JP4580952B2 - エンジンの電子ガバナ - Google Patents
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Description
Y(t)=Kp・e(t)
ここで、Y(t)は今期(サンプリング時点第t期)の指令電流値、Kpは回転数フィードバック制御部106におけるP動作の比例ゲイン、e(t)は今期(t期)のエンジン回転数偏差。
なお、電磁アクチュエータ102への指令電流値Y(t)は目標ラック位置の代用変数でもあり、一般に、無負荷ラック位置を基準点(ゼロ点)としてそこからの変動分を表している。
機械式ガバナでは、ガバナスプリングのばね力とフライウェイトに作用する遠心力との不釣合い力によりコントロールラックを調量移動させ燃料供給量を調節するが、電子ガバナ101で使用される電磁アクチュエータ102の駆動力や電磁アクチュエータ102内のリターンスプリングのばね力は、機械式ガバナにおけるガバナスプリングのばね力やフライウェイトの遠心力に比べると格段に弱いため、コントロールラックの追従性が悪く、制御精度にばらつきが生じていた。この結果、機械式ガバナ並のドループ率ないしガバナ差(機械式ガバナと同等のドループ制御特性)を実現しようとすると、エンジン回転数にハンチング(持続振動)が生じるという問題があった。
すなわち、エンジンの目標回転数と実回転数との偏差を許容範囲内に収めるようにエンジン回転数をPID制御する回転数フィードバック制御部を備え、上記回転数フィードバック制御部におけるPID動作のうちP動作を用いてエンジン回転数をドループ制御するエンジンの電子ガバナにおいて、ドループ制御の際の回転数フィードバック制御部の出力信号Y(t)を下記の制御則に基づいて演算するようにした、ことを特徴とする。
請求項1に係る発明では、今期(t期)の操作量である回転数フィードバック制御部の出力信号Y(t)のうち、今期(t期)の回転数偏差e(t)に基づいて算出した操作量Kp・e(t)の割合をα(0<α<1)にとどめ、残りの割合(1−α)はKp・e(t)を一次遅れ演算した値R(t)に基づいて算出したので、操作量のばらつきを抑え、平滑化することができる。これにより、コントロールラックの制御精度の悪化ないしばらつきに起因するエンジン回転数の不安定化を解消することができる一方、静的ないし定常状態においては、R(t)=R(t−1)とすると、
Y(t)=Kp・e(t)
となり、P動作のみに基づいてドループ制御した場合の操作量ないし出力信号と同一となるので、所期のドループ制御特性を達成することができる。
請求項1に係る発明では、制御系の安定性を優先して、動的にはゲインを小さくしたのと同等の効果を持つため、瞬時応答性は若干低下することになる。これに対し、請求項2に係る発明では、αを、エンジン負荷に応じて0<α<1の範囲で値が変わる変数とし、エンジン負荷が大きいほど大きな値を取るようにしたので、エンジン負荷が大きい場合は今期の回転数偏差に基づいて算出した操作量の割合を大きくして、応答性を向上させることができる。これにより、エンジン回転数の安定性がより要求される低負荷領域においては、αを小さくして安定化を実現する一方、中高負荷領域においては、αを大きくして応答性を向上させることができる。
請求項3に係る発明は、上記エンジン負荷を、エンジンへの燃料供給量を調節するアクチュエータの通電電流値により検知するようにしたので、エンジン負荷を検知するために特別の検知手段を設ける必要がなく、コストを削減できるとともに構成を簡素化することができる。
回転数フィードバック制御部の出力信号Y(t)を、エンジンへの燃料供給量を調節するアクチュエータへの指令電流値とするとともに、上記回転数フィードバック制御部の後段に、アクチュエータへの指令電流値を実電流値と比較して両者の偏差を許容範囲内に収めるように補正する電流フィードバック補正部を設けた場合、ラック位置情報を直接検出するラック位置センサを設ける必要がないため、コストを削減できるものの、ラック位置情報をアクチュエータの通電電流値で代用している結果、コントロールラックの制御精度の悪化ないしばらつきは直ちにラック位置情報の不正確さをもたらし、回転数制御系を徒に不安定化させる要因となる。しかし、本発明の場合、動的にはゲインを小さくしたのと同等の効果を奏するとともに、操作量のばらつきを一次遅れ演算によりなましているので、制御系を安定化させることができる。これにより、ラック位置センサの省略によるコスト削減及び構成の簡素化のみならず、ラック位置センサを備えていない制御系の信頼性を向上させることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態1に係るディーゼルエンジンの電子ガバナ(回転数制御システム)のブロック図である。
R(t)=m・R(t−1)+(1−m)・Kp・e(t)
(但し、0<m<1)
以上のように、ドループ制御方式が選択された場合には、PID演算部12の出力信号(P動作の出力信号)は、一方では、係数乗算器41においてα=1/2が乗算され、(1/2)Kp・e(t)が算出される。他方、一次遅れ演算部52において操作量Kp・e(t)の一次遅れ演算値R(t)が算出され、この一次遅れ演算値R(t)に対して係数乗算器51において1−α=1/2が乗算される。このようにして、上記両方の算出値の総和Y(t)が回転数フィードバック制御部6の出力信号として、後段の電流フィードバック補正部7に入力される。この場合の回転数フィードバック制御部6の出力信号Y(t)もリニアソレノイド2への指令電流値を示し、この指令電流値は、図示しないコントロールラックの目標ラック位置の代用変数として使用される。
キースイッチのオンによりエンジンをスタートさせた後、ECU5は、アイソクロナス制御方式又はドループ制御方式のいずれの制御方式が選択されているかを読み込む。ここでは、ドループ制御方式が選択されているものと仮定して説明する。
Y(t)=Kp・e(t)
となり、P動作のみに基づいてドループ制御した場合の操作量ないし出力信号と同一となるので、所期のドループ制御特性を達成することができる。
実施形態2は、実施形態1において定数としていたαを、エンジン負荷の大きさに応じて0<α<1の範囲で値が変わる変数とし、エンジン負荷が大きいほど大きな値を取るようにしたものである。実施形態2では、上記エンジン負荷を、エンジンへの燃料供給量を調節するアクチュエータの通電電流値により検知するようにしている。具体的には、エンジン負荷(アクチュエータ通電電流値)とαとの対応関係は図7(A)又は(B)に示すマップで与えられる。なお、図7(B)に示すように、両者の対応関係を表す関数は不感帯を有していてもよく、単調増加関数に限らず、定義域の一部においてαが一定となる場合も含まれる。図7(A)又は(B)では、エンジン負荷(アクチュエータ通電電流値)が所定値以上の場合、αの値が飽和するようになっている。また、図7(A)又は(B)では、αの値域を0.5≦α≦0.9としているが、これに限らず、0<α<1の範囲の値を取るようにしてもよい。
2…リニアソレノイド(アクチュエータ)
3…ポテンショメータ(目標回転数設定手段)
4…回転数センサ(実回転数検出手段)
5…ECU
6…回転数フィードバック制御部
7…電流フィードバック補正部
8…電流検出部
11…回転数偏差演算部
12…PID演算部
21…比例演算部
22…積分演算部
23…微分演算部
31…ガバナ特性切換部
32…第1の信号ルート
33…第2の信号ルート
41…係数乗算器
51…係数乗算器
52…一次遅れ演算部
62…α設定部
Claims (4)
- エンジンの目標回転数と実回転数との偏差を許容範囲内に収めるようにエンジン回転数をPID制御する回転数フィードバック制御部を備え、上記回転数フィードバック制御部におけるPID動作のうちP動作を用いてエンジン回転数をドループ制御するエンジンの電子ガバナにおいて、
ドループ制御の際の回転数フィードバック制御部の出力信号Y(t)を下記の制御則に基づいて演算するようにした、ことを特徴とするエンジンの電子ガバナ。
- 請求項1に記載したエンジンの電子ガバナにおいて、
αを、0<α<1の範囲の定数とすることに代えて、エンジン負荷に応じて0<α<1の範囲の値を取り得る変数とし、エンジン負荷が大きいほど大きな値を取るようにした、ことを特徴とするエンジンの電子ガバナ。 - 請求項2に記載したエンジンの電子ガバナにおいて、
上記エンジン負荷を、エンジンへの燃料供給量を調節するアクチュエータの通電電流値により検知するようにした、ことを特徴とするエンジンの電子ガバナ。 - 請求項1〜3のいずれかに記載したエンジンの電子ガバナにおいて、
上記回転数フィードバック制御部の出力信号Y(t)を、エンジンへの燃料供給量を調節するアクチュエータへの指令電流値とするとともに、上記回転数フィードバック制御部の後段に、アクチュエータへの指令電流値を実電流値と比較して両者の偏差を許容範囲内に収めるように補正する電流フィードバック補正部を備えた、ことを特徴とするエンジンの電子ガバナ。
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- 2007-03-16 JP JP2007068655A patent/JP4580952B2/ja active Active
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