特許 7579200 エンジン装置及び船舶推進システム

(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】

(24)【登録日】2024-10-29

(45)【発行日】2024-11-07

(54)【発明の名称】エンジン装置及び船舶推進システム

(51)【国際特許分類】

   F02B 37/04 20060101AFI20241030BHJP

   B63H 3/00 20060101ALI20241030BHJP

   B63H 21/21 20060101ALI20241030BHJP

   F02D 19/06 20060101ALI20241030BHJP

   F02D 29/02 20060101ALI20241030BHJP

【ＦＩ】

F02B37/04 A

B63H3/00 Z

B63H21/21

F02D19/06 B

F02D29/02 B

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021073453

(22)【出願日】2021-04-23

(65)【公開番号】P2022167579

(43)【公開日】2022-11-04

【審査請求日】2023-12-28

(73)【特許権者】

【識別番号】503116899

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ原動機

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(72)【発明者】

【氏名】小沢 啓二

(72)【発明者】

【氏名】結城 和広

(72)【発明者】

【氏名】倉井 智広

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 滉

【審査官】津田 真吾

(56)【参考文献】

【文献】実開昭６２－１７９３３２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００７４１８３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ ３７／００

Ｆ０２Ｄ １９／００

Ｆ０２Ｄ ２３／００

Ｆ０２Ｄ ２９／０２

Ｂ６３Ｈ ３／００

Ｂ６３Ｈ ２１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

気体燃料を主な燃料とするエンジン装置であって、
燃焼室内へ空気を供給させる給気路と、
前記燃焼室からの排気を排出させる排気路と、
前記排気路から排出される排気により空気を圧縮して前記給気路に供給する過給機と、 前記過給機の下流側で前記給気路に接続された分岐路と、
前記分岐路に設けられていて圧縮空気を前記給気路に供給する空気圧縮機と、
前記分岐路における前記空気圧縮機の下流側に設けられた逆止弁と、
前記分岐路において前記空気圧縮機及び前記逆止弁の間に一端が接続された逃し流路と、
前記逃し流路に設けられていて開閉作動する逃し弁と、
を備えたことを特徴とするエンジン装置。

【請求項2】

前記逃し弁を給気圧力の検出値に基づいて開閉させる請求項１に記載されたエンジン装置。

【請求項3】

エンジン装置を備えた船舶推進システムであって、
前記エンジン装置により直接的に駆動される固定ピッチプロペラと、
前記エンジン装置の制御を行う船内機器制御装置と、を備え、
前記エンジン装置は、
気体燃料を主な燃料とし、
燃焼室内へ空気を供給させる給気路と、
前記燃焼室からの排気を排出させる排気路と、
前記排気路から排出される排気により空気を圧縮して前記給気路に供給する過給機と、 前記過給機の下流側で前記給気路に接続された分岐路と、
前記分岐路に設けられていて圧縮空気を前記給気路に供給する空気圧縮機と、
前記分岐路における前記空気圧縮機の下流側に設けられた逆止弁と、
を備え、
前記船内機器制御装置は、前記空気圧縮機により過給を行った状態で前記エンジン装置の回転速度をアイドリング回転速度から連続的に上昇させる制御と、前記エンジン装置の運転中に前記空気圧縮機による過給を制限する制御と、を行うことを特徴とする船舶推進システム。

【請求項4】

エンジン装置を備えた船舶推進システムであって、
前記エンジン装置により直接的に駆動される可変ピッチプロペラと、
前記エンジン装置と前記可変ピッチプロペラの制御を行う船内機器制御装置と、を備え、
前記エンジン装置は、
気体燃料を主な燃料とし、
燃焼室内へ空気を供給させる給気路と、
前記燃焼室からの排気を排出させる排気路と、
前記排気路から排出される排気により空気を圧縮して前記給気路に供給する過給機と、 前記過給機の下流側で前記給気路に接続された分岐路と、
前記分岐路に設けられていて圧縮空気を前記給気路に供給する空気圧縮機と、
前記分岐路における前記空気圧縮機の下流側に設けられた逆止弁と、
を備え、
前記船内機器制御装置は前記空気圧縮機により過給を行った状態で前記エンジン装置の回転速度をアイドリング回転速度から連続的に上昇させると共に前記可変ピッチプロペラの翼角を低翼角から高翼角に変化させる制御と、前記エンジン装置の運転中に前記空気圧縮機による過給を制限する制御と、を行うことを特徴とする船舶推進システム。

【請求項5】

エンジン装置を備えた船舶推進システムであって、
前記エンジン装置により直接的に駆動されるシュナイダープロペラと、
前記エンジン装置と前記シュナイダープロペラの制御を行う船内機器制御装置と、を備え、
前記エンジン装置は、
気体燃料を主な燃料とし、
燃焼室内へ空気を供給させる給気路と、
前記燃焼室からの排気を排出させる排気路と、
前記排気路から排出される排気により空気を圧縮して前記給気路に供給する過給機と、 前記過給機の下流側で前記給気路に接続された分岐路と、
前記分岐路に設けられていて圧縮空気を前記給気路に供給する空気圧縮機と、
前記分岐路における前記空気圧縮機の下流側に設けられた逆止弁と、
を備え、
前記船内機器制御装置は前記空気圧縮機により過給を行った状態で前記エンジン装置の回転速度が一定のまま前記シュナイダープロペラの翼角を低翼角から高翼角に変化させる制御と、前記エンジン装置の運転中に前記空気圧縮機による過給を制限する制御と、を行うことを特徴とする船舶推進システム。

【請求項6】

エンジン装置を備えた船舶推進システムであって、
前記エンジン装置を主機関として駆動するプロペラと、補機関に設けた発電機と、を備え、
前記エンジン装置は、
気体燃料を主な燃料とし、
燃焼室内へ空気を供給させる給気路と、
前記燃焼室からの排気を排出させる排気路と、
前記排気路から排出される排気により空気を圧縮して前記給気路に供給する過給機と、 前記過給機の下流側で前記給気路に接続された分岐路と、
前記分岐路に設けられていて圧縮空気を前記給気路に供給する空気圧縮機と、
前記分岐路における前記空気圧縮機の下流側に設けられた逆止弁と、
を備え、
前記空気圧縮機は、電動式空気圧縮機であり、
前記発電機によって発電された電力により前記電動式空気圧縮機を駆動することを特徴とする船舶推進システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排気エネルギを動力源とする排気タービンによってコンプレッサを駆動し、空気を圧縮する過給機を備えていて、気体燃料を燃料とするガスエンジン、または気体燃料及び液体燃料の双方を燃料とするデュアルフューエルエンジンを含むエンジン装置、及びこのエンジン装置を備えた船舶推進システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来の内燃機関として、例えば特許文献１に記載されたバイフューエルエンジンは、エンジンまたは駆動モータの出力軸により駆動するスーパーチャージャを給気通路に設けている。気体・液体の燃料種によって、スーパーチャージャによる過給の有無を切替えることで、制御の簡易化を図りながらバイフューエルエンジンの出力を増加している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３-２３８１９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

気体燃料を主な燃料とするエンジン装置は、燃料過剰となった場合にノッキングが発生し部品が損傷する可能性があるため、燃料と空気の混合比を適切に制御する必要がある。気体燃料は電磁弁により供給されており、瞬間的（数十μｓ程度）に供給量の増加が可能である。一方、空気は排気エネルギによって駆動される過給機より供給される。供給量が増加するまでに、排気エネルギの増加、過給機回転速度の上昇、空気供給量の増加という三段階の工程が必要であるため、供給量増加までに時間（数十秒程度）を要する。両者の差により、急速に機関回転速度あるいは出力を上昇させる過渡運転では、燃料過剰によるノッキングが発生することがある。そのため、液体燃料を主な燃料とするエンジン装置に比べてノッキングを回避するために緩慢な動作にならざるを得ず、過渡特性が劣る。一方で、天然ガスなどの気体燃料はＡ重油などの液体燃料に比べ、燃料組成の違いからＣＯ_２やＳＯｘの排出量削減が期待される。また、気体燃料を主な燃料とするエンジン装置では希薄燃焼を行うことにより、ＮＯｘの排出量削減も期待される。

【0005】

船舶用機関においても排気に含まれる有害物質に対する規制が年々厳しくなっており、規制を満足するための手段として気体燃料での運転が可能なデュアルフューエルエンジンの導入が注目されている。しかし、上述の理由から、従来舶用機関に採用されているディーゼルエンジンに比べ過渡特性が劣るため、同等の操作性を実現するためには過渡特性の改善（回転速度あるいは出力上昇時間の短縮）が必要となる。

【0006】

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、気体燃料運転時においてエンジン装置の回転速度または出力上昇時の空気量不足を解消することでノッキングを抑制し、過渡特性を改善したエンジン装置及び船舶推進システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明によるエンジン装置は、気体燃料を主な燃料とするエンジン装置であって、燃焼室内へ空気を供給させる給気路と、燃焼室からの排気を排出させる排気路と、排気路から排出される排気により空気を圧縮して給気路に供給する過給機と、過給機の下流側で給気路に接続された分岐路と、分岐路に設けられていて圧縮空気を給気路に供給する空気圧縮機と、分岐路における空気圧縮機の下流側に設けられた逆止弁と、を備えたことを特徴とする。
分岐路の空気圧縮機から圧縮空気を給気路に供給することで、回転速度または出力の上昇などの際に発生する空気量不足を解消することができる。そのため、燃料過剰になることで発生するノッキングを抑制することができ、過渡特性を改善することができる。しかも、給気路の圧力が上昇して分岐路の空気圧より高くなった場合には逆止弁によって空気が分岐路に逆流することを阻止できる。

【0008】

また、給気路における過給機の下流側の給気圧力を検出する圧力センサと、圧力センサで検出した給気圧力の検出値に基づいて空気圧縮機から供給される圧縮空気を調整する制御装置と、を備えることが好ましい。
給気路の給気圧力を圧力センサで検出し、制御装置によって空気圧縮機から分岐路に供給する圧縮空気の供給時期を制御することで、過渡運転時などに発生する空気量不足を迅速に解消することができる。また、過給機から十分な空気量が供給され、空気量不足が解消した場合には、空気圧縮機からの圧縮空気の供給を停止することができる。

【0009】

分岐路において空気圧縮機と逆止弁の間に、一端が接続された逃し流路と、逃し流路に設けられていて開閉作動する逃し弁と、を備えることが好ましい。
ここでさらに好ましくは、逃し流路の他の一端を空気圧縮機の空気取入れ側に接続することで、空気圧縮機と逃し流路との間で空気が循環するように構成することができる。給気路の空気量が不足する場合には、逃し弁を閉弁することで空気圧縮機の圧縮空気を分岐路から給気路に供給して空気量を増加させることができる。給気路の空気量不足が解消した場合には、逃し弁を開弁することで圧縮空気を分岐路から逃し流路に切替えて循環させることができる。

【0010】

また、逃し弁は給気圧力の検出値に基づいて開閉させるようにしてもよい。機関仕様や機関回転速度、出力などの運転条件によって任意に給気圧力の閾値を設け、空気量の過不足を判断し、逃し弁の開閉を行うことで、空気圧縮機からの過給の有無を切替えることができる。

【0011】

本発明による船舶推進システムは、上述したいずれかに記載されたエンジン装置を備えた船舶推進システムであって、エンジン装置により直接的に駆動される固定ピッチプロペラ（Ｆｉｘｅｄ Ｐｉｔｃｈ Ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ 以下、ＦＰＰ）と、エンジン装置と船内機器の制御を行う船内機器制御装置と、を備え、船内機器制御装置は、空気圧縮機により過給を行った状態でエンジン装置の回転速度をアイドリング回転速度から連続的に上昇させる制御と、エンジン装置の運転中に空気圧縮機による過給を制限する制御と、を行うことを特徴とする。
本発明による船舶推進システムでは、空気圧縮機を制御し過給を行うことでエンジン装置の過渡特性の改善を図ることができる。ここで、船内機器制御装置は上述したエンジン装置の制御装置と物理的に一体の装置として備えるだけでなく、別の独立した装置として構成してもよく、以降においても同様である。

【0012】

本発明による船舶推進システムは、上述したいずれかに記載されたエンジン装置を備えた船舶推進システムであって、エンジン装置により直接的に駆動される可変ピッチプロペラ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ Ｐｉｔｃｈ Ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ 以下、ＣＰＰ）と、エンジン装置とＣＰＰの制御を行う船内機器制御装置と、を備え、船内機器制御装置は、空気圧縮機により過給を行った状態でエンジン装置の回転速度をアイドリング回転速度から連続的に上昇させると共にＣＰＰの翼角を低翼角から高翼角に変化させる制御と、エンジン装置の運転中に空気圧縮機による過給を制限する制御と、を行うことを特徴とする。
ＣＰＰは、回転速度と出力との関係が可変であり、ＦＰＰ適用時と比較して同等の回転速度でもより低出力からの出力上昇も想定される。空気圧縮機によって過給を行い、適切な制御をすることで、低回転かつ低出力からの出力上昇という、より空気量不足が発生しやすい状態からの過渡特性も改善できる。

【0013】

本発明による船舶推進システムは、上述したいずれかに記載されたエンジン装置を備えた船舶推進システムであって、エンジン装置により直接的に駆動されるシュナイダープロペラ（Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ Ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ 以下、ＳＰ）と、エンジン装置とＳＰの制御を行う船内機器制御装置と、を備え、船内機器制御装置は、空気圧縮機により過給を行った状態でエンジン装置の回転速度が一定のままＳＰの翼角を低翼角から高翼角に変化させる制御と、エンジン装置の運転中に空気圧縮機による過給を制限する制御と、を行うことを特徴とする。
ＳＰは、回転速度と出力との関係が可変であり、ＦＰＰ適用時と比較して同等の回転速度でより低出力からの出力上昇も想定される。空気圧縮機によって過給を行い、適切な制御をすることで、低回転かつ低出力からの出力上昇という、より空気量不足が発生しやすい状態からの過渡特性も改善できる。

【0014】

また、上述したいずれかに記載されたエンジン装置を備えた船舶推進システムであって、空気圧縮機は、電動式空気圧縮機であり、エンジン装置を主機関として駆動するプロペラと、補機関に設けた発電機と、を備え、発電機によって発電された電力により電動式空気圧縮機を駆動することを特徴とする。
本発明による船舶推進システムは、エンジン装置によってプロペラを駆動すると共に、補機関に設けた発電機によってエンジン装置に設けた電動式空気圧縮機を駆動することができ、本システムを船舶に採用することで、主機関の過渡特性改善を図ることができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、気体燃料運転時においてエンジンの装置の回転速度または出力の上昇時などに発生する空気量不足を、空気圧縮機によって圧縮空気を給気路に供給することで解消し、ノッキングを抑制して過渡特性を改善したエンジン装置及び船舶推進システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】エンジン装置の要部構成を示す模式図である。

【図2】エンジン装置における空気圧縮機と配管の構成を示す模式図である。

【図3】空気圧縮機による過給制御方法を示すタイムチャート図である。

【図4】船舶推進システムの構成を示す模式図である。

【図5】一般的な舶用三乗特性曲線とプロペラ種類毎の回転速度と出力との関係を示すグラフである。

【図6】変形例１のエンジン装置の構成を示す模式図である。

【図7】変形例２のエンジン装置の構成を示す模式図である。

【図8】変形例３のエンジン装置の構成を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態によるエンジン装置として、舶用内燃機関として用いるデュアルフューエルエンジンについて添付図面により説明する。
図１及び図２はデュアルフューエルエンジン装置１（以下、単にエンジン装置１ということがある）を示すものであり、特徴として液体燃料と気体燃料を運転中に切替えて使用可能な内燃機関である。
図１及び図２に示す舶用のデュアルフューエルエンジン装置１は、プロペラなどに連結された出力軸としてクランク軸２の機構を備えており、クランク軸２はシリンダーブロック３内に設置されたピストン４に連結されている。シリンダーブロック３内に設けたピストン４とエンジンヘッド５によって燃焼室６が形成されている。

【0018】

燃焼室６はエンジンヘッド５に装着されている吸気弁８及び排気弁９と、液体燃料運転時に液体燃料を供給する燃料噴射弁１０とによって密閉されている。また、エンジンヘッド５には気体燃料運転時に使用するパイロット油噴射弁１１が設置されている。エンジンヘッド５の吸気弁８を設置した吸気口には給気路１３が接続され、排気弁９を設置した排気口には排気路１４が接続されている。給気路１３には気体燃料運転時に燃料の噴射を制御する電磁弁１５が設置され、その上流側にはエアクーラ１６、排気路１４に連通する過給機１７が設置されている。

【0019】

エンジン装置１は、液体燃料と気体燃料とに切替えて運転できるようになっている。液体燃料の運転時には、例えばＡ重油などの液体燃料を燃料噴射弁１０から燃焼室６内の圧縮空気に噴射して着火し燃焼させる。また、気体燃料の運転時では、天然ガスなどの気体燃料を空気と予混合させるため電磁弁１５で給気路１３へ噴射し、混合気を燃焼室６内に供給する。そして、圧縮した混合気にパイロット油噴射弁１１から少量の液体燃料を噴射して着火源とすることで混合気を燃焼させる。

【0020】

エンジン装置１は、液体燃料にて始動を行う。エンジン装置１に必要なガス圧力が供給されていることが確認された後、燃料を液体燃料から気体燃料に切替える。
気体燃料の供給に際し、図１に示す天然ガスなどの気体燃料が貯蔵されたＬＮＧタンク２０から気体燃料が気化器２１に供給され、更に圧力はレギュレータ２２により必要な圧力に減圧される。この際の圧力は圧力計２３で検出され、レギュレータ２２のバルブ開度を変更することによって調整される。気体燃料は電磁弁１５から給気路１３に噴射され、給気路１３でエアクーラ１６によって冷却された空気と混合されて燃焼室６に供給される。
停止の際には再び液体燃料による運転に切替えてから停止を行う。始動時と停止時以外は液体燃料と気体燃料を切替え可能である。

【0021】

給気路１３において、過給機１７と給気路１３と、を接続するバイパス路２６が設置され、このバイパス路２６には開度を調整可能な補助電磁弁２７が設置されている。給気路１３に設置された圧力センサ２８にて測定する給気圧力に応じて、補助電磁弁２７の開度を調整し過剰な空気を一部バイパスすることで、給気圧力を運転条件に応じた適正な圧力に調整することができる。

【0022】

本実施形態では、図２に示す空気圧縮機として電動式空気圧縮機２５を採用しており、電動式空気圧縮機２５とはスーパーチャージャなどのコンプレッサ３１と駆動モータＭ１を組合せた装置である。
給気路１３において、エアクーラ１６と電磁弁１５の間には分岐路３０が接続されている。この分岐路３０には圧縮空気を給気路１３に供給するための電動式空気圧縮機２５が設置されている。電動式空気圧縮機２５の下流側には、分岐路３０の圧力よりも給気路１３の給気圧力の方が高い場合に給気路１３の空気が分岐路３０に逆流することを阻止する逆止弁３２が設置されている。

【0023】

図２に示す分岐路３０において、電動式空気圧縮機２５の空気取り入れ口と電動式空気圧縮機２５の下流側であって逆止弁３２の上流側と、を接続する逃し流路３６が設置されている。逃し流路３６にはその流路を開閉可能な逃し弁３７が設置されている。逃し弁３７の下流側において、逃し流路３６は、電動式空気圧縮機２５の空気取り入れ口に接続される。逃し弁３７が開弁した状態では電動式空気圧縮機２５の圧縮空気は電動式空気圧縮機２５と分岐路３０と逃し流路３６と、を循環する構造である。

【0024】

電動式空気圧縮機２５による圧縮空気の過給制御方法を図３に示すタイムチャートに基づいて説明する。ここでは、給気路１３の圧力を給気圧力Ｐとする。電動式空気圧縮機２５の駆動モータＭ１と圧力センサ２８は制御装置３３に電気的に接続されている。制御装置３３は、圧力センサ２８で検出する給気路１３の圧力である給気圧力Ｐに応じて逃し弁３７の開閉を制御する。また、本実施形態においては逃し弁３７が頻繁に開閉を繰り返すことを防止するため、開閉の閾値には図３に示す応差（第一給気圧力値Ｐ１、第二給気圧力値Ｐ２）を設けている。なお、逃し弁３７の開閉制御及び駆動モータＭ１の動作開始時期（制御有効モード）は制御装置３３の設定によって選択可能であり、気体燃料運転（ＧＥモード）を選択している。

【0025】

エンジン装置１を液体燃料運転（ＤＥモード）にて始動（エンジン装置ＯＮ：ＲＵＮ）した時は、電動式空気圧縮機２５の駆動モータＭ１は停止状態（ＯＦＦ）、逃し弁３７は開弁（ＯＦＦ）状態である（時刻ｔ１）。エンジン装置１の燃料を液体燃料から気体燃料に切替えると、電動式空気圧縮機２５の駆動モータＭ１が駆動状態（ＯＮ）に切替わると共に、逃し弁３７の開閉制御が開始する（時刻ｔ２）。
給気圧力Ｐが第一給気圧力値Ｐ１より低い場合、制御装置３３は、十分な量の排気が過給機１７に供給されておらず、空気量が不足すると判断する。そこで、制御装置３３は逃し弁３７を閉弁（ＯＮ）し電動式空気圧縮機２５から給気路１３に圧縮空気を供給する。給気圧力Ｐにより空気量の不足を判断し、電動式空気圧縮機２５から圧縮空気を供給することで、空気量が不足する回転速度や出力上昇時に備えて圧縮空気を供給することができる。圧縮空気の供給により、燃料過剰になることで発生するノッキングを抑制でき、過渡特性を改善することができる。

【0026】

エンジン装置１の回転速度または出力が上昇すると、排気路１４の排気量が増加し、過給機１７の回転速度が上昇する。そのため、過給機１７から給気路１３に供給される空気量が増加し、給気路１３の給気圧力Ｐは第二給気圧力値Ｐ２より高くなる。給気圧力Ｐが第二給気圧力値Ｐ２より高い場合、制御装置３３は、十分な空気量が供給できていると判断する。電動式空気圧縮機２５による過給は不要となるため、制御装置３３は逃し弁３７を開弁（ＯＦＦ）する（時刻ｔ３，ｔ５）。
電動式空気圧縮機２５から供給される圧縮空気は、分岐路３０から逃し流路３６に流れ込み逃し弁３７を通って電動式空気圧縮機２５の空気取り入れ口に戻る。電動式空気圧縮機２５から供給される圧縮空気を逃し流路３６と逃し弁３７によって循環させることで、分岐路３０から給気路１３に供給される圧縮空気を制限する。これにより、駆動モータＭ１の駆動、停止を切替えることなく、給気路１３への圧縮空気の供給と停止と、を切替えることができる。
また、逃し弁３７により圧縮空気を循環させることで、電動式空気圧縮機２５の出口圧力が過大になることを抑制できる。この状態で、逃し流路３６内の空気圧が給気路１３の給気圧力Ｐより低くなったとしても、逆止弁３２によって逃し流路３６内に過給機１７からの圧縮空気が逆流することを阻止できる。

【0027】

エンジン装置１の操作により回転速度または出力が低下すると、排気路１４の排気量が減少し、過給機１７の回転速度が低下する。そのため、過給機１７から給気路１３に供給される空気量が減少し、給気路１３の給気圧力Ｐは第一給気圧力値Ｐ１より低くなる。給気圧力Ｐが再び第一給気圧力値Ｐ１より低くなると、制御装置３３は空気量が不足すると判断し、逃し弁３７を閉弁（ＯＮ）する（時刻ｔ４，ｔ６）。これによって、再び電動式空気圧縮機２５から給気路１３に圧縮空気を供給する。
エンジン装置１の停止のために燃料を気体燃料から液体燃料に切替えた時は、電動式空気圧縮機２５の駆動モータＭ１を停止（ＯＦＦ）させ、逃し弁３７を開弁（ＯＦＦ）した後に逃し弁の開閉制御を終了する（時刻ｔ７）。

【0028】

本実施形態によるエンジン装置１を例えば船舶のタグボートの主機関に適用した場合、タグボートは待機状態と曳航時の切替えなど、回転速度または出力の変化が急速である。過給制御を電動式空気圧縮機２５の駆動モータＭ１の駆動、停止で実施すると、電動式空気圧縮機２５の停止状態から起動に時間がかかり、過給開始までにタイムラグが発生する。エンジン装置１の気体燃料運転時において電動式空気圧縮機２５を常時駆動状態とし、逃し弁３７の開閉切替えにより圧縮空気の供給を制御することで、応答遅れを生じることがなく必要なタイミングで迅速に圧縮空気を供給できる。

【0029】

本実施形態によるエンジン装置１を２機２軸船などの船舶に適用した場合の船舶推進システムについて図４により説明する。
船舶推進システム４１を備えた船舶４０は、図４に示す２組の主機関４２と２組の補機関４３をそれぞれ備えている。主機関４２は船舶４０の推進用のプロペラ４４を駆動する機関であり、補機関４３は発電機４７を駆動する機関である。主機関４２はエンジン装置１と電動式空気圧縮機２５と制御装置３３と、を組合せた装置である。補機関４３には発電機４７が接続され、補機関４３を駆動することで発電する。船舶推進システム４１は、その電力により主機関４２に設けた電動式空気圧縮機２５や船内機器４８を駆動する。船舶４０は船内機器制御装置４９を備え、船内機器制御装置４９によって主機関４２やプロペラ４４など上述した全ての装置を制御する。

【0030】

船舶推進システム４１のプロペラ４４として、ＦＰＰ、ＣＰＰまたはＳＰを適用することができる。プロペラ４４は主機関４２のエンジン装置１によって直接的に駆動される。上述の説明において、「直接的に駆動」とは、エンジン装置１の出力を機械的にプロペラ４４に伝達して駆動することを意味し、減速機やクラッチを介する場合を含むものとする。

【0031】

本実施形態によるエンジン装置１の回転速度と出力との関係を図５より説明する。プロペラ４４にＦＰＰを用いる場合は、回転速度に応じて舶用三乗特性曲線上で出力が変化する。タグボードのような回転速度または出力の変化が急速な船舶において、エンジン装置１の性能を超える過渡運転を要求された場合、空気量不足によるノッキングが発生する。そこで、上述したように給気圧力を検知し電動式空気圧縮機２５から圧縮空気を供給することで空気量不足を解消し、ノッキングを抑制して過渡特性を改善することができる。

【0032】

ＣＰＰ及びＳＰは、プロペラ４４の回転速度によらず、翼角を任意に変更可能である。そのため、プロペラ４４の回転速度を変えずに出力を変更することができる。また、翼角を固定し、プロペラ４４の回転速度を変えることで舶用三乗特性曲線と類似した出力上昇も可能である。さらに、プロペラ４４の回転速度と翼角と、を並行して変更する出力上昇も可能である。このように、プロペラ４４としてＣＰＰまたはＳＰを用いた場合は、回転速度と翼角との制御方法によって様々な出力上昇が可能となる。

【0033】

プロペラ４４にＣＰＰを用いる場合は、上述したように様々な出力上昇が可能である。そのため、プロペラの翼角を変更できないＦＰＰ適用時と比較して、より低出力からの出力上昇も想定される。そのような条件下で、船内機器制御装置４９によりエンジン装置１の回転速度をアイドリング回転速度から連続的に上昇させると共に翼角を低翼角から高翼角に変化させる。低出力かつ低回転から急速に出力を上昇させると、空気量不足によるノッキングが発生する。そこで、上述したように給気圧力を検知し電動式空気圧縮機２５から圧縮空気を供給することで空気量不足を解消し、ノッキングを抑制して過渡特性を改善することができる。

【0034】

プロペラ４４にＳＰを用いる場合の操船例として、回転速度６００ｍｉｎ^-１の低出力時から舶用三乗特性曲線の出力相当まで出力を上昇させることができ、また同回転速度で出力を低下させることが挙げられる。これらは異なる回転速度、例えば７００ｍｉｎ^-１でも行うことができ、さらに同出力を維持しながら回転速度を変化させることも可能である。
船内機器制御装置４９によりエンジン装置１の回転速度を一定に維持したまま、翼角を低翼角から高翼角に変化させると、急速に出力が上昇するため、空気量不足によるノッキングが発生する。そこで、上述したように給気圧力を検知し電動式空気圧縮機２５から圧縮空気を供給することで空気量不足を解消し、ノッキングを抑制して過渡特性を改善することができる。

【0035】

上述したエンジン装置１における電動式空気圧縮機２５の変形例について、図６～図８により説明する。
図６に示す変形例１のエンジン装置１は、実施形態から逃し流路３６と逃し弁３７と、を除いたものである。実施形態では過給の制御を逃し弁３７の開閉にて切替えるが、変形例１では、駆動モータＭ１の駆動と停止にて実施する。空気量の不足などの判断条件は実施形態と同様である。実施形態より簡易な構造で過渡特性の改善が可能になる。
図７に示す変形例２のエンジン装置１Ａは、実施形態の電動式空気圧縮機２５に代えて、機械式空気圧縮機２５Ａが備えられている。変形例２の如く、空気圧縮機の駆動方式については、駆動モータＭ１の代わりにクランク軸の回転をベルトやギヤなどの動力伝達機構を介して伝達させる構成を用いてもよい。
図８に示す変形例３のエンジン装置１Ａは、変形例１の電動式空気圧縮機２５に代えて、機械式空気圧縮機２５Ａが備えられている。

【0036】

なお、エンジン装置１、１Ａとしてデュアルフューエルエンジンの適用例を説明したが、本発明はガスエンジンにも適用できる。
また、上述した実施形態における、逃し弁３７の開閉制御、または変形例１における駆動モータＭ１の駆動、停止の制御は給気圧力に応じて行ったが、排気の酸素濃度、過給機の回転速度、エンジン装置の回転速度や出力などを各種センサから検出し、それに応じて制御装置３３により制御させることとしてもよい。例えば、始動と同時に空気圧縮機を駆動し、機関の回転速度や出力が任意の数値以上になった場合に空気圧縮機による過給を停止することとしてもよい。あるいは、センサや制御装置を用いなくてもよい。例えば、安全弁や背圧弁のように弁単体が機械的に自動で開閉する構成とすることや手動操作としてもよい。
さらに、逃し弁３７の開閉制御及び駆動モータ動作開始時期は、上述したように制御装置３３の設定によって変更可能である。例えば、液体燃料運転時、気体燃料運転時、あるいは液体燃料運転時及び気体燃料運転時の双方で開始としてもよい。

【符号の説明】

【0037】

１、１Ａ エンジン装置
３ シリンダーブロック
６ 燃焼室
１３ 給気路
１４ 排気路
１５ 電磁弁
１７ 過給機
２５ 電動式空気圧縮機
２５Ａ 機械式空気圧縮機
２６ バイパス路
２８ 圧力センサ
３０ 分岐路
３１ コンプレッサ
３２ 逆止弁
３３ 制御装置
３６ 逃し流路
３７ 逃し弁
４１ 船舶推進システム
４２ 主機関
４３ 補機関
４４ プロペラ
４７ 発電機
Ｍ１ 駆動モータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】