JPS61232361A - 内燃機関の制御装置 - 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〉 本発明は、機械式ガバナに電子制御機能を付加し、始動
時の燃料増量を制御するようにした内燃機関の制御装置
に関する。

〈従来の技術〉 回転に伴って発生する遠心力により移動するガバナウェ
イトの動きを検出し、このガバナウェイトの動ぎをリン
ク機構を介して燃料噴射ポンプのラックに伝達すること
により１機関回転数をアクセルペダル等によって設定さ
れた直に保つようにした機械式ガバナは周知であり、各
種の構造を備えたいわゆるオールスピードガバナが開発
されて実用に供されている。

このような機械式ガバナでは１機関回転数に対する最大
ラック位置の関係が所定の特性となるように、一般に複
雑なリンク機構やストッパ、各種のスプリングを組合せ
て調整を行なっており、低速域では最大ラック位置を特
に大きく設定し、通常運転の場合よりも燃料を増量して
機関の始動性を改善することが行なわれている。なお、
ガバナに関する文献は数多く出版されているので（例え
ば、昭和５８年６月３０日発行のヤンマーテクニカルニ
ュース特集号参照）１本明細書での詳細な説明は省略す
る。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上述の始動時増量を機械式ガバナで実施する場合は１機
械式の性質上１機関回転数に対応して回転数ごとに最も
適した燃料増量が得られるようなきめ綱かい調整はでき
ず、また冷却水温度や吸気温度等の環境条件に対応して
増量幅や増量継続期間を適切に制御することも困難であ
った。

このような問題点を解決するため１本発明者らは、電子
制御式ガバナを用いて始動時増量を適切に制御する提案
を先に行なっているが（特開昭５９−１９２８４０号公
報参照）、この提案では調速機能のすべてを電子制御に
頼っており、ブロクラムが複雑になるとともにそのハー
ドウェアの構成も複雑且つ極めてニス１−高となり、ま
た故障の可能性も高くなるため、改良の余地があった。

本発明はこのような問題点に着目し、電子制御の特長を
活かして適切な始動時増量制御を行なうことの容易なガ
バナを低コストで実現することを課題としてなされたも
のである。

く問題点を解決するための手段〉 上記課題の達成のため１本発明の装置は１機械式ガバナ
を有する内燃機関において、機関回転数を検出する回転
数検出手段と、温度等の環境条件を検出する始動環境検
出手段と、機関回転数と制限ラック位置との関係、及び
始動時における機関回転数と環境条件に対応する燃料増
量、燃料増量継続期間との関係をそれぞれ数表の形で記
憶する記憶手段と、始動時に、前記数表に基づいて機関
回転数と環境条件の各検出値から所定の制限ラック位置
を決定して制御出力を出す演算手段と、演算手段の制御
出力によりラック位置を制限するラック位置制限手段、
とを備えている。

く作用〉 上記のように構成された本発明の装置においては、ラッ
クが制限位置に達するまでの調速制御は機械式ガバナで
行なわれ、各回転数における最大ラック位置が電子制御
機構により制限される。このため、通常の調速制御に必
要な細かいしがも迅速な動きは電子制御機構に不要とな
ってコストアップが回避され、しかも制限ラック位置は
始動時の環境条件に応じて電子制御され、適切な燃料増
量が行なわれる。

〈実施例〉 次に１図面に示した本発明の一実施例について説明する
。

第１図は実施例装置のブロック図、第２図はガバナの概
略構造図であり、（１）は燃料噴射ポンプ、（２）はガ
バナ、（３）は制限ラック位置アクチュエータ、（４）
は制御部、（５）は電源用のバッテリ、（６）はアクセ
ル等と連動して操作されるコントロールレバーである。

ガバナ（２）は、第２図の概略構造図に示すように、燃
料噴射ポンプ（１）のカム軸（１１）に連結されて回転
するガバナウェイト（２１）、回転の遠心力でガバナウ
ェイト（２１）が支点（２１ａ）を中心として外側へ広
がるとその端部（２１ｂ）によって押されて図の右方向
に移動するシフタ（２２）　、シフタ（２２）を左方向
に押すガバナスプリング（２３）　、シフタ（２２）の
移動に応じて支点（２４ａ）を中心として揺動するガバ
ナレバー（２４）　、ガバナレバー（２４）の他端と燃
料噴射ポンプ（１）のラック（１２）とを連結するリン
ク（２５）などからなり、制限ラック位置アクチュエー
タ（３）はガバナレバー（２４）の時計方向への回動を
ある位置で阻止するように配置されている。

制御部（４）は例えばマイクロコンピュータを用いて構
成されたもので、ＣＩ’Ｕ（４１）、制御用のブロクラ
ムを記憶しているプログラムＲＯＭ（４２）、演算に必
要な諸データを記憶しているデータＲＯＭ　（４３）　
。

演算時に使用されるＲＡＭ（４４）、Ａ／Ｄコンバータ
（４５）　。

アクチュエータ（３）に駆動出力を出す駆動ユニット（
４６）、波形整形回路（４７）、電源コントロール部（
４８）等で構成されている。

（５１）はキースイッチ、　（５２）は電源リレー、　
（７１）はカム軸（１１）に取付けられた回転パルサー
（７１ａ）と、これに対応して設けられた電磁ピックア
ップ（７１ｂ）からなる回転数センサ、　（７２）はポ
テンショメータなどで構成したアクセル位置センサ、　
（７３）（７４〕は吸気管に取付けられた吸気温度セン
サ及び吸気圧力センサ、　（７５）は燃料噴射ポンプ（
１）に取付けられた燃料温度センサである。

第３図は、制限ラック位置アクチュエータ（３）の構造
の一例とガバナ（２）の概略構造を示す図である。制限
ラック位置アクチュエータ（３）は、固定コイル（３１
ａ）とマグネットロータ（３１ｂ）を有するステップモ
ータ（３１）と、ねじ軸部（３２）を介してマグネット
ロータ（３１ｂ）に連結され、マグネットロータ（３１
ｂ）の回転によって軸方向に移動するアクチュエータプ
ランジャ（３３）から構成されており、アクチュエータ
プランジャ（３３）の先端がガバナレバー（２４］の上
端面（２４ｂ）に対向するようにガバナ（２）のケーシ
ング（２６）に取付けられている。この実施例での制限
ラック位置アクチュエータ（３）の取付は位置は機械式
ガバナに、おけるストッパあるいはトルクスプリング組
込みストッパが通常取付けられる位置となっており、こ
のようにストッパに代えて従来の機械式ガバナに簡単に
取付けることが可能である。

なお、第３図のように制限ラック位置アクチュエータ（
３）としてステップモータ式のものを用いる時は、制御
部（４）のＣＰＵ（４１）によってステップモータ（３
１）の駆動ステップ数をカウントすることにより、アク
チュエータ（３）の実際位置の検出が可能であるが１本
出願人の出願に係る特願昭５９−１１２６６５号に例示
したようなりニアソレノイド式のものを用いた時には、
アクチュエータに直結された例えば差動トランス式の制
限ラック位置センサを設け、これにより制限ラック位置
アクチュエータ（３）の実際位置を検出できるようにし
ておく。

本発明の対象となる始動時増量制御は、低速回転域にお
ける最大噴射量を制限する制限ラック位置で決まり、制
限ラック位置は、データＲＯＭ（４３）に記憶された付
表１〜４のような数表を用い、始動環境条件に応じて演
算される。第１図において（８）は代表的な始動環境条
件である冷却水の温度を検出するための冷却水温度セン
サである。なお環境条件としては、この実施例の冷却水
温度のほか、外気温度やスタータ用バッテリ電圧など１
機関の始動性に影響を与える種々の要素を必要に応じて
対象とすることができる。

第４図のＢは付表１を、第５図は付表２を、第６図は付
表３を、第７図は付表４をそれぞれグラフ化して例示し
たものである。なお表の中間値は補間法によって求めら
れる。

付表１は通常運転時の最大トルク特性を決める制限ラッ
ク位置を規定したもの、付表２は始動時。

すなわち回転数が零の時のラック位置を冷却水温度に応
じて規定したもので、温度が低い場合にラック位置を大
きくするような内容になっている。また付表３は、機関
が回転し始めた時に付表１と２の関係からラック位置を
補正し、目標ラック制限位置を計算するための補正係数
を規定したもの。

付表４ぽ、スタータによって機関が回転を始めた後、い
つまで増量を継続するかを判断するための始動認識回転
数を規定したものである。この始動認識回転数というの
は、機関回転数がこの回転数に達したら燃料増量を停止
しても始動に失敗しないと判断する回転数であり、第７
図に具体的な数値で示したように、例えば冷却水温度が
一２０℃であれば回転数が１１００ｒｐ〜に達すると始
動増量が打切られ、以後は付表Ｉによる制御に切替えら
れる。

次に、第８図（ａ）及び（ｂ）に示す制御フローチャー
１・とともに制御の手順について説明する。

本発明の始動時増量制御は、各センサからの信号を制御
部（４）に入力し、演算結果に応じて出される制御出力
により制限ラック位置アクチュエータ（３）を駆動する
ことによって行なわれる。

まず、第８図（ａ）のステップ１で機関が始動時増量制
御を受ける状態にあるかどうかが判定される。ステップ
２では始動時増量制御のために冷却水温度を検出し５．
付表４の始動認識回転数数表により水温に対する始動認
識回転数を計算し、またイ」表２の始動増量ラック位置
数表により水温に対する始動増紙ラック位置Ｒｓ（肛）
を計算する。ステップ３では実際回転数ＮａｃＬを検出
し、付表３の始動聖歌ラック位置補正係数数表からその
時の回転数に対する増量ラック位置の補正係数Ｃｎ（Ｎ
ａｃｔ）を求め、目標始動増量ラック位置Ｒｓ（ｆｉｌ
ｅ）’　＝Ｒｓ（ｗｔ、）ＸＣｎ　（Ｎａｃｔ）の計算
を行ない、実際回転数を始動認識回転数と比較してそれ
より小さければ増量が必要と判断し、制限ラック位置を
この目標ラック位置Ｒｇ（Ｗｔ）’　に定める。実際回
転数Ｎａｃｔ、は１回転数センサ（７１）の出力を波形
整形回路（４７）を通してパルス波とした時のパルスの
間隔ｊｇｅｃから計算できる。

例えば１回転バルサ（７１ｄ）の歯数が機関の１回転当
り１２枚であれば、実際回転数はＮａｃｌ；＝　１　／
１２ｔＸ（ｉ０＝５／ｌで求められる（第９図参照）。

ステップ４は通常運転の制御を行なう状態であるかどう
かを判定するステップで、通常運転の場合にはステップ
５に移り、ステップ５では付表１の制限ラック位置数表
により実際回転数に対する制限ラック位置を計算する。

以上の手順は一定のクランク角Ｏ°ごとに行なわれる。

第１０図の（ａ）は制限ラック位置とカウントされたス
テップモータ（３１）の駆動パルス数との関係を、（ｂ
）はステップモータ（３１）に入力する駆動パルス数と
アクチュエータプランジャ（３３）の移動量との関係を
それぞれ例示したものであり、前述したように、制限ラ
ック位置アクチュエータ（３）の実際位置を制限ラック
位置センサにより検出するようにした場合には、第１０
図の（ａ）の縦軸はこの位置センナの出力となる。ステ
ップ６では、制限ラック位置アクチュエータ（３）の実
際位置と。

ステップ３または５で求めた制限ラック位置の差からス
テップモータ（３１）の駆動量を計算し、アクチュエー
タプランジャ（３３）を所定量だけ駆動して、目標制限
ラック位置にアクチュエータ（３）をセットする。この
動作はステップ１〜５の実施間隔より短い間隔し、ごと
に行なわれる。

このような手順が順次繰返されて始動時増量制御あるい
は通常運転に対する制御がなされるのであり１機関は電
子制御された制限ラック位置アクチュエータ（３）によ
る制限ラック位置のもとで、機械式ガバナによる調速制
御によって運転されるのである。第４＠は以上の手順に
よって得られた回転数と制限ラック位置の関係を示すも
ので、Ａはステップ２及び３による始動時の制限ラック
位置を示し、Ｂはステップ５による通常運転における制
限ラック位置を示す。実際の始動増量ラック位置Ｒｓ（
ｌｊＬ）’　はステップ３での補正により鎖線に示す範
囲で上下に適宜修正されてセットされることになり、ま
た始動認識回転数は冷却水温度により鎖線のように左右
に変化する。

なお、実際の機関の運転状態は吸気温度、燃料温度、吸
気圧力にも左右されるので、この実施例ではこれらの値
を入力して制限ラック位置を一定のクランク角θ°ごと
に補正するようにしている。

第１１図（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ吸気温度センサ
（７３）、燃料温度センサ（７５）、吸気圧力センサ（
７４）の特性を例示したもの、第１２図（ａ）　（ｂ）
　（ｃ）はそれぞれのセンサの検出値に対する補正係数
Ｃｔ、　Ｃｆ、　Ｃρを例示したものである。これらの
補正係数は予めデータＲＯＭ（４Ｈに記憶させてあり、
目標制限ランク位［Ｒｍａｘ（Ｎａｃｔ）’はＲｍａｘ
（Ｎａｃｔ、）’　＝Ｒｍａｘ（Ｎａｃｔ、）Ｘ　Ｃｔ
、　Ｘ　Ｃｆ　Ｘ　ｃｐで求められる。

なお、この補正は、吸気温度が高くなると実質空気量が
減って排気色が悪くなる、燃料温度が高くなると実質噴
射量が減って出力が低下する１等の環境条件の変化に対
応し、また排気過給機付機関の場合に低速からの加速時
に空気量の不足で黒煙が生ずることなどを防ぐために行
なわれるものであるが、必要に応じて始動時にこの補正
を加えることもでき１機械式ガバナに電子制御機構を付
加した構造であるため、このような補正は極めて容易に
行なうことができる。

〈発明の効果〉 上述の実施例の説明からも明らかなように、本発明の装
置は、機械式ガバナの調速制御機能をそのまま活かしな
がら、電気的に制御される制限ラック位置アクチュエー
タにより最大ラック位置を制限するようにしているので
、冷却水温度など１機関の始動性に影響を与える始動環
境条件に応じて。

始動時の燃料増量を適切に制御することが容易となり、
始動性のよいガバナを得ることができる。

また電子制御機構は細かくしかも迅速に応動して調速制
御を行なう必要がなく、制限ラック位置にセットされる
だけでよいため、制御のためのソフトウェアやハードウ
ェアは比較的簡単なもので充分となり、コストが安くな
るとともに故障の可能性が低下し、また万一故障しても
機械式ガバナによる制御によりそのまま運転を継続する
ことも可能となるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図はガバ
ナの概略構造図、第３図はガバナ及び制限ラック位置ア
クチュエータの具体的構造の一例を示す断面図、第４図
は本発明の制御結果により得られた機関回転数に対する
制限ラック位置の関係を示す図、第５図は始動増量ラッ
ク位置数表をグラフ化して示した図、第６図は始動増量
ラック位置補正係数数表をグラフ化して示した図、第７
図は始動認識回転数数表をグラフ化して示した図。 第８図（ａ）及び（ｂ）は制御の手順を示すフローチャ
ート、第９図は回転数センサの出力の一例を示す図、第
１０図は制限ラック位置とアクチュエータ移動量の一例
を示す図、第１１図は補正用の各セ　　　　′ンサの出
力の一例を示す図、第１２図は補正係数の一例を示す図
である。 （１）・・・燃料噴射ポンプ、（２）・・・機械式ガバ
ナ、（３）・・・制限ラック位置アクチュエータ、（４
）・・・制御部。 （８）・・・冷却水温度センサ、　（１１）・・・カム
軸、（１２）・・・ラック、　（２１）・・・ガバナウ
ェイト、　（２５）・・・リンク。 （３１）・・°ステップモータ、　（４１）−ＣＰＵ、
（４３）・・・データＲＯＭ、（７１）・・・回転数セ
ンサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転に伴って発生する遠心力により移動するガバ
   ナウェイトの動きをリンク機構を介して燃料噴射ポンプ
   のラックに伝達する機械式ガバナを有する内燃機関にお
   いて、 機関回転数を検出する回転数検出手段と、 温度等の環境条件を検出する始動環境検出手段と、 機関回転数と制限ラック位置との関係、及び始動時にお
   ける機関回転数と環境条件に対応する燃料増量、燃料増
   量継続期間との関係をそれぞれ数表の形で記憶する記憶
   手段と、 始動時に、前記数表に基づいて機関回転数と環境条件の
   各検出値から所定の制限ラック位置を決定して制御出力
   を出す演算手段と、 演算手段の制御出力によりラック位置を制限するラック
   位置制限手段、 とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。