JP5908636B1 - Ship engine system and control method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】補助システムを備えた船舶用のエンジンシステムにおいて、運転操作の負担を軽減する。【解決手段】エンジンシステムにおいて、補助システムは、主過給機と並列に配置されて掃気を昇圧する副過給機、純燃料に水を添加する水エマルジョンユニット、及び、排気を掃気内に取り入れて当該排気をエンジン本体に再循環させるＥＧＲユニットのうちの少なくとも１つを含み、制御装置は、副過給機の運転又は停止、純燃料に添加する水の割合、及び、掃気に占める排気の割合のうち少なくとも１つを含む補助システム運転条件を運転モードごとに予め記憶しており、選択された運転モードに対応する補助システム運転条件を満たすよう補助システムに制御信号を送信し、補助システムを設定するよう構成されている。【選択図】図３In a marine engine system provided with an auxiliary system, the burden of driving operation is reduced. In an engine system, an auxiliary system includes a sub-supercharger that is arranged in parallel with a main supercharger and boosts scavenging, a water emulsion unit that adds water to pure fuel, and exhaust gas into the scavenging. And at least one of the EGR units that recirculate the exhaust gas to the engine body, and the control device operates or stops the sub-supercharger, the ratio of water added to the pure fuel, and the exhaust gas in the scavenging Auxiliary system operation conditions including at least one of the ratios are stored in advance for each operation mode, and a control signal is transmitted to the auxiliary system so as to satisfy the auxiliary system operation conditions corresponding to the selected operation mode. Configured to set. [Selection] Figure 3
Description
本発明は、船舶用のエンジンシステム及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a marine engine system and a control method thereof.
船舶用のエンジンシステムには、エンジン本体を補助する補助システムを備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。補助システムとしては、主過給機と並列に配置されエンジンが低負荷のときに停止させることで燃費を向上させる副過給機、純燃料に水を添加してＮＯｘの排出量を低減する水エマルジョンユニット、排気をエンジン本体に再循環させてＮＯｘの排出量を低減するＥＧＲユニットなどが含まれる。 Some marine engine systems include an auxiliary system that assists the engine body (see, for example, Patent Document 1). As an auxiliary system, a sub-supercharger that is arranged in parallel with the main supercharger and stops the engine when the load is low to improve fuel efficiency, water that reduces NOx emissions by adding water to pure fuel An emulsion unit, an EGR unit that recirculates exhaust gas to the engine body, and reduces NOx emissions are included.
ところで、船舶用のエンジンシステムは、運航海域などによって、求められる環境性能及び燃費性能が異なる。そのため、運航中においても補助システムの設定を変更し、さらにこの変更に伴ってエンジン本体の設定も変更する。ただし、これらの運転操作は運転者にとって負担が大きい。 By the way, the marine engine system differs in required environmental performance and fuel consumption performance depending on the sea area of operation. Therefore, the setting of the auxiliary system is changed during operation, and the setting of the engine body is also changed along with this change. However, these driving operations are burdensome for the driver.
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、補助システムを備えた船舶用のエンジンシステムにおいて、運転操作の負担を軽減することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to reduce the burden of driving operation in a marine engine system including an auxiliary system.
本発明の一態様に係る船舶用のエンジンシステムは、燃料噴射弁及び排気弁を有するエンジン本体と、前記エンジン本体に供給する掃気を昇圧する主過給機と、前記エンジン本体の運転を補助する補助システムと、予め定められた複数の運転モードのいずれかを選択するモード選択装置と、前記エンジン本体及び前記補助システムを制御する制御装置と、を備え、前記補助システムは、前記主過給機と並列に配置されて掃気を昇圧する副過給機、純燃料に水を添加する水エマルジョンユニット、及び、排気を掃気内に取り入れて当該排気を前記エンジン本体に再循環させるＥＧＲユニットのうちの少なくとも１つを含み、前記制御装置は、前記副過給機の運転又は停止、純燃料に添加する水の割合、及び、掃気に占める排気の割合のうち少なくとも１つを含む補助システム運転条件を運転モードごとに予め記憶しており、選択された運転モードに対応する補助システム運転条件を満たすよう前記補助システムに制御信号を送信し、前記補助システムを設定するよう構成されている。 A marine engine system according to an aspect of the present invention assists an operation of an engine body having a fuel injection valve and an exhaust valve, a main turbocharger that boosts scavenging gas supplied to the engine body, and the engine body. An auxiliary system; a mode selection device that selects one of a plurality of predetermined operation modes; and a control device that controls the engine body and the auxiliary system, wherein the auxiliary system includes the main supercharger A sub-supercharger that is arranged in parallel to boost scavenging, a water emulsion unit that adds water to pure fuel, and an EGR unit that takes exhaust into the scavenging and recirculates the exhaust to the engine body The control device includes at least one of the sub-supercharger operation or shutdown, the proportion of water added to the pure fuel, and the proportion of exhaust in the scavenging. Auxiliary system operation conditions including one of them are stored in advance for each operation mode, and a control signal is transmitted to the auxiliary system to satisfy the auxiliary system operation condition corresponding to the selected operation mode, and the auxiliary system is set. It is configured to
かかる構成によれば、選択された運転モードに応じて補助システムが自動的に設定されるため、運転操作の負担を軽減することができる。 According to such a configuration, since the auxiliary system is automatically set according to the selected operation mode, it is possible to reduce the burden of driving operation.
上記のエンジンシステムにおいて、前記制御装置は、前記燃料噴射弁における燃料噴射パターン及び燃料噴射タイミング、並びに、前記排気弁の開閉パターン及び開閉タイミングを含むエンジン運転条件を運転モードごとに予め記憶しており、選択された運転モードに対応するエンジン運転条件を満たすよう前記エンジン本体に制御信号を送信し、前記エンジン本体を設定するよう構成されており、前記エンジン本体の設定は、前記補助システムの設定後に行われるようにしてもよい。 In the engine system described above, the control device stores in advance engine operation conditions including a fuel injection pattern and a fuel injection timing in the fuel injection valve and an opening / closing pattern and an opening / closing timing of the exhaust valve for each operation mode. The engine main body is configured to transmit a control signal to the engine main body so as to satisfy the engine operation condition corresponding to the selected operation mode, and the engine main body is set after the auxiliary system is set. It may be performed.
補助システムの設定は、エンジン本体の設定よりも時間がかかるが、上記の構成によれば、エンジン本体の設定は、補助システムの設定後に行われるため、補助システムの設定に応じて適切にエンジン本体の制御を行うことができる。 Although the setting of the auxiliary system takes more time than the setting of the engine main body, according to the above configuration, the setting of the engine main body is performed after the setting of the auxiliary system. Therefore, the engine main body is appropriately set according to the setting of the auxiliary system. Can be controlled.
上記のエンジンシステムにおいて、前記制御装置は、選択された運転モードに対応する補助システム運転条件を前記補助システムが満たしていないと判断したとき、前記複数の運転モードに対応するエンジン運転条件の中から筒内最高圧力が最も小さくなるエンジン運転条件を選択し、選択したエンジン運転条件を満たすよう前記エンジン本体に制御信号を送信し、前記エンジン本体を設定するよう構成されていてもよい。 In the engine system described above, when the control device determines that the auxiliary system does not satisfy the auxiliary system operation condition corresponding to the selected operation mode, the control device selects from among the engine operation conditions corresponding to the plurality of operation modes. It may be configured to select an engine operating condition in which the maximum in-cylinder pressure is the smallest, transmit a control signal to the engine body so as to satisfy the selected engine operating condition, and set the engine body.
かかる構成によれば、補助システムの動作が異常である場合において、筒内最高圧力を抑える制御を行うことになるため、エンジン本体の破損を防止することができる。 According to such a configuration, when the operation of the auxiliary system is abnormal, the control for suppressing the in-cylinder maximum pressure is performed, so that the engine body can be prevented from being damaged.
上記のエンジンシステムにおいて、前記制御装置は、選択された運転モードに対応する補助システム運転条件を前記補助システムが満たしていないと判断したとき、前記複数の運転モードに対応するエンジン運転条件の中から筒内最高圧力が最も小さくなるエンジン運転条件を選択し、選択したエンジン運転条件を満たすよう前記エンジン本体に制御信号を送信したとしても、前記エンジン本体の回転数が所定のエンジン危険回転数以上となり、前記主過給機の回転数が所定の主過給機危険回転数以上となり、前記副過給機の回転数が所定の副過給機危険回転数以上となり、又は、筒内最高圧力が所定の危険圧力以上となると予想される又は検知したときは、前記エンジン本体に制御信号を送信し、前記エンジン本体を減速又は停止させるよう構成されていてもよい。 In the engine system described above, when the control device determines that the auxiliary system does not satisfy the auxiliary system operation condition corresponding to the selected operation mode, the control device selects from among the engine operation conditions corresponding to the plurality of operation modes. Even if an engine operating condition that minimizes the in-cylinder maximum pressure is selected and a control signal is transmitted to the engine main body so as to satisfy the selected engine operating condition, the engine main engine speed becomes equal to or higher than the predetermined engine dangerous engine speed. The rotation speed of the main supercharger is equal to or higher than a predetermined main supercharger dangerous rotation speed, the rotation speed of the subsupercharger is equal to or higher than a predetermined subsupercharger dangerous rotation speed, or the in-cylinder maximum pressure is When it is predicted or detected that the pressure exceeds a predetermined dangerous pressure, a control signal is transmitted to the engine body, and the engine body is decelerated or stopped. It may be configured.
かかる構成によれば、補助システムの動作が異常である場合において、筒内最高圧力を抑えてもエンジン本体が破損するおそれがあるときはエンジン本体を減速又は停止することになるため、この場合でもエンジン本体の破損を防止することができる。 According to such a configuration, when the operation of the auxiliary system is abnormal, the engine body is decelerated or stopped when there is a possibility that the engine body may be damaged even if the maximum in-cylinder pressure is suppressed. Damage to the engine body can be prevented.
上記のエンジンシステムにおいて、前記複数の運転モードには、燃費性能優先の燃費モードと、環境性能優先の環境モードと、が含まれており、前記燃費モードに対応する補助システム運転条件では、船舶の運航時において掃気に占める排気の割合がゼロであり、前記環境モードに対応する補助システム運転条件では、船舶の運航時において掃気に占める排気の割合がゼロより大きい所定の値であってもよい。 In the engine system described above, the plurality of operation modes include a fuel efficiency mode with priority on fuel efficiency and an environmental mode with priority on environmental performance. Under the auxiliary system operating conditions corresponding to the fuel efficiency mode, The ratio of exhaust in scavenging during operation may be zero, and the auxiliary system operating condition corresponding to the environmental mode may be a predetermined value in which the ratio of exhaust in scavenging during ship operation is greater than zero.
かかる構成によれば、エンジンシステムは、燃費性能を優先する場合と環境性能を優先する場合のいずれにも対応することができる。 According to such a configuration, the engine system can cope with both cases where priority is given to fuel efficiency and environmental performance.
上記のエンジンシステムにおいて、前記燃費モードには、第１燃費モードと、第２燃費モードとが含まれており、前記第１燃費モードに対応する補助システム運転条件では、副過給機が停止であり、前記第２燃費モードに対応する補助システム運転条件では、副過給機が運転であってもよい。 In the above engine system, the fuel consumption mode includes a first fuel consumption mode and a second fuel consumption mode. Under the auxiliary system operating conditions corresponding to the first fuel consumption mode, the sub-supercharger is stopped. Yes, the auxiliary supercharger may be operated under the auxiliary system operating condition corresponding to the second fuel consumption mode.
かかる構成によれば、エンジンの低負荷においてより燃費性能に重点を置く場合と、エンジンを高負荷で運転することも考慮する場合の２つに燃費モードが分けられているため、運転モードの選択肢を広げることができる。 According to such a configuration, since the fuel consumption mode is divided into two cases, when the fuel efficiency is more emphasized at a low engine load and when the engine is also operated at a high load, the fuel economy mode is divided into two options. Can be spread.
上記のエンジンシステムにおいて、前記複数の運転モードには、安全モードがさらに含まれており、前記運転モードに対応する補助システム運転条件では、副過給機が運転、純燃料に添加する水の割合がゼロ、掃気に占める排気の割合がゼロであってもよい。 In the engine system, the plurality of operation modes further include a safety mode, and the auxiliary supercharger operating condition corresponding to the operation mode is operated by the sub-supercharger and a ratio of water added to the pure fuel. May be zero, and the ratio of exhaust gas to scavenging may be zero.
補助システムの動作が異常である場合において、安全モードに対応したエンジン運転条件を選択すれば、筒内最高圧力を小さくできることが多い。そのため、上記の構成によれば、補助システムの動作が異常である場合において、エンジン運転条件の選択肢が増え、エンジンシステムの安全性を一層向上させることができる。 When the operation of the auxiliary system is abnormal, it is often possible to reduce the in-cylinder maximum pressure by selecting an engine operating condition corresponding to the safety mode. Therefore, according to the above configuration, when the operation of the auxiliary system is abnormal, the choice of engine operating conditions increases, and the safety of the engine system can be further improved.
また、本発明の一態様に係る制御方法は、燃料噴射弁及び排気弁を有するエンジン本体と、前記エンジン本体に供給する掃気を昇圧する主過給機と、前記エンジン本体の運転を補助する補助システムと、予め定められた複数の運転モードのいずれかを選択するモード選択装置と、を備え、前記補助システムは、前記主過給機と並列に配置されて掃気を昇圧する副過給機、純燃料に水を添加する水エマルジョンユニット、及び、排気を掃気内に取り入れて当該排気を前記エンジン本体に再循環させるＥＧＲユニットのうちの少なくとも１つを含む船舶用のエンジンシステムの制御方法であって、前記副過給機の運転又は停止、純燃料に添加する水の割合、及び、掃気に占める排気の割合の条件のうち少なくとも１つを含む補助システム運転条件を運転モードごとに予め記憶し、選択された運転モードに対する補助システム運転条件を満たすよう前記補助システムに制御信号を送信し、前記補助システムを設定する。 The control method according to one aspect of the present invention includes an engine body having a fuel injection valve and an exhaust valve, a main supercharger that boosts the scavenging gas supplied to the engine body, and an auxiliary device that assists the operation of the engine body. A sub-supercharger that includes a system and a mode selection device that selects any one of a plurality of predetermined operation modes, and the auxiliary system is arranged in parallel with the main supercharger to boost scavenging; A marine engine system control method including at least one of a water emulsion unit that adds water to pure fuel and an EGR unit that takes exhaust gas into scavenging gas and recirculates the exhaust gas to the engine body. Auxiliary system operating conditions including at least one of the following conditions: operation or stop of the sub-supercharger, ratio of water added to pure fuel, and ratio of exhaust gas occupied in scavenging Previously stored for each operation mode, and transmits a control signal to the auxiliary system operating condition is satisfied the auxiliary systems for the selected operation mode, it sets the auxiliary system.
上記のエンジンシステムによれば、運転操作の負担を軽減することができる。 According to the engine system described above, the burden of driving operation can be reduced.
以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Below, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is the same or it corresponds through all the drawings, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
＜エンジンシステムの全体構成＞
まず、エンジンシステム１００の全体構成について説明する。図１は、エンジンシステム１００の概略構成図である。図１において、太く描いた破線は排気の流れを示しており、太く描いた実線は掃気の流れを示している。エンジンシステム１００は、エンジン本体１０と、主過給機２０と、副過給機３０と、水エマルジョンユニット４０と、ＥＧＲユニット５０と、モード選択装置６０と、制御装置７０と、を備えている。副過給機３０、水エマルジョンユニット４０、及びＥＧＲユニット５０は、エンジン本体１０の運転を補助する補助ユニットに相当する。以下、各構成要素について順に説明する。
<Overall configuration of engine system>
First, the overall configuration of the engine system 100 will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine system 100. In FIG. 1, a thick broken line indicates the flow of exhaust, and a thick solid line indicates the flow of scavenging. The engine system 100 includes an engine body 10, a main supercharger 20, a sub-supercharger 30, a water emulsion unit 40, an EGR unit 50, a mode selection device 60, and a control device 70. . The sub supercharger 30, the water emulsion unit 40, and the EGR unit 50 correspond to auxiliary units that assist the operation of the engine body 10. Hereinafter, each component will be described in order.
本実施形態におけるエンジン本体１０は、船舶の推進用主機であり、大型の２ストロークディーゼルエンジンである。エンジン本体１０は、４ストロークエンジンであってもよく、ガスエンジンやガソリンエンジンであってもよい。４ストロークエンジンであれば、「掃気」は「給気」と読み替えられる。エンジン本体１０は、複数の気筒１１（図１では１つのみ図示）を有している。各気筒１１には、下方部分に掃気口１２が形成され、上方部分には排気口１３が形成されている。 The engine body 10 in the present embodiment is a main propulsion unit for a ship, and is a large two-stroke diesel engine. The engine body 10 may be a four-stroke engine, a gas engine or a gasoline engine. In the case of a 4-stroke engine, “scavenging” is read as “supplying air”. The engine body 10 has a plurality of cylinders 11 (only one is shown in FIG. 1). Each cylinder 11 is formed with a scavenging port 12 in the lower part and an exhaust port 13 in the upper part.
各気筒１１には、ピストン１４、燃料噴射弁１５、及び排気弁１６が設けられている。ピストン１４は、掃気口１２を横切るようにして気筒１１内を摺動し、下端部分が図外のクランク軸に連結されている。燃料噴射弁１５は、気筒１１の上方部分に位置しており、燃料供給装置１７から燃料が供給される。燃料供給装置１７は、燃料噴射弁１５における燃料噴射パターン及び燃料噴射タイミングを変更することができる。排気弁１６は、排気口１３を開閉する弁であって、排気弁駆動装置１８によって駆動される。排気弁駆動装置１８は、排気弁１６の開閉パターン及び開閉タイミングを変更することができる。 Each cylinder 11 is provided with a piston 14, a fuel injection valve 15, and an exhaust valve 16. The piston 14 slides in the cylinder 11 so as to cross the scavenging port 12, and a lower end portion is connected to a crankshaft (not shown). The fuel injection valve 15 is located in the upper part of the cylinder 11 and is supplied with fuel from the fuel supply device 17. The fuel supply device 17 can change the fuel injection pattern and the fuel injection timing in the fuel injection valve 15. The exhaust valve 16 is a valve that opens and closes the exhaust port 13, and is driven by an exhaust valve driving device 18. The exhaust valve driving device 18 can change the opening / closing pattern and opening / closing timing of the exhaust valve 16.
主過給機２０は、後述する運転モードにかかわらず常に運転する過給機である。主過給機２０の主タービン２１は、エンジン本体１０から排出された排気が排気管２６及び主排気配管２４を介して供給され、供給された排気のエネルギにより回転する。主タービン２１と主コンプレッサ２２は連結シャフト２３により連結されており、主タービン２１の回転に伴って主コンプレッサ２２も回転する。主コンプレッサ２２が回転すると、外部から取り込んだ空気（外気）が昇圧され、昇圧された外気は掃気として主掃気配管２５及び掃気管２７を介してエンジン本体１０に供給される。 The main supercharger 20 is a supercharger that always operates regardless of an operation mode described later. The main turbine 21 of the main supercharger 20 is supplied with the exhaust discharged from the engine body 10 via the exhaust pipe 26 and the main exhaust pipe 24, and is rotated by the energy of the supplied exhaust. The main turbine 21 and the main compressor 22 are connected by a connecting shaft 23, and the main compressor 22 also rotates as the main turbine 21 rotates. When the main compressor 22 rotates, the air (outside air) taken from the outside is increased in pressure, and the increased outside air is supplied as scavenging to the engine body 10 via the main scavenging piping 25 and the scavenging piping 27.
副過給機３０は、後述する運転モードに応じて、運転又は停止する過給機である。副過給機３０はエンジン本体１０に対して主過給機２０と並列に配置されている。なお、副過給機３０は、主過給機２０と同じ仕様（容量）であってもよく異なる仕様であってもよい。副過給機３０の副タービン３１は、エンジン本体１０から排出された排気が排気管２６、主排気配管２４、及び主排気配管２４から分岐する副排気配管３４を介して供給され、供給された排気のエネルギにより回転する。副タービン３１と副コンプレッサ３２は連結シャフト３３により連結されており、副タービン３１の回転に伴って副コンプレッサ３２も回転する。副コンプレッサ３２が回転すると、外部から取り込んだ空気（外気）が昇圧され、昇圧された外気は掃気として副掃気配管３５、主掃気配管２５、及び掃気管２７を介してエンジン本体１０に供給される。 The sub-supercharger 30 is a supercharger that is operated or stopped in accordance with an operation mode described later. The sub supercharger 30 is arranged in parallel with the main supercharger 20 with respect to the engine body 10. The sub-supercharger 30 may have the same specification (capacity) as the main supercharger 20 or a different specification. The sub-turbine 31 of the sub-supercharger 30 is supplied and supplied through the exhaust pipe 26, the main exhaust pipe 24, and the sub-exhaust pipe 34 that branches from the main exhaust pipe 24. It rotates by the energy of the exhaust. The auxiliary turbine 31 and the auxiliary compressor 32 are connected by a connecting shaft 33, and the auxiliary compressor 32 rotates as the auxiliary turbine 31 rotates. When the sub compressor 32 rotates, the air (outside air) taken in from the outside is increased in pressure, and the increased outside air is supplied as scavenging to the engine body 10 via the sub scavenging piping 35, the main scavenging piping 25, and the scavenging piping 27. .
副過給機３０の運転及び停止は、副排気配管３４に設けられた副タービン入口弁３６を開閉することにより行われる。副タービン入口弁３６を閉じると、副タービン３１に向かう排気の流れが遮断され、副過給機３０は停止する。その際、主コンプレッサ２２で昇圧した空気が副コンプレッサ３２に逆流しないように、副掃気配管３５に設けられた副コンプレッサ出口弁３７を閉じる。副掃気配管３５の副コンプレッサ出口弁３７よりも上流側の部分には、放風配管３８が連結されており、この放風配管３８に放風弁３９が設けられている。副コンプレッサ３２の背圧が上昇する場合に放風弁３９を開放し、放風配管３８を介して副コンプレッサ３２で昇圧した空気を外部に放出することにより、副コンプレッサ３２のサージを回避することができる。 The operation and stop of the auxiliary supercharger 30 are performed by opening and closing an auxiliary turbine inlet valve 36 provided in the auxiliary exhaust pipe 34. When the auxiliary turbine inlet valve 36 is closed, the flow of exhaust toward the auxiliary turbine 31 is interrupted, and the auxiliary supercharger 30 stops. At that time, the sub compressor outlet valve 37 provided in the sub scavenging piping 35 is closed so that the air pressurized by the main compressor 22 does not flow back to the sub compressor 32. An air discharge pipe 38 is connected to the upstream side of the sub compressor outlet valve 37 of the sub scavenging pipe 35, and the air discharge valve 39 is provided in the air discharge pipe 38. When the back pressure of the sub-compressor 32 increases, the air discharge valve 39 is opened, and the air boosted by the sub-compressor 32 is discharged to the outside through the air discharge pipe 38, thereby avoiding the surge of the sub-compressor 32. Can do.
水エマルジョンユニット４０は、純燃料に水を添加して水エマルジョン燃料を生成するユニットである。水エマルジョンユニット４０は、混合容器４１を有しており、混合容器４１には、純燃料タンク４２から純燃料配管４３を介して純燃料が供給されるとともに、水タンク４４から水配管４５を介して水が供給される。混合容器４１に供給された純燃料と水はミキサー等で混合され、これにより水エマルジョン燃料が生成される。純燃料配管４３及び水配管４５には、それぞれ純燃料供給ポンプ４６及び注水ポンプ４７が設けられており、注水ポンプ４７の回転数を変更することにより水添加率（純燃料に対する水の質量比率）を調整することができる。水エマルジョンユニット４０で生成した水エマルジョン燃料は、燃料供給装置１７及び燃料噴射弁１５を介して気筒１１内に供給される。純燃料に水を添加することで、気筒１１内における燃焼温度が低下してＮＯｘの発生を抑えることができる。 The water emulsion unit 40 is a unit that generates water emulsion fuel by adding water to pure fuel. The water emulsion unit 40 has a mixing container 41, and pure fuel is supplied to the mixing container 41 from the pure fuel tank 42 through the pure fuel pipe 43, and from the water tank 44 through the water pipe 45. Water is supplied. The pure fuel and water supplied to the mixing container 41 are mixed by a mixer or the like, thereby generating a water emulsion fuel. The pure fuel pipe 43 and the water pipe 45 are provided with a pure fuel supply pump 46 and a water injection pump 47, respectively, and the water addition rate (mass ratio of water to pure fuel) is changed by changing the rotation speed of the water injection pump 47. Can be adjusted. The water emulsion fuel generated by the water emulsion unit 40 is supplied into the cylinder 11 through the fuel supply device 17 and the fuel injection valve 15. By adding water to the pure fuel, the combustion temperature in the cylinder 11 is lowered, and the generation of NOx can be suppressed.
ＥＧＲユニット５０は、排気を掃気内に取り入れて当該排気をエンジン本体１０に再循環させるユニットである。本実施形態では、主排気配管２４と主掃気配管２５をつなぐＥＧＲ配管５１にＥＧＲユニット５０の各機器が設けられている。ＥＧＲユニット５０は、主排気配管２４から抽出した排気（以下、「ＥＧＲガス」と称す）を洗浄するスクラバ５２、ＥＧＲガスを冷却する冷却装置５３、ＥＧＲガスを昇圧し主掃気配管２５へ供給するＥＧＲブロワ５４を備えている。また、ＥＧＲユニット５０は、スクラバ５２の上流にＥＧＲ入口弁５５が設けられているとともに、ＥＧＲブロワ５４の下流にＥＧＲ出口弁５６が設けられている。 The EGR unit 50 is a unit that takes the exhaust gas into the scavenging gas and recirculates the exhaust gas to the engine body 10. In the present embodiment, each device of the EGR unit 50 is provided in an EGR pipe 51 that connects the main exhaust pipe 24 and the main scavenging pipe 25. The EGR unit 50 scrubber 52 that cleans exhaust gas extracted from the main exhaust pipe 24 (hereinafter referred to as “EGR gas”), a cooling device 53 that cools the EGR gas, and pressurizes the EGR gas and supplies it to the main scavenging pipe 25. An EGR blower 54 is provided. In addition, the EGR unit 50 is provided with an EGR inlet valve 55 upstream of the scrubber 52 and an EGR outlet valve 56 downstream of the EGR blower 54.
ＥＧＲユニット５０では、ＥＧＲブロワ５４の回転数を調整することにより、ＥＧＲガスの流量、ひいては掃気に占めるＥＧＲガス（排気）の割合であるＥＧＲ率を変更することができる。ただし、ＥＧＲ率は、ＥＧＲ入口弁５５及びＥＧＲ出口弁５６を開閉することにより変更してもよい。主掃気配管２５へ供給されたＥＧＲガスは、主過給機２０で昇圧された新気と混合され、掃気としてエンジン本体１０（各気筒１１）へ供給される。これにより、各気筒１１に供給される掃気の酸素濃度が低下し、エンジン本体１０から排出されるＮＯｘの排出量を低減することができる。 In the EGR unit 50, by adjusting the rotation speed of the EGR blower 54, the flow rate of the EGR gas, and hence the EGR rate that is the ratio of the EGR gas (exhaust gas) to the scavenging can be changed. However, the EGR rate may be changed by opening and closing the EGR inlet valve 55 and the EGR outlet valve 56. The EGR gas supplied to the main scavenging pipe 25 is mixed with fresh air whose pressure has been increased by the main supercharger 20 and supplied as scavenging to the engine body 10 (each cylinder 11). Thereby, the oxygen concentration of the scavenging gas supplied to each cylinder 11 is lowered, and the amount of NOx discharged from the engine body 10 can be reduced.
モード選択装置６０は、予め定められた複数の運転モードの中から１つの運転モードを選択する装置である。本実施形態では、環境モード、第１燃費モード、第２燃費モード、及び安全モードの４の運転モードが予め定められており（図４参照）、モード選択装置６０はこれらの中から目的に応じて運転モードを選択する。なお、環境モードは環境性能（ＮＯｘの排出量の低減）優先のモードであり、第１燃費モードは低負荷でのみ使用できる燃費性能優先のモードであり、第２燃費モードは第１燃費モードほどではないが燃費性能に重点を置いたモードであり、安全モードは安全優先（環境性能を考慮しない）のモードである。通常の運航では、環境モード、第１燃費モード、及び第２燃費モードのいずれかが選択される。 The mode selection device 60 is a device that selects one operation mode from a plurality of predetermined operation modes. In the present embodiment, four operation modes of an environmental mode, a first fuel consumption mode, a second fuel consumption mode, and a safety mode are determined in advance (see FIG. 4). To select the operation mode. The environmental mode is a mode that prioritizes environmental performance (reduction of NOx emissions), the first fuel consumption mode is a mode that prioritizes fuel consumption that can be used only at low loads, and the second fuel consumption mode is as high as the first fuel consumption mode. Although it is a mode that focuses on fuel efficiency, the safety mode is a mode that gives priority to safety (considering environmental performance). In normal operation, any one of the environmental mode, the first fuel consumption mode, and the second fuel consumption mode is selected.
本実施形態のモード選択装置６０は図外の入力部（入力インターフェース）を有しており、当該入力部を介して運転者が運転モードを選択できるように構成されている。ただし、これとともに又はこれに代えて、モード選択装置６０は自動で運転モードを選択するように構成されていてもよい。例えば、モード選択装置６０は、運航海域における現在位置を取得し、現在位置に応じて自動で運転モードを選択（変更）するように構成されていてもよい。 The mode selection device 60 of the present embodiment has an input unit (input interface) that is not shown, and is configured so that the driver can select a driving mode via the input unit. However, the mode selection device 60 may be configured to automatically select the operation mode together with or instead of this. For example, the mode selection device 60 may be configured to acquire the current position in the operating sea area and automatically select (change) the operation mode according to the current position.
制御装置７０は、エンジンシステム１００全体を制御する装置である。本実施形態の制御装置７０は、主に補助システムを制御する補助システム制御部７１と、主にエンジン本体１０を制御するエンジン本体制御部７２とを有している。本実施形態では、補助システム制御部７１とエンジン本体制御部７２は、それぞれ別の機器で構成されている。ただしこれらの制御部が、１つの機器によって構成されていてもよい。また、これらの制御部に加えモード選択装置も含めて１つの機器としてもよい。補助システム制御部７１及びエンジン本体制御部７２は、いずれもＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されている。 The control device 70 is a device that controls the entire engine system 100. The control device 70 of the present embodiment includes an auxiliary system control unit 71 that mainly controls the auxiliary system, and an engine main body control unit 72 that mainly controls the engine main body 10. In the present embodiment, the auxiliary system control unit 71 and the engine main body control unit 72 are configured by different devices. However, these control units may be configured by a single device. Moreover, it is good also as one apparatus including a mode selection apparatus in addition to these control parts. Each of the auxiliary system control unit 71 and the engine main body control unit 72 includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like.
＜制御系の構成＞
次に、エンジンシステム１００の制御系の構成について説明する。図２は、エンジンシステム１００の制御系のブロック図である。前述のとおり、制御装置７０は、補助システム制御部７１と、エンジン本体制御部７２と、を有している。
<Control system configuration>
Next, the configuration of the control system of the engine system 100 will be described. FIG. 2 is a block diagram of a control system of engine system 100. As described above, the control device 70 includes the auxiliary system control unit 71 and the engine main body control unit 72.
補助システム制御部７１は、モード選択装置６０と電気的に接続されている。制御装置７０は、モード選択装置６０から受信した信号に基づいて運転モードを取得し、その運転モードに基づいて種々の演算を行う。また、補助システム制御部７１は、注水ポンプ４７、ＥＧＲブロワ５４、副タービン入口弁３６、副コンプレッサ出口弁３７、放風弁３９と電気的に接続されている。そして、補助システム制御部７１は、上述した各機器へ制御信号を送信して補助システムの設定を行うとともに、これらの機器から動作信号を取得して補助システムが正しく設定されているか否か（正しく作動しているか否か）の確認を行う。さらに、補助システム制御部７１は、エンジン本体制御部７２と電気的に接続されており、エンジン本体制御部７２に後述するエンジン運転条件（エンジンパラメータ）の信号を送信する。 The auxiliary system control unit 71 is electrically connected to the mode selection device 60. The control device 70 acquires the operation mode based on the signal received from the mode selection device 60, and performs various calculations based on the operation mode. The auxiliary system control unit 71 is electrically connected to the water injection pump 47, the EGR blower 54, the auxiliary turbine inlet valve 36, the auxiliary compressor outlet valve 37, and the air discharge valve 39. Then, the auxiliary system control unit 71 transmits a control signal to each of the above-described devices to set the auxiliary system, acquires operation signals from these devices, and determines whether the auxiliary system is correctly set (correctly). Confirm that it is working. Further, the auxiliary system control unit 71 is electrically connected to the engine main body control unit 72, and transmits an engine operating condition (engine parameter) signal to be described later to the engine main body control unit 72.
エンジン本体制御部７２は、燃料供給装置１７及び排気弁駆動装置１８と電気的に接続されており、上記の補助システム制御部７１から入力されたエンジン運転条件の信号に基づいて、燃料供給装置１７及び排気弁駆動装置１８に制御信号を送信し、これによりエンジン本体１０を設定する。 The engine main body control unit 72 is electrically connected to the fuel supply device 17 and the exhaust valve drive device 18, and based on the engine operating condition signal input from the auxiliary system control unit 71, the fuel supply device 17. Then, a control signal is transmitted to the exhaust valve driving device 18, thereby setting the engine body 10.
＜補助システム制御部による制御＞
次に、補助システム制御部７１による制御について説明する。図３は、補助システム制御部７１による制御のフローチャートである。図３に示すように、制御が開始されると、補助システム制御部７１は、モード選択装置６０から運転モードを取得する（ステップＳ１）。
<Control by auxiliary system control unit>
Next, control by the auxiliary system control unit 71 will be described. FIG. 3 is a flowchart of control by the auxiliary system control unit 71. As shown in FIG. 3, when the control is started, the auxiliary system control unit 71 acquires the operation mode from the mode selection device 60 (step S1).
続いて、補助システム制御部７１は、取得した運転モードに基づいて、補助システム運転条件を決定する（ステップＳ２）。補助システム運転条件には、副過給機３０の運転又は停止、純燃料に添加する水の割合（水添加率）、及び、掃気に占める排気の割合（ＥＧＲ率）が含まれる。補助システム運転条件は、運転モードごとに予め定められており、補助システム制御部７１は、各運転モードに対応する補助システム運転条件を記憶している。 Subsequently, the auxiliary system control unit 71 determines auxiliary system operation conditions based on the acquired operation mode (step S2). The auxiliary system operating conditions include the operation or stop of the sub-supercharger 30, the ratio of water added to pure fuel (water addition ratio), and the ratio of exhaust gas to scavenging (EGR ratio). The auxiliary system operation conditions are determined in advance for each operation mode, and the auxiliary system control unit 71 stores auxiliary system operation conditions corresponding to each operation mode.
図４は、各運転モードにおける補助システム運転条件の一例を示している。図４で示すように、環境モードに対応する補助システム運転条件は、副過給機３０が停止、水添加率がＸ１％、ＥＧＲ率が船舶の運航時（エンジン負荷１５％以上）のときＹ１％であり非運航時（エンジン負荷１５％未満）のとき０％である。第１燃費モードに対応する補助システム運転条件は、副過給機３０が停止、水添加率がＸ２％、ＥＧＲ率が０％である。第２燃費モードに対応する補助システム運転条件は、副過給機３０が運転、水添加率がＸ３％、ＥＧＲ率が０％である。安全モードに対応する補助システム運転条件では、副過給機３０が運転、水添加率が０％、ＥＧＲ率が０％である。 FIG. 4 shows an example of auxiliary system operation conditions in each operation mode. As shown in FIG. 4, the auxiliary system operating conditions corresponding to the environmental mode are when the sub-supercharger 30 is stopped, the water addition rate is X 1 %, and the EGR rate is during ship operation (engine load of 15% or more). Y 1 %, and 0% when not operating (less than 15% engine load). The auxiliary system operating conditions corresponding to the first fuel consumption mode are that the sub-supercharger 30 is stopped, the water addition rate is X 2 %, and the EGR rate is 0%. The auxiliary system operating conditions corresponding to the second fuel consumption mode are that the sub-supercharger 30 is operated, the water addition rate is X 3 %, and the EGR rate is 0%. Under the auxiliary system operating conditions corresponding to the safety mode, the sub-supercharger 30 is operated, the water addition rate is 0%, and the EGR rate is 0%.
続いて、補助システム制御部７１は、ステップＳ２で決定した補助システム運転条件を満たすよう補助システム（注水ポンプ４７、ＥＧＲブロワ５４、副タービン入口弁３６、副コンプレッサ出口弁３７、及び放風弁３９）に制御信号を送信し、補助システムを設定する（ステップＳ３）。 Subsequently, the auxiliary system control unit 71 sets the auxiliary system (water injection pump 47, EGR blower 54, auxiliary turbine inlet valve 36, auxiliary compressor outlet valve 37, and discharge valve 39 so as to satisfy the auxiliary system operation conditions determined in step S2. ) To transmit the control signal to set the auxiliary system (step S3).
続いて、補助システム制御部７１は、ステップＳ３で決定した補助システム運転条件を補助システムが満たしているか否かを判定する（ステップＳ４）。本実施形態では、補助システム制御部７１は、注水ポンプ４７、ＥＧＲブロワ５４、副タービン入口弁３６、副コンプレッサ出口弁３７、及び放風弁３９から動作信号を受信し、受信した動作信号に基づいて補助システムが補助システム運転条件を満たしているか否かを判定する。ただし、各補助システムに運転状況を監視するセンサを別途設け、補助システム制御部７１は、当該センサから送信される信号に基づいて補助システムが補助システム運転条件を満たしているか否かを判定してもよい。 Subsequently, the auxiliary system control unit 71 determines whether or not the auxiliary system satisfies the auxiliary system operation condition determined in step S3 (step S4). In the present embodiment, the auxiliary system control unit 71 receives operation signals from the water injection pump 47, the EGR blower 54, the auxiliary turbine inlet valve 36, the auxiliary compressor outlet valve 37, and the air discharge valve 39, and based on the received operation signal. Determine whether the auxiliary system satisfies the auxiliary system operating conditions. However, a sensor for monitoring the driving situation is separately provided in each auxiliary system, and the auxiliary system control unit 71 determines whether or not the auxiliary system satisfies the auxiliary system operating condition based on a signal transmitted from the sensor. Also good.
補助システムが補助システム運転条件を満たしていると判定した場合（ステップＳ４においてＹＥＳ）、つまり補助システムが正常に作動していると判定した場合、ステップＳ５に進む。一方、補助システムが補助システム運転条件を満たしていないと判定した場合（ステップＳ４においてＮＯ）、つまり補助システムが正常に作動していない（異常）と判定した場合、ステップＳ６に進む。 If it is determined that the auxiliary system satisfies the auxiliary system operating conditions (YES in step S4), that is, if it is determined that the auxiliary system is operating normally, the process proceeds to step S5. On the other hand, if it is determined that the auxiliary system does not satisfy the auxiliary system operating conditions (NO in step S4), that is, if it is determined that the auxiliary system is not operating normally (abnormal), the process proceeds to step S6.
ここで、燃料噴射弁１５における燃料噴射パターン及び燃料噴射タイミング（例えば、二段噴射やステップ噴射など）、並びに、排気弁１６の開閉パターン及び開閉タイミング（例えば、動作速度の変更やステップ状に動作させるなど）を含むエンジン運転条件は、運転モードごとに予め定められている。ここでは、図４に示すように、環境モード、第１燃費モード、第２燃費モード、及び安全モードに対応するエンジン運転条件を、それぞれ条件Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤとする。エンジン運転条件は、エンジン負荷に応じて変動してもよくエンジン負荷にかかわらず一定であってもよい。 Here, the fuel injection pattern and fuel injection timing (for example, two-stage injection, step injection, etc.) in the fuel injection valve 15, and the opening / closing pattern and opening / closing timing (for example, operation speed change or step operation) of the exhaust valve 16 are performed. The engine operating conditions including the above are determined in advance for each operation mode. Here, as shown in FIG. 4, engine operating conditions corresponding to the environmental mode, the first fuel consumption mode, the second fuel consumption mode, and the safety mode are defined as conditions A, B, C, and D, respectively. The engine operating conditions may vary depending on the engine load, or may be constant regardless of the engine load.
補助システムが正常に作動していると判定し、ステップＳ５に進んだ場合、補助システム制御部７１は、ステップＳ１で取得した運転モードに対応するエンジン運転条件の信号をエンジン本体制御部７２に送信する。例えば、補助システム制御部７１がステップＳ１で環境モードを取得した場合、補助システムが正常に作動しているのであれば、環境モードに対応するエンジン運転条件である条件Ａの信号をエンジン本体制御部７２に送信する。 If it is determined that the auxiliary system is operating normally and the process proceeds to step S5, the auxiliary system control unit 71 transmits an engine operating condition signal corresponding to the operation mode acquired in step S1 to the engine body control unit 72. To do. For example, when the auxiliary system control unit 71 acquires the environmental mode in step S1, if the auxiliary system is operating normally, a signal of the condition A that is an engine operating condition corresponding to the environmental mode is sent to the engine main body control unit. 72.
一方、補助システムが正常に作動していないと判定し、ステップＳ６に進んだ場合、補助システム制御部７１は、そのときの補助システムの作動状況において、各運転モードに対応するエンジン運転条件（条件Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤ）の中から最も安全なエンジン運転条件を選択し、選択したエンジン運転条件の信号をエンジン本体制御部７２に送信する。 On the other hand, if it is determined that the auxiliary system is not operating normally and the process proceeds to step S6, the auxiliary system control unit 71 determines the engine operating conditions (conditions) corresponding to each operation mode in the operation state of the auxiliary system at that time. The safest engine operating condition is selected from A, B, C, and D), and a signal of the selected engine operating condition is transmitted to the engine main body control unit 72.
ここで、最も安全なエンジン運転条件としては、エンジン本体１０の筒内最高圧力（いわゆるＰ−ＭＡＸ）が最も小さくなる条件が挙げられる。例えば、全ての補助システム運転条件の組合せ（副過給機３０の運転又は停止、水添加率、及び、ＥＧＲ率の全ての組合せ）について、各エンジン運転条件（条件Ａ、Ｂ，Ｃ、及びＤ）でエンジン本体１０を運転したときの筒内最大圧力をシミュレーションで算出し、全ての組合せにおいて最も筒内最大圧力の小さいエンジン運転条件を最も安全な運転条件として予め記憶しておく。これにより、補助システムの作動状況に基づいて速やかに安全なエンジン運転条件を選択することができる。なお、最も安全なエンジン運転条件は、エンジン負荷に応じて（例えば、低負荷領域、中負荷領域、高負荷領域に分けて）変更してもよい。 Here, the safest engine operating condition includes a condition in which the in-cylinder maximum pressure (so-called P-MAX) of the engine body 10 is minimized. For example, each engine operating condition (conditions A, B, C, and D) for all combinations of auxiliary system operating conditions (all combinations of operation or stop of the sub-supercharger 30, water addition rate, and EGR rate). ), The in-cylinder maximum pressure when the engine body 10 is operated is calculated by simulation, and the engine operating condition with the smallest in-cylinder maximum pressure in all combinations is stored in advance as the safest operating condition. Thereby, a safe engine operating condition can be selected promptly based on the operating condition of the auxiliary system. The safest engine operating condition may be changed according to the engine load (for example, divided into a low load region, a medium load region, and a high load region).
ただし、シミュレーションの結果、最も安全なエンジン運転条件でエンジン本体１０を設定したしても、エンジン本体１０の回転数が所定のエンジン危険回転数以上となり、主過給機２０の回転数が所定の主過給機危険回転数以上となり、副過給機３０の回転数が所定の副過給機危険回転数以上となり、又は、筒内最高圧力が所定の危険圧力以上となると予想される又は検出したときは、エンジン本体１０が破損するおそれがある。そのため、補助システム制御部７１は、エンジン本体制御部７２にエンジン本体１０の減速又は停止の制御信号を送信し、エンジン本体１０を減速又は停止する。 However, as a result of the simulation, even if the engine body 10 is set under the safest engine operating conditions, the engine speed of the engine body 10 is equal to or higher than a predetermined engine dangerous speed, and the speed of the main supercharger 20 is predetermined. It is expected or detected that the rotation speed of the main supercharger is equal to or higher than the critical rotation speed, the rotation speed of the subsupercharger 30 is equal to or higher than the predetermined dangerous speed of the subsupercharger, or the in-cylinder maximum pressure is equal to or higher than the predetermined dangerous pressure. When it does, there exists a possibility that the engine main body 10 may be damaged. Therefore, the auxiliary system control unit 71 transmits a control signal for decelerating or stopping the engine main body 10 to the engine main body control unit 72 to decelerate or stop the engine main body 10.
このように、補助システム制御部７１は、ステップＳ５又はＳ６において、補助システムが補助システム運転条件を満たしているか否か（補助システムが正常に作動しているか否か）により、エンジン運転条件又はエンジン本体減速（もしくは停止）の信号を選択し、エンジン本体制御部７２に送信する。以上により、補助システム制御部７１による制御は終了する。 Thus, in step S5 or S6, the auxiliary system control unit 71 determines whether the engine operating condition or the engine depends on whether the auxiliary system satisfies the auxiliary system operating condition (whether the auxiliary system is operating normally). A main body deceleration (or stop) signal is selected and transmitted to the engine main body control unit 72. Thus, the control by the auxiliary system control unit 71 ends.
＜エンジン本体制御部による制御＞
次に、エンジン本体制御部７２による制御について説明する。前述したとおり、燃料噴射弁１５における燃料噴射パターン及び燃料噴射タイミング、並びに、排気弁１６の開閉パターン及び開閉タイミングを含むエンジン運転条件は、運転モードごとに予め定められている。エンジン本体制御部７２は、各運転モードに対応するエンジン運転条件（条件Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）を記憶している。
<Control by engine body control unit>
Next, control by the engine main body control unit 72 will be described. As described above, the engine operating conditions including the fuel injection pattern and fuel injection timing in the fuel injection valve 15 and the opening / closing pattern and opening / closing timing of the exhaust valve 16 are predetermined for each operation mode. The engine main body control unit 72 stores engine operating conditions (conditions A, B, C, D) corresponding to each operation mode.
エンジン本体制御部７２は、補助システム制御部７１から運転モードの信号を受信すると（前述のステップＳ５、Ｓ６参照）、記憶している運転モードに対応するエンジン運転条件（燃料噴射パターン、燃料噴射タイミング、開閉パターン、及び開閉タイミング）を満たすようエンジン本体１０（燃料供給装置１７及び排気弁駆動装置１８）に制御信号を送信し、エンジン本体１０を設定する。また、エンジン本体制御部７２は、補助システム制御部７１からエンジン減速又は停止の信号を受信すると（前述のステップＳ６参照）、エンジン本体１０（燃料供給装置１７及び排気弁駆動装置１８）に制御信号を送信し、エンジン本体１０を減速又は停止する。 When the engine body control unit 72 receives the operation mode signal from the auxiliary system control unit 71 (see Steps S5 and S6 described above), the engine operation condition (fuel injection pattern, fuel injection timing) corresponding to the stored operation mode is received. The control signal is transmitted to the engine body 10 (the fuel supply device 17 and the exhaust valve driving device 18) so as to satisfy the opening / closing pattern and the opening / closing timing), and the engine body 10 is set. In addition, when the engine body control unit 72 receives an engine deceleration or stop signal from the auxiliary system control unit 71 (see step S6 described above), the engine body control unit 72 controls the engine body 10 (the fuel supply device 17 and the exhaust valve drive device 18). Is transmitted, and the engine body 10 is decelerated or stopped.
以上のとおり、本実施形態では、補助システムの作動が異常である場合には、必ずしもモード選択装置６０で選択した運転モードに対応するエンジン運転条件を満たすように設定がなされるわけではなく、エンジン本体１０が破損しない安全な運転モードに対応するエンジン運転条件を満たすよう設定がなされる。なお、本実施形態では、運転モードに安全モードが含まれている。安全モードに対応するエンジン運転条件（条件Ｄ）は、筒内最高圧力を比較的小さく抑えることができる。よって、安全モードを運転モードに含めることで、エンジン本体の減速又は停止を避けて、エンジン本体の運転が維持されやすい。 As described above, in the present embodiment, when the operation of the auxiliary system is abnormal, the setting is not necessarily made so as to satisfy the engine operation condition corresponding to the operation mode selected by the mode selection device 60. Settings are made so as to satisfy engine operating conditions corresponding to a safe operating mode in which the main body 10 is not damaged. In the present embodiment, the operation mode includes a safety mode. The engine operating condition (condition D) corresponding to the safety mode can keep the in-cylinder maximum pressure relatively small. Therefore, by including the safety mode in the operation mode, the operation of the engine body can be easily maintained while avoiding the deceleration or stop of the engine body.
以上が、本実施形態に係るエンジンシステム１００の説明である。上述したように、本実施形態に係るエンジンシステム１００によれば、選択された運転モードに応じて補助システムが自動的に設定されるため、運転操作の負担を軽減することができる。また、本実施形態では、補助システムの作動が異常である場合には、エンジン本体１０が破損しないようエンジン本体１０が設定されるため、船舶が停止するなどの不具合を回避しやすい。 The above is the description of the engine system 100 according to the present embodiment. As described above, according to the engine system 100 according to the present embodiment, since the auxiliary system is automatically set according to the selected operation mode, it is possible to reduce the burden of the driving operation. Further, in the present embodiment, when the operation of the auxiliary system is abnormal, the engine body 10 is set so that the engine body 10 is not damaged. Therefore, it is easy to avoid problems such as the ship being stopped.
１０ エンジン本体
１５ 燃料噴射弁
１６ 排気弁
２０ 主過給機
３０ 副過給機
４０ 水エマルジョンユニット
５０ ＥＧＲユニット
６０ モード選択装置
７０ 制御装置
１００ エンジンシステム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Engine main body 15 Fuel injection valve 16 Exhaust valve 20 Main supercharger 30 Subsupercharger 40 Water emulsion unit 50 EGR unit 60 Mode selection apparatus 70 Control apparatus 100 Engine system
Claims (8)
前記エンジン本体に供給する掃気を昇圧する主過給機と、
前記エンジン本体の運転を補助する補助システムと、
予め定められた複数の運転モードのいずれかを選択するモード選択装置と、
前記エンジン本体及び前記補助システムを制御する制御装置と、を備え、
前記補助システムは、前記主過給機と並列に配置されて掃気を昇圧する副過給機、純燃料に水を添加する水エマルジョンユニット、及び、排気を掃気内に取り入れて当該排気を前記エンジン本体に再循環させるＥＧＲユニットのうちの複数を含み、
前記制御装置は、前記副過給機の運転又は停止、純燃料に添加する水の割合、及び、掃気に占める排気の割合のうちの複数を含む補助システム運転条件を運転モードごとに予め記憶しており、選択された運転モードに対応する補助システム運転条件を満たすよう前記補助システムに制御信号を送信し、前記補助システムを設定するよう構成されている、船舶用のエンジンシステム。 An engine body having a fuel injection valve and an exhaust valve;
A main supercharger for boosting scavenging supplied to the engine body;
An auxiliary system for assisting operation of the engine body;
A mode selection device for selecting one of a plurality of predetermined operation modes;
A control device for controlling the engine body and the auxiliary system,
The auxiliary system includes a sub-supercharger that is arranged in parallel with the main supercharger and boosts the scavenging air, a water emulsion unit that adds water to pure fuel, and an exhaust gas that is introduced into the scavenging air. Including a plurality of EGR units to be recirculated to the body,
The controller stores in advance, for each operation mode, auxiliary system operation conditions including a plurality of the operation or stop of the sub-supercharger, the proportion of water added to pure fuel, and the proportion of exhaust in the scavenging. A marine engine system configured to transmit a control signal to the auxiliary system to set the auxiliary system so as to satisfy an auxiliary system operation condition corresponding to the selected operation mode.
前記エンジン本体の設定は、前記補助システムの設定後に行われる、請求項１に記載のエンジンシステム。 The control device stores in advance engine operation conditions including a fuel injection pattern and a fuel injection timing in the fuel injection valve and an opening / closing pattern and an opening / closing timing of the exhaust valve for each operation mode, and the selected operation mode Is configured to send a control signal to the engine main body so as to satisfy the engine operating condition corresponding to, and set the engine main body,
The engine system according to claim 1, wherein the setting of the engine body is performed after the setting of the auxiliary system.
前記エンジン本体に供給する掃気を昇圧する主過給機と、
前記エンジン本体の運転を補助する補助システムと、
予め定められた複数の運転モードのいずれかを選択するモード選択装置と、
前記エンジン本体及び前記補助システムを制御する制御装置と、を備え、
前記補助システムは、前記主過給機と並列に配置されて掃気を昇圧する副過給機、純燃料に水を添加する水エマルジョンユニット、及び、排気を掃気内に取り入れて当該排気を前記エンジン本体に再循環させるＥＧＲユニットのうち少なくとも１つを含み、
前記制御装置は、前記副過給機の運転又は停止、純燃料に添加する水の割合、及び、掃気に占める排気の割合のうち少なくとも１つを含む補助システム運転条件を運転モードごとに予め記憶しており、選択された運転モードに対応する補助システム運転条件を満たすよう前記補助システムに制御信号を送信し、前記補助システムを設定するよう構成されており、
前記制御装置は、エンジン運転条件を運転モードごとに予め記憶しており、選択された運転モードに対応する補助システム運転条件を前記補助システムが満たしていると判断したとき、選択された運転モードに対応するエンジン運転条件を選択し、選択したエンジン運転条件を満たすよう前記エンジン本体に制御信号を送信し、前記エンジン本体を設定する一方、選択された運転モードに対応する補助システム運転条件を前記補助システムが満たしていないと判断したとき、前記複数の運転モードに対応するエンジン運転条件の中から筒内最高圧力が最も小さくなるエンジン運転条件を選択し、選択したエンジン運転条件を満たすよう前記エンジン本体に制御信号を送信し、前記エンジン本体を設定するよう構成されている、エンジンシステム。 An engine body having a fuel injection valve and an exhaust valve;
A main supercharger for boosting scavenging supplied to the engine body;
An auxiliary system for assisting operation of the engine body;
A mode selection device for selecting one of a plurality of predetermined operation modes;
A control device for controlling the engine body and the auxiliary system,
The auxiliary system includes a sub-supercharger that is arranged in parallel with the main supercharger and boosts the scavenging air, a water emulsion unit that adds water to pure fuel, and an exhaust gas that is introduced into the scavenging air. Including at least one of the EGR units to be recirculated to the body,
The control device stores in advance, for each operation mode, auxiliary system operation conditions including at least one of the operation or stop of the sub-supercharger, the ratio of water added to pure fuel, and the ratio of exhaust gas occupied in scavenging. Configured to transmit a control signal to the auxiliary system so as to satisfy the auxiliary system operation condition corresponding to the selected operation mode, and to set the auxiliary system,
The control device stores engine operation conditions in advance for each operation mode, and determines that the auxiliary system satisfies the auxiliary system operation conditions corresponding to the selected operation mode. A corresponding engine operating condition is selected, a control signal is transmitted to the engine body to satisfy the selected engine operating condition, and the engine body is set, while the auxiliary system operating condition corresponding to the selected operation mode is set to the auxiliary When it is determined that the system is not satisfied, the engine main body is selected so that the in-cylinder maximum pressure is the smallest among the engine operating conditions corresponding to the plurality of operation modes, and the selected engine operating condition is satisfied. control signal sends, is configured to set the engine body, engine system .
前記エンジン本体に供給する掃気を昇圧する主過給機と、
前記エンジン本体の運転を補助する補助システムと、
予め定められた複数の運転モードのいずれかを選択するモード選択装置と、
前記エンジン本体及び前記補助システムを制御する制御装置と、を備え、
前記補助システムは、前記主過給機と並列に配置されて掃気を昇圧する副過給機、純燃料に水を添加する水エマルジョンユニット、及び、排気を掃気内に取り入れて当該排気を前記エンジン本体に再循環させるＥＧＲユニットのうち少なくとも１つを含み、
前記制御装置は、前記副過給機の運転又は停止、純燃料に添加する水の割合、及び、掃気に占める排気の割合のうち少なくとも１つを含む補助システム運転条件を運転モードごとに予め記憶しており、選択された運転モードに対応する補助システム運転条件を満たすよう前記補助システムに制御信号を送信し、前記補助システムを設定するよう構成されており、
前記複数の運転モードには、燃費性能優先の燃費モードと、環境性能優先の環境モードと、が含まれており、
前記燃費モードに対応する補助システム運転条件では、船舶の運航時において掃気に占める排気の割合が常にゼロであり、
前記環境モードに対応する補助システム運転条件では、船舶の運航時において掃気に占める排気の割合がゼロより大きい所定の値である、エンジンシステム。 An engine body having a fuel injection valve and an exhaust valve;
A main supercharger for boosting scavenging supplied to the engine body;
An auxiliary system for assisting operation of the engine body;
A mode selection device for selecting one of a plurality of predetermined operation modes;
A control device for controlling the engine body and the auxiliary system,
The auxiliary system includes a sub-supercharger that is arranged in parallel with the main supercharger and boosts the scavenging air, a water emulsion unit that adds water to pure fuel, and an exhaust gas that is introduced into the scavenging air. Including at least one of the EGR units to be recirculated to the body,
The control device stores in advance, for each operation mode, auxiliary system operation conditions including at least one of the operation or stop of the sub-supercharger, the ratio of water added to pure fuel, and the ratio of exhaust gas occupied in scavenging. Configured to transmit a control signal to the auxiliary system so as to satisfy the auxiliary system operation condition corresponding to the selected operation mode, and to set the auxiliary system,
The plurality of driving modes include a fuel efficiency mode with priority on fuel efficiency and an environmental mode with priority on environmental performance.
In the auxiliary system operating conditions corresponding to the fuel consumption mode, the ratio of exhaust to the scavenging during the operation of the ship is always zero,
Wherein the auxiliary system operating condition corresponding to the ambience mode is a predetermined value ratio of the exhaust is greater than zero to total scavenging during operation of the ship, the engine system.
前記第１燃費モードに対応する補助システム運転条件では、副過給機が停止であり、
前記第２燃費モードに対応する補助システム運転条件では、副過給機が運転である、請求項５に記載のエンジンシステム。 The fuel consumption mode includes a first fuel consumption mode and a second fuel consumption mode,
In the auxiliary system operating conditions corresponding to the first fuel consumption mode, the sub-supercharger is stopped,
The engine system according to claim 5, wherein the auxiliary supercharger is operating under the auxiliary system operating condition corresponding to the second fuel consumption mode.
前記エンジン本体に供給する掃気を昇圧する主過給機と、
前記エンジン本体の運転を補助する補助システムと、
予め定められた複数の運転モードのいずれかを選択するモード選択装置と、
前記エンジン本体及び前記補助システムを制御する制御装置と、を備え、
前記補助システムは、前記主過給機と並列に配置されて掃気を昇圧する副過給機、純燃料に水を添加する水エマルジョンユニット、及び、排気を掃気内に取り入れて当該排気を前記エンジン本体に再循環させるＥＧＲユニットのうち少なくとも１つを含み、
前記制御装置は、前記副過給機の運転又は停止、純燃料に添加する水の割合、及び、掃気に占める排気の割合のうち少なくとも１つを含む補助システム運転条件を運転モードごとに予め記憶しており、選択された運転モードに対応する補助システム運転条件を満たすよう前記補助システムに制御信号を送信し、前記補助システムを設定するよう構成されており、
前記複数の運転モードには、安全モードが含まれており、
前記運転モードに対応する補助システム運転条件では、副過給機が運転、純燃料に添加する水の割合がゼロ、掃気に占める排気の割合がゼロである、エンジンシステム。 An engine body having a fuel injection valve and an exhaust valve;
A main supercharger for boosting scavenging supplied to the engine body;
An auxiliary system for assisting operation of the engine body;
A mode selection device for selecting one of a plurality of predetermined operation modes;
A control device for controlling the engine body and the auxiliary system,
The auxiliary system includes a sub-supercharger that is arranged in parallel with the main supercharger and boosts the scavenging air, a water emulsion unit that adds water to pure fuel, and an exhaust gas that is introduced into the scavenging air. Including at least one of the EGR units to be recirculated to the body,
The control device stores in advance, for each operation mode, auxiliary system operation conditions including at least one of the operation or stop of the sub-supercharger, the ratio of water added to pure fuel, and the ratio of exhaust gas occupied in scavenging. Configured to transmit a control signal to the auxiliary system so as to satisfy the auxiliary system operation condition corresponding to the selected operation mode, and to set the auxiliary system,
The plurality of operation modes include a safety mode,
Wherein the auxiliary system operating condition corresponding to the operation mode, the sub-supercharger operation, the ratio of exhaust rate of water added to the pure fuel occupies zero, the scavenging is zero, the engine system.
前記副過給機の運転又は停止、純燃料に添加する水の割合、及び、掃気に占める排気の割合の条件のうちの複数を含む補助システム運転条件を運転モードごとに予め記憶し、選択された運転モードに対する補助システム運転条件を満たすよう前記補助システムに制御信号を送信し、前記補助システムを設定する、制御方法。 An engine main body having a fuel injection valve and an exhaust valve, a main supercharger for boosting scavenging supplied to the engine main body, an auxiliary system for assisting the operation of the engine main body, and a plurality of predetermined operation modes The auxiliary system is arranged in parallel with the main supercharger to boost the scavenging, a water emulsion unit for adding water to the pure fuel, and A method for controlling a marine engine system including a plurality of EGR units that take exhaust gas into scavenging gas and recirculate the exhaust gas to the engine body,
Auxiliary system operating conditions including a plurality of conditions of the operation or stop of the sub-supercharger, the ratio of water added to pure fuel, and the ratio of exhaust gas occupied in scavenging are pre-stored and selected for each operation mode. A control method for transmitting the control signal to the auxiliary system so as to satisfy the auxiliary system operation condition for the selected operation mode and setting the auxiliary system.
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