JP2005096518A

JP2005096518A - 船舶のプロペラ軸駆動装置

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Publication number: JP2005096518A
Application number: JP2003330199A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Otsuki; 和彦大槻
Original assignee: Kanzaki Kokyukoki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kanzaki Kokyukoki Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2005-04-14
Also published as: US7168997B2; EP1522491B1; US20050106958A1; EP1522491A2; DE602004004465T2; DE602004004465D1; EP1762486B1; DE602004014544D1; US6988917B2; US20060035542A1; EP1522491A3; EP1762486A1

Abstract

【課題】原動機の負荷を減らすことで原動機の回転数をスムーズに上昇させ、これにより船舶の加速性能の向上を図る。
【解決手段】船舶のプロペラ軸駆動装置１００であって、原動機の出力回転を変速するための変速装置２０と、該変速装置２０の出力回転を正逆方向に切り換えるための油圧クラッチ装置３０とを備え、該変速装置２０は、静油圧式無段変速装置４０と、ギア式変速装置５０とから構成する。また、船舶を加速させる際において、原動機７７の回転数が所定の値よりも低い範囲では、可動斜板の斜板角制御により、大きな減速比を得るように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、船舶のプロペラ軸駆動装置に関するものであり、より詳しくは、該プロペラ軸駆動装置による船舶の加速性能の向上を図る技術に関する。

従来、船舶のプロペラ軸駆動装置には、原動機からプロペラ軸までの駆動伝達系に前進用、後進用の油圧クラッチを介設し、いずれかの油圧クラッチを嵌合することにより、前記プロペラ軸を正転、又は逆転させる構成とするものがある（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１に開示される構成では、原動機の出力軸に固設したフライホイールに接続される第一の軸と、該第一の軸と平行配置される第二、第三の軸が備えられ、前記第一、第二の軸には油圧クラッチを設けて、互いに逆方向に回転するように構成される第一又は第二の軸の駆動を択一的に第三の軸に出力する構成としている。そして、第三の軸はプロペラ軸としてプロペラが固定され、該プロペラの回転方向によって船舶を前進又は後進させるものである。
このように、原動機の出力軸に固設したフライホイールと、油圧クラッチが設けられる第一・第二の軸とは直接的に接合され、両者の間には減速機構は存在しない構成となっている。

特開平１０−１９４１９６号公報

しかし、上記の従来構成では、例えば、原動機をアイドリングさせた状態から、前記油圧クラッチを嵌合させ、フルスロットルの状態に操作した場合においては、プロペラの回転数が上昇するまでに時間がかかる、つまり、十分な加速性能が得られないという問題があった。
この問題は、プロペラを停止（又は低回転）の状態から高回転させようとすると、水によるプロペラの回転抵抗が前記油圧クラッチ等を介して原動機に伝わり、これにより、原動機には大きな負荷がかかるため、原動機の回転数がスムーズに上昇せず、プロペラの回転数もスムーズに上昇しないことが原因となっている。
そこで、本発明では、原動機の負荷を減らすことで原動機の回転数をスムーズに上昇させ、これにより船舶の加速性能の向上を図るための技術を提案するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上のごとくであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１に記載のごとく、船舶のプロペラ軸駆動装置であって、
原動機の出力回転を変速するための変速装置と、
該変速装置の出力回転を正逆方向に切り換えるための油圧クラッチ装置とを備え、
該変速装置は、静油圧式無段変速装置と、ギア式変速装置とから構成されることである。

また、請求項２に記載のごとく、前記ギア式変速装置は、遊星歯車機構により構成されることである。

また、請求項３に記載のごとく、船舶を加速させる際に、
原動機の回転数が所定の値よりも低い範囲では、
前記静油圧式無段変速装置の油圧ポンプの可動斜板の斜板角制御により、前記静油圧式無段変速装置の油圧モータのモータ軸を回転させ、
該モータ軸の回転をギア式変速装置に作用させることにより、ギア式変速装置を構成するギアのギア比によって得られる規定の減速比よりも大きな減速比を得ることとしたことである。

また、請求項４に記載のごとく、船舶を加速させる際に、
原動機の回転数が所定の値に上昇した際には、
前記静油圧式無段変速装置の油圧ポンプの可動斜板の斜板角を中立位置に保持し、
前記静油圧式無段変速装置の油圧モータのモータ軸の回転をロックすることにより、
前記ギア式変速装置を構成するギアによって得られる規定の減速比を得ることとしたことである。

また、請求項５に記載のごとく、オーバードライブの指令が入力された場合には、
前記静油圧式無段変速装置の油圧ポンプの可動斜板の斜板角を、
加速時における傾倒の方向とは逆の方向に傾倒させることとしたことである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

即ち、請求項１に記載の発明では、船舶のプロペラ軸駆動装置であって、
原動機の出力回転を変速するための変速装置と、
該変速装置の出力回転を正逆方向に切り換えるための油圧クラッチ装置とを備え、
該変速装置は、静油圧式無段変速装置と、ギア式変速装置とから構成されるので、加速時においては、前記変速装置により大きな減速比を得ることで原動機の負荷を減らし、原動機の回転数を早期に上昇させることにより、船舶の加速性能を向上させることができるようになる。

また、請求項２に記載の発明では、前記ギア式変速装置は、遊星歯車機構により構成されるので、油圧ポンプのポンプ軸と、油圧クラッチ装置の入力軸を同心上に配置することができ、プロペラ軸駆動装置全体としてのコンパクト化を図ることができる。

また、請求項３に記載の発明では、船舶を加速させる際に、
原動機の回転数が所定の値よりも低い範囲では、
前記静油圧式無段変速装置の油圧ポンプの可動斜板の斜板角制御により、前記静油圧式無段変速装置の油圧モータのモータ軸を回転させ、
該モータ軸の回転をギア式変速装置に作用させることにより、ギア式変速装置を構成するギアのギア比によって得られる規定の減速比よりも大きな減速比を得ることとしたので、低速域からの加速時における原動機の負荷を減らし、原動機の回転数を早期に上昇させることにより、船舶の加速性能を向上させることができる。

また、請求項４に記載の発明では、船舶を加速させる際に、
原動機の回転数が所定の値に上昇した際には、
前記静油圧式無段変速装置の油圧ポンプの可動斜板の斜板角を中立位置に保持し、
前記静油圧式無段変速装置の油圧モータのモータ軸の回転をロックすることにより、
前記ギア式変速装置を構成するギアによって得られる規定の減速比を得ることとしたので、ギア式変速装置を構成するギアによって得られる規定の減速比にて運転されることから、動力伝達において油圧が作用することがなく、動力伝達効率のよい運転を行うことができる。

また、請求項５に記載の発明では、オーバードライブの指令が入力された場合には、
前記静油圧式無段変速装置の油圧ポンプの可動斜板の斜板角を、
加速時における傾倒の方向とは逆の方向に傾倒させることとしたので、より高速で航行することが可能となる。

原動機の負荷を減らすことで原動機の回転数をスムーズに上昇させ、これにより船舶の加速性能の向上を図るという目的を、原動機の出力を変速するための変速装置と、該変速装置の出力回転を正逆方向に切り換えるための油圧クラッチ装置とを備え、該変速装置は、静油圧式無段変速装置と、ギア式変速装置とから構成することで達成する。

次に、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は本発明にかかるプロペラ軸駆動装置の構成を示すスケルトン図、図２はプロペラ軸駆動装置に関する油圧・制御回路構成について示す図、図３はプロペラ軸駆動装置の構成を示す側面断面図、図４は原動機とプロペラの回転数の相関関係について示す図、図５はプロペラの回転数の上昇に要する時間の短縮について示す図である。尚、以下の説明中においては、図１における原動機７７側を前側とし、プロペラ１３ａ側を後側とする。

まず、本発明にかかる船舶のプロペラ軸駆動装置１００の概要について説明する。
本発明にかかる船舶のプロペラ軸駆動装置１００は、図１に示すごとく、原動機の出力を変速するための変速装置２０と、該変速装置２０の出力回転を正逆方向に切り換えるための油圧クラッチ装置３０とを備え、該変速装置２０は、静油圧式無段変速装置４０と、ギア式変速装置５０とから構成するものである。
そして、本実施例においては、ギア式変速装置５０は、遊星歯車機構により構成されるものであり、これにより、前記変速装置２０は、該ギア式変速装置５０と、前記静油圧式無段変速装置４０と組み合わせてなる油圧機械式変速装置（ＨＭＴ（ＨｙｄｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ））に構成されている。
また、油圧クラッチ装置３０は、前進用クラッチ１１と、後進用クラッチ１２とから構成されるものであり、これらのクラッチのうち、いずれか一方のクラッチを嵌合させることにより、プロペラ１３ａが固定されるプロペラ軸１３に駆動を出力するように構成されている。

次に、本発明にかかる船舶のプロペラ軸駆動装置１００の制御に関する油圧回路構成について説明する。
まず、油圧クラッチ装置３０に関する油圧回路構成について説明する。
図２に示すごとく、原動機７７により駆動されるチャージポンプ１は、その吸入部が油タンク２に接続される一方、その吐出部は、給油回路３、流量調整弁４、給油回路５・６を介して前後進切換用の方向制御弁７の入り口側に接続されている。

また、流量調整弁４を通過して一定流量に調整された作動油の一方は給油回路５に供給される。該給油回路５における給油回路６の分岐点よりも下流には、クラッチ油圧設定弁８が接続され、クラッチ油圧設定弁８の下流側には低圧回路９と潤滑油圧設定弁１０が接続されている。低圧回路９は末端で分岐して前進用の前進用クラッチ１１、後進用の後進用クラッチ１２の各々の潤滑箇所に連通している。なお、低圧回路９中の１４は水冷式オイルクーラである。

前記方向制御弁７は、図２に示す中央のクラッチ非嵌入位置Ｎと、その左右の前進側クラッチ嵌入位置Ｆ、又は、後進側クラッチ嵌入位置Ｂの３位置切換式のものに構成され、変速操作レバー７０によってそのいずれかの位置に択一的に切換選択される。
方向制御弁７の入り口側には、給油回路６に接続される入口ポート７１ａ・７１ｂと、油タンク２に接続されるドレンポート７２とが形成される。方向制御弁７の出口側には、前進用クラッチ１１のピストン油室と連通する前進用出口ポート７３、後進用クラッチ１２のピストン油室と連通する後進用出口ポート７４、並びに、クラッチ油圧設定弁８へのパイロット油圧回路１５と連通するパイロット用出口ポート７５が形成される。

前記クラッチ油圧設定弁８は、前進用クラッチ１１、１２に対する作用油圧を制御するものである。
該クラッチ油圧設定弁８の制御ピストン８１は、給油回路５からパイロット油圧回路５ａを経て導入されたパイロット油圧を受けて給油回路５と低圧回路９との開度を増加する方向に付勢されつつ、油圧設定用のスプリング８０の基端が規制された位置まで前進可能とするものであり、この制御ピストン８１の背後の背圧室８２に、前進用クラッチ１１、１２へ導入せしめられる油圧を、絞り７６ａ又は絞り７６ｂ、パイロット油圧回路１５を経て作用させることで、クラッチ油圧設定弁８の開度を減少させる方向に付勢されている。

このようにクラッチ油圧設定弁８は、いわゆるモジュレートリリーフ弁型に構成され、その制御ピストン８１の背圧室８２に対しパイロット油圧回路１５から圧油流入がないときには、スプリング８０の付勢力のみによって、前進用クラッチ１１又は後進用クラッチ１２には正規作用油圧よりも低い初期圧が与えられ、そして、背圧室８２に圧油が絞り７６ａ又は絞り７６ｂの作用を受けながら徐々に流入すると制御ピストン８１の前進によってスプリング８０の付勢力が増して設定圧力が徐々に昇圧してゆき、最終的に制御ピストン８１が規制された位置に到達すると、前進用クラッチ１１、１２が完全嵌入する正規作用油圧が与えられるようになっている。

次に、静油圧式無段変速装置４０に関する油圧回路構成について説明する。
図２に示すごとく、前記チャージポンプ１より吐出された作動油は、流量調整弁４にて調整流と余剰流とに分割され、その余剰流が前記給油回路３より分岐する給油回路２１を介して静油圧式無段変速装置４０の作動油として供給される。
また、流量調整弁４を通過して一定流量に調整された作動油のもう一方は、給油回路２２を介して斜板角制御弁２３へ供給される。そして、該斜板角制御弁２３の位置によってサーボアクチュエータ２４へ作動油が供給され、該サーボアクチュエータ２４によって静油圧式無段変速装置４０の油圧モータの可動斜板４１ｆ（図３参照）のコントロールアーム２５を操作し、このコントロールアーム２５の操作によって、油圧モータの容積を変更するようにしている。

前記斜板角制御弁２３は、コントローラ２６によってその切り換え位置を変更するように制御されるものであり、左位置Ｌではコントロールアーム２５が時計方向へ回動し、右位置Ｒではコントロールアーム２５が反時計方向へ回動するように操作される。
そして、中央位置Ｃでは、サーボアクチュエータ２４と油タンク２との接続を分断することにより、サーボアクチュエータ２４のシリンダ２４ａの動きが規制され、これにより、コントロールアーム２５の回動角が固定された状態となる。

前記コントローラ２６には、原動機回転数を検出する回転数センサ２７ａ、原動機の排気温度を検出する温度センサ２７ｂ、原動機のブースト圧を検出するブースト圧検出センサ２７ｃとが接続されており、これにより、コントローラ２６は、各センサにて検出した値を認識するとともに、図示せぬ記憶装置にあらかじめ記録されたプログラムに基づいて、前記斜板角制御弁２３の位置を制御するようにしている。
また、前記コントローラ２６には、アクセルレバー２８が接続されており、該アクセルレバー２８のアイドリング位置ＩＤＬ、フルスロットル位置ＦＳの各位置においては、規定の回転数により原動機７７を運転させる。

また、前記コントローラ２６には、アクセルレバー２８と、変速操作レバー７０とが接続されており、これらのレバー操作によっても斜板角制御弁２３の位置の切り換えが行われるようになっている。
なお、以上の斜板角制御弁２３の制御の具体的な内容（前記プログラム）については、後述するものとする。

次に、油圧クラッチ装置３０の構成について説明する。
図１に示すように逆転ケース３１内において、入力軸３２が回転自在に軸受支持されており、該入力軸３２の変速装置２０側の先端は、後述するギア式変速装置５０のキャリア５６に接続されている。
また、逆転ケース３１内において、プロペラ軸１３が回転自在に軸受支持されており、該プロペラ軸１３の後端を逆転ケース３１より後方へ突出させるとともに、その後端部にはプロペラ１３ａが固設されている。
また、逆転ケース３１内において、中間軸３３が回転自在に軸受支持されている。
また、該逆転ケース３１は、変速装置２０を内装するケースハウジング４６に対して固設されるものであり、これにより、ケースハウジング４６が原動機７７と逆転ケース３１の間に介設されている。

そして、前記入力軸３２と中間軸３３にはそれぞれ、入力歯車３４ａ、３５ａが固定設置されて常時噛み合っている。各入力歯車３４ａ、３５ａにはクラッチシリンダ３４ｂ、３５ｂが一体形成されている。
また、前記入力軸３２と中間軸３３にはそれぞれ、小歯車３６、３７が遊嵌設置され、その各々のボス部には前記クラッチシリンダ３４ｂ、３５ｂ内へ延出する延出部３６ａ、３７ａが一体形成されている。
また、前記プロペラ軸１３には、前記小歯車３６、３７と常時噛み合う大歯車３８が固定設置されている。

以上の構成において、上述した変速操作レバー７０の操作により方向制御弁７の位置が切り換えられ、前進用クラッチ１１又は後進用クラッチ１２に作用油圧が供給されると、作用油圧が供給された側のクラッチが嵌合する、即ち、クラッチシリンダ３４ｂと延出部３６ａ、又はクラッチシリンダ３５ｂと延出部３７ａが油圧により接続される。そして、これにより、入力軸３２の駆動は、嵌合した側のクラッチの小歯車（小歯車３６又は小歯車３７）より大歯車３８へと伝達され、プロペラ軸１３が前進方向、又は後進方向へ回転するようになっている。

次に、静油圧式無段変速装置４０の構成について説明する。
図１及び図３に示すごとく、該静油圧式無段変速装置４０は、前記原動機７７と、逆転ケース３１の間に介設されるケースハウジング４６内に配設される。
該静油圧式無段変速装置４０において、油圧ポンプ４１のポンプ軸４１ａの前端は、前記フライホイール７７ａに対しダンパー継手７８を介して接続される一方、該ポンプ軸４１ａの後端は、センタセクション４５を貫通し、後述するギア式変速装置５０のポンプ入力ギア軸５１のボス部５１ｂに対し挿入されて、該ポンプ入力ギア軸５１に対しスプライン嵌合により接続されている。

油圧ポンプ４１においては、ポンプ軸４１ａに対しシリンダブロック４１ｂが相対回転不能に取り付けられており、該シリンダブロック４１ｂは前記センタセクション４５の摺接面に対しスプリング４１ｃにより付勢されている。該シリンダブロック４１ｂにおいて、ポンプ軸４１ａ方向に複数形設されたシリンダ４１ｄには、ピストン４１ｅが摺動自在に設けられており、該ピストン４１ｅの摺動範囲は、可動斜板４１ｆによって変更自在とされている。以上のようにして、センタセクション４５に供給される作動油を吸入し、吸入した作動油を油圧モータ４２に供給する油圧ポンプ４１を構成している。

油圧モータ４２においては、前記ポンプ軸４１ａと平行配置されるモータ軸４２ａに対し、シリンダブロック４２ｂが相対回転不能に取り付けられており、該シリンダブロック４２ｂは前記センタセクション４５の摺接面に対しスプリング４２ｃにより付勢されている。該シリンダブロック４２ｂにおいて、モータ軸４２ａ方向に複数形設されたシリンダ４２ｄには、ピストン４２ｅが摺動自在に設けられており、該ピストン４２ｅの摺動範囲は、固定斜板４２ｆにより規制されている。以上のようにして、前記油圧ポンプ４１より供給される作動油により、モータ軸４２ａが回転する油圧モータ４２が構成されている。

前記センタセクション４５は、前記ケースハウジング４６の内部に立設される仕切り壁４６ａに対しボルト４７ａにて固定されている。また、静油圧式無段変速装置４０は、ケースハウジング４６に前記油圧ポンプ４１及び油圧モータ４２を内装する構成としている。該ケースハウジング４６は、フライホイール７７ａの周囲を外環するケースハウジング７７ｂの開口部に固設されるものであり、ケースハウジング７７ｂとともに一つの閉じた空間を構成する。なお、前記ケースハウジング７７ｂは、原動機７７のハウジング７９に固設される。

また、該ケースハウジング４６においては、前記フライホイール７７ａに対向する位置にチャージポンプ１が配設されている。該チャージポンプ１は、ポンプ軸４１ａに固設された駆動ギア１ａにより、従動ギア１ｂを回転させる構成のギアポンプに構成されるものである。これらのギア１ａ・１ｂは、筒状のケース４８ａに内装され、該ケース４８ａは、ケース蓋４８ｂにて閉じられる。このようにして、ポンプ軸４１ａの同軸上にチャージポンプ１を形成することによれば、ポンプ軸４１ａをチャージポンプ１の駆動用、及び油圧ポンプ４１の駆動用として兼用することができるとともに、両ポンプ１・４１を一体とすることでコンパクトが図られる。

次に、ギア式変速装置５０の構成について説明する。
該ギア式変速装置５０は、ケースハウジング４６の内壁面と、該内壁面より立設される仕切り壁４６ａと、前記センタセクション４５によって挟まれる空間５０ａ内に配設される。
該空間５０ａ内において、ケースハウジング４６に対して支持壁４６ｂがボルト４７ｂにより固定されており、該支持壁４６ｂには、軸受５９ａ・５９ｂが嵌設されている。
このうち、軸受５９ａにおいては、ポンプ入力ギア軸５１のボス部５１ｂを軸受支持している。該ポンプ入力ギア軸５１は、前記ポンプ軸４１ａと同心配置され、該ポンプ軸４１ａの端部とスプライン嵌合により接続される。
また、軸受５９ｂにおいては、モータ出力ギア軸５２のボス部５２ｂを軸受支持している。該モータ出力ギア軸５２は、前記モータ軸４２ａと同心配置され、該モータ軸４２ａの端部とスプライン嵌合により接続される。

そして、該ギア式変速装置５０は、前記ポンプ入力ギア軸５１に刻設されるサンギア５１ａと、ケースハウジング４６に嵌設される軸受５９ｃに軸受支持されるキャリア５６と、該キャリア５６のプラネットシャフト５６ａに枢支されるプラネットギア５６ｂと、前記キャリア５６を外環し、前記プラネットギア５６ｂに対し内ギア５７ａが噛合されるインターナルギア５７と、から遊星歯車機構に構成される。前記インターナルギア５７は、キャリア５６の軸部５６ｃに外嵌される軸受５９ｄに対して軸受支持されるものであり、キャリア５６とインターナルギア５７は互いに相対回転可能に構成されている。また、前記キャリア５６の軸部５６ｃには、前記前進用クラッチ１１の入力軸３２の前端部がスプライン嵌合により接続されている。
また、インターナルギア５７の外周には、外ギア５７ｂが刻設されており、該外ギア５７ｂに対し、モータ出力ギア軸５２のギア５２ａが噛合されている。該モータ出力ギア軸５２は、前記軸受５９ｂと、ケースハウジング４６に嵌設された軸受５９ｅにて両側端を軸受支持されている。

以上の構成では、ポンプ入力ギア軸５１はポンプ軸４１ａと一体的に回転し、モータ出力ギア軸５２はモータ軸４２ａと一体的に回転するものであり、静油圧式無段変速装置４０と、ギア式変速装置５０とを組み合わせて変速装置２０（油圧機械式変速装置（ＨＭＴ））が構成されている。
該変速装置２０は、ギア式変速装置５０のサンギア５１ａに回転動力を入力し、キャリア５６から出力回転を取り出して前記入力軸３２を回転駆動させるとともに、前記インターナルギア５７に、静油圧式無段変速装置４０の出力（モータ軸４２ａ、モータ出力ギア軸５２）を連動させるものとし、いわゆる出力分割型に構成されている。
そして、該変速装置２０の出力は、前記入力軸３２、前進用クラッチ１１又は後進用クラッチ１２を介してプロペラ軸１３へ伝達され、プロペラ１３ａが回転し、船舶が前進又は後進されるものである。

以上のように、ギア式変速装置５０を遊星歯車機構に構成することによれば、油圧ポンプ４１のポンプ軸４１ａと、油圧クラッチ装置３０の入力軸３２を同心上に配置することができ、プロペラ軸駆動装置１００全体としてのコンパクト化を図ることができる。

次に、上記構成のプロペラ軸駆動装置１００の制御に関して説明する。
図１乃至図３に示すごとく、該プロペラ軸駆動装置１００では、船舶を加速させる際において、原動機７７の回転数が所定の値よりも低い範囲では、静油圧式無段変速装置４０の油圧ポンプ４１の可動斜板４１ｆの斜板角制御により、モータ軸４２ａを回転させ、該モータ軸４２ａの回転をモータ出力ギア軸５２を介してギア式変速装置５０に作用させることにより、ギア式変速装置５０を構成するギアのギア比によって得られる規定の減速比、即ち、前記インターナルギア５７を固定した場合に得られる減速比よりも大きな減速比を得ようとするものである。
このように、大きな減速比を得ることで原動機７７の負荷を減らし、原動機７７の回転数を早期に上昇させることにより、船舶の加速性能を向上させるものである。

一方、船舶を加速させる際において、原動機７７の回転数が所定の値に上昇した際には、前記油圧ポンプ４１の可動斜板４１ｆの斜板角を中立位置に保持し、油圧モータ４２のモータ軸４２ａの回転をロックすることにより、静油圧式無段変速装置４０による変速は行わず、ポンプ軸４１ａの回転を前記ギア式変速装置５０を介して直接的に入力軸３２に出力するものであり、ギア式変速装置５０を構成するギアによって得られる規定の減速比、即ち、前記インターナルギア５７を固定した場合に得られる減速比を実現するものである。このように、ギア式変速装置５０のみにより減速を行うことにより、動力伝達効率のよい運転を実現させるものである。

そして、以上の制御は、前記コントローラ２６が、図示せぬ記憶装置にあらかじめ記録されたプログラムを実行することにより行われるものである。
図４に示すごとく、該プログラムは、原動機の所定の回転数を基準値Ｖとし、船舶をアイドリング状態（又はトローリング状態）から加速させる際において、原動機の回転数が前記基準値Ｖよりも小さい範囲においては、前記斜板角制御弁２３の位置制御により、油圧ポンプ４１の可動斜板４１ｆを正の方向に傾倒させる一方、原動機の回転数が前記基準値Ｖまで上昇した際には、前記斜板角制御弁２３の位置制御により、油圧ポンプ４１の可動斜板４１ｆの傾倒をゼロとするものである。
ここで、前記基準値Ｖは、船舶を移動させるのに十分な推進力を生じさせるプロペラ１３ａの回転数Ｐｖを実現するための原動機７７の回転数であり、特に、過給機を搭載する原動機７７においては、過給機のブースト圧が十分上昇し、圧縮空気の過給が開始される回転数に対応するものであり、この基準値Ｖにおいては、原動機７７はエネルギー的に高効率（高燃費）で運転されることとなる。

また、上記のプログラムは、原動機の回転数が基準値Ｖよりも小さい場合においては、図４の斜板角直線６２に示すごとく、前記回転数の増加に伴って可動斜板４１ｆの傾倒を小さくするように斜板角制御弁２３の位置制御を行うようにしている。
なお、以上の例では、原動機７７の回転数を回転数センサ２７ａにてモニターし、基準値Ｖを閾値として用いたが、過給機を搭載する原動機７７においては、該過給機のブースト圧をブースト圧検出センサ２７ｃにてモニターし、圧縮空気の過給が開始されるブースト圧を閾値として用いる構成としてもよい。

そして、プログラムによる制御によれば、図２に示すアクセルレバー２８をアイドリング位置ＩＤＬ（又はトローリング位置ＴＲ）からフルスロットル位置ＦＳに操作した場合には、図４に示すプロペラ回転数曲線６１のごとく、原動機７７の回転数の上昇に対するプロペラ１３ａの回転数は、原動機７７の回転数が基準値Ｖとなるまでは緩やかに増加し、基準値Ｖを超えた時点で、比例して増加する挙動を示すようになる。

この制御によれば、回転数がアイドリング回転数Ｗから基準値Ｖになるまでは、前記斜板角制御弁２３の位置制御により可動斜板４１ｆが傾いて油圧モータ４２が駆動され、これによりギア式変速装置５０の減速比が大きくなることから、加速時において、原動機７７の負荷を小さくすることができる。
そして、このように原動機７７の負荷を小さくすることによれば、原動機７７の回転数をスムーズに上昇させることができ、図５に示すごとく、基準値Ｖに対応するプロペラ１３ａの回転数Ｐｖに到達するまでの時間は、本発明の構成によらない場合と比較してＴ１だけ短縮される。
このようにして、アクセルレバー２８の操作後は、プロペラ１３ａの回転数が早期に回転数Ｐｖに到達するようになり、加速性能に優れたものとすることができる。

また、原動機７７の回転数が基準値Ｖを超えた際には、油圧ポンプ４１の可動斜板４１ｆの傾倒をゼロ（中立位置）となるように制御することで、ギア式変速装置５０を構成するギアによって得られる規定の減速比にて運転されることから、動力伝達において油圧が作用することがなく、動力伝達効率のよい運転を行うことができる。
さらに、図４に示す斜板角直線６２のごとく、前記回転数の増加に伴って可動斜板４１ｆの傾倒を小さくするように斜板角制御弁２３の位置制御を行うようにしているため、原動機７７の回転数が基準値Ｖに到達した際に変速ショックが生じることもなく、ギアの破損といった不具合が生じることもない。

さらに、図２に示すごとく、前記変速操作レバー７０には、オーバードライブレンジＯＤを設けており、前記コントローラ２６は、該変速操作レバー７０がオーバードライブレンジＯＤに操作され、オーバードライブの指令が入力された場合には、斜板角制御弁２３の位置制御を行い、図４に示す斜板角直線６２のごとく、基準値Ｖを過ぎた回転数において可動斜板４１ｆを前記加速時における傾倒の方向（正の方向）とは逆の方向（負の方向）に傾倒させるものである。
これにより、前記ギア式変速装置５０の減速比を、該ギア式変速装置５０を構成するギアによって得られる規定の減速比よりも小さくすることができ、図４に示す範囲ＯＤのごとく、プロペラ軸１３をより高速回転で駆動することができるようになる。
このように、静油圧式無段変速装置４０の可動斜板４１ｆの傾倒の向きを変更させることによれば、上述した加速性能の向上に加え、より高速で航行することが可能となる。

また、図２に示すごとく、前記アクセルレバー２８においては、アイドリング位置ＩＤＬを境にしてフルスロットル位置ＦＳの間とは反対側の一定範囲をトローリング位置ＴＲとし、アクセルレバー２８の操作によって任意に斜板角制御弁２３の位置を切り換えることで、プロペラ１３ａの回転数を変速させることによるトローリングを可能としている。
このトローリングにおけるプロペラ１３ａの回転数の変速は、静油圧式無段変速装置４０の可動斜板４１ｆの変更に基づくものであることから、無段の滑らかな変速、減速比の微調整を可能としている。

本発明は、新規のプロペラ軸駆動装置の設計において適用可能である他、既存の設計においても、原動機と油圧クラッチ装置の間に介設するようにして適用可能である。

本発明にかかるプロペラ軸駆動装置の構成を示すスケルトン図である。プロペラ軸駆動装置に関する油圧・制御回路構成について示す図である。プロペラ軸駆動装置の構成を示す側面断面図である。原動機とプロペラの回転数の相関関係について示す図である。プロペラの回転数の上昇に要する時間の短縮について示す図である。

符号の説明

２０変速装置
３０油圧クラッチ装置
４０静油圧式無段変速装置
５０ギア式変速装置
７７原動機
１００プロペラ軸駆動装置

Claims

船舶のプロペラ軸駆動装置であって、
原動機の出力回転を変速するための変速装置と、
該変速装置の出力回転を正逆方向に切り換えるための油圧クラッチ装置とを備え、
該変速装置は、静油圧式無段変速装置と、ギア式変速装置とから構成される、
船舶のプロペラ軸駆動装置。
前記ギア式変速装置は、遊星歯車機構により構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の船舶のプロペラ軸駆動装置。
船舶を加速させる際に、
原動機の回転数が所定の値よりも低い範囲では、
前記静油圧式無段変速装置の油圧ポンプの可動斜板の斜板角制御により、前記静油圧式無段変速装置の油圧モータのモータ軸を回転させ、
該モータ軸の回転をギア式変速装置に作用させることにより、ギア式変速装置を構成するギアのギア比によって得られる規定の減速比よりも大きな減速比を得ることとした、
請求項１又は請求項２に記載の船舶のプロペラ軸駆動装置。
船舶を加速させる際に、
原動機の回転数が所定の値に上昇した際には、
前記静油圧式無段変速装置の油圧ポンプの可動斜板の斜板角を中立位置に保持し、
前記静油圧式無段変速装置の油圧モータのモータ軸の回転をロックすることにより、
前記ギア式変速装置を構成するギアによって得られる規定の減速比を得ることとした、
ことを特徴とする請求項３に記載の船舶のプロペラ軸駆動装置。
オーバードライブの指令が入力された場合には、
前記静油圧式無段変速装置の油圧ポンプの可動斜板の斜板角を、
加速時における傾倒の方向とは逆の方向に傾倒させることとした、
ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の船舶のプロペラ軸駆動装置。