JP2585553Y2 - 機械式オールスピードガバナの制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は、ディーゼルエンジンに適用される機械式
オールスピードガバナに係わり、特に、その速度変動率
を所望の特性に沿って可変制御する機械式オールスピー
ドガバナの制御装置に関する。

（従来の技術） この種の機械式オールスピードガバナは、ディーゼル
エンジンの回転数をその全回転域に亘って安定させるた
めに使用されるものである。それ故、スピードガバナに
はそのフライウエイトの遠心力に対抗するガバナスプリ
ング、また、このガバナスプリングのばね力、即ち、そ
の張力を可変する速度制御レバーが備えられている。従
って、エンジンの回転数に応じ、速度制御レバーのレバ
ー角を調整することにより、全回転域に亘って回転数を
安定させることができる。

（考案が解決しようとする課題） ところで、上述したオールスピードガバナでは、エン
ジンに外部から加わる負荷トルクの変化に伴い、エンジ
ンの回転数がある範囲内で変動する特性、つまり、所定
の速度変動率を有している。しかしながら、この速度変
動率はガバナスプリング自体によって一義的に決定され
るものである。このため、負荷トルクが変化しても、エ
ンジンの回転数を一定に維持するような制御特性を得る
ことは困難であった。

この考案は上述した事情に基づいてなされたもので、
その目的とするところは速度変動率を任意に可変して、
所望の制御特性を得ることができる機械式オールスピー
ドガバナの制御装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） この考案は、燃料噴射ポンプのカム軸に連結されたフ
ライウエイトと、このフライウエイトの作動に連動して
摺動するスリーブと、このスリーブに連動して作動され
るコントロールレバーと、このコントロールレバーの作
動に応じて移動されるコントロールラックと、エンジン
の回転速度を調整する速度制御レバーと、この速度制御
レバーの回転角位置に応じて張力が可変されるガバナス
プリングとから構成された機械式オールスピードガバナ
に適用されており、この考案の制御装置は、速度制御レ
バーにリンク機構を介して連結されたステップモータ
と、エンジンに加わる外部負荷を検出する負荷センサ
と、この負荷センサからの負荷信号に基づき、ステップ
モータを駆動して速度制御レバーを駆動するコントロー
ラを備えている。

この考案の制御装置の場合、そのコントローラは、ス
テップモータの基準ステップ位置を設定するドライバ回
路と、負荷センサからの外部負荷に対応した負荷信号に
応じて基準ステップ位置からの進角ステップ数を算出す
る進角ステップ数算出回路と、ドライバ回路に出力する
進角ステップ数を最大許容進角ステップ数に制限する進
角ステップ数制限回路とから構成されている。そして、
ドライバ回路は基準ステップ位置を変更可能な第１マニ
ュアルスイッチを有し、進角ステップ数算出回路はステ
ップモータの単位ステップ角の大きさを変更可能な第２
マニュアルスイッチを有し、進角ステップ数制限回路は
最大許容進角ステップ数を変更可能な第３マニュアルス
イッチを有している。

（作用） この考案の上述した機械式オールスピードガバナの制
御装置によれば、ステップモータの駆動により、そのガ
バナにおける速度制御レバーのレバー角が負荷センサか
らの負荷信号に基づき段階的に微調整される。ここでの
微調整はステップモータがその基準ステップ位置から負
荷信号に応じた進角ステップ数だけ駆動されることで行
われる。進角ステップ数には最大許容進角ステップ数が
設定されているから、ステップモータはその最大許容進
角ステップ数を越えて駆動されることはない。

また、ステップモータの基準ステップ位置、単位ステ
ップ角の大きさ及び最大許容進角ステップ数の設定がそ
れぞれのマニュアルスイッチにより変更されると、オー
ルスピードガバナにおいて、その速度変動率の制御特性
は任意に可変される。

（実施例） 以下、この考案の一実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図は、機械式オールスピードガバナに適用された
制御装置、即ち、速度変動率制御装置を示しているが、
この速度変動率制御装置について説明する前に、上記オ
ールスピードガバナについて簡単に説明する。

オールスピードガバナ１は、燃料噴射ポンプ２に組み
込まれており、第１図中、参照符号３は燃料噴射ポンプ
２のカム軸、参照符号４はそのコントロールラックを示
している。

そして、オールスピードガバナ１は、カム軸３と共に
回転されるフライウエイト５、このフライウエイト５の
拡開により摺動するガバナスリーブ６、シフタ７、コン
トロールラック４に対して連結されたコントロールレバ
ー８、テンションレバー９、速度制御レバー10及び速度
制御レバー10とテンションレバー９との間に架け渡され
たガバナスプリング11等から構成されている。このガバ
ナスプリング11は公知のように、速度制御レバー10のレ
バー角が調整されることにより、その張力が可変される
ようになっている。つまり、オールスピードガバナ１は
ディーゼルエンジン（図示しない）のアイドリング回転
から最高回転数までの全ての回転域に亘り、速度制御レ
バー10のレバー角位置によって決定される回転にて、エ
ンジンの負荷トルクの増減に対し、ガバナが有する速度
変動率に従って回転数が変化され、その回転数をほぼ一
定に維持する機能を有している。

速度制御レバー10におけるレバー角の調整範囲は、第
１図中θで示されており、また、オールスピードガバナ
１が有する本来の制御特性、即ち、エンジンの回転数に
対する負荷トルクの関係は第２図に示されている。な
お、第２図にはオールスピードガバナ１の制御特性と併
せて、エンジンの回転数に対する速度制御レバー10のレ
バー角θをも対応して示されている。

ここで、オールスピードガバナ１における速度変動率
δは次式で示される。

δ＝（（Nn−Nf）/Nf）×100％ Nnは、速度制御レバー10のレバー角θによって決定さ
れた回転数での無負荷最大回転数であり、また、Nfは全
負荷最大回転数を表している。

従って、第２図の制御特性から明らかなようにエンジ
ンが所定の回転数Ｎにあるとき、この回転数Ｎはエンジ
ンの負荷トルクの変化に応じて、第２図中破線で示され
る傾斜ラインＬに沿って変動することになる。なお、第
２図中、許容最大回転数での場合、その傾斜ラインは実
線で示されている。

第３図は第２図中の２点鎖線で囲んだ局所領域を拡大
して示している。第３図から明らかなように速度制御レ
バー10におけるレバー角θのリニアな変化に対し、この
レバー角θによって決定される制御特性、即ち、前述し
た傾斜ラインＬの変化は連続的な平行移動となることが
分かる。

そして、この考案の速度変動率制御装置は上述したオ
ールスピードガバナ１の制御特性を前提として得られる
もので、第１図に示されているようにステップモータ12
を備えている。このステップモータ12と前述した速度制
御レバー10との間はリンク機構13によって連結されてお
り、このリンク機構13はステップモータ12の出力軸14に
取付けられたリングアーム15と、このリンクアーム15の
先端と速度制御レバー10の先端とを連結する連結リンク
バー16とから構成されている。

ステップモータ12は、モータ駆動コントローラ17に電
気的に接続されている。より詳しくは、ステップモータ
12からは現在のステップモータ12のステップ角度に応じ
たステップ位置信号がモータ駆動コントローラ17に供給
されるようになっている。このため、モータ駆動コント
ローラ17はステップ位置信号を受け取るドライバ回路18
を備えている。このドライバ回路18には設定撮み（第１
マニュアルスイッチ）19が設けられており、この設定撮
み19を操作することにより、ドライバ回路18はステップ
モータ12の基準ステップ位置Sb、即ち、速度制御レバー
10の基準回転角を設定できるようになっている。つま
り、エンジンのアイドリングから無負荷最大回転数（N
n）間の回転数域にて回転を制御すべく、その回転数域
中の任意の回転数での全負荷最大回転数Nfを設定可能で
ある。

そして、速度変動率制御装置は、負荷センサ20を備え
ており、この負荷センサ20はエンジンに外部から加わる
外部負荷、即ち、負荷トルクを電気的な負荷信号とし
て、モータ駆動コントローラ17に出力する。この負荷信
号は、モータ駆動コントローラ17の進角ステップ数算出
回路21に供給され、そして、この進角ステップ数算出回
路21では負荷信号の大きさに応じて、前述した基準ステ
ップ位置Sbからのステップモータ12の進角ステップ数を
算出する。

ここで、この実施例の場合、第４図に示されているよ
うに無負荷状態及び全負荷状態との間を例えば５段階の
制御領域に区分し、その負荷トルクの大きさ、つまり、
負荷トルクの20％毎の増加に対応したステップモータ12
の進角ステップ数Sxを出力する。

一方、ステップモータ12の単位ステップ角は無負荷状
態速及び全負荷状態での速度制御レバー10のレバー角を
θn,θｆとした場合、θｎ−θｆ間を５等分値に設定さ
れている。即ち、単位ステップ数θｓは次式によって求
められる。

θｓ＝（θｎ−θｆ）/5 従って、この実施例の場合、ステップモータ12はエン
ジンにおける制御すべき回転数での全負荷最大回転数N
f、即ち、レバー角θｆに対応する基準ステッ位置から
５ステップ駆動されることで、無負荷最大回転数Nn、即
ち、レバー角θｎに対応した最大ステップ位置Snに達す
ることができる。つまり、この実施例の場合、ステップ
モータ12の基準ステップ位置Sbから最大ステップ位置ま
での制御領域数Sdは進角ステップ数算出回路21からの最
大進角ステップ数と同数、即ち、５となっている。な
お、この実施例の場合、進角ステップ数算出回路21には
調整撮み（第２マニュアルスイッチ）22が設けられてお
り、この調整撮み22はステップモータ12の単位ステップ
角の大きさを可変するためのものである。

また、θｎ−θｆに相当するエンジンの回転数の差、
つまり、前述の説明から明らかなようにNn−Nfが例えば
150rpmであるとすると、ステップモータ12の１ステップ
に相当する回転数の差は（150/Sd）＝30rpmとなる。

そして、進角ステップ数算出回路21にて算出された進
角ステップ数Sxは、次に、進角ステップ数制限回路23に
供給される。この進角ステップ数制限回路23では、予め
設定されている最大許容進角ステップ数Smaxと進角ステ
ップ数Sxとが比較され、進角ステップ数Sxが最大許容進
角ステップ数Smaxよりも小さい場合にはその進角ステッ
プ数Sxがドライバ回路18に供給され、そして、進角ステ
ッ数Sxが最大許容進角ステップ数Smax以上の場合、Smax
に制限された進角ステップ数Sxがドライバ回路18に供給
される。この実施例の場合、最大許容進角ステップSmax
は前述した制御領域数Sd（＝５）と同数に設定されてい
る。

また、進角ステップ数制限回路23にも設定撮み（第３
マニュアルスイッチ）24が設けられており、この設定撮
み24は最大許容ステップ数Smaxを設定するためのもので
ある。

ドライバ回路18に進角ステップ数算出回路21から進角
ステップ数制限回路23を介して進角ステップ数Sxが供給
されると、ドライバ回路18はその進角ステップ数Sxに応
じてステップモータ12を駆動し、これにより、速度制御
レバー10のレバー角θが可変されることになる。即ち、
速度制御レバー10のレバー角θは、エンジンの負荷トル
クの大きさに応じ、θｆとθｎとの間にて変化される。
従って、オールスピードガバナ１は、可変されたレバー
角θに対応した傾斜ラインＬに沿ってエンジンの回転数
を制御することになる。この結果、エンジンに加わる負
荷トルクが全負荷状態から無負荷状態に向かって変化す
る場合、ステップモータ12は速度制御レバー10のレバー
角θをθｆからθｎまで５段階に可変し、第５図に示さ
れるようにオールスピードガバナ１において、エンジン
回転数は全負荷最大回転数Nfと無負荷最大回転数Nnとの
間での制御特性、即ち、傾斜ラインL0〜L5を順次乗り換
えながら制御されることになる。この場合、全負荷最大
回転数Nf及び無負荷最大回転数Nnをステップモータ12の
進角ステップ数を置き換えると、基準ステップ位置Sbは
ステップ数でみて100に設定され、そして、全負荷状態
時、進角ステップ数Sxの最大値、即ち、最大許容進角ス
テップ数Smaxと制御領域数Sdとは共に５であるから、次
式により、速度変動率δは０％となる。

δ＝（（Sd−Smax）/Sb）×100 ＝０％ このことは、第５図に示した回数数の変動特性からも
明かなであり、エンジンの回転数は傾斜ラインL0〜L5
間、即ち、線分D0〜D1の間の範囲で変動するのみであ
る。

また、第６図及び第７図に示されているように制御領
域数Sd及び進角ステップ数Sxの最大許容進角ステップ数
Smaxをそれぞれ10に設定すれば、第５図の実施例に比べ
て、エンジンの回転数をより高精度に安定させることが
できる。なお、第６図及び第７図の実施例の場合でも、
その速度変動率δが０％となることは明らかである。

更に、進角ステップ数Sxの最大許容進角ステップ数Sm
axを第５図の実施例と同様に５に設定し、これに対し、
制御領域数Sdを10に設定すれば、エンジンの回転数は第
７図中１点鎖線で示すように制御されることになる。こ
の場合，速度変動率δは、全負荷状態時でみて、Sd＝1
0、Smax＝５であるからから次式により、 δ＝（（Sd−Smax）/Sb）×100 ＝−５％ となる。

また、第８図及び第９図に示されている実施例では、
無負荷状態から全負荷状態までの間を15の進角ステップ
数に区分して、負荷トルクに応じた進角ステップ数Sxを
出力する一方、その最大許容進角ステップ数Smaxもまた
15に設定し、そして、ステップモータ12の単位ステップ
角θｓ及び制御領域数Sdに関しては第６図及び第７図の
実施例の場合と同様に設定している。この場合、エンジ
ンは第９図に示されるように制御されることになり、全
負荷状態時での速度変動率δは、Sd＝10,Smax＝15とな
るから、次式により、 δ＝（（Sd−Smax）/Sb）×100 ＝５％ となる。即ち、エンジンの回転数制御は、第９図中Ａで
示されるような逆ドループ制御となる。

しかしながら、第８図及び第９図の実施例において、
進角ステップ数制限回路23にて設定された最大許容進角
ステップ数Smaxが例えば、９に設定されていると、ステ
ップモータ12は９ステップを越えて駆動されることがな
いので、この場合、エンジンの回転数は第９図中Ｂで示
されるように制御されることになる。ここで、ステップ
モータ12がその最大許容進角ステップ数まで駆動された
後にあっては、エンジンの回転数はオールスピードガバ
ナ１が有する本来の機能に基づいて制御されることにな
る。

上述したように、この考案の速度変動率制御装置は、
第10図中、a,b,cで示されるように、その速度変動率を
任意に可変することができ、また、前述したように最大
許容進角ステップ数Smaxを進角ステップ数Sxの最大値よ
りも小さく設定する、即ち、ステップモータ12の駆動に
対してリミッタを設けおくようにすれば、第11図及び第
12図のような速度変動率特性を得ることも可能である。
第11図及び第12図中、αはリミッタが機能する点を示し
ている。

なお、この考案の一実施例では、ドライバ回路18に設
定撮み19を設けているが、設定撮み19の代わりに図示し
ないアクセルペダルに回動量を検出するセンサを設け、
このセンサをドライバ回路18に接続してもよい。

（考案の効果） 以上説明したように、この考案の機械式オールスピー
ドガバナの制御装置によれば、オールスピードガバナの
速度制御レバーをステップモータにより駆動し、そのレ
バー角をエンジンの外部負荷の大きさに応じて調整する
ようにしたから、オールスピードガバナが有する本来の
機能を利用して、その速度変動率を可変できる。また、
ステップモータの基準ステップ位置、その単位ステップ
角及び最大許容進角ステップ数のそれぞれを第１〜第３
マニュアルスイッチにより変更すれば、オールスピード
ガバナの速度変動率を任意に可変制御できることから、
エンジンの外部負荷の大きさに拘わらず、その速度変動
率が０となるべく制御することで、エンジンの回転数を
一定の値に安定して維持でき、また、エンジンの外部負
荷の増大に応じてエンジンの回転数を高めるといった制
御も可能となる等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は、この考案の一実施例を示し、第１
図はオールスピードガバナに適用された速度変動率制御
装置の概略構成図、第２図はエンジンの回転数に対する
速度制御レバーのレバー角及び負荷トルクの関係を示す
グラフ。第３図は第２図中、III部の拡大詳細図、第４
図はステップモータの進角ステップ数と負荷トルクとの
関係を示すグラフ、第５図は速度変動率制御装置によっ
て制御されるエンジン回転数の変動特性を示すグラフ、
第６図及び第７図はこの考案の他の実施例を示し、第６
図はステップモータの進角ステップ数と負荷トルクとの
関係を示すグラフ、第７図は速度変動率制御装置によっ
て制御されるエンジン回転数の変動特性を示すグラフ、
第８図及び第９図はこの考案の更に別の実施例を示し、
第８図はステップモータの進角ステップ数と負荷トルク
との関係を示すグラフ、第９図は速度変動率制御装置に
よって制御されるエンジン回転数の変動特性を示すグラ
フ、第10図乃至第12図はこの考案の速度変動率制御装置
によって得ることができるエンジンの回転数の変動特性
をそれぞれ示すグラフである。 １……オールスピードガバナ、10……速度制御レバー、
12……ステップモータ、17……モータ駆動コントロー
ラ、18……ドライバ回路、20……負荷センサ、21……進
角ステップ数算出回路、23……進角ステップ数制限回
路。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/00 - 41/40 F02D 1/00 - 1/18 F02D 31/00

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料噴射ポンプのカム軸に連結されたフラ
   イウエイトと、 前記フライウエイトの作動に連動して摺動するスリーブ
   と、 前記スリーブに連動して作動されるコントロールレバー
   と、 前記コントロールレバーの作動に応じて移動されるコン
   トロールラックと、 エンジンの回転速度を調整する速度制御レバーと、 前記速度制御レバーの回動角位置に応じて張力が可変さ
   れるガバナスプリングとを具備した機械式オールスピー
   ドガバナにおいて、 前記速度制御レバーにリンク機構を介して連結されたス
   テップモータと、 前記エンジンに加わる外部負荷を検出する負荷センサ
   と、 前記負荷センサからの外部負荷に対応した負荷信号に基
   づき、前記ステップモータを駆動して前記速度制御レバ
   ーを駆動するコントローラを備えており、 前記コントローラは、 前記ステップモータの基準ステップ位置を設定するドラ
   イバ回路と、 前記負荷センサからの負荷信号に応じて前記基準ステッ
   プ位置からの進角ステップ数を算出する進角ステップ数
   算出手段と、 前記ドライバ回路に出力する進角ステップ数を最大許容
   進角ステップ数に制限する進角ステップ数制限回路と を含んでおり、 前記ドライバ回路は、前記基準ステップ位置を変更可能
   な第１マニュアルスイッチを有しており、 前記進角ステップ数算出回路は、前記ステップモータの
   単位ステップ角の大きさを変更可能な第２マニュアルス
   イッチを有しており、 前記進角ステップ数制限回路は、前記最大許容進角ステ
   ップ数を変更可能な第３マニュアルスイッチを有してい
   る ことを特徴とする機械式オールスピードガバナの制御装
   置。