JPS6033986B2 - 内燃機関用回転数制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気的制御装置とサ−ボモータ等の操作手段と
によりたとえばガソリン機関のスロットル弁等の回転数
詞節要素を操作し機関回転数を目標値に制御する内燃機
関用回転数制御装置のフヱイルセーフに関するものであ
る。

従来、この種の装置においては回転数検出器が検出する
機関回転数を設定回転数に対して比較し、回転数検出器
が検出する機関回転数が設定回転数を越える異常領域に
入ると内燃機関のスロットル弁を操作するサーボモータ
への通電を遮断し、サーボモータあるいはスロツトル弁
の自己復帰機能により内燃機関のスロットル弁を減速側
に操作させる通電遮断回路より成るフェィルセーフ回路
を備えたものが知られている。

ところが、サーボモー夕の故障あるいはサーボモータと
スロットル弁とを連携する機構に機械的な故障が生じた
りして前記自己復帰機能を失った場合は、前者通電遮断
回路によりサーボモータの通電を遮断してもスロットル
弁を減速側に操作することは不可能であるという問題が
ある。また、機関が異常状態になると点火系統を遮断し
て機関の回転を停止する点火遮断回路を用いた技術が周
知であるが、この点火遮断回路のみを用いた場合点火を
遮断する遮断手段の故障時にはやはり回転停止機能が失
われるという問題がある。

本発明は上記問題に鑑みたもので、火花点火系統を有す
る内燃機関の回転数を火花点火系統の点火パルスにより
回転数信号検出線を介して検出し、この回転数が予め定
めた設定回転範囲を越えると異常判定してその異常信号
を保持し、回転数調節要素の操作手段を強制停止させｔ
同時に火花点火系統の作動も回転数信号検出線を兼用し
て停止させることにより、簡単な構成で２系統に同時に
作用して速やかに内燃機関を停止させ、また操作手段お
よび回転数調節要素自体の故障あるいは火花点火系統の
作動停止機能の故障の一方が生じた場合にも機関を確実
に停止させ、さらに異常状態が断続的に発生した場合に
も保持機能により確実に機関を停止させることを目的と
する。以下図面に従って本発明を詳しく説明する。

第ｉ図は本発明装置の一実施例を示すブロック図である
。１‘ま機関回転数と設定回転数とを比較して指令信号
を得る制御回路、２は前記指令信号を受けて作動する電
磁弁制御方式の流体サーボモータ、３は内燃機関の回転
数調節要素をなすスロットル弁、４は内燃機関、５は故
障時に安全側への制御を行うためのフェイルセーフ回路
である。

さらに、前記制御回路１は、流体サーボモータ２の操作
端の位置Ｐに対応した位置電圧ＶＰを発生する位置電圧
発生器６と、この位置電圧ＶＰに対応した設定回転数を
定めるたの設定電圧ＶＦを発生する設定電圧発生器７と
、機関の点火系統を利用した回転数検出器１２より回転
数信号検出線１２ａを介して発生する機関回転数に対応
した周波数の回転パルス（点火パルス）からその回転数
に比例した直流電圧を反転増加した回転数電圧Ｖｓを得
る回転数電圧発生器１３と、前記設定電圧ＶＦと前記回
転数電圧Ｖｓを比較して比較信号を発生する比較器８と
、その比較信号に対応して流体サーボモータ２の電磁弁
１０を駆動する電磁弁駁動回路９とからなる。またフェ
イルセーフ回路５は、異常判定保持手段および停止手段
に相当し、機関のエンジンオイルの油圧センサ１４と、
前記回転数検出器１２からの回転パルス信号より回転数
に比例した直流電圧ＶＤを発生する第２の回転数電圧発
生器１５と「異常検出最低、最高回転数に対応する最小
電圧Ｖｍｉｎ、及び最高電圧Ｖｍａｘを設定する設定器
１６と、前記回転数電圧ＶＤがＶｍｉｎ＜Ｖｏ＜Ｖｍａ
ｘの範囲よりずれた時、すなわち異常領域に入った時、
及びエンジンオイルの油圧がある値以下のとき前記サー
ボモータ２の電磁弁１０の通電を遮断してこのサーボモ
ータ２の操作機能を解除すると共に回転数信号検出線１
２ａを介して内燃機関４の点火系統を遮断して機関の回
転を停止する遮断回路１７よりなる。次に、前記サーボ
モータ２のアクチュェータ１１として油圧アクチュェー
夕を用いた実施例について説明する。

第２図は本発明の一実施例における各部要素の構造を示
す図である。機関４にはガソリン機関が用いている。２
１は気化器、２２はスロットル弁３を有する吸気管、２
３はスロツトル操作レバー「 ２４はスロットル弁３の
戻りバネ「 ２５は操作機「 ２６‘ま油圧アクチュェ
ータ１１の篤体、２７は作用室、２８は可動壁である。

電磁弁１川こは作用室２７より機関４の油圧ポンプ４１
から生ずる高油圧流路２９と機関４にもどす低油圧流路
３０を開閉する三方向切替電磁弁が用いてある。３１は
可動壁２８のもどりバネ、３３は可動壁２８の位置変化
に伴って制御対象を操作するための操作力を得る操作機
である。

また、位置電圧発生器６は可動壁２８の位置に対応した
位置電圧ＶＰを発生するように操作端３３に運動するポ
テンショメー夕３４を用いている。３５は機関４に対応
した周波数の回転パルスを取出すために利用する点火コ
イルであり、３６はディストリビュー夕内のプレーカ接
点である。

アクチュェータ１１は作用室２７が電磁弁１０のコイル
に通電した時に高油圧流路２９側に蓮通し、作用室２７
内に高油圧が入ることにより可動壁２８が矢印ａの方向
に移動し、スロットル弁３を開く。また、電磁弁ｉｏの
コイルに通電しない状態では作用室２７は低油圧流路３
の固と達通し、戻りバネ２４，３１の自己複元機能によ
り可動壁２８Ｇま矢印ａと反対方向に移動し、スロット
ル弁３を減速側へ操作するべく閉じる。他方、機関回転
数に対応する周波数の回転パルスを点火コイル３５から
検出して制御回路１に印加し「 また油圧ァクチュェー
タ１１の操作端３３の位置に対応した位置電圧ＶＦは位
置電圧発生器６をへて同じく制御回路亀に印加している
。またフェィルセーフ回路５には点火コイル３５から回
転数パルスを、油圧センサ１４からエンジン油圧信号を
印加している。次に、制御回路１及びフェイルセーフ回
路５を第３図に示す実施例について説明する。第３図に
おいて、位置電圧発生器６は油圧アクチュェータ１１の
操作端３３に運動するポテンショメータ３４により操作
端３３の位置を検出している。そして入力抵抗７９，８
０、利得を決めるための抵抗８３、位置を検出した検出
信号を微分するのに用いるコンデンサ８１、差動型演算
増幅８２とバイアス電圧を与えるための抵抗７７，７８
および可変抵抗器７６により油圧アクチュェータ１１の
操作量に対応した設定回転数を定めるための設定電圧Ｖ
ＦがＦ点に発生する。この設定電圧ＶＦと前記操作量と
の関係を示す第４図の特性図において機軸の油圧アクチ
ュェータ１１の操作量Ｐ＝Ｐ。で最少、Ｐ＝ＰＭで最大
である。また、回転数電圧発生器１３で機関回転数に対
応して回転数電圧Ｖｓを発生する手段としてはガソリン
機関４の点火コイル３５から回転数に比例して生じる点
火パルスを検出し、回転数信号検出線１２ａを介して入
力端子ｌａに印加する。そして、ダイオード５０にて点
火コイル３５への逆流防止を行い、定電圧ダイオード５
２にて点火パルスの過大電圧からトランジスタ５６を保
護し、また抵抗５１，５３、コンデンサ５４よりなるロ
ーパスフィルタにて高周波を除去し、さらにトランジス
タ５６、抵抗５５，５７にて波形整形した後コンデンサ
５８，６６、ダイオード５９，６０、トランジスタ６７
、抵抗６１，６８，６９、および温度補償を施すための
ダイオード６２，６３，６４，６５よりなるＤ−Ａ変換
回路で直流変換している。さらに、反転増幅器７５、入
力抵抗７２，７３、バイアス電圧を与える抵抗７０，７
１、利得を決定する可変抵抗器７４にて反転増幅し、そ
の出力としてＳ点に回転数電圧Ｖｓを発生する。比較器
８は差動型演算増幅器９１、入力抵抗８４，８９、コン
デンサ９０よりなる。電磁弁駆動回路９は比較器８より
の比較信号を増幅して電磁弁１０を駆動するための増幅
器であり、トランジスタ９４，９８、抵抗９３，９５，
９７，１００、ダイオード９２，９６、定電圧ダイオー
ド９９より構成されたトランジスタ９８の麹適時に電磁
弁１０のコイル１０１に通電される。なお、抵抗１００
は電磁弁１０４の開弁速度を改善するものであり、定電
圧ダイオード９９は電磁弁１０のコイル１０１の電流が
遮断する際生ずる逆起電力からトランジスタ９８を保護
するものである。次に、フェィルセーフ回路５内の第２
の回転数電圧発生器１５は、前記回転数電圧発生器１３
の反転増幅回路を持たないこと以外は前記回転数電圧発
生器１３と同等の働きをするのでその説明を省略する。

なお、出力電圧Ｖｏは回転数に比例しＤ点に発生する。
ここで、異常判定保持手段のうち、異常判定部について
説明する。機関の異常検出最高回転数に対応する電圧Ｖ
ｍａｘは可変抵抗器１６ａにより設定され差動型演算増
幅器１１９により○点の電圧Ｖｏと比較判別される。ま
た、異常検出最低回転数（但し異常検出最低回転数はア
ィドリング回転数より低い）に対応する電圧Ｖｍｊｎ‘
まトランジスタ１２３（１６ｂ）固有のベース・ェミツ
タ飽和電圧ＶＢＥ（ｓａｔ）により設定されトランジス
ター２３により比較判別される。なお、このとき抵抗１
２４，１２５とコンデンサ１２６とで決まる時定数にて
比較判別する応答時間に遅れをもたせている。また１１
６，１１７は入力抵抗、１２２はベース抵抗、１１８は
コンデンサである。１４はエンジンオイルプレツシヤス
ィッチで、圧力が設定圧力以上でスイッチは開くもので
ある。

１３５はオイルインジケータランプである。

また、トランジスター３１、抵抗１２９，１３０，１３
２はオイルプレッシャー検出回路を構成する。ダイオー
ド１２１，１２８，１３４、抵抗１２０，１２７，１３
３は論理和回路を構成し、機関回転数が異常領域が入っ
たとき、またはエンジンオイル圧力が設定圧力以下とな
ったとき、この論理和回路はサイリスタ１３８を○Ｎす
べ〈電源電圧Ｖｃｃ相当の異常信号を発生する。また一
度○Ｎしたサィリス夕１３８はＯＮ状態を保持し、すな
わち異常判定保持手段のうち、異常判定保持部に相当す
る。なお、抵抗１３６、コンデンサー３７はノイズ等で
サィリス夕１３８が誤動作するのを防止するためのもの
である。さらに異常判定保持手段の保持部をなすサィリ
スタ１３８と停止手段をなすりレー１３９より電磁弁１
０のコイル１０１の通電を遮断すると共にディストリビ
ュ−夕内のブレーカー接点３６を接地短絡する遮断回路
１７を構成している。１４１はバッテリ、１４２は電源
スイッチ、１４川ま定電圧回路で、Ｍ真に安定化電源電
圧Ｖｃｃを発生する。

ここで、第２図、第３図の実施例を組み合せた場合の動
作を説明する。機関回転数によって決まる回転数電圧Ｖ
ｓと、油圧アクチュェータ１１の操作量と設定回転数を
決める可変抵抗器７６の値により決められる設定電圧Ｖ
Ｆとを比較し、Ｖｓ＞ＶＦの状態では電磁弁１０が通電
され、油圧アクチュェータ１１の作用室２７内に高油圧
が流入し、可動壁２８、操作端３３は矢印ａの方向に移
動し、スロットル弁３を開く。これにより、機関回転数
が増大すると、前記回転教養圧Ｖｓが低下すると共に設
定電圧ＶＦを増大させる。またＶｓ＜ＶＦの状態では電
磁弁１０の通電が遮断され、油圧ァクチュェータ１０の
作用室２７と低油圧流路３０とが蓮通し、戻りバネ２４
，３１により可動壁２８は矢印ａと反対方向に移動し、
スロットル弁３をとじ機関回転数を減少させる。これに
より、機関回転数は設定電圧ＶＦに対応する設定回転数
ＮＦで平衡状態となり、設定回転数で運転される。ここ
で、機関回転数検出機構の故障あるいは電気的な制御機
構の故障が発生した場合、例えば回転数検出器１２と制
御回路１との間の回転敬信号検出線１２ａがはずれて信
号が入ってこなくなったとすると「制御回路川こおいて
回転数電圧発生器１３の反転増幅後の回転数電圧Ｖｓは
機関回転数と無関係に電源電圧となり、Ｖｓ＞ＶＦの関
係が成立し〜機関４の回転数を上げようとするのがこの
ときフヱィルセーフ回路５において、その第２の回転数
電圧発生器１６の出力電圧Ｖｏは零となり、ＶＤくＶｍ
ｉｎの関係が成立するため、トランジスタ１２３が遮断
され抵抗量２４，１２５を介してコンデンサー２６が充
電されて所定時間後に電源電圧Ｖｃｃ相当の異常信号を
発生する。そして、抵抗１２７、ダイオード軍２８をへ
てサイリスタ１３８を導通させ、リレー亀３９の接点が
首３９ａより１３９Ｍこ切り替わるので〜電磁弁角０の
通電電流流路が遮断され、電磁弁】Ｑもこおいては高油
圧流路２９を閉じ油圧アクチュェー夕亀１の作用室２７
と低油圧流路３９とが連通し「戻りバネ２４，３”こよ
り可動壁３３は矢印ａと反対方向に移動し、スロットル
弁３はアィドリング側に操作される。次にトランジスタ
９８が導適状態で破壊した場合には、比較器８が電磁弁
１０の通電を遮断するための指令信号を出していてもス
ロツトル弁３を開けようとする。

そのため、機関回転数は上昇し第２の回転数電圧発生器
１５の出力電圧ＶＤも増大し、機関異常検出最高回転数
に対応する電圧Ｖｍａｘに対してＶｏ＞Ｖｍａｘとなり
、差動型演算増幅器１ １９の出力は電源電圧ｙｃｃと
なり、抵抗１２０、ダイオード１２１をへてサイリスタ
１３８を導通させ、以下前述と同様に電磁弁１０の通電
電流を遮断するとともに回転数信号検出線１２ａを介し
てプレー力接点３６が接地短絡されることにより「機関
の点火機能が停止され、機関の回転は速やかに停止する
。また、潤滑油圧が低い場合はオイルプレツシヤスイツ
チ１４が閉じ、オイルインジケータランプ竃３５の点灯
と共にトランジスター３１は遮断し、０点に電源電圧が
発生してサィリスタ１３８を導通させ以下前述と同機に
機関の回転を速やかに停止する。

さらに、電磁弁１０すなわち三方向切替弁の故障発生時
、たとえば三方向切替弁内にオイルに混入している壁等
の異物がつまって高油圧流路２９とアクチュェータの作
用室２７とが常時運適状態となり、可動壁２８が矢印ａ
の方向に移動しスロットル弁３が開かれたままとなった
場合、あるいは操作棒２５を介してスロットル弁３に何
らかの外的要因による操作力が加わりス。ットル弁３を
減速側に操作することが不可能となった場合には、両者
いずれの場合も電気的な指令信号とは無関係に機関の回
転数は上昇するが前述と同様、機関異常最高回転数との
比較に応じてリレーｉ３９が動作することにより、機関
の点火が遮断され、過回転に伴なう機関の破壊を招く以
前に機関の回転は確実に停止されることになる。なお、
本発明は上述の実施例に限らず種々の実施様態の変更が
可能である。すなわち、制御回路亀としては他の形式の
アナログ式制御を行うもの、あるいはディジタル式制御
を行うものを用いたものであってもよい。また、操作手
段としてはサーボモータ２の他例えば負圧を利用するも
の、あるいは作用流体を用いないで電気モーターを利用
するものを用いてもよい。以上述べたように本発明にお
いては、通常時は前記内燃機関を設定回転数にて安定に
運転制御でき、かつ故障等の異常発生時すなわち電気的
制御装置の故障あるいは操作手段ならびに操作手段と前
記内燃機関回転教諭節要素とを連携する機構の機械的な
故障が生じた場合でも、機関の異常時には直ちに操作手
段への指令信号を遮断すると共に機関の点火系統も遮断
して速やかにかつ確実に機関の回転を停止しているので
、機関回転数の過回転に伴なう機関の破壊を招くことも
なく以後電気的制御装置を用いないで手動操作による機
関運転を可能とし、きわめて信頼性の高い回転数制御装
置を提供できるという優れた効果があり、また、異常状
態が断続的に発生した場合にも保持機能により確実に機
関を停止させることができるという優れた効果がある。

さらに、操作手段への指令を遮断することと機関の点火
系統の作動停止とをフェールセーフ回路内の同一の遮断
回路で行ない、かつ点火系統の作動停止を回転数信号検
出線を兼用して行なっているので、回路構成を簡単化で
き、信号線の数を低減できるという優れた効果がある。

図面の簡単な説明第１図は本発明になる内燃機関用回転
数制御装置の一実施例の概要構成を示すブロック図、第
２図は第１図中の要部の機械構成を示す部分断面図、第
３図は第１図中の電気回路構成を示す電気結線図、第４
図は第１図中の位置電圧発生器の入出力特性図である。

１・・・・・・電気的制御装置をなす制御回路、２・・
・・・・操作手段をなす流体サーボモータ、３・・・・
・・回転数調節要素をなすスロツトル弁、５…・・・フ
ェィルセーフ回路、１２・・・・・・回転数検出器、１
３，１５・・・・・・回転数電圧発生器、１６…・・・
最低、最高回転数を設定する設定器、１７・・・・・・
遮断回路、２４，３１・・・・・・復元機能を有する戻
りばね、１３８・・・・・・異常判定保持手段の主要部
をなすサィリスタ。

第１図第２図 第４図 図 の 船

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 減速側への復帰機能に抗し、電気的制御装置よりの
   指令信号に応じて内燃機関の回転数調節要素を操作して
   機関の回転数を制御する操作手段および火花点火系統を
   備える内燃機関用回転数制御装置において、 前記内燃
   機関の回転数を前記火花点火系統の点火パルスにより回
   転数信号検出線を介して検出しこの回転数が予め定めた
   設定回転範囲を越えると異常判定して異常信号を発生し
   、この異常信号を保持する異常判定保持手段と、 この
   異常判定保持手段を共通使用し、その異常信号の保持に
   より反転作動し、前記操作手段を強制停止させて前記回
   転数調節要素を減速側へ復帰させると同時に、前記火花
   点火系統の作動を前記回転数信号検出線を介して停止さ
   せる停止手段とを備えた内燃機関用回転数制御装置。