特許 6561362 船舶の機関運転方式

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6561362

(24)【登録日】2019年8月2日

(45)【発行日】2019年8月21日

(54)【発明の名称】船舶の機関運転方式

(51)【国際特許分類】

   F02D 41/38 20060101AFI20190808BHJP

   F02D 41/04 20060101ALI20190808BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20190808BHJP

   F02D 19/08 20060101ALI20190808BHJP

   B63H 21/14 20060101ALI20190808BHJP

   B63H 21/21 20060101ALI20190808BHJP

【ＦＩ】

   F02D41/38 B

   F02D41/04 385C

   F02D41/04 385D

   F02D41/04 385E

   F02D45/00 305A

   F02D19/08 C

   B63H21/14

   B63H21/21

【請求項の数】3

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-220103(P2014-220103)

(22)【出願日】2014年10月29日

(65)【公開番号】特開2016-84795(P2016-84795A)

(43)【公開日】2016年5月19日

【審査請求日】2017年3月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】518126144

【氏名又は名称】株式会社三井Ｅ＆Ｓマシナリー

(74)【代理人】

【識別番号】100120639

【弁理士】

【氏名又は名称】萩島 良則

(72)【発明者】

【氏名】大津 正樹

【審査官】 藤村 泰智

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１１８８５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２５３５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１０８７７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−００７３２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０１−０８５４５３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００７−１３８７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２２４１５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−０９５１５１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特表２００４−５００５１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５０１３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１１２００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１８１６１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０９８３４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１９０３２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ ４１／００ 〜 ４５／００

Ｆ０２Ｄ １９／００ 〜 １９／１０

Ｂ６３Ｈ ２１／１４

Ｂ６３Ｈ ２１／２１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

推進用の主機関としてガス燃料を主燃料とするガスインジェクションエンジン（１０１）を搭載した船舶（１００）の機関運転方式であり、前記ガスインジェクションエンジンは、シリンダヘッド（２）に配設されてガス燃料をシリンダ（１）内に高圧で噴射する主ガス燃料噴射弁（５，１８）及び前記主ガス燃料噴射弁からの前記ガス燃料の噴射前にディーゼル燃料を前記シリンダ内にパイロット噴射するパイロット燃料噴射弁（６）と、高圧ガス燃料を前記主ガス燃料噴射弁へ供給する主ガス燃料供給装置（８，２０）と、前記ガス燃料を前記ガスインジェクションエンジンの前記シリンダ内に噴射する副ガス燃料噴射弁（７，１８）と、前記ガス燃料を前記副ガス燃料噴射弁へ供給する副ガス燃料供給装置（１０，２０）と、前記主ガス燃料供給装置と前記副ガス燃料供給装置の作動を制御して機関負荷を調節するコントローラ（１６）とを備え、前記コントローラは、前記副ガス燃料供給装置の作動を制御して前記副ガス燃料噴射弁から前記パイロット燃料噴射弁からディーゼル燃料がパイロット噴射される前に燃焼に必要とされる前記ガス燃料の全部又は一部を噴射させることができると共に、前記主ガス燃料噴射弁から前記パイロット燃料噴射弁からディーゼル燃料がパイロット噴射された後に燃焼に必要とされる前記ガス燃料の残部を前記シリンダ内に高圧で噴射させることができる船舶の機関運転方式であって、前記船舶は、ＧＰＳ受信機（１０２）をさらに備え、前記コントローラは、前記ＧＰＳ受信機から供給された位置情報に基づいて前記船舶が所定海域内を航行していると判定した場合には前記機関負荷を所定負荷以下に調節すると共に燃焼に必要な全ガス燃料に対する前記パイロット燃料噴射前に前記副ガス燃料噴射弁からプレ噴射される前記ガス燃料の質量割合であるプレ噴射率を１００％にして前記ガスインジェクションエンジンのＮＯX 排出量を所定値以下に抑制すると共に、前記船舶が所定海域外を航行していると判定した場合であって、かつ前記機関負荷が前記所定負荷以下の場合には前記プレ噴射率を５０％以上にし、かつ、前記ガスインジェクションエンジン（１０１）の始動直後の低負荷時に前記プレ噴射率を１００％にすると共に前記機関負荷が前記所定負荷に上昇するまでに前記プレ噴射率を１００％から順次減少させる一方、負荷上昇時に１００％から１００％未満の前記プレ噴射率へ減少させる負荷点を負荷減少時に１００％未満から１００％の前記プレ噴射率へ増加させる負荷点よりも高くすることを特徴とする船舶の機関運転方式。

【請求項2】

前記コントローラ（１６）は、前記ＧＰＳ受信機から供給された位置情報に基づいて前記船舶が所定海域外を航行していると判定した場合であって、かつ前記機関負荷が前記所定負荷を超える場合には前記プレ噴射率を５０％以下にすることを特徴とする、請求項１
に記載の船舶の機関運転方式。

【請求項3】

前記機関負荷の前記所定負荷は、負荷（５０〜７０）％の範囲内に設定されることを特徴とすることを特徴とする、請求項１又は２に記載の船舶の機関運転方式。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、天然ガス等のガス燃料を主燃料とするガスインジェクションエンジンを搭載した船舶の機関運転方式に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、環境保全の観点からクリーンなエネルギ源が求められている。この観点から、天然ガス等のガス燃料をその主燃料とし、着火のためのパイロット燃料噴射後にシリンダ内へ高圧のガス燃料を噴射するガスインジェクションエンジンの普及が期待されている。そして、ガスインジェクションエンジンにおいては、その燃料の特性等から、熱効率を向上させるために、高圧のガス燃料を短期間にシリンダ内に噴射する必要がある。

【0003】

なお、自己着火によるノッキングの問題が発生しているのは、着火のためのパイロット噴射前にガス燃料をすべて予混合して燃焼させるオットーサイクルの予混合方式のガスエンジンであり（例えば、特許文献１参照）、このガスエンジンの高負荷時、あるいは燃料噴射量が多い場合に特にノッキングが発生しやすい。

【0004】

この一方、ディーゼルサイクルとなる上述のガスインジェクションエンジンについては、すべてのガス燃料をパイロット燃料噴射後にシリンダ内へ噴射しているため、ノッキング問題は発生していない。この点からも、ガスインジェクションエンジンの普及が期待されている。

【0005】

このため、ガスインジェクションエンジンについても、使用するガス燃料の量を少しでも減少させてコスト削減を図ると共に、排気ガス量を減少させて環境保全に貢献できるように、さらなる熱効率の改善が求められている。

【0006】

また、ガスインジェクションエンジンにおいて熱効率を改善する方法として、ガス燃料をより高圧で噴射することが有効とされているが、高圧ガスに対する安全性確保の観点から、一段レベルの高い安全対策が必要になると共に、高圧化するために必要な動力エネルギの増加を招くという問題がある。

【0007】

さらに、従来のガスインジェクションエンジンは、基本的にディーゼルエンジンと同じ熱サイクルで燃焼を行うことから、ＮＯx の発生が比較的多いという問題もある。このため、環境保全の観点から、ＮＯx の発生をさらに抑制することが必要である。

【0008】

そこで、本願出願人は、特願２０１４−６５９７３により新たなガスインジェクションエンジンの燃料噴射方式を提案し、ガス燃料を現行以上の高圧で噴射することなく熱効率を向上させることができると共に、特にＮＯx の発生を抑制することができ、以って環境保全とコスト削減を図ることができるようにした。このガスインジェクションエンジンは、上述の問題を一気に解決することができる画期的なものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開平１１−３２４８０５号公報

【特許文献2】特表２００２−０６６８１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

一方、船舶においても、近年、環境保全に対して積極的な取り組みがなされ、国際海事機関（ＩＭＯ）の海洋汚染防止条約（ＭＡＲＰＯＬ７３／７８）の付属書ＶＩ「船舶からの大気汚染防止のための規則」が２００５年５月１９日に発効して施行されてきたが、その改正が第５８回海洋環境保護委員会（ＭＥＰＣ５８，２００８年１０月）で採択され、ＮＯX 規制、ＳＯX 規制とも段階的に規制が強化されることとなった。

【0011】

特に、２０１６年１月からの実施が決定されているＮＯX の第３次規制では、特定海域において、ＮＯX 排出量をそれ以前の第２次規制値に対して約７６％も削減しなければならないとする大幅な強化が行われることになった。この特定海域として、現在のところ米国及びカナダ沿岸の２００海里内の海域と、米国カリブ海海域が指定されている。

【0012】

このため、これまで行われてきた機関そのものの僅かな改良だけでは対応が難しく、追加技術の導入が不可欠な事態となった。また、追加技術として現在考えられているＮＯX 対策として、選択式触媒還元脱硝装置（ＳＣＲ）や排ガス再循環システム（ＥＧＲ）等があるが、これらはいずれも装置が大型で複雑なものとなり、また大幅なコスト増にも繋がるものである。

【0013】

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、ＳＣＲやＥＧＲなどの大型で複雑な、かつコスト増にもなる付属装置を装備しなくても、差し迫るＮＯX の第３次規制に対応可能な、船舶の機関運転方式を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、推進用の主機関としてガス燃料を主燃料とするガスインジェクションエンジンを搭載した船舶の機関運転方式であり、ガスインジェクションエンジンは、シリンダヘッドに配設されてガス燃料をシリンダ内に高圧で噴射する主ガス燃料噴射弁及び主ガス燃料噴射弁からのガス燃料の噴射前にディーゼル燃料をシリンダ内にパイロット噴射するパイロット燃料噴射弁と、高圧ガス燃料を主ガス燃料噴射弁へ供給する主ガス燃料供給装置と、ガス燃料をガスインジェクションエンジンのシリンダ内に噴射する副ガス燃料噴射弁と、ガス燃料を副ガス燃料噴射弁へ供給する副ガス燃料供給装置と、主ガス燃料供給装置と副ガス燃料供給装置の作動を制御して機関負荷を調節するコントローラとを備え、コントローラは、副ガス燃料供給装置の作動を制御してパイロット燃料噴射弁からディーゼル燃料がパイロット噴射される前に副ガス燃料噴射弁から燃焼に必要とされるガス燃料の全部又は一部を噴射させると共に、パイロット燃料噴射弁からディーゼル燃料がパイロット噴射された後に主ガス燃料噴射弁から燃焼に必要とされるガス燃料の残部をシリンダ内に高圧で噴射させる船舶の機関運転方式において、コントローラは、ガスインジェクションエンジンの機関負荷が所定負荷以下の場合には、燃焼に必要な全ガス燃料に対するパイロット燃料噴射前に副ガス燃料噴射弁からプレ噴射されるガス燃料の質量割合であるプレ噴射率を１００％にして、ガスインジェクションエンジンのＮＯX 排出量を所定値以下に抑制することにある。

【0015】

まず、本発明に係る船舶は、天然ガス等のガス燃料を主燃料とするガスインジェクションエンジンを搭載しており、天然ガス等のガス燃料はディーゼル油等と比較して硫黄分がはるかに少ないから、近年のＳＯX 規制値や粒子状物質（ＰＭ）に関する現行及び間もなく適用が開始される規制値をすべてクリアすることができる。

【0016】

この一方、このガスインジェクションエンジンは副ガス燃料噴射弁を備えており、この副ガス燃料噴射弁は、パイロット燃料噴射弁からディーゼル燃料がパイロット噴射される前に、燃焼に必要とされるガス燃料の全部又は一部を副ガス燃料供給装置から供給されてシリンダ内にプレ噴射する。そして、主ガス燃料噴射弁は、パイロット噴射後に燃焼に必要とされるガス燃料の残部をシリンダ内に高圧で噴射する。

【0017】

上述したように、ガスインジェクションエンジンにおいて、熱効率を向上させるためには、より高圧のガス燃料を短期間にシリンダ内に噴射することが求められている。しかしながら、本発明のガスインジェクションエンジンにおいては、燃焼に必要とされる発生熱量の多くがパイロット燃料噴射前に副ガス燃料噴射弁から噴射され、それによりパイロット燃料噴射による着火及びその後のガス温度上昇を最適なものになり、パイロット燃料噴射後の主ガス燃料噴射弁から噴射されるガス燃料の量を減少させることができるから、ガス燃料の噴射圧力をこれ以上高圧にしなくても、必要で充分なガス燃料を短時間でシリンダ内に噴射することができる。これにより、熱効率を向上させることができる。

【0018】

また、このようにガス燃料の全部又は一部をパイロット噴射前に噴射してパイロット噴射により着火するようにすれば、その燃焼はディーゼルエンジンにおける希薄予混合燃焼に同様のリーンバーン燃焼となり、これによりＮＯx の発生を確実に減少させることができる。

【0019】

特に、このガスインジェクションエンジンは、その機関負荷が所定負荷以下の場合には、燃焼に必要な全ガス燃料に対する、パイロット燃料噴射前に副ガス燃料噴射弁からプレ噴射されるガス燃料の質量割合であるプレ噴射率を１００％にするから、所定負荷以下の低負荷時にはリーンバーン燃焼が行われ、ＮＯX 排出量を極めて低く抑えることができる。

【0020】

一方、従来の予混合のガスエンジンは、低負荷領域では、ガス噴射に伴うノッキングの発生が少ないという特性がある。したがって、このガスインジェクションエンジンにおいて低負荷時に比較的多量のガス燃料をプレ噴射しても、ノッキングが発生する可能性は極めて低い。

【0021】

すなわち、この船舶のガスインジェクションエンジンに対して、機関負荷が所定負荷以下となる低負荷運転を行わせれば、熱効率を向上しつつ、またノッキングの発生の可能性を減少させつつ、ＮＯX 排出量を極めて低い所定値以下に抑制することができる。

【0022】

上記船舶の機関運転方式において、コントローラは、ガスインジェクションエンジンの機関負荷が所定負荷を超える場合には、プレ噴射率を５０％以下にすることが望ましい。
上述したように、従来の予混合のガスエンジンは、高負荷領域ではガス噴射に伴うノッキング発生の可能性が高くなることが知られており、高負荷時にはガス燃料のプレ噴射量を一定範囲内に抑える必要がある。したがって、特にプレ噴射率を５０％以下にすることによって、ノッキングの発生を防止しつつ、パイロット燃料噴射による着火及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができる。

【0023】

そして、この高負荷運転を、例えば、第３次規制よりも前の規制が適用される海域で行うようにすれば、ＮＯX 排出量に関する現行及び間もなく適用が開始される規制値をすべてクリアすることができる。

【0024】

また、上記の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、推進用の主機関としてガス燃料を主燃料とするガスインジェクションエンジンを搭載した船舶の機関運転方式であり、ガスインジェクションエンジンは、シリンダヘッドに配設されてガス燃料をシリンダ内に高圧で噴射する主ガス燃料噴射弁及び主ガス燃料噴射弁からのガス燃料の噴射前にディーゼル燃料をシリンダ内にパイロット噴射するパイロット燃料噴射弁と、高圧ガス燃料を主ガス燃料噴射弁へ供給する主ガス燃料供給装置と、ガス燃料をガスインジェクションエンジンのシリンダ内に噴射する副ガス燃料噴射弁と、ガス燃料を副ガス燃料噴射弁へ供給する副ガス燃料供給装置と、主ガス燃料供給装置と副ガス燃料供給装置の作動を制御
して機関負荷を調節するコントローラとを備え、コントローラは、副ガス燃料供給装置の作動を制御してパイロット燃料噴射弁からディーゼル燃料がパイロット噴射される前に副ガス燃料噴射弁から燃焼に必要とされるガス燃料の全部又は一部を噴射させると共に、パイロット燃料噴射弁からディーゼル燃料がパイロット噴射された後に主ガス燃料噴射弁から燃焼に必要とされるガス燃料の残部をシリンダ内に高圧で噴射させる船舶の機関運転方式において、船舶は、ＧＰＳ受信機をさらに備え、コントローラは、ＧＰＳ受信機から供給された位置情報に基づいて船舶が所定海域内を航行していると判定した場合には機関負荷を所定負荷以下に調節すると共に、燃焼に必要な全ガス燃料に対するパイロット燃料噴射前に副ガス燃料噴射弁からプレ噴射されるガス燃料の質量割合であるプレ噴射率を１００％にして、ガスインジェクションエンジンのＮＯX 排出量を所定値以下に抑制することにある。

【0025】

このように、コントローラがＧＰＳ受信機から供給された位置情報に基づいて船舶が所定海域内を航行していると判定した場合には、機関負荷を所定負荷以下に調節すると共に、燃焼に必要な全ガス燃料に対する、パイロット燃料噴射前に副ガス燃料噴射弁からプレ噴射されるガス燃料の質量割合であるプレ噴射率を１００％にして、ガスインジェクションエンジンのＮＯX 排出量を所定値以下に抑制することにより、所定海域においてはＮＯX 排出量を自動的に極めて低い量にまで、例えば、ＮＯX 排出量の第３次規制値である３．４ｇ／ｋＷｈ以下に抑制することができる。その他は、上述の別の本発明が採用する手段の場合と同様である。

【0026】

上記船舶の機関運転方式において、コントローラは、ＧＰＳ受信機から供給された位置情報に基づいて船舶が所定海域外を航行していると判定した場合であって、かつ機関負荷が所定負荷以下の場合には、プレ噴射率を５０％以上にすることが望ましい。

【0027】

船舶が所定海域外を航行していると判定した場合であって、かつ必要とする機関負荷が所定負荷以下の場合には、ガスインジェクションエンジンの本来の性能に応じたプレ噴射を行うことが望ましく、プレ噴射率を５０％以上にすることによってそれを達成することができる。

【0028】

上述のように、この所定海域が、例えばＮＯX 排出量の第３次規制が適用される海域である場合には、ＮＯX 排出量を極力少ない量にまで減少させるための特別のプレ噴射を行なう必要があるが、それ以外の海域においては、このようにガスインジェクションエンジンの本来の性能に応じたプレ噴射を行っても、現行及び間もなく適用が開始される規制値をすべてクリアすることができる。

【0029】

上記船舶の機関運転方式において、コントローラは、ガスインジェクションエンジンの始動直後の低負荷時にプレ噴射率を１００％にすると共に、機関負荷が所定負荷に上昇するまでに上記プレ噴射率を１００％から５０％へ順次減少させる一方、負荷上昇時に１００％から１００％未満のプレ噴射率へ減少させる負荷点を、負荷減少時に１００％未満から１００％のプレ噴射率へ増加させる負荷点よりも高くすることが望ましい。

【0030】

このように、負荷上昇時に１００％から１００％未満のプレ噴射率へ減少させる負荷点と、負荷減少時に１００％未満から１００％のプレ噴射率へ増加させる負荷点との間に一定のヒステリシスを設けることにより、ガス燃料のプレ噴射に関する制御を安定化することができる。

【0031】

上記船舶の機関運転方式において、コントローラは、ＧＰＳ受信機から供給された位置情報に基づいて船舶が所定海域外を航行していると判定した場合であって、かつ機関負荷が所定負荷を超える場合には、上記プレ噴射率を５０％以下にすることが望ましい。

【0032】

上述したように、従来の予混合のガスエンジンは、高負荷領域ではガス噴射に伴うノッキング発生の可能性が高くなることが知られており、高負荷時にはガス燃料のプレ噴射量を一定範囲内に抑える必要がある。したがって、特に燃焼に必要なガス燃料の質量割合で５０％以下の量のガス燃料をシリンダ内にプレ噴射させるようにすることにより、ノッキングの発生を防止しつつ、パイロット燃料噴射による着火及びその後のガス温度上昇をさらに最適なものにすることができる。

【0033】

そして、この高負荷運転を所定海域外、例えばＮＯX 排出量の第３次規制よりも前の規制が適用される海域で行うようにすれば、ＮＯX 排出量に関する現行及び間もなく適用が開始される規制値をすべてクリアすることができる。

【0034】

上記船舶の機関運転方式において、機関負荷の上記所定負荷は、例えば負荷５０〜７０％の範囲内に設定されることが望ましい。

【0035】

負荷が５０％未満では船舶の航行に支障をきたす恐れがあり、また、負荷が７０％を超えると、上述のようにリーンバーンエンジンで見受けられるノッキングの発生が懸念され、また、パイロット燃料噴射による着火及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができなくなるからである。

【0036】

上記船舶の機関運転方式において、ＮＯX 排出量の上記所定値は、例えば機関回転数が１３０ｒｐｍ未満の機関に対する第３次規制値である、３．４ｇ／ｋＷｈとすることが望ましい。このように、ＮＯX 排出量の所定値は、例えば機関回転数が１３０ｒｐｍ未満の機関に対する第３次規制値の３．４ｇ／ｋＷｈとすることにより、ＮＯX 排出量に関する第３次規制を確実にクリアすることができる。

【0037】

上記船舶の機関運転方式において、ガスインジェクションエンジンの副ガス燃料噴射弁は、シリンダの側部に配設されて低圧のガス燃料をシリンダ内に噴射することが望ましい。

【0038】

このように、ガスインジェクションエンジンの副ガス燃料噴射弁をシリンダの側部に配設して、副ガス燃料噴射弁から低圧のガス燃料をシリンダ内に噴射させることにより、プレ噴射として必要かつ十分な燃焼が得られると共に、高圧ガスとして取り扱わなければならないガス燃料の量を確実に減少させることができ、安全性が高められる。また、ガス燃料を高圧化するために必要な動力エネルギを抑制させることができ、コスト削減を図ることができる。

【0039】

上記船舶の機関運転方式において、ガスインジェクションエンジンの副ガス燃料噴射弁は、５〜１５ｂａｒの低圧でガス燃料をシリンダ内にプレ噴射することが望ましい。

【0040】

このように、ガスインジェクションエンジンの副ガス燃料噴射弁から５〜１５ｂａｒの低圧でガス燃料をシリンダ内にプレ噴射することにより、パイロット燃料噴射による着火、及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができる。

【0041】

上記船舶の機関運転方式において、ガスインジェクションエンジンの副ガス燃料噴射弁は、ガス燃料をクランク角で下死点後の８０°〜１２０°の範囲内の所定時期にシリンダ内にプレ噴射することが望ましい。

【0042】

このように、プレ噴射が低圧噴射の場合には、ガス燃料をシリンダ内に副ガス燃料噴射弁からクランク角で下死点後の８０°〜１２０°の範囲内の所定時期にプレ噴射させるこ
とにより、パイロット燃料噴射による着火、及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができる。

【0043】

上記船舶の機関運転方式において、ガスインジェクションエンジンの副ガス燃料噴射弁は、シリンダヘッドに配設されて主ガス燃料をシリンダ内に高圧で噴射する主ガス燃料噴射弁からなり、副ガス燃料供給装置は、主ガス燃料噴射弁へ高圧ガス燃料を供給する主ガス燃料供給装置からなることが望ましい。

【0044】

パイロット燃料噴射前に副ガス燃料噴射弁から噴射されるガス燃料は、必ずしも低圧とする必要はなく、主ガス燃料噴射弁からの高圧噴射によっても燃焼初期の熱発生を理想的なものに近づけることができる。このように、主ガス燃料噴射弁からの高圧のガス燃料噴射をパイロット燃料噴射の前後に行うことにより、ガス燃料のさらなる高圧化を行なうことなく、熱効率を向上させることができることができる。

【0045】

特に、副ガス燃料噴射弁を、シリンダヘッドに設けられて主ガス燃料をシリンダ内に高圧で噴射する主ガス燃料噴射弁とすることにより、プレ噴射のためのガス燃料噴射弁、及びこのガス燃料噴射弁へガス燃料を供給するためのガス燃料供給機構を別途設ける必要がなくなり、コスト増を回避することができる。

【0046】

上記船舶の機関運転方式において、ガスインジェクションエンジンの副ガス燃料噴射弁は、ガス燃料を２００〜３００ｂａｒの高圧でシリンダ内にプレ噴射することが望ましい。

【0047】

このように、副ガス燃料噴射弁から２００〜３００ｂａｒの高圧でガス燃料をシリンダ内にプレ噴射することにより、パイロット燃料噴射による着火、及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができる。

【0048】

上記船舶の機関運転方式において、ガスインジェクションエンジンの副ガス燃料噴射弁は、ガス燃料をシリンダ内にクランク角で下死点後の１２０°〜１６０°の範囲内の所定時期にプレ噴射することが望ましい。

【0049】

このように、プレ噴射が高圧噴射の場合には、副ガス燃料噴射弁からガス燃料をクランク角で下死点後の１２０°〜１６０°の範囲内の所定時期にシリンダ内にプレ噴射することにより、パイロット燃料噴射による着火、及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができる。

【0050】

上記船舶の機関運転方式において、ガスインジェクションエンジンの副ガス燃料供給装置は、副ガス燃料噴射弁からガス燃料を所定時間を超えて噴射させないようにするインターロック機構を備えていることが望ましい。

【0051】

このように、ガスインジェクションエンジンの副ガス燃料供給装置は、副ガス燃料噴射弁からガス燃料を所定時間を超えて噴射させないようにするインターロック機構を備えているから、異常発生時の副ガス燃料噴射弁からのガス燃料の連続噴射が確実に防止され、安全性が高められる。

【発明の効果】

【0052】

本発明の船舶の機関運転方式は、推進用の主機関としてガス燃料を主燃料とするガスインジェクションエンジンを搭載した船舶の機関運転方式であり、ガスインジェクションエンジンは、シリンダヘッドに配設されてガス燃料をシリンダ内に高圧で噴射する主ガス燃料噴射弁及び主ガス燃料噴射弁からのガス燃料の噴射前にディーゼル燃料をシリンダ内に
パイロット噴射するパイロット燃料噴射弁と、高圧ガス燃料を主ガス燃料噴射弁へ供給する主ガス燃料供給装置と、ガス燃料をガスインジェクションエンジンのシリンダ内に噴射する副ガス燃料噴射弁と、ガス燃料を副ガス燃料噴射弁へ供給する副ガス燃料供給装置と、主ガス燃料供給装置と副ガス燃料供給装置の作動を制御して機関負荷を調節するコントローラとを備え、コントローラは、副ガス燃料供給装置の作動を制御してパイロット燃料噴射弁からディーゼル燃料がパイロット噴射される前に副ガス燃料噴射弁から燃焼に必要とされるガス燃料の全部又は一部を噴射させると共に、パイロット燃料噴射弁からディーゼル燃料がパイロット噴射された後に主ガス燃料噴射弁から燃焼に必要とされるガス燃料の残部をシリンダ内に高圧で噴射させる船舶の機関運転方式において、コントローラは、ガスインジェクションエンジンの機関負荷が所定負荷以下の場合には、燃焼に必要な全ガス燃料に対するパイロット燃料噴射前に副ガス燃料噴射弁からプレ噴射されるガス燃料の質量割合であるプレ噴射率を１００％にして、ガスインジェクションエンジンのＮＯX 排出量を所定値以下に抑制する。

【0053】

また、本発明の船舶の機関運転方式は、推進用の主機関としてガス燃料を主燃料とするガスインジェクションエンジンを搭載した船舶の機関運転方式であり、ガスインジェクションエンジンは、シリンダヘッドに配設されてガス燃料をシリンダ内に高圧で噴射する主ガス燃料噴射弁及び主ガス燃料噴射弁からのガス燃料の噴射前にディーゼル燃料をシリンダ内にパイロット噴射するパイロット燃料噴射弁と、高圧ガス燃料を主ガス燃料噴射弁へ供給する主ガス燃料供給装置と、ガス燃料をガスインジェクションエンジンのシリンダ内に噴射する副ガス燃料噴射弁と、ガス燃料を副ガス燃料噴射弁へ供給する副ガス燃料供給装置と、主ガス燃料供給装置と副ガス燃料供給装置の作動を制御して機関負荷を調節するコントローラとを備え、コントローラは、副ガス燃料供給装置の作動を制御してパイロット燃料噴射弁からディーゼル燃料がパイロット噴射される前に副ガス燃料噴射弁から燃焼に必要とされるガス燃料の全部又は一部を噴射させると共に、パイロット燃料噴射弁からディーゼル燃料がパイロット噴射された後に主ガス燃料噴射弁から燃焼に必要とされるガス燃料の残部をシリンダ内に高圧で噴射させる船舶の機関運転方式において、船舶は、ＧＰＳ受信機をさらに備え、コントローラは、ＧＰＳ受信機から供給された位置情報に基づいて船舶が所定海域内を航行していると判定した場合には機関負荷を所定負荷以下に調節すると共に、燃焼に必要な全ガス燃料に対するパイロット燃料噴射前に副ガス燃料噴射弁からプレ噴射されるガス燃料の質量割合であるプレ噴射率を１００％にして、ガスインジェクションエンジンのＮＯX 排出量を所定値以下に抑制する。

【0054】

したがって、ＳＣＲやＥＧＲなどの大型で複雑な、かつコスト増にもなる付属装置を装備しなくても、差し迫るＮＯX の第３次規制に充分対応することができる、という優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0055】

【図1】本発明の船舶の機関運転方式に係る船舶を示す簡略図である。

【図2】図１の船舶のガスインジェクションエンジンを示す簡略図である。

【図3】図２のガスインジェクションエンジンの副ガス燃料噴射弁と副ガス燃料供給装置とを示すシステム図である。

【図4】図２のガスインジェクションエンジンのプレ噴射とパイロット噴射とパイロット噴射後のガス燃料噴射との関係を示す図である。

【図5】図３の副ガス燃料供給装置のインターロック機構を説明する図である。

【図6】図１のガスインジェクションエンジンの別の実施の形態を示す簡略図である。

【図7】図６のガスインジェクションエンジンの副ガス燃料噴射弁と副ガス燃料供給装置とを示すシステム図である。

【図8】図６のガスインジェクションエンジンのプレ噴射とパイロット噴射とパイロット噴射後の燃料噴射との関係を示す図である。

【図9】図７の副ガス燃料供給装置のインターロック機構を説明する図である。

【図10】本発明の船舶の機関運転方式の一例を示すフローチャートである。

【図11】図１０の機関運転方式の具体例としての、エンジン負荷とプレ噴射率との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0056】

本発明の船舶の機関運転方式の発明を実施するための形態を、図１ないし図１１を参照して詳細に説明する。

【0057】

図１に示すように、本発明に係る船舶１００には、天然ガス等のガス燃料を主燃料として運転されるガスインジェクションエンジン１０１が搭載されている。また、このガスインジェクションエンジン１０１は、エンジンコントローラ（コントローラ）１６が後述の主ガス燃料供給装置８，２０と、副ガス燃料供給装置１０，２０の作動を制御して、機関負荷を調節することができる。

【0058】

この一方、船舶１００には、ＧＰＳ（全地球測位システム）受信機１０２が装備されており、このＧＰＳ受信機１０２が検出した位置情報はエンジンコントローラ１６に供給されて、機関負荷の制御等に利用される。

【0059】

ガスインジェクションエンジン１０１の第１の発明の実施の形態を、図２ないし図５を参照して説明する。この第１の発明の実施の形態は、副ガス燃料噴射弁からのプレ噴射を、図２に示す低圧ガス燃料噴射弁７から低圧で行なうものである。

【0060】

図２は、一例としての、天然ガス等のガス燃料を主燃料とするガスインジェクションエンジン１０１の主要部を示す。符号１はガスインジェクションエンジン１０１のシリンダ、２はシリンダヘッド、３はシリンダライナ、４はシリンダライナ１内を上下に摺動するピストン、９はシリンダヘッド２に設けられてシリンダ１内の燃焼ガスを図示しない排気レシーバに排気する排気弁である。シリンダ１は、シリンダヘッド２とシリンダライナ３により形成される内円柱状空間である。

【0061】

シリンダヘッド２に、ガス燃料をシリンダ１内に高圧で噴射する高圧ガス燃料噴射弁（主ガス燃料噴射弁）５、高圧ガス燃料噴射弁５からガス燃料を噴射する前にディーゼル燃料をシンリダ１内にパイロット噴射するパイロット燃料噴射弁６が、それぞれ配設される。

【0062】

高圧ガス燃料噴射弁５には、高圧ガス燃料供給装置（主ガス燃料供給装置）８から、例えば２００〜３００ｂａｒの高圧のガス燃料が供給される。低圧のガス燃料をシリンダ１内に噴射するための低圧ガス燃料噴射弁（副ガス燃料噴射弁）７が、シリンダライナ３の側部に配設される。低圧ガス燃料噴射弁７に対しては、後述するように、低圧のガス燃料が低圧ガス燃料供給装置（副ガス燃料供給装置）１０から供給される。

【0063】

図３に示すように、低圧ガス燃料供給装置１０は、例えば次のような構成を有し、異常発生時に低圧ガス燃料噴射弁７へのガス燃料の供給を別系統で遮断し、強制的にガス燃料の噴射を停止させることができるインターロック機構を有する。低圧のガス燃料が、図示しないガス燃料の供給源から油圧作動式のガス燃料の開閉弁１２を介して、低圧ガス燃料噴射弁７へ供給される。

【0064】

油圧ポンプ１３から供給される油圧は、電磁作動式の開閉弁１４を介して上記ガス燃料の開閉弁１２へ供給されて、この開閉弁１２を開閉させる。これと共に、開閉弁１４を通
った油圧は、電磁作動式の開閉弁１５を介して低圧ガス燃料噴射弁７へ供給され、この油圧により低圧ガス燃料噴射弁７は開弁することができる。

【0065】

２つの電磁作動式の開閉弁１４，１５は、ガスインジェクションエンジン１０１のエンジンコントローラ１６により、その開閉が電気的に制御される。インターロック機構は、エンジンコントローラ１６、電磁作動式の油圧開閉弁１４，油圧作動式のガス燃料の開閉弁１２により構成される。

【0066】

通常運転時は、エンジンコントローラ１６が油圧の開閉弁１４を開弁させることにより、ガス燃料の開閉弁１２が開弁して、ガス燃料が低圧ガス燃料噴射弁７へ供給される。これと共に、エンジンコントローラ１６が油圧の開閉弁１５を開弁させることにより、油圧が２つの開閉弁１４、１５を通って低圧ガス燃料噴射弁７へ供給され、低圧ガス燃料噴射弁７を開弁させる。

【0067】

これにより、低圧ガス燃料噴射弁７は、図示しないガス燃料の供給源から供給された低圧のガス燃料を噴射することができる。また、エンジンコントローラ１６が油圧の開閉弁１５を閉弁させることにより、低圧ガス燃料噴射弁７は閉弁して、低圧のガス燃料の噴射を停止する。

【0068】

次に、上述のガスインジェクションエンジン１０１の燃料噴射方式について説明する。図４に示すように、例えば上死点のクランク角１８０°近辺において、ディーゼル燃料がパイロット燃料噴射弁６からシリンダ１内にパイロット噴射される。また、例えばパイロット燃料噴射終了直後からの一定のクランク角の範囲内で、例えば２００〜３００ｂａｒの高圧のガス燃料が高圧ガス燃料噴射弁５からシリンダ１内に噴射される。

【0069】

一方、エンジンコントローラ１６は、ガス燃料を低圧ガス燃料噴射弁７から、例えばクランク角で下死点後の８０°〜１２０°の範囲内の所定時期であって、かつ、上記パイロット燃料噴射前に、シリンダ１内にプレ噴射する。低圧ガス燃料噴射弁７からのプレ噴射は、例えば５〜１５ｂａｒの低圧で行われる。

【0070】

ここで、燃焼に必要な全ガス燃料に対するパイロット燃料噴射前に低圧ガス燃料噴射弁７からプレ噴射されるガス燃料の質量割合をプレ噴射率とすると、エンジンコントローラ１６は、ガスインジェクションエンジン１０１の低負荷時、例えば負荷が５０〜７０％（所定負荷）以下の場合には、燃焼に必要なガス燃料の全部又は一部、例えば、プレ噴射率が５０％以上の、より詳細にはプレ噴射率が５０〜１００％又は５０〜９５％のガス燃料をシリンダ１内にプレ噴射する。

【0071】

これは、ガスインジェクションエンジン１０１の低負荷領域ではプレ噴射に伴うノッキング発生の可能性が低いため、低負荷時には比較的多量のガス燃料をプレ噴射させることができるからである。これにより、パイロット燃料噴射による着火、及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができ、さらにＮＯX の排出量を著しく減少させることができる。

【0072】

一方、エンジンコントローラ１６は、ガスインジェクションエンジン１０１の高負荷時、例えば負荷が５０〜７０％を超える場合には、例えばプレ噴射率が５０％以下に、より詳細にはプレ噴射率が１０〜５０％のガス燃料をシリンダ１内にプレ噴射する。

【0073】

これは、高負荷領域で多量のガス燃料をプレ噴射した場合、このプレ噴射に伴うノッキング発生の可能性が考えられるため、高負荷時にはガス燃料のプレ噴射量を一定範囲内に抑える必要があるからである。これにより、ノッキングの発生を防止しつつ、パイロット
燃料噴射による着火、及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができる。

【0074】

したがって、パイロット噴射後に高圧ガス燃料噴射弁５から噴射される高圧のガス燃料は、燃焼に必要なガス燃料の量から、上記プレ噴射されたガス燃料の量を差し引いた残部となり、その残部がパイロット燃料噴射後にシリンダ１内に、例えば２００〜３００ｂａｒの高圧で噴射される。

【0075】

このとき、エンジンコントローラ１６は、通常運転時には、図３の電磁式の油圧開閉弁１４を開弁させる。開閉弁１４が開弁すると、油圧によりガス燃料の開閉弁１２を開弁させ、低圧のガス燃料が低圧ガス燃料噴射弁７へ供給されている。

【0076】

クランク角で下死点後の例えば８０°〜１２０°の範囲内の所定時期になると、エンジンコントローラ１６は、図３の油圧開閉弁１５を開弁させ、低圧ガス燃料噴射弁７の開閉部に油圧をかける。これにより、低圧ガス燃料噴射弁７が開弁して低圧のガス燃料がシリンダ１内に噴射される。

【0077】

図４に示すように、噴射時間が経過すると、エンジンコントローラ１６は、油圧開閉弁１５を閉弁させ、低圧ガス燃料噴射弁７の開閉部を閉じる。これにより、低圧ガス燃料噴射弁７からのガス燃料のプレ噴射は終了する。

【0078】

このパイロット燃料噴射前に低圧ガス燃料噴射弁７から噴射されたガス燃料は、パイロット噴射されるディーゼル燃料の燃焼により着火して燃焼する。これにより、高圧ガス燃料噴射前のシリンダ内のガス温度が、従来のガスインジェクションエンジンよりも上昇する。

【0079】

このため、燃焼初期の熱発生を理想的なものに近づけることができ、その後に行われる高圧ガス燃料の燃焼による熱効率を向上させることができる。また、ガス燃料の全部又は一部をパイロット噴射前に噴射し、それをパイロット噴射により着火するようにしたから、その燃焼はいわゆるリーンバーン燃焼となり、これによりＮＯx の発生を確実に減少させることができる。

【0080】

また、熱効率向上のために、ガス燃料をより高圧で噴射する必要性もなくなる。さらに、この低圧ガス燃料のプレ噴射により、パイロット噴射後に高圧ガス燃料噴射弁５から噴射される高圧のガス燃料の量は、従来のガスインジェクションエンジンよりも減少する。したがって、高圧ガスとして取り扱わなければならないガス燃料の量を減らすことができ、安全性が高められると共に、ガス燃料を高圧化するために必要な動力エネルギを抑制することができる。これらにより、環境保全とコスト削減を図ることができる。

【0081】

特に、低圧ガス燃料噴射弁７は、ガス燃料を５〜１５ｂａｒの低圧で、かつ、クランク角で下死点後の８０°〜１２０°の範囲内の所定時期にシリンダ１内にプレ噴射する。したがって、パイロット燃料噴射による着火、及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができる。

【0082】

一方、エンジンコントローラ１６は、低圧のガス燃料であっても、安全面から異常発生時に低圧ガス燃料噴射弁７から燃料が一定時間を超えて連続噴射されないように、インターロック機構として、図５に示すようなウインドウリミッタ１７を備えており、何らかの理由により、このウインドウリミッタ１７を超えて低圧ガス燃料噴射弁７からのガス噴射が継続している、あるいは継続することが予測される場合には、電磁式油圧開閉弁１４を閉弁させて、ガス燃料の開閉弁１２を閉弁させる。

【0083】

これにより、低圧ガス燃料噴射弁７へのガス燃料の供給は停止される。これと共に、開閉弁１４の閉弁によって低圧ガス燃料噴射弁７への油圧の供給も停止され、低圧ガス燃料噴射弁７の開閉部が閉となり、ガス噴射ができない状態となる。これにより、異常発生時の安全性が確保される。

【0084】

次に、ガスインジェクションエンジン１０１の第２の発明の実施の形態の燃料噴射方式を、図６ないし図９を参照して詳細に説明する。この第２の発明の実施の形態は、プレ噴射を、図６に示す高圧ガス燃料噴射弁１８から高圧で行なうものである。

【0085】

図６は、天然ガス等のガス燃料を主燃料とするガスインジェクションエンジン１０１の主要部を示す。シリンダ１、シリンダヘッド２、シリンダライナ３、ピストン４、排気弁９は、上述の第１の発明を実施の形態と同様である。

【0086】

シリンダヘッド２に、ガス燃料をシリンダ内に高圧で噴射する高圧ガス燃料噴射弁（主ガス燃料噴射弁、副ガス燃料噴射弁）１８、高圧ガス燃料噴射弁１８からガス燃料を噴射する前にディーゼル燃料をシリンダ１内にパイロット噴射するパイロット燃料噴射弁６が配設される。

【0087】

図７に示すように、高圧ガス燃料噴射弁へ高圧ガス燃料を供給する高圧ガス燃料供給装置（主ガス燃料供給装置、副ガス燃料供給装置）２０は、例えば次のような構成を有し、異常発生時に高圧ガス燃料噴射弁１８へのガス燃料の供給を別系統で遮断し、強制的にガス燃料の噴射を停止させることができるインターロック機構を有する。

【0088】

図示しないガス燃料の供給源からアキュムレータ２１、油圧作動式のガス燃料の開閉弁２２を介して、高圧のガス燃料が高圧ガス燃料噴射弁１８へ供給される。油圧ポンプ２３から供給される油圧は、電磁作動式の開閉弁２４を介して上記ガス燃料の開閉弁２２へ供給され、この開閉弁２２を開閉させる。

【0089】

これと共に、開閉弁２４を通った油圧は、電磁作動式の開閉弁２５を介して高圧ガス燃料噴射弁１８へ供給され、この油圧の供給により高圧ガス燃料噴射弁１８は開弁することができる。

【0090】

２つの電磁作動式の開閉弁２４，２５は、ガスインジェクションエンジン１０１のエンジンコントローラ２６により、その開閉が電気的に制御される。インターロック機構は、エンジンコントローラ２６、電磁作動式の油圧開閉弁２４，油圧作動式のガス燃料の開閉弁２２により構成される。

【0091】

次に、上述のガスインジェクションエンジン１０１の燃料噴射方式について説明する。図８に示すように、例えば上死点のクランク角１８０°近辺において、ディーゼル燃料がパイロット燃料噴射弁６からシリンダ１内にパイロット噴射される。また、パイロット燃料噴射終了直後からの一定のクランク角範囲で、例えば２００〜３００ｂａｒの高圧のガス燃料が、高圧ガス燃料噴射弁１８からシリンダ１内に噴射される。

【0092】

一方、エンジンコントローラ２６は、ガス燃料を高圧ガス燃料噴射弁１８から、クランク角で下死点後の１２０°〜１６０°の範囲内の所定時期であって、かつ、パイロット燃料噴射弁６からのパイロット燃料噴射前に、シリンダ１内にプレ噴射する。高圧ガス燃料噴射弁１８からのプレ噴射は、例えば２００〜３００ｂａｒの高圧で行われる。

【0093】

また、 ここで、燃焼に必要な全ガス燃料に対するパイロット燃料噴射前に高圧ガス燃料噴射弁１８からプレ噴射されるガス燃料の質量割合をプレ噴射率と呼ぶことにすると、
エンジンコントローラ１６は、ガスインジェクションエンジン１０１の低負荷時、例えば負荷が５０〜７０％（所定負荷）以下の場合には、燃焼に必要なガス燃料の全部又は一部、例えば、プレ噴射率が５０％以上となる、より詳細にはプレ噴射率が５０〜１００％又は５０〜９５％のガス燃料をシリンダ１内にプレ噴射する。

【0094】

これは、低負荷領域ではプレ噴射に伴うノッキング発生の可能性が低いため、低負荷時には比較的多量のガス燃料をプレ噴射させることができるからである。これにより、パイロット燃料噴射による着火、及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができる。

【0095】

一方、エンジンコントローラ１６は、ガスインジェクションエンジン１０１の高負荷時、例えば負荷が５０〜７０％を超える場合には、例えば、プレ噴射率か５０％以下となる、より詳細にはプレ噴射率が１０〜５０％のガス燃料をシリンダ１内にプレ噴射する。

【0096】

これは、高負荷領域で多量のガス燃料をプレ噴射した場合、このプレ噴射に伴うノッキング発生の可能性が考えられるため、高負荷時にはガス燃料のプレ噴射量を一定範囲内に抑える必要があるからである。これにより、ノッキングの発生を防止しつつ、パイロット燃料噴射による着火、及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができる。

【0097】

また、割合が少ない場合もあるが少なくとも一定量のプレ噴射は行われるから、従来のようにガス燃料の全部がパイロット燃料噴射後に噴射される場合よりも、ＮＯX の排出量は確実に減少する。

【0098】

また、パイロット噴射後に高圧ガス燃料噴射弁５から噴射される高圧のガス燃料は、燃焼に必要なガス燃料の量から上記プレ噴射されたガス燃料の量を差し引いた残部となり、その残部がパイロット燃料噴射後に、高圧ガス燃料噴射弁１８からシリンダ１内に、例えば２００〜３００ｂａｒの高圧で噴射される。

【0099】

このとき、エンジンコントローラ２６は、通常運転時には、図７の電磁式の油圧開閉弁２４を開弁させる。開閉弁２４が開弁すると、油圧によりガス燃料の開閉弁２２を開弁し、ガス燃料が高圧ガス燃料噴射弁１８へ供給される。

【0100】

クランク角で下死点後の１２０°〜１６０°の範囲内の所定時期になると、エンジンコントローラ２６は、図７の油圧開閉弁２５を開弁させ、高圧ガス燃料噴射弁１８の開閉部に油圧をかける。これにより、高圧ガス燃料噴射弁１８は開弁して高圧のガス燃料をシリンダ１内に噴射する。図８に示すように、噴射時間が経過すると、エンジンコントローラ２６は、油圧開閉弁２５を閉弁させ、高圧ガス燃料噴射弁１８からのガス燃料のプレ噴射を終了する。

【0101】

このパイロット燃料噴射前に高圧ガス燃料噴射弁１８から噴射されたガス燃料は、パイロット噴射されるディーゼル燃料の燃焼により着火して燃焼する。これにより、高圧の主ガス燃料噴射前のシリンダ内のガス温度が、従来のガスインジェクションエンジンよりも上昇する。

【0102】

このため、燃焼初期の熱発生を理想的なものに近づけることができ、その後に行われる高圧の主ガス燃料の燃焼による熱効率を向上させることができる。また、熱効率向上のために、ガス燃料をより高圧で噴射する必要もなくなる。

【0103】

また、ガス燃料の全部又は一部をパイロット噴射前に噴射し、それをパイロット噴射により着火するようにしたから、その燃焼はいわゆるリーンバーン燃焼となり、これにより
ＮＯx の発生を確実に減少させることができる。これらにより、環境保全とコスト削減を図ることができる。

【0104】

特に、本ガスインジェクションエンジンの燃料噴射方式においては、高圧ガス燃料噴射弁１８からのプレ噴射が、２００〜３００ｂａｒの高圧で、かつ、クランク角で下死点後の１２０°〜１６０°の範囲内の所定時期に行われる。したかって、パイロット燃料噴射による着火、及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができる。

【0105】

一方、エンジンコントローラ２６は、安全面から異常発生時に高圧ガス燃料噴射弁１８から燃料が一定時間を超えて連続噴射されないように、インターロック機構としてウインドウリミッタを有しており、何らかの理由により、このウインドウリミッタを超えて高圧ガス燃料噴射弁１８からのガス噴射が継続している、あるいは継続することが予測される場合には、電磁式油圧開閉弁２４を閉弁させて、ガス燃料の開閉弁２２を閉弁させる。

【0106】

これにより、高圧ガス燃料噴射弁１８へのガス燃料の供給は停止される。また、開閉弁２４の閉弁により、高圧ガス燃料噴射弁１８への油圧の供給も停止され、高圧ガス燃料噴射弁１８の開閉部が閉となり、ガス噴射ができない状態となる。これにより、異常発生時の安全性が確保される。

【0107】

また、図９に示すように、このウインドウリミッタ２７は、例えば、高圧ガス燃料噴射弁１８からのパイロット燃料噴射前のプレ噴射と、パイロット燃料噴射後の高圧ガス燃料の噴射との連続時間が一定時間を超えないように設定することもできる。

【0108】

次に、上述のガスインジェクションエンジン１０１を搭載した船舶の機関運転方式の一例を、図１０及び図１１を参照して説明する。

【0109】

図１０に示すように、コントローラ１６は、図１のＧＰＳ受信機１０２から供給された位置情報に基づいて（ステップＳ２）、船舶がＮＯX 排出量の第３次規制値が適用される海域（所定海域）を航行している、又はこれから航行すると判定した場合には、ガスインジェクションエンジン１０１の機関負荷を負荷５０〜７０％の範囲内で設定された、例えば負荷６０％以下に調節する（ステップＳ２，Ｓ４，Ｓ６）。

【0110】

ここで、ガスインジェクションエンジン１０１の低負荷領域と高負荷領域との間のしきい値を負荷５０〜７０％の範囲内で設定するのは、負荷が５０％未満では船舶の航行に支障をきたす恐れがあり、また、負荷が７０％を超えると、上述のようにリーンバーンエンジンで散見されるノッキングの発生が懸念され、またパイロット燃料噴射による着火及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができない恐れがあるからである。

【0111】

このとき、エンジンコントローラ１６は、パイロット燃料噴射弁６からのパイロット燃料噴射前に、燃焼に必要なガス燃料の全部をシリンダ１内にプレ噴射する（ステップＳ８）。すなわち、燃焼に必要な全ガス燃料に対するパイロット燃料噴射前に副ガス燃料噴射弁からプレ噴射されるガス燃料の質量割合であるプレ噴射率を１００％にする。

【0112】

まず、天然ガス等のガス燃料はディーゼル油等と比較して硫黄分がはるかに少ないから、近年のＳＯX 規制値や粒子状物質（ＰＭ）の現行及び間もなく適用が開始される諸規制値をすべてクリアすることができる。

【0113】

また、このパイロット燃料噴射前に上述の副ガス燃料噴射弁７，１８から噴射されるガス燃料は、パイロット噴射されるディーゼル燃料の燃焼により着火して燃焼する。これにより、主ガス燃料噴射弁５，１８からガス燃料が高圧噴射される前のシリンダ１内のガス
温度が、従来のガスインジェクションエンジンよりも上昇する。

【0114】

このため、燃焼初期の熱発生を理想的なものに近づけることができ、さらなるガス燃料の高圧化等を行なうことなく、ガス燃料の燃焼による熱効率を向上させることができる。特に、このようにガス燃料の全部をパイロット燃料噴射前に噴射して着火させるようにすれば、その燃焼はディーゼルエンジンにおける希薄予混合燃焼と同様のリーンバーン燃焼となり、これによりＮＯx の発生を大幅に減少させることができる。

【0115】

このため、ＮＯX 排出量を機関回転数が１３０ｒｐｍ未満の機関に対する第３次規制値である、３．４ｇ／ｋＷｈ以下に抑制可能である。また、予混合のガスエンジンは、６０％以下の低負荷領域では、ガス噴射に伴うノッキングの発生が少ないという特性がある。したがって、ノッキングが発生する可能性も極めて低い。

【0116】

因みに、上述のＮＯX 排出量の第３次規制値が適用される海域は、現在のところ米国及びカナダ沿岸の２００海里内の海域と米国カリブ海海域に限定されており、この海域について機関負荷を６０％以下に制限しても、船舶の運航上特に支障をきたすことはない。

【0117】

この一方、例えば、ＮＯX 排出量の第３次規制値よりも大幅に緩い第３次規制よりも前の規制値が適用される海域においては、コントローラ１６は、ガスインジェクションエンジン１０１の機関負荷を、図１１に示すように、例えば６０％を超えるように増大させる。これにより、全速走行が可能である（ステップＳ４，Ｓ１０）。

【0118】

ここで、ＮＯX 排出量の第３次規制よりも前の規制値であって第３次規制値の次に厳しい規制値は第２次規制値であり、この第２次規制値は、機関回転数が１３０ｒｐｍ未満の機関に対するＮＯX 排出量を、１４．４ｇ／ｋＷｈ以下にするものである。

【0119】

そして、機関負荷が６０％を超える場合には、プレ噴射率が５０％以下となる、より詳細にはプレ噴射率が１０〜５０％のガス燃料をシリンダ１内にプレ噴射する（ステップＳ１４）。この機関負荷が６０％を超える高負荷運転時をＮＯX 排出量の第３次規制よりも前の規制値が適用される海域に限定して行うようにすれば、ＮＯX 排出量に関して、第３次規制値を含むすべての現行及び間もなく適用が開始される規制値をすべてクリアすることができる。

【0120】

また、予混合のガスエンジンは、高負荷領域ではガス噴射に伴うノッキング発生の可能性が高いことが知られている。したがって、高負荷時にはプレ噴射率を一定範囲内に抑える必要があり、特にプレ噴射率を５０％以下とすることにより、ノッキングの発生を防止しつつ、パイロット燃料噴射による着火、及びその後のガス温度上昇を最適なものにすることができ、ＮＯX 排出量も減少させることができる。

【0121】

図１１に示すように、例えば、機関負荷が６０％においてプレ噴射率を約５０％とし、機関負荷が１００％においてプレ噴射率を約３０％とすると共に、その間は等率で順次減少させるようにして、ガス燃料をシリンダ内にプレ噴射することができる。

【0122】

この一方、ＮＯX 排出量の第３次規制よりも前の規制値が適用される海域において、機関負荷が６０％以下の低負荷運転を行なう場合には、プレ噴射率が５０〜１００％となるガス燃料をシリンダ１内にプレ噴射する（ステップＳ４，１０，１２）。

【0123】

このように、プレ噴射率を５０〜１００％にすることにより、パイロット燃料噴射前に副ガス燃料噴射弁７，１８から噴射されるガス燃料が、このガスインジェクションエンジン１０１のガス燃料の燃焼に対して最適な状態となる。

【0124】

このため、燃焼初期の熱発生を理想的なものに近づけることができ、さらなるガス燃料の高圧化等を行なうことなく、ガス燃料の燃焼による熱効率を向上させることができる。また、その燃焼はディーゼルエンジンにおける希薄予混合燃焼と同様のリーンバーン燃焼となり、これによりＮＯx の発生をＮＯX 排出量の第３次規制よりも前の規制値以下に確実に減少させることができる。

【0125】

図１１に示すように、例えば、機関負荷の上昇時には、機関負荷が０〜４５％においてプレ噴射率を１００％にし、機関負荷が４５％においてプレ噴射率を一挙に約６７％にまて下げ、その後機関負荷が６０％においてプレ噴射率が約５０％になるように等率で順次減少させるようにして、上述の低圧ガス燃料噴射弁７又は高圧ガス燃料噴射弁１８からシリンダ内にガス燃料をプレ噴射することができる。

【0126】

この一方、機関負荷の減少時には、機関負荷が４０％においてプレ噴射率を１００％に増大させる。このように、機関負荷の上昇時に１００％から１００％未満のプレ噴射率に減少させる負荷点と、機関負荷の減少時に１００％未満から１００％のプレ噴射率へ上昇させる負荷点との間に一定のヒステリシスを設けることにより、このガス燃料のプレ噴射に関する制御が不安定にならないようにしている。

【0127】

なお、上述の船舶の機関運転方式は、一例を述べたにすぎず、様々な変形が可能である。

【符号の説明】

【0128】

１ シリンダ
２ シリンダヘッド
３ シリンダライナ
４ ピストン
５ 高圧ガス燃料噴射弁（主ガス燃料噴射弁）
６ パイロット燃料噴射弁
７ 低圧ガス燃料噴射弁（副ガス燃料噴射弁）
８ 高圧ガス燃料供給装置（主ガス燃料供給装置）
９ 排気弁
１０ 低圧ガス燃料供給装置（副ガス燃料供給装置）
１２ 開閉弁
１３ 油圧ポンプ
１４ 開閉弁
１５ 開閉弁
１６ エンジンコントローラ（コントローラ）
１７ ウインドウリミッタ
１８ 高圧ガス燃料噴射弁（主ガス燃料噴射弁、副ガス燃料噴射弁）
２０ 高圧ガス燃料供給装置（主ガス燃料供給装置、副ガス燃料供給装置）
２１ アキュムレータ
２２ 開閉弁
２３ 油圧ポンプ
２４ 開閉弁
２５ 開閉弁
２６ エンジンコントローラ
２７ ウインドウリミッタ
１００ 船舶
１０１ ガスインジェクションエンジン
１０２ ＧＰＳ受信機

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】