JP2004218467A - エンジン駆動発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷に応じたエンジン回転数を設定する場合に、軽負荷で始動・停止が頻繁である時にバッテリ充電量が不足する不具合を解消する。
【解決手段】回転数制御部２５は負荷に応じて決定される目標値Ｎｅｔｇｔによってスロットル弁ＴＨを調節してエンジン回転数を制御するとともに、無負荷ないし軽負荷時はエンジン回転数をさらに低くするスローダウン機能を有する。バッテリ残量検出部２６でバッテリ残量が少ないと判断されたときには、軽負荷時であっても充電量を確保するためにエンジン回転数の目標値Ｎｅｔｇｔを大きい値に切り替える。バッテリ残量が少ないと判断されたときには、スローダウン制御を禁止して負荷に応じたエンジン回転数とするだけでもよい。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン駆動発電装置に関し、特に、エンジン始動用バッテリの充電電圧を適正にする手段を有するエンジン駆動発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンで駆動される発電装置において、省エネルギや運転音の低減の観点からオートアイドル装置を備えたものが知られる。例えば、実公平２−４０２８６号公報には、運転中に無負荷になったとき、スロットル弁を自動的にアイドル状態に戻すようにしたオートアイドル装置が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
エンジン駆動発電装置は、始動用のバッテリを有しており、このバッテリは該発電装置の出力で充電される。ところが、オートアイドル装置によってエンジン回転数を低下させるようにしたエンジン駆動発電装置が無負荷または軽負荷の短時間作業の繰り返しに使用されると、バッテリが満充電に至らないうちに運転が停止されてしまう。その結果、バッテリは過放電になり、特に冬季には、バッテリの充電不足でエンジンが始動できないことがおこりえる。
【０００４】
無負荷運転でも余裕を持って充電できるように発電機巻線の充電用出力電圧を高く設定することも考えられる。しかし、高負荷運転時に充電用出力電圧が高くなりすぎるという問題が生じる。
【０００５】
本発明の目的は、上記問題点を解消して、軽負荷運転が多い状況においてもバッテリを適正に充電することができるエンジン駆動発電装置を提供することにある。
【０００６】
【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、エンジンで駆動される発電機と、前記エンジンを始動するためのスタータモータと、前記スタータモータに電力を供給するバッテリと、前記発電機で発電された電力によって前記バッテリを充電する充電装置と、負荷に応じてエンジン回転数を制御する回転数制御装置とを有するエンジン駆動発電装置において、前記エンジン回転数制御装置が、前記発電機の負荷が予定値以下であるときに、前記エンジンの回転数を低下させるスローダウン制御手段と、前記バッテリの残量が予定値以下であるときに、前記スローダウン制御装置によるエンジン回転数の低下を禁止するスローダウン禁止手段とを含んでいる点に第１の特徴がある。
【０００７】
また、本発明は、前記エンジン回転数制御手段が、前記スローダウン禁止手段によりエンジン回転数の低下を禁止するとともに、負荷に応じて決定されるエンジン回転数の目標値以上の高い目標値に従ってエンジン回転数を制御するように構成されている点に第２の特徴がある。
【０００８】
第１および第２の特徴によれば、発電機は負荷に応じた回転数で駆動され、その発電機の発電電力によってバッテリが充電される。バッテリの残量が十分であるときには、負荷の大きさにかかわらず、必要最小の回転数でエンジンは運転される。そして、バッテリの残量が不足気味であるときは、スローダウン制御を禁止するだけの簡単な処置によって負荷に応じた電力でバッテリが充電される。
【０００９】
また、第２の特徴によれば、バッテリ残量が少ないときにスローダウン制御を禁止しただけでなく、エンジン回転数は、積極的に高い目標回転数に従って制御される。
【００１０】
また、本発明は、前記発電機から出力される交流を直流に変換する整流回路と、該直流を所定周波数の交流に変換するインバータ回路とを備え、前記バッテリ充電装置が、前記インバータ回路の入力側から入力を得るように構成されている点に第４の特徴がある。
【００１１】
さらに本発明は、前記バッテリ充電装置が、トランスを介して前記インバータ回路の入側に接続されている点に第４の特徴がある。
【００１２】
第３および第４の特徴によれば、バッテリの充電電力がインバータ回路の入力側から得られるので、インバータ回路への負担増加およびインバータ回路での損失が回避される。
【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エンジン駆動発電機の構成を示すブロック図である。発電機１００はエンジンＥで回転駆動される回転子と、固定子（いずれも図示しない）とを有する。固定子には三相出力巻線１が巻装される。エンジンＥにはスロットル弁ＴＨおよびスロットル弁ＴＨの開度を調節するためのステッピングモータＭが設けられる。
【００１４】
図示しない回転子は多極の永久磁石を有していて、回転子がエンジンＥで駆動されると、三相出力巻線１はエンジン回転数に応じた周波数の交流を出力する。三相出力巻線１の出力交流は直流電源回路つまりコンバータ２に入力されて直流に変換される。コンバータ２から出力される直流はスイッチング装置つまりインバータ３に入力され、インバータ３を構成するＦＥＴのブリッジ回路で交流に変換される。インバータ３から出力される交流はローパスフィルタ（Ｌ−Ｃローパス）４に入力される。ローパスフィルタ４は入力交流のうち低周波分（ここでは、商用周波数）を通過させる。
【００１５】
一方、エンジンＥと、コンバータ２、インバータ３、およびローパスフィルタからなるパワー部１０１とを制御する制御部１０２は次のように構成される。制御部１０２は、その全体処理を実行する３２ビット、３２ＭＨｚの中央演算処理装置（ＣＰＵ）５を有する。ＣＰＵ５は水晶発振器１６の出力パルスを動作クロックとして動作する。定電圧供給装置（制御電源）１７は制御部１０２の制御電源であり、三相出力巻線１の出力を、図示しない自励発振型コンバータを介して取り出した出力に基づいて定電圧を出力する。
【００１６】
ＣＰＵ５での演算に必要なデータは、次の各検出部で検出される。エンジンの回転数は三相出力巻線１の出力のうちの１相の出力周波数に基づいて回転数検出部６で検出される。パワー部１０１の状態検出手段としては、コンバータ２の出力電圧すなわちインバータ３の入力電圧を検出する電圧値検出部７、インバータ３の出力電流を検出する電流値検出部８、インバータ３の出力電圧波形を検出する電圧波形検出部９、およびインバータ３の温度を検出する温度検出部１０が設けられる。さらに、インバータ３を過電流から保護するピーク電流制限部１１が設けられる。
【００１７】
コンバータ２のサイリスタ（ＳＣＲ）を制御するＳＣＲドライバ１２、インバータ３のＦＥＴを制御するスイッチング制御回路としてのＦＥＴドライバ１３、ステッピングモータＭを制御するモータドライバ１４、および各種表示等に用いられるＬＥＤを付勢するＬＥＤドライバ１５が設けられる。ＣＰＵ５は、各検出部６，７，８，９，１０等で検出されたデータに基づいて各ドライバ１２、１３，１４，１５に指令信号を出力する。
【００１８】
ＳＣＲドライバ１２には、電圧値検出部７で検出された直流電圧を予定値に制御するように決定されたサイリスタの導通角制御指令が供給され、ＳＣＲドライバ１２はこの指令に応答してコンバータ２に設けられるサイリスタの導通角を制御する。負荷が増大すると直流電圧は低下するので、サイリスタの導通角を大きくすることによって負荷増大時にも直流電圧を予定値に維持できるようにする。サイリスタの導通角は負荷に対する発電機１００の、余力出力を代表しており、この導通角を適正値に維持するようにエンジン回転数を制御すれば、適当な余力を保持した出力が得られる。したがって、発電機１００が適当な余力をもって運転できるように、換言すれば導通角を適正値に維持するようにエンジンＥの目標回転数が決定される。なお、この電子ガバナ動作については、本出願人の先願である特開平１１−３０８８９６号の明細書等に詳細に記載されている。
【００１９】
ＣＰＵ５は、回転数検出部６で検出されたエンジン回転数を前記目標回転数に制御するようモータドライバ１４に指令を出力する。モータドライバ１４はＣＰＵ５から供給される指令に応答して、スロットル開度を設定させるためにステッピングモータＭを駆動する。これによって、負荷が増大したときにはエンジンＥの回転数を増大して、コンバータ２に設けられたサイリスタの導通角を適正値に維持するように制御される。
【００２０】
ＣＰＵ５は、所定周波数（例えば商用周波数）の正弦波基準信号を出力する正弦波出力手段と、正弦波基準信号をパルス幅変調してＰＷＭ信号を出力するパルス幅変調手段とを有する。また、ＣＰＵ５は、電圧波形検出部９で検出された波形信号に基づいて、前記ローパスフィルタ４の出力波形を歪みやオフセット成分がない正弦波に近づけるように決定された前記正弦波基準信号の補正信号算出手段を有する。
【００２１】
ＦＥＴドライバ１３は、ＰＷＭ信号に基づいてインバータ３のＦＥＴをスイッチング動作させるスイッチング制御回路を有し、ＣＰＵ５から供給されるＰＷＭ信号に従って前記ＦＥＴをスイッチング駆動してインバータ３の直流入力を正弦波状の所定周波数の交流として出力する。
【００２２】
また、ＣＰＵ５は、電流値検出部８による検出値に基づき、予定値以上の電流が予定時間継続したときに出力を停止するブレーカ機能を有する。また、温度検出部１０で検出された温度情報はＣＰＵ５に入力され、ＣＰＵ５は、この温度情報がインバータ３のＦＥＴを保護する観点から設定された基準温度以上のときに、発電機１００の出力を停止させる機能を有する。
【００２３】
発電機１００は、エンジンＥを始動するためのスタータモータおよびスタータモータに電力を供給するバッテリを有する。続いて、このバッテリの充電について説明する。図１は、バッテリ充電系統を含む上記エンジン発電装置の要部ブロック図である。エンジンＥには、スタータモータ１８が設けられる。スタータモータ１８は、バッテリ１９からの電流によって付勢される。発電機１００の三相出力巻線から引き出された単相交流はトランス２０および整流器２１を介してバッテリ１９に接続される。電圧検出部２２はバッテリ１９の電圧Ｖｂを検出する。
【００２４】
インバータ３の出力側（詳細には前記ローパスフィルタ４の出力端）には、電気負荷２３が接続される。回転数設定部２４は、電気負荷２３に流れる負荷電流ＩＬに応じたインバータ３の出力電流Ｉｏを得るためのエンジンの目標回転数Ｎｅｔｇｔを決定する。
【００２５】
回転数制御部２５は、回転数検出部６で検出されたエンジンの実回転数Ｎｅと目標回転数Ｎｅｔｇｔとの差に基づいてＰＩＤ制御を行い、実回転数Ｎｅを目標回転数Ｎｅｔｇｔに収斂させる。すなわち、回転数制御部２５は、エンジンの実回転数Ｎｅと目標回転数Ｎｅｔｇｔとの差に応じた制御値をモータドライバ１４に入力し、モータドライバ１４は制御値に従ってステッピングモータＭを駆動してスロットル弁ＴＨの開度を変化させ、エンジンＥに供給する混合気の量を制御する。
【００２６】
こうして、電気負荷２３の大きさに応じた制御値がステッピングモータＭに供給されて燃料供給量が調整される。その結果、負荷に応じたエンジン回転数で発電機１００が駆動される。
【００２７】
さらに、回転数制御部２５は、無負荷ないし軽負荷の場合、エンジンＥへの燃料を一段と低減してエンジン回転数を低下させるスローダウン制御を含んでいる。この制御により、電気負荷２３がゼロもしくは予定値Ｉｃｈｇ以下の軽負荷である場合は、通常負荷つまり予定値Ｉｃｈｇ以上の場合の目標回転数Ｎｅｔｇｔとは別に設定されるスローダウン目標値が回転数制御部２５に供給される。そして、このスローダウン目標値に従って決定された制御値がステッピングモータＭに供給されてエンジン回転数はより低くなるように制御される。つまり、負荷に応じて決定されるエンジン回転数より低いエンジン回転数になるように制御される。
【００２８】
バッテリ残量検出部２６は、電圧検出部２２による検出電圧Ｖｂを基準電圧Ｖｒｅｆと比較する。そして、電圧Ｖｂが基準電圧Ｖｒｅｆより低い場合は、前記負荷電流ＩＬに基づいて算出された目標回転数Ｎｅｔｇｔを基本にして回転数を乗算もしくは加算補正する。この動作によって、回転数制御部２５は回転数設定部２４から入力される補正された高い目標回転数Ｎｅｔｇｔに従って制御値を決定し、ステップングモータＭを制御する。その結果、無負荷もしくは軽負荷のときでも、バッテリ残量が少ない場合はエンジンＥは高回転してバッテリ１９の充電に寄与する。
【００２９】
エンジンＥの回転数を上げることによってバッテリ１９の電圧Ｖｂが基準電圧Ｖｒｅｆに達したときには、目標回転数記憶部２７から回転数制御部２５への目標回転数の入力は停止される。そして、再び負荷電流ＩＬに対応して決定された目標回転数Ｎｅｔｇｔに従ってエンジンＥの回転数が制御される。
【００３０】
上記回転数設定部２４、回転数制御部２５、およびバッテリ残量検出部２６は、前記制御部１０２の機能として含めることができる。
【００３１】
エンジン回転数制御の要部処理を説明する。図３は、目標回転数算出のフローチャートである。ステップＳ１００では、負荷電流Ｉｌを検出する。ステップＳ１１０では、インバータ３の出力電流Ｉｏを検出する。ステップＳ１２０では、負荷電流ＩＬと出力電流Ｉｏとに基づき出力電流Ｉｏが負荷電流と同じになるように目標回転数Ｎｅｔｇｔを決定する。
【００３２】
図４はエンジン制御のフローチャートである。ステップＳ１では、負荷電流ＩＬが充電基準電流Ｉｃｈｇより小さいか否かによって負荷が小さいか否かを判断する。負荷が小さくない通常負荷の場合はステップＳ２に進んで、実回転数Ｎｅと目標回転数Ｎｅｔｇｔとに基づいてエンジン回転数制御のための制御値を算出する。ステップＳ３では、制御値をステッピングモータＭに供給する。
【００３３】
一方、ステップＳ１が否定の場合、つまり軽負荷の場合はステップＳ４に進み、バッテリ電圧Ｖｂが基準値Ｖｒｅｆより低いか否かによって、バッテリ残量が少ないか否かを判断する。バッテリ残量が少ないと判断された場合は、ステップＳ５に進んで、バッテリ基準電圧Ｖｒｅｆとバッテリ電圧Ｖｂとの差に応じて目標回転数Ｎｅｔｇｔの補正値を算出し、目標回転数Ｎｅｔｇｔを大きい値に代えて制御値を算出してステップＳ２に進む。
【００３４】
なお、図４は、ステップＳ４でバッテリ残量が十分である場合にスローダウン制御を行う一方、バッテリ残量が少ない場合にはスローダウン制御を行わないでステップＳ２に進むという処理に変形可能である。すなわち、バッテリ残量が少ない場合はスローダウン制御を禁止して、負荷電流ＩＬに応じた制御値を設定するようにする。こうすることにより、単にバッテリ残量に応じてスローダウン制御を行うか行わないかの選択を行う簡単な処理によって適正なバッテリ充電を行うことができる。
【００３５】
本実施形態では、ガソリンエンジンのスロットル制御による燃料量の制御を想定している。しかし、本発明は、ガスエンジンのミキサへのガス燃料供給制御、ディーゼルエンジンの燃料供給用コントロールラック等、スロットル弁に相当する調整機構に対しても同様に実施でき、同様に効果を得ることが可能であり、本発明の範囲に含まれる。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１〜請求項４の発明によれば、バッテリの残量が十分であるときには、必要最小のエンジン回転数で運転できるので、低燃費かつ低騒音での運転が可能になる。そして、バッテリ残量が少ない場合にのみ、エンジン回転数を低下させないか、積極的に増大させて充電量を確保し、次回の、スタータモータによるエンジン始動に備えることができる。
【００３７】
特に請求項１，２の発明では、スローダウンを禁止する簡単な処置によって充電量の不足が起きないようにすることができる。
【００３８】
また、請求項３，４の発明によれば、バッテリの充電電力をインバータの入力側から得ているので、インバータの負担およびインバータにおける損失を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジン発電装置の要部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エンジン発電機の構成を示すブロック図である。
【図３】エンジン回転数の目標回転数算出のフローチャートである。
【図４】エンジン回転数制御のフローチャートである。
【符号の説明】
１…発電機、３…インバータ回路、１９…バッテリ、２０…トランス、２２…電圧検出部、２３…電気負荷、２５…回転数制御部、２６…バッテリ残量検出部、１００…エンジン発電機、Ｅ…エンジン、

Claims (4)

1. エンジンで駆動される発電機と、前記エンジンを始動するためのスタータモータと、スタータモータに電力を供給するバッテリと、前記発電機で発電された電力によって前記バッテリを充電する充電装置と、負荷に応じてエンジン回転数を制御する回転数制御装置とを有するエンジン駆動発電装置において、
   前記エンジン回転数制御装置が、
   前記発電機の負荷が予定値以下であるときに、前記エンジンの回転数を低下させるスローダウン制御手段と、
   前記バッテリの残量が予定値以下であるときに、前記スローダウン制御装置によるエンジン回転数の低下を禁止するスローダウン禁止手段とを含んでいることを特徴とするエンジン駆動発電装置。
2. 前記エンジン回転数制御手段が、前記スローダウン禁止手段によりエンジン回転数の低下を禁止するとともに、負荷に応じて決定されるエンジン回転数の目標値以上の高い目標値に従ってエンジン回転数を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のエンジン駆動発電装置。
3. 前記発電機から出力される交流を直流に変換する整流回路と、該直流を所定周波数の交流に変換するインバータ回路とを備え、
   前記バッテリ充電装置が、前記インバータ回路の入力側から入力を得るように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載のエンジン駆動発電装置。
4. 前記バッテリ充電装置が、トランスを介して前記インバータ回路の入側に接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエンジン駆動発電装置。

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