JP4866944B2 - Reciprocating engine speed calculating device and reciprocating engine control device - Google Patents

Reciprocating engine speed calculating device and reciprocating engine control device Download PDF

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Description

本発明は、レシプロエンジンの機関回転数を検出するための装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for detecting the engine speed of a reciprocating engine.

エンジン回転数は、一般にクランクシャフトの回転に同期して生成されるパルス信号に基づいて検出される。数千ＲＰＭ以上の高い回転数で運転されるレシプロエンジンでは、クランクシャフト一回転毎に検出されるパルス信号からエンジン回転数を求めても、サンプリング間隔は制御応答に対して十分短いため、応答性に問題が発生することはない。一方、数百ＲＰＭ以下の低い回転数で運転されるレシプロエンジンでは、一回転につき１パルスのサンプリングでは制御応答に遅れが発生するため、クランクシャフト１回転中に複数のパルスを発生させ、これに基づいてエンジン回転数を算出する必要がある。   The engine speed is generally detected based on a pulse signal generated in synchronization with the rotation of the crankshaft. In a reciprocating engine that is operated at a high rotational speed of several thousand RPM or more, even if the engine rotational speed is obtained from the pulse signal detected at each crankshaft rotation, the sampling interval is sufficiently short relative to the control response, so the responsiveness There will be no problems. On the other hand, in a reciprocating engine that is operated at a low rotational speed of several hundreds of RPM or less, sampling of one pulse per revolution causes a delay in control response. Therefore, a plurality of pulses are generated during one revolution of the crankshaft. It is necessary to calculate the engine speed based on this.

しかし、レシプロエンジンはピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換するため、クランクの回転に関わる慣性モーメントが、回転数の略２倍の周期で変動する。また、ピストンの往復運動は、圧縮・爆発行程を含むため、この周期に対応する変動も存在する。このためクランクシャフト１回転中に複数のパルス信号を生成し、これに基づいて回転数を算出すると、算出される回転数には、これらの周期的な脈動が含まれることになる。このため目標回転数を設定し、クランクシャフトの実回転数をフィードバック制御する場合、上記脈動の影響を受けて不要な指令が出力され、燃料供給が不安定となり、制御性や操作性が悪化する。このような問題に対しては、回転数をエンジンの爆発周期でサンプルホールドしてフィードバックする構成が提案されている（特許文献１）。   However, since the reciprocating engine converts the reciprocating motion of the piston into the rotational motion of the crankshaft, the moment of inertia related to the rotation of the crank fluctuates at a cycle that is approximately twice the rotational speed. Further, since the reciprocating motion of the piston includes a compression / explosion stroke, there is a fluctuation corresponding to this cycle. For this reason, when a plurality of pulse signals are generated during one rotation of the crankshaft and the rotation speed is calculated based on this, the calculated rotation speed includes these periodic pulsations. For this reason, when the target rotation speed is set and the actual rotation speed of the crankshaft is feedback controlled, an unnecessary command is output due to the influence of the pulsation, the fuel supply becomes unstable, and the controllability and operability deteriorate. . In order to deal with such a problem, a configuration has been proposed in which the rotation speed is sampled and held at the engine explosion cycle (Patent Document 1).

特公平３−２４５８１号公報Japanese Patent Publication No. 3-24581

しかし、特許文献１のように、回転数をレシプロエンジンの脈動周期でサンプルホールドしてフィードバックすると、急激な負荷変動に対する応答性が悪化し、制御性能を実現できないという問題がある。また、移動平均を用いて回転数を算出し、上記脈動を除去する方法も考えられるが、やはり応答遅れの問題が発生する。   However, as in Patent Document 1, if the rotation speed is sampled and held at the pulsation cycle of the reciprocating engine and fed back, there is a problem that responsiveness to a sudden load fluctuation is deteriorated and control performance cannot be realized. A method of calculating the rotational speed using a moving average and removing the pulsation is also conceivable, but the problem of response delay still occurs.

本発明は、レシプロエンジンによる脈動の影響が除去された回転数を高い精度で算出することを目的としている。   An object of the present invention is to calculate the rotational speed from which the influence of pulsation by a reciprocating engine is removed with high accuracy.

本発明のレシプロエンジンの回転数算出装置は、クランク１回転に付き複数の信号を生成し、複数の信号に基づいてレシプロエンジンの実回転数を算出する回転数算出装置であって、実回転数を算出する際に、複数の信号に含まれるレシプロエンジンの爆発変動成分をクランク位相角、回転数、および燃料噴射量に対応して除去する変動成分除去手段を備えることを特徴としている。   A reciprocating engine speed calculating device according to the present invention is a speed calculating device that generates a plurality of signals per one rotation of a crank and calculates an actual speed of the reciprocating engine based on the plurality of signals. Is calculated, the fluctuation component removal means for removing the explosion fluctuation component of the reciprocating engine included in the plurality of signals in accordance with the crank phase angle, the rotation speed, and the fuel injection amount is provided.

上記複数の信号が、一定クランク角毎に生成され、これら複数の信号に基づき算出される角速度にクランク位相角に対応した補正係数を演算することにより爆発変動成分が除去される。また変動成分除去手段は、算出される前記回転数から更に爆発変動成分をクランク位相角に対応して除去することが好ましい。補正係数は、爆発変動成分の他、慣性変動成分を除去する値に設定される。位相角、回転数、燃料噴射量から角速度を推定し、補正係数はこの推定された角速度に基づいて求められる。このとき、補正係数は、推定される角速度をその平均値が１となるように規格した規格化推定角速度の逆数であることが好ましい。また、角速度の推定に用いられる回転数は、例えば複数の信号に基づき算出される角速度の移動平均値、または１次遅れフィルタを施した値の何れかを用いて求められる。   The plurality of signals are generated for each constant crank angle, and an explosion fluctuation component is removed by calculating a correction coefficient corresponding to the crank phase angle to an angular velocity calculated based on the plurality of signals. Further, it is preferable that the fluctuation component removing means further removes the explosion fluctuation component from the calculated rotation speed in accordance with the crank phase angle. The correction coefficient is set to a value that removes the inertia fluctuation component in addition to the explosion fluctuation component. The angular velocity is estimated from the phase angle, the rotational speed, and the fuel injection amount, and the correction coefficient is obtained based on the estimated angular velocity. At this time, the correction coefficient is preferably the reciprocal of the standardized estimated angular velocity obtained by standardizing the estimated angular velocity so that the average value thereof is 1. Further, the number of rotations used for estimating the angular velocity is obtained by using, for example, either a moving average value of angular velocity calculated based on a plurality of signals or a value subjected to a first-order lag filter.

また本発明の回転数算出装置は、クランク１回転に付き複数の信号を生成し、複数の信号に基づいてレシプロエンジンの実回転数を算出する回転数算出装置であって、実回転数を算出する際に、複数の信号に含まれるレシプロエンジンの慣性変動成分をクランク位相角に対応して除去する変動成分除去手段を備えたことを特徴としている。   The rotational speed calculation device of the present invention is a rotational speed calculation device that generates a plurality of signals per one rotation of the crank and calculates the actual rotational speed of the reciprocating engine based on the plurality of signals, and calculates the actual rotational speed. In this case, there is provided a fluctuation component removing means for removing the inertia fluctuation component of the reciprocating engine included in the plurality of signals in accordance with the crank phase angle.

また、クランクの１回転に掛かる時間が一定のとき、上記複数の信号が、慣性変動に対応して一定の時間間隔で生成されるように構成されてもよい。このとき上記複数の信号は、クランクと一体的に回転する回転体の周方向に沿って設けられた複数の被検出部をセンサで検出することにより生成され、クランクの１回転に掛かる時間が一定のとき、これら複数の信号が一定の時間間隔で生成されるように、被検出部が慣性変動に対応した不等間隔のピッチで配列されている。   Further, when the time required for one rotation of the crank is constant, the plurality of signals may be generated at a constant time interval corresponding to the inertia change. At this time, the plurality of signals are generated by detecting a plurality of detected portions provided along the circumferential direction of the rotating body that rotates integrally with the crank, and the time required for one rotation of the crank is constant. In this case, the detected parts are arranged at unequal pitches corresponding to the inertia variation so that the plurality of signals are generated at regular time intervals.

本発明のレシプロエンジン制御装置は、上記回転数算出装置の何れかを備えたことを特徴としている。   A reciprocating engine control device according to the present invention includes any one of the above-described rotation speed calculation devices.

本発明の船舶は、上記レシプロエンジン制御装置を備えたことを特徴としている。   A ship according to the present invention includes the above reciprocating engine control device.

また本発明のレシプロエンジンの回転数算出方法は、クランク１回転に付き複数の信号を生成し、これら複数の信号に基づいてレシプロエンジンの実回転数を算出する回転数算出方法であって、実回転数を算出する際に、上記複数の信号に含まれるレシプロエンジンの爆発変動成分をクランク位相角、回転数、および燃料噴射量に対応して除去することを特徴としている。   The reciprocating engine speed calculating method of the present invention is a speed calculating method for generating a plurality of signals per one crank rotation and calculating an actual revolving speed of the reciprocating engine based on the plurality of signals. When calculating the rotational speed, an explosion fluctuation component of the reciprocating engine included in the plurality of signals is removed in accordance with the crank phase angle, the rotational speed, and the fuel injection amount.

本発明によれば、レシプロエンジンによる脈動の影響が除去された回転数を高い精度で算出することができる。   According to the present invention, the rotational speed from which the influence of pulsation by the reciprocating engine is removed can be calculated with high accuracy.

本発明の一実施形態である低速レシプロエンジンの制御ブロック図である。It is a control block diagram of the low speed reciprocating engine which is one Embodiment of this invention. ７気筒エンジンにおけるクランクシャフトの角速度変動の時系列変化で示すグラフであり、横軸は時間、縦軸は規格化された角速度に対応する。It is a graph shown by the time-sequential change of the angular velocity fluctuation | variation of the crankshaft in a 7 cylinder engine, a horizontal axis respond | corresponds to time and a vertical axis | shaft respond | corresponds to the normalized angular velocity. ７気筒２ストロークエンジンにおける慣性変動および爆発変動に起因する脈動を含む規格化された角速度の変化と、その逆数の変化をクランク位相角３６０°分に渡って示したグラフである。It is the graph which showed the change of the normalized angular velocity including the pulsation resulting from the inertia fluctuation | variation and explosion fluctuation | variation in a 7 cylinder 2 stroke engine, and the change of the reciprocal over 360 degree crank angle. 補正係数ｆ（θ）を上記正弦波で近似したときの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example when the correction coefficient f ((theta)) is approximated by the said sine wave. 従来の方法で算出した回転数(破線)と、補正係数ｆ（θ）を用いて算出した回転数（実線）の時間的な変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time change of the rotation speed (broken line) calculated by the conventional method, and the rotation speed (solid line) calculated using the correction coefficient f (θ). 慣性変動、爆発変動の脈動を除去するために本実施形態の補正係数ｆ（θ）を用いた場合と、移動平均を用いた場合の応答性の違いを示すグラフである。It is a graph which shows the difference in the responsiveness at the time of using the correction coefficient f ((theta)) of this embodiment, and using a moving average in order to remove the pulsation of an inertia fluctuation and an explosion fluctuation. １気筒の２ストロークエンジンにおいて、クランク１回転を５分割して、各区間で補正係数をｎ次式で近似したときとと、補正を行わない場合の回転数を示すグラフである。2 is a graph showing the number of revolutions when a crank is rotated by 5 in a 1-cylinder 2-stroke engine and a correction coefficient is approximated by an n-order equation in each section and when correction is not performed. 第２実施形態である低速レシプロエンジンの制御システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control system of the low speed reciprocating engine which is 2nd Embodiment.

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態である低速レシプロエンジンの制御システムの構成を示すブロック図である。なお、図１には、１気筒のみが示されるが、一般的には多気筒（例えば１０気筒以下）であり、気筒数および常用回転数の詳細については後述する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a control system for a low-speed reciprocating engine according to the first embodiment of the present invention. Although only one cylinder is shown in FIG. 1, it is generally a multi-cylinder (for example, 10 cylinders or less), and details of the number of cylinders and the normal rotation speed will be described later.

制御システム１０は、レシプロエンジン１１への燃料供給量を調整し、その速度を制御するもので、設定された目標回転数を維持するようにＰＩＤ制御が行われる。レシプロエンジン１１は、従来周知のディーゼルエンジンであり、クランクシャフト１２はクランク１３、コネクティングロッド１４、クロスヘッド１５、ピストン棒１６を介してピストン１７に連結され、ピストン１７は、燃料噴射ノズル１８から燃焼室１９内に供給される燃料の爆発により、ライナ２０内を往復運動し、クランクシャフト１２に回転力を与える。なお、燃焼ガスは排気バルブ２１が開いたときに排気ポート２２から排出され、新たな空気は掃気ポート２３から供給される。   The control system 10 adjusts the amount of fuel supplied to the reciprocating engine 11 and controls the speed thereof, and PID control is performed so as to maintain the set target rotational speed. The reciprocating engine 11 is a conventionally known diesel engine. A crankshaft 12 is connected to a piston 17 via a crank 13, a connecting rod 14, a crosshead 15, and a piston rod 16, and the piston 17 burns from a fuel injection nozzle 18. The explosion of the fuel supplied into the chamber 19 causes the liner 20 to reciprocate and give a rotational force to the crankshaft 12. The combustion gas is discharged from the exhaust port 22 when the exhaust valve 21 is opened, and new air is supplied from the scavenging port 23.

クランクシャフト１２には、フライホイール２４が設けられ、フライホイール２４の周縁部には、所定ピッチで歯が形成された歯部２５が設けられる。また、歯部２５に近接する位置には、クランク角センサ２６が配置される。クランク角センサ２６は、近接スイッチやエンコーダなどを備え、例えば歯部２５の１つの歯が通過する毎にパルス信号を発生する。なお、歯部２５、クランク角センサ２６は、回転における基準位置を検知するための機構を備えていてもよい。例えば近接スイッチを用いるときには、１つの歯の幅を他の歯幅も広く設定することが考えられる。また、エンコーダを用いるときには、例えば歯部２５とは別にフライホイール２４の周縁部に１つの突起を設け、これを検出する機構を設けてもよい。   The crankshaft 12 is provided with a flywheel 24, and a peripheral portion of the flywheel 24 is provided with a tooth portion 25 having teeth formed at a predetermined pitch. Further, a crank angle sensor 26 is disposed at a position close to the tooth portion 25. The crank angle sensor 26 includes a proximity switch, an encoder, and the like, and generates a pulse signal each time one tooth of the tooth portion 25 passes, for example. In addition, the tooth | gear part 25 and the crank angle sensor 26 may be provided with the mechanism for detecting the reference position in rotation. For example, when using a proximity switch, it is conceivable to set the width of one tooth wider than the other tooth width. Further, when using the encoder, for example, one protrusion may be provided on the peripheral edge of the flywheel 24 separately from the tooth portion 25, and a mechanism for detecting this may be provided.

クランク角センサ２６で生成されたパルス信号は、制御装置２７に設けられた回転数計算部２８に入力される。回転数計算部２８では、入力されたパルス信号から、クランクシャフト１２の角速度と位相角が算出され、更に、後述する方法でクランクシャフト１２の回転数を算出して、操作量計算部２９へと出力する。操作量計算部２９では、入力された回転数に基づいて燃料ポンプ３０の操作量（燃料供給量）が算出され、燃料ポンプ３０は、操作量に従ってポンプを駆動して燃料噴射ノズル１８に供給し、所定のタイミングで燃焼室１９へと燃料が噴射される。   The pulse signal generated by the crank angle sensor 26 is input to a rotation speed calculation unit 28 provided in the control device 27. The rotational speed calculation unit 28 calculates the angular velocity and the phase angle of the crankshaft 12 from the input pulse signal, and further calculates the rotational speed of the crankshaft 12 by a method to be described later, to the operation amount calculation unit 29. Output. The operation amount calculation unit 29 calculates the operation amount (fuel supply amount) of the fuel pump 30 based on the input rotation speed, and the fuel pump 30 drives the pump according to the operation amount and supplies it to the fuel injection nozzle 18. The fuel is injected into the combustion chamber 19 at a predetermined timing.

また、操作量計算部２９で算出された操作量は、回転数計算部２８へも送られる。すなわち、回転数計算部２８では、角速度、位相角、回転数、操作量（燃料供給量）と、これらの値に対応して記憶部３１に記録されたデータとに基づいて本実施形態における回転数算出処理が実行される(詳細は後述)。なお、図１の例では燃料供給量として操作量を回転数計算部２８にフィードバックするが、より正確な燃料供給量をフィードバックするために、燃料ポンプ３０などにセンサを設けて燃料供給量を実測し、実測された燃料供給量をフィードバックする構成とすることもできる。   The operation amount calculated by the operation amount calculation unit 29 is also sent to the rotation number calculation unit 28. That is, in the rotation speed calculation unit 28, the rotation speed in this embodiment is based on the angular velocity, the phase angle, the rotation speed, the operation amount (fuel supply amount), and the data recorded in the storage unit 31 corresponding to these values. Number calculation processing is executed (details will be described later). In the example of FIG. 1, the operation amount is fed back to the rotation speed calculation unit 28 as the fuel supply amount. However, in order to feed back the more accurate fuel supply amount, a sensor is provided in the fuel pump 30 or the like to actually measure the fuel supply amount. In addition, the measured fuel supply amount can be fed back.

次に、本実施形態における回転数算出処理が必要となる条件（気筒数や回転数）について概説する。   Next, the conditions (the number of cylinders and the number of rotations) that require the rotation number calculation process in this embodiment will be outlined.

レシプロエンジン１１のクランクシャフト１２の回転における角速度変動は、背景技術の項で説明したように、ピストン１７などの往復運動における慣性モーメントの変動（以下慣性変動と呼ぶ）に起因するものと、燃焼サイクルにおける圧縮（減速）、爆発（加速）行程での気筒内圧力の変動(以下爆発変動と呼ぶ)に起因するものによる。この内、慣性変動による影響は爆発変動によるものに比べ小さいので、以下においては、爆発変動に基づく条件について説明する。   As described in the background art section, the angular velocity fluctuation in the rotation of the crankshaft 12 of the reciprocating engine 11 is caused by the fluctuation of the inertia moment in the reciprocating motion of the piston 17 or the like (hereinafter referred to as the inertia fluctuation), and the combustion cycle. This is due to fluctuations in the cylinder pressure during the compression (deceleration) and explosion (acceleration) strokes (hereinafter referred to as explosion fluctuations). Among these, since the influence by the inertia change is smaller than that by the explosion change, the conditions based on the explosion change will be described below.

１つの気筒に注目すると、爆発変動は、２ストロークエンジンでは１回転（３６０°）で１つの極大値をもつ変動を発生し、４ストロークエンジンでは２回転（７２０°）で１回の極大値をもつ変動を発生する。したがって、ｎ気筒の２ストロークエンジンでは、３６０／ｎ（度）の毎の変動となり、４ストロークエンジンでは７２０／ｎ（度）の毎の変動となる。   Focusing on one cylinder, the explosion fluctuation occurs in one revolution (360 °) with one maximum value in a two-stroke engine, and once in two revolutions (720 °) in a four-stroke engine. The fluctuation which has is generated. Therefore, in the case of an n-cylinder 2-stroke engine, the fluctuation is every 360 / n (degrees), and in the case of a 4-stroke engine, the fluctuation is every 720 / n (degrees).

一般に１つの気筒における爆発変動による角速度変化は、上死点前後の所定角度範囲（角速度変動領域）で主に発生する。この角速度変動領域の角度幅φは、クランク軸のオフセットとコネクティングロッドの大端・小端の軸間距離や、圧縮比等によって変化するが、一般には、上死点前後６０°の約１２０°である。気筒数が増大すると、爆発が前後する気筒間の角速度変動領域が重なり合い、各気筒における変動が打ち消され抑制される。この角速度変動領域φの重なり度合いに逆相関する爆発変動の影響度をαとすると、影響度αは、気筒間における爆発のタイミングのズレ角（２ストローク：３６０／ｎ、４ストローク：７２０／ｎ）を角速度変動領域角度φで割ったものとして表すことができる。すなわち、２ストロークエンジンにおいてα＝３６０／ｎ／φ、４ストロークエンジンにおいてα＝７２０／ｎ／φとなる。   In general, angular velocity changes due to explosion fluctuations in one cylinder mainly occur in a predetermined angular range (angular velocity fluctuation region) around top dead center. The angular width φ of the angular velocity fluctuation region varies depending on the crankshaft offset, the inter-shaft distance between the large and small ends of the connecting rod, the compression ratio, and the like. It is. When the number of cylinders increases, the angular velocity fluctuation regions between the cylinders where the explosion occurs are overlapped, and the fluctuations in each cylinder are canceled and suppressed. Assuming that the influence degree of the explosion fluctuation inversely correlated with the degree of overlap of the angular velocity fluctuation area φ is α, the influence degree α is the deviation angle of the explosion timing between the cylinders (2 strokes: 360 / n, 4 strokes: 720 / n). ) Divided by the angular velocity fluctuation region angle φ. That is, α = 360 / n / φ in a 2-stroke engine and α = 720 / n / φ in a 4-stroke engine.

経験的に、多気筒化による爆発変動成分の抑制は、α＜０．３３では高く、本実施形態の回転数算出処理は不要である。しかし、α≧０．３３では爆発変動成分の影響が角速度に現れ、本実施形態の回転数算出処理が有効となる。特にα≧０．３５において本実施形態の回転数算出処理は効果的である。   Empirically, the suppression of the explosion fluctuation component due to the increase in the number of cylinders is high when α <0.33, and the rotation speed calculation process of the present embodiment is unnecessary. However, when α ≧ 0.33, the influence of the explosion fluctuation component appears on the angular velocity, and the rotation speed calculation process of the present embodiment becomes effective. In particular, the rotational speed calculation process of the present embodiment is effective when α ≧ 0.35.

例えばφ＝１２０°とすると、２ストロークエンジンでは９気筒以下でα≧０．３３となり、４ストロークエンジンでは、１８気筒以下でα≧０．３３となり、本実施形態の回転数算出処理が有効である。   For example, when φ = 120 °, α ≧ 0.33 for 9 cylinders or less in a 2-stroke engine and α ≧ 0.33 for 18 cylinders or less in a 4-stroke engine, and the rotation speed calculation processing of this embodiment is effective. is there.

また、デジタル制御では、計測におけるサンプリング間隔Ｔｓは、Ａ／Ｄ変換の間隔Ｔａ（ここではＤ／Ａ変換の間隔も同じとする）よりも十分に小さい必要があり、一般にＴａ＞５・Ｔｓが必須であり、Ｔａ＞１０・Ｔｓが望ましい。更に、Ａ／Ｄ（Ｄ／Ａ）変換の間隔Ｔａは、被制御量である回転数の応答遅れや操作量である燃料噴射量（燃料供給量）の応答遅れと密接な関係があり、間隔Ｔａはこれらの遅れに対して十分に短い時間間隔である必要がある。被制御量および操作量の遅れを１次遅れの時定数Ｔｄ、Ｔｍで代表すると、Ｔｄ＞１０・ＴａかつＴｍ＞Ｔａであることが必要で、Ｔｄ＞５０・ＴａかつＴｍ＞５・Ｔａであることが望ましい。   In the digital control, the sampling interval Ts in the measurement needs to be sufficiently smaller than the A / D conversion interval Ta (here, the D / A conversion interval is also the same), and generally Ta> 5 · Ts. It is essential and Ta> 10 · Ts is desirable. Further, the interval Ta for A / D (D / A) conversion is closely related to the response delay of the rotational speed as the controlled amount and the response delay of the fuel injection amount (fuel supply amount) as the operation amount. Ta needs to be a sufficiently short time interval for these delays. The delay of the controlled amount and the manipulated variable can be represented by the time constants Td and Tm of the first order delay. It is necessary that Td> 10 · Ta and Tm> Ta. It is desirable to be.

したがって、デジタル制御では、サンプリング間隔Ｔｓは、Ｔｄ＞５０・ＴｓかつＴｍ＞５・Ｔｓを満たすことが必要で、Ｔｄ＞５００・ＴｓかつＴｍ＞５０・Ｔｓを満たすことが望ましい。   Therefore, in the digital control, the sampling interval Ts needs to satisfy Td> 50 · Ts and Tm> 5 · Ts, and desirably satisfies Td> 500 · Ts and Tm> 50 · Ts.

またサンプリング間隔（パルス間隔）Ｔｓが、被制御量（角速度）の変動周期と一致する場合や、それ以上である場合には、フィルタを施したのと同様の効果があり、変動は被制御量の計測結果に現れない。ここでｎ気筒２ストロークエンジンでは、爆発の間隔は３６０／ｎ（度）毎であり、４ストロークエンジンでは７２０／ｎ度毎である。また、回転数がＲ（ｒｐｍ）のとき、クランクシャフトは毎秒３６０・Ｒ／６０（度）回転するので、爆発による角速度の変動周期は、２ストロークエンジンでは６０／ｎ／Ｒ（秒）、４ストロークエンジンでは１２０／ｎ／Ｒ（秒）である。   Further, when the sampling interval (pulse interval) Ts coincides with the fluctuation period of the controlled amount (angular velocity) or is longer than that, the effect is the same as when the filter is applied, and the fluctuation is controlled amount. Does not appear in the measurement results. Here, in an n-cylinder two-stroke engine, the interval between explosions is every 360 / n (degrees), and in a four-stroke engine, every 720 / n degrees. In addition, when the rotational speed is R (rpm), the crankshaft rotates 360 · R / 60 (degrees) per second, so the fluctuation cycle of angular velocity due to explosion is 60 / n / R (seconds), 4 for a two-stroke engine. In the stroke engine, it is 120 / n / R (seconds).

すなわち、２ストロークエンジンでは、デジタル制御で求められるサンプリング間隔Ｔｓの値が、６０／ｎ／Ｒ（秒）以下のときに、本実施形態の回転数算出処理が効果的であり、４ストロークエンジンでは、１２０／ｎ／Ｒ（秒）以下のときに効果的である。すなわち、本実施形態の回転数算出処理の適用対象となるレシプロエンジンの常用回転数Ｒは、２ストロークエンジンでは、６０／ｎ／Ｔｓ（ｒｐｍ）以下であり、４ストロークエンジンで１２０／ｎ／Ｔｓ（ｒｐｍ）以下である。   That is, in the 2-stroke engine, when the value of the sampling interval Ts obtained by digital control is 60 / n / R (seconds) or less, the rotation speed calculation process of this embodiment is effective. , 120 / n / R (seconds) or less. That is, the normal rotational speed R of the reciprocating engine to which the rotational speed calculation process of the present embodiment is applied is 60 / n / Ts (rpm) or less for a 2-stroke engine, and 120 / n / Ts for a 4-stroke engine. (Rpm) or less.

例えば２ストローク、６気筒エンジンにおいて、Ｔｄ＝１０秒、Ｔｍ＝１秒とすると、デジタル制御の制約は、Ｔｓ＜１／５、望ましくはＴｓ＜１／５０であり、ここでＴｓ≒１／５とすると、Ｒは約５０ｒｐｍ以下となり、Ｔｓ≒１／５０とすると５００ｒｐｍ
以下となる。 For example, in a 2-stroke, 6-cylinder engine, if Td = 10 seconds and Tm = 1 second, the digital control constraint is Ts <1/5, preferably Ts <1/50, where Ts≈1 / 5. Then, R is about 50 rpm or less, and if Ts≈1 / 50, 500 rpm
It becomes as follows.

次に図２〜図７を参照して本実施形態の回転数算出処理の具体例について説明する。図２は、７気筒エンジンにおけるクランクシャフトのある一定の回転数の下での角速度変動の時系列変化を示すグラフであり、横軸は時間、縦軸は規格化された角速度に対応する。なお、角速度は、その平均値が１になるように規格化されている。   Next, a specific example of the rotation speed calculation process of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a graph showing time-series changes in angular velocity fluctuations at a certain rotation speed of a crankshaft in a seven-cylinder engine, with the horizontal axis corresponding to time and the vertical axis corresponding to normalized angular velocity. The angular velocity is standardized so that the average value is 1.

図２に示されるように、エンジン回転数が一定であり、角速度の平均値が一定であっても、角速度は慣性変動、爆発変動の影響を受けて一定の周期で変動している。従来、エンジン回転数は、角速度に所定の係数を掛けて求められるため、図２のように角速度が慣性変動、爆発変動の影響で脈動すると、本来一定であるとされるべきエンジン回転数が、角速度変動と同じ周期で変動するものとして算出される。   As shown in FIG. 2, even if the engine speed is constant and the average value of angular velocities is constant, the angular velocities fluctuate at a constant cycle due to the influence of inertia fluctuations and explosion fluctuations. Conventionally, since the engine speed is obtained by multiplying the angular speed by a predetermined coefficient, when the angular speed pulsates due to the influence of inertia fluctuation and explosion fluctuation as shown in FIG. 2, the engine speed that should be essentially constant is It is calculated as a fluctuation with the same cycle as the angular velocity fluctuation.

一般に、慣性変動および爆発変動に起因する角速度ωの変動は、気筒数が決まっていれば、基本的にクランクの位相角θ、回転数Ｎ、燃料供給量Ｑのみに依存する。したがって、クランクの位相角θ、回転数Ｎ、燃料供給量Ｑから慣性変動および爆発変動に起因する変動を含む角速度を推定して、この変動成分を実測される角速度ωからこれを取り除けば、慣性変動および爆発変動による脈動が略除去された回転数を角速度ωから求めることができる。なお、ここで角速度を推定する際に用いられる回転数Ｎには、例えば実測されている角速度ωの移動平均や１次遅れフィルタによる平滑化が行われた値、あるいは１つ前の処理で求められた回転数の値が用いられる。また燃料供給量Ｑには、例えば最後の燃料供給量の値が用いられる。   In general, fluctuations in angular velocity ω due to inertia fluctuations and explosion fluctuations basically depend only on the crank phase angle θ, the rotational speed N, and the fuel supply amount Q if the number of cylinders is determined. Accordingly, if the angular velocity including the variation caused by the inertia variation and the explosion variation is estimated from the crank phase angle θ, the rotational speed N, and the fuel supply amount Q, and the fluctuation component is removed from the actually measured angular velocity ω, the inertia The rotational speed from which pulsations due to fluctuations and explosion fluctuations are substantially eliminated can be obtained from the angular velocity ω. Here, the rotational speed N used when estimating the angular velocity is obtained by, for example, a moving average of the measured angular velocity ω, a value smoothed by a first-order lag filter, or the previous processing. The value of the determined rotational speed is used. As the fuel supply amount Q, for example, the value of the last fuel supply amount is used.

なお１次遅れフィルタで平滑化するときの時定数は、クランク回転数の応答の時定数（数十秒）よりも十分に短い値（例えばクランク回転数の応答時定数の１０％以下）に設定されることが好ましい。しかし、１次遅れフィルタの時定数は、単純に２秒程度の時定数に設定することも可能である。   Note that the time constant when smoothing with the first-order lag filter is set to a value sufficiently shorter than the time constant of the crank speed response (several tens of seconds) (for example, 10% or less of the response time constant of the crank speed). It is preferred that However, the time constant of the first-order lag filter can be simply set to a time constant of about 2 seconds.

今、回転数Ｎ、燃料供給量Ｑにおける角速度の推定値をΩ（θ；Ｎ，Ｑ）、その平均値をΩｍ（＝２πＮ）とし、位相θにおける実測角速度ω（θ）とすると、回転数一定の条件の下、位相θにおいてω（θ）の値を示す角速度の平均値ωｍ（θ）は、ωｍ（θ）＝ω（θ）・Ωｍ（Ｎ）／Ω（θ；Ｎ，Ｑ）と表される（ω：ωｍ＝Ω：Ωｍより）。したがって、ｆ（θ）＝Ωｍ（Ｎ）／Ω（θ；Ｎ，Ｑ）を求めれば、実測される角速度ω（θ）に対して、脈動成分が略除去された有効な回転数Ｎe（θ）（以下有効回転数と呼ぶ）がＮe（θ）＝ωｍ(θ)／（２π）＝ω（θ）・ｆ（θ）／（２π）[ｒａｄ／秒]として求められる。 Now, assuming that the estimated value of the angular velocity at the rotational speed N and the fuel supply amount Q is Ω (θ; N, Q), the average value is Ω m (= 2πN), and the measured angular velocity ω (θ) at the phase θ Under a certain number of conditions, the average value ω m (θ) of the angular velocity indicating the value of ω (θ) in the phase θ is ω m (θ) = ω (θ) · Ω m (N) / Ω (θ N, Q) (ω: ω m = Ω: Ω from m ). Therefore, if f (θ) = Ω m (N) / Ω (θ; N, Q) is obtained, the effective rotational speed Ne () in which the pulsation component is substantially removed with respect to the measured angular velocity ω (θ). θ) (hereinafter referred to as effective rotational speed) is determined as Ne (θ) = ω m (θ) / (2π) = ω (θ) · f (θ) / (2π) [rad / sec].

図３は、７気筒２ストロークエンジンにおける慣性変動および爆発変動に起因する脈動を含む、ある回転数Ｎ、燃料供給量Ｑに対して推定される、規格化された角速度：Ω（θ）／Ωｍの変化と、その逆数ｆ（θ）の変化をクランク位相角３６０°分に渡って示したグラフである。なお、横軸はある１つの気筒のＴＤＣを中心（０）として、ＴＤＣ−ＢＤＣ間の位相角（１８０°）が１となるように規格化されている。なお、図３では規格化角速度Ω（θ）／Ωｍが実線で示され、その逆数であり本実施形態においてエンジン回転数算出の際の補正係数ｆ（θ）が破線で示される。   FIG. 3 shows a standardized angular velocity estimated with respect to a certain rotation speed N and fuel supply amount Q including pulsation due to inertia fluctuation and explosion fluctuation in a 7-cylinder two-stroke engine: Ω (θ) / Ωm And a change in the reciprocal number f (θ) over a crank phase angle of 360 °. The horizontal axis is normalized so that the phase angle (180 °) between TDC and BDC is 1 with the TDC of one cylinder as the center (0). In FIG. 3, the normalized angular velocity Ω (θ) / Ωm is indicated by a solid line and is the reciprocal thereof, and in this embodiment, the correction coefficient f (θ) when calculating the engine speed is indicated by a broken line.

７気筒２ストロークエンジンでは、クランクが１回転する間に、７つの周期的な角速度変動があり、補正係数（逆数）は、角速度とは逆位相で変化する。図３の例では、補正係数は、正弦波に近い形で変化している。   In the seven-cylinder two-stroke engine, there are seven periodic angular velocity fluctuations during one revolution of the crank, and the correction coefficient (reciprocal number) changes in the opposite phase to the angular velocity. In the example of FIG. 3, the correction coefficient changes in a form close to a sine wave.

図３の例において、補正係数（逆数）ｆ（θ）を正弦波で近似すると、クランクの位相角θにおける補正係数の値ｆ（θ）は、次式で表される。
ｆ（θ）〜Ａ・ｓｉｎ（Ｂ・θ＋Ｃ）＋Ｄ
ここで、Ｂは気筒数および２ストロークか４ストロークで決まる係数であり、図３の例では、Ｂ＝７である。振幅Ａおよび位相差Ｃは、シミュレーションや実験に基づいて決定され、振幅Ａは、主に燃料供給量（操作量）Ｑと回転数Ｎに依存する。振幅Ａは、例えば予め求められた関数ｇ（Ｑ）、ｈ（Ｎ）の積としてＡ＝ｇ（Ｑ）・ｈ（Ｎ）で求められる。また、各Ｑ、Ｎの値に対するルックアップテーブルとして記憶部３１（図１）などに記憶されていてもよい。位相差Ｃも、燃料供給量（操作量）Ｑと回転数Ｎに依存するが、位相差Ｃの変動量は微小であり、振幅Ａと略同様の方法で求められる。また、オフセット量Ｄは、平均値Ωｍに対応し、Ｄ＝１である。 In the example of FIG. 3, when the correction coefficient (reciprocal number) f (θ) is approximated by a sine wave, the value f (θ) of the correction coefficient at the crank phase angle θ is expressed by the following equation.
f (θ) to A · sin (B · θ + C) + D
Here, B is a coefficient determined by the number of cylinders and 2 or 4 strokes, and B = 7 in the example of FIG. The amplitude A and the phase difference C are determined based on simulations and experiments, and the amplitude A mainly depends on the fuel supply amount (operation amount) Q and the rotational speed N. The amplitude A is obtained by, for example, A = g (Q) · h (N) as a product of functions g (Q) and h (N) obtained in advance. Further, it may be stored in the storage unit 31 (FIG. 1) or the like as a lookup table for the values of Q and N. Although the phase difference C also depends on the fuel supply amount (operation amount) Q and the rotational speed N, the amount of fluctuation of the phase difference C is very small and can be obtained by a method substantially similar to the amplitude A. The offset amount D corresponds to the average value Ωm, and D = 1.

なお、振幅Ａと位相差Ｃの間の相関は低いため、シミュレーションや実験により求めた補正係数ｆ(θ)の波形から容易に決定することができる。   Since the correlation between the amplitude A and the phase difference C is low, it can be easily determined from the waveform of the correction coefficient f (θ) obtained by simulation or experiment.

図４は、補正係数ｆ（θ）を上記正弦波で近似したときの一例を示すグラフで、横軸、縦軸は図３のグラフと同じである。図４では、補正係数ｆ（θ）が実線で示され、正弦波で近似された値が破線で示される。図示されるように、７気筒エンジンにおいて、補正係数ｆ（θ）は、正弦波で極めて精度よく近似される。   FIG. 4 is a graph showing an example when the correction coefficient f (θ) is approximated by the sine wave. The horizontal axis and the vertical axis are the same as those in FIG. In FIG. 4, the correction coefficient f (θ) is indicated by a solid line, and a value approximated by a sine wave is indicated by a broken line. As shown in the figure, in the seven-cylinder engine, the correction coefficient f (θ) is approximated with a sine wave extremely accurately.

図５は、図１の規格化角速度から、本実施形態の補正係数ｆ（θ）を用いることなく、従来の方法で算出した回転数(破線)と、図４に示した本実施形態の近似式による補正係数ｆ（θ）を用いて算出した回転数（実線）の時間的な変化を示すグラフである。すなわち、破線の回転数（従来の方法による回転数）は、位相角θにおいて検出される角速度をω（θ）［ｒａｄ／秒］とすると、６０×ω（θ）／（２π）［ｒｐｍ］により算出される。一方、本実施形態で算出される有効回転数Ｎｅは、６０×ω（θ）×ｆ（θ）／（２π）［ｒｐｍ］として算出される。   FIG. 5 shows the rotation speed (broken line) calculated by the conventional method from the normalized angular velocity of FIG. 1 without using the correction coefficient f (θ) of this embodiment, and the approximation of this embodiment shown in FIG. It is a graph which shows the time change of the rotation speed (solid line) calculated using the correction coefficient f ((theta)) by a type | formula. That is, the rotational speed indicated by the broken line (the rotational speed according to the conventional method) is 60 × ω (θ) / (2π) [rpm], where the angular velocity detected at the phase angle θ is ω (θ) [rad / sec]. Is calculated by On the other hand, the effective rotational speed Ne calculated in the present embodiment is calculated as 60 × ω (θ) × f (θ) / (2π) [rpm].

なお、角速度ω（θ）は、クランク角センサ２６において歯の検出に合わせて生成されるパルス信号の時間間隔と歯ピッチ(角度)から計算され、位相角は基準パルスからカウントされるパルス数と歯ピッチから計算される。また、図５において、横軸は時間（秒）、縦軸は平均角速度から求められる回転数が１となるように規格化された回転数を表す。   The angular velocity ω (θ) is calculated from the time interval and the tooth pitch (angle) of the pulse signal generated in accordance with the tooth detection in the crank angle sensor 26, and the phase angle is the number of pulses counted from the reference pulse. Calculated from tooth pitch. In FIG. 5, the horizontal axis represents time (seconds), and the vertical axis represents the rotation speed normalized so that the rotation speed obtained from the average angular velocity is 1.

図５からも明らかなように、補正係数ｆ（θ）を用いた回転数算出方法では、補正係数ｆ（θ）を用いない従来の方法に比べ、回転数の変動幅が著しく小さくなり、その値は、角速度の平均値における回転数に略等しい。これにより、回転数からは、慣性変動および爆発変動に起因する脈動が略除去される。   As is clear from FIG. 5, the rotational speed calculation method using the correction coefficient f (θ) has a significantly smaller fluctuation range of the rotational speed than the conventional method that does not use the correction coefficient f (θ). The value is approximately equal to the rotational speed at the average value of angular velocities. As a result, the pulsation caused by the inertia change and the explosion change is substantially removed from the rotational speed.

また、図６に、慣性変動、爆発変動の脈動を除去するために本実施形態の補正係数ｆ（θ）を用いた場合と、移動平均を用いた場合の違いを示す。図６は、回転数が７０ｒｐｍから６６．５ｒｐｍに３．５秒かけて低下する場合の慣性変動、爆発変動の脈動を含む角速度ω（ｔ）と、ω（ｔ）の移動平均を用いた回転数と、本実施形態の補正係数ｆ（θ）を用いた有効回転数Ｎｅの経時変化を示すグラフであり、横軸は時間、縦軸は回転数[ｒｐｍ]を表す。   FIG. 6 shows the difference between the case where the correction coefficient f (θ) of the present embodiment is used and the moving average is used in order to remove the pulsation of inertia fluctuation and explosion fluctuation. FIG. 6 shows the rotation using the moving average of ω (t) and angular velocity ω (t) including pulsation of inertia fluctuation and explosion fluctuation when the rotation speed decreases from 70 rpm to 66.5 rpm over 3.5 seconds. 5 is a graph showing the change over time of the effective rotational speed Ne using the number and the correction coefficient f (θ) of the present embodiment, where the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the rotational speed [rpm].

図６において、ω（ｔ）は破線Ｓ１で示され、ω（ｔ）の移動平均を用いて求められた回転数は曲線Ｓ２で示される。また、本実施形態により算出される有効回転数Ｎｅは曲線Ｓ３で示される。図６に示されるように、移動平均を用いた場合には、求められる回転数から脈動成分は除去されるものの角速度ω（ｔ）の変化に対して遅れを生じる。したがって、この回転数をフィードバック制御に用いると、ガバナ制御に応答遅れが発生する。これに対して、補正係数ｆ（θ）を用いた本実施形態による有効回転数Ｎｅは、脈動成分が除去されるとともに、角速度ω（ｔ）の平均値の変化に迅速に追従しており、遅れを発生することがないことが分かる。   In FIG. 6, ω (t) is indicated by a broken line S1, and the rotational speed obtained using the moving average of ω (t) is indicated by a curve S2. Further, the effective rotational speed Ne calculated by the present embodiment is indicated by a curve S3. As shown in FIG. 6, when the moving average is used, the pulsation component is removed from the obtained rotation speed, but a delay occurs with respect to the change in the angular velocity ω (t). Therefore, when this rotational speed is used for feedback control, a response delay occurs in the governor control. On the other hand, the effective rotational speed Ne according to the present embodiment using the correction coefficient f (θ) quickly follows the change in the average value of the angular velocity ω (t) while removing the pulsation component, It can be seen that there is no delay.

なお、７気筒など気筒数がある程度大きいときには、補正係数ｆ（θ）は、正弦波で近似することができるが、気筒数が少ない場合には、正弦波で近似することはできない。このような場合には、位相角θを所定の範囲で区分し、各区間Ｉ毎にそれぞれ、多項式等を用いて角速度の逆数である補正係数ｆｉ（θ）を近似することが考えられる。   When the number of cylinders is large to some extent, such as 7 cylinders, the correction coefficient f (θ) can be approximated by a sine wave, but when the number of cylinders is small, it cannot be approximated by a sine wave. In such a case, it is conceivable to divide the phase angle θ into a predetermined range and approximate the correction coefficient fi (θ), which is the reciprocal of the angular velocity, using a polynomial or the like for each section I.

なお、図７に、１気筒の２ストロークエンジンにおいて、クランク１回転を５分割して、各区間で補正係数をｎ次式で近似したときの結果を図５と同様に示す。すなわち、破線が補正を行わない場合の回転数の値であり、実線が補正を行った場合の回転数である。   FIG. 7 shows the same results as in FIG. 5 in a one-cylinder two-stroke engine, in which one rotation of the crank is divided into five and the correction coefficient is approximated by an nth order equation in each section. That is, the broken line is the value of the rotational speed when correction is not performed, and the solid line is the rotational speed when correction is performed.

図７に示されるように、補正係数を用いると、算出される回転数の変動が大幅に低減される。なお、この場合には、近似式の各パラメータは、位相角、回転数、燃料供給量に対応して記憶部３１に記憶され、回転数計算部２８では、これらの値に基づいて、式が選択され回転数が算出される。   As shown in FIG. 7, when the correction coefficient is used, fluctuations in the calculated rotational speed are greatly reduced. In this case, each parameter of the approximate expression is stored in the storage unit 31 corresponding to the phase angle, the rotation speed, and the fuel supply amount, and the rotation speed calculation section 28 calculates the expression based on these values. The selected number of revolutions is calculated.

以上のように、第１実施形態の低速レシプロエンジンの制御システムによれば、クランク１回転に付き複数個発生されるパルス信号に基づいて回転数を算出する場合にも、慣性変動および爆発変動による影響を算出される回転数から除去することがでる。これにより、回転数を設定値に維持し、低速で運用される大型エンジンにおいても、高い制御応答性を維持しながらも、安定した回転数制御を実現することができる。   As described above, according to the control system for the low-speed reciprocating engine of the first embodiment, even when the rotation speed is calculated based on a plurality of pulse signals generated per one rotation of the crank, the fluctuation due to the inertia fluctuation and the explosion fluctuation. The influence can be removed from the calculated rotation speed. Thereby, the rotational speed is maintained at a set value, and stable rotational speed control can be realized while maintaining high control responsiveness even in a large engine operated at a low speed.

なお、補正係数の近似式を用いる代わりに、位相角、回転数、燃料供給量の値（所定区間）毎に、補正係数の値をルックアップテーブルとして記憶部３１に記憶しておくことも可能である。また、変動が正弦波に近い場合には、回転数Ｎ、燃料供給量ＱのときのΩ（θ）−Ωｍの近似式（正弦波）とは逆位相（余弦波）のＦ（θ）を求め、ω（θ）にＦ（θ）を足し合わることで角速度変動を相殺することも可能である。この場合Ｎｅ＝６０×（ω（θ）＋Ｆ（θ））／（２π）[ｒｐｍ]として求められる。 Instead of using an approximate expression for the correction coefficient, the value of the correction coefficient can be stored in the storage unit 31 as a lookup table for each value of the phase angle, rotation speed, and fuel supply amount (predetermined section). It is. Further, when the fluctuation is close to a sine wave, F (θ) having an opposite phase (cosine wave) to the approximate expression (sine wave) of Ω (θ) −Ω m at the rotation speed N and the fuel supply amount Q It is also possible to cancel the angular velocity fluctuation by obtaining the above and adding F (θ) to ω (θ). In this case, Ne = 60 × (ω (θ) + F (θ)) / (2π) [rpm].

また、第１実施形態では、クランクの位相角、回転数、燃料供給量を参照して、回転数から慣性変動および爆発変動の影響を除去した。しかし、燃料供給量に基づく補正が不要なとき、すなわち、爆発変動の影響が小さいときには、クランクの位相角のみに基づき補正を行い回転数を算出することも可能である。この場合、回転数の算出に燃料供給量が必要ないので、操作量計算部２９から回転数計算部２８に操作量(燃料供給量)がフィードバックされることはない。また逆に、慣性変動の影響が爆発変動に比べ小さいときには、爆発変動のみを考慮し、これを相殺する補正を行うことも可能である。   In the first embodiment, the effects of inertia fluctuation and explosion fluctuation are removed from the rotational speed with reference to the crank phase angle, the rotational speed, and the fuel supply amount. However, when correction based on the fuel supply amount is unnecessary, that is, when the influence of the explosion fluctuation is small, it is also possible to calculate the rotational speed by performing correction based only on the crank phase angle. In this case, since the fuel supply amount is not necessary for the calculation of the rotation speed, the operation amount (fuel supply amount) is not fed back from the operation amount calculation section 29 to the rotation speed calculation section 28. Conversely, when the influence of the inertia change is smaller than the explosion change, it is possible to consider only the explosion change and perform a correction to offset this.

次に図８を参照して、第２実施形態について説明する。第２実施形態は、燃料供給量に基づく補正が不要なとき、すなわち、低負荷で常用運転されるなど、爆発変動の影響が小さいときに対応したものである。上述したようにこの場合、クランクの位相角のみに基づく補正により回転数を算出することが可能である。第２実施形態では、一定のクランク角毎にパルスを発生するのではなく、回転数が一定のときには、慣性変動などが存在しても一定の間隔でパルスが発生するように構成し、制御部では従来と同様に角速度に固定係数を乗じて回転数を算出する。   Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. The second embodiment corresponds to the case where the correction based on the fuel supply amount is unnecessary, that is, the case where the influence of the explosion fluctuation is small, such as a normal operation at a low load. As described above, in this case, the rotational speed can be calculated by correction based only on the phase angle of the crank. In the second embodiment, a pulse is not generated at every constant crank angle, but is configured to generate a pulse at a constant interval even when there is inertia variation when the rotation speed is constant, and the control unit Then, as in the conventional case, the rotational speed is calculated by multiplying the angular velocity by a fixed coefficient.

図８は、第２実施形態である低速レシプロエンジンの制御システムの構成を示すブロック図であり、図１と同様に、１気筒のみが示されるが、一般的には多気筒（例えば１０気筒以下）である。また、第１実施形態と同様の構成については、同一参照符号を用いその説明を省略する。   FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the control system of the low speed reciprocating engine according to the second embodiment. As in FIG. 1, only one cylinder is shown, but generally, there are many cylinders (for example, 10 cylinders or less). ). Moreover, about the structure similar to 1st Embodiment, the description is abbreviate | omitted using the same referential mark.

第１実施形態では、フライホイール２４の周縁部に設けられた歯部２５には、所定ピッチで歯が形成されたが、第２実施形態のフライホイール３３の歯部３４は、不等間隔で歯が形成される。歯の間隔は、主に慣性変動に対応して設定され、例えば慣性変動によりクランクシャフト１２（フライホイール３３）の角速度が変動しても、クランク角センサ２６において発生するパルス信号が、一定の時間間隔で生成されるように、クランク角に対応して異なるピッチで形成される。   In 1st Embodiment, although the tooth | gear was provided in the tooth | gear part 25 provided in the peripheral part of the flywheel 24 with the predetermined pitch, the tooth | gear part 34 of the flywheel 33 of 2nd Embodiment is an unequal space | interval. Teeth are formed. The tooth interval is set mainly corresponding to the inertia variation. For example, even if the angular velocity of the crankshaft 12 (flywheel 33) fluctuates due to the inertia variation, the pulse signal generated in the crank angle sensor 26 has a constant time. It is formed at different pitches corresponding to the crank angle so as to be generated at intervals.

クランク角センサ２６で生成されたパルス信号は、制御装置３２の回転数計算部３５へ入力される。回転数計算部３５では、パルス信号から角速度を算出し、これに固定係数を乗じることで回転数を算出し、操作量計算部２９へと出力する。操作量計算部２９では、算出された回転数に基づき燃料ポンプ３０の操作量を計算し、燃料ポンプ３０へと出力する。   The pulse signal generated by the crank angle sensor 26 is input to the rotation speed calculation unit 35 of the control device 32. The rotation speed calculation unit 35 calculates an angular velocity from the pulse signal, multiplies it by a fixed coefficient, calculates the rotation speed, and outputs it to the manipulated variable calculation unit 29. The operation amount calculator 29 calculates the operation amount of the fuel pump 30 based on the calculated number of revolutions and outputs it to the fuel pump 30.

以上のように、第２実施形態では、慣性変動など、燃料供給量に依存しないエンジン固有の脈動が、制御装置に変更を加えることなく回転数から除去される。   As described above, in the second embodiment, engine-specific pulsations that do not depend on the fuel supply amount, such as inertia fluctuations, are removed from the rotation speed without changing the control device.

なお、除去の対象となるのは慣性変動のみとは限らず、クランク角に一意的に対応している変動であれば、第２実施形態の方法で除去することができる。また、本実施形態では、歯のピッチを除去される変動の周期に合わせて不等間隔にしたが、例えば、フライホイール周縁部に、このようなピッチに対応したバーコード状の模様を設け（例えばシールに描かれた模様を貼付する）、これをセンサで読み取ることにより、回転数毎に一定間隔のパルス信号を生成することも可能である。また、これらの構成を、フライホイールではなく、エンコーダ内に設けることも可能である。   It should be noted that the subject of removal is not limited to the inertia variation, and any variation that uniquely corresponds to the crank angle can be removed by the method of the second embodiment. Further, in the present embodiment, the tooth pitch is set at unequal intervals in accordance with the period of fluctuation to be removed. For example, a barcode-like pattern corresponding to such a pitch is provided on the periphery of the flywheel ( For example, a pattern drawn on a sticker is affixed), and by reading this with a sensor, it is also possible to generate pulse signals at regular intervals for each rotation speed. Moreover, it is also possible to provide these configurations in the encoder instead of the flywheel.

また、慣性変動の影響は第２実施形態の方法で除去し、爆発変動については、第１実施形態と同様に、クランク位相、回転数、燃料供給量に基づき補正する構成とすることもできる。   Further, the influence of the inertia variation can be eliminated by the method of the second embodiment, and the explosion variation can be corrected based on the crank phase, the rotation speed, and the fuel supply amount, as in the first embodiment.

なお、本発明は、船舶用のエンジンや工場などで原動機や発電機として用いられる陸用エンジンなどに好適であり、特にディーゼルエンジンなど、大型で低速運転されるレシプロエンジンにおいて有用である。また、気筒数が１０気筒以下、好ましくは７〜８気筒以下で、常用回転数が、数百ＲＰＭ以下、好ましくは１００ＲＰＭ以下で運用されるレシプロエンジンに有効である。   The present invention is suitable for a marine engine, a land engine used as a prime mover or a generator in a factory, and the like, and is particularly useful for a reciprocating engine that is operated at a large speed at a low speed, such as a diesel engine. Further, the present invention is effective for a reciprocating engine operated with 10 or less cylinders, preferably 7 to 8 cylinders and a normal rotation speed of several hundred RPM or less, preferably 100 RPM or less.

また、フィードバック制御としてＰＩＤ制御を例に挙げたが、制御方法はこれに限らず、現代制御理論、適用制御、学習制御等にも適用可能である。また、第１実施形態や第２実施形態に説明された各構成は、整合する範囲において様々に組み合わせることができる。   In addition, although PID control is exemplified as feedback control, the control method is not limited to this, and can be applied to modern control theory, application control, learning control, and the like. Moreover, each structure demonstrated in 1st Embodiment or 2nd Embodiment can be variously combined in the range to match.

１０ 制御システム
１１ レシプロエンジン
１２ クランクシャフト
１３ クランク
１４ コネクティングロッド
１５ クロスヘッド
１６ ピストン棒
１７ ピストン
１８ 燃料噴射ノズル
１９ 燃焼室
２０ ライナ
２１ 排気バルブ
２２ 排気ポート
２３ 掃気ポート
２４、３３ フライホイール
２５、３４ 歯部
２６ クランク角センサ
２７、３２ 制御装置
２８、３５ 回転数計算部
２９ 操作量計算部
３０ 燃料ポンプ
３１ 記憶部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Control system 11 Reciprocating engine 12 Crankshaft 13 Crank 14 Connecting rod 15 Crosshead 16 Piston rod 17 Piston 18 Fuel injection nozzle 19 Combustion chamber 20 Liner 21 Exhaust valve 22 Exhaust port 23 Scavenging port 24, 33 Flywheel 25, 34 Tooth part 26 Crank angle sensor 27, 32 Control device 28, 35 Rotational speed calculation unit 29 Operation amount calculation unit 30 Fuel pump 31 Storage unit

Claims (14)

クランク１回転に付き複数の信号を生成し、前記複数の信号に基づいてレシプロエンジンの実回転数を算出する回転数算出装置であって、前記実回転数を算出する際に、クランク位相角、平滑化回転数、燃料噴射量の各パラメータに対して予め推定された推定爆発変動成分により、前記複数の信号に含まれる前記レシプロエンジンの爆発変動成分を相殺し、前記実回転数から前記爆発変動成分を除去する変動成分除去手段を備えることを特徴とするレシプロエンジンの回転数算出装置。 A rotation speed calculation device that generates a plurality of signals per one rotation of the crank and calculates an actual rotation speed of the reciprocating engine based on the plurality of signals, when calculating the actual rotation speed , The explosion fluctuation component of the reciprocating engine included in the plurality of signals is canceled by the estimated explosion fluctuation component estimated in advance for each parameter of the smoothing rotation speed and the fuel injection amount, and the explosion fluctuation is calculated from the actual rotation speed. A reciprocating engine rotational speed calculation device comprising fluctuation component removal means for removing a component. 前記複数の信号に基づき算出される角速度に、前記クランク位相角に対応した補正係数を演算することにより前記爆発変動成分を除去することを特徴とする請求項１に記載のレシプロエンジンの回転数算出装置。 The angular velocity is calculated based on prior Symbol plurality of signals, the rotational speed of the reciprocating engine according to claim 1, characterized in that the removal of the explosive fluctuation component by computing a correction coefficient corresponding to the crank phase angle Calculation device. 前記変動成分除去手段が、前記実回転数から更に慣性変動成分をクランク位相角に対応して除去することを特徴とする請求項２に記載のレシプロエンジンの回転数算出装置。 The reciprocating engine speed calculation device according to claim 2, wherein the fluctuation component removing means further removes an inertia fluctuation component from the actual speed corresponding to a crank phase angle. 前記補正係数が、前記爆発変動成分および前記慣性変動成分を除去する値に設定されることを特徴とする請求項３に記載のレシプロエンジンの回転数算出装置。 4. The reciprocating engine speed calculation device according to claim 3, wherein the correction coefficient is set to a value for removing the explosion fluctuation component and the inertia fluctuation component. 推定爆発変動成分が角速度として推定され、前記補正係数が推定される前記角速度に基づいて求められることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載のレシプロエンジンの回転数算出装置。 Estimation explosion fluctuation component is estimated as an angular velocity, rotational speed calculation device of reciprocating engine according to any one of claims 2-4, characterized in that it is determined based on the angular velocity which the correction coefficient is estimated. 前記補正係数が、推定される前記角速度をその平均値が１となるように規格した規格化推定角速度の逆数であることを特徴とする請求項５に記載のレシプロエンジンの回転数算出装置。   6. The reciprocating engine speed calculation device according to claim 5, wherein the correction coefficient is a reciprocal of a standardized estimated angular speed obtained by standardizing the estimated angular speed so that an average value thereof is 1. 前記演算が掛け算であることを特徴とする請求項６に記載のレシプロエンジンの回転数算出装置。The reciprocating engine speed calculation device according to claim 6, wherein the calculation is multiplication. 前記角速度の推定に用いられる平滑化回転数が、前記複数の信号に基づき算出される角速度の移動平均値、または１次遅れフィルタを施した値の何れかを用いて求められることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のレシプロエンジンの回転数算出装置。 The smoothing rotation number used for the estimation of the angular velocity is obtained by using either a moving average value of angular velocity calculated based on the plurality of signals or a value subjected to a first-order lag filter. The reciprocating engine speed calculation device according to any one of claims 1 to 6 . 前記クランクの１回転に掛かる時間が一定のとき、前記複数の信号が、前記慣性変動に対応して一定の時間間隔で生成されるように構成されたことを特徴とする請求項３または４の何れか一項に記載のレシプロエンジンの回転数算出装置。 5. The structure according to claim 3 , wherein when the time required for one rotation of the crank is constant, the plurality of signals are generated at a constant time interval corresponding to the inertia change . The reciprocating engine speed calculation device according to any one of the preceding claims. 前記複数の信号が、前記クランクと一体的に回転する回転体の周方向に沿って設けられた複数の被検出部をセンサで検出することにより生成され、前記クランクの１回転に掛かる時間が一定のとき、前記複数の信号が一定の時間間隔で生成されるように、前記被検出部が前記慣性変動に対応した不等間隔のピッチで配列されることを特徴とする請求項９に記載のレシプロエンジンの回転数算出装置。   The plurality of signals are generated by detecting a plurality of detected portions provided along a circumferential direction of a rotating body that rotates integrally with the crank, and a time required for one rotation of the crank is constant. 10. The method according to claim 9, wherein the detected parts are arranged at unequal pitches corresponding to the inertia variation so that the plurality of signals are generated at a constant time interval. Reciprocating engine speed calculator. 前記補正係数が正弦波で近似されたことを特徴とする請求項２〜７、９、１０の何れか一項に記載のレシプロエンジンの回転数算出装置。The reciprocating engine rotation speed calculation device according to any one of claims 2 to 7, wherein the correction coefficient is approximated by a sine wave. 請求項１〜１１の何れか一項に記載の回転数算出装置を備えたことを特徴とするレシプロエンジン制御装置。 A reciprocating engine control device comprising the rotation speed calculation device according to any one of claims 1 to 11 . 請求項１２に記載のレシプロエンジン制御装置を備えたことを特徴とする船舶。 A ship comprising the reciprocating engine control device according to claim 12 . クランク１回転に付き複数の信号を生成し、前記複数の信号に基づいてレシプロエンジンの実回転数を算出する回転数算出方法であって、前記実回転数を算出する際に、クランク位相角、平滑化回転数、燃料噴射量の各パラメータに対して予め推定された推定爆発変動成分により、前記複数の信号に含まれる前記レシプロエンジンの爆発変動成分を相殺し、前記実回転数から前記爆発変動成分を除去することを特徴とするレシプロエンジンの回転数算出方法。 A rotation speed calculation method for generating a plurality of signals per one rotation of the crank and calculating an actual rotation speed of the reciprocating engine based on the plurality of signals, the crank phase angle when calculating the actual rotation speed , The explosion fluctuation component of the reciprocating engine included in the plurality of signals is canceled by the estimated explosion fluctuation component estimated in advance for each parameter of the smoothing rotation speed and the fuel injection amount, and the explosion fluctuation is calculated from the actual rotation speed. A method for calculating the rotational speed of a reciprocating engine, comprising removing a component .
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