JP2731266B2 - エンジンの回転数制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンが過負荷運転状態にある場合の回
転数制御装置に関する。

（従来の技術） エンジンの実回転数と、目標回転数との差に対する電
圧（偏差）に比例・積分・微分（PID）演算を施し、こ
の演算出力に基づいて燃料噴射量を調節して、エンジン
の回転数を制御する技術は知られている。

第６図は従来の制御系を示すブロック図である。

エンジン100の回転数は、出力軸101に設けた歯車102
の回転を非接触型のエンジン回転センサ103で検出し、
回転数に応じた周期のパルス信号Pnを発生させ、この信
号Pnを周波数−電圧変換器（ｆ−Ｖコンバータ）104で
対応するアナログ電圧enに変換する。この電圧enと目標
回転数設定手段105により与えられた目標回転数に対応
する電圧esとの偏差ΔｅをPID演算回路106に入力し、比
例増幅回路107、積分回路108、微分回路109により夫々
比例・積分・微分の各演算を施した後燃料噴射装置110
へ印加して燃料噴射量を調節しエンジン100の回転数を
制御している。

（発明が解決しようとする課題） ところでこの種のフィードバック制御を行なう装置に
おいては、エンジンの外部負荷（例えば、作業機）が増
加するにつれて燃料噴射量をさらに増加させるべく燃料
噴射機構（アクチュエータ）を駆動するが、最大噴射位
置を越えるエンジンの過負荷には対応できない。このよ
うな過負荷運転状態ではエンジンの回転数が低下するこ
とになる。この回転数の低下はエンジン出力の低下を伴
なうことになって、負荷の駆動力がより低下することに
なったり、時には失速の原因となる場合があり得る。

例えばエンジンの外部負荷として商用周波数電力を発
生する同期、発電機を駆動する場合で、発電機の出力側
に水銀灯とか電動機のように始動時に一時的な大電流が
流れる負荷が接続されると、発電機自体が一時的に重負
荷になってエンジン過負荷状態が発生する。この過負荷
に伴なってエンジン回転数が低下するとエンジンのパワ
ーすなわち発電機の出力電力も低下し、一時的な過負荷
であるにも拘らず装置の定常運転への復帰までに時間が
かかり、また、この間は発電機の出力周波数も低下して
しまう。

そこで本発明は、エンジンの過負荷運転状態において
エンジンの回転数の大幅な低下およびそれに伴なうエン
ジン出力の低下を防止するために、最大燃料噴射検出手
段が燃料噴射状態検出手段によって検出された燃料噴射
量が略最大噴射量であることを判別し、かつ回転数判別
手段が回転数検出手段によって検出されたエンジン回転
数が所定値以上の変化率で上昇していることが判別され
ない場合には、エンジンの外部負荷を形成する作業機に
過負荷状態信号を出力し、作業機の負荷を低減すること
によってエンジンを略最大出力状態に維持制御するエン
ジンの回転数制御装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 前記課題を解決しその目的を達成するため本発明に係
るエンジンの回転数制御装置は、エンジンで作業機を駆
動するエンジン駆動作業機のエンジンの回転数制御装置
であって、燃料噴射量調節機構、この燃料噴射量調節機
構を駆動するアクチュエータを有する燃料噴射装置と、
この燃料噴射装置の燃料噴射量をアクチュエータの変位
に応じた電圧信号として検出する燃料噴射量検出手段
と、エンジンの回転数を回転数に応じた電圧信号にして
出力するエンジン回転数検出手段と、燃料噴射量検出手
段によって検出された燃料噴射量が略最大噴射量である
か否かを判別する最大燃料噴射検出手段と、回転数検出
手段によって検出されたエンジン回転数が所定値以上の
変化率で上昇しているか否かを判別する回転数判別手段
とを備え、最大燃料噴射状態検出手段によって燃料噴射
量が略最大であると判別されているにも拘らず、回転数
判別手段によってエンジン回転数が所定値以上の変化率
で上昇していることが判別されないときには、過負荷制
御手段から作業機へ過負荷状態信号を出力して作業機自
体の負荷を低減することによりエンジン略最大出力状態
に維持制御することを特徴とする。

また、作業機は発電機で構成するとともに、この発電
機に過負荷信号が入力された場合には、発電機の出力電
圧を低下させることにより、エンジンに対する負荷を低
減することを特徴とする。

（作用） エンジンの回転数制御装置は、最大燃料噴射検出手段
によって燃料噴射量が略最大であると判別されているに
も拘らず、回転数判別手段によってエンジン回転数が所
定値以上の変化率で上昇していることが判別されないと
きには、過負荷状態判別手段から作業機へ過負荷状態信
号を出力して作業機自体の負荷を低減することによりエ
ンジンを略最大出力状態に維持制御する。これによりエ
ンジンの回転数の大幅な低下およびそれに伴なうエンジ
ン出力の低下を防止することができる。

なお、エンジン負荷が発電機の場合は、過負荷検出信
号で発電機の自動電圧調節器の出力電圧を低下させるの
で、エンジンの回転数は所定の回転数を保持でき、発電
機の出力周波数は安定となる。

（実施例） 以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

第１図は本発明の係るエンジンの回転数制御装置を備
えたエンジン発電機の全体システム構成図である。

エンジン発電機１は、エンジン２への燃料供給量を調
節してエンジン回転数を自動制御する回転数制御装置３
と、エンジン２で駆動されるエンジン２の外部負荷を形
成する発電機４からなる。

回転数制御装置３は、目標回転数設定回路５で設定し
た目標回転数に対応する電圧esを重畳回路６を介して比
例・積分・微分演算回路（以下PID回路と記す）７の一
方の入力機端子7aへ印加するとともに、エンジ２の実回
転数に対応する電圧信号enを他方の入力端子7bへ印加し
て、二つの電圧信号の差電圧（es−en）に比例・積分・
微分演算を施した出力電圧eoを発生させ、PWM（パルス
幅変調）変換回路８を介して燃料噴射量調節機構９のソ
レノイド式アクチュエータ9aを駆動して燃料噴射量を増
減させ、エンジン２の回転数を制御する構成である。

回転数検出手段10はエンジンの回転数に比例する周期
のパルス信号Pnを出力し、このパルス信号Pnは周波数−
電圧変換回路11でパルス信号Pnの周期に対応するアナロ
グ電圧enに変換する。

ソレノイド式アクチュエータ9aの位置は、燃料噴射量
検出手段を構成するアクチュエータ位置センサ12で検出
され、その位置検出出力12aは検波・整流回路13で直流
信号eaに変換される。直流信号eaは非反転増幅回路14で
増幅され、その出力14aはコンデンサ6aを介して重畳回
路６内の演算増幅器6dの非反転入力端子6bへ入力され
る。

第２図はソレノイド式アクチュエータおよびアクチュ
エータ位置センサの一構成例を示す構造図である。

第２図はジーゼルエンジン用の燃料噴射量調節機構９
のコントロールラック9bの駆動する例を示したもので、
燃料噴射量調節機構９の側方に固着されたソレノイド式
アクチュエータ9aの一端をコントロールラック9bと連結
し、さらにソレノイド式アクチュエータ9aの側方に差動
トランスを用いた位置センサ12を設けている。

ソレノイド式アクチュエータ9aはソレノイド9cへ通電
することにより電磁力でアクチュエータ9dを軸方向へ移
動させるものである。位置センサ12は１次コイル12bお
よび２次コイル12c,12dの中に、可動コア12eを挿入した
直線変位センサである。このセンサ12は、１次コイル12
bを低周波交流で励磁することにより、アクチュエータ9
dに連結された可動コア12eの位置によって逆極性接続し
た２次コイル12c,12dに発生する電圧および極性が変化
することを利用してアクチュエータの位置を検出するも
のである。

第１図に戻って説明を続ける。

検波・整流回路13は位置センサ12の出力12aに基づい
てアクチュエータ位置センサ12が燃料噴射量増側に位置
すると、位置検出出力電圧eaが高くなるよう構成されて
いる。検波・整流回路13の出力eaは、非反転増幅回路14
で直流増幅され、コンデンサ6aと抵抗6cからなる微分回
路を通してアクチュエータ位置変化に対応する電圧が微
分されて演算増幅器6dの反転入力端子6bへ入力される。
演算増幅器6dの非反転入力端子6eには目標回転数設定回
路５の出力電圧eoが印加されている。非反転入力端子6b
に微分入力電圧が印加されない状態では、重畳回路６の
出力電圧はesの電圧と同じで、アクチュエータ位置が燃
料増側へ移動した場合は微分回路6a,6cからの入力によ
り、重畳回路６の出力電圧は前記電圧esより低い電圧と
なり、燃料減側へ移動した時は前記電圧esより高い電圧
となるよう構成している。

PID回路７は、演算増幅器7cと、この演算増幅器7cの
出力端子7dと反転入力端子7eとの間に設けた積分回路15
と、反転入力端子7eに一端が接続された入力抵抗16と、
この入力抵抗と並列に接続された微分回路17とで演算回
路を構成している。積分回路15は、コンデンサ15aと、
このコンデンサ15aに並列接続されたコンデンサ15bと抵
抗15cの直列回路からなる３素子で構成している。微分
回路17は、コンデンサ17aと抵抗17bの直列回路で構成し
ている。

検波・整流回路13の出力eaは最大燃料噴射状態検出手
段18の入力端子18aから抵抗18b、コンデンサ18cからな
る時定数回路を介して電圧比較器18dの＋入力端子18eへ
印加される。電圧比較器18dの−入力端子18fには基準電
圧発生回路18gより基準電圧が印加される。この基準電
圧は、燃料噴射量調節機構９が略燃料最大噴射位置とな
った時の検波・整流回路13の出力電圧である。よって、
最大燃料噴射状態が抵抗18b、コンデンサ18cで決定され
る時定数以上継続すると、この検出手段18の出力18hは
Ｈレベルとなる。

なお、最大燃料噴射状態の検出はリミットスイッチ等
によりソレノイド式アクチュエータ9aが所定位置まで移
動したことを検出する構成であってもよい。

周波数−電圧変換回路11の出力電圧enは回転数判別手
段19の入力端子19aに印加され、抵抗19bを介して電圧比
較器19dの−入力端子19cへ入力される。電圧比較器19d
の−入力端子19cと＋入力端子19eとの間には抵抗19fが
接続されている。さらに、＋入力端子19eは抵抗19gを介
して＋電源＋Ｖへ接続され、また、コンデンサ19hを介
してGNDへ接続されている。よって、周波数−電圧変換
回路11の出力電圧enが所定の時定数で上昇している場合
は、−入力端子19cの電圧が＋入力端子19eの電圧より高
く、電圧比較器19dの出力19iはＬレベルであるが、出力
電圧enが所定の時間同一値を保持するかまたは減少する
場合は、＋入力端子19eの電圧が−入力端子19cの電圧よ
り高くなり、電圧比較器19dの出力19iはＨレベルとな
る。

最大燃料噴射状態検出手段18の出力18hおよび回転数
判別手段19の出力19iはそれぞれ過負荷状態判別手段20
内の論理積回路20aへ入力され、その出力は抵抗20bを介
してトランジスタ20cを駆動するよう構成されている。
トランジスタ20cがオン状態になると、抵抗3bを介して
端子3c−端子4a−同期発電機４内の発光ダイオード−端
子4b−端子3aの経路で電流が供給され、同期発電機４側
へエンジン２が過負荷状態であることを伝達する。

発電機４は、過負荷状態信号を受けると発電出力端子
4c,4dの出力電圧を低下して電気的負荷21への供給電力
を低減するよう構成している。

第３図は発電機の回路構成図である。

発電機４は、巻線部22と出力電圧調節回路23から構成
されている。

巻線部22は、回転子22a側に巻回された界磁巻線22b、
固定子側に設けられた出力巻線22c、電圧検出用巻線22d
および励磁巻線22eを備える。出力巻線22cは発電出力端
子4c,4dへ接続されている。

励磁巻線22eに発生した交流電圧はダイオードブリッ
ジ24で全波整流され、コンデンサ25で平滑されて、ベー
ス抵抗26を介してトランジスタ27へベース電流が供給さ
れてトランジスタ27がオン状態となり界磁巻線22bへ電
流を供給するよう構成されている。

電圧検出用巻線22dに発生した交流電圧はダイオード
ブリッジ28で全波整流され、抵抗29、コンデンサ30から
なる平滑回路で第４図（ａ）に示すように脈流成分を含
む電圧波形となるよう平滑された後、抵抗31、抵抗32で
分圧され、この分圧された電圧がツェナーダイオード33
を介してトランジスタ34のベースへ印加される。

電圧検出用巻線22dに発生する交流電圧が所定の電圧
値より高い場合は、トランジスタ34へベース電流が供給
される期間（第４図（ａ）で斜線で示す期間）が長くな
り、トランジスタ34のオン→トランジスタ27のオフによ
り界磁巻線21bへの電流供給が遮断される期間が長くな
り、発電出力電圧は低下する。このように、界磁巻栓21
bへの電流供給時間を異なえることによって、発電出力
端子4c,4d間に発生する出力電圧eoを定格値に保持して
いる。なお、界磁巻線22bに並列接続されたダイオード3
5は、トランジスタ27のスイッチング動作時に界磁巻線2
2bに発生するサージを吸収するための貫流用ダイオード
である。

端子4a,4b間にはフォトカプラ36の１次側である発光
ダイオード36aが介設され、２次側フォトトランジスタ3
6bがオン状態になると、ダイオード37−フォトトランジ
スタ36b−抵抗38−コンデンサ45の経路でコンデンサ45
が充電され、この電圧がダイオード40、抵抗41を介して
ツェナーダイオード33のアノード側へ印加される。よっ
て、ツェナーダイオード33のアノード側の電圧は、第４
図（ｂ）に示すように脈流分が小さくなり、トランジス
タ34をオン状態に駆動する期間が長くなるので発電機４
の出力電圧が低下する。

以上の構成であるから、発電機４の電気的負荷21がエ
ンジン発電機１の定格を越えてエンジン２へ燃料噴射量
を最大にしてもエンジン２の回転数が低下する場合は、
回転数制御装置３内の過負荷状態判別手段20の出力によ
り、発電機４側の出力電圧調節回路23に過負荷状態であ
る旨の信号が伝達され、出力電圧調節回路23は発電出力
電圧を定格出力電圧より低い値にするので、発電機４か
ら電気的負荷21へ供給される電力は低減する。

よってエンジン２の過負荷状態は解消され、回転数制
御装置３のフィードバック制御系は正常な動作状態に復
帰し、エンジン２は目標とする回転数で回転するので、
発電機４の発電周波数は一定に保たれる。

第５図はエンジン回転数制御装置の他の構成例を示す
ブロック図である。

この実施例では、エンジンの実回転に対応する電圧en
およびアクチュエータ9aの位置に対応する電圧eaをアナ
ログ−ディジタル（A/D）変換器50に入力し、CPU51は所
定の時間間隔毎に格電圧en,eaに対応するディジタル量
を読み込み、あらかじめ設定された条件となった時に出
力ポート51aをＨレベルとして、抵抗20bを介してトラン
ジスタ20cをオンさせる構成としている。CPU51は、電圧
eaに対応するディジタル量が予め設定した値と等しいか
あるいはそれより大きい状態が、例えば３回連続した時
に最大燃料噴射状態にあると判断し、電圧enに対応する
ディジタル量が前回あるいは前々回の値より所定値以上
減少している場合、または、電圧enに対応するディジタ
ル量が、所定のサンプリング回線連続して減少傾向の場
合はエンジン回転数が低下していると判断し、両方の条
件がそろった場合に、エンジン過負荷状態と判断するよ
う構成している。

（発明の効果） 以上説明したように本発明に係るエンジンの回転数制
御装置は、最大燃料噴射検出手段によって燃料噴射量が
略最大であると判別されているにも拘らず、回転数判別
手段によってエンジン回転数が所定値以上の変化率で上
昇していることが判別されないときには、過負荷状態判
別手段から作業機へ過負荷状態信号を出力して作業機自
体の負荷を低減することによりエンジンを略最大出力状
態に維持制御するように構成したので、エンジンが過負
荷となるような状況の発生、即ち外部負荷を形成する作
業機が過負荷状態になってもエンジンの回転数を低下さ
せることなく、エンジンの出力パワーを最大に近いとこ
ろで得ることができ、すなわち過負荷状態においてエン
ジン出力パワーを最大限にひき出す運転状態を継続させ
ることができる。

また、既に燃料噴射制御系が備えているフィードバッ
ク制御に必要な信号を利用することができるので、簡単
な構成で回転数制御装置を実現することができる。

また、エンジンの外部負荷を形成する作業機を発電機
で構成した場合、過負荷検出信号に基づいて自動電圧調
整器の出力設定電圧を低下させて、発電機の電気的負荷
が重負荷、すなわちエンジンにとって過負荷状態が発生
した場合には、電気的負荷への供給電力量を制限するよ
うに構成したので、発電機負荷として水銀灯とか電動機
のように一時的に大電流が流れる負荷が接続されても、
エンジンの回転数低下を抑えてエンジンの出力を最大限
に使用して速やかに定常運転への復帰を行うことができ
るとともに、回転数が変動しないので同期発電機を使用
した場合に、発電周波数を安定に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るエンジン回転数制御装置を備えた
エンジン発電機の全体システム構成図、第２図はソレノ
イド式アクチュエータおよびアクチュエータ位置センサ
の一構成例を示す構造図、第３図は発電機の回路構成
図、第４図は出力電圧調節回路内の出力検出用巻線の電
圧を示す波形図、第５図はエンジン過負荷制御手段の他
の構成例を示すブロック図、第６図は従来の燃料噴射量
制御系のブロック図である。 なお、図面中、１はエンジン発電機、２はエンジン、３
は回転数制御装置、４は発電機、５は目標回転数設定回
路、６は重畳回路、７は比例・積分・微分回路（PID回
路）、８はPWM変換回路、９は燃料噴射量調節機構、9a
はソレノイド式アクチュエータ、9cはソレノイド、9dは
アクチュエータ、10は回転数検出回路、11は周波数−電
圧変換回路、12はアクチュエータ位置センサ、18は最大
燃料噴射状態検出手段、19は回転数判別手段、20は過負
荷状態判別手段、21は発電機の電気的負荷、22は巻線
部、22aは回転子、22bは界磁巻線、22cは出力巻線、22d
は電圧検出用巻線、22eは励磁巻線、23は出力電圧調節
回路、36はフォトカプラ、50はA/D変換器、51はCPUであ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−140699（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−297753（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−130232（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−19632（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−267326（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−140700（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−167426（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−121827（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−104729（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−6442（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンで作業機を駆動するエンジン駆動
   作業機のエンジンの回転数制御装置であって、 燃料噴射量調節機構、この燃料噴射量調節機構を駆動す
   るアクチュエータを有する燃料噴射装置と、 この燃料噴射装置の燃料噴射量を前記アクチュエータの
   変位に応じた電圧信号として検出する燃料噴射量検出手
   段と、 エンジンの回転数を回転数に応じた電圧信号にして出力
   するエンジン回転数検出手段と、 前記燃料噴射量検出手段によって検出された燃料噴射量
   が略最大噴射量であるか否かを判別する最大燃料噴射状
   態検出手段と、 前記回転数検出手段によって検出されたエンジン回転数
   が所定値以上の変化率で上昇しているか否かを判別する
   回転数判別手段と、を備え、 前記最大燃料噴射状態検出手段によって燃料噴射量が略
   最大であると判別されているにも拘らず、前記回転数判
   別手段によってエンジン回転数が所定値以上の変化率で
   上昇していることが判別されないときには、過負荷制御
   手段から前記作業機へ過負荷状態信号を出力して前記作
   業機自体の負荷を低減することによりエンジンを略最大
   出力状態に維持制御することを特徴とするエンジンの回
   転数制御装置。
2. 【請求項２】前記作業機は発電機で構成するとともに、
   この発電機に過負荷信号が入力された場合には、発電機
   の出力電圧を低下させることにより、前記エンジンに対
   する負荷を低減することを特徴とする請求項１記載のエ
   ンジンの回転数制御装置。