JP2012215128A - ガス焚きエンジン - Google Patents

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Abstract

【課題】ガス危険区域へ容易に配置可能な往復式ポンプを用い、燃料の液化ガス（たとえばＬＮＧ）を高圧化して供給できるガス焚きエンジンを提供する。
【解決手段】ガス焚きエンジン１のガス燃料供給装置１０が、油圧モータ５０により駆動されて導入した液化ガスを所望の圧力まで昇圧して吐出する往復式ポンプ２０と、電子制御ユニット６０の油圧系統６１から高圧作動油の一部を導入して油圧モータ５０に供給・駆動する油圧導入系統と、油圧モータ５０の駆動に使用した高圧作動油を油圧系統に戻すための油圧戻し系統と、往復式ポンプ２０から供給される昇圧後の液化ガスを加熱して気化させる加熱装置３０と、油圧モータ５０の回転速度を調整して加熱装置３０のガス燃料出口圧力を一定に保つ制御部と、燃焼室内へ噴射するガス燃料圧力を調整するエンジン入口ガス減圧弁４０と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば船舶の主機関や発電機駆動機関等に適用され、天然ガス等のガス燃料を燃料として運転されるガス焚きエンジンに関する。
従来、液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」という。）が気化した天然ガスを燃料として運転するディーゼル機関は多数存在するが、近年、現存する油焚低速ディーゼル主機関の環境排出性能を改善する対策として、高圧ガス噴射型低速２ストロークディーゼル機関（以下、「ＳＳＤ−ＧＩ」という。）が注目されている。このＳＳＤ−ＧＩは、従来のLNG利用熱機関（たとえば蒸気タービンなど）に比べて高熱効率及び高応答性の機関であり、かつ、低速での出力が可能な機関であり、プロペラに直結して駆動することができる。
しかし、天然ガスを燃料とするＳＳＤ−ＧＩの場合には、実績のある油焚のディーゼル機関とは異なり、燃焼室内に天然ガスを高圧（約１５０〜３００ｂａｒまで）で供給する高圧噴射技術が成熟しておらず、未だＬＮＧ燃料供給に関して確立された技術は見当たらない。
従来、ＳＳＤ−ＧＩがＬＮＧ船の主機関候補とされていた頃には、略大気圧のボイルオフガス（以下、「ＢＯＧ」という。）を多段ガス圧縮機にて圧縮し、さらに、圧縮過程又は圧縮後にＢＯＧを冷却してからエンジン燃料に用いる方法が検討されてきた。しかし、ＢＯＧを圧縮及び冷却する方法は、大規模な設備を必要とし、しかも大きな動力を消費することが欠点とされてきた。
なお、ＬＮＧ運搬船の推進エンジンとしては、たとえば下記の特許文献１（図７等を参照）に記載されているように、ガスタンク内のＢＯＧを低圧及び高圧のコンプレッサにより２段圧縮してエンジン室内に導入するものがある。
一方、ＬＮＧ船でＢＯＧの再液化システムが実現された昨今では、ＢＯＧを燃料とせずに液化保存することが可能になっている。このため、ＢＯＧの有効利用の観点から、従来のＬＮＧ船ではＢＯＧを燃料とする方法に努力が払われてきたが、ＬＮＧを主機関の主燃料とすることにこの点での障害はなくなってきている。また、ＬＮＧ船以外の船舶でＬＮＧを燃料とする場合には、加圧方式のＬＮＧタンクを用いることによりＢＯＧ処理が不要である。
このような背景から、近年の船舶においては、主機関等の燃料として良好な環境排出性能を有しているＬＮＧの使用が注目されるようになり、ＬＮＧの使用方法等に関する種々の研究開発が活発になっている。
さて、天然ガスを高圧噴射して燃料供給する方法としては、ＬＮＧを高圧化してから加熱・気化させることが考えられる。このようなＬＮＧの高圧化は、往復ポンプを使用した昇圧が一般的である。この往復ポンプは、回転速度が３００ｒｐｍ程度であるから、一般的な電動機速度の回転速度である１８００〜３６００ｒｐｍと比較すればかなり低速となる。このため、往復ポンプを電動機により駆動する場合には、往復ポンプの回転速度まで減速する機構が必要となる。
また、往復ポンプの運転に使用される一般的な減速機構としては、ギアード方式やプーリー方式が知られている。ギアード方式の減速機構は、歯数の異なる複数の歯車を組み合わせた減速機構であり、プーリー方式の減速機構は、Ｖベルトで連結した大小のホイールを回転させる構造である。
なお、液化ガスの再ガス化プラントにおいては、たとえば下記の特許文献２に開示されているように、貯蔵タンク内から取り出した液化ガスの圧力を、液体の状態でポンプにより昇圧させて高圧化することが行われている。
また、近年の舶用ディーゼル機関においては、世界的な舶用機関への排ガス規制強化に対応して、窒素酸化物低減等の環境対応に有効な電子制御機関が開発されている。この電子制御機関は、燃料噴射系、排気動弁系、始動系及びシリンダ注油系の少なくとも一部について、従来のカム軸による駆動を電子制御化したものであり、コントローラと電磁弁で高圧作動油を制御し、エンジンの各装置を駆動する方式が採用されている。
特開平９−２０９７８８号公報 特開２００９−２０４０２６号公報
上述したように、近年の船舶においては、主機関の燃料としてＬＮＧの注目度が増しているものの、燃焼室内に天然ガスを高圧で噴射するための高圧ガス供給技術は確立されていない。そして、天然ガスをエンジン燃料として高圧噴射するためには、往復式ポンプによるＬＮＧの高圧化が必要になると考えられており、往復式ポンプの駆動制御に関する下記の問題が指摘されている。すなわち、往復ポンプの駆動源として電動機を用い、減速機構を介在させて往復ポンプの回転速度まで減速する運転方式を採用すると、減速機構や電動機に関して下記の問題が生じてくる。
第１の問題は、往復式ポンプの電動機駆動に必要となる機械的な減速機構に関するものである。
具体的に説明すると、ギアード方式の減速機構は、往復ポンプ側からのトルク変動による歯車歯面や歯元へのダメージが予想されるため、長時間連続運転に対する耐久性を考慮すると、トルク変動を緩衝するための弾性継手や慣性ホイールなど、カップリングに考慮が必要になる。
一方、プーリー方式の減速機構は、ピストンポンプ特有のトルク変動をベルトのスリップにより緩和できるという利点を有しているものの、ベルトは短期間での交換を必要とする消耗品であるから、長期間の連続使用に不向きな方式である。また、プーリー方式の減速機構は、露出する高速接触部で火花の発生が懸念されるため、ガス危険区域への設置は安全上好ましくない。
第２の問題は、往復ポンプを駆動する電動機に関するものである。
具体的に説明すると、電動機は、減速機構により往復ポンプの回転速度まで減速する場合、上述したギアード方式及びプーリー方式のいずれの方式を採用しても周波数制御機構（インバータ）が必要となる。しかし、電動機の周波数制御機構は低周波数での精度に難があるため、制御範囲が広く、かなりの低速回転領域でも高精度の制御を必要とする場合には不利である。
また、電動機等の電気機器類をガス危険区域に設置する場合には、使用可能な機器の選択に制約を受けるため、電動機駆動の往復ポンプをガス危険区域に設置するには多くの制約を受けることとなる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、たとえば電子制御化された高圧ガス噴射型低速２ストロークディーゼル機関のように、燃焼室内に燃料ガス（たとえば天然ガス）を高圧で供給するような高圧ガス噴射ディーゼル機関に適用される高圧噴射技術において、ガス危険区域へ容易に配置可能な往復式ポンプを用い、燃料の液化ガス（たとえばＬＮＧ）を高圧化して供給できるガス焚きエンジンを提供することにある。
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の請求項１に係るガス焚きエンジンは、コントローラ及び電磁弁で高圧作動油を制御することによってエンジンを駆動する電子制御ユニットと、燃焼室内へ噴射する燃料ガスを高圧の液化ガスに昇圧して供給するガス燃料供給装置とを備えた高圧ガス噴射ディーゼル機関のガス焚きエンジンであって、前記ガス燃料供給装置が、油圧モータにより駆動されて導入した液化ガスを所望の圧力まで昇圧して吐出する往復式ポンプと、前記電子制御ユニットの油圧系統から前記高圧作動油の一部を導入して前記油圧モータに供給・駆動する油圧導入系統と、前記油圧モータの駆動に使用した前記高圧作動油を前記油圧系統に戻すための油圧戻し系統と、前記往復式ポンプから供給される昇圧後の液化ガスを加熱して気化させる加熱装置と、前記油圧モータの回転速度を調整して前記加熱装置のガス燃料出口圧力を一定に保つ制御部と、前記燃焼室内へ噴射するガス燃料圧力を調整するエンジン入口ガス減圧弁と、を備えていることを特徴とするものである。
このような本発明のガス焚きエンジンによれば、ガス燃料供給装置が、油圧モータにより駆動されて導入した液化ガスを所望の圧力まで昇圧して吐出する往復式ポンプと、電子制御ユニットの油圧系統から高圧作動油の一部を導入して油圧モータに供給・駆動する油圧導入系統と、油圧モータの駆動に使用した高圧作動油を油圧系統に戻すための油圧戻し系統と、往復式ポンプから供給される昇圧後の液化ガスを加熱して気化させる加熱装置と、油圧モータの回転速度を調整して加熱装置のガス燃料出口圧力を一定に保つ制御部と、燃焼室内へ噴射するガス燃料圧力を調整するエンジン入口ガス減圧弁と、を備えているので、電子制御ユニットの高圧作動油を有効利用することで新たな追加機器類を最小限に抑え、油圧モータ駆動の往復式ポンプにより液化ガスを昇圧することが可能になる。
このようなガス焚きエンジンは、エンジン負荷の上昇によりエンジン回転数も上昇するので、電子制御ユニットに高圧作動油を供給するエンジン駆動の油圧ポンプ吐出量及び油圧が上昇する。従って、燃料（気化した液化ガス）消費量が増加すると、要求される流量及び圧力も増加する液化ガス昇圧用の往復式ポンプにとって、電子制御ユニットの高圧作動油は好適な油圧源となる。
請求項１に記載のガス焚きエンジンにおいて、前記油圧モータの回転速度は、前記電子制御ユニットに前記高圧作動油を供給する油圧ポンプの吐出量を調整して制御されることが好ましい。すなわち、往復式ポンプを駆動する油圧モータの回転速度は、電子制御ユニット内に高圧作動油を供給する油圧ポンプの容量制御（油量制御）を実施してなされるので、機械的な減速機構や電動機の回転数制御の追加は不要となる。
また、油圧モータで駆動する往復式ポンプと、油圧モータに油圧を供給する油圧ポンプユニットとの間は、互いを油圧配管により接続して別置きすることが可能であるから、電気機器や減速機構のない往復式ポンプは、ガス危険区域内への設置が容易になる。
本発明の請求項３に係るガス焚きエンジンは、燃焼室内へ噴射する燃料ガスを高圧の液化ガスに昇圧して供給するガス燃料供給装置を備えた高圧ガス噴射ディーゼル機関のガス焚きエンジンであって、前記ガス燃料供給装置が、油圧モータにより駆動されて導入した液化ガスを所望の圧力まで昇圧して吐出する往復式ポンプと、エンジン排気静圧管から排気ガスの一部を抽出して運転される排気タービンの回転軸により駆動される油圧ポンプから前記油圧モータに駆動用の油圧を供給する油圧ポンプユニットと、前記往復式ポンプから供給される昇圧後の液化ガスを加熱して気化させる加熱装置と、前記油圧モータの回転速度を調整して前記加熱装置のガス燃料出口圧力を一定に保つ制御部と、前記燃焼室内へ噴射するガス燃料圧力を調整するエンジン入口ガス減圧弁と、を備えていることを特徴とするものである。
このような本発明のガス焚きエンジンによれば、ガス燃料供給装置が、油圧モータにより駆動されて導入した液化ガスを所望の圧力まで昇圧して吐出する往復式ポンプと、エンジン排気静圧管から排気ガスの一部を抽出して運転される排気タービンにより駆動される油圧ポンプから油圧モータに駆動用の油圧を供給する油圧ポンプユニットと、往復式ポンプから供給される昇圧後の液化ガスを加熱して気化させる加熱装置と、油圧モータの回転速度を調整して加熱装置のガス燃料出口圧力を一定に保つ制御部と、燃焼室内へ噴射するガス燃料圧力を調整するエンジン入口ガス減圧弁と、を備えているので、エンジン負荷の上昇に伴って発生量が増加する排気ガスの有効利用により油圧ポンプユニットを駆動し、油圧モータ駆動の往復式ポンプにより液化ガスを昇圧することが可能になる。この場合、エンジン負荷が上昇すると排気ガス量も増加するので、燃料（気化した液化ガス）消費量が増加すると、要求される流量及び圧力も増加する液化ガス昇圧用の往復式ポンプにとって、排気タービン駆動の油圧ポンプは好適な油圧源となる。
また、新たな追加機器類を最小限に抑え、油圧モータ駆動の往復式ポンプにより液化ガスを昇圧することが可能になる。
本発明の請求項４に係るガス焚きエンジンは、過給機と、燃焼室内へ噴射する燃料ガスを高圧の液化ガスに昇圧して供給するガス燃料供給装置とを備えた高圧ガス噴射ディーゼル機関のガス焚きエンジンであって、前記ガス燃料供給装置が、油圧モータにより駆動されて導入した液化ガスを所望の圧力まで昇圧して吐出する往復式ポンプと、前記過給機の回転軸により駆動される油圧ポンプから前記油圧モータに駆動用の油圧を供給する油圧ポンプユニットと、前記往復式ポンプから供給される昇圧後の液化ガスを加熱して気化させる加熱装置と、前記油圧モータの回転速度を調整して前記加熱装置のガス燃料出口圧力を一定に保つ制御部と、前記燃焼室内へ噴射するガス燃料圧力を調整するエンジン入口ガス減圧弁と、を備えていることを特徴とするものである。
このような本発明のガス焚きエンジンによれば、ガス燃料供給装置が、油圧モータにより駆動されて導入した液化ガスを所望の圧力まで昇圧して吐出する往復式ポンプと、過給機の回転軸により駆動される油圧ポンプから油圧モータに駆動用の油圧を供給する油圧ポンプユニットと、往復式ポンプから供給される昇圧後の液化ガスを加熱して気化させる加熱装置と、油圧モータの回転速度を調整して加熱装置のガス燃料出口圧力を一定に保つ制御部と、燃焼室内へ噴射するガス燃料圧力を調整するエンジン入口ガス減圧弁と、を備えているので、エンジン負荷の上昇に伴って発生量が増加する排気ガスの有効利用により油圧ポンプユニットを駆動し、油圧モータ駆動の往復式ポンプにより液化ガスを昇圧することが可能になる。この場合、エンジン負荷が上昇すると排気ガス量も増加するので、燃料（気化した液化ガス）消費量が増加すると、要求される流量及び圧力も増加する液化ガス昇圧用の往復式ポンプにとって、排気タービン駆動の油圧ポンプは好適な油圧源となる。
また、新たな追加機器類を最小限に抑え、油圧モータ駆動の往復式ポンプにより液化ガスを昇圧することが可能になる。
請求項３または４に記載のガス焚きエンジンにおいて、前記ガス燃料供給装置は、前記油圧ポンプを可変容量型とし、前記制御部が前記油圧ポンプの可変容量制御により前記油圧モータの回転速度を調整して前記ガス燃料出口圧力を一定に保つことが好ましく、これにより、往復式ポンプを駆動する油圧モータの回転速度が油圧ポンプを容量制御（油量制御）することによりなされるので、機械的な減速機構や電動機の回転数制御は不要となる。この場合に好適な可変容量制御としては、たとえば油圧ポンプを斜板式とし、斜板角度を適宜調整してポンプ吐出量を制御する方式がある。
また、油圧モータで駆動する往復式ポンプと、油圧モータに油圧を供給する油圧ポンプユニットとの間は、互いを油圧配管により接続して別置きすることが可能であるから、電気機器や減速機構のない往復式ポンプは、ガス危険区域内への設置が容易になる。
請求項３に記載のガス焚きエンジンにおいて、前記ガス燃料供給装置は、前記油圧ポンプを一定容量型とし、前記制御部が前記排気タービンの回転数制御により前記油圧モータの回転速度を調整して前記ガス燃料出口圧力を一定に保つようにしてもよい。この場合、排気タービンの入口側に排気ガス流量の制御弁を設けておき、バルブ開度を適宜調整して排気タービンの回転数を制御すればよい。
このようにしても、往復式ポンプを駆動する油圧モータの回転速度が駆動側の排気タービン回転数を制御することによりなされるので、機械的な減速機構や電動機の回転数制御は不要となる。また、油圧モータで駆動する往復式ポンプと、油圧モータに油圧を供給する油圧ポンプユニットとの間は、互いを油圧配管により接続して別置きすることが可能であるから、電気機器や減速機構のない往復式ポンプは、ガス危険区域内への設置が容易になる。
上述した本発明のガス焚きエンジンによれば、たとえば電子制御化された高圧ガス噴射型低速２ストロークディーゼル機関のように、燃焼室内に燃料ガス（たとえば天然ガス）を高圧で供給するような高圧ガス噴射ディーゼル機関において、ガス危険区域へ容易に配置可能な油圧ポンプ駆動の往復式ポンプを用い、燃料の液化ガス（たとえばＬＮＧ）を高圧化して供給可能となる。
そして、エンジン側の電子制御ユニットから油圧の供給を受ければ、往復式ポンプ駆動用の油圧モータに油圧を供給する新たな油圧ユニットの設置が不要になるので、ガス焚きエンジンの設置スペースやコストの低減が可能になり、特に限られた船舶内においては、積荷スペースを増すなど船内空間の有効利用が可能になる。
また、排気ガスを利用して運転される排気タービンや過給機の軸出力を利用して油圧ポンプを駆動する方式では、往復式ポンプ駆動用の油圧モータに油圧を供給する油圧ユニットの構成機器を最小限に抑えることができるので、ガス焚きエンジンの設置スペースやコストの低減が可能になり、特に限られた船舶内においては、積荷スペースを増すなど船内空間の有効利用が可能になる。
本発明に係るガス焚きエンジンの一実施形態として、第１の実施形態を示す系統図である。 本発明に係るガス焚きエンジンの一実施形態として、第２の実施形態を示す系統図である。 本発明に係るガス焚きエンジンの一実施形態として、第３の実施形態を示す系統図である。 横軸を運転点（ＯＰ）として、縦軸に往復式ポンプのポンプ負荷及び再循環制御弁（ＲＣＶ）開度を示す説明図である。
以下、本発明に係るガス焚きエンジンの一実施形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施形態＞
図１に示す実施形態のガス焚きエンジン１は、コントローラ及び電磁弁で高圧作動油を制御することによってエンジンを駆動する電子制御ユニット６０と、エンジンの燃焼室内に噴射する燃料ガスを高圧の液化ガスに昇圧して供給するガス燃料供給装置１０とを備えた高圧ガス噴射ディーゼル機関である。
なお、後述する電子制御ユニット６０は、ガス焚きエンジン１の燃料噴射系、排気動弁系、始動系及びシリンダ注油系の少なくとも一部について、従来のカム軸による駆動を電子制御化したものである。
図示のガス焚きエンジン１には、高圧ガス噴射ディーゼル機関の燃焼室内へ液化ガスを気化させた燃料ガスを噴射して供給する「高圧モード」を備えたガス燃料供給装置１０が設けられている。本実施形態に係るガス焚きエンジン１の具体例としては、高圧ガス噴射ディーゼル機関、たとえば高圧ガス噴射型低速２ストロークディーゼル機関（以下、「ＳＳＤ−ＧＩ」という。）がある。
なお、以下の説明においては、液化ガスを液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」という。）とし、ＬＮＧが気化した天然ガスを燃料ガスとするが、本実施形態の機関及び装置は、たとえば液化石油ガス（ＬＰＧ）等の液化ガスを燃料とする機関にも適用可能である。
ガス燃料供給装置１０は、往復式ポンプ２０でＬＮＧを昇圧してから気化させた天然ガスを高圧ガス噴射機関の燃焼室内に噴射して供給するＬＮＧ燃料系と、往復式ポンプ２０を駆動する油圧モータ５０に油圧を供給する油圧系と、油圧モータ５０等の制御を行う制御部（不図示）とを備えている。なお、図示の構成例では、１組のＬＮＧ燃料系及び油圧系を示しているが、各々複数設置が連結された構成としてもよく、これに限定されることはない。
ＬＮＧ燃料系は、油圧モータ５０により駆動される往復式ポンプ２０を備えている。この往復式ポンプ２０は、略大気圧の状態にあるＬＮＧを導入し、所望の圧力まで昇圧して吐出するポンプである。
往復式ポンプ２０の吐出側に接続されたＬＮＧ供給配管２２は、ポンプ側から順に配置された加熱装置３０及びエンジン入口ガス減圧弁（以下、「ガス減圧弁」という。）４０を備えている。
加熱装置３０は、往復式ポンプ２０から供給される昇圧後のＬＮＧを加熱して気化させる装置である。すなわち、加熱装置３０に流入した高圧のＬＮＧは、装置内で加熱されることにより、ＬＮＧが気化した天然ガスとして流出する。
加熱装置３０の出口近傍には圧力センサ（不図示）が設けられており、この圧力センサで検出した天然ガス出口圧力ＰＶが、ガス燃料出口圧力として制御部に入力される。この制御部は、天然ガス出口圧力ＰＶを予め定めた一定の圧力値に保つため、後述する油圧モータ５０の回転速度を調整する。なお、この制御部は、後述する電子制御ユニット６０の制御部と一体に構成されたものでもよい。
加熱装置３０から供給される天然ガスは、ガス減圧弁４０によって所望の圧力に調整された後、高圧の燃焼室内に噴射して供給される。すなわち、ガス減圧弁４０で調整される天然ガスの噴射（供給）圧力は、ピストンに圧縮されて高圧の状態にある燃焼室内に噴射するため、燃焼室内の圧力より高圧に設定する必要があり、このような高圧で燃焼室内へ天然ガスを噴射する運転モードを「高圧モード」と呼ぶ。なお、ＳＳＤ−ＧＩの場合、高圧モードにおける天然ガスの噴射圧力は、概ね１５０〜３００ｂａｒである。
ガス減圧弁４０は、上述した「高圧モード」に加えて、ガス燃料の天然ガスをガススパーク式オットーサイクルエンジンの燃料として供給する「低圧モード」を備えている。この「低圧モード」は、たとえば船内電力を賄う発電機関等に対してガス燃料を供給する場合に使用され、「高圧モード」と比較して低圧となる。
ＬＮＧ供給配管２２は、加熱装置３０の上流側から分岐する再循環ライン２３を備えている。この再循環ライン２３は、往復式ポンプ２０で昇圧されたＬＮＧを加熱装置３０の上流側から分岐させて吸入ドラム２４に流す配管系統であり、吸入ドラム２４の上流側には流量調整弁の再循環制御弁２５が設けられている。吸入ドラム２４に接続されるＬＮＧ導入配管２１は、図示しないＬＮＧタンク等に接続されている。
このような再循環ライン２３を設けることにより、油圧モータ５０の回転速度を制御できない低速領域や危急でＬＮＧ流量を絞る場合には、流量調整弁２５の開度調整により再循環ライン２３を流れるＬＮＧ再循環流量を制御して対応することが可能になる。
具体的に説明すると、たとえば図４に示す説明図のように、ポンプ負荷の小さい低速領域では再循環制御弁２５の開度を増して再循環流量を確保し、すなわち、ポンプ負荷の小さい運転点ＯＰでは再循環流量を増すことにより往復動ポンプ２０を流れるＬＮＧの総流量を確保し、油圧モータ５０の制御が可能な回転数領域に維持する。また、危急でＬＮＧ量を絞る場合は、再循環制御弁２５の開度を増して加熱装置３０をバイパスする再循環流量を増加させ、加熱装置３０への供給量を制限すればよい。
吸入ドラム２４は、ＬＮＧ供給配管２２から分岐させて導入したＬＮＧを集め、往復式ポンプ２０の再循環吸入部に戻すＬＮＧ容器である。再循環ライン２３に導入されるＬＮＧの再循環流量は、制御部から出力される運転点ＯＰの制御信号に基づいて動作する再循環制御弁２５により調整される。この運転点ＯＰの制御信号は、たとえば機関回転数により与えられる設定点ＳＰと、圧力センサで検出した天然ガス出口圧力ＰＶとに基づいて、制御部が出力する運転点を定めた開度信号である。
なお、この場合の設定点ＳＰは、上述した機関回転数のように、ガス減圧弁４０の制御性が高い圧力値となる変動値を採用してもよいし、あるいは、設定点ＳＰを固定値としてもよい。
そして、この場合の油圧系は、電子制御ユニット６０が保有する油圧の一部を導入し、往復式ポンプ２０を駆動する油圧モータ５０に供給する。すなわち、電子制御ユニット６０の油圧系統６１から高圧作動油の一部を導入して油圧モータ５０に供給・駆動する油圧導入系統５１と、油圧モータ５０の駆動に使用した高圧作動油を油圧系統６１に戻すための油圧戻し系統５２とを備えている。
電子制御ユニット６０の油圧系統６１は、クランクケース６２内に貯留されているエンジン潤滑油の一部を高圧の油圧作動油として使用するものである。
クランクケース６２内のエンジン潤滑油は、潤滑油ライン６３に設けた電動の潤滑油ポンプ６４でフィルタユニット６５に供給される。このエンジン潤滑油は、フィルタユニット６５で異物の除去がなされた後、エンジン駆動ポンプ６６または電動ポンプ６７により昇圧された高圧作動油が油圧系統６１に供給される。この場合、上述した電動ポンプ６７はエンジン始動時に必要なものであり、エンジン始動後の通常運転ではエンジン駆動ポンプ６６からの油圧供給が主に使用される。
なお、ガス焚きエンジン１で駆動されるエンジン駆動ポンプ６６と油圧系統６１との間には、ガス焚きエンジン１の逆転時にポンプ吸入方向及びポンプ吐出方向を変化させる切替弁ブロック６８が設けられている。
油圧導入系統５１は、電子制御ユニット６０の上流側で油圧系統６１から分岐し、高圧作動油の一部を油圧モータ５０に供給する配管系統である。
油圧戻し系統５２は、油圧モータ５０の駆動に使用した高圧作動油を油圧系統６１に戻す配管系統である。この油戻し系統５２には、油圧モータ５０の駆動に使用した高圧作動油をいったん貯留するための副貯留タンク５３が設けられている。この副貯留タンク５３内に貯留された作動油は、電動の油戻しポンプ５４を運転することにより、油圧戻し系統５２を通ってクランクケース６２に戻される。
また、図中の符号５５は、油圧導入系統５１と副貯留タンク５３との間を連結する管路であり、符号５６は、管路５５に設けた逆止弁である。管路５５と逆止弁５６を備えることで、エンジンの緊急停止などに副貯留タンク５３から油を吸い上げることにより、油圧導入系統５１が負圧になるのを回避することができる。
このように、本実施形態のガス燃料供給装置１０は、油圧モータ５０を駆動するための油圧供給系統（油圧ポンプ等）を新たに設けるのではなく、ガス焚きエンジン１が保有している電子制御ユニット６０の高圧作動油を有効利用することにより、油圧モータ５０により駆動される往復式ポンプ２０でＬＮＧを昇圧している。従って、本実施形態のガス燃料供給装置１０は、エンジン燃料としてＬＮＧを供給するために必要となる油圧系において、電子制御ユニット６０の油圧設備を共用することによって、新たな追加機器類を最小限に抑えることができる。
このようなガス焚きエンジン１は、船速に合わせてエンジン回転数を船側で任意に変更可能であり、たとえばエンジン負荷の上昇によりエンジン回転数も上昇するため、電子制御ユニット６０に高圧作動油を供給するエンジン駆動ポンプ６６のポンプ吐出量及び油圧が上昇することとなる。すなわち、ＬＮＧを気化させたガス燃料の消費量が増加すると、流量及び圧力の要求値が増大する液化ガス昇圧用の往復式ポンプ２０にとって、電子制御ユニット６０の高圧作動油は好適な油圧源となる。
換言すれば、往復式ポンプ２０を駆動する油圧モータ５０の回転速度は、電子制御ユニット６０に高圧作動油を供給するエンジン駆動ポンプ６６の容量制御（油量制御）を実施することにより、すなわち、エンジン駆動ポンプ６６の吐出量を調整することによって制御可能となるので、機械的な減速機構や電動機の回転数制御は不要となる。この場合、エンジン駆動ポンプ６６には、たとえばプランジャポンプのような可変容量型を採用し、プランジャ傾斜角を調整することにより吐出量を制御することが望ましい。
従って、往復式ポンプ２０のＬＮＧ吐出量は、油圧モータ５０の回転数及び油圧で制御可能となるので、加熱装置３０に対するＬＮＧの供給量は、エンジン負荷の変動に伴って高圧作動油の供給量及び油圧が増減することに連動して容易に制御（増減）することができる。
また、油圧モータ５０で駆動する往復式ポンプ２０は、油圧モータ５０に油圧を供給する油圧ポンプユニットとなるエンジン駆動ポンプ６６の間が、互いを油圧導入系統５１及び油圧戻し系統５２の油圧配管により接続されている。すなわち、油圧モータ５０で駆動する往復式ポンプ２０と油圧供給源となるエンジン駆動ポンプ６６との間は、油圧導入系統５１及び油圧戻し系統５２で接続することにより別置きが可能であるから、電気機器や減速機構のない往復式ポンプ２０は、ガス危険区域内への設置も容易になる。
また、船舶の主機関から油圧を供給する構成となるので、別置きの油圧ユニットに駆動電力を供給するために、主機の２ストローク機関に比べて熱効率で劣る発電用４ストローク機関を駆動する必要がなくなって運行コストを低減できる。
＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係るガス焚きエンジンについて、第２の実施形態を図２に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図２に示す実施形態のガス焚きエンジン１Ａは、上述した実施形態と異なる構成のガス燃料供給装置１０Ａを備えている。このガス燃料供給装置１０Ａにおいては、ＬＮＧ燃料系が上述した実施形態と実質的に同様の構成であるものの、油圧モータ５０に油圧を供給する油圧系の構成が異なっている。
この場合の油圧系は、ガス焚きエンジン１Ａの排気ガスを有効に利用して、油圧モータ５０に駆動用の油圧を供給する油圧ポンプユニットの油圧ポンプ７０を駆動している。この油圧ポンプ７０は、エンジン排気静圧管８０から排気ガスの一部を抽出して運転される排気タービン８１を駆動源とする可変容量型のポンプであり、たとえばプランジャポンプが使用される。
排気タービン８１には、エンジン排気静圧管８０から排気ガスの一部を導入する排気ガス供給流路８２と、排気タービン８１で仕事をした排気ガスを大気放出用の煙突に導く排気ガス排出流路８３とが接続されている。
排気ガス供給流路８２には、必要時に排気タービン８１に供給する排気ガス流量の調整をするため、排気ガス流量制御弁８４が設けられている。また、排気ガス供給流路８２には、排気ガス流量制御弁８４の上流側から分岐する排気ガスバイパス流路８５が設けられている。この排気ガスバイパス流路８５は排気ガス排出流路８３に接続され、その流路途中にはバイパス流量調整弁８６及びオリフィス８７が設けられている。
エンジン排気静圧管８０から排出される排気ガスの主流は、主排気ガス供給流路８８を通って過給機８９の排気タービン８９ａに供給される。この排気ガス主流は、排気タービン８９ａを駆動させた後、主排気ガス排出流路９０を通って煙突に導かれる。なお、この主排気ガス排出流路９０には、上述した排気ガス排出流路８３が接続されている。
過給機８９は、排気タービン８９ａの回転軸により駆動される圧縮機８９ｂが機関室内の空気を吸入して圧縮する。圧縮機８９ｂで圧縮された給気（掃気）用の圧縮空気は、空気冷却器９１で冷却されることにより、空気密度を高めた状態にして給気マニホールド９２に供給される。
なお、図中の符号９３はガス焚きエンジン１Ａのシリンダであり、図示の構成例では６気筒となっているが、これに限定されることはない。
このようなガス焚きエンジン１Ａによれば、ガス燃料供給装置１０Ａの油圧供給源として、大気へ放出する排気ガスを有効利用することにより、油圧ポンプ７０を運転して油圧モータ５０に油圧を供給することが可能になる。
油圧ポンプ７０から吐出された高圧作動油は、油圧導入系統５１Ａを通って油圧モータ５０に供給される。なお、油圧モータ５０を駆動して副貯留タンク５３に流入した作動油は、電動の油戻しポンプ５４を用いて作動油貯蔵タンク５９に戻される。
このような本実施形態のガス焚きエンジン１Ａによれば、ガス燃料供給装置１０Ａが、エンジン排気静圧管８０から排気ガスの一部を抽出して運転される排気タービン８１により駆動される油圧ポンプ７０から油圧モータ５０に駆動用の油圧を供給する油圧ポンプユニットの油圧ポンプ７０を備えているので、エンジン負荷の上昇に伴って発生量が増加する排気ガスの有効利用により油圧ポンプ７０を駆動し、油圧モータ駆動の往復式ポンプ２０によりＬＮＧを昇圧することが可能になる。
この場合、エンジン負荷が上昇するとＬＮＧを気化させた天然ガス（エンジン燃料）の消費量が増加するとともに排気ガス量も増加するので、往復式ポンプ２０に要求されるＬＮＧの流量及び圧力も増加する。従って、このようなＬＮＧ昇圧用の往復式ポンプ２０にとって、排気タービン８１が駆動する油圧ポンプ７０は、燃料側の要求変動と、燃料供給側の往復動ポンプ２０を駆動する油圧モータ５０に供給される油圧変動とが略同様の傾向を示すため、好適な油圧供給源となる。
また、上述した実施形態の油圧系は、新たな追加機器類を最小限に抑え、油圧モータ５０が駆動する往復式ポンプ２０により液化ガスを昇圧することが可能になる。
ところで、上述した実施形態のガス燃料供給装置１０Ａにおいては、油圧ポンプ７０を可変容量型とし、図示しない制御部が油圧ポンプ７０の可変容量制御を実施して油圧モータ５０の回転速度を調整し、ガス減圧弁４０からガス焚きエンジン１Ａへ供給する天然ガス（ガス燃料）のガス燃料出口圧力を一定に保つことが好ましい。
このような可変容量制御により、往復式ポンプ２０を駆動する油圧モータ５０の回転速度が油圧ポンプ７０を容量制御（油量制御）することによりなされるので、機械的な減速機構や電動機の回転数制御は不要となる。
この場合に好適な可変容量制御としては、たとえば油圧ポンプを斜板式とし、排気ガス流量制御弁８４の開度を固定するとともに斜板角度を適宜調整してポンプ吐出量を制御する方式がある。
また、上述した実施形態のガス燃料供給装置１０Ａは、油圧ポンプ７０を一定容量型とし、図示しない制御部が排気タービン８１の回転数制御により油圧モータ５０の回転速度を調整し、ガス減圧弁４０のガス燃料出口圧力を一定に保つようにした変形例も可能である。この場合、排気タービン８１の入口側に排気ガス流量の制御弁、すなわち開度調整可能な流量制御弁８４を設けておき、流量制御弁８４のバルブ開度を適宜調整して、排気ガス供給量による排気タービンの回転数を制御すればよい。
このようにしても、往復式ポンプ２０を駆動する油圧モータ５０の回転速度は、駆動側の排気タービン回転数を制御することにより調整されるので、機械的な減速機構や電動機の回転数制御が不要となる。
また、油圧モータ５０で駆動する往復式ポンプ２０と、油圧モータ５０に油圧を供給する油圧ポンプユニット（油圧ポンプ７０）との間は、互いを油圧配管により接続して別置きすることが可能であるから、電気機器や減速機構のない往復式ポンプ２０は、ガス危険区域内への設置が容易になる。
さらに、船舶の主機関から排出される排気ガスエネルギーを油圧として有効利用した構成となるので、別置きの油圧ユニットに駆動電力を供給するために、主機の２ストローク機関に比べて熱効率で劣る発電用４ストローク機関を駆動する必要がなくなって運行コストを低減できる。
＜第３の実施形態＞
次に、本発明に係るガス焚きエンジンについて、第３の実施形態を図３に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図３に示す実施形態のガス焚きエンジン１Ｂは、上述した実施形態と異なる構成のガス燃料供給装置１０Ｂを備えている。このガス燃料供給装置１０Ｂにおいては、ＬＮＧ燃料系が上述した実施形態と実質的に同様の構成であるものの、油圧モータ５０に油圧を供給する油圧系の構成が異なっている。
この場合の油圧系は、ガス焚きエンジン１Ｂの排気ガスを有効に利用して、油圧モータ５０に駆動用の油圧を供給する油圧ポンプユニットの油圧ポンプ７０Ａを駆動している。この油圧ポンプ７０Ａは、エンジン排気静圧管８０から排出される排気ガスにより運転される過給機８９の排気タービン８９ａの回転軸により駆動される可変容量型のポンプであり、たとえばプランジャポンプが使用される。
排気タービン８９ａには、エンジン排気静圧管８０から排気ガスを導入する主排気ガス供給流路８８と、排気タービン８９ａで仕事をした排気ガスを大気放出用の煙突に導く主排気ガス排出流路９０とが接続されている。
エンジン排気静圧管８０から排出される排気ガスは、主排気ガス供給流路８８を通って過給機８９の排気タービン８９ａに供給される。この排気ガス流は、排気タービン８９ａを駆動させた後、主排気ガス排出流路９０を通って煙突に導かれる。
過給機８９は、排気タービン８９ａの回転軸により駆動される圧縮機８９ｂが機関室内の空気を吸入して圧縮する。圧縮機８９ｂで圧縮された給気（掃気）用の圧縮空気は、空気冷却器９１で冷却されることにより、空気密度を高めた状態にして給気マニホールド９２に供給される。
なお、図中の符号９３はガス焚きエンジン１Ｂのシリンダであり、図示の構成例では６気筒となっているが、これに限定されることはない。
このようなガス焚きエンジン１Ｂによれば、ガス燃料供給装置１０Ｂの油圧供給源として、大気へ放出する排気ガスを有効利用することにより、油圧ポンプ７０を過給機８９の排気タービン８９ａの軸駆動で運転し、作動油貯蔵タンク５９から導入した作動油を昇圧して油圧モータ５０に油圧を供給することが可能になる。
油圧ポンプ７０から吐出された高圧作動油は、油圧導入系統５１Ａを通って油圧モータ５０に供給される。なお、油圧モータ５０を駆動して副貯留タンク５３に流入した作動油は、電動の油戻しポンプ５４を用いて作動油貯蔵タンク５９に戻される。
このような本実施形態のガス焚きエンジン１Ｂによれば、ガス燃料供給装置１０Ｂが、エンジン排気静圧管８０から排気ガスを導入して運転される排気タービン８９ａにより駆動される油圧ポンプ７０から油圧モータ５０に駆動用の油圧を供給する油圧ポンプユニットの油圧ポンプ７０を備えているので、エンジン負荷の上昇に伴って発生量が増加する排気ガスの有効利用により油圧ポンプ７０を駆動し、油圧モータ駆動の往復式ポンプ２０によりＬＮＧを昇圧することが可能になる。
この場合、エンジン負荷が上昇するとＬＮＧを気化させた天然ガス（エンジン燃料）の消費量が増加するとともに排気ガス量も増加するので、往復式ポンプ２０に要求されるＬＮＧの流量及び圧力も増加する。従って、このようなＬＮＧ昇圧用の往復式ポンプ２０にとって、排気タービン８９ａが駆動する油圧ポンプ７０は、燃料側の要求変動と、燃料供給側の往復動ポンプ２０を駆動する油圧モータ５０に供給される油圧変動とが略同様の傾向を示すため、好適な油圧供給源となる。
また、上述した実施形態の油圧系は、新たな追加機器類を最小限に抑え、油圧モータ５０が駆動する往復式ポンプ２０により液化ガスを昇圧することが可能になる。
ところで、上述した実施形態のガス燃料供給装置１０Ｂにおいては、油圧ポンプ７０Ａを可変容量型とし、図示しない制御部が油圧ポンプ７０Ａの可変容量制御を実施して油圧モータ５０の回転速度を調整し、ガス減圧弁４０からガス焚きエンジン１Ｂへ供給する天然ガス（ガス燃料）のガス燃料出口圧力を一定に保つことが好ましい。
このような可変容量制御により、往復式ポンプ２０を駆動する油圧モータ５０の回転速度が油圧ポンプ７０を容量制御（油量制御）することによりなされるので、機械的な減速機構や電動機の回転数制御は不要となる。
この場合に好適な可変容量制御としては、たとえば油圧ポンプを斜板式とし、斜板角度を適宜調整してポンプ吐出量を制御する方式が採用される。
このようにしても、往復式ポンプ２０を駆動する油圧モータ５０の回転速度は、駆動側の排気タービン回転数を制御することにより調整されるので、機械的な減速機構や電動機の回転数制御が不要となる。
また、油圧モータ５０で駆動する往復式ポンプ２０と、油圧モータ５０に油圧を供給する油圧ポンプユニット（油圧ポンプ７０）との間は、互いを油圧配管により接続して別置きすることが可能であるから、電気機器や減速機構のない往復式ポンプ２０は、ガス危険区域内への設置が容易になる。
さらに、船舶の主機関から排出される排気ガスエネルギーを油圧として有効利用した構成となるので、別置きの油圧ユニットに駆動電力を供給するために、主機の２ストローク機関に比べて熱効率で劣る発電用４ストローク機関を駆動する必要がなくなって運行コストを低減できる。
上述したように、本実施形態のガス焚きエンジン１，１Ａ，１Ｂによれば、たとえば電子制御化された高圧ガス噴射型低速２ストロークディーゼル機関のように、燃焼室内に燃料の天然ガスを高圧で供給する高圧ガス噴射ディーゼル機関においては、ガス危険区域へ容易に配置可能な油圧ポンプ駆動の往復式ポンプ２０を用い、燃料の液化ガス（たとえばＬＮＧ）を高圧化して供給することが可能になる。
そして、エンジン側の電子制御ユニット６０から油圧の供給を受ければ、往復式ポンプ駆動用の油圧モータ５０に油圧を供給する新たな油圧ユニットの設置が不要になるので、ガス焚きエンジン１の設置スペースやコストの低減が可能になり、特に限られた船舶内においては、積荷スペースを増すなど船内空間の有効利用が可能になる。
また、ガス焚きエンジン１Ａ，１Ｂのように、排気ガスを利用して運転される排気タービン８１や過給機８９の軸出力を利用して油圧ポンプ７０，７０Ａを駆動する方式では、往復式ポンプ駆動用の油圧モータ５０に油圧を供給する油圧ユニットの構成機器を最小限に抑えることができるので、ガス焚きエンジン１Ａ，１Ｂの設置スペースやコストの低減が可能になり、特に限られた船舶内においては、積荷スペースを増すなど船内空間の有効利用が可能になる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
１，１Ａ，１Ｂ ガス焚きエンジン
１０，１０Ａ，１０Ｂ ガス燃料供給装置
２０ 往復式ポンプ
２１ ＬＮＧ導入配管
２２ ＬＮＧ供給配管
２３ 再循環ライン
２４ 吸入ドラム
２５ 再循環制御弁
３０ 加熱装置
４０ エンジン入口ガス減圧弁（ガス減圧弁）
５０ 油圧モータ
５１，５１Ａ 油圧導入系統
５２ 油圧戻し系統
５３ 副貯留タンク
５４ 油戻しポンプ
５９ 作動油貯蔵タンク
６０ 電子制御ユニット
６１ 油圧系統
６２ クランクケース
６３ 潤滑油ライン
６４ 潤滑油ポンプ
６５ フィルタユニット
６６ エンジン駆動ポンプ
６７ 電動ポンプ
７０，７０Ａ 油圧ポンプ
８０ エンジン排気静圧管
８１ 排気タービン
８２ 排気ガス供給流路
８３ 排気ガス排出流路
８４ 排気ガス流量制御弁
８８ 主排気ガス供給流路
８９ 過給機
８９ａ 排気タービン
８９ｂ 圧縮機
９０ 主排気ガス排出流路
９１ 空気冷却器
９２ 給気マニホールド

Claims (6)

  1. コントローラ及び電磁弁で高圧作動油を制御することによってエンジンを駆動する電子制御ユニットと、燃焼室内へ噴射する燃料ガスを高圧の液化ガスに昇圧して供給するガス燃料供給装置とを備えた高圧ガス噴射ディーゼル機関のガス焚きエンジンであって、
    前記ガス燃料供給装置が、
    油圧モータにより駆動されて導入した液化ガスを所望の圧力まで昇圧して吐出する往復式ポンプと、
    前記電子制御ユニットの油圧系統から前記高圧作動油の一部を導入して前記油圧モータに供給・駆動する油圧導入系統と、
    前記油圧モータの駆動に使用した前記高圧作動油を前記油圧系統に戻すための油圧戻し系統と、
    前記往復式ポンプから供給される昇圧後の液化ガスを加熱して気化させる加熱装置と、
    前記油圧モータの回転速度を調整して前記加熱装置のガス燃料出口圧力を一定に保つ制御部と、
    前記燃焼室内へ噴射するガス燃料圧力を調整するエンジン入口ガス減圧弁と、
    を備えていることを特徴とするガス焚きエンジン。
  2. 前記油圧モータの回転速度は、前記電子制御ユニットに前記高圧作動油を供給する油圧ポンプの吐出量を調整して制御されることを特徴とする請求項１に記載のガス焚きエンジン。
  3. 燃焼室内へ噴射する燃料ガスを高圧の液化ガスに昇圧して供給するガス燃料供給装置を備えた高圧ガス噴射ディーゼル機関のガス焚きエンジンであって、
    前記ガス燃料供給装置が、
    油圧モータにより駆動されて導入した液化ガスを所望の圧力まで昇圧して吐出する往復式ポンプと、
    エンジン排気静圧管から排気ガスの一部を抽出して運転される排気タービンの回転軸により駆動される油圧ポンプから前記油圧モータに駆動用の油圧を供給する油圧ポンプユニットと、
    前記往復式ポンプから供給される昇圧後の液化ガスを加熱して気化させる加熱装置と、
    前記油圧モータの回転速度を調整して前記加熱装置のガス燃料出口圧力を一定に保つ制御部と、
    前記燃焼室内へ噴射するガス燃料圧力を調整するエンジン入口ガス減圧弁と、
    を備えていることを特徴とするガス焚きエンジン。
  4. 過給機と、燃焼室内へ噴射する燃料ガスを高圧の液化ガスに昇圧して供給するガス燃料供給装置とを備えた高圧ガス噴射ディーゼル機関のガス焚きエンジンであって、
    前記ガス燃料供給装置が、
    油圧モータにより駆動されて導入した液化ガスを所望の圧力まで昇圧して吐出する往復式ポンプと、
    前記過給機の回転軸により駆動される油圧ポンプから前記油圧モータに駆動用の油圧を供給する油圧ポンプユニットと、
    前記往復式ポンプから供給される昇圧後の液化ガスを加熱して気化させる加熱装置と、
    前記油圧モータの回転速度を調整して前記加熱装置のガス燃料出口圧力を一定に保つ制御部と、
    前記燃焼室内へ噴射するガス燃料圧力を調整するエンジン入口ガス減圧弁と、
    を備えていることを特徴とするガス焚きエンジン。
  5. 前記ガス燃料供給装置は、前記油圧ポンプを可変容量型とし、前記制御部が前記油圧ポンプの可変容量制御により前記油圧モータの回転速度を調整して前記ガス燃料出口圧力を一定に保つことを特徴とする請求項３または４に記載のガス焚きエンジン。
  6. 前記ガス燃料供給装置は、前記油圧ポンプを一定容量型とし、前記制御部が前記排気タービンの回転数制御により前記油圧モータの回転速度を調整して前記ガス燃料出口圧力を一定に保つことを特徴とする請求項３に記載のガス焚きエンジン。
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