JPS60216703A - 内燃機関駆動電気式車両用制動制御装置 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、内燃機関で駆動される発電機からの電力に
より走行する内燃機関駆動電気式車両の制動方式に関す
る。

〔従来技術とその問題点〕

大形のダンプトラックや自走式クレーン車のような大−
形建設機械用車両などでは、その車両に塔載する機−器
を小形軽量にできることや保守が容易であること、さら
にな−とえは連続降板時に非機械式抑速ブレーキが連続
的ｔこ得られることなどのために、従来の内燃機関から
の動力をクラッチや減速歯車・差動歯車を介して車輪に
与えるようになされている機械式よりも、内燃機関で発
電機を駆動し、この発電機出力により車輪に連結されて
いる走行電動機を駆動するようなされている電気式が使
用されるように一夕っだ。電気式も近年における半導体
電力変換装置の発達により、制御性は良好であるが保守
や価格に難点のある直流機よりも交流機が賞月されてい
る。

第１図は誘導電動機により走行する内燃機関駆動電気式
車両の従来例を示す主回路接続図である。

この第１図において、内燃機関としてのレイーゼルエン
ジンｌには同期発電機２が結合されており、この同期発
電機２が出力する交流電力はサイリスタでなる発電機側
変換器３により直流電力に変換され直流中間回路に与え
られる。この直流中間回路にはフィルタリアクトル４Ｌ
とフィルタリアクトル４Ｃとにより形成される逆り形の
フィルタが設けられていて、発電機側変換器３からの直
流１力に含まれている脈動分を除去している。このフィ
ルタにより平滑された直流電力はゲートターンオフサイ
リスタで構成されている電動機側変換器５Ｌと５Ｒに入
力される。左車輪を駆動する誘導電動機６Ｌは左車輪用
の電動機側変換器５Ｌから、才た右車輪を駆動する誘導
電動機６Ｒは右車輪用の変換器駅から交流電力の供給を
受けるのであるが、これらの電動機側変換器５Ｌと５Ｒ
は前述の平滑された直流電力を別個に可変電圧・可変周
波数の交（Ｎ、’ｆｌＬ力に変換するので、誘導電動機
５Ｌ、５Ｒの回転速度とトルクすなわち当該車両の走行
速度とけい引トルクは電動機側変換器５Ｌ　、５Ｒの変
換動作により制御される。また上述したように右車輪と
左車輪とは別個に制御されるので、この車両は曲線を円
滑に走行できるし、車輪と地面との間に滑りが発生して
も、その車輪のトルクと回転速度とを制御することでこ
の滑りを紫早く解消することができる。

上述のように構成されて走行している車両が制動動作に
入るとき、ディーゼルエンジン１はアイドリング運転状
態にしそあるから、同期発電機２は交流電圧を発生して
おり、それ散発電機側変換器３と電動機側変換器ｓＬ、
５Ｒとの中間のいわゆる直流中間回路もこの発電機側変
換器３からの直流電圧で光電されている。車両が坂を降
りつつあるとすると、この車両が保有する位置エネルギ
ーにより車輪を経て左右の誘導電動機６Ｌと６Ｒは回転
させられるため、この誘導電動機６Ｌ、６Ｒは誘導発電
機となって交流電力を発生し、電動機側変換器５Ｌ、５
Ｒはこの交流電力を直流電力に変換して直流中間回路に
送り込む。このとき同期発電機２は前述したように交流
電圧を発生しているから、発電機側変換器３は通常の電
力系統に接続された他励変換器と同様に逆変換動作が可
能である。よってこの発電機側変換器３を逆変換動作さ
せることにより誘導゛電動機６Ｌ、６Ｒから直流中間回
路に送り込°まれた電力を交流電力に変換して同期発電
機２へ送出する。

同期発電機２はこの交流電力を受けて同期発電機となり
、その速度はアイドリング中のディーゼルエンジン１の
速度よりも犬となる。このようにアイドリング運転中の
ディーゼルエンジン１の速度が増大することはエンジン
ブレーキが作用することなので、結局降板中の当該車両
が保有するエネルギーはこのエンジンブレーキに吸収さ
れて、この車両の走行速度を抑制することになる。さら
に同期発電機２にはサイリスク整流器７を介して制動抵
抗８が接続されているから、このサイリスク整流器７を
動作させイ１ば発を機側変換器３により逆変換された交
流電力を制動抵抗８に消費させることでこの車両の走行
速度を抑制することもできる。それ散発電機側変換器３
とサイリスタ整流　−器７を適切に制御して誘導電動機
６Ｌと６Ｒが発生する制動電力をディーゼルエンジン１
と制動抵抗８に配分して消費さぜるようにして自該車両
の走行速度を抑制させる。

しかしながら上述の方式では、制動時にディーゼルエン
ジン１はアイドリング運転を行なっているので、そのた
めに燃料が常時供給されている。

それ故このディーゼルエンジン１は、その保有するエン
ジンブレーキ性能を十分に活用していないので、制動抵
抗８で消費させる制動電力の配分が多くなり、そのため
に制動抵抗８とサイリスク整流器７を小形軽量すること
ができず、当該車両の本来の目的に使用する載貨重量と
スペースが阻害されるばかりでなく、制動抵抗８の　ｔ
のために当該車両の走行燃費か悪化するという欠点を有
する。

第２図は直流冨、動機により走行する内燃１敗関駆動゛
厖気式車両の従来例を示す主回路接続図である。

この第２図において、ディーゼルエンジン１により駆動
される同期光＠機２からの交流電力は左車輪を駆動する
ためにサイリスクで構成される電機子用変換器１１Ｌに
より直流電力に変換され、制動抵抗１２Ｌを１径で直流
電＃１機電機子１３Ｌに与えられるが、カ行運転すると
き、制動抵抗１２Ｌは短絡スイッチ１４Ｌで短絡して、
さく。右車輪を駆動するために、左車輪用と同じ機能を
保有する電機子用変換器１１Ｒ１制動抵抗１２Ｒ，戚膿
子１３Ｒ，短絡スイッチ１４Ｒが備えら第１ている。よ
たす・ｒリスクでなる界磁用変換器１１Ｆからの直流゛
は力は左右の車１ｉ’７４を駆動する直流電動機の界磁
巻線１５Ｌと１５Ｒに与えられるのであるが、この界磁
巻線１５Ｌ、１５Ｒの極性は界磁切替スイッチ１６で切
替えることができる。

車両を前進方向にカ行運転するとさ、短絡スイッチ１４
Ｌ、１４Ｒをオンにして制動抵抗１２Ｌ、１２Ｒを短絡
し、電機子用変換器１１Ｌ、１１Ｒと界磁用変換器１１
Ｆを順変換動作させ、左右の電動機を所望の速度とトル
クで運転する。制動運転のとき、車輪すなわち電動４洩
はカ行運転時と同じ方向に回転させられているから、界
磁切替スイッチ１６を操作して界磁巻線１５Ｌ、１５Ｒ
に流れる′電流方向を逆転させると、゛醒機子１３Ｌ、
１３Ｒにはカ行運転時とは逆の電圧が発生する。そこで
ディーゼルエンジン１をアイドリング運転して同期発電
機２から父流蹴圧を発生させておき、電機子用変換器］
、ＩＬ、ＩＩＲを通変換動作させれば、発電機とγＸっ
た直流゛也動、１幾からの直流電力は父流電力に変換さ
れて同ＡＡ＠′酩機２を電動機運転させるため、ディー
セルエンジン１はアイドリング運転時よりも高い速度で
回転させられてエンジンブレーキが作用することになる
。このとき短絡スイッチ１４Ｌ、１４Ｒをオフしておけ
ば制動抵抗１２Ｌ、１２Ｒには制動電力が消費される。

この制動抵抗１２Ｌ、１２Ｒとエンジンブレーキとが負
担する制動電力の比率は電機子用変換器１１Ｌ、ＩＩＲ
の出力電圧を加減することで調整できる。

しかしながらこの第２図に示す従来例の方式でも、ディ
ーセルエンジン１はアイドリング運転のために燃料が供
給されるので、このエンジン１はそのエンジンブレーキ
性能を１００％活用できず、制動抵抗１２Ｌ、１２Ｒに
制動電力を消費させなければならないから、この制動抵
抗１２Ｌ、１２Ｒを小形軽量にすることができないため
、種々の不都合を生じることは既に述べたとおりである
。

〔発明の目的〕

この発明は制動運転時に内燃機関が保有するエンジンブ
レーキ性能を１００％活用することにより制動抵抗など
の他の制動手段を極力小形にすることができ、従って燃
費を改善できる内燃機関駆動電気式車両の制動方式を提
供することを目的とする。

〔発明の要点〕

この発明は、エンジンブレーキを用いて制動運転すると
きに、内燃機関回転速度がほぼアイドリング運転速度で
ある第１速度設定値以上では、当該内燃機関への燃料供
給量を低減あるいは零にすることにより、この燃料低減
分のエネルギーに相当する制動力を余分に発生させよう
とするものである。さらに制動エネルギーにより当該内
燃機関の速度をその許容最大速度である第２速度設定値
まで上昇させることで、この内燃機関が吸収する制動エ
ネルギーを増大させようとするものである。

〔発明の実施例〕

内燃機関の例としてディーゼルエンジンを使用する場合
における本発明の実施例を以下に説明する。

第３図は本発明により、エンジンブレーキ作動時の燃料
供給量を示すグラフであって、横軸はエンジンの回転速
度を、縦軸はこのエンジンへの燃料供給量をあられして
いる。この第３図において、ディーゼルエンジンにエン
ジンブレーキが作用したとき、このディーゼルエンジン
の速度がＮ１なる第１速度設定値すなわちアイドリング
運転速度を越えたならば、このエンジンに供給する燃料
の量を減少させて最終的には燃料供給量は零にする。

このように燃料を減少させることにより、この減少量に
見合った制動エネルギーを余分にエンジンブレーキとし
て吸収させることができるので、従来方法にくらべてエ
ンジンブレーキとしての性能が向上することになる。

第４図は本発明によりエンジンブレーキ作動時の速度−
制動トルク特性を示すグラフであって、横軸はエンジン
の回転速度を、縦軸は制動トルクをあられしている。こ
の第４図においてＮ１なるアイドリング速度よりも低い
速度ではエンジンブレーキの効果は僅かであるから一１
他の制動方法たとえば制動抵抗に制動エネルギーを消費
させたり、機械的な制動をかけるなどして、エンジンブ
レーキは使用しない。Ｎ１なるアイドリング速度からエ
ンジンブレーキを作用させ、第３図に示すように燃料供
給量を減少させるにっｉて制動トルクは増太し、燃料零
でその制動トルクは最大値ＴＱとなる。

この状態で制動エネルギーがさらに増大すればＴＱなる
制動トルクでエンジン′速度は増大することにより、こ
のエンジンは増大する制動エネルギーを吸収する。エン
ジン速度がＮ２なる許容量大速度に到達すれば、このエ
ンジンはそれ以上の制動エネルギーを吸収するのは危険
であるから、余分の制動エネルギーは制動抵抗あるいは
惧械的な制動により消費させるようにする。

第５図は本発明の実施例を示す回路図であって、この回
路により第３図と第４図に示すようなエソジンブレーキ
動作をさせるのである。

第５図において１なる内燃機関としてのディーゼルエン
ジンには同期発電機２が結合されて交流電力を発生し、
発電機側変換器３によりこの交流電力を直流電力に変換
している。この直流電力はフィルタリアクトル４Ｌとフ
ィルタコンデンサ４ｃにより脈動分を除去され、左車輪
用の誘導電動機６Ｌに（ま電動機側変換器５Ｌで変換し
た交流電力を与える。右車輪用の誘導電動機６Ｒには、
同様に電動機側変換器５Ｒで変換した交流電力が与えら
れるので、当該車両は所望の走行速度とけい引トルクを
得ることができることは従来例と同様である。

制動運転時腎左右の誘導電動機から出力される制動電力
は電動機側変換器５Ｌ　、　５Ｒにより直流電力に変換
され、さらに発電機側変換器３により交流電力に変換さ
れ、この交流電力により同期発′ｌｔ機２を電動機運転
させるかあるいはサイリスタ調整器９を介して制動抵抗
１０に電力損失を発生させるかして上述の制動電力を消
費して当該車両の速度を抑制する。

ディーゼルエンジン１には速度検出器加が結合されて、
常時その速度を検出できるし、詔なる燃料供給数置はデ
ィーゼルエンジン１に供給する燃料の量を制御してその
出力を調整する。また同期発電機２には励磁装置２１が
備えられており、この励磁装置２１に接続されている発
電機界磁巻線ηに供給する励磁電流を制御する。３０は
当該車両の運転指令器であって、アクセルペダルやブレ
ーキペダルなどで構成されている。さらに３１はシステ
ム制御装置であって、運転指令器Ｉからの指令にもとづ
いてディーゼルエンジン１の燃料供給装置幻、同期発電
機２の励゛磁装置２１、発電機側変換器３、サイリスク
調整器９、電動機側変換器５Ｌと５Ｒを制御する。

当該車両がカ行運転から制動運転に切替わるとき、アク
セルペダルはフリーの状態になるが、これを運転指令器
３０が指令し、ディーセルエンジン１はアイドリンク運
転状態となる。引続きブレーキペダルが踏み込まれると
運転指令器３０とシステム制御装置３１からの指令によ
り、篩４電動機６Ｌ、−６Ｒから発生する制動電力は電
動機側変換器５Ｌ、５Ｒと発電機側変換器３を経て同期
発電機２を駆動するので、ディーゼルエンジン１はその
（ロ）転速度がアイドリング速度以上になってエンジン
ブレーキが作用する。このアイドリング速度Ｎ１を速度
検出器加が検出し、システム制御装置３１を経て燃料供
給装置器に燃料供給量減少指令を発し、エンジン１に吸
収されるエンジンブレーキのエネルギーを増大させる。

エンジン１への燃料供給量を岑にしても、発生する制動
電力をエンジン１に吸収しきれないとき、このエンジン
１は速度を許容最大速度Ｎ２まで増加させてエネルギー
吸収能力を増大させるから、エンジン速度がＮ１からＮ
２までの間では、発生する制動電力はすべてエンジンブ
レーキとして吸収できるので、制動抵抗１０を使用しな
くてもよい。

エンジン１の速度が許容最大速度Ｎ２を越えるとエンジ
ン１は破損のおそれがあるから、このときにエンジンブ
レーキで吸収できない分は機械ブレーキや制動抵抗１０
に与えて、エンジン１が吸収できるエネルギーを制限す
る。また発生する制動電力が僅かであってエンジン１の
速度がＮ１なるアイドリング速度以下ｌこなるときは、
エンジンブレーキを作用させずに、機械ブレーキあるい
は制動抵抗１０によりエネルギーを消費させるやである
が、システム制御装置３１によりこれらの動作が実施さ
れる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、内燃機関駆動電気式車両をエンジン
ブレーキにより制動運転するとき、内燃機関の速度がア
イドリング運転速度よりも大となる場合は当該内燃機関
に供給する燃料の量を減少または零にして吸収できる制
動エネルギーを増大させるのであるが、さらに内燃機関
の速度を許容量大速度まで増加させるようにしてより一
層制動エネルギーの吸収が図れる。すなわちエンジンブ
レーキ作動時の内燃機関速度がアイドリング速度から許
容量大速度までの間では、走行電動機から発生する制動
電力はすべて内燃機関に吸収させることができるので、
制動抵抗にエネルギーを消費させるのはごく僅かなもの
となる。それ散開動抵抗の寸法と重量を縮小できるから
、当該車両の本来目的である載貨重量やスペースが大と
なるばかりでなく、制動抵抗が軽量になるので、カ行時
の燃費が改善される。さらにエンジンブレーキ作動時に
内燃機関へ供給ｊる燃料の量を減少あるいは零にするの
で、ここでも燃費改善が図れる。

【図面の簡単な説明】

２１１図は誘導電動機による内燃機関駆動電気式車両の
従来例を示す主回路接続図であり、第２図は直流電動機
による内燃機関駆動電気式車両の従来例を示す主回路接
続図である。第３図は本発明によるエンジンブレーキ作
動時の燃料供給量グラフ、第４図は本発明によるエンジ
ンブレーキ作動時の速度−制動トルクのグラフであり、
第５図は本溌明の実施例を示す回路図である。 １・・・内燃機関としてのディーゼルエンジン、２・・
・同期発電機、３・・・発電機側変換器、４Ｃ・・・フ
ィルタコンデンサ、４Ｌ・・・フィルタリアクトル、５
Ｌ、５Ｒ・・・電動機側変換器、６Ｌ　ｔ　６Ｒ・・・
誘導電動機、７・・・サイリスク整流器、８，１０・・
・制動抵抗、９・・・サイリスタ調整器、ＩＩＦ・・・
界磁用変換器、ＩＩＬ、ＩＩＲ・・・電機子用変換器、
１２Ｌ、１２Ｒ・・・制動抵抗、１３Ｌ、１３Ｒ・・・
直流電動機電機子、１４Ｌ、１４Ｒ・・・短絡スイッチ
、１５Ｌ、１５Ｒ・・・直流電動機界磁巻線、１６・・
・界磁切替スイッチ、加・・・速度検出器、２１・・・
励磁装置、ｎ・・・発電機界磁巻線、お・・・燃料供給
装置、刃・・・運転指令器、第２図 一奈エンジン速灰 第３図 −−〉エンジン速度　− 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）車両に塔載されている内燃機関により駆動される発
   電機が発生する電力を車輪に結合せる走行電動機に与え
   て前記車両を所望の速度で一走行させるとともに、制動
   運転時には前記走行電動機が発生する制動エネルギーを
   前記発電機に与えて電動機運転させることで前記内燃機
   関に制動エネルギーを吸収させて当該車両の速度を抑制
   するようなされている内燃機関駆動電気式車両において
   、制動運転時に前記内燃機関の速度が第１速度設定値以
   下のときは当該内燃機関に吸収させるＩＩエネルギーを
   減少または零にし、−前記内燃機関の速度が前記第１速
   度設定値をこえるときは当該内燃機関に供給する燃料を
   減少または零にし、前記内燃機関の速度が前記第１速度
   設定値よりも高い値の第２速度設定値をこえるときは当
   該内燃機関に吸収させる制動エネルギーを減少または零
   にすることを物体とする内燃機関−駆動電気式車両の制
   動方式。 ２、特許請求の範囲第１−項記載の制動方式において、
   −前記内燃機関の第１速度設定値は当該内燃機関のアイ
   ドリング運転速度にほぼ等しく設定することを特徴とす
   る内燃機関駆動電気式車両の制動方式。 ３）特許請求の範囲第１項記載の制動方式において、前
   記内燃機関め第２速度設定値は当該内燃機関に許容され
   る最大速度より小さく設定することを特徴とする内燃機
   関駆動電気式車両の制動方式。