Journal of the JIME Vol.00, No.00(2005) －1－ 日本マリンエンジニアリング学会誌 第 00 巻 第 00 号 (2005)

1. はじめに

船舶から排出される大気汚染物質に関する規制は

年々厳しくなり，IMO の MARPOL73/78 条約 附属

書VI によりNOx，SOx，CO2等，全方位的に排出の

低減が求められている．元来，単体の熱効率が 50％を

超え，熱機関の中でも最も熱効率が高い舶用 2ストロ

ークディーゼル機関においてもその例外ではなく，

CO2については船という移動体としての効率を数値化

する指標として EEDI（Energy Efficiency Design Index：エネルギー効率設計指標）規制が 2011 年 7 月

の MEPC62 で附属書 VI 改正案が採択され，2013 年

1 月に発効している（図 1）．NOx に関してはこれに

遡って 2010 年 7 月に附属書 VI 改正案が発効し，

MEPC66 にて図 2 に示すように最終決定している．

2016 年 1 月 1 日以降に起工の新造船に適用される

IMO NOx TierⅢ規制では，NECA(NOx Emission Control Area：NOx 排出規制海域)においてTierⅡ規

制比で約 76％のNOx 削減が必要となる. 本稿では，当社が開発してきた NOx 低減技術の中

でも他に類を見ない独自開発技術であり，燃費悪化を

最大限抑制でき，非常に高い優位性を持つ低圧

EGR(Exhaust Gas Recirculation)システムの開発に

ついて述べる．

図 1 EEDI 規制

図 2 IMO によるNOx，SOx 規制

低圧ＥＧＲによる舶用低速機関のＮＯｘ低減＊

平岡 直大＊＊ 伊藤 和久＊＊＊ 上田 哲司＊＊＊＊

NOx Reduction of Marine Low Speed Diesel Engine with Low Pressure EGR

By Naohiro HIRAOKA, Kazuhisa ITO, Takashi UEDA

To comply with the IMO Tier III regulations, Japan Engine Corporation (J-ENG) has developed a new and unique exhaust emission reduction technology “Low Pressure Exhaust Gas Recirculation (LP-EGR) system”. J-ENG’s LP-EGR system is a system which generation of NOx is suppressed by changing combustion condition inside an engine, by means of recirculating a part of low pressure exhaust gas emitted from an engine turbocharger outlet to a turbocharger intake after scrubbed by the EGR scrubber. Now, we have applied integrated on-engine LP-EGR system into a commercial engine 6UEC45LSE-Eco-B2 aiming for onboard durability confirmation. As a result of its shop test, we confirmed its NOx emission amount complied with the IMO Tier III regulations in witness whereof the ClassNK and that the increase of fuel oil consumption was less than approximately 1%. After installing the system onto a 34,000DWT Bulk Carrier, we are now conducting a long-term durability confirmation during commercial voyages. Since J-ENG’s LP-EGR system utilizes low pressure exhaust gas as the EGR gas, it is easy installed on any type of engines and for this reason, we are confident that it will spread widely in the near future.

＊原稿受付 平成 29年 4月 20日． ＊＊正会員 株式会社ジャパンエンジンコーポレーション （東京都港区新橋3丁目-11）． ＊＊＊ 同上 （兵庫県神戸市兵庫区和田崎町1-1-1）． ＊＊＊＊正会員 三菱重工業株式会社 （長崎県長崎市深堀町5-717-1）．

低圧EGRによる舶用低速機関のNOx低減＊

平　岡　直　大＊＊　　伊　藤　和　久＊＊＊　　上　田　哲　司＊＊＊＊

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シンポジウム

日本マリンエンジニアリング学会執筆要項

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2. NOx低減技術

一般的にNOx を低減する技術としては、表 1に示す通りである．多々あるNOx 低減技術の中で，現時点での規制であるTierⅡ規制までは燃料噴射タイミングリタード，燃料弁噴孔アレンジや掃排気系の最適化等の所謂エンジン内部のチューニングで対応してきた．しかしながら，大幅なNOx 削減が必要なTierⅢ規制では従来のチューニングレベルでは適合できないため，表 1 にある通り低減代の大きい 2つの方式で対応することとなる．

表１ NOx 低減技術比較

1 つは排ガス後処理技術である SCR（Selective Catalytic Reduction：選択還元脱硝），もう 1 つはエ

ンジン内の燃焼状態を変化させて NOx を低減する

EGR である．TierⅢは ECA 内のみの適用であり，

EEDI 値算出上どれくらいの寄与があるかは不明確な

点もあるが，適用される諸規制を同時に満足すること

が出来るシステムが良いシステムであり，NOx を大幅

に低減することと，燃費（EEDI 値算出式の分子側に

入る）の悪化を抑えることを両立出来れば，喫緊の規

制対応技術としてベストソリューションと言える．

3. 低圧EGRシステム

3.1 EGRシステムの概要 近年，EGR システムは陸用で中・小型エンジンに

適用されている．EGR システムを搭載したエンジン

は，排ガスの一部を吸気に戻すことで燃焼室内の酸素

濃度を下げ，且つ排ガスに含まれるCO2等の不活性ガ

スの割合を増し熱容量を大きくすることで燃焼ガス温

度の上昇を抑えNOx生成反応を抑制する技術である．

3.2 舶用ディーゼルエンジンにおけるEGR EGR システムを舶用ディーゼルエンジンに適用す

る場合，その排ガスを取込む位置により，低圧 EGRと高圧EGRの 2つの種類に分類することができる．

図 3 低圧EGR システム 図 3に示す低圧EGRシステムにおいては，排ガスは

過給機のタービン後流より分岐され過給機吸込み側に

戻す．一方で，高圧 EGR システムにおいては，排ガ

スは過給機タービン上流で分岐され，掃気トランクへ

戻すシステムの構成となっている． これらのEGR システムの特徴は，分岐位置における

排ガスの性状によって決定される．低圧 EGR システ

ムは，排ガスが比較的低圧，低温であるため，EGRシステムの構成がより簡易である利点がある．また，

過給機吸込み側でガスを誘引するため，高圧 EGR と

比較して EGR ブロア容量が小さくできる．しかしな

がら，低圧ゆえに排ガス容積が大きくなり，装置が大

きくなってしまう短所がある．これに対し高圧 EGRシステムでは，高圧ゆえに排ガスの容積が小さく装置

がコンパクトにできるという利点があるが，高温，高

圧であるため，排ガス洗浄装置であるスクラバをはじ

めとして，装置が複雑になり，また，EGR ガス圧力

を掃気圧レベルまで昇圧する必要があるため，EGRブロアの容量が大きくなってしまう短所がある．当社

は，シンプル且つランニングコストで有利な低圧EGRシステムを選択し，開発してきた．

3.3 低圧EGRシステムの概要

低圧EGRシステムの概要は以下の通りである． ① 過給機もしくは排ガスエコノマイザ後流より，

排ガスの一部がEGRガスとして分岐される． ② 分岐されたEGRガスはEGRラインへと導かれ，

それ以外のガスは，煙突から船外へ排出される． ③ EGR ガスは，排ガス洗浄装置であるスクラバで

PM とSOx が除去される． ④ その後，EGR ガスは，EGR ブロアにより過給

機吸込み側へ導かれる． ⑤ 過給機のコンプレッサで EGR ガスと新気が混

合，圧縮され，エンジンへと導入される．

[Note]

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低圧 EGR による舶用低速機関の NOx 低減507

日本マリンエンジニアリング学会執筆要項

Journal of the JIME Vo00，No． 00(2005) －3－ 日本マリンエンジニアリング学会誌 第 00 巻 第 00 号 (2005)

舶用ディーゼルエンジンは，重油等の残渣を多く含

んだ燃料を使用しており，排ガスは多くのPM やSOxを含む．加えて，その排ガス量は膨大な量であるため，

EGR ガスを洗浄するスクラバは，非常に重要な装置

である．そのため，当社では陸用で実績のあるスクラ

バをベースとした新型スクラバを開発した．このスク

ラバでは，水を使用し排ガスを洗浄する．排ガスを洗

浄した後の水は，遠心分離機からなる水処理装置で

PM を分離，pH を調整した後，循環再利用する．下

図 4にEGR スクラバの開発の変遷を示す．

図 4 EGRスクラバの最適化（左：初期型，右：小型化）

低圧EGRシステムの特長は，高圧システムと比較し

て少ない部品や配管による構成からシンプルな構造で

あり，シンプルな構成から制御もシンプルであり，結

果として初期コストが低く抑えられる．また，主に燃

費悪化の少なさからもたらされる運用コストの低さも

優位性があると考えている．

4. 実船搭載試験

フルスケール試験エンジン 4UE-X3 での試験成果を

基に，実船搭載検証を実施中である．本検証は(一財)日本海事協会(NK)の「業界要望による共同研究」スキ

ームによる支援を受けて長期運転での検証を目的とし

ており、その概要を以下に示す．

4.1 実機向け低圧EGRシステム開発

低圧 EGR システムの実船搭載船につき関係各位と

調整をした結果，敷島汽船㈱が函館どつく㈱にて建造

する 34,000DWT のバルクキャリアとなり，主機は

6UEC45LSE-Eco-B2 と決まった． 図 5 に示す通り，低圧 EGR ユニットはベンチュリ

スクラバ，デミスタ，EGRブロア，およびEGR出口

バルブから構成され，想定した EGR ガス量から各部

流速を最適化した結果，エンジン上に搭載することが

可能なコンパクトさで且つ高性能を実現している．水

処理装置はプライマリ，セカンダリ各 1台の計 2台の

遠心分離機をユニット化せずに個別配置し，諸タンク，

ポンプとともに既存船型内に収めるべく配置を決定し

た．制御系については，低圧 EGR システム全体を司

る EGR 制御盤を頭に，下にぶら下がる形で EGR ブ

ロアインバータ盤や水処理装置を制御するスクラバ制

御盤等で構成し，本船側には一括で警報を出すシステ

ムとした．

図 5 6UEC45LSE-Eco-B2低圧EGR 仕様概要

4.2 陸上試験結果

上述のように，6UEC45LSE-Eco-B2 実機に搭載可

能な低圧 EGR システムを設計・製作できたため，最

大の関心事である IMO NOx TierⅢ規制適合の確認を

当該主機の製造メーカ(UE 機関ライセンシ)である神

戸発動機㈱にて行った． 2015年4月に実施したその陸上試験の状況を図6に，

結果を図 7,8 に示す．図 7からも分かる通り，EGR 率

とNOx低減率の関係は過去の試験結果と同様であり，

E3 モードでの TierⅢ規制値 3.4g/kWh に対し，当日

の結果は 3.2g/kWh と，若干の余裕を持って規制値を

クリアできた．このときの主機燃費悪化は概ね 1％以

内であり，過去の試験結果と同様，低圧 EGR システ

ムの優れた性能を再確認した． これは低圧 EGR システムが本質的に有している性

能優位性に加えて，電子制御による最適な燃焼を実現

したことの結果の表れである．

図 6 6UEC45LSE-Eco-B2陸上試験状況

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低圧 EGR による舶用低速機関の NOx 低減 508

日本マリンエンジニアリング学会執筆要項

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図 7 EGR率とNOx 低減率(過去の試験結果との比較)

図 8 各負荷での燃費悪化

4.3 海上運転結果

2015年8月に2日間にわたり実施した海上試運転の

結果，主機のNOx・燃費の性能としては陸上とほぼ同

じレベルであることを確認した．水処理装置について

もNK 立会いの下，適切な機能を有していることを鑑

定頂いた．これにより陸上試験でのTierⅢ適合と併せ，

当社の低圧 EGR システムが期待した性能および機能

を有していることを公的にも確認できた．

5. まとめ

試 験 エ ン ジ ン で の 性 能 検 証 及 び

6UEC45LSE-Eco-B2 実機による実船搭載試験を通じ

て，IMO NOx TierⅢ規制に適合し，その特性上から

他システムに比べて燃費優位性が高く他に類を見ない

低圧EGRシステムを開発することができた． 環境規制の動向は今後も更に厳しくなっていくと考

えられ，NOx TierⅢ規制についてもECA 海域が増え

れば，その分運航比率も上がり，EEDI その他規制と

の両立が増々求められることとなる．その点，低圧

EGRはTierⅢ運転時の燃費悪化が非常に少ないため，

EEDI 値算出に与える影響は軽微である． 実用化に当たってはこれら性能面の評価に加え，長

期信頼性や操作性の評価，港湾での作業性等の実運用

性を検証することにより，より良いシステムを玉成し，

真のシンプル＆ベストなソリューションと言って頂け

るよう継続して努めて行く所存である．

謝辞

本開発に当たり，既述の関係各位の他にも本船の運

航管理会社や多くの関係者のご協力により優れた成果

を上げてこられたことに改めて感謝致します．

参考文献

(1) 上田, 伊藤, 柳, 平岡, “三菱UE機関における低圧EGRシステムの開発”, 第 84 回 JIME 学術講演会, 下関, (2014), No.128

(2) T. Ueda, K. Ito, J. Yanagi, and N. Hiraoka, “Development of Exhaust Gas Recirculation System for Exhaust Gas Emission Control of Mitsubishi UE Diesel Engine”, Proc. of ISME Harbin, (2014), PID:129

(3) N. Hiraoka, T. Ueda, T. Nakagawa and K. Ito, “Development of Low Pressure Exhaust Gas Recirculation System for Mitsubishi UE Diesel Engine”, CIMAC Congress 2016, Helsinki, (2016), paper No. 142

著者紹介

平岡 直大 1972 年生．（正会員） ㈱ジャパンエンジンコーポレー

ション 名古屋大学大学院博士前期課程 専門分野：環境対応技術

伊藤 和久 1976 年生． ㈱ジャパンエンジンコーポレー

ション 横浜国立大学修士課程 専門分野：環境対応技術・ 機関性能

上田 哲司 1983 年生．（正会員） 三菱重工業㈱ 東京工業大学修士課程 専門分野：環境対応技術・ 機関性能

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低圧 EGR による舶用低速機関の NOx 低減509