(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機の負荷変動に応じて燃料の供給量を変化させ、原動機の回転数を一定値に制御する調速機のハンチング検出装置であって、
調速機で制御される燃料ポンプのラック位置を検出するラックセンサと、
このラックセンサの検出信号を一定時間間隔でサンプリングし、時系列サンプリング値が、単調増加から減少に転じたときの直前のサンプリング値を極大値とし、単調減少から増加に転じたときの直前のサンプリング値を極小値とするとともに、隣接する極大値と極小値の差を算出して検出信号波形の個々の振幅を求める振幅算出手段と、
この振幅算出手段で求められた振幅が所定値を超えるか否か判定する振幅判定手段と、
この振幅判定手段が肯と判定したとき、所定時間の計時を開始する計時手段と、
この計時手段が計時する所定時間内に上記振幅判定手段が肯と判定する回数を計数するとともに、計数値が所定値を超えたとき、調速機がハンチングしていると判別する判別手段を備えたことを特徴とする調速機のハンチング検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関等の原動機の負荷変動に応じて燃料の供給量を変化させ、原動機の回転数を一定値に制御する調速機のハンチングを検出する調速機のハンチング検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばディーゼル機関の調速機(ガバナ)としては、機関出力軸に連結される回転軸に遠心おもりを枢着し、回転速度に応じて径方向外側へ回動する遠心おもりの変位をリンク機構を介して燃料ポンプのラックに伝えるようにしたものが知られている。そして、おもりの回転速度が機関負荷の増加で低下したとき燃料供給量を増加させ、機関負荷の減少で上昇したとき燃料供給量を減少させるようにラックが移動して、始動時、定速運転時、停止時における機関の回転数を一定に制御するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
さて、ガバナの調整が不適切あるいは故障すると、ガバナによる燃料ラックの駆動系が不安定になって、ガバナがハンチングし、燃料ラックが大振幅かつ短周期で頻繁に振動する場合がある。ガバナがハンチングを起こすと、安定した機関回転数が維持できなくなって、正常な機関出力が得られず、ディーゼル機関により駆動される発電機では、周波数が変動して正常な電力供給ができなくなるうえ、ハンチングを長時間放置すると、機関各部に重大な故障や損傷をもたらす虞がある。
しかるに、従来のディーゼル機関のガバナには、ハンチングを検出する手段が全く設けられておらず、熟練した運転者が、ガバナ回転軸の回転計の目視による指針の振れと機関の出力状態に基づいて、長年の経験や勘に依ってガバナのハンチングを判断しているのが実情である。
従って、熟練者を常時配置してガバナのハンチングを監視させる必要から、機関運転の省力・省人化を図れず、目視における誤認や見落としを免れないから、確実で信頼できるハンチング判定ができないという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、調速機で駆動される燃料ラックの位置の経時変化を正常運転時のそれと比較することによって、調速機のハンチングを確実かつ自動的に判定でき、機関運転の省力化および能率化に貢献できる調速機のハンチング検出装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の調速機のハンチング検出装置は、調速機で制御される燃料ポンプのラック位置を検出するラックセンサと、このラックセンサの検出信号を一定時間間隔でサンプリングし、時系列サンプリング値が、単調増加から減少に転じたときの直前のサンプリング値を極大値とし、単調減少から増加に転じたときの直前のサンプリング値を極小値とするとともに、隣接する極大値と極小値の差を算出して検出信号波形の個々の振幅を求める振幅算出手段と、この振幅算出手段で求められた振幅が所定値を超えるか否か判定する振幅判定手段と、この振幅判定手段が肯と判定したとき、所定時間の計時を開始する計時手段と、この計時手段が計時する所定時間内に上記振幅判定手段が肯と判定する回数を計数するとともに、計数値が所定値を超えたとき、調速機がハンチングしていると判別する判別手段を備えたことを特徴とする。
【０００６】
上記ハンチング検出装置の振幅算出手段は、調速機で制御される燃料ポンプのラック位置を検出したラックセンサの検出信号を一定時間間隔でサンプリングし、時系列サンプリング値が、単調増加から減少に転じたときの直前のサンプリング値を極大値とし、単調減少から増加に転じたときの直前のサンプリング値を極小値とするとともに、隣接する極大値と極小値の差を算出して検出信号波形の個々の振幅を求める。振幅判定手段は、求められた振幅が所定値を超えるか否かを判定する。そして、振幅判定手段が肯と判定すると、計時手段が所定時間の計時を開始し、所定時間の計時中に上記振幅判定手段が肯と判定する回数を判別手段が計数し、計数値が所定値を超えたとき、判別手段は調速機がハンチングしていると判別する。つまり、ラックセンサの検出信号の信号波形に、上記所定時間の間に所定値を超える振幅が所定値を超える回数で出現した場合、燃料ラックが大振幅かつ短周期で頻繁に振動しているから、調速機がハンチングしていると判別される。
原動機の運転者は、熟達していなくても上記判別手段の判別に基づき調速機のハンチングを確実に知り、原動機を停止して調速機を修理または再調整できるので、原動機に重大な故障や損傷をもたらすことなく正常な原動機出力が得られ、原動機運転の省力化と能率化が図られる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
図１は本発明の調速機(ガバナ)のハンチング検出装置を備えたディーゼル機関の模式図であり、１はディーゼル機関、２はディーゼル機関１の負荷変動に応じて燃料ポンプのラックを変位させ、燃料噴射量を変化させて機関回転数を一定に制御するガバナ、３は上記ラックの変位量(ラック位置)を検出するラックセンサ、４はラックセンサ３からの検出信号を受けてラック位置を指針で表示するラック目盛指示計、５は後述する振幅算出手段,振幅判定手段および判別手段として上記検出信号およびタイマ(計時手段)６からの信号に基づいて所定の演算を行なうコンピュータである。
上記コンピュータ５とタイマ６は、ディーゼル機関１が最低速度以上で運転されているときにオンになる接点７およびコンピュータ５がガバナのハンチングを検出したときに警報信号を出力する出力端子８と一緒にハンチング検出ユニット９として一体化され、このハンチング検出ユニット９とラック目盛指示計４が、警報盤１０に取り付けられている。また、上記ハンチング検出ユニット９とラックセンサ３でハンチング検出装置を構成している。
【０００８】
上記コンピュータ５は、振幅算出手段として、上記検出信号の信号波形を図２(Ｂ)の丸印で示すように一定時間間隔(例えば0.1秒)でサンプリングし、隣接するサンプリング値の大小関係から隣接する極大値Ｒ1,極小値Ｒ2を求め(図４のＳ１３〜Ｓ２０)、次いで両者の差(Ｒ1−Ｒ2)から個々の振幅Ｒを算出するとともに(図３のＳ５)、振幅判定手段として、算出した振幅Ｒが限界振幅ＲHを超えるか否かを判定する(図３のＳ６)。
また、コンピュータ５は、判別手段として、振幅Ｒが限界振幅ＲHを超えると判定したとき、タイマ６に一定の判定時間ｔc(例えば10秒)の計時を開始させ(図３のＳ８)、この判定時間ｔcの計時中に振幅ＲがＲHを超えた回数を計数して(図３のＳ９)、この計数値ｎ2が一定値ｎc(例えば20)を超えたとき(図３のＳ１０)、ガバナ２がハンチングしていると判別し、出力端子８に警報信号を出力する(図３のＳ２６)。
【０００９】
図２は、コンピュータ５による上記演算処理を検出信号の波形と共に模式的に表わしている。図２(Ｂ)に示すように、１回目,２回目のサンプリング値をｒ1,ｒ2とするとき、信号波形が単調増加している部分では、ｒ1≦ｒ2が続く限り、２回目のサンプリング値ｒ2をｒ1に置き換え、３回目のサンプリング値をｒ2とする処理が繰り返されるが、極大値を挟むサンプリングで、ｒ1＞ｒ2となったときのｒ1を極大値Ｒ1として記憶する一方、信号波形が単調減少している部分では、ｒ1＞ｒ2が続く限り、同様に２回目のサンプリング値ｒ2をｒ1に置き換え、３回目のサンプリング値をｒ2とする処理が繰り返されるが、極小値を挟むサンプリングで、ｒ1≦ｒ2となったときのｒ1を極小値Ｒ2として記憶する。そして、一対の極大値Ｒ1,極小値Ｒ2が求まると、両者の差から振幅Ｒを算出する。
また、図２(Ａ)に示すように、算出された振幅Ｒが限界振幅ＲHを超えるとき、タイマ６が判定時間ｔcの計時を開始し、この判定時間ｔc内に限界振幅ＲHを超える振幅が一定数ｎcを超えて現われる場合、ハンチングの警報信号が出力されるのである。
なお、図２(Ａ)中のＲc,Ｒmは、ディーゼル機関１の夫々最低,最高出力運転に対応する燃料ポンプのラック目盛を表わしている。
【００１０】
上記構成のガバナのハンチング検出装置の動作について、図３,図４を参照しつつ次に述べる。
コンピュータ５は、図３のステップＳ１で、定数である判定時間ｔc,限界振幅ＲH,一定値ｎc,最低ラック目盛Ｒcを読み込み、波数,限界振幅を超える波数を格納するカウンタC１,C２および極大値Ｒ1,極小値Ｒ2,振幅Ｒを格納するカウンタを零にリセットし、タイマ６をリセットして初期化を行なう。
次いで、ステップＳ２で、ディーゼル機関１が運転中か否かを接点７のオン,オフで判断し、機関運転と判断すると、ステップＳ３に進んで、ラックセンサ３からの検出信号ｒが最低ラック目盛Ｒcを超えているか否かを判断し、否ならステップＳ２５に進んでラック検出信号が異常であることを表わす警報信号を出力端子８から出力する一方、肯ならステップＳ４に進む。
【００１１】
ステップＳ４で、カウンタC１の格納値ｎ1が２以上か否かで、検出信号ｒに一対の極大,極小値が現われたか否かを判断し、否なら図４のステップＳ１３から始まる極値を求める処理に移る一方、肯ならステップＳ５に進んで、両極値の差(Ｒ1−Ｒ2)から振幅Ｒを求める。そして、ステップＳ６で、この振幅Ｒが限界振幅ＲHを超えるか否かを判断し、否なら問題がないので図４の極値を求める処理に移る一方、肯ならステップＳ７に進んでタイマ６が計時中か否かを判断し、否ならステップＳ８を経てタイマ６による判定時間ｔcの計時を開始させた後、肯なら直接夫々ステップＳ９に進む。
【００１２】
ステップＳ９では、既にステップＳ６で限界振幅ＲHを超える振幅が現われたと判断されているので、カウンタC２の格納値ｎ2を(ｎ2＋１)にインクリメントし、続くステップＳ１０で、その格納値ｎ2が一定値ｎcを超えたか否かを判断する。そして、肯の場合は、ラックセンサ３からの検出信号の信号波形に、判定時間ｔc内に限界振幅ＲHを超える振幅が一定数ｎcを超えて現われたので、ステップＳ２６に進んで、ガバナ２がハンチングを起こして異常であることを表わす警報信号を出力する。一方、否の場合は、信号波形に大振幅が未だｎc個を超えて現われていないので、ステップＳ１１に進んでタイマ６が計時を終了したか否かを判断し、肯なら判定時間ｔc内に信号波形に大振幅が頻繁に現われなかったことになるので、ハンチング判定を新たに始めるべく、ステップＳ１２でカウンタC１,C２および極大値Ｒ1,極小値Ｒ2,振幅Ｒを格納するカウンタを零にリセットした後、否ならハンチング判定を続行すべく直接夫々図４の極値を求める処理に戻るのである。
【００１３】
図４の極値を求める処理では、コンピュータ５は、ステップＳ１３で、１回目のサンプリング値ｒをｒ1とし、ステップＳ１４で、２回目のサンプリング値ｒをｒ2とし、ステップＳ１５で、ｒ1＞ｒ2か否かを判断する。肯の場合は、信号波形が単調減少しているので、ステップＳ１６で、２回目のサンプリング値ｒ2をｒ1に置き換え、ステップＳ１７で、３回目のサンプリング値ｒをｒ2とし、ステップＳ１８で、ｒ1＞ｒ2が続いているか否かを判断する。そして、肯なら単調減少が続いているのでステップＳ１６に戻って同様のサンプリングを繰り返す一方、否なら極小値を越えて単調増加に転じたので、ステップＳ２０に進んで、前回のサンプリング値ｒ1を極小値Ｒ2として記憶し、続くステップＳ２１で、極値の出現回数を計数するカウンタC１の格納値ｎ1を(ｎ1＋１)にインクリメントした後、図３のステップＳ４に戻る。
一方、ステップＳ１５のｒ1＞ｒ2の判断が否の場合は、信号波形が単調増加しているので、ステップＳ２２,Ｓ２３でＳ１６,Ｓ１７で述べたと同様の処理をし、ステップＳ２４で、ｒ1＞ｒ2が肯に転じたか否かを判断する。そして、否なら単調増加が続いているのでステップＳ２２に戻って同様のサンプリングを繰り返す一方、肯なら極大値を越えて単調減少に転じたので、ステップＳ２０に進んで、前回のサンプリング値ｒ1を極大値Ｒ1として記憶し、続くステップＳ２１で、極値の出現回数を計数するカウンタC１の格納値ｎ1を(ｎ1＋１)にインクリメントした後、図３のステップＳ４に戻る。
【００１４】
このように、上記ハンチング検出装置は、ディーゼル機関１の回転数を負荷変動に拘わらず一定にするガバナ２によって駆動される燃料ポンプのラック位置をラックセンサ３で検出し、この検出信号を受けるコンピュータ５が、その信号波形に判定時間ｔcの間に限界振幅ＲHを超える振幅が一定値ｎcを超える回数で出現した場合、ラックが大振幅かつ短周期で頻繁に振動しているとして、ガバナ２がハンチングしていると自動的に判別する。
従って、ディーゼル機関１の運転者は、熟達していなくてもコンピュータ５が出力する警報信号によってガバナ２のハンチングを確実に知り、ディーゼル機関１を停止してガバナ２を修理または再調整できるので、ディーゼル機関１に重大な故障や損傷をもたらすことなく正常な機関出力が得られ、機関運転の省力化と能率化が図られる。
【００１５】
上記実施の形態では、コンピュータ５が、ディーゼル機関１が最低速度で運転されているか否かおよび燃料ポンプのラック位置が最低ラック目盛を超えているか否かを判断して、両判断が肯のときにハンチング検出処理を開始するようにしているので、無駄な検出処理をなくすとともに、ハンチング検出のみならず機関回転数センサやラックセンサ３自体の不具合を知る手掛かりを得ることができる。
なお、本発明のハンチング検出装置は、上記実施の形態のディーゼル機関に限らず、調速機で燃料供給量を制御する原動機に広く適用できることはいうまでもない。
【００１６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の調速機のハンチング検出装置は、振幅算出手段が、調速機で制御される燃料ポンプのラック位置を検出したラックセンサの検出信号を受け、これをサンプリングして信号波形から個々の振幅を求める一方、求められた振幅が所定値を超えるか否かを振幅判定手段が判定し、肯と判定されると、計時手段が所定時間の計時を開始し、所定時間の計時中に上記振幅判定手段が肯と判定する回数を判別手段が計数し、計数値が所定値を超えたとき、判別手段により調速機がハンチングしていると判別されるようになっているので、原動機の運転者は、熟達していなくても上記判別によって調速機のハンチングを迅速かつ確実に知ることができ、調速機を修理または再調整することで、原動機に重大な故障や損傷をもたらすことなく正常な原動機出力が得られ、原動機運転の省力化と能率化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の調速機のハンチング検出装置を備えたディーゼル機関の模式図である。
【図２】  図１のコンピュータによる演算処理を検出信号の波形と共に説明する図である。
【図３】  上記コンピュータの演算処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】  上記コンピュータの演算処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  ディーゼル機関                  ２  調速機(ガバナ)
３  ラックセンサ                    ４  ラック目盛指示計
５  コンピュータ                    ６  タイマ
７  接点                            ８  出力端子
９  ハンチング検出ユニット          １０  警報盤
Ｒ1  極大値                          Ｒ2  極小値
Ｒ  振幅                            ＲH  限界振幅
ｔc  判定時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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