JPS631730A - エンジンコンプレツサの電子制御装置 - 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 この発明は、エンジンによってコンプレッサを駆動する
エンジンコンプレッサの電子制御装置に関するものであ
る。

従来の技術 従来、エンジンコンプレフサにおいては、適当な手段に
よりコンプレッサの空気圧を検出し、その空気圧が一定
の圧力となるようにエンジン回転数を制御するようにし
ている。

第７図は、従来におけるこの種の制御装置を示しており
、図において、（１）はエンジン、（２）は、該エンジ
ン（１）の回転数を調節する機械式のガバナを示してい
る。（３）は、上記のエンジン（１）によって駆動され
るコンプレフサを示し、エアクリーナ（４）及び吸気ｍ
整弁（５）を介して吸入した空気を、このコンプレフサ
（３）によって圧縮してからエアタンク（６）側に吐出
して貯蔵し、そのエアタンク（６）に貯蔵された圧縮空
気を、エアフィルタ（７）及びエアマニホールド（８）
を介して取り出して、各種の用途に使用するようにして
いる。

前記機械式のガバナ（２）には、空気圧によって該ガバ
ナ（２）を制御するスピードレギュレータ（９）が、リ
ンク（１０）を介して連結されている。そして、前記エ
アタンク（６）吐出側の空気を配管（ｌｌａ）によって
取り出し、圧力調整弁（１′２）等を介してコントロー
ルした空気を、同じく配管（１１ｂ　）を介して前記ス
ピードレギュレータ（９）へ供給し、エアタンク（６）
の圧縮空気圧の圧力に応じてガバナ（２）を変位させる
ことにより、エンジン（１）の回転数を制御するように
なっている。

発明が解決しようとする問題点 上記従来の制御装置においては、ガバナ（２）へ連結さ
れるスピードレギュレータ（９）やそのためのリンク（
１０）　、或いは、配管（１１ａ　）　　（１１ｂ）そ
の地圧力調整弁（１２）等各種の弁が必要であり、装置
全体が非常に大きく、しかも構造が複雑で部品点数が多
くなり、精製工数も多くなるため全体にコスト高となる
欠点がある。

この発明は、かかる欠点を解消して装置全体が簡素でコ
ンパクトとなり、低コストで製作することのできる電子
制御装置を提供することを目的としている。

問題点を解決するための手段 上記目的を達成するための手段を、この発明の一実施例
に対応する第１図を用いて説明する。すなわち、この発
明は、エンジン（２１）の回転数を電気的に検出する回
転数検出手段（３１）と、前記エンジン（２１）にて駆
動されるコンプレッサ（２２）の所定範囲の空気圧を、
圧力変化に対応する電気的な信号の変化として検出する
空気圧検出手段（３３）と、電気信号を機械的手段に変
換してエンジン（２１）の燃料コントロールラック（２
９）を変位させるアクチュエータ（２８）と、前記空気
圧検出手段（３１）からの入力信号に対応したエンジン
回転数に設定指示する回転数設定指示手段（４８）と、
エンジン回転数が上記回転数設定指示手段（４８）によ
って設定された設定回転数となるように、前記アクチュ
エータ（２８）への電気信号を制御する主制御手段（３
０）とからなることを特徴とするものである。

作　　用 空気圧検出手段（３３）によって検出されたコンプレッ
サ（２２）の空気圧は、その空気圧の変化に対応した電
気信号の変化として回転数設定指示手段（４８）に入力
される。回転数設定を旨示手段（４８）は、上記の空気
圧検出手段（３３）から入力される入力信号に対応する
エンジン回転数を設定し、主制御手段に入力する。主制
御手段（３０）では、回転数検出手段（３１）からの入
力信号と比較することにより、回転数設定指示手段（４
日）によって設定された回転数となるように、アクチュ
エータ（２８）への電気信号の制御がなされ、その電気
信号に応じてアクチュエータ（２８）が作動して、エン
ジン（２１）の燃料コントロールラック（２９）を変位
させる。

実施例 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。第１図において、（２１）はエンジン、（２２）
はコンプレッサ、（２３）はエアタンクを示している。

上記のコンプレフサ（２２）は、従来と同様にエンジン
（２１）によって駆動されるようになっており、エアク
リーナ（２４）及び吸気調整弁（２５）を介して吸入し
た空気を圧縮して、前記のエアタンク（２３）側に吐出
する。このエアタンク（２３）内に溜められた圧縮空気
は、エアフィルタ（２６）を介してエアマニホールド（
２７）に送られ、そのエアマニホールド（２７）に設け
たサービスパルプ（３４）　　（３４）　　（３４）を
介して取り出される、なお、（３５）は、エアフィルタ
（２６）とエアマニホールド（２７）との間を分岐させ
て設けた始動排出弁を示している。

（２８）は、エンジン（２１）の燃料コントロールラッ
ク（２９）を変位させるアクチュエータ、（３０）は、
このアクチュエータ（２８）への電気量即ち電圧を制御
するコントローラを示している。（３１）は、エンジン
（２１）の回転数を検出する回転ピックアップ、（３２
）は、エンジン（２１）の冷却水温を検出する冷却水温
検出器を示す。回転ビックアンプ（３１）の電気信号は
、前記メインコントローラ（３０）の回転数制御部（５
０）へ入力される。

また、（３３）は、エアタンク（２３）に接続された圧
力変換器を示し、この圧力変換器（３３）によって、エ
アタンク（２３）内の空気圧を電気信号に変換し、その
電気信号をサブコントローラ（４８）へ入力するように
なっている。

第２図及び第３図は、前記アクチュエータ（２８）の−
例としてのリニアロータリーソレノイドを示している。

このアクチュエータ（２８）は、その中央部にコイル（
３６）を備え、かつケース（３８）に固定されたステー
タコア（３７）と、回転軸（３９）に取り付けられ、か
つ前記ステータコア（３７）に対向して配置されたアー
マチュアコア（４０）とからなるものであり、前記コイ
ル（３６）に通電すると、アーマチュアコア（４０）が
、上記の回転軸（３９）を支点として第２図の反時計ま
わりに回動するようになっている。アーマチュアコア（
４０）の−端には、水平方向に配置された横長のスプリ
ング受け（４１）が取り付けられており、このスプリン
グ受け（４１）と、ケース（３８）に取り付けたピン（
４２）との間にリターンスプリング（４３）が介装され
ている。また、同じくアーマチュアコア（４０）の−端
側には、リンク（４４）の−端側が連結されている。こ
のリンク（４４）の他端側は、第１図に示すように、前
記エンジン（２１）の燃料噴射装置のコントロールラッ
ク（２９）に連結されている。すなわち、メインコント
ローラ（３０）からの電気信号によってアーマチュアコ
ア（４０）が回動すると、それと連動して上記のコント
ロールラック（２９）が変位するとともに、アーマチュ
アコア（４０）の回転力と、このリターンスプリング（
４３）の力が釣り合った位置でアーマチュアコア（４０
）が停止し、それによってコントロールラック（２９）
が−定の燃料噴射位置に保持されることになる。

また、前記のスプリング受け（４１）の背面側には、前
記のケース（３８）に固定されたストッパ（６０）が配
置され、このストッパ（６０）によってスプリング受け
（４１）の位置規制をして、無通電状態において上記の
リターンスプリング（４３）によって押し戻されるアー
マチュアコア（４０）を保持するようにしている。なお
、前記リンク（４４）の長さは、第２・図に示すように
、スプリング受け（４１）がストッパ（６０）に当接し
て位置規制がなされた状態において、前記の燃料噴射装
置のコントロールラック（２９）が燃料停止位置となる
ように設定されている。すなわち、アーマチュアコア（
４０）が第２図の反時計まわりに回動すると、上記のコ
ントロールラック（２９）が燃料増方向に移動すること
になる。

次に、（６１）は、前記のアーマチュアコア（４０）の
上方において水平方向に配置された横長のレバーを示し
ている。このレバー（６１）は、その−端側において上
下方向の支軸（６２）を介して前記のケース（３８）に
水平方向回動自在に取り付けられている。このレバー（
６１）の他端側には、第３図に示すように、・下方に延
びる被係合部（６３）が延設されている。　　（６４）
は、同じく前記のケース（３８）の上部側に設けられた
ランク位置センサを示し、このランク位置センサ（６４
）から突出したシャツ）　（６５）が、上記のレバー（
６１）の中間部分に接続されている。すなわち、コンプ
レツサ（２２）の負荷が増大すると、前記のアーマチュ
アコア（４０）は、負荷増大による回転数の低下を避け
るために、前記のメインコントローラ（３０）からの電
気信号によってコントロールラック（２９）を更に燃料
増方向に移動させるように反時計まわりに回動する。そ
して、前記のスプリング受け（４１）から上方に突出す
る係合部（６６）が上記の被係合部（６３）に係合し、
それによって上記レバー（６１）がアーマチュアコア（
４０）に連動しながら前記の支軸（６２）を支点として
回動して、前記のシャフト（６５）をランク位置センサ
（６４）の方へ押し込むことになる。そのシャフト（６
５）の移！ｌ］量は、上記のスプリング受け（４１）に
リンク（４４）を介して連結されたコントロールラック
（２９）の移動量と比例している。上記のランク位置セ
ンサ（６４）では、上記シャツｌ−＜６５’）の位置を
電気信号に変換して、第１図に示すように、前記のメイ
ンコントローラ（３０）に入力する。

第４図には、この実施例におけるエンジン回転数に対す
る最大ランク位置制御特性を示すグラフを示している。

図において、グラフ上のＡ点は定格回転数ｎＱにおける
コントロールラック（２９）の位Ｅ１ｏを示している。

メインコントローラ（３０）に設けた燃料制限回路（６
７）には、上記定格回転数ｎｏにおけるコントロールラ
ック（２９）の位置ＩＱに対応するシャツ）　（６５）
の位置に関する常数が予め設定されている。したがって
、前記のシャフト（６５）が、負荷の増大に従って燃料
増量方向に回動するアーマチュアコア（４０）に連動し
て移動し、定格回転数ｎＱを指示する前記のＡ点に達し
たことがラック位置センサ（６４）からの入力信号によ
って検出されると、メインコントローラ（３０）では、
エンジン回転数の制御に加えて最大ランク位置制御が行
なわれる。すなわち、メインコントローラ（３０）は、
上記のラック位置センサ（６４）からの入力信号をモニ
ターして、コントロールラック（２９）の最大ランク位
置が、負荷が増大するに従ってグラフのＢ点及び０点を
通るように制御して、エンジン（２１）の過負荷防止を
図っている。なお、グラフ上のＢ点及び０点は、エンジ
ン（２１）の作業時負荷特性における排気温度、排気濃
度、トルクカーブの設計の都合によって決定されるもの
であり、場合によっては、Ｂ点が省略されたり、Ｂ点及
び０点の双方が省略された最大ランク位置制御特性が選
択されることもある。また、エンジン（２１）の始動時
においては、上記の最大ランク位置制御が解除されるよ
うになっており、それによってコントロールラック（２
９）は、第６図の１２相当ラインに制限されることな（
、エンジン（２１）を始動するのに充分な位置まで移動
し、燃料噴射量を増加させることになる。

次に、エンジン（２１）の回転数を検出する回転ピンク
アンプ（３１）は、エンジン（２１）のクランク軸等回
転部に取り付けられた歯車形状の回転検出円盤（４５）
に臨ませて配置され、この回転ピンクアップ（３１）の
前方を横切る歯数に応じたパルス数を前記のメインコン
トローラ（３０）へ入力する。

第１図において、（４６）は、メインコントローラ（３
０）　、サブコントローラ（４８）及びアクチュエータ
（２８）へ電源を供給するバッテリを示し、（４７）は
電源スィッチ（４７）を示す。

サブコントローラ（４８）には、圧力変ｉｊ！！ｉＪ５
　（３３）からの電気信号とともに、エンジン（２１）
の冷却水温検出器（３２）からの電気信号が入力されて
いる。すなわち、このサブコントローラ（４８）では、
上記の電気信号に基づいて、エアタンク（２３）内の空
気圧に対するエンジン回転数、エンジン（２１）の冷却
水温に対する回転数等を設定できるようになっており、
このサブコントローラ（４８）によって設定されたエン
ジン回転数の指令信号が前記メインコントローラ（３０
）の回転数制御部（５０）へ入力される。そして、その
回転数制御部（５０）では、サブコントローラ（４８）
からの指令信号に従い、冷却水温検出器（３２）及び圧
力変換器（３３）からの入力信号に応じてサブコントロ
ーラ（４８）によって設定された設定回転速度となるよ
うに、回転ピンクアップ（３１）からのエンジン回転数
に比例した電気信号との比較演算を行ない、同じくメイ
ンコントローラ（３０）に設けた駆動回路（５１）によ
ってアクチュエータ（２８）への信号電圧を制御する。

このようなメインコントローラ（３０）による制御は、
エンジン（２１）の暖機運転、コンプレッサ運転制御、
スローダウン制御、停止及び緊急停止があり、次にこれ
らについて説明する。

（１）、暖機運転 エンジン（２１）を始動してしばらくするまでは冷却水
の温度が低く、温度が上昇するまでスローダウン回転状
態に保って暖機運転を行なう必要がある。ただ、冬場等
で冷却水温の上昇に長時間を要する場合には、水温の上
昇を待っていたのでは作業能率に支障を生ずるから、こ
の場合には、ある−定時間経過したら冷却水温の上昇を
待たずに定格回転することが望ましい。

−方、夏場等暖気運転を必要としない場合は、暖気運転
を解除するようにしたほうがよい。そこで、この実施例
では、まず、前記の冷却水温検出３　（３２）からの入
力信号により、冷却水温度がある規定温度に達するまで
は、サブコントローラ（４８）によってエンジン回転数
をスローダウン回転に保持する。他方、サブコントロー
ラ（４８）はタイマー（４９）を有しており、エンジン
（２１）の始動後−定時間経過すると、このタイマー（
４９）が作動して、冷却水温が規定温度以下の場合であ
っても、定格回転となるよう制御を行なう。但し、この
場合、始動放出弁（３４）が開かれ、エアタンク（２３
）内の空気圧が規定値（例えば、５ｋｇ／ｃｄ）以下と
なっている場合には、圧力変換器（３３）からの電気信
号に基づき、サブコントローラ（４８）はスローダウン
制御を優先する。（５８）は暖気運転解除スイッチを示
し、との暖気運転解除スイッチ（５８）をオン状態にす
ることにより、冷却水温検出器（３２）からの電気信号
とは無関係に、暖気運転が解除されて定格運転となるよ
うな制御が行なわれる。

（２）、コンプレッサ運転及びスローダウン制御第５図
は、圧力変換器（３３）の動作特性を示すグラフであっ
て、出力電圧を横軸にとり、空気圧を縦軸にとっている
。−方、第６図は、サブコントローラ（４８）において
、上記の圧力変ＰＡ器（３３）からの入力信号に対応し
て出力されるエンジン回転数の特性を示すグラフであっ
て、入力電圧を横軸にとり、エンジン回転数を縦軸にと
っている。すなわち、運転開始直後の立ち上がり時点や
前記のエアマニホールド（２７）からの放出空気量が多
い場合等、エアタンク（２３）内の空気圧が所定の圧力
値（例えば７ｋｒ／ｄ）より低い場合には、第５図のり
、−Ｅ、線のように一定したＶ、の出力電圧が圧力変換
器（３３）から出力されてサブコントローラ（４８）に
入力される。サブコントローラ（４８）は、上記ｖ１の
出力電圧に基づいて、第６図のグラフ上のＥ２点に対応
する定格回転数ｎＱを指示する指令信号が設定され、メ
インコントローラ（３０）に入力される。メインコント
ローラ（３０）は、その指令信号に基づいて前記のアク
チュエータ（２８）を作動させる制御を行なって、エン
ジン（２１）を定格回転数ｎＱで運転させる。

−方、エアマニホールド（２７）からの放出空気量が少
なく、エアタンク（２３）内の空気圧が７　ｋｇ　／　
ｃｄを越えると、エンジン（２１）を常時定格運転させ
なくても充分な空気圧を確保することができるので、圧
力変換器（３３）は、所定範囲の空気圧（例えば、７〜
８ｋｇ／ｃＩ１１）を、第５図のＥ、−Ｆ、線のように
、圧力変化に対応する電気的な信号の変化、この場合で
は電圧の変化として検出して、サブコントローラ（４８
）に出力する。サブコントローラ（４８）は、第６図の
Ｅ２−Ｆ２線のように、定格回転数ｎＱとスローダウン
回転数ｎ３の範囲において、圧力変換器（３３）の出力
電圧に対応するエンジン回転数を設定し、その指令信号
をメインコントローラ（３０）に入力する。メインコン
トロー−７（３０）では、この場合においても、サブコ
ントローラ（４８）の指令信号に基づいて前記のアクチ
ュエータ（２８）を作動させる制御を行なって、エンジ
ン（２１）の回転数を段階的に変化させるようになって
いる。そして、前記のエアマニホールド（２７）からの
空気の放出が停止する等してエアタンク（２３）内の空
気圧が例えば８ｋｇ／ａｊを越える場合には、第５図の
２１点に対応するＶ２の出力電圧が圧力変換！　（３３
）から出力されてサブコントローラ（４８）に入力され
、それによってサブコントローラ（４８）は、エンジン
（２１）をスローダウンさせる指令信号をメインコント
ローラ（３０）に出力して、エンジン（２１）がスロー
ダウン回転数ｎ３で運転されることになる。それゆえ、
コンプレッサ運転時においても、エンジン（２１）が常
時定格運転されることがなく、圧力変換器（３３）によ
って検出される空気圧に応じて段階的に可変されること
になり、燃料の消費が節約されるとともに、騒音を低減
することができたものである。この際、前記の吸気調整
弁（２５）はエアタンク（２３）の高圧に対応して自動
的に閉鎖されている。

次に、第５図及び第６図の点線は、軽負荷状態から無負
荷状態にかけて、いわゆるドループ制御を採用した場合
においての、圧力変換器（３３）及びサブコントローラ
（４８）の特性を示している。すなわち、−方の圧力変
換器（３３）においては、空気圧が前記所定の圧力値で
ある７ｋｇ　／　ｃｎｌ以下の場合に、その圧力値に対
応するＥ。

点と、同じく空気圧がゼロの場合に対応するＧ１点とを
結ぶ直線上に乗るような出力電圧が発生するようになっ
ており、それによってサブコントローラ（４８）では、
第６図の８２点とＤ２点を結ぶ線上に乗るような、定格
回転数ｎＱと、それよりも−段と高い無負荷ハイアイド
ル回転数ｎ４の範囲の状態に設定する指令信号が発生す
る。そのため、メインコントローラ（３０）は、上記の
指令信号を受けて定格回転数よりも高い回転数となるよ
うに前記のアクチュエータ（２８）の制御を行なって、
エンジン（２１）をいわゆるハイアイドル状態とする。

このようなドループ制御を採用することにより、休止時
に前記のエアマニホールド（２７）を全開状態にする等
して、空気圧が低下しすぎた場合において、前述したよ
うにエンジン、　（２１）を定格運転させて所定の圧力
値に上昇させるシンクロナス制御の場合よりもエンジン
（２１）の回転数が高いことによって、圧力上昇に要す
る時間が少なくて済むという利点がある。また、このド
ループ制御においては、例えば第５図及び第６図の２点
鎖線のような特性を持たせてもよい、その場合には、圧
力変換器（３３）では、前記のエアマニホールド（２７
）を全開状態とした圧力、例えば５ｋｇ／ｃｊよりも圧
力が低下すると直ちにハイアイドル状態となるような出
力電圧を発生させて、それによって無負荷ハイアイドル
回転数０４に設定するような指令信号をサブコントロー
−ｙ　（４８）に発生させるようにしてもよい。

（３）、停止 エンジン回転数が急激に上昇して暴走状態となったよう
な場合には、何等かの故障が考えられるので、この場合
にはメインコントローラ（３０）内の緊急停止回路（５
２）が作動し、電源リレー（５９）をオフ状態とするこ
とによってアクチュエータ（２８）への電源を遮断して
緊急停止を行なう。

また、エンジン（２１）を人為的に停止させたい場合に
は、前記電源スィッチ（４７）を切ってアクチュエータ
（２８）への電源の供給をカットすればよい。従来の機
械式ガバナを用いたものでは、ガバナの調速作用に反し
て燃料コントロールラックを停止方向へ移動させるため
の特別の停止機構が必要であったのに対し、このように
スイッチ（４７）の０ＦＦｆｉ作のみで行なえるため極
めて簡単な構造で済む。

更に、前記サブコントローラ（４８）には、緊急停止を
行なうための別のエマ−ジエンシーリレー（５３）を有
している。このエマ−ジエンシーリレー（５３）には、
エンジン（２１）の充電状態検出スイッチ（５４）　、
冷却水温検出スイッチ（５５）、潤滑油圧検出スイッチ
（５６）　、及び、エアタンク温度検出スイッチ（５７
）からの信号が入力されるようになっている。即ち、充
電機等の駆動ベルトが切れて充電が行なわれなくなった
とき、エンジン（２１）の冷却水温が異常に上昇したと
き、潤滑油圧力が低下したとき、及び、エアタンク内の
空気温度が異常に上昇したとき等には、各スイッチ（５
４）　　（５５）　　（５６）　　（５７）　力作！し
、エマ−ジエンシーリレー（５３）を介して、アクチュ
エータ（２８）をエンジン停止位置まで回動させ、この
場合にも緊急停止を行なうようになっている。

発明の効果 この発明では、コンブレフすの空気圧検出手段からの信
号に基づき、アクチュエータへの電気信号を制御するよ
うにしているから、エンジンの定格回転制御やスローダ
ウン制御は、空気圧式のスピードレギュレータ、配管及
びその抽圧力調整弁等を用いることなく容易に行なうこ
とができ、そのため、全体に構造が簡素で、しかも、部
品点数が減少し、かつ、精製工数も少な（て済むため、
小型でかつ低コストのエンジンコンプレフサ用の制御装
置を提供できるという効果がある。

特に、この発明では、コンプレッサの所定範囲の空気圧
を、圧力変化に対応した電気的な信号の変化として空気
圧検出手段によって検出し、回転数設定指示手段及び主
制御手段によって、上記空気圧検出手段の入力信号に対
応したエンジン回転数に調節されるので、コンプレッサ
の圧力をモニターしながらエンジンを連続的に制御する
ことが可能となり、通常の使用時においてエンジンを常
時定格運転させることがなく、燃料を大幅に節約するこ
とができるとともに、騒音を低減することができるとい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例を示すブロックダイヤグラム、第
２図はアクチュエータの例を示す縦断面図、第３図は同
じく側面図、第４図は最大ランク位置制御の特性図、第
５図は圧力変換器の空気圧と出力電圧の特性図、第６図
は圧力変換器の出力電圧とエンジン回転数の特性図、第
７図は従来の装置を示すブロックダイヤグラムである。 （２１）・・・エンジン、（２２）・・・コンプレッサ
、（２８）・・・アクチュエータ、 （２９）・・・燃料コントロールラック、（３０）・・
・メインコントローラ、 （３１）・・・回転ピックアンプ、（３３）・・・圧力
変換器、（４８）・・・サブコントローラ。 特許　出願人　ヤンマーディーゼル株式会社代理人弁理
士　樽　　　本　　　久　　　幸第３図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジンの回転数を電気的に検出する回転数検出手段と
   、前記エンジンにて駆動されるコンプレッサの所定範囲
   の空気圧を、圧力変化に対応する電気的な信号の変化と
   して検出する空気圧検出手段と、電気信号を機械的手段
   に変換してエンジンの燃料コントロールラックを変位さ
   せるアクチュエータと、前記空気圧検出手段からの入力
   信号に対応するエンジン回転数に設定指示する回転数設
   定指示手段と、エンジン回転数が上記回転数設定指示手
   段によって設定される設定回転数となるように、前記ア
   クチュエータへの電気信号を制御する主制御手段とから
   なることを特徴とするエンジンコンプレッサの電子制御
   装置。