CN102365443B - 船舶用发动机控制*** - Google Patents

船舶用发动机控制*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种船舶用发动机控制***，其配合螺旋桨流入速度的变动，以效率较高的转速运转主机，而实现燃油效率的提高。其中，将转速指令与实测的主轴(13)或者主机(12)的转速NE的偏差输入PID运算部(16)，而反馈控制从燃料喷射装置(15)供给主机(12)的燃料量。检测向螺旋桨(14)的螺旋桨流入速度，并输入至运算部(17)。与螺旋桨流入速度的变动相对应，以控制点沿着效率曲线而移动的方式修正转速指令。

Description

船舶用发动机控制***
技术领域
本发明涉及船舶用发动机的控制***，特别涉及船舶用发动机的转速控制。
背景技术
在船舶发动机的控制中，以设定的目标转速与实际转速无差异的方式进行PID(比例-积分-微分)控制。但是，在恶劣气候时，由于螺旋桨产生的负荷转矩急剧变化，因此，在利用设想正常气候情况下的航行的增速的PID控制中，不能获得充分的应答性能，存在由于超速而引起发动机故障的危险。对于这样的问题，提出了预测由于干扰所产生的螺旋桨转速的变动而改变PID控制的增速的构成的方案(专利文献1)。
专利文献1：日本特开平8-200131号公报
发明内容
(发明要解决的课题)
但是，在也包含专利文献1的、船舶中一般的调速装置的PID控制中，为了将转速维持在一定，作为推进***，效率不一定较高。
本发明鉴于上述问题，目的在于配合螺旋桨流入速度的变动，以效率较高的转速运转主机而实现燃油效率的提高。
(用于解决课题的方法)
本发明的船舶用发动机控制***的特征在于，包括：螺旋桨流入速度把握机构，把握螺旋桨流入速度；转速控制机构，控制主机的转速；以及修正机构，配合螺旋桨流入速度的变动，进行转速控制机构中的目标转速的修正；修正机构对于螺旋桨流入速度的变动，在效率曲线图上沿效率不降低的路径而实现控制点的移动，并修正目标转速。
优选修正中的控制点的移动为沿着效率曲线的移动。因此，能够大致保持螺旋桨的迎角一定。
螺旋桨流入速度例如实测或者从相关的其他物理量中推定。作为用于推定的物理量，包括例如船速、波的圆频率、波高。此外，作为物理量，包括例如螺旋桨负载转矩。
(发明的效果)
根据本发明，能够配合螺旋桨流入速度的变动，以效率较高的转速运转主机，而实现燃油效率的提高。
附图说明
图1是示出本发明第一实施方式的船舶用发动机控制***的构成的方框图。
图2是将横轴作为转速、纵轴作为螺旋桨流入速度的效率曲线图。
图3是图2的控制点P的周围的放大图。
图4是示出第一实施方式的船舶用发动机控制***的变形例的构成的方框线图。
图5是示出第二实施方式的船舶用发动机控制***的构成的方框线图。
图6是示出第三实施方式的船舶用发动机控制***的构成的方框线图。
图7是示出转矩检测部的构成的方框图。
图8是示出转矩检测部的另一构成的方框图。
图9是示出转矩检测部的另一构成的方框图。
图10是示出转矩检测部的另一构成的方框图。
符号说明
10、10’、10”船舶用发动机控制***
11船体
12主机
13主轴
14螺旋桨
15燃料喷射装置
16PID运算部
17、17’、18运算部
20、30、40负载转矩检测部
C控制装置
S控制对象。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是示出本发明第一实施方式的船舶用发动机控制***的整体构成的方框图。
本实施方式的船舶用发动机控制***10将船体11、主机12、主轴13、螺旋桨14等作为控制对象S，在主机12中从控制装置C的燃料喷射装置(致动器)15供应燃料。在连接主机12与螺旋桨14的主轴13上设有检测主轴13或者主机12的实际转速NE(或者角速度ωE)的现有的周知的转速(角速度)传感器(未示出)。
控制***10将主轴转速(或者发动机转速)作为转速指令(目标值)进行例如PID控制，在主轴13中检测的实际转速NE向输入侧反馈。即，转速指令与实际转速NE之间的偏差被输入PID运算部16。来自PID运算部16的输出作为调速指令向燃料喷射装置15输出，并且调整向主机12的燃料供应量。
此外，在本实施方式中，对应于波浪等影响所产生的螺旋桨流入速度的变动(例如约10秒的周期)而改变转速指令。在第一实施方式中，螺旋桨流入速度使用设置于船尾的周知的流速计进行实测。利用流速计所得到的螺旋桨流入速度的信号在控制装置C的运算部17中变换为指令转速修正信号并附加于转速指令信号。另外，流速计可以是任意形式的流速计。
接着，参照图2对本实施方式中的转速指令的修正控制的原理进行说明。图2是将横轴作为发动机转速、将纵轴作为螺旋桨流入速度时的效率曲线图，在本实施方式中，螺旋桨效率与主机的燃油效率合并的效率(两者的乘积)以等值线来表示。
例如，在作为目标的控制点被设定为点P时，当由于波浪的影响而在螺旋桨流入速度中发生ΔV的变动时，在现有的使转速恒定的控制中，控制点在图2中沿纵轴上下移动。即，由于控制点将效率的等值线横切而进行移动，因此，以点P为中心，效率上下变动，导致燃油效率的恶化。
在本实施方式中，即使螺旋桨流入速度变动，也以效率不降低的方式修正作为目标的转速(转速指令)。例如，如图2的效率曲线图中的箭头A，沿通过目标控制点P的效率曲线(等值线)而改变目标转速(在本实施方式中，与将螺旋桨的迎角维持在一定相对应)。即，在运算部17(参照图1)中，与检测的螺旋桨流入速度相对应，而基于图2的效率曲线图求出目标转速并修正转速指令。
运算部17也可以是将效率曲线图作为图像数据(map data)保存，并参照其来决定目标转速的构成，但是，也可以是预先从效率曲线图设定决定螺旋桨流入速度与目标转速之间的关系的函数并据此进行控制的构成。
另外，从比使转速恒定的现有构成进一步提高效率的观点来看，只要将螺旋桨流入速度降低时的控制点的移动变更为向与沿着纵轴方向的效率的倾斜相比的倾斜平缓的方向移动即可。例如，虽然效率比沿着效率曲线的移动(箭头A)进一步降低，但是，也可以如箭头A1移动控制点。但是，从进一步提高效率的观点来看，控制点的移动优选为通过点P的效率曲线的内侧(例如箭头A2：从点P的效率向更高效率的区域的控制点的移动)。
此外，在螺旋桨流入速度增加的情况下，也可以如现有的那样进行使转速恒定的控制，在通过点P的效率曲线(等值线)的内侧(效率较高侧)中，能够获得控制点向各个方向移动(例如箭头A3)。
图3示出图2的点P周围的放大图，分别以圆弧RD、RU表示螺旋桨流入速度减速时以及增速时能够使控制点移动的方向的范围。控制点的移动的轨迹(例如实线A4)只要满足上述的条件可以是曲线、直线、折线中的任一种，或者也可以是这些的组合。
此外，利用的效率曲线图并不限定于本实施方式，例如也可以单独使用螺旋桨效率曲线图、螺旋桨单独效率曲线图，或者也可以使用进一步增加了有关主机的燃油效率的其他要素的效率曲线图。
如上所述，根据第一实施方式，能够配合由于波浪等影响而变动的螺旋桨流入速度来改变目标转速，而提高燃油效率。
图4示出第一实施方式的变形例的构成。在第一实施方式中，相对于转速指令进行配合螺旋桨流入速度的转速的修正，但是，在变形例中，相对于从PID运算部16输出的调速指令来进行修正。即，螺旋桨流入速度输入设置于控制装置C中的运算部18，并参照图2为了成为沿着所决定的轨迹的转速，从运算部18将修正信号前馈至PID运算部16的输出侧。另外，关于其它构成与第一实施方式相同，在变形例的构成中，也能够得到与第一实施方式相同的效果。
接着，参照图5对第二实施方式的船舶用发动机控制***进行说明。图5是将控制对象S模型化示出的第二实施方式的船舶用发动机控制***的方框线图。
在第一实施方式中，实测螺旋桨流入速度，但是，在第二实施方式的船舶用发动机控制***10’中，进行螺旋桨流入速度的推定，并基于推定值而进行转速指令的修正。另外，其他构成与第一实施方式相同，对于相同的构成使用相同的附图标记，并省略其说明。
如图5所示，在第二实施方式的控制装置C’中设有波粒速度计算部19，在运算部17中输入由波粒速度计算部19推定的螺旋桨流入速度。在波粒速度计算部19中输入例如实测的船速、波的圆频率、波高，并从这些输入中推定螺旋桨流入速度。在运算部17中，与第一实施方式相同，根据图2的效率曲线图产生修正信号，并进行转速指令的修正。
如上所述，在第二实施方式中也能够得到与第一实施方式相同的效果。此外，在第二实施方式中，由于推定螺旋桨流入速度，因此，没有必要在螺旋桨周围安装传感器，能够使控制***的构成更加简单。
并且，在第二实施方式中，虽然从船速、波的圆频率、波高推定螺旋桨流入速度，但是，也可以使用与螺旋桨流入速度相关的某个流量。
接着，参照图6-10，对第三实施方式的船舶用发动机控制***进行说明。在第三实施方式中，检测螺旋桨负载转矩QP，并输入控制装置C”的运算部17’。在运算部17’中，从螺旋桨负载转矩QP推定螺旋桨流入速度而进行转速指令的修正。另外，由于有关其他构成与第一、二实施方式相同，因此，省略其说明。
图7-10示出用于转矩检测的多个构成。图7中示出的负载转矩检测部20由安装于主轴13的应变计21和发信机22、以及配置于船体侧的固定部的接收机23和计测器24构成。在应变计21中所检测出的应变的测定值(应变信号)经由发送机22而发送至接收机23，在计测器24中变换为转矩信号并向运算部17”输出。即，由于转矩与应变成比例，因此，在运算部17”中将规定的系数乘上接收的应变的测定值(与应变信号相对应)而算出负载转矩QP，并作为转矩信号向运算部17”(图6)输出。
图8示出的另一实例的负载转矩检测部30由安装于主轴13的应变计21、安装于主轴13的周围并且电连接于应变计21的滑动环(slipring)31、与滑动环31滑动连接的电刷32、连接于电刷32的计测器24构成。即，在应变计21中所检测的应变信号经由滑动环31、电刷32而发送至计测器24，并且与第一实施方式相同被变换为转矩信号。此外，在计测器24中所产生的转矩信号向运算部17”输出。
在图9示出的另一实例的负载转矩检测部40中，使用安装于靠近螺旋桨14的主轴13上的马力计41来替代应变计21。此外，使用转矩计算部42来替代图8的计测器24。
在该构成中，来自马力计41的马力信号发送至转矩计算部42。在转矩计算部42中，除了来自马力计41的马力信号以外，还输入来自主机12的发动机转速NE。由于马力(与传动马力DHP(输出马力)相对应)与转矩和转速的乘积成比例，因此，在转矩计算部42中，通过将马力(例如DHP)除以发动机转速NE并乘上规定的系数(例如1/2π)而求出负载转矩QP。算出的转矩的值作为转矩信号向运算部17”输出。
图10的实例是将图9的马力计41配置在靠近主机12的主轴13上，其他构成与图9相同。在图10的构成中，由于所检测的马力与制动马力BHP相对应，因此，在转矩计算部42中，通过将检测的马力(BHP)除以发动机转速NE、传动效率ηT、以及2π而求出转矩。
如上所述，在第三实施方式中也能够得到与第一、第二实施方式相同的效果。另外，在第三实施方式中，也可以制作将图2的纵轴作为螺旋桨负载转矩的效率曲线图而使用。此外，也可以改变为螺旋桨负载转矩并计测与螺旋桨流入速度相关的某个其他物理量而使用。
另外，上述各实施方式以及变形例的各构成能够相互组合。例如，第一实施方式的变形例中的前馈的构成也可以在第二、第三实施方式中采用。

Claims (6)

1.一种船舶用发动机控制***，转速控制机构，控制主机的转速；其特征在于，该船舶用发动机控制***包括：
螺旋桨流入速度把握机构，把握螺旋桨流入速度；以及
修正机构，配合所述螺旋桨流入速度的变动，而进行所述转速控制机构中的目标转速的修正；
所述修正机构对于所述螺旋桨流入速度的变动，在效率曲线图上沿效率不降低的路径而实现控制点的移动，并修正目标转速。
2.根据权利要求1所述的船舶用发动机控制***，其特征在于，所述修正中的控制点的移动为沿着效率曲线的移动。
3.根据权利要求2所述的船舶用控制发动机***，其特征在于，实测所述螺旋桨流入速度。
4.根据权利要求2所述的船舶用发动机控制***，其特征在于，所述螺旋桨流入速度从相关的其他物理量中进行推定。
5.根据权利要求4所述的船舶用发动机控制***，其特征在于，所述物理量包括船速、波的圆频率、波高。
6.根据权利要求4所述的船舶用发动机控制***，其特征在于，所述物理量包括螺旋桨负载转矩。
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