燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
【專利說明】燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2012年3月15日、申請(qǐng)?zhí)枮?01280002387.3、發(fā)明名稱為“燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)”的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種適用于例如船舶的主發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)等、以天然氣等的氣體燃料為燃料而運(yùn)轉(zhuǎn)的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0003]以往，以液化天然氣(以下，稱為“LNG”)所氣化的天然氣為燃料而運(yùn)轉(zhuǎn)的柴油機(jī)存在多種。近年來，作為現(xiàn)存的改善燃油低速柴油主發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)境排出性能的對(duì)策，高壓氣體噴射型低速兩沖程柴油機(jī)(以下，稱為“SSD-GI”)引起注目。與以往的LNG利用熱發(fā)動(dòng)機(jī)(例如蒸氣渦輪等)相比，該SSD-GI是高熱效率及高響應(yīng)性的發(fā)動(dòng)機(jī)，且是能夠進(jìn)行低速的輸出的發(fā)動(dòng)機(jī)，能夠與螺旋槳直接連結(jié)而進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
[0004]然而，在以天然氣為燃料的SSD-GI的情況下，與具有實(shí)際成績(jī)的燃油的柴油機(jī)不同，將天然氣以高壓(約150?300bar)供給到燃燒室內(nèi)的高壓噴射技術(shù)不成熟，還未發(fā)現(xiàn)與LNG燃料供給相關(guān)的確立的技術(shù)。
[0005]以往，在將SSD-GI作為L(zhǎng)NG船的主發(fā)動(dòng)機(jī)候補(bǔ)時(shí)，研宄了利用多級(jí)氣體壓縮機(jī)對(duì)于大致大氣壓的蒸發(fā)氣體(以下，稱為“BOG”)進(jìn)行壓縮，然后，在壓縮過程或壓縮后對(duì)BOG進(jìn)行冷卻而使用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的方法。然而，對(duì)BOG進(jìn)行壓縮及冷卻的方法的缺點(diǎn)是需要大規(guī)模的設(shè)備，而且消耗較大的動(dòng)力。
[0006]需要說明的是，作為L(zhǎng)NG運(yùn)輸船的推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)，例如有下述的專利文獻(xiàn)I (參照?qǐng)D7等)記載那樣利用低壓及高壓的壓縮機(jī)對(duì)氣罐內(nèi)的BOG進(jìn)行兩級(jí)壓縮而導(dǎo)入到發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的結(jié)構(gòu)。
[0007]另一方面，在LNG船中實(shí)現(xiàn)BOG的再液化系統(tǒng)的近年來，不將BOG作為燃料而能夠進(jìn)行液化保存。因此，從BOG的有效利用的觀點(diǎn)出發(fā)，在以往的LNG船中，對(duì)于以BOG為燃料的方法付出了努力，但是在以LNG為主發(fā)動(dòng)機(jī)的主燃料的情況下，這一點(diǎn)的障礙得以消除。而且，在LNG船以外的船舶中以LNG為燃料時(shí)，由于使用加壓方式的LNG罐而不需要BOG處理。
[0008]從這種背景出發(fā)，在近年來的船舶中，作為主發(fā)動(dòng)機(jī)等的燃料而具有良好的環(huán)境排出性能的LNG的使用引起注目，與LNG的使用方法等相關(guān)的各種研宄開發(fā)變得活躍。
[0009]而且，作為高壓噴射天然氣而進(jìn)行燃料供給的方法，考慮了對(duì)LNG進(jìn)行高壓化然后進(jìn)行加熱.氣化的方法。這種LNG的高壓化通常使用往復(fù)泵進(jìn)行升壓。該往復(fù)泵由于旋轉(zhuǎn)速度為300rpm左右，因此與一般的電動(dòng)機(jī)速度的旋轉(zhuǎn)速度即1800?3600rpm相比，成為相當(dāng)?shù)偷乃俣取Ｒ虼?，在利用電?dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)往復(fù)泵時(shí)，需要減速至往復(fù)泵的旋轉(zhuǎn)速度的機(jī)構(gòu)。
[0010]另外，作為在往復(fù)泵的運(yùn)轉(zhuǎn)中使用的一般的減速機(jī)構(gòu)，已知有齒輪方式或滑輪方式。齒輪方式的減速機(jī)構(gòu)是將齒數(shù)不同的多個(gè)齒輪組合的減速機(jī)構(gòu)，滑輪方式的減速機(jī)構(gòu)是使由V傳送帶連結(jié)的大小的輪旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。
[0011]需要說明的是，在液化氣體的再氣體化設(shè)備中，例如下述的專利文獻(xiàn)2公開那樣，利用泵使從儲(chǔ)存罐內(nèi)取出的液化氣體的壓力以液體的狀態(tài)進(jìn)行升壓而實(shí)現(xiàn)高壓化。
[0012]另外，在近年來的船舶用柴油機(jī)中，為了應(yīng)對(duì)世界性的對(duì)船舶用發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣限制強(qiáng)化，而開發(fā)出了在氮氧化物減少等環(huán)境應(yīng)對(duì)方面有效的電子控制發(fā)動(dòng)機(jī)。該電子控制發(fā)動(dòng)機(jī)是對(duì)于燃料噴射系統(tǒng)、排氣動(dòng)閥系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)及工作缸注油系統(tǒng)的至少一部分實(shí)現(xiàn)了以往的基于凸輪軸的驅(qū)動(dòng)的電子控制化的發(fā)動(dòng)機(jī)，采取利用控制器和電磁閥來控制高壓工作油并驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的各裝置的方式。
[0013]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0014]專利文獻(xiàn)
[0015]專利文獻(xiàn)1:日本特開平9-209788號(hào)公報(bào)
[0016]專利文獻(xiàn)2:日本特開2009-204026號(hào)公報(bào)
[0017]發(fā)明的概要
[0018]發(fā)明要解決的課題
[0019]如上述那樣，在近年來的船舶中，作為主發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料而LNG的關(guān)注度不斷增加，但是用于將天然氣以高壓噴射到燃燒室內(nèi)的高壓氣體供給技術(shù)還未確立。并且，為了將天然氣作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料進(jìn)行高壓噴射，考慮需要進(jìn)行基于往復(fù)式泵的LNG的高壓化，并指出了與往復(fù)式泵的驅(qū)動(dòng)控制相關(guān)的下述的問題。即，若采取使用電動(dòng)機(jī)作為往復(fù)泵的驅(qū)動(dòng)源并介有減速機(jī)構(gòu)而減速至往復(fù)泵的旋轉(zhuǎn)速度的運(yùn)轉(zhuǎn)方式時(shí)，關(guān)于減速機(jī)構(gòu)或電動(dòng)機(jī)，會(huì)產(chǎn)生下述的問題。
[0020]第一問題關(guān)于往復(fù)式泵的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所需的機(jī)械性的減速機(jī)構(gòu)。
[0021 ] 具體而言，齒輪方式的減速機(jī)構(gòu)中，預(yù)想到來自往復(fù)泵側(cè)的轉(zhuǎn)矩變動(dòng)會(huì)對(duì)齒輪齒面或齒根造成損傷。因此，當(dāng)考慮到對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的耐久性時(shí)，需要考慮用于對(duì)轉(zhuǎn)矩變動(dòng)進(jìn)行緩沖的彈性接頭或慣性輪等聯(lián)接器。
[0022]另一方面，滑輪方式的減速機(jī)構(gòu)雖然具有通過傳送帶的滑動(dòng)而能夠緩和活塞泵特有的轉(zhuǎn)矩變動(dòng)這樣的優(yōu)點(diǎn)，但由于傳送帶是需要短期間內(nèi)的更換的消耗品，因此是不適合長(zhǎng)期間的連續(xù)使用的方式。而且，滑輪方式的減速機(jī)構(gòu)由于擔(dān)心在露出的高速接觸部會(huì)產(chǎn)生火花，因此向氣體危險(xiǎn)區(qū)域的設(shè)置從安全方面出發(fā)的話，不優(yōu)選。
[0023]第二問題關(guān)于驅(qū)動(dòng)往復(fù)泵的電動(dòng)機(jī)。
[0024]具體而言，電動(dòng)機(jī)在通過減速機(jī)構(gòu)減速至往復(fù)泵的旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，即使采用上述的齒輪方式及滑輪方式中的任一方式，也需要頻率控制機(jī)構(gòu)(逆變器)。然而，由于電動(dòng)機(jī)的頻率控制機(jī)構(gòu)在低頻率下的精度難以確保，因此在控制范圍寬，尤其是在相當(dāng)?shù)退俚男D(zhuǎn)區(qū)域也需要高精度的控制時(shí)不利。
[0025]另外，在將電動(dòng)機(jī)等電氣設(shè)備類設(shè)置于氣體危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，可使用的設(shè)備的選擇受到制約，因此將電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的往復(fù)泵設(shè)置于氣體危險(xiǎn)區(qū)域會(huì)受到較多的制約。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0026]本發(fā)明為了解決上述的課題而作出，其目的是在例如電子控制化的高壓氣體噴射型低速兩沖程柴油機(jī)那樣將燃料氣體(例如天然氣)以高壓供給到燃燒室內(nèi)的高壓氣體噴射柴油機(jī)所應(yīng)用的高壓噴射技術(shù)中，提供一種使用能夠容易地向氣體危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行配置的往復(fù)式泵，實(shí)現(xiàn)燃料的液化氣體(例如LNG)的高壓化而進(jìn)行供給的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)。
[0027]用于解決課題的手段
[0028]本發(fā)明為了解決上述的課題，而采用下述的手段。
[0029]本發(fā)明的第一形態(tài)的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)是高壓氣體噴射柴油機(jī)的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，具備:電子控制單元，其通過利用控制器及電磁閥對(duì)高壓工作油進(jìn)行控制來驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)；氣體燃料供給裝置，其使向燃燒室內(nèi)噴射的燃料氣體升壓成高壓的液化氣體而供給，所述燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)中，所述氣體燃料供給裝置具備:往復(fù)式泵，其由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，將導(dǎo)入的液化氣體升壓至所希望的壓力而噴出；液壓導(dǎo)入系統(tǒng)，其從所述電子控制單元的液壓系統(tǒng)導(dǎo)入所述高壓工作油的一部分而向所述液壓馬達(dá)供給.驅(qū)動(dòng)；液壓返回系統(tǒng)，其用于使所述液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)所使用后的所述高壓工作油返回所述液壓系統(tǒng)；加熱裝置，其對(duì)從所述往復(fù)式泵供給的升壓后的液化氣體進(jìn)行加熱而使之氣化；控制部，其調(diào)整所述液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度而將所述加熱裝置的氣體燃料出口壓力保持為恒定；發(fā)動(dòng)機(jī)入口氣體減壓閥，其調(diào)整向所述燃燒室內(nèi)噴射的氣體燃料壓力。
[0030]根據(jù)所述第一形態(tài)的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，氣體燃料供給裝置具備:往復(fù)式泵，其由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，將導(dǎo)入的液化氣體升壓至所希望的壓力而噴出；液壓導(dǎo)入系統(tǒng)，其從電子控制單元的液壓系統(tǒng)導(dǎo)入高壓工作油的一部分而向液壓馬達(dá)供給.驅(qū)動(dòng)；液壓返回系統(tǒng)，其用于使液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)所使用后的高壓工作油返回所述液壓系統(tǒng)；加熱裝置，其對(duì)從往復(fù)式泵供給的升壓后的液化氣體進(jìn)行加熱而使之氣化；控制部，其調(diào)整液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度而將加熱裝置的氣體燃料出口壓力保持為恒定；發(fā)動(dòng)機(jī)入口氣體減壓閥，其調(diào)整向燃燒室內(nèi)噴射的氣體燃料壓力。由此，通過有效利用電子控制單元的高壓工作油而將新的追加設(shè)備類抑制成最小限度，通過液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的往復(fù)式泵能夠使液化氣體升壓。
[0031]這種燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的上升而發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也上升，因此向電子控制單元供給高壓工作油的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓泵噴出量及液壓上升。因此，對(duì)于當(dāng)燃料(氣化的液化氣體)消耗量增加時(shí)而要求的流量及壓力也增加的液化氣體升壓用的往復(fù)式泵而言，電子控制單元的高壓工作油成為優(yōu)選的液壓源。
[0032]在所述第一形態(tài)的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)中，可以是，調(diào)整向所述電子控制單元供給所述高壓工作油的液壓泵的噴出量來控制所述液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度。即，實(shí)施向電子控制單元內(nèi)供給高壓工作油的液壓泵的容量控制(油量控制)來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)往復(fù)式泵的液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度的控制，因此不需要機(jī)械性的減速機(jī)構(gòu)或電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制的追加。