JPH02277943A - 内燃機関の回転速度制御装置 - Google Patents

内燃機関の回転速度制御装置

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JPH02277943A
JPH02277943A JP1100812A JP10081289A JPH02277943A JP H02277943 A JPH02277943 A JP H02277943A JP 1100812 A JP1100812 A JP 1100812A JP 10081289 A JP10081289 A JP 10081289A JP H02277943 A JPH02277943 A JP H02277943A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の回転速度制御装置に係り、特にフォ
ークリフト等の産業用車両に搭載されている内燃機関お
よび発電機等の動力源に使用される内燃機関の回転速度
を制御する回転速度制御装置に関する。
〔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、走行負荷の他に荷役負荷が作用するため、走行
負荷の変化によって荷役作業に支障をきたすことおよび
荷役負荷の変化によって走行に支障をきたすことを防止
する必要がある。また、発電機等の動力源に使用されて
いる内燃機関は、安定な電力を供給することが要求され
る。従来よりこのような内燃機関を目標回転速度近傍で
運転することを目的として種々の制御装置が開発されて
いる。この制御装置の一つとして、内燃機関と負荷との
ダイナミックスを各要素のある作動点回りで線形化近似
して伝達関数で表わし、ＰＩＤ（比例、積分、微分）制
御による補償を行う方法がある（日本機械学会論文集（
第１部）「小型ディーゼル機関・交流発電機系の調速に
ついて」Ｖｏｌ、４３．Ｎ（Ｌ３６７　９５７頁左欄第
１３行乃至右欄第１行）。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上記従来の技術では、ある作動点回りで
の内燃機関の特性を用いて制御系の設計を行っているた
め、作動点毎に制御系の設計を行うと共に内燃機関の作
動領域の変化に伴って作動点毎に制御演算式を切換えて
制御する必要が生ずる。従って、制御系設計に係わる工
数が増大すると共に、制御演算式の不連続性を原因とす
る切換え時の回転速度の乱調が問題となる。
本発明は上記問題点を解決すべく成されたもので、内燃
機関の作動領域に拘わらず実回転速度を目標回転速度に
良好に制御することができる内燃機関の制御装置を提供
することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するた必に本発明は、内燃機関の回転速
度を調整する調整手段と、実回転速度を検出する検出手
段と、前記調整手段の操作量とトルクとが線形な関係に
あると仮定して前記実回転速度が目標回転速度になるよ
うな仮想操作量を演算する演算手段と、前記操作量と前
記トルクとの非線形関係を用いて前記仮想操作量を実操
作量に変換する変換手段と、前記実操作量に基づいて前
記調整手段を制御する制御手段と、を含んで構成したも
のである。
〔作用〕
本発明は以下の点に着目して成されたものである。すな
わち、内燃機関の作動点回りに線形化近似した実操作量
と回転速度との関係式において作動点の変化によるパラ
メータ変動は、第８図に示すように、内燃機関の実トル
クの実操作量に対する勾配変化に起因する。また、この
勾配は内燃機関のトルクの変化や回転速度の変化により
変化するがこの変化は連続的である。従って、仮想的に
この勾配変化を無視して勾配が一定と仮定して、すなわ
ち操作量とトルクとが線形な関係にあると仮定して、制
御演算を行い、その後勾配変化に対する補正を行うよう
にすれば、制御系設計の簡略化と内燃機関の運転全領域
に亘って良好な回転速度整定性能を確保することができ
ることに着眼した。
上記着眼点に従って、本発明では、演算手段において操
作量とトルクとが線形な関係にあると仮定して、検出手
段で検出された実回転速度が目標回転速度になるように
仮想操作量を演算する。その後変換手段でこの仮想操作
量を、操作量とトルクとの実際の非線形関係を用いて実
操作量に変換する。そして、この実操作量に基づいて内
燃機関の回転速度を調節する調節手段を制御する。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、操作量とトルクと
が線形な関係にあると仮定しているため内燃機関の全作
動領域に亘って仮想操作量と回転速度との動的関係式が
同一になり、制御演算のパラメータはある作動点で最適
化されその緒元を全運転領域で使用することが可能にな
り、制御系を簡素化することができる、という効果が得
られる。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。第１図は第１実施例を示すもので、内燃機関１０の出
力軸には機関の出力を吸収する負荷系１２が接続されて
いる。内燃機関ＩＯの回転軸には、周方向に等間隔に複
数個のスリットが穿設された円板４４が取付けられてお
り、この円板４４を挟むように発光素子と受光素子とを
備えた検出部４６が配置されている。検出部４６は回転
速度検出装置１４を介して人力インタフェース２４に接
続されている。内燃機関１０には、吸入空気量または気
筒内噴射燃料量（ディーゼル機関の場合）を調整して内
燃機関の出力を調節する出力調整手段１６が設け′られ
ている。この出力調整手段１６は出力インタフェース４
２に接続されたステンピングモータ等のアクチュエータ
１８によって駆動される。
内燃機関の目標回転速度を設定するスロットルレバー２
０には、レバー開度を検出するレバー開度検出器２２が
接続されており、このレバー開度検出器２２は人力イン
タフェース２６に接続されている。インタフェース２４
．２６．４２はマイクロコンピュータ等で構成された制
御演算装置５０に接続されている。なおレバー開度に代
えてスロットル開度を検出するようにしてもよい。制御
演算装置５０には、入力インタフェース２４から入力さ
れる信号に基づいて回転速度Ｎを演算する回転速度演算
回路２８が設けられている。回転速度演算回路２８の出
力端は、偏差演算器３２および第５図に示したテーブル
に基づいて現時刻の実回転速度に対応する仮想操作量と
実操作量との関係を設定する変換関係設定器３６に接続
されている。人力インタフェース２６には、人力インタ
フェース２６を介して入力されるレバー開度θＴＨに基
づいて目標回転速度Ｎ、を演算する目標回転速度演算回
路３０が接続されている。この目標回転速度演算回路３
０は偏差演算器３２に接続されている。偏差演算器３２
の出力端は仮想操作量を演算する仮想操作量演算回路３
４を介して仮想操作量を実操作量に変換する実操作量変
換回路３８に接続されている。実操作量変換回路３８は
、実操作量から駆動信号を演算する駆動信号演算回路４
０に接続されており、駆動信号演算回路４０で演算され
た駆動信号は出力インタフェース４２を介してアクチュ
エータ１８に人力される。
上記仮想操作量演算回路３４は、第２図に示すように目
標回転速度ＮＲから実回転速度Ｎを減算した偏差、すな
わち目標回転速度演算回路３０出力に比例した信号を出
力する第１の伝達要素３４Ａ１この偏差に比例した量を
各時刻毎に積算した信号を出力する第２の伝達要素３４
Ｂ１上記偏差の変化量を求めるとともにノイズ、高周波
の回転速度変動量等による変化量の過度の変動を抑制す
るフィルタリング処理を施した信号を出力する第３の伝
達要素３４Ｃおよび第１〜第３の伝達要素の信号を加算
する加算器３４Ｄから構成されている。そして、この加
算器３４Ｄから仮想操作量信号が出力される。
以下、第１の実施例の作用を説明する。回転速度演算回
路２８は回転速度検出装置１４出力に基づいて内燃機関
１０の実回転速度Ｎを出力する。
目標回転速度演算回路３０はレバー開度検出器２２出力
に基づいて目標回転速度Ｎ８に対応した信号を出力する
。偏差演算器３２は目標回転速度Ｎ８と実回転速度Ｎと
の偏差を演算する。この偏差は仮想操作量演算回路３４
によってＰＩＤ処理が施され仮想操作量に変換されて実
操作量変換回路３８に入力される。
変換関係設定器３６には、第５図に示すように、各実回
転速度に対応した仮想操作量と実操作量との関係を示す
複数のテーブルが予め記憶されており、変換関係設定器
３６は回転速度演算回路２８から出力される現時刻の実
回転速度Ｎに対応した仮想操作量と実操作量との変換関
係を示すテーブルを選択して実操作量変換回路３８に設
定する。
ここで、第６図に示すように、回転速度を一定とすると
実操作量−トルク特性は曲線Ｂに示すよう非線形になっ
ている。そこで、直線Ａに示す線形な仮想操作量−トル
ク特性を仮定し、直線Ａと曲線Ｂとに基づいて実操作量
を仮想操作量に変換することによって、第５図に示す回
転速度に応じた仮想操作量と実操作量との関係を求める
。すなわち、仮想操作量がａ点であったとすると、仮想
操作量−トルク特性（直線Ａ）上のトルクはｂ点になり
、このｂ点と同一トルクの実操作量−トルク特性〈曲線
Ｂ）上の点はＣになり、０点に対応する実操作量はｄ点
になる。従って、ａ点の仮想操作量に対応する実操作量
はｄ点の値になり、回転速度を変化させて仮想操作量と
実操作量との関係を求めれば、第５図のテーブルが得ら
れる。
実操作量変換回路３８では変換関係設定器３６で設定さ
れた現在時刻の実回転速度に対応する仮想操作量と実操
作量との関係から仮想操作量演算回路３４で演算された
仮想操作量を実操作量に変換する。そして、駆動信号演
算回路４０では実操作量に対応するアクチュエータの駆
動信号を求め、出力インタフェース４２を介してアクチ
ュエータ１８を制御することによって出力調整手段１６
を制御する。これによって、負荷系１２の変動によって
トルクが変動しても実回転速度が目標回転速度になるよ
うに制御される。
本実施例によれば、仮想操作量演算回路のＰＩＤ制御が
トルクと線形な関係にある仮想操作量によって行われる
ため、制御量による制御演算式の切換えが不要になり、
制御演算式が簡略化され制御性が高まる、という効果が
得られる。
次に本発明の第２実施例を第３図を参照して説明する。
なお、第３図において第１図と同一部分には同一符号を
付して説明を省略する。本実施例は、第３図に示すよう
に、目標回転速度演算回路３０を変換関係設定器３６に
接続して仮想操作量と実操作量との変換関係を目標回転
速度ＮＲに基づいて設定するとともに、第１図の仮想操
作量演算回路３４に換えてオブザーバプラス状態フィー
ドバック制御を行う制御演算装置５２を用いたものであ
る。このオブザーバプラス状態フィードバック制御では
、仮想操作量と回転速度とのダイナミックスを無駄時間
と二次遅れ系との和（ガソリン機関の場合）に仮定して
これを次式の状態方程式で表現し、更に各状態のフィー
ドバックゲインをリカツチの式を解いて求めている。
ｘ＝Ａｘ＋ｂｕ　　−−−（１） 制御演算装置５２は、第４図に示すように、目標回転速
度と実回転速度との偏差に比例した信号を出力する第１
の伝達要素５２Ａ、この偏差に比例した量を各時刻毎に
積算した信号を出力する第２の伝達要素５２Ｂ、偏差と
１時刻前の仮想操作量とから状態量を推定する第３の伝
達要素５２Ｃ１第３の伝達要素５２Ｃで推定された状態
量に比例した信号を出力する第４の伝達要素５２Ｄ、１
時刻前の仮想操作量を出力する第５の伝達要素５２Ｅお
よびこれらを加算する加算器５２Ｆで構成されている。
本実施例では、変換関係設定器３６に第５図に示す目標
回転速度に応じて定められた仮想操作量と実操作量との
関係を示す複数のテーブルが予め記憶されており、目標
回転速度演算回路３０で演算された目標回転速度に対応
する仮想操作量と実操作量との関係を選択して実操作量
変換回路３８に設定する。そして、実操作量変換回路３
８は制御演算装置５２で演算された仮想操作量を実操作
量に変換し上記第１実施例と同様に出力調整手段１６を
制御する。
本実施例によれば、制御演算装置でオブザーバプラス状
態フィードバック制御のような複雑な制御を行っている
ため、仮想操作量による制御演算値の簡略化は第１実施
例より更に効果的となる。
また目標回転速度に応じて仮想操作量と実操作量との変
換関係を求めているため制御性が更に向上する、という
効果が得られる。
次に、第３の実施例について第９図を参照して説明する
。本実施例は、発電機等の電力源に使用されている内燃
機関の回転制御に本発明を適用したものである。このた
め、第１、第２の実施例における目標回転速度を設定す
るスロットルレバー２０、回転速度演算回路２８および
仮想操作量と実操作量との交換関係を設定する交換関係
設定器３６を省略し、予め定めた一定の目標回転速度に
対応した実操作量と仮想操作量との唯一の交換関係を実
操作量変換回路３８に設けている。仮想操作量演算回路
５４は、第１の実施例で示したＰＩＤ処理または第２の
実施例で示したオブザーバプラス状態フィードバック制
御のための演算を行う。
本実施例によれば、一定の目標回転速度Ｎ、が予め設定
されると共に、実操作量変換回路３８にはこの目標速度
に対応する仮想操作量と実操作量との関係が予め記憶さ
れており、この実操作量変換回路３８において仮想操作
量演算回路５４で演算された仮想操作量を実操作量に変
換し、上記実施例と同様に出力調整手段１６を制御する
。
本実施例によれば、目標回転速度を設定するスロットル
レバー、目標回転速度を演算する回転速度演算回路およ
び回転速度に応じた仮想操作量と実操作量との交換関係
を設定する交換関係設定器を除いているため、制御装置
が簡略化され、発電機等の定速回転動力源に使用される
内燃機関の回転速度制御装置として実現し易い、という
効果がある。
次に、第１、第２、第３実施例において内燃機関の出力
調整手段の１時刻間の変化量に制限がある場合（例えば
、ステッピングモータの応答性からの制限）について説
明する。この場合には、次のような演算を付加すること
により制御演算の不整合性を除くようにする。すなわち
、第７図に示すように、１時刻前の仮想操作量がｐ、仮
想操作量演算回路３４または５２で演算された現時刻で
の仮想操作量がｑであり、それぞれに対応した実操作量
がｐ’　、ｑ’　、ｐ″からｑ′への変化量がｒ゛で制
限された場合について説明すると、実操作量ｒ′に対応
する仮想操作量ｒを求め、この仮想操作量ｒを現時刻の
仮想操作量として次の時刻の演算に用いるようにする。
なお上記ではテーブルを用いて実操作量等を演算する例
について説明したが、式によって演算するようにしても
よい。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１実施例のブロック図、第２図は第
１実施例の仮想操作量演算回路の詳細を示すブロック図
、第３図は本発明の第２実施例のブロック図、第４図は
第２実施例の仮想操作量演算回路の詳細を示すブロック
図、第５図は回転速度または目標回転速度に応じて定め
られた仮想操作量と実操作量とのテーブルを示す線図、
第６図は仮想操作量を実操作量に変換することを説明す
るだめの線図、第７図は実操作量が制限されている場合
の仮想操作量の大きさを説明するための線図、第８図は
操作量とトルクとの関係を示す線図、第９図は本発明の
第３実施例のブロック図である。 １４・・・回転速度検出装置、 １６・・・出力調整手段、 １８・・・アクチュエータ、 ２０拳参拳スロツトルレバー ２８・・・回転速度演算回路、 ３４・・・仮想操作量演算回路、 ３６・・・変換関係設定器、 ３８・・・実操作量変換回路、 ４０・・・駆動信号演算回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）内燃機関の回転速度を調整する調整手段と、実回
    転速度を検出する検出手段と、 前記調整手段の操作量とトルクとが線形な関係にあると
    仮定して前記実回転速度が目標回転速度になるような仮
    想操作量を演算する演算手段と、前記操作量と前記トル
    クとの非線形関係を用いて前記仮想操作量を実操作量に
    変換する変換手段と、 前記実操作量に基づいて前記調整手段を制御する制御手
    段と、 を含む内燃機関の回転速度制御装置。
JP1100812A 1989-04-20 1989-04-20 内燃機関の回転速度制御装置 Expired - Lifetime JP2551656B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1100812A JP2551656B2 (ja) 1989-04-20 1989-04-20 内燃機関の回転速度制御装置
EP90107377A EP0393642B1 (en) 1989-04-20 1990-04-18 Engine speed controlling apparatus for internal combustion engine
DE90107377T DE69002270T2 (de) 1989-04-20 1990-04-18 Gerät zur Steuerung der Drehzahl für Brennkraftmaschine.
US07/510,563 US5036814A (en) 1989-04-20 1990-04-18 Engine speed controlling apparatus for internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

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JP1100812A JP2551656B2 (ja) 1989-04-20 1989-04-20 内燃機関の回転速度制御装置

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