CN102245879B - 柴油机的控制方法和控制装置、以及具备该控制装置的船舶 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有增压机的柴油机用的控制装置，将根据增压机的运行状况决定燃料量的燃料限制运算器（3）连接于向调节器架发送操作信号的燃料限制部（27）。燃料限制运算器（3）根据运行中的增压机的转速和/或增压机的运行台数决定燃料限制值，燃料限制部（27）根据该燃料限制值决定燃料喷射量。

Description

柴油机的控制方法和控制装置、以及具备该控制装置的船舶

技术领域

本发明涉及具有增压机（superchargers）的柴油机的控制方法和控制装置、以及具备该控制装置的船舶。

背景技术

在柴油机中，为了提高扫气（Scavenging）压力或吸气压力，提高柴油机的输出，有时候附设增压机。图5表示这样的柴油机的扫气系统和排气系统。在柴油机中，对从扫气管51提供给汽缸52内的扫气气体中喷射燃料，燃料着火膨胀，能量作为旋转动力输出。燃烧产生的排气从排气阀（未图示）向排气管53集合。从排气管53来的排气，在向柴油机外排出之前通过增压机54。在增压机54，排气使排气透平机54a旋转，再使排气透平机54a上连结的空压机54b旋转。空压机54b能够将大气压缩，将该压缩气体输送到扫气管51。还有，在柴油机负荷低的情况下，排气的能量小，因此增压机54能够提供的压缩气体量小，从而，不足的部分由辅助鼓风机55提供。如果负荷在某种程度上升，则由于利用增压机54提供压缩气体，辅助鼓风机55停止。

已经知道，在船舶等用的具有多个增压机的柴油机中，通过减少增压机的运行台数，即所谓削减增压机，能够减少使柴油机低负荷运行的情况下的燃料消耗量。削减增压机通过关闭排气管与增压机排气透平机之间以及增压机压缩机与扫气管之间的增压机截止阀56进行。柴油机低负荷时，增压机在转速低、效率低的领域运行，因此能量的回收也不理想，但是一旦削减增压机，排气集中于正在运行的增压机中流动，因此在柴油机低负荷时也能够提高增压机效率，能够提高能量回收率。又，在削减压缩机的情况下，从排气管流出的排气量被减少，排气管压力上升，通过汽缸，扫气管压力也上升，因此汽缸内的压缩压力的最高压力也上升，柴油机的燃烧效率得到提高。也就是说，总体上，在低负荷运行时，削减压缩机比使全部增压机运行更能够节省燃料消耗量。

在专利文献1中，记载着作为削减增压机和类似的运行形态，削减增压机的压缩机侧和透平机侧的容量的例子。该例子也是想要改善低负荷等情况下的增压机的效率、改善燃耗的例子。

专利文献1：日本特开2003－328763号公报。

发明内容

如上所述削减增压机时，虽然具有柴油机低负荷时改善燃料消耗的优点，但是负荷增加时，运行中的增压机的运行速度有可能超速。也就是说，可以认为，由于削减压缩机，运行停止的压缩机中没有排气流动，相应数量的排气集中地提供给正在运行的增压机，会引起速度超速。因此在削减增压机时，向来通常是限制柴油机转速，使其不进行高负荷运行。

但是，即使是限制柴油机转速，也未必一定能防止增压机超速。例如在船用柴油机的情况下，如果是在水面稳定时，柴油机负荷与柴油机转速的3次方成正比，因此如果对柴油机转速设定限制，则既会限制柴油机负荷，也会限制增压机转速，但是由于操舵或潮流方向等原因螺旋桨负荷增加时，有时候即使是柴油机转速相同，柴油机负荷也会变大。在这样的情况下，利用对柴油机转速进行限制不能够可靠地给增压机予以保护。

本发明是为了有效防止增压机超速运行的目的而作出的。

本发明是具有增压机的柴油机的控制方法，其中，根据增压机的运行状况对柴油机的燃料喷射量进行限制。

这样，在本发明中不是像上述已有技术的例子那样对柴油机转速进行限制，而是根据增压机的运行状况限制燃料喷射量。燃料喷射量是与柴油机输出直接相关的因素，与增压机转速有密切的关系。由于是对这样的燃料喷射量根据增压机的运行状况加以限制，因此能够有效防止增压机超速运行。

最好是检测运行中的增压机的转速，根据检测出的增压机的转速决定燃料限制值，根据该燃料限制值决定燃料喷射量。在利用调节器装置等进行的燃料喷射量控制中，通常在输入柴油机转速设定值与实际测量出的柴油机转速之差外，还有转矩限制器来的信号和扫气压限制器来的信号送来。在本发明中，除了这样的信号外，还将根据运行中的增压机的转速决定的燃料限制值作为燃料喷射量控制用的信号使用。因此能够有效而且可靠地防止增压机超速运行。

更理想的是对燃料限制值进行修正，以使检测出的增压机的转速在其允许的转速以下。根据增压机的转速决定的燃料限制值只要是合适的数值即可，但是因柴油机的运行状况的不同，可能有不充分的情况。也就是说，有检测出的增压机转速超过允许转速的情况，最好是根据状况将燃料限制值修正为更理想的数值。本发明在检测出的增压机转速超过允许转速的情况下，将燃料限制值进一步向更严格限制的方向修正，因此能够更加合适地实施此后的控制。

也可以在所述柴油机具有多个增压机的情况下，根据增压机的运行台数决定燃料限制值，根据该燃料限制值决定燃料喷射量。如上所述，向来在增压机有多台的情况下一旦削减增压机，负荷增加时增压机转速有可能超速，仅限制柴油机转速不能够避免这种情况。另一方面，像本发明这样削减增压机的情况下，如果根据其运行台数的减少决定燃料限制值使燃料减少，只要柴油机的运行不超过额定值，通常能够防止增压机超速。

最好是检测出各增压机的转速，根据检测出的各转速判定增压机的运行台数，根据判定的台数决定所述燃料限制值。根据运行台数得到的燃料限制值可以由指定增压机的运行台数的操作员等手动设定，但是这样一来，也有可能发生忘记设定等情况而造成麻烦。另一方面，在本发明中，燃料限制值是自动设定的，在指定增压机的运行台数时，不必由操作者手动设定燃料限制值，因此不会发生不良情况。

本发明还提供一种具有增压机的柴油机用的控制装置，其特征在于，具备根据增压机的运行状况决定燃料量的燃料限制运算器，该燃料限制运算器连接于向调节器架发送操作信号的燃料限制部。

如果采用本发明的控制装置，燃料限制运算器、与其连接的燃料限制部、以及调节器架根据增压机的运行状况限制燃料喷射量，因此能够顺利地实施上述本发明的柴油机的控制方法。

最好是所述燃料限制运算器根据运行中的增压机的转速决定燃料限制值。这样一来，由燃料限制运算器决定与运行中的增压机的转速对应的燃料限制值，关于该燃料限制值的信号被使用于燃料喷射量控制。因此特别能够有效地实现上述控制方法，防止增压机超速。

最好是具备能够修正所述燃料限制值，以使运行中的增压机的转速在其允许转速之下的自动修正单元，该自动修正单元附设于所述燃料限制运算器。借助于此，在增压机转速超过允许的转速的情况下，自动修正单元能够对燃料限制值施加与超过的程度或时间对应的合适的修正，能够更合适地实施此后的控制。

最好是在所述柴油机具有多个增压机的情况下，所述燃料限制运算器根据增压机的运行台数决定燃料限制值。借助于此，在削减增压机的情况下，燃料限制运算器自动决定根据增压机运行台数的减少应该使燃料减少的燃料限制值，以此防止增压机超速。

最好是所述燃料限制运算器具有检测各增压机的转速，根据检测出的各转速判定增压机的运行台数的台数判别单元。借助于此，可以自动输入增压机的运行台数，不必由操作员进行手动输入。

本发明的上述目的、其他目的、特征以及优点从参照附图对下述理想的实施形态进行的详细说明中能够清楚了解到。

如果采用本发明，则能够有效防止增压机超速，能够保护增压机。

附图说明

图1是表示本发明的实施形态的调节器装置的结构的示意图；

图2是表示本发明第1实施形态的船用柴油机用的调节器装置的方框图；

图3是表示本发明第2实施形态的船用柴油机用的调节器装置的方框图；

图4是表示本发明第3实施形态的船用柴油机用的调节器装置的方框图；

图5是表示具有增压机的柴油机的一般的扫气系统和排气系统的示意图。

符号说明：

1    转速传感器；

2    最大值选择器；

3    燃料限制运算器；

5    积分运算器；

11   运行台数切换器；

12   燃料限制选择器；

20   控制器；

27   燃料限制部；

54   增压机。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的理想的实施形态进行说明。

如图1所示，本发明的实施形态的调节器装置100是用于调整从燃料喷射阀56来的燃料喷射量的装置。燃料喷射阀56上连接燃料泵101。燃料泵101形成借助于活塞（plunger）102的进退运动将燃料向燃料喷射阀56压送的结构。活塞102与燃料调整架103连结。燃料泵101具有输送孔108，输送孔108与活塞102上形成的缺口导程（切欠きリード）连通时，能够把燃料从燃料泵101放出。使燃料调整架103移动时，活塞102就位移从下死点移动到缺口导程与输送孔108连通的位置所需要的活塞102的长度方向的移动长度（即活塞102的有效行程）。借助于此，能够改变燃料泵101来的燃料供给量，改变从燃料喷射阀56喷出的燃料喷射量。本实施形态的调整装置100就这样形成能够利用燃料调整架103的位移调整燃料喷射量的结构。

燃料调整架103形成与支架调整棒104连结，能够借助于该支架调整棒104的转动改变位置的结构。马达等致动器105的旋转驱动力通过规定的减速机构106减速后被输入到支架调整棒104，以此使支架调整棒104转动。支架调整棒104上设置制动器107。支架调整棒104的转动范围利用该制动器107以机械方式加以限制，借助于此，可以以机械方式限制燃料调整架103的移动界限。又，致动器105利用下述限制单元9进行操作。支架调整棒104的转动范围也利用该限制单元加以限制，借助于此，可以用电子方式限制燃料调整架103的移动界限。

图2所示的第1实施形态的调节器装置是根据运行中的增压机的转速决定燃料限制值，将该限制值使用于燃料喷射量控制的装置，具有控制部20、转速传感器1、最大值选择器2、燃料限制运算器3、以及限制单元9。

控制部20是调节器装置的基本部分，一边将柴油机转速反馈一边进行柴油机的运行控制。控制部20具有转速设定部21、比较器22、不传感区单元23、控制器24、转矩限制器25、扫气压限制器26、以及燃料限制部27。

在转速设定部21设定柴油机转速设定值，比较器22将该设定值与测定后反馈的实际柴油机转速设定值加以比较。比较器22得到的两值之差通过不传感单元23输入到控制器24（例如PI控制部），通过该控制器24，还输入到燃料限制部27。控制器24的输出也输入到具有转矩限制函数的转矩限制器25，向燃料限制部27输入来自转矩限制器25的限制值。又，由于有必要取得燃料量相对于扫气压的平衡，由扫气压传感器测定出的扫气压测定值被输入到具有扫气压限制函数的扫气压限制器26，向燃料限制部27也输入来自扫气压限制器26的限制值。燃料限制部27形成根据来自各限制器25、26输出，输出受限制的燃料喷射量的结构，这样可以避免柴油机发生过大的转矩。还有，燃料限制部27的输出被送到限制单元9，该限制单元9与被限制的燃料喷射量对应地操作以改变调节器架的移动界限。

转速传感器1、最大值选择器2、以及燃料限制运算器3作为根据增压机的转速进行燃料限制的单元起作用。转速传感器1分别安装于柴油机所具有的多个增压机上，向最大值选择器2输入由各转速传感器1检测出的各增压机的转速的相关信号。最大值选择器2根据各转速传感器1的信号，确定全部增压机的转速中最高的转速，将该最高转速输入到燃料限制运算器3。燃料限制运算器3按照事先设定的增压机转速限制函数，输入与最高转速相应的燃料限制值，该燃料限制值被输入到控制部20的燃料控制部27。

借助于此，以最高速度运行的增压机的转速达到规定值以上的情况下，从燃料限制运算器3来的输出信号对燃料限制部27实施的燃料喷射量限制起很大的作用，通过限制单元9将调节器架的移动界限向安全的一侧（低燃料侧）操作。从而，在多台增压机中的某些增压机停止运行的情况下，也能够避免运行中的增压机超速。又，由于实行能够防止最高转速的增压机超速的控制，因此能够很好地抑制运行中的全部增压机的速度。

燃料限制运算器3中的增压机转速限制函数，可以借助于例如事前的试运行，测定削减增压机状态下的燃料喷射量与增压机转速的关系，以此为依据预先进行设定。还有，增压机的削减可以通过关闭图5所示的增压机截止阀56实施，除此以外，也可以取代该截止阀56的操作，通过插入将排气和扫气（吸气）的路径切断的隔板（cut plate）进行。也可以进一步改变日本专利特开2003－328763号公报所示的增压机的容量，借助于使容量为0的方法削减增压机。但是由于使用燃料等的关系，排气中大量含有黏附性物质的船用柴油机中适合采用隔板。

图3所示的第2实施形态的调节器装置也与第1实施形态一样，燃料限制运算器3等根据运行中的增压机的转速决定燃料限制值，将该燃料限制值用于燃料喷射量的决定。自动修正单元附属于燃料限制运算器3借助于该单元对决定了的燃料限制值适当进行自动修正这一点与第1实施形态不同。还有，对于与第1实施形态的结构相同的部分标以相同的符号并省略其详细说明。

燃料限制运算器3的自动修正单元具有比较器4、积分运算器5、复位器6、比例单元7以及减法器8。比较器4从最大值选择器2选择出的增压机转速中减去预先设定的增压机转速允许值，将减法运算结果输出到积分运算器5。积分运算器5在规定的时间内对依序送出的减法运算结果进行积分。该积分值为负值的情况下利用复位器6复位（reset），而在积分值为正值的情况下，当作燃料限制运算器3输出的燃料限制值的限制水平不充分，利用比例单元7对上述积分值乘以规定的系数，减法器8使燃料限制值减少由此得到的数值。也就是说，在规定的时间内实际测量出的增压机转速低于转速允许值的倾向处于支配地位的情况下，将燃料限制运算器3得到的燃料限制值不经修正地输入到燃料限制部27。反之，在规定的时间内实际测量出的增压机转速高于转速允许值的倾向处于支配地位的情况下，在减法器8将燃料限制值修正与该转速的超过程度和超过时间相应的数值，将对基于燃料限制运算器3得到的燃料限制值的燃料喷射量进行更严格限制用的信号输入到燃料限制部27。

由于燃料限制运算器3决定的燃料限制值被这样修正，即使是柴油机的运算状况因各种情况而变化，也能够可靠地防止增压机的速度超速。这种修正也可以通过对第1实施形态的调节器装置附加操作员手动输入修正值用的功能实现。但是，由于能够像本实施形态这样由调节器装置对燃料喷射量自动进行修正，可以避免由于忘记进行手动输入设定而发生不良情况。

自动对该燃料限制值进行修正的方法不限于图3例示的形态。例如，在检测出的增压机的转速超过允许转速的情况下，可以使燃料限制运算器3决定的燃料限制值以一定的速度或作为时间的函数慢慢下降，在检测出的增压机的转速降低到允许转速以下时，使该燃料限制值停止逐渐减少，这样的方法能够实现燃料限制值的自动修正。

图4所示的第3实施形态的调节器装置根据增压机的运行台数决定燃料限制值，将其输入到燃料限制部27对燃料喷射量进行控制。还有，对与第1实施形态和第2实施形态的结构相同的部分标以相同的符号并省略其详细说明。

本实施形态的调节器装置具有运行台数切换器11以及燃料台数限制选择器12，它们相互连结，作为根据增压机的运行台数进行燃料限制的单元起作用。运行台数切换器11确定增压机的运行台数，燃料限制选择器12根据由运行台数切换器11确定的运行台数决定相应的燃料限制值，将该燃料限制值输出到控制部20的燃料限制部27。

运行台数切换器11也可以形成能够根据操作员的手动输入确定增压机运行台数的结构。又可以是参照第1实施形态和第2实施形态所示的转速传感器1（参照图2和图3）来的检测信号，将转速并非0或相当于怠速运转的低转速的增压机的台数作为增压机运行台数确定的结构。还有，如果采用手动输入，则可能会有忘记进行设定等不良情况发生，因此能够自动确定增压机运行台数的结构比较有利。

燃料限制选择器12根据增压机运行台数在全部增压机数中的比例决定燃料限制值。例如全部增压机数目为n，运行台数切换器11确定的运行台数为m的情况下，也可以将n/m乘以全部增压机都在运行着的情况下的额定燃料限制值，将所得乘积确定为燃料限制值。

削减增压机时，增压机超速，其主要原因是不向已经削减的增压机提供的柴油机排气只向正在运行的增压机提供。因此，如果如上所述与增压机运行台数成正比地决定燃料限制值，则削减增压机时正在运行的增压机超速的情况就大致能够得到改善。从上述燃料限制选择器12执行的燃料限制值的具体决定方法的一个例子可知，根据增压机的运行台数决定燃料限制值在能够废除复杂的功能块结构，利用简便的运算方法这一点上是有利的。

还有，本发明的调节器装置也可以同时具有图2所示的第1实施形态的作为进行燃料限制用的单元起作用的部分1～3、以及图4所示的第3实施形态的作为进行燃料限制用的单元起作用的部分11、12。同样也可以同时具有该部分11、12、以及图3所示的第2实施形态的作为进行燃料限制用的单元起作用的部分1～8。

例如，在不削减增压机的情况下，也能够防止增压机超速，谋求对增压机的保护。又，本发明不限于船用柴油机，也可以很好地使用于其他用途的柴油机。

根据上面所述，对于本行业的普通技术人员来说，本发明的许多改良和其他实施形态是显然的。从而，上述说明只应该被解释为例示，是以向本行业的普通技术人员示教执行本发明的最佳形态为目的而提供的。在不超出本发明的宗旨的范围内其结构和/或功能的细节可以有实质性变更。

工业应用性

本发明具有能够有效防止增压机超速，保护增压机的作用效果能够广泛使用于具有增压机的柴油机。

Claims (9)

1.一种柴油机的控制方法，是具有多个增压机、且执行减少所述增压机的运行台数的削减增压机的船舶用柴油机的控制方法，其特征在于，

削减增压机时，将不向已经削减的增压机提供的柴油机排气只向正在运行的增压机提供；

根据增压机的运行台数的减少决定用于限制燃料喷射量的燃料限制值使该燃料喷射量减少，且根据该燃料限制值决定燃料喷射量。

2.根据权利要求1所述的柴油机的控制方法，其特征在于，检测出运行中的增压机的转速，根据检测出的增压机的转速决定燃料限制值，根据该燃料限制值决定燃料喷射量。

3.根据权利要求2所述的柴油机的控制方法，其特征在于，对所述燃料限制值进行修正，以使检测出的增压机的转速在其允许的转速以下。

4.根据权利要求1所述的柴油机的控制方法，其特征在于，检测出各增压机的转速，根据检测出的各转速判定所述增压机的运行台数，根据判定的运行台数决定所述燃料限制值。

5.一种具有多个增压机、且执行减少增压机的运行台数的削减增压机的船舶用柴油机用的控制装置，其特征在于，

削减增压机时，将不向已经削减的增压机提供的柴油机排气只向正在运行的增压机提供；

具备根据增压机的运行台数的减少决定用于限制燃料喷射量的燃料限制值使该燃料喷射量减少的燃料限制运算器，该燃料限制运算器连接于向调节器架发送操作信号的燃料限制部。

6.根据权利要求5所述的柴油机用的控制装置，其特征在于，所述燃料限制运算器根据运行中的增压机的转速决定燃料限制值。

7.根据权利要求6所述的柴油机用的控制装置，其特征在于，具备能够修正所述燃料限制值，以使运行中的增压机的转速在其允许转速之下的自动修正单元，该自动修正单元附设于所述燃料限制运算器。

8.根据权利要求5所述的柴油机用的控制装置，其特征在于，所述燃料限制运算器具有检测各增压机的转速，根据检测出的各转速判定所述增压机的运行台数的台数判别单元。

9.一种船舶，其特征在于，具备权利要求5～8中的任一项所述的柴油机用的控制装置。

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