JPS6056148A - 自己着火式内燃機関の調速装置 - 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】 （イ）技術分野 本発明は自己着火式内燃機関の調速装置さらに詳しくは
噴射すべき燃料の量を変化させる電磁操作部材（調節装
置）と、ＰＩＤ特性を有す、る調節器（制御器）を用い
回転数の実際値と目標値の一偏差に従って電磁操作部材
を一漱御する制御信号を形成する制御装置とを備え、回
転数が所定の値より大きくなったとき回転数目標値が回
転数とともに増大され、また突然回転数が減少した場合
前記回転数目標値が遅延して再び減少され、ざらに回転
数が実際値に関係した所定の値以下に減少した場合調節
器の増幅度を非線形に増大させることが可能な自己着火
式内燃機関（ディーゼル・機関）の調速装置に関する。

（ロ）従来技術 このような種類の調速装置が例えばドイツ特許公開公報
第３１３００８０号（特開昭５８−２０１３３１号）に
記載されている。ディーゼル機関はガソリン機関と比較
して種々の異なった特性を有する。従ってディーゼル機
関を搭載した自動車はキャブレターや噴射装置を備えた
自動車と比較して多くの点で異なった特性を有する０例
えばアクセルペダルを急に離すと、エンジンの回転数は
急速に減少する。このアクセルペダルを急に離した場合
の回転数の減少は失速と呼ばれている。特に寒冷時始動
直後にアクセルペダルを離した場合には回転数の減少は
さらに顕著になる。アクセルペダルを離した後はアイド
リング速度調節器を用いて内燃機関をアイドリング状態
に調節しなければならない。

例えば６気筒以上の様な気筒数の多いディーゼル機関で
は冷寒時始動直後の失速時（即ちアクセルペダルを離し
た時）内部摩擦が大きいため回転数の減少が急激なもの
となる。従って回転数は許容下限回転数以下に減少して
しまう危険が発生する。この様な状態を回転数アンダー
カット（食い込み）という。

また冷寒時に於て始動後不点火が発生する。このような
不点火により回転数は減少するので、アイドリンク速度
調節器はすばやく反応し回転数を上昇させる。とりわけ
寒冷時には一連の不点火が起こるので機関の静かな回転
は得られなくな〜る。

従来の速度調節器の場合には最適、な制御特性を得るこ
とができない。即ちアイドリング速度調節器は失速時回
転数を急速に回復させる問題と不点火に対して不感にす
るという問題を解決することができず、この相反する２
つの問題を解決する方法を見つけることができなかった
。

（ハ）目　的 従って本発明はこの様な従来の欠点を解決するために成
されたもので、失速時回転数を急速に安定化させると共
に不点火時の過渡特性を良好に減衰させることが可能な
自己着火式内燃機関の調速装置を提供することを目的と
する。

（ニ）発明の構成 本発明はこの目的を達成するために調節器が回転数減少
領域で大きな値になる動的（ダイナミック）増幅度、あ
るいは回転数許容下限領域で大きな値から小さい値に減
少する動的増幅度、あるいは少なくとも制御領域終了近
傍で平坦な延びになる特性あるいはそのいずれか二つ以
上あるいはその全部を組み合わせた特性を有する構成を
採用した。

（ホ）作用 このように本発明による調速装置では失速した場合回転
数が急速に安定化されるとともに不点火の場合にも立ち
上がり過渡特性が良好に減衰されるので良好な制御が行
なわれる。好ましくは木発明では動的（ダイナミック）
調節器が用いられ、この調節器は回転数を回復させるた
め大きな増幅度（利得）で動作するが、回転数が正常に
もどったのちあるいは許容下限回転数領域ではその増幅
度がだんだん減衰するように動作する。更に本発明では
基礎増幅度を低くすることができるという利点があり、
その値を機械的な調速機の領域におくことができる。そ
れにより定常状態では不点火に対して不感にすることが
できる。更に制御特性の終端領域において制限を設ける
ことによって不均一な回転数に対して調節器が不必要に
反応することが防止されるという利点が得られる。

本発明の好ましい実施例によれば従来の調節器の線形な
り成分（微分成分）に代わり本発明ではこのＤ成分を増
大させる様にしている。この増大は制御偏差が所定の値
よりも大きくなった時に初めて行なわれる。これにより
回転数信号の変動が大きくない場合には大きな動的増幅
度が機能しない様にすることができる。従って冷寒時始
動直後の失速時における立ち上がり過渡特性を良好に減
衰させることができる。

回転数信号の勾配からは失速により回転数が減少したの
か、あるいは不点火により回転数が減少したのか、即ち
調節器をすばやく反応させるべきか否かを判別すること
は困難である。失速時の場合には増幅度を大きくしなけ
ればならないし、不点火の場合には増幅度の変動をでき
るだけ弱める様にしなければならない０本発明では調節
器の増幅度を失速に先行する回転数上昇により増大させ
ることにより大きな増幅度を得る様にしている。

失速は前もって回転数上昇が発生したときのみ現われ従
って回転数が上昇すると失速の原因となる。従って回転
数上昇により調節器の増幅度を増大させている（変形例
Ｂ）。失速開始時にはアイドリング調速はまだ行なわれ
ない。調節器の増幅度は回転数信号の出力電圧によりよ
り大きな値に制御される。本発明の実施例では・回転数
減少時、即ち失速時増幅度は急速に戻されるのではなく
所定の時間関数に従って遅延されて戻される。また本発
明のさらに好ましい実施例では増幅度の増大は所定のし
きい値以上で初めて行なわれる。これにより不均一な回
転あるいは少しの不点火によって制御系に撹乱が発生す
るのが防止される。

調節器の出力信号が制御偏差が大きくしかも速くて限界
値に達すると調節器は飽和になってしまい、調節器は直
ちに逆方向に戻ることができず、制御機能が欠如するこ
とにより大きな行き過ぎが発生する。木発明の好ましい
実施例によれば制御出力電圧が下限値を下回った場合調
節器に自動的にフィードバックがかかり制限機能が発生
する。

従って調節器は飽和領域からはやく抜は出し実際の動作
点に達するのでデッド時間がなく速く反応することがで
きる。さらに好ましくは上限も設けられ、これによって
制御出力を上限から速く戻すことが可能になる。この様
な上限が設けられない場合には行き過ぎ量は大きなもの
となる。この様な上限あるいは下限に於て特性は平坦な
ものとなるが、その平坦になる所定の点を形成するため
にダイオードではなくトランジスタが用いられる。

これによりこの点を浮動させることができ工調節を制限
しＰ゛増幅度（比例感度）を弱めることができる。これ
により回転数目標値あるいは調節器の入力を種々の値に
増大させることが可能になる。

本発明では回転数目標値を増大させる場合遅延して増大
される。これにより目標値が頻繁に何回も増大するのを
防止することができる。この様な処置をとらない場合に
は立ち上り過渡特性は激しくなり長く継続してしまうこ
とになる。

この様に本発明による調速装置では回転数減少時には大
きな動的（ダイナミック）増幅度を有し、また回転数が
回復した後あるいは失速後で尚許容下限回転数領域にあ
る場合には減少した増幅度を有し、また定常状態では小
さな基礎増幅度しか持たない速度調節器が設けられる。

この様な構成でも全ての負荷変動を問題なく補償するこ
とカーできる。特に制御パラメータを変化する駆動条件
に整合させ、それによって例えば温度センサ等センサを
さらに必要とすることがないという好ましい効果が得ら
れる。所定のしきい値を設けることにより不感領域を形
成しそれによって回転数が不均一な場合でも制御系を不
必要に作動させることを防止できる。

（へ）実施例 以下図面に示す実施例に従い本発明の詳細な説明する。

第１図には本発明になる装置の重要な部分がブロック図
として図示されている。ここで従来技術のところで述べ
たドイツ特許公開公報第３１３００８０号（特開昭５８
−２０９３１号公報）を参照して説明する。繰り返しを
避けるために同公報に記載された装置と本発明の詳細な
説明する。これは第２図の回路についても同様である。

純粋に機械的な調速を行なう場合制御ロッドは遠心型り
による遠心力とフィトリングバネによる（＝Ｊ勢力がバ
ランスされる位置に調節されル、一方本発明のように電
子的に調速を行なう場合にはアイドリングバネの付勢力
の他に電磁操作部材（調節装置）２０から得られる電磁
力が遠心力に対抗して働くので、電磁石が動磁された場
合制御ロー２ドは更に燃料増量の方向に調節される。第
１図に示した装置の中心部分はＰＩＤ動作速度調節器（
比例、積分、Ｉ＃分動作を行なう調節器あるいは制御器
、以下単にＰＩＤ調節器あるいは調節器という。）２５
であり、その出力端子２６はアンドゲート２７を介して
信号出力段２８並びに電磁操作部材２０の励磁巻線に接
続される。ＰＩＤ調節器２５の入力端子３０は減算点３
２と接続され、この減算点には回転数センサ１１からの
回転数信号ｎ並びに目標値形成回路３３からの出力信号
が入力される。この目標値形成回路３３は回転数領域判
別回路３４並びに目標値関数発生器３５から形成される
。ＰＩＤ調節器２５の他の制御入力端子３１を介して調
節器のＰ成分が回転数に関係して調節される。その為に
回転数比較スイッチ３７並びにその後段に接続されたＰ
値制御回路３８が用いられる。それによってＰＩＤ調節
器２５は非線形な比例増幅度（感度）をうる事になる。

エンジンの回転数が所定回転数ｎＶ以下となり失速状態
となって制御偏差が大きくなると調節器２５の比例増幅
度はそれによってより大きなものとなる。作動制御回路
４０は所定の回転数ｎＭ以上の場合にのみ電磁操作部材
２０を作動可能にさせる働きを有する。この所定回転数
は許容下限回転数領域あるいはそれ以下の値をとる。こ
れらの説明した部分の機能は上述した公報に詳しく説明
されており、回転数が所定の値より大きくなったとき回
転数目標値が回転数とともに増大され、また突然回転数
が減少した場合前記回転数目標値が遅延して再び減少さ
れ、さらに回転数が実際値に関係した所定の値以下に減
少した場合調節器の増幅度を非線形に増大させることが
可能である。第１図に図示した調速装置には更に第１の
変形例であるＡの部分で示したように微分回路ｉｌｌが
設けられる。この微分回路の入力端子は回転数比較スイ
ッチ３７の出力と接続され、又、微分回路の出力端子は
ＰＩＤ調節器２５の入力端子１１２と接続される。更に
本発明では第２の変形例のＢの部分で示したような回転
数比較スイッチ１１３並びに増幅度遅延形成回路１１４
が設けられており、スイッチ１１３の入力端子は回転数
センサ１１の出力端子と接続されている。更に増幅度遅
延形成回路１１４の入力端子は回転数比較スイッチ１１
３と、又その出力端子はＰＩＤ調節器２５の入力端子と
それぞれ接続される。又本発明では第３の変形例である
Ｃで示したように２方向に作用する制限回路１１６が設
けられる。この制限回路ｌ１６はアンドゲート２７に至
る出力端子と減算点３２間でＰＩＤ調節器２５と並列に
フィードバックされた状態で接続されている。これらの
Ａ　、　Ｂ、　、　Ｃの機能は後で詳細に説明する６又
木発明では第４の変形例が用いられており、これをまず
第２図を参照して説明する。

第２図には上述した従来の装置と本発明による第４番目
の変形例の構成の組合わせが図示されている。抵抗５３
がエミッタフォロアトランジスタ５２のベースと接続さ
れており、このベースとアースの間にコンデンサ１１７
が接続される。

エミッタフォロア５２のエミッタにあられれる回転数の
目標値出力電圧は抵抗５３を介して入力される回転数電
圧に追随する。コンデンサ１１７と抵抗５３によりＲＣ
素子が形成され、それによって回転数が増大した場合に
目標値は増大するがその増大は遅れをもって追随するよ
うになる。

それにより行き過ぎ量がわずかの場合目標値が何回も大
きくなり不安定になる事が防止される。

第２図の残りの部分並びにその機能はここでは重複を避
ける為に説明を省略する。

第３図には第１の部分Ａの詳細な構成が図示されている
。微分回路Ｉｌｌはダイオード１１Ｂ。

コンデンサ１１９．抵抗１２０の直列回路から構成され
る。ダイオード１１８の一方の端子は回転数センサ１１
と接続され、又抵抗１２０の一方の端子は調節器として
機能する演算増幅器５７の反転入力端子と接続される。

ダイオード１１８とコンデンサ１１９の接続点には更に
抵抗１２１が接続され、その他方の端子はエミッタフォ
ロア５２のエミー２夕と接続されている。第２図の回路
と比較すると抵抗６７とコンデンサ６６が省略されてい
る。

ダイオード１１８はしきい値を形成する。回転数センサ
の出力電圧、すなわち実際の回転数ｎがエミッタフォロ
ア５２から得られる目標値ｎと比較してこのダイオード
のしきい値だけ小さくなると、微分された回転数信号が
演算増幅器５７の反転入力端子に入力される。抵抗６７
並びにコンデンサ６６を除去した事により演算増幅器５
７は大きなり成分ないし大きなダイナミック増幅度を得
ることになる。しかしダイオード１１８によって与えら
れるしきい値により、偏差がこのしきい値より大きくな
った時にのみ増大されたＤ成分が得られる。従って大き
な（動的ダイナミック）増幅度は回転数信号の変動が大
きくない場合にはまだ作用せず、失速状態における立ち
上り過渡特性が良好に減衰される。このようにして不感
領域が形成される。

第４図には変形例Ｂの回路図が図示されている。回路数
比較スイッチ１１３は一端が回転数センサ１１の出力端
子と接続された入力抵抗１２２と、この抵抗と直列に接
続されたダイオード１２３を有する。抵抗１２２とタイ
オード１２３の接続点とアース間に抵抗１２４が接続さ
れる。

タイオード１２３のカソードとアース間にはコンデンサ
１２５と抵抗１２６からなる並列回路が接続される。又
ダイオード１２３のカソードは増幅度遅延形成回路１１
４に接続される。この回路は抵抗１２７を有し、トラン
ジスタ１２８（好ましくは電界効果トランジスタからな
る）のベースに接続される。トランジスタ１２８のコレ
クタは抵抗１２９，１３１の直列回路を介して演算増幅
器５７の出力端子に接続される。演算増幅器５７の反転
入力端子に接続されたフィードバック素子、すなわち抵
抗６１とコンデンサ６０はその他端が抵抗１２９，１３
１の４１ｉ続点に接続されている。

この接続点とトランジスタ１２８のベース間には更にコ
ンデンサ１３２が接続される。トランジスタ１２８のエ
ミッタはプラス線とアース間に接続された抵抗１３３，
１３４からなる分圧器の分圧点に接続されている。

回転数比較スイッチ１１３のしきい値に対しては最も簡
単な構成の場合ダイオード１２３のしきい値電圧を用い
る事ができる０回転数センサ１１によって得られる出力
電圧がこのしきい値より大きくなると、コンデンサ１２
５と抵抗１２６からなる遅延回路のコンデンサ１２５が
充電される。

その後調節器（演算増幅器）５７の増幅度はトランジス
タ１２８を介して急速に大きくなる。この増幅度の増大
は演算増幅器５７のフィードバック回路に作用すること
により行なわれる０回転数センサ１１の出力電圧が小さ
くなると、コンデンサ１２５は抵抗１２６を介して緩慢
に放電されるので増幅度は比較的緩慢に減少する。この
手段により不均一な回転数あるいは軽い不点火が起こっ
ても制御系に不安定さをもたらさない様にする事ができ
、更に回転数が正常に戻ったあとあるいは失速後の許容
下限回転数領域近傍では増幅度が緩慢に大きな値から小
さな値になるので良好な減衰効果が得られることになる
。電界効果トランジスタ１２８によって温度の変動ある
いは電圧の変動に無関係にさせることができる。

第５図には変形例Ｃが図示されている。２方向に作用す
る制限回路１１６はトランジスタ１３６を有し、これに
よって特性の上方部分が平坦なものとなる。このトラン
ジスタのベースは抵抗１３７．１３８からなる分圧器の
分圧点０に接続されそれにより特性が平坦になる点が定
められる。この分圧器１３７，１３８は電源電圧とアー
ス間に接続される。トランジスタ１３６のコレクタはダ
イオード１３９と抵抗１４１を介して調節器（演算増幅
器）５７の反転入力端子に接続される。又このトランジ
スタのエミッタは演算増幅器５７の出力端子と接続され
る。トランジスタ１３６のエミッタとベース間には保護
ダイオード１４４が接続される。演算増幅器５７と電源
電圧間に接続された抵抗１４２，１４３からなる分圧器
により下方制御特性が平坦になる点が定められる。エミ
ッタ抵抗１４２，１４３の接続点Ｕと演算増幅器５７の
反転入力端子間にはダイオード１４５が接続される。

ダイオード１３９，１４５は逆並列回路として接続され
ている。両ダイオード１３９，１４５は目標値発生器と
して機能する。制御出方電圧が下方限界しきい値よりも
小さくなると、制御特性は自動的に機能するダイオード
１４５のフィードバックにより制限される。演算増幅器
５７はもはや飽和になることはなく（それ以上下限値に
ならない）、回転数が再び上昇したあとプツト時間なく
反応することができる。ダイオード１３９と抵抗１４１
により特性曲線の上方部が平らになることにより、回転
数が大きくなった場合制御出力は上方に向かって飽和領
域に達する。それにより制御出力は回転数が減少した場
合早い時点に再び元に戻ることができる。これにより制
御特性の両側における行き過ぎが防止される。トランジ
スタ１３６を用いることにより、ダイオードのしきい値
が浮動し、それにより回転数の目標値の増大に追従する
ことができるようになる。

本発明では以上述べた変形例Ａ−Ｄを単独であるいはそ
のいずれか２つ以上組み合わされた形で実施することが
できる。

（ト）効果 上述したように本発明による調速装置では失速した場合
回転数が急速に安定化されるとともに不点火の場合にも
立ち上がり過渡特性が良好に減衰されるので良好な制御
が行なわれる。好ましくは本発明では動的増幅度を有す
る調節器が用いられ、この調節器は回転数を回復させる
ため大きな増幅度で動作するが、回転数が正常に戻った
後あるいは許容下限回転数領域ではその増幅度がだんだ
ん減衰するように動作する。更に本発明では基礎増幅度
を低くすることができるという利点があり、その値を機
械的な調速機の領域におくことができる。それにより定
常状態では不点火ミスに対して不感にすることができる
。更に制御特性の終端領域におけるしきい値によって不
均一な回転数に対して調節器示不必要に反応することが
防止されるという利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による調速装置の全ての実施例を組み込
んだ構成を示すブロック図、第２図は本発明の第４番目
の変形例を組み込んだ調速装置の回路図、第３図から第
５図はそれぞれ本発明の第１、第２．第３の変形例の構
成を示す回路図である。 ＋１・・・回転数センサ　２０・・・電磁操作部材２５
・・・ＰＩＤ調節器　２８・・・信号出力手段３３・・
・目標値形成回路　３４・・・回転数領域判別回路３５
・・・目標値関数発生器 ３７・・・回転数比較スイッチ ３８・・・Ｐ値制御回路　４０・・・作動制御回路１１
１・・・微分回路 １１３・・・回転数比較スイッチ １１４・・・増幅度遅延形成回路 １１６・・・制限回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）噴射すべき燃料の量を変化させる電磁操作部材と、
   ＰＩＤ動作特性を有する速度調節器を用い回転数の実際
   値ｉ目標値の偏差に従って電磁操作部材を制御する制御
   信号を形成する制御装置とを備え、回転数が所定の値よ
   り大きくなったとき回転数目標値が回転数とともに増大
   され、また突然回転数が減少した場合前記回転数目標値
   が遅延して再び減少され、さらに回転数が所定の値以下
   に減少した場合調節器の増幅度を非線形に増大させるこ
   とが可能な自己着火式内燃機関の調速装置において、前
   記調節器は回転数減少領域で大きな動的増幅度および／
   あるいは回転数許容下限領域で大きな値から小さい値に
   減少する動的増幅度および／あるいは少なくとも制御終
   端領域近傍で平坦な延びになる特性を有することを特徴
   とする自己着火式内燃機関の調速装置。 ２）前記調節器は回転数が定常状態の領域で低い基礎増
   幅度を有する特許請求の範囲第１項に記載の自己着火式
   内燃機関の調速装置。 ３）前記調節器のＤ成分は制御偏差が所定の値よりも大
   きくなった時のみ増大される特許請求の範囲第１項また
   は第２項に記載の自己着火式内燃機関の調速装置。 ４）微分回路（１１１）が設けられその入力端子は回転
   数センサ（ｌ　ｌ）と、また出力端子は調節器（２５）
   の入力端子と接続される特許請求の範囲第２項または第
   ３項に記載の自己着火式内燃機関の調速装置。 ５）前記調節器の増幅度は回転数が上昇した場合増大さ
   れる特許請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１
   項に記載の自己着火式内燃機関の調速装置。 ６）前記調節器の増幅度は回転数が所定の値よりも大き
   くなった場合に始めて増大される特許請求の範囲第５項
   に記載の自己着火式内燃機関の調速装置。 ７）回転数が減少した場合調節器の増幅度は所定の時間
   関数に従い遅延して戻される特許請求の範囲第５項また
   は第６項に記載の自己着火式内燃機関の調速装置。 ８）調節器（５７）のフィードバック回路（６０，６１
   ）に接続された分圧抵抗（１２９゜１３１．１３４）、
   の分圧比を変えることにより調節器の増幅度を変化させ
   、その場合増幅度の制御を回転数に従って行なう様にし
   た特許請求の範囲第５項から第７項までのいずれか１項
   に記載の自己着火式内燃機関の調速装置。 ９）制御トランジスタ（１２８，）をダイオード（１２
   ３）を介して駆動し回転数の上昇領域に於るしきい値を
   形成する様にした特許請求の範囲第８項に記載の自己着
   火式内燃機関の調速装置。 １０）ＲＣ素子（１２５，１２６）を接続し調節器（５
   ７）の増幅度の減少を遅延させる様にした特許請求の範
   囲第８項または第９項に記載の自己着火式内燃機関の調
   速装置。 １１）前記調節器の増幅特性が平坦になる点を回転数目
   標値の増大に従って浮動させる様にした特許請求の範囲
   第１項から第１０項までのいずれか１項に記載の自己着
   火式内燃機関の調速装置。 １２）調節器（５７）の出力を逆並列されたダイオード
   回路（１３９，１４５）を介して調節器（５７）の入力
   端子に接続しそれにより所定の点から特性を平坦にする
   様にした特許請求の範囲第１項から第１１項までのいず
   れか１項に記載の自己着火式内燃機関の調速装置。 １３）前記逆並列回路（１３９，１４５）にトランジス
   タ（１３６）を接続し前記所定の点を浮動させる様にし
   た特許請求の範囲第１２項に記載の自己着火式内燃機関
   の調速装置。 １４）回転数目標値を遅延して増大させる様にした特許
   請求の範囲第１項から第１３項までのいずれか１項に記
   載の自己着火式内燃機関の調速装置。 １’　５　）回転数センサ（１１）の後段に回転数目標
   値形成回路（５２）を接続し、抵抗（５３）と目標値形
   成回路（５２）の制御入力の接続点とアース間にコンデ
   ンサ（１１７）を接続する様にした特許請求の範囲第１
   ４項に記載の自己着火式内燃機関の調速装置。