JPH01100329A - 負荷キロワットの大小に応じて駆動ディーゼル機関の回転数を変化させうる交流発電装置 - 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〉 この発明はディーゼル機関により主として交流発電機を
駆動する発電装置に関する。

〈従来の技術〉 従来からディーゼル機関により交流発電機を駆動する発
電装置では、特に例としてあげるまでもなく、すべてデ
ィーゼル機関は直接その出力軸に直結された交流発電機
を駆動するようにされていて、これにより当然ながら負
荷キロワットの大小変動には関わりなく、常に駆動ディ
ーゼル機関は発電機と同じ一定の定格回転数で運転され
た。この為、たとえ交流発電機の所要負荷キロワットが
定格値にくらべてごく小さい時であっても、発生周波数
を一定に保つ必要から、ディーゼル機関は負荷キロワッ
トが大きい時と同じく定格回転数たる高い回転数で運転
を続けざるをえず、このため機関の余分な摩耗・騒音あ
るいは燃料の消費を招いていた。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記において、ディーゼル機関に直結した発電機を、直
流発電機とするかあるいは交流発電機としてその出力を
整流して直流をとりだし、インバータで交流化し、その
上で互いに直結しあっ外見電機とディーゼル機関とをも
ろともに回転数を下げる方法があるが、これではディー
ゼル機関の出力トルクを１００％活用しながら回転数を
さげることが出来ず、その上とりだした交流電力に高調
波がまじる欠点がある。

さらに他の方法として、発電機を交流発電機とし、その
負荷キロワットが小さい時には、それに応じて発電機の
回転数（周波数）を定格値一定に保ったままディーゼル
機関の方の回転数を低下させうるよろにし、機関の余分
な摩耗・騒音あるいは燃料の消費を防ぐことが考えられ
るが、このようなばあい交流発電機の回転数（周波数）
を精度よく一定に保ちながら、なおかつディーゼル機関
の回転数をその発電機の負荷キロワットの増減に応じて
任意に上下させる事は、実際には極めて困難であった。

例えば第６図に示すようにディーゼル機関１が無段変速
機２を介して交流発電機３を駆動するようにしたものに
おいて、交流発電機３の負荷の大小に応じて、ディーゼ
ル機関１の回転数を普通−般にもちられているような付
属のガバナ５で燃料噴射ポンプ８のラックを動かして上
下に制御し、いっぽう交流発電機３の回転数を自己と同
系統の駆動軸から駆動されるガバナ４により無段変速機
２の変速比調整装置６を動かして一定に保たせる方法が
ある。しかしこのようなやりかたであるとディーゼル機
関１の回転数はガバナ５で精度良く保たれるが、かんじ
んの交流発電機３については無段変速機２自身の変速比
を変化させる精度、反応の速さあるいはキレの良さ等が
厳密には不十分な場合が多いため、ガバナ４が、ディー
ゼル機関１の回転数の変化による交流発電機３の回転数
の変化にどんなに適確に作動しても、その回転数の変化
に遅れなく変速比の変化を追従させて交流発電機３の回
転数（周波数）を正確に一定に保たせることかできず、
交（′ｆＬ発電機３に大きな回転ムラが現れるなどして
満足できなかった。

く問題を解決するための手段〉 この発明は上記問題を解決するために、第１図に示す様
にディーゼル機関１は無段変速機２を介して交流発電機
３を駆動し、ガバナ４をこの交流発電機３の駆動軸と同
系統から駆動する配置とした上で、この交流発電機３の
回転数（周波数）を検知しているガバナ４の動きを、上
記従来の例のような無段変速機２の変速比調整装置６に
たいしてではなく、燃料調整ロッド７により無段変速機
２を飛越えて直接にディーゼル機関１の燃料噴射ポンプ
８のラックに伝えるようにしたことを大きな特徴とする
ものである。

く作　用〉 これにより交流発電機３の回転数は、常にその交流発電
機３の回転数を検知しているガバナ４が直接その駆動源
たるディーゼル機関１の燃料噴射ポンプ８のラックを動
かすことにより精度よく制御され、一方デイーゼル機関
１自身の回転数は、こうして制御された交流発電機３の
回転数にないするその時点での無段変速機２の速度比で
決まるという形で制御されるようになる。一般に、ディ
ーゼル機関１の燃料噴射ポンプ８のラック位置というも
のは、ディーゼル機関の発生出力トルクのみを制御し回
転数には直接は関係しないので、ディーゼル機関は必要
な発生出力トルクのみ制御されてこのようになる訳であ
る。

別の形で表現すれば、すなわちディーゼル機関１は自己
が無段変速機２を介して交流発電機３を駆動するとき、
無段変速機２の速度比が交流発電機３をより増速するよ
う変化した場合は、ガバナ４によりその交流発電機３の
増速骨が元に戻るまで減速せしめられ、逆に交流発電機
３をより減速するよう変化した場合は、ガバナ４により
その交流発電機３の減速分が元に戻るまで増速せしめら
れる。

このようであるので、ガバナ４にて交流発電機３の回転
数（周波数）を所定値に保ったまま、無段変速機２の速
度比を変速比調整装置６を操作して変化させれば、ディ
ーゼル機関１の回転数を上下させることができる。この
場合、無段変速機２自身の速度比が変化する過渡期であ
っても、あるいは変速比の整定精度が不十分でも、交流
発電機３の回転数（周波数）は常に正しく保たれ、その
精度の不十分はディーゼル機関１の回転数の精度の不十
分として現れる。

それゆえ、たとえば交流発電機３の負荷キロワットが小
さい場合には、無段変速機２の速度比を変速比調整装置
６を操作し、ディーゼル機関１から交流発電機３を今よ
りさらに増速する方向に変化させることにより、交流発
電機３の回転数（周波数）を正しく保ったまま、ディー
ゼル機関１の回転数を、任意の、あるいはその負荷キロ
ワットが小さい度合いに応じた値にまで下げることがで
き初期の目的が達成される。この場合勿論、交流発電機
３のキロワットに対応するディーゼル機関１の負荷トル
クは回転数の低下に応じて増加するから、その増加がデ
ィーゼル機関１に許容できる値になるまで回転数を低下
させることができる。

〈実施例〉 （１）この発明の基本的な実施例として示す第１図にお
いて、ディーゼル機関１は無段変速機２を介して交流発
電機３を駆動している。無段変速機２は変速比調整装置
６をそなえている。ガバナ４は、無段変速機２の２次側
（出力軸側）以降の軸系統である交流発電機３と同軸か
ら駆動されている。このガバナ４は交流発電機３を駆動
すべき回転数にセットされていて、その動きは燃料調整
ロッド７によりディーゼル機関１の燃料噴射ポンプ８の
ラックに伝えられる。こうして交流発電機３の回転数は
ガバナ４により、またディーゼル機関１の回転数はけ無
段変速機２の変速比調整装置６により、それぞれ制御さ
れる。

図中、無段変速機２はベルト式で示しであるがほかにど
んなタイプでも勿論さしつかえはなく、たとえ停止中に
変速操作ができないものでも、また変速動作が鈍くきれ
の悪いものでも交流発電機３の回転精度にはなんら影響
はない、ただし、１次側が可変速、２次側が定速という
普通とは逆の使い方となる。

ガバナ４は遠心式で示しである。要求される回転精度や
作動力により遠心油圧式も好適である。

（２）第１図の場合、図のとおりディーゼル機関１の燃
料噴射ポンプ８のラックの動きは、ディーゼル機関１以
外の軸系上にある交流発電機３のガバナ４から伝送され
てきているので、機関自体に万一のオーバースピードが
おこっても必ずしも反応しない、そのためには第２図の
ように機関付きのガバナ５をディーゼル機関１の許容最
高回転数にセットし、ディーゼル機関１の燃料噴射ポン
プ８のラック調整による燃料噴射量は、その許容上限回
転数相当にセットできるディーゼル機関付属のガバナ５
と、交流発電機３のガバナ４との、どちらかより少ない
値を指示する方にしたがって制御されるようにする。こ
うすれば、通常は交流発電機３のガバナ４が燃料噴射ポ
ンプ８のラックを制御しているが、軸系離脱など何らか
の理由でディーゼル機関１がオーバースピードをおこし
そうになった時は、こののガバナ４の動きに関わりなく
ディーゼル機関１付属のガバナ５が燃料をカットすべく
動き、ガバナ４よりも少ない値を指示して燃料噴射ポン
プ８のラックを燃料噴射量減の方向へ動かしてディーゼ
ル機関１のオーバースピードを抑制させることができる
。

（３）上記２項において、第２図に示すようにディーゼ
ル機関１付属のガバナ５の動きをばね筒９停止レバー１
０をへて燃料噴射ポンプ８のラックに連結する。このば
ね筒９内のばねは燃料噴射ポンプ８のラックを動かすに
十分な力でとじこめられていて、通常は一つのリンクと
して働くが、停止レバー１０を（−）矢の停止方向へ強
く押すとばね筒９内のばねは変形しリンクとしては伸び
、ガバナ５の動きに逆らって燃料噴射ポンプ８のラック
を燃料噴射量減の方向へ任意の量だけ動かすことができ
る。この機構は第６図にも示されていた様に、もともと
どのようなディーゼル機関もそなえているものである。

そして交流発電機３のガバナ４からの動きを受ける燃料
調整ロッド７の右端が、停止レバー１０の一点を（−）
矢に示す停止方向へ押すようにする。これは停止方向へ
押すだけであって反対の方向へはただ離れるだけである
。

故に、ガバナ５がガバナ４よりもさらに燃料噴射ポンプ
８のラックを（−）矢に示す燃料噴射量減の方向へ動か
そうとすれば、燃料調整ロッド７の右端が停止レバー１
０からはなれるから動かすことができるし、逆にガバナ
４がガバナ５よりもさらに燃料噴射量減の方向へ動かそ
うとすれば、ばね筒９内のばねが変形してリンクとして
は伸びるので、これも可能となる。

このようにしてディーゼル機関１の燃料噴射量は、その
許容上限回転数相当にセットできるディーゼル機関付属
のガバナ５と、交流発電機３のガバナ４との、どちらか
より少ない値を指示する方にしたがって制御されるよう
になり、第２項の作用がなされる。

（４）本発明により交流発電機３の回転数（周波数）を
正しく保ったまま、ディーゼル機関１の回転数を下げる
と、交流発電機３のガバナ４により制御されるディーゼ
ル機関１の回転数が不安定に動揺する、いわゆるハンチ
ング現象が現れることがある。その原因は主としてディ
ーゼル機関１のはずみ車効果が、回転数の低下とともに
減少するためである。

スピードドループ　＝（全負荷変化時の静定速度差）÷
（回転数）とすると、このスピードドループ（％）が小
さくなるにつれてハンチングしやすくなり、逆にこれを
大きくすればそれが抑制されるので、はずみ車効果の低
下などの理由でハンチングが現れる時はスピードドルー
プを増加させるとよい、。

それには第２図に、無段変速機２の変速比調整装置６を
ディーゼル機関１の回転数が低下する方向、即ち無段変
速機２の変速比をアクチュエータ１４によりディーゼル
機関１の回転数にたいし交流発電機３の回転数をさらに
増速する方向に操作するに従い、これに連動してガバナ
４の動きが燃料調整ロッド７をへて燃料噴射ポンプ８の
ラックに伝わる割合いを少なくするようにした、交流発
電機のスピードドループ調整機構を加える。

即ち第３図のように、燃料調整ロット７の右端にローラ
ー１１をとりつけた上、停止レバー１０上の一点を（−
）矢に示す燃料噴射量減の方向へ押すようにし、変速比
調整装置６の動きを燃料調整ロッド７の右端の上下の動
きに伝える連結リンク１７をそなえたスピードドループ
調整機構をもうける。

こうして変速比調整機ｔＲ６を動かすアクチュエーター
１４が、（−）矢に示すディーゼル機関１の回転数を低
下させる方向、即ち無段変速機２の変速比を、ディーゼ
ル機関１の回転数にたいし交流発電機３の回転数をさら
に増速する方向に操作するに従い、スピードドループ調
整機構の連結リンク１７が燃料調整ロッド７右端の停止
レバー１０上の一点を押しているローラー１１を下へさ
げるようにすれば、それに応じ停止レバー１０上でのレ
バー比が、ガバナ４での同じ動きが燃料噴射ポンプ８の
ラックに伝わる割合いが少なくなるように変化する。即
ち同じ燃料噴射ポンプ８のラックの動きに対しガバナ４
はより多く動かねばならず、換言すれば同じ負荷変化に
対してより多くの速度変化を要するようになり、結果と
じてスピードドループが増加し、ハンチングを抑…Ｉ工
することができる。

（５）第４図に示す様に、燃料調整ロッド７上にこの燃
料調整ロッド７の動きが燃料噴射ポンプ８のラックが燃
料噴射量大となる位置に移動した時と小となる位置に移
動した時とにそれぞれ作動する燃料噴射量大位置センサ
ー１２と燃料噴射量車位置センサー１３とを設け、この
うち燃料噴射量大位置センサー１２が作動した時はディ
ーゼル機関１の回転数が増加し、逆に燃料噴射量車位置
センサー１３が作動した時は同回転数が減少するように
、それぞれアクチュエーター１４に信号を送って無段変
速機２の変速比調整機構６を作動させるようにする。

こうすれば発電機３の負荷キロワットの変化に応じ、デ
ィーゼル機関１の回転数は、たえずその時点での負荷キ
ロワットにたいして必要十分な低い値に自動的に調整さ
れる。特にディーゼル機関１の負荷トルクは、同じ負荷
キロワットに対してもディーゼル機関１自身の回転数の
減少に反比例して増加するが、これが増加してもしなく
ても常にディーゼル機関１に許容できる負荷トルクに対
応したラック位置上の最大最小点を検出することによっ
て、ディーゼル機関１の回転数が自動的に調整される。

この点、検出を発電機３の負荷キロワットの変化からと
る方法よりも簡単かつ適確にディーゼル機関１の回転数
を調整できる。

（６）上記べ項では、燃料噴射量大位置センサー１２と
燃料噴射量車位置センサー１３はいずれも燃料噴射ポン
プ７のラックが所定の位置へきたとき、それらいずれか
がただちにアクチュエーター１４に信号を送って無段変
速機２の変速比調整機構６を作動させたが、この場合ア
クチュエーター１４が行き戻りをくりかえして回転数が
安定しないことがある。この時は燃料噴射量大位置セン
ナ−１２と燃料噴射量車位置センサー１３とのいずれも
が、それぞれの作動位置へ近づくにしたがいおのおのの
作動信号の強さが連続的に増加する機能をもたせたもの
とする。そこで、アンプ（増幅器）を介しアクチュエー
ター１４に信号を送り、それら信号の強さの増加に応じ
、ディーゼル機関１０回転数が、噴射量大の位置に近づ
くときはこれにしたがい連続的に増加し、逆に噴射量小
の位置に近づくときはこれにしたがい連続的に減少する
ように無段変速機２の変速比調整機ｆＡｔ６を連続的行
程で作動させるようにして、回転数の安定をはかること
ができる。

（７）上記これまでの説明ではガバナ４は機械式に属す
るも・のを例にあげてきたが、電気式に属するガバナを
用いてもこの発明の特徴をさらに発揮させることができ
る。

第５図の通り、電気ガバナの検出部１５は交流発電機３
の発生周波数を検出し演算して結果を電気ガバナのアク
チュエータ１６に伝え、アクチュエータ１６から燃料噴
射ポンプ８のラックを動かすようにする。

このようにすれば、機械式ガバナの場合のように、交流
発電機１の回りに駆動機構を設ける繁雑さがさけられる
。さらにアクチュエータ１．６を燃料噴射ポンプ７に近
接した都合のよい位置に自由に配置できる。

本発明は、上記の実施例にとられれず、その精神にもと
ずき種々な態様をとりうるちのである。

〈発明の効果〉 この発明により交流発電機の負荷キロワットが小さい場
合には、交流発電機の回転数（周波数）を正しく保った
まま、ディーゼル機関の回転数を任意の、あるいはその
負荷キロワットが小さい度合いに応じた値にまで下げる
ことができるので、ディーゼル機関に余分な摩耗・駿音
あるいは燃料の消費を招かない、この場合、ディーゼル
機関の出力トルクを許容最大値までフルにつがいながら
任意にまたは自動的にその回転数を下げることができる
。

上記交流発電機の回転数（周波数）を正しく保つ作用は
、使用する無段変速機の変速比がその操作の過程にある
ときでも、あるいはその整定のキレが悪く精度が不十分
な場合でも発揮される。

交流発電機は負荷キロワットの大小を問わず、ディーゼ
ル機関の回転が下がっているいないに拘らず、常に規定
の回転数で回っているので、高調波の混じらない正しい
交流電力かえられる。

通常ディーゼル機関がそなえている自己用のガバナや停
止レバーをそのまま用いることができ、それがそのまま
ディーゼル機関自身のオーバースピード防止用や停止用
に使える。

ディーゼル機関の回転数を下げたときに起こりやすいハ
ンチングが防止される。

負荷キロワットが小さい度合いに応じた、適度なディー
ゼル機関の回転数の低下量が自動的に調整される。

ガバナとして電気式のガバナを用いれば取付は配置が自
由に都合よくできる。など産業上大きな効果かえられる
。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図は本発明にかかり、第１図は基本的な
実施例を示す図、第２−第５図は各実施例、第６図は従
来例を示す図である。 図中、１はディーゼル機関、２は無段変速機、３は交流
発電機、４はガバナ（交流発電機３の駆動軸と同系統か
ら駆動される）、５はガバナ（ディーゼル機関１に付属
）、６は変速比調整装置、７は燃料調整ロッド、８は燃
料噴射ポンプ、９はばね筒、ｌＯは停止レバー、１１は
ローラー、１２・１３は各々燃料噴射量大小位置センサ
ー、１４はアクチュエーター、１５は電気ガバナの検出
部、１６は同アクチュエーター、ならびに１７は連結リ
ンクである。 １４図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）ディーゼル機関、このディーゼル機関から無段変
   速機を介して駆動される交流発電機、この交流発電機の
   駆動軸と同軸系統から駆動されるガバナ、このガバナの
   動きを上記ディーゼル機関の燃料噴射ポンプのラックに
   伝える燃料調整ロッドをそなえ、上記ガバナは常に上記
   交流発電機の回転数を制御し、上記ディーゼル機関の回
   転数は上記無段変速機の変速比を変化させることにより
   制御するようにした、負荷キロワットの大小に応じて駆
   動ディーゼル機関の回転数を変化させうる交流発電装置
   。
2. （２）ディーゼル機関の回転数を検知しかつその速度セ
   ッチングがこのディーゼル機関の許容上限回転数相当に
   セットできるディーゼル機関付属のガバナを有し、上記
   ディーゼル機関の燃料噴射量が、交流発電機の駆動軸と
   同系統から駆動されるガバナと、上記ディーゼル機関の
   回転数を検知するガバナとの、どちらかより少ない値を
   指示する方にしたがって制御されるようにした、特許請
   求範囲第１項記載の負荷キロワットの大小に応じて駆動
   ディーゼル機関の回転数を変化させうる交流発電装置。
3. （３）ディーゼル機関付属のガバナの動きは、停止用ば
   ねから停止レバーを介して燃料噴射ポンプのラックに伝
   えられており、交流発電機の駆動軸と同軸系統から駆動
   されるガバナの動きは、上記停止レバーから燃料噴射ポ
   ンプのラックにいたる経路中の一点を燃料噴射量が減少
   する方向に押すようにされている特許請求範囲第２項記
   載の負荷キロワットの大小に応じて駆動ディーゼル機関
   の回転数を変化させうる交流発電装置。
4. （４）無段変速機の変速比調整装置を、ディーゼル機関
   の回転数を低下させる方向、すなわち無段変速機の変速
   比をディーゼル機関の回転数にたいし交流発電機の回転
   数をさらに増速させる方向、に操作するに従い、これに
   連動して交流発電機の駆動軸と同軸系統から駆動される
   ガバナの動きが燃料調整ロッドをへて燃料噴射ポンプの
   ラックに伝わる割合を少なくする交流発電機のスピード
   ドループ調整機構を設けた、特許請求範囲第２項記載の
   負荷キロワットの大小に応じて駆動ディーゼル機関の回
   転数を変化させうる交流発電装置。
5. （５）燃料調整ロッド上に、この燃料調整ロッドが燃料
   噴射ポンプのラックの噴射量大と噴射量小におのおの相
   当する位置に来た時に作動する位置検出センサーを設け
   、このうちの噴射量大のセンサーが作動した時はディー
   ゼル機関の回転数が増加し逆に噴射量小のセンサーが作
   動した時はディーゼル機関の回転数が減少するように、
   それぞれ無段変速機の変速比調整装置を作動させるよう
   にした、特許請求範囲第１項記載の負荷キロワットの大
   小に応じて駆動ディーゼル機関の回転数を変化させうる
   交流発電装置。
6. （６）位置検出センサは、燃料調整ロッドがそれぞれが
   噴射量大および噴射量小の位置に近づくにしたがいおの
   おのの作動信号の強さが連続的に増加し、それら作動信
   号の増加に応じてディーゼル機関の回転数が、噴射量大
   の位置に近づくときはこれにしたがい連続的に増加し、
   逆に噴射量小の位置に近づくときはそれにしたがい連続
   的に減少するように、無段変速機の変速比調整装置を作
   動させるようにした、特許請求範囲第５項記載の負荷キ
   ロワットの大小に応じて駆動ディーゼル機関の回転数を
   変化させうる交流発電装置。
7. （７）交流発電機の駆動軸と同系統から駆動されるガバ
   ナは電気ガバナであり、交流発電機の発生周波数を検出
   し演算して、燃料噴射ポンプのラックに近接して配置さ
   れたこの電気ガバナのアクチュエータから上記ラックを
   動かすようにされている、特許請求範囲第１項記載の負
   荷キロワットの大小に応じて駆動ディーゼル機関の回転
   数を変化させうる交流発電装置。