KR101546054B1 - 엔진 회전수 제어 장치 - Google Patents
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Abstract
엔진 회전수를 저감하는데 있어서, 엔진의 구동 대상의 출력 속도를 서서히 감속하는 엔진 회전수 제어 장치를 제공하는 것을 과제로 한다. 엔진 회전수 제어 장치(20)에 있어서, 엔진 이상 검지시의 목표 엔진 회전수 보정 수단은 기억 장치(51)를 갖고, 그 기억 장치(51)에 기억된 엔진 회전수와 엔진(100)의 구동 대상의 출력 속도의 상관 특성의 맵에 기초하여, 상기 구동 대상의 출력 속도의 감속률을 소정 비율로 유지하면서, 지령 엔진 회전수 Nset 또는 디레이팅용 목표 엔진 회전수 Nset′가 소정의 이상 회피 엔진 회전수 N2로 이행하도록 목표 엔진 회전수를 보정한다.
Description
본 발명은 엔진 이상 검지시의 목표 엔진 회전수 보정 수단을 갖는 엔진 회전수 제어 장치의 기술에 관한 것이다.
종래, 엔진 이상 검지시에, 안전을 위해 목표 엔진 회전수를 저감시키는 제어 수단을 갖는 엔진 회전수 제어 장치는 공지되어 있다. 예를 들면, 특허 문헌 1은 이상 검지 모드에서 컨트롤 레버에 의한 지령 엔진 회전수가 소정치 이상이면서 실제 엔진 회전수가 소정치 이상인 경우에는, 연료 분사량을 저감시켜 목표 엔진 회전수를 저감시키는 선박용 디젤 엔진의 회전 제어 장치를 개시하고 있다.
그러나, 특허 문헌 1에 개시되는 선박용 디젤 엔진의 회전 제어 시스템은 제어 대상이 엔진 회전수이기 때문에, 선속 자체가 엔진 회전수의 저감 경향과 반드시 일치하지 않는 경우에는, 엔진 이상 검지시에 조작자에게 완만한 감속감을 줄 수 없다. 바꾸어 말하면, 엔진의 구동 대상의 출력 속도와 엔진 회전수의 저감 경향이 일치하지 않는 경우에는, 안전을 위해 목표 엔진 회전수를 저감시키는 제어 수단을 갖는 엔진 회전수 제어 장치는 엔진 이상 검지시에 조작자에게 완만한 감속감을 줄 수 없다.
본 발명의 과제는 엔진 회전수를 저감하는데 있어서, 엔진의 구동 대상의 출력 속도를 서서히 감속하는 엔진 회전수 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 엔진 회전수 제어 장치에 의하면, 실제 엔진 회전수 검지 수단과, 목표 엔진 회전수 지령 수단과, 실제 엔진 회전수와 목표 엔진 회전수에 기초하는 연료 분사량 연산 수단과, 엔진 이상 검지 수단과, 엔진 이상 검지시의 목표 엔진 회전수 보정 수단을 갖는 엔진 회전수 제어 장치에 있어서, 상기 엔진 이상 검지시의 목표 엔진 회전수 보정 수단은 기억 장치를 갖고, 상기 기억 장치에 기억된, 실제 엔진 회전수와 엔진의 구동 대상의 출력 속도의 상관 특성의 맵에 기초하여, 상기 구동 대상의 출력 속도의 감속률을 소정 비율로 유지하면서, 목표 엔진 회전수가 소정의 이상 회피 엔진 회전수로 이행하도록 목표 엔진 회전수를 보정한다.
본 발명의 엔진 회전수 제어 장치에 의하면, 상기 구동 대상의 출력 속도의 감속률을 감속 개시부터 종료까지 경시적으로 증가시키면서, 목표 엔진 회전수가 소정의 이상 회피 엔진 회전수로 이행하도록 목표 엔진 회전수를 보정한다.
본 발명의 엔진 회전수 제어 장치에 의하면, 상기 구동 대상의 출력 속도의 감속률을 소정 비율로 유지하면서, 목표 엔진 회전수가 소정의 이상 회피 엔진 회전수로 이행하도록 목표 엔진 회전수를 보정할지, 혹은, 엔진 회전수와 엔진의 구동 대상의 출력 속도의 상관 특성에 기초하여 상기 구동 대상의 출력 속도의 감속률을 감속 개시부터 종료까지 경시적으로 증가시키면서, 목표 엔진 회전수가 소정의 이상 회피 엔진 회전수로 이행하도록 목표 엔진 회전수를 보정할지를 설정하는 선택 수단을 구비한다.
본 발명의 엔진 회전수 제어 장치에 따르면, 엔진 이상 검지시에 엔진의 구동 대상의 출력 속도 그 자체의 감속률을 소정 비율로 하여 감속하기 때문에, 엔진 이상 검지시에 조작자에게 완만한 감속감을 줄 수 있다.
본 발명의 엔진 회전수 제어 장치에 따르면, 엔진 이상 검지시에 엔진의 구동 대상의 출력 속도 그 자체의 감속률을 경시적으로 증가시켜 감속하기 때문에, 엔진 이상 검지시에 조작자에게 완만한 감속감을 줄 수 있다.
본 발명의 엔진 회전수 제어 장치에 따르면, 엔진 이상 검지시에 엔진의 구동 대상의 출력 속도 그 자체의 감속률을 소정 비율로 하여 감속하거나, 또는, 감속률을 경시적으로 증가시켜 감속하기 때문에, 엔진 이상 검지시에 조작자에게 완만한 감속감을 줄 수 있다. 또한, 엔진 이상 검지시의 출력 속도의 감속률 특성을 조작자가 임의로 선택할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 엔진의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 디레이팅(derating) 제어의 신호 전달을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 디레이팅 제어의 제1 실시 형태의 추이를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 디레이팅 제어의 제2 실시 형태의 추이를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 디레이팅(derating) 제어의 신호 전달을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 디레이팅 제어의 제1 실시 형태의 추이를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 디레이팅 제어의 제2 실시 형태의 추이를 나타내는 그래프이다.
다음으로, 본 발명의 실시 형태를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 엔진의 구성을 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 디레이팅 제어의 신호 전달을 나타내는 블록도이고, 도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 디레이팅 제어의 제1 실시 형태의 추이를 나타내는 그래프이다. 도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 디레이팅 제어의 제2 실시 형태의 추이를 나타내는 그래프이다.
도 1을 이용하여, 본 발명의 실시 형태인 엔진(100)에 대해 설명한다. 엔진(100)은 선박에 탑재되는 선박용 엔진으로서, 추진 유니트(110)를 구동하는 직분식 4기통 디젤 엔진이다. 또한, 엔진(100)은 엔진 본체(10)와 엔진 회전수 제어 장치(20)를 구비하고 있다.
엔진 본체(10)의 출력축(11)은 추진 유니트(110)에 접속되어 있다. 또한, 엔진 본체(10)의 출력축(11)에는 플라이 휠(12)이 설치되어 있다. 추진 유니트(110)는 출력축(11)의 구동에 의해 프로펠러(111)를 구동하는 유니트이다.
엔진 본체(10)는 연료 분사 펌프(21)와 인젝터(22·22·22·22)를 구비하고 있다. 연료는 연료 분사 펌프(21)에 의해 압송되어 인젝터(22·22·22·22)에 의해 각 실린더 내로 분사된다. 또한, 연료 분사 펌프(21)는 랙 액츄에이터(43)를 포함하는 전자 거버너 기구에 의해 조량 제어된다.
엔진 회전수 제어 장치(20)는, 엔진 이상 검지시에, 안전을 위해 목표 엔진 회전수를 저감시키는 제어(이하, 디레이팅 제어)를 실시하는 장치이다. 엔진 회전수 제어 장치(20)는 ECU(Engine Control Unit)(40)와, 액셀러레이터(41)와, 엔진 회전수 센서(42)와, 랙 액츄에이터(43)와, 설정 장치(44)를 접속해 구성되어 있다.
ECU(40)는 연산 장치(50)와 기억 장치(51)를 구비하고 있다. 액셀러레이터(41)는 선박의 조타석에 마련된다. 또한, 액셀러레이터(41)는 목표 엔진 회전수 지령 수단으로서, ECU(40)에 대해 지령 엔진 회전수 Nset를 지령하는 기능을 갖는다. 엔진 회전수 센서(42)는 플라이 휠(12)의 근방에 마련된다. 또한, 엔진 회전수 센서(42)는 실제 엔진 회전수 검지 수단으로서, 실제 엔진 회전수 Ne를 검출해 ECU(40)에 송신하는 기능을 갖는다. 랙 액츄에이터(43)는 후술하는 분사량 연산부(66)에 의해 산출되는 최종 목표 분사량 Qfinal에 기초하여 연료 분사량을 조정한다. 설정 장치(44)는 선택 수단으로서, 엔진(100)의 여러 기능에 대한 선택 또는 설정을 행하는 기능을 갖는다.
도 2를 이용하여, 디레이팅 제어의 신호 전달에 대해 설명한다. 연산 장치(50)는 Vs 산출부(61), 이상 검출부(62), Vset 패턴 생성부(63), Nset′ 산출부(64), Nset 전환부(65), 및 분사량 연산부(66)로서의 기능을 구비한다.
Vs 산출부(61)는 엔진 회전수 센서(42)에 의해 송신되는 실제 엔진 회전수 Ne를 선속 Vs로 변환해 산출하는 기능을 갖는다. 엔진 회전수와 엔진의 구동 대상의 출력 속도의 상관 특성으로서의 실제 엔진 회전수 Ne와 선속 Vs의 상관 특성은 맵으로서 미리 기억 장치(51)에 설정되어 있다. 한편, Vs 산출부(61) 대신에 GPS로부터 선박의 현재 위치를 파악해 선속 Vs를 산출해도 된다. 또한, 항행시의 물의 저항으로부터 선속 Vs를 산출해도 된다.
이상 검출부(62)는 엔진 이상 검지 수단으로서의 기능을 갖는다. 보다 구체적으로는, 이상 검출부(62)는 엔진(100)의 이상을 검출하면, 후술하는 Vset 패턴 생성부(63) 및 분사량 연산부(66)에 디레이팅 요구 플래그의 ON/OFF를 송신하는 기능을 갖는다. 엔진(100)의 이상이란, 예를 들면, 엔진(100)의 냉각수 온도가 설정치를 넘거나 혹은 엔진(100)의 윤활유 압력이 설정치를 넘는 등의 이상 상태를 ECU(40)가 인식한 상태를 말한다.
Vset 패턴 생성부(63), Nset′ 산출부(64) 및 Nset 전환부(65)는, 엔진 이상 검지시의 목표 엔진 회전수 보정 수단으로서의 기능을 갖는다.
보다 구체적으로는, Vset 패턴 생성부(63)는 디레이팅 요구 플래그 ON/OFF와 그 때의 선속 Vs로부터, Vset 패턴에 기초하여 목표 선속 Vset를 산출하는 기능을 갖는다. 여기에서, Vset 패턴에 대한 상세는 후술한다.
또한, Nset′ 산출부(64)는 선속 Vs와 목표 선속 Vset의 편차가 0이 되도록, 디레이팅용 목표 엔진 회전수 Nset′를 산출하는 기능을 갖는다.
또한, Nset 전환부(65)는 디레이팅 요구 플래그의 ON/OFF에 기초하여, 최종 목표 엔진 회전수 Nsetf로서 디레이팅용 목표 엔진 회전수 Nset′ 또는 지령 엔진 회전수 Nset를 선택하는 기능을 갖는다. 보다 구체적으로는, Nset 전환부(65)는 디레이팅 요구 플래그가 ON인 경우에는, 최종 목표 엔진 회전수 Nsetf로서 디레이팅용 목표 엔진 회전수 Nset′를 선택하고, 디레이팅 요구 플래그가 OFF인 경우에는, 최종 목표 엔진 회전수 Nsetf로서 지령 엔진 회전수 Nset를 선택한다.
분사량 연산부(66)는 연료 분사량 연산 수단으로서의 기능을 갖는다. 보다 구체적으로는, 분사량 연산부(66)는 최종 목표 엔진 회전수 Nsetf와 엔진 회전수 센서(42)에 의해 송신되는 실제 엔진 회전수 Ne의 편차가 0이 되도록 최종 목표 분사량 Qfinal을 산출하는 기능을 갖는다.
[제1 실시 형태]
도 3을 이용하여 디레이팅 제어의 제1 실시 형태에 대해 설명한다. 도 3에서, 횡축에는 시간축(t)을 나타내고, 종축의 상단에는 디레이팅 요구 플래그의 ON/OFF를 나타내고, 종축의 중단에는 목표 선속 Vset(도면에서 실선) 및 선속 Vs(도면에서 파선)를 나타내고, 종축의 하단에는 지령 엔진 회전수 Nset(도면에서 파선) 및 디레이팅용 목표 엔진 회전수 Nset′(도면에서 실선)를 나타내고 있다. 한편, 하단에는 최종 목표 엔진 회전수 Nsetf로서 선택된 디레이팅용 목표 엔진 회전수 Nset′ 또는 지령 엔진 회전수 Nset를 나타내고 있다.
또한, 도 3에서 디레이팅 요구 플래그의 ON이 송신되었을 때의 목표 선속 Vset를 초기 선속 V1이라고 정의하고, 디레이팅 요구 플래그의 ON이 송신되었을 때의 지령 엔진 회전수 Nset를 초기 엔진 회전수 N1이라고 정의한다. 또한, 디레이팅 제어에서의 최종 목표인 엔진 회전수를 이상 회피 엔진 회전수 N2라고 정의하고, 이상 회피 엔진 회전수 N2에 대응하는 선속을 이상 회피 선속 V2라고 정의한다.
제1 실시 형태에서의 제1 Vset 패턴 P1은 목표 선속 Vset의 감속률을 소정 비율로 유지하면서 초기 선속 V1로부터 이상 회피 선속 V2를 향해 이행시키는 Vset 패턴이다. 한편, Vset 패턴 P1은 맵으로서 미리 ECU(40)의 기억 장치(51)에 기억되어 있다.
제1 실시 형태에서, 디레이팅 요구 플래그의 ON이 송신되었을 때, 초기 선속 V1로부터 이상 회피 선속 V2까지 소정의 감속률에 의해 감속하는 목표 선속 Vset가 산출되고, 이 목표 선속 Vset에 대응하는 디레이팅용 목표 엔진 회전수 Nset′가 산출된다.
이와 같이 하여, 엔진(100)의 이상 검지시에, 엔진(100)의 구동 대상인 선박의 선속 Vs 그 자체에 대해 감속률을 소정 비율로 감속하기 때문에, 엔진 이상 검지시에 조작자에게 완만한 감속감을 줄 수 있다.
[제2 실시 형태]
도 4를 이용하여, 디레이팅 제어의 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 도 4에서, 횡축 및 종축에 대해서는 도 3과 마찬가지이므로 설명을 생략한다. 또한, 초기 선속 V1, 이상 회피 선속 V2, 초기 엔진 회전수 N1, 및 이상 회피 엔진 회전수 N2는, 제1 실시 형태와 마찬가지로 정의하는 것으로 한다.
제2 실시 형태에서의 제2 Vset 패턴 P2는 목표 선속 Vset의 감속률을 경시적으로 증가시켜, 초기 선속 V1로부터 이상 회피 선속 V2를 향해 이행시키는 Vset 패턴이다. 한편, Vset 패턴 P2는 맵으로서 미리 ECU(40)의 기억 장치(51)에 기억되어 있다.
제2 실시 형태에 있어서, 디레이팅 요구 플래그의 ON이 송신되었을 때, 초기 선속 V1로부터 이상 회피 선속 V2까지 경시적으로 증가하는 감속률에 의해 감속하는 목표 선속 Vset가 산출되고, 이 목표 선속 Vset에 대응하는 디레이팅용 목표 엔진 회전수 Nset′가 산출된다.
이와 같이 하여, 엔진(100)의 이상 검지시에, 엔진(100)의 구동 대상인 선박의 선속 Vs 그 자체에 대해 감속률을 경시적으로 증가시켜 감속하기 때문에, 엔진 이상 검지시에 조작자에게 완만한 감속감을 줄 수 있다.
한편, 디레이팅 제어 중에 조작자가 엔진 이상을 알아채고, 액셀러레이터(41)를 조작해 이상 회피 엔진 회전수 N2보다 작은 목표 엔진 회전수까지 감속 조작하는 상황을 생각할 수 있다.
따라서, 제1 및 제2 실시 형태에서, 디레이팅 제어 중에 액셀러레이터(41)가 조작되어 지령 엔진 회전수 Nset가 이상 회피 엔진 회전수 N2보다 작아진 경우에는, 최종 목표 엔진 회전수 Nsetf를 지령 엔진 회전수 Nset로 되돌리는 것으로 하고 있다. 한편, 이상 회피 엔진 회전수 N2보다 큰 최종 목표 엔진 회전수 Nsetf가 되는 것은 허가되지 않는 것으로 한다.
이와 같이 하여, 디레이팅 제어에서의 감속 후에도 액셀러레이터(41)의 조작을 유효하게 할 수 있기 때문에 선박의 조작성이 향상된다.
[제3 실시 형태]
또한, 디레이팅 제어의 제3 실시 형태에 대해 설명한다. 제3 실시 형태에서의 Vset 패턴은 제1 Vset 패턴 P1 또는 제2 Vset 패턴 P2 중 어느 하나를 조작자가 설정 장치(44)에 의해 임의로 선택할 수 있도록 하고 있다.
이와 같이 하여, 엔진(100)의 이상 검지시에 엔진(100)의 구동 대상인 선박의 선속 Vs의 감속률 특성을 조작자가 임의로 선택할 수 있기 때문에, 선박의 조작성이 향상된다.
한편, 본 발명에 따른 엔진 제어는 선박용 용도에 한정되는 것이 아니라, 이상 검지시에 엔진 회전수를 자동적으로 감속하는 엔진에서 유효하게 이용할 수 있다.
〈산업상의 이용 가능성〉
본 발명의 엔진 회전수 제어 장치는 엔진 이상 검지시에 조작자에게 완만한 감속감을 줄 수 있으므로 산업상 유용하다.
10 엔진 본체
20 엔진 회전수 제어 장치
40 ECU
41 액셀러레이터
42 엔진 회전수 센서
44 설정 장치
50 연산 장치
51 기억 장치
61 Vs 산출부
62 이상 검출부
63 Vset 패턴 생성부
64 Nset′ 산출부
65 Nset 전환부
66 분사량 연산부
100 엔진
Vs 선속
Vset 목표 선속
Nset 지령 엔진 회전수
Nset′ 디레이팅용 목표 엔진 회전수
N2 이상 회피 엔진 회전수
P1 제1 Vset 패턴
P2 제2 Vset 패턴
20 엔진 회전수 제어 장치
40 ECU
41 액셀러레이터
42 엔진 회전수 센서
44 설정 장치
50 연산 장치
51 기억 장치
61 Vs 산출부
62 이상 검출부
63 Vset 패턴 생성부
64 Nset′ 산출부
65 Nset 전환부
66 분사량 연산부
100 엔진
Vs 선속
Vset 목표 선속
Nset 지령 엔진 회전수
Nset′ 디레이팅용 목표 엔진 회전수
N2 이상 회피 엔진 회전수
P1 제1 Vset 패턴
P2 제2 Vset 패턴
Claims (3)
- 실제 엔진 회전수 검지 수단과, 목표 엔진 회전수 지령 수단과, 실제 엔진 회전수와 목표 엔진 회전수에 기초하는 연료 분사량 연산 수단과, 엔진 이상 검지 수단과, 엔진 이상 검지시의 목표 엔진 회전수 보정 수단을 갖는 엔진 회전수 제어 장치에 있어서,
상기 엔진 이상 검지시의 목표 엔진 회전수 보정 수단은, 기억 장치를 갖고,
상기 기억 장치에 기억된, 실제 엔진 회전수와 엔진의 구동 대상의 출력 속도의 상관 특성의 맵에 기초하여, 상기 구동 대상의 출력 속도를 일정한 시간적 변화 비율의 감속률로 결정되는 목표 출력 속도에 따르면서, 목표 엔진 회전수가 소정의 이상 회피 엔진 회전수로 이행하도록 목표 엔진 회전수를 보정하는 것을 특징으로 하는 엔진 회전수 제어 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 구동 대상의 출력 속도의 감속률을 소정 비율로 유지하면서, 목표 엔진 회전수가 소정의 이상 회피 엔진 회전수로 이행하도록 목표 엔진 회전수를 보정할지, 혹은, 엔진 회전수와 엔진의 구동 대상의 출력 속도의 상관 특성에 기초하여, 상기 구동 대상의 출력 속도를 감속 개시로부터 종료까지 경시적으로 증가하는 시간적 변화 비율의 감속률로 결정되는 목표 출력 속도에 따르면서, 목표 엔진 회전수가 소정의 이상 회피 엔진 회전수로 이행하도록 목표 엔진 회전수를 보정할지를 설정하는 선택 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진 회전수 제어 장치.
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