JPS584678B2 - 回転速度と燃料供給量の二要素の検出による可変ピッチプロペラ船の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はディーゼル機関を主機関とし、可変ピッチプ
ロペラを装備した船舶を操縦するに当って、可変ピッチ
プロペラの翼角を自動制御を行う方法に関するものであ
る。

従来の公知の方法として （１）船速又は推力を検出し、これと推進原動機の燃料
消費量、翼角、又は噴出口面積と共に演算を行い最も効
率の良い点を判断するか、又は（２）燃量消費量を設定
し、翼角を操作しながら最大船速の条件を模索する等の
方法が知られている。

しかしながら前記（１）の方法では高価な計算器を要し
、前記（２）の方法では高価な計算器を要すると共に計
測にかなり長時間を要し、風浪等の環境の変化に対応す
ることが困難で実効のあがらないことが多い。

本発明は簡易な小型船にも適用できる安価な制御方法を
提供せんとするもので一本の制御線に回転速度一燃料消
費量の関係を組込み、近似的ではあるが、実効のある自
動制御方法を提供することを目的とする。

この発明は、可変ピッチプロペラ装備船の運航状態の性
能曲線において、各船速曲線Ａ，Ｂ，Ｃ・・・・・・に
対する最小制動馬力の点を連ねて最高推進効率曲線イを
求め、該最高推進効率曲線イを主機の許容負荷限度、燃
料消費率の態様によって補正し制御特性セとなし、該制
御特性セを主機の性能から回転速度とラック目盛の関係
におきかえ、この関係を利用してラック変換器１６によ
り機関回転速度Ｎから設定ラツク目盛Ｒ１を導いて目標
値となし、そのときの実際のラック目盛Ｒ２を測定値と
なし、前記設定ラック目盛Ｒ１と実測ラック目盛Ｒ２と
の比較を行い、その偏差値により翼角２０を増減する指
令信号を発生させる回転速度と燃料供給量の２要素の検
出による可変ピッチプロペラ船の制御方法に係るもので
その実施例を図面により説明する。

（可変ピッチプロペラの性能曲線） 第１図は可変ピッチプロペラの性能曲線の一例を示し、
縦座標は主機関の制動馬力ＢＨＰであり横座標はプロペ
ラの回転速度ＲＰＭである。

翼角曲線１，２，３・・・は各翼角（度）に応じた制動
馬力とプロペラの回転速度との関係を示し、船速曲線Ａ
，Ｂ，Ｃ・・・は各速力（ノット）における制動馬力と
プロペラ回転速度との関係を示す。

次に点線で示した曲線は、上記船速曲線Ａ，ＢＣ・・・
のおのおのにおける最小制動馬力の点を結んで連ねた最
高推進効率曲線イである。

（性能曲線の変化） 第１図の可変ピッチプロペラの性能曲線は排水量等によ
る抵抗の要素の変化に従って常に変化する。

従って厳密な意味では、船が通常の航海をしているとき
性能曲線は時々刻々変化し、導かれる最高推進効率曲線
イも常に変化している。

しかしながら満載状態と軽荷状態の場合の性能曲線およ
び最高効率曲線（図示なし）を比較すると、翼角曲線、
船速曲線は満載と軽荷とでは相当の差異を生ずるが、最
高推進効率曲線のみは変化が少なく、例えば満載時の該
曲線を使用しても実用上差支えがない。

すなわち排水量が大巾に変化した場合、船速曲線Ａ，Ｂ
，Ｃ・・・および翼角曲線１，２，３・・・の制動馬力
とプロペラの回転速度の関係は変化するが、最高推進効
率曲線イの制動馬力とプロペラの回転速度の開係はあま
り変化しない性質がある。

この性質を利用すれば排水量、海象気象等の抵抗に関係
なく翼角制御により主機の制動馬力とプロペラの回転速
度の関係の調整を最高推進効率曲線上に保持して行うこ
とができる。

（機関性能による最高推進効率曲線の補正）前述の最高
推進効率曲線は次に述べるように機関性能から補正する
必要がある。

ディーゼル機関は性能上より適正使用範囲があり、それ
以上の負荷で使用すれば、構成部品に、熱的、機械的負
荷が増大するばかりでなく、過給機のサージングを発生
させ、運転を継続することが不可能になる。

従って、制動馬力とプロペラの回転速度の関係において
、使用範囲に制限が要求される。

第２図は船速曲線Ａ，Ｂ，Ｃ・・・とそれに基く最高推
進効率曲線イを示した図に、α機関、Ｂ機関という２つ
のディーゼル機関の連続使用可能範囲を示す限界線α，
βを示したものである。

図の限界線α，βの右側が連続使用可能範囲である。

従ってβ機関では最高推進効率曲線イが限界線βの右側
にあるので、最高推進効率曲線イに従って制御を行って
差支えない。

α機関では最高推進効率曲線イと限界線αの交点Ｐ以上
の制動馬力を使用するときは限界線αが実用上の最高効
率曲線として考えなければならない。

また交点Ｐ以下の制動馬力を使用するときは最高推進効
率曲線を使用すればよい。

以上述べた如くβ機関の場合は最高推進効率曲線イをα
機関の場合は下からＰ点までの最高推進効率曲線Ｐ点よ
り上の限界線αとの連続した線を用い、この線を制御特
性という。

この他考慮すべき機関性能としては燃料消費率があり、
燃料消費率曲線により最高推進効率曲線イを補正する場
合もある。

（自動制御の方法） 第３図に於てＢＨＰ変換器１６は前記制御特性に基いて
、軸系プロペラ１４の回転速度信号Ｎを受けて制動馬力
信号ＰＳ１を発生する。

この制動馬力信号ＰＳ１を翼角２０を制御する目標値と
なし、他方ラック発信器２１より発信するラック目盛信
号Ｒと軸系プロペラ１４の回転速度信号Ｎとから演算に
よって出された制動馬力信号ＰＳ２を測淀値となし、調
節器１７によって前記目標値と測定値とを比較してその
偏差によつて制動馬力が目標値に達するよう翼角２０を
自動制御する。

次に第４図はディーゼル機関のラック目盛一定の線（点
線）とトルク一定の線（実線）を示すもので、両者とも
ほぼ直線に近く、さらに傾きも非常に近似しているので
、制御の狭い領域ではＴ＝Ｆ（Ｒ）となる Ｔ：トルクｋｇ−ｍ Ｒ：ラツク目盛 Ｆ（Ｒ）の曲線は第５図に示すことができる。

従ってラック目盛Ｒが測定できればそのときのディーゼ
ル機関の推定制動馬力が求められる。

推定制動馬力＝（ＮＴ）／（７１６．２）＝（Ｎ・Ｆ（
Ｒ））／（７１６．２）となり但しＮ：回転速度（ＲＰ
Ｍ） 簡単な演算回路で推定制動馬力が信号化できる（ラック
目盛を直接比較する制御方法） 第６図に示された機関の性能から得られた等ラック目盛
線Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３・・・と、前記制御特性セとからプ
ロペラ回転速度に対するラック目盛Ｒを第７図示の如く
求める。

第８図においてラック変換器１６は前記第７図の関係に
もとずいて、軸系プロペラ１４の回転速度信号Ｎを受け
て、ラック信号Ｒ１を発生するものである。

このラック信号Ｒ１を翼角２０を制御する目標値とし、
実際のディーゼル機関のラック目盛信号Ｒ２を測定値と
して調節器１７によって目標値と測定値を比較して、そ
の偏差によってラック目盛が目標値に達するよう翼角を
自動制抑する。

この発明は上記の構成であるので、船舶の載荷状態、船
底汚損状態並びに海象、気象に関係なく常に実用的に最
高の効率を発揮するよう翼角が自動制御され燃料の節減
に寄与するとともに機関性能上好ましくない範囲の運転
状態に陥ることも回避できて、主機関の整備、修理費の
点でも節約ができるなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は最高推進効率曲線を表わす図面、第２図は制御
特性を表わす図面、第３図は本発明を実施する場合のブ
ロック図、第４図はエンジンの発生トルクとラック目盛
の傾向を示す図面、第５図はラック目盛とエンジンの発
生トルクとの関係を示す図、第６図は制御特性と等ラッ
ク目盛線との関係を示す図、第７図は制御特性とラック
目盛との関係を示す図、第８図は本発明の他例を実施す
る場合のブロック図である。 Ａ，Ｂ，Ｃ・・・・・・船速曲線、１，２，３，６・・
・・・・翼角曲線、イ・・・・・・最高推進効率曲線、
α，β・・・・・・機関の限界線、Ｎ・・・・・・プロ
ペラの回転速度、ＰＳ１・・・・・・制動馬力、Ｒ・・
・・・・ラック目盛、２０・・・・・・翼角。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 可変ピッチプロペラ装備船の運航状態の性能曲線に
   おいて、各船速曲線Ａ．Ｂ，Ｃ・・・・・・に対する最
   小制動馬力の点を連ねて最高推進効率曲線イを求め、該
   最高推進効率曲線イを主機の許容負荷限度、熱料消費率
   の態様によって補正し制御特性セとなし、該制御特性セ
   を主機の性能から一転速度とラック目盛の関係におきか
   え、この関係を利用してラック変換器１６により機関回
   転速度Ｎから設定ラック目盛Ｒ１を導いて目標値となし
   、そのときの実際のラック目盛Ｒ２を測定値となし、前
   記設定ラック目盛Ｒ１と実測ラック目盛Ｒ２との比較を
   行い、その偏差値により翼角２０を増減する指令信号を
   発生させる回転速度と熱料供給量の２要素の検出による
   可変ピッチプロペラ船の制御方法。