KR20200105719A - 연료 분사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 양태인 연료 분사 장치에 있어서, 연료 분사 밸브는, 선박용 디젤 엔진의 실린더에 형성된다. 연료 분사 펌프는, 배관을 통해서 연료 분사 밸브에 연료를 압송한다. 제 1 주수 계통은, 연료 분사 펌프로부터 연료 분사 밸브의 분사구에 이르는 연료 유통 경로의 소정의 위치에 물을 주입한다. 제 2 주수 계통은, 연료 유통 경로 중 제 1 주수 계통보다 연료의 유통 방향 상류측의 위치에 물을 주입한다. 제어부는, 제 1 주수 계통의 주수 기간과 제 2 주수 계통의 주수 기간의 적어도 일부가 겹치도록, 엔진 부하에 따라서 제 1 주수 계통 및 제 2 주수 계통의 각 주수 개시 타이밍을 제어한다. 연료 분사 밸브는, 연료 분사 펌프의 압송에 의한 연료와, 제 1 주수 계통의 주수에 의한 물과, 제 2 주수 계통의 주수에 의한 물을 분사구로부터 실린더 내의 연소실에 층상으로 분사한다.

Description

연료 분사 장치

본 발명은 선박에 탑재되는 선박용 디젤 엔진의 연료 분사 장치에 관한 것이다.

종래, 선박 분야에 있어서는, 선박용 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스 중의 질소 산화물 (NOx) 을 저감하는 수법으로서, 실린더 내의 연소실에 연료 및 물을 분사하는 물 분사 기술이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 ∼ 4 참조).

특허문헌 1 ∼ 4 에 개시되는 물 분사 기술에서는, 연료 분사 펌프로부터 연료 분사 밸브에 압송되는 연료의 유통 경로 내에 물을 주입하거나 하여, 이 유통 경로 내에 복수의 연료층과 주수층 (注水層) (주입된 물의 층) 이 교대로 배열되도록 연료 및 물이 다층 액기둥상으로 형성된다. 이 다층 액기둥상의 연료 및 물은, 이들 복수의 연료층과 주수층의 배열순 (예를 들어, 연료-물-연료-물-연료 등의 순서) 으로 1 개의 연료 분사 밸브로부터 실린더 내의 연소실에 층상으로 분사된다.

일본 공개특허공보 평6-123255호 일본 공개특허공보 평6-257530호 일본 공개특허공보 평4-175446호 일본 공개특허공보 평5-288129호

그런데, 상기 서술한 바와 같이 연료 및 물이 층상으로 분사되는 물 분사 기술에 있어서, 연료의 유통 경로 내에서 각 주수층 사이에 끼워지는 연료층의 연료의 양 (이하, 주수층간의 연료량이라고 한다) 은, 선박용 디젤 엔진의 안정적인 성능을 확보하는 등의 관점에서 매우 중요한 인자이다. 즉, 연소실에 대한 연료의 1 회당 분사량 (이하, 연료 분사량이라고 한다) 에 대한 주수층간의 연료량의 비율이 과대 또는 과소인 경우, 선박용 디젤 엔진은, 연소 불량 등을 일으키거나 연비의 악화 등을 초래하거나 할 우려가 있다. 이와 같은 사태를 회피하기 위해서는, 연료 분사량에 대한 비율이 과대 또는 과소가 되지 않도록 주수층간의 연료량을 조정할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

그러나, 상기 서술한 종래 기술에서는, 연료층을 사이에 두는 하류측 (연료 분사 밸브의 분사구측) 및 상류측 (연료 분사 펌프측) 의 각 주수층 중 일방의 주수층의 주수가 완료된 후에 타방의 주수층의 주수가 행해지고 있기 때문에, 연료 분사량에 대한 비율이 과대 또는 과소가 되지 않도록 주수층간의 연료량을 조정하는 것은 곤란하다. 이에 더하여, 연료 분사량은, 통상적으로 선박용 디젤 엔진의 부하 (이하, 적당히 엔진 부하라고 한다) 의 증가에 수반하여 증가하고, 감소에 수반하여 감소한다. 이 때문에, 상기 서술한 종래 기술에서는, 어느 특정한 엔진 부하시에 주수층간의 연료량이 연료 분사량에 대해서 과대하지도 않고 과소하지도 않은 비율로 되어 있을 가능성이 있기는 하지만, 이것 이외의 엔진 부하시에는 연료 분사량에 대한 주수층간의 연료량의 비율이 과대 또는 과소로 되어 있는 경우가 많아, 엔진 부하에 따라서 주수층간의 연료량을 조정하는 것은 곤란하다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 엔진 부하에 따라서 주수층간의 연료량을 조정할 수 있는 연료 분사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 서술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관련된 연료 분사 장치는, 선박용 디젤 엔진의 실린더에 형성되는 연료 분사 밸브와, 배관을 통해서 상기 연료 분사 밸브에 연료를 압송하는 연료 분사 펌프와, 상기 연료 분사 펌프로부터 상기 연료 분사 밸브의 분사구에 이르는 연료 유통 경로의 소정의 위치에 물을 주입하는 제 1 주수 계통과, 상기 연료 유통 경로 중, 상기 제 1 주수 계통보다 상기 연료의 유통 방향 상류측의 위치에 물을 주입하는 제 2 주수 계통과, 상기 제 1 주수 계통의 주수 기간과 상기 제 2 주수 계통의 주수 기간의 적어도 일부가 겹치도록, 상기 선박용 디젤 엔진의 부하에 따라서 상기 제 1 주수 계통 및 상기 제 2 주수 계통의 각 주수 개시 타이밍을 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 연료 분사 밸브는, 상기 연료 분사 펌프에 의해서 압송된 상기 연료와, 상기 제 1 주수 계통에 의해서 주입된 물과, 상기 제 2 주수 계통에 의해서 주입된 물을 상기 분사구로부터 상기 실린더 내의 연소실에 층상으로 분사하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 관련된 연료 분사 장치는, 상기한 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제 1 주수 계통에 의해서 주입된 물의 층과 상기 제 2 주수 계통에 의해서 주입된 물의 층 사이의 연료량이 상기 연료의 1 회당 분사량에 대해서 일정한 비율이 되도록, 상기 제 1 주수 계통 및 상기 제 2 주수 계통의 각 주수 개시 타이밍을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 관련된 연료 분사 장치는, 상기한 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 선박용 디젤 엔진의 부하에 따라서, 상기 제 2 주수 계통이 주수를 개시하고 나서 상기 제 1 주수 계통이 주수를 개시할 때까지의 상기 제 1 주수 계통의 대기 시간을 산출하고, 산출된 상기 대기 시간만큼, 상기 제 1 주수 계통의 주수 개시 타이밍을 상기 제 2 주수 계통의 주수 개시 타이밍보다 지연시키는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 관련된 연료 분사 장치는, 상기한 발명에 있어서, 상기 제어부는, 상기 선박용 디젤 엔진의 부하에 따라서, 상기 제 1 주수 계통이 주수를 개시하고 나서 상기 제 2 주수 계통이 주수를 개시할 때까지의 상기 제 2 주수 계통의 대기 시간을 산출하고, 산출된 상기 대기 시간만큼, 상기 제 2 주수 계통의 주수 개시 타이밍을 상기 제 1 주수 계통의 주수 개시 타이밍보다 지연시키는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 관련된 연료 분사 장치는, 상기한 발명에 있어서, 상기 제 1 주수 계통에 의한 주수량과 상기 제 2 주수 계통에 의한 주수량의 비는 일정한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 엔진 부하에 따라서 주수층간의 연료량을 조정할 수 있다는 효과를 얻는다.

도 1 은, 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 연료 분사 장치가 적용된 선박용 디젤 엔진의 일 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 2 는, 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 연료 분사 장치의 일 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 3 은, 본 발명의 실시형태 1 에 있어서의 연료 유통 경로 내의 층상 액체의 일 구성예를 나타내는 도면이다.
도 4 는, 본 발명의 실시형태 1 에 있어서의 주수 타이밍의 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 는, 본 발명의 실시형태 1 에 있어서의 주수층간의 연료량의 조정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 은, 본 발명의 실시형태 1 에 있어서의 층상 액체의 엔진 부하에 따른 분사량의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7 은, 본 발명의 실시형태 2 에 관련된 연료 분사 장치의 일 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 8 은, 본 발명의 실시형태 2 에 있어서의 주수 타이밍의 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 는, 본 발명의 실시형태 2 에 있어서의 주수층간의 연료량의 조정을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 관련된 연료 분사 장치의 바람직한 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시형태에 의해서 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또, 도면은 모식적인 것이고, 각 요소의 치수의 관계, 각 요소의 비율 등은, 현실의 것과는 상이한 경우가 있음에 유의할 필요가 있다. 도면의 상호간에 있어서도, 서로의 치수의 관계나 비율이 상이한 부분이 포함되어 있는 경우가 있다. 또, 각 도면에 있어서, 동일 구성 부분에는 동일 부호가 붙여져 있다.

(실시형태 1)

먼저, 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 연료 분사 장치가 적용된 선박용 디젤 엔진의 구성에 대해서 설명한다. 도 1 은, 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 연료 분사 장치가 적용된 선박용 디젤 엔진의 일 구성예를 나타내는 모식도이다. 이 선박용 디젤 엔진 (10) 은, 프로펠러축을 개재하여 선박의 추진용 프로펠러 (모두 도시 생략) 를 회전 운동시키는 추진용의 기관 (주기관) 이다. 예를 들어, 선박용 디젤 엔진 (10) 은, 유니 플로 소기-배기식의 크로스 헤드식 디젤 엔진 등의 2 스트로크 디젤 엔진이다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 선박용 디젤 엔진 (10) 은, 하방에 위치하는 대판 (臺板) (1) 과, 대판 (1) 상에 형성되는 가구 (架構) (5) 와, 가구 (5) 상에 형성되는 실린더 재킷 (11) 을 구비한다. 이들 대판 (1) 과 가구 (5) 와 실린더 재킷 (11) 은, 상하 방향으로 연장되는 복수의 타이 볼트 (연결 부재) (21) 및 너트 (22) 에 의해서, 일체로 체결되어 고정되어 있다. 또, 선박용 디젤 엔진 (10) 은, 실린더 재킷 (11) 에 형성되는 실린더 (12) 와, 실린더 (12) 내에 형성되는 피스톤 (15) 과, 피스톤 (15) 의 왕복 운동에 연동되어 회전하는 출력축 (예를 들어, 크랭크 샤프트 (2)) 을 구비한다.

대판 (1) 은, 선박용 디젤 엔진 (10) 의 크랭크 케이스를 구성하는 것이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 대판 (1) 내에는, 크랭크 (4) 를 갖는 크랭크 샤프트 (2) 와 베어링 (3) 이 형성된다. 크랭크 샤프트 (2) 는, 선박의 추진력을 출력하는 출력축의 일례로서, 베어링 (3) 에 의해서 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 이 크랭크 샤프트 (2) 에는, 크랭크 (4) 를 개재하여 연접봉 (6) 의 하단부가 자유롭게 회동할 수 있도록 연결되어 있다.

가구 (5) 에는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 연접봉 (6) 과, 가이드판 (7) 과, 크로스 헤드 (8) 가 형성된다. 가구 (5) 는, 피스톤 축 방향을 따라서 형성되는 가이드판 (7) 이 폭 방향으로 간격을 두고 1 쌍을 이루도록 배치되어 있다. 연접봉 (6) 은, 그 하단부가 크랭크 샤프트 (2) 에 연접된 양태로, 1 쌍의 가이드판 (7) 사이에 배치되어 있다. 크로스 헤드 (8) 에는, 피스톤봉 (16) 의 하단부에 접속되는 크로스 헤드핀 (9) 과, 연접봉 (6) 의 상단부에 접속되는 크로스 헤드 베어링 (도시 생략) 이, 크로스 헤드핀 (9) 의 하반부에 있어서 각각 자유롭게 회동할 수 있도록 연결된다. 이 크로스 헤드 (8) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이 1 쌍의 가이드판 (7) 사이에 배치되고, 이 1 쌍의 가이드판 (7) 을 따라서 자유롭게 이동할 수 있도록 지지되어 있다.

실린더 재킷 (11) 은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 가구 (5) 의 상부에 형성되고, 실린더 (12) 를 지지한다. 실린더 (12) 는, 실린더 라이너 (13) 와 실린더 커버 (14) 에 의해서 구성되는 통상의 구조체 (기통) 로서, 연료를 연소시키기 위한 연소실 (17) 을 갖는다. 실린더 라이너 (13) 는, 예를 들어 원통 형상의 구조체로서, 실린더 재킷 (11) 내에 배치된다. 실린더 라이너 (13) 의 상부에는 실린더 커버 (14) 가 고정되고, 이것에 의해서 실린더 라이너 (13) 내의 공간부 (연소실 (17) 등) 가 구획된다. 이 실린더 라이너 (13) 의 공간부 내에는, 피스톤 (15) 이 피스톤 축 방향 (도 1 에서는 상하 방향) 으로 자유롭게 왕복 운동할 수 있도록 형성된다. 이 피스톤 (15) 의 하단부에는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 피스톤봉 (16) 의 상단부가 연결되어 있다.

또, 실린더 커버 (14) 에는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 배기 밸브 (18) 와 밸브 구동 장치 (19) 가 형성되어 있다. 배기 밸브 (18) 는, 실린더 (12) 내의 연소실 (17) 로 통하는 배기관 (20) 의 배기구 (배기 포트) 를 개폐 가능하게 폐지 (閉止) 하는 밸브이다. 밸브 구동 장치 (19) 는, 배기 밸브 (18) 를 개폐 구동시키는 장치이다. 연소실 (17) 은, 이와 같은 배기 밸브 (18) 와, 상기 서술한 실린더 라이너 (13), 실린더 커버 (14) 및 피스톤 (15) 에 의해서 둘러싸인 공간이다.

또, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 선박용 디젤 엔진 (10) 은, 연료 분사 밸브 (30) 와, 연료 분사 펌프 (41) 와, 제 1 주수 펌프 (51) 와, 제 2 주수 펌프 (61) 를 구비한다. 연료 분사 밸브 (30) 는, 연소실 (17) 내로 분사구를 향하게 하는 양태로 실린더 (12) (예를 들어, 실린더 커버 (14)) 에 형성된다. 연료 분사 펌프 (41), 제 1 주수 펌프 (51) 및 제 2 주수 펌프 (61) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 실린더 (12) 근방에 형성된다. 도 1 에는 도시하지 않지만, 연료 분사 펌프 (41), 제 1 주수 펌프 (51) 및 제 2 주수 펌프 (61) 는, 각각 배관 등을 통해 연료 분사 밸브 (30) 와 연통 가능하게 접속되어 있다. 연료 분사 펌프 (41) 는, 배관 등에 의한 유통 경로를 통해서 연료 분사 밸브 (30) 에 연료를 적절히 압송한다. 제 1 주수 펌프 (51) 및 제 2 주수 펌프 (61) 는, 각각 연료 분사 펌프 (41) 에 의해서 압송되는 연료의 유통 경로 내에 증류수 등의 물을 적절히 주입한다. 예를 들어, 제 1 주수 펌프 (51) 에 의한 주수 위치는, 제 2 주수 펌프 (61) 에 의한 주수 위치보다 연료의 유통 경로의 하류측이다. 연료 분사 밸브 (30) 는, 연료 분사 펌프 (41) 에 의해서 압송된 연료와, 제 1 주수 펌프 (51) 에 의해서 주입된 물과, 제 2 주수 펌프 (61) 에 의해서 주입된 물을, 연료 분사 펌프 (41) 의 압송 작용에 의해서, 연소실 (17) 에 교대로 분사 (즉 층상으로 분사) 한다.

상기 서술한 바와 같은 구성을 갖는 선박용 디젤 엔진 (10) 에 있어서, 실린더 (12) 내의 연소실 (17) 에는, 연료 분사 밸브 (30) 로부터 연료 및 물이 공급되며, 또한, 압축 공기 등의 연소용 가스가 소기 포트 등 (도시 생략) 을 통해서 공급된다. 연소실 (17) 내에 있어서는, 공급된 연료가 연소용 가스에 의해서 연소됨과 함께, 공급된 물에 의해서 연료의 연소 온도가 저하되어 NOx 의 배출량이 저감된다. 그리고, 연소실 (17) 에서의 연료의 연소에 의해서 발생된 에너지에 의해서, 피스톤 (15) 은 실린더 (12) 내를 피스톤 축 방향으로 왕복 운동한다. 이 때, 밸브 구동 장치 (19) 에 의해서 배기 밸브 (18) 가 작동하여 실린더 (12) 가 개방되면, 연료의 연소에 의해서 발생된 배기 가스가 배기관 (20) 으로 밀려 나온다. 한편, 실린더 (12) 에는 소기 포트로부터 새로이 연소용 가스가 도입된다.

또, 피스톤 (15) 이 상기 서술한 바와 같이 피스톤 축 방향으로 왕복 운동하면, 피스톤 (15) 과 함께 피스톤봉 (16) 이 피스톤 축 방향으로 왕복 운동한다. 이에 수반하여, 크로스 헤드 (8) 는, 가이드판 (7) 을 따라서 피스톤 축 방향으로 왕복 운동한다. 이로써, 크로스 헤드 (8) 의 크로스 헤드핀 (9) 은, 크로스 헤드 베어링을 개재하여 연접봉 (6) 에 회전 구동력을 가한다. 이 회전 구동력에 의해서, 연접봉 (6) 의 하단부에 접속되는 크랭크 (4) 가 크랭크 운동 (회전 운동) 하고, 이 결과, 크랭크 샤프트 (2) 가 회전한다. 크랭크 샤프트 (2) 는, 이와 같이 피스톤 (15) 의 왕복 운동을 회전 운동으로 변환시켜 프로펠러축과 함께 선박의 추진용 프로펠러를 회전시키고, 이로써 선박의 추진력을 출력한다.

다음으로, 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 연료 분사 장치의 구성에 대해서 설명한다. 도 2 는, 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 연료 분사 장치의 일 구성예를 나타내는 모식도이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 이 연료 분사 장치 (100) 는, 복수 (본 실시형태 1 에서는 3 개) 의 연료 분사 밸브 (30) 와, 연료 압송 계통 (40) 과, 하류측 주수 계통 (50) 과, 상류측 주수 계통 (60) 을 구비한다. 또, 연료 분사 장치 (100) 는, 물 공급 펌프 (71) 와, 급수관 (72) 과, 역지 밸브 (73a, 73b) 와, 축압부 (81) 와, 고압 펌프 (82) 와, 검출부 (91) 와, 제어부 (92) 를 구비한다. 또한, 도 2 에 있어서, 실선 화살표는 연료나 물 등의 유체의 유통을 나타내고, 파선 화살표는 전기 신호선을 나타낸다.

복수의 연료 분사 밸브 (30) 는, 선박용 디젤 엔진 (10) 의 실린더 (12) 내의 연소실 (17) (도 1 참조) 로 연료 및 물을 층상으로 분사하기 위한 분사 밸브이다. 이들 복수의 연료 분사 밸브 (30) 는, 선박용 디젤 엔진 (10) 의 복수 (도 1 에서는 1 개만 도시되어 있다) 의 실린더 (12) 에 각각 형성된다. 이하에서는, 이들 복수의 연료 분사 밸브 (30) 중 하나를 예시하여 연료 분사 밸브 (30) 의 구성 등을 설명한다. 또한, 이들 복수의 연료 분사 밸브 (30) 는, 각각 동일하게 구성되어 있다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 연료 분사 밸브 (30) 는, 배관 등을 통해 연료 압송 계통 (40) 의 연료 분사 펌프 (41) 와 연통 가능하게 접속되어 있다. 연료 분사 밸브 (30) 는, 배관 등을 통해 하류측 주수 계통 (50) 및 상류측 주수 계통 (60) 으로 연통 가능하게 접속되어 있다. 연료 분사 밸브 (30) 는, 연료 분사 펌프 (41) 에 의해서 압송된 연료와, 하류측 주수 계통 (50) 에 의해서 주입된 물과, 상류측 주수 계통 (60) 에 의해서 주입된 물을 분사구 (31) 로부터 실린더 (12) 내의 연소실 (17) 에 층상으로 분사한다.

상세하게는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 연료 분사 밸브 (30) 는, 분사구 (31) 와, 이 분사구 (31) 에 통하는 내부 유통 경로 (32, 33) 와, 역지 밸브 (34a, 34b) 를 갖는다. 일방의 내부 유통 경로 (32) 는, 분사 대상의 연료 및 물을 유통시키기 위한 유통 경로이다. 이 내부 유통 경로 (32) 는, 일단부가 연료 분사 밸브 (30) 의 분사구 (31) 에 접속되며 또한 타단부가 연료 분사관 (42) (예를 들어, 분기관 (42a)) 에 접속되어 있다. 또, 이 내부 유통 경로 (32) 의 상류측의 위치 (본 실시형태 1 에서는 제 1 주수 위치 (P1) 보다 상류측의 제 2 주수 위치 (P2)) 에는, 역지 밸브 (34a) 를 개재하여 상류측 주수 계통 (60) 의 배관 (예를 들어, 상류측 주수관 (62) 의 분기관 (62a)) 이 접속되어 있다. 타방의 내부 유통 경로 (33) 는, 상기 내부 유통 경로 (32) 에 주입되는 물을 유통시키기 위한 유통 경로이다. 이 내부 유통 경로 (33) 는, 일단부가 상기 내부 유통 경로 (32) 의 분사구 (31) 근방의 위치 (본 실시형태 1 에서는 제 1 주수 위치 (P1)) 에 접속되며 또한 타단부가 하류측 주수 계통 (50) 의 배관 (예를 들어, 하류측 주수관 (52) 의 분기관 (52a) 에 접속되어 있다.

역지 밸브 (34a) 는, 상류측 주수 계통 (60) 으로부터 연료 분사 밸브 (30) 의 내부 유통 경로 (32) 를 향하는 물의 유통을 가능하게 하여, 이 역류를 방지한다. 역지 밸브 (34b) 는, 내부 유통 경로 (33) 의 중도부에 형성된다. 역지 밸브 (34b) 는, 하류측 주수 계통 (50) 으로부터 연료 분사 밸브 (30) 의 내부 유통 경로 (33) 를 통해서 내부 유통 경로 (32) 를 향하는 물의 유통을 가능하게 하여, 이 역류를 방지한다.

연료 압송 계통 (40) 은, 연료 분사 밸브 (30) 에 연료를 압송하기 위한 설비이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 연료 압송 계통 (40) 은, 연료 분사 펌프 (41) 와, 연료 분사관 (42) 과, 제어 밸브 (45) 를 구비한다.

연료 분사 펌프 (41) 는, 작동유의 압력을 이용하여 연료의 압송을 행하는 유압 구동식의 펌프이다. 상세하게는, 연료 분사 펌프 (41) 는, 배관 등을 통해서 연료 탱크 (도시 생략) 로부터 연료를 받아 들인다. 연료 분사 펌프 (41) 는, 이 받아 들인 연료를, 연료 분사관 (42) 을 통해서 연료 분사 밸브 (30) 로 압송한다. 또, 연료 분사 펌프 (41) 의 압송 작용은, 분사구 (31) 로부터 실린더 (12) 내의 연소실 (17) 에 대한 연료 및 물의 층상 분사를 연료 분사 밸브 (30) 에 행하게 한다.

연료 분사관 (42) 은, 연료 분사 펌프 (41) 와 연료 분사 밸브 (30) 사이에 연료를 유통시키기 위한 배관이다. 예를 들어, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 연료 분사관 (42) 의 일단부는, 연료 분사 펌프 (41) 의 토출구에 접속되어 있다. 또, 연료 분사관 (42) 의 중도부에는, 분기부 (43) 가 형성되어 있다. 연료 분사관 (42) 은, 이 분기부 (43) 로부터 타단부를 향하여 복수의 분기관 (본 실시형태 1 에서는 3 개의 분기관 (42a, 42b, 42c)) 으로 분기되어 있다. 예를 들어, 연료 분사관 (42) 의 분기관 (42a, 42b, 42c) 중, 분기관 (42a) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이 1 개의 연료 분사 밸브 (30) 의 내부 유통 경로 (32) 에 접속되어 있다. 연료 분사관 (42) 은, 분기관 (42a) 을 통해, 이 연료 분사 밸브 (30) 와 연료 분사 펌프 (41) 를 연통시킨다. 이와 마찬가지로, 나머지의 분기관 (42b, 42c) 은, 다른 각 연료 분사 밸브 (30) 에 각각 접속되어 있다.

제어 밸브 (45) 는, 축압부 (81) 로부터 연료 분사 펌프 (41) 에 대한 작동유의 공급을 제어하기 위한 밸브이다. 구체적으로는, 제어 밸브 (45) 는, 전자 밸브 등의 전동식의 개폐 밸브에 의해서 구성되고, 도시하지 않지만, 제어 밸브 (45) 에 의해서 구동되는 로직 밸브의 개폐에 의해서, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 연료 분사 펌프 (41) 와 축압부 (81) 를 연통 가능하게 형성된다. 제어 밸브 (45) 는, 연료의 분사 타이밍에 열림 상태가 되어, 축압부 (81) 내의 작동유를 연료 분사 펌프 (41) 에 공급한다. 연료 분사 펌프 (41) 는, 이 공급된 작동유의 압력을 이용하여, 연료 분사 밸브 (30) 에 연료를 압송한다. 한편, 제어 밸브 (45) 는, 연료의 분사 타이밍 이외의 기간, 닫힘 상태가 되어, 축압부 (81) 로부터 연료 분사 펌프 (41) 에 대한 작동유의 공급을 정지한다. 이와 같은 제어 밸브 (45) 의 개폐 구동의 타이밍은, 제어부 (92) 에 의해서 제어된다.

하류측 주수 계통 (50) 은, 본 실시형태 1 에 있어서의 연료 유통 경로의 제 1 주수 위치 (P1) 에 물을 주입하는 제 1 주수 계통의 일례이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 하류측 주수 계통 (50) 은, 제 1 주수 펌프 (51) 와, 하류측 주수관 (52) 과, 역지 밸브 (54) 와, 제어 밸브 (55) 를 구비한다.

제 1 주수 펌프 (51) 는, 작동유의 압력을 이용하여 주수를 행하는 유압 구동식의 펌프이다. 상세하게는, 제 1 주수 펌프 (51) 는, 급수관 (72) 등을 통해서 물 공급 펌프 (71) 로부터 물을 받아 들인다. 제 1 주수 펌프 (51) 는, 이 받아 들인 물을, 하류측 주수관 (52) 및 연료 분사 밸브 (30) 의 내부 유통 경로 (33) 를 통해서, 연료 분사 밸브 (30) 의 내부 유통 경로 (32) 에 압송한다. 이로써, 제 1 주수 펌프 (51) 는, 본 실시형태 1 에 있어서의 연료 유통 경로의 제 1 주수 위치 (P1) 에 물을 주입한다.

하류측 주수관 (52) 은, 제 1 주수 펌프 (51) 에 의해서 연료 유통 경로의 제 1 주수 위치 (P1) 에 주입되는 물을 유통시키기 위한 배관이다. 예를 들어, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 하류측 주수관 (52) 의 일단부는, 제 1 주수 펌프 (51) 의 토출구에 접속되어 있다. 또, 하류측 주수관 (52) 의 중도부에는, 분기부 (53) 가 형성되어 있다. 하류측 주수관 (52) 은, 이 분기부 (53) 로부터 타단부를 향하여 복수의 분기관 (본 실시형태 1 에서는 3 개의 분기관 (52a, 52b, 52c) 으로 분기되어 있다. 예를 들어, 하류측 주수관 (52) 의 분기관 (52a, 52b, 52c) 중, 분기관 (52a) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이 1 개의 연료 분사 밸브 (30) 의 내부 유통 경로 (33) 에 접속되어 있다. 하류측 주수관 (52) 은, 분기관 (52a) 을 통해, 이 연료 분사 밸브 (30) 의 내부 유통 경로 (33) 와 제 1 주수 펌프 (51) 를 연통시킨다. 이와 마찬가지로, 나머지의 분기관 (52b, 52c) 은, 다른 각 연료 분사 밸브 (30) 에 각각 접속되어 있다.

역지 밸브 (54) 는, 하류측 주수관 (52) 내에서의 물의 유통 방향을 일방향으로 규제하여 물의 역류를 방지하기 위한 밸브이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 역지 밸브 (54) 는, 하류측 주수관 (52) 의 중도부 (예를 들어, 제 1 주수 펌프 (51) 와 분기부 (53) 사이의 부위) 에 형성된다. 역지 밸브 (54) 는, 제 1 주수 펌프 (51) 측으로부터 연료 유통 경로측 (본 실시형태 1 에서는 연료 분사 밸브 (30) 의 내부 유통 경로 (32, 33측)) 을 향하는 물의 유통을 가능하게 하여, 이 역류를 방지한다.

제어 밸브 (55) 는, 축압부 (81) 로부터 제 1 주수 펌프 (51) 에 대한 작동유의 공급을 제어하기 위한 밸브이다. 구체적으로는, 제어 밸브 (55) 는, 전자 밸브 등의 전동식의 개폐 밸브에 의해서 구성되고, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 제 1 주수 펌프 (51) 와 축압부 (81) 를 연통 가능하게 형성된다. 제어 밸브 (55) 는, 제 1 주수 펌프 (51) 으로부터의 물을 연료 유통 경로에 주입하는 기간 (이하, 적당히 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 기간이라고 한다) 에 열림 상태가 되어, 축압부 (81) 내의 작동유를 제 1 주수 펌프 (51) 에 공급한다. 제 1 주수 펌프 (51) 는, 이 공급된 작동유의 압력을 이용하여, 연료 유통 경로의 제 1 주수 위치 (P1) 에 물을 압송하여 주입한다. 한편, 제어 밸브 (55) 는, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 기간 이외의 기간, 닫힘 상태가 되어, 축압부 (81) 로부터 제 1 주수 펌프 (51) 에 대한 작동유의 공급을 정지한다. 이와 같은 제어 밸브 (55) 의 개폐 구동의 타이밍은, 제어부 (92) 에 의해서 제어된다.

상류측 주수 계통 (60) 은, 본 실시형태 1 에 있어서의 연료 유통 경로의 제 2 주수 위치 (P2) 에 물을 주입하는 제 2 주수 계통의 일례이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 상류측 주수 계통 (60) 은, 제 2 주수 펌프 (61) 와, 상류측 주수관 (62) 과, 역지 밸브 (64) 와, 제어 밸브 (65) 를 구비한다.

제 2 주수 펌프 (61) 는, 작동유의 압력을 이용하여 주수를 행하는 유압 구동식의 펌프이다. 상세하게는, 제 2 주수 펌프 (61) 는, 급수관 (72) 등을 통해서 물 공급 펌프 (71) 로부터 물을 받아 들인다. 제 2 주수 펌프 (61) 는, 이 받아 들인 물을, 상류측 주수관 (62) 을 통해서 연료 분사 밸브 (30) 의 내부 유통 경로 (32) 에 압송한다. 이로써, 제 2 주수 펌프 (61) 는, 본 실시형태 1 에 있어서의 연료 유통 경로의 제 2 주수 위치 (P2) 에 물을 주입한다.

상류측 주수관 (62) 은, 제 2 주수 펌프 (61) 에 의해서 연료 유통 경로의 제 2 주수 위치 (P2) 에 주입되는 물을 유통시키기 위한 배관이다. 예를 들어, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 상류측 주수관 (62) 의 일단부는, 제 2 주수 펌프 (61) 의 토출구에 접속되어 있다. 또, 상류측 주수관 (62) 의 중도부에는, 분기부 (63) 가 형성되어 있다. 상류측 주수관 (62) 은, 이 분기부 (63) 로부터 타단부를 향하여 복수의 분기관 (본 실시형태 1 에서는 3 개의 분기관 (62a, 62b, 62c)) 으로 분기되어 있다. 예를 들어, 상류측 주수관 (62) 의 분기관 (62a, 62b, 62c) 중, 분기관 (62a) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이 역지 밸브 (34a) 를 개재하여 1 개의 연료 분사 밸브 (30) 의 내부 유통 경로 (32) 에 접속되어 있다. 상류측 주수관 (62) 은, 분기관 (62a) 을 통해, 이 연료 분사 밸브 (30) 의 내부 유통 경로 (32) 와 제 2 주수 펌프 (61) 를 연통시킨다. 이와 마찬가지로, 나머지의 분기관 (62b, 62c) 은, 다른 각 연료 분사 밸브 (30) 에 각각 접속되어 있다.

역지 밸브 (64) 는, 상류측 주수관 (62) 내에서의 물의 유통 방향을 일방향으로 규제하여 물의 역류를 방지하기 위한 밸브이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 역지 밸브 (64) 는, 상류측 주수관 (62) 의 중도부 (예를 들어, 제 2 주수 펌프 (61) 와 분기부 (63) 사이의 부위) 에 형성된다. 역지 밸브 (64) 는, 제 2 주수 펌프 (61) 측으로부터 연료 유통 경로측 (본 실시형태 1 에서는 연료 분사 밸브 (30) 의 내부 유통 경로 (32) 측) 을 향하는 물의 유통을 가능하게 하여, 이 역류를 방지한다.

제어 밸브 (65) 는, 축압부 (81) 로부터 제 2 주수 펌프 (61) 에 대한 작동유의 공급을 제어하기 위한 밸브이다. 구체적으로는, 제어 밸브 (65) 는, 전자 밸브 등의 전동식의 개폐 밸브에 의해서 구성되고, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 제 2 주수 펌프 (61) 와 축압부 (81) 를 연통 가능하게 형성된다. 제어 밸브 (65) 는, 제 2 주수 펌프 (61) 로부터의 물을 연료 유통 경로에 주입하는 기간 (이하, 적당히 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 기간이라고 한다) 에 열림 상태가 되어, 축압부 (81) 내의 작동유를 제 2 주수 펌프 (61) 에 공급한다. 제 2 주수 펌프 (61) 는, 이 공급된 작동유의 압력을 이용하여, 연료 유통 경로의 제 2 주수 위치 (P2) 에 물을 압송하여 주입한다. 한편, 제어 밸브 (65) 는, 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 기간 이외의 기간, 닫힘 상태가 되어, 축압부 (81) 로부터 제 2 주수 펌프 (61) 에 대한 작동유의 공급을 정지한다. 이와 같은 제어 밸브 (65) 의 개폐 구동의 타이밍은, 제어부 (92) 에 의해서 제어된다.

여기서, 본 실시형태 1 에 있어서의 연료 유통 경로는, 연료 분사 펌프 (41) 로부터 연료 분사 밸브 (30) 의 분사구 (31) 에 이르는 연료의 유통 경로이다. 예를 들어, 이 연료 유통 경로는, 분기관 (42a ∼ 42c) 등을 포함하는 연료 분사관 (42) 과, 연료 분사 밸브 (30) 의 내부 유통 경로 (32) 에 의해서 형성된다. 제 1 주수 위치 (P1) 는, 이 연료 유통 경로에 있어서의 소정의 위치이다. 본 실시형태 1 에 있어서, 제 1 주수 위치 (P1) 는, 예를 들어 도 2 에 나타내는 바와 같이, 연료 분사 밸브 (30) 의 내부 유통 경로 (32) 중 분사구 (31) 근방의 위치, 즉, 연료 유통 경로에 있어서의 연료의 유통 방향 최하류에 존재하는 소정량의 연료 (후술하는 도 3 에 나타내는 제 1 연료층 (F1) 의 연료) 와 가장 가까운 상류의 위치이다. 제 2 주수 위치 (P2) 는, 이 연료 유통 경로 중, 하류측 주수 계통 (50) 보다 연료의 유통 방향 상류측의 위치이다. 본 실시형태 1 에 있어서, 제 2 주수 위치 (P2) 는, 예를 들어 도 2 에 나타내는 바와 같이, 연료 분사 밸브 (30) 의 내부 유통 경로 (32) 중 연료 분사 펌프 (41) 측의 위치, 즉, 제 1 주수 위치 (P1) 보다 연료의 유통 방향 상류측의 위치이다. 또한, 본 실시형태 1 에 있어서, 연료의 유통 방향은, 연료 분사 펌프 (41) 로부터 연료 분사관 (42) 등을 통해서 연료 분사 밸브 (30) 의 분사구 (31) 를 향하는 방향이다.

물 공급 펌프 (71) 는, 상기 서술한 연료 유통 경로에 주입되는 물을 제 1 주수 펌프 (51) 및 제 2 주수 펌프 (61) 에 공급하기 위한 펌프이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 물 공급 펌프 (71) 는, 급수관 (72) 등을 통해 제 1 주수 펌프 (51) 및 제 2 주수 펌프 (61) 와 연통 가능하게 접속된다. 급수관 (72) 의 일단부는, 물 공급 펌프 (71) 에 접속되어 있다. 또, 급수관 (72) 은, 중도부에서 분기관 (72a, 72b) 으로 분기되어 있다. 급수관 (72) 의 일방의 분기관 (72a) 은, 역지 밸브 (73a) 를 개재하여 제 1 주수 펌프 (51) 에 접속되어 있다. 급수관 (72) 의 타방의 분기관 (72b) 은, 역지 밸브 (73b) 를 개재하여 제 2 주수 펌프 (61) 에 접속되어 있다. 물 공급 펌프 (71) 는, 급수 탱크 (도시 생략) 에 저류되어 있는 물을, 급수관 (72) 의 분기관 (72a) 등을 통해서 제 1 주수 펌프 (51) 에 공급함과 함께, 급수관 (72) 의 분기관 (72b) 등을 통해서 제 2 주수 펌프 (61) 에 공급한다. 역지 밸브 (73a) 는, 물 공급 펌프 (71) 측으로부터 제 1 주수 펌프 (51) 측을 향하는 물의 유통을 가능하게 하여, 이 역류를 방지한다. 역지 밸브 (73b) 는, 물 공급 펌프 (71) 측으로부터 제 2 주수 펌프 (61) 측을 향하는 물의 유통을 가능하게 하여, 이 역류를 방지한다.

축압부 (81) 는, 연료 압송 계통 (40), 하류측 주수 계통 (50) 및 상류측 주수 계통 (60) 을 각각 작동시키는 작동유의 압력을 축적하는 것이다. 축압부 (81) 는, 작동유를 저장 가능한 축압실을 내부에 형성하는 중공의 구조체로서, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 배관 등을 통해 고압 펌프 (82) 와 연통 가능하게 접속된다. 축압부 (81) 는, 고압 펌프 (82) 로부터 토출 (압송) 된 작동유를 내부의 축압실에 저류하고, 이로써, 작동유의 압력을 축적한다. 이와 같이 축압부 (81) 에 축적되는 작동유의 압력은, 고압 펌프 (82) 로부터 축압부 (81) 에 대한 작동유의 토출량에 의해서 조정된다. 축압부 (81) 에 축적된 작동유의 압력은, 연료 압송 계통 (40) 의 연료 분사 펌프 (41) 의 작동과, 하류측 주수 계통 (50) 의 제 1 주수 펌프 (51) 의 작동과, 상류측 주수 계통 (60) 의 제 2 주수 펌프 (61) 의 작동에 공용 (共用) 된다.

검출부 (91) 는, 선박용 디젤 엔진 (10) (도 1 참조) 의 크랭크 각도를 검출하는 것이다. 본 실시형태 1 에 있어서, 검출부 (91) 는, 실린더 (12) 내에서의 피스톤 (15) 의 1 사이클의 왕복 운동에 수반하여 회전 운동하는 크랭크 (4) 의 회전 각도 (즉 크랭크 각도) 를 검출한다. 이 때, 검출부 (91) 는, 크랭크 (4) 의 기준 상태로부터의 회전 각도를 크랭크 각도로서 검출한다. 또한, 크랭크 (4) 의 기준 상태로는, 예를 들어, 피스톤 (15) 이 하사점 또는 상사점에 위치할 때의 크랭크 (4) 상태 등을 들 수 있다. 검출부 (91) 는, 시간의 경과에 수반하여 크랭크 각도를 검출하고, 그때마다, 검출된 크랭크 각도를 나타내는 전기 신호를 제어부 (92) 에 송신한다.

제어부 (92) 는, 연료 및 물의 층상 분사 타이밍과, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 타이밍과, 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 타이밍을 제어한다. 본 실시형태 1 에 있어서, 연료 및 물의 층상 분사 타이밍은, 선박용 디젤 엔진 (10) 의 실린더 (12) 내의 연소실 (17) (도 1 참조) 에 연료 분사 밸브 (30) 로부터 연료 및 물을 층상으로 분사하는 타이밍을 의미한다. 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 타이밍은, 제 1 주수 펌프 (51) 에 의해서 연료 유통 경로의 제 1 주수 위치 (P1) 에 주수를 개시하는 주수 개시 타이밍과, 이 제 1 주수 위치 (P1) 에 대한 주수를 종료하는 주수 종료 타이밍을 의미한다. 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 타이밍은, 제 2 주수 펌프 (61) 에 의해서 연료 유통 경로의 제 2 주수 위치 (P2) 에 주수를 개시하는 주수 개시 타이밍과, 이 제 2 주수 위치 (P2) 에 대한 주수를 종료하는 주수 종료 타이밍을 의미한다.

구체적으로는, 제어부 (92) 는, 각종 프로그램을 실행하기 위한 CPU, 메모리 및 시퀀서 등에 의해서 구성된다. 제어부 (92) 는, 검출부 (91) 로부터 전기 신호를 수신하고, 수신된 전기 신호에 나타나는 크랭크 각도가 소정의 회전 각도가 되는 타이밍에 열림 상태가 되도록, 연료 압송 계통 (40) 의 제어 밸브 (45) 의 개폐 구동을 제어한다. 제어부 (92) 는, 이 제어 밸브 (45) 의 개폐 구동의 제어를 통하여, 연료 분사 펌프 (41) 의 작동 타이밍을 제어한다. 이로써, 제어부 (92) 는, 연료 분사 밸브 (30) 로부터 연소실 (17) 에 대한 연료 및 물의 층상 분사 타이밍을 제어한다.

이 층상 분사 타이밍에서는, 연료 분사 펌프 (41) 에 의해서 연료 유통 경로에 압송된 연료 중 엔진 부하에 따른 필요량의 연료와, 제 1 주수 펌프 (51) 에 의해서 연료 유통 경로의 제 1 주수 위치 (P1) 에 주입된 물과, 제 2 주수 펌프 (61) 에 의해서 연료 유통 경로의 제 2 주수 위치 (P2) 에 주입된 물이, 연료 분사 펌프 (41) 의 압송 작용에 의해서 연료 분사 밸브 (30) 로부터 연소실 (17) 에 층상으로 분사된다. 그 후, 이 연료 유통 경로 (본 실시형태 1 에서는 연료 분사관 (42) 및 연료 분사 밸브 (30) 의 내부 유통 경로 (32) 에 의해서 구성되는 연료 유통 경로) 는, 분사되지 않고 남은 연료로 채워진 상태가 된다.

또, 제어부 (92) 는, 상기 서술한 연료 및 물의 층상 분사 타이밍 이외의 기간에 있어서, 연료로 채워진 상태에 있는 연료 유통 경로의 제 1 주수 위치 (P1) 및 제 2 주수 위치 (P2) 에 물을 각각 주입하도록, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 타이밍 및 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 타이밍을 제어한다. 이 때, 제어부 (92) 는, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 기간과 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 기간의 적어도 일부가 겹치도록, 선박용 디젤 엔진 (10) 의 엔진 부하에 따라서, 하류측 주수 계통 (50) 의 제 1 주수 펌프 (51) 에 의한 주수 개시 타이밍과 상류측 주수 계통 (60) 의 제 2 주수 펌프 (61) 에 의한 주수 개시 타이밍을 제어한다.

본 실시형태 1 에서는, 연료로 채워진 상태에 있는 연료 유통 경로의 제 1 주수 위치 (P1) 및 제 2 주수 위치 (P2) 에 물을 각각 주입함으로써, 이들 연료 및 물의 각 층으로 이루어지는 층상 액체가 연료 유통 경로 내에 형성된다. 도 3 은, 본 발명의 실시형태 1 에 있어서의 연료 유통 경로 내의 층상 액체의 일 구성예를 나타내는 도면이다. 도 3 에 있어서, 분사구측은, 연료 분사 밸브 (30) 의 분사구 (31) 측, 즉, 연료 유통 경로에 있어서의 연료의 유통 방향 하류측이다. 연료 분사 펌프측은, 연료 압송 계통 (40) 의 연료 분사 펌프 (41) 측, 즉, 연료 유통 경로에 있어서의 연료의 유통 방향 상류측이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 이 층상 액체 (200) 는, 분사구측으로부터 연료 분사 펌프측을 향하여 배열된 복수의 액체층, 예를 들어, 제 1 액체층 (L1), 제 2 액체층 (L2), 제 3 액체층 (L3), 제 4 액체층 (L4) 및 제 5 액체층 (L5) 에 의해서 구성된다.

제 1 액체층 (L1) 은, 층상 액체 (200) 중 최하류의 액체층이다. 층상 액체 (200) 는, 이 제 1 액체층 (L1) 으로서 제 1 연료층 (F1) 을 포함한다. 제 1 연료층 (F1) 은, 층상 액체 (200) 에 포함되는 복수 (도 3 에서는 3 개) 의 연료층 중, 분사구측부터 세어 1 층째의 연료층이고, 연료의 유통 방향 최하류에 존재하는 소정량의 연료로 이루어진다.

제 2 액체층 (L2) 은, 층상 액체 (200) 중 제 1 액체층 (L1) 과 가장 가까운 상류의 액체층이다. 층상 액체 (200) 는, 이 제 2 액체층 (L2) 으로서 제 1 주수층 (W1) 을 포함한다. 제 1 주수층 (W1) 은, 층상 액체 (200) 에 포함되는 복수 (도 3 에서는 2 개) 의 주수층 중, 분사구측부터 세어 1 층째의 주수층이다. 이 제 1 주수층 (W1) 은, 제 1 주수 펌프 (51) 에 의해서 연료 유통 경로의 제 1 주수 위치 (P1) 에 필요량의 물이 주입됨으로써 형성된다.

제 3 액체층 (L3) 은, 층상 액체 (200) 중 제 2 액체층 (L2) 과 가장 가까운 상류의 액체층이다. 층상 액체 (200) 는, 이 제 3 액체층 (L3) 으로서 제 2 연료층 (F2) 을 포함한다. 제 2 연료층 (F2) 은, 층상 액체 (200) 에 포함되는 복수의 연료층 중, 분사구측부터 세어 2 층째의 연료층이다. 이 제 2 연료층 (F2) 은, 연료 유통 경로의 제 1 주수 위치 (P1) 에 주입된 물의 층과 제 2 주수 위치 (P2) 에 주입된 물의 층 사이에 끼워진 연료로 이루어진다.

제 4 액체층 (L4) 은, 층상 액체 (200) 중 제 3 액체층 (L3) 과 가장 가까운 상류의 액체층이다. 층상 액체 (200) 는, 이 제 4 액체층 (L4) 으로서 제 2 주수층 (W2) 을 포함한다. 제 2 주수층 (W2) 은, 층상 액체 (200) 에 포함되는 복수의 주수층 중, 분사구측부터 세어 2 층째의 주수층이다. 이 제 2 주수층 (W2) 은, 제 2 주수 펌프 (61) 에 의해서 연료 유통 경로의 제 2 주수 위치 (P2) 에 필요량의 물이 주입됨으로써 형성된다.

제 5 액체층 (L5) 은, 층상 액체 (200) 중 최상류의 액체층이다. 층상 액체 (200) 는, 이 제 5 액체층 (L5) 으로서 제 3 연료층 (F3) 을 포함한다. 제 3 연료층 (F3) 은, 층상 액체 (200) 에 포함되는 복수의 연료층 중, 분사구측부터 세어 3 층째의 연료층이다. 이 제 3 연료층 (F3) 은, 제 2 주수층 (W2) 과 가장 가까운 상류에 존재하는 연료로 이루어진다.

이와 같은 연료 및 물의 층상 액체 (200) 는, 피스톤 (15) 의 1 사이클의 왕복 운동마다, 연료 분사 밸브 (30) 의 분사구 (31) 로부터 실린더 (12) 내의 연소실 (17) 에 분사된다. 이 때, 연소실 (17) 에 대한 연료의 1 회당 분사량, 즉, 층상 액체 (200) 의 연료 분사량 Qfa 는, 제 1 연료층 (F1) 의 연료량 Qf1 과 제 2 연료층 (F2) 의 연료량 Qf2 와 제 3 연료층 (F3) 의 연료량 Qf3 의 합 (＝ Qf1 ＋ Qf2 ＋ Qf3) 에 의해서 나타내어진다. 이 층상 액체 (200) 의 연료 분사량 Qfa 는, 엔진 부하의 증가에 수반하여 증가하고, 감소에 수반하여 감소한다.

또, 층상 액체 (200) 에 있어서의 주수층간의 연료량 (본 실시형태 1 에서는 제 1 주수층 (W1) 과 제 2 주수층 (W2) 사이에 끼워진 제 2 연료층 (F2) 의 연료량 Qf2) 은, 하류측 주수 계통 (50) 및 상류측 주수 계통 (60) 의 각 주수 개시 타이밍의 제어에 의해서 조정된다. 이 때, 주수층간의 연료량 (＝ Qf2) 은, 엔진 부하에 따른 연료 분사량 Qfa 에 대해서 일정한 비율이 되도록 조정되는 것이 바람직하다.

한편, 연소실 (17) 에 대한 1 회의 연료 분사에 있어서의 물 분사량, 즉, 층상 액체 (200) 의 물 분사량 Qwa 는, 제 1 주수층 (W1) 의 주수량 Qw1 과 제 2 주수층 (W2) 의 주수량 Qw2 의 합 (＝ Qw1 ＋ Qw2) 에 의해서 나타내어진다. 이 층상 액체 (200) 의 물 분사량 Qwa 는, NOx 의 저감 및 연비의 향상을 달성하도록, 엔진 부하에 따라서 필요량에 조정된다. 이 때, 제 1 주수층 (W1) 의 주수량 Qw1 과 제 2 주수층 (W2) 의 주수량 Qw2 의 비, 즉, 하류측 주수 계통 (50) 에 의한 주수량과 상류측 주수 계통 (60) 에 의한 주수량의 비는, 일정한 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 실시형태 1 에 있어서의 주수층간의 연료량을 조정하기 위한 주수 타이밍의 제어에 대해서 설명한다. 도 4 는, 본 발명의 실시형태 1 에 있어서의 주수 타이밍의 제어를 설명하기 위한 도면이다. 도 4 에 있어서, 밸브 제어 신호 S1 은, 연료 유통 경로의 제 1 주수 위치 (P1) (도 2 참조) 에 물을 주입하는 제 1 주수 펌프 (51) 의 제어 밸브 (55) 에 대해서 개폐 구동을 지시하기 위한 제어 신호이다. 밸브 제어 신호 S2 는, 연료 유통 경로의 제 2 주수 위치 (P2) (도 2 참조) 에 물을 주입하는 제 2 주수 펌프 (61) 의 제어 밸브 (65) 에 대해서 개폐 구동을 지시하기 위한 제어 신호이다. 도 5 는, 본 발명의 실시형태 1 에 있어서의 주수층간의 연료량의 조정을 설명하기 위한 도면이다. 도 5 에 있어서, 연료 기둥 (201) 은, 본 실시형태 1 에 있어서의 연료 유통 경로 내에 잔존하는 기둥상의 연료이다.

본 실시형태 1 에 있어서, 제어부 (92) 는, 예를 들어 도 4 에 나타내는 밸브 제어 신호 S1, S2 를 제어 밸브 (55, 65) 에 각각 송신하여, 제어 밸브 (55, 65) 의 각 개폐 구동의 타이밍을 제어한다. 이로써, 제어부 (92) 는, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 기간과 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 기간의 적어도 일부가 겹치도록, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 타이밍 (1 층째 주수 타이밍) 과 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 타이밍 (2 층째 주수 타이밍) 을 엔진 부하에 따라서 제어한다. 이 때, 제어부 (92) 는, 바람직한 예로서, 하류측 주수 계통 (50) 에 의해서 주입된 물의 층과 상류측 주수 계통 (60) 에 의해서 주입된 물의 층 사이의 연료량이 엔진 부하에 따른 연료 분사량 Qfa 에 대해서 일정한 비율이 되도록, 하류측 주수 계통 (50) 및 상류측 주수 계통 (60) 의 각 주수 개시 타이밍을 제어한다.

상세하게는, 제어부 (92) 는, 엔진 부하에 따라서, 주수의 대기 시간 ΔT 를 산출한다. 대기 시간 ΔT 는, 하류측 주수 계통 (50) 및 상류측 주수 계통 (60) 중, 앞서 주수를 개시한 주수 계통의 주수 피스톤의 작동 개시시부터 그 후에 주수를 개시하는 주수 계통의 주수 피스톤의 작동 개시시까지의 시간이다. 이 대기 시간 ΔT 는, 예를 들어, 선박의 항행 상황에 따라서 선박용 디젤 엔진 (10) 에 요구되는 엔진 부하시의 엔진 회전수 (단위 시간당 엔진 회전수) 와 연료 분사량 (연료의 1 회당 분사량) 과 주수량 (분사 1 회 분의 연료 중에 주입하는 수량) 을 각각 독립 변수 x, y, z 로서 포함하는 함수 f(x, y, z) 에 의해서 다음 식 (1) 과 같이 나타내어진다. 예를 들어, 제어부 (92) 는, 엔진 부하의 증가에 수반하여 대기 시간 ΔT 가 증가하고, 엔진 부하의 감소에 수반하여 대기 시간 ΔT 가 감소하도록 대기 시간 ΔT 를 산출한다.

대기 시간 ΔT ＝ f(x, y, z) ··· (1)

또한, 이들 엔진 회전수, 연료 분사량 및 주수량은, 선박용 디젤 엔진 (10) 의 시뮬레이션이나 실험 등의 결과에 기초하여 도출할 수 있다. 제어부 (92) 에는, 이 식 (1) 이 미리 설정되어 있다.

제어부 (92) 는, 상기한 대기 시간 ΔT 로서, 예를 들어, 하류측 주수 계통 (50) 의 대기 시간 ΔT1 을 산출한다. 하류측 주수 계통 (50) 의 대기 시간 ΔT1 은, 상류측 주수 계통 (60) 이 주수를 개시하고 나서 하류측 주수 계통 (50) 이 주수를 개시할 때까지의 시간, 즉, 제 2 주수 펌프 (61) 가 작동을 개시하고 나서 제 1 주수 펌프 (51) 가 작동을 개시할 때까지의 시간이다. 제어부 (92) 는, 이 산출된 대기 시간 ΔT1 만큼, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 개시 타이밍을 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 개시 타이밍보다 지연시킨다.

구체적으로는, 제어부 (92) 는, 검출부 (91) 로부터 수신된 전기 신호에 나타내어지는 크랭크 각도를, 검출부 (91) 에 의해서 검출된 크랭크 각도 (이하, 적당히 크랭크 각도 검출치라고 한다) 로서 취득한다. 제어부 (92) 는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 크랭크 각도 검출치가 크랭크 각도 R1 이 된 타이밍 T1 에 상류측 주수 계통 (60) 의 제어 밸브 (65) 에 대해서 열림 구동을 지시한다. 이로써, 제어부 (92) 는, 상류측 주수 계통 (60) 의 제 2 주수 펌프 (61) 를 작동 개시시킨다. 이 제어에 기초하여, 제 2 주수 펌프 (61) 는, 연료 유통 경로의 제 2 주수 위치 (P2) 에 대한 주수를 개시한다. 즉, 크랭크 각도 R1 의 타이밍 T1 은, 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 개시 타이밍이다. 이 타이밍 T1 에서는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 연료 유통 경로 내의 연료 기둥 (201) 중 제 2 주수 위치 (P2) 에 대한 물 (202) 의 주입이 개시되어 있다.

또한, 전회의 연료 분사 완료 후부터 상기 주수 개시 타이밍 (타이밍 T1) 까지의 기간 내의 타이밍 T0 에서는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 연료 기둥 (201) 에 대한 주수는 개시되어 있지 않다. 이 때의 연료 기둥 (201) 의 연료량은, 상기 서술한 연료 분사량 Qfa 에 상당한다.

이어서, 제어부 (92) 는, 상기 서술한 바와 같이 산출한 대기 시간 ΔT1 만큼, 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 개시 타이밍으로부터 지연시킨 타이밍에, 하류측 주수 계통 (50) 에 의한 주수를 개시시킨다. 구체적으로는, 제어부 (92) 는, 하류측 주수 계통 (50) 의 대기 시간 ΔT1 을, 엔진 부하에 따른 엔진 회전수와 엔진 회전의 경과 시간을 기초로 크랭크 각도의 변화량 ΔR 로 변환한다. 제어부 (92) 는, 얻어진 크랭크 각도의 변화량 ΔR 과, 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 개시 타이밍 (타이밍 T1) 때의 크랭크 각도 R1 을 가산하여, 크랭크 각도 R2 를 산출한다. 제어부 (92) 는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 크랭크 각도 검출치가 크랭크 각도 R2 가 된 타이밍 T2 에 하류측 주수 계통 (50) 의 제어 밸브 (55) 에 대해서 열림 구동을 지시한다. 이로써, 제어부 (92) 는, 상류측 주수 계통 (60) 의 제 2 주수 펌프 (61) 의 작동을 계속하게 하면서, 하류측 주수 계통 (50) 의 제 1 주수 펌프 (51) 를 작동 개시시킨다. 이 제어에 기초하여, 제 1 주수 펌프 (51) 는, 연료 유통 경로의 제 1 주수 위치 (P1) 에 대한 주수를 개시한다. 즉, 크랭크 각도 R2 의 타이밍 T2 는, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 개시 타이밍이다. 한편, 제 2 주수 펌프 (61) 는, 연료 유통 경로의 제 2 주수 위치 (P2) 에 대한 주수를 계속적으로 행하고 있다. 이 타이밍 T2 에서는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 연료 유통 경로 내의 연료 기둥 (201) 중, 제 2 주수 위치 (P2) 에 대한 물 (202) 의 주입이 계속적으로 행해지면서, 제 1 주수 위치 (P1) 에 대한 물 (203) 의 주입이 개시되고 있다.

그 후, 제 2 주수 펌프 (61) 는, 제어 밸브 (65) 가 닫힘 구동할 때까지의 기간, 연료 유통 경로의 제 2 주수 위치 (P2) 에 대한 주수를 계속적으로 행한다. 이와 병행하여, 제 1 주수 펌프 (51) 는, 제어 밸브 (55) 가 닫힘 구동할 때까지의 기간, 연료 유통 경로의 제 1 주수 위치 (P1) 에 대한 주수를 계속적으로 행한다.

예를 들어, 도 4, 5 에 나타내는 바와 같이, 크랭크 각도 R2 부터 크랭크 각도 R3 (＞ R2) 까지의 시간 ΔT2 의 기간에서는, 제 2 주수 위치 (P2) 의 물 (202) 의 주입이 진행됨과 함께, 제 1 주수 위치 (P1) 의 물 (203) 의 주입이 진행된다. 이 제 1 주수 위치 (P1) 의 물 (203) 의 주입에 수반하여, 제 1 주수 위치 (P1) 와 제 2 주수 위치 (P2) 사이의 연료는, 제 2 주수 위치 (P2) 의 물 (202) 을 넘어 유통 방향 상류측으로 되밀린다. 이로써, 제 1 주수 위치 (P1) 와 제 2 주수 위치 (P2) 사이의 연료량은, 감소하도록 조정된다.

계속해서, 크랭크 각도 R3 의 타이밍 T3 에서는, 제 2 주수 위치 (P2) 의 물 (202) 이, 연료 기둥 (201) 의 폭 방향 (연료 유통 경로의 폭 방향) 전역으로 퍼질 때까지 주입되고 있다. 이 때, 제 2 주수 위치 (P2) 의 물 (202) 은, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 연료 기둥 (201) 을, 제 2 주수 위치 (P2) 보다 하류측에 위치하는 하류측 연료 (201a) 와, 제 2 주수 위치 (P2) 보다 상류측에 위치하는 최상류 연료 (201b) 로 나눈다. 이 단계에 있어서, 제 1 주수 위치 (P1) 와 제 2 주수 위치 (P2) 사이의 연료는, 제 1 주수 위치 (P1) 의 물 (203) 의 주입이 진행되어도, 제 2 주수 위치 (P2) 의 물 (202) 을 넘어 유통 방향 상류측으로 되밀리는 경우가 없어진다. 이로써, 제 1 주수 위치 (P1) 와 제 2 주수 위치 (P2) 사이의 연료량의 조정이 종료되어, 하류측 연료 (201a) 의 연료량이 정해진다.

그 후, 제어부 (92) 는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 크랭크 각도 검출치가 크랭크 각도 R4 로 된 타이밍 T4 에 상류측 주수 계통 (60) 의 제어 밸브 (65) 에 대해서 닫힘 구동을 지시한다. 이로써, 제어부 (92) 는, 하류측 주수 계통 (50) 의 제 1 주수 펌프 (51) 의 작동을 계속하게 하면서, 상류측 주수 계통 (60) 의 제 2 주수 펌프 (61) 를 작동 정지시킨다. 이 제어에 기초하여, 제 2 주수 펌프 (61) 는, 연료 유통 경로의 제 2 주수 위치 (P2) 에 대한 주수를 종료한다. 즉, 크랭크 각도 R4 의 타이밍 T4 는, 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 종료 타이밍이다. 한편, 제 1 주수 펌프 (51) 는, 연료 유통 경로의 제 1 주수 위치 (P1) 에 대한 주수를 계속적으로 행하고 있다.

예를 들어, 도 4, 5 에 나타내는 바와 같이, 크랭크 각도 R3 부터 크랭크 각도 R4 (＞ R3) 까지의 시간 ΔT3 의 기간에서는, 제 2 주수 위치 (P2) 의 물 (202) 이 연료 기둥 (201) 의 폭 방향 전역으로 퍼진 상태부터 더욱 주입됨과 함께, 제 1 주수 위치 (P1) 의 물 (203) 이 계속적으로 주입되고 있다. 이 단계에 있어서, 제 1 주수 위치 (P1) 의 물 (203) 의 주입은, 하류측 연료 (201a) 와 함께 제 2 주수 위치 (P2) 의 물 (202) 을 유통 방향 상류측으로 밀면서 행해진다.

또, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 크랭크 각도 R4 의 타이밍 T4 에서는, 제 2 주수 위치 (P2) 의 물 (202) 이 필요량 주입된 상태로 되어 있다. 한편, 제 1 주수 위치 (P1) 의 물 (203) 은, 연료 기둥 (201) 의 폭 방향 전역으로 퍼질 때까지 주입된 상태로 되어 있다. 이 상태의 물 (203) 은, 연료 기둥 (201) 의 하류측 연료 (201a) 를, 제 1 주수 위치 (P1) 보다 하류측에 위치하는 최하류 연료 (201c) 와, 제 2 주수 위치 (P2) 의 물 (202) 과 제 1 주수 위치 (P1) 의 물 (203) 사이에 끼워지는 주수층간 연료 (201d) 로 나눈다. 이로써, 주수층간 연료 (201d) 의 연료량, 즉 주수층간의 연료량 (＝ Qf2) 과, 최하류 연료 (201c) 의 연료량이 정해진다. 또한, 제 1 주수 위치 (P1) 의 물 (203) 이 연료 기둥 (201) 의 폭 방향 전역으로 퍼질 때까지 주입되는 타이밍은, 제 2 주수 위치 (P2) 의 물 (202) 이 필요량 주입된 타이밍 T4 와 동일해도 되고, 전의 타이밍이어도 되며, 후의 타이밍이어도 된다.

그 후, 제어부 (92) 는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 크랭크 각도 검출치가 크랭크 각도 R5 가 된 타이밍 T5 에 하류측 주수 계통 (50) 의 제어 밸브 (55) 에 대해서 닫힘 구동을 지시한다. 이로써, 제어부 (92) 는, 하류측 주수 계통 (50) 의 제 1 주수 펌프 (51) 를 작동 정지시킨다. 이 제어에 기초하여, 제 1 주수 펌프 (51) 는, 연료 유통 경로의 제 1 주수 위치 (P1) 에 대한 주수를 종료한다. 즉, 크랭크 각도 R5 의 타이밍 T5 는, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 종료 타이밍이다.

예를 들어, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 크랭크 각도 R4 의 타이밍 T4 부터 크랭크 각도 R5 (＞ R4) 의 타이밍 T5 까지의 기간에서는, 제 1 주수 위치 (P1) 의 물 (203) 이, 연료 기둥 (201) 의 폭 방향 전역으로 퍼진 상태부터 더욱 주입되고 있다. 한편, 제 2 주수 위치 (P2) 의 물 (202) 의 주입은, 상기 서술한 타이밍 T4 에서 이미 종료되어 있다. 이 단계에 있어서, 제 1 주수 위치 (P1) 의 물 (203) 의 주입은, 상기 서술한 타이밍 T3 부터 타이밍 T4 까지의 기간과 동일하게 행해져, 물 (203) 의 주입량이 필요량이 될 때까지 계속된다. 그리고, 크랭크 각도 R5 의 타이밍 T5 에서는, 제 1 주수 위치 (P1) 및 제 2 주수 위치 (P2) 의 각 주수가 종료된다. 이 결과, 제 1 연료층 (F1) 과 제 1 주수층 (W1) 과 제 2 연료층 (F2) 과 제 2 주수층 (W2) 과 제 3 연료층 (F3) 으로 이루어지는 층상 액체 (200) 가, 연료 유통 경로 내에 형성된다.

여기서, 본 실시형태 1 에 있어서, 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 기간은, 크랭크 각도 R1 의 타이밍 T1 부터 크랭크 각도 R4 의 타이밍 T4 까지의 기간이다. 즉, 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 기간은, 도 4 에 나타내는 대기 시간 ΔT1 과 시간 ΔT2 와 시간 ΔT3 을 가산한 시간만큼의 기간이다. 이 주수 기간은, 도 5 에 나타내는 제 2 주수 위치 (P2) 에 필요량의 물 (202) 을 주입할 때에 걸리는 시간에 의해서 정해진다. 즉, 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 종료 타이밍 (타이밍 T4) 에 대응하는 크랭크 각도 R4 는, 주수 개시 타이밍에 대응하는 크랭크 각도 R1 과, 상기 필요량의 물 (202) 의 주입에 필요로 하는 시간을 기초로 도출된다.

또, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 기간은, 크랭크 각도 R2 의 타이밍 T2 부터 크랭크 각도 R5 의 타이밍 T5 까지의 기간이다. 이 주수 기간은, 도 5 에 나타내는 제 1 주수 위치 (P1) 에 필요량의 물 (203) 을 주입할 때에 걸리는 시간에 의해서 정해진다. 즉, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 종료 타이밍 (타이밍 T5) 에 대응하는 크랭크 각도 R5 는, 주수 개시 타이밍에 대응하는 크랭크 각도 R2 와, 상기 필요량의 물 (203) 의 주입에 필요로 하는 시간을 기초로 도출된다.

본 실시형태 1 에 있어서, 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 기간과 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 기간이 겹치는 기간은, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 크랭크 각도 R2 부터 크랭크 각도 R4 까지의 시간 ΔT4 에 상당한다. 이 시간 ΔT4 는, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수에 의해서 주수층간의 연료량이 감소하도록 조정 (감량 조정) 되는 시간 ΔT2 와, 주수층간의 연료량의 조정이 종료하고 나서 상류측 주수 계통 (60) 의 주수가 종료될 때까지의 시간 ΔT3 을 가산한 시간이다. 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 개시 타이밍은, 엔진 부하의 증가에 수반하여 시간 ΔT2 가 감소하고, 엔진 부하의 감소에 수반하여 시간 ΔT2 가 증가하도록, 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 개시 타이밍부터 대기 시간 ΔT1 만큼 지연된 타이밍으로 제어된다. 즉, 이 대기 시간 ΔT1 은, 엔진 부하의 증가에 수반하여 증가하고, 엔진 부하의 감소에 수반하여 감소한다. 또한, 이 대기 시간 ΔT1 이 0 값 (ΔT1 ＝ 0) 인 경우, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 개시 타이밍은, 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 개시 타이밍과 동시의 타이밍으로 제어된다.

도 6 은, 본 발명의 실시형태 1 에 있어서의 층상 액체의 엔진 부하에 따른 분사량의 일례를 나타내는 도면이다. 도 6 에 나타내는 분사량은, 1 개의 연료 분사 밸브 (30) 로부터 실린더 (12) 내의 연소실 (17) 에 분사되는 층상 액체 (200) (도 3 참조) 의 1 회당 분사량이다. 이 층상 액체 (200) 의 분사량은, 엔진 부하에 따른 연료 분사량 Qfa 와 제 1 주수층 (W1) 및 제 2 주수층 (W2) 의 각 주수량 Qw1, Qw2 의 합 (＝ Qfa ＋ Qw1 ＋ Qw2) 에 의해서 나타내어진다.

본 실시형태 1 에 있어서, 층상 액체 (200) 의 분사량은, 상기 서술한 하류측 주수 계통 (50) 및 상류측 주수 계통 (60) 의 각 주수 개시 타이밍의 제어에 의해서 설정된다. 예를 들어, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 층상 액체 (200) 의 분사량은, 엔진 부하의 증가에 수반하여 증가하고, 엔진 부하의 감소에 수반하여 감소한다. 이와 같은 층상 액체 (200) 중, 제 1 주수층 (W1) 과 제 2 주수층 (W2) 사이에 끼워진 제 2 연료층 (F2) 의 연료량 (즉 주수층간의 연료량) 은, 엔진 부하에 따라서 적절한 양으로 조정된다. 바람직하게는, 주수층간에 연료층을 갖는 층상 액체 (200) 가 연료 유통 경로 내에 형성되는 엔진 부하의 범위 (도 6 에서는 55 ％ 이상 100 ％ 이하) 에 있어서, 이 주수층간의 연료량은, 엔진 부하에 따라서 증감하는 연료 분사량 Qfa 에 대해서 일정한 비율이 되도록 조정 (최적화) 된다. 나아가서는, 층상 액체 (200) 에 있어서, 제 1 주수층 (W1) 의 주수량 Qw1 과 제 2 주수층 (W2) 의 주수량 Qw2 의 비는 일정하다.

이상, 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 연료 분사 장치 (100) 에서는, 선박용 디젤 엔진 (10) 의 실린더 (12) 내의 연소실 (17) 에 연료 및 물을 층상으로 분사하는 연료 분사 밸브 (30) 와, 배관을 통해서 연료 분사 밸브 (30) 에 연료를 압송하는 연료 분사 펌프 (41) 와, 연료 분사 펌프 (41) 로부터 연료 분사 밸브 (30) 의 분사구 (31) 에 이르는 연료 유통 경로의 제 1 주수 위치 (P1) 에 물을 주입하는 하류측 주수 계통 (50) 과, 이 연료 유통 경로 중 하류측 주수 계통 (50) 보다 연료의 유통 방향 상류측의 제 2 주수 위치 (P2) 에 물을 주입하는 상류측 주수 계통 (60) 을 형성하고, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 기간과, 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 기간의 적어도 일부가 겹치도록, 하류측 주수 계통 (50) 및 상류측 주수 계통 (60) 의 각 주수 개시 타이밍을 엔진 부하에 따라서 제어하고 있다. 이 때, 상류측 주수 계통 (60) 이 주수를 개시하고 나서 하류측 주수 계통 (50) 이 주수를 개시할 때까지의 하류측 주수 계통 (50) 의 대기 시간 ΔT1 을 엔진 부하에 따라서 산출하고, 산출된 대기 시간 ΔT1 만큼, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 개시 타이밍을 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 개시 타이밍보다 지연시키고 있다.

상기한 구성에 의해서, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 기간과 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 기간의 겹치는 기간 내에, 하류측 주수 계통 (50) 에 의한 주수층과 상류측 주수 계통 (60) 에 의한 주수층 사이의 연료량 (주수층간의 연료량) 을, 엔진 부하에 따른 연료 분사량 Qfa 에 대한 당해 주수층간의 연료량의 비율이 과대 또는 과소가 되지 않도록 조정할 수 있다. 이 때문에, 연료 분사 밸브 (30) 로부터 연료 및 물을 층상으로 분사할 때, 엔진 부하에 따라서 주수층간의 연료량을 적절히 조정할 수 있다. 이 결과, 배기 가스 중의 NOx 를 저감시킬 수 있도록 연료 및 물을 층상으로 분사할 때에 일어날 수 있는 선박용 디젤 엔진 (10) 의 연소 불량 등의 바람직하지 않은 연소 상태의 발생을 억제할 수 있다.

또, 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 연료 분사 장치 (100) 에서는, 상기 서술한 주수층간의 연료량이 엔진 부하에 따른 연료 분사량 Qfa 에 대해서 일정한 비율이 되도록, 하류측 주수 계통 (50) 및 상류측 주수 계통 (60) 의 각 주수 개시 타이밍을 엔진 부하에 따라서 제어하고 있다. 이 때문에, 연료 분사 밸브 (30) 로부터 연료 및 물을 층상으로 분사할 때, 주수층간의 연료량을 엔진 부하마다의 최적인 연료량으로 조정할 수 있다. 이 결과, 배기 가스 중의 NOx 를 가장 효과적으로 저감시킬 수 있다.

또, 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 연료 분사 장치 (100) 에서는, 하류측 주수 계통 (50) 에 의한 주수량 Qw1 과 상류측 주수 계통 (60) 에 의한 주수량 Qw2 의 비를 일정하게 하고 있다. 이 때문에, 연료 분사 밸브 (30) 로부터 연료 및 물을 층상으로 분사할 때, 연료층에 후속하여 분사되는 주수층의 수량을 엔진 부하마다 최적화할 수 있다. 이 결과, 연료의 연소 후의 물 분사에 의한 실화를 방지하여 선박용 디젤 엔진 (10) 의 안정적인 작동을 확보함과 함께, 배기 가스 중의 NOx 를 가장 효과적으로 저감시킬 수 있다.

(실시형태 2)

다음으로, 본 발명의 실시형태 2 에 대해서 설명한다. 상기 서술한 실시형태 1 에서는, 엔진 부하에 따라서 산출한 대기 시간만큼, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 개시 타이밍을 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 개시 타이밍보다 지연시키도록, 하류측 주수 계통 (50) 및 상류측 주수 계통 (60) 의 각 주수 개시 타이밍을 제어하였지만, 본 실시형태 2 에서는, 엔진 부하에 따라서 산출한 대기 시간만큼, 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 개시 타이밍을 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 개시 타이밍보다 지연시키도록, 하류측 주수 계통 (50) 및 상류측 주수 계통 (60) 의 각 주수 개시 타이밍을 제어하고 있다.

도 7 은, 본 발명의 실시형태 2 에 관련된 연료 분사 장치의 일 구성예를 나타내는 모식도이다. 도 7 에 나타내는 바와 같이, 이 연료 분사 장치 (110) 는, 상기 서술한 실시형태 1 에 관련된 연료 분사 장치 (100) 의 제어부 (92) 대신에 제어부 (112) 를 구비한다. 그 밖의 구성은 실시형태 1 과 동일하고, 동일 구성 부분에는 동일 부호를 붙인다. 또, 특별히 도시하지 않지만, 본 실시형태 2 에 관련된 연료 분사 장치 (110) 가 적용된 선박용 디젤 엔진은, 상기한 제어부 (112) 를 구비하는 구성 이외에, 상기 서술한 실시형태 1 에 있어서의 선박용 디젤 엔진 (10) 과 동일하게 구성된다.

제어부 (112) 는, 각종 프로그램을 실행하기 위한 CPU, 메모리 및 시퀀서 등에 의해서 구성된다. 제어부 (112) 는, 상기 서술한 연료 및 물의 층상 분사 타이밍 이외의 기간에 있어서, 연료로 채워진 상태에 있는 연료 유통 경로의 제 1 주수 위치 (P1) 및 제 2 주수 위치 (P2) 에 물을 각각 주입하도록, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 타이밍 및 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 타이밍을 엔진 부하에 따라서 제어한다. 이 때, 제어부 (112) 는, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 기간과 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 기간의 적어도 일부가 겹치도록 하기 위해서, 엔진 부하에 따라서 산출한 대기 시간만큼, 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 개시 타이밍을 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 개시 타이밍보다 지연시키도록, 하류측 주수 계통 (50) 의 제 1 주수 펌프 (51) 에 의한 주수 개시 타이밍과 상류측 주수 계통 (60) 의 제 2 주수 펌프 (61) 에 의한 주수 개시 타이밍을 제어한다. 또한, 제어부 (112) 는, 상기 서술한 실시형태 1 에 있어서의 제어부 (92) 와 마찬가지로, 연료 분사 밸브 (30) 로부터 연소실 (17) 에 대한 연료 및 물의 층상 분사 타이밍을 제어한다.

다음으로, 본 발명의 실시형태 2 에 있어서의 주수층간의 연료량을 조정하기 위한 주수 타이밍의 제어에 대해서 설명한다. 도 8 은, 본 발명의 실시형태 2 에 있어서의 주수 타이밍의 제어를 설명하기 위한 도면이다. 도 9 는, 본 발명의 실시형태 2 에 있어서의 주수층간의 연료량의 조정을 설명하기 위한 도면이다.

본 실시형태 2 에 있어서, 제어부 (112) 는, 예를 들어 도 8 에 나타내는 밸브 제어 신호 S1, S2 를 제어 밸브 (55, 65) 에 각각 송신하여, 제어 밸브 (55, 65) 의 각 개폐 구동의 타이밍을 제어한다. 이로써, 제어부 (112) 는, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 기간과 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 기간의 적어도 일부가 겹치도록, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 타이밍 (1 층째 주수 타이밍) 과 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 타이밍 (2 층째 주수 타이밍) 을 엔진 부하에 따라서 제어한다. 이 때, 제어부 (112) 는, 바람직한 예로서 하류측 주수 계통 (50) 에 의해서 주입된 물의 층과 상류측 주수 계통 (60) 에 의해서 주입된 물의 층 사이의 연료량이 엔진 부하에 따른 연료 분사량 Qfa 에 대해서 일정한 비율이 되도록, 하류측 주수 계통 (50) 및 상류측 주수 계통 (60) 의 각 주수 개시 타이밍을 제어한다.

상세하게는, 제어부 (112) 는, 상기 서술한 식 (1) 이 미리 설정되고, 식 (1) 에 기초하는 대기 시간 ΔT 로서, 예를 들어, 상류측 주수 계통 (60) 의 대기 시간 ΔT11 을 산출한다. 상류측 주수 계통 (60) 의 대기 시간 ΔT11 은, 하류측 주수 계통 (50) 이 주수를 개시하고 나서 상류측 주수 계통 (60) 이 주수를 개시할 때까지의 시간, 즉, 제 1 주수 펌프 (51) 가 작동을 개시하고 나서 제 2 주수 펌프 (61) 가 작동을 개시할 때까지의 시간이다. 제어부 (112) 는, 이 산출된 대기 시간 ΔT11 만큼, 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 개시 타이밍을 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 개시 타이밍보다 지연시킨다.

구체적으로는, 제어부 (112) 는, 검출부 (91) 에 의한 크랭크 각도 검출치를 취득하고, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 크랭크 각도 검출치가 크랭크 각도 R11 이 된 타이밍 T11 에 하류측 주수 계통 (50) 의 제어 밸브 (55) 에 대해서 열림 구동을 지시한다. 이로써, 제어부 (112) 는, 하류측 주수 계통 (50) 의 제 1 주수 펌프 (51) 를 작동 개시시킨다. 이 제어에 기초하여, 제 1 주수 펌프 (51) 는, 연료 유통 경로의 제 1 주수 위치 (P1) 에 대한 주수를 개시한다. 즉, 크랭크 각도 R11 의 타이밍 T11 은, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 개시 타이밍이다. 이 타이밍 T11 에서는, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 연료 유통 경로 내의 연료 기둥 (201) 중 제 1 주수 위치 (P1) 에 대한 물 (203) 의 주입이 개시되고 있다. 이 제 1 주수 위치 (P1) 에 대한 물 (203) 의 주입 개시에 수반하여, 제 1 주수 위치 (P1) 와 제 2 주수 위치 (P2) 사이의 연료는, 제 2 주수 위치 (P2) 를 넘어 유통 방향 상류측으로 되멸려나기 시작한다. 이로써, 제 1 주수 위치 (P1) 와 제 2 주수 위치 (P2) 사이의 연료량은, 감소하도록 조정되기 시작한다.

또한, 전회의 연료 분사 완료 후부터 상기 주수 개시 타이밍 (타이밍 T11) 까지의 기간 내의 타이밍 T0 에서는, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 연료 기둥 (201) 에 대한 주수는 개시되고 있지 않다. 이 때의 연료 기둥 (201) 의 연료량은, 상기 서술한 연료 분사량 Qfa 에 상당한다.

이어서, 제어부 (112) 는, 상기 서술한 바와 같이 산출한 대기 시간 ΔT11 만큼, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 개시 타이밍부터 지연시킨 타이밍에, 상류측 주수 계통 (60) 에 의한 주수를 개시시킨다. 구체적으로는, 제어부 (112) 는, 상류측 주수 계통 (60) 의 대기 시간 ΔT11 을, 엔진 부하에 따른 엔진 회전수와 엔진 회전의 경과 시간을 기초로 크랭크 각도의 변화량 ΔR 로 변환한다. 제어부 (112) 는, 얻어진 크랭크 각도의 변화량 ΔR 과, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 개시 타이밍 (타이밍 T11) 시의 크랭크 각도 R11 을 가산하여, 크랭크 각도 R12 를 산출한다. 제어부 (112) 는, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 크랭크 각도 검출치가 크랭크 각도 R12 가 된 타이밍 T12 에 상류측 주수 계통 (60) 의 제어 밸브 (65) 에 대해서 열림 구동을 지시한다. 이로써, 제어부 (112) 는, 하류측 주수 계통 (50) 의 제 1 주수 펌프 (51) 의 작동을 계속하게 하면서, 상류측 주수 계통 (60) 의 제 2 주수 펌프 (61) 를 작동 개시시킨다. 이 제어에 기초하여, 제 2 주수 펌프 (61) 는, 연료 유통 경로의 제 2 주수 위치 (P2) 에 대한 주수를 개시한다. 즉, 크랭크 각도 R12 의 타이밍 T12 는, 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 개시 타이밍이다. 한편, 제 1 주수 펌프 (51) 는, 연료 유통 경로의 제 1 주수 위치 (P1) 에 대한 주수를 계속적으로 행하고 있다. 이 타이밍 T12 에서는, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 연료 유통 경로 내의 연료 기둥 (201) 중, 제 1 주수 위치 (P1) 에 대한 물 (203) 의 주입이 계속적으로 행해지면서, 제 2 주수 위치 (P2) 에 대한 물 (202) 의 주입이 개시되고 있다.

그 후, 제 1 주수 펌프 (51) 는, 제어 밸브 (55) 가 닫힘 구동할 때까지의 기간, 연료 유통 경로의 제 1 주수 위치 (P1) 에 대한 주수를 계속적으로 행한다. 이와 병행하여, 제 2 주수 펌프 (61) 는, 제어 밸브 (65) 가 닫힘 구동할 때까지의 기간, 연료 유통 경로의 제 2 주수 위치 (P2) 에 대한 주수를 계속적으로 행한다.

예를 들어, 도 8, 9 에 나타내는 바와 같이, 크랭크 각도 R11 부터 크랭크 각도 Ra 까지의 시간 ΔT13 의 기간에서는, 제 1 주수 위치 (P1) 의 물 (203) 의 주입이 진행된다. 또, 이 기간 중, 크랭크 각도 R12 부터 크랭크 각도 Ra (＞ R12) 까지의 시간 ΔTa 의 기간에서는, 제 1 주수 위치 (P1) 의 물 (203) 의 주입이 진행됨과 함께, 제 2 주수 위치 (P2) 의 물 (202) 의 주입이 진행된다. 이 제 1 주수 위치 (P1) 의 물 (203) 의 주입에 수반하여, 제 1 주수 위치 (P1) 와 제 2 주수 위치 (P2) 사이의 연료는, 제 2 주수 위치 (P2) 또는 물 (202) 을 넘어 유통 방향 상류측으로 되밀린다. 이로써, 제 1 주수 위치 (P1) 와 제 2 주수 위치 (P2) 사이의 연료량은, 시간 ΔT13 의 기간, 감소하도록 조정된다.

또, 이 시간 ΔT13 의 기간 중, 크랭크 각도 R13 의 타이밍 T13 에서는, 제 1 주수 위치 (P1) 의 물 (203) 이, 연료 기둥 (201) 의 폭 방향 전역으로 퍼질 때까지 주입되고 있다. 이 때, 제 1 주수 위치 (P1) 의 물 (203) 은, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 연료 기둥 (201) 을, 제 1 주수 위치 (P1) 보다 하류측에 위치하는 최하류 연료 (201c) 와 제 1 주수 위치 (P1) 보다 상류측에 위치하는 상류측 연료 (201e) 로 나눈다. 이 단계에 있어서, 최하류 연료 (201c) 의 연료량이 정해진다. 또, 크랭크 각도 R13 부터 크랭크 각도 R14 (＞ R13) 까지의 기간에서는, 제 1 주수 위치 (P1) 의 물 (203) 이 연료 기둥 (201) 의 폭 방향 전역으로 퍼진 상태로부터 더욱 주입됨과 함께, 제 2 주수 위치 (P2) 의 물 (202) 이 계속적으로 주입되고 있다. 이 단계에 있어서, 제 1 주수 위치 (P1) 의 물 (203) 의 주입은, 제 1 주수 위치 (P1) 와 제 2 주수 위치 (P2) 사이의 연료를 제 2 주수 위치 (P2) 보다 유통 방향 상류측으로 되밀리면서 실시된다.

한편, 크랭크 각도 Ra 의 타이밍에서는, 제 2 주수 위치 (P2) 의 물 (202) 이, 연료 기둥 (201) 의 폭 방향 전역으로 퍼질 때까지 주입되고 있다. 이 때, 제 2 주수 위치 (P2) 의 물 (202) 은, 연료 기둥 (201) 중 상류측 연료 (201e) 를, 제 2 주수 위치 (P2) 보다 상류측에 위치하는 최상류 연료 (201b) 와, 제 2 주수 위치 (P2) 의 물 (202) 과 제 1 주수 위치 (P1) 의 물 (203) 사이에 끼워지는 주수층간 연료 (201d) 로 나눈다. 이 단계에 있어서, 제 1 주수 위치 (P1) 와 제 2 주수 위치 (P2) 사이의 연료는, 제 1 주수 위치 (P1) 의 물 (203) 의 주입이 진행되어도, 제 2 주수 위치 (P2) 의 물 (202) 을 넘어 유통 방향 상류측으로 되밀리는 경우가 없어진다. 이로써, 제 1 주수 위치 (P1) 와 제 2 주수 위치 (P2) 사이의 연료량의 조정이 종료되어, 주수층간 연료 (201d) 의 연료량, 즉 주수층간의 연료량 (＝ Qf2) 이 정해진다.

또한, 이 크랭크 각도 Ra 의 타이밍은, 제 2 주수 위치 (P2) 의 물 (202) 이 필요량 주입되는 타이밍 T14 와 동일해도 되고, 전의 타이밍이어도 되며, 후의 타이밍이어도 된다. 이들 타이밍 중 어느 쪽의 타이밍이 크랭크 각도 Ra 의 타이밍이 될지는, 엔진 부하에 따른 대기 시간 ΔT11 에 의해서 정해진다. 도 9 에는, 크랭크 각도 Ra 의 타이밍이 크랭크 각도 R14 의 타이밍 T14 와 동일한 타이밍으로 되어 있는 경우가 도시되어 있다.

또, 제어부 (112) 는, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 크랭크 각도 검출치가 크랭크 각도 R14 로 된 타이밍 T14 에 하류측 주수 계통 (50) 의 제어 밸브 (55) 에 대해서 닫힘 구동을 지시한다. 이로써, 제어부 (112) 는, 상류측 주수 계통 (60) 의 제 2 주수 펌프 (61) 의 작동을 계속하게 하면서, 하류측 주수 계통 (50) 의 제 1 주수 펌프 (51) 를 작동 정지시킨다. 이 제어에 기초하여, 제 1 주수 펌프 (51) 는, 연료 유통 경로의 제 1 주수 위치 (P1) 에 대한 주수를 종료한다. 즉, 크랭크 각도 R14 의 타이밍 T14 는, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 종료 타이밍이다. 한편, 제 2 주수 펌프 (61) 는, 연료 유통 경로의 제 2 주수 위치 (P2) 에 대한 주수를 계속적으로 행하고 있다. 도 9 에 나타내는 바와 같이, 크랭크 각도 R14 의 타이밍 T14 에서는, 제 1 주수 위치 (P1) 의 물 (203) 이 필요량 주입된 상태로 되어 있다.

그 후, 제어부 (112) 는, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 크랭크 각도 검출치가 크랭크 각도 R15 로 된 타이밍 T15 에 상류측 주수 계통 (60) 의 제어 밸브 (65) 에 대해서 닫힘 구동을 지시한다. 이로써, 제어부 (112) 는, 상류측 주수 계통 (60) 의 제 2 주수 펌프 (61) 를 작동 정지시킨다. 이 제어에 기초하여, 제 2 주수 펌프 (61) 는, 연료 유통 경로의 제 2 주수 위치 (P2) 에 대한 주수를 종료한다. 즉, 크랭크 각도 R15 의 타이밍 T15 는, 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 종료 타이밍이다.

예를 들어, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 크랭크 각도 R14 의 타이밍 T14 부터 크랭크 각도 R15 (＞ R14) 의 타이밍 T15 까지의 기간에서는, 제 2 주수 위치 (P2) 의 물 (202) 이, 연료 기둥 (201) 의 폭 방향 전역으로 퍼진 상태로부터 더욱 주입되고 있다. 한편, 제 1 주수 위치 (P1) 의 물 (203) 의 주입은, 상기 서술한 타이밍 T14 에서 이미 종료되어 있다. 이 단계에 있어서, 제 2 주수 위치 (P2) 의 물 (202) 의 주입은, 상기 서술한 타이밍 T13 부터 타이밍 T14 까지의 기간과 동일하게 행해져, 물 (202) 의 주입량이 필요량으로 될 때까지 계속된다. 그리고, 크랭크 각도 R15 의 타이밍 T15 에서는, 제 2 주수 위치 (P2) 및 제 1 주수 위치 (P1) 의 각 주수가 종료된다. 이 결과, 제 1 연료층 (F1) 과 제 1 주수층 (W1) 과 제 2 연료층 (F2) 과 제 2 주수층 (W2) 과 제 3 연료층 (F3) 으로 이루어지는 층상 액체 (200) 가, 연료 유통 경로 내에 형성된다.

여기서, 본 실시형태 2 에 있어서, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 기간은, 크랭크 각도 R11 의 타이밍 T11 부터 크랭크 각도 R14 의 타이밍 T14 까지의 기간이다. 즉, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 기간은, 도 8 에 나타내는 대기 시간 ΔT11 과 시간 ΔT12 를 가산한 시간만큼의 기간이다. 이 주수 기간은, 도 9 에 나타내는 제 1 주수 위치 (P1) 에 필요량의 물 (203) 을 주입할 때에 걸리는 시간에 의해서 정해진다. 즉, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 종료 타이밍 (타이밍 T14) 에 대응하는 크랭크 각도 R14 는, 주수 개시 타이밍에 대응하는 크랭크 각도 R11 과, 상기 필요량의 물 (203) 의 주입에 필요로 하는 시간을 기초로 도출된다.

또, 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 기간은, 크랭크 각도 R12 의 타이밍 T12 부터 크랭크 각도 R15 의 타이밍 T15 까지의 기간이다. 이 주수 기간은, 도 9 에 나타내는 제 2 주수 위치 (P2) 에 필요량의 물 (202) 을 주입할 때에 걸리는 시간에 의해서 정해진다. 즉, 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 종료 타이밍 (타이밍 T15) 에 대응하는 크랭크 각도 R15 는, 주수 개시 타이밍에 대응하는 크랭크 각도 R12 와, 상기 필요량의 물 (202) 의 주입에 필요로 하는 시간을 기초로 도출된다.

본 실시형태 2 에 있어서, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 기간과 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 기간이 겹치는 기간은, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 크랭크 각도 R12 부터 크랭크 각도 R14까지의 시간 ΔT12 에 상당한다. 이 기간 중, 크랭크 각도 R12 부터 크랭크 각도 Ra 까지의 시간 ΔTa 의 기간은, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수에 의해서 주수층간의 연료량이 감량 조정되는 기간의 일부이다. 또, 크랭크 각도 R11 부터 크랭크 각도 R12 까지의 대기 시간 ΔT11 의 기간은, 상기 주수층간의 연료량이 감량 조정되는 기간의 잔부이다. 즉, 이들 대기 시간 ΔT11 과 시간 ΔTa 를 가산한 시간 ΔT13 의 기간이, 상기 주수층간의 연료량이 감량 조정되는 전체 기간이 된다. 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 개시 타이밍은, 엔진 부하의 증가에 수반하여 시간 ΔT13 가 감소하고, 엔진 부하의 감소에 수반하여 시간 ΔT13 이 증가하도록, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 개시 타이밍부터 대기 시간 ΔT11 만큼 지연된 타이밍으로 제어된다. 즉, 이 대기 시간 ΔT11 은, 엔진 부하의 증가에 수반하여 감소하고, 엔진 부하의 감소에 수반하여 증가한다. 또한, 이 대기 시간 ΔT11 이 0 값 (ΔT11 ＝ 0) 인 경우, 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 개시 타이밍은, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 개시 타이밍과 동시의 타이밍으로 제어된다.

이상, 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시형태 2 에 관련된 연료 분사 장치 (110) 에서는, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 기간과 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 기간의 적어도 일부가 겹치도록 하기 위해서, 하류측 주수 계통 (50) 이 주수를 개시하고 나서 상류측 주수 계통 (60) 이 주수를 개시할 때까지의 상류측 주수 계통 (60) 의 대기 시간 ΔT11 을 엔진 부하에 따라서 산출하고, 산출된 대기 시간 ΔT11 만큼, 상류측 주수 계통 (60) 의 주수 개시 타이밍을 하류측 주수 계통 (50) 의 주수 개시 타이밍보다 지연시키도록, 하류측 주수 계통 (50) 및 상류측 주수 계통 (60) 의 각 주수 개시 타이밍을 제어하도록 하고, 그 밖의 것을 실시형태 1 과 동일하게 하고 있다. 이 때문에, 상기 서술한 실시형태 1 의 경우와 동일한 작용 효과를 누림과 함께, 하류측 주수 계통 (50) 의 주수에 의해서 주수층간의 연료량을 감량 조정할 수 있는 시간을, 상류측 주수 계통 (60) 을 먼저 주수하는 경우에 비하여 광범위하게 조정할 수 있고, 이로써, 엔진 부하에 따른 연료 분사량에 대한 주수층간의 연료량의 비율을 간이하게 최적화할 수 있게 된다.

또한, 상기 서술한 실시형태 1, 2 에서는, 하류측 주수 계통 (50) 및 상류측 주수 계통 (60) 의 각 주수 개시 타이밍을 제어할 때, 엔진 부하에 따라서 산출한 주수 개시의 대기 시간 (예를 들어 ΔT1 또는 ΔT11) 부터 크랭크 각도를 산출하고, 얻어진 크랭크 각도와 검출부 (91) 에 의한 크랭크 각도 검출치가 일치하는 타이밍을, 앞의 주수 개시 타이밍에 계속되는 후의 주수 개시 타이밍으로 하고 있었지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 선박용 디젤 엔진의 엔진 회전시의 경과 시간 (즉 시간축) 을 따라서 하류측 주수 계통 (50) 및 상류측 주수 계통 (60) 의 각 주수 개시 타이밍을 제어하여, 앞의 주수 개시 타이밍으로부터의 경과 시간이 엔진 부하에 따른 대기 시간에 도달한 타이밍을 후의 주수 개시 타이밍으로 해도 된다.

또, 상기 서술한 실시형태 1, 2 에서는, 3 개의 연료 분사 밸브 (30) 를 구비한 연료 분사 장치를 예시했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명에 있어서, 연료 분사 밸브 (30) 의 배치수는 3 개에 한정되지 않고, 1 개여도 되며, 복수 (2 이상) 여도 된다.

또, 상기 서술한 실시형태 1, 2 에 의해서 본 발명이 한정되는 것이 아니고, 상기 서술한 각 구성 요소를 적절히 조합하여 구성한 것도 본 발명에 포함된다. 그 밖에, 상기 서술한 실시형태 1, 2 에 기초하여 당업자 등에 의해 이루어지는 다른 실시형태, 실시예 및 운용 기술 등은 모두 본 발명의 범주에 포함된다.

산업상 이용가능성

이상과 같이, 본 발명에 관련된 연료 분사 장치는, 선박용 디젤 엔진의 실린더 내의 연소실에 대한 연료 및 물의 분사에 유용하고, 특히, 엔진 부하에 따라서 주수층간의 연료량을 조정할 수 있는 연료 분사 장치에 적합하다.

1 : 대판
2 : 크랭크 샤프트
3 : 베어링
4 : 크랭크
5 : 가구
6 : 연접봉
7 : 가이드판
8 : 크로스 헤드
9 : 크로스 헤드핀
10 : 선박용 디젤 엔진
11 : 실린더 재킷
12 : 실린더
13 : 실린더 라이너
14 : 실린더 커버
15 : 피스톤
16 : 피스톤봉
17 : 연소실
18 : 배기 밸브
19 : 밸브 구동 장치
20 : 배기관
21 : 타이 볼트
22 : 너트
30 : 연료 분사 밸브
31 : 분사구
32, 33 : 내부 유통 경로
34a, 34b : 역지 밸브
40 : 연료 압송 계통
41 : 연료 분사 펌프
42 : 연료 분사관
42a, 42b, 42c : 분기관
43 : 분기부
45 : 제어 밸브
50 : 하류측 주수 계통
51 : 제 1 주수 펌프
52 : 하류측 주수관
52a, 52b, 52c : 분기관
53 : 분기부
54 : 역지 밸브
55 : 제어 밸브
60 : 상류측 주수 계통
61 : 제 2 주수 펌프
62 : 상류측 주수관
62a, 62b, 62c : 분기관
63 : 분기부
64 : 역지 밸브
65 : 제어 밸브
71 : 물 공급 펌프
72 : 급수관
72a, 72b : 분기관
73a, 73b : 역지 밸브
81 : 축압부
82 : 고압 펌프
91 : 검출부
92, 112 : 제어부
100, 110 : 연료 분사 장치
200 : 층상 액체
201 : 연료 기둥
201a : 하류측 연료
201b : 최상류 연료
201c : 최하류 연료
201d : 주수층간 연료
201e : 상류측 연료
202, 203 : 물
F1 : 제 1 연료층
F2 : 제 2 연료층
F3 : 제 3 연료층
L1 : 제 1 액체층
L2 : 제 2 액체층
L3 : 제 3 액체층
L4 : 제 4 액체층
L5 : 제 5 액체층
P1 : 제 1 주수 위치
P2 : 제 2 주수 위치
S1, S2 : 밸브 제어 신호
W1 : 제 1 주수층
W2 : 제 2 주수층

Claims (5)

1. 선박용 디젤 엔진의 실린더에 형성되는 연료 분사 밸브와,
   배관을 통해서 상기 연료 분사 밸브에 연료를 압송하는 연료 분사 펌프와,
   상기 연료 분사 펌프로부터 상기 연료 분사 밸브의 분사구에 이르는 연료 유통 경로의 소정의 위치에 물을 주입하는 제 1 주수 계통과,
   상기 연료 유통 경로 중, 상기 제 1 주수 계통보다 상기 연료의 유통 방향 상류측의 위치에 물을 주입하는 제 2 주수 계통과,
   상기 제 1 주수 계통의 주수 기간과 상기 제 2 주수 계통의 주수 기간의 적어도 일부가 겹치도록, 상기 선박용 디젤 엔진의 부하에 따라서 상기 제 1 주수 계통 및 상기 제 2 주수 계통의 각 주수 개시 타이밍을 제어하는 제어부를 구비하고,
   상기 제어부는, 상기 선박용 디젤 엔진의 부하에 따라서, 상기 제 1 주수 계통 및 상기 제 2 주수 계통 중 일방의 주수 계통이 주수를 개시하고 나서 타방의 주수 계통이 주수를 개시하기까지의 상기 타방의 주수 계통의 대기 시간을 산출하고, 산출된 상기 대기 시간만큼, 상기 타방의 주수 계통의 주수 개시 타이밍을 상기 일방의 주수 계통의 주수 개시 타이밍보다 지연시키고,
   상기 연료 분사 밸브는, 상기 연료 분사 펌프에 의해서 압송된 상기 연료와, 상기 제 1 주수 계통에 의해서 주입된 물과, 상기 제 2 주수 계통에 의해서 주입된 물을 상기 분사구로부터 상기 실린더 내의 연료실로 층상으로 분사하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 제 1 주수 계통에 의해서 주입된 물의 층과 상기 제 2 주수 계통에 의해서 주입된 물의 층 사이의 연료량이 상기 연료의 1 회당 분사량에 대해서 일정한 비율이 되도록, 상기 제 1 주수 계통 및 상기 제 2 주수 계통의 각 주수 개시 타이밍을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 선박용 디젤 엔진의 부하에 따라서, 상기 제 2 주수 계통이 주수를 개시하고 나서 상기 제 1 주수 계통이 주수를 개시할 때까지의 상기 제 1 주수 계통의 대기 시간을 산출하고, 산출된 상기 대기 시간만큼, 상기 제 1 주수 계통의 주수 개시 타이밍을 상기 제 2 주수 계통의 주수 개시 타이밍보다 지연시키는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 선박용 디젤 엔진의 부하에 따라서, 상기 제 1 주수 계통이 주수를 개시하고 나서 상기 제 2 주수 계통이 주수를 개시할 때까지의 상기 제 2 주수 계통의 대기 시간을 산출하고, 산출된 상기 대기 시간만큼, 상기 제 2 주수 계통의 주수 개시 타이밍을 상기 제 1 주수 계통의 주수 개시 타이밍보다 지연시키는 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 주수 계통에 의한 주수량과 상기 제 2 주수 계통에 의한 주수량의 비는 일정한 것을 특징으로 하는 연료 분사 장치.

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