JP2007162616A

JP2007162616A - 電子ガバナ

Info

Publication number: JP2007162616A
Application number: JP2005361739A
Authority: JP
Inventors: Masanori Fujiwara; 正徳藤原; Yasuo Fujii; 保生藤井; Hajime Yama; 一山
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2007-06-28

Abstract

【課題】エンジンの爆発周期およびディザ周期の一方が他方の整数倍になることに起因してエンジン回転数のフラクチュエーションが増大することを防止し、安定した回転数制御を可能にする電子ガバナを提供すること。
【解決手段】ディザ電流重畳手段６は、ディザ信号の周期を、回転数検出手段３によって検出された爆発周期の非整数倍に設定し、設定したディザ信号に応じてディザ電流を制御し、次いで、ディザ電流をアクチュエータ駆動電流に重畳させる。ディザ電流重畳手段６は、ディザ信号設定手段６１と、ＰＷＭ信号出力手段６２とを備える。ディザ信号設定手段６１は回転数検出手段３によって検出された爆発周期と予め設定された非整数の補正係数との積算値を算出し、この積算値をディザ信号の周期として設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アクチュエータを用いてエンジンの回転数を目標回転数に制御する電子ガバナに関し、詳細には、アクチュエータ駆動電流にディザ電流を重畳させることにより、アクチュエータの応答性を向上させる電子ガバナに関する。

昨今、アクチュエータを用いてエンジンの回転数を目標回転数に制御する電子ガバナが多く用いられている。アクチュエータは、エンジンがディーゼルエンジンである場合には、燃料噴射ポンプの燃料供給量を調節する調量ラック（燃料供給調節手段）を操作することにより、エンジンの回転数が目標回転数になるように燃料供給量を調節する。アクチュエータは、アクチュエータ駆動電流によって駆動される。アクチュエータはアクチュエータ駆動電流に対するヒステリシス特性を有しており、このヒステリシス特性はアクチュエータの応答性を低下させる。このヒステリシス特性の影響を防ぐために、従来の電子ガバナでは、所定の周期を有するディザ信号に応じて設定されたディザ電流をアクチュエータ駆動電流に重畳することによってアクチュエータを微小振動させ、アクチュエータの応答性向上を実現している（特許文献１参照）。

特開２００１−２０７８９号公報

このような従来の電子ガバナでは、エンジン回転周期およびディザ電流の周期（以下、ディザ周期）の一方が他方の整数倍になる場合がある。この場合、ディザ電流に応じて微小振動するアクチュエータの操作対象である調量ラックが共振するおそれがある。この共振は、エンジンの爆発周期の開始時点（即ち爆発時点）の前後において調量ラックの可動性が大きく変化すること、すなわち調量ラックが爆発周期の後半である圧縮過程では移動しにくく、爆発周期の前半である排気過程では移動しやすくなることに起因する。つまり他の回転数では爆発周期の開始時点とディザ信号のタイミングがズレていたものが、爆発周期がディザ周期と互いに整数倍であるエンジンの回転数において爆発周期の開始時点とディザ信号とが重複あるいは近接することで調量ラックが予定された移動量より過大に移動し、これにより調量ラックが共振する。この調量ラックの共振によってエンジンへの燃料供給量に過大または過小なバラツキが繰り返して発生し、この結果エンジン回転数の揺動（フラクチュエーション）が増大することになる。このエンジン回転数のフラクチュエーションの増大は爆発周期とディザ周期とが互いに整数倍になる付近においても生じ得る。

本発明は、上記問題を解決すると共に、エンジンの爆発周期およびディザ周期の一方が他方の整数倍になることに起因してエンジン回転数のフラクチュエーションが増大することを防止し、安定した回転数制御を可能にする電子ガバナの提供を目的とする。

本発明は、アクチュエータ（2）を駆動するアクチュエータ駆動電流を制御することによってアクチュエータ（2）に燃料供給調節手段を操作させ、燃料供給調節手段にエンジンの回転数が目標回転数になるように燃料供給量を調節させる電子ガバナにおいて、エンジンの回転数を検出する回転数検出手段(3)と、目標回転数を設定する目標回転数設定手段(4)と、エンジンの回転数と目標回転数との回転数偏差が許容範囲内にあるようにアクチュエータ駆動電流を制御する駆動電流制御手段(5)と、ディザ信号に応じて制御したディザ電流をアクチュエータ駆動電流に重畳させるディザ電流重畳手段(6)と、ディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流をアクチュエータ(2)に出力する駆動手段(7)とを具備し、ディザ電流重畳手段(6)は爆発周期の非整数倍に設定し、これにより上記目的を達成する。
上記爆発周期は、上記回転数検出手段（3）によって検出されてもよい。

本発明は、ディザ信号の周期を、検出したエンジンの爆発周期の非整数倍に設定することにより、全回転数領域において、以下のように爆発周期およびディザ周期の一方が他方の整数倍になることに起因するエンジン回転数のフラクチュエーションの増大を防止し、安定した回転数制御を可能にする電子ガバナを提供できる。

即ち本発明の電子ガバナでは、エンジンの爆発周期を検出すると、ディザ信号の周期をエンジンの爆発周期の非整数倍になるように設定することにより、ディザ信号をエンジン爆発周期に対して時間的に変動させる。この時間的な変動（即ち、ディザ信号のエンジン爆発周期に対する相対時間の変化）は、調量ラックの過剰動作の度合や過剰動作の方向（即ち調量ラックの燃料増量方向および燃料減量方向）が異なる状態を複数発生させる。これら複数の状態の発生は調量ラックの過剰動作を時間平均的に低減させるために、時間平均的に調量ラックの共振を抑制でき、この結果エンジン回転数の揺動（フラクチュエーション）の増大を防止できる。また、エンジンの回転周期およびディザ周期の一方が他方の整数倍になることに起因してフラクチュエーションの増大が生じるエンジン回転数はエンジン機種毎、例えば気筒数によって変るが、本発明の電子ガバナでは、ディザ信号の周期を予め設定した周期の非整数倍にするのではなく、爆発周期を検出し、ディザ信号の周期を、検出した爆発周期の非整数倍に設定する。これにより本発明の電子ガバナは、特定の回転数領域ではなく、全回転数領域においてエンジン回転数のフラクチュエーション増大を防止でき、エンジン機種毎に設定を変える必要のない汎用性の高い回転数制御を可能にする。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態である電子ガバナ１の一例を示したブロック図である。

本発明の実施形態である電子ガバナ１は、アクチュエータ２を駆動するアクチュエータ駆動電流を制御する。制御されたアクチュエータ駆動電流がアクチュエータ２に出力されると、アクチュエータ２は、燃料供給量を調節する燃料供給調節手段（図示せず）を操作することにより、エンジンの回転数が目標回転数になるように燃料供給量を調節する。例えば、アクチュエータ２はソレノイドであり、アクチュエータ駆動電流は励磁電流である。燃料供給調節手段は、例えば燃料噴射ポンプに設けられた調量ラックであり、エンジンへの燃料供給量を調節する。

本実施形態の電子ガバナ１は、回転数検出手段３と、目標回転数設定手段４と、駆動電流制御手段５と、ディザ電流重畳手段６と、駆動手段７とを備える。

回転数検出手段３はエンジンの回転数および爆発周期を検出する。回転数検出手段３は、例えばフューエルカム軸の回転に伴って検出されるパルス数に基いて回転数および爆発周期を検出する。なおエンジンの回転数および爆発周期は上記のように同一の回転数検出手段３によって検出されてもよいが、別々の回転数検出手段３，３によって検出されてもよい。

目標回転数設定手段４は目標回転数を設定する。目標回転数設定手段４は例えば調速レバーである。

駆動電流制御手段５は、エンジンの回転数と目標回転数との回転数偏差が許容範囲内にあるようにアクチュエータ駆動電流を制御する。駆動電流制御手段５は、回転数偏差演算手段５１と、目標電流値演算手段５２と、電流検出手段５３と、電流偏差演算手段５４と、ＰＷＭ信号演算手段５５とを備える。これら駆動電流制御手段５の諸手段は、例えばＥＣＵ等のコンピュータにおいて実現されている。

回転数偏差演算手段５１は、エンジンの回転数と目標回転数との回転数偏差を演算する。目標電流値演算手段５２は、演算された回転数偏差を許容範囲内にするようにアクチュエータ駆動電流値を設定する。電流検出手段５３は、シャント抵抗（図示せず）によってアクチュエータから検出された電流をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換した後の値からアクチュエータの検出電流値を算出する。電流偏差演算手段５４は、設定されたアクチュエータ駆動電流値とアクチュエータの検出電流値との電流値偏差を演算する。ＰＷＭ信号演算手段５５は、演算された電流値偏差を許容範囲内にするＰＷＭ信号のデューティ比をＰＩＤ制御に基いて演算する。

ディザ電流重畳手段６は、ディザ信号の周期を、回転数検出手段３によって検出された爆発周期の非整数倍に設定し、設定したディザ信号に応じてディザ電流を制御し、次いで、ディザ電流をアクチュエータ駆動電流に重畳させる。

ディザ電流重畳手段６は、ディザ信号設定手段６１と、ＰＷＭ信号出力手段６２とを備える。これらディザ電流重畳手段６の諸手段は、例えばＥＣＵ等のコンピュータにおいて実現されている。

ディザ信号設定手段６１は、回転数検出手段３によって検出された爆発周期と予め設定された非整数の補正係数（例えば１．２）との積算値を算出し、この積算値をディザ信号の周期として設定する。

図２は、ディザ信号がエンジンの爆発周期に対して時間的に変動している状態を示す（上段グラフの縦軸はエンジンの回転数を示し、下段グラフの縦軸は振幅を示し、横軸は時間を示し、上段グラフの実線はエンジンの回転数を示し、下段グラフの実線はディザ信号を示す）。回転数検出手段３が爆発周期Ｐ_Ｅ１を検出し、次いで、ディザ信号設定手段６１がディザ信号を爆発周期Ｐ_Ｅ１の非整数倍（１．２倍）である周期Ｐ_Ｄ１に設定することにより、ハイレベルのディザ信号Ｓ_Ｈの立ち上がりタイミングの、爆発周期Ｐ_Ｅ１の開始時点に対する相対時間Ｔ_ＲＨが時間的に変動する。

図３は、エンジンの回転数が図２のエンジンの回転数より低い場合におけるディザ信号がエンジンの爆発周期に対して時間的に変動している状態を示す（上段グラフの縦軸はエンジンの回転数を示し、下段グラフの縦軸は振幅を示し、横軸は時間を示し、上段グラフの実線はエンジンの回転数を示し、下段グラフの実線はディザ信号を示す）。図３ではエンジンの回転数がより低いために図３の爆発周期Ｐ_Ｅ２は図２の爆発周期Ｐ_Ｅ１より長くなっているが、ディザ信号は爆発周期の１．２倍である周期Ｐ_Ｄ２に設定され、図２の場合と同様にハイレベルのディザ信号Ｓ_Ｈの立ち上りタイミングの、爆発周期Ｐ_Ｅ２の開始時点に対する相対時間Ｔ_ＲＨは時間的に変動している。

ＰＷＭ信号出力手段６２は、爆発周期の非整数倍の周期を有するディザ信号を、ＰＷＭ信号演算手段５５によって演算されたＰＷＭ信号に重畳させる。次いで、ＰＷＭ信号出力手段６２は、ディザ信号を重畳させたＰＷＭ信号を駆動手段７に出力する。

駆動手段７は、ＰＷＭ信号出力手段６２から入力されたＰＷＭ信号に基いて、ディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流をアクチュエータ２に出力する。駆動手段７は例えばアクチュエータ２がソレノイドである場合には励磁回路を備える。

以上のように説明してきた電子ガバナは、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明は、この実施形態に限定されることはなく、請求の範囲に基く技術的範囲内で適宜変更して実施することができる。

本発明の実施形態である電子ガバナの一例を示したブロック図である。ディザ信号がエンジンの爆発周期に対して時間的に変動している状態を示す。エンジンの回転数が図２のエンジンの回転数より低い場合におけるディザ信号がエンジンの爆発周期に対して時間的に変動している状態を示す。

符号の説明

１…電子ガバナ
２…アクチュエータ
３…回転数検出手段
４…目標回転数設定手段
５…駆動電流制御手段
６…ディザ電流重畳手段
７…駆動手段

Claims

アクチュエータ（2）を駆動するアクチュエータ駆動電流を制御することによってアクチュエータ（2）に燃料供給調節手段を操作させ、燃料供給調節手段にエンジンの回転数が目標回転数になるように燃料供給量を調節させる電子ガバナにおいて、
エンジンの回転数を検出する回転数検出手段(3)と、目標回転数を設定する目標回転数設定手段(4)と、エンジンの回転数と目標回転数との回転数偏差が許容範囲内にあるようにアクチュエータ駆動電流を制御する駆動電流制御手段(5)と、ディザ信号に応じて制御したディザ電流をアクチュエータ駆動電流に重畳させるディザ電流重畳手段(6)と、ディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流をアクチュエータ(2)に出力する駆動手段(7)とを具備し、
ディザ電流重畳手段(6)はディザ信号の周期を爆発周期の非整数倍に設定する電子ガバナ。
前記爆発周期は前記回転数検出手段（3）によって検出される請求項１に記載の電子ガバナ。