KR20210096567A - 연료 제어 장치 및 키 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

엔진의 부하의 변동을 억제하여 선박의 연비를 향상시키는 기술을 제안한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 제어 장치(23)는, 소정 타이밍에서의 외란에 의한 엔진(19)의 부하 변동량을 예측하는 예측부(27)와, 목표 타각값에 따라 타각을 제어하는 타각 제어부(29)와, 예측부(27)가 예측한 외란 부하 변동량, 타각 부하 변동량 및 목표 회전수에 기초하여, 엔진(19)의 부하가 외란 부하 변동량 및 타각 부하 변동량에 의하여 증가하는 경우에는 엔진(19)에 대한 연료 공급량을 증가시키고, 엔진(19)의 부하가 외란 부하 변동량 및 타각 부하 변동량에 의하여 감소하는 경우에는 엔진(19)에 대한 연료 공급량을 감소시켜 연료 공급량을 제어하는 연료 제어부(33)를 구비한다.

Description

연료 제어 장치 및 키 제어 장치{FUEL CONTROL APPARATUS AND RUDDER CONTROL APPARATUS}
본 발명은 연료 제어 장치 및 키 제어 장치에 관한 것이다.
종래, 선박의 연비를 향상시키기 위하여 다양한 기술이 제안되어 있다(예를 들어 특허문헌 1). 특허문헌 1에는, 가변 피치 프로펠러로 유입되는 해수의 유입 속도를 예측하고, 예측 결과에 기초하여 가변 피치 프로펠러의 날개각을 제어하는 것이 기재되어 있다.
일본 특허 제6047923호 공보
본 발명은, 특허문헌 1과는 다른 방법에 의하여 엔진의 부하의 변동을 억제하여 선박의 연비를 향상시키는 기술을 제안하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 제어 장치는, 프로펠러와, 상기 프로펠러에 회전 동력을 전달함으로써 선박을 추진시키기 위한 엔진과, 상기 선박을 선회시키기 위한 조타기를 구비하는 선박의 상기 엔진에 대한 연료 분사량을 제어하는 연료 제어 장치이며, 상기 선박이 지정 항로를 항행하도록 상기 조타기의 목표 타각값을 명령하는 선회 명령부와, 상기 선박이 상기 지정 항로를 항행하는 동안의 소정 타이밍에 있어서 상기 목표 타각값에 따른 상기 조타기의 제어 및 외란에 의하여 생기는 상기 엔진의 부하를 예측하고, 예측된 상기 엔진의 부하의, 현재의 엔진의 부하에 대한 부하 변동량을 산출하는 예측부와, 상기 엔진의 목표 회전수와 실 회전수를 취득하는 회전수 취득부와, 상기 목표 회전수와 상기 실 회전수와 상기 부하 변동량에 기초하여, 상기 엔진의 회전수의 변동을 억제하도록 상기 소정 타이밍에 있어서의 상기 연료 분사량을 조정하는 조정부와, 조정된 상기 연료 분사량에 기초하여 상기 엔진에 연료를 분사하는 엔진 제어부를 구비한다.
도 1은 제1 실시 형태에 의한 선박의 블록도이다.
도 2는 외란 부하 변동량과 경과 시간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 경과 시간과 목표 타각값의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 경과 시간마다의 부하 변동량의 합계값과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 제어 장치의 일련의 동작을 도시하는 흐름도이다.
도 6은 제2 실시 형태에 의한 선박의 블록도이다.
도 7은 등연비율선의 일례이다.
도 8은 지정 항로를 항행하기 위한 목표 타각값의 경시 변화를 나타낸다.
도 9는 예측 부하의 경시 변화를 나타낸다.
도 10은 보정된 목표 타각값을 나타낸다.
도 11은 도 10의 일부를 확대한 도면이다.
도 12는 타각의 변화량에 따라 보정량을 보정한 때의 타각의 경시 변화를 나타낸다.
도 13은 제어 장치에 의한 일련의 제어를 도시하는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 도 1은, 제1 실시 형태에 의한 선박의 블록도이다.
도 1에 도시한 바와 같이 선박(100)은, 예를 들어 선교에 배치된 텔레그래프(11)와 조타부(13)를 구비한다. 텔레그래프(11)에는 추진력 발생 장치(15)의 출력 명령값이 입력되며, 추진력 발생 장치(15)는 명령값에 따른 출력을 발생시킨다. 조타부(13)에는 조작자에 의하여 조타기(17)의 타각 명령값이 입력되며, 수동 조작 시에는 타각 명령값에 따라 타각이 변화된다.
추진력 발생 장치(15)는, 엔진(19)과, 엔진(19)의 출력축에 고정되어, 엔진(19)으로부터 전달된 회전 동력에 의하여 회전 구동되는 프로펠러(21)를 구비한다. 엔진(19)은, 텔레그래프(11)로부터 입력된 출력 명령값에 따른 회전수로 구동된다. 오토파일럿 제어 시에는, 엔진(19)은 입력된 목표 엔진 회전수로 구동된다. 또한 텔레그래프(11)를, 선속(대지 선속 또는 대수 선속)에 기초하는 명령을 입력 가능한 것으로 하고, 출력 명령값을, 선속을 달성하기 위하여 필요한 엔진 회전수를 나타내는 값으로 해도 된다.
선박(100)은, 키 제어 장치로서의 제어 장치(23)와, 제어 장치(23)에 의한 제어 하, 엔진(19)에 연료를 공급하는 연료 공급 장치(25)를 구비한다.
제어 장치(23)는, 조류, 바람 등의 외란을 받은 때의 엔진(19)의 부하 변동량을 예측하는 예측부(27)와, 타각 제어부(29)와, 엔진(19)의 제어 조건에 관한 정보를 취득하는 정보 취득부(31)와, 연료 공급 장치(25)로부터 엔진(19)에 공급되는 연료의 양을 제어하는 연료 제어부(33)를 구비한다.
예측부(27)는, 조류 예보, 파랑 예보, 바람 예보 등의 외란 정보를 취득한다. 예측부(27)가 예측하는 엔진 부하 변동량(이하, 간단히 「외란 부하 변동량」이라 하는 일이 있음)이란, 엔진(19)의 기준 부하에 대한 변동량을 말한다. 엔진(19)의 기준 부하란, 조류, 파랑 및 바람의 영향을 받고 있지 않고, 또한 조타기(17)가 중립 위치에 있는 상태에 있어서 엔진(19)을 일정 회전수로 구동한 때의 엔진(19)의 부하를 말한다. 따라서 외란 부하 변동량이란, 선박(100)이 외란을 받은 때의 기준 부하에 대한 변동량을 말한다. 외란 부하 변동량을 예측하기 위하여 예측부(27)는, 조류 예보, 파랑 예보 등의 해상 정보, 바람 예보 등의 기상 정보를 포함하는 외란 정보를 취득한다. 외란 정보는, 선박(100) 상에서 검출한 정보여도 되고 선외로부터 취득한 정보여도 된다. 예측부(27)는, 기지의 방법에 의하여 외란 정보에 기초하여 자기 회귀 모델에 의한 시계열적 분석을 실행하여 외란을 예측하고, 예측한 외란으로부터 엔진(19)의 외란에 의한 부하 변동량(제1 부하 변동량으로서의 외란 부하 변동량)을 예측한다. 예측부(27)는 시간마다의 외란 부하 변동량을 예측하고, 경과 시간과 부하 변동량의 함수를 산출한다. 도 2에 외란 부하 변동량과 경과 시간의 관계를 나타낸다. 예측부(27)는, 예측한 엔진(19)의 외란 부하 변동량을 연료 제어부(33)에 출력한다.
도 1로 되돌아가, 타각 제어부(29)는 조타기(17)의 제어값을 출력한다. 조타기(17)의 제어값은, 조타기(17)의 실 각도를 나타내는 신호이다. 조타기(17)의 제어값은, 목표 각도와 실 각도의 차이로부터 산출되는 타각 지시 신호여도 된다. 타각 지시 신호는, 오토파일럿 제어를 행하기 위하여 미리 프로그래밍된 지정 항로를 항행하기 위하여 연산된 것이어도 된다. 타각 제어부(29)에 의하여 조타기(17)의 각도가 중립 위치로부터 변화되면, 프로펠러(21)가 받는 저항이 증가하여 엔진(19)의 부하가 증가한다.
정보 취득부(31)는 출력 명령값으로부터 목표 엔진 회전수, 목표 엔진 부하, 목표 연료 분사량을 산출한다. 정보 취득부(31)는 엔진(19)의 운전 상태를 모니터링하여, 엔진의 실 회전수를 포함하는 엔진(19)의 운전 상태에 관한 정보를 취득한다. 따라서 정보 취득부(31)는 회전수 취득부로서 기능한다.
연료 제어부(33)는, 목표 엔진 회전수, 목표 엔진 부하, 목표 연료 분사량, 엔진 실 회전수 등의 운전 상태에 기초하여, 엔진(19)에 공급할 연료의 양을 제어한다. 조정부로서의 연료 제어부(33)는, 오토파일럿 제어 시에는 엔진 목표 회전수, 엔진 실 회전수, 외란 부하 변동량, 및 후술하는 타각 부하 변동량에 기초하여 목표 연료 분사량을 조정한다. 연료 제어부(33)는 조정 결과에 기초하여, 엔진(19)에 공급할 연료의 양을 제어한다. 연료 제어부(33)의 출력은, 연료의 양을 나타내는 신호여도 되고, 연료 공급 장치(25)의 컨트롤 랙 위치를 나타내는 신호여도 된다.
연료 제어부(33)가 목표 연료 분사량을 조정하는 제어에 대하여 설명한다. 도 3은, 경과 시간과 목표 타각값의 관계를 나타낸다.
목표 연료 분사량을 조정하는 데에 있어서 타각 제어부(29)는, 먼저 지정 항로에 관한 정보로부터 경과 시간과 목표 타각값의 관계를 산출한다. 연료 제어부(33)는 타각 제어부(29)로부터 경과 시간과 목표 타각값을 취득하고, 양자의 관계로부터 경과 시간과 목표 타각값에 따른 부하 변동량(제2 부하 변동량으로서의 타각 부하 변동량)의 관계를 산출한다. 타각값은, 조타기(17)를 중립 위치로 설정한 때를 0도로 하여, 조타기(17)를 우현측으로 선회시킨 때 각도가 증가하고 조타기(17)를 좌현측으로 선회시킨 때 각도가 감소한다. 조타기(17)를 좌현측으로 선회시킨 때 각도가 증가한 것으로 해도 된다. 목표 타각값은, 도 3에 나타낸 바와 같이 경과 시간마다 설정된다. 타각 부하 변동량은, 조타기(17)의 중립 위치를 0도로 한 경우에 0으로 되며, 중립 위치에 대하여 θ도만큼 조타기(17)를 이동시킨 때와 -θ도만큼 조타기(17)를 이동시킨 때에 동일한 양으로 된다. 타각 부하 변동량은, 목표 타각값의 절대값이 증가함에 따라 증가한다. 연료 제어부(33)는 경과 시간과 타각 부하 변동량의 관계, 및 경과 시간과 외란 부하 변동량의 관계로부터, 동일한 타이밍에 있어서의 부하 변동량의 합계값을 산출한다.
도 4는, 경과 시간마다의 부하 변동량의 합계값과의 관계를 나타낸다. 도 4에 나타낸 바와 같이 부하 변동량의 합계값은, 경과 시간과 타각 부하 변동량의 함수와, 경과 시간과 외란 부하 변동량의 함수를 합계한 함수로 된다. 연료 제어부(33)는 부하 변동량의 합계값을 산출하고, 산출한 값에 기초하여 엔진(19)의 회전수를 목표 회전수로 유지하도록 연료 분사량을 보정한다.
구체적으로는 연료 제어부(33)는 Δt초 후의 부하 변동량의 합계값을 참조하여, 엔진(19)의 부하가 현재의 엔진(19)의 부하보다도 증가하는 경우에는 연료 분사량을 증가시킨다. 이 경우, 연료 제어부(33)는 서서히 연료 분사량을 증가시켜 엔진(19)의 운전 상태를, 목표로 하는 운전 상태에 서서히 근접시킨다. 연료 제어부(33)는 Δt초 후의 부하 변동량의 합계값을 참조하여, 엔진(19)의 부하가 현재의 엔진(19)의 부하보다도 저하되는 경우에는 연료 분사량을 감소시킨다. 이 경우, 연료 제어부(33)는 서서히 연료 분사량을 감소시켜 엔진(19)의 운전 상태를, 목표로 하는 운전 상태에 서서히 근접시킨다. 연료 제어부(33)는, 디지털 트윈에 기초하는 시뮬레이션을 이용하여 현재의 엔진(19)의 운전 상태를, 목표로 하는 운전 상태로 천이시킬 수 있는 연료 분사량 및 연료 분사 타이밍을 도출한다. 연료 제어부(33)는, 도출한 타이밍에 따라 연료 분사 형태, 즉, 연료 분사량 및 타이밍을 보정한다. 이것에 의하여 Δt초 후에 엔진(19)의 부하가 증감하더라도 목표 회전수를 유지할 수 있다. 엔진(19)의 부하가 증감하더라도 목표 회전수를 유지함으로써 엔진(19)의 연비를 감소, 즉, 연료 소비량을 적게 할 수 있다.
도 5는, 제어 장치의 일련의 동작을 도시하는 흐름도이다. 스텝 S1에 있어서 제어 장치(23)는, 예측된 외란에 기초하여 외란 부하 변동량을 산출한다. 스텝 S2에 있어서 제어 장치(23)는, 조타기(17)의 제어값으로부터 타각 부하 변동량을 산출한다. 스텝 S1 및 S2를 행하는 순번은 반대여도 되고 동시여도 된다. 스텝 S3에 있어서 제어 장치(23)는 외란 부하 변동량 및 타각 부하 변동량에 기초하여 목표 연료 분사량을 보정한다. 스텝 S4에 있어서 제어 장치(23)는, 보정된 목표 연료 분사량에 기초하여 연료 공급 장치(25)를 제어한다. 제어 장치(23)는 항행 중, 스텝 S1 내지 S4의 제어를 반복하여 실행한다.
다른 양태로서, 외란 정보 및 목표 타각을 예측부(27)에 입력하여, 예측부(27)가 외란 부하 변동량을 산출한다. 연료 제어부(33)는 외란 부하 변동량과 실 회전수와 목표 회전수에 기초하여 연료 분사량을 조정한다. 외란에 기초하는 부하와 목표 타각에 기초하는 부하를 개별로 산출하지 않아도 된다.
제어 장치(23)에 따르면, 엔진(19)의 회전수를 목표 회전수로 유지하도록 목표 연료 분사량을 보정할 수 있다. 이것에 의하여 연비를 개선할 수 있다. 특히 프로펠러(21)로 유입되는 물의 양이 감소하는 등의 이유로 엔진(19)의 부하가 저하된 때, 연료 분사량을 감소시키므로 연료의 소비를 억제할 수 있다. 여기서 연비란, 단위 시간에 있어서 단위 출력당 연료 소비량으로 나타나는, 엔진의 연료 소비율〔g/㎾·h〕을 말한다.
도 6은, 제2 실시 형태에 의한 선박의 블록도이다. 제1 실시 형태에 있어서 이미 설명한 개소에는 제1 실시 형태와 동일한 부호를 붙여서, 상세한 설명을 생략한다.
선박(200)의 제어 장치(223)는 연비 산출부(201)와 제2 예측부(203)와 타각 보정부(205)와 어긋남양 산출부(209)를 구비한다. 또한 도 6의 제1 예측부(27)는, 상술한 예측부와 동일한 구성을 갖고 있지만, 제2 예측부(203)와 구별하기 위하여 「제1」이라는 문언을 붙이고 있다.
연비 산출부(201)는, 선박(200)에 탑재되어 있는 엔진(19)의 등연비율선에 기초하여 엔진(19)의 연비를 산출한다. 도 7에 등연비율선의 일례를 나타낸다. 도 7에서는, 종축에 엔진 부하를 나타내고 횡축에 엔진 회전수를 나타낸다.
제2 예측부(203)는, 목표 타각값에 따른 타각의 변화에 의한 엔진(19)의 부하 변동량을 예측한다. 목표 타각값은, 지정 항로에 따라 항행할 때의 타각값이다. 타각을 중립 위치로부터 변경하면, 조타기(17) 또는 선박(200) 전체가 받는 물의 저항이 증가하여, 타각의 변화량에 따라 엔진(19)의 부하가 증가하는 것이 알려져 있다. 타각의 변화에 의한 엔진(19)의 부하 변동량을 예측하기 위해서는, 타각값과, 주 기기 출력계와 같은 엔진 부하의 계측기로부터 얻어진 계측 결과를 관련지은 과거의 정보를 이용할 수 있다. 제2 예측부(203)는, 타각의 변화량과 엔진 부하 변동량의 관계에 관한 정보를 미리 갖고 있으며, 이 정보로부터 엔진 부하 변동량을 예측하고, 예측 결과를 타각 부하 변동량으로서 타각 보정부(205)에 출력한다.
타각 보정부(205)는 연비, 제1 예측부(27)의 예측 결과, 즉, 외란 부하 변동량, 및 제2 예측부(203)의 예측 결과, 즉, 타각 부하 변동량에 더해 어긋남양에 기초하여 목표 타각값을 보정한다.
타각 제어부(29)는 상술한 구성에 더해, 타각 보정부(205)에서 보정된 목표 타각값에 기초하여 조타기(17)를 제어한다.
제2 실시 형태에 의한 선박(200)은, 제1 실시 형태에 있어서 설명한 바와 같이 연료 분사량을 보정함과 함께, 타각 보정부(205)에서 보정한 목표 타각값에 기초하여 조타기(17)를 제어한다. 이하, 타각 보정부(205)에 의한 보정에 대하여 설명한다.
연비 산출부(201)는, 현재의 엔진 토크, 엔진 실 회전수, 및 엔진(19)에 대한 연료 분사량에 기초하여 현재의 연비를 산출한다. 또한 연비 산출부(201)는, 엔진 실 회전수를 유지한 때의 소정 타이밍에 있어서의 연비를 외란 부하 변동량에 기초하여 예측한다. 연비 산출부(201)는 연비 산출부 및 연비 예측부에 상당한다.
어긋남양 산출부(209)는 어긋남양 예측부 또는 어긋남양 산출부로서 기능하며, GPS 등의 위치 정보를 취득하여 항행 중인 항로와 지정 항로의 어긋남양을 산출한다. 어긋남양은, 예를 들어 지정 항로를 구성하는 직선형 항로로부터의 거리를 어긋남양으로서 타각 보정부(205)에 출력한다.
타각 보정부(205)는 목표 타각값을, 연비, 외란 부하 변동량, 타각 부하 변동량 및 어긋남양에 기초하여 보정한다. 따라서 본 실시 형태에서는 제1 예측부(27), 제2 예측부(203) 및 타각 보정부(205)가 예측부 및 보정부로서 기능한다. 타각 보정부(205)는 엔진(19)의 등연비율선에 기초하여 목표 타각값을 보정한다.
선박(200)은, 타각 보정부(205)에서 보정된 목표 타각값에 기초하여 타각을 제어하는 키 제어부(35)와, 조타부(13)로부터의 명령을 받는 타각 명령 입력부(37)를 구비한다. 키 제어부(35)는, 타각 보정부(205) 또는 타각 명령 입력부(37)로부터의 입력에 기초하여 타각을 제어한다. 예를 들어 긴급 회피 등을 행하기 위하여 오토파일럿 제어 시에 조타부(13)가 조작되면, 타각 명령 입력부(37)는 조타부(13)의 조작을 검출하여, 키 제어부(35)에 대하여 조타부(13)의 조작량에 따른 타각 명령값을 입력한다. 이 경우, 키 제어부(35)는, 타각 보정부(205)로부터의 출력에 관계없이 타각 명령 입력부(37)로부터의 타각 명령값에 기초하여 타각을 제어한다.
이하, 타각 보정부(205)에 의한 보정 처리에 대하여 설명한다.
〔외란에 기초하는 타각 보정〕
일 실시 형태에서는 타각 보정부(205)는, 제1 예측부(27)에서 예측된 외란 부하 변동량에 기초하여 목표 타각값을 보정한다. 도 8은, 지정 항로를 항행하기 위한 목표 타각값의 경시 변화를 나타낸다. 도시된 예에서는 타각을 일 방향(예를 들어 우선회 방향)으로 증감시키고 있으며, 종축의 원점은 조타기(17)의 중립 위치를 나타낸다. 또한 도 9는, 제1 예측부(27)가 예측한 외란 부하 변동량의 경시 변화를 나타낸다. 외란 부하 변동량은, 엔진 부하를 증가시키는 부하(정의 값으로 되는 부하)와 엔진 부하를 감소시키는 부하(부의 값으로 되는 부하)를 포함한다. 타각 보정부(205)는, 엔진 부하를 증가시키는 부하가 예측되는 타이밍에는 엔진 부하를 감소시키고, 엔진 부하를 감소시키는 부하가 예측되는 타이밍에는 엔진 부하를 증가시키는 보정 함수를 산출한다. 달리 말하면 타각 보정부(205)는, 외란 부하 변동량의 파형과 역위상의 보정 함수를 산출한다. 이 양태에서는, 보정 함수의 각 시간에 있어서의 크기는, 동 시각에 있어서의 외란 부하 변동량의 크기와 동일하다. 따라서 보정 함수는, 외란 부하 변동량을 횡축에 대하여 선대칭으로 한 파형을 가져서(동 도면에 있어서 파선으로 나타냄), 외란 부하 변동량을 없어지게 한다. 타각 보정부(205)는 보정 함수를 목표 타각값에 적용하여, 외란 부하 변동량을 없어지게 하는 목표 타각값을 얻는다. 이 경우, 외란 부하 변동량을 100% 없어지게 할 필요는 없으며, 외란 부하 변동량을, 미리 정해진 일정 범위 내에 들 정도로 작게 할 수 있으면 된다.
도 10은, 보정된 목표 타각값을 나타낸다. 도 10에 나타낸 바와 같이 보정된 목표 타각값은, 보정 함수와 마찬가지의 파형을 보정 전의 목표 타각값에 적용한 값이다.
도 9 및 도 10을 참조하여, 시각 t1에 있어서의 외란 부하 변동량은 시각 t2에 있어서의 외란 부하 변동량보다도 크다. 이에 대하여 도 10에 나타낸 바와 같이, 시각 t1에 있어서의 보정된 타각은 시각 t2에 있어서의 보정된 타각보다도 작다. 이와 같이, 외란 부하 변동량이 큰 타이밍에서는 타각을 작게 하여 엔진 부하를 감소시키고, 외란 부하 변동량이 작은 타이밍에서는 타각을 크게 하여 엔진 부하를 증가시킨다. 이것에 의하여 외란 부하 변동량을 없어지게 하여, 외란을 받은 때의 엔진(19)의 부하의 변동을 0에 근접시켜(즉, 기준 부하에 근접시켜) 엔진(19)의 부하의 변동을 적게 할 수 있다. 엔진(19)의 부하의 변동을 적게 함으로써 엔진(19)의 연비를 감소, 즉, 연료 소비량을 감소시킬 수 있다.
상기에서 얻은 보정된 목표 타각값을 그대로 사용하여 조타를 행해도 되고, 연비, 제2 예측 부하 및 어긋남양에서 얻어진 정보에 기초하여 보정된 목표 타각값을 더 보정해도 된다.
(등연비율선에 기초하는 제어〕
일 실시 형태에 있어서 타각 보정부(205)는, 연비 산출부(201)에서 산출된 연비에 기초하여 보정된 목표 타각값을 더 보정한다. 이 경우, 타각 보정부(205)는, 연비가 악화되는 경우에는 보정량을 크게 하여 연비를 개선하고, 연비의 악화가 없거나 미소한 경우에는 보정량을 0으로 하거나 작게 한다. 보정량을 0으로 한다는 것은, 외란 부하 변동량에 기초하여 보정된 목표 타각값을, 보정 전의 목표 타각값으로 되돌리는 것을 의미한다. 더 보정량을 작게 한다는 것은, 목표 타각값을, 외란 부하 변동량에 기초하여 보정된 목표 타각값과, 보정 전의 목표 타각값 사이의 임의의 값으로 하는 것을 의미한다.
도 7을 참조하여, 점 A는 현재의 엔진 상태를 나타낸다. 외란 부하 변동량에 대한 목표 타각값의 보정을 행한 경우에 있어서의 소정 타이밍에서의 엔진(19)의 상태를 점 B 및 점 C로 각각 나타낸다. 점 A와 점 B는 등연비율선 상, 동일한 연비를 나타낸다. 외란 부하 변동량이 엔진(19)에 적용되었다고 하더라도 연비가 현재의 값으로부터 악화되지 않는 경우(엔진 상태가 점 A로부터 점 B로 이행하는 경우), 타각 보정부(205)는 보정량을 0, 또는 예측 부하에 대한 보정값보다도 적은 값으로 보정한다. 한편, 외란 부하 변동량이 더해진 때 연비가 현재의 값으로부터 악화되는 경우(점 A로부터 점 C로 천이하는 경우)에는, 타각 보정부(205)는 엔진 토크를 보정하여 연비가 악화되지 않도록 한다.
〔항로 어긋남양에 기초하는 제어〕
일 실시 형태에 있어서 타각 보정부(205)는, 어긋남양 산출부(209)에서 산출된 어긋남양에 기초하여 보정된 목표 타각값을 더 보정한다. 이 경우, 타각 보정부(205)는 현재 위치를 참조하여, 지정 항로로부터의 어긋남양이 제1 어긋남 역치 이상인 경우에는 보정량을 작게 하여 지정 항로로의 복귀를 우선하고, 지정 항로로부터의 어긋남양이 제1 어긋남 역치 미만인 경우에는 보정량에 기초하여 외란 부하 변동량을 없어지게 한다. 보정된 목표 타각값은 외란 부하 변동량의 값에 따라 목표 타각값보다도 작아지거나 커지거나 한다. 따라서 보정된 목표 타각값에 기초하여 계속해서 항행하면 지정 항로로부터 대폭 벗어나는 것도 생각할 수 있다. 타각 보정부(205)는, 지정 항로로부터 미리 지정된 거리(어긋남양 역치) 이상 어긋난 경우, 보정량을 작게 하여 보정량을　0으로 하거나, 어긋남양이 어긋남양 역치 미만일 때의 보정량보다도 작은 값으로 한다.
또한 타각 보정부(205)는, 예측되는 항로의 어긋남양에 기초하여 목표 타각값의 보정량을 더 보정해도 된다. 어긋남양 산출부(209)는 위치 정보에 기초하여, 항행 중인 항로와 지정 항로의 어긋남양을 산출하고, 소정의 타이밍에 있어서, 보정된 목표 타각값으로 항행한 경우의 선박의 위치를 예측한다. 어긋남양 산출부는, 예측된 선박의 위치의 지정 항로에 대한 어긋남양을 예측한다. 타각 보정부(205)는, 어긋남양이 제2 어긋남양 역치 이상인 경우, 지정 항로로의 복귀를 우선하여 목표 타각값의 보정량을 작게 하여 보정량을 0으로 하거나, 어긋남양이 제2 어긋남양 역치 미만일 때의 보정량보다도 작은 값으로 한다.
〔목표 타각값의 변화량에 기초하는 제어〕
일 실시 형태에 있어서 타각 보정부(205)는, 목표 타각값의 변화량에 기초하여 보정된 목표 타각값을 더 보정한다. 지정 항로에 따른 목표 타각값의 변화량이 큰(타각 역치 이상인) 경우, 선박(200)에 대하여 급선회가 요구되고 있어서 지정 항로에 따르는 우선도가 높을 것으로 생각된다. 타각 보정부(205)는, 목표 타각값의 변화량이 타각 역치 이상인 경우, 보정된 목표 타각값의 보정량을 작게 한다. 또한 타각 역치의 값은 선박의 선회 성능 등에 기초하여 적절히 결정 가능하다. 또한 목표 타각값이 큰 경우에 보정량을 작게 해도 된다.
도 11은, 도 10의 일부를 확대한 도면이다. 도 10에서는, 시각 t3 및 t4에 있어서 목표 타각값의 변화량이 크게 되어 있으며, 이 변화량이 타각 역치 이상이라고 하자. 이 경우, 타각 보정부(205)는, 시각 t3 및 시각 t4 직후의 보정량을 작게 하여 목표 타각값에 근접시킨다. 타각이 크게 변화된 후, 소정 시간 경과 후 보정량을 원래대로 되돌려도 된다.
〔타각의 예측 변화량에 기초하는 제어〕
일 실시 형태에 있어서 타각 보정부(205)는, 제2 예측부(203)의 예측 결과에 기초하여 보정된 목표 타각값을 더 보정한다. 이 경우, 타각 보정부(205)는, 제1 예측부(27)에서 예측한 외란에 기초하는 외란 부하 변동량과, 제2 예측부(203)에서 예측한 타각 부하 변동량을 가미하여 목표 타각값을 더 보정한다.
도 12는, 타각량에 따라 보정량을 보정한 때의 타각의 경시 변화를 나타낸다. 도 12에 있어서 실선은, 도 10과 관련하여 설명한 보정된 목표 타각값을 나타내고, 파선은, 보정된 목표 타각값을 타각에 따라 더 보정한 타각값을 나타낸다. 이와 같이 보정된 목표 타각값을 제2 예측부(203)의 예측 결과에 기초하여 더 작게 함으로써 엔진 부하의 증감을 감소시킨다.
도 13은, 제어 장치(223)에 의한 일련의 제어를 도시하는 흐름도이다. 제어 장치(223)는, 오토파일럿 제어가 온으로 되면 일련의 처리를 개시한다. 스텝 S11에 있어서 제어 장치(223)는, 현재의 엔진 출력이 출력 역치 미만인지를 판단한다. 엔진(19)의 출력은 연료 투입량, 엔진 회전수, 주 기기 출력계의 계측 결과로부터 취득할 수 있다. 엔진(19)의 출력이 적은 경우, 타각의 제어에 대한 선박(200)의 선회성이 낮다. 한편, 엔진 출력이 일정량 이상이면, 타각의 제어에 대한 선박(200)의 선회성이 높아진다. 부하 역치는 선박(200)의 선회성을 고려하여 미리 결정된다. 엔진(19)의 출력이 부하 역치 미만인 경우(스텝 S11의 예), 목표 타각값을 보정하지 않고, 스텝 S12에 있어서 제어 장치(223)는 목표 타각값에 따라 타각을 제어한다.
엔진(19)의 출력이 역치 이상인 경우(스텝 S11의 아니오), 스텝 S13에 있어서 제어 장치(223)는 제1 예측부(27)의 예측 결과에 기초하여 외란 부하 변동량을 예측한다. 스텝 S14에 있어서 제어 장치(223)는 스텝 S11의 예측 결과에 기초하여 목표 타각값을 보정한다. 스텝 S14에서는, 제1 예측부(27)의 예측 결과에 기초하여 취득한 보정된 목표 타각값, 또는 연비 산출부(201) 등에서 얻어진 정보에 기초하여 더 보정된 목표 타각값 중 어느 쪽을 채용해도 된다. 스텝 S15에 있어서 제어 장치(223)는, 보정된 목표 타각값에 따라 타각을 제어한다.
상기 일련의 처리를 행하고 있는 동안에 타각 명령 입력부(37)로부터의 입력이 있은 경우, 타각 명령 입력값에 기초하여 타각을 제어한다. 또한 스텝 S11에 있어서의 처리는 어느 타이밍에 행해도 된다.
이와 같이 제어 장치(223)는, 제1 예측부(27)에 의한 외란 부하 변동량에 기초하여 목표 타각값을 보정할 수 있다. 이것에 의하여, 외란의 영향에 의한 엔진(19)의 부하의 변동을 억제하여 엔진(19)의 부하를 일정하게 유지하여 연비를 향상시킬 수 있다.
또한 외란 부하 변동량을 없어지게 하는 보정 함수를 이용함으로써 엔진(19)의 부하 변동을 미소 또는 0으로 할 수 있다.
또한 외란 부하 변동량이 부하 역치 미만인 경우에는 목표 타각값을 보정하지 않고 목표 타각값에 따라 타각을 제어함으로써, 지정 항로로부터의 어긋남을 적게 할 수 있다.
또한 목표 타각값의 변화량에 따라 보정량을 더 보정함으로써, 급선회가 요구되고 있을 때는 선박(200)의 선회를 우선시킬 수 있다.
또한 연비 산출부(201)의 산출 결과를 이용함으로써 연비를 더 향상시킬 수 있다.
또한 어긋남양 산출부(209)의 산출 결과를 이용함으로써 지정 항로로부터의 어긋남을 적게 할 수 있다.
또한 제2 예측부(203)의 예측 결과를 이용함으로써 엔진(19)의 회전수를 더 일정하게 유지할 수 있어서 연비를 더 향상시킬 수 있다.
또한 타각 명령 입력부(37)의 입력을 이용함으로써 긴급 회피 등을 확실히 실행할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 실시 형태의 각 구성은, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.
실시 형태에서는, 제어 장치(223)는 연료 소비율〔g/㎾·h〕을 감소시켜, 연비가 악화되지 않는 제어를 행하는 것으로 하였다. 그러나 제어 장치(223)는 연료 소비율 대신, 단위 시간당 연료 소비량을 나타내는 연료 소비량〔㎥/h〕에 기초하여 연료 소비량을 감소시켜, 연비가 악화되지 않는 제어를 행하는 것이어도 된다.
타각의 예측 변화량은, 미리 외란에 기초하는 타각 보정의 보정 함수를 산출할 때 편성해 넣어도 된다.

Claims (20)

  1. 프로펠러와, 상기 프로펠러에 회전 동력을 전달함으로써 선박을 추진시키기 위한 엔진과, 상기 선박을 선회시키기 위한 조타기를 구비하는 상기 선박의 상기 엔진에 대한 연료 분사량을 제어하는 연료 제어 장치이며,
    상기 선박이 지정 항로를 항행하도록 상기 조타기의 목표 타각값을 명령하는 선회 명령부와,
    상기 선박이 상기 지정 항로를 항행하는 동안의 소정 타이밍에 있어서 상기 목표 타각값에 따른 상기 조타기의 제어 및 외란에 의하여 생기는 상기 엔진의 부하를 예측하고, 예측된 상기 엔진의 부하의 부하 변동량을 산출하는 예측부와,
    상기 엔진의 목표 회전수와 실 회전수를 취득하는 회전수 취득부와,
    상기 목표 회전수와 상기 실 회전수와 상기 부하 변동량에 기초하여, 상기 엔진의 회전수의 변동을 억제하도록 상기 소정 타이밍에 있어서의 상기 연료 분사량을 조정하는 조정부와,
    조정된 상기 연료 분사량에 기초하여 상기 엔진에 연료를 분사하는 엔진 제어부를 구비하는, 연료 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 예측부는, 현재의 선체의 방향과 소정 타이밍의 목표 위치에 따라 산출된 목표 타각값에 기초하여 상기 엔진의 부하를 예측하는, 연료 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 예측부는, 현재의 선체의 방향과 외란과 소정 타이밍의 목표 위치에 따라 산출된 목표 타각값에 기초하여 상기 엔진의 부하를 예측하는, 연료 제어 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조정부는, 상기 엔진의 부하가 기준 부하에 대하여 증가할 것으로 예측되는 경우에는 상기 연료 분사량을 증가시키고, 상기 엔진의 부하가 기준 부하에 대하여 감소할 것으로 예측되는 경우에는 상기 연료 분사량을 감소시키는, 연료 제어 장치.
  5. 프로펠러와, 상기 프로펠러에 회전 동력을 전달함으로써 선박을 추진시키기 위한 엔진과, 상기 선박을 선회시키기 위한 조타기를 구비하는 상기 선박을 제어하는 제어 장치이며,
    상기 선박이 지정 항로를 항행하도록 상기 조타기의 목표 타각값을 명령하는 선회 명령부와,
    상기 선박이 상기 지정 항로를 항행하는 동안의 소정 타이밍에 있어서 외란에 의하여 생기는 상기 엔진의 부하를 예측하고, 예측된 상기 엔진의 부하의 기준 부하에 대한 외란 부하 변동량을 산출하는 제1 예측부와,
    상기 선박이 상기 지정 항로를 항행하는 동안의 상기 소정 타이밍에 있어서 상기 목표 타각값에 따른 상기 조타기의 제어에 의하여 생기는 상기 엔진의 부하를 예측하고, 예측된 상기 엔진의 부하의, 현재의 엔진의 부하에 대한 타각 부하 변동량을 산출하는 제2 예측부와,
    상기 엔진의 목표 회전수와 실 회전수를 취득하는 회전수 취득부와,
    상기 목표 회전수, 상기 실 회전수, 상기 외란 부하 변동량 및 상기 타각 부하 변동량에 기초하여 상기 엔진의 회전수의 변동을 억제하도록 상기 소정 타이밍에 있어서의 연료 분사량을 조정하는 조정부와,
    조정된 상기 연료 분사량에 기초하여 상기 엔진에 연료를 분사하는 엔진 제어부와,
    상기 외란 부하 변동량에 기초하여 상기 엔진의 연비를 감소시키도록 상기 목표 타각값을 보정하는 보정부와,
    보정된 상기 목표 타각값에 따라 상기 조타기를 제어하는 키 제어부를 구비하는, 키 제어 장치.
  6. 프로펠러와, 상기 프로펠러에 회전 동력을 전달함으로써 선박을 추진시키기 위한 엔진과, 상기 선박을 선회시키기 위한 조타기를 구비하는 상기 선박을 제어하는 제어 장치이며,
    상기 선박이 지정 항로를 항행하도록 상기 조타기의 목표 타각값을 명령하는 선회 명령부와,
    상기 선박이 상기 지정 항로를 항행하는 동안의 소정 타이밍에 있어서 외란에 의하여 생기는 상기 엔진의 부하를 예측하고, 예측된 상기 엔진의 부하의 기준 부하에 대한 외란 부하 변동량을 산출하는 제1 예측부와,
    상기 선박이 상기 지정 항로를 항행하는 동안의 상기 소정 타이밍에 있어서 상기 목표 타각값에 따른 상기 조타기의 제어에 의하여 생기는 상기 엔진의 부하를 예측하고, 예측된 상기 엔진의 부하의, 현재의 엔진의 부하에 대한 타각 부하 변동량을 산출하는 제2 예측부와,
    상기 엔진의 목표 회전수와 실 회전수를 취득하는 회전수 취득부와,
    상기 목표 회전수, 상기 실 회전수, 상기 외란 부하 변동량 및 상기 타각 부하 변동량에 기초하여 상기 엔진의 회전수의 변동을 억제하도록 상기 소정 타이밍에 있어서의 연료 분사량을 조정하는 조정부와,
    조정된 상기 연료 분사량에 기초하여 상기 엔진에 연료를 분사하는 엔진 제어부와,
    상기 외란 부하 변동량에 기초하여 상기 엔진의 연료 소비량을 감소시키도록 상기 목표 타각값을 보정하는 보정부와,
    보정된 상기 목표 타각값에 따라 상기 조타기를 제어하는 키 제어부를 구비하는, 키 제어 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 보정부는, 상기 제1 예측부에서 예측한 상기 엔진의 부하 변동량을 없어지게 하도록 타각을 보정하는, 키 제어 장치.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보정부는, 상기 엔진의 부하가 상기 소정 타이밍에 상기 기준 부하에 대하여 증가할 것으로 예측되는 경우에는 상기 소정 타이밍에 있어서 상기 목표 타각값을 상기 타각 부하 변동량에 기초하여 작게 하도록 보정하는, 키 제어 장치.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보정부는, 상기 엔진의 부하가 상기 소정 타이밍에 감소할 것으로 예측되는 경우에는 상기 소정 타이밍에 있어서 상기 목표 타각값을 상기 외란 부하 변동량에 기초하여 크게 하도록 보정하는, 키 제어 장치.
  10. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준 부하는 현재의 엔진의 부하인, 키 제어 장치.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보정부는, 상기 제1 예측부에서 예측한 상기 엔진의 부하 변동량이 일정한 범위 내로 되도록 타각을 보정하는, 키 제어 장치.
  12. 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보정부는, 현재의 타각값에 대한 상기 목표 타각값의 변화량이 타각 역치 이상인 경우, 상기 타각 역치 미만인 경우와 비교하여 상기 목표 타각값의 보정량을 작게 하는, 키 제어 장치.
  13. 제5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진의 부하가 부하 역치 미만인 경우, 상기 키 제어부는, 보정되어 있지 않은 상기 목표 타각값에 따라 타각을 제어하는, 키 제어 장치.
  14. 제5항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    현재의 엔진 토크, 현재의 엔진 회전수, 및 상기 엔진에 대한 연료 분사량에 기초하여 현재의 연비를 산출하는 연비 산출부와,
    상기 현재의 엔진 회전수를 유지한 때의 상기 소정 타이밍에 있어서의 연비를 상기 외란 부하 변동량에 기초하여 예측하는 연비 예측부를 구비하고,
    상기 보정부는, 상기 현재의 연비와 상기 연비 예측부의 예측 결과에 기초하여 상기 목표 타각값을 보정하는, 키 제어 장치.
  15. 제5항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선박의 현재 위치를 취득하는 위치 취득부와,
    상기 선박의 현재 위치의 상기 지정 항로에 대한 어긋남양을 산출하는 어긋남양 산출부를 구비하고,
    상기 보정부는, 상기 어긋남양이 소정의 역치 이상인 경우, 상기 목표 타각값의 보정량을 작게 하는, 키 제어 장치.
  16. 제5항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소정 타이밍에 있어서, 보정된 상기 목표 타각값으로 상기 조타기를 제어한 경우의 상기 선박의 위치를 예측하는 위치 예측부와,
    예측된 상기 선박의 위치의 상기 지정 항로에 대한 어긋남양을 예측하는 어긋남양 예측부를 구비하고,
    상기 보정부는, 상기 어긋남양이 소정의 역치 이상인 경우, 상기 목표 타각값의 보정량을 작게 하는, 키 제어 장치.
  17. 제5항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 예측부는, 상기 소정 타이밍에 있어서의 상기 목표 타각값에 기초하여 상기 조타기를 제어함으로써 생기는 상기 엔진의 부하를 예측하고, 외란에 의하여 생기는 상기 엔진의 부하와, 상기 조타기를 제어함으로써 생기는 상기 엔진의 부하에 기초하여 상기 외란 부하 변동량을 산출하는, 키 제어 장치.
  18. 제5항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 예측부는, 해상 정보 및 기상 정보 중 적어도 한쪽에 기초하여 상기 외란에 의한 엔진의 부하를 예측하는, 키 제어 장치.
  19. 제5항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선박은, 조작자로부터의 타각 명령값이 입력되는 타각 명령 입력부를 구비하고,
    상기 키 제어부는, 상기 타각 명령 입력부에 타각 명령이 입력된 경우, 상기 타각 명령에 따라 상기 조타기를 제어하고, 상기 타각 명령 입력부에 상기 타각 명령이 입력되지 않은 경우, 보정된 상기 목표 타각값에 따라 상기 조타기를 제어하는, 키 제어 장치.
  20. 프로펠러와, 상기 프로펠러에 회전 동력을 전달함으로써 선박을 추진시키기 위한 엔진과, 상기 선박을 선회시키기 위한 조타기를 구비하는 상기 선박을 제어하는 제어 장치이며,
    상기 선박이 지정 항로를 항행하도록 상기 조타기의 목표 타각값을 명령하는 선회 명령부와,
    상기 선박이 상기 지정 항로를 항행하는 동안의 소정 타이밍에 있어서 외란에 의하여 생기는 상기 엔진의 부하를 예측하고, 예측된 상기 엔진의 부하의 기준 부하에 대한 외란 부하 변동량을 산출하는 제1 예측부와,
    상기 선박이 상기 지정 항로를 항행하는 동안의 상기 소정 타이밍에 있어서 상기 목표 타각값에 따른 상기 조타기의 제어에 의하여 생기는 상기 엔진의 부하를 예측하고, 예측된 상기 엔진의 부하의, 현재의 엔진의 부하에 대한 타각 부하 변동량을 산출하는 제2 예측부와,
    상기 엔진의 목표 회전수와 실 회전수를 취득하는 회전수 취득부와,
    상기 목표 회전수와 상기 실 회전수와 상기 타각 부하 변동량에 기초하여, 상기 엔진의 회전수의 변동을 억제하도록 상기 소정 타이밍에 있어서의 연료 분사량을 조정하는 조정부와,
    조정된 상기 연료 분사량에 기초하여 상기 엔진에 연료를 분사하는 엔진 제어부와,
    상기 엔진의 부하가 상기 소정 타이밍에 상기 기준 부하에 대하여 증가할 것으로 예측되는 경우에는 상기 소정 타이밍에 있어서 상기 목표 타각값을 상기 외란 부하 변동량에 기초하여 작게 하도록 보정하는 것, 및 상기 엔진의 부하가 상기 소정 타이밍에 감소할 것으로 예측되는 경우에는 상기 소정 타이밍에 있어서 상기 목표 타각값을 상기 외란 부하 변동량에 기초하여 크게 하도록 보정하는 것 중 적어도 어느 한쪽을 실행하는 보정부와,
    보정된 상기 목표 타각값에 따라 상기 조타기를 제어하는 키 제어부를 구비하는, 키 제어 장치.
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