JP6842284B2 - 舶用ディーゼルエンジン - Google Patents

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Description

本発明は、舶用ディーゼルエンジンに関するものである。
舶用ディーゼルエンジンは、燃焼噴射ノズルから燃焼室に燃料を噴射し、掃気ポートから空気を供給し、燃焼室内で空気と混合した燃料を燃焼させることで、ピストンを押すことで、回転軸を回転させる。ここで、特許文献１には、車両用の内燃機関であるが、燃焼室に供給する燃料の噴射を制御することが記載されている。
特許第４６３７０３６号公報
舶用ディーゼルエンジンにおいても、１回の燃焼サイクルで噴射する燃料の噴射タイミングや噴射量を制御する処理を行うことで、燃料を効率よく燃焼することができる。ここで、舶用ディーゼルエンジンには、エンジン本体と、エンジン本体から排出される排ガスの力でタービンを回転し、タービンと同軸で接続された圧縮機で生成された圧縮空気をエンジン本体に供給する過給機と、エンジン本体から排出される排ガスの一部を前記エンジン本体に再循環させるＥＧＲユニットと、を備えるものがある。
ここで、ＥＧＲユニットで排ガスをエンジン本体に供給するＥＧＲモードと、ＥＧＲユニットで排ガスをエンジン本体に供給しないノーマルモードを切り換えることができる舶用ディーゼルエンジンでは、ＥＧＲモードをＯＮで運転した場合、１回の燃焼サイクルで噴射する燃料の噴射タイミングや噴射量を制御しても、条件によって、燃焼が不安定になったり、黒煙が発生したりする恐れがあるエンジン本体の負荷が生じる場合がある。
本発明は上述した課題を解決するものであり、ＥＧＲモードとノーマルモードの両方でエンジン本体をより良い条件で運転させることができる舶用ディーゼルエンジン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は、舶用ディーゼルエンジンであって、燃料噴射バルブから燃焼室に燃料を供給し、該燃料を燃焼させるエンジン本体と、前記エンジン本体から排出された排ガスの一部を燃焼用ガスとして前記エンジン本体に再循環するＥＧＲシステムと、燃焼サイクルにおいて前記燃料噴射バルブから燃料を噴射する量または噴射する圧力及び噴射するタイミングを制御するエンジン制御装置と、を有し、前記エンジン制御装置は、前記ＥＧＲシステムが稼働する設定であるＥＧＲモードの制御と、前記ＥＧＲシステムが稼働しない設定であるノーマルモードの制御とを切り替えて実行し、前記ＥＧＲモードにおいては、１回の燃焼サイクルにおける燃料噴射のピーク量またはピーク圧力が、前記エンジン本体の負荷が同一である場合における前記ノーマルモードの燃料噴射のピーク量またはピーク圧力よりも大きい値であり、前記１回の燃焼サイクルにおける燃料噴射のピーク量またはピーク圧力が前記ノーマルモードの前記燃焼サイクルにおける時間より早いかまたはクランク角度が小さいときに生ずることを特徴とする。
舶用ディーゼルエンジンは、ＥＧＲモードとノーマルモードとで、燃料噴射のピークの量または圧力を変化させ、ＥＧＲモードでは、燃料を短時間で噴射することで、ＥＧＲ時における燃焼時間の伸長を抑制し、燃焼室での燃料の燃焼時に燃料が拡散する範囲を広くすることができる。これにより、ＥＧＲモードにおいても燃料が燃焼しやすい状況とすることができ、ＥＧＲモードとノーマルモードの両方でエンジン本体をより良い条件で運転させることができる。
また、前記ＥＧＲモードにおいては、１回の燃焼サイクルにおける燃料噴射期間が、前記エンジン本体の負荷が同一であり、噴射する燃料の総量が同一である場合における前記ノーマルモードの燃料噴射期間よりも短いことが好ましい。
上記の目的を達成するための本発明は、燃料噴射バルブから燃焼室に燃料を供給し、該燃料を燃焼させるエンジン本体と、前記エンジン本体から排出された排ガスの一部を燃焼用ガスとして前記エンジン本体に再循環するＥＧＲシステムと、燃焼サイクルにおいて前記燃料噴射バルブから燃料を噴射する量または噴射する圧力及び噴射するタイミングを制御するエンジン制御装置と、を有し、前記エンジン制御装置は、前記ＥＧＲシステムが稼働する設定であるＥＧＲモードの制御と、前記ＥＧＲシステムが稼働しない設定であるノーマルモードの制御とを切り替えて実行し、前記ＥＧＲモードにおいては、１回の燃焼サイクルにおける燃料噴射のピーク量またはピーク圧力が、前記エンジン本体の負荷が同一である場合における前記ノーマルモードの燃料噴射のピーク量またはピーク圧力よりも大きい値であり、前記ＥＧＲモードにおいては、１回の燃焼サイクルにおける燃料噴射期間が、前記エンジン本体の負荷が同一である場合における前記ノーマルモードの燃料噴射期間よりも短く、前記エンジン制御装置は、前記負荷が大きくなるにしたがって、前記ＥＧＲモードの燃料噴射期間と前記ノーマルモードの燃料噴射期間との差が、大きくなることを特徴とする。
また、前記ＥＧＲモードにおいては、１回の燃焼サイクルにおける燃料噴射の開始タイミングが、前記エンジン本体の負荷が同一である場合における前記ノーマルモードの開始タイミングよりも遅いことが好ましい。
上記の目的を達成するための本発明は、燃料噴射バルブから燃焼室に燃料を供給し、該燃料を燃焼させるエンジン本体と、前記エンジン本体から排出された排ガスの一部を燃焼用ガスとして前記エンジン本体に再循環するＥＧＲシステムと、燃焼サイクルにおいて前記燃料噴射バルブから燃料を噴射する量または噴射する圧力及び噴射するタイミングを制御するエンジン制御装置と、を有し、前記エンジン制御装置は、前記ＥＧＲシステムが稼働する設定であるＥＧＲモードの制御と、前記ＥＧＲシステムが稼働しない設定であるノーマルモードの制御とを切り替えて実行し、前記ＥＧＲモードにおいては、１回の燃焼サイクルにおける燃料噴射のピーク量またはピーク圧力が、前記エンジン本体の負荷が同一である場合における前記ノーマルモードの燃料噴射のピーク量またはピーク圧力よりも大きい値であり、前記ＥＧＲモードにおいては、１回の燃焼サイクルにおける燃料噴射の開始タイミングが、前記エンジン本体の負荷が同一である場合における前記ノーマルモードの開始タイミングよりも遅く、前記エンジン制御装置は、前記負荷が大きくなるにしたがって、前記ＥＧＲモードの燃料噴射の開始タイミングと前記ノーマルモードの燃料噴射の開始タイミングとの差が、大きくなることを特徴とする。
上記の目的を達成するための本発明は、燃料噴射バルブから燃焼室に燃料を供給し、該燃料を燃焼させるエンジン本体と、前記エンジン本体から排出された排ガスの一部を燃焼用ガスとして前記エンジン本体に再循環するＥＧＲシステムと、燃焼サイクルにおいて前記燃料噴射バルブから燃料を噴射する量または噴射する圧力及び噴射するタイミングを制御するエンジン制御装置と、を有し、前記エンジン制御装置は、前記ＥＧＲシステムが稼働する設定であるＥＧＲモードの制御と、前記ＥＧＲシステムが稼働しない設定であるノーマルモードの制御とを切り替えて実行し、前記ＥＧＲモードにおいては、１回の燃焼サイクルにおける燃料噴射のピーク量またはピーク圧力が、前記エンジン本体の負荷が同一である場合における前記ノーマルモードの燃料噴射のピーク量またはピーク圧力よりも大きい値であり、前記エンジン制御装置は、前記負荷が大きくなるにしたがって、前記ＥＧＲモードの燃料噴射のピーク量またはピーク圧力と前記ノーマルモードの燃料噴射のピーク量またはピーク圧力との差が、大きくなることを特徴とする。
また、前記ＥＧＲシステムは、前記エンジン本体から排出される排ガスの一部を燃焼用ガスとして前記エンジン本体に再循環する排ガス再循環ラインと、前記排ガス再循環ラインに設けられるＥＧＲバルブと、前記排ガス再循環ラインを流れる前記燃焼用ガスに対して液体を噴射するスクラバと、を有することが好ましい。
また、前記エンジン本体から排出される排ガスで回転するタービンと、前記タービン及び回転軸が連結され、前記タービンの回転で回転し、圧縮気体を生成する圧縮機と、を備え、圧縮気体を前記エンジン本体に供給する過給機を有し、前記ＥＧＲシステムは、前記圧縮機に排ガスの一部を燃焼用ガスとして供給することが好ましい。
本発明によれば、ＥＧＲモードとノーマルモードとで、燃料噴射のピークの量または圧力を変化させ、ＥＧＲモードでは、燃料を短時間で噴射することで、ＥＧＲ時における燃焼時間の伸長を抑制し、燃焼室での燃料の燃焼時に燃料が拡散する範囲を広くすることができる。これにより、ＥＧＲモードにおいても燃料が燃焼しやすい状況とすることができ、ＥＧＲモードとノーマルモードの両方でエンジン本体をより良い条件で運転させることができる。
図１は、本実施形態のＥＧＲシステムを備えた舶用ディーゼルエンジンを表す概略図である。 図２は、本実施形態のＥＧＲシステムを表す概略構成図である。 図３は、本実施形態のエンジン本体の概略構成を示す模式図である。 図４は、エンジン駆動装置の制御の一例を示すフローチャートである。 図５は、燃料の噴射量または噴射圧と燃焼サイクルにおける時間との関係を示すグラフである。 図６は、クランク角度と筒内圧力との関係を示すグラフである。 図７は、エンジン負荷と噴射期間差との関係を示すグラフである。 図８は、エンジン負荷と最大噴射量比または最大圧力比との関係を示すグラフである。 図９は、エンジン負荷と噴射開始タイミング差の関係を示すグラフである。
以下に添付図面を参照して、本発明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。
図１は、ＥＧＲシステムを備えた舶用ディーゼルエンジンを表す概略図、図２は、ＥＧＲシステムを表す概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態の舶用ディーゼルエンジン１０は、エンジン本体（エンジン）１１と、過給機１２と、ＥＧＲシステム１３と、を備えている。
図２に示すように、エンジン本体１１は、図示しないが、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クロスヘッド式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との間に排気流路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。
図３は、エンジン本体を表す概略図である。図３は、エンジン本体１１のうち１つのピストン及びシリンダ２１に対応する部分を示している。エンジン本体１１は、下方に位置する台板１１１と、台板１１１上に設けられる架構１１２と、架構１１２上に設けられるシリンダジャケット１１３とを有している。この台板１１１と架構１１２とシリンダジャケット１１３は、上下方向に延在する複数のテンションボルト（タイボルト／連結部材）１１４及びナット１１５により一体に締結されて固定されている。
シリンダジャケット１１３は、シリンダライナ１１６が設けられており、このシリンダライナ１１６の上端にシリンダカバー１１７が設けられている。シリンダライナ１１６とシリンダカバー１１７は、空間部１１８を区画しており、この空間部１１８内にピストン１１９が上下に往復動自在に設けられることで、燃焼室１２０が形成される。また、シリンダカバー１１７は、排気弁（排ガス弁）１２１が設けられている。この排気弁１２１は、燃焼室１２０と排ガス管１２２とを開閉するものである。なお、排気弁１２１は、燃焼室１２０と排ガス管１２２とを開閉する機能を有していればよく、必ずしもシリンダカバー１１７の中央部に設ける必要はない。燃料噴射ノズルは、燃焼室１２０に燃料を噴射する。燃料供給部は、燃料噴射ノズルに燃料を供給する。燃料供給部は、制御弁や、圧力ポンプ等を有し、供給する圧力や制御弁を制御して、燃料噴射ノズルから噴射する燃料の量や圧力を制御する。
そのため、燃焼室１２０に対して、燃料噴射ノズル１３０から供給された燃料と、過給機１２により圧縮された燃焼用ガスが供給されることで燃焼する。そして、この燃焼で発生したエネルギによりピストン１１９が上下動する。また、このとき、排気弁１２１により燃焼室１２０が開放されると、燃焼によって生じた排ガスが排ガス管１２２に押し出される一方、掃気ポート２４から燃焼用ガスが燃焼室１２０に導入される。排ガス管１２２は、排気マニホールド２３と接続している。
ピストン１１９は、下端部にピストン棒１２３の上端部に接続されるとともに、ピストン棒１２３とともにピストン軸方向に移動可能に連結されている。台板１１１は、クランクケースとされており、クランクシャフト１２４を回転自在に支持する軸受１２５が設けられている。また、クランクシャフト１２４は、クランク１２６を介して連接棒１２７の下端部が回動自在に連結されている。架構１１２は、上下方向に延在する一対のガイド板１２８が所定間隔を空けて固定されており、一対のガイド板１２８の間にクロスヘッド１２９が上下に移動自在に支持されている。クロスヘッド１２９は、ピストン棒１２３の下端部に設けられたクロスヘッドピンの下半部を連接棒１２７の上端部に接続されるクロスヘッド軸受が回動自在となるように連結されている。
そのため、シリンダジャケット１１３の燃焼室１２０で発生したエネルギが伝達されたピストン１１９は、ピストン棒１２３と共に、エンジン本体１１の設置面の方向（台板１１１側の方向、即ち、ピストン軸方向における下向き）に押し下げる。すると、ピストン棒１２３は、クロスヘッド１２９をピストン軸方向に押し下げ、連接棒１２７及びクランク１２６を介してクランクシャフト１２４を回転させる。
エンジン本体１１には、回転数検出部６２と、燃料投入量検出部６４と、が配置されている。回転数検出部６２は、エンジン本体１１の回転数（プロペラ軸と接続された回転軸の回転数）を検出する。回転数検出部６２は、エンジン本体１１に挿入された回転軸の回転数を検出してもよいが、プロペラ軸の回転数を検出してもよい。燃料投入量検出部６４は、エンジン本体１１の燃料投入量を検出する。
エンジン制御装置２６は、エンジン本体１１の運転を制御する。エンジン制御装置２６は、要求負荷等の各種入力条件及び回転数検出部６２と燃料投入量検出部６４等の各種センサで検出した結果とに基づいて、エンジン本体１１の運転を制御する。エンジン制御装置２６は、シリンダ２１への燃料の噴射タイミングや、噴射量、排気弁１２１の開閉タイミングを制御して、エンジン本体１１の燃料投入量や回転数、燃焼室１２０での燃焼を制御する。エンジン制御装置２６は、燃料投入量や回転数を制御することで、エンジン本体１１の出力を制御する。
過給機１２は、コンプレッサ（圧縮機）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。この過給機１２は、エンジン本体１１の排気ラインＧ２から排出された排ガスによりタービン３２が回転し、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が回転し、このコンプレッサ３１が空気及び再循環ガスの少なくとも一方を圧縮し、圧縮した圧縮気体として給気ラインＧ１からエンジン本体１１に供給する。コンプレッサ３１は外部（大気）から空気を吸入する吸入ラインＧ６に接続されている。
過給機１２は、タービン３２を回転した排ガスを排出する排気ラインＧ３が連結されており、この排気ラインＧ３は、図示しない煙突（ファンネル）に連結されている。また、排気ラインＧ３から給気ラインＧ１までの間にＥＧＲシステム１３が設けられている。
ＥＧＲシステム１３は、排ガス再循環ラインＧ４、Ｇ５、Ｇ７と、スクラバ４２と、デミスタユニット１４と、ＥＧＲブロワ（送風機）４７と、ＥＧＲ制御装置６０と、を備えている。このＥＧＲシステム１３は、エンジン本体１１から排出された排ガスの一部を再循環ガスとして空気と混合した後、過給機１２により圧縮して燃焼用ガスとして舶用ディーゼルエンジン１０に再循環させることで、燃焼によるＮＯｘの生成を抑制するものである。なお、ここでは、タービン３２の下流側から排ガスの一部を抽気したが、タービン３２の上流側から排ガスの一部を抽気してもよい。
なお、以下の説明にて、排ガスとは、エンジン本体１１から排気ラインＧ２に排出された後、排気ラインＧ３から外部に排出されるガスである。再循環ガスとは、排気ラインＧ３から分離された一部の排ガスを指す。再循環ガスは、排ガス再循環ラインＧ４、Ｇ５、Ｇ７によりエンジン本体１１に戻されるものである。
排ガス再循環ラインＧ４は、一端が排気ラインＧ３の中途部に接続されている。排ガス再循環ラインＧ４は、ＥＧＲ入口バルブ（開閉弁）４１Ａが設けられており、他端がスクラバ４２に接続されている。ＥＧＲ入口バルブ４１Ａは、排ガス再循環ラインＧ４を開閉することで、排気ラインＧ３から排ガス再循環ラインＧ４に分流する排ガスをＯＮ／ＯＦＦする。なお、ＥＧＲ入口バルブ４１Ａを流量調整弁とし、排ガス再循環ラインＧ４を通過する排ガスの流量を調整するようにしてもよい。
スクラバ４２は、ベンチュリ式のスクラバであり、中空形状をなすスロート部４３と、排ガスが導入されるベンチュリ部４４と、元の流速に段階的に戻す拡大部４５とを備えている。スクラバ４２は、ベンチュリ部４４に導入された再循環ガスに対して水を噴射する水噴射部４６を備えている。スクラバ４２は、ＳＯｘや煤塵などの微粒子（ＰＭ）といった有害物質が除去された再循環ガス及び有害物質を含む排水を排出する排ガス再循環ラインＧ５が連結されている。なお、本実施形態では、スクラバとしてベンチュリ式を採用しているが、この構成に限定されるものではない。また、舶用ディーゼルエンジン１０は、スクラバ４２以外の排ガス洗浄装置を備えていてもよい。
排ガス再循環ラインＧ５は、デミスタユニット１４とＥＧＲブロワ４７が設けられている。
デミスタユニット１４は、水噴射により有害物質が除去された再循環ガスと排水を分離するものである。デミスタユニット１４は、排水をスクラバ４２の水噴射部４６に循環する排水循環ラインＷ１が設けられている。そして、この排水循環ラインＷ１は、ミスト（排水）を一時的に貯留するホールドタンク４９とポンプ５０が設けられている。
ＥＧＲブロワ４７は、スクラバ４２内の再循環ガスを排ガス再循環ラインＧ５からデミスタユニット１４を経由して、コンプレッサ３１に送るものである。
排ガス再循環ラインＧ７は、一端がＥＧＲブロワ４７に接続されると共に、他端が混合器（図示略）を介してコンプレッサ３１に接続されており、ＥＧＲブロワ４７により再循環ガスがコンプレッサ３１に送られる。排ガス再循環ラインＧ７は、ＥＧＲ出口バルブ（開閉弁または流量調整弁）４１Ｂが設けられている。吸入ラインＧ６からの空気と、排ガス再循環ラインＧ７からの再循環ガスは、混合器で混合されることで燃焼用ガスが生成される。なお、この混合器は、サイレンサと別に設けられてもよいし、混合器を別途設けることなく、再循環ガスと空気を混合する機能を付加するようにサイレンサを構成してもよい。そして、過給機１２は、コンプレッサ３１が圧縮した燃焼用ガスを給気ラインＧ１からエンジン本体１１に供給可能であり、給気ラインＧ１にエアクーラ（冷却器）４８が設けられている。このエアクーラ４８は、コンプレッサ３１により圧縮されて高温となった燃焼用ガスと冷却水とを熱交換することで、燃焼用ガスを冷却するものである。また、ＥＧＲシステム１３は、給気ラインＧ１または掃気トランク２２に酸素濃度検出部６６が配置されている。本実施形態の酸素濃度検出部６６は、エアクーラ４８よりもエンジン本体１１側に配置されている。酸素濃度検出部６６は、エンジン本体１１に供給される空気の酸素濃度、つまりＥＧＲシステム１３が稼働している場合は、燃焼用ガスの酸素濃度を検出する。
ＥＧＲ制御装置６０は、ＥＧＲシステム１３の各部の動作を制御する。ＥＧＲ制御装置６０は、エンジン制御装置２６から負荷情報を取得する。ＥＧＲ制御装置６０は、エンジン制御装置２６にＥＧＲシステム１３のＯＮ、ＯＦＦの情報を送る。ＥＧＲ制御装置６０は、回転数検出部６２からエンジン本体１１の回転数情報を取得する。ＥＧＲ制御装置６０は、燃料投入量検出部６４からエンジン本体１１の燃料投入量の情報を取得する。ＥＧＲ制御装置６０は、酸素濃度検出部６６からエンジン本体１１に供給される燃焼用ガスの酸素濃度の情報を取得する。ＥＧＲ制御装置６０は、取得したエンジン本体１１の負荷情報と、エンジン本体１１に供給される空気の酸素濃度とに基づいて、ＥＧＲブロワ４７の運転状態、ＥＧＲシステム１３からエンジン本体１１に供給する再循環ガスの量を制御する。ＥＧＲ制御装置６０は、エンジン本体１１の負荷と酸素濃度の目標値との関係を記憶しており、負荷に応じて酸素濃度の目標値を算出する。ＥＧＲ制御装置６０は、エンジン本体１１の負荷と酸素濃度の目標値との関係とに基づいて酸素濃度の目標値を算出し、算出した酸素濃度の目標値と取得した酸素濃度との関係と現在のＥＧＲブロワ４７の周波数とに基づいて、ＥＧＲブロワ４７の周波数（運転周波数）を算出する。ＥＧＲ制御装置６０は、算出したＥＧＲブロワ４７の周波数でＥＧＲブロワ４７を回転させる。ＥＧＲ制御装置６０は、ＥＧＲブロワ４７以外の各部、例えば、ＥＧＲ入口バルブ４１Ａ、ＥＧＲ出口バルブ４１Ｂの開閉や、スクラバ４２の運転も制御する。
以下、本実施形態のＥＧＲシステム１３の作用を説明する。図２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内に燃焼用ガスが供給されると、ピストンによってこの燃焼用ガスが圧縮され、この高温の燃焼用ガスに対して燃料を噴射す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Ｇ３に排出され、ＥＧＲ入口バルブ４１Ａ及びＥＧＲ出口バルブ４１Ｂが閉止しているときは、全量が排気ラインＧ３から外部に排出される。
一方、ＥＧＲ入口バルブ４１Ａ及びＥＧＲ出口バルブ４１Ｂが開放しているとき、排ガスは、その一部が再循環ガスとして排気ラインＧ３から排ガス再循環ラインＧ４に流れる。排ガス再循環ラインＧ４に流れた再循環ガスは、スクラバ４２により、有害物質が除去される。即ち、スクラバ４２は、再循環ガスがベンチュリ部４４を高速で通過するとき、水噴射部４６から水を噴射することで、この水により再循環ガスを冷却すると共に、有害物質を水と共に落下させて除去する。そして、有害物質を含むミスト（排水）は、再循環ガスと共にデミスタユニット１４に流入する。
スクラバ４２により有害物質が除去された再循環ガスは、排ガス再循環ラインＧ５に排出され、デミスタユニット１４によりミスト（排水）が分離された後、排ガス再循環ラインＧ７により過給機１２に送られる。そして、この再循環ガスは、吸入ラインＧ６から吸入された空気と混合されて燃焼用ガスとなり、過給機１２のコンプレッサ３１で圧縮された後、エアクーラ４８で冷却され、給気ラインＧ１からエンジン本体１１に供給される。
次に、図４を用いて、舶用ディーゼルエンジン１０のエンジン制御装置２６で実行するエンジン本体１１の制御について説明する。図４は、エンジン駆動装置の制御の一例を示すフローチャートである。
エンジン制御装置２６は、ＥＧＲシステム１３を稼動させる設定と、ＥＧＲシステム１３を稼動させない設定つまりＥＧＲシステム１３を停止させている設定と、で各部の制御条件を切り換える。ＥＧＲシステム１３を稼動させない設定とは、ＥＧＲシステム１３から浄化した排ガスの一部をエンジン本体１１に供給する再循環を実行しない状態であり、ＥＧＲシステム１３のスクラバ４２等のＥＧＲシステム１３の一部が稼動していてもよい。
エンジン制御装置２６は、ＥＧＲシステム１３を稼動させる設定の場合、ＥＧＲモードで制御を実行し、ＥＧＲシステム１３を稼動させない設定の場合、ノーマルモードで制御を実行する。以下、図４を用いて説明する。エンジン制御装置２６は、ＥＧＲ制御装置６０を介して、ＥＧＲシステム１３を稼働する設定となっているかを判定する（ステップＳ１２）。ＥＧＲシステム１３を稼働する設定とは、ユーザがＥＧＲシステム１３のＯＮ、ＯＦＦを操作できるスイッチがある場合、そのスイッチがＯＮとなっているかＯＦＦとなっているかである。なお、ＥＧＲシステム１３を稼働する設定の場合、ＥＧＲシステム１３が実際に稼働されていなくてもよい。例えば、舶用ディーゼルエンジン１０は、ＥＧＲシステム１３がエンジン本体１１の負荷が閾値以上で稼働する設定の場合、ＥＧＲシステム１３を稼働する設定であってもエンジン本体１１の負荷が低いとＥＧＲシステム１３が稼働しない。
エンジン制御装置２６は、ＥＧＲシステム１３を稼働する設定となっている（ステップＳ１２でＹｅｓ）と判定した場合、ＥＧＲモードを選択し（ステップＳ１４）、ＥＧＲモードの設定に基づいて各部を制御する。エンジン制御装置２６は、ＥＧＲシステム１３を稼働する設定となっていない（ステップＳ１２でＮｏ）と判定した場合、ノーマルモードを選択し（ステップＳ１６）、ノーマルモードの設定に基づいて各部を制御する。
次に、図５及び図６を用いて、エンジン制御装置２６による燃料噴射ノズル１３０から燃焼室１２０に供給する燃料噴射の制御について説明する。図５は、燃料の噴射量または噴射圧と燃焼サイクルにおける時間との関係を示すグラフである。エンジン制御装置２６は、図５に示す噴射量または噴射圧と時間の燃料噴射パターンに基づいて燃料噴射ノズル１３０から燃料を噴射する。ここで、図５では、横軸を時間、縦軸を燃料の噴射量または燃焼の噴射圧としたが燃料噴射パターンはこれに限定されない。縦軸は、図面上側に向かうほど、噴射量または噴射圧が多くなる。燃料噴射パターンは、噴射量と噴射圧の両方を制御してもよいが、噴射量と噴射圧の一方を制御してもよい。燃料噴射パターンは、横軸を時間に代えてクランク角度（１燃焼サイクル内におけるタイミング）としてもよい。このように、燃料噴射パターンは、燃焼サイクルにおいて各時点での燃料を噴射する量または圧力を燃焼サイクルの角度に対応付けて示すことができる。この場合、燃料噴射パターンは、上述したようにエンジン本体１１のピストンの１ストロークを３６０度とした角度、つまりクランク角度に基づいて制御する。つまり、エンジン制御装置２６は、クランク角度が設定された角度となった場合に設定された量または圧力の燃料を燃料噴射ノズル１３０から燃焼室１２０に供給する。また、図５の縦軸は、噴射量に代えて、噴射圧力としてもよい。また、図５は、同じエンジン負荷での燃料噴射パターン、つまり負荷が同一である場合における燃料噴射パターンを示している。
図５の実線で示す燃料噴射パターン２０２は、ＥＧＲモード（ＥＧＲ ＯＮ）での時間と噴射量または噴射圧との関係を示している。図５の点線で示す燃料噴射パターン２０４は、ノーマルモード（ＥＧＲ ＯＦＦ）での時間と噴射量または噴射圧との関係を示している。図５は、１サイクルから燃料を噴射する期間を抜き出しているものである。つまりクランク角度に対応付けると３６０度の範囲ではなく一部の角度範囲を示している。また図５は、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６の順で時間が経過していく。時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６は、クランク角度に対応付けることができ、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６の順でクランク角度が大きくなる。また、噴射量は、ｍ１よりもｍ２が大きくなる。エンジン制御装置２６は、ＥＧＲシステム１３が稼働する設定であるＥＧＲモードの場合、燃料噴射パターン２０２に基づいて燃料の噴射を制御する。エンジン制御装置２６は、ＥＧＲシステム１３を稼動させない設定であるノーマルモードの場合、燃料噴射パターン２０４に基づいて燃料の噴射を制御する。
ノーマルモードの燃料噴射パターン２０４は、時刻ｔ１で、燃料の噴射を開始し、時刻ｔ４で噴射量が最大（噴射量ｍ１）となり、時刻ｔ６で噴射を終了する。ＥＧＲモードの燃料噴射パターン２０２は、時刻ｔ２で、燃料の噴射を開始し、時刻ｔ３で噴射量が最大（噴射量ｍ２）となり、時刻ｔ５で噴射を終了する。ＥＧＲモードの燃料噴射パターン２０２は、最大の噴射量ｍ２が、ノーマルモードの燃料噴射パターン２０４の最大の噴射量ｍ１よりも多くなる。また、ＥＧＲモードの燃料噴射パターン２０２は、ノーマルモードの噴射パターン２０４よりも、燃料の噴射量が最大になる時刻が早い。次に、ＥＧＲモードの燃料噴射パターン２０２は、時刻ｔ１よりも遅い時刻ｔ２で噴射を開始し、時刻ｔ６よりも早い時刻ｔ５で噴射を終了する。つまり、ＥＧＲモードの燃料噴射パターン２０２は、ノーマルモードの噴射パターン２０４よりも短時間で燃料を噴射する。なお、ＥＧＲモードの燃料噴射パターン２０２とノーマルモードの燃料噴射パターン２０４とで噴射する燃料の総量は、負荷が同じであるので、同じ量である。また、ＥＧＲモードの燃料噴射パターン２０２は、ノーマルモードの燃料噴射パターン２０４よりも、燃料の噴射開始が遅く、噴射終了が速い。
図６は、クランク角度と筒内圧力との関係を示すグラフである。図６は、横軸をクランク角度、縦軸を筒内圧力とした。実線２１２は、ＥＧＲモードにおいて、燃料噴射パターン２０２で燃焼を行った場合の筒内圧力の変化を示している。点線２１４は、ノーマルモードにおいて、燃料噴射パターン２０４で燃焼を行った場合の筒内圧力の変化を示している。エンジン制御装置２６は、図６に示すように、ＥＧＲモードの燃料噴射パターン２０２に基づいて燃料噴射を制御することで、酸素濃度が低いＥＧＲモードであっても、燃料を適切に燃焼させ、燃焼時の筒内圧力の最大値を高く維持することができる。具体的には、エンジン制御装置２６は、ＥＧＲモードの燃料噴射パターン２０２に基づいて燃料噴射を制御する。これにより、ディーゼルエンジン１０は、ＥＧＲシステム１３を稼動させている状態で、酸素濃度が低く燃えにくい環境に先に多くの燃料を投入することで、着火遅れを短くすることができ、筒内圧力の上昇を早くできる。また、短時間に燃料を噴ききろうとするため、燃料を拡散させる力が増加し拡散範囲を広げることができる。これにより、燃料の燃焼が伝達しにくく、筒内圧力の上昇が緩やかな状態でも、燃焼時の筒内圧力を、ＥＧＲを行わないノーマルモードと同等に維持することができる。ここで、図６に示す実線２１２、点線２１４の筒内圧力の最大値は、ある負荷において燃料の燃焼により生じる圧力の最大値であり、エンジン本体１１の設計許容筒内圧力よりは低い値である。
エンジン制御装置２６は、ノーマルモードとＥＧＲモードとで燃料噴射パターンを切り換え、ＥＧＲモードの燃料の噴射量または燃料の噴射圧の最大値（ピーク量またはピーク圧力）をノーマルモードの燃料の噴射量または燃料の噴射圧の最大値（ピーク量またはピーク圧力）よりも多くすることで、燃焼を好適に行うことができ、燃料の燃焼が不完全になり、黒煙が発生する恐れや、燃焼が不安定になる恐れを低減することができる。本実施形態の舶用ディーセルエンジン１０は、ＥＧＲシステム１３を稼動させることで、燃焼室１２０に供給される空気の酸素濃度が低くなり、燃焼の不安定性や黒煙発生のリスクが大きくなるが、燃料噴射パターン２０２に基づいて、ノーマルモードの燃料噴射パターン２０４とは異なるパターンで燃料の噴射を制御することで、燃焼が不安定になることを抑制でき、不完全燃焼で黒煙が発生することを抑制できる。また、燃焼が安定して実行できることで、所望の出力を得ることができる。
また、エンジン制御装置２６は、ＥＧＲモードの燃料噴射パターン２０２と、ノーマルモードの燃料噴射パターン２０４を設定し、それぞれのモードに合わせて燃料噴射を制御することで、それぞれのモードでエンジンを安定に運転させつつ、運転の効率を高くすることができる。
また、エンジン制御装置２６は、ＥＧＲモードの燃料噴射パターン２０２の燃焼噴射期間、つまり１回の燃焼サイクルにおける燃料噴射期間を、ノーマルモードの燃料噴射パターン２０４の燃焼噴射期間よりも短くすることで、ＥＧＲモードとノーマルモードの両方で燃料を安定して燃焼させることができる。
また、エンジン制御装置２６は、ＥＧＲモードの燃料噴射パターン２０２の燃料の噴射量または燃料の噴射圧のピークのタイミングを、ノーマルモードの燃料噴射パターン２０４の燃料の噴射量または燃料の噴射圧のピークのタイミングより早くすることで、ＥＧＲモードとノーマルモードの両方で燃料を安定して燃焼させることができる。
また、エンジン制御装置２６は、ＥＧＲモードの燃料噴射パターン２０２の燃料噴射の開始タイミングを、ノーマルモードの燃料噴射パターン２０４の燃料噴射の開始タイミングより遅くすることで、ＥＧＲモードとノーマルモードの両方で内筒圧を同様の状態に維持できる。
また、エンジン制御装置２６は、燃料噴射パターン２０２、２０４のそれぞれの枠組でエンジン本体１１の負荷毎に算出する。その上で、ＥＧＲを行う場合はエンジン本体１１の負荷に応じた燃料噴射パターン２０２に切り替え、ＥＧＲを行わないノーマルモードの場合は、エンジン本体１１の負荷に応じた燃料噴射パターン２０４に切り換えることが好ましい。これにより、運転条件に適した燃料噴射パターンとすることができる。
図７は、エンジン負荷と噴射期間差との関係を示すグラフである。エンジン制御装置２６は、図７に示すように、ＥＧＲモードの燃料噴射パターン２０２の燃料噴射期間とノーマルモードの燃料噴射パターン２０４の燃料噴射期間との差を、エンジン負荷が大きくなるにしたがって大きくすることが好ましい。このように燃料噴射期間との差をエンジン負荷が大きくにしたがって大きくすることで、ＥＧＲモードで負荷が上昇し、燃料がより燃焼しにくい条件となっても好適に燃料を燃焼させることができる。
図８は、エンジン負荷と最大噴射量比または最大圧力比との関係を示すグラフである。エンジン制御装置２６は、図８に示すように、ＥＧＲモードの燃料噴射パターン２０２の燃料噴射の最大圧力とノーマルモードの燃料噴射パターン２０４の燃料噴射の最大圧力との差を、エンジン負荷が大きくなるにしたがって大きくすることが好ましい。図８に示すように、が噴射量の場合も燃料噴射の圧力と同様である。このように燃料噴射の最大圧力（ピーク圧力）または最大量（ピーク量）の差をエンジン負荷が大きくなるにしたがって大きくすることで、ＥＧＲモードで負荷が上昇し、燃料がより燃焼しにくい条件となっても好適に燃料を燃焼させることができる。
図９は、エンジン負荷と噴射開始タイミング差の関係を示すグラフである。ここで、エンジン制御装置２６は、図９に示すように、ＥＧＲモードの燃料噴射パターン２０２の噴射開始タイミングとノーマルモードの燃料噴射パターン２０４の噴射開始タイミングとの差を、エンジン負荷が大きくなるにしたがって大きくすることが好ましい。このように噴射開始タイミングの差をエンジン負荷が大きくなるにしたがって大きくすることで、ＥＧＲモードで負荷が上昇し、燃料がより燃焼しにくい条件となっても好適に燃料を燃焼させることができる。
１０ 舶用ディーゼルエンジン
１１ エンジン本体
１２ 過給機
１３ ＥＧＲシステム
１４ デミスタユニット
２６ エンジン制御装置
４１Ａ ＥＧＲ入口バルブ
４１Ｂ ＥＧＲ出口バルブ
４２ スクラバ
４７ ＥＧＲブロワ
４８ エアクーラ（冷却器）
６０ ＥＧＲ制御装置
６２ 回転数検出部
６４ 燃料投入量検出部
６６ 酸素濃度検出部
１１１ 台板
１１２ 架構
１１３ シリンダジャケット
１１４ テンションボルト（タイボルト／連結部材）
１１５ ナット
１１６ シリンダライナ
１１７ シリンダカバー
１１８ 空間部
１１９ ピストン
１２０ 燃焼室
１２１ 排ガス弁
１２２ 排ガス管
１２３ ピストン棒
１２４ クランクシャフト
１２５ 軸受
１２６ クランク
１２７ 連接棒
１２８ ガイド板
１２９ クロスヘッド

Claims (8)

  1. 燃料噴射バルブから燃焼室に燃料を供給し、該燃料を燃焼させるエンジン本体と、
    前記エンジン本体から排出された排ガスの一部を燃焼用ガスとして前記エンジン本体に再循環するＥＧＲシステムと、
    燃焼サイクルにおいて前記燃料噴射バルブから燃料を噴射する量または噴射する圧力及び噴射するタイミングを制御するエンジン制御装置と、を有し、
    前記エンジン制御装置は、前記ＥＧＲシステムが稼働する設定であるＥＧＲモードの制御と、前記ＥＧＲシステムが稼働しない設定であるノーマルモードの制御とを切り替えて実行し、
    前記ＥＧＲモードにおいては、１回の燃焼サイクルにおける燃料噴射のピーク量またはピーク圧力が、前記エンジン本体の負荷が同一である場合における前記ノーマルモードの燃料噴射のピーク量またはピーク圧力よりも大きい値であり、前記１回の燃焼サイクルにおける燃料噴射のピーク量またはピーク圧力が前記ノーマルモードの前記燃焼サイクルにおける時間より早いかまたはクランク角度が小さいときに生ずることを特徴とする舶用ディーゼルエンジン。
  2. 前記ＥＧＲモードにおいては、１回の燃焼サイクルにおける燃料噴射期間が、前記エンジン本体の負荷が同一であり、噴射する燃料の総量が同一である場合における前記ノーマルモードの燃料噴射期間よりも短い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. 燃料噴射バルブから燃焼室に燃料を供給し、該燃料を燃焼させるエンジン本体と、
    前記エンジン本体から排出された排ガスの一部を燃焼用ガスとして前記エンジン本体に再循環するＥＧＲシステムと、
    燃焼サイクルにおいて前記燃料噴射バルブから燃料を噴射する量または噴射する圧力及び噴射するタイミングを制御するエンジン制御装置と、を有し、
    前記エンジン制御装置は、前記ＥＧＲシステムが稼働する設定であるＥＧＲモードの制御と、前記ＥＧＲシステムが稼働しない設定であるノーマルモードの制御とを切り替えて実行し、
    前記ＥＧＲモードにおいては、１回の燃焼サイクルにおける燃料噴射のピーク量またはピーク圧力が、前記エンジン本体の負荷が同一である場合における前記ノーマルモードの燃料噴射のピーク量またはピーク圧力よりも大きい値であり、
    前記ＥＧＲモードにおいては、１回の燃焼サイクルにおける燃料噴射期間が、前記エンジン本体の負荷が同一である場合における前記ノーマルモードの燃料噴射期間よりも短く、
    前記エンジン制御装置は、前記負荷が大きくなるにしたがって、前記ＥＧＲモードの燃料噴射期間と前記ノーマルモードの燃料噴射期間との差が、大きくなることを特徴とする舶用ディーゼルエンジン。
  4. 前記ＥＧＲモードにおいては、１回の燃焼サイクルにおける燃料噴射の開始タイミングが、前記エンジン本体の負荷が同一である場合における前記ノーマルモードの開始タイミングよりも遅いことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の舶用ディーゼルエンジン。
  5. 燃料噴射バルブから燃焼室に燃料を供給し、該燃料を燃焼させるエンジン本体と、
    前記エンジン本体から排出された排ガスの一部を燃焼用ガスとして前記エンジン本体に再循環するＥＧＲシステムと、
    燃焼サイクルにおいて前記燃料噴射バルブから燃料を噴射する量または噴射する圧力及び噴射するタイミングを制御するエンジン制御装置と、を有し、
    前記エンジン制御装置は、前記ＥＧＲシステムが稼働する設定であるＥＧＲモードの制御と、前記ＥＧＲシステムが稼働しない設定であるノーマルモードの制御とを切り替えて実行し、
    前記ＥＧＲモードにおいては、１回の燃焼サイクルにおける燃料噴射のピーク量またはピーク圧力が、前記エンジン本体の負荷が同一である場合における前記ノーマルモードの燃料噴射のピーク量またはピーク圧力よりも大きい値であり、
    前記ＥＧＲモードにおいては、１回の燃焼サイクルにおける燃料噴射の開始タイミングが、前記エンジン本体の負荷が同一である場合における前記ノーマルモードの開始タイミングよりも遅く、
    前記エンジン制御装置は、前記負荷が大きくなるにしたがって、前記ＥＧＲモードの燃料噴射の開始タイミングと前記ノーマルモードの燃料噴射の開始タイミングとの差が、大きくなることを特徴とする舶用ディーゼルエンジン。
  6. 燃料噴射バルブから燃焼室に燃料を供給し、該燃料を燃焼させるエンジン本体と、
    前記エンジン本体から排出された排ガスの一部を燃焼用ガスとして前記エンジン本体に再循環するＥＧＲシステムと、
    燃焼サイクルにおいて前記燃料噴射バルブから燃料を噴射する量または噴射する圧力及び噴射するタイミングを制御するエンジン制御装置と、を有し、
    前記エンジン制御装置は、前記ＥＧＲシステムが稼働する設定であるＥＧＲモードの制御と、前記ＥＧＲシステムが稼働しない設定であるノーマルモードの制御とを切り替えて実行し、
    前記ＥＧＲモードにおいては、１回の燃焼サイクルにおける燃料噴射のピーク量またはピーク圧力が、前記エンジン本体の負荷が同一である場合における前記ノーマルモードの燃料噴射のピーク量またはピーク圧力よりも大きい値であり、
    前記エンジン制御装置は、前記負荷が大きくなるにしたがって、前記ＥＧＲモードの燃料噴射のピーク量またはピーク圧力と前記ノーマルモードの燃料噴射のピーク量またはピーク圧力との差が、大きくなることを特徴とする舶用ディーゼルエンジン。
  7. 前記ＥＧＲシステムは、前記エンジン本体から排出される排ガスの一部を燃焼用ガスとして前記エンジン本体に再循環する排ガス再循環ラインと、
    前記排ガス再循環ラインに設けられるＥＧＲバルブと、
    前記排ガス再循環ラインを流れる前記燃焼用ガスに対して液体を噴射するスクラバと、を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の舶用ディーゼルエンジン。
  8. 前記エンジン本体から排出される排ガスで回転するタービンと、前記タービン及び回転軸が連結され、前記タービンの回転で回転し、圧縮気体を生成する圧縮機と、を備え、圧縮気体を前記エンジン本体に供給する過給機を有し、
    前記ＥＧＲシステムは、前記圧縮機に排ガスの一部を燃焼用ガスとして供給することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の舶用ディーゼルエンジン。
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