JP2682842B2 - 定回転運転装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は定回転運転装置に関する。さらに詳しくは、
建設機械の油圧ポンプ−モータ駆動用エンジンの制御に
用いられる、エンジンストップ装置を一体に組み込んだ
定回転運転装置に関する。

〔従来の技術〕 従来よりパワーショベルやクレーンなどの建設機械で
は、油圧ポンプ−モータ駆動用エンジンのガバナーの角
度位置をポテンショメータで検出し、設定目標値との偏
差に応じて差動アンプによってサーボモータを回転さ
せ、フューエルインジェクション装置あるいはスロット
ルバルブなどの燃料供給調節装置を調節して駆動軸回転
数を目標設定値に近づける定回転運転装置が知られてい
る。

一方、従来の機械では前記定回転運転装置のほかに別
系統で操作されるエンジンストップ装置が併用されてい
る。このものはエンジンの始動時および停止時に、燃料
供給調節装置のエンジン停止位置とアイドリング運転位
置との間の切り換えを遠隔操作するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記従来の装置では、１つの燃料供給調節装置をたが
いに別の操作系統で操作する定回転運転装置とエンジン
ストップ装置とが別系統で組込まれているので、装置全
体が複雑となり、製造コストも高価となっている。また
サーボモータが直接ガバナーに連結されているので、振
動や熱を受け、その対策のために一層高価となる。また
動力伝達部に自己拘束機能がなく、ガバナー側のトルク
がモータに伝わって逆転させるので、常時制御しておく
必要があり、電力消費量が多く、制御が不安定である。

一方、乗用車に用いられているマイコンを利用したオ
ートクルーズコントローラを定回転運転装置として利用
することも考えられるが、つぎのようなロジック上の問
題があるのでマイコンだけではエンジン停止と定回転運
転の両方を制御することができない。

すなわちエンジンの始動時にはオートクルーズコント
ローラをまずアイドリングの位置に設定したうえでエン
ジンを始動させなければならないが、その時点ではコン
ピュータへの回転数の情報のフィードバックがない。そ
のためオートクルーズコントローラをアイドリング位置
まで立ち上げることができず、結局エンジンの始動がで
きない。

本発明はマイコンを経由せずに作動する簡易な機能お
よび電気回路を用いて、エンジンストップからアイドリ
ングまでの立ち上げ、ならびにアイドリングとフルスロ
ットル間の定回転運転制御の２種類の制御を、単一の装
置および単一の操作系統で安全確実に行ないうる定回転
運転装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の定回転運転装置は、駆動軸の回転数と設定し
た目標値との差に基づくコントローラからの信号に応じ
て、正転、停止または逆転するサーボモータと、該サー
ボモータに差動歯車減速機を介して連結されるドラム
と、該ドラムに一端が巻きつけられて係止されると共
に、他端が燃料供給調節装置に連結されている操作ケー
ブルと、前記燃料供給調節装置のエンジン停止、アイド
リングおよびフルアクセルの各状態と対応する前記ドラ
ムの回転位置を検出するためのリミットスイッチと、該
リミットスイッチがエンジン停止またはアイドリング状
態と対応するドラムの回転位置を検出したときにサーボ
モータの電源回路を開いて回生ブレーキ回路に切り換え
るエンジン停止域回路と、前記リミットスイッチがアイ
ドリング状態またはフルアクセル状態と対応するドラム
の回転位置を検出したときにサーボモータの電源回路を
用いて回生ブレーキ回路に切り換える常用域回路と、前
記エンジン停止域回路と常用域回路のいずれか一方の回
路を作動させる選択スイッチとから構成されている。

〔作 用〕

機械の始動時には選択スイッチをエンジン停止域に設
定しておけば、アクチュエータはエンジンを始動状態に
して、始動可能となる。

目標値をレバーなどで設定し、アイドリング運転の状
態から選択スイッチを常用域に切り換えると、アイドリ
ング状態とフルスロットル状態の間で通常の目標値に追
従するサーボ制御が行なわれる。

そのばあい燃料供給調節装置の上限および下限はそれ
ぞれアイドリング位置およびフルスロットル位置の検出
リミットスイッチで抑えられており、上限および下限に
達すると回生ブレーキが働いてただちに停止する。それ
により燃料供給調節装置の開度は上限および下限を超え
ることなく維持され、常用域での運転が続けられる。

エンジンを停止させるときは、前述の始動のばあいと
逆の操作を行なえばよい。そのときもドラムがエンジン
停止位置に達したときに回生ブレーキが働き、正確な停
止位置にドラムを停止させることができる。

叙上のごとく本発明の装置では、それぞれの領域ごと
に働く回生ブレーキが、エンジンストップ装置と通常の
定回転運転装置という、まったく作用の異なる２つの領
域を確実に分離しているので、安全性を確保しつつ両者
を結合することができたのである。

〔実施例〕

つぎに図面を参照しながら本発明の装置を説明する。

第１図は本発明の装置の一実施例を示すブロック線
図、第２図は本発明にかかわるアクチュエータの一実施
例を示す断面図、第３図は第２図の（III）−（III）線
断面図、第４図は本発明の装置に用いられる制御回路の
一実施例を示す回路図、第５図および第６図はそれぞれ
第４図におけるエンジン停止域回路および常用域回路を
抜き出して示す部分回路図、第７〜10図はそれぞれ第４
図の回路の動作状態を示す回路図、第11図は第４図の回
路の動作状態を示す図表である。

まず第１図を参照して本発明の装置の全体の構成を説
明する。

第１図の（１）は制御対象であるエンジンであり、
（２）はエンジン（１）の出力軸または減速機（1a）を
介した駆動軸（1b）の回転数を検出するための検出器、
（３）は検出された実回転数と設定した目標値との差を
読み取り、それに応じてサーボモータ（４）の回転方向
および回転数を制御するためのコントローラである。さ
らに（５）はサーボモータ（４）に連結される出力部で
あり、サーボモータ（４）と共にアクチュエータ（６）
を構成する。（７）はアクチュエータ（６）によって開
度が調節される燃料供給調節装置であり、開度に応じて
エンジン（１）に供給する燃料の量を調節する。燃料供
給調節装置としてはフューエルインジェクション装置や
スロットルバルブなど、エンジンの種類に応じて種々の
ものが用いられ、とくに限定されるものではない。

アクチュエータ（６）には燃料供給調節装置（７）の
開度位置、すなわち停止、アイドリングおよびフルスロ
ットルのそれぞれの位置と対応する３個のリミットスイ
ッチ（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）が設けられており、そのう
ちのリミットスイッチ（Ａ）、（Ｂ）は後述するエンジ
ン停止域回路の要素として用いられ、リミットスイッチ
（Ｂ）、（Ｃ）は常用域回路の要素として用いられる。
なお第１図の（８）は常用域回路とエンジン停止域回路
の選択スイッチである。

コントローラ（３）は一般的にはマイコンおよび周辺
機器で構成されており、検出された実回転数が目標設定
値よりも高いときは、サーボモータ（４）を減速方向に
回転させ、逆に目標値よりも低いときは加速方向に回転
させる。

第２図に示されるように、アクチュエータ（６）はサ
ーボモータ（４）と、ファーガソンズギアタイプの第１
減速機（差動歯車減速機）（10）および遊星ギヤ機構タ
イプの第２減速機（11）からなる減速機（12）と、２本
の引きケーブル（13）を駆動するためのドラム（14）と
から構成される。

第１減速機（10）はサーボモータ（４）の固定用ブラ
ケット（15）に形成される静止内歯ギヤ（16）と、サー
ボモータ（４）と同心状に回転自在に設けられると共
に、静止内歯ギヤ（16）といくらか歯数が異なる回転内
歯ギヤ（17）を備えた出力メンバー（18）と、サーボモ
ータ（４）の出力軸（4a）に固着されるピニオン（19）
と、両方の内歯ギヤ（16）、（17）とピニオン（19）と
の間に介在される遊星ギヤ（20）とからなる。

出力メンバー（18）の軸部（21）は固定壁（22）、
（23）に形成された軸受孔（22a）、（23a）によって回
転自在に支持されており、遊星ギヤ（20）はキャリア
（24）のピン（25）によって回転自在に支持され、キャ
リア（24）は出力メンバー（18）の段部（26）上に回転
自在に支持される。

第２減速機（11）は出力メンバー（18）の軸部（21）
上に形成される外歯（21a）と、ドラム（14）の内周に
形成される内歯（14a）と、両者の間に介在される遊星
ギヤ（27）とから構成される。遊星ギヤ（27）は固定壁
（22）、（23）間に設けられた固定軸（28）によって回
転自在に支持されている。

前記第１減速機（10）の減速比は一般的には1/200〜1
/400程度であり、第２減速機（11）の減速比は1/2〜1/4
程度であり、減速機全体として、約1/400〜1/1600程度
の減速比がえられる。

ドラム（14）の外周面には２本のケーブル（13）用の
溝（14b）が形成されており、さらに２本のケーブル（1
3）の端部に固着されているニップル（13a）を係止する
ための凹部（14c）が２個形成されている。

なおキャリア（24）のピン（25）および出力メンバー
（18）の軸部（21）はそれぞれグリスを充填しておくた
めに空洞部（25a）、（21b）が形成されている。

第２図および第３図に示すように、アクチュエータ
（６）のハウジング（29）の端部の空所（30）には前述
した３個のリミットスイッチ（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）が
収納されている。ドラム（14）の両方向の回転エンドと
対応する２個のリミットスイッチ（Ａ）、（Ｃ）はドラ
ム（14）の側面に突設されたピン（Ｐ）（第３図の左側
のピン）によって作動される。残る１個のリミットスイ
ッチ（Ｂ）はドラム（14）の回転の中間位置を検出する
ものであり、ドラム（14）の側面に突設された他のピン
（Ｐ）（第３図の右側のピン）によって作動される。

なお第３図に示すようにリミットスイッチ（Ａ）、
（Ｃ）とリミットスイッチ（Ｂ）、および２本のピン
（Ｐ）をそれぞれ左右に分離して配置したのは、単にス
ペース上の問題のためだけであり、そのため両方のピン
を同じ符号（Ｐ）で示すと共に、第１図では理解しやす
いように一列に配置した状態で示している。

前記２本のケーブル（13）は引きコントロールケーブ
ルの導管（31）によって第１図に示す燃料供給調節装置
（７）側に導かれ、両者の端部は燃料供給調節装置
（７）の開度を変えるためのリンク（7a）に結合されて
いる。なお２本の引きケーブルに代えて１本の押し引き
ケーブルを用いてもよい。

前記リミットスイッチ（Ａ）、（Ｃ）は燃料供給調節
装置（７）の閉止（すなわちエンジン停止）と大きく開
いた状態（すなわちエンジンのフルアクセル運転）とに
それぞれ対応する位置に配置され、リミットスイッチ
（Ｂ）はエンジンのアイドリング運転時の燃料供給調節
装置の開度に応じた位置に配置されている。

つぎに第４図を参照してエンジン停止域および常用域
の選択回路およびブレーキ回路の実施例を説明する。

第４図において（Ｍ）はサーボモータであり、直流電
源（DC）によって駆動される。電源（DC）とモータ
（Ｍ）との間には加減速切換スイッチの接続点（SW）と
エンジン停止域−常用域の選択スイッチ（８）の接点
（SE1）、（SE2）が介在されており、さらにリミットス
イッチ（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の接点を含むエンジン停
止域回路（LC）および常用域回路（HC）が介在されてい
る。

前記加減速切換用スイッチ（SW）はサーボモータ
（Ｍ）の回転方向を定めるものであり、その切り換えに
より電源線（DC1）、（DC2）の極性を逆転させる。接点
（SW）はコントローラからの信号または手動操作レバー
で切り換えられる。第４図においてはサーボモータ
（Ｍ）を正転方向、すなわち燃料供給調節装置を開ける
方向（ドラム（14）のピン（Ｐ）の矢印（Ｓ）方向）に
回転させる状態が実線で示されている。

選択スイッチ（８）の一方の接点（SE1）は前記２本
の結線を、３本の結線（31）、（32）、（33）のうちの
２本ずつ、すなわちエンジン停止域用の結線（31）、
（32）または常用域用の結線（32）、（33）に切り換え
るためのものである。なお中央の結線（32）はエンジン
停止域と常用域の両方のばあいに用いられる。

他方の接点（SE2）は前記接点（SE1）と連動して切り
換えられるものであり、接点（SE1）の作動によりサー
ボモータ（Ｍ）の極性が変わるのを元に戻す働きを行な
う。

第４図のばあいは接点（SE1）、（SE2）がアイドリン
グ状態（エンジン始動状態）に立ち上げられた状態が示
されている。

つぎに第４図からエンジン停止域回路（IC）のみを抜
き出して簡略化した第５図に基づいてエンジン停止域回
路の作用を説明する。なお第５図では接点（SE2）は省
略している。

結線（31）、（32）はそれぞれリミットスイッチ
（Ａ）、（Ｂ）の常閉端子（ノルマル・クローズ・ター
ミナル）（NC）に連結され、コモン端子（Ca）、（Cb）
がモータ（Ｍ）の端子に連結されている。それぞれの常
閉端子（NC）とコモン端子（Ca）、（Cb）との間にはダ
イオード（D1）、（D2）が電源側が高電位のときだけ通
電される方向で並列に接続されている。

さらにリミットスイッチ（Ａ）、（Ｂ）のコモン端子
（Ca）、（Cb）はそれぞれ反対側のリミットスイッチ
（Ｂ）、（Ａ）の常開端子（NO）に対し、コモン端子側
が高電位のときのみ電流を長す方向のダイオード（D
4）、（D6）を直列に入れて接続されている。

つぎに第６図を参照して常用域回路（HC）を説明す
る。

常用域回路は前記エンジン停止域回路と実質的に同じ
であり、結線（31）、（32）の組に代えて結線（32）、
（33）の組が用いられ、リミットスイッチ（Ａ）、
（Ｂ）の組に代えてリミットスイッチ（Ｂ）、（Ｃ）の
組が用いられている。なおリミットスイッチ（Ｂ）をサ
ーボモータ（Ｍ）の正転側に接続する必要があるので、
第１図の選択用スイッチ（８）の接点（SE2）が介在さ
れているが、ここでは図示していない。

つぎに叙上のごとく構成される装置の作用を説明す
る。

まず第４図のごとく選択スイッチがエンジン停止域側
に切り換えられているばあいについて説明する。

第３図のドラム（14）が矢印（Ｒ）方向の回転エンド
にきてピン（Ｐ）がリミットスイッチ（Ａ）のレバーを
押しているとき、すなわち燃料供給調節装置（７）が閉
止している状態（第11図の上側左端欄）では、エンジン
の始動操作（たとえばイグニッションスイッチや電源ス
イッチを入れるなど）をキーやレバーなどで行なえば、
サーボモータ（Ｍ）が正転する。それによりドラム（1
4）が２本のケーブル（13）を介して燃料供給調節装置
（７）を開けるように回転する。なお加減速用のスイッ
チ（SW）が手動操作のものであるばあいに誤ってエンジ
ン停止位置でスイッチ（SW）を減速側（第４図の破線）
に切り換えても、そのときの低電位側の電力線（DC1）
がダイオード（D1）により逆極性となっているのでサー
ボモータ（Ｍ）は回転しない。

ピン（Ｐ）がリミットスイッチ（Ａ）−（Ｂ）間にあ
るときは、第７図のようにリミットスイッチ（Ａ）、
（Ｂ）の常閉端子がいずれも閉じているのでサーボモー
タ（Ｍ）はスイッチ（SW）がいずれの側であっても回転
を続ける（第11図の上側の左側から２番目の欄参照）。
したがってエンジン始動時には第８図に示すようにピン
（Ｐ）がリミットスイッチ（Ｂ）のレバーを押すまで回
転し、そのときにサーボモータ（Ｍ）の電源が切れ、回
生ブレーキ（第８図の破線（B2））が働く。それによ
り、エンジン（１）はアイドリング運転の状態にセット
される。

選択スイッチ（８）がエンジン停止域にあるときは、
アイドリングの状態からスイッチ（SW）の操作で減速方
向にモータ（Ｍ）を回転させることはできるが、増速方
向には回転させることができない。

またピン（Ｐ）がリミットスイッチ（Ａ）、（Ｂ）間
の位置にあるときに（エンジンを停止させるためにサー
ボモータが減速されて）リミットスイッチ（Ａ）のレバ
ーを押すと、ただちにサーボモータ（Ａ）の電源が切れ
ると共に、閉回路（第４図の破線（B1））が閉じて回生
ブレーキが働き、ドラム（14）が停止する。

すなわち選択スイッチ（８）がエンジン停止域に切り
換えられているときは、ピン（Ｐ）がリミットスイッチ
（Ａ）、（Ｂ）間にいわば閉じ込められている状態とな
っている。

ピン（Ｐ）がリミットスイッチ（Ｂ）の位置を超える
ようにさらに加速したいときは、選択スイッチ（８）を
常用域側に切り換えたうえでスイッチ（SW）を加速側に
入れる。

選択スイッチ（８）を常用域に切り換えた後は、通常
の設定された目標値にエンジン速度を追従させるサーボ
制御が行なわれる。

また常用域のばあいもエンジン停止域のばあいの運転
と同じように（第９〜11図参照）、ピン（Ｐ）はリミッ
トスイッチ（Ｂ）、（Ｃ）をストッパとする領域に閉じ
込められた状態となり、ピン（Ｐ）がいずれかのリミッ
トスイッチ（Ｂ）、（Ｃ）を押せばただちに回生ブレー
キが働く。

エンジンを停止させるばあいは、アイドリング状態か
ら選択スイッチ（８）をエンジン停止用に切り換える。
それにより前述と逆の作用で燃料供給調節装置が閉止さ
れ、エンジンが停止する。そのときも前述のごとくリミ
ットスイッチ（Ａ）が押されたときに回生ブレーキが働
いてサーボモータがただちに停止する。

〔発明の効果〕

本発明の装置はエンジンストップ装置と定回転運転装
置とがコンパクトに１つの装置として構成されており、
操作系統も１つに統一されている。したがって装置の機
構が簡単で安価に製造することができ、メンテナンスも
容易である。

さらに本発明の装置は２つの作用を行なうにもかかわ
らず、作動領域が明確に区分されているので、安全確実
に操作することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の一実施例を示すブロック線図、
第２図は本発明にかかわるアクチュエータの一実施例を
示す断面図、第３図は第２図の（III）−（III）線断面
図、第４図は本発明の装置に用いられる制御回路の一実
施例を示す回路図、第５図および第６図はそれぞれ第４
図におけるエンジン停止域回路および常用域回路を抜き
出して示す部分回路図、第７〜10図はそれぞれ第４図の
回路の動作状態を示す回路図、第11図は第４図の回路の
動作状態を示す図表である。 （図面の主要符号） （１）：エンジン （３）：コントローラ （４）：サーボモータ （６）：アクチュエータ （７）：燃料供給調節装置 （８）：選択スイッチ （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）：リミットスイッチ （LC）：エンジン停止域回路 （HC）：常用域回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動軸の回転数と設定した目標値との差に
   基づくコントローラからの信号に応じて、正回転、停止
   または逆転するサーボモータと、 該サーボモータに差動歯車減速機を介して連結されるド
   ラムと、 該ドラムに一端が巻きつけられて係止されると共に、他
   端が燃料供給調節装置に連結されている操作ケーブル
   と、 前記燃料供給調節装置のエンジン停止、アイドリングお
   よびフルアクセルの各状態と対応する前記ドラムの回転
   位置を検出するためのリミットスイッチと、 該リミットスイッチがエンジン停止またはアイドリング
   状態と対応するドラムの回転位置を検出したときにサー
   ボモータの電源回路を用いて回生ブレーキ回路に切り換
   えるエンジン停止域回路と、 前記リミットスイッチがアイドリング状態またはフルア
   クセル状態と対応するドラムの回転位置を検出したとき
   にサーボモータの電源回路を開いて回生ブレーキ回路に
   切り換える常用域回路と、 前記エンジン停止域回路と常用域回路のいずれか一方の
   回路を作動させる選択スイッチとからなる定回転運転装
   置。