JP4750881B2 - Marine engine control system and method - Google Patents

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Description

本発明は、舶用エンジンの制御システムに関し、特に海象に基づき舶用エンジンの制御を行う制御システムに関する。   The present invention relates to a marine engine control system, and more particularly to a control system for controlling a marine engine based on sea conditions.

舶用エンジンの制御では、設定された目標回転速度と実回転速度の間の偏差がなくなるようにＰＩＤ制御が行われる。しかし、荒天時などには、プロペラによる負荷トルクが急激に変化するため通常の天候の下での航行を想定したゲインによるＰＩＤ制御では、オーバースピードによる機関の故障を招くなどの恐れがある。このような問題に対しては、外乱によるプロペラ回転速度の変動を予測してＰＩＤ制御のゲインを変更する構成が提案されている（特許文献１）。   In the marine engine control, PID control is performed so that there is no deviation between the set target rotational speed and the actual rotational speed. However, during stormy weather, the load torque due to the propeller changes rapidly, so PID control with a gain that assumes navigation under normal weather may cause engine failure due to overspeed. For such a problem, a configuration has been proposed in which the gain of PID control is changed by predicting fluctuations in the propeller rotational speed due to disturbance (Patent Document 1).

特開平８−２００１３１号公報Japanese Patent Laid-Open No. 8-200231

燃費向上には、海象に応じたガバナ制御を行う必要があるが、特許文献１では、海象の判断を行っていないので、時々刻々と変化する海象の変化に厳密には対応することはできない。また、回転速度制御は、海象によっては必ずしも燃費効率が良いとは言えない。   In order to improve fuel efficiency, it is necessary to perform governor control according to sea conditions. However, in Patent Document 1, since sea conditions are not determined, it is not possible to strictly cope with changes in sea conditions that change from moment to moment. Further, the rotational speed control is not necessarily good in fuel efficiency depending on sea conditions.

本発明は、新たにセンサを設けることなく海象の変化を判断し、海象に応じたガバナ制御を行うことにより燃費の向上を図ることを目的としている。   An object of the present invention is to improve a fuel consumption by determining a change in a sea state without newly providing a sensor and performing a governor control corresponding to the sea state.

本発明の舶用エンジン制御システムは、主機関の回転速度とフューエルインデックスから負荷抵抗係数を求め、負荷抵抗係数から導出される物理量をパラメータとして制御モードの切替えを行うことを特徴としている。   The marine engine control system of the present invention is characterized in that a load resistance coefficient is obtained from the rotational speed of the main engine and a fuel index, and the control mode is switched using a physical quantity derived from the load resistance coefficient as a parameter.

物理量には、負荷抵抗係数の変動周期または変動の実効値の少なくとも一方が含まれる。また制御モードの切替えは制御目標値の切替えに対応し、このときの制御モードには、例えば回転速度制御、制御モードに出力制御、フューエルインデックス制御の少なくとも１つがが含まれる。   The physical quantity includes at least one of the fluctuation period of the load resistance coefficient or the effective value of the fluctuation. The switching of the control mode corresponds to the switching of the control target value. The control mode at this time includes, for example, at least one of rotational speed control, output control in the control mode, and fuel index control.

更新される負荷抵抗係数を用いて目標回転速度から目標フューエルインデックスへの変換、または目標回転速度から目標出力値への変換が行われ、負荷抵抗係数の所定時間に亘る平均値がこの変換に用いられる。   Conversion from the target rotational speed to the target fuel index or conversion from the target rotational speed to the target output value is performed using the updated load resistance coefficient, and the average value of the load resistance coefficient over a predetermined time is used for this conversion. It is done.

また制御モードの切替えは、例えば制御パラメータの切替えに対応する。制御パラメータの切替えは、例えばＰＩ演算の感度に対応し、感度の切替えは、比例項の感度が相対的に大きく、積分が相対的に短いモードと、比例項の感度が相対的に小さく、積分が相対的に長いモードの間で行われる。   The control mode switching corresponds to, for example, control parameter switching. The switching of the control parameter corresponds to, for example, the sensitivity of the PI calculation, and the switching of the sensitivity is a mode in which the sensitivity of the proportional term is relatively large and the integral is relatively short, and the sensitivity of the proportional term is relatively small. Is performed between relatively long modes.

本発明の船舶は、上記何れかの舶用エンジン制御システムを備えたことを特徴としている。   A ship according to the present invention includes any of the above-described marine engine control systems.

本発明の舶用エンジン制御方法は、主機関の回転速度とフューエルインデックスから負荷抵抗係数を求め、負荷抵抗係数から導出される物理量をパラメータとして制御モードの切替えを行うことを特徴とする。   The marine engine control method of the present invention is characterized in that a load resistance coefficient is obtained from a rotational speed of a main engine and a fuel index, and a control mode is switched using a physical quantity derived from the load resistance coefficient as a parameter.

本発明によれば、新たにセンサを設けることなく海象の変化を判断し、海象に応じたガバナ制御を行うことにより燃費を向上することができる。   According to the present invention, it is possible to improve the fuel efficiency by determining a change in the sea state without newly providing a sensor and performing the governor control according to the sea state.

第１実施形態の舶用エンジン制御システムの制御ブロック図である。It is a control block diagram of the marine engine control system of 1st Embodiment. 負荷抵抗係数Ｒと、実回転速度Ｎｅ、フューエルインデックスＦＩｅの具体的な時系列変化を示すグラフである。It is a graph which shows the specific time series change of load resistance coefficient R, real rotational speed Ne, and fuel index FIe. フューエルインデックス制御、出力制御、回転速度制御における動的特長を示すグラフである。It is a graph which shows the dynamic feature in fuel index control, output control, and rotational speed control. 第２実施形態で使用される制御マップの例である。It is an example of the control map used in 2nd Embodiment. 図２（ｃ）に示される負荷抵抗係数Ｒの変動成分Ｒｖと、その実効値Ｒｅの時系列変化、負荷抵抗係数Ｒの変動周期を示すグラフである。It is a graph which shows the fluctuation component Rv of the load resistance coefficient R shown by FIG.2 (c), the time series change of the effective value Re, and the fluctuation period of the load resistance coefficient R. FIG. 第３実施形態で使用される制御マップの例である。It is an example of the control map used in 3rd Embodiment. 第３実施形態の舶用エンジン制御システムの制御ブロック図である。It is a control block diagram of the marine engine control system of 3rd Embodiment.

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態である舶用エンジン制御システムの構成を示す制御ブロック図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a control block diagram showing the configuration of a marine engine control system according to the first embodiment of the present invention.

第１実施形態の舶用エンジン制御システム１０は、例えば３つの制御モードを備え、各制御モードは、海象の状態などに応じて択一的に選択可能である。第１制御モードは、主機関１３の実回転速度（回転数）Ｎｅを目標回転速度（回転数）Ｎｏに維持する回転速度制御である。第２制御モードは、主機関１３の出力Ｐｅを目標値Ｐｏに維持する出力制御である。また、第３制御モードは、燃料噴射量、すなわち、その指標であるフューエルインデックスＦＩｅを目標値ＦＩｏに維持するフューエルインデックス制御である。   The marine engine control system 10 of the first embodiment includes, for example, three control modes, and each control mode can be alternatively selected according to the state of the sea. The first control mode is a rotational speed control that maintains the actual rotational speed (rotational speed) Ne of the main engine 13 at the target rotational speed (rotational speed) No. The second control mode is output control that maintains the output Pe of the main engine 13 at the target value Po. The third control mode is fuel index control that maintains the fuel injection amount, that is, the fuel index FIe that is an index thereof, at the target value FIo.

舶用エンジン制御システム１０では、操縦者は、何れの制御モードにおいても回転速度（Ｎｏ）を制御指令として与える。すなわち、本実施形態のガバナ制御では、操縦者は、回転速度のみを制御対象として認識すればよい。   In the marine engine control system 10, the driver gives the rotation speed (No) as a control command in any control mode. That is, in the governor control of the present embodiment, the operator only needs to recognize the rotational speed as the control target.

第１制御モード（回転速度制御）では、制御指令として与えられた目標回転速度Ｎｏと、フィードバックされる実回転速度Ｎｅとの間の偏差がコントローラ１１に入力される。コントローラ１１からの出力は、切替えスイッチ２２を介してアクチュエータ１５へと送られ、アクチュエータ１５は、コントローラ１１からの出力に対応した燃料噴射量（フューエルインデックスＦＩｅ）の燃料を主機関１３に供給する。   In the first control mode (rotational speed control), a deviation between the target rotational speed No given as a control command and the actual rotational speed Ne fed back is input to the controller 11. The output from the controller 11 is sent to the actuator 15 via the changeover switch 22, and the actuator 15 supplies the main engine 13 with the fuel of the fuel injection amount (fuel index FIe) corresponding to the output from the controller 11.

なお、切替えスイッチ２２は、第１〜第３制御モード間の切替えを行うスイッチであり、第１制御モード選択時には、回転速度制御用のコントローラ１１とアクチュエータ１５とを接続する。   The changeover switch 22 is a switch for switching between the first to third control modes, and connects the controller 11 for controlling the rotational speed and the actuator 15 when the first control mode is selected.

第２制御モード（出力制御）では、制御指令として与えられた目標回転速度Ｎｏが、回転速度／出力変換ブロック１６において目標出力Ｐｏに変換される（後述）。出力制御では、主機関１３の現在の出力Ｐｅがフィードバックされ、目標出力Ｐｏとの間の偏差がコントローラ１７に入力される。第２制御モードにおいて、切替えスイッチ２２は、コントローラ１７とアクチュエータ１５を接続し、コントローラ１７からの出力は、切替えスイッチ２２を介してアクチュエータ１５へと送られる。アクチュエータ１５は、コントローラ１７からの出力に対応した燃料噴射（フューエルインデックスＦＩｅに対応）を主機関１３に行う。   In the second control mode (output control), the target rotational speed No given as a control command is converted into a target output Po in the rotational speed / output conversion block 16 (described later). In the output control, the current output Pe of the main engine 13 is fed back, and the deviation from the target output Po is input to the controller 17. In the second control mode, the changeover switch 22 connects the controller 17 and the actuator 15, and the output from the controller 17 is sent to the actuator 15 via the changeover switch 22. The actuator 15 performs fuel injection (corresponding to the fuel index FIe) corresponding to the output from the controller 17 to the main engine 13.

なお、フィードバックされる現在の出力Ｐｅは、出力算出ブロック１９において、主機関１３の実回転速度Ｎｅと実際の燃料噴射量に対応するフューエルインデックスＦＩｅから算出される（後述）。   The current output Pe fed back is calculated in the output calculation block 19 from the actual rotational speed Ne of the main engine 13 and the fuel index FIe corresponding to the actual fuel injection amount (described later).

また、回転速度／出力変換ブロック１６における変換は、後述する負荷抵抗係数Ｒの平均値Ｒａｖに基づいて変換されるもので、負荷抵抗係数Ｒおよびその平均値Ｒａｖは、負荷抵抗係数算出ブロック２４において、後述するように実フューエルインデックスＦＩｅと実回転速度Ｎｅから算出される。 The conversion is in rotational speed / output conversion block 16, intended to be converted on the basis of the average value R av of the load resistance coefficient R to be described later, the load resistance coefficient R and the average value R av is the load resistance coefficient calculation block At 24, the actual fuel index FIe and the actual rotational speed Ne are calculated as will be described later.

第３制御モード（フューエルインデックス制御）では、制御指令として与えられた目標回転速度Ｎｏが、回転速度／フューエルインデックス変換ブロック１２において目標フューエルインデックスＦＩｏに変換される。なおこの変換においても、負荷抵抗係数算出ブロック２４において算出される負荷抵抗係数Ｒの平均値Ｒａｖが用いられる。 In the third control mode (fuel index control), the target rotational speed No given as the control command is converted into the target fuel index FIo in the rotational speed / fuel index conversion block 12. In this conversion as well, the average value R av of the load resistance coefficient R calculated by the load resistance coefficient calculation block 24 is used.

フューエルインデックス制御では、実際の燃料噴射量に対応するフューエルインデックスＦＩｅがフィードバックされ、目標フューエルインデックスＦＩｏとの間の偏差がコントローラ１４に入力される。第３制御モードにおいて、切替えスイッチ２２は、コントローラ１４とアクチュエータ１５を接続し、コントローラ１４からの出力は、切替えスイッチ２２を介してアクチュエータ１５へと送られる。アクチュエータ１５は、コントローラ１４からの出力に対応した燃料噴射（フューエルインデックスＦＩｅに対応）を主機関１３に行う。   In the fuel index control, the fuel index FIe corresponding to the actual fuel injection amount is fed back, and the deviation from the target fuel index FIo is input to the controller 14. In the third control mode, the changeover switch 22 connects the controller 14 and the actuator 15, and the output from the controller 14 is sent to the actuator 15 via the changeover switch 22. The actuator 15 performs fuel injection (corresponding to the fuel index FIe) corresponding to the output from the controller 14 to the main engine 13.

以上のように、第１実施形態の舶用エンジン制御システム１０では、切替えスイッチ２２の切替えにより、制御モードを回転速度制御、出力制御、フューエルインデックス制御の間で切り替えられ、海象に合わせたガバナ制御を行うことが可能になる。   As described above, in the marine engine control system 10 according to the first embodiment, the control mode can be switched among the rotation speed control, the output control, and the fuel index control by switching the changeover switch 22, and the governor control that matches the sea state is performed. It becomes possible to do.

次に、回転速度／出力変換ブロック１６、回転速度／フューエルインデックス変換ブロック１２における制御目標値の変換式、および出力算出ブロック１９における出力算出式について説明する。なお以下の説明では、回転速度Ｎ、出力Ｐ、トルクＴ、フューエルインデックスＦＩを主機関１３の連続最大定格（ＭＣＲ）のときに１００％となる百分率［％］で表す。   Next, the conversion formula of the control target value in the rotation speed / output conversion block 16, the rotation speed / fuel index conversion block 12, and the output calculation formula in the output calculation block 19 will be described. In the following description, the rotational speed N, output P, torque T, and fuel index FI are expressed as a percentage [%] that is 100% when the continuous maximum rating (MCR) of the main engine 13 is reached.

プロペラ法則によれば、出力Ｐ［％］は、回転速度Ｎ［％］の３乗に比例し、
Ｐ＝Ｒ・（Ｎ／１００）３ （１）
と表される。ここでＲは、上述した海象に依存する係数［％］であり、本明細書では負荷抵抗係数と呼ぶ。なお、Ｒ［％］は、平水状態（波風がない穏やかな状態）を航行中に１００％となる。 According to the propeller law, the output P [%] is proportional to the cube of the rotational speed N [%]
P = R · (N / 100) 3 (1)
It is expressed. Here, R is a coefficient [%] depending on the sea state described above, and is referred to as a load resistance coefficient in the present specification. Note that R [%] is 100% during navigation in a flat water state (a calm state without wave breeze).

一方、トルクＴ［％］、出力Ｐ［％］、回転速度Ｎ［％］の間には、
Ｔ＝Ｐ／（Ｎ／１００） （２）
の関係があるので、トルクＴは、負荷抵抗係数Ｒを用いると
Ｔ＝Ｒ・（Ｎ／１００）２ （３）
と表される。 On the other hand, between torque T [%], output P [%], and rotational speed N [%]
T = P / (N / 100) (2)
Therefore, if the load resistance coefficient R is used, the torque T is T = R · (N / 100) 2 (3)
It is expressed.

また、ガバナ制御においてフューエルインデックスＦＩ［％］は、トルクＴ［％］に等しい（ＦＩ＝Ｔ）と見なせるので（３）式から、
ＦＩ＝Ｒ・（Ｎ／１００）２ （４）
が得られる。 In the governor control, the fuel index FI [%] can be regarded as being equal to the torque T [%] (FI = T).
FI = R · (N / 100) 2 (4)
Is obtained.

したがって、負荷抵抗係数Ｒが決定されれば、回転速度／出力変換ブロック１６では（１）式に基づいて回転速度Ｎから出力Ｐが、回転速度／フューエルインデックス変換ブロック１２では（４）式に基づいてフューエルインデックスＦＩが求められる。   Therefore, when the load resistance coefficient R is determined, the output P from the rotational speed N is based on the equation (1) in the rotational speed / output conversion block 16, and based on the equation (4) in the rotational speed / fuel index conversion block 12. Thus, the fuel index FI is obtained.

また（４）式から、現在の負荷抵抗係数Ｒの値は、実フューエルインデックスＦＩｅ［％］と実回転速度Ｎｅ[％]から、
Ｒ＝ＦＩｅ／（Ｎｅ／１００）２ （５）
として求めることができる。 Further, from the equation (4), the current value of the load resistance coefficient R is obtained from the actual fuel index FIe [%] and the actual rotational speed Ne [%].
R = FIe / (Ne / 100) 2 (5)
Can be obtained as

すなわち、（４）式の負荷抵抗係数Ｒは、海象に応じて時々刻々と変化するが、その値は、（５）式から求められる。したがって、本実施形態の回転速度／出力変換ブロック１６、および回転速度／フューエルインデックス変換ブロック１２では、（５）式を用いて算出される負荷抵抗係数Ｒの所定時間（例えば数十分から数時間程度、好ましくは１時間程度）Ｔの平均値Ｒａｖ＝［∫ＦＩｅ／（Ｎｅ／１００）２・ｄｔ］／Ｔを、所定時間Ｔ毎に（１）式、（４）式で用いられる負荷抵抗係数Ｒの値として更新・設定する。 That is, the load resistance coefficient R in the equation (4) changes every moment depending on the sea condition, but the value can be obtained from the equation (5). Therefore, in the rotation speed / output conversion block 16 and the rotation speed / fuel index conversion block 12 of the present embodiment, a predetermined time (for example, several tens of minutes to several hours) of the load resistance coefficient R calculated using the equation (5). The average value of T R av = [∫FIe / (Ne / 100) 2 · dt] / T is used for each predetermined time T in the expressions (1) and (4). Update / set as the value of resistance coefficient R.

すなわち、回転速度／出力変換ブロック１６では、変換式として、
Ｐｏ＝Ｒａｖ・（Ｎｏ／１００）３ （６）
が用いられ、回転速度／フューエルインデックス変換ブロック１２では、変換式として、
ＦＩｏ＝Ｒａｖ・（Ｎｏ／１００）２ （７）
が用いられる。 That is, in the rotation speed / output conversion block 16, as a conversion formula,
Po = R av. (No / 100) 3 (6)
In the rotation speed / fuel index conversion block 12, as a conversion formula,
FIo = R av (No / 100) 2 (7)
Is used.

また、出力算出ブロック１９において算出される出力Ｐｅの値は、（１）、（５）式から
Ｐｅ＝ＦＩｅ・（Ｎｅ／１００） （８）
として求められる。 Further, the value of the output Pe calculated in the output calculation block 19 is Pe = FIe · (Ne / 100) (8) from the expressions (1) and (5).
As required.

図２に、負荷抵抗係数Ｒと、実回転速度Ｎｅ、フューエルインデックスＦＩｅの具体的な時系列変化を模式的に示す。なお、図２（ａ）は回転速度Ｎｅ[％]、図２（ｂ）はフューエルインデックスＦＩｅ[％]の計測値、図２（ｃ）は、（５）式に図２（ａ）、図２（ｂ）に示される実回転速度Ｎｅ、フューエルインデックスＦＩｅを代入して算出される負荷抵抗係数Ｒ[％]の算出値の時系列変化を示したもので、横軸は時間[秒]である。   FIG. 2 schematically shows specific time-series changes in the load resistance coefficient R, the actual rotational speed Ne, and the fuel index FIe. 2A shows the rotational speed Ne [%], FIG. 2B shows the measured value of the fuel index FIe [%], and FIG. 2C shows the equation (5) in FIG. 2 shows the time series change of the calculated value of the load resistance coefficient R [%] calculated by substituting the actual rotational speed Ne and the fuel index FIe shown in 2 (b). The horizontal axis is time [second]. is there.

図２（ａ）に示されるように、実回転速度Ｎｅは、回転速度（回転数）を一定とする回転速度制御においても、波浪の影響により、設定された目標値を中心に変動し、変動の周期は、船体が受ける波の周期に相関する。一方、図２（ｂ）に示されるように、フューエルインデックス（燃料噴射量）ＦＩｅには、回転速度変動に相関する変動の他に、回転速度変動の周期に比べオーダーが遥かに大きいトレンドが存在する。そして、（５）式、Ｒ＝ＦＩｅ／（Ｎｅ／１００）２により算出される負荷抵抗係数Ｒは、図２（ａ）、図２（ｂ）、それぞれの変動の影響を受け、図２（ｃ）に示されるように変動する。 As shown in FIG. 2A, the actual rotational speed Ne fluctuates around the set target value due to the influence of waves even in the rotational speed control in which the rotational speed (the number of revolutions) is constant. This period correlates with the wave period received by the hull. On the other hand, as shown in FIG. 2B, the fuel index (fuel injection amount) FIe has a trend that is much larger in order than the cycle of the rotational speed fluctuation in addition to the fluctuation correlated with the rotational speed fluctuation. To do. The load resistance coefficient R calculated by the equation (5), R = FIe / (Ne / 100) 2, is affected by the fluctuations shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). f) as shown in c).

次に図３に、回転速度制御、出力制御、フューエルインデックス制御の各制御モードにおける主機関の回転速度［％］の変動（図３（ａ））、フューエルインデックスの値の変動（図３（ｂ））、出力変動（図３（ｃ））、負荷抵抗係数の変動（図３（ｄ））の代表例を示す。   Next, FIG. 3 shows fluctuations in the rotational speed [%] of the main engine (FIG. 3A) and fluctuations in the value of the fuel index (FIG. 3B) in each control mode of rotational speed control, output control, and fuel index control. )), Output variation (FIG. 3C), load resistance coefficient variation (FIG. 3D).

図３に示されるように、フューエルインデックス制御は、例えば図３（ｄ）に示されるように、負荷抵抗係数Ｒの変動が小さく、周期も短い主機関の応答遅れが発生する場合に選択される。フューエルインデックス制御では、図３（ｂ）に示されるように、フューエルインデックスが一定に維持されるが、図３（ａ）、図３（ｃ）に示される回転速度や出力は、短い周期で僅かに変動する。   As shown in FIG. 3, the fuel index control is selected when, for example, as shown in FIG. 3 (d), a response delay of the main engine with a small variation in the load resistance coefficient R and a short cycle occurs. . In the fuel index control, as shown in FIG. 3 (b), the fuel index is kept constant. However, the rotational speed and output shown in FIGS. 3 (a) and 3 (c) are slightly increased in a short cycle. Fluctuates.

出力制御は、図３（ｄ）に示されるように、負荷抵抗係数Ｒの変動が中程度で、周期もある程度長く、主機関が十分に追従できる状況で選択される。主機関の出力は、上述された出力制御により、図３（ｃ）に示されるように略一定に維持され、主機関は安定して運転される。このとき回転速度（図３（ａ））やフューエルインデックス（図３（ｂ））は、負荷抵抗係数Ｒと略同じ周期で、中程度の大きさで変動する。   As shown in FIG. 3D, the output control is selected in a situation where the variation of the load resistance coefficient R is moderate, the cycle is long to some extent, and the main engine can sufficiently follow. The output of the main engine is maintained substantially constant as shown in FIG. 3C by the output control described above, and the main engine is stably operated. At this time, the rotational speed (FIG. 3 (a)) and the fuel index (FIG. 3 (b)) fluctuate at a medium level with substantially the same period as the load resistance coefficient R.

また、回転速度制御は、例えば極度に荒れた波浪中やハーバーゾーンで使用され、例えばレーシングによる主機関の過回転などが防止される。例えばレーシング発生時、図３（ｄ）に示されるように、負荷抵抗係数Ｒは突然極度にその値が小さくなる。このとき、回転速度は急激に上昇し始めるため、回転速度を一定に維持するように、フューエルインデックスが大幅に下げられ（図３（ｂ））、主機関の出力が大きく下げられる（図３（ｃ））。これにより、回転速度の過度な上昇が防止される。   Further, the rotational speed control is used, for example, in extremely rough waves or in a harbor zone, and for example, over-rotation of the main engine due to racing is prevented. For example, when racing occurs, as shown in FIG. 3D, the value of the load resistance coefficient R suddenly becomes extremely small. At this time, since the rotational speed starts to increase rapidly, the fuel index is greatly lowered (FIG. 3B) so as to maintain the rotational speed constant (FIG. 3B), and the output of the main engine is greatly reduced (FIG. 3 ( c)). This prevents an excessive increase in the rotational speed.

以上のように、第１実施形態では、海象などに応じて、適切な物理量を制御目標値に設定してガバナ制御を行うことが可能になり、燃費を向上することができる。また、目標回転速度Ｎｏを与えれば、その値およびそのときの海象に適する出力制御目標値Ｐｏやフューエルインデックス制御目標値ＦＩｏが得られるので、燃費を更に改善することができる。   As described above, in the first embodiment, governor control can be performed by setting an appropriate physical quantity as a control target value in accordance with sea conditions and the like, and fuel efficiency can be improved. Further, if the target rotational speed No is given, the output control target value Po and the fuel index control target value FIo suitable for the value and the sea state at that time can be obtained, so that the fuel consumption can be further improved.

次に、図４、図５を参照して、本発明の第２実施形態の舶用エンジン制御システムについて説明する。第２実施形態の舶用エンジン制御システムの構成は、略第１実施形態の舶用エンジン制御システムと同様であるが、第２実施形態では、第１〜第３制御モードの切替えを、負荷抵抗係数Ｒの変動の周期と負荷抵抗係数Ｒの変動の実効値をパラメータとして行う。   Next, a marine engine control system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The configuration of the marine engine control system of the second embodiment is substantially the same as that of the marine engine control system of the first embodiment, but in the second embodiment, switching between the first to third control modes is performed by changing the load resistance coefficient R. The fluctuation period and the effective value of the fluctuation of the load resistance coefficient R are used as parameters.

図４は、負荷抵抗係数Ｒの変動の周期と実効値に基づき第１〜第３の制御モードの切替えを行う制御マップの一例を示す。すなわち、図４において、横軸は負荷抵抗係数Ｒの変動周期、縦軸は負荷抵抗係数Ｒの変動の実効値に対応する。   FIG. 4 shows an example of a control map for switching the first to third control modes based on the fluctuation period and effective value of the load resistance coefficient R. That is, in FIG. 4, the horizontal axis corresponds to the fluctuation period of the load resistance coefficient R, and the vertical axis corresponds to the effective value of the fluctuation of the load resistance coefficient R.

一般に負荷抵抗係数Ｒの変動周期の長短は、波浪変動に対する主機関の追従性に正相関し、変動の実効値の大小は、波浪の影響の大小に正相関するとともにノイズの影響の大小に逆相関する。したがって、本実施形態では変動周期が短く主機関の応答性が低い場合や、変動の実効値が小さく、波浪の影響は小さいがノイズの影響が大きい場合には、フューエルインデックス制御を行い、燃料噴射量を固定して無駄な燃料噴射を抑える（フューエルインデックス制御モード）。   In general, the length of the fluctuation cycle of the load resistance coefficient R is positively correlated with the followability of the main engine to the wave fluctuation, and the magnitude of the fluctuation is positively correlated with the magnitude of the influence of the waves and is opposite to the magnitude of the influence of the noise. Correlate. Therefore, in this embodiment, when the fluctuation cycle is short and the responsiveness of the main engine is low, or when the effective value of fluctuation is small and the influence of waves is small but the influence of noise is large, fuel index control is performed and fuel injection is performed. The amount is fixed to prevent unnecessary fuel injection (fuel index control mode).

逆に変動周期が長く、十分な追従性が得られる場合や、変動の実効値が大きく、レーシングが起こるような波浪の影響が大きい場合には、回転速度制御を行い、主機関（プロペラ）回転速度を一定に維持する（回転速度制御モード）。そして、これら２つの運転モードの中間領域では、出力制御を行い、主機関の出力を一定に維持する（出力制御モード）。   Conversely, when the fluctuation cycle is long and sufficient follow-up performance is obtained, or when the effect of waves that cause racing is large and the fluctuation is large, the rotation speed is controlled and the main engine (propeller) rotates. Keep the speed constant (rotational speed control mode). In the intermediate region between these two operation modes, output control is performed to maintain the output of the main engine constant (output control mode).

すなわち、第２実施形態では、負荷抵抗係数算出ブロック２４（図１）において算出される負荷抵抗係数Ｒに基づき更に、負荷抵抗係数Ｒの変動の周期と負荷抵抗係数Ｒの変動の実効値が算出され、図４の制御マップを参照して、対応する領域の制御モードが選択され、切替スイッチ２２（図１）の切替が行われる。   That is, in the second embodiment, the fluctuation period of the load resistance coefficient R and the effective value of the fluctuation of the load resistance coefficient R are further calculated based on the load resistance coefficient R calculated in the load resistance coefficient calculation block 24 (FIG. 1). Then, referring to the control map of FIG. 4, the control mode of the corresponding area is selected, and the changeover switch 22 (FIG. 1) is switched.

ここで図５（ａ）に、図２（ｃ）に示される負荷抵抗係数Ｒ［％］の変動成分Ｒｖ［％］の時系列変化とＲｖの実効値Ｒｅ［％］の時系列変化をグラフに示す。なお、図５（ａ）における変動成分Ｒｖは、図２（ｃ）の負荷抵抗係数Ｒからトレンドを除去したものに対応する。また、図５（ｂ）に、図５（ａ）の変動成分Ｒｖ［％］の立ち上がりにおいて０［％］を横切る時点から次の立ち上がりにおいて０［％］を横切る時点までに掛かる時間をプロットしたものをグラフ示し、本実施形態では、この値を負荷抵抗係数Ｒの変動周期として用いる。   FIG. 5A is a graph showing the time series change of the fluctuation component Rv [%] of the load resistance coefficient R [%] and the time series change of the effective value Re [%] of Rv shown in FIG. Shown in Note that the fluctuation component Rv in FIG. 5A corresponds to the component obtained by removing the trend from the load resistance coefficient R in FIG. FIG. 5B plots the time taken from the time when the fluctuation component Rv [%] of FIG. 5A crosses 0 [%] at the rising edge to the time when it crosses 0 [%] at the next rising edge. In this embodiment, this value is used as the fluctuation cycle of the load resistance coefficient R.

以上のように、本発明の第２実施形態によれば、第１実施形態と略同様の効果が得られるとともに、負荷抵抗係数の変動周期、変動の実効値などの負荷抵抗係数から導出される物理量から、現在の海象を判断して制御目標値が異なる複数の制御モードから適切な制御モードを選択することができる。   As described above, according to the second embodiment of the present invention, substantially the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the load resistance coefficient is derived from the load resistance coefficient such as the fluctuation period of the load resistance coefficient and the effective value of the fluctuation. An appropriate control mode can be selected from a plurality of control modes having different control target values by judging the current sea state from the physical quantity.

次に、図６、図７を参照して、第３実施形態について説明する。第３実施形態は、第２実施形態と同様に、負荷抵抗係数Ｒの変動周期と変動の実効値をパラメータとしてガバナの制御モードを切替える。第２実施形態の制御モードの切替えでは、制御目標値を回転速度、出力、フューエルインデックスに変更したが、第３実施形態では、制御目標値の変更は行わず、制御パラメータをマップの各領域に対応して変更する。   Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. Similar to the second embodiment, the third embodiment switches the control mode of the governor using the fluctuation period of the load resistance coefficient R and the effective value of the fluctuation as parameters. In the control mode switching of the second embodiment, the control target value is changed to the rotation speed, the output, and the fuel index. However, in the third embodiment, the control target value is not changed and the control parameter is set to each area of the map. Change accordingly.

第３実施形態の舶用エンジン制御システムでは、例えば回転速度制御がガバナ制御に用いられ、第２実施形態の制御マップ（図４）に示される回転速度制御、出力制御、フューエルインデックス制御の各領域に対応する領域で、それぞれ、図６の制御マップに示されるように、敏感制御、中庸制御、緩慢制御が選択される。   In the marine engine control system of the third embodiment, for example, rotational speed control is used for governor control, and each region of rotational speed control, output control, and fuel index control shown in the control map (FIG. 4) of the second embodiment is used. In the corresponding region, as shown in the control map of FIG. 6, sensitive control, intermediate control, and slow control are selected.

図７に第３実施形態の回転速度制御の制御ブロック図を示す。なお第１、第２実施形態と同様の構成については同じ参照符号を用いその説明を省略する。第３実施形態の回転速度制御では、目標回転速度Ｎｏと実回転速度Ｎｅの偏差がコントローラ２５に入力される。コントローラ２５からの出力はアクチュエータ１５に入力され、主機関１３へはコントローラ２５からの出力に対応する燃料噴射量（フューエルインデックスＦＩｅ）が供給される。   FIG. 7 shows a control block diagram of the rotational speed control of the third embodiment. In addition, about the structure similar to 1st, 2nd embodiment, the same referential mark is used and the description is abbreviate | omitted. In the rotational speed control of the third embodiment, the deviation between the target rotational speed No and the actual rotational speed Ne is input to the controller 25. An output from the controller 25 is input to the actuator 15, and a fuel injection amount (fuel index FIe) corresponding to the output from the controller 25 is supplied to the main engine 13.

コントローラ２５は、例えばＰＩＤ制御ブロックを含み、各項のゲインの設定は、制御モード切替ブロック２６からの指令に基づいて変更される。制御モード切替ブロック２６には、実フューエルインデックスＦＩと実回転数Ｎｅが入力され、第１実施形態の負荷抵抗係数算出ブロック２４と同様に、負荷抵抗係数Ｒが算出されるとともに、その変動周期および変動の実効値が算出され、図６の制御マップが参照される。そして制御モード切替ブロック２６は、コントローラ２５のＰＩＤ制御ブロックに対して、制御マップに基づいて選択される制御モードのゲインを設定にする。   The controller 25 includes, for example, a PID control block, and the gain setting for each term is changed based on a command from the control mode switching block 26. The control mode switching block 26 receives the actual fuel index FI and the actual rotational speed Ne, and calculates the load resistance coefficient R as well as the fluctuation cycle and the load resistance coefficient R in the same manner as the load resistance coefficient calculation block 24 of the first embodiment. The effective value of the fluctuation is calculated, and the control map in FIG. 6 is referred to. Then, the control mode switching block 26 sets the gain of the control mode selected based on the control map for the PID control block of the controller 25.

表１に第３実施形態の各制御モードにおけるＰＩＤ演算での各項の感度の相対的な関係を示し、これらは各項のゲインの設定を変更することにより変更される。

Figure 0004750881
Table 1 shows the relative relationship of the sensitivity of each term in the PID calculation in each control mode of the third embodiment, and these are changed by changing the gain setting of each term.
Figure 0004750881

また、図６では、３つの領域に制御モードを分けたが、２つの制御モードのみに分ける構成でもよく、この場合には、例えば敏感制御と緩慢制御に分けられ、両モードにおけるＰＩＤ演算での比例項、積分項の感度の相対的な関係は、表２に示される。

Figure 0004750881
なお、このような場合には、ＰＩ制御のみであってもかまわない。 In FIG. 6, the control mode is divided into three areas. However, the control mode may be divided into only two control modes. In this case, for example, the control mode is divided into sensitive control and slow control. Table 2 shows the relative relationship between the sensitivity of the proportional term and the integral term.
Figure 0004750881
 In such a case, only the PI control may be used.

以上のように、第３実施形態においても、第２実施形態と略同様の効果を得ることができる。なお、本実施形態では、回転速度制御を例に説明を行ったが、出力制御やフューエルインデックス制御に本実施形態を適用することもできる。   As described above, also in the third embodiment, substantially the same effect as that of the second embodiment can be obtained. In the present embodiment, the description has been given by taking the rotational speed control as an example, but the present embodiment can also be applied to output control and fuel index control.

また、第１〜第３実施形態は、整合が取れる範囲において、それぞれ組合わせて適用することも可能である。   In addition, the first to third embodiments can be applied in combination within a range where matching can be achieved.

なお、各実施形態において、算出される負荷抵抗係数、その変動周期、変動の実効値の何れか１つあるいは負荷抵抗係数から導出される物理量の２以上を操舵室や機関室等に表示する構成としてもよい。また、第２、第３実施形態において、制御モードの切替えを負荷抵抗係数の変動周期、変動の実効値の何れか一方のみ、あるいは負荷抵抗係数から導出される他の物理量と組合わせて規定することも可能である。また、変動周期の代わりに変動周波数を用いることも可能である。更に、本実施形態では、操縦者は制御指令として回転速度を設定したが、フューエルインデックス、出力、船速や他の物理量を制御指令として設定する構成とすることもできる。   In each embodiment, a configuration in which any one of a calculated load resistance coefficient, a fluctuation period thereof, an effective value of fluctuation, or two or more physical quantities derived from the load resistance coefficient is displayed in a wheelhouse, an engine room, or the like. It is good. Further, in the second and third embodiments, switching of the control mode is defined by any one of the fluctuation period of the load resistance coefficient, the effective value of the fluctuation, or in combination with another physical quantity derived from the load resistance coefficient. It is also possible. It is also possible to use a variable frequency instead of the variable period. Further, in the present embodiment, the driver sets the rotation speed as the control command, but it may be configured to set the fuel index, output, ship speed, and other physical quantities as the control command.

また、制御方法についてはＰＩＤ制御に限らず、現代制御理論、適用制御、学習制御等にも適用可能である。例えば第３実施形態の場合、負荷抵抗係数から導かれる物理量に基づいて、ＰＩ演算やＰＩＤ演算の感度を変更して、制御モードの切替えを行ったが、例えば、現代制御理論、適用制御、学習制御等では、負荷抵抗係数から導かれる物理量に基づいて、各々の制御における制御パラメータの値を変更し、制御モードの切替えを行ってもよい。   Further, the control method is not limited to PID control but can be applied to modern control theory, application control, learning control, and the like. For example, in the case of the third embodiment, the control mode is switched by changing the sensitivity of PI calculation or PID calculation based on the physical quantity derived from the load resistance coefficient. For example, modern control theory, application control, learning In control or the like, the control mode value may be changed by changing the value of the control parameter in each control based on the physical quantity derived from the load resistance coefficient.

１０、２０ 舶用エンジン制御システム
１１、１４、１７、２５ コントローラ
１２ 回転速度／フューエルインデックス変換ブロック
１３ 主機関
１５ アクチュエータ
１６ 回転速度／出力値変換ブロック
１９ 出力算出ブロック
２２ 切替えスイッチ
２４ 負荷抵抗係数算出ブロック
２６ 制御モード切替ブロック
10, 20 Marine Engine Control System 11, 14, 17, 25 Controller 12 Rotational Speed / Fuel Index Conversion Block 13 Main Engine 15 Actuator 16 Rotational Speed / Output Value Conversion Block 19 Output Calculation Block 22 Changeover Switch 24 Load Resistance Coefficient Calculation Block 26 Control mode switching block

Claims (9)

フューエルインデックスに比例するとともに主機関の実回転速度の二乗に反比例する負荷抵抗係数を求め、前記負荷抵抗係数から導出される物理量をパラメータとして制御モードの切替えを行うことを特徴とする舶用エンジン制御システム。 A marine engine control system characterized by obtaining a load resistance coefficient proportional to the fuel index and inversely proportional to the square of the actual rotational speed of the main engine, and switching a control mode using a physical quantity derived from the load resistance coefficient as a parameter. . 前記物理量に、前記負荷抵抗係数の変動周期または前記変動の実効値の少なくとも一方が含まれることを特徴とする請求項１に記載の舶用エンジン制御システム。   The marine engine control system according to claim 1, wherein the physical quantity includes at least one of a fluctuation period of the load resistance coefficient or an effective value of the fluctuation. 前記制御モードの切替えが、回転速度制御、出力制御、フューエルインデックス制御間での切替えに対応することを特徴とする請求項２に記載の舶用エンジン制御システム。 The marine engine control system according to claim 2, wherein the switching of the control mode corresponds to switching among rotation speed control, output control, and fuel index control . 更新される前記負荷抵抗係数を用いて目標回転速度から目標フューエルインデックスへの変換、または目標回転速度から目標出力値への変換が行われることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の舶用エンジン制御システム。 Any one of claims 1 to 3, characterized in that conversion from the load resistance coefficient target rotational speed by using the updated conversion to the target fuel index, or the target rotation speed to the target output value is performed The marine engine control system described in 1. 前記負荷抵抗係数の所定時間に亘る平均値を前記変換に用いることを特徴とする請求項４に記載の舶用エンジン制御システム。 The marine engine control system according to claim 4 , wherein an average value of the load resistance coefficient over a predetermined time is used for the conversion. 前記制御モードの切替えが制御パラメータの切替えに対応することを特徴とする請求項１または請求項２の何れか一項に記載の舶用エンジン制御システム。   The marine engine control system according to claim 1, wherein the control mode switching corresponds to a control parameter switching. 前記制御パラメータの切替えがＰＩ演算の感度に対応し、前記感度の切替えは、前記比例項の感度が相対的に大きく、前記積分が相対的に短いモードと、比例項の感度が相対的に小さく、前記積分が相対的に長いモードの間で行われることを特徴とする請求項６に記載の舶用エンジン制御システム。 The switching of the control parameter corresponds to the sensitivity of the PI calculation, and the switching of the sensitivity is a mode in which the sensitivity of the proportional term is relatively large, the integral is relatively short, and the sensitivity of the proportional term is relatively small. The marine engine control system according to claim 6 , wherein the integration is performed between relatively long modes. 請求項１〜７の何れか一項に記載の舶用エンジン制御システムを備えたことを特徴とする船舶。 A ship comprising the marine engine control system according to any one of claims 1 to 7 . フューエルインデックスに比例するとともに主機関の実回転速度の二乗に反比例する負荷抵抗係数を求め、前記負荷抵抗係数から導出される物理量をパラメータとして制御モードの切替えを行うことを特徴とする舶用エンジン制御方法。
A marine engine control method characterized by obtaining a load resistance coefficient proportional to the fuel index and inversely proportional to the square of the actual rotational speed of the main engine, and switching a control mode using a physical quantity derived from the load resistance coefficient as a parameter. .
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