CN111033017A - 船舶用柴油发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明的船舶用柴油发动机的一个方案为，具备：发动机主体，该发动机主体将由气缸内的燃料燃烧引起的活塞的往复运动转换为产生推进力的旋转轴的旋转运动；喷射部，该喷射部向气缸内的燃烧室喷射燃料和水；NOx降低装置，该NOx降低装置使从发动机主体排出的废气中的氮氧化物降低；以及控制部。在喷射部的动作期间，控制部根据作为发动机主体的负荷的发动机负荷来可变地控制喷射部的水添加率，在NOx降低装置的动作期间，控制部根据发动机负荷来可变地控制表示由NOx降低装置进行的氮氧化物降低的程度的降低参数。

Description

船舶用柴油发动机
技术领域
本发明涉及一种搭载于船舶的船舶用柴油发动机。
背景技术
以往，在船舶的领域中，作为使从船舶用柴油发动机的发动机主体排出的废气中的氮氧化物(NOx)降低的方法之一，水技术是公知的。该水技术向发动机主体的气缸内的燃烧室添加水，由此降低燃烧温度来降低NOx的排放量。作为这样的水技术，例如可列举向燃烧室导入将水混合于燃料而乳化了的水乳化燃料的技术、向在燃料喷射后的燃烧室产生的火焰单独喷射水的技术等。
另外，作为使来自发动机主体的废气中的NOx降低的其他方法，废气再循环(EGR：Expst Gas Recirculation)系统、以及选择性催化还原(SCR)系统这两个NOx降低技术是公知的。EGR系统将来自发动机主体的废气的一部分与空气混合并再循环至发动机主体，由此抑制由燃烧引起的NOx的生成来降低NOx的排放量。SCR系统对来自发动机主体的废气喷射还原剂，促进该废气中的NOx与还原剂的还原反应，由此降低NOx的排放量。
另外，还公开了将上述的水技术和EGR系统进行了组合的柴油发动机(例如参照专利文献1～3)。在专利文献1～3所公开的技术中，根据在发动机负荷较低的状态与较高的状态间可变的EGR率而将水添加至向气缸内的燃烧室喷射的燃料流。或者，被控制为相对于燃料的水添加率与实用的发动机负荷无关而成为恒定的目标值。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：专利第5014516号公报
专利文献2：专利第5886356号公报
专利文献3：专利第5908636号公报
发明要解决的课题
可是，对于船舶用柴油发动机所要求的NOx的排放限制，根据国际海事机关的海洋污染防止条约附录VI，现状是具有二次限制(Tier II)和三次限制(Tier III)。二次限制是对在一般海域(Global Area)中航行的船舶上所搭载的船舶用柴油发动机的NOx排放量进行限制的排放限制。三次限制是比二次限制极其强化的NOx排放限制，是对在排放限制海域(ECA：Emission Control Area)中航行的船舶上所搭载的船舶用柴油发动机的NOx排放量进行限制的排放限制。
二次限制的水平，如果将上述的水技术、EGR系统和SCR系统中的任一个单独地采用于船舶用柴油发动机则就能够满足。另一方面，三次限制的水平，在向船舶用柴油发动机单独采用水技术时难以满足。为了应对基于这种三次限制的NOx排放限制的强化，近年来，在船舶用柴油发动机采用水技术和EGR系统或SCR系统的NOx降低技术，期望既抑制船舶用柴油发动机的燃料效率(以下称为发动机燃料效率)变差，又能通过这些NOx降低技术的组合来降低来自发动机主体的NOx的排放量。
然而，在上述的现有技术中，难以既将来自发动机主体的NOx的排放量降低至能够满足所要求的NOx排放限制的水平、又为了抑制发动机燃料效率变差而高效地控制水技术和其他NOx降低技术。特别地，在专利文献1所记载的现有技术中，即使发动机负荷变化为相互不同的状态，EGR率有时也成为相同的值，在该情况下，EGR率和相对于燃料的水添加率不是唯一确定的，因此多数情况下难以控制与EGR率相对应的水添加率。另外，在专利文献2、3所记载的现有技术中，难以根据发动机负荷来灵活地控制针对气缸内的燃烧室的水添加率。
发明内容
本发明鉴于上述情况而做出，其目的在于提供一种能够抑制发动机燃料效率变差，并且能够降低从发动机主体排放NOx的排放量的船舶用柴油发动机。
为了解决上述的课题而达到本发明的目的，本发明所涉及的船舶用柴油发动机的特征在于，具备：发动机主体，该发动机主体将由气缸内的燃料燃烧引起的活塞的往复运动转换为产生推进力的旋转轴的旋转运动；喷射部，该喷射部向所述气缸内的燃烧室喷射燃料和水；NOx降低装置，该NOx降低装置使从所述发动机主体排出的废气中的氮氧化物降低；以及控制部，在所述喷射部的动作期间，该控制部根据作为所述发动机主体的负荷的发动机负荷来可变地控制所述喷射部的水添加率，在所述NOx降低装置的动作期间，该控制部根据所述发动机负荷来可变地控制表示由所述NOx降低装置进行的氮氧化物降低的程度的降低参数。
另外，本发明所涉及的船舶用柴油发动机的特征在于，在上述的发明中，所述NOx降低装置是使从所述发动机主体排出的废气的一部分再循环至所述发动机主体的EGR系统，所述NOx降低装置的所述降低参数是所述EGR系统的EGR率。
另外，本发明所涉及的船舶用柴油发动机的特征在于，在上述的发明中，所述控制部使用水添加率控制映射和EGR率控制映射根据所述发动机负荷来可变地控制所述水添加率和所述EGR率，该水添加率控制映射表示所述发动机负荷与所述水添加率的关系，该EGR率控制映射表示所述发动机负荷与所述EGR率的关系。
另外，本发明所涉及的船舶用柴油发动机的特征在于，在上述的发明中，所述NOx降低装置是向从所述发动机主体排出的废气喷射还原剂的SCR系统，所述NOx降低装置的所述降低参数是所述SCR系统的还原剂喷射率。
另外，本发明所涉及的船舶用柴油发动机的特征在于，在上述的发明中，所述控制部使用水添加率控制映射和还原剂喷射率控制映射根据所述发动机负荷来可变地控制所述水添加率和所述还原剂喷射率，该水添加率控制映射表示所述发动机负荷与所述水添加率的关系，该还原剂喷射率控制映射表示所述发动机负荷与所述还原剂喷射率的关系。
另外，本发明所涉及的船舶用柴油发动机的特征在于，在上述的发明中，在所述发动机负荷小于规定值的情况下，所述控制部可变地控制所述喷射部的所述水添加率；在所述发动机负荷为规定值以上的情况下，所述控制部除了控制所述水添加率以外还进一步可变地控制所述NOx降低装置的所述降低参数。
另外，本发明所涉及的船舶用柴油发动机的特征在于，在上述的发明中，所述喷射部向所述气缸内的燃烧室以层状喷射燃料和水。
发明的效果
根据本发明所涉及的船舶用柴油发动机，可以起到如下这样的效果：能够抑制发动机燃料效率变差，并且能够降低从发动机主体排放的NOx的排放量。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的船舶用柴油发动机的一个结构例的示意图。
图2是说明本发明的实施方式1中的与发动机负荷相对应的水添加率以及EGR率的控制的一个具体例的图。
图3是表示本发明的实施方式2所涉及的船舶用柴油发动机的一个结构例的示意图。
图4是表示本发明的实施方式3所涉及的船舶用柴油发动机的一个结构例的示意图。
图5是表示本发明的实施方式4所涉及的船舶用柴油发动机的一个结构例的示意图。
图6是表示本发明的实施方式5所涉及的船舶用柴油发动机的一个结构例的示意图。
图7是说明本发明的实施方式5中的与发动机负荷相对应的水添加率以及还原剂喷射率的控制的一个具体例的图。
图8是表示本发明的实施方式6所涉及的船舶用柴油发动机的一个结构例的示意图。
图9是表示本发明的实施方式7所涉及的船舶用柴油发动机的一个结构例的示意图。
图10是表示本发明的实施方式8所涉及的船舶用柴油发动机的一个结构例的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图来对本发明所涉及的船舶用柴油发动机的优选的实施方式进行详细说明。此外，并非通过本实施方式来限定本发明。另外，需要注意的是，附图是示意性的，各要素的尺寸关系、各要素的比例等有时与实际的不同。在附图的相互之间，有时也包含相互的尺寸关系和比例不同的部分。另外，在各附图中，对相同的构成部分标有相同的符号。
(实施方式1)
对本发明的实施方式1所涉及的船舶用柴油发动机的结构进行说明。图1是表示本发明的实施方式1所涉及的船舶用柴油发动机的一个结构例的示意图。如图1所示，本实施方式1所涉及的船舶用柴油发动机10具备发动机主体1、用于向发动机主体1供给燃料以及添加水的喷射部5、以及用于检测发动机主体1的转速的转速检测部9。另外，船舶用柴油发动机10具备：增压器11、EGR系统12、用于对来自增压器11的压缩气体进行冷却的冷却器13、止回阀14、辅助鼓风机15、用于检测燃烧用气体的氧浓度的氧浓度检测部16、操作部17以及控制部18。另外，如图1所示，船舶用柴油发动机10具备：作为供气用的配管的供气线路G1、G6及旁通线路G7、作为排气用的配管的排气线路G2、G3、以及作为废气再循环(EGR)用的配管的废气再循环线路G4、G5。
此外，在图1中，气体的流通及配管用实线箭头来适当地图示。液体的流通及配管用虚线箭头来适当地图示。电信号线用单点划线来适当地图示。这在以下是同样的。
虽然未图示，但发动机主体1是经由螺旋桨轴而使船舶的推进用螺旋桨驱动旋转的推进用的发动机(主发动机)。该发动机主体1是单流扫排气式的十字头式柴油发动机等二冲程柴油发动机。例如，如图1所示，发动机主体1具备多个(在实施方式1中为六个)气缸2、扫气总管3以及排气歧管4。另外，虽然未图示，但发动机主体1具备：沿着各气缸2的内部进行往复运动(例如上下运动)的活塞、用于随着活塞的往复运动而使螺旋桨轴旋转的曲柄、曲轴以及十字头等。
多个气缸2分别形成燃烧室，该燃烧室进行用于使活塞往复运动的吸排气以及燃料燃烧等。扫气总管3经由发动机主体1内的扫气端口(未图示)与各气缸2内的燃烧室连通。排气歧管4经由发动机主体1内的排气流路(未图示)与各气缸2内的燃烧室连通。发动机主体1将各气缸2内的燃烧室中的燃料燃烧所引起的活塞的往复运动转换为产生船舶的推进力的旋转轴(具体而言为螺旋桨轴或曲轴等)的旋转运动。此时，发动机主体1将各气缸2内的吸排气流设为从下方向上方的单方向，从而消除残余排气。具体而言，从扫气总管3向各气缸2内的燃烧室供给燃烧用气体，燃烧后的废气从各气缸2内的燃烧室向排气歧管4排出。在这样的发动机主体1中，如图1所示，在扫气总管3连结有供气线路G1和旁通线路G7，在排气歧管4连结有排气线路G2。此外，所谓废气是指从发动机主体1通过排气线路G2等而排出至外部的气体。
喷射部5向各气缸2内的燃烧室喷射燃料及水。如图1所示，喷射部5具备多个燃料喷射泵6、多个注水泵7以及多个燃料喷射阀8，并设置于发动机主体1。在本实施方式1中，燃料喷射泵6及注水泵7与上述的气缸2的数量相对应地在发动机主体1分别各设置有六个。燃料喷射阀8例如如图1所示以使喷射口朝向燃烧室内的互不相同的方向的方式在各气缸2各设置有两个。
多个燃料喷射泵6分别经由燃料用的配管而向各燃料喷射阀8送入燃料。多个注水泵7分别经由水用的配管而向各燃料喷射阀8注入蒸馏水等水，从而例如使水插入到各燃料喷射阀8的流通路径内的燃料之间。喷射部5通过由各燃料喷射泵6产生的燃料的压送作用而从各燃料喷射阀8向各气缸2内的燃烧室以层状(例如以图1所示的燃料6a和水7a在喷射方向上交替排列的方式)喷射燃料及水。其结果是，来自各燃料喷射泵6的燃料6a被喷射到各气缸2内的燃烧室而燃烧，来自各注水泵7的水7a被添加到各燃烧室内而使燃烧温度降低。喷射部5通过该水喷射(水添加)来降低来自发动机主体1的废气中的NOx的排放量。
这样的喷射部5的燃料喷射量、注水量、燃料及水的喷射时机等通过由控制部18进行的各燃料喷射泵6的驱动控制、各注水泵7的驱动控制、各燃料喷射阀8的开闭控制而分别被控制。
转速检测部9检测发动机主体1的转速，设置于发动机主体1。转速检测部9例如将与螺旋桨轴连接的旋转轴(曲轴等)的转速检测为发动机主体1的转速。转速检测部9每当检测转速时将表示检测到的转速的电信号发送至控制部18。此外，转速检测部9可以检测上述的旋转轴的转速，也可以检测螺旋桨轴的转速。
增压器11是用于利用来自发动机主体1的废气来压缩燃烧用气体而将其送入到发动机主体1的一级式增压器。在本实施方式1中，如图1所示，增压器11具备压缩机(压气机)11a、涡轮11b以及旋转轴11c，并设置在发动机主体1与EGR系统12之间。压缩机11a和涡轮11b分别由叶轮等构成，以将旋转轴11c作为中心轴而一体旋转的方式通过旋转轴11c相互连接。另外，在压缩机11a的进气侧连结有吸入来自外部(大气)的新的空气(也称为新气)等气体的供气线路G6。在压缩机11a的出气侧连结有通向发动机主体1的扫气总管3的供气线路G1。在涡轮11b的进气侧连接有通向发动机主体1的排气歧管4的排气线路G2。在涡轮11b的出气侧连结有通向将废气向外部排出的烟囱(未图示)等的排气线路G3。
在具有这样的结构的增压器11中，涡轮11b接收从发动机主体1的排气歧管4通过排气线路G2排出的高温高压的废气。涡轮11b一边利用该接收到的废气而旋转，一边将用于该旋转而压力以及温度发生了降低的废气向排气线路G3排出。该涡轮11b的旋转通过旋转轴11c传递至压缩机11a。由此，压缩机11a随着该涡轮11b的旋转而旋转，从而从供气线路G6吸入空气等燃烧用气体，将所吸入的燃烧用气体压缩并从供气线路G1向发动机主体1的扫气总管3供给。
EGR系统12将从发动机主体1排出的废气的一部分与空气混合而再循环至发动机主体1。EGR系统12通过该废气的再循环来抑制由各气缸2内的燃料燃烧引起的NOx的生成，从而降低来自发动机主体1的废气中的NOx的排放量。即，在本实施方式1中，EGR系统12作为使从发动机主体1排出的废气中的NOx降低的NOx降低装置发挥功能。
如图1所示，EGR系统12具备：废气再循环线路G4和G5、EGR清洗装置12a、EGR鼓风机12b、EGR入口阀12c以及EGR出口阀12d。
废气再循环线路G4、G5是用于使来自发动机主体1的废气的一部分再循环至发动机主体1的配管。废气再循环线路G4的一端与排气线路G3的中途部连接且另一端与EGR清洗装置12a连接，使来自发动机主体1的废气的一部分作为再循环气体从排气线路G3分离并朝向EGR清洗装置12a流通。废气再循环线路G5的一端与EGR清洗装置12a连接且另一端与供气线路G6的中途部连接，使由EGR清洗装置12a进行了清洗后的再循环气体作为燃烧用气体的一部分而以与供气线路G6合流的方式流通。
此外，再循环气体是指来自发动机主体1的废气中的向发动机主体1再循环的废气。例如，在本实施方式1中，再循环气体是从排气线路G3向废气再循环线路G4分流(抽气)后的一部分废气。
EGR清洗装置12a通过清洗而除去再循环气体中所含的有害物质。虽然未特别图示，但EGR清洗装置12a由洗涤器单元、除雾器单元、水循环单元等构成，其中，该洗涤器单元通过水喷射来清洗再循环气体，该除雾器单元将通过水喷射而进行清洗后的再循环气体与清洗废水分离，该水循环单元将从该清洗废水中分离有害物质而得到的水向上述洗涤器单元再循环。在本实施方式1中，EGR清洗装置12a从废气再循环线路G4接收再循环气体，一边使接收到的再循环气体流通一边对该再循环气体喷射水。EGR清洗装置12a通过这样的水喷射来清洗再循环气体，从再循环气体中除去硫氧化物(SOx)、煤尘等微粒(PM)这样的有害物质。与此同时，EGR清洗装置12a对该再循环气体进行冷却。接着，EGR清洗装置12a将清洗后的再循环气体和含有除去的有害物质的清洗废水分离，并一边对该清洗废水进行规定的废水处理和水循环处理，一边将清洗后的再循环气体向废气再循环线路G5送出。
EGR鼓风机12b将由EGR清洗装置12a进行清洗后的再循环气体向供气线路G6引导。在本实施方式1中，EGR鼓风机12b由送风机等构成，如图1所示，设置在废气再循环线路G5的中途部。EGR鼓风机12b使从EGR清洗装置12a送出到废气再循环线路G5的再循环气体(清洗后的再循环气体)从废气再循环线路G5朝向供气线路G6流通。由此，EGR鼓风机12b将该再循环气体与供气线路G6内的空气(新气)混合。这样与空气混合后的再循环气体被增压器11的压缩机11a压缩之后作为燃烧用气体而向发动机主体1再循环。
EGR入口阀12c通过开闭来对再循环气体在废气再循环线路G4中的流通状态进行调节。在本实施方式1中，EGR入口阀12c由自动式开闭阀等构成，如图1所示，设置在废气再循环线路G4的中途部。EGR入口阀12c在EGR系统12运行的情况下成为打开状态，能够进行废气从排气线路G3向废气再循环线路G4的分流。在该情况下，排气线路G3内的废气的一部分作为循环气体而被向废气再循环线路G4内抽气。另一方面，EGR入口阀12c在EGR系统12停止运行的情况下成为关闭状态，不允许废气从排气线路G3向废气再循环线路G4的分流。
EGR出口阀12d通过开闭来对再循环气体在废气再循环线路G5中的流通状态进行调节。在本实施方式1中，EGR出口阀12d由自动式开闭阀等构成，如图1所示，设置在废气再循环线路G5的中途部且EGR鼓风机12b的下游侧。EGR出口阀12d在EGR系统12运行的情况下成为打开状态，能够进行再循环气体从废气再循环线路G5向供气线路G6的流通(合流)。另一方面，EGR出口阀12d在EGR系统12停止运行的情况下成为关闭状态，不允许再循环气体从废气再循环线路G5向供气线路G6的流通。
此外，上述的EGR入口阀12c和EGR出口阀12d也可以分别设为流量调节阀，对在废气再循环线路G4、G5内流通的再循环气体的流量进行调节。
冷却器13对压缩后的燃烧用气体进行冷却。在本实施方式1中，如图1所示，冷却器13设置在供气线路G1的中途部且增压器11中的压缩机11a的后段(压缩机11a的压缩气体的流通方向的下游侧)。冷却器13通过例如与冷却水的热交换等来对被压缩机11a压缩而成为高温的燃烧用气体进行冷却。由该冷却器13冷却的燃烧用气体在EGR系统12正在运行的情况下是新气与再循环气体的混合气体。在该情况下，燃烧用气体在被冷却器13冷却之后在供气线路G1内流通，通过止回阀14再被供给至发动机主体1的扫气总管3。另一方面，在EGR系统12已停止运行的情况下，由该冷却器13冷却的燃烧用气体是新气。在该情况下，燃烧用气体在被冷却器13冷却之后从供气线路G1在旁通线路G7内流通，被辅助鼓风机15压缩，然后供给至发动机主体1的扫气总管3。
止回阀14用于防止燃烧用气体从发动机主体1侧倒流。在本实施方式1中，如图1所示，止回阀14设置在供气线路G1的中途部且旁通线路G7的分支部与发动机主体1侧的端部之间。止回阀14将供气线路G1内的燃烧用气体(例如被增压器11的压缩机11a压缩且被冷却器13冷却后的燃烧用气体)的流通方向限制为从冷却器13侧朝向发动机主体1的扫气总管3侧的单方向，从而防止燃烧用气体从扫气总管3侧向冷却器13侧倒流。
辅助鼓风机15代替增压器11而压缩燃烧用气体并将其送入到发动机主体1的扫气总管3。在本实施方式1中，辅助鼓风机15例如由压缩机及电动机等构成，如图1所示，设置于旁通线路G7的中途部。辅助鼓风机15例如在增压器11从起动到稳定运行为止的期间内驱动，代替增压器11经由供气线路G1、G6和压缩机11a等从外部将空气(新气)吸入到旁通线路G7内，将吸入的空气作为燃烧用气体压缩并向扫气总管3侧压送。另外，辅助鼓风机15在结束该燃烧用气体的压送之后，以阻碍燃烧用气体从扫气总管3侧向旁通线路G7内流动的程度进行驱动，从而防止燃烧用气体在旁通线路G7内倒流。
旁通线路G7是用于供辅助鼓风机15代替增压器11而发挥功能的供气线路。在本实施方式1中，如图1所示，旁通线路G7的一端连接于供气线路G1的中途部且冷却器13与止回阀14之间，并且另一端连接于发动机主体1的扫气总管3。旁通线路G7以绕过止回阀14的方式从供气线路G1分支，向辅助鼓风机15侧引导空气等燃烧用气体，使由辅助鼓风机15进行压缩后的燃烧用气体向扫气总管3内流通。
氧浓度检测部16检测向发动机主体1供给的燃烧用气体的氧浓度。在本实施方式1中，如图1所示，氧浓度检测部16设置在供气线路G1的中途部且旁通线路G7的分支部与冷却器13之间。氧浓度检测部16检测供气线路G1内的燃烧用气体的氧浓度，每次将表示检测出的氧浓度的电信号发送至控制部18。
操作部17用于操作船舶的航行速度等。在本实施方式1中，操作部17例如由操纵手柄等构成。操作部17根据操作者的操作而可切换地指定船舶的航行速度(全速、停止等)以及航行方向(前进、后退等)。每当进行切换航行速度的指定的操作时，操作部17将指定切换后的航行速度(当前航行速度)的电信号发送至控制部18。
控制部18兼具发动机控制功能和NOx降低控制功能，其中，该发动机控制功能对发动机主体1的运转进行控制，该NOx降低控制功能对从发动机主体1排出的废气中的NOx的降低进行控制。控制部18由执行各种程序而进行数据处理的CPU以及存储器等构成，如图1中的单点划线(电信号线)所示，控制喷射部5的各燃料喷射泵6以及各注水泵7和EGR系统12的EGR鼓风机12b。另外，虽然未特别图示电信号线，但控制部18能够控制喷射部5的各燃料喷射阀8、EGR系统12的EGR入口阀12c和EGR出口阀12d、冷却器13以及辅助鼓风机15。
在本实施方式1中，控制部18根据通过操作部17可切换地指定的船舶的航行速度来控制发动机主体1的运转。详细而言，控制部18接收来自操作部17的电信号，并基于接收到的电信号来掌握船舶的所指定的航行速度。控制部18导出为了使船舶以该所掌握的航行速度航行所需的发动机主体1的转速，算出为了使发动机主体1以所得到的转速运转所需的燃料投入量例如发动机主体1每旋转一周所需的燃料投入量。控制部18对各燃料喷射泵6及各燃料喷射阀8进行驱动控制，以将该燃料投入量的燃料向各气缸2内的燃烧室喷射，由此，控制针对各气缸2内的燃烧室的燃料喷射量以及燃料喷射时机。控制部18通过这些控制来控制发动机主体1的转速，由此，控制发动机主体1的输出以使得船舶以上述指定的航行速度航行或停止。
另外，控制部18根据作为发动机主体1的负荷的发动机负荷来可变地控制上述的喷射部5的水添加率和作为NOx降低装置的EGR系统12的氮氧化物(NOx)降低参数(以下称为NOx降低参数)。详细而言，在喷射部5对各气缸2的燃烧室进行燃料及水的喷射(在本实施方式1中为层状喷射)的动作期间(以下称为燃料/水喷射动作期间)，控制部18根据发动机负荷来可变地控制针对各气缸2内的燃烧室的水添加率。另外，在EGR系统12进行将来自发动机主体1的废气的一部分(再循环气体)与空气混合而再循环至发动机主体1的动作即进行EGR动作的期间(以下称为EGR动作期间)，控制部18根据发动机负荷来可变地控制EGR系统12的EGR率。
在此，水添加率是发动机主体1每旋转一周向各气缸2内的燃烧室喷射的水的喷射量(添加量)相对于向各气缸2内的燃烧室喷射的燃料与水的合计喷射量的比率。EGR动作期间是NOx降低装置进行来自发动机主体1的废气中的NOx的降低的动作期间的一个例子。NOx降低参数是表示由NOx降低装置进行的上述NOx的降低的程度的参数。在本实施方式1中，NOx降低参数是EGR系统12的EGR率。EGR率是发动机主体1每旋转一周向各气缸2内的燃烧室供给的再循环气体在向各气缸2内的燃烧室供给的燃烧用气体中所占的比率。这些水添加率和EGR率既可以分别为质量比(质量％)，也可以为体积比(体积％)。
在燃料/水喷射动作期间，控制部18使用表示发动机负荷与水添加率的关系的水添加率控制映射并根据发动机负荷来可变地控制针对各气缸2内的燃烧室的水添加率。详细而言，水添加率控制映射作为图1所示的控制映射19之一而通过数据输入等预先存储于控制部18的存储器。控制部18接收来自转速检测部9的电信号，并基于接收到的电信号来取得发动机主体1的基于上述运转控制的转速。控制部18通过将该取得的转速与上述运转控制时的燃料喷射量相乘等而算出发动机主体1的当前的发动机负荷。接着，控制部18参照水添加率控制映射而导出与当前的发动机负荷相对应的水添加率。控制部18基于该导出的水添加率来控制各注水泵7的注水量。由此，控制部18控制水从各燃料喷射阀8向各气缸2内的燃烧室喷射的喷射量，以使得针对各气缸2内的燃烧室的水添加率成为与当前的发动机负荷相应的水添加率。其后，控制部18对各燃料喷射泵6及各燃料喷射阀8进行驱动控制，以使得该喷射量的水随着燃料向各气缸2内的燃烧室喷射。按这种方式，控制部18对通过喷射部5的作用来进行的NOx的降低(例如每单位时间的NOx的降低量)进行控制。
另外，在EGR动作期间，控制部18使用表示发动机负荷与EGR率的关系的EGR率控制映射并根据发动机负荷来可变地控制EGR系统12的EGR率。详细而言，除了上述的水添加率控制映射之外，EGR率控制映射作为图1所示的控制映射19之一而通过数据输入等预先存储于控制部18的存储器。控制部18与上述的水添加率的控制的情况同样地算出发动机主体1的当前的发动机负荷。接着，控制部18参照EGR率控制映射而导出与当前的发动机负荷对应的EGR率。另外，控制部18接收来自氧浓度检测部16的电信号，并基于接收到的电信号来取得向发动机主体1供给的燃烧用气体的当前的氧浓度。控制部18基于该取得的氧浓度来控制使EGR鼓风机12b的叶轮旋转的电动机(未图示)的频率。由此，控制部18控制从EGR系统12向发动机主体1供给的再循环气体的量，通过该控制，将当前的再循环气体在燃烧用气体中所占的比率即EGR率控制为与当前的发动机负荷相应的比率。按这种方式，控制部18对由EGR系统12的作用产生的NOx的降低量(例如每单位时间的NOx降低量)进行控制。
此外，在该EGR动作期间，除了上述的EGR鼓风机12b的驱动控制以外，控制部18还对EGR入口阀12c及EGR出口阀12d的开闭和EGR清洗装置12a的运转进行控制。
接着，对本实施方式1中的与发动机负荷相应的水添加率和EGR率的控制进行具体说明。图2是说明本发明的实施方式1中的与发动机负荷相应的水添加率和EGR率的控制的一个具体例的图。
在图2中，水添加率控制映射19a是表示发动机主体1的发动机负荷与喷射部5的水添加率的关系的控制映射的一个例子。水添加率控制映射19a能够通过如下来进行设定：例如根据实验或模拟的结果，来求出来自发动机主体1的NOx的排放量满足作为对象的船舶用柴油发动机(在本实施方式中为图1所示的船舶用柴油发动机10)所要求的二次限制等NOx的排放限制(以下简记为NOx排放限制)这样的发动机负荷与针对燃烧室的水添加率的关系中的、发动机燃料效率达到最佳的关系。EGR率控制映射19b是表示发动机主体1的发动机负荷与EGR系统12的EGR率的关系的控制映射的一个例子。EGR率控制映射19b能够通过如下来进行设定：例如根据实验或模拟的结果，来求出来自发动机主体1的NOx的排放量满足NOx排放限制这样的发动机负荷与向发动机主体1供给的燃烧用气体的EGR率的关系中的、发动机燃料效率达到最佳的关系。
特别是关于在水添加率控制映射19a与EGR率控制映射19b之间发动机负荷重复的范围的水添加率以及EGR率，优选将通过向燃烧室喷射(添加)水而产生的NOx降低效果、由EGR动作产生的NOx降低效果以及发动机燃料效率的最佳值一同考虑进去而设定为表示来自发动机主体1的NOx的排放量满足NOx排放限制这样的与发动机负荷的关系。
这些水添加率控制映射19a以及EGR率控制映射19b作为图1所示的控制映射19而存储于控制部18的存储器。此外，水添加率控制映射19a所示的发动机负荷与水添加率的关系、以及EGR率控制映射19b所示的发动机负荷与EGR率的关系分别为一个例子，并不限定本发明。
如图2所示，在发动机负荷为A1以上的情况下，从来自发动机主体1的NOx的排放量(以下适当简记为NOx排放量)满足NOx排放限制的观点出发，优选进行向各气缸2内的燃烧室的水喷射以及EGR动作中的至少一方。即，该A1以上这样的发动机负荷范围是应该基于NOx排放限制来管理NOx排放量的范围(以下称为管理范围)。在该管理范围中发动机负荷为A1以上且小于A2的情况下，只要进行朝向各气缸2内的燃烧室的水喷射或EGR动作中的任一个，则NOx排放量就满足NOx排放限制。在该情况下，从改善发动机燃料效率(具体而言是发动机主体1的燃料效率)的观点出发，优选进行与EGR动作相比发动机燃料效率变差较少的水喷射。因此，在A1以上这样的发动机负荷范围(管理范围)内发动机负荷小于规定值(在本实施方式1中为A2)的情况下，控制部18根据发动机负荷来可变地控制喷射部5的水添加率。例如，控制部18基于水添加率控制映射19a而唯一地确定与发动机负荷(A1)对应的水添加率(R11)，通过控制喷射部5而将针对各气缸2内的燃烧室的水添加率控制为R11。另外，如果发动机负荷变化，则控制部18基于水添加率控制映射19a并根据发动机负荷来可变地控制水添加率。另一方面，在该发动机负荷为小于A2这样的管理范围内，控制部18使EGR鼓风机12b停止而将EGR系统12的燃烧用气体的EGR率控制为零值。
在发动机负荷为A2以上的情况下，从NOx排放量满足NOx排放限制的观点出发，优选进行向各气缸2内的燃烧室的水喷射以及EGR动作双方。因此，在发动机负荷为规定值(在本实施方式1中为A2)以上的情况下、即在发动机负荷为A2以上这样的管理范围内，控制部18除了上述的水添加率控制以外还进一步可变地控制NOx降低装置的NOx降低参数。具体而言，在该管理范围内，控制部18根据发动机负荷而可变地控制喷射部5的水添加率，并且根据该发动机负荷而可变地控制EGR系统12的燃烧用气体的EGR率。
例如在发动机负荷为A2的情况下，控制部18基于水添加率控制映射19a而唯一地确定与发动机负荷(A2)对应的水添加率(R12)，并且基于EGR率控制映射19b而唯一地确定与该发动机负荷(A2)对应的EGR率(R1)。按这种方式，控制部18根据发动机负荷(A2)而唯一地确定作为目标的水添加率与EGR率的组合(R12、R1)，通过控制喷射部5而将针对各气缸2内的燃烧室的水添加率控制为R12，并且通过控制EGR系统12而将燃烧用气体的EGR率控制为R1。
在发动机负荷为A3、A4或A5的情况下，也与上述的A2的情况同样地，控制部18基于水添加率控制映射19a而唯一地确定与发动机负荷对应的水添加率，并且基于EGR率控制映射19b而唯一地确定与该发动机负荷对应的EGR率。由此，作为目标的水添加率与EGR率的组合根据发动机负荷而被唯一地确定。具体而言，上述水添加率与EGR率的组合在发动机负荷为A3的情况下成为(R13、R2)，在发动机负荷为A4的情况下成为(R14、R3)，在发动机负荷为A5的情况下成为(R15、R2)。特别是，尽管发动机负荷为相互不同的值A3、A5，但EGR率为相同的值R2，即使在这样的情况下，控制部18也根据发动机负荷A3、A5各个而将上述水添加率与EGR率的组合唯一地确定为相互不同的组合(R13、R2)、(R15、R2)。其后，控制部18与上述A2的情况同样地将水添加率和EGR率控制为与根据发动机负荷而唯一确定的水添加率与EGR率的组合相同。
此外，在本实施方式1的发动机负荷范围中，下限为0％以上，上限为100％以下。即，上述的管理范围的上限为100％以下。另外，该管理范围相当于喷射部5的燃料/水喷射动作期间。该管理范围中的发动机负荷为A2以上的范围相当于上述燃料/水喷射动作期间与EGR系统12的EGR动作期间重复的期间。
如以上说明的那样，在本发明的实施方式1所涉及的船舶用柴油发动机10中，设置有向发动机主体1的各气缸2内的燃烧室喷射燃料以及水的喷射部5，作为使从发动机主体1排出的废气中的NOx降低的NOx降低装置，设置有将来自发动机主体1的废气的一部分(再循环气体)与空气混合而再循环到发动机主体1的EGR系统12，通过控制部18来根据发动机主体1的负荷(发动机负荷)而可变地控制喷射部5的燃料/水喷射动作期间中的水添加率和NOx降低装置的动作期间中的NOx降低参数(具体而言是EGR系统12的EGR动作期间中的EGR率)。
因此，不受气温、湿度等环境条件的影响，能够根据发动机负荷来分别唯一地确定有助于降低废气中的NOx的水添加率以及EGR率，而该发动机负荷是基于由操作者可切换地指定的航行速度而明确地确定的。由此，能够将水添加率与EGR率的组合控制为考虑了NOx排放量和发动机燃料效率变差抑制的合适的组合来降低NOx排放量，其中，该水添加率是基于发动机燃料效率变差比EGR动作少的水喷射的向燃烧室的水添加率，该EGR率是基于NOx降低效果比水喷射大的EGR动作的EGR率，该NOx排放量随着发动机负荷的增减变化而增减。其结果是，能够与所要求的NOx排放限制相对应来高效地降低NOx排放量，因此能够抑制发动机燃料效率变差而提高燃耗性能，并且能够将NOx排放量降低到满足所要求的NOx排放限制的水平。
另外，在本发明的实施方式1所涉及的船舶用柴油发动机10中，使用表示发动机负荷与水添加率的关系的水添加率控制映射和表示发动机负荷与EGR率的关系的EGR率控制映射，并根据发动机负荷，来可变地控制上述的水添加率以及EGR率。因此，能够根据发动机负荷来唯一且简易地确定适合于降低NOx排放量和抑制发动机燃料效率变差的水添加率、EGR率以及它们的组合来降低NOx排放量。由此，能够确保发动机主体1的燃耗性能的提高，并且简易地进行使NOx排放量的降低与所要求的NOx排放限制相对应。
另外，在本发明的实施方式1所涉及的船舶用柴油发动机10中，在发动机负荷小于规定值的情况下，可变地控制喷射部5的水添加率；在发动机负荷为规定值以上的情况下，除了该水添加率控制以外还进一步可变地控制NOx降低装置的NOx降低参数具体而言EGR系统12的EGR率。因此，在由于发动机负荷低而NOx排放量比较少的情况下，优先于EGR动作而进行根据发动机负荷而唯一地进行了控制的水添加率下的水喷射，在NOx排放量随着发动机负荷的增加而增加至单独通过水喷射不能完全抑制的水平的情况下，能够基于根据发动机负荷而唯一地进行了控制的水添加率与EGR率的组合来并用水喷射和EGR动作。由此，能够根据NOx排放量的降低以及发动机燃料效率变差抑制的各必要程度而高效地分开使用水喷射和EGR动作来降低NOx排放量。其结果是，能够高效地兼顾发动机主体1的燃耗性能的提高和与所要求的NOx排放限制相符合的NOx排放量的降低。
另外，在本发明的实施方式1所涉及的船舶用柴油发动机10中，通过喷射部5来向发动机主体1的各气缸2内的燃烧室以层状喷射(即层状水喷射)燃料及水。因此，能够简易地控制与燃料一起添加到燃烧室内的水的喷射量，由此，与水乳化燃料等情况相比，能够简易地进行有助于降低NOx排放量的水添加率的控制。此外，在作为NOx降低的水技术而采用了层状水喷射的情况下，即使因注水泵7的故障或误动作等而无法将适当量的水供给至燃料喷射阀8，也可以根据来自注水泵7的错误信号而将来自燃料喷射泵6的燃料的进给量(突出量)及供给时机立即控制为能够对不适当的水量(例如水量为零(无水)的状态)的产生进行补偿的适当的量。由此，无论有无注水泵7的错误，都能够将针对气缸2的燃烧室的燃料喷射量保持为最佳的状态，其结果是，能够实现发动机主体1的稳定的运转。因此，与喷射水乳化燃料、单独喷射水的情况相比，采用了层状水喷射的发动机主体1从可靠性以及失效保护等观点出发起到具有优越性的效果。
(实施方式2)
接着,对本发明的实施方式2进行说明。在上述的实施方式1中，从用于增压器11的涡轮11b的旋转而压力发生了降低的废气中抽出再循环气体来进行EGR动作(低压的EGR动作)，但在本实施方式2中，从使涡轮11b旋转之前的高压的废气中抽出再循环气体来进行EGR动作(高压的EGR动作)。
图3是表示本发明的实施方式2所涉及的船舶用柴油发动机的一结构例的示意图。如图3所示，本实施方式2所涉及的船舶用柴油发动机20代替上述实施方式1所涉及的船舶用柴油发动机10的EGR系统12而在发动机主体1与增压器11之间具备EGR系统22。其他结构与实施方式1相同，对相同的结构部分标有相同的符号。
EGR系统22将从发动机主体1排出的废气(具体而言，指使增压器11的涡轮11b旋转前的高压的废气)的一部分与空气混合而再循环至发动机主体1。即，在本实施方式2中，EGR系统22作为使从发动机主体1排出的废气中的NOx降低的NOx降低装置发挥功能。
如图3所示，EGR系统22具备废气再循环线路G4及G5、EGR清洗装置12a、EGR鼓风机12b、EGR入口阀12c、EGR出口阀12d以及EGR冷却器22a。在该EGR系统22中，废气再循环线路G4的一端与从发动机主体1起的排气线路G2的中途部连接且另一端与EGR清洗装置12a连接。废气再循环线路G4使从发动机主体1排出的高压的废气的一部分作为再循环气体从排气线路G2分离并朝向EGR清洗装置12a流通。在此所说的高压的废气是指从发动机主体1的排气歧管4排出的、使增压器11的涡轮11b旋转之前的高压的废气。废气再循环线路G5的一端与EGR冷却器22a连接且另一端与向发动机主体1供气的供气线路G1的中途部连接。废气再循环线路G5使由EGR冷却器22a冷却后的再循环气体作为燃烧用气体的一部分以与供气线路G1合流的方式流通。此外，EGR清洗装置12a、EGR鼓风机12b、EGR入口阀12c以及EGR出口阀12d与上述的实施方式1中的EGR系统12相同。
EGR冷却器22a在由EGR系统22进行的高压的EGR动作中对再循环气体进行冷却。具体而言，如图3所示，EGR冷却器22a设置在废气再循环线路G5的中途部且EGR清洗装置12a与EGR鼓风机12b之间。EGR冷却器22a例如通过与冷却水的热交换等来对由EGR清洗装置12a清洗后的再循环气体进行冷却。接着，EGR冷却器22a将冷却后的再循环气体向废气再循环线路G5送出。其后，该再循环气体通过EGR鼓风机12b的作用等而在废气再循环线路G5内流通，然后与供气线路G1内的空气(例如由增压器11的压缩机11a压缩后的空气)混合，作为燃烧用气体而被供给至发动机主体1的扫气总管3。
此外，在本实施方式2中，排气线路G3不与废气再循环线路G4连接，使因用于增压器11的涡轮11b的旋转而压力以及温度发生了降低的废气向烟囱侧流通。另外，供气线路G6不与废气再循环线路G5连接，将从外部吸引到的空气引导至增压器11的压缩机11a。
如以上说明的那样，在本发明的实施方式2所涉及的船舶用柴油发动机20中，在发动机主体1与增压器11之间设置有EGR系统22，通过该EGR系统22，将来自发动机主体1的高压的废气的一部分作为再循环气体而与空气混合，然后再循环至发动机主体1，其他与实施方式1同样地构成。因此，尽管EGR系统22是进行高压的EGR动作的系统，但也能够享有与上述的实施方式1同样的作用效果。
(实施方式3)
接着，对本发明的实施方式3进行说明。在上述的实施方式1中，利用一级式增压器(增压器11)来对燃烧用气体(具体而言是新气或新气与再循环气体的混合气体)进行了压缩，但在本实施方式3中，利用二级式增压器来对燃烧用气体进行压缩。
图4是表示本发明的实施方式3所涉及的船舶用柴油发动机的一结构例的示意图。如图4所示，本实施方式3所涉及的船舶用柴油发动机30代替上述实施方式1所涉及的船舶用柴油发动机10的增压器11而具备二级式增压器31。其他结构与实施方式1相同，对相同的结构部分标有相同的符号。
二级式增压器31是用于利用来自发动机主体1的废气来将空气等燃烧用气体阶段性地压缩并送入到发动机主体1的增压器。在本实施方式3中，如图4所示，二级式增压器31具备：低压级增压器32、高压级增压器33、中间冷却器34、供气旁通阀35、排气旁通阀36、供气线路G11、排气线路G12、供气旁通线路G13以及排气旁通线路G14。例如，二级式增压器31设置于供气线路G1及排气线路G2与供气线路G6及排气线路G3之间，该供气线路G1及排气线路G2进行对发动机主体1的吸气和排气，该供气线路G6及排气线路G3进行对外部的吸气和排气。
低压级增压器32进行二级式增压器31中的第一级增压。在本实施方式3中，如图4所示，低压级增压器32具备低压级压缩机32a、低压级涡轮32b以及旋转轴32c，设置于供气线路G6以及排气线路G3与高压级增压器33之间。低压级压缩机32a和低压级涡轮32b分别由叶轮等构成，以将旋转轴32c作为中心轴而一体旋转的方式通过旋转轴32c相互连结。另外，在低压级压缩机32a的进气侧连结有供气线路G6。在低压级压缩机32a的出气侧连结有通向高压级增压器33等的供气线路G11。在低压级涡轮32b的进气侧连结有通向高压级增压器33等的排气线路G12。在低压级涡轮32b的出气侧连结有排气线路G3。
高压级增压器33进行二级式增压器31中的第二级增压。在本实施方式3中，如图4所示，高压级增压器33具备高压级压缩机33a、高压级涡轮33b以及旋转轴33c，设置于供气线路G1及排气线路G2与低压级增压器32之间。高压级压缩机33a及高压级涡轮33b分别由叶轮等构成，以将旋转轴33c作为中心轴而一体旋转的方式通过旋转轴33c相互连结。另外，在高压级压缩机33a的进气侧连结有通向低压级压缩机32a的供气线路G11。在高压级压缩机33a的出气侧连结有供气线路G1。在高压级涡轮33b的进气侧连结有排气线路G2。在高压级涡轮33b的出气侧连结有通向低压级涡轮32b的排气线路G12。
中间冷却器34对由低压级增压器32(详细而言是低压级压缩机32a)压缩后的燃烧用气体进行冷却。在本实施方式3中，如图4所示，中间冷却器34设置在供气线路G11的中途部且高压级压缩机33a与供气旁通线路G13从供气线路G11分支的分支部分之间。中间冷却器34对被低压级压缩机32a压缩而温度变得较高的燃烧用气体例如通过与冷却水的热交换等来进行冷却。在EGR系统12正在运行的情况下，被该中间冷却器34冷却的燃烧用气体是新气与再循环气体的混合气体，在EGR系统12已停止运行的情况下，被该中间冷却器34冷却的燃烧用气体是新气。在任一情况下，燃烧用气体均在被中间冷却器34冷却了之后，在供气线路G11内流通，并被引导至高压级压缩机33a。
供气旁通线路G13、排气旁通线路G14、供气旁通阀35及排气旁通阀36用于对由二级式增压器31进行的燃烧用气体的增压在一级增压与二级增压之间进行切换。在本实施方式3中，如图4所示，供气旁通线路G13的一端与供气线路G11的中途部连接且另一端与供气线路G1的中途部连接。由此，供气旁通线路G13形成从供气线路G11分支并绕过高压级增压器33而与供气线路G1合流的迂回供气路径。在该供气旁通线路G13设有供气旁通阀35。供气旁通阀35通过开闭驱动来进行供气旁通线路G13的开闭。排气旁通线路G14的一端与排气线路G2的中途部连接且另一端与排气线路G12的中途部连接。由此，排气旁通线路G14形成从排气线路G2分支并绕过高压级增压器33而与排气线路G12合流的迂回排气路径。在该排气旁通线路G14设置有排气旁通阀36。排气旁通阀36通过开闭驱动来进行排气旁通线路G14的开闭。
具有上述那样的结构的二级式增压器31，在由于发动机负荷比规定值低因而从发动机主体1排出的废气的排放量小于规定量的情况下，对发动机主体1进行燃烧用气体的一级增压。在该情况下，供气旁通阀35及排气旁通阀36分别成为打开状态而分别打开供气旁通线路G13及排气旁通线路G14。从发动机主体1的排气歧管4排出的废气从排气线路G2经由排气旁通线路G14流入到排气线路G12，然后，从排气线路G12引导至低压级涡轮32b。低压级涡轮32b一边接收来自该排气线路G12的废气而旋转，一边将用于该旋转而压力以及温度发生了降低的废气向排气线路G3排出。该低压级涡轮32b的旋转通过旋转轴32c传递至低压级压缩机32a。由此，低压级压缩机32a随着该低压级涡轮32b的旋转而旋转，从而从供气线路G6吸入空气等燃烧用气体，对吸入的燃烧用气体进行压缩并向供气线路G11送出。通过该低压级压缩机32a的压缩作用而被高压化的燃烧用气体从供气线路G11经过供气旁通线路G13而流入到供气线路G1，被冷却器13冷却，然后通过供气线路G1而被供给至发动机主体1的扫气总管3。
另一方面，在由于发动机负荷为规定值以上因而从发动机主体1排出的废气的排放量为规定量以上的情况下，二级式增压器31对发动机主体1进行燃烧用气体的二级增压。在该情况下，供气旁通阀35及排气旁通阀36分别成为关闭状态而分别关闭供气旁通线路G13及排气旁通线路G14。从发动机主体1的排气歧管4排出的废气通过排气线路G2而被引导至高压级涡轮33b。高压级涡轮33b一边接收来自该排气线路G2的高温高压的废气而旋转，一边将用于该旋转而压力以及温度发生了降低的废气向排气线路G12排出。该高压级涡轮33b的旋转通过旋转轴33c传递至高压级压缩机33a。由此，高压级压缩机33a随着该高压级涡轮33b的旋转而旋转，从而有助于从供气路线G6吸入燃烧用气体。另一方面，从高压级涡轮33b排出到排气线路G12的废气通过该排气线路G12而被引导至低压级涡轮32b。与上述的一级增压的情况同样地，低压级涡轮32b一边接收来自该排气线路G12的废气而旋转一边向排气线路G3排出废气。低压级压缩机32a随着该低压级涡轮32b的旋转而旋转。这样旋转的状态的低压级压缩机32a从供气线路G6吸入空气等燃烧用气体，对吸入的燃烧用气体进行压缩并向供气线路G11送出。通过该低压级压缩机32a的压缩作用而被高压化的燃烧用气体通过供气线路G11而被引导至中间冷却器34，被中间冷却器34冷却，然后通过供气线路G11而被引导至高压级压缩机33a。高压级压缩机33a处于伴随着上述高压级涡轮33b的旋转而旋转的状态，从供气线路G11吸入由低压级压缩机32a进行压缩后的燃烧用气体，将所吸入的燃烧用气体进一步压缩。通过该高压级压缩机33a的压缩作用而进一步被高压化的燃烧用气体被送出到供气线路G1，被冷却器13冷却，然后通过供气线路G1被供给到发动机主体1的扫气总管3。
此外，上述的供气旁通阀35及排气旁通阀36的开闭驱动及开闭时机既可以由控制部18控制，也可以由除控制部18以外另行设置的控制部(未图示)控制。
如以上说明的那样，在本发明的实施方式3所涉及的船舶用柴油发动机30中，利用二级式增压器31将燃烧用气体阶段性地压缩而送入到发动机主体1，其他与实施方式1同样地构成。因此，在根据发动机负荷来适当地对发动机主体1进行燃烧用气体的一级或二级增压的情况下，也能够享有与上述的实施方式1同样的作用效果。
(实施方式4)
接着，对本发明的实施方式4进行说明。在上述的实施方式3中，从用于低压级增压器32的低压级涡轮32b的旋转而压力发生了降低的废气中抽出再循环气体来进行低压的EGR动作，但在本实施方式4中，从使低压级增压器32的低压级涡轮32b或高压级增压器33的高压级涡轮33b旋转之前的高压的废气中抽出再循环气体来进行高压的EGR动作。
图5是表示本发明的实施方式4所涉及的船舶用柴油发动机的一结构例的示意图。如图5所示，本实施方式4所涉及的船舶用柴油发动机40代替上述的实施方式3所涉及的船舶用柴油发动机30的EGR系统12而在发动机主体1与高压级增压器33之间具备EGR系统22。其他结构与实施方式3相同，对相同的结构部分标有相同的符号。
EGR系统22是与上述的实施方式2相同的系统(参照图3)，将从发动机主体1排出的废气(具体而言是使低压级涡轮32b或高压级涡轮33b旋转之前的高压的废气)的一部分与空气混合而再循环到发动机主体1。由此，抑制了由各气缸2内的燃料燃烧引起的NOx的生成。
此外，在本实施方式4中，排气线路G3不与废气再循环线路G4连接，使低压级涡轮32b的旋转所使用之后的废气向烟囱侧流通。另外，供气线路G6不与废气再循环线路G5连接，将从外部吸引到的空气引导至低压级压缩机32a。
如以上说明的那样，在本发明的实施方式4所涉及的船舶用柴油发动机40中，在发动机主体1与高压级增压器33之间设置有EGR系统22，通过该EGR系统22，将来自发动机主体1的高压的废气的一部分作为再循环气体而与空气混合，然后再循环至发动机主体1，其他与实施方式3同样地构成。因此，尽管EGR系统22是进行高压的EGR动作的系统，但能够享有与上述的实施方式3同样的作用效果。
(实施方式5)
接着，对本发明的实施方式5进行说明。在上述的实施方式1中，作为使从发动机主体1排出的废气中的NOx降低的NOx降低装置而设置有EGR系统12，但在本实施方式5中，作为上述NOx降低装置而设置有SCR系统。
图6是表示本发明的实施方式5所涉及的船舶用柴油发动机的一结构例的示意图。如图6所示，本实施方式5所涉及的船舶用柴油发动机50具备SCR系统52来代替上述实施方式1所涉及的船舶用柴油发动机10的EGR系统12，具备控制部58来代替控制部18。另外，该船舶用柴油发动机50不具备上述实施方式1中的氧浓度检测部16。其他结构与实施方式1相同，对相同的结构部分标有相同的符号。
SCR系统52向从发动机主体1排出的废气喷射还原剂来降低该废气中的NOx。即，在本实施方式5中，SCR系统52作为使从发动机主体1排出的废气中的NOx降低的NOx降低装置发挥功能。如图6所示，SCR系统52具备SCR反应器52a、还原剂供给装置52b、混合器52c、SCR入口阀52d、SCR出口阀52e、抽气线路G15、抽气阀53、排气旁通线路G16以及排气旁通阀54。
SCR反应器52a由催化反应容器等构成，如图6所示，设置于排气线路G3的中途部。SCR反应器52a通过催化作用而选择性地进行(促进)喷射有还原剂的废气中的NOx与该还原剂的还原反应，由此，除去、降低废气中的NOx。
还原剂供给装置52b向来自发动机主体1的废气供给还原剂。在本实施方式5中，还原剂供给装置52b具有作为还原剂的流通管的液体供给线路L1和作为水的流通管的液体供给线路L2。在液体供给线路L1的出口端设置有喷射喷嘴(未图示)，该喷射喷嘴成为喷射口朝向混合器52c的内部的状态。另一方面，液体供给线路L2构成为与上述的液体供给线路L1合流。还原剂供给装置52b使还原剂在一方的液体供给线路L1内流通并使水在另一方的液体供给线路L2内流通来稀释该还原剂，将稀释后的还原剂从液体供给线路L1喷射到混合器52c内的整个流路。由此，还原剂供给装置52b对在混合器52c内流通的废气即来自发动机主体1的废气喷射并供给还原剂。此外，作为该还原剂，例如可以使用尿素水等。
混合器52c将废气和还原剂混合。在本实施方式5中，如图6所示，混合器52c设置在排气线路G3的中途部且SCR反应器52a的废气流通方向的上游侧。混合器52c一边将来自发动机主体1的废气与来自还原剂供给装置52b的还原剂混合，一边使该废气朝向SCR反应器52a流通。
SCR入口阀52d和SCR出口阀52e通过开闭来对基于SCR系统52的NOx降低对象废气的流通状态进行调节。在本实施方式5中，如图6所示，SCR入口阀52d设置在排气线路G3的中途部且在混合器52c与排气旁通线路G16从排气线路G3分支的分支部分之间。SCR出口阀52e设置在排气线路G3的中途部且SCR反应器52a与排气旁通线路G16向排气线路G3合流的合流部分之间。在SCR系统52运行的情况下，SCR入口阀52d以及SCR出口阀52e成为打开状态而能够进行废气通过排气线路G3而按顺序依次通过混合器52c和SCR反应器52a的流通。另一方面，在SCR系统52停止运行的情况下，SCR入口阀52d以及SCR出口阀52e成为关闭状态而不允许上述的、废气在排气线路G3中的流通。
抽气线路G15以及抽气阀53用于确保由SCR系统52进行的废气中的NOX去除所需的废气温度。在本实施方式5中，如图6所示，抽气线路G15的一端连接于排气线路G2的中途部且另一端连接于排气线路G3的中途部(例如增压器11的涡轮11b与排气旁通线路G16从排气线路G3分支的分支部分之间)。这样的抽气线路G15形成从排气线路G2分支并绕过增压器11而与排气线路G3合流的抽气路径。抽气线路G15沿着该抽气路径从排气线路G2抽出高温高压的废气的一部分，将该抽出的废气与排气线路G3内的废气(在涡轮11b的旋转中使用过的废气)混合。由此，排气线路G3内的废气温度被维持在为了通过SCR系统52来高效地除去废气中的NOx所需的反应温度(即基于催化作用的废气中的NOx与还原剂的还原反应的必要温度)以上。抽气阀53设置于抽气线路G15，通过开闭驱动来进行抽气线路G15的开闭。
排气旁通线路G16以及排气旁通阀54用于在SCR系统52已停止运行的情况下确保废气向外部排气的路径。在本实施方式5中，如图6所示，排气旁通线路G16的一端连接于排气线路G3的中途部且SCR入口阀52d与抽气线路G15向排气线路G3合流的合流部分之间。排气旁通线路G16的另一端与排气线路G3的中途部且SCR出口阀52e的废气流通方向的下游侧连接。这样的排气旁通线路G16形成如下的迂回排气路径：绕过排气路径G3中的从SCR入口阀52d依次经过混合器52c和SCR反应器52a而到达SCR出口阀52e的排气路径。排气旁通阀54设置于排气旁通线路G16，通过开闭驱动来进行排气旁通线路G16的开闭。
控制部58兼具对发动机主体1的运转进行控制的发动机控制功能和对从发动机主体1排出的废气中的NOx的降低进行控制的NOx降低控制功能。控制部58由执行各种程序而进行数据处理的CPU以及存储器等构成，如图6中的单点划线(电信号线)所示，控制部58控制喷射部5的各燃料喷射泵6以及各注水泵7和SCR系统52的还原剂供给装置52b。另外，虽然未特别图示电信号线，但控制部58能够对喷射部5的各燃料喷射阀8、SCR系统52的SCR入口阀52d、SCR出口阀52e、抽气阀53以及排气旁通阀54、冷却器13以及辅助鼓风机15进行控制。
在本实施方式5中，控制部58根据发动机主体1的负荷(发动机负荷)来可变地控制上述的喷射部5的水添加率和作为NOx降低装置的SCR系统52的NOx降低参数。详细而言，在喷射部5的燃料/水喷射动作期间，控制部58根据发动机负荷来可变地控制针对各气缸2内的燃烧室的水添加率。另外，在SCR系统52进行通过喷射还原剂以及还原作用来除去来自发动机主体1的废气中的NOx的动作即SCR动作的期间(以下称为SCR动作期间)，控制部58根据发动机负荷来可变地控制SCR系统52的还原剂喷射率。
在此，SCR动作期间是NOx降低装置进行来自发动机主体1的废气中的NOx的降低的动作期间的一个例子。在本实施方式5中，NOx降低参数是SCR系统52的还原剂喷射率。还原剂喷射率是还原剂的喷射量相对于来自发动机主体1的排气量的比率。例如，废气量是每单位时间从发动机主体1排出的废气的排放量。还原剂的喷射量是为了除去该废气中的NOx所需的还原剂的喷射量。该还原剂喷射率既可以是质量比(质量％)，也可以是体积比(体积％)。
在SCR动作期间，控制部58使用表示发动机负荷与还原剂喷射率的关系的还原剂喷射率控制映射并根据发动机负荷来可变地控制SCR系统52的还原剂喷射率。详细而言，除了上述的水添加率控制映射之外，还原剂喷射率控制映射作为图6所示的控制映射59之一而通过数据输入等预先存储于控制部58的存储器。控制部58与上述的实施方式1中的水添加率的控制的情况同样地算出发动机主体1的当前的发动机负荷。接着，控制部58参照还原剂喷射率控制映射而导出与当前的发动机负荷对应的还原剂喷射率。控制部58根据该导出的还原剂喷射率而算出为了除去依次通过混合器52c内的废气中的NOx所需的还原剂的喷射量，并控制还原剂供给装置52b使其进行该算出的喷射量下的还原剂的喷射(供给)。通过该控制，控制部58将来自还原剂供给装置52b的还原剂的喷射量相对于每单位时间的来自发动机主体1的废气量的比率即还原剂喷射率控制为与当前的发动机负荷相应的比率。按这种方式，控制部58对由SCR系统52的作用产生的NOx的降低量(例如每单位时间的NOx的降低量)进行控制。
另外，在该SCR动作期间中，控制部58进行驱动控制以关闭排气旁通阀54，并且进行驱动控制以打开SCR入口阀52d、SCR出口阀52e和抽气阀53。由此，排气旁通线路G16成为已关闭的状态，并且通向排气线路G3的混合器52c以及SCR反应器52a的排气路径和抽气线路G15成为已打开的状态。在该状态下，来自发动机主体1的废气分开为通过排气线路G2而流入到增压器11的涡轮11b的废气和从排气线路G2抽出至抽气线路G15的废气而流动。其后，在涡轮11b的旋转中使用过的废气与被抽出到抽气线路G15的废气在排气线路G3内合流，然后一边维持高温状态一边沿着排气线路G3的上述排气路径流动。
另一方面，在除SCR动作期间以外，控制部58进行驱动控制以打开排气旁通阀54，并且进行驱动控制以关闭SCR入口阀52d、SCR出口阀52e和抽气阀53。由此，排气旁通线路G16成为已打开的状态，并且排气线路G3的上述排气路径和抽气线路G15成为已关闭的状态。在该状态下，SCR系统52停止运行，来自发动机主体1的废气通过排气线路G2流入到增压器11的涡轮11b，使涡轮11b旋转，然后从排气线路G3流入到排气旁通线路G16。其后，该废气沿着排气旁通线路G16绕过混合器52c以及SCR反应器52a而流动，从排气旁通线路G16流入到排气线路G3。
此外，在本实施方式5中，控制部58与上述的实施方式1同样地控制发动机主体1的运转。另外，在喷射部5的燃料/水喷射动作期间，与上述的实施方式1同样地，控制部58使用水添加率控制映射并根据发动机负荷来可变地控制针对各气缸2内的燃烧室的水添加率。另一方面，供气线路G6不与实施方式1中的废气再循环线路G5(参照图1)连接，将从外部吸引到的空气引导至增压器11的压缩机11a。
接着，对本实施方式5中的与发动机负荷相应的水添加率和还原剂喷射率的控制进行具体说明。图7是说明本发明的实施方式5中的与发动机负荷相应的水添加率和还原剂喷射率的控制的一个具体例的图。
在图7中，还原剂喷射率控制映射19c是表示发动机主体1的发动机负荷与SCR系统52的还原剂喷射率的关系的控制映射的一个例子。还原剂喷射率控制映射19c能够通过如下来进行设定：例如基于实验或模拟的结果，来求出来自发动机主体1的NOx的排放量满足NOx排放限制这样的发动机负荷与还原剂的喷射量相对于来自发动机主体1的废气量的比率(还原剂喷射率)的关系中的、发动机燃料效率达到最佳的关系。
特别是关于在水添加率控制映射19a与还原剂喷射率控制映射19c之间发动机负荷重复的范围的水添加率以及还原剂喷射率，优选将通过向燃烧室喷射(添加)水而产生的NOx降低效果、由SCR动作产生的NOx降低效果以及发动机燃料效率的最佳值一同考虑进去而设定为表示来自发动机主体1的NOx的排放量满足NOx排放限制这样的与发动机负荷的关系。此外，水添加率控制映射19a与上述的实施方式1相同。
这些水添加率控制映射19a以及还原剂喷射率控制映射19c作为图6所示的控制映射59而存储于控制部58的存储器。此外，水添加率控制映射19a所示的发动机负荷与水添加率的关系、以及还原剂喷射率控制映射19c所示的发动机负荷与还原剂喷射率的关系分别为一个例子，并非限定本发明。
如图7所示，在发动机负荷为A1以上的情况下，从NOx排放量满足NOx排放限制的观点出发，优选进行向各气缸2内的燃烧室的水喷射以及SCR动作中的至少一方。即，该A1以上这样的发动机负荷范围是应该基于NOx排放限制来管理NOx排放量的管理范围。在该管理范围中发动机负荷为A1以上且小于A2的情况下，只要进行向各气缸2内的燃烧室的水喷射或SCR动作中的任一个，则NOx排放量就满足NOx排放限制。在该情况下，从改善发动机燃料效率的观点出发，优选进行与SCR动作相比发动机燃料效率变差较少的水喷射。因此，在发动机负荷为A1以上这样的管理范围内发动机负荷小于规定值(在本实施方式5中为A2)的情况下，控制部58根据发动机负荷来可变地控制喷射部5的水添加率。例如，控制部58基于水添加率控制映射19a而唯一地确定与发动机负荷(A1)对应的水添加率(R11)，通过控制喷射部5而将针对各气缸2内的燃烧室的水添加率控制为R11。另外，如果发动机负荷变化，则控制部58基于水添加率控制映射19a并根据发动机负荷来可变地控制水添加率。另一方面，在该发动机负荷为A1以上且小于A2这样的管理范围内，控制部58使还原剂供给装置52b停止而将SCR系统52的还原剂喷射率控制为零值。此时，如上所述，控制部58进行驱动控制以打开排气旁通阀54，并且进行驱动控制以关闭SCR入口阀52d、SCR出口阀52e和抽气阀53。
在发动机负荷为A2以上的情况下，从NOx排放量满足NOx排放限制的观点出发，优选进行向各气缸2内的燃烧室的水喷射以及SCR动作双方。因此，在发动机负荷为规定值(在本实施方式5中为A2)以上的情况下、即在发动机负荷为A2以上这样的管理范围内，控制部58除了上述的水添加率控制以外还进一步可变地控制NOx降低装置的NOx降低参数。具体而言，在该管理范围内，控制部58根据发动机负荷而可变地控制喷射部5的水添加率，并且根据该发动机负荷而可变地控制SCR系统52的还原剂喷射率。
例如在发动机负荷为A2的情况下，控制部58基于水添加率控制映射19a而唯一地确定与发动机负荷(A2)对应的水添加率(R12)，并且基于还原剂喷射率控制映射19c而唯一地确定与该发动机负荷(A2)对应的还原剂喷射率(R21)。按这种方式，控制部58根据发动机负荷(A2)而唯一地确定作为目标的水添加率与还原剂喷射率的组合(R12、R21)，通过控制喷射部5而将针对各气缸2内的燃烧室的水添加率控制为R12，并且通过控制SCR系统52而将从还原剂供给装置52b对混合器52c内的废气的还原剂喷射率控制为R21。
在发动机负荷为A3、A4或A5的情况下，也与上述的A2的情况同样地，控制部58基于水添加率控制映射19a而唯一地确定与发动机负荷对应的水添加率，并且基于还原剂喷射率控制映射19c而唯一地确定与该发动机负荷对应的还原剂喷射率。由此，作为目标的水添加率与还原剂喷射率的组合根据发动机负荷而被唯一地确定。具体而言，上述水添加率与还原剂喷射率的组合在发动机负荷为A3的情况下成为(R13、R22)，在发动机负荷为A4的情况下成为(R14、R23)，在发动机负荷为A5的情况下成为(R15、R24)。其后，控制部58与上述A2的情况同样地将水添加率和还原剂喷射率控制为与根据发动机负荷而唯一确定的水添加率与还原剂喷射率的组合相同。
此外，在本实施方式5的发动机负荷范围中，发动机负荷为A1以上这样的管理范围相当于喷射部5的燃料/水喷射动作期间。该管理范围中的发动机负荷为A2以上的范围相当于上述燃料/水喷射动作期间与SCR系统52的SCR动作期间重复的期间。
如以上说明的那样，在本发明的实施方式5所涉及的船舶用柴油发动机50中，作为使从发动机主体1排出的废气中的NOx降低的NOx降低装置，设置有向从发动机主体1排出的废气喷射还原剂的SCR系统52，通过控制部58来根据发动机负荷而可变地控制喷射部5的燃料/水喷射动作期间中的水添加率和NOx降低装置的动作期间中的NOx降低参数(具体而言SCR系统52的SCR动作期间中的还原剂喷射率)，其他与实施方式1同样地构成。因此，作为NOx降低装置，即使将EGR系统12置换为SCR系统52，也能够享有与上述的实施方式1同样的作用效果。
(实施方式6)
接着，对本发明的实施方式6进行说明。在上述的实施方式5中，进行了向用于增压器11的涡轮11b的旋转而压力发生了降低的废气喷射还原剂来除去NOx的SCR动作，但在本实施方式6中，进行向使涡轮11b旋转之前的高温的废气喷射还原剂来除去NOx的SCR动作(高温的SCR动作)。
图8是表示本发明的实施方式6所涉及的船舶用柴油发动机的一结构例的示意图。如图8所示，本实施方式6所涉及的船舶用柴油发动机60代替上述实施方式5所涉及的船舶用柴油发动机50的SCR系统52而在发动机主体1与增压器11之间具备SCR系统62，还具备对排气线路G2进行开闭的排气阀63。其他结构与实施方式5相同，对相同的结构部分标有相同的符号。
SCR系统62向从发动机主体1排出的废气(具体而言是使增压器11的涡轮11b旋转之前的高温的废气)喷射还原剂来降低该废气中的NOx。即，在本实施方式6中，SCR系统62作为使从发动机主体1排出的废气中的NOx降低的NOx降低装置发挥功能。
如图8所示，SCR系统62具备SCR反应器52a、还原剂供给装置52b、混合器52c、SCR入口阀52d、SCR出口阀52e以及排气线路G17。
在该SCR系统62中，排气线路G17的一端与发动机主体1的排气歧管4连接且另一端与排气线路G2的中途部连接。在该排气线路G17上，朝向来自发动机主体1的废气的流通方向依次配置有SCR入口阀52d、混合器52c、SCR反应器52a以及SCR出口阀52e。在SCR系统62运行的情况下，SCR入口阀52d以及SCR出口阀52e成为打开状态而能够进行高温废气通过排气线路G17而按顺序依次通过混合器52c和SCR反应器52a的流通。该高温废气是从发动机主体1的排气歧管4排出的废气，是使增压器11的涡轮11b旋转之前的废气。该高温废气被维持在通过还原剂的喷射和还原作用来进行的废气中的NOx除去所需的废气温度以上。由SCR系统62除去了NOx的废气从该排气线路G17通过排气线路G2流入到涡轮11b。另一方面，在SCR系统62停止运行的情况下，SCR入口阀52d以及SCR出口阀52e成为关闭状态，不允许上述的、高温废气在排气线路G17中的流通。此外，SCR反应器52a、还原剂供给装置52b以及混合器52c与上述实施方式5中的SCR系统52相同。
排气阀63通过开闭驱动来进行排气线路G2的开闭。如图8所示，排气阀63设置于排气线路G2中的、排气歧管4与排气线路G17向排气线路G2合流的合流部分之间。排气阀63在SCR系统62停止运行的情况下成为打开状态，能够进行废气从排气歧管4通过排气线路G2到达涡轮11b的流通。另一方面，排气阀63在SCR系统62运行的情况下成为关闭状态，不允许该通过排气线路G2的废气的流通。此外，排气阀63的开闭驱动和开闭时机既可以由控制部58控制，也可以由除控制部58以外另行设置的控制部(未图示)控制。
如以上说明的那样，在本发明的实施方式6所涉及的船舶用柴油发动机60中，在发动机主体1与增压器11之间设置有SCR系统62，通过该SCR系统62的还原剂的喷射以及还原作用而从来自发动机主体1的高温废气中除去NOx，其他与实施方式5同样地构成。因此，即使抽出使涡轮11b旋转之前的高温废气的一部分而不与使涡轮11b进行了旋转之后的废气混合，也能够将废气温度维持在SCR系统62所需的温度以上，并且尽管SCR系统62是进行高温的SCR动作的系统，但能够享有与上述实施方式5同样的作用效果。
(实施方式7)
接着，对本发明的实施方式7进行说明。在上述的实施方式5中，利用一级式增压器(增压器11)来对燃烧用气体进行了压缩，但在本实施方式7中，利用二级式增压器来对燃烧用气体进行压缩。
图9是表示本发明的实施方式7所涉及的船舶用柴油发动机的一结构例的示意图。如图9所示，本实施方式7所涉及的船舶用柴油发动机70代替上述实施方式5所涉及的船舶用柴油发动机50的增压器11而具备二级式增压器31。其他结构与实施方式5相同，对相同的结构部分标有相同的符号。
在本实施方式7中，如图9所示，SCR系统52的抽气线路G15的一端与排气旁通线路G14的中途部连接且另一端与上述实施方式5同样地连接于排气线路G3的中途部。这样的抽气线路G15形成从排气旁通线路G14分支并绕过低压级增压器32而与排气线路G3合流的抽气路径。抽气线路G15沿着该抽气路径从排气旁通线路G14抽出高温高压的废气的一部分，将该抽出的废气与排气线路G3内的废气(在低压级涡轮32b的旋转中使用过的废气)混合。由此，排气线路G3内的废气温度被维持在为了通过SCR系统52来高效地除去废气中的NOx所需的反应温度以上。
此外，在本实施方式7中，二级式增压器31的中间冷却器34、供气旁通阀35及排气旁通阀36的动作既可以由控制部58控制，也可以由除控制部58以外另行设置的控制部(未图示)控制。
如以上说明的那样，在本发明的实施方式7所涉及的船舶用柴油发动机70中，利用与实施方式3同样的二级式增压器31来将燃烧用气体阶段性地压缩并送入到发动机主体1，其他与实施方式5同样地构成。因此，在根据发动机负荷来适当地对发动机主体1进行燃烧用气体的一级或二级增压的情况下，也能够享有与上述的实施方式5同样的作用效果。
(实施方式8)
接着，对本发明的实施方式8进行说明。在上述的实施方式7中，进行了向从二级式增压器31的低压级涡轮32b送出的废气喷射还原剂来除去NOx的SCR动作，但在本实施方式8中，进行向从二级式增压器31的高压级涡轮33b送出的废气喷射还原剂来除去NOx的SCR动作。
图10是表示本发明的实施方式8所涉及的船舶用柴油发动机的一结构例的示意图。如图10所示，本实施方式8所涉及的船舶用柴油发动机80代替上述实施方式7所涉及的船舶用柴油发动机70的SCR系统52而在二级式增压器31的低压级增压器32与高压级增压器33之间具备与实施方式6同样的SCR系统62，还具备对排气线路G12进行开闭的排气阀73。其他结构与实施方式7相同，对相同的结构部分标有相同的符号。
在本实施方式8中，SCR系统62的排气线路G17的一端与二级式增压器31的排气线路G12中的高压级涡轮33b侧的中途部连接，且另一端与排气线路G12中的低压级涡轮32b侧的中途部连接。在SCR系统62运行的情况下，SCR入口阀52d以及SCR出口阀52e成为打开状态，由此该排气线路G17能够使高温废气在按顺序依次通过混合器52c和SCR反应器52a的方向上流通。该高温废气是将从高压级涡轮33b送出到排气线路G12的废气、和从发动机主体1的排气歧管4经由排气线路G2以及排气旁通线路G14抽出的高温废气混合而成的。即，该高温废气被维持在通过还原剂的喷射以及还原作用来进行的废气中的NOx除去所需的废气温度以上。由SCR系统62除去了NOx的废气从该排气线路G17通过排气线路G12流入到低压级涡轮32b。
排气阀73通过开闭驱动来进行排气线路G12的开闭。如图10所示，排气阀73设置于排气线路G12的中途部且排气线路G12、G17的分支部分与合流部分之间。在SCR系统62停止运行的情况下，排气阀73成为打开状态而能够进行废气从高压级涡轮33b通过排气线路G12到达低压级涡轮32b的流通。另一方面，在SCR系统62运行的情况下，排气阀73成为关闭状态而不允许该通过排气线路G12的废气的流通。此外，排气阀73的开闭驱动和开闭时机既可以由控制部58控制，也可以由除控制部58以外另行设置的控制部(未图示)控制。
如以上说明的那样，在本发明的实施方式8所涉及的船舶用柴油发动机80中，在二级式增压器31的低压级增压器32与高压级增压器33之间设置有SCR系统62，通过该SCR系统62的还原剂的喷射以及还原作用而从来自发动机主体1的高温废气中除去NOx，其他与实施方式7同样地构成。因此，能够将抽出使高压级涡轮33b旋转之前的高温废气的一部分而与使高压级涡轮33b进行了旋转之后的废气混合而成的气体作为NOx降低对象废气，因此变得易于将废气温度维持在SCR系统62所需的温度以上，并且尽管SCR系统62是进行高温的SCR动作的系统，但能够享有与上述实施方式7同样的作用效果。
此外，在上述的实施方式1～8中，对各气缸2内的燃烧室以层状喷射燃料及水，但本发明并不限定于此。例如，对各气缸2内的燃烧室，喷射部5既可以与燃料分开单独地喷射(添加)水，也可以喷射将燃料和水混合而乳化后的液体(水乳化燃料)。
另外，在上述的实施方式1～8中，例示了设置有六个气缸2的发动机主体1(六缸发动机)，但本发明并不限定于此。设置于发动机主体1的气缸2的配置数量可以是所希望的数量(一个以上)。同样地，喷射部5的燃料喷射泵6、注水泵7以及燃料喷射阀8的各配置数量并不限定于上述的数量，也可以与气缸2的配置数量相应地为必要数量(一个以上)。即，在本发明中，气缸2及喷射部5的各构成部的配置数量不作特别限定。
此外，在上述的实施方式1～8中，伴随着发动机负荷的增加，先控制水添加率，在发动机负荷增加到规定值以上的情况下，除了控制水添加率以外，还进一步控制EGR率或还原剂喷射率，但本发明并不限定于此。例如，可以是：随着发动机负荷的增加，先控制EGR率或还原剂喷射率，在发动机负荷增加到规定值以上的情况下，除了该控制以外还进一步控制水添加率，也可以是：从发动机负荷增加到规定值以上的时点起同时开始水添加率的控制和EGR率或还原剂喷射率的控制。
另外，本发明并不受上述的实施方式1～8限定。将上述的各构成要素适当组合而构成的结构也包含在本发明中。此外，基于上述的实施方式1～8而由本领域技术人员等做出的其他实施方式、实施例以及运用技术等均包含在本发明的范畴内。
工业适用性
如上所述，本发明所涉及的船舶用柴油发动机对降低来自发动机主体的NOx的排放量有用，尤其适用于能够抑制发动机燃料效率变差并且降低NOx的排放量的船舶用柴油发动机。
符号说明
1 发动机主体
2 气缸
3 扫气总管
4 排气歧管
5 喷射部
6 燃料喷射泵
6a 燃料
7 注水泵
7a 水
8 燃料喷射阀
9 转速检测部
10、20、30、40、50、60、70、80 船舶用柴油发动机
11 增压器
11a 压缩机
11b 涡轮
11c 旋转轴
12、22 EGR系统
12a EGR清洗装置
12b EGR鼓风机
12c EGR入口阀
12d EGR出口阀
13 冷却器
14 止回阀
15 辅助鼓风机
16 氧浓度检测部
17 操作部
18、58 控制部
19、59 控制映射
19a 水添加率控制映射
19b EGR率控制映射
19c 还原剂喷射率控制映射
22a EGR冷却器
31 二级式增压器
32 低压级增压器
32a 低压级压缩机
32b 低压级涡轮
32c、33c 旋转轴
33 高压级增压器
33a 高压级压缩机
33b 高压级涡轮
34 中间冷却器
35 供气旁通阀
36、54 排气旁通阀
52、62 SCR系统
52a SCR反应器
52b 还原剂供给装置
52c 混合器
52d SCR入口阀
52e SCR出口阀
53 抽气阀
63、73 排气阀
G1、G6、G11 供气线路
G2、G3、G12、G17 排气线路
G4、G5 废气再循环线路
G7 旁通线路
G13 供气旁通线路
G14、G16 排气旁通线路
G15 抽气线路
L1、L2 液体供给线路
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种船舶用柴油发动机，其特征在于，具备：
发动机主体，该发动机主体将由气缸内的燃料燃烧引起的活塞的往复运动转换为产生推进力的旋转轴的旋转运动；
喷射部，该喷射部向所述气缸内的燃烧室喷射燃料和水；
NOx降低装置，该NOx降低装置使从所述发动机主体排出的废气中的氮氧化物降低；以及
控制部，在所述喷射部的动作期间，该控制部根据作为所述发动机主体的负荷的发动机负荷来可变地控制所述喷射部的水添加率，在所述NOx降低装置的动作期间，该控制部根据所述发动机负荷来可变地控制表示由所述NOx降低装置进行的氮氧化物降低的程度的降低参数，在所述喷射部的动作期间与所述NOx降低装置的动作期间重复的情况下，该控制部将所述水添加率与所述降低参数的组合唯一地确定为按每个所述发动机负荷而不同的组合。
2.根据权利要求1所述的船舶用柴油发动机，其特征在于，
所述NOx降低装置是使从所述发动机主体排出的废气的一部分再循环至所述发动机主体的EGR系统，
所述NOx降低装置的所述降低参数是所述EGR系统的EGR率。
3.根据权利要求2所述的船舶用柴油发动机，其特征在于，
所述控制部使用水添加率控制映射和EGR率控制映射，根据所述发动机负荷来可变地控制所述水添加率和所述EGR率，该水添加率控制映射表示所述发动机负荷与所述水添加率的关系，该EGR率控制映射表示所述发动机负荷与所述EGR率的关系。
4.根据权利要求1所述的船舶用柴油发动机，其特征在于，
所述NOx降低装置是向从所述发动机主体排出的废气喷射还原剂的SCR系统，
所述NOx降低装置的所述降低参数是所述SCR系统的还原剂喷射率。
5.根据权利要求4所述的船舶用柴油发动机，其特征在于，
所述控制部使用水添加率控制映射和还原剂喷射率控制映射，根据所述发动机负荷来可变地控制所述水添加率和所述还原剂喷射率，该水添加率控制映射表示所述发动机负荷与所述水添加率的关系，该还原剂喷射率控制映射表示所述发动机负荷与所述还原剂喷射率的关系。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的船舶用柴油发动机，其特征在于，
在所述发动机负荷小于规定值的情况下，所述控制部可变地控制所述喷射部的所述水添加率；在所述发动机负荷为所述规定值以上的情况下，所述控制部除了控制所述水添加率以外还进一步可变地控制所述NOx降低装置的所述降低参数。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的船舶用柴油发动机，其特征在于，
所述喷射部向所述气缸内的燃烧室以层状喷射燃料和水。

Claims (7)

1.一种船舶用柴油发动机，其特征在于，具备：
发动机主体，该发动机主体将由气缸内的燃料燃烧引起的活塞的往复运动转换为产生推进力的旋转轴的旋转运动；
喷射部，该喷射部向所述气缸内的燃烧室喷射燃料和水；
NOx降低装置，该NOx降低装置使从所述发动机主体排出的废气中的氮氧化物降低；以及
控制部，在所述喷射部的动作期间，该控制部根据作为所述发动机主体的负荷的发动机负荷来可变地控制所述喷射部的水添加率，在所述NOx降低装置的动作期间，该控制部根据所述发动机负荷来可变地控制表示由所述NOx降低装置进行的氮氧化物降低的程度的降低参数。
2.根据权利要求1所述的船舶用柴油发动机，其特征在于，
所述NOx降低装置是使从所述发动机主体排出的废气的一部分再循环至所述发动机主体的EGR系统，
所述NOx降低装置的所述降低参数是所述EGR系统的EGR率。
3.根据权利要求2所述的船舶用柴油发动机，其特征在于，
所述控制部使用水添加率控制映射和EGR率控制映射，根据所述发动机负荷来可变地控制所述水添加率和所述EGR率，该水添加率控制映射表示所述发动机负荷与所述水添加率的关系，该EGR率控制映射表示所述发动机负荷与所述EGR率的关系。
4.根据权利要求1所述的船舶用柴油发动机，其特征在于，
所述NOx降低装置是向从所述发动机主体排出的废气喷射还原剂的SCR系统，
所述NOx降低装置的所述降低参数是所述SCR系统的还原剂喷射率。
5.根据权利要求4所述的船舶用柴油发动机，其特征在于，
所述控制部使用水添加率控制映射和还原剂喷射率控制映射，根据所述发动机负荷来可变地控制所述水添加率和所述还原剂喷射率，该水添加率控制映射表示所述发动机负荷与所述水添加率的关系，该还原剂喷射率控制映射表示所述发动机负荷与所述还原剂喷射率的关系。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的船舶用柴油发动机，其特征在于，
在所述发动机负荷小于规定值的情况下，所述控制部可变地控制所述喷射部的所述水添加率；在所述发动机负荷为规定值以上的情况下，所述控制部除了控制所述水添加率以外还进一步可变地控制所述NOx降低装置的所述降低参数。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的船舶用柴油发动机，其特征在于，
所述喷射部向所述气缸内的燃烧室以层状喷射燃料和水。
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