JP7201345B2 - 舶用内燃機関 - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、舶用内燃機関に関する。

例えば特許文献１に記載されているように、船舶用の内燃機関においては、排気タービン過給機を用いることが広く知られている。具体的に、この特許文献１に記載されている内燃機関は、主機関（ディーゼル機関）と、この主機関の排気を受けるタービンを有すると共に、主機関に圧縮空気を送るコンプレッサ（インペラ）を有する排気タービン過給機とを備えた構成とされている。

ここで、前記特許文献１に記載されている内燃機関は、コンプレッサに加圧空気を補助供給するための空気源をさらに備えており、この加圧空気を以て、排気タービン過給機による過給に加勢（エアアシスト）するように構成されている。

さらに、前記特許文献１には、ディーゼル機関に関するクラッチを繋ぐために操縦ハンドルを動かしたときに、加圧空気による加勢を実行することが開示されている。

また、特許文献２には、排気タービン過給機への加勢を制御する方法の一例として、空気過剰率が１未満と判別されたとき、又は、機関回転数の時間に関する微係数が所定値よりも小さいときに、排気タービン過給機に加圧空気を補助供給することが開示されている。

同様に、特許文献３には、排気タービン過給機への加勢を制御する方法の別例として、燃料噴射量の時間に関する微係数が所定値よりも大きいときに、排気タービン過給機に加圧空気を補助供給することが開示されている。

前記特許文献１～３に開示されている構成は、その実行条件こそ相違するものの、所定条件を満たしたときに、排気タービン過給機への加勢を自動的に開始する、という点で共通している。

特許第４２５０１０２号公報 特許第３４６４８９１号公報 特許第３４６４８９６号公報

近年、ＥＥＤＩに基づいたＣＯ２排出量の規制強化に対応するべく、船舶の大きさ（載貨重量）に対して、従来よりも低出力な内燃機関が使用される傾向にある。

しかし、低出力な内燃機関を用いた場合、その排気量が低下することから、いわゆる連続使用禁止範囲（barred speed range）を回避したり、ふくそう海域を運航したりするときに、例えば急加速しようとしても、過給機のタービンが応答良く回転せず、主機関の回転数が十分に追従しない可能性がある。

そこで、前記特許文献１～３に記載されているように、加圧空気を補助供給することによって、排気タービン過給機による過給に加勢するように構成することが考えられるものの、本願発明者（ら）が鋭意検討を重ねた結果、加勢を実行するタイミングを制御する上で、検討の余地があることがわかった。

すなわち、ふくそう海域を運航するときのように、船舶交通が混雑しているときには、より安全な航海を実現するべく、加速時であっても、敢えて加勢をしないことが求められる場合がある。

その場合、前記特許文献１に記載されているように、操縦ハンドルの操作に伴って自動的に加勢されてしまったり、前記特許文献２又は３に記載されているように、内燃機関の運転状態に応じて自動的に加勢されてしまったりしては、乗員が望まないタイミングで加勢されてしまう可能性があるため不都合である。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気タービン過給機による過給に加勢するように構成された舶用内燃機関において、加勢するタイミングを的確に制御することにある。

ここに開示する技術は、舶用内燃機関に係る。この舶用内燃機関は、２ストローク式の主機関と、前記主機関に空気を導く吸気通路と、前記吸気通路を流れる空気を過給するように構成された排気タービン過給機と、前記排気タービン過給機へ空気を供給することにより、該排気タービン過給機による過給に加勢するように構成された加勢装置と、前記主機関の回転数を変更するための操縦ハンドルと、前記操縦ハンドルとは独立して設けられ、乗員により操作入力を受け付けたときに、前記加勢装置を作動させる操作部と、を備える。

この構成によれば、加勢装置は、排気タービン過給機へと空気を供給することにより、この過給機による過給に加勢する。これにより、船舶の加速時に過給機を応答良く作動させ、ひいては主機関の回転数を追従させることができる。

ここで、前記舶用内燃機関においては、操作部が操作入力を受け付けたときに、加勢装置による加勢を開始するように構成されている。この操作部は、操縦ハンドルとは独立して設けられているから、操縦ハンドルへの操作とは無関係に、加勢を開始することができる。そのことで、加勢するタイミングを的確に制御することができる。

また、前記加勢装置は、前記操作部が乗員による操作入力を受け付けたとき、所定時間にわたって前記排気タービン過給機に加勢する、としてもよい。

また、前記主機関を操縦するための複数の操縦ユニットを備え、前記操作部は、前記複数の操縦ユニットの各々に設けられている、としてもよい。

また、前記舶用内燃機関は、前記主機関から排出された排気を導く排気通路を備え、前記排気タービン過給機は、前記吸気通路に設けられたコンプレッサと、前記排気通路に設けられたタービンと、を有し、前記加勢装置は、前記コンプレッサの回転駆動に加勢するよう、該コンプレッサへ空気を供給する、としてもよい。

また、前記舶用内燃機関は、前記吸気通路における前記コンプレッサの下流側の部位と、前記排気通路における前記タービンの上流側の部位と、を接続して成るＥＧＲ通路を備える、としてもよい。

一般に、いわゆる高圧ＥＧＲシステムを備える構成を採用した場合、ＥＧＲ通路を介して排気を還流させた分だけ、タービンに至る排気の流量が低下することになる。このことは、排気タービン過給機の応答性を確保するには不都合である。

前記のように、排気タービン過給機による過給に加勢をする構成は、そうした高圧ＥＧＲシステムを備えた内燃機関において、取り分け有効となる。

また、前記舶用内燃機関は、前記排気通路における前記タービンの下流側の部位に設けられ、所定温度以上で活性化する排気浄化装置を備え、前記排気通路には、前記タービンを迂回して前記排気浄化装置に至るバイパス通路が設けられている、としてもよい。

一般に、排気浄化装置を可及的速やかに暖機したり、排気浄化装置を活性状態に保持したりするために、前記のようなバイパス通路を介して排気を流通させることにより、タービンを迂回させた比較的高温の排気を排気浄化装置に導く場合がある（いわゆる抽ガス）。しかし、バイパス通路を介してタービンを迂回させた分だけ、タービンに至る排気の流量が低下することになる。このことは、排気タービン過給機の応答性を確保するには不都合である。

前記のように、排気タービン過給機による過給に加勢する構成は、そうした排気浄化装置を備えた内燃機関において、取り分け有効となる。

以上説明したように、前記舶用内燃機関によれば、加勢するタイミングを的確に制御することができる。

図１は、舶用内燃機関の概略構成を例示するシステム図である。 図２は、舶用内燃機関における推進軸系の概略構成を例示する図である。 図３は、加勢による回転数の上昇について例示する図である。 図４は、連続使用禁止範囲について例示する図である。 図５は、加勢装置の作動手順を例示するフローチャートである。 図６は、舶用内燃機関の変形例を示す図１対応図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は例示である。図１は、舶用内燃機関（以下、単に「エンジン１」という）の概略構成を例示するシステム図である。また、図２は、エンジン１における推進軸系Ｓの概略構成を例示する図である。

エンジン１は、複数のシリンダ１１を備えた直列多気筒式の舶用ディーゼル機関である。このエンジン１は、ユニフロー掃気式の２サイクル機関として構成されており、タンカー、コンテナ船、自動車運搬船等、大型の船舶に搭載される。図２に示すように、エンジン１の出力軸であるクランク軸１９は、フライホイール（はずみ車）１３及び推進軸系Ｓを介してプロペラ１８に連結されており、エンジン１が運転することにより、その出力がプロペラ１８に伝達されて船舶が推進するようになっている。

エンジン１はまた、過給機付エンジンとして構成されている。すなわち、図１に示すように、エンジン１は、複数のシリンダ１１を有する主機関１０と、この主機関１０に接続される吸気通路２０及び排気通路３０とに加えて、排気通路３０を流れる排気によって作動する排気タービン過給機４０を備えた構成とされている。

（１）全体構成
以下、エンジン１の要部について説明する。

前述のように、主機関１０は、複数のシリンダ１１（図１においては、６つのシリンダ１１を例示）を有している。各シリンダ１１内には、ピストン（不図示）が往復動可能にそれぞれ挿入されている。各シリンダ１１の内壁、シリンダヘッド（不図示）の天井面、及び、ピストンの頂面によって、シリンダ１１毎に燃焼室１２が区画されている。

本実施形態に係る主機関１０は、空気圧を受けて始動するように構成されている。具体的に、エンジン１の主機関１０には、空気圧式の始動装置５０が接続されており、この始動装置５０は、各シリンダ１１に圧縮空気を供給するための始動弁５１と、各始動弁５１の開閉を管制する空気管制弁５３と、圧縮空気用の管路（具体的には、主流路６３ａを区画する管路）への逆火を防止するフレームアレスタ５２と、を備えている。

詳しくは、始動弁５１は、シリンダ１１毎に設けられており、後述の空気源６１から各シリンダ１１へと至る流路の途中（具体的には、主流路６３ａの下流端）に設けられている。具体的に、本実施形態に係る始動弁５１は、上端側の頂面に空気が供給されるとともに、下端側に弁棒が連結された始動用ピストンを収容している。始動用ピストンの頂面に空気圧を作用させて、この始動用ピストンに連結された弁棒を押し下げることにより、始動弁５１を開弁させることができる。一方、始動用ピストンの頂面に及ぶ空気圧を低下させて、弁棒を押し上げることにより、始動弁５１を閉弁させることができる。始動弁５１を開弁させることにより、空気源６１から供給された始動用の圧縮空気（以下、「始動用空気」と呼称する）を各シリンダ１１へと供給することができる。そうして、各シリンダ１１におけるピストンが圧縮空気により押し下げられることにより、クランク軸１９に回転運動を生じさせることができる。

図１に例示する始動弁５１においては、始動用ピストンの頂面に作用する空気圧は、始動用空気とは独立した管路を通じて供給される管制用空気によって制御される。すなわち、始動弁５１の内部（具体的には、始動用ピストンの頂面）に管制用空気を供給したときには、前述の弁棒が下降して始動弁５１が開弁する一方、始動弁５１の内部から管制用空気が排出されたときには、弁棒が上昇して始動弁５１が閉弁することになる。この管制用空気の供給は、空気管制弁５３によって制御される。

詳しくは、空気管制弁５３は、各始動弁５１に管制用空気を分配することにより、各始動弁５１の開閉を管制するように構成されている。具体的に、本実施形態に係る空気管制弁５３は、ヘリカル駆動歯車、回転板、歯車軸受等を備えて成る機械式の制御弁として構成されており、空気管制弁５３に圧縮空気が供給されると、回転板等が動作することにより、各燃焼室１２の着火順序に応じたタイミングで各始動弁５１へ圧縮空気を分配する。
そうして分配された圧縮空気は、前述の管制用空気として、各始動弁５１における弁棒の上下動、ひいては各始動弁５１の開閉を制御することができる。

フレームアレスタ５２は、いわゆる逆火防止装置であって、図１に示すように、各始動弁５１の直上流に設けられている。フレームアレスタ５２を設けることで、始動弁５１が故障して閉弁せず、開弁状態が意図せずして維持されたときに、シリンダ１１内の燃焼による火炎が圧縮空気の管路に逆流するのを防止することができる。

なお、空気源６１から供給される空気は、主機関１０の始動以外の用途にも用いられるようになっている。空気源６１は、後述の空気圧回路６０を構成している。

図１に示すように、主機関１０には、燃焼室１２に掃気を供給するための掃気トランク１０ａと、燃焼室１２から既燃ガス（排気）を排出するための排気マニホールド１０ｂとが接続されている。主機関１０は、掃気トランク１０ａを介して吸気通路２０に接続されているとともに、排気マニホールド１０ｂを介して排気通路３０に接続されている。

吸気通路２０には、上流側から順に、この吸気通路２０を流れる空気を過給するコンプレッサ４１と、コンプレッサ４１により過給された空気を冷却するように構成されたエアークーラ２１とが設けられている。エアークーラ２１を通過した空気は、前述の掃気トランク１０ａを介して燃焼室１２に至る。

一方、排気通路３０には、上流側から順に、コンプレッサ４１に対して駆動連結されたタービン４２と、排気を浄化するための尿素ＳＣＲシステム９０とが設けられている。燃焼室１２から排出された排気ガスは、前述の排気マニホールド１０ｂを介して排気通路３０に流入し、タービン４２と、尿素ＳＣＲシステム９０とを順番に通過する。

排気タービン過給機４０は、吸気通路２０に設けられたコンプレッサ４１と、排気通路３０に設けられたタービン４２とを有している。コンプレッサ４１とタービン４２とは連結されており、互いに同期して回転する。タービン４２を通過する排気ガスによってコンプレッサ４１が回転駆動されると、このコンプレッサ４１を通過する空気を過給することができる。

また、本実施形態に係るエンジン１は、排気を循環させるためのＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）システム８０を備えている。図１に示す例では、ＥＧＲシステム８０は、いわゆる高圧ＥＧＲシステムとして構成されており、吸気通路２０におけるコンプレッサ４１の下流側の部位と、排気通路３０におけるタービン４２の上流側の部位と、を接続して成るＥＧＲ通路８１を備えた構成とされている。このＥＧＲ通路８１には、循環される排気（以下、「ＥＧＲガス」ともいう）の流れ方向の上流側から順に、ＥＧＲ通路８１を開閉する第１ＥＧＲ弁８２と、ＥＧＲガスからスート、ＳＯｘ等を除去するためのＥＧＲスクラバ８３と、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ８４と、ＥＧＲガスを昇圧するためのＥＧＲブロワ８５と、ＥＧＲ通路８１を開閉する第２ＥＧＲ弁８６と、を有している。

また、本実施形態に係るエンジン１は、排気を浄化するべく、前述の尿素ＳＣＲシステム９０を備えている。図１に示す例では、尿素ＳＣＲシステム９０は、いわゆる低圧ＳＣＲシステムとして構成されており、排気通路３０におけるタービン４２の下流側の部位に設けられたＳＣＲユニット９１と、排気通路３０に設けられ、タービン４２を迂回してＳＣＲユニット９１に至るバイパス通路９２と、バイパス通路９２に設けられ、これを開閉するバイパス弁９３と、を備えている。なお、ＳＣＲユニット９１は、「排気浄化装置」の例示である。

詳細な図示は省略するが、ＳＣＲユニット９１は、排気通路３０に尿素を噴射する尿素インジェクタと、この尿素インジェクタから噴射された尿素を用いて排気を浄化するＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒と、ＳＣＲ触媒から排出された未反応のアンモニアを酸化させて浄化するスリップ触媒と、を有している。ここで、ＳＣＲ触媒は、所定温度以上で活性化するように構成されており、その活性時には、尿素を加水分解してアンモニアを生成し、このアンモニアを排気中のＮＯｘと反応（還元）させて浄化することができる。

すなわち、尿素ＳＣＲシステム９０が浄化性能を発揮するためには、ＳＣＲ触媒を前記所定温度以上まで暖機する必要がある。そこで、主機関１０の始動直後のように、ＳＣＲ触媒を十分に活性化させることが求められる場合には、バイパス弁９３を開弁することにより、排気にタービン４２を迂回させる。この場合、タービン４２の作動に要するエネルギーを節約した分だけ、より高温の排気をＳＣＲユニット９１に導くことができる。そうして導かれた高温の排気により、ＳＣＲ触媒を早期に暖機することが可能になる（いわゆる抽ガス）。また、主機関１０の始動直後ばかりでなく、定常運転時（通常の運航時）であっても、ＳＣＲ触媒を活性状態に保つことが求められる場合には、適宜、抽ガスが実行されるようになっている。

また、空気圧回路６０は、主たる構成要素として、主機関１０を始動するための圧縮空気が蓄えられた空気源６１と、空気源６１に空気を補充するための圧縮機６２と、空気源６１から主機関１０（具体的には、始動装置５０）へと空気を導く空気流路６３と、を備えている。

空気源６１は、いわゆる始動空気タンク（Starting air reservoir）として構成されており、主機関１０を始動するための空気が加圧充填されている。空気源６１は、主機関１０の大小に応じて２つ以上の複数個（図１に示す例では２個）が設けられている。各空気源６１は、図１に示すように互いに連通している。これらの空気源６１は、主機関１０の始動時には、空気流路６３を介して始動装置５０に圧縮空気を供給するように構成されている。

空気流路６３は、空気源６１及び始動装置５０を接続して成る主流路６３ａと、主流路６３ａにおける中途の部位から分岐した第１及び第２副流路６３ｂ、６３ｃと、を有している。さらに、主流路６３ａにおける、第１及び第２副流路６３ｂ、６３ｃへの分岐部から始動装置５０へ至る途中の部位には、加勢用流路７１が接続されている。

空気流路６３を構成する各流路のうち、主流路６３ａは、始動装置５０へ供給される始動用空気が流通する流路である。主流路６３ａは、始動装置５０付近にて、始動用空気を各シリンダ１１に供給するための流路と、管制用空気を各始動弁５１に供給するための流路と、に分岐する。前者の流路は、気筒数に応じてさらに分岐して、フレームアレスタ５２と始動弁５１を経由して各シリンダ１１に至る。一方、後者の流路は、空気管制弁５３において分岐して、各シリンダ１１の始動弁５１に至る。

また、第１副流路６３ｂは、主機関１０の排気弁等、主機関１０を構成する各アクチュエータを制御するための空気（以下、「制御用空気」ともいう）が流通する流路であり、第２副流路６３ｃは、船舶内で用いられる工具へ供給される空気（以下、「作業用空気」ともいう）が流通する流路である。

ここで、主流路６３ａにおける始動用空気の圧力は、比較的高圧（２５～３０ｂａｒ程度）であるのに対し、制御用空気や作業用空気は、それよりも低圧（７～９ｂａｒ程度）であることが求められる。そこで、第１及び第２副流路６３ｂ、６３ｃには、複数の減圧弁６４が設けられている。

また、各アクチュエータの錆付きを抑制するべく、制御用空気には、可能な限り水分が含まれないようにすることが求められる。そこで、第１副流路６３ｂにおける減圧弁６４の下流側には、エアドライヤ６５が設けられている。

空気圧回路６０は、さらに、排気タービン過給機４０による過給に加勢するように構成された加勢装置７０を備えている。この加勢装置７０は、加勢用流路７１を通じて、排気タービン過給機４０のコンプレッサ４１へと加勢用の空気（以下、「加勢用空気」ともいう）を供給することができる。

ここで、加勢用流路７１は、空気流路６３の中途から分岐して排気タービン過給機４０へ至るように構成されている。詳しくは、本実施形態に係る加勢用流路７１は、図１に示すように、空気流路６３における第１及び第２副流路６３ｂ、６３ｃへの分岐部よりも下流側かつ、始動装置５０との接続部よりも上流側の部位から分岐する。また、加勢用流路７１の下流端部は、排気タービン過給機４０のコンプレッサ４１に接続されている。

具体的に、加勢装置７０は、前記加勢用流路７１と、この加勢用流路７１に設けられた種々の部材と、を有している。具体的に、加勢用流路７１には、加勢用空気の流れ方向上流側から順に、例えば加勢装置７０を作動させないときに加勢用流路７１を遮断するための開閉弁７２と、始動用空気を減圧するためのレギュレータ７３と、加勢用流路７１を開閉するための開閉弁７４と、加勢用空気を濾過するためのエアフィルタ７５と、が設けられている。

ここで、開閉弁７４は、空気圧式のボール弁として構成されており、第１副流路６３ｂを通じて供給される制御用空気によって制御されるように構成されている。このために、第１副流路６３ｂはさらに分岐しており、分岐流路７６を介して開閉弁７４へ制御用空気を供給するようになっている。この分岐流路７６は、第１副流路６３ｂにおけるエアドライヤ６５の下流側の部位から開閉弁７４へ至る流路として構成されており、ソレノイドバルブ７７によって開閉されるように構成されている。

ソレノイドバルブ７７は、外部から入力される制御信号に基づいて開閉するように構成されている。ソレノイドバルブ７７が開状態にあるときには、開閉弁７４へ制御用空気を供給し、この開閉弁７４を開弁させることができる。一方、ソレノイドバルブ７７が閉状態にあるときには、開閉弁７４に制御用空気を供給せず、この開閉弁７４を閉状態に保持することができる。

図２に示すように、推進軸系Ｓは、主機関１０（具体的にはクランク軸１９）からプロペラ１８へと動力を伝達させて、そのプロペラ１８を回転させるよう構成されている。具体的に、本実施形態に係る推進軸系Ｓは、クランク軸１９に連結され、船舶が推進する際に生じるスラスト力を受けるスラスト軸１５と、船尾管に挿入され、且つプロペラ１８が取り付けられて成るプロペラ軸１７と、スラスト軸１５及びプロペラ軸１７を連結させる中間軸１６と、を有している。なお、図２から見て取れるように、本実施形態に係るスラスト軸１５は、クランク軸１９と同様に、主機関１０に内蔵されている。

よって、主機関１０の各燃焼室１２においてディーゼル燃料が燃焼すると、各シリンダ１１に挿入されたピストンの往復動に伴ってクランク軸１９が回転する。クランク軸１９の回転は、フライホイール１３によって円滑化されつつ、スラスト軸１５、中間軸１６及びプロペラ軸１７に伝達してプロペラ１８を回転させる。

本実施形態に係る舶用内燃機関（エンジン１）は、前述のように、大型の船舶に搭載されるように構成された大型のディーゼル機関である。そのために、このエンジン１は、主機関１０を搭載して成る船舶を操縦するために、複数の操縦ユニット１０１、１０２を備えている。具体的に、複数の操縦ユニット１０１、１０２は、それぞれ、遠隔操縦システム（Remote Control System：ＲＣＳ）として構成されており、船舶のブリッジＢに設けられる操縦ユニット１０１と、エンジンルームＥに設けられる操縦ユニット１０２と、を有している。

各操縦ユニット１０１、１０２には、主機関１０における機関回転数（回転数）を変更するための操縦ハンドル１０１ａ、１０２ａが設けられている。各操縦ハンドル１０１ａ、１０２ａは、いわゆるテレグラフ式のレバーとして構成されており、これを操作することにより、主機関１０における回転数の目標値を設定することができる。

また、フライホイール１３の近傍には、このフライホイール１３の回転運動をモニタすることにより、主機関１０の回転数を検出する回転数センサ１４が設けられている。回転数センサ１４による検出結果は、ブリッジＢ及びエンジンルームＥに設置された表示計（不図示）に表示されるようになっている。乗員は、表示計の表示内容を参照しつつ、操縦ハンドル１０１ａ、１０２ａを操作することができる。

各操縦ハンドル１０１ａ、１０２ａによって回転数の目標値を設定すると、その設定に対応する信号が、速度制御システム（Speed Control System：ＳＣＳ）１０３へ送信される。速度制御システム１０３では、回転数の目標値を実現するのに必要な燃料量が決定され、決定された燃料量に対応する信号が燃料噴射弁等のアクチュエータに送られる。このように、操縦ハンドル１０１ａ、１０２ａを操作することにより、主機関１０の回転数を制御することができる。

また、非常時等に対応するべく、主機関１０には、さらに別の操縦ユニット（不図示）が設けられている。この操縦ユニットは、遠隔操縦システムとして構成される操縦ユニット１０１、１０２とは異なり、主機関１０の近傍に設置されており、乗員は、主機関１０の挙動を目視しながら操作することができるようになっている。

また、ブリッジＢと、エンジンルームＥと、主機関１０の近傍と、には、それぞれ、加勢装置７０を操作するための押し釦２０１、２０２、２０３が設けられている。これら押し釦２０１、２０２、２０３は、それぞれ操縦ハンドル１０１ａ、１０２ａとは独立した操作機器として設けられており、乗員による操作入力（具体的には、押し操作）を受け付けるように構成されている。複数の押し釦２０１、２０２、２０３のいずれかが操作入力を受け付けると、加勢装置７０を成すソレノイドバルブ７７へと制御信号を出力するようになっており、ソレノイドバルブ７７は、この制御信号を受けて開弁するように構成されている。これら押し釦２０１、２０２、２０３は、それぞれ「操作部」を例示している。

また、各押し釦２０１、２０２、２０３と、ソレノイドバルブ７７とを接続して成る電気回路には、タイマ２０４が介設されている。このタイマ２０４は、押し釦２０１、２０２、２０３が押下されてから所定の設定時間が経過すると、そのタイマ接点が切り替わることにより、ソレノイドバルブ７７を閉弁させることができる。

（２）加勢装置の動作
前述の如くして構成された加勢装置７０は、例えば主機関１０の加速時に用いられる。

具体的に、複数の押し釦２０１、２０２、２０３のいずれかを押下することにより出力される制御信号をソレノイドバルブ７７に入力し、これを開弁すると、分岐流路７６を通じて制御用空気が開閉弁７４に供給されて、この開閉弁７４が開状態となる。すると、始動用空気が主流路６３ａから加勢用流路７１へ流入し、レギュレータ７３によって減圧され、かつエアフィルタ７５により濾過された上で、排気タービン過給機４０のコンプレッサ４１に至る。コンプレッサ４１に供給された加勢用空気は、コンプレッサ４１の回転駆動に加勢をすることにより、排気タービン過給機４０による過給を補助する。

ここで、タイマ２０４の設定時間が経過すると、ソレノイドバルブ７７は、自動的に閉弁される。よって、本実施形態に係る加勢装置７０は、所定時間（タイマ２０４の設定時間）にわたって、排気タービン過給機４０に加勢をすることができる。

図３は、加勢による回転数の上昇を例示する図である。具体的に、図３は、時刻ｔ０において主機関１０の加速を開始したときに、加勢装置７０を作動させなかった場合（図３の破線参照）と、加勢装置７０を作動させた場合（図３の実線参照）とで、回転数の変化量を比較して示す図である。

図３に示すように、加勢装置７０が排気タービン過給機４０による過給に加勢をすることにより、船舶の加速時に、排気タービン過給機４０を応答良く作動させ、ひいては主機関１０の回転数を速やかに上昇させることができる。

近年、ＥＥＤＩに基づいたＣＯ２排出量の規制強化に対応するべく、船舶の大きさ（載貨重量）に対して、従来よりも低出力な内燃機関が使用される傾向にある。

しかし、低出力な内燃機関を用いた場合、その排気量が低下することから、いわゆる連続使用禁止範囲（barred speed range）を回避したり、ふくそう海域を運航したりするときに、例えば急加速しようとしても、過給機のタービンが応答良く回転せず、主機関の回転数が十分に追従しない可能性がある。

図４は、主機関１０の回転数と、捩り振動応力との関係を示しており、特に、連続使用禁止範囲（以下、「バードレンジ」とも呼称する）について例示する図である。

一般に、２ストローク式のディーゼル機関のような、大型の舶用ディーゼル機関においては、ディーゼル燃料の燃焼による爆発力と、シリンダの往復運動による慣性力とが起振力となり、主機関１０の推進軸系Ｓに捩り振動を発生させる。図４の実線に示すように、推進軸系Ｓに生じる捩り振動は、所定の回転数において共振に至る。周知のように、共振を引き起こす回転数は、エンジン１の構成に応じて複数にわたり存在する。このうち、エンジン１の運転に際して問題となる共振は、４－７気筒のエンジン１の場合、１節ｎ次の捩り振動（ｎは気筒数）に因るものである。そうした共振を引き起こす回転数を、以下の記載では「共振回転数」と呼称するとともに、符号「ｒ０」を付すことにする。図４に示す捩り振動応力は、この共振回転数ｒ０において極大となる。

一般に、推進軸系Ｓに作用する捩り振動応力は、船級規則に定める許容応力τ１、τ２によって制限される。許容応力τ１、τ２には２種類あり、双方とも、推進軸系Ｓを成すスラスト軸１５、中間軸１６及びプロペラ軸１７の種類、形状、大きさ等に基づいて定められている。

このうち、第１の許容応力τ１は、ある回転数において生じる捩り振動応力がτ１以下であれば、その回転数のまま、主機関１０を連続的に使用できることを示している。対して、回転数が共振回転数ｒ０付近にあるときのように、捩り振動応力がτ１を超えてしまうと、その回転数のままでは、推進軸系Ｓを疲労破壊から保護するのが困難となる。

そこで、捩り振動応力がτ１を超える可能性がある場合には、共振回転数ｒ０の前後にバードレンジが設定され、エンジン１の回転数を変更する際には、このバードレンジを速やかに通過することが要求される。なお、詳細は省略するが、バードレンジは、共振回転数ｒ０と、連続最大回転数に対する共振回転数ｒ０の比率と、に基づいて設定されるようになっている。図４に示す例では、主機関１０の回転数をｒとすると、ｒ１≦ｒ≦ｒ２の範囲がバードレンジに相当している。ここまでの説明から明らかなように。バードレンジには共振回転数ｒ０が含まれることになる（つまり、ｒ１≦ｒ０≦ｒ２）。

また、第２の許容応力τ２は、バードレンジを通過する場合であっても超えてはならない許容限度を示している。つまり、捩り振動応力が一時的にτ１を超えたとしても、τ２を超えることは許容されない。詳細は省略するが、τ２は、バードレンジを通過するときに生じる応力が、推進軸系Ｓに繰り返し作用することを考慮して設定されている。

このように、エンジン１、及び、このエンジン１を搭載した船舶を運用するときには、第２の許容応力τ２を超えないような設計とした上で、第１の許容応力τ１に基づいたバードレンジを可能な限り速やかに通過することが求められる。特に、後者の要求に応えるためには、可能な限り急峻に主機関１０を加速させることが求められる。

また、図１に示すエンジン１のように、高圧ＥＧＲシステム（ＥＧＲシステム８０）や低圧ＳＣＲシステム（尿素ＳＣＲシステム９０）を備えた構成とした場合、ＥＧＲ通路８１を介して排気を還流させたり、バイパス通路９２を介して排気にタービン４２を迂回させたりした分だけ、タービン４２を通過する排気の流量が低下することになる。このことは、排気タービン過給機４０の応答性を確保するには不都合である。

そこで、本実施形態に係るエンジン１のように、加勢装置７０により加圧空気を補助供給することによって、排気タービン過給機４０による過給に加勢をするように構成することが考えられるものの、本願発明者（ら）が鋭意検討を重ねた結果、加勢を実行するタイミングを制御する上で、検討の余地があることがわかった。

すなわち、たとえバードレンジを通過する場合であったとしても、ふくそう海域を運航するときのように、船舶交通が混雑しているときには、より安全な航海を実現するべく、加速時であっても、敢えて加勢をしないことが求められる場合がある。

その場合、例えば、操縦ハンドル１０１ａ、１０２ａの操作に伴って自動的に加勢されてしまったり、主機関１０の運転状態に応じて自動的に加勢されてしまったりしては、乗員が望まないタイミングで加勢されてしまう可能性があるため不都合である。

対して、本実施形態に係るエンジン１は、操作部としての押し釦２０１、２０２、２０３が押し操作を受け付けたときに、加勢装置７０による加勢を開始するように構成されている。押し釦２０１、２０２、２０３は、いずれも、操縦ハンドル１０１ａ、１０２ａとは独立して設けられているから、操縦ハンドル１０１ａ、１０２ａへの操作とは無関係に、加勢を開始することができる。そのことで、加勢するタイミングを的確に制御することが可能になる。

（３）加勢装置の制御例
図５は、加勢装置７０の作動手順を例示するフローチャートである。

まず、乗員は、周囲の状況を確認することにより、船舶交通の混雑状況を把握する（ステップＳ１）。続いて、周囲の海域が混雑しておらず、且つ、バードレンジを速やかに通過しなければならない状況下においては、加勢すべきと判断する（ステップＳ２）。

そして、乗員が、押し釦２０１、２０２、２０３のいずれかを押下する（ステップＳ３）ことにより、加勢装置７０が始動する（ステップＳ４）。

加勢装置７０が始動すると、排気タービン過給機４０のコンプレッサ４１に加勢用空気が補助供給されて、コンプレッサ４１の回転に加勢をすることができる（ステップＳ５）。加勢装置７０は、タイマ２０４の設定時間が経過していない場合（ステップＳ６：ＮＯ）には、排気タービン過給機４０への加勢を継続する一方、タイマ２０４の設定時間が経過した場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）には、排気タービン過給機４０への加勢を停止する（ステップＳ７）。

《他の実施形態》
前記実施形態では、空気管制弁５３によって始動弁５１の開閉を管制する構成について説明したが、この構成には限定されない。空気管制弁５３を設ける代わりに、始動弁５１の開閉を機械的に制御したり、例えば図６に示すように、電磁弁５９を用いて電気的に制御してもよい。図６に示す例においては、ＥＣＵ１０４から出力される電気信号に基づいて、始動弁５１の開閉を制御することができる。

また、前記実施形態では、高圧ＥＧＲシステムとして構成されたＥＧＲシステム８０を備えた構成について例示したが、この構成には限定されない。例えば、吸気通路２０におけるコンプレッサ４１の上流側の部位と、排気通路３０におけるタービン４２の下流側の部位との間で排気を還流させるように構成されたＥＧＲシステム（いわゆる低圧ＥＧＲシステム）を備えた構成としてもよいし、ＥＧＲシステムそのものを省略した構成としてもよい。

また、前記実施形態では、低圧ＳＣＲシステムとして構成された尿素ＳＣＲシステム９０を備えた構成について例示したが、この構成には限定されない。例えば、排気通路３０におけるタービン４２の上流側に配置された尿素ＳＣＲシステム（いわゆる高圧ＥＧＲシステム）を備えた構成としてもよい。

また、前記実施形態では、押し釦２０１、２０２、２０３からソレノイドバルブ７７に至る回路の途中にタイマ２０４が設けられていたが、この構成には限定されない。押し釦毎に、個別にタイマを設けてもよい。

１ エンジン（舶用内燃機関）
１０ 主機関
２０ 吸気通路
３０ 排気通路
４０ 排気タービン過給機
４１ コンプレッサ
４２ タービン
６１ 空気源
７０ 加勢装置
８１ ＥＧＲ通路
９１ ＳＣＲユニット（排気浄化装置）
９２ バイパス通路
１０１ 操縦ユニット
１０１ａ 操縦ハンドル
１０２ 操縦ユニット
１０２ａ 操縦ハンドル
２０１ 押し釦（操作部）
２０２ 押し釦（操作部）
２０３ 押し釦（操作部）
２０４ タイマ

Claims (5)

1. ２ストローク式の主機関と、
   前記主機関に空気を導く吸気通路と、
   前記吸気通路を流れる空気を過給するように構成された排気タービン過給機と、
   前記排気タービン過給機へ空気を供給することにより、該排気タービン過給機による過給に加勢するように構成された加勢装置と、
   前記主機関の回転数を変更するための操縦ハンドルと、
   前記操縦ハンドルとは独立して設けられ、乗員により操作入力を受け付けたときに、前記加勢装置を作動させる複数の操作部と、を備え、
   前記加勢装置は、前記複数の操作部のいずれかが乗員による操作入力を受け付けたとき、所定時間にわたって前記排気タービン過給機に加勢し、
   前記いずれかの操作部が前記操作入力を受け付けてから前記所定時間が経過した場合に、前記排気タービン過給機への加勢を停止させるタイマと、をさらに備える
   ことを特徴とする舶用内燃機関。
2. 請求項１に記載された舶用内燃機関において、
   前記主機関を操縦するための複数の操縦ユニットを備え、
   前記操作部は、前記複数の操縦ユニットの各々に設けられている
   ことを特徴とする舶用内燃機関。
3. 請求項１又は２に記載された舶用内燃機関において、
   前記主機関から排出された排気を導く排気通路を備え、
   前記排気タービン過給機は、前記吸気通路に設けられたコンプレッサと、前記排気通路に設けられたタービンと、を有し、
   前記加勢装置は、前記コンプレッサの回転駆動に加勢するよう、該コンプレッサへ空気を供給する
   ことを特徴とする舶用内燃機関。
4. 請求項３に記載された舶用内燃機関において、
   前記吸気通路における前記コンプレッサの下流側の部位と、前記排気通路における前記タービンの上流側の部位と、を接続して成るＥＧＲ通路を備える
   ことを特徴とする舶用内燃機関。
5. 請求項３又は４に記載された舶用内燃機関において、
   前記排気通路における前記タービンの下流側の部位に設けられ、所定温度以上で活性化する排気浄化装置を備え、
   前記排気通路には、前記タービンを迂回して前記排気浄化装置に至るバイパス通路が設けられている
   ことを特徴とする舶用内燃機関。

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