 | |
| 部品の種類 | スイッチ |
|---|---|
| 電子記号 | |
.svg) | |
調速機、または速度制限装置もしくは制御装置は、エンジンなどの機械の速度を測定および調整するために使用される装置です。
典型的な例は、速またはフライボール調速機としても知られる遠心調速機で、機械の出力軸によって駆動される回転錘への 慣性力の影響を利用して、蒸気の入力流量を変更することで速度を調整します。
歴史
[編集].jpg){kind=link}
.jpg/1280px-Centrifugal_governor_and_balanced_steam_valve_(New_Catechism_of_the_Steam_Engine,_1904).jpg)
遠心調速機は17世紀から風車の石臼間の距離と圧力を調節するために使われてきました。初期の蒸気機関は純粋な往復運動を採用し、水の汲み上げに使用されていました。これは動作速度の変動を許容できる用途でした
スコットランドの技術者ジェームズ・ワットが工場の機械を駆動するために回転式蒸気機関を導入して初めて、一定の動作速度が必要になりました。1775年から1800年の間に、ワットは実業家マシュー・ボルトンと提携して約500台の回転ビームエンジンを製造しました。これらのエンジンの心臓部は、ワットが独自に設計した「円錐振り子」調速機でした。これは、リンクアームによって垂直のスピンドルに取り付けられた一連の回転鋼球で、制御力は鋼球の重量で構成されていました。
調速機の動作の理論的根拠は、 1868年にジェームズ・クラーク・マクスウェルによって彼の画期的な論文『調速機について』で説明されました。[ 1 ]
ワットの設計を基に、1872年に数学的なエネルギーバランスの観点からワットの円錐振り子調速機を理論的に分析したアメリカの技術者、ウィラード・ギブスがいました。イェール大学大学院在学中、ギブスは、この装置の実際の動作には、動作の鈍さと、制御すべき速度の変化を過剰に補正する傾向という欠点があることに気づきました。[ 2 ]
ギブスは、単純なワット調速機の平衡（「ボール」の重量によるトルクと回転によるトルクの2つのトルクの釣り合いに依存する）と同様に、仕事を生じるあらゆる熱力学系の熱力学的平衡は、 2つの実体のバランスに依存すると理論づけました。1つ目は中間物質に供給される熱エネルギーであり、2つ目は中間物質によって行われる仕事エネルギーです。この場合、中間物質は蒸気です。
こうした理論的研究は、1876年にギブスの有名な著書『不均質物質の平衡について』が出版され、ギブスの調速機が構築されたことで最高潮に達しました。これらの定式化は、今日ではギブスの自由エネルギー方程式の形で自然科学のあらゆる分野で用いられており、化学反応の平衡を決定するために用いられています。ギブス平衡としても知られています。[ 3 ]
ガバナーは初期の自動車（1900年のウィルソン・ピルチャーなど）にも搭載されており、ハンドスロットルの代替として機能していました。必要なエンジン回転数を設定するために使用され、車両のスロットルとタイミングは、現代のクルーズコントロールと同様に、ガバナーによって速度が一定に保たれるように調整されました。また、ウインチや油圧ポンプなどのエンジン駆動アクセサリを備えたユーティリティビークル（ランドローバーなど）でも、駆動負荷の変動に関係なくエンジンを必要な回転数に保つために、ガバナーはオプションでした。
スピードリミッター
[編集] |
ガバナーは車両の最高速度を制限するために使用でき、一部の車両クラスでは法的に義務付けられています。より一般的には、内燃機関の回転速度を制限したり、過度の回転速度によるエンジンの損傷から保護したりする ために使用できます。
自動車
[編集]
現在、BMW、アウディ、フォルクスワーゲン、メルセデス・ベンツは、生産車の最高速度を時速250km（155マイル）に制限しています。アウディ・スポーツGmbHとAMGの一部の車、そしてメルセデス／マクラーレンSLRは例外です。BMWロールスロイスは時速240km（149マイル）に制限されています。ジャガーは英国製ですが、リミッターを搭載しており、スウェーデンのサーブとボルボも必要に 応じて車にリミッターを搭載しています
ドイツのメーカーは当初、「紳士協定」を開始し、車両の最高速度を電子的に時速250km（155mph）に制限しました。[ 4 ] [ 5 ]これは、アウトバーンではそのような高速走行になる可能性が高いためです。これは、法定速度制限を導入したいという政治的な願望を抑えるために行われました
ヨーロッパ市場では、ゼネラルモーターズ・ヨーロッパ社は協定値を割り引くことがあり、その結果、オペルやボクスホールの一部の高出力車は最高速度250 km/h (155 mph) を超えることができるが、キャデラックは超えられない。 フェラーリ、ランボルギーニ、マセラティ、ポルシェ、アストンマーティン、ベントレーも、少なくとも250 km/h (155 mph) には車の最高速度制限を設けていない。クライスラー300C SRT8 は、270 km/h (168 mph) に制限されている。日本国内市場のほとんどの車は、180 km/h (112 mph) または 190 km/h (118 mph) に制限されている。[ 6 ] 最高速度は強力な販売論拠となるが、公道で約300 km/h (190 mph) を超える速度に達することはまず不可能である。
一部の高性能車は、車両の保険料の抑制、タイヤの故障リスクの軽減、特定の地域でモデルを販売する場合の法規制遵守 などの理由から、最高速度を時速250km（155mph）に制限することができます[ 7 ] 。
モペッド
[編集]イギリスのモペッドには、1977年以来、時速30マイル（48km/h）の速度リミッターが義務付けられています[ 8 ]。他のほとんどのヨーロッパ諸国でも同様の規則があります（本文を参照）。
公共サービス車両
[編集]公共サービス車両には、多くの場合、法定最高速度が設定されています。イギリスの定期バスサービス（およびバスサービス）は、時速65マイル（105km/h）に制限されています[ 9 ] 。
都市の公共バスには、通常、時速65km（40mph）から時速100km（62mph）に設定された速度調節装置が装備されていることがよくあります。[要出典]
トラック
[編集]ヨーロッパとニュージーランドのすべての大型車両には、法律または条例で定められた速度制限装置が装備されており、速度は時速90km（56mph）または時速100km（62mph）に制限されています。[要出典]消防車やその他の緊急車両はこの要件の対象外です。
使用例
[編集]航空機
[編集]航空機のプロペラも別の用途です。ガバナーはシャフトの回転数を感知し、ブレードの角度を調整または制御してエンジンのトルク負荷を変化させます。そのため、航空機が急降下時のように加速したり、上昇時のように減速したりしても、回転数は一定に保たれます。
小型エンジン
[編集]芝刈り機、ポータブル発電機、芝刈り機や園芸用 トラクターの動力源として使用される小型エンジンには、無負荷時にエンジンへの燃料供給を最大安全回転数に制限し、負荷の変化にかかわらず比較的一定の回転数を維持するための調速機が装備されています。発電機用途の場合、発電機の出力周波数が適度に一定に保たれるように、エンジン回転数を厳密に制御する必要があります。
小型エンジン調速機は通常、次の3つのタイプのいずれかです。[ 10 ]
- 空気圧式：調速機機構は、空冷エンジンの冷却に使用されるフライ ホイールブロワーからの空気の流れを検出します。一般的な設計では、エンジンのブロワーハウジング内にエアベーンが取り付けられ、キャブレターのスロットルシャフトに連結されています。バネがスロットルを開き、エンジンの回転速度が上がると、ブロワーからの空気の流れが増加し、ベーンがバネに押し戻され、スロットルが部分的に閉じます。最終的に平衡点に達し、エンジンは比較的一定の速度で動作します。空気圧式調速機は設計がシンプルで、製造コストも安価です。エンジン速度を非常に正確に制御することはできず、空気密度や空気の流れに影響を与える可能性のある外部条件の影響を受けます
- 遠心式：エンジンによって駆動されるフライウェイト機構はスロットルに連結されており、空気圧式調速機と同様にバネに抗して作動するため、基本的に同一の動作となります。遠心式調速機は空気圧式調速機よりも設計と製造が複雑です。遠心式は速度変化に敏感であるため、負荷の変動が大きいエンジンに適しています。
- 電子式：サーボモーターはスロットルに連結され、点火システムまたは磁気ピックアップから放出される電気パルスをカウントすることでエンジン速度を感知する電子モジュールによって制御されます。これらのパルスの周波数はエンジン速度に応じて変化するため、制御モジュールはサーボに比例した電圧を印加してエンジン速度を調整できます。速度変化に対する感度と迅速な応答性のため、電子調速機はコンピューターハードウェアに電力を供給するように設計されたエンジン駆動発電機によく取り付けられます。これは、発電機の出力周波数を誤動作を避けるために狭い範囲内に維持する必要があるためです。
タービン制御
[編集]蒸気タービンにおいて、蒸気タービン調速機とは、タービンの回転速度を一定に保つことを目的として、タービンへの蒸気流量を監視および制御する手順です。蒸気流量は、ボイラーとタービンの間にバルブを配置することで監視および制御されます。[ 11 ]
水力タービンでは、19世紀半ばから速度制御に調速機が使用されてきました。典型的なシステムでは、タービン入力バルブまたはウィケットゲートに直接作用するフライボール調速機を使用して、タービンに入る水の量を制御します。1930年までに、機械式調速機はより正確な制御のためにPIDコントローラを使用し始めました。20世紀後半には、電子式調速機とデジタルシステムが機械式調速機に取って代わり始めました。[ 12 ]
発電機
[編集]同期電力系統における発電では、原動機が電力系統上の他の発電機と電気的に接続された発電機を駆動します。ドループ速度制御では、系統全体の周波数によって各発電機に供給される燃料が決定されるため、系統の運転速度が速い場合は、調速機によって各発電機への燃料が削減され、速度が制限されます。
エレベーター
[編集]調速機はエレベーターで使用されます。エレベーターがトリップ速度（通常はエレベーターの最高速度の係数であり、国際的なエレベーター安全ガイドラインに従ってメーカーによって事前に設定されています）を超えた場合、停止機構として機能します。この装置は、トラクションエレベーターとロープ式油圧エレベーターに設置する必要があります。
オルゴール
[編集]調速機は、一部の巻き上げ式オルゴールで使用され、バネの張力が減少している間、音楽をある程度一定の速度で再生します。
参照
[編集]参考文献
[編集]- ^ ベネット、スチュアート (1992).制御工学の歴史 1930-1955 . IET. p . 48. ISBN 978-0-86341-299-8。
- ^ ウィーラー、リンダー・フェルプス (1947)、「蒸気機関用ギブス調速機」、ウィーラー、リンダー・フェルプス、ウォーターズ、エヴェレット・オイラー、ダドリー、サミュエル・ウィリアム (編)、『ウィラード・ギブスの応用力学における初期の業績』、ニューヨーク：ヘンリー・シューマン、pp. 63-78
- ^ ウィーラー、L. (1951)、『ジョサイア・ウィラード・ギブス ― 偉大な精神の歴史』、ウッドブリッジ、コネチカット州：オックス・ボウ・プレス
- ^ ボグダン・ポパ (2012年7月28日)、 「紳士協定：そんなに急がなくても大丈夫です！」。オートエボリューション
- ^ ヴァン・ゴープ、アンケ。「エンジニアリング設計における倫理的問題：安全性と持続可能性」16ページ。3TU Ethics発行、2005年。ISBN 9090199071、9789090199078。ISSN 1574-941X
- ^ 「なぜ日本はついにブレーキから足を離したのか｜ジャパンタイムズオンライン」。Search.japantimes.co.jp。2008年4月13日。2012年11月8日閲覧。
- ^ マイク・スピネリ（2006年2月11日）「さようなら、ご主人様：メルセデスは米国でAMGモデルの最高速度を、代償を払って解き放つ」。Jalopnik 。
- ^ 運輸省 (2008). 「英国における道路事故報告：2008年年次報告書」 (PDF) . 2010年1月9日閲覧.179ページには、「モペッドの最高設計速度が時速30マイルに再定義された」と記載されています
- ^ 「英国の道路安全の歴史」 . 2010年6月17日時点のオリジナルからアーカイブ. 2010年1月20日閲覧.
- ^ 「小型エンジン調速機はどのように機能するのか？ | Briggs & Stratton」 . www.briggsandstratton.com . 2018年3月22日閲覧.
- ^ Rathore, MM (2010).熱工学. ニューデリー: Tata McGraw-Hill Education. ISBN 978-0-07-068113-22015年1月29日閲覧。
- ^ Fasol, Karl Heinz (2002年8月). 「水力発電制御の小史」(PDF) . IEEE Control Systems Magazine . 22 (4): 68– 76. doi : 10.1109/MCS.2002.1021646 . 2015年11月6日にオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2015年1月29日閲覧。
