WO2016136829A1

WO2016136829A1 - 主機の制御装置及び方法、主機、船舶

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Publication number: WO2016136829A1
Application number: PCT/JP2016/055490
Authority: WO
Inventors: 浩彰平林; 晃洋三柳
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2016-09-01
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Abstract

主機の制御装置及び方法、主機、船舶において、ディーゼルエンジン本体（２）と、コンプレッサ（２１）及びタービン（２２）を備える排気タービン過給機（３）と、排気タービン過給機（３）を駆動する電動発電機（３２）と、ディーゼルエンジン本体（２）に空気を供給する補助ブロワ（４）とを備える舶用ディーゼルエンジン（１）において、ディーゼルエンジン本体（２）の低回転領域で補助ブロワ（４）を駆動する第１掃気供給モード（ａ）と、ディーゼルエンジン本体（２）の高回転領域で電動発電機（３２）により排気タービン過給機（３）を駆動する第２掃気供給モード（ｂ）とを設け、第１掃気供給モード（ａ）と第２掃気供給モード（ｂ）を予め設定されたモード切替回転数（主機規定負荷）により切替えることで、主機の低負荷運転時の効率を向上する。

Description

主機の制御装置及び方法、主機、船舶

　本発明は、過給機を備える主機の制御装置及び方法、主機の制御装置を備える主機、主機を備える船舶に関するものである。

　例えば、船舶に搭載される主機としての内燃機関は、燃費向上や排ガス中のＣＯ_２を削減するために過給機が装着されている。この過給機は、内燃機関から排出される排ガスを利用してタービン及びコンプレッサを駆動することにより、内燃機関に吸気を圧縮供給して内燃機関の出力を向上させるものである。また、過給機のコンプレッサを駆動した余剰のエネルギを用いて発電機で発電を行うターボチャージャ発電装置がある。このターボチャージャ発電装置は、過給機に発電機を直結し、余剰の排ガスエネルギを電気エネルギとして回収することで、船内における他の発電機の発電量を削減するものである。

　このようなターボチャージャ発電装置としては、下記特許文献１及び非特許文献１に記載されたものがある。

特開２０１３－２２４６７２号公報

三菱重工技報　Ｖｏｌ．４９　Ｎｏ．１（２０１２）新製品・新技術特集「排ガスで発電する大型舶用ハイブリッド過給機の実用化」

　上述した非特許文献１に記載では、内燃機関の起動時や低負荷運転時には過給機だけでは十分な燃焼用気体を内燃機関に供給できないため、補助ブロワを用いて内燃機関に供給する吸気を確保している。しかし、補助ブロワは、電動機により一定の速度で運転して一定量の空気を内燃機関に供給するものであることから、制御の自由度が低く、最適な運転が困難で、効率が悪いという問題がある。

　本発明は、上述した課題を解決するものであり、主機の低負荷運転時の効率を向上する主機の制御装置及び方法、主機、船舶を提供することを目的とする。

　上記の目的を達成するための本発明の主機の制御装置は、主機本体と、コンプレッサ及びタービンを備える過給機と、前記過給機を駆動する電動機と、前記主機本体に空気を供給する補助ブロワとを備える主機において、前記補助ブロワを駆動する第１掃気供給モードと、前記電動機により前記過給機を駆動する第２掃気供給モードとが設けられ、前記第１掃気供給モードと前記第２掃気供給モードを予め設定された主機規定負荷により切替える、ことを特徴とするものである。

　従って、補助ブロワを駆動して主機本体に空気を供給する第１掃気供給モードと、電動機により過給機を補助的に駆動する第２掃気供給モードとを主機規定負荷により切替えることで、主機本体の回転数変更頻度の多い低負荷運転時に、過給機を安定して駆動することができると共に、補助ブロワを適正時期だけ限定的に駆動して省エネ効果を確保することができ、主機の低負荷運転時の効率を向上することができる。

　本発明の主機の制御装置では、前記第１掃気供給モードでの運転時に、前記主機本体の負荷が上昇して予め設定された第１主機規定負荷に到達すると、前記電動機による前記過給機の駆動を開始して前記補助ブロワの駆動を停止することを特徴としている。

　従って、主機本体の負荷に応じて第１掃気供給モードから第２掃気供給モードに切替えることで、過給機を適正に起動することができる。

　本発明の主機の制御装置では、前記過給機の駆動開始から予め設定された第１待機時間の経過後、前記補助ブロワの駆動を停止することを特徴としている。

　従って、電動機による過給機の駆動補助を開始して第１待機時間の経過後に補助ブロワの駆動を停止することで、第１待機時間の間だけ、電動機により過給機を駆動補助すると共に、補助ブロワにより主機本体に空気を供給することとなり、主機を安定して運転することができる。

　本発明の主機の制御装置では、前記第２掃気供給モードでの運転時に、前記主機本体の負荷が低下して予め設定された第２主機規定負荷に到達すると、前記補助ブロワの駆動を開始して前記電動機による前記過給機の駆動を停止することを特徴としている。

　従って、主機本体の負荷に応じて第２掃気供給モードから第１掃気供給モードに切替えることで、過給機を適正に停止することができる。

　本発明の主機の制御装置では、前記補助ブロワの駆動開始から予め設定された第２待機時間の経過後、前記電動機による前記過給機の駆動を停止することを特徴としている。

　従って、補助ブロワの駆動開始から第２待機時間の経過後に電動機による過給機の駆動補助を停止することで、第２待機時間の間だけ、補助ブロワにより主機本体に空気を供給すると共に、電動機により過給機を駆動補助することとなり、主機を安定して雨天することができる。

　本発明の主機の制御装置では、前記主機本体の負荷は、主機回転数であり、前記主機規定負荷は、予め設定された主機規定回転数であることを特徴としている。

　従って、第１掃気供給モードと第２掃気供給モードとを主機規定回転数により切替えることで、この切替時に、過給機の駆動補助の開始及び補助停止と補助ブロワの駆動の開始及び停止が繰り返し行われることはなく、過給機の駆動補助を安定して開始及び停止することができ、機器の信頼性を確保することができる。

　本発明の主機の制御装置では、前記制御装置に主機回数数指令を出力する操縦ハンドルが設けられ、前記操縦ハンドルによる港湾内高校モードと港湾外運航モードの切替回転数に対して、前記主機規定回転数が高く設定されることを特徴としている。

　従って、過給機の駆動補助を安定して開始及び停止することができる。

　また、本発明の主機の制御方法は、補助ブロワを駆動して前記主機本体に燃焼用気体を供給する工程と、主機本体の負荷が上昇して予め設定された第１主機規定負荷に到達すると電動機による過給機の駆動を開始して前記補助ブロワの駆動を停止する工程と、を備えることを特徴とするものである。

　従って、過給機を安定して起動することができると共に、補助ブロワを適正時期だけ限定的に駆動して省エネ効果を確保することができ、主機の低負荷運転時の効率を向上することができる。

　また、本発明の主機の制御方法は、主機本体の高回転領域で電動機により過給機を駆動する工程と、前記主機本体の負荷が低下して予め設定された第２主機規定負荷に到達すると補助ブロワの駆動を開始して前記電動機による過給機の駆動を停止する工程と、を備えることを特徴とするものである。

　従って、過給機を安定して停止することができると共に、補助ブロワを適正時期だけ限定的に駆動して省エネ効果を確保することができ、主機の低負荷運転時の効率を向上することができる。

　また、本発明の主機は、主機本体と、コンプレッサ及びタービンを備える過給機と、前記過給機を駆動する電動機と、前記主機本体に空気を供給する補助ブロワと、前記補助ブロワを駆動する第１掃気供給モードと前記電動機により前記過給機を駆動する第２掃気供給モードとを予め設定された主機規定負荷により切替える制御装置と、を備えることを特徴とするものである。

　従って、補助ブロワを駆動して主機本体に空気を供給する第１掃気供給モードと、電動機により過給機を駆動する第２掃気供給モードとを主機規定負荷により切替えることで、主機本体の低負荷運転時に、過給機を安定して駆動することができると共に、補助ブロワを適正時期だけ限定的に駆動して省エネ効果を確保することができ、主機の低負荷運転時の効率を向上することができる。

　また、本発明の船舶は、前記主機を備えることを特徴とするものである。

　従って、主機の低負荷運転時の効率を向上することができ、航行時の省エネを実現することができる。

　本発明の主機の制御装置及び方法、主機、船舶によれば、主機の低負荷運転時の効率を向上することができる。

図１は、本実施形態の主機を表す概略構成図である。図２は、エンジン運転モードと掃気供給モードの領域を表す概略図である。図３は、船舶増速時における主機の制御方法を表すフローチャートである。図４は、船舶増速時における主機の制御方法を表すタイムチャートである。図５は、船舶減速時における主機の制御方法を表すフローチャートである。図６は、船舶減速時における主機の制御方法を表すタイムチャートである。

　以下に添付図面を参照して、本発明に係る主機の制御装置及び方法、主機、船舶の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

　図１は、本実施形態の主機を表す概略構成図である。

　本実施形態にて、図１に示すように、主機としての舶用ディーゼルエンジン（内燃機関）１は、ディーゼルエンジン本体２と、排気タービン過給機３と、補助ブロワ４と、制御装置５とを備えている。ディーゼルエンジン本体２は、複数のシリンダ部１３が設けられており、各々の各シリンダ部１３は、図示しないが、内部にピストンがそれぞれ往復移動自在に支持されており、各ピストンは、下部がクロスヘッドを介してクランク軸に連結されている。

　シリンダ部１３は、吸気ポート１４を介して掃気トランク１５が連結されると共に、排気ポート１６を介して排気マニホールド１７が連結されている。そして、掃気トランク１５は、吸気管Ｌ１を介して排気タービン過給機３のコンプレッサ２１に連結されている。また、排気マニホールド１７は、排気管Ｌ２を介して排気タービン過給機３のタービン２２に連結されている。また、シリンダ部１３は、内部に燃料（例えば、重油、天然ガスなど）を噴射するインジェクタ（燃料供給装置）１８がそれぞれ設けられている。各インジェクタ１８は、図示しない燃料ポンプが連結されている。

　排気タービン過給機３は、コンプレッサ２１とタービン２２が回転軸２３を介して同軸上に連結されて構成されており、コンプレッサ２１とタービン２２は、回転軸２３により一体回転することができる。コンプレッサ２１は、外部から吸気する吸気管Ｌ３が連結されると共に、掃気トランク１５に至る吸気管Ｌ１が連結されている。タービン２２は、排気マニホールド１７に至る排気管Ｌ２が連結されると共に、外部に排気する排気管Ｌ４が連結されている。

　そのため、タービン２２は、排気マニホールド１７から排気管Ｌ２を通して導かれた排ガス（燃焼ガス）によって駆動し、コンプレッサ２１を駆動した後、排ガスを排気管Ｌ４から外部に排出する。一方、コンプレッサ２１は、タービン２２により駆動し、吸気管Ｌ３から吸気した空気等の気体を圧縮した後、圧縮した空気などの気体を燃焼用気体として吸気管Ｌ１から掃気トランク１５に圧送する。

　また、ディーゼルエンジン本体２は、シリンダ部１３に空気（作動気体）を供給し、シリンダ部１３の図示しないピストンを作動させることでエンジン回転数を上昇させる作動気体供給装置２４が設けられている。この作動気体供給装置２４は、作動気体供給源２５（例えば、アキュムレータやポンプなど）と、開閉弁２６と、作動気体供給管Ｌ５を備えている。作動気体供給管Ｌ５は、基端部に作動気体供給源２５が連結され、先端部が各々のシリンダ部１３に連結されるとともに、各々のシリンダ部１３に対応する開閉弁２６が複数設けられている。作動気体供給装置２４は、舶用ディーゼルエンジン１の起動時に、各々の開閉弁２６を開閉制御することで、作動気体供給源２５の作動気体を作動気体供給管Ｌ５からシリンダ部１３に供給・供給停止を繰り返す。これにより、シリンダ部１３の内部に燃料を噴射することなく、シリンダ部１３に設けられた図示しないピストンを作動させ、クロスヘッドを介してクランク軸を回転させることができる。

　排気タービン過給機３は、ハイブリッド過給機であって、コンプレッサ２１及びタービン２２の回転軸２３と同軸上の回転軸３１を介して電動発電機３２が連結されている。電動発電機３２は、図示しないが、回転軸３１に固定されるロータと、ケーシングに固定されてロータの周囲に配置されるステータにより構成される。この電動発電機３２は、排ガスにより駆動されることで発電する発電機能を有すると共に、コンプレッサ２１及びタービン２２を駆動回転する電動機能を有している。

　排気タービン過給機３は、電力変換装置３３を備えている。電力変換装置３３は、第１電力変換部３４と、蓄電部３５と、第２電力変換部３６とを備えている。第１電力変換部３４は、電動発電機３２に接続され、電動発電機３２の回生動作時に、電動発電機３２が発電した交流電力を直流電力に変換して出力する。第２電力変換部３６は、船内電力系統３７に接続され、電動発電機３２の回生動作時に、第１電力変換部３４からの直流電力を船内電力系統３７に適した三相交流電力に変換して船内電力系統３７に出力する。蓄電部３５は、第１電力変換部３４と第２電力変換部３６との間に接続され、第１電力変換部３４からの直流電力を所定量だけ蓄電する。蓄電部３５は、第２電力変換部３６に出力される電力を平滑化するために設けられ、電動発電機３２の回生動作開始時に蓄電した電力を第２電力変換部３６に出力する。回生動作開始後に第２電力変換部３６に出力される電力は、第１電力変換部３４を介して電動発電機３２から出力される。

　また、第２電力変換部３６は、電動発電機３２の力行動作時に、船内電力系統３７からの三相交流電力を直流電力に変換して第１電力変換部３４に出力する。第１電力変換部３４は、電動発電機３２の力行動作時に、第２電力変換部３６からの直流電力を交流電力に変換して電動発電機３２に出力する。蓄電部３５は、第２電力変換部３６からの直流電力を所定量だけ蓄電する。蓄電部３５は、第１電力変換部３４に出力される電力を平滑化するために設けられ、電動発電機３２の力行動作開始時に蓄電した電力を第１電力変換部３４に出力する。力行動作開始後に第１電力変換部３４に出力される電力は、第２電力変換部３６を介して船内電力系統３７から出力される。

　ここで、電力変換装置３３の構成は、詳細に説明しないが、例えば、第１電力変換部３４は、コンバータ、蓄電部３５は、コンデンサ、第２電力変換部３６は、インバータである。

　補助ブロワ４は、ブロワ用インペラ４１とブロワ用電動機（モータ）４２とから構成される。補助ブロワ４は、舶用ディーゼルエンジン１の起動時に駆動されることで、吸気管Ｌ３からコンプレッサ２１を経由して吸気した空気等の気体を圧縮した後、圧縮した空気等の気体を燃焼用気体　として吸気管Ｌ６から吸気管Ｌ１を経由した掃気トランク１５に圧送する。なお、吸気管Ｌ１と並列に吸気管Ｌ６を設け、この吸気管Ｌ６に補助ブロワ４（ブロワ用インペラ４１）を設けたが、吸気管Ｌ１と吸気管Ｌ６は、並列に設ける必要はなく、吸気管Ｌ６を設けることなく、吸気管Ｌ１のみを設け、吸気管Ｌ１に補助ブロワ４を設けてもよい。

　制御装置５は、電動発電機３２を制御する第１制御装置５１と、ディーゼルエンジン本体２及び補助ブロワ４を制御する第２制御装置５２とを備えている。

　第１制御装置５１は、第１電力変換部３４と第２電力変換部３６を制御することで、電動発電機３２を制御することができる。即ち、第１制御装置５１は、電動発電機３２の駆動状態（回生動作状態、または、力行動作状態）に応じて第１電力変換部３４と第２電力変換部３６の機能を制御する。

　第２制御装置５２は、ディーゼルエンジン本体２におけるインジェクタ１８と作動気体供給装置２４を駆動制御することができる。また、第２制御装置５２は、各インジェクタ１８を駆動制御して燃料噴射時期や燃料噴射量を制御する。更に、第２制御装置５２は、作動気体供給装置２４を構成する開閉弁２６を開閉制御してシリンダ部１３への作動気体供給時期や作動気体供給量を制御する。また、第２制御装置５２は、補助ブロワ４を駆動制御することで、ディーゼルエンジン本体２への圧縮した空気等の気体の供給し、掃気圧（吸気圧）を制御することができる。

　また、第２制御装置５２は、船舶を航行する操縦ハンドル５３が接続されている。この操縦ハンドル５３は、第２制御装置５２に対して主機回転数指令を出力するものであり、ディーゼルエンジン本体２の回転数を制御することで船舶を航行させることができる。操縦ハンドル５３は、第１エンジン運転モードとしての港湾内航行モード（回転数）と、第２エンジン運転モードとしての港湾外運航モードに切り替えることができる。

　港湾内航行モードは、さらにフル・アヘッド（Full　Ahead：港内速力での前進全速回転数）、ハーフ・アヘッド（Half　Ahead：港内速力での前進半速回転数）、スロー・アヘッド（Slow　Ahead：港内速力での前進微速回転数）、デッド・スロー・アヘッド（Dead　Slow　Ahead：港内速力での前進最微速回転数）、デッド・スロー・アスターン（Dead　Slow　Astern：後進最微速回転数）、スロー・アスターン（Slow　Astern：後進微速回転数）、ハーフ・アスターン（Half　Astern：後進半速回転数）およびフル・アスターン（Full　Astern：後進全速回転数）に切り替えることができる。この第１エンジン運転モードと第２エンジン運転モードとの切替は、操縦ハンドル５３５３の操作により実施される。

　制御装置５は、エンジン起動準備信号１０１が入力されると、補助ブロワ４の駆動を開始することで、圧縮した空気等の気体を燃焼用気体として舶用ディーゼルエンジン１の掃気トランク１５に圧送し、掃気圧（吸気圧）を上昇させる。制御装置５は、エンジン回転起動開始信号１０２が入力されると、作動気体供給装置２４の駆動を開始することで、エンジン回転数を上昇させ、エンジン回転数が予め設定された燃料供給開始回転数に到達すると、各インジェクタ１８を駆動してディーゼルエンジン本体２に燃料を供給する。すると、舶用ディーゼルエンジン１が燃焼による運転を開始する。

　また、制御装置５は、エンジン起動準備信号１０１が入力されると、第２電力変換部３６を制御することで、船内電力系統３７からの三相交流電力を直流電力に変換して蓄電部３５に蓄電し、蓄電部３５の電圧を予め設定された待機電圧に到達させる。そして、制御装置５は、蓄電部３５の電圧が待機電圧に到達し、エンジン回転数が予め設定されたモード切替回転数に到達すると、第１電力変換部３４を制御することで、蓄電部３５の直流電力を交流電力に変換して電動発電機３２の駆動を開始する一方、補助ブロワ４の駆動を停止し、排気タービン過給機３を給電モードとする。その後、制御装置５は、電動発電機３２による駆動補助を停止して、排ガスのエネルギによって排気タービン過給機３を駆動する通常運転モードとしたのち、エンジン負荷が予め設定された負荷に到達すると、排ガスの余剰エネルギによって電動発電機３２が発生した電力を船内電力系統３７に出力し、排気タービン過給機３を発電モードとする。

　図２は、エンジン運転モードと掃気供給モードの領域を表す概略図である。本実施形態にて、制御装置５は、図２に示すように、操縦ハンドル５３からの主機回転数指令を受けて、第１エンジン運転モードＡと、第２エンジン運転モードＢに切り替えることができる。このとき、制御装置５は、補助ブロワ４を駆動する第１掃気供給モードａと、電動発電機３２により排気タービン過給機３を駆動補助する第２掃気供給モードｂと、電動発電機３２による駆動補助を停止して排ガスのエネルギによって排気タービン過給機３を駆動する第３掃気供給モードｃと、排ガスのエネルギによって排気タービン過給機３を駆動すると共に排ガスの余剰エネルギによって電動発電機３２が発電した電力を船内電力系統３７に供給する第４掃気供給モードｄとを備えており、ディーゼルエンジン本体２の回転数（主機本体の負荷）がエンジン低回転領域からエンジン高回転領域に変動するに従い、第１掃気供給モードａから第２掃気供給モードｂへ、第２掃気供給モードｂから第３掃気供給モードｃへ、第３掃気供給モードｃから第４掃気供給モードｄへ掃気供給モードを切り替えることができる。ここで、第１掃気供給モードａと第２掃気供給モードｂとの切替は、予め設定されたモード切替回転数（主機規定負荷）により実行し、第２掃気供給モードｂと第３掃気供給モードｃとの切替及び第３掃気供給モードｃと第４掃気供給モードｄとの切替は、予め設定されたモード切替負荷（モード切替出力または主機規定負荷）により実行する。

　具体的に、第１掃気供給モードａでの運転時に、ディーゼルエンジン本体２の回転数（負荷）が上昇して予め設定された第１モード切替回転数（第１主機規定負荷）に到達すると、電動発電機機３２による排気タービン過給機３の駆動を開始して補助ブロワ４の駆動を停止して第２掃気供給モードｂに切替える。このとき、ディーゼルエンジン本体２の回転数が第１モード切替回転数に到達すると、電動発電機３２による排気タービン過給機３の駆動補助を開始し、排気タービン過給機３の駆動補助開始から予め設定された第１待機時間の経過後、補助ブロワ４の駆動を停止する。

　また、第２掃気供給モードｂでの運転時に、ディーゼルエンジン本体２の回転数（負荷）が低下して予め設定された第２モード切替回転数（第２主機規定負荷）に到達すると、補助ブロワ４の駆動を開始して電動発電機３２による排気タービン過給機３の駆動を停止して第１掃気供給モードａに切替える。このとき、ディーゼルエンジン本体２の回転数が第２モード切替回転数に到達すると、補助ブロワ４の駆動を開始し、補助ブロワ４の駆動開始から予め設定された第２待機時間の経過後、電動発電機３２による排気タービン過給機３の駆動を停止する。この場合、第２モード切替回転数は、第１モード切替回転数より低い値に設定されている。

　更に、第２掃気供給モードｂと第３掃気供給モードｃとの切替及び第３掃気供給モードｃと第４掃気供給モードｄとの切替は、ディーゼルエンジン本体２の負荷が予め設定されたモード切替回負荷（モード切替出力）に到達することで実行する。

　ここで、第１掃気供給モードａと第２掃気供給モードｂとの切替は、予め設定された第１モード切替回転数と第２モード切替回転数により実行したが、舶用ディーゼルエンジン１の負荷であればよい。即ち、舶用ディーゼルエンジン１の負荷とは、エンジン回転数の他に、ディーゼルエンジン本体２の負荷（出力）や掃気圧や燃料噴射量などがある。また、第１モード切替回転数と第２モード切替回転数は、第１エンジン運転モードａと第２エンジン運転モードｂとの切替を実行するモード切替回転数より高い回転数に設定される。

　ここで、第１掃気供給モードａと第２掃気供給モードｂとは、ディーゼルエンジン本体２の回転数により切替えることが望ましい。操縦ハンドル５３が操作されると、エンジン回転数が上昇すると共にエンジン出力が上昇し、港湾内航行モードから港湾外運航モードに切り替わる。このとき、エンジン出力は、船舶の運航状態（例えば、風向き、波の高さなど）に応じて変動するため、回転数に対してエンジン出力が一致せずに上下に変動する。そのため、例えば、第１掃気供給モードａと第２掃気供給モードｂとをディーゼルエンジン本体２のエンジン出力により切替えると、回転数が一定であっても、エンジン出力が変動すると、第１掃気供給モードａと第２掃気供給モードｂとの切替えが頻繁に行われるおそれがある。すると、排気タービン過給機３の駆動補助の開始と補助停止、補助ブロワ４の駆動開始と停止が繰り返し行われる。一方、第１掃気供給モードａと第２掃気供給モードｂとをディーゼルエンジン本体２の回転数により切替えると、第１掃気供給モードａと第２掃気供給モードｂとの切替えが頻繁に行われることはなく、排気タービン過給機３の駆動補助の開始と補助停止、補助ブロワ４の駆動開始と停止が繰り返し行われることはない。

　ここで、本実施形態の主機の制御装置を用いた制御方法について、フローチャートとタイムチャートを用いて詳細に説明する。図３は、船舶増速時（例えば、船舶の出航時）における主機の制御方法を表すフローチャート、図４は、船舶増速時における主機の制御方法を表すタイムチャート、図５は、船舶減速時（例えば、船舶出港時）における主機の制御方法を表すフローチャート、図６は、船舶減速時における主機の制御方法を表すタイムチャートである。

　本実施形態の主機の制御方法は、第１掃気供給モードａでの運転時に補助ブロワ４を駆動してディーゼルエンジン本体２に空気を供給する工程と、ディーゼルエンジン本体２の回転数が上昇して第１モード切替回転数に到達すると電動発電機３２による排気タービン過給機３の駆動を開始して補助ブロワ４の駆動を停止する工程とを備える。

　本実施形態の主機の制御方法は、第２掃気供給モードｂでの運転時に電動発電機３２により排気タービン過給機３を駆動する工程と、ディーゼルエンジン本体２の回転数が低下して予め設定された第２モード切替回転数に到達すると補助ブロワ４の駆動を開始して電動発電機３２による排気タービン過給機３の駆動を停止する工程とを備える。

　本実施形態の主機の制御方法において、船舶の増速時、図３に示すように、ステップＳ１にて、制御装置５は、エンジン起動準備信号１０１が入力されると、補助ブロワ４を作動して掃気トランク１５を介してシリンダ部１３に燃焼用気体を圧送し、掃気圧（吸気圧）を上昇させる。そして、ステップＳ２にて、ディーゼルエンジン本体２を起動する。

　即ち、制御装置５は、第２電力変換部３６を制御することで、船内電力系統３７からの三相交流電力を直流電力に変換して蓄電部３５に蓄電を開始して待機電圧に維持する。そして、制御装置５は、エンジン回転起動開始信号１０２が入力されると、開閉弁２６を開閉制御してディーゼルエンジン本体２に作動気体を供給することで、エアランを実行してエンジン回転数を上昇させる。制御装置５は、エンジン回転数が燃料供給開始回転数に到達したら、インジェクタ１８を駆動し、ディーゼルエンジン本体２のシリンダ部１３に燃料を噴射する。すると、舶用ディーゼルエンジン１は、シリンダ部１３で燃料に着火して燃焼を開始するため、燃焼運転が開始される。

　ステップＳ３にて、制御装置５は、モータリングモードが選択されているかどうかを判定する。モータリングモードとは、排気タービン過給機３にて、電力変換装置３３により電動発電機３２を制御することで、電動発電機３２へ給電を実行すると共に電動発電機３２による発電を実行するモードである。ここで、モータリングモードが選択されていないと判定（Ｎｏ）されたらそのまま待機し、モータリングモードが選択されていると判定（Ｙｅｓ）されれば、ステップＳ４に移行する。

　ステップＳ４にて、制御装置５は、エンジン回転数が第１モード切替回転数に到達しているかどうかを判定する。ここで、エンジン回転数が第１モード切替回転数に到達していないと判定（Ｎｏ）されたらそのまま待機し、エンジン回転数が第１モード切替回転数に到達していると判定（Ｙｅｓ）されたら、ステップＳ５に移行する。ステップＳ５にて、制御装置５は、モータリングを開始する。即ち、制御装置５は、第１電力変換部３４を制御することで、蓄電部３５の直流電力を交流電力に変換して電動発電機３２の駆動を開始し、船内電力系統３７からの電力を電動発電機３２に出力し、モータリングを開始する。

　ステップＳ６にて、制御装置５は、モータリングが開始されてから第１待機時間が経過したかどうかを判定する。ここで、第１待機時間が経過していないと判定（Ｎｏ）されたらそのまま待機し、第１待機時間が経過したと判定（Ｙｅｓ）されたら、ステップＳ７にて、補助ブロワ４の駆動を停止する。その後、ステップＳ８にて、制御装置５は、エンジン負荷がモード切替負荷に到達しているかどうかを判定する。ここで、エンジン負荷がモード切替負荷に到達していないと判定（Ｎｏ）されたらそのまま待機し、エンジン負荷がモード切替負荷に到達していると判定（Ｙｅｓ）されたら、ステップＳ９に移行する。

　ステップＳ９にて、制御装置５は、モータリングを停止する。即ち、制御装置５は、第１電力変換部３４を制御することで、船内電力系統３７から電動発電機３２への給電をやめてモータリングを停止する。その後、排ガスのエネルギによって排気タービン過給機３を駆動する通常運転モードとしたのち、エンジン負荷が予め設定された負荷に到達すると、排ガスの余剰エネルギによって電動発電機３２の発電が開始されると、電力を船内電力系統３７に出力する。

　また、本実施形態の主機の制御装置の切替タイミングについて説明する。図４に示すように、時間ｔ１にて、エンジン起動準備信号１０１が入力されると、補助ブロワ４が作動する。そして、操縦ハンドル５３が第１エンジン運転モードのフル・アヘッドまで操作されると、掃気トランク１５を介してシリンダ部１３に燃焼用気体が圧送されてエンジン回転数が上昇する。その後、制御装置５は、インジェクタ１８を駆動してディーゼルエンジン本体２のシリンダ部１３に燃料を噴射することで、燃焼運転が開始される。

　時間ｔ２にて、第１エンジン運転モードのフル・アヘッドに対するモード切替回転数（例えば、４０ｒｐｍ）を超え、時間ｔ３にて、エンジン回転数が第１モード切替回転数（例えば、４５ｒｐｍ）に到達すると、モータリングが開始される。そして、第１待機時間が経過した時間ｔ４にて、補助ブロワ４の駆動が停止される。

　また、本実施形態の主機の制御方法において、船舶の減速時、図５に示すように、ステップＳ２１にて、制御装置５は、モータリングモードが選択されているかどうかを判定する。ここで、モータリングモードが選択されていないと判定（Ｎｏ）されたらそのまま待機し、モータリングモードが選択されていると判定（Ｙｅｓ）されれば、ステップＳ２２に移行する。ステップＳ２２にて、制御装置５は、エンジン負荷がモード切替負荷に到達しているかどうかを判定する。ここで、エンジン負荷がモード切替負荷に到達していないと判定（Ｎｏ）されたらそのまま待機し、エンジン負荷がモード切替負荷に到達していると判定（Ｙｅｓ）されたら、ステップＳ２３に移行する。

　ステップＳ２３にて、制御装置５は、モータリングを開始する。即ち、制御装置５は、第１電力変換部３４を制御することで、蓄電部３５の直流電力を交流電力に変換して電動発電機３２の駆動を開始し、船内電力系統３７からの電力を電動発電機３２に出力し、モータリングを開始する。ステップＳ２４にて、制御装置５は、エンジン回転数が低下して第２モード切替回転数に到達しているかどうかを判定する。ここで、エンジン回転数が第２モード切替回転数に到達していないと判定（Ｎｏ）されたらそのまま待機し、エンジン回転数が第２モード切替回転数に到達していると判定（Ｙｅｓ）されたら、ステップＳ２５に移行する。

　ステップＳ２５にて、制御装置５は、補助ブロワ４を作動して掃気トランク１５を介してシリンダ部１３に燃焼用気体を圧送する。ステップＳ２６にて、制御装置５は、補助ブロワ４が作動してから第２待機時間が経過したかどうかを判定する。ここで、第２待機時間が経過していないと判定（Ｎｏ）されたらそのまま待機し、第２待機時間が経過したと判定（Ｙｅｓ）されたら、ステップＳ２７に移行する。ステップＳ２７にて、制御装置５は、モータリングを停止する。即ち、制御装置５は、第１電力変換部３４を制御することで、船内電力系統３７から電動発電機３２への給電をやめてモータリングを停止する。

　また、本実施形態の主機の制御装置の切替タイミングについて説明する。図６に示すように、時間ｔ１１にて、エンジン回転数が第２モード切替回転数（例えば、４３ｒｐｍ）にまで低下すると、補助ブロワ４の駆動を開始する。そして、第２待機時間が経過した時間ｔ１２にて、モータリングが停止される。そして、時間ｔ１３にて、操縦ハンドル５３が第１エンジン運転モード（マニューバリング・フル・アヘッド）のフル・アヘッドまで戻すように操作されると、エンジン回転数が低下する。その後、時間ｔ１４にて、操縦ハンドル５３が停止位置まで操作されると、エンジン回転数が０となり、補助ブロワ４の駆動が停止される。

　このように本実施形態の主機の制御装置にあっては、ディーゼルエンジン本体２と、コンプレッサ２１及びタービン２２を備える排気タービン過給機３と、排気タービン過給機３を駆動する電動発電機３２と、ディーゼルエンジン本体２に空気を供給する補助ブロワ４とを備える舶用ディーゼルエンジン１において、補助ブロワ４を駆動する第１掃気供給モードａと、電動発電機３２により排気タービン過給機３を駆動する第２掃気供給モードｂとを設け、第１掃気供給モードａと第２掃気供給モードｂを予め設定されたモード切替回転数（主機規定負荷）により切替えている。

　従って、補助ブロワ４を駆動する第１掃気供給モードａと電動発電機３２により排気タービン過給機３を補助的に駆動する第２掃気供給モードｂとを主機規定負荷により切替えることで、ディーゼルエンジン本体２の回転数変更頻度の多い低負荷運転時に、排気タービン過給機３を安定して駆動することができると共に、補助ブロワ４を適正時期だけ限定して駆動して省エネ効果を確保することができ、舶用ディーゼルエンジン１の低負荷運転時の効率を向上することができる。

　本実施形態の主機の制御装置では、第１掃気供給モードａでの運転時に、ディーゼルエンジン本体２の回転数が上昇して予め設定された第１主機規定回転数に到達すると、電動発電機３２による排気タービン過給機３の駆動を開始して補助ブロワ４の駆動を停止する。従って、ディーゼルエンジン本体２の回転数に応じて第１掃気供給モードａから第２掃気供給モードｂに切替えることで、排気タービン過給機３を適正に起動することができる。

　本実施形態の主機の制御装置では、排気タービン過給機３の駆動開始から予め設定された第１待機時間の経過後、補助ブロワ４の駆動を停止する。従って、電動発電機機３２による排気タービン過給機３の駆動補助を開始して第１待機時間の経過後に補助ブロワ４の駆動を停止することで、第１待機時間の間だけ、電動発電機３２により排気タービン過給機３を駆動補助すると共に、補助ブロワ４によりディーゼルエンジン本体２に空気を供給することとなり、ディーゼルエンジン本体２を安定して運転することができる。

　本実施形態の主機の制御装置では、第２掃気供給モードｂでの運転時に、ディーゼルエンジン本体２の回転数が低下して予め設定された第２主機規定回転数に到達すると、補助ブロワ４の駆動を開始して電動発電機３２による排気タービン過給機３の駆動を停止する。従って、ディーゼルエンジン本体２の回転数に応じて第２掃気供給モードｂから第１掃気供給モードａに切替えることで、排気タービン過給機３を適正に停止することができる。

　本実施形態の主機の制御装置では、補助ブロワ４の駆動開始から予め設定された第２待機時間の経過後、電動発電機３２による排気タービン過給機３の駆動を停止する。従って、補助ブロワ４の駆動開始から第２待機時間の経過後に電動発電機３２による排気タービン過給機３の駆動補助を停止することで、第２待機時間の間だけ、補助ブロワ４によりディーゼルエンジン本体２に空気を供給すると共に、電動発電機３２により排気タービン過給機３を駆動補助することとなり、ディーゼルエンジン本体２を安定して運転することができる。

　本実施形態の主機の制御装置では、第１掃気供給モードａと第２掃気供給モードｂとをディーゼルエンジン本体２の規定回転数により切替える。従って、この切替時に、排気タービン過給機３の駆動補助の開始及び補助停止と補助ブロワ４の駆動開始及び停止が繰り返し行われることはなく、排気タービン過給機３の駆動補助を安定して開始及び停止することができ、各種機器の信頼性を向上することができる。

　本実施形態の主機の制御装置では、制御装置５に主機回数数指令を出力する操縦ハンドル５３が設けられ、操縦ハンドル５３による港湾内航行モードと、港湾外運航モードとの切替回転数に対して、ディーゼルエンジン本体２の規定回転数が高く設定されている。従って、排気タービン過給機３の駆動補助を安定して開始及び停止することができる。

　また、本実施形態の主機の制御方法にあっては、補助ブロワ４を駆動してディーゼルエンジン本体２に燃焼用気体を供給する工程と、ディーゼルエンジン本体２の回転数が上昇して予め設定された第１主機規定負荷に到達すると電動発電機３２による排気タービン過給機３の駆動を開始して補助ブロワ４の駆動を停止する工程とを備えている。従って、排気タービン過給機３を安定して駆動することができると共に、補助ブロワ４を適正時期だけ限定的に駆動して省エネ効果を確保することができ、舶用ディーゼルエンジン１の低負荷運転時の効率を向上することができる。

　また、本実施形態の主機の制御方法にあっては、ディーゼルエンジン本体２の高回転領域で電動発電機３２により排気タービン過給機３を駆動する工程と、ディーゼルエンジン本体２の回転数が低下して予め設定された第２主機規定回転数に到達すると補助ブロワ４の駆動を開始して電動発電機３２による排気タービン過給機３の駆動を停止する工程とを備えている。従って、排気タービン過給機３を安定して停止することができると共に、補助ブロワ４を適正時期だけ限定的に駆動して省エネ効果を確保することができ、ディーゼルエンジン本体２の低負荷運転時の効率を向上することができる。

　また、本実施形態の主機にあっては、ディーゼルエンジン本体２と、排気タービン過給機３と、電動発電機３２と、補助ブロワ４と、制御装置５とを備えている。従って、ディーゼルエンジン本体２の低負荷運転時に、排気タービン過給機３を安定して駆動することができると共に、補助ブロワ４を適正時期だけ限定的に駆動して省エネ効果を確保することができ、舶用ディーゼルエンジン１の低負荷運転時の効率を向上することができる。

　また、本実施形態の船舶にあっては、舶用ディーゼルエンジン１を備えている。従って、ディーゼルエンジン本体２の低負荷運転時の効率を向上することができ、航行時の省エネを実現することができる。

　１　舶用ディーゼルエンジン（主機）
　２　ディーゼルエンジン本体
　３　排気タービン過給機（過給機）
　４　補助ブロワ
　５　制御装置
　１３　シリンダ部
　１８　インジェクタ
　２１　コンプレッサ
　２２　タービン
　２４　作動気体供給装置
　２５　作動気体供給源
　２６　開閉弁
　３２　電動発電機
　３３　電力変換装置
　３４　第１電力変換部
　３５　蓄電部
　３６　第２電力変換部
　３７　船内電力系統
　５１　第１制御装置
　５２　第２制御装置
　５３　操縦ハンドル
　Ｌ１，Ｌ３　吸気管
　Ｌ２，Ｌ４　排気管
　Ｌ５　作動気体供給管

Claims

　主機本体と、
　コンプレッサ及びタービンを備える過給機と、
　前記過給機を駆動する電動機と、
　前記主機本体に空気を供給する補助ブロワと
　を備える主機において、
　前記補助ブロワを駆動する第１掃気供給モードと、前記電動機により前記過給機を駆動する第２掃気供給モードとが設けられ、前記第１掃気供給モードと前記第２掃気供給モードを予め設定された主機規定負荷により切替える、
　ことを特徴とする主機の制御装置。
　前記第１掃気供給モードでの運転時に、前記主機本体の負荷が上昇して予め設定された第１主機規定負荷に到達すると、前記電動機による前記過給機の駆動を開始して前記補助ブロワの駆動を停止することを特徴とする請求項１に記載の主機の制御装置。
　前記過給機の駆動開始から予め設定された第１待機時間の経過後、前記補助ブロワの駆動を停止することを特徴とする請求項２に記載の主機の制御装置。
　前記第２掃気供給モードでの運転時に、前記主機本体の負荷が低下して予め設定された第２主機規定負荷に到達すると、前記補助ブロワの駆動を開始して前記電動機による前記過給機の駆動を停止することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の主機の制御装置。
　前記補助ブロワの駆動開始から予め設定された第２待機時間の経過後、前記電動機による前記過給機の駆動を停止することを特徴とする請求項４に記載の主機の制御装置。
　前記主機本体の負荷は、主機回転数であり、前記主機規定負荷は、予め設定された主機規定回転数であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の主機の制御装置。
　前記制御装置に主機回数数指令を出力する操縦ハンドルが設けられ、前記操縦ハンドルによる港湾内高校モードと港湾外運航モードの切替回転数に対して、前記主機規定回転数が高く設定されることを特徴とする請求項６に記載の主機の制御装置。
　補助ブロワを駆動して前記主機本体に燃焼用気体を供給する工程と、
　主機本体の負荷が上昇して予め設定された第１主機規定負荷に到達すると電動機による過給機の駆動を開始して前記補助ブロワの駆動を停止する工程と、
　を備えることを特徴とする主機の制御方法。
　主機本体の高回転領域で電動機により過給機を駆動する工程と、
　前記主機本体の負荷が低下して予め設定された第２主機規定負荷に到達すると補助ブロワの駆動を開始して前記電動機による過給機の駆動を停止する工程と、
　を備えることを特徴とする主機の制御方法。
　主機本体と、
　コンプレッサ及びタービンを備える過給機と、
　前記過給機を駆動する電動機と、
　前記主機本体に空気を供給する補助ブロワと、
　前記補助ブロワを駆動する第１掃気供給モードと前記電動機により前記過給機を駆動する第２掃気供給モードとを予め設定された主機規定負荷により切替える制御装置と、
　を備えることを特徴とする主機。
　請求項１０の主機を備えることを特徴とする船舶。