JP4870545B2

JP4870545B2 - エンジン発電機

Info

Publication number: JP4870545B2
Application number: JP2006350863A
Authority: JP
Inventors: 俊和渡辺
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2026-12-27
Also published as: JP2008167510A

Description

本発明は、エンジン発電機に関し、詳しくは、エンジン始動用や制御用の電源として用いられているバッテリーを充電するための充電用発電機をエンジンからファンベルトを介して駆動するエンジン発電機に関する。

エンジンによって交流発電機を駆動する一般のエンジン発電機では、前記エンジンで冷却水循環経路のラジエータに送風する冷却ファンと、エンジン始動用等の電源となるバッテリーを充電するための充電用発電機（オルタネータ、ダイナモ）を駆動している。通常、エンジンのクランクシャフトの回転は、ファンベルトを介して冷却ファン、充電用発電機、冷却水ポンプに伝達されているため、ファンベルトが緩んだり、切れたりすると冷却ファンや充電用発電機等が正常に作動しなくなり、オーバーヒートや充電不良が発生する。

このため、従来のエンジン発電機では、運転中に温度センサが冷却水温度の異常上昇を検知したときに自動的にエンジンを停止させる保護回路を設け、温度上昇からエンジンを保護するようにしている。また、エンジンが運転中であるか否かは、一般的には充電用発電機の電圧を検出することで行っているが、充電用発電機に不具合が生じて電圧が検出されないときにも、エンジンが運転中であるか否かを判定するため、エンジンの潤滑油の圧力を検出することも行われている（例えば、特許文献１参照。）。
特許第３２８６８２９号公報

しかし、充電用発電機の電圧を検出するのみでエンジンが運転中であることを検出するものでは、ファンベルトの緩みや切断によって充電用発電機が正常に作動していないときには、エンジンが運転中のときであってもエンジンが運転中であることを検出できなくなってしまう。

また、潤滑油の圧力を検出する場合は、検出器として圧力センサ（圧力スイッチ）が一般に用いられており、従来のエンジンには、その保護回路に標準で潤滑油圧力センサが設けられていたため、これを流用することが可能であった。しかし、近年のエンジンでは、ＥＣＵ（エレクトロニックコントロールユニット）による電子ガバナでの制御が一般的になったため、潤滑油圧力センサを流用することが困難となり、別途設ける必要が生じてきた。

さらに、潤滑油圧力センサは、過酷な環境におかれているため、経年変化によってセンサーターミナルの汚れでリークや接触不良等を起こして誤作動する可能性があった。また、潤滑油は、気温、エンジン温度によって粘度が変化するため、エンジン動作又は停止から同じ時間で圧力を検出することができず、不安定であり、検出を誤り、誤動作する可能性もあった。

そこで本発明は、エンジンが運転中であることを確実に検出し、ファンベルトの緩みや切断を確実に検出するとともに、オーバーヒートを確実に防止してエンジンを保護することができる保護回路を備えたエンジン発電機を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明のエンジン発電機は、交流発電機を駆動するエンジンと、該エンジンからファンベルトを介して駆動される充電用発電機と、前記エンジンを冷却する冷却水循環経路とを備えたエンジン発電機において、前記交流発電機の運転状態を検出する発電状態検出手段と、前記充電用発電機の発電電圧を検出する電圧検出手段とを備えるとともに、前記エンジンを起動した際、前記発電状態検出手段がエンジンの運転中であることを検出し、かつ、前記電圧検出手段があらかじめ設定された設定電圧未満の電圧を検出したときに、前記エンジンを停止させる保護回路又はファンベルト切断表示を行う表示手段を備えていることを特徴としている。

さらに、本発明のエンジン発電機は、前記冷却水循環経路に冷却水の水温を検出する水温検出手段を設けるとともに、前記発電状態検出手段がエンジンの運転中であることを検出した場合、又は、前記電圧検出手段が前記設定電圧以上の電圧を検出している場合に、さらに、前記水温検出手段があらかじめ設定された設定水温以上の温度を検出したときには、前記エンジンを停止させる保護回路を備えていることを特徴とし、また、前記発電状態検出手段がエンジンの運転中であることを検出し、かつ、前記電圧検出手段が前記設定電圧未満の電圧を検出したとき、又は、前記電圧検出手段が前記設定電圧未満の電圧を検出し、かつ、前記水温検出手段があらかじめ設定された設定水温以上の水温を検出したときには、ファンベルト切断表示を行う表示手段を備えていることを特徴としている。

本発明のエンジン発電機によれば、エンジンの運転を、交流発電機の運転状態と充電用発電機の発電電圧とで検出するようにしているので、エンジンが運転中か否かを確実に検出することができ、ファンベルトの緩みや切断で充電用発電機が正常に作動していないときにはエンジンを停止させるので、充電不良やオーバーヒートを確実に防止できる。また、交流発電機が正常に作動し、又は、充電用発電機の発電電圧が正常であるとき、すなわちエンジンが運転中に冷却水の水温が上昇したときには、ラジエータの目詰まりや冷却水ポンプの不具合等でオーバーヒートする可能性があるので、このような場合にもエンジンを停止させることによってオーバーヒートを確実に防止できる。さらに、交流発電機が正常に作動しているときに充電用発電機の発電電圧が低下したり、充電用発電機の発電電圧が低下したときに冷却水の水温が上昇したりしたときには、ファンベルトに緩みや切断が発生した可能性が高いので、ランプ等のファンベルト切断表示を行うことによってファンベルトの調整や交換を促すことができる。

図１は本発明のエンジン発電機における保護回路の一形態例を示すブロック図である。このエンジン発電機の保護回路は、運転状態、作動状態を検出するための検出手段として、交流発電機（ジェネレータ）１１の運転状態を検出するための発電状態検出手段１２と、充電用発電機の発電電圧を検出する電圧検出手段１３と、冷却水循環経路を流れる冷却水の水温を検出する水温検出手段１４とを備えている。また、エンジンを保護する手段としては、エンジン制御手段１５と運転状態表示手段１６とを備えている。前記発電状態検出手段１２、電圧検出手段１３及び水温検出手段１４には、あらかじめ設定された条件を満足したときに「１」（真、true）を出力し、設定条件を満足していないときには「０」（偽、false）を出力するスイッチがそれぞれ用いられている。

前記発電状態検出手段１２には、本形態例では発光ダイオードとフォトトランジスタとを組み合わせたフォトカプラ１２ａを使用しており、図示しないエンジンで駆動されるジェネレータ１１で発生して負荷１１ａに供給する三相交流のうちの任意の２線から取り出し、フォトカプラ１２ａを介して検出部１２ｂで発電周波数に対応したパルスを検出することによってジェネレータ１１が正常な運転状態であることを検出する。この発電状態検出手段１２からは、所定のパルス（周波数）が検出されたときにのみ「１」が出力され、それ以外は「０」が出力される。なお、この発電状態検出手段１２には、フォトカプラ１２ａ以外に、トランスによって変化させた電圧や抵抗の分圧を測定してあらかじめ設定した電圧以上になったときにのみ「１」、それ以外は「０」を出力する検出手段を使用することもできる。

前記電圧検出手段１３は、充電用発電機でバッテリーを充電するための発電電圧を検出し、発電電圧があらかじめ設定した電圧以上になったときにのみ「１」を出力し、それ以外（低電圧状態）では「０」を出力するように設定されている。また、前記水温検出手段１４は、エンジンからラジエータに流れる冷却水の水温を検出し、水温があらかじめ設定した温度以上に異常上昇したときに「１」を出力し、それ以外では「０」出力するように設定されている。なお、充電用発電機の発電電圧におけるしきい値や冷却水の水温におけるしきい値は、エンジンや充電用発電機、使用しているバッテリーに応じて適宜に設定することができる。

図１に示す論理回路において、ＯＲ回路２１では、発電状態検出手段１２から「１」の信号を受けたとき、又は、電圧検出手段１３から「１」の信号を受けたときには、エンジンによって駆動されるジェネレータ１１が正常に運転中であること、あるいは、エンジンからファンベルトを介して駆動される充電用発電機が正常に発電中であることから、エンジンが運転中であると判断して「１」を出力する。

このＯＲ回路２１からの信号を受けるＡＮＤ回路２２では、ＯＲ回路２１から「１」の信号を受けたとき、すなわち、ＯＲ回路２１でエンジンが運転中であることが検出され、かつ、水温検出手段１４から「１」の信号、すなわち、水温が異常上昇した信号を受けたときには、運転中のエンジンがオーバーヒート状態になっていると判断して「１」の信号をエンジン制御手段１５に出力する。このＡＮＤ回路２２からの「１」の信号を受信したエンジン制御手段１５は、エンジンを停止させてエンジンをオーバーヒートから保護する。

また、ＡＮＤ回路２３には、電圧検出手段１３からの信号がＮＯＴ回路２３ａを通して入力されることから、電圧検出手段１３から「１」の信号が出力されるとＡＮＤ回路２３は「０」を受信することになり、ＡＮＤ回路２３からは「０」が出力される。すなわち、発電状態検出手段１２からエンジンが運転中であることを検出した「１」の信号を受けたときに、電圧検出手段１３から充電用発電機が正常に発電中である「１」の信号が出力されたときには、ＡＮＤ回路２３からは「０」が出力されることになる。一方、充電用発電機に異常が発生して電圧検出手段１３があらかじめ設定した電圧以上の発電電圧を検出せず、電圧検出手段１３から「０」が出力されたときには、ＡＮＤ回路２３にはＮＯＴ回路２３ａを通った「１」が入力されるため、発電状態検出手段１２から「１」を受信し、かつ、電圧検出手段１３が「０」を出力したときに、ＡＮＤ回路２３から「１」が出力されることになる。

さらに、ＡＮＤ回路２４は、電圧検出手段１３からの信号がＮＯＴ回路２４ａを通って入力されるため、前記ＡＮＤ回路２３と同様に、電圧検出手段１３から「０」が出力されたときにＡＮＤ回路２４に「１」が入力されることになる。したがって、ＡＮＤ回路２４からは、電圧検出手段１３から「０」が出力され、かつ、水温検出手段１４から「１」が出力されたときにのみ「１」が出力される。

ＡＮＤ回路２３，２４の出力を受けるＯＲ回路２５は、ＡＮＤ回路２３及びＡＮＤ回路２４の少なくともいずれか一方から「１」を受信したときに、運転状態表示手段１６に「１」を出力する。したがって、充電用発電機に異常が発生して電圧検出手段１３から「０」が出力されたときには、発電状態検出手段１２からエンジンが運転中であることを検出した場合（ＡＮＤ回路２３）、及び、水温検出手段１４が水温が異常上昇したことを検出した場合（ＡＮＤ回路２４）のいずれの場合にも、運転状態表示手段１６に「１」が出力されることになる。

ＯＲ回路２５から「１」の信号を受けた運転状態表示手段１６は、充電用発電機が正常に作動していないことや、冷却水の水温が異常上昇したことから、ファンベルトの緩みや切断が発生したと判断し、表示パネル等に設けたファンベルト切断表示ランプを点灯させるなどのファンベルト切断表示を行う。また、ＡＮＤ回路２３から「１」が出力されたときには、ファンベルトの緩みや切断によって充電用発電機が正常に作動していない可能性が状態であるから、同じファンベルトを介して駆動される冷却ファンが正常に作動していないこと、あるいは、作動しなくなることが予測されるため、ＡＮＤ回路２３から「１」が出力されたときに、この信号を前記エンジン制御手段１５に送り、エンジンを停止させてエンジンをオーバーヒートから保護するように設定することもできる。さらに、ＡＮＤ回路２４から「１」が出力されるときには、同時にＡＮＤ回路２２からも「１」が出力されてエンジンが停止するので、この場合は、エンジンの停止とファンベルト切断表示ランプの点灯とが同時に行われることになる。

このように、ジェネレータ１１の運転状態及び充電用発電機の発電状態の双方の状態によってエンジンの運転状態を判定することにより（ＯＲ回路２１）、従来のように充電用発電機の電圧だけで判定するものに比べて、エンジンが運転中であるか否かを確実に検出することができる。さらに、ジェネレータ１１が正常運転を行っているときに充電用発電機に異常が発生した場合は、ファンベルトが緩んだり切断したりしたと判断してファンベルト切断表示を行うことにより、操作員にファンベルトの点検、交換を促すことができる。また、充電用発電機に異常が発生したときにエンジンを停止させることにより、バッテリーへの充電不足、制御系への電力供給不足が発生してエンジンが異常停止したり、次回の始動が困難になる前に、正常な状態でエンジンを停止させることができる。さらに、エンジンの潤滑油圧力を検出する従来のものに比べて、気温やエンジン温度に関係なく長期間にわたって安定した状態で充電用発電機の作動状態を確実に検出することができる。また、冷却水の温度状態を加えて判定することにより、ファンベルトの切断等をより確実に検出することができるとともに、エンジンのオーバーヒートも確実に回避できる。

なお、エンジン発電機は周知の構成を採用できるので、その詳細な説明及び図示は省略する。また、保護回路の制御は、制御内容をあらかじめプログラムによって表現し、これを逐次実行するシーケンス制御で行うこともできる。

本発明のエンジン発電機における保護回路の一形態例を示すブロック図である。

符号の説明

１１…交流発電機（ジェネレータ）、１２…発電状態検出手段、１３…電圧検出手段、１４…水温検出手段、１５…エンジン制御手段、１６…運転状態表示手段

Claims

交流発電機を駆動するエンジンと、該エンジンからファンベルトを介して駆動される充電用発電機と、前記エンジンを冷却する冷却水循環経路とを備えたエンジン発電機において、前記交流発電機の運転状態を検出する発電状態検出手段と、前記充電用発電機の発電電圧を検出する電圧検出手段とを備えるとともに、前記エンジンを起動した際、前記発電状態検出手段がエンジンの運転中であることを検出し、かつ、前記電圧検出手段があらかじめ設定された設定電圧未満の電圧を検出したときに、前記エンジンを停止させる保護回路又はファンベルト切断表示を行う表示手段を備えていることを特徴とするエンジン発電機。
前記冷却水循環経路に冷却水の水温を検出する水温検出手段を設けるとともに、前記発電状態検出手段がエンジンの運転中であることを検出した場合、又は、前記電圧検出手段が前記設定電圧以上の電圧を検出している場合に、さらに、前記水温検出手段があらかじめ設定された設定水温以上の温度を検出したときには、前記エンジンを停止させる保護回路を備えていることを特徴とする請求項１記載のエンジン発電機。
前記発電状態検出手段がエンジンの運転中であることを検出し、かつ、前記電圧検出手段が前記設定電圧未満の電圧を検出したとき、又は、前記電圧検出手段が前記設定電圧未満の電圧を検出し、かつ、前記水温検出手段があらかじめ設定された設定水温以上の水温を検出したときには、ファンベルト切断表示を行う表示手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載のエンジン発電機。