JPH06509295A - 船舶の駆動機関を作動するための制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 船舶の駆動機関を作動するための制御システム本発明は一般に船舶の駆動機関を 作動するための制御システムに関する。この駆動機関は前進及び逆進用に調整可 能な少なくとも一個のクラ・ソチを有する伝動装置を介してスクリュー軸を駆動 する少なくとも一個のエンジンを使用している。

エンジンの回転速度、又はクラッチのスリップ率を変更できるための制御及びセ ンサ装置が備えられている。更に、船舶の操縦士が少なくとも一個の制御レノ＜ −を操作することによって船舶の進行方向と速度とを調整できる。制御手段を有 する少なくとも一つの制御ステーションが備えられている。制御システムは更に 、駆動機関の所望の動作状態を保持するために、入力及び出力信号を処理するた めの制御用電子機器を利用している。

駆動機関を動作するための公知の制御システムの場合は、所定の動作モードをプ リセットできる動作モード選択装置が備えられている。どの動作モードがプリセ ットされるかに応じて、制御ステーションの制御レバーには特定の機能が割当て られる。巡航モード（クルーズ）が選択された場合は、クラッチは前進用に閉し られる。所定の巡航速度を調整するために、制御レバーによってエンジンの回転 速度が変更される。動作モード選択装置によって緩速進行モード（トローリング ）がプリセットされた場合は、制御レバーに割当てられた機能が変化する。この モードが選択されている限りは、エンジンは所定の、均一な回転速度で駆動され る。進行速度は制御レバーを介して伝動装置のクラ・ソチのスｌルソブ率の数値 が選択されることによって変更される。クラッチのスＩルツブ率を介してスクリ ュー軸の回転速度が変更される。公知の制御システムは人力及び出力装置と、表 示装置と、制御及びセンサ装置とが接続された制御用電子機器を使用している。

公知の制御システムの場合、トロール又は巡航モードでの方向転換は方向／回転 速度レバーを適宜に動かすことによって行うことができる。方向転換は自動的に 周期化された手順で制御機器によって行われる。巡航モードからトローリング・ モードに切換える場合は、エンジンは回転速度を回転速度調整器によってブリセ 、ツトされた回転速度に低減する。トローリング・モードから巡航モードへと切 換える場合は、エンジンの回転速度はアイドリング回転速度の方向に切換わり、 クラ・ンチが完全に噛合い、そこでエンジンの回転速度が制御レバー位置まで高 められる。

（ドイツ特許出願公開第３９　０７　８４１号第１２段１６〜３３行）上記の制 御システムの場合、船舶の操縦士は自動的に周期化された手順によって、手動操 作をする必要はなくなるものの、そこで提案されている手順では実際には、トロ ーリング・モードから巡航モードへの、又はその逆への切換えの際に船舶の時間 特性を全体として左右できない。

従って本発明の目的は、船舶の操縦士が船舶の時間特性を特定の方法で変更する 少なくとも一つの転換補助手段を利用することによって、切換えの際に船舶の反 応に目的的に作用を及はすことにある。その場合に先ず第１に、特にスクリュー 軸の回転速度が低い接岸又は方向転換の操作の際に、反応時間を改善する必要が ある。

本発明の目的は、駆動機関の一つの動作モード（トローリング）ではクラッチが 進行方向の切換え後に完全に閉しられ、制御信号が制御用電子機器へと伝送され ることによって、クラッチの調整されたスリップ動作への切換えにより加速段階 が終了する構成によって解決される。この解決方法は船舶の操縦士による選択キ ーの操作によって制御ステーションに呼び出される手動式転換補助装置に関する ものである。トローリング・モードでの接岸又は方向転換装置では、クラッチは 走行方向の切換えの後に先ず完全に閉じられる。それによって船舶はその時点で のエンジン回転速度に対応する推進力で加速される。船舶の操縦士は加速段階を 船舶の充分な反応によって終了できる。実施例では、加速段階の終了は操舵スイ ッチ（制御レバー）の調整運動と連動している。船舶の操縦士は通常は“加速終 了”の際に制御レバーを“駆動回転速度の低減”の方向に調整することで反応す る。このような反応は、加速段階をトローリング回転速度を僅かに元に戻すこと で終了させることによって活用される。そこで制御用電子機器はクラッチをスリ ップ状態に調整された動作に切換え、それによってトローリング動作が自動的に 調整される。制御用電子機器はクラッチが熱の過負荷から防護されるようにスリ ップ状態のクラッチと連動する。

本発明の目的の別の解決方法は、駆動機関の一つの動作モード（トローリング） ではクラッチが進行方向の切換え後に完全に閉しられ、クラッチが閉じた状態で 制御信号が制御用電子機器へと伝送されることによって、スクリュー軸の回転速 度がトローリング用回転速度に調整されることによって、加速段階が終了する構 成によって解決される。この場合、制御用電子機器用の制御信号が船舶の速度か ら導出されることが有利である。所望の船舶速度に達すると、制御信号が生成さ れ、ないし制御用電子機器に供給される。好適な解決方法では、船舶の目標速度 が例えば制御スイッチによってブリセントされる。適宜の計測素子によって船舶 の速度が計測され、制御信号が目標値／現在値の比較によって導出される。その 場合、水に対する船舶の相対速度、又は地上に対する船舶の絶対速度が基準にさ れる。最初の可能性は例えば海難時の救助の際に有利であり、後者は固定された 施設の領域で活用される。このような提案によって、転換補助手段を備える場合 はこれを自動化することができる。

最後に上記の目的の別の解決方法は、駆動機関の一つの動作モード（トローリン グ）では、プリセットされたトローリング用回転速度と回転方向とがスクリュー 軸で調整されるまでクラッチが閉しられ、スクリューがタービンとして作動でき る遷移領域で制御用電子機器がスクリュー軸の回転速度を一定に保持できる構成 にある。この解決方法では、プリセットされたトローリング用回転速度と回転方 向が自動的にスクリューと調整される。引き続いて制御用電子機器は、転換行程 の際にスクリューが遷移領域がタージンとして駆動されることができるというこ とを考慮に入れつつ、制御及びセンサ手段を用いてスクリューの回転速度を一定 に保持する。この転換補助手段は前述の通り自動化することができ、且つ、特に 船舶の速度をゆっくりと上昇させる必要がある操縦の際に特に適している。

制御システムの好適な構成では、制御ステーションは所望の転換手順をブリセン トするための手段を利用している。この手段は例えば好ましくは発光キーとして 構成された選択スイッチから成ることができる。キーを操作することによって、 特定の転換手順をプリセットすることができ、この手順はその後、船舶の接岸又 は方向転換の際に半自動的、又は全自動的に開始される。冒頭に述べた、手動的 に開始される転換補助手段の場合は、制御レバーがトローリング回転速度を調整 するために短期間だけ操作される。この調整の際に負の調整勾配が生ずる。

エンジンの回転速度を巡航モードに調整するための制御レバーを介して進行速度 を選択するための制御システムの有利な構成は、緩速進行用に許容されるエンジ ンの回転速度用に調整可能である制御レバーの運動経路の領域内で、緩速進行モ ード用の目標値と回転速度の調整の重複が行われることである。この重複とは、 この領域でエンジン回転数の変更の代わりに、又は変更を補足して、スクリュー 軸の回転速度の変更、すなわちトローリング回転速度の変更が優先的に行われる ことを意味している。この重複は好適に公知の電気的手段で達成される。

経済的且つ環境になじむ駆動のために、緩速進行モード用のプリセットされたス クリュー軸回転速度に自動的に所定のエンジン回転速度を相関させることが有利 である。トローリング回転速度とエンジン回転速度とのこのような相関は、エン ジンの特定の動作パラメタに応じて行うことができる。このパラメタとは例えば 、燃費、排ガスの成分又はその他の特性値である。

次に本発明の実施例を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

第１図は制御システムの概略図である。

第２図及び第３図は転換補助手段の周期図である。

第４図、第５図及び第６図は制御レバーの揺動角に応じた種々の回転速度グラフ である。

第７図は負の調整勾配が生成される制御レバーの概略図である。

第１図には、船舶の駆動機関を動作するため制御システムの大幅に簡略化した概 略図を示している。駆動機関は少なくとも一個のエンジン１を有し、その駆動軸 ２は伝動装置３と連結されている。伝動装置３の内部には互いに噛合って連結さ れた歯車（詳細には図示せず）が配設されている。更に、少なくとも一個のクラ ッチ４が備えられている。クラッチ４は３つの切換え状態で動作可能である。

クラッチは完全に開放されるか、完全に閉鎖される。更にクラッチは調整された スリップ動作状態でも動作できる。このクラッチ４は油圧式に作動可能な、湿式 ディスク・クラッチであることが好ましい。クラッチの圧力調整器５を用いてク ラッチ４のスリップ率を調整することができる。伝動装置３からスクリュー軸６ で示した駆動軸がスクリュー７に延びている。

エンジン１の駆動軸２の回転速度は回転速度センサ８によって検知することがで きる。別の回転速度センサ９がスクリュー軸の回転速度を検知するためにスクリ ュー軸６に取付けられている。

進行方向調整器１０によって伝動装置３が前進又は逆進状態に切換えられる。

温度センサ１１はクラッチ４の動作温度を監視する。

回転速度センサ８．９と、クラッチの圧力調整器５と、進行方向調整器１０とは 電子制御装置Ｉ２と連結されている。伝動装置３はセンサ及び制御手段８．９． １１並びに５及び１０と共にモジュール１３として統合できる。

電子制御装置は電線１４を経て制御ステーション１５に接続されている。線１４ には船舶の速度センサ１８の接続線と、システム・プラグ１７用の接続線とが接 合しており、前記システム・プラグは必要に応してシステム診断用機器と接続す ることができる。

制御ステーションＩ５は一連の制御、切換え及び調整素子を備えている。詳細に 述べると、これらの素子は進行方向の命令発生器１８と、緩速進行モード（トロ ーリング・モード）でのスクリュー軸６回転速度の目標値設定器１９と、船舶の 操縦士に駆動機関の正常な動作を表示する制御ランプ２０と、正常の動作との偏 差が生じた場合にその旨の信号を発進する警報ランプ２１．２２である。作動ス イッチ２３は、動作モード緩速進行”　（トローリング）を選択する役割を果た し、更に転換補助手段をプリセットするための別の作動スイッチ２４も備えられ ている。キー２５は非常スイフチであり、キー２６によって電流の接続及び遮断 が行われる。

本発明の重要な特徴は、船舶の操縦士が緩速進行モード、すなわちクローリング 運行で（作動スイッチ２３が操作される）、転換補助手段を使用できることにあ る。作動スイッチ２４を用いて、船舶の操縦士は、必要性に応じて所定の転換補 助手段をプリセットすることができる。プリセットされた転換補助手段は、電子 制御機器１２が所定の制御信号を伝送すると起動される。

第２図に示した周期図は、半自動的に進行する転換補助手段の作用を示している 。船舶は例えば９００　Ｕ／分の所定のエンジン回転速度で駆動される。先ず、 伝動装置３が逆ギヤに切換えられる。（上から２番目の図）船舶は緩速進行モー ドで＋ｏＯＵ／分のスクリュー回転速度で移動する。クラッチ４は調整された、 スリップ動作状態で動作する。すなわち、クラッチには薄層パケット間の相対運 動を可能にする特定のクラッチ圧が加えられる。（上から４番目の図を参照。） スクリュー軸の回転速度は１００Ｕ／分であるトローリング目標回転速度の絶対 値と対応する。正負の符号は逆方向への進行であるため負である。船舶は例えば ３ノツトの逆進速度で移動する。逆進から方向を逆転する場合には、伝動装置は ニュートラル位置を経て前進方向に切換えられる。（上から２番目の図）クラッ チ圧は伝動装置のニュートラル位置で完全に除去される。前進方向への切換えと ともにクラッチは完全に閉じられるので、クラッチ圧は迅速にその最大値に達す る。（上から４番目の図を参照）スクリュー軸の回転速度は上昇し始め、本実施 例では４００Ｕ／分でその最大値に達する。この回転速度値は当該のエンジン回 転数とギヤ変速比とによって左右される。船舶の速度は遅くなり、ゼロを通過し て、前進方向に上昇し始める。（最も下の図を参照）クラッチが完全に閉じると 共に、船舶は様々な影響、例えばエンジンの回転速度、クラッチ圧、電流状態等 によって左右される実際のスクリュー軸回転速度で加速される。船舶の操縦士は 船舶の反応を観察する。船舶の反応が充分であるものと操縦士が判断すると即座 に、操縦士は付のようにして加速段階を終了する。

トローリングの目標回転速度を調整する制御レバー２７を短期間だけ、調整され た目標回転速度を低減する方向に調整する。この短期間の戻しで、負の調整勾配 が生じ、これが制御機器１２に伝送される。この制御信号は制御機器１２によっ て、加速段階が終了するべきであるとして解釈される。調整されたトローリング の目標回転速度の短期間の戻しは（上から３番目の図）、そうではない場合には 直線的に延びているトローリングの目標回転速度の特性曲線に湾曲部が見られる ことによって概略的に示される。制御用電子機器が制御信号を受信すると直ちに 、クラッチ圧は、それがトローリング目標回転速度もしくはスクリュー軸の回転 速度、もしくは船舶の所望速度に対応する値に低減される。

転換補助手段の作用は第２図の下の図に示されている。前進方向に切換えた後、 及び船舶の速度がゼロから動いた後に、船舶の速度は、操縦士が制御信号の発生 によって前述のように加速段階を終了するまで、比較的急速に前進方向に上昇す る。このような時間特性は、下の図に太い実線で示しである。これに対して点線 ２８は転換補助手段を脩えていない船舶の時間特性を示している。比較的大幅に 遅い時点で前進方向での船舶速度に達することが明白である。

前述の転換補助手段と共に活用される別の転換補助手段は、トローリング動作に おいて、クラッチ４が前進方向に切換えた後ですぐに完全に閉じられることであ る。それによって、船舶は選択されたエンジン回転速度と比例する推進力で加速 される。システム力学を考慮しつつ船舶が所望の速度に達すると即座に、制御機 器１２はクラッチの閉鎖によって加速を中断し、目標速度に達するまでトローリ ング回転速度をスクリュー軸回転速度に適応するように調整する。速度の計測は 前述のセンサ１６が行う。第１の転換補助手段とは異なり、この種類の転換補助 手段は自動化されている。

第３図に示した図には、転換補助手段の第３の可能性が示されている。上から４ 番目の図から、前進方向への切換えの際にクラッチ４は先ず、プリセットされた トローリング回転速度と回転方向がスクリュー軸６と適応するように調整される まで閉じられることが判る。制御用電子機器１２はスクリュー７に作用するター ビンの駆動モーメントに抗して、スクリュー軸の回転速度をも一定に保つ。この ような転換補助手段は、例えば曳航の際に望ましいように、ゆっくりとした速度 上昇が必要である航法で進行する必要がある場合に特に有利である。

作動スイッチ２４によって転換補助手段をダイアル合わせし、もしくはプリセッ トすることができる。本発明に従った制御システムは、転換補助手段全体を所望 どうりに利用できる場合に特にフレキシブルに活用できる。このような場合は、 船舶の操縦士は、作動スイッチ２４を介して全部で３つ利用できる転換補助手段 ４のうちの一つをプリセットすることができる。船舶の駆動機関はこの場合、ど んな状況での実際の条件にも適応できる。

第４図ないし第６図に示したグラフから、制御レバーの揺動角に応じた回転速度 の状態を参照することができる。第４図に示したグラフは２つの制御レバーを有 するカバー・スイッチに基づくものである。第１のこの制御レバーによって、特 定の進行方向と、特定のエンジン回転速度をプリセットすることができる。

もう一つの制御レバーによって特定の目標トローリング回転速度を調整できる。

第５図のグラフは制御レバーを有するカバー・スイッチを示したものである。

この制御レバーによって特定の進行方向と特定のエンジン回転速度をプリセット することができる。トローリング運行にも許容され、又は適合するエンジン回転 速度を調整できる領域では、トローリング回転速度用の目標値調整の重複が自動 的に優先的に行われる構成にされている。緩速進行モードで運行されるこの領域 は点線３１で示されている。最小のエンジン回転速度では最小のトローリング回 転速度が重複されるように回転速度が重複されることが有利である。トローリン グ運行で許容される最大のエンジン回転速度には、可能な最大のトローリング回 転速度が相関される。

第６図に示したグラフには、−個又は二個の制御レバーを備えることができるカ バー・スイッチに基づいている。巡航モードでは、−個又は双方の制御レバーに よって進行方向が切換えられ、エンジンの回転速度が調整される。（実線）トロ ーリング運行では、一つの制御レバーによってトローリング・スクリュー軸回転 速度の設定が可能である。（点線）電子制御機器１２ないし、特別のエンジン用 電子機器によって、プリセットされたトローリング回転速度に特定のエンジン回 転速度が相関せしめられる。この相関はエンジン又は伝動装置の特定の動作パラ メタに応じて行われる。この動作パラメタは、例えば、燃費、クラッチの熱応力 又は排ガスの排出値のような特性値である。

第７図にはトローリング回転速度を調整できる制御レバー２７又は制御スイッチ を概略的に示している。制御レバー２７は２つの終端位置（例えば０％及び１０ ０％）の間を揺動可能である。終端位置（０％）に接したセクター２９では、制 御レバー２７は例えば圧縮ばね３０の力のような抵抗に抗してのみ更に低減する 方向に揺動可能である。このような措置によって、制御レバー２７が、トローリ ング目標回転速度をそこから更に低減することが不可能である終端位置にある場 合にも、負の調整勾配を生ずることが可能になる。前述の措置によって、システ ムの確実性が高められる。

発明の詳細 な説明したように、船舶の操縦士が緩速進行モード、すなわちクローリング運行 で転換補助手段を使用することによって、トローリング・モードから巡航モード への、又はその逆への切換えの際に船舶の時間特性を全体として制御できる。

国際調査報告 フロントページの続き （７２）発明者　デーベル　クリシュトフドイツ連邦共和国　デー７９９７　イ ンメンシュタット　メールスプルゲル　ストラーセ（７２）発明者　フォス　ト ーマス ドイツ連邦共和国　デー７９９２　テットナング　１　セント　ツーベルト　ス トラーセ（７２）発明者　マウレル　ゲルハルトドイツ連邦共和国　デー７９９ ０　フリートリッヒシャフェン　アイリンゲル　ストラーセ７５ （７２）発明者　ブライヒ　マンフレットドイツ連邦共和国　デー７９９０　フ リートリッヒシャフェン　フレッシエンストラーセ（７２）発明者　アラニル　 ライムントドイツ連邦共和国　デー７９９１　エリスキルヒ　マリーンストラー セ　５７ （７２）発明者　プリンク　ベーター ドイツ連邦共和国　デー７７７２　ウールデインゲン　ミュールホラフェン　１ 　ランチレス　リート１４ （７２）発明者　ロート　ギュンター ドイツ連邦共和国　デー７７７８　マルクドルフ　ァム　スボルトプラッツ　３

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．前進及び逆進用に調整可能な少なくとも一個のクラッチ（４）を有する伝動 装置（３）を介してスクリュー軸（６）を駆動する少なくとも一個のエンジン（ １）と、少なくとも一個の制御レバー（２７）の操作によって船舶の進行方向と 速度とを調整するための制御手段（１８−２６）を有する、少なくとも一つの制 御ステーションと、入力及び出力信号を処理するための制御用電子機器（１２） とを有し、エンジンの回転速度及びクラッチのスリップ率の双方又は一方に作用 する制御及びセンサ装置（５、８、９、１０、１１、１２、１６、１７、２７） とを搭載した、船舶の駆動機関を作動するための制御システムにおいて、駆動機 関の一つの動作モード（緩速モード、トローリング）ではクラッチ（４）が進行 方向の切換え後に完全に閉じられ、制御信号が制御用電子機器（１２）へと伝送 されることによって、クラッチ（４）の調整されたスリップ動作への切換えによ り加速段階が終了する構成であることを特徴とする制御システム。
2. ２．駆動機関の一つの動作モード（緩速モード、トローリング）ではクラッチ（ ４）が走行方向の切換え後に完全に閉じられ、クラッチ（４）が閉じた状態で制 御信号が制御用電子機器（１２）へと伝送されることによって、スクリュー軸（ ６）の回転速度がトローリング用回転速度に調整されることによって、加速段階 が終了する構成であることを特徴とする請求の範囲１のプレアンブルに記載の制 御システム。
3. ３．駆動機関の一つの動作モード（緩速モード、トローリング）では、プリセッ トされたトローリング用回転速度と回転方向とがスクリュー軸（６）で調整され るまでクラッチ（４）が閉じられ、スクリュー（７）がタービンとして作動でき る遷移領域で制御用電子機器（１２）がプリセットされたスクリュー軸の回転速 度を一定に保持することを特徴とする請求の範囲１のプレアンブルに記載の制御 システム。
4. ４．トローリング用回転速度の低減の結果として生ずる制御レバーの負の調整勾 配によって制御用電子機器（１２）用の制御信号が供給されることを特徴とする 請求の範囲１記載の制御システム。
5. ５．規定の船舶速度に達すると、制御用電子機器（１２）用の制御信号が供給さ れることを特徴とする請求の範囲２記載の制御システム。
6. ６．転換手順をプリセットする手段（作動スイッチ２４）を備えたことを特徴と する、駆動機関の動作モードを制御可能な制御ステーション（１５）を備えた請 求の範囲１、２又は３記載の制御システム。
7. ７．制御レバー（２７）を終端位置の一つに隣接する領域で抵抗に抗して調整可 能であることを特徴とする、緩速進行モードでの進行速度を選択するために、２ つの終端位置の間で揺動可能な少なくとも一個の制御レバーを有する少なくとも 一つの制御ステーション（１５）を備えた請求の範囲１記載の制御システム。
8. ８．緩速進行用に許容されるエンジンの回転速度用に調整可能である制御レバー の領域内で、スクリュー軸の回転速度の目標値の調整の重複が優先的に生じて、 この領域で駆動機関が緩速進行モードで駆動されることを特徴とする、巡航モー ド（クルーズ）にエンジン回転速度を調整することにより進行速度を選択するた めの制御レバーを有する少なくとも一つの制御ステーション（１５）を備えた請 求の範囲１ないし３項の一項記載の制御システム。
9. ９．前記重複が電気的手段で行われることを特徴とする請求の範囲８記載の制御 システム。
10. １０．緩速進行モード用のプリセットされたスクリュー軸の回転速度を動作パラ メタに左右されるエンジン回転速度に自動的に制御用電子機器（１２）によって 相関させることを特徴とする請求の範囲１、２又は３項の一項に記載の制御シス テム。