CN112443374A - 舶用发动机系统 - Google Patents

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藤田任亨
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Abstract

舶用发动机系统(10)包括可调整的柴油发动机(1)、及净化柴油发动机(1)的排气中的NOx的净化装置(6)。在舶用发动机系统(10)中，与国际海事组织的排放限制海域外的一般海域对应的第一调整状态下的NOx排放量在净化装置(6)正在运转的状态下，为作为国际海事组织的NOx第二次限制的基准值的第二次基准值以下。另外，在净化装置(6)停止的状态下，第一调整状态下的NOx排放量超过第二次基准值。由此，当在一般海域中航行时，可满足NOx第二次限制，并减少柴油发动机(1)的耗油量。

Description

舶用发动机系统
技术领域
本发明涉及一种舶用发动机系统。
背景技术
以往，针对装载在船舶的柴油发动机，由国际海事组织(International MaritimeOrganization，IMO)规定了有害物质的排放限制。例如，关于氮氧化物(Nitrogen Oxides，NOx)，要求发动机的每额定输出的NOx排放量为对应于发动机的额定转速所规定的NOx基准值以下(国际防止船舶造成污染公约(International Convention for the Preventionof Pollution from Ships，MARPOL)条约附录VI)。另外，2016年以后，在北美沿岸200海里海域等排放限制海域(排放控制区(Emission Control Area，ECA))中，将所述NOx基准值(即，NOx排放上限值)减少至作为排放限制海域外的一般海域的约25％以下为止。
在日本专利第5330782号公报(文献1)中公开有如下的技术：通过全球定位系统(Global Positioning System，GPS)来掌握废气限制对象海域的边界与本船的位置关系，根据所述位置关系，将废气的净化装置从停止状态自动地切换成运转状态，由此将废气的净化状态切换成对应于限制的状态。另外，在文献1中公开有规定至废气限制对象海域的边界为止的距离或航行时间的目标值，进行所述切换的准备。
另外，在如文献1那样在一般海域及排放限制海域两者中航行的船舶中，对柴油发动机进行减少NOx的排放量的调整，以在已使净化装置运转的状态下满足排放限制海域用的NOx基准值。一般而言，若在柴油发动机中进行减少NOx的排放量的调整，则存在耗油量恶化(即，增大)的倾向。因此，即便在不使净化装置运转的一般海域中，所述船舶也在耗油量已恶化的状态下航行。
发明内容
本发明面向舶用发动机系统，将满足NOx的排放限制并减少耗油量作为目的。
本发明的优选的一实施例的舶用发动机系统包括：可调整的柴油发动机、及净化所述柴油发动机的排气中的NOx的净化装置。与国际海事组织的排放限制海域外的一般海域对应的第一调整状态下的NOx排放量在所述净化装置正在运转的状态下，为作为所述国际海事组织的NOx第二次限制的基准值的第二次基准值以下，在所述净化装置停止的状态下超过所述第二次基准值。
优选在与所述国际海事组织的所述排放限制海域对应的第二调整状态下，与所述第一调整状态相比所述柴油发动机的耗油量增大，并且从所述柴油发动机排放的NOx的量减少。所述第二调整状态下的NOx排放量在所述净化装置正在运转的状态下，为作为所述国际海事组织的NOx第三次限制的基准值的第三次基准值以下。
根据本发明，可满足NOx的排放限制并减少耗油量。
优选还包括在所述第一调整状态与所述第二调整状态之间切换所述柴油发动机的调整状态的调整切换部。
优选所述净化装置包括使混合有还原剂的排气接触催化剂来进行脱硝处理的反应器。
优选在所述第一调整状态下，与所述净化装置停止的状态下的NOx排放量与所述第二次基准值相等的限制调整状态相比，所述柴油发动机的燃烧室内的最高压力高。
优选在所述第一调整状态下，与所述限制调整状态相比，所述柴油发动机中的燃料的喷射时机接近所述柴油发动机的活塞位于上死点的时机。
优选在所述第一调整状态下，表示从所述柴油发动机中的燃料的喷射开始起的经过时间与喷射压力的关系的喷射曲线与所述限制调整状态不同。
优选在所述第一调整状态下，与所述限制调整状态相比，所述喷射曲线中的最大喷射压力高。
优选在所述第一调整状态下，与所述净化装置停止的状态下的NOx排放量与所述第二次基准值相等的限制调整状态相比，被封入所述柴油发动机的燃烧室内的空气量多。
优选在所述第一调整状态下，与所述限制调整状态相比，所述柴油发动机的排气阀的关闭时机早。
优选在所述第一调整状态下，与所述限制调整状态相比，所述柴油发动机中的增压器(supercharger)的喷嘴环的开口面积小。
优选在与所述第一调整状态相比所述柴油发动机的耗油量增大，并且NOx排放量减少的第三调整状态下，所述净化装置停止的状态下的NOx排放量为所述第二次基准值以下。
所述目的及其他目的、特征、形态及优点通过以下参照随附附图所进行的本发明的详情的说明而变得明确。
附图说明
图1是表示一实施方式的舶用发动机系统的结构的图。
图2是表示调整切换部的结构的图。
图3是表示燃料的喷射曲线的图。
图4是表示耗油量及NOx排放量的图。
图5是表示耗油量及NOx排放量的图。
图6是表示耗油量及NOx排放量的图。
符号的说明
1：柴油发动机
2：气缸
3：活塞
5：增压器
6：净化装置
7：调整切换部
10：舶用发动机系统
20：燃烧室
21：气缸套
22：气缸盖
23：扫气口
24：排气口
25：排气阀
26：燃料供给部
31：活塞顶
32：活塞杆
41：扫气流路
42：排气流路
43：空气冷却器
44：吸气通路
51：涡轮机
52：压缩机
61：喷嘴
62：反应器
63：SCR流路
64：旁通流路
65：旁通阀
71：处理器
72：存储器
73：输入/输出部
74：总线
75：键盘
76：鼠标
77：显示器
81：实线
82：虚线
251：阀体
252：阀棒
253：排气阀油压缸
254：驱动油泵
261：燃料喷射部
262：燃料供给泵
411：扫气室
412：扫气接收器
421：排气配管
422：排气接收器
511：涡轮机转子
512：喷嘴环
具体实施方式
图1是表示本发明的一实施方式的舶用发动机系统10的结构的图。舶用发动机系统10包括：柴油发动机1、净化装置6、以及调整切换部7。图1中例示的柴油发动机1是用作船舶的主机的二冲程发动机。在图1中，利用剖面来表示柴油发动机1的一部分的结构。净化装置6净化柴油发动机1的排气中的氮氧化物(NOx)。调整切换部7切换可调整的柴油发动机1的调整状态。由此，变更柴油发动机1的耗油量或NOx排放量等。
柴油发动机1包括：气缸2、活塞3、排气阀25、燃料供给部26、扫气流路41、排气流路42、空气冷却器43、以及增压器5。气缸2是将在图1中的上下方向上延长的中心轴作为中心的有盖大致圆筒状的构件。活塞3是将所述中心轴作为中心的大致圆柱状的构件，其上部配置在气缸2的内部。活塞3可在上下方向上移动。另外，图1中的上下方向未必需要与重力方向平行。
气缸2包括气缸套21与气缸盖22。气缸套21是大致圆筒状的构件。气缸盖22是安装在气缸套21的上部的大致有盖圆筒状的构件。气缸盖22覆盖气缸套21的上部开口。多个贯穿孔呈圆周状地设置在气缸套21的下端部附近。所述多个贯穿孔是朝气缸2内供给后述的扫气的扫气口23。扫气口23与扫气流路41连接。
扫气流路41包括扫气室411与扫气接收器412。扫气室411是设置在气缸套21的扫气口23的周围的空间(即，扫气配管)。扫气口23经由扫气室411而与扫气接收器412连通。扫气接收器412是朝扫气室411供给扫气的大致圆筒状的大型容器。
在气缸盖22的上端部，设置朝气缸2外排放气缸2内的气体的排气口24。排气口24的俯视时的形状(即，从图1中的上下方向观察的形状)为大致圆形。排气口24与排气流路42连接。排气流路42包括排气配管421与排气接收器422。排气配管421是将排气口24与排气接收器422连接的配管。排气接收器422是接收来自排气配管421的排气的大致圆筒状的大型容器。
在实际的柴油发动机1中，同时设置有多个气缸2，所述多个气缸2与一个扫气接收器412、及一个排气接收器422连接。即，扫气接收器412是用于朝多个气缸2分配供给扫气的扫气歧管。另外，排气接收器422是收集从多个气缸2排放的排气的排气歧管(也称为排气集合管)。
排气阀25在上下方向上配置在与排气口24重叠的位置，将排气口24开闭。排气阀25包括阀体251与阀棒252。阀体251是位于排气口24的下方的大致圆锥状的部位。俯视时的阀体251的直径比俯视时的排气口24的直径大。阀棒252是从阀体251的上端部朝上方延长的大致圆柱状的部位。阀棒252的上端部被收容在设置在气缸2的上方的排气阀油压缸253的内部，以可在上下方向上移动的方式得到支撑。排气阀油压缸253与驱动油泵254连接。
排气阀25通过排气阀油压缸253及驱动油泵254而在上下方向上移动。如图1中由实线所示，在排气阀25的阀体251从排气口24朝下方分离的状态下，排气口24被打开，气缸2内的气体经由排气口24而朝气缸2外排放。另一方面，在阀体251位于图1中由双点划线所示的位置的状态下，阀体251接触排气口24的边缘部，堵塞排气口24，因此气缸2内的气体不被从排气口24排放。在以下的说明中，将图1中由实线所示的排气阀25的位置称为“打开位置”，将由双点划线所示的排气阀25的位置称为“堵塞位置”。排气阀25可在打开位置与比打开位置更上侧的堵塞位置之间，在上下方向上移动。
活塞3可在气缸2内，在图1中的上下方向上移动。图1中由双点划线所示的活塞3的位置为上死点，由实线所示的活塞3的位置为下死点。活塞3包括活塞顶31与活塞杆32。活塞顶31是插入气缸套21中的厚的大致圆板状的部位。活塞杆32是上端与活塞顶31的下表面连接的大致圆柱状的部位。活塞杆32的下端与省略图示的曲柄机构连接。在图1中例示的柴油发动机1中，由气缸套21、气缸盖22、排气阀25、以及活塞顶31的上表面(即，活塞3的上表面)包围的空间是用于使燃料及空气燃烧的燃烧室20。
燃料供给部26包括燃料喷射部261与燃料供给泵262。燃料喷射部261是将前端部朝向燃烧室20来安装在气缸盖22的喷嘴。燃料供给泵262经由燃料配管而与燃料箱(省略图示)连接，朝燃料喷射部261送出燃料箱内的燃料。燃料喷射部261朝燃烧室20喷射从燃料供给泵262供给的燃料。在图1中例示的柴油发动机1中，从燃料喷射部261喷射的燃料为液体状。
增压器5是包括涡轮机51与压缩机52的涡轮增压器。涡轮机51经由净化装置6而与排气接收器422连接。压缩机52经由空气冷却器43而与扫气接收器412连接。涡轮机51包括涡轮机转子511与喷嘴环512。涡轮机转子511是通过被供给至涡轮机51的排气而进行旋转的叶轮。喷嘴环512配置在涡轮机转子511的跟前侧，调节流入涡轮机转子511的排气的流速。具体而言，通过使喷嘴环512的开口面积变大，而使被供给至涡轮机51的排气的流速下降，通过使喷嘴环512的开口面积变小，而使被供给至涡轮机51的排气的流速增大。
在增压器5中，利用排气来使涡轮机51旋转，将涡轮机51的旋转作为动力，通过压缩机52来对吸气加压而生成扫气。具体而言，在增压器5中，通过从排气接收器422经由净化装置6而朝涡轮机51送入的排气，使涡轮机转子511旋转。在压缩机52中，通过涡轮机转子511的旋转来使压缩机叶轮(省略图示)旋转，对从柴油发动机1的外部经由吸气通路44而取入的吸气(空气)加压来进行压缩。在空气冷却器43中，利用海水等冷媒对经加压的空气(即，所述扫气)进行冷却后，朝扫气接收器412供给，然后从扫气接收器412经由扫气口23而朝燃烧室20供给。
在柴油发动机1中，当活塞3从下死点上升而位于上死点附近时，排气阀25位于堵塞位置，排气口24被堵塞。因此，燃烧室20内的气体(即，扫气)被压缩。而且，若活塞3到达上死点，则从燃料喷射部261朝燃烧室20内喷射燃料。来自燃料喷射部261的燃料的喷射时机可以是活塞3即将到达上死点之前或刚到达上死点之后，也可以是活塞3从上死点仅下降了与规定的曲柄角度(例如，约3°)对应的距离的时机。在燃烧室20内，已气化的燃料自燃，而产生燃烧室20内的燃料的燃烧(或爆炸)。由此，活塞3被向下推，朝下死点移动。另外，燃烧室20内的气体未必需要自燃，也可以使用火花塞等来进行燃烧室20内的气体的点火。另外，所述曲柄角度表示曲柄机构中的曲柄的旋转位置。
在燃烧室20内的燃料的燃烧(或爆炸)后，活塞3到达下死点之前，排气阀25从堵塞位置朝打开位置下降，排气口24被打开。由此，开始燃烧室20内的已燃烧气体的排放。从燃烧室20排放的气体(即，排气)被排气接收器422收集，视需要利用净化装置6进行脱硝处理后，如已述那样，朝增压器5的涡轮机51供给。穿过了涡轮机51的排气经由烟道而朝柴油发动机1的外部排放。
若活塞3下降至下死点附近为止，活塞顶31的上表面移动至比扫气口23更下侧为止，则扫气口23被打开，燃烧室20与扫气室411经由扫气口23而连通。由此，扫气室411内的扫气被供给至燃烧室20内。
活塞3到达下死点后，转变成上升。活塞顶31的上表面上升至比扫气口23更上侧为止，由此扫气口23被堵塞，而停止朝燃烧室20内的扫气的供给。继而，排气口24由排气阀25堵塞，燃烧室20被密闭。活塞3进一步上升，由此燃烧室20内的扫气被压缩。而且，若活塞3到达上死点附近，则如已述那样，从燃料喷射部261朝燃烧室20内喷射燃料，在燃烧室20内产生所述燃烧。在柴油发动机1中重复所述动作。
净化装置6包括喷嘴61、反应器62、选择性催化还原(Selective CatalyticReduction，SCR)流路63、旁通流路64、以及旁通阀65。喷嘴61安装在排气流路42中的排气接收器422。从省略图示的还原剂供给源朝喷嘴61供给排气的脱硝处理中所使用的还原剂。作为还原剂，可利用尿素水(CO(NH2)2)或氨水(NH3)等。在图1所示的例子中，将尿素水用作还原剂。从还原剂供给源朝喷嘴61送出的还原剂的流量例如为几升/小时～几百升/小时。喷嘴61例如使还原剂成为雾状来朝排气接收器422内供给。
SCR流路63是将排气流路42的排气接收器422与增压器5的涡轮机51连接的管路。在SCR流路63上设置反应器62。在反应器62内收容有排气的脱硝处理中所使用的催化剂。在反应器62中，利用SCR(Selective catalytic reduction：选择性催化还原)法来进行排气的脱硝处理。
旁通流路64是从SCR流路63的中途分岔，绕过反应器62后与SCR流路63合流的管路。换言之，旁通流路64绕过反应器62来将排气流路42的排气接收器422与增压器5的涡轮机51连接。具体而言，旁通流路64在排气接收器422与反应器62之间从SCR流路63分岔，在反应器62与涡轮机51之间与SCR流路63合流。旁通阀65设置在旁通流路64上，用于旁通流路64的开闭。
在净化装置6正在运转的状态(即，正在进行排气的脱硝处理的状态)下，从喷嘴61朝排气接收器422连续地供给还原剂。来自喷嘴61的还原剂的供给量例如根据排气中的NOx的含量等来控制。从喷嘴61朝排气接收器422供给的还原剂(即，尿素水)与排气混合。在排气接收器422内，已与高温的排气混合的尿素被热分解，生成氨及异氰酸(HNCO)。另外，异氰酸被水解，生成氨。混合有氨(即，来自还原剂的产物)的排气被从排气接收器422朝SCR流路63送出。
在正在进行排气的脱硝处理的状态下，旁通阀65被关闭，因此从排气接收器422朝SCR流路63送出的排气(即，含有氨的排气)朝反应器62流入，与所述催化剂接触。由此，排气中的NOx与氨进行反应而被还原，被分解成氮(N2)及水(H2O)。换言之，在反应器62中进行排气的脱硝处理。穿过了反应器62的脱硝处理完成的排气如已述那样，经由SCR流路63而被供给至涡轮机51后，被朝柴油发动机1的外部排放。
另一方面，在净化装置6停止的状态(即，未进行排气的脱硝处理的状态)下，停止来自喷嘴61的还原剂的供给，旁通阀65被打开。因此，从排气接收器422朝SCR流路63送出的排气经由旁通流路64(即，绕过反应器62)而被供给至涡轮机51后，被朝柴油发动机1的外部排放。另外，从排气接收器422朝SCR流路63送出的排气的一部分也可以穿过反应器62而被供给至涡轮机51。
调整切换部7例如为通常的计算机。如图2所示，所述计算机包括处理器71、存储器72、输入/输出部73、以及总线74。总线74是连接处理器71、存储器72及输入/输出部73的信号电路。存储器72存储程序及各种信息。处理器71按照被存储在存储器72中的程序等，一边利用存储器72等一边执行各种处理(例如，数值计算等)。输入/输出部73包括受理来自操作者的输入的键盘75及鼠标76、以及显示来自处理器71的输出等的显示器77。
在调整切换部7中，柴油发动机1的多个调整状态事先被存储在存储器72中，例如按照船员的从输入/输出部73的输入来选择一个调整状态。而且，柴油发动机1的状态由调整切换部7调节成所述经选择的调整状态。调整状态的调节的详细情况将后述。利用调整切换部7的调整状态的调节可以在柴油发动机1正在运转的状态(即，船舶的航行中)下进行，也可以在柴油发动机1停止的状态下进行。
被存储在调整切换部7中的多个调整状态包含由国际海事组织(IMO：International Maritime Organization)规定的对应于一般海域的第一调整状态、及由国际海事组织规定的对应于排放限制海域(ECA：Emission Control Area)的第二调整状态。排放限制海域例如为北美沿岸200海里海域等。一般海域是除排放限制海域以外的海域(即，排放限制海域外的海域)。
舶用发动机系统10的NOx排放量由国际海事组织限制，要求每额定输出的NOx排放量(g/(kW·h))为对应于额定转速所规定的NOx基准值(g/(kW·h))以下(MARPOL条约附录VI)。所述NOx基准值分别针对一般海域及排放限制海域来规定。具体而言，一般海域中的NOx基准值是作为NOx第二次限制(NOx Tier2)的基准值的第二次基准值，排放限制海域中的NOx基准值是作为NOx第三次限制(NOx Tier3)的基准值的第三次基准值。图1中例示的柴油发动机1是额定转速为300rpm以下的低速柴油发动机。
在舶用发动机系统10中，若柴油发动机1成为第一调整状态，则净化装置6正在运转的状态(即，正在进行脱硝处理的状态)下的来自舶用发动机系统10的NOx排放量为所述第二次基准值以下。另一方面，净化装置6停止的状态(即，未进行脱硝处理的状态)下的来自舶用发动机系统10的NOx排放量超过第二次基准值。在以下的说明中，将来自舶用发动机系统10的NOx排放量也简称为“NOx排放量”。
若柴油发动机1成为第二调整状态，则与第一调整状态相比柴油发动机1的耗油量增大(即，恶化)，并且从柴油发动机1排放的NOx的量(即，进行脱硝处理前的NOx的量，以下，也称为“脱硝前NOx量”)与第一调整状态相比减少。在柴油发动机1为第二调整状态的情况下，净化装置6正在运转的状态下的NOx排放量为所述第三次基准值以下。另一方面，净化装置6停止的状态下的NOx排放量超过第三次基准值。另外，优选净化装置6停止的状态下的NOx排放量为第二次基准值以下。另外，净化装置6停止的状态下的NOx排放量也可以超过第二次基准值。
在以下的说明中，将在舶用发动机系统10中，净化装置6停止的状态下的NOx排放量与第二次基准值实质上相等的柴油发动机1的调整状态称为“限制调整状态”。在柴油发动机1为所述第一调整状态的情况下，与限制调整状态相比柴油发动机1的耗油量减少(即，耗油量较佳)，并且脱硝前NOx量增大。另外，在被存储在调整切换部7中的所述多个调整状态中可包含限制调整状态，也可以不包含限制调整状态。
优选在所述多个调整状态中，不仅包括第一调整状态及第二调整状态，也包含第三调整状态。若柴油发动机1成为第三调整状态，则与第一调整状态相比柴油发动机1的耗油量增大，并且脱硝前NOx量减少。在柴油发动机1为第三调整状态的情况下，净化装置6停止的状态下的NOx排放量为所述第二次基准值以下。当然，净化装置6正在运转的状态下的NOx排放量也为第二次基准值以下。调整切换部7可在第一调整状态、第二调整状态及第三调整状态之间切换柴油发动机1的调整状态。
继而，对柴油发动机1的调整的具体例进行说明。在柴油发动机1的调整中，例如调节被封入柴油发动机1的燃烧室20内的空气量(以下，也称为“封入空气量”)。若封入空气量变多，则燃烧室20内的燃烧状态变佳，燃烧温度变高，因此柴油发动机1的耗油量减少，并且脱硝前NOx量增大。另一方面，若封入空气量变少，则柴油发动机1的耗油量增大，并且脱硝前NOx量减少。在通过封入空气量的调节来进行柴油发动机1的调整的情况下，所述第一调整状态下的封入空气量比第二调整状态、第三调整状态及限制调整状态下的封入空气量多。
另外，在柴油发动机1的调整中，也可以调节柴油发动机1的燃烧室20的最高压力(也称为燃烧最大压力)Pmax。若最高压力Pmax变高，则燃烧室20内的燃烧状态变佳，燃烧温度变高，因此柴油发动机1的耗油量减少，并且脱硝前NOx量增大。另一方面，若最高压力Pmax变低，则柴油发动机1的耗油量增大，并且脱硝前NOx量减少。在通过最高压力Pmax的调节来进行柴油发动机1的调整的情况下，第一调整状态下的最高压力Pmax比第二调整状态、第三调整状态及限制调整状态下的最高压力Pmax高。另外，所述最高压力Pmax是指柴油发动机1的各发动机负荷中的燃烧室20的最高压力，所述最高压力Pmax与耗油量及脱硝前NOx量的关系在各发动机负荷中成立。
所述封入空气量的调节、及最高压力Pmax的调节可通过各种方法来实现。例如，将活塞3从下死点上升时的排气阀25的关闭时机提前，由此可使封入空气量增大，另外，可提高最高压力Pmax。在此情况下，第一调整状态下的排气阀25的关闭时机比第二调整状态、第三调整状态及限制调整状态下的排气阀25的关闭时机早。例如，与限制调整状态下的排气阀25的关闭时机相比，将第一调整状态下的排气阀25的关闭时机仅提前相当于曲柄角度中1°的时间，由此柴油发动机1的耗油量比限制调整状态减少约0.3％。
在舶用发动机系统10中，例如使朝燃烧室20内的燃料的喷射时机接近活塞3位于上死点的时机，由此也可以提高最高压力Pmax。在此情况下，与第二调整状态、第三调整状态及限制调整状态下的燃料的喷射时机相比，第一调整状态下的燃料的喷射时机接近活塞3位于上死点的时机。例如，与限制调整状态下的燃料的喷射时机相比，使第一调整状态下的燃料的喷射时机仅以相当于曲柄角度中1°的时间，接近活塞3位于上死点的时机，由此柴油发动机1的耗油量比限制调整状态减少约0.3％。在此情况下，只要在活塞3穿过上死点后下降的过程中进行限制调整状态下的燃料的喷射，便可使第一调整状态下的燃料的喷射时机比限制调整状态提前。
在舶用发动机系统10中，例如变更朝燃烧室20内的燃料的喷射曲线，由此也可以提高最高压力Pmax。所述喷射曲线可多种多样地变更，例如使第一调整状态下的燃料的最大喷射压力比第二调整状态、第三调整状态及限制调整状态下的燃料的最大喷射压力高。
所述喷射曲线的变更例如也可以通过使第一调整状态下的燃料的喷射时间(即，从喷射开始至喷射结束为止的时间)比第二调整状态、第三调整状态及限制调整状态下的燃料的喷射时间短来实现。例如，如图3所示，不变更燃料的喷射量，使第一调整状态下的燃料的喷射时间(参照实线81)比限制调整状态下的燃料的喷射时间(参照虚线82)短，由此也可以提高最高压力Pmax。另外，所述最高压力Pmax的增大也起因于燃料的最大喷射压力的增大。
在舶用发动机系统10中，例如使增压器5的喷嘴环512的开口面积变小，由此可使封入空气量增大，另外，可提高最高压力Pmax。在此情况下，第一调整状态下的喷嘴环512的开口面积比第二调整状态、第三调整状态及限制调整状态下的喷嘴环512的开口面积小。例如，使第一调整状态下的喷嘴环512的开口面积比限制调整状态下的喷嘴环512的开口面积仅小1％，由此柴油发动机1的耗油量比限制调整状态减少约0.06％。
在利用调整切换部7的调整状态的切换中，可调节所述排气阀25的关闭时机、燃料的喷射时机、燃料的喷射曲线、及喷嘴环512的开口面积中的一个，也可以调节两个以上。另外，在所述调整状态的切换中，通过调节所述示例以外的要素，也可以调节燃烧室20的封入空气量或最高压力Pmax。另外，柴油发动机1的各发动机负荷中的调整状态的切换可通过相同的要素的调节来实现，也可以通过不同的要素的调节来实现。具体而言，在第一发动机负荷中的从第一调整状态朝第二调整状态的切换例如通过排气阀25的关闭时机的调节来实现的情况下，第二发动机负荷中的从第一调整状态朝第二调整状态的切换可通过排气阀25的关闭时机的调节来实现，也可以通过燃料的喷射时机等其他要素的调节来实现。
当装载有舶用发动机系统10的船舶在所述一般海域中航行时，通过调整切换部7来使柴油发动机1的调整状态成为第一调整状态。另外，当所述船舶从一般海域进入排放限制海域时，通过调整切换部7来将柴油发动机1的调整状态从第一调整状态切换成第二调整状态。另一方面，当所述船舶从排放限制海域通往一般海域时，通过调整切换部7来将柴油发动机1的调整状态从第二调整状态切换成第一调整状态。这些调整状态的切换如上所述，可通过船员操作调整切换部7来进行，也可以根据由GPS等所获取的本船位置和一般海域与排放限制海域的边界的位置关系，由调整切换部7自动地进行。
当装载有舶用发动机系统10的船舶在一般海域中航行时，如上所述使柴油发动机1成为第一调整状态，由此如图4所示，与限制调整状态相比，可减少柴油发动机1的额定输出时或任意的发动机负荷中的耗油量。另外，通过使净化装置6运转，可使来自舶用发动机系统10的NOx排放量成为所述第二次基准值以下。由此，可满足国际海事组织的NOx第二次限制(NOxTier2)。以第一调整状态在一般海域中航行时的净化装置6中的脱硝率例如为20％～80％。
当所述船舶在排放限制海域中航行时，如上所述使柴油发动机1成为第二调整状态，由此如图5所示，与第一调整状态相比额定输出时的耗油量增大，但通过使净化装置6运转，可使NOx排放量成为所述第三次基准值以下。由此，可满足国际海事组织的NOx第三次限制(NOx Tier3)。以第二调整状态在排放限制海域中航行时的净化装置6中的脱硝率例如为60％～90％。如上所述，与排放限制海域航行时相比，一般海域航行时的净化装置6中的脱硝率更低，因此与排放限制海域航行时相比，一般海域航行时的净化装置6中的还原剂的每单位时间的使用量也更少。
另一方面，在正在一般海域中航行的所述船舶中，当净化装置6因故障等而无法运转时，通过调整切换部7来使柴油发动机1的调整状态成为第三调整状态。由此，如图6所示，与第一调整状态相比额定输出时的耗油量增大，但可使NOx排放量成为第二次基准值以下。因此，可满足国际海事组织的NOx第二次限制。即，第三调整状态是与净化装置6无法运转的紧急时对应的调整状态。
如以上所说明的那样，舶用发动机系统10包括可调整的柴油发动机1、及净化柴油发动机1的排气中的NOx的净化装置6。在舶用发动机系统10中，与国际海事组织的排放限制海域外的一般海域对应的第一调整状态下的NOx排放量在净化装置6正在运转的状态下，为作为国际海事组织的NOx第二次限制的基准值的第二次基准值以下。另外，第一调整状态下的NOx排放量在净化装置6停止的状态下超过第二次基准值。由此，当在一般海域中航行时，可满足NOx第二次限制，并使柴油发动机1的耗油量与所述限制调整状态相比减少。
如上所述，优选在与国际海事组织的排放限制海域对应的第二调整状态下，与第一调整状态相比柴油发动机1的耗油量增大，并且从柴油发动机1排放的NOx的量(即，脱硝前NOx量)减少。另外，在舶用发动机系统10中，优选第二调整状态下的NOx排放量在净化装置6正在运转的状态下，为作为国际海事组织的NOx第三次限制的基准值的第三次基准值以下。由此，如上所述可使一般海域的航行时的耗油量与限制调整状态相比减少，并可实现NOx第三次限制下的排放限制海域中的航行。
如上所述，优选舶用发动机系统10还包括在第一调整状态与第二调整状态之间切换柴油发动机1的调整状态的调整切换部7。由此，即便是船舶的航行中等，也可以容易地进行柴油发动机1的调整状态的切换。
如上所述，优选净化装置6包括使混合有还原剂的排气接触催化剂来进行脱硝处理的反应器62。由此，可高效率地进行来自柴油发动机1的排气的净化。
如上所述，优选在第一调整状态下，与净化装置6停止的状态下的NOx排放量与第二次基准值相等的限制调整状态相比，被封入柴油发动机1的燃烧室20内的空气量(即，封入空气量)多。由此，在第一调整状态下，与限制调整状态相比，可使在燃烧室20内燃烧的空气量增大。因此，燃烧室20内的燃烧状态变佳，其结果，可减少柴油发动机1的耗油量。另外，因封入空气量的增大而与限制调整状态相比增加的NOx由净化装置6来净化。
如上所述，优选在第一调整状态下，与净化装置6停止的状态下的NOx排放量与第二次基准值相等的限制调整状态相比，柴油发动机1的燃烧室20内的最高压力Pmax高。由此，在第一调整状态下，与限制调整状态相比，燃烧室20内的燃烧状态变佳，燃烧温度变高。其结果，可减少柴油发动机1的耗油量。另外，因最高压力Pmax的增大而与限制调整状态相比增加的NOx由净化装置6来净化。
如上所述，优选在第一调整状态下，与限制调整状态相比，柴油发动机1的排气阀25的关闭时机早。由此，可容易地实现所述封入空气量的增大、及最高压力Pmax的增大。其结果，可适宜地减少柴油发动机1的耗油量。
如上所述，优选在第一调整状态下，与限制调整状态相比，柴油发动机1中的燃料的喷射时机接近柴油发动机1的活塞3位于上死点的时机。由此，可容易地实现最高压力Pmax的增大。其结果，可适宜地减少柴油发动机1的耗油量。
如上所述，优选在第一调整状态下，表示从柴油发动机1中的燃料的喷射开始起的经过时间与喷射压力的关系的喷射曲线与限制调整状态不同。由此，可容易地实现最高压力Pmax的增大。其结果，可适宜地减少柴油发动机1的耗油量。关于所述喷射曲线的变更，优选在第一调整状态下，与限制调整状态相比，喷射曲线中的最大喷射压力高。由此，可更容易地实现最高压力Pmax的增大。其结果，可适宜地减少柴油发动机1的耗油量。
如上所述，优选在第一调整状态下，与限制调整状态相比，柴油发动机1中的增压器5的喷嘴环512的开口面积小。由此，可容易地实现所述封入空气量的增大、及最高压力Pmax的增大。其结果，可适宜地减少柴油发动机1的耗油量。
如上所述，优选在与第一调整状态相比柴油发动机1的耗油量增大，并且NOx排放量减少的第三调整状态下，净化装置6停止的状态下的NOx排放量为第二次基准值以下。在舶用发动机系统10中，通过使柴油发动机1成为第三调整状态，即便在净化装置6已停止的状态下，也可以实现NOx第二次限制下的一般海域中的航行。因此，即便在净化装置6的故障时等紧急时，也可以实现一般海域中的航行。
在所述舶用发动机系统10中，可进行各种变更。
例如，在净化装置6中，也可以通过选择性非催化还原法或湿式法等SCR法以外的方法来进行排气的脱硝处理。
在所述说明中，在柴油发动机1的调整状态的切换中，进行封入空气量和/或最高压力Pmax的调节，但也可以调节封入空气量及最高压力Pmax以外的要素。另外，为了调节封入空气量和/或最高压力Pmax，而调节排气阀25的关闭时机、燃料的喷射时机、燃料的喷射曲线、和/或喷嘴环512的开口面积，但也可以调节它们以外的结构。
在所述说明中，在正在航行的船舶中通过调整切换部7来进行调整状态的切换，但例如也可以在正停泊在港湾或船坞等的船舶中，通过作业员调节已停止运转的柴油发动机1的各种结构来实现调整状态的切换。成为作业员的调节对象的结构例如为燃料喷射部(喷雾器)、压缩垫片、增压器5的零件(例如涡轮机转子511、喷嘴环512、压缩机叶轮、扩散器)、气缸套21、气缸盖22、活塞顶31、活塞杆32、废气旁通(Exhaust gas bypass，EGB)孔、空气冷却器43、辅助鼓风机等。
在柴油发动机1中，例如通过调节燃料喷射部的结构、或者燃料喷射部的喷射口的形状或方向，可调节燃料的喷射状态，并调节最高压力Pmax。具体而言，通过使燃料喷霧的扩散具有宽度，可增大最高压力Pmax、或改善燃烧性来减少耗油量。另外，通过使压缩垫片变薄，可增大燃烧室20的容积来增大封入空气量。通过调节增压器5的零件，可增大燃烧室20的封入空气量及最高压力Pmax。在气缸套21中，使扫气口23的位置朝下方移动，由此可增加由活塞3所产生的燃烧压力能的回收量来减少耗油量。通过调节气缸盖22的内部形状、和/或活塞顶31的上表面形状或厚度，可增大燃烧室20的容积来增大封入空气量。另外，通过使活塞杆32变短，可增大燃烧室20的容积来增大封入空气量。
在柴油发动机1中，通过缩小EGB孔来减少排气的泄漏量，而提升增压器5对于扫气的压缩能力，其结果，可增大燃烧室20的封入空气量及最高压力Pmax。通过提升空气冷却器43的冷却能力，而降低扫气的温度来增大扫气的密度，其结果，可增大燃烧室20的封入空气量。通过使在柴油发动机1的低负荷时等朝燃烧室20供给空气的辅助鼓风机大型化、大容量化，而增大扫气流量和/或扫气压力，其结果，可增大燃烧室20的封入空气量及最高压力Pmax。另外，在柴油发动机1的低负荷时以外，也可以使用辅助鼓风机。由此，即便在低负荷时以外，也可以增大燃烧室20的封入空气量及最高压力Pmax。
被存储在调整切换部7中的第二调整状态可以是与限制调整状态相同的调整状态，也可以是不同的调整状态。另外，第三调整状态可以是与限制调整状态相同的调整状态，也可以是不同的调整状态。另外，被存储在调整切换部7中的多个调整状态包含第一调整状态及第二调整状态，但未必需要包含第三调整状态。
当装载有舶用发动机系统10的船舶不在排放限制海域中航行，而仅在一般海域中航行时，无需将柴油发动机1的调整状态切换成第二调整状态及第三调整状态，可一直是第一调整状态。在此情况下，也可以从舶用发动机系统10中省略调整切换部7。
柴油发动机1例如也可以是朝燃烧室20供给气体状的燃料的柴油发动机(所谓的燃气发动机)。另外，柴油发动机1也可以是四冲程柴油发动机。
所述实施方式及各变形例中的结构只要相互不矛盾，便可适宜组合。
对发明详细地描写来进行了说明，但已述的说明是例示性的说明，而非限定性的说明。因此，可以说只要不脱离本发明的范围，便可实现多个变形或形态。

Claims (14)

1.一种舶用发动机系统，包括：
能调整的柴油发动机；以及
净化装置，净化所述柴油发动机的排气中的氮氧化物，
与国际海事组织的排放限制海域外的一般海域对应的第一调整状态下的氮氧化物排放量在所述净化装置正在运转的状态下，为作为所述国际海事组织的氮氧化物第二次限制的基准值的第二次基准值以下，在所述净化装置停止的状态下超过所述第二次基准值。
2.根据权利要求1所述的舶用发动机系统，其中
在与所述国际海事组织的所述排放限制海域对应的第二调整状态下，与所述第一调整状态相比所述柴油发动机的耗油量增大，并且从所述柴油发动机排放的氮氧化物的量减少，所述第二调整状态下的氮氧化物排放量在所述净化装置正在运转的状态下，为作为所述国际海事组织的氮氧化物第三次限制的基准值的第三次基准值以下。
3.根据权利要求2所述的舶用发动机系统，
还包括在所述第一调整状态与所述第二调整状态之间切换所述柴油发动机的调整状态的调整切换部。
4.根据权利要求1所述的舶用发动机系统，其中
所述净化装置包括使混合有还原剂的排气接触催化剂来进行脱硝处理的反应器。
5.根据权利要求1所述的舶用发动机系统，其中
在所述第一调整状态下，与所述净化装置停止的状态下的氮氧化物排放量与所述第二次基准值相等的限制调整状态相比，所述柴油发动机的燃烧室内的最高压力高。
6.根据权利要求5所述的舶用发动机系统，其中
在所述第一调整状态下，与所述限制调整状态相比，所述柴油发动机中的燃料的喷射时机接近所述柴油发动机的活塞位于上死点的时机。
7.根据权利要求5所述的舶用发动机系统，其中
在所述第一调整状态下，表示从所述柴油发动机中的燃料的喷射开始起的经过时间与喷射压力的关系的喷射曲线与所述限制调整状态不同。
8.根据权利要求7所述的舶用发动机系统，其中
在所述第一调整状态下，与所述限制调整状态相比，所述喷射曲线中的最大喷射压力高。
9.根据权利要求5所述的舶用发动机系统，其中
在所述第一调整状态下，与所述限制调整状态相比，所述柴油发动机的排气阀的关闭时机早。
10.根据权利要求5所述的舶用发动机系统，其中
在所述第一调整状态下，与所述限制调整状态相比，所述柴油发动机中的增压器的喷嘴环的开口面积小。
11.根据权利要求1所述的舶用发动机系统，其中
在所述第一调整状态下，与所述净化装置停止的状态下的氮氧化物排放量与所述第二次基准值相等的限制调整状态相比，被封入所述柴油发动机的燃烧室内的空气量多。
12.根据权利要求11所述的舶用发动机系统，其中
在所述第一调整状态下，与所述限制调整状态相比，所述柴油发动机的排气阀的关闭时机早。
13.根据权利要求11所述的舶用发动机系统，其中
在所述第一调整状态下，与所述限制调整状态相比，所述柴油发动机中的增压器的喷嘴环的开口面积小。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的舶用发动机系统，其中
在与所述第一调整状态相比所述柴油发动机的耗油量增大，并且氮氧化物排放量减少的第三调整状态下，所述净化装置停止的状态下的氮氧化物排放量为所述第二次基准值以下。
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