JPS592777B2 - 内燃機関用電子調速機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はアクチュエータを小型、軽量とすることができ
る内燃機関用電子調速機に関するものである。

従来技術 従来、内燃機関用の電子調速機において、燃料調節部材
であるコントロールラック等の位置を制御するための電
気−機械変換部であるアクチュエータとしては、例えば
特公昭５１−７３７６号公報等で提案されるような永久
磁石を用いた可動コイル型のもの、あるいは特公昭５１
−３０３５号公報等で提案されるような電磁プランジャ
型のものが一般に用いられている。

しかしながら、前者は保持力の大きい磁石の使用を必要
とするため価格が高くナシ、また可動部分には可動コイ
ルを有しているので可動部分の質量が犬きく、したがっ
て特に車輛に搭載するような場合には外力による可動部
分の慣性力によって制御動作に悪影′響を与えやすいと
いう問題点を有している。

一方、後者は、電磁ソレノイド内においてプランジャに
働く力は励磁電流が一定であっても基準点からの距離の
２乗に反比例して弱くなるという特性を有しているので
、電子調速機のアクチュエータとして用いるためには、
プランジャの位置変位に対してプランジャに働く力の変
化が少ないような状態で使用する必要がある。

このため基準点からある一定の距離をおいた所でプラン
ジャを作動させる必要があり、したがって、所定の力を
得るためには形状を全体的に大きくせざるを得す、小型
化が困難であった。

発明の目的 本発明の目的は、電子調速機のアクチュエータの可動部
の重量を減少させて、外乱力による制御動作への影響を
小さくすることができるようにした、安価で高性能な内
燃機関用電子調速機を提供することにある。

発明の構成 本発明においては、内燃機関への燃料の供給量を調節す
る燃料調節部材を位置変位させる電磁プランジャ型アク
チュエータと、前記内燃機関の回転速度とアクセル開度
とに相応してマーク・スペース比が変化するパルス信号
を出力するパルス発生手段と、前記燃料調節部材の位置
の如何に拘わらず前記アクチュエータの電磁引張力が略
一定となるように前記パルス信号の波高値を前記燃料調
節部材の位置に相応した大きさに制限して前記アクチュ
エータの制御コイルに印加する波高値制限手段とを備え
た内燃機関用電子調速機が提供される。

実施例 以下、図示の実施例により本発明の詳細な説明すを。

第１図には本発明による調速機の一実施例がブロック線
図にて示されている。

調速機１はジーゼル機関の回転数と、アクセル開度とに
従って燃料噴射ポンプの燃料調節棒を位置変位させるだ
めの電磁プランジャ型のアクチュエータ２を有している
。

電磁プランジャ型アクチュエータは電磁石と、この電磁
石によって作られる不平等磁界内に可動的に配置された
磁性体から成るアクチュエータである。

このアクチュエータ２は、第２図に示すように、燃料噴
射ポンプの・・ウジング３０に固着された磁性体から成
るケーシング３を備え、ケーシング３内には磁極４及び
５と、略筒状に形成された制御コイル６とから成る電磁
石が形成されている。

各磁極４，５には、非磁性体の連結ロッド７と、鉄、ニ
ッケルの如き磁性体材料から成り連結ロッドＴの一端に
軸線が一致するように嵌め合わされたプランジャ８とが
それぞれ貫通孔４ａと５ａとに貫通している。

磁極４ど磁極５との間はケーシング３により磁路が形成
されていて、制御コイル６が付勢された時に磁匝４，５
と制御コイル６とによって囲まれた閉空間内に磁界を作
り、プランジャ８を矢印Ａ方向に吸引する・ようになっ
ている。

したがって貫通孔５ａの内周面とプランジャ８の外周面
との間の空隙は、プランジャ８の軸線方向の運動を妨げ
ない限度において、極力狭くして、磁極５とプランジャ
８との間の磁気抵抗を小さくするのが望ましい。

連結ロッド７の他端は、燃料噴射ポンプの燃料調節棒（
コントロール・ラック）９の一端に軸線が一致するよう
に嵌入固着されている。

燃料調節棒９ば、その一端に固着されたばね押え板１０
とケーシング３との間であって燃料調節棒９の外周に設
けられた弾発ばね１１によって、矢印Ｂ方向に付勢され
ている。

アクチュエータ２は、更に、はね押え板１０に固着され
燃料調節棒９の位置変位に相応して変位する磁気コア１
２と、この磁気コア１２の変位に相応してインダクタン
スが変るように磁気コア１２がその中を進退する位置検
出コイル１３とを備えている。

第１図に戻ると、調速機１は内燃機関の回転速度とアク
セル開度とに相応してマーク・スペース比が変化するパ
ルス信号Ｓ１を出力するパルス発生回路１４を有してい
る。

パルス発生回路１４はアクセル開度に相応した大きさの
直流電圧であるアクセル信号Ｓ２を発生するアクセル信
号発生器１５と、機関の回転速度に相応した大きさの直
流信号である回転速度信号Ｓ３を発生する回転速度信号
発生器１６とを備えている。

回転速度信号発生器１６は機関の回転軸に接続され機関
の回転速度に相応した周波数を有するパルス信号を発生
する回転信号発生器１７と、このパルス信号を微分、検
波する微分検波回路１８と、微分検波回路１８からの数
分信号によってトリガされる単安定マルチバイブレーク
１９と、単安定マルチバイブレータ１９からの出力を積
分する積分器２０とから成っている。

単安定マルチバイブレータ１９ば、上記回路構成からす
ぐ理解されるように、回転数が低いとマーク・スペース
比が小さくなり、回転数が高いとマーク・スペース比が
高くなるようなパルス信号を発生する。

したがって、このパルス信号を積分器２０で積分するこ
とにより機関の回転速度に相応した大きさの直流信号を
作ることができる。

なお、ここでマーク・スペース比とは、連続パルス信号
の１周期中における低レベルの期間ＴＬと高レベルの期
間ＴＨとの比であり、ＴＨ／ＴＬで定義されるものであ
る。

アクセル信号Ｓ２゜と回転速度信号Ｓ３ とは演算回路
２１に入力され、第３図に示すように、任意のアクセル
開度θ１．θ２θ３・・・によって機関の回転速度Ｎに
対する直流出力電圧Ｖの大きさを異ならせるような特性
のスライスレベル信号Ｓ４を作る。

この信号Ｓ４は回転速度Ｎが大きい程、そしてアクセル
開度θが小さイ程（θ１くθ２くθ３く・・・）そのレ
ベルが高くなるようになっている。

パルス発生回路１４は、更に、時間変化に対して出力レ
ベルが変化する傾斜部を有する波形を一定周期かつ一定
の大きさで出力する発振器を備えておシ、図示の実施例
では鋸歯状波信号Ｓ５を発生する鋸歯状波発生器２３と
なっている。

鋸歯状波信号Ｓ５ とスライスレベル信号Ｓ４ とは比
較器２２に入力され、鋸歯状波信号Ｓ５のスライスレベ
ル信号Ｓ４のレベルにおける信号幅に相応したマーク・
スペース比を有するパルス信号Ｓ１が作られる。

図示の例では、第４図に示すように、パルス信号Ｓ は
スライスレベル信号Ｓ４のレベルにおける鋸歯状波信号
Ｓ、の信号幅と同一のパルス幅を有し、かつ鋸歯状波信
号Ｓ、と同一の周期を有するようになっている。

したがってスライスレベル信号Ｓ４が時間ｔの経過と共
に同図ａに示される如く変化すると、同図すに示す如く
、スライスレベル信号Ｓ４のレベルと鋸歯状波信号Ｓ。

のレベルとが一致した点において立上り、立下がルヨウ
なパルス信号Ｓ１が得られる。

図示の場合には、スライスレベル信号Ｓ４のレベルが低
下するとパルス信号Ｓ１１のマーク・スペース比は太キ
〈なり、信号Ｓ４のレベルが上昇するとパルス信号Ｓ１
のマーク・スペース比が小さくなるようになっている。

パルス信号Ｓ１は燃料調節棒の位置の如何に拘らずアク
チュエータ２の電磁引張力が略一定となるようにパルス
信号Ｓ１の波高値を燃料調節棒９の位置に相応した大き
さに制限してアクチュエータ２の制御コイル６に印加す
る波高値制限回路２４に入力される。

波高値制限回路２４は位置検出コイル１３と、位置検出
コイル１３のインダクタンスの変化により燃料調節棒９
の位置に相応した大きさの直流電圧である位置信号Ｓ６
を出力する位置信号発生器２５と、パルス信号Ｓ１
と位置信号Ｓ６ とが入力され位置信号Ｓ６のレベルに
従ってパルス信号Ｓ１の波高値を制限して制御パルス信
号Ｓ７を出力する波高値制限器２６とから成っている。

位置信号発生器２５は位置検出コイル１３を発振コイル
として用いた発振器を有しており、位置検出コイル１３
のインダクタンスが燃料調節棒９の位置変位に応じて変
化するのに相応してその発振周波数を変え、該周波数の
変化に基づいて位置信号Ｓ６ を作っている。

位置信号Ｓ６は燃料調節棒９が矢印Ａ方向に変位するに
伴ってそのレベルが小さくガるようになっている。

波高値制限器２６においては、第５図ａ、ｂに示すよう
に、波高値が一定で入力されたパルス信号Ｓ、は位置信
号Ｓ６のレベ城化に相応してその波高値が制限され、制
御信号Ｓ７として出力される。

制御信号Ｓ７は電力増幅回路２γに入力され、アクチュ
エータ２を作動させるに充分な大きさにまで電力増幅さ
れて制御コイル６に印加される。

次に調速機１の動作について説明する。

ジーゼル機関が一定負荷の下で定常状態にて運転されて
いると、アクセル信号Ｓ２、及び回転速度信号Ｓ３はそ
れぞれ一定の値になっており、パルス信号Ｓ１ のマー
ク・スペース比は一定の値に保持されている。

そして、このパルス信号Ｓ１は、そのマーク・スペース
比を変えることなく、波高値が燃料調節棒９の位置に相
応して制限されて制御コイル６に印加される。

制御コイル６は、パルス信号Ｓ１によシ矢印Ａ方向（第
２図）に付勢され、そのマーク・スペース比が大きい程
燃料調節棹９は第２図でより左方向に移動し燃料供給量
がより増大するようになっており、アクチュエータ２が
燃料調節棒９を負荷の大きさに相応した量の燃料を供給
するような位置に位置決めした点で調速機１は平衡状態
となる。

何らかの原因で負荷が増大すると機関の回転速度は低下
し、したがって第３図および第４図からすぐ判るように
、スライスレベル信号Ｓ４のレベルが低下するのでパル
ス信号Ｓ６のマーク・スペース比は大きくなる。

このためアクチュエータ２のプランジャ８は第２図の矢
印Ａ方向に移動して燃料供給量を増大させるが、この時
磁気コア１２は位置検出コイル１３内により進入してそ
のインダクタンスを増加させて位置信号Ｓ６のレベルｆ
小さくする（第２図参照）。

アクチュエータ２のプランジャ８に働く力Ｆは磁極４と
プランジャ８との間の距離Ｘ（第２図参照）と、制御コ
イル６に流れる電流ｉの大きさとによって第６図に示す
ように変化する。

波高値制限回路２４は、Ｘの値の如何、即ち燃料調節棒
の位置の如何に拘わらずアクチュエータ２の電磁引張力
が略一定となるように、Ｘの値がそれぞれＸ１’ ＃Ｘ
２ 、ｘ３ 、Ｘ４の時にパルス信号Ｓ□の波高値が電
流でそれぞれ１１ 、ｊ２ｙｉ３． ｉ４となるような
曲線（第６図中点線で示す）で示されるようにＸの連続
変化に対してｉが連続変化するように設定されている。

したがってプランジャ８の位置の如何に拘わらず引張力
Ｆは略一定となる。

このため制御信号Ｓ７のマーク°スペース比ノ増大に伴
ってプランジャ８が矢印Ａ方向に進むとき、プランジャ
８に働く力Ｆを略一定とすることができ、プランジャ８
は機関が所定の回転数となるようにばね１１の弾発力と
吸引力とが平衡する点まで移動する。

制御信号Ｓ７はパルスであるため燃料調節棒９はこの位
置で微小振動するが制御信号Ｓ７の周期を機関の回転数
に比して比較的高めに設定することにより、機関は燃料
調節棒の微小振動に拘わらず安定に運転させることがで
きる。

一方機関の負荷が軽くなる等の原因により、機関の回転
数が高くなった場合には、上記説明と逆の動作をして燃
料調節棒９は矢印Ｂ方向に移動し、機関の回転数は所定
の値に保持される。

このように、波高値制限回路２４により、パルス信号Ｓ
１の波高値をプランジャ８の位置によって制限してプラ
ンジャ８の位置の如何に拘わらず吸引力Ｆを略一定にす
ることができるので、従来使用することができなかった
第６図の特性図に示す実線で示す特性の傾斜部分を使用
することができ、したがってアクチュエータの電気−機
械変換効率が改善される。

このため、所要の吸引力が同一でよければ、従来のアク
チュエータに比して、アクチュエータを著しく小型、軽
量にすることができる。

上記実施例では、パルス発生器１４の発振器として鋸歯
状波発生器２３そ用いたが、三角波発生器であってもよ
い。

発明の効果 本発明によれば、上記の如く、アクチュエータの機械力
の出力をプランジャの位置に拘わらず一定にすることが
できるので燃料調節部材の制御が行ない易くなり、昔だ
アクチュエータの効率がよくなるので、アクチュエータ
を小型軽量にすることがでキ、シだがってアクチュエー
タの可動部も小型軽量となるのでアクチュエータに外乱
力が動いた場合にアクチュエータの可動部が受ける力が
小さく抑えられ、良好な制御性を得ることができる効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のブロック線図、第２図は本発
明の実施例のアクチュエータの断面図、第３図はスライ
スレベル信号Ｓ４の特性図、第４図ａ、ｂは比較器の動
作説明のだめの波形図、第５図ａ、ｂは波高値制限器の
動作説明のための波形図、第６図は第１図に示す実施例
の動作説明のだめの特性曲線図である。 １・・・調速機、２・・・アクチュエータ、６・・・制
御コイル、８・・・プランジャ、９・・・燃料調節棒、
１２・・・磁気コア、１３・・・位置検出コイル、１４
・・・パルス発生回路、１５・・・アクセル信号発生器
、１６・・・回転速度信号発生器、２１・・・演算回路
、２３・・・鋸歯状波発生器、２２・・・比較器、２４
・・・波高値制限回路、２５・・位置信号発生器、２６
・・・波高値制限器、Ｓｌ・・・パルス信号、Ｓ２・・
・アクセル信号、Ｓ３・・・回転速度信号、Ｓ４・・・
スライスレベル信号、Ｓ５・・・鋸歯状波信号、Ｓ６・
・・位置信号、Ｓ７・・・制御信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関への燃料の供給量を調節する燃料調節部材
   を位置変位させる電磁プランジャ型アクチュエータと、
   前記内燃機関の回転速度とアクセル開度とに相応してマ
   ーク・スペース比が変化するパルス信号を出力するパル
   ス発生手段と、前記燃料調節部材の位置の如何に拘わら
   ず前記アクチュエータの電磁引張力が略一定となるよう
   に前記パルス信号の波高値を前記燃料調節部材の位置に
   相応した大きさに制限して前記アクチュエータの制御コ
   イルに印加する波高値制限手段とを備えたことを特徴と
   する内燃機関用電子調速機。 ２ 前記パルス発生手段がアクセル開度に相応したアク
   セル信号を発生するアクセル信号発生手段と、前記内燃
   機関の回転速度に相応した大きさの回転速度信号を発生
   する回転速度信号発生手段と、前記アクセル信号と前記
   回転速度信号とにより前記燃料調節部材を最適な位置に
   位置決めするだめの制御信号を演算する制御信号演算手
   段と、前記制御信号に相応したマーク・スペース比を有
   するパルス信号を発生する手段とを備えて成ることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の内燃機関用電子調
   速機。