JP2021113507A - 燃料供給制御装置、燃料供給制御方法および燃料供給制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】船舶の燃費を向上する。【解決手段】燃料供給制御装置１は、船舶の舵角情報と機関への燃料供給量との少なくとも１つに基づいて操舵が当て舵であるか否かを判定する当て舵判定部１０と、当て舵判定部１０が当該操舵が当て舵であると判定した場合、当て舵でない場合と比べて燃料供給量の変動を抑制する燃料供給制御部１１とを備える。燃料供給制御方法は、船舶の舵角情報と機関への燃料供給量との少なくとも１つに基づいて操舵が当て舵であるか否かを判定する当て舵判定ステップＳ１と、当該操舵が当て舵であると判定された場合、当て舵でない場合と比べて燃料供給量の変動を抑制する燃料供給制御ステップＳ２とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料供給制御装置、および燃料供給制御方法および燃料供給制御プログラムに関する。

近年、予め設定された航路上での自動航行を可能とする船舶のオートパイロット化が進んでいる。オートパイロットを含む通常航行中は機関の回転数を一定に保つため、機関の負荷に応じた燃料供給量の自動制御が行われる（例えば特許文献１参照）。

特開２０１２／７７６４８号

船舶の機関は通常回転数を一定に保つ制御が広く行われる。例えば舵を切ったとき、舵や船体全体が水から受ける抵抗が増す。これに伴い機関の負荷が増加し、回転数が低下する。従って舵が切られたときは、機関への燃料供給量を増加する制御が行われる。これにより機関の出力が上昇し、回転数は一定に保たれる。

以下、船を操舵したときの舵の中央位置からの角度を「舵角」と呼ぶ。一般に船の操舵には、定められた航路を航行するための針路変更を目的にされるものと、潮流や風などが原因で正しい針路から外れたときにこれを修正する目的で一時的にされるものとがある。後者は前者に比べ、（１）舵角が小さい、（２）舵が切られている時間が短い、（３）舵角の変化速度が速い、（４）切ると戻すとが周期的に繰り返される、といった特徴がある。以下、後者、すなわち船が正しい針路から外れたときにこれを修正して正しい針路に戻すための一時的な操舵を「当て舵」と呼ぶ。

当て舵には上記の特徴があるため、当て舵が切られても機関の回転数は大きく低下しない。また機関の回転数が低下しても、比較的短時間で回復する。従って当て舵に対しては燃料供給量の増加を抑制しても、機関の効率は大きな影響を受けない。逆に当て舵が切られるたびに必要以上に燃料供給量を増加すると、かえって燃費が低下してしまう。

特許文献１に記載のエンジン制御装置は、舵角の情報に基づいて機関の回転数の変動を予測し、燃料供給量を補正して回転数の変動を防止している。しかしながらこの技術では、当て舵であるか否かに基づいて燃料供給量を調整する制御は行っていない。

本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、船舶の燃費を向上することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の燃料供給制御装置は、船舶の舵角情報と機関への燃料供給量との少なくとも１つに基づいて操舵が当て舵であるか否かを判定する当て舵判定部と、当て舵判定部が当該操舵が当て舵であると判定した場合に当て舵でない場合と比べて燃料供給量の変動を抑制する燃料供給制御部とを備える。ここで、舵を切り始めてから船舶が正しい針路に戻るまでの間に発生した燃料供給量の増減を「燃料供給量の変動」と呼ぶ（以下同様）。

本発明の別の態様は、燃料供給制御方法である。この方法は、船舶の舵角情報と機関への燃料供給量との少なくとも１つに基づいて操舵が当て舵であるか否かを判定する当て舵判定ステップと、当該操舵が当て舵であると判定された場合に当て舵でない場合と比べて燃料供給量の変動を抑制する燃料供給制御ステップとを備える。

本発明のさらに別の態様は、燃料供給制御プログラムである。このプログラムは、船舶の舵角情報と機関への燃料供給量とを含む情報基づいて操舵が当て舵であるか否かを判定する当て舵判定ステップと、当該操舵が当て舵であると判定された場合に当て舵でない場合と比べて燃料供給量の変動を抑制する燃料供給制御ステップとを備える燃料供給制御をコンピュータに実行させる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、船舶の燃費を向上することができる。

第１および第２実施形態に係る燃料供給制御装置の構成を示すブロック図である。 第３および第４実施形態に係る燃料供給制御装置の構成を示すブロック図である。 第５実施形態に係る燃料供給制御方法のフロー図である。 第６実施形態に係る燃料供給制御方法のフロー図である。

以下、本発明を好適な実施の形態を基に図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料供給制御装置１の構成を示すブロック図である。燃料供給制御装置１には、燃料噴射システムや機関などの制御対象１２が接続される。燃料供給制御装置１は、当て舵判定部１０と、燃料供給制御部１１とを備える。

以下、舵角に関する情報、例えば舵角の大きさ、舵が切られている時間、舵角の変化速度、舵角の周期的変化などを「舵角情報」と呼ぶ。当て舵判定部１０には、舵角情報と、制御対象１２への燃料供給量とが入力される。

当て舵判定部１０は、入力された舵角情報と、制御対象１２への燃料供給量との少なくとも１つに基づいて、操舵が当て舵であるか否かを判定する。当て舵判定部１０は、判定結果を燃料供給制御部１１に出力する。

例えば当て舵判定部１０は、（１）舵角の大きさが所定の値より小さい、（２）舵が切られている時間が所定の値より短い、（３）舵角の変化速度が所定の値より速い、（４）舵角が所定の回数より多く周期的に変化する、といった場合に操舵が当て舵であると判定する。

操舵が当て舵であった場合は、燃料供給制御による燃料供給量の変動は比較的小さい。従って当て舵判定部１０は、燃料供給量の変動が所定の値より小さい場合に操舵が当て舵であると判定することもできる。

以下、予め設定された機関の回転数を「設定回転数」、機関の実際の回転数を「実回転数」、設定回転数と実回転数との差を「回転数偏差」と呼ぶ。燃料供給制御部１１には、回転数偏差と、当て舵判定部１０の判定結果とが入力される。燃料供給制御部１１は、回転数偏差と、当て舵判定部１０からの判定結果とに基づいて燃料供給量を決定する。具体的には燃料供給制御部１１は、燃料供給量を変動させることにより回転数偏差の絶対値が低減するように燃料供給量を決定する。燃料供給制御部１１は、決定した燃料供給量を制御対象１２に出力する。

ここで燃料供給制御部１１は、当て舵判定部１０から入力された判定結果が当て舵であった場合に、当て舵でない場合と比べて燃料供給量の変動を抑制する。例えば燃料供給量の制御がＰＩＤ制御により行われる場合、燃料供給制御部１１は、当て舵でない場合と比べてＰＩＤ制御のゲインを低下させることにより、燃料供給量の変動を抑制する。

制御対象１２は、燃料供給制御部１１から入力された燃料供給量により実回転数で動作する。制御対象１２は、実回転数を燃料供給制御部１１の入力側にフィードバックする。フィードバックされた実回転数が設定回転数から減算されることにより回転数偏差が求められる。前述のようにこの回転数偏差が燃料供給制御部１１に入力される。

本実施形態によれば、操舵が当て舵である場合に燃料供給量の変動が抑制されるので、船舶の燃費を向上することができる。

［第２実施形態］
図１は、本発明の第２実施形態に係る燃料供給制御装置１の構成を示すブロック図である。第２実施形態の燃料供給制御装置１の燃料供給制御部１１は、当て舵判定部１０により当該操舵が当て舵であると判定された場合に、舵角が小さいほど燃料供給量の増加をより強く抑制する。その他の構成と動作は、第１実施形態の燃料供給制御装置１の構成と共通である。例えば燃料供給量の制御がＰＩＤ制御により行われる場合、燃料供給制御部１１は、舵角が大きな当て舵の場合と比べてＰＩＤ制御のゲインをより大きく低下させることにより、燃料供給量の変動を強く抑制する。

舵が切られたときの舵角が小さいほど機関が受ける負荷は小さい。従って舵角が小さいときに燃料供給量の変動をより強く抑制しても、機関の効率は大きな影響を受けない。このとき燃料供給量の変動をより強く抑制したことにより、燃料消費はより大きく低減される。

本実施形態によれば、操舵が当て舵の場合の燃料供給制御をより精密に行うので、船舶の燃費をさらに向上させることができる。

［第３実施形態］
図２は、本発明の第３実施形態に係る燃料供給制御装置２の構成を示すブロック図である。燃料供給制御装置２は、図１の燃料供給制御装置１の構成に加えて、作動条件判断部１３を備える。

当て舵判定部１０には、舵角情報と、制御対象１２への燃料供給量とが入力される。当て舵判定部１０は、入力された舵角情報と、制御対象１２への燃料供給量との少なくとも１つに基づいて、操舵が当て舵であるか否かを判定する。当て舵判定部１０は、判定結果を燃料供給制御部１１に出力する。

作動条件判断部１３には、設定回転数と、回転数偏差と、制御対象１２への燃料供給量とが入力される。作動条件判断部１３は、設定回転数、実回転数、回転数偏差および燃料供給量のうち少なくとも１つが所定条件を満たしているか否かを判断する。作動条件判断部１３は、判断結果を燃料供給制御部１１に出力する。

船舶の機関は、安全上一定の回転数以上で動作することが好ましい。従って設定回転数または実回転数が所定の値より小さい場合は、操舵が当て舵であっても、燃料供給量を増加する方向の制御は抑制しないことが好ましい。従って作動条件判断部１３は、例えば設定回転数または実回転数が所定の値以上である場合に、当該所定条件を満たすと判断する。

航行上、実回転数が設定回転数から大きくずれることは好ましくない。すなわち回転数偏差の絶対値は一定の値以下であることが好ましい。従って回転数偏差の絶対値が所定の値より大きい場合は、操舵が当て舵であっても、燃料供給量を増加する方向の制御は抑制しないことが好ましい。従って作動条件判断部１３は、例えば回転数偏差数の絶対値が所定の値以下である場合に、当該所定条件を満たすと判断する。

燃料供給制御部１１には、回転数偏差と、当て舵判定部１０の判定結果と、作動条件判断部１３の判断結果とが入力される。燃料供給制御部１１は、回転数偏差と、当て舵判定部１０からの判定結果と、作動条件判断部１３からの判断結果とに基づいて燃料供給量を決定する。具体的には燃料供給制御部１１は、燃料供給量を変動させることにより回転数偏差の絶対値が低減するように燃料供給量を決定する。燃料供給制御部１１は、決定した燃料供給量を制御対象１２に出力する。

ここで燃料供給制御部１１は、当て舵判定部１０が操舵が当て舵であると判断し、かつ作動条件判断部１３が所定条件を満たしていると判断した場合のみに、当て舵でない場合と比べて燃料供給量の変動を抑制する。

本実施形態によれば、作動条件判断部１３が適切な作動判断をするので、安全や航行に不都合をもたらすことなく、船舶の燃費を向上することができる。

［第４実施形態］
図２は、本発明の第４実施形態に係る燃料供給制御装置２の構成を示すブロック図である。第４実施形態の燃料供給制御装置２の作動条件判断部１３は、実回転数が低下し燃料供給量が増加している場合のみに所定条件を満たすと判断する。その他の構成と動作は、第３実施形態の燃料供給制御装置２の構成と共通である。

前述のように燃料供給制御部１１は、燃料供給量を変動させることにより回転数偏差の絶対値が低減するように燃料供給量を決定する。例えば実回転数が低下しているときは機関の負荷が増加しているので、燃料供給制御部１１は燃料供給量を増加させる制御を行う。逆に実回転数が上昇しているときは機関の負荷が減少しているので、燃料供給制御部１１は燃料供給量を減少させる制御を行う。

操舵が当て舵であったとき、燃料供給量を増加させる方向の制御を抑制することは、燃費向上のために好ましい。逆に燃料供給量を減少させる方向の制御を抑制することは、かえって燃費の悪化を招くため好ましくない。

本実施形態によれば、作動条件判断部１３の判断基準が適切に特定されるので、船舶の燃費をより確実に向上することができる。

［第５実施形態］
図３は第５実施形態に係る燃料供給制御方法のフロー図である。本方法は、当て舵判定ステップＳ１と、燃料供給制御ステップＳ２とを備える。

当て舵判定ステップＳ１で本方法は、船舶の舵角情報と機関への燃料供給量との少なくとも１つに基づいて操舵が当て舵であるか否かを判定する。

例えば当て舵判定ステップＳ１では、（１）舵角の大きさが所定の値より小さい、（２）舵が切られている時間が所定の値より短い、（３）舵角の変化速度が所定の値より速い、（４）舵角が所定の回数より多く周期的に変化する、といった場合に操舵が当て舵であると判定される。

操舵が当て舵であると、燃料供給制御による燃料供給量の変動は比較的小さい。従って当て舵判定ステップＳ１では、例えば燃料供給量の変動が所定の値より小さい場合に操舵が当て舵であると判断されてもよい。

当て舵判定ステップＳ１での判定結果が肯定的であった場合、処理は燃料供給制御ステップＳ２に移行する。一方当て舵判定ステップＳ１での判定結果が否定的であった場合、フローは終了し通常の燃料供給制御が続行される。

燃料供給制御ステップＳ２で本方法は、当て舵でない場合と比べて燃料供給量の変動を抑制する。例えば燃料供給量の制御がＰＩＤ制御により行われる場合、燃料供給制御ステップＳ２で、当て舵でない場合と比べてＰＩＤ制御のゲインを低下させることにより、燃料供給量の変動が抑制される。

本実施形態によれば、操舵が当て舵である場合に燃料供給量の変動が抑制されるので、船舶の燃費を向上することができる。

［第６実施形態］
図４は第６実施形態に係る燃料供給制御方法のフロー図である。本方法は、第５実施形態の燃料供給制御方法に加えて作動条件判断ステップＳ３を備える。

当て舵判定ステップＳ１で本方法は、船舶の舵角情報と機関への燃料供給量との少なくとも１つに基づいて操舵が当て舵であるか否かを判定する。

当て舵判定ステップＳ１での判定結果が肯定的であった場合、処理は作動条件判断ステップＳ３に移行する。一方当て舵判定ステップＳ１での判定結果が否定的であった場合、フローは終了し通常の燃料供給制御が続行される。

作動条件判断ステップＳ３で本方法は、設定回転数、実回転数、回転数偏差および燃料供給量のうち少なくとも１つが所定条件を満たしているか否かを判断する。例えば設定回転数または実回転数が所定の値以上である場合に、当該所定条件を満たすと判断される。また例えば回転数偏差数の絶対値が所定の値以下である場合に、当該所定条件を満たすと判断される。

作動条件判断ステップＳ３での判定結果が肯定的であった場合、処理は燃料供給制御ステップＳ２に移行する。一方作動条件判断ステップＳ３での判定結果が否定的であった場合、フローは終了し通常の燃料供給制御が続行される。

燃料供給制御ステップＳ２で本方法は、当て舵でない場合と比べて燃料供給量の変動を抑制する。

本実施形態によれば、作動条件判断ステップＳ３で適切な作動判断がされるので、安全や航行に不都合をもたらすことなく、船舶の燃費を向上することができる。

以上、本発明をいくつかの実施形態を基に説明した。これらの実施形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求の範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。特に前述の実施形態は、主にオートパイロット化された船舶への適用例をあげたが、これに限られず例えば手動で操縦される船舶などにも広く適用可能である。

［第７実施形態］
第７実施形態は燃料供給制御プログラムである。このプログラムは、第５実施形態の燃料供給制御をコンピュータに実行させる。具体的な燃料制御の内容は第５実施形態で説明した通りなので、詳細な説明は省略する。

本実施形態によれば、船舶の燃費を向上させるプログラムをコンピュータソフトウェアに実装することができる。

［第８実施形態］
第８実施形態も燃料供給制御プログラムである。このプログラムは、第６実施形態の燃料供給制御をコンピュータに実行させる。具体的な燃料制御の内容は第６実施形態で説明した通りなので、詳細な説明は省略する。

本実施形態によれば、安全や航行に不都合をもたらすことなく、船舶の燃費を向上するプログラムをコンピュータソフトウェアに実装することができる。

以下、変形例について説明する。変形例の説明では、実施の形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施の形態と重複する説明を適宜省略し、実施の形態と相違する構成について重点的に説明する。

［変形例１］
以下、第３実施形態において、所定条件が満たされ燃料供給量の変動を抑制する制御が行われているときの状態を「当て舵モード」、そうでないときの状態を「非当て舵モード」と呼ぶ。作動条件判断部１３は、過去の燃料噴射パターン、舵角の周期的変化、設定回転数、回転数偏差、燃料供給量の少なくとも１つに基づいて、非当て舵モードから当て舵モードに移行する判断をしてよい。一方作動条件判断部１３は、回転数偏差、舵角の大きさ、舵角の変化速度の少なくとも１つに基づいて、当て舵モードから非当て舵モードに移行する判断をしてよい。本変形例によれば、非当て舵モードから当て舵モードへの移行、および当て舵モードから非当て舵モードへの移行の判断基準を明確化できる。

［変形例２］
燃料供給制御部１１は、当て舵判定部１０が操舵が当て舵であると判断し、かつ実回転数が上昇し燃料供給量が減少している場合に、燃料供給量の変動を促進してもよい。実回転数が上昇しているときは機関の負荷が減少しているので、燃料供給制御部１１は燃料供給量を減少させる制御を行う。本変形例によれば、回転数が減少し燃料供給量が増加方向にあり、当て舵と判断した場合、燃料量給料を抑えることでさらに燃費を向上させることができる。

上述した各実施形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる各実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

１・・燃料供給制御装置、 ２・・燃料供給制御装置、 １０・・当て舵判定部、 １１・・燃料供給制御部、 １２・・制御対象、 １３・・作動条件判断部、 Ｓ１・・当て舵判定ステップ、 Ｓ２・・燃料供給制御ステップ、 Ｓ３・・作動条件判断ステップ。

Claims (8)

1. 船舶の舵角情報と機関への燃料供給量とを含む情報に基づいて操舵が当て舵であるか否かを判定する当て舵判定部と、
   前記当て舵判定部が前記当て舵であると判定した場合に当て舵でない場合と比べて前記燃料供給量の変動を抑制する燃料供給制御部とを備える
   燃料供給制御装置。
2. 前記燃料供給制御部は、前記当て舵判定部により当該操舵が当て舵であると判定された場合に舵角が小さいほど前記燃料供給量の変動をより強く抑制する請求項１に記載の燃料供給制御装置。
3. 機関の設定回転数、実回転数、回転数偏差および燃料供給量のうち少なくとも１つが所定条件を満たしているか否かを判断する作動条件判断部を備え、
   前記燃料供給制御部は、前記当て舵判定部が当該操舵が当て舵であると判定しかつ前記作動条件判断部が前記所定条件を満たしていると判断した場合のみに当て舵でない場合と比べて前記燃料供給量の変動を抑制する請求項１または２に記載の燃料供給制御装置。
4. 前記作動条件判断部は、実回転数が低下し燃料供給量が増加している場合のみに前記所定条件を満たすと判断する請求項３に記載の燃料供給制御装置。
5. 船舶の舵角情報と機関への燃料供給量とを含む情報に基づいて操舵が当て舵であるか否かを判定する当て舵判定ステップと、
   当該操舵が当て舵であると判定された場合に当て舵でない場合と比べて前記燃料供給量の変動を抑制する燃料供給制御ステップとを備える燃料供給制御方法。
6. 機関の設定回転数、実回転数、回転数偏差および燃料供給量のうち少なくとも１つが所定条件を満たしているか否かを判断する作動条件判断ステップを備え、
   前記燃料供給制御ステップは、当該操舵が当て舵であると判定されかつ前記所定条件を満たしていると判断された場合のみに当て舵でない場合と比べて前記燃料供給量の変動を抑制する請求項５に記載の燃料供給制御方法。
7. 船舶の舵角情報と機関への燃料供給量とを含む情報基づいて操舵が当て舵であるか否かを判定する当て舵判定ステップと、
   当該操舵が当て舵であると判定された場合に当て舵でない場合と比べて前記燃料供給量の変動を抑制する燃料供給制御ステップとを備える燃料供給制御をコンピュータに実行させる燃料供給制御プログラム。
8. 機関の設定回転数、実回転数、回転数偏差および燃料供給量のうち少なくとも１つが所定条件を満たしているか否かを判断する作動条件判断ステップを備え、
   前記燃料供給制御ステップは、当該操舵が当て舵であると判定されかつ前記所定条件を満たしていると判断された場合のみに当て舵でない場合と比べて前記燃料供給量の変動を抑制する請求項７に記載の燃料供給制御をコンピュータに実行させる燃料供給制御プログラム。

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