JP3760666B2

JP3760666B2 - 内燃機関駆動発電装置

Info

Publication number: JP3760666B2
Application number: JP09983299A
Authority: JP
Inventors: 秀利鈴木; 慎庄司; 修福本; 徹野津; 博諭田中
Original assignee: Kokusan Denki Co Ltd
Current assignee: Kokusan Denki Co Ltd
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2019-04-07
Also published as: US6429539B1; JP2000295897A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関により駆動される交流発電機の出力でバッテリを充電する内燃機関駆動発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関により駆動される交流発電機の出力でバッテリを充電するようにした内燃機関駆動発電装置は、バッテリの端子電圧と目標端子電圧との偏差を零にするかまたは許容範囲以下に抑えるように内燃機関の回転数を制御する回転数制御部を備えていて、バッテリの端子電圧をほぼ目標端子電圧に保つように制御する。
【０００３】
この種の内燃機関駆動発電装置において、機関により消費される燃料を節約するためには、バッテリを充電することが必要になった時に機関を起動し、バッテリの充電が完了したときに機関を停止させる起動・停止制御を行わせることが好ましい。
【０００４】
このような起動・停止制御を行うために、バッテリの端子電圧を検出して、検出されたバッテリの端子電圧がバッテリの充電を開始する必要があることを示す第１の設定値まで低下した時に内燃機関を起動させ、検出された端子電圧がバッテリの充電が完了したことを示す第２の設定値（＞第１の設定値）まで上昇した時に機関を停止させるようにすることが考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バッテリの端子電圧を目標端子電圧に保つように内燃機関の回転数を制御する回転数制御部が設けられている場合に、上記起動・停止制御におけるバッテリ端子電圧の第２の設定値をバッテリの目標端子電圧以上の値に設定した場合には、内燃機関を停止させることきができなくなってバッテリが過充電状態になるおそれがある。
【０００６】
また、起動・停止制御におけるバッテリ端子電圧の第２の設定値をバッテリの目標端子電圧未満の値に設定した場合には、バッテリの充電が完了する前に機関が停止することになるため、バッテリの充電が不足するおそれがある。
【０００７】
上記の問題を解決するため、発電機の出力電流を検出して、バッテリの充電が完了して該出力電流が規定値以下になったときに機関を停止させるようにすることが考えられるが、電流を検出するためには電流検出用抵抗または変流器を必要とするため、電圧を検出する場合と比較すると価格が高くなるのを避けられない。
【０００８】
本発明の目的は、発電機の出力電流を検出することなく、かつバッテリの充電不足や過充電状態を生じさせることなく、機関の起動・停止制御を行わせて、燃料消費量の節約を図ることができるようにした内燃機関駆動発電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】
本発明は、内燃機関と、該内燃機関により駆動される交流発電機と、交流発電機の整流出力により充電されるバッテリと、該バッテリの端子電圧と目標端子電圧との偏差を零にするかまたは許容範囲以下に抑えるように内燃機関の回転数を制御する回転数制御部とを備えた内燃機関駆動発電装置に係わるものである。
【００１０】
本発明においては、バッテリの端子電圧が設定された始動電圧まで低下した時に内燃機関の始動動作を行わせる機関始動制御部と、内燃機関の回転数が設定された停止回転数まで低下した時に内燃機関を停止させる動作を行わせる機関停止制御部とが更に設けられる。
【００１１】
上記のように、バッテリの端子電圧が設定された始動電圧（機関を始動してバッテリの充電を開始する必要がある電圧）まで低下した時に内燃機関の始動動作を行わせる機関始動制御部を設けるとともに、内燃機関の回転数が設定された停止回転数（バッテリの充電が完了しているために機関を停止させてもよい回転数）まで低下した時に内燃機関を停止させる動作を行わせる機関停止制御部を設けると、バッテリの端子電圧が該バッテリの充電を開始する必要がある電圧まで低下した時に機関を始動させてバッテリの充電を行うことができる。またバッテリの充電が完了して機関の回転数が停止回転数まで低下した時に機関を停止させることができる。
【００１２】
このように、本発明によれば、バッテリの端子電圧が所定の始動電圧まで低下したときに機関を始動させ、機関の回転数が停止回転数まで低下した時に機関を停止させるようにしたので、変流器などの高価な電流検出手段を用いて発電機の出力電流を検出することなく、機関の起動・停止制御を行わせて、燃料消費量の節約を図ることができる。
【００１３】
本発明においては、機関の回転数を検出して検出した回転数が設定された停止回転数まで低下した時に機関を停止させるが、バッテリの端子電圧と目標端子電圧との偏差を零にするかまたは許容範囲以下に抑えるように内燃機関の回転数が制御される場合には、バッテリの充電の進行に伴って機関の回転数が低下していくので、停止回転数を適正な値に設定しておくことにより、機関の起動・停止制御を行ったことによりバッテリが充電不足の状態になるのを防ぐことができる。本発明において、停止回転数は、バッテリに接続される負荷の大小に応じて調整し得るようにしておくのが好ましい。即ち、バッテリの負荷が小さく、バッテリが充電不足の状態になり難いときには、停止回転数を高く設定し、バッテリの負荷が大きく、充電不足の状態になり易いときには停止回転数を低く設定することにより、機関の無用な運転が行われるのを防いで、燃費の節約と、騒音の低減とを図ることができる。
【００１４】
上記機関始動制御部は、バッテリの端子電圧を検出する電圧検出手段と、内燃機関の始動動作を開始する際のバッテリの端子電圧である始動電圧を与える始動電圧設定手段と、電圧検出手段により検出されたバッテリの端子電圧が始動電圧設定手段により与えられる始動電圧まで低下した時に始動指令を発生する始動指令発生手段と、始動指令が発生した時に内燃機関の始動動作を行う始動手段とを備えた構成とすることができる。
【００１５】
また上記機関停止制御部は、内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、内燃機関を停止させる際の回転数である停止回転数を与える停止回転数設定手段と、回転数検出手段により検出された回転数が停止回転数設定手段により与えられる停止回転数まで低下した時に停止指令を発生する停止指令発生手段と、停止指令発生手段が停止指令を発生した時に内燃機関を停止させるための動作を行う停止手段とを備えた構成とすることができる。
【００１６】
また上記回転数制御部は、与えられた駆動電流に応じて内燃機関の燃料供給量調節部を操作するアクチュエータと、内燃機関の回転数を検出して検出した回転数に比例する大きさの回転数検出信号を発生する回転数検出手段と、バッテリの端子電圧を検出する電圧検出手段と、バッテリの目標端子電圧を与える電圧設定手段と、電圧検出手段により検出されたバッテリの端子電圧と電圧設定手段により与えられる目標端子電圧との偏差を零にするかまたは許容範囲以下に抑えるために必要な内燃機関の回転数を電圧制御用目標回転数として演算する目標回転数演算手段と、回転数検出信号により与えられる内燃機関の回転数と電圧制御用目標回転数との差を回転数偏差として演算する回転数偏差演算手段と、回転数偏差を零にするかまたは許容範囲以下に抑えるために必要な燃料供給量調節部の操作量を演算する操作量演算手段と、操作量演算手段により演算された操作量だけ燃料供給量調節部を操作するようにアクチュエータに駆動電流を与える駆動回路とを備えた構成とすることができる。この場合、目標回転数演算手段は、目標回転数を内燃機関の回転数の許容範囲の上限値以下に制限するように構成される。
【００１７】
上記のように回転数制御部を構成すると、発電機の負荷が増大したときに、機関の回転数が許容範囲を超えて上昇するのを防ぐことができるため、発電機の負荷の増大により機関の回転数が過度に上昇して機関の寿命が短くなったり、機関が故障したりするのを防ぐことができる。
【００１８】
また上記始動指令発生手段は、電圧検出手段により検出された端子電圧と始動電圧設定信号により与えられる始動電圧とを比較して、検出された端子電圧が始動電圧以下になった時に始動指令発生用タイマ駆動指令を発生する始動指令発生用比較器と、始動指令発生用比較器がタイマ駆動指令を発生しているときに設定された時間の間時限動作を行って該時限動作が完了したときに始動指令を発生する始動指令発生用タイマ回路とを備えていることが好ましい。
【００１９】
このように始動指令発生手段を構成すると、バッテリの端子電圧が始動電圧以下になっている状態がある時間継続したときにのみ機関の始動が行われるので、バッテリの端子電圧が瞬時的な外乱により始動電圧以下になったときに、機関が始動して、その後すぐに停止するといった不安定な制御動作が行われるのを防ぐことができる。
【００２０】
上記のように始動指令発生手段を構成する場合、機関始動制御部は、回転数検出手段により検出された回転数から前記内燃機関の始動が完了したか否かを判定して始動が完了したと判定した時に前記始動指令発生用タイマ回路をリセットする始動判定器を更に備えていることが好ましい。
【００２１】
このように始動判定器を設けておくと、内燃機関の始動装置側に始動の完了を検出してスタータモータへの通電を停止させる手段が設けられていない場合にも、本発明を適用することができる。
【００２２】
また上記停止指令発生手段は、回転数検出手段により検出された回転数と停止回転数設定手段により与えられる停止回転数とを比較して検出された回転数が停止回転数以下になった時に停止指令発生用タイマ駆動指令を発生する停止指令発生用比較器と、該停止指令発生用比較器が停止指令発生用タイマ駆動信号を発生しているときに、設定された時間の間時限動作を行って該時限動作が完了したときに停止指令を発生する停止指令発生用タイマ回路とを備えた構成とするのが好ましい。
【００２３】
このように構成すると、瞬時的な外乱により機関の回転数が停止回転数以下に低下した時に機関が停止して、その後すぐに機関が始動するといった不安定な動作が行われるのを防ぐことができる。
【００２４】
上記機関停止制御部は、回転数検出手段により検出された回転数から内燃機関が停止したか否かを判定して内燃機関が停止したと判定した時に機関停止用タイマ回路をリセットする停止判定器を更に備えていることが好ましい。
【００２５】
このように停止判定器を設けておくと、機関が停止したことが確認されるまで停止手段を動作させ続けることができるため、機関を確実に停止させることができる。
【００２６】
なお交流発電機の出力により駆動される点火装置を用いる内燃機関を停止させる停止手段として、押ボタンスイッチ等により停止指令が与えられたときに、交流発電機が出力を発生している間導通状態を保持する自己保持スイッチを用いて、該自己保持スイッチにより発電機の出力（点火電源）、または点火装置の構成要素の一部を短絡することにより点火動作を停止させて機関を停止させるようにしたものが知られているが、このような自己保持形の停止手段を用いる場合には、上記のような停止判定器は不要である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下図１ないし図３を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２８】
図１は本発明に係わる内燃機関駆動発電装置の全体的な構成を示したブロック図である。図１において、１は内燃機関で、該内燃機関の出力軸の一端には磁石式発電機等の交流発電機２が取り付けられている。内燃機関１はガソリン機関であってもよく、ディーゼル機関であってもよい。交流発電機２は、機関の出力軸に取り付けられたフライホイール磁石回転子と、機関のケースやカバーに固定された固定子とからなっていて、固定子に設けられた発電コイルから交流電圧を発生する。交流発電機２の発電コイルの出力は整流器３を通してバッテリ４に供給されている。バッテリ４には電気負荷１００が接続されている。
【００２９】
５は内燃機関１への燃料の供給量を調節する燃料供給量調節部を操作するアクチュエータである。アクチュエータ５は電動機や電磁石を駆動源としてスロットルバルブなどの燃料供給量調節部を操作するように構成されていて、駆動回路６から与えられる駆動電流の大きさに応じた操作量だけ燃料供給量調節部を操作する。
【００３０】
また７は内燃機関１の出力軸の回転数［ｒｐｍ］を検出して回転数に比例した信号（電圧信号）ＶN を発生する回転数検出器で、信号ＶN は微分器８に入力され、微分器８の出力Ｖd と回転数検出器７の出力信号ＶN とが加算器９に入力されている。加算器９は、機関の回転数に比例する信号ＶN と、該信号ＶN を時間微分して得た信号Ｖd ＝Ｋd （ｄＶN ／ｄｔ）（Ｋd は微分制御定数）との和の信号ＶN ＋Ｖd を回転数検出信号として出力する。この例では、回転数検出器７と、微分器８と、加算器９とにより回転数検出手段１０が構成されている。この回転数検出器７は、上記信号ＶN ＋Ｖd を回転数検出信号として出力する端子とは別の出力端子を備えていて、該別の出力端子から回転数検出器７の出力信号ＶN を回転数検出信号として出力するようになっている。
【００３１】
回転数検出器７は、機関の回転数に比例した大きさの電圧信号を発生するものであれば如何なるものでもよいが、この回転数検出器としては、機関の出力軸に取り付けた周波数発電機（機関の回転数に比例した大きさの電圧を発生する発電機）や、内燃機関用点火装置２が点火動作を行う毎に該点火装置の点火コイルの一次コイルに誘起するパルス状の電圧の周波数を電圧信号に変換して機関の回転数に比例した電圧信号を発生する周波数／電圧変換器などを用いることができる。また内燃機関用点火装置の点火位置を制御するために、機関の特定の回転角度位置でパルス信号を発生する信号発電機が機関に取り付けられている場合には、該信号発電機と、該信号発電機が出力するパルス信号の周波数を電圧信号に変換する周波数／電圧変換器とにより回転数検出器７を構成することができる。また交流発電機２内の発電コイルに誘起する電圧を機関の回転数に比例した信号として用いることもできる。
【００３２】
回転数検出手段１０が発生する回転数検出信号ＶN ＋Ｖd は、内燃機関の目標回転数を与える目標回転数信号ＶN0とともに回転数偏差演算手段１１に入力されている。回転数偏差演算手段１１は、回転数検出信号ＶN ＋Ｖd と目標回転数信号ＶNOとの差を演算して、機関の回転数と目標回転数との偏差（回転数偏差）を与える回転数偏差信号ＶNd（＝ＶN ＋Ｖd −ＶN0）を出力する。回転数偏差信号ＶNdは、該信号ＶNdに比例定数Ｋp を乗じる演算を行う比例演算器１２ａと、回転数偏差信号を時間積分する積分器１２ｂとに入力され、比例演算器１２ａから出力される比例制御信号ＶNP（＝Ｋp ×ＶNd）と積分器１２ｂから出力される積分制御信号ＶNI［＝ＫI ∫ＶNd・ｄｔ（ＫI は積分制御定数）］とが操作量演算器１２ｃに入力されている。
【００３３】
比例演算器１２ａと積分器１２ｂと操作量演算器１２ｃとにより、回転数偏差演算手段１１により演算された回転数偏差を零にするかまたは許容範囲以下に抑えるために必要な燃料供給量調節部の操作量を演算して、演算した操作量を与える操作量信号を駆動回路６に与える操作量演算手段１２が構成されている。駆動回路６は操作量演算手段１２により演算された操作量だけ機関の燃料供給量調節部を操作するようにアクチュエータ５に駆動電流を与える。
【００３４】
１３は交流発電機２の出力電圧を検出して該出力電圧に比例した大きさの電圧検出信号ＶL を出力する電圧検出手段で、この電圧検出手段１３は例えば、機関の出力電圧を分圧する抵抗分圧回路により構成することができる。
【００３５】
１４は発電機２の目標出力電圧を与える電圧設定信号Ｖ0 を出力する電圧設定手段で、この電圧設定手段は、例えば一定の直流電圧が印加されたポテンショメータなどにより構成される。電圧設定手段１４が出力する電圧設定信号Ｖ0 は電圧検出信号ＶL とともに電圧偏差演算手段１５に与えられている。電圧偏差演算手段１５は、電圧設定信号Ｖ0 と電圧検出信号ＶL との差をとることにより、発電機２の出力電圧と目標出力電圧との偏差を演算して、該偏差を与える電圧偏差信号ＶLd（＝ＶO −ＶL ）を出力する。
【００３６】
１６は電圧検出手段１３により検出された発電機の出力電圧と電圧設定手段１４により設定された目標出力電圧との偏差を零にするかまたは許容範囲以下に抑えるために必要な内燃機関１の回転数を電圧制御用目標回転数として演算する目標回転数演算手段で、この演算手段は、電圧偏差信号ＶLdに比例演算を施して比例制御信号ＶLpを出力する比例演算器１６a と、電圧偏差信号ＶLdに積分演算を施して積分制御信号ＶLiを出力する積分器１６b と、比例制御信号ＶLp及び積分制御信号ＶLiから電圧制御用目標回転数を演算して、該目標回転数を与える電圧制御用目標回転数信号ＶNOを出力する目標回転数演算器１６c とからなっている。比例演算器１６ａは、電圧偏差信号ＶLdに比例定数Ｋp ´を乗じる演算を行って、比例制御信号ＶLp＝ＶLd×Ｋp ´を出力し、積分器１６b は、電圧偏差信号を時間積分して積分制御信号ＶLi＝ＫI ´∫ＶLd・ｄｔ（ＫI ´は積分制御定数）を出力する。目標回転数演算器１６c が出力する目標回転数信号ＶNOは、回転数偏差演算手段１１に入力されている。
【００３７】
電圧検出手段１３が出力する電圧検出信号ＶL は、始動電圧設定器１０１が出力する始動電圧設定信号ＶSTART とともに始動指令発生用比較器１０２に入力され、該比較器１０２の出力は始動指令発生用タイマ回路１０３にトリガ信号として入力されている。始動電圧設定信号ＶSTART は、内燃機関の始動動作を開始する際のバッテリの端子電圧を始動電圧として設定するための信号である。
【００３８】
始動指令発生用比較器１０２は、電圧検出手段１３により検出された端子電圧と始動電圧設定信号ＶSTART により与えられる始動電圧とを比較して、検出されたバッテリの端子電圧が始動電圧以下になった時に出力の状態を変化させて始動指令発生用タイマ駆動信号ＳＴを発生する。この駆動信号ＳＴは始動指令発生用タイマ回路１０３に与えられる。
【００３９】
また回転数検出器７の出力信号を入力として、検出された回転数と判定値とを比較することにより、機関の始動が完了したか否かを判定する始動判定器１１０が設けられている。この始動判定器１１０の出力はリセット信号ＲＳＴとして始動指令発生用タイマ回路１０３のリセット端子に与えられているる。
【００４０】
始動指令発生用タイマ回路１０３は、バッテリ４の端子電圧が始動電圧以下になって始動指令発生用比較器１０２が始動指令用タイマ駆動信号ＳＴを発生したときに時限動作を開始して予め定められた時限の間時限動作を行い、該時限動作が完了したときに始動指令ＳＴ´を始動手段１０４に与える。タイマ回路１０３が時限動作を行っている途中でタイマ駆動信号ＳＴが消滅したとき及び始動判定器１１０がリセット信号ＲＳＴ´を発生したときには、タイマ回路１０３がリセットされて時限動作を開始する前の状態に戻り、始動指令ＳＴ´の出力を停止する。
【００４１】
始動手段１０４は、始動指令ＳＴ´が与えられている間駆動されるスタータモータと、該スータモータにより駆動されるピニオンギアと、機関のクランク軸に取り付けられたフライホイールの外周に設けられたリングギアとを備えたもので、始動指令が与えられている間スタータモータを回転させて該モータにより駆動されるピニオンギアをリングギアに噛み合わせることにより、クランク軸を駆動して機関を始動させる。
【００４２】
また回転数検出器７が出力する回転数検出信号ＶN は、停止指令発生用比較器１０６と、停止判定器１０９と始動判定器１１０とにも入力されている。停止指令発生用比較器１０６には回転数検出信号ＶN とともに、停止回転数設定器１０５が発生する停止回転数設定信号ＶSTOPが入力されている。
【００４３】
停止指令発生用比較器１０６は、回転数検出器７から与えられる回転数検出信号ＶN と停止回転数設定器１０５から与えられる停止回転数設定信号ＶSTOPとを比較することにより、検出された機関の回転数と設定された停止回転数とを比較して、検出された回転数が停止回転数以下になった時に停止指令発生用タイマ駆動信号ＳＴＰを出力する。このタイマ駆動信号ＳＴＰは、停止指令発生用タイマ回路１０７に入力されている。
【００４４】
停止判定器１０９は機関の回転数が判定値以下に低下した時に機関が停止したと判定してリセット信号ＲＳＴ´を発生し、該リセット信号ＲＳＴ´をタイマ回路１０７に与える。
【００４５】
停止指令発生用タイマ回路１０７は、タイマ駆動信号ＳＴＰが与えられたときに時限動作を開始して、設定された長さの間時限動作を行い、その時限動作が完了した時に停止手段１０８に停止指令ＳＴＰ´を与えるが、途中でタイマ駆動信号ＳＴＰが消滅した時及びリセット信号ＲＳＴ´が与えられた時には時限動作を停止して時限動作を開始する前の状態に戻り、停止指令ＳＴＰ´の発生を停止する。
【００４６】
停止手段１０８は、停止指令に応答して何等かの方法で内燃機関を停止させるものであればよい。例えば、停止指令が与えられたときに内燃機関用点火装置の構成要素の一部を短絡するか切り離すことにより点火動作を停止させて機関を停止させる停止スイッチや、停止指令に応答してオン状態になって内燃機関用点火装置に電源電圧を与える発電コイルを短絡するか、該発電コイルを点火装置から切り離すことにより点火動作を停止させて機関を停止させる停止スイッチを停止手段１０８として用いることができる。また停止指令が与えられたときに機関への燃料の供給を遮断する電磁バルブを停止手段として用いることもできる。
【００４７】
内燃機関１がディーゼル機関である場合には、内燃機関への燃料供給量を調節するコントロールラックを燃料供給停止方向に動かすようにアクチュエータへの駆動電流の供給を制御する手段を停止手段１０８としてもよい。
【００４８】
図１の内燃機関駆動発電装置においては、比較器１０２と始動指令発生用タイマ回路１０３とにより始動指令発生手段が構成され、比較器１０６と停止指令発生用タイマ回路１０７とにより停止指令発生手段が構成されている。
【００４９】
また図１の発電装置においては、内燃機関１−回転数検出手段１０−回転数偏差演算手段１１−操作量演算手段１２−駆動回路６−アクチュエータ５−内燃機関１のループにより、回転数制御ループが構成され、内燃機関１−発電機２−整流器３−バッテリ４−電圧検出手段１３−電圧偏差演算手段１５−目標回転数演算手段１６−目標回転数演算手段１６−回転数偏差演算手段１１−操作量演算手段１２−駆動回路６−アクチュエータ５−内燃機関１のループにより、電圧制御ループが構成されている。これら回転数制御ループ及び電圧制御ループにより、バッテリの端子電圧と目標端子電圧との偏差を零にするかまたは許容範囲以下に抑えるように内燃機関の回転数を制御する回転数制御部が構成されている。
【００５０】
更に、内燃機関１−電圧検出手段１３−比較器１０２−始動指令発生用タイマ回路１０３−始動手段１０４−内燃機関１のループにより、バッテリの端子電圧が設定された始動電圧まで低下した時に内燃機関の始動動作を行わせる機関始動制御部が構成され、内燃機関１−回転数検出器７−比較器１０６−停止指令発生用タイマ回路１０７−停止手段１０８−内燃機関１のループにより、内燃機関の回転数が設定された停止回転数まで低下した時に内燃機関を停止させる動作を行わせる機関停止制御部が構成されている。
【００５１】
図１の内燃機関駆動発電装置においては、回転数偏差演算手段１１が、回転数検出手段１０を通して検出される機関の回転数と目標回転数演算手段１６により演算された電圧制御用目標回転数との偏差を回転数偏差として演算する。
【００５２】
操作量演算手段１２は、この回転数偏差を零にするかまたは許容範囲以下に抑えるために必要な燃料供給量調節部の操作量（アクチュエータの操作量）を演算する。このとき駆動回路６は、操作量演算手段１２により演算された操作量だけ燃料供給量調節部を操作するために必要な駆動電流をアクチュエータ５に与えて該アクチュエータを動作させる。これによにり、内燃機関の回転数と電圧制御用目標回転数との偏差を零にするかまたは該偏差を許容範囲以下に抑えるように機関が制御され、発電機の出力電圧と目標電圧との偏差が零にされるか、または該偏差が許容範囲以下に保たれる。
【００５３】
図１に示した例において、微分器８が発生する微分制御信号Ｖd は、機関の回転数が目標回転数に近付いていく過程で回転数の変化を抑制するように働く。また機関の回転数が目標回転数に近付いていく過程で回転数に比例した電圧信号ＶN と微分制御信号Ｖd との和の信号が目標回転数演算手段１６から与えられる目標回転数信号ＶN0を超えると、機関の回転数を低下させる方向にアクチュエータを操作する修正動作が行われる。このように、回転数検出手段１０に微分器を設けて回転数に比例する電圧信号とその微分信号との和の信号を回転数検出信号として用いるようにすると、機関の回転数が目標回転数に向けて上昇していく過程で回転数の変化が抑制されるとともに、機関の回転数が目標回転数を超える以前に内燃機関への燃料供給量が制限されて修正動作が開始されるので、回転数が目標回転数を大きく超えてオーバシュートが生じるのを防ぐことができ、つねに安定に回転数の制御動作を行わせることができる。
【００５４】
図１に示した内燃機関駆動装置において、バッテリ４が放電して図２に示したようにその端子電圧ＶB が始動電圧設定器１０１により設定された始動電圧ＶBsまで低下すると、比較器１０２の出力の状態が変化して（例えば低レベルの状態から高レベルの状態に変化して）始動指令発生用タイマ駆動信号ＳＴを発生するため、始動指令発生用タイマ回路１０３が時限動作を開始する。タイマ回路１０３はその時限動作が完了したときに、即ち、バッテリ４の端子電圧ＶB が始動電圧ＶBS以下になっている状態が所定の時間継続した時に、始動手段１０４に始動指令ＳＴ´を与える。これにより始動手段１０４を構成するスタータモータが起動して内燃機関１を始動させる。内燃機関１が始動すると始動判定器１１０がタイマ回路１０３をリセットするため、タイマ回路１０３が始動指令の発生を停止し、始動手段１０４の動作を停止させる。
【００５５】
何らかの外乱によりバッテリの端子電圧が瞬時的に始動電圧ＶBS以下になり、タイマ回路１０３が時限動作を行っている途中でバッテリの端子電圧ＶB が始動電圧を超える値に復帰して始動指令ＳＴ´が消滅したときには、タイマ回路１０３がリセットされる。従って、バッテリの端子電圧の瞬時的な低下により機関の始動が行われることはない。
【００５６】
内燃機関が始動すると、交流発電機２が電圧を発生するため、バッテリ４に充電電流が供給される。バッテリの充電の進行に伴って、その端子電圧ＶB が上昇しようとするが、前述のように、バッテリの端子電圧ＶB を目標電圧に保つように機関の回転数Ｎが制御されるのでバッテリの端子電圧ＶB は図２に示したように目標電圧ＶBOに保たれ、機関の回転数Ｎはバッテリの充電の進行に伴って低下していく。
【００５７】
バッテリ４の充電が完了し、機関の回転数が停止回転数設定器１０５により設定された停止回転数Ｎs まで低下すると、回転数検出信号ＶN が停止回転数設定信号ＶSTOP以下になるため、停止指令発生用比較器１０６が停止指令発生用タイマ駆動信号ＳＴＰを発生する。これにより停止指令発生用タイマ回路１０７が時限動作を開始し、その時限動作が完了したときに停止指令ＳＴＰ´を発生する。停止指令ＳＴＰ´が発生すると、停止手段１０８が動作し、内燃機関１を停止させる。内燃機関が停止すると、停止判定器１０９が停止指令発生用タイマ回路１０７にリセット信号を与えるため、該タイマ回路１０７が停止指令ＳＴＰ´の出力を停止する。
【００５８】
このように、本発明によれば、バッテリの端子電圧が所定の始動電圧まで低下したときに機関を始動させ、機関の回転数が停止回転数まで低下した時に機関を停止させるようにしたので、変流器などの高価な電流検出手段を用いて発電機の出力電流を検出することなく、機関の起動・停止制御を行わせて、燃料消費量の節約を図ることができる。
【００５９】
また図１に示したように、内燃機関の回転数と目標回転数との偏差を許容範囲以下に抑える制御を行う制御ループを設けるとともに、発電機の出力電圧と目標出力電圧との偏差を零にするかまたは許容範囲以下に抑えるために必要な機関の目標回転数を電圧制御用目標回転数として演算する目標回転数演算手段を設けて、該目標回転数演算手段により演算された電圧制御用目標回転数を上記制御ループの目標回転数とするように構成すると、交流発電機２の負荷が増大したときに、機関の回転数が許容範囲を超えて上昇するのを防ぐことができ、発電機の負荷の増大により機関の回転数が過度に上昇して機関の寿命が短くなったり、機関が故障したりするのを防ぐことができる。
【００６０】
図１の発電装置の回転数制御部の具体的構成例を図３に示した。図３に示した例では、正相入力端子が接地された演算増幅器ＯＰ1 と、演算増幅器ＯＰ1 の逆相入力端子に一端が接続されたコンデンサＣ1 と、コンデンサＣ1 の他端に一端が接続された抵抗Ｒ1 と、演算増幅器ＯＰ1 の出力端子と逆相入力端子との間に接続された帰還抵抗Ｒ2 とにより微分器８が構成され、抵抗Ｒ1 の他端と接地間に回転数検出器（図３には図示せず。）から得られる電圧信号ＶN が入力されている。微分回路８は、電圧信号ＶN を時間微分して微分制御信号Ｖd を出力する。
【００６１】
加算器９は、演算増幅器ＯＰ2 と、演算増幅器ＯＰ2 の正相入力端子及び逆相入力端子にそれぞれ一端が接続された抵抗Ｒ3 及びＲ4 と、演算増幅器ＯＰ2 の正相入力端子と接地間及び逆相入力端子と接地間にそれぞれ接続された抵抗Ｒ5 及びＲ6 と、演算増幅器ＯＰ2 の出力端子と逆相入力端子との間に接続された帰還抵抗Ｒ7 とにより構成され、回転数検出器から得られる電圧信号ＶN が抵抗Ｒ3 を通して演算増幅器ＯＰ2 の正相入力端子に入力されるとともに、微分器８から得られる微分制御信号Ｖd が抵抗Ｒ4 を通して演算増幅器ＯＰ2 の逆相入力端子に入力されている。この加算器９は、微分制御信号Ｖd と回転数に比例する電圧信号ＶN との和の信号ＶN ＋Ｖd を回転数検出信号として出力する。
【００６２】
演算増幅器ＯＰ2 の出力端子は、抵抗Ｒ8 を通して演算増幅器ＯＰ3 の正相入力端子に接続されている。演算増幅器ＯＰ3 の出力端子には抵抗Ｒ9 の一端が接続され、該抵抗Ｒ9 の他端と接地間に積分コンデンサＣ2 が接続されている。抵抗Ｒ9 の他端に、出力端子と逆相入力端子との間が直結された演算増幅器ＯＰ4 の正相入力端子が接続され、該演算増幅器ＯＰ4 の出力端子が抵抗Ｒ10を通して演算増幅器ＯＰ3 の正相入力端子に接続されている。演算増幅器ＯＰ3 の正相入力端子と接地間及び逆相入力端子と接地間にそれぞれ抵抗Ｒ11及びＲ12が接続され、演算増幅器ＯＰ3 の出力端子と逆相入力端子との間に帰還抵抗Ｒ13が接続されている。演算増幅器ＯＰ3 の逆相入力端子にはまた抵抗Ｒ14の一端が接続され、演算増幅器ＯＰ3 の逆相入力端子に抵抗Ｒ14を通して目標回転数信号ＶNOが入力されるようになっている。
【００６３】
この例では、演算増幅器ＯＰ3 と、この演算増幅器ＯＰ3 の出力が入力された演算増幅器ＯＰ4 と、積分コンデンサＣ2 と、抵抗Ｒ8 ないしＲ13とにより、図１の積分器１２b が構成され、演算増幅器ＯＰ4 の出力端子に積分制御信号ＶNIが得られるようになっている。演算増幅器ＯＰ3 は、周波数の変化範囲の全域で完全積分動作を行わせる働きをする。また演算増幅器ＯＰ3 と、抵抗Ｒ8 ないしＲ13とにより、回転数偏差演算手段１１と、比例演算器１２a と、操作量演算器１２c とが構成され、演算増幅器ＯＰ3 の出力端子に内燃機関の燃料供給量調節部の操作量を与える操作量信号ＶNI＋ＶNPが得られるようになっている。
【００６４】
すなわち、図３に示した例では、演算増幅器ＯＰ3 ，ＯＰ4 と、抵抗Ｒ8 ないしＲ14とにより、図１の回転数偏差演算手段１１と操作量演算手段１２とが構成されている。この操作量演算手段から出力される操作量信号ＶNI＋ＶNPは、アクチュエータ５の駆動回路６に与えられている。
【００６５】
また図３に示した例では、両端に一定の直流電圧が印加されたポテンショメータＶＲ1 と、両端に一定の直流電圧が印加された抵抗Ｒ15及びＲ16の直列回路と、該抵抗Ｒ15及びＲ16の接続点とポテンショメータＶＲ1 の摺動子につながる端子との間に接続された抵抗Ｒ17とにより電圧設定手段１４が構成され、抵抗Ｒ16の両端に発電機の目標出力電圧を与える電圧設定信号ＶO が得られるようになっている。この電圧設定信号ＶO はポテンショメータＶＲ1 の摺動子の位置を調整することにより適宜に調整することができる。
【００６６】
また図３に示した例では、演算増幅器ＯＰ5 及びＯＰ6 と、抵抗Ｒ18ないしＲ24とにより、図１の電圧偏差演算手段１５と目標回転数演算手段１６とが構成されている。電圧偏差演算手段１５及び目標回転数演算手段１６を構成する回路は、回転数偏差演算手段１１及び操作量演算手段１２を構成する回路と同様に構成されており、演算増幅器ＯＰ5 と、この演算増幅器ＯＰ5 の出力が入力された演算増幅器ＯＰ6 と積分コンデンサＣ3 と抵抗Ｒ18ないしＲ23とにより、図１の積分器１５b が構成され、演算増幅器ＯＰ5 と抵抗Ｒ18ないしＲ23とにより、電圧偏差演算手段１５と比例演算器１６a と目標回転数演算器１６c とが構成されている。
【００６７】
そして、演算増幅器ＯＰ5 の正相入力端子及び逆相入力端子にそれぞれ抵抗Ｒ18及びＲ24を通して電圧設定信号ＶO 及び電圧検出信号ＶL が入力され、演算増幅器ＯＰ6 の出力端子に積分制御信号ＶLiが、また演算増幅器ＯＰ5 の出力端子に、発電機の出力電圧と目標出力電圧との偏差を零にするかまたは許容範囲以下に抑えるために必要な機関の目標回転数を与える目標回転数信号ＶNOL がそれぞれ得られるようになっている。
【００６８】
図３に示した例では、制御装置の各部をアナログ回路により構成したが、回転数検出手段１０、回転数偏差演算手段１１、操作量演算手段１２、電圧偏差演算手段１５及び目標回転数演算手段１６などをマイクロコンピュータを用いて構成することもできる。
【００６９】
上記の説明では、タイマ回路１０３が時限動作を行っている途中で比較器１０２が始動指令発生用タイマ駆動信号ＳＴの発生を停止した時に、タイマ回路１０３がリセットされて時限動作開始前の状態に戻るとしたが、タイマ回路１０３が時限動作を行っている途中で比較器１０２が始動指令発生用駆動信号ＳＴの発生を停止した時に時限動作を中断して、次に再び比較器１０２が始動指令発生用タイマ駆動信号を発生したときに、時限動作を中断したところから再開するように構成してもよい。即ち、バッテリの端子電圧が始動電圧以下になる時間の積算値が所定の長さになったときに始動指令発生用タイマ回路１０３が始動手段１０４に始動指令を与えるようにしてもよい。
【００７０】
同様に、上記の例では、タイマ回路１０７が時限動作を行っている途中で比較器１０６が停止指令発生用タイマ駆動信号ＳＴＰの発生を停止した時に、タイマ回路１０７がリセットされて時限動作開始前の状態に戻るとしたが、タイマ回路１０７が時限動作を行っている途中で比較器１０６が停止指令発生用駆動信号ＳＴＰの発生を停止した時に時限動作を中断して、次に再び比較器１０６が停止指令発生用タイマ駆動信号を発生したときに、時限動作を中断したところから再開するように構成してもよい。即ち、機関の回転数が停止回転数以下になる時間の積算値が所定の長さになったときに停止指令発生用タイマ回路１０７が停止手段１０８に停止指令を与えるようにしてもよい。
【００７１】
図１に示した例では、内燃機関１の回転数と目標回転数との偏差を許容範囲以下に抑える制御を行う制御ループを設けるとともに、交流発電機２の出力電圧と目標出力電圧との偏差を零にするかまたは許容範囲以下に抑えるために必要な機関の目標回転数を電圧制御用目標回転数として演算する目標回転数演算手段１６を設けて、該目標回転数演算手段により演算された電圧制御用目標回転数を上記制御ループの目標回転数とするようにしたが、本発明においては、バッテリの端子電圧と目標端子電圧との偏差を零にするかまたは許容範囲内に抑えるように内燃機関の回転数を制御する回転数制御部が設けられていればよく、該回転数制御部は、発電機の出力電圧と目標電圧との偏差に基づいてアクチュエータの操作量を演算して、演算した操作量だけアクチュエータを動作させるように該アクチュエータに駆動電流を与えることにより、バッテリの端子電圧と目標電圧との偏差を零または許容範囲内に抑えるように構成されていてもよい。
【００７２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、バッテリの端子電圧が所定の始動電圧まで低下したときに機関を始動させ、機関の回転数が停止回転数まで低下した時に機関を停止させるようにしたので、変流器などの高価な電流検出手段を用いて発電機の出力電流を検出することなく、機関の起動・停止制御を行わせて、燃料消費量の節約を図ることができる利点がある。
【００７３】
また本発明において、内燃機関の回転数と目標回転数との偏差を許容範囲以下に抑える制御を行う制御ループを設けるとともに、発電機の出力電圧と目標出力電圧との偏差を零にするかまたは許容範囲以下に抑えるために必要な機関の目標回転数を電圧制御用目標回転数として演算する目標回転数演算手段を設けて、該目標回転数演算手段により演算された電圧制御用目標回転数を上記制御ループの目標回転数とするように構成した場合には、発電機の負荷が増大したときに、機関の回転数が許容範囲を超えて上昇するのを防ぐことができるだけでなく、発電機の負荷の増大により機関の回転数が過度に上昇して機関の寿命が短くなったり、機関が故障したりするのを防ぐことができるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる内燃機関駆動発電装置の構成例を示したブロック図である。
【図２】図１の発電装置により充電されるバッテリの端子電圧、内燃機関の回転数、バッテリから負荷に供給される負荷電流、及び内燃機関の燃料消費量の時間的な変化を示した線図である。
【図３】図１の発電装置で用いる回転数制御部の具体的な構成例を示した回路図である。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…交流発電機、３…整流器、４…バッテリ、５…アクチュエータ、６…駆動回路、７…回転数検出器、８…微分器、９…加算器、１０…回転数検出手段、１１…回転数偏差演算手段、１２…操作量演算手段、１３…電圧検出手段、１４…電圧設定手段、１５…電圧偏差演算手段、１６…目標回転数演算手段、１０１…始動電圧設定器、１０２…始動指令発生用比較器、１０３…始動指令発生用タイマ回路、１０４…始動手段、１０５…停止回転数設定器、１０６…停止指令発生用比較器、１０７…停止指令発生用タイマ回路、１０８…停止手段。

Claims

内燃機関と、前記内燃機関により駆動される交流発電機と、前記交流発電機の整流出力により充電されるバッテリと、前記バッテリの端子電圧と目標端子電圧との偏差を零にするかまたは許容範囲以下に抑えるように前記内燃機関の回転数を制御する回転数制御部とを備えた内燃機関駆動発電装置において、
前記バッテリの端子電圧が設定された始動電圧まで低下した時に前記内燃機関の始動動作を行わせる機関始動制御部と、
前記内燃機関の回転数が設定された停止回転数まで低下した時に前記内燃機関を停止させる動作を行わせる機関停止制御部と、
を更に備えたことを特徴とする内燃機関駆動発電装置。
内燃機関と、前記内燃機関により駆動される交流発電機と、前記交流発電機の整流出力により充電されるバッテリと、前記バッテリの端子電圧と目標端子電圧との偏差を零にするかまたは許容範囲以下に抑えるように前記内燃機関の回転数を制御する回転数制御部とを備えた内燃機関駆動発電装置において、
前記バッテリの端子電圧を検出する電圧検出手段と、前記内燃機関の始動動作を開始する際の前記バッテリの端子電圧である始動電圧を与える始動電圧設定手段と、前記電圧検出手段により検出されたバッテリの端子電圧が前記始動電圧設定手段により与えられる始動電圧まで低下した時に始動指令を発生する始動指令発生手段と、前記始動指令が発生した時に前記内燃機関の始動動作を行う始動手段とを有する機関始動制御部と、
前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、前記内燃機関を停止させる際の回転数である停止回転数を与える停止回転数設定手段と、前記回転数検出手段により検出された回転数が前記停止回転数設定手段により与えられる停止回転数まで低下した時に停止指令を発生する停止指令発生手段と、前記停止指令発生手段が前記停止指令を発生した時に前記内燃機関を停止させるための動作を行う停止手段とを有する機関停止制御部と、
を更に備えたことを特徴とする内燃機関駆動発電装置。
内燃機関と、前記内燃機関により駆動される交流発電機と、前記交流発電機の整流出力により充電されるバッテリと、前記バッテリの端子電圧と目標端子電圧との偏差を零にするかまたは許容範囲以下に抑えるように前記内燃機関の回転数を制御する回転数制御部とを備えた内燃機関駆動発電装置において、
前記バッテリの端子電圧が設定された始動電圧まで低下した時に前記内燃機関の始動動作を行わせる機関始動制御部と、前記内燃機関の回転数が設定された停止回転数まで低下した時に前記内燃機関を停止させる動作を行わせる機関停止制御部とを更に備え、
前記回転数制御部は、与えられた駆動電流に応じて前記内燃機関の燃料供給量調節部を操作するアクチュエータと、前記内燃機関の回転数を検出して検出した回転数に比例する大きさの回転数検出信号を発生する回転数検出手段と、前記バッテリの端子電圧を検出する電圧検出手段と、前記バッテリの目標端子電圧を与える電圧設定手段と、前記電圧検出手段により検出されたバッテリの端子電圧と前記電圧設定手段により与えられる目標端子電圧との偏差を零にするかまたは許容範囲以下に抑えるために必要な前記内燃機関の回転数を電圧制御用目標回転数として演算する目標回転数演算手段と、前記回転数検出信号により与えられる内燃機関の回転数と前記電圧制御用目標回転数との差を回転数偏差として演算する回転数偏差演算手段と、前記回転数偏差を零にするかまたは許容範囲以下に抑えるために必要な前記燃料供給量調節部の操作量を演算する操作量演算手段と、前記操作量演算手段により演算された操作量だけ前記燃料供給量調節部を操作するように前記アクチュエータに駆動電流を与える駆動回路とを備えていて、前記目標回転数演算手段は、前記目標回転数を前記内燃機関の回転数の許容範囲の上限値以下に制限するように構成され、
前記機関始動制御部は、前記内燃機関の始動動作を開始する際の前記バッテリの端子電圧である始動電圧を与える始動電圧設定手段と、前記バッテリの端子電圧が前記始動電圧設定手段により与えられる始動電圧まで低下した時に始動指令を発生する始動指令発生手段と、前記始動指令が発生した時に前記内燃機関の始動動作を行う始動手段とを備え、
前記機関停止制御部は、前記内燃機関を停止させる際の回転数である停止回転数を与える停止回転数設定手段と、前記回転数検出手段により検出された回転数が前記停止回転数設定手段により与えられる停止回転数まで低下した時に停止指令を発生する停止指令発生手段と、前記停止指令発生手段が前記停止指令を発生した時に前記内燃機関を停止させるための動作を行う停止手段とを備えていることを特徴とする内燃機関駆動発電装置。
前記始動指令発生手段は、前記電圧検出手段により検出された端子電圧と前記始動電圧設定信号により与えられる始動電圧とを比較して、検出された端子電圧が始動電圧以下になった時に始動指令発生用タイマ駆動指令を発生する始動指令発生用比較器と、前記始動指令発生用比較器が前記タイマ駆動指令を発生しているときに設定された時間の間時限動作を行って該時限動作が完了したときに前記始動指令を発生する始動指令発生用タイマ回路とを備えている請求項２または３に記載の内燃機関駆動発電装置。
前記機関始動制御部は、前記回転数検出手段により検出された回転数から前記内燃機関の始動が完了したか否かを判定して始動が完了したと判定した時に前記始動指令発生用タイマ回路をリセットする始動判定器を更に備えていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関駆動発電装置。
前記停止指令発生手段は、前記回転数検出手段により検出された回転数と前記停止回転数設定手段により与えられる停止回転数とを比較して検出された回転数が停止回転数以下になった時に停止指令発生用タイマ駆動指令を発生する停止指令発生用比較器と、前記停止指令発生用比較器が停止指令発生用タイマ駆動信号を発生しているときに、設定された時間の間時限動作を行って該時限動作が完了したときに前記停止指令を発生する停止指令発生用タイマ回路とを備えている請求項２，３，４または５のいずれかに記載の内燃機関駆動発電装置。
前記機関停止制御部は、前記回転数検出手段により検出された回転数から前記内燃機関が停止したか否かを判定して内燃機関が停止したと判定した時に前記機関停止用タイマ回路をリセットする停止判定器を更に備えていることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関駆動発電装置。