KR101927649B1

KR101927649B1 - 액압 장치, 내연 기관 및 선박

Info

Publication number: KR101927649B1
Application number: KR1020177020202A
Authority: KR
Inventors: 사토루 무라타
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤; 가부시키가이샤 자판엔진코포레숀
Priority date: 2015-01-21
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2018-12-10
Also published as: CN107208624A; WO2016117156A1; JP2016133093A; KR20170096041A; CN107208624B; JP6452466B2

Abstract

보조기 펌프의 효율이 높은 영역을 사용한다. 내연 기관 (18) 의 동력에 의해 축압 작동하는 복수 대의 보조기 펌프 (41) 와, 각 보조기 펌프 (41) 에 의해 축압된 액압에 의해 구동되는 액압 구동부 (54) 와, 내연 기관 (18) 의 부하 상태에 따라, 소정의 부하보다 낮은 경우에는 보조기 펌프 (41) 의 가동 대수를 감소시키는 한편, 소정의 부하보다 높은 경우에는 보조기 펌프 (41) 의 가동 대수를 증가시키도록, 보조기 펌프 (41) 를 정지 또는 가동시키는 클러치 (44) 를 구비한다.

Description

액압 장치, 내연 기관 및 선박{HYDRAULIC DEVICE, INTERNAL COMBUSTION ENGINE, AND SHIP}

본 발명은, 내연 기관의 구동시에 복수의 보조기 펌프로 축압 (蓄壓) 한 액압에 의해, 예를 들어, 연료 펌프나 배기 밸브 구동용의 액추에이터와 같은 액압 구동부를 구동시키는 액압 장치, 내연 기관 및 선박에 관한 것이다.

내연 기관인 선박용 디젤 엔진, 특히 전자 (電子) 제어 엔진에서는, 액압 구동부로서의 연료 펌프 및 배기 밸브 구동용의 하부 동 (動) 밸브 장치 (액추에이터) 는, 보조기 펌프에 의해 축압된 작동유의 액압과, 전자 (電磁) 밸브에 의해 제어된다. 이와 같은 선박용 디젤 엔진은, 보조기 펌프에 관련된 손상시에 있어서도 용장성 (冗長性) 을 높이기 위해서 보조기 펌프를 복수 대 구비하고 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).

일본 공개특허공보 평10-331772호

보조기 펌프를 복수 대 구비하는 경우, 각 보조기 펌프는, 일부의 보조기 펌프가 손상되어도, 나머지 보조기 펌프로 선박용의 운항이 가능하도록, 보조기 펌프의 1 대당의 실제 운전시의 토출량을 최대 토출량에 대해 충분히 여유를 갖게 하여 설계된다. 예를 들어, 최대 토출량의 30 ％ ∼ 60 ％ 로 된다.

여기서, 선박용 디젤 엔진의 부하가 낮아지면 연료 분사량이 저하되기 때문에, 작동유의 필요량은 저하된다. 그리고, 최근의 선박에서는, 연료 소비량을 억제하기 위해서 감속 운항되는 경향이 되어, 실제 운전 상태에 있어서의 보조기 펌프의 1 대당의 토출량은 적어지고 있다. 예를 들어, 최대 토출량의 15 ％ ∼ 30 ％ 로 된다.

한편, 보조기 펌프는 일반적으로, 1 대당의 토출량이 작아지면, 펌프 효율이 저하되는 경향이 있다. 이 때문에, 현재의 전자 제어식의 선박용 디젤 엔진에서는, 엔진 부하가 낮을수록 보조기 펌프의 효율이 낮은 영역을 사용하고 있어, 엔진 및 선박 전체로서 에너지 효율이 낮다.

본 발명은, 상기 서술한 과제를 해결하는 것으로, 엔진 부하에 상관없이 보조기 펌프의 효율이 높은 영역을 사용할 수 있는 액압 장치, 내연 기관 및 선박을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 서술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 액압 장치는, 내연 기관의 동력에 의해 축압 작동하는 복수 대의 보조기 펌프와, 각 상기 보조기 펌프에 의해 축압된 액압에 의해 구동되는 액압 구동부와, 상기 내연 기관의 부하 상태에 따라, 소정의 부하보다 낮은 경우에는 상기 보조기 펌프의 가동 대수를 감소시키는 한편, 소정의 부하보다 높은 경우에는 상기 보조기 펌프의 가동 대수를 증가시키도록, 상기 보조기 펌프를 정지 또는 가동시키는 보조기 펌프 전환 기구를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 액압 장치에 의하면, 내연 기관의 부하 상태가 소정의 부하보다 낮은 경우에 보조기 펌프의 가동 대수를 감소시킴으로써, 개개의 보조기 펌프에 있어서 펌프 효율이 높은 상태에서 가동시킬 수 있다. 한편, 내연 기관의 부하 상태가 소정의 부하보다 높은 경우에 보조기 펌프의 가동 대수를 증가시킴으로써, 개개의 보조기 펌프에 있어서 펌프 효율이 높은 상태에서 가동시킬 수 있다. 이 결과, 엔진 부하에 상관없이 보조기 펌프의 효율이 높은 영역을 사용할 수 있다.

또, 본 발명의 액압 장치에서는, 상기 보조기 펌프 전환 기구는, 상기 내연 기관의 동력을 상기 보조기 펌프에 전달하는 사이에 형성되고, 상기 내연 기관을 정지시키지 않고 상기 보조기 펌프에 대한 상기 내연 기관의 동력을 접속 또는 절단하는 클러치로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이 액압 장치에 의하면, 내연 기관을 정지시키지 않고 보조기 펌프에 대한 내연 기관의 동력을 접속 또는 절단함으로써, 보조기 펌프의 정지 또는 가동을 내연 기관의 운전 중에 실시할 수 있다.

또, 본 발명의 액압 장치에서는, 상기 내연 기관의 부하를 취득하고, 당해 부하에 따라 미리 설정한 상기 보조기 펌프의 가동 대수가 되도록 상기 보조기 펌프 전환 기구를 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 액압 장치에 의하면, 제어부에 의해 보조기 펌프의 가동 대수를 자동적으로 제어하기 때문에, 엔진 부하에 상관없이 보조기 펌프의 효율이 높은 영역을 사용하는 효과를 현저하게 얻을 수 있다.

또, 본 발명의 액압 장치에서는, 가동 중인 상기 보조기 펌프의 총 토출량을 취득하고, 당해 총 토출량에 따라 미리 설정한 상기 보조기 펌프의 가동 대수가 되도록 상기 보조기 펌프 전환 기구를 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 액압 장치에서는, 상기 보조기 펌프는, 작동액의 토출량을 가변할 수 있는 가변 용량 펌프이고, 상기 제어부는, 상기 보조기 펌프의 가동 대수를 감소시키는 경우, 정지하는 상기 보조기 펌프의 토출량을 서서히 감소시킴과 함께, 가동시키는 상기 보조기 펌프의 토출량을 서서히 증가시키고 나서 상기 보조기 펌프 전환 기구를 제어하는 것을 특징으로 한다.

이 액압 장치에 의하면, 보조기 펌프의 가동 대수를 감소시키는 경우에, 작동유의 압력 변화나, 보조기 펌프의 토크 변화를 방지하여 보조기 펌프의 전환을 실시할 수 있다.

또, 본 발명의 액압 장치에서는, 상기 보조기 펌프는, 작동액의 토출량을 가변할 수 있는 가변 용량 펌프이고, 상기 제어부는, 상기 보조기 펌프의 가동 대수를 증가시키는 경우, 상기 보조기 펌프 전환 기구를 제어시키고 나서, 새롭게 가동시킨 상기 보조기 펌프의 토출량을 서서히 증가시킴과 함께, 가동 중인 상기 보조기 펌프의 토출량을 서서히 감소시키는 것을 특징으로 한다.

이 액압 장치에 의하면, 보조기 펌프의 가동 대수를 증가시키는 경우에, 작동유의 압력 변화나, 보조기 펌프의 토크 변화를 방지하여 보조기 펌프의 전환을 실시할 수 있다.

또, 본 발명의 액압 장치에서는, 상기 제어부는, 상기 보조기 펌프의 가동 대수를 감소시키는 경우, 전회 정지시킨 상기 보조기 펌프와는 상이한 상기 보조기 펌프를 정지시키도록 상기 보조기 펌프 전환 기구를 제어하는 것을 특징으로 한다.

이 액압 장치에 의하면, 각 보조기 펌프의 총 가동 시간을 균일화시키고, 보조기 펌프의 손상 확률을 저감시킬 수 있다.

또, 본 발명의 액압 장치에서는, 상기 제어부는, 각 상기 보조기 펌프의 토출 후의 작동액의 총 압력을 취득하고, 당해 총 압력이 미리 설정한 압력에 대해 하회하는 경우에, 정지되어 있는 상기 보조기 펌프를 가동시키도록 상기 보조기 펌프 전환 기구를 제어하는 것을 특징으로 한다.

이 액압 장치에 의하면, 가동 중인 보조기 펌프에 고장이 있던 경우에, 자동적으로 백업을 실시하여, 필요량의 작동유를 얻을 수 있다.

또, 본 발명의 액압 장치에서는, 상기 제어부는, 상기 보조기 펌프 전환 기구에 의해 상기 보조기 펌프를 정지 또는 가동시킨 경우, 이 상태를 소정 시간 유지하는 것을 특징으로 한다.

예를 들어, 악천후시의 항행에 있어서는, 스크루가 수면으로부터 나오거나 하는 것에 의해 순간적으로 내연 기관의 부하 상태가 변화되게 된다. 이와 같은 순간적인 내연 기관의 부하 상태의 변화에 대해, 보조기 펌프의 가동이나 정지를 실시하는 것은, 부하 변동을 악화시킬 우려가 있다. 이 액압 장치에 의하면, 보조기 펌프 전환 기구에 의해 보조기 펌프를 정지 또는 가동시킨 경우에, 이 상태를 소정 시간 유지함으로써, 부하 변동의 악화를 억제할 수 있다.

또, 본 발명의 내연 기관은, 상기 서술한 어느 하나의 액압 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 내연 기관에 의하면, 액압 장치에 있어서, 내연 기관의 부하 상태가 소정의 부하보다 낮은 경우에 보조기 펌프의 가동 대수를 감소시킴으로써, 개개의 보조기 펌프에 있어서 펌프 효율이 높은 상태에서 가동시킬 수 있다. 한편, 내연 기관의 부하 상태가 소정의 부하보다 높은 경우에 보조기 펌프의 가동 대수를 증가시킴으로써, 개개의 보조기 펌프에 있어서 펌프 효율이 높은 상태에서 가동시킬 수 있다. 이 결과, 엔진 부하에 상관없이 보조기 펌프의 효율이 높은 영역을 사용하여, 내연 기관으로서의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명의 선박은, 상기 서술한 내연 기관을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 선박에 의하면, 액압 장치에 있어서, 내연 기관의 부하 상태가 소정의 부하보다 낮은 경우에 보조기 펌프의 가동 대수를 감소시킴으로써, 개개의 보조기 펌프에 있어서 펌프 효율이 높은 상태에서 가동시킬 수 있다. 한편, 내연 기관의 부하 상태가 소정의 부하보다 높은 경우에 보조기 펌프의 가동 대수를 증가시킴으로써, 개개의 보조기 펌프에 있어서 펌프 효율이 높은 상태에서 가동시킬 수 있다. 이 결과, 엔진 부하에 상관없이 보조기 펌프의 효율이 높은 영역을 사용하여, 내연 기관 및 선박 전체로서의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 엔진 부하에 상관없이 보조기 펌프의 효율이 높은 영역을 사용할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 액압 장치가 적용되는 선박의 개략 측면도이다.
도 2 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 액압 장치의 개략도이다.
도 3 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 액압 장치에 있어서의 보조기 펌프 전환 기구의 개략도이다.
도 4 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 액압 장치에 있어서의 보조기 펌프 전환 기구의 개략도이다.
도 5 는, 크랭크축 1 회전당의 내연 기관 부하와 작동유 필요량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6 은, 내연 기관 부하와 크랭크축 회전수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7 은, 시간당의 내연 기관 부하와 작동유 필요량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8 은, 보조기 펌프 토출량과 펌프 효율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9 는, 시간당의 내연 기관 부하와 작동유 필요량과 보조기 펌프 대수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 액압 장치의 동작을 나타내는 플로 차트이다.
도 11 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 액압 장치의 동작을 나타내는 플로 차트이다.

이하에, 본 발명에 관련된 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시형태에 의해 이 발명이 한정되는 것은 아니다. 또, 하기 실시형태에 있어서의 구성 요소에는, 당업자가 치환 가능하고 또한 용이한 것, 혹은 실질적으로 동일한 것이 포함된다.

도 1 은, 본 실시형태에 관련된 액압 장치가 적용되는 선박의 개략 측면도이다.

본 실시형태의 선박은, 선체 (10) 를 갖는다. 이 선체 (10) 는, 선수 (11) 와, 선미 (12) 와, 선저 (13) 와, 선측 (14) 을 구비하고 있다. WL 은, 선체 (10) 의 흘수선 (만재시) 을 나타내고 있다. 선체 (10) 는, 선미 (12) 측에 격벽 (16) 에 의해 기관실 (17) 이 구획되어 있다. 그리고, 기관실 (17) 에 주기관인 내연 기관 (디젤 엔진) (18) 이 배치되어 있다. 내연 기관 (18) 은, 추진력을 전달하는 프로펠러 (19) 가 연결되어 있다. 또, 선체 (10) 는, 선미 (12) 에 선체 (10) 의 방향을 제어하는 키가 형성되어 있다. 키는, 키 본체 (20) 가, 선체 (10) 에 대해 회전 가능하게 지지되어 있다. 본 실시형태에서는, 키 본체 (20) 는, 회전축 (21) 에 장착되고, 이 회전축 (21) 이 선체 (10) 에 대해 회전 가능하게 장착되어 있다. 또, 회전축 (21) 은, 구동기 (예를 들어, 유압 구동 장치) (22) 에 연결되어 있다.

도 2 는, 본 실시형태에 관련된 액압 장치의 개략도이다. 도 3 및 도 4 는, 본 실시형태에 관련된 액압 장치에 있어서의 보조기 펌프 전환 기구의 개략도이다.

내연 기관 (18) 은, 도 2 ∼ 도 4 에 나타내는 바와 같이, 실린더 (31) 내에서의 피스톤 (32) 의 왕복 운동에 수반하여 크랭크 (33) 를 개재하여 크랭크축 (34) 이 회전함으로써 동력을 얻는다. 또, 크랭크 (33) 및 크랭크축 (34) 이 수용되는 크랭크 케이스에 작동유 (작동액) 가 저류되는 오일 팬 (35) 이 형성되어 있다.

본 실시형태의 액압 장치는, 보조기 펌프 (41) 와, 클러치 (44) 와, 액압 구동부 (54) 와, 제어부 (55) 를 구비한다.

보조기 펌프 (41) 는, 내연 기관 (18) 의 크랭크축 (34) 의 회전에 수반하여 구동된다. 보조기 펌프 (41) 는, 사판 펌프 등의 가변 용량 펌프이다. 도 3 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 보조기 펌프 (41) 는, 내연 기관 (18) 의 크랭크축 (34) 에 형성된 크랭크 기어 (42) 가 크랭크축 (34) 의 회전에 수반하여 회전함으로써, 이 회전에 의해 작동유를 축압하여 작동유의 액압을 높인다.

또, 보조기 펌프 (41) 는, 복수 대 형성되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 각 보조기 펌프 (41) 는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 크랭크 기어 (42) 에 접속되는 전달 기어 (43) 에 대해 접속되어 있다.

클러치 (44) 는, 크랭크 기어 (42) 의 회전을 각 보조기 펌프 (41) 에 대해 접속 또는 절단한다. 즉, 각 보조기 펌프 (41) 는, 크랭크 기어 (42) 에 대해 클러치 (44) 를 개재하여 크랭크 기어 (42) 의 회전이 전달되도록 형성되어 있다. 클러치 (44) 는, 예를 들어, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 크랭크 기어 (42) 에 전달 기어 (43A (43)) 가 접속되어 있고, 이 전달 기어 (43A (43)) 에 접속되는 전달 기어 (43B (43)) 와 보조기 펌프 (41) 사이에 형성되고, 전달 기어 (43B (43)) 와 보조기 펌프 (41) 를 접속 또는 절단함으로써, 크랭크 기어 (42) 의 회전을 보조기 펌프 (41) 에 대해 접속 또는 절단한다. 이와 같이, 클러치 (44) 는, 크랭크축 (34) 의 회전을 정지시키지 않고, 각 보조기 펌프 (41) 에 대한 크랭크 기어 (42) 의 회전을 접속 또는 절단하여, 각 보조기 펌프 (41) 의 가동이나 정지를 전환하는 보조기 펌프 전환 기구로서 구성되어 있다.

또, 액압 장치는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 모터 (51) 에 의해 구동되는 저압 펌프 (52) 에 의해 오일 팬 (35) 에 저류된 작동유가 저압으로 이송되고, 역류 방지부 (53) 를 개재하여 각 보조기 펌프 (41) 의 흡입구측에 공급된다. 그리고, 각 보조기 펌프 (41) 에서 축압되어 고압이 된 작동유는, 각 보조기 펌프 (41) 의 토출구로부터 토출되고, 역류 방지부 (53) 를 개재하여 액압 구동부 (54) 에 공급된다. 여기서, 선박에 있어서의 내연 기관 (18) 은, 크랭크축 (34) 이 정역 (正逆) 회전하기 때문에, 이것에 수반하여 보조기 펌프 (41) 도 정역 작동함으로써, 흡입구와 토출구가 반대로 된다. 역류 방지부 (53) 는, 4 개의 역지 밸브 (53a) 가 조합되어 구성되고, 저압 펌프 (52) 에 의해 이송되는 저압의 작동유를 보조기 펌프 (41) 의 흡입구에 공급하며, 또한, 보조기 펌프 (41) 의 토출구로부터 토출되는 고압의 작동유를 액압 구동부 (54) 에 공급하도록 작용한다.

액압 구동부 (54) 는, 내연 기관 (18) 에 연료를 공급하는 연료 펌프나, 내연 기관 (18) 의 배기 밸브를 구동시키는 액추에이터 등의 하부 동밸브 장치이고, 보조기 펌프 (41) 에서 축압된 고압의 작동유가 전자 밸브에 의해 제어되어 공급됨으로써 작동한다. 액압 구동부 (54) 는, 도 2 에 있어서 편의상 1 개로 나타나 있지만, 내연 기관 (18) 이 다기통이며 각 기통에 대응하여 형성되어 있다. 그리고, 액압 구동부 (54) 에서 사용된 작동유는, 내연 기관 (18) 의 오일 팬 (35) 으로 되돌려진다.

제어부 (55) 는, 예를 들어, 중앙 연산 장치 (CPU : Central Processing Unit) 이고, 주로, 보조기 펌프 전환 기구인 클러치 (44) 를 제어한다. 또, 제어부 (55) 는, 보조기 펌프 (41) 의 용량을 가변시켜 토출량을 제어하거나, 저압 펌프 (52) 의 모터 (51) 를 제어하거나, 액압 구동부 (54) 에 있어서의 전자 밸브를 제어하거나 한다. 또, 제어부 (55) 는, 내연 기관 검출부에 의한 내연 기관 (18) 의 부하를 취득한다. 내연 기관 검출부는, 예를 들어, 내연 기관 (18) 에 있어서의 크랭크축 (34) 의 회전수를 검출하는 회전수 검출부 (61) 를 포함하고, 제어부 (55) 에서는, 이 회전수 및 내연 기관 (18) 에 공급되는 연료량 (액압 구동부 (54) 에 있어서의 전자 밸브의 개도) 에 기초하여 내연 기관 (18) 의 부하를 산출한다. 또, 제어부 (55) 는, 보조기 펌프 검출부에 의한 보조기 펌프 (41) 의 토출량을 취득한다. 보조기 펌프 검출부는, 예를 들어, 내연 기관 (18) 에 있어서의 크랭크축 (34) 의 회전수를 검출하는 회전수 검출부 (61) 를 포함하고, 제어부 (55) 에서는, 이 회전수 및 보조기 펌프 (41) 의 용량에 기초하여 각 보조기 펌프 (41) 의 토출량을 산출한다. 그리고, 제어부 (55) 는, 산출시에 있어서 가동하고 있는 보조기 펌프 (41) 의 총 토출량을 취득한다. 또, 제어부 (55) 는, 압력 검출부 (62) 에 의한 가동 중인 전체 보조기 펌프 (41) 의 토출 후의 작동유의 총 압력을 취득한다. 압력 검출부 (62) 는, 역류 방지부 (53) 의 후류측으로서, 특히, 액압 구동부 (54) 의 후류에서 내연 기관 (18) 의 오일 팬 (35) 으로 되돌려지는 부분에 형성되고, 이 부분을 이송되는 작동유의 압력을 검출한다.

도 5 는, 크랭크축 1 회전당의 내연 기관 부하 (엔진 부하) 와 작동유 필요량의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 6 은, 내연 기관 부하 (엔진 부하) 와 크랭크축 회전수 (엔진 회전수) 의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7 은, 시간당의 내연 기관 부하 (엔진 부하) 와 작동유 필요량의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 8 은, 보조기 펌프 토출량과 펌프 효율의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 9 는, 시간당의 내연 기관 부하 (엔진 부하) 와 작동유 필요량과 보조기 펌프 대수의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 5 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서의 액압 구동부 (54) 는, 연료 펌프 (A) 또는 하부 동밸브 장치 (B) 가 있다. 연료 펌프 (A) 는, 엔진 부하 (크랭크축 (34) 의 회전수와 연료량의 관계) 가 커질수록 연료를 많게 하는 점에서 크랭크축 (34) 의 1 회전당의 작동유 필요량이 많아진다. 한편, 하부 동밸브 장치 (B) 는, 내연 기관 (18) 의 배기 밸브를 구동시키는 것으로, 크랭크축 (34) 의 1 회전당의 작동유 필요량은 엔진 부하에 수반하여 변동되지 않고 일정하다. 따라서, 액압 구동부 (54) 인 연료 펌프 (A) 및 하부 동밸브 장치 (B) 에서는, 엔진 부하가 커질수록 크랭크축 (34) 의 1 회전당의 작동유 필요량은 많아진다. 즉, 보조기 펌프 (41) 에 의한 액압 구동부 (54) 로의 작동유의 필요 공급량은, 엔진 부하가 클수록 많아지고, 엔진 부하가 작을수록 적어진다.

또, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 내연 기관 (18) 의 부하는, 크랭크축 (34) 을 회전시켰을 때의 회전수에 대해 대수적으로 증가한다. 그렇게 하면, 도 5 및 도 6 으로부터, 시간당의 내연 기관 (18) 의 부하와 작동유 필요량의 관계는, 도 7 에 나타내는 바와 같이 된다.

여기서, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 보조기 펌프 (41) 는, 작동유 필요량에 상당하는 토출량에 있어서, 약 50 ％ 를 하회하면 펌프 효율이 저하되는 경향이 있다. 따라서, 펌프 효율을 향상시키려면, 도 7 에 나타내는 시간당의 내연 기관 (18) 의 부하와 작동유 필요량의 관계에 있어서, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어, 3 대의 보조기 펌프 (41) 를 사용하고 있는 경우, 내연 기관 (18) 의 부하가 40 ％ 이하에서는 1 대의 보조기 펌프 (41) 를 가동시키고 2 대의 보조기 펌프 (41) 를 정지시킴으로써, 1 대의 보조기 펌프 (41) 에서 조달하는 작동유 필요량에 대응하여 펌프 효율이 높은 영역에서 보조기 펌프 (41) 를 가동시키는 것이 가능해진다. 한편, 내연 기관 (18) 의 부하가 40 ％ 를 초과한 경우에는 2 대의 보조기 펌프 (41) 를 가동시키고 1 대의 보조기 펌프 (41) 를 정지시킴으로써, 2 대의 보조기 펌프 (41) 에서 조달하는 작동유 필요량에 대응하여 펌프 효율이 높은 영역에서 각 보조기 펌프 (41) 를 가동시키는 것이 가능해진다. 보조기 펌프 (41) 의 가동 대수는, 보조기 펌프 (41) 의 펌프 효율을 고려하여 미리 설정해 둔다.

또한, 도 9 에 있어서, 3 대 중의 1 대의 보조기 펌프 (41) 는 정지된 상태에 있지만, 이 정지되어 있는 보조기 펌프 (41) 는, 다른 보조기 펌프 (41) 가 고장난 경우 등의 백업용으로 한다. 또, 보조기 펌프 (41) 의 대수는 일례이고, 3 대에 한정되는 것은 아니다. 또, 도 9 에 있어서, 보조기 펌프 (41) 의 대수를 바꾸는 기준인 「40 ％」는 일례로서 이것에 한정되는 것은 아니다.

도 10 은, 본 실시형태에 관련된 액압 장치의 동작으로서 제어부의 제어를 나타내는 플로 차트이다.

도 10 에 나타내는 바와 같이, 제어부 (55) 는, 내연 기관 (18) 의 부하 상태로서, 내연 기관 (18) 의 부하, 또는 내연 기관 (18) 의 부하에 대한 보조기 펌프 (41) 의 토출량을 취득한다 (스텝 S1). 그리고, 제어부 (55) 는, 내연 기관 (18) 의 부하가 소정의 부하 (예를 들어, 40 ％) 보다 저하되어 있는 경우 (스텝 S2 : Yes), 보조기 펌프 전환 기구인 클러치 (44) 를 제어하여, 소정의 보조기 펌프 (41) 를 정지시켜 가동되는 보조기 펌프 (41) 의 대수를 줄인다 (스텝 S5). 이 때, 스텝 S5 의 제어를 실시하기 전에, 제어부 (55) 는, 가동시키는 보조기 펌프 (41) 의 토출량을 증가시킴과 함께 (스텝 S3), 정지하는 보조기 펌프 (41) 의 토출량을 감소시킨다 (스텝 S4). 한편, 제어부 (55) 는, 스텝 S2 에 있어서, 내연 기관 (18) 의 부하가 소정의 부하 (예를 들어, 40 ％) 보다 저하되어 있지 않은 경우 (스텝 S2 : No), 스텝 S6 에서, 내연 기관 (18) 의 부하가 소정의 부하 (예를 들어, 40 ％) 보다 상승되어 있으면 (스텝 S6 : Yes), 보조기 펌프 전환 기구인 클러치 (44) 를 제어하여, 소정의 보조기 펌프 (41) 를 가동시켜 가동되는 보조기 펌프 (41) 의 대수를 늘린다 (스텝 S7). 그 후, 제어부 (55) 는, 가동 중인 보조기 펌프 (41) 의 토출량을 내연 기관 (18) 의 부하에 대응하여 감소시킴과 함께 (스텝 S8), 새롭게 가동시킨 보조기 펌프 (41) 의 토출량을 증가시킨다 (스텝 S9). 또, 제어부 (55) 는, 스텝 S6 에서, 내연 기관 (18) 의 부하가 소정의 부하 (예를 들어, 40 ％) 보다 상승되어 있지 않으면 (스텝 S6 : No), 스텝 S1 로 되돌아가서, 내연 기관 (18) 의 부하 상태로서, 내연 기관 (18) 의 부하, 또는 내연 기관 (18) 의 부하에 대한 보조기 펌프 (41) 의 토출량을 취득한다. 또한, 이 제어는, 정기적 또는 연속해서 실시된다.

또한, 스텝 S2 와 스텝 S6 은, 스텝 S6 이 먼저여도 된다. 구체적으로, 고부하로부터 저부하로 넘어가는 경우에는 스텝 S2 를 먼저 실시하여 내연 기관 (18) 의 부하가 소정의 부하보다 저하되지 않도록 제어하고, 저부하로부터 고부하로 넘어가는 경우에는 스텝 S6 을 먼저 실시하여 내연 기관 (18) 의 부하가 소정의 부하보다 상승되지 않도록 제어하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 실시형태의 액압 장치는, 내연 기관 (18) 의 동력에 의해 축압 작동하는 복수 대의 보조기 펌프 (41) 와, 각 보조기 펌프 (41) 에 의해 축압된 액압에 의해 구동되는 액압 구동부 (54) 와, 내연 기관 (18) 의 부하 상태에 따라, 소정의 부하보다 낮은 경우에는 보조기 펌프 (41) 의 가동 대수를 감소시키는 한편, 소정의 부하보다 높은 경우에는 보조기 펌프 (41) 의 가동 대수를 증가시키도록, 보조기 펌프 (41) 를 정지 또는 가동시키는 보조기 펌프 전환 기구를 구비한다.

또한, 여기서의 보조기 펌프 전환 기구는, 내연 기관 (18) 의 보조기 펌프 (41) 에 대한 동력 전달을 접속 또는 절단의 전환을 실시하는 것으로서, 크랭크축 (34) 의 회전을 정지시키지 않고 전환을 실시하는 상기 서술한 클러치 (44) 를 포함하는데, 내연 기관 (18) 을 정지시킨 상태에 있어서, 예를 들어, 크랭크 기어 (42) 와 전달 기어 (43) 의 맞물림을 해제하는 기구도 포함한다. 또, 내연 기관 (18) 의 부하 상태란, 내연 기관 (18) 의 부하 그 자체나, 내연 기관 (18) 의 부하에 필요한 작동유량을 토출하는 보조기 펌프 (41) 의 토출량을 포함한다.

이 액압 장치에 의하면, 내연 기관 (18) 의 부하 상태가 소정의 부하보다 낮은 경우에 보조기 펌프 (41) 의 가동 대수를 감소시킴으로써, 개개의 보조기 펌프 (41) 에 있어서 펌프 효율이 높은 상태에서 가동시킬 수 있다. 한편, 내연 기관 (18) 의 부하 상태가 소정의 부하보다 높은 경우에 보조기 펌프 (41) 의 가동 대수를 증가시킴으로써, 개개의 보조기 펌프 (41) 에 있어서 펌프 효율이 높은 상태에서 가동시킬 수 있다. 이 결과, 엔진 부하에 상관없이 보조기 펌프 (41) 의 효율이 높은 영역을 사용할 수 있다.

또, 본 실시형태의 액압 장치에서는, 보조기 펌프 전환 기구는, 내연 기관 (18) 의 동력을 보조기 펌프 (41) 에 전달하는 사이에 형성되고, 내연 기관 (18) 을 정지시키지 않고 보조기 펌프 (41) 에 대한 내연 기관 (18) 의 동력을 접속 또는 절단하는 클러치 (44) 로 이루어진다.

이 액압 장치에 의하면, 내연 기관 (18) 을 정지시키지 않고 보조기 펌프 (41) 에 대한 내연 기관 (18) 의 동력을 접속 또는 절단함으로써, 보조기 펌프 (41) 의 정지 또는 가동을 내연 기관 (18) 의 운전 중에 실시할 수 있다.

또, 본 실시형태의 액압 장치에서는, 내연 기관 (18) 의 부하를 취득하고, 당해 부하에 따라 미리 설정한 보조기 펌프 (41) 의 가동 대수가 되도록 보조기 펌프 전환 기구를 제어하는 제어부 (55) 를 구비한다. 또는, 본 실시형태의 액압 장치에서는, 가동 중인 보조기 펌프 (41) 의 총 토출량을 취득하고, 당해 총 토출량에 따라 미리 설정한 보조기 펌프 (41) 의 가동 대수가 되도록 보조기 펌프 전환 기구를 제어하는 제어부 (55) 를 구비한다.

이 액압 장치에 의하면, 제어부 (55) 에 의해 보조기 펌프 (41) 의 가동 대수를 자동적으로 제어하기 때문에, 엔진 부하에 상관없이 보조기 펌프 (41) 의 효율이 높은 영역을 사용하는 효과를 현저하게 얻을 수 있다.

또, 본 실시형태의 액압 장치에서는, 보조기 펌프 (41) 는, 작동액의 토출량을 가변할 수 있는 가변 용량 펌프이고, 제어부 (55) 는, 보조기 펌프 (41) 의 가동 대수를 감소시키는 경우, 정지하는 보조기 펌프 (41) 의 토출량을 서서히 감소시킴과 함께, 가동시키는 보조기 펌프 (41) 의 토출량을 서서히 증가시키고 나서 보조기 펌프 전환 기구를 제어한다.

이 액압 장치에 의하면, 보조기 펌프 (41) 의 가동 대수를 감소시키는 경우에, 작동유의 압력 변화나, 보조기 펌프 (41) 의 토크 변화를 방지하여 보조기 펌프 (41) 의 전환을 실시할 수 있다.

또, 본 실시형태의 액압 장치에서는, 보조기 펌프 (41) 는, 작동액의 토출량을 가변할 수 있는 가변 용량 펌프이고, 제어부 (55) 는, 보조기 펌프 (41) 의 가동 대수를 증가시키는 경우, 보조기 펌프 전환 기구를 제어시키고 나서, 새롭게 가동시킨 보조기 펌프 (41) 의 토출량을 서서히 증가시킴과 함께, 가동 중인 보조기 펌프 (41) 의 토출량을 서서히 감소시킨다.

이 액압 장치에 의하면, 보조기 펌프 (41) 의 가동 대수를 증가시키는 경우에, 작동유의 압력 변화나, 보조기 펌프 (41) 의 토크 변화를 방지하여 보조기 펌프 (41) 의 전환을 실시할 수 있다.

또, 본 실시형태의 액압 장치에서는, 제어부 (55) 는, 보조기 펌프 (41) 의 가동 대수를 감소시키는 경우, 전회 정지시킨 보조기 펌프 (41) 와는 상이한 보조기 펌프 (41) 를 정지시키도록 보조기 펌프 전환 기구를 제어한다.

이 액압 장치에 의하면, 각 보조기 펌프 (41) 의 총 가동 시간을 균일화시키고, 보조기 펌프 (41) 의 손상 확률을 저감시킬 수 있다.

또, 본 실시형태의 액압 장치에서는, 제어부 (55) 는, 각 보조기 펌프 (41) 의 토출 후의 작동액의 총 압력을 취득하고, 당해 총 압력이 미리 설정한 압력에 대해 하회하는 경우에, 정지되어 있는 보조기 펌프 (41) 를 가동시키도록 보조기 펌프 전환 기구를 제어한다.

구체적으로는, 상기 서술한 바와 같이, 3 대 중의 1 대의 보조기 펌프 (41) 를 정지시킨 상태로 하여 백업용으로 하는 경우를, 도 11 의 플로 차트로 나타낸다. 즉, 제어부 (55) 는, 전체 보조기 펌프 (41) 의 토출 후의 작동유의 총 압력을 압력 검출부 (62) 로부터 취득하고 (스텝 S21), 이 총 압력이 설정치로서 필요량의 작동유를 얻어야 하는 압력을 하회하는 경우 (스텝 S22 : Yes), 정지되어 있던 보조기 펌프 (41) 를 가동시킨다 (스텝 S23). 총 압력이 필요량의 작동유를 얻어야 하는 정상 (定常) 의 압력을 하회하고 있지 않으면 (스텝 S22 : No), 스텝 S21 로 되돌아가서 총 압력을 취득한다. 이 제어는, 정기적 또는 연속해서 실시된다.

이 액압 장치에 의하면, 가동 중인 보조기 펌프 (41) 에 고장이 있던 경우에, 자동적으로 백업을 실시하여, 필요량의 작동유를 얻을 수 있다.

또, 본 실시형태의 액압 장치에서는, 제어부 (55) 는, 보조기 펌프 전환 기구에 의해 보조기 펌프 (41) 를 정지 또는 가동시킨 경우, 이 상태를 소정 시간 유지한다.

구체적으로는, 제어부 (55) 는, 계시 수단을 가지고 있고, 보조기 펌프 전환 기구에 의해 보조기 펌프 (41) 를 정지 또는 가동시킨 경우에 계시 수단에 의해 시간을 잰다. 그리고, 소정 시간이 경과될 때까지는, 보조기 펌프 전환 기구를 제어하지 않는다.

예를 들어, 악천후시의 항행에 있어서는, 스크루가 수면으로부터 나오거나 하는 것에 의해 순간적으로 내연 기관 (18) 의 부하나, 내연 기관 (18) 의 부하에 필요한 작동유량을 토출하는 보조기 펌프 (41) 의 토출량인 부하 상태가 변화되게 된다. 이와 같은 순간적인 내연 기관 (18) 의 부하 상태의 변화에 대해, 보조기 펌프 (41) 의 가동이나 정지를 실시하는 것은, 부하 변동을 악화시킬 우려가 있다. 이 액압 장치에 의하면, 보조기 펌프 전환 기구에 의해 보조기 펌프 (41) 를 정지 또는 가동시킨 경우에, 이 상태를 소정 시간 유지함으로써, 부하 변동의 악화를 억제할 수 있다.

또, 본 발명의 내연 기관 (18) 은, 상기 서술한 액압 장치를 구비한다.

이 내연 기관 (18) 에 의하면, 액압 장치에 있어서, 내연 기관 (18) 의 부하 상태가 소정의 부하보다 낮은 경우에 보조기 펌프 (41) 의 가동 대수를 감소시킴으로써, 개개의 보조기 펌프 (41) 에 있어서 펌프 효율이 높은 상태에서 가동시킬 수 있다. 한편, 내연 기관 (18) 의 부하 상태가 소정의 부하보다 높은 경우에 보조기 펌프 (41) 의 가동 대수를 증가시킴으로써, 개개의 보조기 펌프 (41) 에 있어서 펌프 효율이 높은 상태에서 가동시킬 수 있다. 이 결과, 엔진 부하에 상관없이 보조기 펌프 (41) 의 효율이 높은 영역을 사용하여, 내연 기관 (18) 으로서의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

또, 본 실시형태의 선박은, 상기 서술한 내연 기관 (18) 을 구비한다.

이 선박에 의하면, 액압 장치에 있어서, 내연 기관 (18) 의 부하 상태가 소정의 부하보다 낮은 경우에 보조기 펌프 (41) 의 가동 대수를 감소시킴으로써, 개개의 보조기 펌프 (41) 에 있어서 펌프 효율이 높은 상태에서 가동시킬 수 있다. 한편, 내연 기관 (18) 의 부하 상태가 소정의 부하보다 높은 경우에 보조기 펌프 (41) 의 가동 대수를 증가시킴으로써, 개개의 보조기 펌프 (41) 에 있어서 펌프 효율이 높은 상태에서 가동시킬 수 있다. 이 결과, 엔진 부하에 상관없이 보조기 펌프 (41) 의 효율이 높은 영역을 사용하여, 내연 기관 (18) 및 선박 전체로서의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

10 : 선체
18 : 내연 기관
41 : 보조기 펌프
44 : 클러치
54 : 액압 구동부
55 : 제어부
61 : 회전수 검출부
62 : 압력 검출부

Claims

내연 기관의 동력에 의해 축압 작동하는 복수 대의 보조기 펌프와,
각 상기 보조기 펌프에 의해 축압된 액압에 의해 구동되는 액압 구동부와,
상기 내연 기관의 부하 상태에 따라, 소정의 부하보다 낮은 경우에는 상기 보조기 펌프의 가동 대수를 감소시키는 한편, 소정의 부하보다 높은 경우에는 상기 보조기 펌프의 가동 대수를 증가시키도록, 상기 보조기 펌프를 정지 또는 가동시키는 보조기 펌프 전환 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 액압 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 보조기 펌프 전환 기구는, 상기 내연 기관의 동력을 상기 보조기 펌프에 전달하는 사이에 형성되고, 상기 내연 기관을 정지시키지 않고 상기 보조기 펌프에 대한 상기 내연 기관의 동력을 접속 또는 절단하는 클러치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액압 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 내연 기관의 부하를 취득하고, 당해 부하에 따라 미리 설정한 상기 보조기 펌프의 가동 대수가 되도록 상기 보조기 펌프 전환 기구를 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 액압 장치.
제 1 항에 있어서,
가동 중인 상기 보조기 펌프의 총 토출량을 취득하고, 당해 총 토출량에 따라 미리 설정한 상기 보조기 펌프의 가동 대수가 되도록 상기 보조기 펌프 전환 기구를 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 액압 장치.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 보조기 펌프는, 작동액의 토출량을 가변할 수 있는 가변 용량 펌프이고,
상기 제어부는, 상기 보조기 펌프의 가동 대수를 감소시키는 경우, 정지하는 상기 보조기 펌프의 토출량을 서서히 감소시킴과 함께, 가동시키는 상기 보조기 펌프의 토출량을 서서히 증가시키고 나서 상기 보조기 펌프 전환 기구를 제어하는 것을 특징으로 하는 액압 장치.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 보조기 펌프는, 작동액의 토출량을 가변할 수 있는 가변 용량 펌프이고,
상기 제어부는, 상기 보조기 펌프의 가동 대수를 증가시키는 경우, 상기 보조기 펌프 전환 기구를 제어시키고 나서, 새롭게 가동시킨 상기 보조기 펌프의 토출량을 서서히 증가시킴과 함께, 가동 중인 상기 보조기 펌프의 토출량을 서서히 감소시키는 것을 특징으로 하는 액압 장치.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 보조기 펌프의 가동 대수를 감소시키는 경우, 전회 정지시킨 상기 보조기 펌프와는 상이한 상기 보조기 펌프를 정지시키도록 상기 보조기 펌프 전환 기구를 제어하는 것을 특징으로 하는 액압 장치.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 제어부는, 각 상기 보조기 펌프의 토출 후의 작동액의 총 압력을 취득하고, 당해 총 압력이 미리 설정한 압력에 대해 하회하는 경우에, 정지되어 있는 상기 보조기 펌프를 가동시키도록 상기 보조기 펌프 전환 기구를 제어하는 것을 특징으로 하는 액압 장치.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 보조기 펌프 전환 기구에 의해 상기 보조기 펌프를 정지 또는 가동시킨 경우, 이 상태를 소정 시간 유지하는 것을 특징으로 하는 액압 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 액압 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
제 10 항에 기재된 내연 기관을 구비하는 것을 특징으로 하는 선박.