JP2007162617A - 電子ガバナ - Google Patents

Abstract

【課題】 アクチュエータ２の経時変化によってアクチュエータ２のヒステリシス幅が大きくなった場合でもアクチュエータ２の初期の応答性を維持すること。
【解決手段】 ディザ幅設定手段６１は、エンジンの負荷情報および稼働時間に基いてディザ電流のディザ幅を増加させる。すなわちディザ幅設定手段６１は、エンジンの負荷情報および稼働時間に基いてディザ信号のパルス幅を増加させることにより、ディザ電流のディザ幅を増加させる。ディザ幅設定手段６１は、エンジンの負荷情報および稼働時間とパルス幅との関係を記述したパルス幅記憶手段を有しており、エンジンの負荷情報および稼働時間に対応するパルス幅を信号のパルス幅として設定する。
【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、燃料供給量を調節する調量ラック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。このアクチュエータは、図３の実線に示されるように、アクチュエータ駆動電流に対してヒステリシス特性を有している。図３は、アクチュエータのヒステリシス特性を示す図であり、縦軸はアクチュエータの駆動に応じて移動する調量ラックの位置を示し、横軸はアクチュエータを駆動させるアクチュエータ駆動電流を示す。このヒステリシス特性により、アクチュエータがアクチュエータ駆動電流の変化に応じて駆動しない場合がある。例えば調量ラックの位置をＡ点からＢ点に移動させるようにアクチュエータを駆動させる場合、アクチュエータ駆動電流をＣ点からＤ点に増加させてもアクチュエータは駆動しないため、さらにアクチュエータ駆動電流をＥ点まで増加させる必要がある。アクチュエータが駆動しないＣ点からＤ点までのアクチュエータ駆動電流の幅をヒステリシス幅といい、アクチュエータ駆動電流の変化幅がヒステリシス幅より短い場合に、アクチュエータが駆動することはない。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、アクチュエータ駆動電流にディザ電流を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）。アクチュエータを微小振動させるために、ディザ電流の振幅（以下、ディザ幅と称す）はアクチュエータのヒステリシス幅の少なくとも半分程度に初期設定されている。

特開２００１−２０７８９号公報

このようにディザ幅はアクチュエータのヒステリシス幅に対応して初期設定されるが、アクチュエータのヒステリシス幅は、以下に説明するように長時間にわたるエンジンの稼働から生じるアクチュエータの経時変化によって増加する。

アクチュエータは、プランジャを有しており、このプランジャを軸方向に移動させることによって調量ラックを軸方向に移動させる。プランジャは、軸受によって軸方向のみに移動するように予め軸支されているために、軸方向の力を与えられると確実に軸方向に移動する。
しかし、長時間にわたるエンジンの稼動により、プランジャが摺動する軸受内面は磨耗する。これにより、プランジャは、軸方向のみに移動するのではなく、軸方向に対して左右上下に移動するようになる。この結果、プランジャに与えられる軸方向の力から分力する軸方向とは垂直の力（以下、軸受方向の力と称す）が増加し、この軸受方向の力の増加がプランジャと軸受との間の摩擦力を増加させ、この摩擦力の増加によりヒステリシス幅が増加する。特にエンジンの負荷が高くなると、プランジャに与えられる軸方向の力が大きくなるので、この軸方向の力から分力する軸受方向の力も大きくなり、この結果ヒステリシス幅はより増加することになる。

図４は、長時間にわたってエンジンを稼動させたことにより、アクチュエータのヒステリシス幅が増加することを示す図である。図４に示されているように、エンジンを長時間にわたって稼動させた後のヒステリシス幅（例えば破線のＦ点からＧ点までの幅）は初期のヒステリシス幅（例えば実線のＨ点からＩ点までの幅）より大きくなる。このヒステリシス幅の増加はエンジンの負荷が高くなるにつれて大きくなることが示されている。例えば破線のＦ点からＧ点までのヒステリシス幅は、エンジンの負荷がより低い（図４においては調量ラックの位置がより小さい）破線のＪ点からＫ点までのヒステリシス幅より大きくなっている。
このようにエンジンの稼働時間および負荷に応じてヒステリシス幅が大きくなると、初期のヒステリシス幅に対応して初期設定されたディザ幅は、アクチュエータのヒステリシス幅の半分より小さくなる。この結果、アクチュエータが微小振動しなくなり、アクチュエータの応答性がヒステリシス特性によって低下するおそれがある。

本発明は、上記問題を解決すると共に、エンジンの稼働時間および負荷に応じて生じる摺動変化等のアクチュエータの経時変化によってアクチュエータのヒステリシス幅が大きくなった場合でも、アクチュエータの応答性を初期の応答性に全負荷領域において維持できる電子ガバナを提供することを目的とする。

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であって、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、エンジンの回転数を目標回転数に調節す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、アクチュエータ駆動電流にディザ電流を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、エンジンの負荷情報を検出する負荷情報検出手段（8）と、エンジンの稼働時間を集計する稼働時間集計手段（9）とを具備し、ディザ電流重畳手段(6)は、負荷情報検出手段(8)によって検出されたエンジンの負荷情報と、稼働時間集計手段（9）によって集計された稼動時間とに基いてディザ電流のディザ幅を増加し、これにより上記目的を達成する。

本発明は、エンジンの稼働時間および負荷に応じて生じる摺動変化等のアクチュエータの経時変化によってアクチュエータのヒステリシス幅が大きくなった場合でも、エンジンの稼動時間および負荷に応じてディザ幅を増加させることによってアクチュエータを微小運動させ、これによりアクチュエータの初期の応答性を全負荷領域において維持できる電子ガバナを提供することを可能にする。

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燃料調量ラックであり、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、負荷情報検出手段８と、稼働時間集計手段９とを備える。

回転数検出手段３はエンジンの回転数を検出する。回転数検出手段３は、例えばアクチュエータ駆動電流または１回転数当りで検出されるパルス数に基いて回転数を検出する。
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、エンジンの回転数を目標回転数に調節す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、エンジン負荷情報検出手段８によって検出されたエンジンの負荷情報と、稼働時間集計手段９によって集計されたエンジンの稼働時間とに基いてディザ電流のディザ幅を増加させ、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、ディザ幅設定手段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。

ディザ幅設定手段６１は、エンジンの負荷情報および稼働時間に基いてディザ電流のディザ幅を増加させる。すなわちディザ幅設定手段６１は、エンジンの負荷情報および稼働時間に基いてディザ信号のパルス幅を増加させることにより、ディザ電流のディザ幅を増加させる。ディザ幅設定手段６１は、エンジンの負荷情報および稼働時間とパルス幅との関係を記述したパルス幅記憶手段（図示せず）を有しており、エンジンの負荷情報および稼働時間に対応するパルス幅を信号のパルス幅として設定する。

エンジンの負荷情報および稼働時間とパルス幅との関係は、負荷情報が示すエンジンの負荷が高くなるにつれてパルス幅を増加させ、稼働時間が長くなるにつれてパルス幅を増加させることによってアクチュエータ２の初期の応答性を維持するようにパルス幅記憶手段に記述されている。これらパルス幅の増加量は、エンジンを長時間にわたって試運転させることによって取得された経験的データに基いて予め設定されている。例えばパルス幅記憶手段には、エンジン無負荷状態を示す負荷情報に対応する負荷係数を１とし、エンジンの負荷が高くなるのに応じて１より大きい負荷係数（例えばエンジン定格負荷状態を示す負荷情報に対応する負荷係数を１．３とする）が複数記述されると共に、図２に示されるようにエンジン無負荷状態の場合に稼働時間が長くなるのに応じて増加するパルス幅が複数記述されている。このように記述されたパルス記憶手段の場合、ディザ幅設定手段６１は、負荷情報に対応する負荷係数と稼働時間に対応するパルス幅との積算値をディザ信号のパルス幅として設定することにより、ディザ信号のパルス幅を増加させる。稼働時間に対応するディザ信号のパルス幅は、図２に示されるように離散的に増加させてもよいし、図示はされていないが連続的に増加させてもよい。このディザ信号のパルス幅と同様に、負荷係数も離散的に増加させてもよいし、連続的に増加させてもよい。

ＰＷＭ信号出力手段６２は、ディザ電流のディザ幅を増加させるように制御されたパルス幅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。

負荷情報検出手段８は、エンジンの負荷状態を示すエンジンの負荷情報を検出する。負荷情報検出手段８は、エンジンの負荷情報を、例えば燃料供給量調節手段の位置情報から検出してもよいし、回転数検出手段３が検出した回転数の時間変化率（すなわち加速度）から検出してもよいし、トルクセンサから検出されたトルク値から検出してもよい。

稼動時間集計手段９はエンジンの稼動時間を集計する。稼動時間集計手段９は、例えば、稼動時間を計時し、計時された稼動時間を既に集計された稼動時間に加算し、さらに加算された稼動時間を集計された稼働時間として新たに記録する。稼動時間は、例えば回転数検出手段３によって回転数が検出される時間であってもよいし、アクチュエータ駆動電流が検出される時間であってもよい。また、稼動時間の集計の開始時点は、初期設定によってエンジン試運転後に開始してもよいし、任意に設定した時点（例えばエンジンの調整毎に）開始してもよい。

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。 集計された稼動時間に応じて増加するディザ信号のパルス幅を示したグラフ図である。 アクチュエータのヒステリシス特性を示した図である。 長時間にわたってエンジンを稼動させたことにより、アクチュエータのヒステリシス幅が増加することを示す図である。

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
８…負荷情報検出手段
９…稼動時間集計手段

Claims (1)

1. 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であって、
   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、エンジンの回転数を目標回転数に調節す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、アクチュエータ駆動電流にディザ電流を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、エンジンの負荷情報を検出する負荷情報検出手段（8）と、エンジンの稼働時間を集計する稼働時間集計手段（9）とを具備し、
   ディザ電流重畳手段(6)は、負荷情報検出手段(8)によって検出されたエンジンの負荷情報と、稼働時間集計手段（9）によって集計された稼動時間とに基いてディザ電流のディザ幅を増加する電子ガバナ。
   
   
   
   

Images