JPS61232362A - 内燃機関の制御装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は１機械式ガバナに電子制御機能を付加し１作業
用途に応じて最適なトルク特性を選択できるようにした
内燃機関の制御装置に関する。

〈従来の技術〉 回転に伴って発生する遠心力により移動するガバナウェ
イトの動きを検出し、このガバナウェイトの動きをリン
ク機構を介して燃料噴射ポンプのラックに伝達すること
により１機関回転数をアクセルペダル等によって設定さ
れた値に保つようにした機械式ガバナは周知であり、各
種の構造を備えたいわゆるオールスピードガバナが開発
されて実用に供されている。

第１１図は機関回転数に対する最大ラック位置及び機関
軸出力の関係の一例を示した図であり、実線は機械式ガ
バナによって得られる特性曲線である。この特性が所定
の特性となるようにするために１機械式ガバナでは一般
に複雑なリンク機構やストッパ、各種のスプリングが組
合せられており、調整を適切に行なうことが必要である
。なお、ガバナに関する文献は数多く出版されているの
で（例えば、昭和５８年６月３０日発行のヤンマーテク
ニカルニュース特集号参照）、本明細書での詳細な説明
は省略する。

ところで、ａ業機械や建設機械などにおいては。

種々の周辺機器を取付けることにより同一の作業機を多
種の作業に用いることが一般に行なわれているが、要求
される機関のトルク特性は作業内容ごとに異なるのが普
通である。

第１２図は複数の最大トルク特性の例を説明するための
図であり、ディーゼル機関を原動機として用いたトラク
タの４通りの作業における機関回転数と軸トルクの関係
を示している。すなわち。

図のＡはロータリ一作業などにおける高速トルク形、Ｂ
はプラウ作業などにおける低速トルク形。

Ｃは温室内作業などのようにトルクを犠牲にしても排気
色を優先する排気色優先形、Ｄは走行時などにおける燃
費優先形をそれぞれ示し、また、Ｅ、は５ｄ＝５の排気
色限界線、Ｅ２は５ｄ＝３の排気色限界線、Ｒは定格出
力点をそれぞれ示している。　このように、排気色限界
に配慮しながら各種の作業内容に応じた最大トルクが要
求されるから１本来は作業内容に応じてトルク特性も変
更されるべきであるが、従来の機械式ガバナは特性の変
更が困難であって、出荷時に、その作業機において最も
使用頻度が高いと考えられる作業に合わせたトルク特性
に設定されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上述の特性に対する制約は、第１１図の（Ｌ）に示すよ
うに上述の排気色によるものＥのほか、実際には機関の
熱負荷の許容度から来る制約Ｆや法令による制約Ｇなど
もあり、理想的な特性は例えば同図に破線で示すＨのよ
うなものとなるが、このような特性を得るためには同図
の（ａ）に破線で示すようなラック位置特性Ｈ′が必要
である。しかし、機械式ガバナでは、図中にａ、ｂ、ｅ
で示した３点が設定されるとその中間は基本的には直線
となるため、アングライヒスプリングやトルクスプリン
グによって多少の調整はできても、Ｈ′のようなゆるや
かな曲線状とすることは不可能である。またスプリング
のバラツキなどで３点の設定そのものも安定しない。従
って、実際には（ｂ）図にＪで示すような出力特性しか
得られず、この特性の場合には出力に余裕のある所で充
分な出力が出せず、余裕のない所では出力が出すぎて排
気色が悪くなるという結果となる。

また第１２図に関して述べたように、作業内容によって
要求されるトルク特性が異なるため、設定されたトルク
特性に合わない作業に用いる場合には１作業能率、燃費
特性、機関の耐久性などをある程度犠牲にせざるを得な
いという問題も生じて来る。

このような問題点を解決するため１本発明者らは、電子
制御式ガバナを用い、作業内容に応じてトルク特性を選
択して電気的に切替える提案を先に行なっているが（特
開昭５９−１９２８３９号公報参照）。

調速機能のすべてを電子制御に頼ることは、プログラム
が複雑になるとともにそのハードウェアの構成も複雑且
つ極めてコスト高となり、また故障の可能性も高くなる
ため、改良の余地があった。

本発明はこのような問題点に着目し、電子制御の特長を
活かして最適な特性を得ることの容易なガバナを低コス
トで実現することを課題としてなされたものである。

く問題点を解決するための手段〉 上記課題の達成のため１本発明の装置は１機械式ガバナ
を有する内燃機関において１機関回転数を検出する回転
数検出手段と１機関回転数と制限ラック位置との関係を
１作業用途に応じて異なる複数の最大トルク特性にそれ
ぞれ対応させた複数の数表の形で記憶する記憶手段と、
前記複数の数表から所定の数表を任意に選択する数表選
択手段と１選択された数表に基づいて１機関回転数の検
出値から所定の制限ラック位置を決定して制御出力を出
す演算手段と、演算手段の制御出力によりラック位置を
制限するラック位置制限手段、とを備えている。

く作用〉 上記のように構成された本発明の装置においては、ラッ
クが制限位置に達するまでの調速制御は機械式ガバナで
行なわれ、各回転数における最大ラック位置が電子制御
機構により制限される。このため１通常の調速制御に必
要な細かいしかも迅速な動きは電子制御機構に不要とな
ってコストアップが回避され、しかも制限ラック位置は
電子的な制御により理想的な特性とすることが可能とな
り、またその特性を作業内容に応じて簡単に切替えるこ
とができるのである。

〈実施例〉 次に、図面に示した本発明の一実施例について説明する
。

第１図は実施例装置のブロック図、第２ＶＡはガバナの
概略構造図であり、（１）は燃料噴射ポンプ。

（２）はガバナ、（３）は制限ラック位置アクチュエー
タ、（４）は制御部、（５）は電源用のバッテリ、（６
）はアクセル等と連動して操作されるコントロールレバ
ーである。

ガバナ（２）は、第２図の概略構造図に示すように、燃
料噴射′ポンプ（１）のカム軸（１１）に連結されて回
転するガバナウェイト（２１）　１回転の遠心力でガバ
ナウェイト（２１）が支点（２１ａ）を中心として外側
へ広がるとその端部（２１ｂ）によって押されて図の右
方向に移動するシフタ（２２）　、シフタ（２２）を左
方向に押すガバナスプリング（２３）　、シフタ（２２
）の移動に応じて支点（２４ａ）を中心として揺動する
ガバナレバー（２４）、ガバナレバー（２４）の他端と
燃料噴射ポンプ（１）のラック（１２）とを連結するリ
ンク（２５）などからなり、制限ラック位置アクチュエ
ータ（３）はガバナレバー（２４）の時計方向への回動
をある位置で阻止するように配置されている。

制御部（４）は例えばマイクロコンピュータを用いて構
成されたもので、ＣＩ（４１）、制御用のプログラムを
記憶しているプログラムＲＯＭ（４２）、演算に必要な
諸データを記憶しているデータＲＯＭ（４３）、演算時
に使用されるＲＡＭ（４４）、　Ａ／Ｄコンバータ（４
５）、アクチュエータ（３）に駆動出力を出す駆動ユニ
ット（４６）、波形整形回路（４７）、電源コントロー
ル部（４８）等で構成されている。

（５１）はキースイッチ、（５２）は電源リレー、　（
７１）はカム軸に取付けられた回転パルサー（７１ａ）
とこれに対応して設けられた電磁ピックアップ（７１ｂ
）からなる回転数センサ、（７２）はポテンショメータ
などで構成されたアクセル位置センサ、　（７３）（７
４）は吸気管に取付けられた吸気温度センサ及び吸気圧
力センサ、（７５）は燃料噴射ポンプ（１）に取付けら
れた燃料温度センサである。

本発明の対象となる最大トルク特性は、各回転数におけ
る最大噴射量を制限する制限ラック位置で決まり、制限
ラック位置は、付表１のように機関回転数に対する数表
の形でデータＲＯＭ（４３）に記憶されている。この数
表は、第８図に関して述べたような複数の特性にそれぞ
れ対応して複数個作成されている。第１図において、（
８）はこれらの複数の数表のうちから所定のものを選択
するモード選択スイッチであり１選択指示はスイッチの
オンオフ状態により認識し、制御プログラム上の論理判
断により行なわれる。このスイッチ（８）は。

常にいずれかの数表を一つ選択する機能を有するもので
ある。

第３ｉ！１（ａ）　（ｂ）は、この数表とそれに対応す
る機関の軸トルクの関係を例示したものであり、数表に
ない回転数での制限ラック位置は補間法により求められ
る。

第４図は、制限ラック位置アクチュエータ（３）の構造
の一例とガバナ（２）の概略構造を示す図である。制限
ラック位置アクチュエータ（３）は、固定コイル（３１
ａ）とマグネットロータ（３１ｂ）を有するステップモ
ータ（３１）と、ねじ軸部（３２）を介してマグネット
ロータ（３１ｂ）に連結され、マグネットロータ（３１
ｂ）の回転によって軸方向に移動するアクチュエータプ
ランジャ（３３）から構成されており、アクチュエータ
プランジャ（３３）の先端がガバナレバー（２４）の上
端面（２４ｂ）に対向するようにガ′バナ（２）のケー
シング（２６）に取付けられている。この実施例での制
限ラック位置アクチュエータ（３）の取付は位置は機械
式ガバナにおけるストッパあるいはトルクスプリング組
込みストッパが通常取付けられる位置となっており、こ
のようにストッパに代えて従来の機械式ガバナに簡単に
取付けることが可能である。

なお、第４図のように制限ラック位置アクチュエータ（
３）としてステップモータ式のものを用いる時は、制御
部（４）のＣＰｔ１（４１）によってステップモータ（
３１）の駆動ステップ数をカウントすることにより、ア
クチュエータ（３）の実際位置の検出が可能であるが、
本山願人の出願に係る特願昭５９−１１２６６５号に例
示したようなりニアソレノイド式のものを用いた時には
、アクチュエータに直結された例えば差動１−ランス式
の制限ラック位置センサを設け、これにより制限ラック
位置アクチュエータ（３）の実際位置を検出できるよう
にしておく。

次に、第５図（ａ）及び（ｂ）に示す制御フローチャー
トとともに制御の手順について説明する。

本発明の制限ラック位置制御は、各種のセンサからの信
号を制御部（４）に入力し、演算結果に応じて出される
制御出力により制限ラック位置アクチュエータ（３）を
駆動することによって行なわれる。

第５図（ａ）のステップ１は制限ラック位置を規定する
数表の選択であり、モード選択スイッチ（８）のオンに
なっているスイッチに対応する数表ｉを選択する。ステ
ップ２では実際回転数Ｎａｃｔを検出し１選択されてい
る数表１に基づいて実際回転数に対する制限ラック位置
Ｒｍａｘ　（Ｎａｃｔ、）を計算する。

実際回転数Ｎａｃｔは１回転数センサ（７１）の出力を
波形整形回路（４７）を通してパルス波とした時のパル
スの間隔ｔｓｅｃから計算でき１例えば１回転バルサ（
７１ａ）の歯数が機関の１回転当り１２枚であれば、実
際回転数はＮａｃｔ＝　１　／１２シｘ６０＝５／ｌ、
で求められる（第６図参照）。

次にステップ３では吸気温度、燃料温度、吸気圧力を入
力し、それらの結果に基づいて今求めた制限ラック位置
を補正し、目標制限ラック位置Ｒｍａｘ　（ＮａｃｌＬ
）　’　を計算する。第７図（ａ）　（ｂ）　（ｃ）は
それぞれ吸気温度センサ（７３）、燃料温度センサ（７
５）　。

吸気圧力センサ（７４）の特性を例示したもの、第８図
（ａ）　（ｂ）　（ｃ）はそれぞれのセンサの検出値に
対する補正係数Ｃｔ、　Ｃｆ、　ｃｐを例示したもので
ある。これらの補正係数は予めデータＲＯＭ　（４：ｌ
）に記憶させてあり、目標制限ラック位置はＲｍａｘ（
Ｎａｃｔ）’　＝ｎｒｎａｘ　（Ｎａｃシ）　Ｘ　Ｃｔ
、　Ｘ　Ｃｆ　Ｘ　Ｃｐで求められる。以上は一定のク
ランク角θ°ごとに行なわれる。

第９図の（ａ）は制限ラック位置とカウントされたステ
ップモータ（３１）の駆動パルス数との関係を、（ｂ）
はステップモータ（３１）に入力する駆動パルス数とア
クチュエータプランジャ（３３）の移動量との関係をそ
れぞれ例示したものであり、前述したように、制限ラッ
ク位置アクチュエータ（３）の実際位置を制限ラック位
置センサにより検出するようにした場合には、第９図の
（ａ）の縦軸はこの位置センサの出力となる。ステップ
４では、制限ラック位置アクチュエータ（３）の実際位
置と、ステップ３で求めた目標制限ラック位置の差から
ステップモータ（３１）の駆動量を計算し、アクチュエ
ータプランジャ（３３）を所定量だけ駆動して、目標制
限ラック位置に７クチユエータ（３）をセットする。

この動作はステップ１〜３の実施間隔より短い間隔し、
ごとに行なわれる。

このような手順が順次繰返されて選択した数表に応じた
最大１−ルク特性が得られるのであり、機関は電子制御
され−た制限ラック位置アクチュエータ（３）による最
大トルク特性のもとで、機械式ガバナによる調速制御に
よって運転されるのである。

第１０図に以上の手順によって得られた回転数と制限ラ
ック位置の関係を示す。実線はステップ２で得た制限ラ
ック位ＩＲｍａｘ（Ｎａｃｔ）を示し、実際の目標制限
ラック位［Ｒｍａｘ（Ｎａｃｔ、）’はステップ３での
補正により鎖線に示す範囲で上下に適宜修正されてセラ
ｌ−されることになる。

なお、この補正は、吸気温度が高くなると実質空気量が
減って排気色が悪くなる。燃料温度が高くなると実質噴
射量が減って出力が低下する１等の環境条件の変化に対
応し、また排気過給機付機関の場合に低速からの加速時
に空気量の不足で黒煙が生ずることなどを防ぐために行
なわれるものであり、機械式ガバナに電子制御機構を付
加した構造であるため、このような補正は極めて容易に
行なうことができる。

〈発明の効果〉 上述の実施例の説明からも明らかなように９本発明の装
置は、機械式ガバナの調速制御機能をそのまま活かしな
がら、電気的に制御される制限ラック位置アクチュエー
タにより最大ラック位置を制限するようにしているので
、排気色、熱負荷等の機関出力特性を決定する上での各
種制約条件に対処しながら、理想的な出力（トルク）特
性を達成することができ、しかもその特性を作業内容に
応じて任意に切替えることが容易となるのである。また
電子制御機構は細かくしかも迅速に応動して調速制御を
行なう必要がなく、制限ラック位置にセットされるだけ
でよいため、制御のためのソフトウェアやハードウェア
は比較的簡単なもので充分となり、コストが安くなると
ともに故障の可能性が低下し、また万一故障しても機械
式ガバナによる制御によりそのまま運転を継続すること
も可能となるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図はガバ
ナの概略構造図、第３図は制限ラック位置数表と軸トル
ク特性の関係の一例を示す図、第４図はガバナ及び制限
ラック位置アクチュエーターの具体的構造の一例を示す
断面図、第５図（ａ）及び（ｂ）は制御の手順を示すフ
ローチャート、第６図は回転数センサの出力の一例を示
す図、第７図は補正用の各センサの出力の一例を示す図
、第８図は補正係数の一例を示す図、第９図は制限ラッ
ク位置とアクチュエータ移動量の一例を示す図、第１０
図は本発明の制御結果により得られた機関回転数に対す
る制限ラック位置の関係を示す図、第１１図は機関回転
数に対する制限ラック位置と機関出力の一般的な説明図
、第１２図は種々の最大１−ルク特性の例を示す図であ
る。 （１）・・・燃料噴射ポンプ、（２）・・・機械式ガバ
ナ、（３）・・・制限ラック位置アクチュエータ、（４
）・・・制御部、（８）・・・モード選択スイッチ、　
（１１）・・・カム軸、（１２）・・・ラック、（２１
）・・・ガバナウェイト、（２５）・・・リンク。 （３１）　−ステップモータ、（４１）・ＣＰＵ、　（
４３）−・・データＲＯＭ、（７１）・・・回転数セン
サ、（７３）・・・吸気温度センサ、　（７４）・・・
吸気圧力センサ、（７５）・・・燃料温度センサ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転に伴って発生する遠心力により移動するガバ
   ナウェイトの動きをリンク機構を介して燃料噴射ポンプ
   のラックに伝達する機械式ガバナを有する内燃機関にお
   いて、 機関回転数を検出する回転数検出手段と、 機関回転数と制限ラック位置との関係を、作業用途に応
   じて異なる複数の最大トルク特性にそれぞれ対応させた
   複数の数表の形で記憶する記憶手段と、 前記複数の数表から所定の数表を任意に選択する数表選
   択手段と、 選択された数表に基づいて、機関回転数の検出値から所
   定の制限ラック位置を決定して制御出力を出す演算手段
   と、 演算手段の制御出力によりラック位置を制限するラック
   位置制限手段、 とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. （２）吸気温度、吸気圧力、燃料温度に応じて、制限ラ
   ック位置を補正する手段を設けた特許請求の範囲第１項
   記載の内燃機関の制御装置。