JPH03177624A - 湿式摩擦クラッチの起動制御方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はスクリューコンプレッサーのように慣性質量が
小さくても大きな起動トルクを必要とする被動機を、発
電機のような定速駆動を必要とする被動機などを駆動し
ている内燃機関より、湿式摩擦クラッチを介して同時に
駆動するように構成した駆動系において、スクリューコ
ンプレッサー起動時の大きな負荷トルクによって内燃機
関が回転変動を受けないように、又、スクリューコンプ
レッサーのロータに衝撃を与えないように、一定の比率
で回転速度を滑らかに上昇させる湿式摩擦クラッチの起
動制御方法に関するものである。

（発明が解決しようとする問題点） 定速回転で運転される内燃機関などの原動機から湿式摩
擦クラッチを介して被動機を起動する場合は、一般にク
ラッチの嵌合ショックを防止するためにクラッチ作動油
圧を供給する油圧回路に昇圧弁や、比例電磁弁を設けて
、クラッチ作動油圧を緩やかに上昇させる制御がなされ
ているが、スクリューコンプレッサーのように慣性質量
が小さくても起動時のロータのかみ合い抵抗や、吐出側
と吸込側との流体の圧力差などによって大きな起動トル
クを必要とし、且つ、回転し始めると急激に負荷トルク
が減少し、その後徐々に増加するような起動負荷特性の
場合は、従来の様にクラッチ作動油圧を単に緩やかに上
昇させる制御では、被動機の起動必要トルクに相当する
クラッチ作動油圧まで昇圧すると回転を始め、その後、
負荷トルクは減少するにもかかわらず、クラッチ作動油
圧は上昇を続け、クラッチ出力トルクが増加するため、
出力回転速度が一気に増大する結果、スクリューコンプ
レッサーで圧縮される流体の流量が急激に変動して、こ
の流体によって操作されるプラントの制御がみだれたり
、又、コンプレッサーのロータに固形物などの異物がか
み込まれて、それが回転の抵抗となって、後述する如く
スクリューコンプレッサーを可変速駆動するためにスク
リューコンプレッサーの入力側に接続させて設けた遊星
歯車式無段変速機の差動歯車を駆動する油圧ポンプ・モ
ータに過負荷がかかり、その油圧系統に損傷を与えるこ
ともある。又、スクリューコンプレッサーを駆動する内
燃機関に大きな変動負荷トルクを与えることから、同時
に駆動している発電機に許容範囲を越・える回転変動を
与えることもある。

（問題を解決するための手段） 本発明は上記の欠点を解決する手段として、まず起動シ
ョックを防止するために、スクリューコンプレッサーの
起動に際して、湿式摩擦クラッチのクラッチ作動油圧を
ほぼ一定の比率で徐々に昇圧していき、クラッチ板がス
リップ状態から嵌合しようとして、出力軸が回転しはじ
めるやいなや、その出力回転を検出した信号にもとづい
て、直ちに、油圧を下げて出力回転速度を急上昇させず
ほぼ零に近い回転数から、出力回転速度がクラッチ板を
完全に結合して最高出力回転速度になるまで、一定の比
率で回転速度が増加するようにクラッチ作動油圧を制御
する方法と、次に、起動後の過負荷を防止するために、
出力軸が回転しはじめた後の出力回転速度に対して、ク
ラッチ作動油圧に、それに比例させて増加する一定の制
限値を設け、各出力回転速度のもとてこの制限値を越え
ないように制御する方法を開発した。

（作用） 上記した本発明の制御方法によるクラッチ作動油圧の変
化について第２．３図を参照して説明する。

まず、第２図は起動ショック防止の場合について、経過
時間に対する設定信号Ｓ１比例電磁弁操作電流！、クラ
ッチ作動油圧Ｐ及びクラッチ出力回転速度Ｒとの関係を
図示したもので、経過時間０が起動を指令した点で、こ
の点から一定の比率で徐々に増加する設定信号Ｓが、操
作電流として比例電磁弁２１のソレノイド２９に出力さ
れ、油圧源からの圧油が比例電磁弁を経て、クラッチピ
ストンのシリンダーに圧油が充填されるまでは０であっ
た油圧（０〜ｔｏ）を、充填後はほぼ一定の比率で漸次
増加してｐｌになって（ｔｏ〜ｔ、）、クラッチが嵌合
して出力軸が回転しはじめると、これまで継続して増加
してきた操作信号（０〜Ｓｔ）を瞬時：く断つとともに
、あらかじめ起動指令時から、初期設定信号Ｓ、・がＰ
ＩＤ調節器からのフィードバック信号と比較及び調節さ
れた初期設定信号そのものに相当するＰｒＤ調節器を経
て出力されている低い値の操作信号に切換えて出力し、
同時に、上記の初期設定信号を、０から一定の比率で漸
次増加する設定信号に、そして、６イ一ドバツク信号を
回転速度検出信号にそれぞれ切換えて、比較器を経て比
較し、その偏差信号をＰＩＤ調節器で調節した徐々に増
加する操作信号に移行して出力するように制御される。

このよよりクラッチ作動油圧もｐ、からｄ、まで下降し
た後、徐々に上昇しはじめｔ２に至り、操作電流が１２
にそして油圧がｐ２となり、クラッチが嵌合すると、出
力回転速度検出信号が一定になることから操作電流は１
２からｉ、に急増し、クラッチ作動油圧をｐ２から最大
圧力のｐ、に上げて、クラッチを確実に結合することに
よって起動操作を終了する。このように起動時のクラッ
チ作動油圧を制御することによってクラッチの起動がな
めらかになされ、クラッチの嵌合ショックが防止される
。

次に、第４図は過負荷防止の場合について、起動時の増
加するクラッチ出力回転速度に対する操作電流を、正規
の負荷時をＡ１最大許容負荷時をＢ及び過負荷時をＣで
それぞれ図示したもので、負荷が正常のときは出力回転
速度に対する操作電流は線分Ａのように変化するが、過
負荷になったときは、例えば線分Ｃのように回転速度に
対する電流値の変化が大きくなる。このような急激な変
化に対して制限を設けたのが最大許容負荷の線分Ｂで、
線分Ｃのように、線分Ｂを越えて操作電流が増加すると
きは、この線分Ｂの最大許容操作電流に切換えて出力す
るように制御することによって起動時の過負荷が防止さ
れる。

（実施例） 第１図は本発明の制御方法を適用したー実施渕を示した
もので、１が発電機２を常時駆動している内燃機関３に
、発電機２を介して入力軸４を接続された湿式摩擦クラ
ッチである。このクラッチ１の出力軸５に無段変速機６
を介してスクリューコンプレッサー７の駆動軸８を接続
した構成になっている。従って、スクリューコンプレッ
サー７の起動及び停止は、湿式摩擦クラッチ１を嵌合又
は離脱することによってなされる。

クラッチ１の出力軸５とスクリューコンプレッサー７の
駆動軸８との間に設けた無段変速機６はスクリューコン
プレッサー７に、発電機２を駆動するために、例えば１
．５０Ｏｒｐｍの一定回転速度で運転する内燃機関から
、４，０００〜６．０００ｒｐｍ位の間で必要に応じた
任意の回転速度を得るための遊星歯車装置９及びキャリ
ア６４より歯車を介して接続される固定容量油圧ポンプ
・モータ７１とクラッチ１の出力軸５に歯車を介して接
続される可変容量油圧ポンプ・モータ７２からなる静油
圧駆動回路１０から構成されている。

湿式摩擦クラッチ１は入力軸４と一体のハブ１１の外周
部及び出力軸５と一体のクラッチキャリア１２の内周部
に、それぞれ入力側クラッチ板１３及び出力側クラッチ
板１４を軸方向摺動自在に、交互に配列して、スプライ
ン係合し、クラッチキャリア１２に軸方向摺動自在に嵌
挿したクラッチピストン１５とバッキングプレート１６
との間で、クラッチ板１３及び１４を押圧して嵌合する
ことによって、入力軸４と出力軸５とを結合して、内燃
機関３の回転を無段変速機６を介してスクリューコンプ
レッサー７に伝達するように作動する。　湿式摩擦クラ
ッチ１の嵌合及び離脱は、油圧ポンプ１７によって、油
溜１８から油路１９により、途中、調圧弁２０で一定の
圧力に調整し、比例電磁弁２１を経てクラッチピストン
１５に供給されるクラッチ作動油圧によってなされ、こ
の比例電磁弁２１は、クラッチ１に対する嵌合及び離脱
の指令信号にともなって、コントローラ２２から出力さ
れる操作電流２３によって、一定の比率で漸次増加及び
減少するクラッチ出力回転速度が得られるようにクラッ
チ作動油圧を制御する。

このような操作電流２３を比例電磁弁２１に出力するコ
ントローラ２２は、例えば、第３図にブロック図で示し
たような電子制御回路で構成されている。

コントローラ２２は、クラッチ１の出力軸５に設けた出
力回転速度検出器２５からの回転速度検出信号２６、ク
ラッチ嵌指令信号２７及びクラッチ脱指令信号２８を入
力して、比例電磁弁２１のソレノイド２９に操作電流３
０を出力するもので、一定の比率で漸次増加又は減少す
る設定信号を直接出力する機構と、この設定信号と回転
速度検出信号とを、又は一定値の設定信号とフィードバ
ック信号とを比較、調節及び増幅する機構からなってい
る。

第３図において、まずクラッチ１を嵌合するときは、コ
ントローラ２２のＡＮＤゲート３１がクラッチ嵌指令信
号２７を受けてＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ３２にｕｐ指令
信号３３を出力し、これを受けたＵＰ／ＤＯＷＮカウン
タ３２から一定の比率で漸次増加するディジタル信号３
４がＤ／Ａ変換器３５を経て、同様に一定の比率で漸次
増加するアナログ信号３６として（第２図の０−３ｌ　
）、まだ出力軸５が回転していない状態の検出信号を受
けて、ディジタルスイッチ（以下スイッチと称する）３
７が開き、スイッチ３８が閉じられたもとで、直接、増
幅器３９を経てソレノイド２９に一定の比率で漸次増加
する操作電流が出力される（第２図の０〜１１）。

これと同時に、上記の如く回転検出信号を受けてスイッ
チ４０が閉じられることから、初期出力設定器４１から
一定の低い初期出力設定信号４２（キ、）が比較器４３
に与えられ、スイッチ４４が、同様にして、閉じられて
いることから、ＰＩＤ調節器４５からの調節信号４６が
比較器にフィードバックされるので、ＰＩＤ調節器から
の出力信号４６は、初期出力設定信号と同じ値になり、
この信号４６は閉じられたスイッチ４７を経て、まだ開
かれている次段のスイッチ４８まで出力した状態で維持
されている。

上記した如く漸次増加する操作電流により、ｔ　ｏ　”
””　ｊ　、の間で０からｐ、まで増加するクラッチ作
動油圧を受けて、クラッチ１がｔ、でスリップ状態から
嵌合して出力軸５を回転しはじめようとすると、出力回
転速度検出器２５からの回転検出信号２６を受けて、ス
イッチ３８が開かれ、スイッチ４８が閉じられることか
ら、これまで出力されていた一定の比率で漸次増加する
信号３６に切替わってこれまで出力体制にあった初期出
力設定信号４９が増幅器３９を経て一定の低い操作電流
（ｉ’、）として出力される。その結果、クラッチ作動
油圧がｐ、からｄｌまですみやかに下降して、出力軸の
急激な回転の増加が防止される。

この初期出力設定信号の出力と同時に、ＵＰ／ＤＯＷＮ
カウンタ３２が出力回転検出信号によってリセットされ
、再び始めからＵＰ信号３３を受けて、ＵＰ／ＤＯＷＮ
カウンタ３２からＤ／Ａ変換器３５を経て一定の比率で
漸次増加するアナログ信号３６を、回転検出信号により
スイッチ３８が開かれ、スイッチ３７が閉じられ、更に
、スイッチ４０が開かれることから、初期出力設定信号
４２と切換わって、回転速度検出信号２６がＦ／Ｖ変換
器５０から閉じられたスイッチ５１を経て与えられる電
圧信号に変換された回転速度検出信号５２とともに入力
して比較され、その偏差信号５３を調節器４５に与える
。

この信号５３を受けたＰＩＤ調節器４５は、これまで出
力していた初期出力設定信号から、上記の偏差信号を調
節した操作信号に徐々に移行していく。

タイマで決められた所定の時間をかけて一定の比率で漸
次増加する上記の設定信号３６　（ｔｔ〜ｔ３の間で０
〜Ｓ３まで増加する）により、操作電流３０はｔ１〜ｔ
２の間でｉ／、から１２に上昇するとクラッチ作動油圧
もが、からｐ２に昇圧し、これにともなって出力回転速
度も１．から直線的に増加して０からｒ２となる。そし
て、ｔ２でクラッチが嵌合すると、入出力回転速度が一
致して出力回転速度の増加が止まることから、操作信号
３０が更に増加を続ける設定信号によりｉ２から最大出
力ｉ、に急増し、これにつれてクラッチ作動油圧もｐ２
から最大圧力ｐ３にすみやかに昇圧してクラッチの嵌合
を完全にする。クラッチの嵌合後、適当な時間を経過し
てからタイマからの設定時間にもとづいてＵＰ／ＤＯＷ
Ｎカウンタ３２へのＵＰ信号が停止して設定信号３６は
一定のＳ、に維持される。

次いで、嵌合したクラッチ１を脱にするときは、クラッ
チ脱指令信号２８をＡＮＤゲート３１に入力することに
より、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ３２にＤＯＷＮ信号３８
″が与えられ、Ｄ／Ａ変換器３５を経て、一定の比率で
漸次減少する信号３６として、回転速度検出信号５２と
ともに比較器４３に与えられて比較され、その偏差信号
５３を調整、増幅した減少する操作電流３０を出力して
、作動油圧が下降してＰ２に達するとクラッチがスリッ
プしはじめ、出力回転速度が一定の比率で漸次減少し、
クラッチ作動油圧がｄ、以下になって完全に脱されると
ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ３２がリセットされてクラッチ
脱操作が終了する。

これまでは、起動時の負荷の変動については考慮しない
で述べてきたが、スクリューコンプレッサーの吸込側と
吐出側の流体圧力差が大きくなるなどしてスクリューコ
ンプレッサーに過負荷が生ずるようなときは、その抵抗
により回転速度の増加かにぶり、検出される回転速度と
、一定の比率で漸次増加する操作信号が与えるべき回転
速度との差が大きくなり、その結果、作動油圧の立上り
が急になり、クラッチの出力トルクが急増して、内燃機
関などの原動機側に過負荷が加わり、同時に駆動してい
る発電機などに回転変動を与えることになる。

このような過負荷の発生を防止するために、第４図に示
す如く、検出された出力回転速度に対応する最大許容操
作信号を設定し、調節器からの操作信号を、同じ出力回
転速度のもとで与えられる上記の最大許容操作信号と比
較して、それを越えるとき最大許容操作信号に切換わっ
て出力するように制御する。

このような過負荷防止制御を実施する制御装置の一例を
第３図について説明する。即ちクラッチ１が嵌指令を受
けて、作動油圧が漸次増加して出力軸５が回転しはじめ
ると、その検出信号によりスイッチ４７が開かれ、スイ
ッチ５４が閉じられて、ＰＩＤ調節器４５からの信号４
６は最小値選択器５５に、出力回転速度検出信号５２が
、最大許容出力設定器５６を経て当られる最大許容出力
信号５７とともに入力されて、比較され、どちらか最小
値が操作信号５８として増幅器３９を経て操作信号３０
としてソレノイド２９に供給されるように制御する。

このように制御を継続して、最大許容操作信号が、クラ
ッチが嵌合後に達する最大操作電流に近似するか、又は
達するまでに上昇したならば、仮にクラッチ１が嵌合し
ていなくても、上記の制御を解除してもクラッチ１はな
めらかに嵌合するから、このような解除条件を、クラッ
チが嵌合する出力回転速度Ｎ１以下の任意の出力回転速
度に対して与えることができ、出力回転速度検出信号が
、上記の如くに与えた出力回転速度の設定信号に達した
ならば、スイッチ４８を閉じて、スイッチ５４を開くよ
うに作動して上記のような制御を解除する。

第４図は、上記の制御について、クラッチ出力回転速度
に対する操作電流の変化を図示したものである。

まず、線分Ａは正規の負荷に対する操作電流の変化を示
すもので、操作電流は、回転が始めると瞬時にｉ、から
ｉ／、に急減し、それ以後、出力回転速度に比例してほ
ぼ直線的に増加し、クラッチが嵌合する回転速度Ｎ１で
１２となり、このＮ。

の出力回転速度のもとて最高操作電流ｉ、まですみやか
に上昇する。

次に、線分Ｂは最大許容負荷に対する操作電流の変化を
示すもので、最大許容操作電流の大きさは、出力回転速
度がＯのとき、ｉ′７以上のｉ。に、制御を解除するＮ
、より小さい適当な出力回転速度Ｎ。を決め、このＮ。

で、操作電流が最大値のｉ、になるか、又は、ｉ、に近
似するようにして決定した２点を結ぶ直線として与えら
れる。第４図では、出力回転速度Ｎ。で最大操作電流ｉ
３になる例で示されている。モしてＮ。以後はｉ３のも
とてクラッチはスリップしなからＮ１に至り完全に嵌合
することになる。

更に、線分Ｃは過負荷に対する操作電流の変化を示すも
ので、出力回転速度の増加に対する操作電流の増加が急
激で、出力回転速度がＨｌに達すると、クラッチが嵌合
するのに程遠いにもかかわらず、操作電流は最大値のｉ
、になる。このように線分Ｂを越える過負荷がかかると
、先に記載したように制御して、最大許容負荷を示す線
分Ｂに切換わって、解除点Ｎ。まで制御される。

スクリューコンプレッサー７を駆動するクラッチ１を起
動又は停止するときの、クラッチ出力軸５の出力回転速
度を一定の比率で漸次増加又は減少する制御方法と過負
荷のときの起動制御方法について述べたが、起動後のス
クリューコンプレッサーが増速されたもとでの変速制御
は、１例として、第１図に示す如く、クラッチｌの出力
軸５に接続した遊星歯車装置９からなる無段変速機６に
よってなされる。

この遊星歯車装置９のリングギア５９を入力軸６０と、
サンギア６１を出力軸６２とそれぞれ一体に設け、遊星
ギア６３が差動ギアとして作用する構成になっている。

従って、遊星ギア６３の公転を固定するときは、リング
ギア５９とサンギア６１のギア比に相当する増速比が得
られる。

この遊星ギア６３のキャリア６４と一体のギア６５とか
み合うギア６６の回転軸６７と、入力軸６０と一体のギ
ア６８とかみ合うギア６９の回転軸７０とに、それぞれ
固定容量油圧ポンプ・モータ７１および可変容量油圧ポ
ンプ・モータ７２の軸を接続し、油圧ポンプ・モータ７
１及び７２の吐出口及び吸込口を油路管７３及び７４で
相互に接続し、キャリア６４の回転速度及び回転方向の
制御を、可変容量油圧ポンプ・モータ７２に設けた傾斜
板の角度を変えることによってなされる。

即ち、出力軸の回転速度は、傾斜板の角度を０にしてキ
ャリア６４の回転を固定するときは、リングギア５９と
サンギア６１のギア比で与えられ、この傾斜板の角度を
Ｏから一方に傾けてキャリア６４の回転方向を入力軸６
０に対して逆にすると、出力軸６２の回転速度が増加し
はじめ、又、０から他方に傾けていくと、上記の回転方
向が同じになって回転速度が減少しはじめる。このよう
に制御することによって、スクリューコンプレッサーは
、通常、４．０００〜６．０００ｒｐｍの間で可変速駆
動される。

（発明の効果） スクリューコンプレッサーのように慣性質量が小さいに
もかかわらず大きな起動トルクを必要とし、且つ回転し
始めると急激に負荷トルクが減少し、その後漸次増加す
るような起動負荷特性をもつ被動機を、発電機などを定
速駆動している内燃機関のような原動機で湿式摩擦クラ
ッチを介して接続し、スクリューコンプレッサーの起動
及び停止に応じて湿式摩擦クラッチを嵌脱するときのク
ラッチ作動油圧を起動に際しては、クラッチの嵌指令に
ともない、作動油圧を制御する比例電磁弁への操作電流
を、まず一定の比率で漸次増加することによって、作動
圧油がクラッチのピストン室に充満後、漸次昇圧してい
き、クラッチが嵌合して出力軸が回転しはじめるやいな
や、操作電流をすみやかに減少し、作動油圧を下げてク
ラッチにスリップを与え、次いで出力回転速度と、一定
の比率で漸次増加する設定信号とを比較、調節した操作
電流を与えてクラッチの出力回転速度を一定の比率で上
昇する本発明の制御方式により、スクリューコンプレッ
サーの起動がなめらかになり、スクリューコンプレッサ
ーにより移送される流体の流量変化がゆるやかになり、
システムの起動、停止時におけるパルプ開閉操作が容易
になるとともに、内燃機関に過負荷がかからないので回
転が一定し、同時に駆動している発電機に回転変動を与
えないという効果がある。

又、クラッチの出力軸が回転しはじめた後の操作電流に
ついて、出力回転速度に対応させて最大許容操作電流を
設定し、上記の操作電流が、この最大許容操作電流を越
えるときは、操作電流を最大許容操作電流に切換えて出
力する本発明の制御方式により、スクリューコンプレッ
サーから内燃機関への過負荷がなくなり、過負荷にとも
なう回転変動が防止されるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御方法が適用される湿式摩擦クラッ
チを有するスクリューコンプレッサー駆動系の簡単な構
成を、第２図は経過時間に対する設定信号ヂ、操作電流
ｍＡ、作動油圧ｋｇ／ａｌ及び出力回転速度ｒｐｍの関
係を、第３図は本発明の制御を実施するための電子回路
を、そして、第４図は出力回転速度と操作電流の関係を
図示したものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、起動負荷トルクが大きくしかも慣性質量の小さい被
   動機を、一定の出力回転速度で運転している原動機に、
   湿式摩擦クラッチを介して接続し、被動機を駆動するた
   めに湿式摩擦クラッチを嵌合するに際して、まず湿式摩
   擦クラッチのクラッチ作動油圧を調整する比例電磁弁の
   操作電流を一定の比率で漸次増加するように制御し、ク
   ラッチ板が嵌合してクラッチ出力軸が回転を始めるや否
   や、急激に低下する負荷トルクに見合ったクラッチ出力
   トルクとなる様、クラッチ作動油圧を与える操作電流を
   瞬時に下げて、被動機の急激な回転上昇を防ぎ、次いで
   、クラッチ出力回転速度がクラッチ板を直結した最高出
   力回転速度を得るまで、一定の比率で漸次増加するよう
   に操作電流を制御することを特徴とする湿式摩擦クラッ
   チの起動制御方法。 ２、請求項１記載の湿式摩擦クラッチの起動制御方法に
   おいて、クラッチ出力回転速度を一定の比率で漸次増加
   するように制御される操作電流に関して、クラッチ出力
   回転速度に対応させた最大許容操作電流を設定して、被
   動機の負荷が増加して操作電流が、検出された出力回転
   速度に対する最大許容操作電流を越えて増加しようとす
   るときは、操作電流を、この最大許容操作電流におさえ
   て比例電磁弁に出力することを特徴とする湿式摩擦クラ
   ッチの起動制御方法。