JP2740567B2 - 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４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P_nを発生させ、この信
号P_n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e_nに変換する。この電圧e_n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e_s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、エンジンの負荷が増加するにつれて燃料噴射
量（燃料供給量）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の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。

これに対して、特許出願人が先にした特許出願（特願
平１−295632号）で、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、燃料噴射量調節機
構が略最大噴射位置にあることが検出されているにもか
かわらず回転数判別手段によってエンジンの回転数が上
昇中であるということが検出されないときにはエンジン
が過負荷運転状態であると判別して過負荷検出信号を出
力すると共に、この過負荷検出信号でエンジンの負荷を
軽減させるように制御することにより、エンジンの回転
数を低下させることなくエンジンのパワーを最大のとこ
ろで活用できるようにするエンジンの回転数制御装置を
提案している。

ところで、これをガソリンエンジンのスロットル制御
装置のようにアクチュエータの作動上限が機械的に規制
されている燃料供給量調整機構に適用しようとする場合
アクチュエータの機械的に決まる最大位置とフィードバ
ック信号の最大位置とを一致させるのは実際の組立上困
難であり、だからといってフィードバック信号の最大位
置をアクチュエータの機械的最大位置を越えている位置
に設定するのでは制御性能が著しく低下するという問題
点を有していた。

本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的とするところは、ア
クチュエータの作動上限を機械的に規制している場合の
エンジン過負荷状態を検出してエンジン負荷側を抑制す
る信号を出力したり、使用者側に知らしめる警告等を行
い、エンジン過負荷によるエンジンの回転数の低下を防
止してエンジンの最大出力を有功利用することができる
エンジンの回転数制御装置を提供しようとするものであ
る。

（課題を解決するための手段） 前記課題を解決するためこの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
供給量調節機構と、この燃料供給量調節機構を駆動する
電磁アクチュエータを有する燃料供給装置と、この燃料
供給装置の燃料供給量を前記電磁アクチュエータの通電
電流に応じた信号として検出する通電状態検出手段と、
エンジンの回転数を回転数に応じた信号にして出力する
エンジン回転数検出手段と、通電状態検出手段によって
検出された燃料供給量が略最大供給量であるか否かを判
別する最大燃料供給状態検出手段と、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、最大燃料供給状態検出手段によって燃料供給量が略
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を略最大出力状態に維
持制御することを特徴とする。

なお、エンジン負荷が発電機で構成される場合には、
過負荷信号で発電機の自動電圧調節機の出力設定電圧を
みかけ上低下させるように制御してもよい。

（作用） この発明に係るエンジンの回転数制御装置は、燃料供
給量調節機構と、この燃料供給量調節機構を駆動する電
磁アクチュエータを有する燃料供給装置と、この燃料供
給装置の燃料供給量を前記電磁アクチュエータの通電電
流に応じた信号として検出する通電状態検出手段と、エ
ンジンの回転数を回転数に応じた信号にして出力するエ
ンジン回転数検出手段と、通電状態検出手段によって検
出された燃料供給量が略最大供給量であるか否かを判別
する最大燃料供給状態検出手段と、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
たので、最大燃料供給量状態検出手段によって燃料供給
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を略最大出力状
態に維持制御することができる。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設定電圧をみかけ上
低下させることにより、エンジンの回転数は所定の回転
数を保持することができ、同期発電機を使用してもその
出力周波数は安定に保たれる。

（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図は本発明に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で駆動される発電機４からなる。

回転数制御装置３は、目標回転設定回路５で設定した
目標回転数に対応する電圧e_s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、エンジン２の実回
転数に対応する電圧信号e_n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（e_s−e_n）に比例・積分・
微分演算を施した出力電圧e_oを発生させ、PWM（パルス
幅変調）変換回路８を介してNPNパワートランジスタT_r
のスイッチング動作で燃料供給量調節機構としてのスロ
ットル制御装置９のソレノイド式アクチュエータ9aを駆
動して燃料供給量を増減させ、エンジン２の回転数を制
御する構成である。

エンジン回転数検出手段を構成する回転数検出手段10
はエンジンの回転数に比例する周期のパルス信号P_nを出
力し、このパルス信号P_nは周波数−電圧変換回路11でパ
ルス信号P_nの周期に対応するアナログ電圧e_nに変換す
る。

ソレノイド式アクチュエータ9aの位置は、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e_aに変換される。直流信号
e_a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の反転入
力端子6bへ入力される。

検波・整流回路13はアクチュエータ位置センサ12の出
力12aに基づいてアクチュエータ位置センサ12がスロッ
トル開度が大きくなる燃料増側に位置すると、位置検出
出力電圧e_aが高くなるよう構成されている。検波・整流
回路13の出力e_a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には目標回転設定回路５の出力電圧e_sが
印加されている。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e_s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e_sより低い電圧となり、燃料減側へ移動
した時は前記電圧e_s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。

パワートランジスタT_rは、ベースＢをPWM変換回路８
の出力と接続し、コレクタＣをソレノイド式アクチュエ
ータ9aとダイオードＤの並列回路の一端に接続し、エミ
ッタＥをGNDへ接続している。

コレクタＣの出力電圧V_CEは通電状態検出手段18の入
力端子18aから抵抗18b,18Cと、コンデンサ18dからなる
平滑回路を介して電圧比較器18eの−入力端子18fへ印加
される。電圧比較器18eの＋入力端子18gには基準電圧発
生回路18hより基準電圧が印加される。この基準電圧
は、スロットル制御装置９のソレノイド式アクチュエー
タ9aへの通電電流が略最大値状態となった時のコレクタ
・エミッタ間電圧V_CEである。よって、通常の制御時で
は電圧比較器18eの−入力端子18fへの入力電圧の方が＋
入力端子18gの入力電圧よりも大きいのでこの検出手段1
8の出力18iはＬレベルとなるが、ソレノイド式アクチュ
エータ9aの通電電流が略最大値状態では−入力端子18f
よりも＋入力端子18gの入力電圧の方が大となるので出
力18iはＨレベルとなる。

周波数−電圧変換回路11の出力電圧e_n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e_n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e_n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。

通電状態検出手段18の出力18iおよび回転数判別手段1
9の出力19iはそれぞれ過負荷制御手段を構成するエンジ
ン過負荷制御手段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、エンジン過負荷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２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、出力電圧検出用巻
線22dおよび界磁巻線22bへ電流を供給するための励磁巻
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３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３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e_o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39の経路でコンデンサ39
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３
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の定格を越えてしまって、エンジン２へ
の燃料供給量を最大にしてもエンジン２の回転数が上昇
しない場合は、回転数制御装置３内のエンジン過負荷制
御手段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。

なお、本実施例においては燃料供給量調節機構として
スロットル制御装置を用いているが、例えばアクチュエ
ータの作動上限が機械的に規制されている構造の燃料噴
射装置にも適用することができるのはもちろんのことで
ある。

（発明の効果） 以上説明したようにこの発明に係るエンジンの回転数
制御装置は、燃料供給量調節機構と、この燃料供給量調
節機構を駆動する電磁アクチュエータを有する燃料供給
装置と、この燃料供給装置の燃料供給量を前記電磁アク
チュエータの通電電流に応じた信号として検出する通電
状態検出手段と、エンジンの回転数を回転数に応じた信
号にして出力するエンジン回転数検出手段と、通電状態
検出手段によって検出された燃料供給量が略最大供給量
であるか否かを判別する最大燃料供給状態検出手段と、
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、最大燃料供給量状態検出手段によ
って燃料供給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を
略最大出力状態に維持制御することができるので、エン
ジンが一時的に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
にして運転を継続することができる。

また、エンジン発電機に適用した場合、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みかけ上
低下させることにより、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図は発電機
の回路構成図、第３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４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はスロットル制御装置、9a
はソレノイド式アクチュエータ、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は通電状態検出手段、19は回転数判別手段、20
はエンジン過負荷制御手段、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はフォトカプラである。

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、 燃料供給量調節機構と、 この燃料供給量調節機構を駆動する電磁アクチュエータ
   を有する燃料供給装置と、 この燃料供給装置の燃料供給量を前記電磁アクチュエー
   タの通電電流に応じた信号として検出する通電状態検出
   手段と、 エンジンの回転数を回転数に応じた信号にして出力する
   エンジン回転数検出手段と、 前記通電状態検出手段によって検出された燃料供給量が
   略最大供給量であるか否かを判別する最大燃料供給状態
   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、 前記最大燃料供給状態検出手段によって燃料供給量が略
   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状態信号が入力された場合には、前
   記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。