JP2589390B2 - デイーゼル車両の空転防止制御装置 - Google Patents

デイーゼル車両の空転防止制御装置

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和彦 永瀬
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    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は液体式変速機を搭載したディーゼル車両の空
転防止制御装置に関するものである。
(従来の技術) 鉄道車両に於ける空転防止のための制御は、電気車両
(電車)では広く行われている。しかし、ディーゼル機
関車やディーゼル動車(以下、これらを「ディーゼル車
両」という)にこの空転制御はあまり導入されていな
い。わずかにディーゼル機関車に空転検知装置や、これ
と連動した自動砂まき装置が搭載されているにすぎな
い。従って、ディーゼル車両には空転制御に関する公知
の技術はほとんどないに等しい状況である。電気車両に
導入されている空転防止のための公知の技術をそのまま
ディーゼル車両に導入するわけにはいかない。なぜな
ら、電気車両に於いて駆動走行するための制御は、電流
や電圧を制御することによって駆動用モータで得られる
動力を調整するのに対し、ディーゼル車両に於いては燃
料噴射量を制御することによって駆動用機関から得られ
る動力を液体式変速機を介して伝達することで行われる
からである。さらに、ディーゼル車両の制御に関する応
答性は駆動用機関に付属する過給機や液体式変速機内の
トルクコンバータなどに起因し、あまり良好とは言えな
い。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は駆動用としてディーゼル機関と液体式変速機
を搭載したディーゼル車両の空転防止制御装置を提供し
ようとするものである。
(課題を解決するための手段) 本発明においては、この課題を解決するため、動軸の
すべり情報と動軸の加減速度から空転発生を検出すると
ともに、空転中における動軸のすべり情報と動軸の加減
速度に基づいて空転を収束させるために必要となる噴射
量修正値を検出する手段と、前記噴射量修正値検出手段
で得られた噴射量修正値に基づいて空転の発散を防止し
収束させるための最適な噴射量指令を検出する手段とを
備えることによって、ディーゼル機関の出力調整を最終
的に実施する燃料制御装置に対する噴射量指令を制御す
ることで駆動力を低減させ空転の防止を実施しようとす
るものである。
(発明の実施例) 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は本発明の一実施例を備える装置の概略構成を
示すものである。第1図において、ディーゼル機関1は
駆動用の動力源として車両に搭載されている。ディーゼ
ル機関1で発生された動力は液体式変速機2に内蔵され
たトルクコンバータおよびギヤトレーン3を介して動力
変換される。更にその動力は推進軸4、減速機5を介し
て伝達され、車輪である動軸6の駆動力となる。
乗務員(運転者)は運転台にある主幹制御器8にある
図示しないノッチ用マスコン(自動車のアクセルに相
当)とブレーキ用マスコン(自動車のブレーキペダルに
相当)と変直ハンドル(自動車のギヤシフトに相当)を
操作することにより運転を行う。ノッチ用マスコンで操
作された情報は電気信号(通常3bitのON・OFF信号)に
置き換えられノッチ指令9として空転防止制御装置10に
入力される。
空転防止制御装置10では、ノッチ指令9と噴射量指令
11の読み換え用マップを備えておりノッチ指令9を噴射
量指令11に変換し、この噴射量指令11をディーゼル機関
1の出力調整を最終的に行う燃料制御装置12へ出力す
る。燃料制御装置12はディーゼル機関1に付属した図示
しない燃料噴射ポンプを動作させるため、アクチュエー
タ動作信号をディーゼル機関1に付属した燃料噴射ポン
プへ出力する。従って、通常(空転が発生しない場合)
運転操作によってノッチ用マスコンから出力されたノッ
チ指令9に相当する噴射量指令11がそのまま燃料制御装
置12へ出力されることにより乗務員の意図したディーゼ
ル機関1の出力制御がなされる。
空転発生の判断および空転の発散抑制など空転防止制
御を行うため、動軸6の速度および動軸6の加減速度を
検出するために動軸6には回転センサ6aが設けられてお
り、動軸の回転情報6bとして空転防止制御装置10に入力
される。なお、回転センサ6aの設置場所は当該箇所に代
え、液体式変速機2の出力軸端にすることとしてもよ
い。ディーゼル機関1からの動力が伝達されない車輪で
ある従軸7には、従軸7の速度を検出するための回転セ
ンサ7aが設けられており、従軸の回転情報7bとして空転
防止制御装置10に入力される。また、液体式変速機2に
は変速機の入力軸回転数N1(ディーゼル機関の回転数と
等価)を検出するための回転センサ2aが設けられてお
り、液体式変速機2の入力軸回転情報2bとして空転防止
制御装置10に入力される。なお、回転センサ2aの設置場
所は当該箇所に代え、ディーゼル機関1の回転を検出で
きる箇所にすることとしてもよい。液体式変速機2には
変速段、直結段(直結1段、直結2段)など変速機の速
段を検出するための油圧センサまたは位置センサ2a′が
設けられており、液体式変速機2の速段情報2b′として
空転防止制御装置10に入力される。
空転防止制御装置10には予めに動軸6と従動7のそれ
ぞれの車輪直径寸法DD、DTを設定できるようにしてい
る。(ディーゼル車両を含め在来鉄道車両における車輪
径は、新製時860mmであり774mmまで使用されるため、動
軸および従軸の速度を正確に演算するためには車輪直径
寸法が重要となる)空転防止制御装置10では上記動軸6
の車輪直径寸法DDと入力された動軸の回転情報6bから公
知の方法により動軸6の速度VDと動軸6の加減速度αと
をそれぞれ演算する。また、動軸6の回転情報6bと変速
機の速段検出用の位置センサ2a′から検出された速段情
報2b′と予め設定しておいた変速機の各速段に応じたギ
ヤ比の値HGとから液体式変速機2の出力軸回転数N2を演
算する。
また、前記の従軸7の車輪径直径寸法DTと入力された
従軸の回転情報7bから公知の方法により従軸7の速度VT
を演算する。さらに、液体式変速機の入力軸回転情報2b
から公知の方法により液体式変速機2の入力軸回転数N1
を算出する。上記液体式変速機2の入力軸回転数N1と出
力軸回転数N2から液体式変速機2に内蔵されたトルクコ
ンバータ3の速度比Eを演算する。
前記のように構成した空転防止制御装置10で実行され
る空転制御のフローチャートを第2図に示し説明する。
第2図において、STEP1でスタートする。SETP2で予め設
定された動軸の車輪直径寸法DD、従軸の車輪直径寸法D
T、液体式変速機内の各ギヤ比の値HGの読み込みと液体
式変速機の速段情報を検出しSETP3に進む。STEP3で回転
センサ6aから得られた動軸の回転情報6bとSTEP1で読み
込んだ動軸の車輪直径寸法DDとの値から動軸の速度VDを
算出する。次ぎに動軸の速度VDを時間で微分することに
より動軸の加減速度αを算出する。また、動軸の回転情
報6bと液体式変速機内の各ギヤ比の値HGとから液体式変
速機の出力軸回転数N2を算出する。同様に従軸の回転情
報7bと従軸の車輪直径寸法DTとの値から従軸の速度VTを
算出し、液体式変速機3の入力軸回転情報2bからは変速
機入力軸回転数N1を算出する。STEP4では動軸の速度VD
と従軸の速度VTから動軸のすべり情報である速度差ΔV
(ΔV=VD-VT)および、すべり率S(S=(VD-VT)/V
T)を算出する。また、液体式変速機の入力軸回転数N1
と出力軸回転数N2から液体式変速機に内蔵されたトルク
コンバータ3の速度比E(E=N2/N1)を算出する。STE
P5で速度差ΔV、すべり率S、動軸の加減速度αと、予
め設定しておいた空転発生検知用の各しきい値ΔVK1、S
K1、αK1とを比較し、しきい値を越える場合は空転発生
と判断しSTEP6へ進む。なお、上記の回転数、速度、加
減速度、速度比の算出は公知の方法である。STEP6へは
空転の発散を防止し空転を収束させるために必要となる
噴射量修正量Δqを算出する。
その噴射量修正値Δqの算出方法について第3図で説
明する。第3図に示すように、速度差ΔVを変数とし、
動軸の加減速度αを可変変数としたマップから噴射量修
正値Δqを求めようとするものであり具体的に説明をす
ると、例えば空転が発生して速度差ΔVがV1であったと
する。この時、動軸の加減速度αがα3と非常に大きい
値の場合は空転が発散傾向であることから大きな値q2を
噴射量修正値Δqとして選択する。一方、動軸の加減速
度αがα1と比較的小さい値の場合は空転が収束傾向で
あることから小さな値q1を噴射量修正値Δqとして選択
する。つまり、速度差ΔVからは空転の大きさを判断
し、動軸の加減速度αからは空転が発散傾向にあるの
か、収束傾向にあるのかと云った空転の発散・収束状況
を把握することによって空転の状況を正確に判断し、そ
の速度差ΔVと動軸の加減速度αに基づいて空転を収束
させるために最適な噴射量修正値Δqを求めようとする
ものである。
次ぎに、速度差ΔVと動軸の加減速度αと速段情報と
に応じた噴射量修正値Δqを、または、速度差ΔVと動
軸の加減速度αと速度比とに応じた噴射量修正値Δqを
選択する実施例を第4図に示す。前述の実施例(第3
図)では、空転収束のための噴射量修正値Δqの算出に
ついて、速度差ΔVおよび動軸の加減速度αをパラメー
タとしたマップにより求めているが、このような方法で
は必ずしも適正な空転制御を実施し得ない場合がある。
と云うのは、空転を防止させるための適正な噴射量修正
値Δqは、動軸に伝達されている駆動力および空転中の
動軸の車輪とレール間との接線力係数(すべり摩擦係
数)により多様に変化するからである。このためには、
液体式変速機の速段情報や液体式変速機に内蔵されたト
ルクコンバータの速度比Eに基づいたマップP1〜PNを設
け、その速段情報や速度比に応じたマップをP1〜PNの中
から選択することでより適切な噴射量修正値Δqを算出
することが可能となる。なお、噴射量修正値Δqの算出
手段として基本パラメータを速度差ΔVと動軸の加減速
度αとしているが、その他のパラメータである速段情報
と速度比については、ディーゼル車両の機能や構成など
に応じ双方を用いても良く、いずれか一つの情報で適切
な空転制御が実施可能な場合には該当する一情報のみを
用いれば良い。
また、第3図および第4図の実施例において、動軸の
すべり状態を検出する手段として速度差ΔVを変数とし
ているが、この速度差Δに代えてすべり率Sを変数とし
た場合を第5図に示す。この変数を速度差Δにするか、
すべり率Sにするかは、ディーゼル車両の空転発生速度
域などを考慮して選択させるようにする。以上の内容が
本発明の特徴である「噴射量修正値を検出する手段」で
ある。
再び第2図に戻って、続くSTEP7では、まず乗務員の
運転操作により主幹制御器のノッチ用マスコンから出力
されたノッチ指令CN(第1図においてノッチ指令9に相
当)を噴射量指令CM(第1図において噴射量指令11に相
当)に読み換える。次ぎに、この噴射量指令CMからSTEP
6で求めた噴射量修正値Δqを減算した値を最終的な噴
射量指令CMとして燃料制御装置へ出力する。
乗務員は特定の運行区間(走行区間)を特定のディー
ゼル車両を使用して運転していることから、その運転技
量は優れていると言える。また、走行中に空転が発生し
た場合でも車輪とレール間の粘着状態(雨天、落ち葉な
どにより粘着が低い状態であるなど)について、目視や
経験からある程度の状況判断をして主幹制御器のノッチ
用マスコンを操作している。従って、乗務員の運転操作
により得られたノッチ指令CNは車輪とレール間の粘着状
態を反映したものと言える。このような理由からノッチ
指令CMに相当する噴射量指令CMから噴射量修正値Δqを
減算した値を最終的な噴射量指令CMとしてしている。こ
の内容が本発明の特徴である「噴射量修正情報に応じ駆
動機関へ出力される噴射量修正値を修正する手段」であ
る。
STEP8で空転が収束したかどうかを判定するため、STE
P5と同様に速度差Δ、すべり率S、動軸の加減速度αに
ついて、予め設定しておいた空転収束検知用の各しきい
値ΔVK2、SK2、αK2と比較し、しきい値を越える場合は
空転継続中と判断しSTEP9に進む。STEP9では空転中の速
度差ΔV、動軸の加減速度α、すべり率S、速度比Eを
算出し、STEP6に戻る。STEP6では先に算出された噴射量
修正値Δqに代え、STEP9で算出した速度差ΔV、すべ
り率S、動軸の加減速度α、速度比EとSTEP2で検出し
た液体式変速機の速段情報とを基に空転状態の変化を把
握し、その空転の変化に応じた噴射量修正値Δqを新た
に算出し、以降同様にSTEP7、STEP8へ進む。一方、STEP
5において速度差ΔV、すべり率S、動軸の加減速度α
について、予め設定しておいた空転発生検知用の各しき
い値ΔVK2、SK2、αK2とを比較し、しきい値を越えない
場合は空転が発生していないものと判断してSTEP10に進
む。STEP8からSTEP10に進んだ場合、STEP10ではSTEP8で
算出した噴射量指令CMに代えて、主幹制御器のノッチ用
マスコンから出力されたノッチ指令CNをそのまま噴射量
指令CMと置き換えた値を噴射量指令CMとしてディーゼル
機関の出力調整を行う燃料制御装置に出力し空転制御を
終了する。一方、STEP5からSTEP10に進んだ場合、STEP1
0では主幹制御器のノッチ用マスコンから出力されたノ
ッチ指令CNをそのまま噴射量指令CMと置き換え、この噴
射量指令CMを燃料制御装置に出力することによって空転
処理を実行しないで制御を終了する。
(発明の効果) 以上述べたように本発明によれば、空転防止制御装置
はすべり速度情報(速度差、すべり率)から空転の大き
さを、動軸の加減速度情報から空転の発散・収束など空
転の状況とを正確に判断し、その空転の状況に応じて空
転を収束させるため最適な噴射量修正値を算出すること
ができる。運転士のノッチ用マスコン操作により出力さ
れたノッチ指令相当の噴射量指令から前記の噴射量修正
値を減算した値を噴射量指令として燃料制御装置に出力
させディーゼル機関出力を低減させることによって、空
転を抑制し収束させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を備える装置の概略構成図、
第2図は第1図の空転制御装置で行われる空転制御プロ
グラムのフローチャート、第3図、第4図、第5図は第
2図のSTEP6で行われる噴射量修正値の算出内容を示す
マップである。 1……ディーゼル機関、2……液体式変速機、2a……回
転センサ、2b……入力軸回転情報、2a′……油圧センサ
または位置センサ、2b′……速段情報、3……トルクコ
ンバータおよびギヤトレーン、4……推進軸、5……減
速機、6……動軸、6a……回転センサ、6b……動軸の回
転情報、7……従軸、7a……回転センサ、7b……動軸の
回転情報、8……主幹制御器、9……ノッチ指令、10…
…空転防止制御装置、11……噴射量指令、12……燃料制
御装置、13……アクチュエータ動作信号。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】従軸の速度を検出する手段と、 動軸の速度を検出する手段と、 従軸の速度を検出する手段と動軸の速度を検出する手段
    とから動軸のすべり情報(速度差、すべり率)を検出す
    る手段と、 動軸の加減速度を検出する手段と、 動軸のすべり情報および動軸の加減速度とに応じた噴射
    量修正値を検出する手段と、 噴射量修正値を検出する手段から出力される噴射量修正
    値に基づいて駆動用機関へ出力する噴射量指令を修正す
    る手段とを有することを特徴とする ディーゼル車両の空転防止制御装置。
  2. 【請求項2】従軸の速度を検出する手段と、 動軸の速度を検出する手段と、 従軸の速度を検出する手段と動軸の速度を検出する手段
    とから動軸のすべり情報を検出する手段と、 動軸の加減速度を検出する手段と、 液体式変速機の速段情報を検出する手段と、 動軸のすべり情報と動軸の加減速度と液体式変速機の速
    段情報とに応じた噴射量修正値を検出する手段と、 噴射量修正値を検出する手段から出力される噴射量修正
    値に基づいて駆動用機関へ出力する噴射量指令を修正す
    る手段とを有することを特徴とする ディーゼル車両の空転防止制御装置。
  3. 【請求項3】従軸の速度を検出する手段と、 動軸の速度を検出する手段と、 従軸の速度を検出する手段と動軸の速度を検出する手段
    とから動軸のすべり情報を検出する手段と、 動軸の加減速度を検出する手段と、 液体式変速機の速度比を検出する手段と、 動軸のすべり情報と動軸の加減速度と液体式変速機の速
    度比とに応じた噴射量修正値を検出する手段と、 噴射量修正値を検出する手段から出力される噴射量修正
    値に基づいて駆動用機関へ出力する噴射量指令を修正す
    る手段とを有することを特徴とする ディーゼル車両の空転防止制御装置。
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