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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-04-18
(45)【発行日】2022-04-26
(54)【発明の名称】船舶用ハイブリッドシステム
(51)【国際特許分類】
B63H 21/20 20060101AFI20220419BHJP
B63H 23/12 20060101ALI20220419BHJP
B63J 3/02 20060101ALI20220419BHJP
【ＦＩ】
B63H21/20
B63H23/12
B63J3/02 A
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2018207743
(22)【出願日】2018-11-02
(65)【公開番号】P2020070001
(43)【公開日】2020-05-07
【審査請求日】2021-01-12
(73)【特許権者】
【識別番号】000006781
【氏名又は名称】ヤンマーパワーテクノロジー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100118784
【弁理士】
【氏名又は名称】桂川 直己
(72)【発明者】
【氏名】廣瀬 利光
(72)【発明者】
【氏名】吉田 篤史
【審査官】伊藤 秀行
(56)【参考文献】
【文献】特許第６１２５１２４（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】特開２００４－２５７２９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特許第５７６４４１１（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特開２０１０－２３５０４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１４０２７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１７８２９０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６３Ｈ ２１／１７，２１／２０，２３／１０
Ｂ６３Ｊ ３／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
エンジンと、前記エンジンをトルクアシスト可能に構成されるモータと、前記エンジン及び前記モータの動作を制御する制御ユニットと、を備える船舶用ハイブリッドシステムであって、前記制御ユニットは、船舶の加速が指示されたときに、当該加速の指示が、第１加速指示であるか、前記第１加速指示よりも前記エンジンの目標回転数の増加が急激な第２加速指示であるか、を判定し、
前記制御ユニットは、通常モードと、キャリブレーションモードと、の間で切換可能であり、
前記制御ユニットは、前記キャリブレーションモードにおいて船舶の加速が指示された場合は、前記トルクアシストを行わず、前記エンジンによって船舶を推進するように制御し、
アクセルレバーの操作位置の変化、又は、前記アクセルレバーの操作位置に基づいて得られる目標回転数の変化が、しきい値以上である場合は前記第２加速指示、しきい値を下回る場合は前記第１加速指示と判定し、
前記制御ユニットは、前記キャリブレーションモードで前記第１加速指示が行われたときのエンジン回転数の増加に伴うセンサ検出値の変化に基づいて、前記通常モードで前記第１加速指示が行われたときに前記モータが前記エンジンをトルクアシストするエンジン回転数の領域である第１アシスト領域を設定し、
前記制御ユニットは、前記キャリブレーションモードで前記第２加速指示が行われたときのエンジン回転数の増加に伴うセンサ検出値の変化に基づいて、前記通常モードで前記第２加速指示が行われたときに前記モータが前記エンジンをトルクアシストするエンジン回転数の領域である第２アシスト領域を設定することを特徴とする船舶用ハイブリッドシステム。
【請求項2】
請求項１に記載の船舶用ハイブリッドシステムであって、前記制御ユニットは、前記キャリブレーションモードで前記第１加速指示が行われたときのエンジン負荷の検出結果に基づいて、前記第１アシスト領域を設定し、
前記制御ユニットは、前記キャリブレーションモードで前記第２加速指示が行われたときのエンジン負荷の検出結果に基づいて、前記第２アシスト領域を設定することを特徴とする船舶用ハイブリッドシステム。
【請求項3】
請求項１又は２に記載の船舶用ハイブリッドシステムであって、前記制御ユニットは、前記キャリブレーションモードで前記第２加速指示が行われたときのエンジン給気圧の検出結果に基づいて、前記第２アシスト領域を設定することを特徴とする船舶用ハイブリッドシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、船舶を推進させるためのプロペラを駆動する船舶用ハイブリッドシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、船舶の動力源としてエンジンの他にモータ等を備えた船舶用ハイブリッドシステムが知られている。この船舶用ハイブリッドシステムにおいては、特許文献１に開示される船舶推進装置のように、モータによりエンジンをトルクアシストすることができる。
【0003】
特許文献１の船舶推進装置は、プロペラと、ガバナで制御される主機関（エンジン）と、インバータでトルク制御されるモータと、コントローラと、を有する。コントローラのＰＩＤレギュレータは、主機関出力の現在値と目標値の偏差をＰＩＤ演算して得たアシストトルク指令値でインバータを制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第６１２５１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記特許文献１とは異なり、エンジンに対してモータによるアシストを行うエンジン回転数の領域を事前に設定しておき、エンジン回転数に基づいてトルクアシストの有無を自動的に切り換える運用も考えられる。しかしながら、この場合、ハイブリッドシステムが適用される船舶の用途、船型、重量等によって、モータがエンジンをアシストすべき領域が異なるので、船舶毎に個別にキャリブレーションを行う必要があった。従って、キャリブレーション作業の簡素化が望まれていた。
【0006】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、搭載された船舶に適したアシスト領域を容易に設定することができるハイブリッドシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【0007】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【0008】
本発明の観点によれば、以下の構成の船舶用ハイブリッドシステムが提供される。即ち、このハイブリッドシステムは、エンジンと、モータと、制御ユニットと、を備える。前記モータは、前記エンジンをトルクアシスト可能に構成される。前記制御ユニットは、前記エンジン及び前記モータの動作を制御する。前記制御ユニットは、船舶の加速が指示されたときに、当該加速の指示が、第１加速指示であるか、前記第１加速指示よりも前記エンジンの目標回転数の増加が急激な第２加速指示であるか、を判定する。前記制御ユニットは、通常モードと、キャリブレーションモードと、の間で切換可能である。前記制御ユニットは、前記キャリブレーションモードにおいて船舶の加速が指示された場合は、前記トルクアシストを行わず、前記エンジンによって船舶を推進するように制御する。アクセルレバーの操作位置の変化、又は、前記アクセルレバーの操作位置に基づいて得られる目標回転数の変化が、しきい値以上である場合は前記第２加速指示、しきい値を下回る場合は前記第１加速指示と判定する。前記制御ユニットは、前記キャリブレーションモードで前記第１加速指示が行われたときのエンジン回転数の増加に伴うセンサ検出値の変化に基づいて、前記通常モードで前記第１加速指示が行われたときに前記モータが前記エンジンをトルクアシストするエンジン回転数の領域である第１アシスト領域を設定する。前記制御ユニットは、前記キャリブレーションモードで前記第２加速指示が行われたときのエンジン回転数の増加に伴うセンサ検出値の変化に基づいて、前記通常モードで前記第２加速指示が行われたときに前記モータが前記エンジンをトルクアシストするエンジン回転数の領域である第２アシスト領域を設定する。
【0009】
これにより、異なる種類の加速のそれぞれについて、モータがエンジンをトルクアシストするエンジン回転数の領域を、簡単なキャリブレーション作業によって、個々の船舶の運動特性等を考慮して適切に定めることができる。
【0010】
前記の船舶用ハイブリッドシステムにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記制御ユニットは、前記キャリブレーションモードで前記第１加速指示が行われたときのエンジン負荷の検出結果に基づいて、前記第１アシスト領域を設定する。前記制御ユニットは、前記キャリブレーションモードで前記第２加速指示が行われたときのエンジン負荷の検出結果に基づいて、前記第２アシスト領域を設定する。
【0011】
これにより、船舶の加速時において、水等の抵抗によってエンジンに掛かる負荷が増大した場合のエンジン回転数の領域において、モータによるトルクアシストを適切に行うことができる。
【0012】
前記の船舶用ハイブリッドシステムにおいては、前記制御ユニットは、前記キャリブレーションモードで前記第２加速指示が行われたときのエンジン給気圧の検出結果に基づいて、前記第２アシスト領域を設定することが好ましい。
【0013】
これにより、急激な加速が指示された場合に、給気が不足するエンジン回転数の領域において、モータによるトルクアシストを適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の一実施形態に係るハイブリッドシステムの概略な構成を示す模式図。
【図2】ハイブリッドシステムの構成を示すブロック図。
【図3】船舶の加速時において、低中高のそれぞれの速力における船舶の状態を示す図。
【図4】船舶の加速に関するスウィープ指示及び急加速指示を説明するグラフ。
【図5】水上試運転におけるスウィープ指示に対応する第１負荷率曲線の例を示すグラフ。
【図6】水上試運転における急加速指示に対応する第２負荷率曲線の例を示すグラフ。
【図7】水上試運転における急加速指示に対応する給気圧曲線の例を示すグラフ。
【図8】ハイブリッドシステムの駆動モードの自動切換に関する処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0015】
【0016】
図１に示すハイブリッドシステム（船舶用ハイブリッドシステム）１は、船舶に搭載され、プロペラ２を回転させて船舶を推進させる。ハイブリッドシステム１は、プロペラ２を駆動するための２種類の駆動源（即ち、エンジン５及びモータ６）を備える。更に、ハイブリッドシステム１は、モータドライバ７と、ハイブリッドユニット１１と、マリンギア１２と、ＥＣＵ（制御ユニット）９と、を備える。ＥＣＵは、Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔの略称である。
【0017】
プロペラ２は、複数のブレードから構成され、プロペラシャフト３に固定されている。プロペラ２は、プロペラシャフト３を介してエンジン５及びモータ６から伝達された駆動力を回転軸方向における推進力に変換する。
【0018】
エンジン５は、船舶用の公知のディーゼルエンジンから構成され、船舶に動力を提供する主機関として機能する。詳細は図示しないが、エンジン５には、シリンダやピストン等によって区画された燃焼室が形成される。各燃焼室では、図略の過給機を介して供給された空気を圧縮し、図略のインジェクタを介して、高温になった圧縮空気に燃料を噴射することにより、燃料を自然着火燃焼させ、ピストンを押して運動させる。
【0019】
エンジン５には、出力軸であるクランクシャフト２１が支持されている。クランクシャフト２１は、ピストンの往復運動を受けて回転運動する。これにより、クランクシャフト２１を通じてエンジン５から動力を取り出すことができる。
【0020】
ここで、過給機について簡単に説明する。過給機は、公知のタービンと、シャフトと、コンプレッサと、を備える。シャフトの一端はタービンと接続され、他端はコンプレッサと接続されている。タービンは、燃焼室で燃料が燃焼することによって発生した排気ガスを利用して回転するように構成される。シャフトを介してタービンと連結されているコンプレッサは、タービンの回転に伴って回転する。コンプレッサの回転により、外部空気が圧縮されながら強制的に吸入される。
【0021】
モータ６は、船舶に動力を提供するサブ機関として機能する。モータ６は、モータドライバ７を介してバッテリー８に接続されている。バッテリー８に蓄えられた電力が、モータドライバ７を介してモータ６に供給されることによって、モータ６のモータ出力軸６０を回転駆動することができる。また、モータ出力軸６０を外力によって回転させることで、モータ６を発電機として機能させ、バッテリー８を充電することができる。
【0022】
モータドライバ７は、モータ６の制御装置である。モータドライバ７はインバータを備えており、モータ６に流れる電流の電流量、方向、タイミング等を制御することによって、モータ６の回転方向（正転／逆転）、回転数等を制御する。モータドライバ７は、ＥＣＵ９と電気的に接続され、ＥＣＵ９からの制御指令に従って、モータ６の動作を制御する。
【0023】
ハイブリッドユニット１１は、エンジン５及びモータ６からの駆動力を合成してマリンギア１２に伝達することができる。
【0024】
ハイブリッドユニット１１は、入力軸２２と、駆動伝達軸２３と、を備える。入力軸２２と駆動伝達軸２３は、ハイブリッドユニット１１が備えるハウジングに回転可能に支持されている。入力軸２２は、エンジン５のクランクシャフト２１に、カップリング２４を介して相対回転不能に結合される。
【0025】
入力軸２２と駆動伝達軸２３とは、同軸で配置されている。入力軸２２と駆動伝達軸２３の間には、エンジンクラッチ４１が配置されている。エンジンクラッチ４１は、エンジン５から駆動伝達軸２３までの駆動伝達経路の途中に位置している。
【0026】
エンジンクラッチ４１は、公知の油圧クラッチとして構成されている。エンジンクラッチ４１は、入力軸２２の動力を駆動伝達軸２３に伝達する伝達状態と、入力軸２２の動力を駆動伝達軸２３に対して遮断する遮断状態と、の間で切換可能に構成されている。
【0027】
ハイブリッドユニット１１には、モータ６が取り付けられている。モータ６のモータ出力軸６０には、モータ出力ギア２５が固定されている。当該モータ出力ギア２５と噛み合う伝達ギア２６は駆動伝達軸２３に固定されている。
【0028】
マリンギア１２は、ハイブリッドユニット１１から入力された回転を減速してプロペラシャフト３に出力する。マリンギア１２は、ハイブリッドユニット１１を挟んでエンジン５とは反対側に取り付けられている。
【0029】
マリンギア１２は、減速入力軸２９と、伝達軸３０と、減速出力軸３１と、を備える。減速入力軸２９、伝達軸３０及び減速出力軸３１の何れも、マリンギア１２が備えるハウジングに回転可能に支持されている。減速入力軸２９は、ハイブリッドユニット１１の駆動伝達軸２３に、カップリング３２を介して相対回転不能に結合される。減速出力軸３１は、プロペラシャフト３に、カップリング３３を介して相対回転不能に結合される。
【0030】
減速入力軸２９と伝達軸３０とは、同軸で配置されている。減速入力軸２９と伝達軸３０の間には、伝達クラッチ４２が配置されている。伝達クラッチ４２は、駆動伝達軸２３からプロペラ２までの駆動伝達経路の途中に位置している。
【0031】
伝達クラッチ４２は、上記のエンジンクラッチ４１と同様に、公知の油圧クラッチとして構成されている。伝達クラッチ４２は、減速入力軸２９の動力を伝達軸３０に伝達する伝達状態と、減速入力軸２９の動力を伝達軸３０に対して遮断する遮断状態と、の間で切換可能に構成されている。
【0032】
伝達軸３０には、第１減速ギア３６が固定されている。当該第１減速ギア３６と噛み合う第２減速ギア３７は減速出力軸３１に固定されている。
【0033】
ＥＣＵ９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えるコンピュータである。ＲＯＭには、エンジン５及びモータドライバ７（言い換えれば、モータ６）を制御するためのプログラムや、予め設定された様々な閾値等が記憶されている。
【0034】
ＥＣＵ９は、エンジン５の状態に関する情報を検出する様々なセンサ９０からの検出値に基づいて、エンジン５の回転数、ブースト圧（給気圧）、負荷率等の情報を得ることができる。ＥＣＵ９は、得られた上記の情報に基づいて、エンジン５の動作を制御する。
【0035】
例えば、ＥＣＵ９は、ポジションセンサ９１を介して検出されたアクセルレバー１０の操作位置（即ちアクセル開度）に応じて、燃焼室に供給する燃料噴射量、給気量等を制御する。これにより、エンジン５の回転数が調整される。簡単に言えば、ＥＣＵ９は、操船者が操作したアクセルレバー１０の操作量に応じてエンジン５の回転数を調整する。
【0036】
センサ９０は、図２に示すように、過給機内のブースト圧を検出するブースト圧センサ（給気圧センサ）９２、エンジン５（クランクシャフト２１）の回転数を検出する回転センサ９３、エンジン５の負荷を検出するトルクセンサ９４等を含む。
【0037】
ハイブリッドシステム１は、複数の駆動モードを切り換えながら減速出力軸３１（即ちプロペラシャフト３）を回転駆動することができる。この駆動モードには、電動推進モードと、エンジン推進モードと、推進充電モードと、ハイブリッド推進モードと、停止充電モードと、が含まれる。
【0038】
電動推進モードでは、ＥＣＵ９は、エンジン５を停止状態とするとともに、バッテリー８からの電力でモータ６を駆動するように、モータドライバ７を制御する。そして、ＥＣＵ９は、エンジンクラッチ４１を遮断状態とし、伝達クラッチ４２を接続状態とする。
【0039】
この電動推進モードでは、モータ６からの駆動力が、モータ出力ギア２５、伝達ギア２６、駆動伝達軸２３、減速入力軸２９、伝達軸３０、第１減速ギア３６、第２減速ギア３７、及びプロペラシャフト３を介して、プロペラ２に伝達される。
【0040】
エンジン推進モードでは、ＥＣＵ９は、エンジン５を運転状態とするとともに、バッテリー８の電力をモータ６に供給せず、且つ、モータ６が生成した電力をバッテリー８に供給しないように、モータドライバ７を制御する。そして、ＥＣＵ９は、エンジンクラッチ４１及び伝達クラッチ４２を接続状態とする。
【0041】
このエンジン推進モードでは、エンジン５からの駆動力が、入力軸２２、駆動伝達軸２３、減速入力軸２９、伝達軸３０、第１減速ギア３６、第２減速ギア３７、減速出力軸３１、及びプロペラシャフト３を介して、プロペラ２に伝達される。
【0042】
推進充電モードでは、ＥＣＵ９は、エンジン５を運転状態とするとともに、モータ６が生成した電力をバッテリー８の充電のために供給するように、モータドライバ７を制御する。そして、ＥＣＵ９は、エンジンクラッチ４１及び伝達クラッチ４２を接続状態とする。
【0043】
この推進充電モードでは、エンジン５からの駆動力が、入力軸２２、駆動伝達軸２３、減速入力軸２９、伝達軸３０、第１減速ギア３６、第２減速ギア３７、減速出力軸３１、及びプロペラシャフト３を介して、プロペラ２に伝達されるとともに、モータ出力ギア２５を介してエンジン５から得られた駆動力によってモータ出力軸６０が回転する。モータ出力軸６０の回転によって生成した電力がバッテリー８の充電のために供給される。
【0044】
ハイブリッド推進モードでは、ＥＣＵ９は、エンジン５を運転状態とするとともに、バッテリー８からの電力でモータ６を駆動するように、モータドライバ７を制御する。そして、ＥＣＵ９は、エンジンクラッチ４１及び伝達クラッチ４２を接続状態とする。
【0045】
このハイブリッド推進モードでは、エンジン５からの駆動力が、入力軸２２、駆動伝達軸２３、減速入力軸２９、伝達軸３０、第１減速ギア３６、第２減速ギア３７、減速出力軸３１、及びプロペラシャフト３を介して、プロペラ２に伝達される。また、モータ６からの駆動力が、モータ出力ギア２５及び伝達ギア２６を介して、駆動伝達軸２３に伝達される。この結果、エンジン５はモータ６の補助を得てプロペラシャフト３を回転させることができる（トルクアシスト）。
【0046】
停止充電モードでは、ＥＣＵ９は、エンジン５を運転状態とするとともに、モータ６が生成した電力をバッテリー８の充電のために供給するように、モータドライバ７を制御する。そして、ＥＣＵ９は、エンジンクラッチ４１を接続状態とし、伝達クラッチ４２を遮断状態とする。
【0047】
この停止充電モードでは、エンジン５からの駆動力が、入力軸２２、駆動伝達軸２３、伝達ギア２６及びモータ出力ギア２５を介して、モータ６のモータ出力軸６０に伝達される。モータ出力軸６０が回転することによって生成された電力がバッテリー８の充電のために供給される。
【0048】
本実施形態のハイブリッドシステム１においては、操船者が図略のモード切換ボタンを操作することによって、上述の駆動モードの間で自由に切り換えることができる。また、ハイブリッドシステム１は、所定の条件を満たした場合、エンジン推進モードとハイブリッド推進モードとの間で自動的に切り換える機能を有している。この機能は、トルクアシスト自動切換機能と呼ぶことができる。
【0049】
トルクアシスト自動切換機能について説明する。船舶の加速途中では、ハイブリッドシステム１のＥＣＵ９は、エンジン回転数が所定の条件を満たす場合には、モータ６を動作させ、エンジン５のトルクアシストを行う（即ち、ハイブリッド推進モードとする）。一方で、上記の条件を満たさない場合には、モータ６を停止させ、エンジン５のトルクアシストを止める（即ち、エンジン推進モードとする）。これにより、水の抵抗等によってエンジン５の負荷が増大したり、エンジン５の給気圧が不足したりする状況において、モータ６からの駆動力によってエンジン５の回転をアシストすることができる。従って、軽快な加速フィーリングを実現することができる。
【0050】
船舶の加速過程において水の抵抗が変化する現象について説明する。図３は、船舶の加速時において、低中高のそれぞれの速力における船舶の状態を示す図である。図３に示すように、滑走型の船舶が低速状態から加速していくと、その途中で、船舶は、船首が上がった姿勢となる（ハンプ状態）。その後、船舶の速度が更に上がると、ハンプ状態から船首が下がった姿勢となり、高速滑走状態となる。ハンプ状態では、低速状態及び高速滑走状態と比較して水の抵抗が大きくなるため、推進のスムーズ感が得られにくい。
【0051】
次に、加速時にエンジンの給気が不足する現象について簡単に説明する。エンジンの回転数が十分に低い状態から加速を指示した場合、排気ガスの流量が増加するのに応じて過給機の回転数も増加する。しかし、タービン、シャフト、及びコンプレッサ等が有する慣性によって過給圧の上昇に遅れが生じるため（いわゆるターボラグ）、一時的に給気が不足する。給気不足は、エンジン５の回転数が増加する勢いが強い場合に顕著になる。給気が不十分であると、エンジン５のトルク不足を引き起こすため、これを補うことが望まれる。
【0052】
良好な加速フィーリングを実現するためには、ハンプ状態において水の抵抗が大きくなる現象、及び、急加速時に給気不足となる現象が生じるのに合わせて、特に強い推進力を得ることが求められる。なお、上記の現象が生じる条件は船種、船型、重量等によってそれぞれ異なるので、このような船舶の個体差を考慮する必要がある。
【0053】
この点、本実施形態のハイブリッドシステム１は、船舶の加速時において、上述した水の抵抗の増大及び給気不足の現象を考慮して、適切なタイミングでモータ６を動作させてエンジン５をトルクアシストするように制御する。
【0054】
具体的には、本実施形態のハイブリッドシステム１において、ＥＣＵ９が備える不揮発性メモリには、船舶の加速時におけるアシスト領域が記憶されている。アシスト領域は、予め設定されたエンジンの回転数領域である。船舶が加速する際、エンジン５の回転数が上記アシスト領域（回転数領域）内である場合、モータ６が動作し、エンジン５の回転をアシストする。これにより、船舶の円滑な航行を実現している。
【0055】
本実施形態において、操船者が船舶を加速させる指示は、スウィープ指示（第１加速指示）と、急加速指示（第２加速指示）と、の何れかに分類される。スウィープ指示を行う場合、操船者は例えば図４（ａ）に示すように、アクセルレバー１０をゆっくり高速側に倒す。急加速指示を行う場合、操船者は例えば図４（ｂ）に示すように、アクセルレバー１０を一気に最高速まで倒す。
【0056】
エンジン５の回転数は、アクセルレバー１０が指示する目標回転数に追従するように制御される。急加速指示は、スウィープ指示よりも、指示される目標回転数の変化が急激であるということができる。
【0057】
船舶の加速が指示されたとき、ＥＣＵ９は、当該指示がスウィープ指示であるか急加速指示であるかを判定する。この判定は、例えば、アクセルレバー１０の操作位置に基づいて得られる目標回転数の変化を計算することで行うことができる。ただし、アクセルレバー１０の操作位置の変化を検知することにより、加速の指示がスウィープ指示であるか急加速指示であるかを判定することもできる。
【0058】
次に、アシスト領域を設定するキャリブレーション作業について、図５及び図６等を参照して詳細に説明する。図５は、水上試運転におけるスウィープ指示に対応する第１負荷率曲線の例を示すグラフである。図６は、水上試運転における急加速指示に対応する第２負荷率曲線の例を示すグラフである。
【0059】
アシスト領域は、船舶にスウィープ指示がされた場合と、急加速指示がされた場合と、で異なる。スウィープ指示に対応するアシスト領域（第１アシスト領域）、及び、急加速指示に対応するアシスト領域（第２アシスト領域）は、ハイブリッドシステム１のキャリブレーションモードでそれぞれ設定される。
【0060】
キャリブレーションモードとは、メンテナンスモードの一種であって、トルクアシストを行うエンジン回転数の領域を、船舶の個体差等を考慮して較正するモードである。当該キャリブレーションモードは、例えば、図略のキャリブレーションスイッチを操作することにより、通常モードから切り換えられる。
【0061】
本実施形態のハイブリッドシステム１においては、当該システムが船舶に搭載された後、船舶を試運転する段階で、上記アシスト領域が設定される。具体的に説明すると、操船者は、ハイブリッドシステム１をキャリブレーションモードとした後、当該船舶を実際に航行させる。この試運転時において、操船者は、指示された２つの手順に従ってアクセルレバー１０を操作し、船舶を２回加速させる。このキャリブレーションモードでは、ハイブリッドシステム１の駆動モードはエンジン推進モードに固定される（即ち、モータ６は停止しており、エンジン５の駆動力だけで船舶が推進する）。なお、このときに操船者が行う操作の詳細は後述する。
【0062】
この航行の過程で、ＥＣＵ９は、センサ９０から各種のデータを取得する。ＥＣＵ９は、取得したデータを分析した結果に基づいてアシスト領域を取得し、このアシスト領域を不揮発性のメモリに記憶する。
【0063】
これにより、同一のハイブリッドシステム１が搭載される場合でも、船型、重量等が異なる船舶のそれぞれに適したアシスト領域を容易に設定することができる。
【0064】
続いて、キャリブレーションモードでの、第１アシスト領域及び第２アシスト領域の設定について詳細に説明する。
【0065】
操船者が船舶を試運転するとき、操船者は、ハイブリッドシステム１をキャリブレーションモードに切り換え、船舶のスウィープ指示の典型的なケースを実現するように、アクセルレバー１０を所定の手順に従って操作する。
【0066】
この手順を具体的に説明すると、先ず操船者は、低速（例えば、エンジン５の回転数が５００ｍｉｎ-1）で航行している船舶に対して、エンジン５の目標回転数が３０００ｍｉｎ-1となるようにアクセルレバー１０をゆっくり（例えば、１秒以上の時間を掛けて）高速側に倒す。
【0067】
こうして実現されるスウィープ指示での加速の過程において、ＥＣＵ９は、回転センサ９３及びトルクセンサ９４を用いて、回転数及びトルク（負荷率）を検出する。得られたトルクは、センサ検出値の一種である。
【0068】
例えば、ＥＣＵ９は、エンジン回転数が５００ｍｉｎ-1となっている状態を検出すると、その時点でのトルクを検出する。ＥＣＵ９は、この検出処理を、エンジン回転数が１０００ｍｉｎ-1、１５００ｍｉｎ-1、・・・となる場合も同様に反復する。ＥＣＵ９は、この検出結果に基づいて、図５の実線に示す第１負荷率曲線を求める。この第１負荷率曲線は、回転数と負荷率の関係を表している。
【0069】
ハイブリッドシステム１のメーカは、ハイブリッドシステム１を工場から出荷するにあたって、船舶のスウィープ指示による加速を想定したベンチ試験を行い、得られた基準負荷率曲線（図５の点線に示す曲線）をＥＣＵ９の不揮発性のメモリに記憶させている。このベンチ試験は、エンジン５を船舶に搭載しない状態で行われる。
【0070】
ＥＣＵ９は、キャリブレーションモードにおいて第１負荷率曲線を求めた後、当該第１負荷率曲線と、スウィープ指示での基準負荷率曲線と、を比較する。ＥＣＵ９は、第１負荷率曲線が基準負荷率曲線から所定以上乖離した回転数の領域を、第１アシスト領域として記憶する。図５に示す例では、概ね１０００ｍｉｎ-1から２０００ｍｉｎ-1までの回転数の範囲において、第１負荷率曲線が基準負荷率曲線から上方に乖離している。この回転数の範囲は、上述のハンプ状態に対応していると考えられる。第１アシスト領域は、図５の白抜き矢印に示すように、１０００ｍｉｎ-1から２０００ｍｉｎ-1までの回転数の範囲となる。
【0071】
次に、操船者は、船舶の急加速指示の典型的なケースを実現するように、アクセルレバー１０を所定の手順に従って操作する。
【0072】
具体的に説明すると、先ず操船者は、エンジン５の目標回転数が５００ｍｉｎ-1となるようにアクセルレバー１０を操作するとともに、操作した後の状態を所定時間以上保持する。次に、操船者は、エンジン５の目標回転数が３０００ｍｉｎ-1となるようにアクセルレバー１０を素早く（例えば、１秒以内で）倒すとともに、倒した状態を所定時間以上保持する。
【0073】
こうして実現される急加速指示での加速の過程においても、ＥＣＵ９はスウィープ指示と同様に、回転センサ９３及びトルクセンサ９４を用いて、回転数及びトルク（負荷率）を検出する。得られたトルクは、センサ検出値の一種である。
【0074】
具体的には、ＥＣＵ９は、５００ｍｉｎ-1から増加していくエンジン回転数が、１０００ｍｉｎ-1、１５００ｍｉｎ-1、・・・に到達する時点でのトルクをそれぞれ検出する。ＥＣＵ９は、この検出結果に基づいて、図６の実線に示す第２負荷率曲線を求める。この第２負荷率曲線は、回転数と負荷率の関係を表している。
【0075】
ハイブリッドシステム１のメーカは、スウィープ指示だけでなく、急加速指示に対応した加速を想定したベンチ試験を行い、得られた基準負荷率曲線（図６の点線に示す曲線）をＥＣＵ９の不揮発性のメモリに記憶させている。
【0076】
ＥＣＵ９は、キャリブレーションモードにおいて第２負荷率曲線を求めた後、当該第２負荷率曲線と、急加速指示での基準負荷率曲線と、を比較する。これに基づき、ＥＣＵ９は、第２負荷率曲線が基準負荷率曲線から所定以上乖離した回転数の領域を取得する。図６に示す例では、当該領域は、図６の白抜き矢印で示すように、５００ｍｉｎ-1から２０００ｍｉｎ-1までの回転数の範囲となる。
【0077】
なお、急加速指示に関しては、負荷に着目した考え方だけではなく、給気圧にも着目して、アシスト領域の設定を行っている。具体的に説明すると、ＥＣＵ９は、キャリブレーションモードでの急加速時に、トルクを上述のように検出するのと並行して、ブースト圧センサ９２が検出する給気圧を取得する。得られた給気圧は、センサ検出値の一種である。その後、ＥＣＵ９は、エンジン回転数及び給気圧の時間推移を求める。図７には、検出されたエンジン回転数及び給気圧と、所定のタイミングからの経過時間と、の関係の例が太線で示されている。
【0078】
ＥＣＵ９は、加速に伴って増加するエンジン回転数が所定の回転数に到達したときの給気圧を、図７の曲線から求める。所定の回転数としては、本実施形態では、定格回転数としている。ただし、これに代えて、実用最大回転数に所定の係数（例えば、０．８）を乗じた回転数を上述の所定の回転数としても良い。図７の例では、定格回転数である２４００ｍｉｎ-1に対応する給気圧が１３０ｋＰａである。従って、給気圧が１３０ｋＰａ以下であるエンジン回転数領域においてトルクアシストを行えば、エンジン５の給気圧が十分に上昇せず、燃焼に必要となる空気量が十分に得られない状況下において、モータ６による補助を適切に得ることができる。図７に示す例では、当該領域は白抜き矢印で示すように、７００ｍｉｎ-1から２４００ｍｉｎ-1までの回転数の範囲となる。
【0079】
ただし、単純に給気圧だけを考慮したのでは、トルクアシストを行う回転数領域を良好に定めることが困難な場合もある。例えば、エンジン回転数が低い領域で比較的大きい給気圧になったり、急加速の途中で給気圧が急上昇した後に下がったりする特性を示すケースでは、適切にトルクアシストすることができない。
【0080】
そこで、ＥＣＵ９は、上記のようにトルクアシストを良好に行うことができない場合には、給気圧の時間推移から瞬間勾配を計算し、この瞬間勾配が所定値以上になるタイミングでのエンジン回転数を求める。この回転数以下の領域においてトルクアシストを行うように制御すれば、適切な状況下でのトルクアシストを実現することができる。
【0081】
図７の曲線のような給気圧の時間推移をエンジン５が示している場合は、瞬間勾配を計算する必要はなく、給気圧の値が１３０ｋＰａ以下という条件を用いればキャリブレーションとしては十分である。ここでは、説明のために、図７の曲線において瞬間勾配を求めることを仮定する。図７には、給気圧の勾配の時間推移が、太い破線で示されている。この例では、瞬間勾配のピークは、回転数が２５００ｍｉｎ-1付近となるタイミングで現れ、ピーク値は８０ｋＰａ／ｓｅｃ程度である。従って、瞬間勾配が８０ｋＰａ／ｓｅｃ以上になるタイミングでのエンジン回転数を求め、当該回転数以下の領域でトルクアシストを行うようにすることもできる。
【0082】
ＥＣＵ９は、負荷に着目した回転数の領域と、給気圧に着目した回転数の領域と、を論理和の形で合成することで、第２アシスト領域を計算する。図６及び図７の結果から、第２アシスト領域は、５００ｍｉｎ-1から２４００ｍｉｎ-1までの回転数の範囲となる。
【0083】
キャリブレーションが完了すると、操船者はハイブリッドシステム１を通常モードに切り換える。その後、船舶が出荷され、オーナに引き渡される。
【0084】
引渡し後の船舶の航行時に、通常モードのハイブリッドシステム１は、エンジン５の回転数を監視する。船舶を加速させるときは、ＥＣＵ９は、上記のように取得した第１アシスト領域又は第２アシスト領域に基づいて、適切なタイミングでハイブリッド推進モードに切り換わり、モータ６を動作させてエンジン５の駆動をアシストする。
【0085】
【0086】
図８に示すフローチャートが開始されると、ＥＣＵ９は、船舶に対して加速指示がされているか否かを判断する（ステップＳ１０１）。加速指示がされていない場合は、ステップＳ１０１に戻り、上記の判断を反復する。
【0087】
ステップＳ１０１の判断で、加速指示がされていると判定された場合、ＥＣＵ９は、当該加速指示がスウィープ指示であるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。
【0088】
ステップＳ１０２の判断で、船舶への加速指示がスウィープ指示であると判定された場合、ＥＣＵ９は、回転センサ９３から検出されたエンジン回転数が、第１アシスト領域として定められた回転数の範囲に含まれているか否かを判断する（ステップＳ１０３）。
【0089】
ステップＳ１０３の判断で、エンジン回転数が第１アシスト領域内（即ち、１０００ｍｉｎ-1から２０００ｍｉｎ-1までの範囲内）である場合、ＥＣＵ９は、モータ６を動作させてエンジン５をトルクアシストする（ステップＳ１０４）。その後、処理はステップＳ１０１に戻る。
【0090】
一方、ステップＳ１０３の判断で、エンジン回転数が第１アシスト領域から外れている場合、ＥＣＵ９は、モータ６を動作させない（ステップＳ１０５）。その後、処理はステップＳ１０１に戻る。
【0091】
即ち、船舶への加速指示がスウィープ指示である場合、ハイブリッドシステム１は、エンジン回転数が１０００ｍｉｎ-1以上かつ２０００ｍｉｎ-1以下であるときは、ハイブリッド推進モードでプロペラ２を駆動する。即ち、トルクアシストが行われる。一方で、ハイブリッドシステム１は、エンジン回転数が１０００ｍｉｎ-1より小さいとき、又は、２０００ｍｉｎ-1より大きいときは、エンジン推進モードでプロペラ２を駆動する。即ち、トルクアシストが行われない。
【0092】
ステップＳ１０２の判断で、船舶への加速指示がスウィープ指示でないと判定された場合（言い換えれば、加速指示が急加速指示である場合）、ＥＣＵ９は、回転センサ９３により検出されたエンジン回転数が、第２アシスト領域として定められた回転数の範囲に含まれているか否かを判断する（ステップＳ１０６）。
【0093】
ステップＳ１０６の判断で、エンジン回転数が第２アシスト領域内（即ち、５００ｍｉｎ-1から２４００ｍｉｎ-1までの範囲内）である場合、ＥＣＵ９は、モータ６を動作させてエンジン５をトルクアシストする（ステップＳ１０７）。その後、処理はステップＳ１０１に戻る。
【0094】
一方、ステップＳ１０６の判断で、エンジン回転数が第２アシスト領域から外れている場合、ＥＣＵ９は、モータ６を動作させない（ステップＳ１０８）。その後、処理はステップＳ１０１に戻る。
【0095】
即ち、船舶への加速指示が急加速指示である場合、ハイブリッドシステム１は、エンジン回転数が５００ｍｉｎ-1以上２４００ｍｉｎ-1以下であるときは、ハイブリッド推進モードでプロペラ２を駆動する。即ち、トルクアシストが行われる。一方で、ハイブリッドシステム１は、エンジン回転数が５００ｍｉｎ-1より小さいとき、又は、２４００ｍｉｎ-1より大きいときは、エンジン推進モードでプロペラ２を駆動する。即ち、トルクアシストが行われない。
【0096】
このように、船舶の加速時において、エンジン回転数が、水からの抵抗によってエンジン５に掛かる負荷が比較的大きい領域、又は給気量が不足しがちな領域となると、モータ６によるトルクアシストが自動的に行われる。この結果、船速をスムーズに増加させることができ、加速フィーリングを向上することができる。また、トルクアシストが行われるエンジン回転数の領域が、キャリブレーション作業によって、スウィープ指示と急加速指示とで別々に、船舶の個体差を考慮して設定される。従って、どのような船舶においても良好なタイミングでトルクアシストを行うことができる。また、上記のキャリブレーション作業は、船舶を加速操作する簡単な作業によって行うことができる。従って、アシスト領域を少ない工数で適切に定めることができる。
【0097】
以上に説明したように、本実施形態のハイブリッドシステム１は、エンジン５と、モータ６と、ＥＣＵ９と、を備える。モータ６は、エンジン５をトルクアシスト可能に構成される。ＥＣＵ９は、エンジン５及びモータ６の動作を制御する。ＥＣＵ９は、船舶の加速が指示されたときに、当該加速の指示が、スウィープ指示であるか、前記スウィープ指示よりもエンジン５の目標回転数の増加が急激な急加速指示であるか、を判定する。ＥＣＵ９は、通常モードと、キャリブレーションモードと、の間で切換可能である。ＥＣＵ９は、キャリブレーションモードにおいて船舶の加速が指示された場合は、トルクアシストを行わず、エンジン５によって船舶を推進するように制御する。ＥＣＵ９は、キャリブレーションモードでスウィープ指示が行われたときのエンジン回転数の増加に伴うセンサ９０の検出値の変化に基づいて、通常モードでスウィープ指示が行われたときにモータ６がエンジン５をトルクアシストするエンジン回転数の領域である第１アシスト領域を設定する。ＥＣＵ９は、キャリブレーションモードで急加速指示が行われたときのエンジン回転数の増加に伴うセンサ９０の検出値の変化に基づいて、通常モードで急加速指示が行われたときにモータ６がエンジン５をトルクアシストするエンジン回転数の領域である第２アシスト領域を設定する。
【0098】
これにより、異なる種類の加速のそれぞれについて、モータ６がエンジン５をトルクアシストするエンジン回転数の領域を、簡単なキャリブレーション作業によって、個々の船舶の運動特性等を考慮して適切に定めることができる。
【0099】
また、本実施形態のハイブリッドシステム１において、ＥＣＵ９は、キャリブレーションモードでスウィープ指示が行われたときのエンジン負荷の検出結果に基づいて、第１アシスト領域を設定する。ＥＣＵ９は、キャリブレーションモードで急加速指示が行われたときのエンジン負荷の検出結果に基づいて、第２アシスト領域を設定する。
【0100】
これにより、水の抵抗等によってエンジン負荷が比較的大きくなるエンジン回転数の領域において、モータ６によるトルクアシストを適切に行うことができる。
【0101】
また、本実施形態のハイブリッドシステム１において、ＥＣＵ９は、キャリブレーションモードで急加速指示が行われたときのエンジン給気圧の検出結果に基づいて、第２アシスト領域を設定する。
【0102】
これにより、急加速時に給気が不足するエンジン回転数の領域において、モータ６によるトルクアシストを適切に行うことができる。
【0103】
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【0104】
定格回転数、給気圧の条件、給気圧の勾配の条件等に関して、上記の説明で示した値は例であって、エンジン５等に応じて様々に変化し得る。
【0105】
キャリブレーション作業において操船者に要求される操作は、上記に限定されず、任意に定めることができる。例えば、スウィープ指示の場合、５００ｍｉｎ-1ではなく３００ｍｉｎ-1ずつ目標回転数を増加させるように操作しても良い。
【0106】
第２アシスト領域は、トルクだけを考慮して設定しても良いし、給気圧だけを考慮して設定しても良い。
【0107】
ＥＣＵ９とは別途に制御ユニットを設けても良い。この場合、ハイブリッドシステム１は、制御ユニットを用いて、ＥＣＵ９及びモータドライバ７を制御する。
【0108】
試運転時に船舶の用途をＥＣＵ９に入力し、設定されるアシスト領域が、用途に応じて適したものとなるように設定されても良い。
【符号の説明】
【0109】
１ ハイブリッドシステム（船舶用ハイブリッドシステム）
５ エンジン
６ モータ
９ ＥＣＵ（制御ユニット）
５ エンジン
６ モータ
９ ＥＣＵ（制御ユニット）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】