JPS5951473B2 - 可変ピツチプロペラによる自動船速制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はテ゛イ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船速設定器
を操作する操縦バンドルを希望する船速の目盛に合せる
だけでフ冶ペラ回転速度、燃料ポンプラック位置、プロ
ペラ翼角の３要素を自動的に最適制御し、あらゆる外的
要因による船体抵抗に追縦して希望の船速を達成しかつ
保持する自動船速制御方法に関するものである。

さらに本発明の目的を列記すると、 Ｑ抵抗の変化に追縦して船速を一定に保持する。

Ｏ船速を変えるとき、船速設定器を希望の船速目盛にセ
ットすれば自動的に増減速が行なわれる。

Ｑ増減速中ならびに船速保持中宮に最高効率を発揮する
。

○常にテ゛イーゼル機関の連続使用可能範囲で運転が行
われ、好ましくない運転状態を自動的に回避できる。

この発明は、操縦ハンドル２７を操作して船速設定器２
８により船速設定信号Ｓ１を発信し、船速発信器３０に
よって船速測定信号Ｓ２を発信し、調節器２９によって
上記両信号Ｓ１．Ｓ２の比較を行い、 偏差値によりガバナモータ３２を駆動してプロペラ回転
速度Ｎの設定を行い、最高推進効率曲線イを主機の性能
によって補正して制御特性となし、該制御特性に基いて
プロペラ回転速度ＮをＢＨＰ変換器１６により制動馬力
ＰＳ、に変換して目標値とし、そのときのラック目盛Ｒ
とプロペラ回転速度Ｎの２要素から演算機構を通じて導
かれた制御馬力ＰＳ２を測定値として両者の比較を行い
、その偏差値により翼角２０を増減する指令信号を発生
させる可変ピッチプロペラによる自動船速制御方法およ
び操縦ハンドル２７を操作して船速設定器２８により船
速設定信号Ｓ１を発信し、船速発信器３０によって船速
測定信号Ｓ２を発信し、調節器２９によって上記両信号
Ｓ１．Ｓ２の比較を行い、その偏差値によりガバナモー
タ３２を駆動してプロペラ回転速度Ｎの設定を行い、 最高推進効率曲線イを主機の性能によって補正して制御
特性となし、該制御特性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機関回
転速度Ｎをラック変換器３３によりラック目盛Ｒ１に変
換して目標値とし、そのときの実際のラック目盛Ｒ２を
測定値として、両者の比較を行い、その偏差値により翼
角を増減する指令信号を発生させる可変ピッチプロペラ
による自動船速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。

Ｂ、 Ｃ・・・・・・・・・のおのおのにおける最低制
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関係はあ
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となる。

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、
β機関という２つのテ゛イ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」
二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と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ＰＳ、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
よって出された制御馬力信号ＰＳ２を測定値となし、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
偏差値により翼角２０を増減する指令信号を発生させて
制御を行う。

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ｌ（ｇ−ｍ Ｒ：う゛ンク目盛 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 −＼Ｆ（Ｒ）となり７１６．
２ ７１６．２ 但しＮ：回転速度（ＲＰＭ） 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３３は前記第７図の関係に
もとづいて、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。

通常の舶用ディーゼル機関は一般にガバナによる回転速
度制御系を有し、負荷変化等にもとづく回転変動を吸収
し、設定回転速度を維持せんとする機能を有する。

此の機能を単純化し、構成要素と信号の流れで示す第８
図のブロック線図で説明すると、ガバナ１２のハンドル
設定を一定とし、発生トルクと吸収トルクが均衡して一
定回転速度である状態から、例えば海象気象等の変化に
よりプロペラの吸収トルクに変化が起ると、軸系プロペ
ラ１４を回転させる発生トルクと吸収Ｉ・ルクの均衡が
崩れ、回転速度Ｎが変化する。

するとガバナ１２は、目標値である設定回転速度とフィ
ードバック量である実回転速度Ｎとの偏差を検出して、
同Ｎが設定回転速度に回復するよう、燃料供給量即ちラ
ック目盛信号Ｒ２を変化させ、エンジン１３の発生１〜
ルクを増減させて、回転速度Ｎを設定に合致させる。

従って、此の回転速度制御系では燃料供給量即ちラック
目盛信号Ｒ２を増減することにより発生トルクを増減さ
せ、吸収１〜ルクの変化に対応させて、回転速度Ｎを一
定に制御している。

一方本発明では、実回転速度Ｎから導かれたラック目盛
信号Ｒ１を目標値となし、実際のラック目盛信号Ｒ２を
フィードバック量として目標値前記信号Ｒ１とフィード
バック量の信号Ｒ２とを調節器１７で比較し、その偏差
値により油圧切換弁１８を作動させ、翼角１９を変化さ
せて吸収トルクを増減させるラック制御系が、前記回転
速度制御系に連結併置されている。

此の為、本発明の構成によると、船舶の排水量、あるい
は海象、気象等の変化による吸収ｌ−ルクの増減に対応
して回転速度Ｎを保持すべく操作される燃料供給量即ち
ラック目盛信号Ｒ２の変化は併置されたラック制御系の
操作部にあたる翼角２０の変化に追従されて、実際のラ
ック目盛信号Ｒ２は常に目標値Ｒ１の附近に位置するこ
とが出来て、最高効率を維持することが出来るようにな
っている。

（船速制御） 第３図及び第８図をさらに船速制御要素を加えて改良し
たものか゛第９図及び゛第１０図であって、両図におい
て２７は船橋に据付けられる操縦ハンドルであって、２
８で示される船速設定器の回転軸に直結され、希望する
船速設定信号Ｓ１を調節器２９に送る。

他方３１は船底に突出したピ１〜−管又は同効の船速検
出器であって、その検出値は船速発信器３０によって船
速測定信号Ｓ２に変換され調節器２９の入力となす。

調節器２９はこの２つの入力Ｓ１．Ｓ２を比較し、その
偏差値に応じたプロペラ回転速度の増減指令をガバナモ
ータ３２に伝える。

一方軸系プロペラ１４は速度計用発電機１５を回転させ
、同発電機は回転速度に応じた信号Ｎを発信する。

此の回転速度信号ＮはＢＨＰ変換器１６又はラック変換
器３３の入力となり、ＢＨＰ設定信号ＰＳ１又はラック
信号Ｒ１に変換される。

前記設定信号ＰＳ１及びＲ１の他にガバナ１２の出力を
ラックの形で検出したラック発信器２１が発信するラッ
ク測定信号Ｒにもとづき、トルク変換器２２からの出力
信号Ｔと前記回転速度信号Ｎの２要素から掛算器２３、
係数器２４を介して演算された測定信号ＰＳ２（第９図
）又はラック信号Ｒ２（第１０図）そのものを調節器１
７の入力となし、調節器１７に於て両人力値ＰＳ１とＰ
Ｓ２又はＲ１とＲ２の偏差値に応じた出力信号を発し、
その出力信号により油圧切換弁１８を制御し油圧シリン
ダ１９内のピストンを駆動して翼角の増減を行う。

この発明は上記の構成であるので、航海中、風向、風力
、波、うねり等の変化した場合も、常に一定の船速を保
持し、運航スケジュールを正確に保つことが容易となる
。

船体外板の汚損、長期使用による主機出力の減退にも無
関係に希望する船速が得られる。

引船、トロール船等の操業中、所要推力の変化が起って
も一定の船速か保持できる。

設定船速に対して最高効率を発揮するよう翼角か１動制
御され、燃料の節約に寄与できる。

常にエンジンの連続使用可能範囲内で運転が行われ、無
理な運転状態を避けることができるので保存整備費、修
理費の節減ができる。

又、従来から公知の方法として、翼角を操作部として船
速のフィードバック制御を行いつつ燃料消費量の最小と
なるプロペラ回転速度を試行錯誤的に模索をするか、又
はプロペラ回転速度を操作部として船速のフィードバッ
クを行いつつ、燃料消費量の最小となる翼角を試行錯誤
的に模索する方法等が知られている。

ところが、これらの公知の方法を実施するには、上記模
索の間に変化する燃料消費量を記憶する機能や、最小値
を判断する機能を有すると共に、更に風向、潮流等の環
境条件が急変した場合には、記憶した燃料消費量を取消
し、計測、判断をやり直す機能をそなえた回転速度又は
翼角の設定装置を必要とする。

従って、これら公知の方法の構成要素である前記設定装
置は、装置が複雑で高価であると共に、試行模索の過程
で最適制御に到達するまでに相当の時間を必要とする等
の欠点がある。

此の発明は上記欠点を改良し、近似的ではあるが、即時
、実効ある制御を安価で簡単な装置で提供できる。

即ち本発明では、前記公知の回転速度又は翼角の設定装
置の代りにプロペラ回転速度Ｎから、制動馬力信号ＰＳ
１又はラック目盛信号Ｒ１を発信する簡単な関数発生器
即ちＢＨＰ変換器１６、又はラック変換器３３を用いる
以外何等特別な装置を必要としない。

従って本発明は小型船舶等の経済的運航装置として特に
適切なものである。

【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図は制御馬力による制御特性を
用いた自動翼角制御方法のブロック図、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図はラック目盛による制御特性を用いた自動翼角制御
方法のブロック図、第９図は本発明を実施する場合のブ
ロック図、第１０図は本発明の他側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・・
・・・・プロペラ回転速度、ＦＳｌ・・・・・・制動馬
力、Ｒ・・・・・・クラック目盛、２０・・・・・・翼
角、２７・・・・・・操縦バンドル、２８・・・・・・
船速設定器、Ｓｌ・・・・・・船速設定信号、Ｓ２・・
・・・・船速測定信号、２９・・・・・・調節器、３０
・・・・・・船速発信器、３１・・・・・・船速検出器
、３２・・・・・・ガバナーモータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 操縦バンドル２７を操作して船速設定器２８により
   船速設定信号Ｓ１を発信し、船速発信器３０によって船
   速測定信号Ｓ２を発信し、調節器２９によって上記両信
   号Ｓ１．Ｓ２の比較を行い、その偏差値によりガバナモ
   ータ３２を駆動してプロペラ回転速度Ｎの設定を行い、
   最高推進効率曲線イを主機の性能によって補正して制御
   特性となし、該制御特性に基いてプロペラ回転速度Ｎを
   ＢＨＰ変換器１６により制御馬力ＰＳ１に変換して目標
   値とし、そのときのラック目盛Ｒとプロペラ回転速度Ｎ
   の２要素から演算機構を通して導かれた制御馬力ＰＳ２
   を測定値として両者の比較を行い、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可変ピッチプロ
   ペラによる自動船速制御方法。 ２ 操縦バンドル２７を操作して船速設定器２８により
   船速設定信号Ｓ１を発信し、船速発信器３０によって船
   速測定信号Ｓ２を発信し、調節器２９によって上記両信
   号Ｓ１．Ｓ２の比較を行い、その偏差値によりガバナモ
   ータ３２を駆動してプロペラ回転速度Ｎの設定を行い、
   最高推進効率曲線イを主機の性能によって補正して制御
   特性となし、該制御特性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、機関
   回転速度Ｎをラック変換器３３によりラック目盛Ｒ１に
   変換して目標値とし、そのときの実際のラック目盛Ｒ２
   を測定値として、両者の比較を行い、その偏差値により
   翼角を増減する指令信号を発生させる可変ピッチプロペ
   ラによる自動船速制御方法。