JP2019044780A - Engine operation system for vessel - Google Patents

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正樹 大津
Masaki Otsu
正樹 大津
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Abstract

To provide an engine operation system for a vessel capable of coping with third regulation of NOX.SOLUTION: An engine operation system for a vessel includes a main gas fuel injection valve (5) for injecting gas fuel at a high pressure of 200-300 bar into a cylinder (1), a pilot fuel injection valve (6) of diesel fuel, a main gas fuel supply device (8) for supplying high pressure gas fuel, a sub gas fuel injection valve (7) arranged on a side of the cylinder and injecting the gas fuel into the cylinder in a substantially orthogonal direction to an axis of the cylinder at a low pressure, a sub gas fuel supply device (10) for supplying the gas fuel to the sub gas fuel injection valve, and a controller (16) for adjusting an engine load by controlling operation of the main gas fuel supply device and the sub gas fuel supply device. The controller pre-injects 100% of the required gas fuel from the sub gas fuel injection valve into the cylinder and suppresses a discharge amount of NOX to be a prescribed value or less when the engine load is equal to or less than a prescribed load.SELECTED DRAWING: Figure 10

Description

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。   The present invention relates to an engine operation system of a ship equipped with a gas injection engine that uses a gas fuel such as natural gas as a main fuel.

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。   In recent years, clean energy sources are required from the viewpoint of environmental protection. From this point of view, there is expected to spread a gas injection engine that uses a gas fuel such as natural gas as its main fuel and injects a high pressure gas fuel into the cylinder after pilot fuel injection for ignition. In the gas injection engine, it is necessary to inject high-pressure gas fuel into the cylinder in a short period of time in order to improve the thermal efficiency from the characteristics of the fuel and the like.

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。   The problem of knocking due to self-ignition occurs in the Otto cycle premixed gas engine in which all gas fuel is premixed and burned before pilot injection for ignition (for example, see Patent Literature) 1) Knocking is apt to occur particularly at high load of the gas engine or when the fuel injection amount is large.

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。   On the other hand, in the above-described gas injection engine which is a diesel cycle, since all gas fuel is injected into the cylinder after pilot fuel injection, no knocking problem occurs. From this point as well, the spread of gas injection engines is expected.

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。   For this reason, also for the gas injection engine, the amount of gas fuel used is reduced as little as possible to reduce the cost, and further improvement of the thermal efficiency is required so that the amount of exhaust gas can be reduced to contribute to environmental protection. There is.

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。   In addition, it is considered effective to inject gas fuel at a higher pressure as a method to improve the thermal efficiency in a gas injection engine, but from the viewpoint of securing the safety against high pressure gas, a higher level of safety measures is required. In addition, there is a problem that it causes an increase in motive energy required to increase the pressure.

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。   Furthermore, since the conventional gas injection engine basically burns in the same heat cycle as the diesel engine, there is also a problem that the generation of NOx is relatively large. Therefore, from the viewpoint of environmental protection, it is necessary to further suppress the generation of NOx.

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。   Therefore, the applicant of the present invention has proposed a new fuel injection system for a gas injection engine according to Japanese Patent Application No. 2014-65973, and can improve the thermal efficiency without injecting gas fuel at a higher pressure than the current one. It is possible to suppress the occurrence, thereby enabling environmental conservation and cost reduction. This gas injection engine is a revolutionary one that can solve the above problems at once.

特開平１１−３２４８０５号公報JP-A-11-324805 特表２００２−０６６８１３号公報Japanese Patent Application Publication No. 2002-066813

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。   On the other hand, in the case of ships as well, active efforts have been made in recent years to protect the environment, and Annex VI of the International Maritime Organization (IMO) Convention on the Prevention of Marine Pollution by Marine Pollution (MARPOL 73/78) VI “for the Prevention of Air Pollution from Ships The “Regulations” came into force on May 19, 2005, but the amendments were adopted by the 58th Committee on Marine Environment Protection (MEPC 58, October 2008), and both NOX regulation and SOX regulation are phased Regulations will be strengthened.

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。   In particular, the NOX Tertiary Regulation, which has been decided to be implemented from January 2016, should reduce NOX emissions by about 76% over the previous 2nd regulation value in a specific area. It was decided that a major enhancement would take place. As this particular sea area, the sea area within 200 nautical miles of the United States and Canada coast and the United States Caribbean sea area are currently designated.

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。   For this reason, it was difficult to cope with the slight improvement of the organization itself that had been done so far, and the introduction of additional technology became indispensable. In addition, selective catalytic reduction and denitration (SCR) and exhaust gas recirculation (EGR) systems are being considered as NO x measures currently considered as additional technologies, but these all require large-scale and complex equipment, and It also leads to a significant cost increase.

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。   The present invention has been made to solve such problems, and it is necessary to provide an imminent 3rd order of NOX without having to install large, complicated and costly accessories such as SCR and EGR. It is an object of the present invention to provide an engine operation system for ships capable of complying with regulations.

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、シリンダの側部に配設されて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へシリンダの軸芯に対して略直交方向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シリンダ内に低圧で噴射させ、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２００〜３００ｂａｒの高圧で噴射させると共に、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。   In order to solve the above problems, the means adopted by the present invention is an engine operation system of a ship equipped with a gas injection engine using gas fuel as a main fuel as a main engine for propulsion, and the gas injection engine is a cylinder A main gas fuel injection valve disposed in the head for injecting gas fuel into the cylinder at high pressure; and a pilot fuel injection valve pilot injection of diesel fuel into the cylinder prior to injection of gas fuel from the main gas fuel injection valve; A main gas fuel supply device for supplying high pressure gas fuel to a main gas fuel injection valve, and injecting gas fuel into a cylinder of a gas injection engine in a direction substantially orthogonal to the axis of the cylinder. Secondary gas fuel injection valve, secondary gas fuel supply device for supplying gas fuel to the secondary gas fuel injection valve, main gas fuel supply device and secondary gas And a controller for controlling the operation of the fuel supply system to adjust the engine load, wherein the controller controls the operation of the auxiliary gas fuel supply system to perform pilot injection of diesel fuel from the pilot fuel injection valve. All or part of the gas fuel required for combustion from the injection valve is injected into the cylinder at low pressure, and diesel fuel is required for combustion from the main gas fuel injection valve after pilot injection from the pilot fuel injection valve The rest of the gas fuel is injected into the cylinder at a high pressure of 200 to 300 bar, and when the engine load of the gas injection engine is less than a predetermined load, the auxiliary gas fuel injection is performed before pilot fuel injection to all gas fuel necessary for combustion. The gas injection rate is 100%, which is the mass ratio of gas fuel pre-injected from the valve. The NOX emissions Yon'enjin is to suppress below a predetermined value.

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。   First, the ship according to the present invention is equipped with a gas injection engine that uses a gas fuel such as natural gas as its main fuel, and the gas fuel such as natural gas has much lower sulfur content than diesel oil etc. It is possible to clear all current and soon-to-be-introduced regulatory values for recent SOX regulatory values and particulate matter (PM).

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低圧でプレ噴射する。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２００〜３００ｂａｒの高圧で噴射する。 On the other hand, this gas injection engine is equipped with an auxiliary gas fuel injection valve, which is a gas fuel that is required for combustion before the diesel fuel is pilot injected from the pilot fuel injection valve. All or a part is supplied from the auxiliary gas fuel supply device and pre-injected into the cylinder at low pressure. Then, the main gas fuel injection valve injects the remainder of the gas fuel required for combustion after pilot injection into the cylinder at a high pressure of 200 to 300 bar.

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。   As described above, in the gas injection engine, in order to improve the thermal efficiency, it is required to inject a higher pressure gas fuel into the cylinder in a short time. However, in the gas injection engine of the present invention, much of the generated heat required for the combustion is injected from the auxiliary gas fuel injection valve before the pilot fuel injection, whereby the ignition by the pilot fuel injection and the gas temperature rise thereafter are Since it becomes optimal and can reduce the amount of gas fuel injected from the main gas fuel injection valve after pilot fuel injection, it is necessary and sufficient even if the injection pressure of gas fuel is not increased further. Gas fuel can be injected into the cylinder in a short time. Thereby, the thermal efficiency can be improved.

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。   Also, if all or part of the gas fuel is injected before pilot injection and ignited by pilot injection in this way, the combustion becomes lean burn combustion similar to lean premixed combustion in a diesel engine. The generation of NOx can be reliably reduced.

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。   In particular, when the engine load is equal to or less than a predetermined load, this gas injection engine has a mass ratio of gas fuel pre-injected from the auxiliary gas fuel injection valve before pilot fuel injection to all gas fuel required for combustion. Since a certain pre-injection rate is set to 100%, lean burn combustion is performed at low loads below a predetermined load, and the NOX emission can be suppressed extremely low.

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。   On the other hand, the conventional premixed gas engine is characterized in that the occurrence of knocking associated with gas injection is small in a low load region. Therefore, even if a relatively large amount of gas fuel is pre-injected at a low load in this gas injection engine, the possibility of occurrence of knocking is extremely low.

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。   That is, if the gas injection engine of this ship is operated at low load such that the engine load is equal to or less than the predetermined load, the NOx efficiency can be improved while improving the thermal efficiency and reducing the possibility of knocking. It can be suppressed to an extremely low predetermined value or less.

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。 In the above-mentioned engine operating system for ships, it is desirable that the controller sets the pre-injection rate to 50% or less when the engine load of the gas injection engine exceeds a predetermined load.
As described above, it is known that the conventional premixed gas engine has a high possibility of knocking due to gas injection in a high load area, and the pre-injection amount of gas fuel is within a certain range at high load Need to Therefore, by setting the pre-injection rate to 50% or less in particular, it is possible to optimize the ignition by the pilot fuel injection and the subsequent gas temperature rise while preventing the occurrence of knocking.

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。   And, if this high load operation is carried out, for example, in the sea area where the regulation prior to the 3rd regulation is applied, all the current and soon-to-be-applied regulation values regarding the NOX emissions will be cleared. Can.

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。 Further, in order to solve the above-mentioned problems, the means adopted by the present invention is an engine operation system of a ship equipped with a gas injection engine which mainly uses gas fuel as a main engine for propulsion, and the gas injection engine A main gas fuel injection valve disposed in the cylinder head and injecting the gas fuel into the cylinder at a high pressure; and a pilot fuel injection valve pilot injecting diesel fuel into the cylinder before injecting the gas fuel from the main gas fuel injection valve , A main gas fuel supply device for supplying high pressure gas fuel to the main gas fuel injection valve, a sub gas fuel injection valve for injecting gas fuel into a cylinder of a gas injection engine, and gas fuel for the sub gas fuel injection valve Control of the engine load by controlling the operation of the auxiliary gas fuel supply device and the main gas fuel supply device and the auxiliary gas fuel supply device. The controller controls the operation of the auxiliary gas fuel supply system to control all of the gas fuel required for combustion from the auxiliary gas fuel injection valve before the diesel fuel is pilot injected from the pilot fuel injection valve. Alternatively, the engine operation system of a ship in which a part of the fuel is injected and the remaining part of the gas fuel required for combustion is injected from the main gas fuel injection valve into the cylinder at high pressure after the diesel fuel is pilot injected from the pilot fuel injection valve The ship further includes a GPS receiver, and the controller determines that the engine load is equal to or less than the predetermined load when it is determined that the ship is navigating within the predetermined sea area based on the position information supplied from the GPS receiver. The mass of the gas fuel pre-injected from the auxiliary gas fuel injection valve before pilot fuel injection for all gas fuel necessary for combustion as well as adjustment The pre-injection rate is expedient to 100%, is to suppress the NOX emissions of gas injection engine to a predetermined value or less.

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。   As described above, when the controller determines that the ship is navigating within the predetermined sea area based on the position information supplied from the GPS receiver, the engine load is adjusted to a predetermined load or less and the engine load is required for combustion. Reduce the NOX emission of the gas injection engine to a predetermined value or less by setting the pre-injection rate, which is the mass ratio of gas fuel pre-injected from the sub-gas fuel injection valve to all gas fuel, to 100%. As a result, in the predetermined sea area, the NOx emission can be automatically suppressed to an extremely low amount, for example, 3.4 g / kWh or less, which is the third regulation value of the NOx emission. Others are the same as in the case of the means adopted by the other present invention described above.

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。   In the above-mentioned engine operating system of the vessel, when the controller determines that the vessel is navigating outside the predetermined sea area based on the position information supplied from the GPS receiver, and the engine load is less than the predetermined load Therefore, it is desirable to make the pre-injection rate 50% or more.

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。   If it is determined that the ship is sailing outside the predetermined sea area, and if the required engine load is less than the predetermined load, it is preferable to perform pre-injection according to the original performance of the gas injection engine. It can be achieved by making the pre-injection rate 50% or more.

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。   As mentioned above, if this predetermined sea area is, for example, a sea area to which the third regulation of NO x emission is applied, it is necessary to carry out a special pre-injection to reduce the NO x emission to a minimum amount. However, in other sea areas, even if the pre-injection according to the inherent performance of the gas injection engine is performed in this way, all current and soon-to-be-applied regulation values can be cleared.

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。   In the above-described engine operating system for a ship, the controller sets the pre-injection rate to 100% at low load immediately after the gas injection engine is started, and the pre-injection rate to 100% to 50% before the engine load increases to a predetermined load. Reduce the load point to 100% to less than 100% pre-injection rate at the time of load increase, while gradually decreasing to 100% higher than the load point to increase from less than 100% to 100% pre-injection rate at load reduction Is desirable.

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。   Thus, there is a constant hysteresis between the load point decreasing from 100% to less than 100% pre-injection rate at load increase and the load point increasing from less than 100% to 100% pre-injection rate at load reduction. By providing it, control regarding pre-injection of gas fuel can be stabilized.

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。 In the above-mentioned engine operating system of the ship, the controller is based on the position information supplied from the GPS receiver when it is determined that the ship is sailing outside the predetermined sea area, and the engine load exceeds the predetermined load Preferably, the pre-injection rate is 50% or less.

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。   As described above, it is known that the conventional premixed gas engine has a high possibility of knocking due to gas injection in a high load area, and the pre-injection amount of gas fuel is within a certain range at high load Need to Therefore, in particular, by pre-injecting into the cylinder an amount of gas fuel of 50% or less by mass ratio of gas fuel necessary for combustion, while preventing occurrence of knocking, ignition by pilot fuel injection and the subsequent The gas temperature rise can be further optimized.

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。   And if this high load operation is performed outside the specified sea area, for example, in the sea area where the regulation before the third regulation of the NOX emission is applied, the current and soon-to-be-applied regulations regarding the NOx emission will be started All values can be cleared.

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。   In the above-mentioned engine operation system for ships, it is desirable that the predetermined load of the engine load be set, for example, in the range of 50 to 70% of the load.

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。   If the load is less than 50%, the navigation of the ship may be impaired, and if the load exceeds 70%, there is a concern about the occurrence of knocking seen in the lean burn engine as described above, and pilot fuel injection This is because the ignition and the subsequent gas temperature rise can not be optimized.

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。   In the above-mentioned engine operating system for ships, it is desirable that the above-mentioned predetermined value of the NO x emission amount be 3.4 g / kWh, which is a third regulation value for an engine having an engine speed of less than 130 rpm, for example. Thus, by setting the predetermined value of the NO x emission amount to, for example, 3.4 g / kWh of the third restriction value for an engine having an engine speed of less than 130 rpm, the third restriction on the NO x emission amount is surely cleared. can do.

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、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。   In the above-mentioned engine operating system for ships, it is desirable that the auxiliary gas fuel injection valve of the gas injection engine inject low pressure gas fuel into the cylinder.

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へシリンダの軸芯に対して略直交方向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。   As described above, the auxiliary gas fuel injection valve of the gas injection engine is disposed on the side of the cylinder, and low pressure gas fuel is injected from the auxiliary gas fuel injection valve into the cylinder in a direction substantially orthogonal to the axis of the cylinder. As a result, the necessary and sufficient combustion as pre-injection can be obtained, and the amount of gaseous fuel that must be treated as high-pressure gas can be reliably reduced, and safety can be enhanced. In addition, it is possible to suppress the motive energy required to increase the pressure of the gas fuel, and to reduce the cost.

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。   In the above-mentioned engine operation system of a ship, it is desirable that the auxiliary gas fuel injection valve of the gas injection engine pre-injects the gas fuel into the cylinder at a low pressure of 5 to 15 bar.

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。   As described above, the gas fuel is pre-injected into the cylinder at a low pressure of 5 to 15 bar from the auxiliary gas fuel injection valve of the gas injection engine to optimize the ignition by the pilot fuel injection and the gas temperature rise thereafter. be able to.

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。   In the above-mentioned engine operation system of a ship, the auxiliary gas fuel injection valve of the gas injection engine may pre-inject the gas fuel into the cylinder at a predetermined timing within the range of 80 ° to 120 ° after the bottom dead center at the crank angle. desirable.

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。 Thus, when the pre-injection is a low pressure injection, the gas fuel is pre-injected from the sub-gas fuel injection valve into the cylinder at a predetermined timing within the range of 80 ° to 120 ° after the bottom dead center at the crank angle. Thus, the ignition by the pilot fuel injection and the subsequent gas temperature rise can be optimized.

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。   In the above-mentioned engine operating system of a ship, the auxiliary gas fuel injection valve of the gas injection engine comprises a main gas fuel injection valve disposed at the cylinder head and injecting the main gas fuel into the cylinder at a high pressure, Preferably, the system comprises a main gas fuel supply device for supplying high pressure gas fuel to the main gas fuel injection valve.

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。   The gas fuel injected from the secondary gas fuel injection valve before pilot fuel injection does not necessarily have to be at a low pressure, and the heat generation at the initial stage of combustion can be made close to ideal even by high pressure injection from the main gas fuel injection valve. Can. As described above, by performing high-pressure gas fuel injection from the main gas fuel injection valve before and after pilot fuel injection, it is possible to improve the thermal efficiency without further increasing the pressure of the gas fuel.

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。   In particular, by using the sub-gas fuel injection valve as a main gas fuel injection valve provided at the cylinder head to inject the main gas fuel into the cylinder at high pressure, a gas fuel injection valve for pre-injection, and the gas fuel There is no need to separately provide a gas fuel supply mechanism for supplying gas fuel to the injection valve, and cost increase can be avoided.

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。   In the above-mentioned engine operation system of a ship, it is desirable that the auxiliary gas fuel injection valve of the gas injection engine pre-injects the gas fuel into the cylinder at a high pressure of 200 to 300 bar.

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。   Thus, by pre-injecting the gas fuel into the cylinder at a high pressure of 200 to 300 bar from the auxiliary gas fuel injection valve, it is possible to optimize the ignition by the pilot fuel injection and the gas temperature rise thereafter.

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。   In the above-mentioned engine operation system of a ship, the auxiliary gas fuel injection valve of the gas injection engine may pre-inject gas fuel into the cylinder at a predetermined timing within a range of 120 ° to 160 ° after bottom dead center at crank angle. desirable.

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。   As described above, when the pre-injection is a high pressure injection, the gas fuel is pre-injected into the cylinder at a predetermined timing within the range of 120 ° to 160 ° after the bottom dead center at the crank angle when the sub gas fuel injection valve Thus, the ignition by the pilot fuel injection and the subsequent gas temperature rise can be optimized.

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。   In the above-mentioned engine operation system of a ship, it is desirable that the auxiliary gas fuel supply device of the gas injection engine includes an interlock mechanism for preventing the gas fuel from being injected from the auxiliary gas fuel injection valve for a predetermined time.

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。   As described above, since the auxiliary gas fuel supply device for the gas injection engine includes the interlock mechanism for preventing the gas fuel from being injected from the auxiliary gas fuel injection valve for a predetermined time or more, the auxiliary gas fuel at the time of abnormality occurrence The continuous injection of the gas fuel from the injection valve is reliably prevented and the safety is enhanced.

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、シリンダの側部に配設されて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へシリンダの軸芯に対して略直交方向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低圧で噴射させ、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２００〜３００ｂａｒの高圧で噴射させると共に、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。 The engine operation system of the ship of the present invention is an engine operation system of a ship equipped with a gas injection engine using gas fuel as a main fuel as a main engine for propulsion, and the gas injection engine is disposed on a cylinder head A main gas fuel injection valve for injecting fuel into the cylinder at high pressure, a pilot fuel injection valve for pilot injection of diesel fuel into the cylinder before gas fuel injection from the main gas fuel injection valve, and high pressure gas fuel for main gas fuel A main gas fuel supply device for supplying to the injection valve, a secondary gas fuel injection valve disposed on the side of the cylinder and injecting the gas fuel into the cylinder of the gas injection engine in a direction substantially orthogonal to the axis of the cylinder; , Operation of the auxiliary gas fuel supply device for supplying gas fuel to the auxiliary gas fuel injection valve, the main gas fuel supply device and the auxiliary gas fuel supply device And a controller for controlling the engine load, wherein the controller controls the operation of the auxiliary gas fuel supply device to require the auxiliary gas fuel injection valve for combustion before the diesel fuel is pilot injected from the pilot fuel injection valve. All or part of the gas fuel being injected is injected at low pressure, and the remainder of the gas fuel required for combustion from the main gas fuel injection valve after pilot injection of diesel fuel from the pilot fuel injection valve into the cylinder When injecting fuel at a high pressure of -300 bar and the engine load of the gas injection engine is less than a predetermined load, the gas fuel pre-injected from the auxiliary gas fuel injection valve before pilot fuel injection to all gas fuel required for combustion. By setting the pre-injection rate, which is the mass ratio, to 100%, the NO x emission amount of the gas injection engine is set to a predetermined value. Suppress below.

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。   The engine operation system of the ship according to the present invention is an engine operation system of a ship equipped with a gas injection engine using gas fuel as a main fuel as a main engine for propulsion, and the gas injection engine is disposed on a cylinder head The main gas fuel injection valve that injects the gas fuel into the cylinder at high pressure, the pilot fuel injection valve that pilots diesel fuel into the cylinder before injecting the gas fuel from the main gas fuel injection valve, and the high pressure gas fuel A main gas fuel supply device for supplying a gas fuel injection valve, a sub gas fuel injection valve for injecting gas fuel into a cylinder of a gas injection engine, a sub gas fuel supply device for supplying gas fuel to a sub gas fuel injection valve; A controller for controlling the operation of the main gas fuel supply system and the auxiliary gas fuel supply system to adjust the engine load, The LAA controls the operation of the secondary gas fuel supply system to inject all or part of the gaseous fuel required for combustion from the secondary gas fuel injection valve before the diesel fuel is pilot injected from the pilot fuel injection valve In the engine operating system of a ship in which the remainder of the gas fuel required for combustion is injected from the main gas fuel injection valve into the cylinder at high pressure after the diesel fuel is pilot-injected from the pilot fuel injection valve. The vehicle further includes a GPS receiver, and the controller adjusts the engine load to a predetermined load or less when it is determined that the vessel is navigating within the predetermined sea area based on the position information supplied from the GPS receiver. The pre-injection rate, which is the mass ratio of gas fuel pre-injected from the auxiliary gas fuel injection valve before pilot fuel injection to the total gas fuel required for And 00% inhibit NOX emissions gas injection engine to a predetermined value or less.

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。   Therefore, it is possible to sufficiently cope with the impending third regulation of NOX without providing a large, complicated and expensive accessory device such as SCR and EGR.

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。It is a simplification figure showing the ship concerning the engine operation method of the ship of the present invention. 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。FIG. 2 is a simplified view of the gas injection engine of the ship of FIG. 1; 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。It is a system diagram which shows the subgas fuel injection valve of the gas injection engine of FIG. 2, and a subgas fuel supply apparatus. 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。It is a figure which shows the relationship of pre-injection of the gas injection engine of FIG. 2, pilot injection, and gas fuel injection after pilot injection. 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。It is a figure explaining the interlock mechanism of the subgas fuel supply apparatus of FIG. 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。FIG. 6 is a simplified diagram illustrating another embodiment of the gas injection engine of FIG. 1; 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。FIG. 7 is a system diagram showing an auxiliary gas fuel injection valve and an auxiliary gas fuel supply device of the gas injection engine of FIG. 6; 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。It is a figure which shows the relationship between the pre-injection of the gas injection engine of FIG. 6, pilot injection, and the fuel injection after pilot injection. 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。It is a figure explaining the interlock mechanism of the subgas fuel supply apparatus of FIG. 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。It is a flowchart which shows an example of the engine driving system of the ship of this invention. 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。It is a graph which shows the relationship of an engine load and a pre injection rate as a specific example of the engine driving system of FIG.

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。   The mode for carrying out the invention of the engine operation system for ships according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 11.

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。   As shown in FIG. 1, the ship 100 according to the present invention is equipped with a gas injection engine 101 operated with a gas fuel such as natural gas as a main fuel. Further, in the gas injection engine 101, the engine controller (controller) 16 controls the operation of the main gas fuel supply devices 8, 20 and the sub gas fuel supply devices 10, 20 described later to adjust the engine load. it can.

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。   On the other hand, the ship 100 is equipped with a GPS (Global Positioning System) receiver 102, and the position information detected by the GPS receiver 102 is supplied to the engine controller 16 and used to control the engine load, etc. Be done.

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。   A first embodiment of the gas injection engine 101 will be described with reference to FIGS. 2 to 5. In the first embodiment of the present invention, pre-injection from the auxiliary gas fuel injection valve is performed from the low pressure gas fuel injection valve 7 shown in FIG. 2 at a low pressure.

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。   FIG. 2 shows an example of the main part of a gas injection engine 101 mainly composed of a gas fuel such as natural gas. Reference numeral 1 denotes a cylinder of a gas injection engine 101, 2 denotes a cylinder head, 3 denotes a cylinder liner, 4 denotes a piston sliding in the cylinder liner 1 up and down, and 9 denotes a cylinder head 2 provided with combustion gas in the cylinder 1 An exhaust valve for exhausting to an exhaust receiver not shown. The cylinder 1 is an inner cylindrical space formed by the cylinder head 2 and the cylinder liner 3.

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。   Before injecting gas fuel from the high pressure gas fuel injection valve (main gas fuel injection valve) 5 for injecting the gas fuel into the cylinder 1 at high pressure to the cylinder head 2 and injecting the gas fuel from the high pressure gas fuel injection valve 5 The pilot fuel injection valve 6 which carries out pilot injection to each is arrange | positioned, respectively.

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。   A high pressure gas fuel of, for example, 200 to 300 bar is supplied to the high pressure gas fuel injection valve 5 from a high pressure gas fuel supply device (main gas fuel supply device) 8. A low pressure gas fuel injection valve (sub gas fuel injection valve) 7 for injecting low pressure gas fuel into the cylinder 1 is disposed on the side of the cylinder liner 3. Low-pressure gas fuel is supplied from the low-pressure gas fuel supply device (sub-gas fuel supply device) 10 to the low-pressure gas fuel injection valve 7 as described later.

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。   As shown in FIG. 3, the low-pressure gas fuel supply device 10 has, for example, the following configuration, and shuts off the supply of gas fuel to the low-pressure gas fuel injection valve 7 with another system It has an interlock mechanism capable of stopping the injection of gas fuel. Low-pressure gas fuel is supplied to the low-pressure gas fuel injection valve 7 from a gas fuel supply source (not shown) via a hydraulically operated gas fuel on-off valve 12.

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。 The hydraulic pressure supplied from the hydraulic pump 13 is supplied to the gas fuel on-off valve 12 via the electromagnetically operated on-off valve 14 to open or close the on-off valve 12. At the same time, the hydraulic pressure that has passed through the on-off valve 14 is supplied to the low-pressure gas fuel injection valve 7 via the electromagnetically operated on-off valve 15, and the low-pressure gas fuel injection valve 7 can be opened by this hydraulic pressure.

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。   The opening and closing of the two solenoid operated on / off valves 14 and 15 are electrically controlled by the engine controller 16 of the gas injection engine 101. The interlock mechanism comprises an engine controller 16, an electromagnetically actuated hydraulic on-off valve 14, and a hydraulically actuated gas fuel on-off valve 12.

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。   During normal operation, the engine controller 16 opens the hydraulic on-off valve 14 to open the gas fuel on-off valve 12 and supply the gaseous fuel to the low-pressure gas fuel injection valve 7. At the same time, when the engine controller 16 opens the hydraulic on-off valve 15, the hydraulic pressure is supplied to the low pressure gas fuel injection valve 7 through the two on-off valves 14 and 15 to open the low pressure gas fuel injection valve 7. Let

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。   Thus, the low pressure gas fuel injection valve 7 can inject the low pressure gas fuel supplied from the gas fuel supply source (not shown). Further, when the engine controller 16 closes the hydraulic on-off valve 15, the low pressure gas fuel injection valve 7 is closed to stop the injection of low pressure gas fuel.

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。   Next, a fuel injection method of the above-described gas injection engine 101 will be described. As shown in FIG. 4, for example, diesel fuel is pilot-injected from the pilot fuel injection valve 6 into the cylinder 1 near the crank angle of 180 ° at the top dead center. Further, for example, high-pressure gas fuel of, for example, 200 to 300 bar is injected from the high-pressure gas fuel injection valve 5 into the cylinder 1 within a fixed crank angle range immediately after the end of pilot fuel injection.

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。   On the other hand, the engine controller 16 controls the gas fuel from the low-pressure gas fuel injection valve 7 at a predetermined timing within a range of 80.degree. To 120.degree. After bottom dead center at a crank angle, for example, before the pilot fuel injection. , Pre-injection into the cylinder 1. The preinjection from the low pressure gas fuel injection valve 7 is performed at a low pressure of, for example, 5 to 15 bar.

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。   Here, assuming that the mass ratio of the gas fuel pre-injected from the low-pressure gas fuel injection valve 7 to the total gas fuel necessary for combustion is the pre-injection rate, the engine controller 16 determines that the gas injection engine 101 At load, for example, when the load is 50 to 70% (predetermined load) or less, all or part of the gas fuel required for combustion, for example, the pre-injection rate is 50% or more, more specifically the pre-injection rate Pre-inject 50 to 100% or 50 to 95% of the gaseous fuel into the cylinder 1.

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。   This is because, in the low load region of the gas injection engine 101, the possibility of occurrence of knocking due to the pre-injection is low, so that a relatively large amount of gas fuel can be pre-injected at the low load. As a result, the ignition by the pilot fuel injection and the subsequent gas temperature rise can be optimized, and the NOx emissions can be significantly reduced.

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。   On the other hand, when the load of the gas injection engine 101 is high, for example, the load exceeds 50 to 70%, for example, the pre-injection rate is 50% or less, more specifically, the pre-injection rate is 10 to 50. % Gas fuel is pre-injected into the cylinder 1.

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。 This is because when a large amount of gas fuel is pre-injected in a high load area, the possibility of knocking occurring due to this pre-injection may be considered, so it is necessary to suppress the pre-injection amount of gas fuel within a certain range at high load It is from. This makes it possible to optimize the ignition by the pilot fuel injection and the subsequent gas temperature rise while preventing the occurrence of knocking.

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。   Therefore, the high-pressure gas fuel injected from the high-pressure gas fuel injection valve 5 after the pilot injection is the remaining portion obtained by subtracting the amount of the pre-injected gas fuel from the amount of gas fuel required for combustion. After fuel injection, it is injected into the cylinder 1 at a high pressure of, for example, 200 to 300 bar.

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。   At this time, the engine controller 16 opens the electromagnetic hydraulic on-off valve 14 of FIG. 3 during normal operation. When the on-off valve 14 is opened, the on-off valve 12 of the gas fuel is opened by oil pressure, and the low-pressure gas fuel is supplied to the low-pressure gas fuel injection valve 7.

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。   The engine controller 16 opens the hydraulic on-off valve 15 of FIG. 3 at a predetermined timing within a range of, for example, 80 ° to 120 ° after bottom dead center at the crank angle, and opens and closes the low pressure gas fuel injection valve 7 Apply hydraulic pressure. As a result, the low pressure gas fuel injection valve 7 is opened to inject a low pressure gas fuel into the cylinder 1.

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。   As shown in FIG. 4, when the injection time has elapsed, the engine controller 16 closes the hydraulic on-off valve 15 and closes the on-off portion of the low-pressure gas fuel injection valve 7. Thus, the preinjection of the gas fuel from the low pressure gas fuel injection valve 7 is completed.

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。   The gas fuel injected from the low-pressure gas fuel injection valve 7 before the pilot fuel injection is ignited and burned by the combustion of the diesel fuel that is pilot-injected. As a result, the gas temperature in the cylinder prior to the high pressure gas fuel injection rises more than in the conventional gas injection engine.

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。   For this reason, heat generation at the initial stage of combustion can be made closer to an ideal one, and the thermal efficiency by the combustion of high-pressure gas fuel performed thereafter can be improved. In addition, since all or part of the gas fuel is injected before pilot injection and is ignited by the pilot injection, the combustion becomes so-called lean burn combustion, thereby reliably reducing the generation of NOx. it can.

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。   In addition, there is no need to inject gas fuel at a higher pressure in order to improve the thermal efficiency. Furthermore, the amount of high-pressure gas fuel injected from the high-pressure gas fuel injection valve 5 after pilot injection is reduced as compared with the conventional gas injection engine due to the pre-injection of low-pressure gas fuel. Therefore, it is possible to reduce the amount of gas fuel which must be treated as high pressure gas, to improve safety and to suppress the motive energy required to increase the pressure of the gas fuel. By these, environmental conservation and cost reduction can be achieved.

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。   In particular, the low pressure gas fuel injection valve 7 pre-injects the gas fuel into the cylinder 1 at a low pressure of 5 to 15 bar and at a predetermined timing within the range of 80 ° to 120 ° after bottom dead center at the crank angle. Therefore, the ignition by the pilot fuel injection and the subsequent gas temperature rise can be optimized.

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。   On the other hand, even if the engine controller 16 is a low pressure gas fuel, as an interlock mechanism, as shown in FIG. 5, the fuel is not continuously injected from the low pressure gas fuel injection valve 7 for a predetermined period of time. If a window limiter 17 as shown is provided and the gas injection from the low pressure gas fuel injection valve 7 continues or is expected to be exceeded for some reason, The electromagnetic hydraulic on-off valve 14 is closed, and the on-off valve 12 for gas fuel is closed.

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。   Thereby, the supply of gas fuel to the low pressure gas fuel injection valve 7 is stopped. At the same time, the supply of the hydraulic pressure to the low pressure gas fuel injection valve 7 is also stopped by the closing of the on-off valve 14, and the opening and closing portion of the low pressure gas fuel injection valve 7 is closed. This ensures the safety when an abnormality occurs.

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。   Next, a fuel injection system according to a second embodiment of the gas injection engine 101 will be described in detail with reference to FIGS. 6 to 9. In the second embodiment of the present invention, pre-injection is performed from the high pressure gas fuel injection valve 18 shown in FIG. 6 at high pressure.

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。   FIG. 6 shows the main part of a gas injection engine 101 mainly composed of a gas fuel such as natural gas. The cylinder 1, the cylinder head 2, the cylinder liner 3, the piston 4, and the exhaust valve 9 are the same as those of the first embodiment described above.

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。   Before injecting the gas fuel from the high pressure gas fuel injection valve (main gas fuel injection valve, sub gas fuel injection valve) 18 which injects the gas fuel into the cylinder at high pressure into the cylinder head 2 and the high pressure gas fuel injection valve 18 A pilot fuel injection valve 6 for pilot injection of fuel into the cylinder 1 is disposed.

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。   As shown in FIG. 7, the high pressure gas fuel supply device (main gas fuel supply device, sub gas fuel supply device) 20 for supplying high pressure gas fuel to the high pressure gas fuel injection valve has, for example, the following configuration. It has an interlock mechanism which can shut off the supply of gas fuel to the high pressure gas fuel injection valve 18 by another system at the occurrence of an abnormality and forcibly stop the injection of the gas fuel.

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。   High-pressure gas fuel is supplied from a gas fuel supply source (not shown) to the high-pressure gas fuel injection valve 18 via the accumulator 21 and the hydraulically operated gas fuel on-off valve 22. The hydraulic pressure supplied from the hydraulic pump 23 is supplied to the gas fuel on-off valve 22 via the electromagnetically operated on-off valve 24 to open or close the on-off valve 22.

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。   At the same time, the hydraulic pressure that has passed through the on-off valve 24 is supplied to the high-pressure gas fuel injection valve 18 via the electromagnetically operated on-off valve 25, and the high-pressure gas fuel injection valve 18 can be opened by the supply of this hydraulic pressure. .

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。   The opening and closing of the two solenoid operated on / off valves 24 and 25 are electrically controlled by the engine controller 26 of the gas injection engine 101. The interlock mechanism includes an engine controller 26, an electromagnetically actuated hydraulic on-off valve 24, and a hydraulically actuated gas fuel on-off valve 22.

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。   Next, a fuel injection method of the above-described gas injection engine 101 will be described. As shown in FIG. 8, for example, diesel fuel is pilot-injected from the pilot fuel injection valve 6 into the cylinder 1 around the crank angle of 180 ° at top dead center. Further, high-pressure gas fuel of, for example, 200 to 300 bar is injected from the high-pressure gas fuel injection valve 18 into the cylinder 1 within a fixed crank angle range immediately after the end of pilot fuel injection.

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。   On the other hand, the engine controller 26 controls the gas fuel from the high pressure gas fuel injection valve 18 at a predetermined timing within the range of 120 ° to 160 ° after bottom dead center at the crank angle from the pilot fuel injection valve 6. Prior to pilot fuel injection, pre-injection into the cylinder 1 is performed. The pre-injection from the high-pressure gas fuel injection valve 18 is performed at a high pressure of, for example, 200 to 300 bar.

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。 In addition, when the mass ratio of the gas fuel pre-injected from the high-pressure gas fuel injection valve 18 to the total gas fuel necessary for combustion is referred to as a pre-injection rate, the engine controller 16 When the load of the injection engine 101 is low, for example, 50 to 70% (predetermined load) or less, all or part of the gas fuel required for combustion, for example, the pre-injection rate is 50% or more Specifically, gas fuel with a preinjection rate of 50 to 100% or 50 to 95% is preinjected into the cylinder 1.

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。   This is because, in the low load region, the possibility of occurrence of knocking due to the pre-injection is low, so that a relatively large amount of gas fuel can be pre-injected at the low load. This makes it possible to optimize the ignition by the pilot fuel injection and the gas temperature rise thereafter.

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。   On the other hand, when the load of the gas injection engine 101 is high, for example, when the load exceeds 50 to 70%, the engine controller 16 may, for example, reduce the pre-injection rate to 50% or less. 50% of gas fuel is pre-injected into the cylinder 1.

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。   This is because when a large amount of gas fuel is pre-injected in a high load area, the possibility of knocking occurring due to this pre-injection may be considered, so it is necessary to suppress the pre-injection amount of gas fuel within a certain range at high load. It is from. This makes it possible to optimize the ignition by the pilot fuel injection and the subsequent gas temperature rise while preventing the occurrence of knocking.

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。   In addition, although the ratio may be small, at least a certain amount of pre-injection is performed, so the NOx emissions can be reliably reduced compared to the conventional case where all of the gas fuel is injected after pilot fuel injection.

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。   Further, the high-pressure gas fuel injected from the high-pressure gas fuel injection valve 5 after the pilot injection becomes the remaining portion obtained by subtracting the amount of the above-described pre-injected gas fuel from the amount of gas fuel required for combustion. After the injection, the high-pressure gas fuel injection valve 18 injects into the cylinder 1 at a high pressure of, for example, 200 to 300 bar.

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。   At this time, the engine controller 26 opens the electromagnetic hydraulic on-off valve 24 of FIG. 7 during normal operation. When the on-off valve 24 is opened, the on-off valve 22 of the gas fuel is opened by oil pressure, and the gas fuel is supplied to the high-pressure gas fuel injection valve 18.

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。   When the crank angle reaches a predetermined time within the range of 120 ° to 160 ° after the bottom dead center, the engine controller 26 opens the hydraulic on-off valve 25 in FIG. multiply. As a result, the high pressure gas fuel injection valve 18 is opened to inject high pressure gas fuel into the cylinder 1. As shown in FIG. 8, when the injection time has elapsed, the engine controller 26 closes the hydraulic on-off valve 25 and ends the pre-injection of the gas fuel from the high pressure gas fuel injection valve 18.

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。   The gas fuel injected from the high pressure gas fuel injection valve 18 prior to the pilot fuel injection is ignited and burned by the combustion of the diesel fuel to be pilot injected. As a result, the gas temperature in the cylinder prior to the high pressure main gas fuel injection rises more than in the conventional gas injection engine.

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。   Therefore, the heat generation at the initial stage of combustion can be made closer to an ideal one, and the thermal efficiency by the combustion of the high-pressure main gas fuel to be performed thereafter can be improved. In addition, it is not necessary to inject the gas fuel at a higher pressure in order to improve the thermal efficiency.

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。 In addition, since all or part of the gas fuel is injected before pilot injection and is ignited by the pilot injection, the combustion becomes so-called lean burn combustion, thereby reliably reducing the generation of NOx. it can. By these, environmental conservation and cost reduction can be achieved.

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。   In particular, in the fuel injection system of the present gas injection engine, the pre-injection from the high pressure gas fuel injection valve 18 is at a high pressure of 200 to 300 bar and within the range of 120 ° to 160 ° after bottom dead center at crank angle. It takes place at a predetermined time. Thus, pilot fuel injection ignition and subsequent gas temperature rise can be optimized.

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。   On the other hand, the engine controller 26 has a window limiter as an interlock mechanism so that the fuel is not continuously injected from the high pressure gas fuel injection valve 18 for a certain period of time from a safety point of view. When the gas injection from the high-pressure gas fuel injection valve 18 continues or is predicted to exceed the window limiter, the electromagnetic hydraulic on-off valve 24 is closed to open or close the gas fuel. Close 22.

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。   Thereby, the supply of gas fuel to the high pressure gas fuel injection valve 18 is stopped. Further, the supply of the hydraulic pressure to the high pressure gas fuel injection valve 18 is also stopped by the closing of the on-off valve 24, and the opening and closing portion of the high pressure gas fuel injection valve 18 is closed. This ensures the safety when an abnormality occurs.

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。   Further, as shown in FIG. 9, the window limiter 27 has, for example, a constant continuous time between pre-injection before pilot fuel injection from the high-pressure gas fuel injection valve 18 and injection of high-pressure gas fuel after pilot fuel injection. It can also be set not to exceed the time.

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。   Next, an example of an engine operation system of a ship equipped with the above-described gas injection engine 101 will be described with reference to FIGS. 10 and 11. FIG.

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）。   As shown in FIG. 10, the controller 16 is a sea area to which the third regulation value of the NOX emission amount of the ship is applied (predetermined value) based on the position information supplied from the GPS receiver 102 of FIG. 1 (step S2). If it is determined that the sea area is underway, or if it is determined that the sea area is underway, the engine load of the gas injection engine 101 is adjusted within the range of 50 to 70% of the load, for example to 60% or less of the load (step S2 , S4, S6).

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。   Here, setting the threshold value between the low load area and the high load area of the gas injection engine 101 within the range of 50 to 70% of the load causes the navigation of the ship to be hindered if the load is less than 50%. There is a fear, and if the load exceeds 70%, there is a concern about the occurrence of knocking that is occasionally found in the lean burn engine as described above, and the ignition by the pilot fuel injection and the gas temperature rise thereafter are optimized. It is because there is a fear that it can not do.

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。   At this time, the engine controller 16 pre-injects all of the gas fuel necessary for the combustion into the cylinder 1 before the pilot fuel injection from the pilot fuel injection valve 6 (step S8). That is, the pre-injection rate, which is the mass ratio of the gas fuel pre-injected from the auxiliary gas fuel injection valve to the total gas fuel necessary for the combustion, is set to 100%.

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。   First, gas fuel such as natural gas has much lower sulfur content than diesel oil etc, so the recent SOX regulation value and the various regulation values for which the current and soon to start application of particulate matter (PM) will start It can be cleared.

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。 Further, the gas fuel injected from the above-described auxiliary gas fuel injection valves 7 and 18 before the pilot fuel injection is ignited and burned by the combustion of the diesel fuel which is pilot-injected. As a result, the gas temperature in the cylinder 1 before the high-pressure injection of the gas fuel from the main gas fuel injection valves 5 and 18 is higher than that of the conventional gas injection engine.

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。   For this reason, heat generation at the initial stage of combustion can be made closer to an ideal one, and the thermal efficiency due to the combustion of the gas fuel can be improved without further increasing the pressure of the gas fuel. In particular, if all the gas fuel is injected and ignited before pilot fuel injection in this way, the combustion becomes lean burn combustion similar to lean premixed combustion in a diesel engine, thereby significantly generating NOx. Can be reduced to

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。   For this reason, it is possible to suppress the NO x emission amount to 3.4 g / kWh or less, which is a third regulation value for an engine having an engine speed of less than 130 rpm. In addition, the premixed gas engine is characterized in that the occurrence of knocking associated with gas injection is small in a low load region of 60% or less. Therefore, the possibility of knocking is extremely low.

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。   By the way, the sea area to which the above-mentioned third regulation value of NOX emission value is applied is limited to the sea area within 200 nautical miles in the US and Canada coast and the US Caribbean sea area at present. Limiting to 60% or less does not cause any problems in ship operation.

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）。   On the other hand, for example, in the sea area to which the regulation value prior to the third regulation that is considerably looser than the third regulation value of the NOX emission is applied, the controller 16 sets the engine load of the gas injection engine 101 As shown in FIG. 11, for example, it is increased to over 60%. Thereby, full speed traveling is possible (steps S4 and S10).

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。   Here, the regulation value which is the regulation value prior to the third regulation of the NO x emission amount and which is strict next to the third regulation value is the second regulation value, and the second regulation value is the engine rotation. The NO x emissions for engines with numbers less than 130 rpm should be less than 14.4 g / kWh.

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。   Then, when the engine load exceeds 60%, the pre-injection rate becomes 50% or less, more specifically, the gas fuel with the pre-injection rate of 10 to 50% is pre-injected into the cylinder 1 (step S14) . If the engine load exceeds 60% during high load operation to be limited to the sea area to which the regulation value prior to the third regulation of NOX emission is applied, the third NOx All current and forthcoming regulatory limits, including regulatory limits, can be cleared.

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。   Also, it is known that premixed gas engines have a high probability of knocking due to gas injection in a high load region. Therefore, at high load, it is necessary to keep the pre-injection rate within a certain range. In particular, by setting the pre-injection rate to 50% or less, the occurrence of knocking is prevented, and ignition by pilot fuel injection and the gas temperature thereafter Rising can be optimized and NOX emissions can be reduced.

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。   As shown in FIG. 11, for example, when the engine load is 60%, the pre-injection rate is about 50%, and when the engine load is 100%, the pre-injection rate is about 30%, Gas fuel can be pre-injected into the cylinder.

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）。   On the other hand, when performing a low load operation with an engine load of 60% or less in a sea area to which a regulation value prior to the third regulation of NOx emissions is applied, the pre-injection rate is 50 to 100% Gas fuel is pre-injected into the cylinder 1 (steps S4, 10, 12).

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。 As described above, by setting the pre-injection rate to 50 to 100%, the gas fuel injected from the sub-gas fuel injection valves 7 and 18 before the pilot fuel injection is against the combustion of the gas fuel of the gas injection engine 101. To be in an optimal state.

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。   For this reason, heat generation at the initial stage of combustion can be made closer to an ideal one, and the thermal efficiency due to the combustion of the gas fuel can be improved without further increasing the pressure of the gas fuel. In addition, the combustion becomes lean burn combustion similar to lean premixed combustion in a diesel engine, which makes it possible to reliably reduce the generation of NOx below the regulation value prior to the third regulation of NOx emissions.

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。   As shown in FIG. 11, for example, when the engine load rises, the pre-injection rate is made 100% at 0-45% engine load, and the pre-injection rate is reduced to about 67% at 45% engine load, Thereafter, the gas fuel is introduced into the cylinder from the low-pressure gas fuel injection valve 7 or the high-pressure gas fuel injection valve 18 described above so that the pre-injection rate becomes approximately 50% at an engine load of 60%. It can be pre-injected.

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。   On the other hand, when the engine load decreases, the pre-injection rate is increased to 100% at an engine load of 40%. Thus, between the load point that decreases from 100% to less than 100% pre-injection rate when the engine load increases, and the load point that increases from less than 100% to 100% pre-injection rate when the engine load decreases. The provision of a constant hysteresis prevents the control of the gas fuel pre-injection from becoming unstable.

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。   In addition, the above-mentioned engine operation system of the ship only described an example, and various modifications are possible.

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 1 cylinder 2 cylinder head 3 cylinder liner 4 piston 5 high pressure gas fuel injection valve (main gas fuel injection valve)
6 pilot fuel injection valve 7 low pressure gas fuel injection valve (sub-gas fuel injection valve)
8 High pressure gas fuel supply system (main gas fuel supply system)
9 Exhaust valve 10 Low pressure gas fuel supply system (sub-gas fuel supply system)
12 on-off valve 13 hydraulic pump 14 on-off valve 15 on-off valve 16 engine controller (controller)
17 Window limiter 18 High pressure gas fuel injection valve (main gas fuel injection valve, sub gas fuel injection valve)
20 High-pressure gas fuel supply system (main gas fuel supply system, secondary gas fuel supply system)
Reference Signs List 21 accumulator 22 on-off valve 23 hydraulic pump 24 on-off valve 25 on-off valve 26 engine controller 27 window limiter 100 ship 101 gas injection engine 102 GPS receiver

Claims (4)

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）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）と、前記シリンダの側部に配設されて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へ前記シリンダの軸芯に対して略直交方向に噴射する副ガス燃料噴射弁（７）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）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前記副ガス燃料噴射弁から燃焼に必要とされる前記ガス燃料の全部又は一部を前記シリンダ内に低圧で噴射させ、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前記主ガス燃料噴射弁から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２００〜３００ｂａｒの高圧で噴射させると共に、前記ガスインジェクションエンジンの前記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ことを特徴とする船舶の機関運転方式。   An engine operation system of a ship (100) equipped with a gas injection engine (101) using gas fuel as a main fuel as a main engine for propulsion, the gas injection engine being disposed on a cylinder head (2) A main gas fuel injection valve (5) for injecting fuel into the cylinder (1) at high pressure, and a pilot fuel injection valve for pilot injection of diesel fuel into the cylinder before injection of the gas fuel from the main gas fuel injection valve (6), a main gas fuel supply device (8) for supplying high pressure gas fuel to the main gas fuel injection valve, and a side portion of the cylinder so as to arrange the gas fuel in the cylinder of the gas injection engine And an auxiliary gas fuel injection valve (7) for injecting the gas fuel into the auxiliary gas fuel injection valve. A secondary gas fuel supply device (10), and a controller (16) for controlling the operation of the main gas fuel supply device and the secondary gas fuel supply device to adjust the engine load, the controller comprising By controlling the operation of the fuel supply system, all or part of the gaseous fuel required for combustion from the auxiliary gas fuel injection valve before pilot injection of diesel fuel from the pilot fuel injection valve into the cylinder The fuel is injected at low pressure, and after the pilot fuel injection from the pilot fuel injection valve, the remainder of the gas fuel required for combustion from the main gas fuel injection valve is injected into the cylinder at a high pressure of 200 to 300 bar. In addition, when the engine load of the gas injection engine is equal to or less than a predetermined load, the total gas fuel required for combustion is The NOx injection amount of the gas injection engine can be suppressed to a predetermined value or less by setting the pre-injection rate which is the mass ratio of the gas fuel pre-injected from the sub-gas fuel injection valve before pilot fuel injection to 100%. Engine operation system of the ship that is characterized. 前記コントローラ（１６）は、前記ガスインジェクションエンジン（１０１）の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。   The ship according to claim 1, wherein the controller (16) reduces the pre-injection rate to 50% or less when the engine load of the gas injection engine (101) exceeds the predetermined load. Engine operation system. 前記コントローラ（１６）は、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、請求項１又は２に記載の船舶の機関運転方式。   The controller (16) makes the pre-injection rate 100% at a low load immediately after the gas injection engine (101) starts up and makes the pre-injection rate 100% before the engine load increases to the predetermined load. Decreasing the load point to 100% to less than 100% of the pre-injection rate while increasing the load higher than the load point to increase from less than 100% to 100% of the pre-injection rate at load reduction. The engine operation system of the ship according to claim 1 or 2, characterized in that 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ないし３のいずれかに記載の船舶の機関運転方式。   The engine operating system of a vessel according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said predetermined load of said engine load is set within a range of load (50 to 70)%. .
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