JP3738137B2

JP3738137B2 - エンジン用電子ガバナ

Info

Publication number: JP3738137B2
Application number: JP27065598A
Authority: JP
Inventors: 保生藤井; 康松田; 一山
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1998-09-25
Filing date: 1998-09-25
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2018-09-25
Also published as: JP2000104605A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジン用電子ガバナに関し、さらに詳しくは外乱に影響を受けず安定した速度制御を行うことのできるエンジン用電子ガバナに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から、実際のエンジン回転数と燃料ラック位置を検出し、与えられた回転数指令値と実測回転数の差を無くすように、記憶装置に記憶されているマップに基づいて、ラック位置制御用アクチュエータを動かす電子ガバナが知られている。
【０００３】
このような電子ガバナでは、電源バッテリの電圧が低下したり、アクチュエータの温度が高くなりコイル抵抗が大きくなると、アクチュエータを流れる電流が小さくなり、アクチュエータの駆動が十分に行われなくなる問題がある。
この問題に対する解決として、例えば、特開平２−１１２６４４号公報には、アクチュエータに対する制御信号量を算出する演算手段を設け、その演算手段で算出された制御信号量を、電源バッテリの電圧変動に対応する補正係数マップｆ（Ｖ）と温度変動に対応する補正係数マップｆ（Ｔ）に基づいて補正する電子ガバナが開示されている。
【０００４】
この電子ガバナであれば、バッテリ電圧を変化させたときの補正係数マップｆ（Ｖ）、アクチュエータ温度を変化させた時の補正係数マップｆ（Ｔ）を実験などによって予め求めておくことにより、電源バッテリ電圧の変動、温度の変動に対して補正を行うことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の電子ガバナでは、下記のような課題がある。
（イ）上記従来の電子ガバナであると、電圧変動に対応する補正係数マップｆ（Ｖ）、温度変動に対応する補正係数ｆ（Ｔ）を予め作成する手間、コストがかかる。
特に、温度変動に伴うアクチュエータの補正は十分に解明されておらず、多種多様なエンジンの運転条件、周囲環境を考えると、各エンジンにおいて温度変動を十分に補正できる補正係数マップｆ（Ｔ）を安価に作成することは容易なことではない。
（ロ）上記温度変動や電圧変動が比較的ゆるやかに変動した場合には、各補正係数マップを使用した上記従来技術で対応できるが、温度の変動、バッテリ電圧の変動が速い場合には、補正係数マップによる方法では十分な応答性が確保できないおそれがある。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、上記課題を解決できる、エンジン用電子ガバナを提供することにある。
具体的な目的の一例を示すと、以下の通りである。
(ａ)上記従来技術のような補正係数マップの作成を不要にする。
(ｂ)応答性を速くし、温度変動、電圧変動が速い場合にも対応を可能にする。
なお、上記に記載した以外の発明の課題及びその解決手段は、後述する明細書内の記載において詳しく説明する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のエンジン用電子ガバナを、例えば、本発明の基本構成を示す図１に基づいて説明すると、次のように構成したものである。
すなわち、ラック１により燃料の噴射量が調整される燃料噴射ポンプ２を有したエンジン３に採用され、
ラック１を駆動するアクチュエータ４と、
指令回転数信号Ｎａを出力する回転数指令手段５と、
エンジン３の実回転数を検出しその実回転数に対応した実回転数信号Ｎｅを出力する回転数検出手段６と、
前記ラック１の実際の位置を検出してその位置に対応した実位置検出信号Ｄｅを出力するラック位置検出手段７と、
アクチュエータ４を流れる電流値を検出して、その電流値に対応した実電流信号Ｉｅを出力する電流検出手段８と、
前記実回転数信号Ｎｅと指令回転数信号Ｎａとを入力として実回転数と指令回転数との偏差を許容範囲内に維持するように制御するラック位置制御信号Ｓ１を出力する回転数偏差演算手段９と、
前記実位置検出信号Ｄｅとラック位置制御信号Ｓ１とを入力としてラック１の実位置と目標位置との偏差を許容範囲内に維持するように、アクチュエータ４を駆動するための電流制御信号Ｓ２を出力する位置偏差演算手段１０と、
前記実電流信号Ｉｅと電流制御信号Ｓ２とを入力として実電流値と電流制御信号Ｓ２との偏差を許容範囲内に維持するように制御する補正電流制御信号Ｓ３を出力する電流偏差演算手段１１とを備え、
その補正電流制御信号Ｓ３に基づいてアクチュエータ４を駆動して、エンジン３の実回転数を指令回転数になるように制御する、エンジン用電子ガバナにおいて、
回転数偏差演算手段９のラック位置制御信号Ｓ１の出力の時点で、前記電流偏差演算手段１１に与える目標フィードファード値を算出する算出手段１２を設けたことを特徴とする。
【０００８】
【作用及び効果】
本発明によれば、回転数偏差演算手段、位置偏差演算手段によって得られた電流制御信号は電流偏差演算手段によって、アクチュエータを流れる実際の電流値と比較され、その偏差を許容範囲内に維持するように制御される。
この制御動作は、その電流の偏差が起こる原因、例えば前記した電源バッテリの電圧の低下やアクチュエータの温度上昇などに問わず、原因の結果として生じる偏差を許容範囲内に維持するように動作するので、従来技術のように電圧変動，温度変動の影響を解析して、電圧変動に起因する補正係数マップ、温度変動に起因する補正係数マップをそれぞれ設ける必要がない。
さらに、最終的なアクチュエータの制御対象である電流そのものをフィードバック制御しているので、補正係数マップｆ（Ｔ），ｆ（Ｖ）により補正された値を全体としてフィードバック制御する従来技術に比べて、応答性を速くすることができる。
【０００９】
また、回転数偏差演算手段のラック位置制御信号の出力の時点で、前記電流偏差演算手段に与える目標フィードファード値を算出する算出手段を設けたことにより、制御量の変化を予め想定した制御動作を行わせることができ、ガバナの応答性をさらに速くすることができる。なお、ラックの位置制御は、例えば、アクチュエータとしてのソレノイドの電磁力とのバネの釣り合いにより決定されるような単純な関係となっているので、このようなフィードファード制御の目標フィードファード値を算出することは比較的簡単に行える。
【００１０】
【実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図２は本発明のエンジン用電子ガバナをディーゼルエンジンに適用した場合のブロック図である。
図２に示すように、このディーゼルエンジン３は、エンジン本体３ａと、エンジン本体３ａに付設された燃料噴射ポンプ２とを備えている。
電子ガバナは、燃料噴射ポンプ２のコントロールラック１を駆動するアクチュエータ４と、コントロールラック位置を検出するラック位置検出部７と、エンジンの実回転数を検出する回転数検出部６と、アクチュエータ４を流れる実電流値を検出する電流検出部８と、制御部１４と、作業者の指示によりエンジン３の運転する回転数を指令する回転数指令部５と、回転数検出部６，ラック位置検出部７，電流検出部８の少なくとも一つの異常を検出する異常検出部１５とを有している。
【００１１】
回転数指令部５は、例えば、調速レバー、アクセルなどの位置を位置センサ（図示せず）で検出して、その操作位置に応じた指令回転数信号Ｎａを出力するようにしてある。
制御部１４には、前記ラック位置検出部７から出力される実位置検出信号Ｄｅと、回転数検出部６から出力される実回転数信号Ｎｅと、電流検出部８から出力される実電流信号Ｉｅと、回転数指令部５からの指令回転数信号Ｎａが入力され、制御部１４からは、アクチュエータ４へ補正電流制御信号Ｓ３が出力される。
制御部１４は、回転数偏差演算部９と、位置偏差演算部１０と、電流偏差演算部１１とを有し、電流偏差演算部１１に与える目標フィードファード値を算出する算出部１２と、位置偏差演算部１０と電流偏差演算部１１の間に設けられた切換スイッチ１６と、回転数検出部６とラック位置検出部７の少なくとも一方が異常であるときに指令値を生成する異常時指令値生成部１３を設けるようにしてある。図２では、上記した構成要素全てが設けられた実施形態が示してある。
【００１２】
なお、異常時指令値生成部１３は、調速レバーなどの位置を検出して、その位置に応じて電流指令値を電流偏差演算部１１の重畳回路２３に供給する。
回転数偏差演算部９は、指令回転数信号Ｎａと実回転数信号Ｎｅが重畳される重畳回路１８と、回転数ＰＩ補償回路１９とを有し、指令回転数信号Ｎａと実回転数信号Ｎｅとの偏差ΔＮを重畳回路１８により算出し、回転数ＰＩ補償回路１９によって制御の応答、安定性を保持しつつ、ラック位置制御信号Ｓ１を得るものである。
位置偏差演算部１０は、前記ラック位置制御信号Ｓ１と実位置検出信号Ｄｅが重畳される重畳回路２０と、位置ＰＩ補償回路２１，位置Ｄ(微分)補償回路２２とを有し、ラック位置制御信号Ｓ１と実位置検出信号Ｄｅとの偏差ΔＤを重畳回路２０により算出し、位置ＰＩ補償回路２１，位置Ｄ補償回路２２により、実ラック位置を補償する電流制御信号Ｓ２を得るものである。この電流制御信号Ｓ２は、アクチュエータ４を駆動するための制御信号となる。
【００１３】
電流偏差演算部１１は、実電流信号Ｉｅと電流制御信号Ｓ２とが重畳される重畳回路２３と、電流ＰＩ補償回路２４と、電圧を電流に変換する電流変換部２５と、電流を電圧に変換する電圧変換部２６とを有し、実電流信号Ｉｅと電流制御信号Ｓ２との偏差ΔＩを重畳回路２３により算出し、電流ＰＩ補償回路２４によって制御の応答、安定性を保持しつつ、補正電流制御信号Ｓ３を得るものである。なお、得られた偏差に対応して電流値を変える処理はＰＷＭのパルス幅を変えることにより行われている。
【００１４】
切換スイッチ１６は、異常検出部１５の異常であるという信号Ｆにより位置偏差演算部１０と電流偏差演算部１１間の信号の流れを遮断する。なお、異常検出部１５は、運転状態において各検出部６，７，８の出力信号が運転状態から考えて妥当な値であるか否かを判別して、妥当な値でないと判別した時に異常信号Ｆを切換スイッチ１５に出力するような、ソフトウエア手段で構成することも可能である。
【００１５】
上記構成の電子ガバナの動作について説明する。
（通常運転時の制御）
回転数指令部５から与えられた指令回転数信号Ｎａにより、回転数偏差演算部９、位置偏差演算部１０、電流偏差演算部１１を経て、それぞれ、実回転数信号Ｎｅ、実位置検出信号Ｄｅ、実電流信号Ｉｅの偏差が取られ、その偏差をゼロに近づくように制御される。そして、最終的な補正電流制御信号Ｓ３を電圧から電流に変換して、アクチュエータ４に流れる電流値を変化させることによりコントロールラック１の位置を変化させ、エンジンの実回転数を指令回転値に近づくように制御する。
この構成であれば、電流偏差演算部１１において、アクチュエータ４を流れる電流になんらかの外乱が生じた場合でも、回転数制御ループ及び位置制御ループより内側に存在する電流制御フィードバックループ内において、速やかにその外乱の影響を打ち消すことができ、電子ガバナ全体の応答性、信頼性を良くすることができる。
【００１６】
また、位置偏差演算部１１から出力される電流制御信号Ｓ２と実際にアクチュエータを流れている実電流との差が大きい状態が長く続いた場合は、異常が生じた可能性が高いので、制御部１４での異常の検出が行いやすい利点がある。
なお、本発明の他の実施形態として、実際にアクチュエータを流れている実電流と、電流制御信号Ｓ２との差に基づいて、電子ガバナの異常の検出または異常箇所を推定する手段を設け、その異常の発生を警告ランプの点灯等により作業者に知らせる構成が考えられる。
【００１７】
また、図１中、一点鎖線で示すように、目標フィードファード値を与える算出部１２を設けたので、電流偏差演算部１１に対して、より速く目標に近づける値を与えることができ、演算時間を短縮することができる。
【００１８】
（異常時の制御）
異常検出部１５の異常信号Ｆが切換スイッチ１６に出力されると、切換スイッチ１６はオフ状態になり、位置偏差演算部１０と電流偏差演算部１１間を信号の伝達を遮断する。そして、異常時指令値生成部１３は、回転数指令部５の指令回転数信号Ｎａに基づいて、その指令回転数信号Ｎａに対応した大きさの電流指令値を重畳回路２３に供給する。そして電流偏差演算部１１は、与えられた電流指令値に基づいてアクチュエータ４を駆動する。
なお、必要に応じて、負荷も設定する場合は、作業者が自ら判断して負荷値を与えることができるように構成することも可能である。
【００１９】
また、別の構成では、図２おいて破線２７で示すように、電流偏差演算部１１内の電流変換部２５のパルス幅を指令値に基づいて直接変えることができるように構成することもできる。この場合には、電流検出部８、重畳回路２３、及び電流ＰＩ補償回路２４が機能しなくても、エンジンの運転動作が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエンジン用電子ガバナの基本構成の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明のエンジン用電子ガバナの実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…コントロールラック、２…燃料噴射ポンプ、３…エンジン、４…アクチュエータ、５…回転数指令部、６…回転数検出部、７…位置検出部、８…電流検出部、９…回転数偏差演算部、１０…位置偏差演算部、１１…電流偏差演算部、１２…算出部。

Claims

ラック(１)により燃料の噴射量が調整される燃料噴射ポンプ(２)を有したエンジン(３)に採用され、
ラック(１)を駆動するアクチュエータ(４)と、
指令回転数信号を出力する回転数指令手段(５)と、
エンジン(３)の実回転数を検出しその実回転数に対応した実回転数信号を出力する回転数検出手段(６)と、
前記ラック(１)の実際の位置を検出してその位置に対応した実位置検出信号を出力するラック位置検出手段(７)と、
アクチュエータ(４)を流れる電流値を検出して、その電流値に対応した実電流信号を出力する電流検出手段(８)と、
前記実回転数信号と指令回転数信号とを入力として実回転数と指令回転数との偏差を許容範囲内に維持するように制御するラック位置制御信号を出力する回転数偏差演算手段(９)と、
前記実位置検出信号とラック位置制御信号とを入力としてラック(１)の実位置と目標位置との偏差を許容範囲内に維持するように、アクチュエータ(４)を駆動するための電流制御信号を出力する位置偏差演算手段(１０)と、
前記実電流信号と電流制御信号とを入力として実電流値と電流制御信号との偏差を許容範囲内に維持するように制御する補正電流制御信号を出力する電流偏差演算手段(１１)とを備え、
その補正電流制御信号に基づいてアクチュエータ(４)を駆動して、エンジン(３)の実回転数を指令回転数になるように制御する、エンジン用電子ガバナにおいて、
回転数偏差演算手段 ( ９ ) のラック位置制御信号の出力の時点で、前記電流偏差演算手段 ( １１ ) に与える目標フィードファード値を算出する算出手段 ( １２ ) を設けたことを特徴とする、エンジン用電子ガバナ。