JPH01502601A - 熱機関の調速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 熱機関の調速機 技術分野 本発明は熱機関に関し、より詳しくは熱機関の調速機に関する。

従来技術 熱機関を備えた機械の最も重要な技術的特性は、信頼性、出力量、低燃料消費、 該機械の技術的作動性、過渡作動状態時における煙道ガスの排気ガス及び毒性ガ ス中の煙塵量、運転者の運動量、車輌の加速ペダルにかける力、各種燃料に対す る適応性、出獄における高作動性、低い外気温度及びその他の要素である。これ らの特性は主として熱機関の調速機の性能に関係する。

現今使用される特にトラクタ及び乗用車エンジン等の熱機関は遠心型のセンサ要 素を有する主として機械的の調速機を設えてよる。車輌の自動制御性を改良する ためにこれらの調速機には、熱機関の速度制御用の逆転可能な電気モータ、燃料 供給量制御用の電気モータ、熱機関始動時に燃料供給量を増加するための電磁装 置、熱機関停止時に燃料供給を遮断する電気−油圧式弁を含んだ特殊な電気的駆 動装置を備えている。

しかし従来の機械式、流体式及び空気式調速機は、熱機関の燃料供給の自動制御 に対して年々増加する要求を満足させることができない。さらに近代式の調速機 は、定常状態時に許容公差が±０．２５％内の高精度で熱機関の予備設定速度を 維持せねばならないが、上述した調速機ではこのような精度を維持することはで きない。従って、熱機関の自動制御性を改善し、調速機の制御要素が弾力性のあ る調節ができること及び精確な帰還（ｆｅｅｄ　ｂａｃｋ）ができることにもと づいて熱機関の予備設定速度を高精度に維持できる電気式調速機の改善が研究の 対象となっていた。熱機関の自動速度制御の静的、動的及び機能的特性は電気的 駆動装置の制御プログラムを作ることによって設定される。このプログラムの型 式は熱機関を備えた機械ユニットの種類、機械にかかる荷重の性質、及びその他 の技術的要因によって定まる。

熱機関の速度制御用の、アーマチュアの回転方向を交互する位置決め電気的駆動 装置に基いた多くの電気式調速機が知られている。これらの調速機は、燃料供給 装置に運動学的に接続すると共に熱機関の実際速度を予備設定速度と比較する比 較ユニットに電気的に接続した電気的駆動装置と、熱機関を制御するプログラム を形成する熱機関制御プログラム形成ユニットと、電気的駆動装置を制御するた めのプログラムを形成する駆動装置制御プログラム形成ユニットとを備える。

これらの調速機の電気的駆動装置は、トルクモータ又は比例マグネット型式（１ ９８４年５月１６日にモスコーで発行されたＲｏｂｅｒｔ　Ｂｏｓｃｈ社のシン ポジュウムの資料であるに、　Ｚｉｍｍｅｒｍａｎ発表のＤｉｅｓｅｌ　Ｅｑｕ ｉｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　’Ｂｏｓｃｈ　Ｃｏｍｐａｎｙ’の第１７図及び 第２２図）又はステップモータ型式（１９８４年４月１６日にレニングラードで 発行された“Ｆｒｉｄｍａｎ−Ｍａｙｅｒ”シンポジュウムにおいてＦ、Ｐａ５ ｈｋｅ発表の’Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ＥｌｅｃｔｒｉｃＧｏｕｅｒｎ ｅｒ”の第４，５頁第１７図）に形成することができる。

以下、制御工程においてアーマチュアの回転を交互にする電気的駆動装置を便宜 上「電気モータ」と呼ぶことにする。

この種の電気的調速機を有する熱機関の速度制御は以下のように実施される。定 常作動時即ち熱機関の速度が所望速度に等しい場合には、両速度を比較する比較 ユニットの出力部には制御信号が現れない。そのため電気モータのアーマチュア と燃料供給装置とは熱機関の定常負荷状態に相当する平衡状態にある。熱機関の 速度が例えば負荷の変化によって予備設定速度値からはずれると、比較ユニット に、比較した両速度の偏差に比例した信号が生ずる。この信号は制御信号形成ユ ニットを介して電気モータに送られる。その結果、燃料供給装置は、熱機関の実 際速度と所望速度とが同一となるような新しい位置をとる。

位置決め電気的駆動装置を備えた調速機はその有効力を充分に発揮することがで きない。このことは熱機関の定常運転時即ち燃料供給装置及び関連した電気モー タのアーマチュアの静止時に、電気モータがアーマチュアの制動状態に近いモー ドで作動して効率が低いためである。従って熱機関を回転速度を高精度に維持す るためには入力電力を増加する必要がある。

上述した位置決め電気的駆動装置を備えた電気的調速機において、熱機関速度計 、熱機関速度の情報を伝達する電気回路、及び予備設定値と測定回転速度とを比 較する比較ユニットが調速機の主たる帰還に関係する。主帰還ラインの電気回路 中の過失、例えばプラグ−ソケット型コネクタの接触部の酸化又は電線の切断が あると、電気モータに供給される制御信号は、その最大値に達した帰還によって 補償されない。従って燃料供給装置は供給量最大位置に設定され、又熱機関は空 吹かしモード（ｒａｃｉｎｇ　ｍｏｄｅ）で作動される。熱機関の空吹かしモー ドを生ずる可能性を減らすために帰還要素が２重になっている。また各種の限界 を有する緊急停止制御装置と電気モータの電気的制御を遮断する緊急スイッチが 付加されている。熱機関の空吹かしモードを除去する制御回路を消勢するために 、燃料供給装置は燃料遮断点に向けて移動されねばならない。このことは電気モ ータに負荷を付加する特殊バネを有する調速機を設けることによって得られるが 、電気モータの入力電力がさらに増加することになる。

高速の電気的駆動装置に基いた熱機関用高速調速機（ソビエト国発明者証第７０ ８０６５号、”０ｔｋｒｙｔｉｙａ、　ｉｇｏｆｒｅｔｅｎｉｙａ。

ｐｒｏｍｙｓｈｌｅｎｎｙｅ　ｏｆｒａｚｔｓｙ、ｔｏｖａｒｎｙｅ　ｚｎａｋ ｉ”１９８０年第１号）が公知である。この調速機は、差動機構の入力軸に運動 学的に接続された一方向回転の電気モータを備え、該差動機構の他の入力軸は熱 機関によって回転され、又差動機構の出力軸は熱機関の燃料供給装置に運動学的 に接続されている。電気モータの速度制御チャンネルが備えられていて、該チャ ンネル内において制御信号形成ユニットの入力部に速度計が電気的に接続され、 該制御信号形成ユニットの設定入力部にはタスク設定入力部を有する電気モータ の速度制御プログラム形成ユニットの出力部が接続され、制御信号形成ユニット の出力部は電気モータに電気的に接続されている。また電気モータ速度修正チャ ンネルを備え、この速度修正チャンネルは過渡状態時に、電気モータの速度制御 チャンネル内の制御信号形成ユニットの修正入力部に接続した熱機関の速度に応 答する上述の調速機において、差動機構の両入力軸は熱機関と電気モータとによ って夫々反対方向に回転される。両入力軸の速度が同一である場合には差動機構 の出力軸とそれに接続した燃料供給装置は静止している。熱機関の負荷又はいず れか一方の入力軸の予備設定速度が変化すると差動機構の出力軸が回転して、熱 機関の新しい負荷又は新しい速度に相当する位置に燃料供給装置を移動させる。

この場合において両入力軸の速度は同一である。調速機に差動機構が設けられて いるので通常の一方向回転型電気モータを使用することができる。

この調速機では熱機関の軸から差動機構の入力軸に至る機械的伝動によって主帰 還が行なわれる。

熱機関の回転速度の維持精度を向上するために、電気モータ速度の安定に基いて この調速機では速度計を制御信号形成ユニットの入力部に直接に接続している。

過渡状態時の熱機関速度の制御性、即ち制御工程の持続及び所定値からの熱機関 速度の偏差を改善するために、電気モータ速度修正チャンネルの速度計は電気モ ータに連結されかつ差動機構を介して制御信号形成ユニットの修正入力部に電気 的に接続されている。電気モータ速度を制御するプログラム形成ユニットは電力 供給ユニー／　）であって出力電圧が変動する。従って電気モータの速度、引い ては熱機関の速度が変動する。制御信号形成ユニットは増幅器として形成される 。

調速機において、熱機関速度計からの信号は微分ユニットで変換される。従って 定常状態時に熱機関速度に関する情報は制御信号形成ユニットに伝えられない。

また熱機関速度の精確な維持はすべて電気モータ速度の精確な維持にかかってい る。熱機関の速度が制御可能なパラメータの偏差によって制御されずに該熱機関 に直接関係しないパラメータによって制御される上記の設計の調速機は熱機関速 度に要求される精確な維持をすることができない。

発明の開示 本発明の主たる目的は、熱機関の速度によって直接制御することができて、以っ て熱機関の回転速度の精確な維持性を向上させた電気モータ速度制御チャンネル を備えた熱機関の調速機を提供することである。

上記の目的は熱機関の調速機であって、差動機構の入力軸に運動学的に接続され た一定方向回転の電気モータを備え、上記差動機構の別の入力軸は熱機関によっ て回転され、−力差動機構の出力軸は熱機関の燃料供給装置に運動学的に接続さ れたものであり、 上記電気モータの回転速度を制御する速度制御チャンネルを備え、該速度制御チ ャンネル内において回転速度を測定する速度計は制御信号形成ユニットの入力部 に電気的に接続され、又該制御信号形成ユニットの設定入力部は電気モータの速 度を制御するプログラム形成ユニットの出力部に接続され、該プログラム形成ユ ニットはタスクを設定する入力部を有し、又上記制御信号形成ユニットの出力部 は電気モータに電気的に接続されたものであり、 熱機関の回転速度に応じて生ずる過渡作動状態時に電気モータの速度を修正する 速度修正チャンネルを備え、該速度修正チャンネルが速度制御チャンネルの制御 信号形成ユニットの修正入力部（３０）に接続されたものにおいて、本発明によ れば、上記速度計は熱機関に接続され、一方電気モータの回転速度を制御する速 度制御チャンネルにはさらに比較ユニットが設けられ、該比較ユニットの一方の 入力部は速度計に接続され、他方の入力部は電気モータの回転速度を制御するプ ログラム形成ユニットに接続され、上記比較ユニットの出力部は積算機の入力部 に接続され、該積算機の出力部は制御信号形成ユニットの入力部に接続された熱 機関の調速機によって達成される。

電気モータ速度制御チャンネルが熱機関速度計と、比較ユニットと、信号変換用 の積算機を備えるので、熱機関速度と所望速度値との偏差の積分に比例したレベ ルに制御信号を維持することができる。合成した誤差信号によって予備設定値か らの熱機関速度偏差を減じて、熱機関の速度を特定の公差内の高い精度に維持す る。

図面の簡単な説明 本発明にかかる熱機関の調速機のブロック図を示す添付図面を参照した実施例に よって本発明の詳細な説明する。

発明の好ましい実施態様 熱機関の調速機１は差動機構４の入力軸３に運動学的に接続されて一方向に回転 する電気モータ２を備える。差動機構４の他の入力軸５は熱機関６によって回転 される。この実施例では、他の入力軸５は熱機関６の軸７に接続されている。

一方、差動機構４の出力軸８は熱機関６の燃料供給装置９に接続している。

図において差動機構４の運動学的継手は歯車伝動型式で示されている。

調速機１は又電気モータ速度制御チャンネル１０を備える。

該速度制御チャンネル１０の入力部に熱機関速度計１１を設ける。この実施例で は、熱機関速度計１１は差動機構４の入力軸５に接続されかつ該入力軸５の位置 を電気信号に変換する変換機１３の入力部に接続した位置変換機１２を含む。変 換機１３は、熱機関の速度を電気モータの所望速度と比較する比較ユニット１５ の入力部１４に接続されている。比較ユニット１５０入力部１６は電気モータの 速度制御プログラムを形成するプログラム形成ユニット１７の出力部に接続され ている。該プログラム形成ユニット１７はプログラム入力部１８を備える。又、 プログラム形成ユニット１７の出力部は制御信号形成ユニット２０の設定入力部 １９に接続されてい比較ユニット１５の出力部は積算機２１の入力部に接続され 、積算機２１の出力部は制御信号形成ユニット２００Å力部２２に接続されてい る。

制御信号形成ユニット２００Å力部２２にしきい値要素２３を設ける。しきい値 要素２３は熱機関６０回転速度と予備設定値との偏差によって決まるタスクを設 定するための設定入力部２４を備える。しきい値要素２３の出力部は電気信号変 換機２５０入力部に接続されている。電気信号変換機２５の出力部は加算機２７ の入力部２６に接続され、該加算器２７の他の入力部は制御信号形成ユニツ）２ ０の前述した設定入力部１９となっている。加算機２７の出力部は他の加算機２ ９の入力部２８に接続され、該加算器２９の他の入力部は制御信号形成ユニット ２０の修正入力部３ｏとなっている。

加算機２９の出力部は制御信号変換機３１０入力部に接続され、制御信号変換機 ３１の出力部は電気モータ２を過負荷から保護するしきい値要素３２０入力部に 接続されている。

しきい値要８３２は電気モータ２の許容負荷によって決まるタスクを設定するた めの設定入力部３３を備える。しきい値要ｓ３２の出力部は制御信号形成ユニッ ト２０の出力部であって、電気モータ２に接続している。

調速機１は又、過渡状態において熱機関の速度に応じて電気モータの速度を修正 する速度修正チャンネル３４を備え、該速度修正チャンネル３４の入力部には速 度修正チャンネル３４と速度制御チャンネル１σとに共通の熱機関速度計１１が 設けられている。熱機関速度計１１の出力部は差動ユニット３５０入力邪に接続 され、差動ユニット３５の出力部は電気信号変換機３６の入力部に接続されてい る。電気信号変換機３６の出力部は速度修正チャンネル３４の入力部であって、 制御信号形成ユニット２０の修正入力部３０に接続されている。

以下に、熱機関調速機の作動を説明する。

差動機構４の入力軸３は電気モータ２によって所定速度で回転し、他の入力軸５ は熱機関６の軸７によって反対方向に回転する。入力軸３の速度が他の入力軸５ の速度に等しいと差動機構４の出力軸８及びそれに接続した燃料供給装置９は停 止している。熱機関の負荷が増加すると入力軸５の回転速度が減少し、入力軸３ と５間の速度差によって出力軸８を回転させ、燃料供給量を増加させるように燃 料供給装置を駆動する。このことによって熱機関６の軸７と入力軸５との速度は 、入力軸３の速度が入力軸５の速度に等しくなる値まで増加されて燃料供給装置 ９に接続した出力軸を停止させる。この後、速度調整の過渡行程が終了すると熱 機関６は、電気モータ２の予備設定速度に対応した定常状態で作動を継続する。

負荷が減少しつつある熱機関の速度は同様に調整される。この場合、燃料供給装 置９は燃料供給を減少する方向に作動する。電気モータ２の回転が予備設定速度 以下になると、入力軸３と５の等速性がくずれ、出力軸８及び燃料供給装置９は 燃料供給を減少させる方向に作動し、最後には熱機関に接続した入力軸５の速度 が、電気モータ２によって駆動された入力軸３の新に設定された速度と等しくな る。電気モータ２の速度が増加する場合の熱機関６の速度は同様に制御される。

この場合燃料供給装置は燃料供給を増加するように作動する。

差動機構４の入力軸３及び５が夫々電気モータ２及び熱機関６に機械的に接続し ているので、両入力軸の速度比は熱機関６、電気モータ２及び差動機構４間の伝 動装置の伝動比に等しい。従って定常状態において、熱機関６０回転速度は電気 モータ２の速度に比例し、又熱機関６の速度の制御は電気モータ２の制御機能を 使用して行なう。

電気モータ２はプログラム入力部１８を介して設定したプログラムに従った速度 制御チャンネル１０によって制御される。プログラム入力部１８は通常組合わせ た入力であって、該プログラム入力部１８を介して熱機関及び該熱機関を搭載し た機械ユニットの因子のデータ信号が送られる。プログラム入力部１８を介して 制御プログラム形成ユニット１７に送られたデータ信号の組合わせに基づいて電 気モータ２の制御に最適のプログラムが形成される。より詳しくはプログラム形 成ユニット１７のプログラム入力部１８には熱機関６の速度と負荷、冷却液の温 度、油圧、排気ガス圧、過給圧、大気圧、加速ペダル位置、トランスミッション 因子、乗物の速度、並列状に作動するユニット間の負荷の分配、及び其他のパラ メータ等を特定する信号が送られる。プログラム形成ユニット１７にタスク信号 が送られ、それによって制御信号形成ユニット２０の設定入力部１９に送る信号 が作られる。

熱機関６０回転速度を、取付けに都合がよく又信号をキャッチするのに都合のよ い場所に設置された速度計１１によって測定する。この実施例では、該速度計１ １は差動機構４の入力軸５の領域に設けられている。

速度計１１の出力信号は比較ユニット１５の入力部１４に送られる。比較ユニツ ）１５の他の入力部１６には信号形成ユニット１７に形成された信号が送られる 。比較ユニット１５から出た熱機関６の実際速度と予備設定速度間の偏差に比例 した誤差信号が、測定誤差を記憶する積算機２１の入力部に送られる。

積算機２１の出力信号は制御信号形成ユニット２０の入力部２２に、引継いてし きい値要素２３に送られる。このしきい値要素２３は信号が所定のレベルに達し た時に作動する。

しきい値要素２３は設定入力部２４を使用して、予備設定値からの熱機関６の速 度の許容出来る偏差に調節される。この偏差が許容値を超過すると積算された信 号は変換機２５に送られ、該信号は制御信号形成ユニツ）２０の設定入力部１９ に送られた信号に応じて変換される。加算機２７内で加算された信号は加算機２ ９を介して送られ制御信号と修正信号を合計して制御信号変換機３１に送られ、 この制御信号変換機３１の出力部から出た信号、例えばタイミングパルス型の信 号が電気モータ２の制御巻線に送られる。

速度制御チャンネル１０と、熱機関速度計１１と、比較ユニット１５と、調速機 １に設けたしきい値要素２３と協働する積算機２１とによって定常状態時におけ る熱機関６０回転速度の精度及び安定性が向上される。

制御信号変換機３１の出力信号はしきい値要素３２を介して制御信号形成ユニッ ト２０の入力部に送られ、そこから電気モータ２の巻線に送られる。差動機構４ 、電気モータ２及び燃料供給装置９の摩擦が多い場合に電気モータ２が過負荷に なることがある。摩擦が増加すると電気モータの巻線を過熱することによって電 気モータ２が過負荷になるばかりでなく熱機関６内の溝に押し込みを生ずる。従 って過負荷時にはしきい値要素３２が電気モータ２をスイッチ・オフして電気モ ータを休止させ熱機関を自動的に停止させる。電気モータ２は入力部によって所 定の過負荷値に調整される。このしきい値要素３２は調速機１及び該調速機によ って制御される熱機関６の信頼性を向上させるものである。

調速機の作動は制御の無定位（高速）原理に基づいていて定常作動状態時に熱機 関６の速度を精確に維持することができる。他方無定位制御システムは自己振動 する性質を持っている。この欠点は過渡状態時において熱機関６の速度制御性を 改良することによって除去することができる。上記は動的修正即ち電気モータ速 度を修正する速度修正チャンネル３４に、誘導的な制御値（熱機関６の速度）を 導入することによって達成される。

熱機関速度計１１の出力信号が微分ユニット３５の入力部に送られる。微分ユニ ット３５から修正信号が電気信号変換機３６に送られ、該変換機３６において加 算機２７の出力部の信号に相当する型式の信号に変換される。変換された信号は 変換機３６の出力部から制御信号形成ユニット２０の修正入力部３０に送られ、 次いで加算機２９に送られて加算機２７と電気信号変換機３６から送られた制御 信号と修正信号とが加算される。

電気モータ２と電気モータ速度制御チャンネル１０及び速度修正チャンネル３４ との電力供給は、熱機関６の電力供給装置又は該熱機関に内蔵した昇圧装置に２ ，１０及び３４を接続する通常のやり力によって得られる。

従って本発明の調速機は定常状態時でも過渡状態時でも作動し、信頼性が高く、 電力消費量が少なく、構造が簡単でかつ電気−機械部品が低価格であり、しかも 広範囲に予備設定された熱機関の所定の速度を精確に維持することができ、過渡 作動条件下の速度制御性能が高い。さらに高性能を望む無理な要求がある場合に は、熱機関の普通ならば許容の僅かの不安定性を手動又は自動で調整することが できる。その結果、本発明の調速機は熱機関を備えた殆んどすべての機械に実用 的に適用可能であることが判明している。

発明の産業上の適用性 本発明は、内燃機関、タービン及びその他の熱機関、好ましくは農業機械用ディ ゼルエンジン、ディゼル自動車、ディゼルー電気装置及びタービン−電気装置、 熱機関を備えた定置装置、産業用トラクタ、交通・輸送機械及びその他の機械装 置に使用することができる。

手続補正書く方式） ％式％ １、事件の表示 ＰＣＴ／５ｔＪ８７１０００１０ ２、発明の名称 熱機関の調速機 ３、′４正をする者 事件との関係　特許出願人 アパラテユレ　ドビガテレイ ４、代理人 住所　〒１０５東京都港区虎ノ門−丁目８番１０号静光虎ノ門ビル　電話５０４ −０７２１平成１年５月２３日（発送日） ６、補正の対象 明細書及び請求の範囲の翻訳文 ７、補正の内容 明細書、請求の範囲の翻訳文の浄書 （内容に変更なし） ８、添付書類の目録 明細書及び請求の範囲の翻訳文　各１通国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 熱機関の調速機であって、 差動機構（４）の入力軸（３）に運動学的に接続された一定方向回転の電気モー タ（２）を備え、上記差動機構（４）の別の入力軸（５）は熱機関（６）によっ て回転され、一方差動機構（４）の出力軸（８）は熱機関（６）の燃料供給装置 （９）に運動学的に接続されたものであり、上記電気モータ（２）の回転速度を 制御する速度制御チャンネル（１０）を備え、該速度制御チャンネル（１０）内 において回転速度を測定する速度計（１１）は制御信号形成ユニット（２０）の 入力部（２２）に電気的に接続され、又該制御信号形成ユニット（２０）の設定 入力部（１９）は電気モータの速度を制御するプログラム形成ユニット（１７） の出力部に接続され、該プログラム形成ユニット（１７）はタスクを設定する入 力部（１８）を有し、又上記制御信号形成ユニット（２０）の出力部は電気モー タ（２）に電気的に接続されたものであり、熱機関の回転速度に応じて生ずる過 渡作動状態時に電気モータの速度を修正する速度修正チャンネル（３４）を備え 、該速度修正チャンネル（３４）か速度制御チャンネル（１０）の制御信号形成 ユニット（２０）の修正入力部（３０）に接続されたものにおいて、 上記速度計（１１）は熱機関（６）に接続され、一方電気モータ（２）の回転速 度を制御する速度制御チャンネル（１０）にはさらに比較ユニット（１５）が設 けられ、該比較ユニット（１５）の一方の入力部（１４）は速度計（１１）に接 続され、他方の入力部（１６）は電気モータの回転速度を制御するプログラム形 成ユニット（１７）に接続され、上記比較ユニット（１５）の出力部は積算機（ ２１）の入力部に接続され、該積算機（２１）の出力部は制御信号形成ユニット （２０）の入力部（２２）に接続されたことを特徴とする熱機関の調速機。