船舶のエンジン制御装置および方法
【課題】船舶の主機回転数を一定とする制御において、操舵による燃費の悪化を防止する。
【解決手段】制御対象１０の船舶主機の回転数Ｎｅをフィードバックして、目標回転数Ｎｏとの偏差を求め制御部１１に入力する。制御部１１においてＰＩＤ演算を行い、主機回転数Ｎｅを目標回転数Ｎｏに維持する。制御対象１０において舵角を検出する。演算部１２において検出される舵角に基づいてガバナ指令の補正量を算出する。算出された補正量に基づいてガバナ指令を補正する。補正は検出された舵角が大きいほどガバナ指令を大きい値とする。
【解決手段】制御対象１０の船舶主機の回転数Ｎｅをフィードバックして、目標回転数Ｎｏとの偏差を求め制御部１１に入力する。制御部１１においてＰＩＤ演算を行い、主機回転数Ｎｅを目標回転数Ｎｏに維持する。制御対象１０において舵角を検出する。演算部１２において検出される舵角に基づいてガバナ指令の補正量を算出する。算出された補正量に基づいてガバナ指令を補正する。補正は検出された舵角が大きいほどガバナ指令を大きい値とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶の主機回転数を一定の目標回転数に維持するエンジン制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶では、プロペラ回転数（主機回転数）を一定値に維持する回転数一定制御が広く採用される。すなわち船舶主機のガバナ制御では、ＰＩＤ制御により実回転数が目標回転数に維持される。また、レーシング時における過回転を防止するために機関のシミュレーションモデルに基づきＰＩＤ制御パラメータを変更する構成も知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２００１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の回転数一定制御では、操舵による船体抵抗の増大を考慮したものはなく、舵を切った際に船体抵抗の変動により主機回転数が変動し燃費が悪化すると言う問題がある。
【０００５】
本発明は、船舶の主機回転数を一定とする制御において、操舵による燃費の悪化を防止することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の船舶のエンジン制御装置は、舵角に関わる舵角情報を検出する検出手段と、舵角情報に基づき主機の回転数の変動を予測し、燃料供給量を補正して変動を防止する補正手段とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
舵角情報には、例えば舵角またはその角速度が含まれる。補正手段は、例えば角速度が大きいほど燃料供給量を増大する補正を行う。また、補正手段は、例えば舵角が大きいほど燃料供給量を増大する補正を行う。
【０００８】
例えば上記補正において、主機の操作端に出力されるガバナ指令が直接補正される。また例えば主機の操作端に出力されるガバナ指令が制御部におけるＰＩＤ演算により求められ、上記補正によりＰＩＤ演算のＰゲインまたはＤゲインが変更される。
【０００９】
本発明の船舶は、上記エンジン制御装置を備えたことを特徴としている。
【００１０】
本発明の船舶のエンジン制御方法は、舵角に関わる舵角情報を検出し、舵角情報に基づき主機の回転数の変動を予測し燃料供給量を補正して変動を防止することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、船舶の主機回転数を一定とする制御において、操舵による燃費の悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態のエンジン制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第２実施形態のエンジン制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態におけるエンジン制御装置の構成を示す制御ブロック図である。
【００１４】
図１において、制御対象１０はプロペラに連結された主機（図示せず）および舵（図示せず）を含む船体の推進に関わる主要な機関である。主機のガバナ制御は、例えばＰＩＤ制御による回転数一定制御であり、目標回転数Ｎｏは操縦者により設定される。主機（図示せず）にはエンジン回転数を検出するためのセンサが設けられ、実回転数Ｎｅが検出される。実回転数Ｎｅは、入力側にフィードバックされ、目標回転数Ｎｏとの偏差が取られ、ＰＩＤ演算を行う制御部１１に入力される。
【００１５】
制御部１１からは、ＰＩＤ演算で得られたガバナ指令が制御対象１０の主機の操作端に出力され、主機への燃料供給量が制御される。また、制御対象１０には、舵角かつ／またはその角速度を検出するセンサが設けられ、舵角に関わる情報（舵角かつ／またはその角速度）は演算部１２においてガバナ指令の補正量に変換される。
【００１６】
舵を切った際、一般に船体抵抗は増大し、これに伴って主機の実回転数Ｎｅは低下する。また、船体抵抗の増大による実回転数Ｎｅの変動（減速）幅は、船体抵抗の増大速度が速いほど大きい。船体抵抗の増大は、舵自身の抵抗増加によるものと斜航する船体の抵抗増加によるものとに分けられる。舵を切った直後には、船体は直進を続け舵自身の抵抗のみが増大するため船体抵抗の増大速度は相対的に小さい。一方、船体が旋回し始めると斜航船体による抵抗が発生し船体抵抗の増大速度は相対的に大きくなるが、舵による抵抗は若干低下する。また、旋回の角加速度が大きいと斜航によるの抵抗は増大し、旋回の角速度が一定になると、船体抵抗は一定になる。
【００１７】
すなわち、舵を切ってから船体抵抗が大きく増大するまでには遅れがあるため、第１実施形態では、舵角などの情報から船体抵抗の増大を予測し、演算部１２においてガバナ指令の補正量を算出して燃料供給量の補正を行う。
【００１８】
次に演算部１２における基本的なガバナ指令の補正の方法について説明する。第１の方法は、舵の角速度が大きいほど、ガバナ指令の補正量を増大し、燃料供給量を増大するものである。これは、舵の角速度が大きいと、より短時間で船体抵抗が増加するので（増大速度大）、実回転数Ｎｅのより大きな低減が予測されるためである。
【００１９】
また、第２の方法は、舵角が大きいほど、ガバナ指令の補正量を増大し、燃料供給量を増大するものである。すなわち、舵角が大きいときには、旋回半径が小さくなるため旋回の角加速度がより大きくなり、船体抵抗の急激な増大が予測され、実回転数Ｎｅの大幅な低下が予測されるためである。
【００２０】
なお、上記第１および第２の方法は、単独で利用することも可能であるが、組み合わせて利用することもできる。
【００２１】
また、補正量を増大するタイミングは、舵を切った時から少し遅れた、旋回が開始されるタイミングであり、このタイミングは船形や船の質量（積荷を含む）など、船体の慣性を考慮して決められる。
【００２２】
一例としては、舵角θ、舵角速度ω、船体質量（積苛を含む）Ｍ、ｎ個の船体形状パラメータαｉを含むパラメータ、あるいはその一部のパラメータ（少なくともθまたはωは含む）に基づき時間ｔに関する船体抵抗ｆ（ｔ；θ，ω，Ｍ，αｉ）をシミュレーション（例えばＭＭＧモデル等を利用）や実験等を用いて求め、その導関数（ｄｆ／ｄｔ）に相関させて補正量を算出する。この場合、演算部１２では近似式やメモリ（図示せず）に記憶されたルックアップテーブルなどを用いて補正量が算出される。
【００２３】
以上のように、第１実施形態によれば、舵を切った際に、舵角やその角速度から主機実回転数の低下を予測し、燃料供給量を予め増大させることで実回転数の変動を防止し、燃料消費を抑えることができる。
【００２４】
なお、第１実施形態では、ガバナ指令を直接補正したが、演算部による補正を回転数偏差に施す形式であってもよい。
【００２５】
次に図２を参照して、本発明の第２実施形態のエンジン制御装置について説明する。なお、図２は、第２実施形態のエンジン制御装置の構成を示す制御ブロック図である。
【００２６】
第１実施形態では、舵角や舵の角速度に基づいてガバナ指令が直接補正されたが、第２実施形態のエンジン制御装置では、制御部１１のゲインが演算部１３により変更される。なお、それ以外の構成は第１実施形態と同様である。
【００２７】
第２実施形態では、制御部１１のＰＩＤ演算におけるＰ、Ｄのゲインを第１実施形態の第１、第２の方法に対応する第３、第４の方法で変更する。すなわち、第３の方法では、舵の角速度がより大きいときにＰのゲインおよび／またはＤのゲインをより大きくし、回転数変動に対して敏感な制御を行う。また第４の方法では、舵角がより大きいときにＰのゲインおよび／またはＤのゲインをより大きく設定する。
【００２８】
以上のように、第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１実施形態で説明された各構成は、技術的に矛盾しない限りにおいて第２実施形態においても適用できる。
【００２９】
なお、制御部には、ＰＩＤ制御に限らず、現代制御理論、適用制御、学習制御等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１０ 制御対象
１１ 制御部（ＰＩＤ演算部）
１２ 演算部
１３ 演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶の主機回転数を一定の目標回転数に維持するエンジン制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶では、プロペラ回転数（主機回転数）を一定値に維持する回転数一定制御が広く採用される。すなわち船舶主機のガバナ制御では、ＰＩＤ制御により実回転数が目標回転数に維持される。また、レーシング時における過回転を防止するために機関のシミュレーションモデルに基づきＰＩＤ制御パラメータを変更する構成も知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２００１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の回転数一定制御では、操舵による船体抵抗の増大を考慮したものはなく、舵を切った際に船体抵抗の変動により主機回転数が変動し燃費が悪化すると言う問題がある。
【０００５】
本発明は、船舶の主機回転数を一定とする制御において、操舵による燃費の悪化を防止することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の船舶のエンジン制御装置は、舵角に関わる舵角情報を検出する検出手段と、舵角情報に基づき主機の回転数の変動を予測し、燃料供給量を補正して変動を防止する補正手段とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
舵角情報には、例えば舵角またはその角速度が含まれる。補正手段は、例えば角速度が大きいほど燃料供給量を増大する補正を行う。また、補正手段は、例えば舵角が大きいほど燃料供給量を増大する補正を行う。
【０００８】
例えば上記補正において、主機の操作端に出力されるガバナ指令が直接補正される。また例えば主機の操作端に出力されるガバナ指令が制御部におけるＰＩＤ演算により求められ、上記補正によりＰＩＤ演算のＰゲインまたはＤゲインが変更される。
【０００９】
本発明の船舶は、上記エンジン制御装置を備えたことを特徴としている。
【００１０】
本発明の船舶のエンジン制御方法は、舵角に関わる舵角情報を検出し、舵角情報に基づき主機の回転数の変動を予測し燃料供給量を補正して変動を防止することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、船舶の主機回転数を一定とする制御において、操舵による燃費の悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態のエンジン制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第２実施形態のエンジン制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態におけるエンジン制御装置の構成を示す制御ブロック図である。
【００１４】
図１において、制御対象１０はプロペラに連結された主機（図示せず）および舵（図示せず）を含む船体の推進に関わる主要な機関である。主機のガバナ制御は、例えばＰＩＤ制御による回転数一定制御であり、目標回転数Ｎｏは操縦者により設定される。主機（図示せず）にはエンジン回転数を検出するためのセンサが設けられ、実回転数Ｎｅが検出される。実回転数Ｎｅは、入力側にフィードバックされ、目標回転数Ｎｏとの偏差が取られ、ＰＩＤ演算を行う制御部１１に入力される。
【００１５】
制御部１１からは、ＰＩＤ演算で得られたガバナ指令が制御対象１０の主機の操作端に出力され、主機への燃料供給量が制御される。また、制御対象１０には、舵角かつ／またはその角速度を検出するセンサが設けられ、舵角に関わる情報（舵角かつ／またはその角速度）は演算部１２においてガバナ指令の補正量に変換される。
【００１６】
舵を切った際、一般に船体抵抗は増大し、これに伴って主機の実回転数Ｎｅは低下する。また、船体抵抗の増大による実回転数Ｎｅの変動（減速）幅は、船体抵抗の増大速度が速いほど大きい。船体抵抗の増大は、舵自身の抵抗増加によるものと斜航する船体の抵抗増加によるものとに分けられる。舵を切った直後には、船体は直進を続け舵自身の抵抗のみが増大するため船体抵抗の増大速度は相対的に小さい。一方、船体が旋回し始めると斜航船体による抵抗が発生し船体抵抗の増大速度は相対的に大きくなるが、舵による抵抗は若干低下する。また、旋回の角加速度が大きいと斜航によるの抵抗は増大し、旋回の角速度が一定になると、船体抵抗は一定になる。
【００１７】
すなわち、舵を切ってから船体抵抗が大きく増大するまでには遅れがあるため、第１実施形態では、舵角などの情報から船体抵抗の増大を予測し、演算部１２においてガバナ指令の補正量を算出して燃料供給量の補正を行う。
【００１８】
次に演算部１２における基本的なガバナ指令の補正の方法について説明する。第１の方法は、舵の角速度が大きいほど、ガバナ指令の補正量を増大し、燃料供給量を増大するものである。これは、舵の角速度が大きいと、より短時間で船体抵抗が増加するので（増大速度大）、実回転数Ｎｅのより大きな低減が予測されるためである。
【００１９】
また、第２の方法は、舵角が大きいほど、ガバナ指令の補正量を増大し、燃料供給量を増大するものである。すなわち、舵角が大きいときには、旋回半径が小さくなるため旋回の角加速度がより大きくなり、船体抵抗の急激な増大が予測され、実回転数Ｎｅの大幅な低下が予測されるためである。
【００２０】
なお、上記第１および第２の方法は、単独で利用することも可能であるが、組み合わせて利用することもできる。
【００２１】
また、補正量を増大するタイミングは、舵を切った時から少し遅れた、旋回が開始されるタイミングであり、このタイミングは船形や船の質量（積荷を含む）など、船体の慣性を考慮して決められる。
【００２２】
一例としては、舵角θ、舵角速度ω、船体質量（積苛を含む）Ｍ、ｎ個の船体形状パラメータαｉを含むパラメータ、あるいはその一部のパラメータ（少なくともθまたはωは含む）に基づき時間ｔに関する船体抵抗ｆ（ｔ；θ，ω，Ｍ，αｉ）をシミュレーション（例えばＭＭＧモデル等を利用）や実験等を用いて求め、その導関数（ｄｆ／ｄｔ）に相関させて補正量を算出する。この場合、演算部１２では近似式やメモリ（図示せず）に記憶されたルックアップテーブルなどを用いて補正量が算出される。
【００２３】
以上のように、第１実施形態によれば、舵を切った際に、舵角やその角速度から主機実回転数の低下を予測し、燃料供給量を予め増大させることで実回転数の変動を防止し、燃料消費を抑えることができる。
【００２４】
なお、第１実施形態では、ガバナ指令を直接補正したが、演算部による補正を回転数偏差に施す形式であってもよい。
【００２５】
次に図２を参照して、本発明の第２実施形態のエンジン制御装置について説明する。なお、図２は、第２実施形態のエンジン制御装置の構成を示す制御ブロック図である。
【００２６】
第１実施形態では、舵角や舵の角速度に基づいてガバナ指令が直接補正されたが、第２実施形態のエンジン制御装置では、制御部１１のゲインが演算部１３により変更される。なお、それ以外の構成は第１実施形態と同様である。
【００２７】
第２実施形態では、制御部１１のＰＩＤ演算におけるＰ、Ｄのゲインを第１実施形態の第１、第２の方法に対応する第３、第４の方法で変更する。すなわち、第３の方法では、舵の角速度がより大きいときにＰのゲインおよび／またはＤのゲインをより大きくし、回転数変動に対して敏感な制御を行う。また第４の方法では、舵角がより大きいときにＰのゲインおよび／またはＤのゲインをより大きく設定する。
【００２８】
以上のように、第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１実施形態で説明された各構成は、技術的に矛盾しない限りにおいて第２実施形態においても適用できる。
【００２９】
なお、制御部には、ＰＩＤ制御に限らず、現代制御理論、適用制御、学習制御等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１０ 制御対象
１１ 制御部（ＰＩＤ演算部）
１２ 演算部
１３ 演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
舵角に関わる舵角情報を検出する検出手段と、
前記舵角情報に基づき主機の回転数の変動を予測し、燃料供給量を補正して前記変動を防止する補正手段と
を備えることを特徴とする船舶のエンジン制御装置。
【請求項２】
前記舵角情報に、前記舵角またはその角速度が含まれることを特徴とする請求項１に記載の船舶のエンジン制御装置。
【請求項３】
前記補正手段は、前記角速度が大きいほど前記燃料供給量を増大する補正を行うことを特徴とする請求項２に記載の船舶のエンジン制御装置。
【請求項４】
前記補正手段は、前記舵角が大きいほど前記燃料供給量を増大する補正を行うことを特徴とする請求項２または３の何れか一項に記載の船舶のエンジン制御装置。
【請求項５】
前記補正において、前記主機の操作端に出力されるガバナ指令が直接補正されることを特徴とする請求項３または４の何れか一項に記載の船舶のエンジン制御装置。
【請求項６】
前記主機の操作端に出力されるガバナ指令が制御部におけるＰＩＤ演算により求められ、前記補正により前記ＰＩＤ演算のＰゲインまたはＤゲインが変更されることを特徴とする請求項３または４の何れか一項に記載の船舶のエンジン制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載のエンジン制御装置を備えることを特徴とする船舶。
【請求項８】
舵角に関わる舵角情報を検出し、前記舵角情報に基づき主機の回転数の変動を予測し燃料供給量を補正して前記変動を防止することを特徴とする船舶のエンジン制御方法。
【請求項１】
舵角に関わる舵角情報を検出する検出手段と、
前記舵角情報に基づき主機の回転数の変動を予測し、燃料供給量を補正して前記変動を防止する補正手段と
を備えることを特徴とする船舶のエンジン制御装置。
【請求項２】
前記舵角情報に、前記舵角またはその角速度が含まれることを特徴とする請求項１に記載の船舶のエンジン制御装置。
【請求項３】
前記補正手段は、前記角速度が大きいほど前記燃料供給量を増大する補正を行うことを特徴とする請求項２に記載の船舶のエンジン制御装置。
【請求項４】
前記補正手段は、前記舵角が大きいほど前記燃料供給量を増大する補正を行うことを特徴とする請求項２または３の何れか一項に記載の船舶のエンジン制御装置。
【請求項５】
前記補正において、前記主機の操作端に出力されるガバナ指令が直接補正されることを特徴とする請求項３または４の何れか一項に記載の船舶のエンジン制御装置。
【請求項６】
前記主機の操作端に出力されるガバナ指令が制御部におけるＰＩＤ演算により求められ、前記補正により前記ＰＩＤ演算のＰゲインまたはＤゲインが変更されることを特徴とする請求項３または４の何れか一項に記載の船舶のエンジン制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載のエンジン制御装置を備えることを特徴とする船舶。
【請求項８】
舵角に関わる舵角情報を検出し、前記舵角情報に基づき主機の回転数の変動を予測し燃料供給量を補正して前記変動を防止することを特徴とする船舶のエンジン制御方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−７７６４８（Ｐ２０１２−７７６４８Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２２０８０（Ｐ２０１０−２２２０８０）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
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