JP2009085063A - エンジンの電子ガバナ - Google Patents

Abstract

【課題】 アクチュエータの応答性を高めるとともに、制御の安定性を高く維持することができるエンジンの電子ガバナを提供する。
【解決手段】 ディザが制御の外乱となっていることを判別する外乱判別手段8を備え、外乱判別手段8を回転数検出手段3とディザ電流重畳手段6とに連携させ、外乱判別手段8がエンジン回転数変動の隣合うピーク間の時間差Δｔと回転数差ΔＲとを演算し、時間差Δｔが所定の時間差ｔ未満で、回転数差ΔＲが所定の回転数差Ｒ以上となる回数が所定回数ｎ以上連続した場合には、外乱判別手段8が、ディザが制御の外乱となっていることを判別し、この判別に基づいてディザ電流重畳手段6がディザ電流のディザ幅を小さくするようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンの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近づく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、エンジン温度等によって変化する。

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。この調量ラックの摺動抵抗は、エンジン温度によって変化するエンジンオイルの粘度によって変化し、エンジン温度によってアクチュエータのヒステリシス幅も変化することになる。すなわち、エンジン温度が低くなり、エンジンオイルが粘度が高くなると、アクチュエータのヒステリシス幅は増大し、エンジン温度が高くなり、エンジンオイルが粘度が低くなると、アクチュエータのヒステリシス幅は減少する。

図４は、エンジン温度を変化させたことにより、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、エンジン温度を低下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。このため、寒冷時には、エンジン温度の低下によりヒステリシス幅が大きくなり、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、アクチュエータ及び調量ラック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。一方、温間時には、エンジン温度の上昇によりヒステリシス幅が小さくなるにも拘わらず、ディザ幅を大きいまま維持すると、ディザが制御の外乱となり、制御の安定性が低下する。

本発明は、上記問題を解決するエンジンの電子ガバナ、すなわち、アクチュエータの応答性を高めるとともに、制御の安定性を高く維持することができるエンジンの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)に燃料調量手段を操作させ、燃料調量手段にエンジンの回転数が目標回転数に近づくように燃料供給量を調節させ、
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近づけ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)を備えたエンジンの電子ガバナにおいて、
ディザが制御の外乱となっていることを判別する外乱判別手段(8)を設け、外乱判別手段(8)を回転数検出手段(3)とディザ電流重畳手段(6)とに連携させ、
外乱判別手段(8)がエンジン回転数変動の隣合うピーク間の時間差Δｔと回転数差ΔＲとを演算し、時間差Δｔが所定の時間差ｔ未満で、回転数差ΔＲが所定の回転数差Ｒ以上となる回数が所定回数ｎ以上連続した場合には、外乱判別手段(8)が、ディザが制御の外乱となっていることを判別し、この判別に基づいてディザ電流重畳手段(6)がディザ電流のディザ幅を小さくするようにした、ことを特徴とするエンジンの電子ガバナ。

《効果》 アクチュエータの応答性を高く維持することができる。
ディザが制御の外乱となる直前までディザ幅を大きくすることができるので、アクチュエータ及び燃料調量手段(調量ラック等)の微小振動が適正に行われ、アクチュエータの応答性を高く維持することができる。

《効果》 制御の安定性を高く維持することができる
ディザが制御の外乱となっていることを判別すると、ディザ電流のディザ幅を小さくするため、制御の安定性を高く維持することができる。

《効果》ディザの外乱に基づくエンジン回転変動を効率的に抑制することができる。
外乱判別手段(8)はエンジン回転数変動の隣合うピーク間の時間差Δｔと回転数差ΔＲとを演算し、時間差Δｔが所定の時間差ｔ未満で、回転数差ΔＲが所定の回転数差Ｒ以上となる回数が所定回数ｎ以上連続した場合には、外乱判別手段(8)が、ディザが制御の外乱となっていることを判別するので、エンジン回転変動が外部負荷等の変動に基づくものか、ディザの外乱に基づくものかを明確に判別することができ、ディザの外乱に基づくエンジン回転変動を効率的に抑制することができる。

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、本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの電子ガバナ１の一例を示したブロック図である。このエンジンは発電機に用いる。
本発明の実施形態に係る電子ガバナ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近づくように燃料供給量を調節する。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、ディザが制御の外乱となっていることを判別する外乱判別手段８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近づけ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。

外乱判別手段(8)は回転数検出手段(3)とディザ電流重畳手段(6)とに連携させている。
図２(Ａ)(Ｂ)に示すように、外乱判別手段(8)は、エンジン回転数変動の隣合うピーク間の時間差Δｔと回転数差ΔＲとを演算し、時間差Δｔが所定の時間差ｔ未満で、回転数差ΔＲが所定の回転数差Ｒ以上となる回数が所定回数ｎ以上連続した場合には、外乱判別手段(8)が、ディザが制御の外乱となっていることを判別し、この判別に基づいてディザ電流重畳手段(6)がディザ電流のディザ幅を小さくする。時間差ｔは１００ｍｓ(ミリ秒)、回転数差Ｒは１０ｒｐｍ、回数ｎは１０回とする。一般に負荷変動に伴う時間差は６００〜１０００ｍｓ、回転数差は１００ｒｐｍ程度であるため、負荷変動に伴う回転変動とディザによる回転変動とは明確に識別することができる。
図２(Ｂ)には、ディザが制御の外乱となっている場合のエンジン回転数変動の連続するピークの発生時間ｔｏ〜ｔ７での各エンジン回転数Ｒ０〜Ｒ７、時間差Δｔ０〜Δｔ７、回転数差ΔＲ１〜Ｒ７を示している。

図１に示すように、ディザ電流重畳手段６は、外乱判別手段(8)での判別に基いてディザ電流のディザ幅を変更し、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。

図１に示すように、ディザ幅設定手段６１は、外乱判別手段(8)での判別に基いてディザ電流のディザ幅を変更させる。すなわちディザ幅設定手段６１は、外乱判別手段(8)がディザが制御の外乱となっていることを判別したことに基いてディザ信号のパルス幅を小さくすることにより、ディザ電流のディザ幅を小さくする。

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。

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。

本発明の実施形態に係る電子ガバナの一例を示したブロック図である。 本発明の実施形態に係る電子ガバナを説明する図で、図２(Ａ)はエンジンの回転変動とディザ幅を説明するグラフ、図２(Ｂ)は図２(Ａ)のＢ矢視部分の拡大図である。 アクチュエータのヒステリシス特性を示した図である。 冷間時に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…外乱判別手段

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)に燃料調量手段を操作させ、燃料調量手段にエンジンの回転数が目標回転数に近づくように燃料供給量を調節させ、
   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近づけ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)を備えたエンジンの電子ガバナにおいて、
   ディザが制御の外乱となっていることを判別する外乱判別手段(8)を設け、外乱判別手段(8)を回転数検出手段(3)とディザ電流重畳手段(6)とに連携させ、
   外乱判別手段(8)がエンジン回転数変動の隣合うピーク間の時間差Δｔと回転数差ΔＲとを演算し、時間差Δｔが所定の時間差ｔ未満で、回転数差ΔＲが所定の回転数差Ｒ以上となる回数が所定回数ｎ以上連続した場合には、外乱判別手段(8)が、ディザが制御の外乱となっていることを判別し、この判別に基づいてディザ電流重畳手段(6)がディザ電流のディザ幅を小さくするようにした、ことを特徴とするエンジンの電子ガバナ。

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