JP7228355B2 - 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。

舶用内燃機関においては、ＮＯｘの排出量を削減するために、１つの燃料噴射弁から燃料に併せて水を噴射することが広く知られている。

例えば特許文献１には、燃料噴射弁に対して水を注入することにより、１つの燃料噴射弁から燃料と水を層状に噴射すること（いわゆる層状水噴射）が開示されている。同文献によれば、燃料、水、燃料の順番で燃焼室内に供給されることで、火炎の温度上昇が抑えられ、ＮＯｘの発生が抑制される。

また特許文献２には、燃料と水を層状に噴射する代わりに、燃料と水を混ぜ合わせて成る水エマルジョン燃料を用いることが開示されている。同文献によれば、水エマルジョン燃料を使用すると、排気中のＮＯｘを削減することができる。

さらに、前記特許文献２には、燃料噴射ポンプ装置から排出されるドレン（水エマルジョン燃料ドレン）を燃料供給ラインに戻すことにより、戻したドレンを水エマルジョン燃料として再利用することも開示されている。

特開２００２－１３００７０号公報 特許第４８９７０６４号公報

本願発明者らは、前記特許文献２に記載されているように、燃料に併せて水を噴射する場合であっても、燃料噴射弁から排出されるドレンを燃料として再利用することを検討した。

しかし、燃料に併せて水を噴射する場合、ドレン中に過度の水分が含まれる可能性がある。この場合、燃料として用いるには不適格であるのに加えて、エネルギーロス等、内燃機関を運転する上で種々の問題を招き得ることが新たに判った。

例えば、ドレン中に多量の水が含まれていた場合、これまでの手法では、ドレンを廃油用のタンクに導くとともに、これを脱水・脱気処理した上で焼却処理せざるを得なかった。そのため、造水装置等を利用して生成された水が無駄になるばかりでなく、脱水・脱気処理、および焼却処理を行う分だけエネルギーロスとなる。

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、燃料に併せて水を噴射可能な舶用内燃機関において、燃料噴射弁から排出されるドレンを適切に再利用することにある。

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、燃焼室を区画するシリンダと、前記燃焼室内に臨むよう設けられ、燃料に併せて水を噴射可能な燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁へ供給される水を貯留する水タンクと、前記燃料噴射弁から排出されるドレンが流通するドレン路と、を備え、前記ドレン路は、前記燃料噴射弁と前記水タンクとの間に接続されている。

前記の構成によると、燃料噴射弁は、燃料に併せて水を噴射可能に構成されている。ここで、「燃料に併せて水を噴射可能」とは、少なくとも、燃料のみの噴射と、燃料および水の噴射とが両方とも実行可能であることを指す。また、「燃料および水の噴射」の語には、燃料と水を層状に噴射することと、燃料と水を混ぜ合わせた燃料を噴射することの両方が含まれる。

そして、燃料噴射弁から排出されるドレンは、ドレン路を介して水タンクに導かれるようになる。例えば、燃料噴射弁から燃料に併せて水が噴射されるとき、油水混合物として排出されるドレンは、水タンクに導かれることになる。

ドレンが導かれる水タンクは、飲料水等を貯留するためのタンクではなく、燃料噴射弁へ供給される水を貯留するためのタンクであるから、油水混合物の導入が許容される。また、ドレンを燃料として再利用するのではなく、燃料に併せて噴射される水として再利用することで、ドレンを無駄にすることなく再利用することが可能となる。

また、前記舶用内燃機関は、前記ドレンを貯留する燃料油ドレンタンクを備え、前記ドレン路は、前記燃料噴射弁から前記燃料油ドレンタンクに至る第１経路と、前記燃料噴射弁から前記水タンクに至る第２経路との間で切替可能に構成され、前記ドレン路を前記第１経路または前記第２経路に設定する切替弁をさらに備え、前記切替弁は、前記燃料噴射弁から燃料のみが噴射されているときには、前記ドレン路を前記第１経路に設定するとともに、前記燃料噴射弁から燃料に併せて水が噴射されているときには、前記ドレン路を前記第２経路に設定する、としてもよい。

前記の構成によると、前記切替弁は、燃料噴射弁から燃料に併せて水が噴射されているときには、ドレン路を第２経路に設定する。これにより、油水混合物として排出されるドレンは、水タンクに導かれることになる。

また、燃料噴射弁から燃料のみが噴射されているときには、油分を主体とするドレンが排出されるようになる。水タンクは、油水混合物の導入を許容するものの、油分の過度の混入は避けることが望ましい。

そこで、前記切替弁は、燃料噴射弁から燃料のみが噴射されているときには、ドレン路を第１経路に設定する。これにより、燃料噴射弁から排出されるドレンを、水タンクではなく燃料油ドレンタンクに導くことができる。

このように、燃料噴射弁からの噴射態様に応じてドレンの供給先を切り替えることで、燃料噴射弁から排出されるドレンを適切に再利用することができる。

また、前記舶用内燃機関は、前記水タンクおよび前記燃料噴射弁の間に接続される給水管と、前記給水管に設けられ、前記水タンクから前記燃料噴射弁まで水を圧送する水ポンプと、前記水ポンプの作動状況を検知するとともに、その検知結果に対応した信号を前記切替弁に入力するセンサと、を備え、前記切替弁は、前記水ポンプが作動していないときには、前記ドレン路を前記第１経路に設定する一方、前記水ポンプが作動しているときには、前記ドレン路を前記第２経路に設定する、としてもよい。

前記水ポンプが作動していないときには、水タンクから燃料噴射弁まで水が圧送されておらず、燃料噴射弁から燃料のみが噴射されていると考えられる。一方で、水ポンプが作動しているときには、水タンクから燃料噴射弁まで水が圧送されるため、燃料噴射弁から燃料に併せて水が噴射されていると考えられる。

前記の構成によると、水ポンプの作動状況に応じて、燃料噴射弁における噴射態様を判定することができる。その判定に基づいて切替弁を制御することで、燃料噴射弁から排出されるドレンを再利用する上で有利になる。

また、前記センサは、前記水ポンプの出口圧力を検出し、前記切替弁は、前記出口圧力が所定圧以下のときには、前記ドレン路を前記第１経路に設定する一方、前記出口圧力が所定圧を上回るときには、前記ドレン路を前記第２経路に設定する、としてもよい。

この構成によると、水ポンプの出口圧力を通じて、水ポンプの作動状況を判定することが可能となる。切替弁を適切に制御することができるようになるため、燃料噴射弁から排出されるドレンを再利用する上で有利になる。

また、前記舶用内燃機関は、前記ドレンに含まれる水分を判定するとともに、その判定結果に対応した信号を前記切替弁に入力する水分センサを備え、前記切替弁は、前記水分が所定値以下のときには、前記ドレン路を前記第１経路に設定する一方、前記水分が所定値を上回るときには、前記ドレン路を前記第２経路に設定する、としてもよい。

ドレンに含まれる水分が少ないときは、燃料噴射弁から燃料のみが噴射されていると考えられる。一方で、ドレンに含まれる水分が多いときは、燃料噴射弁から、燃料に併せて水が噴射されていると考えられる。

前記の構成によると、ドレンに含まれる水分の多寡に応じて、燃料噴射弁における噴射態様を判定することができる。その判定に基づいて切替弁を制御することで、燃料噴射弁から排出されるドレンを再利用する上で有利になる。

また、前記舶用内燃機関は、前記燃料噴射弁以外に供給するための水を貯留する第２の水タンクを備える、としてもよい。

この構成によると、燃料噴射弁へ供給される水を貯留するための水タンクとは別に、飲料水の貯留等、他の用途に用いられる第２の水タンクを備えたから、水タンクへの油水混合物の導入が許容されるようになる。これにより、燃料噴射弁から排出されるドレンを再利用する上で有利になる。

また、前記水タンクは、油水分離機能を有しており、前記水タンクは、前記ドレン路を介して導入された前記ドレンのうち、前記油水分離機能を通じて分離された水分を前記水タンクに蓄えるように構成されている、としてもよい。

この構成によると、水タンクに導入されるドレンは、当該タンクの油水分離機能によって油分と水分とに分離される。そうして分離された油分については、例えば燃料油ドレンタンクに送り込むことで、燃料噴射弁から排出されるドレンを再利用する上で有利になる。

また、前記ドレン路には油水分離機能が設けられ、前記ドレン路は、前記ドレンのうち、前記油水分離機能を通じて分離された水分を前記水タンクへ導くように構成されている、としてもよい。

この構成によると、ドレン路を流れるドレンは、このドレン路に持たせた油水分離機能によって油分と水分とに分離される。これにより、燃料噴射弁から排出されるドレンを再利用する上で有利になる。

以上説明したように、前記の舶用内燃機関によると、燃料噴射弁から排出されるドレンを適切に再利用することができる。

図１は、舶用内燃機関の全体構成を例示する図である。 図２は、舶用内燃機関の燃焼室に関連した構成を例示する縦断面図である。 図３は、ドレン路の切替について例示した説明図である。 図４は、ドレン路の切替手順を例示するフローチャートである。 図５は、舶用内燃機関の変形例を示す図１対応図である。 図６は、ドレン路の切替手順の変形例を示す図４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図である。また、図２は、エンジン１の燃焼室１４に関連した構成を例示する縦断面図である。

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（図１および図２には、１つのシリンダ１１のみを示す）。このエンジン１は、ユニフロー掃気方式を採用した２ストローク１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。エンジン１の出力軸は、不図示のプロペラに連結されている。エンジン１が運転することにより、その出力がプロペラに伝達されて船舶が推進するようになっている。

ここに開示するエンジン１は、窒素酸化物（ＮＯｘ）の抑制を主目的として、各シリンダ１１の燃料噴射弁１５から燃料と水を噴射する燃料・水噴射ディーゼル機関として構成されている。よって、エンジン１は、複数のシリンダ１１を有する主機１０と、各燃料噴射弁１５に燃料を供給する燃料供給システム２０と、に加えてさらに、各燃料噴射弁１５に水を供給する水供給システム３０を備えた構成とされている。エンジン１はまた、燃料噴射弁１５から排出される燃料油ドレンを処理するべく、燃料油ドレンシステム４０を備えている。

（１）全体構成
以下、エンジン１の要部について説明する。

－主機－
主機１０は、複数のシリンダ１１と、各シリンダ１１の蓋となるシリンダカバー１２と、を有している。各シリンダ１１内には、ピストン（不図示）が往復動可能に挿入されている。各シリンダ１１の内壁、シリンダカバー１２の内壁、およびピストンの頂面によって、シリンダ１１毎に燃焼室１４が区画されている。

主機１０は、燃焼室１４毎に３つの燃料噴射弁１５を有している。各燃料噴射弁１５は、燃焼室１４内に臨むように設けられており、燃料に併せて水を噴射可能に構成されている。

具体的に、燃料噴射弁１５は、燃料供給に関連する要素として、高圧燃料管２１を介して燃料ポンプ２２に接続された燃料通路１５ａと、燃料通路１５ａの先端に設けられた油溜め部１５ｂと、燃焼室１４内に臨み、かつ油留め部１５ｂに連通する噴口１５ｃと、噴口１５ｃを開閉する針弁１５ｄと、を有している。

さらに、燃料噴射弁１５は、水の供給に関連する要素として、給水管３９を介して噴射水供給ポンプ３３に接続された水通路１５ｅと、水通路１５ｅの内圧の高まりに応じて開放される水逆止弁１５ｆと、を有している。水通路１５ｅの先端は、燃料通路１５ａの途中（油溜め部１５ｂの手前）に接続されている。

例えば、噴射水供給ポンプ３３が作動していないときには、水通路１５ｅにおける圧の大きさは、水逆止弁１５ｆを開放するほど高くはならない。この場合、水通路１５ｅは閉塞されたままとなり、燃料噴射弁１５からは燃料のみが噴射される。

一方、噴射水供給ポンプ３３が作動しているときには、水通路１５ｅの内圧が高くなる。このとき、燃料通路１５ａにおける内圧次第では、水逆止弁１５ｆを開放することが可能となる。この場合、水通路１５ｅ内の水は、燃料通路１５ａ内の燃料を押し除けつつ、燃料通路１５ａに流入することになる。

その結果、燃料噴射弁１５では、油溜め部１５ｂ付近に燃料が満たされ、燃料通路１５ａと水通路１５ｅとの合流部付近に水が満たされ、この合流部よりも上流側には燃料が満たされることになる。これにより、燃料通路１５ａ内においては、あたかも「燃料・水・燃料」の順に層状をなすように配置される。

そして、針弁１５ｄが噴口１５ｃを開放すると、燃料通路１５ａ内の順番に従って、燃料と水が燃焼室１４内に噴射される（層状水噴射）。もちろん、本開示は、燃料と水が３層を成す構成に限定されない。図２に示すように、５層以上としてもよい。

燃料噴射弁１５には、ドレンを排出するためのドレン口（不図示）が設けられている。このドレン口には燃料油ドレン管４２が接続されている。燃料油ドレン管４２は、燃料噴射弁１５から排出されるドレン（燃料噴射弁ドレン）を流通させるように構成されている。燃料油ドレン管４２は、高圧燃料管２１および燃料ポンプ２２にも接続されており、それぞれから排出されたドレンを流通させることができる。

－燃料供給システム－
燃料供給システム２０は、前述の高圧燃料管２１および燃料ポンプ２２に加えて、燃料ポンプ２２に燃料を供給する燃料供給管２３と、閉止弁２４と、を有している。燃料供給管２３を通じて燃料ポンプ２２に供給された燃料は、この燃料ポンプ２２によって圧送されることにより、高圧燃料管２１を通じて燃料噴射弁１５に供給される。高圧燃料管２１は３本に分岐しており、それぞれが燃料噴射弁１５に接続されている。

燃料供給システム２０はまた、燃料戻り管２５と、閉止弁２６と、を有している。燃料ポンプ２２によって加圧された燃料の一部が、燃料戻り管２５に戻されるようになっている。

－水供給システム－
エンジン１には、海水から清水を生成すると共に、生成された清水を各所へ供給するように構成された種々の機器が接続されている。そうして接続された機器の一部が、前述の水供給システム３０を構成している。

具体的に、エンジン１が搭載される船舶には、海水を蒸留して清水を生成する造水装置２０１と、同装置により生成された清水を圧送するための蒸留水ポンプ２０２と、蒸留水ポンプ２０２により圧送された清水を蓄える清水タンク２０３と、清水タンク２０３に蓄えられた清水を圧送するための清水ポンプ２０４と、清水ポンプ２０４により圧送される清水を一時的に蓄える圧力タンク２０５と、が設けられている。圧力タンク２０５に蓄えられる清水は、燃料噴射弁１５以外の各所に供給されるようになっており、その供給先において様々な用途に使用される。

図１に示すように、造水装置２０１から圧力タンク２０５に至る給水管２０６のうち、蒸留水ポンプ２０２と清水タンク２０３との間の部位が、二股に分岐している。そうして分岐した給水管２０６は、水供給システム３０を構成する噴射水タンク３１に接続されている。

よって、造水装置２０１によって生成された清水は、燃料噴射弁１５に供給される水を蓄える噴射水タンク３１と、燃料噴射弁１５以外の各所に供給される水を蓄える清水タンク２０３と、に分配されることになる。噴射水タンク３１は「水タンク」の例示であり、清水タンク２０３は「第２の水タンク」の例示である。

水供給システム３０はまた、噴射水タンク３１および燃料噴射弁１５の間に接続される給水管３９を備えている。この給水管３９には、噴射水タンク３１から燃料噴射弁１５に向かって順に、噴射水タンク３１から供給される水を濾過するフィルタ３２と、噴射水タンク３１から燃料噴射弁１５まで水を圧送する前述の噴射水供給ポンプ３３と、噴射水供給ポンプ３３によって圧送される水を一時的に蓄える圧力タンク３４と、を有している。噴射水供給ポンプ３３は、「水ポンプ」の例示である。

給水管３９のうち、圧力タンク３４よりも下流側の部位は、シリンダ１１毎に分岐している（図１では１つのみ図示）。そうして分岐した各々には、閉止弁３５が設けられている。

前述のように、燃焼室１４毎に３つの燃料噴射弁１５が設けられている。そこで、３つの燃料噴射弁１５の各々に水を供給するべく、シリンダ１１毎に分岐した各給水管３９は、閉止弁３５の下流側に設けた水噴射ポンプ３６において３本に分岐している。水噴射ポンプ３６において分岐した給水管３９は、各燃料噴射弁１５の水通路１５ｅに接続されている。この水噴射ポンプ３６には、当該水噴射ポンプ３６から漏れ出したドレン水を導くための水ドレン管３７が接続されている。水ドレン管３７は、シリンダ１１毎に合流しており、水噴射ポンプ３６と噴射水タンク３１とを相互に接続している。水ドレン管３７は、水噴射ポンプ３６等において生じたドレン水を噴射水タンク３１に送り戻すことができる。噴射水タンク３１へ戻されたドレン水は、燃料噴射弁１５からの噴射に再利用することができる。また、水ドレン管３７には、閉止弁３８が設けられている。

噴射水供給ポンプ３３が作動すると、燃料噴射弁１５へ注水される。水通路１５ｅにおける圧を高めることで、前述のように燃料噴射弁１５から水を噴射することが可能となる。

また、燃料噴射弁１５における噴射状況を判定するためには、噴射水供給ポンプ３３の作動状況を用いることが考えられる。そこで、給水管３９には、噴射水供給ポンプ３３の作動状況を検知するための圧力センサ１０１が設けられている。この圧力センサ１０１は、噴射水供給ポンプ３３の出口圧力を検出するように構成されている。これにより、例えば噴射水供給ポンプ３３の出口圧力が所定圧以下の場合には、噴射水供給ポンプ３３が作動しておらず、燃料噴射弁１５には注水されていないと判断することができる。この場合は、燃料噴射弁１５から燃料のみが噴射されていると判定され得る。圧力センサ１０１は、「センサ」の例示である。

一方、噴射水供給ポンプ３３の出口圧力が所定圧を超える場合には、噴射水供給ポンプ３３が作動しており、燃料噴射弁１５に注水されていると判断することができる。この場合は、燃料噴射弁１５から燃料に併せて水が噴射されていると判定され得る。

なお、圧力センサ１０１による判定に用いる「所定圧」は、例えば、噴射水供給ポンプ３３の使用圧力の下限としてもよい。このように設定することで、より的確に判定することが可能となる。

圧力センサ１０１の検知信号は、燃料油ドレン管４２に設けた切替弁４３に入力されるようになっている。切替弁４３は、電磁式の三方弁であって、圧力センサ１０１からの検知信号に応じて作動するように構成されている。切替弁４３の動作について詳述するべく、以下、燃料油ドレン管４２に係る構成について説明する。

－燃料油ドレンシステム－
燃料油ドレンシステム４０は、高圧燃料管２１、燃料ポンプ２２および燃料噴射弁１５の各々から排出されるドレンを貯留する燃料油ドレンタンク４１と、ドレンが流通する燃料油ドレン管４２と、を有している。

詳しくは、燃料油ドレンタンク４１は、大気に開放しており、不図示のボイラー、および主機１０の主機燃料セットリングタング等に接続されている。燃料油ドレンタンク４１に貯留されるドレンは、ボイラーにおいて焼却処理を施したり、燃料油ドレンタンク４１から排出して主機１０で再利用したりすることができる。

また、燃料油ドレン管４２は、高圧燃料管２１に接続された第１ドレン管４２ａと、燃料ポンプ２２に接続された第２ドレン管４２ｂと、燃料噴射弁１５に接続された第３ドレン管４２ｃと、が合流して成る。

さらに詳しくは、第１ドレン管４２ａは、高圧燃料管２１から排出されるドレン（高圧燃料管ドレン）を流通させるように構成されており、ドレンの状況を目視するためのホッパ４４と、高圧燃料管２１におけるリークを検出するためのリーク検出機構４５と、を介して第２ドレン管４２ｂと合流している。

また、第２ドレン管４２ｂは、燃料ポンプ２２から排出されるドレン（燃料ポンプドレン）を流通させるように構成されており、第１ドレン管４２ａとの合流部よりも下流側の部位が燃料油ドレンタンク４１に接続されている。すなわち、高圧燃料管ドレンおよび燃料ポンプドレンは、第２ドレン管４２ｂを介して燃料油ドレンタンク４１に導かれるようになっている。

一方、第３ドレン管４２ｃは、燃料噴射弁１５から排出されるドレン（燃料噴射弁ドレン）を流通させるように構成されており、１つのシリンダ１１につき、３つの燃料噴射弁１５の各々から延びるドレン管が合流して成る。この合流部には、ドレンの状況を目視するためのホッパ４６が設けられている。

第３ドレン管４２ｃによって区画される管路（ドレン路）Ｐのうち、上記ホッパ４６よりも下流側の部位は、燃料噴射弁１５から燃料油ドレンタンク４１に至る第１経路Ｐ１と、燃料噴射弁１５から噴射水タンク３１に至る第２経路Ｐ２と、の間で切り替わるようになっている。すなわち、ドレン路Ｐのうち、第２経路Ｐ２に相当する部位は、燃料噴射弁１５と、噴射水タンク３１と、の間に接続されているに等しい。

第１経路Ｐ１と第２経路Ｐ２との切替は、前述の切替弁４３が実行する。この切替弁４３を作動させることによって、ドレン路Ｐを第１経路Ｐ１または第２経路Ｐ２に設定することができる（図３も参照）。

また、ドレン路Ｐは、第１経路Ｐ１または第２経路Ｐ２に切り替わるように構成された経路と、第３経路Ｐ３とに分岐している。この第３経路Ｐ３は、逆止弁４７を介して水ドレン管３７に接続されている。すなわち、図１に示すように、ドレン路Ｐは、３つの燃料噴射弁１５の各々から延びる管路がホッパ４６にて合流した後に、第３経路Ｐ３と、それ以外の経路と、に分岐する。

ここで、前者の経路（第３経路Ｐ３）は、水ドレン管３７を介して噴射水タンク３１に至る。後者の経路（第３経路Ｐ３以外の経路）は、前述のように、切替弁４３の作動状況に応じて、第１経路Ｐ１と、第２経路Ｐ２とのいずれかに設定される。

なお、燃料油ドレンシステム４０に係る構成として、前述の噴射水タンク３１は、油水分離機能を備えている。この機能は、噴射水タンク３１の内部構造に工夫を凝らして実現してもよいし、図１に示すように、噴射水タンク３１の内外に油水分離装置３１ａを設けて実現してもよい。

噴射水タンク３１は、第２経路Ｐ２を介して導入されたドレンのうち、油水分離機能を通じて分離された水分については、そのまま噴射水タンク３１に蓄える。一方、この油水分離機能を通じて分離された油分については、噴射水タンク３１から排出して燃料油ドレンタンク４１へ導くように構成されている（図３も参照）。

－コントローラ－
コントローラ１００は、少なくとも、燃料ポンプ２２を作動させるための油圧を制御する電磁弁、および噴射水供給ポンプ３３を作動させるための油圧を制御する電磁弁に対して電気的に接続されている。コントローラ１００は、エンジン１の回転数および負荷等、エンジン１の運転状態を示す信号を受けて制御信号を生成し、これを上述した各電磁弁に出力してエンジン１の運転を制御する。なお、コントローラ１００は、主機１０用のコントローラとは別に設置してもよい。

例えば、エンジン１の運転状態が低負荷域にあるとき、コントローラ１００は、層状水噴射を実施せず、燃料噴射弁１５から燃料のみを噴射させる。ここで、「低負荷域」とは、エンジン１が実現可能な負荷の範囲を低負荷域、中負荷域、高負荷域に３分したときの低負荷域と定義してもよい。この場合、燃料噴射弁ドレンには、主に、油分が含まれることになる。

一方で、エンジン１の負荷が中負荷域または高負荷域にあるとき、コントローラ１００は、層状水噴射を実施する。これにより、燃焼室１４内に燃料と水が供給されて、火炎の温度上昇が抑制される。その結果、ＮＯｘの生成を抑制することができる。この場合、燃料噴射弁ドレンには、燃料のみを噴射させる場合と比較して多量の水分が含まれることになる。燃料噴射弁ドレンは、油水混合物となる。

（２）ドレンの再利用について
図３は、ドレン路Ｐの切替について例示した説明図である。

本願発明者らは、図２に示すように、燃料に併せて水を噴射する場合であっても、燃料噴射弁ドレンを燃料として再利用することを検討した。

しかし、燃料に併せて水を噴射する場合、燃料噴射弁ドレン中に過度の水分が含まれる可能性がある。この場合、燃料として用いるには不適格であるのに加えて、エネルギーロス等、エンジン１を運転する上で種々の問題を招き得ることが新たに判った。

例えば、燃料噴射弁ドレン中に多量の水が含まれていた場合、これまでの手法（特に、層状水噴射に関連した手法）では、燃料噴射弁ドレンを廃油用のタンクへ導くとともに、これを脱水・脱気処理した上で焼却処理せざるを得なかった。そのため、造水装置２０１を利用して生成された清水が無駄になるばかりでなく、脱水・脱気処理、および、焼却処理を行う分だけエネルギーロスとなる。

また、図２に示すような層状水噴射は、前述のように、エンジン１の負荷が低いときには実行されない。この場合、脱水・脱気処理等がそもそも不要であり、廃油しては燃料が無駄になる。よって、燃料噴射弁１５からの噴射態様に応じて、燃料噴射弁ドレンの取り扱いを適切に変更することが求められる。

一方、この構成例における切替弁４３は、ドレン路Ｐを第１経路Ｐ１または第２経路Ｐ２に設定することができる。そのことで、燃料噴射弁ドレンは、第１経路Ｐ１を介して燃料油ドレンタンク４１に導かれるか、或いは、第２経路Ｐ２を介して噴射水タンク３１に導かれるようになる。

具体的に、切替弁４３は、エンジン１が中負荷域または高負荷域にあるときのように、燃料噴射弁１５から燃料に併せて水が噴射されている場合は、図３の下図に示すようにドレン路Ｐを第２経路Ｐ２に設定する。

詳しくは、切替弁４３は、噴射水供給ポンプ３３の出口圧力が前述の所定圧を上回る場合、つまり、噴射水供給ポンプ３３が作動している場合には、燃料に併せて水が噴射されていると判断されるためドレン路Ｐを第２経路Ｐ２に設定する。このように設定することで、油水混合物としての燃料噴射弁ドレンは、噴射水タンク３１に導かれることになる。

噴射水タンク３１は、飲料水等を貯留するためのタンクではなく、燃料噴射弁１５へ供給される水を貯留するためのタンクであるから、油水混合物の導入が許容される。また、燃料噴射弁ドレンを燃料として再利用するのではなく、燃料に併せて噴射される水として再利用することで、ドレンを無駄にすることなく再利用することが可能となる。

ここで、噴射水タンク３１は、油水混合物の導入を許容するものの、油分の過度の混入は避けることが望ましい。そこで、切替弁４３は、エンジン１が低負荷域にあるときのように、燃料噴射弁１５から燃料のみが噴射されている場合は、図３の上図に示すようにドレン路Ｐを第１経路Ｐ１に設定する。

詳しくは、切替弁４３は、噴射水供給ポンプ３３の出口圧力が所定圧以下の場合、つまり、噴射水供給ポンプ３３が作動していない場合は、燃料のみが噴射されていると判断されるためドレン路Ｐを第１経路Ｐ１に設定する。このように設定することで、油分を主体とした燃料噴射弁ドレンは、燃料油ドレンタンク４１に導かれるようになる。

このように、燃料噴射弁１５からの噴射態様に応じて燃料噴射弁ドレンの供給先を切り替えることで、燃料噴射弁ドレンを適切に再利用することができる。

また、噴射水供給ポンプ３３の出口圧力を通じて、その作動状況を判定することで、切替弁４３を適切に制御することができるようになる。これにより、燃料噴射弁ドレンを再利用する上で有利になる。

また、図１に示すように、燃料噴射弁１５へ供給される水を貯留するための噴射水タンク３１とは別に、飲料水の貯留等、他の用途に用いられる清水タンク２０３を備えたから、噴射水タンク３１への油水混合物の導入が許容されるようになる。これにより、燃料噴射弁ドレンを再利用する上で有利になる。

また、図１および図３に示すように、噴射水タンク３１に導入される燃料噴射弁ドレンは、この噴射水タンク３１に設けた油水分離装置３１ａによって油分と水分とに分離される。そうして分離された油分については燃料油ドレンタンク４１へ導くことで、燃料噴射弁ドレンを再利用する上で有利になる。

－切替手順の具体例－
図４は、ドレン路Ｐの切替手順を例示するフローチャートである。

まず、切替弁４３に圧力センサ１０１の検知信号が入力される（ステップＳ１０１）。続いて、水ポンプとしての噴射水供給ポンプ３３における出口圧力が、所定圧を超えているか否かを判定する（ステップＳ１０２）。

ステップＳ１０２の判定がＹＥＳの場合、噴射水供給ポンプ３３が作動しておらず、燃料噴射弁１５から燃料のみが噴射されていると判定する（ステップＳ１０３）。この判定を受けて、切替弁４３は、ドレン路Ｐを第１経路Ｐ１に設定する（ステップＳ１０４）。この設定により、燃料噴射弁１５から排出されるドレンは、燃料油ドレンタンク４１に導かれるようになる（ステップＳ１０５）。

一方、ステップＳ１０２の判定がＮＯであった場合、噴射水供給ポンプ３３が作動しており、燃料噴射弁１５から燃料と水が噴射されていると判定する（ステップＳ１０６）。この判定を受けて、切替弁４３は、ドレン路Ｐを第２経路Ｐ２に設定する（ステップＳ１０７）。この設定により、燃料噴射弁１５から排出されるドレンは、噴射水タンク３１に導かれるようになる（ステップＳ１０８）。そうして導かれたドレンに含まれる油分は、油水分離装置３１ａによって分離されて燃料油ドレンタンク４１に導かれる。

（４）舶用内燃機関の変形例
図５は、舶用内燃機関の変形例を示す図１対応図である。この変形例におけるドレン路Ｐ’は、前記実施形態と同様に、第１経路Ｐ１’と第２経路Ｐ２’との間で切り替えることができる。このうち、第２経路Ｐ２’は、前記実施形態のように噴射水タンク３１に対し直に接続されるのではなく、水ドレン管３７を介して噴射水タンク３１に接続されている。

また、変形例に係る第２経路Ｐ２’には、油水分離機能が設けられている。具体的に、第２経路Ｐ２’における中途の部位には、燃料噴射弁ドレンを一時的に蓄える油水タンク４８と、油水分離装置４８ａと、が設けられている。油水分離装置４８ａは、油水分離機能を有しており、油水タンク４８に蓄えられた燃料噴射弁ドレンを油分と水分とに分離することができる。

そして、変形例に係る第２経路Ｐ２’は、燃料噴射弁ドレンのうち、前述の油水分離機能を通じて分離された油分については燃料油ドレンタンク４１へ導く一方、油水分離機能を通じて分離された水分については噴射水タンク３１へ導くように構成されている。これにより、燃料噴射弁ドレンを再利用する上で有利になる。

なお、図５に示す変形例において油水タンク４８は必須ではない。油水分離装置４８ａ単体で構成してもよい。或いは、油水タンク４８の内部構造に工夫を凝らすことで、油水タンク４８自体に油水分離機能を持たせてもよい。油水タンク４８に油水分離機能を持たせた場合、油水分離装置４８ａは不要となる。

ところで、燃料噴射弁ドレンに含まれる水分が少ないときは、燃料噴射弁１５から燃料のみが噴射されていると考えられる。一方で、燃料噴射弁ドレンに含まれる水分が多いときは、燃料噴射弁１５から、燃料に併せて水が噴射されていると考えられる。

そこで、図５に示す変形例は、圧力センサ１０１に代えて、燃料噴射弁ドレンに含まれる水分を判定する水分センサ１０２を備えている。水分センサ１０２は、その判定結果に対応した検知信号を切替弁４３に入力する。

水分センサ１０２によって検出された水分が所定値以下のときには、燃料のみが噴射されていると判断することができる。このとき、切替弁４３は、ドレン路Ｐ’を第１経路Ｐ１’に設定する。

一方、水分センサ１０２によって検出された水分が所定値を上回るときには、燃料に併せて水が噴射されていると判断することができる。このとき、切替弁４３は、ドレン路Ｐ’を第２経路Ｐ２’に設定する。

このように、ドレンに含まれる水分の多寡に応じて、燃料噴射弁１５における噴射態様を判定することができる。その判定に応じて切替弁４３を制御することで、前記実施形態と同様に、燃料噴射弁１５から排出されるドレンを再利用する上で有利になる。

－切替手順の変形例－
図６は、ドレン路Ｐ’の切替手順の変形例を示す図４対応図である。

まず、切替弁４３に水分センサ１０２の検知信号が入力される（ステップＳ２０１）。続いて、燃料噴射弁ドレンに含まれる水分が、所定値を超えているか否かを判定する（ステップＳ２０２）。

ステップＳ２０２の判定がＹＥＳの場合、噴射水供給ポンプ３３が作動しておらず、燃料噴射弁１５から燃料のみが噴射されていると判定する（ステップＳ２０３）。この判定を受けて、切替弁４３は、ドレン路Ｐ’を第１経路Ｐ１’に設定する（ステップＳ２０４）。この設定により、燃料噴射弁１５から排出されるドレンは、燃料油ドレンタンク４１に導かれるようになる（ステップＳ２０５）。

一方、ステップＳ２０２の判定がＮＯであった場合、噴射水供給ポンプ３３が作動しており、燃料噴射弁１５から燃料と水が噴射されていると判定する（ステップＳ２０６）。この判定を受けて、切替弁４３は、ドレン路Ｐ’を第２経路Ｐ２’に設定する（ステップＳ２０７）。この設定により、燃料噴射弁１５から排出されるドレンは、水ドレン管３７を介して噴射水タンク３１に導かれるようになる（ステップＳ２０８）。噴射水タンク３１へと導かれる途中で、ドレンに含まれる油分が油水分離装置４８ａによって分離される。そうして分離された油分は、燃料油ドレンタンク４１に導かれることになる。

《他の実施形態》
前記実施形態においては、圧力センサ１０１の検知信号が切替弁４３に入力されるようになっていたが、この構成には限定されない。例えば、圧力センサ１０１の検知信号をコントローラ１００に入力してもよい。この場合、コントローラ１００は、入力された検知信号に基づいて制御信号を生成し、そうして生成された制御信号を切替弁４３に入力することになる。水分センサ１０２についても同様である、
また、前記実施形態では、燃料に併せて水を噴射する構成の一例として、層状水噴射を行うエンジン１について説明したが、ここに開示された技術は、層状水噴射には限定されない。例えば、本開示は、燃料と水を混ぜ合わせた水エマルジョン燃料を用いるエンジンに適用することもできる。

また、前記実施形態では、噴射水供給ポンプ３３が作動しているか否かに応じてドレン路Ｐを設定するように構成されていたが、この構成には限られない。

例えば、切替弁４３は、水ポンプとしての水噴射ポンプ３６が作動していないときには、ドレン路Ｐを第１経路Ｐ１に設定する一方、水噴射ポンプ３６が作動しているときには、ドレン路Ｐを第２経路Ｐ２に設定する、としてもよい。

このような構成を実現するためには、例えば、水噴射ポンプ３６としてプランジャー式のポンプを採用した場合、プランジャーの動作を監視するとともに、その動作が検出されたか否かに基づいて、切替弁４３を制御すればよい。

１ エンジン（舶用内燃機関）
１１ シリンダ
１４ 燃焼室
１５ 燃料噴射弁
３１ 噴射水タンク（水タンク）
３１ａ 油水分離装置
３３ 噴射水供給ポンプ（水ポンプ）
４１ 燃料油ドレンタンク
４３ 切替弁
１００ コントローラ
１０１ 圧力センサ（センサ）
Ｐ ドレン路
Ｐ１ 第１経路
Ｐ２ 第２経路

Claims (6)

1. 燃焼室を区画するシリンダと、
   前記燃焼室内に臨むよう設けられ、燃料に併せて水を噴射可能な燃料噴射弁と、
   前記燃料噴射弁へ供給される水を貯留する水タンクと、
   前記燃料噴射弁から排出されるドレンが流通するドレン路と、
   前記ドレンを貯留する燃料油ドレンタンクと、
   前記水タンクおよび前記燃料噴射弁の間に接続される給水管と、
   前記給水管に設けられ、前記水タンクから前記燃料噴射弁まで水を圧送する水ポンプと、を備え、
   前記ドレン路は、前記燃料噴射弁と前記水タンクとの間に接続され、
   前記ドレン路は、前記燃料噴射弁から前記燃料油ドレンタンクに至る第１経路と、前記燃料噴射弁から前記水タンクに至る第２経路との間で切替可能に構成され、
   前記ドレン路を前記第１経路または前記第２経路に設定する切替弁と、
   前記水ポンプの作動状況を検知するとともに、その検知結果に対応した信号を前記切替弁に入力するセンサと、をさらに備え、
   前記切替弁は、
   前記水ポンプが作動していないときには、前記燃料噴射弁から燃料のみが噴射されているものとして前記ドレン路を前記第１経路に設定するとともに、
   前記水ポンプが作動しているときには、前記燃料噴射弁から燃料に併せて水が噴射されているものとして前記ドレン路を前記第２経路に設定する
   ことを特徴とする舶用内燃機関。
2. 請求項１に記載の舶用内燃機関において、
   前記センサは、前記水ポンプの出口圧力を検出し、
   前記切替弁は、前記出口圧力が所定圧以下のときには、前記ドレン路を前記第１経路に設定する一方、前記出口圧力が所定圧を上回るときには、前記ドレン路を前記第２経路に設定する
   ことを特徴とする舶用内燃機関。
3. 請求項１に記載の舶用内燃機関において、
   前記センサは、前記ドレンに含まれる水分を判定するとともに、その判定結果に対応した信号を前記切替弁に入力する水分センサであって、
   前記切替弁は、前記水分が所定値以下のときには、前記ドレン路を前記第１経路に設定する一方、前記水分が所定値を上回るときには、前記ドレン路を前記第２経路に設定する
   ことを特徴とする舶用内燃機関。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の舶用内燃機関において、
   前記燃料噴射弁以外に供給するための水を貯留する第２の水タンクを備える
   ことを特徴とする舶用内燃機関。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の舶用内燃機関において、
   前記水タンクは、油水分離機能を有しており、
   前記水タンクは、前記ドレン路を介して導入された前記ドレンのうち、前記油水分離機能を通じて分離された水分を前記水タンクに蓄えるように構成されている
   ことを特徴とする舶用内燃機関。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の舶用内燃機関において、
   前記ドレン路には油水分離機能が設けられ、
   前記ドレン路は、前記ドレンのうち、前記油水分離機能を通じて分離された水分を前記水タンクへ導くように構成されている
   ことを特徴とする舶用内燃機関。

Images