JP6734796B2 - 舶用ディーゼルエンジン並びにエンジン制御装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、選択式触媒還元（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）脱硝装置を備える舶用ディーゼルエンジンに関するものである。

船舶に搭載される主機としての舶用ディーゼルエンジンは、排ガス中に窒素酸化物（ＮＯｘ）を含むことから、このＮＯｘを低減する装置を備えている。このＮＯｘを低減する装置として、ＳＣＲ脱硝装置がある。このＳＣＲ脱硝装置は、窒素酸化物を還元する作用を有する還元剤を排気管内に供給し、排ガス中の窒素酸化物と還元剤との反応を促進させることで、排ガス中の窒素酸化物を除去、低減するものである。但し、このＳＣＲ脱硝装置が触媒により排ガス中の窒素酸化物を効率良く除去するために、排ガス温度を所定の反応温度以上に維持する必要がある。

特許第５７８１２９０号公報 実用新案登録第３１７３４６号公報

上述した特許文献１では、バーナを用いて排ガスの温度を上げたり、エンジンの排気ポートから排出された直後の高温の排ガスに還元剤を含む水溶液を噴霧したりすることで、排ガスの温度を所定の反応温度以上に維持している。そのため、コストアップにつながるおそれがある。

また、舶用ディーゼルエンジンは、運転が開始されると回転数が増加する。このとき、エンジンは、回転機械であって共振などが発生するため、所定の回転数域での長時間の運転が禁止される危険回転数域（Barred Range、Critical Speed）が存在する。このことは、上記特許文献１に記載されている。そのため、船舶は、エンジン回転数が危険回転数域に到達すると、短時間で回転数を増加させることで迅速に危険回転数域を抜け出すことが求められる。

本発明は上述した課題を解決するものであり、排ガスの脱硝処理とエンジンの安定した駆動との両立を図る舶用ディーゼルエンジン並びにエンジン制御装置及び方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の舶用ディーゼルエンジンは、エンジン本体と、前記エンジン本体から排出される排ガスの排気ラインに設けられる脱硝装置と、前記脱硝装置に流入する排ガスを昇温する排ガス温度上昇装置と、前記排ガス温度上昇装置の作動を制御すると共にエンジン回転数が予め設定された危険回転数域にあるときに前記排ガス温度上昇装置の作動を停止する制御装置と、を備えることを特徴とするものである。

従って、制御装置が排ガス温度上昇装置を作動すると、エンジンからの排ガスの温度が上昇し、脱硝装置が排ガスの脱硝処理を実施する。そして、制御装置は、エンジン回転数が危険回転数域に入ると、排ガス温度上昇装置の作動を停止する。ここで、排ガス温度上昇装置の作動を停止しても、脱硝装置の熱容量が大きいために排ガスの温度が急激に低下することはなく、脱硝装置は、排ガスの脱硝処理を適切に実施することができる。また、排ガス温度上昇装置の作動を停止すると、エンジン本体の燃焼状態が安定することから、制御装置は、エンジン回転数を適切に増加し、迅速に危険回転数域を抜け出すことができる。その結果、排ガスの脱硝処理とエンジンの安定した駆動との両立を図ることができる。

本発明の舶用ディーゼルエンジンでは、前記制御装置は、前記危険回転数域を超えてエンジン回転数を上昇させる指令値が入力されると、前記指令値の入力時に前記排ガス温度上昇装置の作動を停止することを特徴としている。

従って、指令値が入力されて排ガス温度上昇装置の作動を停止することから、エンジンの回転数が危険回転数域に到達する前に排ガス温度上昇装置の作動を停止することができ、エンジン本体の燃焼状態を安定状態とし、エンジン回転数を適切に増加して迅速に危険回転数域を抜け出すことができる。

本発明の舶用ディーゼルエンジンでは、前記制御装置は、現在のエンジン回転数が前記危険回転数域に到達したときに前記排ガス温度上昇装置の作動を停止することを特徴としている。

従って、エンジン回転数が危険回転数域に到達したときに排ガス温度上昇装置の作動を停止することから、エンジンの回転数が危険回転数域に到達したときに確実に排ガス温度上昇装置の作動を停止することができ、エンジン本体の燃焼状態を安定状態とし、エンジン回転数を適切に増加して迅速に危険回転数域を抜け出すことができる。

本発明の舶用ディーゼルエンジンでは、前記危険回転数域の下限値に予め設定された余裕値を加算した前記危険回転数域の下限値より低い前記危険回転数域の余裕下限値が設定され、前記制御装置は、現在のエンジン回転数が前記余裕下限値に到達したときに前記排ガス温度上昇装置の作動を停止することを特徴としている。

従って、エンジン回転数が余裕下限値に到達したときに排ガス温度上昇装置の作動を停止することから、エンジンの回転数が危険回転数域に到達する前に排ガス温度上昇装置の作動を停止することができ、エンジン本体の燃焼状態を安定状態とし、エンジン回転数を適切に増加して迅速に危険回転数域を抜け出すことができる。

本発明の舶用ディーゼルエンジンでは、前記制御装置は、現在のエンジン回転数が前記危険回転数域を抜けたときに前記排ガス温度上昇装置の作動を開始することを特徴としている。

従って、エンジン回転数が危険回転数域を抜けると排ガス温度上昇装置の作動を開始することから、排ガス温度上昇装置の停止状態を最短期間として、脱硝装置が排ガスの脱硝処理を適切に実施することができる。

本発明の舶用ディーゼルエンジンでは、前記制御装置は、現在のエンジン回転数が前記危険回転数域を抜けてから予め設定された所定時間の経過後に前記排ガス温度上昇装置の作動を開始することを特徴としている。

従って、エンジン回転数が危険回転数域を抜けてから所定時間の経過後に排ガス温度上昇装置の作動を開始することから、エンジン回転数が完全に危険回転数域を抜けてから排ガス温度上昇装置を作動することとなり、エンジン本体の安全性を確保することができると共に、脱硝装置による排ガスの脱硝処理を適切に実施することができる。

また、本発明のエンジン制御装置は、エンジン本体と、前記エンジン本体から排出される排ガスの排気ラインに設けられる脱硝装置と、前記脱硝装置に流入する排ガスを昇温する排ガス温度上昇装置と、を備える舶用ディーゼルエンジンにおいて、前記排ガス温度上昇装置の作動を制御すると共にエンジン回転数が予め設定された危険回転数域にあるときに前記排ガス温度上昇装置の作動を停止する、ことを特徴とするものである。

従って、排ガス温度上昇装置を作動すると、エンジンからの排ガスの温度が上昇し、脱硝装置が排ガスの脱硝処理を実施する。そして、エンジン回転数が危険回転数域に入ると、排ガス温度上昇装置の作動を停止する。ここで、排ガス温度上昇装置の作動を停止しても、脱硝装置の熱容量が大きいために排ガスの温度が急激に低下することはなく、脱硝装置が排ガスの脱硝処理を適切に実施することができる。また、排ガス温度上昇装置の作動を停止すると、エンジン本体の燃焼状態が安定することから、エンジン回転数を適切に増加し、迅速に危険回転数域を抜け出すことができる。その結果、排ガスの脱硝処理とエンジンの安定した駆動との両立を図ることができる。

また、本発明のエンジン制御方法は、船舶が少なくとも大気汚染物質放出規制海域にあるときにエンジンからの排ガスの温度を上昇させる処理を実施すると共に排ガスの脱硝処理を実施する工程と、エンジン回転数が予め設定された危険回転数域に入ると排ガスの温度を上昇させる処理を停止する工程と、を備えることを特徴とするものである。

従って、エンジン回転数が危険回転数域に入った際に、排ガス温度上昇装置の作動を停止すると、エンジンの燃焼状態が安定することから、エンジン回転数を適切に増加し、迅速に危険回転数域を抜け出すことができる。その結果、排ガスの脱硝処理とエンジンの安定した駆動との両立を図ることができる。

本発明の舶用ディーゼルエンジン並びにエンジン制御装置及び方法によれば、排ガスの脱硝処理とエンジンの安定した駆動との両立を図ることができる。

図１は、第１実施形態の舶用ディーゼルエンジンを表す概略構成図である。 図２は、ＳＣＲ脱硝装置の作動を表すタイムチャートである。 図３は、第２実施形態の舶用ディーゼルエンジンにおけるＳＣＲ脱硝装置の作動を表すタイムチャートである。 図４は、第３実施形態の舶用ディーゼルエンジンにおけるＳＣＲ脱硝装置の作動を表すタイムチャートである。 図５は、第４実施形態の舶用ディーゼルエンジンにおけるＳＣＲ脱硝装置の作動を表すタイムチャートである。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る舶用ディーゼルエンジン並びにエンジン制御装置及び方法の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の舶用ディーゼルエンジンを表す概略構成図である。

第１実施形態にて、図１に示すように、舶用ディーゼルエンジン１０は、エンジン本体１１と、過給機１２と、ＳＣＲ脱硝装置１３と、排ガス温度上昇装置１４と、制御装置１５とを備えている。

エンジン本体１１は、プロペラ軸を介して推進用プロペラを駆動回転させる推進用の機関（主機関）である。このエンジン本体１１は、ユニフロー掃排気式のディーゼルエンジンであって、２ストロークディーゼルエンジンであり、シリンダ内の吸排気の流れを下方から上方への一方向とし、排気の残留を無くすようにしたものである。エンジン本体１１は、ピストンが上下移動する複数のシリンダ（燃焼室）２１と、各シリンダ２１に連通する掃気トランク２２と、各シリンダ２１に連通する排気マニホールド（排気静圧管）２３とを備えている。そして、各シリンダ２１と掃気トランク２２との間に掃気ポート２４が設けられ、各シリンダ２１と排気マニホールド２３との間に排気ポート２５が設けられている。そして、エンジン本体１１は、掃気トランク２２に給気ラインＧ１が連結され、排気マニホールド２３に排気ラインＧ２が連結されている。

舶用ディーゼルエンジン１０は、過給機１２を備えている。過給機１２は、コンプレッサ３１とタービン３２とが回転軸３３により一体に回転するように連結されて構成されている。コンプレッサ３１は、吸入側に吸入口Ｇ３が接続され、吐出側に給気ラインＧ１が接続されている。タービン３２は、流入側に排気ラインＧ２が接続され、排出側に排気ラインＧ４が接続されている。そのため、タービン３２は、排気マニホールド２３から排気ラインＧ２に排出された排ガスにより回転し、タービン３２の回転が回転軸３３により伝達されてコンプレッサ３１が回転する。コンプレッサ３１は、吸入口Ｇ３から取り込んだ空気を圧縮して給気ラインＧ１から掃気トランク２２に供給する。

ＳＣＲ脱硝装置１３は、排気ラインＧ４に設けられている。ＳＣＲ脱硝装置１３は、ＳＣＲ反応器と、還元剤供給装置４２とから構成されている。ＳＣＲ脱硝装置１３は、窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する作用を有する還元剤を排気ラインＧ４に供給し、還元剤が供給された排ガスをＮＯｘと還元剤との反応を促進させることで、排ガス中のＮＯｘを除去、低減するものである。そのため、排気ラインＧ４におけるＳＣＲ反応器より排ガスの流れ方向の上流側に還元剤供給装置４２が設けられている。この還元剤供給装置４２は、排気ラインＧ４における流路全面の下流側に向けて還元剤を供給することで、この還元剤を排ガスが流れる排気ラインＧ４内で拡散することができる。なお、還元剤としては、例えば、アンモニア水、気体のアンモニア、尿素水などを用いることができる。

上述した過給機１２のタービン３２は、流入側にエンジン本体１１からの排気ラインＧ２の下流側が接続され、排出側にタービン３２を回転した排ガスを排出する排気ラインＧ４、つまり、ＳＣＲ脱硝装置１３が連結されている。この排気ラインＧ４は、図示しない煙突（ファンネル）に連結されている。

ＳＣＲ脱硝装置１３は、触媒により排ガス中のＮＯｘを効率良く除去するために、排ガス温度を所定の反応温度以上に維持する必要がある。排ガス温度上昇装置１４は、過給機１２のタービン３２に流入する排ガスの一部を抽気するものである。排ガス温度上昇装置１４は、抽ガスラインＧ５と、抽ガス弁５１とから構成されている。抽ガスラインＧ５は、基端部が排気ラインＧ２におけるタービン３２より上流側に接続され、先端部が排気ラインＧ４におけるタービン３２より下流側でＳＣＲ脱硝装置１３より上流側に接続されている。抽ガス弁５１は、抽ガスラインＧ５に設けられている。

そのため、抽ガス弁５１を開放すると、排気ラインＧ２からタービン３２に流入する排ガス量が減少してタービン回転数が低下する。タービン回転数が低下すると、タービン３２に回転軸３３を介して一体に連結されたコンプレッサ３１の回転数が低下し、過給圧が低下することで給気ラインＧ１からエンジン本体１１の各シリンダ２１に供給される空気量が減少する。すると、エンジン本体１１の空燃比が小さくなって燃焼温度が上昇し、排ガスの温度も上昇する。

なお、排ガス温度上昇装置１４は、抽ガスラインＧ５と抽ガス弁５１から構成されるものに限定されるものではない。例えば、排ガス温度上昇装置１４Ａは、過給機１２のコンプレッサ３１からエンジン本体１１に供給される空気の一部を抽気するものである。排ガス温度上昇装置１４Ａは、抽気ラインＧ６と、抽気弁５２とから構成されている。抽気ラインＧ６は、基端部が給気ラインＧ１に接続され、先端部が大気に開放されている。抽気弁５２は、抽気ラインＧ６に設けられている。そのため、抽気弁５２を開放すると、コンプレッサ３１から給気ラインＧ１を通してエンジン本体１１の各シリンダ２１に供給される空気量が減少する。すると、エンジン本体１１の空燃比が小さくなって燃焼温度が上昇し、排ガスの温度も上昇する。

また、その他の排ガス温度上昇装置としては、例えば、エンジン本体１１に設けられた排気弁（図示略）の開閉タイミングを制御する制御装置、エンジン本体１１に設けられた燃料噴射弁（図示略）の噴射量を制御したり、噴射タイミングを制御する制御装置などを適用してもよい。

給気ラインＧ１は、エアクーラ（冷却器）６１が設けられている。エアクーラ６１は、コンプレッサ３１により圧縮されて高温となった空気と冷却水とを熱交換することで、空気を冷却するものである。

船舶は、操縦ハンドル７１を操作することで、前進及び後進、停止、航行速度を切り替えることができる。前進側から、航行モードとしてナビゲーション・フル・アヘッド（Navigation Full Ahead：航海（常用）速力での前進全速）、港湾内航行モードとしてフル・アヘッド（Full Ahead：港内速力での前進全速回転数）、ハーフ・アヘッド（Half Ahead：港内速力での前進半速回転数）、スロー・アヘッド（Slow Ahead：港内速力での前進微速回転数）、デッド・スロー・アヘッド（Dead Slow Ahead：港内速力での前進最微速回転数）、主機停止がある。そして、主機停止から後進側に、デッド・スロー・アスターン（Dead Slow Astern：港湾速力での後進最微速回転数）、スロー・アスターン（Slow Astern：港湾速力での後進微速回転数）、ハーフ・アスターン（Half Astern：港湾速力での後進半速回転数）、フル・アスターン（Full Astern：後進全速回転数）がある。乗員は、操縦ハンドル７１を各位置に切り替えることで、船舶の前進、後進、停止、航行速度を切り替えることができる。

制御装置１５は、この操縦ハンドル７１が接続されており、操縦ハンドル７１からの信号（要求負荷）に基づいてエンジン本体１１を制御する。例えば、制御装置１５は、操縦ハンドル７１からの信号に基づいてエンジン本体１１における燃料投入量、燃料噴射タイミング、排気弁の開閉タイミングなどを調整し、エンジン回転数を所定回転数に調整することで、船舶の航行速度を調整することができる。

また、船舶が航行するとき、排ガス中のＮＯｘやＳＯｘ及びＰＭについて、一般海域よりも厳しい大気汚染物質放出規制海域（ＮＯｘ−ＥＣＡ）が設定されている。制御装置１５は、現在の船舶の運航海域がＮＯｘの排出量を規制するこのＥＣＡであれば、ＳＣＲ脱硝装置１３及び排ガス温度上昇装置１４を作動させる。この場合、乗員が操作スイッチ（図示略）により制御装置１５にＳＣＲ脱硝装置１３及び排ガス温度上昇装置１４を作動させる信号を入力してもよいし、制御装置１５が現在の航行位置に基づいて自動的にＳＣＲ脱硝装置１３及び排ガス温度上昇装置１４を作動させてもよい。また、ＳＣＲ脱硝装置１３及び排ガス温度上昇装置１４の作動停止についても同様である。

即ち、制御装置１５は、現在の船舶の運航海域がＮＯｘ−ＥＣＡ（ＮＯｘ規制海域）外であれば、ＳＣＲ脱硝装置１３及び排ガス温度上昇装置１４の作動を停止する。つまり、還元剤供給装置４２による排気ラインＧ４への還元剤の供給を停止すると共に、抽ガス弁５１を閉止して抽ガスラインＧ５を遮断する。または、抽気弁５２を閉止して抽気ラインＧ６を遮断する。一方、制御装置１５は、現在の船舶の運航海域がＮＯｘ−ＥＣＡ（ＮＯｘ規制海域）内であれば、ＳＣＲ脱硝装置１３及び排ガス温度上昇装置１４を作動する。つまり、還元剤供給装置４２による排気ラインＧ４への還元剤の供給を開始すると共に、抽ガス弁５１を開放して抽ガスラインＧ５を流通可能とする。または、抽気弁５２を開放して抽気ラインＧ６を流通可能とする。

このように現在の船舶の運航海域がＮＯｘ−ＥＣＡ内にあるとき、ＳＣＲ脱硝装置１３及び排ガス温度上昇装置１４を作動することで、排ガス中のＮＯｘを除去、低減しているものの、このとき、排ガス温度が上昇するためにエンジン本体１１の燃焼状態が若干悪化している。一方で、舶用ディーゼルエンジン１０は、回転数が増加するときにエンジン本体１１に共振などが発生するため、所定の回転数域での長時間の運転が禁止される危険回転数域が存在する。本実施形態にて、制御装置１５は、船舶がＮＯｘ−ＥＣＡ内にあって、ＳＣＲ脱硝装置１３及び排ガス温度上昇装置１４，１４Ａが作動しているとき、エンジン回転数が危険回転数域に到達すると、排ガス温度上昇装置１４，１４Ａの作動を停止する。

具体的に、制御装置１５は、操縦ハンドル７１の操作により、この操縦ハンドル７１から危険回転数域を超えてエンジン回転数を上昇させる指令値が入力されると、この指令値の入力時に排ガス温度上昇装置１４，１４Ａの作動を停止する。そして、制御装置１５は、現在のエンジン回転数が危険回転数域を抜けたときに排ガス温度上昇装置１４，１４Ａの作動を開始する。

そのため、エンジン本体１１は、エンジン回転数を検出する回転数センサ７２が設けられている。回転数センサ７２は、制御装置１５に接続されており、検出するエンジン回転数を制御装置１５に出力する。

以下、第１実施形態の舶用ディーゼルエンジン１０の作動について説明する。

図１に示すように、エンジン本体１１は、掃気トランク２２からシリンダ２１内に燃焼用気体が供給されると、ピストン（図示略）によってこの燃焼用気体が圧縮され、この高温の燃焼用気体に対して燃料が噴射されることで自然着火し、燃焼する。そして、発生した燃焼ガスは、排ガスとして排気マニホールド２３から排気ラインＧ２に排出される。エンジン本体１１から排出された排ガスは、過給機１２におけるタービン３２を回転した後、排気ラインＧ４に排出され、この排気ラインＧ４から外部に排出される。

過給機１２は、タービン３２が排ガスにより回転すると、タービン３２の回転が回転軸３３によりコンプレッサ３１に伝達されて回転する。コンプレッサ３１は、吸入口Ｇ３から取り込んだ空気を圧縮し、給気ラインＧ１から掃気トランク２２に供給する。このとき、給気ラインＧ１から掃気トランク２２に供給される空気は、エアクーラ６１により冷却される。

また、制御装置１５は、現在の船舶の運航海域がＥＣＡ外であれば、ＳＣＲ脱硝装置１３及び排ガス温度上昇装置１４の作動を停止する。一方、制御装置１５は、現在の船舶の運航海域がＮＯｘ−ＥＣＡ内であれば、ＳＣＲ脱硝装置１３及び排ガス温度上昇装置１４を作動する。まず、排ガス温度上昇装置１４が作動すると、抽ガス弁５１が開放されて排気ラインＧ２からタービン３２に流入する排ガス量が減少し、給気ラインＧ１からエンジン本体１１に供給される空気量が減少することで排ガスの温度が上昇する。または、排ガス温度上昇装置１４Ａが作動すると、抽気弁５２が開放されて給気ラインＧ１からエンジン本体１１に供給される空気量が減少することで排ガスの温度も上昇する。次に、ＳＣＲ脱硝装置１３が作動すると、還元剤供給装置４２が排気ラインＧ４へ還元剤を供給する。すると、排気ラインＧ４のＳＣＲ反応器は、還元剤供給装置４２からの還元剤と所定の反応温度以上に昇温された排ガスとの反応を促進させることで、排ガス中のＮＯｘを除去、低減する。

更に、制御装置１５は、船舶がＥＣＡ内にあって、ＳＣＲ脱硝装置１３及び排ガス温度上昇装置１４が作動しているとき、エンジン回転数が危険回転数域に到達すると、排ガス温度上昇装置１４の作動を停止する。

ここで、ＳＣＲ脱硝装置１３及び排ガス温度上昇装置１４の制御について説明する。図２は、ＳＣＲ脱硝装置の作動を表すタイムチャートである。

第１実施形態のエンジン制御方法は、船舶が少なくとも大気汚染物質放出規制海域にあるときにエンジン本体１１からの排ガスの温度を上昇させる処理を実施すると共に排ガスの脱硝処理を実施する工程と、エンジン回転数が予め設定された危険回転数域に入ると排ガスの温度を上昇させる処理を停止する工程とを備える。

図１及び図２に示すように、船舶の運航海域がＥＣＡ（規制海域）内である（ＯＮ）とき、ＳＣＲ脱硝装置１３が作動（ＯＮ）すると共に、排ガス温度上昇装置１４を作動して抽ガス弁５１が開放されており、排ガスの脱硝処理が実施されている。そして、時間ｔ１にて、操縦ハンドル７１が操作され、危険回転数域を超えてエンジン回転数を上昇させる指令値が出力される。即ち、現在のエンジン回転数Ｎｅ１が危険回転数域Ａの下限値ＮｅＬ以下であるとき、このエンジン回転数Ｎｅ１から危険回転数域Ａの上限値ＮｅＵより高いエンジン回転数Ｎｅ２まで上昇させる指令値が出力される。

制御装置１５は、時間ｔ１にて、この指令値が入力すると、排ガス温度上昇装置１４の作動を停止して抽ガス弁５１を閉止する。また、制御装置１５は、この指令値に基づいて燃料投入量を増加するなどの制御を実施することで、エンジン回転数を上昇させる。そして、時間ｔ２にて、エンジン回転数が下限値ＮｅＬに到達して危険回転数域Ａに入るものの、このとき、排ガス温度上昇装置１４の作動が停止していることから、エンジン本体１１の燃焼状態は安定しており、迅速にエンジン回転数が上昇し、時間ｔ３にて、危険回転数域Ａを抜ける。また、エンジン回転数が危険回転数域Ａに存在する期間Ｔ１は、排ガスの温度上昇処理が停止しているものの、早期に排気ガスの温度が低下することはなく、排ガスの脱硝処理が継続して実施される。

そして、この時間ｔ３にて、エンジン回転数が危険回転数域Ａの上限値ＮｅＵを抜けると、制御装置１５は、排ガス温度上昇装置１４の作動を開始して抽ガス弁５１を開放する。すると、排ガス温度上昇装置１４により再び排気ガスの温度上昇処理が開始され、排ガスの脱硝処理が継続して実施される。その後、時間ｔ４にて、エンジン回転数が目標となるエンジン回転数Ｎｅ２に到達する。そして、時間ｔ５にて、船舶の運航海域がＥＣＡ（規制海域）外にでる（ＯＦＦ）と、ＳＣＲ脱硝装置１３の作動を停止（ＯＦＦ）すると共に、排ガス温度上昇装置１４の作動を停止して抽ガス弁５１を閉止し、排ガスの脱硝処理が終了する。

このように第１実施形態の舶用ディーゼルエンジンにあっては、エンジン本体１１と、エンジン本体１１から排出される排ガスの排気ラインＧ４に設けられるＳＣＲ脱硝装置１３と、ＳＣＲ脱硝装置１３に流入する排ガスを昇温する排ガス温度上昇装置１４と、排ガス温度上昇装置１４の作動を制御すると共にエンジン回転数が予め設定された危険回転数域にあるときに排ガス温度上昇装置１４の作動を停止する制御装置１５とを備えている。

従って、エンジン回転数が危険回転数域Ａに入ると、排ガス温度上昇装置１４の作動を停止することで、エンジン本体１１の燃焼状態が安定することから、エンジン回転数を適切に増加させ、迅速に危険回転数域を抜け出すことができる。このとき、排ガス温度上昇装置１４の作動を停止しても、ＳＣＲ脱硝装置１３の熱容量が大きいために排ガスの温度が急激に低下することはなく、ＳＣＲ脱硝装置１３は、排ガスの脱硝処理を適切に実施することができる。その結果、排ガスの脱硝処理とエンジンの安定した駆動との両立を図ることができる。

第１実施形態の舶用ディーゼルエンジンでは、制御装置１５は、危険回転数域Ａを超えてエンジン回転数を上昇させる指令値が入力されると、この指令値の入力時に排ガス温度上昇装置１４の作動を停止する。従って、指令値の入力時に排ガス温度上昇装置１４の作動を停止することから、エンジンの回転数が危険回転数域Ａに到達する前に排ガス温度上昇装置１４の作動を停止することができ、エンジン本体１１の燃焼状態を安定状態とし、エンジン回転数を適切に増加して迅速に危険回転数域Ａを抜け出すことができる。

第１実施形態の舶用ディーゼルエンジンでは、制御装置１５は、現在のエンジン回転数が危険回転数域Ａを抜けたときに排ガス温度上昇装置１４の作動を開始する。従って、排ガス温度上昇装置１４の停止状態を最短期間として、ＳＣＲ脱硝装置１３が排ガスの脱硝処理を適切に実施することができる。

また、第１実施形態のエンジン制御装置にあっては、エンジン回転数が予め設定された危険回転数域Ａにあるときに排ガス温度上昇装置１４の作動を停止するように制御している。従って、エンジン回転数が危険回転数域Ａに入ったときに、エンジン本体１１の燃焼状態を安定状態として迅速に危険回転数域を抜け出すことができる。

また、第１実施形態のエンジン制御方法にあっては、船舶がＥＣＡ内にあるときにエンジン本体１１からの排ガスの温度を上昇させる処理を実施すると共に排ガスの脱硝処理を実施する工程と、エンジン回転数が予め設定された危険回転数域Ａに入ると排ガスの温度を上昇させる処理を停止する工程とを備えている。従って、排ガスの脱硝処理とエンジンの安定した駆動との両立を図ることができる。

［第２実施形態］
図３は、第２実施形態の舶用ディーゼルエンジンにおけるＳＣＲ脱硝装置の作動を表すタイムチャートである。なお、本実施形態の舶用ディーゼルエンジンの基本的な構成は、上述した第１実施形態とほぼ同様の構成であり、図１を用いて説明すると共に、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第２実施形態の舶用ディーゼルエンジンにて、図１に示すように、制御装置１５は、現在のエンジン回転数が危険回転数域Ａに到達したときに、排ガス温度上昇装置１４（１４Ａ）の作動を停止するようにしている。

図１及び図３に示すように、船舶の運航海域がＥＣＡ（規制海域）内である（ＯＮ）とき、ＳＣＲ脱硝装置１３が作動（ＯＮ）すると共に、排ガス温度上昇装置１４を作動して抽ガス弁５１が開放されており、排ガスの脱硝処理が実施されている。そして、時間ｔ１１にて、操縦ハンドル７１が操作され、危険回転数域Ａを超えてエンジン回転数を上昇させる指令値が出力される。制御装置１５は、時間ｔ１１にて、この指令値が入力すると、この指令値に基づいて燃料投入量を増加するなどの制御を実施することで、エンジン回転数を上昇させる。

時間ｔ１２にて、制御装置１５は、エンジン回転数が危険回転数域Ａの下限値に到達すると同時に、排ガス温度上昇装置１４の作動を停止して抽ガス弁５１を閉止する。エンジン本体１１は、エンジン回転数が危険回転数域Ａに入るものの、このとき、排ガス温度上昇装置１４の作動が停止していることから、燃焼状態は安定しており、迅速にエンジン回転数が上昇し、時間ｔ１３にて、危険回転数域Ａを抜ける。また、エンジン回転数が危険回転数域Ａに存在する期間Ｔ１は、排ガスの温度上昇処理が停止しているものの、早期に排気ガスの温度が低下することはなく、排ガスの脱硝処理が継続して実施される。

そして、この時間ｔ１３にて、エンジン回転数が危険回転数域Ａを抜けると、制御装置１５は、排ガス温度上昇装置１４の作動を開始して抽ガス弁５１を開放する。すると、排ガス温度上昇装置１４により再び排気ガスの温度上昇処理が開始され、排ガスの脱硝処理が継続して実施される。その後、時間ｔ１４にて、エンジン回転数が目標となるエンジン回転数に到達する。そして、時間ｔ１５にて、船舶の運航海域がＥＣＡ（規制海域）外にでる（ＯＦＦ）と、ＳＣＲ脱硝装置１３の作動を停止（ＯＦＦ）すると共に、排ガス温度上昇装置１４の作動を停止して抽ガス弁５１を閉止し、排ガスの脱硝処理が終了する。

このように第２実施形態の舶用ディーゼルエンジンにあっては、制御装置１５は、現在のエンジン回転数が危険回転数域Ａに到達したときに排ガス温度上昇装置１４の作動を停止する。従って、エンジンの回転数が危険回転数域Ａに到達したときに確実に排ガス温度上昇装置１４の作動を停止することができ、エンジン本体１１の燃焼状態を安定状態とし、エンジン回転数を適切に増加して迅速に危険回転数域を抜け出すことができる。

［第３実施形態］
図４は、第３実施形態の舶用ディーゼルエンジンにおけるＳＣＲ脱硝装置の作動を表すタイムチャートである。なお、本実施形態の舶用ディーゼルエンジンの基本的な構成は、上述した第１実施形態とほぼ同様の構成であり、図１を用いて説明すると共に、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第３実施形態の舶用ディーゼルエンジンにて、図１に示すように、制御装置１５は、危険回転数域Ａの下限値に予め設定された余裕値Ｂを加算した危険回転数域Ａの下限値より低い危険回転数域の余裕下限値を設定し、現在のエンジン回転数が余裕下限値に到達したときに、排ガス温度上昇装置１４（１４Ａ）の作動を停止するようにしている。

図１及び図４に示すように、船舶の運航海域がＥＣＡ（規制海域）内である（ＯＮ）とき、ＳＣＲ脱硝装置１３が作動（ＯＮ）すると共に、排ガス温度上昇装置１４を作動して抽ガス弁５１が開放されており、排ガスの脱硝処理が実施されている。そして、時間ｔ２１にて、操縦ハンドル７１が操作され、危険回転数域Ａを超えてエンジン回転数を上昇させる指令値が出力される。制御装置１５は、時間ｔ２１にて、この指令値が入力すると、この指令値に基づいて燃料投入量を増加するなどの制御を実施することで、エンジン回転数を上昇させる。

時間ｔ２２にて、制御装置１５は、エンジン回転数が危険回転数域Ａの余裕下限値に到達すると、排ガス温度上昇装置１４の作動を停止して抽ガス弁５１を閉止する。そして、所定時間Ｔ２が経過した時間ｔ２３にて、エンジン回転数が危険回転数域Ａに到達する。この所定時間Ｔ２、つまり、余裕値Ｂは、制御遅れなどを考慮して設定することが好ましい。エンジン本体１１は、エンジン回転数が危険回転数域Ａに入るものの、このとき、排ガス温度上昇装置１４の作動が停止していることから、燃焼状態は安定しており、迅速にエンジン回転数が上昇し、時間ｔ２４にて、危険回転数域Ａを抜ける。また、エンジン回転数が危険回転数域Ａに存在する期間Ｔ１は、排ガスの温度上昇処理が停止しているものの、早期に排気ガスの温度が低下することはなく、排ガスの脱硝処理が継続して実施される。

そして、この時間ｔ２４にて、エンジン回転数が危険回転数域Ａを抜けると、制御装置１５は、排ガス温度上昇装置１４の作動を開始して抽ガス弁５１を開放する。すると、排ガス温度上昇装置１４により再び排気ガスの温度上昇処理が開始され、排ガスの脱硝処理が継続して実施される。その後、時間ｔ２５にて、エンジン回転数が目標となるエンジン回転数に到達する。そして、時間ｔ２６にて、船舶の運航海域がＥＣＡ（規制海域）外に出る（ＯＦＦ）と、ＳＣＲ脱硝装置１３の作動を停止（ＯＦＦ）すると共に、排ガス温度上昇装置１４の作動を停止して抽ガス弁５１を閉止し、排ガスの脱硝処理が終了する。

このように第３実施形態の舶用ディーゼルエンジンにあっては、危険回転数域Ａの下限値に余裕値Ｂを加算した危険回転数域Ａの下限値より低い危険回転数域Ａの余裕下限値を設定し、制御装置１５は、現在のエンジン回転数が余裕下限値に到達したときに、排ガス温度上昇装置１４（１４Ａ）の作動を停止する。従って、エンジン本体１１の回転数が危険回転数域Ａに到達する前に排ガス温度上昇装置１４の作動を停止することができ、エンジン本体１１の燃焼状態を安定状態とし、エンジン回転数を適切に増加して迅速に危険回転数域Ａを抜け出すことができる。

［第４実施形態］
図５は、第４実施形態の舶用ディーゼルエンジンにおけるＳＣＲ脱硝装置の作動を表すタイムチャートである。なお、本実施形態の舶用ディーゼルエンジンの基本的な構成は、上述した第１実施形態とほぼ同様の構成であり、図１を用いて説明すると共に、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第４実施形態の舶用ディーゼルエンジンにて、図１に示すように、制御装置１５は、現在のエンジン回転数が危険回転数域Ａを抜けてから予め設定された所定時間Ｔ３の経過後に、排ガス温度上昇装置１４（１４Ａ）の作動を停止するようにしている。

図１及び図５に示すように、船舶の運航海域がＥＣＡ（規制海域）内である（ＯＮ）とき、ＳＣＲ脱硝装置１３が作動（ＯＮ）すると共に、排ガス温度上昇装置１４を作動して抽ガス弁５１が開放されており、排ガスの脱硝処理が実施されている。そして、時間ｔ３１にて、操縦ハンドル７１が操作され、危険回転数域Ａを超えてエンジン回転数を上昇させる指令値が出力される。

制御装置１５は、時間ｔ３１にて、この指令値が入力すると、排ガス温度上昇装置１４の作動を停止して抽ガス弁５１を閉止する。また、制御装置１５は、この指令値に基づいて燃料投入量を増加するなどの制御を実施することで、エンジン回転数を上昇させる。そして、時間ｔ３２にて、エンジン回転数が危険回転数域Ａに入るものの、このとき、排ガス温度上昇装置１４の作動が停止していることから、エンジン本体１１の燃焼状態は安定しており、迅速にエンジン回転数が上昇し、時間ｔ３３にて、危険回転数域Ａを抜ける。また、エンジン回転数が危険回転数域Ａに存在する期間Ｔ１は、排ガスの温度上昇処理が停止しているものの、早期に排気ガスの温度が低下することはなく、排ガスの脱硝処理が継続して実施される。

そして、この時間ｔ３３にて、エンジン回転数が危険回転数域Ａを抜けると、制御装置１５は、危険回転数域Ａを抜けてから所定時間Ｔ３が経過した時間ｔ３４にて、排ガス温度上昇装置１４の作動を開始して抽ガス弁５１を開放する。すると、排ガス温度上昇装置１４により再び排気ガスの温度上昇処理が開始され、排ガスの脱硝処理が継続して実施される。その後、時間ｔ３５にて、エンジン回転数が目標となるエンジン回転数に到達する。そして、時間ｔ３６にて、船舶の運航海域がＥＣＡ（規制海域）外にでる（ＯＦＦ）と、ＳＣＲ脱硝装置１３の作動を停止（ＯＦＦ）すると共に、排ガス温度上昇装置１４の作動を停止して抽ガス弁５１を閉止し、排ガスの脱硝処理が終了する。

このように第４実施形態の舶用ディーゼルエンジンにあっては、制御装置１５は、現在のエンジン回転数が危険回転数域を抜けてから予め設定された所定時間Ｔ２の経過後に排ガス温度上昇装置１４の作動を開始する。従って、エンジン回転数が完全に危険回転数域Ａを抜けてから排ガス温度上昇装置１４を作動することとなり、エンジン本体１１の安全性を確保することができると共に、ＳＣＲ脱硝装置１３による排ガスの脱硝処理を適切に実施することができる。

１０ 舶用ディーゼルエンジン
１１ エンジン本体（内燃機関本体）
１２ 過給機
１３ ＳＣＲ脱硝装置
１４ 排ガス温度上昇装置
１５ 制御装置
２１ シリンダ
２２ 掃気トランク
２３ 排気マニホールド
３１ コンプレッサ（圧縮機）
３２ タービン
４１ ＳＣＲ反応器
４２ 還元剤供給装置
５１ 抽ガス弁
５２ 抽気弁
６１ エアクーラ
Ｇ１ 給気ライン
Ｇ２，Ｇ４ 排気ライン
Ｇ３ 吸入口
Ｇ５ 抽ガスライン
Ｇ６ 抽気ライン

Claims (8)

1. エンジン本体と、
   前記エンジン本体から排出される排ガスの排気ラインに設けられる脱硝装置と、
   前記脱硝装置に流入する排ガスを昇温する排ガス温度上昇装置と、
   前記排ガス温度上昇装置の作動を制御すると共にエンジン回転数が予め設定された危険回転数域にあるときに前記排ガス温度上昇装置の作動を停止する制御装置と、
   を備えることを特徴とする舶用ディーゼルエンジン。
2. 前記制御装置は、前記危険回転数域を超えてエンジン回転数を上昇させる指令値が入力されると、前記指令値の入力時に前記排ガス温度上昇装置の作動を停止することを特徴とする請求項１に記載の舶用ディーゼルエンジン。
3. 前記制御装置は、現在のエンジン回転数が前記危険回転数域に到達したときに前記排ガス温度上昇装置の作動を停止することを特徴とする請求項１に記載の舶用ディーゼルエンジン。
4. 前記危険回転数域の下限値に予め設定された余裕値を加算した前記危険回転数域の下限値より低い前記危険回転数域の余裕下限値が設定され、前記制御装置は、現在のエンジン回転数が前記余裕下限値に到達したときに前記排ガス温度上昇装置の作動を停止することを特徴とする請求項１に記載の舶用ディーゼルエンジン。
5. 前記制御装置は、現在のエンジン回転数が前記危険回転数域を抜けたときに前記排ガス温度上昇装置の作動を開始することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の舶用ディーゼルエンジン。
6. 前記制御装置は、現在のエンジン回転数が前記危険回転数域を抜けてから予め設定された所定時間の経過後に前記排ガス温度上昇装置の作動を開始することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の舶用ディーゼルエンジン。
7. エンジン本体と、
   前記エンジン本体から排出される排ガスの排気ラインに設けられる脱硝装置と、
   前記脱硝装置に流入する排ガスを昇温する排ガス温度上昇装置と、
   を備える舶用ディーゼルエンジンにおいて、
   前記排ガス温度上昇装置の作動を制御すると共にエンジン回転数が予め設定された危険回転数域にあるときに前記排ガス温度上昇装置の作動を停止する、
   ことを特徴とするエンジン制御装置。
8. 船舶が少なくとも大気汚染物質放出規制海域にあるときにエンジンからの排ガスの温度を上昇させる処理を実施すると共に排ガスの脱硝処理を実施する工程と、
   エンジン回転数が予め設定された危険回転数域に入ると排ガスの温度を上昇させる処理を停止する工程と、
   を備えることを特徴とするエンジン制御方法。

Images