TW201035440A - Ship engine control system - Google Patents

Description

201035440 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於供船舶用之引擎控制系統，特別是關 於供船舶用之引擎的回轉數控制。 【先前技術】 在供船舶用之引擎的控制中，所執行的是PID控 0 制，其可消除所設定之目標回轉數與實際回轉數之間的 差額。然而，在天候惡劣時，因為螺旋槳的負載轉矩 (torque)會急遽變化，於預想在通常天候下航行之增益 (gain)的PID控制下，恐怕會無法獲得充分的應答性能 而招致超速(overspeed)所導致的機械故障。針對這種問 題，已被提出一種結構(專利文獻1)，其可預測由外部因 素所導致螺旋槳回轉數的變動而改變PID控制的增益。 【專利文獻1】日本特開平08-200131號公報 〇 【發明内容】 但是，在船舶的一般型調速器（governor)裝置的PID 控制（亦包含專利文獻1)中，為了維持一定的回轉數，推 進系統的效率一定不高。 本發明鑑於上述問題，課題在於配合螺旋槳流入速 度的變動，在效率極高的回轉數下使得主機運轉以達成 燃料費用的優化。 本發明的供船舶用之引擎控制系統，具備：螺旋槳 201035440 流入速度掌握手段，掌_旋㈣人速度；回轉數控制 手段’控制主機之轉數；及修正手段，配合前述螺旋 ㈣入速度之變動’以進行前述回轉數控制手段中目標 回轉數的修正；其中’前述修正手段係針對前述螺旋紫 流入速度之變動，意圖使效率線圖上的控制點沪 不降低的路徑而移動，以修正目標回轉數〆° 較佳者’修正中的㈣點之移動係沿著效率曲線的 移動。藉此’便能夠將職_迎角簡成略微固定。 螺旋槳流人速度係實際測量所得、或是從相關的其 他物理量所推定。作為用於推定的物理量，包含諸如船 速、波的圓頻率、波高。此外作為物理量，包含諸如螺 旋槳負載轉矩。 根據本發明，便能舰合職槳流人速度的變動， 2率極高的回轉數下使得主機運轉以達成燃料費用 的優化。 【實施方式】 以下，參照所附圖式以說明本發明的實施型態。 第-®是本發明之第丨實施形態之供船舶用之引擎 控制系統的整體結構方塊圖。 連結主機12與微㈣私軸13設有料角 4 201035440 速度)檢測器(未圖示），該回轉數檢測器係檢測主軸13或主機 12的實際回轉數Ne(或角速度^^)。 控制系統10將主機回轉數（或引擎回轉數）當作回轉 數指令（目標值）以進行諸如PID控制，在主軸13中被檢 測的實際回轉數NE被前饋至輸入侧。亦即，回轉數指令 與實際回轉數NE之間的差額被輸入至PID演算部16。源 自HD演算部16的輸出形成調速器指令被輸出至燃料喷 〇 ❹ 射裝置15 ’調整通往主機12的燃料供給量。 此外，在本實施形態中，回轉數指令係對應於波浪 等的影響所導致之螺旋槳流入速度的變動（諸如約1〇秒 之周期）而變更。在第1實施形態中，螺旋槳流入速度係 使用5又於船尾的周知之流速计所實際測得。以流速計所 測得之螺旋槳流入速度的信號在控制裴置c的演算部 17内被變換成指令回轉數修正信號而被附加於回轉數 指令信號。另外，流速計是任何形式者皆可。 其次請參照第二圖，說明關於本實施形態之回 指令之修正控制的原理。第二圖是橫軸為回轉數、 為螺旋槳流人速度的效率線圖，在本實施形態中，= 旋紫效率與主機之燃費效率合併的效螺 等值線來表示。 償）弋以 舉例來說，在作為目標的控制點被設定在點p 時，當因波浪的影響而在螺旋槳流入速度上產生厶< 變動時’在固^習用之回轉數的控制之下，控制^的 一圖中係沿著縱軸而上下移動。亦即，控制點由笔 201035440 切效率之等值線而㈣，因此以點p為中叫效上 下變動而招致燃料費用的惡化。 曰 在本實_態巾，是以即使職槳流 乍為目標以修正回轉數(回轉數指令)。 f例來說’如苐二圖的效率線圖之箭 ，過目標控制點p的效率曲線(等值 = =實係對應於固定維持^ = 的蟬旋、二入部17(參照第一圖)中，對應於所檢測 回=ϊί數=第二圖的效率—標 料並ίίί 17的結構可以是將效率線圖保持成地圖資 圖二以^定目標回轉數，也可以是預先從效率線 的二旋槳流入速度與目標回轉數之間的關係 的）函數、並據以進行控制。 從與固定回轉數的㈣結構相比效率更高的 =41 將螺旋槳流入速度低落時的控制點之 與沿著縱軸方向的效率之斜率相比朝著和 Α二例來說’與沿著效率曲線之移動(箭頭 )，率雖較差，但也可以如箭頭A1般地移動控制 ‘，1 一疋’從更為提高效率的觀點來看，較β = 為通過點Ρ的效率曲線之内側(諸如箭 1:2: ，.、，’點ρ的效率開始朝向更高效率的區域而移動）。 習用在螺旋紫流人速度增加的場合下，也可以如 又進仃固定回轉數的控制，而能夠在通過點ρ的效 201035440 率曲線（等值線）之内侧（效率較高側）於各種方向上採取 控制點的移動(例如箭頭A3)。 第三圖顯系第二圖之點p周圍的放大圖，並將螺旋 槳流入速度滅速時及增加時能使控制點移動的方向之 範圍分別以圓路Rd、Ru表示。控制點的移動軌跡(例如 實線A4)若是滿足4述條件，其可以是曲線、直線、折 線的任一或是其組合。 此外，所利用的效率線圖並不僅限定於本實施形 態，可以是諸如螺旋槳效率線圖、或是單獨使用螺旋單 獨槳效率線圖’此外也能夠使用更添加與主機之燃費效 率相關之其他要素的效率線圖。 如上所述，根據第1實施形態’便能夠與因波浪等 的影響而變動的螺旋槳流入速度相配合而變更目標回 轉數以提升燃費效率。 第四圖顯示第1實施形態之變形例的結構。在第i 實施形態中，雖然係針對回轉數指令以進行與螺旋樂流 入速度相配合的回轉數之修正，但在變形例中，則係針 對從PID演算部16所輸出的調速器指令以進行修正。 亦即，螺旋槳流入速度被輸入至設於控制裝置c的演算 部18 ,修正信號從演算部18被前饋至piD演算部16 的輸出側，使其成為沿著參照第二圖而決定之執跡的回 轉數。另外，關於其他結構，係與第丨實施形態相同， 即使在變形例的結構中也能夠獲得與第丨實施形態相同 的效果。 201035440 其次參照第五圖，說明關於第2實施形態的供船舶· 用之引擎控制系統。第五圖是將控制對象s模組化以顯示 的第2實施形態之供船舶用之引擎控制系統的結構方塊 線圖。 在第1實施形態中，雖然係實際測量螺旋槳流入速 度，但在第2實施形態的供船舶用之引擎控制系統1〇， 中’則是進行螺旋槳流入速度之推定，並基於推定值進 行回轉數指令之修正。另外，關於其他的結構，由於係 與第1實施形態相同’針對相同的結構使用相同的圖式f 符號，因此省略其說明。 如第五圖所示，在第2實施形態之控制裝置c，中設 有波粒子速度計算部19’利用波粒子速度計算部19所 推定的螺旋槳流入速度被輸入至演算部17。諸如所實測 之船速、波的圓頻率、波高被輸入至波粒子速度計算部 19 ’從這些輸入以推定螺旋紫流入速度。在演算部17 中’與第1實施形態同樣地配合第二圖的效率線圖以產 生修正信號，並進行回轉數指令之修正。 < 如上所述，即使在第2實施形態中也能夠獲得與第 1實施形態相同的效果。此外’在第2實施形態中，由 於係推定螺旋槳流入速度，因此無需在螺旋槳周圍裝設 檢測器’而能夠將控制系統的結構製作得更為簡略。 另外，在第2實施形態中雖係從船速、波的圓頻率、 波高以推定螺旋槳流入速度，但也可以使用與螺旋紫流 入速度相關的流程。 201035440 其次參照第六〜十圖，說明關於第3實施形態的供船 舶用之引擎控制系統。在第3實施形態中，係檢測螺旋槳 負載轉矩QP，並將其輸入至控制裝置C”的演算部17’。 在演算部17’中，係從螺旋槳負載轉矩QP推定螺旋槳流 入速度以進行回轉數指令的修正。另外，關於其他的結 構，由於係與第1、2實施形態相同，因此省略其說明。 第七〜十圖顯示用於轉矩檢測的複數種結構。第七 圖所示的負載轉矩檢測部20係由裝設於主轴13的應變 Θ 規21及發送機22、以及配置於船體側之固定部的接收 機23及量測器24所構成。由應變規21所檢測的應變 之測定值(應變信號)係經由發送機2 2而被發送至接收機 23，在量測器24中，被轉換成轉矩信號而往演算部17” 輸出。亦即，由於轉矩與應變成比例，因此在演算部17” 中，在接收的應變之測定值（對應於應變信號）上附加預 定的係數以算出負載轉矩QP，將其當作轉矩信號而往演 算部17”（第六圖）輸出。 Q 第八圖所示之另一例的負載轉矩檢測部30係由裝 設於主軸13的應變規21、電性連接於裝設在主軸13周 圍之應變規21的滑動環31、與滑動環31摺接的電刷 32、以及連接於電刷32的量測器24所構成。亦即，由 應變規21所檢測的應變信號係經由滑動環31、電刷32 而送至量測器24,與第1實施形態相同地被轉換成轉矩 信號。此外，在量測器24所產生的轉矩信號往演算部 17”輸出。 201035440 在第九圖所示之另一例的負載轉矩檢測部40中’ · 係使用裝設於螺旋槳14附近的主軸13之馬力計41來 取代應變規21。此外，係使用轉矩計算部42來取代第 八圖的量測器24。 在此結構中，來自馬力計41的馬力信號被送至轉 矩計算部42。除了來自馬力計41的馬力信號，還有引 擎回轉數NE也被輸入至馬力計41。馬力（對應於傳達馬 力DHP)由於係與轉矩和回轉數的積成比例，因此在轉 矩計算部42中，係藉由將馬力（例如DHP)除以引擎回❹ 轉數NE再乘上預定的係數(例如1/2 7Γ)，以求出負載轉 矩QP。所算出的轉矩之值被當作轉矩信號而被輸出至演 算部17”。 第十圖的例子是將第九圖的馬力計41配置於主機 12附近的主軸13，其他的結構皆與第九圖相同。在第 十圖的結構中，由於所檢測的馬力係對應於制動馬力 BHP，因此在轉矩計算部42中，係藉由將所檢測的馬力 (BHP)除以回轉數NE、傳達效率nr及2ττ，以求出轉y 矩。 如上所述’即使在第3實施形態中也能夠獲得與第 1、第2實施形態相同的效果。另外，在第3實施形態 中，也可以做成將第二圖的縱軸當作螺旋槳負載轉矩之 效率線圖來使用。此外，也可以量測與螺旋槳流入速度 相關的其他物理量以取代螺旋槳負載轉矩來使用。 另外’上述各實施形態及變形例的各結構也能夠彼 201035440 此進行各種組合。舉例來說，在第1實施形態的變形例 中的前饋結構，即使在第2、第3實施形態中也能夠被 採用。 【圖式簡單說明】 第一圖是本發明之第1實施形態之供船舶用之引擎 控制系統的結構方塊圖。 弟· 一圖是橫轴為回轉數、縱轴為螺旋紫流入速度的 I 效率線圖。 第三圖是第二圖之點Ρ周圍的放大圖。 第四圖是第1實施形態之供船舶用之引擎控制系統 的變形例的結構方塊線圖。 第五圖是第2實施形態之供船舶用之引擎控制系統 的結構方塊線圖。 第六圖是第3實施形態之供船舶用之引擎控制系統 〇 的結構方塊線圖。 第七圖是轉矩檢測部的結構方塊圖。 第八圖是轉矩檢測部的另一結構方塊圖。 第九圖是轉矩檢測部的另一結構方塊圖。 第十圖是轉矩檢測部的另一結構方塊圖。 11 201035440 【主要元件符號說明】 10、10’、10” 供船舶用之引擎控制系統 11 12 13 14 15 16 17 、 17, 、 18 20 、 30 ' 40 C S 船體 主機 主軸 螺旋槳 燃料喷射裝置 PID演算部 演算部 負載轉矩檢測部 控制裝置 控制對象 12

Claims (1)

1. 201035440 • 七、申請專利範圍： 1. 一種供船舶用之引擎控制系統，具備： 螺旋槳流入速度掌握手段，掌握螺旋槳流入速度； 回轉數控制手段，控制主機之回轉數；及 修正手段，配合前述螺旋槳流入速度之變動，以進行 前述回轉數控制手段中目標回轉數的修正； 其中，前述修正手段係針對前述螺旋槳流入速度之變 動，意圖使效率線圖上的控制點沿著效率不降低的路徑而 〇 移動，以修正目標回轉數。 2. 如申請專利範圍第1項之供船舶用之引擎控制系統，其 中前述修正中的控制點之移動係沿著效率曲線的移動。 3. 如申請專利範圍第2項之供船舶用之引擎控制系統，其 中前述螺旋槳流入速度係實際測量所得。 4. 如申請專利範圍第2項之供船舶用之引擎控制系統，其 中前述螺旋槳流入速度係從相關的其他物理量所推定。 5. 如申請專利範圍第4項之供船舶用之引擎控制系統，其 中前述物理量包含船速、波的圓頻率、波高。 〇 6.如申請專利範圍第4項之供船舶用之引擎控制系統，其 中前述物理量包含螺旋槳負載轉矩。 13