JP6517661B2

JP6517661B2 - 舶用主機関の始動方法

Info

Publication number: JP6517661B2
Application number: JP2015208697A
Authority: JP
Inventors: 涼太小池; 服部　泰典; 泰典服部; 渡辺　寛樹; 寛樹渡辺
Original assignee: Mitsui E&S Machinery Co Ltd
Current assignee: Mitsui E&S Machinery Co Ltd
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2019-05-22
Anticipated expiration: 2035-10-23
Also published as: JP2017082602A

Description

本発明は、船舶用の主機関である大型高出力ディーゼルエンジンの始動方法に関する。

船舶用の主機関である大型高出力のディーゼルエンジンでは、その始動の方法として、シリンダ内に始動空気を投入して停止状態から予め設定された回転速度まで加速した後に燃料投入を行い、その後に始動空気を遮断するという方法が採用されている。このような始動方法を採用する場合、燃料を投入するタイミングが、主機関のクランク軸の角度によって決まっているために、燃料へ切り替える制御を行っても、すぐに燃料が投入されない場合があり、始動に不具合が生じる。このため、始動空気の遮断を一定時間遅らせるオフディレイ回路が設けられている。

主機関の角加速度が高い場合、燃料投入の指令信号の後、短時間で燃料の投入が行われることとなる。このため、始動空気の遮断を遅らせる事は、始動空気を無駄に消費している事になる。一方、主機関の角加速度が低い場合、燃料投入の指令信号の後、実際に燃料が投入されるまでの時間が長くなる。このため、燃料投入の指令から、始動空気の遮断が成されるまでの時間（オフディレイ時間）が不十分だと、燃料が投入される前に始動空気が遮断され、クランク軸の回転は、失速してしまう。

特許文献１に開示されている技術では、クランク軸の角度、回転数を検出し、クランク角度の初期位置調整を行い、始動空気供給後のクランク角度に応じて啓開時期（始動空気の供給時間）の調整を行う事で、始動性の向上、および始動空気の消費量削減を図っている。

特開昭６２−２９７６２号公報

上記特許文献に開示されているような方法であれば、クランク角度に応じて、いわゆるオフディレイ時間が調整されるため、始動空気の消費量削減に大きな効果があると考えられる。

しかし、特許文献１に開示されている技術では、クランク角度を検出し、このデータに基づいて始動開始位置にクランク角度を調整した上で、始動開始後の始動空気投入期間が定められている。このため、逐次始動開始位置の調整を行う必要があり、調整のために圧縮空気を使用することとなる。

本発明では、より簡単に、オフディレイを制御し、始動空気の消費量削減を図ることのできる舶用主機関の始動方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る舶用主機関の始動方法は、主機関と、前記主機関に対して始動空気を供給する圧縮空気タンクを有し、始動弁を介して前記始動空気を前記主機関に供給して始動を成す舶用主機関の始動方法であって、前記始動弁を開放して前記始動空気を前記主機関に供給した後、前記主機関のクランク軸の回転速度と加速度の検出を開始し、前記主機関への燃料の供給を開始した後、前記クランク軸の前記回転速度が、前記加速度に応じて予め定めた値に到達した際に、前記始動弁を閉じて前記主機関への前記始動空気の供給を停止し、燃料運転へ移行することを特徴とする。

また、上記のような特徴を有する舶用主機関の始動方法では、前記始動弁を開放して前記始動空気を前記主機関に供給した後、前記クランク軸の回転速度と前記加速度の検出と共に、前記クランク軸の回転角度の検出を開始し、前記主機関への燃料の供給を開始した後、前記クランク軸の前記回転速度が、前記予め定めた値に到達する前に、前記クランク軸の前記回転角度が、前記燃料供給時における前記クランク軸の角度を基準として予め定めた回転角度に到達した場合、当該回転角度が基準値に到達した際に、前記始動弁を閉じて前記主機関への前記始動空気の供給を停止するようにしても良い。

このような方法を採ることにより、加速度が小さい事により回転速度が予め定めた値に到達するまでの時間が長くなるような場合に、回転角度に基づく始動空気の遮断が成されることとなる。よって、オフディレイ時間が極端に長くなる事を避けることができ、始動空気の使用量を抑制することができる。

また、上記目的を達成するための本発明に係る舶用主機関の始動方法は、主機関と、前記主機関に対して始動空気を供給する圧縮空気タンクを有し、始動弁を介して前記始動空気を前記主機関に供給して始動を成す舶用主機関の始動方法であって、前記始動弁を開放して前記始動空気を前記主機関に供給した後、前記主機関のクランク軸の回転角度の検出を開始し、前記主機関への燃料の供給を開始した後、前記クランク軸の前記回転角度が、前記燃料供給時における前記クランク軸の角度を基準として予め定めた回転角度に到達した際に、前記始動弁を閉じて前記主機関への前記始動空気の供給を停止し、燃料運転へ移行することを特徴とするものであっても良い。

また、上記のような特徴を有する舶用主機関の始動方法は、前記始動弁を開放して前記始動空気を前記主機関に供給した後、前記主機関のクランク軸の回転角度の検出と共に、前記クランク軸の回転速度と加速度の検出を開始し、前記主機関への燃料の供給を開始した後、前記クランク軸の前記回転角度が、前記燃料供給時における前記クランク軸の角度を基準として予め定めた回転角度に到達する前に、前記クランク軸の前記回転速度が、前記加速度に応じて予め定めた値に到達した場合、当該加速度が基準値に到達した際に、前記始動弁を閉じて前記主機関への前記始動空気の供給を停止するようにしても良い。

このような方法を採ることにより、回転角度が予め定めた値に到達するまでの時間が長くなるような場合に、回転速度に基づく始動空気の遮断が成されることとなる。よって、オフディレイ時間が極端に長くなる事を避けることができ、始動空気の使用量を抑制することができる。

上記のような特徴を有する舶用主機関の始動方法によれば、従来に比べ、より簡単に、オフディレイを制御し、始動空気の消費量削減を図ることが可能となる。

実施形態に係る舶用主機関の始動方法を適用する主機関システムの構成例を示す図である。実施形態に係る舶用主機関の始動方法の流れを示すシーケンス図である。クランク軸の回転速度と時間との関係と、始動空気の遮断タイミングを示すグラフである。クランク軸の回転角度と時間との関係と、始動空気の遮断タイミングを示すグラフである。

以下、本発明の舶用主機関の始動方法に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

まず、図１を参照して、実施形態に係る舶用主機関の始動方法を実施するための主機関システム１０について説明する。

図１０に示す主機関システム１０は、主機関１２と、圧縮空気タンク２０、及び制御装置３４を基本として構成されている。主機関１２は、いわゆる大型高出力のディーゼルエンジンであり、図１に示す形態の主機関システム１０では、スクリュー１４に連結されたプロペラ軸１５と、このプロペラ軸に連結されたクランク軸１６との間に、歯車１８が備えられている。歯車１８は、通常、モータ駆動のギア（不図示）と嵌合してクランク軸１６を回転させ、クランク角度を変更する役割を担うが、この歯車１８の歯数の移動を捉える事で、クランク軸１６の回転速度や回転角度、および加速度を検出することが可能となる。

圧縮空気タンク２０は、始動空気を貯留しておくためのタンクであり、付帯されているコンプレッサ２２により、タンク内圧力が所定値となるように加圧されている。図１に示す主機関システム１０では、圧縮空気タンク２０からは、始動空気ライン２４と制御空気ライン２６が延出されている。始動空気ライン２４は、主機関１２へ高圧の始動空気を供給するためのラインである。始動空気ライン２４には、始動空気の送通をＯＮ・ＯＦＦするための始動弁２８が備えられている。

一方、制御空気ライン２６は、始動弁２８の開閉を行うための動力となる圧縮空気の流れを制御するためのラインである。このため、制御空気ライン２６は、始動弁２８の切り替えポートへ接続されており、切り替えポートへ圧縮空気が供給されることにより、始動弁２８が開放される構成とされている。圧縮空気タンク２０と始動弁２８との間の制御空気ライン２６には、始動電磁弁３０が備えられ、始動弁２８への圧縮空気の投入の制御が成される構成としている。また、圧縮空気タンク２０と始動電磁弁３０との間には、減圧弁３２が備えられ、始動電磁弁３０を介して始動弁２８の切り替えポートへ供給する空気の圧力調整が成される構成としている。

制御装置３４は、主機関１２への圧縮空気の供給を制御するための手段である。具体的には、クランク軸１６の回転状態に基づいて、始動電磁弁３０の開閉を行うための手段である。図１に示す形態の主機関システム１０では、クランク軸１６の回転状態の検出は、クランク軸１６に備えられた歯車１８の回転に基づいて成されるため、歯車１８の近傍には、歯の通過を検出する近接スイッチ３６が備えられている。このような構成とすることで、歯車１８が１回転する間の歯の数が既知であれば、単位時間あたりの歯の通過数により、クランク軸１６の回転速度、回転角度、および加速度を算出することができる。

制御装置３４は、歯車１８の回転に基づいて近接スイッチ３６から出力される検出パルスが入力されることにより、クランク軸１６の回転速度や回転角度、および加速度等を算出する。算出されたクランク軸１６の回転速度や回転角度、および加速度が、実験により予め求められた範囲に到達した際、始動電磁弁３０を閉塞するための制御信号を出力する。

次に、上記のような主機関システム１０を介した主機関１２の始動方法について図２に示す始動シーケンスを参照して説明する。
主機関１２の運転が停止されている状態では、始動のための操作は停止され、始動電磁弁３０はＯＦＦ、始動弁２８はＣＬＯＳＥとなっている。ここで、燃料の投入を止める燃料停止電磁弁（図１には不図示）のみはＯＮ状態が保たれている。

運転操作が開始されると、まず、制御装置３４から始動電磁弁３０へ制御信号が出力され、始動電磁弁３０がＯＮ状態となる。始動電磁弁３０がＯＮとなった場合、制御空気ライン２６を介して始動弁２８の切り替えポートに圧縮空気が入力される。この切り替えポートへの圧縮空気の入力により、始動電磁弁３０のＯＮ動作に僅かなタイムラグを持って始動弁２８がＯＰＥＮ状態となる。

始動弁２８がＯＰＥＮ状態となると始動空気ライン２４を介して圧縮空気タンク２０内の圧縮空気が、始動空気として主機関１２に供給される。これにより、主機関１２のピストンが押し下げられ、クランク軸１６に回転が付与される。

制御装置３４は、クランク軸１６の回転に伴い回転する歯車１８の回転を検出する近接スイッチ３６から入力される検出信号に基づいて、クランク軸１６の回転速度や加速度、および回転角度を求める。クランク軸１６の回転速度は、単位時間あたりに検出された歯数に対応した角度を検出に要した時間で除すれば求める事ができる。

また、加速度の検出としては、時間的に変化のある２点間における速度の差を２点間を通過するのに要した時間で除することにより、求められる。さらに、回転角度は、近接スイッチ３６により検出されたパルス数とクランク軸１６の一回転あたりの歯数（パルス数）に基づいて求めれば良い。なお、速度が求められた場合には、これを積分することによっても、クランク軸１６の回転角を求めることができる。

本実施形態では、空気を遮断するための信号を出力するタイミングについて、２つの観点から、これを定めるようにしている。第１の観点としては、加速度の大小に応じて、それぞれ予め定めた回転速度に達したタイミングというものである。また、第２の観点としては、主機関１２への燃料供給信号が出力された時からのクランク軸１６の回転角度が、予め定めた回転角度に達したタイミングというものである。

２つの観点からのアプローチとしたのは、加速度による始動空気の遮断タイミングと、回転角度による始動空気の遮断タイミングとで、いずれか早く予め定めた値に達した方を採用して始動電磁弁３０をＯＦＦにする信号を出力し、始動弁２８をＣＬＯＳＥとすることで、オフディレイ時間を短くすることができ、始動空気の使用量を減らすことができるからである。

例えば、図３に示すグラフの例では、加速度が大きいほど早く遮断が成されるように、始動空気を遮断するタイミング設定を右上がりの直線で定めている（図３中破線で示す直線）。なお、始動空気を遮断するタイミングの設定は、予めシミュレーションや実験により、良好な結果を得た値とすれば良い。

このような設定とした場合、図３に示すグラフから読み取れるように、燃料投入時におけるクランク軸１６の回転速度を一定とした場合であっても、加速度が大きい場合には、短時間で空気を遮断するタイミングを迎え、オフディレイ時間が短くなる。一方、加速度がやや小さくなった場合には、加速度が大きい場合よりも空気を遮断するタイミングが遅くなり、オフディレイ時間が長くなることが判る。

そして、さらに加速度が小さくなると、オフディレイ時間が必要以上に長くなり、クランク軸１６の回転速度が空気を遮断するタイミングの設定値に至る前に失速してしまう可能性が生じる。このような場合であっても、図４に示すように、クランク軸１６の回転角度を利用して、始動空気を遮断するタイミングを図るようにすることで、オフディレイ時間が必要以上に長くなってしまう事を避けることができる。
なお、始動空気の供給が遮断された後は、燃料による運転へと移行することとなる。

上記のような舶用主機関の始動方法によれば、まず、加速度の大小に対応して、始動空気の遮断タイミングが変更される。このため、短時間で燃料による運転が可能な状態に至るにも関わらず、始動空気が供給され続けるという事を避けることができる。また、クランク軸１６の回転角度に基づいて始動空気の遮断を行う構成とした事で、例えば加速度が極端に小さい場合に、始動空気の遮断タイミングが極端に遅くなる事を避けることができる。よって、必要以上にオフディレイ時間が長くなることを避けることができ、始動空気の使用量を軽減することができる。

１０………主機関システム、１２………主機関、１４………スクリュー、１５プロペラ軸、１６………クランク軸、１８………歯車、２０………圧縮空気タンク、２２………コンプレッサ、２４………始動空気ライン、２６………制御空気ライン、２８………始動弁、３０………始動電磁弁、３２………減圧弁、３４………制御装置、３６………近接スイッチ。

Claims

主機関と、前記主機関に対して始動空気を供給する圧縮空気タンクを有し、始動弁を介して前記始動空気を前記主機関に供給して始動を成す舶用主機関の始動方法であって、
前記始動弁を開放して前記始動空気を前記主機関に供給した後、
前記主機関のクランク軸の回転速度と加速度の検出を開始し、
前記主機関への燃料の供給を開始した後、
前記クランク軸の前記回転速度が、前記加速度に応じて予め定めた値に到達した際に、
前記始動弁を閉じて前記主機関への前記始動空気の供給を停止し、燃料運転へ移行することを特徴とする舶用主機関の始動方法。
前記始動弁を開放して前記始動空気を前記主機関に供給した後、
前記クランク軸の回転速度と前記加速度の検出と共に、前記クランク軸の回転角度の検出を開始し、
前記主機関への燃料の供給を開始した後、
前記クランク軸の前記回転速度が、前記予め定めた値に到達する前に、前記クランク軸の前記回転角度が、前記燃料供給時における前記クランク軸の角度を基準として予め定めた回転角度に到達した場合、当該回転角度が基準値に到達した際に、前記始動弁を閉じて前記主機関への前記始動空気の供給を停止することを特徴とする請求項１に記載の舶用主機関の始動方法。
主機関と、前記主機関に対して始動空気を供給する圧縮空気タンクを有し、始動弁を介して前記始動空気を前記主機関に供給して始動を成す舶用主機関の始動方法であって、
前記始動弁を開放して前記始動空気を前記主機関に供給した後、
前記主機関のクランク軸の回転角度の検出を開始し、
前記主機関への燃料の供給を開始した後、
前記クランク軸の前記回転角度が、前記燃料供給時における前記クランク軸の角度を基準として予め定めた回転角度に到達した際に、前記始動弁を閉じて前記主機関への前記始動空気の供給を停止し、燃料運転へ移行することを特徴とする舶用主機関の始動方法。
前記始動弁を開放して前記始動空気を前記主機関に供給した後、
前記主機関のクランク軸の回転角度の検出と共に、前記クランク軸の回転速度と加速度の検出を開始し、
前記主機関への燃料の供給を開始した後、
前記クランク軸の前記回転角度が、前記燃料供給時における前記クランク軸の角度を基準として予め定めた回転角度に到達する前に、前記クランク軸の前記回転速度が、前記加速度に応じて予め定めた値に到達した場合、当該加速度が基準値に到達した際に、前記始動弁を閉じて前記主機関への前記始動空気の供給を停止することを特徴とする請求項３に記載の舶用主機関の始動方法。