JP2014234863A - 内燃機関の動力回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】種々の補機類が輻輳して配設されているエンジン周りにおけるとり回しを容易にすることができる、内燃機関の動力回収装置を提供する。【解決手段】内燃機関１と、内燃機関のクランク軸４に連結されて回転駆動される固定容量型の第１油圧ポンプ１３と、油圧回路３０により第１油圧ポンプに接続されて回転駆動される可変容量型の第２油圧ポンプ１４と、第２油圧ポンプに連結されて回転駆動されて発電を行なう発電機１５と、第２油圧ポンプの作動を制御するコントローラ２０とを備える。コントローラは、第２油圧ポンプの容量を変化させてクランク軸の変動に拘わらず、一定の回転数で発電機を回転駆動する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の動力回収装置に関する。

従来、例えば船舶用、発電用等のディーゼルエンジンやガスエンジンでは、エンジンのクランク軸に直接あるい変速機等を介して発電機を取り付け、この発電機により船内用等の発電を行うことが一般的に行われている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２１４４５８号公報（第１図）

しかしながら、従来の内燃機関の動力回収装置において、発電機はエンジンのクランク軸に直接あるいは変速機等を介して機械的に連結されている。したがって、その変速機等や発電機は内燃機関近傍の特定箇所に設置する必要があり、種々の補機類が輻輳して配設されているエンジン周りにおいて、大きなスペースが必要になるという問題がある。

また、エンジンの回転数の変動によって発電周波数も大きく変動する。このため、発電機で発生した電気は、インバータによって所定の周波数に周波数変換する必要があり、このインバータの設置がコスト高を招いている。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、種々の補機類が輻輳して配設されているエンジン周りにおけるとり回しを容易にすることができる、内燃機関の動力回収装置を提供することを課題とする。併せて、コスト削減を図ることができる内燃機関の動力回収装置を提供することを課題とする。

上述の課題を解決するために、本発明の内燃機関の動力回収装置は、内燃機関と、内燃機関のクランク軸に連結されて回転駆動される固定容量型の第１油圧ポンプと、油圧回路により第１油圧ポンプに接続されて回転駆動される可変容量型の第２油圧ポンプと、第２油圧ポンプに連結されて回転駆動されて発電を行なう発電機と、第２油圧ポンプの作動を制御するコントローラとを備える。

内燃機関のクランク軸に連結される第１ポンプは固定容量型であるから小型軽量であると共に、第１ポンプと油圧回路で接続される大型で重い可変容量型の第２ポンプ及び発電機は、必ずしも内燃機関の近傍に配置する必要がなくなり、種々の補機類が輻輳して配設される内燃機周りにおけるとり回しが極めて容易になる。特に、発電機は油圧ポンプの２倍程度の大きさがあり、大きい発電機の配置の自由度が増加するので、補機類の配置を検討する上で有利になる。

上記内燃機関の動力回収装置において、コントローラは、第２油圧ポンプの容量を変化させて、クランク軸の変動に拘わらず一定の回転数で発電機を回転駆動することが望ましい。

コントローラは、可変容量型の第２油圧ポンプの容量を変化させて、クランク軸の回転
数の変動に拘わらず一定の回転数で発電機を回転駆動することにより、発電機は常に一定周波数の電気を発生させることができる。これにより、従来は必要であったインバータを排除することができ、大幅なコスト削減を図ることができる。

上記内燃機関の動力回収装置において、油圧回路は、第１油圧ポンプの吐出口と第２油圧ポンプの吸入口とを接続する第１油路と、第１油圧ポンプの吸入口と第２油圧ポンプの吐出口とを接続する第２油路と、第１油路と第２油路との間に介装された開閉弁とを備えることが望ましい。

このように、油圧回路を形成することにより、内燃機関のクランク軸の動力により油圧を介して発電機を回転駆動させるようになる。

上記内燃機関の動力回収装置において、コントローラは、発電機により発電を行うときは開閉弁を閉弁させ、発電機により発電を行わないときは開閉弁を開弁させることが望ましい。

上記油圧回路において、開閉弁を操作することにより発電の有無の選択が可能になる。開閉弁を開弁させると、第１油圧ポンプと開閉弁との間で循環路が形成されて、クランク軸によって回転駆動されている第１油圧ポンプは空転する。

本発明の内燃機関の動力回収装置は、内燃機関と、内燃機関のクランク軸に連結されて回転駆動される固定容量型の第１油圧ポンプと、油圧回路により第１油圧ポンプに接続されて回転駆動される可変容量型の第２油圧ポンプと、第２油圧ポンプに連結されて回転駆動されて発電を行なう発電機と、第２油圧ポンプの作動を制御するコントローラとを備えるから、内燃機関のクランク軸に連結される第１ポンプは固定容量型であるから小型軽量であると共に、第１ポンプと油圧回路で接続される大型で重い可変容量型の第２ポンプ及び発電機は必ずしも内燃機関の近傍に配置する必要がなくなり、種々の補機類が輻輳して配設される内燃機周りにおけるとり回しが容易になるという優れた効果を奏する。

併せて、コントローラは、可変容量型の第２油圧ポンプの容量を変化させてクランク軸の回転数の変動に拘わらず一定の回転数で発電機を回転駆動するから、発電機は常に一定周波数の電気を発生させることができ、これにより従来は必要であったインバータを排除することができ、コスト削減を図ることができるという、格別の効果を奏する。

本発明の内燃機関の動力回収装置の発明の実施の形態を示すブロック図である。 図１の内燃機関の動力回収装置の作動を示す簡略図である。 図１の内燃機関の動力回収装置の、時間経過に対する油圧、回収動力、発電周波数、電力需要の相互関係を示すグラフである。

本発明に係る内燃機関の動力回収装置を実施するための形態を、図１及び図３を参照して詳細に説明する。

図１の符号１は、一例としての、船舶に搭載される推進用の主ディーゼルエンジン（内燃機関）を示し、エンジン１は、排気ガスにより回転駆動されて給気をエンジン１へ過給
する過給機５を備えている。過給機５は圧縮機６とタービン７とからなり、圧縮機６とタービン７は回転軸８で連結される。エンジン１の排気ガスにより排気管２を介してタービン７が回転駆動され、タービン７によって圧縮機６が回転する。

これによりエンジンの給気密度が高められて、給気管３を介して給気がエンジン１へ供給され、エンジン出力が向上する。なお、エンジンは必ずしも船舶用エンジンに限定されるものではなく、形式もディーゼルエンジンに限定されるものではない。必ずしも過給機５を備えた物に限定されるものではない。

エンジン１のクランク軸４に、固定容量型の第１油圧ポンプ１３が連結されて、クランク軸４の動力により回転駆動される。第１油圧ポンプ１３とは別に、可変容量型の第２油圧ポンプ１４が配設される。第１油圧ポンプ１３及び第２油圧ポンプ１４は、油圧回路３０を介して接続される。

第１油圧ポンプ１３の吐出口１３ａと第２油圧ポンプ１４の吸入口１４ｂとが第１油路３１により接続される。第１油圧ポンプ１３の吸入口１３ｂと第２油圧ポンプ１４の吐出口１４ａとが第２油路３２により接続される。

第１油圧ポンプ１３の吐出口１３ａと第２油圧ポンプ１４の吸入口１４ｂとの間の第１油路３１と、第１油圧ポンプ１３の吸入口１３ｂと第２油圧ポンプ１４の吐出口１４ａとの間の第２油路３２との間に、開閉弁３３が配設される。

第２油圧ポンプ１４には、発電機１５と作動油供給ポンプ１６が同軸に連結される。作動油供給ポンプ１６は第２油圧ポンプ１４により回転駆動されて、作動油タンク１７からの油圧を油圧供給路１８、逆止弁４１，４２をそれぞれ介して、第１油路３１及び第２油路３２にそれぞれ供給する。

油圧ポンプ１３，１４は、ポンプ軸より回転駆動されればそれぞれ油圧ポンプとして作動し、油圧により回転駆動されればそれぞれ油圧モータとして作動するもので、名称の簡略化のため本発明では単に油圧ポンプとしている。また、油圧ポンプ１４の容量可変部の可変機構としては、例えば、斜板式や斜軸式など様々なものがある。

本動力回収装置を制御するためのコントローラ２０が配設され、コントローラ２０は、第２油圧ポンプ１４の可変機構部と電気的に接続されてこれを制御し、第２油圧ポンプ１４の容量を変化させることができる。上述の開閉弁３３もコントローラ２０に電気的に接続されて、その開閉が制御される。

第１油路３１と第２油路３２との間には、相互に対向するように２つのリリーフ弁４３、４４が配設され、第１油路３１と第２油路３２の油圧が一定値以上になると開弁して、高圧の油圧をそれぞれ対応する逆止弁４２又は逆止弁４１を通して他方の第２油路３２又は第１油路３１へ逃がし、第１油路３１と第２油路３２との間の油圧の平滑化を図る。また、第２油路３２の油圧が一定値以上の場合には、リリーフ弁４６、フィルタ４７、熱交換器４８を介して、作動油が作動油タンク１７に流れる。このとき、熱交換器４８で作動油が冷却される。

次に、本内燃機関の動力回収装置の作動について説明する。発電機１５により発電を行なう場合には、コントローラ２０は開閉弁３３を閉弁させる。これにより第１油圧ポンプ１３と第２油圧ポンプ１４との間に、第１油路３１及び第２油路３２を介して油圧の循環路が形成され、第１油圧ポンプ１３により発生した高圧作動油が第２油圧ポンプ１４へ供給され、第２油圧ポンプ１４を回転駆動させる。

このとき、コントローラ２０が可変容量型の第２油圧ポンプ１４の回転数を一定に保持する。したがって、発電機１５はクランク軸の回転数の変動にも拘わらず、常に一定周波数の電気を発生させる。図２に上記状態が模式的に表されている。また、図３に示すように、電力需要、油圧、回収動力は時間経過に応じて相互に対応して変動するが、発電機１５は常に一定の回転数で回転して一定周波数の発電を行なう。

発電機１５により発電を行なわない場合には、コントローラ２０は開閉弁３３を開弁させる。これにより、第１油圧ポンプ１３で発生した油圧は、開閉弁３３を通って再び第１油圧ポンプ１３に戻される油圧の循環路が形成される。つまり、第１油圧ポンプ１３は空回り状態となり、発電機１５は発電を行わない。

このように、本内燃機関の動力回収装置は、内燃機関１と、内燃機関１のクランク軸４に連結されて回転駆動される固定容量型の第１油圧ポンプ１３と、油圧回路３０により第１油圧ポンプ１３に接続されて回転駆動される可変容量型の第２油圧ポンプ１４と、第２油圧ポンプ１４に連結されて回転駆動されて発電を行なう発電機１５と、第２油圧ポンプ１４の作動を制御するコントローラ２０とを備える。

したがって、内燃機関１のクランク軸４に連結される第１ポンプ１３は固定容量型であるから小型軽量であると共に、第１ポンプ１３と油圧回路３０で接続される大型で重い可変容量型の第２ポンプ１４及び発電機１５は、必ずしも内燃機関の近傍に配置する必要がなくなり、種々の補機類が輻輳して配設される内燃機周りにおけるとり回しが容易になる。特に、発電機は油圧ポンプの２倍程度の大きさがあり、この大きい発電機の配置の自由度が増加するので、補機類の配置を検討する上で有利になる。

また、コントローラ２０は、可変容量型の第２油圧ポンプ１４の容量を変化させて、クランク軸４の回転数の変動に拘わらず一定の回転数で発電機１５を回転駆動するから、発電機１５は常に一定周波数の電気を発電することができる。これにより従来は必要であったインバータを排除することができ、大幅なコスト削減を図ることができる。

なお、上述の内燃機関の過給機動力回収装置は一例にすぎず、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の内燃機関の動力回収装置は、必ずしも上述の船舶用、発電用等のディーゼルエンジンに限定して利用されるものではなく、他の用途及び形式のエンジンにも広く利用することができる。

１ エンジン
２ 排気管
３ 給気管
４ クランク軸
５ 過給機
６ 圧縮機
７ タービン
８ 回転軸
１３ 第１油圧ポンプ
１４ 第２油圧ポンプ
１３ａ，１４ａ 吐出口
１３ｂ，１４ｂ 吸入口
１５ 発電機
１６ 作動油供給ポンプ
１７ 作動油タンク
１８ 油圧供給路
２０ コントローラ
３０ 油圧回路
３１ 第１油路
３２ 第２油路
３３ 開閉弁
４１，４２ 逆止弁
４３，４４ リリーフ弁
４６ リリーフ弁
４７ フィルタ
４８ 熱交換器

Claims (4)

1. 内燃機関（１）と、前記内燃機関のクランク軸（４）に連結されて回転駆動される固定容量型の第１油圧ポンプ（１３）と、油圧回路（３０）により前記第１油圧ポンプに接続されて回転駆動される可変容量型の第２油圧ポンプ（１４）と、前記第２油圧ポンプに連結されて回転駆動されて発電を行なう発電機（１５）と、前記第２油圧ポンプの作動を制御するコントローラ（２０）とを備えたことを特徴とする内燃機関の動力回収装置。
2. 前記コントローラ（２０）は、前記第２油圧ポンプ（１４）の容量を変化させて前記クランク軸（４）の変動に拘わらず一定の回転数で発電機（１５）を回転駆動することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の動力回収装置。
3. 前記油圧回路（３０）は、前記第１油圧ポンプ（１３）の吐出口（１３ａ）と前記第２油圧ポンプ（１４）の吸入口（１４ｂ）とを接続する第１油路（３１）と、前記第１油圧ポンプの吸入口（１３ｂ）と前記第２油圧ポンプの吐出口（１４ａ）とを接続する第２油路（３２）と、前記第１油路と前記第２油路との間に介装された開閉弁（３３）とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の動力回収装置。
4. 前記コントローラ（２０）は、前記発電機（１５）により発電を行うときは前記開閉弁（３３）を閉弁させ、前記発電機により発電を行わないときは前記開閉弁（３３）を開弁させることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の動力回収装置。

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