KR20160140935A - 엔진 장치 - Google Patents

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KR20160140935A
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타이시 무라카미
타츠로 오오사라
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얀마 가부시키가이샤
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Abstract

디젤 모드와 가스 모드를 갖는 과급기를 구비한 듀얼 퓨얼 엔진 장치에 있어서, 저부하 영역에서 운전시켰을 때에 부하 변동에 대하여 응답성 좋게 공기 유량 제어를 실행할 수 있는 엔진 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본원 발명의 엔진 장치(21)는 저부하 영역에 있어서 제 1 소정 부하(L1)보다 낮은 경우에 메인 스로틀 밸브(V1)에 대하여 피드백 제어를 행하는 한편, 그 제 1 소정 부하(L1)보다 높은 경우에 메인 스로틀 밸브(V1)에 대하여 데이터 테이블(DT1)에 의거하는 맵 제어를 행한다. 제 1 소정 부하(L1)보다 높은 제 2 소정 부하(L2, L3, Lth, L4)보다 높은 경우에 메인 스로틀 밸브(V1) 개방도를 전개로 함과 아울러 배기 바이패스 밸브(V3) 및 급기 바이패스 밸브(V2) 각각을 제어해서 흡기 매니폴드(67)에 있어서의 압력을 부하에 따른 목표값으로 한다.

Description

엔진 장치{ENGINE DEVICE}
본원 발명은 천연가스 등의 기체 연료와 중유 등의 액체 연료 중 어느 것에도 대응할 수 있는 다종 연료 채용형의 엔진 장치에 관한 것이다.
종래부터 예를 들면 탱커나 수송선 등의 선박이나 육상의 발전 시설에 있어서는 그 구동원으로서 디젤 엔진이 이용되고 있다. 그러나, 디젤 엔진의 배기가스 중에는 환경 보전의 방해가 되는 유해 물질이 되는 질소 산화물, 황 산화물 및 입자상 물질 등이 많이 포함되어 있다. 그 때문에, 최근에는 디젤 엔진의 대체가 되는 엔진으로서 유해 물질의 발생량을 저감할 수 있는 가스 엔진 등이 보급되고 있다.
또한, 디젤 엔진의 특성과 가스 엔진의 특성 각각을 조합한 엔진으로서 천연가스 등의 기체 연료(연료 가스)를 공기와 혼합시켜 연소실에 공급해서 연소시키는 예혼합 연소 방식과, 중유 등의 액체 연료를 연소실 내에 분사하여 연소시키는 확산 연소 방식을 병용할 수 있는 듀얼 퓨얼 엔진이 제공되고 있다(특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조).
일본특허공개 2002-004899호 공보 일본특허공개 2008-202545호 공보
듀얼 퓨얼 엔진은 디젤 모드와 가스 모드에서는 공연비가 다르고, 동일 부하에 대하여 디젤 모드에 비해 가스 모드에서 필요한 공기 유량이 적다. 그 때문에, 과급기를 디젤 모드에 있어서의 사양에 맞출 필요가 있는 한편, 가스 모드에서 동작할 때에는 가스 모드의 공연비에 맞춘 공기 유량을 공급가능하게 하지 않으면 안 된다. 또한, 종래의 듀얼 퓨얼 엔진은 가스 모드에서 운전했을 경우에 공기 유량 제어에 있어서의 응답성이 나쁘고, 부하 변동에 대하여 추종성 좋게 적정한 공연비 제어를 실행시키는 것이 곤란했다.
그래서, 본원 발명은 상기와 같은 현 상황을 검토하여 개선을 실시한 다종 연료 채용형의 엔진 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 하는 것이다.
본원 발명은 실린더 내에 공기를 공급시키는 흡기 매니폴드와, 상기 실린더로부터의 배기가스를 배기시키는 배기 매니폴드와, 상기 실린더에 액체 연료를 분사하여 연소시키는 메인 연료 분사 밸브와, 상기 흡기 매니폴드로부터 공급되는 공기에 기체 연료를 혼합시키는 가스 인젝터를 구비한 엔진 장치에 있어서, 상기 배기 매니폴드로부터의 배기가스에 의해 공기를 압축하는 과급기와, 그 과급기에서 압축된 압축 공기를 냉각하여 상기 흡기 매니폴드에 공급하는 인터쿨러를 더 구비하고, 상기 과급기 출구와 상기 인터쿨러 입구의 접속 개소에 메인 스로틀 밸브를 설치하고 있으며, 상기 배기 매니폴드 출구와 상기 과급기의 배기 출구를 연결하는 배기 바이패스 유로를 구비함과 아울러 상기 배기 바이패스 유로에 배기 바이패스 밸브를 배치하는 한편, 상기 과급기의 컴프레서를 바이패싱하는 급기 바이패스 유로를 구비함과 아울러 상기 급기 바이패스 유로에 급기 바이패스 밸브를 배치하고, 상기 엔진 장치에 가해지는 부하가 저부하 영역에 있어서의 제 1 소정 부하보다 낮은 경우에 상기 메인 스로틀 밸브에 대하여 피드백 제어를 행하는 한편, 그 제 1 소정 부하보다 높은 경우에 상기 메인 스로틀 밸브에 대하여 데이터 테이블에 의거하는 맵 제어를 행하고, 상기 엔진 장치에 가해지는 부하가 상기 제 1 소정 부하보다 높은 제 2 소정 부하보다 높은 경우에 상기 메인 스로틀 밸브 개방도를 전개(全開)로 함과 아울러 상기 배기 바이패스 밸브 및 상기 급기 바이패스 밸브 각각을 제어해서 상기 흡기 매니폴드에 있어서의 압력을 부하에 따른 목표값으로 한다는 것이다.
상기 엔진 장치에 있어서, 상기 엔진 장치에 가해지는 부하가 상기 제 2 소정 부하 이상의 영역보다 높은 경우, 상기 급기 바이패스 밸브에 대하여 피드백 제어를 행함과 동시에 상기 배기 바이패스 밸브에 대하여 맵 제어를 행함으로써 상기 흡기 매니폴드에 있어서의 압력을 부하에 따른 목표값으로 하는 것이어도 좋다.
상기 엔진 장치에 있어서, 상기 엔진 장치에 가해지는 부하가 제 2 소정 부하로 되어 있는 경우에 상기 배기 바이패스 밸브 및 상기 급기 바이패스 밸브 각각을 전폐(全閉)로 하는 것이어도 좋다.
상기 엔진 장치에 있어서, 상기 엔진 장치에 가해지는 부하가 상기 제 1 소정 부하보다 낮은 경우에 상기 급기 바이패스 밸브를 전폐로 함과 아울러 상기 배기 바이패스 밸브를 전개로 하는 것이어도 좋다.
상기 엔진 장치에 있어서, 저부하 영역에 있어서는 상기 제 1 소정 부하보다 낮은 경우에 상기 메인 스로틀 밸브에 대하여 피드백 제어를 행하는 한편, 상기 제 1 소정 부하보다 높은 경우에 상기 메인 스로틀 밸브에 대하여 데이터 테이블에 의거하는 맵 제어를 행하고, 상기 제 2 소정 부하 이상이 되는 중고 부하 영역에 있어서는 상기 메인 스로틀 밸브 개방도를 전개로 함과 아울러 상기 배기 바이패스 밸브 및 상기 급기 바이패스 밸브 각각을 제어해서 상기 흡기 매니폴드에 있어서의 압력을 부하에 따른 목표값으로 하는 것이어도 좋다.
그리고, 상기 중고 부하 영역에 있어서 상기 배기 바이패스 밸브에 대하여 피드백 제어를 행함과 동시에 상기 급기 바이패스 밸브에 대하여 맵 제어를 행한다는 것이어도 좋다. 또한, 상기 저부하 영역에 있어서 상기 제 1 소정 부하보다 높은 경우에 상기 배기 바이패스 밸브에 대하여 피드백 제어를 행함과 동시에 상기 급기 바이패스 밸브에 대하여 맵 제어를 행하고, 상기 제 1 소정 부하보다 낮은 경우에 상기 배기 바이패스 밸브를 전개로 함과 동시에 상기 급기 바이패스 밸브를 전폐로 하는 것이어도 좋다.
(발명의 효과)
본원 발명에 의하면 과급기를 액체 연료에 의한 연소 모드 사양으로 최적화한 경우에 기체 연료에 의한 연소 모드 시에 있어서도 엔진 부하의 변동에 맞춰 배기 바이패스 밸브 및 급기 바이패스 밸브 각각의 개방도를 제어함으로써 엔진 부하에 최적인 공연비를 실현할 수 있다. 그 때문에, 부하 변동 시에 있어서 연소에 필요한 공기량의 부족을 방지할 수 있고, 디젤 모드에서 최적화된 과급기를 사용한 상태에서 가스 모드에서도 최적으로 가동할 수 있다.
또한, 급기 바이패스 밸브에 대하여 피드백 제어를 행함과 동시에 배기 바이패스 밸브에 대하여 맵 제어를 행함으로써 기체 연료의 연소에 필요한 공연비에 맞춘 공기를 엔진에 공급할 수 있다. 엔진 부하의 변동에 맞춰 급기 바이패스 밸브의 개방도를 제어함으로써 기체 연료의 연소에 필요한 공연비에 맞춘 공기를 엔진에 공급할 수 있다. 또한, 응답성이 좋은 상기 급기 바이패스 밸브에 의한 제어 동작을 병용함으로써 가스 모드에 있어서의 부하 변동에의 추종성을 향상시킬 수 있다. 또한, 급기 바이패스 밸브 및 배기 바이패스 밸브 양방에 의해 공기 압력을 제어할 수 있으므로 그 제어폭을 확대할 수 있다.
또한, 저부하 영역에 있어서 소정 부하보다 높은 경우에 급기 바이패스 밸브에 대하여 피드백 제어를 행함과 동시에 배기 바이패스 밸브에 대하여 맵 제어를 행하는 것으로 함으로써 급기 바이패스 밸브에 의한 유량 제어의 응답성과 배기 바이패스 밸브에 의한 정량 제어로 서로 보완함과 동시에 급기 바이패스 밸브의 제어폭을 배기 바이패스 밸브에 의해 보충할 수 있다. 또한, 소정 부하보다 낮은 경우에 배기 바이패스 밸브를 전개로 함과 동시에 급기 바이패스 밸브를 전폐로 함으로써 저부하 시에 있어서 흡기 매니폴드에 있어서의 공기압이 부압이 되는 경우이어도 연소에 필요한 공기량을 확보할 수 있다.
또한, 본원 발명에 의하면 저부하 영역에 있어서는 소정 부하보다 낮은 경우에 상기 메인 스로틀 밸브에 대하여 피드백 제어를 행하는 한편, 그 소정 부하보다 높은 경우에 상기 메인 스로틀 밸브에 대하여 데이터 테이블에 의거하는 맵 제어를 행하는 것이므로 과급기를 액체 연료에 의한 연소 모드 사양으로 최적화한 경우에 기체 연료에 의한 연소 모드 시에 있어서도 엔진 부하의 변동에 맞춰 상기 배기 바이패스 밸브 및 급기 바이패스 밸브 각각의 개방도를 제어함으로써 엔진 부하에 최적인 공연비를 실현할 수 있다. 그 때문에, 부하 변동 시에 있어서 연소에 필요한 공기량의 부족을 방지할 수 있고, 디젤 모드에서 최적화된 과급기를 사용한 상태에서 가스 모드에서도 바람직하게 가동할 수 있다.
또한, 상기 저부하 영역에 있어서 소정 부하보다 높은 경우에 상기 배기 바이패스 밸브에 대하여 피드백 제어를 행함과 동시에 상기 급기 바이패스 밸브에 대하여 맵 제어를 행하는 것으로 함으로써 상기 배기 바이패스 밸브에 의한 유량 제어의 응답성을 상기 급기 바이패스 밸브에 의해 보충함과 동시에 상기 급기 바이패스 밸브의 제어폭을 상기 배기 바이패스 밸브에 의해 보충할 수 있다. 또한, 상기 저부하 영역에 있어서 소정 부하보다 낮은 경우에 상기 배기 바이패스 밸브를 전개로 함과 동시에 상기 급기 바이패스 밸브를 전폐로 하는 것으로 함으로써 저부하 시에 있어서 흡기 매니폴드에 있어서의 공기압이 부압이 되는 경우이어도 연소에 필요한 공기량을 확보할 수 있다.
또한, 상기 중고 부하 영역에 있어서 상기 배기 바이패스 밸브에 대하여 피드백 제어를 행함과 동시에 상기 급기 바이패스 밸브에 대하여 맵 제어를 행함으로써 기체 연료의 연소에 필요한 공연비에 맞춘 공기를 엔진에 공급할 수 있다. 엔진 부하의 변동에 맞춰 상기 배기 바이패스 밸브의 개방도를 제어함으로써 기체 연료의 연소에 필요한 공연비에 맞춘 공기를 엔진에 공급할 수 있다. 또한, 응답성이 좋은 상기 급기 바이패스 밸브에 의한 제어 동작을 병용함으로써 가스 모드에 있어서의 부하 변동에의 추종성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 급기 바이패스 밸브 및 상기 배기 바이패스 밸브 양방에 의해 공기 압력을 제어할 수 있으므로 그 제어폭을 확대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 있어서의 선박의 전체 측면도이다.
도 2는 기관실의 측면 단면도이다.
도 3은 기관실의 평면 설명도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 있어서의 엔진 장치의 연료 공급로의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 5는 동 엔진 장치에 있어서의 흡배기로의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 6은 동 엔진 장치의 제어 블럭도이다.
도 7은 동 엔진 장치에 있어서의 과급기 압력비와 공기 유량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시형태에 있어서의 엔진 장치의 우측면도이다.
도 9는 동엔진 장치의 좌측면도이다.
도 10은 동 엔진 장치의 평면도이다.
도 11은 동 엔진 장치의 배면도이다.
도 12는 동 엔진 장치의 정면도이다.
도 13은 동 엔진 장치의 배기 매니폴드 설치측(우측면)을 나타내는 사시도이다.
도 14는 동엔진 장치의 연료 분사 펌프 설치측(좌측면)을 나타내는 사시도이다.
도 15는 동 엔진 장치의 과급기 상방(전방 상측)으로부터 본 사시도이다.
도 16은 본 발명의 실시형태에 있어서의 엔진 장치의 메인 스로틀 밸브의 제어 동작을 나타내는 플로우 차트이다.
도 17은 동 엔진 장치의 제 1 실시예가 되는 급기 바이패스 밸브의 제어 동작을 나타내는 플로우 차트이다.
도 18은 동 엔진 장치의 제 1 실시예가 되는 배기 바이패스 밸브의 제어 시에 참조하는 데이터 테이블이다.
도 19는 동 엔진 장치를 가스 모드에서 운전시켰을 때의 부하에 대한 공연비 제어의 제 1 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 동 엔진 장치의 제 2 실시예가 되는 배기 바이패스 밸브의 제어 동작을 나타내는 플로우 차트이다.
도 21은 동 엔진 장치의 제 2 실시예가 되는 급기 바이패스 밸브의 제어 동작을 나타내는 플로우 차트이다.
도 22는 동 엔진 장치를 가스 모드에서 운전시켰을 때의 부하에 대한 공연비 제어의 제 2 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
이하에 본원 발명을 구체화한 실시형태를 2기 2축 방식의 선박에 탑재되는 한 쌍의 추진 겸 발전 기구에 적용한 경우의 도면에 의거하여 설명한다.
우선 처음에 선박의 개요에 대하여 설명한다. 도 1~도 3에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 선박(1)은 선체(2)와, 선체(2)의 선미측에 설치된 캐빈(3)(선교)과, 캐빈(3)의 후방에 배치된 펀넬(4)(연돌)과, 선체(2)의 후방 하부에 설치된 한 쌍의 프로펠러(5) 및 타(6)를 구비하고 있다. 이 경우, 선미측의 선저(7)에 한 쌍의 스케그(8)가 일체 형성되어 있다. 각 스케그(8)에는 프로펠러(5)를 회전 구동시키는 추진축(9)이 축 지지된다. 각 스케그(8)는 선체(2)의 좌우 폭방향을 분할하는 선체 중심선(CL)(도 3 참조)을 기준으로 해서 좌우 대칭 형상으로 형성되어 있다. 즉, 제 1 실시형태에서는 선체(2)의 선미 형상으로서 트윈 스케그가 채용되고 있다.
선체(2) 내의 선수측 및 중앙부에는 선창(10)이 설치되어 있고, 선체(2) 내의 선미측에는 기관실(11)이 설치되어 있다. 기관실(11)에는 프로펠러(5)의 구동원과 선박(1)의 전력 공급원을 겸하는 추진 겸 발전 기구(12)가 선체 중심선(CL)을 사이에 둔 좌우로 나누어 한 쌍 배치되어 있다. 각 추진 겸 발전 기구(12)로부터 추진축(9)에 전달된 회전 동력에 의해 각 프로펠러(5)는 회전 구동한다. 기관실(11)의 내부는 상갑판(13), 제 2 갑판(14), 제 3 갑판(15) 및 내저판(16)에 의해 상하로 칸막이되어 있다. 제 1 실시형태의 각 추진 겸 발전 기구(12)는 기관실(11) 최하단의 내저판(16) 상에 설치되어 있다. 또한, 상세는 도시하고 있지 않지만, 선창(10)은 복수의 구획으로 분할되어 있다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이 각 추진 겸 발전 기구(12)는 프로펠러(5)의 구동원인 중속 엔진 장치(21)(실시형태에서는 듀얼 퓨얼 엔진)와, 엔진 장치(21)의 동력을 추진축(9)에 전달하는 감속기(22)와, 엔진 장치(21)의 동력에 의해 발전하는 축 구동 발전기(23)를 조합한 것이다. 여기서, 「중속」의 엔진이란 매분 500~1000회전 정도의 회전 속도로 구동하는 것을 의미하고 있다. 덧붙여서 말하면, 「저속」의 엔진은 매분 500회전 이하의 회전 속도로 구동하고, 「고속」의 엔진은 매분 1000회전 이상의 회전 속도로 구동한다. 실시형태의 엔진 장치(21)는 중속의 범위 내(매분 700~750회전 정도)로 정속 구동하도록 구성되어 있다.
엔진 장치(21)는 엔진 출력축(24)(크랭크축)을 갖는 실린더 블록(25)과, 실린더 블록(25) 상에 탑재된 실린더 헤드(26)를 구비하고 있다. 기관실(11) 최하단의 내저판(16) 상에, 직접 부착 또는 방진체(도시 생략)를 통해 베이스대(27)가 설치되어 있다. 베이스대(27) 상에 엔진 장치(21)의 실린더 블록(25)이 탑재되어 있다. 엔진 출력축(24)은 선체(2)의 전후 길이방향을 따르는 방향으로 연장되어 있다. 즉, 엔진 장치(21)는 엔진 출력축(24)의 방향을 선체(2)의 전후 길이방향을 따르게 한 상태에서 기관실(11) 내에 배치되어 있다.
감속기(22) 및 축 구동 발전기(23)가 엔진 장치(21)보다 선미측에 배치되어 있다. 엔진 장치(21)의 후면측으로부터 엔진 출력축(24)의 후단측이 돌출되어 있다. 엔진 출력축의 후단측에 감속기(22)가 동력 전달가능하게 연결되어 있다. 감속기(22)를 사이에 두고 엔진 장치(21)와 반대측에 축 구동 발전기(23)가 배치되어 있다. 기관실(11) 내의 전방으로부터 엔진 장치(21), 감속기(22), 축 구동 발전기(23)의 순서로 나란히 배치되어 있다. 이 경우, 선미측에 있는 스케그(8) 내 또는 그 근방에 감속기(22) 및 축 구동 발전기(23)가 배치되어 있다. 따라서, 선박(1)의 바 도크 라인의 제약에 관계없이 엔진 장치(21)를 가능한 한 선미측에 대고 배치하는 것이 가능하게 되어 있어 기관실(11)의 콤팩트화에 기여하고 있다.
감속기(22)의 동력 전달 하류측에 추진축(9)이 설치되어 있다. 감속기(22)의 외형은 엔진 장치(21) 및 축 구동 발전기(23)보다 하측으로 돌출되어 있다. 상기 돌출 부분의 후면측에 추진축(9)의 전단측이 동력 전달가능하게 연결되어 있다. 엔진 출력축(24)(축심선)과 추진축(9)은 평면시에서 동축 형상으로 위치하고 있다. 추진축(9)은 엔진 출력축(24)(축심선)에 대하여 연직방향으로 이심한 상태에서 선체(2)의 전후 길이방향으로 연장되어 있다. 이 경우, 추진축(9)은 측면시에서 축 구동 발전기(23) 및 엔진 출력축(24)(축심선)보다 낮게 내저판(16)에 가까운 위치에 놓여 있다. 즉, 축 구동 발전기(23)와 추진축(9)이 상하로 나누어져 서로 간섭하지 않는다. 따라서, 각 추진 겸 발전 기구(12)의 콤팩트화가 가능해진다
엔진 장치(21)의 정속 동력은 엔진 출력축(24)의 후단측으로부터 감속기(22)를 통해 축 구동 발전기(23)와 추진축(9)으로 분기되어 전달된다. 엔진 장치(21)의 정속 동력의 일부는 감속기(22)에 의해 예를 들면 매분 100~120회전 전후의 회전 속도로 감속되어 추진축(9)에 전달된다. 감속기(22)로부터의 감속 동력에 의해 프로펠러(5)가 회전 구동한다. 또한, 프로펠러(5)에는 프로펠러 우근의 날개각 변경에 의해 선속을 조절가능한 가변 피치 프로펠러가 채용되고 있다. 또한, 엔진 장치(21)의 정속 동력의 일부는 감속기(22)에 의해 예를 들면 매분 1200이나 1800회전 정도의 회전 속도로 증속되어서 감속기(22)에 회전가능하게 축 지지된 PTO축에 전달된다. 이 감속기(22)의 PTO축의 후단측이 축 구동 발전기(23)에 동력 전달가능하게 연결되어 있고, 감속기(22)로부터의 회전 동력에 의거하여 축 구동 발전기(23)가 발전 구동한다. 축 구동 발전기(23)의 구동에 의해 생긴 발전 전력이 선체(2) 내의 전기 계통에 공급된다.
엔진 장치(21)에는 공기 도입용의 흡기 경로(도시 생략)와 배기가스 배출용의 배기 경로(28)가 접속되어 있다. 흡기 경로를 통해서 도입된 공기는 엔진 장치(21)의 각 기통(36) 내(흡기 행정의 기통 내)로 보내진다. 또한, 엔진 장치(21)는 2기 있기 때문에 배기 경로(28)는 2개 존재한다. 각 배기 경로(28)는 각각 연장 경로(29)에 접속되어 있다. 연장 경로(29)는 펀넬(4)까지 연장되어 있어서 외부에 직접 연통되도록 구성되어 있다. 각 엔진 장치(21)로부터의 배기가스는 각 배기 경로(28) 및 연장 경로(29)를 경유하여 선박(1) 밖으로 방출된다.
이상의 설명으로부터 명확한 바와 같이 엔진 장치(21)와, 선박 추진용의 프로펠러(5)를 회전 구동시키는 추진축(9)에 상기 엔진 장치(21)의 동력을 전달하는 감속기(22)와, 상기 엔진 장치(21)의 동력에 의해 발전하는 축 구동 발전기(23)를 조합한 추진 겸 발전 기구(12)를 1쌍 구비하고 있고, 한 쌍의 추진 겸 발전 기구(12)는 선체(2) 내의 기관실(11)에 선체 중심선(CL)을 사이에 둔 좌우로 나누어서 배치되기 때문에 복수대의 엔진(주기관 및 보조 기관)을 기관실 내에 배치하는 종래 구조에 비해 기관실(11)의 엔진 설치 스페이스를 축소할 수 있다. 이 때문에, 기관실(11)의 전후 길이를 단축해서 기관실(11)을 콤팩트하게 구성할 수 있고, 나아가서는 선체(2)에 있어서의 선창 스페이스(기관실(11) 이외의 스페이스)의 확보를 하기 쉽다. 2개의 프로펠러(5)의 구동에 의해 선박(1)의 추진 효율 향상도 도모된다.
또한, 주기관인 엔진 장치(21)가 2기 구비되기 때문에 예를 들면 1기의 엔진 장치(21)가 고장나서 구동 불능이 되었다고 해도 다른 1기의 엔진 장치(21)에 의해 항행가능하며, 선박용 원동기 장치, 나아가서는 선박(1)의 용장성(冗長性)을 확보할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 엔진 장치(21)에 의해 프로펠러(5)의 회전 구동과 축 구동 발전기(23)의 구동을 행할 수 있기 때문에 통상 항행 시는 어느 한쪽의 축 구동 발전기(23)를 예비로 할 수 있다. 따라서, 예를 들면 1기의 엔진 장치(21) 또는 축 구동 발전기(23)의 고장에 의해 전력 공급이 정지된 경우, 다른 1기의 축 구동 발전기(23)를 기동시키고, 주파수 및 전압을 확립하여 급전을 복귀시키면 좋다. 또한, 1기의 엔진 장치(21)만으로의 항행 시에 엔진 장치(21)를 정지시킨 경우는 다른 1기의 정지 중의 엔진 장치(21), 나아가서는 이것에 대응한 축 구동 발전기(23)를 기동시키고, 주파수 및 전압을 확립해서 급전을 복귀시키면 좋다.
이어서, 상기 선박(1)에 있어서의 주기관으로서 사용되는 듀얼 퓨얼 엔진(21)의 개략 구성에 대하여 도 4~도 7을 참조해서 설명한다. 듀얼 퓨얼 엔진(21)(이하, 단지 「엔진 장치(21)」라고 부른다)은 천연가스 등의 연료 가스를 공기에 혼합시켜서 연소시키는 예혼합 연소 방식과, 중유 등의 액체 연료(연료유)를 확산시켜서 연소시키는 확산 연소 방식을 택일적으로 선택해서 구동한다. 도 4는 엔진 장치(21)에 대한 연료 계통을 나타내는 도면이며, 도 5는 엔진 장치(21)에 있어서의 흡배기 계통을 나타내는 도면이며, 도 6은 엔진 장치(21)에 있어서의 제어 블럭도이다.
엔진 장치(21)는 도 4에 나타내는 바와 같이 2계통의 연료 공급 경로(30, 31)로부터 연료가 공급되는 것이며, 한쪽의 연료 공급 경로(30)에 가스 연료 탱크(32)가 접속됨과 아울러 다른 쪽의 연료 공급 경로(31)에 액체 연료 탱크(33)가 접속된다. 즉, 엔진 장치(21)는 연료 공급 경로(30)로부터 연료 가스가 엔진 장치(21)에 공급되는 한편, 연료 공급 경로(31)로부터 연료유가 엔진 장치(21)에 공급된다. 연료 공급 경로(30)는 액화 상태의 기체 연료를 저장하는 가스 연료 탱크(32)와, 가스 연료 탱크(32)의 액화 연료(연료 가스)를 기화시키는 기화 장치(34)와, 기화 장치(34)로부터 엔진 장치(21)로의 연료 가스의 공급량을 조정하는 가스 밸브 유닛(35)을 구비한다. 즉, 연료 공급 경로(30)는 가스 연료 탱크(32)로부터 엔진 장치(21)를 향해 기화 장치(34) 및 가스 밸브 유닛(35)이 차례로 배치되어서 구성된다.
엔진 장치(21)는 도 5에 나타내는 바와 같이 실린더 블록(25)에 복수의 기통(36)(본 실시형태에서는 6기통)을 직렬로 늘어선 구성을 갖고 있다. 각 기통(36)은 실린더 블록(25) 내에 구성되는 흡기 매니폴드(흡기 유로)(67)(도 20 참조)와 흡기 포트(37)를 통해 연통되어 있다. 각 기통(36)은 실린더 헤드(26) 상방에 배치되는 배기 매니폴드(배기 유로)(44)와 배기 포트(38)를 통해 연통되어 있다. 각 기통(36)에 있어서의 흡기 포트(37)에 가스 인젝터(98)를 배치한다. 따라서, 흡기 매니폴드(67)로부터의 공기가 흡기 포트(37)를 통해 각 기통(36)에 공급되는 한편, 각 기통(36)으로부터의 배기가스가 배기 포트(38)를 통해 배기 매니폴드(44)에 토출된다. 또한, 엔진 장치(21)를 가스 모드에서 운전하고 있는 경우에는 가스 인젝터(98)로부터 연료 가스를 흡기 포트(37)에 공급하고, 흡기 매니폴드(67)로부터의 공기에 연료 가스를 혼합해서 각 기통(35)에 예혼합 가스를 공급한다.
배기 매니폴드(44)의 배기 출구측에 과급기(49)의 터빈(49a)의 배기 입구를 접속하고 있고, 흡기 매니폴드(67)의 공기 입구측(신기 입구측)에 인터쿨러(51)의 공기 토출구(신기 출구)를 접속하고 있다. 인터쿨러(51)의 공기 흡입구(신기 입구)에 과급기(49)의 컴프레서(49b)의 공기 토출구(신기 출구)를 접속하고 있다. 컴프레서(49b) 및 인터쿨러(51) 사이에 메인 스로틀 밸브(V1)를 배치하고 있고, 메인 스로틀 밸브(V1)의 밸브 개방도를 조절해서 흡기 매니폴드(44)에 공급하는 공기 유량을 조정한다.
컴프레서(49b) 출구로부터 배출되는 공기의 일부를 컴프레서(49b) 입구에 재순환시키는 급기 바이패스 유로(17)가 컴프레서(49b)의 공기 흡입구(신기 입구)측과 인터쿨러(51)의 공기 배출구측을 연결하고 있다. 즉, 급기 바이패스 유로(17)는 컴프레서(49b)의 공기 흡입구보다 상류측에서 외기로 방출되는 한편, 인터쿨러(51)와 흡기 매니폴드(67)의 접속 부분에 접속된다. 이 급기 바이패스 유로(17) 상에 급기 바이패스 밸브(V2)를 배치하고 있고, 급기 바이패스 밸브(V2)의 밸브 개방도를 조절해서 인터쿨러(51) 하류측으로부터 흡기 매니폴드(67)로 흐르는 공기 유량을 조정한다.
터빈(49a)을 바이패싱시키는 배기 바이패스 유로(18)가 터빈(49a)의 배기 출구측과 배기 매니폴드(44)의 배기 출구측을 연결하고 있다. 즉, 배기 바이패스 유로(18)는 터빈(49a)의 배기 출구보다 하류측에서 외기로 해방되는 한편, 터빈(49a)의 배기 출구와 터빈(49a)의 배기 입구의 접속 부분에 접속된다. 이 배기 바이패스 유로(18) 상에 배기 바이패스 밸브(V3)를 배치하고 있고, 배기 바이패스 밸브(V3)의 밸브 개방도를 조절함으로써 터빈(49a)에 흐르는 배기가스 유량을 조정해서 컴프레서(49b)에 있어서의 공기 압축량을 조정한다.
엔진 장치(21)는 배기 매니폴드(44)로부터의 배기가스에 의해 공기를 압축하는 과급기(49)와, 과급기(49)에서 압축된 압축 공기를 냉각하여 흡기 매니폴드(67)에 공급하는 인터쿨러(51)를 갖고 있다. 엔진 장치(21)는 과급기(49) 출구와 인터쿨러(51) 입구의 접속 개소에 메인 스로틀 밸브(V1)를 설치하고 있다. 엔진 장치(21)는 배기 매니폴드(44) 출구와 과급기(49)의 배기 출구를 연결하는 배기 바이패스 유로(18)를 구비함과 아울러 배기 바이패스 유로(18)에 배기 바이패스 밸브(V3)를 배치한다. 과급기(49)를 디젤 모드 사양으로 최적화한 경우에 가스 모드 시에 있어서도 엔진 부하의 변동에 맞춰 배기 바이패스 밸브(V3)의 개방도를 제어함으로써 엔진 부하에 최적인 공연비를 실현할 수 있다. 그 때문에, 부하 변동 시에 있어서 연소에 필요한 공기량의 과부족을 방지할 수 있어 엔진 장치(21)는 디젤 모드에서 최적화된 과급기를 사용한 상태에서 가스 모드에서도 최적으로 가동한다.
엔진 장치(21)는 과급기(49)를 바이패싱하는 급기 바이패스 유로(17)를 구비하고, 급기 바이패스 유로(17)에 급기 바이패스 밸브(V2)를 배치한다. 엔진 부하의 변동에 맞춰 급기 바이패스 밸브(V2)의 개방도를 제어함으로써 연료 가스의 연소에 필요한 공연비에 맞춘 공기를 엔진에 공급할 수 있다. 또한, 응답성이 좋은 급기 바이패스 밸브(V2)에 의한 제어 동작을 병용함으로써 가스 모드에 있어서의 부하 변동에의 응답 속도를 빠르게 할 수 있다.
엔진 장치(21)는 인터쿨러(51) 입구와 메인 스로틀 밸브(V1)의 사이가 되는 위치에 급기 바이패스 유로(17)를 접속하고, 컴프레서(49b)로부터 토출된 압축 공기를 컴프레서(49b) 입구에 귀환시킨다. 이것에 의해 배기 바이패스 밸브(V3)에 의한 유량 제어의 응답성을 급기 바이패스 밸브(V2)에 의해 보충함과 동시에 급기 바이패스 밸브(V2)의 제어폭을 배기 바이패스 밸브(V3)에 의해 보충할 수 있다. 따라서, 선박용 용도에서의 부하 변동이나 운전 모드의 스위칭 시에 있어서 가스 모드에 있어서의 공연비 제어의 추종성을 양호한 것으로 할 수 있다.
엔진 장치(21)는 도 6에 나타내는 바와 같이 엔진 장치(21)의 각 부를 제어하는 엔진 제어 장치(73)를 갖고 있다. 엔진 장치(21)는 기통(36)마다 파일럿 연료 분사 밸브(82), 연료 분사 펌프(89) 및 가스 인젝터(98)를 설치하고 있다. 엔진 제어 장치(73)는 파일럿 연료 분사 밸브(82), 연료 분사 펌프(89), 및 가스 인젝터(98) 각각에 제어 신호를 주어 파일럿 연료 분사 밸브(82)에 의한 파일럿 연료분사, 연료 분사 펌프(89)에 의한 연료유 공급, 및 가스 인젝터(98)에 의한 가스 연료 공급 각각을 제어한다.
엔진 제어 장치(73)는 메인 스로틀 밸브(V1), 급기 바이패스 밸브(V2), 및 배기 바이패스 밸브(V3) 각각에 제어 신호를 주어 각각 밸브 개방도를 조절하고, 흡기 매니폴드(67)에 있어서의 공기 압력(흡기 매니폴드 압력)을 조정한다. 엔진 제어 장치(73)는 흡기 매니폴드(65)에 있어서의 공기 압력을 측정하는 압력 센서(39)로부터 측정 신호를 받아 흡기 매니폴드 압력을 검지한다. 엔진 제어 장치(73)는 와트 트랜스듀서나 토크 센서 등의 부하 측정기(19)에 의한 측정 신호를 받아 엔진 장치(21)에 가해지는 부하를 산출한다. 엔진 제어 장치(73)는 크랭크축(24)의 회전수를 측정하는 펄스 센서 등의 엔진 회전 센서(20)에 의한 측정 신호를 받아 엔진 장치(21)의 엔진 회전수를 검지한다.
디젤 모드에서 엔진 장치(21)를 운전하는 경우, 엔진 제어 장치(73)는 연료 분사 펌프(89)에 있어서의 제어 밸브를 개폐 제어해서 각 기통(36)에 있어서의 연소를 소정 타이밍에 발생시킨다. 즉, 각 기통(36)의 분사 타이밍에 맞춰 연료 분사 펌프(89)의 제어 밸브를 개방함으로써 메인 연료 분사 밸브(79)를 통해서 각 기통(36) 내에 연료유를 분사시키고, 기통(36) 내에서 발화시킨다. 또한, 디젤 모드에 있어서 엔진 제어 장치(73)는 파일럿 연료 및 연료 가스의 공급을 정지시키고 있다.
디젤 모드에 있어서 엔진 제어 장치(73)는 부하 측정기(19)에서 측정된 엔진 부하(엔진 출력)와, 엔진 회전 센서(20)에서 측정된 엔진 회전수에 의거하여 각 기통(36)에 있어서의 메인 연료 분사 밸브(79)의 분사 타이밍을 피드백 제어한다. 이것에 의해 엔진(21)은 추진 겸 발전 기구(12)에서 필요로 되는 엔진 부하를 출력함과 동시에 선박의 추진 속도에 따른 엔진 회전수로 회전한다. 또한, 엔진 제어 장치(73)는 압력 센서(39)에서 측정된 흡기 매니폴드 압력에 의거하여 메인 스로틀 밸브(V1)의 개방도를 제어함으로써 필요한 엔진 출력에 따른 공기 유량이 되는 압축 공기를 과급기(49)로부터 흡기 매니폴드(67)에 공급시킨다.
가스 모드에서 엔진 장치(21)를 운전하는 경우는 엔진 제어 장치(73)는 가스 인젝터(98)에 있어서의 밸브 개방도를 조절해서 각 기통(36) 내에 공급하는 연료 가스 유량을 설정한다. 그리고, 엔진 제어 장치(73)는 파일럿 연료 분사 밸브(82)를 개폐 제어해서 각 기통(36)에 있어서의 연소를 소정 타이밍에 발생시킨다. 즉, 가스 인젝터(98)가 밸브 개방도에 따른 유량의 연료 가스를 흡기 포트(37)에 공급해서 흡기 매니폴드(67)로부터의 공기에 혼합하여 예혼합 연료를 기통(36)에 공급시킨다. 그리고, 각 기통(36)의 분사 타이밍에 맞춰 파일럿 연료 분사 밸브(82)의 제어 밸브를 개방함으로써 파일럿 연료의 분사에 의한 점화원을 발생시키고, 예혼합 가스를 공급한 기통(36) 내에서 발화시킨다. 또한, 가스 모드에 있어서 엔진 제어 장치(73)는 연료유의 공급을 정지시키고 있다.
가스 모드에 있어서 엔진 제어 장치(73)는 부하 측정기(19)에서 측정된 엔진 부하와 엔진 회전 센서(20)에서 측정된 엔진 회전수에 의거하여 가스 인젝터(98)에 의한 연료 가스 유량과 각 기통(36)에 있어서의 파일럿 분사 밸브(82)에 의한 분사 타이밍을 피드백 제어한다. 또한, 엔진 제어 장치(73)는 압력 센서(39)에서 측정된 흡기 매니폴드 압력에 의거하여 메인 스로틀 밸브(V1), 급기 바이패스 밸브(V2), 및 배기 바이패스 밸브(V3) 각각의 개방도를 조절한다. 이것에 의해 흡기 매니폴드 압력을 필요한 엔진 출력에 따른 압력으로 조절하고, 가스 인젝터(98)로부터 공급되는 연료 가스와의 공연비를 엔진 출력에 따른 값으로 조정할 수 있다.
과급기(49)는 디젤 모드 운전 시에 있어서의 엔진 장치(21)에 대응시킨 용량을 구비하고 있다. 그 때문에, 엔진 장치(21)를 가스 모드에서 운전하는 경우, 과급기(49)의 용량을 의사적으로 가스 모드 운전 시에 있어서의 엔진 장치(21)에 대응시킬 필요가 있다. 도 7에 과급기(49)에 있어서의 압력비(컴프레서(49b)의 토출압력과 흡입 압력의 비)와 공기 유량(컴프레서(49b)의 토출 유량 또는 흡기 매니폴드(67)로의 급기 유량)의 관계를 나타낸다. 도 7에 나타내는 바와 같이 엔진 부하를 동일하게 한 경우, 가스 모드에서의 운전 포인트(P2)에 있어서의 압축비 및 공기 유량 각각이 디젤 모드에서의 운전 포인트(P1)보다 낮아진다.
엔진 장치(21)가 디젤 모드로부터 가스 모드로 운전을 스위칭했을 때, 배기 바이패스 밸브(V3)만을 제어해서 운전 포인트를 변경하는 경우, 배기 바이패스 밸브(V3)를 개방함으로써 터빈(49a)의 회전수를 낮게 해서 컴프레서(49b)의 압축비 및 공기 유량을 낮춘다. 이 경우, 도 7에 나타내는 바와 같이 디젤 모드 및 가스 모드 각각에 있어서의 운전 포인트(P1, P2)의 벡터량이 크고, 가스 모드에의 운전 포인트로의 스위칭에 시간을 요한다.
그것에 대하여, 급기 바이패스 밸브(V2)와 배기 바이패스 밸브(V3)를 함께 제어해서 운전 포인트를 변경하는 경우, 급기 바이패스 밸브(V2)를 개방하여 컴프레서(49b)로부터 토출되는 압축 공기를 급기 바이패스 유로(17)를 통해 컴프레서(49b)의 흡입구에 바이패싱시킴과 동시에 배기 바이패스 밸브(V3)를 개방하여 터빈(49a)의 회전수를 낮게 한다. 즉, 급기 바이패스 유로(17)에 의해 컴프레서(49b)의 토출구로부터 흡입구로 압축 공기를 기간시킴으로써 도 7에 나타내는 바와 같이 컴프레서(49b)의 압축비를 낮춘다. 따라서, 배기 바이패스 밸브(V3)의 제어에 의한 컴프레서(49b)의 압축비의 저하량을 적게 할 수 있어 가스 모드에의 운전 포인트로의 스위칭 시간을 단축할 수 있다.
이어서, 상기 개략 구성을 갖는 듀얼 퓨얼 엔진(21)(엔진 장치(21))의 상세구성에 대해서 도 8~도 20을 참조해서 설명한다. 이하의 설명에 있어서 감속기(22)와의 접속측을 후측으로 해서 엔진 장치(21)의 구성에 있어서의 전후좌우의 위치 관계를 지정하는 것으로 한다.
엔진 장치(21)는 도 8~도 15에 나타내는 바와 같이 베이스대(27)(도 2 참조) 상에 거치되는 실린더 블록(25)에 엔진 출력축(24)을 구비하고, 복수의 헤드 커버(40)가 전후 일렬로 배열된 실린더 헤드(26)를 실린더 블록(25) 상에 탑재하고 있다. 엔진 장치(21)는 실린더 헤드(26)의 우측면에 헤드 커버(40)열과 평행하게 가스 매니폴드(기체 연료 배관)(41)를 연장 설치하는 한편, 실린더 블록(25)의 좌측면에 헤드 커버(40)열과 평행하게 연장 설치된 연료유관(액체 연료 배관)(42)을 덮는 사이드 커버(43)를 배치하고 있다. 또한, 가스 매니폴드(41)의 상측에 있어서 후술의 배기 매니폴드(배기 유로)(44)가 헤드 커버(40)열과 평행하게 연장 설치되어 있고, 이 배기 매니폴드(44)의 외주가 차열 커버(45)로 덮여 있다.
헤드 커버(40)열과 차열 커버(45) 사이에는 실린더 헤드(26) 내의 냉각수로와 연결하는 실린더 헤드 상 냉각수 배관(46)이 헤드 커버(40)열과 평행하게 연장 설치되어 있다. 냉각수 배관(46)의 상측에는 경유 등에 의한 파일럿 연료를 공급하는 커먼레일(파일럿 연료 배관)(47)이 냉각수 배관(46)과 마찬가지로 헤드 커버(40)열과 평행하게 연장 설치되어 있다. 이 때, 냉각수 배관(46)이 실린더 헤드(26)와 연결되어 지지됨과 아울러 커먼레일(47)이 냉각수 배관(46)과 연결되어 지지된다. 또한, 차열 커버(45)는 냉각수 배관(46) 및 실린더 블록(25)과 연결되어 지지되어 있다.
배기 매니폴드(44)의 전단(배기 출구측)은 배기 중계관(48)을 통해 과급기(49)와 접속되어 있다. 따라서, 배기 매니폴드(44)를 통해서 배기되는 배기가스가 배기 중계관(48)을 통해 과급기(49)의 터빈(49a)에 유입됨으로써 터빈(49a)이 회전하고, 터빈(49a)과 동축이 되는 컴프레서(49b)를 회전시킨다. 과급기(49)는 엔진 장치(21)의 전단 상측에 배치되어 있고, 그 우측에 터빈(49a)을, 그 좌측에 컴프레서(49b)를 각각 갖는다. 그리고, 배기 출구관(50)이 과급기(49)의 우측에 배치됨과 아울러 터빈(49a)의 배기 출구와 연결되어 터빈(49a)으로부터의 배기가스를 배기 경로(28)(도 2 참조)에 배기시킨다.
과급기(49)의 하측에는 과급기(49)의 컴프레서(49b)로부터의 압축 공기를 냉각시키는 인터쿨러(51)가 배치되어 있다. 즉, 실린더 블록(25)의 전단측에 인터쿨러(51)가 설치됨과 아울러 이 인터쿨러(51)의 상부에 과급기(49)가 재치된다. 과급기(49)의 좌우 중층 위치에는 컴프레서(49b)의 공기 토출구가 후방(실린더 블록(25)측)을 향해 개구되도록 해서 설치되어 있다. 한편, 인터쿨러(51) 상면에는 상방을 향해 개구된 공기 흡입구가 설치되어 있고, 이 공기 흡입구를 통해서 컴프레서(49b)로부터 토출되는 압축 공기가 인터쿨러(51) 내부에 유입된다. 그리고, 컴프레서(49b)의 공기 토출구와 인터쿨러(51)의 공기 흡입구는 일단이 접속되어 있는 흡기 중계관(52)에 의해 연통된다. 이 흡기 중계관(52)은 상기 메인 스로틀 밸브(V1)(도 5 참조)를 갖고 있다.
엔진 장치(21)의 전단면(정면)에는 엔진 출력축(24)의 외주측에 냉각수 펌프(53), 파일럿 연료 펌프(54), 윤활유 펌프(55), 및 연료유 펌프(56) 각각이 설치되어 있다. 이 때, 냉각수 펌프(53) 및 연료유 펌프(56) 각각이 좌측면 부근의 상하에 배치되고, 파일럿 연료 펌프(54) 및 윤활유 펌프(55) 각각이 우측면 부근의 상하에 배치된다. 또한, 엔진 장치(21)의 전단 부분에는 엔진 출력축(24)의 회전 동력을 전달하는 회전 전달 기구(도시 생략)가 설치되어 있다. 이것에 의해 엔진 출력축(24)으로부터의 회전 동력이 상기 회전 전달 기구를 통해 전달됨으로써 엔진 출력축(24) 외주에 설치된 냉각수 펌프(53), 파일럿 연료 펌프(54), 윤활유 펌프(55), 및 연료유 펌프(56) 각각도 회전한다. 또한, 실린더 블록(25) 내에 있어서, 냉각수 펌프(53)의 상측에 전후를 축방향으로 하는 캠 샤프트(도시 생략)가 축 지지되어 있고, 그 캠 샤프트도 상기 회전 전달 기구를 통해서 엔진 출력축(24)의 회전 동력이 전달되어서 회전한다.
실린더 블록(25)의 하측에는 오일 팬(57)이 설치되어 있고, 이 오일 팬(57)에 실린더 블록(25)을 흐르는 윤활유가 고인다. 윤활유 펌프(55)는 윤활유 배관을 통해 오일 팬(57)과 하측의 흡인구에서 접속되어 있고, 오일 팬(57)에 고여 있는 윤활유를 흡인한다. 또한, 윤활유 펌프(55)는 상측의 토출구가 윤활유 배관을 통해 윤활유 쿨러(58)의 윤활유 입구와 접속함으로써 오일 팬(57)으로부터 흡인한 윤활유를 윤활유 쿨러(58)에 공급한다. 윤활유 쿨러(58)는 그 전방을 윤활유 입구로 하는 한편 후방을 윤활유 출구로 해서 윤활유 출구를 윤활유 여과기(59)와 윤활유 배관을 통해 연결시킨다. 윤활유 여과기(59)는 그 전방을 윤활유 입구로 하는 한편 후방을 윤활유 출구로 해서 윤활유 출구를 실린더 블록(25)과 접속하고 있다. 따라서, 윤활유 펌프(55)로부터 보내져 오는 윤활유는 윤활유 쿨러(58)에서 냉각된 후에 윤활유 여과기(59)에서 정화된다.
윤활유 쿨러(58) 및 윤활유 여과기(59)는 각각 실린더 블록(25)의 우측면에 고정되어 있다. 그리고, 윤활유 쿨러(58) 및 윤활유 여과기(59)는 윤활유 쿨러(58)가 전방(윤활유 펌프(55)측)이 되도록 실린더 블록(25) 우측면에 있어서 전후에 직렬로 배치되어 있다. 또한, 전후방향으로 연장 설치되는 실린더 블록 우측 냉각수 배관(60)이 가스 매니폴드(41)와 윤활유 쿨러(58)의 사이가 되는 위치에 실린더 블록(25)의 우측면으로부터 이간되어 배치되어 있다. 이 냉각수 배관(60)은 실린더 블록(25)의 전방으로부터 가스 매니폴드(41)를 따르도록 해서 윤활유 쿨러(58) 및 윤활유 여과기(59)의 사이가 되는 위치까지 연장 설치되어 있다.
또한, 가스 매니폴드(41)를 따르도록 연장 설치된 냉각수 배관(60)은 인터쿨러(51)로부터 토출되는 인터쿨러 토출측 냉각수 배관(61)과 연결되어 있고, 인터쿨러(51)로부터 유출된 냉각수를 윤활유 쿨러(58)에 급수한다. 또한, 인터쿨러(51)는 그 우측면 상하에 설치된 토출측 냉각수 배관(61) 및 급수측 냉각수 배관(62) 각각이 삽입되어 있고, 과급기(49)의 컴프레서(49b)로부터의 압축 공기를 냉각한다.
과급기(49)는 좌우 각각으로 나뉘어서 배치된 컴프레서(49b) 및 터빈(49a)을 동축에서 축 지지하고, 배기 중계관(48)을 통해서 배기 매니폴드(44)로부터 도입되는 터빈(49a)의 회전에 의거하여 컴프레서(49b)가 회전한다. 또한, 과급기(49)는 신기 취입측이 되는 컴프레서(49b)의 좌측에 도입하는 외기를 제진하는 흡기 필터(63)와, 흡기 필터(63)와 컴프레서(49b)를 접속하는 신기 통로관(64)을 구비한다. 이것에 의해 터빈(49a)과 동기해서 컴프레서(49b)가 회전함으로써 흡기 필터(63)에 의해 흡인된 외기(공기)는 과급기(49)를 통해서 컴프레서(49b)에 도입된다. 그리고, 컴프레서(49b)는 좌측으로부터 흡인한 공기를 압축하여 후측에 설치되어 있는 흡기 중계관(52)에 압축 공기를 토출한다.
흡기 중계관(52)은 그 상부 전방을 개구시켜 컴프레서(49b) 후방의 토출구와 사복관(65)을 통해 접속하고 있는 한편, 그 하측을 개구시켜 인터쿨러(51) 상면의 흡기구와 접속하고 있다. 또한, 인터쿨러(51)는 전면의 통기로에 설치된 분기구에 있어서 급기 바이패스관(66)(급기 바이패스 유로(17))의 일단과 접속하고 있고, 인터쿨러(51)에서 냉각된 압축 공기의 일부를 급기 바이패스관(66)에 토출한다. 급기 바이패스관(66)의 타단이 신기 통로관(64)의 전면에 설치한 분기구에 접속하여 인터쿨러(51)에서 냉각된 압축 공기의 일부가 급기 바이패스관(66)을 통해서 신기 통로관(64)에 환류되어 급기 필터(63)로부터의 외기와 합류한다. 또한, 급기 바이패스관(66)은 그 중도부에 급기 바이패스 밸브(V2)가 배치되어 있다.
인터쿨러(51)는 흡기 중계관(52)을 통해서 컴프레서(49b)로부터의 압축 공기를 좌측 후방으로부터 유입시키면 급수 배관(62)으로부터 급수되는 냉각수와의 열 교환 작용에 의거하여 압축 공기를 냉각시킨다. 인터쿨러(51) 내부에 있어서 좌실에서 냉각된 압축 공기는 전방의 통기로를 흘러 우실에 도입된 후, 우실 후방에 설치된 토출구를 통해서 흡기 매니폴드(67)에 토출된다. 흡기 매니폴드(67)는 실린더 블록(25)의 우측면에 설치되어 있고, 가스 매니폴드(41)의 하측에 있어서 헤드 커버(40)열과 평행하게 전후로 연장 설치되어 있다. 또한, 급기 바이패스 밸브(V2)의 개방도에 따라 인터쿨러(51)로부터 컴프레서(49b)에 환류시키는 압축 공기의 유량이 결정됨으로써 흡기 매니폴드(67)에 공급하는 압축 공기의 유량이 설정된다.
또한, 과급기(49)의 터빈(49a)은 후방의 흡입구를 배기 중계관(48)과 접속시키고 있고, 우측의 토출구를 배기 출구관(50)과 접속시키고 있다. 이것에 의해 과급기(49)는 배기 중계관(48)을 통해 배기 매니폴드(44)로부터 배기가스를 터빈(49a) 내부에 도입시켜 터빈(49a)을 회전시킴과 동시에 컴프레서(49b)를 회전시키고, 배기가스를 배기 출구관(50)으로부터 배기 경로(28)(도 2 참조)에 배기한다. 배기 중계관(48)은 그 후방을 개구시켜 배기 매니폴드(44)의 토출구와 사복관(68)을 통해 접속하고 있는 한편, 그 전방을 개구시켜 터빈(49a) 후방의 흡입구와 접속하고 있다.
또한, 배기 중계관(48)의 중도 위치에 있어서 우측면측에 분기구가 설치되어 있고, 이 배기 중계관(48)의 분기구에 배기 바이패스관(69)(배기 바이패스 유로(18))의 일단이 접속되어 있다. 배기 바이패스관(69)은 그 타단이 배기 출구관(50)의 후방에 설치된 합류구와 접속되고, 배기 매니폴드(44)로부터 토출되는 배기가스의 일부를 과급기(49)를 통하지 않고 배기 출구관(50)에 바이패싱시킨다. 또한, 배기 바이패스관(69)은 그 중도부에 배기 바이패스 밸브(V3)가 배치되어 있고, 배기 바이패스 밸브(V3)의 개방도에 따라 배기 매니폴드(44)로부터 배기 출구관(50)에 바이패싱시키는 배기가스의 유량을 설정하여 터빈(49a)에 공급하는 배기가스 유량을 조절한다. 또한, 배기 바이패스관(69)은 배기 중계관(48)과의 접속부와 배기 바이패스 밸브(V3)의 사이가 되는 위치에 사복관(70)을 갖는다.
엔진 장치(21)의 시동·정지 등의 제어를 행하는 기측 조작용 제어 장치(71)가 지지 스테이(지지 부재)(72)를 통해 인터쿨러(51)의 좌측면에 고정되어 있다. 기측 조작용 제어 장치(71)는 작업자에 의한 엔진 장치(21)의 시동·정지를 받아들이는 스위치와 함께 엔진 장치(21) 각 부의 상태를 표시하는 디스플레이를 구비한다. 실린더 블록(25)의 좌측면 후단측에는 엔진 장치(21)를 시동시키는 엔진 시동장치(75)가 고정되어 있다.
또한, 엔진 장치(21) 각 부의 동작을 제어하는 엔진 제어 장치(73)가 지지 스테이(지지 부재)(74)를 통해 실린더 블록(25)의 후단면에 고정된다. 실린더 블록(25)의 후단측에는 감속기(22)와 연결하여 회전시키는 플라이휠(76)이 설치되어 있고, 플라이휠(76)의 상부에 엔진 제어 장치(73)가 배치되어 있다. 이 엔진 제어 장치(73)는 엔진 장치(21) 각 부에 있어서의 센서(압력 센서나 온도 센서)와 전기적으로 접속되어 엔진 장치(21) 각 부의 온도 데이터나 압력 데이터 등을 수집함과 아울러 엔진 장치(21) 각 부에 있어서의 전자 밸브 등에 신호를 주어 엔진 장치(21)의 각종 동작(연료유 분사, 파일럿 연료 분사, 가스 분사, 냉각수 온도 조정 등)을 제어한다.
실린더 블록(25)은 그 좌측면 상측에 단차부가 설치되어 있고, 이 실린더 블록(25)의 단차부(25a) 상면에 헤드 커버(40) 및 실린더 헤드(26)와 동수의 연료 분사 펌프(89)가 설치되어 있다. 연료 분사 펌프(89)는 실린더 블록(25)의 좌측면을 따라 일렬로 배열되어 있고, 그 좌측면이 연료유관(액체 연료 배관)(42)과 연결되어 있음과 아울러 그 상단이 연료 토출관(90)을 통해 우측 전방의 실린더 헤드(26)의 좌측면과 연결되어 있다. 상하 2개의 연료유관(42)은 한쪽이 연료 분사 펌프(89)에 연료유를 공급하는 급유관이며, 다른 쪽이 연료 분사 펌프(89)로부터 연료유를 리턴시키는 오일 리턴관이다. 또한, 연료 토출관(90)은 실린더 헤드(26) 내의 연료 유로를 통해 메인 연료 분사 밸브(79)와 접속함으로써 연료 분사 펌프(89)로부터의 연료유를 메인 연료 분사 밸브(79)에 공급한다.
연료 분사 펌프(89)는 실린더 블록(25)의 단차부 상에 있어서 연료 토출관(90)에서 접속되는 실린더 헤드(26)의 좌측 후방이 되는 위치에 헤드 커버(40)열에 대하여 좌측에 병설되어 있다. 또한, 연료 분사 펌프(89)는 실린더 헤드(26)와 연료유관(42)에 샌드위칭된 위치에서 일렬로 배열되어 있다. 이 연료 분사 펌프(89)는 도 9~도 11에 나타내는 바와 같이 연료유관(42)과 함께 실린더 블록(25)의 단차부(25a) 상에 설치된 사이드 커버(43)에 의해 피복되어 있다. 연료 분사 펌프(89)는 실린더 블록(25) 내의 캠 샤프트(도시 생략)에 있어서의 펌프용 캠의 회전에 의해 플런저의 밀어올림 동작을 행한다. 그리고, 연료 분사 펌프(89)는 플런저의 밀어올림에 의해 연료유관(42)으로부터 공급되는 연료유를 고압으로 상승시키고, 연료 토출관(90)을 통해 실린더 헤드(26) 내의 연료 분사 펌프(89)에 고압의 연료유를 공급한다.
도 9 및 도 12~도 15에 나타내는 바와 같이 커먼레일(47)의 전단이 파일럿 연료 펌프(54)의 토출측과 파일럿 연료 중계관(96)을 통해 접속되어 있고, 파일럿 연료 펌프(54)로부터 토출되는 파일럿 연료가 커먼레일(47)에 공급된다. 파일럿 연료 중계관(96)은 실린더 블록(25)의 전면에 있어서 파일럿 연료 펌프(54)의 토출구와 커먼레일(47)의 전단을 접속시키기 위해 파일럿 연료 펌프(54)의 토출구로부터 실린더 블록(25)의 좌측면의 상방을 향해 연장시킨 후에 굴곡시켜서 실린더 헤드(26)의 전단면을 실린더 헤드(26) 좌측면으로부터 커먼레일(47)의 전단을 향해 연신된 형상을 갖는다.
가스 매니폴드(41)는 도 8, 도 13, 및 도 15에 나타내는 바와 같이 실린더 블록(25)의 우측면의 전방에 있어서 가스 밸브 유닛(35)(도 4 참조)과 접속되는 가스 배관로의 일부가 되는 가스 입구관(97)과 접속되어 연료 가스가 압송된다. 즉, 가스 매니폴드(41)의 전단이 가스 입구관(97)과 연결되어 있고, 가스 밸브 유닛(35)으로부터의 연료 가스가 가스 매니폴드(41)에 공급된다. 가스 매니폴드(41)는 배기 매니폴드(44)와 흡기 매니폴드(67)의 사이가 되는 높이 위치에서 헤드 커버(40)열을 따라 연장 설치되어 있다.
가스 매니폴드(41)는 가스 입구관(97)과 전단이 접속되어 전후로 연장되어 있는 가스 주관(41a)과, 가스 주관(41a)의 상면으로부터 실린더 헤드(26)를 향해 분기시킨 복수의 가스 지관(41b)을 구비한다. 가스 주관(41a)은 그 상면에 등간격으로 접속용 플랜지를 구비하고 있고, 가스 지관(41b)의 입구측 플랜지와 체결되어 있다. 가스 지관(41b)은 가스 주관(41a)과의 연결 부분과 역측의 단부를 가스 인젝터(98)가 상측으로부터 삽입된 슬리브의 우측면과 연결되어 있다.
가스 매니폴드(41)를 구성하는 가스 주관(41a) 및 가스 지관(41a) 각각이 이중관으로 구성됨과 아울러 가스 입구관(97) 및 슬리브도 이중관으로 구성된다. 즉, 가스 밸브 유닛(35)보다 하류측의 가스 배관을 고압의 내측관을 외측관으로 덮는 이중관 구조로 하여 그 내측관(내측 공간)에 의해 가스 매니폴드(41)를 통해 가스 인젝터(98)를 향해서 연료 가스를 흐르게 한다. 한편, 가스 밸브 유닛(35)보다 하류측의 가스 배관에서는 외측관과 내측관의 공간(외측 공간)에 의해 누출된 연료 가스를 가스 밸브 유닛(35)에 회수시킨다.
배기 매니폴드(44)는 도 13 및 도 15에 나타내는 바와 같이 일렬로 교대로 늘어선 배기 주관(44a)과 사복관(44b)을 연결시키고 있고, 배기 주관(44a)의 하측으로부터 분기시킨 배기 지관(44c)(배기 포트(38)의 일부)을 실린더 헤드(26)의 우측면과 연결시키고 있다. 배기 주관(44a) 및 배기 지관(44c)은 각각 실린더 헤드(26)와 동수 설치되어 있고, 실린더 헤드(26)의 우측면 전측에 배기 지관(44c)이 연결되어 있다. 즉, 배기 밸브(81)가 배치되어 있는 실린더 헤드(26) 전측 부분에 있어서 배기 지관(44c)의 배기 입구측이 실린더 헤드(26)의 우측면의 배기 출구와 접속되어 있다. 또한, 배기 매니폴드(44)는 배기 지관(44c)의 배기 입구측 플랜지를 실린더 헤드(26)의 우측면에 체결함으로써 실린더 헤드(26)에 의해 지지되어 있다.
흡기 매니폴드(67)는 도 8 및 도 13에 나타내는 바와 같이 실린더 블록(25)의 상방 우측에 설치되어 있고, 그 높이 위치가 가스 매니폴드(41)보다 하측이 되는 위치에서 전후방향으로 연장 설치되어 있다. 또한, 실린더 헤드(26)는 도 13에 나타내는 바와 같이 우측면 중 후방 부분을 가스 매니폴드(41)를 향해 돌출시키고 있고, 이 우측면의 돌출 부분을 흡기 매니폴드(67) 바로 위로 연통시키는 공기 유로를 내부에 갖는 흡기 지부가 된다. 즉, 흡기 밸브(80)가 배치되어 있는 실린더 헤드(26) 후측 부분이 흡기 지부를 통해 흡기 매니폴드(67)와 접속되어 있다.
이어서, 상기 구성을 갖는 듀얼 퓨얼 엔진(21)(엔진 장치(21))을 가스 모드에서 운전했을 때의 공기 유량 제어의 제 2 실시예에 대해서 도 5, 도 6, 및 도 16~도 18을 참조해서 설명한다.
엔진 제어 장치(73)는 도 16에 나타내는 바와 같이 엔진 부하가 저부하 영역(부하 L4 이하의 부하 영역)이며 소정 부하(L1)보다 낮은 경우에는(STEP 1에서 Yes), 메인 스로틀 밸브(V1)의 밸브 개방도에 대하여 피드백 제어(PID 제어)를 행한다(STEP 2). 이 때, 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하에 따른 흡기 매니폴드 압력의 목표값(목표 압력)을 설정한다. 그리고, 엔진 제어 장치(73)는 압력 센서(39)로부터의 측정 신호를 받아 흡기 매니폴드 압력의 측정값(측정 압력)을 확인하여 목표 압력과의 차분을 구한다. 이것에 의해 엔진 제어 장치(73)는 목표 압력과 측정 압력의 차분값에 의거하여 메인 스로틀 밸브(V1)의 밸브 개방도의 PID 제어를 실행하여 흡기 매니폴드(67)의 공기 압력을 목표 압력에 가깝게 한다.
엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하가 소정 부하(L1) 이상이 되는 경우에는 (STEP 1에서 No, STEP 3에서 Yes), 메인 스로틀 밸브(V1)의 밸브 개방도에 대하여 맵 제어를 행한다(STEP 4). 이 때, 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하에 대한 메인 스로틀 밸브(V1)의 밸브 개방도를 기억하는 데이터 테이블(DT1)을 참조하여 엔진 부하에 대응한 메인 스로틀 밸브(V1)의 밸브 개방도를 설정한다. 그리고, 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하가 부하(L2)(L1＜L2＜Lth＜L4) 이상이 되는 경우에는(STEP 3에서 No), 메인 스로틀 밸브(V1)를 전개가 되도록 제어한다. 또한, 부하(L2)는 저부하 영역이며, 흡기 매니폴드 압력이 대기압이 되는 부하(Lth)보다 저부하로 설정하고 있다.
엔진 제어 장치(73)는 도 17에 나타내는 바와 같이 엔진 부하가 저부하 영역이며 소정 부하(L3)(Lth＜L3＜L4)보다 낮은 경우에는(STEP 101에서 Yes), 급기 바이패스 밸브(V2)를 전폐가 되도록 제어한다(STEP 102). 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하가 소정 부하(L3) 이상이 되는 경우에는(STEP 101에서 No), 급기 바이패스 밸브(V2)의 밸브 개방도에 대하여 피드백 제어(PID 제어)를 행한다(STEP 103). 이 때, 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하에 따른 목표 압력과 압력 센서(39)에 의한 측정 압력의 차분값에 의거하여 급기 바이패스 밸브(V2)의 밸브 개방도의 PID 제어를 실행해서 흡기 매니폴드(67)의 공기 압력을 목표 압력에 가깝게 한다.
엔진 제어 장치(73)는 도 18에 나타내는 바와 같이 엔진 부하 전역에서 배기 바이패스 밸브(V3)의 밸브 개방도에 대하여 맵 제어를 행한다. 이 때, 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하에 대한 배기 바이패스 밸브(V3)의 밸브 개방도를 기억하는 데이터 테이블(DT2)을 참조하여 엔진 부하에 대응한 배기 바이패스 밸브(V3)의 밸브 개방도를 설정한다. 즉, 엔진 부하가 소정 부하(L1)보다 낮은 경우에는 배기 바이패스 밸브(V3)를 전개로 하고 있고, 소정 부하(L1)보다 높아지면 엔진 부하에 대하여 배기 바이패스 밸브(V3)의 개방도를 단조 감소시켜 소정 부하(L2)에서 배기 바이패스 밸브(V3)를 전개로 한다. 그리고, 엔진 부하가 소정 부하(L2)보다 높고 소정 부하(L3) 이하가 되는 경우, 배기 바이패스 밸브(V3)를 전폐로 하고 있고, 엔진 부하가 저부하 영역의 소정 부하(L3)보다 높아지면 엔진 부하에 대하여 배기 바이패스 밸브(V3)의 개방도를 단조 증가시킨다. 즉, 배기 바이패스 밸브(V3)를 서서히 개방한다.
도 19에 나타내는 바와 같이 엔진 제어 장치(73)는 엔진에 가해지는 부하(엔진 부하)가 저부하 영역이며 제 1 소정 부하(L3)보다 높은 경우에 메인 스로틀 밸브(V1)의 개방도를 전개로 한다. 또한, 엔진 제어 장치(73)는 급기 바이패스 밸브(V2)에 대하여 피드백 제어(PID 제어)를 행함과 동시에 배기 바이패스 밸브(V3)에 대하여 맵 제어를 행함으로써 흡기 매니폴드(67)의 압력을 부하에 따른 목표값으로 조정한다. 그리고, 엔진에 부하가 제 1 소정 부하(L3)로 되어 있을 때, 급기 바이패스 밸브(V2) 및 배기 바이패스 밸브(V3) 각각을 전폐로 하고 있다.
과급기(49)를 디젤 모드 사양으로 최적화한 경우에 가스 모드 운전 시에 있어서도 엔진 부하의 변동에 맞춰 급기 바이패스 밸브(V2)의 개방도를 제어함으로써 흡기 매니폴드(67)의 압력 제어를 응답성이 양호한 것으로 할 수 있다. 그 때문에, 부하 변동 시에 있어서 연소에 필요한 공기량의 과부족을 방지할 수 있어 디젤 모드에서 최적화된 과급기(49)를 사용한 엔진 장치(21)이어도 가스 모드에서 최적으로 가동할 수 있다.
또한, 엔진 부하의 변동에 맞춰 배기 바이패스 밸브(V3)의 개방도를 제어함으로써 기체 연료의 연소에 필요한 공연비에 맞춘 공기를 엔진 장치(21)에 공급할 수 있다. 또한, 응답성이 좋은 급기 바이패스 밸브(V2)에 의한 제어 동작을 병용함으로써 가스 모드에 있어서의 부하 변동에의 응답 속도를 빠르게 할 수 있기 때문에 부하 변동 시에 있어서 연소에 필요한 공기량의 부족에 의거하는 노킹을 방지할 수 있다.
또한, 저부하 영역에 있어서 제 1 소정 부하(L3)보다 낮은 값이 되는 제 2 소정 부하(L1)보다 엔진 부하가 낮은 경우에 메인 스로틀 밸브(V1)에 대하여 피드백 제어(PID 제어)를 행한다. 한편, 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하가 제 2 소정 부하(L1)보다 높은 경우에 메인 스로틀 밸브(V1)에 대하여 데이터 테이블(DT1)에 의거하는 맵 제어를 행한다. 또한, 엔진 부하가 소정 부하(L1)보다 낮은 경우에는 급기 바이패스 밸브(V2)를 전폐로 함과 아울러 배기 바이패스 밸브(V3)를 전개로 한다. 즉, 배기 매니폴드(44) 압력이 대기압보다 낮은 부압이 되는 경우, 배기 패스 밸브(V3)를 전개로 해서 터빈(49a)의 구동을 정지시킴으로써 과급기(49)에 있어서의 서어징 등을 방지할 수 있다. 또한, 급기 바이패스 밸브(V2)를 전폐로 함으로써 저부하 시에 있어서 메인 스로틀 밸브(V1)에 의한 흡기 매니폴드 압력의 제어를 응답성이 높은 것으로 할 수 있다.
또한, 엔진 부하가 제 2 소정 부하(L1) 이상이며, 제 1 및 제 2 소정 부하(L3, L1) 사이의 값이 되는 제 3 소정 부하(L2)보다 낮은 경우, 메인 스로틀 밸브(V1)에 대하여 데이터 테이블(DT1)에 의거하는 맵 제어를 행한다. 또한, 급기 바이패스 밸브(V2)를 전폐로 함과 아울러 배기 바이패스 밸브(V3)를 데이터 테이블(DT2)에 의거하는 맵 제어를 행한다. 그리고, 엔진 부하가 제 1 소정 부하(L3)가 될 때, 메인 스로틀 밸브(V1)를 전개로 하는 한편, 급기 바이패스 밸브(V2) 및 배기 바이패스 밸브(V3)를 전폐로 하여 디젤 모드로부터 가스 모드 스위칭가능한 상태로 한다.
이어서, 상기 구성을 갖는 듀얼 퓨얼 엔진(21)(엔진 장치(21))을 가스 모드에서 운전했을 때의 공기 유량 제어의 제 2 실시예에 대해서 도 5, 도 6, 도 16, 및 도 20~도 22을 참조해서 설명한다. 본 실시예에서는 제 1 실시예와 달리 엔진 부하가 부하(L2)보다 낮은 영역이 저부하 영역이며, 엔진 부하가 부하(L2)보다 높은 영역이 중고 부하 영역이다.
엔진 제어 장치(73)는 도 16에 나타내는 바와 같이 엔진 부하가 부하(L2)보다 낮은 저부하 영역이며 소정 부하(L1)(L1＜L2)보다 낮은 경우에는(STEP 1에서 Yes), 메인 스로틀 밸브(V1)의 밸브 개방도에 대하여 피드백 제어(PID 제어)를 행한다(STEP 2). 이 때, 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하에 따른 흡기 매니폴드 압력의 목표값(목표 압력)을 설정한다. 그리고, 엔진 제어 장치(73)는 압력 센서(39)로부터의 측정 신호를 받아 흡기 매니폴드 압력의 측정값(측정 압력)을 확인하여 목표 압력과의 차분을 구한다. 이것에 의해 엔진 제어 장치(73)는 목표 압력과 측정 압력의 차분값에 의거해서 메인 스로틀 밸브(V1)의 밸브 개방도의 PID 제어를 실행하여 흡기 매니폴드(67)의 공기 압력을 목표 압력에 가깝게 한다.
엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하가 소정 부하(L1) 이상이 되는 저부하 영역에 있는 경우에는(STEP 1에서 No, STEP 3에서 Yes), 메인 스로틀 밸브(V1)의 밸브 개방도에 대하여 맵 제어를 행한다(STEP 4). 이 때, 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하에 대한 메인 스로틀 밸브(V1)의 밸브 개방도를 기억하는 데이터 테이블(DT1)을 참조하여 엔진 부하에 대응한 메인 스로틀 밸브(V1)의 밸브 개방도를 설정한다. 그리고, 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하가 부하(L2) 이상이 되는 중고 부하 영역에 있는 경우에는(STEP 3에서 No), 메인 스로틀 밸브(V1)을 전개가 되도록 제어한다.
엔진 제어 장치(73)는 도 20에 나타내는 바와 같이 엔진 부하가 소정 부하(L1)보다 낮은 경우에는(STEP 101에서 Yes), 배기 바이패스 밸브(V3)를 전개가 되도록 제어한다(STEP 102). 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하가 소정 부하(L1) 이상이 되는 경우에는(STEP 101에서 No), 배기 바이패스 밸브(V3)의 밸브 개방도에 대하여 피드백 제어(PID 제어)를 행한다(STEP 103). 이 때, 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하에 따른 목표 압력과 압력 센서(39)에 의한 측정 압력의 차분값에 의거해서 배기 바이패스 밸브(V3)의 밸브 개방도의 PID 제어를 실행하여 흡기 매니폴드(67)의 공기 압력을 목표 압력에 가깝게 한다.
엔진 제어 장치(73)는 도 21에 나타내는 바와 같이 엔진 부하가 소정 부하(L1)보다 낮은 경우에는(STEP 201에서 Yes), 급기 바이패스 밸브(V2)를 전폐가 되도록 제어한다(STEP 202). 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하가 소정 부하(L1) 이상이 되는 경우에는(STEP 201에서 No), 급기 바이패스 밸브(V2)의 밸브 개방도에 대하여 맵 제어를 행한다(STEP 203). 이 때, 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하에 대한 급기 바이패스 밸브(V2)의 밸브 개방도를 기억하는 데이터 테이블(DT2)을 참조하여 엔진 부하에 대응한 급기 바이패스 밸브(V2)의 밸브 개방도를 설정한다.
도 22에 나타내는 바와 같이 부하(L2)보다 낮은 저부하 영역에 있어서는 엔진 부하가 소정 부하(L1)(L1＜L2)보다 낮은 경우, 엔진 제어 장치(73)는 압력 센서(39)에서 측정된 흡기 매니폴드 압력에 의거하는 피드백 제어(PID 제어)에 의해 메인 스로틀 밸브(V1)의 개방도를 설정한다. 또한, 엔진 부하가 소정 부하(L1)보다 높은 경우는 데이터 테이블(DT1)에 의거하는 맵 제어에 의해 메인 스로틀 밸브(V1)의 개방도를 설정한다. 한편, 부하(L2) 이상이 되는 중고 부하 영역에 있어서는 메인 스로틀 밸브(V1)을 소정 개방도(본 실시형태에서는 전개)로 개방함과 아울러 급기 바이패스 밸브(V2) 및 배기 바이패스 밸브(V3) 각각을 제어해서 흡기 매니폴드 압력을 엔진 부하에 따른 목표값으로 조정한다.
과급기(49)를 디젤 모드 사양으로 최적화한 경우에 가스 모드 운전 시에 있어서 디젤 모드의 운전 포인트와 크게 다른 중고 부하 영역에 있어서도 흡기 매니폴드(67)의 압력 제어를 응답성이 양호한 것으로 할 수 있다. 그 때문에, 부하 변동 시에 있어서 연소에 필요한 공기량의 과부족을 방지할 수 있어 디젤 모드에서 최적화된 과급기(49)를 사용한 엔진 장치(21)이어도 가스 모드에서 최적으로 가동할 수 있다.
또한, 중고 부하 영역에 있어서 압력 센서(39)에서 측정된 흡기 매니폴드 압력에 의거하는 피드백 제어(PID 제어)에 의해 배기 바이패스 밸브(V3)의 개방도를 설정함과 동시에 데이터 테이블(DT1)에 의거하는 맵 제어에 의해 급기 바이패스 밸브(V2)의 개방도를 설정한다. 엔진 부하의 변동에 맞춰 배기 바이패스 밸브(V3)의 개방도를 제어함으로써 기체 연료의 연소에 필요한 공연비에 맞춘 공기를 엔진 장치(21)에 공급할 수 있다. 또한, 응답성이 좋은 급기 바이패스 밸브(V2)에 의한 제어 동작을 병용함으로써 가스 모드에 있어서의 부하 변동에의 응답 속도를 빠르게 할 수 있다.
저부하 영역에 있어서 엔진 부하가 소정 부하(L1)보다 높은 경우에 압력 센서(39)에서 측정된 흡기 매니폴드 압력에 의거하는 피드백 제어(PID 제어)에 의해 배기 바이패스 밸브(V3)의 개방도를 설정함과 동시에 데이터 테이블(DT2)에 의거하는 맵 제어에 의해 급기 바이패스 밸브(V2)의 개방도를 설정한다. 한편, 엔진 부하가 소정 부하(L1)보다 낮은 경우에는 급기 바이패스 밸브(V2)를 전폐로 함과 아울러 배기 바이패스 밸브(V3)를 전개로 한다.
즉, 배기 매니폴드 압력이 대기압보다 낮은 부압이 되는 경우, 배기 바이패스 밸브(V3)를 전개로 하여 터빈(49a)의 구동을 정지시킴으로써 과급기(49)에 있어서의 서어징 등을 방지할 수 있다. 또한, 급기 바이패스 밸브(V2)를 전폐로 함으로써 저부하 시에 있어서 메인 스로틀 밸브(V1)에 의한 흡기 매니폴드 압력의 제어를 응답성이 높은 것으로 할 수 있다.
엔진 장치(21)는 실린더(77) 내의 주연소실에 공기를 흡기시키는 흡기 밸브(80)와, 주연소실로부터 연소 가스를 배기시키는 배기 밸브(81)와, 주연소실에 액체 연료를 분사하여 연소시키는 메인 연료 분사 밸브(79)와, 주연소실에 흡기하는 공기에 기체 연료를 혼합시키는 가스 인젝터(98)를 구비하고 있다. 그리고, 엔진 장치(21)는 기체 연료를 가스 인젝터(98)에 공급하는 기체 연료 배관(41)과, 액체 연료를 메인 연료 분사 밸브(79)에 공급하는 액체 연료 배관(42)을 일렬로 늘어선 헤드 커버(40)열의 양측으로 나누어서 배치하고 있다. 또한, 엔진 장치(21)는 주연소실에 흡기하는 공기를 흡기 밸브(80)를 향해 공급하는 흡기 매니폴드(67)를 실린더 블록(25) 내에서 헤드 커버(40)열에 대하여 평행하게 연장 설치시키고 있고, 기체 연료 배관(41)과 흡기 매니폴드(67)를 헤드 커버(40)열의 동일 측방으로 나란히 배치하고 있다.
엔진 장치(21)는 기체 연료 배관(41)과 액체 연료 배관(42)을 헤드 커버(40)에 대하여 나누어서 배치하여 실린더 헤드(26) 주변에 공간 절약으로 배관할 수 있기 때문에 콤팩트한 배관 구성이 된다. 또한, 기체 연료 배관(41)과 흡기 매니폴드(67)를 헤드 커버(40)열의 동일 측방에 배치하고 있으므로 흡기측에 배치하고 있는 가스 인젝터(98)와 기체 연료 배관(41)의 배관 거리를 짧게 할 수 있어 기체 연료 배관(41)에서의 압손실을 억제할 수 있다.
엔진 장치(21)는 주연소실로부터의 연소 가스를 배기시키는 배기 매니폴드(44)를 헤드 커버(40)열에 대하여 평행하게 연장 설치시키고 있고, 헤드 커버(40)열의 동일 측방에 있어서 기체 연료 배관(41)의 상하에 배기 매니폴드(44)와 흡기 매니폴드(67)를 나누어서 배치한다. 이것에 의해 엔진 장치(21)는 실린더 헤드(26)의 동일 측방에 기체 연료 배관(41)과 배기 매니폴드(44)를 통합하여 배관하기 때문에 실린더 헤드(26)의 타측방에 있어서 메인 연료 분사 밸브(79)에 고압의 액체 연료를 압송하는 연료 분사 펌프(89)를 액체 연료 배관(42)과 함께 통합하여 설치할 수 있다.
엔진 장치(21)는 주연소실에 착화 화염을 분출시키는 파일럿 연료 분사 밸브(82)를 구비함과 아울러 파일럿 연료 분사 밸브(82)에 파일럿 연료를 공급하는 파일럿 연료 배관(47)을 헤드 커버(40)열에 대하여 평행하게 연장 설치한다. 그리고, 실린더 블록(25) 상방에 있어서 헤드 커버(40)열과 배기 매니폴드(44) 사이의 위치에 헤드 커버(40)열에 대하여 평행하게 냉각수 배관(46)을 연장 설치시키고 있고, 냉각수 배관(46)의 상방에서 파일럿 연료 배관(47)을 지지한다. 파일럿 연료 배관(47)을 냉각수 배관(46) 상에서 지지하기 때문에 파일럿 연료 배관(47)이 고온의 배기가스 온도에 의한 가온을 억제할 수 있다. 따라서, 파일럿 연료 배관(47)을 배기 매니폴드(44)측에 배치할 수 있어 각 배관을 콤팩트하게 통합하여 배치할 수 있다.
엔진 장치(21)는 기체 연료 배관(41)을 가스 인젝터(98)를 향해 기체 연료를 공급하는 내측관과, 가스 인젝터(98)로부터 기체 연료가 유입되는 외측관에 의한 이중관 구조로 되어 있다. 이렇게 기체 연료 배관(41)을 이중관 구조로 함으로써 누출된 기체 연료를 가스 밸브 유닛(35) 등의 연료원측으로 리턴시킬 수 있고, 기체 연료 배관(41)의 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
엔진 장치(21)는 그 일단 상부에 배기 매니폴드(44)로부터의 배기가스에 의해 공기를 압축하는 과급기(49)를 배치함과 아울러 과급기(49)에서 압축된 압축 공기를 냉각하여 흡기 매니폴드(67)에 공급하는 인터쿨러(51)를 과급기(49)의 하측에 배치하고 있다. 엔진 장치(21)는 그 일단에서 과급기(49) 및 인터쿨러(51)를 겹쳐서 배치하기 때문에 장치 구성을 콤팩트하게 할 수 있다. 또한, 배기 매니폴드(44)와 흡기 매니폴드(67)의 배치에 대응시켜 과급기(49)와 인터쿨러(51)를 상하에 배치시킴으로써 배기 매니폴드(44)와 흡기 매니폴드(67)를 무리없이 최단으로 배관할 수 있다.
엔진 장치(21)는 실린더 블록(25)의 기체 연료 배관(41)측의 일측면에 윤활유 쿨러(58) 및 윤활유 여과기(59)를 직렬로 나란히 배치하고 있다. 그리고, 기체 연료 배관(41)과 윤활유 쿨러(58)의 사이가 되는 위치에 윤활유 쿨러(58)에 공급하는 냉각수를 흐르게 하는 윤활유 냉각용 냉각수 배관(제 1 냉각수 배관)(60)을 실린더 블록(25)의 상기 일측면으로부터 이간시킨 상태에서 윤활유 쿨러(58)를 따라 연장 설치시키고 있다. 실린더 헤드(26)와 접속된 실린더 헤드 냉각용 냉각수 배관(제 2 냉각수 배관)(46)을 실린더 블록(25) 상방에 있어서 헤드 커버(40)와 기체 연료 배관(41)의 사이가 되는 위치에서 헤드 커버(40)열과 평행하게 연장 설치시킨다.
엔진 장치(21)는 기체 연료 배관(41)측이 되는 엔진 장치(21)의 측면에 윤활유 쿨러(58) 및 윤활유 여과기(59)를 배치함과 아울러 윤활유 쿨러(58)에 냉각수를 공급하는 윤활유 냉각용 냉각수 배관(제 1 냉각수 배관)(60)을 엔진 장치(21)의 동일 측면에 배치한다. 이것에 의해 엔진 장치(21)에 있어서의 윤활유 순환 계통을 콤팩트하게 통합하여 배치할 수 있음과 아울러 그 메인터넌스 작업을 간단화할 수 있다. 또한, 실린더 헤드 냉각용 냉각수 배관(제 2 냉각수 배관)(46)도 엔진 장치(21)의 상방에 있어서 윤활유 냉각용 냉각수 배관(제 1 냉각수 배관)(60)과 동 측방에 배치되기 때문에 엔진 장치(21)의 외측에 배치하는 냉각수 배관을 통합하여 배관할 수 있어 그 길이를 단축할 수 있다.
엔진 장치(21)는 엔진 출력축(24)에 대하여 수직이 되는 실린더 블록(25)의 일단면에 있어서 엔진 출력축(24)의 외주측이며 윤활유 쿨러(58)가 설치되는 실린더 블록(25)의 일측면(우측면)측에 윤활유 펌프(55)를 배치하고 있고, 윤활유 펌프(55)로 빨아 올린 윤활유를 윤활유 쿨러(58)에 공급한다. 윤활유 펌프(55)가 윤활유 쿨러(58)의 근처에 설치되는 것이 되기 때문에 윤활유 펌프(55)와 윤활유 쿨러(58)를 짧은 배관으로 연결할 수 있다.
그 외, 각 부의 구성은 도시의 실시형태에 한정되는 것은 아니고 본원 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경이 가능하다. 또한, 본 실시형태의 엔진 장치는 선체 내의 전기 계통에 전력을 공급하기 위한 발전 장치나 육상의 발전 시설에 있어서의 구동원으로서 구성하는 등, 상술의 추진 겸 발전 기구 이외의 구성에 있어서도 적용가능하다.
1 선박 2 선체
4 펀넬 5 프로펠러
9 추진축 11 기관실
12 추진 겸 발전 기구 17 급기 바이패스 유로
18 배기 바이패스 유로 19 부하 측정기
20 엔진 회전 센서 21 엔진 장치(듀얼 퓨얼 엔진)
22 감속기 23 축 구동 발전기
24 출력축(크랭크축) 25 실린더 블록
26 실린더 헤드 36 기통
37 흡기 포트 38 배기 포트
39 압력 센서 40 헤드 커버
41 가스 매니폴드(기체 연료 배관) 42 연료유관(액체 연료 배관)
43 사이드 커버 44 배기 매니폴드
45 차열 커버 46 냉각수 배관
47 커먼레일(파일럿 연료 배관) 48 배기 중계관
49 과급기 51 인터쿨러
53 냉각수 펌프 54 파일럿 연료 펌프
55 윤활유 펌프 56 연료유 펌프
57 오일 팬 58 윤활유 쿨러
59 윤활유 여과기 67 흡기 매니폴드
79 메인 연료 분사 밸브 80 흡기 밸브
81 배기 밸브 82 파일럿 연료 분사 밸브
89 연료 분사 펌프 98 가스 인젝터

Claims (7)

  1. 실린더 내에 공기를 공급시키는 흡기 매니폴드와, 상기 실린더로부터의 배기가스를 배기시키는 배기 매니폴드와, 상기 실린더에 액체 연료를 분사해서 연소시키는 메인 연료 분사 밸브와, 상기 흡기 매니폴드로부터 공급되는 공기에 기체 연료를 혼합시키는 가스 인젝터를 구비한 엔진 장치에 있어서,
    상기 배기 매니폴드로부터의 배기가스에 의해 공기를 압축하는 과급기와, 그 과급기에서 압축된 압축 공기를 냉각해서 상기 흡기 매니폴드에 공급하는 인터쿨러를 더 구비하고,
    상기 과급기 출구와 상기 인터쿨러 입구의 접속 개소에 메인 스로틀 밸브를 설치하고 있고,
    상기 배기 매니폴드 출구와 상기 과급기의 배기 출구를 연결하는 배기 바이패스 유로를 구비함과 아울러 상기 배기 바이패스 유로에 배기 바이패스 밸브를 배치하는 한편, 상기 과급기의 컴프레서를 바이패싱하는 급기 바이패스 유로를 구비함과 아울러 상기 급기 바이패스 유로에 급기 바이패스 밸브를 배치하고,
    상기 엔진 장치에 가해지는 부하가 저부하 영역에 있어서의 제 1 소정 부하보다 낮은 경우에 상기 메인 스로틀 밸브에 대하여 피드백 제어를 행하는 한편, 그 제 1 소정 부하보다 높은 경우에 상기 메인 스로틀 밸브에 대하여 데이터 테이블에 의거하는 맵 제어를 행하고,
    상기 엔진 장치에 가해지는 부하가 상기 제 1 소정 부하보다 높은 제 2 소정 부하보다 높은 경우에 상기 메인 스로틀 밸브 개방도를 전개로 함과 아울러 상기 배기 바이패스 밸브 및 상기 급기 바이패스 밸브 각각을 제어해서 상기 흡기 매니폴드에 있어서의 압력을 부하에 따른 목표값으로 하는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진 장치에 가해지는 부하가 상기 제 2 소정 부하 이상의 영역보다 높은 경우, 상기 급기 바이패스 밸브에 대하여 피드백 제어를 행함과 동시에 상기 배기 바이패스 밸브에 대하여 맵 제어를 행함으로써 상기 흡기 매니폴드에 있어서의 압력을 부하에 따른 목표값으로 하는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 엔진 장치에 가해지는 부하가 상기 제 2 소정 부하로 되어 있는 경우에 상기 배기 바이패스 밸브 및 상기 급기 바이패스 밸브 각각을 전폐로 하는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 엔진 장치에 가해지는 부하가 상기 제 1 소정 부하보다 낮은 경우에 상기 급기 바이패스 밸브를 전폐로 함과 아울러 상기 배기 바이패스 밸브를 전개로 하는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    저부하 영역에 있어서는 상기 제 1 소정 부하보다 낮은 경우에 상기 메인 스로틀 밸브에 대하여 피드백 제어를 행하는 한편, 상기 제 1 소정 부하보다 높은 경우에 상기 메인 스로틀 밸브에 대하여 데이터 테이블에 의거하는 맵 제어를 행하고,
    상기 제 2 소정 부하 이상이 되는 중고 부하 영역에 있어서는 상기 메인 스로틀 밸브 개방도를 전개로 함과 아울러 상기 배기 바이패스 밸브 및 상기 급기 바이패스 밸브 각각을 제어해서 상기 흡기 매니폴드에 있어서의 압력을 부하에 따른 목표값으로 하는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 중고 부하 영역에 있어서 상기 배기 바이패스 밸브에 대하여 피드백 제어를 행함과 동시에 상기 급기 바이패스 밸브에 대하여 맵 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 저부하 영역에 있어서 상기 제 1 소정 부하보다 높은 경우에 상기 배기 바이패스 밸브에 대하여 피드백 제어를 행함과 동시에 상기 급기 바이패스 밸브에 대하여 맵 제어를 행하고, 상기 제 1 소정 부하보다 낮은 경우에 상기 배기 바이패스 밸브를 전개로 함과 동시에 상기 급기 바이패스 밸브를 전폐로 하는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
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