液压装置、内燃机以及船舶的制作方法

本发明涉及在内燃机的驱动时通过由多个辅助泵蓄压的液压来驱动例如燃料泵、排气阀驱动用的致动器这样的液压驱动部的一种液压装置、内燃机以及船舶。

背景技术：

在作为内燃机的船舶用柴油发动机，尤其是电子控制发动机中，作为液压驱动部的燃料泵以及排气阀驱动用的下部动阀装置(致动器)通过由辅助泵蓄压的工作油的液压和电磁阀来控制。这样的船舶用柴油发动机为了提高在辅助泵的损伤时的冗余度而具备多台辅助泵(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-331772号公报

发明所要解决的课题

在具备多台辅助泵的情况下，为了即使一部分的辅助泵损伤也能够利用剩余的辅助泵进行船舶用的航行，各辅助泵被设计为使每一台辅助泵的实际运行时的排出量相对于最大排出量具有充足余量。例如，设计为最大排出量的30％～60％。

在此，若船舶用柴油发动机的负载降低则燃料喷射量降低，因此工作油的必要量降低。并且，在近年的船舶中，有为了抑制燃料消耗量而进行减速航行的倾向，从而实际运行状态中的每一台辅助泵的排出量变少。例如，设计为最大排出量的15％～30％。

另一方面，一般而言，若每一台辅助泵的排出量变小，则有泵效率降低的倾向。因此，在现在的电子控制式的船舶用柴油发动机中，发动机负载越低则使用辅助泵的效率越低的区域，作为发动机以及船舶整体的能量效率低。

技术实现要素：

本发明是用于解决上述课题的发明，其目的在于提供能够不受发动机负载的影响而使用辅助泵的效率高的区域的一种液压装置、燃机以及船舶。

用于解决课题的方法

为了达成上述目的，本发明的液压装置的特点在于，具备：多台辅助泵，该多台辅助泵通过内燃机的动力来进行蓄压动作；液压驱动部，该液压驱动部通过由各所述辅助泵蓄压的液压来驱动；以及辅助泵切换机构，该辅助泵切换机构根据所述内燃机的负载状态，以在比规定的负载低的情况下减少所述辅助泵的运转台数，而在比规定的负载高的情况下增加所述辅助泵的运转台数的方式使所述辅助泵停止或运转。

根据该液压装置，在内燃机的负载状态比规定的负载低的情况下，通过减少辅助泵的运转台数，能够在各个辅助泵中以泵效率高的状态运转。另一方面，在内燃机的负载状态比规定的负载高的情况下，通过增加辅助泵的运转台数，能够在各个辅助泵中以泵效率高的状态运转。其结果，能够不受发动机负载影响而使用辅助泵的效率高的范围使用。

并且，在本发明的液压装置中，其特点在于，所述辅助泵切换机构由离合器组成，所述离合器设置于将所述内燃机的动力传递到所述辅助泵的传递路线之间，并且所述离合器不使所述内燃机停止就能够连接或者切断向所述辅助泵传递的所述内燃机的动力。

根据该液压装置，不使内燃机停止就能够连接或者切断向辅助泵传递的内燃机的动力，由此，能够在内燃机的运行中进行辅助泵的停止或运转。

并且，在本发明的液压装置中，其特点在于，还具备控制部，该控制部取得所述内燃机的负载，并以根据该负载而成为预先设定的所述辅助泵的运转台数的方式控制所述辅助泵切换机构。

根据该液压装置，通过控制部来自动控制辅助泵的运转台数，因此能够显著地得到不受发动机负载的影响而使用辅助泵的效率高的区域的效果。

并且，在本发明的液压装置中，其特点在于，还具备控制部，该控制部取得运转中的所述辅助泵的总排出量，并以根据该总排出量而成为预先设定的所述辅助泵的运转台数的方式控制所述辅助泵切换机构。

根据该液压装置，通过控制部来自动控制辅助泵的运转台数，因此能够显著地得到不受发动机负载的影响而使用辅助泵的效率高的区域的效果。

并且，在本发明的液压装置中，其特点在于，所述辅助泵是能够使工作液的排出量可变的可变容量泵，所述控制部在使所述辅助泵的运转台数减少的情况下，在使将要停止的所述辅助泵的排出量逐渐减少，并使运转的所述辅助泵的排出量逐渐增加之后，控制所述辅助泵切换机构。

根据该液压装置，在使辅助泵的运转台数减少的情况下，能够防止工作油的压力变化、辅助泵的转矩变化而进行辅助泵的切换。

并且，在本发明的液压装置中，其特点在于，所述辅助泵是能够使工作液的排出量可变的可变容量泵，所述控制部在使所述辅助泵的运转台数增加的情况下，在控制辅助泵切换机构后，使新运转的所述辅助泵的排出量逐渐增加，并且使运转中的所述辅助泵的排出量逐渐减少。

根据该液压装置，在使辅助泵的运转台数增加的情况下，能够防止工作油的压力变化、辅助泵的转矩变化而进行辅助泵的切换。

并且，在本发明的液压装置中，其特点在于，所述控制部在使所述辅助泵的运转台数减少的情况下，以使与上一回停止的所述辅助泵不同的所述辅助泵停止的方式控制所述辅助泵切换机构。

根据该液压装置，能够使各辅助泵的总运转时间均匀化并降低辅助泵的损伤概率。

并且，在本发明的液压装置中，其特点在于，所述控制部取得各所述辅助泵的排出后的工作液的总压力，并在该总压力比预先设定的压力低的情况下，以使停止的所述辅助泵运转的方式控制所述辅助泵切换机构。

根据该液压装置，在运转中的辅助泵发生故障的情况下，能够自动地使用备份并得到必要量的工作油。

并且，在本发明的液压装置中，其特点在于，所述控制部在利用所述辅助泵切换机构来使所述辅助泵停止或运转的情况下将该状态维持规定的时间。

例如，在恶劣天气时的航行中，在螺杆从水面露出等情况下，内燃机的负载状态瞬时地变化。相对于这样瞬时的内燃机的负载状态的变化，进行辅助泵的运转或停止有使负载变动恶化的担忧。根据该液压装置，在通过辅助泵切换机构来使辅助泵停止或运转的情况下，通过将该状态维持规定时间，能够抑制负载变动的恶化。

并且，本发明的内燃机的特点在于具备上述任意一种液压装置。

根据该内燃机，在液压装置中，在内燃机的负载状态比规定的负载低的情况下，通过减少辅助泵的运转台数，能够在各个辅助泵中以泵效率高的状态运转。另一方面，在内燃机的负载状态比规定的负载高的情况下，通过增加辅助泵的运转台数，能够在各个辅助泵中以泵效率高的状态运转。其结果，能够不受发动机负载影响而使用辅助泵的效率高的区域，并且能够提高作为内燃机的能量效率。

并且，本发明的船舶的特点在于具备上述内燃机。

根据该船舶，在液压装置中，在内燃机的负载状态比规定的负载低的情况下，通过减少辅助泵的运转台数，能够在各个辅助泵中以泵效率高的状态运转。另一方面，在内燃机的负载状态比规定的负载高的情况下，通过增加辅助泵的运转台数，能够在各个辅助泵中以泵效率高的状态运转。其结果，能够不受发动机负载影响而使用辅助泵的效率高的区域，并且能够提高作为内燃机以及船舶整体的能量效率。

发明效果

根据本发明，能够不受发动机负载影响而使用辅助泵的效率高的区域。

附图说明

图1是应用本发明的本实施方式所涉及的液压装置的船舶的概略侧视图。

图2是本发明的实施方式所涉及的液压装置的概略图。

图3是本发明的实施方式所涉及的液压装置中的辅助泵切换机构的概略图。

图4是本发明的实施方式所涉及的液压装置中的辅助泵切换机构的概略图。

图5是表示曲柄轴每旋转一周的内燃机负载与工作油必要量的关系的曲线图。

图6是表示内燃机负载与曲柄轴转速的关系的曲线图。

图7是表示每单位时间的内燃机负载与工作油必要量的关系的曲线图。

图8是表示辅助泵排出量与泵效率的关系的曲线图。

图9表示每单位时间的内燃机负载与工作油必要量以及辅助泵台数的关系的曲线图。

图10是表示本发明的实施方式所涉及的液压装置的动作的流程图。

图11是表示本发明的实施方式所涉及的液压装置的动作的流程图。

具体实施方式

在以下，基于附图对本发明所涉及的实施方式进行详细说明。另外，该发明不被该实施方式限定。并且，在下述实施方式的结构要素中含有本领域技术人员能够且容易置换的内容或实质上相同的内容。

图1是应用本实施方式所涉及的液压装置的船舶的概略侧视图。

本实施方式的船舶具有船体10。该船体10具备船头11、船尾12、船底13以及船侧14。wl表示船体10的吃水线(满载时)。船体10在船尾12侧通过隔壁16而划分有机舱室17。并且，在机舱室17配置有作为主发动机的内燃机(柴油发动机)18。内燃机18与传递推进力的螺旋桨19连结。并且，船体10在船尾12设置有控制船体10的方向的舵。舵的舵主体20被支承为相对于船体10可旋转。在本实施方式中，舵主体20安装于旋转轴21，该旋转轴21被安装为相对于船体10可旋转。并且，旋转轴21与驱动机(例如，油压驱动装置)22连结。

图2是本实施方式所涉及的液压装置的概略图。图3以及图4是本实施方式所涉及的液压装置中的辅助泵切换机构的概略图。

如图2～图4所示，内燃机18通过如下方式得到动力：曲柄轴34伴随气缸31内的活塞32的往复运动而经由曲柄33旋转。并且，在收容曲柄33以及曲柄轴34的曲柄箱设置有贮存工作油(工作液)的油盘35。

本实施方式的液压装置具备辅助泵41、离合器44、液压驱动部54以及控制部55。

辅助泵41伴随内燃机18的曲柄轴34的旋转而被驱动。辅助泵41是斜板泵等的可变容量泵。如图3以及图4所示，设置于内燃机18的曲柄轴34的曲柄齿轮42伴随曲柄轴34的旋转而旋转，由此辅助泵41利用该旋转来蓄压工作油并提高工作油的液压。

并且，辅助泵41设置有多台。在本实施方式中，如图3所示，各辅助泵41相对于与曲柄齿轮42连接的传递齿轮43连接。

离合器44将曲柄齿轮42的旋转相对于各辅助泵41连接或者切断。即，各辅助泵41相对于曲柄齿轮42以曲柄齿轮42的旋转经由离合器44而被传递的方式设置。例如图4所示，在曲柄齿轮42连接有传递齿轮43a(43)，离合器44设置于与该传递齿轮43a(43)连接的传递齿轮43b(43)和辅助泵41之间，并通过连接或切断传递齿轮43b(43)和辅助泵41来将曲柄齿轮42的旋转相对于辅助泵41连接或切断。像这样，离合器44不停止曲柄轴34的旋转就能连接或切断相对于各辅助泵41的曲柄齿轮42的旋转，离合器44构成为切换各辅助泵41的运转或停止的辅助泵切换机构。

并且，如图2所示，液压装置通过由电动机51驱动的低压泵52来在低压下输送贮存于油盘35的工作油，并经由逆流防止部53将该工作油供给到各辅助泵41的吸入口侧。并且，由各辅助泵41蓄压而变为高压的工作油从各辅助泵41的排出口被排出，并经由逆流防止部53而被供给到液压驱动部54。在此，船舶中的内燃机18中，曲柄轴34正反旋转，因此与之相伴的辅助泵41也正反动作，由此吸入口和排出口相反而变为排出口和吸入口。逆流防止部53由四个止回阀53a组合构成，该逆流防止部53以如下方式作用：将由低压泵52输送的低压的工作油供给到辅助泵41的吸入口并且将从辅助泵41的排出口排出的高压的工作油供给到液压驱动部54。

液压驱动部54是对内燃机18供给燃料的燃料泵或驱动内燃机18的排气阀的致动器等的下部动阀装置，该液压驱动部54通过由电磁阀控制而被供给的在辅助泵41被蓄压的高压的工作油来动作。虽然液压驱动部54在图2中为了方便而仅被表示为一个，但内燃机18为多气缸且液压驱动部54与各气缸对应地设置。并且，在液压驱动部54中使用的工作油返回内燃机18的油盘35。

控制部55是例如中央运算装置(cpu：centralprocessingunit)，主要控制作为辅助泵切换机构的离合器44。并且，控制部55既改变辅助泵41的容量来控制排出量，又控制低压泵52的电动机51，又控制液压驱动部54中的电磁阀。并且，控制部55通过内燃机检测部而取得内燃机18的负载。内燃机检测部例如包含转速检测部61，转速检测部61检测内燃机18中的曲柄轴34的转速，在控制部55中，基于该转速以及供给到内燃机18的燃料量(液压驱动部54中的电磁阀的开度)来算出内燃机18的负载。并且，控制部55通过辅助泵检测部而取得辅助泵41的排出量。辅助泵检测部例如包含转速检测部61，转速检测部61检测内燃机18中的曲柄轴34的转速，在控制部55中，基于该转速以及辅助泵41的容量来算出各辅助泵41的排出量。并且，控制部55取得算出时正在运转的辅助泵41的总排出量。并且，控制部55通过压力检测部62而取得运转中的全部辅助泵41的排出后的工作油的总压力。压力检测部62设置于逆流防止部53的下游侧，尤其是设置在液压驱动部54的下游中返回内燃机18的油盘35的部分，并检测被输送经过该部分的工作油的压力。

图5是表示曲柄轴每旋转一周的内燃机负载(发动机负载)与工作油必要量的关系的曲线图。图6是表示内燃机负载(发动机负载)与曲柄轴转速(发动机转速)的关系的曲线图。图7是表示每单位时间的内燃机负载(发动机负载)与工作油必要量的关系的曲线图。图8是表示辅助泵排出量与泵效率的关系的曲线图。图9表示每单位时间的内燃机负载(发动机负载)与工作油必要量以及辅助泵台数的关系的曲线图。

如图5所示，本实施方式中的液压驱动部54具有燃料泵a、下部动阀装置b。燃料泵a随着发动机负载(曲柄轴34的转速与燃料量的关系)增大而消耗更多的燃料，因此曲柄轴34的每旋转一周的工作油必要量变多。另一方面，下部动阀装置b是驱动内燃机18的排气阀的装置，因此曲柄轴34的每旋转一周的工作油必要量是不伴随发动机负载变动的固定值。因此，在作为液压驱动部54的燃料泵a以及下部动阀装置b中，曲柄轴34的每旋转一周的工作油必要量随着发动机负载增大而变多。即，由辅助泵41对液压驱动部54提供的工作油的必要供给量随着发动机负载增大而变多，随着发动机负载减小而变少。

并且，如图6所示，内燃机18的负载相对于使曲柄轴34旋转时的转速呈对数式的增加。如此，通过图5以及图6，每单位时间的内燃机18的负载与工作油必要量的关系变为如图7所示。

在此，如图8所示，当与工作油必要量相当的辅助泵41排出量低于大约50％时，有辅助泵41的泵效率降低的倾向。因此，为了提高泵效率，在图7所示的每单位时间的内燃机18的负载与工作油必要量的关系中，如图9所示，例如在使用三台辅助泵41的情况下，在内燃机18的负载为40％以下时使一台辅助泵41运转并使两台辅助泵41停止，由此，内燃机18的负载与利用一台辅助泵41供给的工作油必要量对应从而能够使辅助泵41在泵效率高的区域中运转。另一方面，在内燃机18的负载超过40％的情况下使两台辅助泵41运转并使一台辅助泵41停止，由此，内燃机18的负载与利用两台辅助泵41供给的工作油必要量对应从而能够使各辅助泵41在泵效率高的范围中运转。考虑辅助泵41的泵效率而预先设定辅助泵41的运转台数。

另外，在图9中，虽然三台辅助泵41中的一台处于停止的状态，但该停止的辅助泵41作为在其他辅助泵41发生故障的情况等的备用。并且，辅助泵41的台数不限定于一例中的三台。并且，在图9中，改变辅助泵41的台数的基准的“40％”只不过是一例而并不限定于此。

图10是表示本实施方式所涉及的液压装置的动作，即控制部的控制的流程图。

如图10所示，控制部55取得内燃机18的负载或者相对于内燃机18的负载的辅助泵41的排出量作为内燃机18的负载状态(步骤s1)。并且，在内燃机18的负载相比于规定的负载(例如，40％)降低的情况下(步骤s2：是)，控制部55控制作为辅助泵切换机构的离合器44，使规定的辅助泵41停止来减少运转的辅助泵41的台数(步骤s5)。此时，在进行步骤s5的控制前，控制部55增加运转的辅助泵41的排出量(步骤s3)并且减少将要停止的辅助泵41的排出量(步骤s4)。另一方面，当在步骤s2中内燃机18的负载相比于规定的负载(例如，40％)不降低的情况下(步骤s2：否)，若在步骤s6中，内燃机18的负载相比于规定的负载(例如，40％)上升(步骤s6：是)，则控制部55控制作为辅助泵切换机构的离合器44，使规定的辅助泵41运转来增加运转的辅助泵41的台数(步骤s7)。其后，控制部55使运转中的辅助泵41的排出量与内燃机18的负载对应地减少(步骤s8)并且使新运转的辅助泵41的排出量增加(步骤s9)。并且，若在步骤s6中内燃机18的负载相比于规定的负载(例如，40％)不上升(步骤s6：否)，则返回步骤s1，控制部55取得内燃机18的负载或者相对于内燃机18的负载辅助泵41的排出量作为内燃机18的负载状态。另外，该控制周期性或连续地进行。

另外，也可以是步骤s2与步骤s6中的步骤s6在前。具体而言，优选在从高负载向低负载移动的情况下以先进行步骤s2并使内燃机18的负载相比于规定的负载不降低的方式控制，在从低负载向高负载移动的情况下以先进行步骤s6并使内燃机18的负载相比于规定的负载不上升的方式控制。

像这样，本实施方式的液压装置具备：多台辅助泵41，该多台辅助泵41通过内燃机18的动力来进行蓄压动作；液压驱动部54，该液压驱动部54通过由各辅助泵41蓄压的液压来驱动；以及辅助泵切换机构，该辅助泵切换机构根据内燃机18的负载状态，以在比规定的负载低的情况下减少辅助泵41的运转台数，而在比规定的负载高的情况下增加辅助泵41的运转台数的方式使辅助泵41停止或运转。

另外，这里的辅助泵切换机构是进行如下切换的机构：连接或切断内燃机18的对辅助泵41的动力传递，该辅助泵切换机构包含不使曲柄轴34的旋转停止就能够进行切换的上述的离合器44，但也包含例如在停止内燃机18的状态下使曲柄齿轮42与传递齿轮43的啮合脱离的机构。并且，内燃机18的负载状态是指包含内燃机18的负载本身、排出内燃机18的负载所必要的工作油量的辅助泵41的排出量。

根据该液压装置，在内燃机18的负载状态比规定的负载低的情况下，通过减少辅助泵41的运转台数，能够在各个辅助泵41中以泵效率高的状态运转。另一方面，在内燃机18的负载状态比规定的负载高的情况下，通过增加辅助泵41的运转台数，能够在各个辅助泵41中以泵效率高的状态运转。其结果，能够不受发动机负载影响而使用辅助泵41的效率高的区域。

并且，在本实施方式的液压装置中，辅助泵切换机构由离合器44组成，离合器44设置于将内燃机18的动力传递到辅助泵41的传递路线之间，并且离合器44不使内燃机18停止就能够连接或者切断向辅助泵41传递的内燃机18的动力。

根据该液压装置，不使内燃机18停止就能够连接或者切断向辅助泵41传递的内燃机18的动力，由此，能够在内燃机18的运行中进行辅助泵41的停止或运转。

并且，在本实施方式的液压装置中具备控制部55，该控制部55取得内燃机18的负载，并以根据该负载而成为预先设定的辅助泵41的运转台数的方式控制辅助泵切换机构。或者，在本实施方式的液压装置中具备控制部55，该控制部55取得运转中的辅助泵41的总排出量，并以根据该总排出量而成为预先设定的辅助泵41的运转台数的方式控制辅助泵切换机构。

根据该液压装置，通过控制部55来自动地控制辅助泵41的运转台数，因此能够显著地得到不受发动机负载的影响而适用辅助泵41的效率高的区域的效果。

并且，在本实施方式的液压装置中，辅助泵41是能够使工作液的排出量可变的可变容量泵，控制部55在使辅助泵41的运转台数减少的情况下，在使将要停止的辅助泵41的排出量逐渐减少，并使运转的辅助泵41的排出量逐渐增加之后，控制辅助泵切换机构。

根据该液压装置，在使辅助泵41的运转台数减少的情况下，能够防止工作油的压力变化、辅助泵41的转矩变化而进行辅助泵41的切换。

并且，在本实施方式的液压装置中，辅助泵41是能够使工作液的排出量可变的可变容量泵，控制部55在使辅助泵41的运转台数增加的情况下，在控制辅助泵切换机构后，使新运转的辅助泵41的排出量逐渐增加，并且使运转中的辅助泵41的排出量逐渐减少。

根据该液压装置，在使辅助泵41的运转台数增加的情况下，能够防止工作油的压力变化、辅助泵41的转矩变化而进行辅助泵41的切换。

并且，在本实施方式的液压装置中，控制部55在使辅助泵41的运转台数减少的情况下，以使与上一回停止的辅助泵41不同的辅助泵41停止的方式控制辅助泵切换机构。

根据该液压装置，能够使各辅助泵41的总运转时间均匀化并降低辅助泵41的损伤概率。

并且，在本实施方式的液压装置中，控制部55取得各辅助泵41的排出后的工作液的总压力，并在该总压力比预先设定的压力低的情况下，以使停止的辅助泵41运转的方式控制辅助泵切换机构。

具体而言，如上所述，在图11的流程图中表示三台辅助泵41中的一台为停止状态并作为备用的情况。即，控制部55从压力检测部62取得全部辅助泵41的排出后的工作油的总压力(步骤s21)，在该总压力低于作为设定值的应该得到的必要量的工作油的压力的情况下(步骤s22：是)，使停止的辅助泵41运转(步骤s23)。若总压力不低于应该得到的必要量的工作油的恒定的压力(步骤s22：否)，则返回步骤s21并取得总压力。该控制周期性或连续地进行。

根据该液压装置，在运转中的辅助泵41发生故障的情况下，能够自动地使用备份并得到必要量的工作油。

并且，在本实施方式的液压装置中，控制部55在利用辅助泵切换机构来使辅助泵41停止或运转的情况下，将该状态维持规定的时间。

具体而言，控制部55具有计时单元，在利用辅助泵切换机构来使辅助泵41停止或运转的情况下通过计时单元来测定时间。并且，到经过规定时间为止不控制辅助泵切换机构。

例如，在恶劣天气时的航行中，在螺杆从水面露出等情况下，内燃机18的负载或者排出内燃机18的负载所必要的工作油量的辅助泵41的排出量，即负载状态瞬时地变化。相对于这样瞬时的内燃机18的负载状态的变化，进行辅助泵41的运转或停止有使负载变动恶化的担忧。根据该液压装置，在通过辅助泵切换机构来使辅助泵41停止或运转的情况下，通过将该状态维持规定时间，能够抑制负载变动的恶化。

并且，本发明的内燃机18具备上述液压装置。

根据该内燃机18，在液压装置中，在内燃机18的负载状态比规定的负载低的情况下，通过减少辅助泵41的运转台数，能够在各个辅助泵41中以泵效率高的状态运转。另一方面，在内燃机18的负载状态比规定的负载高的情况下，通过增加辅助泵41的运转台数，能够在各个辅助泵41中以泵效率高的状态运转。其结果，能够不受发动机负载影响而使用辅助泵41的效率高的区域，并且能够提高作为内燃机18的能量效率。

并且，本实施方式的船舶具备上述内燃机18。

根据该船舶，在液压装置中，在内燃机18的负载状态比规定的负载低的情况下，通过减少辅助泵41的运转台数，能够在各个辅助泵41中以泵效率高的状态运转。另一方面，在内燃机18的负载状态比规定的负载高的情况下，通过增加辅助泵41的运转台数，能够在各个辅助泵41中以泵效率高的状态运转。其结果，能够不受发动机负载影响而使用辅助泵41的效率高的区域，并且能够提高作为内燃机18以及船舶整体的能量效率。

符号说明

10船体

18内燃机

41辅助泵

44离合器

54液压驱动部

55控制部

61转速检测部

62压力检测部