JP2004131074A

JP2004131074A - Engine device

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Publication number: JP2004131074A
Application number: JP2003339665A
Authority: JP
Inventors: Roennedal Per; パー・ロンネダル
Original assignee: MAN B&W Diesel AS
Current assignee: MAN B&W Diesel AS
Priority date: 2002-10-07
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2004-04-30
Anticipated expiration: 2023-09-30
Also published as: JP4748932B2; KR20040031646A; CN1326747C; CN1500692A

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a necessity for using a balance weight driven and rotated by a chain drive device or a toothed wheel drive device in an engine for a ship. <P>SOLUTION: An engine unit has two internal combustion engines 3 provided with four to seven cylinders 18 for operating a propeller and a control unit 7. The control unit 7 transmits a control signal to synchronize operation of two internal combustion engines 3 by setting both of speed and mutual phase angle in first operation mode so that external moment from the engine on one side opposes to external moment from the engine on the other side. The control unit 7 has another operation mode in which only the engine 3 on one side operates to receive a control signal independently from the engine on the other side. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

　本発明は、プロペラ作動のための２つのエンジンと、第１の作動モードにおいてスピードと相互位相角の設定との両方によって２つの内燃機関の作動を同期させるために制御信号を伝達して一つのエンジンからの外部モーメントが他方のエンジンからの外部モーメントに対抗するようになされた制御ユニットと、を備えたエンジン装置に関する。 The present invention conveys control signals to synchronize two engines for propeller operation in order to synchronize the operation of the two internal combustion engines by both setting the speed and the mutual phase angle in a first mode of operation. A control unit wherein an external moment from the engine opposes an external moment from the other engine.

　このようなエンジン装置は、米国特許第４，２４５，９５５号に記載されており、このエンジン装置に従って、２つのエンジンからなる航空機エンジンが同期して作動して、２つのエンジンからの総外部モーメントが適切に小さくなるようになされている。従って、航空機が乗員を運ぶときに乗員室内の振動を少なくすることができる。航空機内の別の振動パターンが望ましい場合に、パイロットが、調節ボタンによってエンジン同士の間の位相差を調整することができる。 Such an engine arrangement is described in U.S. Pat. No. 4,245,955, according to which an aircraft engine consisting of two engines operates synchronously and the total external moment from the two engines. Is made to be appropriately small. Therefore, the vibration in the passenger compartment when the aircraft carries the passenger can be reduced. If another vibration pattern in the aircraft is desired, the pilot can adjust the phase difference between the engines with an adjustment button.

　更に、従来技術は、２つの回転している平衡錘がエンジンの端部に取り付けられ且つカムシャフトに結合されたチェーン駆動装置かクランクシャフトからの別個のチェーン駆動装置かによって駆動される船用機関を含んでいる。平衡錘は、クランクシャフトのスピードの２倍のスピードで互いに逆方向に回転している。
米国特許第４，２４５，９５５号 Further, the prior art discloses a marine engine in which two rotating counterweights are mounted at the end of the engine and driven by a chain drive coupled to a camshaft or a separate chain drive from a crankshaft. Contains. The counterweights are rotating in opposite directions at twice the speed of the crankshaft.
U.S. Pat. No. 4,245,955

　本発明の目的は、船用機関におけるチェーン駆動装置か又は歯付きのホイール駆動装置によって駆動される回転する平衡錘を使用する必要性を減じることである。 It is an object of the present invention to reduce the need to use rotating counterweights driven by chain drives or toothed wheel drives in marine engines.

　上記目的に鑑みて、本発明のエンジン装置は、各エンジンが、４ないし７個のシリンダを有し且つ船の中の２ストロークのクロスヘッドエンジンであり、各エンジンからの二次外部モーメントがエンジンから船の船体への修正無しに伝達され、制御ユニットが、一方のエンジンのみが作動中であり且つ他方のエンジンとは独立して制御信号を受け取る第二の作動モードを有していることを特徴としている。 In view of the above objects, the engine apparatus of the present invention is a two-stroke crosshead engine in which each engine has 4 to 7 cylinders and has a secondary external moment from each engine. Transmitted without modification to the hull of the ship and the control unit has a second mode of operation in which only one engine is operating and receives control signals independently of the other engine. Features.

　エンジンから船の船体への二次外部モーメントの修正されない伝達は、クランクシャフトによって駆動される回転する平衡錘の使用を不要にする。２つのエンジンがほぼ同じスピード及び一方のエンジンからの二次外部モーメントが他方のエンジンからの二次外部モーメントと対抗するようにさせる相互位相角で作動するとき、船の船体は、たとえ平衡錘がモーメントを均衡させるために使用されていなくても、通常の連続最大出力（ＭＣＲ）が不適切に大きなモーメントによって影響を受けないであろう。 Uncorrected transmission of secondary external moments from the engine to the ship's hull eliminates the need for a rotating counterweight driven by a crankshaft. When the two engines operate at about the same speed and with a mutual phase angle that causes the secondary external moment from one engine to oppose the secondary external moment from the other engine, the hull of the ship is Even if not used to balance moments, normal continuous maximum power (MCR) will not be affected by improperly large moments.

　一方のエンジンのみが作動している場合には、エンジンは、停止したエンジンに対して同調することなく制御される。この場合には、船の船体は、作動しているエンジンからの自由二次モーメントによって影響を受けるであろうが、この影響は、典型的には、２つのエンジンの総出力に対応する出力を有する大きなエンジンからの対応する影響の半分未満である。この実質的に低減された影響の結果として、船体振動のレベルは、許容可能な船体振動に対する制限以下である。２つの推進エンジン間のエンジン装置の出力の分割は、二次外部モーメントが一つのエンジンのみが作動しているときの船体に対するモーメントの影響の制限値より低いという事実に適用する。両方のエンジンが作動しており且つ総二次外部モーメントがこの制限値を超える場合に、一方のエンジンの外部モーメントは、他方のエンジンの外部モーメントを均衡させるために使用されて、船の船体に対する結果的なモーメントの影響は制限値より小さい。エンジン When only one engine is running, the engine is controlled without tuning to the stopped engine. In this case, the hull of the ship will be affected by the free second moment from the operating engines, which typically has an output corresponding to the total power of the two engines. Having less than half the corresponding impact from a large engine. As a result of this substantially reduced effect, the level of hull vibration is below the limit for acceptable hull vibration. The division of the power of the engine unit between the two propulsion engines applies to the fact that the secondary external moment is lower than the limit of the effect of the moment on the hull when only one engine is operating. If both engines are running and the total secondary external moment exceeds this limit, the external moment of one engine is used to balance the external moment of the other engine, and The effect of the resulting moment is less than the limit.

　一方のエンジンのみを有するエンジン装置と比較して、２つのエンジンの間の出力の分割は、エンジン装置の作動の信頼性を改良するという補足的な利点を提供する。一方のエンジンが故障している場合には、他方のエンジンは、故障したエンジンが修理されるまで作動し続けることができる。全体的な停止状態に対するこの特別な安全性は、全体的な停止状態が極めて重大な危険性を含むかもしれないタンカー、バラ積み貨物船及びＬＮＧ運搬船のような船において特に有用である。 Dividing the power between the two engines as compared to an engine system having only one engine offers the additional advantage of improving the reliability of operation of the engine system. If one engine has failed, the other engine can continue to operate until the failed engine is repaired. This extra security against a total outage is particularly useful on ships such as tankers, bulk carriers and LNG carriers, where the overall outage could be of significant danger.

　２つのエンジンは、別個のシャフトによって各々のプロペラを作動させるのが好ましい。なぜなら、これは、典型的には、船の船体の長手方向の垂直中心面の両側上の互いに対向するエンジンの配置をもたらすからである。この場合には、船尾は、典型的には、２つの船尾管を有しており且ついわゆる双スケグの設計であっても良く又は船尾管が船尾材の各々の側部上に現れている比較的一般的な設計であっても良い。船の中心面の近くに対称的に配置されることもまた、振動に関する外部モーメントの相互均衡に対して有利である。このことは、一方のエンジンからの自由モーメントが他方のエンジンからの自由モーメントを均衡させるために使用することができるので、特に、Ｈ−タイプのガイド力モーメントからの大きな自由モーメントが存在する場合に当てはまる。相互位相角の設定に対する変動する必要性によって多くの異なるタイプの自由モーメントが存在する場合には、エンジンの相互位相角の設定は、例えば、二次外部モーメントを最小化するための理想的な相互位相角設定とＨ−タイプのガイド力モーメントからの自由モーメントを最小化するための理想的な相互位相角設定との間の折衷案として選択することができる。異なるタイプの自由モーメントが結果的な外部モーメントを最小化するための共通の理想的な相互位相角設定を有するエンジン装置においては、エンジンの相互位相角は、この理想的な相互位相角設定を得るように制御される。関連するプロペラシャフトを有するエンジンは、同じ回転方向（共回転）を有しても良く又は反対の回転方向（逆回転）を有しても良い。２つの別個のプロペラシャフトの使用に対する代替的な方法として、２つのエンジンは、所望の場合には、一方のプロペラを駆動し且つ他方のプロペラを駆動する中空のシャフト内を同軸状に延びている中心シャフトによって設計されても良い共通のシャフトを有していても良い。中心シャフトと中空のシャフトとは、２つのエンジンの各々によって駆動されても良い。更に別の代替例として、各エンジンは、プロペラと関連する電動モーターを駆動する発電機を駆動しても良い。これは、船の中の適当な場所において互いに連続させて２つのエンジンを配置することを可能にする。 Preferably, the two engines operate their propellers with separate shafts. This is because this typically results in the placement of opposing engines on either side of the longitudinal vertical center plane of the hull of the ship. In this case, the stern typically has two stern tubes and may be of the so-called twin-skeg design or a stern tube may appear on each side of the stern. It may be a general design. Symmetrical placement near the center plane of the ship is also advantageous for the mutual balance of external moments with respect to vibration. This is especially true when large free moments from H-type guide force moments are present, since the free moment from one engine can be used to balance the free moment from the other engine. apply. If there are many different types of free moments due to the varying needs for setting the mutual phase angle, the setting of the engine's mutual phase angle may, for example, be the ideal mutual moment for minimizing the secondary external moment. It can be selected as a compromise between the phase angle setting and the ideal mutual phase angle setting to minimize the free moment from the H-type guiding force moment. In engine systems where different types of free moments have a common ideal phase angle setting for minimizing the resulting external moment, the engine phase angle will yield this ideal phase angle setting. Is controlled as follows. Engines with an associated propeller shaft may have the same direction of rotation (co-rotation) or may have the opposite direction of rotation (counter rotation). As an alternative to the use of two separate propeller shafts, the two engines, if desired, extend coaxially within a hollow shaft driving one propeller and driving the other propeller. It may have a common shaft which may be designed by a central shaft. The center shaft and the hollow shaft may be driven by each of the two engines. As yet another alternative, each engine may drive a generator that drives an electric motor associated with the propeller. This makes it possible to arrange the two engines in series with one another at the appropriate places in the ship.

　好ましい実施形態においては、二次外部モーメントに対してＮｍで示された均衡されていない振幅の合計と、ｋＷによって示されたエンジン装置出力との間の比率は、１４０Ｎｍ／ｋＷ乃至３５０Ｎｍ／ｋＷの間隔である。均衡されていない振幅の合計は、外部モーメントに対する２つの寄与率が完全に又は部分的に均衡されているか否かを考慮することなく、２つのエンジンの不均衡の大きさの純粋な合計を意味する。一方のエンジンが１７０Ｎｍ／ｋＷの不均衡を有しており、他方のエンジンが１７５Ｎｍ／ｋＷの不均衡を有している場合には、２つのエンジンのための不均衡な振幅の合計は３４５Ｎｍ／ｋＷである。実際には、多数のファクタが、振動の修正器の使用の形態の介入を必要とする強い船体の振動を生じさせることなく船体に供給することができる振動エネルギの限度を決定する。従って、必要とされている振動修正器無しでエンジンの不均衡の大きさに対する絶対的な限度を固定することは不可能である。２つのエンジンからなる装置の均衡していない振幅の合計が１４０Ｎｍ／ｋＷ未満である場合には、２つのエンジンは、おそらく、相互同期されることなく互いに独立して作動しても良い。もちろん、同期は、依然として利点を提供するかも知れないけれども、省略することもできる。２つのエンジンからなる装置の均衡していない振幅の合計が３５０Ｎｍ／ｋＷよりも高い場合には、外部モーメントのいかなる修正も無く一方のエンジンのみの作動が船体内に強すぎる振動を励起するかもしれないという虞が存在する。船が停止状態の結果による如何なる特別な危険性の範疇にない場合には、２つのエンジンからの寄与率は互いに十分に均衡するので、船は、普通の作動状態において比較的大きな不均衡によって影響を受けないので、作動している一方のエンジンのみによって長期間に亘って船を作動させることができる必要性がそれほど大きくなく、３５０Ｎｍ／ｋＷよりも高い値が許容可能である。部分的なエンジン負荷においては、両方のエンジンが最大出力未満で作動し、均衡が依然として有効である。そして、一方のエンジンによる作動は、かなり短期間に亘る緊急の作動として実行することができる。 In a preferred embodiment, the ratio between the sum of the unbalanced amplitudes, denoted by Nm, and the engine output, denoted by kW, for the secondary external moment is between 140 Nm / kW and 350 Nm / kW. The interval. The sum of the unbalanced amplitudes means the pure sum of the magnitudes of the imbalances of the two engines without regard to whether the two contributions to the external moment are fully or partially balanced. I do. If one engine has an imbalance of 170 Nm / kW and the other engine has an imbalance of 175 Nm / kW, the sum of the unbalanced amplitudes for the two engines is 345 Nm / kW. kW. In practice, a number of factors determine the limit on vibration energy that can be supplied to a hull without producing strong hull vibrations that require intervention in the form of the use of vibration modifiers. Thus, it is not possible to fix an absolute limit on the magnitude of the engine imbalance without the required vibration corrector. If the sum of the unbalanced amplitudes of the two-engine device is less than 140 Nm / kW, the two engines may possibly operate independently of each other without mutual synchronization. Of course, synchronization may still provide benefits, but can be omitted. If the sum of the unbalanced amplitudes of the two-engine system is higher than 350 Nm / kW, operation of only one engine without any modification of the external moment may excite too much vibration in the hull. There is a fear that there is not. If the ship is not in any particular danger category as a result of the standstill, the contributions from the two engines are well balanced with each other and the ship will be affected by a relatively large imbalance in normal operating conditions. Therefore, the need to be able to operate the ship over a long period of time with only one engine operating is not so great, values higher than 350 Nm / kW are acceptable. At partial engine load, both engines operate below maximum power and the balance is still valid. The operation by one engine can be performed as an emergency operation for a relatively short period of time.

　二次外部モーメントに対してＮｍによって示された不均衡の振幅の合計と、ｋＷによって示されたエンジン装置出力との間の比率は、案出されたエンジン装置が、作動時に、振動緩衝器を必要とするように変わらないであろうという特別な確実性を提供するために、適切に、１４０Ｎｍ／ｋＷ〜２７５Ｎｍ／ｋＷの間隔であることができる。 The ratio between the sum of the imbalance amplitudes, denoted by Nm, and the engine power, denoted by kW, relative to the secondary external moment is determined by the fact that the devised engine, when operating, Suitably, the spacing may be between 140 Nm / kW and 275 Nm / kW to provide extra certainty that will not change as needed.

　特別な設計においては、エンジン装置は、各々が７つのシリンダを有している２つのエンジンを含んでおり、この場合には、二次モーメントに似た方法で互いに均衡するために船の船体に対する修正無しで外部四次モーメントが伝達されることが有利かも知れない。従って、これらの外部モーメントのために別個の修正器が必要とされない。このような制限値は、制御ユニットからの調整信号の周期を短くすることに着よするかもしれない。平均的には、これは、長期間に亘ってエンジンのより円滑な作動をもたらすかも知れない。 In a particular design, the engine arrangement includes two engines, each having seven cylinders, in which case the hull of the ship is balanced to balance each other in a manner similar to the second moment. It may be advantageous for the external fourth moment to be transmitted without modification. Thus, no separate modifier is required for these external moments. Such a limit may lead to a shorter period of the adjustment signal from the control unit. On average, this may result in smoother operation of the engine over an extended period of time.

　制限値が少なくとも１０°である位相誤差に対する所定の制限値よりも小さい位相偏差を許容するように制御ユニットを設計するのが適切であるかも知れない。このような制限値は、制御ユニットからの調整信号の周期を短くすることに寄与するかも知れない。平均的には、これは、長期間に亘ってエンジンのより円滑な作動をもたらすかも知れない。 It may be appropriate to design the control unit to allow a phase deviation smaller than a predetermined limit for a phase error for which the limit is at least 10 °. Such a limit value may contribute to shortening the period of the adjustment signal from the control unit. On average, this may result in smoother operation of the engine over an extended period of time.

　制御ユニットが、制限値が所望のスピードの少なくとも１５％であるスピードの誤差に対する所定の制限値よりも低いスピードの偏差を許容することもまた適切である。制御ユニットからの修正信号を有しないスピードのこの比較的大きな偏差は、特に、船が船体面の後部のプロペラの近くの伴流域が海の中で船の動き及び波の通過によって周期的に変化するかも知れない荒海内を曳航中である場合に適切であるかも知れない。これらの変化は、プロペラの負荷が互いに変化し、これがエンジンのスピードの差を生じさせることを意味する両方のプロペラに対して同時に起こらない。この変化が周期的であるので、一つのエンジンは、他方のエンジンはより遅く作動するであろう。従って、これは、制御ユニットがエンジンの平均速度のより長期間に亘る変化に作用し合うだけである場合に有利である。　 It is also appropriate that the control unit allows a speed deviation below a predetermined limit for a speed error for which the limit is at least 15% of the desired speed. This relatively large deviation in speed without correction signal from the control unit is especially true when the wake area near the propeller at the rear of the hull surface changes periodically due to the movement of the ship and the passage of waves in the sea. This may be appropriate if you are towing in rough seas where you may. These changes do not occur simultaneously for both propellers, which means that the propeller loads change with each other, which causes a difference in engine speed. Because this change is periodic, one engine will run slower than the other. This is therefore advantageous if the control unit only reacts to changes in the average speed of the engine over a longer period.

　本発明を、図面を参考にして以下により詳細に説明する。
　図１は、２つの船尾２を有している双スケグ型の船体の形態の船体１を備えた船の船尾を示している。２つのエンジン３は、船の長手方向中心面４を中心に対称的に併設されている。各エンジンは、例えば、ＭＣ又はＭＥタイプのＭＡＮ　Ｂ＆Ｗ　Ｄｉｅｓｅｌエンジンのような２ストロークのクロスヘッドエンジンである。ＭＣエンジンは、クランクシャフトからのチェーン駆動装置によって駆動されるカムシャフトを有しており、ＭＥエンジンは、カムシャフトを有しない電子制御エンジンである。これらのエンジンは、２４ｃｍ乃至１１０ｃｍ、典型的には、４０ｃｍ乃至９０ｃｍの間隔のシリンダ寸法を有していても良い。２つのエンジンの総出力は、典型的には２，５００ｋＷを超える。エンジンの最大連続定格速度は、５０ｒｐｍ乃至３００ｒｐｍ、好ましくは５０ｒｐｍ乃至１８０ｒｐｍの間隔である。 The present invention will be described in more detail below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the stern of a ship with a hull 1 in the form of a twin-skeg hull having two sterns 2. The two engines 3 are provided symmetrically side by side with respect to a longitudinal center plane 4 of the ship. Each engine is, for example, a two-stroke crosshead engine such as an MC or ME type MAN B & W Diesel engine. The MC engine has a camshaft driven by a chain drive from the crankshaft, and the ME engine is an electronically controlled engine without a camshaft. These engines may have cylinder dimensions spaced between 24 cm and 110 cm, typically between 40 cm and 90 cm. The total power of the two engines typically exceeds 2,500 kW. The maximum continuous rated speed of the engine is at an interval of 50 rpm to 300 rpm, preferably 50 rpm to 180 rpm.

　図１に図示されているように、各エンジンは、例えば、同じ寸法の５つのシリンダ１８を有していても良い。４つのシリンダよりも少ない場合に、エンジンの出力は、別個のエンジンを構築するコストに対して小さすぎる。８つのシリンダを有するエンジンは、通常は、ほんの小さい外部モーメントを有する微細な振動特性を有しており、従って、本発明は、特に、各エンジンが４乃至７個のシリンダの多数のシリンダを有しているエンジン装置に関する。上記したように、自由モーメントとも呼ばれ得る外部モーメントが、個々のエンジンからの修正無しで船の船体に伝達される。外部モーメントのいくつかの緩衝、従って、修正は、エンジンの床及び他の構造部材において起こるかもしれないことは明らかである。従って、“修正無し”という用語は、外部モーメントが船の船体に必ず１００％伝達されることを意味すると考えられるべきではなく、むしろ、外部モーメントが実質的にエンジンから船体へと伝達されること及び一つのエンジンからの外部モーメントを許容できないレベルから無害なレベルまで減衰させるために、他方のエンジンとは独立して特別な積極的に修正する振動減衰機が使用されないことを意味すると考えられるべきである。 As shown in FIG. 1, each engine may have, for example, five cylinders 18 of the same size. With less than four cylinders, the power of the engine is too small for the cost of building a separate engine. Eight-cylinder engines typically have fine vibration characteristics with only small external moments, and therefore the invention is particularly applicable to engines having a large number of cylinders, each engine having four to seven cylinders. Related to the engine device. As mentioned above, external moments, which can also be called free moments, are transmitted to the hull of the ship without modification from the individual engines. It is clear that some buffering, and thus modification, of external moments may occur in engine floors and other structural components. Thus, the term "uncorrected" should not be considered to mean that the external moment is necessarily transmitted 100% to the hull of the ship, but rather that the external moment is substantially transmitted from the engine to the hull. And that no special actively modifying vibration dampers are used independently of the other engine to dampen external moments from one engine from unacceptable to harmless levels It is.

　２ストロークのクロスヘッドエンジンの基本的な構造は、極めて良く知られており、詳細な説明は不要である。エンジン３の各々は、シャフト６を介してプロペラ５に直に結合されており、シャフト６は、プロペラシャフトによって構成されても良いし又は１以上の中間シャフトとプロペラシャフトとによって構成されても良い。プロペラは、一定のピッチのプロペラであるのが好ましいけれども、可変ピッチのプロペラを使用することもできる。 The basic structure of a two-stroke crosshead engine is very well known and need not be described in detail. Each of the engines 3 is directly coupled to the propeller 5 via a shaft 6, which may be constituted by a propeller shaft or by one or more intermediate shafts and a propeller shaft. . Although the propeller is preferably a constant pitch propeller, a variable pitch propeller may be used.

　２つのエンジンの作動による第１の作動モードにおいては、制御ユニット７は、エンジンのスピードが同期されていること及びこれらの相互位相角の設定が外部モーメントが互いに対抗するようになされていることを確実にしている。一つの実施形態においては、制御ユニットは、両方のエンジンに制御信号を伝達し、これらのエンジンが完全に同じ設計であるという利点を提供しても良い。もう一つ別の実施形態においては、一方のエンジンが制御ユニットによって制御されることなくマスター（親）エンジンとして作動し、他方のエンジンは、副エンジンとして作動し、この副エンジンは、同副エンジンをマスターエンジンと同期された状態に維持する制御信号を制御ユニットから受け取る。この場合には、マスターエンジンには、クランクシャフトの角度位置についてのデータをサンプリングし且つ同角度位置に関する信号を制御ユニットに伝達するセンサーユニットが設けられている。 In the first mode of operation with the operation of the two engines, the control unit 7 determines that the speeds of the engines are synchronized and that the setting of their mutual phase angle is such that the external moments oppose each other. I'm sure. In one embodiment, the control unit may communicate control signals to both engines and provide the advantage that these engines are of exactly the same design. In another embodiment, one engine operates as a master (parent) engine without being controlled by a control unit, the other engine operates as a sub-engine, and the sub-engine is A control signal is received from the control unit to keep the control unit synchronized with the master engine. In this case, the master engine is provided with a sensor unit that samples data on the angular position of the crankshaft and transmits a signal on the angular position to the control unit.

　エンジンからの外部モーメントは船体を振動させるかも知れない。多数の異なるファクタが、特別な大きさの外部モーメントがうるさい振動を起こすもとになるか否かを判定する。一つのファクタは、振動の形態であり、この点において、垂直振動モードは、外部モーメントが二次的なものであるときに重要である。図２は、３つの交点による垂直方向の船体の振動に対する振動モードａと、４つの交点１５による垂直方向の船体の振動に対する振動モードｂと共に、船の船体１の輪郭を示している。外部 External moments from the engine may cause the hull to vibrate. A number of different factors determine whether a particular amount of external moment can cause annoying vibrations. One factor is the form of vibration, in which the vertical vibration mode is important when the external moment is secondary. FIG. 2 shows a contour of the hull 1 of the ship, together with a vibration mode a for vertical vibration of the hull at three intersections and a vibration mode b for vertical vibration of the hull at four intersections 15.

　もう一つ別のファクタは、外部モーメントの周波数である。二次外部モーメントは、エンジンのスピードの２倍の１分間当たりのサイクル数（ｃｐｍ）を有している。外部モーメントは、外部モーメントの周波数が振動モードの自然周波数と一致しているか又は近いときに、振動モードに不所望な大量のエネルギを供給するかもしれない。 Another factor is the frequency of the external moment. The secondary external moment has twice the engine speed in cycles per minute (cpm). The external moment may supply an undesired amount of energy to the vibration mode when the frequency of the external moment matches or is close to the natural frequency of the vibration mode.

　従って、第三のファクタは、種々の振動モードの自然周波数である。これらの自然周波数は主要な寸法及び船の船体の構造に依存し且つある程度は負荷条件にも依存する。図３は、運搬船に対する載貨重量トン数（１，０００ｔ）と、垂直方向の船体の振動における２，３，４及び５個の交点による振動モードの自然周波数との間の相関関係に対する経験的なデータを示している。各振動モードに対して、あや目領域は、自然周波数の存在の間隔を示している。 Thus, the third factor is the natural frequency of the various vibration modes. These natural frequencies depend on the main dimensions and the structure of the hull of the ship and to some extent also on the loading conditions. FIG. 3 shows an empirical correlation between the deadweight tonnage (1,000 t) for a carrier and the natural frequencies of the vibration modes due to 2, 3, 4 and 5 intersections in vertical hull vibrations. Shows the data. For each vibration mode, the iris region indicates the interval between the existence of natural frequencies.

　次に、制御ユニット７の実施形態を図４を参考にしてより詳細に説明する。各エンジンには、クランクシャフトの角度方向の動きをサンプリングするセンサーユニット８が設けられている。センサーユニット８は、例えば、シャフト上のゼロ指示器がセンサーを通過する度毎に信号を伝達するセンサーを有しており、シャフトの回転毎に一つの信号が伝達される。センサーユニット８はまた、例えば、４５°のシャフトの回転毎に一つの信号を伝達するような、シャフトが所定の度数だけ回転する毎に一つの信号を伝達する１以上のセンサーを有していても良い。信号は、例えば、シャフト上に取り付けられたマーカーがセンサーを通過するときに伝達されても良い。センサーユニットは、光学的増分エンコーダとして知られているタイプのものであっても良い。これは、エンジンの角度方向の運動についての増幅されたデジタル信号を伝達しても良い。 Next, an embodiment of the control unit 7 will be described in more detail with reference to FIG. Each engine is provided with a sensor unit 8 for sampling the angular movement of the crankshaft. The sensor unit 8 has, for example, a sensor that transmits a signal each time a zero indicator on the shaft passes through the sensor, and one signal is transmitted each time the shaft rotates. The sensor unit 8 also has one or more sensors that transmit one signal each time the shaft rotates a predetermined number of times, such as one signal per 45 ° rotation of the shaft. Is also good. The signal may be transmitted, for example, when a marker mounted on the shaft passes the sensor. The sensor unit may be of the type known as an optical incremental encoder. This may convey an amplified digital signal about the angular movement of the engine.

　エンジンの角度方向の運動に関するデータは、センサーユニット８から信号ライン９を介して制御ユニット７に伝達され、制御ユニット７においてデータ修正ユニット１０内に記憶され、コンパレータ１１は、データ修正ユニット１０からデータをピックアップし且つエンジン間の現在のスピード差と同エンジン間の現在の相互位相角差とを計算する。エンジンのスピードのあらゆる差が回転誤差記憶装置内に記憶され、次いで、回転誤差に対する所定の制限値と比較される。制限値を超えている場合には、パルス指示器１２が、信号ライン１３を介して修正信号を一方のエンジンのためのエンジン制御ユニット１４に伝達する。 Data relating to the angular movement of the engine is transmitted from the sensor unit 8 to the control unit 7 via a signal line 9 and stored in the data correction unit 10 in the control unit 7. And calculate the current speed difference between the engines and the current mutual phase angle difference between the engines. Any differences in the speed of the engine are stored in a rotational error storage device and then compared to predetermined limits for rotational errors. If the limit is exceeded, the pulse indicator 12 transmits a correction signal via a signal line 13 to an engine control unit 14 for one of the engines.

　一方のエンジンがマスターエンジンである場合には、修正信号は、副エンジンのエンジン制御ユニット１４に伝達される。エンジンが併設されている場合には、制御ユニット７は、例えば、エンジン制御ユニット１４と一体化され、エンジン制御ユニット１４は、エンジン装置が所望の出力よりも高いか又は低い出力を供給するか否かを示すデータに基づいた信号を受け取るエンジンを選択することを可能にする。エンジン装置の出力が高すぎる場合には、速い方のエンジンには、より遅く動かすための修正信号が付与され、エンジン装置の出力が低すぎる場合には、遅い方のエンジンにより速く動かすための信号が付与されても良い。 If one engine is the master engine, the correction signal is transmitted to the engine control unit 14 of the sub engine. When an engine is provided, the control unit 7 is integrated with, for example, the engine control unit 14, and the engine control unit 14 determines whether the engine device supplies a power higher or lower than a desired output. To select an engine to receive a signal based on the data indicative of the data. If the engine output is too high, the faster engine will be provided with a correction signal to run slower, and if the engine output is too low, a signal will be sent to the slower engine to run faster. May be given.

　コンパレータ１１によって計算されたエンジン同士の間の位相差の値が所望の位相差に対する所定の値と比較され、これら２つの値の差が位相誤差として記憶される。次いで、位相誤差は、位相誤差に対する所定の制限値と比較され、制限値を超えている場合には、パルス指示器１２は、信号ライン１２を介して修正信号をエンジンのうちの一方のエンジン制御ユニット１４に伝達する。この信号は、２つのエンジンのどちらか一つに伝達されても良いし又は一方のエンジンがマスターエンジンである場合には副エンジンに伝達されても良い。 The value of the phase difference between the engines calculated by the comparator 11 is compared with a predetermined value for a desired phase difference, and the difference between these two values is stored as a phase error. The phase error is then compared to a predetermined limit for the phase error, and if so, the pulse indicator 12 sends a correction signal via signal line 12 to the engine control of one of the engines. The information is transmitted to the unit 14. This signal may be transmitted to one of the two engines, or may be transmitted to the sub-engine if one engine is the master engine.

　所望の位相差は、交点の配置に関して船の中のエンジンの位置に依存する。図５は、両方のエンジンが、３つの交点を備えた振動モードで一番後の交点１５の後に配置されている実施形態を示している。図示上の理由から、エンジンは船の長手方向における同じ位置に重ねられたものとして描かれているけれども、エンジンは互いに併設されていること、すなわち、船を横切る方向において相互に分離された同じ長手方向の位置に配置されていることは理解されるべきである。この場合には、垂直方向の力の対１７が可能な程度まで反対方向位相であるように、所望の位相差は１８０°である。図６には、発電機１６を駆動するエンジン同士の間に交点１５が配置された状態で配置されるべきエンジン３が示されている。交点に対するエンジンのこの配置においては、垂直方向の力の対は、交点を中心として反対向きに向けられたモーメントによって振動モードに影響を及ぼすので、所望の位相差は０°である。 The desired phase difference depends on the position of the engine in the ship with respect to the location of the intersection. FIG. 5 shows an embodiment in which both engines are arranged after the last intersection 15 in a vibration mode with three intersections. Although, for reasons of illustration, the engines are depicted as being superimposed at the same location in the longitudinal direction of the ship, the engines are juxtaposed to each other, i.e., they are separated from each other in a direction transverse to the ship. It should be understood that they are located in directional positions. In this case, the desired phase difference is 180 ° so that the vertical force pairs 17 are out of phase to the extent possible. FIG. 6 shows the engine 3 to be arranged with the intersection 15 arranged between the engines that drive the generator 16. In this arrangement of the engine with respect to the intersection, the desired phase difference is 0 ° because the vertical force pair affects the vibration mode with a moment directed in the opposite direction about the intersection.

　制御ユニット７のもう一つ別の実施形態は、米国特許第３，３６７，１１０号に記載されているような所謂フリップ−フロップユニットである。
　本発明の利点が一つの例によって図示されている。１００，０００トンのｄｗｔを有する運搬船のエンジン装置は、少なくとも１８，９００ｋＷの推進出力を必要とする。この出力は、ＭＡＮ　Ｂ＆Ｗ　Ｄｉｅｓｅｌの５Ｓ８０ＭＣ−Ｃエンジンの形態の一般的な単一エンジンからなる装置によって供給されても良い。このエンジンは、７６ｒｐｍのスピードにおいて１９，４００ｋＷの出力を有している。このエンジンは、不均衡を減じるために不均衡な重りの使用を必要としている不均衡と２５２Ｎｍ／ｋＷのエンジン装置出力との間の比率に対応して、１５２ｃｐｍにおいて４，８９５ｋＮｍの二次の自由モーメントにおける不均衡を有している。 Another embodiment of the control unit 7 is a so-called flip-flop unit as described in U.S. Pat. No. 3,367,110.
The advantages of the present invention are illustrated by one example. A carrier engine unit having a dwt of 100,000 tons requires a propulsion power of at least 18,900 kW. This output may be provided by a generic single engine unit in the form of a MAN B & W Diesel 5S80MC-C engine. This engine has a power of 19,400 kW at a speed of 76 rpm. This engine has 4,895 kNm of secondary freedom at 152 cpm, corresponding to a ratio between the imbalance that requires the use of unbalanced weights to reduce the imbalance and an engine unit output of 252 Nm / kW. Has imbalance in moments.

　２つのエンジンからなる装置としての本発明によるエンジン装置の設計においては、推進出力は、各々が１２７ｒｐｍの速度で９，４８０ｋＷの出力である２つの６Ｓ５０ＭＥ−Ｃエンジンによって供給することができる。各エンジンは、不均衡と単独で動いているときのエンジン出力との間の８１Ｎｍ／ｋＷの比率に対応して、２５４ｃｐｍにおいて７７１ｋＮｍの二次の自由モーメントにおける不均衡を有している。出力に対する不均衡が著しく低減されることがすぐさま明らかとなる。両方のエンジンが作動しているときには、不均衡は実質的に均衡される。これらの低いレベルの不均衡は、更なる処置を講ずることなく許容可能であり、不均衡を減衰するために回転する平衡錘が必要とされない。 In the design of the engine system according to the invention as a two-engine system, the propulsion power can be supplied by two 6S50ME-C engines, each with a power of 9,480 kW at a speed of 127 rpm. Each engine has an imbalance in the second free moment of 771 kNm at 254 cpm, corresponding to a ratio of 81 Nm / kW between the imbalance and the engine power when running alone. It is immediately apparent that the imbalance to the output is significantly reduced. The imbalance is substantially balanced when both engines are running. These low levels of imbalance can be tolerated without further action, and no rotating counterweight is needed to dampen the imbalance.

　本発明の実施形態の上記の説明は、互いに組み合わせて、特許請求の範囲の範囲内に含まれる新しい実施形態としても良い。 The above description of the embodiments of the present invention may be combined with each other to form new embodiments falling within the scope of the claims.

図１は、本発明によるエンジン装置の概略を示す図である。FIG. 1 is a view schematically showing an engine device according to the present invention. 図２は、船の船体内の振動モードの例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a vibration mode in the hull of a ship. 図３は、外部部材と船の船体内の振動との間で起こる共鳴の例を示しているグラフである。FIG. 3 is a graph showing an example of resonance occurring between an external member and vibrations in the hull of a ship. 制御ユニットの実施形態の概略の構成図である。It is a schematic structure figure of an embodiment of a control unit. 現在の船体の振動の交点の後の船尾内に取り付けられている２つのエンジンを備えたエンジン装置を示している構成図である。1 is a block diagram showing an engine device with two engines mounted in the stern after the current hull vibration intersection. 現在の船体の振動の交点の前及び後の船尾内に取り付けられている２つのエンジンを備えたエンジン装置を示している構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing an engine device including two engines mounted in a stern before and after an intersection of vibration of a current hull.

符号の説明Explanation of reference numerals

２　船尾、　　３　エンジン、　　５　プロペラ、
６　シャフト、　　７　制御ユニット、　　８　センサーユニット、
９　信号ライン、　　１０　データ修正ユニット、
１１　コンパレータ、　　１２　パルス指示器、
１３　信号ライン、　　１４　エンジン制御ユニット、
１５　交点、　　１６　発電機、　　１８　シリンダ、　　 2 stern, 3 engine, 5 propeller,
6 shaft, 7 control unit, 8 sensor unit,
9 signal lines, 10 data correction units,
11 comparator, 12 pulse indicator,
13 signal lines, 14 engine control unit,
15 intersections, 16 generators, 18 cylinders,

Claims

プロペラを作動させるための２つのエンジンと、制御ユニットとを有し、同制御ユニットは、第１の作動モードにおいて、スピードと相互位相角の設定との両方によって前記２つのエンジンの作動を同調させるために制御信号を伝達して、一方のエンジンからの外部モーメントが他方のエンジンからの外部モーメントと対抗するようになされている、エンジン装置であって、
　各エンジンが、４乃至７個のシリンダを有する船の中の２ストロークのクロスヘッドエンジンであり、各エンジンからの二次外部モーメントが修正無しでエンジンから船の船体へと伝達され、前記制御ユニットが、一方のエンジンのみが作動しており且つ他方のエンジンと独立して制御信号を受け取る第２の作動モードを有している、ことを特徴とするエンジン装置。 There are two engines for operating the propellers and a control unit, which tunes the operation of the two engines in a first operating mode by both setting the speed and the mutual phase angle. An engine device for transmitting a control signal to cause an external moment from one engine to oppose an external moment from the other engine,
Wherein each engine is a two-stroke crosshead engine in a ship having four to seven cylinders, wherein a secondary external moment from each engine is transmitted from the engine to the ship's hull without modification; But having a second mode of operation in which only one engine is operating and receives control signals independently of the other engine.

請求項１に記載のエンジン装置であって、
　前記２つのエンジンが、別個のシャフトによって各々のプロペラを作動させるようになされた、エンジン装置。 The engine device according to claim 1,
An engine arrangement wherein the two engines are adapted to operate each propeller by a separate shaft.

請求項１又は２に記載のエンジン装置であって、
　二次の外部モーメントに対してＮｍで示された不均衡な振幅の合計と、ｋＷで示されたエンジン装置の出力との間の比率が、１４０Ｎｍ／ｋＷ乃至３５０Ｎｍ／ｋＷの間隔である、エンジン装置。 The engine device according to claim 1 or 2,
The engine wherein the ratio between the sum of the unbalanced amplitudes, denoted by Nm, and the output of the engine device, denoted by kW, relative to the second order external moment is between 140 Nm / kW and 350 Nm / kW. apparatus.

請求項３に記載のエンジン装置であって、
　二次の外部モーメントに対してＮｍで示された不均衡な振幅の合計と、ｋＷで示されたエンジン装置の出力との間の比率が、１４０Ｎｍ／ｋＷ乃至２７５Ｎｍ／ｋＷの間隔である、エンジン装置。 The engine device according to claim 3, wherein
An engine wherein the ratio between the sum of the unbalanced amplitudes, denoted by Nm, and the power of the engine device, denoted by kW, relative to the second order external moment is between 140 Nm / kW and 275 Nm / kW. apparatus.

請求項１ないし４のうちのいずれか一の項に記載のエンジン装置であって、
　各エンジンが７個のシリンダを有しており、四次の外部モーメントが、修正無しで船の船体に伝達される、エンジン装置。 The engine device according to any one of claims 1 to 4, wherein
An engine device wherein each engine has seven cylinders and a fourth order external moment is transmitted to the hull of the ship without modification.

請求項１ないし５のうちのいずれか一の項に記載のエンジン装置であって、
　前記制御ユニットが、制限値が少なくとも１０°である位相誤差に対する所定の制限値よりも小さい位相偏差を許容するようになされた、エンジン装置。 An engine device according to any one of claims 1 to 5,
The engine device, wherein the control unit is configured to allow a phase deviation smaller than a predetermined limit value for a phase error having a limit value of at least 10 °.

請求項１ないし６のうちのいずれか一の項に記載のエンジン装置であって、
　前記制御ユニットが、制限値が所望のスピードの少なくとも１５％であるスピードの誤差に対する所定の制限値よりも小さいエンジンスピードの偏差を許容するようになされた、エンジン装置。 The engine device according to any one of claims 1 to 6, wherein
An engine device wherein the control unit is adapted to tolerate an engine speed deviation less than a predetermined limit value for a speed error where the limit value is at least 15% of the desired speed.