JP7788926B2 - Marine engines - Google Patents
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Description
本発明は、船舶に用いる舶用エンジンに関する。特に、アンモニア等の代替燃料を従来の化石燃料と共に燃焼させることもできる舶用エンジンに関する。 The present invention relates to a marine engine for use on ships. In particular, it relates to a marine engine that can burn alternative fuels such as ammonia together with conventional fossil fuels.
近年、地球温暖化等の問題から二酸化炭素等の温室効果ガス(Greenhouse
gas)の排出量をゼロにする、いわゆるゼロ・エミッションの実現が求められている。そこで、燃焼しても二酸化炭素等の温室効果ガスが発生しないアンモニア等の代替燃料が注目されている。しかし、化石燃料と比較して燃えにくいアンモニア等の代替燃料は、アンモニア等のみを燃焼させる「専焼」が難しい。
In recent years, due to the problems of global warming, greenhouse gases such as carbon dioxide (Greenhouse gases)
There is a demand for the realization of zero emissions, which means reducing CO2 emissions to zero. Therefore, alternative fuels such as ammonia, which do not emit greenhouse gases such as carbon dioxide when burned, are attracting attention. However, alternative fuels such as ammonia are harder to burn than fossil fuels, making it difficult to achieve "single-combustion" in which only ammonia is burned.
そこで、ディーゼル燃料等の化石燃料と共にアンモニア等を燃焼させる、いわゆる、「混焼」の舶用エンジン等が考えられている。 As a result, so-called "co-firing" marine engines, which burn ammonia and other fuels together with fossil fuels such as diesel fuel, are being considered.
例えば、下記特許文献1では、化石燃料と代替燃料を混焼させるため、化石燃料と代替燃料を層状に噴射する燃料噴射弁を設けて、この燃料噴射弁から燃焼室内に化石燃料と代替燃料を噴射して混焼させるものが開示されている。 For example, Patent Document 1 below discloses a combustion system in which a fuel injection valve is provided that injects fossil fuel and alternative fuel in layers to mix and burn the fossil fuel and alternative fuel, and the fossil fuel and alternative fuel are injected into the combustion chamber from this fuel injection valve to mix and burn the fossil fuel and alternative fuel.
この特許文献1の技術においては、例えば、化石燃料を着火用パイロット燃料として、代替燃料を主燃料とした燃料を、燃焼室に噴射して混焼させる場合に、代替燃料の量を増やすと代替燃料の燃え残りが生じてしまうため、代替燃料の間に化石燃料をさらに介装し、着火性を高めることで、完全混焼するように構成している。 In the technology of Patent Document 1, for example, when a fossil fuel is used as a pilot fuel for ignition and an alternative fuel is used as the main fuel and injected into the combustion chamber to achieve mixed combustion, increasing the amount of alternative fuel results in unburned residue of the alternative fuel. Therefore, an additional fossil fuel is interposed between the alternative fuels to improve ignition performance, thereby achieving complete mixed combustion.
また、一方で、下記特許文献2では、アンモニアを専焼するエンジンにおいて、アンモニアの燃焼を促進するために、圧縮した加熱ガスを送って、燃焼室の温度を高めることも提案されている。 On the other hand, Patent Document 2 below also proposes sending compressed heated gas to increase the temperature of the combustion chamber in an engine that exclusively burns ammonia, in order to promote the combustion of the ammonia.
ところで、最近では、要求される温室効果ガスの削減量がさらに増えているため、前記特許文献1のように、代替燃料を混焼する場合でも、より代替燃料の量を増やして、1回の燃料噴射の際の代替燃料が占める比率、いわゆる「混焼率」を高めることが求められる。しかし、単純に混焼率を高めても、アンモニア等の代替燃料が燃えにくいため、アンモニア等の代替燃料の燃え残りが増加してしまう可能性があり、混焼率の限界を超えることができないという問題があった。 Recently, however, the required reduction in greenhouse gas emissions has been increasing, and so even when alternative fuels are mixed, as in Patent Document 1, it is necessary to increase the amount of alternative fuel and increase the proportion of alternative fuel in each fuel injection, the so-called "mixed combustion ratio." However, simply increasing the mixed combustion ratio poses the problem that alternative fuels such as ammonia are difficult to burn, which could result in an increase in unburned residue of alternative fuels such as ammonia, making it impossible to exceed the mixed combustion ratio limit.
そこで、前記特許文献2に記載されているように、アンモニア等を混焼するエンジンであっても、アンモニアの燃焼を促進するために、燃焼室の温度を高めて、エンジンを運転することが考えられる。このように、燃焼室の温度を高めることで、アンモニア等の代替燃料を混焼する舶用エンジンにおいても、アンモニア等の代替燃料の燃え残りの発生を少なくして、混焼率を高めることが考えられる。 As described in Patent Document 2, even in engines that co-combust ammonia and other alternative fuels, it is conceivable to operate the engine with the temperature of the combustion chamber increased to promote the combustion of the ammonia. In this way, by increasing the temperature of the combustion chamber, it is conceivable to reduce the amount of unburned ammonia and other alternative fuels and increase the co-combustion ratio, even in marine engines that co-combust ammonia and other alternative fuels.
もっとも、船舶においては、常に一定の負荷でエンジンを運転するのではなく、港への入出港など、陸地が近い場合には、低負荷でエンジンを運転するシーンがある。こうしたシーンにおいては、アンモニア等の代替燃料の燃焼が悪化するため、代替燃料との混焼を止めて、ディーゼル燃料等の化石燃料だけでエンジンを運転させることが考えられる。 However, on ships, engines are not always operated at a constant load, but rather there are situations where they are operated at a low load when the ship is near land, such as when entering or leaving port. In such situations, the combustion of alternative fuels such as ammonia deteriorates, so it may be possible to stop co-firing with alternative fuels and operate the engine solely on fossil fuels such as diesel.
しかし、そのままエンジンの燃焼室温度を高めた状態で化石燃料だけを燃焼させてエンジンを運転してしまうと、窒素酸化物(NOx)が発生してしまい、排気ガス性能を悪化させてしまうという問題がある。 However, if the engine is operated by burning only fossil fuels while the temperature in the combustion chamber is kept high, nitrogen oxides (NOx) will be generated, which will result in a deterioration of exhaust gas performance.
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもので、その目的は、高負荷で海域を航行するシーンと低負荷で海域を航行するシーンとで使用される舶用エンジンであって、高負荷で海域を航行するシーンでは、アンモニア等の代替燃料の比率を高めて、いわゆる「混焼率」を高めつつも、低負荷で海域を航行するシーンでは、窒素酸化物(NOx)の発生を抑えて排気ガス性能を高めることができる舶用エンジンを提供することにある。 The present invention was made in light of these points, and its purpose is to provide a marine engine that can be used in both high-load and low-load marine navigation situations, and that, when navigating in sea areas at high loads, increases the proportion of alternative fuel such as ammonia, thereby increasing the so-called "mixed-fuel ratio," while, when navigating in sea areas at low loads, suppresses the generation of nitrogen oxides (NOx) and improves exhaust gas performance.
その目的を達成するために、この発明では、船舶が高負荷で海域を航行するシーンと、船舶が低負荷で海域を航行するシーンとで使用される舶用エンジンであって、前記高負荷で海域を航行する場合には、代替燃料と化石燃料の両者を燃焼させる混焼モードで運転すると共に、燃焼室温度を高める燃焼室温度上昇手段を作動させて、前記低負荷で海域を航行する場合には、化石燃料を燃焼させる通常燃焼モードで運転すると共に、前記燃焼室温度上昇手段を作動させないように制御したことを特徴とするものである。 In order to achieve this object, the present invention provides a marine engine that is used in situations where a ship is sailing in an ocean area at high load and situations where the ship is sailing in an ocean area at low load, and is characterized in that when sailing in an ocean area at high load, the engine is operated in a dual-combustion mode in which both alternative fuel and fossil fuel are burned, and a combustion chamber temperature increasing means is activated to increase the combustion chamber temperature, and when sailing in an ocean area at low load, the engine is operated in a normal combustion mode in which fossil fuel is burned, and the combustion chamber temperature increasing means is controlled not to be activated.
具体的に、第1の発明では、船舶が高負荷で海域を航行するシーンと、船舶が低負荷で海域を航行するシーンとで使用される舶用エンジンであって、代替燃料と化石燃料の両者を燃焼室に噴射して燃焼させる混焼モードと、化石燃料を燃焼室に噴射して燃焼させる通常燃焼モードと、を備える燃焼モード選択手段と、前記燃焼室の温度を高くする燃焼室温度上昇手段と、を有し、前記船舶が高負荷で海域を航行するシーンでは、前記燃焼モード選択手段で前記混焼モードを選択して、前記燃焼室温度上昇手段を作動させて、前記燃焼室の温度を高めるように制御して、前記船舶が低負荷で海域を航行するシーンでは、前記燃焼モード選択手段で前記通常燃焼モードを選択して、前記燃焼室温度上昇手段を停止して、前記燃焼室の温度を高めないように制御するエンジン制御手段を備えたことを特徴とするものである。 Specifically, in a first invention, there is provided a marine engine for use in a situation where a ship is navigating an area of sea at a high load and in a situation where the ship is navigating an area of sea at a low load, the marine engine having a combustion mode selection means which has a dual-combustion mode in which both an alternative fuel and a fossil fuel are injected into the combustion chamber and burned, and a normal combustion mode in which fossil fuel is injected into the combustion chamber and burned, and a combustion chamber temperature increasing means which increases the temperature of the combustion chamber, and in a situation where the ship is navigating an area of sea at a high load, the combustion mode selection means selects the dual-combustion mode and activates the combustion chamber temperature increasing means to control so as to increase the temperature of the combustion chamber, and in a situation where the ship is navigating an area of sea at a low load, the marine engine is characterized by having an engine control means which selects the normal combustion mode with the combustion mode selection means and stops the combustion chamber temperature increasing means to control so as not to increase the temperature of the combustion chamber.
この構成によれば、船舶が高負荷で海域を航行するシーンでは、燃焼モード選択手段で、混焼モードを選択して、燃焼室温度上昇手段を作動させる制御を行う一方、船舶が低負荷で海域を航行するシーンでは、燃焼モード選択手段で、通常燃焼モードを選択して、燃焼温度上昇手段を停止するように制御することになる。すなわち、混焼モードでエンジンが運転される場合には、燃焼室の温度が高まり、通常燃焼モードでエンジンが運転される場合には、燃焼室の温度が高まることがない。 With this configuration, when the ship is sailing in an area of sea at a high load, the combustion mode selection means selects dual-fuel mode and controls the combustion chamber temperature increase means to operate, while when the ship is sailing in an area of sea at a low load, the combustion mode selection means selects normal combustion mode and controls the combustion temperature increase means to stop. In other words, when the engine is operating in dual-fuel mode, the combustion chamber temperature increases, and when the engine is operating in normal combustion mode, the combustion chamber temperature does not increase.
このため、混焼モードの際には、燃焼室の温度が上昇するため、より多くの代替燃料を噴射したとしても、代替燃料の燃え残りが生じないようにでき、温室効果ガス(特に二酸化炭素)の排出量を抑制できる。一方、通常燃焼モードの際には、燃焼室の温度が上昇しないため、窒素酸化物(NOx)の発生を抑えることができる。 As a result, in dual-fuel combustion mode, the temperature in the combustion chamber rises, so even if a larger amount of alternative fuel is injected, it is possible to prevent unburned alternative fuel, thereby reducing greenhouse gas (especially carbon dioxide) emissions. On the other hand, in normal combustion mode, the temperature in the combustion chamber does not rise, so the generation of nitrogen oxides (NOx) can be reduced.
なお、ここで、「化石燃料」とは、ディーゼル燃料、留出油、残渣油など、原油から精製され得る燃料一般を指す。一方、「代替燃料」とは、天然の石油を代替する燃料(Alternative Fuel)であり、アンモニア、バイオ燃料、メタノール、エタノールなど、石油に代替可能な燃料一般を指す。 Here, "fossil fuel" refers to fuels that can be refined from crude oil, such as diesel fuel, distillate oil, and residual oil. On the other hand, "alternative fuel" refers to fuels that can replace natural petroleum, and generally refers to fuels that can replace petroleum, such as ammonia, biofuel, methanol, and ethanol.
また、「混焼モード」とは、化石燃料と代替燃料を燃焼室内に噴射して、両者を燃焼させるエンジンの燃焼モードの事を指す。なお、燃料噴射弁は、一つの燃料噴射弁で両者の燃料を噴射しても良いし、複数の燃料噴射弁で別々に燃料を噴射しても良い。 "Dual-fuel mode" refers to an engine combustion mode in which fossil fuel and alternative fuel are injected into the combustion chamber and burned together. Note that a single fuel injector may inject both fuels, or multiple fuel injectors may inject the fuels separately.
さらに、「通常燃焼モード」とは、化石燃料だけを燃焼室内に噴射して、化石燃料を燃焼させるエンジンの燃焼モードの事を指す。 Furthermore, "normal combustion mode" refers to the engine's combustion mode in which only fossil fuel is injected into the combustion chamber and burned.
第2の発明では、前記燃焼室温度上昇手段を、前記燃焼室へ導入される掃気の温度を上昇させる掃気温度上昇手段とする。 In a second aspect of the present invention, the combustion chamber temperature increasing means is a scavenging air temperature increasing means that increases the temperature of the scavenging air introduced into the combustion chamber.
この構成によれば、燃焼室温度上昇手段が、燃焼室へ導入される掃気の温度を上昇させる掃気温度上昇手段であるため、燃焼室に導入される掃気の温度が、通常燃焼モードの時よりも高まる。 With this configuration, the combustion chamber temperature increasing means is a scavenging air temperature increasing means that increases the temperature of the scavenging air introduced into the combustion chamber, so the temperature of the scavenging air introduced into the combustion chamber is higher than in normal combustion mode.
このため、導入させる掃気自体の温度が高いため、燃焼室の温度も必然的に高まり、代替燃料が着火しやすく、燃焼しやすくなる。 As a result, the temperature of the introduced scavenging air itself is high, which inevitably increases the temperature in the combustion chamber, making it easier for the alternative fuel to ignite and burn.
よって、より確実に混焼モード時の代替燃料の燃焼性を高めることができる。 This makes it possible to more reliably improve the combustibility of alternative fuels in multi-fuel mode.
第3の発明では、前記掃気温度上昇手段を、掃気を冷却するエアクーラーの冷却水の流量を制限するエアクーラー冷却水流量制限機構とする。 In a third aspect of the present invention, the scavenging air temperature increasing means is an air cooler cooling water flow rate limiting mechanism that limits the flow rate of cooling water in the air cooler that cools the scavenging air.
この構成によれば、掃気温度上昇手段が、掃気を冷却するエアクーラーの冷却水の流量を制限するエアクーラー冷却水流量制限機構であるため、エアクーラーの冷却性能を落として、燃焼室に導入される掃気の温度を高めることができる。 With this configuration, the scavenging air temperature increasing means is an air cooler cooling water flow restriction mechanism that restricts the flow rate of the cooling water in the air cooler that cools the scavenging air, so the cooling performance of the air cooler can be reduced and the temperature of the scavenging air introduced into the combustion chamber can be increased.
このため、エアクーラーの冷却水の流量を制限するという単純な方法(構造)によって、掃気の温度を高め、燃焼室の温度を高めることができる。 Therefore, by simply restricting the flow rate of the cooling water in the air cooler (structure), it is possible to increase the temperature of the scavenging air and therefore the temperature in the combustion chamber.
よって、単純な方法(構造)で掃気温度上昇手段を構成することができ、また、代替燃料が占める割合の混焼率を高めることができる。 This allows for the construction of a scavenging air temperature increasing means using a simple method (structure), and also increases the proportion of alternative fuels used in mixed combustion.
第4の発明では、前記掃気温度上昇手段を、掃気を冷却するエアクーラーの冷却水温度を高めるエアクーラー冷却水温度上昇機構とする。 In a fourth aspect of the present invention, the scavenging air temperature increasing means is an air cooler coolant temperature increasing mechanism that increases the temperature of the coolant in the air cooler that cools the scavenging air.
この構成によると、掃気温度上昇手段が、掃気を冷却するエアクーラーの冷却水温度を高めるエアクーラー冷却水温度上昇機構であるため、エアクーラーに流れる冷却水の流量を変化させることなく、エアクーラーの冷却性能を落として、掃気の温度を高めることができる。 With this configuration, the scavenging air temperature increasing means is an air cooler coolant temperature increasing mechanism that increases the temperature of the coolant in the air cooler that cools the scavenging air, so the cooling performance of the air cooler can be reduced and the temperature of the scavenging air can be increased without changing the flow rate of the coolant flowing through the air cooler.
このため、エアクーラーに流れる冷却水の流量を減少させることなく、掃気の温度を高め、燃焼室の温度を高めることができる。 This allows the temperature of the scavenging air to be increased and the temperature of the combustion chamber to be raised without reducing the flow rate of cooling water flowing through the air cooler.
よって、エアクーラーの冷却水の流量を常時一定にできるため、エアクーラーの故障リスクを低減することができる。また、代替燃料が占める割合の混焼率を高めることができる。 This allows the flow rate of cooling water in the air cooler to be kept constant at all times, reducing the risk of air cooler failure. It also allows for a higher ratio of alternative fuels in mixed combustion.
第5の発明では、前記燃焼室温度上昇手段を、エンジンシリンダーを冷却する冷却水の流量を制限するエンジンシリンダー冷却水流量制限機構とする。 In a fifth aspect of the present invention, the combustion chamber temperature increasing means is an engine cylinder coolant flow rate limiting mechanism that limits the flow rate of coolant that cools the engine cylinder.
この構成によると、燃焼室温度上昇手段が、エンジンシリンダーを冷却する冷却水の流量を制限するエンジンシリンダー冷却水流量制限機構であるため、エンジンシリンダーを冷却する冷却水の流量が制限されて、エンジンシリンダーの温度が上昇することで、そのエンジンシリンダーに設けられた燃焼室の温度が高まることになる。 With this configuration, the combustion chamber temperature increasing means is an engine cylinder coolant flow rate limiting mechanism that limits the flow rate of the coolant that cools the engine cylinder. Therefore, the flow rate of the coolant that cools the engine cylinder is limited, causing the temperature of the engine cylinder to rise, which in turn increases the temperature of the combustion chamber provided in that engine cylinder.
このため、エンジンシリンダーを冷却する冷却水の流量を制限するという単純な方法(構造)で、燃焼室の温度を高めることができる。 This means that the temperature in the combustion chamber can be increased by the simple method (structure) of restricting the flow rate of the cooling water that cools the engine cylinder.
よって、エンジンシリンダーの冷却水の流量を制限するという単純な方法(構造)によって、燃焼温度上昇手段を構成することができ、また、代替燃料が占める割合の混焼率を高めることができる。 Therefore, by using the simple method (structure) of restricting the flow rate of cooling water in the engine cylinder, it is possible to create a means of increasing the combustion temperature and also increase the proportion of alternative fuels that can be mixed and burned.
第6の発明では、前記燃焼室温度上昇手段を、排気弁の閉弁タイミングを進角する排気弁進角機構とする。 In a sixth aspect of the present invention, the combustion chamber temperature increasing means is an exhaust valve advance mechanism that advances the closing timing of the exhaust valve.
この構成によると、燃焼室温度上昇手段が、排気弁の閉弁タイミングを進角する排気弁進角機構であることで、排気弁の閉弁タイミングが早まる。これにより、ピストンで空気を圧縮する期間が長くなる。このように、圧縮する期間が長くなることで、空気の温度が高まり、その結果として、燃焼室の温度が高まることになる。 With this configuration, the combustion chamber temperature increasing means is an exhaust valve advance mechanism that advances the closing timing of the exhaust valve, thereby accelerating the closing timing of the exhaust valve. This lengthens the period during which the air is compressed by the piston. In this way, the longer the compression period, the higher the temperature of the air, and as a result, the higher the temperature of the combustion chamber.
このため、排気弁の閉弁タイミングを進角するという方法(構造)によって、空気を圧縮する期間を長くして、燃焼室の温度を高めることができる。 For this reason, by advancing the exhaust valve closing timing (structure), the period during which the air is compressed can be extended, thereby increasing the temperature in the combustion chamber.
よって、エンジンの冷却系統に影響を与えることなく、燃焼室温度上昇手段を構成することができる。また、代替燃料が占める割合の混焼率を高めることができる。 This allows for the creation of a combustion chamber temperature raising means without affecting the engine's cooling system. It also allows for a higher mixed-fuel ratio, which is the proportion of alternative fuels used.
第7の発明では、前記燃焼室温度上昇手段を、熱源である焼玉を配置した焼玉室と前記燃焼室とを連通する焼玉連通機構とする。 In the seventh invention, the combustion chamber temperature increasing means is a hot bulb communication mechanism that connects the combustion chamber to a hot bulb chamber in which a hot bulb, which serves as a heat source, is placed.
この構成によると、燃焼室温度上昇手段が、熱源である焼玉を配置した焼玉室と燃焼室とを連通する焼玉連通機構であることで、焼玉連通機構を作動させると、熱源である焼玉によって燃焼室内の空気が加熱されることになる。 With this configuration, the combustion chamber temperature increasing means is a bulb connection mechanism that connects the combustion chamber to the bulb chamber in which the bulb, which serves as a heat source, is placed. When the bulb connection mechanism is activated, the air in the combustion chamber is heated by the bulb, which serves as a heat source.
このため、燃焼室の温度が確実に高まり、代替燃料が占める割合の混焼率を高めることができる。 This ensures that the temperature in the combustion chamber increases, allowing for a higher proportion of alternative fuels to be mixed.
よって、確実に燃焼室温度を高めて、代替燃料の占める比率である混焼率を高めることができる。 This ensures that the combustion chamber temperature can be increased, increasing the mixed combustion rate, which is the proportion of alternative fuels.
以上、説明したように、本発明によれば、混焼モードの際には、燃焼室の温度が上昇するため、より多くの代替燃料を噴射したとしても、代替燃料の燃え残りが生じないようにでき、温室効果ガス(特に二酸化炭素)の排出量を抑制できる。一方、通常燃焼モードの際には、燃焼室の温度が上昇しないため、窒素酸化物(NOx)の発生を抑えることができる。 As explained above, according to the present invention, in dual-fuel combustion mode, the temperature in the combustion chamber rises, so even if a larger amount of alternative fuel is injected, unburned alternative fuel is prevented, and greenhouse gas (particularly carbon dioxide) emissions can be reduced. On the other hand, in normal combustion mode, the temperature in the combustion chamber does not rise, so the generation of nitrogen oxides (NOx) can be reduced.
よって、高負荷で海域を航行するシーンと低負荷で海域を航行するシーンとで使用される舶用エンジンであって、高負荷で海域を航行するシーンでは、アンモニア等の代替燃料の比率を高めて、いわゆる「混焼率」を高めつつも、低負荷で海域を航行するシーンでは、窒素酸化物(NOx)の発生を抑えて排気ガス性能を高めることができる。 Therefore, a marine engine that is used in both high-load and low-load sea navigation can increase the ratio of alternative fuels such as ammonia during high-load sea navigation, thereby increasing the so-called "mixed-fuel ratio," while suppressing the generation of nitrogen oxides (NOx) and improving exhaust gas performance during low-load sea navigation.
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、或いはその用途を制限することを意図するものではない。 Embodiments of the present invention are described in detail below with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiment is merely exemplary in nature and is not intended to limit the present invention, its applications, or its uses.
(実施形態1)
図1は、船舶用の舶用エンジンの構成を示した模式概略図であり、図2は、燃料噴射装置のシステム構成を示したシステム概略図であり、図3は、舶用エンジンの燃焼室を示す詳細縦断面図であり、図4は、舶用エンジンの吸排気系と冷却系の概略図である。これらの図を使って、まず舶用エンジン1の概略を説明する。以下、船舶用の舶用エンジン1を単に「エンジン1」という。
(Embodiment 1)
Fig. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a marine engine for a ship, Fig. 2 is a system schematic diagram showing the system configuration of a fuel injection device, Fig. 3 is a detailed longitudinal cross-sectional view showing the combustion chamber of the marine engine, and Fig. 4 is a schematic diagram of the intake and exhaust system and cooling system of the marine engine. Using these figures, we will first provide an overview of the marine engine 1. Hereinafter, the marine engine 1 for a ship will be simply referred to as "engine 1."
エンジン1は、複数のシリンダ10を備えた直列多気筒式の舶用エンジンである。なお、便宜上、本実施形態では1気筒だけを示して説明する。このエンジン1は、ユニフロー掃気方式を採用した2ストローク1サイクル機関として構成されており、タンカー、コンテナ船、自動車運搬船等、大型の船舶に搭載される。 Engine 1 is an in-line multi-cylinder marine engine equipped with multiple cylinders 10. For convenience, only one cylinder will be shown in the present embodiment. Engine 1 is configured as a two-stroke, one-cycle engine that employs a uniflow scavenging system, and is installed on large ships such as tankers, container ships, and car carriers.
船舶に搭載されたエンジン1は、その船舶を推進させるための主機関として用いられる。すなわち、エンジン1の出力軸は、プロペラ軸(不図示)を介して船舶のプロペラ(不図示)に連結されている。このエンジン1が運転されることにより、その出力がプロペラに伝達されて、船舶が推進するように構成されている。 Engine 1 installed on a vessel is used as the main engine for propelling the vessel. That is, the output shaft of engine 1 is connected to the vessel's propeller (not shown) via a propeller shaft (not shown). When engine 1 is operated, its output is transmitted to the propeller, propelling the vessel.
特に、本実施形態に係るエンジン1は、そのロングストローク化を実現するべく、いわゆるクロスヘッド式の内燃機関として構成されている。すなわち、このエンジン1においては、下方からピストン21を支持するピストン棒22と、クランクシャフト23に連接される連接棒24と、がクロスヘッド25により連結されている。 In particular, the engine 1 according to this embodiment is configured as a so-called crosshead type internal combustion engine in order to achieve a long stroke. That is, in this engine 1, a piston rod 22 that supports the piston 21 from below and a connecting rod 24 that is connected to the crankshaft 23 are connected by a crosshead 25.
また、このエンジン1は、下方に位置する台板11と、台板11上に設けられる架構12と、架構12上に設けられるシリンダジャケット13と、を備えている。台板11、架構12およびシリンダジャケット13は、上下方向に延びる複数のタイボルトB…およびナットにより締結されている。エンジン1はまた、シリンダジャケット13内に設けられるシリンダ10と、シリンダ10内に設けられるピストン21と、ピストン21の往復運動に連動して回転する出力軸(例えばクランクシャフト23)と、を備えている。 The engine 1 also includes a base plate 11 located below, a frame 12 mounted on the base plate 11, and a cylinder jacket 13 mounted on the frame 12. The base plate 11, frame 12, and cylinder jacket 13 are fastened together by a plurality of tie bolts B extending in the vertical direction and nuts. The engine 1 also includes a cylinder 10 mounted within the cylinder jacket 13, a piston 21 mounted within the cylinder 10, and an output shaft (e.g., crankshaft 23) that rotates in conjunction with the reciprocating motion of the piston 21.
台板11は、エンジン1のいわゆるクランクケースを構成するものであり、クランクシャフト23と、クランクシャフト23を回転自在に支持する軸受26と、を収容している。クランクシャフト23には、クランク27を介して連接棒24の下端部が連結されている。 The base plate 11 constitutes the so-called crankcase of the engine 1 and houses the crankshaft 23 and a bearing 26 that rotatably supports the crankshaft 23. The lower end of a connecting rod 24 is connected to the crankshaft 23 via a crank 27.
架構12は、一対のガイド板28,28と、連接棒24と、クロスヘッド25と、を収容している。このうち、一対のガイド板28,28は、ピストン軸方向に沿って設けられた一対の板状部材からなり、エンジン1の幅方向(図1の紙面左右方向)に、間隔を空けて配置されている。連接棒24は、その下端部がクランクシャフト23に連結された状態で、一対のガイド板28,28の間に配置されている。連接棒24の上端部は、クロスヘッド25を介してピストン棒22の下端部に連結されている。 The frame 12 houses a pair of guide plates 28, 28, a connecting rod 24, and a crosshead 25. The pair of guide plates 28, 28 are made of a pair of plate-shaped members arranged along the piston axial direction and are spaced apart in the width direction of the engine 1 (left-right direction on the paper in Figure 1). The connecting rod 24 is positioned between the pair of guide plates 28, 28, with its lower end connected to the crankshaft 23. The upper end of the connecting rod 24 is connected to the lower end of the piston rod 22 via the crosshead 25.
具体的に、クロスヘッド25は、一対のガイド板28,28の間に配置されており、各ガイド板28,28に沿って上下方向に摺動する。すなわち、一対のガイド板28,28は、クロスヘッド25の摺動を案内するように構成されている。クロスヘッド25は、クロスヘッドピン29を介してピストン棒22および連接棒24と接続されている。クロスヘッドピン29は、ピストン棒22に対しては一体的に上下動するよう接続されている一方、連接棒24に対しては、連接棒24の上端部を支点として、連接棒24を回動させるように接続されている。 Specifically, the crosshead 25 is disposed between a pair of guide plates 28, 28, and slides up and down along each of the guide plates 28, 28. That is, the pair of guide plates 28, 28 are configured to guide the sliding of the crosshead 25. The crosshead 25 is connected to the piston rod 22 and the connecting rod 24 via a crosshead pin 29. The crosshead pin 29 is connected to the piston rod 22 so that they can move up and down together, and is connected to the connecting rod 24 so that the connecting rod 24 can rotate around the upper end of the connecting rod 24 as a fulcrum.
シリンダジャケット13は、内筒としてのシリンダライナ14が配置されてなる。シリンダライナ14の内部には、前述のピストン21が配置されている。このピストン21は、シリンダライナ14の内壁に沿って上下方向に往復運動する。また、シリンダライナ14の上部にはシリンダカバー15が固定されている。シリンダカバー15は、シリンダライナ14とともにシリンダ10を構成している。 The cylinder jacket 13 has a cylinder liner 14 positioned inside it as an inner cylinder. The aforementioned piston 21 is positioned inside the cylinder liner 14. This piston 21 reciprocates up and down along the inner wall of the cylinder liner 14. A cylinder cover 15 is fixed to the top of the cylinder liner 14. The cylinder cover 15, together with the cylinder liner 14, constitutes the cylinder 10.
また、シリンダカバー15には、排気弁装置(図1では不図示)によって作動される排気弁18が設けられている。排気弁18は、シリンダライナ14およびシリンダカバー15から構成されるシリンダ10、並びに、ピストン21の頂面とともに燃焼室17を区画している。排気弁18は、その燃焼室17と排気管19との間を開閉するものである。排気管19は、燃焼室17に通じる排気口(不図示)を有しており、排気弁18は、その排気口を開閉するように構成されている。 The cylinder cover 15 is also provided with an exhaust valve 18 that is operated by an exhaust valve device (not shown in Figure 1). The exhaust valve 18, together with the cylinder 10, which is made up of the cylinder liner 14 and cylinder cover 15, and the top surface of the piston 21, defines the combustion chamber 17. The exhaust valve 18 opens and closes the connection between the combustion chamber 17 and an exhaust pipe 19. The exhaust pipe 19 has an exhaust port (not shown) that leads to the combustion chamber 17, and the exhaust valve 18 is configured to open and close the exhaust port.
また、シリンダカバー15は、燃焼室17の天井面を区画している。この天井面には、燃料噴射弁30が設けられている。 The cylinder cover 15 also defines the ceiling surface of the combustion chamber 17. A fuel injection valve 30 is provided on this ceiling surface.
この燃料噴射弁30は、図3に示すように、燃焼室17の室内に臨むような姿勢で設けられており、化石燃料及び代替燃料又は化石燃料のみを噴射する噴射口31を有している。なお、図3では便宜上、燃料噴射弁30の1つを示しているが、本実施形態では、各気筒に燃料噴射弁30を3つずつ設けている。 As shown in Figure 3, this fuel injection valve 30 is positioned so as to face the interior of the combustion chamber 17, and has an injection port 31 that injects fossil fuel and alternative fuel, or fossil fuel only. For convenience, Figure 3 shows one fuel injection valve 30, but in this embodiment, three fuel injection valves 30 are provided for each cylinder.
具体的に、燃料噴射弁30は、燃焼室17内に噴射口31を向けた姿勢で配置されており、化石燃料及び代替燃料が交互に並んだ状態で層状に燃料を噴射するように構成してい
る。
Specifically, the fuel injection valve 30 is arranged with its injection port 31 facing inside the combustion chamber 17, and is configured to inject fuel in layers with the fossil fuel and alternative fuel arranged alternately.
ここで、代替燃料は、エンジン1の動力を生み出す主燃料として機能するとともに、化石燃料は、その主燃料に着火するためのパイロット燃料として機能する。そして、本実施形態の化石燃料としては、ディーゼル燃料を用いて、代替燃料としては、アンモニアを用いている。このため、本実施形態に係る代替燃料は、化石燃料に比して、圧縮着火に至る着火温度が高い。 Here, the alternative fuel functions as the main fuel that generates power for engine 1, and the fossil fuel functions as the pilot fuel for igniting the main fuel. In this embodiment, diesel fuel is used as the fossil fuel, and ammonia is used as the alternative fuel. Therefore, the alternative fuel in this embodiment has a higher ignition temperature, at which compression ignition occurs, than fossil fuel.
なお、具体的に図示はしないが、この燃料噴射弁30は、代替燃料を用いず、化石燃料だけで燃料を噴射する場合もある。この場合は、周知のように、化石燃料が単層で燃焼室に噴射される。 Although not specifically shown, this fuel injection valve 30 may also inject fuel using only fossil fuel, without using alternative fuel. In this case, as is well known, the fossil fuel is injected into the combustion chamber in a single layer.
この燃料噴射弁30に燃料を供給する燃料噴射装置100については、図2を使って後述する。 The fuel injection device 100 that supplies fuel to this fuel injection valve 30 will be described later using Figure 2.
こうして、燃料噴射弁30は、燃焼室17に化石燃料及び代替燃料を噴射して、燃焼室17内で両者を燃焼させる。この化石燃料と代替燃料が燃焼室17内で燃焼することを「混焼」という。なお、「混焼」の詳細については後述する。 In this way, the fuel injection valve 30 injects the fossil fuel and alternative fuel into the combustion chamber 17, causing both to combust within the combustion chamber 17. This combustion of the fossil fuel and alternative fuel within the combustion chamber 17 is called "mixed combustion." Details of "mixed combustion" will be provided later.
この燃焼によって、図1に示すピストン21が上下方向に往復運動をする。このとき、排気弁18が作動して燃焼室17が開放されると、燃焼によって生じた排気ガスが排気管19に押し出されるとともに、下方に設けた不図示の掃気ポートから掃気が燃焼室17に導入される。 This combustion causes the piston 21 shown in Figure 1 to reciprocate up and down. At this time, when the exhaust valve 18 operates and the combustion chamber 17 opens, exhaust gases generated by the combustion are pushed out into the exhaust pipe 19, and scavenging air is introduced into the combustion chamber 17 from a scavenging port (not shown) located below.
また、この燃焼によってピストン21が往復運動をすると、ピストン21とともにピストン棒22が上下方向に往復運動をする。これにより、ピストン棒22に連結されたクロスヘッド25が、上下方向に往復運動をする。このクロスヘッド25は、連接棒24の回動を許容するようになっており、クロスヘッド25との接続部位を支点として、連接棒24を回動させる。そして、連接棒24の下端部に接続されるクランク27がクランク運動し、そのクランク運動に応じてクランクシャフト23が回転する。こうして、クランクシャフト23は、ピストン21の往復運動を回転運動に変換し、プロペラ軸とともに船舶のプロペラを回転させる。これにより、船舶が推進する。 When the piston 21 reciprocates due to this combustion, the piston rod 22 reciprocates up and down along with the piston 21. This causes the crosshead 25 connected to the piston rod 22 to reciprocate up and down. This crosshead 25 allows the connecting rod 24 to rotate, causing the connecting rod 24 to rotate around the connection point with the crosshead 25 as a fulcrum. The crank 27 connected to the lower end of the connecting rod 24 then performs a crank motion, and the crankshaft 23 rotates in response to this crank motion. In this way, the crankshaft 23 converts the reciprocating motion of the piston 21 into rotational motion, and rotates the ship's propeller together with the propeller shaft. This propels the ship.
次に、図2を使って、燃料噴射弁30に燃料を供給する燃料噴射装置100について説明する。 Next, using Figure 2, we will explain the fuel injection device 100 that supplies fuel to the fuel injection valve 30.
この燃料噴射装置100は、燃料噴射弁30に化石燃料を圧送する燃料ポンプ41と、化石燃料が圧送される経路内に代替燃料を注入する注入ポンプ51と、を備えている。 This fuel injection device 100 includes a fuel pump 41 that pumps fossil fuel to the fuel injection valve 30, and an injection pump 51 that injects alternative fuel into the path through which the fossil fuel is pumped.
この燃料ポンプ41及び注入ポンプ51は、図1に示すようにシリンダ10近傍に配置されており、それぞれ、第1内部経路32、燃料噴射管42、第2内部経路33及び注入管52等を介して、燃料噴射弁30に接続されている。 The fuel pump 41 and injection pump 51 are located near the cylinder 10 as shown in Figure 1, and are connected to the fuel injection valve 30 via the first internal passage 32, fuel injection pipe 42, second internal passage 33, injection pipe 52, etc., respectively.
このうち、燃料ポンプ41は、燃料ポンプ41から噴射口31に至る化石燃料経路Lを介して燃料噴射弁30と接続されていて、この燃料噴射弁30に向けて化石燃料を圧送している。この化石燃料経路Lは、第1内部経路32及び燃料噴射管42(後述の分岐管42a等も含む)からなり、燃料ポンプ41と噴射口31を結ぶ経路として構成される。 Of these, the fuel pump 41 is connected to the fuel injection valve 30 via a fossil fuel path L that runs from the fuel pump 41 to the injection nozzle 31, and pumps fossil fuel toward the fuel injection valve 30. This fossil fuel path L consists of a first internal path 32 and a fuel injection pipe 42 (including the branch pipe 42a, etc., described below), and is configured as a path connecting the fuel pump 41 and the injection nozzle 31.
また、注入ポンプ51は、第2内部経路33と注入管52を介して化石燃料経路Lと接続されていて、この化石燃料経路L内に代替燃料を注入する。 The injection pump 51 is also connected to the fossil fuel path L via the second internal path 33 and the injection pipe 52, and injects alternative fuel into this fossil fuel path L.
このように構成することで、燃料噴射弁30は、燃料ポンプ41から圧送される化石燃料と、注入ポンプ51によって注入される代替燃料とを、燃焼室17へ層状で噴射することができる。 This configuration allows the fuel injection valve 30 to inject the fossil fuel pumped by the fuel pump 41 and the alternative fuel injected by the injection pump 51 into the combustion chamber 17 in a stratified manner.
なお、本実施形態のエンジンでは、前述のように各気筒に3つの燃料噴射弁30…が設けられている。このため、各燃料噴射弁30…に対して、化石燃料及び代替燃料が供給できるように、燃料噴射管42及び注入管52は、それぞれ分岐部43,53を介して3つの分岐管(42a,42b,42c、52a,52b,52c)に分岐している。 As mentioned above, the engine of this embodiment is provided with three fuel injection valves 30... for each cylinder. Therefore, in order to supply fossil fuel and alternative fuel to each fuel injection valve 30..., the fuel injection pipe 42 and the injection pipe 52 are branched into three branch pipes (42a, 42b, 42c, 52a, 52b, 52c) via branch sections 43, 53, respectively.
また、これら燃料噴射管42及び注入管52に、化石燃料を圧送する燃料ポンプ41と、代替燃料を注入する注入ポンプ51とは、制御部92によって制御される。具体的には、制御部92から送られる制御信号によって、燃料制御弁45及び注入制御弁55が制御されて、燃料ポンプ41及び注入ポンプ51の作動が制御されている。 The fuel pump 41, which pumps fossil fuel into the fuel injection pipe 42 and the injection pump 51, which injects alternative fuel into the injection pipe 52, are controlled by the control unit 92. Specifically, the control signal sent from the control unit 92 controls the fuel control valve 45 and the injection control valve 55, thereby controlling the operation of the fuel pump 41 and the injection pump 51.
この制御部92には、エンジンのクランク角度等の各種信号を検出する検出部91が接続されており、この検出部91で検出された各種信号に基づいて、燃料ポンプ41及び注入ポンプ51の作動を制御するように構成している。なお、図2の破線は、電気的に接続されていることを示している。 This control unit 92 is connected to a detection unit 91 that detects various signals such as the engine crank angle, and is configured to control the operation of the fuel pump 41 and injection pump 51 based on the various signals detected by this detection unit 91. Note that dashed lines in Figure 2 indicate electrical connections.
燃料ポンプ41は、配管等(不図示)を通じて、化石燃料が貯留された燃料タンク(不図示)と接続されており、この燃料タンクから化石燃料を受け入れるように構成されている。 The fuel pump 41 is connected to a fuel tank (not shown) that stores fossil fuel via piping or the like (not shown), and is configured to receive fossil fuel from this fuel tank.
一方、注入ポンプ51には、代替燃料を供給する代替燃料供給ポンプ71が供給管72を通して接続されており、代替燃料が供給されるように構成している。そして、この代替燃料供給ポンプ71も、配管等(不図示)を通じて、代替燃料が貯留された代替燃料タンク(不図示)と接続されて、この代替燃料タンクから代替燃料を受け入れるように構成されている。 Meanwhile, an alternative fuel supply pump 71 that supplies alternative fuel is connected to the injection pump 51 via a supply pipe 72, allowing the alternative fuel to be supplied. This alternative fuel supply pump 71 is also connected via piping or the like (not shown) to an alternative fuel tank (not shown) in which alternative fuel is stored, and is configured to receive alternative fuel from this alternative fuel tank.
また、燃料ポンプ41及び注入ポンプ51には、蓄圧部81が接続されている。この蓄圧部81は、燃料ポンプ41及び注入ポンプ51をそれぞれ作動させる作動油を蓄圧するものである。蓄圧部81は、高圧ポンプ82と接続されており、この高圧ポンプ82から圧送された作動油を貯留して、これを蓄圧するように構成している。 In addition, a pressure accumulator 81 is connected to the fuel pump 41 and the injection pump 51. This pressure accumulator 81 accumulates pressure in the hydraulic oil that operates the fuel pump 41 and the injection pump 51. The pressure accumulator 81 is connected to a high-pressure pump 82, and is configured to store and accumulate pressure in the hydraulic oil pumped from the high-pressure pump 82.
なお、代替燃料を注入する代替燃料経路(供給管72,注入管52,第2内部経路33)には、代替燃料の逆流を防ぐため逆止弁73,54,34を、それぞれの箇所に設けている。 In addition, check valves 73, 54, and 34 are provided at each location in the alternative fuel path (supply pipe 72, injection pipe 52, and second internal path 33) through which the alternative fuel is injected to prevent backflow of the alternative fuel.
このように構成される燃料噴射装置100により、本実施形態のエンジン1では、後述するように、船舶が高負荷で海域を航行するシーンでは、制御部92によって、燃料噴射弁30…から化石燃料と代替燃料との両者が燃焼室17に噴射される、いわゆる「混焼モード」で運転されて、燃焼室17内では、混焼が生じることになる。 With the fuel injection device 100 configured in this manner, in the engine 1 of this embodiment, as described below, when the ship is sailing in sea areas under high load, the control unit 92 operates in a so-called "mixed combustion mode" in which both fossil fuel and alternative fuel are injected into the combustion chamber 17 from the fuel injection valves 30, resulting in mixed combustion within the combustion chamber 17.
一方、船舶が低負荷で海域を航行するシーンでは、制御部92によって、代替燃料の注入ポンプ51の作動が停止されて、燃料噴射弁30…から化石燃料だけが燃焼室17に噴射される、いわゆる「通常燃焼モード」で運転されて、燃焼室17内では通常燃焼が生じることになる。 On the other hand, when the ship is sailing in the sea area at low load, the control unit 92 stops the operation of the alternative fuel injection pump 51, and the fuel injection valves 30... operate in so-called "normal combustion mode," in which only fossil fuel is injected into the combustion chamber 17, and normal combustion occurs within the combustion chamber 17.
次に、図4を使って、本実施形態のエンジン1の吸排気系と冷却系について説明する。 Next, the intake and exhaust systems and cooling systems of the engine 1 of this embodiment will be explained using Figure 4.
エンジン1の吸排気系ALは、上流側から外気を取り込み、空気を圧縮する過給機101と、圧縮した空気を冷却するエアクーラー102と、冷却した空気から凝集水を取り除くドレン分離装置103と、燃焼室17に掃気(導入)する前に圧縮空気を溜める掃気チャンバー104と、シリンダジャケット13に設けた燃焼室17と、燃焼室17から排出される排気ガスを下流側に導く排気管105と、排気管105に導かれた排気ガスを過給機101に再度案内する排気経路106と、を備えて構成している。 The intake and exhaust system AL of the engine 1 is composed of a turbocharger 101 that takes in outside air from the upstream side and compresses the air, an air cooler 102 that cools the compressed air, a drain separator 103 that removes condensed water from the cooled air, a scavenging chamber 104 that stores compressed air before scavenging (introducing) it into the combustion chamber 17, the combustion chamber 17 provided in the cylinder jacket 13, an exhaust pipe 105 that directs exhaust gases discharged from the combustion chamber 17 downstream, and an exhaust path 106 that guides the exhaust gases directed to the exhaust pipe 105 back to the turbocharger 101.
このように、エンジン1の吸排気系ALを構成することで、フレッシュな外気は、過給機101で一旦圧縮されて、空気密度を高めてエンジン1側に送られる。もっとも、空気が圧縮されると空気の温度が上昇するため、この圧縮空気をエアクーラー102で冷却する。しかし、圧縮空気を冷却すると凝集水(ドレン)が発生するため、その下流に設けたドレン分離装置103でその凝集水を除去する。その凝集水が除去された圧縮空気は、掃気チャンバー104で溜められて、その圧縮空気が、掃気チャンバー104からシリンダジャケット13の燃焼室17に掃気させる。 By configuring the intake and exhaust system AL of the engine 1 in this way, fresh outside air is first compressed in the turbocharger 101, increasing the air density before being sent to the engine 1. However, as the temperature of the air rises when it is compressed, this compressed air is cooled in the air cooler 102. However, as cooling the compressed air generates condensed water (drain), this condensed water is removed by a drain separator 103 installed downstream. The compressed air from which the condensed water has been removed is stored in the scavenging chamber 104, and this compressed air scavenges from the scavenging chamber 104 into the combustion chamber 17 of the cylinder jacket 13.
燃焼室17でその圧縮空気を利用して燃料が燃焼した後、その排気ガスは、次のサイクルの圧縮空気で掃気されて、排気管105に集合される。その集合された排気ガスは、排気経路106で過給機101に案内されて、その過給機101を作動させてから、外部に排出される。 After the fuel is burned in the combustion chamber 17 using the compressed air, the exhaust gas is scavenged with compressed air from the next cycle and collected in the exhaust pipe 105. The collected exhaust gas is guided to the turbocharger 101 via the exhaust path 106, activates the turbocharger 101, and is then discharged to the outside.
エンジン1の冷却系は、高温冷却系統HCLと低温冷却系統LCLの2系統で構成されている。 Engine 1's cooling system consists of two systems: a high-temperature cooling system HCL and a low-temperature cooling system LCL.
高温冷却系統HCLは、エンジン1のシリンダジャケット13を冷却する系統であり、この高温冷却系統HCLの経路上には、海水を使って冷却水である清水を冷却する海水熱交換器107と、冷却水の清水を高温冷却系統HCLの経路で循環させるポンプ装置108と、を備えている。なお、この高温冷却系統HCLには海水熱交換器107を経由しないバイパス経路109も設けられている。 The high-temperature cooling system HCL is a system that cools the cylinder jacket 13 of the engine 1. The high-temperature cooling system HCL is equipped with a seawater heat exchanger 107 that uses seawater to cool the fresh water cooling water, and a pump device 108 that circulates the fresh water cooling water through the high-temperature cooling system HCL. The high-temperature cooling system HCL is also equipped with a bypass path 109 that does not pass through the seawater heat exchanger 107.
この高温冷却系統HCLでは、高温冷却系統HCLの経路で流動する冷却水である清水を、海水熱交換器107で冷却して、その冷却された清水を、ポンプ装置108を使ってエンジン1のシリンダジャケット13内に送り込む。このシリンダジャケット13内に送り込まれた清水は、シリンダジャケット13内を流動することで、シリンダジャケット13が保有する熱を奪い、シリンダジャケット13を冷却する。 In this high-temperature cooling system HCL, fresh water, which serves as cooling water flowing through the high-temperature cooling system HCL, is cooled in a seawater heat exchanger 107, and the cooled fresh water is sent into the cylinder jacket 13 of the engine 1 using a pump device 108. As the fresh water sent into the cylinder jacket 13 flows within the cylinder jacket 13, it removes heat held by the cylinder jacket 13 and cools it.
一方、低温冷却系統LCLは、エンジン吸気(圧縮空気)を冷却するエアクーラー102を冷却する系統であり、その低温冷却系統LCLの経路上には、海水を使って冷却水である清水又は海水を冷却する海水熱交換器110と、その冷却水の清水又は海水を低温冷却系統LCLの経路で循環させるポンプ装置101と、を備えている。 On the other hand, the low-temperature cooling system LCL is a system that cools the air cooler 102 that cools the engine intake air (compressed air), and is equipped with a seawater heat exchanger 110 on the path of the low-temperature cooling system LCL that uses seawater to cool the fresh water or seawater cooling water, and a pump device 101 that circulates the fresh water or seawater cooling water through the path of the low-temperature cooling system LCL.
この低温冷却系統LCLの経路にも、エアクーラー102を経由せずバイパスするバイパス経路112を設けている。このバイパス経路112の途中とエアクーラー102の入口近傍には、バイパスバルブ113と制限バルブ114とをそれぞれ設けている。このバイパスバルブ113と制限バルブ114は、制御部92からの信号を受けて切換え制御されるように構成している。 The low-temperature cooling system LCL also has a bypass path 112 that bypasses the air cooler 102. A bypass valve 113 and a restriction valve 114 are provided midway along this bypass path 112 and near the inlet of the air cooler 102, respectively. The bypass valve 113 and restriction valve 114 are configured to be switched on and off in response to signals from the control unit 92.
この低温冷却系統LCLでは、この経路を流動する冷却水である清水又は海水を、ポンプ装置111を使って海水熱交換器110に送り込み、その冷却水である清水又は海水を海水熱交換器110で冷却して、その冷却された清水又は海水を、エアクーラー102に
送り込むようにしている。そして、このエアクーラー102に送り込んだ清水又は海水によって、温度上昇した圧縮空気を冷却するようにしている。
In this low-temperature cooling system LCL, fresh water or seawater, which serves as cooling water flowing through this path, is sent to a seawater heat exchanger 110 using a pump device 111, where the fresh water or seawater is cooled, and the cooled fresh water or seawater is sent to an air cooler 102. The fresh water or seawater sent to the air cooler 102 cools the compressed air, the temperature of which has risen.
また、この低温冷却系統LCLでは、バイパスバルブ113と制限バルブ114を制御することで、冷却水である清水又は海水の流動経路を変えて、エアクーラー102の冷却性能を変化させるように構成している。すなわち、バイパスバルブ113を開放して、制限バルブ114を閉鎖することにより、冷却水の清水や海水がバイパス経路112に流れ込み、エアクーラー102に流れ込まないので、エアクーラー102の冷却性能を低下させ、エアクーラー102を通過する圧縮空気を冷却しないようにしているのである。 In addition, this low-temperature cooling system LCL is configured to change the cooling performance of the air cooler 102 by controlling the bypass valve 113 and the restriction valve 114 to change the flow path of the fresh water or seawater cooling water. In other words, by opening the bypass valve 113 and closing the restriction valve 114, the fresh water or seawater cooling water flows into the bypass path 112 and does not flow into the air cooler 102, thereby reducing the cooling performance of the air cooler 102 and preventing the compressed air passing through the air cooler 102 from being cooled.
このように本実施形態では、バイパスバルブ113と制限バルブ114を制御することで、エアクーラー102の冷却性能を変化させ、圧縮空気の温度を変えるように構成している。なお、バイパスバルブ113と制限バルブ114の制御は、細かく一部開放または一部閉鎖とすることにより、エアクーラー102に流れる冷却水の水量を細かく調整しても良い。 In this way, in this embodiment, the cooling performance of the air cooler 102 is changed and the temperature of the compressed air is altered by controlling the bypass valve 113 and the restriction valve 114. Note that the bypass valve 113 and the restriction valve 114 may be controlled to partially open or partially close them, allowing for fine adjustment of the amount of cooling water flowing into the air cooler 102.
なお、図4に示す制御部92は、各燃料噴射弁30…に対して化石燃料と圧送する燃料ポンプ41と、代替燃料を圧送する注入ポンプ51に対して、それぞれ制御信号を送信するように構成している。 The control unit 92 shown in Figure 4 is configured to send control signals to the fuel pump 41 that pumps fossil fuel to each fuel injection valve 30, and to the injection pump 51 that pumps alternative fuel.
このように構成される本実施形態は、図5に示すメイン制御フローチャート及び図6に示すサブ制御フローチャートに沿って制御される。 This embodiment, configured as described above, is controlled in accordance with the main control flowchart shown in Figure 5 and the sub-control flowchart shown in Figure 6.
まず、図5に示すように、このエンジン1の制御部92は、S1で、GPS信号等から船舶の現在地や、船舶の運転状態、さらには操縦者の操縦情報等々、エンジン制御に必要な各種情報(各種信号)を、検出部91から読み込む。 First, as shown in Figure 5, in S1, the control unit 92 of this engine 1 reads from the detection unit 91 various information (various signals) necessary for engine control, such as the current location of the vessel from GPS signals, the vessel's operating status, and even pilot operation information.
次に、S2で、船舶の現在地等の情報から、現在、船舶が高負荷で航行する海域か?を判断する。具体的には、港への入出港等、陸地が近い海域ではない場合、すなわち、高負荷で船舶を航行させるシーンなのかを判断する。 Next, in S2, information such as the ship's current location is used to determine whether the ship is currently in an area where it will be operating under high load. Specifically, if the area is not close to land, such as when entering or leaving a port, it is determined whether the ship will be operating under high load.
S2で、高負荷で航行する海域であると判断した場合はS3に移行して、S2で、高負荷で航行する海域でないと判断した場合はS5に移行する。 If S2 determines that the area is one where high loads will be applied, it will move to S3; if S2 determines that the area is not one where high loads will be applied, it will move to S5.
船舶の現在地の海域が高負荷で航行する海域であると判断した場合には、S3で、エンジン1を混焼モードで運転する。すなわち、燃料噴射弁30から燃焼室17へ化石燃料と代替燃料の両者を噴射して、燃焼室17で化石燃料と代替燃料を混焼させるのである。具体的には、燃料ポンプ41と注入ポンプ51を作動させて、燃料噴射弁30から燃焼室17へ化石燃料と代替燃料を層状に噴射して、燃焼室17で、化石燃料と代替燃料を混焼させるのである。 If it is determined that the waters where the ship is currently located are waters where high loads are likely to occur, then in S3, the engine 1 is operated in mixed combustion mode. That is, both fossil fuel and alternative fuel are injected from the fuel injection valve 30 into the combustion chamber 17, and the fossil fuel and alternative fuel are mixed and burned in the combustion chamber 17. Specifically, the fuel pump 41 and injection pump 51 are operated, and the fossil fuel and alternative fuel are injected in layers from the fuel injection valve 30 into the combustion chamber 17, and the fossil fuel and alternative fuel are mixed and burned in the combustion chamber 17.
その後、S4に移行して、燃焼室温度上昇手段を作動させる。この燃焼室温度上昇手段の作動の制御フローについては、後ほど、図6(a)で説明する。 Then, the process proceeds to S4, where the combustion chamber temperature increasing means is activated. The control flow for the operation of this combustion chamber temperature increasing means will be explained later in Figure 6(a).
そして、その後、次の制御サイクルに備えるべくリターンに移行する。 Then, it transitions to return to prepare for the next control cycle.
一方、船舶の現在地が高負荷で航行する海域でない場合には、S5で、エンジン1を通常燃焼モードで運転する。すなわち、燃料噴射弁30から燃焼室17へ化石燃料だけを噴射して、燃焼室17で化石燃料だけを燃焼させるのである。具体的には、燃料ポンプ41だけを作動させて、燃料噴射弁30から燃焼室17へ化石燃料だけを単層で噴射して、燃
焼室17で、化石燃料だけを燃焼させるのである。
On the other hand, if the current location of the ship is not in an area where high-load navigation is possible, the engine 1 is operated in normal combustion mode in S5. That is, only fossil fuel is injected from the fuel injection valve 30 into the combustion chamber 17, and only fossil fuel is burned in the combustion chamber 17. Specifically, only the fuel pump 41 is operated, and only fossil fuel is injected in a single layer from the fuel injection valve 30 into the combustion chamber 17, and only fossil fuel is burned in the combustion chamber 17.
その後、S6に移行して、燃焼室温度上昇手段を停止させる。この燃焼室温度上昇手段の停止の制御フローについても、後ほど、図6(b)で説明する。 Then, the process proceeds to S6, where the combustion chamber temperature increasing means is stopped. The control flow for stopping the combustion chamber temperature increasing means will also be explained later in Figure 6(b).
そして、最後は、次の制御サイクルに備えるべくリターンに移行する。 Finally, it transitions to return to prepare for the next control cycle.
なお、本実施形態では、S2で、船舶の現在地等の情報から、現在、船舶が高負荷で航行する海域か?を判断しているが、操縦者がエンジンを高負荷状態となるように操縦した場合には、その操縦情報に基づいて、高負荷で航行しているとして判断して、S3に移行するようにしても良い。 In this embodiment, in S2, it is determined whether the ship is currently operating in an area where it is operating under high load, based on information such as the ship's current location. However, if the pilot operates the engine in a way that puts it under high load, it may be determined that the ship is operating under high load based on that operation information, and the process may proceed to S3.
次に、図6のサブ制御フローで、燃焼室温度上昇手段の作動と停止について説明する。なお、実施形態1の燃焼室温度上昇手段という意味で、以下、「燃焼室温度上昇手段(1)」と示して、説明する。 Next, the activation and deactivation of the combustion chamber temperature increasing means will be explained using the sub-control flow in Figure 6. Note that, hereafter, this will be referred to as the "combustion chamber temperature increasing means (1)" to refer to the combustion chamber temperature increasing means of embodiment 1.
図6(a)に示すように、燃焼室温度上昇手段(1)の作動は、S11で、エアクーラー102のバイパス経路112のバイパスバルブ113を開放する。その後、S12で、エアクーラー102の冷却水水量を制限する制限バルブ114を閉鎖する。すなわち、バイパス経路112に冷却水の清水や海水が流れ込み、エアクーラー102には流れ込まないように、バイパスバルブ113と制限バルブ114を制御しているのである。 As shown in Figure 6(a), the combustion chamber temperature increasing means (1) operates by opening the bypass valve 113 of the bypass path 112 of the air cooler 102 in S11. Then, in S12, the restriction valve 114, which restricts the amount of cooling water in the air cooler 102, is closed. In other words, the bypass valve 113 and restriction valve 114 are controlled to prevent fresh water or seawater from flowing into the bypass path 112 and into the air cooler 102.
なお、バイパスバルブ113と、制限バルブ114は、いずれも、エアクーラー102の流量を制限できる機構なので、S11とS12の何れか一方だけで、制御フローを構成しても良い。 Note that since both the bypass valve 113 and the restriction valve 114 are mechanisms that can restrict the flow rate of the air cooler 102, the control flow may be configured using only either S11 or S12.
一方、図6(b)に示すように、燃焼室温度上昇手段(1)の停止は、S13で、エアクーラー102のバイパス経路112のバイパスバルブ113を閉鎖する。その後、S14で、エアクーラー102の冷却水水量を制限する制限バルブ114を開放する。すなわち、バイパス経路112には冷却水の清水や海水は流れ込まず、エアクーラー102に冷却水の清水や海水が流れるようにバイパスバルブ113と制限バルブ114を制御しているのである。 On the other hand, as shown in Figure 6(b), to stop the combustion chamber temperature increasing means (1), in S13, the bypass valve 113 of the bypass path 112 of the air cooler 102 is closed. Then, in S14, the restriction valve 114 that restricts the amount of cooling water in the air cooler 102 is opened. In other words, the bypass valve 113 and restriction valve 114 are controlled so that fresh water or seawater cooling water does not flow into the bypass path 112, but fresh water or seawater cooling water flows into the air cooler 102.
このように、バイパスバルブ113と制限バルブ114を制御することにより、エンジン1の燃焼室17に掃気される圧縮空気は、高負荷で航行する海域でエンジンが混焼モードで運転される際には、高温のままで燃焼室17に供給されるため、結果的に燃焼室17の温度が上昇する。 In this way, by controlling the bypass valve 113 and the restriction valve 114, the compressed air scavenged into the combustion chamber 17 of engine 1 is supplied to the combustion chamber 17 at a high temperature when the engine is operating in dual-fuel mode in high-load navigation areas, resulting in an increase in the temperature of the combustion chamber 17.
しかし、高負荷で航行する海域でない一般海域で、エンジン1が通常燃焼モードで運転される際には、圧縮空気は冷却されて燃焼室17に供給されるため、燃焼室17の温度は上昇しない。 However, when engine 1 is operated in normal combustion mode in general waters that are not subject to high-load navigation, the compressed air is cooled and supplied to combustion chamber 17, so the temperature of combustion chamber 17 does not rise.
このように、バイパスバルブ113と制限バルブ114を制御して、燃焼室温度上昇手段(1)として機能させることで、船舶が高負荷で航行する海域で、エンジン1が混焼モードで運転される場合には、燃焼室17の温度が高くなる一方、船舶が一般海域で、エンジン1が通常燃焼モードで運転される場合には、燃焼室17の温度が高くならない。 In this way, by controlling the bypass valve 113 and the restriction valve 114 to function as a combustion chamber temperature increasing means (1), the temperature of the combustion chamber 17 increases when the engine 1 is operated in dual combustion mode in sea areas where the ship is sailing under high load, whereas the temperature of the combustion chamber 17 does not increase when the engine 1 is operated in normal combustion mode in general sea areas.
このように、燃焼室17の温度を変化させることで、エンジン1が混焼モードで運転される場合に、燃焼室温度が高まり、代替燃料が着火しやすく燃え易くなるため、燃え残りが生じるリスクが少なくなり、代替燃料の比率を高めることができ、いわゆる、混焼率を
高めることができる。
In this way, by changing the temperature of the combustion chamber 17, when the engine 1 is operated in the dual-fuel mode, the combustion chamber temperature increases, making the alternative fuel easier to ignite and burn, thereby reducing the risk of unburned fuel remaining and enabling the ratio of the alternative fuel to be increased, thereby increasing the so-called dual-fuel ratio.
一方、エンジン1が通常燃焼モードで運転される場合には、燃焼室温度が高くならないため、化石燃料が燃焼する際に、燃焼温度が上昇して窒素酸化物(NOx)等が発生することを抑えることができ、排気ガス性能を高めることができる。 On the other hand, when engine 1 is operated in normal combustion mode, the combustion chamber temperature does not rise, so when fossil fuel is burned, the combustion temperature does not rise and nitrogen oxides (NOx) and other substances are not generated, thereby improving exhaust gas performance.
このように、本実施形態では、エンジン1が混焼モードで運転される場合と通常燃焼モードで運転される場合とで、燃焼室17の温度を変えることにより、それぞれの燃焼モードでのエンジン性能を高めることができる。 In this way, in this embodiment, by changing the temperature of the combustion chamber 17 when the engine 1 is operated in dual-fuel mode and normal combustion mode, engine performance can be improved in each combustion mode.
以上のように、本実施形態では、高負荷で海域を航行するシーンと、低負荷で海域を航行するシーンと、を備える船舶のエンジン1であって、代替燃料と化石燃料の両者を燃焼室17内に噴射して燃焼させる混焼モードと、化石燃料だけを燃焼室17内に噴射して燃焼させる通常燃焼モードと、を備え、燃焼室17の温度を高くする燃焼室温度上昇手段(1)とを有し、船舶が高負荷で海域を航行するシーンでは、混焼モードを選択して、燃焼室温度上昇手段(1)を作動させて燃焼室17の温度を高めるように制御して、船舶が低負荷で海域を航行するシーンでは、通常燃焼モードを選択して、燃焼室温度上昇手段(1)を停止して、燃焼室17の温度を高めないように制御する制御部92を備えたものである。 As described above, in this embodiment, the engine 1 is for a ship capable of operating in both high-load and low-load sea areas. It has a dual-fuel mode in which both alternative fuel and fossil fuel are injected into the combustion chamber 17 and burned, and a normal combustion mode in which only fossil fuel is injected into the combustion chamber 17 and burned. It also has a combustion chamber temperature increasing means (1) that increases the temperature of the combustion chamber 17. When the ship is operating in high-load sea areas, the dual-fuel mode is selected and the combustion chamber temperature increasing means (1) is activated to increase the temperature of the combustion chamber 17. When the ship is operating in low-load sea areas, the engine 1 selects the normal combustion mode and stops the combustion chamber temperature increasing means (1) to prevent the temperature of the combustion chamber 17 from increasing.
なお、実施形態1の燃焼室温度上昇手段(1)は、燃焼室17へ導入される掃気の温度を上昇させるものであり、具体的には、低温冷却系統LCLに設けたバイパスバルブ113と制限バルブ114である。このバイパスバルブ113と制限バルブ114を前述のように制御することで、エアクーラー102の冷却水の流動経路がバイパス経路112に切り替わり、エアクーラー102の冷却性能が低下して、圧縮空気の温度が高まり、燃焼室17の温度が上昇する。 The combustion chamber temperature increasing means (1) in embodiment 1 increases the temperature of the scavenging air introduced into the combustion chamber 17, and specifically includes a bypass valve 113 and a restriction valve 114 provided in the low-temperature cooling system LCL. By controlling the bypass valve 113 and the restriction valve 114 as described above, the flow path of the cooling water in the air cooler 102 is switched to the bypass path 112, the cooling performance of the air cooler 102 decreases, the temperature of the compressed air increases, and the temperature of the combustion chamber 17 increases.
これにより、船舶が高負荷で海域を航行する場合には、混焼モードでエンジン1を運転して、また、燃焼室温度上昇手段(1)を作動させ、燃焼室17の温度を高めるように制御するため、混焼モードでエンジン1が運転される際には、燃焼室17の温度が上昇することになる。 As a result, when the ship is sailing in sea areas under high load, the engine 1 is operated in dual-fuel mode and the combustion chamber temperature increasing means (1) is activated and controlled to increase the temperature of the combustion chamber 17, so that when the engine 1 is operated in dual-fuel mode, the temperature of the combustion chamber 17 increases.
このため、混焼モードで燃焼する際に生じる可能性がある代替燃料の燃え残りが生じにくくなり、その結果、代替燃料の占める比率、いわゆる混焼率を高めることができる。すなわち、燃焼室17の温度を高めることで、代替燃料が着火しやすく燃焼しやすくなるため、混焼率を高めることができるのである。 This reduces the risk of unburned alternative fuel remaining when burning in dual-fuel mode, and as a result, the proportion of alternative fuel, or the so-called dual-fuel ratio, can be increased. In other words, by increasing the temperature of the combustion chamber 17, the alternative fuel becomes easier to ignite and burn, allowing for an increased dual-fuel ratio.
一方、船舶が低負荷で海域を航行する場合には、通常燃焼モードでエンジン1を運転して、また、燃焼室温度上昇手段(1)を作動させずに、燃焼室17の温度を高めないように制御するため、通常燃焼モードでエンジンが運転される際には、燃焼室の17の温度は上昇しないことになる。 On the other hand, when the ship is sailing in the sea area at low load, the engine 1 is operated in normal combustion mode, and the combustion chamber temperature increasing means (1) is not activated and is controlled so as not to increase the temperature of the combustion chamber 17. Therefore, when the engine is operated in normal combustion mode, the temperature of the combustion chamber 17 does not increase.
このため、通常燃焼モードで燃焼する際に生じる可能性があるNOxの発生を抑えることができ、排気ガス性能を高めることができる。 This reduces the generation of NOx that can occur when burning in normal combustion mode, improving exhaust gas performance.
よって、高負荷で海域を航行するシーンと低負荷で海域を航行するシーンとで使用される舶用エンジン1であって、高負荷で海域を航行するシーンでは、アンモニア等の代替燃料の比率を高めて、いわゆる「混焼率」を高めつつも、低負荷で海域を航行するシーンでは、窒素酸化物(NOx)の発生を抑えて排気ガス性能を高めることができる。 Therefore, the marine engine 1 is used in situations where the vessel is sailing in sea areas at high load and situations where the vessel is sailing in sea areas at low load. When the vessel is sailing in sea areas at high load, the ratio of alternative fuel such as ammonia is increased, thereby increasing the so-called "mixed combustion ratio," while when the vessel is sailing in sea areas at low load, the generation of nitrogen oxides (NOx) is suppressed, improving exhaust gas performance.
また、本実施形態では、低温冷却系統に設けたバイパスバルブ113と制限バルブ114で、エアクーラー102の冷却水の流動経路を切り換えて、燃焼室17へ導入される掃気の温度を上昇させるように構成している。 In addition, in this embodiment, the bypass valve 113 and restriction valve 114 provided in the low-temperature cooling system are configured to switch the flow path of the cooling water in the air cooler 102, thereby increasing the temperature of the scavenging air introduced into the combustion chamber 17.
これにより、燃焼室17内に導入される掃気の温度が、通常燃焼モードの時よりも高まる。 This increases the temperature of the scavenging air introduced into the combustion chamber 17 compared to normal combustion mode.
このため、導入させる掃気自体の温度が高いため、燃焼室17の温度も必然的に高まり、代替燃料が着火しやすく、燃焼しやすくなる。 As a result, the temperature of the introduced scavenging air itself is high, which inevitably increases the temperature of the combustion chamber 17, making it easier for the alternative fuel to ignite and burn.
よって、より確実に混焼時の燃焼性を高めることができる。 This ensures improved combustibility during mixed combustion.
また、本実施形態では、制限バルブ114とバイパスバルブ113で、掃気を冷却するエアクーラー102の冷却水の流量を制限することで燃焼室温度上昇手段(1)を構成している。 In addition, in this embodiment, the restriction valve 114 and bypass valve 113 configure the combustion chamber temperature increasing means (1) by restricting the flow rate of the cooling water in the air cooler 102, which cools the scavenging air.
これにより、エアクーラー102の冷却水の流量を制限するという単純な方法(構造)によって、掃気の温度を高め、燃焼室17の温度を高めることができる。 This allows the temperature of the scavenging air to be increased and the temperature of the combustion chamber 17 to be increased by the simple method (structure) of restricting the flow rate of the cooling water in the air cooler 102.
よって、単純な方法(構造)で掃気温度上昇手段(1)を構成することができ、その結果、燃焼室17の温度を高め、代替燃料が占める割合の混焼率を高めることができる。 Therefore, the scavenging air temperature increasing means (1) can be constructed using a simple method (structure), which results in an increase in the temperature of the combustion chamber 17 and an increase in the mixed combustion ratio of alternative fuels.
なお、本実施形態では、制限バルブ114とバイパスバルブ113を開放と閉鎖だけで制御するようにしたが、例えば、一部開放、一部閉鎖として制御して、エアクーラー102の冷却水の流動を少し絞るようにしても良い。また、制限バルブ114とバイパスバルブ113を一つの2方向バルブで兼用するように構成しても良い。 In this embodiment, the restriction valve 114 and bypass valve 113 are controlled only by opening and closing, but they may also be controlled, for example, by partially opening and partially closing, to slightly throttle the flow of cooling water through the air cooler 102. Furthermore, the restriction valve 114 and bypass valve 113 may also be configured to function as a single two-way valve.
(実施形態2)
次に、実施形態2について説明する。実施形態2を、図7の舶用エンジンの吸排気系と冷却系の概略図と、図8のサブ制御フローチャートを使って説明する。その他の構成については、実施形態1と同様の構成であるため、同じ符号を用いて説明を省略する。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment will be described. The second embodiment will be described using a schematic diagram of an intake/exhaust system and a cooling system of a marine engine in Figure 7 and a sub-control flowchart in Figure 8. Since the other components are the same as those in the first embodiment, the same reference numerals will be used and the description will be omitted.
この実施形態2は、実施形態1のようにエアクーラー102の冷却水の流動経路を切り換えることなく、エアクーラー102の冷却性能を変えることで、燃焼室17の温度を変化させるものである。 In this second embodiment, the temperature of the combustion chamber 17 is changed by changing the cooling performance of the air cooler 102, without switching the flow path of the cooling water in the air cooler 102 as in the first embodiment.
具体的には、図7に示すように、低温冷却系統LCLに設けた海水熱交換器110の海水流入ロに、冷却バルブ201を設けて、この冷却バルブ201を制御部92によって開閉制御することで、エアクーラー102の冷却性能を、変えるように構成している。 Specifically, as shown in Figure 7, a cooling valve 201 is provided at the seawater inlet of the seawater heat exchanger 110 provided in the low-temperature cooling system LCL, and the cooling performance of the air cooler 102 is changed by controlling the opening and closing of this cooling valve 201 using the control unit 92.
本実施形態の制御は、図8のサブ制御フローチャートで行なわれる。すなわち、図5のメイン制御フローチャートのS4に対応する燃焼室温度上昇手段の作動の際は、図8(a)の燃焼室温度上昇手段(2)の作動の制御フローで行われ、図5のメイン制御フローチャートのS6に対応する燃焼室温度上昇手段の停止の際は、図8(b)の燃焼室温度上昇手段(2)の停止の制御フローで行われる。なお、「燃焼室温度上昇手段(2)」も、実施形態2の燃焼室上昇手段という意味で示す。 Control in this embodiment is performed according to the sub-control flowchart in Figure 8. That is, when the combustion chamber temperature increasing means is activated, corresponding to S4 in the main control flowchart in Figure 5, the control flow for operating the combustion chamber temperature increasing means (2) in Figure 8(a) is performed, and when the combustion chamber temperature increasing means is stopped, corresponding to S6 in the main control flowchart in Figure 5, the control flow for stopping the combustion chamber temperature increasing means (2) in Figure 8(b) is performed. Note that "combustion chamber temperature increasing means (2)" is also referred to as the combustion chamber temperature increasing means of embodiment 2.
燃焼室温度上昇手段(2)の作動では、S21で海水熱交換器110の冷却バルブ201を閉鎖する。一方、燃焼室温度上昇手段(2)の停止では、S22で海水熱交換器110の冷却バルブ201を開放する。 When the combustion chamber temperature increasing means (2) is operating, the cooling valve 201 of the seawater heat exchanger 110 is closed in S21. On the other hand, when the combustion chamber temperature increasing means (2) is stopped, the cooling valve 201 of the seawater heat exchanger 110 is opened in S22.
このように、冷却バルブ201を制御することで、まず、この冷却バルブ201を閉鎖した場合には、海水熱交換器110の冷却性能が低下して、低温冷却系統LCLを流れる冷却水を冷却できない。このため、エアクーラー102を流れる冷却水の温度が上昇して、エアクーラー102の冷却性能が低下し、燃焼室17内に掃気される空気の温度が高まる。その結果、燃焼室17の温度が高まる。 In this way, by controlling the cooling valve 201, first, when the cooling valve 201 is closed, the cooling performance of the seawater heat exchanger 110 decreases and the cooling water flowing through the low-temperature cooling system LCL cannot be cooled. As a result, the temperature of the cooling water flowing through the air cooler 102 increases, the cooling performance of the air cooler 102 decreases, and the temperature of the air scavenged into the combustion chamber 17 increases. As a result, the temperature of the combustion chamber 17 increases.
一方、冷却バルブ201を開放した場合には、海水熱交換器110の冷却性能が向上して、低温冷却系統LCLを流れる冷却水が冷却されて、エアクーラー102を流れる冷却水の温度は低くなる。このため、エアクーラー102の冷却性能が向上して、燃焼室17内に掃気される空気の温度が低くなる。その結果、燃焼室17の温度が低くなる。 On the other hand, when the cooling valve 201 is opened, the cooling performance of the seawater heat exchanger 110 improves, the cooling water flowing through the low-temperature cooling system LCL is cooled, and the temperature of the cooling water flowing through the air cooler 102 decreases. This improves the cooling performance of the air cooler 102, lowering the temperature of the air scavenged into the combustion chamber 17. As a result, the temperature of the combustion chamber 17 decreases.
このように、冷却バルブ201を開閉制御することで、燃焼室17の温度を変えることができるのである。 In this way, the temperature of the combustion chamber 17 can be changed by controlling the opening and closing of the cooling valve 201.
以上のように、本実施形態は、燃焼室温度上昇手段(2)が、掃気の温度を上昇するものであり、具体的には、掃気を冷却するエアクーラー102の冷却水の温度を調整できる冷却バルブ201である。 As described above, in this embodiment, the combustion chamber temperature increasing means (2) increases the temperature of the scavenging air, and specifically, is a cooling valve 201 that can adjust the temperature of the cooling water in the air cooler 102 that cools the scavenging air.
これにより、エアクーラー102に流れる冷却水の流量を変化させることなく、エアクーラー102の冷却性能を低下させて、掃気の温度を高めることができる。 This allows the cooling performance of the air cooler 102 to be reduced and the temperature of the scavenging air to be increased without changing the flow rate of the cooling water flowing through the air cooler 102.
このため、エアクーラー102に流れる冷却水の流量を減少させることなく、掃気の温度を高めることができ、結果的に、燃焼室17の温度を高めることができる。 This allows the temperature of the scavenging air to be increased without reducing the flow rate of the cooling water flowing through the air cooler 102, thereby increasing the temperature of the combustion chamber 17.
よって、エアクーラー102の冷却水の流量を常時一定にできるため、エアクーラー102の故障リスクを低減することができ、また、燃焼室17の温度を高めることで、代替燃料が占める割合の混焼率を高めることができる。 As a result, the flow rate of the cooling water in the air cooler 102 can be kept constant at all times, reducing the risk of failure of the air cooler 102. Furthermore, by increasing the temperature of the combustion chamber 17, the proportion of alternative fuels used in mixed combustion can be increased.
なお、本実施形態では、冷却バルブ201を開放又は閉鎖する制御だけを説明したが、一部開放するようにして、海水の水量を少し減らして、海水熱交換器110の冷却性能を維持するようにしても良い。 In this embodiment, only the control of opening or closing the cooling valve 201 has been described, but it is also possible to open it partially, slightly reducing the amount of seawater, and maintain the cooling performance of the seawater heat exchanger 110.
(実施形態3)
次に、実施形態3について説明する。実施形態3を、図9の舶用エンジンの吸排気系と冷却系の概略図と、図10のサブ制御フローチャートを使って説明する。実施形態3も、実施形態2と同様で、その他の構成については実施形態1と同様の構成であるため、同じ符号を用いて説明を省略する。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment will be described. The third embodiment will be described using a schematic diagram of an intake/exhaust system and a cooling system of a marine engine in Fig. 9 and a sub-control flowchart in Fig. 10. The third embodiment is similar to the second embodiment, and other configurations are similar to the first embodiment, so the same reference numerals will be used and the description will be omitted.
この実施形態3は、高温冷却系統HCLに改良を加えることで、燃焼室17の温度を変化させるものである。 In this third embodiment, the temperature of the combustion chamber 17 is changed by making improvements to the high-temperature cooling system HCL.
具体的には、図9に示すように、高温冷却系統HCLの経路にシリンダ冷却水の水路バルブ301を設けて、この水路バルブ301を制御部92で開閉制御することで、燃焼室17の温度を変化させるように構成している。 Specifically, as shown in Figure 9, a cylinder cooling water channel valve 301 is provided in the path of the high-temperature cooling system HCL, and the temperature of the combustion chamber 17 is changed by controlling the opening and closing of this channel valve 301 using the control unit 92.
本実施形態の制御は、図10のサブ制御フローチャートで行われる。すなわち、図5のメイン制御フローチャートのS4に対応する燃焼室温度上昇手段の作動は、図10(a)の燃焼室温度上昇手段(3)の作動の制御フロー、図5のメイン制御フローチャートのS6に対応する燃焼室温度上昇手段の停止は、図10(b)の燃焼室温度上昇手段(3)の
停止の制御フローで行われる。なお、「燃焼室温度上昇手段(3)」も、実施形態3の燃焼室上昇手段という意味で示す。
The control of this embodiment is performed according to the sub-control flowchart of Figure 10. That is, the operation of the combustion chamber temperature increasing means corresponding to S4 in the main control flowchart of Figure 5 is performed according to the control flow for the operation of the combustion chamber temperature increasing means (3) in Figure 10(a), and the stop of the combustion chamber temperature increasing means corresponding to S6 in the main control flowchart of Figure 5 is performed according to the control flow for the stop of the combustion chamber temperature increasing means (3) in Figure 10(b). Note that the "combustion chamber temperature increasing means (3)" is also referred to as the combustion chamber temperature increasing means of the third embodiment.
燃焼室温度上昇手段(3)の作動では、S31でシリンダ冷却水の水路バルブ301を閉鎖する。一方、燃焼室温度上昇手段(3)の停止では、S32でシリンダ冷却水の水路バルブ301を開放する。 When the combustion chamber temperature increasing means (3) is operating, the cylinder cooling water channel valve 301 is closed in S31. On the other hand, when the combustion chamber temperature increasing means (3) is stopped, the cylinder cooling water channel valve 301 is opened in S32.
このように、シリンダ冷却水の水路バルブ301を制御することで、まず、水路バルブ301を閉鎖した場合には、エンジンシリンダー13に冷却水が流れないため、エンジンシリンダー13が加熱されて、エンジンシリンダー13に設けた燃焼室17自体も加熱される。その結果、燃焼室17の温度が高まる。 In this way, by controlling the cylinder cooling water channel valve 301, first, when the water channel valve 301 is closed, cooling water does not flow into the engine cylinder 13, so the engine cylinder 13 is heated, and the combustion chamber 17 provided in the engine cylinder 13 itself is also heated. As a result, the temperature of the combustion chamber 17 increases.
一方、水路バルブ301を開放した場合には、エンジンシリンダー13に冷却水が流れるため、エンジンシリンダー13は冷却されて、エンジンシリンダー13の燃焼室17も冷却される。このため、燃焼室17の温度は低くなる。 On the other hand, when the water passage valve 301 is opened, cooling water flows into the engine cylinder 13, cooling the engine cylinder 13 and also cooling the combustion chamber 17 of the engine cylinder 13. As a result, the temperature of the combustion chamber 17 decreases.
このように、水路バルブ301を開閉制御することで、本実施形態でも燃焼室17の温度を変えることができるのである。 In this way, by controlling the opening and closing of the water channel valve 301, the temperature of the combustion chamber 17 can be changed in this embodiment as well.
以上のように、本実施形態は、燃焼室温度上昇手段(3)が、燃焼室17自体の温度を高めるものであり、具体的には、エンジンシリンダー13を冷却する冷却水の流量を制限する水路バルブ301である。 As described above, in this embodiment, the combustion chamber temperature increasing means (3) increases the temperature of the combustion chamber 17 itself, and specifically, is a water channel valve 301 that limits the flow rate of the cooling water that cools the engine cylinder 13.
これにより、エンジンシリンダー13を冷却する冷却水の流量が低下して、エンジンシリンダー13の温度が上昇することで、エンジンシリンダー13内に設けられた燃焼室17の温度が高まる。 This reduces the flow rate of the cooling water that cools the engine cylinder 13, causing the temperature of the engine cylinder 13 to rise, which in turn increases the temperature of the combustion chamber 17 located within the engine cylinder 13.
このため、燃焼室17の温度を高めることができ、代替燃料が占める割合の混焼率を高めることができる。 This allows the temperature in the combustion chamber 17 to be increased, increasing the proportion of alternative fuels in the mixed combustion.
よって、エンジンシリンダー13の冷却水の流量を制限するという単純な方法(構造)によって、燃焼室17の温度を高め、代替燃料が占める割合の混焼率を高めることができる。 Therefore, by simply limiting the flow rate of cooling water to the engine cylinder 13, it is possible to increase the temperature of the combustion chamber 17 and increase the proportion of alternative fuels in the mixed combustion.
なお、本実施形態では、水路バルブ301を開放又は閉鎖する制御だけで説明したが、閉鎖時に一部開放するようにして、冷却水の流量を少量にして、エンジンシリンダー13の冷却性能をできるだけ維持するように制御しても良い。 In this embodiment, the water passage valve 301 has only been controlled to open or close, but it may also be controlled to open only a portion of the water passage valve when closed, reducing the flow rate of the cooling water to a small amount, thereby maintaining the cooling performance of the engine cylinder 13 as much as possible.
(実施形態4)
次に、実施形態4について説明する。実施形態4を、図11の舶用エンジンの吸排気系と冷却系の概略図と、図12のサブ制御フローチャートを使って説明する。実施形態4も、他の実施形態と同様で、その他の構成については実施形態1と同様の構成であるため、同じ符号を用いて説明を省略する。
(Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment will be described. The fourth embodiment will be described using a schematic diagram of an intake/exhaust system and a cooling system of a marine engine in Fig. 11 and a sub-control flowchart in Fig. 12. The fourth embodiment is similar to the other embodiments, and other configurations are similar to those of the first embodiment, so the same reference numerals will be used and the description thereof will be omitted.
この実施形態4は、エンジン1の吸排気系に改良を加えることで、燃焼室17の温度を変化させるものである。 In this fourth embodiment, the temperature of the combustion chamber 17 is changed by improving the intake and exhaust system of the engine 1.
具体的には、図11に示すように、吸排気系ALの経路に、吸気系の空気の一部を外部に排出するエア排出バルブ401を設けて、排気ガスを過給機101からバイパスさせるバイパスバルブ402を設けている。 Specifically, as shown in Figure 11, an air exhaust valve 401 that discharges part of the air in the intake system to the outside is provided in the intake/exhaust system AL path, and a bypass valve 402 that bypasses the exhaust gas from the turbocharger 101 is provided.
本実施形態の制御は、図12のサブ制御フローチャートで行われる。すなわち、図5のメイン制御フローチャートのS4に対応する燃焼室温度上昇手段の作動は、図12(a)の燃焼室温度上昇手段(4)の作動の制御フロー、図5のメイン制御フローチャートのS6に対応する燃焼室温度上昇手段の停止は、図12(b)の燃焼室温度上昇手段(4)の停止の制御フローで行われる。なお、「燃焼室温度上昇手段(4)」も、実施形態4の燃焼室上昇手段という意味で示す。 The control of this embodiment is performed according to the sub-control flowchart of FIG. 12. That is, the operation of the combustion chamber temperature increasing means, which corresponds to S4 in the main control flowchart of FIG. 5, is performed according to the control flow for the operation of the combustion chamber temperature increasing means (4) in FIG. 12(a), and the stopping of the combustion chamber temperature increasing means, which corresponds to S6 in the main control flowchart of FIG. 5, is performed according to the control flow for the stopping of the combustion chamber temperature increasing means (4) in FIG. 12(b). Note that "combustion chamber temperature increasing means (4)" is also referred to as the combustion chamber temperature increasing means of embodiment 4.
燃焼室温度上昇手段(4)の作動では、S41で圧縮空気の一部を排出するエア排出バルブ401を開放する。次に、S42で排気ガスを過給機101からバイパスするバイパスバルブ402を開放する。 When the combustion chamber temperature increasing means (4) is activated, the air exhaust valve 401, which discharges a portion of the compressed air, is opened in S41. Next, the bypass valve 402, which bypasses the exhaust gas from the turbocharger 101, is opened in S42.
このようにエア排出バルブ401を開放することで、燃焼室17へ供給される圧縮空気が減少する。一方、バイパスバルブ402を開放することで、過給機101の回転数が下がり、燃焼室17へ供給される圧縮空気が減少する。このように、いずれも、燃焼室17に供給させる圧縮空気が減少することで、燃焼室17の温度を上昇させることができる。 By opening the air exhaust valve 401 in this way, the amount of compressed air supplied to the combustion chamber 17 is reduced. On the other hand, by opening the bypass valve 402, the rotation speed of the turbocharger 101 is reduced, and the amount of compressed air supplied to the combustion chamber 17 is reduced. In this way, in both cases, the temperature of the combustion chamber 17 can be increased by reducing the amount of compressed air supplied to the combustion chamber 17.
一方、燃焼室温度上昇手段(4)の停止では、S43で圧縮空気の一部を排出するエア排出バルブ401を閉鎖する。次に、S44で排気ガスを過給機101からバイパスするバイパスバルブ402を閉鎖する。 On the other hand, when the combustion chamber temperature increasing means (4) is stopped, the air exhaust valve 401, which discharges a portion of the compressed air, is closed in S43. Next, the bypass valve 402, which bypasses the exhaust gas from the turbocharger 101, is closed in S44.
このように、エア排出バルブ401とバイパスバルブ402とを閉鎖することで、燃焼室17へ供給される圧縮空気は減少しない。このため、燃焼室温度は上昇しない。 In this way, by closing the air exhaust valve 401 and the bypass valve 402, the amount of compressed air supplied to the combustion chamber 17 does not decrease. As a result, the combustion chamber temperature does not increase.
したがって、本実施形態でも、他の実施形態と同様に、混焼モードの際には、燃焼室17の温度を高めることができるため、混焼率を高めることででき、通常燃焼モードでは、燃焼室17の温度が低いため、窒素酸化物(NOx)等が発生することを抑えることができ、排気ガス性能を高めることができる。 Therefore, in this embodiment, as in the other embodiments, in dual-fuel combustion mode, the temperature of the combustion chamber 17 can be increased, thereby increasing the dual-fuel combustion ratio. In normal combustion mode, the temperature of the combustion chamber 17 is low, which suppresses the generation of nitrogen oxides (NOx) and improves exhaust gas performance.
なお、本実施形態では、エア排出バルブ401とバイパスバルブ402を設けて制御するように構成したが、いずれが一方のみを設けて制御するようにしても良い。また、開放又は閉鎖する制御だけで説明したが、一部開放するようにしても良い。 In this embodiment, the air exhaust valve 401 and the bypass valve 402 are provided and controlled, but it is also possible to provide and control only one of them. Also, while only control to open or close has been described, it is also possible to open only part of the valve.
(実施形態5)
次に、実施形態5について説明する。実施形態5を、図13の舶用エンジンの構成を示した模式概略図と、図14の排気弁装置を示したシステム概略図と、図15の排気弁装置の作動フローチャートと、図16のサブ制御フローチャートを使って説明する。実施形態5も、他の実施形態と同様で、その他の構成については、実施形態1と同様の構成であるため、同じ符号を用いて説明を省略する。
(Embodiment 5)
Next, a fifth embodiment will be described. The fifth embodiment will be described using the schematic diagram showing the configuration of a marine engine in Fig. 13, the system schematic diagram showing an exhaust valve device in Fig. 14, the operation flowchart of the exhaust valve device in Fig. 15, and the sub-control flowchart in Fig. 16. Since the fifth embodiment is similar to the other embodiments and other components are similar to those of the first embodiment, the same reference numerals will be used and the description thereof will be omitted.
この実施形態5は、排気弁18の開閉タイミングに改良を加えることで、燃焼室17の温度を変化させるものである。 In this fifth embodiment, the temperature of the combustion chamber 17 is changed by improving the opening and closing timing of the exhaust valve 18.
まず、図13と図14を使ってエンジン1の排気弁装置EXについて説明する。 First, the exhaust valve device EX of the engine 1 will be explained using Figures 13 and 14.
図13に示すように、本実施形態の排気弁装置EXは、燃焼室17の上方に位置して上下方向に往復運動する排気弁18と、排気弁18の上部に設けられその排気弁18を上下方向に往復運動させる上部動弁装置501と、燃料ポンプ41の近傍に配置されて上部動弁装置501に油路を介して接続されて、その上部動弁装置501に駆動力を与える下部動弁装置502と、上部動弁装置501に接続されてその上部動弁装置502にエアを供
給するエア供給部503と、備えている。
As shown in FIG. 13 , the exhaust valve device EX of this embodiment includes an exhaust valve 18 that is located above the combustion chamber 17 and moves back and forth in the vertical direction, an upper valve train 501 that is provided above the exhaust valve 18 and moves the exhaust valve 18 back and forth in the vertical direction, a lower valve train 502 that is located near the fuel pump 41 and connected to the upper valve train 501 via an oil passage to provide a driving force to the upper valve train 501, and an air supply unit 503 that is connected to the upper valve train 501 and supplies air to the upper valve train 502.
また、図14に示すように、下部動弁装置502には、作動油圧を制御する制御弁504が設けられており、この制御弁504に作動圧を付与する蓄圧部505が接続されている。そして、この制御弁504には、排気弁制御部506が電気的に接続されており、この排気弁制御部506は、エンジンクランク角度等を検出する検出部507が電気的に接続されている。 As shown in FIG. 14, the lower valve train 502 is provided with a control valve 504 that controls the hydraulic pressure, and an accumulator 505 that applies operating pressure to the control valve 504 is connected to the control valve 504. An exhaust valve control unit 506 is electrically connected to the control valve 504, and a detector 507 that detects the engine crank angle, etc. is electrically connected to the exhaust valve control unit 506.
このように構成される排気弁装置EXは、図15の排気弁装置の作動フローチャートに従って作動する。 The exhaust valve device EX configured in this manner operates according to the exhaust valve device operation flowchart in Figure 15.
まず、S101で、検出部507においてエンジンクランク角度を検出する。次に、S102で、排気弁制御部506から所定タイミングで開弁指令を送信される。 First, in S101, the detection unit 507 detects the engine crank angle. Next, in S102, the exhaust valve control unit 506 sends a valve open command at a predetermined timing.
そうすると、S103で、制御弁504が開放して蓄圧部505から下部動弁装置502に作動油圧が伝達される。そして、S104で、下部動弁装置502のピストン(不図示)が作動して上部動弁装置501に作動油圧が伝達される。そして、S105で、上部動弁装置501が作動油圧で押されて排気弁108を下方に押圧して排気弁108が開弁する。 Then, in S103, the control valve 504 opens and hydraulic pressure is transmitted from the accumulator 505 to the lower valve train 502. Then, in S104, the piston (not shown) of the lower valve train 502 operates and hydraulic pressure is transmitted to the upper valve train 501. Then, in S105, the upper valve train 501 is pushed by the hydraulic pressure, pressing the exhaust valve 108 downward and opening the exhaust valve 108.
その後、S106で、排気弁制御部506から所定タイミングで閉弁指令が送信される。そうすると、S107で、制御弁504が閉鎖して蓄圧部505からの作動油圧がなくなり、下部動弁装置502のピストン(不図示)が戻る。 Then, in S106, a valve close command is sent from the exhaust valve control unit 506 at a predetermined timing. Then, in S107, the control valve 504 closes, the hydraulic pressure from the accumulator unit 505 disappears, and the piston (not shown) of the lower valve train 502 returns.
その結果、S108で、下部動弁装置502からの作動油圧が無くなり上部動弁装置501の下方への押圧力がなくなる。そして、S109で、上部動弁装置501の下方への押圧力がなくなり、エア供給部503からのエアで、排気弁18が上方に移動して排気弁18が閉弁する。 As a result, in S108, the hydraulic pressure from the lower valve train 502 disappears, and the downward pressing force on the upper valve train 501 disappears. Then, in S109, the downward pressing force on the upper valve train 501 disappears, and air from the air supply unit 503 moves the exhaust valve 18 upward, causing it to close.
このようにして、本実施形態の排気弁装置EXは、作動することになる。 In this way, the exhaust valve device EX of this embodiment operates.
本実施形態では、この排気弁装置EXを前提に、排気弁18の開閉タイミングを改良している。具体的には、図16のサブ制御フローチャートで行われる。 In this embodiment, the opening and closing timing of the exhaust valve 18 is improved based on this exhaust valve device EX. Specifically, this is done according to the sub-control flowchart in Figure 16.
すなわち、図5のメイン制御フローチャートのS4に対応する燃焼室温度上昇手段の作動は、図16(a)の燃焼室温度上昇手段(5)の作動の制御フロー、図5のメイン制御フローチャートのS6に対応する燃焼室温度上昇手段の停止は、図16(b)の燃焼室温度上昇手段(5)の停止の制御フローで行われる。なお、「燃焼室温度上昇手段(5)」も、実施形態5の燃焼室上昇手段という意味で示す。 That is, the operation of the combustion chamber temperature increasing means corresponding to S4 in the main control flowchart of FIG. 5 is performed by the control flow for the operation of the combustion chamber temperature increasing means (5) in FIG. 16(a), and the stopping of the combustion chamber temperature increasing means corresponding to S6 in the main control flowchart of FIG. 5 is performed by the control flow for the stopping of the combustion chamber temperature increasing means (5) in FIG. 16(b). Note that the "combustion chamber temperature increasing means (5)" is also referred to as the combustion chamber temperature increasing means of embodiment 5.
燃焼室温度上昇手段(5)の作動では、S51で排気弁制御部506から早期タイミングで閉弁指令が送信されて、排気弁18は早期タイミングで閉弁する。一方、燃焼室温度上昇手段(4)の停止では、S52で排気弁制御部506から標準タイミングで閉弁指令が送信されて、排気弁18は標準タイミングで閉弁する。 When the combustion chamber temperature increasing means (5) is activated, an early valve closing command is sent from the exhaust valve control unit 506 in S51, causing the exhaust valve 18 to close at the early timing. On the other hand, when the combustion chamber temperature increasing means (4) is deactivated, an early valve closing command is sent from the exhaust valve control unit 506 in S52, causing the exhaust valve 18 to close at the standard timing.
なお、ここで、早期タイミングとは、標準タイミングよりも早いタイミングを言い、例えば、0~60°進角したタイミングを言う。このように、進角の角度に幅があるのは、エンジンの運転状態で、そのタイミングが変化するからである。 Note that here, early timing refers to timing that is earlier than standard timing, for example, timing that is advanced by 0 to 60 degrees. The reason there is such a range in the advance angle is because the timing changes depending on the engine's operating conditions.
このように制御することで、エンジン1が混焼モードで運転されている際は、排気弁1
8は早期に閉弁することになり、燃焼室17の温度を高めることになる。すなわち、排気弁18が早期に閉弁することで、次のサイクルで、燃焼室17に供給される空気をピストン21で圧縮される期間が長くなり、その結果、燃焼室17の温度も上昇するからである。
By controlling in this way, when the engine 1 is operated in the dual combustion mode, the exhaust valve 1
This causes the exhaust valve 18 to close early, increasing the temperature of the combustion chamber 17. In other words, by closing the exhaust valve 18 early, the period during which the air supplied to the combustion chamber 17 is compressed by the piston 21 becomes longer in the next cycle, and as a result, the temperature of the combustion chamber 17 also increases.
一方、エンジン1が通常燃焼モードで運転されている際には、排気弁18は通常通りに閉弁することになるため、燃焼室17の温度は、そのまま上昇しない。 On the other hand, when the engine 1 is operating in normal combustion mode, the exhaust valve 18 closes as usual, so the temperature in the combustion chamber 17 does not rise.
以上のように、本実施形態は、燃焼室温度上昇手段(5)が、排気弁18の閉弁タイミングを進角する排気弁装置EXである。 As described above, in this embodiment, the combustion chamber temperature increasing means (5) is an exhaust valve device EX that advances the closing timing of the exhaust valve 18.
これにより、排気弁18の閉弁タイミングが早まり、次のサイクルでピストン21によって空気を圧縮する期間を長くすることができる。 This advances the closing timing of the exhaust valve 18, lengthening the period during which air is compressed by the piston 21 in the next cycle.
このため、燃焼室17内の空気を圧縮する期間が長くなることで、結果的に、燃焼室17の温度が高まることになる。 As a result, the period during which the air in the combustion chamber 17 is compressed becomes longer, which results in an increase in the temperature of the combustion chamber 17.
よって、排気弁18の閉弁タイミングを進角するという構造によって、燃焼室17の温度を高めることで、エンジン1の冷却系統に影響を与えることなく、燃焼室温度上昇手段を構成することができ、また、代替燃料の占める割合の混焼率を高めることができる。 Therefore, by advancing the closing timing of the exhaust valve 18, the temperature of the combustion chamber 17 can be increased, providing a combustion chamber temperature increasing means without affecting the engine 1's cooling system, and also increasing the proportion of alternative fuels in the mixed combustion ratio.
(実施形態6)
次に、実施形態6について説明する。実施形態6を、図17の舶用エンジンの構成を示した模式概略図と、図18のサブ制御フローチャートを使って説明する。実施形態6も、他の実施形態と同様で、その他の構成については、実施形態1と同様の構成であるため、同じ符号を用いて説明を省略する。
(Embodiment 6)
Next, a sixth embodiment will be described. The sixth embodiment will be described using the schematic diagram of the marine engine in Figure 17 and the sub-control flowchart in Figure 18. The sixth embodiment is similar to the other embodiments, and other components are similar to those of the first embodiment, so the same reference numerals will be used and the description thereof will be omitted.
この実施形態6は、いわゆる「焼玉」を使って、燃焼室17の温度を変化させるものである。なお、「焼玉」とは、鋳鉄製の球殻状の玉で、エンジンの燃焼や外部火力等によって加熱されることで、熱源となる玉のことを言う。 In this sixth embodiment, a so-called "hot bulb" is used to change the temperature of the combustion chamber 17. A "hot bulb" is a spherical shell-shaped ball made of cast iron that becomes a heat source when heated by engine combustion or external thermal power.
図17に示すように、本実施形態は、エンジン1の燃焼室17の上方に、内部に焼玉601を収容した焼玉室602を設けている。そして、この焼玉室602と燃焼室17は連通路603を介して連通しており、この連通路603には、連通状態を開閉する焼玉弁(不図示)が設けられている。そして、この焼玉弁には、焼玉弁を開閉制御する焼玉弁制御部604が、電気的に接続されている。 As shown in Figure 17, this embodiment has a hot bulb chamber 602 containing a hot bulb 601 located above the combustion chamber 17 of the engine 1. This hot bulb chamber 602 and the combustion chamber 17 are connected via a communication passage 603, and this communication passage 603 is provided with a hot bulb valve (not shown) that opens and closes the communication state. This hot bulb valve is electrically connected to a hot bulb valve control unit 604 that controls the opening and closing of the hot bulb valve.
本実施形態の制御は、図18のサブ制御フローチャートで行われる。すなわち、図5のメイン制御フローチャートのS4に対応する燃焼室温度上昇手段の作動は、図18(a)の燃焼室温度上昇手段(6)の作動の制御フロー、図5のメイン制御フローチャートのS6に対応する燃焼室温度上昇手段の停止は、図18(b)の燃焼室温度上昇手段(6)の停止の制御フローで行われる。なお、「燃焼室温度上昇手段(6)」も、実施形態6の燃焼室上昇手段という意味で示す。 The control of this embodiment is performed according to the sub-control flowchart of Figure 18. That is, the operation of the combustion chamber temperature increasing means, which corresponds to S4 in the main control flowchart of Figure 5, is performed according to the control flow for the operation of the combustion chamber temperature increasing means (6) in Figure 18(a), and the stopping of the combustion chamber temperature increasing means, which corresponds to S6 in the main control flowchart of Figure 5, is performed according to the control flow for the stopping of the combustion chamber temperature increasing means (6) in Figure 18(b). Note that "combustion chamber temperature increasing means (6)" is also referred to as the combustion chamber temperature increasing means of embodiment 6.
燃焼室温度上昇手段(6)の作動では、S61で焼玉弁制御部604から開弁指令が送信されて焼玉弁(不図示)が開弁する。このように、焼玉弁(不図示)が開弁すると、焼玉室602内に存在する焼玉601が熱源として機能することになり、この影響により、燃焼室17の温度が上昇する。 When the combustion chamber temperature increasing means (6) is activated, an open valve command is sent from the hot bulb valve control unit 604 in S61, causing the hot bulb valve (not shown) to open. In this way, when the hot bulb valve (not shown) opens, the hot bulb 601 present in the hot bulb chamber 602 functions as a heat source, which has the effect of raising the temperature of the combustion chamber 17.
一方、燃焼室温度上昇手段(6)の停止では、S62で焼玉弁制御部604から閉弁指
令が送信されて焼玉弁が閉弁する。このように、焼玉弁が閉弁すると、焼玉室602内の焼玉602の影響は燃焼室17に及ばないため、燃焼室17の温度は変化しない。
On the other hand, when the combustion chamber temperature increasing means (6) is stopped, a valve close command is sent from the hot bulb valve control unit 604 in S62 to close the hot bulb valve. When the hot bulb valve is closed in this manner, the effect of the hot bulb 602 in the hot bulb chamber 602 does not reach the combustion chamber 17, so the temperature of the combustion chamber 17 does not change.
以上のように、本実施形態は、燃焼室温度上昇手段(6)が、熱源である焼玉601を配置した焼玉室602と燃焼室17とを連通する連通路603に設けた焼玉弁(不図示)を制御する焼玉弁制御部604である。 As described above, in this embodiment, the combustion chamber temperature increasing means (6) is a hot bulb valve control unit 604 that controls a hot bulb valve (not shown) provided in a communication passage 603 that connects the hot bulb chamber 602, in which the hot bulb 601, which serves as a heat source, is located, and the combustion chamber 17.
これにより、焼玉弁制御部604によって焼玉弁が開弁されると、熱源である焼玉601によって加熱された焼玉室602の熱気が燃焼室17に伝熱されて、燃焼室17が加熱されることになる。 As a result, when the hot bulb valve control unit 604 opens the hot bulb valve, the hot air in the hot bulb chamber 602 heated by the hot bulb 601, which is the heat source, is transferred to the combustion chamber 17, heating the combustion chamber 17.
このため、燃焼室17の温度が確実に高まり、代替燃料が占める割合の混焼率を高めることができる。 This reliably increases the temperature in the combustion chamber 17, allowing for a higher mixed combustion ratio of alternative fuels.
よって、熱源である焼玉601を使って、確実に燃焼室17の温度を高めて、代替燃料の占める比率である混焼率を高めることができる。 Therefore, the hot bulb 601, which serves as a heat source, can be used to reliably increase the temperature of the combustion chamber 17, thereby increasing the mixed combustion ratio, which is the proportion of alternative fuel.
(その他の実施形態)
以上、様々な実施形態について説明してきたが、本願発明は、これらに限定されず、混焼モードにおける燃焼室の温度が、通常燃焼モードの際の燃焼室の温度よりも高くなるように構成されたものであれば、本願発明の技術的範囲に含まれるものである。
(Other embodiments)
Various embodiments have been described above, but the present invention is not limited to these. Any embodiment in which the temperature of the combustion chamber in the dual-fuel combustion mode is higher than the temperature of the combustion chamber in the normal combustion mode is within the technical scope of the present invention.
また、代替燃料についても、アンモニアだけに限定されるものでなく、バイオ燃料、メタノール、エタノールなど、石油に代替可能な燃料であれば、どのようなものであっても良い。 Furthermore, the alternative fuel is not limited to ammonia, but can be any fuel that can be used as an alternative to petroleum, such as biofuel, methanol, or ethanol.
以上説明したように、本発明は、船舶に用いる舶用エンジンに関する。特に、アンモニア等の代替燃料を従来の化石燃料と共に燃焼させることもできる舶用エンジンにおいて有用である。 As described above, the present invention relates to a marine engine used on a ship. It is particularly useful in a marine engine that can burn alternative fuels such as ammonia together with conventional fossil fuels.
1…舶用エンジン
10…シリンダ
17…燃焼室
30…燃料噴射弁
92…制御部
112…バイパスバルブ(燃焼室温度上昇手段(1))
113…制限バルブ(燃焼室温度上昇手段(1))
201…冷却バルブ(燃焼室温度上昇手段(2))
301…水路バルブ(燃焼室温度上昇手段(3))
401…エア排出バルブ(燃焼室温度上昇手段(4))
402…バイパスバルブ(燃焼室温度上昇手段(4))
EX…排気弁装置(燃焼室温度上昇手段(5))
604…焼玉弁制御部(燃焼室温度上昇手段(6))
1... Marine engine 10... Cylinder 17... Combustion chamber 30... Fuel injection valve 92... Control unit 112... Bypass valve (Combustion chamber temperature increasing means (1))
113...Restriction valve (combustion chamber temperature increasing means (1))
201...Cooling valve (combustion chamber temperature increasing means (2))
301... Water passage valve (combustion chamber temperature increasing means (3))
401...Air exhaust valve (combustion chamber temperature increasing means (4))
402...Bypass valve (combustion chamber temperature increasing means (4))
EX... Exhaust valve device (combustion chamber temperature increasing means (5))
604...Hot bulb valve control unit (combustion chamber temperature increasing means (6))
Claims (7)
代替燃料と化石燃料の両者を燃焼室に噴射して燃焼させる混焼モードと、化石燃料を燃焼室に噴射して燃焼させる通常燃焼モードと、を備える燃焼モード選択手段と、
前記燃焼室の温度を高くする燃焼室温度上昇手段と、を有し、
前記船舶が高負荷で海域を航行するシーンでは、前記燃焼モード選択手段で前記混焼モードを選択して、前記燃焼室温度上昇手段を作動させて、前記燃焼室の温度を高めるように制御して、
前記船舶が低負荷で海域を航行するシーンでは、前記燃焼モード選択手段で前記通常燃焼モードを選択して、前記燃焼室温度上昇手段を停止して、前記燃焼室の温度を高めないように制御するエンジン制御手段を備えた
ことを特徴とする舶用エンジン。 A marine engine used in a scene where a ship navigates in a sea area under high load and a scene where a ship navigates in a sea area under low load,
a combustion mode selection means for selecting a mixed combustion mode in which both the alternative fuel and the fossil fuel are injected into the combustion chamber and burned, and a normal combustion mode in which the fossil fuel is injected into the combustion chamber and burned;
a combustion chamber temperature increasing means for increasing the temperature of the combustion chamber,
In a scene where the ship is sailing in a sea area under high load, the combustion mode selection means selects the dual combustion mode, and the combustion chamber temperature increasing means is operated to increase the temperature of the combustion chamber,
a marine engine comprising an engine control means that, when the ship is navigating an area of sea at a low load, selects the normal combustion mode with the combustion mode selection means and stops the combustion chamber temperature increasing means to control so as not to increase the temperature of the combustion chamber.
ことを特徴とする請求項1記載の舶用エンジン。 2. The marine engine according to claim 1, wherein the combustion chamber temperature increasing means is a scavenging air temperature increasing means for increasing the temperature of the scavenging air introduced into the combustion chamber.
ことを特徴とする請求項2記載の舶用エンジン。 3. The marine engine according to claim 2, wherein the scavenging air temperature increasing means is an air cooler cooling water flow rate limiting mechanism that limits the flow rate of cooling water in an air cooler that cools the scavenging air.
ことを特徴とする請求項2記載の船舶エンジン。 3. The marine engine according to claim 2, wherein the scavenging air temperature increasing means is an air cooler cooling water temperature increasing mechanism that increases the temperature of cooling water in an air cooler that cools the scavenging air.
ことを特徴とする請求項1記載の舶用エンジン。 2. The marine engine according to claim 1, wherein the combustion chamber temperature increasing means is an engine cylinder cooling water flow rate limiting mechanism that limits the flow rate of cooling water that cools the engine cylinder.
ことを特徴とする請求項1記載の舶用エンジン。 2. The marine engine according to claim 1, wherein the combustion chamber temperature increasing means is an exhaust valve advance mechanism that advances the closing timing of the exhaust valve.
ことを特徴とする請求項1記載の舶用エンジン。 2. A marine engine according to claim 1, wherein the combustion chamber temperature increasing means is a hot bulb communication mechanism that communicates the combustion chamber with a hot bulb chamber in which a hot bulb serving as a heat source is disposed.
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