JPH0454250A - エンジンの回転数制御装置 - Google Patents

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、フィードバック制御系の伝達関数を、燃料供
給量の調節を行うアクチュエータの位置に対応して可変
できるようにした回転数制御装置に関する。

（従来の技術） 目標回転数とエンジンの実回転数との差に対応する電圧
（偏差）に、比例・積分・微分（ＰＩＤ）演算を施して
、制御対象である燃料噴射装置やスロットル制御装置等
の燃料供給量を制御する技術は従来より知られている。

ところで、燃料供給量の増減とエンジンの回転数変化と
の関係は一定ではなく、以下の特性を有する。エンジン
の回転数が低い場合は、燃料供給量の増減に対して回転
数の変化幅は大きく、その変化の時間遅れが大きい。し
たがって、制御の安定性を確保するためには、微分増幅
及び比例増幅を低くするのが望ましい。エンジンの回転
数が高い場合は、燃料供給量の増減に対してエンジンの
回転数の変化幅は小さく、その変化の時間遅れも小さい
、したがって、各増幅率を高めて過渡特性（瞬時変動率
、整定時間）を改善するのが望ましい。

特開昭５７−７３８２９号公報では、エンジンの回転数
に比例させてパルス幅変調された信号に、偏差信号で振
幅変調をかけて掛算演算して、比例ゲインをエンジンの
回転数の関数として変化させる技術が開示されている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、これは単に比例ゲインをエンジンの回転数に合
わせて変化させているにすぎず、かつ回路構成が複雑と
なる。

また、これに対して本出願人は特願平１−１４６１７５
号等によって、エンジンの回転数に応じてＰＩＤ演算の
各係数の一部または全部を可変するようにしたものをす
でに提案している。この方法によればエンジンが低速回
転時には、比例、積分および微分動作の係数を小さくし
て安定性の高い制御を行ない、高速回転時には各係数を
大きくして過渡特性に優れた制御を行なうことができる
が、エンジン負荷に対応するスロットルバルブの開度（
燃料供給量）に着目した対応が必要な場合もある。

燃料供給量の増減とエンジン回転数変化との関係は、ス
ロットルバルブ開度の小さい領域即ち軽負荷域では、開
度の変化に対する混合気流量変化率が大きく、また開度
急変時の燃調が乱れ易いため、開度の変化に対しエンジ
ン回転数の追従遅れが大きくなる。一方、開度の大きい
高負荷域では、逆に流量変化率が小さく、燃調乱れも少
ないため、エンジン回転数の追従が良好であるが応答量
が小さくなる。

本発明はこのような課題を解決するためなされたもので
、スロットルバルブ開度即ち、アクチュエータの位置に
応じてアクチュエータの動作速度を可変し、軽負荷域の
安定性と高負荷域の応答性を両立させることができるエ
ンジンの回転数１！ＩＩ御装置を提供しようとするもの
である。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決すべく本発明は燃料供給量の調節を行う
アクチュエータとこのアクチュエータの動作位置を検出
する位置検出器とエンジンの回転数を検出する回転数検
出器とエンジンの目標回転数を設定する設定器とを備え
ると共に前記位置検出器の出力信号と前記設定器の設定
信号と前記回転数検出器の出力信号とをアクチュエータ
駆動回路に入力して前記アクチュエータを駆動し燃料供
給量を調節するエンジンの回転数制御装置において、前
記設定器の設定信号に前記位置検出器の出力信号を重畳
する重畳回路に可変インピーダンスを備えると共にこの
可変インピーダンスのインピーダンスを前記アクチュエ
ータの位置に対応する信号で可変するようにして、燃料
供給量が少ないときには前記アクチュエータの追従性を
遅らせ、かつ燃料供給量が多いときには前記アクチュエ
ータの追従性を高めるように、前記アクチュエータの位
置に応じて前記重畳回路の増幅率を可変するようにした
ものである。

また、前記位置検出器の出力信号を微分して変化量を検
出し、この変化量に対して位相進み補償を行ってから前
記設定器の設定信号に重畳した後にエンジンの回転数検
出器の出力信号と共に比例・積分・微分演算を施して前
記アクチュエータの位置制御を行うとよい。

可変インピーダンス素子は、発光素子と光結合された可
変抵抗素子からなる光結合形可変インピーダンス素子を
用いるのが望ましい。

（作用） 重畳回路内に設けた可変インピーダンス素子のインピー
ダンスが、アクチュエータの動作位置に対応して変化す
るので重畳回路の増幅率が変化する。

また、燃料供給量が、少い時にはアクチュエータの動き
が遅く、多い時にはアクチュエータの動きが速くなる。

更に、可変インピーダンス素子に光結合形素子を用いる
ことにより、重畳回路内の任意の電位にある可変抵抗素
子の抵抗値をアクチュエータの位置に対応する信号によ
り直接制御できる。

（実施例） 以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る回転数制御装置の全体システム構
成図である。

回転数制御装置１は、目標回転数設定器２で設定した目
標回転数に対応する電圧信号ｅｓを重畳回路３を介して
比例・積分・微分演算回路（以下ＰＩＤ回路と記す）４
の一方の入力端子４ａへ印加するとともに、エンジン５
の実回転数に対応する電圧信号ｅｎを他方の入力端子４
ｂへ印加して、重畳回路３の電圧信号ｅｃと電圧信号ｅ
ｎの差電圧に比例・積分・微分演算を施した出力電圧ｅ
Ｏを発生させ、ＰＷＭ（パルス幅変調）変換回路６を介
してＮＰＮパワートランジスタＴｒのスイッチング動作
でスロットル制御装置７のソレノイド式アクチュエータ
７ａを駆動して、燃料供給量を増減させ、エンジン５の
回転数を制御する構成としている。

また、回転数検出器８はエンジンの回転数に比例する周
期のパルス信号Ｐｎを出力し、このパルス信号Ｐｎは周
波数−電圧変換回路（Ｆ／Ｖ変換回路）９でパルス信号
Ｐｎの周期に対応するアナログ電圧ｅｎに変換される。

ソレノイド式アクチュエータ７ａの位置は、アクチュエ
ータ位置検出器１０で検出され、その位置検出出力１０
ａは検波・整流回路１１で直流信号ｅ　ａに変換される
。直流信号ｅａはコンデンサ１２ａと抵抗１２ｂから成
る微分回路１２で微分され、演算増幅器１３ａで構成さ
れた電圧フォロア回路１３を通して重畳回路３に入力さ
れる。

重畳回路３は、演算増幅器３ａと、この演算増幅器３ａ
の出力端子３ｂと反転入力端子３ｃとの間に接続された
抵抗１４と、この抵抗１４の両端に接続された抵抗１５
と可変インピーダンス素子１６の直列回路と、更に反転
入力端子３ｃに一端が接続された入力抵抗１７とこの入
力抵抗１７と並列に接続された位相進み回路１８を備え
ている。位相進み回路１８はコンデンサ１８ａと抵抗１
８ｂの直列回路で構成している。また、抵抗１７の他端
には演算増幅器１３ａの出力端子１３ｂが接続され、演
算増幅器３ａの非反転入力端子３ｄには目標回転数設定
器２の電圧信号ａｓが印加されている。反転入力端子３
ｃに微分入力電圧が印加されない状態では、重畳回路３
の出力電圧ｅｃはｅｓの電圧と同じで、アクチュエータ
７ａの位置が燃料増側へ移動した場合は微分回路１２か
らの入力により、重畳回路３の出力電圧ｅｃは前記電圧
ｅｓより低い電圧となり、燃料減側へ移動した時は前記
電圧ｅｓより高い電圧となるよう構成している。

本実施例では可変インピーダンス素子１６としてフォト
ＦＥＴを用いている。ＦＥＴ１６ａのソース及びトレイ
ンは演算増幅器３ａの出力端子３ｂと抵抗１５の一端に
それぞれ接続している。フォトＦＥＴの１次側である発
光ダイオード１６ｂには、ベースにアクチュエータ７ａ
の位置に対応する電圧ｅａが印加され、コレクタに電源
＋Ｖが印加されたトランジスタＱのエミッから抵抗１９
を通して電圧ｅａに比例する電流を供給する構成として
いる。モしてＦＥＴ　１６　ａの抵抗値は、発光ダイオ
ード１６ｂに供給される電流値に逆比例する。

また検波・整流回路１１は位置検出器１０の出力１０ａ
に基づいてアクチュエータ位置検出器１０が燃料噴射量
増側に位置すると、位置検出出力電圧ｅａが高くなるよ
う構成されている。

ＰＩＤ回路４は、演算増幅器４ｃと、この演算増幅器４
ｃの出力端子４ｄと反転入力端子４ｅとの間に設けた積
分回路２０と、反転入力端子４ｅに一端が接続された入
力抵抗２１と、この入力抵抗と並列に接続された微分回
路２２とで演算回路を構成している。積分回路２０は、
コンデンサ２０ａと、このコンデンサ２０ａに並列接続
されたコンデンサ２０ｂと抵抗２０ｃの直列回路からな
る３素子で構成している。微分回路２２は、コンデンサ
２２ａと抵抗２２ｂの直列回路で構成している。

パワートランジスタＴｒは、ベースＢをＰＷＭ　変換回
路６の圧力と接続し、コレクタＣをソレノイド式アクチ
ュエータ７ａとダイオードＤの並列回路の一端に接続し
、エミッタＥをＧＮＤへ接続している。

以上のように構成されたエンジンの回転数制御装置の動
作について以下に説明する。

検波・整流回路１１の出力ｅａを微分回路１２で微分し
てアクチュエータ７ａの位置変化に対応する電圧として
重畳回路３の位相進み回路１８を通して位相を進めて演
算増幅器３ａの反転入力端子３ｃに入力する。一方、非
反転入力端子３ｄには目標回転数設定器２の出力電圧ｅ
ｓが印加されており、微分かつ位相進み補償がなされた
電圧信号ｅａが所定の増幅率Ｇで増幅され電圧信号ｅｓ
に重畳されてアクチュエータ７ａの位置変化に対応する
電圧を含む回転数設定電圧ｅＣを出力端子３ｂに出力す
る。

この際、重畳回路３のフィードバック抵抗の１つとして
可変インピーダンス１６を設けているので、スロットル
７の開度が小さい領域即ち軽負荷域では、アクチュエー
タ７ａの位置に対応する検波・整流回路１１の出力電圧
ｅａは低く、発光ダイオード１６ｂには小さな電流が供
給され、ＦＥＴ１６ａの抵抗値Ｒｘは極めて大きな値に
なる。この場合、重畳回路３の増幅率Ｇは、抵抗１４．
１５．１７の抵抗値を夫々Ｒ＋　、　Ｒ２、Ｒｓとする
と、はぼＲ１／Ｒ３となる。一方、スロットル７の開度
が大きい高負荷域では、検波・整流回路１１の出力電圧
ｅａは高く、発光ダイオード１６ｂには大きな電流が供
給され、ＦＥＴ　１６　ａの抵抗値Ｒｘは極めて小さな
値（はぼ０Ω）となる。この場合、重畳回路３の増幅率
Ｇは、はぼＲＩＲ２／Ｒ３（Ｒ＋”Ｒ２）となる。

即ち、増幅率Ｇはアクチュエータ７ａの位置によってＲ
ｒ　Ｒ２／　Ｒｓ　（ＲｕＲ２）からＲ１／Ｒ３まで連
続的に変化することになる。

従って、スロットル７の開度が小さい軽負荷域では畳回
路３の増幅率Ｇを上げて目標回転数の設定電圧ｅｓに対
する重畳値を大きくしてアクチュエータ７ａの制動を強
くし、アクチュエータ７ａの動き、即ちスロットル７の
開度変化を遅くして安定性を図り、逆にスロットル７の
開度が大きい高負荷域では増幅率Ｇを下げて回転数の低
い場合よりも設定電圧ｅｓに対する重畳値を減らしてア
クチュエータ７ａの動き、即ちスロットル７の開度変化
を速くして追従性の向上を図る。

なお、本実施例においては燃料供給量調節機構としてス
ロットル制御装置を用いているが、例えばアクチュエー
タの作動上限が機械的に規制されている構造の燃料噴射
装置にも適用することができるのはもちろんのことであ
る。

また、本実施例では、可変インピーダンス素子としてフ
ォトＦＥＴを用いたが、フォトＣｄＳを用いても同じ動
作を行なうことができる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、負荷が小さく燃料
供給量が少ない時には燃料供給量の調節を行うアクチュ
エータの動きを遅くして制御の安定性を確保でき、負荷
が大きく燃料供給量が多い時にはアクチュエータの動き
を速くして優れた追従性を確保できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る回転数制御装置の全体システム構
成図である。 １・・・回転数制御装置、２・・・目標回転数設定器、
３・・・重畳回路、４・・・ＰＩＤ回路、５・・・エン
ジン、６・・・ＰＷＭ変換回路、７・・・スロットル制
御装置、７ａ・・・ソレノイド式アクチュエータ、８・
・・回転数検出器、１０・・・アクチュエータ位置検出
器、１２・・・微分回路、１６・・・可変インピーダン
ス素子、１６ａ・・・ＦＥＴ、１６ｂ・・・発光ダイオ
ード、１８・・・位相進み回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃料供給量の調節を行うアクチュエータとこのア
   クチュエータの動作位置を検出する位置検出器とエンジ
   ンの回転数を検出する回転数検出器とエンジンの目標回
   転数を設定する設定器とを備えると共に前記位置検出器
   の出力信号と前記設定器の設定信号と前記回転数検出器
   の出力信号とをアクチュエータ駆動回路に入力して前記
   アクチュエータを駆動し燃料供給量を調節するエンジン
   の回転数制御装置において、前記設定器の設定信号に前
   記位置検出器の出力信号を重畳する重畳回路に可変イン
   ピーダンスを備えると共にこの可変インピーダンスのイ
   ンピーダンスを前記アクチュエータの位置に対応する信
   号で可変するようにして、燃料供給量が少ないときには
   前記アクチュエータの追従性を遅らせ、かつ燃料供給量
   が多いときには前記アクチュエータの追従性を高めるよ
   うに、前記アクチュエータの位置に応じて前記重畳回路
   の増幅率を可変するようにしたことを特徴とするエンジ
   ンの回転数制御装置。
2. （２）前記位置検出器の出力信号を微分して変化量を検
   出し、この変化量に対して位相進み補償を行ってから前
   記設定器の設定信号に重畳した後にエンジンの回転数検
   出器の出力信号と共に比例・積分・微分演算を施して前
   記アクチュエータの位置制御を行う請求項１記載のエン
   ジンの回転数制御装置。
3. （３）前記可変インピーダンス素子は、発光素子とこの
   発光素子と光結合され発光素子に供給される電流に基づ
   いて抵抗値が変化する可変抵抗素子からなる光結合形可
   変インピーダンス素子である請求項１記載のエンジンの
   回転数制御装置。