JP2015117595A - 制御装置、ハイブリッド過給機、船内制御装置、エンジンコントローラ、制御方法、及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御装置は、エンジン排気により回転するタービンと、前記タービンと同軸で回転し、エンジン吸気を圧縮するコンプレッサと、前記コンプレッサ及び前記タービンと同軸で回転し、発電する電動発電機とを有するハイブリッド過給機の制御装置であって、ハイブリッド過給機の過給機状態量を取得する過給機状態量取得部と、前記過給機状態量取得部が取得した過給機状態量に基づいて、前記ハイブリッド過給機の劣化状態を診断する診断部とを備える。
【選択図】図1
Description
特許文献1には、関連する技術として船舶のメンテナンスに関する技術が記載されている。
図1は、本発明の第一の実施形態による制御装置100を備える船舶システム1の構成の一例を示す図である。
図1で示すように、第一の実施形態による船舶システム1は、電力変換器10と、ハイブリッド過給機20と、エンジン30と、船内制御装置40と、その他のコントローラ50と、記憶部60とを備える。
制御装置100は、エンジン30が備えるエンジンコントローラ301や船内制御装置40と情報を送受信する。制御装置100は、過給機状態量取得部101と、診断部102とを備える。
過給機状態量取得部101は、ハイブリッド過給機20が備えるタービン201と、コンプレッサ202と、電動発電機203とからハイブリッド過給機20の過給機状態量を取得する。
診断部102は、過給機状態量取得部101が取得した過給機状態量とエンジンコントローラ301からの情報を受信し、入力した過給機状態量とエンジンコントローラ301からの情報とに基づいて、ハイブリッド過給機20の劣化状態を診断する。
タービン201は、エンジン30が排出する排ガスを吸気する。タービン201は、吸気した排ガスによって回転する。
コンプレッサ202は、軸を介したタービン201の回転力により自身が備えるコンプレッサホイールを回転させる。コンプレッサ202は、コンプレッサホイールを回転させることで空気を圧縮する。そして、コンプレッサ202は、圧縮した空気である掃気をエンジン30に送る。
電動発電機203は、軸を介したタービン201の回転力のうちの余剰回転力により発電する。電動発電機203は、発電した電力を電力変換器10に送電する。
エンジンコントローラ301は、エンジン30の掃気や排ガスの情報を取得する。エンジンコントローラ301は、船内制御装置40や制御装置100と情報を送受信する。
その他のコントローラ50は、自コントローラが備えられた装置における情報を船内制御装置40と送受信する。
記憶部60は、過給機状態量取得部101が取得した情報、診断部102が診断に必要な情報、診断部102が診断した各装置の診断結果などを記憶する記憶部である。また、船内制御装置40、その他のコントローラ50、エンジンコントローラ301のそれぞれが取得した情報を記憶する記憶部である。
この図2で示す計測値は、診断部102が過給機状態量取得部101から受信したハイブリッド過給機20における種々の物理量の計測値である。また、この図2で示す計測値は、エンジンコントローラ301から取得したエンジン30における種々の物理量の計測値である。
この図2で示す平均値処理やFFT(Fast Fourier Transform)処理やしきい値との比較処理は、診断部102が行う、各装置の各部品、例えば、機械品として、翼、ハウジング、ベアリングなど、電気品として、電解コンデンサ、バッテリ、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、リアクトル、発電機コイルなどの残り寿命の算出と、各装置がトラブルを起こさないか否かの判定処理とを示している。
また、この図2で示す装置の診断結果は、各装置がトラブルを起こさないか否かを診断部102が判定した判定結果である。なお、実施形態における各装置とは、タービン201、コンプレッサ202、電動発電機203の何れか一つまたは複数のことである。
従って、例えば、タービン201が温度400度で回転数10000回転/分で運転された場合、タービン201における部品aは5年で寿命に達し、タービン201における部品bは3年で寿命に達することが設計段階でわかる。また、例えば、タービン201が温度600度で回転数8000回転/分で運転された場合、タービン201における部品aは3年で寿命に達し、タービン201における部品bは5年で寿命に達することが設計段階でわかる。このことは、運転状況を時間軸方向に蓄積することで各部品の劣化を算出することができ、各部品の残りの寿命を算出することができることを意味する。
また、図4は、第一の実施形態による制御装置100を備える船舶システム1の処理フローの一例を示す図である。
次に図3と図4を用いて第一の実施形態による制御装置100を備える船舶システム1の処理フロー(ステップS1〜ステップS8)について説明する。
なお、ハイブリッド過給機20とエンジン30は、共に動作しているものとする。また、ハイブリッド過給機20とエンジン30において、種々の物理量、例えば、圧力、流量、温度、振動、応力、運転時間、回転数、電力などがセンサや計測器等を用いて計測されているものとする。
過給機状態量取得部101は、ハイブリッド過給機20が備えるタービン201、コンプレッサ202、電動発電機203のそれぞれにおける運転状況、すなわち種々の物理量の計測値を逐次取得し、取得した種々の物理量の計測値を診断部102に送信する。また、過給機状態量取得部101は、取得した種々の物理量の計測値を記憶部60に記録する。
診断部102は、過給機状態量取得部101から種々の物理量の計測値を受信する。また、診断部102は、記憶部60から劣化度データテーブルと、設計段階で決定している各装置における各部品の寿命よりも短いしきい値とを読み出す。診断部102は、記憶部60から読み出した劣化度データテーブルと、過給機状態量取得部101から受信した運転状況に基づいて、タービン201、コンプレッサ202、電動発電機203のそれぞれにおける各部品の劣化を算出し、残りの寿命を算出する。診断部102は、算出した各部品の残りの寿命と、記憶部60から読み出した設計段階で決定している各装置における各部品の寿命とを比較し、各部品の残りの寿命が十分にあるか否かを判定する(ステップS5)。
算出した各部品の残りの寿命が記憶部60から読み出した設計段階で決定している各装置における各部品の寿命よりも長い、すなわち各部品の残りの寿命が十分にあると診断部102が判定した場合(ステップS5、NO)、過給機状態量取得部101がタービン201、コンプレッサ202、電動発電機203のそれぞれとそれぞれの軸受けにおける種々の物理量の計測値を取得するステップS1の処理に戻る。
また、算出した各部品の残りの寿命が記憶部60から読み出した設計段階で決定している各装置における各部品の寿命よりも短いまたは同一である、すなわち各部品の残りの寿命が十分ではないと診断部102が判定した場合(ステップS5、YES)、残りの寿命が十分ではないと判定した部品とその部品を使用している装置に関する情報を船内制御装置40に送信する(ステップS6)。
算出した物理量の平均値が各物理量に対して予め設定した上限しきい値を上回らない、かつ下限しきい値を下回らないと診断部102が判定した場合、診断部102は、部品は劣化していない、すなわち各部品の残りの寿命が十分にあると判定し(ステップS5、NO)、過給機状態量取得部101がタービン201、コンプレッサ202、電動発電機203のそれぞれとそれぞれの軸受けにおける種々の物理量の計測値を取得するステップS1の処理に戻る。
また、診断部102は、算出した物理量の平均値が各物理量に対して予め設定した上限しきい値を上回るあるいは下限しきい値を下回ると診断部102が判定した場合、診断部102は、部品が劣化している、すなわち部品の残りの寿命が十分ではないと判定し(ステップS5、YES)、残りの寿命が十分ではないと判定した部品とその部品を使用している装置に関する情報を船内制御装置40に送信する(ステップS6)。
なお、過給機状態量取得部101がハイブリッド過給機20から種々の物理量を取得することが困難である場合、診断部102は、エンジン負荷状態に基づいてハイブリッド過給機20の物理量を推定してもよい。診断部102は、エンジンコントローラ301が取得し記憶部60に記録したエンジン負荷状態に関する情報あるいは船内制御装置40が記憶部60に記録したエンジン負荷状態に関する情報を読み出すことで、エンジン負荷状態を取得することができる。
また、ステップS5の処理において、診断部102は、過去の物理量を継続的にモニタすることで経時的な劣化が生じているか否かを判定し、その判定結果に基づいて、各部品の残りの寿命が十分か否かを判定してもよい。
本発明の実施形態による制御装置100は、エンジン排気により回転するタービン201と、タービン201と同軸で回転し、エンジン吸気を圧縮するコンプレッサ202と、コンプレッサ202及びタービン201と同軸で回転し、発電する電動発電機203とを有するハイブリッド過給機20の制御装置であって、ハイブリッド過給機20の過給機状態量を取得する過給機状態量取得部101と、過給機状態量取得部101が取得した過給機状態量に基づいて、ハイブリッド過給機20の劣化状態を診断する診断部102とを備える。
このようにすれば、ハイブリッド過給機20における部品の劣化に伴うトラブルを未然に防ぐことができる制御装置100を提供する。
図5は、本発明の第二の実施形態による制御装置100を備える船舶システム1の構成の一例を示す図である。
次に、第二の実施形態による制御装置100を備える船舶システム1について説明する。
図5で示すように、第一の実施形態による船舶システム1と同様に、第二の実施形態による船舶システム1は、電力変換器10と、ハイブリッド過給機20と、エンジン30と、船内制御装置40と、その他のコントローラ50と、記憶部60とを備える。
また、電力変換器10は制御装置100を備える。ただし、第二の実施形態による制御装置100は、第一の実施形態による制御装置100に対して、更にモータリング制御部103を備える。
モータリング制御部103は、モータリング電力(回転維持電力)を電動発電機203に出力してモータリング制御を行う。
また、図7は、第二の実施形態による制御装置100を備える船舶システム1の処理フローの一例を示す図である。
次に図6と図7を用いて第二の実施形態による制御装置100を備える船舶システム1の処理フロー(ステップS9、ステップS1〜ステップS8)について説明する。
なお、第二の実施形態による船舶システム1の処理フローは、モータリング制御部103がモータリング電力を電動発電機203に出力してモータリング制御を行う場合の処理フローである。従って、ハイブリッド過給機20が起動し、エンジン30が停止している時の動作について説明する。ただし、ここでは、第一の実施形態による船舶システム1の処理フローと異なる、ステップS9とステップS10の処理について説明する。ハイブリッド過給機20とエンジン30において、種々の物理量、例えば、圧力、流量、温度、振動、応力、運転時間、回転数、電力などがセンサや計測器等を用いて計測されているものとする。
過給機状態量取得部101は、この状態において、ハイブリッド過給機20が備えるタービン201、コンプレッサ202、電動発電機203のそれぞれとそれぞれの軸受けにおける種々の物理量の計測値を取得する(ステップS1)。
このステップS1で過給機状態量取得部101が取得する種々の物理量の計測値は、モータリング制御部103が電動発電機203に出力したモータリング電力そのものによる物理量の計測値である。そのため、過給機状態量取得部101が取得する種々の物理量の計測値は、エンジン30による影響が含まれず、ハイブリッド過給機20そのものの特性を示している。
このコンプレッサマップは、モータリング制御部103が所定のモータリング電力を電動発電機203に出力した場合のハイブリッド過給機20のコンプレッサ202におけるコンプレッサ流量とコンプレッサ圧力比との関係を示している。そして、コンプレッサマップの典型値である代表作動点の過去の実績が記憶部60にコンプレッサマップデータテーブルとして予め記録されている。
なお、ステップS10の処理において、診断部102は、過給機状態量取得部101から受信したモータリング電力の計測値が徐々に変化する場合、ハイブリッド過給機20が経時的な劣化していると判定する。例えば、過去のモータリング電力の実績の平均値に比べ、比較する毎に1パーセントずつ増加し続けるような場合、診断部102はハイブリッド過給機20が経時的な劣化していると判定する。
本発明の実施形態による制御装置100は、エンジン排気により回転するタービン201と、タービン201と同軸で回転し、エンジン吸気を圧縮するコンプレッサ202と、コンプレッサ202及びタービン201と同軸で回転し、発電する電動発電機203とを有するハイブリッド過給機20の制御装置であって、ハイブリッド過給機20の過給機状態量を取得する過給機状態量取得部101と、過給機状態量取得部101が取得した過給機状態量に基づいて、ハイブリッド過給機20の劣化状態を診断する診断部102とを備える。
このようにすれば、ハイブリッド過給機20における部品の劣化に伴うトラブルを未然に防ぐことができる制御装置100を提供する。
また、モータリング制御部103がモータリング制御を行うことにより、過給機状態量取得部101は、ハイブリッド過給機20そのものの種々の物理量の計測値を取得することができ、診断部102が行うハイブリッド過給機20における部品の劣化の診断精度が向上する。
10・・・電力変換器
20・・・ハイブリッド過給機
30・・・エンジン
40・・・船内制御装置
50・・・その他のコントローラ
60・・・記憶部
100・・・制御装置
101・・・過給機状態量取得部
102・・・診断部
103・・・モータリング制御部
201・・・タービン
202・・・コンプレッサ
203・・・電動発電機
301・・・エンジンコントローラ
Claims (10)
- エンジン排気により回転するタービンと、
前記タービンと同軸で回転し、エンジン吸気を圧縮するコンプレッサと、
前記コンプレッサ及び前記タービンと同軸で回転し、発電もしくはモータ加勢する電動発電機と
を有するハイブリッド過給機の制御装置であって、
ハイブリッド過給機の過給機状態量を取得する過給機状態量取得部と、
前記過給機状態量取得部が取得した過給機状態量に基づいて、前記ハイブリッド過給機の劣化状態を診断する診断部と
を備える制御装置。 - 前記診断部は、前記過給機状態量の経時的変化に基づいて劣化状態を診断する
請求項1に記載の制御装置。 - 前記電動発電機に回転維持電力を出力してモータリング制御を行うモータリング制御部を備え、
前記診断部は、前記モータリング制御部がモータリング制御を開始したときに、過給機状態量を取得して劣化状態を診断する
請求項1または請求項2に記載の制御装置。 - 前記診断部による診断結果を送信する通信部を備える
請求項1から請求項3の何れか一項に記載の制御装置。 - 前記診断部による診断結果を記録する記憶部と、
通信可能時に記憶部のデータを送信する通信部と
を備える請求項1から請求項4の何れか一項に記載の制御装置。 - 請求項1から請求項5の何れか一項に記載の制御装置を備えるハイブリッド過給機。
- 船舶を制御する船内制御装置であって、
ハイブリッド過給機の過給機状態量を取得する過給機状態量取得部が取得した過給機状態量に基づいて、前記ハイブリッド過給機の劣化状態を診断する診断部
を備える船内制御装置。 - エンジンを制御するエンジンコントローラであって、
ハイブリッド過給機の過給機状態量を取得する過給機状態量取得部が取得した過給機状態量に基づいて、前記ハイブリッド過給機の劣化状態を診断する診断部
を備えるエンジンコントローラ。 - エンジン排気によりタービンを回転し、
前記タービンと同軸でコンプレッサを回転し、エンジン吸気を圧縮し、
前記コンプレッサ及び前記タービンと同軸で電動発電機を回転し、発電もしくはモータ加勢する
ハイブリッド過給機の制御装置であって、
ハイブリッド過給機の過給機状態量を取得し、
取得した過給機状態量に基づいて、前記ハイブリッド過給機の劣化状態を診断する制御方法。 - エンジン排気により回転するタービンと、
前記タービンと同軸で回転し、エンジン吸気を圧縮するコンプレッサと、
前記コンプレッサ及び前記タービンと同軸で回転し、発電もしくはモータ加勢する電動発電機と
を有するハイブリッド過給機の制御装置のコンピュータを、
ハイブリッド過給機の過給機状態量を取得する過給機状態量取得手段と、
前記過給機状態量取得手段が取得した過給機状態量に基づいて、前記ハイブリッド過給機の劣化状態を診断する診断手段
として機能させるプログラム。
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