JP4052102B2 - 無段変速機を備えた船舶用動力伝達装置の制御装置及び制御方法 - Google Patents
無段変速機を備えた船舶用動力伝達装置の制御装置及び制御方法 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、無段変速機を備えた船舶用動力伝達装置の制御装置及び制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、船舶用の動力伝達装置として変速機を備えたものが知られている。例えば、特許文献1及び特許文献2には2段変速機を備えた船舶用動力伝達装置が開示されている。この2段変速機を備えた動力伝達装置によれば、加速性と高速性との二つの要求を満たすことができる。即ち、低速航行時や加速時には低速段で航行し、高速航行時には高速段で航行すればよい。
【0003】
ところが、2段変速機を備えた船舶用動力伝達装置では変速の際のショックが大きいことや、船舶の総重量や風向き・風量などの各種条件によって様々に変化する船舶抵抗(より詳しくは船舶の航行に対する抵抗)に対応しきれない等の問題があった。
【0004】
そこで、最近では無段変速機を備えた動力伝達装置が提案されている。
【0005】
例えば、本出願人らは特許文献3に記載されているように、遊星歯車機構を用いた無段変速機を備えた動力伝達装置を提案している。
【0006】
【特許文献1】
特開平5−105191号公報
【特許文献2】
特開平10−291496号公報
【特許文献3】
特開2002−221260号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
この無段変速機を備えた動力伝達装置によれば、変速ショックをほとんど無くすことができると共に、様々に変化する船舶抵抗に対応することが可能となる。
【0008】
ところが、この動力伝達装置の無段変速比の変速比を自動制御するための制御装置及び制御方法については提案されていなかった。
【0009】
船舶は、航行開始後、最大船速まで加速し、その後は最大船速で航行をつづけることが多い。例えば、漁船が漁場に行く場合などでは、漁場に最短期間で到達するために最大船速で航行しつづけることが好ましい。しかしながら、最大船速が得られる変速比は、船舶の総重量や風量などによって決まる船舶抵抗によって変化するため、無段変速機の変速比を適宜調整する必要がある。
【0010】
このため、船舶抵抗に応じて無段変速機の変速比を最適に自動制御して、常にその時点における最大船速で航行することを可能にする制御装置及び制御方法が望まれていた。
【0011】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、無段変速機を備えた動力伝達装置の制御装置及び制御方法であって、船舶の抵抗変化に応じて無段変速機の変速比を最適に自動制御して常に最大船速で航行を行うことを可能にした制御装置及び制御方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、エンジンからの動力が入力される入力軸と、プロペラ軸に接続された出力軸と、これら入力軸と出力軸との間に設けられた無段変速機とを備えた船舶用動力伝達装置の制御装置であって、上記無段変速機の変速比を制御する制御手段と、船舶の航行モードを通常モードと常に最大船速で航行する最大船速モードとの間で切り換えるためのモード切換手段とを備え、上記制御手段は、上記モード切換手段が上記最大船速モード側に切り換えられたときに、船舶の総重量や風量などによって決まる船舶抵抗に対して最大船速を得られる変速比に上記無段変速機の変速比を制御するものである。
【0013】
ここで、上記プロペラ軸の回転速度を検出する検出手段を更に備え、上記制御手段が、上記モード切換手段が上記最大船速モード側に切り換えられたときに、上記無段変速機の変速比を変化させると共にその間上記検出手段により検出される上記プロペラ軸の回転速度をモニタリングし、上記プロペラ軸の回転速度が最大となったときの変速比に上記無段変速機の変速比を制御するようにしても良い。
【0014】
また、上記制御手段は、上記モード切換手段が上記最大船速モード側に切り換えられている間、上記プロペラ軸の回転速度のモニタリング及び上記無段変速機の変速比制御を所定期間毎に実行することが好ましい。
【0015】
また、上記無段変速機が、太陽歯車と、太陽歯車に噛合する複数の遊星歯車と、これら遊星歯車を軸支すると共に上記出力軸が接続されたキャリアと、遊星歯車に噛合すると共に上記入力軸の回転が入力される内歯車とを有する遊星歯車機構と、該遊星歯車機構の上記太陽歯車の回転を変化させて変速比を変化させる回転装置とを備え、上記制御手段が上記回転装置の回転を制御して上記無段変速機の変速比を制御するようにしても良い。
【0016】
更に本発明は、エンジンからの動力が入力される入力軸と、プロペラ軸に接続された出力軸と、これら入力軸と出力軸との間に設けられた無段変速機とを備えた船舶用動力伝達装置の制御方法であって、
上記無段変速機の変速比を制御する制御手段と、船舶の航行モードを通常モードと常に最大船速で航行する最大船速モードとの間で切り換えるためのモード切換手段とを備え、
上記制御手段は、上記モード切換手段が上記最大船速モード側に切り換えられたときに、船舶の総重量や風量などによって決まる船舶抵抗に対して最大船速を得られる変速比に上記無段変速機の変速比を制御するようにしたものである。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0018】
まず、図1を用いて本実施形態に係る動力伝達装置について説明する。図1は本実施形態の動力伝達装置のスケルトン図である。
【0019】
動力伝達装置10は、エンジンの動力が入力される入力軸1と、プロペラ軸(船舶推進装置)に接続された出力軸2と、これら入力軸1と出力軸2との間に設けられた遊星歯車機構11を有する無段変速機28とを備える。
【0020】
入力軸1にはエンジン回転入力クラッチ7が接続される。クラッチ7の入力側は入力軸1に設けられた入力歯車4で構成され、出力側には駆動歯車9が設けられる。
【0021】
遊星歯車機構11は、機構中心部に位置する太陽歯車12と、太陽歯車12の外周側に噛合される複数の遊星歯車13と、これら遊星歯車13を遊転可能に軸支するキャリア14と、遊星歯車13の外周側に噛合される内歯車15とを備える。キャリア14の中心部に出力軸2が接続される。内歯車15の外周部にも歯15aが設けられ、これにエンジン回転入力クラッチ7の出力側である駆動歯車9が噛合される。
【0022】
内歯車15の外周側には固定軸16回りに回転可能なロック歯車17も噛合される。ロック歯車17はロッククラッチ18の入力側に設けられ、ロッククラッチ18の出力側は固定系に固定されている。ロッククラッチ18は内歯車15を選択的に固定するためのものであり、ロッククラッチ18を接とすれば内歯車15を固定(ロック)でき、ロッククラッチ18を断とすれば内歯車15を自由に回転させることができる。
【0023】
太陽歯車12は、可変可逆モータ(油圧モータ)19により回転駆動制御される。即ち、油圧モータ19のモータ軸にモータ駆動歯車20が取り付けられ、モータ駆動歯車20にはモータ中間歯車21が噛合され、モータ中間歯車21にはモータ従動歯車22が噛合される。モータ従動歯車22は連結軸23を介して太陽歯車12と同軸に連結される。油圧モータ19が可変可逆式であり、回転速度を停止も含めて無段階に変更できるので、油圧モータ19を制御することで太陽歯車12の回転速度及び回転方向を自由に制御できる。
【0024】
油圧モータ19を駆動する油圧装置としては、油圧ポンプ24及びこれと油圧モータ19とを相互に接続して双方向にオイル循環可能な油圧配管25から構成される。油圧ポンプ24のポンプ軸26にポンプ歯車27が取り付けられ、ポンプ歯車27が入力歯車4に噛合される。これにより油圧ポンプ24が入力歯車4及びポンプ歯車27を介して入力軸1によって駆動され、オイルを圧送可能となる。油圧ポンプ24も可変可逆式が採用される。なお、ここでは油圧モータ19、油圧ポンプ24ともにアキシャル型が採用される。
【0025】
これら、油圧モータ19、油圧ポンプ24及び油圧配管25などにより、太陽歯車12の回転を制御する回転装置が構成され、無段変速機28は遊星歯車機構11とこの回転装置とで構成される。
【0026】
この無段変速機28において、油圧モータ19により太陽歯車12の回転速度を変化させると、これに応じて出力軸2の回転速度が変化する。言い換えれば、太陽歯車12の回転速度を無段階で変化させることで変速比を無段階で変化させることができる。即ち、太陽歯車12を停止させた状態を基準状態とし、その基準状態から太陽歯車12を出力軸2と同方向(正方向)に回転させると、出力軸回転速度は基準状態より高速となり、太陽歯車12の回転速度を増加させるほど出力軸回転速度も増加する。つまり、太陽歯車12を正方向に回転させれば変速比を高速側に変化させることができる。逆に、太陽歯車12を出力軸2と反対方向(逆方向)に回転させると、出力軸回転速度は基準状態よりも低速となり、太陽歯車12の回転速度を増加するほど出力軸回転速度は低下する。つまり、太陽歯車12を逆方向に回転させれば変速比を低速側に変化させることができる。
【0027】
なお、本実施形態では変速比の制御において油圧モータ19は太陽歯車12を逆方向のみに回転させるものとする。従って、本実施形態では太陽歯車12を停止させた時に変速比は最高速比となり、太陽歯車12を出力軸2と逆方向に最大回転速度で回転させたときに変速比は最低速比となる。
【0028】
本実施形態の動力伝達装置10では、駆動方式をエンジン駆動から油圧駆動に切り換えて、油圧装置による航行も可能である。即ち、このときはロッククラッチ18を接として内歯車15をロックし、エンジン回転入力クラッチ7を断としてエンジン入力を断つ。そして油圧モータ19を回転させ、太陽歯車12を回転駆動する。これにより遊星歯車13及びキャリア14が回転し、出力軸2が駆動される。この場合、油圧モータ19は太陽歯車12を正・逆のどちらにも回転させることができ、油圧モータ19の正転・逆転を切り換えることにより船舶の前進・後進を切り換えることができる。この駆動方法は、微速或いは低速で航行するホバーリング時及び後進時に主に行われる。
【0029】
さて、以上説明したような動力伝達装置10の制御装置の概略構成を図2を用いて説明する。
【0030】
まず、動力伝達装置10は、エンジン回転入力クラッチ7(図1参照)の断接を行うエンジンクラッチ用電磁弁30と、ロッククラッチ18(図1参照)の断接を行うロッククラッチ用電磁弁31と、油圧ポンプ24による油圧モータ19への圧送油量及び圧送方向を調節するための油圧ポンプ用電磁弁32とを備えており、これら各電磁弁30,31,32がコントローラ(制御手段)33により制御される。
【0031】
また、入力軸1にはエンジンの回転速度を検出するエンジン回転センサ35が設けられ、出力軸2に接続されたプロペラ軸36にはプロペラ回転速度を検出するプロペラ回転センサ37(検出手段)が設けられる。これら各センサ35,37の検出値はコントローラ33に入力される。
【0032】
また、本実施形態ではエンジン(図示せず)が燃料噴射ポンプの燃料制御レバー38とそれを作動するステッピングモータ39とを備える。これは電子ガバナに置き換える事もできる。ステッピングモータ39はコントローラ33により制御される。なお、本発明はエンジンの種類に制約はなく、ガソリンエンジン等、他のタイプのエンジンにも適用できるものである。
【0033】
船舶の操縦室には、エンジン回転速度を操縦者が手動調節するためのエンジン制御レバー40(以下ECL(Engine Control Lever)という)と、動力伝達装置10の無段変速機28の変速比を操縦者が手動調節するための変速機制御レバー41(以下HMTCL(Hydro Mechanical Transmission Control Lever)という)と、ホバーリング時に船速及び前進・後退の切り換えを手動調整するためのホバーリングレバー42とが設けられる。
【0034】
これら各レバー40,41,42にはレバーポジションを検出するための検出手段(ここではロータリーエンコーダ)40a,41a,42aがそれぞれ設けられ、各エンコーダ40a,41a,42aの検出値はコントローラ33に入力される。
【0035】
HMTCL41及びホバーリングレバー42は、レバーポジションとして中立位置(ニュートラル)、前進位置及び後進位置を有している。また、前進位置及び後進位置において、無段変速機11の変速比を上記最低速比と最高速比との間で無段階で調節できるようになっている。
【0036】
コントローラ33は、エンコーダ40aにより検出されたECL40の位置とエンジン回転センサ35により検出されたエンジンの回転速度とに応じてステッピングモータ39に信号を出力してエンジン回転速度を制御し、エンコーダ41aにより検出されたHMTCL41の位置に応じて油圧ポンプ用電磁弁32に信号を出力して無段変速機28の変速比を制御し、エンコーダ42aにより検出されたホバーリングレバー42の位置に応じてエンジンクラッチ用電磁弁30、ロッククラッチ用電磁弁31及び油圧ポンプ用電磁弁32に信号を出力してホバーリング時の航行を制御する。また、コントローラ33はエンコーダ41aにより検出されたHMTCL41及びエンコーダ42aにより検出されたホバーリングレバー42の位置が中立位置である場合は、エンジンクラッチ用電磁弁30に信号を出力してエンジン回転入力クラッチ7を断し、エンジン入力を断つ。
【0037】
船舶の操縦室には更に、船舶の運転モードを通常モードと後述する最大船速モードとの間で切り換えるためのモード切換スイッチ(モード切換手段)43と、船舶の運転モードを通常モードとホバーリングモードとの間で切り換えるためのホバーリングスイッチ44とが設けられ、これらスイッチ43,44の状態(ON/OFF)がコントローラ33に入力される。
【0038】
次に、コントローラ33による動力伝達装置10の基本的な制御について説明する。
【0039】
1.エンジン始動時の制御
図3にエンジン始動時のフローチャートを示す。
【0040】
まず、図示しない2段階式のエンジン始動キーが1段階ONされると、ステップS1でモード切換スイッチ43により選択される運転モードが手動モードであるかを判定する。最大船速モードである場合は図示しないランプやブザーなどの警報手段をONして操縦者に知らせる(ステップS2)。運転モードが手動モードに切り換えられれば警報手段をOFFする(ステップS3)。
【0041】
運転モードが手動モードであるならば、ステップS4でエンコーダ41aにより検出されるHMTCL41のレバーポジションが中立位置(ニュートラル)であるかを判定する。HMTCL41のレバーポジションが中立位置以外である場合は警報手段をONして操縦者に知らせる(ステップS2)。HMTCL41が中立位置に切り換えられれば警報手段をOFFする(ステップS5)。
【0042】
HMTCL41のレバーポジションが中立位置であるならば、ステップS6でロッククラッチ18が断状態であるかを判定する。ロッククラッチ18が接状態である場合はロッククラッチ用電磁弁31に信号を出力してロッククラッチ18を断する(ステップS7)。
【0043】
ロッククラッチ18が断状態であるならば、ステップS8で油圧ポンプ24が油圧モータ19へ油を圧送していない状態、即ち、油圧モータ19が停止状態であるかを判定する。油圧モータ19が回転している場合は油圧ポンプ用電磁弁32に信号を出力して油圧ポンプ24による圧送を停止して油圧モータ19を停止する(ステップS9)。
【0044】
油圧モータ19が停止状態であるならば、ステップS10でエンコーダ40aにより検出されるECL40のレバーポジションが第1設定値(ここでは最大値の50%)以下であるかを判定する。ECL40のレバーポジションが50%よりも大きい場合は警報手段をONして操縦者に知らせる(ステップS2)。ECL40が50%以下に切り換えられれば警報手段をOFFする(ステップS11)。
【0045】
以上のステップを全て満たすと、エンジン始動キーを2段階ONすることが可能となり、操縦者がキーを2段階ONする(ステップS12)ことによってエンジンが始動される(ステップS13)。
【0046】
2.船舶前進時の制御
図4に船舶前進時のフローチャートを示す。
【0047】
今、エンジンが既に始動済み(ステップS101)でHMTCL41のレバーポジションが中立位置(ステップ102)である状態からHMTCL41が前進側に手動操作されたとする。まず、ステップS103でホバーリングスイッチ44により選択される運転モードが通常モードであるかを判定する。運転モードがホバーリングモードであれば後述するホバーリングモード用のフローチャートへ移行する。
【0048】
運転モードが通常モードであるならば、ステップS104でHMTCL41のレバーポジションが前進位置であるかを判定する。レバーポジションが後進位置である場合、後述する後進用のフローチャートへ移行する。
【0049】
HMTCL41のレバーポジションが前進位置であるならば、ステップS105でモード切換スイッチ43により選択される運転モードが手動モードであるかを判定する。運転モードが最大船速モードである場合は後述する最大船速モード時の制御を実行する。
【0050】
運転モードが手動モードであるならば、ステップS106でECL40のレバーポジションが予め定めた第2設定値以下のエンジンアイドル領域であるかを判定する。ECL40のレバーポジションがアイドル領域外である場合は警報手段をONして操縦者に知らせる(ステップS107)。ECL40がアイドル領域に切り換えられれば警報手段をOFFする(ステップS108)。
【0051】
ECL40のレバーポジションがアイドル領域であるならば、ステップS109でロッククラッチ18が断状態であるかを判定する。ロッククラッチ18が接状態である場合はロッククラッチ用電磁弁31に信号を出力してロッククラッチ18を断する(ステップS110)。
【0052】
ロッククラッチ18が断状態であるならば、ステップS111で油圧ポンプ24が油圧モータ19へ油を圧送していない状態、即ち、油圧モータ19が停止状態であるかを判定する。油圧モータ19が回転している場合は油圧ポンプ用電磁弁32に信号を出力して油圧ポンプ24の圧送を停止して油圧モータ19を停止する(ステップS112)。
【0053】
油圧モータ19が停止状態であるならば、ステップS113でエンジンクラッチ用電磁弁30に信号を出力してエンジン回転入力クラッチ7を接する。これにより、エンジン駆動力が出力軸2へと伝達される。
【0054】
そして、ステップS115でHMTCL41のレバーポジション(前進範囲)を読み込むと共にステップS116で予めコントローラ33に入力されたデータから現在のHMTCL41のレバーポジションに応じた変速比に制御するために必要な油圧ポンプ用電磁弁32への出力信号を読み取り、ステップS114でその出力信号を油圧ポンプ用電磁弁32に出力する。これによって油圧モータ19及び太陽歯車12の回転(正回転)が制御され、無段変速機28の変速比がHMTCL41のレバーポジションに応じた変速比に制御される。
【0055】
なお、ステップS115において、HMTCL41のレバーポジションが中立位置に切り換えられたと判定された場合、ステップS117でエンジン回転センサ35により検出されるエンジン回転速度が設定値(ここでは1000rpm)以下であるかを判定する。
【0056】
エンジン回転速度が1000rpmよりも大きい場合、HMTCL41を中立位置で固定(ロック)する(ステップS118)。エンジン回転速度が設定値以下であれば、HMTCL41のロックを解除(ステップS119)し、ステップS120で油圧モータ19が停止状態であるかを判定する。油圧モータ19が回転している場合は油圧ポンプ用電磁弁32に信号を出力して油圧ポンプ24の圧送を停止して油圧モータ19を停止する(ステップS121)。油圧モータ19が停止状態であるならば、ステップS122でエンジンクラッチ用電磁弁30に信号を出力してエンジン回転入力クラッチ7を断し、エンジン入力を断つ。
【0057】
3.船舶後進時の制御
図5に船舶後進時のフローチャートを示す。
【0058】
今、エンジンが既に始動済み(ステップS201)でHMTCL41のレバーポジションが中立位置(ステップS202)である状態からHMTCL41が後進側に手動操作されたとする(ステップS203)。まず、ステップS204でECL40のレバーポジションが上記アイドル領域であるかを判定する。ECL40のレバーポジションがアイドル領域外である場合は警報手段をONして操縦者に知らせる(ステップS205)。ECL40がアイドル領域に切り換えられれば警報手段をOFFする(ステップS206)。
【0059】
ECL40のレバーポジションがアイドル領域であるならば、ステップS207でエンジン回転入力クラッチ7が断状態であるかを判定する。エンジン回転入力クラッチ7が接状態である場合は、エンジンクラッチ用電磁弁30に信号を出力してエンジン回転入力クラッチ7を断し、エンジン入力を断つ(ステップS208)。
【0060】
エンジン回転入力クラッチ7が断状態であるならば、ステップS209でロッククラッチ18が接状態であるかを判定する。ロッククラッチ18が断状態である場合はロッククラッチ用電磁弁31に信号を出力してロッククラッチ18を接する(ステップS210)。これによって、船舶は油圧装置による航行が可能となる。
【0061】
ロッククラッチ18が接状態であるならば、ステップS211で油圧ポンプ24が油圧モータ19へ油を圧送していない状態、即ち、油圧モータ19が停止状態であるかを判定する。油圧モータ19が回転している場合は油圧ポンプ用電磁弁32に信号を出力して油圧ポンプ24による圧送を停止して油圧モータ19を停止する(ステップS212)。
【0062】
そして、ステップS214でHMTCL41のレバーポジション(後進範囲)を読み込むと共にステップS215で予めコントローラ33に入力されたデータから現在のHMTCL41のレバーポジションに応じた変速比に制御するために必要な油圧ポンプ用電磁弁32への出力信号を読み取り、ステップS213でその出力信号を油圧ポンプ用電磁弁32に出力する。これによって油圧モータ19及び太陽歯車12の回転(逆回転)が制御され、無段変速機28の変速比がHMTCL41のレバーポジションに応じた変速比に制御される。
【0063】
なお、ステップS214において、HMTCL41のレバーポジションが中立位置に切り換えられたと判定された場合、ステップS216で油圧モータ19が停止状態であるかを判定する。油圧モータ19が回転している場合は油圧ポンプ用電磁弁32に信号を出力して油圧モータ19を停止する(ステップS217)。油圧モータ19が停止状態であるならば、ステップS218でロッククラッチ18が断状態であるかを判定する。ロッククラッチ18が接状態である場合はロッククラッチ用電磁弁31に信号を出力してロッククラッチ18を断する(ステップS219)。
【0064】
4.ホバーリング時の制御
図6にホバーリング時のフローチャートを示す。
【0065】
ホバーリングスイッチ44により運転モードがホバーリングモードに切り換えられた場合、まず、ステップS301でホバーリングレバー42のレバーポジションが中立位置(ニュートラル)であるかを判定する。ホバーリングレバー42のレバーポジションが中立位置以外である場合は警報手段をONして操縦者に知らせる(ステップS302)。ホバーリングレバー42が中立位置に切り換えられれば警報手段をOFFする(ステップS303)。
【0066】
ホバーリングレバー42のレバーポジションが中立位置であるならば、ステップS304でロッククラッチ用電磁弁31に信号を出力してロッククラッチ18を接する。これによって、船舶は油圧装置による航行が可能となる。
【0067】
そして、ステップS306でホバーリングレバー42のレバーポジションを読み込むと共にステップS307で予めコントローラ33に入力されたデータから現在のホバーリングレバー42のレバーポジションに応じた変速比に制御するために必要な油圧ポンプ用電磁弁32への出力信号を読み取り、ステップS305でその出力信号を油圧ポンプ用電磁弁32に出力する。これによって油圧モータ19の回転が制御され、船速及び前進・後進の切り換えが制御される。
【0068】
なお、ステップS308で運転モードが通常モードに切り換えられたと判定された場合、ステップS309で油圧モータ19を停止し、ステップS310でロッククラッチ18を断した後、上記前進時のフローチャートへと移行する。
【0069】
さて、本発明の要点は船舶抵抗の変化に応じて無段変速機28の変速比を最適に自動制御して常に最大船速で航行する最大船速モードにあるので、以下、最大船速モードについて説明する。
【0070】
まず、図7を用いて、船舶抵抗と最大船速との関係について説明する。図中ラインA、ラインB及びラインCは、ECL40のレバーポジションを最大位置としたときのプロペラ軸の出力特性を示しており、ラインAは無段変速機28の変速比を最高速比とした場合、ラインCは最低速比とした場合、ラインBは最高速比と最低速比との間のある一点とした場合を示している。ラインD及びラインEは船舶抵抗(より詳しくは船舶の航行に対する抵抗)の例を示しており、ラインDは空荷時の場合、ラインEは所定重量の積荷を積載したときの場合を示している。
【0071】
図から分かるように、同一のプロペラ回転速度におけるプロペラ出力は高速段になるほど低くなり、同一プロペラ出力におけるプロペラ回転速度(船速)は高速段になるほど高くなる。また、無段変速機28の変速比が最低速比から最高速比へと変化すると、プロペラ最高出力点は図中ラインFで示すように変化する。また、船舶抵抗はプロペラ回転速度が高いほど大きくなり、船舶の重量が重いほど大きくなる。
【0072】
プロペラ出力(ラインA,B,C)が船舶抵抗(ラインD又はラインE)よりも大きいときは、プロペラ回転速度の上昇に伴って船速が上昇し、プロペラ出力と船舶抵抗とが等しくなるポイント(プロペラ出力線図と船舶抵抗線図との交点)で加速ゼロとなる。それ以上プロペラ回転速度が上昇するとプロペラ出力よりも船舶抵抗のほうが大きくなるため船速は減少する。従って、プロペラ出力と船舶抵抗とが等しくなるポイントで船速は最大となる。無段変速機28の変速比が異なれば、プロペラ出力特性が変化するので、当然、変速比によって船速の最大値は異なる。
【0073】
図7における船舶空荷状態の例では、変速比を最高速比としたときの船速の最大値が最も大きくなる。つまり最高速比ではプロペラの最高出力点A1で船速最大となり、そのときのプロペラ回転速度は約1150rpmである。変速比が低速側に移動するにつれて船速最大値は低減する。例えば、最高速比と最低速比との間の一点であるラインBの変速比としたときは船速最大値はプロペラ回転速度にして約1090rpmである(点B1)。また、最低速比としたときの船速最大値はプロペラ回転速度にして約990rpmである(点C1)。従って、最高速比における船速最大値が船舶空荷時の最大船速である。このように、船舶空荷状態で無段変速機28の変速比を最高速比としたときに最大船速が得られるようにプロペラのマッチングが行われることが一般的である。
【0074】
しかし、船舶に荷が積載されたり、風量が変化したりして船舶抵抗が変化した場合、無段変速機28の変速比を最高速比としたままでは最大船速を得られなくなる。
【0075】
例えば、漁船が漁場から帰るときなどのように、船舶に荷が積まれて総重量が増加した場合、船舶の抵抗はラインDからラインEへと変化する。その結果、最高速比の船速最大値はプロペラ回転速度にして約1040rpm(点A2)となる。このとき、ラインBの変速比の船速最大値はプロペラ回転速度にして約1070rpm(点B2)であるから、最高速比のときよりも大きくなる。
【0076】
このように、船舶抵抗が変化すると、最大船速を得られる変速比も変化する。より具体的に述べると、船舶抵抗が上昇するにつれて最大船速を得られる変速比は低速側へと変化する。また通常は、船舶抵抗線図とプロペラ最高出力点で交差する出力特性をもつ変速比が、そのときの船舶抵抗における最大船速を得られる変速比となる。
【0077】
本実施形態の最大船速モードは、船舶抵抗の変化に応じて無段変速機28の変速比を最適に(つまり、最大船速を得られる変速比に)自動制御する。
【0078】
具体的には、モード切換スイッチ(モード切換手段)43によって運転モードが最大船速モードに切り換えられたとき、コントローラ(制御手段)33は油圧ポンプ用電磁弁32に信号を出力して無段変速機28の変速比を最低速比と最高速比との間の全範囲に渡って変化させる。更に、コントローラ(制御手段)33は無段変速機28の変速比を変化させる間、プロペラ回転センサ37(検出手段)によって検出されるプロペラ軸36の回転速度をモニタリングする。そして、プロペラ軸36の回転速度が最大値となった変速比に無段変速機28の変速比を制御する。これによって、そのときの船舶抵抗における最大船速を得られる変速比に制御することができる。
【0079】
図8を用いて、最大船速モード時の制御方法の一例について説明する。
【0080】
ステップS401においてモード切換スイッチ(モード切換手段)43が最大船速モードに切り換えられると、まず、コントローラ33は油圧ポンプ用電磁弁32に信号を出力して、無段変速機28の変速比を最高速比にする(ステップS402)。次に、コントローラ33は油圧ポンプ用電磁弁32に信号を出力して、無段変速機28の変速比を最低速比へと所定期間で変更する(ステップS403)。この変速比の変更は、連続的に行っても良いし、段階的に行っても良い。
【0081】
無段変速機28の変速比を最高速比から最低速比へと全範囲に渡って変更する間、コントローラ33はプロペラ回転センサ37から入力されるプロペラ軸36の回転速度をモニタリングする(ステップS404)。
【0082】
そして、ステップS405において、ステップS404のモニタリング結果に基づいてプロペラ軸36の回転速度が最大となる変速比を算出し、ステップS406で油圧ポンプ用電磁弁32に信号を出力して、無段変速機28の変速比をステップS405で算出した最大プロペラ回転速度を得られる変速比に制御する。これによって、そのときの船舶抵抗に対する最大のプロペラ回転速度で航行することができる。つまり、最大船速で航行することが可能となる。
【0083】
なお、船舶抵抗は、船舶重量のみならず風量や風向き、波の状態など様々な条件によって変化するものであるので、モード切換スイッチ43が最大船速モードに切り換えられている間は、S402〜S406のステップを定期的に繰り返すことが好ましい。その場合は、所定期間(例えば5分)を経過すると自動ONされるタイマなどを設けるようにすれば良い。
【0084】
なお、この最大船速モードは、ECL40のレバーポジションが最大位置にあるときに限られるものではなく、ECL40のレバーポジションは任意の位置であって良い。そして、そのときのECL40のレバーポジションに応じた最大船速を得られるように制御するものである。
【0085】
次に図9にプロペラ軸36の回転速度のモニタリング結果の一例を示す。
【0086】
図例は、最低速比から最高速比までを8個の変速比に分割し、約1secの間隔で変速比を段階的に変更していったものである。
【0087】
図から分かるように、無段変速機28の変速比の変化に伴ってプロペラ軸36の回転速度(船速)も変化する。図例では、無段変速機28の変速比がGとなったときにプロペラ軸36の回転速度が最大となっている。従って、コントローラ33は油圧ポンプ用電磁弁32に信号を出力して、無段変速機28の変速比がGとなるように制御する。
【0088】
なお、上記実施例では無段変速機28の変速比を最高速比から最低速比へと変更するとして説明したが、本発明はこの点において限定されず、最低速比から最高速比へと変更するようにしても良い。要するに、無段変速機28の変速比の全範囲に渡って変更できれば良いのである。
【0089】
また、最大プロペラ回転速度となる変速比の決定方法は上記実施形態に限定はされない。例えば、プロペラ回転センサ37(検出手段)によって検出されるプロペラ軸36の回転速度をフィードバックしつつ無段変速機28の変速比を制御して決定するようにしても良い。そうすれば、無段変速機28の変速比を必ずしも全範囲に渡って変更する必要がなく、短期間で変速比の決定を行うことができる。
【0090】
更に、動力伝達装置10は一例として示したものであり、本発明は他の構造の動力伝達装置にも適用できるものである。
【0091】
例えば、上記実施形態の動力伝達装置10は、太陽歯車12を停止させた時に変速比が最高速比となり、太陽歯車12を出力軸2と逆回転に最大回転速度で回転させたときに変速比が最低速比となるものであるが、太陽歯車12を出力軸と同方向に最大回転速度で回転させたときに最高速比となり、太陽歯車12を停止あるいは出力軸2と逆方向に最大回転速度で回転させた時に変速比が最低速比となるものであっても良い。
【0092】
また、特許文献3の図1に示されているように、入力軸1及び内歯車15と噛合するカウンタ軸を備え、エンジン駆動による後進をも可能としたものであっても良い。
【0093】
更に、動力伝達装置の無段変速機は遊星歯車機構によるものに限定はされず、プーリー及びVベルトを備えたものなど他のタイプの無段変速機を備えたものにも適用可能である。
【0094】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、船舶の抵抗変化に応じて無段変速機の変速比を最適に自動制御でき、常に最大船速で航行を行うことが可能になるという優れた効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る動力伝達装置のスケルトン図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る動力伝達装置の制御装置の概略図である。
【図3】エンジン始動時の制御フローチャートである。
【図4】船舶前進時の制御フローチャートである。
【図5】船舶後進時の制御フローチャートである。
【図6】ホバーリング時の制御フローチャートである。
【図7】プロペラ出力特性及び船舶抵抗を示すグラフである。
【図8】最大船速モード時の制御フローチャートである。
【図9】プロペラ軸の回転速度のモニタリング結果の一例である。
【符号の説明】
1 入力軸
2 出力軸
10 動力伝達装置
11 遊星歯車機構
12 太陽歯車
13 遊星歯車
14 キャリア
15 内歯車
19 油圧モータ
24 油圧ポンプ
28 無段変速機
33 制御手段(コントローラ)
36 プロペラ軸
37 検出手段(プロペラ回転センサ)
43 モード切換手段
Claims (5)
- エンジンからの動力が入力される入力軸と、プロペラ軸に接続された出力軸と、これら入力軸と出力軸との間に設けられた無段変速機とを備えた船舶用動力伝達装置の制御装置であって、
上記無段変速機の変速比を制御する制御手段と、船舶の航行モードを通常モードと常に最大船速で航行する最大船速モードとの間で切り換えるためのモード切換手段とを備え、
上記制御手段は、上記モード切換手段が上記最大船速モード側に切り換えられたときに、船舶の総重量や風量などによって決まる船舶抵抗に対して最大船速を得られる変速比に上記無段変速機の変速比を制御することを特徴とする船舶用動力伝達装置の制御装置。 - 上記プロペラ軸の回転速度を検出する検出手段を更に備え、
上記制御手段は、上記モード切換手段が上記最大船速モード側に切り換えられたときに、上記無段変速機の変速比を変化させると共にその間上記検出手段により検出される上記プロペラ軸の回転速度をモニタリングし、上記プロペラ軸の回転速度が最大となったときの変速比に上記無段変速機の変速比を制御する請求項1記載の船舶用動力伝達装置の制御装置。 - 上記制御手段は、上記モード切換手段が上記最大船速モード側に切り換えられている間、上記プロペラ軸の回転速度のモニタリング及び上記無段変速機の変速比制御を所定期間毎に実行する請求項2記載の船舶用動力伝達装置の制御装置。
- 上記無段変速機は、太陽歯車と、太陽歯車に噛合する複数の遊星歯車と、これら遊星歯車を軸支すると共に上記出力軸が接続されたキャリアと、上記遊星歯車に噛合すると共に上記入力軸の回転が入力される内歯車とを有する遊星歯車機構と、該遊星歯車機構の上記太陽歯車の回転を変化させて変速比を変化させる回転装置とを備え、
上記制御手段は上記回転装置の回転を制御して上記無段変速機の変速比を制御する請求項1〜3いずれかに記載の船舶用動力伝達装置の制御装置。 - エンジンからの動力が入力される入力軸と、プロペラ軸に接続された出力軸と、これら入力軸と出力軸との間に設けられた無段変速機とを備えた船舶用動力伝達装置の制御方法であって、
上記無段変速機の変速比を制御する制御手段と、船舶の航行モードを通常モードと常に最大船速で航行する最大船速モードとの間で切り換えるためのモード切換手段とを備え、
上記制御手段は、上記モード切換手段が上記最大船速モード側に切り換えられたときに、船舶の総重量や風量などによって決まる船舶抵抗に対して最大船速を得られる変速比に上記無段変速機の変速比を制御することを特徴とする船舶用動力伝達装置の制御方法。
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