JPS582877B2 - ネンシヨウヨウクウキアツリヨクフソクジ デモ カイテンソクド オ タモツ カヘンピツチプロペラツキゲンドウキカン ノ ソウジユウソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は主として船舶用の可変ピンチプロペラ付原動機
関の操縦装置に関し、殊に定常運転時又は加速・負荷急
増時のような過渡状態時において、燃焼用空気圧力不足
による不完全燃焼を防止すると共に、この燃焼用空気圧
力が不足の時でも回転速度が低下しない機能を得ること
を目的とする。

ここで原動機関とはディーゼル機関、ガスタービン等を
指し、殊に燃焼用空気圧力が負荷変化一応じて変化し、
かつ負荷変化より遅れて整定する性質のある排気ターボ
過給ディーゼル機関や２軸ガスタービンが適応する。

ここでは都合上排気ターボ過給ディーゼル機関を例とし
て、これを機関と略称し、また燃焼用空気圧力をディー
ゼル機関にて慣用の過給空気圧力と称して説明する（２
軸ガスタービンでは燃焼用空気圧力はガス発生機コンプ
レツサ吐出圧力に相当する）。

可変ピッチプロペラは翼の幾何的移動によって機関の負
荷となる吸収動力が変化するものを総称し、以下プロペ
ラと略称する。

図に於いて機関１は主軸系２を介しプロペラ３を駆動し
ている。

主軸系２中には減速歯車４が挿入される場合があり、又
主軸発電機５が付加される場合もある。

６は機関１の排気ターボ過給機、７は空気冷却器、８は
給気管である。

ピッチ操縦レバ９にはＡＨ（前進）一杯からＮ（中立）
を経てＡｓ（後進）一杯までの目盛がある。

ピッチ操縦レバ９は外部からどの目盛位置においても、
その位置は発信器１０、信号ライン１１、受信器１２、
レバ１３を経てレバ１４を動かす。

発信器１０、信号ライン１１、受信器１２は比例動作を
伝達するもので、機械式・電気式・空気式・油圧式など
を用いうる。

レバ１３はそのレバ１３上にてスライドして支点位置を
変更できるピン１５により枢支されているが、このピン
１５の位置はレバ１６によって決められる。

ここではレバ１６が図のように左へ振り切っているとき
のピン１５の位置を基準位置とし、この時にピッチ操縦
レバ９の動きがレバ１４に正規の比で伝達されるものと
する。

レバ１４が動くと制御箱１７内の変節用サーボ機構によ
り、プロペラ３のピッチ角が変化する。

したがってピン１５が基準位置にある場合、ピンチ調整
レバ９を外部から操作すると、プロペラ３のピッチ角は
操作した位置に応じて変化するので、船の進行方向及び
速度を任意に調整することができる。

ピッチ調整レバ９は手動とは限らず、何らかの自動操作
である場合もある。

２１は燃料噴射量調整杆２２がつながれている途中に介
在せしめた弾性機構の実施の一態様として使用せられた
ばね筒であり、該調速機が内蔵するパワーピストン（図
示せず）の動きは出力レバー１９、レバー２０、ばね筒
２１を経て、燃料噴射量調整杆２２を動かし、回転速度
を所定値に保持する。

図の十矢の方向が燃料噴射量を増加させる方向である。

ばね筒２１内には燃料噴射量調整杆２２を動かすに必要
なよりも充分大きな力のばねが内蔵され、通常は一体の
リンクとしてレバ２０の動きを燃料噴射量調整杆２２へ
伝えているが、外部からそれより大きい力により燃料噴
射量調整杆２２を付記の＋矢印と反対の方向即ち噴射量
減少の方へ動かそうとするときは、内部のばねは圧縮さ
れリンクとしては伸びて、レバ２０の位置にかかわりな
く燃料噴射量調整杆２２を外力のままに噴射量減少の方
へ動かすことができる。

排気ターボ過給機６の吐出空気は空気冷却器７を経て給
気管８に至り、この給気管８内の圧力が燃焼用空気圧力
となるが、これを一般に過給空気圧力と称している。

この圧力の値は導管２３を経て過給安全装置２４に伝達
される。

過給安全装置２４は受圧ベロー乃至ダイヤフラム、リン
クレバ、及び油圧サーボモータを内蔵し、その押棒２４
−１は油圧サーボモータのパワピストンとつながってい
て過給空気圧力に対応して移動すると共に押棒２４−１
自体に逆に外力が加わっても上記の過給空気圧力に対応
して決まるべき位置に影響をうけないものとする。

そして押棒２４−１は燃料噴射量調整杆２２と対向し、
燃料噴射量調整杆２２がそのときの過給空気圧力に対し
てシリンダ内で完全燃焼を保証できる限度以上に噴射量
を増加しないように機械的に制限する。

もし調速機１８が出力レバ１９、レバ２０を通じてその
ときの過給空気圧力に対して許容しうるより多量の燃料
噴射量となるように燃料噴射量調整杆２２を＋矢の方向
に動かすと、その動きは過給安全装置２４の押棒２４−
１によって阻止され、実際の燃料噴射量調整杆２２は調
速機１８の指示する動きにかかわりなく過給空気圧力の
大きさに応じて決まる燃料噴射量の上限値に制限される
。

この場合調速機１８の指示するレバ２０の動きと実際の
燃料噴射量調整杆２２との動きの差はばね筒２１がのび
ることにより吸収される。

もつとも機関１が無負荷から全負荷に亘り定常運転（一
定の状態を持続する運転）をつづける場合は、通常必要
な燃料噴射量に対し過給空気圧力も充分高く、このよう
に燃料噴射量調整杆２２が過給安全装置２４の押棒２４
−１に接触することはない。

しかし、急に負荷が増加した場合、或いは急に回転速度
を加速する場合などのような過渡状態では、まず調速機
１８が急に燃料噴射量を増加させるが、排気ターボ過給
機６の回転速度は急には上昇せず、従って給気管８内の
過給空気圧力の立ち上りが遅れるので、増加させた燃料
噴射量に対し過給空気圧力が不足する。

また排気ターボ過給機６が故障の場合も過給空気圧力が
不足する。

これらの場合に調速機１８の指示する燃料噴射量に対し
過給安全装置２４が制限を加えるため実際の燃料噴射量
との間に差異を生じる訳である。

この過給安全装置２４の作用による差異が生じれば、そ
れはばね筒２１の伸び量となって現われる。

こうして機関１の回転速度は過給空気圧力に不足のない
限りピッチ操縦レバ９を操作してもほぼ一定に保たれる
。

しかし、このように過給空気圧力が不足しそのため過給
安全装置２４が作用して調速機１８の指示する燃料噴射
量よりも実際の燃料噴射量が少なくなるということは、
燃焼に必要な空気の量が足りないからであるとはいって
も、元来所期の回転速度保持に必要とするよりも少ない
量の燃料しか噴射させないことに違いはないので、プロ
ペラ３や主軸発電機５の負荷にくらべ機関１の出力が不
足することになり、回転速度が保持できなくなる。

例えば急にプロペラ３のピッチ角を増加させたり、荒天
時プロペラ３が波間を出入りしたり、主軸発電機５に突
発的に電気負荷がかかったりすると噴射量の制限により
回転速度が落ちるのみでなく、その回復も時間がかかり
、特に主軸発電機５の発生周波数が変動する。

本発明は上記公知例の回転速度低下の問題を改善するも
ので、図に於いて浮動レバ２５の上端は出力レバ１９、
レバ２０の上端とつながれ、かつ下端は燃料噴射量調整
杆２２とつながれている。

したがって燃料噴射量調整杆２２が過給安全装置２４の
押棒２４−１に当らない範囲では、レバ１９がレバ２０
、ばね筒２１を経て燃料噴射量調整杆２２を＋矢の方向
或いは＋矢と反対の方向のいづれに動かしても、浮動レ
バ２５はその上端と下端とが同時に互いに逆方向へ動く
ので中央のピン２６の位置は動かない。

しかし、押棒２４−１の位置は給気管８内の過給空気圧
力によって決まるので燃料噴射量調整杆２２がどこの位
置へ来た時に当るか不定である。

仮に出力レバ１９が＋矢印の方向へ動かして行く途中に
当ったとすると、当った点からレバ２５の下端は図の左
方へ動かなくなり、上端だけが右方へ動くのでピン２６
も右方へ動く。

又レバ１９が動かないままでいる時に押棒２４−１が右
方へ移動して来て燃料噴射量調整杆２２に当ってそれを
も右方へ動かしたとき、その時点からレバ２５の上端は
動かなくても下端は右へ動くので、ピン２６も右へ動く
。

即ちピン２６は、燃料噴射量調整杆２２がどの位置で押
棒２４−１に当ったかには関係なく、ただ当ることによ
り燃料噴射量調整杆２２が出力レバ１９の指示と相異し
た場合に動くことになる。

換言すれば、ただばね筒２１の伸びだけに比例して右方
へ動く。

こうして調速機１８がレバ１９を通じて回転速度を保持
するために必要な燃料噴射量を指示しても、押棒２４−
１によって実際の燃料噴射量はその指示より少ない量に
制限されるということは、機関１の側からみれば回転速
度を保持するためにはその時の過給空気圧力に相応する
燃料噴射量よりも多量の燃料噴射量が要求されるような
過大な負荷トルクがかがりオーバトルクとなったためで
あると言いうる。

このときのピン２６の右方への移動はばね筒２１の伸び
に比例し、それはオーバトルク量にも比例するから、ピ
ン２６をもつレバ２５はオーバトルク検出機構を形成す
る。

オーバトルク状態になれば回転速度は低下する。

この検出されたオーバトリク量は、上記のように、過給
安全装置２４の機械的制限により、純粋にばね筒２１が
伸びた量のみに関するものであって、伸びの発生した周
辺状況、すなわち、過給安全装置２４がどの制限位置に
セットされ、したがつてどの位置で燃料噴射量調整杆２
２がこの過給安全装置の押し棒２４−１に当ったかにつ
いてはなんらの影響も受けない。

このため、機関１の燃料噴射量が燃焼用空気圧力の大き
さに対応した燃料噴射量、すなわち、その結果としての
機関発生出力トルクが、調速機１８の速度セツチング相
当の回転速度を維持するに必要なだけの大きさになるよ
うに、調速機１８のパワーピストンの指示どおりに制御
されている限りでは、換言すれば、ばね筒２１が伸びな
いならば、中央ピン２６の位置は不動で一定であり、過
給安全装置２４はオーバトルクを検出しない。

しかし、燃料噴射量、すなわち、機関発生出力トルクの
値の如何にかかわらず、過給安全装置２４によってその
値がある値に制限され、その結果ばね筒２１が伸びたと
すれば、それは調速機１８の速度セツチング相当の回転
速度を維持するに足りるだけの燃焼用空気圧力および燃
料噴射量、すなわち、機関発生出力トルクが得られてい
ない状態、いわゆるオーバトルク状態となっていること
を意味する。

この場合、設定された回転速度を維持するに足りる機関
発生出力トルクが得られないため、プロペラ３のピッチ
角が変らなければ実際の回転速度は調速機１８の速度セ
ツチング相当値よりも低下し、その低下によりプロペラ
３の負荷トルクが制限された機関発生出力トルクと等し
くなる点まで低下すれば、そこで初めて平衡する。

発信器２７、信号ライン２８、受信器２９はピン２６の
動きをレバ１６にそのまま伝達するもので、機械式、電
気式、空気式、油圧式などを用いつる。

ピン２６は上述のようにオーバトルクでなければ不動で
あり、オーバトルクになればオーバトルク量に比例して
右方へ移動する。

そのピン２６の動きはレバ１６に対し、オーバトルクで
ないときはレバ１６を左方へ振り切らせてピン１５を基
準位置におき、ピッチ操縦レバ９の動きをレバ１４に正
規の比で伝達させるが、オーバトルクになればオーバト
ルクに応じてレバ１６を右方へ振らせてビン１５を右方
へ移動させる。

ピン１５がレバ１３上を右へ移動すれば、受信器１２が
Ｎの位置にあるときはレバ１４もＮにあることに変りな
いが、ＡＨ寄り或いはＡｓ寄りであるときは、レバ１４
はビン１５の右方への移動と共に何れもＮの方へずれて
行く。

つまりピッチ操縦レバ９の設定ピッチに対し、オーバト
ルク量が増す程レバ１４の位置即ち実ピッチは減少する
よう修正される。

ここで、レバ１６とレバ１６の下端にあってレバ１３上
をスライドできるピン１５は、発信器２７、信号ライン
２８、受信器２９と共にオーバトルク検出機構の検出し
たオーバトルク量に対応して外部からのピッチ角設定値
を減少さすよう修正してプロペラに伝えるピッチ修正機
構を形成する。

機関１を運転して、給気管８内の過給空気圧力が機関負
荷に対し正常（充分）である場合、過給安全装置２４の
押棒２４−１は図の左方へ移動して燃料噴射量調整杆２
２に接触せず、実際の燃料噴射量は調速機１８の指示す
る通りであるから、回転速度は保持されている。

機関１はオーバトルク状態でないからピン２６は不動で
レバ１６は左方へ振り切りピン１５は基準位置にあって
プロペラ３の実ピッチはピッチ調整ハンドル９からレバ
１４迄の伝達レバ比が正規であるため、ピッチ調整ハン
ドル９の指示する通りとなって回転している。

今急にプロペラ３又は主軸発電機５の負荷が増加したと
すると調速機１８は僅かの回転速度低下を感知して、出
力レバ１９、レバ２０、ばね筒２１を経て燃料噴射量調
整杆２２を十矢の燃料噴射量増加方向へ動かすが、過給
機６の回転速度がまだ低く、従って給気管８内の過給空
気圧力が低いため、それに応じて過給安全装置２４の押
棒２４−１が図の右方へ寄っているので、増加方向に動
こうとした燃料噴射量調整杆２２の動きは制限され、こ
うして燃料噴射量調整杆２２は調速機１８の指示通り動
かず、その差はばね筒２１がのびることにより吸収され
る。

換言すれば急に負荷が増加しても過給空気圧力が増加し
た負荷に対し充分な値となっていないため実際の燃料噴
射量は調速機１８の指示するよりも、過給空気安全装置
２４の為に過給空気圧力に応じた量に制限される。

この状態は機関１からみれば、その時点における過給空
気圧力に対応して発生しうる以上の負荷がかかつて生じ
たオーバトルク状態である。

このままでは回転速度はオーバトルクのため持ちこたえ
られず更に低下して行くことになる。

ここで本発明による装置が働いて回転速度の低下をくい
とめる。

即ち押棒２４−１により燃料噴射量調整杆２２の動きが
制限されてばね筒がのびると、レバ２５の上端が図の右
方へ動いても下端は左方へ動かず、従ってビン２６は不
動の位置より右方へ移動する。

即ちオーバトルク量としてとり出す。ピン２６が右方へ
移動するとその動きは発信器２７、信号ライン２８、受
信器２９を経て、左へ振り切っていたレバ１６へ伝えら
れ、ピン１５を右方へ動かす。

するとピッチ調整レバ９から発信器１０、信号ライン１
１を経て受信器１２に設定されたピッチ角がＡＨ或いは
Ａｓ寄りであるときは、ピン１５の右方への移動に応じ
てレバ１３の支点が寄ることにより、レバ１４の位置が
何れもＡＨ或いはＡｓ寄りからＮに近づくよう修正され
る。

即ちレバ２５上のピン２６にて検出されたオーバトルク
量は、発信器２７、信号ライン２８、受信器２９、レバ
１６、ピン１５より成るピッチ修正機構により、外部か
らの設定によるピッチ角に対し実際のピッチ角を減少す
るよう修正するのでプロペラ３の吸収トルク（負荷トル
ク）は減少し、回転速度の低下はくいとめられる。

そのうちに排気ターボ過給機６の回転速度が、さきに燃
料噴射量調整杆２２が押棒２４−１に当る迄に増加させ
た燃料噴射量により加速され、給気管８内の過給空気圧
力が増加すると、それに応じ押棒２４−１も＋矢の方向
に移動して燃料噴射量調整杆２２を更に噴射量増加を許
すのでレバ２５下端は図の左方に移動し、ピン２６を左
方へ動かし、もとの不動点へ戻す。

これとともにレバ１６も左へ移動し、ピン１５は基準位
置へ戻るので、ピッチ角の修正量は解消して実ピッチ角
はピッチ操縦レバ９の設定値通りとなる。

こうして加速又は負荷増加時、過給機の負荷追従おくれ
により過給空気圧力の立ち上りがおくれるときは、機関
が新しい負荷に応じた過給空気圧力のもとにその負荷を
になえる出力を発生しうる迄、一時的にプロペラのピッ
チ角を修正してプロペラの吸収動力を低減させて回転速
度が低下しないようにする。

本発明は上記のような加速又は負荷増加時の一時的ピン
チ修正のみでなく、過給機故障時のように過給空気圧力
が連続的に不足するときでも不足した過給空気圧力に応
じてピッチ角を連続的に低減し回転速度を保持する。

上記の説明においてオーバトルク検出機構及びプロペラ
ピッチ角修正機構は機械的なリンク・レバ方式で示した
が、例えばこれを電気的に行なっても同効である。

本発明は以上述べた通り、実際の燃料噴射量は定常運転
時たると過渡変化時たるとを問わず、燃焼用空気圧力に
応じた量に制限して排気ガスの発煙・過熱を防止しなが
ら回転速度を保持し、軸発電機の発生周波数の低下を防
止する効果がある。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例に対する解説的系統図である。 １……機関、２……主軸系、３……プロペラ、４……減
速歯車、５……主軸発電機、６……排気ターボ過給機、
７……空気冷却器、８……給気管、９……ピッチ操縦レ
バ、１０……発信器、１１……信号ライン、１２……受
信器、１３……レバ、１４……レバ、１５……ピン、１
６……レバ、１７……制御箱、１８……調速機、１９…
…出力レバ，２０……レバ、２１……ばね筒、２２……
燃料噴射量調整杆、２３……導管、２４……過給安全装
置、２４−１……（過給安全装置の）押棒、２５……浮
動レバ、２６……ビン、２７……発信器、２８……信号
ライン、２９……受信器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 調速機により動かされる燃料噴射量調整杆がそのと
   きの燃焼用空気圧力の値に対応する限度以上に燃料噴射
   量を増加させるのを機械的に制限する過給安全装置、こ
   の過給安全装置の制限作用時に該調速機の指示する動き
   と該燃料噴射量調整杆の実際の動きとの差を吸収するば
   ね筒、このばね筒の吸収した上記動きの差をオーバトル
   ク量として検知するオーバトルク検知機構、ならびにオ
   ーバトルク量の発生している間だけこのオーバトルク検
   知量に対応して、外部からのプロペラピッチ角設定値を
   該オーバトルク量に比例して減少するよう修正して可変
   ピッチプロペラに伝えるピッチ修正機構を具えたことを
   特徴とする、燃焼用空気圧力不足時でも回転速度を保つ
   可変ピッチプロペラ付原動機関の操縦装置。