JP6313833B1 - 船舶用エンジンシステム及び船舶用エンジンシステムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ装置と、導入側バルブと、排出側バルブとを備える船舶用エンジンシステムにおいて、エンジンが運転中且つＥＧＲ装置が休転中で、導入側バルブと排出側バルブとが閉塞するように制御された場合のＥＧＲ装置の内圧の上昇を抑制可能にする。【解決手段】船舶用のＥＧＲ装置は、船舶用のエンジンと、導入口と排出口とを有し、エンジンから排出された排気ガスの一部を導入口から導入し、排出口からＥＧＲガスとして排出してエンジンに循環させるＥＧＲ装置と、ＥＧＲ装置に接続され、ＥＧＲ装置からＥＧＲガスをエンジン以外に向けて排出するＥＧＲガス排出流路と、ＥＧＲ装置の導入口から導入される排気ガスの一部の導入量を調節する導入側バルブと、ＥＧＲ装置の排出口から排出されるＥＧＲガスの排出量を調節する排出側バルブと、ＥＧＲガス排出流路を流通するＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲバルブとを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ＥＧＲ装置を備える船舶用エンジンシステムに関する。

船舶用エンジンシステムは、特許文献１に開示されるように、例えば、エンジンから排出される排気ガスの一部をエンジンに再循環させ、エンジンの燃焼温度を低下させて、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）量を低減させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置を備える。ＥＧＲ装置は、エンジンに供給する供給ガスが流通する供給ガス流路と、エンジンから排出される排気ガスが流通する排気ガス流路との間に設けられる。

ＥＧＲ装置の導入口側には、排気ガス流路からＥＧＲ装置の導入口に導入される排気ガスの流量を調節する導入側バルブが設けられる。ＥＧＲ装置の排出口側には、ＥＧＲ装置の排出口から供給ガス流路へ向けて排出されるＥＧＲガスの流量を調節する排出側バルブが設けられる。エンジンが運転中且つＥＧＲ装置が休転中の場合には、導入側バルブと排出側バルブとは閉塞するように制御される。

特開２０１５−４０４７５号公報

導入側バルブは、排気経路を流通する高温・高圧の排気ガスに曝される。このため、導入側バルブにシール性の高いシール部材を配設することが難しく、エンジンが運転中且つＥＧＲ装置が休転中の場合に、導入側バルブと排出側バルブとが閉塞するように制御されたにも関わらず、導入側バルブを介して排気ガスがＥＧＲ装置に流入し、ＥＧＲ装置の内圧が上昇することがある。また、エンジンおよびＥＧＲ装置を運転中にＥＧＲ装置のみ停止させる場合に、導入用バルブおよび排出用バルブは閉塞するように制御されるので、ＥＧＲ装置内はＥＧＲ装置停止直前の高圧状態が保持されることがある。

このような場合において、ＥＧＲ装置を何等かの操作で開放した場合、高圧の排気ガスがＥＧＲ装置の開放部から噴出するおそれがある。従って、ＥＧＲ装置の内圧の上昇を抑制できれば、ＥＧＲ装置を開放するときの開放部からの排気ガスの噴出を低減することができ、ＥＧＲ装置のメンテナンス等の作業を行う上で有利になるので望ましい。

そこで本発明は、ＥＧＲ装置と、導入側バルブと、排出側バルブとを備える船舶用エンジンシステムにおいて、エンジンが運転中且つＥＧＲ装置が休転中で、導入側バルブと排出側バルブとが閉塞するように制御された場合のＥＧＲ装置の内圧の上昇を抑制可能にすることを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る船舶用エンジンシステムは、船舶用のエンジンと、導入口と排出口とを有し、前記エンジンから排出された排気ガスの一部を前記導入口から導入し、前記排出口からＥＧＲガスとして排出して前記エンジンに循環させるＥＧＲ装置と、前記ＥＧＲ装置に接続され、前記ＥＧＲ装置から前記ＥＧＲガスを前記エンジン以外に向けて排出するＥＧＲガス排出流路と、前記ＥＧＲ装置の前記導入口から導入される前記排気ガスの前記一部の導入量を調節する導入側バルブと、前記ＥＧＲ装置の前記排出口から排出される前記ＥＧＲガスの排出量を調節する排出側バルブと、前記ＥＧＲガス排出流路を流通する前記ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲバルブとを備える。

上記構成によれば、ＥＧＲ装置に接続されたＥＧＲガス排出流路が、ＥＧＲ装置からＥＧＲガスをエンジン以外に向けて排出するので、エンジンが運転中且つＥＧＲ装置が休転中の場合に導入側バルブと排出側バルブとが閉塞するように制御されたにも関わらず、エンジンから排出される排気ガスの一部が導入側バルブを介してＥＧＲ装置の内部に流入したとしても、あるいはＥＧＲ装置を停止したときにＥＧＲ装置内部が高圧の状態を保持していたとしても、ＥＧＲガス排出流路を流通するＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲバルブを開放することにより、ＥＧＲ装置の内部のＥＧＲガスをＥＧＲ排出流路に排出させ、ＥＧＲ装置の内圧が上昇するのを抑制できる。

前記ＥＧＲ装置の内圧により、前記ＥＧＲ装置から排出された前記ＥＧＲガスが前記ＥＧＲガス排出流路を流通してもよい。これにより、ＥＧＲバルブを開放することで、ブロア等を用いなくても比較的容易にＥＧＲ装置の内圧の上昇を抑制することができる。

前記排気ガスが流通する排気ガス流路と、前記排気ガス流路を流通する前記排気ガスにより駆動される過給器とを更に備え、前記ＥＧＲガス排出流路の下流端部が、前記排気ガス流路の前記過給器よりも前記排気ガスの流通方向の下流側に接続されていてもよい。

これにより、ＥＧＲ装置からＥＧＲガス排出流路を介してＥＧＲガスを排気ガス流路に良好に排出できるので、例えば、ＥＧＲ装置の周辺にＥＧＲガスが排出されるのを防止できる。

前記ＥＧＲバルブの開閉動作を制御する制御装置を更に備えてもよい。このように、制御装置がＥＧＲバルブの開閉動作を制御することで、エンジンが運転中且つＥＧＲ装置が休転中で、排出側バルブが閉塞するように制御された場合にＥＧＲ装置が不意に開放されても、ＥＧＲ装置の内圧の上昇を自動的に抑制できる。このため、ＥＧＲ装置を開放した際にＥＧＲ装置の開放部から排気ガスが噴出するのを適切に防止できる。

本発明の各態様によれば、ＥＧＲ装置と、導入側バルブと、排出側バルブとを備える船舶用エンジンシステムにおいて、エンジンが運転中且つＥＧＲ装置が休転中で、導入側バルブと排出側バルブとが閉塞するように制御された場合のＥＧＲ装置の内圧の上昇を抑制できる。

図１は、実施形態に係る船舶用エンジンシステムの概略構成図である。

以下、実施形態について各図を参照しながら説明する。

図１は、実施形態に係る船舶用エンジンシステム１（以下、単にエンジンシステム１と称する。）の概略構成図である。エンジンシステム１は、エンジン２、ＥＧＲ装置３、過給器４、制御装置５、供給ガス流路Ｒ１、排気ガス流路Ｒ２、ＥＧＲガス流路Ｒ３、ＥＧＲガス排出流路Ｒ４、導入側バルブＶ１、排出側バルブＶ２、及びＥＧＲバルブＶ３を備える。

エンジン２は船舶の推進用主機であり、２ストロークディーゼルエンジンである。エンジン２は、４ストロークエンジンであってもよく、ガスエンジンや二元燃料エンジンであってもよい。供給ガスは、エンジン２が２ストロークエンジンである場合には掃気ガスであり、４ストロークエンジンである場合には給気ガスである。

ＥＧＲ装置３は、導入口３ａと排出口３ｂとを有する。導入口３ａと排出口３ｂとは、エンジン２と連通している。ＥＧＲ装置３は、エンジン２から排出された排気ガスの一部をＥＧＲガスとして排出口３ｂから排出してエンジン２に循環させる。具体的にＥＧＲ装置３は、ＥＧＲガスを洗浄及び冷却し、供給ガスの一部としてエンジン２に再循環する。ＥＧＲガスは、導入口３ａからＥＧＲ装置３に導入され、排出口３ｂからエンジン２へ向けて排出される。

ＥＧＲ装置３は、スクラバ６、ガスクーラ７、ブロア８、及び駆動装置９を有する。スクラバ６は、ＥＧＲガスを洗浄する。一例としてスクラバ６は、エンジン２から排出される高圧のＥＧＲガスを液体に接触させて脱硫・脱塵する。ガスクーラ７は、脱硫・脱塵されたＥＧＲガスを冷却する。

ブロア８は、ＥＧＲ装置３から排出されるＥＧＲガスを昇圧して、ＥＧＲガス流路Ｒ３に流通させる。ブロア８は、一例として容積型であるが、これに限定されない。ＥＧＲガスは、供給ガス流路Ｒ１において新気と混合される。駆動装置９は、ブロア８を駆動させる。

過給器４は、タービン部１０とコンプレッサ部１１とを有する。過給器４は、エンジンから排出される排気ガスにより駆動される。具体的に過給器４は、エンジン２から排出されて排気ガス流路Ｒ２を流通する排出ガスにより、タービン部１０を駆動させる。コンプレッサ部１１は、タービン部１０と連結され、タービン部１０の駆動力により駆動される。過給器４は、新気をコンプレッサ部１１により圧縮し、供給ガス流路Ｒ１に流通させる。制御装置５は、駆動装置９を制御する。また制御装置５は、バルブＶ１〜Ｖ３の開閉動作を制御する。

供給ガス流路Ｒ１は、過給器４からエンジン２へ向けて延びている。供給ガス流路Ｒ１は、過給器４が外部から取り込んだ新気（大気）と、ＥＧＲガス流路Ｒ３を流通したＥＧＲガスとを供給ガスとして流通させ、エンジン２へ供給する。

排気ガス流路Ｒ２は、エンジン２から過給器４へ向けて延びている。排気ガス流路Ｒ２は、エンジン２から過給器４を経るように排気ガスを流通させる。ＥＧＲガス流路Ｒ３は、排気ガス流路Ｒ２の途中から分岐してＥＧＲ装置３を経た後、供給ガス流路Ｒ１に接続されている。ＥＧＲガス流路Ｒ３には、エンジン２とＥＧＲ装置３とが運転中の場合にＥＧＲガスが流通する。本実施形態では、エンジン２の運転状態とは、エンジン２から排気ガスが排出されて排気ガス流路Ｒ２を流通する状態を指す。またＥＧＲ装置３の運転状態とは、スクラバ６、ガスクーラ７、ブロア８、及び駆動装置９が稼働している状態を指す。

ＥＧＲガス排出流路Ｒ４は、ＥＧＲ装置３に接続され、ＥＧＲ装置３からＥＧＲガスをエンジン２以外に向けて排出する。ＥＧＲガス排出流路Ｒ４は、ＥＧＲ装置３からＥＧＲ装置３の外方に向けて延びている。

本実施形態では、ＥＧＲガス排出流路Ｒ４の上流端部は、ＥＧＲ装置３のスクラバ６に接続されている。またＥＧＲガス排出流路Ｒ４の下流端部は、排気ガス流路Ｒ２の過給器４よりも排気ガスの流通方向の下流側に接続されている。ＥＧＲガス排出流路Ｒ４では、ＥＧＲ装置３の内圧により、ＥＧＲ装置３から排出されたＥＧＲガスが流通する。

導入側バルブＶ１は、ＥＧＲ装置３の導入口３ａ側に配置されたＥＧＲガス流路Ｒ３の途中に設けられている。導入側バルブＶ１は、ＥＧＲ装置３の導入口３ａから導入される排気ガスの一部の導入量を調節する。排出側バルブＶ２は、ＥＧＲ装置３の排出口３ｂ側に配置されたＥＧＲガス流路Ｒ３の途中に設けられている。排出側バルブＶ２は、ＥＧＲ装置３の排出口３ｂから排出されるＥＧＲガスの排出量を調節する。バルブＶ１，Ｖ２は、一例としてバタフライバルブであるが、これに限定されない。

バルブＶ１，Ｖ２は、エンジン２とＥＧＲ装置３とが運転中の場合には、ＥＧＲ装置３を介してＥＧＲガス流路Ｒ３を流通するＥＧＲガスの流量が、予め定められた値（例えば最大値）となるように、制御装置５に制御される。またバルブＶ１，Ｖ２は、エンジン２が運転中且つＥＧＲ装置３が休転中の場合には閉塞されるように、制御装置５に制御される。

ＥＧＲバルブＶ３は、ＥＧＲガス排出流路Ｒ４の途中に設けられている。ＥＧＲバルブＶ３は、ＥＧＲガス排出流路Ｒ４を流通するＥＧＲガスの流量を調節する。ＥＧＲバルブＶ３は、エンジン２が運転中且つＥＧＲ装置３が休転中の場合には解放されるように、制御装置５に制御される。このように制御装置５は、バルブＶ１〜Ｖ３の開閉動作を個別に制御する。

ここで導入側バルブＶ１は、排気ガス流路Ｒ２と、導入側バルブＶ１よりも排気ガスの流通方向の上流側におけるＥＧＲガス流路Ｒ３とを流通する高温・高圧の排気ガスに曝されるため、導入側バルブＶ１には、シール性の高いシール部材を配設することが困難な場合がある。これにより、エンジン２が運転中且つＥＧＲ装置３が休転中の場合に、導入側バルブＶ１と排出側バルブＶ２とが閉塞されるように制御装置５に制御されたにも関わらず、導入側バルブＶ１が適切に閉塞されず、排気ガスが導入側バルブＶ１を介してＥＧＲ装置３に流入するおそれがある。この場合、ＥＧＲ装置３の内圧は、時間経過に伴って上昇する。

これに対して本実施形態では、エンジン２が運転中且つＥＧＲ装置３が休転中の場合にはＥＧＲバルブＶ３が開放されるように、制御装置５がＥＧＲバルブＶ３を制御する。本実施形態では、エンジン２が運転中且つＥＧＲ装置３が休転中の場合、ＥＧＲガス排出流路Ｒ４の上流端部における内圧は、ＥＧＲガス排出流路Ｒ４の下流端部における内圧よりも高い。ＥＧＲガスは、ＥＧＲ装置３の内圧により、ＥＧＲガス排出流路Ｒ４を介してＥＧＲ装置３から排出される。ＥＧＲ装置３からＥＧＲガスがＥＧＲガス排出流路Ｒ４に排出されることで、ＥＧＲ装置３の内圧は、大気圧と略同一の値まで低減される。

よって、エンジン２が運転中且つＥＧＲ装置３が休転中で、排出側バルブＶ２が閉塞された場合に、排気ガスが導入側バルブＶ１を介してＥＧＲ装置３に流入しても、ＥＧＲ装置３の内圧が上昇するのが抑制される。従って、ＥＧＲ装置３を安全に開放できるため、例えば、ＥＧＲ装置３のメンテナンス等の作業が行い易くなる。

なお、本実施形態では、ＥＧＲバルブＶ３はＥＧＲ装置３が休転中は常に解放されるよう制御されているが、これに限定されない。例えば、ＥＧＲ装置３の内圧を計測する圧力計をエンジンシステム１に設け、制御装置５に前記圧力計の計測値を監視させるようにした上で、ＥＧＲ装置３が休転中の場合に、前記圧力計により計測された圧力が設定値を超えた場合のみ、制御装置５がＥＧＲバルブＶ３を開放させるように制御してもよい。

またＥＧＲバルブＶ３は、必ずしも制御装置５により制御されなくてもよく、例えば、オペレータの手動により制御されてもよい。また、ＥＧＲガス排出流路Ｒ４の上流端部の接続先は、スクラバ６に限定されない。ＥＧＲガス排出流路Ｒ４の上流端部は、ＥＧＲ装置３の内部のＥＧＲガスが排出されるようにＥＧＲ装置３に接続されていればよい。このため例えば、ＥＧＲガス排出流路Ｒ４の上流端部は、ＥＧＲ装置３の筐体に接続されていてもよい。

また、ＥＧＲガス排出流路Ｒ４の下流端部は、ＥＧＲ装置３の内部のＥＧＲガスが排出されるように設けられていればよい。このため例えば、ＥＧＲガス排出流路Ｒ４の下流端部は、排気ガス流路Ｒ２以外に接続されていてもよいし、船外まで直接導かれていてもよい。

また、エンジンシステム１には、複数のＥＧＲガス排出流路Ｒ４が設けられていてもよい。この場合、複数のＥＧＲガス排出流路Ｒ４の上流端部は、ＥＧＲ装置３の異なる部分に接続されていてもよい。

以上に説明したように、エンジンシステム１では、ＥＧＲ装置３に接続されたＥＧＲガス排出流路Ｒ４が、ＥＧＲ装置３からＥＧＲガスをエンジン２以外に向けて排出するので、エンジン２が運転中且つＥＧＲ装置３が休転中の場合に導入側バルブＶ１と排出側バルブＶ２とが閉塞するように制御されたにも関わらず、エンジン２から排出される排気ガスの一部がＥＧＲ装置３の内部に流入したとしても、ＥＧＲガス排出流路Ｒ４を流通するＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲバルブＶ３を開放することにより、ＥＧＲ装置３の内部のＥＧＲガスをＥＧＲガス排出流路Ｒ４に排出させ、ＥＧＲ装置３の内圧が上昇するのを抑制できる。

また、ＥＧＲ装置３の内圧により、ＥＧＲ装置３から排出されたＥＧＲガスがＥＧＲガス排出流路Ｒ４を流通するので、ＥＧＲバルブＶ３を開放することで、ブロア等を用いなくても比較的容易にＥＧＲ装置３の内圧の上昇を抑制することができる。

またエンジンシステム１は、排気ガスにより駆動される過給器４を備え、ＥＧＲガス排出流路Ｒ４の下流端部が、排気ガス流路Ｒ２の過給器４よりも排気ガスの流通方向の下流側に接続されているので、ＥＧＲ装置３からＥＧＲガス排出流路Ｒ４を介してＥＧＲガスを排気ガス流路Ｒ２に良好に排出できる。よって例えば、ＥＧＲ装置３の周辺にＥＧＲガスが排出されるのを防止できる。

またエンジンシステム１は、ＥＧＲバルブＶ３の開閉動作を制御する制御装置５を備えているので、制御装置５がＥＧＲバルブＶ３の開閉動作を制御することで、エンジン２が運転中且つＥＧＲ装置３が休転中で、排出側バルブが閉塞するように制御された場合にＥＧＲ装置３が不意に開放されても、ＥＧＲ装置３の内圧の上昇を自動的に抑制できる。このため、ＥＧＲ装置３を開放した際にＥＧＲ装置３の開放部から排気ガスが噴出するのを適切に防止できる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その構成を変更、追加、又は削除できる。

Ｒ２ 排気ガス流路
Ｒ４ ＥＧＲガス排出流路
Ｖ１ 導入側バルブ
Ｖ２ 排出側バルブ
Ｖ３ ＥＧＲバルブ
１ 船舶用エンジンシステム
２ エンジン
３ ＥＧＲ装置（船舶用ＥＧＲ装置）
３ｂ 排出口
４ 過給器
５ 制御装置

Claims (7)

1. 船舶用のエンジンと、
   導入口と排出口とを有し、前記エンジンから排出された排気ガスの一部を前記導入口から導入し、前記排出口からＥＧＲガスとして排出して前記エンジンに循環させるＥＧＲ装置と、
   前記ＥＧＲ装置に接続され、前記ＥＧＲ装置から前記ＥＧＲガスを前記エンジン以外に向けて排出するＥＧＲガス排出流路と、
   前記ＥＧＲ装置の前記導入口から導入される前記排気ガスの前記一部の導入量を調節する導入側バルブと、
   前記ＥＧＲ装置の前記排出口から排出される前記ＥＧＲガスの排出量を調節する排出側バルブと、
   前記ＥＧＲガス排出流路を流通する前記ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲバルブと、
   制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記導入側バルブと前記排出側バルブとを閉塞し且つ前記ＥＧＲバルブを開放するように制御する、船舶用エンジンシステム。
2. 船舶用のエンジンと、
   導入口と排出口とを有し、前記エンジンから排出された排気ガスの一部を前記導入口から導入し、前記排出口からＥＧＲガスとして排出して前記エンジンに循環させるＥＧＲ装置と、
   前記ＥＧＲ装置に接続され、前記ＥＧＲ装置から前記ＥＧＲガスを前記エンジン以外に向けて排出するＥＧＲガス排出流路と、
   前記ＥＧＲ装置の前記導入口から導入される前記排気ガスの前記一部の導入量を調節する導入側バルブと、
   前記ＥＧＲ装置の前記排出口から排出される前記ＥＧＲガスの排出量を調節する排出側バルブと、
   前記ＥＧＲガス排出流路を流通する前記ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲバルブと、
   前記ＥＧＲ装置の内圧を計測する圧力計と、
   前記ＥＧＲバルブの開閉動作を制御し且つ前記圧力計の計測値を監視する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記ＥＧＲ装置が休転中の場合に、前記圧力計により計測された圧力が設定値を超えた場合のみ、前記ＥＧＲバルブを開放させるように制御する、船舶用エンジンシステム。
3. 前記ＥＧＲ装置の内圧により、前記ＥＧＲ装置から排出された前記ＥＧＲガスが前記ＥＧＲガス排出流路を流通する、請求項１又は２に記載の船舶用エンジンシステム。
4. 前記排気ガスが流通する排気ガス流路と、
   前記排気ガス流路を流通する前記排気ガスにより駆動される過給器とを更に備え、
   前記ＥＧＲガス排出流路の下流端部が、前記排気ガス流路の前記過給器よりも前記排気ガスの流通方向の下流側に接続されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の船舶用エンジンシステム。
5. 船舶用のエンジンと、
   導入口と排出口とを有し、前記エンジンから排出された排気ガスの一部を前記導入口から導入し、前記排出口からＥＧＲガスとして排出して前記エンジンに循環させるＥＧＲ装置と、
   前記ＥＧＲ装置に接続され、前記ＥＧＲ装置から前記ＥＧＲガスを前記エンジン以外に向けて排出するＥＧＲガス排出流路と、
   前記ＥＧＲ装置の前記導入口から導入される前記排気ガスの前記一部の導入量を調節する導入側バルブと、
   前記ＥＧＲ装置の前記排出口から排出される前記ＥＧＲガスの排出量を調節する排出側バルブと、
   前記ＥＧＲガス排出流路を流通する前記ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲバルブとを備える船舶用エンジンシステムの制御方法であって、
   前記導入側バルブと前記排出側バルブとを閉塞し且つ前記ＥＧＲバルブを開放するように制御する、船舶用エンジンシステムの制御方法。
6. 前記ＥＧＲ装置の内圧により、前記ＥＧＲ装置から排出された前記ＥＧＲガスを前記ＥＧＲガス排出流路に流通させる、請求項５に記載の船舶用エンジンシステムの制御方法。
7. 前記船舶用エンジンシステムは、前記排気ガスが流通する排気ガス流路と、
   前記排気ガス流路を流通する前記排気ガスにより駆動される過給器とを更に備え、
   前記ＥＧＲガス排出流路を流通した前記ＥＧＲガスを、前記排気ガス流路の前記過給器よりも前記排気ガスの流通方向の下流側に流通させる、請求項５又は６に記載の船舶用エンジンシステムの制御方法。

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