JP2016084795A - Engine operation system of vessel - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an engine operation system for a vessel capable of coping with third regulation of NOX.SOLUTION: An engine operation system for a vessel includes a main gas fuel injection valve (5) for injecting gas fuel at a high pressure into a cylinder (1), a pilot fuel injection valve (6) of diesel fuel, a main gas fuel supply device (8) for supplying high pressure gas fuel, a sub gas fuel injection valve (7) for injecting the gas fuel into the cylinder, a sub gas fuel supply device (10) for supplying the gas fuel to the sub gas fuel injection valve, and a controller (16) for adjusting an engine load by controlling operation of the main gas fuel supply device and the sub gas fuel supply device. The controller pre-injects all of the required gas fuel from the sub gas fuel injection valve into the cylinder and suppresses a discharge amount of NOX to be a prescribed value or less when the engine load is equal to or less than a prescribed load. The vessel has a GPS receiver, and the controller adjusts the engine load to be the prescribed load or less when it is determined that the vessel navigates within a prescribed sea area based on position information of the GPS receiver.SELECTED DRAWING: Figure 10

Description

本発明は、天然ガス等のガス燃料を主燃料とするガスインジェクションエンジンを搭載した船舶の機関運転方式に関する。   The present invention relates to an engine operating system for a ship equipped with a gas injection engine whose main fuel is a gas fuel such as natural gas.

近年、環境保全の観点からクリーンなエネルギ源が求められている。この観点から、天然ガス等のガス燃料をその主燃料とし、着火のためのパイロット燃料噴射後にシリンダ内へ高圧のガス燃料を噴射するガスインジェクションエンジンの普及が期待されている。そして、ガスインジェクションエンジンにおいては、その燃料の特性等から、熱効率を向上させるために、高圧のガス燃料を短期間にシリンダ内に噴射する必要がある。   In recent years, a clean energy source has been demanded from the viewpoint of environmental conservation. From this point of view, a gas injection engine that uses gas fuel such as natural gas as its main fuel and injects high-pressure gas fuel into a cylinder after pilot fuel injection for ignition is expected. In the gas injection engine, it is necessary to inject high-pressure gas fuel into the cylinder in a short period of time in order to improve thermal efficiency due to the characteristics of the fuel.

なお、自己着火によるノッキングの問題が発生しているのは、着火のためのパイロット噴射前にガス燃料をすべて予混合して燃焼させるオットーサイクルの予混合方式のガスエンジンであり(例えば、特許文献1参照)、このガスエンジンの高負荷時、あるいは燃料噴射量が多い場合に特にノッキングが発生しやすい。   The problem of knocking due to self-ignition occurs in the Otto cycle premixing type gas engine in which all the gas fuel is premixed and combusted before pilot injection for ignition (for example, Patent Documents). 1), especially when the gas engine is under a high load or when the fuel injection amount is large.

この一方、ディーゼルサイクルとなる上述のガスインジェクションエンジンについては、すべてのガス燃料をパイロット燃料噴射後にシリンダ内へ噴射しているため、ノッキング問題は発生していない。この点からも、ガスインジェクションエンジンの普及が期待されている。   On the other hand, in the above-described gas injection engine serving as a diesel cycle, since all the gas fuel is injected into the cylinder after the pilot fuel injection, no knocking problem has occurred. From this point of view, the spread of gas injection engines is expected.

このため、ガスインジェクションエンジンについても、使用するガス燃料の量を少しでも減少させてコスト削減を図ると共に、排気ガス量を減少させて環境保全に貢献できるように、さらなる熱効率の改善が求められている。   For this reason, gas injection engines also require further improvements in thermal efficiency to reduce costs by reducing the amount of gas fuel used and to contribute to environmental conservation by reducing the amount of exhaust gas. Yes.

また、ガスインジェクションエンジンにおいて熱効率を改善する方法として、ガス燃料をより高圧で噴射することが有効とされているが、高圧ガスに対する安全性確保の観点から、一段レベルの高い安全対策が必要になると共に、高圧化するために必要な動力エネルギの増加を招くという問題がある。   In addition, it is effective to inject gas fuel at a higher pressure as a method for improving thermal efficiency in a gas injection engine. However, in order to ensure safety against high-pressure gas, a higher level of safety measures is required. At the same time, there is a problem in that the power energy required to increase the pressure is increased.

さらに、従来のガスインジェクションエンジンは、基本的にディーゼルエンジンと同じ熱サイクルで燃焼を行うことから、NOx の発生が比較的多いという問題もある。このため、環境保全の観点から、NOx の発生をさらに抑制することが必要である。   Furthermore, the conventional gas injection engine combusts basically in the same thermal cycle as that of a diesel engine, so that there is a problem that NOx is generated relatively frequently. For this reason, it is necessary to further suppress the generation of NOx from the viewpoint of environmental conservation.

そこで、本願出願人は、特願2014−65973により新たなガスインジェクションエンジンの燃料噴射方式を提案し、ガス燃料を現行以上の高圧で噴射することなく熱効率を向上させることができると共に、特にNOx の発生を抑制することができ、以って環境保全とコスト削減を図ることができるようにした。このガスインジェクションエンジンは、上述の問題を一気に解決することができる画期的なものである。   Therefore, the applicant of the present application proposes a new fuel injection system for a gas injection engine according to Japanese Patent Application No. 2014-65973, and can improve the thermal efficiency without injecting the gas fuel at a higher pressure than the current level. Occurrence can be suppressed, and environmental conservation and cost reduction can be achieved. This gas injection engine is an epoch-making thing which can solve the above-mentioned problem at a stretch.

特開平11−324805号公報JP-A-11-324805 特表2002−066813号公報Japanese translation of PCT publication No. 2002-066813

一方、船舶においても、近年、環境保全に対して積極的な取り組みがなされ、国際海事機関(IMO)の海洋汚染防止条約(MARPOL73/78)の付属書VI「船舶からの大気汚染防止のための規則」が2005年5月19日に発効して施行されてきたが、その改正が第58回海洋環境保護委員会(MEPC58,2008年10月)で採択され、NOX 規制、SOX 規制とも段階的に規制が強化されることとなった。   On the other hand, in the ship as well, in recent years, active efforts have been made to protect the environment. The “Rules” came into effect on May 19, 2005, and the amendment was adopted by the 58th Marine Environment Protection Committee (MEPC58, October 2008). Both NOX and SOX regulations are phased in. Regulations were strengthened.

特に、2016年1月からの実施が決定されているNOX の第3次規制では、特定海域において、NOX 排出量をそれ以前の第2次規制値に対して約76%も削減しなければならないとする大幅な強化が行われることになった。この特定海域として、現在のところ米国及びカナダ沿岸の200海里内の海域と、米国カリブ海海域が指定されている。   In particular, in the third NOx regulations that are decided to be implemented from January 2016, NOx emissions must be reduced by about 76% in the specified sea area compared to the previous second regulation values. As a result, significant enhancements were made. As this specific sea area, a sea area within 200 nautical miles along the US and Canada coasts and a US Caribbean sea area are currently designated.

このため、これまで行われてきた機関そのものの僅かな改良だけでは対応が難しく、追加技術の導入が不可欠な事態となった。また、追加技術として現在考えられているNOX 対策として、選択式触媒還元脱硝装置(SCR)や排ガス再循環システム(EGR)等があるが、これらはいずれも装置が大型で複雑なものとなり、また大幅なコスト増にも繋がるものである。   For this reason, it has been difficult to cope with only a slight improvement of the engine itself that has been performed so far, and the introduction of additional technology has become indispensable. In addition, there are selective catalytic reduction denitration equipment (SCR) and exhaust gas recirculation system (EGR) as countermeasures for NOx currently considered as additional technologies, but these are all large and complex. It also leads to a significant cost increase.

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、SCRやEGRなどの大型で複雑な、かつコスト増にもなる付属装置を装備しなくても、差し迫るNOX の第3次規制に対応可能な、船舶の機関運転方式を提供することを課題とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and the third NOX is imminent even without a large, complicated and costly accessory device such as SCR or EGR. It is an object to provide an engine operation method of a ship that can comply with regulations.

上記の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、推進用の主機関としてガス燃料を主燃料とするガスインジェクションエンジンを搭載した船舶の機関運転方式であり、ガスインジェクションエンジンは、シリンダヘッドに配設されてガス燃料をシリンダ内に高圧で噴射する主ガス燃料噴射弁及び主ガス燃料噴射弁からのガス燃料の噴射前にディーゼル燃料をシリンダ内にパイロット噴射するパイロット燃料噴射弁と、高圧ガス燃料を主ガス燃料噴射弁へ供給する主ガス燃料供給装置と、ガス燃料をガスインジェクションエンジンのシリンダ内に噴射する副ガス燃料噴射弁と、ガス燃料を副ガス燃料噴射弁へ供給する副ガス燃料供給装置と、主ガス燃料供給装置と副ガス燃料供給装置の作動を制御して機関負荷を調節するコントローラとを備え、コントローラは、副ガス燃料供給装置の作動を制御してパイロット燃料噴射弁からディーゼル燃料がパイロット噴射される前に副ガス燃料噴射弁から燃焼に必要とされるガス燃料の全部又は一部を噴射させると共に、パイロット燃料噴射弁からディーゼル燃料がパイロット噴射された後に主ガス燃料噴射弁から燃焼に必要とされるガス燃料の残部をシリンダ内に高圧で噴射させる船舶の機関運転方式において、コントローラは、ガスインジェクションエンジンの機関負荷が所定負荷以下の場合には、燃焼に必要な全ガス燃料に対するパイロット燃料噴射前に副ガス燃料噴射弁からプレ噴射されるガス燃料の質量割合であるプレ噴射率を100%にして、ガスインジェクションエンジンのNOX 排出量を所定値以下に抑制することにある。   In order to solve the above problems, the means employed by the present invention is a marine engine operating system equipped with a gas injection engine using gas fuel as a main fuel as a main engine for propulsion, and the gas injection engine is a cylinder A main gas fuel injection valve disposed in the head for injecting gas fuel into the cylinder at a high pressure, and a pilot fuel injection valve for injecting diesel fuel into the cylinder before injection of gas fuel from the main gas fuel injection valve; A main gas fuel supply device for supplying high pressure gas fuel to the main gas fuel injection valve, a sub gas fuel injection valve for injecting gas fuel into the cylinder of the gas injection engine, and a sub gas fuel injection valve for supplying gas fuel to the sub gas fuel injection valve A controller for adjusting the engine load by controlling the operation of the gas fuel supply device, the main gas fuel supply device, and the auxiliary gas fuel supply device And the controller controls the operation of the auxiliary gas fuel supply device so that all or part of the gaseous fuel required for combustion from the auxiliary gas fuel injection valve before the diesel fuel is pilot injected from the pilot fuel injection valve In the engine operation system of the ship, the remaining fuel gas required for combustion is injected into the cylinder at high pressure from the main gas fuel injection valve after the diesel fuel is pilot injected from the pilot fuel injection valve. Is the pre-injection rate which is the mass ratio of the gas fuel pre-injected from the auxiliary gas fuel injection valve before the pilot fuel injection with respect to the total gas fuel required for combustion when the engine load of the gas injection engine is less than the predetermined load To reduce the NOx emission of the gas injection engine below a predetermined value. The

まず、本発明に係る船舶は、天然ガス等のガス燃料を主燃料とするガスインジェクションエンジンを搭載しており、天然ガス等のガス燃料はディーゼル油等と比較して硫黄分がはるかに少ないから、近年のSOX 規制値や粒子状物質(PM)に関する現行及び間もなく適用が開始される規制値をすべてクリアすることができる。   First, the ship according to the present invention is equipped with a gas injection engine whose main fuel is a gas fuel such as natural gas, and the gas fuel such as natural gas has much less sulfur content than diesel oil or the like. In addition, it is possible to clear all the current and soon-to-be-applied regulation values regarding the recent SOX regulation values and particulate matter (PM).

この一方、このガスインジェクションエンジンは副ガス燃料噴射弁を備えており、この副ガス燃料噴射弁は、パイロット燃料噴射弁からディーゼル燃料がパイロット噴射される前に、燃焼に必要とされるガス燃料の全部又は一部を副ガス燃料供給装置から供給されてシリンダ内にプレ噴射する。そして、主ガス燃料噴射弁は、パイロット噴射後に燃焼に必要とされるガス燃料の残部をシリンダ内に高圧で噴射する。   On the other hand, this gas injection engine is provided with a secondary gas fuel injection valve. This secondary gas fuel injection valve is a gas fuel which is required for combustion before diesel fuel is pilot-injected from the pilot fuel injection valve. All or part of the fuel is supplied from the auxiliary gas fuel supply device and pre-injected into the cylinder. The main gas fuel injection valve injects the remainder of the gas fuel required for combustion after pilot injection into the cylinder at a high pressure.

上述したように、ガスインジェクションエンジンにおいて、熱効率を向上させるためには、より高圧のガス燃料を短期間にシリンダ内に噴射することが求められている。しかしながら、本発明のガスインジェクションエンジンにおいては、燃焼に必要とされる発生熱量の多くがパイロット燃料噴射前に副ガス燃料噴射弁から噴射され、それによりパイロット燃料噴射による着火及びその後のガス温度上昇を最適なものになり、パイロット燃料噴射後の主ガス燃料噴射弁から噴射されるガス燃料の量を減少させることができるから、ガス燃料の噴射圧力をこれ以上高圧にしなくても、必要で充分なガス燃料を短時間でシリンダ内に噴射することができる。これにより、熱効率を向上させることができる。   As described above, in a gas injection engine, in order to improve thermal efficiency, it is required to inject a higher-pressure gas fuel into the cylinder in a short time. However, in the gas injection engine of the present invention, much of the generated heat required for combustion is injected from the auxiliary gas fuel injection valve before the pilot fuel injection, thereby igniting the pilot fuel injection and thereafter increasing the gas temperature. Since the amount of gas fuel injected from the main gas fuel injection valve after pilot fuel injection can be reduced, it is necessary and sufficient even if the injection pressure of the gas fuel is not increased any more. Gas fuel can be injected into the cylinder in a short time. Thereby, thermal efficiency can be improved.

また、このようにガス燃料の全部又は一部をパイロット噴射前に噴射してパイロット噴射により着火するようにすれば、その燃焼はディーゼルエンジンにおける希薄予混合燃焼に同様のリーンバーン燃焼となり、これによりNOx の発生を確実に減少させることができる。   In addition, if all or part of the gas fuel is injected before pilot injection and ignited by pilot injection in this way, the combustion becomes lean burn combustion similar to lean premixed combustion in a diesel engine. The generation of NOx can be surely reduced.

特に、このガスインジェクションエンジンは、その機関負荷が所定負荷以下の場合には、燃焼に必要な全ガス燃料に対する、パイロット燃料噴射前に副ガス燃料噴射弁からプレ噴射されるガス燃料の質量割合であるプレ噴射率を100%にするから、所定負荷以下の低負荷時にはリーンバーン燃焼が行われ、NOX 排出量を極めて低く抑えることができる。   In particular, when the engine load is equal to or lower than a predetermined load, this gas injection engine has a mass ratio of the gas fuel pre-injected from the auxiliary gas fuel injection valve before the pilot fuel injection to the total gas fuel required for combustion. Since a certain pre-injection rate is set to 100%, lean burn combustion is performed at a low load equal to or lower than a predetermined load, and the NOx emission amount can be suppressed extremely low.

一方、従来の予混合のガスエンジンは、低負荷領域では、ガス噴射に伴うノッキングの発生が少ないという特性がある。したがって、このガスインジェクションエンジンにおいて低負荷時に比較的多量のガス燃料をプレ噴射しても、ノッキングが発生する可能性は極めて低い。   On the other hand, the conventional premixed gas engine has a characteristic that occurrence of knocking due to gas injection is small in a low load region. Therefore, even if a relatively large amount of gas fuel is pre-injected at a low load in this gas injection engine, the possibility of knocking is extremely low.

すなわち、この船舶のガスインジェクションエンジンに対して、機関負荷が所定負荷以下となる低負荷運転を行わせれば、熱効率を向上しつつ、またノッキングの発生の可能性を減少させつつ、NOX 排出量を極めて低い所定値以下に抑制することができる。   In other words, if this ship's gas injection engine is operated at a low load where the engine load is less than or equal to a predetermined load, the NOx emissions can be reduced while improving the thermal efficiency and reducing the possibility of knocking. It can be suppressed to an extremely low predetermined value or less.

上記船舶の機関運転方式において、コントローラは、ガスインジェクションエンジンの機関負荷が所定負荷を超える場合には、プレ噴射率を50%以下にすることが望ましい。
上述したように、従来の予混合のガスエンジンは、高負荷領域ではガス噴射に伴うノッキング発生の可能性が高くなることが知られており、高負荷時にはガス燃料のプレ噴射量を一定範囲内に抑える必要がある。したがって、特にプレ噴射率を50%以下にすることによって、ノッキングの発生を防止しつつ、パイロット燃料噴射による着火及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができる。
In the above-described ship engine operation system, the controller desirably sets the pre-injection rate to 50% or less when the engine load of the gas injection engine exceeds a predetermined load.
As described above, it is known that the conventional premixed gas engine has a higher possibility of knocking due to gas injection in a high load region, and the pre-injection amount of gas fuel is within a certain range at high load. It is necessary to keep it down. Therefore, particularly by setting the pre-injection rate to 50% or less, it is possible to optimize ignition by pilot fuel injection and subsequent increase in gas temperature while preventing occurrence of knocking.

そして、この高負荷運転を、例えば、第3次規制よりも前の規制が適用される海域で行うようにすれば、NOX 排出量に関する現行及び間もなく適用が開始される規制値をすべてクリアすることができる。   And, if this high-load operation is performed in the sea area where the regulations before the third regulation are applied, for example, all current and soon-to-be-applied regulation values regarding NOx emissions will be cleared. Can do.

また、上記の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、推進用の主機関としてガス燃料を主燃料とするガスインジェクションエンジンを搭載した船舶の機関運転方式であり、ガスインジェクションエンジンは、シリンダヘッドに配設されてガス燃料をシリンダ内に高圧で噴射する主ガス燃料噴射弁及び主ガス燃料噴射弁からのガス燃料の噴射前にディーゼル燃料をシリンダ内にパイロット噴射するパイロット燃料噴射弁と、高圧ガス燃料を主ガス燃料噴射弁へ供給する主ガス燃料供給装置と、ガス燃料をガスインジェクションエンジンのシリンダ内に噴射する副ガス燃料噴射弁と、ガス燃料を副ガス燃料噴射弁へ供給する副ガス燃料供給装置と、主ガス燃料供給装置と副ガス燃料供給装置の作動を制御
して機関負荷を調節するコントローラとを備え、コントローラは、副ガス燃料供給装置の作動を制御してパイロット燃料噴射弁からディーゼル燃料がパイロット噴射される前に副ガス燃料噴射弁から燃焼に必要とされるガス燃料の全部又は一部を噴射させると共に、パイロット燃料噴射弁からディーゼル燃料がパイロット噴射された後に主ガス燃料噴射弁から燃焼に必要とされるガス燃料の残部をシリンダ内に高圧で噴射させる船舶の機関運転方式において、船舶は、GPS受信機をさらに備え、コントローラは、GPS受信機から供給された位置情報に基づいて船舶が所定海域内を航行していると判定した場合には機関負荷を所定負荷以下に調節すると共に、燃焼に必要な全ガス燃料に対するパイロット燃料噴射前に副ガス燃料噴射弁からプレ噴射されるガス燃料の質量割合であるプレ噴射率を100%にして、ガスインジェクションエンジンのNOX 排出量を所定値以下に抑制することにある。
Further, in order to solve the above-mentioned problems, the means employed by the present invention is a ship engine operating system equipped with a gas injection engine using gas fuel as a main fuel as a main engine for propulsion, and the gas injection engine is A main gas fuel injection valve disposed in the cylinder head for injecting gas fuel into the cylinder at high pressure, and a pilot fuel injection valve for injecting diesel fuel into the cylinder before injection of gas fuel from the main gas fuel injection valve A main gas fuel supply device for supplying high pressure gas fuel to the main gas fuel injection valve, a sub gas fuel injection valve for injecting the gas fuel into the cylinder of the gas injection engine, and supplying gas fuel to the sub gas fuel injection valve A secondary gas fuel supply device that controls the engine load by controlling the operation of the main gas fuel supply device and the secondary gas fuel supply device. And a controller for controlling the operation of the auxiliary gas fuel supply device so that all of the gas fuel required for combustion from the auxiliary gas fuel injection valve is injected before the diesel fuel is pilot injected from the pilot fuel injection valve. Or the engine operation system of the ship which injects the remaining part of the gas fuel required for combustion from the main gas fuel injection valve into the cylinder at a high pressure after the diesel fuel is pilot injected from the pilot fuel injection valve. When the ship further includes a GPS receiver, and the controller determines that the ship is navigating within the predetermined sea area based on the position information supplied from the GPS receiver, the engine load is reduced below the predetermined load. The mass of gas fuel pre-injected from the secondary gas fuel injection valve before pilot fuel injection for all gas fuel required for combustion The pre-injection rate is expedient to 100%, is to suppress the NOX emissions of gas injection engine to a predetermined value or less.

このように、コントローラがGPS受信機から供給された位置情報に基づいて船舶が所定海域内を航行していると判定した場合には、機関負荷を所定負荷以下に調節すると共に、燃焼に必要な全ガス燃料に対する、パイロット燃料噴射前に副ガス燃料噴射弁からプレ噴射されるガス燃料の質量割合であるプレ噴射率を100%にして、ガスインジェクションエンジンのNOX 排出量を所定値以下に抑制することにより、所定海域においてはNOX 排出量を自動的に極めて低い量にまで、例えば、NOX 排出量の第3次規制値である3.4g/kWh以下に抑制することができる。その他は、上述の別の本発明が採用する手段の場合と同様である。   As described above, when the controller determines that the ship is navigating in the predetermined sea area based on the position information supplied from the GPS receiver, the engine load is adjusted to be equal to or lower than the predetermined load and is necessary for combustion. The pre-injection rate, which is the mass ratio of the gas fuel pre-injected from the auxiliary gas fuel injection valve before the pilot fuel injection, with respect to the total gas fuel is set to 100%, and the NOx emission amount of the gas injection engine is suppressed to a predetermined value or less. This makes it possible to automatically reduce the NOx emission amount to a very low amount in a predetermined sea area, for example, to 3.4 g / kWh or less, which is the third regulation value of the NOx emission amount. Others are the same as the case of the means which another above-mentioned this invention employ | adopts.

上記船舶の機関運転方式において、コントローラは、GPS受信機から供給された位置情報に基づいて船舶が所定海域外を航行していると判定した場合であって、かつ機関負荷が所定負荷以下の場合には、プレ噴射率を50%以上にすることが望ましい。   In the engine operating system of the ship, the controller determines that the ship is navigating outside the predetermined sea area based on the position information supplied from the GPS receiver, and the engine load is equal to or less than the predetermined load. Therefore, it is desirable to set the pre-injection rate to 50% or more.

船舶が所定海域外を航行していると判定した場合であって、かつ必要とする機関負荷が所定負荷以下の場合には、ガスインジェクションエンジンの本来の性能に応じたプレ噴射を行うことが望ましく、プレ噴射率を50%以上にすることによってそれを達成することができる。   When it is determined that the ship is navigating outside the predetermined sea area and the required engine load is less than the predetermined load, it is desirable to perform pre-injection according to the original performance of the gas injection engine. This can be achieved by setting the pre-injection rate to 50% or more.

上述のように、この所定海域が、例えばNOX 排出量の第3次規制が適用される海域である場合には、NOX 排出量を極力少ない量にまで減少させるための特別のプレ噴射を行なう必要があるが、それ以外の海域においては、このようにガスインジェクションエンジンの本来の性能に応じたプレ噴射を行っても、現行及び間もなく適用が開始される規制値をすべてクリアすることができる。   As described above, when this predetermined sea area is, for example, a sea area to which the third regulation of NOx emissions is applied, it is necessary to perform special pre-injection to reduce the NOx emissions to the smallest possible amount. However, in other sea areas, even if pre-injection according to the original performance of the gas injection engine is performed in this way, all of the current and soon-to-be-applied regulation values can be cleared.

上記船舶の機関運転方式において、コントローラは、ガスインジェクションエンジンの始動直後の低負荷時にプレ噴射率を100%にすると共に、機関負荷が所定負荷に上昇するまでに上記プレ噴射率を100%から50%へ順次減少させる一方、負荷上昇時に100%から100%未満のプレ噴射率へ減少させる負荷点を、負荷減少時に100%未満から100%のプレ噴射率へ増加させる負荷点よりも高くすることが望ましい。   In the ship engine operation system, the controller sets the pre-injection rate to 100% at a low load immediately after starting the gas injection engine, and increases the pre-injection rate from 100% to 50% until the engine load increases to a predetermined load. The load point for decreasing from 100% to less than 100% pre-injection rate when the load increases is made higher than the load point for increasing from less than 100% to 100% pre-injection rate when the load decreases. Is desirable.

このように、負荷上昇時に100%から100%未満のプレ噴射率へ減少させる負荷点と、負荷減少時に100%未満から100%のプレ噴射率へ増加させる負荷点との間に一定のヒステリシスを設けることにより、ガス燃料のプレ噴射に関する制御を安定化することができる。   Thus, a constant hysteresis is provided between the load point at which the pre-injection rate is reduced from 100% to less than 100% when the load is increased and the load point at which the pre-injection rate is increased from less than 100% to 100% when the load is reduced. By providing, control regarding the pre-injection of gas fuel can be stabilized.

上記船舶の機関運転方式において、コントローラは、GPS受信機から供給された位置情報に基づいて船舶が所定海域外を航行していると判定した場合であって、かつ機関負荷が所定負荷を超える場合には、上記プレ噴射率を50%以下にすることが望ましい。   In the engine operating system of the ship, the controller determines that the ship is navigating outside the predetermined sea area based on the position information supplied from the GPS receiver, and the engine load exceeds the predetermined load. Therefore, it is desirable that the pre-injection rate is 50% or less.

上述したように、従来の予混合のガスエンジンは、高負荷領域ではガス噴射に伴うノッキング発生の可能性が高くなることが知られており、高負荷時にはガス燃料のプレ噴射量を一定範囲内に抑える必要がある。したがって、特に燃焼に必要なガス燃料の質量割合で50%以下の量のガス燃料をシリンダ内にプレ噴射させるようにすることにより、ノッキングの発生を防止しつつ、パイロット燃料噴射による着火及びその後のガス温度上昇をさらに最適なものにすることができる。   As described above, it is known that the conventional premixed gas engine has a higher possibility of knocking due to gas injection in a high load region, and the pre-injection amount of gas fuel is within a certain range at high load. It is necessary to keep it down. Therefore, by preventing the occurrence of knocking by pre-injecting gas fuel in an amount of 50% or less in the mass ratio of the gas fuel necessary for combustion in particular, the ignition by pilot fuel injection and the subsequent The gas temperature rise can be further optimized.

そして、この高負荷運転を所定海域外、例えばNOX 排出量の第3次規制よりも前の規制が適用される海域で行うようにすれば、NOX 排出量に関する現行及び間もなく適用が開始される規制値をすべてクリアすることができる。   If this high-load operation is performed outside the prescribed sea area, for example, in the sea area where the regulations before the third regulation of NOx emissions are applied, current regulations on NOx emissions and regulations that will soon be applied All values can be cleared.

上記船舶の機関運転方式において、機関負荷の上記所定負荷は、例えば負荷50〜70%の範囲内に設定されることが望ましい。   In the ship engine operation system, the predetermined load of the engine load is preferably set within a range of, for example, a load of 50 to 70%.

負荷が50%未満では船舶の航行に支障をきたす恐れがあり、また、負荷が70%を超えると、上述のようにリーンバーンエンジンで見受けられるノッキングの発生が懸念され、また、パイロット燃料噴射による着火及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができなくなるからである。   If the load is less than 50%, there is a risk that the navigation of the ship may be hindered. If the load exceeds 70%, there is a concern about the occurrence of knocking seen in the lean burn engine as described above. This is because the ignition and subsequent gas temperature rise cannot be optimized.

上記船舶の機関運転方式において、NOX 排出量の上記所定値は、例えば機関回転数が130rpm未満の機関に対する第3次規制値である、3.4g/kWhとすることが望ましい。このように、NOX 排出量の所定値は、例えば機関回転数が130rpm未満の機関に対する第3次規制値の3.4g/kWhとすることにより、NOX 排出量に関する第3次規制を確実にクリアすることができる。   In the ship engine operating system, the predetermined value of the NOx emission amount is preferably set to 3.4 g / kWh, which is a third regulation value for an engine having an engine speed of less than 130 rpm, for example. In this way, the predetermined value of the NOx emission amount is set to, for example, the third regulation value 3.4 g / kWh for the engine having an engine speed of less than 130 rpm, thereby reliably clearing the third regulation regarding the NOx emission amount. can do.

上記船舶の機関運転方式において、ガスインジェクションエンジンの副ガス燃料噴射弁は、シリンダの側部に配設されて低圧のガス燃料をシリンダ内に噴射することが望ましい。   In the above-described ship engine operation system, it is desirable that the auxiliary gas fuel injection valve of the gas injection engine is disposed on the side of the cylinder to inject low-pressure gas fuel into the cylinder.

このように、ガスインジェクションエンジンの副ガス燃料噴射弁をシリンダの側部に配設して、副ガス燃料噴射弁から低圧のガス燃料をシリンダ内に噴射させることにより、プレ噴射として必要かつ十分な燃焼が得られると共に、高圧ガスとして取り扱わなければならないガス燃料の量を確実に減少させることができ、安全性が高められる。また、ガス燃料を高圧化するために必要な動力エネルギを抑制させることができ、コスト削減を図ることができる。   In this way, the auxiliary gas fuel injection valve of the gas injection engine is disposed on the side of the cylinder, and low pressure gas fuel is injected into the cylinder from the auxiliary gas fuel injection valve, so that it is necessary and sufficient for pre-injection. Combustion is obtained, and the amount of gas fuel that must be handled as high-pressure gas can be reliably reduced, thereby improving safety. In addition, it is possible to suppress the power energy necessary for increasing the pressure of the gas fuel, thereby reducing the cost.

上記船舶の機関運転方式において、ガスインジェクションエンジンの副ガス燃料噴射弁は、5〜15barの低圧でガス燃料をシリンダ内にプレ噴射することが望ましい。   In the engine operating system of the ship, it is desirable that the auxiliary gas fuel injection valve of the gas injection engine pre-injects the gas fuel into the cylinder at a low pressure of 5 to 15 bar.

このように、ガスインジェクションエンジンの副ガス燃料噴射弁から5〜15barの低圧でガス燃料をシリンダ内にプレ噴射することにより、パイロット燃料噴射による着火、及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができる。   Thus, by pre-injecting gas fuel into the cylinder at a low pressure of 5 to 15 bar from the auxiliary gas fuel injection valve of the gas injection engine, the ignition by pilot fuel injection and the subsequent gas temperature increase are optimized. be able to.

上記船舶の機関運転方式において、ガスインジェクションエンジンの副ガス燃料噴射弁は、ガス燃料をクランク角で下死点後の80°〜120°の範囲内の所定時期にシリンダ内にプレ噴射することが望ましい。   In the ship engine operating system, the sub-gas fuel injection valve of the gas injection engine may pre-inject gas fuel into the cylinder at a predetermined time within a range of 80 ° to 120 ° after bottom dead center at the crank angle. desirable.

このように、プレ噴射が低圧噴射の場合には、ガス燃料をシリンダ内に副ガス燃料噴射弁からクランク角で下死点後の80°〜120°の範囲内の所定時期にプレ噴射させるこ
とにより、パイロット燃料噴射による着火、及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができる。
Thus, when the pre-injection is a low-pressure injection, the gas fuel is pre-injected into the cylinder at a predetermined time within the range of 80 ° to 120 ° after the bottom dead center at the crank angle from the auxiliary gas fuel injection valve. Thereby, the ignition by pilot fuel injection and the subsequent gas temperature increase can be optimized.

上記船舶の機関運転方式において、ガスインジェクションエンジンの副ガス燃料噴射弁は、シリンダヘッドに配設されて主ガス燃料をシリンダ内に高圧で噴射する主ガス燃料噴射弁からなり、副ガス燃料供給装置は、主ガス燃料噴射弁へ高圧ガス燃料を供給する主ガス燃料供給装置からなることが望ましい。   In the above-described ship engine operating system, the sub-gas fuel injection valve of the gas injection engine comprises a main gas fuel injection valve that is disposed in the cylinder head and injects main gas fuel into the cylinder at a high pressure. It is desirable that the main gas fuel injection device comprises a main gas fuel supply device for supplying high-pressure gas fuel to the main gas fuel injection valve.

パイロット燃料噴射前に副ガス燃料噴射弁から噴射されるガス燃料は、必ずしも低圧とする必要はなく、主ガス燃料噴射弁からの高圧噴射によっても燃焼初期の熱発生を理想的なものに近づけることができる。このように、主ガス燃料噴射弁からの高圧のガス燃料噴射をパイロット燃料噴射の前後に行うことにより、ガス燃料のさらなる高圧化を行なうことなく、熱効率を向上させることができることができる。   The gas fuel injected from the auxiliary gas fuel injection valve before the pilot fuel injection does not necessarily have to be at a low pressure, and the heat generation at the initial stage of combustion is brought close to ideal by high pressure injection from the main gas fuel injection valve. Can do. Thus, by performing the high-pressure gas fuel injection from the main gas fuel injection valve before and after the pilot fuel injection, it is possible to improve the thermal efficiency without further increasing the pressure of the gas fuel.

特に、副ガス燃料噴射弁を、シリンダヘッドに設けられて主ガス燃料をシリンダ内に高圧で噴射する主ガス燃料噴射弁とすることにより、プレ噴射のためのガス燃料噴射弁、及びこのガス燃料噴射弁へガス燃料を供給するためのガス燃料供給機構を別途設ける必要がなくなり、コスト増を回避することができる。   In particular, the auxiliary gas fuel injection valve is a main gas fuel injection valve that is provided in the cylinder head and injects main gas fuel into the cylinder at a high pressure. It is not necessary to separately provide a gas fuel supply mechanism for supplying gas fuel to the injection valve, and an increase in cost can be avoided.

上記船舶の機関運転方式において、ガスインジェクションエンジンの副ガス燃料噴射弁は、ガス燃料を200〜300barの高圧でシリンダ内にプレ噴射することが望ましい。   In the engine operating system of the ship, it is desirable that the auxiliary gas fuel injection valve of the gas injection engine pre-injects the gas fuel into the cylinder at a high pressure of 200 to 300 bar.

このように、副ガス燃料噴射弁から200〜300barの高圧でガス燃料をシリンダ内にプレ噴射することにより、パイロット燃料噴射による着火、及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができる。   Thus, by pre-injecting gas fuel into the cylinder at a high pressure of 200 to 300 bar from the auxiliary gas fuel injection valve, it is possible to optimize ignition by pilot fuel injection and the subsequent increase in gas temperature.

上記船舶の機関運転方式において、ガスインジェクションエンジンの副ガス燃料噴射弁は、ガス燃料をシリンダ内にクランク角で下死点後の120°〜160°の範囲内の所定時期にプレ噴射することが望ましい。   In the ship engine operating system, the sub-gas fuel injection valve of the gas injection engine may pre-inject gas fuel into the cylinder at a predetermined time within a range of 120 ° to 160 ° after bottom dead center at the crank angle. desirable.

このように、プレ噴射が高圧噴射の場合には、副ガス燃料噴射弁からガス燃料をクランク角で下死点後の120°〜160°の範囲内の所定時期にシリンダ内にプレ噴射することにより、パイロット燃料噴射による着火、及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができる。   Thus, when the pre-injection is high-pressure injection, the gas fuel is pre-injected into the cylinder at a predetermined time within the range of 120 ° to 160 ° after the bottom dead center at the crank angle from the auxiliary gas fuel injection valve. Thereby, the ignition by pilot fuel injection and the subsequent gas temperature increase can be optimized.

上記船舶の機関運転方式において、ガスインジェクションエンジンの副ガス燃料供給装置は、副ガス燃料噴射弁からガス燃料を所定時間を超えて噴射させないようにするインターロック機構を備えていることが望ましい。   In the above-described ship engine operation system, it is preferable that the auxiliary gas fuel supply device of the gas injection engine includes an interlock mechanism that prevents the gas fuel from being injected beyond a predetermined time from the auxiliary gas fuel injection valve.

このように、ガスインジェクションエンジンの副ガス燃料供給装置は、副ガス燃料噴射弁からガス燃料を所定時間を超えて噴射させないようにするインターロック機構を備えているから、異常発生時の副ガス燃料噴射弁からのガス燃料の連続噴射が確実に防止され、安全性が高められる。   As described above, the auxiliary gas fuel supply device of the gas injection engine includes the interlock mechanism that prevents the gas fuel from being injected from the auxiliary gas fuel injection valve beyond a predetermined time. Continuous injection of gas fuel from the injection valve is reliably prevented, and safety is improved.

本発明の船舶の機関運転方式は、推進用の主機関としてガス燃料を主燃料とするガスインジェクションエンジンを搭載した船舶の機関運転方式であり、ガスインジェクションエンジンは、シリンダヘッドに配設されてガス燃料をシリンダ内に高圧で噴射する主ガス燃料噴射弁及び主ガス燃料噴射弁からのガス燃料の噴射前にディーゼル燃料をシリンダ内に
パイロット噴射するパイロット燃料噴射弁と、高圧ガス燃料を主ガス燃料噴射弁へ供給する主ガス燃料供給装置と、ガス燃料をガスインジェクションエンジンのシリンダ内に噴射する副ガス燃料噴射弁と、ガス燃料を副ガス燃料噴射弁へ供給する副ガス燃料供給装置と、主ガス燃料供給装置と副ガス燃料供給装置の作動を制御して機関負荷を調節するコントローラとを備え、コントローラは、副ガス燃料供給装置の作動を制御してパイロット燃料噴射弁からディーゼル燃料がパイロット噴射される前に副ガス燃料噴射弁から燃焼に必要とされるガス燃料の全部又は一部を噴射させると共に、パイロット燃料噴射弁からディーゼル燃料がパイロット噴射された後に主ガス燃料噴射弁から燃焼に必要とされるガス燃料の残部をシリンダ内に高圧で噴射させる船舶の機関運転方式において、コントローラは、ガスインジェクションエンジンの機関負荷が所定負荷以下の場合には、燃焼に必要な全ガス燃料に対するパイロット燃料噴射前に副ガス燃料噴射弁からプレ噴射されるガス燃料の質量割合であるプレ噴射率を100%にして、ガスインジェクションエンジンのNOX 排出量を所定値以下に抑制する。
The ship engine operating system of the present invention is a ship engine operating system equipped with a gas injection engine that uses gas fuel as a main engine for propulsion, and the gas injection engine is disposed in a cylinder head and is a gas engine. A main gas fuel injection valve that injects fuel into the cylinder at high pressure, a pilot fuel injection valve that pilot-injects diesel fuel into the cylinder before injection of gas fuel from the main gas fuel injection valve, and high-pressure gas fuel as main gas fuel A main gas fuel supply device for supplying the fuel to the injection valve, a sub gas fuel injection valve for injecting the gas fuel into the cylinder of the gas injection engine, a sub gas fuel supply device for supplying the gas fuel to the sub gas fuel injection valve, A controller for adjusting the engine load by controlling the operation of the gas fuel supply device and the auxiliary gas fuel supply device; In addition, by controlling the operation of the auxiliary gas fuel supply device, before the diesel fuel is pilot injected from the pilot fuel injection valve, all or part of the gas fuel required for combustion is injected from the auxiliary gas fuel injection valve, In the engine operation system of a ship in which the remainder of the gas fuel required for combustion is injected into the cylinder at high pressure from the main gas fuel injection valve after diesel fuel is pilot injected from the pilot fuel injection valve, the controller is a gas injection engine When the engine load is less than a predetermined load, the pre-injection rate, which is the mass ratio of the gas fuel pre-injected from the auxiliary gas fuel injection valve before the pilot fuel injection with respect to all gas fuel required for combustion, is set to 100%. The NOx emission amount of the gas injection engine is suppressed to a predetermined value or less.

また、本発明の船舶の機関運転方式は、推進用の主機関としてガス燃料を主燃料とするガスインジェクションエンジンを搭載した船舶の機関運転方式であり、ガスインジェクションエンジンは、シリンダヘッドに配設されてガス燃料をシリンダ内に高圧で噴射する主ガス燃料噴射弁及び主ガス燃料噴射弁からのガス燃料の噴射前にディーゼル燃料をシリンダ内にパイロット噴射するパイロット燃料噴射弁と、高圧ガス燃料を主ガス燃料噴射弁へ供給する主ガス燃料供給装置と、ガス燃料をガスインジェクションエンジンのシリンダ内に噴射する副ガス燃料噴射弁と、ガス燃料を副ガス燃料噴射弁へ供給する副ガス燃料供給装置と、主ガス燃料供給装置と副ガス燃料供給装置の作動を制御して機関負荷を調節するコントローラとを備え、コントローラは、副ガス燃料供給装置の作動を制御してパイロット燃料噴射弁からディーゼル燃料がパイロット噴射される前に副ガス燃料噴射弁から燃焼に必要とされるガス燃料の全部又は一部を噴射させると共に、パイロット燃料噴射弁からディーゼル燃料がパイロット噴射された後に主ガス燃料噴射弁から燃焼に必要とされるガス燃料の残部をシリンダ内に高圧で噴射させる船舶の機関運転方式において、船舶は、GPS受信機をさらに備え、コントローラは、GPS受信機から供給された位置情報に基づいて船舶が所定海域内を航行していると判定した場合には機関負荷を所定負荷以下に調節すると共に、燃焼に必要な全ガス燃料に対するパイロット燃料噴射前に副ガス燃料噴射弁からプレ噴射されるガス燃料の質量割合であるプレ噴射率を100%にして、ガスインジェクションエンジンのNOX 排出量を所定値以下に抑制する。   Further, the ship engine operating system of the present invention is a ship engine operating system equipped with a gas injection engine using gas fuel as a main fuel for propulsion, and the gas injection engine is disposed in the cylinder head. A main gas fuel injection valve that injects gas fuel into the cylinder at high pressure, a pilot fuel injection valve that pilot-injects diesel fuel into the cylinder before injection of gas fuel from the main gas fuel injection valve, and a high-pressure gas fuel A main gas fuel supply device that supplies gas fuel to the gas fuel injection valve, a sub gas fuel injection valve that injects gas fuel into the cylinder of the gas injection engine, and a sub gas fuel supply device that supplies gas fuel to the sub gas fuel injection valve And a controller for adjusting the engine load by controlling the operation of the main gas fuel supply device and the sub gas fuel supply device. The controller controls the operation of the auxiliary gas fuel supply device to inject all or part of the gas fuel required for combustion from the auxiliary gas fuel injection valve before the diesel fuel is pilot injected from the pilot fuel injection valve. In addition, in the engine operation system of the ship in which the remainder of the gas fuel required for combustion is injected from the main gas fuel injection valve into the cylinder at high pressure after the diesel fuel is pilot injected from the pilot fuel injection valve, A GPS receiver is further provided, and the controller adjusts the engine load to be equal to or lower than the predetermined load when it is determined that the ship is navigating within the predetermined sea area based on the position information supplied from the GPS receiver, and combustion The pre-injection rate, which is the mass ratio of the gas fuel pre-injected from the auxiliary gas fuel injection valve before the pilot fuel injection for all gas fuel required And 00% inhibit NOX emissions gas injection engine to a predetermined value or less.

したがって、SCRやEGRなどの大型で複雑な、かつコスト増にもなる付属装置を装備しなくても、差し迫るNOX の第3次規制に充分対応することができる、という優れた効果を奏する。   Therefore, the present invention has an excellent effect that it can sufficiently cope with the imminent third-order regulation of NOx without installing a large, complicated and expensive accessory device such as SCR or EGR.

本発明の船舶の機関運転方式に係る船舶を示す簡略図である。It is a simplification figure showing the ship concerning the engine operation method of the ship of the present invention. 図1の船舶のガスインジェクションエンジンを示す簡略図である。FIG. 2 is a simplified diagram showing a gas injection engine of the ship of FIG. 1. 図2のガスインジェクションエンジンの副ガス燃料噴射弁と副ガス燃料供給装置とを示すシステム図である。FIG. 3 is a system diagram showing a sub gas fuel injection valve and a sub gas fuel supply device of the gas injection engine of FIG. 2. 図2のガスインジェクションエンジンのプレ噴射とパイロット噴射とパイロット噴射後のガス燃料噴射との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the pre-injection of the gas injection engine of FIG. 2, pilot injection, and the gas fuel injection after pilot injection. 図3の副ガス燃料供給装置のインターロック機構を説明する図である。It is a figure explaining the interlock mechanism of the subgas fuel supply apparatus of FIG. 図1のガスインジェクションエンジンの別の実施の形態を示す簡略図である。FIG. 2 is a simplified diagram showing another embodiment of the gas injection engine of FIG. 1. 図6のガスインジェクションエンジンの副ガス燃料噴射弁と副ガス燃料供給装置とを示すシステム図である。It is a system diagram which shows the subgas fuel injection valve and subgas fuel supply apparatus of the gas injection engine of FIG. 図6のガスインジェクションエンジンのプレ噴射とパイロット噴射とパイロット噴射後の燃料噴射との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the pre-injection of the gas injection engine of FIG. 6, pilot injection, and fuel injection after pilot injection. 図7の副ガス燃料供給装置のインターロック機構を説明する図である。It is a figure explaining the interlock mechanism of the subgas fuel supply apparatus of FIG. 本発明の船舶の機関運転方式の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the engine operating system of the ship of this invention. 図10の機関運転方式の具体例としての、エンジン負荷とプレ噴射率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an engine load and a pre-injection rate as a specific example of the engine operation system of FIG.

本発明の船舶の機関運転方式の発明を実施するための形態を、図1ないし図11を参照して詳細に説明する。   A mode for carrying out the invention of a ship engine operating system according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

図1に示すように、本発明に係る船舶100には、天然ガス等のガス燃料を主燃料として運転されるガスインジェクションエンジン101が搭載されている。また、このガスインジェクションエンジン101は、エンジンコントローラ(コントローラ)16が後述の主ガス燃料供給装置8,20と、副ガス燃料供給装置10,20の作動を制御して、機関負荷を調節することができる。   As shown in FIG. 1, a ship 100 according to the present invention is equipped with a gas injection engine 101 that is operated using a gas fuel such as natural gas as a main fuel. Further, the gas injection engine 101 has an engine controller (controller) 16 that controls the operation of main gas fuel supply devices 8 and 20 and sub gas fuel supply devices 10 and 20 described later to adjust the engine load. it can.

この一方、船舶100には、GPS(全地球測位システム)受信機102が装備されており、このGPS受信機102が検出した位置情報はエンジンコントローラ16に供給されて、機関負荷の制御等に利用される。   On the other hand, the ship 100 is equipped with a GPS (Global Positioning System) receiver 102, and the position information detected by the GPS receiver 102 is supplied to the engine controller 16 and used for engine load control and the like. Is done.

ガスインジェクションエンジン101の第1の発明の実施の形態を、図2ないし図5を参照して説明する。この第1の発明の実施の形態は、副ガス燃料噴射弁からのプレ噴射を、図2に示す低圧ガス燃料噴射弁7から低圧で行なうものである。   An embodiment of the first invention of the gas injection engine 101 will be described with reference to FIGS. In the first embodiment of the present invention, the pre-injection from the auxiliary gas fuel injection valve is performed at a low pressure from the low-pressure gas fuel injection valve 7 shown in FIG.

図2は、一例としての、天然ガス等のガス燃料を主燃料とするガスインジェクションエンジン101の主要部を示す。符号1はガスインジェクションエンジン101のシリンダ、2はシリンダヘッド、3はシリンダライナ、4はシリンダライナ1内を上下に摺動するピストン、9はシリンダヘッド2に設けられてシリンダ1内の燃焼ガスを図示しない排気レシーバに排気する排気弁である。シリンダ1は、シリンダヘッド2とシリンダライナ3により形成される内円柱状空間である。   FIG. 2 shows a main part of a gas injection engine 101 using gas fuel such as natural gas as a main fuel as an example. Reference numeral 1 is a cylinder of the gas injection engine 101, 2 is a cylinder head, 3 is a cylinder liner, 4 is a piston that slides up and down in the cylinder liner 1, and 9 is provided in the cylinder head 2 to transfer combustion gas in the cylinder 1 An exhaust valve that exhausts to an exhaust receiver (not shown). The cylinder 1 is an inner cylindrical space formed by the cylinder head 2 and the cylinder liner 3.

シリンダヘッド2に、ガス燃料をシリンダ1内に高圧で噴射する高圧ガス燃料噴射弁(主ガス燃料噴射弁)5、高圧ガス燃料噴射弁5からガス燃料を噴射する前にディーゼル燃料をシンリダ1内にパイロット噴射するパイロット燃料噴射弁6が、それぞれ配設される。   A high pressure gas fuel injection valve (main gas fuel injection valve) 5 for injecting gas fuel into the cylinder 1 at a high pressure into the cylinder head 2, and diesel fuel in the cylinder 1 before injecting gas fuel from the high pressure gas fuel injection valve 5 Pilot fuel injection valves 6 for pilot injection are respectively disposed.

高圧ガス燃料噴射弁5には、高圧ガス燃料供給装置(主ガス燃料供給装置)8から、例えば200〜300barの高圧のガス燃料が供給される。低圧のガス燃料をシリンダ1内に噴射するための低圧ガス燃料噴射弁(副ガス燃料噴射弁)7が、シリンダライナ3の側部に配設される。低圧ガス燃料噴射弁7に対しては、後述するように、低圧のガス燃料が低圧ガス燃料供給装置(副ガス燃料供給装置)10から供給される。   The high-pressure gas fuel injection valve 5 is supplied with high-pressure gas fuel of, for example, 200 to 300 bar from a high-pressure gas fuel supply device (main gas fuel supply device) 8. A low pressure gas fuel injection valve (sub gas fuel injection valve) 7 for injecting low pressure gas fuel into the cylinder 1 is disposed on the side of the cylinder liner 3. As will be described later, the low-pressure gas fuel injection valve 7 is supplied with low-pressure gas fuel from a low-pressure gas fuel supply device (sub-gas fuel supply device) 10.

図3に示すように、低圧ガス燃料供給装置10は、例えば次のような構成を有し、異常発生時に低圧ガス燃料噴射弁7へのガス燃料の供給を別系統で遮断し、強制的にガス燃料の噴射を停止させることができるインターロック機構を有する。低圧のガス燃料が、図示しないガス燃料の供給源から油圧作動式のガス燃料の開閉弁12を介して、低圧ガス燃料噴射弁7へ供給される。   As shown in FIG. 3, the low-pressure gas fuel supply device 10 has the following configuration, for example, and when an abnormality occurs, the supply of gas fuel to the low-pressure gas fuel injection valve 7 is shut off by another system to forcibly An interlock mechanism capable of stopping the injection of gas fuel is provided. Low-pressure gas fuel is supplied from a gas fuel supply source (not shown) to the low-pressure gas fuel injection valve 7 via a hydraulically operated gas fuel on-off valve 12.

油圧ポンプ13から供給される油圧は、電磁作動式の開閉弁14を介して上記ガス燃料の開閉弁12へ供給されて、この開閉弁12を開閉させる。これと共に、開閉弁14を通
った油圧は、電磁作動式の開閉弁15を介して低圧ガス燃料噴射弁7へ供給され、この油圧により低圧ガス燃料噴射弁7は開弁することができる。
The hydraulic pressure supplied from the hydraulic pump 13 is supplied to the gas fuel on-off valve 12 via an electromagnetically operated on-off valve 14 to open and close the on-off valve 12. At the same time, the hydraulic pressure passing through the on-off valve 14 is supplied to the low-pressure gas fuel injection valve 7 via the electromagnetically operated on-off valve 15, and the low-pressure gas fuel injection valve 7 can be opened by this hydraulic pressure.

2つの電磁作動式の開閉弁14,15は、ガスインジェクションエンジン101のエンジンコントローラ16により、その開閉が電気的に制御される。インターロック機構は、エンジンコントローラ16、電磁作動式の油圧開閉弁14,油圧作動式のガス燃料の開閉弁12により構成される。   The opening and closing of the two electromagnetically operated on / off valves 14 and 15 are electrically controlled by the engine controller 16 of the gas injection engine 101. The interlock mechanism includes an engine controller 16, an electromagnetically operated hydraulic on / off valve 14, and a hydraulically operated gas fuel on / off valve 12.

通常運転時は、エンジンコントローラ16が油圧の開閉弁14を開弁させることにより、ガス燃料の開閉弁12が開弁して、ガス燃料が低圧ガス燃料噴射弁7へ供給される。これと共に、エンジンコントローラ16が油圧の開閉弁15を開弁させることにより、油圧が2つの開閉弁14、15を通って低圧ガス燃料噴射弁7へ供給され、低圧ガス燃料噴射弁7を開弁させる。   During normal operation, the engine controller 16 opens the hydraulic on-off valve 14, thereby opening the gas fuel on-off valve 12 and supplying gas fuel to the low-pressure gas fuel injection valve 7. At the same time, when the engine controller 16 opens the hydraulic on-off valve 15, the hydraulic pressure is supplied to the low-pressure gas fuel injection valve 7 through the two on-off valves 14, 15, and the low-pressure gas fuel injection valve 7 is opened. Let

これにより、低圧ガス燃料噴射弁7は、図示しないガス燃料の供給源から供給された低圧のガス燃料を噴射することができる。また、エンジンコントローラ16が油圧の開閉弁15を閉弁させることにより、低圧ガス燃料噴射弁7は閉弁して、低圧のガス燃料の噴射を停止する。   Thereby, the low-pressure gas fuel injection valve 7 can inject low-pressure gas fuel supplied from a gas fuel supply source (not shown). Further, when the engine controller 16 closes the hydraulic on-off valve 15, the low-pressure gas fuel injection valve 7 is closed and the injection of the low-pressure gas fuel is stopped.

次に、上述のガスインジェクションエンジン101の燃料噴射方式について説明する。図4に示すように、例えば上死点のクランク角180°近辺において、ディーゼル燃料がパイロット燃料噴射弁6からシリンダ1内にパイロット噴射される。また、例えばパイロット燃料噴射終了直後からの一定のクランク角の範囲内で、例えば200〜300barの高圧のガス燃料が高圧ガス燃料噴射弁5からシリンダ1内に噴射される。   Next, the fuel injection method of the above-described gas injection engine 101 will be described. As shown in FIG. 4, for example, diesel fuel is pilot-injected into the cylinder 1 from the pilot fuel injection valve 6 in the vicinity of the top dead center crank angle of 180 °. Further, for example, high pressure gas fuel of 200 to 300 bar, for example, is injected into the cylinder 1 from the high pressure gas fuel injection valve 5 within a certain crank angle range immediately after the end of pilot fuel injection.

一方、エンジンコントローラ16は、ガス燃料を低圧ガス燃料噴射弁7から、例えばクランク角で下死点後の80°〜120°の範囲内の所定時期であって、かつ、上記パイロット燃料噴射前に、シリンダ1内にプレ噴射する。低圧ガス燃料噴射弁7からのプレ噴射は、例えば5〜15barの低圧で行われる。   On the other hand, the engine controller 16 sends gas fuel from the low-pressure gas fuel injection valve 7 at a predetermined time within a range of 80 ° to 120 ° after the bottom dead center, for example, at a crank angle, and before the pilot fuel injection. , Pre-injection into the cylinder 1. The pre-injection from the low-pressure gas fuel injection valve 7 is performed at a low pressure of 5 to 15 bar, for example.

ここで、燃焼に必要な全ガス燃料に対するパイロット燃料噴射前に低圧ガス燃料噴射弁7からプレ噴射されるガス燃料の質量割合をプレ噴射率とすると、エンジンコントローラ16は、ガスインジェクションエンジン101の低負荷時、例えば負荷が50〜70%(所定負荷)以下の場合には、燃焼に必要なガス燃料の全部又は一部、例えば、プレ噴射率が50%以上の、より詳細にはプレ噴射率が50〜100%又は50〜95%のガス燃料をシリンダ1内にプレ噴射する。   Here, assuming that the mass ratio of the gas fuel pre-injected from the low-pressure gas fuel injection valve 7 before the pilot fuel injection with respect to the total gas fuel necessary for combustion is the pre-injection rate, the engine controller 16 reduces the gas injection engine 101 low. At the time of load, for example, when the load is 50 to 70% (predetermined load) or less, all or part of the gas fuel necessary for combustion, for example, the pre-injection rate is 50% or more, more specifically, the pre-injection rate Is pre-injected into the cylinder 1 with 50-100% or 50-95% gas fuel.

これは、ガスインジェクションエンジン101の低負荷領域ではプレ噴射に伴うノッキング発生の可能性が低いため、低負荷時には比較的多量のガス燃料をプレ噴射させることができるからである。これにより、パイロット燃料噴射による着火、及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができ、さらにNOX の排出量を著しく減少させることができる。   This is because a relatively large amount of gas fuel can be pre-injected at a low load because the possibility of knocking due to the pre-injection is low in the low load region of the gas injection engine 101. As a result, the ignition by pilot fuel injection and the subsequent increase in gas temperature can be optimized, and the NOx emission can be significantly reduced.

一方、エンジンコントローラ16は、ガスインジェクションエンジン101の高負荷時、例えば負荷が50〜70%を超える場合には、例えばプレ噴射率が50%以下に、より詳細にはプレ噴射率が10〜50%のガス燃料をシリンダ1内にプレ噴射する。   On the other hand, the engine controller 16 is, for example, when the load of the gas injection engine 101 is high, for example, when the load exceeds 50 to 70%, for example, the pre-injection rate is 50% or less, and more specifically, the pre-injection rate is 10 to 50. % Gas fuel is pre-injected into the cylinder 1.

これは、高負荷領域で多量のガス燃料をプレ噴射した場合、このプレ噴射に伴うノッキング発生の可能性が考えられるため、高負荷時にはガス燃料のプレ噴射量を一定範囲内に抑える必要があるからである。これにより、ノッキングの発生を防止しつつ、パイロット
燃料噴射による着火、及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができる。
This is because, when a large amount of gas fuel is pre-injected in a high load region, there is a possibility that knocking may occur due to this pre-injection. Because. Thereby, it is possible to optimize ignition by pilot fuel injection and subsequent gas temperature rise while preventing occurrence of knocking.

したがって、パイロット噴射後に高圧ガス燃料噴射弁5から噴射される高圧のガス燃料は、燃焼に必要なガス燃料の量から、上記プレ噴射されたガス燃料の量を差し引いた残部となり、その残部がパイロット燃料噴射後にシリンダ1内に、例えば200〜300barの高圧で噴射される。   Therefore, the high-pressure gas fuel injected from the high-pressure gas fuel injection valve 5 after the pilot injection becomes the remainder obtained by subtracting the amount of the pre-injected gas fuel from the amount of gas fuel necessary for combustion, and the remainder is the pilot. After fuel injection, it is injected into the cylinder 1 at a high pressure of 200 to 300 bar, for example.

このとき、エンジンコントローラ16は、通常運転時には、図3の電磁式の油圧開閉弁14を開弁させる。開閉弁14が開弁すると、油圧によりガス燃料の開閉弁12を開弁させ、低圧のガス燃料が低圧ガス燃料噴射弁7へ供給されている。   At this time, the engine controller 16 opens the electromagnetic hydraulic on-off valve 14 of FIG. 3 during normal operation. When the on-off valve 14 is opened, the gas fuel on-off valve 12 is opened by hydraulic pressure, and low-pressure gas fuel is supplied to the low-pressure gas fuel injection valve 7.

クランク角で下死点後の例えば80°〜120°の範囲内の所定時期になると、エンジンコントローラ16は、図3の油圧開閉弁15を開弁させ、低圧ガス燃料噴射弁7の開閉部に油圧をかける。これにより、低圧ガス燃料噴射弁7が開弁して低圧のガス燃料がシリンダ1内に噴射される。   The engine controller 16 opens the hydraulic on-off valve 15 in FIG. 3 at the opening / closing portion of the low-pressure gas fuel injection valve 7 at a predetermined time within the range of, for example, 80 ° to 120 ° after the bottom dead center at the crank angle. Apply hydraulic pressure. As a result, the low pressure gas fuel injection valve 7 is opened and the low pressure gas fuel is injected into the cylinder 1.

図4に示すように、噴射時間が経過すると、エンジンコントローラ16は、油圧開閉弁15を閉弁させ、低圧ガス燃料噴射弁7の開閉部を閉じる。これにより、低圧ガス燃料噴射弁7からのガス燃料のプレ噴射は終了する。   As shown in FIG. 4, when the injection time has elapsed, the engine controller 16 closes the hydraulic open / close valve 15 and closes the open / close portion of the low-pressure gas fuel injection valve 7. Thereby, the pre-injection of the gas fuel from the low-pressure gas fuel injection valve 7 ends.

このパイロット燃料噴射前に低圧ガス燃料噴射弁7から噴射されたガス燃料は、パイロット噴射されるディーゼル燃料の燃焼により着火して燃焼する。これにより、高圧ガス燃料噴射前のシリンダ内のガス温度が、従来のガスインジェクションエンジンよりも上昇する。   The gas fuel injected from the low pressure gas fuel injection valve 7 before the pilot fuel injection is ignited and burned by the combustion of the diesel fuel injected by the pilot injection. Thereby, the gas temperature in the cylinder before the high pressure gas fuel injection is increased as compared with the conventional gas injection engine.

このため、燃焼初期の熱発生を理想的なものに近づけることができ、その後に行われる高圧ガス燃料の燃焼による熱効率を向上させることができる。また、ガス燃料の全部又は一部をパイロット噴射前に噴射し、それをパイロット噴射により着火するようにしたから、その燃焼はいわゆるリーンバーン燃焼となり、これによりNOx の発生を確実に減少させることができる。   For this reason, the heat generation in the initial stage of combustion can be brought close to an ideal one, and the thermal efficiency by the combustion of the high-pressure gas fuel performed thereafter can be improved. Further, since all or part of the gas fuel is injected before the pilot injection and ignited by the pilot injection, the combustion becomes so-called lean burn combustion, which can surely reduce the generation of NOx. it can.

また、熱効率向上のために、ガス燃料をより高圧で噴射する必要性もなくなる。さらに、この低圧ガス燃料のプレ噴射により、パイロット噴射後に高圧ガス燃料噴射弁5から噴射される高圧のガス燃料の量は、従来のガスインジェクションエンジンよりも減少する。したがって、高圧ガスとして取り扱わなければならないガス燃料の量を減らすことができ、安全性が高められると共に、ガス燃料を高圧化するために必要な動力エネルギを抑制することができる。これらにより、環境保全とコスト削減を図ることができる。   In addition, it is not necessary to inject gaseous fuel at a higher pressure in order to improve thermal efficiency. Furthermore, the amount of the high-pressure gas fuel injected from the high-pressure gas fuel injection valve 5 after the pilot injection is reduced by the pre-injection of the low-pressure gas fuel as compared with the conventional gas injection engine. Therefore, the amount of gas fuel that must be handled as high-pressure gas can be reduced, safety can be improved, and motive energy required to increase the pressure of the gas fuel can be suppressed. As a result, environmental conservation and cost reduction can be achieved.

特に、低圧ガス燃料噴射弁7は、ガス燃料を5〜15barの低圧で、かつ、クランク角で下死点後の80°〜120°の範囲内の所定時期にシリンダ1内にプレ噴射する。したがって、パイロット燃料噴射による着火、及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができる。   In particular, the low-pressure gas fuel injection valve 7 pre-injects the gas fuel into the cylinder 1 at a low pressure of 5 to 15 bar and at a predetermined time within the range of 80 ° to 120 ° after the bottom dead center at the crank angle. Therefore, the ignition by pilot fuel injection and the subsequent gas temperature increase can be optimized.

一方、エンジンコントローラ16は、低圧のガス燃料であっても、安全面から異常発生時に低圧ガス燃料噴射弁7から燃料が一定時間を超えて連続噴射されないように、インターロック機構として、図5に示すようなウインドウリミッタ17を備えており、何らかの理由により、このウインドウリミッタ17を超えて低圧ガス燃料噴射弁7からのガス噴射が継続している、あるいは継続することが予測される場合には、電磁式油圧開閉弁14を閉弁させて、ガス燃料の開閉弁12を閉弁させる。   On the other hand, the engine controller 16 is shown in FIG. 5 as an interlock mechanism so that fuel is not continuously injected from the low-pressure gas fuel injection valve 7 beyond a certain time when an abnormality occurs even from low-pressure gas fuel. When the window limiter 17 as shown in FIG. 1 is provided, and for some reason, the gas injection from the low pressure gas fuel injection valve 7 is continued or predicted to continue beyond the window limiter 17, The electromagnetic hydraulic on-off valve 14 is closed, and the gas fuel on-off valve 12 is closed.

これにより、低圧ガス燃料噴射弁7へのガス燃料の供給は停止される。これと共に、開閉弁14の閉弁によって低圧ガス燃料噴射弁7への油圧の供給も停止され、低圧ガス燃料噴射弁7の開閉部が閉となり、ガス噴射ができない状態となる。これにより、異常発生時の安全性が確保される。   Thereby, the supply of the gas fuel to the low pressure gas fuel injection valve 7 is stopped. At the same time, the supply of hydraulic pressure to the low-pressure gas fuel injection valve 7 is also stopped by closing the on-off valve 14, and the open / close portion of the low-pressure gas fuel injection valve 7 is closed, so that gas injection cannot be performed. This ensures safety when an abnormality occurs.

次に、ガスインジェクションエンジン101の第2の発明の実施の形態の燃料噴射方式を、図6ないし図9を参照して詳細に説明する。この第2の発明の実施の形態は、プレ噴射を、図6に示す高圧ガス燃料噴射弁18から高圧で行なうものである。   Next, the fuel injection system according to the second embodiment of the gas injection engine 101 will be described in detail with reference to FIGS. In the second embodiment of the present invention, pre-injection is performed at a high pressure from the high-pressure gas fuel injection valve 18 shown in FIG.

図6は、天然ガス等のガス燃料を主燃料とするガスインジェクションエンジン101の主要部を示す。シリンダ1、シリンダヘッド2、シリンダライナ3、ピストン4、排気弁9は、上述の第1の発明を実施の形態と同様である。   FIG. 6 shows a main part of the gas injection engine 101 using a gas fuel such as natural gas as a main fuel. The cylinder 1, the cylinder head 2, the cylinder liner 3, the piston 4, and the exhaust valve 9 are the same as those in the first embodiment described above.

シリンダヘッド2に、ガス燃料をシリンダ内に高圧で噴射する高圧ガス燃料噴射弁(主ガス燃料噴射弁、副ガス燃料噴射弁)18、高圧ガス燃料噴射弁18からガス燃料を噴射する前にディーゼル燃料をシリンダ1内にパイロット噴射するパイロット燃料噴射弁6が配設される。   Before injecting gas fuel into the cylinder head 2 from the high pressure gas fuel injection valve (main gas fuel injection valve, auxiliary gas fuel injection valve) 18 for injecting gas fuel into the cylinder at high pressure, diesel A pilot fuel injection valve 6 for pilot-injecting fuel into the cylinder 1 is provided.

図7に示すように、高圧ガス燃料噴射弁へ高圧ガス燃料を供給する高圧ガス燃料供給装置(主ガス燃料供給装置、副ガス燃料供給装置)20は、例えば次のような構成を有し、異常発生時に高圧ガス燃料噴射弁18へのガス燃料の供給を別系統で遮断し、強制的にガス燃料の噴射を停止させることができるインターロック機構を有する。   As shown in FIG. 7, a high-pressure gas fuel supply device (main gas fuel supply device, sub-gas fuel supply device) 20 that supplies high-pressure gas fuel to a high-pressure gas fuel injection valve has the following configuration, for example. It has an interlocking mechanism that can shut off the gas fuel injection by forcibly stopping the supply of the gas fuel to the high-pressure gas fuel injection valve 18 when another abnormality occurs.

図示しないガス燃料の供給源からアキュムレータ21、油圧作動式のガス燃料の開閉弁22を介して、高圧のガス燃料が高圧ガス燃料噴射弁18へ供給される。油圧ポンプ23から供給される油圧は、電磁作動式の開閉弁24を介して上記ガス燃料の開閉弁22へ供給され、この開閉弁22を開閉させる。   High-pressure gas fuel is supplied to a high-pressure gas fuel injection valve 18 from a gas fuel supply source (not shown) through an accumulator 21 and a hydraulically operated gas fuel on-off valve 22. The hydraulic pressure supplied from the hydraulic pump 23 is supplied to the gas fuel on-off valve 22 via an electromagnetically operated on-off valve 24 to open and close the on-off valve 22.

これと共に、開閉弁24を通った油圧は、電磁作動式の開閉弁25を介して高圧ガス燃料噴射弁18へ供給され、この油圧の供給により高圧ガス燃料噴射弁18は開弁することができる。   At the same time, the hydraulic pressure that has passed through the on-off valve 24 is supplied to the high-pressure gas fuel injection valve 18 via the electromagnetically operated on-off valve 25, and the high-pressure gas fuel injection valve 18 can be opened by the supply of this hydraulic pressure. .

2つの電磁作動式の開閉弁24,25は、ガスインジェクションエンジン101のエンジンコントローラ26により、その開閉が電気的に制御される。インターロック機構は、エンジンコントローラ26、電磁作動式の油圧開閉弁24,油圧作動式のガス燃料の開閉弁22により構成される。   The two electromagnetically operated on / off valves 24 and 25 are electrically controlled by an engine controller 26 of the gas injection engine 101. The interlock mechanism includes an engine controller 26, an electromagnetically operated hydraulic on / off valve 24, and a hydraulically operated gas fuel on / off valve 22.

次に、上述のガスインジェクションエンジン101の燃料噴射方式について説明する。図8に示すように、例えば上死点のクランク角180°近辺において、ディーゼル燃料がパイロット燃料噴射弁6からシリンダ1内にパイロット噴射される。また、パイロット燃料噴射終了直後からの一定のクランク角範囲で、例えば200〜300barの高圧のガス燃料が、高圧ガス燃料噴射弁18からシリンダ1内に噴射される。   Next, the fuel injection method of the above-described gas injection engine 101 will be described. As shown in FIG. 8, for example, diesel fuel is pilot-injected into the cylinder 1 from the pilot fuel injection valve 6 in the vicinity of the top dead center crank angle of 180 °. Further, high-pressure gas fuel of 200 to 300 bar, for example, is injected into the cylinder 1 from the high-pressure gas fuel injection valve 18 in a certain crank angle range immediately after the end of pilot fuel injection.

一方、エンジンコントローラ26は、ガス燃料を高圧ガス燃料噴射弁18から、クランク角で下死点後の120°〜160°の範囲内の所定時期であって、かつ、パイロット燃料噴射弁6からのパイロット燃料噴射前に、シリンダ1内にプレ噴射する。高圧ガス燃料噴射弁18からのプレ噴射は、例えば200〜300barの高圧で行われる。   On the other hand, the engine controller 26 sends gas fuel from the high-pressure gas fuel injection valve 18 at a predetermined time within the range of 120 ° to 160 ° after the bottom dead center at the crank angle, and from the pilot fuel injection valve 6. Prior to pilot fuel injection, pre-injection into the cylinder 1 is performed. The pre-injection from the high-pressure gas fuel injection valve 18 is performed at a high pressure of 200 to 300 bar, for example.

また、 ここで、燃焼に必要な全ガス燃料に対するパイロット燃料噴射前に高圧ガス燃料噴射弁18からプレ噴射されるガス燃料の質量割合をプレ噴射率と呼ぶことにすると、
エンジンコントローラ16は、ガスインジェクションエンジン101の低負荷時、例えば負荷が50〜70%(所定負荷)以下の場合には、燃焼に必要なガス燃料の全部又は一部、例えば、プレ噴射率が50%以上となる、より詳細にはプレ噴射率が50〜100%又は50〜95%のガス燃料をシリンダ1内にプレ噴射する。
Here, the mass ratio of the gas fuel pre-injected from the high-pressure gas fuel injection valve 18 before the pilot fuel injection with respect to the total gas fuel required for combustion is referred to as a pre-injection rate.
When the load of the gas injection engine 101 is low, for example, when the load is 50 to 70% (predetermined load) or less, the engine controller 16 has all or part of gas fuel necessary for combustion, for example, a pre-injection rate of 50. More specifically, gas fuel having a pre-injection rate of 50 to 100% or 50 to 95% is pre-injected into the cylinder 1.

これは、低負荷領域ではプレ噴射に伴うノッキング発生の可能性が低いため、低負荷時には比較的多量のガス燃料をプレ噴射させることができるからである。これにより、パイロット燃料噴射による着火、及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができる。   This is because a relatively large amount of gas fuel can be pre-injected at low load because the possibility of knocking due to pre-injection is low in the low load region. Thereby, the ignition by pilot fuel injection and the subsequent gas temperature rise can be optimized.

一方、エンジンコントローラ16は、ガスインジェクションエンジン101の高負荷時、例えば負荷が50〜70%を超える場合には、例えば、プレ噴射率か50%以下となる、より詳細にはプレ噴射率が10〜50%のガス燃料をシリンダ1内にプレ噴射する。   On the other hand, the engine controller 16 is, for example, when the load of the gas injection engine 101 is high, for example, when the load exceeds 50 to 70%, for example, the pre-injection rate is 50% or less. ~ 50% of gas fuel is pre-injected into the cylinder 1.

これは、高負荷領域で多量のガス燃料をプレ噴射した場合、このプレ噴射に伴うノッキング発生の可能性が考えられるため、高負荷時にはガス燃料のプレ噴射量を一定範囲内に抑える必要があるからである。これにより、ノッキングの発生を防止しつつ、パイロット燃料噴射による着火、及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができる。   This is because, when a large amount of gas fuel is pre-injected in a high load region, there is a possibility that knocking may occur due to this pre-injection, so it is necessary to keep the pre-injection amount of gas fuel within a certain range at high load Because. Thereby, it is possible to optimize ignition by pilot fuel injection and subsequent gas temperature rise while preventing occurrence of knocking.

また、割合が少ない場合もあるが少なくとも一定量のプレ噴射は行われるから、従来のようにガス燃料の全部がパイロット燃料噴射後に噴射される場合よりも、NOX の排出量は確実に減少する。   Further, although the ratio may be small, at least a fixed amount of pre-injection is performed, so that the amount of NOx emission is surely reduced as compared with the case where all of the gas fuel is injected after pilot fuel injection as in the prior art.

また、パイロット噴射後に高圧ガス燃料噴射弁5から噴射される高圧のガス燃料は、燃焼に必要なガス燃料の量から上記プレ噴射されたガス燃料の量を差し引いた残部となり、その残部がパイロット燃料噴射後に、高圧ガス燃料噴射弁18からシリンダ1内に、例えば200〜300barの高圧で噴射される。   Further, the high-pressure gas fuel injected from the high-pressure gas fuel injection valve 5 after the pilot injection becomes a balance obtained by subtracting the amount of the pre-injected gas fuel from the amount of gas fuel necessary for combustion, and the remaining portion is the pilot fuel. After the injection, the high pressure gas fuel injection valve 18 is injected into the cylinder 1 at a high pressure of, for example, 200 to 300 bar.

このとき、エンジンコントローラ26は、通常運転時には、図7の電磁式の油圧開閉弁24を開弁させる。開閉弁24が開弁すると、油圧によりガス燃料の開閉弁22を開弁し、ガス燃料が高圧ガス燃料噴射弁18へ供給される。   At this time, the engine controller 26 opens the electromagnetic hydraulic on-off valve 24 of FIG. 7 during normal operation. When the on-off valve 24 is opened, the gas fuel on-off valve 22 is opened by hydraulic pressure, and the gas fuel is supplied to the high-pressure gas fuel injection valve 18.

クランク角で下死点後の120°〜160°の範囲内の所定時期になると、エンジンコントローラ26は、図7の油圧開閉弁25を開弁させ、高圧ガス燃料噴射弁18の開閉部に油圧をかける。これにより、高圧ガス燃料噴射弁18は開弁して高圧のガス燃料をシリンダ1内に噴射する。図8に示すように、噴射時間が経過すると、エンジンコントローラ26は、油圧開閉弁25を閉弁させ、高圧ガス燃料噴射弁18からのガス燃料のプレ噴射を終了する。   When the crank angle reaches a predetermined time within the range of 120 ° to 160 ° after bottom dead center, the engine controller 26 opens the hydraulic on-off valve 25 in FIG. multiply. As a result, the high-pressure gas fuel injection valve 18 is opened to inject high-pressure gas fuel into the cylinder 1. As shown in FIG. 8, when the injection time has elapsed, the engine controller 26 closes the hydraulic on-off valve 25 and ends the pre-injection of gas fuel from the high-pressure gas fuel injection valve 18.

このパイロット燃料噴射前に高圧ガス燃料噴射弁18から噴射されたガス燃料は、パイロット噴射されるディーゼル燃料の燃焼により着火して燃焼する。これにより、高圧の主ガス燃料噴射前のシリンダ内のガス温度が、従来のガスインジェクションエンジンよりも上昇する。   The gas fuel injected from the high-pressure gas fuel injection valve 18 before the pilot fuel injection is ignited and burned by the combustion of the pilot-injected diesel fuel. As a result, the gas temperature in the cylinder before the high-pressure main gas fuel injection is increased as compared with the conventional gas injection engine.

このため、燃焼初期の熱発生を理想的なものに近づけることができ、その後に行われる高圧の主ガス燃料の燃焼による熱効率を向上させることができる。また、熱効率向上のために、ガス燃料をより高圧で噴射する必要もなくなる。   For this reason, the heat generation in the initial stage of combustion can be brought close to an ideal one, and the thermal efficiency by the combustion of the high-pressure main gas fuel performed thereafter can be improved. Moreover, it is not necessary to inject the gas fuel at a higher pressure in order to improve the thermal efficiency.

また、ガス燃料の全部又は一部をパイロット噴射前に噴射し、それをパイロット噴射により着火するようにしたから、その燃焼はいわゆるリーンバーン燃焼となり、これにより
NOx の発生を確実に減少させることができる。これらにより、環境保全とコスト削減を図ることができる。
Further, since all or part of the gas fuel is injected before the pilot injection and ignited by the pilot injection, the combustion becomes so-called lean burn combustion, which can surely reduce the generation of NOx. it can. As a result, environmental conservation and cost reduction can be achieved.

特に、本ガスインジェクションエンジンの燃料噴射方式においては、高圧ガス燃料噴射弁18からのプレ噴射が、200〜300barの高圧で、かつ、クランク角で下死点後の120°〜160°の範囲内の所定時期に行われる。したかって、パイロット燃料噴射による着火、及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができる。   In particular, in the fuel injection system of the present gas injection engine, the pre-injection from the high-pressure gas fuel injection valve 18 is performed at a high pressure of 200 to 300 bar and within a range of 120 ° to 160 ° after the bottom dead center at the crank angle. It is performed at a predetermined time. Therefore, the ignition by the pilot fuel injection and the subsequent gas temperature increase can be optimized.

一方、エンジンコントローラ26は、安全面から異常発生時に高圧ガス燃料噴射弁18から燃料が一定時間を超えて連続噴射されないように、インターロック機構としてウインドウリミッタを有しており、何らかの理由により、このウインドウリミッタを超えて高圧ガス燃料噴射弁18からのガス噴射が継続している、あるいは継続することが予測される場合には、電磁式油圧開閉弁24を閉弁させて、ガス燃料の開閉弁22を閉弁させる。   On the other hand, the engine controller 26 has a window limiter as an interlock mechanism so that the fuel is not continuously injected from the high-pressure gas fuel injection valve 18 for a certain time when an abnormality occurs for safety reasons. When the gas injection from the high-pressure gas fuel injection valve 18 has continued or is predicted to exceed the window limiter, the electromagnetic hydraulic on-off valve 24 is closed, and the gas fuel on-off valve is closed. 22 is closed.

これにより、高圧ガス燃料噴射弁18へのガス燃料の供給は停止される。また、開閉弁24の閉弁により、高圧ガス燃料噴射弁18への油圧の供給も停止され、高圧ガス燃料噴射弁18の開閉部が閉となり、ガス噴射ができない状態となる。これにより、異常発生時の安全性が確保される。   Thereby, the supply of the gas fuel to the high-pressure gas fuel injection valve 18 is stopped. Moreover, the supply of hydraulic pressure to the high-pressure gas fuel injection valve 18 is stopped by closing the on-off valve 24, and the opening / closing portion of the high-pressure gas fuel injection valve 18 is closed, so that gas injection cannot be performed. This ensures safety when an abnormality occurs.

また、図9に示すように、このウインドウリミッタ27は、例えば、高圧ガス燃料噴射弁18からのパイロット燃料噴射前のプレ噴射と、パイロット燃料噴射後の高圧ガス燃料の噴射との連続時間が一定時間を超えないように設定することもできる。   Further, as shown in FIG. 9, the window limiter 27 has a constant continuous time between, for example, pre-injection before pilot fuel injection from the high-pressure gas fuel injection valve 18 and injection of high-pressure gas fuel after pilot fuel injection. It can also be set not to exceed the time.

次に、上述のガスインジェクションエンジン101を搭載した船舶の機関運転方式の一例を、図10及び図11を参照して説明する。   Next, an example of an engine operation method for a ship equipped with the gas injection engine 101 will be described with reference to FIGS.

図10に示すように、コントローラ16は、図1のGPS受信機102から供給された位置情報に基づいて(ステップS2)、船舶がNOX 排出量の第3次規制値が適用される海域(所定海域)を航行している、又はこれから航行すると判定した場合には、ガスインジェクションエンジン101の機関負荷を負荷50〜70%の範囲内で設定された、例えば負荷60%以下に調節する(ステップS2,S4,S6)。   As shown in FIG. 10, the controller 16 is based on the position information supplied from the GPS receiver 102 of FIG. 1 (step S2), and the marine area (predetermined to which the third regulation value of NOx emission amount is applied to the ship. If it is determined that the vehicle is navigating the sea area) or will be sailing from now on, the engine load of the gas injection engine 101 is adjusted to a load within a range of 50 to 70%, for example, 60% or less (step S2). , S4, S6).

ここで、ガスインジェクションエンジン101の低負荷領域と高負荷領域との間のしきい値を負荷50〜70%の範囲内で設定するのは、負荷が50%未満では船舶の航行に支障をきたす恐れがあり、また、負荷が70%を超えると、上述のようにリーンバーンエンジンで散見されるノッキングの発生が懸念され、またパイロット燃料噴射による着火及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができない恐れがあるからである。   Here, the threshold between the low load region and the high load region of the gas injection engine 101 is set within the range of 50 to 70% of the load. If the load is less than 50%, the navigation of the ship is hindered. If the load exceeds 70%, there is a concern about the occurrence of knocking that is occasionally observed in the lean burn engine, and the ignition by the pilot fuel injection and the subsequent gas temperature increase are optimized. Because there is a fear that it cannot be done.

このとき、エンジンコントローラ16は、パイロット燃料噴射弁6からのパイロット燃料噴射前に、燃焼に必要なガス燃料の全部をシリンダ1内にプレ噴射する(ステップS8)。すなわち、燃焼に必要な全ガス燃料に対するパイロット燃料噴射前に副ガス燃料噴射弁からプレ噴射されるガス燃料の質量割合であるプレ噴射率を100%にする。   At this time, the engine controller 16 pre-injects all the gas fuel necessary for combustion into the cylinder 1 before the pilot fuel injection from the pilot fuel injection valve 6 (step S8). That is, the pre-injection rate, which is the mass ratio of the gas fuel pre-injected from the auxiliary gas fuel injection valve, before the pilot fuel injection with respect to all gas fuel necessary for combustion is set to 100%.

まず、天然ガス等のガス燃料はディーゼル油等と比較して硫黄分がはるかに少ないから、近年のSOX 規制値や粒子状物質(PM)の現行及び間もなく適用が開始される諸規制値をすべてクリアすることができる。   First, gas fuels such as natural gas have much lower sulfur content than diesel oil, etc., so all the current and soon-to-be-applied SOX regulations and particulate matter (PM) regulations It can be cleared.

また、このパイロット燃料噴射前に上述の副ガス燃料噴射弁7,18から噴射されるガス燃料は、パイロット噴射されるディーゼル燃料の燃焼により着火して燃焼する。これにより、主ガス燃料噴射弁5,18からガス燃料が高圧噴射される前のシリンダ1内のガス
温度が、従来のガスインジェクションエンジンよりも上昇する。
Further, the gas fuel injected from the auxiliary gas fuel injection valves 7 and 18 before the pilot fuel injection is ignited and burned by the combustion of the diesel fuel injected by the pilot injection. As a result, the gas temperature in the cylinder 1 before the high-pressure injection of the gas fuel from the main gas fuel injection valves 5 and 18 is higher than that of the conventional gas injection engine.

このため、燃焼初期の熱発生を理想的なものに近づけることができ、さらなるガス燃料の高圧化等を行なうことなく、ガス燃料の燃焼による熱効率を向上させることができる。特に、このようにガス燃料の全部をパイロット燃料噴射前に噴射して着火させるようにすれば、その燃焼はディーゼルエンジンにおける希薄予混合燃焼と同様のリーンバーン燃焼となり、これによりNOx の発生を大幅に減少させることができる。   For this reason, the heat generation in the initial stage of combustion can be brought close to an ideal one, and the thermal efficiency by combustion of the gas fuel can be improved without further increasing the pressure of the gas fuel. In particular, if all of the gas fuel is injected and ignited before pilot fuel injection, the combustion becomes lean burn combustion similar to lean premixed combustion in a diesel engine, which greatly increases the generation of NOx. Can be reduced.

このため、NOX 排出量を機関回転数が130rpm未満の機関に対する第3次規制値である、3.4g/kWh以下に抑制可能である。また、予混合のガスエンジンは、60%以下の低負荷領域では、ガス噴射に伴うノッキングの発生が少ないという特性がある。したがって、ノッキングが発生する可能性も極めて低い。   For this reason, it is possible to suppress the NOx emission amount to 3.4 g / kWh or less, which is the third regulation value for an engine whose engine speed is less than 130 rpm. Further, the premixed gas engine has a characteristic that the occurrence of knocking due to gas injection is small in a low load region of 60% or less. Therefore, the possibility of knocking is very low.

因みに、上述のNOX 排出量の第3次規制値が適用される海域は、現在のところ米国及びカナダ沿岸の200海里内の海域と米国カリブ海海域に限定されており、この海域について機関負荷を60%以下に制限しても、船舶の運航上特に支障をきたすことはない。   By the way, the sea area to which the above-mentioned third regulation value of NOx emission is applied is currently limited to the sea area within 200 nautical miles of the US and Canadian coasts and the US caribbean sea area. Even if it is limited to 60% or less, there is no particular problem in the operation of the ship.

この一方、例えば、NOX 排出量の第3次規制値よりも大幅に緩い第3次規制よりも前の規制値が適用される海域においては、コントローラ16は、ガスインジェクションエンジン101の機関負荷を、図11に示すように、例えば60%を超えるように増大させる。これにより、全速走行が可能である(ステップS4,S10)。   On the other hand, for example, in the sea area where the regulation value before the third regulation, which is significantly looser than the third regulation value of NOx emissions, is applied, the controller 16 determines the engine load of the gas injection engine 101 as follows. As shown in FIG. 11, it is increased to exceed 60%, for example. As a result, full speed travel is possible (steps S4 and S10).

ここで、NOX 排出量の第3次規制よりも前の規制値であって第3次規制値の次に厳しい規制値は第2次規制値であり、この第2次規制値は、機関回転数が130rpm未満の機関に対するNOX 排出量を、14.4g/kWh以下にするものである。   Here, the regulation value before the third regulation of NOx emission and the next severe regulation value after the third regulation value is the second regulation value, and this second regulation value is the engine speed. The NOx emission amount for an engine having a number of less than 130 rpm is 14.4 g / kWh or less.

そして、機関負荷が60%を超える場合には、プレ噴射率が50%以下となる、より詳細にはプレ噴射率が10〜50%のガス燃料をシリンダ1内にプレ噴射する(ステップS14)。この機関負荷が60%を超える高負荷運転時をNOX 排出量の第3次規制よりも前の規制値が適用される海域に限定して行うようにすれば、NOX 排出量に関して、第3次規制値を含むすべての現行及び間もなく適用が開始される規制値をすべてクリアすることができる。   When the engine load exceeds 60%, the pre-injection rate is 50% or less, more specifically, gas fuel having a pre-injection rate of 10 to 50% is pre-injected into the cylinder 1 (step S14). . If this high engine load is over 60%, it is limited to the sea area where the regulation value before the third regulation of NOx emissions is applied. All current and upcoming regulatory values, including regulatory values, can be cleared.

また、予混合のガスエンジンは、高負荷領域ではガス噴射に伴うノッキング発生の可能性が高いことが知られている。したがって、高負荷時にはプレ噴射率を一定範囲内に抑える必要があり、特にプレ噴射率を50%以下とすることにより、ノッキングの発生を防止しつつ、パイロット燃料噴射による着火、及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができ、NOX 排出量も減少させることができる。   Further, it is known that a premixed gas engine has a high possibility of occurrence of knocking due to gas injection in a high load region. Therefore, it is necessary to keep the pre-injection rate within a certain range at a high load. In particular, by setting the pre-injection rate to 50% or less, ignition by pilot fuel injection and the subsequent gas temperature are prevented while preventing knocking. The increase can be optimized and NOx emissions can be reduced.

図11に示すように、例えば、機関負荷が60%においてプレ噴射率を約50%とし、機関負荷が100%においてプレ噴射率を約30%とすると共に、その間は等率で順次減少させるようにして、ガス燃料をシリンダ内にプレ噴射することができる。   As shown in FIG. 11, for example, when the engine load is 60%, the pre-injection rate is about 50%, and when the engine load is 100%, the pre-injection rate is about 30%. Thus, the gas fuel can be pre-injected into the cylinder.

この一方、NOX 排出量の第3次規制よりも前の規制値が適用される海域において、機関負荷が60%以下の低負荷運転を行なう場合には、プレ噴射率が50〜100%となるガス燃料をシリンダ1内にプレ噴射する(ステップS4,10,12)。   On the other hand, in the sea area where the regulation value before the third regulation of NOx emission is applied, the pre-injection rate becomes 50 to 100% when the engine load is low load operation of 60% or less. Gas fuel is pre-injected into the cylinder 1 (steps S4, 10, 12).

このように、プレ噴射率を50〜100%にすることにより、パイロット燃料噴射前に副ガス燃料噴射弁7,18から噴射されるガス燃料が、このガスインジェクションエンジン101のガス燃料の燃焼に対して最適な状態となる。   As described above, by setting the pre-injection rate to 50 to 100%, the gas fuel injected from the auxiliary gas fuel injection valves 7 and 18 before the pilot fuel injection is reduced against the combustion of the gas fuel of the gas injection engine 101. Will be in an optimal state.

このため、燃焼初期の熱発生を理想的なものに近づけることができ、さらなるガス燃料の高圧化等を行なうことなく、ガス燃料の燃焼による熱効率を向上させることができる。また、その燃焼はディーゼルエンジンにおける希薄予混合燃焼と同様のリーンバーン燃焼となり、これによりNOx の発生をNOX 排出量の第3次規制よりも前の規制値以下に確実に減少させることができる。   For this reason, the heat generation in the initial stage of combustion can be brought close to an ideal one, and the thermal efficiency by combustion of the gas fuel can be improved without further increasing the pressure of the gas fuel. Further, the combustion becomes lean burn combustion similar to the lean premixed combustion in the diesel engine, so that the generation of NOx can be surely reduced below the regulation value before the third regulation of the NOx emission amount.

図11に示すように、例えば、機関負荷の上昇時には機関負荷が0〜45%においてプレ噴射率を100%にし、機関負荷が45%においてプレ噴射率を一挙に約67%にまて下げ、その後機関負荷が50%においてプレ噴射率が約50%になるように等率で順次減少させるようにして、上述の低圧ガス燃料噴射弁7又は高圧ガス燃料噴射弁18からシリンダ内にガス燃料をプレ噴射することができる。   As shown in FIG. 11, for example, when the engine load increases, the pre-injection rate is reduced to 100% when the engine load is 0 to 45%, and the pre-injection rate is lowered to about 67% at a time when the engine load is 45%. Thereafter, gas fuel is introduced into the cylinder from the low-pressure gas fuel injection valve 7 or the high-pressure gas fuel injection valve 18 in such a manner that the pre-injection rate is reduced gradually at an equal rate so that the engine injection is 50%. Pre-injection can be performed.

この一方、機関負荷の減少時には、機関負荷が40%においてプレ噴射率を100%に増大させる。このように、機関負荷の上昇時に100%から100%未満のプレ噴射率に減少させる負荷点と、機関負荷の減少時に100%未満から100%のプレ噴射率へ上昇させる負荷点との間に一定のヒステリシスを設けることにより、このガス燃料のプレ噴射に関する制御が不安定にならないようにしている。   On the other hand, when the engine load is reduced, the pre-injection rate is increased to 100% when the engine load is 40%. Thus, between the load point that decreases from 100% to a pre-injection rate of less than 100% when the engine load increases, and the load point that increases from less than 100% to a pre-injection rate of 100% when the engine load decreases. By providing a certain hysteresis, the control regarding the pre-injection of the gas fuel is prevented from becoming unstable.

なお、上述の船舶の機関運転方式は、一例を述べたにすぎず、様々な変形が可能である。   Note that the above-described ship engine operation system is merely an example, and various modifications can be made.

1 シリンダ
2 シリンダヘッド
3 シリンダライナ
4 ピストン
5 高圧ガス燃料噴射弁(主ガス燃料噴射弁)
6 パイロット燃料噴射弁
7 低圧ガス燃料噴射弁(副ガス燃料噴射弁)
8 高圧ガス燃料供給装置(主ガス燃料供給装置)
9 排気弁
10 低圧ガス燃料供給装置(副ガス燃料供給装置)
12 開閉弁
13 油圧ポンプ
14 開閉弁
15 開閉弁
16 エンジンコントローラ(コントローラ)
17 ウインドウリミッタ
18 高圧ガス燃料噴射弁(主ガス燃料噴射弁、副ガス燃料噴射弁)
20 高圧ガス燃料供給装置(主ガス燃料供給装置、副ガス燃料供給装置)
21 アキュムレータ
22 開閉弁
23 油圧ポンプ
24 開閉弁
25 開閉弁
26 エンジンコントローラ
27 ウインドウリミッタ
100 船舶
101 ガスインジェクションエンジン
102 GPS受信機
1 Cylinder 2 Cylinder Head 3 Cylinder Liner 4 Piston 5 High Pressure Gas Fuel Injection Valve (Main Gas Fuel Injection Valve)
6 Pilot fuel injection valve 7 Low pressure gas fuel injection valve (sub gas fuel injection valve)
8 High-pressure gas fuel supply device (main gas fuel supply device)
9 Exhaust valve 10 Low-pressure gas fuel supply device (sub-gas fuel supply device)
12 On-off valve 13 Hydraulic pump 14 On-off valve 15 On-off valve 16 Engine controller (controller)
17 Window limiter 18 High pressure gas fuel injection valve (main gas fuel injection valve, auxiliary gas fuel injection valve)
20 High-pressure gas fuel supply device (main gas fuel supply device, auxiliary gas fuel supply device)
21 accumulator 22 on-off valve 23 hydraulic pump 24 on-off valve 25 on-off valve 26 engine controller 27 window limiter 100 ship 101 gas injection engine 102 GPS receiver

Claims (7)

推進用の主機関としてガス燃料を主燃料とするガスインジェクションエンジン(101)を搭載した船舶(100)の機関運転方式であり、前記ガスインジェクションエンジンは、シリンダヘッド(2)に配設されてガス燃料をシリンダ(1)内に高圧で噴射する主ガス燃料噴射弁(5,18)及び前記主ガス燃料噴射弁からの前記ガス燃料の噴射前にディーゼル燃料を前記シリンダ内にパイロット噴射するパイロット燃料噴射弁(6)と、高圧ガス燃料を前記主ガス燃料噴射弁へ供給する主ガス燃料供給装置(8,20)と、前記ガス燃料を前記ガスインジェクションエンジンの前記シリンダ内に噴射する副ガス燃料噴射弁(7,18)と、前記ガス燃料を前記副ガス燃料噴射弁へ供給する副ガス燃料供給装置(10,20)と、前記主ガス燃料供給装置と前記副ガス燃料供給装置の作動を制御して機関負荷を調節するコントローラ(16)とを備え、前記コントローラは、前記副ガス燃料供給装置の作動を制御して前記パイロット燃料噴射弁からディーゼル燃料がパイロット噴射される前に前記副ガス燃料噴射弁から燃焼に必要とされる前記ガス燃料の全部又は一部を前記シリンダ内に噴射させると共に、前記パイロット燃料噴射弁からディーゼル燃料がパイロット噴射された後に前記主ガス燃料噴射弁から燃焼に必要とされる前記ガス燃料の残部を前記シリンダ内に高圧で噴射させる船舶の機関運転方式において、
前記コントローラは、前記ガスインジェクションエンジンの前記機関負荷が所定負荷以下の場合には燃焼に必要な全ガス燃料に対する前記パイロット燃料噴射前に前記副ガス燃料噴射弁からプレ噴射される前記ガス燃料の質量割合であるプレ噴射率を100%にして前記ガスインジェクションエンジンのNOX 排出量を所定値以下に抑制することを特徴とする船舶の機関運転方式。
This is an engine operation system of a ship (100) equipped with a gas injection engine (101) using gas fuel as a main fuel for propulsion, and the gas injection engine is disposed in a cylinder head (2) and gas A main gas fuel injection valve (5, 18) for injecting fuel into the cylinder (1) at a high pressure, and a pilot fuel for pilot injection of diesel fuel into the cylinder before injection of the gas fuel from the main gas fuel injection valve An injection valve (6), a main gas fuel supply device (8, 20) for supplying high-pressure gas fuel to the main gas fuel injection valve, and a secondary gas fuel for injecting the gas fuel into the cylinder of the gas injection engine An injection valve (7, 18), an auxiliary gas fuel supply device (10, 20) for supplying the gas fuel to the auxiliary gas fuel injection valve, and the main gas A fuel supply device and a controller (16) for controlling the operation of the auxiliary gas fuel supply device to adjust the engine load, and the controller controls the operation of the auxiliary gas fuel supply device to control the pilot fuel injection valve. Before the diesel fuel is injected from the pilot fuel, all or part of the gas fuel required for combustion is injected into the cylinder from the auxiliary gas fuel injection valve, and the diesel fuel is piloted from the pilot fuel injection valve. In the engine operation system of the ship in which the remaining part of the gas fuel required for combustion from the main gas fuel injection valve is injected into the cylinder at a high pressure after being injected,
The controller is configured such that when the engine load of the gas injection engine is equal to or lower than a predetermined load, the mass of the gas fuel pre-injected from the auxiliary gas fuel injection valve before the pilot fuel injection for all gas fuels required for combustion A marine engine operating system characterized in that the pre-injection rate, which is a ratio, is set to 100%, and the NOx emission amount of the gas injection engine is suppressed to a predetermined value or less.
前記コントローラ(16)は、前記ガスインジェクションエンジン(101)の前記機関負荷が前記所定負荷を超える場合には前記プレ噴射率を50%以下にすることを特徴とする、請求項1に記載の船舶の機関運転方式。   The ship according to claim 1, wherein the controller (16) sets the pre-injection rate to 50% or less when the engine load of the gas injection engine (101) exceeds the predetermined load. Engine operation system. 推進用の主機関としてガス燃料を主燃料とするガスインジェクションエンジン(101)を搭載した船舶(100)の機関運転方式であり、前記ガスインジェクションエンジンは、シリンダヘッド(2)に配設されてガス燃料をシリンダ(1)内に高圧で噴射する主ガス燃料噴射弁(5,18)及び前記主ガス燃料噴射弁からの前記ガス燃料の噴射前にディーゼル燃料を前記シリンダ内にパイロット噴射するパイロット燃料噴射弁(6)と、高圧ガス燃料を前記主ガス燃料噴射弁へ供給する主ガス燃料供給装置(8,20)と、前記ガス燃料を前記ガスインジェクションエンジンの前記シリンダ内に噴射する副ガス燃料噴射弁(7,18)と、前記ガス燃料を前記副ガス燃料噴射弁へ供給する副ガス燃料供給装置(10,20)と、前記主ガス燃料供給装置と前記副ガス燃料供給装置の作動を制御して機関負荷を調節するコントローラ(16)とを備え、前記コントローラは、前記副ガス燃料供給装置の作動を制御して前記副ガス燃料噴射弁から前記パイロット燃料噴射弁からディーゼル燃料がパイロット噴射される前に燃焼に必要とされる前記ガス燃料の全部又は一部を噴射させることができると共に、前記主ガス燃料噴射弁から前記パイロット燃料噴射弁からディーゼル燃料がパイロット噴射された後に燃焼に必要とされる前記ガス燃料の残部を前記シリンダ内に高圧で噴射させることができる船舶の機関運転方式において、
前記船舶(100)は、GPS受信機(102)をさらに備え、前記コントローラ(16)は、前記GPS受信機から供給された位置情報に基づいて前記船舶が所定海域内を航行していると判定した場合には前記機関負荷を所定負荷以下に調節すると共に燃焼に必要な全ガス燃料に対する前記パイロット燃料噴射前に前記副ガス燃料噴射弁からプレ噴射される前記ガス燃料の質量割合であるプレ噴射率を100%にして前記ガスインジェクションエンジンのNOX 排出量を所定値以下に抑制することを特徴とする船舶の機関運転方式。
This is an engine operation system of a ship (100) equipped with a gas injection engine (101) using gas fuel as a main fuel for propulsion, and the gas injection engine is disposed in a cylinder head (2) and gas A main gas fuel injection valve (5, 18) for injecting fuel into the cylinder (1) at a high pressure, and a pilot fuel for pilot injection of diesel fuel into the cylinder before injection of the gas fuel from the main gas fuel injection valve An injection valve (6), a main gas fuel supply device (8, 20) for supplying high-pressure gas fuel to the main gas fuel injection valve, and a secondary gas fuel for injecting the gas fuel into the cylinder of the gas injection engine An injection valve (7, 18), an auxiliary gas fuel supply device (10, 20) for supplying the gas fuel to the auxiliary gas fuel injection valve, and the main gas A fuel supply device and a controller (16) for controlling the operation of the auxiliary gas fuel supply device to adjust the engine load, and the controller controls the operation of the auxiliary gas fuel supply device to control the auxiliary gas fuel injection. All or part of the gas fuel required for combustion can be injected before diesel fuel is pilot-injected from the pilot fuel injection valve from the valve, and the pilot fuel injection from the main gas fuel injection valve In the engine operation system of a ship that can inject the remainder of the gas fuel required for combustion after pilot injection of diesel fuel from a valve into the cylinder at high pressure,
The ship (100) further includes a GPS receiver (102), and the controller (16) determines that the ship is navigating in a predetermined sea area based on position information supplied from the GPS receiver. In this case, the engine load is adjusted to a predetermined load or less, and the pre-injection is a mass ratio of the gas fuel pre-injected from the auxiliary gas fuel injection valve before the pilot fuel injection with respect to all gas fuel necessary for combustion. A ship engine operating system characterized in that the NOx emission amount of the gas injection engine is suppressed to a predetermined value or less by setting the rate to 100%.
前記コントローラ(16)は、前記GPS受信機から供給された位置情報に基づいて前記船舶が所定海域外を航行していると判定した場合であって、かつ前記機関負荷が前記所定負荷以下の場合には前記プレ噴射率を50%以上にすることを特徴とする、請求項3に記載の船舶の機関運転方式。   The controller (16) is a case where it is determined that the ship is navigating outside a predetermined sea area based on position information supplied from the GPS receiver, and the engine load is equal to or less than the predetermined load 4. The ship engine operating system according to claim 3, wherein the pre-injection rate is 50% or more. 前記コントローラ(16)は、前記ガスインジェクションエンジン(101)の始動直後の低負荷時に前記プレ噴射率を100%にすると共に前記機関負荷が前記所定負荷に上昇するまでに前記プレ噴射率を100%から50%へ順次減少させる一方、負荷上昇時に100%から100%未満の前記プレ噴射率へ減少させる負荷点を負荷減少時に100%未満から100%の前記プレ噴射率へ増加させる負荷点よりも高くすることを特徴とする、請求項4に記載の船舶の機関運転方式。   The controller (16) sets the pre-injection rate to 100% at a low load immediately after the start of the gas injection engine (101) and increases the pre-injection rate to 100% before the engine load increases to the predetermined load. The load point for decreasing the pre-injection rate from 100% to less than 100% when the load is increased is gradually increased from less than 100% to the pre-injection rate of 100% when the load is decreased. The ship engine operating system according to claim 4, wherein the ship operating system is high. 前記コントローラ(16)は、前記GPS受信機から供給された位置情報に基づいて前記船舶が所定海域外を航行していると判定した場合であって、かつ前記機関負荷が前記所定負荷を超える場合には前記プレ噴射率を50%以下にすることを特徴とする、請求項3ないし5のいずれかに記載の船舶の機関運転方式。   When the controller (16) determines that the ship is navigating outside a predetermined sea area based on position information supplied from the GPS receiver, and the engine load exceeds the predetermined load The ship engine operating system according to any one of claims 3 to 5, wherein the pre-injection rate is 50% or less. 前記機関負荷の前記所定負荷は、負荷(50〜70)%の範囲内に設定されることを特徴とすることを特徴とする、請求項1いし6のいずれかに記載の船舶の機関運転方式。   The ship engine operating system according to any one of claims 1 to 6, wherein the predetermined load of the engine load is set within a range of load (50 to 70)%. .
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