JPS5820931A - 自己点火式内燃機関の調速装置 - 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】 本発明は自己点火式内燃機関、特に、少なくともアイド
リンク時に噴射すべき燃料の量を変化させる電磁調節装
置と、特にＰＩＤ特性を有する制御器により回転速度の
現在値と目標値の偏差に応じて電磁調節装置を駆動する
信号を形成する制御装置とを有する自己点火式内燃機関
の調速装置に関する。

従来自己点火式の内燃機関においてＰＩＤ制御器を用い
て調速を行ない、この制御器の出力信号を燃料ポンプの
制御ロッドと結合された電磁調節装置に入力させること
が行なわれている。この従来の装置は全般的に良好に動
作するが、アイドリング時並びにアイドリング移行時に
は、特にエンジンが冷えている場合に問題が発生する。

これはエンジンが冷えている場合アクセルペダルを離し
た場合回転速度が急激に減少するので、回転速度信号が
アンダーシュートを起し、エンジンが停止する場合があ
るからである。勿論このような急激の回転速度の変動を
制御器のＤ（微分）成分により制御することもできるが
、種々の要因により制御結果に障害をもたらす危険性が
ある。従って本発明はこのような点に鑑みてなされたも
ので、アイドリング時やアイドリンク移行時等問題とな
るような領域で正確な調速が可能な自己点火式内燃機　
　　　　１簡の調速装置を提供することを目的とする。

本発明による調速装置では公称目標値が最小しきい値だ
け現在の回転速度より小さくなったとき回転速度の目標
値を増大させ、現在値の増大を追うようにしまたその目
標値の減少は遅延させるようにしている。また本発明で
はＰＩＤ制御器は非線形で、特に回転速度に関係したＰ
成分を有するように構成されている・ このようにして本発明では問題となる領域でも正確な調
速が可能となる。さらに本発明では各動作状態に従って
柔軟性に富んだ制御が行なわれており、制御器は所定の
最小回転速度を越えたときのみ動作が開始され、また電
磁調節装置を駆動させる最終段では短絡保護機能が設け
られている。

以下添付図面を参照して、本発明の詳細な説明する。

以下に説明する本発明の自己点火式内燃機関の調速装置
は例えばドイツ特許公開公報第２９０２７３１号に記載
された調速器に関連してその説明が行なわれる。

第１図には、この調速器の概略構成が図示されており、
同図において、１０は内燃機関を示し、この内燃機関の
クランク軸の回転速度は回転速度センサ１１により検出
され、また内燃機関には、燃料色 ポンプ１２ニ介して燃料が供給される。

１３は回転速度に関係して燃料供給量を制御する遠心力
装置を示し、この装置は制御レバー１４を介して、制御
ロッド１５を制御し、その場合さらにガイドレバー１６
の位置によっても燃料供給量が調節される。同様にアク
セルペダル１７によっても制御レバー１４の位置を調節
することができる。

ガイドレバー１６にはアイドリンク用バネ１７がとり付
けられており、それによってガイドレバー１６は増量の
方向に付勢される。

同様の効果が電磁調節装置冗によって得られ、その電磁
調節装置の接極子２１は励磁された状態では増量の方向
にガイドレバーを移動させる。

この電磁調節装置にはブロックとして図示されたアイド
リンク制御器ηによって駆動され、この制御器２２には
、パルス整形回路ｎによって処理された回転速度信号が
入力される。

第１図で説明した装置自体はすでに知られているもので
あり、以下にのべる電子調速装置を理解するのに役立た
せるためのものである。

第２図には本発明による調速装置の原理が図示されてお
シ、同図において時間に関し、実線で現在の回転速度が
、また、一点鎖線で目標回転速度が示されている。

また、点線は公称目標値を示し、この値は簡単な場合、
通常のアイドリンク回転速度の値に対応する。

時点ｔ１において運転手がアクセルペタルをふむと現在
回転速度が上昇する。

公称目標値に対する速度差が所定の値、すなわち最小し
きい値ｎ５ｒｒｌＩｎ（または不感値と呼ばれる）に達
したあと、回転速度目標値は不感値ｎＳｍＩｎを一定に
保ちながら回転速度の現在値に追随して上昇する。

この場合回転速度目標値の上限値ｎｓｍａＫが設けられ
ており、それによって全体の回転速度領域にわたってし
きい値が上昇しないようになっている。

時点ｔ２において内燃機関を装備した自動車の運転手が
減速をのぞむとすると、運転手はアクセルベタルの位置
をもどし、それによって回転速度が減少する。

時点ｔ３において最小しきい値と上限値ｎｓｍａ工の値
を足した値に達し、その後は回転速度目標値も減少する
。

しかしこの減少は現在回転速度の減少と同様に行なわれ
ずに、一点鎖線で示した曲線τ、＝ｆ（△ｎ）の式にし
たがって遅延させられる。

この式はたとえば内燃機関が暖まっている場合の回転速
度の減少に近似させて求められる。

それにより、すでに早い時点で制御偏差があられれ（時
点ｔ４）、その結果回転速度の偏差を調節する制御ステ
ップが非常に早く行なわれるようになる。

その結果、現在回転速度信号のアンダーシュートはごく
わずかとなり一場合によっては設計次第で完全になくす
ることもできる。

したがってこれにより回転速度の値が所定値よりも下回
って内燃機関が停止してしまう危険性がなくなる。

第２図に説明した制御を実現する回路構成が第３図に図
示されている。

第３図に図示した回路の主要部はＰＩＤ　（比例。

積分、微分ン制御器δであり、その出力２６はアンドゲ
ート２７を介して信号最終段２８ならびに電磁調節装置
２０の励磁巻線に接続される。

ＰＩＤ制御器２５の両入力端子（資）、３１の一方は減
算点３２と接続されており、この減算点には回転速度セ
ンサ１１の回転速度信号ならびに回転速度目標値を制御
する制御回路おからの出力信号が入力される。

この制御回路おけ回転速度領域を識別する識別回路馴と
目標値を発生させる関数発生器３５から構成される。

ＰＴＤ制御器２５の２番めの制御入力端子３１を介して
制御器Ｐ（比例）成分が回転速度に関係して調節される
。

そのために回転速度比較スイッチ３７、ならびにその後
段に接続されたＰ値制御回路諺が用いられる。

それによってＰＩＤ制御器５は非線形なＰ増幅特性が得
られる。

これはたとえば、推進駆動に移ったような場合、いわゆ
る失速状燃料となって、工／ジンの回転速度が非常にわ
ずかになった場合のように、制御偏差が大きくなった場
合に制御器のＰ増幅度が大きくなることを意味する。

さらに作動制御回路初が設けられており、それによって
所定の回転速度の値（ｎＭ）より大きくなった場合にの
み、電子調速装置加を励磁させ燃料を増量させるように
している。

この値は動作領域の下方（最大アンダーカット）以下に
ある。回転速度がＯの場合あるいは回転速度センサがな
い場合には固定電流による電磁調節装置の加熱はなくな
る。

第３図に図示した回路動作を第１図に図示した装置と関
連して説明する。

純粋に機械的に調速が行なわれる場合には制御ロッド１
５は遠心力装置１３から遠心力とアイドリング用バネ１
７による付勢力がつり合っている位置に移動している。

電子的にアイドリンク制御を行なう場合、アイドリンク
用のバネによる力の他に電磁調節装置２０において発生
する電磁力が遠心力に対抗して働くので、電磁調節装置
が励磁された場合、制御ロッド１５はさらに増量の方向
に移動される。

このようにして電磁制御装置により、最終段を介し電磁
石が励磁され、増量の方向に調節されるが、その場合エ
ンジンの目標回転速度がたとえば７２５　ｒｐｍのよう
に一定の値に調節されるように制御される。

その場合、電磁調節装量にはパルス幅が変調された駆動
信号が入力される。

特にＰＩＤ制御器２５特１線形なＰ成分とすることは推
進（スラスト）駆動のような遷移領域においし、それに
よって燃料噴射量が多くなり、エンジンの停止が防止さ
れるからである。

回転速２度目標値制御回路おはまず現在の回転速度が公
称目標値よりも、所定の最小しきい値だけ大きいかどう
かを検出する。

大きい場合には、関数発生器あにより目標値は現在回転
速度よシ、最小しきい値ｎｓ　ｍｉ。だけ小さい値にな
るような値に増大させられる。

それにより、制御器は現在の回転速度が目標回転速度よ
りも大きく、それによって電磁制御装置加を励磁しなく
てよいと識別することになる。

実際の回転速度が再び低くなってくると、関数発生器部
によって形成される目標値も再び減少する。この減少に
対しては、所定の時定数を設けて遅延させるようにする
。

現在の回転速度が目標値よりも急速に下降すると第２図
に関連して説明した効果が発生する。

すなわち、制御偏差が非常に早い時点において調節され
ることになる。

増大させられた目標値を減少させる場合の時定　　　　
　　１数は、動作温度となっている状態におけるエンジ
ンの特性に合わせて定められるようにすることができる
。

第４図には、調速装置の信号特性をさらに説明するため
に通常の駆動状態から推進駆動に移った場合の種々の信
号特性が図示されている。

この場合１点線で示した曲＃　４．１は増大した目標回
転速度が駆動状態にしたがって遅延して減少する状態を
示し、一方４．２はエンジンが駆動状態に暖まっている
場合の現在回転速度が減少する状態を示している。

これらより、現在の回転速度値は、アイドリング値にお
ける公称回転速度目標値４．３より、ごくわずかしか下
方にいかないことが理解される。

エンジンがひえている場合の摩擦損失はかなり大きくな
るので、それに従ってエンジンの回転速度の下降度合も
非常にするどくなる。

これが４．４で図示されており、その場合温度の値とし
て一１５℃が図示されている。

最初一本であった線はオーバーシュートがことなる３つ
の線にわかれ、その場合、オーパーンニートがもつとも
大きい曲線は目標値を増加させることのない純粋なＰＩ
Ｄ特性をもった制御器を用いた場゛合の例である。

またオーバーシュートが２番めに大きい点線で示した線
は目標値を増大させた場合の対応する状態を示し、また
一点鎖線で示した特性は、回転速度の目標値を増大させ
るとともに非線形のＰ特性をもたせたＰＩＤ制御器の場
合の特性を示す。

第４図に示した曲線群により、本発明の制御装置がすぐ
れていることが理解される。というのは通常の駆動状態
から推進駆動に移行した場合、アンダーシュートが々く
、それにより所定の値より回転速度が下回ることが防止
され、内燃機関が停止してしまう危険性がなくなるから
である。

第５図には第３図に図示した構成の具体的々回路構成が
図示されており、同図において第３図に図示したのと同
一部分には同一番号を付しである。

第３図に図示した回転速度目標値制御回路部はプラス線
４９とアース線間間に接続された抵抗４５〜４８からな
る二つの分圧器を有し、これらの分圧器の中央端子間に
はトランジスタ５２のコレクタエミソ夕回路が接続され
る。トランジスタ５２のベースは抵抗協を介して回転速
度センサ１１に接続されている。抵抗５１とトランジス
タ５２のエミッタの接続点には他端がアースに接続され
たコンデンサ５４並びに回転速度目標値制御回路あの出
力端子５５が接続される。

ＰＴＤ制御制御器差動増幅器５１を有し、そのプラス入
力は抵抗詔を介して回転速度目標値制御回路あの出力端
子５５と接続される。差動増幅器５７はコンデンサ５９
．並びにコンデンサ６０と抵抗６１から直列回路を介し
てそれぞれ負帰還されておシ、また差動増幅器５７のマ
イナス入力は、抵抗Ｂ、抵抗６４とダイオード６５、並
びにコンデンサ６６と抵抗６７の三つの並列回路を介し
て回転速度センサ１１の出力と接続されている。差動増
幅器５７の出力は抵抗６９を介してプラス線４９と、ま
た抵抗７０を介して抵抗７１．７２からなる分圧器とそ
れぞれ接続されている。

この分圧器は他の回路とともに第３図のアンドゲート２
７を構成する。第３図の作動制御回路菊は第５図に図示
したようにエミッタが抵抗ｎを介していっしょにアース
線５０に接続された二つのトランジスタ７５．７６から
なる差動増幅器から構成されている。トランジスタ７５
　、７６の両コレクタはそれぞれ抵抗７８．７９を介し
てプラス線相と接続されている。トランジスタ７５のコ
レクタはさらにダイオード８０と抵抗８１の直列回路を
介して差動増幅器５７のマイナス入力と接続され、一方
トランジスタフ６のコレクタはダイオード８２を介して
抵抗７１．７２からなる分圧器の中央端子と接続されて
いる。またトランジスタ７５のベースには回転速度セン
サ１１からの信号が抵抗洞を介して入力される。またト
ランジスタ７６のベースには電源電圧端子間に接続され
た抵抗８５．８６の分圧器によって形成される一定の電
位が入力される。

信号最終段列も同様に差動増幅器部を有し、そのプラス
入力には抵抗８９を介しアンドゲート２７から制御器の
出力信号が印加される。差動増幅器部の出力は抵抗史を
介してスイッチングトランジスタ９１のベースに接続さ
れ、またそのトランジスタ９１のエミッタは抵抗敦を介
してアースに、またコレクタは還流ダイオード９３と電
磁調節装置２０の励磁巻線の並列回路を介してプラス線
４９と接続される。また両電源電圧端子間にはさらに抵
抗９５．９６からなる分圧器とダイオード９９，１００
と抵抗９７．９８からなる分圧器が接続される。その場
合、抵抗９６とダイオード１００は並列に、またダイオ
ード９９と抵抗９８の接続点は差動増幅器８８のマイナ
ス入力と接続される。また抵抗９７．９８の接続点は抵
抗１０１を介してトランジスタ９１とエミッタと抵抗９
２の接続点に接続される。さらにトランジスタ９１のコ
レクタは抵抗１０２．１０３の直列回路を介して差動増
幅器部のプラス入力と接続され、またこれらの両抵抗の
接続点はコンデンサ１０４を介してアースと接続される
。またスイッチングトランジスタ９１のコレクタはコン
デンサ１０５を介してダイオード９９゜１００の接続点
に接続される。さらに差動増幅器８８の出力は抵抗１０
６を介してプラス８４９に接続される。

次に第５図の回路動作を説明する。

回転速度目標値制御回路あの出力信号は非動作状態では
抵抗４５．４６の抵抗比によって決められる。

この托によって公称目標値の値が定まる。回転速度検出
回路の出力電圧が大きくなり、トランジスタ５２のベー
スエミッタ電圧の値を越えると、トランジスタ５２が導
通し、出力電圧はさらに分圧器４７゜４８によって変化
を受ける。その場合、ベースエミッタ電圧はｎ５ｍ１ｎ
　、すなわち第２図の最小しきい値に対応する。この場
合トランジスタ５２のベースエミッタ回路の温度依存性
は好ましい方向に作用する。というのは内燃機関が冷却
しており、それによって回転数がかなり不均一になった
場合でも不感領域は比較的高いからである。回転速度検
出装置の出力電圧がさらに大きくなると、トランジスタ
５２のエミッタ電位も上方に引かれるので、出力電圧は
上昇し、最大抵抗４７．４８の分圧比によって定まる値
（ｎ５ｒｎａｘ　）まで上昇する。このようにして回転
速度目標値制御回路おの出力端子５５には現在速度に追
従した回転速度目標値が得られ、一方その減少の遅延度
は、とりわけコンデンサーの容量によって決められる。

コンデンサ団、６０及び抵抗６１によってＰＩＤ制御器
すの積分特性が定まる。一方Ｄ（微分）特性はコンデン
サ印と抵抗釘により決まり、またＰ（比例）成分は下方
の信号領域では抵抗Ｂによシ決まり、またその回転速度
が関係した比例成分は抵抗６４と所定の電圧値を越える
と導通するダイオード６５の組み合わせから得られる。

この所定の電圧値は本実施例の場合ダイオード６５の順
方向電圧により定まる。

作動制御回路荀により抵抗８５．８６の電圧比を介して
正確な回転速度値ｎＭが決められ、アイドリンク回転速
度に対して制御器の動作領域の下限値が形成される。差
動増幅器５γのマイナス入力端子にさらに制御信号を入
力させることにより差動増幅器が下限値以下の回転速度
において飽和状態の方にいき、差動増幅器５７の出力電
圧が長い間飽和状態に保持させるのを防止することがで
きる。

信号最終段の役目はアナログ入力電圧をパルス幅が変調
された出力信号に変換することである。

このためにコンデンサ１０５、並びに個々の抵抗、例え
ば９６が用いられる。抵抗１０２，１０３とコンデンサ
ー０４のＲＣの組み合わせは電磁調節装置冗の励磁コイ
ルに抵抗変化が発生した場合差動増幅器部の出力を帰還
させる機能を果す。このような変化は例えば燃料を極度
に必要とする場合で調節装置が加熱するようなときに発
生する。

さらに０１Ω〜５Ωの測定抵抗９２を電磁調節装置２０
とスイッチングトランジスタ９１と直列に接続させるこ
とにより電流を制限し電源電圧の変動に無関係にするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の調速装置の原理を示す構成図、第２図
は動作を説明する特性図、第３図は調速装置の電気部分
を示すブロック図、第４図は種々の制御状態におけるエ
ンジンの特性を示す特性図、第５図は第３図のさらに詳
細な構成を示す回路図である。 １・ １０・・・内燃機関、　　　　１１・・・回転速度セン
サ、１２・・・燃料ポンプ、　　　１３・・・遠心力装
置、１４・・・制御レバー、１５・・・制御ロッド、１
１・・・アクセルペダル、　２０・・・電磁調節装置、
２２−゛・アイドリンク制御器、２５・・・ＰＩＤ制御
器、ｎ・・・信号最終段、　お・・・回転速度目標値制
御回路、馴・・・回転速度領域識別回路、 お・・・目標値関数発生器、３７・・・回転速度比較ス
イッチ、羽・・・Ｐ値制御回路、　　４０・・・作動制
御回路。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくともアイドリンク時に噴射すべき燃料の量
   を変化させる電磁調節装置と、特にＰＩＤ特性を有する
   制御器により回転速度の現在値と目標値の偏差に応じて
   電磁調節−装置を駆動する信号を形成する制御装置とを
   有する自己点火式内燃機関の調速装置において、現在回
   転速度が公称目標値より最小しきい値（ｎ５ｍ１□）だ
   け大きくなったとき回転速度の目標値を増大させ、一方
   その目標値の減少を遅延させるようにした自己点火式内
   燃機関の調速装置。
2. （２）前記回転速度の目標値に対して最大値を設けるよ
   うにした特許請求の範囲第１項に記載の自己点火式内燃
   機関の調速装置。
3. （３）前記ＰＩＤ制御器（２５）を回転速度しきい値（
   ｎＭ）より大きな回転速度で作動するようにした特許請
   求の範囲第１項に記載の自己点火式内燃機関の調速装置
   。
4. （４）前記ＰＩＤ制御器（２５）の少なくともＰ成分を
   制御可能にした特許請求の範囲第１項に記載の自己点火
   式内燃機関の調速装置。
5. （５）前記Ｐ成分の制御を回転速度に従って行なうよう
   にした特許請求の範囲第４項に記載の自己点火式内燃機
   関の調速装置。
6. （６）前記電磁調節装置（２０）を信号最終段（２８）
   を介しクロック駆動させるようにした特許請求の範囲第
   １項に記載の自己点火式内燃機関の調速装置。
7. （７）回転速度目標値を形成する回路は電源電圧供給端
   子間に接続された二つの分圧器を有し、そ分圧点は抵抗
   （５１）とトランジスタ（５２）のブリッジ回路を介し
   て接続されており、トランジスタ（５２）のベースには
   回転速度信号が入力され、抵抗（５１）とトランジスタ
   （５２）の接続点は出力端子（５５）に接続されるとと
   もにコンデンサ（５４）を介して電源電圧端子に接続さ
   れる特許請求の範囲第１項から第６項までいずれか１項
   に記載の自己点火式内燃機関の調速装置。
8. （８）制御器の作動信号を形成する回路は二つのトラン
   ジスタ（７５，７６）からなる差動増幅器からなり、そ
   の場合、第１のトランジスタ（１５）のコレクタは制御
   器（２５）と、まだ第２のトランジスタ（７６）のコレ
   クタは信号最終段（２８）の前段に接続されたアンドゲ
   ート（２７）と接続され、また第１のトランジスタ（１
   ５）のベースには回転速度信号が入力される、特許請求
   の範囲第１項から第７項までのいずれか１項に記載の自
   己点火式内燃機関の調速装置。
9. （９）　　内燃機関が動作状態に温まっている場合回転
   速度目標値の減少を回転速度現在値の減少に近似させる
   ようにした、特許請求の範囲第１項に記載の自己点火式
   内燃機関の調速装置。