JP6679435B2

JP6679435B2 - エンジン

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Publication number: JP6679435B2
Application number: JP2016139446A
Authority: JP
Inventors: 勝博西村; 宏一廣瀬
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2016-07-14
Filing date: 2016-07-14
Publication date: 2020-04-15
Anticipated expiration: 2036-07-14
Also published as: JP2018009523A; KR102018019B1; US20220307453A1; WO2018012221A1; KR20180122698A; US20190234319A1; EP3486474A4; CN109416005B; US11391254B2; CN109416005A; EP3486474A1; CN113027594B; US20200291876A1; US20210301773A1; US11060491B2; US10718278B2; US11661912B2; CN113027594A

Description

本発明は、多種燃料採用型のエンジンに関する。

従来から、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料方式との何れかを択一的に選択して駆動させることができる、いわゆるデュアルフューエルエンジンが知られている。特許文献１は、デュアルフューエルエンジンを開示する。

この特許文献１のデュアルフューエルエンジンでは、拡散燃焼方式での燃焼時に燃焼室に燃料を供給するとともに、予混合燃焼方式での燃焼時にガス燃料着火を目的として燃焼室に燃料を供給する燃料噴射弁が備えられている。

特開２００２−４８９９号公報

ここで、特許文献１では、拡散燃焼方式と予混合燃焼方式の両方において、同じ燃料噴射弁から燃料を噴射する。しかし、拡散燃焼方式と予混合燃焼方式では、燃料噴射の目的が異なるため、同一の燃料噴射弁を用いた構成では最適な燃料噴射を実現できないことがあった。

以上を考慮し、拡散燃焼方式と予混合燃焼方式とで異なる燃料噴射弁を用いる構成が提案されている。この種のエンジンでは、燃料噴射弁が２種類存在するため、燃料の供給経路も２通り必要となる。しかし、従来では、この種のエンジンにおいて、燃料の浄化を考慮した具体的な燃料経路は開示されていなかった。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、拡散燃焼方式及び予混合燃焼方式で異なる燃料噴射装置を用いるエンジンにおいて、燃料の浄化を考慮した燃料経路を提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の構成のエンジンが提供される。即ち、このエンジンは、気体燃料を空気と混合させてから燃焼室に流入させる予混合燃焼方式と、液体燃料を前記燃焼室内に噴射して燃焼する拡散燃焼方式と、に対応可能である。このエンジンは、メイン燃料噴射弁と、パイロット燃料噴射弁と、液体燃料タンクと、メイン燃料供給経路と、パイロット燃料供給経路と、パイロット燃料フィルタと、パイロット燃料高圧ポンプと、パイロット燃料タンクと、パイロット燃料供給ポンプと、を備える。前記メイン燃料噴射弁は、前記拡散燃焼方式での燃焼時に前記燃焼室に液体燃料を供給する。前記パイロット燃料噴射弁は、前記予混合燃焼方式での燃焼時にガス燃料着火を目的として前記燃焼室に液体燃料をパイロット燃料として供給する。前記液体燃料タンクは、液体燃料を貯留する。前記メイン燃料供給経路は、前記液体燃料タンクに貯留されている液体燃料を前記メイン燃料噴射弁に供給する。前記パイロット燃料供給経路は、前記液体燃料タンクに貯留されている液体燃料をパイロット燃料として前記パイロット燃料噴射弁に供給する。前記パイロット燃料フィルタは、前記パイロット燃料供給経路の中途部に設けられる。前記パイロット燃料高圧ポンプは、前記パイロット燃料供給経路の中途部に設けられ、前記パイロット燃料フィルタを通過したパイロット燃料を前記パイロット燃料噴射弁へ送出する。前記パイロット燃料タンクは、前記パイロット燃料供給経路の中途部に設けられ、前記パイロット燃料高圧ポンプから送出され前記パイロット燃料噴射弁で噴射されなかったパイロット燃料を貯留する。前記パイロット燃料供給ポンプは、前記パイロット燃料供給経路の中途部に設けられ、前記パイロット燃料タンクに貯留されているパイロット燃料を前記パイロット燃料フィルタに向けて送出する。

これにより、噴射されなかったパイロット燃料が液体燃料タンクまで戻らず、再びパイロット燃料噴射弁に供給されるため、パイロット燃料フィルタで浄化したパイロット燃料が液体燃料タンクの液体燃料と混合しにくくなる。従って、液体燃料タンクに貯留されている液体燃料の清浄度が低い場合であっても、パイロット燃料フィルタのメンテナンス頻度を少なくすることができる。

前記のエンジンにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、このエンジンは、燃料浄化経路を備える。前記燃料浄化経路は、パイロット燃料を浄化する浄化フィルタと、前記パイロット燃料タンクと、を循環する経路である。

これにより、浄化フィルタでもパイロット燃料を浄化するため、パイロット燃料フィルタのメンテナンス頻度を更に少なくすることができる。

前記のエンジンにおいては、前記パイロット燃料供給経路と前記燃料浄化経路の一部が重複していることが好ましい。

これにより、２つの経路が重複しているため、燃料管の長さを抑えることができる。また、燃料が燃料管を流される際の圧力損失を低減できる。

前記のエンジンにおいては、前記浄化フィルタが、自動逆洗型フィルタであり、前記パイロット燃料フィルタよりも濾過効率が低いことが好ましい。

これにより、パイロット燃料フィルタでは、浄化フィルタで除去し切れなかったゴミだけを除去すれば良いため、パイロット燃料フィルタのメンテナンス頻度を更に少なくすることができる。

前記のエンジンにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、このエンジンは、パイロット燃料供給用コモンレール配管と、メイン燃料フィルタと、を更に備える。前記パイロット燃料供給用コモンレール配管は、前記パイロット燃料供給経路の中途部に設けられ、前記メイン燃料噴射弁に供給される液体燃料よりも高圧で前記パイロット燃料噴射弁にパイロット燃料を供給する。前記メイン燃料フィルタは、前記メイン燃料供給経路の中途部に設けられる。前記パイロット燃料フィルタは、前記メイン燃料フィルタよりも濾過効率が高い。

これにより、高圧で噴射されるパイロット燃料の詰まりを効果的に防止することができ、ガス燃料への着火を確実に実現することができる。

本発明の一実施形態に係るエンジンを概略的に示す説明図。エンジン本体の背面図。燃焼室の周辺の構成を詳細に示す背面一部断面図。エンジン本体の正面図。エンジン本体の平面図。エンジン本体の右側面図。液体燃料供給経路を示す模式的な前方斜視図。エンジン本体の左側面図。サイドカバーの一部及び遮熱カバーを取り外したときの様子を示すエンジン本体の斜視図。エンジン本体に燃料油を供給する燃料供給経路を説明する模式図。変形例に係る、エンジン本体に燃料油を供給する燃料供給経路を説明する模式図。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るエンジン１００を概略的に示す説明図である。図２は、エンジン本体２１の背面図である。図３は、燃焼室１１０の周辺の構成を詳細に示す背面一部断面図である。図４は、エンジン本体２１の正面図である。図５は、エンジン本体２１の平面図である。図６は、エンジン本体２１の右側面図である。図７は、液体燃料供給経路を示す模式的な前方斜視図である。図８は、エンジン本体２１の左側面図である。図９は、サイドカバー４３の一部及び遮熱カバー４５を取り外したときの様子を示すエンジン本体２１の斜視図である。

図１に示す本実施形態のエンジン１００（燃料供給システム付きエンジン）は、気体燃料を空気と混合させてから燃焼室に流入させる予混合燃焼方式と、液体燃料を燃焼室内に噴射して燃焼する拡散燃焼方式と、の何れにも対応可能な、いわゆるデュアルフューエルエンジンである。本実施形態のエンジン１００は、供給された燃料を用いて動力を発生させるエンジン本体２１を備える。エンジン本体２１は、図示しない船舶の推進兼発電機構の駆動源として、船舶の機関室の内底板上に、ベース台を介して据え付けられる。

エンジン本体２１の後端部からは、エンジン出力軸としてのクランク軸２４が後方に向かって突出している。クランク軸２４の一端には、図示しない減速機が動力伝達可能に連結される。この減速機を間に挟んで、船舶の図示しない推進軸が、クランク軸２４と軸線を一致させるように配置される。推進軸の端部には、船舶の推進力を発生させるプロペラが取り付けられる。前記減速機はＰＴＯ軸を有しており、このＰＴＯ軸に、図示しない軸駆動発電機が動力伝達可能に連結される。

この構成により、エンジン本体２１の動力が減速機を介して、推進軸と軸駆動発電機とに分岐して伝達される。これにより、船舶の推進力を発生させるとともに、軸駆動発電機の駆動にて生じた電力が船舶内の電気系統に供給される。

次に、エンジン１００について、図面を参照して詳細に説明する。エンジン１００は、上述したようにデュアルフューエルエンジンであり、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、の何れかを選択して駆動させることができる。

なお、以下では、減速機と接続される側（フライホイールが配置される側）を後側としその反対側をエンジン本体２１の前側として、位置関係を説明する。また、エンジン本体２１の正面（前側）に向かったときの左右をエンジン本体２１の左右として、位置関係を説明する。従って、前後方向は、クランク軸２４の軸線に平行な方向と言い換えることができ、左右方向は、クランク軸２４の軸線に垂直な方向と言い換えることができる。ただし、この説明はエンジン本体２１の向きを限定するものではなく、エンジン本体２１は用途等に応じて様々な向きで設置することができる。

エンジン本体２１には、図１に示すように、ガス燃料供給経路３０と、液体燃料供給経路３１と、が接続されている。ガス燃料供給経路３０には、液化天然ガス（ＬＮＧ）を貯留するガス燃料タンク３２が接続されるとともに、液体燃料供給経路３１には、船舶用ディーゼルオイル（ＭＤＯ）を貯留する液体燃料タンク３３が接続される。この構成で、ガス燃料供給経路３０はエンジン本体２１に燃料ガスを供給し、液体燃料供給経路３１はエンジン本体２１に燃料油を供給する。

ガス燃料供給経路３０には、上流側から順に、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の液化燃料を気化させる気化装置３４と、気化装置３４からエンジン本体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、が配置されている。

エンジン本体２１は、図２から図４までに示すように、シリンダブロック２５の上にシリンダヘッド２６を組み付けて構成される直列多気筒エンジンである。図２及び図４に示すように、シリンダブロック２５の下部には、前記クランク軸２４が、軸線２４ｃを前後方向に向けた状態で回転可能に支持されている。

シリンダブロック２５には、複数（本実施形態では、６つ）の気筒がクランク軸２４の軸線に沿うように一列（直列）に並べて形成される。各気筒には、図３に示すように、ピストン７８が上下方向にスライド可能に収容される。このピストン７８は、図示しないロッドを介して前記クランク軸２４に連結される。

図５及び図６に示すように、それぞれの気筒を上側から覆うように、シリンダブロック２５には複数（本実施形態では６つ）のシリンダヘッド２６が取り付けられる。シリンダヘッド２６はそれぞれの気筒に対して設けられ、ヘッドボルト９９を用いてシリンダブロック２５に固定される。図３に示すように、それぞれの気筒において、ピストン７８の上面とシリンダヘッド２６で取り囲まれた空間に燃焼室１１０が形成される。

複数のヘッドカバー４０は、図５に示すように、各気筒に対応するように、クランク軸２４の軸線２４ｃの方向（前後方向）に沿って一列に並んでシリンダヘッド２６上に配置されている。図３に示すように、それぞれのヘッドカバー４０の内部には、吸気弁及び排気弁を動作させるためのプッシュロッド及びロッカーアーム等からなる動弁機構が収容されている。前記吸気弁を開いた状態では、燃焼室１１０に吸気マニホールド６７からの吸気を取り込むことができる。前記排気弁を開いた状態では、燃焼室１１０からの排気を排気マニホールド４４に排出することができる。

図３に示すように、ヘッドカバー４０の左側の近傍には、後述するパイロット燃料噴射弁８２の上端部が配置されている。このパイロット燃料噴射弁８２は、クランク軸２４の軸線２４ｃを含む仮想鉛直平面Ｐ１（図７を参照）を考えたときに、当該仮想鉛直平面Ｐ１に対して一側（本実施形態では左側）からシリンダヘッド２６の内部に挿入され、燃焼室１１０に向かって斜下方に延びている。

なお、以後の説明では、クランク軸２４の軸線２４ｃを含む仮想鉛直平面Ｐ１に対して一側／他側に位置することを、クランク軸２４に対して一側／他側と表現することがある。仮想鉛直平面Ｐ１は、クランク軸２４の軸線２４ｃの方向にも上下方向にも無限に広い平面であると考えることができるが、図７では、斜視図での表現の都合により、エンジン本体２１の近傍の一部のみの仮想鉛直平面Ｐ１が示されている。

図２、図３及び図８に示すように、シリンダヘッド２６の左側には、予混合燃焼方式での燃焼時に各気筒の燃焼室１１０にガス燃料を分配して供給するためのガスマニホールド４１が設けられる。ガスマニホールド４１は、シリンダヘッド２６の左側面に沿って前後方向に延びるように配置される。ガスマニホールド４１には、各気筒の燃焼室１１０に対応する複数（本実施形態では６つ）のガス枝管４１ａが接続され、当該ガス枝管４１ａの先端部には、図３に示すように、ガス燃料を噴射するためのガスインジェクタ９８が設けられる。ガスインジェクタ９８の先端部は、気筒に対応してシリンダヘッド２６の内部に形成される吸気枝管６７ａに臨んでいる。ガスインジェクタ９８からガス燃料を噴射することにより、吸気マニホールド６７の吸気枝管６７ａにガス燃料を供給することができる。

図３、図７及び図９に示すように、シリンダブロック２５の右側には、拡散燃焼方式での燃焼時に各気筒の燃焼室１１０に液体燃料を分配して供給するための液体燃料供給用レール配管４２が設けられる。液体燃料供給用レール配管４２は、シリンダブロック２５の右側面に沿って前後方向に延びるように配置されている。液体燃料供給用レール配管４２に供給された液体燃料は、各気筒に対応して設けられたメイン燃料噴射ポンプ８９に分配して供給される。それぞれの気筒には、図３に示すように、メイン燃料噴射ポンプ８９から供給された液体燃料を噴射するメイン燃料噴射弁７９が配置されている。メイン燃料噴射弁７９はシリンダヘッド２６に上方から垂直に差し込まれるように配置され、その上端部はヘッドカバー４０の内部に配置され、下端部は気筒の燃焼室１１０に臨んでいる。メイン燃料噴射ポンプ８９とメイン燃料噴射弁７９とは、シリンダヘッド２６に形成された液体燃料供給路１０６を介して接続される。

液体燃料供給用レール配管４２の下方近傍の位置に、それぞれのメイン燃料噴射ポンプ８９から戻された余分な燃料を集めるための液体燃料戻し集約管４８が設けられる。液体燃料戻し集約管４８は、液体燃料供給用レール配管４２と平行に配置され、メイン燃料噴射ポンプ８９に接続される。液体燃料戻し集約管４８の端部には、液体燃料を液体燃料タンク３３まで戻すための燃料戻し管１１５が接続される。

図３、図７及び図９に示すように、シリンダブロック２５の右側であって、液体燃料供給用レール配管４２よりも上方の位置には、予混合燃焼方式での燃焼時にガス燃料着火を目的として各気筒の燃焼室１１０にパイロット燃料を分配して供給するためのパイロット燃料供給用レール配管（パイロット燃料供給用コモンレール配管）４７が設けられる。パイロット燃料供給用レール配管４７は、シリンダブロック２５の右側面に沿って前後方向に延びるように配置されている。それぞれの気筒には、図３及び図７に示すように、パイロット燃料供給用レール配管４７から供給された液体燃料（パイロット燃料）を噴射するパイロット燃料噴射弁８２が配置されている。パイロット燃料噴射弁８２はシリンダヘッド２６に上方から斜めに差し込まれるように配置され、その上端部はヘッドカバー４０のすぐ左脇の位置に配置され、下端部は気筒の燃焼室１１０に臨んでいる。図７に示すように、それぞれの気筒に対応して、パイロット燃料枝管１０９がパイロット燃料供給用レール配管４７から分岐するように設けられている。パイロット燃料枝管１０９は、並べて配置されたヘッドカバー４０の間を通過するように配置され、パイロット燃料噴射弁８２の上端部に接続される。パイロット燃料枝管１０９は、漏れた燃料の飛散を防止するための枝管カバー１０５によって覆われている。

図３、図７及び図９に示すように、シリンダブロック２５及びシリンダヘッド２６で構成されるエンジン本体２１の右側面の上部には段差が形成されており、この段差の部分に、パイロット燃料供給用レール配管４７と液体燃料供給用レール配管４２とメイン燃料噴射ポンプ８９とが配置されている。シリンダブロック２５及びシリンダヘッド２６には、この段差部分を覆うようにサイドカバー４３が取り付けられている。パイロット燃料供給用レール配管４７、液体燃料供給用レール配管４２、及びメイン燃料噴射ポンプ８９は、サイドカバー４３で被覆されている。なお、図９には、サイドカバー４３の一部が取り外された状態が描かれている。

図２、図３及び図９に示すように、シリンダヘッド２６の左上方であって、ガスマニホールド４１よりも上方の位置には、各気筒の燃焼室１１０での燃焼により発生した排気を集めて外部に排出するための排気マニホールド４４が、ガスマニホールド４１と平行に配置される。排気マニホールド４４の外周は、遮熱カバー４５で覆われている（ただし、図９においては遮熱カバー４５が取り外されている）。図３に示すように、排気マニホールド４４には各気筒に対応する排気枝管４４ａが接続されている。この排気枝管４４ａは、各気筒の燃焼室１１０に通じている。

シリンダブロック２５の内部の左側寄りには、外部からの空気（吸気）を各気筒の燃焼室１１０に分配して供給するための吸気マニホールド６７が、ガスマニホールド４１と平行に配置される。図３に示すように、吸気マニホールド６７から分岐するように６つの吸気枝管６７ａがシリンダヘッド２６の内部に形成され、それぞれの吸気枝管６７ａは燃焼室１１０に通じている。

この構成により、拡散燃焼方式での燃焼時には、各気筒に吸気マニホールド６７から供給された空気がピストン７８のスライドにより圧縮された適宜のタイミングで、メイン燃料噴射弁７９から燃焼室１１０内に適宜の量の液体燃料が噴射されるようになっている。液体燃料を燃焼室１１０内に噴射することにより、ピストン７８は、燃焼室１１０で生じる爆発から得られる推進力によって気筒内を往復運動し、ピストン７８の往復運動がロッドを介してクランク軸２４の回転運動に変換されて動力が得られる。

一方、予混合燃焼方式での燃焼時には、ガスマニホールド４１からのガス燃料がガスインジェクタ９８から吸気枝管６７ａ内で噴射されることにより、吸気マニホールド６７から供給された空気と、ガス燃料とが混合される。気筒に導入された空気とガス燃料の混合気がピストン７８のスライドにより圧縮された適宜のタイミングで、パイロット燃料噴射弁８２から燃焼室１１０内に少量のパイロット燃料が噴射されることにより、ガス燃料に着火される。ピストン７８は、燃焼室１１０での爆発により得られる推進力によって気筒内を往復運動し、ピストン７８の往復運動がロッドを介してクランク軸２４の回転運動に変換されて動力が得られる。

拡散燃焼方式で燃焼した場合にも、予混合燃焼方式で燃焼した場合にも、燃焼により生じた排気はピストン７８の運動により気筒から押し出され、排気マニホールド４４に集められた後、外部に排出される。

図４に示すように、エンジン本体２１の前端面（正面）には、クランク軸２４の前端部分を取り囲むようにして、冷却水ポンプ５３、潤滑油ポンプ５５、及びパイロット燃料高圧ポンプ５６がそれぞれ設けられている。パイロット燃料高圧ポンプ５６は、クランク軸２４の右側寄りに配置される。また、エンジン本体２１の前端部分には、クランク軸２４の回転動力を伝達する図略の回転伝達機構が設けられている。これにより、クランク軸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、クランク軸２４の外周側に設けられた冷却水ポンプ５３、潤滑油ポンプ５５、及びパイロット燃料高圧ポンプ５６がそれぞれ駆動される。

図８に示すように、シリンダブロック２５の左側面には、潤滑油クーラ５８と、潤滑油漉し器５９と、が取り付けられている。潤滑油ポンプ５５から供給された潤滑油は、潤滑油クーラ５８で冷却された後、潤滑油漉し器５９で浄化されて、エンジン本体２１の各部に供給される。

図４に示す冷却水ポンプ５３から送られてくる冷却水は、エンジン本体２１の各気筒を冷却した後に、図５等に示すシリンダヘッド上冷却水配管４６に集められる。

インタークーラ５１は、エンジン本体２１の前端面に沿って配置され、過給機４９のコンプレッサで圧縮された空気を冷却する。シリンダブロック左冷却水配管６０は、図８に示すように、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及び潤滑油漉し器５９の間となる位置まで後方に向かって延びており、潤滑油クーラ５８に冷却水を供給する。

図５及び図９に示すように、シリンダヘッド上冷却水配管４６は、それぞれがシリンダヘッド２６の上方に配置された複数のヘッドカバー４０と、排気マニホールド４４と、の間の位置に、当該排気マニホールド４４と平行に配置されている。シリンダヘッド上冷却水配管４６は、各気筒に対応して設けられた冷却水枝管と連結されて、この冷却水枝管を介して各気筒の冷却水路（シリンダヘッド２６に形成された冷却水路）と接続している。

図４に示すパイロット燃料高圧ポンプ５６は、回転駆動されることにより、図１の液体燃料タンク３３から図略の燃料フィードポンプにより供給される燃料油（液体燃料）を昇圧して、図７等に示すパイロット燃料供給用主管１０７を経由して、パイロット燃料供給用レール配管４７に送る。液体燃料タンク３３からパイロット燃料高圧ポンプ５６への燃料経路の中途部には、燃料油を濾過するパイロット燃料フィルタ１４１が設けられている。

また、（パイロット燃料高圧ポンプ５６とは別の）図略の燃料フィードポンプが電動で駆動されることにより、当該燃料フィードポンプは液体燃料タンク３３からの燃料油を吸い込んで、図７等に示す液体燃料供給用主管１０８を経由して液体燃料供給用レール配管４２に送る。液体燃料タンク３３から液体燃料供給用レール配管４２への燃料油の供給経路の中途部には、燃料油を濾過するメイン燃料フィルタ１３１が設けられている。

図７に示すように、パイロット燃料供給用主管１０７、液体燃料供給用主管１０８及び燃料戻し管１１５は、シリンダブロック２５の右側面に沿うように、シリンダブロック２５のすぐ前方に配置されている。パイロット燃料供給用主管１０７、液体燃料供給用主管１０８及び燃料戻し管１１５は、シリンダブロック２５の前端面から右方に突出するように設けられた複数のクランプ部材１１１を介して、シリンダブロック２５の右側面に沿って上下方向に延びるように配置される。

シリンダヘッド２６の前方の右側寄り、より具体的には、インタークーラ５１の右側面には、ステーを介して、エンジン本体２１の始動・停止等の制御を行う機側操作用制御装置７１が設けられている（図６及び図９を参照）。機側操作用制御装置７１には、オペレータによるエンジン本体２１の始動・停止を受け付けるスイッチ等の操作部と、エンジン本体２１の運転状態を表示するディスプレイと、が設けられている。オペレータが機側操作用制御装置７１を操作することにより、エンジン本体２１を、予混合燃焼方式又は拡散燃焼方式の何れかで駆動させることができるようになっている。

次に、メイン燃料フィルタ１３１、パイロット燃料フィルタ１４１、及びその周辺の構成について、図１０を参照しながらより具体的に説明する。図１０は、エンジン本体２１に燃料油を供給する液体燃料供給経路３１を説明する模式図である。

図１０に示すように、本実施形態において燃料油を供給する液体燃料供給経路３１は、メイン燃料噴射弁７９を供給の対象とするメイン燃料供給経路１２１と、パイロット燃料噴射弁８２を供給の対象とするパイロット燃料供給経路１２２と、の２つの経路（詳細には循環経路）に分けることができる。また、エンジン１００は、パイロット燃料噴射弁８２に供給される燃料油を浄化するための燃料浄化経路１２３を備える。

メイン燃料供給経路１２１には、燃料油の流れの上流から順に、メイン燃料ポンプ１６１、メイン燃料フィルタ１３１、メイン燃料噴射ポンプ８９、メイン燃料噴射弁７９、メイン圧力保持弁１６２、及びエアセパレータ１６３が配置されている。

液体燃料タンク３３の燃料油（液体燃料）は、エンジン本体２１に設置されたメイン燃料ポンプ１６１によって吸い込まれる。メイン燃料ポンプ１６１が吐出した燃料油は、メイン燃料供給経路１２１を介して、メイン燃料噴射弁７９に供給される。メイン燃料供給経路１２１には、前述の液体燃料供給用主管１０８、液体燃料供給用レール配管４２、液体燃料供給路１０６、液体燃料戻し集約管４８、及び燃料戻し管１１５等が含まれる。図１０に示すように、メイン燃料噴射ポンプ８９から戻された余剰の燃料油は、液体燃料戻し集約管４８及び燃料戻し管１１５を経由して、エアセパレータ１６３に戻される。エアセパレータ１６３は、メイン燃料供給経路１２１を循環する液体燃料に含まれるエアを除去する。また、エアセパレータ１６３は、メイン燃料供給経路１２１上であって、メイン燃料噴射ポンプ８９に向かう経路と、メイン燃料噴射ポンプ８９から戻る経路の合流箇所に配置されている。従って、メイン燃料噴射ポンプ８９から戻ってきた液体燃料と、液体燃料タンク３３から新たに供給された液体燃料と、はエアセパレータ１６３の内部において合流する。これにより、両者を合わせた液体燃料がメイン燃料供給経路１２１を循環する。また、燃料戻し管１１５と液体燃料タンク３３の間には、戻り燃料の圧力を保持するためのメイン圧力保持弁１６２が設けられている。

メイン燃料フィルタ１３１は、液体燃料に含まれる異物を取り除くためにメイン燃料供給経路１２１の中途部に設けられるものである。具体的には、メイン燃料フィルタ１３１は、メイン燃料噴射弁７９に供給される前の液体燃料を濾過して、液体燃料に含まれるゴミや汚れ等を切換洗浄式フィルタに捕捉する。図１０に示すように、メイン燃料フィルタ１３１は、一方がメンテナンス中のときに他方を使用することができるように、対で設けられる。これにより、エンジン本体２１が稼動している間、連続的にメイン燃料フィルタ１３１を用いることができる。

図１０に示すように、パイロット燃料供給経路１２２には、燃料油の流れの上流から順に、電磁弁１７２、パイロット燃料タンク１７１、パイロット燃料供給ポンプ１７３、メンテナンス弁１８１〜１８３、自動逆洗型フィルタ（浄化フィルタ）１７４、パイロット燃料フィルタ１４１、パイロット燃料高圧ポンプ５６、パイロット燃料噴射弁８２、が配置されている。

パイロット燃料タンク１７１は、パイロット燃料噴射弁８２へ供給される液体燃料（パイロット燃料）を貯留する。パイロット燃料タンク１７１は、液体燃料タンク３３とは別に設けられる。パイロット燃料タンク１７１と液体燃料タンク３３の間は適宜の配管によって接続されている。当該配管には電磁弁１７２が設置されており、この電磁弁１７２を開閉することで、必要に応じて液体燃料タンク３３からパイロット燃料タンク１７１に燃料油が供給され、パイロット燃料タンク１７１の燃料油が一定量以上に維持される。

パイロット燃料タンク１７１の下流側には、パイロット燃料供給ポンプ１７３が配置されている。このパイロット燃料供給ポンプ１７３は、図示しない電動モータによって駆動されてパイロット燃料タンク１７１の燃料油を吸い込み、自動逆洗型フィルタ１７４に向けて吐出する。自動逆洗型フィルタ１７４によって異物が取り除かれた燃料油がパイロット圧力保持弁１８４を経由してパイロット燃料タンク１７１に戻ることで、燃料油が連続的に洗浄される（後述の燃料浄化経路１２３）。一方、パイロット燃料供給経路１２２には、調圧及び洗浄された燃料油をパイロット燃料高圧ポンプ５６へ供給する経路が含まれている。本構造では、パイロット燃料高圧ポンプ５６への供給前に連続的に燃料油を洗浄するとともに、パイロット燃料高圧ポンプ５６に必要な圧力で燃料油を供給することが可能である。また、パイロット燃料供給経路１２２には、前述のパイロット燃料供給用主管１０７、パイロット燃料供給用レール配管４７及びパイロット燃料枝管１０９が含まれる。また、パイロット燃料供給経路１２２の中途には、前述のパイロット燃料高圧ポンプ５６が配置されている。

パイロット燃料供給用主管１０７、パイロット燃料供給用レール配管４７及びパイロット燃料枝管１０９は、何れも２重管構造となっており、パイロット燃料高圧ポンプ５６側からの燃料油をパイロット燃料噴射弁８２に供給するとともに、パイロット燃料噴射弁８２からリークした燃料油をパイロット燃料高圧ポンプ５６へ戻すこともできる。パイロット燃料噴射弁８２からパイロット燃料高圧ポンプ５６に戻された燃料油、及びパイロット燃料高圧ポンプ５６において余剰となった燃料油は、適宜の配管を介してパイロット燃料タンク１７１に戻される。パイロット燃料タンク１７１に戻された燃料油は、液体燃料タンク３３に戻されることなく、再びパイロット燃料供給ポンプ１７３によって自動逆洗型フィルタ１７４及びパイロット燃料フィルタ１４１に向けて送出される。従って、パイロット燃料タンク１７１は、リターンタンクとしての機能を有する。なお、パイロット燃料タンク１７１に戻された燃料油の一部を液体燃料タンク３３に戻す構成であっても良い。

ここで、パイロット燃料供給ポンプ１７３とパイロット燃料フィルタ１４１の間には、自動逆洗型フィルタ１７４を経由する経路と、自動逆洗型フィルタ１７４を迂回する経路と、が形成されている。自動逆洗型フィルタ１７４を経由する経路には、自動逆洗型フィルタ１７４の上流と下流にメンテナンス弁１８１，１８３が配置されている。また、自動逆洗型フィルタ１７４を迂回する経路にはメンテナンス弁１８２が配置されている。この構成により、メンテナンス弁１８１とメンテナンス弁１８３を閉鎖してメンテナンス弁１８２を開放することで、自動逆洗型フィルタ１７４に燃料が流れないため、自動逆洗型フィルタ１７４をメンテナンスすることができる。

パイロット燃料フィルタ１４１は、パイロット燃料として供給される液体燃料に含まれる異物を取り除くためにパイロット燃料供給経路１２２の中途部に設けられるものである。具体的には、パイロット燃料フィルタ１４１は、パイロット燃料噴射弁８２に供給される前の液体燃料を濾過して、液体燃料に含まれるゴミや汚れ等を交換式のペーパーフィルタに捕捉する。パイロット燃料フィルタ１４１の濾過効率は、自動逆洗型フィルタ１７４の濾過効率よりも高い（例えばフィルタの隙間が小さい、目が細かい、以下同様）。これにより、自動逆洗型フィルタ１７４で濾過し切れなかったゴミ等をパイロット燃料フィルタ１４１で濾過することができる。なお、パイロット燃料フィルタ１４１の濾過効率は、自動逆洗型フィルタ１７４と同じであっても良いし、自動逆洗型フィルタ１７４の方が高くても良い。パイロット燃料フィルタ１４１は、一方がメンテナンス中のときに他方を使用することができるように、対で設けられる。これにより、エンジン本体２１が稼動している間、連続的にパイロット燃料フィルタ１４１を用いることができる。なお、パイロット燃料フィルタ１４１の前記ペーパーフィルタとしては、メイン燃料フィルタ１３１の切換洗浄式フィルタよりも濾過効率が高いものが用いられる。

上述したように、パイロット燃料噴射弁８２に供給するための燃料油は、パイロット燃料タンク１７１、パイロット燃料供給ポンプ１７３、自動逆洗型フィルタ１７４、パイロット圧力保持弁１８４を含むループ状の経路（燃料浄化経路１２３）、パイロット燃料フィルタ１４１、及びパイロット燃料高圧ポンプ５６を含むループ状の経路を循環することになる。この経路は、メイン燃料供給経路１２１のメイン燃料噴射弁７９に供給するための燃料油の経路と実質的に独立している。従って、元となる液体燃料タンク３３は共通としつつ、メイン燃料フィルタ１３１及びパイロット燃料フィルタ１４１のそれぞれの濾過性能を独立的に発揮させることができる。また、パイロット用の燃料油は、上記のループ状の経路を循環することに伴って、目の細かい自動逆洗型フィルタ１７４及びパイロット燃料フィルタ１４１を何度も通過することになる。従って、パイロット用の燃料油について極めて良好な清浄度を実現することができる。

更に、本実施形態のエンジン１００は、燃料浄化経路１２３を有している。燃料浄化経路１２３は、燃料油を浄化するための循環経路である。具体的には、燃料浄化経路１２３は、パイロット燃料タンク１７１、パイロット燃料供給ポンプ１７３、自動逆洗型フィルタ１７４をループ状に接続した経路である。パイロット燃料タンク１７１からパイロット燃料供給ポンプ１７３により送出された燃料油は、自動逆洗型フィルタ１７４によって浄化され、その一部がパイロット圧力保持弁１８４を介してパイロット燃料タンク１７１に戻される。この構成により、パイロット用の燃料油について更に良好な清浄度を実現することができる。

この燃料浄化経路１２３は、図１０で太線で示した部分において、パイロット燃料供給経路１２２と重複している。従って、メイン燃料供給経路１２１と重複しないように燃料浄化経路１２３を設ける構成と比較して、パイロット燃料タンク１７１の容量、パイロット燃料供給ポンプ１７３の容量、及び自動逆洗型フィルタ１７４の容量等を抑えることができる。

また、本実施形態のエンジン１００では、メイン燃料フィルタ１３１と、パイロット燃料フィルタ１４１とが個別に設けられている。そのため、拡散燃焼方式及び予混合燃焼方式のそれぞれでの使用頻度に応じて、メイン燃料フィルタ１３１又はパイロット燃料フィルタ１４１をメンテナンスすることができる。従って、全体としてみたときの（燃料）フィルタのメンテナンスの頻度を抑えることができる。

また、上述したように、パイロット燃料フィルタ１４１の前記ペーパーフィルタとしては、メイン燃料フィルタ１３１の切換洗浄式フィルタよりも濾過効率が高いものが用いられている。パイロット燃料は、パイロット燃料供給用レール配管（コモンレール配管）４７に供給されて、パイロット燃料噴射弁８２に高圧の状態で供給されて燃焼室１１０に微量で噴射されるため、一般的に、径の小さい配管を通ることとなる。そのため、従来、パイロット燃料を供給するための配管では、メイン燃料を供給するための配管と比べて、とりわけ詰まりが生じ易いという問題があった。この点、本実施形態においては、パイロット燃料フィルタ１４１の前記ペーパーフィルタとして、メイン燃料フィルタ１３１の切換洗浄式フィルタよりも濾過効率が高いものが用いられているため、パイロット燃料の詰まりを効果的に防止することができ、ガス燃料への着火を着実に実現することができる。なお、パイロット燃料フィルタ１４１の濾過効率はメイン燃料フィルタ１３１と同じ又は低くても良い。

濾過効率の高いフィルタほど一般的に高価であるが、本実施形態では、濾過効率の高いパイロット燃料フィルタ１４１が、メイン燃料供給経路１２１に対して実質的に独立した経路であるパイロット燃料供給経路１２２に設置されている。従って、メイン燃料供給経路１２１の燃料油がパイロット燃料フィルタ１４１に流入することを防止できるので、パイロット燃料フィルタ１４１の交換頻度を低下させることができる。また、高価なパイロット燃料フィルタ１４１が目詰まりしにくくなるため、メンテナンスにかかるコストを抑制することができる。

以上に説明したように、本実施形態のエンジン１００は、気体燃料を空気と混合させてから燃焼室に流入させる予混合燃焼方式と、液体燃料を燃焼室内に噴射して燃焼する拡散燃焼方式と、に対応可能である。このエンジン１００は、メイン燃料噴射弁７９と、パイロット燃料噴射弁８２と、液体燃料タンク３３と、メイン燃料供給経路１２１と、パイロット燃料供給経路１２２と、パイロット燃料フィルタ１４１と、パイロット燃料高圧ポンプ５６と、パイロット燃料タンク１７１と、パイロット燃料供給ポンプ１７３と、を備える。メイン燃料噴射弁７９は、拡散燃焼方式での燃焼時に燃焼室に液体燃料を供給する。パイロット燃料噴射弁８２は、予混合燃焼方式での燃焼時にガス燃料着火を目的として燃焼室に液体燃料をパイロット燃料として供給する。液体燃料タンク３３は、液体燃料を貯留する。メイン燃料供給経路１２１は、液体燃料タンク３３に貯留されている液体燃料をメイン燃料噴射弁７９に供給する。パイロット燃料供給経路１２２は、液体燃料タンク３３に貯留されている液体燃料をパイロット燃料としてパイロット燃料噴射弁８２に供給する。パイロット燃料フィルタ１４１は、パイロット燃料供給経路１２２の中途部に設けられる。パイロット燃料高圧ポンプ５６は、パイロット燃料供給経路１２２の中途部に設けられ、パイロット燃料フィルタ１４１を通過したパイロット燃料をパイロット燃料噴射弁８２へ送出する。パイロット燃料タンク１７１は、パイロット燃料供給経路１２２の中途部に設けられ、パイロット燃料高圧ポンプ５６から送出されパイロット燃料噴射弁８２で噴射されなかったパイロット燃料を貯留する。パイロット燃料供給ポンプ１７３は、パイロット燃料供給経路１２２の中途部に設けられ、パイロット燃料タンク１７１に貯留されているパイロット燃料を（自動逆洗型フィルタ１７４及び）パイロット燃料フィルタ１４１に向けて送出する。

これにより、噴射されなかったパイロット燃料が液体燃料タンク３３まで戻らず、再びパイロット燃料噴射弁８２に供給されるため、パイロット燃料フィルタ１４１で浄化したパイロット燃料が液体燃料タンク３３の液体燃料と混合しにくくなる。従って、液体燃料タンク３３に貯留されている液体燃料の清浄度が低い場合であっても、パイロット燃料フィルタ１４１のメンテナンス頻度を少なくすることができる。

また、本実施形態のエンジン１００は、燃料浄化経路１２３を備える。燃料浄化経路１２３は、パイロット燃料を浄化する自動逆洗型フィルタ１７４と、パイロット燃料タンク１７１と、を循環する経路である。

これにより、パイロット燃料フィルタ１４１に加え自動逆洗型フィルタ１７４でもパイロット燃料を浄化するため、パイロット燃料フィルタ１４１のメンテナンス頻度を更に少なくすることができる。

また、本実施形態のエンジン１００において、パイロット燃料供給経路１２２と燃料浄化経路１２３の一部が重複している。

また、本実施形態のエンジン１００において自動逆洗型フィルタ１７４が、パイロット燃料フィルタ１４１よりも濾過効率が低い。

これにより、パイロット燃料フィルタ１４１では、自動逆洗型フィルタ１７４で除去し切れなかったゴミだけを除去すれば良いため、パイロット燃料フィルタ１４１のメンテナンス頻度を更に少なくすることができる。

また、本実施形態のエンジン１００は、パイロット燃料供給用レール配管４７と、メイン燃料フィルタ１３１と、を更に備える。パイロット燃料供給用レール配管４７は、パイロット燃料供給経路１２２の中途部に設けられ、メイン燃料噴射弁７９に供給される液体燃料よりも高圧でパイロット燃料噴射弁８２にパイロット燃料を供給する。メイン燃料フィルタ１３１は、メイン燃料供給経路１２１の中途部に設けられる。パイロット燃料フィルタ１４１は、メイン燃料フィルタ１３１よりも濾過効率が高い。

次に、図１１を参照して、上記実施形態の変形例を説明する。図１１は、変形例に係る、エンジン本体２１に燃料油を供給する燃料供給経路を説明する模式図である。本変形例のエンジン１００は、上記の実施形態と同様に、パイロット燃料タンク１７１を備え、パイロット燃料タンク１７１に戻った燃料油の少なくとも一部を液体燃料タンク３３に戻すことなく再びパイロット燃料噴射弁８２に向けて供給する。

また、本変形例では、自動逆洗型フィルタ１７４の代わりに切換洗浄式フィルタである第２パイロット燃料フィルタ１４２が配置されている。第２パイロット燃料フィルタ１４２の濾過効率は任意であるが、パイロット燃料フィルタ１４１の濾過効率よりも低いことが好ましい。また、液体燃料タンク３３から燃料を送出する経路であって、メイン燃料供給経路１２１とパイロット燃料供給経路１２２の共通経路（分岐前の経路）には、共通燃料フィルタ１９０が配置されている。共通燃料フィルタ１９０の濾過効率は任意であるが、例えばメイン燃料フィルタ１３１の濾過効率よりも低いことが好ましい。このように、濾過効率の異なる複数種類のフィルタを配置することで、個々のフィルタのメンテナンス頻度を低下させることができる。また、メイン燃料供給経路１２１に配置するフィルタの数、及び、パイロット燃料供給経路１２２に配置するフィルタ数は上述した例に限られず、変更可能である。

なお、本実施形態では、パイロット圧力保持弁１８５がパイロット燃料供給ポンプ１７３と並列に配置されており、燃料浄化経路１２３は形成されていない。このように、燃料浄化経路１２３は省略することもできる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

上記の実施形態では、エンジン１００は、船舶の推進兼発電機構の駆動源として用いられるものとしたが、これに限るものではなく、船舶の推進のみに用いられていても良いし、船舶での発電のみに用いられていても良い。また、エンジン本体２１は、船舶に限られず、他の移動体や建物に設置されていても良い。

メイン燃料フィルタ１３１、パイロット燃料フィルタ１４１、及び自動逆洗型フィルタ１７４は、燃料に含まれるゴミ等が除去できるのであれば、上述した構造以外のフィルタを用いることもできる。即ち、メイン燃料フィルタ１３１及びパイロット燃料フィルタ１４１は、例えば、紙製、金属製、又はナイロン製の何れかであっても良い。また、自動逆洗型フィルタ１７４に代えてペーパーフィルタ等を配置しても良い。

メイン燃料供給経路１２１内において液体燃料（燃料油）を圧送するためのメイン燃料ポンプ１６１は、メイン燃料フィルタ１３１の下流側に配置されていても、メイン燃料フィルタ１３１の上流側に配置されていても、何れであってもよい。

上記の実施形態では、パイロット燃料フィルタ１４１の下流側にパイロット燃料高圧ポンプ５６が配置されるものとしたが、必ずしもこれに限るものではない。例えば、パイロット燃料高圧ポンプ５６に要求される燃料清浄度が低い場合は、パイロット燃料フィルタ１４１の上流側にパイロット燃料高圧ポンプ５６が配置されるものとしてもよい。

上記の実施形態では、燃料浄化経路１２３は、メイン燃料供給経路１２１と重複するように設けられているが、メイン燃料供給経路１２１と重複しないように設けられていても良い。

２１エンジン本体
７９メイン燃料噴射弁
８２パイロット燃料噴射弁
１００エンジン
１２１メイン燃料供給経路
１２２パイロット燃料供給経路
１２３燃料浄化経路
１３１メイン燃料フィルタ
１４１パイロット燃料フィルタ
１７１パイロット燃料タンク
１７４自動逆洗型フィルタ（浄化フィルタ）

Claims

気体燃料を空気と混合させてから燃焼室に流入させる予混合燃焼方式と、液体燃料を前記燃焼室内に噴射して燃焼する拡散燃焼方式と、に対応可能なエンジンにおいて、
前記拡散燃焼方式での燃焼時に前記燃焼室に液体燃料を供給するメイン燃料噴射弁と、
前記予混合燃焼方式での燃焼時にガス燃料着火を目的として前記燃焼室に液体燃料をパイロット燃料として供給するパイロット燃料噴射弁と、
液体燃料を貯留する液体燃料タンクと、
前記液体燃料タンクに貯留されている液体燃料を前記メイン燃料噴射弁に供給するメイン燃料供給経路と、
前記液体燃料タンクに貯留されている液体燃料をパイロット燃料として前記パイロット燃料噴射弁に供給するパイロット燃料供給経路と、
前記パイロット燃料供給経路の中途部に設けられるパイロット燃料フィルタと、
前記パイロット燃料供給経路の中途部に設けられ、前記パイロット燃料フィルタを通過したパイロット燃料を前記パイロット燃料噴射弁へ送出するパイロット燃料高圧ポンプと、
前記パイロット燃料供給経路の中途部に設けられ、前記パイロット燃料高圧ポンプから送出され前記パイロット燃料噴射弁で噴射されなかったパイロット燃料を貯留するパイロット燃料タンクと、
前記パイロット燃料供給経路の中途部に設けられ、前記パイロット燃料タンクに貯留されているパイロット燃料を前記パイロット燃料フィルタに向けて送出するパイロット燃料供給ポンプと、
を備えることを特徴とするエンジン。
請求項１に記載のエンジンであって、
燃料浄化経路を備え、
前記燃料浄化経路は、パイロット燃料を浄化する浄化フィルタと、前記パイロット燃料タンクと、を循環する経路であることを特徴とするエンジン。
請求項２に記載のエンジンであって、
前記パイロット燃料供給経路と前記燃料浄化経路の一部が重複していることを特徴とするエンジン。
請求項２又は３に記載のエンジンであって、
前記浄化フィルタが、自動逆洗型フィルタであり、前記パイロット燃料フィルタよりも濾過効率が低いことを特徴とするエンジン。
請求項１又は２に記載のエンジンであって、
前記パイロット燃料供給経路の中途部に設けられ、前記メイン燃料噴射弁に供給される液体燃料よりも高圧で前記パイロット燃料噴射弁にパイロット燃料を供給するためのパイロット燃料供給用コモンレール配管と、
前記メイン燃料供給経路の中途部に設けられるメイン燃料フィルタと、
を更に備え、
前記パイロット燃料フィルタは、前記メイン燃料フィルタよりも濾過効率が高いことを特徴とするエンジン。