JP5041971B2 - ハイブリッド型船外機の制御装置、ならびにそれを用いた航走支援システムおよび船舶 - Google Patents

Description

この発明は、プロペラを回転させるための駆動源として電動モータと水中排気を行うエンジンとを備えるハイブリッド型船外機を制御するための制御装置、ならびにそのような制御装置を備えた航走支援システムおよび船舶に関する。

船舶に推進力を与える船舶用推進装置の一つに船外機がある。船外機では、プロペラを回転させるための駆動力を発生する原動機が船外に配置される。
また、エンジンおよび電動モータの両方を備えた、いわゆるハイブリッド型の原動機が提案されている。下記特許文献１に示されているハイブリッドシステムでは、エンジンおよび電動モータの両方、または、それらの一方のみが駆動させられ、その駆動力でプロペラを回転させるようになっている。また、このハイブリッドシステムでは、エンジンおよび電動モータの両方を駆動させる場合には、操船のために操作される操作レバーの操作速度および操作時間、ならびに、エンジンのスロットル開度および回転変動時間に基づいて、電動モータの出力が調節される。

ハイブリッド型の原動機を採用した船外機（以下、「ハイブリッド型船外機」という。）を用いた船舶では、たとえば、非常に低い進行速度領域では、電動モータの駆動力のみでプロペラが回転される。これは、要求される推進力が、エンジンの回転速度をアイドリング回転速度よりも低くしなければ出力できないほど小さいからである。一方、船舶の進行速度が所定値を超えると、必要な推進力に対応するエンジン回転速度がアイドリング回転速度以上になるので、エンジンの駆動力がプロペラに伝達される。
特開２００４−２５７２９４号公報

一般の船外機では、エンジンを駆動させる場合、プロペラのボス部に設けられた水中排気口から水中に排気ガスが排出される。これを「水中排気」という。
図１Ａは、水中排気を説明するための概念図であって、船舶が前進している状態を示す。図１Ｂは、水中排気を説明するための概念図であって、船舶が後進している状態を示す。操船者が操作レバーを前進方向へ操作していて、船舶が前進している状態では、図１Ａに示すように、プロペラは、水を後方へ掻き出す方向へ回転される。したがって、水中排気された排気ガスの泡は後方へ遠ざかる。しかし、操船者が操作レバーを後進方向へ操作していて、船舶が後進を始めると、プロペラは、排気による泡を含んだ水中で回転するようになる（図１Ｂ参照）。このとき、プロペラが泡を巻き込む「泡巻込み」が発生する。これにより、プロペラによって掻き出される水量が実質的に少なくなるため、推進効率が低下する。すなわち、プロペラの回転速度に応じた推進力を得ることができなくなる。しかも、プロペラの回転速度が高くなるほど、エンジンからの排気量が増加するため、それに応じて泡巻込みが激しくなる。したがって、プロペラ回転速度が高いほど、泡巻込みに起因する推進力低下の度合いが大きくなる。

一方、エンジンを停止して、電動モータのみでプロペラを駆動しているときには、水中排気がされないので、泡巻込みによる推進力低下の問題はない。そのため、ハイブリッド型船外機では、船舶を後進させる時に、電動モータによる駆動のみでプロペラを回転させていた状態から、エンジンによる駆動でプロペラを回転させる状態へと移行するときに、推進力が不連続になるおそれがある。したがって、操船者その他の乗船者に違和感を与えるおそれがある。

特に、船舶の離着岸やトローリング時には、低速で航行するので、電動モータのみでプロペラを駆動する状態と、エンジンの駆動力をプロペラに与える状態とが頻繁に切り換わる。そのため、推進力の不連続が乗船者に与える違和感が大きくなる。
そこで、この発明の目的は、乗船者に与える違和感を抑制するようにエンジンおよび電動モータを制御できるハイブリッド型船外機の制御装置を提供することである。

また、この発明の他の目的は、前述のような制御装置を備えた航走支援システムおよび船舶を提供することである。

この発明は、プロペラと、前記プロペラを回転させるための駆動力を発生する電動モータと、前記プロペラを回転させるための駆動力を発生させるとともに、水中排気を行うエンジンとを備えるハイブリッド型船外機を制御するための制御装置を提供する。この制御装置は、前記プロペラの回転速度を表す速度指令値を生成する速度指令手段と、前記プロペラの回転方向および前記速度指令手段によって生成される速度指令値に応じて、前記電動モータの駆動力のみを前記プロペラに伝達する第１モードと、前記エンジンの駆動力を前記プロペラに伝達する第２モードとを含む複数のモードを切り換える制御手段とを含む。

この構成によれば、制御手段は、速度指令手段が生成する速度指令値だけでなく、プロペラの回転方向をも加味して、第１モードと第２モードとの切り換えを行う。第１モードでは電動モータのみの駆動力がプロペラに伝達されるので泡巻込みの問題はない。これに対して、第２モードではエンジンの駆動力がプロペラに伝達されるので、泡巻込みの影響を考慮する必要がある。一方、プロペラの回転方向が水中排気により生じた泡をプロペラに引き寄せる方向である場合には、泡巻込みが発生して推進効率が低くなりやすい。それに対して、プロペラの回転方向が水中排気により生じた泡を遠ざける方向であれば、泡巻込みが生じにくく、したがって、プロペラの回転速度に応じた推進力が得やすい。そこで、この発明では、速度指令値に応じて第１モードと第２モードとを切り換える際に、プロペラの回転方向が考慮される。これにより、泡巻込みによる推進効率の低下に起因する違和感を抑制するように、第１モードと第２モードとの切り換えを行うことができる。

前記第１および第２モードのほかのモードが備えられていてもよい。このようなモードの例としては、前記電動モータおよびエンジンのいずれの駆動力もプロペラに伝達されないモード、前記電動モータおよびエンジンとは別の駆動源の駆動力がプロペラに伝達されるモード、前記プロペラに駆動力が与えられないモードなどを挙げることができる。
第１の発明においては、前記制御手段は、前記速度指令手段によって生成される速度指令値に対して、前記プロペラの回転方向に応じて異なるしきい値を適用することにより、前記第１モードと前記第２モードとを切り換える。

この構成によれば、制御手段は、速度指令値に対して、プロペラの回転方向に応じて異なるしきい値を適用し、そのしきい値を基準に第１モードと第２モードとを切り換える。つまり、プロペラの回転方向が、泡巻込みによる推進力低下が発生する方向であるか、それとも泡巻込みによる推進力低下が発生しない方向であるかに応じて、個別にしきい値が設定される。これにより、泡巻込みに起因する推進力低下に伴う違和感を低減できる。

前記制御手段は、前記プロペラの回転方向が前記エンジンの水中排気を前記プロペラから遠ざける第１の回転方向である場合に第１のしきい値を適用し、前記プロペラの回転方向が前記エンジンの水中排気を前記プロペラに引き寄せる第２の回転方向である場合に前記第１のしきい値より大きい第２のしきい値を適用するものであることが好ましい。
この構成により、プロペラの回転方向が泡巻込みが生じにくい第１の回転方向のときは、比較的小さい第１のしきい値が適用される。これにより、電動モータのみでプロペラが駆動される第１モードを抑制できるから、消費電力を低減できる。一方、プロペラの回転方向が泡巻込みが生じやすい第２の回転方向のときは、比較的大きい第２のしきい値が適用される。これにより、泡巻込みに起因する推進力低下の影響を効果的に抑制できる。

前記制御装置は、前記プロペラの回転方向を表す方向指令を生成する方向指令手段をさらに含むことが好ましい。この場合に、前記制御手段は、前記方向指令手段によって生成される方向指令に基づいて前記プロペラの回転方向を判定する回転方向判定手段を含むことが好ましい。
この構成によれば、回転方向判定手段は、方向指令手段によって生成される方向指令に基づいてプロペラの回転方向を判定する。したがって、プロペラの回転方向が、泡巻込みの生じる方向であるかどうかを容易に判定できる。

第２の発明においては、前記制御手段は、前記プロペラの回転方向が前記エンジンの水中排気を前記プロペラから遠ざける第１の回転方向である場合において、前記速度指令手段が生成する速度指令値が第１のしきい値以下のときは前記第１モードに制御し、前記速度指令手段が生成する速度指令値が前記第１のしきい値を超えているときは前記第２モードに制御する。さらに、前記制御手段は、前記プロペラの回転方向が前記エンジンの水中排気を前記プロペラに引き寄せる第２の回転方向である場合において、前記速度指令手段が生成する速度指令値が前記第１のしきい値より大きい第２のしきい値以下のときは前記第１モードに制御し、前記速度指令手段が生成する速度指令値が前記第２のしきい値を超えているときは前記第２モードに制御する。

プロペラの回転方向が水中排気をプロペラから遠ざける第１の回転方向である場合には泡巻込みは発生せず、したがって、泡巻込みによる推進力低下は発生しない。一方、プロペラの回転方向が水中排気をプロペラに引き寄せる第２の回転方向である場合には泡巻込みが発生し、したがって、泡巻込みによる推進力低下が発生する。プロペラの回転方向が、泡巻込みによる推進力低下が発生しない方向であるときには、制御手段は、速度指令値が第１のしきい値を超えると第１モードから第２モードへ切り換える。一方、プロペラの回転方向が、泡巻込みによる推進力低下が発生する方向であるときには、制御手段は、速度指令値が第１のしきい値より大きい第２のしきい値を超えると、第１モードから第２モードへと切り換える。つまり、プロペラの回転方向が、泡巻込みによる推進力低下が発生する方向である場合には、速度指令値が大きくなるまで（第２のしきい値を超えるまで）は、電動モータのみでプロペラが駆動される。これにより、離着岸時やトローリング時のように低速域での操船が行われる状況において、第１モードから第２モードへの切り換え頻度が少なくなるので、推進力の不連続が乗船者に与える違和感を抑制できる。また、プロペラの回転方向が第１の回転方向のときには、比較的小さい第１のしきい値が適用される。これにより、電動モータのみの駆動でプロペラが回転される第１モードを抑制できるので、消費電力を低減できる。

前記プロペラの回転方向を表す方向指令を生成する方向指令手段がさらに備えられている場合には、次のような構成とすることができる。すなわち、前記制御手段は、前記方向指令手段によって生成される方向指令が前記第１の回転方向を表す場合において、前記速度指令値が前記第１のしきい値以下のときは前記第１モードに制御し、前記速度指令値が前記第１のしきい値を超えているときは前記第２モードに制御するものであってもよい。さらに、この制御手段は、前記方向指令手段によって生成される方向指令が前記第２の回転方向を表す場合において、前記速度指令値が前記第２のしきい値以下のときは前記第１モードに制御し、前記速度指令値が前記第２のしきい値を超えているときは前記第２モードに制御するものであることが好ましい。

この構成によれば、制御手段は、方向指令手段によって生成される方向指令に基づいて、プロペラの回転方向に関する情報を容易に取得できる。プロペラの回転方向に関する情報とは、具体的には、プロペラの回転方向が、泡巻込みによる推進力低下が発生しない第１の回転方向であるか、推進力低下が発生する第２の回転方向であるかの情報である。
前記第１の回転方向が船舶に前進方向の推進力を与える前進方向であり、前記第２の回転方向が船舶に後進方向の推進力を与える後進方向であってもよい。

船舶を前進させる頻度に比較すると、船舶を後進させる頻度は少ない。また、船外機が前進方向の推進力を発生するときには、泡巻込みが生じにくい。そこで、前進方向に対応する第１のしきい値を小さくしておくことにより、電動モータのみによるプロペラの駆動を抑制できる。これにより、電力消費を抑制できる。
前記船外機の水中排気が船舶の後方に向けて排出されるようになっていてもよい。この場合、水中排気が船舶の後方に向けて排出されるので、船舶を前進させる場合には泡巻込みは生じにくく、船舶を後進させる場合には泡巻込みが生じやすい。そこで、前進方向に対応する第１のしきい値を小さく定めることにより、電動モータによるプロペラの駆動を抑制できる。これにより、電力消費を抑制できる。一方、後進方向に対応する第２のしきい値を大きく定めることにより、泡巻込みに起因する推進力低下の影響を抑制できる。

前記制御装置は、前記第１モードから前記第２モードへの切り換えの前後に前記プロペラが発生する推進力が連続するように前記電動モータの目標回転速度を設定する電動モータ回転速度設定手段をさらに含むものであってもよい。
この構成によれば、電動モータ回転速度設定手段は、泡巻込みによる推進効率の低下を補償するように電動モータの目標回転速度を設定する。そのため、第１モードから第２モードへ切り換えるときに、泡巻込みに起因する推進力低下を抑制できる。これにより、乗船者に与える違和感をさらに緩和できる。

エンジンでプロペラを駆動している状況では、同じ回転速度であっても、泡巻込みが生じているか否かで発生する推進力が異なる。そこで、電動モータ回転速度設定手段は、たとえば、プロペラの回転方向が水中排気により生じた気泡を引き寄せる方向である場合には、その反対の回転方向の場合よりも、目標回転速度を低く設定する。これにより、推進力が抑制される。より具体的には、電動モータ回転速度設定手段は、たとえば、プロペラの回転方向が水中排気を引き寄せない方向である場合における目標回転速度に１．０未満の補正係数を乗じることで、プロペラの回転方向が水中排気を引き寄せる方向である場合における目標回転速度を定める。これにより、第１モードから第２モードへ切り換えるときに、プロペラが発生する推進力を連続させることができる。

前記制御装置は、前記第１モードから前記第２モードへの切り換えの前後に前記プロペラが発生する推進力が連続するように前記エンジンの目標回転速度を設定するエンジン回転速度設定手段をさらに含むことが好ましい。
この構成によれば、エンジン回転速度設定手段は、第１モードから第２モードへ切り換えるときにプロペラが発生する推進力が連続するようにエンジンの目標回転速度を設定する。そのため、第１モードから第２モードへ切り換えるときの推進力低下を抑制できるので、乗船者に与える違和感をさらに抑制できる。

エンジンでプロペラを駆動している状況では、同じ回転速度であっても、泡巻込みが生じているか否かで発生する推進力が異なる。そこで、エンジン回転速度設定手段は、たとえば、プロペラの回転方向が水中排気により生じた気泡を引き寄せる方向である場合には、その反対の回転方向の場合よりも、目標回転速度を高く設定する。これにより、泡巻込みによる推進力低下が補償される。具体的には、たとえば、プロペラの回転方向が水中排気を引き寄せる方向である場合における目標回転速度は、プロペラの回転方向が水中排気を引き寄せない方向である場合における目標回転速度に１．０よりも大きな補正係数を乗じることによって求められる。これにより、第１モードから第２モードへ切り換えるときに、プロペラが発生する推進力を連続させることができる。

この発明の航走支援システムは、ハイブリッド型船外機と、このハイブリッド型船外機を制御するための前述の制御装置とを含む。ハイブリッド型船外機は、プロペラ、前記プロペラを回転させるための駆動力を発生する電動モータ、および前記プロペラを回転させるための駆動力を発生させるとともに、水中排気を行うエンジンを備えている。
この構成によれば、泡巻込みによる推進効率の低下に起因する違和感を抑制するように、電動モータのみによるプロペラの駆動（第１モード）と、エンジンによるプロペラの駆動（第２モード）とを適切に切り換えることができる。これにより、乗船者に与える違和感を低減させることができる。

この発明の船舶は、船体と、ハイブリッド型船外機と、このハイブリッド型船外機を制御するための前述の制御装置とを含む。ハイブリッド型船外機は、プロペラ、前記プロペラを回転させるための駆動力を発生する電動モータ、および前記プロペラを回転させるための駆動力を発生させるとともに、水中排気を行うエンジンとを備えている。
この構成によれば、泡巻込みによる推進効率の低下に起因する違和感を抑制するように、電動モータのみによるプロペラの駆動（第１モード）と、エンジンによるプロペラの駆動（第２モード）とを適切に切り換えることができる。これにより、乗船者に与える違和感を低減させることができる。

船舶は、クルーザ、釣り船、ウォータージェット、水上滑走艇（watercraft）のような比較的小型のものであってもよい。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図２は、この発明の一実施形態に係る船舶１の構成を説明するための概念図である。この船舶１は、船体２と、船体２の船尾３に取り付けられた一対の船外機４，５とを備えている。
一対の船外機４，５は、船尾３および船首６を通る中心線７に対して、左右対称な位置に取り付けられている。詳しくは、船外機４は、船体２の左舷後部に取り付けられており、船外機５は、船体２の右舷後部に取り付けられている。以下では、船外機４，５を区別するために、それぞれ、「左舷船外機４」、「右舷船外機５」と呼ぶことがある。

左舷船外機４および右舷船外機５には、それぞれ、電子制御ユニット（ＥＣＵ）８，９（以下、区別するために「左舷ＥＣＵ８」、「右舷ＥＣＵ９」と呼ぶことがある。また、総称するときには「船外機ＥＣＵ８，９」などという。）が備えられている。左舷ＥＣＵ８および右舷ＥＣＵ９には、それぞれ、バッテリー１０が接続されており、各バッテリー１０から、対応する船外機ＥＣＵおよび船外機に電力が供給される。船外機４，５は、後述するように、内燃機関および電動モータでプロペラを駆動するハイブリッド型の船外機である。

船体２には、操船のために操作されるレバー１１（速度指令手段および方向指令手段として機能する。）が設けられている。レバー１１を操作することで、船舶１の前後進および左右への旋回を制御することができる。レバー１１の操作に係わる情報は、たとえば、船体２内に配置されたＣＡＮ（Control Area Network）などの船内ＬＡＮ１２を介して、航走制御装置１３に与えられるようになっている。

航走制御装置１３は、マイクロコンピュータを含む電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。この航走制御装置１３は、船外機４，５を制御するための制御装置として機能し、推進力の制御および舵取制御を行う。また、航走制御装置１３と、船外機４，５とをまとめて航走支援システムと定義することができる。
航走制御装置１３は、左舷ＥＣＵ８および右舷ＥＣＵ９との間で、船内ＬＡＮ１２を介して通信を行う。詳しくは、航走制御装置１３は、船外機ＥＣＵ８，９から、各船外機４，５に備えられたエンジンおよび電動モータの回転速度と、各船外機４，５の向きを表す操舵角とを取得する。その一方で、航走制御装置１３は、各船外機ＥＣＵ８，９に対して、各船外機４，５に備えられたプロペラ１４の目標回転方向（前進方向または後進方向）、ならびに、プロペラ１４の目標回転速度および目標操舵角を表すデータを与えるようになっている。エンジンの回転速度は、プロペラ１４の回転速度と一対一に対応する。同様に、電動モータの回転速度は、プロペラ１４の回転速度と一対一の対応関係にある。

船体２には、船舶１の進行速度を測定する速度センサ４２が備えられている。速度センサ４２が測定した船舶１の進行速度のデータは、航走制御装置１３にリアルタイムで与えられる。以下において、船舶１の進行速度を表す場合、たとえば、「＋２ｋｍ／ｈ」は、前進速度が２ｋｍ／ｈであることを示し、「−２ｋｍ／ｈ」は、後進速度が２ｋｍ／ｈであることを示す。符号１５は、終端器を表す。

図３は、各船外機４，５に共通の構成を説明するための図解的な断面図である。図３において、紙面左側が前側であり、紙面右側が後側である。
各船外機４，５は、取り付け機構としてのクランプブラケット２０およびスイベルブラケット２１と、推進器としての推進ユニット２２とを備えている。クランプブラケット２０は、船体２の後尾板に着脱自在に固定されている。スイベルブラケット２１は、水平回動軸としてのチルト軸２３を中心に、クランプブラケット２０に回動自在に結合されている。

推進ユニット２２は、スイベルブラケット２１に、操舵軸２４まわりに回動自在に取り付けられており、前側に操舵ロッド２５を備えている。操舵ロッド２５には、たとえば、液圧シリンダを含み、対応する船外機ＥＣＵ８，９によって制御される操舵アクチュエータ６０が結合されている。操舵アクチュエータ６０を駆動させることによって、推進ユニット２２を操舵軸２４まわりに回動させることができ、舵取り操作を行うことができる。操舵アクチュエータ６０には、操舵角を検出するための操舵角センサ６１が接続されている。

また、推進ユニット２２は、チルト軸２３まわりの回動（チルトアップまたはチルトダウン）が可能である。
推進ユニット２２は、ハウジングとして、上部に上カウリング２６と下カウリング２７とを備え、下部に上ケーシング２８と下ケーシング２９とを備えている。上カウリング２６および下カウリング２７の内部には、エンジン３０が配置されている。上ケーシング２８および下ケーシング２９の内部には、電動モータ３１、エンジン３０のための排気系、およびプロペラ１４のための動力伝達系が配置されている。

下ケーシング２９の下端部には、前後方向に延びるプロペラシャフト１８が軸支されている。プロペラシャフト１８の後端部は、下ケーシング２９から機外に露出されており、この後端部に、プロペラ１４のボス部１６が相対回転不能に取り付けられている。ボス部１６は、小径部７０と、大径部７１とを一体的に構成したものである。小径部７０は、プロペラシャフト１８が挿通される前後方向に長手の円筒状のものである。また、大径部７１は、小径部７０を収容し、小径部７０よりも大径の中空円筒状のものである。小径部７０の外周面と大径部７１の内周面との間には、隙間７２が形成されている。大径部７１の後端には、隙間７２に連通する水中排気口１７が形成されている。

エンジン３０は、たとえば、Ｖ型６気筒の４サイクルエンジンであり、そのクランク軸３３の軸線が上下方向となるように設置されている。エンジン３０において、クランク軸３３を収めるクランクケース３４には、シリンダブロック３５が取り付けられている。このシリンダブロック３５に２つのシリンダヘッド３６が取付けられることで前述したＶ型の気筒が形成されている。

各シリンダヘッド３６において、クランク軸３３から最も離れた位置には、ヘッドカバー３７が取り付けられている。各シリンダヘッド３６においてヘッドカバー３７が取り付けられた部分には、カムと一体成形されたカム軸（図示せず）が軸支されている。図示されていないが、クランク軸３３の回転力がタイミングベルトによって各シリンダヘッド３６のカム軸に伝達されるようになっている。これにより、カム軸が回転し、それに伴って、カムを介して吸気弁及び排気弁が開閉されるようになっている。

各シリンダブロック３５におけるそれぞれの気筒にはピストン（図示せず）が往復運動可能に設けられている。図示されていないが、各ピストンは、コンロッドを介してクランク軸３３に連結されている。そのため、各ピストン（図示せず）が往復運動することにより、クランク軸３３が軸線まわりに回転される。エンジン３０には、クランク軸３３の回転速度をエンジン３０の回転速度として検出するためのエンジン回転検出部６３が備えられている。

次に、プロペラ１４の動力伝達系および電動モータ３１について説明する。
クランク軸３３の下端には、上ケーシング２８および下ケーシング２９内を上下方向に通ってプロペラシャフト１８の前端部近傍まで延びるドライブシャフト１９が連結されている。エンジン３０を駆動することで、ドライブシャフト１９を軸線まわりに回転させることができる。ドライブシャフト１９の途中には、上から順に、多板クラッチ４３および電動モータ３１が介装されている。

多板クラッチ４３は、上下方向に対向する１組のクラッチ板４４を備えている。一方のクラッチ板４４に他方のクラッチ板４４を圧接させることで、ドライブシャフト１９において多板クラッチ４３よりも上側の部分と、多板クラッチ４３よりも下側の部分とを連結することができる。以下では、この動作を、「多板クラッチ４３を繋ぐ」という。また、一方のクラッチ板４４から他方のクラッチ板４４を離間させることで、ドライブシャフト１９において多板クラッチ４３よりも上側の部分と、多板クラッチ４３よりも下側の部分との連結状態を解除することができる。以下では、この動作を、「多板クラッチ４３を切る」という。また、多板クラッチ４３に関連して、多板クラッチ４３を切る、または繋ぐために作動するクラッチアクチュエータ７４が備えられている。クラッチアクチュエータ７４の動作は、対応する船外機ＥＣＵ８，９によって制御される。

電動モータ３１は、その回転軸がドライブシャフト１９と同軸となるように設置されている。電動モータ３１は、前述したバッテリー１０からの電力が供給されることで駆動され、ドライブシャフト１９を回転させることができる。電動モータ３１のみでプロペラ１４を駆動する時には、電動モータ３１の駆動力がエンジン３０のクランク軸３３に伝達されないように、多板クラッチ４３が切られる。一方、電動モータ３１の駆動が停止され、エンジン３０の駆動によってドライブシャフト１９が回転されるときには、多板クラッチ４３は繋げられる。この状態では、電動モータ３１の回転軸は、ドライブシャフト１９に対して従動回転する。これにより、電動モータ３１は、発電を行い、バッテリー１０を充電する。つまり、電動モータ３１は、ジェネレータとしても機能する。また、電動モータ３１には、回転軸の回転速度を電動モータ３１の回転速度として検出するためのモータ回転検出部６２が備えられている。

ドライブシャフト１９の下端部とプロペラシャフト１８の前端部との間には、シフト機構３２が介在されている。このシフト機構３２を介して、ドライブシャフト１９の回転力がプロペラシャフト１８に伝達されるようになっている。
シフト機構３２は、駆動ギヤ４８、前進ギヤ４９、後進ギヤ５０、およびドッグクラッチ５４を備えている。駆動ギヤ４８、前進ギヤ４９および後進ギヤ５０は、いずれもベベルギヤからなる。駆動ギヤ４８は、ドライブシャフト１９の下端に固定されている。前進ギヤ４９および後進ギヤ５０は、プロペラシャフト１８上に回動自在に配置されている。ドッグクラッチ５４は、前進ギヤ４９と後進ギヤ５０との間に配置されている。前進ギヤ４９は、前方側から駆動ギヤ４８に噛合しており、後進ギヤ５０は、後方側から駆動ギヤ４８に噛合している。そのため、ドライブシャフト１９とともに駆動ギヤ４８が回転されると、前進ギヤ４９および後進ギヤ５０は、互いに反対方向に回転される。一方、ドッグクラッチ５４は、プロペラシャフト１８にスプライン結合されている。すなわち、ドッグクラッチ５４は、プロペラシャフト１８に対してその軸方向に摺動自在であるが、プロペラシャフト１８に対する相対回動はできず、プロペラシャフト１８とともに回転する。

ドッグクラッチ５４は、ドライブシャフト１９と平行に上下方向に延びるシフトロッド５５の軸回りの回動によって、プロペラシャフト１８上で摺動される。これにより、ドッグクラッチ５４は、前進ギヤ４９と結合した前進位置と、後進ギヤ５０と結合した後進位置と、前進ギヤ４９および後進ギヤ５０のいずれとも結合されないニュートラル位置（中立位置）とのいずれかのシフト位置に制御される。ドッグクラッチ５４が前進位置にあるとき、前進ギヤ４９の回転がドッグクラッチ５４を介して実質的に滑りのない状態でプロペラシャフト１８に伝達される。これにより、プロペラ１４は、一方向（前進方向）に回転し、船体２を前進させる方向の推進力を発生する。一方、ドッグクラッチ５４が後進位置にあるとき、後進ギヤ５０の回転がドッグクラッチ５４を介して実質的に滑りのない状態でプロペラシャフト１８に伝達される。これにより、プロペラ１４は、反対方向（後進方向）に回転し、船体２を後進させる方向の推進力を発生する。ドッグクラッチ５４がニュートラル位置にあるとき、ドライブシャフト１９の回転はプロペラシャフト１８に伝達されないので、いずれの方向の推進力も生じない。

シフトロッド５５に関連して、ドッグクラッチ５４のシフト位置を変化させるためのシフトアクチュエータ５９が設けられている。シフトアクチュエータ５９は、たとえば、電動モータからなり、対応する船外機ＥＣＵ８，９によって動作制御される。
次に、エンジン３０の吸排気系について説明する。
上カウリング２６内において、エンジン３０の前方には、吸気サイレンサ３８が配置されている。吸気サイレンサ３８には、機外に連通する連通穴３９が形成されている。吸気サイレンサ３８には、吸気通路４０の一端が接続されている。吸気通路４０の他端には、吸気マニホールド（図示せず）が接続されている。図示されていないが、吸気マニホールドは、エンジン３０の各気筒における吸気ポート（図示せず）に接続されている。吸気マニホールドには、各気筒に対応するインジェクタが接続されている。吸気サイレンサ３８の連通穴３９から吸気通路４０を介して吸気された外気と、インジェクタから噴射された燃料とが混合されて吸気ガスが形成される。この吸気ガスが、吸気マニホールドを介して各気筒の吸気ポートに供給される。

吸気マニホールドには、電動スロットルバルブ６４と、電動スロットルバルブ６４の開度を変化させるために作動するスロットルアクチュエータ６５とが備えられている。スロットルアクチュエータ６５の動作は、対応する船外機ＥＣＵ８，９によって制御される。この制御によって電動スロットルバルブ６４の開度が変化されることにより、吸気ガスの流量が調整される。具体的には、電動スロットルバルブ６４の開度が大きくなると吸気ガスの流量が増加し、電動スロットルバルブ６４の開度が小さくなると吸気ガスの流量が減少する。エンジン３０の回転速度は、吸気ガスの流量が増加すると上昇し、吸気ガスの流量が減少すると低下する。

各気筒における排気ポート７５には、排気マニホールド４１が接続されている。この排気マニホールド４１は、排気通路４５に接続されている。排気通路４５は、シリンダヘッド３６の下部に配置されていて、上ケーシング２８の上下方向途中まで下方に延びて形成されている。排気マニホールド４１および排気通路４５によって、排気ポート７５からの排気ガスが通る主排気路５６が構成されている。

上ケーシング２８の後側面には、空中排気口４７が形成されている。上ケーシング２８内部には、排気通路４５と空中排気口４７とを連通する空中排気路５７が設けられている。上ケーシング２８において、排気通路４５の下方には、排気通路４５よりも内部空間が広い排気膨張室４６が設けられている。排気膨張室４６は、排気通路４５に連通している。

下ケーシング２９内部には、排気膨張室４６とプロペラ１４の隙間７２とを連通する排気中継路７３が設けられている。排気膨張室４６、排気中継路７３および隙間７２によって水中排気路５８が構成されている。
水中排気路５８は、ボス部１６の隙間７２を介して水中排気口１７に連通している。水中排気口１７は、後方に向けて開口している。したがって、エンジン３０の水中排気は、船舶の後方に向けて排出されるようになっている。

図４は、船舶１の前進速度、泡巻込みが生じていない状態を想定した理想的な推進力（破線で示す。）、および泡巻込みが生じている実際の状態での推進力（実線で示す。）の各時間変化を示す図である。図４に示されている状況は、次のとおりである。すなわち、船舶１が前進状態にあるときに、操船者がレバー１１を後進方向へ操作する。これにより、プロペラ１４の回転方向が、前進方向から後進方向に反転される。電動スロットルバルブ６４の開度は一定に保たれている。これにより、船舶１が減速されている。

泡巻込みのない状態を想定した理想的な推進力は、緩やかに低下している。前進している状態（速度が正）でプロペラ１４の回転方向が後進方向の場合は、船舶１の前進速度が大きいほどプロペラ１４にかかる負荷が大きくなる。換言すれば、前進速度が大きいほどプロペラ１４が発生する推進力は大きくなる。これが、理想的な推進力の緩やかな低下に表れている。

プロペラ１４が前進方向に回転し、船舶１が前進している場合、エンジン３０の排気ガスは、通常、主排気路５６および水中排気路５８を通過し、水中排気口１７から水中排気される。船舶１の前進速度が、たとえば＋２ｋｍ/ｈを超えているときには、プロペラ１４によって掻き出された水によって水中排気口１７周辺が負圧の環境にあるため、プロペラ１４からの水中排気が促進される。しかし、船舶１が前進しているため、水中排気された排気ガスの泡は、プロペラ１４から遠ざけられるので、泡巻込みが発生しない。

一方、プロペラ１４が後進方向に回転し、かつ、船舶１の前進速度が＋２ｋｍ/ｈ以下になると、プロペラ１４の近傍に泡が滞留しやすくなる。これにより、泡巻込みが発生する。その結果、電動スロットルバルブ６４の開度を一定にしたままの状態では、実際の推進力は、理想的な推進力に比べて低下する。この推進力低下を是正するためには、電動スロットルバルブ６４の開度を大きくしなければならない。

船舶１の前進速度が＋２ｋｍ／ｈから０ｋｍ／ｈへ減速されるに従って、泡巻込みの発生度合いは高くなる。船舶１の前進速度が０ｋｍ／ｈ未満になる、つまり船舶１が後進する場合において、その後進速度が０ｋｍ／ｈ近傍のときは、泡巻込みの発生度合いは引き続き高い。船舶１の後進速度が上昇すると、水中排気口１７付近の水圧が、エンジン３０の排気圧を上回る。これにより、水中排気の比率が低下し（空中排気の比率が増加し）、泡巻込みが発生しにくくなる。この場合、エンジン３０の排気ガスの多くは、主排気路５６および空中排気路５７を通過し、空中排気口４７から空中排気される。このように、プロペラ１４の回転方向が後進方向であり、船舶１の進行速度が０ｋｍ／ｈ前後であるときに、泡巻込み、および泡巻込みによる推進力低下が最も激しいことがわかる。

プロペラ１４の回転方向が前進方向であるとき、エンジン３０の水中排気は、プロペラ１４の回転によって当該プロペラ１４から遠ざけられる。一方、プロペラ１４の回転方向が後進方向であるとき、エンジン３０の水中排気は、プロペラ１４の回転によって当該プロペラ１４に引き寄せられる。
図５は、レバー１１の図解的な側面図である。図５において、紙面左側を前側とし、紙面右側を後側とする。

レバー１１は、ロッド５２と、ロッド５２の遊端部に設けられた略球体状のノブ５３とを備えている。ロッド５２は、船体２に設けられた操作盤５１から突設されており、任意の方向へ傾倒自在である。
レバー１１の中立位置は、ロッド５２が操作盤５１の表面に対して直立した位置である。操船者が、ノブ５３を把持し、レバー１１を所望の方向に向けて中立位置から傾倒させると、航走制御装置１３が、レバー１１の傾倒位置（傾倒方向および傾倒量）に基づいて各船外機４，５におけるプロペラ１４の回転方向および回転速度ならびに操舵角を制御する。これにより、船舶１の進行速度および進行方向を、レバー１１の傾倒方向に応じた向きに変更することができる。図５では、レバー１１を前後方向に傾倒させる場合の傾倒量が示されている。そして、以下では、船舶１を前進させる場合および後進させる場合について説明する。

前後方向におけるレバー１１の傾倒位置は、操作盤５１に備えられた位置センサ６６によって検出され、航走制御装置１３に与えられる。
以下では、レバー１１を中立位置から前側へ所定量傾倒させたときのレバー１１の傾倒位置を「前進開始位置」といい、レバー１１を前進開始位置から前側へさらに所定量傾倒させたときのレバー１１の傾倒位置を「前進切換位置」という。そして、レバー１１を前進切換位置からさらに前側へ目一杯傾倒したときのレバー１１の傾倒位置を「前進全開位置」という。一方、レバー１１を中立位置から後側へ所定量傾倒させたときのレバー１１の傾倒位置を「後進開始位置」といい、レバー１１を後進開始位置から後側へさらに所定量傾倒させたときのレバー１１の傾倒位置を「後進切換位置」という。そして、レバー１１を後進切換位置からさらに後側へ目一杯傾倒したときのレバー１１の傾倒位置を「後進全開位置」という。

レバー１１が前進開始位置と後進開始位置との間にある場合には、エンジン３０はアイドリング状態にあり、電動モータ３１の駆動は停止されている。このとき、多板クラッチ４３は切られており、かつ、ドッグクラッチ５４はニュートラル位置に制御される。したがって、エンジン３０の駆動力はプロペラ１４に伝達されないので、推進力は発生しない。

また、レバー１１が、前進開始位置と前進切換位置との間にある場合には、エンジン３０はアイドリング状態にあり、多板クラッチ４３が切られ、ドッグクラッチ５４は前進位置に制御される。したがって、電動モータ３１の駆動力のみが伝達されることによって、プロペラ１４が前進方向に回転される。レバー１１が前進切換位置と前進全開位置との間にある場合には、多板クラッチ４３が繋げられ、ドッグクラッチ５４は前進位置に制御される。これにより、エンジン３０の駆動力が伝達されることによって、プロペラ１４が前進方向に回転される。

一方、レバー１１が、後進開始位置と後進切換位置との間にある場合には、エンジン３０はアイドリング状態にあり、多板クラッチ４３が切られ、ドッグクラッチ５４が後進位置に制御される。そして、電動モータ３１の駆動力のみが伝達されることによって、プロペラ１４が後進方向に回転される。レバー１１が後進切換位置と後進全開位置との間にある場合には、多板クラッチ４３が繋げられ、ドッグクラッチ５４は後進位置に制御される。これにより、エンジン３０の駆動力が伝達されることによって、プロペラ１４が後進方向に回転される。

エンジン３０の駆動力がプロペラ１４に伝達されるとき、エンジン３０の駆動力不足を補うために電動モータ３１が併せて駆動されても構わない。ただし、前述のとおり、本実施形態では、エンジン３０でプロペラ１４を駆動するときには、電動モータ３１はエンジン３０によって回転される発電機として機能し、バッテリー１０の充電を行う。また、レバー１１が後進開始位置と後進切換位置との間にある場合に、エンジン３０をアイドリング状態とするのではなく、停止させることとしてもよい。そして、エンジン３０の駆動力が必要とされる時点でエンジン３０を始動させる構成としてもよい。

このように、レバー１１を中立位置から前側または後側へ傾倒させると、先ず電動モータ３１の駆動のみによって、船舶１が前後進する。さらにレバー１１を傾倒させると、船舶１の進行速度が上昇し、駆動力発生源が電動モータ３１からエンジン３０へと切り換わる。
船舶１が前進している状態で、レバー１１を後側へ傾倒させると進行速度を減少させる制動動作を行うことができる。船舶１が後進している状態でレバー１１を前側に傾倒させたときも同様に、制動動作を行える。

なお、エンジン３０がアイドリング状態のときには、エンジン３０の排気は主として空中排気によって行われ、水中排気は実質的に生じない。
図６は、レバー１１の操作に基づいて各船外機４，５を制御するための制御系統を示すブロック図である。
航走制御装置１３は、制御選択部６７、通常制御部６８および補正制御部６９を備えている。制御選択部６７は、判定手段、泡巻込み判定手段、制御手段、回転方向判定手段および速度判定手段として機能し、補正制御部６９は、特性設定手段、補正係数設定手段、電動モータ回転速度設定手段およびエンジン回転速度設定手段として機能する。

操船者が、レバー１１を操作すると、位置センサ６６によって検出されたレバー１１の傾倒位置のデータは、制御選択部６７、通常制御部６８および補正制御部６９に与えられる。速度センサ４２によって検出された船舶１の進行速度のデータは、制御選択部６７、通常制御部６８および補正制御部６９に与えられる。また、通常制御部６８および補正制御部６９には、バッテリー１０の蓄電量のデータが与えられ、通常制御部６８および補正制御部６９は、バッテリー１０の蓄電状態を監視する。前述したように、バッテリー１０は、電動モータ３１に電力を供給し、電動モータ３１は、バッテリー１０を充電する。

制御選択部６７は、レバー１１の傾倒位置および船舶１の進行速度に応じて、通常制御部６８または補正制御部６９を選択する選択制御を行うものである。通常制御部６８は、後述する通常制御を行うものである。補正制御部６９は、後述する補正制御を行うものである。通常制御および補正制御では、レバー１１の傾倒位置および船舶１の進行速度に応じて、各船外機４，５におけるプロペラ１４の目標回転方向および目標回転速度がそれぞれ設定され、各船外機ＥＣＵ８，９に与えられる。具体的には、プロペラ１４の目標回転速度は、電動モータ３１の目標回転速度およびエンジン３０の目標回転速度に変換されて、各船外機ＥＣＵ８，９に与えられる。このように、レバー１１は、プロペラ１４の回転方向の指令と回転速度の指令値とを生成する方向指令手段および速度指令手段としての役割を担う。

電動モータ３１の目標回転速度が与えられると、各船外機ＥＣＵ８，９は、プロペラ１４の目標回転方向に基づいてドッグクラッチ５４のシフト位置（前進、後進、ニュートラル）を決定する。そして、各船外機ＥＣＵ８，９は、多板クラッチ４３を切るようにクラッチアクチュエータ７４の動作を制御し、多板クラッチ４３が切れると、ドッグクラッチ５４が所定のシフト位置へ変化するようにシフトアクチュエータ５９の動作を制御する。そして、各船外機ＥＣＵ８，９は、電動モータ３１を目標回転速度となるように制御する。電動モータ３１の回転速度制御に関し、具体的には、モータ回転検出部６２によって検出された実測回転速度に基づくフィードバック制御が行われる。

一方、エンジン３０の目標回転速度が与えられると、各船外機ＥＣＵ８，９は、プロペラ１４の目標回転方向に基づいてドッグクラッチ５４のシフト位置を決定する。そして、各船外機ＥＣＵ８，９は、多板クラッチ４３を繋ぐようにクラッチアクチュエータ７４の動作を制御し、多板クラッチ４３が繋がると、ドッグクラッチ５４が所定のシフト位置へ変化するようにシフトアクチュエータ５９の動作を制御する。そして、各船外機ＥＣＵ８，９は、電動スロットルバルブ６４の開度がエンジン３０の目標回転速度に対応した開度となるように、スロットルアクチュエータ６５を制御する。エンジン３０の回転速度制御に関し、具体的には、エンジン回転検出部６３によって検出された実測回転速度に基づくフィードバック制御が行われる。

図７は、制御選択部６７によって所定の制御周期毎に繰り返し実行される選択制御を説明するためのフローチャートである。
制御選択部６７は、レバー１１が後側へ傾倒される（レバー１１の傾倒位置が中立位置よりも後側に移動される）と（ステップＳ１１のＹＥＳ）、プロペラ１４の目標回転方向が後進方向であると判定する。そして、制御選択部６７は、速度センサ４２の出力を参照して、船舶１の進行速度が＋２ｋｍ／ｈ以下かどうかを判定する（ステップＳ１２）。前述したように、レバー１１の傾倒位置が後側、つまりプロペラ１４の回転方向が後進方向であり、かつ船舶１の進行速度が＋２ｋｍ／ｈ以下になると泡巻込みが発生しやすくなる。そこで、ステップＳ１２において、船舶１の進行速度が、＋２ｋｍ／ｈ以下であれば（ステップＳ１２のＹＥＳ）、制御選択部６７は、補正制御部６９を選択する（ステップＳ１４）。船舶１の進行速度が＋２ｋｍ／ｈを超えていれば（ステップＳ１２のＮＯ）、制御選択部６７は、通常制御部６８を選択する（ステップＳ１３）。

一方、レバー１１が前側へ傾倒される（レバー１１の傾倒位置が中立位置よりも前側に移動される）と（ステップＳ１１のＮＯ）、制御選択部６７は、プロペラ１４の目標回転方向が前進方向であると判定し、通常制御部６８を選択する（ステップＳ１３）。
このように、制御選択部６７は、プロペラ１４の回転方向だけでなく、船舶１の進行速度が所定の前進速度以下かどうかを判定するので、プロペラ１４が泡を巻き込みやすい運転状態であるかどうかを正確に判定することができる。そして、この判定に基づいて、通常制御部６８による制御と、補正制御部６９による制御とのいずれかを選択することができる。

図８は、通常制御部６８による通常制御を説明するためのフローチャートである。図９は、レバー１１の傾倒位置と目標エンジン回転速度および目標モータ回転速度との関係を示したグラフである。
通常制御部６８は、レバー１１が前側へ傾倒され、前進開始位置まで傾倒されると（ステップＳ２１のＹＥＳ）、予め設定された通常モータ特性（図９参照）を選択する（ステップＳ２２）。また、ステップＳ２２では、通常制御部６８は、通常モータ特性に基づいて、レバー１１の傾倒位置に対応する目標モータ回転速度Ｖｍを生成する。そして、通常制御部６８は、電動モータ３１の駆動のみによるプロペラ１４の回転を実施する（ステップＳ２３）。具体的には、通常制御部６８は、各船外機ＥＣＵ８，９に、目標モータ回転速度Ｖｍに基づく電動モータ３１の駆動制御を実施させる。

レバー１１が前進開始位置まで傾倒されていないとき、つまり、レバー１１の傾倒位置が中立位置と前進開始位置との間にあるときには（ステップＳ２１のＮＯ）、通常制御部６８は、目標モータ回転速度Ｖｍを生成せずに、レバー１１の傾倒位置を監視する。
プロペラ回転が実施されている状態（ステップＳ２３）で、レバー１１が前進切換位置まで傾倒されると（ステップＳ２４のＹＥＳ）、通常制御部６８は、予め設定された通常エンジン特性（図９参照）を選択する（ステップＳ２５）。また、ステップＳ２５において、通常制御部６８は、通常エンジン特性に基づいて、レバー１１の傾倒位置に対応する目標エンジン回転速度Ｖｅを生成する。そして、通常制御部６８は、エンジン３０の駆動によるプロペラ１４の回転を実施する（ステップＳ２６）。具体的には、通常制御部６８は、各船外機ＥＣＵ８，９に、目標エンジン回転速度Ｖｅに基づくエンジン３０の駆動制御を実施させる。

レバー１１が前進切換位置まで傾倒されていないとき、つまり、レバー１１の傾倒位置が前進開始位置と前進切換位置との間にある場合には（ステップＳ２４のＮＯ）、通常制御部６８は、引き続き、電動モータ３１の駆動のみによるプロペラ回転を実施する。
図９の例では、通常モータ特性は、レバー１１の傾倒量の増加に対して目標モータ回転速度Ｖｍがリニアに増加するように定められている。また、通常エンジン特性も同様に、レバー１１の傾倒量の増加に対して目標エンジン回転速度Ｖｅがリニアに増加するように定められている。そして、前進切り換え位置における目標モータ回転速度Ｖｍと目標エンジン回転速度Ｖｅは等しく定められている。これにより、電動モータ３１のみでプロペラ１４を駆動している状態と、エンジン３０の駆動力をプロペラ１４に伝達する状態との切り換えの前後において、推進力の連続性が確保されるようになっている。

図１０は、補正制御部６９による補正制御を説明するためのフローチャートである。
補正制御部６９は、レバー１１が後進開始位置まで傾倒されると（ステップＳ３１のＹＥＳ）、予め設定された第１補正モータ特性（図９参照）を選択する（ステップＳ３２）。また、ステップＳ３２において、補正制御部６９は、第１補正モータ特性に基づいて、レバー１１の傾倒位置に対応する目標モータ回転速度Ｖｍ’を生成する。そして補正制御部６９は、電動モータ３１の駆動のみによるプロペラ１４の回転を実施する（ステップＳ３３）。具体的には、補正制御部６９は、各船外機ＥＣＵ８，９に、目標モータ回転速度Ｖｍ’に基づく電動モータ３１の駆動制御を実施させる。

レバー１１が後進開始位置まで傾倒されていない場合、つまり、レバー１１の傾倒位置が中立位置と後進開始位置との間にある場合には（ステップＳ３１のＮＯ）、補正制御部６９は、目標モータ回転速度Ｖｍ’を生成せず、レバー１１の傾倒位置の監視を継続する。
第１補正モータ特性は、図９の例では、通常モータ特性と同様に定められている。すなわち、レバー１１の後進方向への傾倒量に対して目標モータ回転速度Ｖｍ’はリニアに定められるようになっている。そして、傾倒量に対する目標モータ回転速度Ｖｍ，Ｖｍ’の関係は、通常モータ特性と第１補正モータ特性との間で等しくなっている。

電動モータ３１の駆動のみでプロペラ１４を回転させる場合、排気ガスが水中に排気されないので、レバー１１の傾倒位置および船舶１の進行速度にかかわらず、泡巻込みが生じることはない。そのため、中立位置から前側および後側のそれぞれの方向へ同じ傾倒量だけレバー１１を傾倒させたときに、通常制御における目標モータ回転速度Ｖｍと補正制御における目標モータ回転速度Ｖｍ’とが等しくなるように、第１補正モータ特性が設定されている。

電動モータ３１によってプロペラ回転が実施されている状態（ステップＳ３３）で、レバー１１が後進切換位置まで傾倒されると（ステップＳ３４のＹＥＳ）、補正制御部６９は、目標エンジン回転速度Ｖｅ’を生成する（ステップＳ３５）。具体的には、補正制御部６９は、船舶１の進行速度およびレバー１１の傾倒量に基づいて補正係数を設定する。また、補正制御部６９は、その傾倒量を通常エンジン特性に適用して得られる目標エンジン回転速度Ｖｅ（基本値）を求める。さらに、補正制御部６９は、この目標エンジン回転速度Ｖｅ（基本値）に前記補正係数を乗じることで、目標エンジン回転速度Ｖｅ’を生成する。レバー１１の様々な傾倒量に応じて目標エンジン回転速度Ｖｅ’がそれぞれ生成されることにより、結果として、第１補正エンジン特性（図９参照）が設定されることになる。つまり、結果的には、第１補正エンジン特性に従って、目標エンジン回転速度Ｖｅ’が生成される。

こうして目標エンジン回転速度Ｖｅ’が生成されると、補正制御部６９は、エンジン３０の駆動によるプロペラ１４の回転へと切り換える（ステップＳ３６）。具体的には、補正制御部６９は、各船外機ＥＣＵ８，９に、目標エンジン回転速度Ｖｅ’に基づくエンジン３０の駆動制御を実施させる。
レバー１１が後進切換位置まで傾倒されていない場合、つまり、レバー１１の傾倒位置が後進開始位置と後進切換位置との間にある場合には（ステップＳ３４のＮＯ）、補正制御部６９は、目標エンジン回転速度Ｖｅ’を生成しない。すなわち、電動モータ３１の駆動のみによるプロペラ１４の回転が継続される。

図１１は、補正制御部６９が前記補正係数を定めるときに用いるマップを示す。このマップは、補正係数と、レバー１１の傾倒量および船舶１の進行速度との関係を表している。補正係数は、前述のとおり、通常エンジン特性に従う目標エンジン回転速度Ｖｅに乗じることによって、第１補正エンジン特性に従う目標エンジン回転速度Ｖｅ’を得るための係数である。

エンジン３０の駆動によってプロペラ１４を後進回転させる場合、船舶１の進行速度によっては、泡巻込みが発生する。この泡巻込みが発生する場合には、通常エンジン特性と同様に目標エンジン回転速度を設定しても、通常制御の場合に比べて推進力が低下する。この推進力低下を是正するために、第１補正エンジン特性（図９参照）は、通常エンジン特性での目標エンジン回転速度Ｖｅ（基本値）に１．０以上の補正係数を乗じて目標エンジン回転速度Ｖｅ’を定めるように設定される。より具体的には、補正制御部６９は、通常エンジン特性を参照して、レバー１１の後側への傾倒量に対応した目標エンジン回転速度Ｖｅを求める。さらに、補正制御部６９は、その目標エンジン回転速度Ｖｅに１．０以上の補正係数を乗じることにより、第１補正エンジン特性に従う目標エンジン回転速度Ｖｅ’を求める。これにより、第１補正エンジン特性に基づく目標エンジン回転速度Ｖｅ’は、通常エンジン特性に基づく目標エンジン回転速度Ｖｅ以上に定められることになる（図９参照）。

図９に示すとおり、後進切換位置において、第１補正モータ特性に従う目標モータ回転速度Ｖｍ’と第１補正エンジン特性に従う目標エンジン回転速度Ｖｅ’とは、連続しておらず、目標エンジン回転速度Ｖｅ’の方が高くなっている。これは、エンジン３０でプロペラ１４を回転させるときの泡巻込みに起因する推進力の低下を補償するためである。したがって、後進切換位置において、プロペラ１４の目標回転速度は不連続になるが、推進力の連続性は保たれる。

泡巻込みは、前述したように、船舶１の後進速度が高くなると発生しにくくなる。また、レバー１１の傾倒量を小さくするとエンジン回転速度が低下し、水中排気される泡の量が減るので、泡巻込みが発生しにくくなり、前述した推進力低下が少なくなる。そのため、補正制御部６９は、レバー１１の傾倒量が小さくなる程、また、船舶１の後進速度が大きくなる程、補正係数を１．０に近付くように可変設定する。

一方、レバー１１の傾倒量が大きくなる程、また、船舶１の後進速度が小さくなる程、前述した推進力低下が大きくなる。そこで、補正制御部６９は、レバー１の傾倒量が大きくなるに従って、補正係数を、たとえば、１．１→１．３→１．５と増加するように可変設定する。さらに、船舶１の進行速度が０ｋｍ／ｈから＋２ｋｍ／ｈの間にある場合も、レバー１１の傾倒量が大きくなる程、また、船舶１の前進速度が小さくなる程、補正係数が増加するように可変設定される。そのため、第１補正エンジン特性に基づく目標エンジン回転速度Ｖｅ’は、通常エンジン特性に基づく目標エンジン回転速度Ｖｅよりも確実に高く定められる。また、補正係数を状況に応じて変更することで、目標エンジン回転速度Ｖｅ’を適切に定めることができる。

図１２は、レバー１１の傾倒位置とプロペラ１４が発生する推進力との関係の一例を示したグラフである。この例では、前進開始位置から前進切換位置までのレバー１１の傾倒量Ａよりも、後進開始位置から後進切換位置までのレバー１１の傾倒量Ｂが大きく設定されている。
レバー１１を前側へ傾倒させていく場合は、泡巻込みが発生しない。したがって、前進切換位置おいて電動モータ３１の駆動のみからエンジン３０の駆動へ切り換えるときに、目標モータ回転速度Ｖｍと目標エンジン回転速度Ｖｅとを等しくしておけばよい。これにより、推進力が連続し、レバー１１の傾倒位置に応じて、推進力が滑らかに出力される。

泡巻込みによる推進力低下は、レバー１１の傾倒位置が後進切換位置に到達し、エンジン３０の水中排気が始まることにより発生する。ここで、補正制御により、目標エンジン回転速度Ｖｅ’を、通常制御での目標エンジン回転速度Ｖｅより高く定めていないと、図示破線矢印で示すように、後進切換位置において推進力が連続しない。
ところで、レバー１１の傾倒位置が前進切換位置から後進切換位置までの間にあるときの船舶１の速度領域は、「デッドスロー領域」といわれている。デッドスロー領域での実際の最大プロペラ回転速度は、たとえば、７００ｒｐｍから１０００ｒｐｍである。デッドスロー領域は、離着岸やトローリングなどの極低速での前後進が行われる速度域である。この領域で推進力の不連続が頻発すると、乗船者に与える違和感は特に大きくなる。

そこで、図１２の例では、制御選択部６７は、前進開始位置から前進切換位置までのレバー１１の傾倒量Ａより、後進開始位置から後進切換位置までのレバー１１の傾倒量Ｂを予め大きく設定している。これにより、低速航行中は、電動モータ３１によるプロペラ１４の駆動からエンジン３０によるプロペラ１４の駆動への切り換わりを抑制できる。その結果、泡巻込みに起因する推進力低下の発生を抑制できる。これにより、デッドスロー領域での違和感を大幅に低減することができる。なお、図９においても、図１２に対応して、レバー１１の後進切換位置までの傾倒量Ｂは、前進切換位置までの傾倒量Ａより大きく設定されている。

また、船舶１を前進させる頻度は、後進させる頻度よりも高い。そのため、前進切換位置までの傾倒量Ａを小さく設定しておくことで、電動モータ３１の駆動を抑制して、電力消費を抑制できる。これにより、バッテリー１０の消耗を抑制できる。その一方で、後進切換位置までの傾倒量Ｂを大きく設定しておくことで、泡巻込みに起因する違和感を効果的に抑制できる。すなわち、電力消費を抑制し、かつ、違和感の低減を図ることができる。

以上のように、制御選択部６７は、レバー１１の傾倒位置に応じて、電動モータ３１の駆動力のみをプロペラ１４に伝達する第１モードと、エンジン３０の駆動力をプロペラ１４に伝達する第２モードとを切り換える。前述したように、レバー１１の傾倒位置は、プロペラ１４の回転方向の指令および回転速度の指令値を示すものである。また、プロペラ１４の回転方向および回転速度は、泡巻込みの発生に深く関与している。そして、第１モードと第２モードとを切り換えるとき、つまり、レバー１１が後進切換位置にあるときが、泡巻込みによる推進力低下が発生するタイミングである。

この実施形態では、泡巻込みが発生する条件のときには、補正制御部６９による制御が選択され、第１モードと第２モードとの切り換え時点で推進力の不連続を抑制するように目標エンジン回転速度Ｖｅ’が定められる。具体的には、補正制御により、目標エンジン回転速度Ｖｅ’は、通常制御での目標エンジン回転速度Ｖｅより高く定められる。その結果、泡巻込みが発生しても、通常制御に比べてエンジン３０の出力が大きくなるので、後進切換位置において推進力が連続し、レバー１１の傾倒位置に応じた推進力が滑らかに出力される。これにより、推進力の低下を回避することができるので、推進力の不連続に起因する違和感を低減できる。なお、後進状態にある船舶１においてレバー１１を前側へ傾倒させたときに泡巻込みが発生する場合もあり、その場合においても、補正制御が行われる。

さらに、図１２に示した例では、制御選択部６７は、第１モードと第２モードとを切り換えるまでのレバー１１の傾倒量について、前述したＡおよびＢといった異なる値（しきい値）を適用している。具体的には、プロペラ１４の回転方向が、泡巻込みによる推進力低下が発生する後進方向である場合には、低速航行領域において第１モードから第２モードへの切り換えが生じにくくなるように、傾倒量Ｂを大きく設定している。これにより、乗船者への違和感をより一層低減できる。

図１３は、図１２に示した例をさらに変形した補正制御を示している。
この変形例では、後側へのレバー１１の傾倒に対して、第１補正エンジン特性に代えて、第２補正エンジン特性（図９参照）を用いる。第２補正エンジン特性は、レバー１１の中立位置からの傾倒量が同じ場合に、通常エンジン特性に基づく目標エンジン回転速度Ｖｅと等しくなるように目標エンジン回転速度Ｖｅ’を定める特性である。

また、この変形例では、後側へのレバー１１の傾倒に対して、第１補正モータ特性に代えて、第２補正モータ特性（図９参照）が用いられる。第２補正モータ特性は、レバー１１の中立位置からの傾倒量が同じ場合に、目標モータ回転速度Ｖｍ’を、通常モータ特性に基づく目標モータ回転速度Ｖｍより低く定める特性である。具体的には、補正制御部６９は、レバー１１の中立位置から後側への傾倒量を通常モータ特性に適用して、目標モータ回転速度Ｖｍ（基本値）を求める。さらに、補正制御部６９は、その目標モータ回転速度Ｖｍ（基本値）に１．０未満の補正係数を乗じることによって、第２補正モータ特性に従う目標モータ回転速度Ｖｍ’を求める。

つまり、補正制御部６９は、エンジン３０によってプロペラ１４を駆動するときの泡巻込みによる推進力低下を見越して、電動モータ３１の目標回転速度を予め低く設定する。これにより、後進切換位置において、電動モータ３１の駆動によるプロペラ１４の推進力と、エンジン３０の駆動によるプロペラ１４の推進力とを連続させることができる。これにより、レバー１１の傾倒位置に応じて推進力が滑らかに出力されるので、操船者その他の乗船者が受ける違和感を低減できる。

図１４は、船舶１を横移動させる状況を説明するための概念図である。
複数の船外機４，５を備える船舶１では、各船外機４，５が発生する推進力の合力により、船舶１を旋回させずに、前後進以外の平行移動（横移動）を行うことができる。このような操船により、離着岸が一層容易になる。たとえば、船舶１が右側へ横移動を行う場合、右側へ向かう推進力を発生させるためには、左舷船外機４からは右前方へ向かう推進力を発生させるとともに、右舷船外機５からは右後方へ向かう推進力を発生させればよい。これにより、それらの推進力の合力は右方向へ向く。このとき、左舷船外機４のプロペラ１４は前進方向に回転され、右舷船外機５のプロペラ１４は後進方向に回転されることになり、プロペラ１４の回転方向が互いに反対となる。したがって、左舷船外機４ではエンジン駆動のときでも泡巻込みは生じないが、右舷船外機５ではエンジン駆動時には泡巻込みが発生する条件となる。

このような場合には、左舷船外機４については通常制御を行い、右舷船外機５については補正制御を行うようにすればよい。これにより、横移動操船時において、モータ駆動時とエンジン駆動時とで推進力を連続させることができるので、操船者の意図する方向へと船舶１を横移動させることができ、しかも、操船者その他の乗船者に与える違和感を低減できる。さらに、前述の図１２および図１３の例のように、モータ駆動からエンジン駆動に切り換えられるときのレバー傾倒量Ａ，Ｂをプロペラ１４の前進回転時と後進回転時とで異なる値としてもよい。これにより、デッドスロー領域で横移動操船を行うときに、モータ駆動とエンジン駆動との切り換わりを抑制できる結果、乗船者に与える違和感をより一層低減することができる。また、モータ駆動による電力消費を抑制しつつ、泡巻込みに起因する違和感を低減できる。

この発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、他の形態でも実施することができる。
たとえば、前述の図１２および図１３に示した補正制御の例では、モータ駆動とエンジン駆動とを切り換えるしきい値となるレバー傾倒量Ａ，Ｂを前進回転と後進回転とで異ならせるだけでなく、レバー傾倒量Ｂでの推進力を連続させている。すなわち、レバー傾倒量Ｂにおいて、モータ駆動による推進力とエンジン駆動による推進力を連続させている。しかし、デッドスロー領域での推進力不連続の問題は、後進方向に関するしきい値であるレバー傾倒量Ｂを前進方向に関するしきい値であるレバー傾倒量Ａよりも大きくしておけば解消できる。したがって、デッドスロー領域外での推進力の不連続を不問にするとすれば、プロペラ１４の回転方向によらずに、通常モータ特性および通常エンジン特性に従って目標回転速度Ｖｍ’，Ｖｅ’を設定することとしても差し支えない。

また、たとえば、前述の実施形態では、船外機が２個備えられる構成を例示したが、船外機が１つだけ備えられる構成であってもよいし、船外機が３個以上備えられる構成であってもよい。
また、前述の実施形態では、通常制御モードおよび補正制御モードの２つのモードで推進力を発生させることとしたが、補正制御モードを複数設けて多段階で推進力を補正するようにしてもよい。また、推進力低下を数値的に検出してエンジン回転速度をフィードバック制御するようにしてもよい。

また、前述の実施形態では、前進から後進への切換えを検出して推進力の補正を行ったが、後進から前進への切換え時にも泡巻込みの問題が同様に発生するので、後進から前進への切換えを検出して推進力の補正をしてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

図１Ａは、水中排気を説明するための概念図であって、船舶が前進している状態を示す。図１Ｂは、水中排気を説明するための概念図であって、船舶が後進している状態を示す。 この発明の一実施形態に係る船舶の構成を説明するための概念図である。 各船外機に共通の構成を説明するための図解的な断面図である。 船舶の前進速度、泡巻込みが生じていない状態で得られるべき理想的な推進力、および実際の推進力の各時間変化を示す図である。 レバーの図解的な側面図である。 各船外機の制御系統を説明するためのブロック図である。 制御選択部によって所定の制御周期毎に繰り返し実行される選択制御を説明するためのフローチャートである。 通常制御部による通常制御を説明するためのフローチャートである。 レバーの傾倒位置と目標エンジン回転速度および目標モータ回転速度との関係を示したグラフである。 補正制御部による補正制御を説明するためのフローチャートである。 補正制御における補正係数の設定に用いられるマップを示す図である。 前進開始位置から前進切換位置までのレバー傾倒量より、後進開始位置から後進切換位置までのレバー傾倒量を大きく設定した場合における、レバー傾倒位置と推進力との関係の一例を示すグラフである。 前進開始位置から前進切換位置までのレバー傾倒量より、後進開始位置から後進切換位置までのレバー傾倒量を大きく設定した場合における、レバー傾倒位置と推進力との関係の他の例を示すグラフである。 船舶を横移動させる状況を説明するための概念図である。

符号の説明

１ 船舶
２ 船体
３ 船尾
４ 左舷船外機
５ 右舷船外機
６ 船首
７ 中心線
８ 左舷ＥＣＵ
９ 右舷ＥＣＵ
１０ バッテリー
１１ レバー
１２ 船内ＬＡＮ
１３ 航走制御装置
１４ プロペラ
１５ 終端器
１６ ボス部
１７ 水中排気口
１８ プロペラシャフト
１９ ドライブシャフト
２０ クランプブラケット
２１ スイベルブラケット
２２ 推進ユニット
２３ チルト軸
２４ 操舵軸
２５ 操舵ロッド
２６ 上カウリング
２７ 下カウリング
２８ 上ケーシング
２９ 下ケーシング
３０ エンジン
３１ 電動モータ
３２ シフト機構
３３ クランク軸
３４ クランクケース
３５ シリンダブロック
３６ シリンダヘッド
３７ ヘッドカバー
３８ 吸気サイレンサ
３９ 連通穴
４０ 吸気通路
４１ 排気マニホールド
４２ 速度センサ
４３ 多板クラッチ
４４ クラッチ板
４５ 排気通路
４６ 排気膨張室
４７ 空中排気口
４８ 駆動ギヤ
４９ 前進ギヤ
５０ 後進ギヤ
５１ 操作盤
５２ ロッド
５３ ノブ
５４ ドッグクラッチ
５５ シフトロッド
５６ 主排気路
５７ 空中排気路
５８ 水中排気路
５９ シフトアクチュエータ
６０ 操舵アクチュエータ
６１ 操舵角センサ
６２ モータ回転検出部
６３ エンジン回転検出部
６４ 電動スロットルバルブ
６５ スロットルアクチュエータ
６６ 位置センサ
６７ 制御選択部
６８ 通常制御部
６９ 補正制御部
７０ 小径部
７１ 大径部
７２ 隙間
７３ 排気中継路
７４ クラッチアクチュエータ
７５ 排気ポート

Claims (11)

1. プロペラと、前記プロペラを回転させるための駆動力を発生する電動モータと、前記プロペラを回転させるための駆動力を発生させるとともに、水中排気を行うエンジンとを備えるハイブリッド型船外機を制御するための制御装置であって、
   前記プロペラの回転速度を表す速度指令値を生成する速度指令手段と、
   前記プロペラの回転方向および前記速度指令手段によって生成される速度指令値に応じて、前記電動モータの駆動力のみを前記プロペラに伝達する第１モードと、前記エンジンの駆動力を前記プロペラに伝達する第２モードとを切り換える制御手段とを含み、
   前記制御手段は、前記速度指令手段によって生成される速度指令値に対して、前記プロペラの回転方向に応じて異なるしきい値を適用することにより、前記第１モードと前記第２モードとを切り換えるものである、ハイブリッド型船外機の制御装置。
2. 前記制御手段は、前記プロペラの回転方向が前記エンジンの水中排気を前記プロペラから遠ざける第１の回転方向である場合に第１のしきい値を適用し、前記プロペラの回転方向が前記エンジンの水中排気を前記プロペラに引き寄せる第２の回転方向である場合に前記第１のしきい値より大きい第２のしきい値を適用するものである、請求項１記載のハイブリッド型船外機の制御装置。
3. プロペラと、前記プロペラを回転させるための駆動力を発生する電動モータと、前記プロペラを回転させるための駆動力を発生させるとともに、水中排気を行うエンジンとを備えるハイブリッド型船外機を制御するための制御装置であって、
   前記プロペラの回転速度を表す速度指令値を生成する速度指令手段と、
   前記プロペラの回転方向および前記速度指令手段によって生成される速度指令値に応じて、前記電動モータの駆動力のみを前記プロペラに伝達する第１モードと、前記エンジンの駆動力を前記プロペラに伝達する第２モードとを切り換える制御手段とを含み、
   前記制御手段は、前記プロペラの回転方向が前記エンジンの水中排気を前記プロペラから遠ざける第１の回転方向である場合において、前記速度指令手段が生成する速度指令値が第１のしきい値以下のときは前記第１モードに制御し、前記速度指令手段が生成する速度指令値が前記第１のしきい値を超えているときは前記第２モードに制御する一方で、前記プロペラの回転方向が前記エンジンの水中排気を前記プロペラに引き寄せる第２の回転方向である場合において、前記速度指令手段が生成する速度指令値が前記第１のしきい値より大きい第２のしきい値以下のときは前記第１モードに制御し、前記速度指令手段が生成する速度指令値が前記第２のしきい値を超えているときは前記第２モードに制御するものである、ハイブリッド型船外機の制御装置。
4. 前記プロペラの回転方向を表す方向指令を生成する方向指令手段をさらに含み、
   前記制御手段は、前記方向指令手段によって生成される方向指令が前記第１の回転方向を表す場合において、前記速度指令値が前記第１のしきい値以下のときは前記第１モードに制御し、前記速度指令値が前記第１のしきい値を超えているときは前記第２モードに制御する一方で、前記方向指令手段によって生成される方向指令が前記第２の回転方向を表す場合において、前記速度指令値が前記第２のしきい値以下のときは前記第１モードに制御し、前記速度指令値が前記第２のしきい値を超えているときは前記第２モードに制御するものである、請求項３記載のハイブリッド型船外機の制御装置。
5. 前記第１の回転方向が船舶に前進方向の推進力を与える前進方向であり、前記第２の回転方向が船舶に後進方向の推進力を与える後進方向である、請求項２〜４のいずれか一項に記載のハイブリッド型船外機の制御装置。
6. 前記船外機の水中排気が船舶の後方に向けて排出される、請求項５記載のハイブリッド型船外機の制御装置。
7. 前記プロペラの回転方向を表す方向指令を生成する方向指令手段をさらに含み、
   前記制御手段は、前記方向指令手段によって生成される方向指令に基づいて前記プロペラの回転方向を判定する回転方向判定手段を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のハイブリッド型船外機の制御装置。
8. 前記第１モードから前記第２モードへの切り換えの前後に前記プロペラが発生する推進力が連続するように前記電動モータの目標回転速度を設定する電動モータ回転速度設定手段をさらに含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載のハイブリッド型船外機の制御装置。
9. 前記第１モードから前記第２モードへの切り換えの前後に前記プロペラが発生する推進力が連続するように前記エンジンの目標回転速度を設定するエンジン回転速度設定手段をさらに含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載のハイブリッド型船外機の制御装置。
10. プロペラ、前記プロペラを回転させるための駆動力を発生する電動モータ、および前記プロペラを回転させるための駆動力を発生させるとともに、水中排気を行うエンジンを備えるハイブリッド型船外機と、
    このハイブリッド型船外機を制御するための請求項１〜９のいずれか一項に記載の制御装置とを含む、航走支援システム。
11. 船体と、
    プロペラ、前記プロペラを回転させるための駆動力を発生する電動モータ、および前記プロペラを回転させるための駆動力を発生させるとともに、水中排気を行うエンジンを備えるハイブリッド型船外機と、
    このハイブリッド型船外機を制御するための請求項１〜９のいずれか一項に記載の制御装置とを含む、船舶。

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