特開 2025-8805 船舶の推進システム、制御プログラムおよび制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025008805

(43)【公開日】2025-01-20

(54)【発明の名称】船舶の推進システム、制御プログラムおよび制御方法

(51)【国際特許分類】

   B63H 21/20 20060101AFI20250109BHJP

   B63H 21/21 20060101ALI20250109BHJP

   B63H 21/17 20060101ALI20250109BHJP

   B63H 21/14 20060101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

B63H21/20

B63H21/21

B63H21/17

B63H21/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023111320

(22)【出願日】2023-07-06

(71)【出願人】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】池田 賢治

(72)【発明者】

【氏名】曽我 泰経

(72)【発明者】

【氏名】紀井 信彦

(72)【発明者】

【氏名】植村 育大

(57)【要約】

【課題】エンジンを用いて推進力を発生させる船舶においてエンジンの熱効率が低減することを抑制しつつ燃料消費効率の高い運転を行うことができる船舶の推進システム、制御プログラムおよび制御方法を提供する。
【解決手段】船舶の推進システムは、推進プロペラに機械的に接続され、推進力指令値に従って回転数が制御されるエンジンと、エンジンに機械的に接続され、エンジンの駆動力を利用して発電可能な発電機と、発電機に電気的に接続される電力変換器と、エンジンおよび電力変換器を制御する制御器と、を備え、制御器の処理回路は、推進力指令値を取得し、推進力指令値が基準値より低い所定の範囲内であるか否かを判定し、推進力指令値が所定の範囲内である場合、エンジンの回転数を基準値における回転数に維持するようにエンジンを制御するとともに発電機における発電量を基準値における発電量より増加させるように電力変換器を制御する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

推進プロペラに機械的に接続され、推進力指令値に従って回転数が制御されるエンジンと、
前記エンジンに機械的に接続され、前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な発電機と、
前記発電機に電気的に接続される電力変換器と、
前記エンジンおよび前記電力変換器を制御する制御器と、を備えた船舶の推進システムであって、
前記制御器は、処理回路を含み、
前記処理回路は、
前記推進力指令値を取得し、
前記推進力指令値が基準値より低い所定の範囲内であるか否かを判定し、
前記推進力指令値が前記所定の範囲内である場合、前記エンジンの回転数を前記基準値における回転数に維持するように前記エンジンを制御するとともに前記発電機における発電量を前記基準値における発電量より増加させるように前記電力変換器を制御する、推進システム。

【請求項2】

前記処理回路は、
前記推進力指令値と前記基準値との間の推進力差を算出し、
前記基準値における発電量に前記推進力差に応じた発電量を加えた発電量を発電量目標値として算出する、請求項１に記載の推進システム。

【請求項3】

前記発電機は、前記推進プロペラに動力伝達可能に構成される電動発電機であり、
前記処理回路は、前記電動発電機が前記推進プロペラに動力を伝達している状態において、前記推進力指令値が低減した場合、前記エンジンの回転数を現在の回転数に維持しつつ、前記電動発電機が発生させる駆動力を減少させるように前記電力変換器を制御する、請求項１または２に記載の推進システム。

【請求項4】

前記処理回路は、前記推進力指令値が前記基準値である場合、前記エンジンから前記推進力指令値に対応する回転数より高い回転数となるように前記エンジンを制御し、前記エンジンから出力される余剰の駆動力を用いて前記発電機において発電するように前記電力変換器を制御する、請求項１または２に記載の推進システム。

【請求項5】

前記エンジンは、液化ガスを気化した燃料ガスを含む燃料を用いて駆動力を発生させるガスエンジンである、請求項１または２に記載の推進システム。

【請求項6】

推進プロペラに機械的に接続され、推進力指令値に従って回転数が制御されるエンジンと、
前記エンジンに機械的に接続され、前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な発電機と、
前記発電機に電気的に接続される電力変換器と、
前記エンジンおよび前記電力変換器を制御する制御器と、を備えた船舶の制御プログラムであって、
前記制御プログラムは、前記制御器に、
前記推進力指令値を取得すること、
前記推進力指令値が基準値より低い所定の範囲内であるか否かを判定すること、および
前記推進力指令値が前記所定の範囲内である場合、前記エンジンの回転数を前記基準値における回転数に維持するように前記エンジンを制御するとともに前記発電機における発電量を前記基準値における発電量より増加させるように前記電力変換器を制御することを行わせる、制御プログラム。

【請求項7】

推進プロペラに機械的に接続され、推進力指令値に従って回転数が制御されるエンジンと、
前記エンジンに機械的に接続され、前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な発電機と、
前記発電機に電気的に接続される電力変換器と、
前記エンジンおよび前記電力変換器を制御する制御器と、を備えた船舶の制御方法であって、
前記推進力指令値を取得し、
前記推進力指令値が基準値より低い所定の範囲内であるか否かを判定し、
前記推進力指令値が前記所定の範囲内である場合、前記エンジンの回転数を前記基準値における回転数に維持するように前記エンジンを制御するとともに前記発電機における発電量を前記基準値における発電量より増加させるように前記電力変換器を制御する、制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、船舶の推進システム、制御プログラムおよび制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

エンジンで発生した駆動力を推進力として用いる船舶において、燃料消費量を低減することは重要である。

【0003】

下記特許文献１では、推進プロペラとして翼角を変更可能な可変ピッチプロペラを採用し、可変ピッチプロペラの翼角変更時に翼角指令値が増加方向に変化しているか、減少方向に変化しているかに基づいて、電動発電機においてエンジンの動力に基づいて発電を行った場合の発電電力または電動発電機に接続される蓄電器からの電力に基づいて電動発電機を駆動するための電動電力を制御することが提案されている。これにより、下記特許文献１では、可変ピッチプロペラの翼角を変更することによるエンジンの負荷変動を低減できるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６６９７２１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、上記特許文献１には定常的な運転時において燃料消費効率を高くするための対策について提案されていない。船舶において、目的に到達するまでに時間的な余裕がある場合、エンジン回転数を低減させることで燃料消費を抑える低速運転をすることが考えられる。推進力指令値の低下に応じてエンジンの回転数を低くすることで燃料消費は低減するが、エンジンの回転数が低くなるとエンジンが低負荷域での運転となり、エンジンの熱効率が低下する恐れがある。特に、エンジンが液化天然ガス等の液化ガスを気化して燃料として使用するガスエンジンである場合、低負荷域では燃焼が不安定となり、未燃ガスの発生が多くなるため、連続運転が困難な場合がある。一方、可変ピッチプロペラを搭載した船舶であれば、エンジンの回転数を下げずに可変ピッチプロペラの翼角を調整することで船速を低減させることはできるが、船速を低減することで燃料消費効率を高くすることはできない。

【0006】

本開示は上記に鑑みなされたものであり、エンジンを用いて推進力を発生させる船舶においてエンジンの熱効率が低減することを抑制しつつ燃料消費効率の高い運転を行うことができる船舶の推進システム、制御プログラムおよび制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様に係る推進システムは、推進プロペラに機械的に接続され、推進力指令値に従って回転数が制御されるエンジンと、前記エンジンに機械的に接続され、前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な発電機と、前記発電機に電気的に接続される電力変換器と、前記エンジンおよび前記電力変換器を制御する制御器と、を備えた船舶の推進システムであって、前記制御器は、処理回路を含み、前記処理回路は、前記推進力指令値を取得し、前記推進力指令値が基準値より低い所定の範囲内であるか否かを判定し、前記推進力指令値が前記所定の範囲内である場合、前記エンジンの回転数を前記基準値における回転数に維持するように前記エンジンを制御するとともに前記発電機における発電量を前記基準値における発電量より増加させるように前記電力変換器を制御する。

【0008】

本開示の他の態様に係る制御プログラムは、推進プロペラに機械的に接続され、推進力指令値に従って回転数が制御されるエンジンと、前記エンジンに機械的に接続され、前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な発電機と、前記発電機に電気的に接続される電力変換器と、前記エンジンおよび前記電力変換器を制御する制御器と、を備えた船舶の制御プログラムであって、前記制御プログラムは、前記制御器に、前記推進力指令値を取得すること、前記推進力指令値が基準値より低い所定の範囲内であるか否かを判定すること、および前記推進力指令値が前記所定の範囲内である場合、前記エンジンの回転数を前記基準値における回転数に維持するように前記エンジンを制御するとともに前記発電機における発電量を前記基準値における発電量より増加させるように前記電力変換器を制御することを行わせる。

【0009】

本開示の他の態様に係る制御方法は、推進プロペラに機械的に接続され、推進力指令値に従って回転数が制御されるエンジンと、前記エンジンに機械的に接続され、前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な発電機と、前記発電機に電気的に接続される電力変換器と、前記エンジンおよび前記電力変換器を制御する制御器と、を備えた船舶の制御方法であって、前記推進力指令値を取得し、前記推進力指令値が基準値より低い所定の範囲内であるか否かを判定し、前記推進力指令値が前記所定の範囲内である場合、前記エンジンの回転数を前記基準値における回転数に維持するように前記エンジンを制御するとともに前記発電機における発電量を前記基準値における発電量より増加させるように前記電力変換器を制御する。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、エンジンを用いて推進力を発生させる船舶においてエンジンの熱効率が低減することを抑制しつつ燃料消費効率の高い運転を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本開示の一実施の形態に係る船舶の推進システムの概略構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、本実施の形態における第１制御モード時の制御態様を示すフローチャートである。

【図3】図３は、実施の形態１において基準値による制御時および回転数維持制御時のそれぞれにおけるエンジン出力、推進力指令値および発電量目標値を模式的に示すイメージ図である。

【図4】図４は、実施の形態２において基準値による制御時および回転数維持制御時のそれぞれにおけるエンジン出力、推進力指令値および発電量目標値を模式的に示すイメージ図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、実施の形態について、図面を参照しながら、詳細に説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

【0013】

［実施の形態１］
図１は、本開示の一実施の形態に係る船舶の推進システムの概略構成を示すブロック図である。本実施の形態においては、船舶として、エンジン３および電動発電機４を推進プロペラ２への駆動力の発生源として使用可能なハイブリッド推進船を例示する。

【0014】

本実施の形態における推進システム１は、推進プロペラ２、エンジン３、電動発電機４および第１電力変換器７を備えている。推進プロペラ２は、推進力指令値に従って翼角を変更可能に構成された可変ピッチプロペラである。

【0015】

エンジン３は、液化天然ガスを気化させた燃料ガスを含む燃料を用いて駆動力を発生させるガスエンジンである。なお、エンジン３は、液化天然ガスを気化させた燃料ガスを専焼するガス専焼エンジンでもよいし、燃料ガスと、重油等の液体燃料とを切り替えて燃焼可能なデュアルフューエルエンジンでもよいし、液体燃料を燃料とするディーゼルエンジンでもよい。

【0016】

エンジン３および電動発電機４は、減速機５を介して推進プロペラ２に機械的に接続されている。電動発電機４は、第１電力変換器７に電気的に接続される。第１電力変換器７は、直流配線６と電動発電機４との間に介装される。電動発電機４は、直流配線６を通じて供給される電力から動力を発生させることにより、推進プロペラ２に動力を伝達可能である。このとき、第１電力変換器７は、直流配線６における直流電圧を交流電圧に変換して、電動発電機４に出力する。さらに、電動発電機４は、エンジン３の駆動力を利用して発電を行い、直流配線６に電力を供給することもできる。このとき、第１電力変換器７は、電動発電機４が発電することにより生じた交流電圧を直流電圧に変換して直流配線６に出力する。

【0017】

さらに、直流配線６には、蓄電器９が接続される。蓄電器９は、二次電池またはキャパシタ等であり、直流配線６の直流電圧を所定の直流電圧に変換するＤＣ－ＤＣコンバータ等の電力変換器を含む場合もある。また、直流配線６には、第２電力変換器１０を介して交流配線１１が接続される。第２電力変換器１０は、直流配線６の直流電圧を交流電圧に変換して、交流配線１１に出力し、交流配線１１の交流電圧を直流電圧に変換して、直流配線６に出力する。交流配線１１または直流配線６には、船内負荷が接続され得る。

【0018】

このような推進システム１によれば、機械的推進部であるエンジン３および電気的推進部である電動発電機４との間で協調的に船舶の推進力を発生させることができる。また、推進システム１によれば、エンジン３により生じた推進力の余剰分を電動発電機４により電力として回収し、交流配線１１に電力を供給したり、蓄電器９に蓄電したりすることができる。

【0019】

推進システム１は、制御器１４を備えている。制御器１４は、各種の信号処理を行う処理回路１５を備えている。処理回路１５は、例えばマイクロコントローラ、パーソナルコンピュータ、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等のコンピュータを有する。より具体的には、処理回路１５は、プロセッサ、記憶器および周辺回路を含む。プロセッサは、例えば、ＣＰＵまたはＭＰＵ等を含む。記憶器は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、レジスタ、不揮発性のストレージ等を含む。周辺回路は、入出力インターフェイス等を含む。制御器１４は、ハイブリッド推進船を操作する操作入力器１６に接続される。制御器１４は、制御状態を表示するモニタまたは音声出力を行うスピーカ等に接続されてもよい。

【0020】

なお、本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ASIC（Application Specific Integrated Circuits）、従来の回路、および／または、それらの組み合わせを含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本明細書において、回路、ユニット、手段、または部は、列挙された機能を実行するハードウェアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウェアである。ハードウェアは、本明細書に開示されているハードウェアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウェアであってもよい。ハードウェアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、ユニット、または手段はハードウェアとソフトウェアとの組み合わせであり、ソフトウェアはハードウェアおよび／またはプロセッサの構成に使用される。

【0021】

制御器１４の記憶器には、制御対象を制御するための制御プログラムが記憶される。制御器１４は、制御プログラムに基づいて制御対象を制御する。制御器１４の制御対象は、推進プロペラ２、エンジン３、および第１電力変換器７を含む。制御器１４は、これらの構成２，３，７を制御する１つの制御器として構成されてもよいし、２以上の制御器により構成されてもよい。また、制御器１４は、蓄電器９、第２電力変換器１０、または、交流配線１１に接続される負荷を制御可能に構成されてもよい。

【0022】

制御器１４は、推進力指令値Ｆｏに基づいて推進プロペラ２の翼角、エンジン３の出力および第１電力変換器７を制御する。推進力指令値Ｆｏは、操作入力器１６から入力される。操作入力器１６は、例えば、船舶の速度調整および前進と後進との切り替えを操作するための操作レバーまたは操作ハンドルにより構成され得る。例えば、操作レバーは、第１方向に最大量操作した位置が前進側の最大船速に対応し、第１方向とは反対の第２方向に最大量操作した位置が後進側の最大船速に対応し、中立位置が船速０に対応するように構成されている。

【0023】

操作入力器１６は、操作レバーの操作位置に対応する船舶速度が速いほど大きい推進力指令値Ｆｏを生成する。処理回路１５は、推進力指令値Ｆｏに基づいて推進プロペラ２の翼角目標値Ｗｏを生成する。処理回路１５は、推進力指令値Ｆｏが大きいほど翼角が大きくなるような翼角目標値Ｗｏを生成する。例えば、操作レバーが第１方向の位置にある場合には、正の翼角となる翼角目標値Ｗｏが生成され、操作レバーが第２方向の位置にある場合には、負の翼角となる翼角目標値Ｗｏが生成される。

【0024】

なお、本実施の形態において、推進システム１は、推進プロペラ２の翼角を検出する翼角センサ１７を備えている。制御器１４は、翼角センサ１７が検出する値を取得し、推進プロペラ２の翼角が翼角目標値Ｗｏになるようにフィードバック制御を行う。

【0025】

さらに、制御器１４は、推進力指令値Ｆｏに従ってエンジン３の回転数を制御する。処理回路１５は、推進力指令値Ｆｏからエンジン回転数目標値Ｅｏを生成する。制御器１４は、エンジン３の回転数がエンジン回転数目標値Ｅｏを維持するように、エンジン３を制御する。

【0026】

さらに、制御器１４は、電力変換指令値に従って第１電力変換器７を制御する。例えば、制御器１４は、航行時における通常の制御モードにおいて、電動発電機４で所定の電力を発電し、直流配線６に供給するように制御する。本実施の形態では、通常の航行時における第１電力変換器７に対する制御モードを、第１制御モードと称する。第１制御モードでは、電動発電機４は常時発電を行う。このため、エンジン回転数目標値Ｅｏは、推進プロペラ２で発生する出力より大きな出力を発生するような回転数に設定される。

【0027】

第１制御モードにおいて、第１電力変換器７から直流配線６に供給された電力は、第２電力変換器１０を介して交流配線１１に供給される。余剰の電力は、直流配線６から蓄電器９に供給され、蓄電器９に蓄えられる。蓄電器９の充電率が所定値以上である場合、制御器１４は、蓄電器９に蓄えられた電力を交流配線１１または電動発電機４に供給するように蓄電器９を制御し得る。この場合、制御器１４は、電動発電機４から直流配線６に供給される電力を第１制御モード時より低減させる、または、直流配線６から電動発電機４に供給する制御を行う。

【0028】

本実施の形態では、蓄電器９の放電時における第１電力変換器７に対する制御モードを、第２制御モードと称する。第２制御モードは、エンジン３の駆動力と電動発電機４の駆動力とで推進力を発生させるハイブリッドモードである。

【0029】

処理回路１５は、第１制御モードにおいて、推進力指令値Ｆｏが基準値より低い所定の範囲内である場合に、エンジン３の回転数を維持する回転数維持制御を行う。以下の例では、推進力指令値Ｆｏの基準値を第１指令値Ｆｏ１とし、回転数維持制御を行う範囲を、第１指令値Ｆｏ１より小さい第２指令値Ｆｏ２以上かつ第１指令値Ｆｏ１より小さい範囲、すなわち、Ｆｏ２≦Ｆｏ＜Ｆｏ１とする。例えば、第１指令値Ｆｏ１は、操作レバーの操作位置がナビゲーションフル（Nav. FULL）である場合の推進力指令値に対応し、第２指令値Ｆｏ２は、操作レバーの操作位置がフル（FULL）である場合の推進力指令値に対応する。

【0030】

図２は、本実施の形態における第１制御モード時の制御態様を示すフローチャートである。また、図３は、実施の形態１において基準値による制御時および回転数維持制御時のそれぞれにおけるエンジン出力、推進力指令値および発電量目標値を模式的に示すイメージ図である。なお、エンジン出力は、エンジン回転数目標値Ｅｏから換算されるエンジン出力値であり、図３においてエンジン回転数目標値Ｅｏで表している。

【0031】

上述した通り、第１制御モードにおいては、電動発電機４は常時発電を行うため、エンジン回転数目標値Ｅｏは、推進プロペラ２で発生する出力より大きな出力を発生するような回転数に設定される。すなわち、処理回路１５は、推進力指令値Ｆｏが基準値である第１指令値Ｆｏ１である場合、エンジン３から第１指令値Ｆｏ１に対応する回転数より高いエンジン回転数目標値Ｅｏ１を生成し、当該エンジン回転数目標値Ｅｏ１となるようにエンジン３を制御する。さらに、処理回路１５は、エンジン３から出力される余剰の駆動力を用いて電動発電機４において発電するように第１電力変換器７を制御する。

【0032】

図３に示すように、推進力指令値Ｆｏが第１指令値Ｆｏ１であるときのエンジン回転数目標値をＥｏ１とすると、トルクまたは電力換算で、Ｅｏ１＝Ｆｏ１＋Ｇｏ１となる。なお、Ｇｏ１は、電動発電機４が発電する発電量の目標値を示す発電量目標値である。処理回路１５は、第１電力変換器７が発電量目標値Ｇｏ１に応じた電力を電動発電機４から受け取り、直流配線６に供給するような電力変換指令値を生成する。本実施の形態において、Ｆｏ１は、推進力指令値Ｆｏの基準値であり、Ｅｏ１は、エンジン回転数目標値Ｅｏの基準値であり、Ｇｏ１は、発電量目標値Ｇｏの基準値である。

【0033】

第１制御モードにおいて、処理回路１５は、推進力指令値Ｆｏを取得する（ステップＳ１）。処理回路１５は、推進力指令値Ｆｏが所定の範囲内であるか否か、すなわち、推進力指令値ＦｏがＦｏ２≦Ｆｏ＜Ｆｏ１を満たすか否かを判定する（ステップＳ２）。推進力指令値Ｆｏが所定の範囲外である場合（ステップＳ２でＮｏ）、処理回路１５は、取得した推進力指令値Ｆｏに応じてエンジン回転数目標値Ｅｏ、翼角目標値Ｗｏおよび発電量目標値Ｇｏを設定する（ステップＳ７）。例えば、推進力指令値Ｆｏが第１指令値Ｆｏ１である場合、処理回路１５は、上記の通り、発電量目標値ＧｏをＧｏ１に設定し、エンジン回転数目標値ＥｏをＥｏ１に設定する。また、推進力指令値Ｆｏが第１指令値Ｆｏ１より大きい場合および推進力指令値Ｆｏが第２指令値Ｆｏ２より小さい場合も同様である。

【0034】

一方、推進力指令値Ｆｏが所定の範囲内である場合（ステップＳ２でＹｅｓ）、処理回路１５は、回転数維持制御を実行する。この場合、処理回路１５は、取得した推進力指令値Ｆｏによらずエンジン回転数目標値Ｅｏを一定値に設定する（ステップＳ３）。このときのエンジン回転数目標値Ｅｏは、基準値であるエンジン回転数目標値Ｅｏ１である。また、処理回路１５は、取得した推進力指令値Ｆｏに応じて翼角目標値Ｗｏを設定する（ステップＳ４）。

【0035】

さらに、処理回路１５は、電動発電機４における発電量を基準値における発電量より増加させるような発電量目標値Ｇｏを生成する。より具体的には、処理回路１５は、推進力指令値Ｆｏと基準値である第１指令値Ｆｏ１との間の推進力差Ｆｄを算出する（ステップＳ５）。推進力差Ｆｄは、Ｆｄ＝Ｆｏ１－Ｆｏで示される。処理回路１５は、基準値における発電量目標値Ｇｏ１に推進力差Ｆｄに応じた発電量を加えた発電量を発電量目標値Ｇｏとして算出する（ステップＳ６）。発電量目標値Ｇｏは、Ｇｏ＝Ｇ１＋Ｆｄで示される。

【0036】

図３に示すように、推進力指令値Ｆｏが所定の範囲内である場合、基準値である第１指令値Ｆｏ１に比べて、推進力指令値Ｆｏは、小さくなっているにもかかわらず、エンジン回転数目標値Ｅｏは、エンジン回転数目標値の基準値Ｅｏ１に維持される。そのため、本実施の形態では、エンジン３の駆動力のうち、発電に使用される割合を増大させる。これにより、エンジン３の回転数を維持しながら船舶の速度を低減させる低速運転を行うことができる。推進力は船速の３乗に比例するため、低速運転を行うことにより、燃料消費量を低減することができる。したがって、本実施の形態によれば、エンジン３を用いて推進力を発生させる船舶においてエンジン３の熱効率が低減することを抑制しつつ燃料消費効率の高い運転を行うことができる。これにより、環境負荷の低い船舶を実現することができる。また、エンジン３の駆動力を効率よく発電に利用することができるため、推進システム１において発電を行う構成を主機であるエンジン３の駆動力を用いて発電する電動発電機４のみとすることも可能である。この場合、発電機を別途備えた構成に比べて船舶を小型化および軽量化することができる。

【0037】

［実施の形態２］
以下に、本開示の実施の形態２について説明する。本実施の形態においても推進システム１の構成は、図１に示す実施の形態１と同様である。本実施の形態の説明においては、実施の形態１と同様の構成について同じ符号を付し、説明を省略する。

【0038】

本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、回転数維持制御を行う所定の範囲が、エンジン３の駆動力を船舶の推進力と電動発電機４での発電とに振り分ける第１制御モード時の回転数目標値範囲と、エンジン３の駆動力と電動発電機４の駆動力とで推進力を発生させる第２制御モード時の回転数目標値範囲との両方を含むことである。

【0039】

図４は、実施の形態２において基準値による制御時および回転数維持制御時のそれぞれにおけるエンジン出力、推進力指令値および発電量目標値を模式的に示すイメージ図である。本実施の形態において、処理回路１５は、推進力指令値Ｆｏに応じて第１制御モードと第２制御モードとを切り替える。図４の例では、図３の例と同様に、推進力指令値Ｆｏの基準値が第１指令値Ｆｏ１である。処理回路１５は、推進力指令値Ｆｏが第２指令値Ｆｏ２以上かつ第１指令値Ｆｏ１未満である場合、図３の例と同様に、低速運転のための回転数維持制御を実行する。

【0040】

さらに、処理回路１５は、推進力指令値Ｆｏが第１指令値Ｆｏ１より大きく第３指令値Ｆｏ３未満である場合、エンジン回転数目標値Ｅｏを基準値Ｅｏ１に維持しつつ発電量目標値Ｇｏを低減する制御を実行する。処理回路１５は、推進力指令値Ｆｏが第３指令値Ｆｏ３である場合、発電量目標値Ｇｏをゼロにする。すなわち、第３指令値Ｆｏ３は、エンジン回転数目標値Ｅｏの基準値Ｅｏ１におけるエンジン出力に相当する推進力値に設定される。

【0041】

このように、処理回路１５は、推進力指令値Ｆｏが第３指令値Ｆｏ３未満である場合に第１制御モードを実行する。一方、処理回路１５は、推進力指令値Ｆｏが第３指令値Ｆｏ３より大きい値である場合に、第２制御モードを実行する。すなわち、処理回路１５は、推進力指令値Ｆｏが第３指令値Ｆｏ３を基準として第１制御モードと第２制御モードとを切り替える。本例において、第３指令値Ｆｏ３より大きい値に設定される第４指令値Ｆｏ４は、第２制御モードにおいて、電動発電機４が駆動力を発生させる場合の基準値である。第４指令値Ｆｏ４において、電動発電機４が発生させる駆動力すなわち加勢力目標値Ａｏ４が、エンジン３に対する電動発電機４の加勢力についての基準値となる。処理回路１５は、第１電力変換器７が加勢力目標値Ａｏに応じた電力を直流配線６から電動発電機４に供給するような電力変換指令値を生成する。

【0042】

処理回路１５は、第２制御モードにおいて、推進力指令値Ｆｏが第４指令値Ｆｏ４から低減した場合、エンジン３の回転数を現在の回転数に維持しつつ、電動発電機４が発生させる駆動力を減少させるように第１電力変換器７を制御する。より具体的には、処理回路１５は、推進力指令値Ｆｏが第３指令値Ｆｏ３より大きくかつ第４指令値Ｆｏ４より小さい場合、エンジン回転数目標値Ｅｏを基準値Ｅｏ１に維持する。この場合、処理回路１５は、取得した推進力指令値Ｆｏと第４指令値Ｆｏ４との間の推進力差Ｆｄａを算出する。推進力差Ｆｄａは、Ｆｄａ＝Ｆｏ４－Ｆｏで示される。処理回路１５は、第４指令値Ｆｏ４における加勢力目標値Ａｏ４から推進力差Ｆｄａに応じた加勢力を減じた加勢力を加勢力目標値Ａｏとして算出する。加勢力目標値Ａｏは、Ａｏ＝Ａｏ４－Ｆｄａで示される。

【0043】

上記実施の形態によれば、実施の形態１と同様に、推進力指令値Ｆｏが第１発電モードにおいて基準値である第１指令値Ｆｏ１より低い所定の範囲内、すなわち、Ｆｏ２≦Ｆｏ＜Ｆｏ１である場合、基準値である第１指令値Ｆｏ１に比べて、推進力指令値Ｆｏは、小さくなっているにもかかわらず、エンジン回転数目標値Ｅｏは、エンジン回転数目標値の基準値Ｅｏ１に維持される。そのため、本実施の形態では、エンジン３の駆動力のうち、発電に使用される割合を増大させる。これにより、エンジン３の回転数を維持しながら船舶の速度を低減させる低速運転を行うことができる。したがって、本実施の形態によれば、エンジン３を用いて推進力を発生させる船舶においてエンジン３の熱効率が低減することを抑制しつつ燃料消費効率の高い運転を行うことができる。

【0044】

さらに、電動発電機４から出力される駆動力を用いてエンジン３の出力に加勢する第２制御モードにおいてもエンジン３の回転数を一定に維持したまま電動発電機４の出力を変化させる。これにより、第２制御モードにおいてもエンジン３の回転数を維持しながら船舶の速度を増減させることができる。このように、エンジン３の回転数を維持しつつ推進力を連続的に変化させることができ、第１制御モードと第２制御モードとの間の切り替えをスムーズに行うことができる。

【0045】

本実施の形態では、上記のように、回転数維持制御が行われる所定の範囲が第１制御モード時の回転数目標値範囲だけでなく第２制御モード時の回転数目標値範囲を含むため、エンジン３の回転数を維持しながら船舶の速度を変更できる範囲を広くすることができる。これにより、推進システム１として出力可能な出力最大値が同じでもエンジン３における出力最大値を低く抑えることができる。したがって、同じクラスの船舶に搭載されるエンジン３を小型化しつつ出力最大値を維持することができる。

【0046】

以上、本開示の実施の形態について説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。

【0047】

［他の実施の形態］
例えば、上記実施の形態においては、推進プロペラ２に動力伝達可能に構成される電動発電機４を発電機として備えたハイブリッド推進船のための推進システム１を例示したが、エンジン３の駆動力を用いて発電機が発電可能である構成であれば、どのような推進システムであってもよい。例えば、本開示の制御態様は、推進プロペラ２に駆動力を出力しない、すなわち、エンジン３の駆動力を用いて発電を行う機能のみを有する発電機を備えた推進システム１においても適用可能である。

【0048】

また、上記実施の形態においては、エンジン３および電動発電機４が減速機５を介して推進プロペラ２に並列に接続される構成を例示したが、これに限られない。例えば、推進システム１は、エンジン３の出力軸と推進プロペラ２の回転軸との間に接続された中間軸に発電機の回転子が固定された中間軸方式の電動発電機４を備えてもよい。

【0049】

また、上記実施の形態においては、推進プロペラ２として可変ピッチプロペラを備えた推進システム１を例示したが、推進システムは、翼角が一定の推進プロペラを備えていてもよい。

【0050】

上記実施の形態における制御プログラムは、外部のコンピュータからダウンロードすることによって提供される、または記録媒体に記録されるプログラム製品として構成されてもよいし、制御プログラムが予めインストールされたコンピュータ製品として構成されてもよい。

【0051】

［本開示のまとめ］
［項目１］
本開示の一態様に係る推進システムは、推進プロペラに機械的に接続され、推進力指令値に従って回転数が制御されるエンジンと、前記エンジンに機械的に接続され、前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な発電機と、前記発電機に電気的に接続される電力変換器と、前記エンジンおよび前記電力変換器を制御する制御器と、を備えた船舶の推進システムであって、前記制御器は、処理回路を含み、前記処理回路は、前記推進力指令値を取得し、前記推進力指令値が基準値より低い所定の範囲内であるか否かを判定し、前記推進力指令値が前記所定の範囲内である場合、前記エンジンの回転数を前記基準値における回転数に維持するように前記エンジンを制御するとともに前記発電機における発電量を前記基準値における発電量より増加させるように前記電力変換器を制御する。

【0052】

上記構成によれば、推進力指令値が基準値より低い所定の範囲内である場合、推進力指令値が基準値より小さくなっているにもかかわらず、エンジンの回転数は、基準値に対応する回転数に維持される。その分、エンジンの駆動力のうち、発電に使用される割合を増大させる。これにより、エンジンの回転数を維持しながら船舶の速度を低減させる低速運転を行うことができる。したがって、エンジンを用いて推進力を発生させる船舶においてエンジンの熱効率が低減することを抑制しつつ燃料消費効率の高い運転を行うことができる。

【0053】

［項目２］
項目１の推進システムにおいて、前記処理回路は、前記推進力指令値と前記基準値との間の推進力差を算出し、前記基準値における発電量に前記推進力差に応じた発電量を加えた発電量を発電量目標値として算出してもよい。

【0054】

［項目３］
項目１または２の推進システムにおいて、前記発電機は、前記推進プロペラに動力伝達可能に構成される電動発電機であり、前記処理回路は、前記電動発電機が前記推進プロペラに動力を伝達している状態において、前記推進力指令値が低減した場合、前記エンジンの回転数を現在の回転数に維持しつつ、前記電動発電機が発生させる駆動力を減少させるように前記電力変換器を制御してもよい。これによれば、電動発電機から出力される駆動力を用いてエンジンの出力に加勢する際も、エンジンの回転数を一定に維持したまま電動発電機の出力を変化させる。これにより、電動発電機が加勢状態か発電状態化にかかわらずエンジンの回転数を維持しながら船舶の速度を増減させることができる。

【0055】

［項目４］
項目１から３の何れかの推進システムにおいて、前記処理回路は、前記推進力指令値が前記基準値である場合、前記エンジンから前記推進力指令値に対応する回転数より高い回転数となるように前記エンジンを制御し、前記エンジンから出力される余剰の駆動力を用いて前記発電機において発電するように前記電力変換器を制御してもよい。

【0056】

［項目５］
項目１から４の何れかの推進システムにおいて、前記エンジンは、液化ガスを気化した燃料ガスを含む燃料を用いて駆動力を発生させるガスエンジンであってもよい。

【0057】

［項目６］
本開示の他の態様に係る船舶の制御プログラムは、推進プロペラに機械的に接続され、推進力指令値に従って回転数が制御されるエンジンと、前記エンジンに機械的に接続され、前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な発電機と、前記発電機に電気的に接続される電力変換器と、前記エンジンおよび前記電力変換器を制御する制御器と、を備えた船舶の制御プログラムであって、前記制御プログラムは、前記制御器に、前記推進力指令値を取得すること、前記推進力指令値が基準値より低い所定の範囲内であるか否かを判定すること、および前記推進力指令値が前記所定の範囲内である場合、前記エンジンの回転数を前記基準値における回転数に維持するように前記エンジンを制御するとともに前記発電機における発電量を前記基準値における発電量より増加させるように前記電力変換器を制御することを行わせる。

【0058】

［項目７］
本開示の他の態様に係る船舶の制御方法は、推進プロペラに機械的に接続され、推進力指令値に従って回転数が制御されるエンジンと、前記エンジンに機械的に接続され、前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な発電機と、前記発電機に電気的に接続される電力変換器と、前記エンジンおよび前記電力変換器を制御する制御器と、を備えた船舶の制御方法であって、前記推進力指令値を取得し、前記推進力指令値が基準値より低い所定の範囲内であるか否かを判定し、前記推進力指令値が前記所定の範囲内である場合、前記エンジンの回転数を前記基準値における回転数に維持するように前記エンジンを制御するとともに前記発電機における発電量を前記基準値における発電量より増加させるように前記電力変換器を制御する。

【符号の説明】

【0059】

１ 推進システム
２ 推進プロペラ
３ エンジン
４ 電動発電機（発電機）
７ 第１電力変換器（電力変換器）
１４ 制御器
１５ 処理回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】