CN103003144A - 原动机系统及船舶 - Google Patents

Abstract

原动机系统（100）具备原动机（10）、辅助动力装置（30）以及连接齿轮（40）。原动机（10）的旋转构件（60），转速比曲轴（50）大和/或轴径比曲轴（50）小。而且，来自辅助动力装置（30）的动力通过连接齿轮（40）传递给该旋转构件（60）。

Description

原动机系统及船舶

技术领域

本发明涉及具备辅助动力装置的原动机系统。

背景技术

关于作为原动机系统的一种形态、搭载于大型船舶上的推进驱动用的原动机系统，提出利用从内部的原动机（低速柴油发动机）排出的排气或在船内发电的电力来驱动辅助动力装置，将该辅助动力装置连接于原动机以减轻原动机的负荷的系统（例如，参看专利文献1）。通常在这样的原动机系统中，辅助动力装置的输出轴通过连接齿轮连接于原动机的曲轴。

现有技术文献：

专利文献1：日本特开2006-242051号公报。

发明内容

发明要解决的问题

然而，相对于上述原动机的曲轴的转速为例如100rpm左右，辅助动力装置的转速为例如30000rpm左右，曲轴与辅助动力装置在转速上有很大的差别。因此，连接齿轮必须以较大的减速比连接原动机与辅助动力装置，其结果是连接齿轮的大小处于变大的趋势。又，由于曲轴的轴径非常大，因此这点也是连接齿轮变大的原因。当然，若连接齿轮变大，则连接齿轮的能量损失变大，又，也产生确保设置连接齿轮用的宽阔设置场所的必要。

本发明是为解决上述问题而做出的，目的是提供能够将介于辅助动力装置与原动机之间的连结齿轮的大小抑制为较小的原动机系统。

解决问题的手段

根据本发明的某种形态的原动机系统具备：具有通过曲轴和该曲轴的动力来旋转的旋转构件的原动机；生成动力、将生成的动力供给给所述原动机的辅助动力装置；以及介于所述原动机与所述辅助动力装置之间、将来自所述辅助动力装置的动力传递给所述原动机的连结齿轮。所述旋转构件，转速比所述曲轴大和/或轴径比所述曲轴小。来自所述辅助动力装置的动力通过所述连结齿轮传递给所述旋转构件。

在相关结构中，由于若使旋转构件的转速比曲轴的转速大，则可以减小连接齿轮的减速比，因此可以减小连接齿轮的大小。又，若使旋转构件的轴径比曲轴的轴径小，则在此情况下也可以减小连接齿轮的大小。

发明效果

根据本发明的原动机系统，可以将介于原动机与辅助动力装置之间的连结齿轮的大小抑制为较小。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施形态的原动机系统的概略图；

图2是根据本发明的第二实施形态的原动机系统的概略图；

图3是根据本发明的第三实施形态的原动机系统的概略图；

图4是根据本发明的第四实施形态的原动机系统的概略图。

具体实施方式

以下，参照附图说明根据本发明的原动机系统的实施形态。以下将所有附图中相同或相当的元件标以相同的符号，并省略重复的说明。

（第一实施形态）

首先，参照图1说明根据本发明的第一实施形态的原动机系统100的结构。如图1所示，根据本实施形态的原动机系统100是搭载于船舶上的系统，具备原动机10、增压器20、辅助动力装置30以及连接齿轮40。进一步来说，原动机10具有曲轴50和凸轮轴60。以下说明这些的各组成元件。此外，在下文中，将作为机械元件的齿轮称为“齿轮元件”，以区别作为动力传递装置的“齿轮”。

原动机10是作为原动机系统100的中心的装置。根据本实施形态的原动机10原本是旋转前端安装有螺旋桨90的螺旋桨轴91用的构件。又，根据本实施形态的原动机10是所谓的低速柴油发动机。以下说明原动机10的主要构成构件。

曲轴50是将在原动机10生成的动力输出到外部用的构件。曲轴50连接于多个活塞11，随着汽缸12内的燃料的爆发通过活塞11的往复运动驱动。又，汽缸12内的排气排出至排气管13，来自扫气管14的扫气用的空气供给至汽缸12内。此外，排气管13和扫气管14都形成为罐状。本实施形态的曲轴50连接于螺旋桨轴91，曲轴50的转速原封不动地成为螺旋桨90的转速。因此，曲轴50为形成对于螺旋桨90来说最合适的转速，形成以100rpm左右的小转速旋转的结构。

凸轮轴60是与曲轴50的旋转同步以控制汽缸12的阀门的构件。如上所述，排气或扫气用的空气在汽缸12内进出，控制其的开闭阀62（控制驱动机器）通过该凸轮轴60驱动。又，凸轮轴60通过链条或齿轮元件等的动力传递装置61连接于曲轴50，以与曲轴50的转速相同的转速旋转。而且，凸轮轴60形成为其轴径比曲轴50的轴径小的结构。例如，形成凸轮轴60的轴径为大约300mm时，曲轴50的轴径为大约850mm的结构（但是，若原动机10的型式（model）变化，则凸轮轴60的轴径和曲轴50的轴径当然也变化）。

增压器20是向原动机10供给压缩空气用的装置。增压器20具有涡轮部21、压缩部22以及轴部23。在涡轮部21通过排气管路15从排气管13供给排气，通过排气的速度能量使涡轮部21旋转。涡轮部21与压缩部22通过轴部23连接，通过涡轮部21的旋转压缩部22也旋转。若压缩部22旋转，则从外部摄入的空气被压缩，被压缩的空气通过供气管路16供给至扫气管14。而且，扫气管14内的压缩空气向汽缸12内供给。如此，通过向汽缸12内供给大量的空气，能够更多地投入燃料，其结果是能够提高原动机10的输出。

辅助动力装置30是负担原动机10的负荷的一部分，减轻原动机10的负荷用的装置。根据本实施形态的辅助动力装置30是所谓的动力涡轮机。辅助动力装置30具有涡轮部31和输出轴32。在涡轮部31上，通过排气管路17从原动机10的排气管13供给排气，通过排气的速度能量旋转驱动涡轮部31。输出轴32随着涡轮部31的旋转而旋转，将在涡轮部31生成的动力供给至连接齿轮40。

此外，与上述结构不同，也可以从增压器20抽出输出等，将增压器20本身作为辅助动力装置。但是，理想的是如本实施形态与增压器20分开设置动力涡轮机，将其作为辅助动力装置30。辅助动力装置30独立于增压器20设置，是因为可以减轻由于辅助动力装置30的状态不佳而使增压器20停止的风险。例如，根据本实施形态的原动机10，虽然增压器20不正常工作则不可能进行常用的运行，但是通过将辅助动力装置30从增压器20中独立出来，假使在辅助动力装置30出现故障时，也可以维持原动机10的运行本身。

连接齿轮40是将辅助动力装置30的动力传递至原动机10的装置。根据本实施形态的连接齿轮40由配置于原动机10的外侧的减速机41和配置于原动机10的内侧的增设齿轮46构成。其中，在减速机41的输入侧上连接辅助动力装置30的输出轴32，在输出侧连接增设齿轮46。借助于此，减速机41将来自辅助动力装置30的动力减速后向增设齿轮46供给。又，增设齿轮46的输入侧连接减速机41的输出轴42，输出侧连接于凸轮轴60。借助于此，增设齿轮46将从减速机41输入的辅助动力装置30的动力向凸轮轴60供给。而且，由于凸轮轴60通过链条或齿轮元件等的动力传递装置61连接于曲轴50，因此通过辅助动力装置30的动力能够减轻原动机10（曲轴50）的负荷的一部分。

以上是根据本实施形态的原动机系统100的结构。如上所述，在本实施形态中，由于连接齿轮40通过轴径比曲轴50小的凸轮轴60连接于曲轴50，因此与以往那样直接连接于曲轴50的情况相比，可以使连接齿轮40变小。

（第二实施形态）

接着，参照图2说明根据本发明的第二实施形态的原动机系统200。根据本实施形态的原动机系统200的原动机10，在不具有第一实施形态中的凸轮轴60（参照图1），代替此而具有工作油升压用泵70（控制驱动机器）和连接机构80这点上与根据第一实施形态的原动机系统100的结构不同。又，随着该差异，根据本实施形态的连接齿轮40也与原动机系统100的情况下的结构不同。以下，按顺序说明这些组成元件。

工作油升压用泵70是使控制原动机10的工作油的压力上升的装置。在根据第一实施形态的原动机系统100中，汽缸12的开闭阀62由凸轮轴60驱动，但是在根据本实施形态的原动机系统200中该开闭阀62通过工作油驱动。此外，该工作油还驱动向汽缸12内供给燃料的燃料泵（未图示）。根据情况也可以驱动船内的泵等未设置于原动机10上的油压驱动机器。在近年的大型船舶用的原动机系统中，代替凸轮轴通过上述的工作油执行原动机10的控制的系统在增加。

连接机构80是将曲轴50的动力传递至上述工作油升压用泵70的机构。连接机构80由链条、链轮齿、旋转轴以及齿轮元件等组合构成。连接机构80的一端侧连接于曲轴50，另一端侧连接于工作油升压用泵70的输入轴71。借助于此，连接机构80接受来自曲轴50的动力，将其传递至工作油升压用泵70，以旋转驱动工作油升压用泵70。构成连接机构80的链条、链轮齿、旋转轴以及齿轮元件等的组合未作特别限定，尽管在本实施形态中，形成在曲轴50上安装链轮齿81，在该链轮齿81上悬挂链条82，以使另一个链轮齿83旋转的结构。而且，旋转的链轮齿83通过旋转轴84使位于其相对侧的齿轮元件85旋转，根据需要进一步通过多个齿轮元件驱动工作油升压用泵70的输入轴71。此外，在图2中，安装于曲轴50的链轮齿81，从活塞11来看位于螺旋桨轴91侧，但是也可以使其位于从活塞11来看的螺旋桨轴91的相对侧。

又，根据本实施形态的连接齿轮40，与第一实施形态的情况相同，由减速机41和增设齿轮46构成，其特征是作为连接机构80的一部分的齿轮元件85构成增设齿轮46的一部分。如本实施形态，构成连接齿轮40的齿轮元件85无需仅用于连接齿轮40，也可以是连接齿轮40以外的齿轮的一部分。增设齿轮46的输入侧（辅助动力装置30侧）连接减速机41的输出轴42，输出侧（原动机10侧）连接于连接机构80的旋转轴84。借助于此，增设齿轮46将从减速机41输入的辅助动力装置30的动力向连接机构80的旋转轴84供给。而且，由于旋转轴84通过链条82等连接于曲轴50，因此通过辅助动力装置30的动力能够减轻原动机10（曲轴50）的负荷的一部分。

在此，连接机构80的旋转轴84形成为其轴径比曲轴50的轴径小的结构。因此，如本实施形态将连接齿轮40的输出侧连接于连接机构80的旋转轴84的情况，与以往那样连接于曲轴50的情况相比，可以将增设齿轮46的大小抑制为较小，进而可以将连接齿轮40整体的大小抑制为较小。此外，从另外的观点来看，由于增设齿轮46共有连接机构80和齿轮元件85，因此在实质上增设齿轮46可以省略齿轮元件85。因此，可以将增设齿轮46抑制为较小，进而可以将连接齿轮40整体抑制为较小。

进一步来说，连接机构80的旋转轴84形成为其转速比曲轴50的转速小的结构。在本实施形态中，安装于曲轴50的链轮齿81的齿数形成为比安装于旋转轴84的链轮齿83的齿数多，连接机构80的旋转轴84，其转速变得比曲轴50的转速小。因此，如本实施形态将连接齿轮40的输出侧连接于连接机构80的旋转轴84的情况，与以往那样连接于曲轴50的情况相比，由于可以使减速机41的减速比变小，因此能够将其大小抑制为较小，进而能够将连接齿轮40整体的大小抑制为较小。

以上是根据本实施形态的原动机系统200的结构。若如本实施形态的旋转轴84，在通过曲轴50驱动的与曲轴50相比轴径小的旋转构件或转速大的旋转构件上连接连接齿轮40，则能够减小连接齿轮40的大小。此外，作为连接于连接齿轮40上的旋转构件，理想的是使用原动机的驱动所需的现有的构件（部件），没有必要在连接齿轮40上设置仅用于连接的旋转构件。

又，虽然本实施形态的连接机构80是将曲轴50的动力传递至工作油升压用泵70的构件，但连接机构80也可以是将该动力传递至工作油升压用泵70以外的装置的构件。例如，虽然原动机10有具有使驱动原动机10所需的润滑油的压力上升的润滑油升压用泵（控制驱动机器）的情况，此时连接机构80也可以是将曲轴50的动力传递至该润滑油升压用泵的构件。

（第三实施形态）

接着，参照图3说明根据本发明的第三实施形态的原动机系统300。根据本实施形态的原动机系统300，在辅助动力装置30是电动马达这点上，与根据第一实施形态的原动机100的结构不同。关于其他方面，与根据第一实施形态的原动机系统100的结构基本相同。更具体来说如下所述。

如上所述，本实施形态的辅助动力装置30是电动马达，具有电动马达主体33和输出轴34。虽然电动马达主体33通过电力驱动，但是电动马达主体33的电源可以是通过与上述原动机10分开在船内设置的发电机所发的电力，或可以是利用原动机10的排气的能量所发的电力，还也可以是结合它们的电力。其中，在利用排气的能量发电的情况下，可以是从排气管13直接抽出排气，通过排气的运动能量旋转发电用的涡轮来发电，或者也可以是用从增压器20抽出的排气的热能生成蒸汽，旋转发电用的蒸汽涡轮来发电。进一步来说，也可以是从增压器20抽出动力驱动发电机来发电。此外，输出轴34随着电动马达主体33的旋转而旋转，将在电动马达主体33生成的动力输出至连接齿轮40。

如根据本实施形态的原动机系统300，即使是在辅助动力装置30上使用电动马达的情况下，若形成将来自辅助动力装置30的动力通过连接齿轮40向轴径比曲轴50小的旋转构件（凸轮轴60）传递的结构，则能够将连接齿轮40的大小抑制为较小。进一步来说，驱动电动马达主体33的电力，若是由船内具备的发电机所发的电力，则能够有效地利用所得到的剩余电力。又，在此情况下，由于设置于船内的发电机不对原动机的运行情况产生影响，因此不论原动机10的运行情况，都能够将来自辅助动力装置30的动力稳定地供给至原动机10。进一步来说，若驱动电动马达主体33的电力是利用排气的能量所发的电力，则由于能够有效地利用原动机10的排气，可以高效率地运行原动机10。

（第四实施形态）

接着，参照图4说明根据本发明的第四实施形态的原动机系统400。根据本实施形态的原动机400，在作为辅助动力装置30由动力涡轮机和电动马达构成这点上，与根据第一实施形态的原动机系统100的结构不同。关于其他方面，与根据第一实施形态的原动机系统100的结构基本相同。更具体来说如下所述。

如上所述，本实施形态的辅助动力装置30由动力涡轮机和电动马达构成。辅助动力装置30具有涡轮部31、连接于涡轮部31的输出轴32、电动马达主体33以及连接于电动马达主体33的输出轴34，分别与在第一实施形态和第三实施形态中说明的涡轮部31、输出轴32、电动马达主体33以及输出轴34相同。动力涡轮机侧的输出轴32随着涡轮部31的旋转而旋转，将在涡轮部31生成的动力输出至连接齿轮40。又，电动马达侧的输出轴34随着电动马达主体33的旋转而旋转，将在电动马达主体33生成的动力输出至连接齿轮40。

在本实施形态中，在涡轮部31上，通过排气管路17从原动机10的排气管13供给排气，通过排气的速度能量旋转驱动涡轮部31。又，在电动马达主体33上，供给通过与原动机10分开设置于船内的发电机所发的电力，通过该电力旋转驱动电动马达主体33。

如根据本实施形态的原动机400，即使在辅助动力装置30由动力涡轮机和电动马达构成的情况下，若形成来自辅助动力装置30的动力通过连接齿轮40向与轴径比曲轴50小的旋转构件（凸轮轴60）传递的结构，则能够将连接齿轮40的大小抑制为较小。进一步来说，根据本实施形态的原动机系统400，可以得到通过利用排气驱动涡轮部31可以高效率地运行原动机10，且通过船内的发电机发电的电力驱动电动马达主体33，可以有效利用发动机产生的电力中的剩余电力的同时，不论原动机10的状况都可以从辅助动力装置30将稳定的动力供给至连接齿轮40这两个好处。

以上，参照附图说明了根据本发明的第一～第四实施形态，但是具体的结构不在这些实施形态中限定，即使有在不脱离该发明的宗旨的范围的设计的变更等也包含于本发明。例如，在以上说明了作为辅助动力装置30，使用动力涡轮机、使用电动马达以及同时使用这些，但是辅助动力装置不限于此。例如，使用油压马达作为辅助动力装置等，使用上述以外的装置作为辅助动力装置的装置也包含于本发明。

又，在以上连接齿轮40由减速机41和增设齿轮46构成，但是两者也可以一体化构成，又，若不需要减速机41则也可以省去减速机41构成连接齿轮。进一步来说，在以上作为连接齿轮40的一部分的增设齿轮46位于原动机10的内侧，但是连接齿轮40在功能上也可以介于辅助动力装置30与原动机10之间，关于连接齿轮40的具体设置位置不作特别限定。

又，以上说明的第三实施形态是将第一实施形态的辅助动力装置30从动力涡轮机代替电动马达的实施形态，第四实施形态是在第一实施形态的辅助动力装置30上增加电动马达的实施形态。另外，将第二实施形态的辅助动力装置30从动力涡轮机代替电动马达的形态，或在第二实施形态的辅助动力装置30上增加电动马达的形态也包含于本发明。

又，在以上说明了各原动机系统100、200、300、400搭载于船舶的情况，但是搭载于船舶用途以外的原动机系统也包含于本发明。例如，驱动发电机用的原动机系统，也包含于本发明。

工业应用性

如果采用根据本发明的原动机系统，则由于能够将介于原动机和辅助动力装置之间的连接齿轮的大小抑制为较小，因此在具备辅助动力装置的原动机系统的技术领域上是有利的。

符号说明

10   原动机；

20   增压器；

30   辅助动力装置；

31   涡轮部；

33   电动马达主体；

40   连接齿轮；

50   曲轴；

60    凸轮轴（旋转构件）；

62    开闭阀（控制驱动机器）；

70    工作油升压用泵（控制驱动机器）；

80    连接机构；

84    旋转轴（旋转构件）；

100、200、300、400     原动机系统。 

Claims (12)

1.一种原动机系统，其特征在于，具备：

具有通过曲轴和该曲轴的动力来旋转的旋转构件的原动机；

生成动力、将生成的动力供给给所述原动机的辅助动力装置；以及

介于所述原动机与所述辅助动力装置之间、将来自所述辅助动力装置的动力传递给所述原动机的连接齿轮；

所述旋转构件，转速比所述曲轴大和/或轴径比所述曲轴小，

来自所述辅助动力装置的动力通过所述连接齿轮传递给所述旋转构件。

2.根据权利要求1所述的原动机系统，其特征在于，

所述原动机具有控制该原动机用的控制驱动机器，

所述旋转构件将来自所述曲轴的动力传递至所述控制驱动机器以驱动该控制驱动机器。

3.根据权利要求2所述的原动机系统，其特征在于，所述控制驱动机器是使控制油压驱动机器用的工作油的压力上升的工作油升压用泵。

4.根据权利要求2所述的原动机系统，其特征在于，所述控制驱动机器是使润滑油的压力上升的润滑油升压用泵。

5.根据权利要求2所述的原动机系统，其特征在于，

所述控制驱动机器是设置于所述原动机内的汽缸上的开闭阀，

所述旋转构件是控制所述开闭阀的凸轮轴。

6.根据权利要求1～5中的任一项所述的原动机系统，其特征在于，所述辅助动力装置利用所述原动机的排气具有的能量来驱动。

7.根据权利要求1～5中的任一项所述的原动机系统，其特征在于，所述辅助动力装置由通过所述原动机的排气来旋转驱动的动力涡轮机构成。

8.根据权利要求7所述的原动机系统，其特征在于，

还具备向所述原动机供给压缩空气的增压器，

所述动力涡轮机独立于所述增压器设置。

9.根据权利要求1～5中的任一项所述的原动机系统，其特征在于，所述辅助动力装置由通过与所述原动机分开地在船内设置的发电机发电的电力来驱动的电动马达构成。

10.根据权利要求1～5中的任一项所述的原动机系统，其特征在于，所述辅助动力装置由通过所述原动机的排气具有的能量发电的电力来驱动的电动马达构成。

11.根据权利要求1～5中的任一项所述的原动机系统，其特征在于，所述辅助动力装置由通过所述原动机的排气来旋转驱动的动力涡轮机和与通过所述原动机分开地在船内设置的发电机发电的电力来驱动的电动马达构成。

12.一种具备根据权利要求1～11中的任一项所述的原动机系统的船舶。

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