温 度が低いほど大きくした、多段に予め定めた前記目標回転速度を格納した目標回 転速度記憶回路と、前記水温センサの検出信号に基づいて、前記目標回転速度記 憶回路内の目標回転速度を読み出す目標値読出し回路とを備えたことを特徴とし ている。

【００１１】 さらに、本考案に係るディーゼルエンジンのアイドリング回転速度制御装置の 第２は、エンジンの目標回転速度を設定する目標回転速度設定部と、前記エンジ ンの回転速度を検出する回転センサと、この回転センサと前記目標回転速度設定 部との出力信号に基づいて、比例積分微分動作により燃料噴射量を制御するコン トロールラックの位置を求め、前記エンジンの回転速度を前記目標回転速度に保 持する操作量演算部を備えたディーゼルエンジンのアイドリング回転速度制御装 置において、前記エンジンを冷却する冷却水の温度を検出する水温センサを有す るとともに、前記操作量演算部は、前記目標回転速度設定部と前記回転センサと の出力信号に基づいて、比例積分微分動作による前記燃料噴射量を演算する比例 積分微分制御演算回路と、前記冷却水の温度に対応して予め定めた比例積分微分 制御の比例定数を格納した比例定数記憶部と、前記水温センサの検出信号に基づ いて、前記比例定数記憶部内の前記比例定数を読み出して前記比例積分微分制御 演算回路に出力する比例定数読出し回路とを備えていることを特徴としている。

【００１２】 なお、第２の考案の目標回転速度部を第１の考案と同様に構成し、第１の考案 と第２の考案とを組み合わせたものとしてもよい。

【００１３】

【作用】

上記の如く構成した第１の考案は、エンジンの冷却水の温度が低くなるほどア イドリングの目標回転速度を段階的に大きくしてあるため、エンジンのハンチン グの発生がなくなる。そして、冷却水温度が上昇するのに従って、エンジンの目 標回転速度を段階的に下げてゆくため、エンジンから発生する騒音を比較的早期 に小さくすることができるばかりでなく、目標回転速度が段階的に低下するため 、ハンチングの原因となることがない。

【００１４】 また、第２の考案においては、アイドリングの際に、ハンチングが発生しない ようなＰＩＤ制御の比例定数を、エンジンの冷却水温度と関係づけて実験等によ って求めておき、その比例定数を用いてアイドリング回転速度のＰＩＤ制御する ため、エンジン冷却水の温度が例えば−３０°Ｃと低い場合であっても、エンジ ンのハンチングを確実に防止することができる。なお、冷却水の温度によって、 エンジン回転速度と比例定数との両者を変化させるようにしてもよい。

【００１５】

【実施例】

本考案に係るディーゼルエンジンのアイドリング回転速度制御装置の好ましい 実施例を添付図面に従って詳説する。 図１は、本考案の実施例に係るディーゼルエンジンのアイドリング回転速度制 御装置のブロック図である。

【００１６】 図１において、アイドリング回転速度制御装置は、コントローラ２０を備えて いる。このコントローラ２０には、アイドリング回転速度の目標値が設定される 目標回転速度設定部３０と、目標回転速度と実回転速度との差を求める速度偏差 演算回路４０と、詳細を後述するように、速度偏差演算回路４０の出力信号に基 づいて、図示しない燃料噴射装置から噴射する燃料量を制御するコントロールラ ックの位置を、ＰＩＤ動作によって求めて出力する操作量演算部５０とが設けて あるとともに、アイドリング制御をすべきか否かを判断するアイドル状態判定回 路４２を有している。

【００１７】 目標回転速度設定部３０は、目標回転速度記憶回路３２と目標値読出し回路３ ４とから構成してある。そして、目標回転速度記憶回路３２には、図２に示した ように、エンジンの冷却水の温度に対応させて多段階に定めた、制御目標となる 目標アイドリング回転速度が格納してある。この目標回転速度は、予め実験等に よって求めたもので、エンジンのハンチングが発生しないような回転速度になっ ている。

【００１８】 一方、目標値読出し回路３４は、エンジンの冷却水の温度を検出する水温セン サ１０の検出信号が入力するようになっており、水温センサ１０の出力信号に基 づいて、目標回転速度記憶回路３２に記憶してある目標回転速度を読み出し、速 度偏差演算回路４０に送出する。この速度偏差演算回路４０には、目標値読出し 回路３４の出力信号とともに、エンジンの回転速度を検出する回転センサ１１の 出力信号が入力するようになっており、目標回転速度と実際の回転速度との差を 求めて操作量演算部５０に入力する。

【００１９】 操作量演算部５０には、予めエンジンの冷却水の温度に対応して定めた、図３ に示したような、ＰＩＤ制御の演算に用いる比例定数を記憶した比例定数記憶回 路５２と、水温センサ１０の出力信号を受けて比例定数記憶回路５２から比例定 数を読み出す比例定数読出し回路５４と、この比例定数読出し回路５４と速度偏 差演算回路４０との出力信号み基づいて、エンジンへの燃料噴射量を制御するコ ントロールラック位置をＰＩＤ動作によって求めるコントロールラック位置演算 回路（ＰＩＤ制御演算回路）５６とから構成してある。

【００２０】 アイドル状態判定回路４２は、回転センサ１１およびアクセルペダルセンサ１ ５の出力信号に基づいて、エンジンがアイドリング状態にあるか否かを判断し、 コントローラ２０の出力信号であるコントロールラック位置演算回路５６の出力 信号が入力する制御切換え回路１２に切換え信号を出力する。この制御切換え回 路１２には、アイドリング回転速度を制御するコントローラ２０の出力信号とと もに、通常回転速度時や最高回転速度時のエンジン回転速度を制御する常用・最 高回転時制御装置１３の出力信号が入力するようになっており、アイドル状態判 定回路４２の切換え信号により、コントローラ２０または常用・最高回転時制御 装置１３のいずれかの出力信号を図示しないガバナモータを駆動する駆動回路１ ４に出力する。

【００２１】 上記の如く構成した実施例の作用は、次のとおりである。 コントローラ２０のアイドル状態判定回路４２は、回転センサ１１およびアク セルペダルセンサ１５の出力信号から、エンジンがアイドリング状態にあるか否 かを判断している。すなわち、アイドル状態判定回路４２は、例えばエンジンが 始動され、暖気運転のようにアクセル電圧が予め定められた電圧（例えば０．５ Ｖ以下）であると、エンジンがアイドリングにあると判断し、制御切換え回路１ ２の出力側をコントローラ２０に接続し、アイドリング回転制御が行われるよう にする。

【００２２】 一方、水温センサ１０は、エンジンの冷却水の温度を検出し、コントローラ２ ０の目標回転速度設定部３０を構成している目標値読出し回路３４と、操作量演 算部５０を構成している比例定数読出し回路５４とに入力する。目標回転速度設 定部３０の目標値読出し回路３４は、水温センサ１０から冷却水温度が入力して くると、その冷却水温度に対応したアイドリング目標回転速度を目標回転速度記 憶回路３２から読み出して速度偏差演算回路４０に送出する。

【００２３】 目標回転速度記憶回路３２には、エンジン冷却水温度に対応して、実験などに よって予め求めてあるアイドリングの目標回転速度が格納してある。この目標回 転速度は、例えば図２に示したようになっており、冷却水温度Ｔが−３０°Ｃ以 下の場合、最も高いアイドリング回転速度Ｎ₁ 、冷却水温度Ｔが−３０°Ｃ＜Ｔ ≦−１０°Ｃの場合、Ｎ₁ よりやや小さいＮ₂ 、冷却水温度Ｔが−１０°Ｃ＜Ｔ ≦＋１０°Ｃの場合、Ｎ₂ よりさらに小さいＮ₃ 、そして冷却水温度Ｔが＋１０ °Ｃより高い場合には、通常のアイドリング回転速度Ｎ₀ 、というように定めて ある。そして、目標値読出し回路３４は、水温センサ１０が検出した水温に基づ いて、目標回転速度記憶回路３２から水温に対応した上記のＮ₁ 、Ｎ₂ 、Ｎ₃ 、 Ｎ₀ のいずれかを読み出し、速度偏差演算回路４０に入力する。

【００２４】 一方、速度偏差演算回路４０は、目標値読出し回路３４から目標回転速度が入 力してくるととともに、回転センサ１１が検出した実際のエンジンの回転速度が 入力しており、目標値読出し回路３４が出力した目標回転速度と回転センサ１１ が検出した実際の回転速度との差（偏差）を算出し、操作量演算部５０のコント ロールラック位置演算回路５６に入力する。

【００２５】 操作量演算部５０は、比例定数読出し回路５４が水温センサ１０の検出信号に 基づいて比例定数記憶回路５２からＰＩＤ制御の演算に用いる比例定数を読み出 し、コントロールラック位置演算回路５６に送出する。比例定数記憶回路５２に 格納してある比例定数は、比例動作の比例定数ｋ_p 、積分動作の比例定数ｋ_i 、 微分動作の比例定数ｋ_d からなっている。そして、これらの比例定数は、予め実 験などによってエンジンの冷却水温度に対応して求めたもので、各比例定数ｋ_p 、ｋ_i 、ｋ_d が例えば図３のようになっている。

【００２６】 すなわち、各比例定数は、エンジン冷却水の温度に対応させて定めてあり、冷 却水の温度がＴ₁ （例えば−４０°Ｃ）とＴ_n （例えば＋３０°Ｃ）との間では 水温の上昇に伴って直線的に増大するようになっており、冷却水温度がＴ₁ 以下 では下限の定数、冷却水温度がＴ_n 以上の場合には上限の値をとるようになって いる。

【００２７】 コントロールラック位置演算回路５６は、速度偏差演算回路４０が出力したエ ンジン回転速度の偏差を零にするのに必要な燃料噴射装置から噴射する燃料量を 得るためのコントロールラックの位置を、比例定数読出し回路５４の出力した比 例定数を用いてＰＩＤ動作による演算を行って求める。なお、コントロールラッ ク位置演算回路５６においては、積分動作によって求めたコントロールラック位 置（積分成分）が予め定めた一定値を超えないように制限されており、またアク セル開度（またはスロットル開度）が所定値を超えた場合には、微分動作による 演算を行わないようにしてある。

【００２８】 そして、コントロールラック位置演算回路５８は、図示しないラック位置セン サの出力信号と求めたラック位置とを比較し、両者の偏差が零となるようなガバ ナモータの駆動量を演算し、制御切換え回路１２を介して駆動回路１４に入力す る。駆動回路１４は、コントロールラック位置演算回路５６の出力信号に従って ガバナモータ（図示せず）を駆動し、回転センサ１１の検出するエンジン回転速 度が目標回転速度となるようにする。

【００２９】 なお、コントローラ２０のアイドル状態判定回路４２は、エンジンの回転速度 が予め定めた所定値を超えると、エンジンがアイドリング状態にないと判断し、 制御切換え回路１２に切換え信号を出力して、制御切換え回路１２の出力側をコ ントローラ２０から常用・最高回転時制御装置１３に切換え、常用・最高回転時 制御装置１３の出力信号を駆動回路１４に入力する。従って、エンジンの回転速 度が所定値を超えると、アイドリング制御が行われず、常用・最高回転時制御装 置１３による制御が行われる。

【００３０】 このように、実施例においては、エンジン冷却水の温度に従って、目標アイド リング回転速度を多段階に変化させるとともに、ＰＩＤ制御の比例定数を変化さ せるようにしているため、エンジンのいかなる状態においてもアイドリング時に おけるハンチングを防止することができる。しかも、実施例は、アイドリング目 標回転速度を、エンジン冷却水の温度が高くなるのに従って多段階に減少させて いるため、暖気運転の際などにおけるエンジンの騒音を早期に減少させることが できるとともに、エンジンの目標回転速度を変化させることがハンチングの原因 となることを防止できる。

【００３１】 なお、前記実施例においては、エンジン冷却水の温度のに対応させてエンジン の目標回転速度およびＰＩＤ制御の比例定数の両者を変化させる場合について説 明したが、目標回転速度または比例定数のいずれか一方を冷却水温度に対応させ て変化させるようにしてもよい。また、前記実施例においては、アイドリングの 目標回転速度をエンジン冷却水の温度によって４段階に変化させる場合について 説明したが、さらに多段階に変化させるようにしてもよい。さらに、前記実施例 においては、ＰＩＤ制御の比例定数を冷却水の温度に対応させて直線的に変化さ せる場合について説明したが、これに限定されるものでなく、エンジンの種類な どによっては曲線的に変化させるようにしてもよい。

【００３２】

【考案の効果】

以上に説明したように、本考案によれば、エンジン冷却水の温度に対応して、 エンジンのアイドリング時の目標回転速度を多段階に変化させ、またはＰＩＤ制 御の比例定数を変化させることにより、エンジンにハンチングが生ずることなく ＰＩＤ制御によるアイドリング回転速度を目標値に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例に係るディーゼルエンジンのア
イドリング回転速度制御装置のブロック図である。

【図２】前記実施例の目標回転速度記憶回路に記憶させ
るエンジン冷却水の温度に対応させたアイドリング回転
速度の一例を示す図である。

【図３】前記実施例の比例定数記憶回路に記憶させるエ
ンジン冷却水の温度に対応させたＰＩＤ制御の比例定数
の一例を示す図である。

【図４】従来のアイドリング回転速度制御における目標
回転速度を、エンジン冷却水の温度によって２段階に変
化させる場合の説明図である。

【図５】従来のアイドリング回転速度制御における目標
回転速度を、エンジン冷却水の温度によって直線的に変
化させる場合の説明図である。

【符号の説明】

１０ 水温センサ １１ 回転センサ ２０ コントローラ ３０ 目標回転速度設定部 ３２ 目標回転速度記憶回路 ３４ 目標値読出し回路 ５０ 操作量演算部 ５２ 比例定数記憶回路 ５４ 比例定数読出し回路 ５６ コントロールラック位置演算回路

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの目標回転速度を設定する目標
   回転速度設定部と、前記エンジンの回転速度を検出する
   回転センサと、この回転センサと前記目標回転速度設定
   部との出力信号に基づいて、比例積分微分動作により燃
   料噴射量を制御するコントロールラックの位置を求め、
   前記エンジンの回転速度を前記目標回転速度に保持する
   操作量演算部を備えたディーゼルエンジンのアイドリン
   グ回転速度制御装置において、前記エンジンを冷却する
   冷却水の温度を検出する水温センサを有するとともに、
   前記目標回転速度設定部は、前記冷却水の温度が低いほ
   ど大きくした、多段に予め定めた前記目標回転速度を格
   納した目標回転速度記憶回路と、前記水温センサの検出
   信号に基づいて、前記目標回転速度記憶回路内の目標回
   転速度を読み出す目標値読出し回路とを備えたことを特
   徴とするディーゼルエンジンのアイドリング回転速度制
   御装置。
2. 【請求項２】 エンジンの目標回転速度を設定する目標
   回転速度設定部と、前記エンジンの回転速度を検出する
   回転センサと、この回転センサと前記目標回転速度設定
   部との出力信号に基づいて、比例積分微分動作により燃
   料噴射量を制御するコントロールラックの位置を求め、
   前記エンジンの回転速度を前記目標回転速度に保持する
   操作量演算部を備えたディーゼルエンジンのアイドリン
   グ回転速度制御装置において、前記エンジンを冷却する
   冷却水の温度を検出する水温センサを有するとともに、
   前記操作量演算部は、前記目標回転速度設定部と前記回
   転センサとの出力信号に基づいて、比例積分微分動作に
   よる前記燃料噴射量を演算する比例積分微分制御演算回
   路と、前記冷却水の温度に対応して予め定めた比例積分
   微分制御の比例定数を格納した比例定数記憶部と、前記
   水温センサの検出信号に基づいて、前記比例定数記憶部
   内の前記比例定数を読み出して前記比例積分微分制御演
   算回路に出力する比例定数読出し回路とを備えているこ
   とを特徴とするディーゼルエンジンのアイドリング回転
   速度制御装置。
3. 【請求項３】 前記目標回転速度部は、前記冷却水の温
   度に対応して、予め多段に定めた前記目標回転速度を格
   納して目標回転速度記憶回路と、前記水温センサの検出
   信号に基づいて、前記目標回転速度記憶回路内の目標回
   転速度を読み出す目標値読出し回路とからなることを特
   徴とする請求項２に記載のディーゼルエンジンのアイド
   リング回転速度制御装置。