CN111886406A - 船舶用发动机 - Google Patents

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Abstract

一种船舶用发动机，具备：空气控制部，在全速后退信号被输出之后(时刻t2)，在活塞的上升行程中将压缩空气供给至燃烧室；燃料控制部，如果全速后退信号被输出，则停止燃料向燃烧室的供给，在曲轴的逆旋转之后(时刻t3)再次开始燃料的供给；以及压缩比控制部，在全速后退信号被输出、活塞的上止点位置比预先设定的既定位置更位于下止点位置侧时(时刻tc)，使上止点位置向与下止点位置相反的一侧移动。

Description

船舶用发动机
技术领域
本公开涉及船舶用发动机。本申请主张基于在2018年3月16日提出的日本专利申请第2018-050006号的优先权的利益，将其内容援引于本申请中。
背景技术
在发动机中，开发了变更活塞的上止点位置的技术。例如，在专利文献1中，记载了搭载于车辆的发动机，使活塞的上止点位置向与下止点位置相反的一侧移动，从而使泵损失增加。由于泵损失的增加，制动力上升。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5874236号公报。
发明内容
发明要解决的课题
可是，在船舶用发动机中，在紧急时输出指示快速停止的全速后退(crash astern)信号。在此情况下，要求更加迅速的停船。
本公开鉴于这样的课题，其目的在于，提供能够谋求紧急时的停船的迅速化的船舶用发动机。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，本公开的一方式所涉及的船舶用发动机具备：空气控制部，在全速后退信号被输出之后，在活塞的上升行程中将压缩空气供给至燃烧室；燃料控制部，如果全速后退信号被输出，则停止燃料向燃烧室的供给，在曲轴的逆旋转之后再次开始燃料的供给；以及压缩比控制部，在全速后退信号被输出、活塞的上止点位置比预先设定的既定位置更位于活塞的下止点位置侧时，使活塞的上止点位置向与下止点位置相反的一侧移动。
船舶用发动机也可以具备排气控制部，如果全速后退信号被输出，则排气控制部使排气阀被开阀的曲柄角在活塞的下降行程的范围内提前。
发明的效果
依据本公开的船舶用发动机，能够谋求紧急时的停船的迅速化。
附图说明
图1是示出船舶用发动机的整体构成的说明图。
图2是提取活塞杆与十字头销的联接部分的提取图。
图3是用于对压缩空气的供给构造进行说明的图。
图4是船舶用发动机的功能框图。
图5(a)是用于说明紧急停船的图。图5(b)是用于说明比较例的图。
图6是用于说明活塞所导致的燃烧室内的气体的压缩压力的图。
图7是示出紧急时的停船处理的流程的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图并同时对本公开的实施方式详细地说明。实施方式中示出的尺寸、材料及其它具体数值等只不过是用于使理解变得容易的例示，除了特别阐明的情况以外，都不限定本公开。此外，在本说明书和附图中，通过对实质上具有相同的功能、构成的要素标记相同的符号，从而省略重复说明。另外，与本公开无直接关系的要素省略图示。
图1是示出船舶用发动机100的整体构成的说明图。如图1所示，船舶用发动机100包括汽缸110、活塞112、活塞杆114、十字头116、连杆118、曲轴120、汽缸盖122、排气阀箱124、燃烧室126、排气阀128、排气阀驱动装置130、排气管132、扫气积存部134、冷却器136、汽缸套138以及燃料喷射阀140而构成。
在汽缸110内，设有活塞112。活塞112在汽缸110内往复移动。活塞杆114的一端安装于活塞112。十字头116的十字头销150联接至活塞杆114的另一端。十字头116与活塞112一起往复移动。通过导靴116a限制十字头116的图1中左右方向(与活塞112的冲程方向垂直的方向)的移动。
十字头销150被在连杆118的一端设置的十字头轴承118a轴支承。十字头销150支撑连杆118的一端。活塞杆114的另一端和连杆118的一端经由十字头116连接。
连杆118的另一端联接至曲轴120。曲轴120能够相对于连杆118旋转。如果伴随着活塞112的往复移动，十字头116往复移动，则曲轴120旋转。在曲轴120附近，设有曲柄角传感器S。曲柄角传感器S检测曲柄角。
汽缸盖122设于汽缸110的上端。排气阀箱124插入贯通至汽缸盖122。排气阀箱124的一端面向活塞112。排气端口124a开口于排气阀箱124的一端。排气端口124a开口于燃烧室126。燃烧室126被汽缸盖122、汽缸110以及活塞112围绕，形成于汽缸110的内部。
在汽缸盖122，设有空气端口122a。空气端口122a的一端开口于燃烧室126。空气端口122a的另一端与后述的气泵190连通。
排气阀128的阀体位于燃烧室126。在排气阀128的杆部，安装有排气阀驱动装置130。排气阀驱动装置130配设于排气阀箱124。排气阀驱动装置130使排气阀128沿活塞112的冲程方向移动。
如果排气阀128向活塞112侧移动而开阀，则在汽缸110内产生的燃烧后的排出气体从排气端口124a排出。在排气后，排气阀128向排气阀箱124侧移动，排气端口124a闭阀。
排气管132安装于排气阀箱124和增压器C。排气管132的内部与排气端口124a和增压器C的涡轮连通。从排气端口124a排出的排出气体在通过排气管132供给至增压器C的涡轮之后，被排出至外部。
另外，通过增压器C的压缩机对活性气体加压。在此，活性气体是例如空气。加压的活性气体在扫气积存部134中通过冷却器136冷却。汽缸110的下端被汽缸套138围绕。在汽缸套138的内部，形成有扫气室138a。冷却后的活性气体被压入至扫气室138a。
在汽缸110的下端侧，设有扫气端口110a。扫气端口110a是从汽缸110的内周面贯通至外周面的孔。沿汽缸110的周向方向隔离而设有多个扫气端口110a。
如果活塞112移动至比扫气端口110a更靠近下止点侧，则活性气体通过扫气室138a与汽缸110内的差压而从扫气端口110a被吸入至汽缸110内。
另外，在汽缸盖122，设有燃料喷射阀140。燃料喷射阀140的顶端朝向燃烧室126侧。燃料喷射阀140将液体燃料(燃料油)喷出至燃烧室126。液体燃料燃烧，通过其膨胀压力而活塞112往复移动。
图2是提取活塞杆114与十字头销150的联接部分的提取图。如图2所示，在十字头销150中的活塞112侧的外周面，形成有平面部152。平面部152沿相对于活塞112的冲程方向大致垂直的方向延伸。
在十字头销150，形成有销孔154。销孔154开口于平面部152。销孔154从平面部152沿着冲程方向向延伸至曲轴120侧(图2中的下侧)。
在十字头销150的平面部152，设有盖部件160。盖部件160通过紧固部件162安装于十字头销150的平面部152。盖部件160覆盖销孔154。在盖部件160，设有沿冲程方向贯通的盖孔160a。
活塞杆114具有大直径部114a和小直径部114b。大直径部114a的外径比小直径部114b的外径更大。大直径部114a形成于活塞杆114的另一端。大直径部114a插入贯通至十字头销150的销孔154。小直径部114b比大直径部114a更形成于活塞杆114的一端侧。小直径部114b插入贯通至盖部件160的盖孔160a。
液压室154a形成于销孔154的内部。销孔154由大直径部114a沿冲程方向分隔。液压室154a是由大直径部114a分隔的销孔154的底表面154b侧的空间。
油路156的一端开口于底表面154b。油路156的另一端开口于十字头销150的外部。液压配管170连接至油路156的另一端。液压泵172与液压配管170连通。在液压泵172与油路156之间设有止回阀174。通过止回阀174抑制工作油从油路156侧向液压泵172侧的流动。工作油从液压泵172经由油路156被压入至液压室154a。
另外，在液压配管170中的油路156与止回阀174之间，连接有分支配管176。在分支配管176，设有切换阀178。切换阀178是例如电磁阀。在液压泵172的工作中，切换阀178闭阀。在液压泵172的停止中，如果切换阀178开阀，则工作油从液压室154a排出至分支配管176侧。切换阀178中的与油路156相反的一侧与未图示的油罐连通。所排出的工作油存积于油罐。油罐将工作油供给至液压泵172。
根据液压室154a的工作油的油量，大直径部114a沿冲程方向滑动于销孔154的内周面。其结果是，活塞杆114沿冲程方向移动。活塞112与活塞杆114一体地移动。如此，活塞112的上止点位置变得可变。
即，船舶用发动机100具备压缩比可变机构V。压缩比可变机构V包括上述的液压室154a和活塞杆114的大直径部114a而构成。压缩比可变机构V使活塞112的上止点位置移动，从而使压缩比变得可变。
在此，对设有一个液压室154a的情况进行了说明。可是，由大直径部114a分隔的销孔154中的盖部件160侧的空间也可以作为液压室。该液压室也可以与液压室154a并用，也可以单独地使用。
图3是用于对压缩空气的供给构造进行说明的图。在船舶用发动机100中，如图3所示，包括气泵190、空气配管192、蓄能器194、空气阀196而构成。气泵190通过空气配管192连接至汽缸盖122的空气端口122a。
在空气配管192，设有蓄能器194。气泵190将从外部吸引的空气压缩并送出至蓄能器194。所送出的压缩空气存储(蓄压)于蓄能器194。在空气配管192中的蓄能器194与空气端口122a之间，设有空气阀196。空气阀196是例如电磁阀。
蓄压于蓄能器194的压缩空气用于船舶用发动机100的起动和紧急时的停船。后面对压缩空气进行描述。
图4是船舶用发动机100的功能框图。在图4中，主要示出与压缩比可变机构V、燃料喷射阀140、空气阀196的控制有关的构成。如图4所示，船舶用发动机100具备控制装置200。控制装置200由例如ECU(Engine Control Unit，发动机控制单元)构成。控制装置200由中央处理装置(CPU)、存储有程序等的ROM、作为工作区的RAM等构成，控制船舶用发动机100整体。另外，控制装置200作为压缩比控制部202、燃料控制部204、排气控制部206、空气控制部208起作用。
压缩比控制部202控制液压泵172和切换阀178，使活塞112的上止点位置移动。例如，在通常航行时，压缩比控制部202控制活塞112的上止点位置，以便成为根据运转条件决定的压缩比。
燃料控制部204控制燃料喷射阀140而控制燃料的喷射量和喷射时机。例如，在通常航行时，燃料控制部204控制燃料喷射阀140，以便成为根据运转条件决定的燃料的喷射量和喷射时机。
排气控制部206控制排气阀驱动装置130而使排气阀128开闭。例如，在通常航行时，排气控制部206控制排气阀驱动装置130，以便成为根据运转条件决定的排气阀128的开阀时机和闭阀时机。
空气控制部208控制空气阀196而将压缩空气供给至燃烧室126。例如，在船舶用发动机100的起动时，空气控制部208将压缩空气供给至燃烧室126。如果曲轴120的旋转开始，则空气控制部208在促进曲轴120的正转方向(船舶前进的旋转方向)的旋转的时机，将压缩空气供给至燃烧室126。即，空气控制部208在活塞112的下降行程中将压缩空气供给至燃烧室126。活塞112被压缩空气按压而沿冲程方向移动。如此，在使活塞112的往复移动开始之后，通过燃料喷射阀140喷射燃料。
另外，船舶用发动机100具备信号输出部210。信号输出部210例如由紧急按钮等操作装置构成。信号输出部210根据操作输入而输出全速后退信号。全速后退信号是指示船舶用发动机100的紧急停船的信号。在此，对信号输出部210根据操作输入而输出全速后退信号的情况进行了说明。可是，例如如果通过各种传感器输出而判定为紧急停船是必需的，则信号输出部210也可以输出全速后退信号。
图5(a)是用于说明紧急停船的图。图5(b)是用于说明比较例的图。如图5(a)所示，在以前进转速n1(以下，将前进方向的发动机转速称为前进转速)航行中，全速后退信号被输出(时刻t1)。燃料控制部204立即停止燃料向燃烧室126的供给。
另外，在时刻t1，存在提高压缩比的余地。即，活塞112的上止点位置比在可动范围内压缩比最高的位置更位于下止点位置侧。压缩比控制部202在依然将切换阀178闭阀的情况下，使液压泵172工作。如此，开始工作油向液压室154a的压入。在时刻tc，压入完成，活塞112的上止点位置最大程度地移动至排气阀128侧。即，压缩比变得最高。
图6是用于说明活塞112所导致的燃烧室126内的气体的压缩压力的图。与如图6中由虚线示出那样地压缩比低的情况相比，在如由实线示出那样地压缩比高的情况下，活塞112的上升行程中的活塞112的作功量变大(泵损失)。相应地，制动力上升，发动机转速的下降速度上升。
另外，在上述时刻t1，排气阀128被开阀的曲柄角是曲柄角EO。如果全速后退信号被输出，则排气控制部206使排气阀128被开阀的曲柄角在活塞112的下降行程的范围内提前(例如，曲柄角EO’)。
在活塞112的下降行程中，燃烧室126内的空气膨胀并同时按压活塞112。相应地，发动机转速的下降被阻止。如上所述，如果使排气阀128被开阀的曲柄角提前，则与曲柄角EO和曲柄角EO’的差分角X相应地，燃烧室126内的空气按压活塞112的作功量减少(图6中，以交叉影线示出减少部分的一个示例)。相应地，发动机转速的下降速度上升。
在图5(a)所示的时刻t2，前进转速n2不足预先设定的第一阈值。空气控制部208在促进曲轴120的逆转方向(船舶后退的旋转方向)的旋转的时机，将压缩空气供给至燃烧室126。即，空气控制部208在活塞112的上升行程中，将压缩空气供给至燃烧室126。
由于压缩空气而发动机转速的下降速度进一步上升，如果在时刻t3发动机转速大约成为0，则进行船舶用发动机100的逆转操作，开始逆转运转。在船舶用发动机100开始逆转运转之后(在曲轴120的逆旋转之后)，船舶开始后退。排气控制部206使排气阀128被开阀的曲柄角倒退(延迟)。空气控制部208在活塞112的下降行程中将压缩空气供给至燃烧室126。压缩空气用于逆转方向的旋转起动。
如果后退转速(以下，将后退方向的发动机转速称为后退转速)超过预先设定的第二阈值，则燃料控制部204使燃料喷射阀140对燃料的喷射再次开始。在时刻t4，如果后退转速超过预先设定的第三阈值，则停止船舶用发动机100，船舶停船。
如上所述，在船舶用发动机100中，当全速后退信号被输出、存在提高压缩比的余地时，压缩比控制部202使活塞112的上止点位置向与下止点位置相反的一侧移动。另外，排气阀128被开阀的曲柄角提前。其结果是，制动力提高。另一方面，在图5(b)所示的比较例中，高压缩比化、排气阀128被开阀的曲柄角的提前中的任一个都未进行。与这样的比较例的时刻t2’、t3’、t4’相比，图5(a)所示的时刻t2、t3、t4提早。如此，谋求了紧急时的停船的迅速化。
另外，压缩比控制部202在开始逆转运转后也维持高压缩比。因此，燃烧室126的容积被维持得依然小，压缩空气的消耗量被抑制。其结果是，气泵190的耗能被抑制。而且，由于在开始逆转运转时为高压缩比，因而燃料的着火性提高，谋求了稳定化。
在此，对如下情况进行了说明：压缩比控制部202在存在提高压缩比的余地时，使活塞112的上止点位置向与下止点位置相反的一侧移动。可是，压缩比控制部202也可以在活塞112的上止点位置比预先设定的既定位置更位于下止点位置侧时，使活塞112的上止点位置向与下止点位置相反的一侧移动。即，作为预先设定的既定位置，也可以设定压缩比最高的位置，也可以设定压缩比其更低的位置。
图7是示出紧急时的停船处理的流程的流程图。图7所示的处理以既定周期重复执行。
燃料控制部204判定全速后退信号是否被输出(S300)。如果全速后退信号被输出(S300中的“是”)，则将处理转移至S302。如果全速后退信号未被输出(S300中的“否”)，则结束该停船处理。
燃料控制部204停止燃料向燃烧室126的供给(S302)。压缩比控制部202在存在提高压缩比的余地的情况下，将活塞112的上止点位置最大程度地移动至排气阀128侧(作为最高压缩比)(S304)。
排气控制部206使排气阀128被开阀的曲柄角在活塞112的下降行程的范围内提前(S306)。
空气控制部208通过来自曲柄角传感器S的信号而判定前进转速是否不足第一阈值(S308)。在前进转速为第一阈值以上的情况下(S308中的“否”)，重复该S308。如果前进转速不足第一阈值(S308中的“是”)，则将处理转移至S310。
空气控制部208在活塞112的上升行程中，开始将压缩空气供给至燃烧室126的制动空气的供给(S310)。
燃料控制部204通过来自曲柄角传感器S的信号而判定发动机转速是否变为大约0(包括0的既定范围)(S312)。在发动机转速并非大约0的情况下(S312中的“否”)，重复该S312。在发动机转速大约为0的情况下(S312中的“是”)，将处理转移至S314。
排气控制部206使排气阀128被开阀的曲柄角倒退(延迟)(S314)。空气控制部208在活塞112的下降行程中，开始将压缩空气供给至燃烧室126的起动空气的供给(S316)。
燃料控制部204通过来自曲柄角传感器S的信号而判定后退转速是否比第二阈值更大(S318)。在后退转速为第二阈值以下的情况下(S318中的“否”)，重复该S318。在后退转速比第二阈值更大的情况下(S318中的“是”)，将处理转移至S320。
燃料控制部204再次开始燃料向燃烧室126的供给(S320)。燃料控制部204通过来自曲柄角传感器S的信号而判定后退转速是否比第三阈值更大(S322)。在后退转速为第三阈值以下的情况下(S322中的“否”)，重复该S322。在后退转速比第三阈值更大的情况下(S322中的“是”)，将处理转移至S324。
控制装置200进行停船处理(S324)。例如，燃料控制部204停止燃料向燃烧室126的供给。空气控制部208停止压缩空气向燃烧室126的供给。
以上，参照附图并同时对一个实施方式进行了说明，但本公开当然不限定于上述实施方式。只要是本领域技术人员，就了解到，显然能够在权利要求书所记载的范畴内想到各种变更例或修正例，关于这些示例，当然也属于本公开的技术范围。
例如，在上述的实施方式中，举例说明了二冲程型、单流扫气式、十字头型的船舶用发动机100。可是，发动机的种类不限于二冲程型、单流扫气式、十字头型。只要至少是船舶用发动机即可。
另外，在上述的实施方式中，对使用液体燃料的情况进行了说明。可是，也可以使用例如气体燃料。在此情况下，除了燃料喷射阀140之外，还在扫气端口110a附近或者在汽缸110中的从扫气端口110a直至汽缸盖122的部位，设有气体燃料喷射阀。燃料气体在从气体燃料喷射阀喷射之后，流入至汽缸110内。如果从燃料喷射阀140喷射少量的液体燃料，则由于其燃烧热，燃料气体和活性气体的混合气体着火而燃烧。燃料气体是使LNG、LPG(液化石油气)、轻油、重油等气化后的气体。另外，船舶用发动机100也可以是例如将气体燃料和液体燃料分开使用的双燃料型。
另外，在上述的实施方式中，对如下情况进行了说明：如果全速后退信号被输出，则排气控制部206使排气阀128被开阀的曲柄角在活塞112的下降行程的范围内提前。但是，排气控制部206也可以不变更排气阀128被开阀的曲柄角。
另外，在上述的实施方式中，示出了压缩比可变机构V的一个示例，但是如果压缩比可变机构能够改变活塞112的上止点位置而变更压缩比，则也可以是任意的构成。例如，也可以代替液压泵172而设有如日本特开2016-211462号公报所记载那样的液压产生装置。
另外，由于在船舶用发动机100的起动时或低负荷时，未充分地确保增压器C的输出，因而使用电动式的辅助鼓风机直至中等负荷程度。在船舶用发动机100的起动时或低负荷时，通过压缩比可变机构V而成为高压缩比，从而即使是少量的活性气体，也抑制燃烧的质量的下降。因此，能够减少辅助鼓风机的使用量而削减消耗电力。另外，辅助鼓风机的额定风量较小即可，因而谋求辅助鼓风机的小型化、将电力供给至辅助鼓风机的发电机和该发电机的驱动机器的小型化。
产业上的可利用性
本公开能够利用于船舶用发动机。
符号说明
100：船舶用发动机
112：活塞
202：压缩比控制部
204：燃料控制部
206：排气控制部
208：空气控制部。

Claims (2)

1.一种船舶用发动机，具备：
空气控制部，在全速后退信号被输出之后，在活塞的上升行程中将压缩空气供给至燃烧室；
燃料控制部，如果所述全速后退信号被输出，则停止燃料向所述燃烧室的供给，在曲轴的逆旋转之后再次开始所述燃料的供给；以及
压缩比控制部，在所述全速后退信号被输出、所述活塞的上止点位置比预先设定的既定位置更位于所述活塞的下止点位置侧时，使所述活塞的上止点位置向与所述下止点位置相反的一侧移动。
2.根据权利要求1所述的船舶用发动机，其特征在于，具备排气控制部，如果所述全速后退信号被输出，则所述排气控制部使排气阀被开阀的曲柄角在所述活塞的下降行程的范围内提前。
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