(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁及び排気弁を有するエンジン本体と、
前記エンジン本体に供給する掃気を昇圧する主過給機と、
前記エンジン本体の運転を補助する補助システムと、
予め定められた複数の運転モードのいずれかを選択するモード選択装置と、
前記エンジン本体及び前記補助システムを制御する制御装置と、を備え、
前記補助システムは、前記主過給機と並列に配置されて掃気を昇圧する副過給機、純燃料に水を添加する水エマルジョンユニット、及び、排気を掃気内に取り入れて当該排気を前記エンジン本体に再循環させるＥＧＲユニットのうちの複数を含み、
前記制御装置は、前記副過給機の運転又は停止、純燃料に添加する水の割合、及び、掃気に占める排気の割合のうちの複数を含む補助システム運転条件を運転モードごとに予め記憶しており、選択された運転モードに対応する補助システム運転条件を満たすよう前記補助システムに制御信号を送信し、前記補助システムを設定するよう構成されている、船舶用のエンジンシステム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記燃料噴射弁における燃料噴射パターン及び燃料噴射タイミング、並びに、前記排気弁の開閉パターン及び開閉タイミングを含むエンジン運転条件を運転モードごとに予め記憶しており、選択された運転モードに対応するエンジン運転条件を満たすよう前記エンジン本体に制御信号を送信し、前記エンジン本体を設定するよう構成されており、
前記エンジン本体の設定は、前記補助システムの設定後に行われる、請求項１に記載のエンジンシステム。
【請求項３】
燃料噴射弁及び排気弁を有するエンジン本体と、
前記エンジン本体に供給する掃気を昇圧する主過給機と、
前記エンジン本体の運転を補助する補助システムと、
予め定められた複数の運転モードのいずれかを選択するモード選択装置と、
前記エンジン本体及び前記補助システムを制御する制御装置と、を備え、
前記補助システムは、前記主過給機と並列に配置されて掃気を昇圧する副過給機、純燃料に水を添加する水エマルジョンユニット、及び、排気を掃気内に取り入れて当該排気を前記エンジン本体に再循環させるＥＧＲユニットのうち少なくとも１つを含み、
前記制御装置は、前記副過給機の運転又は停止、純燃料に添加する水の割合、及び、掃気に占める排気の割合のうち少なくとも１つを含む補助システム運転条件を運転モードごとに予め記憶しており、選択された運転モードに対応する補助システム運転条件を満たすよう前記補助システムに制御信号を送信し、前記補助システムを設定するよう構成されており、
前記制御装置は、エンジン運転条件を運転モードごとに予め記憶しており、選択された運転モードに対応する補助システム運転条件を前記補助システムが満たしていると判断したとき、選択された運転モードに対応するエンジン運転条件を選択し、選択したエンジン運転条件を満たすよう前記エンジン本体に制御信号を送信し、前記エンジン本体を設定する一方、選択された運転モードに対応する補助システム運転条件を前記補助システムが満たしていないと判断したとき、前記複数の運転モードに対応するエンジン運転条件の中から筒内最高圧力が最も小さくなるエンジン運転条件を選択し、選択したエンジン運転条件を満たすよう前記エンジン本体に制御信号を送信し、前記エンジン本体を設定するよう構成されている、エンジンシステム。
【請求項４】
前記制御装置は、選択された運転モードに対応する補助システム運転条件を前記補助システムが満たしていないと判断したとき、前記複数の運転モードに対応するエンジン運転条件の中から筒内最高圧力が最も小さくなるエンジン運転条件を選択し、選択したエンジン運転条件を満たすよう前記エンジン本体に制御信号を送信したとしても、前記エンジン本体の回転数が所定のエンジン危険回転数以上となり、前記主過給機の回転数が所定の主過給機危険回転数以上となり、前記副過給機の回転数が所定の副過給機危険回転数以上となり、又は、筒内最高圧力が所定の危険圧力以上となると予想される又は検出したときは、前記エンジン本体に制御信号を送信し、前記エンジン本体を減速又は停止させるように構成されている、請求項３に記載のエンジンシステム。
【請求項５】
燃料噴射弁及び排気弁を有するエンジン本体と、
前記エンジン本体に供給する掃気を昇圧する主過給機と、
前記エンジン本体の運転を補助する補助システムと、
予め定められた複数の運転モードのいずれかを選択するモード選択装置と、
前記エンジン本体及び前記補助システムを制御する制御装置と、を備え、
前記補助システムは、前記主過給機と並列に配置されて掃気を昇圧する副過給機、純燃料に水を添加する水エマルジョンユニット、及び、排気を掃気内に取り入れて当該排気を前記エンジン本体に再循環させるＥＧＲユニットのうち少なくとも１つを含み、
前記制御装置は、前記副過給機の運転又は停止、純燃料に添加する水の割合、及び、掃気に占める排気の割合のうち少なくとも１つを含む補助システム運転条件を運転モードごとに予め記憶しており、選択された運転モードに対応する補助システム運転条件を満たすよう前記補助システムに制御信号を送信し、前記補助システムを設定するよう構成されており、
前記複数の運転モードには、燃費性能優先の燃費モードと、環境性能優先の環境モードと、が含まれており、
前記燃費モードに対応する補助システム運転条件では、船舶の運航時において掃気に占める排気の割合が常にゼロであり、
前記環境モードに対応する補助システム運転条件では、船舶の運航時において掃気に占める排気の割合がゼロより大きい所定の値である、エンジンシステム。
【請求項６】
前記燃費モードには、第１燃費モードと、第２燃費モードとが含まれており、
前記第１燃費モードに対応する補助システム運転条件では、副過給機が停止であり、
前記第２燃費モードに対応する補助システム運転条件では、副過給機が運転である、請求項５に記載のエンジンシステム。
【請求項７】
燃料噴射弁及び排気弁を有するエンジン本体と、
前記エンジン本体に供給する掃気を昇圧する主過給機と、
前記エンジン本体の運転を補助する補助システムと、
予め定められた複数の運転モードのいずれかを選択するモード選択装置と、
前記エンジン本体及び前記補助システムを制御する制御装置と、を備え、
前記補助システムは、前記主過給機と並列に配置されて掃気を昇圧する副過給機、純燃料に水を添加する水エマルジョンユニット、及び、排気を掃気内に取り入れて当該排気を前記エンジン本体に再循環させるＥＧＲユニットのうち少なくとも１つを含み、
前記制御装置は、前記副過給機の運転又は停止、純燃料に添加する水の割合、及び、掃気に占める排気の割合のうち少なくとも１つを含む補助システム運転条件を運転モードごとに予め記憶しており、選択された運転モードに対応する補助システム運転条件を満たすよう前記補助システムに制御信号を送信し、前記補助システムを設定するよう構成されており、
前記複数の運転モードには、安全モードが含まれており、
前記運転モードに対応する補助システム運転条件では、副過給機が運転、純燃料に添加する水の割合がゼロ、掃気に占める排気の割合がゼロである、エンジンシステム。
【請求項８】
燃料噴射弁及び排気弁を有するエンジン本体と、前記エンジン本体に供給する掃気を昇圧する主過給機と、前記エンジン本体の運転を補助する補助システムと、予め定められた複数の運転モードのいずれかを選択するモード選択装置と、を備え、前記補助システムは、前記主過給機と並列に配置されて掃気を昇圧する副過給機、純燃料に水を添加する水エマルジョンユニット、及び、排気を掃気内に取り入れて当該排気を前記エンジン本体に再循環させるＥＧＲユニットのうちの複数を含む船舶用のエンジンシステムの制御方法であって、
前記副過給機の運転又は停止、純燃料に添加する水の割合、及び、掃気に占める排気の割合の条件のうちの複数を含む補助システム運転条件を運転モードごとに予め記憶し、選択された運転モードに対する補助システム運転条件を満たすよう前記補助システムに制御信号を送信し、前記補助システムを設定する、制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶用のエンジンシステム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶用のエンジンシステムには、エンジン本体を補助する補助システムを備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。補助システムとしては、主過給機と並列に配置されエンジンが低負荷のときに停止させることで燃費を向上させる副過給機、純燃料に水を添加してＮＯｘの排出量を低減する水エマルジョンユニット、排気をエンジン本体に再循環させてＮＯｘの排出量を低減するＥＧＲユニットなどが含まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−１６６７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、船舶用のエンジンシステムは、運航海域などによって、求められる環境性能及び燃費性能が異なる。そのため、運航中においても補助システムの設定を変更し、さらにこの変更に伴ってエンジン本体の設定も変更する。ただし、これらの運転操作は運転者にとって負担が大きい。
【０００５】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、補助システムを備えた船舶用のエンジンシステムにおいて、運転操作の負担を軽減することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る船舶用のエンジンシステムは、燃料噴射弁及び排気弁を有するエンジン本体と、前記エンジン本体に供給する掃気を昇圧する主過給機と、前記エンジン本体の運転を補助する補助システムと、予め定められた複数の運転モードのいずれかを選択するモード選択装置と、前記エンジン本体及び前記補助システムを制御する制御装置と、を備え、前記補助システムは、前記主過給機と並列に配置されて掃気を昇圧する副過給機、純燃料に水を添加する水エマルジョンユニット、及び、排気を掃気内に取り入れて当該排気を前記エンジン本体に再循環させるＥＧＲユニットのうちの少なくとも１つを含み、前記制御装置は、前記副過給機の運転又は停止、純燃料に添加する水の割合、及び、掃気に占める排気の割合のうち少なくとも１つを含む補助システム運転条件を運転モードごとに予め記憶しており、選択された運転モードに対応する補助システム運転条件を満たすよう前記補助システムに制御信号を送信し、前記補助システムを設定するよう構成されている。
【０００７】
かかる構成によれば、選択された運転モードに応じて補助システムが自動的に設定されるため、運転操作の負担を軽減することができる。
【０００８】
上記のエンジンシステムにおいて、前記制御装置は、前記燃料噴射弁における燃料噴射パターン及び燃料噴射タイミング、並びに、前記排気弁の開閉パターン及び開閉タイミングを含むエンジン運転条件を運転モードごとに予め記憶しており、選択された運転モードに対応するエンジン運転条件を満たすよう前記エンジン本体に制御信号を送信し、前記エンジン本体を設定するよう構成されており、前記エンジン本体の設定は、前記補助システムの設定後に行われるようにしてもよい。
【０００９】
補助システムの設定は、エンジン本体の設定よりも時間がかかるが、上記の構成によれば、エンジン本体の設定は、補助システムの設定後に行われるため、補助システムの設定に応じて適切にエンジン本体の制御を行うことができる。
【００１０】
上記のエンジンシステムにおいて、前記制御装置は、選択された運転モードに対応する補助システム運転条件を前記補助システムが満たしていないと判断したとき、前記複数の運転モードに対応するエンジン運転条件の中から筒内最高圧力が最も小さくなるエンジン運転条件を選択し、選択したエンジン運転条件を満たすよう前記エンジン本体に制御信号を送信し、前記エンジン本体を設定するよう構成されていてもよい。
【００１１】
かかる構成によれば、補助システムの動作が異常である場合において、筒内最高圧力を抑える制御を行うことになるため、エンジン本体の破損を防止することができる。
【００１２】
上記のエンジンシステムにおいて、前記制御装置は、選択された運転モードに対応する補助システム運転条件を前記補助システムが満たしていないと判断したとき、前記複数の運転モードに対応するエンジン運転条件の中から筒内最高圧力が最も小さくなるエンジン運転条件を選択し、選択したエンジン運転条件を満たすよう前記エンジン本体に制御信号を送信したとしても、前記エンジン本体の回転数が所定のエンジン危険回転数以上となり、前記主過給機の回転数が所定の主過給機危険回転数以上となり、前記副過給機の回転数が所定の副過給機危険回転数以上となり、又は、筒内最高圧力が所定の危険圧力以上となると予想される又は検知したときは、前記エンジン本体に制御信号を送信し、前記エンジン本体を減速又は停止させるよう構成されていてもよい。
【００１３】
かかる構成によれば、補助システムの動作が異常である場合において、筒内最高圧力を抑えてもエンジン本体が破損するおそれがあるときはエンジン本体を減速又は停止することになるため、この場合でもエンジン本体の破損を防止することができる。
【００１４】
上記のエンジンシステムにおいて、前記複数の運転モードには、燃費性能優先の燃費モードと、環境性能優先の環境モードと、が含まれており、前記燃費モードに対応する補助システム運転条件では、船舶の運航時において掃気に占める排気の割合がゼロであり、前記環境モードに対応する補助システム運転条件では、船舶の運航時において掃気に占める排気の割合がゼロより大きい所定の値であってもよい。
【００１５】
かかる構成によれば、エンジンシステムは、燃費性能を優先する場合と環境性能を優先する場合のいずれにも対応することができる。
【００１６】
上記のエンジンシステムにおいて、前記燃費モードには、第１燃費モードと、第２燃費モードとが含まれており、前記第１燃費モードに対応する補助システム運転条件では、副過給機が停止であり、前記第２燃費モードに対応する補助システム運転条件では、副過給機が運転であってもよい。
【００１７】
かかる構成によれば、エンジンの低負荷においてより燃費性能に重点を置く場合と、エンジンを高負荷で運転することも考慮する場合の２つに燃費モードが分けられているため、運転モードの選択肢を広げることができる。
【００１８】
上記のエンジンシステムにおいて、前記複数の運転モードには、安全モードがさらに含まれており、前記運転モードに対応する補助システム運転条件では、副過給機が運転、純燃料に添加する水の割合がゼロ、掃気に占める排気の割合がゼロであってもよい。
【００１９】
補助システムの動作が異常である場合において、安全モードに対応したエンジン運転条件を選択すれば、筒内最高圧力を小さくできることが多い。そのため、上記の構成によれば、補助システムの動作が異常である場合において、エンジン運転条件の選択肢が増え、エンジンシステムの安全性を一層向上させることができる。
【００２０】
また、本発明の一態様に係る制御方法は、燃料噴射弁及び排気弁を有するエンジン本体と、前記エンジン本体に供給する掃気を昇圧する主過給機と、前記エンジン本体の運転を補助する補助システムと、予め定められた複数の運転モードのいずれかを選択するモード選択装置と、を備え、前記補助システムは、前記主過給機と並列に配置されて掃気を昇圧する副過給機、純燃料に水を添加する水エマルジョンユニット、及び、排気を掃気内に取り入れて当該排気を前記エンジン本体に再循環させるＥＧＲユニットのうちの少なくとも１つを含む船舶用のエンジンシステムの制御方法であって、前記副過給機の運転又は停止、純燃料に添加する水の割合、及び、掃気に占める排気の割合の条件のうち少なくとも１つを含む補助システム運転条件を運転モードごとに予め記憶し、選択された運転モードに対する補助システム運転条件を満たすよう前記補助システムに制御信号を送信し、前記補助システムを設定する。
【発明の効果】
【００２１】
上記のエンジンシステムによれば、運転操作の負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、エンジンシステムの概略構成図である。
【図２】図２は、制御系の構成のブロック図である。
【図３】図３は、補助システム制御部による制御のフロー図である。
【図４】図４は、各運転モードの補助システム運転条件及びエンジン運転条件を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。
【００２４】
＜エンジンシステムの全体構成＞
まず、エンジンシステム１００の全体構成について説明する。図１は、エンジンシステム１００の概略構成図である。図１において、太く描いた破線は排気の流れを示しており、太く描いた実線は掃気の流れを示している。エンジンシステム１００は、エンジン本体１０と、主過給機２０と、副過給機３０と、水エマルジョンユニット４０と、ＥＧＲユニット５０と、モード選択装置６０と、制御装置７０と、を備えている。副過給機３０、水エマルジョンユニット４０、及びＥＧＲユニット５０は、エンジン本体１０の運転を補助する補助ユニットに相当する。以下、各構成要素について順に説明する。
【００２５】
本実施形態におけるエンジン本体１０は、船舶の推進用主機であり、大型の２ストロークディーゼルエンジンである。エンジン本体１０は、４ストロークエンジンであってもよく、ガスエンジンやガソリンエンジンであってもよい。４ストロークエンジンであれば、「掃気」は「給気」と読み替えられる。エンジン本体１０は、複数の気筒１１（図１では１つのみ図示）を有している。各気筒１１には、下方部分に掃気口１２が形成され、上方部分には排気口１３が形成されている。
【００２６】
各気筒１１には、ピストン１４、燃料噴射弁１５、及び排気弁１６が設けられている。ピストン１４は、掃気口１２を横切るようにして気筒１１内を摺動し、下端部分が図外のクランク軸に連結されている。燃料噴射弁１５は、気筒１１の上方部分に位置しており、燃料供給装置１７から燃料が供給される。燃料供給装置１７は、燃料噴射弁１５における燃料噴射パターン及び燃料噴射タイミングを変更することができる。排気弁１６は、排気口１３を開閉する弁であって、排気弁駆動装置１８によって駆動される。排気弁駆動装置１８は、排気弁１６の開閉パターン及び開閉タイミングを変更することができる。
【００２７】
主過給機２０は、後述する運転モードにかかわらず常に運転する過給機である。主過給機２０の主タービン２１は、エンジン本体１０から排出された排気が排気管２６及び主排気配管２４を介して供給され、供給された排気のエネルギにより回転する。主タービン２１と主コンプレッサ２２は連結シャフト２３により連結されており、主タービン２１の回転に伴って主コンプレッサ２２も回転する。主コンプレッサ２２が回転すると、外部から取り込んだ空気（外気）が昇圧され、昇圧された外気は掃気として主掃気配管２５及び掃気管２７を介してエンジン本体１０に供給される。
【００２８】
副過給機３０は、後述する運転モードに応じて、運転又は停止する過給機である。副過給機３０はエンジン本体１０に対して主過給機２０と並列に配置されている。なお、副過給機３０は、主過給機２０と同じ仕様（容量）であってもよく異なる仕様であってもよい。副過給機３０の副タービン３１は、エンジン本体１０から排出された排気が排気管２６、主排気配管２４、及び主排気配管２４から分岐する副排気配管３４を介して供給され、供給された排気のエネルギにより回転する。副タービン３１と副コンプレッサ３２は連結シャフト３３により連結されており、副タービン３１の回転に伴って副コンプレッサ３２も回転する。副コンプレッサ３２が回転すると、外部から取り込んだ空気（外気）が昇圧され、昇圧された外気は掃気として副掃気配管３５、主掃気配管２５、及び掃気管２７を介してエンジン本体１０に供給される。
【００２９】
副過給機３０の運転及び停止は、副排気配管３４に設けられた副タービン入口弁３６を開閉することにより行われる。副タービン入口弁３６を閉じると、副タービン３１に向かう排気の流れが遮断され、副過給機３０は停止する。その際、主コンプレッサ２２で昇圧した空気が副コンプレッサ３２に逆流しないように、副掃気配管３５に設けられた副コンプレッサ出口弁３７を閉じる。副掃気配管３５の副コンプレッサ出口弁３７よりも上流側の部分には、放風配管３８が連結されており、この放風配管３８に放風弁３９が設けられている。副コンプレッサ３２の背圧が上昇する場合に放風弁３９を開放し、放風配管３８を介して副コンプレッサ３２で昇圧した空気を外部に放出することにより、副コンプレッサ３２のサージを回避することができる。
【００３０】
水エマルジョンユニット４０は、純燃料に水を添加して水エマルジョン燃料を生成するユニットである。水エマルジョンユニット４０は、混合容器４１を有しており、混合容器４１には、純燃料タンク４２から純燃料配管４３を介して純燃料が供給されるとともに、水タンク４４から水配管４５を介して水が供給される。混合容器４１に供給された純燃料と水はミキサー等で混合され、これにより水エマルジョン燃料が生成される。純燃料配管４３及び水配管４５には、それぞれ純燃料供給ポンプ４６及び注水ポンプ４７が設けられており、注水ポンプ４７の回転数を変更することにより水添加率（純燃料に対する水の質量比率）を調整することができる。水エマルジョンユニット４０で生成した水エマルジョン燃料は、燃料供給装置１７及び燃料噴射弁１５を介して気筒１１内に供給される。純燃料に水を添加することで、気筒１１内における燃焼温度が低下してＮＯｘの発生を抑えることができる。
【００３１】
ＥＧＲユニット５０は、排気を掃気内に取り入れて当該排気をエンジン本体１０に再循環させるユニットである。本実施形態では、主排気配管２４と主掃気配管２５をつなぐＥＧＲ配管５１にＥＧＲユニット５０の各機器が設けられている。ＥＧＲユニット５０は、主排気配管２４から抽出した排気（以下、「ＥＧＲガス」と称す）を洗浄するスクラバ５２、ＥＧＲガスを冷却する冷却装置５３、ＥＧＲガスを昇圧し主掃気配管２５へ供給するＥＧＲブロワ５４を備えている。また、ＥＧＲユニット５０は、スクラバ５２の上流にＥＧＲ入口弁５５が設けられているとともに、ＥＧＲブロワ５４の下流にＥＧＲ出口弁５６が設けられている。
【００３２】
ＥＧＲユニット５０では、ＥＧＲブロワ５４の回転数を調整することにより、ＥＧＲガスの流量、ひいては掃気に占めるＥＧＲガス（排気）の割合であるＥＧＲ率を変更することができる。ただし、ＥＧＲ率は、ＥＧＲ入口弁５５及びＥＧＲ出口弁５６を開閉することにより変更してもよい。主掃気配管２５へ供給されたＥＧＲガスは、主過給機２０で昇圧された新気と混合され、掃気としてエンジン本体１０（各気筒１１）へ供給される。これにより、各気筒１１に供給される掃気の酸素濃度が低下し、エンジン本体１０から排出されるＮＯｘの排出量を低減することができる。
【００３３】
モード選択装置６０は、予め定められた複数の運転モードの中から１つの運転モードを選択する装置である。本実施形態では、環境モード、第１燃費モード、第２燃費モード、及び安全モードの４の運転モードが予め定められており（図４参照）、モード選択装置６０はこれらの中から目的に応じて運転モードを選択する。なお、環境モードは環境性能（ＮＯｘの排出量の低減）優先のモードであり、第１燃費モードは低負荷でのみ使用できる燃費性能優先のモードであり、第２燃費モードは第１燃費モードほどではないが燃費性能に重点を置いたモードであり、安全モードは安全優先（環境性能を考慮しない）のモードである。通常の運航では、環境モード、第１燃費モード、及び第２燃費モードのいずれかが選択される。
【００３４】
本実施形態のモード選択装置６０は図外の入力部（入力インターフェース）を有しており、当該入力部を介して運転者が運転モードを選択できるように構成されている。ただし、これとともに又はこれに代えて、モード選択装置６０は自動で運転モードを選択するように構成されていてもよい。例えば、モード選択装置６０は、運航海域における現在位置を取得し、現在位置に応じて自動で運転モードを選択（変更）するように構成されていてもよい。
【００３５】
制御装置７０は、エンジンシステム１００全体を制御する装置である。本実施形態の制御装置７０は、主に補助システムを制御する補助システム制御部７１と、主にエンジン本体１０を制御するエンジン本体制御部７２とを有している。本実施形態では、補助システム制御部７１とエンジン本体制御部７２は、それぞれ別の機器で構成されている。ただしこれらの制御部が、１つの機器によって構成されていてもよい。また、これらの制御部に加えモード選択装置も含めて１つの機器としてもよい。補助システム制御部７１及びエンジン本体制御部７２は、いずれもＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されている。
【００３６】
＜制御系の構成＞
次に、エンジンシステム１００の制御系の構成について説明する。図２は、エンジンシステム１００の制御系のブロック図である。前述のとおり、制御装置７０は、補助システム制御部７１と、エンジン本体制御部７２と、を有している。
【００３７】
補助システム制御部７１は、モード選択装置６０と電気的に接続されている。制御装置７０は、モード選択装置６０から受信した信号に基づいて運転モードを取得し、その運転モードに基づいて種々の演算を行う。また、補助システム制御部７１は、注水ポンプ４７、ＥＧＲブロワ５４、副タービン入口弁３６、副コンプレッサ出口弁３７、放風弁３９と電気的に接続されている。そして、補助システム制御部７１は、上述した各機器へ制御信号を送信して補助システムの設定を行うとともに、これらの機器から動作信号を取得して補助システムが正しく設定されているか否か（正しく作動しているか否か）の確認を行う。さらに、補助システム制御部７１は、エンジン本体制御部７２と電気的に接続されており、エンジン本体制御部７２に後述するエンジン運転条件（エンジンパラメータ）の信号を送信する。
【００３８】
エンジン本体制御部７２は、燃料供給装置１７及び排気弁駆動装置１８と電気的に接続されており、上記の補助システム制御部７１から入力されたエンジン運転条件の信号に基づいて、燃料供給装置１７及び排気弁駆動装置１８に制御信号を送信し、これによりエンジン本体１０を設定する。
【００３９】
＜補助システム制御部による制御＞
次に、補助システム制御部７１による制御について説明する。図３は、補助システム制御部７１による制御のフローチャートである。図３に示すように、制御が開始されると、補助システム制御部７１は、モード選択装置６０から運転モードを取得する（ステップＳ１）。
【００４０】
続いて、補助システム制御部７１は、取得した運転モードに基づいて、補助システム運転条件を決定する（ステップＳ２）。補助システム運転条件には、副過給機３０の運転又は停止、純燃料に添加する水の割合（水添加率）、及び、掃気に占める排気の割合（ＥＧＲ率）が含まれる。補助システム運転条件は、運転モードごとに予め定められており、補助システム制御部７１は、各運転モードに対応する補助システム運転条件を記憶している。
【００４１】
図４は、各運転モードにおける補助システム運転条件の一例を示している。図４で示すように、環境モードに対応する補助システム運転条件は、副過給機３０が停止、水添加率がＸ１％、ＥＧＲ率が船舶の運航時（エンジン負荷１５％以上）のときＹ１％であり非運航時（エンジン負荷１５％未満）のとき０％である。第１燃費モードに対応する補助システム運転条件は、副過給機３０が停止、水添加率がＸ２％、ＥＧＲ率が０％である。第２燃費モードに対応する補助システム運転条件は、副過給機３０が運転、水添加率がＸ３％、ＥＧＲ率が０％である。安全モードに対応する補助システム運転条件では、副過給機３０が運転、水添加率が０％、ＥＧＲ率が０％である。
【００４２】
続いて、補助システム制御部７１は、ステップＳ２で決定した補助システム運転条件を満たすよう補助システム（注水ポンプ４７、ＥＧＲブロワ５４、副タービン入口弁３６、副コンプレッサ出口弁３７、及び放風弁３９）に制御信号を送信し、補助システムを設定する（ステップＳ３）。
【００４３】
続いて、補助システム制御部７１は、ステップＳ３で決定した補助システム運転条件を補助システムが満たしているか否かを判定する（ステップＳ４）。本実施形態では、補助システム制御部７１は、注水ポンプ４７、ＥＧＲブロワ５４、副タービン入口弁３６、副コンプレッサ出口弁３７、及び放風弁３９から動作信号を受信し、受信した動作信号に基づいて補助システムが補助システム運転条件を満たしているか否かを判定する。ただし、各補助システムに運転状況を監視するセンサを別途設け、補助システム制御部７１は、当該センサから送信される信号に基づいて補助システムが補助システム運転条件を満たしているか否かを判定してもよい。
【００４４】
補助システムが補助システム運転条件を満たしていると判定した場合（ステップＳ４においてＹＥＳ）、つまり補助システムが正常に作動していると判定した場合、ステップＳ５に進む。一方、補助システムが補助システム運転条件を満たしていないと判定した場合（ステップＳ４においてＮＯ）、つまり補助システムが正常に作動していない（異常）と判定した場合、ステップＳ６に進む。
【００４５】
ここで、燃料噴射弁１５における燃料噴射パターン及び燃料噴射タイミング（例えば、二段噴射やステップ噴射など）、並びに、排気弁１６の開閉パターン及び開閉タイミング（例えば、動作速度の変更やステップ状に動作させるなど）を含むエンジン運転条件は、運転モードごとに予め定められている。ここでは、図４に示すように、環境モード、第１燃費モード、第２燃費モード、及び安全モードに対応するエンジン運転条件を、それぞれ条件Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤとする。エンジン運転条件は、エンジン負荷に応じて変動してもよくエンジン負荷にかかわらず一定であってもよい。
【００４６】
補助システムが正常に作動していると判定し、ステップＳ５に進んだ場合、補助システム制御部７１は、ステップＳ１で取得した運転モードに対応するエンジン運転条件の信号をエンジン本体制御部７２に送信する。例えば、補助システム制御部７１がステップＳ１で環境モードを取得した場合、補助システムが正常に作動しているのであれば、環境モードに対応するエンジン運転条件である条件Ａの信号をエンジン本体制御部７２に送信する。
【００４７】
一方、補助システムが正常に作動していないと判定し、ステップＳ６に進んだ場合、補助システム制御部７１は、そのときの補助システムの作動状況において、各運転モードに対応するエンジン運転条件（条件Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤ）の中から最も安全なエンジン運転条件を選択し、選択したエンジン運転条件の信号をエンジン本体制御部７２に送信する。
【００４８】
ここで、最も安全なエンジン運転条件としては、エンジン本体１０の筒内最高圧力（いわゆるＰ−ＭＡＸ）が最も小さくなる条件が挙げられる。例えば、全ての補助システム運転条件の組合せ（副過給機３０の運転又は停止、水添加率、及び、ＥＧＲ率の全ての組合せ）について、各エンジン運転条件（条件Ａ、Ｂ，Ｃ、及びＤ）でエンジン本体１０を運転したときの筒内最大圧力をシミュレーションで算出し、全ての組合せにおいて最も筒内最大圧力の小さいエンジン運転条件を最も安全な運転条件として予め記憶しておく。これにより、補助システムの作動状況に基づいて速やかに安全なエンジン運転条件を選択することができる。なお、最も安全なエンジン運転条件は、エンジン負荷に応じて（例えば、低負荷領域、中負荷領域、高負荷領域に分けて）変更してもよい。
【００４９】
ただし、シミュレーションの結果、最も安全なエンジン運転条件でエンジン本体１０を設定したしても、エンジン本体１０の回転数が所定のエンジン危険回転数以上となり、主過給機２０の回転数が所定の主過給機危険回転数以上となり、副過給機３０の回転数が所定の副過給機危険回転数以上となり、又は、筒内最高圧力が所定の危険圧力以上となると予想される又は検出したときは、エンジン本体１０が破損するおそれがある。そのため、補助システム制御部７１は、エンジン本体制御部７２にエンジン本体１０の減速又は停止の制御信号を送信し、エンジン本体１０を減速又は停止する。
【００５０】
このように、補助システム制御部７１は、ステップＳ５又はＳ６において、補助システムが補助システム運転条件を満たしているか否か（補助システムが正常に作動しているか否か）により、エンジン運転条件又はエンジン本体減速（もしくは停止）の信号を選択し、エンジン本体制御部７２に送信する。以上により、補助システム制御部７１による制御は終了する。
【００５１】
＜エンジン本体制御部による制御＞
次に、エンジン本体制御部７２による制御について説明する。前述したとおり、燃料噴射弁１５における燃料噴射パターン及び燃料噴射タイミング、並びに、排気弁１６の開閉パターン及び開閉タイミングを含むエンジン運転条件は、運転モードごとに予め定められている。エンジン本体制御部７２は、各運転モードに対応するエンジン運転条件（条件Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）を記憶している。
【００５２】
エンジン本体制御部７２は、補助システム制御部７１から運転モードの信号を受信すると（前述のステップＳ５、Ｓ６参照）、記憶している運転モードに対応するエンジン運転条件（燃料噴射パターン、燃料噴射タイミング、開閉パターン、及び開閉タイミング）を満たすようエンジン本体１０（燃料供給装置１７及び排気弁駆動装置１８）に制御信号を送信し、エンジン本体１０を設定する。また、エンジン本体制御部７２は、補助システム制御部７１からエンジン減速又は停止の信号を受信すると（前述のステップＳ６参照）、エンジン本体１０（燃料供給装置１７及び排気弁駆動装置１８）に制御信号を送信し、エンジン本体１０を減速又は停止する。
【００５３】
以上のとおり、本実施形態では、補助システムの作動が異常である場合には、必ずしもモード選択装置６０で選択した運転モードに対応するエンジン運転条件を満たすように設定がなされるわけではなく、エンジン本体１０が破損しない安全な運転モードに対応するエンジン運転条件を満たすよう設定がなされる。なお、本実施形態では、運転モードに安全モードが含まれている。安全モードに対応するエンジン運転条件（条件Ｄ）は、筒内最高圧力を比較的小さく抑えることができる。よって、安全モードを運転モードに含めることで、エンジン本体の減速又は停止を避けて、エンジン本体の運転が維持されやすい。
【００５４】
以上が、本実施形態に係るエンジンシステム１００の説明である。上述したように、本実施形態に係るエンジンシステム１００によれば、選択された運転モードに応じて補助システムが自動的に設定されるため、運転操作の負担を軽減することができる。また、本実施形態では、補助システムの作動が異常である場合には、エンジン本体１０が破損しないようエンジン本体１０が設定されるため、船舶が停止するなどの不具合を回避しやすい。
【符号の説明】
【００５５】
１０  エンジン本体
１５  燃料噴射弁
１６  排気弁
２０  主過給機
３０  副過給機
４０  水エマルジョンユニット
５０  ＥＧＲユニット
６０  モード選択装置
７０  制御装置
１００  エンジンシステム
【要約】
【課題】
補助システムを備えた船舶用のエンジンシステムにおいて、運転操作の負担を軽減する。
【解決手段】
エンジンシステムにおいて、補助システムは、主過給機と並列に配置されて掃気を昇圧する副過給機、純燃料に水を添加する水エマルジョンユニット、及び、排気を掃気内に取り入れて当該排気をエンジン本体に再循環させるＥＧＲユニットのうちの少なくとも１つを含み、制御装置は、副過給機の運転又は停止、純燃料に添加する水の割合、及び、掃気に占める排気の割合のうち少なくとも１つを含む補助システム運転条件を運転モードごとに予め記憶しており、選択された運転モードに対応する補助システム運転条件を満たすよう補助システムに制御信号を送信し、補助システムを設定するよう構成されている。
【選択図】図３【図１】
0005908636.tif 000002
【図２】
0005908636.tif 000003
【図３】
0005908636.tif 000004
【図４】
0005908636.tif 000005