WO2015079642A1 - パイロット燃料を使用する船舶機関システム及び船舶 - Google Patents

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紳一 大谷
健司 鹿野
正憲 東田
健治 長町
信彦 杉山
岳夫 宇井
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川崎重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a marine engine system using pilot fuel, wherein the pilot fuel for igniting the fuel gas injected into the engine is a water-emulsion fuel or a multilayer fuel in which fuel oil and water are multilayered, and Regarding ships.
  • the dual fuel engine 1 includes a gas mode that operates using the fuel gas 3 injected from the fuel gas injection valve 2 as a main fuel, and a diesel mode that operates using only the fuel oil injected from the fuel oil injection valve 4 as fuel.
  • the two operation modes can be switched and operated.
  • FIG. 3 shows that when the engine 1 is operated in the gas mode, the fuel gas 3 is injected by injecting the pilot fuel 5 such as heavy oil from the fuel oil injection valve 4 and preparing the seed fire.
  • the pilot fuel 5 such as heavy oil from the fuel oil injection valve 4
  • the state which is burning is shown.
  • 3 is a fuel oil injection device
  • 8 is a fuel oil tank.
  • the fuel cost required for ship operation can be reduced by reducing the amount of fuel oil consumed as pilot fuel as much as possible. .
  • the minimum injection amount of the pilot fuel 5 needs to be about 3 to 5% of the fuel oil consumption at the rated output in the diesel mode of the engine 1, for example, in terms of volume in the liquid state. In some cases, the injection characteristics of the pilot fuel 5 deteriorate, and the engine 1 cannot be operated properly.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and can reduce the amount of fuel oil used as pilot fuel when the engine is driven using fuel gas as fuel. It aims at providing the ship engine system and ship which use a fuel.
  • a marine engine system using pilot fuel according to the present invention is provided in a diesel engine, a fuel gas injection valve for injecting fuel gas, and a fuel oil injection provided in the diesel engine for injecting fuel oil.
  • a marine engine system using pilot fuel wherein when the engine is operated, pilot fuel is injected from the fuel oil injection valve to become a fire, and the fuel gas injected from the fuel gas injection valve is ignited
  • a water emulsion fuel which is a mixture of water and fuel oil, or a multilayer fuel in which a fuel oil layer and a water layer are multilayered is used. It is.
  • the fuel gas is injected from the fuel gas injection valve and burned.
  • the engine can be driven.
  • the minimum fuel injection amount of the pilot fuel to be able to ignite the fuel gas depends on the characteristics of the injection nozzle and the injection pump of the fuel oil injection valve, the ignition characteristics of the fuel oil, and the like. It is determined based on.
  • the minimum pilot fuel injection amount is, for example, about 3 to 5% of the total heat consumption at the rated output of the engine. If it is less than this, the pilot fuel injection characteristics will deteriorate and the engine will operate properly. May not be possible.
  • water emulsion fuel or multilayer fuel is used as the pilot fuel in place of fuel oil such as heavy oil, for the purpose of reducing the amount of fuel oil used as pilot fuel. Accordingly, the fuel gas can be ignited while ensuring the minimum injection amount (minimum volume in the liquid state) of the pilot fuel to be injected, and the consumed oil amount of the fuel oil contained in the water emulsion fuel or the multilayer fuel, that is, It is possible to reduce the amount of oil consumed in the fuel oil used as the pilot fuel.
  • the fuel oil injection valve is configured to selectively inject one of the pilot fuel and the fuel oil
  • the engine includes the fuel gas.
  • the minimum injection amount of pilot fuel necessary for the injection characteristics of the fuel oil injection valve can be obtained.
  • the amount of fuel oil injection can be reduced.
  • a fuel oil injection valve used when injecting fuel oil in diesel mode is used for pilot fuel injection, it is necessary to use a large fuel oil injection valve. The required injection amount is large. For this reason, the effect of reducing the consumption of pilot fuel is great.
  • the first consumed oil amount of the fuel oil contained in the water emulsion fuel or the multilayer fuel as the pilot fuel injected from the fuel oil injection valve is the fuel oil.
  • the fuel oil is used as pilot fuel injected from the injection valve, and the fuel consumption is less than the second oil consumption amount when the engine is operated at the same output as the operation with the first oil consumption amount.
  • the injection amount of water emulsion fuel or multilayer fuel injected from the oil injection valve may be set.
  • the first consumed oil amount of the fuel oil contained in the water emulsion fuel or the multilayer fuel as the pilot fuel may be made smaller than the second consumed oil amount when the fuel oil is used as the pilot fuel. it can. Therefore, the amount of oil consumption of the fuel oil used as pilot fuel can be reduced.
  • the fuel gas injected from the fuel gas injection valve when water emulsion fuel or multilayer fuel is injected as pilot fuel from the fuel oil injection valve, the fuel gas injected from the fuel gas injection valve
  • the injection amount of the fuel gas injected from the fuel gas injection valve may be set so as to be larger than the second consumption fuel gas amount of the fuel gas injected from the injection valve.
  • the first consumed fuel gas amount of the fuel gas injected from the fuel gas injection valve is determined as the fuel oil injection valve.
  • the amount of fuel gas injected from the fuel gas injection valve can be made larger than the second consumption fuel gas amount.
  • the engine can generate power of the same magnitude as when the fuel oil is used as the pilot fuel when the water emulsion fuel or the multilayer fuel is used as the pilot fuel.
  • the ship according to the present invention is characterized in that the ship engine system using the pilot fuel according to the present invention is mounted as a main propulsion device or a prime mover.
  • the ship engine system using the pilot fuel according to the present invention can be mounted as a main propulsion device or a prime mover.
  • the ship engine system using the pilot fuel and the ship equipped with the pilot fuel when the engine is driven by using the fuel gas as the fuel, the water emulsion fuel or the multilayer fuel is used as the pilot fuel. Oil consumption can be reduced. As a result, when using, for example, heavy oil containing sulfur as the pilot fuel, the sulfur content supplied to the engine can be reduced, and the amount of sulfur oxides contained in the exhaust gas can be reduced. .
  • the water contained in the water emulsion fuel or multilayer fuel evaporates, so that the maximum temperature of combustion can be lowered by the latent heat. As a result, the amount of nitrogen oxides contained in the exhaust gas can be reduced, contributing to environmental protection.
  • FIG. 1 shows a marine engine system that uses pilot fuel according to a first embodiment of the present invention, and is a configuration diagram during operation of the engine in a gas mode in which water emulsion fuel is injected as pilot fuel.
  • FIG. It is the block diagram which shows the ship engine system which concerns on 2nd Embodiment of the invention, and is operating the engine in the gas mode which injects multilayer fuel as pilot fuel.
  • the marine engine system 11 shown in FIG. 1 has a gas mode in which the fuel gas 13 injected from the fuel gas injection valve 12 is driven as fuel, and a diesel mode in which the fuel oil injected from the fuel oil injection valve 14 is driven as fuel.
  • the two operation modes can be switched and operated.
  • the fuel gas 13 is, for example, natural gas
  • the fuel oil is, for example, heavy oil.
  • the fuel oil injection valve 14 is configured to selectively inject either pilot fuel or fuel oil.
  • FIG. 1 shows the injected fuel to ignite the fuel gas 13 injected from the fuel gas injection valve 12 when the dual fuel diesel engine 15 provided in the marine engine system 11 is operated in the gas mode.
  • a state in which water emulsion fuel 16 that is a mixture of water and fuel oil as pilot fuel is injected from the fuel oil injection valve 14 to the gas 13 is shown.
  • pilot fuel water emulsion fuel 16
  • pilot fuel fuel oil such as heavy oil
  • the consumption amount of the fuel oil used as the pilot fuel can be reduced as compared with the case where fuel oil such as heavy oil is used as the pilot fuel.
  • a fuel gas injection valve 12 and a fuel oil injection valve 14 are provided on a cylinder cover 19 in the dual fuel diesel engine 15 shown in FIG.
  • the diesel engine 15 is a two-stroke engine.
  • the cylinder cover 19 is provided with an exhaust port 20, and an exhaust line 21 is connected to the exhaust port 20.
  • the exhaust port 20 is opened and closed by an exhaust valve 22.
  • the burned gas in the combustion chamber 17 is discharged into the atmosphere as exhaust gas through the exhaust port 20 and the exhaust line 21.
  • the cylinder 23 is provided with a scavenging port 25 for allowing the scavenging air 24 to flow into the combustion chamber 17.
  • the diesel engine 15 may be a four-stroke engine.
  • piston 26 shown in FIG. 1 is provided so as to reciprocate in a cylinder bore 27 provided in the cylinder 23, and a crankshaft 29 is connected to the piston 26 via a connecting rod 28. .
  • a fuel oil supply line 30 is connected to the fuel oil injection valve 14.
  • the fuel oil supply line 30 is provided with a fuel injection device 31, a mixer 32, a fuel oil supply pump (not shown), and a fuel oil tank 33 in order from the downstream side close to the fuel oil injection valve 14.
  • a water supply line 34 is connected to the mixer 32, and a water supply pump (not shown) and a water tank 35 are provided in this water supply line 34 in order from the downstream side close to the mixer 32.
  • a fuel gas supply line 36 is connected to the fuel gas injection valve 12 shown in FIG.
  • the fuel gas supply line 36 is provided with a fuel gas tank (not shown) and a device for supplying fuel gas under pressure.
  • the cargo tank may also serve as a fuel gas tank.
  • the pilot fuel water emulsion fuel 16
  • Fuel gas 13 is injected from the gas injection valve 12 into the combustion chamber 17.
  • the pilot fuel (water emulsion fuel 16) injected from the fuel oil injection valve 14 can be manufactured and supplied to the fuel oil injection valve 14 as follows. That is, the water emulsion fuel 16 can be manufactured by mixing the fuel oil such as heavy oil stored in the fuel oil tank 33 and the water stored in the water tank 35 with the mixer 32.
  • the water emulsion fuel 16 is supplied to the fuel oil injection valve 14 by a fuel injection device 31 (including a fuel injection pump).
  • fuel oil such as heavy oil is injected into the combustion chamber 17 from the fuel oil injection valve 14. That is, fuel oil such as heavy oil stored in the fuel oil tank 33 can be supplied to the fuel oil injection valve 14 by the fuel injection device 31. At this time, the fuel gas 13 is configured not to be injected into the combustion chamber 17 from the fuel gas injection valve 12.
  • the injected fuel is injected by injecting pilot fuel from the fuel oil injection valve 14 to the fuel gas 13 injected from the fuel gas injection valve 12 of the diesel engine 15.
  • the gas 13 can be ignited and the engine 15 can be driven.
  • the minimum fuel injection amount of the pilot fuel to be able to ignite the fuel gas 13 is the characteristics of the injection nozzle of the fuel oil injection valve 14 and the injection pump (fuel injection device 31), and It is determined based on the ignition characteristics of the fuel oil.
  • the minimum injection amount of the pilot fuel is, for example, about 3 to 5% of the fuel oil consumption at the rated output in the diesel mode of the engine 15 (converted into the volume of the liquid state). The injection characteristics are deteriorated so that an appropriate fire type cannot be obtained, the fuel gas cannot be ignited, and the engine 15 cannot be operated properly.
  • water emulsion fuel 16 is used as pilot fuel instead of fuel oil such as heavy oil.
  • the fuel gas 13 can be ignited while ensuring the minimum injection amount (minimum volume in the liquid state) of the pilot fuel to be injected, and the consumed oil amount of the fuel oil contained in the water emulsion fuel 16, that is, the pilot It is possible to reduce the amount of consumed oil of fuel oil used as fuel.
  • the amount of fuel oil consumed as pilot fuel can be reduced in this way, when using heavy oil containing, for example, sulfur as the pilot fuel, the sulfur content supplied to the engine 15 is reduced.
  • the amount of sulfur oxide contained in the exhaust gas 18 can be reduced. This can contribute to prevention of air pollution.
  • the fuel cost required for ship operation can be reduced by reducing the amount of fuel oil consumed as pilot fuel as much as possible. .
  • the amount of sulfur oxides contained in the ship's exhaust gas is severely limited, and this limit will be exceeded when operating with fuel oil containing a large amount of sulfur as pilot fuel. In some cases, this limitation can be overcome by reducing the amount of fuel oil consumed as pilot fuel.
  • the water contained in the water emulsion fuel 16 evaporates, so that the maximum temperature of combustion can be lowered by the latent heat. As a result, the amount of nitrogen oxides contained in the exhaust gas 18 can be reduced, which can contribute to environmental protection.
  • the consumption amount of the fuel oil can be reduced by using the water emulsion fuel 16 as the pilot fuel.
  • the first consumed oil of the fuel oil contained in the water emulsion fuel 16 as the pilot fuel injected from the fuel oil injection valve 14 The injection amount of the water emulsion fuel 16 injected from the fuel oil injection valve 14 so that the amount becomes smaller than the second consumption oil amount when the fuel oil is used as the pilot fuel injected from the fuel oil injection valve 14.
  • the first and second consumed oil amounts are the consumed oil amount per unit output of the engine 15 or a comparison at the same engine output.
  • the injection amount of the water emulsion fuel 16 injected from the fuel oil injection valve 14 is set in this way, the first consumption oil amount of the fuel oil contained in the water emulsion fuel 16 as the pilot fuel is set as the fuel oil only as the pilot fuel. It is possible to reduce the amount of oil consumed in the second case. Therefore, the amount of oil consumption of the fuel oil used as pilot fuel can be reduced.
  • the marine engine system 11 shown in FIG. 1 is injected from the fuel gas injection valve 12 when the water emulsion fuel 16 is injected as the pilot fuel from the fuel oil injection valve 14 when the engine 15 is operated in the gas mode.
  • the second consumption fuel gas of the fuel gas 13 injected from the fuel gas injection valve 12 is the first consumption fuel gas amount of the fuel gas 13 to be
  • the injection amount of the fuel gas 13 injected from the fuel gas injection valve 12 is set so as to be larger than the amount.
  • the first and second consumed fuel gas amounts are a consumed fuel gas amount per unit output of the engine 15 or a comparison at the same engine output.
  • the injection amount of the fuel gas 13 injected from the fuel gas injection valve 12 is set in this way, when the water emulsion fuel 16 is injected as pilot fuel from the fuel oil injection valve 14, it is injected from the fuel gas injection valve 12.
  • the second consumption fuel gas amount of the fuel gas 13 injected from the fuel gas injection valve 12 Can be more.
  • the engine 15 can generate an output having the same magnitude as when the water emulsion fuel 16 is used as the pilot fuel, when fuel oil is used as the pilot fuel.
  • the ship engine system 38 of the second embodiment shown in FIG. 2 is different from the ship engine system 11 shown in FIG. 1 in that when the engine 15 is operated in the gas mode, the first embodiment shown in FIG. Then, while the water emulsion fuel 16 is injected from the fuel oil injection valve 14 as pilot fuel, in the second embodiment shown in FIG. 2, the multilayer fuel 39 is injected from the fuel oil injection valve 14 as pilot fuel. is there. As shown in FIG. 2, the multilayer fuel 39 is a fuel in which fuel oil layers and water layers are alternately arranged to form a multilayer shape.
  • FIG. 2 shows the injected fuel in order to ignite the fuel gas 13 injected from the fuel gas injection valve 12 when the dual fuel diesel engine 15 provided in the marine engine system 38 is operated in the gas mode.
  • a fuel oil supply line 30 is connected to the fuel oil injection valve 14.
  • the fuel oil supply line 30 is provided with a fuel injection device 40 (including a fuel injection pump), a fuel oil supply pump (not shown), and a fuel oil tank 33 in order from the downstream side close to the fuel oil injection valve 14. It has been.
  • a water supply line 41 is connected to the fuel injection device 40, and a water supply pump (not shown) and a water tank 35 are provided in this water supply line 41 in order from the downstream side close to the fuel injection device 40. It has been.
  • the fuel gas 13 is injected from the fuel gas injection valve 12 into the combustion chamber 17, and the fuel oil injection valve is injected into the injected fuel gas 13. From 14, pilot fuel (multilayer fuel 39) is injected into the combustion chamber 17.
  • the pilot fuel (multilayer fuel 39) injected from the fuel oil injection valve 14 can be manufactured and supplied to the fuel oil injection valve 14 as follows. That is, by supplying fuel oil such as heavy oil stored in the fuel oil tank 33 and water stored in the water tank 35 alternately to the fuel injection device 40 so as to be multilayered, A multilayer fuel 39 can be manufactured, and the manufactured multilayer fuel 39 is supplied to the fuel oil injection valve 14 by the fuel injection device 40.
  • the fuel gas supply line 36 is connected to the fuel gas injection valve 12 shown in FIG. 2 similarly to 1st Embodiment shown in FIG.
  • the fuel gas supply line 36 is provided with a fuel gas tank (not shown) and a device for supplying fuel gas under pressure.
  • the cargo tank may also serve as a fuel gas tank.
  • the multilayer fuel 39 of the pilot fuel is supplied from the fuel oil injection valve 14 at a predetermined timing. By injecting, the injected fuel gas 13 can be ignited and the engine 15 can be driven.
  • the water emulsion fuel 16 is used as the pilot fuel in the first embodiment. Since it works in the same way as the time, its description is omitted.
  • the configuration is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1 and operates in the same manner. Therefore, the equivalent parts are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
  • the marine engine system of the present invention is applied to a dual fuel diesel engine 15 that can be operated by switching between two operation modes of a gas mode and a diesel mode.
  • the present invention can be applied to an engine that can be operated only in a gas mode that does not have a diesel mode.
  • the marine engine system using the pilot fuel of the above embodiment can be applied to, for example, a main propulsion device or a prime mover mounted on the marine vessel.
  • the ship engine system and the ship using the pilot fuel according to the present invention can reduce the consumption of the fuel oil used as the pilot fuel when the engine is driven with the fuel gas as the fuel. It has an excellent effect and is suitable for being applied to a ship engine system and a ship using such a pilot fuel.

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Abstract

　ディーゼルエンジンに設けられ、燃料ガスを噴射するための燃料ガス噴射弁と、ディーゼルエンジンに設けられ、燃料油を噴射するための燃料油噴射弁とを備え、エンジンが稼働する際に、燃料油噴射弁からパイロット燃料が噴射され火種となり、燃料ガス噴射弁から噴射される燃料ガスに着火する、パイロット燃料を使用する船舶機関システムであって、パイロット燃料として、水エマルジョン燃料、又は燃料油の層と水の層とが多層状になった多層状燃料が使用される構成。

Description

パイロット燃料を使用する船舶機関システム及び船舶
　本発明は、エンジンに噴射される燃料ガスに着火するためのパイロット燃料が、水エマルジョン燃料又は燃料油と水とが多層状になった多層状燃料である、パイロット燃料を使用する船舶機関システム及び船舶に関する。
　船舶用の二元燃料エンジンの一例として、図３に示すものがある。この二元燃料エンジン１は、燃料ガス噴射弁２から噴射される燃料ガス３を主な燃料として稼働するガスモードと、燃料油噴射弁４から噴射される燃料油のみを燃料として稼働するディーゼルモードの２つの動作モードを切り換えて運転することができるものである。
　図３は、エンジン１をガスモードで運転するときにおいて、重油等のパイロット燃料５を燃料油噴射弁４から噴射して種火を準備した状態で、燃料ガス３を噴射して当該燃料ガス３を燃焼させている状態を示している。なお、図３に示す７は、燃料油噴射装置であり、８は、燃料油タンクである。
　ところで、ガスエンジン又は図３に示す二元燃料エンジン１をガスモードで運転する際に、パイロット燃料としての燃料油の使用料を削減することには、様々なメリットがある。
　例えば燃料油の価格が高騰し、燃料ガスの価格よりも高価となった場合、できるだけパイロット燃料として消費する燃料油の量を減らすことで、船の運航に必要な燃料コストを削減することができる。
　また、パイロット燃料として、主に利用される重油には硫黄分が含まれているため、パイロット燃料を削減することにより、排気ガス中に含まれる硫黄酸化物の量を減らすことができ、大気汚染の防止に貢献することができる。
　加えて、海域によっては、船舶の排気ガスに含まれている硫黄酸化物の量が厳しく制限されており、硫黄分を多く含む燃料油をパイロット燃料として用いて運航すると、この制限を超過してしまう場合が有り得るが、パイロット燃料としての燃料油の消費量を削減することによって、この制限をクリアすることが可能になる。
　また、ガスモードとディーゼルモードの２つの動作モードを切り換えて運転することができる二元燃料エンジンの他の例として、特開２００８－２０２５５０号公報に記載されているものがある。
特開２００８－２０２５５０号公報
　しかし、パイロット燃料５の最低噴射量は、例えばエンジン１のディーゼルモードでの定格出力時の燃料油消費量の約３～５％程度（液体状態の体積換算）が必要であり、これ以下にすると、パイロット燃料５の噴射特性が悪化してエンジン１を適切に運転することができなくなることがある。
　従って、上記従来のそれぞれの二元燃料エンジンでは、ガスモードで運転するときのパイロット燃料５として使用する重油等の燃料油の消費油量を削減するにも、或る一定の限界がある。
　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、燃料ガスを燃料としてエンジンを駆動するときに、パイロット燃料として使用される燃料油の消費量を削減することができるパイロット燃料を使用する船舶機関システム及び船舶を提供することを目的としている。
　本発明に係るパイロット燃料を使用する船舶機関システムは、ディーゼルエンジンに設けられ、燃料ガスを噴射するための燃料ガス噴射弁と、前記ディーゼルエンジンに設けられ、燃料油を噴射するための燃料油噴射弁とを備え、前記エンジンが稼働する際に、前記燃料油噴射弁からパイロット燃料が噴射され火種となり、前記燃料ガス噴射弁から噴射される燃料ガスに着火する、パイロット燃料を使用する船舶機関システムであって、前記パイロット燃料として、水と燃料油の混合物である水エマルジョン燃料、又は燃料油の層と水の層とが多層状になった多層状燃料が使用されることを特徴とするものである。
　この発明に係るパイロット燃料を使用する船舶機関システムによると、燃料油噴射弁から噴射されたパイロット燃料によって火種が準備された状態で、燃料ガス噴射弁から燃料ガスを噴射して燃焼させることで、エンジンを駆動させることができる。
　ところで、燃料ガスに着火できるようにするためのパイロット燃料の体積換算（液体の状態）の最低噴射量は、燃料油噴射弁の噴射ノズル及び噴射ポンプの特性、並びに、燃料油の着火特性等に基づいて定められている。このパイロット燃料の最低噴射量は、例えばエンジンの定格出力時の総消費熱量の約３～５％程度であり、これ以下にすると、パイロット燃料の噴射特性が悪化してエンジンを適切に運転することができなくなることがある。
　そこで、パイロット燃料として使用する燃料油の消費油量を削減することを目的の１つとして、パイロット燃料として、重油等の燃料油に代えて水エマルジョン燃料又は多層状燃料を使用する。これによって、噴射するパイロット燃料の最低噴射量（液体状態の最低体積）を確保して燃料ガスが着火することができると共に、水エマルジョン燃料又は多層状燃料に含まれる燃料油の消費油量、即ち、パイロット燃料として使用する燃料油の消費油量を削減することができる。
　この発明に係るパイロット燃料を使用する船舶機関システムにおいて、前記燃料油噴射弁は、前記パイロット燃料と前記燃料油の一方を選択的に噴射できるように構成されており、前記エンジンは、前記燃料ガス噴射弁から噴射される燃料ガスを燃料として稼働するガスモードと、前記燃料油噴射弁から噴射される燃料油を燃料として稼働するディーゼルモードの２つの動作モードを切り換えて運転することができる二元燃料エンジンであるものとするとよい。
　この船舶機関システムによると、エンジンをガスモードで運転する時に、パイロット燃料として水エマルジョン燃料又は多層状燃料を使用することによって、燃料油噴射弁の噴射特性上最低限必要なパイロット燃料の噴射量よりも、燃料油の噴射量を減らすことができる。特に、パイロット燃料の噴射に、ディーゼルモードで燃料油を噴射する際に用いる燃料油噴射弁が供用されているため、大型の燃料油噴射弁を用いる必要があり、パイロット燃料として噴射する場合の最低必要噴射量が大きい。このため、パイロット燃料の消費量の低減効果が大きい。
　この発明に係るパイロット燃料を使用する船舶機関システムにおいて、前記燃料油噴射弁から噴射されるパイロット燃料としての水エマルジョン燃料又は多層状燃料に含まれる燃料油の第１消費油量が、前記燃料油噴射弁から噴射されるパイロット燃料として燃料油を使用し、前記第１消費油量での運転と同一の出力で前記エンジンを運転した場合の第２消費油量よりも少なくなるように、前記燃料油噴射弁から噴射される水エマルジョン燃料又は多層状燃料の噴射量が設定されるものとするとよい。
　このようにすると、パイロット燃料としての水エマルジョン燃料又は多層状燃料に含まれる燃料油の第１消費油量を、パイロット燃料として燃料油を使用した場合の第２消費油量よりも少なくすることができる。よって、パイロット燃料として使用する燃料油の消費油量を削減することができる。
　この発明に係るパイロット燃料を使用する船舶機関システムにおいて、前記燃料油噴射弁からパイロット燃料として水エマルジョン燃料又は多層状燃料が噴射されるときに、前記燃料ガス噴射弁から噴射される燃料ガスの第１消費燃料ガス量が、前記燃料油噴射弁からパイロット燃料として燃料油が噴射され、かつ、前記第１消費燃料ガス量での運転と同一の出力で前記エンジンを運転した場合における、前記燃料ガス噴射弁から噴射される燃料ガスの第２消費燃料ガス量よりも多くなるように、前記燃料ガス噴射弁から噴射される燃料ガスの噴射量が設定されるものとするとよい。
　このようにすると、燃料油噴射弁からパイロット燃料として水エマルジョン燃料又は多層状燃料が噴射されるときに、燃料ガス噴射弁から噴射される燃料ガスの第１消費燃料ガス量を、燃料油噴射弁からパイロット燃料として燃料油が噴射される場合に、燃料ガス噴射弁から噴射される燃料ガスの第２消費燃料ガス量よりも多くすることができる。これによって、エンジンは、パイロット燃料として水エマルジョン燃料又は多層状燃料を使用するときも、パイロット燃料として燃料油を使用するときと同程度の大きさの動力を発生することができる。
　本発明に係る船舶は、本発明に係るパイロット燃料を使用する船舶機関システムを主推進装置又は原動機として搭載したことを特徴とするものである。
　この発明に係る船舶によると、本発明に係るパイロット燃料を使用する船舶機関システムを主推進装置又は原動機として搭載することができる。
　この発明に係るパイロット燃料を使用する船舶機関システム及びこれを搭載する船舶によると、エンジンを燃料ガスを燃料として駆動するときに、パイロット燃料として水エマルジョン燃料又は多層状燃料を使用することによって、燃料油の消費量を削減することができる。これによって、パイロット燃料として例えば硫黄分を含む重油を使用する場合には、エンジンに供給される硫黄分を削減することができ、排気ガスに含まれる硫黄酸化物の排出量を削減することができる。
　また、燃料ガス、及び水エマルジョン燃料又は多層状燃料の燃焼中に、水エマルジョン燃料又は多層状燃料に含まれる水分が蒸発することによって、その潜熱によって燃焼の最高温度を低下させることができる。これによって、排気ガスに含まれる窒素酸化物の排出量を削減することができ、環境保護に貢献することができる。
この発明の第１実施形態に係るパイロット燃料を使用する船舶機関システムを示し、パイロット燃料として水エマルジョン燃料を噴射するガスモードでエンジンを運転中の構成図である。 同発明の第２実施形態に係る同船舶機関システムを示し、パイロット燃料として多層状燃料を噴射するガスモードでエンジンを運転中の構成図である。 従来の船舶用の二元燃料エンジンを示し、パイロット燃料として重油等の燃料油を噴射するガスモードでエンジンを運転中の構成図である。
　以下、本発明に係るパイロット燃料を使用する船舶機関システムの第１実施形態を、図１を参照して説明する。この図１に示す船舶機関システム１１は、燃料ガス噴射弁１２から噴射される燃料ガス１３を燃料として駆動するガスモードと、燃料油噴射弁１４から噴射される燃料油を燃料として駆動するディーゼルモードの２つの動作モードを切り換えて運転することができるものである。燃料ガス１３は、例えば天然ガスであり、燃料油は、例えば重油である。
　そして、この燃料油噴射弁１４は、パイロット燃料と燃料油の一方を選択的に噴射できるように構成されている。
　図１は、船舶機関システム１１が備えている二元燃料ディーゼルエンジン１５をガスモードで運転するときにおいて、燃料ガス噴射弁１２から噴射された燃料ガス１３に着火するために、この噴射された燃料ガス１３に対して、パイロット燃料としての水と燃料油の混合物である水エマルジョン燃料１６を燃料油噴射弁１４から噴射している状態を示している。
　このように、燃焼室１７に噴射された燃料ガス１３に着火するために、パイロット燃料（水エマルジョン燃料１６）をこの燃焼室１７に噴射するようにしているのは、燃料ガス１３（天然ガス等）は、圧縮自己着火性が悪く、パイロット燃料（重油等の燃料油）は、圧縮自己着火性が良いからである。
　また、パイロット燃料として水エマルジョン燃料１６を使用すると、パイロット燃料として重油等の燃料油を使用する場合と比較して、パイロット燃料として使用される燃料油の消費量を削減することができる。
　図１に示す二元燃料ディーゼルエンジン１５では、シリンダカバー１９に燃料ガス噴射弁１２及び燃料油噴射弁１４が設けられている。また、ディーゼルエンジン１５は、２ストロークエンジンである。具体的に、シリンダカバー１９には、排気口２０が設けられ、この排気口２０には、排気ライン２１が接続している。そして、排気口２０は、排気弁２２によって開閉される。そして、燃焼室１７内の燃焼済みガスは、これら排気口２０及び排気ライン２１を通って排気ガスとして大気中に排出される。また、シリンダ２３には、掃気２４を燃焼室１７内に流入させるための掃気口２５が設けられている。ただし、ディーゼルエンジン１５は、４ストロークエンジンであってもよい。
　更に、図１に示すピストン２６は、シリンダ２３内に設けられているシリンダボア２７内を往復運動するように設けられ、このピストン２６には、連接棒２８を介してクランクシャフト２９が連結している。
　次に、図１を参照して、水エマルジョン燃料１６の製造ラインを説明する。図１に示すように、燃料油噴射弁１４には、燃料油供給ライン３０が接続している。この燃料油供給ライン３０には、燃料油噴射弁１４に近い下流側から順に、燃料噴射装置３１、ミキサ３２、燃料油供給ポンプ（図示せず）、及び燃料油タンク３３が設けられている。また、ミキサ３２には、水供給ライン３４が接続し、この水供給ライン３４には、ミキサ３２に近い下流側から順に、水供給ポンプ（図示せず）及び水タンク３５が設けられている。
　更に、図１に示す燃料ガス噴射弁１２には、燃料ガス供給ライン３６が接続している。この燃料ガス供給ライン３６には、図示しない燃料ガスタンクや燃料ガスを加圧供給する装置が設けられる。更に、液化天然ガスや圧縮天然ガス運搬船の場合は、カーゴタンクが燃料ガスタンクを兼ねている場合もある。
　次に、図１に示す船舶機関システム１１のガスモード運転及びディーゼルモード運転における作用について説明する。
　まず、エンジン１５をガスモードで運転するときは、燃料油噴射弁１４からパイロット燃料（水エマルジョン燃料１６）が燃焼室１７内に噴射され、自己着火によって種火となり、この種火に対して燃料ガス噴射弁１２から燃料ガス１３が燃焼室１７内に噴射される。
　この燃料油噴射弁１４から噴射されるパイロット燃料（水エマルジョン燃料１６）は、以下のようにして製造されて燃料油噴射弁１４に供給することができる。つまり、燃料油タンク３３に貯留されている重油等の燃料油と、水タンク３５に貯留されている水とをミキサ３２で混ぜることによって水エマルジョン燃料１６を製造することができ、この製造された水エマルジョン燃料１６は、燃料噴射装置３１（燃料噴射ポンプを含む）によって燃料油噴射弁１４に供給される。
　そして、エンジン１５をディーゼルモードで運転するときは、燃料油噴射弁１４から重油等の燃料油が燃焼室１７内に噴射される。つまり、燃料油タンク３３に貯留されている重油等の燃料油を燃料噴射装置３１によって燃料油噴射弁１４に供給することができる。このとき、燃料ガス噴射弁１２からは、燃料ガス１３が燃焼室１７内に噴射されないように構成されている。
　次に、上記のように構成されたパイロット燃料を使用する船舶機関システム１１の作用を説明する。図１に示す船舶機関システム１１によると、ディーゼルエンジン１５の燃料ガス噴射弁１２から噴射された燃料ガス１３に対して、燃料油噴射弁１４からパイロット燃料を噴射することによって、その噴射された燃料ガス１３に着火することができ、エンジン１５を駆動させることができる。
　ところで、燃料ガス１３に着火できるようにするためのパイロット燃料の体積換算（液体の状態）の最低噴射量は、燃料油噴射弁１４の噴射ノズル及び噴射ポンプ（燃料噴射装置３１）の特性、並びに、燃料油の着火特性等に基づいて定められている。このパイロット燃料の最低噴射量は、例えばエンジン１５のディーゼルモードでの定格出力時の燃料油消費量の約３～５％程度（液体状態の体積換算）であり、これ以下にすると、パイロット燃料の噴射特性が悪化して適切な火種となることができず、燃料ガスに着火することができなくなり、エンジン１５を適切に運転することができなくなることがある。
　そこで、パイロット燃料として使用する燃料油の消費油量を削減することを目的の１つとして、パイロット燃料として、重油等の燃料油に代えて水エマルジョン燃料１６を使用する。これによって、噴射するパイロット燃料の最低噴射量（液体状態の最低体積）を確保して燃料ガス１３が着火することができると共に、水エマルジョン燃料１６に含まれる燃料油の消費油量、即ち、パイロット燃料として使用する燃料油の消費油量を削減することができる。
　また、このように、パイロット燃料として使用する燃料油の消費油量を削減することができるので、パイロット燃料として例えば硫黄分を含む重油を使用する場合には、エンジン１５に供給される硫黄分を削減することができ、排気ガス１８に含まれる硫黄酸化物の排出量を削減することができる。これによって、大気汚染の防止に貢献することができる。
　更に、パイロット燃料としての燃料油の消費量を削減することには、以下のような様々なメリットがある。
　例えば燃料油の価格が高騰し、燃料ガスの価格よりも高価となった場合、できるだけパイロット燃料として消費する燃料油の量を減らすことで、船の運航に必要な燃料コストを削減することができる。
　また、海域によっては、船舶の排気ガスに含まれている硫黄酸化物の量が厳しく制限されており、硫黄分を多く含む燃料油をパイロット燃料として用いて運航すると、この制限を超過してしまう場合が有り得るが、パイロット燃料としての燃料油消費量を削減することによって、この制限をクリアすることが可能になる。
　また、燃料ガス１３及び水エマルジョン燃料１６の燃焼中に、水エマルジョン燃料１６に含まれる水分が蒸発することによって、その潜熱によって燃焼の最高温度を低下させることができる。これによって、排気ガス１８に含まれる窒素酸化物の排出量を削減することができ、環境保護に貢献することができる。
　そして、上記のように、エンジン１５をガスモードで運転するときは、パイロット燃料として水エマルジョン燃料１６を使用することによって、燃料油の消費量を削減することができる。
　そして、図１に示す船舶機関システム１１は、エンジン１５をガスモードで運転するときにおいて、燃料油噴射弁１４から噴射されるパイロット燃料としての水エマルジョン燃料１６に含まれる燃料油の第１消費油量が、燃料油噴射弁１４から噴射されるパイロット燃料として燃料油を使用した場合の第２消費油量よりも少なくなるように、燃料油噴射弁１４から噴射される水エマルジョン燃料１６の噴射量が設定されている。ここで、これら第１及び第２消費油量は、エンジン１５の単位出力あたりの消費油量、又は同一のエンジン出力での比較である。
　このように燃料油噴射弁１４から噴射される水エマルジョン燃料１６の噴射量を設定すると、パイロット燃料としての水エマルジョン燃料１６に含まれる燃料油の第１消費油量を、パイロット燃料として燃料油のみを使用した場合の第２消費油量よりも少なくすることができる。よって、パイロット燃料として使用する燃料油の消費油量を削減することができる。
　また、図１に示す船舶機関システム１１は、エンジン１５をガスモードで運転するときにおいて、燃料油噴射弁１４からパイロット燃料として水エマルジョン燃料１６が噴射されるときに、燃料ガス噴射弁１２から噴射される燃料ガス１３の第１消費燃料ガス量が、燃料油噴射弁１４からパイロット燃料として燃料油が噴射される場合に、燃料ガス噴射弁１２から噴射される燃料ガス１３の第２消費燃料ガス量よりも多くなるように、燃料ガス噴射弁１２から噴射される燃料ガス１３の噴射量が設定されている。ここで、これら第１及び第２消費燃料ガス量は、エンジン１５の単位出力あたりの消費燃料ガス量、又は同一のエンジン出力での比較である。
　このように燃料ガス噴射弁１２から噴射される燃料ガス１３の噴射量を設定すると、燃料油噴射弁１４からパイロット燃料として水エマルジョン燃料１６が噴射されるときに、燃料ガス噴射弁１２から噴射される燃料ガス１３の第１消費燃料ガス量を、燃料油噴射弁１４からパイロット燃料として燃料油が噴射される場合に、燃料ガス噴射弁１２から噴射される燃料ガス１３の第２消費燃料ガス量よりも多くすることができる。これによって、エンジン１５は、パイロット燃料として水エマルジョン燃料１６を使用するときも、パイロット燃料として燃料油を使用するときと同程度の大きさの出力を発生することができる。
　次に、本発明に係るパイロット燃料を使用する船舶機関システムの第２実施形態を、図２を参照して説明する。この図２に示す第２実施形態の船舶機関システム３８と、図１に示す船舶機関システム１１とが相違するところは、エンジン１５をガスモードで運転するときにおいて、図１に示す第１実施形態では、燃料油噴射弁１４からパイロット燃料として水エマルジョン燃料１６を噴射するのに対して、図２に示す第２実施形態では、燃料油噴射弁１４からパイロット燃料として多層状燃料３９を噴射するところである。この多層状燃料３９は、図２に示すように、燃料油の層と水の層とが交互に配置されて多層状になった燃料である。
　図２は、船舶機関システム３８が備えている二元燃料ディーゼルエンジン１５をガスモードで運転するときにおいて、燃料ガス噴射弁１２から噴射された燃料ガス１３に着火するために、この噴射された燃料ガス１３に対して、パイロット燃料としての多層状燃料３９を燃料油噴射弁１４から噴射している状態を示している。
　次に、図２を参照して、多層状燃料３９の製造ラインを説明する。図２に示すように、燃料油噴射弁１４には、燃料油供給ライン３０が接続している。この燃料油供給ライン３０には、燃料油噴射弁１４に近い下流側から順に、燃料噴射装置４０（燃料噴射ポンプを含む）、燃料油供給ポンプ（図示せず）、及び燃料油タンク３３が設けられている。また、燃料噴射装置４０には、水供給ライン４１が接続し、この水供給ライン４１には、燃料噴射装置４０に近い下流側から順に、水供給ポンプ（図示せず）及び水タンク３５が設けられている。
　図２に示すエンジン１５をガスモードで運転するときは、燃料ガス噴射弁１２から燃料ガス１３が燃焼室１７内に噴射されると共に、この噴射された燃料ガス１３に対して、燃料油噴射弁１４からパイロット燃料（多層状燃料３９）が燃焼室１７内に噴射される。
　この燃料油噴射弁１４から噴射されるパイロット燃料（多層状燃料３９）は、以下のようにして製造されて燃料油噴射弁１４に供給することができる。つまり、燃料油タンク３３に貯留されている重油等の燃料油と、水タンク３５に貯留されている水とを交互に配置して多層状となるように燃料噴射装置４０に供給することによって、多層状燃料３９を製造することができ、この製造された多層状燃料３９は、この燃料噴射装置４０によって燃料油噴射弁１４に供給される。
　なお、図２に示す燃料ガス噴射弁１２には、図１に示す第１実施形態と同様に、燃料ガス供給ライン３６が接続している。この燃料ガス供給ライン３６には、図示しない燃料ガスタンクや燃料ガスを加圧供給する装置が設けられる。更に、液化天然ガスや圧縮天然ガス運搬船の場合は、カーゴタンクが燃料ガスタンクを兼ねている場合もある。
　この図２に示す船舶機関システム３８によると、ディーゼルエンジン１５の燃料ガス噴射弁１２から噴射された燃料ガス１３に対して、所定のタイミングで燃料油噴射弁１４からパイロット燃料の多層状燃料３９を噴射することによって、その噴射された燃料ガス１３に着火することができ、エンジン１５を駆動させることができる。
　そして、図２に示すように、エンジン１５をガスモードで運転するときにおいて、パイロット燃料として多層状燃料３９を使用するときは、上記第１実施形態において、パイロット燃料として水エマルジョン燃料１６を使用するときと同様に作用するので、その説明を省略する。また、上記以外は、図１に示す第１実施形態と同等の構成であり同様に作用するので、同等部分を同一の図面符号で示し、それらの説明を省略する。
　ただし、上記第１及び第２実施形態では、本発明の船舶機関システムを、ガスモードとディーゼルモードの２つの動作モードを切り換えて運転することができる二元燃料ディーゼルエンジン１５に適用した例を挙げて説明したが、これに代えて、ディーゼルモードを有しないガスモードのみで運転することができるエンジンに適用することができる。
　そして、上記実施形態のパイロット燃料を使用する船舶機関システムは、船舶に搭載された例えば主推進装置又は原動機に適用することができる。
　以上のように、本発明に係るパイロット燃料を使用する船舶機関システム及び船舶は、エンジンを燃料ガスを燃料として駆動するときに、パイロット燃料として使用される燃料油の消費量を削減することができる優れた効果を有し、このようなパイロット燃料を使用する船舶機関システム及び船舶に適用するのに適している。
　１１　パイロット燃料を使用する船舶機関システム
　１２　燃料ガス噴射弁
　１３　燃料ガス
　１４　燃料油噴射弁
　１５　二次元燃料ディーゼルエンジン
　１６　水エマルジョン燃料（パイロット燃料）
　１７　燃焼室
　１８　排気ガス
　１９　シリンダカバー
　２０　排気口
　２１　排気ライン
　２２　排気弁
　２３　シリンダ
　２４　掃気
　２５　掃気口
　２６　ピストン
　２７　シリンダボア
　２８　連接棒
　２９　クランクシャフト
　３０　燃料油供給ライン
　３１　燃料噴射装置
　３２　ミキサ
　３３　燃料油タンク
　３４　水供給ライン
　３５　水タンク
　３６　燃料ガス供給ライン
　３８　パイロット燃料を使用する船舶機関システム
　３９　多層状燃料（パイロット燃料）
　４０　燃料噴射装置
　４１　水供給ライン

Claims (5)

  1. 　ディーゼルエンジンに設けられ、燃料ガスを噴射するための燃料ガス噴射弁と、
    　前記ディーゼルエンジンに設けられ、燃料油を噴射するための燃料油噴射弁とを備え、
    　前記エンジンが稼働する際に、前記燃料油噴射弁からパイロット燃料が噴射され火種となり、前記燃料ガス噴射弁から噴射される燃料ガスに着火する、パイロット燃料を使用する船舶機関システムであって、
    　前記パイロット燃料として、水と燃料油の混合物である水エマルジョン燃料、又は燃料油の層と水の層とが多層状になった多層状燃料が使用されることを特徴とするパイロット燃料を使用する船舶機関システム。
  2. 　前記燃料油噴射弁は、前記パイロット燃料と前記燃料油の一方を選択的に噴射できるように構成されており、
    　前記エンジンは、前記燃料ガス噴射弁から噴射される燃料ガスを燃料として稼働するガスモードと、前記燃料油噴射弁から噴射される燃料油を燃料として稼働するディーゼルモードの２つの動作モードを切り換えて運転することができる二元燃料エンジンであることを特徴とする請求項１に記載のパイロット燃料を使用する船舶機関システム。
  3. 　前記燃料油噴射弁から噴射されるパイロット燃料としての水エマルジョン燃料又は多層状燃料に含まれる燃料油の第１消費油量が、前記燃料油噴射弁から噴射されるパイロット燃料として燃料油を使用し、前記第１消費油量での運転と同一の出力で前記エンジンを運転した場合の第２消費油量よりも少なくなるように、前記燃料油噴射弁から噴射される水エマルジョン燃料又は多層状燃料の噴射量が設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載のパイロット燃料を使用する船舶機関システム。
  4. 　前記燃料油噴射弁からパイロット燃料として水エマルジョン燃料又は多層状燃料が噴射されるときに、前記燃料ガス噴射弁から噴射される燃料ガスの第１消費燃料ガス量が、前記燃料油噴射弁からパイロット燃料として燃料油が噴射され、かつ、前記第１消費燃料ガス量での運転と同一の出力で前記エンジンを運転した場合における、前記燃料ガス噴射弁から噴射される燃料ガスの第２消費燃料ガス量よりも多くなるように、前記燃料ガス噴射弁から噴射される燃料ガスの噴射量が設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のパイロット燃料を使用する船舶機関システム。
  5. 　請求項１乃至４のいずれかに記載のパイロット燃料を使用する船舶機関システムを主推進装置又は原動機として搭載したことを特徴とする船舶。
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