具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，以下的说明是例示。图1是例示船用内燃机(以下，简称为“发动机1”)的概要结构的图。另外，图2是例示与发动机1的燃烧室14相关联的结构的纵剖视图。

发动机1是具备多个气缸11的直列多缸式的船用柴油机(在图1及图2中，仅示出一个气缸11)。该发动机1构成为采用了单向流扫气方式的二冲程一循环机构，搭载于油轮、集装箱船、汽车搬运船等大型的船舶。发动机1的输出轴与未图示的螺旋桨连结。通过发动机1的运转，其输出被传递给螺旋桨而推进船舶。

在此公开的发动机1以抑制氮氧化物(NOx)为主要目的，构成为从各气缸11的燃料喷射阀15喷射燃料和水的燃料-水喷射柴油机。因此，发动机1除了具有多个气缸11的主机10和向各燃料喷射阀15供给燃料的燃料供给系统20之外，还构成为具备向各燃料喷射阀15供给水的水供给系统30。发动机1还具备用于处理从燃料喷射阀15排出的燃料油排放物的燃料油排放系统40。

(1)整体结构

以下，对发动机1的主要部分进行说明。

－主机－

主机10具有多个气缸11和成为各气缸11的盖的气缸盖12。在各气缸11内以能够往复运动的方式插入有活塞(未图示)。针对每个气缸11由各气缸11的内壁、气缸盖12的内壁、以及活塞的顶面划分出燃烧室14。

主机10针对每个燃烧室14具有三个燃料喷射阀15。各燃料喷射阀15以面向燃烧室14内的方式设置，构成为能够将水与燃料一起喷射。

具体而言，作为与燃料供给相关联的要素，燃料喷射阀15具有：经由高压燃料管21与燃料泵22连接的燃料通路15a、设置在燃料通路15a的前端的储油部15b、面向燃烧室14内且与储油部15b连通的喷口15c、以及对喷口15c进行开闭的针阀15d。

进而，作为与水的供给相关联的要素，燃料喷射阀15具有：经由供水管39与喷射水供给泵33连接的水通路15e、以及根据水通路15e的内压的升高而打开的水止回阀15f。水通路15e的前端与燃料通路15a的中途(储油部15b的近前)连接。

例如，在喷射水供给泵33未工作时，水通路15e中的压力的大小不会达到使水止回阀15f打开的程度。在该情况下，水通路15e保持堵塞的状态，从燃料喷射阀15仅喷射燃料。

另一方面，在喷射水供给泵33工作时，水通路15e的内压升高。此时，根据燃料通路15a中的内压，能够打开水止回阀15f。在该情况下，水通路15e内的水推压燃料通路15a内的燃料，并且流入燃料通路15a。

其结果是，在燃料喷射阀15中，在储油部15b附近充满燃料，在燃料通路15a与水通路15e的合流部附近充满水，在比该合流部靠上游侧的位置充满燃料。由此，在燃料通路15a内像以“燃料-水-燃料”的顺序呈层状地配置。

然后，当针阀15d打开喷口15c时，按照燃料通路15a内的顺序，将燃料和水喷射到燃烧室14内(层状水喷射)。当然，本发明不限于燃料和水形成3层的结构。如图2所示，也可以为5层以上。

在燃料喷射阀15设置有用于排出排放物的排放口(未图示)。在该排放口连接有燃料油排放管42。燃料油排放管42构成为使从燃料喷射阀15排出的排放物(燃料喷射阀排放物)流通。燃料油排放管42还与高压燃料管21及燃料泵22连接，能够使从高压燃料管21及燃料泵22排出的排放物流通。

－燃料供给系统－

燃料供给系统20除了前述的高压燃料管21及燃料泵22之外，还具有向燃料泵22供给燃料的燃料供给管23和截止阀24。通过燃料供给管23供给到燃料泵22的燃料被该燃料泵22压送，从而通过高压燃料管21供给到燃料喷射阀15。高压燃料管21分支为3根，分别与燃料喷射阀15连接。

燃料供给系统20还具有燃料返回管25和截止阀26。通过燃料泵22加压的燃料的一部分返回到燃料返回管25。

－水供给系统－

在发动机1连接有各种设备，该各种设备构成为从海水生成清水，并且将生成的清水向各处供给。这样连接的设备的一部分构成前述的水供给系统30。

具体而言，在搭载有发动机1的船舶上，设置有：将海水蒸馏而生成清水的造水装置201、用于压送由该装置生成的清水的蒸馏水泵202、储存由蒸馏水泵202压送的清水的清水箱203、用于压送储存于清水箱203的清水的清水泵204、以及暂时储存由清水泵204压送的清水的压力箱205。储存在压力箱205中的清水被供给到燃料喷射阀15以外的各处，在其供给目的地处用于各种用途。

如图1所示，从造水装置201到压力箱205的供水管206中的、蒸馏水泵202与清水箱203之间的部位分支成两股。这样分支的供水管206与构成水供给系统30的喷射水箱31连接。

因此，由造水装置201生成的清水被分配给储存向燃料喷射阀15供给的水的喷射水箱31、以及储存向燃料喷射阀15以外的各处供给的水的清水箱203。喷射水箱31是“水箱”的例示，清水箱203是“第二水箱”的例示。

水供给系统30还具备连接在喷射水箱31与燃料喷射阀15之间的供水管39。在该供水管39上，从喷射水箱31向燃料喷射阀15依次具有：过滤从喷射水箱31供给的水的过滤器32、将水从喷射水箱31压送至燃料喷射阀15的前述的喷射水供给泵33、以及暂时储存由喷射水供给泵33压送的水的压力箱34。喷射水供给泵33是“水泵”的例示。

供水管39中的比压力箱34靠下游侧的部位针对每个气缸11分支(在图1中仅图示出一个)。在这样分支的各个上设置有截止阀35。

如前所述，针对每个燃烧室14设置有三个燃料喷射阀15。因此，为了向三个燃料喷射阀15的每一个供给水，针对每个气缸11分支的各供水管39在设置于截止阀35的下游侧的水喷射泵36中分支为3根。在水喷射泵36中分支的供水管39与各燃料喷射阀15的水通路15e连接。在该水喷射泵36上连接有用于引导从该水喷射泵36漏出的排放水的水排放管37。水排放管37针对每个气缸11合流，将水喷射泵36和喷射水箱31相互连接。水排放管37能够将在水喷射泵36等中产生的排放水返回到喷射水箱31。返回到喷射水箱31的排放水能够再次用于来自燃料喷射阀15的喷射。另外，在水排放管37上设置有截止阀38。

当喷射水供给泵33工作时，向燃料喷射阀15注水。通过提高水通路15e中的压力，如前所述，能够从燃料喷射阀15喷射水。

另外，为了判定燃料喷射阀15中的喷射状况，考虑使用喷射水供给泵33的工作状况。因此，在供水管39设置有用于检测喷射水供给泵33的工作状况的压力传感器101。该压力传感器101构成为检测喷射水供给泵33的出口压力。由此，例如在喷射水供给泵33的出口压力为规定压力以下的情况下，能够判断为喷射水供给泵33未工作，未向燃料喷射阀15注水。在该情况下，能够判定为从燃料喷射阀15仅喷射燃料。压力传感器101是“传感器”的例示。

另一方面，在喷射水供给泵33的出口压力超过规定压力的情况下，能够判定为喷射水供给泵33在工作，向燃料喷射阀15注水。在该情况下，能够判定为从燃料喷射阀15将水与燃料一起喷射。

需要说明的是，基于压力传感器101的判定中使用的“规定压力”例如也可以为喷射水供给泵33的使用压力的下限。通过这样设定，能够更准确地进行判定。

压力传感器101的检测信号被输入到设置于燃料油排放管42的切换阀43。切换阀43是电磁式的三通阀，构成为根据来自压力传感器101的检测信号而工作。为了对切换阀43的动作进行详细说明，以下对燃料油排放管42的结构进行说明。

－燃料油排放系统－

燃料油排放系统40具有：贮存分别从高压燃料管21、燃料泵22及燃料喷射阀15排出的排放物的燃料油排放箱41、以及供排放物流通的燃料油排放管42。

详细而言，燃料油排放箱41向大气开放，与未图示的锅炉及主机10的主机燃料定位环箱等连接。贮存于燃料油排放箱41的排放物能够在锅炉中实施焚烧处理、或者从燃料油排放箱41排出而在主机10中再利用。

另外，燃料油排放管42由与高压燃料管21连接的第一排放管42a、与燃料泵22连接的第二排放管42b、以及与燃料喷射阀15连接的第三排放管42c合流而成。

更详细而言，第一排放管42a构成为使从高压燃料管21排出的排放物(高压燃料管排放物)流通，经由用于目视排放物的状况的料斗44和用于检测高压燃料管21中的泄漏的泄漏检测机构45与第二排放管42b合流。

另外，第二排放管42b构成为使从燃料泵22排出的排放物(燃料泵排放物)流通，比与第一排放管42a的合流部靠下游侧的部位与燃料油排放箱41连接。即，高压燃料管排放物及燃料泵排放物经由第二排放管42b被引导至燃料油排放箱41。

另一方面，第三排放管42c构成为使从燃料喷射阀15排出的排放物(燃料喷射阀排放物)流通，对于一个气缸11，从三个燃料喷射阀15分别延伸的排放管合流而成。在该合流部设置有用于目视排放物的状况的料斗46。

由第三排放管42c划分的管路(排放路)P中的比上述料斗46靠下游侧的部位在从燃料喷射阀15到燃料油排放箱41的第一路径P1与从燃料喷射阀15到喷射水箱31的第二路径P2之间切换。即，排放路P中的与第二路径P2相当的部位等效于连接在燃料喷射阀15与喷射水箱31之间。

第一路径P1与第二路径P2的切换由前述的切换阀43执行。通过使该切换阀43工作，能够将排放路P设定为第一路径P1或第二路径P2(也参照图3)。

另外，排放路P分支为以切换为第一路径P1或第二路径P2的方式构成的路径和第三路径P3。该第三路径P3经由止回阀47与水排放管37连接。即，如图1所示，在从三个燃料喷射阀15分别延伸的管路在料斗46合流后，排放路P分支为第三路径P3和其以外的路径。

在此，前者的路径(第三路径P3)经由水排放管37到达喷射水箱31。后者的路径(第三路径P3以外的路径)如前所述，根据切换阀43的工作状况，设定为第一路径P1和第二路径P2中的任一个。

需要说明的是，作为燃料油排放系统40的结构，前述的喷射水箱31具备油水分离功能。该功能可以对喷射水箱31的内部结构进行研究而实现，也可以如图1所示，在喷射水箱31的内外设置油水分离装置31a而实现。

喷射水箱31将经由第二路径P2导入的排放物中的通过油水分离功能而分离的水分直接储存于喷射水箱31。另一方面，对于通过该油水分离功能而分离的油分，构成为从喷射水箱31排出并向燃料油排放箱41引导(也参照图3)。

－控制器－

控制器100至少与控制用于使燃料泵22工作的液压的电磁阀、以及控制用于使喷射水供给泵33工作的液压的电磁阀电连接。控制器100接收发动机1的转速及负载等表示发动机1的运转状态的信号而生成控制信号，将该控制信号输出到上述的各电磁阀来对发动机1的运转进行控制。需要说明的是，控制器100也可以与主机10用的控制器分开设置。

例如，在发动机1的运转状态处于低负载区域时，控制器100不实施层状水喷射，从燃料喷射阀15仅喷射燃料。在此，“低负载区域”也可以定义为将发动机1能够实现的负载的范围分成三部分、即低负载区域、中负载区域、高负载区域时的低负载区域。在该情况下，燃料喷射阀排放物中主要含有油分。

另一方面，在发动机1的负载处于中负载区域或高负载区域时，控制器100实施层状水喷射。由此，向燃烧室14内供给燃料和水，抑制火焰的温度上升。其结果是，能够抑制NOx的生成。在该情况下，与仅喷射燃料的情况相比，燃料喷射阀排放物中含有大量的水分。燃料喷射阀排放物成为油水混合物。

(2)关于排放物的再利用

图3是针对排放路P的切换而例示出的说明图。

如图2所示，本申请发明人等研究了即使在将水与燃料一起喷射的情况下也将燃料喷射阀排放物作为燃料而再利用。

但是，在将水与燃料一起喷射的情况下，燃料喷射阀排放物中有可能含有过量的水分。在该情况下，除了不适合作为燃料使用之外，还发现在使发动机1运转时可能会导致能量损失等各种问题。

例如，在燃料喷射阀排放物中含有大量的水的情况下，对于在此之前的方法(特别是与层状水喷射相关联的方法)，不得不将燃料喷射阀排放物导入废油用的箱，并且在对其进行脱水、脱气处理的基础上进行焚烧处理。因此，不仅浪费利用造水装置201生成的清水，而且与进行脱水-脱气处理及焚烧处理相应地会成为能量损失。

另外，如前所述，在发动机1的负载低时不执行图2所示的层状水喷射。在该情况下，本来就不需要脱水、脱气处理等，废油会浪费燃料。因此，需要根据来自燃料喷射阀15的喷射方式，适当地变更燃料喷射阀排放物的操作。

另一方面，该结构例中的切换阀43能够将排放路P设定为第一路径P1或第二路径P2。由此，燃料喷射阀排放物经由第一路径P1被引导到燃料油排放箱41、或者经由第二路径P2被引导到喷射水箱31。

具体而言，切换阀43如在发动机1处于中负载区域或高负载区域时那样，在从燃料喷射阀15将水与燃料一起喷射的情况下，如图3的下图所示，将排放路P设定为第二路径P2。

详细而言，切换阀43在喷射水供给泵33的出口压力超过前述的规定压力的情况下，也就是说，在喷射水供给泵33工作的情况下，由于判断为将水与燃料一起喷射，因此将排放路P设定为第二路径P2。通过这样设定，作为油水混合物的燃料喷射阀排放物被导入喷射水箱31。

喷射水箱31不是用于贮存饮用水等的箱，而是用于贮存向燃料喷射阀15供给的水的箱，因此允许油水混合物的导入。另外，不是将燃料喷射阀排放物作为燃料进行再利用，而是作为与燃料一起喷射的水进行再利用，能够在不浪费排放物的情况下进行再利用。

在此，喷射水箱31允许油水混合物的导入，但优选避免油分的过度混入。因此，切换阀43如在发动机1处于低负载区域时那样，在从燃料喷射阀15仅喷射燃料的情况下，如图3的上图所示，将排放路P设定为第一路径P1。

详细而言，切换阀43在喷射水供给泵33的出口压力为规定压力以下的情况下，也就是说，在喷射水供给泵33未工作的情况下，由于判断为仅喷射燃料，因此将排放路P设定为第一路径P1。通过这样设定，以油分为主体的燃料喷射阀排放物被引导到燃料油排放箱41。

这样，通过根据来自燃料喷射阀15的喷射方式来切换燃料喷射阀排放物的供给目的地，能够适当地再利用燃料喷射阀排放物。

另外，通过喷射水供给泵33的出口压力判定其工作状况，能够适当地控制切换阀43。由此，在再利用燃料喷射阀排放物的方面是有利的。

另外，如图1所示，除了用于贮存向燃料喷射阀15供给的水的喷射水箱31之外，还具备用于贮存饮用水等其他用途的清水箱203，因此允许油水混合物向喷射水箱31的导入。由此，在再利用燃料喷射阀排放物的方面是有利的。

另外，如图1及图3所示，导入喷射水箱31的燃料喷射阀排放物通过设置于该喷射水箱31的油水分离装置31a分离成油分和水分。通过将这样分离的油分向燃料油排放箱41引导，在再利用燃料喷射阀排放物的方面是有利的。

－切换步骤的具体例－

图4是例示排放路P的切换步骤的流程图。

首先，向切换阀43输入压力传感器101的检测信号(步骤S101)。接着，判定作为水泵的喷射水供给泵33的出口压力是否超过规定压力(步骤S102)。

在步骤S102的判定为“是”的情况下，判定为喷射水供给泵33未工作，从燃料喷射阀15仅喷射燃料(步骤S103)。接受该判定，切换阀43将排放路P设定为第一路径P1(步骤S104)。通过该设定，从燃料喷射阀15排出的排放物被导入燃料油排放箱41(步骤S105)。

另一方面，在步骤S102的判定为“否”的情况下，判定为喷射水供给泵33在工作，从燃料喷射阀15喷射燃料和水(步骤S106)。接受该判定，切换阀43将排放路P设定为第二路径P2(步骤S107)。通过该设定，从燃料喷射阀15排出的排放物被导入喷射水箱31(步骤S108)。这样被导入的排放物所包含的油分由油水分离装置31a分离而被导入燃料油排放箱41。

(4)船用内燃机的变形例

图5是表示船用内燃机的变形例的图1的对应图。该变形例中的排放路P’与所述实施方式同样地，能够在第一路径P1’与第二路径P2’之间切换。其中，第二路径P2’不是如所述实施方式那样直接于喷射水箱31连接，而是经由水排放管37与喷射水箱31连接。

另外，在变形例的第二路径P2’设置油水分离功能。具体而言，在第二路径P2’的中途的部位设置有暂时储存燃料喷射阀排放物的油水箱48和油水分离装置48a。油水分离装置48a具有油水分离功能，能够将储存于油水箱48的燃料喷射阀排放物分离为油分和水分。

并且，变形例的第二路径P2’构成为将燃料喷射阀排放物中的通过前述的油水分离功能而分离的油分向燃料油排放箱41引导，另一方面，将通过油水分离功能而分离的水分向喷射水箱31引导。由此，在再利用燃料喷射阀排放物的方面是有利的。

需要说明的是，在图5所示的变形例中，油水箱48不是必须的。油水分离装置48a也可以单独构成。或者，也可以通过对油水箱48的内部结构进行研究，使油水箱48本身具有油水分离功能。在使油水箱48具有油水分离功能的情况下，不需要油水分离装置48a。

但是，在燃料喷射阀排放物所包含的水分少时，认为从燃料喷射阀15仅喷射燃料。另一方面，在燃料喷射阀排放物所包含的水分多时，认为从燃料喷射阀15将水与燃料一起喷射。

因此，在图5所示的变形例中，代替压力传感器101，具备判定燃料喷射阀排放物所包含的水分的水分传感器102。水分传感器102将与该判定结果对应的检测信号输入到切换阀43。

在由水分传感器102检测出的水分为规定值以下时，能够判断为仅喷射了燃料。此时，切换阀43将排放路P’设定为第一路径P1’。

另一方面，在由水分传感器102检测出的水分超过规定值时，能够判断为与燃料一起喷射了水。此时，切换阀43将排放路P’设定为第二路径P2’。

这样，能够根据排放物所包含的水分的多少来判定燃料喷射阀15的喷射方式。通过根据该判定控制切换阀43，与所述实施方式同样地，在再利用从燃料喷射阀15排出的排放物的方面是有利的。

－切换步骤的变形例－

图6是表示排放路P’的切换步骤的变形例的图4的对应图。

首先，向切换阀43输入水分传感器102的检测信号(步骤S201)。接着，判定燃料喷射阀排放物所包含的水分是否超过规定值(步骤S202)。

在步骤S202的判定为“是”的情况下，判定为喷射水供给泵33未工作，从燃料喷射阀15仅喷射燃料(步骤S203)。接受该判定，切换阀43将排放路P’设定为第一路径P1’(步骤S204)。通过该设定，从燃料喷射阀15排出的排放物被导入燃料油排放箱41(步骤S205)。

另一方面，在步骤S202的判定为“否”的情况下，判定为喷射水供给泵33在工作，从燃料喷射阀15喷射燃料和水(步骤S206)。接受该判定，切换阀43将排放路P’设定为第二路径P2’(步骤S207)。通过该设定，从燃料喷射阀15排出的排放物经由水排放管37被导入喷射水箱31(步骤S208)。在向喷射水箱31引导的中途，排放物所包含的油分被油水分离装置48a分离。这样被分离的油分被导入燃料油排放箱41。

《其他实施方式》

在所述实施方式中，压力传感器101的检测信号被输入切换阀43，但并不限定于该结构。例如，也可以将压力传感器101的检测信号输入到控制器100。在该情况下，控制器100基于输入的检测信号生成控制信号，将这样生成的控制信号输入到切换阀43。对于水分传感器102也同样。

另外，在所述实施方式中，作为将水与燃料一起喷射的结构的一例，对进行层状水喷射的发动机1进行了说明，但在此公开的技术并还不限定于层状水喷射。例如，本发明可以应用于使用混合有燃料和水的水乳化燃料的发动机。

另外，在所述实施方式中，构成为根据喷射水供给泵33是否工作来设定排放路P，但并不限于该结构。

例如，切换阀43也可以在作为水泵的水喷射泵36未工作时，将排放路P设定为第一路径P1，另一方面，在水喷射泵36未工作时，将排放路P设定为第二路径P2。

为了实现这样的结构，例如，在采用柱塞式的泵作为水喷射泵36的情况下，只要监视柱塞的动作，并且基于是否检测到该动作来控制切换阀43即可。

附图标记说明：

1 发动机(船用内燃机)

11 气缸

14 燃烧室

15 燃料喷射阀

31 喷射水箱(水箱)

31a 油水分离装置

33 喷射水供给泵(水泵)

41 燃料油排放箱

43 切换阀

100 控制器

101 压力传感器(传感器)

P 排放路

P1 第一路径

P2 第二路径。