JPH0754587Y2

JPH0754587Y2 - 電子ガバナの演算回路

Info

Publication number: JPH0754587Y2
Application number: JP1984042514U
Authority: JP
Inventors: 公一大倉; 徹田近
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1984-03-23
Filing date: 1984-03-23
Publication date: 1995-12-18
Anticipated expiration: 1999-03-23
Also published as: JPS60153839U

Description

【考案の詳細な説明】〈本考案の技術分野〉本考案は、電子ガバナの演算回路、特にディーゼルエン
ジンのアナログ式電子ガバナに関する。

〈従来技術とその欠点〉従来、ディーゼルエンジンのプランジャ往復式燃料噴射
ポンプのコントロールラックはアクチュエータ等により
戻しバネに抗して噴射量増量方向に駆動される構造であ
る。そして、このラック位置とプランジャ１往復当たり
の噴射量との関係はラック位置だけでは一義的に定まら
ず、エンジン回転数の増減に応じて若干増減するという
性質があるものの、噴射回数がエンジン回転数に対応し
ているため、負荷一定の条件ではエンジン回転数にかか
わらずラック位置がほぼ一定であるという特有の性質が
ある。

上記アクチュエータに駆動信号を出力するものとして電
子ガバナを用いる場合、一定のラック位置に対してあら
ゆる回転数の状態が存在し得ることから、定速回転を維
持する電圧を演算回路から出力するだけでは、希望する
回転数にすることができない。このため、まずラック位
置を変化させて回転数を目標値に近づけ、エンジンの回
転が目標回転数になるとラック位置を定速回転位置に戻
す必要がある。

そこで、エンジンが目標回転数になっているか判断する
ため回転検出回路から実回転数に対応する電圧V_Sを得る
とともに、基準となる目標回転数に対応する電圧V_Nを与
え、両電圧の偏差δＶに応じてラック位置を制御するよ
うに構成してある。

この電子ガバナの演算回路を比例回路で構成する場合、
第１図に示すように、低コストで安価に実施するため片
電源で作動するオペアンプを用い、オペアンプの正相入
力端に目標回転数信号（電圧）V_Nを入力して構成したも
のがある。

この比例回路では、比例回路の出力信号（電圧）V_Pと、
目標回転数信号（電圧）V_Nと、実回転数信号（電圧）V_S
の上記目標回転数信号V_Nに対する偏差δＶ＝（V_S−V_N）
との間に、比例ゲインをK_Pとすると、V_P＝V_N−K_P・δＶ
の関係がある。

しかし、ディーゼルエンジンにおいては、上述の「負荷
一定の条件ではエンジン回転数にかかわらずラック位置
が一定」という特有の性質から、一定負荷のもとでは、
ほぼ目標回転数となった後の定速回転を維持するために
必要なアクチュエータへの出力信号（電圧）V_O′が、回
転数にかかわらず一定値となる。

そこで、この定速回転を維持するのに必要な出力信号
V_O′を比例回路のみで出力するとすれば、 V_S＝V_N＋（V_N−V_O′）／K_P ……（１）で決まる実回転数信号V_Sに対応する回転数に制御される
ことになる。

即ち、目標回転数信号V_Nと、そのときの負荷に応じた定
速回転のための上記出力信号V_O′とが等しい回転数であ
る場合にのみ、目標回転数信号V_Nと実回転数信号V_Sが等
しくなるが、これ以外の目標回転数の場合には常に偏差
δＶを生ずる。

従って、本来、上記偏差δＶを０にするのが目的である
制御回路としてはきわめて不本意な形態による制御しか
行えない。

比例ゲインK_Pを大きくすると、上記偏差δＶは小さくで
きるが、比例ゲインを大きくすると過制御によるハンチ
ングが発生するので、この方法は採用できない。

また、（１）式から明らかなように、比例ゲインK_Pを変
化させると、制御されて落ち着く実回転数も変化させら
れることがわかる。

従来、実回転数と目標回転数との不一致を解消するた
め、即ち実回転数信号V_Sと目標回転数信号V_Nとを一致さ
せるために、積分回路が用いられる。すなわち、上記偏
差δＶがある限り、積分回路がその偏差を解消させるに
必要な出力信号を出し続け、偏差δＶが０になったとこ
ろでそのときの演算回路の出力信号が保持され、エンジ
ンが目標回転数に保持される。この場合、負荷の影響と
は関係なく定速度制御が行なわれ、いわゆる恒速特性が
発揮されることになる。

また、従来、このような恒速特性（この特性は発電機用
のエンジンガバナに適している。）と、負荷変化に対し
てある程度の回転偏差が生じる、いわゆるドループ特性
（この特性は作業機搭載用のエンジンガバナに適してい
る。）とのいずれかを選択的に発揮できるように、積分
回路のコンデンサの両電極間にスイッチを介在させたも
のがある。

たとえば、第２図に示すように、負相入力端に実回転数
信号（実回転数に対応する電圧）V_Sを出力する回路の出
力端を接続し、正相入力端に目標回転数信号（目標回転
数に対応する電圧）V_Nを入力する比較器１と、その出力
端・負相入力端間に直列に介在させられたコンデンサ２
および抵抗３とを備え、そのコンデンサ２の両電極間に
スイッチ４を接続した演算回路がある。この場合、上記
スイッチ４で恒速特性とドループ特性との制御特性の切
換えが行えるが、上述したようにディーゼルエンジン特
有の性質から、目標回転数信号V_Nと実回転数信号V_Sとの
偏差δＶが通常０とならないため、スイッチの切換えに
よって演算回路の出力信号V_Oが変動してしまう欠点があ
る。

しかも、この演算回路は、積分要素によって応答性が鈍
くなり、また積分回路は広い回転域にわたって作動させ
られるので、その負担が大きく、さらに、時定数を可変
にしようとすれば、同時に比例ゲインも可変とならざる
を得ないので、調整に融通性が欠けるなどの欠点があ
る。

この調整の融通性に乏しいという以外の欠点は、例え
ば、第３図に示すように、比例回路５と積分回路６と
を、上記偏差を算出する減算器７と、比例演算および積
分演算の結果を加算する加算器８との間に並列に設けた
場合にも共通する。

〈本考案の目的〉本考案は、上述のような事情を鑑みて考案されたもの
で、その目的は、比例ゲインの変更に伴なう回転数の変
化をなくし、また、積分要素に起因する応答遅れの積分
回路の負担を少なくし、さらに、制御特性を恒速特性と
ドループ特性とに切換えられるようにしたものにおいて
は、特性切換えに伴なう回転数の変化が生じないように
することである。

〈本考案の構成〉本考案は上述の目的を達成するために、ディーゼルエン
ジンの目標回転数に対応する電圧V_Nを出力する回路の出
力端を燃料噴射ポンプのコントロールラック位置制御電
圧V_Oを出力する加算回路13のオペアンプ27の負相入力端
に入力し、エンジンの実回転数に対応する電圧V_Sと目標
回転数に対応する電圧V_Nとの差に応じて比例制御電圧V_P
を出力する比例回路９の出力端を加算回路13のオペアン
プ27の正相入力端に接続し、所定の負荷のもとでエンジ
ンを定速回転に維持するに必要な基準ラック位置指示電
圧V_OCを出力する基準電圧発生回路の出力端を上記オペ
アンプ27の正相入力端に接続したことを特徴とする。

これにより、演算回路にはあらかじめ基準電圧発生回路
により、所定の負荷のもとでエンジンを定速回転に維持
するのに必要な基準ラック位置指示電圧が与えられてい
るので、上記演算回路はこの基準ラック位置指示電圧を
中心に目標回転数と実回転数との偏差に応じた制御を行
うだけですむ。

また、その所定の負荷のもとでは、エンジンが定速回転
に維持されているとコントロールラックは回転数とは無
関係に基準位置に位置するので、演算回路から出力され
る電圧V_Oは基準ラック位置指示電圧V_OCに等しい電圧と
なっている。即ち、この所定の負荷のもとでは、定速回
転に維持された状態になると、実回転数信号（実回転数
に対応する電圧）V_Sと目標回転数信号（目標回転数に対
応する電圧）V_Nとの偏差δＶは０となっており、従って
この状態で比例ゲインを変更しても回転数が変化しな
い。

一方、積分要素を含む演算回路においては、積分回路に
よって恒速特性が発揮されるが、この積分回路は、基準
ラック位置指示電圧を中心にラックの無負荷位置指示電
圧と全負荷位置指示電圧との間の極めて狭い範囲を補償
すればよく、積分要素の負担も、それによる応答遅れも
少なくなる。

さらに、上記の所定の負荷のもとで制御特性を恒速特性
とドループ特性とに切換えられるようにした場合には、
その所定の負荷のもとで定速回転状態にあると、実回転
数信号と目標回転数信号の偏差は０であるから、特性を
切換えるスイッチを切換えても演算回路の出力電圧には
影響がなく、特性切換えに伴なって回転数が変動するこ
とはない。

〈実施例の説明〉以下、本考案の実施例を図面に基づき説明する。

第４図は本考案の一実施例の回路図である。この演算回
路は、比例回路９、積分回路10、微分回路11、基準電圧
発生回路12および加算増幅回路13とからなる。

比例回路９と積分回路10はそれぞれ実回転数信号（実回
転数に対応する電圧）V_Sを負相入力端に入力し、目標回
転数信号（目標回転数信号に対応する電圧）V_Nを正相入
力端に入力する演算増幅器14・15を有し、微分回路11は
実回転数信号を抵抗16およびコンデンサ17を介して負相
入力端に入力し、目標回転数信号V_Nを正相入力端に入力
する演算増幅器18を有する。比例回路９の演算増幅器14
と微分回路11の演算増幅器18はそれぞれその出力端と負
相入力端との間に帰還抵抗19・20を接続され、積分回路
10の演算増幅器15の出力端と負相入力端との間にはコン
デンサ21とスイッチ22とが並列に接続される。

基準電圧発生回路12は、分圧器23とその出力電圧を一定
値に保持するための保持回路24とからなり、所定の負
荷、すなわち本実施例では無負荷においてエンジンを定
速回転に維持するための基準ラック位置指示電圧V_OCを
出力する。

加算増幅回路13のオペアンプ27の負相入力端には、目標
回転数信号V_Nを出力する回路の出力端が抵抗28を介して
接続されるとともに、この抵抗の３倍の抵抗値を持つ帰
還抵抗29がオペアンプ27の出力端との間に接続される。

そして、上記基準ラック位置指示電圧V_OCは、比例回路
９の出力電圧V_P、積分回路10の出力電圧V_Iおよび微分回
路11の出力電圧V_Dとともに加算増幅回路13のオペアンプ
27の正相入力端に入力され、演算された後、制御信号
（ラック位置制御信号）V_Oとして出力される。

このように構成された演算回路では、常に、基準ラック
位置指示電圧V_OCが加算増幅回路を介して出力され、こ
の基準ラック位置指示電圧V_OCを中心として実回転数信
号V_Sと目標回転数信号V_Nとの偏差に応じて制御される。

そして、無負荷時には、エンジン回転数が安定すると燃
料噴射ポンプのコントロールラック（図示省略）が所定
の位置に位置するから、演算回路の上記出力信号V_Oは上
記の基準ラック位置指示電圧V_OCに等しくなる。

即ち、無負荷時には、上記実回転数信号V_Sと目標回転数
信号V_Nとの偏差が０となり、従ってこの状態では、比例
回路９の比例ゲインを変更しても、スイッチ22を開閉切
換えしても、比例回路９、積分回路10および微分回路11
の出力電圧が０であるから、それらの変更に伴って回転
数が変化させられることはない。

また、コントロールラックの無負荷位置と全負荷位置と
では、ラック位置制御信号V_Oの差異が極めて少ない。

従って、積分回路10はこの極めて狭い範囲において、基
準ラック位置指示電圧V_OCを中心に実回転数信号V_Sと目
標回転数信号V_Nとの偏差を補償すればよく、積分要素に
よる応答遅れを少なくできるとともに、積分回路の負担
を少なくできる。

ちなみに、この第４図の実施例の場合、オペアンプの入
力インピーダンスがきわめて高く、正相入力端に流入す
る電流の合算値が略０とみなせることから、加算増幅回
路の正相入力端の電圧は、（1/4）・（V_OC＋V_P＋V_I＋
V_D）となる。一方、負相入力端の電圧はV_NとV_Oとの間を
抵抗28と帰還抵抗29の両抵抗値で分割した値、即ち、
（1/4）・V_O＋（3/4）・V_Nとなる。そして、オペアンプ
の正常な動作範囲では両入力端の電圧が等しいから、V_O
＝（V_OC＋V_P＋V_I＋V_D）−３・V_Nとなり、結局、演算回
路の出力電圧V_Oは、 V_O＝V_OC−K_P（V_S−V_N） −1/T₁∫（V_S−V_N）dt−T₂d/dt（V_S−V_N） K_P：比例ゲイン T₁：積分回路の時定数 T₂：微分回路の時定数となる。即ち、基準ラック位置指示電圧V_OCに、回転偏
差に対するPID演算出力を加減算したものを出力するこ
とになる。

第５図は本考案の別実施例の回路図であり、これは、比
例回路９、積分回路10、微分回路25、基準電圧発生回路
26および加算増幅回路13とからなる。

第４図の実施例との相違は、基準電圧発生回路26が分圧
器のみで構成され、この基準電圧発生回路26の出力電圧
V_OCが目標回転数信号に代えて微分回路25の正相入力端
に接続されていること、及び、加算増幅回路13の帰還抵
抗が負相入力端に接続した抵抗の２倍値に設定されてい
ることである。

その他の構成は第４図に示された演算回路と同様であ
り、同様の効果が得られる。

もちろん、本考案の範囲は上述の各実施例によって限定
されるものではなく、たとえば、比例、積分、微分の３
要素を全て備える演算回路でなくても、少なくとも比例
要素を含む演算回路であればよく、また、比例、積分、
微分の各要素が加算されるものに限らず、それらを相乗
させる演算回路でもよい。比例、積分、微分の要素を構
成する具体的回路構成が図示のものに限定されないこと
はもちろんのことである。

なお、基準ラック位置指示電圧をどの負荷条件で設定す
るかはその電子ガバナを備えるエンジンの用途と作業者
の意図によって自由に設定される。

〈本考案の効果〉以上説明したように、本考案は、上述のように構成する
ことにより、ディーゼルエンジン特有の回転数・ラック
位置特性に適合した演算回路が得られ、この演算回路は
上記基準ラック位置指示電圧を中心に目標回転数と実回
転数との偏差に応じた制御を行うだけですむ。

しかも、所定の負荷状態のもとでは、比例ゲインの変更
に伴なう回転数の変化をなくすことができ、また、積分
要素に起因する応答の遅れや積分回路の負担を少なくで
きる。さらに、制御特性を恒速特性とドループ特性とに
切換えられるようにしたものにおいては、上記所定の負
荷状態のもとで切換え操作することにより、特性切換え
に伴なう回転数の変化をなくせる等の効果を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図はそれぞれ従来例の回路図、第
４図は本考案の一実施例の回路図、第５図は本考案の別
実施例の回路図である。９……比例回路、13……加算回路（加算増幅回路）、12
・26……基準電圧発生回路、27……加算回路のオペアン
プ、V_N……目標回転数に対応する電圧（目標回転数信
号）、V_O……コントロールラック位置制御電圧（演算回
路の出力信号）、V_S……実回転数に対応する電圧（実回
転数信号）、V_P……比例制御電圧（比例回路の出力電
圧）、V_OC……基準ラック位置指示電圧。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】ディーゼルエンジンの目標回転数に対応す
る電圧（V_N）を出力する回路の出力端を燃料噴射ポンプ
のコントロールラック位置制御電圧（V_O）を出力する加
算回路（13）のオペアンプ（27）の負相入力端に接続
し、エンジンの実回転数に対応する電圧（V_S）と目標回転数
に対応する電圧（V_N）との差に応じて比例制御電圧
（V_P）を出力する比例回路（９）の出力端を加算回路
（13）のオペアンプ（27）の正相入力端に接続し、所定の負荷のもとでエンジンを定速回転に維持するに必
要な基準ラック位置指示電圧（V_OC）を出力する基準電
圧発生回路の出力端を上記オペアンプ（27）の正相入力
端に接続したことを特徴とする電子ガバナの演算回路。