往复式发动机系统、往复式发动机的运行方法与流程

本发明涉及往复式发动机系统和往复式发动机的运行方法。本技术基于2021年11月16日在日本提交的特愿2021-186474号主张优先权，现将其内容援引于此。

背景技术：

1、近年来，为了应对全球变暖，要求减少作为温室效应气体的二氧化碳(co2)的排放。氨(nh3)作为燃烧时不产生二氧化碳的新型燃料而受到关注。

2、关于使用氨作为燃料的往复式发动机，有如下专利申请。

3、现有技术文献

4、专利文献

5、专利文献1：日本专利第6702475号公报

6、专利文献2：日本专利第4919922号公报

技术实现思路

1、发明所要解决的课题

2、使用氨作为燃料时，与以往使用的作为燃料的重油、轻油、汽油、天然气等相比，存在难以燃烧的问题。

3、专利文献1记载了在往复式发动机中将气体状态的氨与空气预混合并在气缸内压缩，在燃烧室内从燃料喷射阀喷射重油等燃料油进行点燃，由此以燃料油为点火源且与氨混合燃烧。这里，关于氨和重油的比例，记载了以热量比计算，重油为80％而氨为20％的例子。氨相对于燃料整体的比例仅仅停留在20％，这是因为氨难以燃烧，所以不得不减少氨的比例。在这种情况下，二氧化碳减排的效果有限。

4、专利文献2记载了在往复式发动机中，将氨和助燃燃料喷射到进气管内，通过火花塞的火花放电点燃氨和助燃燃料与空气的混合气。另外，专利文献2记载了相对于内燃机转速的减小而增加氨的使用比例，或者相对于内燃机负载的增大而增加氨的使用比例。这里，专利文献2没有明确记载氨相对于燃料整体的比例是百分之多少，但是可以理解增加氨的比例并不容易。

5、本发明是鉴于上述问题点而完成的，目的在于在使用氨作为燃料的往复式发动机中，进一步增大二氧化碳的减排效果。

6、用于解决技术问题的技术方案

7、本发明一方面的往复式发动机系统包括：往复式发动机，以及控制装置，该往复式发动机具有形成燃烧室的气缸、在所述气缸中往复运动的活塞、向所述气缸供给气体氨并与空气预混合的氨燃料供给装置、向所述气缸内供给点燃所述氨的液体辅助燃料的液体辅助燃料供给装置，其中所述控制装置在所述气缸内的压缩端温度大于等于不会产生所述氨的燃烧延迟的规定温度的状态下通过所述氨和所述液体辅助燃料进行混烧运行。

8、往复式发动机系统在使用氨作为燃料时，与以往使用的燃料相比，存在难以燃烧的问题。以往，由于氨单独开始燃烧比较困难，因此尝试与辅助燃料混烧。另外，在以往的研究和专利申请案例中，人们尝试通过选择辅助燃料的种类，以及增加辅助燃料的混烧比例来确保氨的燃烧。

9、本技术发明人进行了潜心研究，结果发现进行混烧运行是最合适的，即在往复式发动机中，在气体状态下将氨与空气预混合，在气缸内压缩混合气，在此状态下将液体辅助燃料喷射到气缸内点燃，从而点燃气态氨和空气的混合气。另外，本技术发明人发现，当混合气在气缸内压缩时，由于来自活塞的功转变为热量，气缸内混合气的温度上升，而将活塞到达上止点时混合气的温度即压缩端温度设为不会发生氨的燃烧延迟的规定温度以上，则可以实现氨的良好燃烧。因此，在氨和液体辅助燃料的比例方面，可以比以往增加氨的比例，在使用氨作为燃料的往复式发动机中，可以进一步加大二氧化碳的减排效果。

10、这里，作为液体辅助燃料，可以使用在规定压缩端温度下自燃的液体燃料，一般可以适当地使用在柴油机中使用的燃料，具体为重油、轻油、植物油等。

11、在上述往复式发动机系统中，所述规定温度可以是750k。

12、氨的点火温度约为652℃(925k)，与轻油的约247℃(520k)、作为天然气主要成分的甲烷的537℃(810k)相比，高出100℃以上。在现有研究和专利申请的案例中，混合气的压缩端温度并不足够高。因此，当将液体辅助燃料喷射到气缸内并点燃时，在液体辅助燃料的燃烧引起的靠近火焰处存在的氨的混合气会暴露在火焰的高温下而燃烧，而远离火焰的混合气不能充分燃烧。另一方面，根据本技术发明人的见解，如果压缩端温度大于等于不会发生氨的燃烧延迟的规定温度，具体为750k以上，则会变成气体氨和空气的混合气在接近氨的点火温度的温度下在燃烧室内被压缩并保持的状态。因此，当适量的液体辅助燃料点火从而点燃氨的混合气时，氨燃烧产生的火焰在燃烧室内传播，混合气在整个燃烧室内燃烧。

13、需要说明的是，压缩端温度的氨不会发生燃烧延迟的规定温度具体为750k以上，但可根据气缸大小、发动机转速、运行状态等条件变更。另外，在后述的发明实施方式中，将以四冲程发动机为例对往复式发动机进行说明，但是同样的原理也适用于二冲程发动机。

14、在上述往复式发动机系统中，每个所述气缸的冲程容积为5000cc以上，且上述往复式发动机的额定转速可以为1200rpm以下。

15、如果活塞对气缸内混合气的压缩是理想的隔热压缩，则混合气的压缩端温度会随着压缩比而升高。但是，实际上，由于热量会逃逸到燃烧室的内表面，因此压缩端温度会低于理想的隔热压缩的情况。形成燃烧室内表面的气缸、气缸盖和活塞，各自都有热容量，并且会被冷却水或润滑油冷却，这是压缩端温度下降的主要原因。从燃烧室逃逸出的热量与燃烧室内表面的面积相关，在燃烧室产生的热量与燃烧室的容积相关，因此形成平方立方法则的关系。为了使压缩端温度达到不产生氨的燃烧延迟的规定温度以上，增大燃烧室是有效的。具体地，每个气缸的冲程容积设为5000cc以上。另外，为了在燃烧冲程中保证氨燃烧所需的时间，往复式发动机的额定转速设为1200rpm以下。需要说明的是，在燃烧天然气的混合气的往复式发动机中，压缩比设为13～14左右的例子一般较多，但在燃烧氨的混合气的往复式发动机中，压缩比更高地设为15以上，在提高压缩端温度方面更为理想。

16、在上述往复式发动机系统中，所述控制装置在所述混烧运行中，根据所述往复式发动机的功率的增大而增大所述氨相对燃料整体的混烧率，所述氨的最大混烧率按热量比计算可以为80％以上。

17、在往复式发动机的实际运行中，功率需要上下浮动。当往复式发动机的功率较小时，燃料在气缸内燃烧所引起的温度上升变小，燃烧室内表面的温度下降，压缩端温度也趋于下降。另外，往复式发动机的功率较大时，与上述功率较小的情况相比趋势相反。因此，为了保证氨的混合气的燃烧，当功率较小时，减小氨相对于燃料整体的混烧率，根据功率的增大而增加氨的混烧率。另外，通过将最大功率附近的氨的最大混烧率按热量比计算设为80％以上，得到充分的二氧化碳减排的效果。需要说明的是，如果将上述控制装置的处理作为另一种表述，则在混烧运行中，根据压缩端温度的上升而增大氨相对于燃料整体的混烧率，氨的最大混烧率按热量比计算设为80％以上。

18、在上述往复式发动机系统中，所述控制装置在所述混烧运行中，可以将燃料整体相对于所述空气的当量比设为0.5以上且1.0以下。

19、当使用氨作为燃料时，一氧化二氮(n2o)的产生会被视作问题。一氧化二氮是温室气体之一，如果一氧化二氮产生较多，就会抵消以氨为燃料所带来的二氧化碳减排效果。本技术发明人通过研究发现，一氧化二氮的产生与燃料整体相对于空气的当量比(氨的当量比与液体辅助燃料的当量比之和)有关。更具体地，发现当燃料整体相对于空气的当量比小于0.5时，当量比越低，一氧化二氮的产生就会急剧增加。因此，在混烧运行中，燃料整体相对于空气的当量比最好设为0.5以上。

20、另外，当燃料整体相对于空气的当量比为1.0以上时，由于燃料燃烧所需的空气不足，因此燃料会作为未燃成分排出。在这种情况下，由于氨比液体辅助燃料更难燃烧，因此氨主要作为未燃成分排出。因此，在混烧运行中，燃料整体相对于空气的当量比最好设为1.0以下。

21、在上述往复式发动机系统中，所述控制装置在燃料整体相对于所述空气的当量比小于规定值的运行区域中，可以将所述氨的混烧率设为零，仅使用所述液体辅助燃料运行。

22、在往复式发动机中，为了调整功率，通常会使用调整燃料供给量的方法。这里，在所谓的稀燃发动机中，燃料相对于空气的当量比不固定在1附近，而是以更低的当量比运行。在该稀燃发动机中，为了降低功率而降低燃料供给量时，燃料供给量的减少比例大于空气供给量的减少比例，当量比有下降的趋势。在进行氨和液体辅助燃料的混烧运行的发动机中，当为了降低功率而降低燃料整体的供给量时，由于产生的热量变小，因此氨变得不易燃烧。另外，在当量比下降而小于规定值，具体小于0.5的区域中，会产生上述一氧化二氮增加的问题。因此，在燃料整体相对于空气的当量比小于规定值的运行区域中，氨的混烧率设为零，仅使用液体辅助燃料运行。由此，可以防止未燃氨的产生和一氧化二氮的产生。当量比小于规定值的运行区域根据发动机的具体条件而异，例如可举出怠速或接近怠速的低功率运行。

23、在上述往复式发动机系统中，所述控制装置可以在所述压缩端温度低于所述规定温度的运行区域中，进行升高所述压缩端温度的控制。

24、由于往复式发动机启动后的一段时间内，燃烧室的内表面温度处于较低状态，因此压缩端温度难以升高。另外，由于在往复式发动机启动后功率低且燃料供给量少的状态下热量产生较小，因此压缩端温度难以升高。在这样的运行区域中，如果开始供给氨并与液体辅助燃料混烧，则可能会增加未燃氨的产生。因此，在压缩端温度低的运行区域中，进行提升压缩端温度的控制。作为提升压缩端温度的控制，可以列举有：提高设置在增压器的压缩机下游的空气冷却器的冷却温度目标值的控制、在增压器的压缩机下游或上游加热空气的控制、提高往复式发动机的有效压缩比的控制等。特别是在从往复式发动机启动后或往复式发动机的功率较低的状态提升往复式发动机的功率时，在气体氨的供给开始之前，进行提高该压缩端温度的控制是有效的。另外，为了在往复式发动机的功率低的区域也能混烧氨，也可以进行上述控制。

25、提高上述压缩端温度的控制也可以是加热所述往复式发动机的进气的控制。

26、作为上述提高压缩端温度的控制，在往复式发动机的进气道中，在增压器的压缩机的下游或上游设置加热进气(以下也称为“送风”)的装置，由此进行加热进气的控制是有效的。

27、上述往复式发动机系统还包括增压器，所述增压器具有压缩机和涡轮，对所述往复式发动机进行增压，所述控制装置在所述压缩机的下游的进气温度低于规定温度的运行区域中，可以进行加热进气的控制。

28、支配压缩端温度的要素，可以列举出：往复式发动机吸入的外部空气的温度、增压器的压缩机的压缩功引起的温度上升、往复式发动机气缸的压缩功引起的温度上升。这里，往复式发动机气缸中的压缩比是预先设定为期望值的设计值，即使在使用可变气门正时等可变机构的情况下，也可以掌握为容积比。另一方面，增压器的压缩机的压缩比取决于往复式发动机的运行状况。另外，外部气体的温度取决于环境条件。这里，压缩机下游的进气温度由于综合了外部气体的温度和压缩机的压缩比的影响，因此将其作为判断基准进行加热进气的控制是有效的。例如，在往复式发动机的功率较低的运行状况下，由于压缩机的压缩功引起的进气温度上升较少，因此会产生压缩机下游的进气温度无法达到获得适当压缩端温度所需的温度(例如50℃)的运行区域。这在外部气体温度较低的情况下更为明显。因此，控制装置在压缩机下游的进气温度低于规定温度的运行区域中进行加热进气的控制，以获得适当的压缩端温度。

29、在上述往复式发动机系统中，所述控制装置可以在所述混烧运行中将所述液体辅助燃料的供给量保持恒定并调速控制所述氨的供给量。

30、混烧运行中，使液体辅助燃料的供给量恒定，调速控制气体氨的供给量的控制方法简单且有效。如前所述，在混烧运行中，根据功率的增大而增大氨相对于燃料整体的混烧率是有效的。另外，在往复式发动机的运行中，为了使往复式发动机达到目标转速，需要进行增减燃料供给量的调速控制。如果将液体辅助燃料的供给量恒定为维持往复式发动机功率较低状态所需的供给量，并根据功率增大的要求对气体氨的供给量进行调速控制，则可以同时满足这两个要求。

31、在上述往复式发动机系统中，所述控制装置可以在所述混烧运行中对所述液体辅助燃料的供给量进行映射控制(map control)，并调速控制所述氨的供给量。

32、作为更高级的控制方法，根据运行条件映射控制液体辅助燃料的供给量，调速控制气体氨的供给量，效果更好。在往复式发动机启动后的一段时间内，或者在往复式发动机的功率较低、燃料供给量较少的状态持续的状态下，由于处于燃烧室的内表面温度较低的状态，因此氨不易燃烧。因此，在这种状态下，最好增加液体辅助燃料的供给量。另一方面，在往复式发动机持续运行的状态下，特别是在往复式发动机功率高、燃料供给量多的状态下，由于处于燃烧室的内表面温度高的状态，因此氨容易燃烧。因此，在这种状态下，最好减少液体辅助燃料的供给量，转而增加氨的供给量。因此，如果根据功率、运行时间、往复式发动机各部的温度测定值等运行条件对液体辅助燃料的供给量进行映射控制，并以此为基础对气体氨的供给量进行调速控制，则可以更好地对应于往复式发动机的运行状态进行控制。

33、上述往复式发动机系统还包括：增压器，其具有压缩机和涡轮，对所述往复式发动机进行增压；进气道，其连接所述压缩机和所述往复式发动机；排气道，其连接所述往复式发动机和所述涡轮；开闭式的第一短路道和开闭式的第二短路道中的至少一个，第一短路道连接所述进气道和所述排气道，第二短路道连接所述进气道和所述涡轮的下游。所述控制装置根据所述往复式发动机的排气温度，控制所述第一短路道和所述第二短路道中的至少一个的开闭。

34、当将气体氨与液体辅助燃料混烧来运行发动机时，燃料整体的当量比高于现有柴油发动机或使用天然气等燃料的燃气发动机。因此，在中、高负载下，涡轮入口的排气温度可能超过涡轮的允许温度。因此，在中、高负载下，将压缩机出口的空气旁通到涡轮入口，以降低流入涡轮的排气温度，并且后述的催化剂入口的排气温度也适当。另一方面，由于低负载时增压器不能充分工作，因此与压缩机出口的压力相比，涡轮入口的压力变高，排气有可能从涡轮入口回流到压缩机出口。因此，在低负载下，将压缩机出口的空气旁通到涡轮下游(催化剂入口)，从而使流向催化剂的排气温度达到适宜温度。这里，作为第一短路道和第二短路道中任一短路道的开闭控制的具体例，例如，可以在涡轮入口和催化剂入口设置温度传感器，根据其测定值来打开和关闭第一短路道和第二短路道中的任一短路道。

35、上述往复式发动机系统还包括节流阀，其在所述往复式发动机的进气侧限制空气量，所述控制装置可以控制所述节流阀的开度，使所述氨相对于所述空气的当量比进入能够进行所述混烧运行的范围。

36、当将气体氨与液体辅助燃料混烧从而使发动机运行时，气体氨相对于空气的当量比需要保持在一定范围内。该当量比的维持，与上述一氧化二氮、未燃氨和其他氮氧化物等废气成分的产生和燃烧稳定性有关。但是，在低负载运行时，由于所需氨的绝对量较少，即使在增压器未充分工作的自然进气的状态下空气量也较多，因此气体氨的当量比低于目标范围。因此，通过在进气入口设置节流阀以缩小进气量，从而将氨的当量比维持在能够混烧运行的目标范围内。成为目标范围的氨的当量比最好设为0.4～0.8。这与当氨的混烧率为80％时，换算为包括液体辅助燃料在内的燃料整体的当量比为0.5～1.0，上述燃料整体相对于空气的当量比为0.5以上且1.0以下相匹配。

37、在上述往复式发动机系统中，所述控制装置可以仅利用所述液体辅助燃料启动所述往复式发动机，仅利用所述液体辅助燃料运行，直到所述压缩端温度达到所述规定温度，在所述压缩端温度达到所述规定温度后，进行所述混烧运行。

38、由于氨不易燃烧，所以在往复式发动机熄火、发动机冷却的状态下，很难将氨作为燃料燃烧。因此，仅利用液体辅助燃料启动，仅利用液体辅助燃料运行，直到压缩端温度达到规定值。然后，在压缩端温度达到规定值之后，通过液体辅助燃料和气体氨进行混烧运行。压缩端温度可以通过在燃烧室内设置传感器来测定温度。另外，压缩端温度可以根据往复式发动机的设计值以及各部温度的测定值和运行条件来作为估计值求出。另外，也可以不求出实测值或估计值作为压缩端温度而进行控制，而是预先设定压缩端温度以一定余量达到规定值的条件。在达到该条件后，可以利用液体辅助燃料和气体氨开始混烧运行。

39、上述控制装置的处理的另一种表现是，在压缩端温度不在不产生氨的燃烧延迟的规定温度以上的运行区域中，气体氨的供给设为零，仅使用液体辅助燃料运行。

40、在上述往复式发动机系统中，所述控制装置可以仅利用所述液体辅助燃料启动所述往复式发动机，仅利用所述液体辅助燃料运行，直到所述往复式发动机达到规定功率，在所述往复式发动机达到规定功率后，进行所述混烧运行。

41、作为上述压缩端温度以一定的余量达到规定值的条件的一例，控制装置可以首先仅利用液体辅助燃料启动，仅利用液体辅助燃料运行，直到达到规定的功率，然后在达到规定的功率之后，利用液体辅助燃料和气体氨进行混烧运行。由于功率与压缩端温度存在相关关系，因此作为控制参数将功率用于基准是简单且实用的。

42、在上述往复式发动机系统中，所述控制装置可以仅通过所述液体辅助燃料启动所述往复式发动机，增加所述液体辅助燃料的喷射量，在燃料整体相对于所述空气的当量比达到规定值之后，通过所述液体辅助燃料和所述氨进行混烧运行。

43、如前所述，从抑制一氧化二氮产生的角度来看，燃料整体相对于空气的当量比最好设为0.5以上。因此，最好仅利用液体辅助燃料启动，增加液体辅助燃料的喷射量以增加功率，在当量比达到规定值后，开始供给气体氨，进行混烧运行。另外，在增加液体辅助燃料的喷射量时，也可以进行给气压的控制，控制给气量，使当量比控制得更精确。

44、在上述往复式发动机系统中，所述控制装置可以仅通过所述液体辅助燃料启动所述往复式发动机，仅通过所述液体辅助燃料运行，直到所述往复式发动机的废气温度达到规定温度，在所述废气温度达到规定温度后，通过所述液体辅助燃料和所述氨进行混烧运行。

45、作为开始混烧运行的条件，通过传感器测定往复式发动机的废气的温度。然后，将传感器的测定值上升到预先通过实验等确定的规定温度作为条件，开始混烧运行。由此，有望实现氨的良好燃烧。另外，在使用后述的处理废气的催化剂处理装置的情况下，在废气的温度达到催化剂发挥功能的处理温度后开始混烧运行，从而可以处理因混烧运行产生的氮氧化物(nox)、一氧化二氮和未燃氨。

46、上述往复式发动机系统包括催化剂处理装置，其设置在所述气缸的排气道的下游，使用催化剂处理从所述气缸排出的废气。所述控制装置可以仅利用所述液体辅助燃料启动所述往复式发动机，仅利用所述液体辅助燃料运行，直到所述催化剂处理装置的温度达到催化剂发挥功能的处理温度，所述催化剂处理装置的温度达到所述处理温度后，进行所述混烧运行。

47、当使用处理废气的催化剂处理装置时，该催化剂处理装置的温度通过传感器测定。然后，将传感器的测定值升高到催化剂发挥功能的处理温度作为条件，开始混烧运行。由此，可以很好地处理混烧运行产生的氮氧化物(nox)、一氧化二氮和未燃氨。

48、上述往复式发动机系统包括加热装置，其加热所述催化剂处理装置，所述控制装置可以通过所述加热装置加热所述催化剂处理装置，使所述催化剂处理装置的温度达到所述处理温度。

49、如果只通过液体辅助燃料启动往复式发动机，则会通过液体辅助燃料燃烧产生的废气加热催化剂处理装置。但是，为了使催化剂处理装置的温度达到催化剂发挥功能的处理温度，需要将增加液体辅助燃料的供给量而增加功率的状态维持一段时间，用高温的废气对催化剂处理装置进行加热。这里，如果通过加热装置加热催化剂处理装置，则可以在更短的时间内达到催化剂发挥功能的处理温度，开始混烧运行。作为加热装置，可以利用电力加热器或通过燃烧燃料进行加热的装置。

50、在上述往复式发动机系统中，所述往复式发动机是直接或间接驱动螺旋桨的船用发动机，所述控制装置可以通过增加所述液体辅助燃料的供给量来增加功率，然后在减少所述液体辅助燃料的供给量的同时增加所述氨的供给量。

51、当往复式发动机是直接或间接驱动螺旋桨的船用发动机时，可以通过增加液体辅助燃料的供给量来增加功率，然后在减少液体辅助燃料供给量的同时增加气体氨的供给量。如上所述，当往复式发动机的功率较小时，产生的热量较小，因此氨不易燃烧。因此，通过增加液体辅助燃料的供给量来增加功率，增大产生的热量，使往复式发动机本体和冷却水处于温度较高的状态。在这种状态下，如果在减少液体辅助燃料供给量的同时增加气体氨的供给量，则可以在抑制未燃氨排放增加的同时进行混烧运行。增加液体辅助燃料的供给量所带来的功率增加可以进行到转速或功率达到额定值为止，也可以进行到小于额定值的中间适当功率为止。

52、这里，往复式发动机直接驱动螺旋桨包括往复式发动机的输出轴根据需要通过减速器等机械性地驱动螺旋桨。往复式发动机间接驱动螺旋桨，包括往复式发动机驱动发电机，利用获得的电力通过电机驱动螺旋桨。

53、在上述往复式发动机系统中，所述往复式发动机是驱动发电机的发电发动机，所述控制装置可以通过在输入负载时增加所述液体辅助燃料的供给量来增加功率，然后在减少所述液体辅助燃料的供给量的同时增加所述氨的供给量。

54、当往复式发动机是驱动发电机的发电发动机时，输入负载时可以通过增加液体辅助燃料的供给量来增加功率，然后在减少液体辅助燃料供给量的同时增加气体氨的供给量。特别是在用于发电的发电发动机的情况下，需要将电力系统上的负载分成几次，分阶段地进行连接发电机的输入负载的操作。输入负载时需要在短时间内增加功率，但如果在短时间内增加氨的供给量，则存在未燃氨增加的担忧。输入负载时，如果通过增加液体辅助燃料的供给量来增加功率，然后在减少液体辅助燃料的供给量的同时增加气体氨的供给量，则可以在抑制未燃氨增加的同时，进行大负载的输入。

55、在上述往复式发动机系统中，所述往复式发动机可以具有进行所述混烧运行的混烧运行模式，以及不供给所述氨而仅使用所述液体辅助燃料运行的柴油运行模式。

56、除了进行混烧运行的混烧运行模式外，往复式发动机还可以具有不供给气体氨而是仅利用液体辅助燃料输出所需功率的柴油运行模式。船用发动机为了确保运行的冗余性，除了使用气体氨运行外，还要求仅使用液体辅助燃料运行。另外，在发电发动机中，从紧急时运行的持续性的观点等出发，也有只使用液体辅助燃料进行运行的要求。作为混烧运行时喷射液体辅助燃料的燃料喷射装置，如果采用共轨式燃料喷射装置，则在喷射时机和喷射次数的控制方面具有优势。通过除了这种共轨式燃料喷射装置外还具有机械性燃料喷射阀装置，由此也能够仅使用液体辅助燃料运行。另外，将共轨式燃料喷射装置作为能够应对更大喷射量的范围的装置，由此可以通过一个燃料喷射装置同时应对混烧运行模式和柴油运行模式这两方的运行。

57、上述往复式发动机系统包括空气供给装置，其向所述往复式发动机的进气侧供给额外的空气，所述控制装置可以在从所述混烧运行模式切换到所述柴油运行模式时，暂时让空气从所述空气供给装置供给。

58、对于可在混烧运行模式和柴油运行模式这两方下运行的往复式发动机系统，当维持混烧运行模式下的运行而出现某些问题时，需要在短时间内切换到柴油运行模式。作为某些问题，例如，产生超出设想的大负载变动的情况或往复式发动机系统出现异常征兆的情况等。当气体氨与液体辅助燃料混烧以使发动机运行时，与在同一负载下单独通过液体辅助燃料运行时相比，增压器的运行点有很大不同。增压器的运行点是，单用液体辅助燃料运行时空气的风量和增压压力大幅升高。另一方面，当往复式发动机通过混烧气体氨运行时，打开设置在排气旁路的阀门，降低增压器的运行点，运用设置在进气旁路的阀门，释放一定的空气量。因此，当燃料瞬间从气体氨燃料转换为液体燃料时，由于空气量不足，有可能会导致烟雾的排放、发动机功率下降和发动机转速下降。因此，在关闭设置在进气旁路和排气旁路的阀门而直至增压器转速上升的这段时间内，为了弥补空气量的不足，从空气供给装置供给额外的空气，以保证液体辅助燃料的燃烧所需的空气量。作为空气供给装置，例如使用填充有空气的空气罐是简单的，另外也可以使用电动式送风机等。

59、上述往复式发动机系统包括可变容量型的增压器，其在压缩机或涡轮中具有可变机构，所述控制装置可以通过在所述混烧运行模式中控制所述增压器的容量来保持所述增压器的转速高于增压所需的速度，在从所述混烧运行模式切换到所述柴油运行模式时通过控制所述增压器的容量来供给更多的空气。

60、如上所述，将燃料从气体氨燃料瞬间转换为液体燃料时，会产生空气量不足的情况。因此要利用在压缩机或涡轮具有可变机构的可变容量型的增压器。作为可变容量型的增压器，有在压缩机侧的进气口处设置楔形的可动叶片(翼)，通过改变可动叶片的角度来调整吸入叶轮的空气量的增压器(入口导叶，igv)。另外，作为可变容量型的增压器，还有在涡轮侧吹入废气的喷嘴部分设置可动叶片的增压器等。例如，在igv的情况下，在混烧运行中，通过将可动叶片控制在比当时运行状态下的最佳值更窄的状态，将增压器的转速保持在比所需转速的更高的水平。而在从混烧运行模式切换到柴油运行模式时，通过暂时打开可动叶片将增压器的旋转能量转化为空气量，以暂时保证较大的空气量。

61、上述往复式发动机系统包括催化剂处理装置，其设置在所述气缸的排气道的下游，使用催化剂处理从所述气缸排出的废气，所述氨燃料供给装置可以在所述混烧运行中，将所述氨的一部分作为还原剂供给到所述催化剂处理装置。

62、在氨和液体辅助燃料的混烧运行中，除了在现有柴油发动机中造成问题的氮氧化物(nox)的产生外，还存在一氧化二氮和未燃氨的产生的担忧。对于这些，单靠发动机很难应对。因此，最好具备处理氮氧化物、一氧化二氮的选择性还原催化剂和处理未燃氨的氧化催化剂，或者同时发挥还原催化剂和氧化催化剂两方功能的氧化还原催化剂。这里，未燃氨在选择性还原催化剂或氧化还原催化剂中，作为从氮氧化物和一氧化二氮中带走氧的还原剂发挥功能，因此需要考虑这些气体在废气中的产生比例。当未燃氨产生量的比例大于氮氧化物和一氧化二氮的产生量时，大部分氮氧化物和一氧化二氮被未燃氨还原为无害。另外，未还原氮氧化物和一氧化二氮的剩余未燃氨在氧化催化剂或氧化还原催化剂中被废气中的氧元素氧化而无害。另一方面，当未燃氨产生量的比例小于氮氧化物和一氧化二氮的产生量时，则会排出无法完全还原的氮氧化物和一氧化二氮。因此，要在选择性还原催化剂或氧化还原催化剂的上游供给气体氨。由此，当氨的产生量比例较小时，也能弥补氨的不足。另外，作为要供给的气体氨，在从氨供给装置作为燃料供给到往复式发动机的气体氨系统中设置分支，将作为燃料的氨的一部分挪用供给到催化剂。由此实现氨的储存设备和补给工作的通用化。这里，在排气道中，最好设置nox传感器、氨传感器等传感器，根据被测排气的成分调整气体氨的供给量。

63、在上述往复式发动机系统中，所述氨燃料供给装置还可以在仅利用所述液体辅助燃料的运行中，将所述氨的一部分作为还原剂供给到所述催化剂处理装置。

64、如上所述，在氨和液体辅助燃料的混烧运行中，产生将氨的供给量设为零而仅使用液体辅助燃料运行的状态。另外，也要求不供给气体氨而是仅利用液体辅助燃料输出所需功率的柴油运行模式。另一方面，由于以氨为燃料的往复式发动机需要提高压缩端温度，因此在仅使用液体辅助燃料运行时，nox的产生可能比现有柴油发动机增加。因此，在只向往复式发动机供给液体辅助燃料的运行状态下，通过将气体氨供给到选择性还原催化剂或氧化还原催化剂的上游来处理nox。这里，在仅供给液体辅助燃料的运行时，与氨和液体辅助燃料的混烧运行时相比，最好增加气体氨的供给量。这是因为，在只供给液体辅助燃料的运行时，由于没有未燃氨产生，因此需要通过增加气体氨的供给量来弥补。

65、本发明一方面的往复式发动机的运行方法是具有形成燃烧室的气缸、在所述气缸中往复运动的活塞、向所述气缸供给气体氨并与空气预混合的氨燃料供给装置、向所述气缸内供给点燃所述氨的液体辅助燃料的液体辅助燃料供给装置的往复式发动机的运行方法，其中，在所述气缸内的压缩端温度大于等于不会产生所述氨的燃烧延迟的规定温度的状态下，通过所述氨和所述液体辅助燃料进行混烧运行。

66、本技术发明人进行了潜心研究，结果发现进行如下的混烧运行是最合适的，即在往复式发动机中，在气体状态下将氨与空气预混合，在气缸内压缩混合气，在此状态下将液体辅助燃料喷射到气缸内点燃，从而点燃气态氨和空气的混合气。本技术发明人进一步发现，当混合气在气缸内压缩时，由于来自活塞的功转变为热量，气缸内混合气的温度上升，而将活塞到达上止点时混合气的温度即压缩端温度设为不会发生氨的燃烧延迟的规定温度以上，则可以实现氨的良好燃烧。由此，对于氨和液体辅助燃料的比例，按热量比计算可以将氨例如设为80％以上，在使用氨作为燃料的往复式发动机中，可以更大地提高二氧化碳的减排效果。

67、发明效果

68、根据本发明的一个方面，可以在使用氨作为燃料的往复式发动机中更大地提高二氧化碳的减排效果。