JP6251456B2 - 船舶の省エネ航行の制御方法及びその装置 - Google Patents

船舶の省エネ航行の制御方法及びその装置 Download PDF

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Description

本願は、２０１４年１２月９日に中国特許庁に提出された中国出願（出願番号２０１４１０７４５５６６．７、発明の名称「船舶の省エネ航行の制御方法及びその装置」）の優先権を主張するものであり、その内容のすべてが引用により本願に含まれる。
本発明は、船舶の航行技術分野に関し、特に船舶の省エネ航行の制御方法及びその装置に関する。
中国及び世界の経済の発展に伴い、物流が増加し続け、そのため、船舶運輸の市場も成長し続け、拡大している。海運企業としては、燃料費が会社運営の主要なコストである。従って、船舶燃料による省エネ新技術の研究、燃料消費量の更なる削減が非常に重要である。船舶の運航コストの削減及び省エネ・排出削減業務は、企業の発展及び自然環境の保護にとって重要な意義を有する。
燃料は、船舶の航行コストの主な部分である。従って、燃料の削減は、業務を改善するにあたって非常に重要なポイントである。燃料が削減されると、船舶で消費される各種の燃料が減少するほか、排気ガス及び廃棄物の排出量も減少する。これは環境保護にとって重要な意義を有する。また、燃料が削減されれば、船舶の航行コストも削減される。
従来の船舶省エネ技術において、主な燃料削減方法は、船舶の設計を改善する（例えば、高効率の駆動装置及び船体形状を採用することで舶用機器の性能を向上させる）ことである。
従来技術において、航行に対する制御によって燃料を削減する方法（例えば、船舶の航行速度を低下させ、主機の定格回転速度による航行又は主機の定格動力による航行を採用する等の方法）もある。しかしながら、上記方法のいずれにしても、船用主機は、相対的に固定された動作状態に制御され、燃料の削減効果が劣る。
本発明の一つの目的は、船舶の省エネ航行の制御方法及びその装置を提供することにある。
上記一つの目的を実現するために、本発明に係る１つの実施形態は、船舶の省エネ航行の制御方法を提供する。当該方法は、
通常航行する際に、船舶の対地速度及び対水速度をリアルタイムで測定するステップと、
船舶の前記対地速度が前記対水速度より速く、且つ両方の速度の差がプリセット値と同じ又はプリセット値より大きい場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を増加させるステップと、
船舶の前記対水速度が前記対地速度より速く、且つ両方の速度の差がプリセット値と同じ又はプリセット値より大きい場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を減少させるステップとを含む。
本発明に係る好ましい実施形態として、前記方法は、具体的には、
船舶の前記対地速度が前記対水速度より速い場合には、前記船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に増加させ、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をリアルタイムで計算し、これにより、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない好ましい瞬時燃料供給量を探し出し、前記好ましい瞬時燃料供給量を維持しつつ航行し続けるステップと、
船舶の前記対地速度が前記対水速度より遅い場合には、前記船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に減少させ、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をリアルタイムで計算し、これにより、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない好ましい瞬時燃料供給量を探し出し、前記好ましい瞬時燃料供給量を維持しつつ航行し続けるステップと、
上記のステップを繰り返して実行するステップとを含む。
本発明に係る好ましい実施形態として、主機回転速度の上限値及び下限値を設定し、スロットル開度を制御することにより、前記主機の前記上限値から前記下限値までの区間内における航行を制御する。
本発明に係る好ましい実施形態として、船舶の対地速度及び対水速度をリアルタイムで測定する前記ステップの前に、
プリセット瞬時燃料供給量を設定するステップと、
通常航行する際に、船舶の前記対地速度と前記対水速度との差がプリセット値と同じ又はプリセット値より大きくなるまで、スロットル開度を制御することにより、前記船用主機の前記プリセット瞬時燃料供給量における作動を保持させるステップとをさらに含む。
本発明に係る好ましい実施形態として、前記方法は、
船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更し、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をそれぞれ計算するステップと、
所定航行距離において燃料消費量が最も少ない瞬時燃料供給量をプリセット瞬時燃料供給量として算出するステップとを含む。
上記一つの目的を実現するために、本発明に係る１つの実施形態は、船舶の省エネ航行の制御方法を提供する。当該方法は、
船舶の対地速度をリアルタイムで測定するステップと、
通常航行する際に、一定の瞬時燃料供給量において、
船舶の前記対地速度が増加し、且つ当該変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じである場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を増加させるステップと、
船舶の前記対地速度が減少し、且つ当該変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じである場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を減少させるステップとを含む。
本発明に係る好ましい実施形態として、前記方法は、具体的には、
船舶の前記対地速度が増加し且つ当該変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じである場合には、前記船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に増加させ、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をリアルタイムで計算し、これにより、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない好ましい瞬時燃料供給量を探し出し、前記好ましい瞬時燃料供給量を維持しつつ航行し続けるステップと、
船舶の前記対地速度が減少し且つ当該変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じである場合には、前記船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に減少させ、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をリアルタイムで計算し、これにより、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない好ましい瞬時燃料供給量を探し出し、前記好ましい瞬時燃料供給量を維持しつつ航行し続けるステップと、
上記のステップを繰り返して実行するステップとを含む。
本発明に係る好ましい実施形態として、主機回転速度の上限値及び下限値を設定し、スロットル開度を制御することにより、前記主機の前記上限値から前記下限値までの区間内における航行を制御する。
本発明に係る好ましい実施形態として、船舶の対地速度をリアルタイムで測定する前記ステップの前に、
プリセット瞬時燃料供給量を設定するステップと、
通常航行する際に、船舶の対地速度が変化し且つ当該変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じになるまで、スロットル開度を制御することにより、前記船用主機の前記プリセット瞬時燃料供給量における作動を保持させるステップとをさらに含む。
本発明に係る好ましい実施形態として、前記方法は、
船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更し、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をそれぞれ計算するステップと、
所定航行距離において燃料消費量が最も少ない瞬時燃料供給量をプリセット瞬時燃料供給量として算出するステップとを含む。
上記一つの目的を実現するために、本発明に係る１つの実施形態は、船舶の省エネ航行の制御方法を提供する。当該方法は、
通常航行する際に、船舶が航行過程において受けた抵抗力が変化し、且つ当該抵抗力の変化量がプリセット閾値より大きい又はプリセット閾値と同じである場合には、前記船舶の動作パラメータを対応するように変更するステップと、
前記船舶が受けた抵抗力が減少する場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を増加させるステップと、
前記船舶が受けた抵抗力が増加する場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を減少させるステップとを含む。
本発明に係る好ましい実施形態として、前記方法は、
前記船舶が受けた抵抗力が減少し且つ当該変化量がプリセット閾値より大きい又はプリセット閾値と同じである場合には、前記船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に増加させ、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をリアルタイムで計算し、これにより、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない好ましい瞬時燃料供給量を探し出し、船舶が受けた抵抗力が変化し且つ当該変化量がプリセット閾値と同じ又はプリセット閾値より大きくなるまで、前記好ましい瞬時燃料供給量を維持しつつ航行し続けるステップと、
前記船舶が受けた抵抗力が増加し且つ当該変化量がプリセット閾値より大きい又はプリセット閾値と同じである場合には、前記船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に減少させ、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をリアルタイムで計算し、これにより、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない好ましい瞬時燃料供給量を探し出し、船舶が受けた抵抗力が変化し且つ当該変化量がプリセット閾値と同じ又はプリセット閾値より大きくなるまで、前記好ましい瞬時燃料供給量を維持しつつ航行し続けるステップとを含む。
本発明に係る好ましい実施形態として、主機回転速度の上限値及び下限値を設定し、スロットル開度を制御することにより、前記主機の前記上限値から前記下限値までの区間内における航行を制御する。
本発明に係る好ましい実施形態として、船舶が航行過程において受けた抵抗力が変化し、且つ当該抵抗力の変化量がプリセット閾値より大きい又はプリセット閾値と同じである場合には、前記船舶の動作パラメータを対応するように変更する前記ステップの前に、
プリセット瞬時燃料供給量を設定するステップと、
通常航行する際に、前記船舶が受けた抵抗力が変化し且つ当該変化量がプリセット閾値と同じ又はプリセット閾値より大きくなるまで、スロットル開度を制御することにより、前記船用主機の前記プリセット瞬時燃料供給量における作動を保持させるステップとをさらに含む。
本発明に係る好ましい実施形態として、前記方法は、
船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更し、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をそれぞれ計算するステップと、
所定航行距離において燃料消費量が最も少ない瞬時燃料供給量をプリセット瞬時燃料供給量として算出するステップとを含む。
上記一つの目的を実現するために、本発明に係る１つの実施形態は、船舶の省エネ航行の制御装置を提供する。当該装置は、
船舶の対地速度及び対水速度をリアルタイムで測定するための監視モジュールと、
船舶の前記対地速度と前記対水速度との差を計算するための演算モジュールと、
通常航行する際に、船舶の前記対地速度が前記対水速度より速く、且つ両方の速度の差がプリセット値と同じ又はプリセット値より大きい場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を増加させ、船舶の前記対水速度が前記対地速度より速く、且つ両方の速度の差がプリセット値と同じ又はプリセット値より大きい場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を減少させるための制御モジュールとを備えている。
本発明に係る好ましい実施形態として、前記制御モジュールは、
船舶の前記対地速度が前記対水速度より速い場合には、前記船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に増加させ、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をリアルタイムで計算し、これにより、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない好ましい瞬時燃料供給量を探し出し、前記好ましい瞬時燃料供給量を維持しつつ航行し続けるため、及び、
船舶の前記対地速度が前記対水速度より遅い場合には、前記船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に減少させ、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をリアルタイムで計算し、これにより、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない好ましい瞬時燃料供給量を探し出し、前記好ましい瞬時燃料供給量を維持しつつ航行し続けるために用いられる。
本発明に係る好ましい実施形態として、前記装置は、
主機回転速度の上限値及び下限値を設定し、瞬時燃料供給量を制御することにより、前記主機の前記上限値から前記下限値までの区間内における航行を制御するための設定モジュールをさらに備えている。
本発明に係る好ましい実施形態として、前記装置は、
プリセット瞬時燃料供給量を設定するための設定モジュールと、
通常航行する際に、船舶の前記対地速度と前記対水速度との差がプリセット値と同じ又はプリセット値より大きくなるまで、スロットル開度を制御することにより、前記船用主機の前記プリセット瞬時燃料供給量における作動を保持させるための制御モジュールとを備えている。
前記制御モジュールは、前記船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に変更するためにさらに用いられる。
演算モジュールは、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をそれぞれ計算し、また、所定航行距離において、燃料消費量が最も少ない瞬時燃料供給量をプリセット瞬時燃料供給量として算出するために用いられる。
上記一つの目的を実現するために、本発明に係る１つの実施形態は、船舶の省エネ航行の制御装置を提供する。当該装置は、
船舶の対地速度をリアルタイムで測定するための監視モジュールと、
同じ瞬時燃料供給量において、船舶の前記対地速度の変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じであるか否かを判断するための演算モジュールと、
通常航行する際に、船舶の前記対地速度が増加し、且つ当該変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じである場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を増加させ、船舶の前記対地速度が減少し、且つ当該変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じである場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を減少させるための制御モジュールとを備えている。
本発明に係る好ましい実施形態として、前記制御モジュールは、
船舶の前記対地速度が増加し且つ当該変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じである場合には、前記船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に増加させ、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をリアルタイムで計算し、これにより、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない好ましい瞬時燃料供給量を探し出し、前記好ましい瞬時燃料供給量を維持しつつ航行し続けるため、及び、
船舶の前記対地速度が減少し且つ当該変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じである場合には、前記船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に減少させ、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をリアルタイムで計算し、これにより、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない好ましい瞬時燃料供給量を探し出し、前記好ましい瞬時燃料供給量を維持しつつ航行し続けるために用いられる。
本発明に係る好ましい実施形態として、前記装置は、
主機回転速度の上限値及び下限値を設定し、スロットル開度を制御することにより、前記主機の前記上限値から前記下限値までの区間内における航行を制御するための設定モジュールをさらに備えている。
本発明に係る好ましい実施形態として、前記装置は、
プリセット瞬時燃料供給量を設定するための設定モジュールと、
通常航行する際に、船舶の対地速度が変化し且つ当該変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じになるまで、スロットル開度を制御することにより、前記船用主機の前記プリセット瞬時燃料供給量における作動を保持させるために用いられる制御モジュールとを備えている。
本発明に係る好ましい実施形態として、前記制御モジュールは、船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更するためにさらに用いられる。
演算モジュールは、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をそれぞれ計算し、また、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない瞬時燃料供給量をプリセット瞬時燃料供給量として算出するために用いられる。
従来技術と比較すれば、本発明の有益な効果は、エネルギー消費が大幅に減少され、航行コストが削減される。
従来技術での船用主機の定格回転速度による航行の際における、船舶の加速概略図である。 従来技術での船用主機の定格動力による航行の際における、船舶の加速概略図である。 本発明に係る実施形態１における船舶の省エネ航行の制御方法のフロー図である。 本発明に係る実施形態２における船舶の省エネ航行の制御方法のフロー図である。 本発明に係る実施形態３における船舶の省エネ航行の制御方法のフロー図である。 本発明に係る実施形態４における船舶の省エネ航行の制御方法のフロー図である。 本発明に係る実施形態５における船舶の省エネ航行の制御方法のフロー図である。 本発明に係る実施形態６における船舶の省エネ航行の制御方法のフロー図である。 本発明に係る実施形態における船舶の省エネ航行の制御装置のブロック図である。 本発明に係る船舶の省エネ航行の制御方法及びその装置を用いて、船舶が実際に航行するときの航行トレンド図である。
本発明の目的、技術的解決手段及び利点をより明確にするために、以下、図面および具体的な実施形態と併せて、本発明について詳細に説明する。
船用主機が生成した動力が変わらない場合、船の速度は、自身が受けた抵抗力により決定される。船舶は、流水で航行する際に、船の対水速度が静水での航行速度と同じであれば、受ける抵抗力が最も小さい。
船は、Ａ箇所からＢ箇所までの全航程において、進行過程で抵抗力を受けることが予想される。水の抵抗力及び空気抵抗力は、船が進行過程で受ける主な抵抗力である。
船が受ける水の抵抗力は、船と水との相対速度と関連するほか、集水面積とも関連する。受ける空気抵抗は、船と風との相対速度と関連するほか、受風面積とも関連する。船にしては、集水面積及び受風面積が固定値である。抵抗力の算式に基づいて、
［式１］
船舶が受ける水の抵抗力及び風の抵抗力を算出可能である。式におけるｃは、船舶が水又は風に対する抗力係数である。ｓは、船体の集水面積又は受風面積であり、定数でもある。ｖは、船舶の水又は風に対する相対速度である。
静水環境において、静水であるため、水の絶対速度が０である。また、無風であるため、風力階級が０である。
式
［式２］
に基づいて船舶が受ける抵抗力を算出することができる。
ここで、式におけるｃは、船舶の水に対する抗力係数であり、ｃ’は、船舶の風に対する抗力係数であり、定数である。ｓは、船体の集水面積であり、ｓ’は、船体の受風面積であり、定数でもある。ｖは、船舶の水又は風に対する相対速度であり、ここでは、地面に対する絶対速度でもある。
このときの抵抗力のパワーは、
［式３］
であり、Ｌは、船舶の航行距離を示す。
上記の抵抗力の計算式から、静水環境において、加速すれば抵抗力が増加し、減速すれば抵抗力が減少することがわかる。
流水の場合において、水流の絶対速度
［式４］
が存在する。
水流速度は、前半の航程において船の航行方向と同じであり、後半の航程において船の航行方向と逆であり、且つ水流速度が変化しないと仮定する。船舶の全航程における対地速度がＶである。前半の航程における抵抗力のパワーは、
［式５］
であり、式におけるｃは、船舶の水に対する抗力係数であり、ｓは、集水面積である。後半の航程における抵抗力のパワーは、
［式６］
であり、空気抵抗を考慮しない場合、総抵抗力のパワーは、
［式７］
であり、
この場合において、船の進行速度を調整する。具体的な方法として、順流の際に加速し（Δｖ）、逆流の際に減速する（Δｖ）。このようにした後に、前半の航程における抵抗力のパワーは、
［式８］
であり、
後半の航程における抵抗力のパワーは、
［式９］
であり、
総抵抗力のパワーは、
［式１０］
である。
ｗ’からｗを引く引き算をし、整理した後、
［式１１］
を取得する。
これは、二次関数であり、且つ二次係数が０より大きいため、極小値Δｗを有する。変形後に、
［式１２］
が得られる。
従って、
［式１３］
のときに得られた極小値Δｗは、
［式１４］
であり、減少したパーセンテージは、
［式１５］
である。
上記内容に基づいて、空気抵抗のパワーをさらに考慮する。全航程の航行において、風の方向及び強さが終始変化しないと仮定する。従って、風が航行方向と同じでもよく、航行方向と逆でもよい。空気抵抗のパワーは、
［式１６］
で表示されてよく、式におけるｃ’は、船舶の風に対する抗力係数であり、ｓ’は、受風面積である。
従って、このときの総抵抗力のパワーは、
［式１７］
であり、＋は逆風を示し、−は順風を示す。
この場合において、船の進行速度を調整する。具体的な方法として、順流の際に加速（Δｖ）し、逆流の際に減速（Δｖ）する。水の抵抗パワーを変更するほか、全航程における空気抵抗のパワーは、
［式１８］
であり、総抵抗力のパワーは、
［式１９］
であり、ｗ’からｗを引く引き算をし、整理した後、
［式２０］
が得られる。これは、二次関数であり、且つ二次係数が０より大きく、従って、極小値Δｗを有する。変形後に、
［式２１］
が得られる。従って、
［式２２］
のとき、得られる極小値Δｗは、
［式２３］
であり、減少のパーセンテージは、
［式２４］
である。
従来技術における主機の定格回転速度による航行（即ち、船舶の水に対する定格速度での航行）において、風の影響を考慮しない場合には、船用主機により１つの回転速度の経験値が選択される。当該回転速度の経験値は、静水環境において安定した船速を有する。船舶は、順流に置かれる場合には、船舶が受けた抵抗力が減少するため、加速し、逆流に置かれる場合には、船舶が受けた抵抗力が増加するため、減速する。
船の前半の航程における絶対速度が当該回転速度における船舶速度及び水流速度の和と同じであり、後半の航程における絶対速度が当該回転速度における船舶速度から水流速度を引いた数値と同じであるときに、船舶が全航程において受けた抵抗力は最も小さい。
［式２５］
Ｆは、固定値である主機の動力であり、ｆは、抵抗力であり、ｍは、船舶の総質量であり、
［式２６］
は、加速度である。
しかしながら、船舶の総質量が大きく、慣性も大きく、順流の場合において抵抗力が比較的小さいため、船舶の加速度が小さい。また、船舶の加速に伴い、抵抗力が増加し、加速度が小さくなるため、加速の過程が長い。理論的な計算から、図１に示すように、速度増加値が水の速度と同じになるまで加速するには、無限の時間が必要であることがわかる。
水流が変化する際に、つまり、順流から逆流状態に変化する際に、船舶は、慣性が存在するため、減速するが、減速度が比較的小さいため、船舶は、元の速度から回転速度の経験値における速度まで低下し、その後さらに低下し、減少値が
［式２７］
の２倍になるまで長い時間が必要である。
従って、定格回転速度による航行が採用されることにより、理論上では、燃料消費が削減されるが、実際には、船舶の加減速の過程が長く、しかも航行する際に水の船舶に対する影響の変化が速いため、省エネの効果は低い。より良好な省エネ効果を実現するために、人為的な介入が必要であり、つまり、水流の方向を判別する際に、船用主機の回転速度を自主的に増加又は減少させ、これにより、船舶の絶対速度が要件を満たすことができる。
風の影響を考慮する場合には、状況がより複雑になる。船速の増加又は減少は、水流速度と関連するだけでなく、船舶の選定速度、風に対する係数、水に対する係数、集水面積及び受風面積とも関連している。なお、増加値又は減少値は、固定値である。
同様に、船舶の総質量が大きいため、抵抗力の変化により一定値まで加速又は減速するには、長時間が必要である。さらに、人為的な介入も必要である。
同様に、従来技術における主機の定格動力による航行においても、経験により１つの主機動力が確定される。当該主機動力により、船舶は、静水環境において１つの安定した速度を有する。船舶が流水環境で航行する際に、主機の定格回転速度の状況における加速度の変化傾向と同じである。また、風が小さく、速度変化量が
［式２８］
と同じである場合に、船舶が受けた総抵抗力が最も小さい。
風速を考慮しない場合、船舶航行の絶対速度は、定格回転速度のときの状況と同じであり、つまり、順流環境における船舶の絶対速度が当該回転速度による船舶速度と水流速度との和であり、逆流環境における船舶の絶対速度が当該回転速度による船舶速度から水流速度を引いた数値であるときに、船舶が受けた抵抗力は最も小さい。
船用主機の動力はＰ0であり、加速度の方程式
［式２９］
に基づいて、ｆは、抵抗力であり、ｍは、船舶の総質量であり、
［式３０］
は、加速度である。
主機の定格回転速度による航行の加速度の変化と同様に、船舶が主機の定格動力により航行する際に、加速度は、航行の時間にしたがって、ますます小さくなる。また、理論的な計算から、図２に示すように、速度増加値が水の速度と同じになるまで加速するには、無限の時間が必要であることがわかる。さらに、加速段階から減速段階に転換する過程において、船舶はまず、加速後の速度から静水環境における速度まで落としてから、さらに減速する必要がある。これでは、かかる時間がさらに長い。風の影響を考慮する場合には、主機の定格回転速度による航行と同じように、状況が複雑になるが、加速度の方程式
［式３１］
に変化がなく、抵抗力ｆの表示式がより複雑になるだけである。上記の状況から分析すれば、船舶が流水環境で航行する際に、船の対水速度が静水環境での航行速度と同じであれば、受ける抵抗力は最も小さいことがわかる。さらに、主機の定格回転速度による航行及び主機の定格動力による航行のいずれによっても、船舶の対応速度が要件を満たすことができない。従って、本発明は、船舶の航行速度を自主的に調整する制御方法及びその装置を提供し、これにより、より優れた船舶の省エネ航行が実現され、船舶が航行する際に、燃料消費量がさらに減少し、コストがさらに削減され、汚染がさらに低減する。
＜実施形態１＞
図３に示すように、本発明に係る実施形態１において、船舶の省エネ航行の制御方法は、
船用主機のプリセット瞬時燃料供給量を設定するステップと、
通常航行する際に、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機を、プリセット瞬時燃料供給量が変化しない状態に終始保たせるステップとを含む。
通常、船用主機として、低速且つハイパワーであるディーゼルエンジンを採用する。ディーゼルエンジンの燃料供給方式は、燃料注入ポンプを介してディーゼルエンジンの燃焼室に燃料を注入することである。一定時間のサイクル内において、燃料注入ポンプから燃焼室への燃料注入量は、当該時間のサイクルにおけるスロットル開度及び主機回転速度によって決定されている。例えば、主機が１回転すると、燃料注入ポンプは、駆動されて燃焼室に１ポンプの燃料を注入する。燃焼室に注入する１ポンプの燃料の量は、スロットル開度によって決定される。
実施形態１において、制御装置が燃焼室への燃料注入量（船用主機の瞬時燃料供給量）を精確に制御するように、燃料計を用いて現在の瞬時燃料供給量を監視することができるが、より安定して瞬時燃料供給量を制御するために、スロットル開度及び主機の回転速度と瞬時燃料供給量との関係を利用して、計算しやすいように、主機に対する現在の燃料供給量（即ち、瞬時燃料供給量）の数値を現在のスロットル開度値×現在の主機回転速度の数値として定義してよい。
これにより、現在のスロットル開度値と現在主機回転速度の数値との乗算結果を１つの固定値として設定し、スロットル開度を制御（即ち、スロットル開度が大きいほど、各ポンプの燃料注入量が多くなり、主機回転速度が速くなる。）することにより、船用主機を、プリセット瞬時燃料供給量が変化しない状態に終始保たせてもよく、スロットル開度及び主機回転速度を利用して相対的な平衡点を見つけてもよい。
船舶が航行する過程において、通常、出港、入港及び河路から海路への航行等の過程を経る必要がある。実施形態１の制御方法として、主に船舶が海上における通常航行のときの制御が着目されている。通常航行とは、船舶の航行速度が船用主機の性能及び船舶が受ける抵抗力（風の抵抗力及び水の抵抗力等を含む）のみによって決定され、例えば、交通規則や航行原則等、他の人為的干渉要因を考慮する必要がないことをいう。通常航行は、一般的に海での航行において、船舶が当該航行状態を保つ航程の中で最も長い航程方式でもある。
注意すべきなのは、瞬時燃料供給量及び通常航行の概念は、本発明に係る他の実施形態にも適用される。
海上航行の場合は、遭遇する状況が様々である。実際の航行において、潮汐及びモンスーンの影響により、船舶は、必ずしも常に逆流航行したり順流航行したりすることは不可能である。実施形態１では、船用主機への瞬時燃料供給量を制御することにより、船用主機は、外部のいかなる抵抗力にもかかわらず、終始この瞬時燃料供給量で航行を行う。つまり、船用主機の定格瞬時燃料供給量による運行である。
これにより、実施形態１では、船用主機の負荷が増大する場合には、現在のスロットル開度と現在の主機回転速度とが新しい平衡点に達するまで現在のスロットル開度を増大させて動作を行い、船用主機の負荷が減少する場合には、現在のスロットル開度と現在の主機回転速度とが新しい平衡点に達するまで現在のスロットル開度を減少させて動作を行えばよい。
実施形態１に係る制御方法によると、従来の主機の定格回転速度又は主機の定格動力による航行と比較して、船舶に対する外部の抵抗力に基づき、別の形で船用主機の動作パラメータの変化を自主的に制御することができる。
理解されるように、船舶に対する外部の抵抗力が減少（例えば、順流）する場合には、対応するように、船舶のスクリュープロペラが受ける抵抗力も小さくなり（例えば、順流の場合、アシストパワーを受ける。）、これにより、主機の負荷が減少し、同じ瞬時燃料供給量の場合であっても、主機の回転速度が速くなり、生成したパワーが多くなり、船舶の速度が速くなる（自主的加速に相当）。船舶に対する外部の抵抗力が増大（例えば、逆流）する場合には、対応するように、船舶のスクリュープロペラが受ける抵抗力も大きくなり、主機の負荷が増大し、同じ瞬時燃料供給量の場合であっても、主機回転速度が遅くなり、生成したパワーが少なくなり、船舶の速度が遅くなる（自主的減速に相当）。上述した理論的根拠に基づいて、実施形態１に係る船用主機によると、従来の主機の定格回転速度による航行及び主機の定格動力による航行と比較して、船舶の変更後の抵抗力に対する対応速度が上昇し、数値Δｗがより迅速に減少し、これにより、船舶航行において、より良好な燃料節約効果を奏する。
同一の船は、積載量が同じである場合、実際の航行（常熟港から秦皇島港までの許容航行時間は５５時間）の複数回のテスト（緊急事態発生の確率を減らすため）を経た結果、実施形態１の制御方法による航行の各片道の燃料消費は、定格速度での航行より２〜３トン減少する。１トンの重油が４３００人民元の市場における基準で計算すれば、１隻の船は、片道で８６００〜１２９００人民元を節約することができ、これにより、エネルギー消費が大幅に低減され、航行コストが削減される。
さらに、実施形態１において、航行で蓄積された経験によってプリセット瞬時燃料供給量を設定してもよく、以下の方法でプリセット瞬時燃料供給量を計算且つ設定してもよい。
例えば、航程及び最大許容航行時間に基づいて、航行最低許容速度を計算する。さらに、当該航行最低許容速度及び船舶が静水で航行する際の主機負荷に基づいて、必要な瞬時燃料供給量をプリセット瞬時燃料供給量として算出する。一般的には、船舶が航行する際に、出発点から終点までかかる航行時間は、変動可能な許容範囲であってよい。例えば、常熟港から秦皇島港までの航行時間は、５０時間〜５５時間の範囲内であってよい。つまり、最大許容航行時間は５５時間である。そして、航程及び最大許容航行時間に基づいて、航行の最低許容速度を算出することができる。上述したように、航行する過程において、必ずしも常に逆流又は常に順流ではないため、船舶が静水で航行する際の主機負荷を参考として計算して、プリセット瞬時燃料供給量を取得する。実施形態１では、最大許容航行時間を採用していることから、最少のプリセット瞬時燃料供給量を見つけることができる。
また、船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に変更し、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をそれぞれ計算し、さらに、所定航行距離において、燃料消費量が最も少ない瞬時燃料供給量をプリセット瞬時燃料供給量として算出することができる。実施形態１では、船舶が航行開始後すぐに船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更することもできれば、船舶が通常航行に入ってから、船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更することもできる。また、各瞬時燃料供給量の下で安定に近い速度（船舶の瞬時燃料供給量が変更された後に、一定の時間が経過しなければ、船舶の航行速度に反映されない一方で、水の中では、航行速度が１つの数値に精確に留まることが困難なため、安定に近い速度であると言わざるをえない。）に基づいて、所定航行距離（例えば、１００海里）に対応する燃料消費量を計算することができる。これにより、複数の瞬時燃料供給量を試行した後に、所定航行距離で燃料消費が最も少ない瞬時燃料供給量を見つけることができる。もちろん、実施形態１では、変更後の瞬時燃料供給量が船舶の航行速度に反映されるように、１つのサイクル（通常は１５分）が経過するたびに、船用主機の瞬時燃料供給量を１回変更してよい。このような解決手段により、船舶に相応しい且つ好ましいプリセット瞬時燃料供給量をより効率よく見つけることができる。
もちろん、船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更する前に、算出された上記の最少プリセット瞬時燃料供給量を先に採用して航行を行ってもよい。
さらに、通常の船用主機は、動作のセキュリティゾーンを有する。主機の回転速度が遅すぎると船用主機が停止し、主機の回転速度が速すぎると船用主機が爆発する。また、ディーゼルエンジンの主機回転速度の特性（回転速度と燃料消費量とは、３乗関係である。）によれば、主機が低回転速度の場合には、吸気気体の流速が遅く、燃料の噴霧が悪く、熱損失が多く、燃料消費が高い。主機が高回転速度の場合には、機械損失が大きく、燃料消費も高い。従って、主機の回転速度が高すぎる場合でも低すぎる場合でも、燃料消費量は、対応するように増大する。すなわち、主機回転速度の範囲内に１つの理想的な経済速度が存在する。
上記の瞬時燃料供給量の変化により船用主機の動作が該セキュリティゾーンを超えることを回避し、又は、船用主機の動作を経済速度の範囲内に保持させるために、船用主機の回転速度の上限値及び下限値を設定してよい。これにより、スロットル開度を制御することにより、船用主機が当該上限値から下限値までの範囲内での航行するように制御することができる。即ち、変化した瞬時燃料供給量も一定の変化範囲を有するため、船用主機の安全動作及び／又は船用主機の動作の経済性を確保するために、瞬時燃料供給量を、当該瞬時燃料供給量の下で船用主機を駆動する回転数が当該上限値を超える数値又は当該下限値より低い数値まで変更することができない。
＜実施形態２＞
図４に示すように、本発明に係る実施形態２において、船舶の省エネ航行の制御方法は、
通常航行する際に、船舶が航行過程において受ける抵抗力が変化する場合、船舶の動作パラメータを対応するように変更するステップと、
船舶が受けた抵抗力が減少する場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を増加させるステップと、
船舶が受けた抵抗力が増加する場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を減少させるステップとを含む。
実施形態２は、実施形態１に対して、船用主機の動作パラメータをより自主的に調整し、船舶の変更後の抵抗力に対する対応速度がさらに上昇し、これにより、船舶航行は、実施形態１よりさらに優れた燃料節約効果を奏する。
さらに、様々な手段（例えば、センサ等）を用いて船舶が航行過程で受けた抵抗力の変化を判断してもよく、以下の解決手段を用いて抵抗力の変化を判断してもよい。
例えば、船舶の対地速度及び対水速度をリアルタイムで取得し、さらに、船舶の対地速度及び対水速度に基づいて、船舶が受けた抵抗力が変化したか否かを判断する。理論上、海水が静止状態であり、風の影響もない場合には、船舶の対地速度と対水速度とは、同じはずである。しかし、海水に水流及び／又は風が存在する場合には、船舶の対地速度と対水速度とは異なる。船舶が順流（水流及び風を含む総合的影響）で航行する際には、対水速度が対地速度より小さい。船舶が逆流で航行する際には、対水速度が対地速度より大きい。船舶の対地速度は、ＧＰＳと同様な装置を用いて取得可能であり、船舶の対水速度は、船舶に配置されたセンサを用いて取得可能である。理解されるように、瞬時燃料供給量が同一の場合において、船舶の対地速度及び対水速度が変化するとき、又は、船舶の対地速度と対水速度との速度差が変化するときには、船舶が受けた抵抗力が変化する。
さらに、例えば、船舶の対地速度をリアルタイムで取得する。船舶の対地速度が変化した場合は、船舶が受けた抵抗力が変化したと判断する。上記の説明を参考すれば、理解されるように、瞬時燃料供給量が同一の場合において、船舶の対地速度が変化しない状態を保持する。変化がある場合とは、つまり船舶が受けた抵抗力が変化する場合のことである。説明すべきなのは、実施形態２に係る技術的解決手段は、外部の条件により、船舶が自主的にフィードバックする動態的制御手段であることである。理解されるように、船舶が受けた抵抗力が変化した後にも、船舶が受けた抵抗力が既に変化した抵抗力に対してさらに変化したか否かを判断し続ける。変化がある場合は、船舶の動作パラメータを対応するように調整する。このように、外部条件の変化により、船用主機の瞬時燃料供給量を自主的に調整し、船舶の燃料消費を最適化し続けることができる。
さらに、実施形態２において、航行で蓄積された経験によって瞬時燃料供給量を適切に増加又は減少させてもよく、以下の方法で変更後の好ましい瞬時燃料供給量を計算してもよい。
さらに、実施形態２において、船舶が受けた抵抗力が減少する場合には、船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に増加させ、各瞬時燃料供給量の下で所定航行距離に対応する燃料消費量をリアルタイムで計算し、これにより、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない好ましい瞬時燃料供給量を探し出し、船舶が受けた抵抗力が変化するまで当該好ましい瞬時燃料供給量を維持しつつ航行し続ける。
船舶が受けた抵抗力が増加する場合には、船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に減少させ、各瞬時燃料供給量の下で所定航行距離に対応する燃料消費量をリアルタイムで計算し、これにより、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない好ましい瞬時燃料供給量を探し出し、船舶が受けた抵抗力が変化するまで当該好ましい瞬時燃料供給量を維持しつつ航行し続ける。
実施形態２では、各瞬時燃料供給量の下で安定に近い速度（船舶の瞬時燃料供給量が変更された後に、一定の時間が経過しなければ、船舶の航行速度に反映されない一方で、水の中では、航行速度が１つの数値に精確に留まることが困難なため、安定に近い速度であると言わざるをえない。）により、所定航行距離（例えば、１００海里）に対応する燃料消費量を計算することができる。これにより、複数の瞬時燃料供給量を試行した後に、所定航行距離で燃料消費が最も少ない瞬時燃料供給量を見つけることができる。もちろん、実施形態２では、変更後の瞬時燃料供給量が船舶の航行速度に反映されるように、１つのサイクル（通常は１５分）が経過するたびに、船用主機の瞬時燃料供給量を１回変更してよい。このような解決手段により、船舶に相応しい且つ好ましいプリセット瞬時燃料供給量をより効率よく見つけることができる。
さらに、通常の船用主機は、動作のセキュリティゾーンを有する。主機の回転速度が遅すぎると船用主機が停止し、主機の回転速度が速すぎると船用主機が爆発する。また、ディーゼルエンジンの主機回転速度の特性（回転速度と燃料消費量とは、３乗関係である。）によれば、主機が低回転速度の場合には、吸気気体の流速が遅く、燃料の噴霧が悪く、熱損失が多く、燃料消費が高い。主機が高回転速度の場合には、機械損失が大きく、燃料消費も高い。従って、主機の回転速度が高すぎる場合でも低すぎる場合でも、燃料消費量は、対応するように増大し、これでは、主機回転速度の範囲内に１つの理想的な経済速度が存在する。
上記の瞬時燃料供給量の変化により船用主機の動作が該セキュリティゾーンを超えることを回避し、又は、船用主機の動作を経済速度の範囲内に保持させるために、船用主機の回転速度の上限値及び下限値を設定してよい。これにより、スロットル開度を制御することにより、船用主機が当該上限値から下限値までの範囲内での航行を制御することができる。即ち、変化した瞬時燃料供給量も一定の変化範囲を有するため、船用主機の安全動作及び／又は船用主機の動作の経済性を確保するために、瞬時燃料供給量を、当該瞬時燃料供給量の下で船用主機を駆動する回転数が当該上限値を超える数値又は当該下限値より低い数値まで変更することができない。さらに、実施形態２では、船舶の動作パラメータを自主的にフィードバックして制御する前に、プリセット瞬時燃料供給量を予め設定し、通常航行の際に、スロットル開度を制御することにより、船舶が受けた抵抗力が変化するまで、船用主機が当該プリセット瞬時燃料供給量の下での動作を保持させることができる。
実施形態２において、航行で蓄積された経験によってプリセット瞬時燃料供給量を設定してもよく、以下の方法でプリセット瞬時燃料供給量を計算且つ設定してもよい。
例えば、航程及び最大許容航行時間に基づいて、航行最低許容速度を計算する。さらに、航行最低許容速度及び船舶が静水で航行する際の主機負荷に基づいて、必要な瞬時燃料供給量をプリセット瞬時燃料供給量として算出する。一般的には、船舶が航行する際に、出発点から終点までかかる航行時間は、変動可能な許容範囲であってよい。例えば、常熟港から秦皇島港までの航行時間は、５０時間〜５５時間の範囲内であってよい。つまり、最大許容航行時間は５５時間である。これでは、航程及び最大許容航行時間に基づいて、航行の最低許容速度を算出することができる。上述したように、航行する過程において、必ずしも常に逆流又は常に順流ではないため、船舶が静水で航行する際の主機負荷を参考として計算して、プリセット瞬時燃料供給量を取得する。実施形態２では、最大許容航行時間を採用していることから、最少のプリセット瞬時燃料供給量を見つけることができる。
また、船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に変更し、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をそれぞれ計算し、さらに、所定航行距離において、燃料消費量が最も少ない瞬時燃料供給量をプリセット瞬時燃料供給量として算出することができる。実施形態２では、船舶が航行開始後すぐに船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更することもできれば、船舶が通常航行に入ってから、船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更することもできる。また、各瞬時燃料供給量の下で安定に近い速度（船舶の瞬時燃料供給量が変更された後に、一定の時間が経過しなければ、船舶の航行速度に反映されない一方で、水の中では、航行速度が１つの数値に精確に留まることが困難なため、安定に近い速度であると言わざるをえない。）に基づいて、所定航行距離（例えば、１００海里）に対応する燃料消費量を計算することができる。これにより、複数の瞬時燃料供給量を試行した後に、所定航行距離で燃料消費が最も少ない瞬時燃料供給量を見つけることができる。もちろん、実施形態２では、変更後の瞬時燃料供給量が船舶の航行速度に反映されるように、１つのサイクル（通常は１５分）が経過するたびに、船用主機の瞬時燃料供給量を１回変更してよい。このような解決手段により、船舶に相応しい且つ好ましいプリセット瞬時燃料供給量をより効率よく見つけることができる。
もちろん、船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更する前に、算出された上記の最少プリセット瞬時燃料供給量を先に採用して航行を行ってもよい。
＜実施形態３＞
図５に示すように、実施形態３に係る船舶の省エネ航行の制御方法と実施形態２に係る方法との相違点として、実施形態３では、船舶が受ける抵抗力の変化量がプリセット閾値より大きい又はプリセット閾値と同じである場合のみ、船舶の動作パラメータが変更される。これは、船舶が航行する過程において、抵抗力の変化が頻繁に発生すれば、船舶の動作パラメータ（例えば、瞬時燃料供給量）を頻繁に変更しなければならず、省エネに不利だからである。
従って、実施形態３では、プリセットしきい値を予め設定する必要がある。船舶が受ける抵抗力の変化量がプリセット閾値より大きい又はプリセット閾値と同じである場合のみ、船用主機に対する瞬時燃料供給量を対応するように変更し、これにより、船舶の省エネにより有益となる。
さらに、受けている抵抗力の変化量の計算は、感知装置によって取得されてもよく、船舶の対地速度と対水速度との相対的関係及び／又は船舶の対地速度の変化により、受けている抵抗力の状況を反映してもよい。
＜実施形態４＞
実施形態３との比較において、実施形態４に係る船舶の省エネ航行の制御方法は、図６に示すように、船舶の対地速度と対水速度との関係のみを考慮すれば、船舶が現在受けている抵抗力の状況（即ち、船舶が現在順流状況に置かれているか逆流状況に置かれているか）を判断することができる。
また、船舶の対地速度と対水速度との差（対地と対水との差）により、船用主機の瞬時燃料供給量を変更する必要があるか否かを判断することができる。具体的には、
船舶の対地速度が対水速度より速く、且つ両方の速度の差がプリセット値と同じ又はプリセット値より大きい場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を増加させるステップと、
船舶の対水速度が対地速度より速く、且つ両方の速度の差がプリセット値と同じ又はプリセット値より大きい場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を減少させるステップとを含む。
船舶が実際に航行するときに取得された航行トレンド図について、図１０と併せて説明する。
一般的には、船舶の対地速度と対水速度との差が０．５ノット（航行の速度の単位）以上の場合、スロットル開度を制御して船舶の瞬時燃料供給量を調整する。
＜実施形態５＞
図７に示すように実施形態５における船舶の省エネ航行の制御方法は、実施形態３に対して、船舶の対地速度のみを考慮すればよい。船舶の対地速度により、船舶が現在受けている抵抗力の状況（即ち、船舶が現在順流状況に置かれているか逆流状況に置かれているか）を判断することができる。
また、船舶の対地速度の変化量により、船用主機の瞬時燃料供給量を変更する必要があるか否かについて判断することができる。具体的には、
船舶の対地速度が増加し、且つ当該変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じである場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を増加させるステップと、
船舶の対地速度が減少し、且つ当該変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じである場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を減少させるステップとを含む。
一般的には、船舶の対地速度の変化量が０．５ノット（航行の速度の単位）以上の場合、スロットル開度を制御して船舶の瞬時燃料供給量を調整する。
＜実施形態６＞
上記の実施形態に対して、実施形態６に係る船舶の省エネ航行の制御方法のポイントとして、最適化を求める方式により最適な瞬時燃料供給量を確定し、且つ算出された好ましい瞬時燃料供給量で航行を行うことにより、燃料の削減効果が明らかとなる。実施形態６に係る制御方法は、
船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更し、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をそれぞれ計算するステップと、
所定航行距離において燃料消費量が最も少ない瞬時燃料供給量を計算し、当該瞬時燃料供給量で航行を行うステップとを含む。
実施形態６では、船舶が航行開始後すぐに船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更することもできれば、船舶が通常航行に入ってから、船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更することもできる。また、各瞬時燃料供給量の下で安定に近い速度（船舶の瞬時燃料供給量が変更された後に、一定の時間が経過しなければ、船舶の航行速度に反映されない一方で、水の中では、航行速度が１つの数値に精確に留まることが困難なため、安定に近い速度であると言わざるをえない。）に基づいて、所定航行距離（例えば、１００海里）に対応する燃料消費量を計算することができる。これにより、複数の瞬時燃料供給量を試行した後に、所定航行距離で燃料消費が最も少ない瞬時燃料供給量を見つけることができる。もちろん、実施形態６では、変更後の瞬時燃料供給量が船舶の航行速度に反映されるように、１つのサイクル（通常は１５分）が経過するたびに、船用主機の瞬時燃料供給量を１回変更してよい。このような解決手段により、船舶に相応しい且つ好ましいプリセット瞬時燃料供給量をより効率よく見つけることができる。
さらに、通常の船用主機は、動作のセキュリティゾーンを有する。主機の回転速度が遅すぎると船用主機が停止し、主機の回転速度が速すぎると船用主機が爆発する。また、ディーゼルエンジンの主機回転速度の特性（回転速度と燃料消費量とは、３乗関係である。）によれば、主機が低回転速度の場合には、吸気気体の流速が遅く、燃料の噴霧が悪く、熱損失が多く、燃料消費が高い。主機が高回転速度の場合には、機械損失が大きく、燃料消費も高い。従って、主機の回転速度が高すぎる場合でも低すぎる場合でも、燃料消費量は、対応するように増大する。すなわち、主機回転速度の範囲内に１つの理想的な経済速度が存在する。
上記の瞬時燃料供給量の変化により船用主機の動作が該セキュリティゾーンを超えることを回避し、又は、船用主機の動作を経済速度の範囲内に保持させるために、船用主機の回転速度の上限値及び下限値を設定してよい。これにより、スロットル開度を制御することにより、船用主機が当該上限値から下限値までの範囲内で航行するように制御することができる。即ち、変化した瞬時燃料供給量も一定の変化範囲を有するため、船用主機の安全動作及び／又は船用主機の動作の経済性を確保するためには、瞬時燃料供給量を、当該瞬時燃料供給量の下で船用主機を駆動する回転数が当該上限値を超える数値又は当該下限値より低い数値まで変更することができない。さらに、実施形態２〜５を参照すれば、船用主機の瞬時燃料供給量を調整する必要がある時を判断することができる。ここでは、その説明を省略する。
＜実施形態７＞
図９に示すように、実施形態７に係る船舶の省エネ航行の制御装置は、上記の実施形態１〜６に適用される。後述する制御モジュール２００は、スロットル開度を制御することにより、船用主機の瞬時燃料供給量を調整することができる。
本願では、明確かつ簡潔に説明するために、１つの図のみを採用している。もちろん、対応する実施形態に使用されていないモジュールを、該制御装置から削除することができる。例えば、実施形態１に対応するときに、該制御装置は、設定モジュール１００、制御モジュール２００及び演算モジュール３００のみを含めばよい。以降は、このように類推する。
ここで、船舶の省エネ航行の制御装置が実施形態１に対応するときに、該装置は、
船用主機のプリセット瞬時燃料供給量を設定するための設定モジュール１００と、
通常航行する際に、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機を、プリセット瞬時燃料供給量が変化しない状態に終始保たせるための制御モジュール２００とを備える。
通常、船用主機として、低速且つハイパワーであるディーゼルエンジンを採用する。ディーゼルエンジンの燃料供給方式は、燃料注入ポンプを介してディーゼルエンジンの燃焼室に燃料を注入することである。一定時間のサイクル内において、燃料注入ポンプから燃焼室への燃料注入量は、当該時間のサイクルにおけるスロットル開度及び主機回転速度によって決定されている。例えば、主機が１回転すると、燃料注入ポンプは、駆動されて燃焼室に１ポンプの燃料を注入する。燃焼室に注入する１ポンプの燃料の量は、スロットル開度によって決定される。
実施形態７において、制御装置が燃焼室への燃料注入量（船用主機の瞬時燃料供給量）を精確に制御するように、燃料計を用いて現在の瞬時燃料供給量を観測することができるが、より安定した瞬時燃料供給量を制御するために、スロットル開度及び主機の回転速度と瞬時燃料供給量との関係を利用して、計算しやすいように、主機に対する現在の燃料供給量（即ち、瞬時燃料供給量）の数値を現在のスロットル開度値×現在の主機回転速度の数値に定義してよい。
これにより、現在のスロットル開度値と現在主機回転速度の数値との乗算結果を１つの固定値として設定し、スロットル開度を制御（即ち、スロットル開度が大きいほど、各ポンプの燃料注入量が多くなり、主機回転速度が速くなる。）することにより、船用主機を、プリセット瞬時燃料供給量が変化しない状態に終始保たせてもよく、スロットル開度及び主機回転速度を利用して相対的な平衡点を見つけてもよい。
船舶が航行する過程において、通常、出港、入港及び河路から海路への航行等の過程を経る必要がある。実施形態７の制御方法として、主に船舶が海上における通常航行のときの制御が着目されている。通常航行とは、船舶の航行速度が船用主機の性能及び船舶が受ける抵抗力（風の抵抗力及び水の抵抗力等を含む）のみによって決定され、例えば、交通規則や航行原則等、他の干渉要因を考慮する必要がないことをいう。通常航行は、一般的に海での航行において、船舶が当該航行状態を保つ航程の中で最も長い航程方式でもある。海上航行の場合は、遭遇する状況が様々である。実際の航行において、潮汐及びモンスーンの影響により、船舶は、必ずしも常に逆流航行したり順流航行したりすることができない。実施形態７では、船用主機への瞬時燃料供給量を制御することにより、船用主機は、外部のいかなる抵抗力にもかかわらず、終始この瞬時燃料供給量で航行を行う。つまり、船用主機の定格瞬時燃料供給量による運行である。
従って、実施形態７では、制御モジュールは、船用主機の負荷が増大する場合には、現在のスロットル開度と現在の主機回転速度とが新しい平衡点に達するまで現在のスロットル開度を増大させて動作を行い、船用主機の負荷が減少する場合には、現在のスロットル開度と現在の主機回転速度とが新しい平衡点に達するまで現在のスロットル開度を減少させて動作を行うためにさらに用いられる。
実施形態７に係る方法は、従来の主機の定格回転速度又は主機の定格動力による航行に対して、船舶に対する外部の抵抗力に基づき、別の形で船用主機の動作パラメータの変化を自主的に制御することができる。
理解されるように、船舶に対する外部の抵抗力が減少（例えば、順流）する場合には、対応するように、船舶のスクリュープロペラが受ける抵抗力も小さくなり（例えば、順流の場合、アシストパワーを受ける。）、これにより、主機の負荷が減少し、同じ瞬時燃料供給量の場合であっても、主機の回転速度が速くなり、生成したパワーが多くなり、船舶の速度が速くなる（自主的加速に相当）。船舶に対する外部の抵抗力が増大（例えば、逆流）する場合には、対応するように、船舶のスクリュープロペラが受ける抵抗力も大きくなり、主機の負荷が増大し、同じ瞬時燃料供給量の場合であっても、主機回転速度が遅くなり、生成したパワーが少なくなり、船舶の速度が遅くなる（自主的減速に相当）。
上述した理論的根拠に基づいて、本実施形態に係る船用主機は、従来の主機の定格回転速度による航行及び主機の定格動力による航行に対して、船舶の変更後の抵抗力に対する対応速度が上昇し、数値Δｗがより迅速に減少し、これにより、船舶航行は、より良好な燃料節約効果を奏する。同一の船は、積載量が同じである場合、実際の航行（常熟港から秦皇島港までの許容航行時間は５５時間）の複数回のテスト（緊急事態発生の確率を減らすため）を経た結果、実施形態１の制御方法による航行の各片道の燃料消費は、定格速度での航行より２〜３トン減少する。１トンの重油が４３００人民元の市場における基準で計算すれば、１隻の船は、片道で８６００〜１２９００人民元を節約することができ、これにより、エネルギー消費が大幅に低減され、航行コストが削減される。
さらに、実施形態７において、航行で蓄積された経験によってプリセット瞬時燃料供給量を設定してもよく、演算モジュール３００によってリセット瞬時燃料供給量を計算してもよい。
演算モジュール３００は、航程及び最大許容航行時間に基づいて、航行最低許容速度を計算する。さらに、航行最低許容速度及び船舶が静水で航行する際の主機負荷に基づいて、必要な瞬時燃料供給量をプリセット瞬時燃料供給量として算出するために用いられてよい。一般的には、船舶が航行する際に、出発点から終点までかかる航行時間は、変動可能な許容範囲であってよい。例えば、常熟港から秦皇島港までの航行時間は、５０時間〜５５時間の範囲内であってよい。つまり、最大許容航行時間は５５時間である。これでは、航程及び最大許容航行時間に基づいて、航行の最低許容速度を算出することができる。上述したように、航行する過程において、必ずしも常に逆流又は常に順流ではないため、船舶が静水で航行する際の主機負荷を参考として計算して、プリセット瞬時燃料供給量を取得する。実施形態７では、最大許容航行時間を採用していることから、最少のプリセット瞬時燃料供給量を見つけることができる。
演算モジュール３００は、制御モジュール２００とさらに協働することができる。制御モジュール２００は、船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更するために用いられる。演算モジュール３００は、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をそれぞれ計算するために用いられ、さらに、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない瞬時燃料供給量をプリセット瞬時燃料供給量として算出する。実施形態７では、船舶が航行開始後すぐに船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更することもできれば、船舶が通常航行に入ってから、船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更することもできる。また、各瞬時燃料供給量の下で安定に近い速度（船舶の瞬時燃料供給量が変更された後に、一定の時間が経過しなければ、船舶の航行速度に反映されない一方で、水の中では、航行速度が１つの数値に精確に留まることが困難なため、安定に近い速度であると言わざるをえない。）に基づいて、所定航行距離（例えば、１００海里）に対応する燃料消費量を計算することができる。これにより、複数の瞬時燃料供給量を試行した後に、所定航行距離で燃料消費が最も少ない瞬時燃料供給量を見つけることができる。もちろん、実施形態７では、変更後の瞬時燃料供給量が船舶の航行速度に反映されるように、１つのサイクル（通常は１５分）が経過するたびに、船用主機の瞬時燃料供給量を１回変更してよい。このような解決手段により、船舶に相応しい且つ好ましいプリセット瞬時燃料供給量をより効率よく見つけることができる。
もちろん、船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更する前に、算出された上記の最少プリセット瞬時燃料供給量を先に採用して航行を行ってもよい。
さらに、通常の船用主機は、動作のセキュリティゾーンを有する。主機の回転速度が遅すぎると船用主機が停止し、主機の回転速度が速すぎると船用主機が爆発する。また、ディーゼルエンジンの主機回転速度の特性（回転速度と燃料消費量とは、３乗関係である。）によれば、主機が低回転速度の場合には、吸気気体の流速が遅く、燃料の噴霧が悪く、熱損失が多く、燃料消費が高い。主機が高回転速度の場合には、機械損失が大きく、燃料消費も高い。従って、主機の回転速度が高すぎる場合でも低すぎる場合でも、燃料消費量は、対応するように増大する。すなわち、主機回転速度の範囲内に１つの理想的な経済速度が存在する。
上記の瞬時燃料供給量の変化により船用主機の動作が当該セキュリティゾーンを超えることを回避し、又は、船用主機の動作を経済速度の範囲内に保持させるために、設定モジュール１００は、船用主機の回転速度の上限値及び下限値を設定するために用いられる。これにより、スロットル開度を制御することにより、船用主機が当該上限値から下限値までの範囲内での航行を制御することができる。即ち、変化した瞬時燃料供給量も一定の変化範囲を有するため、船用主機の安全動作及び／又は船用主機の動作の経済性を確保するために、瞬時燃料供給量を、当該瞬時燃料供給量の下で船用主機を駆動する回転数が当該上限値を超える数値又は当該下限値より低い数値まで変更することができない。
ここで、船舶の省エネ航行の制御装置が実施形態２に対応するときに、該装置は、
船舶が航行過程において受けている抵抗力をリアルタイムで監視するための監視モジュール４００と、
船舶が航行過程において受けている抵抗力が変化したか否かについて判断するための演算モジュール３００と、
通常航行する際に、船舶が受けた抵抗力が減少する場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を増加させ、船舶が受けた抵抗力が増加する場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を減少させるための制御モジュール２００とを備えている。
実施形態７は、実施形態１に対して、船用主機の動作パラメータをより自主的に調整し、船舶が変更後の抵抗力に対する対応速度をさらに上昇させ、これにより、船舶航行は、実施形態１よりさらに優れた燃料節約効果を奏する。
さらに、様々な手段（例えば、センサ等）を用いて船舶が航行過程で受けた抵抗力の変化を判断してもよく、以下の解決手段を用いて抵抗力の変化を判断してもよい。
監視モジュール４００は、船舶の対地速度及び対水速度をリアルタイムで取得するために用いられる。演算モジュール３００は、船舶の対地速度及び対水速度に基づいて、船舶が受けた抵抗力が変化したか否かを判断することができる。理論上、海水が静止状態であり、風の影響もない場合には、船舶の対地速度と対水速度とは、同じはずである。しかし、海水に水流及び／又は風が存在する場合には、船舶の対地速度と対水速度とは異なる。船舶が順流（水流及び風を含む総合的影響）で航行する際には、対水速度が対地速度より小さい。船舶が逆流で航行する際には、対水速度が対地速度より大きい。船舶の対地速度は、ＧＰＳと同様な装置を用いて取得可能であり、船舶の対水速度は、船舶に配置されたセンサを用いて取得可能である。理解されるように、瞬時燃料供給量が同一の場合において、船舶の対地速度及び対水速度が変化するとき、又は、船舶の対地速度と対水速度との速度差が変化するときには、つまり、船舶が受けた抵抗力が変化する。
監視モジュール４００は、船舶の対地速度をリアルタイムで取得するためにさらに用いられる。演算モジュール３００は、船舶の対地速度が変化することを計算で取得した際に、船舶が受けた抵抗力が変化したと判断するために用いられる。上記の説明を考慮すれば、理解されるように、瞬時燃料供給量が同一の場合においては、船舶の対地速度が変化しない状態を保持する。変化がある場合とは、船舶が受けた抵抗力が変化する場合である。説明すべきなのは、実施形態７の技術的解決手段は、外部の条件により、船舶が自主的にフィードバックする動態的制御手段である。理解されるように、船舶が受けた抵抗力が変化した後にも、船舶が受けた抵抗力が既に変化した抵抗力に対してさらに変化したか否かを判断し続ける。変化がある場合は、船舶の動作パラメータを対応するように調整する。このように、外部条件の変化により、船用主機の瞬時燃料供給量を自主的に調整し、船舶の燃料消費を最適化し続けることができる。
さらに、実施形態７において、航行で蓄積された経験によってプリセット瞬時燃料供給量を適切に増加又は減少させてもよく、制御モジュール２００を用いて変更後の好ましい瞬時燃料供給量を計算してもよい。
さらに、実施形態７において、制御モジュール２００は、以下のように用いられる。
船舶が受けた抵抗力が減少する場合には、船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に増加させ、各瞬時燃料供給量の下で所定航行距離に対応する燃料消費量をリアルタイムで計算し、これにより、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない好ましい瞬時燃料供給量を探し出し、船舶が受けた抵抗力が変化するまで当該好ましい瞬時燃料供給量を維持しつつ航行し続ける。
船舶が受けた抵抗力が増加する場合には、船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に減少させ、各瞬時燃料供給量の下で所定航行距離に対応する燃料消費量をリアルタイムで計算し、これにより、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない好ましい瞬時燃料供給量を探し出し、船舶が受けた抵抗力が変化するまで当該好ましい瞬時燃料供給量を維持しつつ航行し続ける。
実施形態７では、各瞬時燃料供給量の下で安定に近い速度（船舶の瞬時燃料供給量が変更された後に、一定の時間が経過しなければ、船舶の航行速度に反映されない一方で、水の中では、航行速度が１つの数値に精確に留まることが困難なため、安定に近い速度であると言わざるをえない。）により、所定航行距離（例えば、１００海里）に対応する燃料消費量を計算することができる。これにより、複数の瞬時燃料供給量を試行した後に、所定航行距離で燃料消費が最も少ない瞬時燃料供給量を見つけることができる。もちろん、実施形態７では、変更後の瞬時燃料供給量が船舶の航行速度に反映されるように、１つのサイクル（通常は１５分）が経過するたびに、船用主機の瞬時燃料供給量を１回変更してよい。このような解決手段により、船舶に相応しい且つ好ましいプリセット瞬時燃料供給量をより効率よく見つけることができる。
さらに、通常の船用主機は、動作のセキュリティゾーンを有する。主機の回転速度が遅すぎると船用主機が停止し、主機の回転速度が速すぎると船用主機が爆発する。また、ディーゼルエンジンの主機回転速度の特性（回転速度と燃料消費量とは、３乗関係である。）によれば、主機が低回転速度の場合には、吸気気体の流速が遅く、燃料の噴霧が悪く、熱損失が多く、燃料消費が高い。主機が高回転速度の場合には、機械損失が大きく、燃料消費も高い。従って、主機の回転速度が高すぎる場合でも低すぎる場合でも、燃料消費量は、対応するように増大する。すなわち、主機回転速度の範囲内に１つの理想的な経済速度が存在する。
上記の瞬時燃料供給量の変化により船用主機の動作が該セキュリティゾーンを超えることを回避し、又は、船用主機の動作を経済速度の範囲内に保持させるために、当該装置は、船用主機の回転速度の上限値及び下限値を設定するための設定モジュール１００をさらに備える。これにより、スロットル開度を制御することにより、船用主機が当該上限値から下限値までの範囲内での航行を制御することができる。即ち、変化した瞬時燃料供給量も一定の変化範囲を有するため、船用主機の安全動作及び／又は船用主機の動作の経済性を確保するために、瞬時燃料供給量を、当該瞬時燃料供給量の下で船用主機を駆動する回転数が当該上限値を超える数値又は当該下限値より低い数値まで変更することができない。
さらに、実施形態７において、船舶の動作パラメータを自主的にフィードバックして制御する前に、設定モジュール１００は、プリセット瞬時燃料供給量を予め設定するために用いられる。制御モジュール２００は、通常航行の際に、スロットル開度を制御することにより、船舶が受けた抵抗力が変化するまで、船用主機が当該プリセット瞬時燃料供給量の下での動作を保持させるために用いられる。
さらに、実施形態７において、航行で蓄積された経験によってプリセット瞬時燃料供給量を設定してもよく、演算モジュール３００を用いてリセット瞬時燃料供給量を計算してもよい。
演算モジュール３００は、航程及び最大許容航行時間に基づいて、航行最低許容速度を計算し、さらに、航行最低許容速度及び船舶が静水で航行する際の主機負荷に基づいて、必要な瞬時燃料供給量をプリセット瞬時燃料供給量として算出するために用いられてよい。一般的には、船舶が航行する際に、出発点から終点までかかる航行時間は、変動可能な許容範囲であってよい。例えば、常熟港から秦皇島港までの航行時間は、５０時間〜５５時間の範囲内であってよい。つまり、最大許容航行時間は５５時間である。これでは、航程及び最大許容航行時間に基づいて、航行の最低許容速度を算出することができる。上述したように、航行する過程において、必ずしも常に逆流又は常に順流ではないため、船舶が静水で航行する際の主機負荷を参考として計算して、プリセット瞬時燃料供給量を取得する。実施形態７において、最大許容航行時間を採用していることから、最少のプリセット瞬時燃料供給量を見つけることができる。
演算モジュール３００は、制御モジュール２００とさらに協働することができる。制御モジュール２００は、船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更するために用いられる。演算モジュール３００は、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をそれぞれ計算するために用いられ、さらに、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない瞬時燃料供給量をプリセット瞬時燃料供給量として算出する。実施形態７では、船舶が航行開始後すぐに船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更することもできれば、船舶が通常航行に入ってから、船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更することもできる。また、各瞬時燃料供給量の下で安定に近い速度（船舶の瞬時燃料供給量が変更された後に、一定の時間が経過しなければ、船舶の航行速度に反映されない一方で、水の中では、航行速度が１つの数値に精確に留まることが困難なため、安定に近い速度であると言わざるをえない。）に基づいて、所定航行距離（例えば、１００海里）に対応する燃料消費量を計算することができる。これにより、複数の瞬時燃料供給量を試行した後に、所定航行距離で燃料消費が最も少ない瞬時燃料供給量を見つけることができる。もちろん、実施形態７では、変更後の瞬時燃料供給量が船舶の航行速度に反映されるように、１つのサイクル（通常は１５分）が経過するたびに、船用主機の瞬時燃料供給量を１回変更してよい。このような解決手段により、船舶に相応しい且つ好ましいプリセット瞬時燃料供給量をより効率よく見つけることができる。
もちろん、船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更する前に、算出された上記の最少プリセット瞬時燃料供給量を先に採用して航行を行ってもよい。
船舶の省エネ航行の制御装置が実施形態３に対応するときは、実施形態２に対応する装置に対する相違点として、実施形態７では、演算モジュール３００は、船舶が航行する過程において受けている抵抗力が変化したか否か、及び、受けた抵抗力の変化量がプリセット閾値より大きい又はプリセット閾値と同じであるか否かについて判断するために用いられる。船舶が受ける抵抗力の変化量がプリセット閾値より大きい又はプリセット閾値と同じである場合のみ、制御モジュール２００は、船舶の動作パラメータを変更することができる。これは、船舶が航行する過程において、抵抗力の変化が頻繁に発生すれば、船舶の動作パラメータ（例えば、瞬時燃料供給量）を頻繁に変更しなければならず、省エネに不利だからである。
従って、実施形態７では、設定モジュール１００によりプリセットしきい値を予め設定する必要がある。船舶が受ける抵抗力の変化量がプリセット閾値より大きい又はプリセット閾値と同じである場合のみ、船用主機に対する瞬時燃料供給量を対応するように変更し、これにより、船舶の省エネにより有益である。
さらに、受けている抵抗力の変化量の計算は、感知装置によって取得されてもよく、船舶の対地速度と対水速度との相対的関係及び／又は船舶の対地速度の変化により、受けている抵抗力の状況を反映してもよい。
船舶の省エネ航行の制御装置が実施形態４に対応するときは、実施形態２に対応する装置に対する相違点として、監視モジュール４００は、船舶の対地速度及び対水速度を監視することにより、船舶が現在受けている抵抗力の状況を判断（即ち、船舶が現在順流状況に置かれているか逆流状況に置かれているかを判断）するために用いられる。
演算モジュール３００は、船舶の対地速度と対水速度との差（対地と対水との差）を計算することにより、制御モジュール２００が船用主機の瞬時燃料供給量を変更する必要があるか否かについて判断するためにさらに用いられる。制御モジュール２００は、
船舶の対地速度が対水速度より速く、且つ両方の速度の差がプリセット値と同じ又はプリセット値より大きい場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を増加させ、
船舶の対水速度が対地速度より速く、且つ両方の速度の差がプリセット値と同じ又はプリセット値より大きい場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を減少させるために用いられる。
一般的には、船舶の対地速度と対水速度との差が０．５ノット（航行の速度の単位）以上の場合、スロットル開度を制御して船舶の瞬時燃料供給量を調整する。
船舶の省エネ航行の制御装置が実施形態５に対応するときは、実施形態３に対応する装置に対する相違点として、監視モジュール４００は、船舶の対地速度のみを監視し、船舶の対地速度に基づいて船舶が現在受けている抵抗力の状況を判断（即ち、船舶が現在順流状況に置かれているか逆流状況に置かれているかを判断）することができる。
演算モジュール３００は、船舶の対地速度の変化量を計算することにより、制御モジュール２００が船用主機の瞬時燃料供給量を変更する必要があるか否かについて判断するために用いられる。制御モジュール２００は、
船舶の対地速度が増加し、且つ当該変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じである場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を増加させ、
船舶の対地速度が減少し、且つ当該変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じである場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を減少させるために用いられる。
一般的には、船舶の対地速度の変化量が０．５ノット（航行の速度の単位）以上の場合、スロットル開度を制御して船舶の瞬時燃料供給量を調整する。
船舶の省エネ航行の制御装置が実施形態６に対応する場合に、上記の実施形態に対して、船舶の省エネ航行の制御装置のポイントとして、最適化を求める方式により最適な瞬時燃料供給量を確定し、且つ算出された好ましい瞬時燃料供給量で航行を行うことにより、船舶の航行燃料消費量が改善される。当該装置は、
船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更するための制御モジュール２００と、
各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をそれぞれ計算し、且つ所定航行距離において燃料消費量が最も少ない瞬時燃料供給量を計算し、当該瞬時燃料供給量で航行を行うための演算モジュール３００とを備えている。
実施形態７では、船舶が航行開始後すぐに船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更することもできれば、船舶が通常航行に入ってから、船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更することもできる。また、各瞬時燃料供給量の下で安定に近い速度（船舶の瞬時燃料供給量が変更された後に、一定の時間が経過しなければ、船舶の航行速度に反映されない一方で、水の中では、航行速度が１つの数値に精確に留まることが困難なため、安定に近い速度であると言わざるをえない。）に基づいて、所定航行距離（例えば、１００海里）に対応する燃料消費量を計算することができる。これにより、複数の瞬時燃料供給量を試行した後に、所定航行距離で燃料消費が最も少ない瞬時燃料供給量を見つけることができる。もちろん、実施形態７では、変更後の瞬時燃料供給量が船舶の航行速度に反映されるように、１つのサイクル（通常は１５分）が経過するたびに、船用主機の瞬時燃料供給量を１回変更してよい。このような解決手段により、船舶に相応しい且つ好ましいプリセット瞬時燃料供給量をより効率よく見つけることができる。
さらに、通常の船用主機は、動作のセキュリティゾーンを有する。主機の回転速度が遅すぎると船用主機が停止し、主機の回転速度が速すぎると船用主機が爆発する。また、ディーゼルエンジンの主機回転速度の特性（回転速度と燃料消費量とは、３乗関係である。）によれば、主機が低回転速度の場合には、吸気気体の流速が遅く、燃料の噴霧が悪く、熱損失が多く、燃料消費が高い。主機が高回転速度の場合には、機械損失が大きく、燃料消費も高い。従って、主機の回転速度が高すぎる場合でも低すぎる場合でも、燃料消費量は、対応するように増大し、これでは、主機回転速度の範囲内に１つの理想的な経済速度が存在する。
上記の瞬時燃料供給量の変化により船用主機の動作が該セキュリティゾーンを超えることを回避し、又は、船用主機の動作を経済速度の範囲内に保持させるために、当該装置は、船用主機の回転速度の上限値及び下限値を設定するための設定モジュール１００をさらに備える。これにより、スロットル開度を制御することにより、船用主機が当該上限値から下限値までの範囲内での航行を制御することができる。即ち、変化した瞬時燃料供給量も一定の変化範囲を有するため、船用主機の安全動作及び／又は船用主機の動作の経済性を確保するために、瞬時燃料供給量を、当該瞬時燃料供給量の下で船用主機を駆動する回転数が当該上限値を超える数値又は当該下限値より低い数値まで変更することができない。
さらに、当該装置は、監視モジュール４００をさらに備えている。具体的な機能として、監視モジュール４００、演算モジュール３００及び制御モジュール２００は、船用主機の瞬時燃料供給量を調整する必要がある時を協働して判断することができる。具体的には、上記の実施形態を参照されたい。ここでは、説明を省略する。
図１０に示すように、本発明に係る船舶の省エネ航行の制御方法及びその装置の燃料節約効果をより容易に理解するために、船舶が実際に航行するときに取得された一定の時間内において船舶の航行トレンド図を参照して例を挙げて説明する。当該トレンド図において、船舶の省エネ航行の制御方法及びその装置に採用されているのは、船舶の対地速度及び対水速度の関係により船舶が受けた抵抗力を判断するものである。これは、本発明に係る船舶の省エネ航行の制御方法及びその装置による燃料の削減効果の例に過ぎず、上述した各実施形態は、従来の主機の定格回転速度による航行及び主機の定格動力による航行と比較して、航行の燃料削減効果が向上するが、その程度は実施形態に応じて異なる。
図１０における番号６の線は、船舶の対地と対水との差の曲線である。当該曲線が下方へ凹む部分は、船舶が受けた抵抗力が増大（逆流）するときの状態であり、上方へ突出する部分は、船舶が受けた抵抗力が減少（順流）するときの状態である。
図１０における番号２の線は、船用主機の瞬時燃料供給量を示す。船舶が受けた抵抗力が増加する際に、船用主機の瞬時燃料供給量は、対応するように減少し、船舶が受けた抵抗力が減少する際に、船用主機の瞬時燃料供給量は、対応するように増加することが図からわかる。しかし、図１０の中央部において、船舶が受けた抵抗力が増加し続けるが、船用主機に対する瞬時燃料供給量は、相対的安定した状態に保たれている。これは、当時の船用主機の回転速度が既に所定の下限値に達し、船用主機に対する瞬時燃料供給量は、これ以上減少し続けることができないことを意味する。図１０の右端部付近を参照すれば、番号２の線が突然上方に急激に増加する現象は、人為的に舵を切ることにより瞬時燃料供給量が突然増加することに起因している。
図１０における番号７の線は、船舶の１００海里の燃料消費量を示す。明らかに、船舶が受けた抵抗力が増大する際に、船舶の１００海里の燃料消費量は、抵抗力が比較的に少ないときに対して増加（必然的な結果である。）するが、曲線を全体的に観測すれば、１００海里全体の燃料消費量は、減少する傾向にある。また、船舶が受けた抵抗力が増加又は減少する際に、所定航行距離において燃料消費が最も少ない瞬時燃料供給量を算出することにより、船舶が抵抗力を受けている現在の状況に相応しい瞬時燃料供給量をより効率よく見つけることができ、船舶の航行燃料消費量がさらに大幅に削減されることがわかる。
上記の計算結果及び実際に記録された船舶の指数曲線から、同じ距離を航行する場合には、燃料消費が大幅に削減されることが分かる。
上記の実施形態は、船舶の航行効果の観点から、船舶が航行するときの外部条件（例えば、風及び水流等）が船舶に対する影響を着目点として、風や水流が航行中の船舶に対する抵抗力の発生メカニズムを研究するものである。これにより、船舶による航行燃料消費に対応するように低減される。
特に、本発明に係る実施形態２〜５の制御方法及び実施形態２〜５に対応する制御装置によれば、船舶の航行パラメータ及び状態を調整し続けることにより、変化し続ける風及び水流に順応することができ、これにより、燃料消費はさらに低減される。
実践を通して、本発明に係る船舶の航行制御方法及びその装置は、以下のような利点を有する。
１、海が所定状況にあるとき、本発明に係る船舶の航行制御方法及びその装置を採用することにより、船舶が所定の航行ルート内（１０００海里）での燃料消費が、従来のものより平均５％〜１０％減少し、また、航行距離の増加と共に燃料節約効果がさらに向上する。
２、所定の海域内において、２隻の同一タイプの船舶が同一の航行路線を航行し、航行時間が増加しない場合、本発明に係る船舶の航行制御方法及びその装置が採用された船舶の燃料消費が、平均５％〜８％前後減少する効果を奏する。
３、１年の期間を設定し、本発明に係る船舶の航行制御方法及びその装置が採用された船舶は、同様の主機による作動時間帯において、同一タイプの船舶による日燃料消費の最低値を達成することができる。
４、所定の時間帯において、本発明に係る船舶の航行制御方法及びその装置が採用された船舶は、同一タイプの船舶の中で片道航行の燃料消費の最低値を達成することができる。
５、本発明に係る船舶の航行制御方法及びその装置によって、船舶の動作装置及びシステムに対するリアルタイムでの監視が実現され、設備管理のレベルが向上する。
６、本発明に係る船舶の航行制御方法及びその装置によって、船舶の燃料に対する監視及び管理が実現され、瞬時燃料供給量に対する監視及び正確な計算も実現される。
中国国内において、北方の石炭を南方へ運輸することを例として挙げる。２０１３年に、秦皇島港の石炭の出港量は、２３８２７万トンであり、唐山港の秦皇島港の石炭の出港量は、１８６４６万トンであり、黄か港の石炭の出港量は、１７１００万トンである。３つの港の出港量の合計は、５９５７３万トンである。国内の沿海運輸において、代表的な船のタイプは、３５０００トン級の海上船舶であり、毎年の平均運輸量は、７０万トンであり、合計８５０隻が必要である。１隻の船舶の年間燃料消費３５００トンを前後として、本発明に係る船舶の航行制御方法及びその装置が採用された船舶は、燃料消費の５％〜１０％の減少で計算すれば、年間１７５〜３５０トンの燃料が削減される。８５０隻の船であれば、年間１４８７５０〜２９７５００トンの燃料が削減される。現在の燃料価格が１トンあたり４３００元であり、計算すれば、燃料消費コストは、年間６．３９６〜１２．７９２億元が節約される。国内の沿海運輸船舶は全部で２５００隻前後であり、燃料消費コストは、年間１８．８１〜３６．１２億元が節約される。
また、燃料の削減に伴い、二酸化炭素の排出量も減少し、１トンの重油が３．５トンの二酸化炭素を排出するとして計算すれば、本発明に係る技術が採用された８５０隻の石炭運輸船舶は、５２．０６〜１０４．１２万トンの排出量を削減することができる。国内の沿海運輸船舶は全部で２５００隻前後であり、二酸化炭素の排出量は、年間１５３．１２〜２９４万トン削減され、さらに、他の物質（例えば、二酸化硫黄）等の排出量も削減される。
上記の実施形態は、本発明に係る技術的解決手段について説明するためだけであり、本発明を限定するものではない。上記の実施形態を参照しながら本発明について詳細に説明したにも関わらず、上記の実施形態に記載された技術的解決手段についての修正や一部の技術的特徴についての同等置換を行うことができる。これらの修正や置換によって、対応する技術的解決手段の本質は、本発明に係る実施形態の技術的解決手段の精神及び範囲から逸脱することはない。

Claims (20)

  1. 通常航行する際に、船舶の対地速度及び対水速度をリアルタイムで測定するステップと、
    船舶の前記対地速度が前記対水速度より速く、且つ両方の速度の差がプリセット値と同じ又はプリセット値より大きい場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を増加させるステップと、
    船舶の前記対水速度が前記対地速度より速く、且つ両方の速度の差がプリセット値と同じ又はプリセット値より大きい場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を減少させるステップとを含むことを特徴とする船舶の省エネ航行の制御方法。
  2. 船舶の前記対地速度が前記対水速度より速い場合には、前記船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に増加させ、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をリアルタイムで計算し、これにより、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない好ましい瞬時燃料供給量を探し出し、前記好ましい瞬時燃料供給量を維持しつつ航行し続けるステップと、
    船舶の前記対地速度が前記対水速度より遅い場合には、前記船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に減少させ、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をリアルタイムで計算し、これにより、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない好ましい瞬時燃料供給量を探し出し、前記好ましい瞬時燃料供給量を維持しつつ航行し続けるステップと、
    上記のステップを繰り返して実行するステップとを含むことを特徴とする請求項１に記載の船舶の省エネ航行の制御方法。
  3. 主機回転速度の上限値及び下限値を設定し、スロットル開度を制御することにより、前記主機の前記上限値から前記下限値までの区間内における航行を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の船舶の省エネ航行の制御方法。
  4. 船舶の対地速度及び対水速度をリアルタイムで測定する前記ステップの前に、
    プリセット瞬時燃料供給量を設定するステップと、
    通常航行する際に、船舶の前記対地速度と前記対水速度との差がプリセット値と同じ又はプリセット値より大きくなるまで、スロットル開度を制御することにより、前記船用主機の前記プリセット瞬時燃料供給量における作動を保持するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の船舶の省エネ航行の制御方法。
  5. 前記船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更し、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をそれぞれ計算するステップと、
    所定航行距離において燃料消費量が最も少ない瞬時燃料供給量をプリセット瞬時燃料供給量として算出するステップとを含むことを特徴とする請求項４に記載の船舶の省エネ航行の制御方法。
  6. 船舶の対地速度をリアルタイムで測定するステップと、
    通常航行する際に、一定の瞬時燃料供給量において、船舶の前記対地速度が増加し、且つ当該変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じである場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を増加させるステップと、
    船舶の前記対地速度が減少し、且つ当該変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じである場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、前記船用主機に対する瞬時燃料供給量を減少させるステップとを含むことを特徴とする船舶の省エネ航行の制御方法。
  7. 船舶の前記対地速度が増加し且つ当該変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じである場合には、前記船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に増加させ、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をリアルタイムで計算し、これにより、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない好ましい瞬時燃料供給量を探し出し、前記好ましい瞬時燃料供給量を維持しつつ航行し続けるステップと、
    船舶の前記対地速度が減少し且つ当該変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じである場合には、前記船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に減少させ、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をリアルタイムで計算し、これにより、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない好ましい瞬時燃料供給量を探し出し、前記好ましい瞬時燃料供給量を維持しつつ航行し続けるステップと、
    上記のステップを繰り返して実行するステップとを含むことを特徴とする請求項６に記載の船舶の省エネ航行の制御方法。
  8. 主機回転速度の上限値及び下限値を設定し、スロットル開度を制御することにより、前記主機の前記上限値から前記下限値までの区間内における航行を制御することを特徴とする請求項６又は７に記載の船舶の省エネ航行の制御方法。
  9. 船舶の対地速度をリアルタイムで測定する前記ステップの前に、
    プリセット瞬時燃料供給量を設定するステップと、
    通常航行する際に、船舶の前記対地速度が変化し且つ当該変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じになるまで、スロットル開度を制御することにより、前記船用主機の前記プリセット瞬時燃料供給量における作動を保持するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の船舶の省エネ航行の制御方法。
  10. 前記船用主機の瞬時燃料供給量を徐々に変更し、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をそれぞれ計算するステップと、
    所定航行距離において燃料消費量が最も少ない瞬時燃料供給量をプリセット瞬時燃料供給量として算出するステップとを含むことを特徴とする請求項９に記載の船舶の省エネ航行の制御方法。
  11. 船舶の対地速度及び対水速度をリアルタイムで測定するための監視モジュールと、
    船舶の前記対地速度と前記対水速度との差を計算するための演算モジュールと、
    通常航行する際に、船舶の前記対地速度が前記対水速度より速く、且つ両方の速度の差がプリセット値と同じ又はプリセット値より大きい場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を増加させ、船舶の前記対水速度が前記対地速度より速く、且つ両方の速度の差がプリセット値と同じ又はプリセット値より大きい場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を減少させるための制御モジュールとを備えることを特徴とする船舶の省エネ航行の制御装置。
  12. 前記制御モジュールは、船舶の前記対地速度が前記対水速度より速い場合には、前記船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に増加させ、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をリアルタイムで計算し、これにより、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない好ましい瞬時燃料供給量を探し出し、前記好ましい瞬時燃料供給量を維持しつつ航行し続け、
    船舶の前記対地速度が前記対水速度より遅い場合には、前記船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に減少させ、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をリアルタイムで計算し、これにより、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない好ましい瞬時燃料供給量を探し出し、前記好ましい瞬時燃料供給量を維持しつつ航行し続けるために用いられることを特徴とする請求項１１に記載の船舶の省エネ航行の制御装置。
  13. 主機回転速度の上限値及び下限値を設定し、瞬時燃料供給量を制御することにより、前記主機の前記上限値から前記下限値までの区間内における航行を制御するための設定モジュールをさらに備えることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の船舶の省エネ航行の制御装置。
  14. プリセット瞬時燃料供給量を設定するための設定モジュールと、
    通常航行する際に、船舶の前記対地速度と前記対水速度との差がプリセット値と同じ又はプリセット値より大きくなるまで、スロットル開度を制御することにより、前記船用主機の前記プリセット瞬時燃料供給量における作動を保持させるための制御モジュールとを備えることを特徴とする請求項１１に記載の船舶の省エネ航行の制御装置。
  15. 前記制御モジュールは、前記船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に変更するためにさらに用いられ、
    演算モジュールは、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をそれぞれ計算し、また、前記所定航行距離において燃料消費量が最も少ない瞬時燃料供給量をプリセット瞬時燃料供給量として算出するために用いられることを特徴とする請求項１４に記載の船舶の省エネ航行の制御装置。
  16. 船舶の対地速度をリアルタイムで測定するための監視モジュールと、
    同じ瞬時燃料供給量において、船舶の前記対地速度の変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じであるか否かを判断するための演算モジュールと、
    通常航行する際に、船舶の前記対地速度が増加し、且つ当該変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じである場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を増加させ、船舶の前記対地速度が減少し、且つ当該変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じである場合には、現在のスロットル開度を制御することにより、船用主機に対する瞬時燃料供給量を減少させるための制御モジュールとを備えることを特徴とする船舶の省エネ航行の制御装置。
  17. 前記制御モジュールは、船舶の前記対地速度が増加し且つ当該変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じである場合には、前記船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に増加させ、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をリアルタイムで計算し、これにより、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない好ましい瞬時燃料供給量を探し出し、前記好ましい瞬時燃料供給量を維持しつつ航行し続けるため、及び、
    船舶の前記対地速度が減少し且つ当該変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じである場合には、前記船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に減少させ、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をリアルタイムで計算し、これにより、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない好ましい瞬時燃料供給量を探し出し、前記好ましい瞬時燃料供給量を維持しつつ航行し続けるために用いられることを特徴とする請求項１６に記載の船舶の省エネ航行の制御装置。
  18. 主機回転速度の上限値及び下限値を設定し、スロットル開度を制御することにより、前記主機の前記上限値から前記下限値までの区間内における航行を制御するための設定モジュールをさらに備えることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の船舶の省エネ航行の制御装置。
  19. プリセット瞬時燃料供給量を設定するための設定モジュールと、
    通常航行する際に、船舶の前記対地速度が変化し且つ当該変化量がプリセット値より大きい又はプリセット値と同じになるまで、スロットル開度を制御することにより、前記船用主機の前記プリセット瞬時燃料供給量における作動を保持させるための制御モジュールとを備えることを特徴とする請求項１６に記載の船舶の省エネ航行の制御装置。
  20. 前記制御モジュールは、前記船用主機に対する瞬時燃料供給量を徐々に変更するためにさらに用いられ、
    演算モジュールは、各瞬時燃料供給量における所定航行距離に対応する燃料消費量をそれぞれ計算し、また、所定航行距離において燃料消費量が最も少ない瞬時燃料供給量をプリセット瞬時燃料供給量として算出するために用いられることを特徴とする請求項１９に記載の船舶の省エネ航行の制御装置。
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