JP6343232B2 - Engine equipment - Google Patents
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Description
本願発明は、天然ガス等の気体燃料と重油等の液体燃料のいずれにも対応できる多種燃料採用型のエンジン装置に関するものである。 The present invention relates to a multifuel engine type engine device that can cope with both a gaseous fuel such as natural gas and a liquid fuel such as heavy oil.
従来より、例えばタンカーや輸送船等の船舶や陸上の発電施設においては、その駆動源としてディーゼルエンジンが利用されている。しかしながら、ディーゼルエンジンの排気ガス中には、環境保全の妨げになる有害物質となる、窒素酸化物、硫黄酸化物及び粒子状物質等が多く含まれている。そのため、近年では、ディーゼルエンジンの代替となるエンジンとして、有害物質の発生量を低減できるガスエンジンなどが普及されつつある。 Conventionally, for example, in a ship such as a tanker or a transport ship or an onshore power generation facility, a diesel engine has been used as a drive source. However, exhaust gas from a diesel engine is rich in nitrogen oxides, sulfur oxides, particulate matter, and the like that are harmful substances that hinder environmental conservation. Therefore, in recent years, gas engines that can reduce the amount of harmful substances generated are becoming popular as engines that can replace diesel engines.
更には、ディーゼルエンジンの特性とガスエンジンの特性それぞれを組み合わせたエンジンとして、天然ガス等の気体燃料(燃料ガス)を空気と混合させて燃焼室に供給して燃焼させる予混合燃焼方式と、重油等の液体燃料を燃焼室内に噴射して燃焼させる拡散燃焼方式とを併用できるデュアルフューエルエンジンが提供されている(特許文献1及び特許文献2参照)。
Furthermore, as an engine combining the characteristics of a diesel engine and the characteristics of a gas engine, a premixed combustion method in which a gaseous fuel (fuel gas) such as natural gas is mixed with air and supplied to a combustion chamber for combustion, and heavy oil There is provided a dual fuel engine that can be used in combination with a diffusion combustion method in which liquid fuel such as the above is injected into a combustion chamber and burned (see
デュアルフューエルエンジンは、ディーゼルモードとガスモードとでは、空燃比が異なり、同一負荷に対して、ディーゼルモードに比べてガスモードで必要な空気流量が少ない。そのため、過給機をディーゼルモードにおける仕様にあわせる必要がある一方で、ガスモードで動作する際には、ガスモードの空燃比に合わせた空気流量を供給可能にしなければならない。また、従来のデュアルフューエルエンジンは、ガスモードで運転した場合に、空気流量制御における応答性が悪く、負荷変動に対して追従性よく適正な空燃比制御を実行させることが困難であった。 The dual fuel engine has a different air-fuel ratio between the diesel mode and the gas mode, and requires less air flow in the gas mode than the diesel mode for the same load. Therefore, while it is necessary to adjust the supercharger to the specifications in the diesel mode, when operating in the gas mode, it is necessary to be able to supply an air flow rate that matches the air-fuel ratio in the gas mode. Further, when the conventional dual fuel engine is operated in the gas mode, the responsiveness in the air flow rate control is poor, and it is difficult to execute the appropriate air-fuel ratio control with good followability to the load fluctuation.
そこで、本願発明は、上記のような現状を検討して改善を施した多種燃料採用型のエンジン装置を提供することを技術的課題とするものである。 Therefore, the present invention has a technical problem to provide an engine device employing a multi-fuel which has been improved by examining the above-described present situation.
本願発明は、シリンダ内へ空気を供給させる吸気マニホールドと、前記シリンダからの排気ガスを排気させる排気マニホールドと、前記シリンダに液体燃料を噴射して燃焼させるメイン燃料噴射弁と、前記吸気マニホールドから供給される空気に気体燃料を混合させるガスインジェクタとを備えたエンジン装置において、前記排気マニホールドからの排気ガスにより空気を圧縮する過給機と、該過給機で圧縮された圧縮空気を冷却して前記吸気マニホールドに供給するインタークーラとを、更に備え、前記過給機出口と前記インタークーラ入口との接続箇所にメインスロットル弁を設けており、前記排気マニホールド出口と前記過給機の排気出口とを結ぶ排気バイパス流路を備えるとともに、前記排気バイパス流路に排気バイパス弁を配置する一方、前記吸気マニホールド入口と前記過給機入口をバイパスする給気バイパス流路を備えるとともに、前記給気バイパス流路に給気バイパス弁を配置し、前記エンジン装置にかかる負荷が、前記吸気マニホールド圧力が大気圧となる負荷Lthよりも高負荷側に設定された第1所定負荷より高い場合に、前記メインスロットル弁開度を全開とするとともに、前記給気バイパス弁に対してフィードバック制御を行うと同時に、前記排気バイパス弁に対してマップ制御を行うことで、前記吸気マニホールドにおける圧力を負荷に応じた目標値とするというものである。 The present invention includes an intake manifold that supplies air into a cylinder, an exhaust manifold that exhausts exhaust gas from the cylinder, a main fuel injection valve that injects and burns liquid fuel into the cylinder, and a supply from the intake manifold In the engine device comprising a gas injector for mixing gaseous fuel with the air to be compressed, a supercharger that compresses air with the exhaust gas from the exhaust manifold, and the compressed air compressed by the supercharger is cooled An intercooler for supplying to the intake manifold, and a main throttle valve is provided at a connection point between the supercharger outlet and the intercooler inlet, and the exhaust manifold outlet and the exhaust outlet of the supercharger And an exhaust bypass valve is disposed in the exhaust bypass passage. On the other hand, provided with a supply bypass passage bypassing the supercharger inlet and the intake manifold inlet, the supply bypass valve disposed in the air supply bypass channel, load on the engine device, the intake manifold When the pressure is higher than the first predetermined load set on the higher load side than the load Lth at atmospheric pressure , the main throttle valve opening is fully opened and feedback control is performed on the air supply bypass valve. At the same time, map control is performed on the exhaust bypass valve to set the pressure in the intake manifold to a target value corresponding to the load.
このようなエンジン装置において、前記エンジン装置にかかる負荷が前記第1所定負荷となっているとき、前記排気バイパス弁及び前記給気バイパス弁それぞれを全閉とするというものとしても構わない。 In such an engine system, wherein when the load applied to the engine unit is in the first predetermined load, it may be respectively the exhaust bypass valve and the air supply bypass valve as that fully closed.
また、前記エンジン装置にかかる負荷が前記負荷Lthより低い値となる第2所定負荷より低い場合に、前記メインスロットル弁に対してフィードバック制御を行う一方で、該第2所定負荷より高い場合に、前記メインスロットル弁に対してデータテーブルに基づくマップ制御を行うというものとしても構わない。 When the load applied to the engine device is lower than a second predetermined load that is lower than the load Lth , feedback control is performed on the main throttle valve, while when the load is higher than the second predetermined load, Map control based on a data table may be performed on the main throttle valve.
更に、前記エンジン装置にかかる負荷が前記第2所定負荷より低い場合に、前記給気バイパス弁を全閉とするとともに、前記排気バイパス弁を全開とするものとしても構わない。 Furthermore, when the load applied to the engine device is lower than the second predetermined load, the intake bypass valve may be fully closed and the exhaust bypass valve may be fully opened.
本願発明によると、過給機を液体燃料による燃焼モード仕様に最適化した場合に、気体燃料による燃焼モード時においても、エンジン負荷の変動に合わせて、排気バイパス弁及び給気バイパス弁それぞれの開度を制御することにより、エンジン負荷に最適な空燃比を実現できる。そのため、負荷変動時において、燃焼に必要な空気量の不足を防止でき、ディーゼルモードで最適化した過給機を使用した状態で、ガスモードでも最適に稼働できる。 According to the present invention, when the turbocharger is optimized for the liquid fuel combustion mode specification, the exhaust bypass valve and the air supply bypass valve are opened in accordance with the fluctuations in the engine load even in the gas fuel combustion mode. By controlling the degree, an air-fuel ratio optimum for the engine load can be realized. For this reason, when the load fluctuates, it is possible to prevent a shortage of the amount of air necessary for combustion, and it is possible to operate optimally in the gas mode while using a turbocharger optimized in the diesel mode.
また、給気バイパス弁に対してフィードバック制御を行うと同時に、排気バイパス弁に対してマップ制御を行うことにより、気体燃料の燃焼に必要な空燃比に合わせた空気をエンジンに供給できる。エンジン負荷の変動に合わせて給気バイパス弁の開度を制御することにより、気体燃料の燃焼に必要な空燃比に合わせた空気をエンジンに供給できる。また、応答性の良い前記給気バイパス弁による制御動作を併用することで、ガスモードにおける負荷変動への追従性を向上できる。更に、給気バイパス弁及び排気バイパス弁両方により空気圧力を制御できるので、その制御幅を拡大できる。 In addition, by performing feedback control on the air supply bypass valve and simultaneously performing map control on the exhaust bypass valve, it is possible to supply the engine with air in accordance with the air-fuel ratio necessary for combustion of gaseous fuel. By controlling the opening degree of the air supply bypass valve in accordance with the fluctuation of the engine load, it is possible to supply the engine with air that matches the air-fuel ratio required for combustion of gaseous fuel. Further, by using together the control operation by the air supply bypass valve with good responsiveness, it is possible to improve the followability to the load fluctuation in the gas mode. Furthermore, since the air pressure can be controlled by both the supply bypass valve and the exhaust bypass valve, the control range can be expanded.
また、低負荷域において、所定負荷より高い場合に、給気バイパス弁に対してフィードバック制御を行うと同時に、排気バイパス弁に対してマップ制御を行うものとすることで、給気バイパス弁による流量制御の応答性と排気バイパス弁による定量制御とで補完しあうと同時に、給気バイパス弁の制御幅を排気バイパス弁により補うことができる。更に、所定負荷より低い場合に、排気バイパス弁を全開とすると同時に給気バイパス弁を全閉とするものとすることで、低負荷時において吸気マニホールドにおける空気圧が負圧となる場合でも、燃焼に必要な空気量を確保できる。 In addition, when the load is higher than the predetermined load in the low load region, the feedback control is performed on the supply air bypass valve, and at the same time, the map control is performed on the exhaust bypass valve. The control response and the quantitative control by the exhaust bypass valve complement each other, and at the same time, the control width of the air supply bypass valve can be supplemented by the exhaust bypass valve. Furthermore, when the exhaust pressure is lower than the predetermined load, the exhaust bypass valve is fully opened and at the same time the intake bypass valve is fully closed. The necessary amount of air can be secured.
以下に、本願発明を具体化した実施形態を、2基2軸方式の船舶に搭載される一対の推進兼発電機構に適用した場合の図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to the drawings in a case where the invention is applied to a pair of propulsion and power generation mechanisms mounted on a two-axle-type ship.
まず始めに、船舶の概要について説明する。図1〜図3に示すように、本実施形態の船舶1は、船体2と、船体2の船尾側に設けられたキャビン3(船橋)と、キャビン3の後方に配置されたファンネル4(煙突)と、船体2の後方下部に設けられた一対のプロペラ5及び舵6とを備えている。この場合、船尾側の船底7に一対のスケグ8が一体形成されている。各スケグ8には、プロペラ5を回転駆動させる推進軸9が軸支される。各スケグ8は、船体2の左右幅方向を分割する船体中心線CL(図3参照)を基準にして左右対称状に形成されている。すなわち、第1実施形態では、船体2の船尾形状としてツインスケグが採用されている。
First, the outline of the ship will be described. As shown in FIGS. 1 to 3, the
船体2内の船首側及び中央部には船倉10が設けられており、船体2内の船尾側には機関室11が設けられている。機関室11には、プロペラ5の駆動源と船舶1の電力供給源とを兼ねる推進兼発電機構12が船体中心線CLを挟んだ左右に振り分けて一対配置されている。各推進兼発電機構12から推進軸9に伝達された回転動力にて、各プロペラ5は回転駆動する。機関室11の内部は、上甲板13、第2甲板14、第3甲板15及び内底板16にて上下に仕切られている。第1実施形態の各推進兼発電機構12は、機関室11最下段の内底板16上に設置されている。なお、詳細は図示していないが、船倉10は複数の区画に分割されている。
A
図2及び図3に示すように、各推進兼発電機構12は、プロペラ5の駆動源である中速エンジン装置21(実施形態ではデュアルフューエルエンジン)と、エンジン装置21の動力を推進軸9に伝達する減速機22と、エンジン装置21の動力にて発電する軸駆動発電機23とを組み合わせたものである。ここで、「中速」のエンジンとは、毎分500〜1000回転程度の回転速度で駆動するものを意味している。ちなみに、「低速」のエンジンは毎分500回転以下の回転速度で駆動し、「高速」のエンジンは毎分1000回転以上の回転速度で駆動する。実施形態のエンジン装置21は中速の範囲内(毎分700〜750回転程度)で定速駆動するように構成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, each propulsion and
エンジン装置21は、エンジン出力軸24(クランク軸)を有するシリンダブロック25と、シリンダブロック25上に搭載されたシリンダヘッド26とを備えている。機関室11最下段の内底板16上に、直付け又は防振体(図示省略)を介してベース台27が据え付けられている。ベース台27上にエンジン装置21のシリンダブロック25が搭載されている。エンジン出力軸24は、船体2の前後長さ方向に沿う向きに延びている。すなわち、エンジン装置21は、エンジン出力軸24の向きを船体2の前後長さ方向に沿わせた状態で機関室11内に配置されている。
The
減速機22及び軸駆動発電機23がエンジン装置21よりも船尾側に配置されている。エンジン装置21の後面側からエンジン出力軸24の後端側が突出している。エンジン出力軸の後端側に減速機22が動力伝達可能に連結されている。減速機22を挟んでエンジン装置21と反対側に、軸駆動発電機23が配置されている。機関室11内の前方からエンジン装置21、減速機22、軸駆動発電機23の順に並べて配置されている。この場合、船尾側にあるスケグ8内又はその近傍に減速機22及び軸駆動発電機23が配置されている。従って、船舶1のバドックラインの制約に拘らず、エンジン装置21をできるだけ船尾側に寄せて配置することが可能になっていて、機関室11のコンパクト化に寄与している。
The
減速機22の動力伝達下流側に推進軸9が設けられている。減速機22の外形は、エンジン装置21及び軸駆動発電機23よりも下側に張り出している。当該張り出し部分の後面側に、推進軸9の前端側が動力伝達可能に連結されている。エンジン出力軸24(軸芯線)と推進軸9とは、平面視で同軸状に位置している。推進軸9は、エンジン出力軸24(軸芯線)に対して鉛直方向に異芯した状態で、船体2の前後長さ方向に延びている。この場合、推進軸9は、側面視で軸駆動発電機23及びエンジン出力軸24(軸芯線)よりも低く内底板16に近い位置に置かれている。すなわち、軸駆動発電機23と推進軸9とが上下に振り分けられ、互いに干渉しない。従って、各推進兼発電機構12のコンパクト化が可能になる。
The
エンジン装置21の定速動力は、エンジン出力軸24の後端側から減速機22を介して、軸駆動発電機23と推進軸9とに分岐して伝達される。エンジン装置21の定速動力の一部は、減速機22によって例えば毎分100〜120回転前後の回転速度に減速されて、推進軸9に伝達される。減速機22からの減速動力にてプロペラ5が回転駆動する。なお、プロペラ5には、プロペラ羽根の翼角変更によって船速を調節可能な可変ピッチプロペラが採用されている。また、エンジン装置21の定速動力の一部は、減速機22によって例えば毎分1200か1800回転程度の回転速度に増速されて、減速機22に回転可能に軸支されたPTO軸に伝達される。この減速機22のPTO軸の後端側が軸駆動発電機23に動力伝達可能に連結されており、減速機22からの回転動力に基づいて軸駆動発電機23が発電駆動する。軸駆動発電機23の駆動にて生じた発電電力が船体2内の電気系統に供給される。
The constant speed power of the
エンジン装置21には、空気取り込み用の吸気経路(図示省略)と排気ガス排出用の排気経路28とが接続されている。吸気経路を通じて取り込まれた空気は、エンジン装置21の各気筒36内(吸気行程の気筒内)に送られる。また、エンジン装置21は2基あるため、排気経路28は2本存在する。各排気経路28はそれぞれ延長経路29に接続されている。延長経路29はファンネル4まで延びていて、外部に直接連通するように構成されている。各エンジン装置21からの排気ガスは、各排気経路28及び延長経路29を経由して、船舶1外に放出される。
The
以上の説明から明らかなように、エンジン装置21と、船舶推進用のプロペラ5を回転駆動させる推進軸9に前記エンジン装置21の動力を伝達する減速機22と、前記エンジン装置21の動力にて発電する軸駆動発電機23とを組み合わせた推進兼発電機構12を一対備えており、一対の推進兼発電機構12は、船体2内の機関室11に、船体中心線CLを挟んだ左右に振り分けて配置されるから、複数台のエンジン(主機関及び補機関)を機関室内に配置する従来構造に比べて、機関室11のエンジン設置スペースを縮小できる。このため、機関室11の前後長を短縮して機関室11をコンパクトに構成でき、ひいては、船体2における船倉スペース(機関室11以外のスペース)の確保がし易い。2つのプロペラ5の駆動によって、船舶1の推進効率向上も図れる。
As apparent from the above description, the
しかも、主機関たるエンジン装置21が2基備わるため、例えば1基のエンジン装置21が故障して駆動不能になったとしても、もう1基のエンジン装置21によって航行可能であり、船舶用原動機装置ひいては船舶1の冗長性を確保できる。その上、前述の通り、エンジン装置21によってプロペラ5の回転駆動と軸駆動発電機23の駆動とを行えるから、通常航行時は、いずれか一方の軸駆動発電機23を予備にできる。従って、例えば1基のエンジン装置21又は軸駆動発電機23の故障によって電力供給が停止した場合、もう1基の軸駆動発電機23を起動させ、周波数及び電圧を確立して給電を復帰させればよい。また、1基のエンジン装置21だけでの航行時にエンジン装置21を停止させた場合は、もう1基の停止中のエンジン装置21、ひいてはこれに対応した軸駆動発電機23を起動させ、周波数及び電圧を確立して給電を復帰させればよい。
Moreover, since the two
次に、上記船舶1における主機関として用いられるデュアルフューエルエンジン21の概略構成について、図4〜図7を参照して説明する。デュアルフューエルエンジン21(以下、単に「エンジン装置21」と呼ぶ)は、天然ガス等の燃料ガスを空気に混合させて燃焼させる予混合燃焼方式と、重油等の液体燃料(燃料油)を拡散させて燃焼させる拡散燃焼方式とを択一的に選択して駆動する。図4は、エンジン装置21に対する燃料系統を示す図であり、図5は、エンジン装置21における吸排気系統を示す図であり、図6は、エンジン装置21における制御ブロック図である。
Next, a schematic configuration of the
エンジン装置21は、図4に示すように、二系統の燃料供給経路30,31から燃料が供給されるものであって、一方の燃料供給経路30にガス燃料タンク32が接続されるとともに、他方の燃料供給経路31に液体燃料タンク33が接続される。即ち、エンジン装置21は、燃料供給経路30から燃料ガスがエンジン装置21に供給される一方、燃料供給経路31から燃料油がエンジン装置21に供給される。燃料供給経路30は、液化状態の気体燃料を貯蔵するガス燃料タンク32と、ガス燃料タンク32の液化燃料(燃料ガス)を気化させる気化装置34と、気化装置34からエンジン装置21への燃料ガスの供給量を調整するガスバルブユニット35とを備える。即ち、燃料供給経路30は、ガス燃料タンク32からエンジン装置21に向かって、気化装置34及びガスバルブユニット35が順番に配置されて構成される。
As shown in FIG. 4, the
エンジン装置21は、図5に示すように、シリンダブロック25に複数の気筒36(本実施形態では6気筒)を直列に並べた構成を有している。各気筒36は、シリンダブロック25内に構成される吸気マニホールド(吸気流路)67(図20参照)と吸気ポート37を介して連通している。各気筒36は、シリンダヘッド26上方に配置される排気マニホールド(排気流路)44と排気ポート38を介して連通している。各気筒36における吸気ポート37に、ガスインジェクタ98を配置する。従って、吸気マニホールド67からの空気が、吸気ポート37を介して各気筒36に供給される一方、各気筒36からの排ガスが、排気ポート38を介して排気マニホールド44に吐出される。また、エンジン装置21をガスモードで運転している場合には、ガスインジェクタ98から燃料ガスを吸気ポート37に供給し、吸気マニホールド67からの空気に燃料ガスを混合して、各気筒35に予混合ガスを供給する。
As shown in FIG. 5, the
排気マニホールド44の排気出口側に、過給機49のタービン49aの排気入口を接続しており、吸気マニホールド67の空気入口側(新気入口側)に、インタークーラ51の空気吐出口(新気出口)を接続している。インタークーラ51の空気吸入口(新気入口)に、過給機49のコンプレッサ49bの空気吐出口(新気出口)を接続している。コンプレッサ49b及びインタークーラ51の間に、メインスロットル弁V1を配置しており、メインスロットル弁V1の弁開度を調節して、吸気マニホールド44に供給する空気流量を調整する。
The exhaust inlet of the
コンプレッサ49b出口から排出される空気の一部をコンプレッサ49b入口に再循環させる給気バイパス流路17が、コンプレッサ49bの空気吸入口(新気入口)側とインタークーラ51の空気排出口側とを連結している。すなわち、給気バイパス流路17は、コンプレッサ49bの空気吸入口よりも上流側で外気に解放される一方で、インタークーラ51と吸気マニホールド67との接続部分に接続される。この給気バイパス流路17上に、給気バイパス弁V2を配置しており、給気バイパス弁V2の弁開度を調節して、インタークーラ51下流側から吸気マニホールド67へ流れる空気流量を調整する。
An air
タービン49aをバイパスさせる排気バイパス流路18が、タービン49aの排気出口側と排気マニホールド44の排気出口側とを連結している。すなわち、排気バイパス流路18は、タービン49aの排気出口よりも下流側で外気に解放される一方で、タービン49aの排気出口とタービン49aの排気入口との接続部分に接続される。この排気バイパス流路18上に、排気バイパス弁V3を配置しており、排気バイパス弁V3の弁開度を調節することで、タービン49aに流れる排ガス流量を調整して、コンプレッサ49bにおける空気圧縮量を調整する。
An
エンジン装置21は、排気マニホールド44からの排気ガスにより空気を圧縮する過給機49と、過給機49で圧縮された圧縮空気を冷却して吸気マニホールド67に供給するインタークーラ51とを有している。エンジン装置21は、過給機49出口とインタークーラ51入口との接続箇所にメインスロットル弁V1を設けている。エンジン装置21は、排気マニホールド44出口と過給機49の排気出口とを結ぶ排気バイパス流路18を備えるとともに、排気バイパス流路18に排気バイパス弁V3を配置する。過給機49をディーゼルモード仕様に最適化した場合に、ガスモード時においても、エンジン負荷の変動に合わせて排気バイパス弁V3の開度を制御することで、エンジン負荷に最適な空燃比を実現できる。そのため、負荷変動時において、燃焼に必要な空気量の過不足を防止でき、エンジン装置21は、ディーゼルモードで最適化した過給機を使用した状態で、ガスモードでも最適に稼働する。
The
エンジン装置21は、過給機49をバイパスする給気バイパス流路17を備え、給気バイパス流路17に給気バイパス弁V2を配置する。エンジン負荷の変動に合わせて給気バイパス弁V2の開度を制御することにより、燃料ガスの燃焼に必要な空燃比に合わせた空気をエンジンに供給できる。また、応答性の良い給気バイパス弁V2による制御動作を併用することで、ガスモードにおける負荷変動への応答速度を速めることができる。
The
エンジン装置21は、インタークーラ51と吸気マニホールド67との間となる位置に、給気バイパス流路17を接続し、コンプレッサ49bから吐出された圧縮空気をコンプレッサ49b入口に帰還させる。これにより、排気バイパス弁V3による流量制御の応答性を給気バイパス弁V2により補うと同時に、給気バイパス弁V2の制御幅を排気バイパス弁V3により補うことができる。従って、舶用用途での負荷変動や運転モードの切換時において、ガスモードにおける空燃比制御の追従性を良好なものとできる。
The
エンジン装置21は、図6に示すように、エンジン装置21の各部を制御するエンジン制御装置73を有している。エンジン装置21は、気筒36毎に、パイロット燃料噴射弁82、燃料噴射ポンプ89、及びガスインジェクタ98を設けている。エンジン制御装置73は、パイロット燃料噴射弁82、燃料噴射ポンプ89、及びガスインジェクタ98それぞれに制御信号を与えて、パイロット燃料噴射弁82によるパイロット燃料噴射、燃料噴射ポンプ89による燃料油供給、及びガスインジェクタ98によるガス燃料供給それぞれを制御する。
As shown in FIG. 6, the
エンジン制御装置73は、メインスロットル弁V1、給気バイパス弁V2、及び排気バイパス弁V3それぞれに制御信号を与えて、それぞれ弁開度を調節し、吸気マニホールド67における空気圧力(吸気マニホールド圧力)を調整する。エンジン制御装置73は、吸気マニホールド65における空気圧力を測定する圧力センサ39より測定信号を受け、吸気マニホールド圧力を検知する。エンジン制御装置73は、ワットトランスデューサやトルクセンサなどの負荷測定器19による測定信号を受け、エンジン装置21にかかる負荷を算出する。エンジン制御装置73は、クランク軸24の回転数を測定するパルスセンサなどのエンジン回転センサ20による測定信号を受け、エンジン装置21のエンジン回転数を検知する。
The
ディーゼルモードでエンジン装置21を運転する場合、エンジン制御装置73は、燃料噴射ポンプ89における制御弁を開閉制御して、各気筒36における燃焼を所定タイミングで発生させる。すなわち、各気筒36の噴射タイミングに合わせて、燃料噴射ポンプ89の制御弁を開くことで、メイン燃料噴射弁79を通じて各気筒36内に燃料油を噴射させ、気筒36内で発火させる。また、ディーゼルモードにおいて、エンジン制御装置73は、パイロット燃料及び燃料ガスの供給を停止させている。
When the
ディーゼルモードにおいて、エンジン制御装置73は、負荷測定器19で測定されたエンジン負荷(エンジン出力)と、エンジン回転センサ20で測定されたエンジン回転数とに基づいて、各気筒36におけるメイン燃料噴射弁79の噴射タイミングをフィードバック制御する。これにより、エンジン21は、推進兼発電機構12で必要とされるエンジン負荷を出力すると同時に、船舶の推進速度に応じたエンジン回転数で回転する。また、エンジン制御装置73は、圧力センサ39で測定された吸気マニホールド圧力に基づいて、メインスロットル弁V1の開度を制御することで、必要なエンジン出力に応じた空気流量となる圧縮空気を過給機49から吸気マニホールド67に供給させる。
In the diesel mode, the
ガスモードでエンジン装置21を運転する場合は、エンジン制御装置73は、ガスインジェクタ98における弁開度を調節して、各気筒36内に供給する燃料ガス流量を設定する。そして、エンジン制御装置73は、パイロット燃料噴射弁82を開閉制御して、各気筒36における燃焼を所定タイミングで発生させる。すなわち、ガスインジェクタ98が、弁開度に応じた流量の燃料ガスを吸気ポート37に供給して、吸気マニホールド67からの空気に混合して、予混合燃料を気筒36に供給させる。そして、各気筒36の噴射タイミングに合わせて、パイロット燃料噴射弁82の制御弁を開くことで、パイロット燃料の噴射による点火源を発生させ、予混合ガスを供給した気筒36内で発火させる。また、ガスモードにおいて、エンジン制御装置73は、燃料油の供給を停止させている。
When the
ガスモードにおいて、エンジン制御装置73は、負荷測定器19で測定されたエンジン負荷と、エンジン回転センサ20で測定されたエンジン回転数とに基づいて、ガスインジェクタ98による燃料ガス流量と、各気筒36におけるパイロット噴射弁82による噴射タイミングとをフィードバック制御する。また、エンジン制御装置73は、圧力センサ39で測定された吸気マニホールド圧力に基づいて、メインスロットル弁V1、給気バイパス弁V2、及び排気バイパス弁V3それぞれの開度を調節する。これにより、吸気マニホールド圧力を必要なンジン出力に応じた圧力に調節し、ガスインジェクタ98から供給される燃料ガスとの空燃比をエンジン出力に応じた値に調整できる。
In the gas mode, the
過給機49は、ディーゼルモード運転時におけるエンジン装置21に対応させた容量を備えている。そのため、エンジン装置21をガスモードで運転する場合、過給機49の容量を擬似的にガスモード運転時におけるエンジン装置21に対応させる必要がある。図7に、過給機49における圧力比(コンプレッサ49bの吐出圧力と吸入圧力の比)と空気流量(コンプレッサ49bの吐出流量又は吸気マニホールド67への給気流量)の関係を示す。図7に示すように、エンジン負荷を同一とした場合、ガスモードでの運転ポイントP2における圧縮比及び空気流量のそれぞれが、ディーゼルモードでの運転ポイントP1よりも低くなる。
The
エンジン装置21がディーゼルモードからガスモードに運転を切り換えたとき、排気バイパス弁V3のみを制御して運転ポイントを変更する場合、排気バイパス弁V3を開くことで、タービン49aの回転数を低くして、コンプレッサ49bの圧縮比及び空気流量を下げる。この場合、図7に示すように、ディーゼルモード及びガスモードそれぞれにおける運転ポイントP1,P2のベクトル量が大きく、ガスモードへの運転ポイントへの切換に時間を要する。
When the
それに対して、給気バイパス弁V2と排気バイパス弁V3を共に制御して運転ポイントを変更する場合、給気バイパス弁V2を開いて、コンプレッサ49bから吐出される圧縮空気を給気バイパス流路17を介してコンプレッサ49bの吸入口にバイパスさせると同時に、排気バイパス弁V3を開いて、タービン49aの回転数を低くする。即ち、給気バイパス流路17によりコンプレッサ49bの吐出口から吸入口へ圧縮空気を期間させることにより、図7に示すように、コンプレッサ49bの圧縮比を下げる。従って、排気バイパス弁V3の制御によるコンプレッサ49bの圧縮比の低下量を少なくすることができ、ガスモードへの運手ポイントへの切換時間を短縮できる。
On the other hand, when the operation point is changed by controlling both the supply air bypass valve V2 and the exhaust air bypass valve V3, the supply air bypass valve V2 is opened, and the compressed air discharged from the
次に、上記概略構成を有するデュアルフューエルエンジン21(エンジン装置21)の詳細構成について、図8〜図19を参照して説明する。以下の説明において、減速機22との接続側を後側として、エンジン装置21の構成における前後左右の位置関係を指定するものとする。
Next, the detailed structure of the dual-fuel engine 21 (engine 21) having the general configuration will be described with reference to FIGS. 8 19. In the following description, the front / rear / left / right positional relationship in the configuration of the
エンジン装置21は、図8〜図15に示すように、ベース台27(図2参照)上に据置されるシリンダブロック25にエンジン出力軸24を備え、複数のヘッドカバー40が前後一列に配列されたシリンダヘッド26をシリンダブロック25上に搭載している。エンジン装置21は、シリンダヘッド26の右側面に、ヘッドカバー40列と平行にガスマニホールド(気体燃料配管)41を延設する一方、シリンダブロック25の左側面に、ヘッドカバー40列と平行に延設された燃料油管(液体燃料配管)42を覆うサイドカバー43を配置している。また、ガスマニホールド41の上側において、後述の排気マニホールド(排気流路)44がヘッドカバー40列と平行に延設されており、この排気マニホールド44の外周が遮熱カバー45で覆われている。
As shown in FIGS. 8 to 15, the
ヘッドカバー40列と遮熱カバー45との間には、シリンダヘッド26内の冷却水路と連結するシリンダヘッド上冷却水配管46が、ヘッドカバー40列と平行に延設されている。冷却水配管46の上側には、軽油等によるパイロット燃料を供給するコモンレール(パイロット燃料配管)47が、冷却水配管46と同様、ヘッドカバー40列と平行に延設されている。このとき、冷却水配管46が、シリンダヘッド26と連結して支持されるとともに、コモンレール47が、冷却水配管46と連結して支持される。また、遮熱カバー45は、冷却水配管46及びシリンダブロック25と連結して支持されている。
Between the
排気マニホールド44の前端(排気出口側)は、排気中継管48を介して、過給機49と接続されている。従って、排気マニホールド44を通じて排気される排気ガスが、排気中継管48を介して、過給機49のタービン49aに流入することで、タービン49aが回転して、タービン49aと同軸となるコンプレッサ49bを回転させる。過給機49は、エンジン装置21の前端上側に配置されており、その右側にタービン49aを、その左側にコンプレッサ49bをそれぞれ有する。そして、排気出口管50が、過給機49の右側に配置されるとともに、タービン49aの排気出口と連結し、タービン49aからの排気ガスを排気経路28(図2参照)に排気させる。
A front end (exhaust outlet side) of the
過給機49の下側には、過給機49のコンプレッサ49bからの圧縮空気を冷却させるインタークーラ51が配置されている。即ち、シリンダブロック25の前端側に、インタークーラ51が設置されるとともに、このインタークーラ51の上部に過給機49が載置される。過給機49の左右中層位置には、コンプレッサ49bの空気吐出口が、後方(シリンダブロック25側)に向かって開口するようにして設けられている。一方、インタークーラ51上面には、上方に向かって開口した空気吸入口が設けられており、この空気吸入口を通じて、コンプレッサ49bから吐出される圧縮空気が、インタークーラ51内部に流入する。そして、コンプレッサ49bの空気吐出口とインタークーラ51の空気吸入口とは、一端が接続されている吸気中継管52により連通される。この吸気中継管52は、上述のメインスロットル弁V1(図5参照)を有している。
An
エンジン装置21の前端面(正面)には、エンジン出力軸24の外周側に、冷却水ポンプ53、パイロット燃料ポンプ54、潤滑油ポンプ(プライミングポンプ)55、及び燃料油ポンプ56それぞれが設置されている。このとき、冷却水ポンプ53及び燃料油ポンプ56それぞれが左側面寄りの上下に配置され、パイロット燃料ポンプ54及び潤滑油ポンプ55それぞれが右側面寄りの上下に配置される。また、エンジン装置21の前端部分には、エンジン出力軸24の回転動力を伝達する回転伝達機構(図示省略)が設けられている。これにより、エンジン出力軸24からの回転動力が前記回転伝達機構を介して伝達されることで、エンジン出力軸24外周に設けられた冷却水ポンプ53、パイロット燃料ポンプ54、潤滑油ポンプ55、及び燃料油ポンプ56それぞれも回転する。更に、シリンダブロック25内において、冷却水ポンプ53の上側に、前後を軸方向とするカムシャフト(図示省略)が軸支されており、該カムシャフトも前記回転伝達機構を通じてエンジン出力軸24の回転動力が伝達されて回転する。
A cooling
シリンダブロック25の下側には、オイルパン57が設けられており、このオイルパン57に、シリンダブロック25を流れる潤滑油が溜まる。潤滑油ポンプ55は、潤滑油配管を介してオイルパン57と下側の吸引口で接続されており、オイルパン57に溜まっている潤滑油を吸引する。また、潤滑油ポンプ55は、上側の吐出口が潤滑油配管を介して潤滑油クーラ58の潤滑油入口と接続することで、オイルパン57から吸引した潤滑油を潤滑油クーラ58に供給する。潤滑油クーラ58は、その前方を潤滑油入口とする一方で後方を潤滑油出口とし、潤滑油出口を潤滑油コシキ59と潤滑油配管を介して連結させる。潤滑油コシキ59は、その前方を潤滑油入口とする一方で後方を潤滑油出口とし、潤滑油出口をシリンダブロック25と接続している。従って、潤滑油ポンプ55から送られてくる潤滑油は、潤滑油クーラ58で冷却された後に、潤滑油コシキ59で浄化される。
An
潤滑油クーラ58及び潤滑油コシキ59はそれぞれ、シリンダブロック25の右側面に固定されている。そして、潤滑油クーラ58及び潤滑油コシキ59は、潤滑油クーラ58が前方(潤滑油ポンプ55側)となるように、シリンダブロック25右側面において、前後に直列に配置されている。また、前後方向に延設されるシリンダブロック右冷却水配管60が、ガスマニホールド41と潤滑油クーラ58の間となる位置に、シリンダブロック25の右側面より離間して配置されている。この冷却水配管60は、シリンダブロック25の前方からガスマニホールド41に沿うようにして、潤滑油クーラ58及び潤滑油コシキ59の間となる位置まで延設されている。
The lubricating
また、ガスマニホールド41に沿うように延設された冷却水配管60は、インタークーラ51から吐出されるインタークーラ吐出側冷却水配管61と連結しており、インタークーラ51から流出した冷却水を潤滑油クーラ58に給水する。なお、インタークーラ51は、その右側面上下に設置された吐出側冷却水配管61及び給水側冷却水配管62それぞれが挿入されており、過給機49のコンプレッサ49bからの圧縮空気を冷却する。
The cooling
過給機49は、左右それぞれに振り分けて配置されたコンプレッサ49b及びタービン49aを同軸で軸支し、排気中継管48を通じて排気マニホールド44から導入されるタービン49aの回転に基づき、コンプレッサ49bが回転する。また、過給機49は、新気取り入れ側となるコンプレッサ49bの左側に、導入する外気を除塵する吸気フィルタ63と、吸気フィルタ63とコンプレッサ49bとを接続する新気通路管64とを備える。これにより、タービン49aと同期してコンプレッサ49bが回転することにより、吸気フィルタ63により吸引された外気(空気)は、過給機49を通じてコンプレッサ49bに導入される。そして、コンプレッサ49bは、左側から吸引した空気を圧縮して、後側に設置されている吸気中継管52に圧縮空気を吐出する。
The
吸気中継管52は、その上部前方を開口させて、コンプレッサ49b後方の吐出口と蛇腹管65を介して接続している一方で、その下側を開口させて、インタークーラ51上面の吸気口と接続している。また、インタークーラ51は、前面の通気路に設けた分岐口において、給気バイパス管66(給気バイパス流路17)の一端と接続しており、インタークーラ51で冷却した圧縮空気の一部を給気バイパス管66に吐出する。給気バイパス管66の他端が、新気通路管64の前面に設けた分岐口に接続して、インタークーラ51で冷却された圧縮空気の一部が、給気バイパス管66を通じて新気通路管64に環流し、給気フィルタ63からの外気と合流する。また、給気バイパス管66は、その中途部に、給気バイパス弁V2が配置されている。
The
インタークーラ51は、吸気中継管52を通じてコンプレッサ49bからの圧縮空気を左側後方から流入させると、給水配管62から給水される冷却水との熱交換作用に基づいて、圧縮空気を冷却させる。インタークーラ51内部において、左室で冷却された圧縮空気は、前方の通気路を流れて右室に導入された後、右室後方に設けられた吐出口を通じて、吸気マニホールド67に吐出される。吸気マニホールド67は、シリンダブロック25の右側面に設けられており、ガスマニホールド41の下側において、ヘッドカバー40列と平行に前後に延設されている。なお、給気バイパス弁V2の開度に応じて、インタークーラ51からコンプレッサ49bに環流させる圧縮空気の流量が決定されることで、吸気マニホールド67へ供給する圧縮空気の流量が設定される。
When the
また、過給機49のタービン49aは、後方の吸込口を排気中継管48と接続させており、右側の吐出口を排気出口管50と接続させている。これにより、過給機49は、排気中継管48を介して排気マニホールド44から排気ガスをタービン49a内部に導入させて、タービン49aを回転させると同時にコンプレッサ49bを回転させ、排気ガスを排気出口管50から排気経路28(図2参照)に排気する。排気中継管48は、その後方を開口させて、排気マニホールド44の吐出口と蛇腹管68を介して接続している一方で、その前方を開口させて、タービン49a後方の吸込口と接続している。
Further, the
また、排気中継管48の中途位置において、右側面側に分岐口が設けられており、この排気中継管48の分岐口に排気バイパス管69(排気バイパス流路18)の一端が接続されている。排気バイパス管69は、その他端が排気出口管50の後方に設けられた合流口と接続され、排気マニホールド44から吐出される排気ガスの一部を、過給機49を介さずに排気出口管50にバイパスさせる。また、排気バイパス管69は、その中途部に、排気バイパス弁V3が配置されており、排気バイパス弁V3の開度に応じて、排気マニホールド44から排気出口管50にバイパスさせる排気ガスの流量を設定し、タービン49aに供給する排ガス流量を調節する。なお、排気バイパス管69は、排気中継管48との接続部と排気バイパス弁V3との間となる位置に、蛇腹管70を有する。
Further, a branch port is provided on the right side surface at a midway position of the
エンジン装置21の始動・停止等の制御を行う機側操作用制御装置71が、支持ステー(支持部材)72を介してインタークーラ51の左側面に固定されている。機側操作用制御装置71は、作業者によるエンジン装置21の始動・停止を受け付けるスイッチとともに、エンジン装置21各部の状態を表示するディスプレイを具備する。シリンダブロック25の左側面後端側には、エンジン装置21を始動させるエンジン始動装置75が固定されている。
A machine-side
また、エンジン装置21各部の動作を制御するエンジン制御装置73が、支持ステー(支持部材)74を介して、シリンダブロック25の後端面に固定される。シリンダブロック25の後端側には、減速機22と連結して回転させるフライホイール76が設置されており、フライホイール76の上部に、エンジン制御装置73が配置されている。このエンジン制御装置73は、エンジン装置21各部におけるセンサ(圧力センサや温度センサ)と電気的に接続して、エンジン装置21各部の温度データや圧力データ等を収集するとともに、エンジン装置21各部における電磁弁等に信号を与え、エンジン装置21の各種動作(燃料油噴射、パイロット燃料噴射、ガス噴射、冷却水温度調整など)を制御する。
An
シリンダブロック25は、その左側面上側に段差部が設けてあり、このシリンダブロック25の段差部25a上面に、ヘッドカバー40及びシリンダヘッド26と同数の燃料噴射ポンプ89が設置されている。燃料噴射ポンプ89は、シリンダブロック25の左側面に沿って一列に配列されており、その左側面が燃料油管(液体燃料配管)42と連結しているとともに、その上端が燃料吐出管90を介して右前方のシリンダヘッド26の左側面と連結している。上下2本の燃料油管42は、一方が燃料噴射ポンプ89へ燃料油を供給する給油管であり、他方が燃料噴射ポンプ89から燃料油を戻す油戻り管である。また、燃料吐出管90は、シリンダヘッド26内の燃料流路を介してメイン燃料噴射弁79と接続することで、燃料噴射ポンプ89からの燃料油をメイン燃料噴射弁79に供給する。
The
燃料噴射ポンプ89は、シリンダブロック25の段差部上において、燃料吐出管90で接続されるシリンダヘッド26の左側後方となる位置に、ヘッドカバー40列に対して左側に並設されている。また、燃料噴射ポンプ89は、シリンダヘッド26と燃料油管42に挟まれた位置で一列に配列されている。この燃料噴射ポンプ89は、図9〜図11に示すように、燃料油管42とともに、シリンダブロック25の段差部25a上に設置されたサイドカバー43によって被覆されている。燃料噴射ポンプ89は、シリンダブロック25内のカムシャフト(図示省略)におけるポンプ用カムの回転によりプランジャの押し上げ動作を行う。そして、燃料噴射ポンプ89は、プランジャの押し上げにより燃料油管42から供給される燃料油を高圧に上昇させ、燃料吐出管90を介して、シリンダヘッド26内の燃料噴射ポンプ89に高圧の燃料油を供給する。
The
図9及び図12〜図15に示すように、コモンレール47の前端が、パイロット燃料ポンプ54の吐出側とパイロット燃料中継管96を介して接続されており、パイロット燃料ポンプ54から吐出されるパイロット燃料がコモンレール47に供給される。パイロット燃料中継管96は、シリンダブロック25の前面において、パイロット燃料ポンプ54の吐出口とコモンレール47の前端とを接続させるべく、パイロット燃料ポンプ54の吐出口からシリンダブロック25の左側面の上方に向かって延ばした後に屈曲させてシリンダヘッド26の前端面をシリンダヘッド26左側面からコモンレール47の前端に向かって伸ばした形状を有する。
As shown in FIGS. 9 and 12 to 15, the front end of the
ガスマニホールド41は、図8、図13、及び図15に示すように、シリンダブロック25の右側面の前方において、ガスバルブユニット35(図4参照)と接続されるガス配管路の一部となるガス入口管97と接続されて燃料ガスが圧送される。即ち、ガスマニホールド41の前端がガス入口管97と連結されており、ガスバルブユニット35からの燃料ガスがガスマニホールド41に供給される。ガスマニホールド41は、排気マニホールド44と吸気マニホールド67の間となる高さ位置で、ヘッドカバー40列に沿って延設されている。
As shown in FIGS. 8, 13, and 15, the
ガスマニホールド41は、ガス入口管97と前端が接続して前後に延びているガス主管41aと、ガス主管41aの上面からシリンダヘッド26に向けて分岐させた複数のガス枝管41bとを備える。ガス主管41aは、その上面に等間隔で接続用フランジを備えており、ガス枝管41bの入口側フランジと締結されている。ガス枝管41bは、ガス主管41aとの連結部分と逆側の端部を、ガスインジェクタ98が上側から挿入されたスリーブの右側面と連結している。
The
ガスマニホールド41を構成するガス主管41a及びガス枝管41aそれぞれが二重管で構成されるとともに、ガス入口管97及びスリーブも二重管で構成される。即ち、ガスバルブユニット35よりも下流側のガス配管を、高圧の内側管を外側管で覆う二重管構造とし、その内側管(内側空間)により、ガスマニホールド41を介してガスインジェクタ98に向かって燃料ガスを流す。一方、ガスバルブユニット35よりも下流側のガス配管では、外側管と内側管との空間(外側空間)により、漏れた燃料ガスをガスバルブユニット35に回収させる。
The gas
排気マニホールド44は、図13及び図15に示すように、一列で交互に並べた排気主管44aと蛇腹管44bとを連結させており、排気主管44aの下側から分岐させた排気枝管44c(排気ポート38の一部)をシリンダヘッド26の右側面と連結させている。排気主管44a及び排気枝管44cはそれぞれ、シリンダヘッド26と同数設けられており、シリンダヘッド26の右側面前側に排気枝管44cが連結されている。即ち、排気弁81が配置されているシリンダヘッド26前側部分において、排気枝管44cの排気入口側が、シリンダヘッド26の右側面の排気出口と接続されている。また、排気マニホールド44は、排気枝管44cの排気入口側フランジをシリンダヘッド26の右側面に締結することで、シリンダヘッド26により支持されている。
As shown in FIGS. 13 and 15, the
吸気マニホールド67は、図8及び図13に示すように、シリンダブロック25の上方右側に設けられており、その高さ位置がガスマニホールド41よりも下側となる位置で前後方向に延設されている。また、シリンダヘッド26は、図13に示すように、右側面のうち後方部分をガスマニホールド41に向かって突起させており、この右側面の突起部分を、吸気マニホールド67直上で連通させる空気流路を内部に有する吸気枝部となる。即ち、吸気弁80が配置さているシリンダヘッド26後側部分が、吸気枝部を介して、吸気マニホールド67と接続されている。
As shown in FIGS. 8 and 13, the
次に、上記構成を有するデュアルフューエルエンジン21(エンジン装置21)をガスモードで運転したときの空気流量制御について、図5、図6、及び図16〜図19を参照して説明する。
Next, the air flow control when the dual-
エンジン制御装置73は、図16に示すように、エンジン負荷が低負荷域(負荷L4以下の負荷域)であって所定負荷L1より低い場合には(STEP1でYes)、メインスロットル弁V1の弁開度に対してフィードバック制御(PID制御)を行う(STEP2)。このとき、エンジン制御装置73は、エンジン負荷に応じた吸気マニホールド圧力の目標値(目標圧力)を設定する。そして、エンジン制御装置73は、圧力センサ39からの測定信号を受け、吸気マニホールド圧力の測定値(測定圧力)を確認し、目標圧力との差分を求める。これにより、エンジン制御装置73は、目標圧力と測定圧力の差分値に基づき、メインスロットル弁V1の弁開度のPID制御を実行し、吸気マニホールド67の空気圧力を目標圧力に近づける。
As shown in FIG. 16, when the engine load is in a low load range (load range equal to or lower than the load L4) and lower than the predetermined load L1 (Yes in STEP1), the
エンジン制御装置73は、エンジン負荷が所定負荷L1以上となる場合には(STEP1でNo、STEP3でYes)、メインスロットル弁V1の弁開度に対してマップ制御を行う(STEP4)。このとき、エンジン制御装置73は、エンジン負荷に対するメインスロットル弁V1の弁開度を記憶するデータテーブルDT1を参照し、エンジン負荷に対応したメインスロットル弁V1の弁開度を設定する。そして、エンジン制御装置73は、エンジン負荷が負荷L2(L1<L2<Lth<L4)以上となる場合には(STEP3でNo)、メインスロットル弁V1を全開となるよう制御する。なお、負荷L2は、低負荷域であって、吸気マニホールド圧力が大気圧となる負荷Lthよりも低負荷に設定している。
When the engine load is equal to or greater than the predetermined load L1 (No in STEP1, Yes in STEP3), the
エンジン制御装置73は、図17に示すように、エンジン負荷が低負荷域であって所定負荷L3(Lth<L3<L4)より低い場合には(STEP101でYes)、給気バイパス弁V2を全閉となるよう制御する(STEP102)。エンジン制御装置73は、エンジン負荷が所定負荷L3以上となる場合には(STEP101でNo)、給気バイパス弁V2の弁開度に対してフィードバック制御(PID制御)を行う(STEP103)。このとき、エンジン制御装置73は、エンジン負荷に応じた目標圧力と圧力センサ39による測定圧力との差分値に基づき、給気バイパス弁V2の弁開度のPID制御を実行し、吸気マニホールド67の空気圧力を目標圧力に近づける。
As shown in FIG. 17, when the engine load is in the low load range and is lower than the predetermined load L3 (Lth <L3 <L4) (YES in STEP 101), the
エンジン制御装置73は、図18に示すように、エンジン負荷全域で、排気バイパス弁V3の弁開度に対してマップ制御を行う。このとき、エンジン制御装置73は、エンジン負荷に対する排気バイパス弁V3の弁開度を記憶するデータテーブルDT2を参照し、エンジン負荷に対応した排気バイパス弁V3の弁開度を設定する。すなわち、エンジン負荷が所定負荷L1より低い場合には、排気バイパス弁V3を全開としており、所定負荷L1より高くなると、エンジン負荷に対して排気バイパス弁V3の開度を単調減少させて、所定負荷L2で、排気バイパス弁V3を全開とする。そして、エンジン負荷が所定負荷L2より高く所定負荷L3以下となる場合、排気バイパス弁V3を全閉としており、エンジン負荷が低負荷域の所定負荷L3より高くなると、エンジン負荷に対して排気バイパス弁V3の開度を単調増加させる。すなわち、排気バイパス弁V3を徐々に開ける。
As shown in FIG. 18, the
図19に示すように、エンジン制御装置73は、エンジンにかかる負荷(エンジン負荷)が低負荷域であって第1所定負荷L3より高い場合に、メインスロットル弁V1の開度を全開とする。また、エンジン制御装置73は、給気バイパス弁V2に対してフィードバック制御(PID制御)を行うと同時に、排気バイパス弁V3に対してマップ制御を行うことで、吸気マニホールド67の圧力を負荷に応じた目標値に調整する。そして、エンジンに負荷が第1所定負荷L3となっているとき、給気バイパス弁V2及び排気バイパス弁V3それぞれを全閉としている。
As shown in FIG. 19, the
過給機49をディーゼルモード仕様に最適化した場合に、ガスモード運転時においても、エンジン負荷の変動に合わせて給気バイパス弁V2の開度を制御することにより、吸気マニホールド67の圧力制御を応答性の良好なものとできる。そのため、負荷変動時において、燃焼に必要な空気量の過不足を防止でき、ディーゼルモードで最適化した過給機49を使用したエンジン装置21であっても、ガスモードで最適に稼働できる。
When the
また、エンジン負荷の変動に合わせて排気バイパス弁V3の開度を制御することにより、気体燃料の燃焼に必要な空燃比に合わせた空気をエンジン装置21に供給できる。また、応答性の良い給気バイパス弁V2による制御動作を併用することで、ガスモードにおける負荷変動への応答速度を速めることができるため、負荷変動時において、燃焼に必要な空気量の不足に基づくノッキングを防止できる。
Further, by controlling the opening degree of the exhaust bypass valve V3 in accordance with the fluctuation of the engine load, it is possible to supply the
また、低負荷域において、第1所定負荷L3より低い値となる第2所定負荷L1よりエンジン負荷が低い場合に、メインスロットル弁V1に対してフィードバック制御(PID制御)を行う。一方、エンジン制御装置73は、エンジン負荷が第2所定負荷L1より高い場合に、メインスロットル弁V1に対してデータテーブルDT1に基づくマップ制御を行う。更に、エンジン負荷が所定負荷L1より低い場合には、給気バイパス弁V2を全閉とするとともに、排気バイパス弁V3を全開とする。すなわち、排気マニホールド44圧力が大気圧より低い負圧となる場合、排気バス弁V3を全開として、タービン49aの駆動を停止させることで、過給機49におけるサージングなどを防止できる。また、給気バイパス弁V2を全閉とすることで、低負荷時において、メインスロットル弁V1による吸気マニホールド圧力の制御を応答性の高いものとできる。
In the low load range, when the engine load is lower than the second predetermined load L1, which is lower than the first predetermined load L3, feedback control (PID control) is performed on the main throttle valve V1. On the other hand, when the engine load is higher than the second predetermined load L1, the
また、エンジン負荷が第2所定負荷L1以上であって、第1及び第2所定負荷L3,L1の間との値となる第3所定負荷L2よりも低い場合、メインスロットル弁V1に対してデータテーブルDT1に基づくマップ制御を行う。また、給気バイパス弁V2を全閉とするとともに、排気バイパス弁V3をデータテーブルDT2に基づくマップ制御を行う。そして、エンジン負荷が第1所定負荷L3となるとき、メインスロットル弁V1を全開とする一方、給気バイパス弁V2及び排気バイパス弁V3を全閉として、ディーゼルモードからが図モード切換可能な状態とする。 Further, when the engine load is equal to or higher than the second predetermined load L1 and lower than the third predetermined load L2, which is a value between the first and second predetermined loads L3 and L1, data is sent to the main throttle valve V1. Map control based on the table DT1 is performed. Further, the air supply bypass valve V2 is fully closed, and the exhaust bypass valve V3 is subjected to map control based on the data table DT2. When the engine load becomes the first predetermined load L3, the main throttle valve V1 is fully opened, while the air supply bypass valve V2 and the exhaust bypass valve V3 are fully closed, so that the diesel mode can be switched to the diagram mode. To do.
その他、各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。また、本実施形態のエンジン装置は、船体内の電気系統に電力を供給するための発電装置や陸上の発電施設における駆動源として構成するなど、上述の推進兼発電機構以外の構成においても適用可能である。 In addition, the structure of each part is not limited to embodiment of illustration, A various change is possible in the range which does not deviate from the meaning of this invention. The engine device of the present embodiment can also be applied to configurations other than the propulsion and power generation mechanism described above, such as a power generation device for supplying power to the electrical system in the hull and a drive source in a power generation facility on land. It is.
1 船舶
2 船体
4 ファンネル
5 プロペラ
9 推進軸
11 機関室
12 推進兼発電機構
17 給気バイパス流路
18 排気バイパス流路
19 負荷測定器
20 エンジン回転センサ
21 エンジン装置(デュアルフューエルエンジン)
22 減速機
23 軸駆動発電機
24 出力軸(クランク軸)
25 シリンダブロック
26 シリンダヘッド
36 気筒
37 吸気ポート
38 排気ポート
39 圧力センサ
40 ヘッドカバー
41 ガスマニホールド(気体燃料配管)
42 燃料油管(液体燃料配管)
43 サイドカバー
44 排気マニホールド
45 遮熱カバー
46 冷却水配管
47 コモンレール(パイロット燃料配管)
48 排気中継管
49 過給機
51 インタークーラ
53 冷却水ポンプ
54 パイロット燃料ポンプ
55 潤滑油ポンプ
56 燃料油ポンプ
57 オイルパン
58 潤滑油クーラ
59 潤滑油コシキ
67 吸気マニホールド
79 メイン燃料噴射弁
80 吸気弁
81 排気弁
82 パイロット燃料噴射弁
89 燃料噴射ポンプ
98 ガスインジェクタ
DESCRIPTION OF
22
25
42 Fuel oil pipe (liquid fuel pipe)
43 Side cover 44
48
Claims (4)
前記排気マニホールドからの排気ガスにより空気を圧縮する過給機と、該過給機で圧縮された圧縮空気を冷却して前記吸気マニホールドに供給するインタークーラとを、更に備え、
前記過給機出口と前記インタークーラ入口との接続箇所にメインスロットル弁を設けており、
前記排気マニホールド出口と前記過給機の排気出口とを結ぶ排気バイパス流路を備えるとともに、前記排気バイパス流路に排気バイパス弁を配置する一方、前記吸気マニホールド入口と前記過給機入口をバイパスする給気バイパス流路を備えるとともに、前記給気バイパス流路に給気バイパス弁を配置し、
前記エンジン装置にかかる負荷が、前記吸気マニホールド圧力が大気圧となる負荷Lthよりも高負荷側に設定された第1所定負荷より高い場合に、前記メインスロットル弁開度を全開とするとともに、前記給気バイパス弁に対してフィードバック制御を行うと同時に、前記排気バイパス弁に対してマップ制御を行うことで、前記吸気マニホールドにおける圧力を負荷に応じた目標値とすることを特徴とするエンジン装置。 An intake manifold for supplying air into the cylinder, an exhaust manifold for exhausting exhaust gas from the cylinder, a main fuel injection valve for injecting and burning liquid fuel into the cylinder, and air supplied from the intake manifold In an engine device comprising a gas injector for mixing gaseous fuel,
A supercharger that compresses air with the exhaust gas from the exhaust manifold; and an intercooler that cools the compressed air compressed by the supercharger and supplies the compressed air to the intake manifold.
A main throttle valve is provided at a connection point between the supercharger outlet and the intercooler inlet,
An exhaust bypass passage connecting the exhaust manifold outlet and the exhaust outlet of the supercharger is provided, and an exhaust bypass valve is disposed in the exhaust bypass passage, while the intake manifold inlet and the supercharger inlet are bypassed. With an air supply bypass flow path, a supply air bypass valve is disposed in the air supply bypass flow path,
When the load applied to the engine device is higher than a first predetermined load set on the high load side than the load Lth at which the intake manifold pressure becomes atmospheric pressure , the main throttle valve opening is fully opened, An engine apparatus characterized in that a feedback control is performed on an air supply bypass valve and a map control is performed on the exhaust bypass valve to set a pressure in the intake manifold to a target value corresponding to a load.
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