JP2000104607A - エンジン用電子ガバナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転数センサ、ラック位置センサの故障によ
りエンジンの運転できなくなる問題を解決する。 【解決手段】 コントロールラック１を駆動する実電流
に対応する実電流信号Ｉｅと電流制御信号Ｓ２とを入力
として実電流値と電流制御信号Ｓ２との偏差を許容範囲
内に維持するように制御する補正電流制御信号Ｓ３を出
力する電流偏差演算手段１１と、その電流偏差演算手段
１１以前の信号の伝達を遮断する切換スイッチ１６と、
検出手段６，７が異常であるときに指令値を生成する異
常時指令値生成手段１３とを有し、異常時には、切換ス
イッチ１６により信号を遮断するとともに、異常時指令
値生成部１３からの指令値を前記電流偏差演算部手段１
１)に与えるようにした。このように構成することによ
り、アクチュエータ４が正常であればエンジンは運転で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエンジン用電子ガバ
ナに関し、さらに詳しくは電子ガバナの各種センサの故
障に対してもエンジンを運転することができるエンジン
用電子ガバナに関する。

【０００２】

【従来技術】従来から、実際のエンジン回転数と燃料ラ
ック位置を検出し、与えられた回転数指令値と実測回転
数の差を無くすように、記憶装置に記憶されているマッ
プに基づいて、ラック位置制御用アクチュエータを動か
す電子ガバナが知られている。

【０００３】このような電子ガバナでは、電源バッテリ
の電圧が低下したり、アクチュエータの温度が高くなり
コイル抵抗が大きくなると、アクチュエータを流れる電
流が小さくなり、アクチュエータの駆動が十分に行われ
なくなる問題がある。この問題に対する解決として、例
えば、特開平２−１１２６４４号公報には、アクチュエ
ータに対する制御信号量を算出する演算手段を設け、そ
の演算手段で算出された制御信号量を、電源バッテリの
電圧変動に対応する補正係数マップｆ（Ｖ）と温度変動
に対応する補正係数マップｆ（Ｔ）に基づいて補正する
電子ガバナが開示されている。

【０００４】この電子ガバナであれば、バッテリ電圧を
変化させたときの補正係数マップｆ（Ｖ）、アクチュエ
ータ温度を変化させた時の補正係数マップｆ（Ｔ）を実
験などによって予め求めておくことにより、電源バッテ
リ電圧の変動、温度の変動に対して補正を行うことがで
きる。

【０００５】また、特開平２−１１２６４９号公報に
は、アクセル位置センサの故障によるエンジン駆動がで
きない問題を解決するために、回転数指令値を検出する
ためのアクセル位置検出手段の異常を検出する異常検出
手段を設け、この異常検出手段によってアクセル位置検
出手段の異常が検出された場合には、アクセルのアイド
ル位置を検出するアイドル検出手段の出力信号に応じて
予め定められている大小２種類の回転数のいずれかを選
択し、この選択された回転数を仮の設定回転数として制
御を行う発明が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の電子ガバナでは、下記のような課題がある。 （イ）上記特開平２−１１２６４４号に開示された電子
ガバナであると、電圧変動に対応する補正係数マップｆ
（Ｖ）、温度変動に対応する補正係数ｆ（Ｔ）を予め作
成する手間、コストがかかる。特に、温度変動に伴うア
クチュエータの補正は十分に解明されておらず、多種多
様なエンジンの運転条件、周囲環境を考えると、各エン
ジンにおいて温度変動を十分に補正できる補正係数マッ
プｆ（Ｔ）を安価に作成することは容易なことではな
い。さらに、上記温度変動や電圧変動が比較的ゆるやか
に変動した場合には、各補正係数マップを使用した上記
従来技術で対応できるが、温度の変動、バッテリ電圧の
変動が速い場合には、補正係数マップによる方法では十
分な応答性が確保できないおそれがある。 （ロ）上記特開平２−１１２６４９号に開示された電子
ガバナであると、アクセル位置センサの故障に対しては
対処できるが、電子ガバナの回転数センサ又はラック位
置センサが故障すると、マップ制御による運転が一切で
きなくなる問題がある。

【０００７】

【発明の目的】本発明は上記課題に鑑みてなされたもの
であり、本発明の目的は、上記課題を解決できる、エン
ジン用電子ガバナを提供することにある。具体的な目的
の一例を示すと、以下の通りである。 (ａ)上記従来技術のような補正係数マップの作成を不要
にする。 (ｂ)応答性を速くし、温度変動、電圧変動が速い場合に
も対応を可能にする。 (ｃ)回転数センサ、ラック位置センサの故障によりエン
ジンの運転できなくなる問題を解決する。 なお、上記に記載した以外の発明の課題及びその解決手
段は、後述する明細書内の記載において詳しく説明す
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のエンジン用電子
ガバナを、例えば、本発明の基本構成を示す図１に基づ
いて説明すると、次のように構成したものである。第１
発明は、ラック１により燃料の噴射量が調整される燃料
噴射ポンプ２を有したエンジン３に採用され、ラック１
を駆動するアクチュエータ４と、指令回転数信号Ｎａを
出力する回転数指令手段５と、エンジン３の実回転数を
検出しその実回転数に対応した実回転数信号Ｎｅを出力
する回転数検出手段６と、前記ラック１の実際の位置を
検出してその位置に対応した実位置検出信号Ｄｅを出力
するラック位置検出手段７と、アクチュエータ４を流れ
る電流値を検出して、その電流値に対応した実電流信号
Ｉｅを出力する電流検出手段８と、前記実回転数信号Ｎ
ｅと指令回転数信号Ｎａとを入力として実回転数と指令
回転数との偏差を許容範囲内に維持するように制御する
ラック位置制御信号Ｓ１を出力する回転数偏差演算手段
９と、前記実位置検出信号Ｄｅとラック位置制御信号Ｓ
１とを入力としてラック１の実位置と目標位置との偏差
を許容範囲内に維持するように、アクチュエータ４を駆
動するための電流制御信号Ｓ２を出力する位置偏差演算
手段１０と、前記実電流信号Ｉｅと電流制御信号Ｓ２と
を入力として実電流値と電流制御信号Ｓ２との偏差を許
容範囲内に維持するように制御する補正電流制御信号Ｓ
３を出力する電流偏差演算手段１１と、回転数検出手段
６とラック位置検出手段７の少なくとも一方が異常であ
るときに指令値を生成する異常時指令値生成手段１３
と、前記位置偏差演算手段１０と電流偏差演算手段１１
の間に設けられた切換スイッチ１６とを有し、正常運転
時には、前記切換スイッチ１６を短絡状態とし、前記補
正電流制御信号に基づいてアクチュエータ４を駆動して
エンジン３の実回転数を指令回転数になるように制御
し、異常時には、切換スイッチ１６により前記位置偏差
演算手段１０と電流偏差演算手段１１の間の信号を遮断
するとともに、異常時指令値生成手段１３からの指令値
を前記電流偏差演算手段１１に与えるようにしたことを
特徴とする。

【０００９】第２発明は、前記異常時指令値生成手段１
３が、作業者が操作する回転数指令手段５の操作位置に
対応して指令値を設定することを特徴とする。第３発明
は、前記異常時指令値生成手段１３の指令が、電流偏差
演算手段１１におけるＰＷＭのパルス幅をオープン制御
することにより行われることを特徴とする。なお、第２
発明において、作業者の操作値を直接使用する場合に
は、対応を遅らせる回路手段、例えばフィルターを異常
時指令値生成手段１３内に設け、急激な操作値の変動を
抑制することが好ましい。

【００１０】

【作用及び効果】第１発明であれば、正常運転時には、
回転数偏差演算手段、位置偏差演算手段によって得られ
た電流制御信号は電流偏差演算手段によって、アクチュ
エータを流れる実際の電流値と比較され、その偏差を許
容範囲内に維持するように制御される。この制御動作
は、その電流の偏差が起こる原因、例えば前記した電源
バッテリの電圧の低下やアクチュエータの温度上昇など
に問わず、原因の結果として生じる偏差を許容範囲内に
維持するように動作するので、従来技術のように電圧変
動，温度変動の影響を解析して、電圧変動に起因する補
正係数マップ、温度変動に起因する補正係数マップをそ
れぞれ設ける必要がない。さらに、最終的なアクチュエ
ータの制御対象である電流そのものをフィードバック制
御しているので、補正係数マップｆ（Ｔ），ｆ（Ｖ）に
より補正された値を全体としてフィードバック制御する
従来技術に比べて、応答性を速くすることができる。

【００１１】また、異常時、即ち、回転数検出手段とラ
ック位置検出手段の少なくとも一方が異常であるときで
も、切換スイッチにより前記位置偏差演算手段と電流偏
差演算手段の間の信号を遮断するとともに、異常時指令
値生成手段からの指令値を電流偏差演算手段に与えるよ
うにしたので、アクチュエータが正常であれば、回転数
検出手段、ラック位置検出手段などの電子ガバナに必須
の検出手段が故障時でも、少なくともエンジンを運転さ
せることができ、検出手段の故障により一切、エンジン
が運転できなくなるという問題を解決することができ
る。第２発明であれば、前記異常時指令値生成手段が、
作業者が操作する回転数指令手段の操作位置に対応して
指令値を設定するので、作業者の希望する回転数に対応
した運転状態を指定することができ、異常時におけるエ
ンジンの操作性を良くすることができる。第３発明であ
れば、前記異常時指令値生成手段の指令が、電流偏差演
算手段におけるＰＷＭのパルス幅をオープン制御するこ
とにより行われるので、電流偏差演算手段においてフィ
ードバック制御を行う必要がなく、たとえ電流検出手段
が異常であってもアクチュエータが正常であれば、エン
ジンを起動し、運転することが可能になる。

【００１２】

【実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づ
き説明する。図２は本発明のエンジン用電子ガバナをデ
ィーゼルエンジンに適用した場合のブロック図である。
図２に示すように、このディーゼルエンジン３は、エン
ジン本体３ａと、エンジン本体３ａに付設された燃料噴
射ポンプ２とを備えている。電子ガバナは、燃料噴射ポ
ンプ２のコントロールラック１を駆動するアクチュエー
タ４と、コントロールラック位置を検出するラック位置
検出部７と、エンジンの実回転数を検出する回転数検出
部６と、アクチュエータ４を流れる実電流値を検出する
電流検出部８と、制御部１４と、作業者の指示によりエ
ンジン３の運転する回転数を指令する回転数指令部５
と、回転数検出部６，ラック位置検出部７，電流検出部
８の少なくとも一つの異常を検出する異常検出部１５と
を有している。

【００１３】回転数指令部５は、例えば、調速レバー、
アクセルなどの位置を位置センサ（図示せず）で検出し
て、その操作位置に応じた指令回転数信号Ｎａを出力す
るようにしてある。制御部１４には、前記ラック位置検
出部７から出力される実位置検出信号Ｄｅと、回転数検
出部６から出力される実回転数信号Ｎｅと、電流検出部
８から出力される実電流信号Ｉｅと、回転数指令部５か
らの指令回転数信号Ｎａが入力され、制御部１４から
は、アクチュエータ４へ補正電流制御信号Ｓ３が出力さ
れる。制御部１４は、回転数偏差演算部９と、位置偏差
演算部１０と、電流偏差演算部１１と、位置偏差演算部
１０と電流偏差演算部１１の間に設けられた切換スイッ
チ１６と、回転数検出部６とラック位置検出部７の少な
くとも一方が異常であるときに指令値を生成する異常時
指令値生成部１３とを有し、必要により、電流偏差演算
部１１に与える目標フィードファード値を算出する算出
部１２を設けるようにしてある。図２では、上記した構
成要素全てが設けられた実施形態が示してある。

【００１４】なお、異常時指令値生成部１３は、調速レ
バーなどの位置を検出して、その位置に応じて電流指令
値を電流偏差演算部１１の重畳回路２３に供給する。回
転数偏差演算部９は、指令回転数信号Ｎａと実回転数信
号Ｎｅが重畳される重畳回路１８と、回転数ＰＩ補償回
路１９とを有し、指令回転数信号Ｎａと実回転数信号Ｎ
ｅとの偏差ΔＮを重畳回路１８により算出し、回転数Ｐ
Ｉ補償回路１９によって制御の応答、安定性を保持しつ
つ、ラック位置制御信号Ｓ１を得るものである。位置偏
差演算部１０は、前記ラック位置制御信号Ｓ１と実位置
検出信号Ｄｅが重畳される重畳回路２０と、位置ＰＩ補
償回路２１，位置Ｄ(微分)補償回路２２とを有し、ラッ
ク位置制御信号Ｓ１と実位置検出信号Ｄｅとの偏差ΔＤ
を重畳回路２０により算出し、位置ＰＩ補償回路２１，
位置Ｄ補償回路２２により、実ラック位置を補償する電
流制御信号Ｓ２を得るものである。この電流制御信号Ｓ
２は、アクチュエータ４を駆動するための制御信号とな
る。

【００１５】電流偏差演算部１１は、実電流信号Ｉｅと
電流制御信号Ｓ２とが重畳される重畳回路２３と、電流
ＰＩ補償回路２４と、電圧を電流に変換する電流変換部
２５と、電流を電圧に変換する電圧変換部２６とを有
し、実電流信号Ｉｅと電流制御信号Ｓ２との偏差ΔＩを
重畳回路２３により算出し、電流ＰＩ補償回路２４によ
って制御の応答、安定性を保持しつつ、補正電流制御信
号Ｓ３を得るものである。なお、得られた偏差に対応し
て電流値を変える処理はＰＷＭのパルス幅を変えること
により行われている。

【００１６】切換スイッチ１６は、異常検出部１５の異
常であるという信号Ｆにより位置偏差演算部１０と電流
偏差演算部１１間の信号の流れを遮断する。なお、異常
検出部１５は、運転状態において各検出部６，７，８の
出力信号が運転状態から考えて妥当な値であるか否かを
判別して、妥当な値でないと判別した時に異常信号Ｆを
切換スイッチ１５に出力するような、ソフトウエア手段
で構成することも可能である。

【００１７】上記構成の電子ガバナの動作について説明
する。 （通常運転時の制御）回転数指令部５から与えられた指
令回転数信号Ｎａにより、回転数偏差演算部９、位置偏
差演算部１０、電流偏差演算部１１を経て、それぞれ、
実回転数信号Ｎｅ、実位置検出信号Ｄｅ、実電流信号Ｉ
ｅの偏差が取られ、その偏差をゼロに近づくように制御
される。そして、最終的な補正電流制御信号Ｓ３を電圧
から電流に変換して、アクチュエータ４に流れる電流値
を変化させることによりコントロールラック１の位置を
変化させ、エンジンの実回転数を指令回転値に近づくよ
うに制御する。この構成であれば、電流偏差演算部１１
において、アクチュエータ４を流れる電流になんらかの
外乱が生じた場合でも、回転数制御ループ及び位置制御
ループより内側に存在する電流制御フィードバックルー
プ内において、速やかにその外乱の影響を打ち消すこと
ができ、電子ガバナ全体の応答性、信頼性を良くするこ
とができる。

【００１８】また、位置偏差演算部１１から出力される
電流制御信号Ｓ２と実際にアクチュエータを流れている
実電流との差が大きい状態が長く続いた場合は、異常が
生じた可能性が高いので、制御部１４での異常の検出が
行いやすい利点がある。なお、本発明の他の実施形態と
して、実際にアクチュエータを流れている実電流と、電
流制御信号Ｓ２との差に基づいて、電子ガバナの異常の
検出または異常箇所を推定する手段を設け、その異常の
発生を警告ランプの点灯等により作業者に知らせる構成
が考えられる。

【００１９】また、図１中、一点鎖線で示すように、目
標フィードファード値を与える算出部１２を設けた場合
は、電流偏差演算部１１に対して、より速く目標に近づ
ける値を与えることができ、演算時間を短縮することが
できる。

【００２０】（異常時の制御）異常検出部１５の異常信
号Ｆが切換スイッチ１６に出力されると、切換スイッチ
１６はオフ状態になり、位置偏差演算部１０と電流偏差
演算部１１間を信号の伝達を遮断する。そして、異常時
指令値生成部１３は、回転数指令部５の指令回転数信号
Ｎａに基づいて、その指令回転数信号Ｎａに対応した大
きさの電流指令値を重畳回路２３に供給する。そして電
流偏差演算部１１は、与えられた電流指令値に基づいて
アクチュエータ４を駆動する。なお、必要に応じて、負
荷も設定する場合は、作業者が自ら判断して負荷値を与
えることができるように構成することも可能である。

【００２１】また、別の構成では、図２おいて破線２７
で示すように、電流偏差演算部１１内の電流変換部２５
のパルス幅を指令値に基づいて直接変えることができる
ように構成することもできる。この場合には、電流検出
部８、重畳回路２３、及び電流ＰＩ補償回路２４が機能
しなくても、エンジンの運転動作が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエンジン用電子ガバナの基本構成の一
例を示すブロック図である。

【図２】本発明のエンジン用電子ガバナの実施形態を示
すブロック図である。

【符号の説明】

１…コントロールラック、２…燃料噴射ポンプ、３…エ
ンジン、４…アクチュエータ、５…回転数指令部、６…
回転数検出部、７…位置検出部、８…電流検出部、９…
回転数偏差演算部、１０…位置偏差演算部、１１…電流
偏差演算部、１２…算出部、１３…異常時指令値生成手
段、１６…切換スイッチ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山 一 大阪府堺市石津北町64 株式会社クボタ堺 製造所内 Ｆターム(参考） 3G060 AB01 AC08 BA02 CA01 CB04 CB05 CC04 DA00 DA06 EA00 FA06 GA01 GA03 GA18 3G301 HA02 JA03 JB01 KA11 LB11 LB14 LC03 MA15 NA03 NA04 NA08 NA09 ND17 NE03 NE08 PB04B PE01A PE03B PG02Z

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ラック(１)により燃料の噴射量が調整さ
   れる燃料噴射ポンプ(２)を有したエンジン(３)に採用さ
   れ、 ラック(１)を駆動するアクチュエータ(４)と、 指令回転数信号を出力する回転数指令手段(５)と、 エンジン(３)の実回転数を検出しその実回転数に対応し
   た実回転数信号を出力する回転数検出手段(６)と、 前記ラック(１)の実際の位置を検出してその位置に対応
   した実位置検出信号を出力するラック位置検出手段(７)
   と、 アクチュエータ(４)を流れる電流値を検出して、その電
   流値に対応した実電流信号を出力する電流検出手段(８)
   と、 前記実回転数信号と指令回転数信号とを入力として実回
   転数と指令回転数との偏差を許容範囲内に維持するよう
   に制御するラック位置制御信号を出力する回転数偏差演
   算手段(９)と、 前記実位置検出信号とラック位置制御信号とを入力とし
   てラック(１)の実位置と目標位置との偏差を許容範囲内
   に維持するように、アクチュエータ(４)を駆動するため
   の電流制御信号を出力する位置偏差演算手段(１０)と、 前記実電流信号と電流制御信号とを入力として実電流値
   と電流制御信号との偏差を許容範囲内に維持するように
   制御する補正電流制御信号を出力する電流偏差演算手段
   (１１)と、 回転数検出手段(６)とラック位置検出手段(７)の少なく
   とも一方が異常であるときに指令値を生成する異常時指
   令値生成手段(１３)と、 前記位置偏差演算手段(１０)と電流偏差演算手段(１１)
   の間に設けられた切換スイッチ(１６)とを有し、 正常運転時には、前記切換スイッチ(１６)を短絡状態と
   し、前記補正電流制御信号に基づいてアクチュエータ
   (４)を駆動してエンジン(３)の実回転数を指令回転数に
   なるように制御し、 異常時には、切換スイッチ(１６)により前記位置偏差演
   算手段(１０)と電流偏差演算手段(１１)の間の信号を遮
   断するとともに、異常時指令値生成手段(１３)からの指
   令値を前記電流偏差演算手段(１１)に与えるようにした
   ことを特徴とする、エンジン用電子ガバナ。
2. 【請求項２】 前記請求項１に記載のエンジン用電子ガ
   バナにおいて、前記異常時指令値生成手段(１３)が、作
   業者が操作する回転数指令手段(５)の操作位置に対応し
   て指令値を設定することを特徴とする、エンジン用電子
   ガバナ。
3. 【請求項３】 前記請求項１に記載のエンジン用電子ガ
   バナにおいて、前記異常時指令値生成手段(１３)の指令
   が、電流偏差演算手段(１１)におけるＰＷＭのパルス幅
   をオープン制御することにより行われることを特徴とす
   る、エンジン用電子ガバナ。