(57)【要約】【課題】船舶の減速運転時のリスクの低減を図る船舶推進装置を提供する。【解決手段】船舶推進装置１０は、船舶１に搭載される。船舶推進装置１０は、後方側エンジン１３と、前方側エンジン１６と、後方側エンジン１３のクランク軸１４と前方側エンジン１６のクランク軸１７とを直列に接続すること又は上記接続を解除することが可能であるクラッチ１５と、後方側エンジン１３のクランク軸１４に連結されたプロペラ１１とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のエンジンと、
第２のエンジンと、
前記第１のエンジンのクランク軸と前記第２エンジンのクランク軸とを直列に接続すること又は前記接続を解除することが可能であるクラッチと、
前記第１のエンジンのクランク軸に連結されたプロペラと
を備える船舶推進装置。
【請求項２】
前記第１のエンジンのクランク軸の回転角度を検出する第１の回転検出部と、
前記第２のエンジンのクランク軸の回転角度を検出する第２の回転検出部と、
前記第１のエンジンのクランク軸及び前記第２のエンジンのクランク軸の少なくとも一方を回転させて回転角度を変更する回転角度調節部と
をさらに備える請求項１に記載の船舶推進装置。
【請求項３】
前記第１のエンジン、前記第２のエンジン及び前記クラッチの動作を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、
前記船舶推進装置に要求される負荷が高くなると、前記クラッチを接続して前記第１のエンジン及び前記第２のエンジンの両方を稼働させ、
前記船舶推進装置に要求される負荷が低くなると、前記クラッチを切断して前記第１のエンジンのみを稼働させる請求項１または２に記載の船舶推進装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記クラッチを接続する際、前記第１の回転検出部及び前記第２の回転検出部の検出結果に基づき、前記回転角度調節部を動作させて、前記第１のエンジンのクランク軸の回転角度と前記第２のエンジンのクランク軸の回転角度との角度差を所定の角度差にする請求項３に記載の船舶推進装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、船舶推進装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、１つのプロペラを備え、このプロペラを１つの主機で駆動する一軸型の船舶が記載されている。主機は、プロペラに連結された駆動軸を回転駆動する。主機には、一般的にディーゼルエンジンが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１４８２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、燃料費削減の目的から、航行速度を低くした減速運転の要求がある。特許文献１に記載される一軸型の船舶では、減速運転時には、ディーゼルエンジンが低回転且つ低出力で稼働する。低回転且つ低出力での稼働時、ディーゼルエンジンの排気温度が低く、ディーゼルエンジン自体の温度も低くなる。これにより、ディーゼルエンジン及びその排気系統の低温腐食が発生することがある。さらに、低回転且つ低出力での稼働によりディーゼルエンジン内で燃焼不良が発生し、これにより、カーボンの堆積等による排気弁の損耗の促進、燃焼不良によるその他の種々の不具合等が生じることがある。つまり、船舶の減速運転には、種々のリスクがある。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、船舶の減速運転時のリスクの低減を図る船舶推進装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の問題点を解決するために、本発明に係る船舶推進装置は、第１のエンジンと、第２のエンジンと、第１のエンジンのクランク軸と第２エンジンのクランク軸とを直列に接続すること又は上記接続を解除することが可能であるクラッチと、第１のエンジンのクランク軸に連結されたプロペラとを備える。
【０００７】
上記船舶推進装置は、第１のエンジンのクランク軸の回転角度を検出する第１の回転検出部と、第２のエンジンのクランク軸の回転角度を検出する第２の回転検出部と、第１のエンジンのクランク軸及び第２のエンジンのクランク軸の少なくとも一方を回転させて回転角度を変更する回転角度調節部とをさらに備えてよい。
上記船舶推進装置は、第１のエンジン、第２のエンジン及びクラッチの動作を制御する制御部をさらに備え、制御部は、船舶推進装置に要求される負荷が高くなると、クラッチを接続して第１のエンジン及び第２のエンジンの両方を稼働させ、船舶推進装置に要求される負荷が低くなると、クラッチを切断して第１のエンジンのみを稼働させてよい。
制御部は、クラッチを接続する際、第１の回転検出部及び第２の回転検出部の検出結果に基づき、回転角度調節部を動作させて、第１のエンジンのクランク軸の回転角度と第２のエンジンのクランク軸の回転角度との角度差を所定の角度差にしてよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る船舶推進装置によれば、船舶の減速運転時のリスクを低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る船舶推進装置を搭載する船舶の模式的な断面側面図である。
【図２】図１の船舶推進装置の構成を示す図である。
【図３】図１の可変ピッチのプロペラの斜視図である。
【図４】エンジン回転数と発生振動との関係を示す図である。
【図５】図２の船舶推進装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態に係る船舶推進装置について添付図面に基づいて説明する。
図１を参照すると、一軸型の船舶である船舶１は、船舶推進装置１０を搭載している。
船舶推進装置１０は、１つの可変ピッチのプロペラ１１と、プロペラ１１に回転駆動を伝達できるように連結された駆動軸１２と、駆動軸１２にクランク軸１４が一体に回転するように連結された後方側エンジン１３と、クランク軸１４に連結されたクラッチ１５と、クラッチ１５にクランク軸１７が連結された前方側エンジン１６とを備えている。クラッチ１５は、後方側エンジン１３のクランク軸１４と前方側エンジン１６のクランク軸１７とを、直列に接続すること及びこの接続を解除することができるように構成されている。ここで、後方側エンジン１３は第１のエンジンを構成し、前方側エンジン１６は第２のエンジンを構成している。
【００１１】
後方側エンジン１３は、前方側エンジン１６に対して、船舶１の後方側に配置される。
本実施の形態では、後方側エンジン１３と前方側エンジン１６とは、同型式のエンジンであり、同一の性能及び特性を有しているものとする。後方側エンジン１３及び前方側エンジン１６は、それぞれのクランク軸１４及び１７を同方向に回転させる。後方側エンジン１３及び前方側エンジン１６は、船舶１の航行に必要とされる出力が２０００ｋｗである場合、それぞれの定格出力を１０００ｋｗとして設定される。  なお、後方側エンジン１３及び前方側エンジン１６との間における定格主力に割合は、上記のような１対１に必ずしも限定されない。
【００１２】
図１及び図２をあわせて参照すると、後方側エンジン１３及び前方側エンジン１６はそれぞれ、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと呼ぶ）３０によって動作の制御を受けるように構成されている。ここで、ＥＣＵ３０は、制御部を構成している。
ＥＣＵ３０は、船舶１の操舵室にある入力装置３１に入力される指令に従って動作するように構成されている。なお、入力装置３１は船舶１の機関室等に設けられてもよい。
【００１３】
後方側エンジン１３のクランク軸１４には、クランク軸１４と一体に回転するようにフライホイール１８が取り付けられている。フライホイール１８の外周縁には、周方向に沿って並ぶ図示しない複数の歯が、形成されている。
後方側エンジン１３には、後方側モータ１９が設けられている。後方側モータ１９は、その回転軸に設けられた歯車をフライホイール１８の複数の歯に係合させて配置されている。後方側モータ１９は、ＥＣＵ３０の制御によって駆動されるように構成され、回転駆動することによって、フライホイール１８と共にクランク軸１４を回転させる。
さらに、フライホイール１８の外周縁には、後方側回転検出装置２０が設けられている。後方側回転検出装置２０は、回転するフライホイール１８の外周縁の複数の歯を検知することによって、フライホイール１８の回転角度つまり位相を検出する。後方側回転検出装置２０は、電気式、磁気式又は光学式の回転センサであってもよく、フライホイール１８の歯に係合する爪状体を有する機械式の検出装置であってもよい。後方側回転検出装置２０による検出結果は、船舶１の操舵室内の表示装置３２に表示されるように構成されている。なお、表示装置３２は船舶１の機関室等に設けられてもよい。ここで、後方側モータ１９は回転角度調節部を構成し、後方側回転検出装置２０は第１の回転検出部を構成している。
【００１４】
前方側エンジン１６のクランク軸１７には、クランク軸１７と一体に回転するようにフライホイール２１が取り付けられている。フライホイール２１の外周縁には、周方向に沿って並ぶ図示しない複数の歯が、形成されている。
前方側エンジン１６には、前方側モータ２２が設けられている。前方側モータ２２は、その回転軸に設けられた歯車をフライホイール２１の複数の歯に係合させて配置されている。前方側モータ２２は、ＥＣＵ３０の制御によって駆動されるように構成され、回転駆動することによって、フライホイール２１と共にクランク軸１７を回転させる。
さらに、フライホイール２１の外周縁には、前方側回転検出装置２３が設けられている。前方側回転検出装置２３は、回転するフライホイール２１の外周縁の複数の歯を検知することによって、フライホイール２１の回転角度つまり位相を検出する。前方側回転検出装置２３は、電気式、磁気式又は光学式の回転センサであってもよく、フライホイール２１の歯に係合する爪状体を有する機械式の検出装置であってもよい。前方側回転検出装置２３による検出結果は、船舶１の操舵室内の表示装置３２に表示されるように構成されている。ここで、前方側モータ２２は回転角度調節部を構成し、前方側回転検出装置２３は第２の回転検出部を構成している。
【００１５】
クラッチ１５は、船舶１の操舵室内のクラッチ操作装置３３に与えられる操作によって、断接動作するように構成されている。クラッチ１５は、接続状態では、クランク軸１４とクランク軸１７とを、互いに回転駆動力を伝達でき且つ一体に回転できるようにする。クラッチ１５は、切断状態では、クランク軸１４とクランク軸１７とを、互いに切り離し且つ回転駆動力を伝達できなくする。なお、クラッチ１５は、船舶１の機関室等から操作されるように構成されてもよい。
【００１６】
図３を参照すると、可変ピッチのプロペラ１１は、円錐台形状の本体１１ａと、本体１１ａから径方向外側に向かって延在する複数のプロペラ翼１１ｂとを備えている。各プロペラ翼１１ｂは、本体１１ａの径方向に平行な中心軸１１ｃを中心として回転することができる。つまり、各プロペラ翼１１ｂは、そのピッチ角を変更することができる。各プロペラ翼１１ｂの回転動作は、ＥＣＵ３０によって制御されるように構成されている。
【００１７】
上述のような構成を有する船舶推進装置１０は、以下のように動作する。
図１〜図３をあわせて参照すると、船舶１に高負荷運転が必要とされる場合、船舶１の操舵室のオペレータは、入力装置３１を操作して前方側エンジン１６及び後方側エンジン１３を停止させ、さらにクラッチ操作装置３３を操作してクラッチ１５を接続する。
クラッチ１５の接続にあたり、オペレータは、予定とするプロペラ１１の回転数つまり前方側エンジン１６及び後方側エンジン１３の回転数に基づき、後方側エンジン１３のフライホイール１８の位相と前方側エンジン１６のフライホイール２１の位相との差を決定する。
【００１８】
位相差の決定後、オペレータは、入力装置３１を操作して、モータ１９又は２２を駆動し、フライホイール１８又は２１を回転させる。この際、オペレータは、表示装置３２に示されるフライホイール１８及び２１の現状の位相に基づき、フライホイール１８とフライホイール２１との位相差を上記所定の位相差に合わせる。つまり、クランク軸１４とクランク軸１７との位相差が上記所定の位相差に合わされる。
【００１９】
例えば、図４には、クラッチ１５を接続して前方側エンジン１６及び後方側エンジン１３を稼働させたときの２つのエンジンの回転数と、２つのエンジンが発生する振動の強度（単位：ｍｍ）との関係が示されている。
定格出力時回転数は、前方側エンジン１６及び後方側エンジン１３の両方が、定格出力１０００ｋｗで稼働するときの回転数である。
３次振動は、前方側エンジン１６及び後方側エンジン１３の回転数の３倍の周波数の振動であり、６次振動は、前方側エンジン１６及び後方側エンジン１３の回転数の６倍の周波数の振動である。３気筒の２サイクルエンジンである前方側エンジン１６及び後方側エンジン１３の両方を稼働させると、３次振動及び６次振動が主に発生し得る。一方、前方側エンジン１６及び後方側エンジン１３のうちの一方のみを稼働させると、図４に示す３次振動と同様の特性をした３次振動が主に発生し得る。３次振動及び６次振動は、前方側エンジン１６及び後方側エンジン１３の両方の稼働時のメイン次数振動と呼ばれる。３次振動は、前方側エンジン１６及び後方側エンジン１３のうちの一方のみの稼働時のメイン次数振動と呼ばれる。
【００２０】
例えば、クランク軸１４とクランク軸１７との位相差が３０°の状態で前方側エンジン１６及び後方側エンジン１３を稼働させた場合、６次振動の低減が可能となる。クランク軸１４とクランク軸１７との位相差が６０°の状態で前方側エンジン１６及び後方側エンジン１３を稼働させた場合、３次振動の低減が可能となる。
よって、オペレータは、前方側エンジン１６及び後方側エンジン１３の両方を稼働させる場合、予定される回転数に基づき、クランク軸１４とクランク軸１７との位相差を３０°又は６０°に設定する。
つまり、前方側エンジン１６のクランク軸１７と後方側エンジン１３のクランク軸１４とを接続する際の位相差を種々に変更することによって、両方のエンジンを運転するときの運転回転域で振動を低減した運転が可能となる。
【００２１】
オペレータは、クランク軸１４とクランク軸１７との位相差を所定の位相差に合わせた後、クラッチ１５を接続し、さらに、入力装置３１を操作して前方側エンジン１６及び後方側エンジン１３の両方を同じ回転数で稼働するように起動する。
【００２２】
船舶１を高負荷運転状態から低負荷運転状態へと減速運転状態に移行する場合、前方側エンジン１６及び後方側エンジン１３の機関負荷率が所定の割合未満になると、オペレータは、クラッチ操作装置３３を操作してクラッチ１５を切断する。
なお、機関負荷率とは、エンジンの稼働時の出力をエンジンの定格出力で除して求まる割合である。本実施の形態では、前方側エンジン１６及び後方側エンジン１３の定格出力が同じであるため、一例として、減速運転が可能な下限の機関負荷率を５０％としている。このため、オペレータは、前方側エンジン１６及び後方側エンジン１３の稼働時の合計出力が１０００ｋｗ未満となると、クラッチ１５を切断する。つまり、前方側エンジン１６及び後方側エンジン１３の回転数が、前方側エンジン１６及び後方側エンジン１３の合計出力が１０００ｋｗ未満となる回転数になると、オペレータは、クラッチ１５を切断する。
この機関負荷率未満の状態で前方側エンジン１６及び後方側エンジン１３の両方を稼働させると、機関負荷率が減速運転が可能な下限を下回るため、エンジン及びその排気系統の低温腐食、エンジンの排気弁の損耗の促進、燃焼不良による不具合等の減速運転に起因するリスクが生じることになる。
【００２３】
オペレータは、上述のようにクラッチ１５を切断すると、前方側エンジン１６を停止させる。
これにより、後方側エンジン１３は、５００〜１０００ｋｗの出力状態である減速運転が可能な下限の機関負荷率以上の状態で稼働することができる。
また、後方側エンジン１３のみによる船舶１の運転時、オペレータは、入力装置３１を操作して指令を与えることによって、可変ピッチのプロペラ１１のプロペラ翼１１ｂのピッチ角を変更し得る。例えば、プロペラ翼１１ｂのピッチ角を減じるように変更することによって、プロペラ１１の推進能力が低下する。このため、前方側エンジン１６が停止することによって多くの出力が要求されることになる後方側エンジン１３において、トルクが過度になるトルクリッチが防止されることができる。
【００２４】
また、上述において、オペレータが行っていた動作の一部をＥＣＵ３０が自動的に行うように構成することもできる。
このとき、図５に示すように、ＥＣＵ３０は、回転検出装置２０及び２３から回転角度情報を受け取るように構成され、さらに、クラッチ１５の断接動作を制御するように構成される。
【００２５】
船舶１の操舵室のオペレータが、船舶１の高負荷運転への移行の指令を入力装置３１に入力すると、ＥＣＵ３０は、要求される前方側エンジン１６及び後方側エンジン１３の回転数に基づき、前方側エンジン１６のクランク軸１７と後方側エンジン１３のクランク軸１４との間の所望とする位相差を求める。次いで、ＥＣＵ３０は、モータ１９又は２２を駆動してクランク軸１４とクランク軸１７との位相差を所望の位相差に合わせる。
その後、ＥＣＵ３０は、クラッチ１５を接続し、前方側エンジン１６及び後方側エンジン１３の両方を同じ回転数で稼働するように起動させる。
【００２６】
また、オペレータが、船舶１を高負荷運転状態から低負荷運転状態に移行する指令を入力装置３１に入力すると、ＥＣＵ３０は、前方側エンジン１６及び後方側エンジン１３の回転数を低下させる。さらに、ＥＣＵ３０は、前方側エンジン１６及び後方側エンジン１３の機関負荷率が所定の割合未満になると、クラッチ１５を切断する。その後、ＥＣＵ３０は、前方側エンジン１６を停止させる。
【００２７】
上述で説明したように、本発明の実施の形態に係る船舶推進装置１０は、後方側エンジン１３と、前方側エンジン１６と、後方側エンジン１３のクランク軸１４と前方側エンジン１６のクランク軸１７とを直列に接続すること又は上記接続を解除することが可能であるクラッチ１５と、後方側エンジン１３のクランク軸１４に連結されたプロペラ１１とを備える。
【００２８】
上述の構成において、船舶推進装置１０に要求される負荷に応じて、クラッチ１５を接続して後方側エンジン１３及び前方側エンジン１６の両方を稼働させる運転と、クラッチ１５を切断して後方側エンジン１３のみを稼働させる運転とを選択することができる。船舶の減速運転時、つまり、船舶推進装置１０に要求される負荷が低い場合、後方側エンジン１３のみを稼働させるようにすることによって、エンジン及びその排気系統の低温腐食、エンジンの排気弁の損耗の促進、燃焼不良による不具合等の減速運転に起因するリスクが低減できる。さらに、後方側エンジン１３のみを稼働して、後方側エンジン１３に減速運転をさせることによって、船舶全体としての超減速運転も可能である。また、船舶推進装置１０に要求される負荷が高い場合、後方側エンジン１３及び前方側エンジン１６の両方を稼働させることによって、２つのエンジンを良好な燃焼状態のもと、最適に運転させることができる。
【００２９】
さらに、船舶推進装置１０は、後方側エンジン１３のクランク軸１４の回転角度を検出する後方側回転検出装置２０と、前方側エンジン１６のクランク軸１７の回転角度を検出する前方側回転検出装置２３と、後方側エンジン１３のクランク軸１４及び前方側エンジン１６のクランク軸１７の少なくとも一方を回転させて回転角度を変更する後方側モータ１９及び前方側モータ２２とをさらに備える。
上述の構成において、クラッチ１５を接続する際、後方側エンジン１３のクランク軸１４と前方側エンジン１６のクランク軸１７とを所望の回転角度差で接続することができる。さらに、クラッチ１５の接続時におけるクランク軸１４とクランク軸１７との回転角度差を調節することによって、後方側エンジン１３及び前方側エンジン１６の両方を稼働させたときに発生するメイン次数振動等の振動を低減することができる。
【００３０】
また、船舶推進装置１０は、後方側エンジン１３、前方側エンジン１６及びクラッチ１５の動作を制御するＥＣＵ３０をさらに備える。ＥＣＵ３０は、船舶推進装置１０に要求される負荷が高くなると、クラッチ１５を接続して後方側エンジン１３及び前方側エンジン１６の両方を稼働させ、船舶推進装置１０に要求される負荷が低くなると、クラッチ１５を切断して後方側エンジン１３のみを稼働させる。
これによって、船舶推進装置１０に要求される負荷に応じたクラッチ１５の断接動作、並びに、後方側エンジン１３及び前方側エンジン１６の稼働の自動化が可能になる。
【００３１】
さらに、船舶推進装置１０において、ＥＣＵ３０は、クラッチ１５を接続する際、後方側回転検出装置２０及び前方側回転検出装置２３の検出結果に基づき、後方側モータ１９又は前方側モータ２２を動作させて、後方側エンジン１３のクランク軸１４の回転角度と前方側エンジン１６のクランク軸１７の回転角度との角度差を所定の角度差にする。
これによって、後方側エンジン１３のクランク軸１４の回転角度と前方側エンジン１６のクランク軸１７の回転角度との角度差の調節の自動化が可能になる。
【００３２】
実施の形態に係る船舶推進装置１０では、後方側エンジン１３及び前方側エンジン１６の両方に、クランク軸を回転させるためのモータ１９及び２２が設けられていたが、後方側エンジン１３及び前方側エンジン１６の一方にのみモータが設けられてもよい。
実施の形態に係る船舶推進装置１０では、クラッチ１５を接続する際、後方側エンジン１３及び前方側エンジン１６の両方が運転停止状態であったが、これに限定されるものでない。後方側エンジン１３が運転され且つ前方側エンジン１６が運転停止されている状態で、クランク軸１４及び１７の位相差を所望の位相差に合わせつつクラッチ１５を接続するようにしてもよい。或いは、後方側エンジン１３及び前方側エンジン１６の両方が運転されている状態で、クラッチ１５を接続するようにしてもよい。このとき、クランク軸１４及び１７の位相差を所望の位相差に合わせつつ後方側エンジン１３の回転数と前方側エンジン１６の回転数とを合わせてクラッチ１５を接続するようにしてもよい。
実施の形態に係る船舶推進装置１０では、後方側エンジン１３及び前方側エンジン１６が１つのクラッチ１５を介して接続されていたが、後方側エンジン１３及び前方側エンジン１６の間に二つ以上のクラッチが設けられてもよい。さらに、３つ以上のエンジンが各エンジンの間に設けられた複数のクラッチを介して接続されるように構成されてもよい。
【００３３】
実施の形態に係る船舶推進装置１０では、制御部として電子式のＥＣＵ３０が用いられていたが、機械式の制御装置が用いられてもよい。
実施の形態に係る船舶推進装置１０では、後方側回転検出装置２０及び前方側回転検出装置２３は、フライホイールの回転角度を検出していたが、クランク軸の回転角度を直接検出するものであってもよく、クランク軸と一体に回転する回転体の回転角度を検出するものであってもよい。
実施の形態に係る船舶推進装置１０では、後方側モータ１９及び前方側モータ２２がフライホイールを回転させることによって、クランク軸１４及び１７の位相を変更していたが、これに限定されるものでない。モータ、アクチュエータ等の駆動装置が、クランク軸を直接回転して位相を変更する、又はクランク軸と一体に回転する回転体を回転して位相を変更するように構成されてもよい。
【００３４】
実施の形態に係る船舶推進装置１０の後方側エンジン１３及び前方側エンジン１６において、２サイクル、４サイクル等のエンジン型式、気筒数、使用燃料はいかなるものであってもよい。さらに、後方側エンジン１３及び前方側エンジン１６は、互いに異なる型式、気筒数、使用燃料、性能、特性等を有していてもよい。
実施の形態に係る船舶推進装置１０では、可変ピッチのプロペラ１１が用いられていたが、固定ピッチのプロペラが用いられてもよい。
実施の形態に係る船舶推進装置１０は、一軸型の船舶に搭載されていたが、多軸型の船舶に搭載されてもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１  船舶、１０  船舶推進装置、１１  プロペラ、１３  後方側エンジン（第１のエンジン）、１５  クラッチ、１６  前方側エンジン（第２のエンジン）、１９  後方側モータ（回転角度調節部）、２０  後方側回転検出装置（第１の回転検出部）、２２  前方側モータ（回転角度調節部）、２３  前方側回転検出装置（第２の回転検出部）、３０  ＥＣＵ（制御部）。
【図１】
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【図２】
2016203929.tif 000004
【図３】
2016203929.tif 000005
【図４】
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【図５】
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