(57)【要約】【課題】少ない再循環ガス量で、排ガスに含まれるＮＯｘを効率良く低減することが可能な内燃機関及び内燃機関の排ガス再循環方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の一実施形態に係るガスエンジンシステム１は、燃焼室を有するエンジン本体６と、エンジン本体６から排出された排ガスの少なくとも一部を燃料ガスと混合するミキサー４と、エンジン本体６に設けられ、ミキサー４にて混合された燃料ガスと排ガスの混合ガスをエンジン本体６の燃焼室に噴射する噴射弁７とを備える。【選択図】図１
2012233471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室を有するエンジン本体と、
前記エンジン本体から排出された前記排ガスの少なくとも一部を燃料ガスと混合する混合部と、
前記エンジン本体に設けられ、前記混合部にて混合された前記燃料ガスと前記排ガスの混合ガスを前記エンジン本体の燃焼室に噴射する噴射弁と、
を備える内燃機関。
【請求項２】
エンジン本体から導かれた排ガスによって駆動されるタービン部と、該タービン部によって駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部とを有する過給機と、
前記コンプレッサ部から前記エンジン本体の前記燃焼室へ供給される前記外気の掃気圧を検出する第１検出部と、
前記燃料ガスと前記排ガスの混合ガスを前記噴射弁へ供給する圧縮機と、
前記噴射弁へ供給される前記燃料ガスと前記排ガスの混合ガスの圧力を検出する第２検出部と、前記掃気圧に基づいて、前記噴射弁の入口における前記燃料ガスと前記排ガスの混合ガスの圧力が前記燃焼室の内圧よりも高くなるように前記圧縮機を制御する制御部と、
を更に備える請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記燃料ガスと前記排ガスの混合ガスを前記噴射弁へ供給する圧縮機と、
前記噴射弁へ供給される前記燃料ガスと前記排ガスの混合ガスの圧力を検出する第２検出部と、
前記燃焼室内の圧力を検出する第３検出部と、
前記燃焼室内の圧力と、前記噴射弁の入口における前記燃料ガスと前記排ガスの混合ガスの圧力との比が、臨界圧力比よりも低くなるように前記圧縮機を制御する制御部と、
を更に備える請求項１に記載の内燃機関。
【請求項４】
エンジン本体から導かれた排ガスによって駆動されるタービン部と、該タービン部によって駆動されて前記エンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部とを有する過給機と、
前記燃料ガスを排気圧力レベルまで圧縮する第１段圧縮機と、
前記エンジン本体から排出された前記排ガスの少なくとも一部を前記コンプレッサ部の上流側から導入して前記第１段圧縮機から供給される前記燃料ガスと混合する混合部と、
前記エンジン本体に設けられ、前記混合部にて混合された前記燃料ガスと前記排ガスの混合ガスを前記エンジン本体の燃焼室に噴射する噴射弁と、
前記燃料ガスと前記排ガスの混合ガスを前記噴射弁へ供給する第２段圧縮機と、
を更に備える請求項１に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記エンジン本体から排出された前記排ガスの少なくとも一部が、前記エンジン本体の排気枝管から排気弁開弁直後のタイミングで導入される請求項４に記載の内燃機関。
【請求項６】
燃焼室を有するエンジン本体から排出された前記排ガスの少なくとも一部を燃料ガスと混合するステップと、
混合された前記燃料ガスと前記排ガスの混合ガスを、前記エンジン本体に設けられた噴射弁から前記エンジン本体の燃焼室に噴射するステップと、
を備える内燃機関の排ガス再循環方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスを燃焼し排ガスを発生させる内燃機関及び内燃機関の排ガス再循環方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
舶用の２ストロークエンジンは、ＩＭＯ（国際海事機関）で定めるＳＯｘの排出規制をクリアするため、燃料を重油から天然ガスに切り替えることが有効である。特許文献１では、高圧ガス噴射用のガスエンジンにおいて、ガスシステムへの燃焼ガスの侵入を排除する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２０２５５０号公報
【特許文献２】特開２００２−２２１０３７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、燃料にガスを用いるエンジンであっても、筒内にガスを直接噴射する高圧ガス噴射方式の場合、燃焼によってＮＯｘが大量に発生する。そのため、排ガス中に含まれるＮＯｘの低減対策が必要である。特許文献１は、高圧ガス噴射用のガスエンジンに関する技術が開示されているが、排ガス中に含まれるＮＯｘ低減対策については開示されていない。
【０００５】
特許文献２には、ＮＯｘの低減を目的とするＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation: 排ガス再循環）を行う内燃機関に関する技術が開示されている。特許文献２では、排ガスを再循環させるため、内燃機関の排気通路とスロットバルブよりも下流の吸気通路との間に通路が設けられる。そして、再循環される排ガスは、吸気通路の途中に設けられたサージタンクで、吸気通路から供給される空気と混合する。この場合、排ガス中のＮＯｘを低減するためには、排ガスと空気を均一に混合させる必要があり、大量の排ガスを再循環させなければならなかった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、少ない再循環ガス量で、排ガスに含まれるＮＯｘを効率良く低減することが可能な内燃機関及び内燃機関の排ガス再循環方法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】
上記課題を解決するために、本発明の内燃機関及び内燃機関の排ガス再循環方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る内燃機関は、燃焼室を有するエンジン本体と、エンジン本体から排出された排ガスの少なくとも一部を燃料ガスと混合する混合部と、エンジン本体に設けられ、混合部にて混合された燃料ガスと排ガスの混合ガスをエンジン本体の燃焼室に噴射する噴射弁とを備える。
【０００８】
この発明によれば、エンジン本体から排出された排ガスの少なくとも一部が燃料ガスと混合され、燃料ガスと排ガスの混合ガスが噴射弁からエンジン本体の燃焼室へ噴射される。したがって、ＣＯ２を含みＯ２濃度が低い排ガスが、噴射弁を介して再循環される。このように噴射弁から燃料ガスと排ガスの混合ガスを燃焼室に噴射する場合、燃焼室に掃気される空気中へ排ガスを均一に混合しようとする場合に比べて、排ガスが、燃焼室中で空気と均一に混合されるため、少ない再循環ガス量で効率的に排ガスに含まれるＮＯｘを低減できる。
【０００９】
上記発明において、エンジン本体から導かれた排ガスによって駆動されるタービン部と、該タービン部によって駆動されてエンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部とを有する過給機と、コンプレッサ部からエンジン本体の燃焼室へ供給される外気の掃気圧を検出する第１検出部と、燃料ガスと排ガスの混合ガスを噴射弁へ供給する圧縮機と、噴射弁へ供給される燃料ガスと排ガスの混合ガスの圧力を検出する第２検出部と、掃気圧に基づいて、噴射弁の入口における燃料ガスと排ガスの混合ガスの圧力が燃焼室の内圧よりも高くなるように圧縮機を制御する制御部とを更に備えてもよい。
【００１０】
この発明によれば、過給機のコンプレッサ部から燃焼室へ供給される外気の掃気圧が検出され、圧縮機は、掃気圧に基づいて、噴射弁の入口における燃料ガスと排ガスの混合ガスの圧力が、燃焼室の内圧よりも高くなるように制御される。エンジン出力の変動に応じて、掃気圧が変化したとしても、噴射圧を適正に設定でき、効率良く燃料ガスと排ガスの混合ガスを燃焼室へ供給できる。
【００１１】
上記発明において、燃料ガスと排ガスの混合ガスを噴射弁へ供給する圧縮機と、噴射弁へ供給される燃料ガスと排ガスの混合ガスの圧力を検出する第２検出部と、燃焼室内の圧力を検出する第３検出部と、燃焼室内の圧力と、噴射弁の入口における燃料ガスと排ガスの混合ガスの圧力との比が、臨界圧力比よりも低くなるように圧縮機を制御する制御部とを更に備えてもよい。
【００１２】
この発明によれば、燃焼室内の圧力が検出され、圧縮機は、燃焼室内の圧力と、噴射弁の入口における燃料ガスと排ガスの混合ガスの圧力との比が、臨界圧力比よりも低くなるように制御される。その結果、噴射弁から噴射される燃料ガスと排ガスの混合ガスは、チョーク流れとなり、燃焼室内の圧力に関わらず流量が一定になるため、噴射弁の開期間に応じて燃料噴射量が決定される。したがって、燃焼室内の圧力が変化したとしても、燃焼室へ噴射される燃料ガスと排ガスの混合ガス量を安定させることができる。ここで、臨界圧力比γは、燃料ガスと排ガスの混合ガスの比熱比をκとすると、
【数１】
2012233471.tif 000003
で表される比である。
【００１３】
上記発明において、エンジン本体から導かれた排ガスによって駆動されるタービン部と、該タービン部によって駆動されてエンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部とを有する過給機と、燃料ガスを排気圧力レベルまで圧縮する第１段圧縮機と、エンジン本体から排出された排ガスの少なくとも一部をコンプレッサ部の上流側から導入して第１段圧縮機から供給される燃料ガスと混合する混合部と、エンジン本体に設けられ、混合部にて混合された燃料ガスと排ガスの混合ガスをエンジン本体の燃焼室に噴射する噴射弁と、燃料ガスと排ガスの混合ガスを噴射弁へ供給する第２段圧縮機と、を更に備えてもよい。
【００１４】
この発明によれば、コンプレッサ部の上流側から導入した排気圧力レベルの排ガスを再循環ガスとして使用し、第１段圧縮機で同レベルまで圧縮した燃料ガスと混合した混合ガスを第２段圧縮機で圧縮するので、常圧より高い圧力レベルの排気圧力から圧縮を開始する第２段圧縮機において、圧縮所要動力の低減が可能となる。
この場合、前記エンジン本体から排出された前記排ガスの少なくとも一部が、前記エンジン本体の排気枝管から排気弁開弁直後のタイミングで導入されることが好ましく、これにより、ＣＯ２濃度が高くてＯ２濃度の低い排気圧力レベルにある排ガスを再循環ガスとして使用でき、ＮＯｘの低減効果が大きくなる。
【００１５】
また、本発明に係る内燃機関の排ガス再循環方法は、燃焼室を有するエンジン本体から排出された排ガスの少なくとも一部を燃料ガスと混合するステップと、混合された燃料ガスと排ガスの混合ガスを、エンジン本体に設けられた噴射弁からエンジン本体の燃焼室に噴射するステップとを備える。
【００１６】
この発明によれば、エンジン本体から排出された排ガスの少なくとも一部が燃料ガスと混合され、燃料ガスと排ガスの混合ガスが噴射弁からエンジン本体の燃焼室へ噴射される。したがって、ＣＯ２を含みＯ２濃度が低い排ガスが、噴射弁を介して再循環される。このように噴射弁から燃料ガスと排ガスを燃焼室に噴射する場合、燃焼室に掃気される空気中へ排ガスを均一に混合しようとする場合に比べて、排ガスが、燃焼室中で空気と均一に混合されるため、少ない再循環ガス量で効率的に排ガスに含まれるＮＯｘを低減できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、少ない再循環ガス量で、排ガスに含まれるＮＯｘを効率良く低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るガスエンジンシステムを示す構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るガスエンジンシステムを示す構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係るガスエンジンシステムを示す構成図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係るガスエンジンシステムを示す構成図である。
【図５】圧縮機のガス圧縮動力について、圧縮初め圧力（絶対圧力；ＭＰａ）と、圧縮動力比（圧縮動力／大気圧からの圧縮動力）との関係を示す図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係るガスエンジンシステムを示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１を用いて説明する。
本実施形態のガスエンジンシステム１は、エンジン本体６や掃気室１０等からなるガスエンジンと、ガスエンジンに接続された過給機９などを有する。
【００２０】
ガスエンジンシステム１は、エンジン本体６、燃料ガスと排ガス（燃焼ガス）を混合するミキサー４と、燃料ガスと排ガスの混合ガスを圧送する圧縮機５と、燃焼室（図示せず。）を含むエンジン本体６と、エンジン本体６に設けられ、エンジン本体６の燃焼室に燃料ガスを噴射する噴射弁７と、静圧排気管８と、過給機９と、掃気室１０などを備える。
【００２１】
エンジン本体６は、例えば舶用の高圧ガス噴射方式のガスエンジンであり、図示しないシリンダ及びピストンを有しており、ピストンに連結された連接棒、クランク軸によって、外部に回転仕事が取り出される。シリンダ内には燃焼室が形成される。
【００２２】
ミキサー４は、混合部の一例であり、エンジン本体６から排出された排ガスの少なくとも一部を燃料ガスと混合する。ミキサー４は、再循環管２１と供給管１２，１３と接続される。再循環管２１は、ミキサー４と排ガスクーラ１１を接続し、排ガスクーラ１１からミキサー４へ排ガスを供給する。供給管１２は、燃料タンク（図示せず。）とミキサー４を接続し、燃料ガスが常圧で燃料タンクからミキサー４へ供給される。供給管１３は、ミキサー４と圧縮機５を接続し、排ガスと燃料ガスの混合ガスをミキサー４から圧縮機５へ供給する。
【００２３】
圧縮機５は、供給管１４を介して供給された排ガスと燃料ガスの混合ガスを噴射弁７へ圧送する。供給管１４は、圧縮機５と噴射弁１４を接続する。ミキサー４にて混合された排ガスと燃料ガスの混合ガスは、供給管１３，１４と圧縮機５を介して、噴射弁７から高圧（例えば３０ＭＰａ）でエンジン本体６の燃焼室内に噴射される。
【００２４】
エンジン本体６に形成された排気口（図示せず。）には、排気弁（図示せず。）が設けられ、排気弁は、排気口を開閉する。排気口は、燃料ガスの燃焼によって生じた排ガスを燃焼室から外部へ排出する。排気口は、排気管１５と接続されている。静圧排気管８は、排気管１５を介してエンジン本体６と接続され、排気管１６を介して過給機９のタービン部９ａの入口側と接続されている。一方、エンジン本体６の例えばシリンダライナに形成された掃気ポート（図示せず。）は、掃気室１０と接続されており、掃気室１０は、給気管１９を介して過給機６のコンプレッサ部９ｂと接続されている。
【００２５】
過給機９は、排気管１５、静圧排気管８及び排気管１６を介してエンジン本体６から導かれた排ガスによって駆動されるタービン部９ａと、このタービン部９ａによって駆動されてエンジン本体６に外気を圧送するコンプレッサ部９ｂと、これらタービン部９ａとコンプレッサ部９ｂとの間に設けられてこれらを支持するケーシング（図示せず。）とを主たる要素として構成されたものである。
【００２６】
ケーシングには、一端部をタービン部９ａ側に突出させ、他端部をコンプレッサ部９ｂに突出させた回転軸９ｃが挿通されている。回転軸９ｃの一端部は、タービン部６ａを構成するタービン・ロータ（図示せず。）のタービン・ディスク（図示せず。）に取り付けられており、回転軸９ｃの他端部は、コンプレッサ部６ｂを構成するコンプレッサ羽根車（図示せず。）のハブ（図示せず。）に取り付けられている。
【００２７】
タービン部９ａを通過した排ガスは、タービン部９ａの出口側に接続された排気管１７を介してファンネル（図示せず。）に導かれた後、船外に排出される。また、タービン部９ａを通過した排ガスの一部は、排気管１７から分岐して設けられた再循環管２０へ導かれる。再循環管２０は、排気管１７と排ガスクーラ１１を接続し、排気管１７から排ガスクーラ１１へ排ガスを供給する。排ガスクーラ１１は、タービン部９ａを通過した比較的高温の排ガスを冷却し、冷却された排ガスは、再循環管２１を介して排ガスクーラ１１からミキサー４へ供給される。
【００２８】
コンプレッサ部９ｂの入口側に接続された給気管１８には、消音器（図示せず。）が配置されており、この消音器を通過した外気が、コンプレッサ部９ｂに導かれる。また、コンプレッサ部９ｂの出口側に接続された給気管１９の途中には、空気冷却器（図示せず。）及びサージタンク（図示せず。）が接続されており、コンプレッサ部９ｂを通過した外気は、空気冷却器及びサージタンクを通過した後、エンジン本体６に接続された掃気室１０に供給される。
【００２９】
掃気室１０には、過給機９によって、大気から導かれ、昇圧された次の燃焼サイクルに用いられる空気が溜められている。この新しい空気は、燃焼室内の燃焼ガスの膨張後期に排気弁が開き燃焼室内が降圧し、掃気ポートがピストンの移動によって開くと、掃気ポートを通って燃焼室に導入される。
【００３０】
その後、排気弁が閉じ、次にピストンの上昇により燃焼室内の空気、及び完全に排出できずに燃焼室内に溜った前サイクルの燃焼ガスが圧縮され、ピストン上死点付近で、噴射弁７から噴射された燃料ガスが燃焼し燃焼ガスが生成される。そして、燃焼ガスの膨張によって、ピストンが下方へ押し下げられる。
【００３１】
そして、排気弁が開状態になると、燃焼室から排気口を介して燃焼ガスが外部へ排出される。燃焼室内圧力が掃気室１０内の圧力と同じか、それ以下程度まで低下した後、掃気ポートが開かれる。その結果、掃気ポートが開かれると、掃気室１０から燃焼室へ新しい空気が導入され、次のサイクルに必要な掃気が行われる。
【００３２】
以上、本実施形態によれば、エンジン本体６から排出された排ガスの少なくとも一部が、過給機９のタービン部９ａを通過した後、ミキサー４にて、燃料タンクから供給される燃料ガスと混合される。
【００３３】
そして、燃料ガスと排ガスの混合ガスが、圧縮機５によって圧送され、噴射弁７からエンジン本体６の燃焼室へ噴射される。したがって、ＣＯ２を含みＯ２濃度が低い排ガスが、噴射弁７を介して再循環される。そのため、燃焼室へ導入される新しい空気には、燃料ガスと共に噴射されるＣＯ２を含む排ガスも混合されるようになるため、燃焼室内のＣＯ２濃度が高くなり、燃焼で発生するＮＯｘが低減される。
【００３４】
また、上記のように噴射弁７から燃料ガスと排ガスの混合ガスを燃焼室に噴射する場合、従来技術のように燃焼室に掃気される空気中へ排ガスを均一に混合しようとする場合に比べて、排ガスが、燃焼室中で空気と均一に混合されやすい。そのため、少ない再循環ガス量で効率的に排ガスに含まれるＮＯｘを低減できる。また、排ガスクーラ１１の容量を低減することもできる。さらに、燃料は、油燃料ではなく、ガス燃料であるため、排ガスには煤が発生せず、燃焼室に煤を含むような排ガスが戻されることない。
【００３５】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図２を用いて説明する。
第２実施形態のガスエンジンシステム２は、第１実施形態で説明したガスエンジンシステム１と比べて、排ガス再循環方法が異なる。以下では、第１実施形態と重複する構成要素及び動作については省略し、異なる部分について説明する。
【００３６】
上記の第１実施形態では、例えば、ガスエンジンシステム１の開発時に、ミキサー４から圧縮機５によって供給される燃料ガスと排ガスの混合ガスの供給圧力やエンジン本体６の燃焼室内圧力と、エンジン出力との関係を測定しておき、実際のガスエンジンシステム１の動作時における再循環ガス量は、予め得られた測定結果を使用して、圧縮機５を動作させる。
【００３７】
第２実施形態に係るガスエンジンシステム２では、例えば、図２に示すように、圧力センサー２３，２４が設けられ、制御部２２によって圧縮機５が制御される。圧力センサー２３は、第２検出部の一例であり、供給管１４に設けられて、噴射弁７へ供給される燃料ガスと排ガスの混合ガスの圧力を検出する。圧力センサー２４は、第１検出部の一例であり、過給機９のコンプレッサ部９ｂからエンジン本体６へ供給される外気の掃気圧を検出する。
【００３８】
制御部２２は、圧力センサー２３で測定された混合ガスの供給圧力と、圧力センサー２４で測定された掃気圧に基づいて、噴射弁７の入口における混合ガスの圧力が、エンジン本体６の燃焼室の内圧よりも高くなるように圧縮機５を制御する。
【００３９】
圧力センサー２４で測定された掃気圧は、エンジン出力の変動によって変化する。例えば、エンジン出力が高くなると、掃気圧も高くなり、燃焼室内の圧力も上昇する。掃気圧と燃焼室内の圧力の関係を予め得ておけば、圧力センサー２４で測定された掃気圧に基づいて、噴射弁７の入口における混合ガスの圧力が、エンジン本体６の燃焼室の内圧よりも高くなるように圧縮機５を制御できる。
【００４０】
その結果、エンジン出力の変動に応じて、掃気圧が変化したとしても、噴射弁７による噴射圧を適正に設定でき、圧縮機５による混合ガスの圧縮動力を必要最小限にすることもできる。その結果、効率良く燃料ガスと排ガスの混合ガスを燃焼室へ供給でき、燃料消費率の増大を抑制することが可能である。
【００４１】
なお、図２に示すように、再循環管２０に制御弁２５が設けられ、制御弁２５が、エンジン出力などに応じて、再循環する排ガス量を調整するようにしてもよい。これによって、適切な量の排ガスがミキサー４へ供給される。
【００４２】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図３を用いて説明する。
第３実施形態のガスエンジンシステム３は、第１実施形態及び第２実施形態で説明したガスエンジンシステム１，２と比べて、排ガス再循環方法が異なる。以下では、第１実施形態、第２実施形態と重複する構成要素及び動作については省略し、異なる部分について説明する。
【００４３】
第３実施形態に係るガスエンジンシステム３では、例えば、図３に示すように、圧力センサー２３，２４に加えて、圧力センサー２６が設けられる。圧力センサー２６は、第３検出部の一例であり、エンジン本体６に設けられて、燃焼室の圧力を検出する。
【００４４】
制御部２２は、圧力センサー２３で測定された燃料ガスと排ガスの混合ガスの供給圧力と、圧力センサー２６で測定された燃焼室内の圧力に基づいて、燃焼室内の圧力と、噴射弁７の入口における混合ガスの圧力の比が、臨界圧力比γよりも低くなるように圧縮機５を制御する。ここで、臨界圧力比γは、燃料ガスと排ガスの混合ガスの比熱比をκとすると、
【数２】
2012233471.tif 000004
で表される比である。
【００４５】
上述のように制御することによって、噴射弁７から噴射される燃料ガスと排ガスの混合ガスは、チョーク流れとなり、燃焼室内の圧力に関わらず流量が一定になる。そのため、燃焼室へ噴射される燃料ガスの量である燃料噴射量は、噴射弁７の開期間に応じて決定される。したがって、エンジン出力の変動によって、燃焼室内の圧力が変化したとしても、燃料噴射量を制御できるため、燃焼室へ噴射される燃料ガスと排ガスの混合ガス量を安定させることができる。
【００４６】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について、図４及び図５を用いて説明する。
第４実施形態のガスエンジンシステム３０は、第１実施形態で説明したガスエンジンシステム１と比べて、排ガスの取出位置や排ガス再循環方法が異なる。以下では、第１実施形態と重複する構成要素及び動作については省略し、異なる部分について説明する。
【００４７】
第４実施形態に係るガスエンジンシステム３０では、例えば、図４に示すように、再循環管２０Ａがタービン部９ａの上流側で排気管１６から分岐して設けられている。この再循環管２０Ａは、排気管１６と排ガスクーラ１１Ａを接続し、排気管１６から排ガスクーラ１１Ａへ静圧排気管８を通過した排ガスの一部を供給する。
排ガスクーラ１１Ａは、静圧排気管８を通過した高温の排ガスを冷却し、冷却された排ガスは、再循環管２１Ａを介して排ガスクーラ１１Ａからミキサー４Ａへ供給される。こうしてミキサー４Ａへ供給される排ガスは、タービン部９ａ通過後の排ガスより高い圧力を有している。
【００４８】
ミキサー４Ａは、混合部の一例であり、エンジン本体６から排出された排ガスの少なくとも一部を燃料ガスと混合する。この場合、ミキサー４Ａは、再循環管２１Ａと供給管１２Ａ，１３Ａと接続される。
本実施形態では、供給管１２により燃料タンクから供給される常圧の燃料ガスが、第１段圧縮機５Ａにより第１段階の圧縮を受けて、再循環管２１Ａから供給される排ガスと同レベルまで昇圧される。すなわち、常圧の燃料ガスを排ガスと同レベルまで昇圧してミキサー４Ａに供給するので、ミキサー４Ａでは、燃料ガスと排ガスとがスムーズに混合されて混合ガスとなる。
【００４９】
この混合ガスは、供給管１３Ａを通って第２段圧縮機５Ｂに導かれる。第２段圧縮機５Ｂは、上述した実施形態と同様に混合ガスを圧縮し、供給管１４Ａを介して排ガスと燃料ガスの混合ガスを噴射弁７へ圧送する。この結果、ミキサー４Ａにて混合された排ガスと燃料ガスの混合ガスは、噴射弁７から高圧（例えば３０ＭＰａ）でエンジン本体６の燃焼室内に噴射される。
【００５０】
このように、本実施形態のガスエンジンシステム３０は、タービン部９ａで仕事をする前の排ガスを、すなわち排気圧力レベルの排ガスを導入し、第１段圧縮機５Ａで同レベルまで圧縮した燃料ガスと混合するので、第２段圧縮機５Ｂでは、略排気圧力レベルからの圧縮となる。従って、本実施形態は、噴射弁７へ供給する混合ガスを圧縮する第２段圧縮機５Ｂが、常圧より高い圧力レベルの排気圧力から圧縮を開始することができるので、圧縮所要動力の低減が可能となる。
【００５１】
図５は、圧縮機によるガス圧縮動力について、圧縮初め圧力（絶対圧力；ＭＰａ）と、圧縮動力比（圧縮動力／大気圧からの圧縮動力）との関係を示す図である。
図５によれば、圧縮初め圧力が高いほど圧縮動力比は小さくなるので、第２段圧縮機５Ｂの圧縮所要動力についても、常圧からの圧縮と比較した場合には、常圧よりも高い圧力にある排気圧力レベルから圧縮した方が小さくなる。ちなみに、第２段圧縮機５Ａにおける圧縮初め圧力（掃気圧力レベル）を０．３ＭＰａ（絶対圧力）とした場合には、圧縮動力比が０．７弱となるため、圧縮動力は２／３程度に低減される。
【００５２】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について、図６を用いて説明する。
第５実施形態のガスエンジンシステム４０は、上述した第４実施形態で説明したガスエンジンシステム３０と比べて、排ガス取出位置や排ガス再循環方法が異なる。以下では、第４実施形態と重複する構成要素及び動作については省略し、異なる部分について説明する。
【００５３】
第５実施形態に係るガスエンジンシステム４０では、例えば、図５に示すように、静圧排気管８の上流位置で各シリンダの排気枝管４１から排気ガスの一部を取り出している。
具体的に説明すると、本実施形態の再循環管２０Ｂは、タービン部９ａ及び静圧排気管８より上流側で、エンジン本体６の各シリンダに連結された排気枝管４１からそれぞれ分岐して設けられている。この再循環管２０Ｂは、排気枝管４１と排ガスクーラ１１Ａを接続し、排気枝管４１から排ガスクーラ１１Ａへ排ガスの一部を供給する。
【００５４】
再循環管２０Ｂの途中には、排気弁４２の開弁タイミングに合わせて開く制御弁４３が設けられている。この制御弁４３は、エンジン本体６の各シリンダに設けたクランク角センサー４４からクランク角の検出信号を受ける制御部４５と接続されている。
制御部４５は、各シリンダのクランク角から各制御弁４３の開弁タイミングを決定し、各制御弁４３に対して開弁信号を出力する。この開弁信号は、ＣＯ２濃度が高く、しかもＯ２濃度の低いタイミング、すなわち排気弁４２が開弁した直後のタイミングとする。
【００５５】
このように、排気弁４２を開弁した直後のタイミングで排気枝管４１から再循環させる排ガスを取り出すことにより、ＣＯ２濃度が高くてＯ２濃度の低い排気圧力レベルにある排ガスを再循環ガスとして使用できるため、静圧排気管８の直後から取り出した排気圧力レベルの排気を再循環ガスとして使用する場合と比較すれば、ＮＯｘの低減効果が大きくなる。
また、クランク角を検出して制御弁４３の開弁信号を出力する制御に代えて、排気枝管４１または再循環管２０Ｂの制御弁４３より上流側の位置において、導入した排気ガスのＣＯ２濃度及びＯ２濃度の少なくとも一方を検出し、この検出値が所定値以上のＣＯ２濃度及び所定値以下のＯ２濃度の少なくとも一方を満たす場合に開弁信号を出力する制御をしてもよい。
【００５６】
なお、上記第１〜第５実施形態の排ガス再循環方法は、いずれか一つによって、ガスエンジンシステム１，２，３，３０，４０を動作させてもよいし、二つ以上を組み合わせてガスエンジンシステム１，２，３，３０，４０を動作させてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１，２，３，３０，４０  ガスエンジンシステム
４，４Ａ  ミキサー（混合部）
５  圧縮機
５Ａ  第１段圧縮機
５Ｂ  第２段圧縮機
６  エンジン本体
７  噴射弁
８  静圧排気管
９  過給機
９ａ  タービン部
９ｂ  コンプレッサ部
９ｃ  回転軸
１０  掃気室
１１，１１Ａ  排ガスクーラ
１２，１２Ａ，１３，１３Ａ，１４  供給管
１５，１６，１７  排気管
１８，１９  給気管
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２１，２１Ａ  再循環管
２２，４５  制御部
２３  圧力センサー（第２検出部）
２４  圧力センサー（第１検出部）
２５  制御弁
２６  圧力センサー（第３検出部）
４１  排気枝管
４２  排気弁
４３  制御弁
４４  クランク角センサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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