专利名称：燃气发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于例如船舶的主发动机或发电机驱动发动机等、以天然气等的气体燃料为燃料而运转的燃气发动机。
背景技术：
以往，以液化天然气(以下，称为“LNG”)所气化的天然气为燃料而运转的柴油机存在多种。近年来，作为现存的改善燃油低速柴油主发动机的环境排出性能的对策，高压气体喷射型低速两冲程柴油机(以下，称为“SSD-GI”)引起注目。与以往的LNG利用热发动机(例如蒸气涡轮等)相比，该SSD-GI是高热效率及高响应性的发动机，且是能够进行低速的输出的发动机，能够与螺旋桨直接连结而进行驱动。然而，在以天然气为燃料的SSD-GI的情况下，与具有实际成绩的燃油的柴油机不同，将天然气以高压(约150 300bar)供给到燃烧室内的高压喷射技术不成熟，还未发现与LNG燃料供给相关的确立的技术。以往，在将SSD-GI作为LNG船的主发动机候补时，研究了利用多级气体压缩机对于大致大气压的蒸发气体(以下，称为“B0G”)进行压缩，然后，在压缩过程或压缩后对BOG进行冷却而使用于发动机燃料的方法。然而，对BOG进行压缩及冷却的方法的缺点是需要大规模的设备，而且消耗较大的动力。需要说明的是，作为LNG运输船的推进发动机，例如有下述的专利文献I (参照图7等)记载那样利用低压及高压的压缩机对气罐内的BOG进行两级压缩而导入到发动机室内的结构。另一方面，在LNG船中实现BOG的再液化系统的近年来，不将BOG作为燃料而能够进行液化保存。因此，从BOG的有效利用的观点出发，在以往的LNG船中，对于以BOG为燃料的方法付出了努力，但是在以LNG为主发动机的主燃料的情况下，这一点的障碍得以消除。而且，在LNG船以外的船舶中以LNG为燃料时，由于使用加压方式的LNG罐而不需要BOG处理。从这种背景出发，在近年来的船舶中，作为主发动机等的燃料而具有良好的环境排出性能的LNG的使用引起注目，与LNG的使用方法等相关的各种研究开发变得活跃。而且，作为高压喷射天然气而进行燃料供给的方法，考虑了对LNG进行高压化然后进行加热·气化的方法。这种LNG的高压化通常使用往复泵进行升压。该往复泵由于旋转速度为300rpm左右，因此与一般的电动机速度的旋转速度即1800 3600rpm相比，成为相当低的速度。因此，在利用电动机来驱动往复泵时，需要减速至往复泵的旋转速度的机构。另外，作为在往复泵的运转中使用的一般的减速机构，已知有齿轮方式或滑轮方式。齿轮方式的减速机构是将齿数不同的多个齿轮组合的减速机构，滑轮方式的减速机构是使由V传送带连结的大小的轮旋转的结构。需要说明的是，在液化气体的再气体化设备中，例如下述的专利文献2公开那样，利用泵使从储存罐内取出的液化气体的压力以液体的状态进行升压而实现高压化。另外，在近年来的船舶用柴油机中，为了应对世界性的对船舶用发动机的废气限制强化，而开发出了在氮氧化物减少等环境应对方面有效的电子控制发动机。该电子控制发动机是对于燃料喷射系统、排气动阀系统、起动系统及工作缸注油系统的至少一部分实现了以往的基于凸轮轴的驱动的电子控制化的发动机，采取利用控制器和电磁阀来控制高压工作油并驱动发动机的各装置的方式。在先技术文献专利文献专利文献1:日本特开平9-209788号公报专利文献2 :日本特开2009-204026号公报发明的概要发明要解决的课题如上述那样，在近年来的船舶中，作为主发动机的燃料而LNG的关注度不断增加，但是用于将天然气以高压喷射到燃烧室内的高压气体供给技术还未确立。并且，为了将天然气作为发动机燃料进行高压喷射，考虑需要进行基于往复式泵的LNG的高压化，并指出了与往复式泵的驱动控制相关的下述的问题。即，若采取使用电动机作为往复泵的驱动源并介有减速机构而减速至往复泵的旋转速度的运转方式时，关于减速机构或电动机，会产生下述的问题。第一问题关于往复式泵的电动机驱动所需的机械性的减速机构。具体而言，齿轮方式的减速机构中，预想到来自往复泵侧的转矩变动会对齿轮齿面或齿根造成损伤。因此，当考虑到对于长时间连续运转的耐久性时，需要考虑用于对转矩变动进行缓冲的弹性接头或惯性轮等联接器。另一方面，滑轮方式的减速机构虽然具有通过传送带的滑动而能够缓和活塞泵特有的转矩变动这样的优点，但由于传送带是需要短期间内的更换的消耗品，因此是不适合长期间的连续使用的方式。而且，滑轮方式的减速机构由于担心在露出的高速接触部会产生火花，因此向气体危险区域的设置从安全方面出发的话，不优选。第二问题关于驱动往复泵的电动机。具体而言，电动机在通过减速机构减速至往复泵的旋转速度时，即使采用上述的齿轮方式及滑轮方式中的任一方式，也需要频率控制机构(逆变器)。然而，由于电动机的频率控制机构在低频率下的精度难以确保，因此在控制范围宽，尤其是在相当低速的旋转区域也需要高精度的控制时不利。另外，在将电动机等电气设备类设置于气体危险区域时，可使用的设备的选择受到制约，因此将电动机驱动的往复泵设置于气体危险区域会受到较多的制约。
发明内容
本发明为了解决上述的课题而作出，其目的是在例如电子控制化的高压气体喷射型低速两冲程柴油机那样将燃料气体(例如天然气)以高压供给到燃烧室内的高压气体喷射柴油机所应用的高压喷射技术中，提供一种使用能够容易地向气体危险区域进行配置的往复式泵，实现燃料的液化气体(例如LNG)的高压化而进行供给的燃气发动机。
用于解决课题的手段本发明为了解决上述的课题，而采用下述的手段。本发明的第一形态的燃气发动机是高压气体喷射柴油机的燃气发动机，具备电子控制单元，其通过利用控制器及电磁阀对高压工作油进行控制来驱动发动机；气体燃料供给装置，其使向燃烧室内喷射的燃料气体升压成高压的液化气体而供给，所述燃气发动机中，所述气体燃料供给装置具备往复式泵，其由液压马达驱动，将导入的液化气体升压至所希望的压力而喷出；液压导入系统，其从所述电子控制单元的液压系统导入所述高压工作油的一部分而向所述液压马达供给·驱动；液压返回系统，其用于使所述液压马达的驱动所使用后的所述高压工作油返回所述液压系统；加热装置，其对从所述往复式泵供给的升压后的液化气体进行加热而使之气化；控制部，其调整所述液压马达的旋转速度而将所述加热装置的气体燃料出口压力保持为恒定；发动机入口气体减压阀，其调整向所述燃烧室内喷射的气体燃料压力。根据所述第一形态的燃气发动机，气体燃料供给装置具备往复式泵，其由液压马达驱动，将导入的液化气体升压至所希望的压力而喷出；液压导入系统，其从电子控制单元的液压系统导入高压工作油的一部分而向液压马达供给·驱动；液压返回系统，其用于使液压马达的驱动所使用后的高压工作油返回所述液压系统；加热装置，其对从往复式泵供给的升压后的液化气体进行加热而使之气化；控制部，其调整液压马达的旋转速度而将加热装置的气体燃料出口压力保持为恒定；发动机入口气体减压阀，其调整向燃烧室内喷射的气体燃料压力。由此，通过有效利用电子控制单元的高压工作油而将新的追加设备类抑制成最小限度，通过液压马达驱动的往复式泵能够使液化气体升压。这种燃气发动机中，由于发动机负载的上升而发动机转速也上升，因此向电子控制单元供给高压工作油的发动机驱动的液压泵喷出量及液压上升。因此，对于当燃料(气化的液化气体)消耗量增加时而要求的流量及压力也增加的液化气体升压用的往复式泵而言，电子控制单元的高压工作油成为优选的液压源。在所述第一形态的燃气发动机中，可以是，调整向所述电子控制单元供给所述高压工作油的液压泵的喷出量来控制所述液压马达的旋转速度。即，实施向电子控制单元内供给高压工作油的液压泵的容量控制(油量控制)来进行驱动往复式泵的液压马达的旋转速度的控制，因此不需要机械性的减速机构或电动机的转速控制的追加。另外，由液压马达驱动的往复式泵与向液压马达供给液压的液压泵单元之间彼此通过液压配管来连接，而能够另行设置，因此没有电气设备或减速机构的往复式泵向气体危险区域内的设置变得容易。本发明的第二形态的燃气发动机是高压气体喷射柴油机的燃气发动机，具备气体燃料供给装置，该气体燃料供给装置使向燃烧室内喷射的燃料气体升压成高压的液化气体而供给，所述燃气发动机中，所述气体燃料供给装置具备往复式泵，其由液压马达驱动，将导入的液化气体升压至所希望的压力而喷出；液压泵单元，其从由排气涡轮的旋转轴驱动的液压泵向所述液压马达供给驱动用的液压，该排气涡轮从发动机排气静压管抽出废气的一部分而运转；加热装置，其对从所述往复式泵供给的升压后的液化气体进行加热而使之气化；控制部，其调整所述液压马达的旋转速度而将所述加热装置的气体燃料出口压力保持为恒定；发动机入口气体减压阀，其调整向所述燃烧室内喷射的气体燃料压力。
根据所述第二形态的燃气发动机，气体燃料供给装置具备往复式泵，其由液压马达驱动，将导入的液化气体升压至所希望的压力而喷出；液压泵单元，其从由排气涡轮的旋转轴驱动的液压泵向液压马达供给驱动用的液压，该排气涡轮从发动机排气静压管抽出废气的一部分而运转；加热装置，其对从往复式泵供给的升压后的液化气体进行加热而使之气化；控制部，其调整液压马达的旋转速度而将加热装置的气体燃料出口压力保持为恒定；发动机入口气体减压阀，其调整向燃烧室内喷射的气体燃料压力。由此，通过伴随着发动机负载的上升而产生量增加的废气的有效利用来驱动液压泵单元，并通过液压马达驱动的往复式泵能够使液化气体升压。这种情况下，当发动机负载上升时废气量也增加，因此对于当燃料(气化的液化气体)消耗量增加时要求的流量及压力也增加的液化气体升压用的往复式泵而言，排气涡轮驱动的液压泵成为优选的液压源。另外，能够将新的追加设备类抑制成最小限度，通过液压马达驱动的往复式泵能够使液化气体升压。本发明的第三形态的燃气发动机是高压气体喷射柴油机的燃气发动机，具备增压器和气体燃料供给装置，该气体燃料供给装置使向燃烧室内喷射的燃料气体升压成高压的液化气体而供给，所述燃气发动机中，所述气体燃料供给装置具备往复式泵，其由液压马达驱动，将导入的液化气体升压至所希望的压力而喷出；液压泵单元，其从由所述增压器的旋转轴驱动的液压泵向所述液压马达供给驱动用的液压；加热装置，其对从所述往复式泵供给的升压后的液化气体进行加热而使之气化；控制部，其调整所述液压马达的旋转速度而将所述加热装置的气体燃料出口压力保持为恒定；发动机入口气体减压阀，其调整向所述燃烧室内喷射的气体燃料压力。根据所述第三形态的燃气发动机，气体燃料供给装置具备往复式泵，其由液压马达驱动，将导入的液化气体升压至所希望的压力而喷出；液压泵单元，其从由增压器的旋转轴驱动的液压泵向液压马达供给驱动用的液压；加热装置，其对从往复式泵供给的升压后的液化气体进行加热而使之气化；控制部，其调整液压马达的旋转速度而将加热装置的气体燃料出口压力保持为恒定；发动机入口气体减压阀，其调整向燃烧室内喷射的气体燃料压力。由此，通过伴随着发动机负载的上升而产生量增加的废气的有效利用来驱动液压泵单元，并通过液压马达驱动的往复式泵能够使液化气体升压。这种情况下，当发动机负载上升时废气量也增加，因此对于当燃料(气化的液化气体)消耗量增加时要求的流量及压力也增加的液化气体升压用的往复式泵而言，排气涡轮驱动的液压泵成为优选的液压源。另外，能够将新的追加设备类抑制成最小限度，通过液压马达驱动的往复式泵能够使液化气体升压。在所述第二形态或所述第三形态的燃气发动机中，可以是，所述气体燃料供给装置中，所述液压泵为可变容量型，所述控制部通过所述液压泵的可变容量控制来调整所述液压马达的旋转速度而将所述气体燃料出口压力保持为恒定。由此，借助液压泵的容量控制(油量控制)来进行驱动往复式泵的液压马达的旋转速度的调整，因此不需要机械性的减速机构或电动机的转速控制。这种情况下，作为优选的可变容量控制，有例如将液压泵设为斜板式，适当调整斜板角度而控制泵喷出量的方式。另外，由液压马达驱动的往复式泵与向液压马达供给液压的液压泵单元之间彼此通过液压配管来连接，而能够另行设置，因此没有电气设备或减速机构的往复式泵向气体危险区域内的设置变得容易。在所述第二形态的燃气发动机中，可以是，所述气体燃料供给装置中，所述液压泵为恒定容量型，所述控制部通过所述排气涡轮的转速控制来调整所述液压马达的旋转速度而将所述气体燃料出口压力保持为恒定。这种情况下，只要在排气涡轮的入口侧设置废气流量的控制阀，适当调整阀开度而控制排气涡轮的转速即可。即便如此，也通过控制驱动侧的排气涡轮转速来进行驱动往复式泵的液压马达的旋转速度的调整，因此不需要机械性的减速机构或电动机的转速控制。而且，由液压马达驱动的往复式泵与向液压马达供给液压的液压泵单元之间彼此通过液压配管来连接，而能够另行设置，因此没有电气设备或减速机构的往复式泵向气体危险区域内的设置变得容易。发明效果根据上述的燃气发动机，在例如电子控制化的高压气体喷射型低速两冲程柴油机那样以高压将燃料气体(例如天然气)供给到燃烧室内的高压气体喷射柴油机中，使用能够容易地向气体危险区域配置的液压泵驱动的往复式泵，实现燃料的液化气体(例如LNG)的高压化而进行供给。并且，若从发动机侧的电子控制单元接受液压的供给，则不需要向往复式泵驱动用的液压马达供给液压的新的液压单元的设置。由此，能够减少燃气发动机的设置空间、成本，特别是在有限的船舶内，能够增加载货空间等而实现船内空间的有效利用。另外，在利用通过废气而运转的排气涡轮或增压器的轴输出来驱动液压泵的方式中，能够将向往复式泵驱动用的液压马达供给液压的液压单元的结构设备抑制成最小限度。因此，能够减少燃气发动机的设置空间、成本，特别是在有限的船舶内，能够增加载货空间等而实现船内空间的有效利用。
图1是作为本发明的燃气发动机的一实施方式而表不第一实施方式的系统图。图2是作为本发明的燃气发动机的一实施方式而表不第二实施方式的系统图。图3是作为本发明的燃气发动机的一实施方式而表不第三实施方式的系统图。图4是以横轴为运转点(OP)且纵轴表示往复式泵的泵负载及再循环控制阀(RCV)开度的说明图。
具体实施例方式以下，基于附图，说明本发明的燃气发动机的一实施方式。<第一实施方式>图1所示的实施方式的燃气发动机I是高压气体喷射柴油机，具备通过利用控制器及电磁阀对高压工作油进行控制来驱动发动机的电子控制单元60;将喷射到发动机的燃烧室内的燃料气体升压成高压的液化气体进行供给的气体燃料供给装置10。需要说明的是，后述的电子控制单元60对于燃气发动机I的燃料喷射系统、排气动阀系统、起动系统及工作缸注油系统的至少一部分，实现了以往的基于凸轮轴的驱动的电子控制化。在图示的燃气发动机I设有气体燃料供给装置10，该气体燃料供给装置10具备将液化气体发生气化而成的燃料气体喷射并供给到高压气体喷射柴油机的燃烧室内的“高压模式”。作为本实施方式的燃气发动机I的具体例子，存在高压气体喷射柴油机、例如高压气体喷射型低速两冲程柴油机(以下，称为“SSD-GI”)。需要说明的是，在以下的说明中，将液化气体作为液化天然气(以下，称为“LNG”)，将LNG气化的天然气作为燃料气体，但本实施方式的发动机及装置也可以适用于例如以液化石油气体(LPG)等液化气体为燃料的发动机。气体燃料供给装置10具备利用往复式泵20将LNG升压后而气化的天然气喷射并供给到高压气体喷射发动机的燃烧室内的LNG燃料系统；向驱动往复式泵20的液压马达50供给液压的液压系统；进行液压马达50等的控制的控制部(未图示)。需要说明的是，在图示的结构例中，示出了 I组LNG燃料系统及液压系统，但也可以是分别设置多组并连结的结构，并未限定于此。LNG燃料系统具备通过液压马达50驱动的往复式泵20。该往复式泵20是导入处于大致大气压的状态的LNG，并升压至所希望的压力而喷出的泵。与往复式泵20的喷出侧连接的LNG供给配管22具备从泵侧依次配置的加热装置30及发动机入口气体减压阀(以下，称为“气体减压阀”)40。加热装置30是对于从往复式泵20供给的升压后的LNG进行加热而使其气化的装置。即，向加热装置30流入的高压的LNG在装置内被加热，由此LNG作为气化的天然气而流出。在加热装置30的出口附近设有压力传感器(未图示)，由该压力传感器检测到的天然气出口压力PV作为气体燃料出口压力而向控制部输入。该控制部为了保持为预先确定了天然气出口压力PV的恒定的压力值，而调整后述的液压马达50的旋转速度。需要说明的是，该控制部可以与后述的电子控制单元60的控制部一体构成。从加热装置30供给的天然气在由气体减压阀40调整成所希望的压力之后，喷射并供给到高压的燃烧室内。即，由于喷射到由活塞压缩而处于高压的状态的燃烧室内，因此由气体减压阀40调整的天然气的喷射(供给)压力需要设定为比燃烧室内的压力高的压力。这种以高压将天然气喷射到燃烧室内的运转模式称为“高压模式”。需要说明的是，在SSD-Gl的情况下，高压模式的天然气的喷射压力大致为150 300bar。气体减压阀40除了上述的“高压模式”之外，还具备将气体燃料的天然气作为气体火花式四冲程发动机的燃料进行供给的“低压模式”。该“低压模式”例如在对提供船内电力的发电发动机等供给气体燃料时使用，与“高压模式”相比，成为低压。LNG供给配管22具备从加热装置30的上游侧分支的再循环管线23。该再循环管线23是使由往复式泵20升压后的LNG从加热装置30的上游侧分支而向吸入筒24流动的配管系统，在吸入筒24的上游侧设有流量调整阀的再循环控制阀25。与吸入筒24连接的LNG导入配管21连接在未图示的LNG罐等上。通过设置这种再循环管线23，在无法控制液压马达50的旋转速度的低速区域或紧急地减少LNG流量时，通过流量调整阀25的开度调整来控制流过再循环管线23的LNG再循环流量，从而能够应对。具体而言，例如图4所示的说明图那样，在泵负载小的低速区域中，增大再循环控制阀25的开度来确保再循环流量，即，在泵负载小的运转点OP处，通过增大再循环流量来确保流过往复动泵20的LNG的总流量，维持成能够进行液压马达50的控制的转速区域。而且，在紧急地减少LNG量时，只要增大再循环控制阀25的开度而使绕过加热装置30的再循环流量增加，对向加热装置30供给的供给量进行限制即可。吸入筒24是收集从LNG供给配管22分支而导入的LNG，并使之返回往复式泵20的再循环吸入部的LNG容器。向再循环管线23导入的LNG的再循环流量由再循环控制阀25调整，该再循环控制阀25基于从控制部输出的运转点OP的控制信号而进行动作。该运转点OP的控制信号是基于例如由发动机转速提供的设定点SP和由压力传感器检测到的天然气出口压力PV，来确定控制部输出的运转点的开度信号。需要说明的是，这种情况的设定点SP既可以如上述的发动机转速那样采用气体减压阀40的控制性高的压力值的变动值，或者也可以将设定点SP设为固定值。并且，这种情况的液压系统将电子控制单元60保有的液压的一部分导入，并向驱动往复式泵20的液压马达50供给。S卩，具备:从电子控制单元60的液压系统61导入高压工作油的一部分而向液压马达50供给.驱动的液压导入系统51 ;用于使液压马达50的驱动所使用的高压工作油返回液压系统61的液压返回系统52。电子控制单元60的液压系统61使用积存在曲轴箱62内的发动机润滑油的一部分作为高压的液压工作油。曲轴箱62内的发动机润滑油借助设于润滑油管线63的电动的润滑油泵64而向过滤器单元65供给。该发动机润滑油由过滤器单元65除去杂质，之后，将由发动机驱动泵66或电动泵67升压的高压工作油向液压系统61供给。这种情况下，上述的电动泵67在发动机起动时是必要的部件，在发动机起动后的通常运转中主要使用来自发动机驱动泵66的液压供给。需要说明的是，在由燃气发动机I驱动的发动机驱动泵66与液压系统61之间设有切换阀体68，该切换阀体68在燃气发动机I的反转时使泵吸入方向及泵喷出方向变化。液压导入系统51是在电子控制单元60的上游侧从液压系统61分支，并将高压工作油的一部分向液压马达50供给的配管系统。液压返回系统52是使液压马达50的驱动所使用的高压工作油返回液压系统61的配管系统。在该回油系统52设有副积存罐53,该副积存罐53用于暂时积存液压马达50的驱动所使用的高压工作油。通过使电动的回油泵54运转，而积存在该副积存罐53内的工作油通过液压返回系统52返回曲轴箱62。另外，图中的符号55是将液压导入系统51与副积存罐53之间连结的管路，符号56是设于管路55的止回阀。通过具备管路55和止回阀56，在发动机的紧急停止时等，通过从副积存罐53汲取油，而能够避免液压导入系统51成为负压。这样的话，本实施方式的气体燃料供给装置10不用新设置用于驱动液压马达50的液压供给系统(液压泵等)，通过有效利用燃气发动机I保有的电子控制单元60的高压工作油，而借助由液压马达50驱动的往复式泵20来使LNG升压。因此，本实施方式的气体燃料供给装置10在为了供给LNG作为发动机燃料所需的液压系统中，通过共用电子控制单元60的液压设备，而能够将新追加设备类抑制成最小限度。这种燃气发动机I对应于船速而在船侧能够任意地变更发动机转速。例如由于发动机负载的上升而发动机转速也上升，因此向电子控制单元60供给高压工作油的发动机驱动泵66的泵喷出量及液压上升。即，对于当使LNG气化的气体燃料的消耗量增加时而流量及压力的要求值增大的液化气体升压用的往复式泵20而言，电子控制单元60的高压工作油成为优选的液压源。换言之，驱动往复式泵20的液压马达50的旋转速度通过实施向电子控制单元60供给高压工作油的发动机驱动泵66的容量控制(油量控制)而能够控制，即，通过调整发动机驱动泵66的喷出量而能够控制，因此，不需要机械性的减速机构或电动机的转速控制。这种情况下，在发动机驱动泵66中，优选采用例如柱塞泵那样的可变容量型，通过调整柱塞倾斜角来控制喷出量。因此，往复式泵20的LNG喷出量通过液压马达50的转速及液压能够控制，因此，与伴随着发动机负载的变动而高压工作油的供给量及液压增减的情况联动，从而能够容易地控制(增减)LNG的对于加热装置30的供给量。另外，由液压马达50驱动的往复式泵20与向液压马达50供给液压的作为液压泵单元的发动机驱动泵66之间彼此通过液压导入系统51及液压返回系统52的液压配管来连接。即，由液压马达50驱动的往复式泵20与作为液压供给源的发动机驱动泵66之间通过液压导入系统51及液压返回系统52来连接，由此能够另行设置，因此没有电气设备或减速机构的往复式泵20向气体危险区域内的设置变得容易。而且，由于成为从船舶的主发动机供给液压的结构，因此不再需要为了向另行设置的液压单元供给驱动电力而驱动比主机的两冲程发动机的热效率差的发电用四冲程发动机，从而能够减少运行成本。<第二实施方式>接下来，关于本发明的燃气发动机，基于图2，说明第二实施方式。需要说明的是，对于与上述的实施方式同样的部分标注相同符号，省略其详细的说明。图2所示的实施方式的燃气发动机IA具备与上述的实施方式不同的结构的气体燃料供给装置10A。在该气体燃料供给装置IOA中，虽然LNG燃料系统与上述的实施方式是实质上相同的结构，但向液压马达50供给液压的液压系统的结构不同。这种情况下的液压系统有效地利用燃气发动机IA的废气，从而驱动向液压马达50供给驱动用的液压的液压泵单元的液压泵70。该液压泵70是以从发动机排气静压管80抽出废气的一部分而运转的排气涡轮81为驱动源的可变容量型的泵，例如使用柱塞泵。在排气涡轮81上连接有从发动机排气静压管80导入废气的一部分的废气供给流路82 ;将由排气涡轮81作功后的废气向大气排放用的烟囱引导的废气排出流路83。在废气供给流路82上设置废气流量控制阀84，以便于必要时进行向排气涡轮81供给的废气流量的调整。而且，在废气供给流路82上设有从废气流量控制阀84的上游侧分支的废气旁通流路85。该废气旁通流路85与废气排出流路83连接，在该流路中途设有旁通流量调整阀86及节流器87。从发动机排气静压管80排出的废气的主流通过主废气供给流路88向增压器89的排气涡轮89a供给。该废气主流在驱动了排气涡轮89a之后，通过主废气排出流路90而被导向烟囱。需要说明的是，在该主废气排出流路90上连接有上述的废气排出流路83。增压器89中，由排气涡轮89a的旋转轴驱动的压缩机89b对发动机室内的空气进行吸入并压缩。由压缩机89b压缩后的供气(扫气)用的压缩空气由空气冷却器91冷却，由此成为空气密度升高的状态而向供气岐管92供给。需要说明的是，图中的符号93是燃气发动机IA的工作缸，在图示的结构例中成为六气缸，但并未限定于此。根据这种燃气发动机1A，通过有效利用向大气排放的废气作为气体燃料供给装置IOA的液压供给源，而能够使液压泵70运转并向液压马达50供给液压。从液压泵70喷出的高压工作油通过液压导入系统51A而向液压马达50供给。需要说明的是，驱动液压马达50而向副积存罐53流入的工作油在电动的回油泵54的作用下返回工作油储存罐59。根据这种本实施方式的燃气发动机1A，气体燃料供给装置IOA具备液压泵单元的液压泵70，该液压泵单元从液压泵70向液压马达50供给驱动用的液压，液压泵70由从发动机排气静压管80抽出废气的一部分而运转的排气涡轮81来驱动。由此，通过伴随着发动机负载的上升而产生量增加的废气的有效利用来驱动液压泵70，并通过液压马达驱动的往复式泵20能够使LNG升压。这种情况下，当发动机负载上升时，使LNG气化的天然气(发动机燃料)的消耗量增加并且废气量也增加，因此往复式泵20要求的LNG的流量及压力也增加。因此，对于这种LNG升压用的往复式泵20而言，排气涡轮81所驱动的液压泵70中，燃料侧的要求变动与向驱动燃料供给侧的往复式泵20的液压马达50供给的液压变动表现出大致同样的倾向，从而成为优选的液压供给源。另外，上述的实施方式的液压系统能够将新的追加设备类抑制成最小限度，通过液压马达50所驱动的往复式泵20能够使液化气体升压。然而，在上述的实施方式的气体燃料供给装置IOA中，优选将液压泵70设为可变容量型，未图示的控制部实施液压泵70的可变容量控制而调整液压马达50的旋转速度，将从气体减压阀40向燃气发动机IA供给的天然气(气体燃料)的气体燃料出口压力保持为恒定。通过这种可变容量控制，借助液压泵70的容量控制(油量控制)来进行驱动往复式泵20的液压马达50的旋转速度的调整，因此不需要机械性的减速机构或电动机的转速控制。这种情况下，作为优选的可变容量控制，有例如将液压泵设为斜板式，将废气流量控制阀84的开度固定并适当调整斜板角度来控制泵喷出量的方式。另外，上述的实施方式的气体燃料供给装置IOA也可以是将液压泵70设为恒定容量型，未图示的控制部通过排气涡轮81的转速控制来调整液压马达50的旋转速度，将气体减压阀40的气体燃料出口压力保持为恒定的变形例。这种情况下，只要在排气涡轮81的入口侧设置废气流量的控制阀、即能够进行开度调整的流量控制阀84，适当调整流量控制阀84的阀开度，来控制基于废气供给量的排气涡轮的转速即可。即便如此，驱动往复式泵20的液压马达50的旋转速度也通过控制驱动侧的排气涡轮转速来调整，因此不需要机械性的减速机构或电动机的转速控制。另外，由液压马达50驱动的往复式泵20与向液压马达50供给液压的液压泵单元(液压泵70)之间彼此通过液压配管连接，而能够另行设置，因此没有电气设备或减速机构的往复式泵20向气体危险区域内的设置变得容易。
此外，由于成为有效利用从船舶的主发动机排出的废气能量作为液压的结构，因此不再需要为了向另行设置的液压单元供给驱动电力而驱动比主机的两冲程发动机的热效率差的发电用四冲程发动机，从而能够减少运行成本。〈第三实施方式〉接下来，关于本发明的燃气发动机，基于图3，说明第三实施方式。需要说明的是，对于与上述的实施方式同样的部分标注相同符号，省略其详细的说明。图3所示的实施方式的燃气发动机IB具备与上述的实施方式不同的结构的气体燃料供给装置10B。在该气体燃料供给装置IOB中，虽然LNG燃料系统与上述的实施方式是实质上相同的结构，但向液压马达50供给液压的液压系统的结构不同。这种情况下的液压系统有效地利用燃气发动机IB的废气，从而驱动向液压马达50供给驱动用的液压的液压泵单元的液压泵70A。该液压泵70A是借助从发动机排气静压管80排出的废气而运转的增压器89的排气涡轮89a的旋转轴所驱动的可变容量型的泵，例如使用柱塞泵。在排气涡轮89a上连接有从发动机排气静压管80导入废气的主废气供给流路88 ；将由排气涡轮89a作功后的废气向大气排放用的烟囱引导的主废气排出流路90。从发动机排气静压管80排出的废气通过主废气供给流路88而向增压器89的排气涡轮89a供给。该废气流在驱动了排气涡轮89a之后，通过主废气排出流路90而被导向烟囱。增压器89中，由排气涡轮89a的旋转轴驱动的压缩机89b对发动机室内的空气进行吸入并压缩。由压缩机89b压缩后的供气(扫气)用的压缩空气由空气冷却器91冷却，由此成为空气密度升高的状态而向供气岐管92供给。需要说明的是，图中的符号93是燃气发动机IB的工作缸，在图示的结构例中成为六气缸，但并未限定于此。根据这种燃气发动机1B，有效利用向大气排放的废气作为气体燃料供给装置IOB的液压供给源。由此，利用增压器89的排气涡轮89a的轴驱动来使液压泵70运转，能够使从工作油储存罐59导入的工作油升压而向液压马达50供给液压。从液压泵70喷出的高压工作油通过液压导入系统51A而向液压马达50供给。需要说明的是，驱动液压马达50而向副积存罐53流入的工作油在电动的回油泵54的作用下返回工作油储存罐59。根据这种本实施方式的燃气发动机1B，气体燃料供给装置IOB具备液压泵单元的液压泵70，该液压泵单元从液压泵70向液压马达50供给驱动用的液压，液压泵70由从发动机排气静压管80导入废气而运转的排气涡轮89a来驱动。由此，通过伴随着发动机负载的上升而产生量增加的废气的有效利用来驱动液压泵70，并通过液压马达驱动的往复式泵20能够使LNG升压。这种情况下，当发动机负载上升时，使LNG气化的天然气(发动机燃料)的消耗量增加并且废气量也增加，因此往复式泵20要求的LNG的流量及压力也增加。因此，对于这种LNG升压用的往复式泵20而言，排气涡轮89a所驱动的液压泵70中，燃料侧的要求变动与向驱动燃料供给侧的往复式泵20的液压马达50供给的液压变动表现出大致同样的倾向，从而成为优选的液压供给源。
另外，上述的实施方式的液压系统能够将新的追加设备类抑制成最小限度，通过液压马达50所驱动的往复式泵20能够使液化气体升压。然而，在上述的实施方式的气体燃料供给装置IOB中，优选将液压泵70A设为可变容量型，未图示的控制部实施液压泵70A的可变容量控制而调整液压马达50的旋转速度，将从气体减压阀40向燃气发动机IB供给的天然气(气体燃料)的气体燃料出口压力保持为恒定。通过这种可变容量控制，借助液压泵70的容量控制(油量控制)来进行驱动往复式泵20的液压马达50的旋转速度的调整，因此不需要机械性的减速机构或电动机的转速控制。这种情况下，作为优选的可变容量控制，有例如将液压泵设为斜板式，适当调整斜板角度来控制泵喷出量的方式。即便如此，驱动往复式泵20的液压马达50的旋转速度也通过控制驱动侧的排气涡轮转速来调整，因此不需要机械性的减速机构或电动机的转速控制。另外，由液压马达50驱动的往复式泵20与向液压马达50供给液压的液压泵单元(液压泵70)之间彼此通过液压配管连接，而能够另行设置，因此没有电气设备或减速机构的往复式泵20向气体危险区域内的设置变得容易。此外，由于成为有效利用从船舶的主发动机排出的废气能量作为液压的结构，因此不再需要为了向另行设置的液压单元供给驱动电力而驱动比主机的两冲程发动机的热效率差的发电用四冲程发动机，从而能够减少运行成本。如上所述，根据本实施方式的燃气发动机1、ΙΑ、1B,在例如电子控制化的高压气体喷射型低速两冲程柴油机那样以高压将燃料的天然气供给到燃烧室内的高压气体喷射柴油机中，使用能够容易地向气体危险区域配置的液压泵驱动的往复式泵20，实现燃料的液化气体(例如LNG)的高压化而进行供给。并且，若从发动机侧的电子控制单元60接受液压的供给，则不需要向往复式泵驱动用的液压马达50供给液压的新的液压单元的设置。因此，能够减少燃气发动机I的设置空间、成本，特别是在有限的船舶内，能够增加载货空间等而实现船内空间的有效利用。另外，如燃气发动机1A、1B那样，利用通过废气而运转的排气涡轮81或增压器89的轴输出来驱动液压泵70、70A的方式中，能够将向往复式泵驱动用的液压马达50供给液压的液压单元的结构设备抑制成最小限度。因此，能够减少燃气发动机1A、1B的设置空间、成本，特别是在有限的船舶内，能够增加载货空间等而实现船内空间的有效利用。需要说明的是，本发明并未限定为上述的实施方式，在不脱离其要点的范围内能够适当变更。符号说明1、1A、1B燃气发动机10、10AU0B气体燃料供给装置20往复式泵2ILNG导入配管22LNG供给配管23再循环管线
24吸入筒25再循环控制阀30加热装置40发动机入口气体减压阀(气体减压阀)50液压马达51、51A液压导入系统52液压返回系统53副积存罐54回油泵59工作油储存罐60电子控制单元61液压系统62曲轴箱63润滑油管线64润滑油泵65过滤器单元66发动机驱动泵67电动泵70、70A 液压泵80发动机排气静压管81排气涡轮82废气供给流路83废气排出流路84废气流量控制阀88主废气供给流路89增压器89a排气涡轮89b压缩机90主废气排出流路91空气冷却器92供气岐管OP运转点RCV再循环控制阀
权利要求
1.一种燃气发动机，其是高压气体喷射柴油机的燃气发动机，具备:电子控制单元，其通过利用控制器及电磁阀对高压工作油进行控制来驱动发动机；气体燃料供给装置，其使向燃烧室内喷射的燃料气体升压成高压的液化气体而供给，所述燃气发动机中， 所述气体燃料供给装置具备: 往复式泵，其由液压马达驱动，将导入的液化气体升压至所希望的压力而喷出； 液压导入系统，其从所述电子控制单元的液压系统导入所述高压工作油的一部分而向所述液压马达供给.驱动； 液压返回系统，其用于使所述液压马达的驱动所使用后的所述高压工作油返回所述液压系统； 加热装置，其对从所述往复式泵供给的升压后的液化气体进行加热而使其气化；控制部，其调整所述液压马达的旋转速度而将所述加热装置的气体燃料出口压力保持为恒定； 发动机入口气体减压阀，其调整向所述燃烧室内喷射的气体燃料压力。
2.根据权利要求1所述的燃气发动机，其中， 调整向所述电子控制单元供给所述高压工作油的液压泵的喷出量来控制所述液压马达的旋转速度。
3.一种燃气发动机，其是高压气体喷射柴油机的燃气发动机，具备气体燃料供给装置，该气体燃料供给装置使向 燃烧室内喷射的燃料气体升压成高压的液化气体而供给，所述燃气发动机中， 所述气体燃料供给装置具备: 往复式泵，其由液压马达驱动，将导入的液化气体升压至所希望的压力而喷出； 液压泵单元，其从由排气涡轮的旋转轴驱动的液压泵向所述液压马达供给驱动用的液压，该排气涡轮从发动机排气静压管抽出废气的一部分而运转； 加热装置，其对从所述往复式泵供给的升压后的液化气体进行加热而使其气化；控制部，其调整所述液压马达的旋转速度而将所述加热装置的气体燃料出口压力保持为恒定； 发动机入口气体减压阀，其调整向所述燃烧室内喷射的气体燃料压力。
4.一种燃气发动机，其是高压气体喷射柴油机的燃气发动机，具备增压器和气体燃料供给装置，该气体燃料供给装置使向燃烧室内喷射的燃料气体升压成高压的液化气体而供给，所述燃气发动机中， 所述气体燃料供给装置具备: 往复式泵，其由液压马达驱动，将导入的液化气体升压至所希望的压力而喷出； 液压泵单元，其从由所述增压器的旋转轴驱动的液压泵向所述液压马达供给驱动用的液压； 加热装置，其对从所述往复式泵供给的升压后的液化气体进行加热而使其气化；控制部，其调整所述液压马达的旋转速度而将所述加热装置的气体燃料出口压力保持为恒定； 发动机入口气体减压阀，其调整向所述燃烧室内喷射的气体燃料压力。
5.根据权利要求3或4所述的燃气发动机，其中，所述气体燃料供给装置中，所述液压泵为可变容量型，所述控制部通过所述液压泵的可变容量控制来调整所述液压马达的旋转速度而将所述气体燃料出口压力保持为恒定。
6.根据权利要求3所述的燃气发动机，其中， 所述气体燃料供给装置中，所述液压泵为恒定容量型，所述控制部通过所述排气涡轮的转速控制来调整所述 液压马达的旋转速度而将所述气体燃料出口压力保持为恒定。
全文摘要
本发明提供一种使用能够容易地向气体危险区域进行配置的往复式泵，实现燃料的液化气体(例如LNG)的高压化而进行供给的燃气发动机。燃气发动机(1)的气体燃料供给装置(10)具备往复式泵(20)，其由液压马达(50)驱动，将导入的液化气体升压至所希望的压力而喷出；液压导入系统，其从电子控制单元(60)的液压系统(61)导入高压工作油的一部分而向液压马达(50)供给·驱动；液压返回系统，其用于使液压马达(50)的驱动所使用后的高压工作油返回液压系统；加热装置(30)，其对从往复式泵(20)供给的升压后的液化气体进行加热而使其气化；控制部(40)，其调整液压马达(50)的旋转速度而将加热装置(30)的气体燃料出口压力保持为恒定；发动机入口气体减压阀(40)，其调整向燃烧室内喷射的气体燃料压力。
文档编号F02B43/00GK103080525SQ201280002387
公开日2013年5月1日 申请日期2012年3月15日 优先权日2011年3月31日
发明者村田聪, 冈胜 申请人:三菱重工业株式会社