(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関回転数の急激な減速信号を受けた後、クラッチの前後進切換信号を受けると、一定時間だけ遅延して一定時間燃料噴射量を増加させ、一定時間の推移とともに単調減少して規定噴射量に戻る噴射量増量を行うことを特徴とする舶用機関の電子ガバナコントローラ。
【請求項２】
アイソクロナス制御モードで、クラッチ入の信号を受けると、一定時間燃料噴射量を増量させ一定時間の推移とともに単調減少して規定噴射量に戻る噴射量増量を行うことを特徴とする機関の電子ガバナコントローラ。
【請求項３】
一定時間燃料噴射量を増量する際に、機関の回転変化に比例した噴射量を加味する請求項２に記載の機関の電子ガバナコントローラ。
【請求項４】
縦軸に燃料噴射量をとり、横軸に機関回転数をとった燃料噴射量に対する機関回転数のドループ線を示すグラフにおいて、ドループ線を鉛直に近づけることにより、一定時間の燃料噴射量を増量する請求項２に記載の機関の電子ガバナコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、舶用機関の電子ガバナコントローラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガバナコントローラは、現在の機関回転数やアクセル位置、及び燃料噴射量を調整するラック位置の情報を得て適切な機関回転数になるように機関を制御する。
【０００３】
従来は、クラッチの１速から２速への切換等の速度比切換は、手動で行われていた。そのため、機関とクラッチの連携にタイムラグが生じ、船舶の加速の応答性に悪影響を及ぼしていた。
【０００４】
また、アクセルを戻し、急減速してクラッチの前後進を切換えた場合には、船舶自身の慣性力のために、機関に突然大きな負荷がかかり、大幅な機関回転の低下を起こし、操船性に悪影響を及ぼしていた。
【０００５】
あるいは、アイソクロナス制御（後述）で機関回転数を制御中にクラッチを中立位置から”入”にすると、機関に突然負荷がかかり、大幅な機関の回転低下を起こして最悪の場合はエンストし、またエンストしないまでも回転が向上するのに時間がかかり、操船性に悪影響を及ぼしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、機関とクラッチの連携を高め、機関回転数に対するクラッチ速度比の円滑な切換えやクラッチの”入”、”切”に伴う負荷変動に対する機関回転数の低下を防止することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
機関回転数が所定の回転数に達するとクラッチの速度比を切り替える機能をガバナコントローラに装備する。また、機関回転数の急激な減速信号が入力され、かつクラッチの前後進切換信号が入力されると、一定時間燃料噴射量を増量する構成をガバナコントローラに装備する。また、アイソクロナス制御モードで機関回転数を制御している時にクラッチ入の信号を受けると、一定時間燃料噴射量を増量する構成をガバナコントローラに装備する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の電子ガバナコントローラを備えた舶用機関における全体のシステム系統図を示しており、図２は、電子ガバナコントローラ内部の構成図を示している。
【０００９】
図１において、本発明の電子ガバナコントローラには、操作スイッチやモニター表示機能を備えた操作パネルと、アクセルの開度を検知するアクセルセンサーと、舶用機関の各種パラメータ（冷却水温度、ラック位置、ガバナ油温、機関回転数等）を検知するセンサーと、チェッカー及びバッテリーが接続されている。
【００１０】
図１において、アクセルの入れ込み量をアクセルセンサーが検知し、アクセル位置の変化量が機関回転数の増減信号として電子ガバナコントローラに出力される。アクセルセンサーは、アクセル位置が短時間に大きく変化したら急激に機関回転数が増減したと認識する。
【００１１】
アクセルセンサーが計測するアクセル位置により、目標機関回転数が設定され、電子ガバナコントローラは機関回転数が低速域，中速域及び高速域のどの速度域にあるのかを認識する。
【００１２】
アクセル位置より目標機関回転数を算出し、燃料噴射量を調整するラックを操作して機関回転数を制御する。機関回転数が目標回転数に収束するまでラック位置の調整操作は繰り返される。
【００１３】
図２に示すように、電子ガバナコントローラは、各センサーからガバナ油温、冷却水温度、ラック位置（燃料噴射量制御用）、及びアクセル位置の情報がアナログ入力回路を介してＣＰＵに入力される。
【００１４】
また、操作パネルにはアイソクロナス切換スイッチ、アイドル回転数を設定するアイドル回転切換スイッチ、クラッチモード切換スイッチ、及びクラッチ速比切換スイッチが設けてある。
【００１５】
アイソクロナス切換スイッチをＯＮにすると、詳しくは後述するアイソクロナス制御モードで機関回転数制御を行い、ＯＦＦにすると詳しくは後述するドループ制御モードで機関回転数制御を行う。
【００１６】
アイドル回転切換スイッチは、アイドル回転数を標準回転又は低速回転に切換える。本実施の形態では、アイドル回転数を標準回転として４５０ｒ．ｐ．ｍ．に設定し、また、低速回転として３５０ｒ．ｐ．ｍ．に設定する。これらの回転数は、環境に応じて適宜変更してもよい。
【００１７】
クラッチモード切換スイッチは、自動、１速、２速の切換位置を有する回転式スイッチであり、自動位置ではクラッチの切換えは自動モードとなり、１速及び２速位置では手動モードとなる。
【００１８】
クラッチモード切換スイッチを自動位置に設定した後、機関回転数を標準より高速で１速から２速に切換えたい場合は、クラッチ速比切換スイッチをクラッチ自動切換高側（図１１）に、又、低速で切換えたい場合はクラッチ自動切換低側（図１１）に手動で予め切換えておく。
【００１９】
例えば、標準回転数を１６００ｒ．ｐ．ｍ．とし、１６００ｒ．ｐ．ｍ．以下で１速から２速へ切換えるときは、クラッチ速比切換スイッチのクラッチ自動切換低側を例えば１５００ｒ．ｐ．ｍ．に設定し、標準回転数以上で１速から２速へ切換えるときは、クラッチ速比切換スイッチのクラッチ自動切換高側を例えば１７００ｒ．ｐ．ｍ．に設定する。
【００２０】
機関回転数が上記の設定値に達すると、自動的にクラッチの速度比を１速から２速又は２速から１速に切換える。上記の場合、クラッチ自動切換低側に切換えておくと、機関回転数がアイドル回転から１５００ｒ．ｐ．ｍ．に達すると１速から２速に切換わり、又、クラッチ自動切換高側に切換えておくと、機関回転数が１７００ｒ．ｐ．ｍ．に達するまで１速から２速に切換わらない。
【００２１】
電子ガバナコントローラは、速比切換スイッチがクラッチ自動切換低若しくは高でなければ標準（上記の場合は１６００ｒ．ｐ．ｍ．）であると認識し、この場合、機関回転数が１６００ｒ．ｐ．ｍ．に達すると１速から２速に切換わる。
【００２２】
図２に示す操作パネルのクラッチ中立表示は、クラッチが中立かどうかを判別する為の表示灯であり、クラッチが中立であれば中立信号が入力されクラッチ中立表示灯が点灯する。しかし本実施の形態では、クラッチが中立の時をＯＦＦ（消灯）としている。
【００２３】
前後進の切換操作は、クラッチが入−切（中立）−入という手順で操作されるので、本実施例ではクラッチの中立表示灯がＯＮ（点灯）−ＯＦＦ（消灯）−ＯＮ（点灯）と変化したかどうかで前後進の切換操作がされたかどうかを判断する。これは、前進側信号の接点と後進側信号の接点を２つ設けて、前進側に切換えられたか後進側に切換えられたかを識別するようにしてもよい。
【００２４】
図２に示すように、以上のアイソクロナス切換スイッチ、アイドル回転切換スイッチ、クラッチモード切換スイッチ及びクラッチ速比切換スイッチの切換えによる信号は、接点入力回路を介してＣＰＵに入力される。
【００２５】
図２に示す機関回転数は、従来から使用されている回転数検出センサー（図１）により検出され、電子ガバナコントローラのＣＰＵ（図２）に入力される。図２に示すように、電子ガバナコントローラの電源はバッテリーから供給される。
【００２６】
一方、電子ガバナコントローラの出力側においては、ラックアクチュエータ及びアクチュエータリレーでラック位置を調整して燃料噴射量を制御する。クラッチ中立時を除き、そのときの機関回転数に応じてクラッチ１速電磁弁とクラッチ２速電磁弁のどちらかが励磁されており、又、他方は励磁されていない。つまり、矢印Ａ（図２）の方向にスイッチを移動させて励磁のＯＮ、ＯＦＦを切換える。
【００２７】
クラッチ１速電磁弁が励磁されているときは、クラッチ２速電磁弁は励磁されておらず、クラッチは１速に切換わり、クラッチ２速電磁弁が励磁されるとクラッチ１速電磁弁の励磁が解けてクラッチは２速に切換わる。
【００２８】
図２のクラッチモード表示は、クラッチが自動切換モードになっているかどうかを、図１１の表示灯の点灯で目視できるようにしたものである。クラッチ表示灯が点灯していれば自動切換モードである。
【００２９】
図２の回転モニターは、機関回転数を示すメータである。又、警報表示は、ガバナ油温や冷却水温度等が安全値を越えた際に作動する警報ブザーである。
【００３０】
図２のクラッチ１速電磁弁、クラッチ２速電磁弁、ラックアクチュエータ、アクチュエータリレー、クラッチモード表示、回転モニター及び警報表示には、ＣＰＵからトランジスタ出力回路を介して各信号が出力される。
【００３１】
図２に示すチェッカーは携帯用で、通信ケーブルを介して電子ガバナコントローラから信号が伝達され、電子ガバナコントローラの作動状態を確認したり、各制御定数の設定を行うことが出来る。
【００３２】
図３は、船舶が急減速を行って、前後進を切換えた場合における機関回転数の変動を表わしたものである。実線は本発明の電子ガバナコントローラを適用した船舶の機関回転数の変動を示しており、破線は従来の船舶の場合を示している。
【００３３】
急減速した後、直ぐに前後進の切換操作を行うと、船舶の慣性力の為に、機関に大きな負荷が急激にかかり、従来は大幅な回転低下が生じていた。従って、図３に示すように、従来はエンスト限界回転数を下回ってしまい、エンストを起こすことがあった。
【００３４】
そこで本発明では、図４、図５に示すように、急減速が行われた後、直ぐにクラッチの前後進切換が行われると、所定時間ｔ1経過後に、通常の機関制御モードよりも増量した燃料を所定時間ｔ2間噴射する。ここで、所定時間ｔ1、ｔ2は、船舶の種類、作業環境等に応じて適宜設定すればよい。
【００３５】
燃料噴射量増量開始を所定時間ｔ1経過後にするのは、クラッチの前後進切換信号を電子ガバナコントローラが受けてから、実際にクラッチが切換えられるまでのタイムラグを考慮したことによるものである。これにより、機関に大幅な負荷の増加が生じる前に機関回転数だけが大きくなるのを防止している。
【００３６】
また、図４に示すように、燃料噴射量補正線は、単調に減少しており、最も負荷変動が大きいクラッチ入の瞬間に最大量の燃料を噴射し、その後、単調に増量分を減少させて、円滑に通常の機関制御モードに戻し、良好な操船性を維持している。
【００３７】
図６は、後述するアイソクロナス制御、ドループ制御等の実行中の機関回転数の変化を表したものである。図６において、破線はドループ制御時の機関回転数の変化を示し、一点鎖線はアイソクロナス制御時の機関回転数の変化を示し、実線は本発明による電子ガバナコントローラを適用した場合の機関回転数の変化を示している。
【００３８】
図７は、ラック位置により制御される燃料噴射量と、機関回転数の関係を表わしている。右上がりの破線は、無負荷時における機関回転数と燃料噴射量（ラック位置）をプロットしたものである。以下において、無負荷時の機関回転数をアイドル回転数と呼ぶことにする。
【００３９】
アイドル回転数は、アクセル位置センサー（図２）で検出されるアクセル位置信号により算出される。また、この破線上から左上がりの実線ａ、ｂが描かれているが、この実線ａ、ｂは、あるアイドル回転数で負荷がかかった際の機関回転数とラック位置の関係をプロットしたものである。クラッチを入れ、負荷がかかった際に燃料噴射量は増えるが、機関回転数が減少する制御をドループ制御という。実線ａ及びｂはドループ制御を示すグラフである。
【００４０】
ドループ制御ではアイドル回転数Ｎlの時に負荷がかかると、機関回転数はＮ2になる。つまり（Ｎl−Ｎ2）分だけ機関回転数が低下する。従ってドループ制御では、負荷をかけた際に機関回転数をＮlに保つ為には、オペレータが回転低下分を予想して負荷がかかる前にアイドル回転数をＮ3に設定しておく必要がある。
【００４１】
これに対して機関に負荷がかかった際に、機関回転数を最初のＮ1に自動的に補正する制御方法としてアイソクロナス制御がある。
【００４２】
ドループ制御がアイドル回転数Ｎlで決まる実線ａ上を推移するのに対して、アイソクロナス制御は、実線ａ上から機関回転数Ｎ3で決まる実線ｂ上にシフトさせる制御である。
【００４３】
アイソクロナス制御では、実線ａから実線ｂに一足飛びにシフトするのではなく、機関に負荷がかかると、所定のΔＮだけ回転数が低下して機関回転数がＮmになると、低下したΔＮだけ回転数を戻すように補正される。実際には補正時にはさらに負荷がかかるため、厳密には図７のＪ点における回転数Ｎ1には戻らないが、このような操作を繰り返すうちにやがて実線ｂ上のＫ点に収束し、機関回転数はＮ1に収束する。
【００４４】
図７では実線ａに平行なグラフは実線ｂしか示していないが、実線ａ−ｂ間には、実線ａと平行でアイドル回転数で決まるラック位置−機関回転数グラフが無数に存在し、これら無数のグラフにおいて、上方のグラフにシフトしながら、負荷がかかった状態で、実線ｂのＫ点に到達するのである。勿論、実線ａに平行なラック位置−機関回転数グラフは、実線ａ−ｂ間以外にも存在する。
【００４５】
アイソクロナス制御では、機関回転数の低下量をラック補正量算出基準としているので、算出された燃料補正量ではタイムラグが生じた分だけ不足し、補正された燃料の噴射量では機関回転数の低下を矯正することはできない。その為、負荷が大きいとその分回転低下量が大きくなる。
【００４６】
アイソクロナス制御は、積分制御又はＩ制御とも呼ばれており、機関の実回転数を目標回転数（ここではＮ1）に補正するための流れ図を示す図９において積分成分Iで示されている。
【００４７】
図９の比例成分Ｐは、図７において実線ａの傾きをθとすると、ΔＮｔａｎθで表される。図９で示す制御方式をＰ−Ｉ制御といい、Ｐ−Ｉ制御は、比例成分Ｐの分だけアイソクロナス制御よりも燃料噴射量が多く、アイソクロナス制御よりも早く機関回転数をＮ1に補正することができる。
【００４８】
つまり、アイソクロナス制御では、戻り量はΔＮであるが、Ｐ−Ｉ制御時の戻り量はΔＮ＋ΔＮｔａｎθとなり、ΔＮｔａｎθ分だけＰ−Ｉ制御はアイソクロナス制御よりも機関回転数を早く補正することができる。
【００４９】
Ｐ−Ｉ制御では、図８に示すように低下した機関回転数を計測し、図２のアイソクロナス切換スイッチがＯＮであり、かつクラッチ中立信号がＯＮ（クラッチ入）であることをＣＰＵ（図２）が確認した後、燃料噴射量をアイソクロナス制御による増加分に、上述の比例成分Ｐを加味し、機関回転数を補正する。
【００５０】
あるいは、図７の２点鎖線で示すように、ラック位置−機関回転数グラフａより傾きが鉛直に近いグラフｃを採用し、グラフｃ上を推移しながら、同時にアイソクロナス制御も行い、グラフｂにシフトさせてＫ点に移行させることもできる。
【００５１】
ここで、Ｐ−I制御または、図７のグラフｃを使う制御のいずれの場合でも、機関回転数が目標回転数に収束すれば、比例成分Ｐによる燃料増量分をなくし、又はグラフｃをグラフａに戻し、元のアイソクロナス制御に戻す必要がある。比例成分Ｐや傾きの大きいグラフｃでは、回転変動に対して制御が効き過ぎ、機関の回転が収束しない、いわゆるハチング現象を起こし易くなる為である。
【００５２】
以上のようにして、アイソクロナス制御による燃料噴射量増量分に加えて、さらに比例成分Ｐだけ燃料噴射量を増加することで、図１０に示すようにドループ制御時と比較して燃料噴射量の制御の応答性が△ｔだけ早まり、また、燃料噴射量も増加するので、その結果、図６の実線で示すように、機関回転数の大幅な落ち込みを防止することが出来る。
【００５３】
図６に示すようにＰ−Ｉ制御を実施すると、アイソクロナス制御のみを実施する場合と比較して機関回転数の低下をＸ1だけ回避することができ、又、ドループ制御と比較するとＸ1＋Ｘ2だけ機関回転数の低下を回避することができ、その分エンストする危険性がなくなる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明は、機関回転数を計測する電子ガバナコントローラで、クラッチの速度比切換を制御するようにしたので、機関とクラッチの連携が高まり、加速性が良くなる。その結果、操船性が向上する。
【００５５】
また、機関回転数信号を電子ガバナコントローラとは別に設けたクラッチコントローラに入力し、クラッチの速度比切換を制御する従来の場合と比較すると、本発明では、機関回転数センサーや信号線を余分に１セット用意する必要がなくなるため、対ノイズ性や耐久性を考慮する部材を少なくすることが出来るので伝送される信号にノイズが入りにくくなる。その結果、制御系全体の信頼性が向上する。また、配線工数を低減することができるので経済的である。
【００５６】
請求項１の発明は、急減速して前後進を切換えた際に、船舶自身の慣性力により、機関に大きな負荷が急激にかかっても、大幅な回転低下が生じる前に、回転低下が生じることを予め認識し、一定時間燃料噴射量を増加するようにしたので、機関とクラッチの連携が高まり、大幅な回転低下を抑えることが出来る。その結果、操船性を向上させることができる。実際にクラッチが切換えられるのは所定時間ｔ１経過後であり、従って所定時間ｔ１が経過した後に燃料噴射量を増加させるので、負荷の大幅な増加が生じる前に機関回転数だけが大きくなることを防止することができる。
【００５７】
請求項２の発明は、アイソクロナス制御で機関回転数の制御を行う際に、クラッチを中立位置から入にした後、実際に負荷がかかって、機関の大幅な回転低下が生じる前に、回転低下が生じることを予め認識し、一定時間燃料噴射量を増加するようにしたので、機関とクラッチの連携が高まり、大幅な回転低下を抑えることが出来る。その結果、操船性を向上させることができる。
【００５８】
請求項３の発明は、機関の回転低下（ΔＮ）に対応する比例成分（ｔａｎθ）により、燃料噴射量の増加分（ΔＮｔａｎθ）を算出するので、予め増加量を設定する必要がない。また、比例成分なので、機関回転数の補正の応答性がよくなる。
【００５９】
請求項４の発明は、ラック位置−機関回転数のグラフにおいて、より鉛直に近いグラフを一時的に使用するので、機関回転数の補正の応答性がよくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  全体のシステム系統図である。
【図２】  電子ガバナコントローラの構成図である。
【図３】  急減速時における前後進切換による機関回転数の変動を示す図である。
【図４】  急減速時における前後進切換の際の燃料噴射量を示す流れ図である。
【図５】  急減速時における前後進切換の際の燃料噴射手順を示す流れ図である。
【図６】  アイソクロナス制御時の機関回転数を示す図である。
【図７】  アイソクロナス制御とドループ制御を示す図である。
【図８】  アイソクロナス制御におけるクラッチ入時の燃料噴射手順を示す流れ図である。
【図９】  アイソクロナス制御時のＰ−Ｉ制御図である。
【図１０】  アイソクロナス制御におけるクラッチ入時の燃料噴射特性を示す図である。
【図１１】  操作パネルの正面図である。
【図１】
0004000212.tif 000002
【図２】
0004000212.tif 000003
【図３】
0004000212.tif 000004
【図４】
0004000212.tif 000005
【図５】
0004000212.tif 000006
【図６】
0004000212.tif 000007
【図７】
0004000212.tif 000008
【図８】
0004000212.tif 000009
【図９】
0004000212.tif 000010
【図１０】
0004000212.tif 000011
【図１１】
0004000212.tif 000012