特開 2024-21427 電気式ディーゼル動車

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024021427

(43)【公開日】2024-02-16

(54)【発明の名称】電気式ディーゼル動車

(51)【国際特許分類】

   B60L 50/13 20190101AFI20240208BHJP

   F02D 29/06 20060101ALI20240208BHJP

   B60K 6/20 20071001ALI20240208BHJP

   B60L 7/24 20060101ALI20240208BHJP

   B60L 15/20 20060101ALI20240208BHJP

   B60T 8/17 20060101ALI20240208BHJP

【ＦＩ】

B60L50/13

F02D29/06 D

F02D29/06 N

B60K6/20

B60L7/24 D

B60L15/20 A

B60T8/17 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022124244

(22)【出願日】2022-08-03

(71)【出願人】

【識別番号】000003115

【氏名又は名称】東洋電機製造株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100161148

【弁理士】

【氏名又は名称】福尾 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100163511

【弁理士】

【氏名又は名称】辻 啓太

(72)【発明者】

【氏名】野嵜 正浩

(72)【発明者】

【氏名】中島 悠貴

【テーマコード（参考）】

3D202

3D246

3G093

5H125

【Ｆターム（参考）】

3D202AA07

3D202BB54

3D202DD18

3D202DD24

3D246BA03

3D246DA01

3D246EA03

3D246GA22

3D246GB39

3D246GC14

3D246JB10

3D246LA12Z

3G093AA07

3G093AB01

3G093BA19

3G093CA09

3G093DA01

3G093EA01

3G093EA03

5H125AA05

5H125AC08

5H125AC14

5H125BA00

5H125BD17

5H125CA01

5H125CB02

5H125CB07

5H125EE08

5H125EE09

5H125EE13

5H125EE31

5H125EE41

5H125EE53

(57)【要約】

【課題】液体式ディーゼル動車からの転換のコスト増大を抑制しつつ、より高効率で乗り心地の良い動作点でエンジンを動作させる。
【解決手段】電気式ディーゼル動車１は、エンジン２１と、エンジン２１を動力源とする発電機３１と、発電機から出力された交流電力を直流電力に変換して出力するコンバータ３２と、コンバータ３２から出力された直流電力を三相電力に変換する推進用インバータ３７と、推進用インバータ３７から出力された三相電力により駆動される推進用モータ３９と、コンバータ出力電力値ＣｎｖＰと、推進用モータ３９の回転数ＭＭｎと、加減速トルク指令Ｔ＊とに基づき、加減速トルク指令Ｔ＊に応じたエンジン２１の回転数を演算し、エンジン２１の回転数－出力特性に基づき、演算した回転数２１に応じたエンジン２１の出力を指示するエンジンノッチ指令ＥｇＮ＊を生成する統合制御部１０と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気式ディーゼル動車であって、
エンジンと、
前記エンジンを動力源とする発電機と、
前記発電機から出力された交流電力を直流電力に変換して出力するコンバータと、
前記コンバータから出力された直流電力を三相電力に変換して出力する推進用インバータと、
前記推進用インバータから出力された三相電力により駆動され、前記電気式ディーゼル動車を推進する推進用モータと、
前記エンジンの動作を制御するエンジン制御部と、
前記コンバータの出力電力を示すコンバータ出力電力値と、前記推進用モータの回転数と、前記電気式ディーゼル動車の加減速に応じて前記推進用モータから出力するトルクを指示する加減速トルク指令とに基づき、前記加減速トルク指令に応じた前記エンジンの回転数を演算し、前記エンジンの回転数－出力特性に基づき、前記演算した回転数に応じた前記エンジンの出力を指示するエンジンノッチ指令を生成して前記エンジン制御部に出力する統合制御部と、を備える電気式ディーゼル動車。

【請求項2】

請求項１に記載の電気式ディーゼル動車において、
前記統合制御部は、前記コンバータ出力電力値と、前記推進用モータの回転数と、前記加減速トルク指令とに基づき、前記エンジンに要求される出力を演算し、前記エンジンの回転数－出力特性に基づき、前記エンジンに要求される出力を得られる最小の前記エンジンの回転数を決定し、前記決定した回転数を指示するエンジンノッチ指令を前記エンジン制御部に出力する、電気式ディーゼル動車。

【請求項3】

請求項１に記載の電気式ディーゼル動車において、
前記推進用インバータの動作を制御する推進用インバータ制御部をさらに備え、
前記統合制御部は、前記加減速トルク指令で指示されるトルクを、前記エンジンノッチ指令で指示される前記エンジンの回転数で得られる前記エンジンの出力に応じて制限した、前記推進用モータの出力トルクを指示する推進用モータトルク指令を生成し、前記推進用インバータ制御部に出力する、電気式ディーゼル動車。

【請求項4】

請求項３に記載の電気式ディーゼル動車において、
補助電源と、
前記推進用モータの回転に制動力を付与する空気制動装置と、
前記空気制動装置を制御する空気制動制御部と、をさらに備え、
前記統合制御部は、前記電気式ディーゼル動車の減速による回生電力のうち、前記補助電源に供給する電力を超える電力が、前記エンジンのブレーキで消費される電力を超えないように、前記推進用モータトルク指令を制限し、前記加減速トルク指令と前記制限した推進用モータトルク指令との差分が負である場合、前記差分に応じた前記推進用モータの回転への制動力を指示する空気制動ブレーキ指令を生成し、前記空気制動制御部に出力する、電気式ディーゼル動車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気式ディーゼル動車に関する。

【背景技術】

【0002】

液体式変速機を用いた液体式ディーゼル動車に対して、可変電圧可変周波数制御の採用により高効率な電気式ディーゼル動車が実用化されている。電気式ディーゼル動車は、液体式ディーゼル動車と比べて、始動トルクの高さ、および、メンテナンスの容易さなどで利点がある。

【0003】

電気式ディーゼル動車は、車両の速度の影響を受けることなく、ディーゼルエンジンの回転数を決めることができる。特許文献１には、車両推進に必要な出力を得られる、排出ガスおよび燃料消費量の低減などの観点から所望の動作点でディーゼルエンジンを回転させる技術が記載されている。この技術によれば、電気式ディーゼル動車は液体式ディーゼル動車と比べて、高効率な運転が可能である。

【0004】

ディーゼルエンジンの出力は、電気式ディーゼル動車の運転台から入力されるノッチ指令に応じたエンジンの回転数により決定される。ディーゼルエンジンを動力源とする発電機で発電する電力がディーゼルエンジンの出力を上回るとエンジンストールするおそれがあるため、エンジンの出力と負荷との協調制御に関する技術が特許文献２および特許文献３に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第５４７６２３７号

【特許文献2】特開平６－９８４１２号公報

【特許文献3】特開２０００－１１５９０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載の技術では、ディーゼルエンジンの制御に介入することで所望の動作点での動作を可能としているため、従来の液体式ディーゼル動車からの転換およびディーゼルエンジンを制御するエンジン制御部の流用が困難であり、コストがかかるという問題がある。

【0007】

また、特許文献２，３に記載の技術では、車両のノッチ指令に対してディーゼルエンジンの回転数が一意的に決定されるため、ディーゼルエンジンを所望の動作点で動作させることが困難であるという問題がある。

【0008】

上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、液体式ディーゼル動車からの転換のコスト増大を抑制しつつ、より高効率で乗り心地の良い動作点でエンジンを動作させることができる電気式ディーゼル動車を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するため、本発明に係る電気式ディーゼル動車は、エンジンと、前記エンジンを動力源とする発電機と、前記発電機から出力された交流電力を直流電力に変換して出力するコンバータと、前記コンバータから出力された直流電力を三相電力に変換して出力する推進用インバータと、前記推進用インバータから出力された三相電力により駆動され、前記電気式ディーゼル動車を推進する推進用モータと、前記エンジンの動作を制御するエンジン制御部と、前記コンバータの出力電力を示すコンバータ出力電力値と、前記推進用モータの回転数と、前記電気式ディーゼル動車の加減速に応じて前記推進用モータから出力するトルクを指示する加減速トルク指令とに基づき、前記加減速トルク指令に応じた前記エンジンの回転数を演算し、前記エンジンの回転数－出力特性に基づき、前記演算した回転数に応じた前記エンジンの出力を指示するエンジンノッチ指令を生成して前記エンジン制御部に出力する統合制御部と、を備える。

【0010】

また、本発明に係る電気式ディーゼル動車において、前記統合制御部は、前記コンバータ出力電力値と、前記推進用モータの回転数と、前記加減速トルク指令とに基づき、前記エンジンに要求される出力を演算し、前記エンジンの回転数－出力特性に基づき、前記エンジンに要求される出力を得られる最小の前記エンジンの回転数を決定し、前記決定した回転数を指示するエンジンノッチ指令を前記エンジン制御部に出力する。

【0011】

また、本発明に係る電気式ディーゼル動車において、前記推進用インバータの動作を制御する推進用インバータ制御部をさらに備え、前記統合制御部は、前記加減速トルク指令で指示されるトルクを、前記エンジンノッチ指令で指示される前記エンジンの回転数で得られる前記エンジンの出力に応じて制限した、前記推進用モータの出力トルクを指示する推進用モータトルク指令を生成し、前記推進用インバータ制御部に出力する。

【0012】

また、本発明に係る電気式ディーゼル動車において、補助電源と、前記推進用モータの回転に制動力を付与する空気制動装置と、前記空気制動装置を制御する空気制動制御部と、をさらに備え、前記統合制御部は、前記電気式ディーゼル動車の減速による回生電力のうち、前記補助電源に供給する電力を超える電力が、前記エンジンのブレーキで消費される電力を超えないように、前記推進用モータトルク指令を制限し、前記加減速トルク指令と前記制限した推進用モータトルク指令との差分が負である場合、前記差分に応じた前記推進用モータの回転への制動力を指示する空気制動ブレーキ指令を生成し、前記空気制動制御部に出力する。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係る電気式ディーゼル動車によれば、液体式ディーゼル動車からの転換のコスト増大を抑制しつつ、より高効率で乗り心地の良い動作点でエンジンを動作させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態に係る電気式ディーゼル動車の構成例を示す図である。

【図2】図１に示す統合制御部の構成例を示す図である。

【図3】図２に示すノッチ・トルク変換部の構成例を示す図である。

【図4】図２に示すエンジン指令部の構成例を示す図である。

【図5】図１に示すエンジンの回転数－出力特性の一例を示す図である。

【図6】図２に示すインバータ指令部の構成例を示す図である。

【図7】図２に示す空気制動指令部の構成例を示す図である。

【図8】従来の液体式ディーゼル動車の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

【0016】

図１は、本発明の一実施形態に係る電気式ディーゼル動車１の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る電気式ディーゼル動車１は、統合制御部１０と、エンジン２１と、エンジン制御部２２と、発電機３１と、コンバータ３２と、コンバータ制御部３３と、コンデンサ３４と、補助電源３５と、補助電源制御部３６と、推進用インバータ３７と、推進用インバータ制御部３８と、複数の推進用モータ３９と、車輪４１と、機械式ブレーキ４２と、空気制動装置４３と、空気制動制御部４４と、運転台５１を備える。

【0017】

エンジン２１は、ディーゼルエンジンである。エンジン２１の出力軸には発電機３１が固定される。発電機３１は、エンジン２１を動力源として駆動され、交流電力を生成し、生成した交流電力をコンバータ３２に出力する。エンジン制御部２２は、エンジン２１の動作を制御する。

【0018】

コンバータ３２は、発電機３１から出力された交流電力を直流電力に変換して出力する。コンバータ３２から出力された直流電力は、コンデンサ３４を介して、補助電源３５および推進用インバータ３７に供給される。コンバータ制御部３３は、コンバータ３２の動作を制御する。

【0019】

補助電源３５は、コンバータ３２から出力された直流電力を、車内電源用の直流電力および／または交流電力に変換して、電気式ディーゼル動車１の各部に出力する。補助電源制御部３６は、補助電源３５の動作を制御する。

【0020】

推進用インバータ３７は、コンバータ３２から出力された直流電力を三相電力に変換して、複数の推進用モータ３９それぞれに出力する。推進用インバータ制御部３８は、推進用インバータ３７の動作を制御する。

【0021】

推進用モータ３９は、推進用インバータ３７から出力された三相電力により駆動され、電気式ディーゼル動車１を推進する。具体的には、推進用モータ３９の出力軸は、歯車４５を介して、車輪４１の回転軸と連結される。車輪４１が推進用モータ３９により回転することで、電気式ディーゼル動車１が推進される。

【0022】

機械式ブレーキ４２は、車輪４１に接触することで、車輪４１を制動する。空気制動装置４３は、空気制動制御部４４の制御に従い、機械式ブレーキ４２を駆動する。機械式ブレーキ４２を駆動する（機械式ブレーキ４２を車輪４１に接触させる）ことで、空気制動装置４３は、推進用モータ３９の回転に制動力を付与することができる。

【0023】

統合制御部１０は、エンジン制御部２２、コンバータ制御部３３、補助電源制御部３６、推進用インバータ制御部３８および空気制動制御部４４を制御する。運転台５１は、電気式ディーゼル動車１の加減速を指示する加減速ノッチ指令Ｎ＊が入力される。運転台５１に入力された加減速ノッチ指令Ｎ＊は、統合制御部１０に入力される。統合制御部１０は、加減速ノッチ指令Ｎ＊に従い電気式ディーゼル動車１を駆動するように、上述した各部を制御する。

【0024】

図１に示す電気式ディーゼル動車１の動作について説明する。まず、加速時の電気式ディーゼル動車１の動作について説明する。

【0025】

統合制御部１０は、加減速ノッチ指令Ｎ＊として、電気式ディーゼル動車１の加速を指示する加速ノッチ指令が入力されると、加速ノッチ指令から要求される推進用モータ３９の加速トルクに必要なエンジン２１の出力を得られるエンジンノッチを演算する。具体的には、統合制御部１０は、コンバータ３２の出力電力を示すコンバータ出力電力値ＣｎｖＰと、推進用モータ３９の回転数ＭＭｎと、加減速ノッチ指令Ｎ＊（加速ノッチ指令）とに基づき、加減速ノッチ指令Ｎ＊から要求される推進用モータ３９の加速トルクに必要なエンジン２１の回転数を演算する。コンバータ出力電力値ＣｎｖＰは、コンバータ制御部３３から統合制御部１０に入力される。推進用モータ３９の回転数ＭＭｎは、推進用インバータ制御部３８から統合制御部１０に入力される。統合制御部１０は、演算した回転数に応じたエンジン２１の出力を指示するエンジンノッチ指令ＥｇＮ＊を生成し、エンジン制御部２２に出力する。

【0026】

また、統合制御部１０は、加減速ノッチ指令Ｎ＊（加速ノッチ指令）から要求される推進用モータ３９の加速トルクに必要な三相電力を推進用インバータ３７から出力するための、推進用モータ３９の出力トルクを指示する推進用モータトルク指令ＩｎｖＴ＊を生成し、推進用インバータ制御部３８に出力する。具体的には、統合制御部１０は、発電機３１の回転数Ｇｎと、コンバータ出力電力値ＣｎｖＰと、補助電源３５の出力電力を示す補助電源出力電力値ＳｉｖＰとに基づき、推進用モータトルク指令ＩｎｖＴ＊を生成する。推進用モータトルク指令ＩｎｖＴ＊で指示されるトルクが推進用モータ３９から出力されるように、推進用インバータ制御部３８は、推進用インバータ３７から出力される三相電力を制御する。なお、発電機３１の回転数Ｇｎは、コンバータ制御部３３から統合制御部１０に入力される。補助電源出力電力値ＳｉｖＰは、補助電源制御部３６から統合制御部１０に入力される。

【0027】

次に、減速時の電気式ディーゼル動車１の動作について説明する。

【0028】

統合制御部１０は、加減速ノッチ指令Ｎ＊として、電気式ディーゼル動車１の減速を指示する減速ノッチ指令が入力されると、減速ノッチ指令と、コンバータ出力電力値ＣｎｖＰとに基づき、エンジン２１が備える排気ブレーキのＯＮ／ＯＦＦを指示する排気ブレーキ指令ＥｘＢｒ＊を生成し、エンジン制御部２２に出力する。

【0029】

また、統合制御部１０は、加減速ノッチ指令Ｎ＊（減速ノッチ指令）から要求される推進用モータ３９の減速トルクに必要な三相電力を推進用インバータ３７から出力するための、推進用モータ３９の出力トルクを指示する推進用モータトルク指令ＩｎｖＴ＊を生成し、推進用インバータ制御部３８に出力する。

【0030】

また、統合制御部１０は、減速ノッチ指令で指示される減速トルクのうち、推進用モータ３９で得られないトルクを演算し、演算したトルクに応じた、推進用モータ３９の回転への制動力を指示する空気制動ブレーキ指令ＢｒＴ＊を生成して空気制動制御部４４に出力する。

【0031】

次に、統合制御部１０の構成について説明する。図２は、統合制御部１０の構成例を示す図である。

【0032】

図２に示すように、統合制御部１０は、コンバータ制御部３３から、コンバータ出力電力値ＣｎｖＰと、発電機３１の回転数Ｇｎとが入力される。また、統合制御部１０は、補助電源制御部３６から、補助電源出力電力値ＳｉｖＰが入力される。また、統合制御部１０は、推進用インバータ制御部３８から、コンデンサ３４の両端の電圧（補助電源３５および推進用インバータ３７に入力される電圧）を示す直流電圧値ＶＤＣと、推進用モータ３９の回転数ＭＭｎとが入力される。統合制御部１０は、エンジンノッチ指令ＥｇＮ＊と、排気ブレーキ指令ＥｘＢｒ＊とを生成し、エンジン制御部２２に出力する。また、統合制御部１０は、推進用モータトルク指令ＩｎｖＴ＊を生成し、推進用インバータ制御部３８に出力する。また、統合制御部１０は、空気制動ブレーキ指令ＢｒＴ＊を生成し、空気制動制御部４４に出力する。

【0033】

統合制御部１０は、ノッチ・トルク変換部１１と、エンジン指令部１２と、インバータ指令部１３と、空気制動指令部１４とを備える。

【0034】

ノッチ・トルク変換部１１は、運転台５１を介して入力された加減速ノッチ指令Ｎ＊を、加減速ノッチ指令Ｎ＊に対応する加減速トルク指令Ｔ＊に変換する。図３は、ノッチ・トルク変換部１１の構成例を示す図である。

【0035】

図３に示すように、ノッチ・トルク変換部１１は、選択部１１１を備える。選択部１１１は、加減速ノッチ指令Ｎ＊が入力され、加減速ノッチ指令Ｎ＊に対応する加減速トルク指令Ｔ＊を選択して出力する。例えば、運転台５１におけるノッチ段数が、加速５段・減速４段である場合、５段階の加速のそれぞれに対応するトルク指令（Ｐ５トルク指令～Ｐ１トルク指令）、０トルクを指示するＮトルク指令、および、４段階の減速のそれぞれに対応するトルク指令（Ｂ１トルク指令～Ｂ４トルク指令）の中から、加減速ノッチ指令Ｎ＊に対応する加減速トルク指令Ｔ＊を選択する。

【0036】

図２を再び参照すると、ノッチ・トルク変換部１１は、加減速トルク指令Ｔ＊を、エンジン指令部１２と、インバータ指令部１３と、空気制動指令部１４とに出力する。

【0037】

エンジン指令部１２は、ノッチ・トルク変換部１１から出力された加減速トルク指令Ｔ＊と、コンバータ出力電力値ＣｎｖＰと、発電機３１の回転数Ｇｎと、推進用モータ３９の回転数ＭＭｎとが入力され、エンジンノッチ指令ＥｇＮ＊と、排気ブレーキ指令ＥｘＢｒ＊とを生成する。エンジン指令部１２は、生成したエンジンノッチ指令ＥｇＮ＊を、エンジン制御部２２と、インバータ指令部１３とに出力する。また、エンジン指令部１２は、生成した排気ブレーキ指令ＥｘＢｒ＊を、エンジン制御部２２に出力する。

【0038】

図４は、エンジン指令部１２の構成例を示す図である。図４に示すように、エンジン指令部１２は、エンジン出力指令演算部１２１と、エンジンノッチ指令演算部１２２と、排気ブレーキ指令部１２３とを備える。

【0039】

エンジン出力指令演算部１２１は、加減速トルク指令Ｔ＊と、コンバータ出力電力値ＣｎｖＰと、推進用モータ３９の回転数ＭＭｎとに基づき、加減速トルク指令Ｔ＊に応じて推進用モータ３９から出力が要求されるトルク（加速トルク）を、推進用モータ３９が出力するために必要となるエンジン２１の出力を演算する。エンジン出力指令演算部１２１は、コンバータ３２から推進用モータ３９および補助電源３５への出力の合計値であるコンバータ出力電力値ＣｎｖＰと、推進用モータ３９の回転数ＭＭｎおよび加減速トルク指令Ｔ＊から演算された推進用モータ３９が要求する電力と、に基づき必要なエンジン出力を演算してエンジン出力指令ＥｇＰ＊を生成する。エンジン出力指令演算部１２１は、演算したエンジン２１の出力を示すエンジン出力指令ＥｇＰ＊を、エンジンノッチ指令演算部１２２に出力する。

【0040】

エンジンノッチ指令演算部１２２は、エンジン出力指令演算部１２１から出力されたエンジン出力指令ＥｇＰ＊で示されるエンジン出力を出力可能な、エンジン２１の最小の回転数を決定する。図５は、エンジン２１の回転数－出力特性を示す図である。図５において一点鎖線で示すエンジン２１の回転数－出力特性が予め保持されており、エンジンノッチ指令演算部１２２は、この特性に基づき、エンジン出力指令ＥｇＰ＊で示されるエンジン出力を出力可能であり、回転数が最も小さいエンジンノッチを特定する。エンジン２１の出力は、複数段のエンジンノッチ（図５に示す例では、５段階（５ノッチ））が設定されている。エンジンノッチ指令演算部１２２は、図５において太実線で示されるように、エンジン出力指令ＥｇＰ＊で示されるエンジン出力が高くなるほど、高い段階のエンジンノッチに従い、エンジン２１の回転数を決定する。エンジンノッチ指令演算部１２２は、決定した回転数を指示するエンジンノッチ指令ＥｇＮ＊を、エンジン制御部２２と、インバータ指令部１３とに出力する。

【0041】

このように、統合制御部１０（エンジン出力指令演算部１２１およびエンジンノッチ指令演算部１２２）は、コンバータ出力電力値ｎｖＰＣと、推進用モータ３９の回転数ＭＭｎと、加減速トルク指令Ｔ＊とに基づき、エンジン２１に要求される出力を演算する。そして、統合制御部１０は、エンジン２１の回転数－出力特性に基づき、エンジン２１に要求される出力を得られる最小のエンジン２１の回転数を決定し、決定した回転数を指示するエンジンノッチ指令ＥｇＮ＊をエンジン制御部２２に出力する。こうすることで、コンバータ３２および推進用インバータ３７の状態も考慮して、エンジン２１の動作を制御することができるので、より無駄の少ない適切な動作点でエンジン２１を動作させることができる。

【0042】

図４を再び参照すると、排気ブレーキ指令部１２３は、加減速トルク指令Ｔ＊と、発電機３１の回転数Ｇｎとに基づき、排気ブレーキ指令ＥｘＢｒ＊を生成し、エンジン制御部２２に出力する。具体的には、排気ブレーキ指令部１２３は、加減速トルク指令Ｔ＊で指示されるトルクが減速トルクであり（加減速トルク指令Ｔ＊が負であり（Ｔ＊＜０））、かつ、発電機３１の回転数Ｇｎが排気ブレーキ回転数ＥｘＢｒｎを超えている場合、排気ブレーキをＯＮとする排気ブレーキ指令ＥｘＢｒ＊を生成する。排気ブレーキ指令部１２３は、加減速トルク指令Ｔ＊が負でない場合、排気ブレーキをＯＦＦとする排気ブレーキ指令ＥｘＢｒ＊を生成する。また、排気ブレーキ指令部１２３は、加減速トルク指令Ｔ＊が負であり、かつ、発電機３１の回転数Ｇｎが排気ブレーキ回転数ＥｘＢｒｎを超えていない場合、排気ブレーキをＯＦＦとする排気ブレーキ指令ＥｘＢｒ＊を生成する。

【0043】

図２を再び参照すると、インバータ指令部１３は、ノッチ・トルク変換部１１から出力された加減速トルク指令Ｔ＊と、エンジン指令部１２から出力されたエンジンノッチ指令ＥｇＮ＊と、コンバータ出力電力値ＣｎｖＰと、発電機３１の回転数Ｇｎと、推進用モータ３９の回転数ＭＭｎと、直流電圧値ＶＤＣとが入力され、推進用モータトルク指令ＩｎｖＴ＊を生成する。インバータ指令部１３は、生成した推進用モータトルク指令ＩｎｖＴ＊を、推進用インバータ制御部３８と、空気制動指令部１４とに出力する。

【0044】

図６は、インバータ指令部１３の構成例を示す図である。図６に示すように、インバータ指令部１３は、力行トルクリミッタ部１３１と、回生トルクリミッタ部１３２とを備える。

【0045】

力行トルクリミッタ部１３１は、エンジンノッチ指令ＥｇＮ＊と、発電機３１の回転数Ｇｎとに基づき、図５に示すエンジン２１の回転数－出力特性上での、エンジン２１の出力を特定する。具体的には、力行トルクリミッタ部１３１は、エンジン２１の出力軸に直結され、エンジン２１の回転数と等しい発電機３２の回転数Ｇｎと、エンジンノッチ指令ＥｇＮ＊と、エンジン２１の回転数－出力特性とに基づき、エンジン２１の出力を特定する。

【0046】

力行トルクリミッタ部１３１は、コンバータ出力電力値ＣｎｖＰと、補助電源出力電力値ＳｉｖＰと、推進用モータ３９の回転数ＭＭｎとに基づき、現在のエンジン２１の出力から得られる力行トルクに、加減速トルク指令Ｔ＊を制限した力行トルクリミット加減速トルク指令ＩｎｖＴ＊１を生成する。具体的には、力行トルクリミッタ部１３１は、コンバータ出力電力値ＣｎｖＰから補助電源出力電力値ＳｉｖＰを減じた電力と、現在の推進用モータ３９の回転数ＭＭｎとに基づき、力行トルクリミット加減速トルク指令ＩｎｖＴ＊１を生成する。このように、力行トルクリミッタ部１３１は、加減速トルク指令Ｔ＊で指示されるトルクを、エンジンノッチ指令ＥｇＮ＊で指示されるエンジン２１の回転数で得られるエンジンの出力に応じて制限する。力行トルクリミッタ部１３１は、生成した力行トルクリミット加減速トルク指令ＩｎｖＴ＊１を回生トルクリミッタ部１３２に出力する。

【0047】

回生トルクリミッタ部１３２は、推進用モータ３９の回転数ＭＭｎと、補助電源出力電力値ＳｉｖＰと、直流電圧値ＶＤＣとに基づき、電気式ディーゼル動車１の減速による回生電力のうち、補助電源３５に供給する電力を超える電力が、エンジン２１のエンジンブレーキおよび排気ブレーキで消費される電力を超えない大きさに、力行トルクリミッタ部１３１から出力された力行トルクリミット加減速トルク指令ＩｎｖＴ＊１を制限し、推進用モータトルク指令ＩｎｖＴ＊として推進用インバータ制御部３８に出力する。具体的には、回生トルクリミッタ部１３２は、直流電圧ＶＤＣが予め決められた制限値を超えないよう、推進用モータ３９の回転数ＭＭｎから、推進用モータ３９から回生電力が補助電源出力電力値ＳｉｖＰ以上とならないような推進用モータトルク指令ＩｎｖＴ＊に制限する。

【0048】

図２を再び参照すると、空気制動指令部１４は、ノッチ・トルク変換部１１から出力された加減速トルク指令Ｔ＊と、インバータ指令部１３から出力された推進用モータトルク指令ＩｎｖＴ＊とが入力され、加減速トルク指令Ｔ＊と、推進用モータトルク指令ＩｎｖＴ＊とに基づき、機械式ブレーキ４２により車輪４１（推進用モータ３９の回転力）に付与する制動力を指示する空気制動ブレーキ指令ＢｒＴ＊を生成する。空気制動指令部１４は、生成した空気制動ブレーキ指令ＢｒＴ＊を空気制動制御部４４に出力する。図７は、空気制動指令部１４の構成例を示す図である。

【0049】

図７に示すように、空気制動指令部１４は、減算器１４１と、制動トルクリミッタ部１４２とを備える。

【0050】

減算器１４１は、加減速トルク指令Ｔ＊から、推進用モータトルク指令ＩｎｖＴ＊を減算し、加減速トルク指令Ｔ＊と推進用モータトルク指令ＩｎｖＴ＊とのトルク差分Ｔ＊Ｄｅｆを制動トルクリミッタ部１４２に出力する。

【0051】

制動トルクリミッタ部１４２は、０未満の値のみを通過させるフィルタに、減算器１４１から出力されたトルク差分Ｔ＊Ｄｅｆを通して、制動トルクを取り出す。そして、制動トルクリミッタ部１４２は、取り出した制動トルクに応じた制動力を指示する空気制動ブレーキ指令ＢｒＴ＊を生成し、空気制動制御部４４に出力する。

【0052】

このように、統合制御部１０（回生トルクリミッタ部１３２）は、電気式ディーゼル動車１の減速による回生電力のうち、補助電源３５に供給する電力を超える電力が、エンジン２１のブレーキで消費される電力を超えないように、推進用モータトルク指令ＩｎｖＴ＊を制限する。そして、統合制御部１０（回生トルクリミッタ部１３２）は、加減速トルク指令Ｔ＊と制限した推進用モータトルク指令ＩｎｖＴ＊との差分が負である場合、差分に応じた推進用モータ３９の回転への制動力を指示する空気制動ブレーキ指令ＢｒＴ＊を生成し、空気制動制御部４４に出力する。

【0053】

次に、従来の液体式ディーゼル動車から本実施形態に係る電気式ディーゼル動車１への転換について説明する。図８は、従来の液体式ディーゼル動車２の構成例を示す図である。図８において、図１と同様の構成には同じ符号を付して説明を省略する。

【0054】

図８に示すように、従来の液体式ディーゼル動車２は、エンジン２１と、エンジン制御部２２と、補助電源３５と、複数の推進用モータ３９と、車輪４１と、機械式ブレーキ４２と、空気制動装置４３と、空気制動制御部４４と、トルクコンバータ６１と、変速機６２と、発電機７１と、運転台８１とを備える。

【0055】

トルクコンバータ６１は、エンジン２１に出力軸と連結され、エンジン２１から得られた駆動力を負荷状態に応じて断続する。変速機６２は、液体式ディーゼル動車２の速度に応じて、トルクコンバータ６１から得られた駆動力を適切な変速比で出力する。エンジン制御部２２は、運転台８１を介して入力されたエンジンノッチ信号をエンジンに出力し、液体式ディーゼル動車２の速度に応じた速度信号を変速機６２に出力する。変速機６２から出力された駆動力は、歯車６３を介して車輪４１に伝達され、液体式ディーゼル動車２が推進される。

【0056】

空気制動制御部４４は、運転台８１を介して入力されたブレーキ指令に従い空気制動装置４３を制御することで、機械式ブレーキ４２を作動させ、車輪４１の回転力を抑える。これにより、液体式ディーゼル動車２は減速する。

【0057】

発電機７１は、動力伝達装置を介してエンジン２１から得られた駆動力により回転し、電力を発生して、補助電源３５に出力する。

【0058】

図８に示す従来の液体式ディーゼル動車２を本実施形態に係る電気式ディーゼル動車１に転用する場合、エンジン２１およびエンジン制御部２２からなるエンジンユニット、および、複数の推進用モータ３９、車輪４１、機械式ブレーキ４２、空気制動装置４３および空気制動制御部４４などからなる駆動装置はそのままでよい。そして、トルクコンバータ６１、変速機６２および発電機７１を取り除いて、統合制御部１０、発電機３１、コンバータ３２、コンバータ制御部３３、コンデンサ３４、補助電源制御部３６、推進用インバータ３７、推進用インバータ制御部３８などを追加すればよい。すなわち、従来の液体式ディーゼル動車２を本実施形態に係る電気式ディーゼル動車１に転用する場合、エンジンユニットには変更を加える必要がないため、従来の液体式ディーゼル動車２からの転換のコスト増大を抑制することができる。

【0059】

また、本実施形態に係る電気式ディーゼル動車１によれば、コンバータ出力電力値ｎｖＰＣと、推進用モータ３９の回転数ＭＭｎと、加減速トルク指令Ｔ＊とに基づき、エンジン２１に要求される出力を演算し、エンジン２１の回転数－出力特性に基づき、エンジン２１の回転数を決定し、決定した回転数を指示するエンジンノッチ指令ＥｇＮ＊をエンジン制御部２２に出力する。こうすることで、燃費消費が少なく、回転数の低い（振動騒音）の小さい動作点でエンジン２１を動作させることができるので、より高効率で乗り心地の良い動作点でエンジン２１を動作させることができる。

【0060】

なお、本実施形態では、運転台５１のノッチ段数が加速５段・減速４段であり（図３）、エンジンノッチの段数が５段である（図５）例を用いて説明したが、これに限られるものではなく、それぞれの段数には特に制限はない。

【0061】

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨および範囲内で、多くの変更および置換が可能であることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形および変更が可能である。

【符号の説明】

【0062】

１ 電気式ディーゼル動車
２ 液体式ディーゼル動車
１０ 統合制御部
１１ ノッチ・トルク変換部
１２ エンジン指令部
１３ インバータ指令部
１４ 空気制動指令部
２１ エンジン
２２ エンジン制御部
３１，７１ 発電機
３２ コンバータ
３３ コンバータ制御部
３４ コンデンサ
３５ 補助電源
３６ 補助電源制御部
３７ 推進用インバータ
３８ 推進用インバータ制御部
３９ 推進用モータ
４１ 車輪
４２ 機械式ブレーキ
４３ 空気制動装置
４４ 空気制動制御部
４５，６３ 歯車
５１，８１ 運転台
６１ トルクコンバータ
６２ 変速機
１１１ 選択部
１２１ エンジン出力指令演算部
１２２ エンジンノッチ指令演算部
１２３ 排気ブレーキ指令部
１３１ 力行トルクリミッタ部
１３２ 回生トルクリミッタ部
１４１ 減算器
１４２ 制動トルクリミッタ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】