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1、(10)申请公布号 CN 102959217 A(43)申请公布日 2013.03.06CN102959217A*CN102959217A*(21)申请号 201280001683.1(22)申请日 2012.02.012011-057022 2011.03.15 JPF02D 41/14(2006.01)(71)申请人三井造船株式会社地址日本东京都申请人三井造船系统技研株式会社(72)发明人田中一郎 青木猛 山本秀则光藤亮 渡边宽树(74)专利代理机构北京戈程知识产权代理有限公司 11314代理人程伟 王锦阳(54) 发明名称船舶用引擎控制装置及方法(57) 摘要本发明提供一种船舶用引擎控制。
2、装置及方法。检测主发动机（11）的实际转速（Ne），并输入到延时逻辑（13）及周期计算部（15）。在周期计算部（15）中，检测实际转速（Ne）的变动周期，在延时逻辑（13）中，使实际转速（Ne）延迟四分之一周期并进行负反馈。将目标转速（No）和反馈信号的偏差输入到比例控制部（14），根据与从周期计算部（15）所求得的周期而算出的实际转速（Ne）的变动角速度相对应增益，进行比例运算。在N/FI转换部（12）中，计算与目标转速（No）相对应的燃料指数（FIo），并与来自比例控制部（14）的输出进行相加运算。(30)优先权数据(85)PCT申请进入国家阶段日2012.12.14(86)PCT申请的申。
3、请数据PCT/JP2012/052316 2012.02.01(87)PCT申请的公布数据WO2012/124399 JA 2012.09.20(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书5页 附图4页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 4 页1/1页21.一种船舶用引擎控制装置，用于赋予目标转速并输出燃料指数，所述船舶用引擎控制装置的特征在于，将相对于主发动机的实际转速的变动周期延迟10%30%的反馈信号进行反馈，同时与所述实际转速的变动角速度成比例地使所述燃料指数变动。2.根据权利要求1所述的船舶用引擎控制装置，其特征在于，所述。
4、反馈信号是通过延时逻辑使所述实际转速延迟而得的信号，所述目标转速和所述反馈信号的偏差通过设定有与所述变动角速度相对应的增益的比例运算部而被输出。3.根据权利要求2所述的船舶用引擎控制装置，其特征在于，还包括目标转速/燃料指数转换单元，所述目标转速/燃料指数转换单元计算与所述目标转速相对应的燃料指数，来自所述比例运算部的输出被加给与所述目标转速相对应的燃料指数。4.根据权利要求2所述的船舶用引擎控制装置，其特征在于，还包括PI控制部，所述目标转速和所述反馈信号的偏差被输入给所述PI控制部，与所述目标转速相对应的燃料指数在所述PI控制部的I运算部中被生成/维持。5.根据权利要求1所述的船舶用引擎控。
5、制装置，其特征在于，所述反馈信号通过所述实际转速的微分运算而生成。6.一种船舶，其特征在于，包括根据权利要求1至5中任一项所述的船舶用引擎控制装置。7.一种船舶用引擎控制方法，用于赋予目标转速并输出燃料指数，所述船舶用引擎控制方法的特征在于，将相对于主发动机的实际转速的变动周期延迟10%30%的反馈信号进行反馈，同时与所述实际转速的变动角速度成比例地使所述燃料指数变动。权 利 要 求 书CN 102959217 A1/5页3船舶用引擎控制装置及方法技术领域0001 本发明涉及一种用于对船舶的主机的运转进行控制的船舶用引擎控制装置。背景技术0002 在船舶中，一般采用将螺旋桨转速维持为固定值的转。
6、速固定控制。也就是说，在船舶主机的调节器控制中，通过PID控制可以将实际转速维持为目标转速（专利文献1）。但是，在转速固定控制中，存在燃料供给量（燃料指数）根据负载变动而进行变动，从而耗油量增大的情况。据此，存在根据海象进行将燃料供给量（燃料指数）固定为固定值的调节器控制。0003 专利文献1：日本特开平8-200131号公报发明内容0004 （发明要解决的问题）0005 但是，即使将燃料指数设定为固定并且将主机转矩维持为大致固定，但如果螺旋桨负载变动，则无法将螺旋桨转矩维持为固定，所以推力发生变动，推进效率降低。0006 本发明的目的在于进行螺旋桨转矩成为固定的主机控制，抑制推力变动，提高推。
7、进效率。0007 （解决技术问题的技术方案）0008 本发明的船舶用引擎控制装置，用于赋予目标转速并输出燃料指数，所述船舶用引擎控制装置的特征在于，将相对于主发动机的实际转速的变动周期延迟10%30%的反馈信号进行反馈，同时与实际转速的变动角速度成比例地使燃料指数变动。0009 反馈信号例如是通过延时逻辑使实际转速延迟而得的信号，目标转速和反馈信号的偏差例如通过设定有与变动角速度相对应的增益的比例运算部而被输出。0010 并且，还包括目标转速/燃料指数转换单元，所述目标转速/燃料指数转换单元计算与目标转速相对应的燃料指数，来自比例运算部的输出被加给与目标转速相对应的燃料指数。0011 或者，船。
8、舶用引擎控制装置包括PI控制部，目标转速和反馈信号的偏差被输入给PI控制部，与目标转速相对应的燃料指数在PI控制部的I运算部中被生成/维持。0012 并且，反馈信号也可以通过实际转速的微分运算而生成。0013 本发明的船舶，其特征在于包括所述船舶用引擎控制装置。0014 并且，本发明的船舶用引擎控制方法，用于赋予目标转速并输出燃料指数，所述船舶用引擎控制方法的特征在于，将相对于主发动机的实际转速的变动周期延迟10%30%的反馈信号进行反馈，同时与实际转速的变动角速度成比例地使燃料指数变动。0015 （发明的效果）0016 根据本发明，能够进行螺旋桨转矩成为固定的主机控制，抑制推力变动，提高推进。
9、效率。说 明 书CN 102959217 A2/5页4附图说明0017 图1是表示第一实施方式的引擎控制装置的结构的控制框图。0018 图2是用于说明发明的原理及作用/效果的曲线图。0019 图3是表示第二实施方式的引擎控制装置的结构的控制框图。0020 图4是表示第三实施方式的引擎控制装置的结构的控制框图。0021 图5是表示第四实施方式的引擎控制装置的结构的控制框图。0022 符号说明0023 10、20、22、25船舶用引擎控制装置0024 11主发动机0025 12N/FI转换部0026 13延时逻辑0027 14比例控制部0028 15周期计算部0029 16致动器0030 17比例。
10、+积分控制部（PI控制部）0031 21微分运算逻辑0032 24积分控制部。具体实施方式0033 以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。0034 图1是表示本发明的第一实施方式的船舶用引擎的控制装置的结构的控制框图。0035 本实施方式的船舶用引擎控制装置10是控制向主发动机11供给燃料的调节器系统，主发动机11的曲轴（未图示）与推进用的螺旋桨（未图示）连接。在船舶用引擎控制装置10中，设定目标转速No作为目标值，并通过使用转向齿轮等的公知的方法检测作为主发动机11的输出的实际转速Ne。0036 目标转速No在N/FI转换部12中被转换为燃料指数FIo。并且，与此并行，在本实施方式中，。
11、求得与通过延时逻辑13反馈的主发动机11的实际转速Ne之间的偏差，并在比例控制部14中进行比例运算。0037 在本实施方式中，比例控制部14通过与实际转速Ne的变动角速度成比例的增益进行比例运算，延时逻辑13将实际转速Ne的相位延迟大致90或者变动周期的约1030%。此外，基于周期计算部15根据实际转速Ne的变动而算出的实际转速Ne的周期T来决定比例控制部14的增益及延时逻辑13的延迟时间。0038 并且，对来自N/FI转换部12及比例控制部14的信号进行相加运算后输入给致动器16，致动器16将与燃料指数FI相对应的量的燃料提供给主发动机11。0039 下面，参照图2，对本发明的螺旋桨转矩固定。
12、控制的原理与燃料指数固定控制进行对比并说明。0040 此外，在图2中示出了将燃料指数固定控制及螺旋桨转矩固定控制中的主机转速N（图2（a）、燃料指数FI或主机转矩Qe（图2（b）、螺旋桨转矩Qp或推力（图2（c）、转说 明 书CN 102959217 A3/5页5矩系数Kq（图2（d）的时间变动的平均值以100%表示。并且，在图2中，在025秒的区间示出了燃料指数固定控制中的各物理量的变动，在3055秒的区间示出了螺旋桨转矩固定控制中的各物理量的变动。0041 当通过流体密度、螺旋桨直径D、目标转速No对各物理量进行无量纲化（無次元化）时，螺旋桨转矩Qp使用转矩系数Kq和主机转速N表示为：00。
13、42 QpKqN2（1）0043 这里，将螺旋桨转矩Qp、转矩系数Kq、主机转速N使用各自的平均值Qpa、Kqa、Na和变动分量Qp、Kq、N表示为：0044 QpQpaQp0045 KqKqaKq0046 NN aN0047 如果将（1）式线性近似为平均值左右，则能够近似为：0048 0049 0050 这里，当将转矩系数的平均值Kqa设为1（100%）、即将平均螺旋桨转矩Qpa设为1（100%）时，在平均值左右，由于平均转速Na实质等于目标转速No（=1），所以根据（2）式可以将螺旋桨变动分量Qp表示为：0051 QpKq2N （3）0052 并且，如果将包括引擎、螺旋桨的旋转部的惯性力矩。
14、设为I、将主机转矩设为Qe，则注油器（oiler）的运动方程式为：0053 dN/dt（QeQp）/I （4）0054 这里，当将主机转矩Qe分离为其平均值Qea及变动分量Qe并且通过Qe=Qea+Qe表示时，由于Qea实质等于Qpa，所以（Qea=Qpa），（4）式被表示为：0055 dN/dt（QeQp）/I （5）0056 （燃料指数固定控制）0057 主机转矩Qe与燃料指数FI大致成正比，如果除去系数，则实质等于燃料指数FI，所以在燃料指数固定控制中，可以考虑Qe=0（图2（b）左）。此时，（5）式被表示为：0058 dN/dt-Qp/I （6）0059 这里，将由于波等的干扰而引起的。
15、负载变动表示为转矩系数Kq的变动Kq，如果对Kq假设变动角速度的正弦波（图2（d）左）0060 KqAsin（t） （7）0061 其中，t为时间，根据（3）式，可得0062 QpAsin（t）2N （8）0063 如果将其代入（6）式，则注油器的运动方程式为：0064 dN/dt（Asin（t）2N）/I （9）0065 这里，（9）式的恒解被表示为（图2（a）左）：0066 NBsin（t）（10）0067 BA（I）24）0068 tan-1（I/2）说 明 书CN 102959217 A4/5页60069 也就是说，在燃料指数固定控制中，如果将通过（7）式表示的周期的负载变动附加给螺旋。
16、桨，则主机转速N基于与惯性力矩I相对应的相位的延迟，如（10）式进行变动。此时，螺旋桨转矩Qp及推力Th（=Kt N2，Kt：推力系数）如（8）式进行变动（图2（c）左），推进效率降低。此外，这里假设推力系数Kt以除去偏移量（）的差异而与转矩系数Kq大致相同（相同相位）的方式进行变动。0070 （螺旋桨转矩固定控制）0071 另一方面，如果螺旋桨转矩Qp固定，则Qp=0（图2（c）右），如果将其代入（3）式，则可以得到：0072 NKq/2 （11）0073 也就是说，当在平均值左右线性近似成立时，为了使螺旋桨转矩Qp为固定，使主机转速N配合转矩系数Kq的变动Kq，以目标转速No为中心根据（1。
17、1）式进行变动即可（图2（a）右）。0074 并且，当螺旋桨转矩Qp固定时（Qp=0时），（5）式被表示为：0075 dN/dtQe/I0076 主机转矩Qe的变动分量Qe为：0077 QeI（dN/dt）（12）0078 这里，与燃料指数固定控制时同样，当将（7）式的周期变动假定为转矩系数Kq时（图2（d）右），用于设螺旋桨转矩Qp为固定的条件根据（11）式变为：0079 NAsin（t）/2，可知使主机转速N与转矩系数的变动Kq相反相位，并且以1/2的振幅变动即可（图2（a）右）。并且，此与根据（12）式使主机转矩Qe在平均值Qea左右以下式变动相对应（图2（b）右）：0080 QeIAc。
18、os（t）/2 （13）0081 如上所述，燃料指数FI可被视为主机转矩Qe。因此，如果当通过（7）式赋予负载变动时，对与目标转速No相对应的燃料指数FIo附加（13）式的变动，则螺旋桨转矩Qp被维持为固定（图2（c）右）。也就是说，在第一实施方式中，如图1所示，负反馈在延时逻辑13中使实际转速Ne的相位延迟90（四分之一周期）而得的相位，并在比例控制部14中进行基于与变动角速度相对应的增益的放大。0082 如上所述，根据第一实施方式，可以将螺旋桨转矩维持为固定，并且将推力维持为固定，可防止由于负载变动而引起的推进效率的降低。0083 下面，参照图3，对本发明的第二实施方式的船舶用引擎的控制装。
19、置进行说明。此外，图3是表示第二实施方式的船舶用引擎的控制装置的结构的控制框图。0084 在第一实施方式的船舶用引擎控制装置10中，仅使用P控制，通过N/FI转换部12生成与目标转速No相对应的燃料指数FIo。但是，在第二实施方式的船舶用引擎控制装置20中，使用PI控制，而不使用N/FI转换部12。此外，其他结构与第一实施方式相同，对相同的结构标注相同的参考符号，并省略其说明。0085 在船舶用引擎控制装置20中，目标转速No和通过延时逻辑13的实际转速Ne的反馈信号的偏差被输入给比例+积分控制部（PI控制部）17。输入的偏差在比例+积分控制部（PI控制部）17中进行各种运算，并输出给致动器1。
20、6。此外，与目标转速No相对应的燃料指数FIo在比例+积分控制部（PI控制部）17的I运算部中被生成/维持。此时，将说 明 书CN 102959217 A5/5页7积分时间常数设定为不受变动周期的影响的较长的时间。0086 如上所述，在第二实施方式中，也可以与第一实施方式同样地将螺旋桨转矩维持为固定，并且可获得相同的效果。0087 此外，在第一、第二实施方式中，使用延时逻辑使实际转速延迟并进行反馈，同时将比例运算部的增益以与实际转速的变动角速度相对应的方式设定，但也可以是对实际转速进行微分运算并进行反馈的结构。0088 例如，在图4、5中示出了使用微分运算的第三及第四实施方式的船舶用引擎的控制。
21、装置22、25的控制框图。此外，在以下的说明中，对与第一、第二实施方式相同的结构标注了相同的参考符号，并省略其说明。0089 图4的第三实施方式与图1的第一实施方式对应，图5的第四实施方式与图3的第二实施方式对应。也就是说，在第三实施方式中，与目标转速No相对应的燃料指数FIo通过N/FI转换部12生成，实际转速Ne通过微分运算逻辑21、比例控制部14被正反馈给来自N/FI转换部12的燃料指数FIo。在微分运算逻辑21中，对实际转速Ne进行微分运算，在比例控制部14中，微分信号以规定的增益被放大。0090 另一方面，在第四实施方式中，实际转速Ne与第三实施方式同样地通过微分运算逻辑21、比例控。
22、制部14被正反馈，同时负反馈给目标转速No的输入侧，其偏差被输入给积分控制部24。也就是说，积分控制部24的积分时间常数被设定为不受变动周期的影响的较长的时间，与目标转速No相对应的燃料指数FIo在积分控制部24的I运算中被生成/维持。从比例控制部14输出的反馈信号被正反馈给来自积分控制部24的信号FIo，并将他们的和输入给致动器16。0091 如上所述，即使在第三、第四实施方式中，也可以与第一、第二实施方式同样地实现螺旋桨转矩固定控制。0092 并且，第一实施方式第四实施方式的螺旋桨固定控制例如与转速固定控制、燃料指数固定控制、输出固定控制等并用，根据海象，例如自动或手动地选择性地切换。当由于波等引起的负载变动为约20秒以下（优选10秒以下）的大致固定周期时，适用螺旋桨转矩固定控制，例如，在这样的条件下，可以选择螺旋桨转矩固定控制。并且，在第一、第二实施方式中，通过将延时逻辑的延迟时间设为0、将控制部的比例增益设为1，从而可以将螺旋桨固定控制切换为输出固定控制。说 明 书CN 102959217 A1/4页8图1说 明 书 附 图CN 102959217 A2/4页9图2说 明 书 附 图CN 102959217 A3/4页10图3图4说 明 书 附 图CN 102959217 A10。