JP3196248B2 - 内燃機関の回転数制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の回転数制御方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】フォークリフト等の産業用車両に搭載さ
れている内燃機関には、走行負荷に加えて、荷役負荷、
および、パワーステアリング、ブレーキ等を作動させる
油圧ポンプを駆動するための負荷が作用する。

【０００３】また、アイドリング時に内燃機関の発生す
るトルクは、内燃機関に全く負荷をかけていない状態
（無負荷状態）においてアイドル回転数を維持できる程
度の大きさになっているのが普通である。

【０００４】従って、そのトルクを上回るような過大な
負荷をアイドリング時にかけると、負荷がトルクを上回
って内燃機関の回転数がアイドル回転数以下に低下し、
その結果、エンストしてしまうことがある。特に、フォ
ークリフトにおいては、アイドリング時にパワーステア
リングを作動させることがよくあるが、ステアリングを
切り込んだ時に生じる負荷（パワーステアリングを作動
させる油圧ポンプを駆動するための負荷）は、アイドリ
ング時におけるトルクを上回るものであるため、エンス
トが起こりやすかった。

【０００５】そのようなエンストを防止するために、従
来、図８に示すようなアイドル回転数アップ装置が用い
られている。すなわち、キャブレター１０内部におい
て、キャブバルブ軸１１ａを中心に回動可能に設けられ
ているキャブバルブ１１より内燃機関の吸入側バルブ
（図示略）側に、吸気負圧管路１２の一端が連結され、
そのＵ字状に屈設された吸気負圧管路１２の他端はキャ
ブバルブ駆動装置１３に連結されている。

【０００６】キャブバルブ駆動装置１３は、ダイアフラ
ムケース１４と、その内部を二分するように張設された
ダイアフラム１５、および、ダイアフラム１５に突設さ
れたキャブバルブ駆動ロッド１６から構成されている。
また、キャブバルブ駆動ロッド１６の先端には球状のキ
ャブバルブ押圧部材１６ａが取り付けられている。

【０００７】そのため、吸気負圧管路１２内、および、
ダイアフラムケース１４内の吸気負圧管路１２側である
ダイアフラム前室１７内の圧力は、キャブレター１０の
吸気負圧に等しくなる。尚、ダイアフラム１５はダイア
フラム前室１７内の圧力がアイドル回転数アップ装置周
囲の気圧（大気圧）に等しい場合には本来の形状をとる
が、ダイアフラム前室１７内の圧力が大気圧より小さく
なるとダイアフラム前室１７側に鼓張変形する。従っ
て、ダイアフラム１５は、キャブレター１０の吸気負圧
が大気圧に等しい場合には本来の形状をとり、大気圧よ
り大きくなるとダイアフラム前室１７側に鼓張変形す
る。

【０００８】ダイアフラム１５がダイアフラム前室１７
側に鼓張変形すると、その鼓張変形の度合いに従って、
キャブバルブ駆動ロッド１６はダイアフラムケース１４
内に格納されるように縮動する。また、ダイアフラム１
５の鼓張変形の度合いが小さくなると、それに応じて、
キャブバルブ駆動ロッド１６がキャブレター１０内に伸
動する。すなわち、キャブバルブ駆動ロッド１６は、キ
ャブレター１０の吸気負圧が大気圧より大きくなるとダ
イアフラム前室１７側に縮動し、大気圧に近づくとキャ
ブレター１０内に伸動する。

【０００９】ところで、アイドリング時におけるキャブ
バルブ１１の開度は、無負荷状態においてアイドル回転
数を維持できる程度に予め定められている。そのため、
アイドリング時に負荷がかかると回転数はアイドル回転
数以下に低下するが、その低下した回転数をアイドル回
転数まで上昇させるためには、吸気量を増せばよい。つ
まり、必要とされる吸気量に対応してキャブバルブ１１
の開度を大きくすればよい。

【００１０】すなわち、アイドリング時に負荷がかかっ
て回転数がアイドル回転数以下に低下すると、キャブレ
ター１０の吸気負圧は減少する。すると、ダイアフラム
１５の鼓張変形の度合いは吸気負圧の減少に応じて小さ
くなり、それに従って、キャブバルブ駆動ロッド１６は
キャブレター１０内に伸動する。そして、キャブバルブ
駆動ロッド１６は、キャブバルブ押圧部材１６ａを介し
てキャブバルブ１１を押圧して押し開く。従って、キャ
ブバルブ１１の開度は吸気負圧の減少に応じて大きくな
り、吸気量を増大させる。

【００１１】このように、図８に示すアイドル回転数ア
ップ装置は、回転数がアイドル回転数以下に低下する
と、その低下に相応した程度にキャブバルブ１１の開度
を大きくし、吸気量を増して回転数を上昇させるように
作用する。従って、アイドリング時に過大な負荷がかか
っても、エンストを防止することができる。

【００１２】また、上記のアイドル回転数アップ装置と
は別に、回転数制御をＰＩＤ（比例、積分、微分）制御
によって行う電子ガバナ装置を用いて、アイドリング時
に過大な負荷をかけた場合に起こるエンストを防止する
方法もある。

【００１３】すなわち、負荷の変動によって変化した現
時点の実際の回転数（実回転数）を、イグニッション装
置から出力される点火信号に基づいて検出する。検出し
た実回転数と目標回転数であるアイドル回転数との偏差
を求め、ゲイン値を規定したＰＩＤ制御のためのＰＩＤ
演算を、求めた偏差に基づいて行う。そして、アイドル
回転数で回転させるためのキャブバルブの開度である目
標キャブバルブ開度を決定して回転数を制御し、エンス
トを防止している。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
アイドル回転数アップ装置では、回転数の低下に対する
キャブバルブ１１の開度の度合いを、内燃機関の使用状
況に応じて、随時任意に調整・変更することができない
という問題があった。また、吸気負圧は回転数の低下に
即応して減少せず、若干遅れて減少する。従って、負荷
がかかっても速やかにキャブバルブ１１の開度が大きく
ならず、急激に負荷が変動した場合には対応できないと
いう、応答性の問題もあった。

【００１５】ところで、内燃機関のアイドリング時にお
いては、パワーステアリングを作動する油圧ポンプを駆
動するための負荷をかけた場合、図８に示すように、そ
の油圧ポンプから吐出される作動油の油圧（パワーステ
アリング油圧２０）の時間変位は、油圧ポンプを駆動す
るための負荷の時間変位に対応している。

【００１６】そして、後者の電子ガバナ装置を用いた回
転数制御では、パワーステアリング油圧２０の上昇に伴
って点火信号２１の周期は長くなり、回転数が低下す
る。但し、パワーステアリング油圧２０の上昇に即応し
て点火信号２１の周期が長くなるわけではない。つま
り、負荷の増大に対して回転数の低下は若干の遅れを伴
う。そして、時間Ａでエンストが起こっている。

【００１７】また、パワーステアリング油圧２０の上昇
に従ってキャブレターの吸気負圧２２は減少する。但
し、吸気負圧２２の減少は点火信号２１の周期の変化に
は即応しない。つまり、回転数の低下に対して吸気負圧
２２の減少は若干の遅れを伴う。

【００１８】ところで、４サイクル４気筒の内燃機関に
おいては、２回点火する毎に出力軸が１回転するため、
電子ガバナ装置では、点火信号２１が２回入力される毎
にその２回の点火信号２１の周期の合計時間から実回転
数を割り出してＰＩＤ制御を行っている。従って、点火
信号２１が２回入力される間に急激な負荷の変動が起こ
ると、その変動を検出することはできないという、応答
性の問題がある。

【００１９】尚、点火信号２１が１回入力される毎に実
回転数を割り出して、目標キャブバルブ開度を決定する
ように制御すると、アイドリング時における急激な負荷
の変動にも対応でき、応答性は向上する。しかし、走行
するために回転数を上げた場合には、点火信号２１の周
期の些細な変化に逐次対応してキャブバルブの開度が変
化するため、回転数の安定性に問題が生じることにな
る。

【００２０】また、パワーステアリング油圧２０が上昇
する以前の無負荷の状態である時間Ｃに比べて、時間Ｂ
では、パワーステアリング油圧２０の上昇に伴って、点
火信号２１の周期が長くなっている。そこで、この時間
Ｂにおいてキャブバルブ開度２３を大きくして吸気量を
増せば、エンストを回避できる。すなわち、時間Ｂにお
ける実回転数とアイドル回転数との偏差を求め、その偏
差から逆に必要とされるＰＩＤ制御のゲイン値を設定す
ればよい。しかし、そのように設定したゲイン値では、
走行するために回転数を上げた場合には、ＰＩＤ演算の
結果がオーバー・ゲインになってしまい、やはり、回転
数の安定性に問題が生じることになる。

【００２１】すなわち、図８において、パワーステアリ
ング油圧２０が上昇しても、キャブバルブ開度２３が変
化していないのは、回転数を上げた場合にオーバー・ゲ
インにならないようにＰＩＤ制御のゲイン値を設定して
いるためである。

【００２２】このように、後者の電子ガバナ装置では、
ＰＩＤ制御のゲイン値を変更することにより、実回転数
に対するキャブバルブ開度を任意に調整・変更すること
ができる点では、前者のアイドル回転数アップ装置より
優れている。しかし、その回転数制御を高回転時に合わ
せて設定すると、アイドリング時において過大な負荷が
かかった時には応答性が低下し、回転数制御をアイドリ
ング時に合わせて設定すると、高回転時において安定性
が低下するいう相反する問題を抱えていた。

【００２３】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、内燃機関の回転数制御
における応答性および安定性を向上し、かつ、アイドリ
ング時において過大な負荷がかかってもエンストを起こ
さないような内燃機関の回転数制御方法を提供すること
にある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するため、内燃機関のアイドリング時において、イグ
ニッション装置から出力されるその時の点火信号の周期
が、エンストを起こす恐れのある予め定めた点火信号の
周期より長くなった時には、その時のキャブバルブの開
度に加えて、予め定めた開度だけキャブバルブの開度を
大きくするようにしたことをその要旨とする。

【００２５】

【作用】アイドリング時に何らかの負荷（例えば、パワ
ーステアリング等を作動させる油圧ポンプを駆動するた
めの負荷）を急激にかけたことにより、実回転数がアイ
ドル回転数から急激に低下してエンストを起こす恐れが
生じた場合、その実回転数の低下を、現時点の点火信号
の周期が予め定めた周期より長くなったことに基づいて
判定し、速やかに一定開度だけキャブバルブの開度を大
きくする。従って、負荷の急激な印加によって低下した
実回転数に即応してキャブバルブの開度が大きくなって
キャブレターの吸気量が増し、低下した実回転数はアイ
ドル回転数に戻ることにより、エンストを起こさない。

【００２６】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図１〜
図５に従って説明する。図１は本発明を具体化した内燃
機関の回転数制御装置の概略図である。

【００２７】４サイクル４気筒の内燃機関１の吸入通路
にはキャブレター２が設けられ、そのキャブレター２に
はステップモータ３が取り付けられている。制御コント
ローラ４はマイクロコンピュータで構成され、イグニッ
ション装置５から出力される点火信号を入力すると共
に、目標回転数指令装置（図示略）から出力される目標
回転数を入力する。

【００２８】また、制御コントローラ４はメモリを内蔵
し、そのメモリに記憶した内燃機関の回転数を制御する
ためのプログラムであるガバナ制御と、後記するアイド
ルアップ制御とを切り換え選択し、その選択した制御に
基づいてステップモータ３の回動方向および回動量を規
定して、ステップモータ３を駆動制御するようになって
いる。

【００２９】そのステップモータ３によって、図２に示
すように、キャブレター２内部においてキャブバルブ軸
２ａを中心に回動可能に設けられているキャブバルブ２
ｂの開度を調整している。すなわち、ステップモータ３
のモータ軸３ａにはモータ・プーリ３ｂが取り付けられ
ている。また、キャブバルブ軸２ａにはキャブバルブ・
プーリ２ｃが取り付けられている。そして、モータ・プ
ーリ３ｂとキャブバルブ・プーリ２ｃにはドライブベル
ト３ｃがかけられている。従って、ステップモータ３の
回動方向および回動量に応じて回動するモータ・プーリ
３ｂの回動量に対応してドライブベルト３ｃが移動する
と、そのドライブベルト３ｃの移動方向および移動量に
従ってキャブバルブ・プーリ２ｃが回動し、それによっ
てキャブバルブ２ｂの開度が変化する。つまり、ステッ
プモータ３の回動方向および回動量を制御することによ
り、キャブバルブ２ｂの開度を調整することができる。

【００３０】ここで、制御コントローラ４のガバナ制御
とアイドルアップ制御の各処理について説明する。ガバ
ナ制御は、２回の点火信号の各周期の合計時間が内燃機
関の出力軸の１回転に要する時間に相当することから、
点火信号を２回入力する毎に実回転数を割り出し、その
実回転数と目標回転数との偏差を求める。次に、求めた
偏差に基づいて、ゲイン値を規定したＰＩＤ制御のため
のＰＩＤ演算を行う。そして、目標回転数で回転させる
ためのキャブバルブの開度である目標キャブバルブ開度
を決定する。その目標キャブバルブ開度に基づいてステ
ップモータ３を駆動制御する。

【００３１】尚、ＰＩＤ制御のゲイン値はアイドル回転
数以上の実回転数において、最適になるように予め定め
られている。従って、アイドル回転数以上の実回転数に
おいては、実回転数が目標回転数に等しくなるように制
御することができる。すなわち、実回転数がアイドル回
転数より低くなると、応答性が低下する。

【００３２】アイドルアップ制御は、アイドリング時に
おいて、エンストを起こす恐れのある予め定めた点火信
号の周期より現時点の点火信号の周期の方が長くなった
場合、つまり、実回転数がエンストを起こす恐れのある
回転数より低下した場合には、その時点のキャブバルブ
の開度に加えて、予め定めた開度Ｅだけキャブバルブ開
度を大きくするように、ステップモータ３を駆動制御す
る。

【００３３】すなわち、図３に示すように、点火信号６
の周期がエンストを起こす恐れのある予め定めた点火信
号の周期ＴＸ以下の場合（＝Ｔ１）にはアイドルアップ
制御は行わない。しかし、周期ＴＸより点火信号６の周
期の方が長い場合（＝Ｔ２）にはアイドルアップ制御を
行う。

【００３４】尚、本実施例においては、エンストを起こ
す恐れのある点火信号の周期ＴＸ、つまり、エンストを
起こす恐れのある回転数を実験によって予め定めている
（本実施例においては、ＴＸ＝５０ｍｓｅｃ）。また、
開度Ｅについては、アイドリング時にパワーステアリン
グ、ブレーキ等を作動させる油圧ポンプを駆動するため
の負荷や荷役負荷等をかける実験によって、最大の負荷
にも対応できるように予め定めている（本実施例におい
ては、Ｅ＝５．４°）。

【００３５】次に、内燃機関１に負荷がかかった時の各
特性の時間変位を示す図４、および、制御コントローラ
４の作用を示すフローチャートである図５，図６に従っ
て、内燃機関のアイドリング時において負荷がかかった
時のアイドルアップ制御とガバナ制御の作用について説
明する。

【００３６】アイドリング時において、パワーステアリ
ングを作動させる油圧ポンプを駆動するための負荷を内
燃機関にかけると、各特性は図４に示すように時間変位
する。尚、その負荷の時間変位は油圧ポンプから吐出さ
れる作動油の油圧（パワーステアリング油圧７）の時間
変位に対応している。

【００３７】制御コントローラ４では、図５に示すよう
に、イグニッション装置５から出力される点火信号を２
回入力する度毎に、ステップ（以下、Ｓとする）１にお
いて、ガバナ制御処理を行い、実回転数をアイドル回転
数に保つ。

【００３８】そして、図５に示すガバナ制御処理のルー
チンに割り込んで、図６に示すルーチンを行う。すなわ
ち、図５に示すガバナ制御処理（Ｓ１）を行うのと同時
に、図６に示すように、Ｓ２において、予め定められた
時間毎（本実施例においては２ｍｓｅｃ）に、入力した
点火信号の周期Ｔとエンストを起こす恐れのある点火信
号の周期ＴＸとを比較する。そして、周期Ｔが周期ＴＸ
より長い時、つまり、実回転数がエンストを起こす恐れ
のある回転数より低い時はＳ３へ移行し、Ｓ３において
アイドルアップ制御処理を行う。

【００３９】すなわち、パワーステアリング油圧７の上
昇（＝負荷の上昇）に伴って点火信号６の周期Ｔがエン
ストを起こす恐れのある点火信号の周期ＴＸより長くな
った時点、つまり、実回転数がエンストを起こす恐れの
ある回転数より低下した時点（＝時間Ｄ）ではガバナ制
御の応答性が低下して働かなくなり、エンストが起こる
手前になる。そこで、図５に示すガバナ制御処理のルー
チンに割り込んで、図６に示すアイドルアップ制御処理
のルーチンを行い、ガバナ制御によって規定されたその
時点のキャブバルブの開度に加えて、予め定めた開度Ｅ
だけキャブバルブ開度８を大きくする。

【００４０】すると、点火信号６の周期Ｔは、キャブバ
ルブ開度８が大きくなった時間Ｄから若干遅れて、パワ
ーステアリング油圧７が上昇する以前の周期に戻る。す
なわち、負荷の増大に対して低下した回転数は、キャブ
バルブ開度８が大きくなることによりキャブレター２の
吸気量が増してアイドル回転数に戻る。従って、エンス
トは起こらない。また、点火信号６の周期Ｔがパワース
テアリング油圧７が上昇する以前の周期に戻らない場合
でも、点火信号６の周期Ｔは短くなるため実回転数は上
昇し、エンストを回避できるだけのトルクを発生するこ
とができる。

【００４１】そして、図４では図示していないが、点火
信号６の周期Ｔがエンストを起こす恐れのある点火信号
６の周期ＴＸ以下、つまり、実回転数がエンストを起こ
す恐れのある回転数以上になるとガバナ制御が働くよう
になる。そこで、図６に示すアイドルアップ制御処理の
ルーチンの割り込みを中止して、図５に示すガバナ制御
処理のルーチンを行い、実回転数をアイドル回転数に保
つ。

【００４２】尚、キャブレターの吸気負圧９は、パワー
ステアリング油圧７の上昇より若干遅れて減少する。そ
して、キャブバルブ開度８が大きくなった時間Ｄから若
干遅れて、パワーステアリング油圧７が上昇する以前の
吸気負圧の値に戻る。すなわち、負荷の増大に対して低
下した吸気負圧は、キャブバルブ開度８が大きくなるこ
とにより負荷がかかる以前の値に戻る。

【００４３】このように本実施例では、ガバナ制御の応
答性が低下して働かなくなる回転数より実回転数が低下
したことを、現時点の点火信号の周期が予め定めた周期
より長くなったことに基づいて判定し、ガバナ制御に代
わってアイドルアップ制御を行うことにより、いかなる
回転数においても高い応答性と安定性を実現している。

【００４４】さらに、アイドリング時に何らかの負荷
（例えば、パワーステアリング等を作動させる油圧ポン
プを駆動するための負荷）を急激にかけたことにより、
実回転数がアイドル回転数から急激に低下してエンスト
を起こす恐れが生じたても、その実回転数の低下を、現
時点の点火信号の周期が予め定めた周期より長くなった
ことに基づいて判定し、速やかに一定開度だけキャブバ
ルブの開度を大きくする。従って、負荷の急激な印加に
よって低下した実回転数に即応してキャブバルブの開度
が大きくなってキャブレターの吸気量が増し、低下した
実回転数はアイドル回転数に戻ることにより、エンスト
を起こさない。

【００４５】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、例えば、４サイクル４気筒以外の内燃機関に
おいて実施してもよい。その場合、ガバナ制御において
は、点火信号を適宜な回数入力する毎に実回転数を割り
出せばよい。

【００４６】また、ガバナ制御を行わずにアイドルアッ
プ制御のみを単独で実施してもよい。さらに、前記開度
Ｅについては、負荷に関係なく任意に定めて実施しても
よい。

【００４７】加えて、キャブバルブの開度の調整は、ス
テップモータを使用する構成に限らず、どのような構成
によって実施してもよい。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、内
燃機関の回転数制御における応答性および安定性を向上
し、かつ、アイドリング時において過大な負荷がかかっ
てもエンストを起こさないような内燃機関の回転数制御
方法を提供することができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施例における内燃機関
の回転数制御装置を説明するための概略図である。

【図２】本発明を具体化した一実施例におけるキャブレ
ターとステップモータの構成を説明するための概略図で
ある。

【図３】本発明を具体化した一実施例における点火信号
の周期を説明するための説明図である。

【図４】本発明を具体化した一実施例における各特性の
時間変位を示す特性図である。

【図５】本発明を具体化した一実施例における回転数制
御装置の作用を示すフローチャートである

【図６】本発明を具体化した一実施例における回転数制
御装置の作用を示すフローチャートである

【図７】従来の回転数制御装置であるアイドル回転数ア
ップ装置を説明するための概略図である。

【図８】従来の回転数制御装置である電子ガバナ装置に
おける各特性の時間変位を示す特性図である。

【符号の説明】

１…内燃機関、２…キャブレター、３…キャブレター内
のキャフバルブの開度を調整するステップモータ、５…
イグニッシヨン装置

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のアイドリング時において、イ
   グニッション装置から出力されるその時の点火信号の周
   期が、エンストを起こす恐れのある予め定めた点火信号
   の周期より長くなった時には、 その時のキャブバルブの開度に加えて、予め定めた開度
   だけキャブバルブの開度を大きくするようにした内燃機
   関の回転数制御方法。