JP2011012664A - Governor control device and control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ターボ過給機を備えたエンジンのガバナ制御装置に関する。 The present invention relates to a governor control device for an engine equipped with a turbocharger.
例えば舶用エンジンの制御では、設定された目標回転数と実回転数の差がなくなるようにガバナ制御が行われる。しかし、ターボ過給機を備えた舶用エンジンにおいて、荒天時の波浪による短い周期の負荷変動に追従して燃料投入量を増減させると、負荷増大時に空気過剰率が低下して燃費の悪化を招く。このような問題に対して、波浪による負荷の増大時に、燃料投入量を一定に保持する構成が提案されている(特許文献1)。 For example, in marine engine control, governor control is performed so that the difference between the set target rotational speed and the actual rotational speed is eliminated. However, in a marine engine equipped with a turbocharger, if the amount of fuel input is increased or decreased following a short-period load fluctuation due to stormy weather, the excess air ratio decreases when the load increases, leading to deterioration of fuel consumption. . In response to such a problem, a configuration has been proposed in which the amount of fuel input is kept constant when the load due to waves increases (Patent Document 1).
しかし、特許文献1の構成では、負荷変動に対して燃料投入量を一定に保持しているため、必ずしも十分適正なガバナ制御が行われているとは言えず、燃費の改善も十分とは言えない。また、特許文献1は、波浪による負荷変動における空気過剰率の低下には対応しているが、船舶の加速を目的として目標回転数が上げられる場合に発生する空気過剰率低下の問題に対応することはできない。
However, in the configuration of
本発明は、ターボ過給機を備えたエンジンにおいて、ターボラグを考慮してより精密なガバナ制御を行い燃費の改善を図ることを課題としている。 An object of the present invention is to improve fuel efficiency by performing more precise governor control in consideration of turbo lag in an engine equipped with a turbocharger.
本発明のガバナ制御装置は、ターボ過給機を備えるエンジンのガバナ制御装置であって、回転数指令とエンジン実回転数の間の偏差に基づきガバナ指令を演算して出力する制御手段と、エンジン実回転数が回転数指令よりも小さいときに、所定期間に渡って上記演算に基づくガバナ指令の出力を停止し、その間ガバナ指令を漸次増大して出力する規制手段とを備えたことを特徴としている。 A governor control device according to the present invention is a governor control device for an engine having a turbocharger, and calculates and outputs a governor command based on a deviation between a rotational speed command and an actual engine rotational speed, and an engine And a regulation means for stopping the output of the governor command based on the above calculation over a predetermined period when the actual rotational speed is smaller than the rotational speed command, and gradually increasing and outputting the governor command during that period. Yes.
また本発明のガバナ制御方法は、ターボ過給機を備えるエンジンのガバナ制御方法であって、回転数指令とエンジン実回転数の間の偏差に基づきガバナ指令を演算して出力し、エンジン実回転数が回転数指令よりも小さいときに、所定期間に渡って上記演算に基づくガバナ指令を停止し、その間ガバナ指令を漸次増大して出力することを特徴としている。 The governor control method of the present invention is a governor control method for an engine equipped with a turbocharger, which calculates and outputs a governor command based on a deviation between the rotational speed command and the actual engine rotational speed, When the number is smaller than the rotational speed command, the governor command based on the above calculation is stopped for a predetermined period, and the governor command is gradually increased and output during that period.
所定期間はターボラグ期間に相当することが好ましい。上記演算に基づくガバナ指令の出力が停止されたときに、ガバナ指令が実質的に連続的に増大されて出力されることが好ましく、ガバナ指令の増大量は、例えば現ガバナ指令の1%〜10%に制限される。また、本発明のガバナ制御装置、制御方法は、特に船舶用の主機の制御に好適である。 It is preferable that the predetermined period corresponds to a turbo lag period. When the output of the governor command based on the above calculation is stopped, the governor command is preferably increased and output substantially continuously. The increase amount of the governor command is, for example, 1% to 10% of the current governor command. %. The governor control device and control method of the present invention are particularly suitable for controlling a main engine for a ship.
また、本発明の船舶は、船体と、船体に搭載されるエンジンと、エンジンへの過給を行うターボ過給機と、エンジンへの燃料投入量を制御するガバナ制御装置とを備え、ガバナ制御装置が、回転数指令とエンジン実回転数の間の偏差に基づきガバナ指令を演算して出力する制御手段と、エンジン実回転数が回転数指令よりも小さいときに、所定期間に渡って演算に基づくガバナ指令の出力を停止し、その間ガバナ指令を漸次増大して出力する規制手段とを備えたことを特徴としている。 The ship of the present invention includes a hull, an engine mounted on the hull, a turbocharger that supercharges the engine, and a governor control device that controls the amount of fuel input to the engine. The control means for calculating and outputting the governor command based on the deviation between the rotational speed command and the actual engine speed, and when the actual engine rotational speed is smaller than the rotational speed command, the device performs the calculation over a predetermined period. And a control means for stopping the output of the governor command based thereon and gradually increasing and outputting the governor command during that time.
本発明によれば、ターボ過給機を備えたエンジンにおいて、ターボラグを考慮してより精密なガバナ制御を行い燃費の改善を図ることができる。 According to the present invention, in an engine equipped with a turbocharger, it is possible to improve fuel efficiency by performing more precise governor control in consideration of turbo lag.
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、本発明の一実施形態である舶用エンジンのガバナ制御システムの構成を示すブロック線図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a marine engine governor control system according to an embodiment of the present invention.
本実施形態のガバナ制御システム10は、ターボ過給機13Tを備え、主軸11を介してプロペラ12に連結される主機13への燃料投入量を制御するものである。ガバナ制御システム10は、回転数指令を入力とし、主軸11に設けられたターニングギア(図示せず)の回転をモニタして実回転数検出ブロック14においてエンジン実回転数を検出して入力側へとフィードバックする。すなわち、回転数指令とエンジン実回転数の偏差がPID演算部15へと入力される。
The
PID演算部15に入力された偏差には、それぞれ比例動作P、積分動作I、微分動作Dが施され、その出力はスイッチ16に入力される。また、スイッチ16には、PID制御規制部17からの出力が入力される。すなわち、スイッチ16は、PID演算部15からの出力と、PID制御規制部17からの出力を選択的に切り替えて、ガバナ指令として主機13への燃料供給を行う燃料供給装置18へ供給する。なお、ガバナ指令は、例えばプランジャ容量を制御するレバー位置(ガバナポジション)等に対応する。
The deviation input to the
PID制御規制部17は、スイッチ16からの出力である現在のガバナ指令を入力とし、これに入力の例えば1%を加算して出力する。また、スイッチ16の切り替えは、実回転数検出ブロック14からのエンジン実回転数(入力A)と回転数指令(入力B)の比較を行う比較部19によって行われる。すなわち、比較部19は、実回転数が回転数指令よりも小さいときに例えばHi信号を出力して、スイッチ16はPID制御規制部17からの出力を選択し、それ以外(エンジン実回転数が回転数指令以上)のときに比較部19は、例えばLo信号を出力して、スイッチ16はPID演算部15からの出力を選択する。
The PID
また、比較部19の出力は、PID演算部15のI動作における積分値をリセットするためのリセット信号にも利用される。I動作のリセットは、ガバナ指令をPID制御規制部17からの出力からPID演算部15からの出力に切り替える際に行われるもので、上のHi、Lo信号の例では、HiからLoに切り替えられたときに、積分値は、現在のガバナ指令値にリセットされる。
The output of the
すなわち、本実施形態のガバナ制御システムでは、実回転数が回転数指令よりも小さいときには、PID制御規制部17からの出力がガバナ指令として用いられ、エンジン実回転数が回転数指令以上のときには、PID演算部15からの出力がガバナ指令として用いられる。
That is, in the governor control system of the present embodiment, when the actual rotational speed is smaller than the rotational speed command, the output from the PID
図2、図3に、ガバナ制御システム10におけるガバナ指令の時系列変化をそれぞれ示す。なお、図2、3において、横軸は時間、縦軸はガバナ指令値を表す。また、各図において、実線は、PID演算部15の出力、破線はスイッチ16の出力であるガバナ指令の値を示す。
2 and 3 show time series changes of the governor command in the
図2は、実回転数が回転数指令よりも小さくなったとき、すなわち負荷が増大し回転数が低下する場合や、回転数指令が上げられた場合(例えば船を加速させる場合)に対応する。図2において、時刻t0に負荷が増大し回転数が低下する、あるいは加速の指令が与えられると、スイッチ16から燃料供給装置18へのガバナ指令は、PID演算部15の出力からPID制御規制部17の出力に切り替えられる。これにより、ガバナ指令は、破線に示されるように期間Tに渡って漸次増大し(1%の傾きで)、期間Tが経過すると、エンジン実回転数が回転数指令に達し、スイッチ16の出力は、I動作を現ガバナ指令値にリセットするとともに、PID演算部15からの出力に選択を切り替える。
FIG. 2 corresponds to the case where the actual rotational speed becomes smaller than the rotational speed command, that is, when the load increases and the rotational speed decreases, or when the rotational speed command is increased (for example, when the ship is accelerated). . In FIG. 2, when the load increases at time t 0 and the rotational speed decreases or an acceleration command is given, the governor command from the
一方、図3は、エンジン実回転数が回転数指令以上となったとき、すなわち負荷が低減し回転数が増大する場合や、回転数指令が下げられた場合(例えば船を減速させる場合)に対応する。図3において、時刻t1に負荷が低減し回転数が増大する、あるいは減速の指令が与えられると、スイッチ16から燃料供給装置18へのガバナ指令は、PID演算部15の出力に維持される。これにより、ガバナ指令は、通常のPID制御時の実線と同様に、破線に示されるように変化する。
On the other hand, FIG. 3 shows a case where the actual engine speed becomes equal to or higher than the engine speed command, that is, when the load decreases and the engine speed increases, or when the engine speed command is lowered (for example, when the ship is decelerated). Correspond. In FIG. 3, when a load is reduced and the rotational speed is increased or a deceleration command is given at time t 1 , the governor command from the
期間Tは、ターボ過給機13Tのターボラグに相当する所定の期間に設定され、これに合わせて、上記増加率は設定される。すなわち、本実施形態では、現在のガバナ指令を漸次1%ずつ増加させる構成としているが、PID制御規制部17の出力は、略ターボラグ相当する期間にPID制御規制部17からの出力に切り替えられるように漸次増大する構成であればよく、増加率は例えば1%〜10%程度である。また、増加方法も本実施形態の構成に限定されるものではない。
The period T is set to a predetermined period corresponding to the turbo lag of the
以上のように、本実施形態によれば、ターボラグが存在しても、荒天時などの負荷増大時や加速時における燃料投入量の急激な増大を抑制し、空気過剰率の低下を防止することができ、これにより燃費を改善することができる。また、負荷低減時や減速時には、より迅速に燃料投入量を減らして、エンジンの過回転を防止できる。更に本実施形態では、PID制御規制時にもガバナ指令は漸次増加しているので、掃気圧の増大に対応して燃料投入量の増大を図ることができ、より適正なガバナ制御を実現できる。 As described above, according to the present embodiment, even when a turbo lag is present, it is possible to suppress a rapid increase in the amount of fuel input during an increase in load such as during stormy weather or during acceleration, and to prevent a decrease in the excess air ratio. This can improve fuel efficiency. In addition, when the load is reduced or decelerated, the amount of fuel input can be reduced more quickly to prevent engine overspeed. Further, in this embodiment, since the governor command is gradually increased even when the PID control is restricted, it is possible to increase the amount of fuel input corresponding to the increase in the scavenging air pressure, thereby realizing more appropriate governor control.
なお、本発明は、特に大型の舶用ディーゼルエンジンにおいて特に有効であるが、例えば陸用の大型エンジンに適用することも可能である。 The present invention is particularly effective for a large marine diesel engine, but can also be applied to, for example, a large land engine.
更に、制御方法についてはPID制御に限らず、現代制御理論、適用制御、学習制御等にも適用可能である。 Furthermore, the control method is not limited to PID control, but can be applied to modern control theory, application control, learning control, and the like.
10 過給機付舶用エンジンのガバナ制御システム
11 主軸
12 プロペラ
13 主機
13T ターボ過給機
14 実回転数検出ブロック
15 PID演算部
16 スイッチ
17 PID制御規制部
18 燃料供給装置
19 比較部
DESCRIPTION OF
Claims (11)
回転数指令とエンジン実回転数の間の偏差に基づきガバナ指令を演算して出力する制御手段と、
前記エンジン実回転数が前記回転数指令よりも小さいときに、所定期間に渡って前記演算に基づくガバナ指令の出力を停止し、その間ガバナ指令を漸次増大して出力する規制手段と
を備えることを特徴とするガバナ制御装置。 An engine governor control device including a turbocharger,
Control means for calculating and outputting a governor command based on a deviation between the rotational speed command and the actual engine rotational speed;
Regulation means for stopping output of the governor command based on the calculation over a predetermined period when the actual engine speed is smaller than the engine speed command, and gradually increasing and outputting the governor command during that period. A characteristic governor control device.
回転数指令とエンジン実回転数の間の偏差に基づきガバナ指令を演算して出力し、
前記エンジン実回転数が前記回転数指令よりも小さいときに、所定期間に渡って前記演算に基づくガバナ指令を停止し、その間ガバナ指令を漸次増大して出力する
ことを特徴とするガバナ制御方法。 An engine governor control method comprising a turbocharger,
Calculate and output the governor command based on the deviation between the engine speed command and the actual engine speed,
A governor control method characterized in that, when the actual engine speed is smaller than the engine speed command, the governor command based on the calculation is stopped for a predetermined period, and the governor command is gradually increased and output during that period.
A hull, an engine mounted on the hull, a turbocharger that supercharges the engine, and a governor control device that controls the amount of fuel input to the engine, the governor control device rotating A control means for calculating and outputting a governor command based on a deviation between the number command and the actual engine speed, and based on the calculation over a predetermined period when the actual engine speed is smaller than the engine speed command. And a regulating means for stopping the output of the governor command, and gradually increasing and outputting the governor command during that time.
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