JP4174139B2 - 舶用減速逆転機の制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、摩擦式の動力伝達クラッチにより、機関回転数をプロペラ回転数に減速する、舶用減速逆転機の制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、クラッチをスリップさせる舶用減速逆転機はあったが、図3における機関回転数の高回転域でのスリップにおいて、スリップがない場合の減速比は、右上がりの直線上におけるプロペラ回転数を機関回転数で除算した値であり固定されている。この直線上のある機関回転数に対応するプロペラ回転数から、油圧クラッチの油圧を下げてやることによりその機関回転数よりも小さい機関回転数に設定することができる。例えば、機関回転数500で減速比が2ならプロペラ回転数は500/2=250回転となるが、それを半クラッチ(油圧を下げる)にすることにより下は0回転から設定することができる。安全領域の範囲のプロペラ回転数は、半クラッチにすることにより設定することができる。トローリングをONにした状態でトローリングダイヤルによる指令値によってクラッチをスリップさせ、プロペラ回転数を決定する。旋網船などでは高い機関回転数での微速航行が必要とされるため、機関回転数が高い領域(従来ならスリップ禁止域とされている領域)におけるスリップ(半クラッチ)も可能にしたいという要望が従来からあった。高速でスリップすると発熱量が多くなるため、クラッチの摩擦板が焼け付く恐れがある。したがって、従来は所定の機関回転数以上でのスリップは禁止していた。
【0003】
しかし、従来のスリップ禁止域における機関回転数に対する所定範囲のプロペラ回転数ではクラッチが焼け付くほど発熱する恐れはなく、それにも関わらず従来は、プログラム上の制約や、ソフトウェアを簡単にするために、ある所定の機関回転数以上では一律にスリップを禁止することによりクラッチの摩擦板の焼け付きを防止していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、スリップ安全領域を拡大し、高い機関回転数での微速航行を可能にする舶用減速逆転機を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明では、摩擦式の動力伝達クラッチにより、機関回転数をプロペラ回転数に減速する、舶用減速逆転機の制御方法において、機関回転数が、前記クラッチの接続状態がいかなる場合においても、前記クラッチが焼け付く恐れのない機関回転数N 1 より大きい範囲において、前記クラッチの発熱量が基準値を超えないプロペラ回転数領域S 2 及びS 3 を予め設定し、該プロペラ回転数領域となるように、クラッチの接続加減を制御することによって、クラッチの焼け付きを防止した。
請求項2の発明では、摩擦式の動力伝達クラッチにより、機関回転数をプロペラ回転数に減速する、舶用減速逆転機の制御方法において、機関回転数が、前記クラッチの接続状態がいかなる場合においても、前記クラッチが焼け付く恐れのない機関回転数N 1 より大きい範囲において、前記クラッチの発熱量が基準値を超えないプロペラ回転数領域S 2 及びS 3 を超える領域であって、いかなるスリップ回転数でも、また僅かな時間でもスリップさせるとクラッチが焼け付いてしまう領域Dを含まない、領域S 4 及びS 5 において、クラッチの接続時間を制御することによって、クラッチの焼け付きを防止した。
【0006】
【発明の実施の形態】
図1は、請求項1及び請求項2の発明を実施するのに適した舶用減速逆転機の油回路図である。図1の油回路図において、前進クラッチ10と後進クラッチ90が並列に設置されており、前後進切換弁2を操作することにより圧油の供給先を前進クラッチ10又は後進クラッチ90のいずれかに切り換える。
【0007】
油圧ピストン1内には、摩擦板とスチールプレートとが交互に配置されており、摩擦板は内側ギア(ピニオンギア)につながっており、スチールプレートは常時回転している外側ギアにつながっている。それらを油圧ピストン1で押し付けることにより外側ギアと内側ギアとが一体になって回転し、内側ギアと噛み合う大ギアを回転させ、大ギアから出力軸6を介してプロペラ7に動力が伝達される。その油圧ピストン1の押付け力を加減することにより摩擦板とスチールプレートとをスリップさせる、つまり半クラッチにすることができる。この油圧ピストン1は、図1に二点鎖線で囲った電子トローリング装置20により制御される。
【0008】
低速弁5及び前後進切換弁2を介して圧油が供給され前進クラッチ10又は後進クラッチ90の油圧ピストン1を押し付ける。低速弁5にはまた、比例電磁弁4の油圧とばねによってバランスされて制御された圧力が入力されている。
【0009】
図1は、直結電磁弁3を直結した状態を示している。クラッチを前進又は後進に切り換えた場合に高い圧力で完全に油圧ピストン1を押圧して動力を完全に伝達し、このときはスリップは発生しない。
【0010】
比例電磁弁4で制御された油圧、デューティ制御したものが低速弁5のバルブの小さい方の面を備えた室へ入る。ばねの押圧力と油圧の面積差で低速弁5の油圧ピストン1(図1)を左側へ押す。比例電磁弁4の圧力に反比例した油圧が制御圧として低速弁5へ出力される。
【0011】
図2は、請求項1又は請求項2の発明を実施するのに適した舶用減速逆転機の油圧制御式クラッチの外形図である。図2において、検出装置8には機関に掛かる負荷の大きさを示す負荷信号,燃料のラック位置信号,黒煙発生信号及び機関回転数信号が入力される。各々の信号がそれぞれの閾値を超えると、検出装置8は検出信号をメインコントローラ11へ入力する。
【0012】
メインコントローラ11は、これらの検出信号によりここでは説明を省略する数々の制御を行うが、本実施の形態においては、さらにトローリング用コントローラ12へ検出信号を伝達する。この検出信号の伝達は、例えば無線等のデータ通信で行われる。トローリング用コントローラ12にはトローリングダイヤル9によりプロペラ回転数の設定値を決定する信号が入力される。トローリング用コントローラ12には、その他、クラッチの嵌入信号と出力回転数(プロペラ回転数)信号が入力される。
【0013】
トローリング用コントローラ12から出力される信号としては、トローリングのON,OFF信号(トローリングするかしないかの信号),デューティー値(比例電磁弁4を動かすための信号であり、デューティー値を変更することで比例電磁弁4の油圧が変化する)がある。前進クラッチ10又は後進クラッチ90は、これらの入出力信号で制御される油圧クラッチを利用している。
【0014】
図3は、機関回転数とプロペラ回転数の関係を示したグラフである。図3において、右上がりの直線80は、クラッチ(特に前進クラッチ10)を完全に接続した状態の機関回転数とプロペラ回転数との関係を示している。クラッチ(特に前進クラッチ10)の接続を加減することによりプロペラ回転数を加減することができるが、この直線80よりも下側の領域が、その機関回転数に対して設定し得るプロペラ回転数となる。
【0015】
図3に示す機関回転数N1より小さい機関回転数においては、クラッチ(特に前進クラッチ10)の接続状態がいかなる場合においてもクラッチの摩擦板(図示せず)が焼け付く恐れはなく、直線80を上限としていかなるプロペラ回転数でも任意に設定可能である。この機関回転数N1より機関回転数の小さい領域を安全領域S1と呼ぶ。
【0016】
縦軸に平行な線分70の両端が、横軸(プロペラ回転数=0)の点N1(機関回転数N1)及び直線80上の点L1と交叉している。また、曲線C1が点K(線分70を3等分した点のうちの上側の点)を通過し、かつ直線80上の点L2及び横軸の点N2と交叉している。また、曲線C2,C3が、それぞれ直線80上の点L3,L4及び横軸の点N3,N4と交叉している。
【0017】
直線80,線分70及び曲線C1で領域S3が形成されている。横軸(プロペラ回転数=0),線分70及び曲線C1で領域S2が形成されている。
【0018】
曲線C1,C2,直線80及び横軸(プロペラ回転数=0)で領域S4が形成されている。曲線C2,C3,直線80及び横軸(プロペラ回転数=0)で領域S5が形成されている。また、曲線C3,直線80及び横軸(プロペラ回転数=0)で領域Dが形成されている。領域Dは、いかなるスリップ回転数(スリップさせる際の機関回転数)でも,また僅かな時間でもスリップさせるとクラッチが焼け付いてしまう領域であり、スリップ禁止領域である。
【0019】
線分70上においては点Kで最も発熱量が多く、これはクラッチを67%接続した状態が最も発熱し易いことを意味している。従来は、安全領域S1のみしか使用できなかったが、本実施の形態では、例えば領域S2及びS3においてはプロペラ回転数が領域S2又は領域S3内に収まるように設定すれば発熱を抑え、クラッチ(前進クラッチ10,後進クラッチ90)の焼け付きを防止することができる。また、領域S4及び領域S5も、クラッチの接続時間を制限することにより使用可能となる。したがって従来は、機関回転数N1までしか使用できなかったが、本実施の形態では、機関回転数N4までは上述した条件付で使用可能となる。
【0020】
図4は、機関回転数とプロペラ回転数との関係を示すグラフである。図4において、プロペラ設定回転数として、定数PmとP0とを以下のようにして設定する。
クラッチの損失は、スリップ時の機関馬力とプロペラ馬力の差であり、下記のとおり算出する。ここで、スリップ時における機関回転数をNe,プロペラ回転数をNp,機関馬力をHe,プロペラ馬力をHpとし、スリップのない場合のプロペラ回転数をNp0,プロペラ馬力をHp0とし、さらに定格時における機関回転数をN,機関馬力をHとする。
プロペラにかかる負荷を舶用3乗負荷とすると
Hp0/Hp=(Np0/Np)3
Hp=Hp0×(Np/Np0)3
クラッチの伝達トルクをTとすると、
T=716.2×Hp/Np×1/i・・・・(1)
また、
T=716.2×He/Ne ・・・・(2)
式(1),(2)より
He=Hp×Ne/Np×1/i
損失をHlossとすると、
Hloss=He−Hp
=Hp×Ne/Np×1/i−Hp0×(Np/Np0)3
=Hp0×Np2/Np0 3×(Ne/i−Np)・・・・(3)
d(Hloss)/d(Np)=Hp0/Np0 3×{2Np×(Ne/i)−3Np2}
したがって、Hlossの最大値は、Np=2/3×Ne/iの時であり、これを式(3)に代入すると、
Hloss=4/27×Hp0・・・・(4)
又、Hp0=He=H×(Ne/N)3
これを式(4)に代入すると、Hlossの最大値は、
Hloss=4/27×H×(Ne/N)3
となる。
損失が全て熱に変換されると仮定し、ヒートバランスの計算を行うと、
H0/(K×F)=(t1+t2)/ln{(te2−te1)/(te2−t2−ta1)}・・・・(5)
となり、式(5)で算出された潤滑油の入口温度te2が、基準値を超えないよう制御定数を決定する。
ここで、H0はクラッチ回転部からの発熱量(スリップによる損失),Kは熱貫流率,Fは潤滑油クーラ冷却面積,t1は冷却水の上昇温度,ta1は冷却水の出口温度,te1は冷却水の入口温度,t2は潤滑油の上昇温度,ta2は潤滑油の出口温度及びte2は潤滑油の入口温度である。図3に示す安全領域S1が、図4では機関回転数がN1以下及びプロペラ設定回転数がPm以下の面積N1×Pmの領域となる。
【0021】
機関回転数N2におけるプロペラ設定回転数をP0に設定する。機関回転数がN1からN2の間では、図4に示す右下がりの直線81より下方の領域において、プロペラ回転数は設定可能であり、この範囲のプロペラ回転数を実現させるようにクラッチの接続加減(スリップ回転数)を制御する。
【0022】
図5は、図4においてさらに機関回転数がN4までの範囲についての機関回転数とプロペラ回転数との関係を示すグラフである。図3の曲線C2及び曲線C3で限定される領域S4及びS5が図5における領域S4及びS5に相当する。
【0023】
以上のように、定数Pm及びP0を設定することにより、従来は危険領域で使用不能であった領域を使用可能な領域にすることができる。
【0024】
図3において、理論的には領域S2と領域S3が使用可能であるが、領域S2と領域S3の境界が点Kの1点のみなので、ここでは領域S3は使用せず領域S2のみを使用する。同様に、領域S4及びS5においても、プロペラ回転数は、クラッチの完全接続である上限値(直線80上の点)の67%以下の領域のみを使用するようにする。
【0025】
【発明の効果】
従来は、クラッチをスリップさせるかどうかを機関回転数のみで判断していたが、請求項1の発明によると、クラッチの発熱量が基準値を超えないプロペラ回転数で判断するので、スリップ制御可能領域を拡大することができる。したがって、高い機関回転数での微速航行が可能となる。
【0026】
請求項2の発明によると、クラッチの接続時間を制限するので、クラッチの摩擦板の焼け付きを防止することができる。請求項1,2の発明により、高い機関回転数での微少スリップ制御のために容量の大きなクラッチを用いる必要がなく、経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 請求項1及び請求項2の発明を実施するのに適した舶用減速逆転機の油回路図である。
【図2】 請求項1又は請求項2の発明を実施するのに適した舶用減速逆転機の油圧制御式クラッチの外形図である。
【図3】 機関回転数とプロペラ回転数との関係を示すグラフである。
【図4】 機関回転数とプロペラ設定回転数との関係を示すグラフである。
【図5】 機関回転数とプロペラ設定回転数との関係を示す別のグラフである。
【符号の説明】
1 油圧ピストン
2 前後進切換弁
3 直結電磁弁
4 比例電磁弁
5 低速弁
6 出力軸
7 プロペラ
8 検出装置
9 トローリングダイヤル
10 前進クラッチ
11 メインコントローラ
12 トローリング用コントローラ
20 電子トローリング装置
70 線分
80,81 直線
90 後進クラッチ
Claims (2)
- 摩擦式の動力伝達クラッチにより、機関回転数をプロペラ回転数に減速する、舶用減速逆転機の制御方法において、
機関回転数が、前記クラッチの接続状態がいかなる場合においても、前記クラッチが焼け付く恐れのない機関回転数N 1 より大きい範囲において、
前記クラッチの発熱量が基準値を超えないプロペラ回転数領域S 2 及びS 3 を予め設定し、
該プロペラ回転数領域となるように、クラッチの接続加減を制御することを特徴とする舶用減速逆転機の制御方法。 - 摩擦式の動力伝達クラッチにより、機関回転数をプロペラ回転数に減速する、舶用減速逆転機の制御方法において、
機関回転数が、前記クラッチの接続状態がいかなる場合においても、前記クラッチが焼け付く恐れのない機関回転数N 1 より大きい範囲において、
前記クラッチの発熱量が基準値を超えないプロペラ回転数領域S 2 及びS 3 を超える領域であって、いかなるスリップ回転数でも、また僅かな時間でもスリップさせるとクラッチが焼け付いてしまう領域Dを含まない、領域S 4 及びS 5 において、
クラッチの接続時間を制御することを特徴とする舶用減速逆転機の制御方法。
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