本發(fā)明涉及適用于船船用大型二沖程柴油發(fā)動機等的發(fā)動機的啟動裝置、啟動方法、具備啟動裝置的船舶。

背景技術(shù)：

如專利文獻1所公開的那樣，在配備于船船用大型二沖程柴油發(fā)動機等的增壓器中，將兼作發(fā)電機的電動機直接連接于增壓器的轉(zhuǎn)子軸而設(shè)置的電動排氣增壓器(混合動力增壓器)已被實用。

其在發(fā)動機的低負荷運轉(zhuǎn)時、輸出上升時，追隨于發(fā)動機主體的機關(guān)輸出而幫助轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)，來防止發(fā)動機主體的暫時的供氣不足。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻1：日本特開2010-127239號公報

發(fā)明所要解決的課題

在配備有這種電動排氣增壓器的船船用大型二沖程柴油發(fā)動機中，在發(fā)動機的啟動前預先利用電動機提高增壓器的轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)速，從而能夠驅(qū)動增壓器的壓縮機而生成壓縮空氣，并將該壓縮空氣向掃氣室輸送而提高掃氣室的壓力。另外，與發(fā)動機的啟動一起使壓縮機的轉(zhuǎn)速迅速上升，能夠抑制暫時的空氣量不足引起的排氣煙的產(chǎn)生。

由此，為了在不希望增壓器引起的掃氣壓提高的區(qū)域(從發(fā)動機啟動時到低負荷區(qū)域等)中向掃氣室送入空氣，以往能夠在不使用掃氣室中所設(shè)置的電動輔助鼓風機(送風機)的情況下使發(fā)動機啟動，并且增大發(fā)動機啟動時的空氣供給量來改善燃燒狀態(tài)，而期待減少啟動時的排氣煙的量。

然而，在具備由液壓開閉驅(qū)動的排氣閥的單流式船船用大型二沖程柴油發(fā)動機中，在發(fā)動機的啟動前，各汽缸的排氣閥由于驅(qū)動液壓喪失而全部關(guān)閉。因此，當如上述那樣在發(fā)動機啟動前使增壓器旋轉(zhuǎn)時，存在如下的問題：從增壓器的壓縮機排出的壓縮空氣留在掃氣室中，無法穩(wěn)定地流動，因此壓縮機發(fā)生喘振而產(chǎn)生振動、異音等。

另外，在發(fā)動機的啟動前，廢氣不流入增壓器的排氣渦輪，無法得到基于廢氣的能量的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力，因此存在如下的問題：由于必須僅通過電動機的輸出使增壓器的轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)，導致電動機的所需電力變大。

此外，在以往，通過電動輔助鼓風機來提高發(fā)動機啟動時的掃氣室的壓力，但由于電動輔助鼓風機的設(shè)置而導致發(fā)動機啟動裝置的結(jié)構(gòu)變得復雜，也無法忽視其消耗電力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

本發(fā)明鑒于這樣的情況而作出，其目的是提供能夠防止壓縮機的喘振并一邊通過電動機驅(qū)動壓縮機旋轉(zhuǎn)一邊以較少的消耗電力使發(fā)動機啟動，并且能夠減少發(fā)動機啟動時的排氣煙的量的發(fā)動機的啟動裝置、啟動方法、具備啟動裝置的船舶。

為了解決上述課題，本發(fā)明采用以下的技術(shù)手段。

即，本發(fā)明的發(fā)動機的啟動裝置，該發(fā)動機具備通過電動機幫助壓縮機旋轉(zhuǎn)的電動排氣增壓器，所述發(fā)動機的啟動裝置具備：旁通通路，所述旁通通路連接所述壓縮機的壓縮空氣出口與排氣渦輪的排氣入口；旁通閥，所述旁通閥對所述旁通通路進行開閉；以及啟動控制部，在使所述發(fā)動機啟動前，所述啟動控制部使所述旁通閥打開，并且通過所述電動機使所述壓縮機旋轉(zhuǎn)，在與所述發(fā)動機的啟動對應的時刻使所述旁通閥關(guān)閉。

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的發(fā)動機的啟動裝置，在發(fā)動機的啟動前，啟動控制部使旁通閥打開，并且通過電動機使電動排氣增壓器的壓縮機旋轉(zhuǎn)。由壓縮機壓縮后的空氣從壓縮機的壓縮空氣出口經(jīng)由旁通通路而流至排氣渦輪的排氣入口。

因此，在單流式的二沖程發(fā)動機中，在發(fā)動機啟動前，排氣閥關(guān)閉，即使來自壓縮機的壓縮空氣無法流至掃氣室，該壓縮空氣也不會沒有去處而使壓縮機產(chǎn)生喘振。并且，能夠保持為了確保抑制發(fā)動機啟動時產(chǎn)生煙的充分的掃氣壓所需要的壓縮機的轉(zhuǎn)速。

另外，通過電動機使壓縮機旋轉(zhuǎn)而生成壓縮空氣是需要動力的，但生成的壓縮空氣經(jīng)由旁通通路而供給至排氣渦輪，驅(qū)動排氣渦輪旋轉(zhuǎn)，并且也驅(qū)動與排氣渦輪處于同軸上的壓縮機旋轉(zhuǎn)。因此，能夠以較少的力驅(qū)動壓縮機，與不設(shè)置旁通通路的情況相比，能夠大幅度減少電動機的所需電力。

接著，進行發(fā)動機的啟動。在船船用大型二沖程柴油發(fā)動機中，能夠向活塞處于膨脹行程的位置的燃燒汽缸中投入啟動用的壓縮空氣，按下活塞而使發(fā)動機啟動。

在該發(fā)動機啟動前，預先通過電動機使電動增壓器的壓縮機旋轉(zhuǎn)，因此能夠在發(fā)動機啟動的同時快速地提高壓縮機的轉(zhuǎn)速，能夠充分地供給發(fā)動機啟動時的空氣量。

因此，能夠以較少的消耗電力提高掃氣室的壓力而使二沖程發(fā)動機啟動。由此，不需要如以往那樣使用電動輔助鼓風機來提高掃氣室的壓力，能夠不需要電動輔助鼓風機。而且，能夠增加發(fā)動機啟動時的燃燒空氣量而提高燃燒狀態(tài)，從而減少排氣煙的量。

啟動控制部在與發(fā)動機的啟動對應的時刻使旁通閥關(guān)閉。由此，由壓縮機生成的壓縮空氣不供給至排氣渦輪，全部的壓縮空氣被送向發(fā)動機(掃氣室)而進入通常運轉(zhuǎn)。

在所述發(fā)動機是二沖程發(fā)動機的情況下，優(yōu)選的是，在所述發(fā)動機的啟動前，由所述電動機驅(qū)動的所述壓縮機的壓縮空氣被供給至所述旁通通路與所述發(fā)動機的掃氣室。

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，若在發(fā)動機啟動前通過電動機驅(qū)動壓縮機，則從壓縮機排出的壓縮空氣的壓力施加于掃氣室，掃氣室被加壓至壓縮機的壓縮空氣出口的壓力。因此，將掃氣室的壓力提高得高于大氣壓而充分確保發(fā)動機啟動所需要的空氣量，能夠抑制暫時的空氣量不足引起的排氣煙的產(chǎn)生。

在所述發(fā)動機是二沖程發(fā)動機的情況下，優(yōu)選的是，使所述旁通閥關(guān)閉的時刻緊隨使所述二沖程發(fā)動機啟動之后。

由此，能夠可靠地防止在發(fā)動機的啟動前無法流入掃氣室的壓縮空氣的影響而導致壓縮機產(chǎn)生喘振。

本發(fā)明的船舶具備上述任一個發(fā)動機的啟動裝置。

根據(jù)該船舶，在該發(fā)動機是單流式的二沖程發(fā)動機的情況下，即使由于發(fā)動機啟動前而排氣閥保持關(guān)閉，也不會使壓縮機產(chǎn)生喘振，能夠通過較少的消耗電力使發(fā)動機啟動。

而且，在發(fā)動機啟動時能夠預先提高掃氣室的壓力，因此能夠提高發(fā)動機啟動時的燃燒狀態(tài)而減少排氣煙的量。

本發(fā)明的發(fā)動機的啟動方法是具備通過電動機幫助壓縮機旋轉(zhuǎn)的電動排氣增壓器的發(fā)動機的啟動方法，具備：增壓準備步驟，在使所述發(fā)動機啟動之前，通過所述電動機使所述電動排氣增壓器的壓縮機旋轉(zhuǎn)，使從該壓縮機排出的壓縮空氣流向排氣渦輪側(cè)；發(fā)動機啟動步驟，使所述發(fā)動機啟動；以及增壓開始步驟，在與所述發(fā)動機的啟動對應的時刻使所述壓縮空氣流向所述發(fā)動機側(cè)。

在上述發(fā)動機的啟動方法中，首先在增壓準備步驟中通過電動機使壓縮機旋轉(zhuǎn)，并將從壓縮機排出的壓縮空氣向排氣渦輪供給。由此，由壓縮機壓縮后的空氣被供給至排氣渦輪的排氣入口，并且掃氣室被加壓至壓縮機的壓縮空氣出口的壓力。

因此，在單流式的二沖程發(fā)動機中，在發(fā)動機啟動前，排氣閥關(guān)閉，即使來自壓縮機的壓縮空氣無法流入掃氣室，該壓縮空氣也不會沒有去處而使壓縮機產(chǎn)生喘振。并且，能夠保持為了確保充分的抑制發(fā)動機啟動時產(chǎn)生煙的掃氣壓所需要的壓縮機的轉(zhuǎn)速。

通過電動機使壓縮機旋轉(zhuǎn)而生成壓縮空氣是需要動力的，但生成的壓縮空氣經(jīng)由旁通通路而供給至排氣渦輪，驅(qū)動排氣渦輪旋轉(zhuǎn)，并且也驅(qū)動與排氣渦輪處于同軸上的壓縮機旋轉(zhuǎn)。因此，能夠以較少的力驅(qū)動壓縮機，與不將壓縮空氣供給至排氣渦輪的情況相比，能夠大幅度減少電動機的所需電力。

接著，在發(fā)動機啟動步驟中進行發(fā)動機的啟動，但由于預先在增壓準備步驟中提高了壓縮機的轉(zhuǎn)速，因此在二沖程發(fā)動機中，能夠在發(fā)動機的啟動的同時快速地提高掃氣室的壓力，能夠從掃氣室向發(fā)動機供給充分的燃燒空氣而使其良好地啟動。

因此，能夠以較少的消耗電力提高掃氣室的壓力而使二沖程發(fā)動機啟動。由此，不需要如以往那樣使用電動輔助鼓風機來提高掃氣室的壓力，能夠不需要電動輔助鼓風機。而且，能夠增加發(fā)動機啟動時的燃燒空氣量而提高燃燒狀態(tài)，從而減少排氣煙的量。

接著，在增壓開始步驟中，在與發(fā)動機的啟動對應的時刻，將由壓縮機生成的壓縮空氣向發(fā)動機側(cè)供給。由此，壓縮空氣被送至發(fā)動機(掃氣室)而進入通常運轉(zhuǎn)。

發(fā)明效果

如上所述，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機的啟動裝置、啟動方法、具備啟動裝置的船舶，能夠防止壓縮機的喘振，并一邊通過電動機驅(qū)動壓縮機旋轉(zhuǎn)一邊以較少的消耗電力使發(fā)動機啟動，并且能夠減少發(fā)動機啟動時的排氣煙的量。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的實施方式的船船用大型柴油發(fā)動機以及啟動裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。

圖2是以流程圖表示啟動裝置的控制的流程的圖。

圖3是表示旁通閥的開閉時期、壓縮機的轉(zhuǎn)速、掃氣室的壓力及在發(fā)動機中流動的空氣量之間的關(guān)系的線圖。

附圖標記說明

1船船用大型柴油發(fā)動機(發(fā)動機)

2啟動裝置

4燃燒汽缸

5排氣靜壓管

6掃氣室

12掃氣口

13排氣口

14排氣閥

24電動排氣增壓器

25排氣渦輪

26壓縮機

27轉(zhuǎn)子軸

28電動機

44旁通通路

45旁通閥

48啟動控制部

s2、s3增壓準備步驟

s4發(fā)動機啟動步驟

s5增壓開始步驟

具體實施方式

以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。

圖1是表示本發(fā)明的實施方式的船船用大型柴油發(fā)動機1以及啟動裝置2的概略結(jié)構(gòu)圖。

船船用大型柴油發(fā)動機1(發(fā)動機)是例如單流式的二沖程發(fā)動機，具備多個燃燒汽缸4、排氣靜壓管5及掃氣室6。在各燃燒汽缸4的下方軸支承有曲軸8，插入到燃燒汽缸4內(nèi)的活塞9通過連桿10連結(jié)于曲軸8，燃燒汽缸4內(nèi)的活塞9的往復運動被轉(zhuǎn)換為曲軸8的旋轉(zhuǎn)運動而成為船船用大型柴油發(fā)動機1的輸出。

在各燃燒汽缸4的下部附近設(shè)有與掃氣室6的內(nèi)部連通的掃氣口12，在各燃燒汽缸4的上部設(shè)有與排氣靜壓管5相連的排氣口13、對排氣口13進行開閉的排氣閥14。各排氣閥14分別由閥彈簧15(一般是空氣彈簧)始終向閉閥方向施力，并通過液壓而進行開閥。

在船船用大型柴油發(fā)動機1附設(shè)有電動排氣增壓器24。該電動排氣增壓器24構(gòu)成為排氣渦輪25與壓縮機26經(jīng)由轉(zhuǎn)子軸27而一體旋轉(zhuǎn)，通過設(shè)于轉(zhuǎn)子軸27的一端的電動機28來幫助壓縮機26(轉(zhuǎn)子軸27)的旋轉(zhuǎn)。

從排氣靜壓管5延伸出的廢氣供給管31連接于排氣渦輪25的排氣入口，從排氣渦輪25的排氣出口延伸出廢氣排出管32。另外，從壓縮機26的壓縮空氣出口延伸出的壓縮空氣管35與附設(shè)于掃氣室6的空氣冷卻器37連接。

此外，配置有連接壓縮機26的壓縮空氣出口與排氣渦輪25的排氣入口的旁通通路44，該旁通通路44與旁通閥45連接。旁通閥45是對旁通通路44進行開閉的開閉閥。該旁通通路44經(jīng)由壓縮空氣管35也與掃氣室6連通。也可以使旁通通路44從壓縮空氣管35分支而設(shè)為與排氣渦輪25的排氣入口連接的布局。

在船船用大型柴油發(fā)動機1的工作時排出的廢氣經(jīng)由排氣靜壓管5和廢氣供給管31而供給至排氣渦輪25，驅(qū)動排氣渦輪25以高速旋轉(zhuǎn)。對排氣渦輪25進行了驅(qū)動后的廢氣從廢氣排出管32向外部排出。

排氣渦輪25旋轉(zhuǎn)，從而壓縮機26也旋轉(zhuǎn)，大氣被壓縮機26壓縮，該壓縮空氣從壓縮空氣管35經(jīng)由空氣冷卻器37而向掃氣室6供給，并從掃氣口12供給至各燃燒汽缸4。通過這樣利用廢氣的能量來壓縮吸入空氣，從而能夠提高空氣向各燃燒汽缸4的填充率而提高發(fā)動機效率。

船船用大型柴油發(fā)動機1在以大概30％以上的負荷狀態(tài)運轉(zhuǎn)時，如上所述，能夠通過廢氣的能量驅(qū)動排氣渦輪25旋轉(zhuǎn)，而使壓縮機26進行作業(yè)。

但是，在發(fā)動機啟動時、以30％以下的負荷狀態(tài)運轉(zhuǎn)時，廢氣的排出量較少，無法使壓縮機26充分地作業(yè)。因此，通過電動機28幫助壓縮機26的旋轉(zhuǎn)，由此防止空氣填充率的下降。

船船用大型柴油發(fā)動機1所具備的啟動裝置2具有啟動控制部48、旁通通路44及旁通閥45而構(gòu)成。啟動控制部48是例如控制單元(cpu)，向電動排氣增壓器24的電動機28與旁通閥45分別發(fā)送工作信號a1、a2。

接著，參照圖2以及圖3對啟動裝置2的啟動方法及啟動控制部48的控制的流程進行說明。

圖2是表示啟動裝置2的控制的流程的流程圖，圖3是表示旁通閥45的開閉時期、壓縮機26的轉(zhuǎn)速、掃氣室6的壓力及在船船用大型柴油發(fā)動機1中流動的空氣量之間的關(guān)系的線圖。

該啟動方法中包含“增壓準備步驟”、“發(fā)動機啟動步驟”及“增壓開始步驟”。

首先，在控制開始后，發(fā)出發(fā)動機的啟動指令(圖2中的步驟s1，圖3中的a點)，與其對應地啟動控制部48使旁通閥45打開(步驟s2)，并使電動機28工作(步驟s3)。步驟s2與s3成為“增壓準備步驟”。由此，壓縮機26以一定的轉(zhuǎn)速n1開始旋轉(zhuǎn)。

使旁通閥45打開的時刻和使電動機28工作的時刻也可以設(shè)為圖3中的a點之前的階段，但若在使旁通閥45打開之前使電動機28工作，則由壓縮機26壓縮后的空氣被送入掃氣室6，如上所述地壓縮機26會產(chǎn)生喘振，因此不優(yōu)選。

由被電動機28驅(qū)動的壓縮機26壓縮后的空氣從壓縮機26的壓縮空氣出口經(jīng)由旁通通路44而流入排氣渦輪25的排氣入口。壓縮機26的壓縮空氣出口與掃氣室6連通，因此從壓縮機26排出的壓縮空氣的壓力也施加于掃氣室6，掃氣室6的壓力從大氣壓上升至圖3中所示的p1。

在該船船用大型柴油發(fā)動機1那樣的單流式的二沖程發(fā)動機中，在發(fā)動機啟動前，排氣閥14關(guān)閉，即使來自壓縮機26的壓縮空氣無法流入掃氣室6，壓縮空氣也全部流入排氣渦輪25，因此壓縮機26不會產(chǎn)生喘振。而且，能夠?qū)嚎s機26的轉(zhuǎn)速保持得較高。

通過電動機28使壓縮機26旋轉(zhuǎn)而生成壓縮空氣是需要動力的，生成的壓縮空氣經(jīng)由旁通通路44而供給至排氣渦輪25，驅(qū)動排氣渦輪25旋轉(zhuǎn)，并且也驅(qū)動與排氣渦輪25處于同軸上的壓縮機26旋轉(zhuǎn)。因此，能夠以較少的力驅(qū)動壓縮機26，與不設(shè)置旁通通路44的情況相比，能夠減少電動機28的所需電力。

接著，進行船船用大型柴油發(fā)動機1的啟動(圖2的步驟s4，圖3的b點)。在該船船用大型柴油發(fā)動機1中，向燃燒汽缸4投入啟動用的壓縮空氣，按壓活塞9從而使發(fā)動機啟動。該步驟s4成為發(fā)動機啟動步驟。

在該發(fā)動機啟動步驟之前預先通過電動機28使電動排氣增壓器24的壓縮機26旋轉(zhuǎn)，因此能夠在發(fā)動機1的啟動的同時快速地提高壓縮機26的轉(zhuǎn)速，能夠充分地供給發(fā)動機啟動時的空氣量。

因此，能夠以較少的消耗電力提高掃氣室6的壓力來使船船用大型柴油發(fā)動機1啟動。由此，不需要如以往那樣使用電動輔助鼓風機來提高掃氣室6的壓力，能夠不需要電動輔助鼓風機。而且，增加發(fā)動機啟動時的燃燒空氣量而提高燃燒狀態(tài)，能夠減少在發(fā)動機啟動時排出的排氣煙的量。

通過船船用大型柴油發(fā)動機1的啟動，從而利用從各燃燒汽缸4排出的廢氣的能量和電動機28的驅(qū)動力這兩者來驅(qū)動排氣渦輪25旋轉(zhuǎn)，壓縮機26的轉(zhuǎn)速從n1上升至n2，隨之在掃氣室6中更多的空氣被增壓，掃氣室壓力從p1上升至p2。另外，船船用大型柴油發(fā)動機1的吸入空氣量從0上升至v1。

旁通閥45在與船船用大型柴油發(fā)動機1的啟動對應的時刻被關(guān)閉(圖2中的步驟s5，圖3中的c點)。由于旁通閥45被關(guān)閉，導致由壓縮機26生成的壓縮空氣不供給至排氣渦輪25，全部的壓縮空氣被送至掃氣室6而進入電動排氣增壓器24的通常運轉(zhuǎn)。因此，該步驟s5成為增壓開始步驟。

由于旁通閥45被關(guān)閉而壓縮機26的壓縮空氣不供給至排氣渦輪25，從而壓縮機26的轉(zhuǎn)速下降至n2與n1的中間。另一方面，由于如上所述地由壓縮機26生成的全部的壓縮空氣被送至掃氣室6，從而掃氣室6的壓力從p2上升至p3，船船用大型柴油發(fā)動機1的吸入空氣量從v1上升至v2而成為通常運轉(zhuǎn)。

在圖3中，使旁通閥45關(guān)閉的時刻(c點)緊隨船船用大型柴油發(fā)動機1的啟動時刻(b點)之后。例如，為了發(fā)動機啟動而從啟動用空氣投入裝置向燃燒汽缸4投入啟動用的壓縮空氣后的數(shù)秒后，使旁通閥45關(guān)閉。由此，能夠可靠地防止由于無法在發(fā)動機啟動前流入掃氣室6的壓縮空氣的影響而壓縮機26產(chǎn)生喘振。

如以上所說明的那樣，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動機的啟動裝置2、啟動方法、具備啟動裝置2的船舶，能夠防止電動排氣增壓器24的壓縮機26的喘振，并一邊通過電動機28驅(qū)動壓縮機26旋轉(zhuǎn)，一邊以較少的消耗電力使發(fā)動機啟動，并且能夠減少發(fā)動機啟動時的排氣煙的量。

本發(fā)明不僅限定于上述實施方式的結(jié)構(gòu)，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)能夠施加適當變更、改良，這樣施加了變更、改良的實施方式也包含于本發(fā)明的權(quán)利范圍內(nèi)。

例如，在上述實施方式中，對將本發(fā)明適用于作為船舶的主機而搭載的大型船用柴油發(fā)動機的例子進行了說明，但不限于船用發(fā)動機，也能夠?qū)⒈景l(fā)明適用于其他用途的發(fā)動機。另外，不限于二沖程發(fā)動機，也能夠?qū)⒈景l(fā)明適用于四沖程發(fā)動機。