JP5839259B2 - Variable pitch propeller control method, variable propeller control device, and ship equipped with variable pitch propeller control device - Google Patents
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Description
本発明は、燃料消費量の最適化による省エネルギー化に有効な可変ピッチプロペラ（Controllable Pitch Propeller 以下適宜「ＣＰＰ」と記す。）制御方法および可変ピッチプロペラ制御装置ならびに可変ピッチプロペラ制御装置を搭載した船舶に関する。 The present invention relates to a controllable pitch propeller (hereinafter referred to as “CPP” as appropriate) control method, a variable pitch propeller control device, and a ship equipped with a variable pitch propeller control device effective for energy saving by optimizing fuel consumption. About.
従来、燃料消費量を最適化するため、プロペラ効率を最大にする方法が用いられている（例えば特許文献１〜５）。この方法は、プロペラ効率が最大となるように可変ピッチプロペラを制御し、プロペラ効率が最大であるが故に燃料消費量の面でも良くなるという考え方に基づいている。 Conventionally, methods for maximizing propeller efficiency have been used in order to optimize fuel consumption (for example, Patent Documents 1 to 5). This method is based on the idea that the variable pitch propeller is controlled so that the propeller efficiency is maximized, and the fuel consumption is improved because the propeller efficiency is maximized.
特許文献１には、可変ピッチプロペラの自動負荷制御装置において、運航時と試運転時とで燃料の性状が異なる場合や主機の運転条件の異なる場合に、主機の実際の負荷と試運転により設定された負荷との間に生じる差を修正するために、燃料性状等に応じて主機燃料投入量を補正する補正計算手段を設ける構成が開示されている。
しかし、同文献に開示されているのは、設定した負荷で主機を運転するための補正計算手段を設けることのみであり、適切な回転数と出力の関係をどのようにして求めるかについては記載されていない。
In patent document 1, in the automatic load control apparatus of a variable pitch propeller, when the property of the fuel is different between the operation time and the test operation, or when the operation condition of the main engine is different, it is set by the actual load and the test operation of the main engine. In order to correct the difference between the load and the load, a configuration is provided in which correction calculation means for correcting the fuel injection amount of the main engine according to the fuel property or the like is provided.
However, this document only discloses a correction calculation means for operating the main engine with a set load, and describes how to obtain an appropriate relationship between the rotational speed and the output. It has not been.
特許文献２には、ブースト・ディーゼル・エンジンの非定常運転条件を伴う可変ピッチ・プロペラの制御方法において、エンジン負荷またはエンジン出力を増加させる際に不完全燃焼による煙の発生量を減少させるために、最初に一定出力のもとでプロペラのピッチを減少させ回転速度を増加させ、次いで、プロペラのピッチを増加させる構成が開示されている。
しかし、この構成は大量の燃料を供給した場合、主機の運転がトルクリッチゾーン（サージングゾーン）に入って不完全燃焼による煙（黒煙）を上げることを避けるためのものである。これは、いわゆるオーバーロードコントロールの一部であり、煙を生じる過負荷条件以外の状況において燃料消費量を最適化することについては何ら考慮されていない。
Patent Document 2 discloses a method for controlling a variable pitch propeller with a non-steady operation condition of a boost diesel engine in order to reduce the amount of smoke generated due to incomplete combustion when the engine load or engine output is increased. A configuration is disclosed in which the pitch of the propeller is first decreased and the rotational speed is increased under a constant output, and then the pitch of the propeller is increased.
However, this configuration is to prevent the operation of the main engine from entering the torque rich zone (surging zone) and raising smoke (black smoke) due to incomplete combustion when a large amount of fuel is supplied. This is part of so-called overload control, and no consideration is given to optimizing fuel consumption in situations other than overload conditions that produce smoke.
特許文献３には、船舶推進装置において、主機の燃料消費効率を最適に保つことができるように、ガバナ制御とプロペラピッチ制御手段とを総合的に制御する構成が開示されている。
しかし、同文献に記載の発明は、ハンドルを通常航行状態と微速航行状態とで切換える操作が煩雑であるという問題の解消を課題とするものであり、上記開示は、主機の燃料消費効率を最適に保つことに関する一般的な説明にすぎない。このため、燃料消費量を最適に保つための具体的な構成は何ら記載されていない。
Patent Document 3 discloses a configuration for comprehensively controlling governor control and propeller pitch control means in a marine vessel propulsion device so that the fuel consumption efficiency of the main engine can be kept optimal.
However, the invention described in the same document aims at solving the problem that the operation of switching the steering wheel between the normal navigation state and the slow speed navigation state is complicated, and the above disclosure optimizes the fuel consumption efficiency of the main engine. It's just a general explanation of what to do. For this reason, no specific configuration for keeping the fuel consumption optimal is described.
特許文献４には、可変ピッチプロペラ装置におけるピッチ角制御方法において、エンジン回転数によってプロペラのピッチ角を自動制御する構成が開示されている。
しかし、この構成は、特許文献２同様、不完全燃焼による極端に燃費の悪い状態を避けることを目的として、プロペラのピッチ角を制御することにより、エンジンの出力が最高となる回転数域（パワーバンド）内となるようにエンジンの回転数を維持するものである。また、不完全燃焼の生じる過負荷条件以外の通常の運転状態において更に燃費を良くするための構成は記載されていない。
Patent Document 4 discloses a configuration in which a pitch angle of a propeller is automatically controlled by an engine speed in a pitch angle control method in a variable pitch propeller device.
However, as in Patent Document 2, this configuration is designed to control the pitch angle of the propeller for the purpose of avoiding an extremely poor fuel consumption due to incomplete combustion, so that the engine speed is maximized (power range). The engine speed is maintained so as to be within the band. Further, there is no description of a configuration for further improving fuel consumption in a normal operation state other than an overload condition in which incomplete combustion occurs.
特許文献５には、船舶の推進装置において、据付け工数が少なくスペースも小さくてすむ定速回転型主機を主機関の代わりに使用するため、プロペラの回転数調整を可変ピッチプロペラにより行う構成が開示されている。
しかし、この構成は、可変ピッチプロペラを用いて船速を変えることにより周波数を一定（定回転）として、効率の悪いインバータ（周波数調整）を使用しないことにより、電力ロスを少なくして燃料費を節約するものであり、同文献には、燃費を良くするためのＣＰＰの制御方法については何ら記載されていない。
Patent Document 5 discloses a configuration in which a rotation speed adjustment of a propeller is performed by a variable pitch propeller in order to use a constant speed rotation type main machine that requires less installation man-hours and requires less space in place of a main engine in a ship propulsion device. Has been.
However, this configuration makes the frequency constant (constant rotation) by changing the ship speed using a variable pitch propeller, and does not use an inefficient inverter (frequency adjustment), thereby reducing power loss and fuel costs. This document does not describe any CPP control method for improving fuel efficiency.
上述したとおり、燃料消費量を最適化するために用いられている従来の方法としては、プロペラ効率を最大にする方法、および主機の不完全燃焼による極端な燃費の悪化を避ける方法がある。しかし、これら従来の方法はいずれも、省エネルギー化を実現するための方法として、十分なものではない。
そこで、本発明は、従来の方法より高い水準の省エネルギー化を実現することができる、可変ピッチプロペラ制御方法および可変プロペラ制御装置ならびに可変ピッチプロペラ制御装置を搭載した船舶を提供することを目的とする。
As described above, conventional methods used for optimizing the fuel consumption include a method for maximizing propeller efficiency and a method for avoiding extreme deterioration in fuel consumption due to incomplete combustion of the main engine. However, none of these conventional methods is sufficient as a method for realizing energy saving.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a variable pitch propeller control method, a variable propeller control device, and a ship equipped with a variable pitch propeller control device, which can realize a higher level of energy saving than conventional methods. .
請求項１に記載の本発明の可変ピッチプロペラ制御方法は、船体に搭載される原動機としての主機と前記主機により駆動される可変ピッチプロペラを、前記主機の主機燃料消費率特性と前記可変ピッチプロペラのプロペラ効率特性とを考慮した前記主機の燃料消費量最少特性に基づいて制御するに当たり、前記燃料消費量最少特性又は前記プロペラ効率特性を予め船体抵抗別に複数保有し、船速と前記主機の出力の関係から船体抵抗増加量の程度を推定して、複数の前記燃料消費量最少特性又は前記プロペラ効率特性のうちから使用する前記燃料消費量最少特性又は前記プロペラ効率特性を決めることを特徴とする。
この構成により、プロペラ効率特性に加えて主機燃料消費率特性をも考慮して可変ピッチプロペラを制御することができる。
また、船体抵抗増加量の程度を推定し、複数保有した燃料消費量最少特性又はプロペラ効率特性のうちから使用する特性を選択して制御を行うことができる。
また、例えば直接評価することが困難な波浪の影響を取得の容易な情報に基づいて推定し、推定に基づいて使用する燃料消費量最少特性又はプロペラ効率特性を決めることができる。
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の可変ピッチプロペラ制御方法において、前記燃料消費量最少特性は、船速を考慮して求めた特性であることを特徴とする。
この構成により、船速に応じて変化する燃料消費量最少特性に対応させて、可変ピッチプロペラを制御することができる。
請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２に記載の可変ピッチプロペラ制御方法において、前記プロペラ効率特性は、前記可変ピッチプロペラのピッチ角を変えた性能を基に、前記船体の船体抵抗と船速の関係、自航要素および伝達効率を考慮して求めたことを特徴とする。
この構成により、可変ピッチプロペラ制御方法において、船体に備えられた可変ピッチプロペラの状態を反映させたプロペラ効率特性を用いることができる。
請求項４に記載の本発明は、請求項１から請求項３のうちの１項に記載の可変ピッチプロペラ制御方法において、前記プロペラ効率特性に対し、前記船体への海象の影響に基づく補正を行ったことを特徴とする。
この構成により、海象による船体への影響を可変ピッチプロペラ制御方法に反映させることができる。
A variable pitch propeller control method according to a first aspect of the present invention includes a main engine as a prime mover mounted on a hull, a variable pitch propeller driven by the main engine, a fuel consumption rate characteristic of the main engine, and the variable pitch propeller. When controlling based on the minimum fuel consumption characteristic of the main engine taking into account the propeller efficiency characteristics of the main engine , a plurality of the minimum fuel consumption characteristics or the propeller efficiency characteristics are previously stored for each hull resistance, the ship speed and the output of the main engine The degree of increase in hull resistance is estimated from the relationship, and the minimum fuel consumption characteristic or the propeller efficiency characteristic to be used is determined from among the plurality of minimum fuel consumption characteristics or the propeller efficiency characteristics. .
With this configuration, the variable pitch propeller can be controlled in consideration of the main fuel consumption characteristic in addition to the propeller efficiency characteristic.
Further, the degree of increase in hull resistance can be estimated, and control can be performed by selecting a characteristic to be used from a plurality of fuel consumption minimum characteristics or propeller efficiency characteristics.
Further, for example, it is possible to estimate the influence of waves that are difficult to evaluate directly based on information that can be easily acquired, and to determine the minimum fuel consumption characteristic or propeller efficiency characteristic to be used based on the estimation.
The present invention described in 請 Motomeko 2, the variable pitch propeller control method according to claim 1, wherein the fuel consumption minimal characteristics, characterized in that it is a characteristic determined in consideration of the boat speed.
With this configuration, the variable pitch propeller can be controlled in accordance with the fuel consumption minimum characteristic that changes according to the ship speed.
According to a third aspect of the present invention, there is provided the variable pitch propeller control method according to the first or second aspect , wherein the propeller efficiency characteristic is based on performance obtained by changing a pitch angle of the variable pitch propeller. It was obtained in consideration of the relationship between hull resistance and ship speed, self-propulsion factors and transmission efficiency.
With this configuration, in the variable pitch propeller control method, the propeller efficiency characteristic reflecting the state of the variable pitch propeller provided in the hull can be used.
The present invention is defined in claim 4, in the variable pitch propeller control method according to one of claims 1 to 3, relative to the propeller efficiency characteristics, a correction based on the sea conditions impact on the hull It is characterized by having gone.
With this configuration, it is possible to reflect the influence of sea conditions on the hull in the variable pitch propeller control method .
請求項５に記載の本発明の可変ピッチプロペラ制御装置は、船体を推進する原動機としての主機と、前記主機により駆動される可変ピッチプロペラと、前記主機の出力を設定する出力設定手段と、前記出力設定手段の設定と前記主機の主機燃料消費率特性と前記可変ピッチプロペラのプロペラ効率特性とを考慮した前記主機の燃料消費量最少特性に基づいて前記主機と前記可変ピッチプロペラを制御するに当たり、前記燃料消費量最少特性又は前記プロペラ効率特性を予め船体抵抗別に複数保有し、船速と前記主機の出力の関係から船体抵抗増加量の程度を推定して、複数の前記燃料消費量最少特性又は前記プロペラ効率特性のうちから使用する前記燃料消費量最少特性又は前記プロペラ効率特性を決める燃料消費量特性制御部を備えたことを特徴とする。
この構成により、プロペラ効率特性に加えて主機燃料消費率特性をも考慮して可変ピッチプロペラを制御することができる。
また、船体抵抗増加量の程度を推定し、複数保有した燃料消費量最少特性又はプロペラ効率特性のうちから使用する特性を選択して、可変ピッチプロペラを制御することができる。
また、例えば直接評価することが困難な波浪の影響を取得の容易な情報に基づいて推定し、推定に基づいて使用する燃料消費量最少特性又はプロペラ効率特性を決めることができる。
請求項６に記載の本発明は、請求項５に記載の可変ピッチプロペラ制御装置において、前記燃料消費量最少特性は、船速を考慮して求めた特性であることを特徴とする。
この構成により、船速に応じて変化する燃料消費量最少特性を考慮して可変ピッチプロペラを制御することができる。
請求項７に記載の本発明は、請求項５または請求項６に記載の可変ピッチプロペラ制御装置において、前記可変ピッチプロペラの回転数とピッチ角の関係を示す可変ピッチプロペラ特性データに基づき制御を行ったことを特徴とする。
この構成により、ピッチ角の制御を可変ピッチプロペラ特性データに基づいて行うことができる。
請求項８に記載の本発明は、請求項５から請求項７のうちの１項に記載の可変ピッチプロペラ制御装置において、前記プロペラ効率特性は、前記可変ピッチプロペラのピッチ角を変えた性能を基に、前記船体の船体抵抗と船速の関係、自航要素および伝達効率を考慮して求めたことを特徴とする。
この構成により、可変ピッチプロペラ制御において考慮されるプロペラ効率特性に、船体に備えられたプロペラの状態を反映させることができる。
請求項９に記載の本発明は、請求項５から請求項８のうちの１項に記載の可変ピッチプロペラの制御装置において、前記プロペラ効率特性に対し、前記船体への海象の影響に基づく補正を行ったことを特徴とする。
この構成により、海象による船体への影響を可変ピッチプロペラ制御に反映させることができる。
Variable pitch propeller control system of the present invention described in 請 Motomeko 5, a main engine of a motor to propel the boat, and a variable pitch propeller driven by the main engine, and an output setting means for setting an output of the main engine, per to control the variable pitch propeller and the main engine on the basis of the set and propeller efficiency characteristic and the fuel consumption minimal characteristics of the main motor in consideration of the main motor fuel consumption ratio characteristic of the main engine variable pitch propeller of the output setting means A plurality of the fuel consumption minimum characteristics or the propeller efficiency characteristics for each hull resistance in advance, and estimating the degree of increase in hull resistance from the relationship between the ship speed and the output of the main engine, and a plurality of the fuel consumption minimum characteristics or further comprising a fuel consumption characteristic control unit for determining the fuel consumption minimal characteristics or the propeller efficiency characteristics to use from among the propeller efficiency characteristic And features.
With this configuration, the variable pitch propeller can be controlled in consideration of the main fuel consumption characteristic in addition to the propeller efficiency characteristic.
Further, the variable pitch propeller can be controlled by estimating the degree of increase in the hull resistance and selecting a characteristic to be used from among the plurality of fuel consumption minimum characteristics or propeller efficiency characteristics.
Further, for example, it is possible to estimate the influence of waves that are difficult to evaluate directly based on information that can be easily acquired, and to determine the minimum fuel consumption characteristic or propeller efficiency characteristic to be used based on the estimation.
The present invention described in 請 Motomeko 6, the variable pitch propeller control system as claimed in claim 5, wherein the fuel consumption minimal characteristics, characterized in that it is a characteristic determined in consideration of the boat speed.
With this configuration, the variable pitch propeller can be controlled in consideration of the fuel consumption minimum characteristic that changes according to the ship speed.
According to a seventh aspect of the present invention, in the variable pitch propeller control device according to the fifth or sixth aspect , the control is performed based on variable pitch propeller characteristic data indicating a relationship between a rotational speed and a pitch angle of the variable pitch propeller. It is characterized by having gone.
With this configuration, the pitch angle can be controlled based on the variable pitch propeller characteristic data.
The present invention according to claim 8 is the variable pitch propeller control device according to one of claims 5 to 7 , wherein the propeller efficiency characteristic is a performance obtained by changing a pitch angle of the variable pitch propeller. On the basis of this, it is obtained in consideration of the relationship between hull resistance and hull speed of the hull, self-propulsion factors and transmission efficiency.
With this configuration, the state of the propeller provided in the hull can be reflected in the propeller efficiency characteristic considered in the variable pitch propeller control.
According to a ninth aspect of the present invention, in the control device for a variable pitch propeller according to one of the fifth to eighth aspects, the propeller efficiency characteristic is corrected based on an influence of a sea condition on the hull. It is characterized by having performed.
With this configuration, it is possible to reflect the influence of sea conditions on the hull in the variable pitch propeller control .
請求項１０に記載の本発明の船舶は、請求項５から請求項９のうちの１項に記載の可変ピッチプロペラ制御装置を搭載したことを特徴とする。
この構成により、主機燃料消費率特性と可変ピッチプロペラのプロペラ効率特性とを考慮した燃料消費量特性に基づいて制御される可変ピッチプロペラにより、船舶を推進できる。
Vessels of the present invention described in 請 Motomeko 10 is characterized by mounting the variable pitch propeller control system as claimed in claim 5 in one of claims 9.
With this configuration, the ship can be propelled by the variable pitch propeller controlled based on the fuel consumption characteristic in consideration of the main engine fuel consumption rate characteristic and the propeller efficiency characteristic of the variable pitch propeller.
本発明によれば、プロペラ効率特性に加えて主機燃料消費率特性をも考慮して可変ピッチプロペラを制御することにより、プロペラ性能や駆動源である主機の運転限界だけでなく、主機の主機燃料消費率特性も考慮した制御を行うことができるから、従来よりも高い水準の省エネルギー運行が可能となる。
特に、主機の出力と回転数により決まる燃料消費量最少特性を用いることにより、出力あるいは回転数、あるいはその近似値を使用して燃料消費量が最少となる運転条件を得ることができる。
また、燃料消費量最少特性として船速を考慮して求めた特性を用いることにより、船速の維持を燃料消費量最少特性に対応させて制御することができる。
また、プロペラ効率特性として、可変ピッチプロペラのピッチ角を変えた性能を基に、船体の船体抵抗と船速の関係、自航要素および伝達効率を考慮して求めたものを用いることにより、主機燃料消費率特性との関連付けが容易にできる。
また、海象による船体への影響などを考慮して制御に反映させることにより、風や波のある実際の海面を航行する状況においても、平水中同様、高い水準の省エネルギー運行が可能となる。
また、主機の出力の関係から、海象の影響としての波浪による抵抗増加量の程度を推定して制御をおこなった場合は、直接評価することが困難な波浪の影響を取得の容易な情報に基づいて推定することができ、波浪の程度に応じて複数の燃料消費量最少特性を選択し得る。
さらに、船舶に本発明の可変ピッチプロペラ装置を搭載した場合は、主機燃料消費率特性と可変ピッチプロペラのプロペラ効率特性とを考慮した燃料消費量特性に基づいて制御される可変ピッチプロペラにより船舶を推進でき、従来よりも高い水準の省エネルギー運行が可能となる。
According to the present invention, by controlling the variable pitch propeller in consideration of the main engine fuel consumption rate characteristic in addition to the propeller efficiency characteristic, not only the propeller performance and the operating limit of the main engine as the driving source, but also the main engine fuel of the main engine Since it is possible to perform control in consideration of consumption rate characteristics, a higher level of energy saving operation than before can be achieved.
In particular, by using the fuel consumption minimum characteristic determined by the output and the rotational speed of the main engine, it is possible to obtain an operating condition in which the fuel consumption is minimized by using the output, the rotational speed, or an approximate value thereof.
Further, by using the characteristic obtained in consideration of the ship speed as the fuel consumption minimum characteristic, the maintenance of the ship speed can be controlled in correspondence with the fuel consumption minimum characteristic.
In addition, by using the propeller efficiency characteristics obtained by considering the relationship between hull resistance and speed, self-propulsion factors, and transmission efficiency based on the performance of variable pitch propellers with different pitch angles, It can be easily associated with the fuel consumption rate characteristic.
In addition, by reflecting the influence on the hull due to sea conditions and the like in the control, high-level energy-saving operation is possible even in a situation where sailing on the actual sea surface with wind and waves, as in the case of plain water.
In addition, when the control is performed by estimating the extent of the resistance increase caused by waves as the influence of the ocean from the relationship of the output of the main engine, the effects of waves that are difficult to evaluate directly are based on information that is easy to acquire. A plurality of fuel consumption minimum characteristics can be selected according to the degree of waves.
Further, when the variable pitch propeller device of the present invention is mounted on a ship, the ship is controlled by a variable pitch propeller that is controlled based on a fuel consumption characteristic that takes into consideration the main engine fuel consumption rate characteristic and the propeller efficiency characteristic of the variable pitch propeller. It can be promoted and energy-saving operation at a higher level than before is possible.
まず、従来技術について説明する。現在、可変ピッチプロペラ（ＣＰＰ）装備船に採用されている制御方法には、自動負荷制御方法、過負荷保護方法、自動船速制御方法などがある。それぞれの制御方法は、次のようなものである。図６〜図８は従来の自動負荷制御方法を説明するグラフである。 First, the prior art will be described. Currently, there are an automatic load control method, an overload protection method, an automatic ship speed control method, and the like as control methods adopted in a variable pitch propeller (CPP) equipped ship. Each control method is as follows. 6 to 8 are graphs for explaining a conventional automatic load control method.
図６は自動負荷制御方法を説明するグラフである。同図では、横軸が主機により回転するプロペラの回転数（Ｎ）を示し、縦軸がプロペラの出力（Ｐ）を示している。
同図に示すように、自動負荷制御方法は、（Ｎ，Ｐ）の組み合わせをプロペラ回転数の３乗に所定の係数を乗じた式により表される曲線に乗せるように主機（原動機）の出力を制御するものである。この方法は、同図に示す３乗曲線（Ｐ＝ａ×Ｎ３）とプロペラ効率が最高の点を結んだ曲線とが近似していることから、プロペラ効率に着目して推進効率が良くなるように制御する方法である。なお、上記所定の係数ａとしては、船の形状や使用される状況に応じた値が適宜用いられる。
FIG. 6 is a graph for explaining the automatic load control method. In the figure, the horizontal axis indicates the rotation speed (N) of the propeller rotated by the main machine, and the vertical axis indicates the output (P) of the propeller.
As shown in the figure, in the automatic load control method, the output of the main engine (prime motor) is set so that the combination of (N, P) is put on a curve represented by an expression obtained by multiplying the third power of the propeller rotation speed by a predetermined coefficient. Is to control. In this method, since the cube curve (P = a × N 3 ) shown in the figure approximates the curve connecting the points with the highest propeller efficiency, the propulsion efficiency is improved by paying attention to the propeller efficiency. It is a method to control. As the predetermined coefficient a, a value corresponding to the shape of the ship and the situation in which it is used is appropriately used.
図７は過負荷保護方法を説明するグラフである。同図では、横軸が主機の回転数（Ｎ）を示し、縦軸が主機の出力（Ｐ）を示している。
主機は、同図に縦方向の直線（実線）を用いて示すように主機許容回転数以下で用いられる。また、ある回転数において、出力を所定値以上に上げると不完全燃焼による煙（黒煙）をあげ、ひいては燃料を供給することができなくなる。このような現象は、図７に実線を用いて示した主機過負荷曲線の左側の領域において生じる。この主機過負荷曲線の左側の領域を過負荷領域（サージングゾーン）という。過負荷保護方法は、主機の出力とプロペラの回転数の関係を示す折れ線として記憶し、主機の運転状態が過負荷領域に入らないよう制御する方法である（特許文献２、特許文献４参照）。この制御方法は、不完全燃焼が生じる条件における運転を避けるためのものであり、主機が通常運転される過負荷領域ではない領域における燃費特性について何ら考慮するものではない。
FIG. 7 is a graph for explaining the overload protection method. In the figure, the horizontal axis indicates the rotational speed (N) of the main machine, and the vertical axis indicates the output (P) of the main machine.
The main machine is used at or below the allowable speed of the main machine, as indicated by a vertical straight line (solid line) in the figure. Further, when the output is increased to a predetermined value or more at a certain rotational speed, smoke (black smoke) due to incomplete combustion is raised, and as a result, fuel cannot be supplied. Such a phenomenon occurs in a region on the left side of the main engine overload curve shown by a solid line in FIG. The area on the left side of the main engine overload curve is called an overload area (surging zone). The overload protection method is a method of storing as a broken line indicating the relationship between the output of the main machine and the rotation speed of the propeller, and controlling so that the operation state of the main machine does not enter the overload region (see Patent Document 2 and Patent Document 4). . This control method is for avoiding operation under conditions in which incomplete combustion occurs, and does not consider any fuel consumption characteristics in a region that is not an overload region where the main engine is normally operated.
図８は自動船速制御方法を説明するグラフである。同図では、横軸が主機により回転するプロペラの回転数（Ｎ）を示し、縦軸が主機の出力（Ｐ）を示している。主機の出力（Ｐ）はプロペラの入力（Ｐ）にほぼ等しい。同図に示すように、自動船速制御方法は、操船者が入力した船速から外れた場合に、主機の回転数あるいは可変ピッチプロペラのピッチ角、または回転数とピッチ角の両方を制御して、希望の船速を保持するよう制御する方法である。例えば、ピッチ角がｐ０＋ｄｐの場合、船速が目標船速Ｖ０よりもｄｖほど低いとき（Ｖ０−ｄｖ）、ピッチ角を維持しつつ回転数Ｎを上げることにより図中に矢印Ａで示すように可変ピッチプロペラの特性を示す曲線（点線）に沿って船速が増大し、回転数を維持しつつピッチ角を上げることにより図中に矢印Ｂで示すように船速が増大する。
上述した方法の機能以外の機能を持つ制御が行われる場合もあるが、従来の自動負荷制御方法において、主機の主機燃料消費率特性（より具体的には、図７における主機過負荷曲線と主機許容回転数を示す直線により挟まれる領域における主機の主機燃料消費率特性、図２参照）を考慮したものはない。
FIG. 8 is a graph for explaining an automatic ship speed control method. In the figure, the horizontal axis indicates the rotation speed (N) of the propeller rotated by the main machine, and the vertical axis indicates the output (P) of the main machine. The main engine output (P) is approximately equal to the propeller input (P). As shown in the figure, the automatic ship speed control method controls the rotation speed of the main engine, the pitch angle of the variable pitch propeller, or both the rotation speed and the pitch angle when the ship speed deviates from the ship speed input by the operator. Thus, the control is performed so as to maintain the desired ship speed. For example, in the case where the pitch angle is p 0 + dp, when the ship speed is lower than the target ship speed V 0 by dv (V 0 -dv), by increasing the rotation speed N while maintaining the pitch angle, the arrow A in FIG. The ship speed increases along the curve (dotted line) indicating the characteristics of the variable pitch propeller as shown by, and the ship speed increases as shown by the arrow B in the figure by increasing the pitch angle while maintaining the rotational speed. .
Although control having functions other than those described above may be performed, in the conventional automatic load control method, the main engine fuel consumption rate characteristic of the main engine (more specifically, the main engine overload curve and the main engine in FIG. No consideration is given to the main engine fuel consumption rate characteristic of the main engine in the region sandwiched between the straight lines indicating the allowable rotational speed (see FIG. 2).
近年、船舶などに対する省エネルギー化の要請が高くなっている。このため、省エネルギー化のために、燃費の良好な低い出力領域において主機を用いた航行がなされる。従来、このような低い出力による航行においても、プロペラの推進効率のみを考慮して可変ピッチプロペラのピッチ角の制御がなされていた。しかし、低い出力を用いる場合、高い出力を用いた航行と比較して、推進効率が良好となるプロペラの回転数と主機の燃費効率が良好となるプロペラの回転数との間の差が大きい。このため、従来の自動負荷制御方法は、省エネルギー化に有効なものとはいえない。
そこで、本発明は、プロペラの推進器性能のみならず主機の主機燃料消費率特性をも考慮し、両者のかけ算である燃料消費量の最低点を狙った制御を行う。このように主機の主機燃料消費率特性をも考慮して可変ピッチプロペラのピッチ角を制御することにより、従来の方法よりも高い水準の省エネルギー化を実現することができる。このことは、究極的な省エネルギー化につながるものである。
In recent years, there has been an increasing demand for energy saving for ships and the like. For this reason, in order to save energy, navigation using the main engine is performed in an output region where fuel efficiency is low. Conventionally, even in such a low power navigation, the pitch angle of the variable pitch propeller has been controlled in consideration only of the propeller propulsion efficiency. However, when using a low output, the difference between the rotation speed of the propeller with good propulsion efficiency and the rotation speed of the propeller with good fuel efficiency of the main engine is large compared to navigation using high output. For this reason, the conventional automatic load control method cannot be said to be effective for energy saving.
Therefore, the present invention takes into consideration not only the propeller performance of the propeller but also the main engine fuel consumption rate characteristic of the main engine, and performs control aiming at the lowest point of the fuel consumption that is the multiplication of both. By controlling the pitch angle of the variable pitch propeller in consideration of the main engine fuel consumption rate characteristics of the main engine in this way, it is possible to achieve a higher level of energy saving than the conventional method. This leads to the ultimate energy saving.
本発明の可変ピッチプロペラ制御方法および制御装置に共通する構成について、図１および図２を参照して説明する。
図１はＣＰＰの性能特性曲線を示したグラフであり、横軸が可変ピッチプロペラの回転数（Ｎ）を示し、縦軸が主機の出力（Ｐ）を示している。なお、可変ピッチプロペラと主機の回転数は、主機直結の場合には等しく、減速機を装備している場合には、その減速比に比例する。また、主機の出力は可変ピッチプロペラとほぼ等しい。同グラフは、破線で示す曲線が基準ピッチ角ｐ０である可変ピッチプロペラの特性を示す性能曲線であり、点線で示す曲線が基準ピッチ角とは異なるピッチ角（ｐ０−ｄｐ、ｐ０＋ｄｐ、ｐ０＋２ｄｐ）である可変ピッチプロペラの特性を示す性能曲線である。図１のグラフから、可変ピッチプロペラのピッチ角を変えることにより回転数と出力との関係が変わることが分かる。
また、図１には、実線により等船速線（所定の速度となる回転数と出力の組み合わせを示す線）も記入している。この等船速線により、可変ピッチプロペラのピッチ角を変えると同じ船速を実現するために必要な出力（必要出力）が変化することが分かる。
A configuration common to the variable pitch propeller control method and control apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
FIG. 1 is a graph showing a CPP performance characteristic curve, in which the horizontal axis indicates the rotational speed (N) of the variable pitch propeller, and the vertical axis indicates the output (P) of the main engine. Note that the rotational speeds of the variable pitch propeller and the main machine are equal when directly connected to the main machine, and are proportional to the reduction ratio when equipped with a reduction gear. The output of the main engine is almost equal to that of the variable pitch propeller. This graph is a performance curve showing the characteristics of a variable pitch propeller whose curved line indicated by the broken line is the reference pitch angle p 0 , and the curved line indicated by the dotted line is a pitch angle different from the reference pitch angle (p 0 -dp, p 0 + dp). , P 0 + 2dp) is a performance curve showing the characteristics of the variable pitch propeller. It can be seen from the graph of FIG. 1 that the relationship between the rotational speed and the output changes by changing the pitch angle of the variable pitch propeller.
Further, in FIG. 1, an equal ship speed line (a line indicating a combination of the rotation speed and the output at a predetermined speed) is also indicated by a solid line. From this constant ship speed line, it can be seen that if the pitch angle of the variable pitch propeller is changed, the output (necessary output) required to achieve the same ship speed changes.
図１に実線で示す等船速線の底となる点（特定の船速を得るために必要な出力が最も低くなる点）は、推進効率が最良であり必要出力が最少となる点である。同図によれば、必要出力が最少となる点が、破線で示した基準ピッチ角の性能曲線付近にあることが分かる。同図に破線で示した基準ピッチ角（ｐ０）の性能曲線を以下ではＣＣＰ推進効率極大曲線と呼ぶことにする。
なお、等ピッチ角での回転数と出力の関係を示す性能曲線は、Ｐ＝ａ×Ｎ３により表される曲線（カーブ）に近い。ここでaは定数であり、プロペラの形状やピッチ角によって異なる値をとる。
The point at the bottom of the constant ship speed line shown by the solid line in FIG. 1 (the point where the output required to obtain a specific ship speed is the lowest) is the point where the propulsion efficiency is the best and the required output is the minimum. . According to the figure, it can be seen that the point where the required output is minimum is in the vicinity of the performance curve of the reference pitch angle indicated by the broken line. Hereinafter, the performance curve of the reference pitch angle (p 0 ) indicated by a broken line in the figure will be referred to as a CCP propulsion efficiency maximum curve.
Note that the performance curve indicating the relationship between the rotation speed and output at the equal pitch angle is close to a curve (curve) represented by P = a × N 3 . Here, a is a constant and takes a different value depending on the shape and pitch angle of the propeller.
図２は主機の主機燃料消費率特性曲線を示したグラフであり、横軸が主機の回転数（Ｎ）を示し、縦軸が主機の出力（Ｐ）を表している。同図に示す等高線のような曲線群は、等燃料消費率曲線である。そして、各等燃料消費率曲線は、単位出力・単位時間当たりの燃料消費量を示しており、燃料消費量が同じになる回転数Ｎと出力Ｐとの組み合わせとなる点を結んだものである。この燃料消費率の一般的な単位は（ｇ／ｋＷ／Ｈ）で、１ｋＷ・１時間当たりに消費する燃料の質量（ｇ）で示される。なお、同図の等高線の中心に近いほど燃料消費率が低い（燃費がよい）。 FIG. 2 is a graph showing a main engine fuel consumption rate characteristic curve of the main machine, in which the horizontal axis represents the rotation speed (N) of the main machine, and the vertical axis represents the output (P) of the main machine. A group of curves such as contour lines shown in the figure is an equal fuel consumption rate curve. Each equal fuel consumption rate curve indicates the fuel consumption per unit output and unit time, and is a combination of the speed N and the output P at which the fuel consumption is the same. . The general unit of this fuel consumption rate is (g / kW / H), and is expressed by the mass (g) of fuel consumed per kW · hour. Note that the closer to the center of the contour line in the figure, the lower the fuel consumption rate (good fuel consumption).
図２の等燃料消費率曲線から同一馬力の燃料消費率の最良点を探し、それを結んだ線を図中に一点鎖線で示す。この一点鎖線で示す線を以下では燃料消費率極小曲線と呼ぶことにする。 The best point of the fuel consumption rate of the same horsepower is searched from the equal fuel consumption rate curve of FIG. 2, and a line connecting them is shown by a one-dot chain line in the figure. Hereinafter, the line indicated by the alternate long and short dash line is referred to as a fuel consumption rate minimum curve.
本発明によるＣＰＰ制御の概要を説明すると、以下の通りである。
ある船速（Ｖ０）で運航する場合、プロペラの回転数と主機の出力との間には図１に実線で示した関係がある。このため、回転数Ｎ（Ｑ）を決めると、図１のグラフから回転数Ｎ（Ｑ）に対応する必要出力Ｐ（Ｑ）（ｋｗ）を読み取ることができる。そして、回転数Ｎ（Ｑ）、必要出力Ｐ（Ｑ）における燃料消費率Ｆｒ（Ｑ）（ｇ／ｋＷ／Ｈ）を図２から読み取ることができる。この結果として、１時間当たりの燃料消費量Ｆ（ｇ／Ｈ）が必要出力Ｐ（Ｑ）と燃料消費率Ｅ（Ｑ）の積として得られる。
The outline of the CPP control according to the present invention will be described as follows.
When operating at a certain ship speed (V 0 ), there is a relationship indicated by a solid line in FIG. 1 between the rotation speed of the propeller and the output of the main engine. Therefore, when the rotation speed N (Q) is determined, the necessary output P (Q) (kw) corresponding to the rotation speed N (Q) can be read from the graph of FIG. The fuel consumption rate Fr (Q) (g / kW / H) at the rotational speed N (Q) and the required output P (Q) can be read from FIG. As a result, the fuel consumption amount F (g / H) per hour is obtained as the product of the required output P (Q) and the fuel consumption rate E (Q).
図３は、上述のようにして求められる回転数Ｎと燃料消費量Ｆとの関係を船速毎に示したグラフであり、横軸が主機の回転数Ｎを示し、縦軸が燃料消費量Ｆを示している。図３のグラフは、ある船速を実現する回転数と出力の組み合わせについて燃料消費量を求めた結果について、船速毎に回転数と燃料消費量とをプロットすることにより得られるものである。同グラフにより、船速ごとに燃料消費量が最少となる回転数Ｎｍｉｎを求めることができる。図３のグラフに示すＮｍｉｎ（Ｖ０）は、船速Ｖ０において燃料消費量が最少となる回転数を示している。ただし、図３に示したように、船速別に計算する方法は一例であり、船速維持のために燃料消費量最少曲線を辿って制御する上で有用ではあるが、特にこのような目的を有さない場合は、燃料消費量の計算を船速別になす必要は無い。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the rotational speed N and the fuel consumption F obtained as described above for each ship speed, where the horizontal axis indicates the rotational speed N of the main engine and the vertical axis indicates the fuel consumption. F is shown. The graph of FIG. 3 is obtained by plotting the rotation speed and the fuel consumption amount for each ship speed with respect to the result of obtaining the fuel consumption amount for the combination of the rotation speed and the output that realizes a certain ship speed. From this graph, it is possible to obtain the rotation speed N min at which the fuel consumption is minimized for each ship speed. N min (V 0 ) shown in the graph of FIG. 3 indicates the rotational speed at which the fuel consumption is minimized at the ship speed V 0 . However, as shown in FIG. 3, the calculation method for each ship speed is an example, and it is useful for controlling by following the fuel consumption minimum curve for maintaining the ship speed. If not, it is not necessary to calculate fuel consumption by ship speed.
図４は、図２の主機の主機燃料消費率特性曲線を示したグラフにＣＣＰ推進効率極大曲線および燃料消費量最少曲線を書き加えたグラフである。横軸が主機の回転数Ｎを示し、縦軸が主機の出力Ｐを示している。この図４には図１に破線で示したＣＣＰ推進効率極大曲線も書き込んである。すなわち、図４に破線で示したＣＰＰ推進効率極大曲線は、図１に示した基準ピッチ（ＣＣＰ推進効率極大曲線）と同じである。 FIG. 4 is a graph obtained by adding a CCP propulsion efficiency maximum curve and a fuel consumption minimum curve to the graph showing the main engine fuel consumption rate characteristic curve of the main engine of FIG. The horizontal axis indicates the rotational speed N of the main machine, and the vertical axis indicates the output P of the main machine. In FIG. 4, a CCP propulsion efficiency maximum curve indicated by a broken line in FIG. 1 is also written. That is, the CPP propulsion efficiency maximum curve shown by a broken line in FIG. 4 is the same as the reference pitch (CCP propulsion efficiency maximum curve) shown in FIG.
図４に示すように、破線で示したＣＰＰ推進効率極大曲線と一点鎖線で示した燃料消費量最少曲線とは一致しない。また、同一出力における両曲線の距離（回転数の違い）は、最大出力付近では小さいものの出力が小さくなるにしたがって大きくなる。このため、低い出力で航行する場合において、ＣＰＰ推進効率が最大となるようにＣＰＰ推進効率極大曲線のみに基づいて制御を行う従来の方法は、省エネルギー化に有効なものではない。そこで、本発明は、ＣＰＰのピッチ角制御において、ＣＰＰ推進効率極大曲線に加えて主機燃料消費率特性である燃料消費率極小曲線を考慮した燃料消費量最少曲線を用いる。これにより、従来よりも高い水準の省エネルギー化、特に、低い出力で航行する場合において、従来の方法に比して、顕著な省エネルギー化を実現することができる。本発明による省エネルギー化は、主機の最大出力の７０％以下の出力で航行する場合に、特に顕著な効果を発揮する。 As shown in FIG. 4, the CPP propulsion efficiency maximum curve indicated by the broken line does not match the fuel consumption minimum curve indicated by the alternate long and short dash line. In addition, the distance between the two curves at the same output (difference in the number of rotations) is small near the maximum output, but increases as the output decreases. For this reason, when navigating at a low output, the conventional method of performing control based only on the CPP propulsion efficiency maximum curve so as to maximize the CPP propulsion efficiency is not effective for energy saving. Therefore, the present invention uses a fuel consumption minimum curve in consideration of the fuel consumption rate minimum curve which is the main engine fuel consumption rate characteristic in addition to the CPP propulsion efficiency maximum curve in the pitch angle control of the CPP. As a result, it is possible to realize a significant level of energy saving compared to the conventional method in the case of navigating at a higher level of energy than in the past, particularly when navigating at a lower output. The energy saving according to the present invention is particularly effective when sailing at an output of 70% or less of the maximum output of the main engine.
ここで、燃料消費量最少曲線とは、各船速において１時間当たりの燃料消費量（ｇ／Ｈ）が最少になる回転数Ｎｍｉｎとその回転数を得るために必要な出力を示す点を結ぶことにより得られる線をいう。燃料消費量最少曲線が示す回転数と出力の点をねらってＣＰＰのピッチ角を制御することによって、同じ船速における燃料消費量を最少化することができる。なお、燃料消費量特性は、本実施の形態のように燃料消費量の計算を船速別に行って求めることの他、また船速以外の例えば抵抗別に行うなど各種の方法によって求めることができる。また、燃料消費量最少曲線を主機の最大出力の７０％以下の出力で航行する場合に用いるなど、燃料消費量最少曲線に基づいた制御方法としては各種の方法が考えられる。 Here, the fuel consumption minimum curve is a point indicating the rotation speed N min at which the fuel consumption (g / H) per hour is minimized at each ship speed and the output required to obtain the rotation speed. A line obtained by tying. By controlling the pitch angle of the CPP with the aim of the rotational speed and output indicated by the fuel consumption minimum curve, the fuel consumption at the same boat speed can be minimized. The fuel consumption characteristic can be obtained by various methods such as calculation of the fuel consumption for each ship speed as in the present embodiment, or for each resistance other than the ship speed. Various methods are conceivable as a control method based on the fuel consumption minimum curve, such as when the fuel consumption minimum curve is used for navigation at an output of 70% or less of the maximum output of the main engine.
以上のとおり、主機の出力設定手段（ガバナー）の設定に基づいて出力Ｐが決まり、図４に基づいて、同図上において燃料消費量最少曲線とぶつかる点から回転数(主機＝プロペラ)が決まる。すなわち、燃料消費量最少曲線上の主機の出力Ｐに対応する回転数Ｎにより回転数が決まる。主機とプロペラが直結されている場合、主機の回転数Ｎはプロペラの回転数に等しい。次に、図１において、上記のように、図４に基づいて決まった出力Ｐと回転数Ｎを得るように、プロペラのピッチ角を合わせ込む。このようにプロペラのピッチ角を制御することにより、燃料消費量が最少となるようにすることができる。なお、減速機を装備している場合には、その減速比に応じて、プロペラへの入力と回転数を補正し、図１に適用する。 As described above, the output P is determined based on the setting of the output setting means (governor) of the main engine, and the rotation speed (main engine = propeller) is determined based on FIG. . That is, the rotation speed is determined by the rotation speed N corresponding to the output P of the main engine on the fuel consumption minimum curve. When the main machine and the propeller are directly connected, the rotation speed N of the main machine is equal to the rotation speed of the propeller. Next, in FIG. 1, as described above, the pitch angle of the propeller is adjusted so as to obtain the output P and the rotational speed N determined based on FIG. Thus, by controlling the pitch angle of the propeller, the fuel consumption can be minimized. In addition, when equipped with the reduction gear, according to the reduction ratio, the input to the propeller and the rotational speed are corrected and applied to FIG.
（第１の実施形態）
本実施形態では、本発明を船舶の可変ピッチプロペラ（ＣＰＰ）制御方法として実施する場合について説明する。本実施形態の可変ピッチプロペラ制御方法は、主機と主機により駆動される可変ピッチプロペラを、主機の主機燃料消費率特性と可変ピッチプロペラのプロペラ効率特性とを考慮した燃料消費量特性に基づいて制御するものである。主機の主機燃料消費率特性を考慮することで、プロペラの性能のみを考慮した場合に比して、燃料消費効率を向上させることができる。
(First embodiment)
This embodiment demonstrates the case where this invention is implemented as a variable pitch propeller (CPP) control method of a ship. The variable pitch propeller control method according to the present embodiment controls the main engine and the variable pitch propeller driven by the main engine based on the fuel consumption characteristic considering the main engine fuel consumption rate characteristic of the main engine and the propeller efficiency characteristic of the variable pitch propeller. To do. By considering the main engine fuel consumption rate characteristics of the main engine, fuel consumption efficiency can be improved as compared with the case where only the propeller performance is considered.
可変ピッチプロペラのピッチ角変更は、プロペラの角度を変更することにより行う。そして、また、燃料消費量特性として、主機の出力と回転数により決まる特性を考慮する。ここで「特性を考慮する」とは、制御対象物に特有の性質を反映する数値などのデータを指標として用いることをいう。 The pitch angle of the variable pitch propeller is changed by changing the propeller angle. In addition, as fuel consumption characteristics, characteristics determined by the output of the main engine and the rotational speed are taken into consideration. Here, “considering characteristics” means using data such as a numerical value reflecting a characteristic peculiar to the controlled object as an index.
本実施形態では、燃料消費量特性として、船速別の特性を用いる。図１に示すように、プロペラ効率だけを考慮した場合、最も効率の良いピッチ角は、船速が変化しても、ほとんど変らない。しかしながら、図２、図３に示すように、燃料消費量が最少となる回転数は、船速によって異なる。そこで、本実施形態では、船速を考慮して、燃料消費量特性としての燃料消費量最少特性を求める。このように、燃料消費量特性として船速別の特性を用いることにより、船速によって変化する燃料消費量が最少となる回転数に対応したＣＣＰ制御を行うことができる。 In this embodiment, the characteristic for each ship speed is used as the fuel consumption characteristic. As shown in FIG. 1, when only the propeller efficiency is considered, the most efficient pitch angle hardly changes even if the ship speed changes. However, as shown in FIGS. 2 and 3, the rotational speed at which the fuel consumption is minimized varies depending on the ship speed. Therefore, in the present embodiment, the fuel consumption minimum characteristic as the fuel consumption characteristic is obtained in consideration of the ship speed. As described above, by using the characteristics for each ship speed as the fuel consumption characteristics, it is possible to perform the CCP control corresponding to the rotational speed at which the fuel consumption varying with the ship speed is minimized.
プロペラ効率特性として、可変ピッチプロペラのピッチ角を変えた性能を基に、船体の船体抵抗と船速の関係、自航要素および伝達効率を考慮して求めたものを用いる。このように、燃料消費量特性を導出する際、船舶に搭載された状態を反映したプロペラ効率特性を考慮することにより、より実際の航行状態に対応したＣＰＰ制御を実現することができる。
ここで「自航要素」としては、プロペラが船体の後ろに設けられることによる影響を反映する伴流係数や、プロペラの働きが船体におよぼす影響の程度を示す指数であるスラスト減少係数が挙げられる。
プロペラ効率特性として、可変ピッチプロペラのピッチ角を変えた性能を基に、船体の船体抵抗と船速の関係、自航要素および伝達効率を考慮して求めたものを用いることにより、プロペラへの必要入力と主機出力が対応させることができるので、主機燃料消費率特性との関連付けが容易にできる。
As the propeller efficiency characteristics, those obtained by considering the relationship between the hull resistance and speed of the hull, the self-propulsion factor, and the transmission efficiency based on the performance of the variable pitch propeller with the pitch angle changed are used. Thus, when deriving the fuel consumption characteristic, the CPP control corresponding to the actual navigation state can be realized by taking into account the propeller efficiency characteristic reflecting the state mounted on the ship.
Here, “self-propelled elements” include a wake coefficient that reflects the effect of the propeller being installed behind the hull and a thrust reduction coefficient that is an index that indicates the degree of influence the propeller has on the hull. .
Propeller efficiency characteristics based on the performance of the variable pitch propeller with the pitch angle changed, using the relationship between the hull resistance and speed of the hull, self-propulsion factors, and transmission efficiency. Since the required input can be made to correspond to the main engine output, it can be easily associated with the main engine fuel consumption rate characteristic.
プロペラ効率特性としては、船体への海象の影響に基づく補正を行ったものを用いることとしてもよい。ここで「海象の影響」とは、船舶が海上を航海する場合における波浪や風といった気象の影響をいう。海象の影響により、船舶の抵抗増加量の程度は、平水中における抵抗を基準として、＋１０％、＋２０％、＋３０％といった具合に、単純な計算により求めることができる。
また、船体に対する海象の影響を特定する方法としては、「船速と前記主機の出力」の関係から海象の影響としての「波浪による抵抗増加量の程度を推定」して、使用するプロペラ効率特性を特定する方法を用いることができる。
As the propeller efficiency characteristics, those corrected based on the influence of sea conditions on the hull may be used. Here, “the influence of sea conditions” means the influence of weather such as waves and winds when a ship sails on the sea. Due to the influence of sea conditions, the degree of resistance increase of a ship can be obtained by simple calculation such as + 10%, + 20%, + 30%, etc., based on resistance in plain water.
In addition, as a method of identifying the influence of sea conditions on the hull, the propeller efficiency characteristics to be used are calculated by “estimating the degree of resistance increase due to waves” as the influence of sea conditions from the relationship between “ship speed and main engine output”. Can be used.
本実施形態の方法を適用した船舶の運転方法は、以下のようになる。
（１）船員が主機出力Ｐを設定する。(主機の燃料噴射量を調節するガバナーを調節する。)
（２）制御手段で主機の出力Ｐを図４に適用し、燃料消費量最少曲線にぶつけ主機の回転数Ｎを得る。(主機とプロペラが直結されている場合、主機の回転数Ｎはプロペラの回転数Ｎと等しい。)
（３）次に制御手段で、図１に上記の出力Ｐと回転数Ｎを適用する。(図１の線図は、プロペラ単体効率に自航要素、伝達効率を加味した状態、要するに船体に実装された状態を想定して模型試験から得る。また、実績データ等より推定することも可能である。)
（４）現在の運転状況に対応する出力Ｐ’と回転数Ｎ’のＰ’に基づいて、図４にＰ＝Ｐ’の直線を引き、この直線と燃料消費量最少曲線の交点からＮを求め、このＮに近づくようにＣＰＰのピッチ角を制御する。次に運転状況をサンプリングする時間には、その時点における運転状況は変化しＰ”とＮ”になるので、更にＰ＝Ｐ”の直線と燃料消費量最少曲線の交点からＮを求める。時間の経過に伴い刻々と変化する運転状況に対応して、上述した制御と同様の制御を繰り返す。
The ship operating method to which the method of this embodiment is applied is as follows.
(1) The sailor sets the main engine output P. (Adjust the governor to adjust the fuel injection amount of the main engine.)
(2) The control means applies the output P of the main engine to FIG. 4 and hits the fuel consumption minimum curve to obtain the rotation speed N of the main engine. (When the main machine and the propeller are directly connected, the rotation speed N of the main machine is equal to the rotation speed N of the propeller.)
(3) Next, the control means applies the output P and the rotation speed N to FIG. (The diagram in Fig. 1 is obtained from a model test assuming that the propeller unit efficiency includes self-propulsion elements and transmission efficiency, in other words, mounted on the hull. It can also be estimated from actual data, etc. .)
(4) A straight line P = P ′ is drawn in FIG. 4 based on the output P ′ corresponding to the current operating situation and P ′ of the rotational speed N ′, and N is calculated from the intersection of this straight line and the fuel consumption minimum curve. The pitch angle of the CPP is controlled so as to approach N. Next, at the time for sampling the driving situation, the driving situation at that time changes and becomes P ″ and N ″, and further, N is obtained from the intersection of the straight line P = P ″ and the fuel consumption minimum curve. The same control as the above-described control is repeated in response to the driving situation that changes with time.
本実施形態の方法を適用した波浪中を航行する船舶の運転方法は、以下のようになる。
（５）波浪中を航行している場合は、船体抵抗が増加するので出力Ｐと回転数Ｎを図１に相当する線図として複数用意する。また、同様な理由から図４の燃料消費量最少曲線も複数本用意する。
（６）船速と出力の関係から波浪による船体抵抗増加量を推定し、図１に相当する線図を複数本のうちから選択し、図４の燃料消費量最少曲線も複数本のうちから選択して適用する。
これにより、直接評価することが困難な波浪の影響を取得の容易な情報に基づいて推定することができ、波浪の程度に応じて複数の燃料消費量最少特性を選択し得る。
The operation method of the ship which navigates in the waves to which the method of this embodiment is applied is as follows.
(5) When navigating in the waves, since the hull resistance increases, a plurality of outputs P and revolutions N are prepared as a diagram corresponding to FIG. For the same reason, a plurality of minimum fuel consumption curves shown in FIG. 4 are prepared.
(6) The increase in hull resistance due to waves is estimated from the relationship between the ship speed and the output, and a diagram corresponding to FIG. 1 is selected from a plurality of lines, and the fuel consumption minimum curve in FIG. Select and apply.
As a result, it is possible to estimate the influence of waves that are difficult to evaluate directly based on information that is easily acquired, and it is possible to select a plurality of fuel consumption minimum characteristics according to the degree of waves.
（第２の実施形態）
本実施形態では、可変ピッチプロペラ制御装置を備えた船舶として本発明を実施する場合について、図５を参酌して説明する。
図５は、可変ピッチプロペラ制御装置ならびに同制御装置を搭載した船舶の概略を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態の船舶１は、出力設定手段３０、制御手段４０、主機５０および可変ピッチプロペラ６０を有する可変ピッチプロペラ制御装置２を備えている。船舶１は、実際の速度を測定する船速計７０を備えている。船速計７０により測定された船速は、海象により船舶１が受けている抵抗を評価するためにも用いられる。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, a case where the present invention is implemented as a ship having a variable pitch propeller control device will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing an outline of a variable pitch propeller control device and a ship equipped with the control device. As shown in the figure, the ship 1 of this embodiment includes a variable pitch propeller control device 2 having an output setting means 30, a control means 40, a main engine 50, and a variable pitch propeller 60. The ship 1 includes a ship speedometer 70 that measures the actual speed. The ship speed measured by the ship speedometer 70 is also used to evaluate the resistance received by the ship 1 by sea conditions.
出力設定手段３０は、船舶１の主機の出力を設定するものである。出力設定手段３０の設定は、船員が主機の燃料噴射量を調節するガバナーを調節することにより行われる。船員は経験から、ガバナーの調節レベルと海象を配慮した船速の関係を体得しており、結果的に海象を配慮した船速を設定することにもなっている。逆に、船速を直接設定する船速設定手段として、出力設定手段３０を構成することも可能である。
出力設定手段３０の設定に基づいて、制御手段４０が主機５０および可変ピッチプロペラ６０を制御する。出力設定手段３０は、たとえば、主機５０に燃料を供給するためのスロットル開閉に用いられる手段や、可変ピッチプロペラ６０のピッチ角を設定するための手段などであってもよい。
The output setting means 30 is for setting the output of the main engine of the ship 1. The setting of the output setting means 30 is performed by the sailor adjusting the governor for adjusting the fuel injection amount of the main engine. From experience, sailors have learned the relationship between the governor's adjustment level and the ship's speed in consideration of the sea, and as a result, the ship's speed is also set in consideration of the sea. Conversely, the output setting means 30 can be configured as a ship speed setting means for directly setting the ship speed.
Based on the setting of the output setting means 30, the control means 40 controls the main machine 50 and the variable pitch propeller 60. The output setting means 30 may be, for example, a means used for opening / closing a throttle for supplying fuel to the main engine 50, a means for setting the pitch angle of the variable pitch propeller 60, or the like.
制御手段４０は、出力設定手段３０から入力された出力と、主機５０の主機燃料消費率特性と可変ピッチプロペラ６０のプロペラ効率特性とを考慮した燃料消費量特性、すなわち主機燃料消費率特性とプロペラ効率特性とを用いて導出した燃料消費量特性に基づいて、主機５０と可変ピッチプロペラ６０を制御するものである。
制御手段４０は、出力設定手段３０から入力された出力を目標出力として、主機５０および可変ピッチプロペラ６０の制御を行うものである。ただし、上述したとおり、出力設定手段３０は、直接、出力を設定するものに限られない。このため、出力設定手段３０により設定された出力ではなく、船速を設定し船速計７０により測定された実際の船速を制御手段４０による制御に用いることとしてもよい。
The control means 40 is a fuel consumption characteristic considering the output input from the output setting means 30, the main engine fuel consumption rate characteristic of the main unit 50, and the propeller efficiency characteristic of the variable pitch propeller 60, that is, the main unit fuel consumption rate characteristic and the propeller. The main engine 50 and the variable pitch propeller 60 are controlled based on the fuel consumption characteristics derived using the efficiency characteristics.
The control means 40 controls the main machine 50 and the variable pitch propeller 60 using the output input from the output setting means 30 as a target output. However, as described above, the output setting means 30 is not limited to directly setting the output. Therefore, instead of the output set by the output setting means 30, the ship speed may be set and the actual ship speed measured by the ship speedometer 70 may be used for the control by the control means 40.
制御手段４０は、主機燃料消費率特性記憶部４１、プロペラ効率特性記憶部４２、燃料消費量特性制御部４３、主機制御部４４、可変ピッチプロペラ特性データ記憶部４５および可変ピッチプロペラ制御部４６を備えている。 The control means 40 includes a main engine fuel consumption rate characteristic storage unit 41, a propeller efficiency characteristic storage unit 42, a fuel consumption amount characteristic control unit 43, a main unit control unit 44, a variable pitch propeller characteristic data storage unit 45, and a variable pitch propeller control unit 46. I have.
主機燃料消費率特性記憶部４１、プロペラ効率特性記憶部４２および可変ピッチプロペラ特性データ記憶部４５はいずれも、データを記憶するものであり、一般に用いられる記憶装置を用いて構成することができる。また、これらは別体として構成しても、一体として構成してもよい。
主機燃料消費率特性記憶部４１は、主機５０の主機燃料消費率特性に関する情報（図２）を記憶するものである。
The main fuel consumption rate characteristic storage unit 41, the propeller efficiency characteristic storage unit 42, and the variable pitch propeller characteristic data storage unit 45 all store data, and can be configured using a commonly used storage device. Moreover, these may be comprised separately or may be comprised integrally.
The main engine fuel consumption rate characteristic storage unit 41 stores information related to the main engine fuel consumption rate characteristic of the main engine 50 (FIG. 2).
プロペラ効率特性記憶部４２は、可変ピッチプロペラ６０のプロペラ効率特性に関する情報を記憶するものである。プロペラ効率特性に関する情報としては、例えば、図１に示すグラフの情報が挙げられる。同図に示すように、プロペラ効率特性記憶部４２には、プロペラ効率特性として、海象により変わりうる船速別の特性（回転数、ピッチ角、出力の関係）が記録されている。 The propeller efficiency characteristic storage unit 42 stores information related to the propeller efficiency characteristic of the variable pitch propeller 60. As information regarding the propeller efficiency characteristics, for example, information on a graph shown in FIG. As shown in the figure, the propeller efficiency characteristic storage unit 42 records, as the propeller efficiency characteristics, characteristics (relationships between the number of revolutions, the pitch angle, and the output) for each ship speed that can change depending on sea conditions.
燃料消費量特性制御部４３は、主機燃料消費率特性（図２）とプロペラ効率特性（図１）を考慮して燃料消費量特性（図４）を導出し、燃料消費量特性に基づいて、出力設定手段３０から入力された目標出力において、燃料消費量を抑制するために適した回転数を出力するものである。燃料消費量特性として燃料消費量最少特性（燃料消費量最少曲線）の燃料消費量最少データを導出した場合、燃料消費量が最少となる回転数となるように、主機制御部４４が主機５０を制御する。 The fuel consumption characteristic control unit 43 derives the fuel consumption characteristic (FIG. 4) in consideration of the main engine fuel consumption rate characteristic (FIG. 2) and the propeller efficiency characteristic (FIG. 1), and based on the fuel consumption characteristic, In the target output input from the output setting means 30, a rotation speed suitable for suppressing fuel consumption is output. When the fuel consumption minimum data of the fuel consumption minimum characteristic (fuel consumption minimum curve) is derived as the fuel consumption characteristic, the main engine control unit 44 sets the main engine 50 so that the rotation speed at which the fuel consumption is minimized. Control.
なお、燃料消費量最少データは、主機燃料消費率特性と可変ピッチプロペラのプロペラ効率特性とを考慮し予め求めたものを利用してもよい。またこの場合、燃料消費量最少特性を船体抵抗別に複数有したものであってもよい。
また、燃料消費量特性制御部４３から出力された回転数および船速の情報および可変ピッチプロペラ特性データ記憶部４５に記憶されている情報に基づいて、可変ピッチプロペラ制御部４６が可変ピッチプロペラ６０を制御する。また、燃料消費量特性制御部４３は、主機５０の出力を直接計測する出力計５１から入力された出力、または船速計７０により計測され入力された船速のいずれを上述した制御に用いてもよい。
The fuel consumption minimum data may be obtained in advance in consideration of the main engine fuel consumption rate characteristic and the propeller efficiency characteristic of the variable pitch propeller. In this case, a plurality of fuel consumption minimum characteristics may be provided for each hull resistance.
Further, the variable pitch propeller control unit 46 controls the variable pitch propeller 60 based on the information on the rotational speed and the ship speed output from the fuel consumption characteristic control unit 43 and the information stored in the variable pitch propeller characteristic data storage unit 45. To control. Further, the fuel consumption characteristic control unit 43 uses either the output input from the output meter 51 that directly measures the output of the main engine 50 or the ship speed measured and input by the ship speed meter 70 for the above-described control. Also good.
可変ピッチプロペラ特性データ記憶部４５には、可変ピッチプロペラ６０の回転数とそのピッチ角との関係に関するデータが記憶されている。このため、可変ピッチプロペラ制御部４６による制御において、当該データを参照することにより、燃料消費量特性制御部４３から出力された回転数と出力に基づく可変ピッチプロペラ６０のピッチ制御の精度を良好にすることができる。 The variable pitch propeller characteristic data storage unit 45 stores data relating to the relationship between the rotational speed of the variable pitch propeller 60 and its pitch angle. For this reason, in the control by the variable pitch propeller control unit 46, by referring to the data, the accuracy of the pitch control of the variable pitch propeller 60 based on the rotation speed and output output from the fuel consumption characteristic control unit 43 is improved. can do.
プロペラ効率特性記憶部４２の記憶するプロペラ効率特性に関する情報には、可変ピッチプロペラ６０のピッチ角を変えた性能を基に、船舶１の船体の船体抵抗と出力の関係、船体の船体抵抗と船速との関係、自航要素および伝達効率を考慮して求められた情報が含まれている。このため、可変ピッチプロペラ６０が船舶１に設けられた実際の状態を反映した条件の下で、主機５０および可変ピッチプロペラ６０の制御を行うことができる。 The information related to the propeller efficiency characteristic stored in the propeller efficiency characteristic storage unit 42 includes the relationship between the hull resistance and the output of the hull of the ship 1, the hull resistance of the hull and the ship based on the performance obtained by changing the pitch angle of the variable pitch propeller 60. It includes information obtained by considering the relationship with speed, self-propulsion factors, and transmission efficiency. Therefore, the main engine 50 and the variable pitch propeller 60 can be controlled under conditions that reflect the actual state in which the variable pitch propeller 60 is provided in the ship 1.
また、プロペラ効率特性記憶部４２には、平水中におけるプロペラ効率特性のみならず、海象により船舶１の抵抗が増大した状態に対応して複数のプロペラ効率特性に関する情報が記憶されている。このため、船舶１の船体への海象の影響を考慮して、より適切なプロペラ効率特性を用いること、すなわち、海象を考慮して平水中におけるプロペラ効率特性を補正することが可能となる。本実施形態では、海象の船体抵抗への影響は、船速計７０により測定された船速と、出力計５１により測定された主機５０の出力、に基づいて、評価する構成を採用している。この構成により、直接測定することが困難な波浪の影響を評価して、補正する際に考慮することができる。 Further, the propeller efficiency characteristic storage unit 42 stores not only the propeller efficiency characteristics in the plain water but also information on a plurality of propeller efficiency characteristics corresponding to the state in which the resistance of the ship 1 is increased due to sea conditions. For this reason, it is possible to use a more appropriate propeller efficiency characteristic in consideration of the influence of the sea condition on the hull of the ship 1, that is, to correct the propeller efficiency characteristic in the plain water in consideration of the sea condition. In the present embodiment, a configuration is adopted in which the influence of sea conditions on the hull resistance is evaluated based on the ship speed measured by the ship speedometer 70 and the output of the main engine 50 measured by the output meter 51. . With this configuration, the influence of waves that are difficult to measure directly can be evaluated and taken into account when correcting.
主機５０は、船舶１を推進する原動機であり、シャフトを介して可変ピッチプロペラ６０を駆動回転するものであり、その出力が制御手段４０の主機制御部４４により制御される。主機制御部４４が燃料消費量特性（図４）に基づいた制御をなすことにより自動的に、回転数と出力の組み合わせが、図２に示す過負荷曲線よりも右に位置し、かつ許容回転数以下となる範囲となるように主機５０が制御される。この結果、不完全燃焼により極端に燃費が低下することが防止される。 The main machine 50 is a prime mover for propelling the ship 1, and drives and rotates the variable pitch propeller 60 through a shaft, and its output is controlled by the main machine control unit 44 of the control means 40. When the main engine control unit 44 performs control based on the fuel consumption characteristic (FIG. 4), the combination of the rotational speed and the output is automatically positioned to the right of the overload curve shown in FIG. Main machine 50 is controlled to be in a range that is less than a few. As a result, it is possible to prevent fuel consumption from being extremely lowered due to incomplete combustion.
可変ピッチプロペラ６０は、主機５０の出力を推進力に変換する装置であり、複数枚の羽根を支持するハブを備えており、ハブが主機５０とシャフトによって連結されている。そして、ハブに対する羽根の傾き（角度）を変えることにより、ピッチ角を変更することが可能なものである。 The variable pitch propeller 60 is a device that converts the output of the main machine 50 into propulsive force, and includes a hub that supports a plurality of blades. The hub is connected to the main machine 50 by a shaft. The pitch angle can be changed by changing the inclination (angle) of the blade with respect to the hub.
上述した実施形態においては、本発明を船舶用の可変ピッチプロペラに適用する場合について説明した。しかし、船舶への適用は本発明の一つの実施形態に過ぎず、本発明は船舶以外の用途に用いられる可変ピッチプロペラの制御方法としても実施することができる。船舶以外の用途としては、例えば、航空機を挙げることができる。 In the embodiment described above, the case where the present invention is applied to a marine variable pitch propeller has been described. However, application to a ship is only one embodiment of the present invention, and the present invention can also be implemented as a control method for a variable pitch propeller used for purposes other than a ship. Examples of uses other than ships include aircraft.
（実施例１）
本発明の可変ピッチプロペラ制御方法を実施する際に用いられる燃料消費量特性の一例である燃料消費量最少曲線を求める方法の具体例について以下に説明する。ただし、本実施例の方法は一例であり、本発明は本実施例の方法により実施されるものに限られない。
(Example 1)
A specific example of a method for obtaining a fuel consumption minimum curve, which is an example of a fuel consumption characteristic used when carrying out the variable pitch propeller control method of the present invention, will be described below. However, the method of the present embodiment is an example, and the present invention is not limited to the one implemented by the method of the present embodiment.
（１）図２に示す主機燃料消費率特性曲線を特定する。主機燃料消費率特性曲線の特定は、例えば、主機の製造メーカから提供された情報に基づいて行う。
（２）可変ピッチプロペラ（ＣＰＰ）のピッチ角を変えた場合における回転数Ｎと出力Ｐとの関係を示す性能曲線を特定する。性能曲線の特定は、例えば、ＣＰＰのプロペラメーカから提供された情報に基づいて行う。
（３）（２）で性能曲線を特定したＣＰＰを実際に船体に設置した場合に問題となる船体の抵抗と船速の関係、自航要素と通称される数値および伝達効率などは、一般に用いられる通常の推定法あるいは水槽試験により得る。
（４）上記（２）および（３）により、図１のＣＰＰの性能特性曲線を示したグラフを描く。
（５）図１のグラフにおいて実線で示す同一船速線上における点を何点か選び、当該選んだ点の回転数Ｎと出力Ｐを読み取る。
（６）上記（５）の各点に対応する燃料消費率Ｆｒを図２上で読み取る（図１で選んだ点と同じ点（Ｎ、Ｐ）における燃料消費率を読み取る。）。
（７）各点（Ｎ、Ｐ）における燃料消費量Ｆは、下記の式に示すように、燃料消費率Ｆｒと出力Ｐの積として得られる。
Ｆ＝ＦｒｘＰ
そして、図３に示すように、燃料消費量Ｆは各船速毎に回転数Ｎの関数となる。
（８）船速Ｖを変えて上記（５）から（７）の手順を繰り返し、各船速において燃料消費量Ｆが最少となる点を求め、当該求めた点を結ぶことにより図３に示す燃料消費量最少曲線が得られる。
（９）燃料消費量Ｆが最少となる回転数Ｎｍｉｎは、図３の燃料消費量最少曲線から各船速Ｖごとに読み取ることができる。そこで、各船速Ｖにおける回転数Ｎｍｉｎに対応するＣＰＰの出力Ｐを図１から読み取る。このようにして得られた、図３の燃料消費量最少点に対応する回転数Ｎｍｉｎと出力Ｐとの組み合わせにより特定される点を結んで得られる燃料消費量最少曲線を図２に追記したものが図４である。
以上により平穏な海面（平水）での燃料消費量最少曲線を描くことができる。
(1) The main engine fuel consumption rate characteristic curve shown in FIG. 2 is specified. The specification of the main engine fuel consumption rate characteristic curve is performed based on, for example, information provided from the manufacturer of the main engine.
(2) A performance curve indicating the relationship between the rotational speed N and the output P when the pitch angle of the variable pitch propeller (CPP) is changed is specified. The performance curve is specified based on, for example, information provided from a CPP propeller manufacturer.
(3) The relationship between hull resistance and speed, which is a problem when the CPP whose performance curve is specified in (2) is actually installed on the hull, numerical values commonly referred to as self-propelled elements and transmission efficiency are generally used. Obtained by the usual estimation method or water tank test.
(4) A graph showing the performance characteristic curve of the CPP in FIG. 1 is drawn by (2) and (3) above.
(5) Several points on the same ship speed line indicated by a solid line in the graph of FIG. 1 are selected, and the rotational speed N and output P of the selected point are read.
(6) The fuel consumption rate Fr corresponding to each point of the above (5) is read on FIG. 2 (the fuel consumption rate at the same point (N, P) as the point selected in FIG. 1 is read).
(7) The fuel consumption amount F at each point (N, P) is obtained as a product of the fuel consumption rate Fr and the output P as shown in the following equation.
F = FrxP
As shown in FIG. 3, the fuel consumption amount F is a function of the rotational speed N for each ship speed.
(8) The procedure from (5) to (7) above is repeated while changing the ship speed V, the point at which the fuel consumption F is minimized at each ship speed is obtained, and the points obtained are shown in FIG. A fuel consumption minimum curve is obtained.
(9) The rotational speed N min at which the fuel consumption F is minimized can be read for each ship speed V from the fuel consumption minimum curve in FIG. Therefore, the output P of the CPP corresponding to the rotational speed N min at each ship speed V is read from FIG. The fuel consumption minimum curve obtained by connecting the points specified by the combination of the rotational speed N min and the output P corresponding to the fuel consumption minimum point of FIG. 3 thus obtained is added to FIG. The thing is FIG.
As described above, a fuel consumption minimum curve can be drawn on a calm sea surface (flat water).
（実施例２）
実施例１は平水すなわち風や波のない水面を想定している。しかしながら、風や波浪のある実際の海面を航行する状況では上記（３）における船体の抵抗が変わる。そこで、本実施例では、風や波浪などの海象の影響を考慮した燃料消費量最少曲線を作成する場合について説明する。すなわち、実施例１の（３）のプロセスに下記（１０）（１１）を追加することにより、船体の抵抗をも考慮した可変ピッチプロペラ制御方法を実施することができる。
（１０）図１のＣＰＰの性能特性曲線を得るために、例えば抵抗１０％増し、２０％増しなどの複数の条件において通常の推定法あるいは水槽試験を実施し、抵抗増加がある場合の燃料消費量最少曲線を作成する。
なお（３）に記載した自航要素や伝達効率などは海象による変化が少ないというのが定説なので、抵抗増加だけを考えておけば実用上は十分である。
（１１）海上を航行しているときにおいて、船体の抵抗が平水中と比べてどの程度増加しているかを正確に判断することは困難である。しかし、図１から分かるとおり、必要出力に対する海象（抵抗増加）の影響は、プロペラピッチ（回転数）よりも船速の方に大きく現れる。また抵抗増加量が多少変っても燃料消費量最少曲線の変化は大きくないことが分かっているので、抵抗増加量を正確に特定する必要性は小さい。そこで、回転数と出力の組み合わせから、複数の燃料消費量最少曲線のうちのどの曲線上に位置するかを判断し、上記（１０）の異なる抵抗増加量における燃料消費量最少曲線のうちどの曲線を使うかを決めればよい。
(Example 2)
Example 1 assumes flat water, that is, a water surface without wind or waves. However, in the situation of navigating the actual sea surface with wind and waves, the resistance of the hull in (3) changes. Therefore, in this embodiment, a case will be described in which a fuel consumption minimum curve is created in consideration of the influence of sea conditions such as wind and waves. That is, by adding the following (10) and (11) to the process (3) of the first embodiment, a variable pitch propeller control method that also takes into account the resistance of the hull can be implemented.
(10) In order to obtain the performance characteristic curve of the CPP in FIG. 1, for example, a normal estimation method or a water tank test is performed under a plurality of conditions such as an increase of 10% in resistance and an increase of 20%. Create a minimum quantity curve.
Note that the self-propelled elements and transmission efficiency described in (3) are less likely to change due to sea conditions, so it is practically sufficient to consider only the increase in resistance.
(11) When navigating over the sea, it is difficult to accurately determine how much the resistance of the hull has increased compared to plain water. However, as can be seen from FIG. 1, the influence of sea conditions (increase in resistance) on the required output appears more in the ship speed than in the propeller pitch (rotation speed). Further, since it is known that the change in the fuel consumption minimum curve is not large even if the resistance increase amount changes somewhat, the necessity for accurately specifying the resistance increase amount is small. Therefore, it is determined which of the plurality of fuel consumption minimum curves is located on the basis of the combination of the rotational speed and the output, and which curve of the fuel consumption minimum curves at the different resistance increase amounts in the above (10) is selected. You can decide whether to use.
また、特定の燃料消費量最少曲線を用いるのではなく、複数の燃料消費量最少曲線を使いその間に内挿することとしてもよい。たとえば、抵抗増加が１５％程度と判断される場合、抵抗増加が１０％と２０％の２つの燃料消費量最少曲線の間の値を用いればよい。 Further, instead of using a specific minimum fuel consumption curve, a plurality of minimum fuel consumption curves may be used and interpolated between them. For example, when it is determined that the resistance increase is about 15%, a value between the two fuel consumption minimum curves in which the resistance increase is 10% and 20% may be used.
なお、試計算を行った船においては、抵抗が３０％程度増加しても燃料消費量最少曲線はほとんど変化しない結果となった。このような船においては、波浪中であっても（９）までで得られた回転数Ｎと燃料消費量Ｆとの関係を船速毎に示したグラフ（図３参照）を使えばよい。 In the ship for which the trial calculation was performed, the fuel consumption minimum curve hardly changed even when the resistance increased by about 30%. In such a ship, a graph (see FIG. 3) showing the relationship between the rotational speed N obtained in (9) and the fuel consumption F for each ship speed may be used even in a wave.
以上の方法で得られた燃料消費量最少曲線を使い、航行中の出力に合った回転数になるようＣＰＰのピッチ角を制御することにより、海象にかかわらず燃料消費量が最少となる運航が可能となる。 By using the fuel consumption minimum curve obtained by the above method and controlling the pitch angle of the CPP so that the number of revolutions matches the output during navigation, the operation that minimizes the fuel consumption regardless of sea conditions It becomes possible.
上記試算とは別の船の実航海中に記録されたデータによれば、波浪中を航行中のデータには、同一馬力で見た回転数には８％程度のばらつきがあり、同一データを同一回転数で見た馬力では２５％程度のばらつきがある。すなわち、波浪のある海上を航海していると、主機が燃費効率最適点（燃焼効率が最適となる出力Ｐと回転数Ｎの組み合わせ）から外れて運転されている時間が長いことを示しており、本発明の方法でＣＰＰを制御することにより燃費の改善が可能であることが分かる。 According to the data recorded during the actual voyage of the ship, which is different from the above calculation, there is a variation of about 8% in the number of revolutions seen with the same horsepower in the data navigating in the waves. There is a variation of about 25% in the horsepower seen at the same rotational speed. In other words, when navigating the ocean with waves, it shows that the main engine has been operating for a long time outside the fuel efficiency efficiency optimum point (combination of the output P and the rotational speed N at which the combustion efficiency is optimum). It can be seen that the fuel consumption can be improved by controlling the CPP by the method of the present invention.
本発明は、コンテナ船をはじめ、油タンカー、ＬＮＧ船、又はＬＰＧ船などの船舶、および航空機など可変ピッチプロペラを備えたものの制御に広く適用できるものである。 The present invention can be widely applied to the control of containers equipped with variable pitch propellers such as container ships, ships such as oil tankers, LNG ships, or LPG ships, and aircraft.
１ 船舶
２ 可変ピッチプロペラ制御装置
３０ 出力設定手段
４０ 制御手段
４１ 主機燃料消費率特性記憶部
４２ プロペラ効率特性記憶部
４３ 燃料消費量特性制御部
４４ 主機制御部
４５ 可変ピッチプロペラ特性データ記憶部
４６ 可変ピッチプロペラ制御部
５０ 主機
５１ 出力計
６０ 可変ピッチプロペラ
７０ 船速計
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ship 2 Variable pitch propeller control apparatus 30 Output setting means 40 Control means 41 Main engine fuel consumption rate characteristic storage part 42 Propeller efficiency characteristic storage part 43 Fuel consumption characteristic control part 44 Main engine control part 45 Variable pitch propeller characteristic data storage part 46 Variable Pitch propeller control unit 50 Main engine 51 Output meter 60 Variable pitch propeller 70 Ship speed meter
Claims (10)
前記主機により駆動される可変ピッチプロペラと、
前記主機の出力を設定する出力設定手段と、
前記出力設定手段の設定と前記主機の主機燃料消費率特性と前記可変ピッチプロペラのプロペラ効率特性とを考慮した前記主機の燃料消費量最少特性に基づいて前記主機と前記可変ピッチプロペラを制御するに当たり、前記燃料消費量最少特性又は前記プロペラ効率特性を予め船体抵抗別に複数保有し、船速と前記主機の出力の関係から船体抵抗増加量の程度を推定して、複数の前記燃料消費量最少特性又は前記プロペラ効率特性のうちから使用する前記燃料消費量最少特性又は前記プロペラ効率特性を決める燃料消費量特性制御部を備えたことを特徴とする可変ピッチプロペラ制御装置。 The main engine as the prime mover propelling the hull,
A variable pitch propeller driven by the main machine;
Output setting means for setting the output of the main unit;
Per to control the variable pitch propeller and the main engine on the basis of the set and propeller efficiency characteristic and the fuel consumption minimal characteristics of the main motor in consideration of the main motor fuel consumption ratio characteristic of the main engine variable pitch propeller of the output setting means A plurality of the fuel consumption minimum characteristics or the propeller efficiency characteristics for each hull resistance in advance, and estimating the degree of increase in hull resistance from the relationship between the ship speed and the output of the main engine, and a plurality of the fuel consumption minimum characteristics Alternatively , a variable pitch propeller control device comprising a fuel consumption characteristic control unit that determines the fuel consumption minimum characteristic to be used or the propeller efficiency characteristic to be used from among the propeller efficiency characteristics .
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