JPS59206640A - 内燃機関用制御装置 - 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】 この発明は、内燃機関の回転速度を制御するためＰ、Ｉ
　、ＤもしくはＰ、Ｉ制御信号を作りだす回転速度制御
器を有する内燃機関用制御装置に関するものである。

一般に内燃機関においては、空燃比（Ａ／Ｆ）が大きい
領域にて運転する程、排気ガスに占めるＮ。

Ｘ、Ｃｏ等の有害ガス成分が削減されるのはよく知られ
ている。ところが空燃比が大きい領域と小さい領域で運
転した場合の内燃機関の出力特性には、差異があり、空
燃比が大きい領域のみで運転した場合、規定以上の負荷
（過負荷）がかかったとき、出力不足を生じ、回転速度
がダウンしたりエンストすると言った不具合が生じる。

このため、内燃機関のスロットル部あるいはアクチュエ
ータ内部にポテンションメータ（直線型、回転型）を設
け、スロットル開度を検出し、回転速度を下げたり、内
燃機関を停止させている。

ところが、このポテンショメータかスロットルを操作す
るアクチュエータの負荷となり、アクチュエータの容量
を増大させる必要があり、また高耐久性（高信頼性）を
満足するポテンションメータは高価である。さらに内燃
機関のスロットル部もしくはアクチュエータ部と制御装
置とが離れている場合、配線処理上の不便さが有る。

そこでこの発明は、負荷検出に回転制御装置のＰ、１．
Ｄ（Ｐ、Ｉ）制御信号を使用し、空燃比を変化させ内燃
機関の出力特性を自動的に切換えることにより、ｉｆｉ
記の欠点を除去し、また排気ガスの正常化、内燃機関の
高効率運転をも実現し、かつ制御精度か高く、安価な内
燃機関用制御装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するためこの発明は、回転速度制御器の
Ｐ、１．ＤもしくはＰ、Ｉ制御信号を負荷検出信号とし
て受は取り、この負荷検出信号のレベルがヒステリシス
比較回路の所定のヒステリシス幅の上限を越えるとき空
燃比を減少せしめ、ヒステリシス幅の下限より下るとき
空燃比をもとの比較的大きい状態に戻し、内燃機関の出
力を調整する空燃比制御装置値を設ける。

以下この発明を図示の一実施例に基すいて詳細に説明す
る。第１図はこの発明の内燃機関用制御装置の全体構成
図を示したもので、回転速度制御器１０、空燃比制御装
Ｍ２０を有している。回転速度制御器ｌＯは第２図に示
すように、エンジンｌの回転速度を検出する回転センサ
ー６からの信号を入力と路１２と、差動増幅回路１３と
、比例・積分＃微分（Ｐ、１．Ｄ）動作、または比例・
積分（Ｐ、Ｉ）動作をするＰ、１．Ｄ（Ｐ、Ｉ）制御装
置１４と、パルス幅変調回路１５と、ドライバ回路１６
とから成ル。２はエンジン１のスロットル弁５を駆動す
るアクチュエータであり、回転速度制御器１０からのパ
ルス出力により駆動Ｓれる。アクチュエータ２は、通常
、矩形波で駆動され、そのパルス幅は回転速度制御器ｌ
Ｏ内のパルス幅変調回路１５にて変化される。これによ
りアクチュエータ２の出力が加減され、ワイヤー３を介
してスロットル弁５が操作される。スロットル開度はこ
のアクチュエータ出力と、外イ」バネ４との釣合いにて
決定される。エンジン１の回転速度は回転センサー６に
よって検出され、回転速度制御器１０に帰還され、人為
操作される回転速度設定器７の値と比較し、さらにパル
ス幅変調回路１５を構成している比較器１７にて基準周
波数発生回路１８からの鋸歯状波のレベルと比較され、
これによってエンジンの回転速度が調整される。

空燃比制御装置２０は、回転速度制御器１０により発生
される信号の１つを負荷検出信号とし、エンジン１の負
荷状態に応じて制御リレーＬＹ２を制御し、またエンジ
ン起動／停止制御装置１９からの起動完了信号を受て制
御リレーＬＹＩを制御する。

負荷検出信号としては　、回転速度制御器１０のパルス
幅変調回路１５の前段の比例・積分・微分ＣＰ、１．Ｄ
）制御信号または比例・積分（Ｐ。

■）制御信号を利用している。Ｐ、１．Ｄ（Ｐ。

Ｘ）制御信号を利用した理由は、第３図、第４図から分
るようにスロットル開度とＰ、１．Ｄ（Ｐ。

■）制御信号とはその特性曲線かｌ対ｌに対応している
（ｌが■、θ１（が■、　８ｍ　ａ　ｘがＶ　ｍ　ａ　
Ｘに対応）ことと、負荷検出信号が矩形波ではなく直流
レベル信号であるため回路処理上簡素化できる等有利な
点が多いためである。

以下第２図のブロック図を基に空燃比制御装置２０の概
略と動作説明を行なう。制御装置２０の回路構成は、４
７７７回路２１、フィルタ回路２２、ヒステリシス比較
回路２３、ゲー）　（ＡＮＤ）回路２４、タイマ回路２
５、リレードライｌ＜回路２６．２７にて構成される。

まず、バ・ンファ回路２１は、この制御装置のＰ、１．
Ｄ信号入力部を高インピーダンスで受け、Ｐ、Ｉ　、Ｄ
制御信号がこの装置を伺加したために影響を受けるのを
防止している。次のＣＩえによるフィルタ回路２２は、
Ｐ、１．Ｄ信号のリップル除去用であり、これによりＰ
、１．Ｄ制御信号は完全な直流レベル信号に変換して、
次段のヒステリシス比較回路２３の検出精度を上げると
ともに、Ｐ、１．Ｄ制御信号が過渡変動（大きなレベル
変動）した場合の誤動作を防止している。次のヒステリ
シス比較回路２３は、詳細は後述するが、第９図に示す
ように、入力レベルに対し上限を■、下限を■する一定
のヒステリシス幅を持っている。これを第５図によって
説明すると、負荷が出力特性Ｉのルート■にしたがい、
増加していき規定負荷を越えた場合には、スロットル開
度から）に到達し、これに伴ないＰ、Ｉ　、Ｄ制御信号
が■に到達し、過負荷と判断し、制御リレーＬＹ２がオ
ン、燃料供給装置の補燃用の空燃比可変用電磁弁ＳＶ２
が開くため、空燃比は小ざくなり、機関出力特性は出力
特性Ｉ　＋ＩＴへと切換わるとともに、スロットル開度
はルート■のようにＤＩ（→θ八へ減少する。次にさら
に負荷が増大すれば、出力特性ＩＩのルート■にしたが
う。逆にルート■にしたがい負荷が減少し、スロットル
開度が０１４に達した時はＰ、Ｉ　、Ｄ制御信号が■と
なり過負荷が解除されたと判断し、制御リレーＬＹ２が
オフ、空燃比可変用電磁弁ＳＶ２が閉じ、空燃比は大き
くなり機関出力特性ＩＩ−Ｉへ切換わるとともに、スロ
ットル開度はルート■のようにθＬ→０Ｂへ減少する。

その後負荷が増大すれば、ルート■にしたがう動作をし
、減少すれば、ルート■の特性工にしたがった動作をす
る。よって全体の動作は第５図の実線で示した■〜■の
ヒステリシス特性にしたがい出力の切換えが行なわれる
ため、過負荷時の出力不足もなく、通常負荷時には、排
気ガスの正常化、高効率運転が可能となる。ただし、Ｏ
Ａ＜θＬまたはθＢ〉θＨに設定した場合には負荷が一
定であっても出力切換えの際（ルート■または■）に再
び切換えが行なわずθしくθ八くθｏくθ１１に設定し
ておく必要がある。またヒステリシス幅（ΔθＩ−θ。

−θ１４、Δθ２＝θＨ−θＢ）設定については、負荷
の変動状況および機関の出力特性の両方を考慮した上で
最適な値に設定すれば良い。

次段のＡＮＤ回路２４は、回転速度制御器ｌＯとして機
関停止時または始動時にスロットル開度が全開になるよ
う動作する回転速度制御器を使用した場合、当然Ｐ、１
．Ｄ”制御信号出力は■を越えるため、過負荷と誤判断
するのを防止するためと、過負荷検出を機関が起動完了
してから検出をスタートするためである。検出開始は外
部に設けたエンジン起動／停止制御装置１９から起動完
了信号（Ｈレベルで完了）が入力された時点である。タ
イマ回路２５は機関が起動完了してからの経過時間をカ
ウントするためのもので、始動時に空燃比可変用電磁弁
ＳＶ１を閉じ、Ｓ’Ｖ２のみを開き、空燃比を小さくす
ることで始動性を良くし、同タイマ設定値Ｔ秒後に電磁
弁ＳＶｌを開き、ＳＶ２のみ閉じる（停止、始動モード
）。

第６図は制御装置２０の具体的回路構成を例示したもの
である。ヒステリシス比較回路２３は、比較用の比較器
２３ｉとスイッチング用の比較器２３２とを用いたスイ
ッチング式ヒステリシス比較回路として構成され、ヒス
テリシス幅の上限と下限は、可変抵抗器ＶＲＩ、ＶＨ２
によって設定される。

ヒステリシス比較回路内の抵抗Ｒ１は電流制限用、抵抗
Ｒ２は電流制限用（比較器２３２の出力トランジスタの
吸込み電流）である。またダイオードＤ　１　ハＶｏが
■の時（比較器２３２の出力トランジスタがオフの時）
に、■設定用可変抵抗器ＶＲＩ側へ電流が流入し、■の
設定値が■の設定値により影響を受けるのを防止してい
る。ダイオードＤ２は■がＬレベルになった時（比較器
２３２の出力トランジスタがオンの時）、■設定用可変
抵抗器ＶＲＩ側から比較器２３２の出力トランジスタに
電流が流入し、■の設定値が、■が′ｖＩ−＋Ｌレベル
に変化した際、影響を受けるのを防止している。抵抗Ｒ
３は比較器２３１の入力インピーダンスは大きく動作が
不安定になりやすいため、この抵抗Ｒ３をいれることで
インピーダンスを下げ、動作を安定化している。

最後に第６図の詳細回路図をもとに、第７図を参照しな
がら制御装置の作動説明を行なう。

（停止・始動モード） まず、エンジン停止時（第７図参照）において、回転速
度制御器１０とこの制御装置２０に電源が印加された時
、比較器２３１の一入力端子には、■〉■のため、Ｍｌ
がＤ２を経て印加される。一方比較器２３１の手入力端
子には回転速度制御器１０からのＰ、１．Ｄ制御信号が
フィルタ回路２２を経て、■とじて印加される。従って
Ｖｃ＜％の時は比較器２３１の出力■はＬレベルになっ
ている。このため比較器２３２の一入力端子はＬレベル
であり、手入力■（基準電圧）は前もってＨレベルとＬ
レベルの中間位に設定しであるため、比較器２３２の出
力■は■設定用ＶＲ２と抵抗Ｒ２を経ているため〃にな
っている（比較器２３２の出力トランジスタがオフの状
８）。つぎに、エンジン停止時スロットルが全開になる
と、Ｐ、１．Ｄ制御信号のレベルは電源投入後の時間経
過とともに上昇して、最終的には〃を越える（過負荷時
と同様の状態）。従って、％　＞　Ｖｓとなった時、比
較器２３１の十人力１一定）より大きくなり、出力■は
Ｈレベルに反転する。そのため、比較器２３２の一人力
が十人力より大きくなり、比較器２３２の出力■はＬレ
ベルとなる（比較器２３２の出力トランジスタがオンの
状態）。するとこれまで比較器２３１の一人力は■であ
ったが、比較器２３２の出力■がＬレベルとなったこと
で、■に切換わる。これ以降は、％＜Ｍとなった時点で
比較器２３１の出力■が再びＨレベルからＬレベルに切
換わる。しかし、ＡＮＤ回路２４の入力２はエンジン起
動／停止）二制御装置１９に接続されており、該装置か
らの起動完了信号は、エンジン停止時または起動中はＬ
レベルとなっているため、前記のようにたとえＡＮＤ回
路の入力１がＨレベルであっても、ＡＮＤ回路２４の出
力はＬレベルになり、リレードライ八回路２６のトラン
ジスタＴＲ２はオンされず、制御リレーＬＹ２は通電し
ない。過負荷衣ている。

一方、エンジン停止時及び始動ｖＰ（第７図参照）のタ
イマ回路２５の動作は次の如くになる。この条件下では
起動完了信号はＬレベルであり、従ってタイマ回路２５
のリセット入力部はＬレベルのため計数停止状態になっ
そおり、同タイマ出力はオフで、Ｉ・ランジスタＴＲＩ
、制御リレーＬＹＩも非通電状Ｆ１となっている。ただ
し、制御リレーＬＹＩのｂ接点（第１図）により電磁弁
ＳＶ２は開いているため、空燃比は小さくセットされて
いる。エンジン起動完了以降は、起動完了信号がＨレベ
ルとなってタイマ回路２５が計数を開始し、タイマ設定
ＶＲで設定された時間Ｔ秒後、制御リレーＬＹＩは通電
され、同リレーのａ接点がオン、ｂ接点がオフし、電磁
弁ＳＶ１が開であり、ＳＶ２が閉となり空燃比は大きく
　（第５図の特性曲線Ｉ）セットされる。

（通常モード・過負荷モード） タイマ回路２５がタイムア・ンプした以降は、通常は、
第５図の特性曲線Ｉに従った通常モードとなる。その後
過負荷になった場合、比較器２３１の出力■および起動
完了信号はＨレベルであるため、ＡＮＤ回路２４の出力
はＨレベルになり、′電磁弁ＳＶ２が開き、空燃比は再
び通常モードよりも小さく（第５図の特性曲線ＩＩ）セ
ットされ、エンジン出力を向」二させる。この電磁弁Ｓ
Ｖ２が閉じ、空燃比が大きく（第１図の特性曲線工）な
るのは、負荷が減少し、Ｐ、１．Ｄ制御信号（ｌが■以
下に達した時である。

尚、スイッチング式ヒステリシス比較回路２３は必ずし
も演算増幅器によって構成する必要はなく、例えばスイ
ッチング用比較器２３２は第８図に示すようにスイッチ
ングトランジスタを用いて構成することもできる。

上記実施例においてヒステリシス比較回路２３に基準電
圧（Ｖ、、、Ｖ）切換式ヒステリシス比較回路を用いた
。これは、■■１．　Ｖｔは外付可変抵抗器による基準
電圧で決定されるため、直接的であり、■■。

■が各々独立に設定できるため調整が便利で有るためで
ある。しかし、従来の正帰還式ヒステリシス比較回路を
用いることもできる。

以上述べたようにこの発明は、回転速度制御器のＰ、Ｉ
　、Ｄ　（Ｐ、Ｉ）制御信号を使用して空燃比を自動的
に切換えるようになしたから、エンジンの負荷時の出力
が向上し、また排気ガスの正常化、内燃機関の高効率運
転をも実現する。また負荷検出にポテンションメータを
使用せず、電気的な手段により負荷時の検出行なったか
ら、エンジンの出力制御が迅速かつ精度が良く行なわれ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の内燃機関用制御装置の全体構成図、
第２図はこの発明の内燃機関用制御装置の回転速度制御
器と制御装置のブロック図、第３図は負荷対スロットル
開度特性を示す図、第４図は負荷対Ｐ、１．Ｄ（Ｐ、Ｉ
）制御信号特性を示す図、第５図はエンジン出力対スロ
ットル開度特性を示す図、第６図は第２図の制御装置の
具体的回路例を示す図、第７図は第２図の制御装置の動
作タイムチャー１・、第８図はヒステリシス付比較回路
のスイッチング用比較器の別の回路例を示す図、第９図
はヒステリシス比較回路のヒステリシス特性を示した図
である。 １・・・エンジン　１０・・・回転速度制御器　１９・
・・エンジン起動／停止制御装置　２０・・・空燃比制
御装置２１・・・バッファ回路　　２２・・・フィルタ
回路２３・・・ヒステリシス比較回路　２４・・・ＡＮ
Ｄ回路２５・・・タイマ回路　２６．２７・・・リレー
ドライバ回路　Ｌ　Ｙ　ｌ　、　　Ｌ’Ｙ　２−・・制
御ＩＪＬ／−３ＶＩ、ＳＶ２・・・空燃比可変用電磁弁 第３図 ９消→・□人 第４図 ９痛Ｊ・□ム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、内燃機関の回転速度を制御するためＰ、、１．Ｄも
   しくはＰ、Ｉ制御信号を作りだす回転速度制御器を有す
   る内燃機関において、前記Ｐ、１．ＤもしくはＰ、Ｉ制
   御信号を負荷検出信号として受は取り、この負荷検出信
   号のレベルがヒステリシス比較回路の所定のヒステリシ
   ス幅の上限を越えるとき空燃比を減少せしめ、ヒステリ
   シス幅の下限より下るとき空燃比をもとの比較的大きい
   状態に戻し、内燃機関の出力を調整する空燃比制御装置
   を設けた内燃機関用制御装置。