JP6404781B2 - エンジン装置 - Google Patents

Description

本願発明は、駆動源となるエンジン装置に関するもので、特に、燃料ガスによる燃焼に基づき出力軸を回転させるエンジン装置に関するものである。

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。

天然ガスといった燃料ガスを用いて動力を発生させるいわゆるガスエンジンは、空気に燃料ガスを混合した混合ガスをシリンダに供給して燃焼させる（特許文献１参照）。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装置として、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２及び特許文献３参照）。

自動車用のガソリンエンジンにおいて、燃料噴射量に応じて進角値を遅角補正する補正値を算出する制御装置（特許文献４参照）や、推定空燃比の下限値と上限値とを算出して得た推定空燃比範囲が失火領域にかからないように進角制御する制御装置（特許文献５参照）が開示されている。

特開２００３−２６２１３９号公報 特開２００２−００４８９９号公報 特開２００８−２０２５４５号公報 特開平０５−０１０２４０号公報 特開２０１０−２４２７０８号公報

ところで、予混合燃焼方式で駆動させたデュアルフューエルエンジンやガスエンジンでは、出力が大きくなるほど、空燃比に対するノッキング領域及び失火領域が大きくなるという特性を備えるため、適正な空燃比（空気流量/燃料流量）に制御する必要がある。もし、空燃比が適正値からずれると、例えば、空気流量が多すぎる場合（空燃比が大きい場合）は、失火が発生し、エンジンの回転数が不安定になり、最終的には、エンジンが停止する。一方、空気流量が少なすぎる場合（空燃比が小さい場合）は、ノッキングが発生し、エンジンの部品（ピストンやライナ等）を損傷させる。ここで、ノッキングは、シリンダ内で火炎伝播する過程において、燃焼していない個所が、高温高圧になり自着火することで発生する。

ノッキングは、点火時期を遅く（リタード）させることで回避することができる。これは、点火時期を遅角させることで、燃焼の開始時期が適正値から遅くなり、燃焼が緩慢になるからである。しかしながら、点火時期を遅角させることでノッキングを回避させた場合、ガスエンジンやデュアルフューエルエンジンにおいて、予混合燃焼方式による燃焼動作を実行している際、その燃焼効率を低下させてしまうという問題がある。

特に、船舶用や発電機用となる大型のエンジン装置においては、吸気マニホールドの容積が大きいことから、制御量に対して、吸気マニホールドから供給される空気量の応答性に遅れが生じる。そのため、ガスエンジンやデュアルフューエルエンジンによる大型のエンジン装置は、自動車用のガソリンエンジン等とは異なり、ノッキング発生の検出に基づいて制御した場合、必要な空気量に合わせた点火時期に設定することが困難であるばかりか、現状の空気量に応じた点火時期とすることもままならない。従って、ノッキング発生後にノッキングを抑制させることができるものの、ノッキングの発生事態をあらかじめ予測して抑止できないだけでなく、燃焼効率の低下を招いてしまう。

また、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。

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。

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、前記気体燃料を空気に予混合させた予混合燃料を前記シリンダ内で着火させる着火装置とを備えたエンジン装置において、前記着火装置による点火時期を遅角制御するための遅角量を前記シリンダ内の予混合燃料における空燃比に応じて段階的に記憶させた遅角量設定マップと、予混合させた前記予混合燃料の空燃比を推定する制御部とを備えており、該制御部は、前記遅角量設定マップを参照し、推定した前記予混合燃料の空燃比により前記着火装置による点火時期を遅角制御するというものである。

このようなエンジン装置において、前記制御部が、前記吸気マニホールドで測定された吸気マニホールド圧力を測定圧力として受け、前記吸気マニホールドで目標値となる目標圧力から前記測定圧力を減じた差分を算出するとともに、前記遅角量設定マップが、前記目標圧力から前記測定圧力を減じた差分に対して遅角量を単純増加させた値を記憶しており、前記制御部は、前記遅角量設定マップを参照することで、前記目標圧力から前記測定圧力により空燃比を推定して、前記点火時期を遅角制御するというものとしても構わない。

また、前記制御部が、前記吸気マニホールドで測定された空気流量を測定流量として受け、前記吸気マニホールドで目標値となる目標流量から前記測定流量を減じた差分を算出するとともに、前記遅角量設定マップが、前記目標流量から前記測定流量を減じた差分に対して遅角量を単純増加させた値を記憶しており、前記制御部は、前記遅角量設定マップを参照することで、前記目標流量から前記測定流量により空燃比を推定して、前記点火時期を遅角制御するというものとしても構わない。

また、前記制御部が、前記エンジンの出力変化量を算出するとともに、前記遅角量設定マップが、前記エンジンの出力変化量に対して遅角量を単純増加させた値を記憶しており、前記制御部は、前記遅角量設定マップを参照することで、前記出力変化量により空燃比を推定して、前記点火時期を遅角制御するものとしても構わない。

上述の各エンジン装置において、前記遅角設定マップを、前記エンジンの出力に対しても遅角量を変化させた値を記憶する３次元マップとしても構わない。

更に、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るとともに、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、前記過給機のコンプレッサ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ており、前記気体燃料及び前記液体燃料を択一的に選択して燃焼させて駆動する構成を有しているものとしても構わない。

本願発明によると、空気量の不足状況に応じて点火時期を段階的に遅角制御するため、ノッキングの発生を検知することなく、ノッキングの発生を低減できるだけでなく、必要以上に点火時期を遅角させることを防止して、燃焼効率の低下を抑制できる。また、吸気マニホールド内の空気量の過不足を予測判定することで点火時期を設定できるため、大型エンジンのように大容積となる吸気マニホールドを具備するものであっても、点火時期を最適に設定することができる。従って、エンジン装置の燃焼効率の低下を抑制できるものでありながら、ノッキング発生を抑止して安定した運転を実行できる。

本発明の実施形態における船舶の全体側面図である。 機関室の側面断面図である。 機関室の平面説明図である。 本発明の実施形態におけるエンジン装置の燃料供給路の構成を示す概略図である。 同エンジン装置における吸排気路の構成を示す概略図である。 同エンジン装置におけるシリンダヘッド内の構成を模式的に表した概略図である。 同エンジン装置の制御ブロック図である。 本発明の実施形態におけるエンジン装置の排気マニホールド設置側（右側面）を示す斜視図である。 同エンジン装置の燃料噴射ポンプ設置側（左側面）を示す斜視図である。 同エンジン装置の左側面図である。 同エンジン装置をガスモードで運転させたときの負荷に対する空燃比制御を説明するため図である。 エンジン制御装置による点火時期の設定制御の動作を示すフローチャートである。 同タイムチャートである。 エンジン制御装置による点火時期の設定制御の第１変形例を示すフローチャートである。 エンジン制御装置による点火時期の設定制御の第２変形例を示すフローチャートである。 エンジン制御装置による点火時期の設定制御の第３変形例における遅角設定マップを示す図である。 別実施形態となるエンジン制御装置による点火時期の設定制御の動作を示すフローチャートである。

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。

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。

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。

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。

エンジン装置２１は、エンジン出力軸（クランク軸）２４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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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７は、エンジン装置２１における制御ブロック図である。

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。

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８参照）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。

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。

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。

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。

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。

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。

エンジン装置２１は、インタークーラ５１入口とメインスロットル弁Ｖ１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。

エンジン装置２１は、図６に示すように、シリンダブロック２５内に円筒形状のシリンダ７７（気筒３６）が挿入されており、シリンダ７７内を上下方向にピストン７８が往復動することで、シリンダ７７下側のエンジン出力軸２４を回転させる。シリンダブロック２５上のシリンダヘッド２６には、燃料油管４２から燃料油(液体燃焼)が供給されるメイン燃料噴射弁７９が、先端をシリンダ７７に向けて挿入されている。この燃料噴射弁７９は、シリンダ７７の上端面の中心位置に先端を配置しており、ピストン７８上面とシリンダ７７の内壁面とで構成される主燃焼室に燃料油を噴射する。従って、エンジン装置２１が拡散燃焼方式で駆動するとき、燃料噴射弁７９から燃料油がシリンダ７７内の主燃焼室に噴射されることで、主燃焼室では、圧縮空気と反応して拡散燃焼を発生させる。

各シリンダヘッド２６において、メイン燃料噴射弁７９の外周側に吸気弁８０及び排気弁８１を摺動可能に設置している。吸気弁８０が開くことにより、吸気マニホールド６７からの空気をシリンダ７７内の主燃焼室に吸気させる一方で、排気弁８１が開くことにより、シリンダ７７内の主燃焼室での燃焼ガス（排気ガス）に排気マニホールド４４へ排気させる。カムシャフト（図示省略）の回転に応じて、プッシュロッド（図示省略）それぞれが上下動することで、ロッカーアーム（図示省略）が揺動し、吸気弁８０及び排気弁８１それぞれを上下動させる。

主燃焼室に着火火炎を発生させるパイロット燃料噴射弁８２が、その先端がメイン燃料噴射弁７９先端の近傍に配置されるように、各シリンダヘッド２６に対して斜傾させて挿入されている。パイロット燃料噴射弁８２は、マイクロパイロット噴射方式を採用しており、先端にパイロット燃料が噴射される副室を有している。即ち、パイロット燃料噴射弁８２は、コモンレール４７から供給されるパイロット燃料を副室に噴射して燃焼させて、シリンダ７７内の主燃焼室の中心位置に着火火炎を発生させる。従って、エンジン装置２１が予混合燃焼方式で駆動するとき、パイロット燃料噴射弁８２で着火火炎が発生することで、吸気弁８０を介してシリンダ７７内の主燃焼室に供給される予混合ガスが反応し、予混合燃焼を発生させる。

エンジン装置２１は、図７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。

エンジン装置２１は、図７に示すように、排気カム、吸気カム、及び燃料カム（図示省略）を気筒３６毎に備えたカム軸２００を備えている。カム軸２００は、ギア機構（図示省略）を介して、クランク軸２４からの回転動力が伝達されることで、排気カム、吸気カム、及び燃料カムを回転させて、気筒３６毎に、吸気弁８０及び排気弁８１を開閉させるとともに、燃料噴射ポンプ８９を駆動させる。また、エンジン装置２１は、燃料噴射ポンプ８９におけるコントロールラック２０２のラック位置を調整する調速機２０１を備えている。調速機２０１は、カム軸２００先端の回転数からエンジン装置２１のエンジン回転数を測定し、燃料噴射ポンプ８９におけるコントロールラック２０２のラック位置を設定し、燃料噴射量を調整する。

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。

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。

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。

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。

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。

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１０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。

エンジン装置２１は、図８〜図１０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、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列と平行に燃料油管（液体燃料配管）４２を延設している。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いる。

ヘッドカバー４０列と排気マニホールド４４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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。調速機２０１が、シリンダヘッド２６の左側面前端に固定されている。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。

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。

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（図６参照）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。

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。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。

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。また、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。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。

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、主に図１１などを参照して説明する。

エンジン制御装置７３は、図１１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、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。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。

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、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。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、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。

エンジン制御装置７３は、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、給気バイパス弁Ｖ２を全閉となるよう制御する。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、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。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。

エンジン制御装置７３は、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。

図１１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。

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。

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。

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。

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ガスモード切換可能な状態とする。

エンジン制御装置７３は、ガスモード運転時において、図１２に示すように、負荷測定器１９で測定されたエンジン負荷（発電機出力又はエンジントルク）Ａｃを受けると、目標点火時期マップＭ４を参照して、スパークプラグ８２の目標点火時期（通常点火時期）を決定する。目標点火時期マップＭ４は、エンジン負荷Ａｃと目標点火時期ＤＴｍとの相関を表すものであり、エンジン負荷Ａｃに対して目標点火時期ＤＴｍを決定するものである。また、エンジン制御装置７３は、気体燃料を空気に予混合させた予混合燃料における空気量が不足していると判定した場合、点火時期を段階的に遅角制御する一方、空気量が充足していると判定した場合、点火時期を段階的に進角制御する。

すなわち、エンジン制御装置７３は、図１２に示すように、目標点火時期マップＭ４を参照して目標点火時期ＤＴｍを設定するとともに、遅角設定マップＭ５を参照して、遅角量ΔＤＴｄを設定することで、点火時期ＤＴｍ＋ΔＤＴｄにスパークプラグ８２を点火させる。目標点火時期マップＭ４は、負荷測定器１９で測定されたエンジン負荷（発電機出力又はエンジントルク）Ａｃと目標点火時期ＤＴｍとの相関を表すものであり、エンジン負荷Ａｃに対して目標点火時期ＤＴｍを決定するものである。遅角設定マップＭ５は、空気量の不足状態を予測されるパラメータと遅角量ΔＤＴｄとの相関を表すものであり、予測される空気量の不足状態に対して遅角量ΔＤＴｄを決定するものである。

遅角設定マップＭ５は、図１２に示すように、遅角量ΔＤｔｄを、吸気マニホールド圧力の目標値Ｐａ０（目標圧力）と吸気マニホールド圧力の実測値Ｐａ（測定圧力）との差分（Ｐａ０−Ｐａ）に応じて段階的に変化させている。すなわち、吸気マニホールド圧力差（Ｐａ０−Ｐａ）がΔＰ１以上となると、遅角量ΔＤｔｄを値ΔＤＴ１に設定し、吸気マニホールド圧力差（Ｐａ０−Ｐａ）がΔＰ２（ΔＰ２＞ΔＰ１）以上となると、遅角量ΔＤｔｄを値ΔＤＴ２（ΔＤＴ２＞ΔＤＴ１）に設定し、吸気マニホールド圧力差（Ｐａ０−Ｐａ）がΔＰ３（ΔＰ３＞ΔＰ２）以上となると、遅角量ΔＤｔｄを値ΔＤＴ３（ΔＤＴ３＞ΔＤＴ２）に設定する。即ち、遅角設定マップＭ５は、目標圧力から測定圧力を減じた差分に対して遅角量を単純増加させた値を断続的に記憶している。

ガスモード運転時におけるエンジン制御装置７３による点火時期の設定制御の詳細について、図１２のフローチャートを参照して以下に説明する。エンジン制御装置７３は、図１２に示すように、負荷測定器１９で測定されたエンジン負荷（発電機出力又はエンジントルク）Ａｃを受けると（ＳＴＥＰ１０１）、目標点火時期マップＭ４を参照して、スパークプラグ８２の目標点火時期（通常点火時期）ＤＴｍを決定して記憶する（ＳＴＥＰ１０２）。エンジン制御装置７３は、目標点火時期ＤＴｍを決定した後、吸気マニホールド圧力センサ３９による吸気マニホールド圧力の実測値Ｐａ（測定圧力）を受ける（ＳＴＥＰ１０３）。

次いで、エンジン制御装置７３は、遅角設定マップＭ５を参照して、図１２のフローチャートに基づく弁制御動作において設定した吸気マニホールド圧力の目標値Ｐａ０（目標圧力）と吸気マニホールド圧力の実測値Ｐａ（測定圧力）との差分（Ｐａ０−Ｐａ）に基づき、遅角量ΔＤＴｄを決定する（ＳＴＥＰ１０４）。そして、エンジン制御装置７３は、ＳＴＥＰ４０１で記憶した目標点火時期ＤＴｍとＳＴＥＰ４０４で決定した遅角量ΔＤＴｄより、点火時期ＤＴｍ＋ΔＤＴｄを設定する（ＳＴＥＰ１０５）。

このエンジン制御装置７３による点火時期の設定制御において、遅角設定マップＭ５を参照して遅角量を決定するため、目標圧力Ｐａ０と測定圧量Ｐａの差分に基づいて推定される空気の不足量に合わせて段階的に点火時期を遅角させることができる。従って、出力の変動に基づくノッキングの発生率を低下させる一方で、熱効率（エンジン出力効率）の低下を最低限に抑制できる。

このガスモード運転時におけるエンジン制御装置７３による点火時期の設定制御により、図１３に示す如く、目標圧力Ｐａ０と測定圧量Ｐａの差分の大きさに応じて、点火時期ＤＴｄを遅角させることができる。従って、出力の変動に基づくノッキングの発生率を低下させることができるように点火時期ＤＴｄを遅角できる一方で、その遅角範囲を最適に制限できるため、点火時期の遅角に基づく熱効率（エンジン出力効率）の低下を最低限に抑制できる。

なお、上述のガスモード運転時における点火時期の設定制御では、目標圧力Ｐａ０と測定圧量Ｐａの差分に基づき空気量の過不足を確認するものとしたが、別のパラメータにより空気量の過不足を確認するものとしても構わない。以下では、エンジン制御装置７３による点火時期の設定制御の第１変形例を、図１４のフローチャートを参照して説明する。図１４のフローチャートにおいて、図１２のフローチャートと同一の動作ステップについては、上述の説明を参照するものとして、その詳細な説明は省略する。

本変形例では、エンジン制御装置７３は、目標点火時期マップＭ４を参照して、エンジン負荷Ａｃに基づいて、目標点火時期ＤＴｍを決定した後（ＳＴＥＰ１０１〜ＳＴＥＰ１０２）、吸気マニホールド６７における空気流量（吸気マニホールド流量）の実測値Ｆａ（測定流量）を流量センサ（図示省略）より受ける（ＳＴＥＰ１１３）。その後、エンジン制御装置７３は、遅角設定マップＭ５Ａを参照して、エンジン負荷Ａｃなどから設定した吸気マニホールド流量の目標値Ｆａ０（目標流量）と吸気マニホールド流量の実測値Ｆａ（測定流量）との差分（Ｆａ０−Ｆａ）に基づき、遅角量ΔＤＴｄを決定し（ＳＴＥＰ１１４）、点火時期ＤＴｍ＋ΔＤＴｄを設定する（ＳＴＥＰ１０５）。なお、遅角設定マップＭ５Ａは、目標流量から測定流量を減じた差分に対して遅角量を単純増加させた値を断続的に記憶している。

次いで、エンジン制御装置７３による点火時期の設定制御の第２変形例を、図１５のフローチャートを参照して説明する。図１５のフローチャートにおいて、図１２のフローチャートと同一の動作ステップについては、上述の説明を参照するものとして、その詳細な説明は省略する。

本変形例では、エンジン制御装置７３は、目標点火時期マップＭ４を参照して、エンジン負荷Ａｃに基づいて、目標点火時期ＤＴｍを決定した後（ＳＴＥＰ１０１〜ＳＴＥＰ１０２）、エンジン負荷Ａｃの変化量（出力変化量）ΔＡｃを算出する（ＳＴＥＰ１２３）。このとき、例えば、前回測定したエンジン負荷Ａｃとの差分により出力変化量ΔＡｃを算出するものとしてもよい。その後、エンジン制御装置７３は、遅角設定マップＭ５Ｂを参照して、出力変化量ΔＡｃに基づき、遅角量ΔＤＴｄを決定し（ＳＴＥＰ１２４）、点火時期ＤＴｍ＋ΔＤＴｄを設定する（ＳＴＥＰ１０５）。なお、遅角設定マップＭ５Ｂは、出力変化量ΔＡｃに対して遅角量を単純増加させた値を断続的に記憶している。

更に、遅角設定マップＭ５を上記の２次元マップではなく、空気量の不足状態を予測されるパラメータ及びエンジン負荷（発電機出力又はエンジントルク）Ａｃと遅角量ΔＤＴｄとの相関を表す３次元マップとしても構わない。即ち、図１２のフローチャートの例において、ＳＴＥＰ１０４で、図１６に示す遅角設定マップＭ５Ｃを参照して、目標圧力Ｐａ０と測定圧力Ｐａとによる差分（Ｐａ０−Ｐａ）とエンジン負荷Ａｃとにより、遅角量ΔＤｔｄを決定する。このように３次元の遅角設定マップＭ５Ｃを参照するものとすることで、より高精度に遅角制御を実行できるため、ノッキングの発生を未然に防止しながらも、熱効率（エンジン出力効率）の低下を抑制できる。

図１６に示す遅角設定マップＭ５Ｃの例では、エンジン負荷ＡｃがＡｃ１以上Ａｃ２未満である場合に、図中の２点鎖線に示すように、吸気マニホールド圧力差（Ｐａ０−Ｐａ）がΔＰ１以上となると、遅角量ΔＤｔｄを値ΔＤＴ１ａに設定し、吸気マニホールド圧力差（Ｐａ０−Ｐａ）がΔＰ２以上となると、遅角量ΔＤｔｄを値ΔＤＴ２ａ（ΔＤＴ２ａ＞ΔＤＴ１ａ）に設定し、吸気マニホールド圧力差（Ｐａ０−Ｐａ）がΔＰ３以上となると、遅角量ΔＤｔｄを値ΔＤＴ３ａ（ΔＤＴ３ａ＞ΔＤＴ２ａ）に設定する。

また、エンジン負荷ＡｃがＡｃ２以上Ａｃ３未満である場合に、図中の実線に示すように、吸気マニホールド圧力差（Ｐａ０−Ｐａ）がΔＰ１以上となると、遅角量ΔＤｔｄを値ΔＤＴ１ｂ（ΔＤＴ１ｂ＞ΔＤｔ１ａ）に設定し、吸気マニホールド圧力差（Ｐａ０−Ｐａ）がΔＰ２以上となると、遅角量ΔＤｔｄを値ΔＤＴ２ｂ（ΔＤＴ２ｂ＞ΔＤＴ１ｂ且つΔＤＴ２ｂ＞ΔＤｔ２ａ）に設定し、吸気マニホールド圧力差（Ｐａ０−Ｐａ）がΔＰ３以上となると、遅角量ΔＤｔｄを値ΔＤＴ３ｂ（ΔＤＴ３ｂ＞ΔＤＴ２ｂ且つΔＤＴ３ｂ＞ΔＤｔ３ａ）に設定する。

更に、エンジン負荷ＡｃがＡｃ３以上である場合に、図中の１点鎖線に示すように、吸気マニホールド圧力差（Ｐａ０−Ｐａ）がΔＰ１以上となると、遅角量ΔＤｔｄを値ΔＤＴ１ｃ（ΔＤＴ１ｃ＞ΔＤｔ１ｂ）に設定し、吸気マニホールド圧力差（Ｐａ０−Ｐａ）がΔＰ２以上となると、遅角量ΔＤｔｄを値ΔＤＴ２ｃ（ΔＤＴ２ｃ＞ΔＤＴ１ｃ且つΔＤＴ２ｃ＞ΔＤｔ２ｂ）に設定し、吸気マニホールド圧力差（Ｐａ０−Ｐａ）がΔＰ３以上となると、遅角量ΔＤｔｄを値ΔＤＴ３ｃ（ΔＤＴ３ｃ＞ΔＤＴ２ｃ且つΔＤＴ３ｃ＞ΔＤｔ３ｂ）に設定する。

なお、遅角量ΔＤＴｄを設定する際に３次元マップによる遅角設定マップを参照する場合、図１４のフローチャートの例においては、目標流量Ｆａ０と測定流量Ｆａとによる差分（Ｆａ０−Ｆａ）とエンジン負荷Ａｃとにより、遅角量ΔＤｔｄを決定する。また、図１５のフローチャートの例においては、エンジン負荷Ａｃの変化量（出力変化量）ΔＡｃとエンジン負荷Ａｃとにより、遅角量ΔＤｔｄを決定する。

本実施形態において、上述の点火時期の設定制御のように、空気量の過不足を判定するパラメータ量に基づいて点火時期の遅角量をあらかじめ記憶させるものとしたが、例えば、進角量及び遅角量それぞれをΔｔで一定として段階的に変化させるものとしても構わない。以下では、別実施形態（第２実施形態）となるエンジン装置におけるガスモード運転時の制御動作を、図１７を参照して説明する。また、以下の実施形態では、吸気マニホールド圧力の目標値Ｐａ０（目標圧力）と吸気マニホールド圧力の実測値Ｐａ（測定圧力）との差分（Ｐａ０−Ｐａ）により、空気量の不足状態を予測する例を挙げて説明する。

第２実施形態におけるエンジン装置では、図１７に示すように、ガスモード運転時において、エンジン制御装置７３が、負荷測定器１９で測定されたエンジン負荷Ａｃを受けると（ＳＴＥＰ３０１）、目標点火時期マップＭ４を参照して、目標点火時期ＤＴｍを決定して記憶する（ＳＴＥＰ３０２）。エンジン制御装置７３は、目標点火時期ＤＴｍを決定した後、吸気マニホールド圧力センサ３９による吸気マニホールド圧力の実測値Ｐａ（測定圧力）を受ける（ＳＴＥＰ３０３）。その後、エンジン制御装置７３は、設定した吸気マニホールド圧力の目標値Ｐａ０（目標圧力）と吸気マニホールド圧力の実測値Ｐａ（測定圧力）との差分（Ｐａ０−Ｐａ）に基づき、空気量の不足の有無を判定する（ＳＴＥＰ３０４）。

エンジン制御装置７３は、目標圧力Ｐａ０と測定圧力Ｐａの差分（Ｐａ０−Ｐａ）が所定圧力差Ｐａｔｈより大きい場合（ＳＴＥＰ３０４でＹｅｓ）、空気量が不足するものと判定し、ＳＴＥＰ３０５以降の遅角制御に移行する。一方、目標圧力Ｐａ０と測定圧力Ｐａの差分（Ｐａ０−Ｐａ）が所定圧力差Ｐａｔｈ以下となる場合（ＳＴＥＰ３０４でＮｏ）、空気量が充足しているものと判定し、ＳＴＥＰ３０７以降の進角制御に移行する。

エンジン制御装置７３は、遅角制御に移行すると、まず、設定した点火時期ＤＴｄが遅角限界値となる点火時期（限界点火時期）ＤＴｌｉｍであるか否かを確認する（ＳＴＥＰ３０５）。そして、点火時期ＤＴｄが限界点火時期ＤＴｌｉｍに至っていない場合に（ＳＴＥＰ３０５でＮｏ）、点火時期ＤＴｄを所定量Δｄｔ（例えば、１°）だけ遅角させる（ＳＴＥＰ３０６）。すなわち、エンジン制御装置７３は、遅角制御中において、遅角限界値に達した場合、遅角制御を停止する。

このエンジン制御装置７３による遅角制御により、目標圧力Ｐａ０と測定圧量Ｐａの差分に基づき空気量に不足があるものと推定される場合に、限界点火時期ＤＴｌｉｍに至るまで段階的に点火時期ＤＴｄを遅角させることができる。従って、出力の変動に基づくノッキングの発生率を低下させることができるように点火時期ＤＴｄを遅角できる一方で、その遅角範囲を最適に制限できるため、点火時期の遅角に基づく熱効率（エンジン出力効率）の低下を最低限に抑制できる。

エンジン制御装置７３は、進角制御に移行すると、まず、設定した点火時期ＤＴｄが目標点火時期ＤＴｍであるか否かを確認する（ＳＴＥＰ３０７）。そして、点火時期ＤＴｄが目標点火時期ＤＴｍに至っていない場合に（ＳＴＥＰ３０５でＮｏ）、点火時期ＤＴｄを所定量Δｄｔだけ進角させる（ＳＴＥＰ３０８）。すなわち、エンジン制御装置７３は、進角制御中において、点火時期ＤＴｄが通常運転時のものとなった場合、進角制御を停止する。

このエンジン制御装置７３による進角制御により、目標圧力Ｐａ０と測定圧量Ｐａの差分に基づき空気量が充足しているものと推定される場合に、通常運転時の目標点火時期ＤＴｍに至るまで段階的に点火時期ＤＴｄを進角させることができる。従って、出力が安定したものとして点火時期ＤＴｄを進角させてその熱効率を向上させると同時に、点火時期ＤＴｄを徐々に変化させていることから、出力が再変動した場合においても、ノッキングの発生率を抑制できる。

なお、本実施形態において、ＳＴＥＰ３０４における、空気量の不足状態を予測されるパラメータを、吸気マニホールド圧力の目標値Ｐａ０（目標圧力）と吸気マニホールド圧力の実測値Ｐａ（測定圧力）との差分（Ｐａ０−Ｐａ）としたが、これに限られるものではない。即ち、遅角設定マップＭ５における、空気量の不足状態を予測されるパラメータを、上述の第１変形例と同様、吸気マニホールド流量の目標値Ｆａ０（目標流量）と吸気マニホールド流量の実測値Ｆａ（測定流量）との差分（Ｆａ０−Ｆａ）としても構わないし、上述の第２変形例と同様、エンジン負荷Ａｃの変化量（出力変化量）ΔＡｃとしても構わない。

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。更に、本願発明のエンジン装置として、デュアルフューエルエンジンを例に挙げて説明したが、気体燃料を燃焼させるガスエンジンにおいて、ガスモードにおける上述の各制御動作を適用できる。また、着火方式をマイクロパイロット噴射方式によるものとしたが、副室で火花点火させる構成としても構わない。

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

Claims (6)

1. 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、前記気体燃料を空気に予混合させた予混合燃料を前記シリンダ内で着火させる着火装置とを備えたエンジン装置において、
   前記着火装置による点火時期を遅角制御するための遅角量を前記シリンダ内の予混合燃料における空燃比に応じて段階的に記憶させた遅角量設定マップと、予混合させた前記予混合燃料の空燃比を推定する制御部とを備えており、
   該制御部は、前記遅角量設定マップを参照し、推定した前記予混合燃料の空燃比により前記着火装置による点火時期を遅角制御することを特徴とするエンジン装置。
2. 前記制御部が、前記吸気マニホールドで測定された吸気マニホールド圧力を測定圧力として受け、前記吸気マニホールドで目標値となる目標圧力から前記測定圧力を減じた差分を算出するとともに、前記遅角量設定マップが、前記目標圧力から前記測定圧力を減じた差分に対して遅角量を単純増加させた値を記憶しており、
   前記制御部は、前記遅角量設定マップを参照することで、前記目標圧力から前記測定圧力により空燃比を推定して、前記点火時期を遅角制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジン装置。
3. 前記制御部が、前記吸気マニホールドで測定された空気流量を測定流量として受け、前記吸気マニホールドで目標値となる目標流量から前記測定流量を減じた差分を算出するとともに、前記遅角量設定マップが、前記目標流量から前記測定流量を減じた差分に対して遅角量を単純増加させた値を記憶しており、
   前記制御部は、前記遅角量設定マップを参照することで、前記目標流量から前記測定流量により空燃比を推定して、前記点火時期を遅角制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジン装置。
4. 前記制御部が、前記エンジンの出力変化量を算出するとともに、前記遅角量設定マップが、前記エンジンの出力変化量に対して遅角量を単純増加させた値を記憶しており、
   前記制御部は、前記遅角量設定マップを参照することで、前記出力変化量により空燃比を推定して、前記点火時期を遅角制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジン装置。
5. 前記遅角設定マップは、前記エンジンの出力に対しても遅角量を変化させた値を記憶する３次元マップであることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のエンジン装置。
6. 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るとともに、
   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、前記過給機のコンプレッサ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ており、
   前記気体燃料及び前記液体燃料を択一的に選択して燃焼させて駆動する構成を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のエンジン装置。

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