(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン回転数を設定するエンジン回転数設定器と、
エンジン回転数設定器から入力された設定値に応じてエンジン回転数指令信号を出力するメインコントローラと、
メインコントローラからのエンジン回転数指令信号に応じてエンジンのメカニカルガバナを作動するアクセルアクチュエータとを具備し、
アクセルアクチュエータは、
電子ガバナを制御可能のメインコントローラからのエンジン回転数指令信号を受けて駆動信号を出力するドライバ回路と、
ドライバ回路からの駆動信号により作動されるメカニカルガバナ駆動用のガバナ駆動機構と、
ガバナ駆動機構の作動量を検出してドライバ回路のみにフィードバックする検出器と
を備えたことを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項２】
ガバナ駆動機構は、
ドライバ回路により正転、逆転および停止を制御されるモータと、
モータの回転を減速する減速機と、
減速機から出力された回転をメカニカルガバナに伝達する回動部材と
を具備したことを特徴とする請求項１記載のエンジン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ガバナ用のエンジン回転数指令信号にも対応できるアクセルアクチュエータを備えたエンジン制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１（Ａ）は、メカニカルガバナ方式を用いた油圧ショベルなどの建設機械のエンジン制御装置を示し、エンジン回転数を設定するアクセルダイヤル11がメインコントローラ12に接続され、このメインコントローラ12から出力された時計方向信号CWまたは反時計方向信号CCW によりアクセルアクチュエータ13が制御され、このアクセルアクチュエータ13によりディーゼルエンジン14の燃料噴射量を調整するためのボッシュタイプのメカニカルガバナ15が作動される。
【０００３】
アクセルアクチュエータ13には、ドライバ回路16が内蔵され、このドライバ回路16にモータ17が接続され、このモータ17の出力軸に減速機18を介してレバーまたはプーリ19が接続されている。このプーリ19などの作動量はポテンショメータ20により検出され、メインコントローラ12にフィードバックされる。
【０００４】
アクセルアクチュエータ13のプーリ19は、ワイヤケーブル21により、ディーゼルエンジン14のメカニカルガバナ15を作動するガバナプーリまたはガバナレバー22に接続されている。エンジン回転数は、ディーゼルエンジン14に設けられた回転数センサ23からメインコントローラ12にフィードバックされる。
【０００５】
メインコントローラ12は、ポテンショメータ20からフィードバックされた位置信号や、ディーゼルエンジン14からフィードバックされたエンジン回転数を見ながら、アクセルアクチュエータ13のドライバ回路16に時計方向信号CWまたは反時計方向信号CCW を出力し、ガバナレバー22を目的の位置に制御する。
【０００６】
また、図１１（Ｂ）は、電子ガバナ方式を用いたエンジン制御装置を示し、エンジン回転数を設定するアクセルダイヤル11がメインコントローラ24に接続され、このメインコントローラ24より、アクセルダイヤル11から入力された設定値に応じた目的のエンジン回転数（ラック位置）になるようなエンジン回転数指令信号（ラック位置指令信号）を出力し、このエンジン回転数指令信号により別のディーゼルエンジン14a の燃料噴射量調整用の電子ガバナ25を直接制御する。
【０００７】
近年、環境問題などからディーゼルエンジンは、ボッシュタイプのメカニカルガバナ15により燃料噴射制御する方式より、排ガス規制対応の電子ガバナ25により燃料噴射制御する方式に代わりつつある。メカニカルガバナ15は、前記のように燃料噴射量調整用のガバナレバー22をアクセルアクチュエータ13により作動させて制御するが、電子ガバナ25は、電気信号を入力して制御する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
メインコントローラ12，24は、メカニカルガバナ15と電子ガバナ25へのインターフェースに相違があり、互換性がない。また、一般に、電子ガバナ25は、複雑で高価であるから、排ガス規制の厳しいクラスの機体や地域向けの建設機械にのみ適用されている。
【０００９】
このため、従来は、メカニカルガバナ用と電子ガバナ用の２種類のメインコントローラ12，24をそれぞれ開発し製作する必要がある。
【００１０】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、電子ガバナに対応するメインコントローラをメカニカルガバナでも共用できるようにするアクセルアクチュエータを備えたエンジン制御装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、エンジン回転数を設定するエンジン回転数設定器と、エンジン回転数設定器から入力された設定値に応じてエンジン回転数指令信号を出力するメインコントローラと、メインコントローラからのエンジン回転数指令信号に応じてエンジンのメカニカルガバナを作動するアクセルアクチュエータとを具備し、アクセルアクチュエータは、電子ガバナを制御可能のメインコントローラからのエンジン回転数指令信号を受けて駆動信号を出力するドライバ回路と、ドライバ回路からの駆動信号により作動されるメカニカルガバナ駆動用のガバナ駆動機構と、ガバナ駆動機構の作動量を検出してドライバ回路のみにフィードバックする検出器とを備えたエンジン制御装置である。
【００１２】
そして、メインコントローラは、エンジン回転数設定器から入力されたエンジン回転数の設定値に応じてエンジン回転数指令信号を出力し、アクセルアクチュエータのドライバ回路は、電子ガバナを制御可能のエンジン回転数指令信号を受けて駆動信号を出力し、メカニカルガバナ駆動用のガバナ駆動機構をフィードバック制御し、メインコントローラからのエンジン回転数指令信号に応じてエンジンのメカニカルガバナを作動するから、電子ガバナと同一のインターフェースを持つアクセルアクチュエータを介して、電子ガバナに対応するメインコントローラをメカニカルガバナでも共用できる。すなわち、１種類のメインコントローラをメカニカルガバナおよび電子ガバナの各ガバナタイプに適用できる。
【００１３】
請求項２に記載された発明は、請求項１記載のアクセルアクチュエータにおけるガバナ駆動機構は、ドライバ回路により正転、逆転および停止を制御されるモータと、モータの回転を減速する減速機と、減速機から出力された回転をメカニカルガバナに伝達する回動部材とを具備したエンジン制御装置である。
【００１４】
そして、ドライバ回路が、電子ガバナを制御可能のメインコントローラからのエンジン回転数指令信号を受けて駆動信号を出力すると、この駆動信号によりモータの正転、逆転または停止が制御され、モータの正転または逆転は、減速機により減速されて回転部材によりメカニカルガバナに伝達されるとともに、メカニカルガバナへの作動量はドライバ回路にフィードバックされ、エンジン回転数指令信号に対応した目標位置で停止されるから、電子ガバナに対応するメインコントローラをメカニカルガバナでも共用できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図１乃至図９を参照しながら説明する。
【００１６】
図１に示されるように、エンジン回転数を設定するエンジン回転数設定器としてのアクセルダイヤル31が、メインコントローラ32に接続されている。
【００１７】
アクセルダイヤル31は、建設機械のオペレータが希望する任意のエンジン回転数位置にノブ31a を回転させることにより、そのエンジン回転数を設定するポテンショメータまたはロータリスイッチである。
【００１８】
メインコントローラ32は、建設機械の主要な電子制御をするマイクロコンピュータ内蔵のコントローラであり、エンジン制御の他に、油圧ポンプおよび回路制御、またはモニタリングシステムなどの機能を有し、エンジン制御では、アクセルダイヤル31から入力されたエンジン回転数の設定値信号を受けてエンジン回転数指令信号値を演算し、その演算結果であるエンジン回転数指令信号、すなわちディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプ用ラック位置の指令信号を出力する。この指令信号は、パルス幅変調デューティ（ＰＷＭ）、電圧、電流または周波数で出力される。
【００１９】
このメインコントローラ32にアクセルアクチュエータ33が接続されている。このアクセルアクチュエータ33は、メインコントローラ32からのエンジン回転数指令信号に応じてエンジンとしてのディーゼルエンジン34のボッシュ型メカニカルガバナ（以下、単に「メカニカルガバナ」という）35を作動するものである。
【００２０】
このアクセルアクチュエータ33は、共通のメインコントローラ32から別のエンジンとしてのディーゼルエンジン36の電子ガバナ37に入力される信号と同型式信号であるエンジン回転数指令信号を受けて駆動信号を出力するドライバ回路41と、このドライバ回路41からの駆動信号により作動されるメカニカルガバナ駆動用のガバナ駆動機構42と、このガバナ駆動機構42の作動量すなわち位置信号を検出してドライバ回路41にフィードバックする検出器としてのポテンショメータ43とを具備している。
【００２１】
ドライバ回路41は、エンジン回転数指令信号により入力される目標位置信号と、ガバナ駆動機構42からフィードバックされる検出位置信号とを比較して、その誤差がなくなるようにガバナ駆動機構42を制御する。
【００２２】
ガバナ駆動機構42は、ドライバ回路41により正転、逆転および停止を制御される直流式のモータ44を有し、このモータ44の出力軸に、モータ回転を減速する減速機45が接続され、この減速機45の出力軸に、減速機45から出力された回転をメカニカルガバナ35に伝達する回動部材としてのレバーまたはプーリ46が接続されている。
【００２３】
前記ポテンショメータ43は、プーリ46などの回転絶対位置（回転角度）を検出して、ドライバ回路41に位置信号として、例えば０〜５ボルトの直流電圧をフィードバック入力する。
【００２４】
前記減速機45は、減速比の高いリダクションギヤ、遊星ギヤまたはウォームギヤなどを用いることにより、モータ44への通電を停止しても、出力側からの力により動くことはない。
【００２５】
プーリ46は、ディーゼルエンジン34のメカニカルガバナ35に設けられたガバナレバーまたはガバナプーリ47に対し、プーリ46，47間に巻掛けられた無端状のワイヤケーブル48により回転伝達可能に接続されている。
【００２６】
図２に示されるように、前記アクセルアクチュエータ33は、入力されたエンジン回転数指令信号に対応した位置信号の目標位置となるようにモータ44をフィードバック制御して、時計方向または反時計方向に回転させ停止させるアクチュエータである。
【００２７】
図３に示されるように、前記ドライバ回路41は、メインコントローラ32からのエンジン回転数指令信号と、ポテンショメータ43からフィードバックされた位置信号とが入力されるマイクロコンピュータ（以下、単に「マイコン」という）51と、このマイコン51から出力されたベース電流により制御される４つのトランジスタ52a ，52b ，52c ，52d および各トランジスタ52a ，52b ，52c ，52d のエミッタ・コレクタ間に設けられた４つの環流用のダイオード53a ，53b ，53c ，53d により形成されたブリッジ回路54とを有しており、入力されたエンジン回転数指令信号と対応した値に位置信号がマッチするようにモータをマイコン51により正転、逆転または停止させる。
【００２８】
そして、このブリッジ回路54は、トランジスタ52a ，52d のスイッチオンによりモータ44が正転し、トランジスタ52b ，52c のスイッチオンによりモータ44が逆転し、トランジスタ52a ，52b のスイッチオフによりモータ44が停止する。このモータ停止時に、トランジスタ52c ，52d はスイッチオンであるから、環流用のダイオード53c ，53d とともに回生ブレーキが働くように作用する。
【００２９】
図４は、図１に示された実施形態の変形例を示し、アクセルアクチュエータ33のガバナ駆動機構42に設けられたプーリ46とメカニカルガバナ35のガバナレバー57とがワイヤケーブル48により接続されたもので、ガバナレバー57は、プーリ46の反時計方向回転によるワイヤケーブル48の巻取りで位置されるハイアイドル位置（エンジン回転数の増速位置）と、プーリ46の時計方向回転によるワイヤケーブル48の巻出しで位置されるローアイドル位置（エンジン回転数の減速位置）との間で回動される。図１に示された前記ガバナプーリ47も同様である。
【００３０】
なお、ワイヤーケーブル48の代りに、ロッドまたはリンクによってガバナレバー57に接続される場合もある。
【００３１】
次に、上記実施形態の作用を説明する。
【００３２】
メインコントローラ32は、アクセルダイヤル31から例えばロータリスイッチポジションなどで入力されたアクセルダイヤル位置（エンジン回転数設定値）に応じて、予め決定された図５に示される特性により、内部のマイコンで演算した結果をアクセルアクチュエータ33内のドライバ回路41に出力する。この演算結果は、電子ガバナ37をも制御可能のエンジン回転数指令信号（パルス幅変調デューティ、または電圧、電流あるいは周波数）である。
【００３３】
アクセルアクチュエータ33のドライバ回路41では、上記エンジン回転数指令信号が入力されると、予め決定された図６に示される特性によりエンジン回転数指令信号が目標位置信号に変換され、このエンジン回転数指令信号と対応した目標位置信号が得られるように、この目標位置信号とガバナ駆動機構42からフィードバックされた検出位置信号との誤差に応じたモータ駆動信号を出力し、ガバナ駆動機構42のモータ44を正転、逆転または停止させる。
【００３４】
すなわち、ドライバ回路41は、メインコントローラ32からのエンジン回転数指令信号に応じた目標位置信号と、ガバナ駆動機構42からポテンショメータ43を経て検出されたフィードバック位置信号との誤差をなくすように、モータ44に駆動信号を出力する。
【００３５】
モータ44が正転または逆転し、減速機45を介してプーリ46が回ると、ワイヤケーブル48がストロークし、ディーゼルエンジン34のメカニカルガバナ35のガバナプーリ47またはガバナレバー57が回動して、図７に示される特性のように前記目標位置信号と対応したガバナレバー位置まで追従制御されると、ガバナプーリ47またはガバナレバー57が停止し、予め決定されたエンジン回転数でディーゼルエンジン34が回転する。
【００３６】
このとき、前記プーリ46の作動量はワイヤケーブル48によりメカニカルガバナ35のガバナプーリ47またはガバナレバー57に伝達されるとともに、このプーリ46からガバナプーリ47またはガバナレバー57へ伝達された作動量はポテンショメータ43により検出されてドライバ回路41にフィードバックされる。
【００３７】
このように、図８に示される特性のように、オペレータは、アクセルダイヤル31のノブ31a を回して希望のアクセルダイヤル位置でセットしたエンジン回転数を得られる。
【００３８】
図９は、共通のメインコントローラ32に電子ガバナ37を直接接続する場合を示し、この電子ガバナ37は、予め決められた図１０に示された特性を有するので、メインコントローラ32より入力されたエンジン回転数指令信号に対応したエンジン回転数が得られる。つまり、電子ガバナ37の場合も、アクセルダイヤル31とエンジン回転数との関係は、図８に示されたものと同じになる。
【００３９】
要するに、アクセルアクチュエータ33のドライバ回路41は、メインコントローラ32からのエンジン回転数指令信号に応じた目標位置信号と、ガバナ駆動機構42からポテンショメータ43を経て検出されたフィードバック位置信号との誤差をなくすように、モータ44に駆動信号を出力することで、電子ガバナ37と同一のインターフェースを持つ本アクセルアクチュエータ33をメカニカルガバナ型のディーゼルエンジン34に用いることが可能になり、共通のメインコントローラ32に対して、メカニカルガバナ型ディーゼルエンジン34のシステムまたは電子ガバナ型ディーゼルエンジン36のシステムのいずれをも適用して、建設機械のエンジン制御システムを構築できる。
【００４０】
以上のように、電子ガバナ37と共通のエンジン回転数指令信号によりメカニカルガバナ35を作動するアクセルアクチュエータ33を用いることにより、同一のメインコントローラ32に対してメカニカルガバナ型ディーゼルエンジン34と電子ガバナ式ディーゼルエンジン36との互換性を確保でき、１種類のメインコントローラ32を開発し、生産すれば良いから、開発費や部品種類を削減でき、生産効率を向上できるとともに在庫管理コストを低減でき、また、従来のような複雑なフィードバック制御をするメインコントローラ12（図１１Ａ）と異なり、エンジン回転数指令信号系統が１本のみのメインコントローラ32は、Ｉ／Ｏポート数も減少するからコストダウンを図れる。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、メインコントローラは、エンジン回転数設定器から入力されたエンジン回転数の設定値に応じてエンジン回転数指令信号を出力し、アクセルアクチュエータのドライバ回路は、電子ガバナを制御可能のエンジン回転数指令信号を受けて駆動信号を出力し、メカニカルガバナ駆動用のガバナ駆動機構をフィードバック制御し、メインコントローラからのエンジン回転数指令信号に応じてエンジンのメカニカルガバナを作動するから、電子ガバナと同一のインターフェースを持つアクセルアクチュエータを介して、電子ガバナに対応するメインコントローラをメカニカルガバナでも共用できる。すなわち、１種類のメインコントローラをメカニカルガバナおよび電子ガバナの各ガバナタイプに適用でき、経済的であるとともに効率良く用いることができる。
【００４２】
請求項２記載の発明によれば、ドライバ回路が、電子ガバナを制御可能のメインコントローラからのエンジン回転数指令信号を受けて駆動信号を出力すると、この駆動信号によりモータの正転、逆転または停止が制御され、モータの正転または逆転は、減速機により減速されて回転部材によりメカニカルガバナに伝達されるとともに、メカニカルガバナへの作動量はドライバ回路にフィードバックされ、エンジン回転数指令信号に対応した目標位置で停止されるから、電子ガバナに対応するメインコントローラをメカニカルガバナでも共用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかるエンジン制御装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】  同上制御装置におけるアクセルアクチュエータの入出力特性を示す特性図である。
【図３】  同上アクセルアクチュエータにおけるドライバ回路の内容を示す回路図である。
【図４】  本発明にかかるエンジン制御装置の一部変形例を示すブロック図である。
【図５】  同上制御装置におけるメインコントローラの入出力特性を示す特性図である。
【図６】  同上制御装置におけるアクセルアクチュエータの入出力特性を示す特性図である。
【図７】  同上制御装置におけるガバナ駆動機構の入出力特性を示す特性図である。
【図８】  同上制御装置におけるメインコントローラおよびアクセルアクチュエータの入出力特性を示す特性図である。
【図９】  同上制御装置におけるメインコントローラ・電子ガバナ接続例を示すブロック図である。
【図１０】  同上電子ガバナの作動特性を示す特性図である。
【図１１】  （Ａ）は従来のメカニカルガバナ式エンジンを制御するエンジン制御装置のブロック図、（Ｂ）は電子ガバナ式エンジンを制御するエンジン制御装置のブロック図である。
【符号の説明】
31    エンジン回転数設定器としてのアクセルダイヤル
32    メインコントローラ
33    アクセルアクチュエータ
34    エンジンとしてのディーゼルエンジン
35    メカニカルガバナ
36    エンジンとしてのディーゼルエンジン
37    電子ガバナ
41    ドライバ回路
42    ガバナ駆動機構
43    検出器としてのポテンショメータ
44    モータ
45    減速機
46    回動部材としてのプーリ
【図１】
0003869167.tif 000002
【図２】
0003869167.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003869167.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003869167.tif 000007
【図７】
0003869167.tif 000008
【図８】
0003869167.tif 000009
【図９】
0003869167.tif 000010
【図１０】
0003869167.tif 000011
【図１１】
0003869167.tif 000012