(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの目標回転数に対する実回転数の偏差を解消するように燃料供給量を調節する燃料供給量調節手段を有するエンジンの回転数制御装置において、
前記偏差に基づいて、エンジン回転数を目標回転数に維持するための燃料供給量の制御値を周期的に演算する演算手段を具備し、
演算された前記制御値が予定値より大きいときには、その演算周期毎に前記制御値に応じて前記燃料供給量調節手段が付勢され、
演算された前記制御値が前記予定値より小さいときには、検出された前記制御値の大きさに応じて、大きい制御値に対しては少ない間引き回数に従い、小さい制御値に対しては多い間引き回数に従って間引かれる前記演算周期毎に、前記制御値の大きさに応じて前記燃料供給量調節手段が付勢されるように構成されたことを特徴とするエンジンの回転数制御装置。
【請求項２】
前記演算周期の間引き回数を計数するカウンタ手段であって、前記燃料供給量調節手段が付勢されたときにリセットされるカウンタ手段を備え、
該カウンタ手段による計数値が前記制御値の大きさに応じて設定される間引き回数に達したときに、前記燃料供給量調節手段が付勢されることを特徴とする請求項１記載のエンジンの回転数制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの回転数制御装置に関し、特に、負荷を考慮したエンジンの回転数制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
交流電源装置として使用されるエンジン発電機には、出力周波数を安定化させるためにインバータ装置を使用するものが多くなってきている。この種のエンジン発電機では、発電機に結合されたエンジンを駆動して交流を発生させ、これを一旦直流に変換した後、インバータ装置で商用周波数に変換して出力としている。インバータ装置を使用した発電機では、出力周波数がエンジン回転数に依存しないので、エンジン回転数の制御によって負荷に応じた出力制御を行うことが可能である。
【０００３】
例えば、特開平５−１８２８５号公報に記載されたインバータ式エンジン発電機は、インバータ装置の出力電流に基づいて負荷を検出し、その検出結果に基づいてエンジンのスロットル制御を行っている。こうして、負荷の変動にかかわらず出力電圧をほぼ一定に維持することができるようにしている。
【０００４】
スロットル制御においては、目標回転数に対する現在の回転数（実回転数）の差信号および回転数の変化速度信号を中央演算処理装置（ＣＰＵ）に入力して制御量を算出し、この制御量によってスロットル開度を変化させて燃料供給量を調節する。本出願人は、発電機を駆動するエンジンの制御装置において、発電機の出力交流を整流するためのコンバータを構成する半導体素子の導通角を予定値に維持するようにスロットル開度を制御するものを提案している（特開平１１−３０８８９６号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のエンジン制御装置において、目標回転数に対する実回転数の差信号および回転数の変化速度信号をＣＰＵに入力して制御量を算出する場合、負荷急変時の応答性を上げるためには、ＣＰＵでの計算サイクルを短くし、その計算結果に基づいてスロットルを頻繁に開閉制御する必要がある。
【０００６】
しかし、スロットルを頻繁に開閉制御するようにすると、負荷の急変時だけでなく、負荷が安定しているときにも、頻繁にスロットルが開閉されることから、却ってエンジン回転数を安定化できないことがある。
【０００７】
エンジン回転数が安定しないことによる運転音の変化は聴覚的に不快感を起こさせる。そこで、この不快感を解消するため、安定志向のセッティング、つまり頻繁なスロットル開閉を行わないような設定にしがちであるが、その場合には、負荷急変時の応答性を犠牲にせざるを得ないと言う傾向がある。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、負荷の急変時および負荷の安定時の双方に適当なスロットル開度に制御することができるエンジン回転数制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、エンジンの目標回転数に対する実回転数の偏差を解消するように燃料供給量を調節する燃料供給量調節手段を有するエンジンの回転数制御装置において、前記偏差に基づいて、エンジン回転数を目標回転数に維持するための燃料供給量の制御値を周期的に演算する演算手段を具備し、演算された前記制御値が予定値より大きいときには、その演算周期毎に前記制御値に応じて前記燃料供給量調節手段が付勢され、演算された前記制御値が前記予定値より小さいときには、検出された前記制御値の大きさに応じて、大きい制御値に対しては少ない間引き回数に従い、小さい制御値に対しては多い間引き回数に従って間引かれる前記演算周期毎に、前記制御値の大きさに応じて前記燃料供給量調節手段が付勢されるように構成された点に第１の特徴がある。
【００１０】
また、本発明は、前記演算周期の間引き回数を計数するカウンタ手段であって、前記燃料供給量調節手段が付勢されたときにリセットされるカウンタ手段を備え、該カウンタ手段による計数値が前記制御値の大きさに応じて設定される間引き回数に達したときに、前記燃料供給量調節手段が付勢される点に第２の特徴がある。
【００１１】
上記特徴によれば、目標回転数に対する実回転数の偏差に応じて制御値が演算されるので、検出された制御値が大きいほど演算周期毎の前記偏差が大きい。つまり、制御値が大きい場合は、大きい偏差を生じさせるような負荷の変動が生じたと判断される。したがって、この大きい負荷変動に応答して、燃料供給量調節手段は制御値の演算周期毎に付勢される。一方、検出された制御値が小さい場合は、小さい負荷変動が生じたと判断されるので、燃料供給量調節手段を各演算周期毎に付勢するのではなく、制御値に応じて、制御値が小さいほど多く設定される間引き回数に従って間引かれた演算周期毎に付勢する。
【００１２】
特に、第２の特徴によれば、間引き回数を計数するカウンタ手段の計数値を識別し、この計数値と制御値の大きさに応じて設定された間引き回数とに基づいて、燃料供給量調節手段を付勢するタイミングか否かが判断される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。図２は本発明の一実施形態に係る制御装置を適用したエンジン発電機の構成を示すブロック図である。磁石式多極発電機（以下、単に「発電機」という）１には内燃機関（エンジン）２が連結され、発電機１はエンジン２で駆動されて多相（代表的には３相）の交流を発生する。コンバータ３は半導体素子としてのサイリスタをブリッジに組んだ整流回路を有し、発電機１で発生した交流はこのコンバータ３で全波整流されて直流に変換される。この直流はインバータ４に入力される。インバータ４は、入力された直流を商用周波数（例えば５０Ｈｚ）の単相交流に変換して外部負荷５に供給する。
【００１４】
エンジン２のスロットル弁６にはステッピングモータ７が結合され、このスロットル弁６の開度はステッピングモータ７に供給されるパルス数に応じて制御される。スロットル開度に応じた燃料供給量により、エンジン回転数が決定される。
【００１５】
電圧検出部８は、コンバータ３の出力電圧を検出する。サイリスタ駆動回路９は予め与えられた目標としての設定電圧（例えば、１７０Ｖ）と前記出力電圧とを比較し、計測されたコンバータ３の実出力電圧が設定電圧に等しくなるように、公知の適宜の手法で、コンバータ３を構成するサイリスタの導通を制御する。このような構成により、前記サイリスタの導通角制御範囲に相応する出力電流範囲においては、コンバータ３の出力電圧は設定電圧に保持される。
【００１６】
図１は、燃料量制御部１０の構成を示すブロック図である。導通角検出部１０１は、サイリスタ駆動回路９からコンバータ３に出力されている制御信号に基づいてサイリスタの導通角を検出する。導通角は予定周期で連続的に検出され、その平均導通角が算出される。平均導通角は予定回数分（例えば１０回分）の連続データを移動平均によって算出するのが好ましい。
【００１７】
サイリスタ導通角検出部１０１で算出された平均導通角は偏差検出部１０２に入力され、目標導通角に対する偏差が検出される。すなわち、発電機１が出力に余裕のある状態で運転されているかどうかをサイリスタの平均導通角に基づいて判断する。目標導通角は例えば８０％に設定される。目標導通角は一般的な制御目標と同様、一定のヒステリシスを有するのがよい。目標導通角はエンジン温度に応じて可変としてもよい。例えば、エンジン温度が低いときには目標導通角を小さくする。こうして、偏差検出部１０２で検出された偏差が「０」になるようにエンジン回転数が目標回転数に制御され、発電機１に余裕ある状態が維持される。
【００１８】
目標回転数更新部１０３は偏差検出部１０２から入力される偏差に応じて回転数調整量を出力する。目標回転数記憶部１０４は目標回転数更新部１０３から入力される目標回転数調整量を、すでに格納されている目標回転数に加算して新たな目標回転数とする。目標回転数は最高・最低回転数設定部１０５に設定されている最高回転数または最低回転数の範囲内で更新される。前記目標回転数調整量を加算した結果、目標回転数が前記範囲から外れるようなときは、目標回転数は前記最高回転数または前記最低回転数に制限される。最低回転数を規定しているのは、サイリスタ導通角がわずかな回転数変化に反応することで無負荷〜軽負荷での安定性を悪化させないためである。
【００１９】
回転数検出部１０６は発電機１の回転数を検出する。制御量演算部１０７は回転数検出部１０６から入力される実回転数と目標回転数記憶部１０４から読み込んだ目標回転数とに基づいて、目標回転数に対する実回転数の偏差をゼロにするための制御量を、既知の適宜の手法（例えば比例、積分、微分演算）によって演算する。スロットル制御部１０８は制御量演算部での演算結果に応じてステッピングモータ７を駆動するためのパルス数を出力する。
【００２０】
制御量反映判定部１０９は、スロットル制御部１０８から出力されるパルス数を直ちにステッピングモータ７の動きに反映させるかどうかを判定する。判定基準は後述する。この判定部１０９から許可が出た場合に、スロットル制御部１０８での算出結果はステッピングモータ７に供給される。ステッピングモータ７はこれに応答して回動し、スロットル開度を変化させる。
【００２１】
このようにして出力されるパルス数は、計算周期毎の負荷の変動を代表している。すなわち、パルス数が多い場合は、各計算周期における負荷の変動大きい場合、換言すれば、負荷が急変した場合である。これに対して、パルス数が小さい場合は、負荷の変動が小さい場合、換言すれば、負荷が安定している場合である。負荷が急変したときには、急変に対応できるように燃料供給量を急いで増やさなければならないし、負荷が安定している場合には、緩やかに燃料供給量を増やしていけばよい。
【００２２】
そこで、本実施形態では、パルス数の計算周期を固定し、前記スロットル制御部１０８から出力されるパルス数をスロットル開度の変更に反映させるか否かを、該パルス数の大小に応じて制御量反映判定部１０９で判定するようにした。
【００２３】
図３は、スロットル制御部１０８から出力されるパルス数と、このパルス数をスロットル開度に反映させる間隔（反映周期）との対応を示す図である。前記制御量演算部１０７でのパルス数の計算周期は１０ｍｓであり、パルス数は１０ｍｓ毎の積算値で決定される。スロットル弁６の回動角は７０°であり、この回動角はステッピングモータ７の１００ステップ（パルス数）に対応する。すなわち、ステッピングモータの分解能は０．７°である。
【００２４】
図３の例では、パルス数の積算値が「７」以上のとき、反映周期は１０ｍｓであり、計算されたパルス数はスロットル開度の変化に直ちに反映される。また、パルス数の積算値が「３，４，５，６」のときは、反映周期は２０ｍｓであり、計算されたパルス数は計算周期の２回毎にスロットル開度の変化に反映される。すなわち、計算結果は、１回間引きされる。さらに、パルス数が「０，１，２」のときは、反映周期は３０ｍｓであり、計算されたパルス数は計算周期の３回毎にスロットル開度の変化に反映される。すなわち、計算結果は、２回間引きされる。この反映周期はスロットル弁６の開閉いずれの方向についても、共通とするのがよい。
【００２５】
上記パルス数と反映周期との対応関係に基づく、ステッピングモータ７へのパルス数の反映例を図４に示す。図４において、１回目（周期１）でパルス数「１」が算出されているが、パルス数「１」の反映周期は３０ｍｓであるので、このパルス数の計算結果はステッピングモータ７の動きに反映されない。２回目（周期２）の計算では、パルス数が「０」であるため、やはり計算結果はステッピングモータ７に反映されない。３回目（周期３）の計算では、パルス数が「１」であり、その直前に計算結果が２回反映されていないので、この計算結果はステッピングモータ７に反映される。４回目（周期４）の計算では、パルス数「２」が算出されたが、直前の計算結果が反映されたばかりであるので、この算出結果は無視される。
【００２６】
続く５回目（周期５）の計算で得られたパルス数「４」の反映周期は２０ｍｓでああり、直前に計算結果が間引かれたので、ここで、算出結果「４」はステッピングモータ７の動きに反映される。６回目（周期６）の計算で得られたパルス数は「７」であり、大きい負荷変動があった場合であるので、直ちに計算結果はステッピングモータ７の動きに反映される。
【００２７】
図５は、制御量演算部１０７の計算結果をステッピングモータ７の動きに反映させるか否かを判定する制御量反映判定部の処理の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１では、制御量演算部１０７から制御量つまりパルス数が出力されたか否かを判断する。パルス数が出力されたと判断されたならば、ステップＳ２に進んで、出力されたパルス数が「７」以上か否かを判定する。出力されたパルス数が「７」以上ならば、負荷の急変が生じたと判断されるので、ステップＳ３に進んでスロットル制御部１０８に対するパルス数の出力許可を発生する。ステップＳ４では、制御量演算部１０７での計算結果をスロットル弁６の開閉動作に反映しなかった回数（周期数）を代表するカウンタ値Ｃをクリヤにする。
【００２８】
出力されたパルス数が「７」以上でないならば、ステップＳ５に進んで、出力されたパルス数が「６〜３」か否かを判定する。出力されたパルス数が「６〜３」ならば、中程度の負荷の変化が生じたと判断され、ステップＳ６に進んでカウンタ値Ｃをインクリメント（＋１）する。ステップＳ７では、カウンタ値Ｃが「２」以上か否かを判断する。カウンタ値Ｃが「２」以上であれば、前回パルス数を出力してから２周期目と判断されるので、ステップＳ３に進んでスロットル制御部１０８に対するパルス数の出力許可を発生する。カウンタ値Ｃが「２」未満であれば、今回の計算周期で算出されたパルス数はスロットル制御に反映されない。
【００２９】
制御量演算部１０７から出力されたパルス数が「７」でも「６〜３」でもない場合は、ステップＳ５が否定となり、ステップＳ８に進んでパルス数が「２」以下か否かを判定する。出力されたパルス数が「２」以下ならば、負荷の変化程度は小さいと判断され、ステップＳ９に進んでカウンタ値Ｃをインクリメントする。ステップＳ１０では、カウンタ値Ｃが「３」以上か否かを判断する。カウンタ値Ｃが「３」以上であれば、前回パルス数を出力してから３周期目と判断されるので、ステップＳ３に進んでスロットル制御部１０８に対するパルス数の出力許可を発生する。カウンタ値Ｃが「３」未満であれば、今回の計算周期で算出されたパルス数はスロットル制御に反映されない。なお、ステップＳ８でパルス数が「２」以下でないと判定されたときは、エラーと判断され、ステップＳ１に戻る。
【００３０】
上述のように、本実施形態では、急な負荷変動が生じたときには、制御量の算出周期毎にその制御量が反映されてスロットル弁６が回動される。一方、中程度の負荷変動や小さい負荷変動に対しては、スロットル弁６の動きに制御量を直ちには反映させないで、次またはその次の計算周期で反映させる。
【００３１】
なお、本実施形態では、キャブレータ方式のエンジンを想定したが、本発明は、燃料噴射式のエンジンに適用することもできる。その場合、燃料供給量の制御量は燃料噴射弁に供給されるデューティに対応する。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１，２の発明によれば、エンジンの目標回転数に対する実回転数の偏差が大きい場合には、燃料供給量調節手段の制御値が大きくなり、各演算周期毎に燃料供給量の調節が行われる。したがって、負荷の急変時にも良好に追従して燃料供給量を調節することができる。一方、負荷の変化が少ないときには、燃料供給量の調節手段は各演算周期毎に付勢されることがないので、安定した運転状態を維持することができる。
【００３３】
また、請求項２の発明によれば、制御値毎の設定間引き回数と間引き回数のカウンタ手段の値とを判別する簡単な制御により、負荷の状態に応じた適当な燃料供給量調節を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る燃料量制御部の構成を示すブロック図である。
【図２】  本発明の一実施形態に係る制御装置を適用したエンジン発電機の構成を示すブロック図である。
【図３】  制御量（パルス数）とパルス数の反映周期との対応を示す図である。
【図４】  パルス数と反映周期との対応関係に基づく、ステッピングモータへのパルス数の反映例を示す図である。
【図５】  制御量反映判定部の処理の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…発電機、  ２…エンジン、  ３…コンバータ（直流電源回路）、  ４…インバータ（スイッチング装置）、  ６…スロットル弁、  ７…ステッピングモータ、  ８…電圧検出部、  ９…サイリスタ駆動回路、  １０…燃料量制御部、  １０７…制御量演算部、  １０８…スロットル制御部、  １０９…制御量反映判定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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