CN116324141B - 柴油发动机 - Google Patents

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Abstract

一种柴油发动机，具有：燃烧室；以及燃料投入单元，其向所述燃烧室内投入气体状的氨和成为点火源的燃油，所述柴油发动机通过由所述燃料投入单元向所述燃烧室内投入的燃油和气体状的氨而在所述燃烧室内形成氨预混合气并使其进行混合燃烧，其中，所述柴油发动机具有：设定单元，其能够设定多个不同的氨混合比率值；以及控制单元，其基于由所述设定单元设定的所述氨混合比率值，来调整由所述燃料投入单元投入的燃油和氨的总和中的空气过剩系数。

Description

柴油发动机
技术领域
本发明涉及一种柴油发动机，特别涉及一种使不含有碳(C)的无碳的氨NH3燃烧从而对于作为温室效应气体的二氧化碳CO2削减特别有效的柴油发动机，该不含有碳(C)的无碳的氨NH3能较佳地用于以重油、轻油等燃油为主燃料的船舶用柴油发动机且以往未作为燃料使用过。
背景技术
氨在燃烧情况下是无碳的，由于不伴随CO2的产生，因此，一直尝试在内燃机、特别是柴油发动机中进行燃烧。但现状是，与例如重油的着火温度250℃～380℃相比，氨的着火温度高达651℃，为难燃性，因此，燃烧率较差，所投入的氨的20％以上作为未燃部分排出。
为了解决该问题而进行了如下尝试：使用催化剂等对氨的一部分进行改性而使其成为氢，将该氢与氨同时投入燃烧室，使燃烧性优异的氢作为着火源来提高氨燃烧效率。
例如，在专利文献1中，为了使高温富氢氨和燃烧用空气燃烧，供给尿素水作为富氢氨的原料，由尿素水生成高温的氨，并且将氨的一部分添加于氢和氮，生成高温的富氢气体，由此构成无碳动力装置。也就是说，涉及一种由尿素水生成高温的氨并将氨的一部分添加于氢和氮而生成高温的富氢气体的富氢氨生成反应器。
另外，在专利文献2中，对氨进行改性而生成含有氢的改性气体，向氨燃烧内燃机的燃烧室内供给氨和改性气体。
再者，在专利文献3中，记载了一种柴油发动机，其通过在燃烧室内空间调整为壁面侧的氨浓度比中心部的氨浓度高，从而能够在不使氢等混烧的情况下适当地缩减CO2，并且记载有如下内容：将氨的投入量调整为预定比率，具体而言以热量比计为燃油的供给量的15％以上且25％以下。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第5315493号公报
专利文献2：日本特许第5310945号公报
专利文献3：日本特许第6702475号公报
发明内容
发明要解决的问题
近年来，越来越呼吁脱碳，期待一种使用了氨比率更高的燃料例如氨相对于含氨的燃料整体的热量比率为50％以上甚至80％的燃料的混合比率的柴油发动机。
但是，对此存在课题。例如，在专利文献3记载的发明中，如上述那样，若使氨的热量比率(在此称为氨混合比率)提高，则存在未燃氨排出增加这样的问题，另外，还知道若使氨混合比率提高，则废气NOx值和未燃氨排出以此消彼长的关系来变化，因此，为了将两者抑制得较低，有可能需要进行某些条件调整。
并且，这样的条件设定在能够可变地设定氨混合比率的柴油发动机的情况下更是充满困难。
本发明是为了解决所述现有的问题点而完成的，提供一种柴油发动机，其能够在较大的范围内调整氨混合比率，并且能够将废气NOx值和未燃氨双方抑制得较低，能够缩减CO2。
用于解决问题的方案
为了解决上述课题，本发明的第1方案是一种柴油发动机，其具有：燃烧室；以及燃料投入单元，其向所述燃烧室内投入气体状的氨和成为点火源的燃油，所述柴油发动机通过由所述燃料投入单元向所述燃烧室内投入的燃油和气体状的氨而在所述燃烧室内形成氨预混合气并使其进行混合燃烧，其特征在于，所述柴油发动机具有：设定单元，其能够设定多个不同的氨混合比率值；以及控制单元，其基于由所述设定单元设定的所述氨混合比率值，来调整由所述燃料投入单元投入的燃油和氨的总和中的空气过剩系数。
由此，能够在氨混合比率的较大的范围内抑制废气NOx值，并且能够使未燃氨减少而缩减CO2。
优选的是，作为第2方案，也可以设为，由所述设定单元设定的氨混合比率值能够设定在15％以上且85％以下之间。
还优选的是，作为第3方案，也可以设为，在所述第1或第2方案的基础上，在由所述设定单元设定的所述氨混合比率值从第1值变更为氨混合比率比所述第1值高的第2值的情况下，所述控制单元从与所述第1值对应地进行了调整的第1所述空气过剩系数变更为比所述第1所述空气过剩系数小的第2所述空气过剩系数。
还优选的是，作为第4方案，也可以设为，在所述第1至第3方案的基础上，在由所述设定单元设定的所述氨混合比率值被设定为65％以上的值的情况下，将所述空气过剩系数调整为1.0以下。
还优选的是，作为第5方案，也可以设为，在所述第1至第4方案的基础上，在由所述设定单元设定的所述氨混合比率值被设定为15％以上且25％以下的值的情况下，所述控制单元进行调整，以使所述空气过剩系数相对于仅利用燃油运转时的空气过剩系数低1.0至1.5。
还优选的是，作为第6方案，也可以设为，在所述第1至第5方案中的任一方案的基础上，所述空气过剩系数的控制通过设于增压器的排气旁路的调整单元对空气量的调整来进行。
还优选的是，作为第7方案，也可以设为，在所述第1至第6方案中的任一方案的基础上，所述氨的投入通过对燃烧室入口侧的供气口喷射氨来进行。
还优选的是，作为第8方案，也可以设为，在所述第1至第6方案中的任一方案的基础上，所述氨的投入通过向燃烧室内直接喷射氨来进行。
另外，根据本发明的第9方案，在所述第1至第8方案中的任一方案的基础上，所述柴油发动机具备：流量控制单元，其基于由所述设定单元设定的氨混合比率值，来分别控制燃油的流量和氨的流量；流量运算单元，其分别运算或检测由所述流量控制单元调整后的燃油的流量和氨的流量；混合比率运算单元，其根据所述流量运算单元的运算结果来运算氨的混合比率；空气过剩系数输出单元，其将与由所述设定单元设定的氨混合比率值或者由所述混合比率运算单元进行运算而得到的所述氨混合比率值中的任一者对应的空气过剩系数输出；负载率检测单元，其检测负载率；表存储单元，其具有多个表，所述表针对每个空气过剩系数，将由所述负载率检测单元检测出的负载率和与所述负载率对应的供气压力值对应起来；供气压力确定单元，其使用基于从所述空气过剩系数输出单元输出的空气过剩系数而从所述表存储单元中选择的表，来确定与由所述负载率检测单元检测出的负载率对应的供气压力；以及调整空气量以便成为由所述供气压力确定单元确定的供气压力的单元。
还优选的是，作为第10方案，也可以设为，在所述第9方案的基础上，所述表存储单元所存储的表是能够针对每个空气过剩系数来确定相对于任意的负载率对应的供气压力的曲线。
还优选的是，作为第11方案，也可以设为，在所述第9方案的基础上，所述表存储单元所存储的表是能够针对每个空气过剩系数来确定相对于预定的负载率对应的供气压力的查找表。
附图说明
图1是对氨混合比率为20％时和80％时的混合气的状态进行比较来表示的图。
图2是表示发明人的实验的结果所得到的数据的例子的图。
图3是表示由图2的数据得到的氨混合比率与空气过剩系数以及未燃氨的关系的例子的图。
图4是表示氨混合比率为20％时和80％时的空气过剩系数不同的混合气的状态的图。
图5是表示本发明的第1实施方式的整体结构的剖视图。
图6是放大表示第1实施方式的发动机燃烧室周边的剖视图。
图7A是表示用于向第1实施方式的供气口喷射氨气的间隔件周边的结构的放大立体图。
图7B是表示第1实施方式的间隔件形状的放大立体图。
图7C是表示第1实施方式的气体阀的结构的放大立体图。
图8是表示第1实施方式的氨喷射时机的例子的图。
图9是表示第1实施方式的控制顺序的流程图。
图10是根据第1实施方式的空气过剩系数和负载率来决定供气压力的方法的说明图。
图11是表示本发明的第2实施方式中的回旋流的产生例的放大立体图。
图12是表示本发明的第3实施方式的整体结构的剖视图。
图13是表示本发明的第4实施方式的发动机燃烧室周边的剖视图。
图14A是从斜上方观察第4实施方式的氨供给系统而得到的立体图。
图14B是从斜下方观察第4实施方式的氨供给系统而得到的立体图。
图15是表示第4实施方式的氨喷射孔的配置例的俯视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。此外，本发明并非由以下的实施方式和实施例中记载的内容限定。另外，在以下所记载的实施方式和实施例中的构成要件中，包括本领域技术人员能够容易地设想到的、实质上相同的、所谓的均等的范围的构成要件。再者，以下所记载的实施方式和实施例中公开的构成要素既可以适当进行组合，也可以适当选择来进行使用。
在含氨的燃料柴油发动机中，为了尽量抑制未燃氨的排出，需要使氨和空气的混合气中的氨尽可能地向作为点火源的燃油进行燃烧的高温部集中。对于这一点，在专利文献3记载的发明中设为，氨集中于成为高温部的燃烧室壁面附近。
然而，在这样的方法中，在使氨混合比率进一步提高的情况下，难以抑制未燃氨的排出。这是因为，如图1所示，当氨混合比率变高时，氨分布发生变化。图1左侧示出了氨混合比率为20％的情况下的氨分布，在该情况下，高温部集中于壁面附近，能够使氨以+70％的层状集中于该壁面附近，由此能够抑制未燃氨的排出。
但是，如图1右侧那样示出了这样的情况：使氨混合比率为更高的混合比率，在此氨混合比率为80％，但在该情况下，由于比率增加，氨的层状度减少而接近均匀混合气。
这意味着使氨集中于作为高温部的壁面的比例减少，其结果是，成为未燃氨大量残留的结果。
即，在使用通过使氨混合比率增加而使层状度减少的含有氨的燃料的情况下，需要使成为点火源的燃油正常燃烧，并且需要使燃烧室整体高温化而非仅使燃烧室的壁面部高温化，即，为了将氨和空气的混合气置于对促进热分解有效的温度水平(约1500℃～约2000℃)，需要调整为适当的空气过剩系数。
在本发明中，从实施例验证了适合于这样的燃料的氨混合比率的空气过剩系数。以下，对其实施例、比较例进行说明。
此外，实施例、比较例均为，成为对象的柴油发动机是如图6那样将氨向供气口喷射的形式、或如图13那样将氨向发动机燃烧室内直接喷射的形式中的任一形式，分别对在以下的装置条件下使氨混合比率变化的情况下的未燃氨相对于所投入的氨的比例进行了模拟，并且如图2那样进行了评价。
作为数值分析的装置条件，对汽缸直径400mm、冲程500mm、冲程容积62.8L、压缩比14.5、转速600rpm、4冲程发动机的供排气系统、燃烧室进行了建模并实施了分析。
另外，在模拟中，对氨混合比率、空气过剩系数、氨投入时刻、期间、投入位置、油燃料喷射量、喷射时刻、喷射压力、氨和空气预混合气的层状度等参数进行了变更来实施，作为输出，计算出了图示效率、未燃NH3、NOx、CO、THC、PM、Pmax(燃烧最高压力)等。
此外，计算出的值的评价基准为：将NOx浓度为900ppm以下且未燃氨比率为5％以下设为◎(优)，将NOx浓度为1000ppm以下且未燃氨比率为7％以下设为〇(良)，将不满足上述条件的情况设为×(不可)。
此外，关于CO2，在氨用作燃料的情况下，由于是不含碳(C)的无碳的，因此能获得相当于与重油的混合比率的CO2缩减效果，因此此处的评价值计算从略。即，这是因为，在使氨以80％的热量比与重油混烧的情况下，80％的CO2缩减，氨混合比率越高，CO2缩减效果越大。
＜参考例、实施例1～15＞
(参考例)在上述装置条件下，作为燃料采用重油100％即不混合氨的燃料，使燃油的喷射时刻相对于上止点TDC为-9.5，使空气过剩系数为3.2，以上述的方式来设定供气压力，并计算出了此时的NOx浓度、未燃氨比率。其结果如图2的表所示。
(实施例1～3)在与上述参考例相同的装置条件下，作为燃料制备成重油80％、氨20％且氨热量混合比率为20％的燃料，在实施例1、3中，以图6所示的向供气口喷射的形式对该燃料进行了投入，在实施例2中，以图13所示的向燃烧室直接喷射的形式对该燃料进行了投入。在实施例1中，使燃油的喷射时刻相对于上止点TDC为-19.5来进行喷射，在实施例2中，使燃油的喷射时刻相对于上止点TDC为-19.0来进行喷射，在实施例3中，使燃油的喷射时刻相对于上止点TDC为-18.0来进行喷射，在实施例1～3中，使空气过剩系数为2.0，以上述的方式来设定供气压力，并以与参考例同样的方法计算出了NOx浓度、未燃氨比率。其结果如图2的实施例1～3所示。
(实施例4～6)在与上述参考例相同的装置条件下，作为燃料制备成重油50％、氨50％且氨热量混合比率为50％的燃料，在实施例4～6中均以图6所示的向供气口喷射的形式对该燃料进行了投入。在实施例4中，使燃油的喷射时刻相对于上止点TDC为-21.5来进行喷射，在实施例5中，使燃油的喷射时刻相对于上止点TDC为-19.0来进行喷射，在实施例6中，使燃油的喷射时刻相对于上止点TDC为-17.5来进行喷射，在实施例4～6中，使空气过剩系数为比实施例1～3低的1.6，以上述的方式来设定供气压力，并以与参考例同样的方法计算出了NOx浓度、未燃氨比率。其结果如图2的实施例4～6所示。
(实施例7～9)在与上述参考例相同的装置条件下，作为燃料制备成重油40％、氨60％且氨热量混合比率为60％的燃料，与上述的实施例4～6同样地均以图6所示的向供气口喷射的形式对该燃料进行了投入。在实施例7中，使燃油的喷射时刻相对于上止点TDC为-19.0来进行喷射，在实施例8中，使燃油的喷射时刻相对于上止点TDC为-16.0来进行喷射，在实施例9中，使燃油的喷射时刻相对于上止点TDC为-13.0来进行喷射，在实施例7中，使空气过剩系数比实施例4～6低而为1.1，在实施例8中，使空气过剩系数比实施例4～6低而为1.2，在实施例9中，使空气过剩系数比实施例4～6低而为1.3，以上述的方式来设定供气压力，并以与参考例同样的方法计算出了NOx浓度、未燃氨比率。其结果如图2的实施例7～9所示。
(实施例10～12)在与上述参考例相同的装置条件下，作为燃料制备成重油30％、氨70％且氨热量混合比率为70％的燃料，与上述的实施例4～6同样地均以图6所示的向供气口喷射的形式对该燃料进行了投入。在实施例10中，使燃油的喷射时刻相对于上止点TDC为-16.5来进行喷射，在实施例11中，使燃油的喷射时刻相对于上止点TDC为-16.0来进行喷射，在实施例12中，使燃油的喷射时刻相对于上止点TDC为-15.0来进行喷射，在实施例10中，使空气过剩系数比实施例7～9更低而为1.0，在实施例11中，使空气过剩系数比实施例7～9更低而为0.9，在实施例12中，使空气过剩系数比实施例7～9更低而为1.0，以上述的方式来设定供气压力，并且以同样的方法计算出了NOx浓度、未燃氨比率。其结果如图2的实施例10～12所示。
(实施例13～15)在与上述参考例相同的装置条件下，作为燃料制备成重油20％、氨80％且氨热量混合比率为80％的燃料，与上述的实施例4～6同样地均以图6所示的向供气口喷射的形式对该燃料进行了投入。在实施例13中，使燃油的喷射时刻相对于上止点TDC为-17.0来进行喷射，在实施例14中，使燃油的喷射时刻相对于上止点TDC为-16.0来进行喷射，在实施例15中，使燃油的喷射时刻相对于上止点TDC为-15.0来进行喷射，在实施例13～15中，使空气过剩系数比实施例10～12更低而全部为0.8，以上述的方式来设定供气压力，并且以同样的方法计算出了NOx浓度、未燃氨比率。其结果如图2的实施例10～12所示。
另外，如上述实施例1～6那样，即使在作为含氨的燃料，将氨的热量混合比率变更为20％、50％的情况下，也会将空气过剩系数固定为2.0的情况下，在氨混合比率为20％时，未燃NH3为0.7％，NOx为890ppm，与此相对，在氨混合比率为50％时，未燃NH3为23％，成为大大低于上述评价基准的结果，这样，即使NOx能够降低至350ppm左右，也无法使发动机运转。
基于由发明人所模拟的实施例1～15而得到的图2，将用于使NOx值为900ppm以下的、空气过剩系数λ相对于氨和燃油的混合比率的最佳条件示于图3。图3的纵轴表示空气过剩系数λ，横轴表示氨热量比混合比率。
由此，对于氨的燃烧，如图3所示，优选的是，在氨混合比率达到50％左右之前燃油正常燃烧的范畴内，为了使燃烧场变为高温，而使空气过剩系数逐渐地下降。
但是，为了从氨混合比率超过50％的范围获得95％以上的燃烧率，需要将氨和空气的混合气置于1500℃～2000℃水平的高温环境，使氨的热分解反应优先，在氨混合比率为65％以上时，如图4所示，可知需要将空气过剩系数设为例如1.0以下的过浓侧，将燃油的点火和之后的燃油、氨的燃烧所形成的燃烧室温度设为高温。
这被认为是由于，即使并不是所有的氨本着完全燃烧的下式：4NH3+3O2＝2N2+6H2O而在单元反应式上以中间产物残留，也能通过放热反应来提取能量，从而能推定如下内容：即使氨不像前式那样完全地全部进行反应，也会通过热分解反应分解而不以氨的形式残留，不会成为未燃氨。即，虽然使氨和燃油的混合比率可变且成为最适合于该比率的空气过剩系数地进行控制，但氨混合比率越高，空气过剩系数越低，特别是在氨混合比率为65％以上时，低于通常使燃油完全燃烧所需的空气过剩系数1.0，即为了优先促进氨的热分解反应而将空气过剩系数设为1.0以下，这成为为了抑制未燃氨所需的条件。
此外，这被认为根据燃烧室形状、流动条件而产生若干差异，在该曲线关系中，例如优选的是，使氨混合比率具有±5％左右的幅度，但为了获得95％以上的燃烧率，优选的是，进行沿着该曲线的空气过剩系数的控制。
作为控制的方法，在以往的燃烧中，通过对废气中残存O2浓度的监视，能够进行对空气过剩系数的控制，但在本发明的燃烧方法中，由于氨停留于热分解的中间产物，因此不会有理论上的废气中残存O2浓度。例如在空气过剩系数为0.8的燃烧中，也存在残存O2。
由此，能够将必要的空气量作为供气压力值来进行分度，例如通过对增压器的排气旁路量的控制来调整为必要的供气压力。
如图5所示，作为本发明的对象的柴油发动机主要具备：汽缸10；活塞12，其在该汽缸10内上下移动；汽缸盖14，其被安装于所述汽缸10的上部；供气阀16，其被安装于该汽缸盖14，且用于向活塞12上部的发动机燃烧室10A内供给供气；排气阀18，其用于从发动机燃烧室10A将燃烧后的废气排出；供气管20，其用于向所述汽缸盖14供给供气；排气管22，其用于从所述汽缸盖14将废气排出；燃料喷射阀24，其用于向发动机燃烧室10A内喷射燃油；燃油箱32、燃料供给泵34和电磁阀36，该燃油箱32、燃料供给泵34和电磁阀36构成用于向该燃料喷射阀24供给燃油的燃油管线30；燃油喷射控制装置38，其用于对该电磁阀36进行开闭；以及供气管线62、增压器64和排气旁路阀68，该供气管线62、增压器64和排气旁路阀68构成向所述供气管20供给供气并且将来自所述排气管22的废气排出的供排气系统60，所述增压器64具备供气涡轮64B，该供气涡轮64B用于利用因废气而旋转的排气涡轮64A将向该供气管线62供给的空气压缩，所述排气旁路阀68用于对使从所述排气管22向增压器64的排气涡轮64A供给的废气经由旁通管线67而旁通的量进行调整。
在所述柴油发动机还设有用于使氨燃烧的氨管线80。在该氨管线80具备氨箱82、氨气截止阀84、氨气调压阀86、用于向所述供气管20内的供气口20A喷射氨气的氨气喷射阀(以下也简称为气体阀)88、以及氨气阀控制装置90。
并且，所述燃油管线30的燃油喷射控制装置38、所述供排气系统60的排气旁路阀68、以及所述氨管线80的氨气阀控制装置90由总控制装置100进行控制。
在此，由所述燃油喷射控制装置38、所述氨气阀控制装置90、所述排气旁路阀68、所述总控制装置100构成控制单元。
在图5所示的本发明的第1实施方式中，如图6中详细地表示那样，对于所述气体阀88，在具备机械式或电子控制式燃料喷射装置的柴油发动机中，将氨从作为气体阀的氨气喷射阀88向供气管20内的供气口20A喷洒，并与发动机供气混合而形成氨-空气预混合气(也简称为预混合气)，使从燃料喷射阀24喷射出的主燃料即重油、轻油等燃油为点火源而进行混合燃烧。
如图7A所示，在所述供气管20与所述汽缸盖14之间设有间隔件92，该间隔件92用于安装气体阀88。如图7B所示，在该间隔件92设有气体阀安装孔92A和干涉板92B，该干涉板92B用于使从气体阀88喷射出的氨不直接向供气口20A内喷射。在现有的柴油发动机中，残留于供气口内的氨和空气的混合气在排气冲程中能与燃烧室内的未燃NH3合并而被排出，但在本实施例中，由于在从气体阀向供气口供给NH3的机构设有干涉板92B，因此使NH3尽量不残留于供气口。由此，未燃NH3大致被限定于在燃烧冲程中产生的那部分。
如图7C所示，所述气体阀88由电磁阀88A进行开闭。
氨以液态贮存于氨箱82，能被气化，以气态被供给。由气体调压阀86调整气体压力，由气体阀88调整流量，在图8所例示的预定的供气时机内调整开阀期间而被向发动机供给。
在本实施方式中，该柴油发动机还具备：油流量计102，其配置于所述燃油管线30的中途；油流量运算器104，其基于该油流量计102的输出来对燃油流量进行运算；氨流量计106，其配置于所述氨管线80的中途；氨流量运算器108，其基于该氨流量计106的输出来对氨流量进行运算；氨混合比率运算器110，其根据由所述油流量运算器104运算出的燃油流量和由所述氨流量运算器108运算出的氨流量来对氨混合比率进行运算；以及供气压力运算器120，其基于该氨混合比率运算器110的输出来对必要的供气压力进行运算，并且控制所述排气旁路阀68，以使由配置于供气管20的中途的供气压力传感器122检测出的供气压力成为目标值。
所述总控制装置100对预先设定的氨混合比率的设定比率值和基于氨混合比率运算器110运算出的运算比率值进行比较，若为预定范围外，则通过燃油喷射控制装置38和氨气阀控制装置90对燃油流量和/或氨流量进行反馈控制，使实际的比率(称为实际比率)处于设定比率的预定范围内。
以下，参照图9对控制顺序进行说明。
首先，在步骤1000中，在总控制装置100中设定氨混合比率的目标值(设定比率)，分别计算出与该设定比率对应的燃油流量、氨流量，并且对发动机负载进行检测，进行对气体阀88和燃料喷射阀24的控制。此外，设定的氨混合比率构成为能够变更。
接下来，在步骤1100中，对燃料流量即燃油和氨的流量进行检测。在此，燃油的流量根据油流量计102的输出来检测，氨的流量根据氨流量计106的输出来检测。
根据在步骤1100中检测出的燃油和氨的流量，在步骤1200中估算氨混合比率。
在步骤1210中，对在步骤1200中运算所得到的氨混合比率值的实际的值(实际比率)和在最初的设定中设定的氨混合比率值(设定比率)进行比较，若为预定范围内，则在步骤1300中使用运算出的实际比率。另一方面，若产生了超过预定范围的差，则在步骤1220中再次进行反馈控制，以将燃油流量和氨流量控制在预定范围内。例如进行这样的调整：使检测出的燃油流量和氨流量成为所设定的氨70％、燃油30％等的氨混合比率。此外，对于在步骤1210中判断为预定范围内的情况，由于不需要进一步调整燃油流量和氨流量，因此也可以使用最初所设定的氨混合比率值(设定比率)，但由于认为实测运算值(实际比率)更准确，因此运算比率值(实际比率)是更为优选的。
接下来，进入步骤1300，根据此时的负载率，使用图10那样的关系，对与在步骤1200中进行估算或在步骤1000中所设定的此时的氨混合比率(实际比率或设定比率)对应的空气过剩系数λ所需的供气压力进行设定。例如，当在负载率为a的情况下空气过剩系数λ为1.0时，必要的供气压力为b。此外，如在图中由箭头A所示，在伴随着负载率上升而取得相同的空气过剩系数λ的情况下，必要的供气压力上升。另一方面，如图中由箭头B所示，伴随着空气量的减少、空气过剩系数λ的减少，必要的供气压力下降。控制所需的如图10那样的数据能够预先以表的形式存储于供气压力运算器120。此外，在此所存储的表既可以是存储能够针对每个空气过剩系数来确定相对于任意的负载率对应的供气压力的曲线数据的表，也可以是预先以LUT(查找表)的形式存储能够针对每个空气过剩系数来确定相对于预定的负载率对应的供气压力的数值的表。在前者的情况下，由于为曲线数据，因此能够确定相对于任意的负载率对应的空气过剩系数，在这一方面是优选的，对于后者，能够在节约存储单元的存储容量的同时，确定相对于某种程度所决定的离散的负载率对应的空气过剩系数，在这一方面是优选的。
然后，进入步骤1400，对排气旁路阀68的开度进行控制，调整为由供气压力传感器122检测出的供气压力成为设定值。
对于最终的设定输出、维持转速的调节，在氨混合比率较低时由燃油流量的调整来进行，另外，在氨混合比率较高时由氨流量的调整来进行，利用哪种燃料来进行最终调节能够任意设定。
此外，在所述第1实施方式中，从与供气管20正交的方向喷射氨气，但如图11所示的第2实施方式那样，在向供气口20A喷射氨气时，从与供气管20平行的方向喷射氨气，在发动机燃烧室10A内产生回旋流C并使其强化，从而能够缩减在供气口20A内的氨残留。
另外，在所述第1实施方式中，使用油流量计102和氨流量计106分别直接检测了燃油和氨的流量，但也可以如图12所示的第3实施方式那样，由油流量运算器104对燃油喷射控制装置38的输出的燃料喷射信号进行累计来计算燃油流量，或根据设于氨管线80的对氨的压力进行检测的氨压力传感器130和氨温度传感器132、以及从氨气阀控制装置90输入的气体阀88的开度，由氨流量运算器108运算氨流量。
根据该第3实施方式，能够在不设置流量计的情况下对燃油流量和氨流量进行运算。此外，也能够构成为在任一方的管线上设置与第1实施方式相同的流量计102或流量计106，直接检测一方的流量。
另外，在所述实施方式中，均将氨气向供气口20A供给，但将氨气向发动机燃烧室10A供给的方法并不限定于此，也能够如与专利文献3相同的图13所示的第4实施方式那样，在氨管线80的出口侧设置如图14A、图14B所示的管200、止回阀202、连接器204，从在发动机燃烧室10A的内侧壁面侧的多个部位(在实施方式中为图15所示的两个部位)形成的氨喷射孔206将气化的氨气向发动机燃烧室10A内直接投入。
本实施方式的气体阀88装备于各汽缸10，由该气体阀88控制的氨由图14A、图14B所示的管200分配，通过连接器204而被送至多个喷射孔206。在该连接器204的部分设有止回阀202，以使在燃烧时燃烧气体不会逆流。
此外，在所述实施方式中，本发明被用于以重油为燃料的船舶用的柴油发动机，但本发明的应用对象并不限定于此，也同样能够应用于以轻油为燃料的柴油发动机、将柴油发动机那样的压缩点火和汽油发动机那样的火花点火组合而得到的发动机。燃油管线、氨管线、供排气系统的结构也并不限定于实施方式。
产业上的可利用性
本发明被用作输送氨的运氨船的发动机时特别有效，但应用对象并不限定于此
附图标记说明
10、汽缸；10A、发动机燃烧室；12、活塞；14、汽缸盖；16、供气阀；18、排气阀；20、供气管；20A、供气口；22、排气管；24、燃料喷射阀；30、燃油管线；32、燃油箱；34、燃料供给泵；36、电磁阀；38、燃油喷射控制装置；60、供排气系统；62、供气管线；64、增压器；64A、排气涡轮；64B、供气涡轮；66、排气管线；68、排气旁路阀；80、氨管线；82、氨箱；84、气体截止阀；86、气体调压阀；88、气体阀(氨喷射阀)；90、氨气阀控制装置；100、总控制装置；102、油流量计；104、油流量运算器；106、氨流量计；108、氨流量运算器；110、氨混合比率运算器；120、供气压力运算器；122、供气压力传感器；130、氨压力传感器；132、氨温度传感器。

Claims (8)

1.一种柴油发动机，具有：燃烧室；以及燃料投入单元，其向所述燃烧室内投入气体状的氨和成为点火源的燃油，所述柴油发动机通过由所述燃料投入单元向所述燃烧室内投入的燃油和气体状的氨而在所述燃烧室内形成氨预混合气并使其进行混合燃烧，其特征在于，
所述柴油发动机具有：
设定单元，其能够将氨相对于含氨的燃料整体的热量比率即氨混合比率设定为互不相同的多个值；以及
控制单元，其进行控制以使供气压力成为基于由所述设定单元设定的所述氨混合比率的值对应的由所述燃料投入单元投入的燃油和氨的总和中的空气过剩系数和预定的负载率所决定的供气压力值，
由所述设定单元设定的所述氨混合比率的值设定在15％以上且85％以下之间，
在由所述设定单元设定的所述多个值中作为第1值的所述氨混合比率的值被设定为15％以上且25％以下的值的情况下，所述控制单元进行控制，以使所述供气压力成为基于使所述空气过剩系数为相对于仅利用燃油运转时的空气过剩系数低1.0至1.5的值而对应的第1空气过剩系数和所述预定的负载率所决定的所述供气压力值，
在由所述设定单元设定的所述多个值中作为与所述第1值不同的第2值而将所述氨混合比率的值设定为65％以上的值的情况下，所述控制单元进行控制，以使所述供气压力成为基于使所述空气过剩系数为1.0以下的值而对应的第2空气过剩系数和所述预定的负载率所决定的所述供气压力值。
2.根据权利要求1所述的柴油发动机，其特征在于，
所述控制单元进行控制，在由所述设定单元设定的所述氨混合比率的值从所述第1值变更为氨混合比率比所述第1值高的值而作为所述第2值的情况下，所述控制单元使所述供气压力从所述第1空气过剩系数情况下的所述供气压力成为基于比所述第1空气过剩系数小的值而对应的第2空气过剩系数和所述预定的负载率所决定的所述供气压力值。
3.根据权利要求1或2所述的柴油发动机，其特征在于，
所述供气压力的控制通过设于增压器的排气旁路的调整单元对空气量的调整来进行。
4.根据权利要求1或2所述的柴油发动机，其特征在于，
所述氨的投入通过对燃烧室入口侧的供气口喷射氨来进行。
5.根据权利要求1或2所述的柴油发动机，其特征在于，
所述氨的投入通过向燃烧室内直接喷射氨来进行。
6.根据权利要求1或2所述的柴油发动机，其特征在于，
所述柴油发动机具备：
流量控制单元，其基于由所述设定单元设定的氨混合比率的值，来分别控制燃油的流量和氨的流量；
流量运算单元，其分别运算或检测由所述流量控制单元调整后的燃油的流量和氨的流量；
混合比率运算单元，其根据所述流量运算单元的运算结果或检测结果来运算氨的混合比率；
空气过剩系数输出单元，其将与由所述设定单元设定的氨混合比率的值或者由所述混合比率运算单元进行运算而得到的所述氨混合比率的值中的任一者对应的空气过剩系数输出；
负载率检测单元，其检测负载率；
表存储单元，其具有多个表，所述表针对每个空气过剩系数，将由所述负载率检测单元检测出的负载率和与所述负载率对应的供气压力的值对应起来；
供气压力确定单元，其使用基于从所述空气过剩系数输出单元输出的空气过剩系数而从所述表存储单元中选择的表，来确定与由所述负载率检测单元检测出的负载率对应的供气压力的值；以及
控制空气量以便成为由所述供气压力确定单元确定的供气压力的值的单元。
7.根据权利要求6所述的柴油发动机，其特征在于，
所述表存储单元所存储的表是存储有与能够针对每个空气过剩系数来确定相对于任意的负载率对应的供气压力的值的曲线数据对应的值的表。
8.根据权利要求6所述的柴油发动机，其特征在于，
所述表存储单元所存储的表是能够针对每个空气过剩系数来确定相对于预定的负载率对应的供气压力的值的查找表。
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