JPS59190452A - デイ−ゼルエンジンの回転数一定制御方式 - Google Patents

デイ−ゼルエンジンの回転数一定制御方式

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Publication number
JPS59190452A
JPS59190452A JP6409983A JP6409983A JPS59190452A JP S59190452 A JPS59190452 A JP S59190452A JP 6409983 A JP6409983 A JP 6409983A JP 6409983 A JP6409983 A JP 6409983A JP S59190452 A JPS59190452 A JP S59190452A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diesel engine
accelerator
rotational angular
load
angular velocity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6409983A
Other languages
English (en)
Inventor
Kiichiro Tsuda
津田 喜一郎
Mitsuo Kobayashi
光男 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
Fuji Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd, Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd, Fuji Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP6409983A priority Critical patent/JPS59190452A/ja
Publication of JPS59190452A publication Critical patent/JPS59190452A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/38Controlling fuel injection of the high pressure type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D31/00Use of speed-sensing governors to control combustion engines, not otherwise provided for
    • F02D31/001Electric control of rotation speed
    • F02D31/007Electric control of rotation speed controlling fuel supply

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】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は発電機などを駆動するディーゼルエンジンの
回転数を負荷変動にかかわらず一定に制御するための回
転数制御方式に関する。この種の制御方式ではディーゼ
ルエンジンにかかる負荷が急に変動した時に、発電機の
出力周波数の変動を防止するため、ディーゼルエンジン
のあらかじめ設定した回転数が変化しないように、また
一時的に回転数が変化してもこの変化分が速やかに零に
収束し最終的には回転数の変化がなくなるように制御シ
ステムを構成する必要がある。
〔従来技術とその問題点〕
この種の制御方式を説明する前に、まずこの種の制御方
式が適用されるディーゼルエンジンシステムについて説
明する。第1図はこの棟のエンジンシステムをブロック
線図で表わしたものであり、11はエンジンの回転数を
制御するためのアクセル、12はエンジンに供給される
燃料を増減するためのガバナ、13はエンジンのシリン
グ部、14はエンジンに直結された負荷、15はエンジ
ン及び負荷14を合計した慣性質量を表わしている。そ
れぞれのブロックから次のような信号が出力される。す
なわちアクセル11からはアクセル開度θ(rad )
  ガノくす12からは燃料供給量q(K(7/s)、
エンジンシリンダ部13からはエンジンの出力トルクT
E(Nm)、負荷14からは負荷トlレクTL (N 
−m ) 、慣性質量15からは回転角速度0〕(ra
d/s)が出力される。
次にそれぞれのブロック内の1幾構について説明する。
アクセル11は通常アクセルペダルもしくはアクセルレ
バ−の形態をとり、アクセル開度θを増減すればエンジ
ンの回転角速度ωがこれに応じて増減するように構成さ
れCいるO ガバナ12はアクセル開度θとエンジン回転角速度ωに
基づいて燃料供給tlqを出力する0通常このθ、ωお
よびqとの間は線形関係によって結ばれているとみなせ
るが、線形関係が成立しない場合でも、平衡点近傍から
の微少な変化に着目すれば公知の通り線形関係が成立す
る。すなわち次の(1)式が成り立つ。
ここで、ガバナは第2図に示すような特性をもっている
。すなわぢアクセル開度θを一定にしたままで回転角速
度ωが増加すれば、これに応じて燃料供給量qは減少し
、またアクセル開度θを増加すればこれに応じて燃料供
給−iq及び回転角速度ωが増加する。従って第2図を
謬照すればθ。
ω、qの間には次の関係が成り立つ。
但しαは第2図に示した角度を表わしている。
この関係式を使えば(1)式は次の(3)式のように書
き直される。
1 Δq”−−□Δω+−7−−△θ  ・・・・・・・・
・・・・(3)tanα   Slnα エンジンシリンダ部13は、ガバナ【2から燃料の供給
qを受けて出力トルクTEを出力するが、qとTEは比
例すると考えても差しつかえない。すなわΔTE=Tぐ
△q・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・(4)この用台、比例定数Kを1とし
ておいても本発明の意図する目的に何ら支障を及ぼすも
のではないので、以下ではに=1として話を進めること
にする。
ΔTE=Δq   ・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・(5)次に負荷14は、エンジンに加わる負
荷であり、例えばディーゼルエンジンによって駆動され
る発i!壜を想定している。そして発電機の電気的負荷
量が変化した時は、この負荷14から出力される負荷ト
ルクTLが変化する0この変化を△TLとする0最後に
慣性質115はエンジン及び負荷14を合計した慣性質
量であり、慣性モーメントがJ(K鱈っであると仮定す
れば次の関係式が成り立つOJ −= TE −’rL
   ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・(6)t いま微少な変化を考えこの式をラプラス変換すれば JSΔω=ΔTE−ΔTL  ・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
(7)ここでSは時間tをラプラス変換することによっ
て生じるラプラスの微分演算子である0これまで述べて
きた関係を通常の自動制御理論で用いられているブロッ
ク線図で表わすと本発明の制御方式が適用されるディー
ゼルエンジンシステムは第3図のように表わされる。
さてこのディーゼルエンジンシステムにおいてはアクセ
ルペダルを一定にしておいて負荷が変化すれば、と九に
応じてエンジンの回転角速度も変化するという欠点があ
る。この点纜関し第4図および第5図により説明する。
まずアクセル開度を一定(△θ=0)にしておいて負荷
トルクがΔTLだけ変化した時を考えればブロック線図
第3図は第4図のように書きかえることができる。この
ブロック線図から入力ΔTLと出力△ωとの間の関係は
次の(8)式となる。
△ω    1 (−ΔTz、 −−)−一Δω ・・・・・・・・・・
・・・・・・(8)tanα  J8 (8)式を式変形すると次の(9)式となる。
いま負荷トルク△TLがステップ状に変化したとすれば
、十分長い時間が経過した後に回転角速度は次の(10
)式で考えられる△ωだけ変化する。
=−ΔTL tanα   ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(10)
これを第5図で説明すれば、最初に負荷トルクがTし1
のときにはエンジンは負荷トルクと出力トルクが釣り合
ったλ点において一定の回転角速度で回転している。こ
れから負荷トルクがΔTL増加してTL2 Kなったと
するとアクセル開度がθlで一定ならば釣り合い位置が
B点に移動する。この間の回転角速度の変化は第0図の
長さで表わされるため次の(11)式が成り立つ0 Δω=AC=ΔTL tanα ・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・(11)すなわち
回転角速度はΔTL tanαだけ減少するのである。
前述の如〈従来のディーゼルエンジンシステムにおいて
は、アクセル開度を一定にして詔いて負荷が変化すれば
、これに応じてエンジンの回転角速度も変化するという
欠点があつた0 〔発明の目的〕 この発明は前述の欠点を除去して負荷がΔTL変化して
も回転角速度の変化Δωが零になるようにエンジン制御
システムを構成し、より安定なディーゼルエンジンシス
テムを提供することを目的とする。
〔発明の実施例〕
本発明の目的は次のような嬉1の実施例で達成される。
すなわち第5図に示すように負荷l・ルクが△TL変化
した時、これに応じてアクセル開度の変化Δθ=BEを
Δθ=ΔTLsinαと計算してアクセル開度信号にフ
ィードバックする。
こ゛れをブロック線図で表わすと第6図のようになる。
これから入力△TLと出力Δωの間の関係は次の(12
)式のようになる。
(tsTLs inαM −tow t8nα−a’p
L)1丁=△ω       ・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・(12)すなわち (JS+−上一
)△ω=0 ・・・・・(13)tanα 従って△ω=0すなわち負荷トルクがどのように変化し
ても負荷トルク変動分ΔTLを検出しこれに応じてアク
セル開度θを前述した△θ二ΔTI、sinαにより適
正な値に調整すれば、回転角速度の変化△ωは常に零に
することができる。
本発明の第2の実施例は、負荷トルクの変化ΔTLを検
出するかわりに回転角速度の変化△ωを検出して、その
後で各時点における回転角速度のってアクセル開度を調
整する。すなわち第5図に示すように負荷トルクがT〕
、1.アクセル開度がθ1の時は第5図のA点が釣り合
い位置となって運転されているが、ここで負荷がTL2
に増加すれば前述したように新しい釣り合い位置B点に
おいて運Tk カ継Wcされる0ここで回転角速度の変
化Δωを検出して△θ=BB=△ωCO3αになるよう
にアクセル開度を増加すれば新しいアクセル開度はθ=
02になる。これに能なって釣り合い位置はB点から一
旦F点に移動した後、徐々に新しい釣り合い位置り点に
移動しその結果回転角速度は元のA点の回転角速度と同
じになる。
これをブロック線図で表わすと第7図のようになる。と
ころがこのブロック線図は回転角速度の変化をなくすた
めに、回転角速度の変化分を検出しなければならないと
いう本質的な矛盾があることを意味している。その結果
このままでは負荷トルクが変化した時に回転角速度の変
化を零にすることはできない。すなわち第7図を1き直
すと第8図のようになるが、この場合には系の伝達関数
を計算すると次の(14)式のようになる。
△TLがステップ状に変化した時には十分長い時間経過
した後つまり時間i−+aoにおいてつまり回転角速度
の変化は零にはならない。
そこでこの発明では負荷トルクが変化した瞬間には何ら
の制御も行なわずある程度の時間が経過した後に回転角
速度が変化したらその変化分Hニルじてアクセル開度の
適正値を計算し、この計算値によりアクセルをatする
ようにする0これをブロック線図で表わすと第9図のよ
うになる。ここで回転角速度の検出は適当な時間間隔を
おいてサンプラ16を通して行ない、回転角速度があら
かじめ設定しておいた値よりも大きく変化したら前述し
たように△θ=△ωCOSαによってアクセル角度の適
正値を計算し、スイッチ17を閉じて制御信号をフィー
ドバックすればよい。
ここで回転角速度を検出する時間間隔は、回転角速度に
許容される変化分やディーゼルエンジン系の応答時定数
により!&適な値を選べばよい0この第2笑施列ではこ
れまで述べたように、ある程度の回転角速度の変化分は
許容しなければならないが、一般に回転角速度の検出は
負荷トルりの検出に比べて容易であるので、システムを
安価に、構成することができる0 これまでに述べてきた回転角速度の制御は次のような具
体的構成によって実施することができる。
第1の実施例で負荷トルク変動分の検出はエンジンの出
力軸にストレインゲージをはりつけるか又は負荷トルク
変動による出力軸のねじれ応力に伴う透磁率の変化を非
接触で測定することにより検出することができる。また
アクセル開度の変化は公知のサーボモータやパルスモー
タを使って操作することができる。負荷トルクを検出し
てアクセル開度の変化を計算するのは公知のオペアンプ
やマイコンを使った電子回路によって構成することがで
きる。第2の実施例で回転角速度を検出するためにはエ
ンジンの出力軸まわりに数個の突起を設けこれを公知の
bi磁ピックアップ又は光を用いた検出器によって検出
すればよい。また第2の実施例では、回転角速度の変化
分からアクセル開度の変化をjlt算し、適当な時間間
隔を置いて回転角速度を検出し、また適当な時間間隔を
置いて゛rアクセル開度操作するがこれは公知のオペア
ンプやマイコンを使った成子回路によって構成すること
ができる。
〔発明の効果〕
この発明によればアクセル、カバナ、ディーゼルエンジ
ン及びこのディーゼルエンジンによって駆動される発電
機等の負荷からなるディーゼルエンジンシステムにおい
て負荷が変動した時にこの変動分を検出して、これにシ
ステムの特性から決まる定数を乗じて適正なアクセル開
度を計算し、この計算値によりアクセル開度を変化させ
るように制御システムを構成したため、負荷が変動して
もエンジン回転角速度は変化しないという効果が得られ
る。さらにこの発明の異なる制御方式によれば、前述の
ディーゼルエンジンシステムにおいて負荷が変動した結
果生じる回転角速度の変化を検出し、この検出した値か
ら適正なアクセル開度を計算し、この計算値によりアク
セル開度を変化させるように制御システムを構成したた
め負荷が変動してもエンジン回転角速度は変化しないと
いう効果が得られる。
〔発明の応用分野〕
この発明はいままで負荷として発電機等が駆動される場
合を考えてきたが、この他に自動車用ディーゼルエンジ
ンのアイドリング運転の場合にも応用できる。この場合
エンジンの負荷はエンジン機構内部のメカニカルロスで
あってエンジンを始動後、冷却水温が上昇するに伴なっ
てこのメカニカルロスは減少しこれに応じてエンジンの
回転角速度が増加する。従って本発明の制御方式を用い
ればエンジンを始動後冷却水温が上昇しても回転角速度
は変化することなく一定回転を継続することができる。
またいままでこの発明ではガバナ機構は最近公知になっ
ているアナログ方式の電子ガ/<すでこれにディジタル
的な計算回路を付加したものとして話を進めてきたが、
これは従来からあるメカガ/Nlすでも、さらにはガバ
ナ機構そのものがデジタル方式の電子ガバナであっても
かまわないO要はガバナがアクセル開度と回転角速度か
ら第2図に示したような燃料供給量を出力するような特
性をもっていればよい。
またいままでこの発明ではアクセルは回転角速度を増減
するためのアクセルペダル又はアクセルレバ−として話
を進めてきたが、これは回転角速度の目標値を設定する
回転数設定器であればよい。
【図面の簡単な説明】 第1図はディーゼルエンジンシステムのブロック図、第
2図はガバナの特性図、第3図はディーゼルエンジンシ
ステムの自動制御に関するブ07り線区、第4図は第3
図においてアクセル開度一定で負荷が変化した場合のブ
ロック線図、第5図は回転角速度、アクセル開度、出力
トルクおよび負荷トルク間の関係説明図、第6図は本発
明の第1の実施例を示す図で負荷トルク変動分を検出す
る場合のブロック線図、第7図は、第2の実施例に至る
説明ブロック線図、第8図は第7図を変形したブロック
線図、第9図は本発明の第2の実施例を示す図で回転角
速度の変化をサンプラーを介して検出する場合のブロッ
ク線図である。 11:アクセル、12:ガバナ、14:負荷、15:慣
性fi)t、16:サンプラ、17:スイッチ。 1 I′−2閃 △刀− −Av3閃 ω 才5閃 矛り圀 才と(3)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)アクセル、ガバナおよびディーゼルエンジンから構
    成されるディーセルエンジンシステムにおいて、負荷ト
    ルクが変動した時に負荷トルク変動分を検出してこれに
    システムの特性から決まる定数を乗じて適正なアクセル
    開度を計算し、この計算値によりアクセルを調整するこ
    とを特徴とするディーゼルエンジンの回転数一定制御方
    式。 2)アクセル、ガバナおよびディーゼルエンジンから構
    成されるディーゼルエンジンシステムにおいて、負荷ト
    ルクが変動した結果生じる回転角速度の変化を検出し、
    この検出した値から適正なアクセル開度を計算し、この
    計算値によりアクセルを調整することを特徴とするディ
    ーゼルエンジンの回転数一定制御方式。
JP6409983A 1983-04-12 1983-04-12 デイ−ゼルエンジンの回転数一定制御方式 Pending JPS59190452A (ja)

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JP6409983A Pending JPS59190452A (ja) 1983-04-12 1983-04-12 デイ−ゼルエンジンの回転数一定制御方式

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016136022A (ja) * 2015-01-23 2016-07-28 ゲーエー ジェンバッハー ゲーエムベーハー アンド コー オーゲー 回転駆動装置を備える設備および運転方法

Cited By (3)

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CN105822442A (zh) * 2015-01-23 2016-08-03 Ge延巴赫两合无限公司 包括旋转式发动机和控制单元的布置系统及其运行方法
US10634080B2 (en) 2015-01-23 2020-04-28 Innio Jenbacher Gmbh & Co Og Arrangement with rotating drive machine and operating method

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