JP4532190B2

JP4532190B2 - 舶用減速逆転機付エンジンにおけるクラッシュアスターン時燃料噴射制御方法

Info

Publication number: JP4532190B2
Application number: JP2004204357A
Authority: JP
Inventors: 文哉古東; 知広大谷; 仁足立; 秀雄塩見
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2004-07-12
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2024-07-12
Also published as: JP2006029099A

Description

本発明は、前進航走時の船舶を速やかに停船させる舶用減速逆転機付エンジンにおけるクラッシュアスターン時燃料噴射制御方法に関する。

一般に、航走中の船舶を速やかに停船させる際に、クラッチを前進から後進に切換えるクラッシュアスターンと呼ばれる操作が行われている。このようなクラッシュアスターンを実施する際に、エンジンに負荷が掛かり過ぎるとエンストする可能性がある。これは、クラッチを前進から後進に切換えたときに、エンジンの実回転数が下がるからである。このため、エンストを防止する上で、クラッシュアスターン実行時におけるエンジンの実回転数の大きさごとにエンスト限界のエンジン回転数を設定し、そのエンジン回転数を下回ったときにクラッチを中立（ニュートラル）にし、エンジンにかかる負担を軽減することによって、エンジンの実回転数が復帰するのを待ち、ある程度復帰したらクラッチを後進に切換えることが行われていた。

しかし、このような方法では、エンジンの実回転数がある程度上がってからクラッチを後進に切換えなければならないので、停船するまでに相当な時間がかかってしまうことになる。

そのため、従来より、前進航走時に船舶を停船する際にクラッチを前進から後進に切換えてクラッシュアスターンを実施すると、エンジンの実回転数の大きさからエンジンが停止しないクラッチ油圧になるように制御して、航走中の船舶をエンストさせることなく速やかに停船させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−７１９９５号公報

ところが、上記従来のものでは、クラッシュアスターンの実施時に、エンジンの実回転数の大きさからエンジンが停止しないクラッチ油圧になるように制御しているため、船速が速くエンジンにかかる負荷が大きい場合には船速によってクラッチ油圧の昇圧パターンを変更する必要があり、船速が下がってエンジンへの負荷が小さくなるまでクラッチ油圧を昇圧することができない。そのため、船速がある程度下がるまでの間はある所定のクラッチ油圧を保持しなければならず、航走中の船舶を停船させるのに時間を要してしまうことになる。

ところで、船舶の機関として適用されるディーゼルエンジンにあっては、過給空気の圧力（ブースト圧）を検知して燃料噴射量を調整するブーストコンペンセータによる制御が行われており、クラッシュアスターンの実施時にクラッチを前進から後進に切換えると、特に低いエンジン回転時にはブーストが低く、ブーストコンペンセータによるエンジンへの燃料噴射量が抑制されることになる。その場合、上記従来のもののように、船速が下がってエンジンへの負荷が小さくなるまでクラッチ油圧を昇圧することができないと、クラッシュアスターン実施時のエンジンの実回転数の低下に伴い燃料噴射量が抑制されてエンストする傾向が強く現れることになり、何らかの対策を講じる必要がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、クラッシュアスターン実施時にブーストコンペンセータやなまし処理の制御によるエンストを回避しつつ船舶を速やかに停船させることができる舶用減速逆転機付エンジンにおけるクラッシュアスターン時燃料噴射制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、舶用減速逆転機付エンジンにおけるクラッシュアスターン時燃料噴射制御方法として、前進航走時の船舶を停船する際にクラッチを前進から後進に切換えてクラッシュアスターンが実施されたと判定され、かつエンジンの実回転数が減少し、かつエンジンの実回転数が目標回転数よりも低いか、燃料噴射量がブーストコンペンセータによるブースト圧に応じた燃料噴射量調整によって制限量に達しているときに、ブーストコンペンセータによるブースト圧に応じた燃料噴射量調整の解除、およびブーストコンペンセータによるブースト圧に応じた燃料噴射量を増量させるような燃料噴射量調整マップの変更、並びに制御応答速度増加を目的としたなまし処理時定数におけるエンジンの実回転数降下量を小さくする側への変更のうちの少なくとも１つまたは複数の組み合わせによるエンスト回避制御を行うようにしている。

この特定事項により、クラッシュアスターンの実施時、エンジンの実回転数が減少し、目標回転数よりも下回るか、燃料噴射量がブーストコンペンセータによって制限量に達しているときに、ブーストコンペンセータによる燃料噴射量調整の解除、およびブーストコンペンセータによる燃料噴射量の増量側への燃料噴射量調整マップの変更、並びに制御応答速度増加を目的としたなまし処理時定数の変更のうちの少なくとも１つまたは複数の組み合わせによるエンスト回避制御が行われるので、クラッシュアスターンの実施時にクラッチを前進から後進に切換えてエンジンに負荷が掛かって実回転数が下がっても、ブーストコンペンセータによるブースト圧に応じた燃料噴射量調整の解除によってエンスト回避制御が行われれば、クラッシュアスターン実施時のエンジンの実回転数の低下に伴い燃料噴射量が抑制されることがない。また、クラッシュアスターンの実施時にクラッチを前進から後進に切換えてエンジンに負荷が掛かって実回転数が下がっても、ブーストコンペンセータによるブースト圧に応じた燃料噴射量を増量させるような燃料噴射量調整マップの変更によってエンスト回避制御が行われれば、クラッシュアスターン実施時にエンジンの実回転数が低下しても燃料噴射量が抑制されることなく増量される。更に、クラッシュアスターンの実施時にクラッチを前進から後進に切換えてエンジンに負荷が掛かって実回転数が下がっても、制御応答速度増加を目的としたなまし処理時定数の変更によってエンスト回避制御が行われれば、クラッシュアスターン実施時のエンジンの実回転数の降下量が小さくなって燃料噴射量の抑制度合いも抑えられる。これにより、上記エンスト回避制御のうちの１つまたは複数の組み合わせによるエンスト回避制御によって、クラッシュアスターン実施時にブーストコンペンセータの制御によるエンストを回避しつつ、船舶を速やかに停船させることが可能となる。

また、上記エンスト回避制御に加えて、燃料噴射圧を増圧させる噴射圧増圧制御を行う場合には、エンスト回避制御による燃料噴射量の増量に伴い増えるスモーク（黒煙）の発生を燃料噴射圧の増圧によって効果的に抑制することが可能となる。

そして、上記噴射圧増圧制御に加えて、燃料噴射時期を遅角させる噴射時期遅角制御を行う場合には、噴射圧増圧制御による燃料噴射圧の増圧に伴い大きくなる燃焼騒音を燃料噴射時期の遅角によって効果的に抑制することが可能となる。

更に、クラッシュアスターンが解除されたと判定されたときに、クラッシュアスターン実施判定時の制御を解除し、クラッシュアスターン実施前の通常の制御に復帰させる場合には、クラッシュアスターン実施時のエンスト回避制御、噴射圧増圧制御および噴射時期遅角制御がクラッシュアスターン実施前の通常の制御に戻され、クラッシュアスターン実施時のエンスト回避制御による燃料噴射量の増量により増えるスモーク（黒煙）や、噴射圧増圧制御による燃料噴射圧の増圧に伴い大きくなる燃焼騒音などをクラッシュアスターンの解除判定時に元通り低減させることが可能となる。

以上、要するに、クラッシュアスターンの実施時、エンジンの実回転数が減少し、目標回転数よりも下回るか、燃料噴射量がブーストコンペンセータによって制限量に達しているときに、ブーストコンペンセータによる燃料噴射量調整の解除、およびブーストコンペンセータによる燃料噴射量の増量側への燃料噴射量調整マップの変更、並びに制御応答速度増加を目的としたなまし処理時定数の変更のうちの少なくとも１つまたは複数の組み合わせによるエンスト回避制御を行うことで、クラッシュアスターンの実施時にクラッチを前進から後進に切換えてエンジンに負荷が掛かって実回転数が下がっても、エンスト回避制御のうちの１つまたは複数の組み合わせによるエンスト回避制御によってクラッシュアスターン実施時にブーストコンペンセータの制御によるエンストを回避しつつ、船舶を速やかに停船させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係わる舶用減速逆転機の油回路図である。

図１において、前進クラッチ１１と後進クラッチ１２が並列に設置されており、前後進切換弁１３を操作することにより圧油の供給先を前進クラッチ１１、後進クラッチ１２又は中立のいずれかに切り換えることができる。

油圧ピストン２内には、摩擦板１４１とスチールプレート１５１とが交互に配置されており、摩擦板１４１は内側ギア１４（ピニオンギア）につながっており、スチールプレート１５１は常時回転している外側ギア１５につながっている。それらを油圧ピストン２で押し付けることにより外側ギア１５と内側ギア１４とが一体になって回転し、内側ギア１４と噛み合う大ギア１６を回転させ、大ギア１６から出力軸１７を介してプロペラ１８に動力が伝達される。その油圧ピストン２の押付け力（クラッチ油圧）を加減することにより摩擦板１４１とスチールプレート１５１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２のクラッチ油圧は、図１に二点鎖線で囲った電子トローリング装置３により制御される。

電子トローリング装置３には、低速弁３１および前後進切換弁１３を介して圧油が供給され、前進クラッチ２２又は後進クラッチ１２の油圧ピストン２を押し付ける。低速弁３１には、比例電磁弁３２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。

図１には、直結電磁弁３３を直結方向へ切り換えた状態を示しており、この状態で前後進切換弁１３を前進位置又は後進位置へ切り換えると、高いクラッチ油圧で完全に油圧ピストン２を押圧して、外側ギア１５からの動力が内側ギア１４へ完全に伝達され、この場合には前進クラッチ１１又は後進クラッチ１２でのスリップは発生しない。また、直結電磁弁３３を反対方向へ切り換えると、低速弁３１には比例電磁弁３２を通じて圧油が入力され、該比例電磁弁３２により低速弁３１から送出される油圧を調節することが可能となる。そして、比例電磁弁３２を制御して低速弁３１から送出される油圧を調節することにより、前進クラッチ１１及び後進クラッチ１２内の嵌入圧を制御することを可能としている。なお、図１中、４１はオイルストレーナ、４２はオイルポンプ、４３は安全弁、４４はクラッチ圧調整弁である。

図２に示すように、ディーゼルエンジンＥの駆動力は、前後進クラッチ１１，１２により構成されるクラッチ機構１０を介してプロペラ１８に伝達されている。該ディーゼルエンジンＥにはエンジンの実回転数を検出するエンジン回転数センサＥａが付設され、クラッチ機構１０には、該クラッチ機構１０が前進クラッチ１１が接続された状態、後進クラッチ１２が接続された状態、又は前後進クラッチ１１，１２が共に接続されていない中立状態の何れに切り換えられているかを検出するクラッチ信号検出センサ１０ａが付設され、プロペラ１８にはプロペラ回転数を検出するプロペラ回転数センサ１８ａが付設されている。

該エンジン回転数センサＥａ、クラッチ信号検出センサ１０ａ、及びプロペラ回転数センサ１８ａからの検出信号がコントローラ５に入力され、該コントローラ５からの出力が、前後進クラッチ１１，１２の嵌入圧を制御するアクチュエータである比例電磁弁３２に入力されるように構成している。

また、コントローラ５は、ディーゼルエンジンＥに供給される過給空気の圧力（ブースト圧）を検知して燃料噴射量を調整するブーストコンペンセータによる制御を行っている。このブーストコンペンセータによるディーゼルエンジンＥへの燃料噴射量は、ディーゼルエンジンＥに負荷が掛かって実回転数が下がってブースト圧が低くなると抑制されるようになっている。

そして、本発明の特徴部分として、前進航走時の船舶を停船する際のコントローラ５による制御の流れを図３のフローチャートに基づいて説明する。

図３のフローチャートのステップＳＴ１において、前進航走時の船舶を停船する際に前後進切換弁１３を前進位置から後進位置へ切り換えて後進クラッチ１２の油圧ピストン２を押し付けるクラッシュアスターンが実施中であると判定され、かつエンジン回転数センサＥａからのディーゼルエンジンＥの実回転数が減少し、かつそのディーゼルエンジンＥの実回転数が目標回転数よりも低いと判定されたときに、ステップＳＴ２で、ブーストコンペンセータによるブースト圧に応じた燃料噴射量調整の解除によるエンスト回避制御を行い、クラッシュアスターン実施時のディーゼルエンジンＥの実回転数の低下に伴う燃料噴射量の抑制を回避する。

次いで、ステップＳＴ３において、図４に示すように、ディーゼルエンジンＥの実回転数の降下量との強い相関を持つなまし処理によるエンストを防止するように、なまし時定数に対するディーゼルエンジンＥの実回転数降下量を変更し、クラッシュアスターン実施時のディーゼルエンジンＥの実回転数の降下量を小さくして燃料噴射量の抑制度合いを抑える。

その後、ステップＳＴ４において、上記２つのエンスト回避制御に加えて、燃料噴射圧を増圧させる噴射圧増圧制御を行う。具体的には、ディーゼルエンジンＥに対しインジェクタ（図示せず）から供給されるようにコモンレール内に蓄圧している噴射燃料のレール圧マップを切り替えて、コモンレール内の噴射燃料の圧力（燃料噴射圧）を増圧する。このとき、図５の（ａ）に示すように、エンスト回避制御による燃料噴射量の増量に伴い増えるスモーク（黒煙）の発生が燃料噴射圧の増圧によって効果的に抑制されている。

それから、ステップＳＴ５において、上記噴射圧増圧制御に加えて、燃料噴射時期を遅角させる噴射時期遅角制御を行う。具体的には、燃料噴射時期マップを切り替えて、燃料噴射時期を遅角する。このとき、図５の（ｂ）に示すように、噴射圧増圧制御による燃料噴射圧の増圧に伴い大きくなる燃焼騒音が燃料噴射時期の遅角によって効果的に抑制されている。

しかる後、ステップＳＴ６で、クラッシュアスターンが未だ実施中であるか否かを判定し、クラッシュアスターンが未だ実施中であるＹＥＳの場合には、上記ステップＳＴ２に戻る。一方、上記ステップＳＴ６の判定が、クラッシュアスターンが解除されているＮＯである場合には、ステップＳＴ７において、クラッシュアスターン実施判定時の制御を解除し、クラッシュアスターン実施前の通常の制御に復帰させる。つまり、クラッシュアスターン実施時のブーストコンペンセータによるブースト圧に応じた燃料噴射量調整の解除、およびディーゼルエンジンＥの実回転数の降下量を小さくするなまし処理によるエンスト回避制御と、燃料噴射圧を増圧させる噴射圧増圧制御と、燃料噴射時期を遅角させる噴射時期遅角制御とをクラッシュアスターン実施前の通常の制御に戻す。

このように、上記実施形態では、クラッシュアスターンの実施中で、かつディーゼルエンジンＥの実回転数が減少し、かつその実回転数が目標回転数よりも下回っているときに、ブーストコンペンセータによる燃料噴射量調整の解除、およびディーゼルエンジンＥの実回転数降下量を小さくするなまし処理の組み合わせによるエンスト回避制御が行われるので、クラッシュアスターンの実施時に前後進切換弁１３を前進位置から後進位置へ切り換えてディーゼルエンジンＥに負荷が掛かって実回転数が下がっても、ブーストコンペンセータによるブースト圧に応じた燃料噴射量調整の解除によってエンスト回避制御が行われれば、クラッシュアスターン実施時のディーゼルエンジンＥの実回転数の低下に伴い燃料噴射量が抑制されることがない。また、このブーストコンペンセータの解除によるエンスト回避制御に加えて、ディーゼルエンジンＥの制御応答速度増加を目的としたなまし処理時定数の変更によってエンスト回避制御が行われれば、クラッシュアスターン実施時のディーゼルエンジンＥの実回転数の降下量が小さくなって燃料噴射量の抑制度合いも抑えられる。これにより、上記２つのエンスト回避制御の組み合わせによって、クラッシュアスターン実施時にブーストコンペンセータの制御によるエンストを回避しつつ、船舶を速やかに停船させることができる。

また、上記エンスト回避制御に加えて、燃料噴射圧を増圧させる噴射圧増圧制御が行われるので、ディーゼルエンジンＥに対しインジェクタから供給されるようにコモンレール内に蓄圧している噴射燃料のレール圧マップを切り替えてコモンレール内の噴射燃料の圧力（燃料噴射圧）を増圧することによって、エンスト回避制御による燃料噴射量の増量に伴い増えるスモーク（黒煙）の発生を効果的に抑制することができる。

そして、上記噴射圧増圧制御に加えて、燃料噴射時期を遅角させる噴射時期遅角制御が行われるので、噴射圧増圧制御による燃料噴射圧の増圧に伴い大きくなる燃焼騒音を燃料噴射時期の遅角によって効果的に抑制することができる。

更に、クラッシュアスターンが解除されたと判定されたときに、クラッシュアスターン実施判定時の制御が解除されて、クラッシュアスターン実施前の通常の制御に復帰されるので、クラッシュアスターン実施時のエンスト回避制御、噴射圧増圧制御および噴射時期遅角制御がクラッシュアスターン実施前の通常の制御に戻され、クラッシュアスターン実施時のエンスト回避制御による燃料噴射量の増量により増えるスモーク（黒煙）や、噴射圧増圧制御による燃料噴射圧の増圧に伴い大きくなる燃焼騒音などをクラッシュアスターンの解除判定時に元通り低減させることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、上記実施形態では、クラッシュアスターンの実施中で、かつディーゼルエンジンＥの実回転数が減少し、かつその実回転数が目標回転数よりも下回っているときに、ブーストコンペンセータによる燃料噴射量調整の解除、およびディーゼルエンジンＥの制御応答速度増加を目的としたなまし処理時定数の変更を組み合わせたエンスト回避制御を行ったが、図６に示すように、燃料の最大噴射量に対するディーゼルエンジンＥの実回転数降下量を変更し、ブーストコンペンセータによるブースト圧に応じた燃料噴射量を増量させるように燃料噴射量調整マップを変更するエンスト回避制御を上記２つのエンスト回避制御に加えて行ったり、個々のエンスト回避制御がそれぞれ単独でのみ行われるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、前後進切換弁１３を前進位置から後進位置へ切り換えてクラッシュアスターンが実施中であると判定され、かつエンジン回転数センサＥａからのディーゼルエンジンＥの実回転数が減少し、かつそのディーゼルエンジンＥの実回転数が目標回転数よりも低いと判定されたときに、エンスト回避制御を行うようにしたが、前進航走時の船舶を停船する際に前後進切換弁を前進位置から後進位置へ切り換えてクラッシュアスターンが実施中であると判定され、かつディーゼルエンジンの実回転数が減少し、かつ燃料噴射量がブーストコンペンセータによるブースト圧に応じた燃料噴射量調整によって制限量に達しているときに、エンスト回避制御が行われるようにしてもよい。

本発明の実施形態に係わる舶用減速逆転機の油回路図である。舶用減速逆転機の概略構成図である。前進航走時の船舶を停船する際のコントローラによる制御の流れを示すフローチャート図である。なまし時定数に対するディーゼルエンジンの回転降下量の特性を示す特性図である。（ａ）は燃料噴射圧力に対するスモークの量および燃焼騒音の特性を示す特性図であり、（ｂ）は燃料噴射時期に対する燃焼騒音の特性を示す特性図である。変形例に係わる燃料の最大噴射量に対するディーゼルエンジンの回転降下量の特性を示す特性図である。

符号の説明

１１前進クラッチ
１２後進クラッチ
１３前後進切換弁（クラッチ）
Ｅディーゼルエンジン（エンジン）

Claims

前進航走時の船舶を停船する際にクラッチを前進から後進に切換えてクラッシュアスターンが実施されたと判定され、かつエンジンの実回転数が減少し、かつエンジンの実回転数が目標回転数よりも低いときに、ブーストコンペンセータによるブースト圧に応じた燃料噴射量調整の解除、およびブーストコンペンセータによるブースト圧に応じた燃料噴射量を増量させるような燃料噴射量調整マップの変更、並びに制御応答速度増加を目的としたなまし処理時定数におけるエンジンの実回転数降下量を小さくする側への変更のうちの少なくとも１つまたは複数の組み合わせによるエンスト回避制御を行うことを特徴とする舶用減速逆転機付エンジンにおけるクラッシュアスターン時燃料噴射制御方法。
前進航走時の船舶を停船する際にクラッチを前進から後進に切換えてクラッシュアスターンが実施されたと判定され、かつエンジンの実回転数が減少し、かつ燃料噴射量がブーストコンペンセータによるブースト圧に応じた燃料噴射量調整によって制限量に達しているときに、ブーストコンペンセータによるブースト圧に応じた燃料噴射量調整の解除、およびブーストコンペンセータによるブースト圧に応じた燃料噴射量を増量させるような燃料噴射量調整マップの変更、並びに制御応答速度増加を目的としたなまし処理時定数におけるエンジンの実回転数降下量を小さくする側への変更のうちの少なくとも１つまたは複数の組み合わせによるエンスト回避制御を行うことを特徴とする舶用減速逆転機付エンジンにおけるクラッシュアスターン時燃料噴射制御方法。
上記請求項１または請求項２に記載の舶用減速逆転機付エンジンにおけるクラッシュアスターン時燃料噴射制御方法において、
エンスト回避制御に加えて、燃料噴射圧を増圧させる噴射圧増圧制御を行うことを特徴とする舶用減速逆転機付エンジンにおけるクラッシュアスターン時燃料噴射制御方法。
上記請求項３に記載の舶用減速逆転機付エンジンにおけるクラッシュアスターン時燃料噴射制御方法において、
噴射圧増圧制御に加えて、燃料噴射時期を遅角させる噴射時期遅角制御を行うことを特徴とする舶用減速逆転機付エンジンにおけるクラッシュアスターン時燃料噴射制御方法。
上記請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の舶用減速逆転機付エンジンにおけるクラッシュアスターン時燃料噴射制御方法において、
クラッシュアスターンが解除されたと判定されたときに、クラッシュアスターン実施判定時の制御を解除し、クラッシュアスターン実施前の通常の制御に復帰させることを特徴とする舶用減速逆転機付エンジンにおけるクラッシュアスターン時燃料噴射制御方法。