JP2015067055A - 船舶用エンジン - Google Patents

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Takao Nakanishi
貴生 中西
洋彰 宮崎
Hiroaki Miyazaki
洋彰 宮崎
輝光 高畑
Terumitsu Takahata
輝光 高畑
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Abstract

【課題】制限運転制御を行う船舶用のエンジンにおいて、制限運転制御への移行時における船速の急激な変化を防止する構成を提供する。
【解決手段】船舶用エンジンは、操作部(ジョイスティックレバー、アクセルレバー)と、センサと、エンジン故障判定部と、回転数制御部と、を備える。操作部は、少なくともエンジン回転数を変化させる回転数操作が可能である。センサは、船舶に配置され、エンジンの状態を検出する。エンジン故障判定部は、センサの検出結果に基づいて所定の故障条件を満たすか否か判定する。回転数制御部は、エンジン故障判定部が故障条件を満たすと判定した場合に、エンジン回転数が制限回転数より大きいときは、エンジン回転数を制限回転数まで低下させるとともに、制限回転数より大きい回転数操作を受け付けない制限運転制御を行う。
【選択図】図5

Description

本発明は、所定の故障が発生した場合にエンジン回転数を制限する制限運転制御を行う船舶用エンジンに関する。
特許文献1に示すように、エンジンは非常に多くの部品から構成されている。また、これらの部品には各種のセンサが取り付けられている。例えば、冷却水の温度を検出するセンサ、コモンレールの燃料の圧力を検出するセンサ、エンジンオイルの圧力を検出するセンサ等がエンジンに取り付けられている。
これらのセンサの検出結果はECU等の制御装置へ出力される。制御装置は、これらの検出結果に基づいてエンジンが故障しているか否かを判定する。
特開2011−17257号公報
ところで、上記の方法によってエンジンが故障していると判定した場合に、制限運転制御が行われることがある。制限運転制御とは、予め定められたエンジン回転数(制限回転数)より大きいエンジン回転数を指示する回転数操作を受け付けない制御である。制限運転制御を行うことにより、エンジンの故障時の影響を抑えることができる。
従来では、エンジンが故障していると制御装置が判定した場合、エンジンの回転数を一度ローアイドル回転数(制限回転数より低い回転数)まで低下させ、制限運転制御に移行していた。
しかし、この制限運転制御を行う場合、故障発生時のエンジン回転数が高いときは、エンジン回転数を一度ローアイドル回転数に低下させた後に、制限回転数の近傍までエンジン回転数を上昇させる必要がある。
特に、船舶では水の抵抗があるので惰性で移動しないため、エンジン回転数を低下させると即座に船速が低下する。従って、仮に制限運転制御がすぐに解除された場合であっても、航海が遅延してしまう。
更に、上記のようにエンジン回転数を変化させる場合、船舶の速度が急に低下した後に再び上昇することとなる。従って、乗船者に不快感を与えてしまう。
また、従来では、エンジン回転数を指示する操作部を一度ローアイドル回転数まで戻した後でないと、エンジン回転数の指示が受け付けられなかった。そのため、例えば制限回転数以下で操作を行っていた場合でも、一度ローアイドル回転数を指示して再び戻すという無駄な操作が必要であった。
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、制限運転制御を行う船舶用エンジンにおいて、制限運転制御への移行時における船速の急激な変化を防止する構成を提供することにある。
課題を解決するための手段及び効果
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とその効果を説明する。
本発明の観点によれば、以下の構成の船舶用エンジンが提供される。即ち、この船舶用エンジンは、操作部と、センサと、エンジン故障判定部と、回転数制御部と、を備える。前記操作部は、少なくともエンジン回転数を変化させる回転数操作が可能である。前記センサは、船舶に配置され、船舶用エンジンの状態を検出する。前記エンジン故障判定部は、前記センサの検出結果に基づいて所定の故障条件を満たすか否か判定する。前記回転数制御部は、前記エンジン故障判定部が前記故障条件を満たすと判定した場合に、エンジン回転数が制限回転数より大きいときは、エンジン回転数を前記制限回転数まで低下させるとともに、前記制限回転数より大きい前記回転数操作を受け付けない制限運転制御を行う。
これにより、従来のようにエンジン回転数をローアイドル回転数まで落とすことなく、操船を継続することができる。従って、スムーズに制限運転制御に移行できるとともに、航海の遅延の影響を抑えることができる。また、急な減速及び加速を防止できるので、乗船者に不快感を与えることを防止できる。
前記の船舶用エンジンにおいては、前記回転数制御部は、前記エンジン故障判定部が前記故障条件を満たすと判定した場合に、エンジン回転数が前記制限回転数以下であるときは、エンジン回転数を変化させることなく、前記制限運転制御へ移行することが好ましい。
これにより、エンジン回転数がローアイドル回転数まで低下しないので、エンジン回転数が元から低い場合は、操船状況を維持したままでスムーズに制限運転制御に移行することができる。
前記の船舶用エンジンにおいては、前記回転数制御部による前記制限運転制御が行われる場合に、その旨を報知する報知部を備えることが好ましい。
これにより、操船者は制限運転制御に移行したことを把握できる。特に、本発明ではエンジン回転数がローアイドル回転数まで低下しないので制限運転制御に移行したことに気付きにくいため、報知部を備える効果を一層活用できる。
前記の船舶用エンジンにおいては、前記回転数制御部は、前記エンジン故障判定部が前記故障条件を満たすと判定した場合に、エンジン回転数が前記制限回転数より大きいときは、エンジン回転数を前記制限回転数まで低下させた後に当該制限回転数で維持し、前記制限回転数以下の前記回転数操作が行われるまで、当該エンジン回転数を維持することが好ましい。
これにより、制限運転制御に移行した場合に制限回転数より大きい回転数操作が行われたときに、操船者の意図に最も近いエンジン回転数にすることができる。
船舶及びその推進機構を示す概略側面図。 船舶に配置される装置のブロック図。 センサ及びアクチュエータ群を示すブロック図。 制限運転制御に関する処理を示すフローチャート。 制限運転制御のタイミングチャートの例を示す図。 制限運転制御のタイミングチャートの他の例を示す図。 船舶用エンジンを2機搭載した変形例に係るブロック図。
次に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。初めに、図1を参照して、船舶及び推進機構について説明する。図1は、船舶及びその推進機構を示す概略側面図である。
図1に示すように、船舶1は、縦帆を有するタイプの帆船である。船舶1は、船体2と、マスト3と、船底4と、センターボード5と、推進装置7と、を備える。
船体2にはマスト3が立設されており、当該マスト3には帆が貼られている。また、船底4には、センターボード5が取り付けられている。
また、船舶1は、船内外機を搭載した構成となっている。具体的には、船体2の内部には、船舶用エンジン6が配置されている。船舶用エンジン6は、コモンレール式の燃料噴射装置を有するディーゼルエンジンである。船舶用エンジン6の後端には、推進装置7が連結されている。
推進装置7は、船底4に取り付けた据付台8に設定されている。推進装置7は、アッパユニット9及びロアユニット10から構成されている。
アッパユニット9は、船体2の内部に配置されており、船舶用エンジン6と連結されている。ロアユニット10は、プロペラ11及び図略の舵を備えており、当該プロペラ11及び舵が船底4の開口部4aから水中に出るように配置されている。
この構成により、船舶用エンジン6で発生させた動力を用いてプロペラ11を駆動することで、船舶1を移動させることができる。
次に、図2を参照して、操船系システム及び船舶用エンジン6について説明する。図2は、船舶に配置される装置のブロック図である。
初めに、操船系システムについて説明する。船舶1の操舵席には、ジョイスティックレバー(操作部)20と、操舵輪21と、表示装置22と、が設置されている。
ジョイスティックレバー20は、前後方向に操作可能に構成されている。ジョイスティックレバー20に行われた操作は、操船系制御部50へ伝達される。操船系制御部50(具体的には操船指示部52)は、操作に応じた指示を船舶用エンジン6又は推進装置7へ行う。
ジョイスティックレバー20を前方に操作すると、操船系制御部50は、船舶1が前進する方向にプロペラ11が回転するように推進装置7へ指示を行う。一方、ジョイスティックレバー20を後方に操作すると、操船系制御部50は、船舶1が後進する方向にプロペラ11が回転するように推進装置7へ指示を行う。また、ジョイスティックレバー20を回動させると、操船系制御部50は、船舶1がその場で旋回するように推進装置7へ指示を行う。
なお、ジョイスティックレバー20を前方又は後方に操作したり、回動させたりすると、操船系制御部50は、ジョイスティックレバー20の操作量(傾倒角度及び回動角度)に応じた信号を、船舶用エンジン6のエンジン制御部45へ送信する。また、エンジン制御部45は、傾倒角度に応じて操船系制御部50が送信した信号に応じてインジェクタの燃料噴射量を調整する。このようにして、操船者は、エンジン回転数を変化させる操作(回転数操作)を行う。
また、ジョイスティックレバー20ではなく操舵輪21を用いても船舶1の進行方向を操作することができる。操船者が操舵輪21を左方又は右方に回転させることで、操船系制御部50は、操舵輪21の回転方向及び回転量に応じた信号を推進装置7へ送信する。推進装置7は、この信号に基づいて舵の角度を変化させる。このようにして、操船者は、船舶1の進行方向を変化させることができる。
表示装置22は、エンジン制御部45及び操船系制御部50から受信した信号に基づいて、船舶1の船速、エンジン回転数及び走行距離等を表示することができる。なお、GPS装置等が配置される場合、海図上に自船の位置を表示することができる。
また、操船系制御部50は、操船系故障判定部51を備えている。操船系故障判定部51は、舵角を変化させる油圧装置の故障や、想定されていない操作がジョイスティックレバー20に行われたこと等の操船系システムの故障(異常)の有無を判定する。操船系故障判定部51が故障(異常)と判定した場合、その旨が表示装置22に表示される。
次に、船舶用エンジン6について説明する。船舶用エンジン6には、様々なセンサ及びアクチュエータが設置されている(まとめて、センサ及びアクチュエータ群30と称する)。センサ及びアクチュエータ群30は、エンジン制御部45と接続されている。エンジン制御部45は、センサから受信した情報に基づいて、警告を出したりアクチュエータを調整したりする。なお、以下、センサ及びアクチュエータ群30について図3のブロック図を参照して具体的に説明する。
センサ及びアクチュエータ群30の冷却水温センサ31は、冷却水の温度を検出するセンサである。冷却水温センサ31は、冷却水タンク又は冷却水管の内部に配置される。船舶用エンジン6は、船外から取り入れた水(海水等)を用いて冷却水を冷却する清水クーラを備える。冷却水の温度が高い場合、船舶用エンジン6がオーバーヒートしている可能性、又は、清水クーラが故障している可能性がある。
センサ及びアクチュエータ群30のレール圧センサ32は、コモンレール内の燃料の圧力を検出するセンサである。レール圧センサ32は、コモンレールの内部に配置される。コモンレールの圧力が高い場合、圧力制御に異常があり、適切な燃料噴射を行うことができない可能性がある。
センサ及びアクチュエータ群30のエンジンオイル温度センサ33は、エンジンオイルの温度を検出するセンサである。エンジンオイル温度センサ33は、オイルパン又はドレンボルト等に配置される。エンジンオイルの温度が高い場合、潤滑機能が適切に発揮できなくなる。
センサ及びアクチュエータ群30のスターターリレー34は、図略のスターターモータを駆動して船舶用エンジン6を始動させる。センサ及びアクチュエータ群30の油圧スイッチ35は、油圧装置に供給する作動油の圧力を検出する。作動油の圧力が適切でない場合、油圧装置が正常に機能していない可能性がある。
センサ及びアクチュエータ群30のカム軸回転センサ36は、カム軸の回転数を検出する。カム軸の回転数が適切でない場合、動力伝達機構が正常に機能していない可能性がある。センサ及びアクチュエータ群30の吸気圧センサ37は、吸気の圧力を検出する。吸気の圧力が適切でない場合、吸気系の装置が正常に機能していない可能性がある。
センサ及びアクチュエータ群30のオルタネータ38は、エンジンの動力を利用して発電を行う。例えばオルタネータ38の発電量が上昇しない場合、オルタネータ38が正常に機能していない可能性がある。センサ及びアクチュエータ群30のクランク軸回転センサ39は、クランク軸の回転数を検出する。クランク軸の回転数が適切でない場合、動力伝達機構が正常に機能していない可能性がある。
センサ及びアクチュエータ群30の燃料温度センサ40は、燃料の温度を検出する。燃料の温度が高すぎる場合、シール部品等が劣化する可能性がある。
センサ及びアクチュエータ群30の噴射アクチュエータ41は、エンジン制御部45の指示に応じて、インジェクタから燃料を噴射させる。噴射アクチュエータ41を制御することで、燃料の噴射量及び噴射タイミングを調整することができる。センサ及びアクチュエータ群30の調量アクチュエータ42は、エンジン制御部45の指示に応じて、コモンレールに供給する燃料の量を調整することができる。
エンジン制御部45は、エンジン制御部45は、エンジン故障判定部46と、回転数制御部47と、を備える。
エンジン故障判定部46は、上記で説明した、冷却水温センサ31、レール圧センサ32、エンジンオイル温度センサ33、油圧スイッチ35、カム軸回転センサ36、吸気圧センサ37、オルタネータ38、クランク軸回転センサ39、燃料温度センサ40による検出結果に基づいて、所定の故障条件を満たすか否か判定する。故障条件とは、予め設定された条件であり、上記の各センサの検出値が、(1)それぞれに設定した閾値以上、又は、(2)閾値以上の状態が所定時間以上継続、等の条件である。また、センサによっては「閾値以上」に代えて、「閾値以下」という故障条件を設定することもできる。
回転数制御部47は、エンジン回転数の制御を行う。例えば回転数制御部47は、エンジン故障判定部46が故障条件を満たすと判定した場合、噴射アクチュエータ41及び調量アクチュエータ42を調整して、エンジン回転数が制限回転数を上回らないように制限運転制御を行う。
次に、制限運転制御について図4から図6を参照して説明する。初めに、図4を参照して、エンジン制御部45が行う制御について説明する。図4は、制限運転制御に関する処理を示すフローチャートである。
エンジン制御部45は、上述のようにセンサの検出結果に基づいて、故障条件を満たすか否かを判定している(S101)。エンジン制御部45は、故障条件を満たすと判定した場合、その旨を表示装置22に表示して警告するとともに、エンジン回転数が制限回転数(例えば1600rpm)より大きいか否かを判断する(S102)。
エンジン制御部45は、エンジン回転数が制限回転数より大きい場合、エンジン回転数を制限回転数まで低下させる制御を行う(S103)。なお、従来では、故障条件を満たすと判断した場合、制限回転数より低いローアイドル回転数までエンジン回転数を低下させていた。ここで、ローアイドル回転数とはアイドリング時のエンジン回転数をいう。
エンジン回転数を制限回転数まで下げた後、エンジン制御部45は、制限回転数より大きいエンジン回転数が操船者により指示されたか否かを判断する(S104)。エンジン制御部45は、制限回転数より大きいエンジン回転数が指示された場合、エンジン回転数を制限回転数のまま維持する(S105)。
一方、エンジン制御部45は、制限回転数以下のエンジン回転数が指示された場合、指示されたエンジン回転数になるように制御を行う(S106)。S104からS106までの制御を行うことで、エンジン回転数を制限回転数以下に抑えることができる(制限運転制御)。
また、エンジン制御部45は、故障条件を満たしたときにエンジン回転数が制限回転数以下であった場合(S102でNoの場合)、エンジン回転数を変化させずに制限運転制御に移行する。
エンジン制御部45は、制限運転制御中において、解除条件を満たすか否かを判断する(S107)。解除条件とは、制限運転制御を解除するための条件である。解除条件は、予め設定された条件であり、「上記で説明した各センサの検出値が閾値以下」等のようにセンサ毎に定められている。この閾値は、故障条件と同じ閾値であっても良いし、制限運転制御の移行及び解除が繰り返されることを防止するために、故障条件と異なる閾値を用いても良い。
エンジン制御部45は、解除条件を満たすと判断した場合、制限運転制御を解除し、通常の制御に戻る(S108)。
次に、制限運転制御を行う場合のエンジン回転数の変化について具体的に説明する。初めに、故障条件を満たしたときにおけるエンジン回転数が制限回転数より大きい場合について図5を参照して説明する。図5は、制限運転制御のタイミングチャートの例を示す図である。
図5は、横軸が時間軸であり、複数のグラフが縦に並べて配置されている。一番上のグラフは、操船者がジョイスティックレバー20を用いて指示したエンジン回転数(指示回転数)であり、その下のグラフは従来の制御におけるエンジン回転数の変化、その更に下のグラフは本願の制御におけるエンジン回転数の変化を示している。
図5に示すように、故障条件を満たしたと判断すると、故障が確定となり、エラーフラグがONになる(表示装置22に警告を表示する)。そして、数秒程度経過した後に、制限運転制御を開始する。ここで、数秒程度待つ理由は、いきなりエンジン回転数が変化すると操船者を驚かせることになるため、操船者に心の準備をさせるためである。
制限運転の開始後、従来では、エンジン回転数をローアイドル回転数まで低下させる。その後、指示回転数がローアイドル回転数まで落ちた後(時刻t1以降)でなければ、たとえ指示回転数が制限回転数以下であっても操船者の操作は受け付けられない。そのため、船速が急激に低下してしまう。
この点、本実施形態では、上記のフローチャートで説明したように、エンジン回転数を制限回転数まで低下させる。その後、指示回転数が制限回転数より大きい場合は制限回転数で、指示回転数が制限回転数以下の場合は指示回転数で、船舶用エンジン6を駆動する。
このように、本実施形態では、初めにエンジン回転数がローアイドル回転数まで低下しないため、船速の急激な低下を防止できる。更に、ローアイドル回転数を一度指示する必要もない。そのため、スムーズに制限運転制御に移行できる。
なお、解除条件を満たした場合、エラーフラグがOFFになり(表示装置22の警告が非表示となり)、その後、制限運転制御が解除される。
次に、故障時のエンジン回転数が制限回転数以下の場合について図6を参照して説明する。
従来では、この場合であっても、エンジン回転数をローアイドル回転数まで低下させる。そして、指示回転数がローアイドル回転数まで落ちた後(時刻t1以降)でなければ、たとえ指示回転数が制限回転数以下であっても操船者の操作は受け付けられない。
この点、本実施形態では、制限運転制御の移行時にエンジン回転数を変化させる制御は行われない。従って、操船状況を維持したままで、特にスムーズに制限運転制御に移行できる。なお、本実施形態では表示装置22が制限運転に移行したことを報知するため、エンジン回転数が自動的に変化しない場合においても、操船者は制限運転制御に移行したことを把握できる。
次に、上記実施形態の変形例を説明する。なお、本変形例の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
上記実施形態では、船舶用エンジン6を1機搭載した構成を説明したが、船舶用エンジン6の搭載数は任意であり、本変形例は、船舶用エンジン6を2機搭載した構成である。
船舶用エンジン6を2機搭載する場合、船舶1の操舵席には、更にアクセルレバー(操作部)23が設置される。アクセルレバー23は、2つのレバーで構成されており、一方のレバーの操作量に応じて一方の船舶用エンジン6の回転数を操作することができ、他方のレバーの操作量に応じて他方の船舶用エンジン6の回転数を操作することができる。
本変形例のように船舶用エンジン6が2機搭載される場合、センサ及びアクチュエータ群30もそれぞれの船舶用エンジン6に設置される。故障条件の判定は、船舶用エンジン6毎に設けられたエンジン故障判定部46によって行われる。つまり、一方の船舶用エンジン6で制限運転制御を行われている場合であっても、他方の船舶用エンジン6で通常の制御が行われることもある。
以上に説明したように、上記の船舶用エンジン6は、操作部(ジョイスティックレバー20、アクセルレバー23)と、センサと、エンジン故障判定部46と、回転数制御部47と、を備える。操作部は、少なくともエンジン回転数を変化させる回転数操作が可能である。センサは、船舶1に配置され、船舶用エンジン6の状態を検出する。エンジン故障判定部46は、センサの検出結果に基づいて所定の故障条件を満たすか否か判定する。回転数制御部47は、エンジン故障判定部46が故障条件を満たすと判定した場合に、エンジン回転数が制限回転数より大きいときは、エンジン回転数を制限回転数まで低下させるとともに、制限回転数より大きい回転数操作を受け付けない制限運転制御を行う。
これにより、従来のようにエンジン回転数をローアイドル回転数まで落とすことなく、操船を継続することができる。従って、スムーズに制限運転制御に移行できるとともに、航海の遅延の影響を抑えることができる。また、急な減速及び加速を防止できるので、乗船者に不快感を与えることを防止できる。
また、上記の船舶用エンジン6においては、回転数制御部47は、エンジン故障判定部46が故障条件を満たすと判定した場合に、エンジン回転数が制限回転数以下であるときは、エンジン回転数を変化させることなく、制限運転制御へ移行する。
これにより、エンジン回転数がローアイドル回転数まで低下しないので、エンジン回転数が元から低い場合は、操船状況を維持したままでスムーズに制限運転制御に移行することができる。
以上に本発明の好適な実施形態及び変形例を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
船舶用エンジン6は、上記で説明したセイルドライブ以外の推進機構にも用いることができる。例えば、プロペラが直接的に取り付けられた動力伝達装置を船体後方に配置し、船舶用エンジンの後方に取り付けられた動力伝達軸から、船舶用エンジンの動力を動力伝達装置に伝達するスタンドライブであっても良い。また、動力伝達装置の後端側にプロペラ軸が斜め下方に装着されるアングルタイプのマリンギアや、動力伝達装置の後端側にプロペラ軸が水平に装着されるパラレルタイプのマリンギアであっても良い。また、船舶は帆船に限られず、汽船であっても良い。
エンジン制御部45と操船系制御部50とを1つの制御装置で構成することもできる。この場合、この制御装置が備える故障判定部が「エンジン故障判定部」に該当する。また、変形例において、2つの船舶用エンジン6を1つのエンジン制御部45で制御することもできる。
上記で説明したセンサは一例であり、船舶用エンジン6の故障を検出可能なセンサであれば適宜追加又は変更することができる。
上記で説明した操作部は一例であり、エンジン回転数を変化させる回転数操作が可能であれば適宜変更することができる。
上記実施形態では、表示装置22の表示により制限運転制御への移行を報知したが、音、光等によって制限運転制御への移行を報知しても良い。
1 船舶
6 船舶用エンジン
11 プロペラ
20 ジョイスティックレバー(操作部)
21 操舵輪
22 表示装置(報知部)
23 アクセルレバー(操作部)
40 エンジン制御部
41 エンジン故障判定部
42 回転数制御部

Claims (4)

  1. 少なくともエンジン回転数を変化させる回転数操作が可能な操作部と、
    船舶に配置され、船舶用エンジンの状態を検出するセンサと、
    前記センサの検出結果に基づいて所定の故障条件を満たすか否か判定するエンジン故障判定部と、
    前記エンジン故障判定部が前記故障条件を満たすと判定した場合に、エンジン回転数が制限回転数より大きいときは、エンジン回転数を前記制限回転数まで低下させるとともに、前記制限回転数より大きい前記回転数操作を受け付けない制限運転制御を行う回転数制御部と、
    を備えることを特徴とする船舶用エンジン。
  2. 請求項1に記載の船舶用エンジンであって、
    前記回転数制御部は、前記エンジン故障判定部が前記故障条件を満たすと判定した場合に、エンジン回転数が前記制限回転数以下であるときは、エンジン回転数を変化させることなく、前記制限運転制御へ移行することを特徴とする船舶用エンジン。
  3. 請求項1又は2に記載の船舶用エンジンであって、
    前記回転数制御部による前記制限運転制御が行われる場合に、その旨を報知する報知部を備えることを特徴とする船舶用エンジン。
  4. 請求項1から3までの何れか一項に記載の船舶用エンジンであって、
    前記回転数制御部は、前記エンジン故障判定部が前記故障条件を満たすと判定した場合に、エンジン回転数が前記制限回転数より大きいときは、エンジン回転数を前記制限回転数まで低下させた後に当該制限回転数で維持し、前記制限回転数以下の前記回転数操作が行われるまで、当該エンジン回転数を維持することを特徴とする船舶用エンジン。
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