JPS5863592A - 主機関の燃料消費量を最小にする制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 て、主機関の回転数および可変ピンチプロペラの翼角を
制御することによって、主機関の燃料消費量が最小にな
るようにした主機の燃料消費量を最小にする制御方法に
関するものである。

可変ピッチプロペラ装備船は、排水量、トリム、船体お
よびプロペラの汚れ、海象および気象状態等の条件を一
定とすると、船速（Ｖ，　−Ｖ５）および可変ピッチプ
ロペラの翼角（０１〜θ３）と、主機関出力、主機関回
転数の間には、第１図に示すような関係がある。ここで
船速を一定として主機関回転数と翼角を変化させると、
各船速で主機関出力が最小点が得られるが、それらの点
を結ぶと推進効率最大線ｐｑとなる。

次に主機関燃料消費率（　ｂｏ−ｈ４　）と主機関出力
、主機関回転数の間には、第２図に示すような関係があ
る。第２図において、Ｃｈ．）点が主機関燃料消費率最
小点であシ、各主機関出力に対する主機関燃料消費率最
小点を結んだ線が、主機関燃料消費率最小線ｚｔとなる
。従って、推進効率最大線ｐｑと主機燃料消費率最小線
ｓｔの間には、各船速に対して主機関燃料消費率が最小
となる最高効率曲線ｘｙが存在する。そのため可変ピッ
チプロペラ装備船では、主機関回転数と翼角を変化させ
て、最高効率曲線ｘｙ上で運航することが可能となる。

しかし従来の可変ピンチプロペラ装備船の運転方法は、
第３図に示すように操縦ハンドル位置に対して一義的に
主機関回転数（Ｎ）と翼角（のとが定められておシ、こ
の関係は主として船が満載状態で第１図に示す推進効率
最大線ｐｑ上になるように定めたものであり、第２図に
示す主機関燃料消費率最小線９ｔをも考慮したものみ少
なかった。

また通常第２図に示すような等燃料消費率曲線（ｈＯ〜
゛ｂ４）の作成は、機関製造の際の最初に完成した主機
関によって計測されるものである。

このような等燃料消費率曲線（′ｂＯ””’Ａ４）を作
成するには、多大の燃料費を含めた費用と運転時間が必
要であるため、２番目−以降に完成した主機関の陸上運
転では、主機関の定格点を通る翼角一定とした条件に相
当する負荷点の計測のみに限定してい不。従って主機関
燃料消費率最小線ｓｔを考慮するにしても、主機関ごと
の等燃料消費率曲線（ｈａ−ｈａ＞に対する特性上の相
違は不明であった。さらに第１図に示した推進効率最大
線ｐｑにしても−、排水量、トリム等の船体状態が限定
されているものであシ、積荷の状態変化に伴う推進効率
最大線ｐｑの移動は考慮されていない。そのため従来の
操縦ハンドル運転では、計画と実際の運用とでは相違が
生じ、必ずしも推進効率最大線ｐｑ上で運転されるとは
限らなかった。従って実質的に最高効率曲線ｘｙ上での
運転は、まだ実施されていない現状である。

本発明は船舶が運航中に、船舶の運航に支障を及ぼすこ
となく主機関の燃料消費率最小点を実測し、その点で運
航することを目的としてなしたもので、可変ピッチプロ
ペラ装備船において、船の運航中に主機関出力が同一と
なるように主機関回転数と可変ピッチプロペラの翼角を
変更し、それぞれの運転点で主機関燃料消費量を実測し
、これらの実測値を使用して、船速が同一となるように
主機関回転数と可変ピンチプロペラの翼角を変更した場
合に相当するそれぞれの運転点での主機関−燃料消費量
を算出することによシ、同一船速の中で主機関燃料消費
量が−最小となる最高効率運転点を見い出し、その点で
運航することを可能にした制御方法を要旨とするもので
ある。

次に本発明の一実施例を説明する。

第３図の操縦ハンドル位置で定められた主機関回転数、
翼角の関係を、第４図の線α、ｂ、Ｃとする。いま操縦
ハンドル位置は任意の点で運転しているものとして、そ
のときの第４図上の位置を点（１）とする。また点（１
）と同一船速の曲線を１ｍとし、同一主機関出力の直線
をｕＵとする。

ここで、第４図の点（１）の主機関出力、主機関回転数
で、主機関燃料消費量と船速を計測する。

次に主機関の回転数を点（１）の回転数（Ｎ１）から同
一船速曲線１ｍ上の任意の点（２）の回転数（Ｎ２）に
変更し、点（２）での船速が点（１）で計測されだ船速
と同一になるように可変ピッチプロペラの翼角を制御す
る。点（２）での船速が整定しだ後、翼角を一定として
主機関燃料消費量を計測し、これを点（１）での主機関
燃料消費量と比較する。以後同様の操作を繰返し、同一
船速曲線１ｍ上で燃料消費量最小点を計測し、この計測
された燃料消費量最小点で運航するーことが可能である
。

しかし上述した制御方法では、例えば点（２）の位置で
翼角を定めるとき、点（１）で計測された船速を目標値
として翼角制御を行々うが、船体の慣性は極めて大きく
て翼角変化に対する船速の応答が非常に遅いため、制御
が難しい欠点がある。

そこで主機関燃料消費量最小点を決定するための計測を
第４図に示す同一出力直線Ｕｖ上で行ない、同一出力直
線μり上で実測された主機関燃料消費量を基に、船速一
定面線１ｍ上の主機関燃料消費量に換算する。一般商船
では、主機関燃料消費量最小点を算出する範囲における
同一出力直線ＬＬＩ７上の船速と、同一船速曲線ｔｍで
の船速との相違は、±０．１ノット程度であって何ら船
の運航の妨げとなるもので９はない。この制御方法は主
機関がディーゼル機関の場合のみならず、主機関が蒸気
タービン−、ガスタービン機関等の場合にも適用できる
ものであシ、主機関のトルクを計測することにより制御
が可能となるが、以下の説明では主機関をディーゼル機
関とし、主機関のトルクは主機関用ガバナの出力値であ
る主機関燃料ラック位置で代表し、計測するものとする
。

本発明の制御方法において、主機関の燃料消費量をある
一定のＴ時間計測するのであるが、船速および主機関燃
料ラック位置の値は、Ｔ時間内における平均船速Ｖ、平
均主機関燃料ランク位置πを、それぞれ瞬時計測値であ
る船速Ｖ、主機関燃料ラック位置Ｒから、次の式（１）
、式（２）を使用して算出する。

■＝十工Ｔｖｄｔ　工・・・・・式（１）Ｒ・＝〒ｆｎ
Ｒｄｔ　　・・・・・・・・・式（２）第４図の点（１
）の主機関出力および主機関回転数（Ｎ１）て・、ある
一定の１時間における主機関燃料消費率（ＧＦＯｌ）、
平−均船速（Ｖｌ）、および平均主機関燃料ラック位置
（π１）を計測する。

次に主機゛関口転数を（Ｎ１）から同一出力直線ｕｖ上
の任意の点、（２′）に対応する（Ｎ２）へ変更する。

点（２１の主機関燃料ランク位置は、主機関量カ一定の
条件から次の式（３）で算出される。

Ｎ、　− ％−−５．Ｒ，・・・・・・・・・式（３）故に点（２
５における可変ピッチプロペ文の翼角は、主機関燃料ラ
ンク位置が（Ｒ’２）となるように制御する。

点（２）テ船速が整定した後、翼角を一定として点（１
）で行なったのと同様にある一定の１時間での主機関燃
料消費量（ＧＦ６２’　）、平均船速（Ｖｔ）、および
平均主機関燃料ラック位置（π２′）を計測する。これ
らの計測値をもとに、点（１）と同一船速で点（２５と
同一主機関回転数である点（２）の主機関燃料消費量（
ＧＦ６２）、主機関燃料ラック位置（Ｒ２）を算出する
。点（２５と点（２）とでは主機関燃料消費率が同一と
すると、次の式（４）から点（２）の主機関燃料消費量
（ＧＦ５２）が算出される。

また点（２′）と点（２）との主機関回転数は（Ｎ２）
で同一であるから、次の式（５）によって点（２）の主
機関燃料ランク位置（Ｒ２）が算出される そこで主機関燃料消費量（ＧＦ６１）と（ＧＦ５２）と
を比較して、主機関燃料消費量最小点の存在する方向を
見いだすことができる。

同様な操作を繰シ返すことによって、主機関燃料消費量
最小点の存在する位置を定めることができる。例えば、
第４図の点（１）、（２）、（３）での梁機関設定回転
数にヵｆ６□機０７□や、１゜算出値が第５図の関係で
あり、第４図の点（２）の近傍に主機関燃料消費量最小
点が存在するとすれば、これらを曲線ｅｆで示す二次曲
線近似とし、主機関燃料消費量が最小となる主機関回転
数（Ｎ（ｉ、Ｔ）を算出する。

次に点（１）と同一船速で、主機関設定回転数が（Ｎδ
ＰＴ）の時の主機関燃料ランク位置（ＲＯＰＴ　）は、
第５図に示すように点（１）、（２）、（３）における
主機関燃料ラック位置の算出値を二次補間して求める。

次に主機関回転数を現設定値から（Ｎ６ＰＴ　）へ変更
する゛と共に、翼角を主機関燃料ラック位置が（ＲＯＰ
Ｔ　’）となるように制御する。このことにより、最高
効率点での運転が可能となる。

第６図は上述した方法を、マイクロコンピ−タ相当の演
算機能を有する制御装置を用いて自動的に実現させる装
置の一実施例を示すものである。制御装置Ｑ□は、翼角
設定ロジックα力、回転数設定ロジン、り（至）、過負
荷保護動作ロジック（ハ）、最高効率点算出ロジック０
りから構成される。翼角設定ロジックａカは、操縦ハン
ドルα１″！。

たけ最高効率点算出ロジック（ロ）にて定められた翼角
に可変ピッチプロペラα枠の翼角を設定する機能を有す
る。回転数設定ワジソク０Ｉは、操縦ハンドルまたは最
高「効率点−出口シックにて定められた回転数に主機関
ガバナを設定する機能を有する。過負荷保護動作ロジッ
ク（ハ）は、回転数設定ロジックα燵にて定められる回
転数設定信号および主機関燃料ランク位置検出器（至）
からの燃料ラック位置信号を入力し、回転数設定信号か
ら定められる負荷設定と主機関の負荷状態を示す燃料ラ
ンク位置を比較し、主機関が過負荷に々った時、可変ピ
ッチプロペラの翼角を減少させるため、翼角設定ロジッ
クに信号を出力する機能を有する。最高効率点算出ロジ
ックαっは、主機関燃料ラック位置検出器−からの燃料
ラック位置信号、ログＱメからの船速信号、主機関燃料
流量計（イ）からの燃料流量信号、最高効率点算出起動
押釦又は他装置＜１１）からの起動信号−を入力し、前
述の最高効率点運転を行うため、翼角設定ロジックαη
へ翼角信号、回転数設定ロジックα燵へ回転数信号を出
力する機能を有する。最高効率点算出ゝによる運転は次
の（Ａ）、（Ｂ）、（００条件により、起動停止させる
。

囚　この制御装置α１に設けられた押釦又は他装ロジッ
ク（６）は最高効率点算出動作を開始するものとし、算
出終了後は、再び押釦又は他装置からの起動信号０］）
による開始動作がない限り算出は行なわない。

（Ｂ）　　最高効率点算出ロジックα→が燃料消費量計
測中に主機関が過負荷とがり、過負荷保護動作が作動し
たときには、最高効率点算出動作を停止させる。

（Ｃ）　　操縦ハンドル（至）の動作を行なった場合に
は最高効率点での運転は停止され、操縦ハンドルα１に
よる運転となる。

第６図に□示す装置゛においては、制御装置０Ｑにプリ
ンタａ４が設けてあって、計測、演算結果を提示するよ
うになっている。また図形表示装置α→も設置されてい
て、数次の航海に基づく燃料消費量算出結果を第２図に
示すような等消費率曲線相当の形で表示すると共に、現
在の運転位置をも合せ表示して運転の指針とするように
なっている。

操縦ハンドルα埠からの出力信号をできるだけ最高効率
運転に近い主機関回転数と翼角にするため、または最高
効率点算出動作終了までの時間を短縮するため、次の（
Ｄ）、（Ｅ）の機能を制御装置０１に設ける。

（Ｄ　数次の航海で算出された最高効率点データをもと
に統計処理を行なって、操縦ハンドル０１からの出力信
号が常時最高効率点に近づくように更新させる機能を持
たせる。

（５）手動入力部θ→を設け、数次の航海で算出された
最高効率点データを参考として、主機関回転数、翼角が
任意に設定できるようにする。

本発明は最高効率点での運航が可能となるので主機関燃
料消費量の節減を図ることができ、また本発明の方法を
実施するにあたって特別に開発しなければならない検出
器は皆無で、従来から使用実績のある機器で実施可能で
ある。

また主機関燃料消費量の計測点を決定する際、主機関出
カ一定という条件を採用することによって、可変ピッチ
プロペラ翼角制御の制御目標値を、ディーゼル機関の場
合には主機関燃料ラック位置として制御性の良いものと
することができ、船舶の運航中に主機関燃料消費量を実
測しながら最高効率点を定めるので、算出されたものが
実用にかなったものとなる特長がある。

さらにマイクロコンビーータ相当の演算機能を有する制
御装置を使用すれば、精度のよい制御を行なうことが可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は船速および可変ピッチプロペラの翼角をパラメ
ータとした主機関の出方と回転数との関係を示すグラフ
、第２図は主機関燃料消費率をパラメータとした主機関
の出方と回転数との関係を示すグラフ、第３図は操縦ハ
ンドル位置と主機関回転数、翼角との関係を示すグラフ
、第４図は主機関の出力と回転数との関係編示すグラフ
、第５図は主機関回転数、主機関燃料消費量、主機関燃
料ラック位置の関係を示すグラフ、第６図は本発明の方
法を実施する装置の一実施例のブロックダイヤグラムで
ある。 １（Ｎ）、（Ｎ１）、（Ｎ２）、（ＮＯＰＴ　）・・・
主機関回転数、（Ｒ）、（ＲδＰＴ）・・・主機関燃料
ランク位置、（Ｓｔ）・・・主機関燃料消費率最小線、
（、ｖ）・・・同一出力直線、 （θ、〜θ３）・・・翼角。 特許出願人 石川島播磨重工業株式会社 第１図 第２Ｉ′￥１ × 王糧開回転数 第３図 第４図 １冑・関口を１収 第５図 １ ［機関回獣耘

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）可変ピッチプロペラ装備船において、船の運航中に
   主機関出力が同一となるように主機関回転数と可変ピッ
   チプロペラの翼角を変更し、それぞれの運転点で主機関
   燃料消費量を実測し、これらの実測値を使用して、船速
   が同一となるように主機関回転数と可変ピッチプロペラ
   の翼角を変更した場合に相当するそれぞれの運転点での
   主機関燃料消費量を算出することにより、同一船速の中
   ・で主機関燃料消費量が最小となる最高効率運転点を見
   い出し、その点で運航することを可能にした制御方法。