JP2008215145A - 電子制御ガバナ - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータの応答性の向上を図るために、アクチュエータ駆動電流の周期を早めた場合に発生しやすくなるエンジンのハンチングを防止する。
【解決手段】ディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流の制御を行って、燃料調量手段を作動させるためのアクチュエータ２を駆動させることで、エンジンの回転数を目標回転数に一致させるようにエンジンへの燃料供給量を調整する電子制御ガバナ１において、前記ディザ電流の一周期でのオフ時間とオン時間の比率を変更可能に構成して、ディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流の上昇速度と下降速度との速度比に応じて変更する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流により、燃料調量手段を作動させるためのアクチュエータを駆動させることで、エンジンの回転数を目標回転数に一致させるようにエンジンへの燃料供給量を調整する電子制御ガバナに関する。

従来、ディーゼルエンジンの調速機として、燃料噴射装置に連係して設けられた電子制御ガバナは公知となっている。このような電子制御ガバナは、燃料噴射装置の燃料供給量を調整する手段となる燃料調量ラックを作動させるためのアクチュエータとしてソレノイドを備え、該アクチュエータをＰＷＭ制御することで、エンジンへの燃料供給量を制御するように構成されている。そして、アクチュエータを駆動させるアクチュエータ駆動電流にディザ電流を重畳させて、アクチュエータを微振動させることによって、アクチュエータのヒステリシスや燃料調量ラックなどの摺動部の摺動抵抗の低減を図るようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−２０７８９号公報

ところが、電子制御ガバナでアクチュエータの応答性を向上させるために、ＰＷＭ信号の周期をより短くしてアクチュエータ駆動電流の制御を行った場合、アクチュエータ駆動電流にディザ電流を重畳させても、その振幅が小さくなって、ディザ電流を重畳させることで得られる効果が得られなくなっていた。つまり、アクチュエータのヒステリシスや摺動部の摺動抵抗を低減させることができなくなっていた。そのため、エンジンのハンチングが起こりやすくなっていた。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、ディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流により、燃料調量手段を作動させるためのアクチュエータを駆動させることで、エンジンの回転数を目標回転数に一致させるようにエンジンへの燃料供給量を調整する電子制御ガバナにおいて、前記ディザ電流の一周期でのオフ時間とオン時間の比率を変更可能に構成して、ディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流の上昇速度と下降速度との速度比に応じて変更するものである。

請求項２においては、前記ディザ電流の一周期に対するオン時間の比率を、２０〜４０パーセントに設定するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、電子制御ガバナでアクチュエータの応答性の向上を図るために、アクチュエータ駆動電流を周期が早くなるように制御した場合でも、ディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流の振幅を適切な大きさに増大させることが可能となる。したがって、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で、アクチュエータのヒステリシスを低減させるとともに、燃料噴射装置に備えた燃料調量手段などの摺動部の摺動抵抗を低減させることが可能となり、エンジンのハンチングを防止することができる。

請求項２においては、アクチュエータ駆動電流に重畳させるディザ電流の一周期に対するオン時間の比率が最適となって、アクチュエータのヒステリシスや、燃料噴射装置に備えた燃料調量手段などの摺動部の摺動抵抗を最も低減することができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明の一実施例に係る電子制御ガバナの構成を示した図、図２は本発明のアクチュエータ駆動電流に重畳させるディザ電流の波形図、図３は本発明のディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流の波形図、図４はディザ電流の一周期に対するオン時間の比率と、ディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流の振幅またはアクチュエータのヒステリシスとの関係を示した図、図５は従来におけるアクチュエータ駆動電流に重畳させるディザ電流の波形図、図６は従来におけるディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流の波形図である。

電子制御ガバナ１は、ディーゼルエンジンの調速機として、燃料噴射装置に連係して設けられており、図１に示すように、アクチュエータとしてのソレノイド２と、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｏｒｏｌ Ｕｎｉｔ（以下、ＥＣＵと称する）３とを備え、該ＥＣＵ３でソレノイド２に供給するアクチュエータ駆動電流を制御して、該ソレノイド２を駆動させるように構成されている。

ソレノイド２は、ＥＣＵ３で制御されるアクチュエータ駆動電流に基づいて駆動して、燃料噴射装置の燃料供給量を調整する燃料調量手段である燃料調量ラックを作動させてそのラック位置を変更し、エンジンの実エンジン回転数Ｎが目標エンジン回転数Ｎｍに一致するように、燃料噴射装置からエンジンへ供給される燃料供給量を調整するようになっている。

ＥＣＵ３は、目標ラック位置演算部５と、目標電流演算部６と、ＰＷＭ信号演算部７と、ＰＷＭ信号出力部８と、ディザ信号出力部９と、ソレノイド駆動回路１０とを備えて構成され、エンジンの目標回転数Ｎｍを設定する調速レバーなどの目標回転数設定手段で設定されたエンジンの目標回転数Ｎｍが入力されるようになっている。

さらにＥＣＵ３は、エンジンの回転数を検出する回転数検出手段で検出された実エンジン回転数Ｎと、燃料調量ラックのラック位置を検出するラック位置検出手段で検出された実ラック位置Ｒと、ソレノイド駆動回路１０で電流計測用抵抗として用いられるシャント抵抗１３によって検出されたソレノイド２の通電電流とが入力されるようにもなっている。

ＥＣＵ３においては、まず目標回転数設定手段で設定された目標エンジン回転数Ｎｍと、回転数検出手段で検出された実エンジン回転数Ｎとの回転数偏差が算出されて、目標ラック位置演算部５に入力される。この目標ラック位置演算部５では、目標エンジン回転数Ｎｍと実エンジン回転数Ｎとの回転数偏差を可及的に減少させるように、燃料調量ラックの目標ラック位置Ｒｍが演算されて出力される。

次に目標ラック位置演算部５から出力された目標ラック位置Ｒｍと、ラック位置検出手段で検出された実ラック位置Ｒとの位置偏差が算出されて、目標電流演算部６に入力される。この目標電流演算部６では、目標ラック位置Ｒｍと実ラック位置Ｒとの位置偏差を可及的に減少させるように、ソレノイド２への目標電流Ｐｍが演算されて出力される。

続いて目標電流演算部６から出力された目標電流Ｐｍと、ソレノイド駆動回路１０でシャント抵抗１３によって検出された検出電流Ｐｂとの電流偏差が算出され、ＰＷＭ信号演算部７に出力される。このＰＷＭ信号演算部７では、目標電流Ｐｍと検出電流Ｐｂとの電流偏差を可及的に減少させるように、ＰＭＷ信号のデューティ比が演算されてＰＷＭ信号出力部８に出力される。

また、ディザ信号出力部９で、ディザ電流を制御するディザ信号が生成されて、これがＰＷＭ信号出力部８に出力される。このディザ信号はソレノイド２のヒステリシスや、燃料噴射装置の燃料調量ラックなどの摺動部の摺動抵抗を低減させるために、ソレノイド２を微振動させるためのものであり、一定周期のパルス信号として生成される。

前記ディザ信号出力部９にはディザ指示手段１６が接続され、該ディザ指示手段１６で後述するようにディザ電流の一周期に対するオン時間の比率を変更できるようになっている。このディザ電流の一周期に対するオン時間の比率は、ＰＷＭ信号にディザ信号を重畳させた合成信号の上昇速度と下降速度の比に応じて変更される。

ＰＷＭ信号出力部８では、ＰＷＭ演算部７で演算されたＰＷＭ信号に、ディザ信号出力部９で生成されたディザ信号が加算されたり、減算されたりして、合成信号であるＰＷＭ信号Ｐｗが生成される。つまり、ディザ信号がＰＷＭ演算部で演算されたＰＷＭ信号に重畳される。

そして、ＰＷＭ信号出力部８からディザ信号を重畳させたＰＷＭ信号Ｐｗがスイッチング素子１２に出力される。これにより、スイッチング素子１２がＰＷＭ信号出力部８から入力されたＰＷＭ信号Ｐｗに基づいて開閉されて、ディザ電流を重畳させた駆動電流がソレノイド駆動回路１０を介してアクチュエータであるソレノイド２に出力される。

ソレノイド駆動回路１０は、電源１１とグラウンドＧＮＤ１５との間にソレノイド２と、スイッチング素子１２と、シャント抵抗１３とを順に直列に接続するとともに、ソレノイド２にフライホイールダイオード１４を並列に接続して構成されている。電源１１にはバッテリなどの直流電源が用いられ、スイッチング素子１２にはトランジスタなどが用いられる。

ソレノイド駆動回路１０では、前記スイッチング素子１２にＰＷＭ信号出力部８から入力されるＰＷＭ信号Ｐｗがオンのときに、スイッチング素子１２が閉じられる。そして、スイッチング素子１２が閉じられた場合に、アクチュエータ駆動電流が電源１１からソレノイド２、スイッチング素子１２、シャント抵抗１３を経てグラウンド１５へ流れる。

一方、前記スイッチング素子１２にＰＷＭ信号出力部８から入力されるＰＷＭ信号Ｐｗがオフのときに、スイッチング素子１２が開かれてアクチュエータ駆動電流は流れなくなる。このスイッチング素子１２が開かれた瞬間にソレノイド２に誘起電圧が発生した場合には、ソレノイド２とフライホイールダイオード１４との間に還流回路が形成されて、これに誘起電圧による電流が還流される。これにより、スイッチング素子１２に誘起電圧が印加されないようになっている。

こうして電子制御ガバナ１は、ＥＣＵ３で各検出手段から検出した実際値を目標値に近づけるように、フィードバック制御を行いながら、ディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流をソレノイド２にソレノイド駆動回路１０を介して出力し、これを駆動させることで、燃料調量ラックを作動して、エンジン回転数Ｎを目標エンジン回転数Ｎｍに一致するように、エンジンへの燃料供給量を調整することができるようになっている。

このように電子制御ガバナ１においては、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で、ソレノイド２のヒステリシスや燃料調量ラックなどの摺動部の摺動抵抗の低減が図られている。しかし、ソレノイド２の応答性を向上させるために、ＰＷＭ信号の周期をより短くしてアクチュエータ駆動電流の制御を行うと、ディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流の振幅が小さくなって、ソレノイド２のヒステリシスが減少せず、逆に増大するという不具合が生じる。

たとえば従来の構成では、図５に示すように、ディザ電流の一周期Ｔに対するオン時間Ｔ１の比率が５０パーセント、即ちオン時間Ｔ１とオフ時間Ｔ２の比率が等しくになるように、ディザ信号が設定されて、図６に示すように、ディザ電流がアクチュエータ駆動電流に重畳されていた。そしてこのディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流が、ディザ電流がオン時間の間での立ち上がり（合成信号の上昇速度）と、ディザ電流がオフ時間の間での立ち下がり（合成信号の下降速度）とを略等しくすることで、目標電流に近づくように制御されていた。

ところが、ＰＷＭ信号の周期を短く（周波数を高く）すると、前記ディザ電流の一周期Ｔに対するオン時間Ｔ１の比率を５０パーセントとする制御では、アクチュエータ駆動電流の立ち下りでの下降速度に対して、オフ時間が十分に確保されない。つまり、アクチュエータ駆動電流の減衰が不十分となる。そのため、アクチュエータ駆動電流と目標電流と差分が小さくなって、アクチュエータ駆動電流の立ち上がりでの上昇速度が遅くなり、立ち下がりでの下降速度も遅くなってアクチュエータ駆動電流の振幅Ｌ１が小さくなる。

そのため、アクチュエータ駆動電流にディザ電流を重畳させても、ソレノイド２を適正な大きさに振動させることができずに、ヒステリシスが増大する前述の不具合が発生して、エンジンのハンチングが起こりやすくなっていた。そこで本発明に係る電子制御ガバナ１では、前記ディザ電流の一周期に対するオン時間の比率を、ディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流の上昇と下降の速度比に応じて変更することによって、前記不具合の解消が図られている。

すなわち、前記ＥＣＵ３におけるディザ指示手段１６において、前記ディザ電流の一周期に対するオン時間の比率が異なるように、ディザ信号が設定されて、ディザ電流が制御される。このディザ電流のオン時間の比率（Ｔ１／Ｔ）が５０パーセントを超えて、ディザ電流が一周期のうちにオン時間Ｔ１がオフ時間Ｔ２よりも長くなるように制御された場合では、従来の構成と同様に、ディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流が立ち下がりで十分に減衰されないため、前記同様の不具合が生じる。

よって、図２に示すように、ディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流が立ち下がり時に減衰しやすいように、ディザ電流のオン時間の比率（Ｔ３／Ｔ）が５０パーセントを超えず、ディザ電流が一周期Ｔのうちにオン時間Ｔ３がオフ時間Ｔ４よりも短くなるように制御される。ディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流は、縦軸を電流とし、横軸を時間とした図３で示すような波形として、ソレノイド２に出力される。

この場合では、アクチュエータ駆動電流の立ち下り時間が長くなり、アクチュエータ駆動電流が十分に減衰される。そのため、アクチュエータ駆動電流と目標電流と差分が大きくなって、アクチュエータ駆動電流の立ち上がりでの上昇速度が速くなり、該アクチュエータ駆動電流の振幅Ｌ２が従来のようにディザ電流をオン時間とオフ時間の比率が等しくなるように制御した場合の振幅Ｌ１よりも大きくなる。

これにより、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で、その振幅Ｌ２を適正な大きさとして、ソレノイド２を微振動させることが可能となる。したがって、ソレノイド２のヒステリシスを低減させるとともに、燃料噴射装置の燃料噴射ポンプに備えたプランジャなどの摺動部の摺動抵抗を低減させることが可能となり、エンジンのハンチングを防止することができる。

また、前述のようにディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流を制御する構成では、ディザ電流の一周期に対するオン時間の比率と、アクチュエータ駆動電流の振幅およびアクチュエータのヒステリシスとの関係が、横軸をオン時間の比率とし、縦軸を振幅もしくはヒステリシスとした図４に示すようになる。

つまり、アクチュエータ駆動電流の振幅Ｌ２は、オン時間の比率が５０パーセントから下がるにつれて大きくなり、２０〜４０パーセントとなるあたりで最大となって、ここから減少に転じるように凸状に変化する。一方、ソレノイド２のヒステリシスは、オン時間の比率が５０パーセントから下がるにつれて小さくなり、２０〜４０パーセントとなるあたりで最小となって、ここから増大に転じるように凹状に変化する。

ここから明らかなように、ディザ電流の一周期に対するオン時間の比率が２０〜４０パーセントとなるあたりが、アクチュエータ駆動電流の振幅を最大として、ヒステリシスを最小とすることができる、最適なオン時間の比率となる。したがって、アクチュエータ駆動電流にディザ電流を重畳させる場合、ディザ電流の一周期に対するオン時間の比率が２０〜４０パーセントとなるようにディザ信号を設定して、ディザ電流を制御することが好ましい。

以上のように、ディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流の制御を行って、燃料調量ラック（燃料調量手段）を作動させるためのソレノイド（アクチュエータ）２を駆動させることで、エンジンの回転数を目標回転数に一致させるようにエンジンへの燃料供給量を調整する電子制御ガバナ１において、前記ディザ電流の一周期でのオフ時間とオン時間の比率を変更可能に構成して、ディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流の上昇速度と下降速度との速度比に応じて変更することにより、ソレノイド２の応答性の向上を図るために、アクチュエータ駆動電流を周期が早くなるように制御した場合でも、ディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流の振幅を適切な大きさに増大させることができる。したがって、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で、ソレノイド２のヒステリシスを低減させるとともに、燃料噴射装置に備えた燃料調量ラックなどの摺動部の摺動抵抗を低減させることが可能となり、エンジンのハンチングを防止することができる。

また、前記電子制御ガバナにおいて、ディザ電流の一周期に対するオン時間の比率を、２０〜４０パーセントに設定することにより、このアクチュエータ駆動電流に重畳させるディザ電流の一周期に対するオン時間の比率が最適となって、ソレノイド２のヒステリシスや、燃料噴射装置に備えた燃料調量ラックなどの摺動部の摺動抵抗を最も低減することができる。

本発明の一実施例に係る電子制御ガバナの構成を示した図。 本発明のアクチュエータ駆動電流に重畳させるディザ電流の波形図。 本発明のディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流の波形図。 ディザ電流の一周期に対するオン時間の比率と、ディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流の振幅またはアクチュエータのヒステリシスとの関係を示した図。 従来におけるアクチュエータ駆動電流に重畳させるディザ電流の波形図。 従来におけるディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流の波形図。

符号の説明

１ 電子制御ガバナ
２ ソレノイド（アクチュエータ）

Claims (2)

1. ディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流により、燃料調量手段を作動させるためのアクチュエータを駆動させることで、エンジンの回転数を目標回転数に一致させるようにエンジンへの燃料供給量を調整する電子制御ガバナにおいて、
   前記ディザ電流の一周期でのオフ時間とオン時間の比率を変更可能に構成して、ディザ電流を重畳させたアクチュエータ駆動電流の上昇速度と下降速度との速度比に応じて変更することを特徴とする電子制御ガバナ。
2. 前記ディザ電流の一周期に対するオン時間の比率を、２０〜４０パーセントに設定することを特徴とする請求項１に記載の電子制御ガバナ。

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