(57)【要約】      （修正有）【課題】原動機を最良燃料消費量点で作動して燃料効率を高めるプロペラ駆動の制御方法及び装置を提供する。【解決手段】プロペラ用の原動機の回転を、主クラッチを経由して、遊星減速機に入力する（第１経路）と共に、油圧ポンプ用ＣＶＴを経由して可変容量油圧ポンプ（可変容量油圧モータ用）に入力する（第２経路）。可変油圧モータの動力を遊星減速機に入力する。「遊星減速機」に入力された原動機の動力と、可変容量型油圧モータの動力との合力を、プロペラに出力する。原動機、可変容量油圧ポンプ、可変容量油圧モータ、油圧ポンプ用ＣＶＴなどを制御する制御コントローラを接続する。原動機を最良燃料消費量点で作動するように、制御コントローラで遊星減速機及び油圧ポンプ用ＣＶＴで可変油圧モータの動力を制御する。また、制御コントローラで、環境に応じて、その制御を再現できるように操作する。【選択図】図１
2014054975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下のように構成したことを特徴とする船舶のプロペラ駆動制御装置。
(1) 原動機の回転を、主クラッチを経由して、第１経路で遊星減速機に入力し、第２経路で油圧ポンプ用無段階減速機を経由して可変容量油圧ポンプに入力する。
(2) 前記遊星減速機は、サンギアの周りに複数のプラネットギアを配置し、前記プラネットギアの周りにリングギアを配置して構成する。
(3) 前記原動機の回転を前記リングギアの外周に入力し、
前記可変容量油圧モータの回転を前記サンギアに入力し、
前記原動機の動力と前記可変容量油圧モータの動力との合力を、前記プラネットギアからプロペラに出力する。
(4) 前記原動機と、前記可変容量油圧ポンプと、前記前記可変容量油圧モータと、前記油圧ポンプ用無段階減速機と、前記主クラッチとの作動を制御し、かつ作動状態を記録する制御コントローラを設ける。
【請求項２】
以下のように制御したことを特徴とする船舶のプロペラ駆動制御方法。
(1) 請求項１のように、駆動制御装置を構成する。
(2) その原動機における最良燃料消費量点及びその最良燃料消費量点における主原動機の出力及び回転数を設定して、
(3) 前記原動機が、最良燃料消費量点で作動するように、油圧ポンプ及び油圧ポンプ用無断減速機を駆動させることで、油圧モータ能力を上げ遊星減速機を操作させ、原動機回転数のより一層の低下を促す制御を行う。
【請求項３】
以下のように制御したことを特徴とする船舶のプロペラ駆動制御方法。
(1) 請求項１のように、駆動制御装置を構成する。
(2) その原動機における最良燃料消費量点及び最良排気温度を設定して、その最良燃料消費量点における原動機の出力及び回転数を設定して、
(3) 前記原動機が、最良燃料消費量点で作動するように、油圧ポンプ用無段階減速機及び遊星減速機を作動させて、原動機の低速回転数での運転を促す。
(4) さらに、測定した主原動機の排気温度を予め設定した最良排気温度に合わせるように、油圧ポンプ用無段階減速機及び遊星減速機を作動させ、プロペラ回転数を上げ原動機出力を制御し、前記プロペラと原動機出力を予め設定した最良燃料消費点における値に適正に合わせる制御をする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶のプロペラ駆動に関し、プロペラ駆動の制御方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、船舶のプロペラ駆動用として、遊星減速装置によるプロペラの無段変速装置が知られており、原動機の回転軸とプロペラ軸との減速比に幅を持たせた構造を採用している。また、船舶用の省エネルギー装置としては、可変ピッチプロペラが知られているが（特許公報１，２）、ボスが大きくなることによって水の抵抗が増加し、またプロペラ駆動部分の機構が複雑になる問題点があった。  
前記省エネルギー装置は、プロペラボス部にプロペラピッチを変えるための複雑な装置を収納しているため、ボスの外形が著しく大きくなってしまう。その他制御に多数の付属品を必要とするので、採用船舶が限られてしまっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−６５２０５
【特許文献２】特開２００３−２３１４９７
【特許文献３】特開２００９−１９７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、船舶のプロペラ駆動用減速装置においては、固定減速比が採用されているが、本発明は、固定減速比を可変減速比に変更することで、プロペラ回転数を変更することなく原動機の回転数を低下させ駆動させ、燃料消費率を低下させることで、多大な省エネルギー効果を達成するようにしたものである。
【０００５】
また、船舶速度停止操作において、プロペラ回転数を無断段階に低下させ、プロペラ羽根が水から受ける抵抗で船舶にブレーキを掛ける。原動機のアイドリング回転数において油圧ポンプ及び油圧モータを制御することでプロペラ回転数無段階に制御し、プロペラキャビテーション現象が発生しないように徐々に回転数を低下させながら最終的にはプロペラ回転数をゼロにし、プロペラが水から受ける抵抗を最大に利用することで、プロペラ駆動無段変速機装置を介して船舶を制動する技術が知られている（特許文献３）。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、船舶のプロペラ駆動用ＨＭＴ（Hydraulic Mechanical Transmission）マリンギヤ（遊星減速機を使用したプロペラ駆動用の無段変速装置）を使用して負荷を自動制御装置を組み合わせ、他プロペラ駆動用遊星減速機を使用した無段変速装置組み合わせたので、前記問題点を解決した。
【０００７】
即ちこの発明は、以下のように構成したことを特徴とする船舶のプロペラ駆動制御装置である。  
(1) 原動機の回転を、主クラッチを経由して、第１経路で遊星減速機に入力し、第２経路で油圧ポンプ用無段階減速機を経由して可変容量油圧ポンプに入力する。  
(2) 前記遊星減速機は、サンギアの周りに複数のプラネットギアを配置し、前記プラネットギアの周りにリングギアを配置して構成する。  
(3) 前記原動機の回転を前記リングギアの外周に入力し、
前記可変容量油圧モータの回転を前記サンギアに入力し、
前記原動機の動力と前記可変容量油圧モータの動力との合力を、前記プラネットギアからプロペラに出力する。  
(4) 前記原動機と、前記可変容量油圧ポンプと、前記前記可変容量油圧モータと、前記油圧ポンプ用無段階減速機と、前記主クラッチとの作動を制御し、かつ作動状態を記録する制御コントローラを設ける。
【０００８】
また、他の発明は、以下のように制御したことを特徴とする船舶のプロペラ駆動制御方法である。  
(1) 上記駆動制御装置の条件(1)〜(4)を満たした駆動制御装置を構成する。  
(2) その原動機における最良燃料消費量点及びその最良燃料消費量点における主原動機の出力及び回転数を設定して、
(3) 前記原動機が、最良燃料消費量点で作動するように、油圧ポンプ及び油圧ポンプ用無断減速機を駆動させることで、油圧モータ能力を上げ遊星減速機を操作させ、原動機回転数のより一層の低下を促す制御を行う。
【０００９】
さらに、他の発明は、以下のように制御したことを特徴とする船舶のプロペラ駆動制御方法である。  
(1) 上記駆動制御装置の条件(1)〜(4)を満たした駆動制御装置を構成する。  
(2) その原動機における最良燃料消費量点及び最良排気温度を設定して、その最良燃料消費量点における原動機の出力及び回転数を設定して、
(3) 前記原動機が、最良燃料消費量点で作動するように、油圧ポンプ用無段階減速機及び遊星減速機を作動させて、原動機の低速回転数での運転を促す。  
(4) さらに、測定した主原動機の排気温度を予め設定した最良排気温度に合わせるように、油圧ポンプ用無段階減速機及び遊星減速機を作動させ、プロペラ回転数を上げ原動機出力を制御し、前記プロペラと原動機出力を予め設定した最良燃料消費点における値に適正に合わせる制御をする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、油圧モータの有効圧力を計測し、原動機及びプロペラ回転数を加味することで、プロペラの実質出力を算出することができると共に、遊星減速機の減速比を変更し、記憶させた原動機の出力・回転数に合わせることで燃料削減を計ることができる効果がある。  
また、原動機の基本燃料消費量に実際の燃料消費量を比較調整することが容易にできる効果がある。  
さらに、油圧モータの回転数を油圧ポンプに指示することで、プロペラへの負荷を制御することが可能となり、負荷制御装置を形成することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明における制御装置の各部の関係を示す構成図である。
【図２】同じく油圧モータと各ギヤとの連動関係を示す概略した斜視図である。
【図３】原動機最大負荷と減速機プロペラ出力曲線効率を表すグラフである。
【図４】図３のグラフに、最小燃料消費率の分布を重ねたグラフである。
【図５】各負荷毎の原動機回転数−燃費率のグラフである。
【図６】各負荷毎の原動機回転数−排気温度のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１、図２に基づき、この発明のプロペラ駆動の制御装置の構成について説明する。
【００１３】
１．基本構成
【００１４】
基本構成は以下のとおりである。  
（１）  プロペラ用の原動機（主機関）の回転は、主クラッチ（前進クラッチ＋後退クラッチ）を経由して、第１経路、第２経路に伝えられ、第１経路では「遊星減速機」に入力し、第２経路では油圧ポンプ用ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）を経由して可変容量油圧ポンプに入力する。  
（２）  可変容量油圧モータは油圧配管で可変容量油圧ポンプに接続される。  
（３）  可変油圧モータの動力を遊星減速機に入力する。  
（４）  「遊星減速機」に入力された原動機の動力と、可変容量型油圧モータの動力との合力を、プロペラに出力する。  
（５）原動機をはじめ、Ａ．可変容量油圧ポンプ、Ｂ．可変容量油圧モータ、Ｃ．油圧ポンプ用ＣＶＴ、Ｄ．主クラッチ、Ｅ．リングギヤクラッチ、Ｆ．油圧ポンプクラッチ、Ｇ．油圧モータクラッチ、Ｈ．原動機回転検出器、Ｉ．プロペラ回転検出器、Ｊ．油圧圧力検出器、の制御をする制御コントローラを接続する。  
（６）制御コントローラには、プロペラ用の原動機（主機関）及びガバナー（Governor）ハンドルが接続され、ガバナーハンドルで原動機の回転数を制御できる機能が内蔵されている。また、ガバナーハンドルの操作で、自動的に主クラッチ（前進クラッチ、後退クラッチ）等の操作を自動的に操作できる機能も内蔵されている。
【００１５】
２．遊星減速器の構成
【００１６】
また、ここで、「遊星減速機」は以下のような構成である。  
（１）  サンギアの周りに複数のプラネットギアを配置し、プラネットギアの周りにリングギアを配置する。  
（２）サンギヤの周りの複数のプラネットギヤの回転を、一つにしてプロペラに出力する。  
（３）原動機の回転は、主クラッチ（前進クラッチ、後退クラッチ）を経由して、
ａ．第1経路では、リングギヤの外周に伝える。  
ｂ．第２経路では、油圧ポンプ用ＣＶＴからクラッチを経由して、可変容量油圧ポンプに伝える。◎また、ここで、油圧ポンプ用ＣＶＴは、スチール（機械式）を使った構成となっている。  
（４）  リングギアには、リングギアクラッチが設けられている。  
（５）  可変容量油圧モータの回転は、クラッチを介して、サンギアに入力される。  
（６）  よって、原動機の動力と可変容量油圧モータの動力との合力がプロペラに伝わる。
【００１７】
また、ここで、「制御コントローラ」は、以下のような機能を有する。  
（１）原動機、Ａ．可変容量油圧ポンプ、Ｂ．可変容量油圧モータ、Ｃ．油圧ポンプ用ＣＶＴ、Ｄ．主クラッチ、Ｅ．リングギヤクラッチ、Ｆ．油圧ポンプクラッチ、Ｇ．油圧モータクラッチ、Ｈ．原動機回転検出器、Ｉ．プロペラ回転検出器、Ｊ．油圧圧力検出器、の作動の有無などの作動情報に加え、燃料消費量、プロペラ出力量情報がリアルタイムで記憶装置に保存され、また、表示する事ができる。  
（２）  記憶装置に保存された情報は、各種メディア（ＵＳＢメモリー）などにより外部に取り出すことができる。  
（３）  予め設定した省エネルギー運行情報に基づき、原動機、Ａ．可変容量油圧ポンプ、Ｂ．可変容量油圧モータ、Ｃ．油圧ポンプ用ＣＶＴ、Ｄ．主クラッチ、Ｅ．リングギヤクラッチ、Ｆ．油圧ポンプクラッチ、Ｇ．油圧モータクラッチ、Ｈ．原動機回転検出器、Ｉ．プロペラ回転検出器、Ｊ．油圧圧力検出器、の作動の有無などの作動情報に加え、燃料消費量、プロペラ出力量情報に基づき、自動運転することができる。  
この場合、（２）で保存された各種メディアからの情報に基づき、その運転状況を再現できる。  
（４）  「原動機、Ａ可変容量油圧ポンプ、Ｂ可変容量油圧モータ、Ｃ油圧ポンプ用ＣＶＴ、Ｄ主クラッチの作動の有無などの作動情報、回転数などの回転情報」などから、風や波などの気象状況・積載状況などの外部環境などを加味して、最良燃料消費量点データを算出できる。  
（５）  （３）の際に、最良燃料消費量点データを入力することにより、外部環境に応じた最も効率的な原動機の作動を制御できる。
【実施例】
【００１８】
本発明は、減速比が一定である装置を、遊星減速機と油圧ポンプ及び油圧モータを使用して一定の減速比に幅を持たせ、プロペラへの出力を変更することができるようにしたプロペラ駆動の制御方法及び装置である。  
即ち、一定原動機回転数で、減速比率を変えプロペラ回転数を変更できることは、プロペラ一定回転数で、減速比率を変え原動機回転数を変更できることとなる。本発明は、遊星減速機と油圧ポンプ、油圧モータ及びスチール型ＣＶＴを使用し、前進一段減速機でありながら、プロペラ回転数が一定であっても原動機回転数を大幅に無段に変更させ、原動機出力におけるプロペラ負荷率を上昇させ、原動機の燃料消費率を低下させ、プロペラ羽根の流体抵抗による船舶制動を図る制御方法である。  
また、本発明は、船舶のプロペラ駆動用ＨＭＴ（Hydraulic Mechanical Transmission）マリンギヤ（遊星減速機を使用したプロペラ駆動用の無段変速装置）の負荷自動制御装置と他プロペラ駆動用遊星減速機を使用した無段変速装置組み合わせた装置と方法に関するもので、次のようにして実施する。
【００１９】
１．制御コントローラによる油圧制御の基本動作
【００２０】
ＨＭＴマリンギヤは、船舶のプロペラ駆動用として遊星減速機と油圧との組み合わせ「標準ＨＭＴ制御」と、その他油圧ポンプ入力軸側にスチール式ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）を組み合わせ追加した「ＣＶＴ−ＨＭＴ制御」とによるプロペラの無段変速装置は、原動機とプロペラ間の減速比幅を大幅に持たせることが可能となる。
【００２１】
つまり、基本的に「標準ＨＭＴ制御」は、原動機とプロペラ間との基本減速比を１／Aとすれば、基本減速比に対し±１／Ｂの変更が可能なように構成されている。一方、「ＣＶＴ−ＨＭＴ制御」の場合は、原動機の低速回転数時に油圧ポンプ入力軸に設置されたスチールＣＶＴにより、油圧ポンプ入力回転数を原動機の回転数にかかわらず一定、もしくは原動機の回転数と逆比例制御をおこない、油圧モータ回転数変速量を大幅に増大させることを目的としている。
【００２２】
結果的には、原動機の低速回転数においてプロペラ回転数変化量を、「標準ＨＭＴ制御」単独の場合と比較した場合、「ＣＶＴ−ＨＭＴ制御」の場合は、油圧モータの大幅な回転数増加量を得られるために、
・いかなる原動機の回転数においても、プロペラ負荷を最大負荷に合わせることも可能となり、
・原動機とプロペラ間の変速比率を大幅に増大させることが可能となり、
・油圧ポンプ容量及び油圧モータ容量を減少させることが可能となり、
・また油圧モータを可変容量型制御方式から固定容量型制御方式に変更することも可能となり、
・油圧ポンプ・モータを使用しないＣＶＴ装置だけの制御による無段変速装置も可能となる。
【００２３】
また、「ＣＶＴ−ＨＭＴ制御」の追加的な、原動機アイドリング回転数時近辺における制御で、プロペラ回転数変化量を大幅に増加できる結果、原動機のプロペラから来る負荷量を増加させることができ、プロペラ減速によるプロペラ羽根のブレーキ（制動）効果を強くすることができる。
【００２４】
原動機回転数をＮ１［ｒｐｍ］、プロペラ回転数をＮ２［ｒｐｍ］とすると、原動機に対するプロペラの回転数は下記の式であらわされる。また、ここでＡは、遊星減速機の基本減速比で、Ｂは、油圧及びＣＶＴによる無段変速比幅を示す。  
標準ＨＭＴ制御の場合：
Ｎ２＝（１／A  ±  １／B）×Ｎ１
ＣＶＴ−ＨＭＴ制御の場合：
Ｎ≧Ｎ０ｒｐｍ：Ｎ２＝Ｎ１×（１／A ± Ｎ１／Ｂ） 
Ｎ≦Ｎ０ｒｐｍ：Ｎ２＝Ｎ１×（１／A ± Ｎ０／Ｂ）
ここで、Ｎ０の値は、基本的に０．９Ｎ（Ｎ：原動機の定格回転数）程度とし、原動機Ｎ０［ｒｐｍ］以下の回転数時に、油圧ポンプ入力回転数を一定回転数に制御したとする。
【００２５】
前記減速比１／Aによる原動機のプロペラへの減速（動力）は、油圧モータの動きを停止させた状態で使用した時を示し、原動機の動力は遊星減速機のみを通じプロペラに伝達されるが、変速部の「（±１／Ｂ）×Ｎ１」及び「（±１／Ｂ）×Ｎ０」は、原動機の動力の一部を油圧ポンプで受け、油圧ポンプからの動力は、吐出される油量及び油圧圧力が油圧モータに伝達され、遊星減速機内のサンギヤが駆動される。油圧モータで駆動されるサンギヤは、その回転数量及び方向は、無段階に制御される。
【００２６】
つまり、プロペラに伝えられる原動機の動力は、遊星減速機から直接伝達される動力と、油圧ポンプ・モータを経由し間接伝達される動力の合力となる。油圧ポンプ及び油圧モータに可変容量型を使用したり、油圧モータに固定容量型を使用したり、また、油圧ポンプ入力軸側にスチール型ＣＶＴを採用することで、色々な油圧ポンプ・油圧モータ・スチール型ＣＶＴ等を組み合わせで、プロペラ回転数変更幅を大幅に拡大することができる。よって、原動機出力特性に左右されることなく、原動機燃料消費率の良い状態での動力をプロペラに伝達させることができ、プロペラ回転数を標準ＨＭＴ制御以上の大幅な領域で、無段階に制御させることができる。
【００２７】
したがって、プロペラ稼働時は、いかなる場合においてもプロペラに掛かる負荷は、遊星減速機本体（すなわち、原動機）と油圧モータに掛かることになる。プロペラに掛かる負荷に関して、原動機と油圧モータとの負荷分担率は、遊星減速機内のリングギヤとサンギヤ部の歯数で負担率が決まり、常に一定となる。
【００２８】
油圧モータに掛かる負荷：Ｐ（ｋＷ）とすると、
Ｐ＝（２πＮＴ／６０）×１０２
Ｎ［ｒｐｍ］：油圧モータ回転数
Ｔ［Ｎｍ］：油圧モータの出力トルク
となる。  
また、油圧モータの出力トルクは、
油圧モータの有効圧力Ｐ［Ｎ／ｃｍ２」
油圧モータの吸収量ｑ［ｃｃ／ｒｅｖ］
油圧モータのトルク効率ηｔ
とすると以下の公式となる。  
Ｔ＝Ｐ×ｑ×ηｔ ／２００π
つまり、油圧モータ容量が一定であれば、油圧モータ出力トルクは油圧モータ圧力の変化量として表れる。
【００２９】
油圧モータに掛かる（負荷）トルクは油圧モータの有効圧力として発生するので、この点を利用し、油圧モータの有効圧力を計測し、この有効圧力に原動機回転数とプロペラ回転数から油圧モータ回転数を演算した値を加味し、油圧モータ出力を出し、遊星減速機内の油圧負担率を加味することで、原動機とプロペラの実質出力を算出することが可能となる。
【００３０】
また、プロペラ出力及び回転数を一定にし原動機の陸上運転による回転数毎の出力馬力を加味することで、プロペラ出力馬力に見合う原動機出力に合わせるべく回転数を低下させ、原動機の燃料使用量を低下させつつ原動機回転数・プロペラ回転数・減速比率・燃料消費量・燃料爆発温度等を計測及び記憶させ、原動機の「最良の燃料消費率」に合わせるべく原動機・プロペラ出力値の確認しながらの制御を行わせる事が可能となる。当然、稼働中の原動機及びプロペラの動力量の表示も可能となる。
【００３１】
図４に、この原動機における「最良の燃料消費率」の分布を表示した。この場合、回転数１４００［ｒｐｍ］、出力２８０［ｒｐｍ］の周辺に「最良燃料消費率点」があり、同心円状に、広がるに従って、燃料消費率は悪くなる。
【００３２】
また、本方式によって、原動機の基本燃料消費量を求めることも可能であり、プロペラの一定速回転数・一定出力馬力における原動機の回転数低下が図れ、原動機の最良燃料消費率点での運転が可能となる。
【００３３】
例えば、プロペラの一定出力量に基づき遊星減速機の減速比率を変更しつつ原動機の回転数を変更し、実際の航行時における、プロペラの出力量に見合った原動機出力の回転数の変更を行い、最小燃料消費量点の原動機回転数・プロペラ回転数・燃料消費量等を計測してデータ化する。計測された最小燃料消費量に合わせるべく、プロペラ回転数を一定にし、油圧ポンプ及びＣＶＴを操作して減速比を下げ原動機回転数を合わせることが必要である。特にＣＶＴの採用は、油圧ポンプの油送り込み量を大幅に上昇させ、油圧モータ回転数つまりは出力を上昇させる。プロペラ出力の一翼となっている油圧モータ回転数上昇による大幅な負荷動力の上昇は、原動機低速回転数領域における、最良燃料消費率点確保を可能とすることができる。つまり、プロペラの原動機に於ける使用範囲を大幅に広げることにより、原動機の過負荷を防止も容易になり、最良燃焼効率点に原動機回転数の制御範囲を広げ、負荷自動制御装置を形成する事が可能になる。
【００３４】
また、前記において、原動機の基本燃料消費量とは、現状では、一般的に原動機のそれぞれの回転数における最高負荷を掛けた状態で運転した場合を示す。しかし、実際は原動機出力とプロペラ負荷は性能曲線が異なり、原動機は基本的にトルク一定制御であり、プロペラは回転数の三乗に比例する出力であることと、プロペラには波・潮流・風力等の外力から原動機に過負荷が掛からない様に動力余裕（シーマージン）が設定され、その値は通常１５〜２０％程度掛けられているために、原動機にはまったく最高負荷は掛からず、実際の燃料消費量は判らない。
【００３５】
この発明では、実際の燃料消費量を計測しつつ、その情報を記憶装置に記憶させると同時に、プロペラ出力に基づいた原動機の適正負荷の回転数に合わせるべく無段減速機の減速比率を変更するために、原動機の最小燃料消費量に合わせて運行することを可能とすることが実現できる。
【００３６】
つまり、すべてのプロペラ回転数における最良の原動機回転数及び減速比率が基本的に設定できると同時に、本船の最良の燃料消費量及び船速が並行して設定できることとなる。波・潮流・風力等によるプロペラに対する負荷変動においても、連続して計測しているためにその値を用いて、制御修正を行うために原動機が過負荷にならない様に設定することが可能となる。
【００３７】
２．制御コントローラによる具体的な油圧制御
【００３８】
本方式を原動機アイドリング回転数以上の時の使用で、具体的な手法としてまとめると、以下のようになる。
【００３９】
（１）  プロペラ回転数を設定するために、ガバナーハンドルを使い、原動機回転数をプロペラ基本減速比に沿って調整する。
【００４０】
（２）  ガバナーハンドルの操作を停止して一定時間経過後、制御コントローラ内でプロペラ入力量と原動機出力量を比較し、原動機の適正出力及び回転数を決め、原動機を所定の回転数に合わせるべく、油圧ポンプ用ＣＶＴ及び油圧ポンプを制御しつつ、原動機の回転数を並行低下制御さる。
【００４１】
（３）  原動機回転数とプロペラ回転数・動力量と船速と最良燃料消費率を制御コントローラの記憶装置に記憶し、次回の制御時の基本データとして使用すると同時に本船の最良燃焼効率点として制御コントローラの記憶装置に記憶させる。
【００４２】
（４）  上記（１）（２）（３）の状態において、制御コントローラは原動機の回転数・プロペラの回転数・プロペラの入力・減速比率・時間・油圧圧力・排気温度・燃料消費量・燃料消費率・船速等を一定時間毎に計測器が計測及び演算すると同時に、それぞれの値を制御コントローラ内に記憶すると同時に、制御するための最良燃料消費率点の書き換えを行う。  
一般的な原動機アイドリング状態でのプロペラ回転数状態から、本発明のプロペラ完全停止までの、計測されたデータは、制御コントローラ内に記憶させ、また、本データに基づいた被制御器への制御内容を時間と共に制御コントローラ内に記憶させ、自動的にタイマー制御に切り替わる。
【００４３】
（５）  上記（１）〜（４）までの操作は、原動機の始動からアイドリング回転数までの操作となるが、船舶の動きとしては、プロペラ起動時からプロペラ完全停止までの動きとなる。  
ただし、原動機の始動時、原動機はアイドリング回転数でプロペラ停止状態からの運転に関して（原動機）プロペラ回転数が一般的なアイドリング時回転数に達するまでの、「プロペラの回転数がゼロ〜一般的なアイドリング回転数以下の低速回転運転」では、原動機の最良燃料消費率点となるように制御したプロペラ操作は行わない。
【００４４】
（６）  船舶が港に入港する際は、ガバナーハンドルにて船舶が減速するように操作し、プロペラ回転数が減速し原動機がアイドリング回転数到達後、原動機はアイドリング回転数状態で、プロペラ回転数を無段階に減速させ、プロペラ回転を完全停止させる。この際の操作には２つの方法がある。  
第１の方法として、油圧ポンプから油圧モータに対し油量を増大し始めると同時に、プロペラ回転数は並行して減速し始め、プロペラ回転数のゼロを確認した所で、リングギヤクラッチをＯＦＦにし、油圧モータクラッチをＯＮにし、プロペラを完全停止させる。  
第２の方法として、油圧ポンプから油圧モータに対し油量を増大しつつ油圧モータ容量を減少させプロペラ回転数を減速させ、プロペラ減速の中間地点で、リングギヤクラッチをＯＦＦにして、リングギヤブレーキをＯＮにして、油圧ポンプ吐出し口の変更を同時に行い、以降のプロペラ駆動方法を油圧駆動のみとする。よって、油圧モータを逆回転させサンギヤを逆回転させ、油圧モータ容量を増やすと同時に油圧ポンプ吐出量を減らすことで、プロペラの回転数を減少させ、プロペラ停止させると同時に油圧モータブレーキをＯＮとすることで、プロペラを完全停止させることができる。  
また、船舶停止状態からプロペラを起動する場合は、上記内容の逆操作を行い、船舶起動時プロペラ停止状態からガバナーハンドルで指定された位置までプロペラ回転数は無段階に上昇する。  
油圧ポンプからの減速方向の油の吐出し量を増加し始めると油圧モータの回転数が増加し、減速比が増しプロペラの回転数が減少し始める。プロペラは減速し始めるが、慣性力による伴走流速度は変わらず、プロペラ羽根で流が阻止され、プロペラピッチによる伴走流がプロペラ駆動力となり、油圧モータ圧力が上昇する。油圧モータ圧力の上昇を、油圧機器保護及び原動機の停止防止のために、一定圧力以上とならない様に油圧圧力検出器で監視し、一定圧力に達した場合は、油圧ポンプからの油の吐出し量増加操作を停止し、プロペラ回転数の減速を停止し、油圧モータ圧力が検出器設定圧力以下表示一定時間後、再びプロペラ回転数低下制御を行う。この操作をプロペラ完全停止まで行い、以上の油圧モータによるプロペラ減速操作を時間と共に記憶させ、自動的に時間操作に切換えさせる。
原動機がプロペラからの逆動力で停止し無操船状態に陥らないように、油圧モータ容量減少による異常圧力上昇は、制御コントローラ内で油圧圧力検出器が作動し所定圧力を確認できた場合、油圧モータ容量減少作業を一旦停止する操作を行わせる。
この操作は、プロペラが完全停止するまで継続し、プロペラの完全停止を制御コントローラ内で確認できた時点で、主クラッチをＯＦＦにし、リングギヤクラッチをＯＮにして、油圧ポンプへの指令信号がＯＦＦになった段階で本操作は終了となる。この操作は、原動機の逆動力による停止による、無操船状態を防止する目的におこなう。  
また、前記操作が問題なく終了した時点で、それぞれの操作内容は制御コントローラ内の記憶装置に、開始時間から終了時間までを一連の時間制御方法として記憶させ、計測器等の不調時を自動的にキャッチして、制御コントローラ内にて表示し時間制御方式に変更できる。  
本方式は、船舶ごとに船体形状が異なり、プロペラに掛かる負荷が異なるため、油圧モータの容量減少状況が異なり、その内容が制御コントローラ内の記憶装置に記憶され、油圧モータの容量減少状況は制御コントローラ内の記憶装置に記憶され、一連の動きは最終的にタイマー操作に置き換えられるものとなり、圧力検出器による監視は補助操作となる。原動機の過負荷防止とストールを防止するように油圧を制御をする操作においても、プロペラ回転数との自動連動操作に置き換えられるものとなる。
【００４５】
（７）  目的地への到着時間を規制するための船速を一定に保つ装置（以下、「一定船速装置」とする。）については、ＧＰＳ（Global Positioning System, 全地球測位システム）を使用し、目的地までの航路を基に基本船速を決め、その値に基づき制御コントローラ内過去の実績データを基に、プロペラ・原動機回転数に基づいた減速機の減速比率を決定し制御する。
【００４６】
(８)  プロペラ負荷変動が大きい場合、その負荷変動は油圧モータの油圧圧力として油圧検出器で確認し、圧力変化量が一定以上になった場合、自動的に無段減速機の変速部の制御を停止するために、油圧ポンプへの制御を停止する。  
ただし、油圧モータの油圧圧力変動幅が、ある限られた時間内で収束していたり、また、ある限られた時間内で原動機回転数が低速回転を維持していたり（例えば、入港準備の際など）の場合は、自動的に油圧ポンプの制御は元に戻る。
【００４７】
３．  原動機の燃料消費量の制御
【００４８】
燃焼率（燃焼消費量）は同じ回転数によっても負荷Ｔによって大きく異なることから（図５、図３）、制御コントローラで最適の燃料消費量を制御しようとするものである。
【００４９】
（１）  原動機の入り口燃料量と出口燃料量とを差し引き、実際の燃料使用量を制御コントローラ内で計算させる。プロペラ回転数を一定状態に保った状態で、油圧ポンプ及び油圧ポンプ用ＣＶＴを操作させ、減速比率を低下させると並行して原動機の回転数を低下させる。この操作により、原動機の最大出力値に対するプロペラ負荷量割合を上昇させる事ができ、燃料消費率を低下させる。燃料計使用量を低減させるために、原動機のそれぞれの回転数における最良燃料消費率点のプロペラ回転数を制御コントローラ内の記憶装置に記憶させ、その値で運転させる。
【００５０】
（２）  プロペラの負荷変動が大きい場合、その負荷変動は油圧圧力として圧力検出器で確認し、圧力変化量が一定圧力幅以上となった場合、自動的に油圧ポンプ及び油圧ポンプ用ＣＶＴの変速機能は自動停止状態となり、油圧ポンプクラッチはＯＦＦ、油圧モータクラッチはＯＮの状態となる。  
ただし、油圧圧力変動幅が、減少するかも若しくは船舶が入港状態で原動機の回転数が一定範囲内に入った場合、自動的に油圧ポンプクラッチをＯＮとして,、油圧モータクラッチをＯＦＦの状態に戻す。
【００５１】
（３）  一定船速装置については、実船における原動機及びプロペラ回転数と船速の関係を制御コントロール内のデータから抽出させ、燃料消費率が低い所で運航できるように制御する。規定された船速と実際が大きく異なる場合、「省エネルギー注意」の表示をさせると共に、原動機・プロペラ回転数の再度設定値を制御コントロール内にて調整し、制御する。  
いかなる状態においても、制御コントロール内では、原動機の最高出力馬力にプロペラ出力値を接近させるような制御を行い、燃料消費量と原動機回転数とで演算し、現在はまったく知られていない、省エネルギーにおいては最も重要な燃料消費率を、常時確認ができるようにし、最良の燃料消費率点における原動機回転数及びプロペラ回転数と動力の数値関係を記憶し、省エネルギー運行制御できるようにする。
【００５２】
（４）  なお、この操作は、原動機回転数０．５Ｎ以下では行わない。ただしＮは、原動機の定格回転数である。
【００５３】
（５）  船舶を停止する場合、原動機の回転数がアイドリング状態のプロペラ回転数からプロペラが完全停止するまでにおこなう油圧ポンプ及び油圧モータ関係の操作は、プロペラ回転数、油圧モータ容量減少制御及び油圧モータ圧力による詳細データを時間と共に計測し、制御コントローラの記憶装置に記憶させ、プロペラが完全に停止するまでの基本プログラムを自動的に作成し、タイマーを基にした自動制御方式も加える。
【００５４】
４．原動機の燃料爆発温度の制御
【００５５】
排気温度（燃料の爆発温度）は燃料消費率（燃費率）に大きく影響するので、原動機が同じ回転数でも負荷状態によって排気温度が大きく異なることから（図５、図３）、制御コントロールで最適な排気温度を制御するものである。
【００５６】
（１）  本制御は、燃料の完全燃焼を促進する方式で、排ガス規制方法の一種でもある。
【００５７】
（２）  船舶の一定速度に基づいた、記憶されたプロペラ回転数及び原動機の最良燃料消費率点及び排気温度の制御において、制御コントローラの記憶装置が記憶した原動機回転数及びプロペラ回転数を指定された値に合わせ制御した際にも、排気温度が低く、燃料消費率が高いと判断される場合もある。この場合には、制御コントローラが自動的に判断し、原動機の回転数を低下させ、排気温度を最良燃焼温度とさせ、燃料消費率の改善を図ると同時に、原動機の回転数及び出力値、プロペラ回転数及び出力値を再度、制御コントローラの記憶装置に記憶させ、次回の制御値とする。
【００５８】
（３）  本発明に係る操作に必要な検出機器には、原動機出力の回転数検出器、プロペラ出力の回転数検出器、油圧圧力検出器、ＧＰＳ、燃料流量検出器、時計及び排気温度検出器がある。これらの検出機器のデータは、制御コントローラに入力される。  
また、本発明に係る装置に必要な表示及び操作スイッチには、燃料消費量表示（原動機基本燃料消費量、実際燃料消費量）、希望船速と実際船速表示、燃料消費量合計、油圧制御停止ボタン、異常停止ボタン、燃料リセットボタン、表示ランプ関係（異常停止、油圧制御停止、油圧自動停止、燃料タンク残量）がある。  
次に、本発明に係る装置に必要な電気制御装置（制御コントローラに組み込まれている）には、原動機回転数とプロペラ回転数との減速比を計算する装置、原動機回転数とプロペラ回転数の表示装置、原動機出力とプロペラ出力を演算し表示する装置、原動機回転数と基本燃料消費量を記憶し、表示する装置とＧＰＳ及び時間を基に船舶の船速を演算する装置がある。
【００５９】
（４）  また、設定された船速に基づき、制御コントローラの記憶装置に記憶された数値を基に原動機・プロペラ回転数となる様に、油圧ポンプ及び油圧ポンプ用ＣＶＴを制御し、船速を合わせ、制御コントローラ内で設定された船速との比較を行わせ、最小燃料消費率に合わせた微妙な調整を行う。同時に、排気温度・燃料使用量も同時計測し制御コントローラの記憶装置に記憶させる。  
また、油圧モータを可変容量で操作する時（原動機アイドリング時）において、前記プロペラ回転数を基に油圧モータの吸収量を計算し、設定された数値に基づき油圧圧力を変更調整すると同時に、油圧モータの吸収量制御を停止、運転させる装置を設けてある。なおここで、吸収量（ｃｃ／ｒｅｖ）とは、油圧モータの１回転するのに必要（油圧モータが吸収する）な油の量を指す。  
さらに、プロペラ回転数がゼロを検出した時点で、油圧モータの吸収量をゼロに戻し、メインクラッチをＯＦＦとし、リングギヤクラッチをＯＮとする。
【００６０】
（５）  次に油圧モータに掛かる圧力の大きさによっては原動機が過負荷で停止する場合もあり、原動機が過負荷によって停止しないようにプロペラ回転数を減少させる。船舶の制動速度が速かったり、油圧モータの容量を減少させる速度が速くなるように設定された「圧力」以上に油圧モータに圧力が掛かった場合には、油圧圧力検出器に基づき、油圧モータの容量を減少させる操作を一旦停止し、油圧モータの圧力が上昇しないようにする。一定時間後、油圧モータ圧力が低下した場合には、再び油圧モータの容量減少操作を行うようにし、常に圧力検出器で油圧圧力を監視し、プロペラ回転が停止するまで前記油圧モータの容量減少操作が繰り返される。  
前記容量減少操作をプロペラの回転が停止するまで継続し、プロペラの回転が停止することを確認後、メインクラッチをＯＦＦにし、リングギヤをＯＮにすると共に、油圧ポンプ吐出量をゼロにすると同時に、油圧モータへの前記指示を停止してプロペラを停止させ、船舶の減速指示を完了する。
【００６１】
（６）  次に、プロペラの制御コントローラについては、実船におけるプロペラ軸の回転数と船速との関係データを前記制御コントローラの記憶装置に記憶させ、当該データに基づき原動機の回転軸の回転数を設定できる状態にし、予め決められた船速に原動機の回転軸の回転数を合わせるようにする。  
前記船速と原動機の回転軸の回転数が大きく異なる場合には、船体あるいはプロペラの汚れが原因となっているため、「省エネルギー注意」の信号を表示させる。  
この場合においても、プロペラの出力は原動機の最高出力地点に近いところになるように、原動機の出力軸の回転数とプロペラ軸の回転数を調整する為に、油圧ポンプと油圧モータとを連携させ、自動的に最良の燃料消費率点に調整させる（図４）。  
プロペラへの負荷の変動が大きい場合には、その負荷の変動を油圧圧力として圧力検出器で確認する。圧力変化量が予め定めた一定以上の変化量となった場合、無段変速装置は自動的に停止状態となり、油圧ポンプのクラッチはＯＦＦとなり、油圧モータのクラッチはＯＮとなる。  
ただし、所定時間内に油圧の圧力変動が無くなった場合、または船舶が入港状態（原動機がアイドリング状態）に入った場合には、油圧ポンプのクラッチは自動的にＯＮとなり、油圧モータのクラッチはＯＦＦになる。
【００６２】
（７）  次に、原動機の燃料消費量の制御コントローラによるコントロールについて説明する。原動機の入り口の燃料量から出口の燃料量を差し引きし、実際の燃料使用量を計測する。  
また、プロペラ回転数を一定回転数状態で、油圧ポンプを制御しつつ、原動機の回転数を低下させ、原動機最大出力に対するプロペラ負荷量を上昇させることで、燃料消費率を低下させ、燃料消費量を低下させる。  
油圧ポンプに指令が出ると同時に原動機回転数の低下指令が送られ、原動機回転数が低下すると同時に、原動機に対するプロペラ負荷率が上昇し、原動機の燃料消費率が低下し、結果的に、船舶速度一定のプロペラ速度で、減速比率を下げ原動機回転数を低下させることから、燃料消費量が低下する。  
プロペラへの負荷の変動が大きい場合には、その負荷の変動を油圧圧力として圧力検出器で確認する。圧力変化量が予め定めた一定以上の変化量となった場合、油圧ポンプ及び油圧ポンプ用ＣＶＴは自動的に停止状態となり、油圧ポンプのクラッチはＯＦＦとなり、油圧モータのクラッチはＯＮとなる。  
ただし、所定時間内で油圧の圧力変動が無くなった場合、及び船舶が入港状態（原動機がアイドリング状態）に入った場合、自動的に油圧ポンプのクラッチはＯＮとなり、油圧モータのクラッチはＯＦＦの状態になる。
【００６３】
（８）  また、本発明では、一定船速装置を具えている。この装置は、前記のように実船における原動機の出力軸の回転数・プロペラ回転数と船速とを並行して、記憶したデータを基に制御するものである。  
前記回転数と船速が、予め定めてある値と大きく異なる場合には、船体もしくはプロペラの汚れ等が原因となっているため、「省エネルギー注意」の信号と共に、プロペラ軸の回転数及び油圧圧力を計算し、原動機の回転軸の回転数の変更指令を油圧ポンプへ送信して船速を再調整する。  
この場合においても、原動機の最高出力に出来るだけプロペラ出力を近づける事が出来るように制御し、燃料消費率を低減させ燃料消費率を確認できるように制御装置を設定する。  
この場合には、プロペラ軸の回転数と油圧モータの容量減少制御及び油圧モータの圧力などの詳細なデータを時間と共に計測し、制御装置に記憶させて元データとする。例えば、原動機がストールしないでプロペラが完全停止するまでの時間は、実測によれば７秒前後である。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図２】
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