JP2022045648A - 舶用内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】排気タービン式過給機を備える舶用内燃機関において、ＥＧＲ運転と通常運転とを両立する。【解決手段】舶用内燃機関としてのエンジン１は、主機関１０と、タービン４２に供給される排気によってコンプレッサ４１を駆動する排気タービン式過給機４と、排気通路３１におけるタービン４２下流側の部位と吸気通路２１におけるコンプレッサ４１上流側の部位とを接続するＥＧＲ通路８１と、ＥＧＲ通路８１を開閉するＥＧＲ弁８２と、タービン４２に供給される排気の流量を調整する排気調整システム９と、ＥＧＲ弁８２の開度に基づいて排気調整システム９を制御するコントローラ１００と、を備える。コントローラ１００は、ＥＧＲ弁８２が開弁状態にある場合には、該ＥＧＲ弁８２が閉弁状態にある場合と比較して、タービン４２に供給される排気の流量を増加させる。【選択図】図２

Description

本開示は、舶用内燃機関に関する。

特許文献１には、舶用に限定されない内燃機関の一例として、ＥＧＲ装置を備えた過給機付きエンジンが開示されている。具体的に、この特許文献１には、過給機の吸入空気温度に基づいて、過給機が破損する破損温度に対応する破損過給圧を求め、その破損過給圧よりも低く設定された最大過給圧を上限とするように、過給機の過給圧を制限することが開示されている。

前記特許文献１によると、ＥＧＲ装置を備えるエンジンの場合、ＥＧＲクーラの性能次第では、吸気通路に還流されるＥＧＲガスが高温になる可能性がある。そのため、過給機がＥＧＲガスを吸入する場合、その過給機に吸入される空気の温度（吸入空気温度）が過度に高くなり、それに起因して過給機が破損するおそれがある。

こうした問題に対し、前記特許文献１に開示されているエンジンは、前記吸入空気温度に基づいて過給機の過給圧を制限することで、過給機の破損を予防することができるようになっている。ここで、同文献に係るエンジンは、過給機の過給圧を制限するための手段として、過給機を迂回するように空気を流通させるバイパスバルブを備えた構成とされている。

特開２００９－２９９５３７号公報

前述した問題に対応するための具体的な方策としては、例えば、ＥＧＲガスを還流させる際にバイパスバルブの開弁等を行うことで、過給機を構成するロータ、タービン等に流入する排気の流量または流速を減少させ、過給圧が過度に高くならないようにすることが考えられる。

また、バイパスバルブに限らずとも、いわゆる可変ノズルターボを用いることで、ＥＧＲガスを還流させるか否かに応じて、過給機に流入する排気の流速を適宜調整することも考えられる。

もっとも、前述した問題は、ＥＧＲクーラの性能に起因するものである。そのため、例えば舶用内燃機関のように、大型で高性能な冷却装置を使用できる場合には、前述の如き制御は通常不要となる。

ところで、船舶を対象に実施されているＮＯｘ規制のうち、特に３次規制（Ｔｉｅｒ３）をクリアするための手段として、前記特許文献１に開示されているようなＥＧＲ装置を具備した舶用内燃機関が検討されている。

そうした舶用内燃機関において、さらに排気タービン式過給機を備えた構成とした場合、コンプレッサで圧縮される空気の比熱比は、その空気に含まれるＥＧＲガスに起因して低下することになる。比熱比の低下は、掃気圧（過給圧）の低下を招く。掃気圧の低下は、燃費性能の悪化、排気中のスモークの発生等を招くため望ましくない。

そこで、ＥＧＲガスを還流させることを見越して、燃料の噴射圧力を予め高く設定したり、比熱比の低下に伴う掃気圧の低下を補うようにタービン上流のノズル面積（以下、これを「タービンノズル面積」という）を予め絞っておいたりすることが考えられる。

ところが、船舶が運航対象とする海域は、前述の３次規制が敷かれた海域（以下、「Ｔｉｅｒ３海域」という）には限定されない。この３次規制よりもＮＯｘの排出制限が緩い２次規制（Ｔｉｅｒ２）が敷かれた海域（以下、「Ｔｉｅｒ２海域」という）を運航したり、Ｔｉｅｒ３海域と、Ｔｉｅｒ２海域２と、を行き来するように運航したりすることも考えられる。

これに対応するためには、Ｔｉｅｒ３海域ではＥＧＲ弁を開弁してＥＧＲガスを還流させる一方、Ｔｉｅｒ２海域ではＥＧＲ弁を閉弁してＥＧＲガスを還流させないように内燃機関を制御することが考えられる。

ところが、ＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ運転時（Ｔｉｅｒ３海域に適した運転時）に比熱比に係る問題が生じないように、前述のように燃料の噴射圧力を予め高く設定してしまうと、ＥＧＲガスを還流させない通常運転時（Ｔｉｅｒ２海域に適した運転時）に、ＮＯｘの排出量が増加してしまうという問題に直面することになる。

そこで、燃料の噴射圧力を高める代わりに、前述のようにタービンノズル面積を予め絞ることが考えられるが、この場合、通常運転時に掃気圧が過度に上昇してしまい、筒内圧が設計上の許容範囲を超えてしまうおそれがある。

このように、本願発明者らは、前記特許文献１とは異なる観点から検討を進めた結果、舶用内燃機関に特有の課題を新たに発見した。本願発明者らは、さらに鋭意検討を重ねた末に、同文献に係る構成とは異質な制御を創作するに至った。

本開示は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気タービン式過給機を備える舶用内燃機関において、ＥＧＲ運転と通常運転とを両立することにある。

本開示の第１の態様は、舶用内燃機関に関する。この舶用内燃機関は、２ストローク式の主機関と、前記主機関に接続される吸気通路及び排気通路と、前記吸気通路に配置されるコンプレッサ及び前記排気通路に配置されるタービンを有し、前記タービンに供給される排気によって前記コンプレッサを駆動する排気タービン式過給機と、前記排気通路における前記タービン下流側の部位と、前記吸気通路における前記コンプレッサ上流側の部位と、を接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、前記タービンに供給される排気の流量または流速を調整する排気調整システムと、前記ＥＧＲ弁の開度に基づいて前記排気調整システムを制御するコントローラと、を備える。

そして、本開示の第１の態様によれば、前記コントローラは、前記ＥＧＲ弁が閉弁状態にある場合には、該ＥＧＲ弁が開弁状態にある場合と比較して、前記タービンに供給される排気の流量または流速を減少させる。

ここで、「排気調整システム」には、排気にタービンを迂回させることによって排気の流量を調整するバイパスライン、タービン上流のノズル面積を可変とすることで排気の流速を調整する可変ノズル等が含まれる。

前記第１の態様によると、前記コントローラは、Ｔｉｅｒ２海域での運航等、ＥＧＲガスを還流させない通常運転を実行する場合（ＥＧＲ弁が閉弁状態にある場合）には、Ｔｉｅｒ３海域での運航等、ＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ運転を実行する場合（ＥＧＲ弁が開弁状態にある場合）と比較して、タービンに供給される排気の流量または流速を減少させる。

これにより、ＥＧＲ運転に適した掃気圧が実現されるようにタービンノズル面積を予め絞っておいたとしても、通常運転ではタービンに供給される排気の流量または流速を減少させることで、通常運転における掃気圧の過度の上昇を抑制し、筒内圧を許容範囲に収めることができるようになる。

換言すれば、前記コントローラは、ＥＧＲ運転を実行する場合には、通常運転を実行する場合と比較して、タービンに供給される排気の流量または流速を増加させることになる。

これにより、通常運転に適した掃気圧が実現されるように、バイパスライン等を用いて排気の流量等を低めに設定しておいたとしても、ＥＧＲ運転時にはそのバイパスライン等を閉止することで、ＥＧＲ運転においても適切な掃気圧を維持することができるようになる。

また、本開示の第２の態様によれば、前記排気調整システムは、前記排気通路における前記タービン上流側の部位と、該タービン下流側の部位と、を接続するバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉することで、前記タービンに供給される排気の流量を調整するバイパス弁と、を有する、としてもよい。

前記第２の態様によると、バイパス弁を開弁状態にしたときには、タービンに供給される排気の流量を相対的に減少させることができる一方、バイパス弁を閉弁状態にしたときには、タービンに供給される排気の流量を相対的に増加させることができるようになる。バイパス弁を適宜開閉することで、ＥＧＲ運転から通常運転への移行時（あるいは、その逆の移行時）に、掃気圧を適切な値に維持することができるようになる。

また、本開示の第３の態様によれば、前記排気タービン式過給機は、前記ＥＧＲ弁及び前記バイパス弁のいずれか一方を開弁状態としたときに、該排気タービン式過給機の吐出圧が所定の適正範囲に収まるように構成される、としてもよい。

ここでいう「吐出圧」とは、排気タービン式過給機のコンプレッサから吐出される空気の圧力（過給圧）を指す。吐出圧の大きさは、前述の掃気圧と実質的に等しい。さらに、ここでいう「適正範囲」とは、主機関の筒内圧が許容範囲を超えないように設定された圧力範囲を指す。

前記第３の態様によると、例えばタービンノズル面積を設計段階で絞っておくことで、排気タービン式過給機の吐出圧を予め高めに設定する。こうすることで、ＥＧＲ弁を開弁状態としたとき（または、バイパス弁を開弁状態としたとき）に生じる吐出圧の低下を見越した構成とすることができ、吐出圧を適正範囲に収めることが可能になる。

また、本開示の第４の態様によれば、前記コントローラは、前記ＥＧＲ弁が開弁状態から閉弁状態に変更されたとき、前記バイパス弁を少なくとも一時的に全開状態にする、としてもよい。

前記第４の態様によると、ＥＧＲ運転から通常運転への移行直後または移行過渡時にバイパス弁を全開状態にすることで、主機関内に残存したＥＧＲガスの排出を促進し、これを早期に排出することができるようになる。これにより、ＥＧＲ運転から通常運転への移行をスムースに行うことができるようになる。

また、本開示の第５の態様によれば、前記舶用内燃機関は、前記タービンを通過する排気の流量と、前記バイパス通路を介して前記タービンを迂回する排気の流量と、の比率を調整する排気絞り手段を備え、前記排気絞り手段は、前記バイパス弁が開弁状態にあるか否かに拘わらず、前記タービンを迂回する排気の流量を、該タービンを通過する排気の流量よりも少なくするように構成される、としてもよい。

バイパス弁が開弁状態にあるときには、バイパス通路を介して排気がタービンを迂回することになる。しかしながら、必要以上の排気を迂回させてしてしまっては、掃気圧の低下を招き、これを維持する上で不都合となる。

前記第５の態様によると、前記排気絞り手段は、バイパス弁が開弁状態にあってもなお、タービンを迂回する排気の流量を、該タービンを通過する排気の流量よりも少なくする。こうすることで、タービンの駆動に要する流量を確保することができ、ひいては、掃気圧を維持する上で有利になる。

また、本開示の第６の態様によれば、前記バイパス通路には、該バイパス通路の通路断面積を狭めるオリフィスが設けられ、前記排気絞り手段は、前記オリフィスによって構成される、としてもよい。

前記第６の態様は、掃気圧を維持する上で有効である。

また、本開示の第７の態様によれば、前記舶用内燃機関は、前記排気タービン式過給機は、前記タービン周囲の通路面積を変化させることで、前記タービンに供給される排気の流速を調整する可変ノズルを備え、前記排気調整システムは、前記可変ノズルによって構成される、としてもよい。

前記第７の態様によると、可変ノズルを絞ったときには、タービンに供給される排気の流速を相対的に増加させることができる一方、可変ノズルを開いたときには、タービンに供給される排気の流速を相対的に減少させることができるようになる。このように構成することで、ＥＧＲ運転から通常運転への移行時（あるいは、その逆の移行時）に、掃気圧を適切な値に維持することができるようになる。

また、本開示の第８の態様によれば、前記排気タービン式過給機は、前記ＥＧＲ弁を開弁状態としかつ前記可変ノズルによって前記通路面積を縮小したとき、または、前記ＥＧＲ弁を閉弁状態としかつ前記可変ノズルによって前記通路面積を拡大したときに、該排気タービン式過給機の吐出圧が所定範囲に収まるように構成される、としてもよい。

前記第８の態様によると、例えばタービンノズル面積を設計段階で絞っておくことで、排気タービン式過給機の吐出圧を予め高めに設定する。こうすることで、ＥＧＲ弁を開弁状態としたとき、または、可変ノズルによって通路面積を拡大したときに生じる掃気圧の低下を見越した構成とすることができ、掃気圧を適正範囲に収めることが可能になる。

以上説明したように、本開示によれば、排気タービン式過給機を備える舶用内燃機関において、ＥＧＲ運転と通常運転とを両立することができる。

図１は、舶用内燃機関の概略構成を例示するシステム図である。 図２は、ＥＧＲ運転から通常運転への切替手順を例示するフローチャートである。 図３は、通常運転からＥＧＲ運転への切替手順を例示するフローチャートである。 図４は、舶用内燃機関の変形例を示す図１対応図である。

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は例示である。
図１は、舶用内燃機関（以下、単に「エンジン１」ともいう）の概略構成を例示するシステム図である。

エンジン１は、複数のシリンダ１１を備えた直列多気筒式のディーゼルエンジンである。このエンジン１は、ユニフロー掃気方式の２ストローク１サイクル機関として構成されており、タンカー、コンテナ船、自動車運搬船等、大型の船舶に搭載される。

船舶に搭載されたエンジン１は、その船舶を推進させるための主機関１０を備える。そのため、主機関１０の出力軸は、プロペラ軸（不図示）を介して船舶のプロペラ（不図示）に連結されている。エンジン１が運転することで、その出力がプロペラに伝達されて船舶が推進するようになっている。

エンジン１はまた、ターボ過給機付エンジンとして構成されている。すなわち、本実施形態に係るエンジン１は、図１に示されるように、排気タービン式過給機４を備えた構成とされている。

（１）主要構成
以下、エンジン１の要部について説明する。

図１に示されるように、エンジン１は、前述の主機関１０と、この主機関１０に接続される吸気系２及び排気系３と、排気系３を流れる排気によって作動する排気タービン式過給機４と、排気を還流させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）システム８と、排気の流量または流速を調整する排気調整システム９と、エンジン１の各部を制御するコントローラ１００と、を備える。

このうち、主機関１０は、複数のシリンダ１１（図１においては、４つのシリンダ１１のみを例示）を有する。主機関１０は、２ストローク式の機関である。各シリンダ１１内には、ピストン（不図示）が往復動可能にそれぞれ挿入される。各シリンダ１１の内壁、シリンダヘッド（不図示）の天井面、及び、ピストンの頂面によって、シリンダ１１毎に燃焼室が区画される。

主機関１０はまた、掃気トランク１８と、排気マニホールド１９と、を有する。掃気トランク１８は、主機関１０の燃焼室に連通しており、この燃焼室１２に掃気を供給するように構成される。排気マニホールド１９は、主機関１０の燃焼室に連通しており、この燃焼室から既燃ガス（排気）を排出することができる。主機関１０は、掃気トランク１８を介して吸気系２（具体的には、後述の吸気通路２１）に接続される一方、排気マニホールド１９を介して排気系３（具体的には、後述の排気通路３１）に接続されるようになっている。

吸気系２は、主機関１０に接続される吸気通路２１を有する。吸気系２は、この吸気通路２１を介して主機関１０に空気を送り込むように構成される。具体的に、本実施形態に係る吸気通路２１には、上流側から順に、大気から取り込んだ空気（新気）を後述のＥＧＲガスとともに圧縮するコンプレッサ４１と、コンプレッサ４１により圧縮された空気を冷却するエアクーラ２２と、が設けられる。エアクーラ２２によって冷却された空気は、前述の掃気トランク１８を介して燃焼室に至る。

排気系３は、主機関１０に接続される排気通路３１を有する。排気系３は、この排気通路３１を介して主機関１０から排気を排出するように構成される。具体的に、本実施形態に係る排気通路３１には、上流側から順に、後述のバイパス通路９１へと分岐する第１分岐部（バイパス通路９１の上流端部と排気通路３１との接続部）３１ａと、コンプレッサ４１に対して駆動連結されたタービン４２と、バイパス通路９１と合流する合流部（バイパス通路９１の下流端部と排気通路３１との接続部）３１ｂと、後述のＥＧＲ通路８１へと分岐する第２分岐部（ＥＧＲ通路８１の上流端部と排気通路３１との接続部）３１ｃと、が設けられる。燃焼室から排出された排気は、前述の排気マニホールド１９を介して排気通路３１に流入し、タービン４２を通過して大気に開放される。

排気タービン式過給機４は、吸気通路２１に配置されるコンプレッサ４１と、排気通路３１に配置されるタービン４２と、を有し、タービン４２に供給される排気によってコンプレッサ４１を駆動するように構成される。ここで、コンプレッサ４１とタービン４２とは連結されており、互いに同期して回転する。そのため、タービン４２を通過する排気によってコンプレッサ４１が回転駆動されると、このコンプレッサ４１を通過する空気を圧縮することができる。

ＥＧＲシステム８は、排気通路３１におけるタービン４２下流側の部位（第２分岐部３１ｃ）と、吸気通路２１におけるコンプレッサ４１上流側の部位と、を接続するＥＧＲ通路８１を有する。ＥＧＲシステム８は、いわゆる低圧ＥＧＲシステムとして構成されており、ＥＧＲ通路８１を介して排気を循環させるように構成される。具体的に、本実施形態に係るＥＧＲ通路８１には、循環される排気（以下、「ＥＧＲガス」ともいう）の流れ方向の上流側から順に、ＥＧＲ弁８２と、ＥＧＲユニット８３と、が設けられる。

このうち、ＥＧＲ弁８２は、ＥＧＲ通路８１を開閉する。このＥＧＲ弁８２は、コントローラ１００から入力される制御信号にしたがって作動する。

ＥＧＲユニット８３は、ＥＧＲガスからスート、ＳＯｘ等を除去するスクラバと、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、ＥＧＲガスを昇圧するブロワと、を組み合わせてなる。なお、スクラバやＥＧＲクーラでの圧損が少なく、ＥＧＲ弁８２の開度調整だけで必要なＥＧＲガス量を循環可能な場合には、ブロアは必須ではない。

排気調整システム９は、タービン４２に供給される排気の流量または流速を調整することで、排気タービン式過給機４の過給圧（具体的には、コンプレッサ４１から吐出される空気の圧力）を制御する。具体的に、本実施形態に係る排気調整システム９は、タービン４２に供給される排気の流量を調整するように構成されており、バイパス通路９１と、バイパス弁９３と、排気絞り手段９２と、を有する。なお、後述のように、排気調整システム９において、排気絞り手段９２は必須ではない。

このうち、バイパス通路９１は、排気通路３１におけるタービン４２上流側の部位（第１分岐部３１ａ）と、該タービン４２下流側の部位（合流部３１ｂ）と、を接続する。このバイパス通路９１には、上流側から順に、排気絞り手段９２と、バイパス弁９３とが配置される。

バイパス弁９３は、バイパス通路９１を開閉する。このバイパス弁９３は、コントローラ１００から入力される制御信号にしたがって作動する。

排気絞り手段９２は、タービン４２を通過する排気の流量（第１流量）と、バイパス通路９１を介してタービン４２を迂回する排気の流量（第２流量）と、の比率を調整する。具体的に、排気絞り手段９２は、バイパス弁９３が開弁状態にあるか否かに拘わらず、第２流量を第１流量よりも少なくするように構成される。このように構成することで、排気タービン式過給機４の駆動に要する最低限の流量（第１流量）を確保しつつ、過給圧を抑制するための流量（第２流量）分だけタービン４２を迂回させることができるようになる。

また、本実施形態に係る排気絞り手段９２は、バイパス通路９１の通路断面積を狭めるオリフィスによって構成される。排気絞り手段９２は、前述のように、バイパス通路９１におけるバイパス弁９３の上流側に配置される。

なお、排気絞り手段９２は、バイパス弁９３の下流かつ合流部３１の上流に配置してもよい。またそもそも、排気絞り手段９２は必須ではない。排気絞り手段９２を配置する代わりに、その機能をバイパス弁９３に兼用させることもできる。その場合、バイパス弁９３の開度を制御することで、タービン４２に供給される排気の流量（具体的には、第１流量と第２流量との比率）を調整することになる。

なお、ＥＧＲガスを循環させるときには、ＥＧＲ通路８１を介して排気が流通する分だけ、排気タービン式過給機４の負荷が低減し、掃気圧が低下することになる。掃気圧の低下は、シリンダ１１に導入される空気量の低下を招き、燃費性能の悪化、スモークの発生等を招くため望ましくない。同様の問題は、排気の一部にタービン４２を迂回させるとき（バイパス弁９３を開いたとき）にも生じ得る。

そこで、本実施形態では、前述したような掃気圧の低下を見越して、排気タービン式過給機４のタービンノズル面積を絞るように設計段階でチューニングが施されている。そして、本実施形態に係る排気タービン式過給機４は、ＥＧＲ弁８２及びバイパス弁９３のいずれか一方を開弁状態としたとき（換言すれば、ＥＧＲ弁８２及びバイパス弁９３のうちの一方を開弁状態とし、他方を閉弁状態としたとき）に、該排気タービン式過給機４の吐出圧が所定の適正範囲に収まるように構成される。こうすることで、ＥＧＲ弁８２を開弁状態としたとき（または、バイパス弁９３を開弁状態としたとき）に生じる掃気圧の低下を見越した構成とすることができ、掃気圧を適正範囲に収めることが可能になる。

コントローラ１００は、少なくとも、ＥＧＲ弁８２及びバイパス弁９３と電気的に接続されている。コントローラ１００は、ＥＧＲ弁８２の開度に基づいて排気調整システム９を制御する。

具体的に、コントローラ１００は、プロセッサ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、入出力バス等からなり、ＥＧＲ弁８２の開度を示す信号を受けて制御信号を生成し、それをバイパス弁９３に入力することで排気調整システム９を制御する。

以下、コントローラ１００が行う制御のうち、エンジン１の運転モードに関連した処理について説明する。

（２）エンジンの運転モード
コントローラ１００は、エンジン１の各種運転パラメータを制御することで、エンジン１の運転モードとして、３次規制（Ｔｉｅｒ３）に適合したＥＧＲ運転と、２次規制（Ｔｉｅｒ２）に適合した通常運転と、を使い分けることができる。ＥＧＲ運転は、通常運転に比してＮＯｘ排出量の削減に適した運転モードである。通常運転は、ＥＧＲ運転に比して空気の比熱比が高い運転モードである。

ＥＧＲ運転において、コントローラ１００は、ＥＧＲ弁８２を開弁状態とする。これにより、エンジン１内をＥＧＲガスが循環するようになる。また、ＥＧＲ運転において、コントローラ１００は、排気調整システム９を制御することで、タービン４２に供給される排気の流量または流速を通常運転に比して相対的に減少させる。具体的に、コントローラ１００は、バイパス弁９３を閉弁状態にする。これにより、バイパス通路９１を介した排気の迂回が抑止される。

通常運転において、コントローラ１００は、ＥＧＲ弁８２を閉弁状態とする。これにより、ＥＧＲガスの循環が停止される。また、通常運転において、コントローラ１００は、排気調整システム９を制御することで、タービン４２に供給される排気の流量または流速をＥＧＲ運転に比して相対的に増加させる。具体的に、コントローラ１００は、バイパス弁９３を開弁状態にする。これにより、バイパス通路９１を介して排気の一部がタービン４２を迂回するようになる。

また、ＥＧＲ運転から通常運転への移行時（または移行過度時）には、ＥＧＲ弁８２が開弁状態から閉弁状態に変更されることになる。このとき、コントローラ１００は、通常運転への移行完了直後、または、その移行過度時にかけて、バイパス弁９３を少なくとも一時的に全開状態にする。

同様に、通常運転からＥＧＲ運転への移行時（または移行過度時）には、ＥＧＲ弁８２が閉弁状態から開弁状態に変更されることになる。このとき、コントローラ１００は、ＥＧＲ運転への移行完了直後、または、その移行過度時にかけて、バイパス弁９３を閉弁状態にする。

（３）運転モードの切替の具体例
図２は、ＥＧＲ運転から通常運転への切替手順を例示するフローチャートである。

まず、図２のステップＳ１１に例示されるように、エンジン１の運転モードをＥＧＲ運転とした状態（特に、ＥＧＲ運転の定常状態）で船舶が運航しているものとする。

続くステップＳ１２で、ＥＧＲ運転から通常運転へ移行するか否かが判定される。この判定がＹＥＳのときはステップＳ１３へ進む一方、ＮＯのときはコントローラ１００が制御プロセスを終了する。

ステップＳ１３では、ＥＧＲ弁８２が閉弁状態にされる。これにより、ＥＧＲガスの循環が停止される。それに続くステップＳ１４では、コントローラ１００がバイパス弁９３に制御信号を出力することで、そのバイパス弁９３を少なくとも一時的に全開状態にする。これにより、タービン４２に供給される排気の流量が減少する。ＥＧＲ弁８２を閉じたことで掃気圧が過大となることが懸念されるところ、バイパス弁９３を開いたことで、そうした懸念が解消される。

ＥＧＲ弁８２を閉じたことでエンジン１内のＥＧＲガスが排出されると、ステップＳ１４からステップＳ１５に進む。このステップＳ１５では、各種運転パラメータ（エンジン１の各種アクチュエータを制御するためのパラメータ）が、ＥＧＲ運転に適したパラメータから通常運転に適したパラメータに変更される。

最終的に、ステップＳ１５から続くステップＳ１６において、通常運転（特に、通常運転の定常状態）での運航が開始され、コントローラ１００は制御プロセスを終了することになる。

なお、ステップＳ１３、ステップＳ１４およびステップＳ１５は、同時並行で実施することもできる。

図３は、通常運転からＥＧＲ運転への切替手順を例示するフローチャートである。

まず、図３のステップＳ２１に例示されるように、エンジン１の運転モードを通常運転とした状態（特に、通常運転の定常状態）で船舶が運航しているものとする。

続くステップＳ２２で、通常運転からＥＧＲ運転へ移行するか否かが判定される。この判定がＹＥＳのときはステップＳ２３へ進む一方、ＮＯのときはコントローラ１００が制御プロセスを終了する。

ステップＳ２３では、コントローラ１００がバイパス弁９３に制御信号を出力することで、そのバイパス弁９３を少なくとも一時的に全閉状態にする。それに続くステップ２４では、ＥＧＲ弁８２が開弁状態にされる。

ステップＳ２３では、コントローラ１００がバイパス弁９３に制御信号を出力することで、そのバイパス弁９３を少なくとも一時的に全閉状態にする。これにより、タービン４２に供給される排気の流量が増加する。それに続くステップＳ２４では、ＥＧＲ弁８２が開弁状態にされる。これにより、ＥＧＲガスの循環が開始される。ＥＧＲ弁８２を開いたことで掃気圧の低下が懸念されるところ、バイパス弁９３を閉じたことで、そうした懸念が解消される。

ＥＧＲ弁８２を開いたことによってＥＧＲガスの循環が開始されると、ステップＳ２４からステップＳ２５に進む。このステップＳ２５では、各種運転パラメータが、通常運転に適したパラメータからＥＧＲ運転に適したパラメータに変更される。

最終的に、ステップＳ２５から続くステップＳ２６において、ＥＧＲ運転（特に、ＥＧＲ運転の定常状態）での運航が開始され、コントローラ１００は制御プロセスを終了することになる。

なお、ステップＳ２３、ステップＳ２４およびステップＳ２５は、同時並行で実施することもできる。

（４）掃気圧の維持について
以上説明したように、本実施形態に係るコントローラ１００は、図２のステップＳ１３～Ｓ１４に示されるように、通常運転を実行する場合（ＥＧＲ弁８２が閉弁状態にある場合）には、ＥＧＲ運転を実行する場合（ＥＧＲ弁８２が開弁状態にある場合）と比較して、タービン４２に供給される排気の流量を減少させる。

これにより、ＥＧＲ運転に適した掃気圧が実現されるようにタービンノズル面積を予め絞っておいたとしても、通常運転ではタービン４２に供給される排気の流量を減少させることで、その通常運転における掃気圧の過度の上昇を抑制し、筒内圧を許容範囲に収めることができるようになる。

換言すれば、コントローラ１００は、図３のステップＳ２３～Ｓ２４に示されるように、ＥＧＲ運転を実行する場合には、通常運転を実行する場合と比較して、タービン４２に供給される排気の流量を増加させることになる。

これにより、通常運転に適した掃気圧が実現されるように、バイパス通路９１を用いて排気の流量を低めに設定しておいたとしても、ＥＧＲ運転時にはそのバイパス通路９１を閉止することで、ＥＧＲ運転においても適切な掃気圧を維持することができるようになる。

また、図１に示されるように、バイパス弁９３を用いて排気調整システム９を構成したことで、バイパス弁９３を開弁状態にしたときには、タービン４２に供給される排気の流量を相対的に減少させることができる一方、バイパス弁９３を閉弁状態にしたときには、タービン４２に供給される排気の流量を相対的に増加させることができるようになる。バイパス弁９３を適宜開閉することで、ＥＧＲ運転から通常運転への移行時（あるいは、その逆の移行時）に、掃気圧を適切な値に維持することができるようになる。

また、前述のように、タービンノズル面積を設計段階で絞っておくことで、排気タービン式過給機４の吐出圧は、事前に高めに設定される。このように設定することで、前述のように、ＥＧＲ弁８２を開弁状態としたとき、または、バイパス弁９３を開弁状態としたときに生じる吐出圧の低下を見越した構成とすることができ、吐出圧を適正範囲に収めることが可能になる。

また、図２のステップＳ１４に示されるように、ＥＧＲ運転から通常運転への移行直後または移行過渡時にバイパス弁９３を全開状態にすることで、主機関１０内に残存したＥＧＲガスの排出を促進し、これを早期に排出することができるようになる。これにより、ＥＧＲ運転から通常運転への移行をスムースに行うことができるようになる。

また、バイパス弁９３が開弁状態にあるときには、バイパス通路９１を介して排気がタービン４２を迂回することになる。しかしながら、必要以上の排気を迂回させてしてしまっては、掃気圧の低下を招き、これを維持する上で不都合となる。

そこで、バイパス通路９１上にオリフィス９２を設けることで、バイパス弁９３が開弁状態にあってもなお、タービン４２を迂回する排気の流量を、該タービン４２を通過する排気の流量よりも少なくする。こうすることで、タービン４２の駆動に要する流量を確保することができ、ひいては、掃気圧を維持する上で有利になる。

《他の実施形態》
図４は、舶用内燃機関の変形例（以下、これを「エンジン１’」ともいう）を示す図１対応図である。前記実施形態に係る排気調整システム９は、バイパス通路９１およびこれを開閉するバイパス弁９３等によって構成されていたが、本開示は、そうした構成には限定されない。

例えば、排気タービン式過給機４をいわゆる可変ノズルターボ（Variable Nozzle Turbo：ＶＮＴ）として構成した場合において、その可変ノズル４３によって排気調整システム９’を構成してもよい。

具体的に、変形例に係る排気タービン式過給機４’は、可変ノズル４３を備える。この可変ノズル４３は、いわゆる可変ノズルリングによって構成される。可変ノズルリングは、タービン４２の入口周辺にてリング状に配置された複数のノズル翼からなる。各ノズル翼には、各ノズル翼の回転軸として機能するシャフトが設けられている。このシャフトにはレバーが取り付けられていて、該レバーを動作させることでノズル翼の回転角が変化する。各ノズル翼の回転角が変化することで、可変ノズル４３のスロート面積が増減する。これにより、タービン４２の入口周辺の通路面積が増減する。タービン４２周囲の通路面積を変化させることで、このタービン４２に供給される排気の流速を調整することができる。変形例に係る排気調整システム９’は、この可変ノズル４３によって構成される。

そして、変形例に係る排気タービン式過給機４’は、ＥＧＲ弁８２を開弁状態としかつ可変ノズル４３によってタービン４２周囲の通路面積を縮小したとき、または、ＥＧＲ弁８２を閉弁状態としかつ可変ノズル４３によってタービン４２周囲の通路面積を拡大したときに、排気タービン式過給機４’の掃気圧が所定範囲に収まるように構成される。こうすることで、前記実施形態と同様に、ＥＧＲ弁８２を開弁状態としたとき、または、可変ノズル４３によって通路面積を拡大したときに生じる掃気圧の低下を見越した構成とすることができ、掃気圧を適正範囲に収めることが可能になる。

前記実施形態と同様に、ＥＧＲ運転において、コントローラ１００は、ＥＧＲ弁８２を開弁状態にするとともに、排気調整システム９’を制御することで、タービン４２に供給される排気の流速を通常運転に比して相対的に減少させる。具体的に、コントローラ１００は、排気調整システム９’としての可変ノズル４３を作動させ、前記通路面積を拡大させる。

一方、通常運転において、コントローラ１００は、ＥＧＲ弁８２を閉弁状態にするとともに、排気調整システム９’を制御することで、タービン４２に供給される排気の流速をＥＧＲ運転に比して相対的に増加させる。具体的に、コントローラ１００は、排気調整システム９’としての可変ノズル４３を作動させ、前記通路面積を縮小させる。

これにより、ＥＧＲ運転に適した掃気圧が実現されるようにタービンノズル面積を予め絞っておいたとしても、通常運転ではタービン４２に供給される排気の流速を減少させることで、その通常運転における掃気圧の過度の上昇を抑制し、筒内圧を許容範囲に収めることができるようになる。

同様に、通常運転に適した掃気圧が実現されるように、可変ノズル４３を用いて排気の流速を低めに設定しておいたとしても、ＥＧＲ運転時にはその可変ノズル４３を作動させて流速を高めることで、ＥＧＲ運転においても適切な掃気圧を維持することができるようになる。

１ エンジン（舶用内燃機関）
１’ エンジン（舶用内燃機関の変形例）
１０ 主機関
２１ 吸気通路
３１ 排気通路
４ 排気タービン式過給機
４１ コンプレッサ
４２ タービン
４３ 可変ノズル（排気調整システムの変形例）
８１ ＥＧＲ通路
８２ ＥＧＲ弁
９ 排気調整システム
９１ バイパス通路
９２ オリフィス（排気絞り手段）
９３ バイパス弁
１００ コントローラ

Claims (8)

1. ２ストローク式の主機関と、
   前記主機関に接続される吸気通路及び排気通路と、
   前記吸気通路に配置されるコンプレッサ及び前記排気通路に配置されるタービンを有し、前記タービンに供給される排気によって前記コンプレッサを駆動する排気タービン式過給機と、
   前記排気通路における前記タービン下流側の部位と、前記吸気通路における前記コンプレッサ上流側の部位と、を接続するＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、
   前記タービンに供給される排気の流量または流速を調整する排気調整システムと、
   前記ＥＧＲ弁の開度に基づいて前記排気調整システムを制御するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、前記ＥＧＲ弁が閉弁状態にある場合には、該ＥＧＲ弁が開弁状態にある場合と比較して、前記タービンに供給される排気の流量または流速を減少させる
   ことを特徴とする舶用内燃機関。
2. 請求項１に記載された舶用内燃機関において、
   前記排気調整システムは、
   前記排気通路における前記タービン上流側の部位と、該タービン下流側の部位と、を接続するバイパス通路と、
   前記バイパス通路を開閉することで、前記タービンに供給される排気の流量を調整するバイパス弁と、を有する
   ことを特徴とする舶用内燃機関。
3. 請求項２に記載された舶用内燃機関において、
   前記排気タービン式過給機は、前記ＥＧＲ弁及び前記バイパス弁のいずれか一方を開弁状態としたときに、該排気タービン式過給機の吐出圧が所定の適正範囲に収まるように構成される
   ことを特徴とする舶用内燃機関。
4. 請求項２または３に記載された舶用内燃機関において、
   前記コントローラは、前記ＥＧＲ弁が開弁状態から閉弁状態に変更されたとき、前記バイパス弁を少なくとも一時的に全開状態にする
   ことを特徴とする舶用内燃機関。
5. 請求項２から４のいずれか１項に記載された舶用内燃機関において、
   前記タービンを通過する排気の流量と、前記バイパス通路を介して前記タービンを迂回する排気の流量と、の比率を調整する排気絞り手段を備え、
   前記排気絞り手段は、前記バイパス弁が開弁状態にあるか否かに拘わらず、前記タービンを迂回する排気の流量を、該タービンを通過する排気の流量よりも少なくするように構成される
   ことを特徴とする舶用内燃機関。
6. 請求項５に記載された舶用内燃機関において、
   前記バイパス通路には、該バイパス通路の通路断面積を狭めるオリフィスが設けられ、
   前記排気絞り手段は、前記オリフィスによって構成される
   ことを特徴とする舶用内燃機関。
7. 請求項１に記載された舶用内燃機関において、
   前記排気タービン式過給機は、前記タービン周囲の通路面積を変化させることで、前記タービンに供給される排気の流速を調整する可変ノズルを備え、
   前記排気調整システムは、前記可変ノズルによって構成される
   ことを特徴とする舶用内燃機関。
8. 請求項７に記載された舶用内燃機関において、
   前記排気タービン式過給機は、前記ＥＧＲ弁を開弁状態としかつ前記可変ノズルによって前記通路面積を縮小したとき、または、前記ＥＧＲ弁を閉弁状態としかつ前記可変ノズルによって前記通路面積を拡大したときに、前記排気タービン式過給機の吐出圧が所定範囲に収まるように構成される
   ことを特徴とする舶用内燃機関。

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