燃气发动机的制作方法
【专利说明】燃气发动机
[0001]本申请是申请日为2012年3月15日、申请号为201280002387.3、发明名称为“燃气发动机”的专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]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】
[0003]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。
[0004]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。
[0005]以往，在将SSD-GI作为LNG船的主发动机候补时，研宄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“BOG”)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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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宄开发变得活跃。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]在先技术文献
[0014]专利文献
[0015]专利文献1:日本特开平9-209788号公报
[0016]专利文献2:日本特开2009-204026号公报
[0017]发明的概要
[0018]发明要解决的课题
[0019]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。
[0020]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。
[0021 ] 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。
[0022]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。
[0023]第二问题关于驱动往复泵的电动机。
[0024]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。
[0025]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】
[0026]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。
[0027]用于解决课题的手段
[0028]本发明为了解决上述的课题，而采用下述的手段。
[0029]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。
[0030]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。
[0031]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。
[0032]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。