JP7465634B2 - 舶用ディーゼルエンジン - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、舶用ディーゼルエンジンに関する。

ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去するための方法として、燃焼室に尿素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に開示されているディーゼルエンジンは、燃焼室に燃料を噴射するための燃料噴射弁（燃料用インジェクタ）と、燃焼室及び該燃焼室近傍の排気通路のいずれか一方に向けて尿素水を噴射するための尿素水噴射弁（尿素水用インジェクタ）と、を１つずつ備えた構成とされている。

特開平３－２１３６１４号公報

ところで、前記特許文献１に開示されているような尿素水噴射弁を燃料噴射弁の近傍にレイアウトすることで、燃焼室内に尿素水を直接噴射することが考えられる。

その場合、舶用ディーゼルエンジンのように複数の燃料噴射弁を備えたエンジンでは、燃料噴射弁毎に尿素水噴射弁を用意することが求められるため、尿素水噴射弁が複数個必要となる。そのため、シリンダカバーにおいて、尿素水噴射弁等の部品を設けるスペースが不足してしまうという問題があった。

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、部品を配置するためのスペースを不足させることなく、燃焼室内に尿素水を直接噴射することにある。

本願発明者らは、一般的な燃料噴射弁に代わって、燃料と水を層状に噴射可能な燃料噴射弁に着目した。本願発明者らは、そうした燃料噴射弁において、水の代わりに尿素水を用いることを見出し、ここに開示する技術を完成するに至った。

具体的に、ここに開示する技術は、舶用ディーゼルエンジンに係る。この舶用ディーゼルエンジンは、燃焼室を区画するシリンダと、前記燃焼室の天井面を区画するシリンダカバーに設けられ、該燃焼室を開閉する排気弁と、前記シリンダカバーに設けられた複数の燃料噴射弁と、を備え、前記複数の燃料噴射弁は、前記シリンダの周方向に沿って、前記排気弁を取り囲むように配置され、前記複数の燃料噴射弁は、いずれも、燃料と尿素水とを層状に噴射するように構成されている。

この構成によれば、複数の燃料噴射弁は、いずれも燃料と尿素水とを層状に噴射するように構成されている。そのため、燃料噴射弁に加えて、尿素水噴射弁を用意する必要がなくなるため、シリンダカバーにおいて、部品を配置するためのスペースを十分に確保することができる。

また、燃料と尿素水を層状に噴射することで、燃料が噴射される位置と尿素水が噴射される位置とが近接するため、窒素酸化物を効果的に除去することもできる。

また、前記舶用ディーゼルエンジンは、前記シリンダカバーに設けられ、前記周方向に沿って並んだ複数の弁部材を備え、前記複数の燃料噴射弁は、それぞれ、前記弁部材同士の間のスペースに配置されている、としてもよい。

この構成によれば、各弁部材との干渉を招くことなく、各燃料噴射弁をレイアウトすることができる。このことは、燃料噴射弁を適切に配置する上で有効である。

また、前記複数の弁部材は、前記燃焼室に空気を吹き込むための始動弁と、前記燃焼室から圧力を逃がすための安全弁と、前記燃焼室における燃焼状況を検出するためのインジケータ弁と、を有する、としてもよい。

また、前記燃料噴射弁は、燃料及び尿素水を噴射するための噴射口を有し、前記舶用ディーゼルエンジンは、前記燃料噴射弁に向けて燃料を圧送する燃料ポンプと、前記燃料ポンプから前記噴射口に至る燃料経路と、前記燃料経路における所定の位置に尿素水を注入する注入系統と、前記注入系統を制御する制御部と、をさらに備え、前記燃料噴射弁は、前記燃料ポンプによって圧送される燃料と、前記注入系統によって注入される尿素水と、が交互に並んでなる層状液体を噴射する、としてもよい。

この構成によれば、窒素酸化物を効果的に除去することができる。

以上説明したように、前記舶用ディーゼルエンジンによれば、部品を配置するためのスペースを不足させることなく、燃焼室内に尿素水を直接噴射することができる。

図１は、舶用ディーゼルエンジンの構成を例示する模式図である。 図２は、舶用ディーゼルエンジンの燃焼室を例示する縦断面図である。 図３は、シリンダカバーを下方から見て例示する模式図である。 図４は、燃料噴射装置の構成を例示する概略図である。 図５は、シリンダカバーを上方から見て例示する図である。

以下、本開示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、舶用ディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン１」ともいう）の構成を例示する模式図である。また、図２は、エンジン１の燃焼室１７を例示する縦断面図であり、図３は、シリンダカバー１５を下方から見上げて示す模式図である。ここで、図２は、図３におけるＡ－Ａ断面に相当する。また、図４はエンジン１における燃料噴射装置１００の構成を例示する概略図であり、図５は、シリンダカバー１５を上方から見て例示する図である。

エンジン１は、複数のシリンダ１６を備えた直列多気筒式のディーゼルエンジンである。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。

船舶に搭載されたエンジン１は、その船舶を推進させるための主機関として用いられる。すなわち、エンジン１の出力軸は、プロペラ軸（不図示）を介して船舶のプロペラ（不図示）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構成されている。

特に、本実施形態に係るエンジン１は、そのロングストローク化を実現するべく、いわゆるクロスヘッド式の内燃機関として構成されている。すなわち、このエンジン１においては、下方からピストン２１を支持するピストン棒２２と、クランクシャフト２３に連接される連接棒２４と、がクロスヘッド２５により連結されている。

（１）主要構成
以下、エンジン１の要部について説明する。

図１に示すように、エンジン１は、下方に位置する台板１１と、台板１１上に設けられる架構１２と、架構１２上に設けられるシリンダジャケット１３と、を備えている。台板１１、架構１２及びシリンダジャケット１３は、上下方向に延びる複数のタイボルト及びナットにより締結されている。エンジン１はまた、シリンダジャケット１３内に設けられるシリンダ１６と、シリンダ１６内に設けられるピストン２１と、ピストン２１の往復運動に連動して回転する出力軸（例えばクランクシャフト２３）と、を備えている。

台板１１は、エンジン１のクランクケースを構成するものであり、クランクシャフト２３と、クランクシャフト２３を回転自在に支持する軸受２６と、を収容している。クランクシャフト２３には、クランク２７を介して連接棒２４の下端部が連結されている。

架構１２は、一対のガイド板２８と、連接棒２４と、クロスヘッド２５と、を収容している。このうち、一対のガイド板２８は、ピストン軸方向に沿って設けられた一対の板状部材からなり、エンジン１の幅方向（図１の紙面左右方向）に間隔を空けて配置されている。連接棒２４は、その下端部がクランクシャフト２３に連結された状態で、一対のガイド板２８の間に配置されている。連接棒２４の上端部は、クロスヘッド２５を介してピストン棒２２の下端部に連結されている。

具体的に、クロスヘッド２５は、一対のガイド板２８の間に配置されており、各ガイド板２８に沿って上下方向に摺動する。すなわち、一対のガイド板２８は、クロスヘッド２５の摺動を案内するように構成されている。クロスヘッド２５は、クロスヘッドピン２９を介してピストン棒２２及び連接棒２４と接続されている。クロスヘッドピン２９は、ピストン棒２２に対しては一体的に上下動するよう接続されている一方、連接棒２４に対しては、連接棒２４の上端部を支点として、連接棒２４を回動させるように接続されている。

シリンダジャケット１３は、内筒としてのシリンダライナ１４が配置されてなる。シリンダライナ１４の内部には、前述のピストン２１が配置されている。このピストン２１は、シリンダライナ１４の内壁に沿って上下方向に往復運動する。また、シリンダライナ１４の上部にはシリンダカバー１５が固定されている。シリンダカバー１５は、シリンダライナ１４とともにシリンダ１６を構成している。

また、シリンダカバー１５には、不図示の動弁装置によって作動される排気弁１８が設けられている。排気弁１８は、シリンダライナ１４及びシリンダカバー１５から構成されるシリンダ１６、並びに、ピストン２１の頂面とともに燃焼室１７を区画している。排気弁１８は、その燃焼室１７と排気管１９との間を開閉するものである。排気管１９は、燃焼室１７に通じる排気口１９ａを有しており、排気弁１８は、その排気口１９ａを開閉するように構成されている。

詳しくは、図２に例示するように、シリンダカバー１５（特に、シリンダカバー１５の下面）は、燃焼室１７の天井面を区画している。このシリンダカバー１５の中央部には、排気管１９の排気口１９ａが開口している。排気弁１８は、排気口１９ａと同様にシリンダカバー１５の中央部に設けられており、排気口１９ａ、ひいては燃焼室１７を開閉することができる。

具体的に、本実施形態に係る排気弁１８は、ピストン軸方向に延びる軸部１８ａと、その軸部１８ａの下端部に設けられた傘部１８ｂと、を有しており、ピストン軸方向に往復運動するように構成されている。排気弁１８の往復運動は、該排気弁１８の軸部１８ａに連結された駆動機構１８ｃによって行われる（図１も参照）。この駆動機構１８ｃは、油圧駆動式の機構とされている。

また、天井面を区画するシリンダカバー１５には、複数の燃料噴射弁３０が設けられている。図３に例示するように、複数の燃料噴射弁３０は、シリンダ１６の周方向（図３の矢印Ｂを参照）に沿って、排気弁１８を取り囲むように配置されている。

詳しくは、本実施形態に係る燃料噴射弁３０は、各シリンダ１６に３つずつ設けられており、排気弁１８を中心として、シリンダカバー１５において略１２０°おきに等間隔で配置されている。以下、３つの燃料噴射弁３０を、周方向に沿って順に、第１噴射弁３０Ａ、第２噴射弁３０Ｂ及び第３噴射弁３０Ｃと呼称する場合がある。

さらに詳しくは、シリンダカバー１５には、シリンダ１６の周方向に沿って複数の弁部材７１，７２，７３が設けられており、各燃料噴射弁３０は、それぞれ、弁部材７１，７２，７３同士の間のスペースに配置されている。ここで、複数の弁部材７１，７２，７３は、エンジン１の始動時に燃焼室１７へ空気を吹き込むための始動弁７１と、燃焼室１７から圧力を逃がすための安全弁７２と、燃焼室１７における燃焼状況を検出するためのインジケータ弁７３と、を有する。始動弁７１、安全弁７２及びインジケータ弁７３は、排気弁１８を中心として、シリンダカバー１５において略１２０°おきに等間隔で配置されている。

そして、本実施形態においては、第１噴射弁３０Ａは、インジケータ弁７３と始動弁７１との間のスペースに配置されており、第２噴射弁３０Ｂは、始動弁７１と安全弁７２との間のスペースに配置されており、第３噴射弁３０Ｃは、安全弁７２とインジケータ弁７３との間のスペースに配置されている。

また、図２に示すように、複数の燃料噴射弁３０は、それぞれ、燃料及び尿素水を噴射するための噴射口３１を有している。各噴射口３１は、燃料噴射弁３０の先端部の側面に開口している。そして、複数の燃料噴射弁３０は、いずれも、燃焼室１７内に噴射口３１を向けた姿勢とされており、燃料と、尿素水と、を交互に並んだ状態で層状に噴射するように構成されている。

特に、本実施形態に係る燃料噴射弁３０は、その長手方向が、各弁部材７１，７２，７３の並び方向（つまり、シリンダ１６の周方向）に対して垂直となるように配置されている（つまり、燃料噴射弁３０の長手方向が、シリンダ１６の径方向に沿うように配置されている）。

ここで、燃料は、例えば化石燃料としてのディーゼル燃料からなり、その燃焼に伴って、エンジン１の動力を生み出すことができる。一方、尿素水は、いわゆる尿素水溶液からなり、排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去することができる。

詳細は後述するが、本実施形態に係るエンジン１は、燃料噴射弁３０に燃料を圧送する燃料ポンプ４１と、燃料が圧送される経路内に尿素水を注入する第１注入ポンプ５１及び第２注入ポンプ６１と、を備えている。

図１に示すように、燃料ポンプ４１、第１注入ポンプ５１及び第２注入ポンプ６１は、シリンダ１６の近傍にレイアウトされており、それぞれ、内部経路３２、燃料噴射管４２、下流側注入管５２及び上流側注入管６２等を介して燃料噴射弁３０と流体的に接続されている。

このうち燃料ポンプ４１は、燃料ポンプ４１から噴射口３１に至る燃料経路Ｌを介して燃料噴射弁３０と接続されていて、この燃料噴射弁３０に向けて燃料を圧送する。この燃料経路Ｌは、第１内部経路３２及び燃料噴射管４２（後述の分岐管４２ａも含む）からなり、燃料ポンプ４１と噴射口３１を結ぶ経路として構成されている。また、第１注入ポンプ５１及び第２注入ポンプ６１は、それぞれ、下流側注入管５２及び上流側注入管６２を介して燃料経路Ｌと接続されていて、この燃料経路Ｌ内に尿素水を注入する。

このように構成することで、燃料噴射弁３０は、燃料ポンプ４１から圧送される燃料と、第１注入ポンプ５１及び第２注入ポンプ６１によって注入される尿素水と、を燃料ポンプ４１の圧送作用により、燃焼室１７へ交互に（すなわち層状に）噴射することができる。

そうして、燃料噴射弁３０は、燃焼室１７に燃料及び尿素水を供給し、燃焼室１７内で燃焼を生じさせる。この燃焼によって、ピストン２１が上下方向に往復運動をする。このとき、排気弁１８が作動して燃焼室１７が開放されると、燃焼によって生じた排ガスが排気管１９に押し出されるとともに、不図示の掃気ポートから燃焼室１７にガスが導入される。

また、燃焼によってピストン２１が往復運動をすると、ピストン２１とともにピストン棒２２が上下方向に往復運動をする。これにより、ピストン棒２２に連結されたクロスヘッド２５が、上下方向に往復運動をする。このクロスヘッド２５は、連接棒２４の回動を許容するようになっており、クロスヘッド２５との接続部位を支点として、連接棒２４を回動させる。そして、連接棒２４の下端部に接続されるクランク２７がクランク運動し、そのクランク運動に応じてクランクシャフト２３が回転する。こうして、クランクシャフト２３は、ピストン２１の往復運動を回転運動に変換し、プロペラ軸とともに船舶のプロペラを回転させる。これにより、船舶が推進する。

（２）燃料噴射装置に係る構成
以下、燃料噴射弁３０と、この燃料噴射弁３０に燃料及び尿素水を供給するための各種装置と、を併せて燃料噴射装置と呼称し、これに符号「１００」を付して説明する。なお、図４において実線で示した矢印は、燃料及び尿素水の流通を示し、破線で示した矢印は、電気信号の送受を示している。

図４に示すように、本実施形態に係る燃料噴射装置１００は、主な構成要素として、複数（本実施形態では３つ）の燃料噴射弁３０と、燃料を圧送するための圧送系統４０と、尿素水を注入するための注入系統５０，６０と、圧送系統４０及び注入系統５０，６０を制御するための制御部９２と、を備えている。

このうち、燃料噴射弁３０は、前述のように、燃料と尿素水を噴射するための噴射口３１を有しており、燃料経路Ｌを介して燃料ポンプ４１と接続されている。

一方、注入系統５０，６０は、その燃料経路Ｌにおける所定の位置Ｐ１，Ｐ２に尿素水を注入するように構成されている。特に、本実施形態に係る注入系統５０，６０は、燃料経路Ｌにおける所定の第１注入位置Ｐ１に尿素水を注入する下流側注入系統５０と、燃料経路Ｌにおいて第１注入位置Ｐ１よりも上流側の第２注入位置Ｐ２に尿素水を注入する上流側注入系統６０と、を有している。

燃料噴射装置１００はまた、その他の構成要素として、注入系統５０，６０に尿素水を供給する尿素水供給ポンプ７１と、圧送系統４０及び注入系統５０，６０を作動させるための蓄圧部８１と、制御部９２に検出信号を入力するための検出部９１と、を備えている。

以下、燃料噴射弁３０、圧送系統４０、下流側注入系統５０、上流側注入系統６０、尿素水供給ポンプ７１、蓄圧部８１、検出部９１及び制御部９２の構成について、順番に説明をする。

（燃料噴射弁３０）
複数の燃料噴射弁３０は、前述のように、シリンダ１６内の燃焼室１７に、燃料と尿素水を層状に噴射するための噴射弁である。各燃料噴射弁３０は、前述のように、エンジン１の各シリンダ１６に３つずつ設けられている。これら複数の燃料噴射弁３０は、各々、同様に構成されている。そこで、以下では、これら複数の燃料噴射弁３０のうちの１つ（第１噴射弁３０Ａ）を例に取り、燃料噴射弁３０に係る構成を説明する。

図４に示すように、燃料噴射弁３０は、圧送系統４０における燃料ポンプ４１と、燃料噴射管４２等を介して接続されている。また、燃料噴射弁３０は、注入系統５０，６０における第１注入ポンプ５１及び第２注入ポンプ６１とは、それぞれ、上流側注入管６２及び下流側注入管５２等を介して接続されている。図２に示すように、燃料噴射弁３０は、燃料ポンプ４１によって圧送された燃料、下流側注入系統５０によって注入された尿素水、燃料ポンプ４１によって圧送された燃料、上流側注入系統６０によって注入された尿素水、及び、燃料ポンプ４１によって圧送された燃料の順番で並んでなる層状液体２００を、噴射口３１から燃焼室１７内へ噴射する。

詳細には、図４に示すように、燃料噴射弁３０は、前述のように構成された噴射口３１と、この噴射口３１に通じる２本の内部経路３２，３３と、２つの逆止弁３４ａ，３４ｂと、を有している。

２本の内部経路３２，３３のうちの一方の内部経路３２は、主に燃料を流通させるための経路であり、燃料噴射管４２における分岐管４２ａと、噴射口３１と、を接続している。以下、一方の内部経路３２を「第１内部経路３２」と呼称する。この第１内部経路３２には、上流側注入系統６０における上流側注入管６２（具体的には、上流側注入管６２における分岐管６２ａ）が、逆止弁３４ａを介して接続されている。上流側注入管６２は、第２注入ポンプ６１から延びており、この第２注入ポンプ６１から圧送された尿素水を流通させる配管である。よって、第１内部経路３２には、燃料ばかりでなく、上流側注入管６２から注入された尿素水も流れることになる。

なお、第１内部経路３２に対して第２内部経路３３が接続される部位は、燃料経路Ｌにおいて、下流側注入系統５０によって尿素水が注入される位置を示している。この位置は、前述の「第１注入位置Ｐ１」に等しい。図４に示すように、第２注入位置Ｐ２は、燃料経路Ｌにおいて第１注入位置Ｐ１よりも上流側に設けられている。なお、ここでいう「上流側」とは、燃料の流通方向における上流側を指す。また、「燃料の流通方向」とは、燃料ポンプ４１から燃料噴射管４２等を介して噴射口３１に向かう方向を指す。

２つの逆止弁３４ａ，３４ｂのうちの一方の逆止弁３４ａは、上流側注入系統６０から第１内部経路３２に向かう尿素水の流通を許容するとともに、その尿素水の逆流を防止する。他方の逆止弁３４ｂは、第２内部経路３３における中途の部位に設けられている。この他方の逆止弁３４ｂは、下流側注入系統５０から第２内部経路３３を経由して第１内部経路３２に向かう尿素水の流通を許容するとともに、その尿素水の逆流を防止する。

（圧送系統４０）
圧送系統４０は、燃料噴射弁３０に燃料を圧送するための設備である。図４に示すように、圧送系統４０は、燃料ポンプ４１と、燃料噴射管４２と、制御弁４５と、を有している。

燃料ポンプ４１は、作動油の圧力を利用して燃料を圧送する油圧駆動式のポンプである。詳細には、燃料ポンプ４１は、配管等を通じて、燃料が貯留された燃料タンク（不図示）と接続されており、この燃料タンクから燃料を受け入れる。燃料ポンプ４１は、燃料タンクから受け入れた燃料を、燃料噴射管４２を通じて燃料噴射弁３０に圧送する。また、燃料ポンプ４１の圧送作用は、燃料及び尿素水の層状噴射を燃料噴射弁３０に行わせることもできる。

燃料噴射管４２は、燃料ポンプ４１と燃料噴射弁３０との間で燃料を流通させるための配管である。例えば、図４に示すように、燃料噴射管４２の一端部は、燃料ポンプ４１の吐出口に接続されている。また、燃料噴射管４２の中途部には、分岐部４３が設けられている。燃料噴射管４２は、この分岐部４３から他端部に向かって複数の分岐管に分岐している。具体的に、本実施形態に係る燃料噴射管４２は、分岐部４３から３つの分岐管４２ａ，４２ｂ，４２ｃに分岐している。これら分岐管４２ａ，４２ｂ，４２ｃのうち、第１の分岐管４２ａは、図４に示すように、１つの燃料噴射弁３０の第１内部経路３２に接続されている。燃料噴射管４２は、分岐管４２ａを介して、この燃料噴射弁３０における第１内部経路３２と燃料ポンプ４１とを連通させる。これと同様に、残りの分岐管４２ｂ，４２ｃは、それぞれ、他の燃料噴射弁３０に接続されている。

制御弁４５は、蓄圧部８１から燃料ポンプ４１への作動油の供給を制御するための弁である。具体的に、制御弁４５は、電磁弁等の電動式の開閉弁によって構成され、図示しないが、制御弁３４によって駆動されるロジック弁の開閉によって、図４に示すように、燃料ポンプ４１と蓄圧部８１とを連通可能に設けられる。制御弁４５は、燃料を噴射する期間（以下、単に「噴射期間」という）に開状態となって、蓄圧部８１内の作動油を燃料ポンプ４１に供給する。燃料ポンプ４１は、この供給された作動油の圧力を利用して、燃料噴射弁３０へ燃料を圧送する。一方、制御弁４５は、燃料の噴射期間以外の期間で閉状態となって、蓄圧部８１から燃料ポンプ４１への作動油の供給を停止する。こうした制御弁４５の開閉は、制御部９２によって制御される。

（下流側注入系統５０）
下流側注入系統５０は、図４に示すように、前述の第１注入ポンプ５１と、下流側注入管５２と、逆止弁５４と、第１制御弁５５と、を有している。下流側注入系統５０は、本実施形態における「第１注入系統」の例示である。

第１注入ポンプ５１は、作動油の圧力を利用して尿素水を注入する油圧駆動式のポンプである。詳細には、第１注入ポンプ５１は、供給管７２等を通じて、尿素水供給ポンプ７１から尿素水を受け入れる。第１注入ポンプ５１は、この受け入れた尿素水を圧送する。第１注入ポンプ５１から圧送された尿素水は、下流側注入管５２、及び、燃料噴射弁３０における第２内部経路３３を通じて、同燃料噴射弁３０における第１内部経路３２に至る。こうして、第１注入ポンプ５１は、燃料経路Ｌの第１注入位置Ｐ１に、尿素水を注入する。

下流側注入管５２は、第１注入ポンプ５１によって燃料経路Ｌに注入される尿素水を流通させるための配管である。例えば、図４に示すように、下流側注入管５２の一端部は、第１注入ポンプ５１の吐出口に接続されている。また、下流側注入管５２の中途部には、分岐部５３が設けられている。下流側注入管５２は、この分岐部５３から他端部に向かって複数の分岐管に分岐している。具体的に、本実施形態に係る下流側注入管５２は、分岐部５３から３つの分岐管５２ａ，５２ｂ，５２ｃに分岐している。これら分岐管５２ａ，５２ｂ，５２ｃのうち、第１の分岐管５２ａは、図４に示すように、１つの燃料噴射弁３０の第２内部経路３３に接続されている。下流側注入管５２は、分岐管５２ａを介して、この燃料噴射弁３０における第２内部経路３３と第１注入ポンプ５１とを連通させる。これと同様に、残りの分岐管５２ｂ，５２ｃは、それぞれ、他の燃料噴射弁３０に接続されている。

逆止弁５４は、下流側注入管５２における尿素水の流通方向を一方向に規制して、尿素水の逆流を防止するための弁である。図４に示すように、逆止弁５４は、下流側注入管５２における中途の部位、例えば第１注入ポンプ５１と分岐部５３との間の部位に設けられる。逆止弁５４は、第１注入ポンプ５１から分岐部５３を経由して第２内部経路３３に向かう尿素水の流通を許容するとともに、その尿素水の逆流を防止する。

第１制御弁５５は、蓄圧部８１から第１注入ポンプ５１への作動油の供給を制御するための弁である。具体的には、第１制御弁５５は、電磁弁等の電動式の開閉弁によって構成され、図４に示すように、第１注入ポンプ５１と蓄圧部８１とを連通可能に設けられる。第１制御弁５５は、第１注入ポンプ５１から圧送される尿素水が燃料経路Ｌに注入される期間（以下、これを「第１注入期間」という）に開状態となって、蓄圧部８１内の作動油を第１注入ポンプ５１に供給する。第１注入ポンプ５１は、この供給された作動油の圧力を利用して、燃料経路Ｌにおける第１注入位置Ｐ１に尿素水を圧送して注入する。一方、第１制御弁５５は、下流側注入系統５０による第１注入期間以外の期間に閉状態となって、蓄圧部８１から第１注入ポンプ５１への作動油の供給を停止する。こうした第１制御弁５５の開閉は、制御部９２によって制御される。

（上流側注入系統６０）
上流側注入系統６０は、図４に示すように、前述の第２注入ポンプ６１と、上流側注入管６２と、逆止弁６４と、第２制御弁６５と、を有している。上流側注入系統６０は、本実施形態における「第２注入系統」の例示である。

第２注入ポンプ６１は、作動油の圧力を利用して尿素水を注入する油圧駆動式のポンプである。詳細には、第２注入ポンプ６１は、供給管７２等を通じて、尿素水供給ポンプ７１から代替燃料を受け入れる。第２注入ポンプ６１は、この受け入れた尿素水を圧送する。第２注入ポンプ６１から圧送された尿素水は、上流側注入管６２を通じて、燃料噴射弁３０における第１内部経路３２に至る。こうして、第２注入ポンプ６１は、燃料経路Ｌの第２注入位置Ｐ２に尿素水を注入する。

上流側注入管６２は、第２注入ポンプ６１によって燃料経路Ｌに注入される尿素水を流通させるための配管である。例えば、図４に示すように、上流側注入管６２の一端部は、第２注入ポンプ６１の吐出口に接続されている。また、上流側注入管６２の中途部には、分岐部６３が設けられている。上流側注入管６２は、この分岐部６３から他端部に向かって複数の分岐管に分岐している。具体的に、本実施形態に係る上流側注入管６２は、分岐部６３から３つの分岐管６２ａ，６２ｂ，６２ｃに分岐している。これら分岐管６２ａ，６２ｂ，６２ｃのうち、第１の分岐管６２ａは、図４に示すように、逆止弁３４ａを介して１つの燃料噴射弁３０の第１内部経路３２に接続されている。上流側注入管６２は、分岐管６２ａを介して、この燃料噴射弁３０における第１内部経路３２と第２注入ポンプ６１とを連通させる。これと同様に、残りの分岐管６２ｂ，６２ｃは、それぞれ、他の燃料噴射弁３０に接続されている。

逆止弁６４は、上流側注入管６２における尿素水の流通方向を一方向に規制して、尿素水の逆流を防止するための弁である。図４に示すように、逆止弁６４は、上流側注入管６２における中途の部位、例えば第２注入ポンプ６１と分岐部６３との間の部位に設けられる。逆止弁６４は、第２注入ポンプ６１から分岐部６３を経由して第１内部経路３２に向かう尿素水の流通を許容するとともに、その尿素水の逆流を防止する。

第２制御弁６５は、蓄圧部８１から第２注入ポンプ６１への作動油の供給を制御するための弁である。具体的には、第２制御弁６５は、電磁弁等の電動式の開閉弁によって構成され、図４に示すように、第２注入ポンプ６１と蓄圧部８１とを連通可能に設けられる。第２制御弁６５は、第２注入ポンプ６１から圧送される尿素水が燃料経路Ｌに注入される期間（以下、これを「第２注入期間」という）に開状態となって、蓄圧部８１内の作動油を第２注入ポンプ６１に供給する。第２注入ポンプ６１は、この供給された作動油の圧力を利用して、燃料経路Ｌにおける第２注入位置Ｐ２に尿素水を圧送して注入する。一方、第２制御弁６５は、上流側注入系統６０による第２注入期間以外の期間に閉状態となって、蓄圧部８１から第２注入ポンプ６１への作動油の供給を停止する。こうした第２制御弁６５の開閉は、制御部９２によって制御される。

（尿素水供給ポンプ７１）
尿素水供給ポンプ７１は、燃料経路Ｌに注入される尿素水を、第１注入ポンプ５１及び第２注入ポンプ６１に供給するためのポンプである。図４に示すように、尿素水供給ポンプ７１は、供給管７２等を介して第１注入ポンプ５１及び第２注入ポンプ６１と連通可能に接続されている。

具体的に、供給管７２の一端部は、尿素水供給ポンプ７１に接続されており、供給管７２の他端部は、２本に分岐して第１注入ポンプ５１及び第２注入ポンプ６１に接続されている。詳しくは、供給管７２は、その中途の部位において分岐管７２ａ，７２ｂに分岐している。供給管７２から分岐したうちの一方の分岐管７２ａは、逆止弁７３ａを介して第１注入ポンプ５１に接続されている。分岐したうちの他方の分岐管７２ｂは、逆止弁７３ｂを介して第２注入ポンプ６１に接続されている。

本実施形態に係る尿素水供給ポンプ７１は、尿素水を貯留しているタンク（不図示）と接続されており、このタンクに貯留されている尿素水を、分岐管７２ａ，７２ｂ等を通じて第１注入ポンプ５１と第２注入ポンプ６１に供給する。

逆止弁７３ａは、尿素水供給ポンプ７１から第１注入ポンプ５１に向かう尿素水の流通を許容するとともに、その尿素水の逆流を防止する。逆止弁７３ｂは、代替燃料供給ポンプ７１から第２注入ポンプ６１に向かう尿素水の流通を許容するとともに、その尿素水の逆流を防止する。

（蓄圧部８１）
蓄圧部８１は、圧送系統４０、及び、注入系統５０，６０をそれぞれ作動させる作動油を蓄圧するものである。蓄圧部８１は、作動油を貯蔵可能な蓄圧室を有する中空の構造体であり、図４に示すように、高圧ポンプ８２と接続されている。蓄圧部８１は、高圧ポンプ８２から圧送された作動油を貯留して、これを蓄圧する。蓄圧部８１における作動油の圧力は、高圧ポンプ８２から蓄圧部８１への作動油の吐出量によって調整される。蓄圧部８１における作動油の圧力は、圧送系統４０における燃料ポンプ４１と、下流側注入系統５０における第１注入ポンプ５１と、上流側注入系統６０における第２注入ポンプ６１と、で共有されている。

（検出部９１）
検出部９１は、エンジン１のクランク角度を検出するものである。本実施形態に係る検出部９１は、ピストン２１の１サイクルの往復運動に伴って回転するクランク２７の回転角度（いわゆる「クランク角度」）を検出する。その際、検出部９１は、クランク２７の基準状態からの回転角度をクランク角度として検出する。なお、クランク２７の基準状態としては、例えば、ピストン２１が下死点又は上死点に位置する際のクランク２７の状態等が挙げられる。検出部９１は、時間の経過に伴って変化するクランク角度を検出し、その都度、検出したクランク角度を示す電気信号を制御部９２に送信する。

（制御部９２）
制御部９２は、圧送系統４０の制御弁４５、下流側注入系統５０における第１制御弁５５、及び、上流側注入系統６０の第２制御弁６５の開閉を制御する。これにより、制御部９２は、燃料噴射弁３０による層状噴射タイミングと、下流側注入系統５０が尿素水を注入するタイミングと、上流側注入系統６０が尿素水を注入するタイミングと、を制御することができる。

なお、本実施形態において、燃料噴射弁３０による層状噴射タイミングは、燃料噴射弁３０から燃焼室１７へ、燃料及び尿素水を層状に噴射するタイミングを意味する。

また、下流側注入系統５０が尿素水を注入するタイミングには、下流側注入系統５０が尿素水の注入を開始するタイミングと、下流側注入系統５０が尿素水の注入を終了するタイミングと、が含まれる。同様に、上流側注入系統６０が尿素水を注入するタイミングには、上流側注入系統６０が尿素水の注入を開始するタイミングと、上流側注入系統６０が尿素水の注入を終了するタイミングと、が含まれる。

具体的に、制御部９２は、各種プログラムを実行するためのＣＰＵ、メモリ及びシーケンサ等によって構成される。制御部９２は、検出部９１から電気信号を受信し、受信した電気信号に示されるクランク角度が所定の回転角度となるタイミングに開状態となるように、圧送系統４０の制御弁４５の開閉を制御する。制御部９２は、制御弁４５の制御を通じて、燃料ポンプ４１が作動するタイミングを制御する。これにより、制御部９２は、燃料噴射弁３０による層状噴射タイミングを制御する。

特に、本実施形態に係る制御部９２は、層状噴射タイミングにおいて燃焼室１７に噴射される燃料及び尿素水のうち、燃料からなる層と、尿素水からなる層と、が双方とも２層以上となるように、注入系統５０，６０を制御する。

この層状噴射タイミングでは、燃料ポンプ４１によって燃料経路Ｌに圧送された燃料のうちエンジン負荷に応じた必要量の燃料と、第１注入ポンプ５１によって燃料経路Ｌの第１注入位置Ｐ１に注入された尿素水と、第２注入ポンプ６１によって燃料経路Ｌの第２注入位置Ｐ２に注入された尿素水と、が燃料ポンプ４１の圧送作用によって燃料噴射弁３０から燃焼室１７へ層状に噴射される。

その結果、本実施形態に係る燃料噴射弁３０は、図２に示すように、燃料ポンプ４１によって圧送される燃料、下流側注入系統５０によって注入される尿素水、燃料ポンプ４１によって圧送される燃料、上流側注入系統６０によって注入される尿素水、及び、燃料ポンプ４１によって圧送される燃料と、が順番に並んでなる層状液体２００を、燃焼室１７内に噴射することになる。その後、図２及び図４に例示する燃料経路Ｌは、噴射されずに残った燃料で満たされた状態となる。

また、制御部９２は、前述した燃料及び尿素水の層状噴射タイミング以外の期間においては、燃料で満たされた状態にある燃料経路Ｌ、特に、燃料経路Ｌにおける第１注入位置Ｐ１及び第２注入位置Ｐ２それぞれに尿素水を注入するように、下流側注入系統５０が尿素水を注入するタイミング、及び、上流側注入系統６０が尿素水を注入するタイミングを制御する。

この際、制御部９２は、エンジン１の負荷（以下、単に「エンジン負荷」という）に応じて、下流側注入系統５０が尿素水の注入を開始するタイミングと、上流側注入系統６０が尿素水の注入を開始するタイミングと、を制御する。

詳しくは、制御部９２は、エンジン負荷に基づいて所定の待機時間を算出するとともに、算出された待機時間の分だけ、下流側注入系統５０が尿素水の注入を開始するタイミングを、上流側注入系統６０が尿素水の注入を開始するタイミングよりも遅らせる。

さらに詳しくは、制御部９２は、エンジン負荷にかかわらず、下流側注入系統５０による尿素水の注入量と、上流側注入系統６０による尿素水の注入量と、の比が一定になるように、下流側注入系統５０及び上流側注入系統６０を制御する。

また、制御部９２は、層状液体２００において、下流側注入系統５０によって形成される尿素水の層と、上流側注入系統６０によって形成される尿素水の層と、の間に位置する燃料層の量が、エンジン負荷に応じて定められる燃料噴射料（燃料の１回あたりの噴射量）に対して一定の割合となるように、下流側注入系統５０が尿素水の注入を開始するタイミングと、上流側注入系統６０が尿素水の注入を開始するタイミングと、を制御する。

（３）燃料噴射弁のレイアウトの具体例
図５は、シリンダカバー１５を上方から見て例示する図である。以下、図５の紙面上側を「右」と呼称し、紙面下側を「左」と呼称し、紙面左側を「前」と呼称し、紙面右側を「後」と呼称する。また、図１及び図２における上下方向は、図５の紙面を貫く方向に相当する。

前述のように、３つの燃料噴射弁３０は、シリンダ１６の周方向に沿って、排気弁１８を取り囲むように配置されていると同時に、それぞれ、弁部材７１，７２，７３同士の間のスペースに配置されている。以下、こうしたレイアウトの具体例について、図５を用いて説明する。

図５に例示するように、シリンダカバー１５の中央部には、排気弁１８をなす駆動機構１８ｃ及び締結部材１８ｄが設けられている。具体的に、締結部材１８ｄは、左右方向に延び、かつ、上下方向に厚みを有する厚板状に形成されており、左右一対の締結具１８Ｆ，１８Ａによってシリンダカバー１５の上面に固定されている。左右一対の締結具１８Ｆ，１８Ａは、それぞれ、上下方向に延びる軸状の部材である。締結部材１８ｄの上面には、駆動機構１９が設けられている。具体的に、締結部材１８ｄにおける左右方向の中央部の上面に、駆動機構１８ｃが載置されている。

シリンダカバー１５の上面には、前述の排気管１９が接続されている。具体的に、この排気管１９は、シリンダカバー１５の上面から右方へ向かって延びている。

また、３つの燃料噴射弁３０のうちの第１噴射弁３０Ａは、シリンダカバー１５の上面における右斜め後側に配置されており、第２噴射弁３０Ｂは、シリンダカバー１５の上面における右斜め前側に配置されており、第３噴射弁３０Ｃは、シリンダカバー１５の上面における左側に配置されている。

そして、複数の弁部材７１，７２，７３のうちの安全弁７２は、シリンダカバー１５の上面における左斜め前側に配置されており、インジケータ弁７３は、シリンダカバー１５の上面における左斜め後側に配置されている。

ここで、３つの燃料噴射弁３０のそれぞれに接続される分岐管４２ａ，５２ａ，６２ａ，４２ｂ，５２ｂ，６２ｂ，４２ｃ，５２ｃ，６２ｃは、燃料噴射弁３０毎に束になっており、いずれも、図５の左方から右方に向かって延びている。

このうち、第３噴射弁３０Ｃに接続される分岐管４２ｃ，５２ｃ，６２ｃを「第３分岐管３５Ｃ」と呼称すると、この第３分岐管３５Ｃは、略左右方向に沿って延びていて、その右端部が第３噴射弁３０Ｃに接続されている。

一方、第１噴射弁３０Ａに接続される分岐管４２ａ，５２ａ，６２ａを「第１分岐管３５Ａ」と呼称すると、この第１分岐管３５Ａは、インジケータ弁７３の直上方を通過するように、かつ、排気弁１８（具体的には、排気弁１８の締結部材１８ｄ及び締結具１８Ａ）を後側から迂回するように延びている。

具体的に、第１分岐管３５Ａは、略左右方向に沿って延びた後、右斜め後方へ曲がって延びる。このとき、第１分岐管３５Ａは、インジケータ弁７３の直上方を通過することになる。その後、第１分岐管３５Ａは、排気弁１８の後端部（具体的には、排気弁１８の締結具１８Ａ）付近の部位において右斜め前方へ再度曲がり、第１噴射弁３０Ａに接続されている。

また、第２噴射弁３０Ｂに接続される分岐管４２ｂ，５２ｂ，６２ｂを「第２分岐管３５Ｂ」と呼称すると、この第２分岐管３５Ｂは、安全弁７２の直上方を通過するように、かつ、排気弁１８（具体的には、排気弁１８の締結部材１８ｄ及び締結具１８Ｆ）を前側から迂回するように延びている。

具体的に、第２分岐管３５Ｂは、略左右方向に沿って延びた後、右斜め前方へ曲がって延びる。このとき、第２分岐管３５Ｂは、安全弁７２の直上方を通過することになる。その後、第２分岐管３５Ｂは、排気弁１８の前端部（具体的には、排気弁１８の締結具１８Ｆ）付近の部位において右斜め後方へ再度曲がって延び、第２噴射弁３０Ｂに接続されている。

なお、第１分岐管３５Ａ、第２分岐管３５Ｂ及び第３分岐管３５Ｃの高さ位置は、略同じに設定されている。具体的に、第１分岐管３５Ａのうち、排気弁１８、特に締結具１８Ａを後側から迂回する部位の高さ位置は、この締結具１８Ａと略同じである。同様に、第２分岐管３５Ｂのうち、排気弁１８、特に締結具１８Ｆを前側から迂回する部位の高さ位置は、この締結具１８Ｆと略同じである。

（４）燃料噴射弁のレイアウトに特有の効果
以上説明したように、複数の燃料噴射弁３０は、いずれも燃料と尿素水を層状に噴射するように構成されている。そのため、燃料噴射弁３０に加えて、尿素水専用の噴射弁を用意する必要がなくなるため、燃焼室１７の室内において、部品を配置するためのスペースを十分に確保することができる。

また、図２に例示したように、燃料と尿素水を層状に噴射することで、燃料が噴射される位置と尿素水が噴射される位置とが近接するため、窒素酸化物を効果的に除去することもできる。

また、図３に例示したように、弁部材７１，７２，７３同士の間のスペースに各燃料噴射弁３０を配置することで、各弁部材７１，７２，７３との干渉を招くことなく、各燃料噴射弁３０をレイアウトすることができる。このことは、燃料噴射弁３０を適切に配置する上で有効である。

（５）その他の実施形態
前記実施形態では、シリンダ１６毎に３つの燃料噴射弁３０を備えた燃料噴射装置１００を例示したが、本開示は、これに限定されるものではない。例えば、燃料噴射弁３０は、２つ以上の任意の数としてもよい。

また前記実施形態では、始動弁７１、安全弁７２及びインジケータ弁７３は、排気弁１８を中心として、シリンダカバー１５において略１２０°おきに等間隔で配置されていたが、本開示は、こうした配置には限定されない。シリンダカバー１５の寸法等に応じて、他の配置を採用してもよい。

また前記実施形態では、燃料噴射弁３０は、その長手方向がシリンダ１６の径方向に沿うように配置されていたが、本開示は、こうした配置には限定されない。例えば、シリンダ１６の径方向に対して斜めに配置してもよい。

１ エンジン（舶用ディーゼルエンジン）
１５ シリンダカバー
１６ シリンダ
１７ 燃焼室

１８ 排気弁
３０ 燃料噴射弁
３１ 噴射口
３２ 第１内部経路（燃料経路）
４１ 燃料ポンプ
４２ 燃料噴射管（燃料経路）
４２ａ 分岐管（燃料経路）
５０ 下流側注入系統（注入系統）
６０ 上流側注入系統（注入系統）
７１ 始動弁（弁部材）
９２ 制御部
７２ 安全弁（弁部材）
７３ インジケータ弁（弁部材）
Ｂ シリンダの周方向

Claims (2)

1. 燃焼室を区画するシリンダと、
   前記燃焼室の天井面を区画するシリンダカバーに設けられ、該燃焼室を開閉する排気弁と、
   前記シリンダカバーに設けられた複数の燃料噴射弁と、を備え、
   前記燃料噴射弁は、燃料及び尿素水を噴射するための噴射口を有する舶用ディーゼルエンジンであって、
   前記燃料噴射弁に向けて燃料を圧送する燃料ポンプと、
   前記燃料ポンプから前記噴射口に至る燃料経路と、
   前記燃料経路における所定の位置に尿素水を注入する注入系統と、
   前記注入系統を制御する制御部と、を備え、
   前記燃料噴射弁は、前記燃料ポンプによって圧送される燃料と、前記注入系統によって注入される尿素水と、が交互に並んでなる層状液体を噴射し、
   前記複数の燃料噴射弁は、前記シリンダの周方向に沿って、前記排気弁を取り囲むように配置され、
   前記複数の燃料噴射弁は、いずれも、燃料と尿素水とを層状に噴射するように構成され、
   前記シリンダカバーに設けられ、前記周方向に沿って並んだ複数の弁部材を備え、
   前記複数の燃料噴射弁は、それぞれ、前記弁部材同士の間のスペースに配置され、
   前記周方向に沿って、前記複数の弁部材のうちの１つと、前記複数の燃料噴射弁のうちの１つと、が交互に並ぶように配置され、
   前記複数の燃料噴射弁は、前記周方向に沿って配置された第１噴射弁、第２噴射弁および第３噴射弁からなり、
   前記燃料経路及び前記注入系統は、前記複数の燃料噴射弁のそれぞれに接続され、各燃料噴射弁に燃料および尿素水を供給する複数の分岐管を有し、
   前記複数の分岐管は、前記第１噴射弁に接続される第１分岐管、前記第２噴射弁に接続される第２分岐管、および前記第３噴射弁に接続される第３分岐管からなり、
   前記第１分岐管、前記第２分岐管および前記第３分岐管は、それぞれ、尿素水を流通させるための第１種配管と、燃料を流通させるための第２種配管と、を前記燃料噴射弁毎に含んでおり、
   前記第３分岐管は、平面視で前記排気弁と前記第３噴射弁を結んだ直線に沿って、該第３噴射弁に向かって延びており、
   前記第１分岐管及び前記第２分岐管は、前記第１種配管および第２種配管の双方とも、平面視で前記直線に関して互いに鏡映対称となるように延びている
   ことを特徴とする舶用ディーゼルエンジン。
2. 請求項１に記載された舶用ディーゼルエンジンにおいて、
   前記複数の弁部材は、前記燃焼室に空気を吹き込むための始動弁と、前記燃焼室から圧力を逃がすための安全弁と、前記燃焼室における燃焼状況を検出するためのインジケータ弁と、を有する
   ことを特徴とする舶用ディーゼルエンジン。

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