JP3112284B2

JP3112284B2 - 舶用機関の負荷検出装置

Info

Publication number: JP3112284B2
Application number: JP02285358A
Authority: JP
Inventors: 伸宜深江; 肇今中; 勝則加藤
Original assignee: ヤンマーディーゼル株式会社
Priority date: 1990-10-22
Filing date: 1990-10-22
Publication date: 2000-11-27
Anticipated expiration: 2015-11-27
Also published as: JPH04159197A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉この発明は、通常の航走以外に各種の作業も行う作業
用船舶、特に漁船に適した負荷検出装置に関するもので
ある。

〈従来の技術〉漁船における漁労作業の場合、例えば底引き網漁を行
っている時には網を引く力は作業性や漁獲量などを左右
する大きな要素である。すなわち、強く引き過ぎると網
が浮き過ぎるのに対して、引く力が弱いと網が沈んだり
して適正な作業が行えない。このため、従来は作業者が
機関の音などから感覚的に引く力を判断して調節してい
る。

〈発明が解決しようとする課題〉しかしながら、実際の作業での網を引く力の判断は非
常に難しいため従来は熟練した作業者の勘や経験に頼っ
ており、定量的に把握して対応することはなされていな
かった。

この発明はこのような問題点に着目し、網を引く力の
ような作業負荷を定量的に検知して作業を容易に行える
ようにすることを目的としてなされたものである。

〈課題を解決するための手段〉上記の目的を達成するために、この発明の装置では、
機関の回転数を検出する回転数検出手段と、機関の実負
荷を検出する負荷検出手段と、航走中に機関回転数と機
関負荷を逐次検出して航走時負荷を計測することによ
り、機関の回転数と負荷の関係を示す航走時負荷特性を
求めてこの航走時負荷特性を記憶手段に記憶させておく
と共に、作業時に検出される機関の実負荷からその時の
機関回転数に対応する上記特性上の航走時負荷を減算し
て機関の作業負荷を算出する演算手段と、算出された作
業負荷を表示する表示手段、とを備えている。

減速比の切り替え可能な多段減速逆転機が使用される
場合には、上記の航走時負荷特性は各減速比ごとに求め
られるようにしている。

また、表示内容をマニュアル操作によって選択するた
めの選択手段が設けられており、機関の実負荷または作
業負荷のいずれかを選択して表示できるようにしてい
る。

第１図はこの発明の構成を示す図であり、Ａは機関、
Ｂは回転数検出手段、Ｃは負荷検出手段、Ｄは記憶手
段、Ｅは演算手段、Ｆは表示手段であり、Ｇは計測及び
記憶指示手段である。なお、Ｈは減速逆転機、Ｉはプロ
ペラ、Ｊは減速比の切替手段である。

〈作用〉負荷検出手段で検出される負荷は、船舶が航走するこ
とによって生ずる航走負荷に網を引くなどの作業によっ
て生ずる作業負荷がプラスされた機関の実負荷であるか
ら、非作業時の航走中に航走時負荷特性を求めておき、
作業時に検出された実負荷からその時の機関回転数に対
応する航走負荷を減算することにより機関の作業負荷が
算出できる。そしてこれが表示されるので作業負荷を定
量的に検知することができる。

減速逆転機が多段式の場合には、各減速比ごとに航走
時負荷特性を記憶することによりその時の減速比に対応
した適切な演算手段が行われる。

また、マニュアル操作によって表示する内容を選択す
ることにより、機関の実負荷または作業負荷のいずれか
必要な方を知ることができる。

〈実施例〉次にこの発明の実施例を説明する。

第２図はブロック図であり、１は機関、２はプロペ
ラ、３は減速逆転機、４は電子ガバナ41を内蔵した燃料
噴射ポンプ、５は船舶の操縦席に設けられたリモコンハ
ンドル装置、６は同じく操作パネル、７は制御装置であ
る。

この実施例の減速逆転機３は減速比が前進２段になっ
たもので、減速比の切替手段としての電磁切替弁31と、
前進・後進・中立の切り替えを行うための切替装置32を
備えており、出力軸33にプロペラ軸21が連結されてい
る。電磁切替弁31は操作パネル６あるいは制御装置７か
らの制御信号によって操作されるようになっており、ま
た切替装置32はリモコンハンドル装置５のクラッチ切替
ハンドル51にプッシュプルワイヤ52を介して接続され、
ハンドル51によって操作されるようになっている。な
お、切替装置32としては例えば前掲の公報に記載されて
いるものが使用される。リモコンハンドル装置５のレギ
ュレータハンドル53はプッシュプルワイヤ54を介してア
クセルセンサ55に接続され、アクセルセンサ55の信号が
制御装置７に入力されるように構成されている。

燃料噴射ポンプ４の電子ガバナ41は制御装置７からの
制御信号によって制御されるものであり、負荷検出手段
としてのラック位置センサ42が設けられ、回転センサ43
と共にその出力信号が制御装置７に入力されるように構
成されている。

操作パネル６には、制御モードを選択するモードスイ
ッチ61a,61b,61c、減速比を切り替えるマニュアルスイ
ッチ62a,62b、機関１の実負荷と作業負荷の表示を選択
する表示選択スイッチ63a,63b、航走時負荷特性計測用
のいずれもランプ付の準備スイッチ64aとトリガスイッ
チ64b、減速比の自動切り替えを一次停止してその時の
減速比を維持するためのホールドスイッチ65などの各種
スイッチが設けられており、また機関の負荷を表示する
ための負荷モニタ68も設けられている。これらのスイッ
チの状態は制御装置７に入力され、また制御装置７の出
力信号が負荷モニタ68に送られる。

制御装置７は主要部がマイクロコンピュータで構成さ
れており、制御の中心となるCPU71や、制御に必要な各
種プログラムやデータを記憶するとともにデータの更新
可能なメモリ72のほか、必要な入出力装置などを備えて
いる。

メモリ72には、減速比を切り替える時の機関の回転数
と負荷の関係を定めた減速比切替マップ（以下、単に減
速比切替マップという）が記憶されている。第３図はこ
のマップを例示したものであり、（ａ）はこれをグラフ
化して、また（ｂ）は表の形でそれぞれ示してある。

（ａ）図の横軸は機関回転数、縦軸は機関の負荷に対
応するトルクであり、Nactは回転センサ43で検出される
機関回転数、Rdownは減速比の小さい小減速から減速比
の大きい大減速に切り替える時の負荷のしきい値、ｄは
その特性線、Rupは逆に大減速から小減速に切り替える
時の負荷のしきい値、ｕはその特性線を示す。

また航走時における機関回転数と機関負荷との関係を
示す航走時負荷特性は、舶用三乗負荷特性として知られ
ているものが一般的であり、図の実線ａは小減速時の舶
用三乗負荷特性を、ｂは大減速時の舶用三乗負荷特性を
それぞれ示している。Ｐは定格負荷点である。この舶用
三乗負荷特性はあらかじめ記憶させておいたものを利用
してもよいが、この発明では後述のようにその都度計測
して更新できるようになっている。

ここで、しきい値Rdownは図に示すように三乗負荷特
性ａよりも大きい値に設定されている。機関負荷は、船
舶が航走することによって生ずる航走負荷に網を引くな
どの作業によって生ずる作業負荷がプラスされたものに
なるから、減速比を小減速にして機関回転数Nactで航走
中の航走負荷トルクはa₁であり、作業中はこれに作業負
荷トルクＬがプラスされて機関の実負荷トルクはd₁とな
る。そこでこの実負荷トルクd₁がｄ線に達した時に減速
比が大減速に切り替われば、実負荷は大減速時の航走負
荷トルクb₁に減速比が大きくなった分だけ小さい作業負
荷トルクＬ′がプラスされた状態となり、機関は切り替
え前より小さい負荷トルクで同一回転数で運転を継続で
きる。従って、しきい値Rdownは特性ａより作業負荷分
だけ大きく設定するのが望ましく、差が大き過ぎると切
り替えのタイミングが遅れて過大な負荷がかかり、回転
数が低下することになるし、差が小さいとまだトルクに
余裕があるのに早めに切り替えが行われることになる。
また、大減速から小減速に切り替える時は一般に作業が
終了して作業負荷が０になるか、あるいは作業負荷が極
めて小さくなる場合であるから、しきい値Rupは特性ｂ
とほぼ同程度の値で特性ｂの若干上（または下）の範囲
内に設定されることになる。なお、しきい値ｄより上は
大減速域、しきい値ｕより下は小減速域、その間は不感
帯である。

なお一般に作業負荷は作業の種類で異なるので、この
減速比切替マップは１種類とは限らず作業内容などに応
じて設定されるのが普通であり、例えば航走時に適用さ
れるもののほかに、何種類かの異なる作業ごとに適用さ
れる複数のマップが準備される。これは以下に述べるマ
ップについても同様である。

第４図は第３図に対応したもので、機関回転数と燃料
噴射ポンプ４のラック位置との関係を示した図であり、
制御用の基本マップとしてメモリ72に記憶されている。
Rmaxは最大ラック位置、Rsoku1は小減速時の舶用三乗負
荷に相当するラック位置、Rsoku2は大減速時の舶用三乗
負荷に相当するラック位置、Rid1は無負荷相当ラック位
置をそれぞれ示している。

第５図は第２の減速比切替マップの例であり、機関負
荷に関係なく機関回転数のみで切り替えを行う場合に用
いられるものである。このマップでは小減速から大減速
に切り替える時の機関回転数のしきい値Ndownと、逆に
大減速から小減速に切り替える時のしきい値Nupが設定
されており、しきい値Ndownはしきい値Nupより小さい値
に設定されている。

第６図は更に別の第３の減速比切替マップの例であ
り、RdownのNdown以下及びRupのNup以下の部分をそれぞ
れカットした形状になっている。なお、この第６図のNd
ownとNupは第５図のものと同一の値とは限らない。

以上の各減速比切替マップを利用した制御の手順につ
いては、第８図以下のフローチャートによって後述す
る。

第７図はラック位置センサ42で検出される実負荷を航
走負荷と作業負荷に区別し、機関負荷を正確に知るため
に必要となる作業負荷率の算出方法の説明図である。す
なわち、ある回転数Nactにおける作業負荷は、検出され
た実際のラック位置Ractから航走負荷である舶用三乗負
荷に相当するラック位置Rsoku1またはRsoku2を引いた値
であり、小減速時及び大減速時の作業負荷率と機関の実
負荷率はそれぞれ次のようになる。

次に、第８図以下のフローチャートにより実施例の装
置の動作を説明する。第８図（ａ）及び第８図（ｂ）は
メインルーチン、第９図は負荷演算サブルーチン、第10
図は舶用三乗負荷計測サブルーチン、第11図は減速比切
替サブルーチンである。

第８図のメインルーチンにおいて、ステップS0は機関
回転数と燃料噴射ポンプのラック位置との関係を示した
制御用の基本マップに基いて燃料噴射量を算出し、燃料
噴射ポンプ４のラックを駆動するアクチュエータへの制
御信号Qoutを演算して出力するステップである。この制
御のサブルーチンは周知であるので詳細な説明は省略す
るが、必要であれば例えば特開昭63−259139号公報等を
参照されたい。

次のステップS1はラック位置センサ42の異常検出のス
テップであり、正常であればステップS2に進み、異常で
あればステップS5′に進んで操作パネル６の負荷モニタ
68の表示を０とする。この異常判定は、例えばラック位
置センサ42の出力Ractと燃料噴射制御信号Qoutを比較す
ることによって行われる。一例を挙げると、Ractが4V以
上でQoutが１％以下であるとか、Ractが1.5V以下でQout
が99％以上であるというように、正常な場合にはあり得
ないような状態が0.5秒以上継続した場合に故障と判断
するのである。

舶用三乗負荷は船体とプロペラとのマッチングや積荷
の量などによって変わり、同じ機関であっても減速比の
変更タイミングの最適値が変化するので、減速比の切り
替え制御にとっては重要な特性である。ステップS2は、
実際に船を走らせてその特性を計測して新規に記憶し、
あるいは前回の記憶を更新するか否かを操作パネル６の
準備スイッチ64aのオンオフによって判定するステップ
である。計測を行う場合にはスイッチ64aがオンされて
ステップS4の舶用三乗負荷計測サブルーチンに進み、計
測を行わない場合にはスイッチ64aはオフでステップS4
を経由しないですぐにステップS3に進む。

ステップS5はステップS3で求められた結果を操作パネ
ル６の負荷モニタ68に表示するステップであり、表示選
択スイッチ63a,63bの操作に応じたフラグSmoniを判定
し、０であれば作業負荷を、１であれば機関の実負荷を
それぞれ表示する。

ステップS6は減速比の切り替えを行うサブルーチンで
あり、次にステップS3,S4及びこのステップS6について
述べる。

第９図はステップS3の負荷演算サブルーチンであり、
まず実際の機関回転数Nactとラック位置Ractを認識し
（ステップS31）、その回転数における最大ラック位置R
maxと無負荷相当ラック位置Rid1を認識する（ステップS
32）。続いて現在の減速比を認識し（ステップS33）、
更にその減速比における舶用三乗負荷相当ラック位置Rs
oku1またはRsoku2を認識する（ステップS34）。そして
第７図に関して述べた式により機関の実負荷率と
作業負荷率とをそれぞれ演算するのである（ステップS3
5）。

第10図はステップS4の舶用三乗負荷計測サブルーチン
であり、船を航走させながら実行される。まず準備スイ
ッチ64aのオンによりカウンタＩが０となり、スイッチ6
4aの計測ランプが点灯する（ステップS41）。トリガス
イッチ64bをオンするとそのトリガランプが点灯して計
測が開始され（ステップS42）、機関回転数Nactとラッ
ク位置Ractを認識してその値が一旦記憶され（ステップ
S43）、カウンタがカウントアップされてトリガランプ
が消灯し、ステップS42に戻る（ステップS44）。この例
ではこの手順を機関の低速回転から高速回転までの８点
について行うようになっており、８回目が終了するとス
テップS45に進んで現在の減速比が認識され、その減速
比における舶用三乗負荷相当ラック位置Rsoku1またはRs
oku2として結果がメモリ72に記憶され、計測ランプが消
灯してこのサブルーチンが終了する（ステップS46）。

次に第11図の減速比切替サブルーチンについて説明す
る。

最初のステップS61は減速比の切り替えを自動でなく
マニュアル操作で行うか否かの判定ステップであり、操
作パネル６のマニュアルスイッチ62a,62bのいずれかが
オンされると、自動モードが解除されて選択された減速
比に減速逆転機３が切り替えられる。これにより例えば
制御系の故障時でも減速比を切り替えることが可能とな
る。ステップS62は、自動モードの時に操作パネル６の
ホールドスイッチ65のオンによって減速比の切り替えを
一次停止し、その時の減速比を維持するか否かの判定ス
テップであり、スイッチ65がオフの場合に次のステップ
S63に進む。ステップS63は第８図のステップS1と同様な
ラック位置センサ42の異常検出のステップであり、正常
であればステップS64に進み、異常であればステップS71
に進む。

ステップS64では操作パネル６のモードスイッチ61a〜
61cの状態が判定され、スイッチ61aまたは61bがオンで
モード１または２が選択されていればステップS65に、
スイッチ61cがオンでモード３が選択されていればステ
ップS71に進む。この実施例では第３図の減速比切替マ
ップとして作業内容に応じて２種類のものが備えられて
おり、モード１及び２では選択されたマップを用いて機
関回転数と機関負荷に応じた切り替え制御が行われる。
また、モード３は第５図の減速比切替マップを用いて機
関回転数のみに応じて制御するモードである。

モード１及び２の場合には、ステップS65で現在の減
速比が判定される。小減速であれば検出されたラック位
置Ractがしきい値Rdown以上であるか否かが判定され、
以上であれば大減速に切り替える制御信号が制御装置７
から電磁切替弁31に対して出力されて減速比が大減速側
に切り替えられ、以上でなければ切り替えは行われない
（ステップS66）。また小減速でなければ、検出された
ラック位置Ractがしきい値Rup未満であるか否かが判定
され、未満であれば小減速に切り替える制御信号が制御
装置７から電磁切替弁31に対して出力されて減速比が小
減速側に切り替えられ、未満でなければ切り替えは行わ
れない（ステップS67）。

切り替えが行われた場合はステップS68で完了が確認
され、更にステップS69であらかじめ設定された時間が
経過するまで時間待ちが行われて、必要以上の頻度で切
り替えが行われることを防止して制御の円滑化が図られ
る。

ステップS71以下は第５図の減速比切替マップを用い
る制御であり、ラック位置センサ42が故障して機関負荷
を検出できないが制御系の他の部分は正常な場合と、モ
ード３が選択された場合とに行われる。ここでは、ステ
ップS71で現在の減速比が判定され、小減速であれば検
出された機関回転数Nactがしきい値Ndown未満であるか
否かが判定され、未満であれば大減速に切り替える制御
信号が電磁切替弁31に対して出力されて大減速側に切り
替えられ、以上でなければ切り替えは行われない（ステ
ップS72）。また小減速でなければ、機関回転数Nactが
しきい値Nup以上であるか否かが判定され、以上であれ
ば小減速に切り替える制御信号が制御装置７から電磁切
替弁31に対して出力されて小減速側に切り替えられ、以
上でなければ切り替えは行われない（ステップS73）。
切り替え完了の確認と時間待ちはモード１または２の場
合と同様である（ステップS74,75）。

なお、以上の実施例は減速比が前進２段の例である
が、３段以上の多段逆転機の場合でもこの発明は適用で
きる。

〈発明の効果〉以上の説明から明らかなように、この発明は、検出さ
れた機関回転数に対応する航走負荷を航走中に計測して
得た航走時負荷特性から求めてこれを検出された機関の
実負荷から減算し、機関の作業負荷を算出して表示する
ようにしたものである。

従って、作業負荷を定量的に検知して作業者の勘や経
験に頼らずに作業を行うことが可能となり、例えば漁船
における漁労作業の場合に、網を引く力を機関の音など
から感覚的に判断するような必要がなく、定量的に判断
して網の状態を保つために必要な機関回転数の調節や減
速比の切り替えを行うことができるのである。しかもモ
デル的な特性ではなく非作業時の航走中に求めた実際の
航走時負荷特性を用いるので、機関回転数の調節や減速
比の自動切り替えなどの各種の制御を実現の船体と機
関、プロペラ等の組み合わせに応じて最適に行うことが
できる。

また、減速逆転機が多段式の場合に各減速比ごとに航
走時負荷特性を記憶することにより、その時の減速比に
対応した作業負荷を知ることができる。

また、マニュアル操作によって表示する内容を選択す
ることにより、機関の実負荷または作業負荷のいずれか
必要な方を知ることができて便利であり、しかも表示装
置は１個でよいので別々に表示装置を設ける場合と比較
してコストの安い装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示す図、第２図は一実施例の
ブロック図、第３図の（ａ）は減速比切替マップの例を
グラフ化して示した図、（ｂ）は表の形で示した図、第
４図の（ａ）は機関回転数と燃料噴射ポンプのラック位
置との関係をグラフ化して示した図、（ｂ）は表の形で
示した図、第５図及び第６図はそれぞれ他の減速比切替
マップの例をグラフ化して示した図、第７図は作業負荷
率の算出方法の説明図、第８図以下は制御のフローチャ
ートを示したもので、第８図（ａ）及び第８図（ｂ）は
メインルーチン、第９図は負荷演算サブルーチン、第10
図は舶用三乗負荷計測サブルーチン、第11図は減速比切
替サブルーチンである。１……機関、２……プロペラ、３……減速逆転機、４…
…燃料噴射ポンプ、５……リモコンハンドル装置、６…
…操作パネル、７……制御装置、31……電磁切替弁、41
……電子ガバナ、42……ラック位置センサ、43……回転
センサ、63a,63b……表示選択スイッチ、64a……計測準
備スイッチ、64b……計測トリガスイッチ、68……負荷
モニタ、71……CPU、72……メモリ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭51−98889（ＪＰ，Ａ) 実公昭61−9838（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B63H 21/22 B63H 23/08 B63H 21/21

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】機関の回転数を検出する回転数検出手段
と、機関の実負荷を検出する負荷検出手段と、航走中に機関回転数と機関負荷を逐次検出して航走時負
荷を計測することにより、機関の回転数と負荷の関係を
示す航走時負荷特性を求めてこの航走時負荷特性を記憶
手段に記憶させておくと共に、作業時に検出される機関
の実負荷からその時の機関回転数に対応する上記特性上
の航走時負荷を減算して機関の作業負荷を算出する演算
手段と、算出された作業負荷を表示する表示手段、とを備えたことを特徴とする舶用機関の負荷検出装置。
【請求項２】減速比の切り替え可能な多段減速逆転機が
使用されており、各減速比ごとに航走時負荷特性を求め
て記憶するように構成された請求項１記載の舶用機関の
負荷検出装置。
【請求項３】表示内容をマニュアル操作によって選択す
るための選択手段が設けられており、機関の実負荷また
は作業負荷のいずれかを選択して表示できるようにした
請求項１記載の舶用機関の負荷検出装置。