JP2013056572A - 舶用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 舶用エンジンとプロペラとの結合に弾性継手を使用した駆動系における共振現象を低減させる。
【解決手段】 操縦装置１２からの速度指令と、エンジン４からの実回転数とが、ガバナコントローラ２に入力され、ガバナコントローラ２は、速度指令と実回転数とからエンジン４への燃料の供給量を算出する。エンジン４とプロペラ６とを結合する弾性継手１０よりもプロペラ６側の回転数を駆動側回転数としてガバナコントローラ２に入力し、速度指令、実回転数及び駆動側回転数に基づき、共振現象の影響を低減させて、燃料の供給量を算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、舶のエンジンへの燃料の供給量を制御する舶用制御装置に関し、特に、エンジンとプロペラとの接続に弾性継手が使用されている舶用のものに関する。

従来、例えば特許文献１に開示されているように、エンジンとプロペラとの接続に弾性継手を使用したものがあった。

２０１１−１０５５号公報

特許文献１の技術によれば、弾性継手を使用していることに起因して、プロペラの駆動経路において共振が発生することがあった。

本発明は、弾性継手を使用した駆動系における共振現象を低減させることができる舶用制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の舶用制御装置には、操縦装置からの速度指令と、エンジンからの実回転数とが入力される。舶用制御装置は、少なくとも前記速度指令と前記実回転数とから前記エンジンへの燃料の供給量を算出する。この舶用制御装置は、弾性継手よりもプロペラ側の回転数を駆動側回転数として入力し、少なくとも前記速度指令、前記実回転数及び前記駆動側回転数に基づき、前記燃料の供給量を算出する。エンジンからの実回転数は、例えばエンジンに設けた回転数検出手段によって検出され、駆動側回転数は、例えば弾性継手よりもプロペラ側に設けられた回転数検出手段によって検出される。

このように構成すると、共振の原因となっている弾性継手の前段側での回転数であるエンジンの実回転数と、弾性継手の後段側での回転数である駆動側回転数とに基づき燃料の供給量を算出し、燃料の供給量を制御することが可能となるので、共振を低減させることができる。

前記弾性継手を前記エンジンと減速機との間に配置することができる。減速機はプロペラ側に接続されている。この場合、前記弾性継手の出力回転数が前記駆動側回転数として舶用制御装置に入力される。前記駆動側回転数と前記実回転数とを平均した補正回転数を算出し、この補正回転数と前記速度指令とに基づき前記燃料の供給量を算出する。

このように構成すると、駆動側回転数と実回転数との位相差が１８０度の場合、両者を平均化することによって共振を低減することができ、しかも平均化するための回路構成には、簡単な構成のものを使用することができる。

更に、前記実回転数と前記補正回転数とを選択する選択手段を設けることができる。この場合、前記弾性継手を使用した駆動系が共振したとき、前記選択手段によって前記補正回転数が選択され、選択された補正回転数に基づいて前記燃料の供給量が算出される。

このように構成すると、共振が発生していない場合には、実回転数に基づいて燃料の供給量を制御することができ、実回転数の変動に即座に反応することができ、制御遅れを低減させることができる。

以上のように、本発明によれば、弾性継手を使用してエンジンとプロペラとを接続している場合でも、駆動系において発生することがある共振現象を低減させることができる。

本発明の１実施形態の舶用制御装置のブロック図である。 図１の舶用制御装置における実回転数と駆動側回転数とを示す図である。 図２の実回転数と駆動側回転数との平均値及びその平均値のフィルタ通過値を示す図である。 図１の舶用制御装置の変形例の一部を示すブロック図である。

本発明の１実施形態の舶用制御装置は、例えば図１に示すガバナコントローラ２であり、舶に搭載されているエンジン４の燃料供給量をデジタル制御する。エンジン４としては、例えばディーゼルエンジンを使用することができる。エンジン４は、舶に設けられているプロペラ６を駆動するためのものである。

プロペラ６は減速機８に結合されており、この減速機８は弾性継手１０を介してエンジン４の出力軸に結合されている。エンジン４、減速機８、プロペラ６及び弾性継手１０は、造船メーカーによって異なるメーカー製のものが選択されることがある。この場合、エンジン４、減速機８、プロペラ６及び弾性継手１０の相性が悪いと、弾性継手１０を使用していることに起因して、プロペラ６の駆動系であるエンジン４、減速機８及びプロペラ６において共振現象が発生する。

ガバナコントローラ２には、操縦装置１２から例えばデジタル形式で速度指令が供給されている。速度指令は、目標とするエンジン４の回転数を表し、ガバナコントローラ２内のデジタルＰＩＤ制御回路１４に供給される。通常、ＰＩＤ制御回路１４には、エンジン４の実回転数も入力される。実回転数を検出するために、例えばエンジン４の出力軸に検出用円板１６を取り付け、この検出用円板１６に形成された検出子（図示せず）の回転周波数をピックアップ１８が検出し、この周波数をガバナコントローラ２内の周波数−速度変換器２０によってデジタル回転数に変換して、ＰＩＤ制御回路１４に供給している。これら検出用円板１６、ピックアップ１８及び周波数−速度変換器２０が、実回転数検出手段を構成している。

ＰＩＤ制御回路１４は、速度指令と実回転数との差が零となるように、両者の偏差を求め、偏差に対してＰＩＤ処理を施して、その処理値を供給燃料量としてエンジン４に供給している。上述したような共振現象が生じた場合に対応するために、ＰＩＤ制御回路１４の感度を下げることが考えられる。しかし、感度を下げておくと、共振現象が生じていない場合の燃料供給量の応答性が悪くなり、制御遅れが生じる。また、共振現象を、機械的な共振防止機構によって防止することもできるが、共振防止機構の構成が複雑であり、その設置作業が面倒であり、コスト増も招く。

そこで、ＰＩＤ制御の感度を低下させることなく、電気的に共振現象を低減させることが望まれる。図２に符号２２で示すのは、実回転数の時間経過に伴う変化で、実回転数に共振が生じていることを表している。同図に符号２４で示すのは弾性継手１０と減速機８との間で測定した弾性継手１０の出力回転数の時間経過に伴う変化で、駆動側回転数の時間経過に伴う変化の一例である。この駆動側回転数は、弾性継手１０の出力軸に検出用円板２６を取り付け、この検出用円板２６に、その回転と共に回転するように形成した検出子（図示せず）を、ピックアップ２８で検出することによって弾性継手１０の回転周波数を検出し、この回転周波数をガバナコントローラ２内の周波数−速度変換器３０によって回転数に変換することによって、検出されている。これら検出用演算２６、ピックアップ２８及び周波数−速度変換器３０が、駆動側回転数検出手段を構成している。

実回転数と駆動側回転数との比較から明らかなように、この実施形態では、実回転数と駆動側回転数とにほぼ１８０度の位相差がある。両者の平均を求めると、図３に符号３２で示すように共振の影響を互いに相殺することができる。そこで、図１に示すように実回転数と駆動側回転数とをガバナコントローラ２内の平均化及び判定回路３４に供給して、この平均化及び判定回路３４内の平均化回路（図示せず）によって実回転数と駆動側回転数の平均化を行って出力し、ＰＩＤ制御回路１４に供給している。なお、平均化及び判定回路３４では、平均化を行った後、その平均化出力をフィルタ回路によってフィルタリングして、図３に符号３６で示すように平滑化を図っている。

このように共振現象の影響を除去した回転数をＰＩＤ制御回路１４に供給しているので、燃料供給量に共振現象の影響を低減させることができる。ただし、平均化及びフィルタリングした出力をＰＩＤ制御回路１４に常に供給していると、平均化及びフィルタリングの影響によって、実回転数をＰＩＤ制御回路１４に供給している場合と比較して、応答性が低下する。共振現象は常に発生するものではないので、共振が生じていない状態では実回転数に基づくＰＩＤ制御によって制御遅れを低減させ、共振が生じた状態では平均値に基づいて共振の影響を低減させた制御を行うことが望ましい。

そこで、図１に示すように、選択手段、例えば切換スイッチ３８を、周波数−速度変換器２０の出力側、平均化及び判定回路３４の出力側及びＰＩＤ制御回路１４の入力側の間に設け、周波数−速度変換器２０からの実回転数または平均化及び判定回路１４からの平均化出力のいずれか選択されたものがＰＩＤ制御回路１４の入力側に供給されるように、切換スイッチ３８を切り換えている。

この切換は、平均化及び判定回路３４内の判定回路が、共振が生じているか否かを判定し、共振が生じていない状態では、周波数−速度変換器２０からの実回転数をＰＩＤ制御回路１４に供給し、共振が生じている状態では、平均化及び判定回路３４の平均化出力をＰＩＤ制御回路１４に供給するように行う。この判定回路は、例えば、周波数−速度変換器２０からの実回転数または周波数−速度変換器３０からの駆動側回転数が予め定めた回転数以上になったとき、または実回転数または駆動側回転数の振幅が予め定めた値以上になったとき、共振していると判断する。また、切換スイッチ３８は手動で切換可能にすることもできる。

このように実回転数と駆動側回転数とを用いているので、ＰＩＤ制御の感度を低下させることなく、しかも機械的な共振防止機構を設置する必要もなく、共振現象を低減させることができる。

上記の実施形態では、実回転数と駆動回転数との位相差がほぼ１８０度であってので、両者の平均値を算出することによって共振の影響を除去したが、位相差が１８０で無い場合には、実回転数と駆動回転数の一方を可変移相回路に供給して、実回転数と駆動回転数の位相差を位相差検出手段で検出し、この検出手段での検出結果に基づいて、両者の位相差がほぼ１８０度となるように、移相回路を制御し、制御された移相回路の出力と、実回転数と駆動回転数の他方との平均を算出するように構成することもできる。なお、上記の実施形態では、周波数−速度変換器２０からの実回転数と周波数−速度変換器３０からの駆動側回転数との位相差のみを問題としたが、実回転数と駆動側回転数との振幅も一致させるようにレベル調整を実回転数及び駆動回転数のいずれか一方または双方に対して行うようにすることもできる。

上記の実施形態では、駆動側回転数をピックアップ２８の出力である周波数−変換器３０に供給することによって求めたが、例えば図４に示すように、ピックアップ２８からの出力を周波数−電圧変換器４０に供給し、この周波数−電圧変換器４０からの出力電圧を、ガバナコントローラ２内の電圧−回転数変換器４２に供給して、回転数に変換して平均化及び判定回路１４に供給することもできる。同様に、実回転数も周波数−電圧変換器及び電圧−回転数変換器によって検出することもできる。また、上記の実施形態では、ピックアップ１８、２８を使用して回転周波数を検出したが、ピックアップ１８、２８に代えてエンコーダ、レゾルバ等の回転数検出手段を使用することもできる。

２ ガバナコントローラ（舶用制御装置）
４ エンジン
６ プロペラ
１０ 弾性継手
１２ 操縦装置

Claims (3)

1. 操縦装置からの速度指令と、エンジンからの実回転数とが、入力され、
   少なくとも前記速度指令と前記実回転数とから前記エンジンへの燃料の供給量を算出する舶用制御装置において、
   弾性継手よりもプロペラ側の回転数を駆動側回転数として入力し、少なくとも前記速度指令、前記実回転数及び前記駆動側回転数に基づき、前記燃料の供給量を算出する舶用制御装置。
2. 請求項１記載の舶用制御装置において、前記弾性継手が、前記エンジンと減速機との間に配置されており、前記弾性継手の出力回転数を前記駆動側回転数として入力し、
   前記駆動側回転数と前記実回転数とを平均した補正回転数を算出し、この補正回転数と前記速度指令とに基づき前記燃料の供給量を算出する舶用制御装置。
3. 請求項２記載の舶用制御装置において、前記実回転数と前記補正回転数とを選択する選択手段を設け、前記弾性継手を使用した駆動系が共振したとき、前記選択手段によって前記補正回転数を選択し、選択された補正回転数に基づいて前記燃料の供給量を算出する舶用制御装置。

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