JP5185056B2 - エンジン回転数制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジン異常検知時の目標エンジン回転数補正手段を有するエンジン回転数制御装置の技術に関する。
従来、エンジン異常検知時に、安全のために目標エンジン回転数を低減する制御手段を有するエンジン回転数制御装置は公知となっている。例えば、特許文献１は、異常検知時モードでコントロールレバーによる指令エンジン回転数が所定値以上で、かつ実エンジン回転数がその所定値以上の場合には、燃料噴射量を低減して目標エンジン回転数を低減する舶用ディーゼルエンジンの回転制御システムを開示している。
しかし、特許文献１に開示される舶用ディーゼルエンジンの回転制御システムは、制御対象がエンジン回転数であるため、船速自体がエンジン回転数の低減傾向と必ずしも一致しない場合は、エンジン異常検知時において、操作者にとって緩やかな減速感を与えることができない。言い換えれば、エンジンの駆動対象の出力速度とエンジン回転数との低減傾向が一致しない場合には、安全のために目標エンジン回転数を低減する制御手段を有するエンジン回転数制御装置は、エンジン異常検知時において、操作者にとって緩やかな減速感を与えることができない。
特許第２６８９１１９号公報
本発明の課題は、エンジン回転数を低減するにあたって、エンジンの駆動対象の出力速度を徐々に減速するエンジン回転数制御装置を提供することである。
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
即ち、請求項１においては、実エンジン回転数検知手段と、目標エンジン回転数指令手段と、実エンジン回転数と目標エンジン回転数とに基づく燃料噴射量演算手段と、エンジン異常検知手段と、エンジン異常検知時の目標エンジン回転数補正手段と、を有するエンジン回転数制御装置において、前記エンジン異常検知時の目標エンジン回転数補正手段は、エンジン回転数とエンジンの駆動対象の出力速度との相関特性に基づいて、出力速度を一定の時間的変化割合の減速率で定まる目標出力速度に沿わせながら、目標エンジン回転数が所定の異常回避エンジン回転数に移行するように、目標エンジン回転数を補正するものである。
請求項２においては、実エンジン回転数検知手段と、目標エンジン回転数指令手段と、実エンジン回転数と目標エンジン回転数とに基づく燃料噴射量演算手段と、エンジン異常検知手段と、エンジン異常検知時の目標エンジン回転数補正手段と、を有するエンジン回転数制御装置において、前記エンジン異常検知時の目標エンジン回転数補正手段は、エンジン回転数とエンジンの駆動対象の出力速度との相関特性に基づいて、出力速度を減速開始から終了まで経時的に増加する時間的変化割合の減速率で定まる目標出力速度に沿わせながら、目標エンジン回転数が所定の異常回避エンジン回転数に移行するように、目標エンジン回転数を補正するものである。
請求項３においては、目標エンジン回転数指令手段と、実エンジン回転数検知手段と、実エンジン回転数と目標エンジン回転数とに基づく燃料噴射量演算手段と、エンジン異常検知手段と、エンジン異常検知時の目標エンジン回転数補正手段と、を有するエンジン回転数制御装置において、前記エンジン異常検知時の目標エンジン回転数補正手段は、エンジン回転数とエンジンの駆動対象の出力速度との相関特性に基づいて、出力速度を一定の時間的変化割合の減速率で定まる目標出力速度に沿わせながら、目標エンジン回転数が所定の異常回避エンジン回転数に移行するように、目標エンジン回転数を補正するか、或いは、エンジン回転数とエンジンの駆動対象の出力速度との相関特性に基づいて、出力速度を減速開始から終了まで経時的に増加する時間的変化割合の減速率で定まる目標出力速度に沿わせながら、目標エンジン回転数が所定の異常回避エンジン回転数に移行するように、目標エンジン回転数を補正するか、を設定する選択手段を備えるものである。
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
請求項１においては、エンジン異常検知時において、エンジンの駆動対象の出力速度そのものについて、減速率を所定率として減速するため、エンジン異常検知時に操作者にとって緩やかな減速感を与えることができる。
請求項２においては、エンジン異常検知時において、エンジンの駆動対象の出力速度そのものについて、減速率を経時的に増加させて減速するため、エンジン異常検知時に操作者にとって緩やかな減速感を与えることができる。
請求項３においては、エンジン異常検知時の出力速度の減速率特性を操作者が任意に選択することができる。
次に、発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係るエンジンの構成を示す構成図、図２は同じくディレート制御の信号伝達を示すブロック線図、図３は同じくディレート制御の実施形態１の推移を示すグラフ図である。図４は同じくディレート制御の実施形態２の推移を示すグラフ図である。
図１を用いて、本発明の実施形態であるエンジン１００について説明する。エンジン１００は、船舶に搭載され、舶用エンジンとして推進ユニット１１０を駆動するエンジンである。また、エンジン１００は、エンジン本体１０と、エンジン回転数制御装置２０と、を備えている。
エンジン本体１０は、直墳式４気筒ディーゼルエンジンである。エンジン本体１０の出力軸１１は、推進ユニット１１０に接続されている。また、エンジン本体１０の出力軸１１には、フライホイール１２が設けられている。推進ユニット１１０は、出力軸１１の駆動によってプロペラ１１１を駆動するユニットである。
エンジン本体１０は、燃料噴射ポンプ２１と、インジェクタ２２・２２・２２・２２と、を備えている。燃料は、燃料噴射ポンプ２１によって圧送されてインジェクタ２２・２２・２２・２２によって各シリンダー内に噴射される。また、燃料噴射ポンプ２１は、電子ガバナ機構から構成され、ラックアクチュエータ４３を備えている。
エンジン回転数制御装置２０は、エンジン異常検知時に、安全のために目標エンジン回転数を低減する制御（以下、ディレート制御）を実施する装置である。エンジン回転数制御装置２０は、Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ（以下、ＥＣＵ）４０と、アクセル４１と、エンジン回転数センサー４２と、ラックアクチュエータ４３と、設定装置４４と、を接続して構成されている。
ＥＣＵ４０は、演算装置５０と、記憶装置５１と、を備えている。アクセル４１は、船舶の操舵席に設けられている。また、アクセル４１は、目標エンジン回転数指令手段として、ＥＣＵ４０に対して指令エンジン回転数Ｎｓｅｔを指令する機能を有する。エンジン回転数センサー４２は、フライホイール１２近傍に設けられている。また、エンジン回転数センサー４２は、実エンジン回転数検知手段として、実エンジン回転数Ｎｅを検出し、ＥＣＵ４０に送信する機能を有する。ラックアクチュエータ４３は、後述する噴射量演算部６６により算出される最終目標噴射量Ｑｆｉｎａｌに基づいて、燃料噴射量を調整する装置である。設定装置４４は、選択手段として、エンジン１００の諸機能についての選択又は設定を行う機能を有する。
図２を用いて、ディレート制御の信号伝達について説明する。演算装置５０は、Ｖｓ算出部６１、異常検出部６２、Ｖｓｅｔパターン生成部６３、Ｎｓｅｔ´算出部６４、Ｎｓｅｔ切替部６５、及び噴射量演算部６６と、しての機能を備えている。
Ｖｓ算出部６１は、エンジン回転数センサー４２によって送信される実エンジン回転数Ｎｅを船速Ｖｓに変換して算出する機能を有する。エンジン回転数とエンジンの駆動対象の出力速度との相関特性としての実エンジン回転数Ｎｅと船速Ｖｓとの相関はマップとして、予め記憶装置５１に設定されている。なお、Ｖｓ算出部６１の代わりに、ＧＰＳから船舶の現在位置を把握して、船速Ｖｓを算出しても良い。また、航行時の水の抵抗から船速Ｖｓを算出しても良い。
異常検出部６２は、エンジン異常検知手段としての機能を有する。より具体的には、異常検出部６２は、エンジン１００の異常を検出すれば、後述するＶｓｅｔパターン生成部６３及び噴射量演算部６６にディレート要求フラグのＯＮ／ＯＦＦを送信する機能を有する。エンジン１００の異常とは、例えば、エンジン１００の冷却水温度が設定値を超える、或いはエンジン１００の潤滑油圧力が設定値を超える等の異常状態をＥＣＵ４０が認識した状態をいう。
Ｖｓｅｔパターン生成部６３、Ｎｓｅｔ´算出部６４及びＮｓｅｔ切替部６５は、エンジン異常検知時の目標エンジン回転数補正手段としての機能を有する。より具体的には、Ｖｓｅｔパターン生成部６３は、ディレート要求フラグＯＮ／ＯＦＦとそのときの船速Ｖｓとより、Ｖｓｅｔパターンに基づいて、目標船速Ｖｓｅｔを算出する機能を有する。ここで、Ｖｓｅｔパターンについて詳細は後述する。また、Ｎｓｅｔ´算出部６４は、船速Ｖｓと目標船速Ｖｓｅｔとの偏差が０となるように、ディレート用目標エンジン回転数Ｎｓｅｔ´を算出する機能を有する。さらに、Ｎｓｅｔ切替部６５は、ディレート要求フラグのＯＮ／ＯＦＦに基づいて、最終目標エンジン回転数Ｎｓｅｔｆとして、ディレート用目標エンジン回転数Ｎｓｅｔ´又は指令エンジン回転数Ｎｓｅｔを選択する機能を有する。より具体的には、Ｎｓｅｔ切替部６５は、ディレート要求フラグＯＮの場合には、最終目標エンジン回転数Ｎｓｅｔｆとしてディレート用目標エンジン回転数Ｎｓｅｔ´を選択し、ディレート要求フラグＯＦＦの場合には、最終目標エンジン回転数Ｎｓｅｔｆとして指令エンジン回転数Ｎｓｅｔを選択する。
噴射量演算部６６は、燃料噴射量演算手段としての機能を有する。より具体的には、噴射量演算部６６は、最終目標エンジン回転数Ｎｓｅｔｆと、エンジン回転数センサー４２によって送信される実エンジン回転数Ｎｅと、の偏差が０となるように最終目標噴射量Ｑｆｉｎａｌを算出する機能を有する。
［実施形態１］
図３を用いて、ディレート制御の実施形態１について説明する。図３において、横軸については、時間軸（ｔ）を表し、縦軸については、上段がディレート要求フラグのＯＮ／ＯＦＦを表し、中段が目標船速Ｖｓｅｔ（図における実線）及び船速Ｖｓ（図における破線）を表し、下段が指令エンジン回転数Ｎｓｅｔ（図における破線）及びディレート用目標エンジン回転数Ｎｓｅｔ´（図における実線）を表している。なお、下段には、最終目標エンジン回転数Ｎｓｅｔｆとして選択されたディレート用目標エンジン回転数Ｎｓｅｔ´又は指令エンジン回転数Ｎｓｅｔについて表している。
また、図３において、ディレート要求フラグのＯＮが送信されたときの目標船速Ｖｓｅｔを初期船速Ｖ１と定義し、ディレート要求フラグのＯＮが送信されたときの指令エンジン回転数Ｎｓｅｔを初期エンジン回転数Ｎ１と定義する。さらに、ディレート制御における最終目標であるエンジン回転数を異常回避エンジン回転数Ｎ２と定義し、異常回避エンジン回転数Ｎ２に対応する船速を異常回避船速Ｖ２と定義する。
実施形態１における第１ＶｓｅｔパターンＰ１は、目標船速Ｖｓｅｔの減速率を所定率に保ちながら、初期船速Ｖ１から異常回避船速Ｖ２に向かって移行させるＶｓｅｔパターンである。なお、ＶｓｅｔパターンＰ１は、マップとして予めＥＣＵ４０の記憶装置５１に記憶されている。
言い換えれば、実施形態１において、ディレート要求フラグのＯＮが送信されたとき、初期船速Ｖ１から異常回避船速Ｖ２まで所定の減速率によって減速する目標船速Ｖｓｅｔが算出され、この目標船速Ｖｓｅｔに対応するディレート用目標エンジン回転数Ｎｓｅｔ´が算出される。
このようにして、エンジン１００の異常検知時において、エンジン１００の駆動対象である船舶の船速Ｖｓそのものについて、減速率を所定率として減速するため、エンジン異常検知時に操作者にとって緩やかな減速感を与えることができる。
［実施形態２］
図４を用いて、ディレート制御の実施形態２について説明する。図４において、横軸及び縦軸については、図３と同様であり説明を省略する。また、初期船速Ｖ１、異常回避船速Ｖ２、初期エンジン回転数Ｎ１、及び異常回避エンジン回転数Ｎ２は、実施形態１と同様に定義するものとする。
実施形態２における第２ＶｓｅｔパターンＰ２は、目標船速Ｖｓｅｔの減速率を経時的に増加して、初期船速Ｖ１から異常回避船速Ｖ２に向かって移行させるＶｓｅｔパターンである。なお、ＶｓｅｔパターンＰ２は、マップとして予めＥＣＵ４０の記憶装置５１に記憶されている。
言い換えれば、実施形態２において、ディレート要求フラグのＯＮが送信されたとき、初期船速Ｖ１から異常回避船速Ｖ２まで経時的に増加する減速率によって減速する目標船速Ｖｓｅｔが算出され、この目標船速Ｖｓｅｔに対応するディレート用目標エンジン回転数Ｎｓｅｔ´が算出される。
このようにして、エンジン１００の異常検知時において、エンジン１００の駆動対象である船舶の船速Ｖｓそのものについて、減速率を経時的に増加させて減速するため、エンジン異常検知時に操作者にとって緩やかな減速感を与えることができる。
なお、ディレート制御中に操作者がエンジン異常に気付き、アクセル４１を操作して、異常回避エンジン回転数Ｎ２より小さい目標エンジン回転数まで減速操作する状況が考えられる。そこで、実施形態１及び２において、ディレート制御中にアクセル４１が操作され、指令エンジン回転数Ｎｓｅｔが異常回避エンジン回転数Ｎ２より小さくなった場合は、最終目標エンジン回転数Ｎｓｅｔｆを指令エンジン回転数Ｎｓｅｔに戻すものとしている。なお、異常回避エンジン回転数Ｎ２より大きい最終目標エンジン回転数Ｎｓｅｔｆとなることは許可されないものとする。
このようにして、ディレート制御における減速後も、アクセル４１操作を有効とできるため、船舶の操作性が向上する。
［実施形態３］
さらに、ディレート制御の実施形態３について説明する。実施形態３におけるＶｓｅｔパターンは、第１ＶｓｅｔパターンＰ１又は第２ＶｓｅｔパターンＰ２のいずれかを、操作者が設定装置４４によって任意に選択できるものとしている。このようにして、エンジン１００の異常検知時において、エンジン１００の駆動対象である船舶の船速Ｖｓの減速率特性を操作者が任意に選択することができるため、船舶の操作性が向上する。
なお、本発明に係るエンジン制御は舶用用途に限られるものではなく、異常検知時にエンジン回転数を自動的に減速するエンジンにおいて有効に利用できる。
本発明の実施形態に係るエンジンの構成を示す構成図。 同じくディレート制御の信号伝達を示すブロック線図。 同じくディレート制御の実施形態１の推移を示すグラフ図。 同じくディレート制御の実施形態２の推移を示すグラフ図。
１０ エンジン本体
２０ エンジン回転数制御装置
４０ ＥＣＵ
４１ アクセル
４２ エンジン回転数センサー
４４ 設定装置
５０ 演算装置
５１ 記憶装置
６１ Ｖｓ算出部
６２ 異常検出部
６３ Ｖｓｅｔパターン生成部
６４ Ｎｓｅｔ´算出部
６５ Ｎｓｅｔ切替部
６６ 噴射量演算部
１００ エンジン
Ｖｓ 船速
Ｖｓｅｔ 目標船速
Ｎｓｅｔ 指令エンジン回転数
Ｎｓｅｔ´ ディレート用目標エンジン回転数
Ｎ２ 異常回避エンジン回転数
Ｐ１ 第１Ｖｓｅｔパターン
Ｐ２ 第２Ｖｓｅｔパターン

Claims (3)

  1. 実エンジン回転数検知手段と、目標エンジン回転数指令手段と、実エンジン回転数と目標エンジン回転数とに基づく燃料噴射量演算手段と、エンジン異常検知手段と、エンジン異常検知時の目標エンジン回転数補正手段と、を有するエンジン回転数制御装置において、前記エンジン異常検知時の目標エンジン回転数補正手段は、エンジン回転数とエンジンの駆動対象の出力速度との相関特性に基づいて、出力速度を一定の時間的変化割合の減速率で定まる目標出力速度に沿わせながら、目標エンジン回転数が所定の異常回避エンジン回転数に移行するように、目標エンジン回転数を補正することを特徴とするエンジン回転数制御装置。
  2. 実エンジン回転数検知手段と、目標エンジン回転数指令手段と、実エンジン回転数と目標エンジン回転数とに基づく燃料噴射量演算手段と、エンジン異常検知手段と、エンジン異常検知時の目標エンジン回転数補正手段と、を有するエンジン回転数制御装置において、前記エンジン異常検知時の目標エンジン回転数補正手段は、エンジン回転数とエンジンの駆動対象の出力速度との相関特性に基づいて、出力速度を減速開始から終了まで経時的に増加する時間的変化割合の減速率で定まる目標出力速度に沿わせながら、目標エンジン回転数が所定の異常回避エンジン回転数に移行するように、目標エンジン回転数を補正することを特徴とするエンジン回転数制御装置。
  3. 目標エンジン回転数指令手段と、実エンジン回転数検知手段と、実エンジン回転数と目標エンジン回転数とに基づく燃料噴射量演算手段と、エンジン異常検知手段と、エンジン異常検知時の目標エンジン回転数補正手段と、を有するエンジン回転数制御装置において、前記エンジン異常検知時の目標エンジン回転数補正手段は、エンジン回転数とエンジンの駆動対象の出力速度との相関特性に基づいて、出力速度を一定の時間的変化割合の減速率で定まる目標出力速度に沿わせながら、目標エンジン回転数が所定の異常回避エンジン回転数に移行するように、目標エンジン回転数を補正するか、或いは、エンジン回転数とエンジンの駆動対象の出力速度との相関特性に基づいて、出力速度を減速開始から終了まで経時的に増加する時間的変化割合の減速率で定まる目標出力速度に沿わせながら、目標エンジン回転数が所定の異常回避エンジン回転数に移行するように、目標エンジン回転数を補正するか、を設定する選択手段を備えることを特徴とするエンジン回転数制御装置。
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