JPH10299548A - 内燃機関用電子ガバナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】応答性が良く、回転数の安定性が高い内燃機関
用電子ガバナ装置を提供する。 【解決手段】内燃機関１の回転数を検出する回転数検出
器３が出力する回転数検出信号と目標回転数設定器４が
出力する目標回転数信号との位相差を示す位相差信号を
出力する位相差検出器２４と、回転数検出信号と目標回
転数信号の周波数偏差を示す周波数偏差信号を出力する
周波数偏差検出器２３と、位相差信号及び周波数偏差信
号の変化に応じてレベルが変化する制御信号Ｑを発生す
る演算回路２５と、制御信号Ｑにより変調された駆動電
流Ｉd をアクチュエータ８に与える駆動部６とを設け
る。回転数検出信号と目標回転数信号の位相差を一定に
するようにアクチュエータ８を制御して機関の回転数を
目標回転数に一致させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の回転数
を目標回転数に一致させるように制御する内燃機関用電
子ガバナ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】商用周波数の交流電力を供給するために
用いる内燃機関駆動発電機（エンジン発電機）では、内
燃機関の回転数を目標回転数に保つことが必要であり、
周波数変動が少ない高品質の電力を供給するために、内
燃機関の回転数変動をできるだけ小さくすることが必要
とされる。そのため、交流発電機を駆動する内燃機関で
は回転数をフィードバック制御する電子ガバナ装置を備
えて、その回転数を目標回転数に一致させるように運転
することが行われている。

【０００３】近年、電力の供給と給湯とを効率よく行う
コジェネレーションシステムが普及しつつあるが、その
システムの中で用いる内燃機関駆動発電機においては、
発電機の出力周波数の変動範囲を±０．１［Ｈｚ］以下
に抑えることが要求される。そのため、電子ガバナ装置
を備えた内燃機関の需要が高まるとともに、ガバナ装置
による回転数制御の精度を高めることが必要とされるよ
うになっている。

【０００４】内燃機関用電子ガバナ装置では、内燃機関
の回転数を検出するセンサの出力周波数を電圧信号に変
換して得た回転数検出信号と、目標回転数を示す電圧信
号とを比較演算して、両信号の偏差を零にするように機
関への燃料の供給量を制御するのが一般的である。例え
ば、特願平２−２７７１１２号に開示された電子ガバナ
装置は、図５に示したように、負荷を駆動する内燃機関
１への燃料の供給量を調節する燃料供給量調節装置２
と、内燃機関１の実回転数に比例した電圧値を有する回
転数検出信号Ｖn を出力する回転数検出器３´と、内燃
機関の目標回転数に比例した電圧値を有する目標回転数
信号Ｖnoを出力する目標回転数設定器４´と、回転数検
出信号Ｖn と目標回転数信号Ｖnoとを入力として実回転
数を目標回転数に一致させるために必要な燃料供給量調
節装置２の操作量を演算して該操作量を与える制御信号
Ｑを出力する制御演算部５´と、制御信号Ｑを入力とし
て内燃機関の実回転数を目標回転数に一致させるために
必要な駆動電流を燃料供給量調節装置に与える駆動部６
´とにより構成されている。

【０００５】図５に示した電子ガバナ装置において、燃
料供給量調節装置２は、内燃機関１への燃料の供給量を
調節するスロットルバルブ等の燃料供給量調節手段７
と、与えられた駆動電流Ｉd の大きさに応じた変位を生
じる出力部を有して、該出力部の変位により燃料供給量
調節手段７を操作するアクチュエータ８とからなってい
る。また回転数検出器３´は、リラクタ３a1を有して機
関のクランク軸に取り付けられたロータ３ａと、該ロー
タのリラクタにより生じさせられる磁束の変化を検出し
てパルス信号Ｐn を発生する信号発電子３ｂとを有する
周知の信号発生器３Ａと、該信号発生器３Ａの出力パル
ス信号の周波数を電圧信号に変換して回転数検出信号Ｖ
n を出力する周波数／電圧変換器（Ｆ／Ｖコンバータ）
３Ｂとからなっている。

【０００６】目標回転数設定器４´は、抵抗Ｒ1 及びＲ
2 からなる抵抗分圧回路を備えていて、一定の電源電圧
を該分圧回路により分圧して機関の目標回転数に比例し
た電圧値を有する目標回転数信号Ｖnoを出力する。また
駆動部６´は、回転数検出信号Ｖn の大きさに応じて波
高値または周波数が変化する繰り返し波形のパルス幅変
調用信号Ｖc を出力するパルス幅変調用信号発生器１１
と、制御演算部５´から得られる制御信号Ｑとパルス幅
変調用信号ＶC とを比較して、制御信号Ｑがパルス幅変
調用信号を超えている期間と該制御信号がパルス幅変調
用信号以下になっている期間とで状態を異にするパルス
波形の信号をパルス幅変調制御信号Ｖqとして出力する
パルス幅変調器１２と、パルス幅変調制御信号を入力と
して内燃機関の実回転数を目標回転数に一致させるため
に必要な駆動電流をアクチュエータ８に与える駆動回路
１３とからなっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、機関の
回転数に比例した周波数を電圧信号に変換して回転数検
出信号を得るようにした場合には、Ｆ／Ｖコンバータが
有する遅れ要素（コンデンサの充放電回路）による応答
遅れと、該コンバータの出力に含まれるリップルとによ
り制御の安定性が低下するという問題があった。

【０００８】また図５に示した構成では、目標回転数設
定器４´を構成する抵抗器の抵抗値のばらつき等により
目標回転数設定器のダイアル目盛りと目標回転数信号と
の対応関係が変化するため、製品毎に微調整を行う必要
があり、面倒であった。

【０００９】本発明の目的は、回転数の安定性を容易に
高めることができるようにした内燃機関用電子ガバナ装
置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、負荷を駆動す
る内燃機関への燃料の供給量を調節する燃料供給量調節
装置と、内燃機関の実回転数を示す回転数検出信号を出
力する回転数検出器と、内燃機関の目標回転数を与える
目標回転数信号を出力する目標回転数設定器と、回転数
検出信号と目標回転数信号とを入力として実回転数を目
標回転数に一致させるために必要な燃料供給量調節装置
の操作量を与える制御信号を出力する制御演算部と、制
御信号を入力として内燃機関の実回転数を目標回転数に
一致させるために必要な駆動電流を前記燃料供給量調節
装置に与える駆動部とを備えた内燃機関用電子ガバナ装
置に係わるものである。

【００１１】本発明においては、上記回転数検出器とし
て、内燃機関の実回転数に比例した周波数の信号を回転
数検出信号として出力するものを用い、目標回転数設定
器は、目標回転数に相当する周波数の信号を目標回転数
信号として出力するように構成する。

【００１２】また制御演算部は、基本的には、回転数検
出信号の位相と目標回転数信号の位相とをデジタル的に
比較して得た両信号の位相差をＤ／Ａコンバータ等によ
り電圧信号に変換して位相差信号を出力する位相差検出
器と、該位相差信号を入力として回転数検出信号及び目
標回転数信号の位相差を零とするかまたは該位相差を一
定にするように位相差信号に応じてレベルが変化する信
号を制御信号として発生する制御信号発生回路とを備え
ることにより構成できる。

【００１３】制御演算部の基本的な構成は上記の通りで
あるが、同期引き込み時間を短縮し、誤同期を防止する
ためには、上記位相差検出器の外に、回転数検出信号と
目標回転数信号とを入力として両入力信号の周波数偏差
を電圧信号に変換して周波数偏差信号を出力する周波数
偏差検出器を設けて、位相差信号及び周波数偏差信号の
双方に応じて制御信号を発生させるようにするのが好ま
しい。この場合、制御信号発生回路は、位相差信号及び
周波数偏差信号を入力として位相差を零または一定に
し、周波数偏差を零にするように位相差信号及び周波数
偏差信号に応じてレベルが変化する信号を制御信号とし
て出力するように構成する。

【００１４】回転数検出信号の位相と目標回転数信号の
位相とをデジタル的に比較して得た位相差を電圧信号に
変換する位相差検出器は、Ｆ／Ｖコンバータのような大
きな遅れ要素を持たない。従って、上記のように回転数
検出信号と目標回転数信号との位相差を零または一定に
するように制御する制御ループを設けると、制御系に問
題になるような応答遅れが生じるのを防ぐことができ
る。また上記位相差検出器は、その出力にリップルを含
まないため、制御演算部にリップルが入力されて制御の
安定性が損なわれるのを防ぐことができる。

【００１５】位相差検出器に加えて、周波数偏差検出器
を設けて、回転数検出信号と目標回転数信号との位相差
を零または一定にし、両信号の周波数偏差を零にするよ
うに制御する構成をとった場合には、周波数偏差を零に
する制御動作により、内燃機関の回転数が速かに設定回
転数に近付けられた後に、回転数検出信号と目標回転数
信号との位相差を零にするかまたは一定にするように制
御が行われるので、機関の回転数が目標回転数に整定す
るまでに要する時間を短くすることができる。また回転
数検出信号の位相と目標回転数信号の位相とを一致させ
る制御のみを行わせた場合には、目標回転数の２倍の回
転数で機関が回転している時にも回転数検出信号の位相
と目標回転数信号の位相とが一致して誤同期することが
あり得るが、上記のように、周波数偏差を設定範囲以下
に減少させる制御を併用すると、このような不都合が起
こるのを防ぐことができる。

【００１６】周波数偏差を設定範囲以下に減少させる制
御を併用する場合には、遅れ要素を有するＦ／Ｖコンバ
ータが必要になるが、周波数偏差を零にしようとする制
御は、目標回転数から大きくずれている機関の回転数を
目標回転数に近付ける際に有効に働き、目標回転数付近
で運転が行われる定常運転時には制御にほとんど影響を
与えないため、Ｆ／Ｖコンバータに含まれる遅れ要素
が、定常運転時の応答に問題になるような影響を与える
ことはない。

【００１７】内燃機関の負荷が交流発電機である場合に
は、該交流発電機の出力周波数が機関の回転数に比例し
ているので、該交流発電機の出力から回転数検出信号を
得るように回転数検出器を構成することができる。この
ように構成すると、回転数を検出するために特別の検出
器を設ける必要がなくなるので、制御系の構成を簡単に
することができる。

【００１８】内燃機関の回転動作を微視的に見ると、機
関のピストンが上死点に向けて上昇していく過程ではク
ランク軸の回転速度が低下していき、シリンダ内で生じ
る爆発によりピストンが下死点に向けて下降していく過
程で機関の回転速度が上昇して最大値に達するため、機
関のクランク軸の回転速度は機関の燃焼サイクルの影響
を受けて細かく変動する。従って、回転数検出器が機関
の１回転当り多数のパルスを発生するように構成してお
くと、機関が１回転する間に発生する多数のパルスのそ
れぞれの位相が機関の燃焼サイクルの影響を受けて細か
く変動し、クランク軸の微視的な回転数の変化がそのま
ま検出されることになるため、制御の安定性が低下する
おそれがある。特に機関の低速時には、燃焼サイクルの
変化による回転数変動が大きくなるため、上記のよう
に、燃焼サイクルの変化による回転数検出信号の位相変
化が検出されると制御が不安定になり易い。

【００１９】このような問題が生じるのを防ぐために
は、回転数検出器が、内燃機関の燃焼サイクル変動周波
数に等しい回転数検出用パルスを回転数検出信号として
発生するように構成し、目標回転数設定器は、目標回転
数における機関の燃焼サイクル変動周波数に等しい周波
数のパルス信号を目標回転数信号として発生するように
構成するのが好ましい。

【００２０】ここで燃焼サイクル変動周波数をｆx 、機
関の気筒数をｎ、目標回転数をＮo［ｒｐｍ］とする
と、クランク軸が２回転する間に１回爆発が行われる４
サイクル機関では、下記の式により燃焼サイクル変動周
波数ｆx が与えられる。

【００２１】 ｆx ＝（Ｎo ／６０）×（ｎ／２） …（１） また１回転当たり１回爆発が行われる２サイクル機関で
は、下記の式により燃焼サイクル変動周波数ｆx が与え
られる。

【００２２】 ｆx ＝（Ｎo ／６０）×ｎ …（２） 機関の目標回転数を３６００［rpm ］とした場合、４サ
イクル４気筒内燃機関の燃焼サイクル変動周波数は１２
０［Ｈｚ］となり、２サイクル４気筒内燃機関の燃焼サ
イクル変動周波数は２４０［Ｈｚ］となる。即ち、４サ
イクル４気筒内燃機関において、機関の目標回転数を３
６００［rpm ］とする場合には、目標回転数信号の周波
数を１２０［Ｈｚ］とし、機関の回転数が３６００［rp
m ］に等しいときに回転数検出信号の周波数が１２０
［Ｈｚ］となるように、回転数検出器を構成しておけば
よい。また２サイクル４気筒内燃機関において、機関の
目標回転数を３６００［rpm ］とする場合には、目標回
転数信号の周波数を２４０［Ｈｚ］とし、機関の回転数
が３６００［rpm ］に等しいときに回転数検出信号の周
波数が２４０［Ｈｚ］となるように、回転数検出器を構
成しておけばよい。

【００２３】上記のように、内燃機関の燃焼サイクル変
動周波数に等しい周波数を有する回転数検出用パルスを
発生するように回転数検出器を構成し、目標回転数にお
ける機関の燃焼サイクル変動周波数に等しい周波数のパ
ルス信号を目標回転数信号として発生するように目標回
転数設定器を構成しておくと、常に、ピストンの同じ位
置で回転数検出用パルスの位相と目標回転数信号（パル
ス）の位相とを比較して回転数を制御することになるの
で、燃焼サイクルの変動に伴うクランク時の回転数の細
かい変化が制御に影響を及ぼすのを防いで、制御を安定
にすることができる。

【００２４】４サイクル機関の場合には、２回転当り１
回爆発が行われるため、上記のように、回転数検出器が
燃焼サイクル変動周波数に等しい周波数の回転数検出用
パルスを発生させるようにした場合には、２回転に１回
ピストンの同じ位置で回転数検出用パルスを発生させる
ことになる。しかし本発明はこのような場合に限定され
るものではなく、４サイクル機関の場合は、燃焼サイク
ル変動周波数の２倍の周波数を有する回転数検出用パル
スを発生するように回転数検出器を構成して、各回転毎
にピストンの同じ位置で回転数検出用パルスを発生させ
るようにしてもよい。このように構成した場合には、爆
発が行われる回転と爆発が行われない回転とで、回転数
検出用パルスが発生する際の条件が異なることになる
が、実用上問題になるような不安定現象は生じないこと
が確認されている。特に気筒数が多い場合には、燃焼サ
イクルの変動に伴なうクランク軸の回転数の変化が少く
なるため、燃焼サイクル変動周波数の２倍の周波数を有
する回転数検出用パルスを発生するように回転数検出器
を構成して、毎回ピストンの同じ位置で回転数検出用パ
ルスを発生させても大きな問題は生じない。

【００２５】回転数検出器としては、機関の燃焼サイク
ル変動周波数とは関係なく、クランク軸の所定の回転角
度位置でパルス信号を発生する信号発生器を用いること
ができるが、この場合、クランク軸の１回転当たり１個
の割合、または２回転当り１個の割合で回転数検出用パ
ルスを発生する信号発生器を用いるのが好ましい。この
ような信号発生器を回転数検出器として用いると、回転
数検出用パルスは常にクランク軸の一定の回転角度位置
で発生することになるため、燃焼サイクルの変動に伴う
回転数の微視的な変化が制御に影響を与えるのを防いで
制御の安定性を高めることができる。

【００２６】上記の信号発生器としては、１つのリラク
タ（誘導子）を備えて機関のクランク軸に取り付けられ
たロータと、該ロータのリラクタにより生じさせられる
磁束の変化を検出してパルス信号を発生する信号発電子
とからなる周知のものを用いることができる。このよう
な信号発生器を用いる場合、信号発電子の磁極部の位置
をリラクタが通過する際（リラクタが信号発電子の磁極
部との対向を開始する際、及び該対向を終了する際）に
極性が異なる２つのパルス信号が発生するが、回転数検
出用パルスとしては、該２つのパルス信号の内の一方を
用いる。

【００２７】機関のクランク軸の特定の回転角度位置で
パルス信号を発生する信号発生器を回転数検出器として
用いる場合、上記のように、クランク軸の１回転当たり
１個の回転数検出用パルスを発生させるようにしておけ
ば、該回転数検出用パルスは毎回一定の回転角度位置で
発生するので、機関の燃焼サイクルの変化に伴う回転数
の微視的変化が制御に影響を与えないようにすることが
できる。

【００２８】またクランク軸が１回転する間に１／２回
転するカム軸に信号発生器のロータを取り付けて、カム
軸の１回転当り１個の割合で（クランク軸の２回転当り
１個の割合で）回転数検出用パルスを発生させるように
した場合も、該パルスは一定の回転角度位置で発生する
ので、同様に、機関の燃焼サイクルの変化に伴う回転数
の微視的変化が制御に影響を与えないようにすることが
できる。

【００２９】上記目標回転数設定器は、水晶振動子また
はセラミック振動子により周波数が一定に制御される基
準発振器の出力周波数を分周して目標回転数検出信号を
得るように構成するのが好ましい。

【００３０】このように構成すると、周囲温度の変化
や、回路定数のばらつきなどにより目標回転数検出信号
の周波数が変動するのを防ぐことができるため、製品毎
の特性のばらつきを少なくすることができ、製品出荷の
際の微調整を省略することができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係わる内燃機関用
電子ガバナ装置の構成例を示したもので、同図において
１は所定の負荷を駆動する内燃機関、２は内燃機関１へ
の燃料の供給量を調節する燃料供給量調節装置、３は内
燃機関１の実回転数に比例した周波数の回転数検出信号
Ｖf を出力する回転数検出器、４は内燃機関の目標回転
数に比例した周波数の目標回転数信号Ｖfoを出力する目
標回転数設定器、５は回転数検出信号Ｖf と目標回転数
信号Ｖfoとを入力として、機関の実回転数を目標回転数
に一致させるために必要な燃料供給量調節装置の操作量
を演算して該操作量を与える制御信号Ｑを出力する制御
演算部、６は制御信号Ｑを入力として内燃機関の実回転
数を目標回転数に一致させるために必要な駆動電流を燃
料供給量調節装置２に与える駆動部である。

【００３２】燃料供給量調節装置２は、内燃機関１への
燃料の供給量を調節するスロットルバルブ等の燃料供給
量調節手段７と、与えられた駆動電流Ｉd の大きさに応
じた変位を生じる出力部を有して、該出力部の変位によ
り燃料供給量調節手段７を操作するアクチュエータ８と
からなっている。アクチュエータ８としては、電動機を
駆動源として出力アーム（出力部）を変位させるように
したものや、電磁石を駆動源としてプランジャや回転軸
（出力部）を変位させるようにしたものが従来から用い
られているが、本発明においてはいずれの形式のアクチ
ュエータを用いてもよい。

【００３３】この例では、アクチュエータ８に与えられ
る駆動電流Ｉd の増大に伴って燃料の供給量が増大する
ようにアクチュエータ８が構成されているものとする。

【００３４】回転数検出器３は、１つのリラクタ３a1を
有して機関のクランク軸に取り付けられたロータ３ａ
と、該ロータのリラクタにより生じさせられる磁束の変
化を検出してパルス信号Ｐn を発生する信号発電子３ｂ
とを有する周知の信号発生器３Ａと、この信号発生器の
出力を望ましい形のパルス波形に整形する波形整形回路
２０とからなっている。信号発生器３Ａに用いる信号発
電子３ｂは、通常リラクタ３a1に対向する磁極部を先端
に有する鉄心と、該鉄心に巻回されたパルサコイルと、
該鉄心に磁気結合された永久磁石とを有していて、リラ
クタ３a1が鉄心の磁極部に対向し始める際、及びリラク
タ３a1が鉄心の磁極部との対向を終了する際にそれぞれ
鉄心中で生じる磁束の変化により、パルサコイルに極性
が異なるパルス信号Ｖs1及びＶs2を誘起する。なおパル
サコイルを用いる代りに、ホールＩＣなどの磁気センサ
と該磁気センサの出力をパルス波形に整形する波形整形
回路とを用いてパルス信号を得る場合もある。

【００３５】図１の例では、信号発生器３Ａが発生する
正負の極性のパルス信号Ｖs1及びＶs2の内、いずれか一
方の極性のパルス信号を波形整形回路２０を通して取り
出して、取り出した信号を立上りが速いパルス波形に整
形することにより、回転数検出用パルス（回転数検出信
号）Ｖf を得るようにしている。この回転数検出用パル
スは制御演算部５に与えられている。

【００３６】図示の例では、信号発生器３のリラクタが
１個だけ設けられているため、回転数検出用パルスＶf
は、機関のクランク軸が１回転する間に所定の位置（信
号発生器のロータの取付け角度と信号発電子の取付け位
置とにより決まる）で１個だけ発生する。

【００３７】目標回転数設定器４は、水晶振動子により
発振周波数が一定に制御される基準発振器２１と、該基
準発振器２１の出力周波数を分周して目標回転数に比例
した周波数の目標回転数信号Ｖfoを出力する分周器２２
とからなっている。

【００３８】制御演算部５は、回転数検出信号Ｖf と目
標回転数信号Ｖfoとを入力とし、両入力信号の周波数の
差Ｆを電圧信号に変換して周波数偏差信号Ｖfcを出力す
る周波数偏差検出器２３と、回転数検出信号Ｖf と目標
回転数信号Ｖfoとを入力とし、回転数検出信号Ｖf の位
相と目標回転数信号Ｖfoとの位相差φを検出して位相差
信号Ｖpcを出力する位相差検出器２４と、周波数偏差信
号Ｖfcと位相差信号Ｖpcとを入力として、両入力信号の
大きさに応じてレベルが変化する制御信号（直流電圧信
号）Ｑを出力する演算回路２５とを備えている。

【００３９】上記の構成において、周波数偏差検出器２
３は、周波数偏差Ｆに対して、図３（Ａ）に示すように
レベルが変化する周波数偏差信号Ｖfcを出力する。図３
においてＦ2 は設定されたロック領域であり、Ｆ1 及び
Ｆ3 はそれぞれロック領域Ｆ2 を下回るアンダスピード
領域、及びロック領域を超えるオーバスピード領域であ
る。アンダスピード領域Ｆ1 では、周波数偏差信号Ｖfc
が高レベルの一定値（Ｈレベル）を保持し、ロック領域
Ｆ2 では、周波数偏差信号Ｖfcが周波数偏差Ｆの増大に
伴って直線的に減少していく。またオーバスピード領域
Ｆ3 では、周波数偏差信号Ｖfcが低レベルの一定値（Ｌ
レベル）を保持する。

【００４０】図示の例では、機関の回転数が目標回転数
に等しいとき（周波数偏差Ｆが０のとき）に、周波数偏
差信号ＶfcがＨレベルとＬレベルとの差の１／２のレベ
ルＨ／２をとるように設定されている。

【００４１】位相差検出器２４は、回転数検出信号Ｖf
の位相と目標回転数信号Ｖfoの位相とをデジタル的に比
較する比較器と、該比較器のデジタル出力を電圧信号に
変換するＤ／Ａコンバータとからなっていて、回転数検
出信号Ｖf 及び目標回転数信号Ｖfoの位相差φに相当す
る電圧信号を位相差信号Ｖpcとして出力する。位相差検
出器２４から出力される位相差信号Ｖpcは、例えば図３
（Ｂ）に示したように、位相差φが０から２πまで変化
する間に、位相差の増大に伴って（回転数の低下に伴っ
て）ＬレベルからＨレベルまで直線的に増大し、位相差
が２πに達するとＬレベルに戻る信号である。この例で
は、機関の回転数が目標回転数に等しいときに、回転数
検出信号と目標回転数信号との位相差がπに等しくなる
ように設定され、位相差がπに等しいときに、位相差信
号ＶpcがＨレベルとＬレベルとの差の１／２のレベルＨ
／２をとるように設定されている。

【００４２】上記のような信号を出力する周波数偏差検
出器２３及び位相差検出器２４の部分は、電動機をＰＬ
Ｌ制御するために市販されているモータ制御用ＩＣに備
わっているものを利用することができる。

【００４３】演算回路２５は周波数偏差信号Ｖfcと位相
差信号Ｖpcとを所定の割合で加算して制御信号Ｑを出力
する。制御信号Ｑは、機関の回転数がアンダスピード領
域にあるとき及びオーバスピード領域にあるときにそれ
ぞれ最大レベルＶmax 及び最小レベルＶmin を保持し、
機関の回転数がロック範囲にあるときには、周波数偏差
信号及び位相差信号のレベルの増減に伴ってレベルが増
減する直流信号となる。周波数偏差検出器２３は遅れ要
素を有するＦ／Ｖコンバータを用いるため、機関の実回
転数の変化に対する応答が悪いが、位相差検出器２４は
周波数偏差検出器のように遅れ要素を持たないため、位
相差検出器２４が出力する位相差信号は実回転数の変化
に迅速に追従して変化する。

【００４４】駆動部６は、制御信号Ｑを入力として該制
御信号によりパルス幅変調された駆動電流Ｉd を燃料供
給量調節装置２に与える部分で、図４（Ａ）に示したよ
うな三角波形または鋸波形のパルス幅変調用信号Ｖt を
出力するパルス幅変調用信号発生器２６と、制御信号Ｑ
をパルス幅変調用信号Ｖt と比較して、図４（Ｂ）に示
したように、パルス幅変調用信号Ｖt が制御信号Ｑを超
えている期間とパルス幅変調用信号Ｖt が制御信号Ｑ以
下になっている期間とで状態（レベル）が異なる矩形波
状のパルス幅変調制御信号Ｖq を出力する比較器２７
と、パルス幅変調制御信号Ｖq を入力として、該制御信
号Ｖq と同じ波形の駆動電流Ｉd をアクチュエータ８に
与える駆動回路２８とからなっている。

【００４５】図示の例のように、駆動電流Ｉd の増加に
伴って、燃料供給量を増加させるようにアクチュエータ
８が構成され、駆動回路２８がパルス幅変調制御信号と
同じ波形の駆動電流Ｉd を出力するように構成されてい
る場合、パルス幅変調制御信号Ｖq は、図４（Ｂ）に示
したように、パルス幅変調用信号Ｖt が制御信号Ｑを超
えている期間低レベルの状態を保持し、パルス幅変調用
信号Ｖt が制御信号Ｑ以下になっている期間高レベルの
状態を保持する矩形波状の信号とする。

【００４６】図１の電子ガバナ装置において、機関の回
転数がロック領域の回転数よりも低いとき（アンダース
ピード領域にあるとき）には、制御信号Ｑが最大レベル
を保持しているため、パルス幅変調制御信号Ｖq のデュ
ーティ比が１００％となり、アクチュエータ８に与えら
れる駆動電流Ｉd のデューティ比が１００％となる。こ
れにより燃料供給量が最大になり、機関の回転数が上昇
させられる。回転数が上昇してロック領域に入ると、周
波数偏差信号Ｖfcのレベル及び位相差信号Ｖpcのレベル
が低下していくため、制御信号Ｑのレベルが低下してい
き、駆動電流Ｉd のデューティ比が減少していく。回転
数が目標回転数に一致すると、制御信号Ｑのレベルの変
化が止まり、回転数を目標回転数に保つために必要な駆
動電流がアクチュエータ８に与えられる。

【００４７】回転数が目標回転数よりも低くなると、制
御信号Ｑのレベルが低下するため、パルス幅変調制御信
号Ｖq のデューティ比が大きくなり、駆動電流Ｉd のデ
ューティ比が大きくなる。これにより燃料の供給量が増
大させられるため、機関の回転数が上昇し、目標回転数
に戻される。

【００４８】また負荷の急減などにより回転数がオーバ
スピード領域に入った場合には、制御信号Ｑが最小レベ
ルに保持されるため、パルス幅変調制御信号Ｖq のデュ
ーティ比が０となり、駆動電流Ｉd が零になる。これに
より燃料の供給量が最小値まで減少させられ、機関の回
転数が低下させられる。

【００４９】上記のように、回転数検出信号と目標回転
数信号との位相差を一定に保つように燃料の供給量を制
御する制御ループを設けると、位相差検出器２４は、Ｆ
／Ｖコンバータのように大きな遅れ要素を持たないた
め、機関の回転数の変動が生じたときに、位相差信号の
変化により制御信号を迅速に変化させて、回転数の修正
動作を行わせることができ、制御の応答性を高めること
ができる。また周波数偏差を零にするように制御する制
御系で偏差が生じたとしても、位相差を一定にするよう
に制御する制御系によりその偏差を補正して、回転数を
目標回転数に一致させることができる。

【００５０】なお上記の例では、周波数偏差信号Ｖfc及
び位相差信号Ｖpcがそれぞれ周波数偏差Ｆ及び位相差φ
に対して図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように変化すると
したが、周波数偏差信号Ｖfcのレベルと周波数偏差Ｆと
の関係、及び位相差信号Ｖpcのレベルと位相差φとの関
係は、後段の回路の構成に応じて適宜に変更し得るもの
である。

【００５１】上記の例では、回転数検出信号と目標回転
数信号との位相差を一定にするように制御しているが、
回転数検出信号と目標回転数信号との位相差を零にする
ように制御してもよいのはもちろんである。

【００５２】上記の例のように、基準発振器２１として
水晶発振器を用いると、周囲温度の変化や回路定数のば
らつき等の影響を受けずに安定な発振を行わせることが
できるため、目標回転数信号が周囲温度により変化した
り、回路素子の特性のばらつきにより変化したりするの
を防ぐことができ、製品出荷時の調整作業を省略するこ
とができる。

【００５３】上記の例のように、機関のクランク軸にロ
ータを取付けた信号発生器により、機関のクランク軸の
一定の回転角度位置で、該クランク軸の１回転当たり１
個の割合で回転数検出用パルスを発生させて、該パルス
を回転数検出信号として用いるようにすると、内燃機関
の燃焼サイクルの変化に伴う回転数の細かい変動が制御
に影響を与えることがなくなるため、制御を安定に行わ
せることができる。

【００５４】上記の例では、機関のクランク軸に信号発
生器のロータを取付けて、クランク軸の１回転当り１個
の回転数検出用パルスを発生させているが、機関のクラ
ンク軸が１回転する間に１／２回転するカム軸に信号発
生器のロータを取付けて、該信号発生器がカム軸の１回
転当り１個発生する回転数検出用パルスを回転数検出信
号として用いても、上記と同様に、内燃機関の燃焼サイ
クルの変化に伴う回転数の細かい変動が制御に影響を与
えることがなくなるため、制御を安定に行わせることが
できる。カム軸に信号発生器のロータを取り付けて、該
信号発生器からカム軸の１回転当り１個の割合で回転数
検出用パルスを取り出すようにした場合、該回転数検出
用パルスはクランク軸の２回転当り１個の割合で発生す
ることになる。

【００５５】即ち、内燃機関の燃焼サイクルの変化に伴
う回転数の細かい変動の影響を受けることなく、安定な
制御を行わせるためには、クランク軸の１回転当り１個
の割合、または２回転当り１個（１回転当り０．５個）
の割合で回転数検出用パルスを発生させて、該回転数検
出用パルスを回転数検出信号として用いるようにすれば
よい。

【００５６】本発明を実施するに際しては、１回転当り
多数個の回転数検出用パルスを発生する信号発生器を設
けて、該信号発生器の出力を回転数検出信号として用い
てもよいが、その場合、燃焼サイクルの変化に伴う回転
数の細かい変動が検出されるのを防いで制御の安定性を
高めるために、前述の（１）式または（２）式により決
まる内燃機関の燃焼サイクル変動周波数に等しい周波数
を有する回転数検出用パルスを発生するように回転数検
出器を構成するのが好ましい。

【００５７】例えば、４サイクル４気筒内燃機関におい
ては、クランク軸が１回転する間に１８０度間隔で２回
爆発が行われるため、回転数検出用パルスを１回転当り
２回発生するように回転数検出器を構成すると、常にピ
ストンの同じ位置で回転数検出用パルスを発生させるこ
とができるため、燃焼サイクルの変化に伴う回転数の細
かい変動の影響を実質的に受けることなく、制御を行わ
せることができる。目標回転数が３６００［rpm ］であ
る場合、機関は毎秒６０（＝３６００／６０）回転する
ので、機械角で１８０度間隔で発生するパルスの周波数
は６０×２＝１２０［Ｈｚ］となる。

【００５８】一般に４サイクルｎ気筒の内燃機関の場合
には、機械角で２×３６０／ｎ度毎に（１回転当りｎ／
２回）爆発が行われるため、目標回転数がＮo である場
合には、等角度間隔で毎秒（Ｎo ／６０）×（ｎ／２）
回爆発が行われることになる。従って４サイクルｎ気筒
内燃機関の場合には、前述の（１）式で定義した燃焼サ
イクル変動周波数ｆx ＝（Ｎo ／６０）×（ｎ／２）
［Ｈｚ］に等しい周波数の回転数検出用パルスを発生す
るように回転数検出器を構成することにより、燃焼サイ
クルの変化に伴う回転数の細かい変動の影響を実質的に
受けることなく、制御を行わせることができる。

【００５９】２サイクル機関の場合には、各気筒で１回
転当り１回爆発が行われ、ｎ気筒の場合には、機関が１
回転する間にｎ回の爆発が等角度間隔で行われるため、
前述の（２）式で定義した燃焼サイクル変動周波数ｆx
＝（Ｎo ／６０）×ｎ［Ｈｚ］に等しい周波数の回転数
検出用パルスを発生させるように回転数検出器を構成す
ることにより、燃焼サイクルの変化に伴なう細い回転数
変動の影響を受けることなく制御を行わせることができ
る。

【００６０】上記のように、機関の燃焼サイクル変動周
波数に等しい周波数を有する回転数検出用パルスを発生
するように回転数検出器を構成すると、２サイクル機関
の場合も、４サイクル機関の場合も、常にピストンの同
じ位置で回転数検出用パルスを発生させて、安定に制御
を行わせることができる。

【００６１】また４サイクル機関の場合には、既に述べ
たように、燃焼サイクル変動周波数の２倍の周波数に等
しい周波数を有する回転数検出用パルスを発生させるよ
うに回転数検出器を構成してもよい。この場合も、常に
ピストンの同じ位置で回転数検出用パルスを発生させる
ことができるので、燃焼サイクルの変化に伴なう細い回
転数変動の影響を受けることなく安定に制御を行わせる
ことができる。

【００６２】図２は本発明に係わる内燃機関用電子ガバ
ナ装置の他の構成例を示したもので、この例では、内燃
機関１の負荷として該機関に取り付けられている交流発
電機３０の出力から回転数検出信号を得るように回転数
検出器３が構成されている。この場合、回転数検出器３
は、例えば、交流発電機３０の出力の零点を検出してパ
ルスを発生する回路や、交流発電機３０の一方の半波を
矩形波状に整形する波形整形回路と該波形整形回路の立
上りまたは立下りを微分してパルス信号を発生する回路
とを組み合わせた回路等からなっていて、機関の回転数
に比例した周波数のパルス信号を回転数検出信号Ｖf と
して出力する。その他の構成は図１に示した例と同様で
ある。

【００６３】図２に示したように、内燃機関の負荷とし
て機関に取り付けられている交流発電機の出力から回転
数検出信号を得るようにすると、特別に信号発生器を設
ける必要がないため、コストの低減を図ることができ
る。

【００６４】また内燃機関の負荷として交流発電機が取
り付けられている場合、該発電機から負荷に流れる電流
を指示する電流計を駆動するために、負荷電流を検出す
る変流器が設けられることが多い。このような変流器が
設けられている場合には、該変流器の出力から回転数に
比例した周波数の信号を得るようにしてもよい。

【００６５】更に、内燃機関を点火する点火装置におい
ては、点火時期を定めるために機関の所定の回転角度位
置でパルス信号を発生する信号発生器を用いるが、この
信号発生器を回転数検出器として用いることもできる。

【００６６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、遅れ要
素を持たない位相差検出器を用いて、回転数検出信号と
目標回転数信号との位相差を零または一定にするように
制御する制御ループを設けたので、制御系に問題になる
ような応答遅れが生じるのを防ぐことができる。位相差
検出器は、その出力にリップルを含まないため、制御演
算部にリップルが入力されて制御の安定性が損なわれる
のを防ぐことができる。また本発明において、位相差検
出器に加えて、周波数偏差検出器を設けて、回転数検出
信号と目標回転数信号との周波数偏差を設定範囲以下に
減少させ、かつ両信号の位相を一致させるか、または両
信号の位相差を一定にするように制御する構成をとった
場合には、周波数偏差を設定範囲以下に減少させる制御
動作により、内燃機関の回転数を速かに設定回転数に近
付けた後に、回転数検出信号と目標回転数信号との位相
差を零にするかまたは一定にするように制御が行われる
ので、機関の回転数が目標回転数に整定するまでに要す
る時間を短くすることができる。

【００６７】更に本発明において、内燃機関に負荷とし
て取り付けられている交流発電機の出力から回転数検出
信号を得るように回転数検出器を構成した場合には、回
転数を検出するために特別の検出器を設ける必要がなく
なるので、制御系の構成を簡単にすることができる。

【００６８】また本発明において、内燃機関の燃焼サイ
クル変動周波数または燃焼サイクル変動周波数の２倍の
周波数に等しい周波数を有する回転数検出用パルスを回
転数検出信号として発生するように回転数検出器を構成
した場合には、常にピストンの同じ位置で回転数検出信
号を発生させることができるため、燃焼サイクルの変化
に伴う回転数の細かい変動の影響を受けることなく、安
定な制御を行わせることができる。

【００６９】更に本発明において、内燃機関のクランク
軸の１回転当たり１個または２回転当り１個の割合で回
転数検出用パルスを発生する信号発生器を回転数検出器
として用いた場合にも、燃焼サイクルの変化に伴う回転
数の細かい変動の影響を受けることなく、安定な制御を
行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる内燃機関用電子ガバナ装置の構
成例を示したブロック図である。

【図２】本発明に係わる内燃機関用電子ガバナ装置の他
の構成例を示したブロック図である。

【図３】（Ａ）は図１の電子ガバナ装置において用いる
周波数偏差検出器から得られる周波数偏差信号と周波数
偏差との関係を示した線図である。（Ｂ）は同電子ガバ
ナ装置において用いる位相差検出器から得られる位相差
信号と位相差との関係を示した線図である。

【図４】図１の電子ガバナ装置において用いる駆動部６
の各部の信号波形を示した線図である。

【図５】従来の内燃機関用電子ガバナ装置の構成を示し
たブロック図である。

【符号の説明】

１…内燃機関、２…燃料供給量調節装置、３…回転数検
出器、４…目標回転数設定器、５…制御演算部、６…駆
動部、７…燃料供給量調節手段、８…アクチュエータ、
２１…基準発振器、２２…分周器、２３…周波数偏差検
出器、２４…位相差検出器、２５…演算回路、２６…パ
ルス幅変調用信号発生器、２７…比較器、２８…駆動回
路。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負荷を駆動する内燃機関への燃料の供給
   量を調節する燃料供給量調節装置と、前記内燃機関の実
   回転数を示す回転数検出信号を出力する回転数検出器
   と、前記内燃機関の目標回転数を与える目標回転数信号
   を出力する目標回転数設定器と、前記回転数検出信号と
   目標回転数信号とを入力として実回転数を目標回転数に
   一致させるために必要な前記燃料供給量調節装置の操作
   量を与える制御信号を出力する制御演算部と、前記制御
   信号を入力として前記内燃機関の実回転数を目標回転数
   に一致させるために必要な駆動電流を前記燃料供給量調
   節装置に与える駆動部とを備えた内燃機関用電子ガバナ
   装置において、 前記回転数検出器は、前記内燃機関の実回転数に比例し
   た周波数の信号を前記回転数検出信号として出力するよ
   うに構成され、 前記目標回転数設定器は、目標回転数に相当する周波数
   の信号を前記目標回転数信号として出力するように構成
   され、 前記制御演算部は、前記回転数検出信号の位相と目標回
   転数信号の位相とをデジタル的に比較して得た両信号の
   位相差を電圧信号に変換して位相差信号を出力する位相
   差検出器と、前記位相差信号を入力として前記回転数検
   出信号及び目標回転数信号の位相差を零とするかまたは
   該位相差を一定にするように前記位相差信号に応じてレ
   ベルが変化する信号を前記制御信号として発生する演算
   回路とを備えていることを特徴とする内燃機関用電子ガ
   バナ装置。
2. 【請求項２】 負荷を駆動する内燃機関への燃料の供給
   量を調節する燃料供給量調節装置と、前記内燃機関の実
   回転数を示す回転数検出信号を出力する回転数検出器
   と、前記内燃機関の目標回転数を与える目標回転数信号
   を出力する目標回転数設定器と、前記回転数検出信号と
   目標回転数信号とを入力として実回転数を目標回転数に
   一致させるために必要な前記燃料供給量調節装置の操作
   量を与える制御信号を出力する制御演算部と、前記制御
   信号を入力として前記内燃機関の実回転数を目標回転数
   に一致させるために必要な駆動電流を前記燃料供給量調
   節装置に与える駆動部とを備えた内燃機関用電子ガバナ
   装置において、 前記回転数検出器は、前記内燃機関の実回転数に比例し
   た周波数の信号を前記回転数検出信号として出力するよ
   うに構成され、 前記目標回転数設定器は、目標回転数に相当する周波数
   の信号を前記目標回転数信号として出力するように構成
   され、 前記制御演算部は、前記回転数検出信号の位相と目標回
   転数信号の位相とをデジタル的に比較して得た両信号の
   位相差を電圧信号に変換して位相差信号を出力する位相
   差検出器と、前記回転数検出信号と前記目標回転数信号
   とを入力として両入力信号の周波数偏差を電圧信号に変
   換して周波数偏差信号を出力する周波数偏差検出器と、
   前記位相差信号及び周波数偏差信号を入力として前記位
   相差を零または一定にし、周波数偏差を零にするように
   前記位相差信号及び周波数偏差信号に応じてレベルが変
   化する信号を前記制御信号として出力する演算回路とを
   備えていることを特徴とする内燃機関用電子ガバナ装
   置。
3. 【請求項３】 前記負荷は交流発電機であり、 前記回転数検出器は、前記交流発電機の出力から前記回
   転数検出信号を得るように構成されていることを特徴と
   する請求項１または２に記載の内燃機関用電子ガバナ装
   置。
4. 【請求項４】 前記回転数検出器は、前記内燃機関の燃
   焼サイクル変動周波数または該燃焼サイクル変動周波数
   の２倍の周波数の回転数検出用パルス信号を前記回転数
   検出信号として出力するように構成されていることを特
   徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用電子ガバ
   ナ装置。
5. 【請求項５】 前記回転数検出器は、前記内燃機関のク
   ランク軸の１回転当り１個または２回転当り１個の割合
   で回転数検出用パルスを発生する信号発生器からなって
   いる請求項１または２に記載の内燃機関用電子ガバナ装
   置。
6. 【請求項６】 前記目標回転数設定器は、水晶振動子ま
   たはセラミック振動子により発振周波数が一定に制御さ
   れる基準発振器の出力周波数を分周して前記目標回転数
   検出信号を得るように構成されていることを特徴とする
   請求項１ないし５のいずれか１つに記載の内燃機関用電
   子ガバナ装置。
7. 【請求項７】 負荷を駆動する内燃機関への燃料の供給
   量を調節する燃料供給量調節装置と、前記内燃機関の実
   回転数を示す回転数検出信号を出力する回転数検出器
   と、前記内燃機関の目標回転数を与える目標回転数信号
   を出力する目標回転数設定器と、前記回転数検出信号と
   目標回転数信号とを入力として実回転数を目標回転数に
   一致させるために必要な前記燃料供給量調節装置の操作
   量を与える制御信号を出力する制御演算部と、前記制御
   信号を入力として前記内燃機関の実回転数を目標回転数
   に一致させるために必要な駆動電流を前記燃料供給量調
   節装置に与える駆動部とを備えた内燃機関用電子ガバナ
   装置において、 前記目標回転数設定器は、水晶振動子またはセラミック
   振動子により周波数が一定に制御される基準発振器と、
   該基準発振器の出力周波数を分周して前記目標回転数に
   相当する周波数の信号を前記目標回転数信号として出力
   する分周器とを備えてなり、 前記回転数検出器は、前記内燃機関のクランク軸の１回
   転当り１個または２回転当り１個の割合で回転数検出用
   パルスを等角度間隔で発生する信号発生器からなり、 前記制御演算部は、前記回転数検出信号の位相と目標回
   転数信号の位相とをデジタル的に比較して得た両信号の
   位相差を電圧信号に変換して出力する位相差検出器と、
   前記回転数検出信号と前記目標回転数信号とを入力とし
   て両入力信号の周波数偏差に相当する電圧信号を出力す
   る周波数偏差検出器と、前記位相差検出器の出力及び周
   波数偏差検出器の出力を入力として前記位相差を零また
   は一定にし、周波数偏差を零にするように前記位相差信
   号及び周波数偏差信号に応じてレベルが変化する信号を
   前記制御信号として出力する演算回路とを備えているこ
   とを特徴とする内燃機関用電子ガバナ装置。