(57)【要約】【課題】コントローラを破損するおそれを生じさせることなく、機関により駆動される交流発電機の出力から内燃機関の回転速度を検出して、機関の回転速度を指示回転速度に一致させる制御を行わせることができる内燃機関用回転速度制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関により駆動される交流発電機１の正の半波の出力電圧が印加されたときに発光する発光ダイオードＬＤ1及び発光ダイオードＬＤ1が発生する光を検出してスイッチング動作を行うフォトトランジスタＰh1を有するフォトカプラ８Ａにより速度検出信号発生部８を構成し、フォトトランジスタＰh1のオンオフにより発生する信号を速度検出信号Ｖnとしてマイクロプロセッサ５Ａに与える。速度検出信号Ｖnから求めた機関の回転速度を指示回転速度に一致させるようにスロットルバルブ６を操作するアクチュエータを制御して機関の回転速度を指示回転速度に一致させる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のスロットルバルブを操作するアクチュエータと、前記内燃機関の回転速度に比例した周波数の速度検出信号を発生する速度検出信号発生部と、前記内燃機関の指示回転速度を与える回転速度指示信号を出力する指示回転速度設定器と、前記速度検出信号から求めた前記内燃機関の回転速度を前記回転速度指示信号により与えられる指示回転速度に一致させるように前記アクチュエータを制御するコントローラとを備えた内燃機関用回転速度制御装置において、
前記速度検出信号発生部は、前記内燃機関により駆動される交流発電機の一方の極性の半波の出力電圧が印加されたときに発光する発光素子及び該発光素子が発生する光を検出してスイッチング動作を行う受光素子を有する光結合素子を備えて、該光結合素子の受光素子のオンオフに同期した信号を前記速度検出信号として発生するように構成されていること、
を特徴とする内燃機関用回転速度制御装置。
【請求項２】
内燃機関のスロットルバルブを操作するアクチュエータと、前記内燃機関の回転速度に比例した周波数の速度検出信号を発生する速度検出信号発生部と、前記内燃機関の指示回転速度を与える回転速度指示信号を出力する指示回転速度設定器と、前記速度検出信号から求めた前記内燃機関の回転速度を前記回転速度指示信号により与えられる指示回転速度に一致させるように前記アクチュエータを制御するコントローラとを備えた内燃機関用回転速度制御装置において、
前記速度検出信号発生部は、前記内燃機関により駆動される交流発電機の出力がダイオードを通して印加されて前記発電機の一方の極性の半波の出力電流で励磁される励磁コイルを有するリレーを備えて、該リレーの接点のオンオフに同期した信号を前記速度検出信号として発生するように構成されていること、
を特徴とする内燃機関用回転速度制御装置。
【請求項３】
内燃機関のスロットルバルブを操作するアクチュエータと、前記内燃機関の回転速度に比例した周波数の速度検出信号を発生する速度検出信号発生部と、前記内燃機関の指示回転速度を与える回転速度指示信号を出力する指示回転速度設定器と、前記速度検出信号から求めた前記内燃機関の回転速度を前記回転速度指示信号により与えられる指示回転速度に一致させるように前記アクチュエータを制御するコントローラとを備えた内燃機関用回転速度制御装置において、
前記速度検出信号発生部は、互いに絶縁された一次コイル及び二次コイルを有して、前記内燃機関により駆動される交流発電機の出力が一次コイルに印加された降圧トランスと、前記降圧トランスの二次コイルに誘起する電圧の半波の電圧波形を矩形波状に整形する波形整形回路とを備えて前記波形整形回路から得られる矩形波状の信号を前記速度検出信号として発生するように構成されていること、
を特徴とする内燃機関用回転速度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の回転速度を指示回転速度に一致させるように制御する内燃機関用回転速度制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の回転速度を指示値に保つように制御する回転速度制御装置は、例えば特許文献１に示されているように、内燃機関のスロットルバルブを操作するアクチュエータと、内燃機関の回転速度に比例した周波数の速度検出信号を発生する速度検出信号発生部と、内燃機関の指示回転速度を与える回転速度指示信号を出力する指示回転速度設定器と、速度検出信号から求めた内燃機関の回転速度を回転速度指示信号により与えられる指示回転速度に一致させるようにアクチュエータを制御するコントローラとにより構成される。      
【０００３】
コントローラは、速度検出信号の発生間隔から機関の回転速度を演算する回転速度演算手段と、演算された回転速度と指示回転速度との偏差を演算する偏差演算部と、該偏差を零にするために必要なアクチュエータまたはスロットルバルブの操作量を演算する操作量演算部と、該操作量演算部により演算された操作量だけアクチュエータまたはスロットルバルブを動かすようにアクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動部とにより構成される。
【０００４】
従来のこの種の制御装置では、各種の電装品に電力を供給する発電機の外に、機関の所定のクランク角位置でパルスを発生する信号発生装置を機関に取り付けて、該信号発生装置から得られるパルス信号を波形整形することにより、速度検出信号を得るようにしていた。
【０００５】
特許文献１にも示されているように、信号発生装置としては、リラクタを備えて機関と同期回転するロータと、内燃機関のクランク軸の所定の回転角度位置で該ロータのリラクタのエッジを検出してパルス信号を発生するパルサ（パルス発生器）とを備えた誘導子形のものが多く用いられている。
【０００６】
また内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御装置においては、特許文献２に示されているように、機関により駆動される磁石式交流発電機の出力を波形整形することにより、機関の回転速度を検出する速度検出信号を得る提案がなされている。
【特許文献１】特開平５−３１２０６７号公報
【特許文献２】特開平７−３０５６７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、従来の回転速度制御装置では、機関の回転速度を検出するために信号発生装置を機関に取り付けていたため、コストが高くなるのを避けられなかった。そこで、回転速度制御装置においても、特許文献２に示されているように、機関に取り付けられた交流発電機の出力から回転速度を検出することが考えられるが、発電機の出力電圧は、機関の高速回転時に相当に高い値になるため、発電機の出力を波形整形して得た速度検出信号をコントローラに入力するようにした場合には、機関の高速回転時に発電機側からコントローラに高いサージ電圧が侵入してコントローラを構成するマイクロプロセッサが破損するおそれがあり、制御装置の信頼性が低下するおそれがある。
【０００８】
本発明の目的は、コントローラを破損するおそれを生じさせることなく、機関により駆動される交流発電機の出力から内燃機関の回転速度を検出して、機関の回転速度を指示回転速度に一致させる制御を行わせることができるようにした内燃機関用回転速度制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、内燃機関のスロットルバルブを操作するアクチュエータと、内燃機関の回転速度に比例した周波数の速度検出信号を発生する速度検出信号発生部と、内燃機関の指示回転速度を与える回転速度指示信号を出力する指示回転速度設定器と、速度検出信号から求めた内燃機関の回転速度を回転速度指示信号により与えられる指示回転速度に一致させるようにアクチュエータを制御するコントローラとを備えた内燃機関用回転速度制御装置を対象とする。
本発明においては、上記速度検出信号発生部が、内燃機関により駆動される交流発電機の一方の極性の半波の出力電圧が印加されたときに発光する発光素子及び該発光素子が発生する光を検出してスイッチング動作を行う受光素子を有する光結合素子を備えていて、該光結合素子の受光素子のオンオフに同期した信号を速度検出信号として発生するように構成される。
【００１０】
上記のように、速度検出信号発生部に光結合素子を設けて、該光結合素子を通して発電機の出力に同期した信号を速度検出信号として取り出すようにすると、光結合素子により発電機とコントローラとの間を電気的に絶縁することができるため、機関の高速回転時に発電機側からコントローラに高い電圧が侵入してコントローラが破損するおそれをなくすことができ、制御の信頼性を損なうことなく、発電機の出力から機関の回転速度を検出して、機関の回転速度を指示回転速度に一致させる制御を行わせることができる。
【００１１】
上記の構成では、発電機とコントローラとの間を電気的に絶縁する手段として光結合素子を用いたが、光結合素子に代えて、リレーを用いることもできる。即ち、速度検出信号発生部は、内燃機関により駆動される交流発電機の出力がダイオードを通して印加されて発電機の一方の極性の半波の出力電流で励磁される励磁コイルを有するリレーを備えて、該リレーの接点のオンオフに同期した信号を速度検出信号として発生するように構成されていてもよい。
【００１２】
また上記速度検出信号発生部は、互いに絶縁された一次コイル及び二次コイルを有して、内燃機関により駆動される交流発電機の出力が一次コイルに印加された降圧トランスと、該降圧トランスの二次コイルに誘起する電圧の半波の電圧波形を矩形波状に整形する波形整形回路とを備えて、波形整形回路から得られる矩形波状の信号を速度検出信号として発生するように構成されたものでもよい。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、速度検出信号発生部に、光結合素子、リレーまたは一次二次間が絶縁された降圧トランスを設けて、発電機とコントローラとの間を電気的に絶縁するようにしたので、機関の高速回転時に発電機側からコントローラに高い電圧が侵入するおそれを生じさせることなく、発電機の出力から機関の回転速度を検出して、機関の回転速度を指示回転速度に一致させる制御を行わせることができる。従って、制御の信頼性を損なうことなく、信号発生装置を省略してコストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。図１は本発明の第１の実施形態の構成を示したもので、同図において、１は内燃機関により駆動される磁石式交流発電機、２は発電機１の単相交流出力を整流する整流回路、３は整流回路の出力端子間に接続された電源コンデンサ、４は整流回路２の出力電圧を一定の直流電圧Ｖccに変換する定電圧電源回路、５は定電圧電源回路３から電源電圧Ｖccが与えられることにより動作状態になって内燃機関に付属する機器を制御するコントローラである。また６は内燃機関への混合気の供給量を調節するスロットルバルブ、７はスロットルバルブ６を操作するアクチュエータ、８は内燃機関の回転速度に比例した周波数の速度検出信号を発生する速度検出信号発生部、９は内燃機関の指示回転速度を与える回転速度指示信号を出力する指示回転速度設定器である。
【００１５】
更に詳細に説明すると、磁石式交流発電機１は、機関のクランク軸に取り付けられた磁石回転子１Ａと、磁石回転子の磁極に対向する磁極部を有する鉄心１０１に発電コイルＬeを巻装してなる固定子１Ｂとを備えた公知のもので、この発電機は、図２（Ａ）に示したように、発電コイルＬeから機関の回転速度に比例した周波数を有する交流電圧Ｖeを出力する。
【００１６】
整流回路２は、ダイオードＤ1ないしＤ4をブリッジ接続して構成した単相ダイオードブリッジ全波整流回路で、その交流入力端子間に、発電コイルＬeから得られる単相交流電圧Ｖeが印加され、この整流回路２の出力電圧が電源コンデンサ３の両端に印加されている。
【００１７】
定電圧電源回路４は、電源コンデンサ３の両端の電圧をコントローラ５を駆動するのに適合した一定の直流電圧Ｖcc（例えば５［Ｖ］）に変換する回路で、この電源回路としては従来から広く用いられているものを用いることができる。
【００１８】
コントローラ５は、回転速度の演算、偏差の演算、操作量の演算などの各種の制御演算を行うマイクロプロセッサ５Ａと、アクチュエータ７を駆動する駆動部５Ｂとからなっていて、マイクロプロセッサ５Ａの電源端子及び駆動部５Ｂの電源端子に定電圧電源回路４から得られる直流電圧Ｖccが印加されている。マイクロプロセッサ５ＡはポートＰ1ないしＰ3を有していて、ポートＰ1には速度検出信号発生部８の出力が入力され、ポート（Ａ／Ｄ入力ポート）Ｐ2には指示回転速度設定器９の出力が入力されている。またポートＰ3は出力ポートとして用いられていて、このポートＰ3から駆動部５Ｂにアクチュエータ７の操作量に相応した駆動信号が与えられる。
【００１９】
駆動部５Ｂは、エミッタが接地され、ベースがマイクロプロセッサのポートＰ3に抵抗器Ｒ1を通して接続されたＮＰＮトランジスタＴＲ1と、トランジスタＴＲ1のベースエミッタ間に接続された抵抗器Ｒ2と、ポートＰ3と電源回路４の非接地側出力端子との間に接続された抵抗器Ｒ3とからなっている。
【００２０】
アクチュエータ７は、ステップモータやソレノイドなどを駆動源としてスロットルバルブ６の操作軸を操作するもので、駆動部５Ｂから与えられた駆動電流に応じてスロットルバルブ６を所定量だけ操作する。アクチュエータ７の一方の入力端子７ａは整流回路２の正極側出力端子に接続され、他方の入力端子７ｂは、駆動部５ＢのトランジスタＴＲ1のコレクタに接続されている。
【００２１】
本発明においては、速度検出信号発生部８が、内燃機関により駆動される交流発電機の一方の極性の半波の出力電圧が印加されたときに発光する発光素子及び該発光素子が発生する光を検出してスイッチング動作を行う受光素子を有する光結合素子を備えて、該光結合素子の受光素子のオンオフに同期した信号を前記速度検出信号として発生するように構成される。
【００２２】
図示の例では、光結合素子として、発光ダイオードＬＤ1とフォトトランジスタＰh1とからなるフォトカプラ８Ａが用いられ、発光ダイオードＬＤ1のアノードが抵抗器Ｒ4と、カソードを該発光ダイオード側に向けたダイオードＤ5との直列回路を通して発電コイルＬeの一端に接続されている。また発電コイルＬeの他端に発光ダイオードＬＤ1のカソードが接続されている。フォトトランジスタＰh1のエミッタは接地され、コレクタは抵抗器Ｒ5を通して定電圧電源回路４の非接地側の出力端子に接続されている。またフォトトランジスタＰh1のコレクタから出力端子８ａが導出されていて、この出力端子がマイクロプロセッサ５ＡのポートＰ1に接続されている。
【００２３】
図示の速度検出信号発生部８においては、発電コイルＬeの出力電圧Ｖeの正の半サイクルの期間に発光ダイオードＬＤ1を通して図２（Ｂ）に示すように電流ＩFが流れ、発光ダイオードＬＤ1が発光する。発光ダイオードＬＤ1が発生する光はフォトトランジスタＰh1により受光され、その受光量がしきい値以上になっている期間フォトトランジスタＰh1がオン状態になる。そのため、図２（Ｃ）に示したように、機関の回転速度に比例した周波数を有する矩形波状の速度検出信号ＶnがフォトトランジスタＰh1のコレクタと接地間に得られる。マイクロプロセッサ５Ａは、この速度検出信号の発生間隔から機関の回転速度を演算する。例えば磁石発電機の回転子が２極に構成されていて、発電コイルＬeが機関の１回転当たり１サイクルの交流電圧Ｖeを出力するとした場合、速度検出信号Ｖnの各立下りが認識される毎にフリーランカウンタの計測値を読み取ることにより、速度検出信号Ｖnの各立下りから次の立下りまでの時間（機関が１回転するのに要する時間）Ｔnを計測して、この時間Ｔnから次の演算式により機関の回転速度Ｎ［rpm］を演算することができる。
Ｎ＝（１／Ｔn）×６０ ［rpm］                                      …（１）
【００２４】
指示回転速度設定器９は、内燃機関の指示回転速度を与える回転速度指示信号を出力するもので、図示の例では、一端が接地され、他端が定電圧電源回路４の非接地側出力端子に接続されて、一定の直流電圧Ｖccが両端に印加されたポテンショメータＶＲ1により指示回転速度設定器９が構成されている。ポテンショメータＶＲの摺動端子と接地間に得られる回転速度指示信号Ｖnoがマイクロプロセッサ５ＡのＡ／Ｄ入力ポートＰ2に入力されている。
【００２５】
マイクロプロセッサ５Ａは、所定のプログラムを実行することにより、速度検出信号Ｖnの発生間隔Ｔnから機関の回転速度Ｎを演算する回転速度演算手段と、演算された回転速度Ｎと指示回転速度Ｎoとの偏差ΔＮを演算する偏差演算部と、該偏差ΔＮを零にするために必要なアクチュエータ７またはスロットルバルブ６の操作量を演算する操作量演算部とを構成する。操作量演算部は、ポートＰ3から演算した操作量に相応した駆動信号を出力し、この駆動信号によりトランジスタＴＲ1を駆動してアクチュエータ７に駆動電流を流す。マイクロプロセッサのポートＰ3から出力させる駆動信号は、アクチュエータの形式に応じて適宜の形をとる。例えば、アクチュエータ７がステップモータまたはパルスモータを駆動源とする場合には、ポートＰ3から出力される駆動信号を、アクチュエータ７の出力軸の所望の変位量（演算された操作量）に相応した数のパルス信号として、該パルス信号によりトランジスタＴＲ1をオンオフさせることにより、アクチュエータ７のモータを所定回数駆動してアクチュエータの出力軸を演算された操作量に相応した変位量だけ変位させる。またアクチュエータがソレノイド（電磁石）を駆動源とする場合には、ポートＰ3から所定のデューティ比でＰＷＭ変調された駆動信号を出力させて、該駆動信号によりトランジスタＴＲ1をオンオフさせることによりアクチュエータに所定の平均値を有する駆動電流を流して該アクチュエータの出力軸を演算された操作量に相応する変位量だけ変位させる。
【００２６】
上記のように、本実施形態においては、速度検出信号発生部８に光結合素子（図示の例ではフォトカプラ）を設けて、該光結合素子を通して発電機の出力に同期した信号を速度検出信号Ｖnとして取り出すようにしたので、光結合素子により発電機とコントローラとの間を電気的に絶縁することができる。従って、機関の高速回転時に発電機側からコントローラに高い電圧が侵入してコントローラが破損するおそれをなくすことができ、信頼性を損なうことなく、信号発生装置を省略して、コストの低減を図ることができる。
【００２７】
図３は本発明の第２の実施形態の構成を示したもので、この例では、速度検出信号発生部８が、発電機１の出力がダイオードＤ5を通して印加されて発電機の一方の極性の半波の出力電流で励磁される励磁コイルＬyを有するリレーＲＹを備えていて、該リレーＲＹの接点のオンオフに同期した信号を速度検出信号Ｖnとして発生するように構成されている。図示の例では、リレーが常開接点Ｒyaを有していて、この接点Ｒyaの一端が接地されている。接点Ｒyaの他端は、抵抗器Ｒ5を通して電源回路４の非接地側端子に接続され、該接点の他端がマイクロプロセッサ５ＡのポートＰ1に接続されている。その他の点は図１に示した実施形態と同様に構成されている。
【００２８】
図３に示した実施形態においては、発電コイルＬeの出力の正の半波の期間励磁コイルＬyが励磁されて接点Ｒyaがオン状態になり、発電コイルの出力電圧の負の半波の期間励磁コイルＬyが消勢されて接点Ｒyaがオフ状態になる。従って、接点Ｒyaは発電コイルＬeの出力に同期してオンオフし、接点Ｒyaの両端に図２（Ｃ）に示したものと同様の波形の速度検出信号Ｖnが得られる。
【００２９】
図３に示した実施形態においても、リレーＲＹにより、発電機１とコントローラ５との間を電気的に絶縁することができるため、機関の高速回転時に発電機側からコントローラに高い電圧が侵入してコントローラが破損するおそれをなくすことができる。
【００３０】
図４は本発明の第３の実施形態を示したもので、この実施形態では、速度検出信号発生部８が、互いに絶縁された一次コイルＷ1及び二次コイルＷ2を有して、発電機１の出力が一次コイルに印加された降圧トランスＴsfと、この降圧トランスの二次コイルに誘起する電圧の半波の電圧波形を矩形波状に整形する波形整形回路８Ｂとを備えていて、波形整形回路８Ｂから得られる矩形波状の信号を速度検出信号Ｖnとして発生するように構成されている。
【００３１】
図示の例では、トランスＴsfの二次コイルＷ2の一端が接地され、該二次コイルの他端がダイオードＤ6と抵抗器Ｒ6とを通してツェナーダイオードＺＤ1のカソードに接続されている。ツェダイオードＺＤ1のアノードは接地され、該ツェナーダイオードＺＤ1のカソードがマイクロプロセッサ５ＡのポートＰ1に接続されている。ダイオードＤ6と抵抗器Ｒ6と、ツェナーダイオードＺＤ1とにより波形整形回路８Ｂが構成されている。その他の点は図１に示した実施形態と同様に構成されている。
【００３２】
図４に示した実施形態においては、トランスＴsfの二次コイルの誘起電圧が所定値に達したときにツェナーダイオードＺＤ1が導通してその両端の電圧をＬレベル（ローレベル）にするため、該ツェナーダイオードＺＤ1の両端に図２（Ｃ）に示したものと同様の波形の速度検出信号Ｖnが得られる。
【００３３】
図４に示した実施形態においても、トランスＴsfにより、発電機１とコントローラ５との間を電気的に絶縁することができるため、機関の高速回転時に発電機側からコントローラに高い電圧が侵入してコントローラが破損するおそれをなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示した回路図である。
【図２】図１に示した実施形態の各部の電圧波形を示した波形図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の構成を示した回路図である。
【図４】本発明の第３の実施形態の構成を示した回路図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  磁石式交流発電機
２  整流回路
３  電源コンデンサ
４  定電圧電源回路
５  コントローラ
５Ａ  マイクロプロセッサ
５Ｂ  駆動部
６  スロットルバルブ
７  アクチュエータ
【図１】
2005155544.tif 000003
【図２】
2005155544.tif 000004
【図３】
2005155544.tif 000005
【図４】
2005155544.tif 000006