以下に、本願発明を具体化した実施形態を、2基2軸方式の船舶に搭載される一対の推進兼発電機構に適用した場合の図面に基づいて説明する。
まず始めに、船舶の概要について説明する。図1〜図3に示すように、本実施形態の船舶1は、船体2と、船体2の船尾側に設けられたキャビン3(船橋)と、キャビン3の後方に配置されたファンネル4(煙突)と、船体2の後方下部に設けられた一対のプロペラ5及び舵6とを備えている。この場合、船尾側の船底7に一対のスケグ8が一体形成されている。各スケグ8には、プロペラ5を回転駆動させる推進軸9が軸支される。各スケグ8は、船体2の左右幅方向を分割する船体中心線CL(図3参照)を基準にして左右対称状に形成されている。すなわち、第1実施形態では、船体2の船尾形状としてツインスケグが採用されている。
船体2内の船首側及び中央部には船倉10が設けられており、船体2内の船尾側には機関室11が設けられている。機関室11には、プロペラ5の駆動源と船舶1の電力供給源とを兼ねる推進兼発電機構12が船体中心線CLを挟んだ左右に振り分けて一対配置されている。各推進兼発電機構12から推進軸9に伝達された回転動力にて、各プロペラ5は回転駆動する。機関室11の内部は、上甲板13、第2甲板14、第3甲板15及び内底板16にて上下に仕切られている。第1実施形態の各推進兼発電機構12は、機関室11最下段の内底板16上に設置されている。なお、詳細は図示していないが、船倉10は複数の区画に分割されている。
図2及び図3に示すように、各推進兼発電機構12は、プロペラ5の駆動源である中速エンジン装置21(実施形態ではデュアルフューエルエンジン)と、エンジン装置21の動力を推進軸9に伝達する減速機22と、エンジン装置21の動力にて発電する軸駆動発電機23とを組み合わせたものである。ここで、「中速」のエンジンとは、毎分500〜1000回転程度の回転速度で駆動するものを意味している。ちなみに、「低速」のエンジンは毎分500回転以下の回転速度で駆動し、「高速」のエンジンは毎分1000回転以上の回転速度で駆動する。実施形態のエンジン装置21は中速の範囲内(毎分700〜750回転程度)で定速駆動するように構成されている。
エンジン装置21は、エンジン出力軸24(クランク軸)を有するシリンダブロック25と、シリンダブロック25上に搭載されたシリンダヘッド26とを備えている。機関室11最下段の内底板16上に、直付け又は防振体(図示省略)を介してベース台27が据え付けられている。ベース台27上にエンジン装置21のシリンダブロック25が搭載されている。エンジン出力軸24は、船体2の前後長さ方向に沿う向きに延びている。すなわち、エンジン装置21は、エンジン出力軸24の向きを船体2の前後長さ方向に沿わせた状態で機関室11内に配置されている。
減速機22及び軸駆動発電機23がエンジン装置21よりも船尾側に配置されている。エンジン装置21の後面側からエンジン出力軸24の後端側が突出している。エンジン出力軸の後端側に減速機22が動力伝達可能に連結されている。減速機22を挟んでエンジン装置21と反対側に、軸駆動発電機23が配置されている。機関室11内の前方からエンジン装置21、減速機22、軸駆動発電機23の順に並べて配置されている。この場合、船尾側にあるスケグ8内又はその近傍に減速機22及び軸駆動発電機23が配置されている。従って、船舶1のバドックライン40の制約に拘らず、エンジン装置21をできるだけ船尾側に寄せて配置することが可能になっていて、機関室11のコンパクト化に寄与している。
減速機22の動力伝達下流側に推進軸9が設けられている。減速機22の外形は、エンジン装置21及び軸駆動発電機23よりも下側に張り出している。当該張り出し部分の後面側に、推進軸9の前端側が動力伝達可能に連結されている。エンジン出力軸24(軸芯線)と推進軸9とは、平面視で同軸状に位置している。推進軸9は、エンジン出力軸24(軸芯線)に対して鉛直方向に異芯した状態で、船体2の前後長さ方向に延びている。この場合、推進軸9は、側面視で軸駆動発電機23及びエンジン出力軸24(軸芯線)よりも低く内底板16に近い位置に置かれている。すなわち、軸駆動発電機23と推進軸9とが上下に振り分けられ、互いに干渉しない。従って、各推進兼発電機構12のコンパクト化が可能になる。
エンジン装置21の定速動力は、エンジン出力軸24の後端側から減速機22を介して、軸駆動発電機23と推進軸9とに分岐して伝達される。エンジン装置21の定速動力の一部は、減速機22によって例えば毎分100〜120回転前後の回転速度に減速されて、推進軸9に伝達される。減速機22からの減速動力にてプロペラ5が回転駆動する。なお、プロペラ5には、プロペラ羽根の翼角変更によって船速を調節可能な可変ピッチプロペラが採用されている。また、エンジン装置21の定速動力の一部は、減速機22によって例えば毎分1200か1800回転程度の回転速度に増速されて、減速機22に回転可能に軸支されたPTO軸に伝達される。この減速機22のPTO軸の後端側が軸駆動発電機23に動力伝達可能に連結されており、減速機22からの回転動力に基づいて軸駆動発電機23が発電駆動する。軸駆動発電機23の駆動にて生じた発電電力が船体2内の電気系統に供給される。
エンジン装置21には、空気取り込み用の吸気経路(図示省略)と排気ガス排出用の排気経路28とが接続されている。吸気経路を通じて取り込まれた空気は、エンジン装置21の各気筒内(吸気行程の気筒内)に送られる。また、エンジン装置21は2基あるため、排気経路28は2本存在する。各排気経路28はそれぞれ延長経路29に接続されている。延長経路29はファンネル4まで延びていて、外部に直接連通するように構成されている。各エンジン装置21からの排気ガスは、各排気経路28及び延長経路29を経由して、船舶1外に放出される。
以上の説明から明らかなように、エンジン装置21と、船舶推進用のプロペラ5を回転駆動させる推進軸9に前記エンジン装置21の動力を伝達する減速機22と、前記エンジン装置21の動力にて発電する軸駆動発電機23とを組み合わせた推進兼発電機構12を一対備えており、一対の推進兼発電機構12は、船体2内の機関室11に、船体中心線CLを挟んだ左右に振り分けて配置されるから、複数台のエンジン(主機関及び補機関)を機関室内に配置する従来構造に比べて、機関室11のエンジン設置スペースを縮小できる。このため、機関室11の前後長を短縮して機関室11をコンパクトに構成でき、ひいては、船体2における船倉スペース(機関室11以外のスペース)の確保がし易い。2つのプロペラ5の駆動によって、船舶1の推進効率向上も図れる。
しかも、主機関たるエンジン装置21が2基備わるため、例えば1基のエンジン装置21が故障して駆動不能になったとしても、もう1基のエンジン装置21によって航行可能であり、船舶用原動機装置ひいては船舶1の冗長性を確保できる。その上、前述の通り、エンジン装置21によってプロペラ5の回転駆動と軸駆動発電機23の駆動とを行えるから、通常航行時は、いずれか一方の軸駆動発電機23を予備にできる。従って、例えば1基のエンジン装置21又は軸駆動発電機23の故障によって電力供給が停止した場合、もう1基の軸駆動発電機23を起動させ、周波数及び電圧を確立して給電を復帰させればよい。また、1基のエンジン装置21だけでの航行時にエンジン装置21を停止させた場合は、もう1基の停止中のエンジン装置21、ひいてはこれに対応した軸駆動発電機23を起動させ、周波数及び電圧を確立して給電を復帰させればよい。
次に、上記船舶1における主機関として用いられるデュアルフューエルエンジン21について、図面を参照して説明する。デュアルフューエルエンジン21(以下、単に「エンジン装置21」と呼ぶ)は、天然ガス等の燃料ガスを空気に混合させて燃焼させる予混合燃焼方式と、重油等の液体燃料(燃料油)を拡散させて燃焼させる拡散燃焼方式とを択一的に選択して駆動する。なお、以下の説明において、減速機22との接続側を後側として、エンジン装置21の構成における前後左右の位置関係を指定するものとする。
エンジン装置21は、図4に示すように、二系統の燃料供給経路30,31から燃料が供給されるものであって、一方の燃料供給経路30にガス燃料タンク32が接続されるとともに、他方の燃料供給経路31に液体燃料タンク33が接続される。即ち、エンジン装置21は、燃料供給経路30から燃料ガスがエンジン装置21に供給される一方、燃料供給経路31から燃料油がエンジン装置21に供給される。燃料供給経路30は、液化状態の気体燃料を貯蔵するガス燃料タンク32と、ガス燃料タンク32の液化燃料(燃料ガス)を気化させる気化装置34と、気化装置34からエンジン装置21への燃料ガスの供給量を調整するガスバルブユニット35とを備える。即ち、燃料供給経路30は、ガス燃料タンク32からエンジン装置21に向かって、気化装置34及びガスバルブユニット35が順番に配置されて構成される。
エンジン装置21は、図5〜12に示すように、ベース台27(図2参照)上に据置されるシリンダブロック25にエンジン出力軸24を備え、複数のヘッドカバー40が前後一列に配列されたシリンダヘッド26をシリンダブロック25上に搭載している。エンジン装置21は、シリンダヘッド26の右側面に、ヘッドカバー40列と平行にガスマニホールド(気体燃料配管)41を延設する一方、シリンダブロック25の左側面に、ヘッドカバー40列と平行に延設された燃料油管(液体燃料配管)42を覆うサイドカバー43を配置している。また、ガスマニホールド41の上側において、後述の排気マニホールド(排気流路)44がヘッドカバー40列と平行に延設されており、この排気マニホールド44の外周が遮熱カバー45で覆われている。
ヘッドカバー40列と遮熱カバー45との間には、シリンダヘッド26内の冷却水路と連結するシリンダヘッド上冷却水配管46が、ヘッドカバー40列と平行に延設されている。冷却水配管46の上側には、軽油等によるパイロット燃料を供給するコモンレール(パイロット燃料配管)47が、冷却水配管46と同様、ヘッドカバー40列と平行に延設されている。このとき、冷却水配管46が、シリンダヘッド26と連結して支持されるとともに、コモンレール47が、冷却水配管46と連結して支持される。また、遮熱カバー45は、冷却水配管46及びシリンダブロック26と連結して支持されている。
排気マニホールド44の前端(排気出口側)は、排気中継管48を介して、過給機49と接続されている。従って、排気マニホールド44を通じて排気される排気ガスが、排気中継管48を介して、過給機49のタービン49aに流入することで、タービン49aが回転して、タービン49aと同軸となるコンプレッサ49bを回転させる。過給機49は、エンジン装置21の前端上側に配置されており、その右側にタービン49aを、その左側にコンプレッサ49bをそれぞれ有する。そして、排気出口管50が、過給機49の右側に配置されるとともに、タービン49aの排気出口と連結し、タービン49aからの排気ガスを排気経路28(図2参照)に排気させる。
過給機49の下側には、過給機49のコンプレッサ49bで圧縮空気を冷却させるインタークーラ51が配置されている。即ち、シリンダブロック25の前端側に、インタークーラ51が設置されるとともに、このインタークーラ51の上部に過給機49が載置される。過給機49の左右中層位置には、コンプレッサ49bの空気吐出口が、後方(シリンダブロック25側)に向かって開口するようにして設けられている。一方、インタークーラ51上面には、上方に向かって開口した空気吸入口が設けられており、この空気吸入口を通じて、コンプレッサ49bから吐出される圧縮空気が、インタークーラ51内部に流入する。そして、コンプレッサ49bの空気吐出口とインタークーラ51の空気吸入口とは、一端が接続されている吸気中継管52により連通される。
エンジン装置21の前端面(正面)には、エンジン出力軸24の外周側に、冷却水ポンプ53、パイロット燃料ポンプ54、潤滑油ポンプ(プライミングポンプ)55、及び燃料油ポンプ56それぞれが設置されている。このとき、冷却水ポンプ53及び燃料油ポンプ56それぞれが左側面寄りの上下に配置され、パイロット燃料ポンプ54及び潤滑油ポンプ55それぞれが右側面寄りの上下に配置される。また、エンジン装置21の前端部分には、エンジン出力軸24の回転動力を伝達する回転伝達機構(図示省略)が設けられている。これにより、エンジン出力軸24からの回転動力が前記回転伝達機構を介して伝達されることで、エンジン出力軸24外周に設けられた冷却水ポンプ53、パイロット燃料ポンプ54、潤滑油ポンプ55、及び燃料油ポンプ56それぞれも回転する。更に、シリンダブロック25内において、冷却水ポンプ53の上側に、前後を軸方向とするカムシャフト(図示省略)が軸支されており、該カムシャフトも前記回転伝達機構を通じてエンジン出力軸24の回転動力が伝達されて回転する。
シリンダブロック25の下側には、オイルパン57が設けられており、このオイルパン57に、シリンダブロック25を流れる潤滑油が溜まる。潤滑油ポンプ55は、潤滑油配管を介してオイルパン57と下側の吸引口で接続されており、オイルパン57に溜まっている潤滑油を吸引する。また、潤滑油ポンプ55は、上側の吐出口が潤滑油配管を介して潤滑油クーラ58の潤滑油入口と接続することで、オイルパン57から吸引した潤滑油を潤滑油クーラ58に供給する。潤滑油58は、その前方を潤滑油入口とする一方で後方を潤滑油出口とし、潤滑油出口を潤滑油コシキ59と潤滑油配管を介して連結させる。潤滑油コシキ59は、その前方を潤滑油入口とする一方で後方を潤滑油出口とし、潤滑油出口をシリンダブロック25と接続している。従って、潤滑油ポンプ55から送られてくる潤滑油は、潤滑油クーラ58で冷却された後に、潤滑油コシキ59と浄化される。
潤滑油クーラ58及び潤滑油コシキ59はそれぞれ、シリンダブロック25の右側面に固定されている。そして、潤滑油クーラ58及び潤滑油コシキ59は、潤滑油クーラ58が前方(潤滑油ポンプ55側)となるように、シリンダブロック25右側面において、前後に直列に配置されている。また、前後方向に延設されるシリンダブロック右冷却水配管60が、ガスマニホールド41と潤滑油クーラ58の間となる位置に、シリンダブロック25の右側面より離間して配置されている。この冷却水配管60は、シリンダブロック25の前方からガスマニホールド51に沿うようにして、潤滑油クーラ58及び潤滑油コシキ59の間となる位置まで延設されている。
また、ガスマニホールド41に沿うように延設された冷却水配管60は、インタークーラ51から吐出されるインタークーラ吐出側冷却水配管61と連結しており、インタークーラ61から流出した冷却水を潤滑油クーラ58に給水する。なお、インタークーラ61は、その右側面上下に設置された吐出側冷却水配管61及び給水側冷却水配管62それぞれが挿入されており、過給機49のコンプレッサ49bからの圧縮空気を冷却する。
過給機49は、左右それぞれに振り分けて配置されたコンプレッサ49b及びタービン49aを同軸で軸支し、排気中継管49を通じて排気マニホールド44から導入されるタービン49aの回転に基づき、コンプレッサ49bが回転する。また、過給機49は、新気取り入れ側となるコンプレッサ49bの左側に、導入する外気を除塵する吸気フィルタ63と、吸気フィルタ63とコンプレッサ49bとを接続する新気通路管64とを備える。これにより、タービン49aと同期してコンプレッサ49bが回転することにより、吸気フィルタ63により吸引された外気(空気)は、過給機49を通じてコンプレッサ49bに導入される。そして、コンプレッサ49bは、左側から吸引した空気を圧縮して、後側に設置されている吸気中継管52に圧縮空気を吐出する。
吸気中継管52は、その上部前方を開口させて、コンプレッサ49b後方の吐出口と蛇腹管65を介して接続している一方で、その下側を開口させて、インタークーラ51上面の吸気口と接続している。また、インタークーラ51は、前面の通気路に設けた分岐口において、吸気バイパス管66の一端と接続しており、インタークーラ51で冷却した圧縮空気の一部を吸気バイパス管66に吐出する。吸気バイパス管66の他端が、新気通路管64の前面に設けた分岐口に接続して、インタークーラ51で冷却された圧縮空気の一部が、吸気バイパス管66を通じて新気通路管64に環流し、給気フィルタ63からの外気と合流する。また、吸気バイパス管66は、その中途部に、吸気バイパス弁V2が配置されている。
インタークーラ51は、吸気中継管52を通じてコンプレッサ49bからの圧縮空気を左側後方から流入させると、給水配管62から給水される冷却水との熱交換作用に基づいて、圧縮空気を冷却させる。インタークーラ51内部において、左室で冷却された圧縮空気は、前方の通気路を流れて右室に導入された後、右室後方に設けられた吐出口を通じて、吸気マニホールド67に吐出される。吸気マニホールド67は、シリンダブロック25の右側面に設けられており、ガスマニホールド41の下側において、ヘッドカバー40列と平行に前後に延設されている。なお、吸気バイパス弁V2の開度に応じて、インタークーラ51からコンプレッサ49bに環流させる圧縮空気の流量が決定されることで、吸気マニホールド67へ供給する圧縮空気の流量が設定される。
また、過給機49のタービン49aは、後方の吸込口を排気中継管48と接続させており、右側の吐出口を排気出口管50と接続させている。これにより、過給機49は、排気中継管48を介して排気マニホールド44から排気ガスをタービン49a内部に導入させて、タービン49aを回転させると同時にコンプレッサ49bを回転させ、排気ガスを排気出口管50から排気経路28(図2参照)に排気する。排気中継管48は、その後方を開口させて、排気マニホールド44の吐出口と蛇腹管68を介して接続している一方で、その前方を開口させて、タービン49a後方の吸込口と接続している。
また、排気中継管48の中途位置において、右側面側に分岐口が設けられており、この排気中継管48の分岐口に排気バイパス管69の一端が接続されている。排気バイパス管69は、その他端が排気出口管50の後方に設けられた合流口と接続され、排気マニホールド44から吐出される排気ガスの一部を、過給機49を介さずに排気出口管50にバイパスさせる。また、排気バイパス管69は、その中途部に、排気バイパス弁V3が配置されており、排気バイパス弁V3の開度に応じて、排気マニホールド44から排気出口管50にバイパスさせる排気ガスの流量を設定し、タービン49aに供給する排ガス流量を調節する。なお、排気バイパス管69は、排気中継管48との接続部と排気バイパス弁V3との間となる位置に、蛇腹管70を有する。
エンジン装置21の始動・停止等の制御を行う機側操作用制御装置71が、支持ステー(支持部材)72を介してインタークーラ51の左側面に固定されている。機側操作用制御装置71は、作業者によるエンジン装置21の始動・停止を受け付けるスイッチとともに、エンジン装置21各部の状態を表示するディスプレイを具備する。シリンダブロック25の左側面後端側には、エンジン装置21を始動させるエンジン始動装置75が固定されている。
また、エンジン装置21各部の動作を制御する73が、支持ステー(支持部材)74を介して、シリンダブロック25の後端面に固定される。シリンダブロック25の後端側には、減速機22と連結して回転させるフライホイール76が設置されており、フライホイール76の上部に、エンジン制御装置73が配置されている。このエンジン制御装置73は、エンジン装置21各部におけるセンサ(圧力センサや温度センサ)と電気的に接続して、エンジン装置21各部の温度データや圧力データ等を収集するとともに、エンジン装置21各部における電磁弁等に信号を与え、エンジン装置21の各種動作(燃料油噴射、パイロット燃料噴射、ガス噴射、冷却水温度調整など)を制御する。
シリンダブロック25内には、図13に示すように、円筒形状のシリンダ77が挿入されており、シリンダ77内を上下方向にピストン78が往復動することで、シリンダ77下側のエンジン出力軸24を回転させる。シリンダブロック25上のシリンダヘッド26それぞれには、燃料油管42から燃料油(液体燃焼)が供給されるメイン燃料噴射弁79が、シリンダ77に先端を向けて挿入されている。この燃料噴射弁79は、シリンダ77の上端面の中心位置に先端を配置しており、ピストン78上面とシリンダ77の内壁面とで構成される主燃焼室に燃料油を噴射する。従って、エンジン装置21が拡散燃焼方式で駆動するとき、燃料噴射弁79から燃料油がシリンダ77内の主燃焼室に噴射されることで、主燃焼室では、圧縮空気と反応して拡散燃焼を発生させる。
各シリンダヘッド26において、メイン燃料噴射弁79の後側に2つの吸気弁80が挿入されており、メイン燃料噴射弁79の前側に2つの排気弁81が挿入されている。シリンダ77の上端面において、吸気弁80及び排気弁81それぞれが、メイン燃料噴射弁79の先端を中心とした円周上に配置される。吸気弁80が開くことにより、吸気マニホールド67からの空気をシリンダ77内の主燃焼室に吸気させる一方で、排気弁81が開くことにより、シリンダ77内の主燃焼室での燃焼ガス(排気ガス)に排気マニホールド44へ排気させる。また、筒内圧センサ77aが、センシング部分となる先端をシリンダ77の上端面に向けるようにして、シリンダヘッド26に挿入されている。この筒内圧センサ77aによってシリンダ77内の内圧を常に監視することで、予混合燃焼方式における主燃焼室での失火の有無を検出している。
主燃焼室に着火火炎を発生させるパイロット燃料噴射弁82が、その先端がメイン燃料噴射弁79先端の近傍に配置されるように、各シリンダヘッド26に対して斜傾させて挿入されている。パイロット燃料噴射弁82は、マイクロパイロット噴射方式を採用しており、先端にパイロット燃料が噴射される副室を有している。即ち、パイロット燃料噴射弁82は、コモンレール47から供給されるパイロット燃料を副室に噴射して燃焼させて、シリンダ77内の主燃焼室の中心位置に着火火炎を発生させる。従って、エンジン装置21が予混合燃焼方式で駆動するとき、パイロット燃料噴射弁82で着火火炎が発生することで、吸気弁80を介してシリンダ77内の主燃焼室に供給される予混合ガスが反応し、予混合燃焼を発生させる。
シリンダヘッド26の上側では、図13及び図14に示すように、2つの吸気弁80の上端がブリッジ83で連結されるとともに、2つの排気弁81の上端がブリッジ84で連結される。ブリッジ83を上面中央に右端側を当接させたロッカーアーム85は、カムシャフト(図示省略)における吸気用カムと連動するブッシュロッド87と左端が連結される。また、ブリッジ84を上面中央に右端側を当接させたロッカーアーム86は、カムシャフト(図示省略)における排気用カムと連動するブッシュロッド88と左端が連結される。従って、カムシャフトの回転に応じて、ブッシュロッド87,88それぞれが上下動することで、ロッカーアーム85,86が揺動し、ブリッジ83,84を介して、吸気弁80及び排気弁81それぞれを上下動させる。ヘッドカバー40は、吸気弁80、排気弁81、ブリッジ83,84、ロッカーアーム85,86、及びプッシュロッド87,88それぞれを覆うようにして、シリンダヘッド26上に設置される。
シリンダブロック25は、図11〜14に示すように、その左側面上側に段差部25aが設けてあり、このシリンダブロック25の段差部25a上面に、ヘッドカバー40及びシリンダヘッド26と同数の燃料噴射ポンプ89が設置されている。燃料噴射ポンプ89は、シリンダブロック25の左側面に沿って一列に配列されており、その左側面が燃料油管(液体燃料配管)42と連結しているとともに、その上端が燃料吐出管90を介して右前方のシリンダヘッド26の左側面と連結している。上下2本の燃料油管42は、一方が燃料噴射ポンプ89へ燃料油を供給する給油管であり、他方が燃料噴射ポンプ89から燃料油を戻す油戻り管である。また、燃料吐出管90は、シリンダヘッド26内の燃料流路を介してメイン燃料噴射弁79と接続することで、燃料噴射ポンプ89からの燃料油をメイン燃料噴射弁79に供給する。
燃料噴射ポンプ89は、シリンダブロック25の段差部25a上において、燃料吐出管90で接続されるシリンダヘッド26の左側後方となる位置に、ヘッドカバー40列に対して左側に並設されている。また、燃料噴射ポンプ89は、シリンダヘッド26と燃料油管42に挟まれた位置で一列に配列されている。この燃料噴射ポンプ89は、図6〜8に示すように、燃料油管42とともに、シリンダブロック25の段差部25a上に設置されたサイドカバー43によって被覆されている。燃料噴射ポンプ89は、シリンダブロック25内のカムシャフト(図示省略)におけるポンプ用カムの回転によりプランジャの押し上げ動作を行う。そして、燃料噴射ポンプ89は、プランジャの押し上げにより燃料油管42から供給される燃料油を高圧に上昇させ、燃料吐出管90を介して、シリンダヘッド26内の燃料噴射ポンプ89に高圧の燃料油を供給する。
シリンダヘッド上冷却水配管46は、図14に示すように、シリンダブロック25上の複数のシリンダヘッド26上面に設けられた冷却水枝管91と連結されて、この冷却水枝管91を介して各シリンダヘッド26内の冷却水路と接続している。冷却水配管46は、その下側面が支持ステー(冷却水配管支持部材)92を介してシリンダヘッド26と連結され、その左側面が支持ステー(冷却水配管支持部材)93を介してシリンダヘッド26と連結されている。即ち、冷却水配管46は、支持ステー92,93及び冷却水枝管91を介して各シリンダヘッド26と連結して、ヘッドカバー40の右側であってシリンダヘッド26上方となる位置に支持される。また、冷却水枝管91が、シリンダヘッド26の前後に締結されている支持ステー92,93の間となる位置で締結されており、シリンダヘッド26内の冷却水路と冷却水配管46内の冷却水路とを連結させている。
コモンレール(パイロット燃料配管)47は、図10〜図15に示すように、支持ブラケット(パイロット燃料配管支持部材)94を介して冷却水配管46上面で支持されている。コモンレール47は、冷却水配管46と平行に延設されているパイロット燃料主管47aと、燃料主管47aを流れるパイロット燃料をシリンダヘッド26毎に分配させる分岐部47bと、分岐部47bからパイロット燃料噴射弁82へ接続するパイロット燃料枝管47cとを有する。
分岐部47bは、前後に隣接したシリンダヘッド26の境界位置に配置されており、前後それぞれのシリンダヘッド26におけるパイロット燃料噴射弁82と接続された2本のパイロット燃料枝管47cと接続されている。また、分岐部47bは、支持ブラケット94上に載置されるようにして、支持ブラケット94に締結されており、支持ブラケット94は、その下側が冷却水配管46上に設けた台座に複数位置(図15の例では3箇所)で締結されている。この分岐部47bが支持ブラケット94で固定されることで、コモンレール47が、支持ブラケット94を介して、冷却水配管46に延設するようにして、冷却水配管46上で支持される。シリンダヘッド26において比較的温度の低い冷却水配管46でコモンレール47が支持されることから、コモンレール47が高温となることを抑制できる。
パイロット燃料枝管47cは、平面視(上面視)でパイロット燃料主管47aに平行(前後方向)に延びた部分を分岐部47b側に有し、正面視でパイロット燃料主管47aに垂直(上下方向)に延びた部分をパイロット燃料噴射弁82側に有する。そして、パイロット燃料枝管47cは、支持ステー(冷却水配管支持部材)93に設けられた枝管固定部材95により固定されている。即ち、パイロット燃料枝管47cにおいて、パイロット燃料噴射弁82側となる上下方向に延びた配管部分が、枝管固定部材95で挟持されている。これにより、パイロット燃料枝管47cは、枝管固定部材95及び支持ステー93を介して、シリンダヘッド26で固定される。
図6及び図9〜12に示すように、コモンレール47の前端が、パイロット燃料ポンプ54の吐出側とパイロット燃料中継管96を介して接続されており、パイロット燃料ポンプ54から吐出されるパイロット燃料がコモンレール47に供給される。パイロット燃料中継管96は、シリンダブロック25の前面において、パイロット燃料ポンプ54の吐出口とコモンレール47の前端とを接続させるべく、パイロット燃料ポンプ54の吐出口からシリンダブロック25の左側面の上方に向かって延ばした後に屈曲させてシリンダヘッド26の前端面をシリンダヘッド26左側面からコモンレール47の前端に向かって伸ばした形状を有する。
ガスマニホールド41は、図5、図10、図12、及び図13に示すように、シリンダブロック25の右側面の前方において、ガスバルブユニット35(図4参照)と接続されるガス配管路の一部となるガス入口管97と接続されて燃料ガスが圧送される。即ち、ガスマニホールド41の前端がガス入口管97と連結されており、ガスバルブユニット35からの燃料ガスがガスマニホールド41に供給される。ガスマニホールド41は、排気マニホールド44と吸気マニホールド67の間となる高さ位置で、ヘッドカバー40列に沿って延設されている。
ガスマニホールド41は、ガス入口管97と前端が接続して前後に延びているガス主管41aと、ガス主管41aの上面からシリンダヘッド26に向けて分岐させた複数のガス枝管41bとを備える。ガス主管41aは、その上面に等間隔で接続用フランジを備えており、ガス枝管41bの入口側フランジと締結されている。ガス枝管41bは、ガス主管41aとの連結部分と逆側の端部を、ガスインジェクタ98が上側から挿入されたスリーブ99の右側面と連結している。
ガスマニホールド41を構成するガス主管41a及びガス枝管41aそれぞれが二重管で構成されるとともに、ガス入口管97及びスリーブ99も二重管で構成される。即ち、ガスバルブユニット35よりも下流側のガス配管を、高圧の内側管を外側管で覆う二重管構造とし、その内側管(内側空間)により、ガスマニホールド41を介してガスインジェクタ98に向かって燃料ガスを流す。一方、ガスバルブユニット35よりも下流側のガス配管では、外側管と内側管との空間(外側空間)により、シリンダ77の主燃焼室に未供給となった燃料ガスをガスバルブユニット35に回収させる。
排気マニホールド44は、図10、図12、図13、及び図15に示すように、一列で交互に並べた排気主管44aと蛇腹管44bとを連結させており、排気主管44aの下側から分岐させた排気枝管44cをシリンダヘッド26の右側面と連結させている。排気主管44a及び排気枝管44cはそれぞれ、シリンダヘッド26と同数設けられており、シリンダヘッド26の右側面前側に排気枝管44cが連結されている。即ち、排気弁81が配置されているシリンダヘッド26前側部分において、排気枝管44cの排気入口側が、シリンダヘッド26の右側面の排気出口と接続されている。また、排気マニホールド44は、排気枝管44cの排気入口側フランジをシリンダヘッド26の右側面に締結することで、シリンダヘッド26により支持されている。
吸気マニホールド67は、図5、図10、図13、図15、及び図16に示すように、シリンダブロック25の上方右側に設けられており、その高さ位置がガスマニホールド41よりも下側となる位置で前後方向に延設されている。また、シリンダヘッド26は、図10、図13、及び図15〜図17に示すように、右側面のうち後方部分をガスマニホールド41に向かって突起させており、この右側面の突起部分を、吸気マニホールド67直上で連通させる空気流路101を内部に有する吸気枝部100となる。即ち、吸気弁80が配置さているシリンダヘッド26後側部分が、吸気枝部100を介して、吸気マニホールド67と接続されている。
吸気マニホールド67は、図17に示すように、シリンダヘッド26毎に、その上側を開口した吸気入口102を有しており、この吸気入口102と空気流路101を連通させる位置に、シリンダヘッド26の吸気枝部100が配置されている。従って、シリンダヘッド26は、右側面の前方で排気マニホールド44の排気枝管44cと連結する一方、右側面の後方に吸気マニホールド67と接続される吸気枝部100を備えることとなる。即ち、吸気マニホールド67の直上では、排気マニホールド44の排気枝管44cとシリンダヘッド26の吸気枝部100とが、交互に一列に配置されている。
シリンダヘッド26の吸気枝部100の上面は、図13及び図17に示すように、スリーブ99を固定させる台座として構成されおり、吸気枝部100内部の空気流路101に、スリーブ99の底面に設けられたガス噴射ノズル103が挿入されている。シリンダヘッド26の空気流路101は、吸気マニホールド67の吸気入口102とシリンダ77の主燃焼室とを連通させる逆U字形状とされるとともに、吸気枝部102内の上部で、ガス噴射ノズル103が挿入された構成となる。ガス噴射ノズル103は、空気流路101における空気の流れに沿うようにして燃料ガスを噴射させるべく、シリンダヘッド26の内側(左側)に斜傾させている。
エンジン装置21が拡散燃焼方式で動作するとき、ガスインジェクタ98がガス噴射ノズル103からの燃料ガスの噴射を常に停止させた状態とする。そのため、吸気マニホールド67を流れる空気のみが、空気流路101を通じて吸気弁80に向かって流れることとなる。そして、吸気弁80を開くことで、シリンダ77内の主燃焼室に空気を吸気させる。そして、吸気弁80を閉じるとともにピストン78をスライドさせて主燃焼室内の空気を圧縮させた後、メイン燃料噴射弁79により燃料油を噴射させて、主燃焼室内で燃料油を燃焼させる。その後、排気弁81を開くことで、主燃焼室内の燃焼ガス(排ガス)をシリンダヘッド26内の排気流路を通じて排気マニホールド44に排気する。
一方、エンジン装置21が予混合燃焼方式で動作するとき、ガスインジェクタ98がガス噴射ノズル103から燃料ガスを空気流路101に噴射させる。そのため、空気流路101では、ガス噴射ノズル103から噴射された燃料ガスが、吸気マニホールド67から流入する空気に混合される。そして、この空気に燃料ガス混合させた混合ガスは、空気流路101を通じて吸気弁80に向かって流れることとなる。このとき、吸気弁80を開くことで、シリンダ77内の主燃焼室に混合ガスを吸気させる。そして、吸気弁80を閉じるとともにピストン78をスライドさせて主燃焼室内の混合ガスを圧縮させた後、パイロット燃料噴射弁82により着火火炎を主燃焼室内に噴出させて、主燃焼室内で混合ガスを燃焼させる。その後、排気弁81を開くことで、主燃焼室内の燃焼ガス(排ガス)をシリンダヘッド26内の排気流路を通じて排気マニホールド44に排気する。
また、ガスマニホールド41は、図10、図13及び図15に示すように、ガス枝管41aに対して等間隔で配管されるガス枝管41bを、排気マニホールド44の下方を潜るようにして、シリンダヘッドヘッド26の吸気枝部100に向かって延設させている。即ち、ガス枝管41bは、ガス主管41aの軸方向(前後方向)に沿って、吸気枝部100上のガスインジェクタ98と同一位置に配置されており、排気マニホールド44の排気枝管44cの間を通過して、ガス主管41aとスリーブ99とを連結させる。そして、排気マニホールド44の直下では、ガスマニホールド41のガス枝管41bと排気マニホールド44の排気枝管44cとが、交互に一列に配置されている。
ガスマニホールド41は、図13、及び図15〜17に示すように、ガス主管41aの下面を、シリンダブロック25に固定した支持ブラケット104上の支持用スペーサ(ガスマニホールド支持部材)105と当接させている。支持ブラケット104は、シリンダブロック25の上面と平行な板形状であって、シリンダブロック25の上面から外側に向かって延設させた形状を有し、シリンダブロック25の右側面及び上面で固定される。ガスマニホールド41は、吸気マニホールド67側となるシリンダブロック25の右側面の最上部に固定された板状の支持ブラケット104上に、支持用スペーサ105を介して支持される。従って、ガスマニホールド41は、支持ブラケット104及び支持用スペーサ105を介して、シリンダブロック25により下側から支持されるとともに、ガス枝管41bがスリーブ99と連結することで、シリンダヘッド26によって上側からも吊下支持される。
遮熱カバー45は、図14〜図17に示すように、排気マニホールド44の外周面及び後端を覆うように構成されている。遮熱カバー45は、排気マニホールド44の右側面全体と上面全体を覆う一方で、ガス枝管41b及び排気枝管44cそれぞれをシリンダヘッド26に連結させるため、排気マニホールド44の左側面に対しては、その上側一部を覆うのみとしている。そして、遮熱カバー45の右側面の一部に切欠部45aを設けており、この切欠部45aにガス枝管41bが挿入される。この遮熱カバー45と排気マニホールド44との間に形成される空気層が断熱層として機能するため、排気マニホールド44からの排熱による周囲の影響を低減させる。
遮熱カバー45は、その左側面を冷却水配管46の上面と支持ブラケット(カバー支持部材)106を介して連結しており、冷却水配管46により吊下支持されている。支持ブラケット106は、その右端側が冷却水配管46上面に設けられた台座に締結されるとともに、その左端側が遮熱カバー45の左側面の上側に締結される。また、支持ブラケット106は、コモンレール47の下側で交差するようにして配置されている。このように、遮熱カバー45は、冷却水配管46と接続することで、冷却水配管46からの伝熱により、排気マニホールド44からの放射熱による加温を抑制できるため、遮熱カバー45により遮熱効果を高めることができる。また、遮熱カバー45は、その右側面を支持ブラケット104上面に当接させて、シリンダブロック25によっても支持されている。即ち、支持ブラケット104は、上述のように、ガスマニホールド41の支持部材として機能するとともに、遮熱カバー45の支持部材としても機能する。
エンジン装置21は、シリンダ77内の主燃焼室に空気を吸気させる吸気弁80と、主燃焼室から燃焼ガスを排気させる排気弁81と、主燃焼室に液体燃料を噴射して燃焼させるメイン燃料噴射弁79と、主燃焼室に吸気する空気に気体燃料を混合させるガスインジェクタ98とを備えている。そして、エンジン装置21は、気体燃料をガスインジェクタ98に供給する気体燃料配管41と、液体燃料をメイン燃料噴射弁79に供給する液体燃料配管42とを、一列に並んだヘッドカバー40列の両側に振り分けて配置している。また、エンジン装置21は、主燃焼室に吸気する空気を吸気弁80に向けて供給する吸気マニホールド67を、シリンダブロック25内でヘッドカバー40列に対して平行に延設させており、気体燃料配管41と吸気マニホールド67とをヘッドカバー40列の同一側方で並べて配置している。
エンジン装置21は、気体燃料配管41と液体燃料配管42とを、ヘッドカバー40に対して振り分けて配置して、シリンダヘッド26周辺に省スペースで配管できるため、コンパクトな配管構成となる。また、気体燃料配管41と吸気マニホールド67とをヘッドカバー40列の同一側方に配置しているので、吸気側に配置しているガスインジェクタ98と気体燃料配管41との配管距離を短くでき、気体燃料配管41での圧損を抑制できる。
エンジン装置21は、主燃焼室からの燃焼ガスを排気させる排気マニホールド44を、ヘッドカバー40列に対して平行に延設させており、ヘッドカバー40列の同一側方において、気体燃料配管41の上下に排気マニホールド44と吸気マニホールド67とを振り分けて配置する。これにより、エンジン装置21は、シリンダヘッド26の同一側方に気体燃料配管41と排気マニホールド44とをまとめて配管するため、シリンダヘッド26の他側方において、メイン燃料噴射弁79に高圧の液体燃料を圧送する燃料噴射ポンプ89を液体燃料配管42とともにまとめて設置できる。
エンジン装置21は、主燃焼室に着火火炎を噴出させるパイロット燃料噴射弁54を備えるとともに、パイロット燃料噴射弁54にパイロット燃料を供給するパイロット燃料配管47をヘッドカバー40列に対して平行に延設する。そして、シリンダブロック25上方において、ヘッドカバー40列と排気マニホールド44との間の位置に、ヘッドカバー40列に対して平行に冷却水配管46を延設させており、冷却水配管46の上方でパイロット燃料配管54を支持する。パイロット燃料配管47を冷却水配管46上で支持するため、パイロット燃料配管47が高温の排ガス温度による加温を抑制できる。従って、パイロット燃料配管47を、排気マニホールド44側に配置することができ、各配管をコンパクトにまとめて配置できる。
エンジン装置21は、気体燃料配管41を、ガスインジェクタ98に向かって気体燃料を供給する内側管と、ガスインジェクタ98から気体燃料が流入する外側管とによる二重管構造としている。このように気体燃料配管41を二重管構造とすることで、ガスインジェクタ98に残留する気体燃料をガスバルブユニット35等の燃料源側に戻すことができ、気体燃料配管41の圧力を一定に保持できる。
エンジン装置21は、その一端上部に、排気マニホールド44からの排気ガスにより空気を圧縮する過給機49を配置するとともに、過給機49で圧縮された圧縮空気を冷却して吸気マニホールド67に供給するインタークーラ51を過給機49の下側に配置している。エンジン装置21は、その一端で過給機49及びインタークーラ51を重ねて配置するため、装置構成をコンパクトにできる。また、排気マニホールド44と吸気マニホールド67の配置に対応させて、過給機49とインタークーラ51を上下に配置させることにより、排気マニホールド44と吸気マニホールド67を無理なく最短で配管できる。
エンジン装置21は、シリンダブロック25の気体燃料配管41側の一側面に、潤滑油クーラ58及び潤滑油コシキ59を直列に並べて配置している。そして、気体燃料配管41と潤滑油クーラ58の間となる位置に、潤滑油クーラ58に供給する冷却水を流す潤滑油冷却用冷却水配管(第1冷却水配管)60を、シリンダブロック25の上記一側面から離間させた状態で、潤滑油クーラ58に沿って延設させている。シリンダヘッド26と接続したシリンダヘッド冷却用冷却水配管(第2冷却水配管)46を、シリンダブロック25上方において、ヘッドカバー40と気体燃料配管41との間となる位置で、ヘッドカバー40列と平行に延設させる。
エンジン装置21は、気体燃料配管41側となるエンジン装置21の側面に潤滑油クーラ58及び潤滑油コシキ59を配置するとともに、潤滑油クーラ58へ冷却水を供給する潤滑油冷却用冷却水配管(第1冷却水配管)60をエンジン装置21の同一側面に配置する。これにより、エンジン装置21における潤滑油循環系統を、コンパクトにまとめて配置できるとともに、そのメンテナンス作業を簡単化できる。更に、シリンダヘッド冷却用冷却水配管(第2冷却水配管)46をも、エンジン装置21の上方において、潤滑油冷却用冷却水配管(第1冷却水配管)60と同側方に配置されるため、エンジン装置21の外側に配置する冷却水配管をまとめて配管でき、その長さを短縮できる。
エンジン装置21は、エンジン出力軸24に対して垂直となるシリンダブロック25の一端面において、エンジン出力軸24の外周側であって潤滑油クーラ58が設置されるシリンダブロック25の一側面(右側面)側に潤滑油ポンプ55を配置しており、潤滑油ポンプ55で吸い上げた潤滑油を潤滑油クーラ58に供給する。潤滑油ポンプ55が潤滑油クーラ58の近くに設置されることとなるため、潤滑油ポンプ55と潤滑油クーラー58とを短い配管で結ぶことができる。
その他、各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。また、本実施形態のエンジン装置は、船体内の電気系統に電力を供給するための発電装置や陸上の発電施設における駆動源として構成するなど、上述の推進兼発電機構以外の構成においても適用可能である。