JP7013529B2 - Large 2-stroke uniflow scavenging engine with gas fuel mode - Google Patents
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Description
本明細書は、ガス燃料モードを有する大型2ストローク内燃機関に関し、特に、ガス燃料モードを有するクロスヘッド式大型2ストロークユニフロー掃気内燃機関に関する。 The present specification relates to a large two-stroke internal combustion engine having a gas fuel mode, and more particularly to a crosshead large two-stroke uniflow scavenging internal combustion engine having a gas fuel mode.
クロスヘッド式大型2ストロークユニフロー掃気内燃機関は、例えば大型船舶の推進システムや、発電プラントの原動機として用いられる。この大型2ストロークエンジンのサイズは巨大である。サイズが巨大であることだけが理由ではないが、この大型2ストロークエンジンは、他の内燃機関とは異なる構造を有する。 The crosshead type large 2-stroke uniflow scavenging internal combustion engine is used, for example, as a propulsion system for a large ship or as a prime mover for a power plant. The size of this large two-stroke engine is huge. This large two-stroke engine has a structure different from other internal combustion engines, not only because of its huge size.
ターボ過給式大型ストロークユニフロー掃気内燃機関は、旧来の船舶用ディーゼル燃料や重油の代わりに、液化天然ガス(LNG)や液化石油ガス(LPG)のようなガス燃料を用いることが多くなっている。ガス燃料に代わってきた理由は、主に排出物の低減であり、環境に優しい原動機を提供しようとしているからである。 Turbo supercharged large stroke uniflow scavenging internal combustion engines often use gas fuels such as liquefied natural gas (LNG) and liquefied petroleum gas (LPG) instead of traditional marine diesel fuels and heavy oils. .. The reason for replacing gas fuels is primarily to reduce emissions and seek to provide eco-friendly prime movers.
ガス燃料を使用することに向けた技術開発は、主燃料としてガス燃料を用いるターボ過給式大型2ストローク内燃機関として2つの異なるタイプを開発することにつながった。 Technological development towards the use of gas fuel has led to the development of two different types of turbocharged large two-stroke internal combustion engines that use gas fuel as the main fuel.
そのうちの1つは、直噴式というタイプのエンジンである。このタイプのエンジンでは、ガス燃料が上死点(TDC)付近で高圧で噴射され、圧縮により生じる高温により着火する。すなわち、ディーゼルサイクルに従って着火する。ガス燃料は燃焼室に噴射された瞬間に着火し、空気過剰率が低いことによるプレイグニッション(過早点火)や、空気過剰率が高いことによるミスファイヤの心配はない。ガス燃料で運転されるこの第1のタイプのターボ過給式大型2ストロークユニフロー掃気内燃機関にとっての効率的な圧縮比は、液体燃料を使用する従来のターボ過給式大型2ストロークユニフロー掃気内燃機関の効率的な圧縮比と同様に高く、またそれより高い。典型的には、このタイプのエンジンの効率的な圧縮比は、およそ15からおよそ17であり、一方幾何学的な圧縮比はおよそ30である。上記の第1のタイプのエンジンの利点は、非常に優れた燃料効率であり、これは高い圧縮比からもたらされる。上記の第1のタイプのエンジンの別の利点は、後述の第2のタイプのエンジンよりも、プレイグニッションやミスファイヤの危険性がずっと低いことである。 One of them is a direct injection type engine. In this type of engine, gas fuel is injected at high pressure near top dead center (TDC) and ignited by the high temperature generated by compression. That is, it ignites according to the diesel cycle. The gas fuel ignites the moment it is injected into the combustion chamber, and there is no concern about pre-ignition (premature ignition) due to the low excess air rate or misfire due to the high excess air rate. An efficient compression ratio for this first type turbocharged large 2-stroke uniflow scavenging internal combustion engine operated on gas fuel is the conventional turbocharged large 2-stroke uniflow scavenging internal combustion engine using liquid fuel. As high as the efficient compression ratio of, and even higher. Typically, the efficient compression ratio of this type of engine is from about 15 to about 17, while the geometric compression ratio is about 30. The advantage of the first type of engine described above is the very good fuel efficiency, which comes from the high compression ratio. Another advantage of the first type of engine described above is that it has a much lower risk of pre-ignition and misfire than the second type of engine described below.
しかし、TDC付近でガス燃料を噴射するためには、燃焼室にガス燃料を噴射する燃料弁に供給されるガス燃料の圧力を、燃焼室の圧縮圧力よりもずっと高くしなければならない。実際に、燃焼室へ噴射されるガス燃料は、最低でも250barの圧力を有さねばならず、好ましくは300barは欲しいところである。ポンプステーションによって、液化ガス燃料を例えば300barまで加圧し、続いて高圧の液化燃料を高圧気化ユニットで気化して、高圧のガスの形態で主機関の燃料噴射弁に送達する。この供給システムは、従来の液体燃料のための供給システムよりも高価である。 However, in order to inject gas fuel near the TDC, the pressure of the gas fuel supplied to the fuel valve that injects the gas fuel into the combustion chamber must be much higher than the compression pressure of the combustion chamber. In fact, the gas fuel injected into the combustion chamber must have a pressure of at least 250 bar, preferably 300 bar. The pump station pressurizes the liquefied gas fuel to, for example, 300 bar, and then the high pressure liquefied fuel is vaporized by the high pressure vaporization unit and delivered to the fuel injection valve of the main engine in the form of high pressure gas. This supply system is more expensive than the conventional supply system for liquid fuels.
天然ガスのようなガス燃料は、従来の燃料に比べてエネルギー密度が非常に低い。有用なエネルギー源とするには密度を上げねばならない。これは、ガス燃料を極低温度に冷やすことによってなされる。例えば天然ガスの場合、液化天然ガス(LNG)とすることによってなされる。 Gas fuels such as natural gas have a much lower energy density than conventional fuels. To be a useful energy source, the density must be increased. This is done by cooling the gas fuel to a very low temperature. For example, in the case of natural gas, it is made by using liquefied natural gas (LNG).
このため、ガス燃料で運転されるエンジンのためのガス燃料供給システムは、液化ガスを貯蔵しておくための断熱タンクを備える。断熱タンクによって液体状態を長期に保つ。しかし、周囲の熱流束がタンク内の温度を上昇させ、液化ガスの気化を招く。このプロセスから生じるガスは、ボイルオフガス(Boil-Off Gas; BOG)と呼ばれる。タンクからのボイルオフはガス燃料の実施的な定常流を形成する。これはタンクから除去されねばならず、何らかの対応が為されねばならない。1800000m3のLNGタンカーにとって、対処の必要があるBOGの量は、1時間あたり数トンにも達する。典型的にはおよそ3000kg/時間である。一方、このタイプのLNGタンカーの主機関が必要とするガスは、主機関のエネルギー源が全て天然ガスであると仮定すれば、およそ4000kg/時間である。 For this reason, gas fuel supply systems for engines operated on gas fuel include an insulating tank for storing liquefied gas. The adiabatic tank keeps the liquid state for a long time. However, the surrounding heat flux raises the temperature inside the tank, leading to vaporization of the liquefied gas. The gas resulting from this process is called Boil-Off Gas (BOG). Boil-off from the tank forms an practical steady flow of gas fuel. It must be removed from the tank and some action must be taken. For an 18000000 m3 LNG tanker, the amount of BOG that needs to be dealt with can reach several tons per hour. Typically about 3000 kg / hour. On the other hand, the gas required by the main engine of this type of LNG tanker is approximately 4000 kg / hour, assuming that the energy source of the main engine is all natural gas.
しかし、ボイルオフガスを約300barの噴射圧力までコンプレッサーで加圧することは、技術的に非常に困難である。このためBOGを、上記の第1のタイプのターボ過給式大型2ストローク内燃機関の燃料として使用することはできない。 However, it is technically very difficult to pressurize the boil-off gas with a compressor to an injection pressure of about 300 bar. Therefore, the BOG cannot be used as a fuel for the above-mentioned first type turbocharged large two-stroke internal combustion engine.
BOGも、コンプレッサーを使って10~20barには加圧することはできる。そうして、この圧力で運転されるガス燃料発電機で使うことができる。船舶には、そのような発電機のセットがターボ過給式大型2ストローク内燃機関に加えて搭載されていることが多い。このような発電機は、ターボ過給式大型2ストローク内燃機関よりはずっと小さな4ストローク内燃機関であることが多く、船舶で使われる電力や熱を生成する発電機やオルタネータを駆動する。 BOG can also be pressurized to 10-20 bar using a compressor. It can then be used in gas fuel generators operated at this pressure. Ships often include a set of such generators in addition to a turbocharged large two-stroke internal combustion engine. Such generators are often 4-stroke internal combustion engines, which are much smaller than turbo-supercharged large 2-stroke internal combustion engines, and drive generators and alternators that generate electricity and heat used in ships.
BOGは、低温機(cryogenerator)で再液化されることもできる。しかし、再液化には高価な機器が必要であり、かなり多くのエネルギーも消費する。 The BOG can also be reliquefied in a cryogenerator. However, reliquefaction requires expensive equipment and consumes a considerable amount of energy.
また、緊急時には、BOGは単に燃やしてしまう。 Also, in an emergency, the BOG simply burns.
WO2016058611A1は、第1のタイプの大型2ストロークユニフロー掃気ターボ過給式内燃機関を開示している。 WO2016058611A1 discloses a first type large two stroke uniflow scavenging turbocharged internal combustion engine.
第2のタイプのエンジンは、低圧ガスエンジンと呼ばれる。このタイプのエンジンではガス燃料は掃気に混合される。第2のタイプのエンジンは、燃焼室で、ガス燃料と掃気の混合気を圧縮する。第2のタイプのエンジンにおいて、ガス燃料は、シリンダライナの途中に設けられる燃料弁から導入される。燃料は、ピストンが下死点(BDC)から上死点(TDC)に向かう圧縮ストロークの途中であって、燃料弁が閉じるかなり前に、導入される。ピストンは、燃焼室内でガス燃料と掃気の混合気を圧縮し、圧縮された混合気はTDC付近で、タイミングを計って着火する手段(例えばパイロット油の噴射などによって、着火される。この第2のタイプのエンジンの利点は、比較的低圧(例えば約15bar)で供給されるガス燃料で運転されることが可能であることである。なぜなら、ガス燃料が注入される際の燃焼室内の圧力が、比較的低いからである。このため、第2のタイプのエンジンは、増圧手段で増圧されたBOGによって運転されることができる。従って、第2のタイプのエンジンのためのガス供給システムは、第1のタイプのエンジンのためのガス供給システムよりも安価である。第1のタイプのエンジンの場合、タンクから生じるBOGの流れを処理しなければならず、ボイラーや発電機のセットは、このBOG流の一部しか使用することができない。このため、比較的高価な再液化システムを導入して、第1のタイプのエンジンのガス供給システムで動作させなければならない。 The second type of engine is called a low pressure gas engine. In this type of engine, gas fuel is mixed with scavenging. The second type of engine compresses the mixture of gas fuel and scavenging in the combustion chamber. In the second type of engine, gas fuel is introduced from a fuel valve provided in the middle of the cylinder liner. Fuel is introduced during the compression stroke of the piston from bottom dead center (BDC) to top dead center (TDC), well before the fuel valve closes. The piston compresses the air-fuel mixture of gas fuel and scavenging air in the combustion chamber, and the compressed air-fuel mixture is ignited in the vicinity of the TDC by means for igniting at the right time (for example, by injecting pilot oil or the like). The advantage of this type of engine is that it can be operated with gas fuel supplied at a relatively low pressure (eg about 15 bar) because the pressure in the combustion chamber when the gas fuel is injected Therefore, the second type of engine can be operated by the BOG boosted by the boosting means. Therefore, the gas supply system for the second type of engine. Is cheaper than the gas supply system for the first type of engine. In the case of the first type of engine, the BOG flow from the tank must be processed, and the set of boilers and generators Only part of this BOG stream can be used. Therefore, a relatively expensive reliquefaction system must be introduced and operated in the gas supply system of the first type of engine.
しかし、第2のタイプのエンジンは、燃焼室で混合気を圧縮するという方式のため、有効圧縮比が第1のタイプのエンジンに比べてかなり低い。典型的には、第1のタイプのエンジンの有効圧縮比は約15から約17の間である。これに対して第2のタイプのエンジンの有効圧縮比は、約7から約9の間である。なお、第2のタイプのエンジンの幾何学的な圧縮比はおよそ13.5である。この非常に低い、幾何学的に定められた圧縮比は、第1のタイプのエンジンに対する第2のタイプのエンジンの燃料効率を著しく低くしており、同じサイズの第1のタイプのエンジンに対して第2のタイプのエンジンの最大連続回転数が低くなる原因となっている。 However, since the second type engine compresses the air-fuel mixture in the combustion chamber, the effective compression ratio is considerably lower than that of the first type engine. Typically, the effective compression ratio of the first type engine is between about 15 and about 17. In contrast, the effective compression ratio of the second type engine is between about 7 and about 9. The geometric compression ratio of the second type engine is about 13.5. This very low, geometrically defined compression ratio significantly reduces the fuel efficiency of the second type engine relative to the first type engine, compared to the first type engine of the same size. This is the cause of the low maximum continuous rotation speed of the second type engine.
さらに第2のタイプのエンジンは、通常、信頼性の高い着火を実現するため、プリチャンバや同期点火システムを必要とする。 In addition, the second type of engine usually requires a prechamber or synchronous ignition system to achieve reliable ignition.
第2のタイプのエンジンの更に不利な点は、ピストンの圧縮ストロークの際の空気過剰率及びバルク温度を、非常に正確に制御しなければならないことである。これは、(局所的な)低過ぎる空気過剰率及び/又は高過ぎるバルク温度によるプリイグニッションを防ぐためや、高過ぎる空気過剰率及び/又は低過ぎるバルク温度によるミスファイヤを防ぐためである。一様な混合気をもたらす適切な混合は、プリイグニッションやミスファイヤをもたらす燃焼室内の局所的な条件にとって、非常に重要である。燃焼室内のこれらの条件を制御することは、過渡運転において特に困難である。 A further disadvantage of the second type of engine is that the excess air ratio and bulk temperature during the compression stroke of the piston must be controlled very accurately. This is to prevent pre-ignition due to (local) too low air excess and / or too high bulk temperature, and to prevent misfire due to too high air excess and / or too low bulk temperature. Proper mixing that results in a uniform mixture is very important for the local conditions in the combustion chamber that result in pre-ignition and misfire. Controlling these conditions in the combustion chamber is particularly difficult in transient operation.
DK201770703は、第2のタイプの大型2ストロークユニフロー掃気ターボ過給式内燃機関を開示している。 DK201770703 discloses a second type large two-stroke uniflow scavenging turbocharged internal combustion engine.
WO2014/0971763は、全てのシリンダに、気化したガス燃料をTDC又はその付近で高圧で噴射するための燃料噴射弁と、ピストンがTBCからTDCに向かうストロークの途中にボイルオフガスを導入するための燃料導入弁が備わる、大型2ストロークエンジンを開示している。このエンジンは、第1のタイプと第2のタイプのエンジンを結合している。WO2014/0971763に記載される目的は、ディーゼルノック(過早燃焼)を回避することである。この目的は、ノッキング閾値より低い量のボイルオフガスを導入することで、所望の出力レベルを得ることと、気化したガス燃料をTDC又はその付近で高圧で噴射すると共に、所望の出力設定に必要な追加エネルギーを噴射することによって、所望の出力を得ることによって、達成されている。しかしこのエンジンは、かなり複雑で高価な燃料供給システムを必要とする。 WO2014 / 0971763 is a fuel injection valve for injecting vaporized gas fuel at high pressure in or near the TDC to all cylinders, and a fuel for introducing boil-off gas in the middle of the stroke from the TBC to the TDC by the piston. It discloses a large 2-stroke engine equipped with an injection valve. This engine combines a first type and a second type engine. The object described in WO2014 / 0971763 is to avoid diesel knock (premature combustion). The purpose of this is to obtain the desired output level by introducing an amount of boil-off gas lower than the knocking threshold, to inject the vaporized gas fuel at high pressure in or near the TDC, and to set the desired output. This is achieved by injecting additional energy to obtain the desired output. However, this engine requires a fairly complex and expensive fuel supply system.
本発明の目的は、上述の課題を解決するか又は少なくとも緩和する、エンジン及びガス燃料供給システム、ならびに方法を提供することである。 It is an object of the present invention to provide an engine and gas fuel supply system, and a method that solves or at least alleviates the above-mentioned problems.
上述の目的やその他の目的が、独立請求項に記載の特徴により達成される。より具体的な実装形態は、従属請求項や発明の詳細な説明、図面から明らかになるだろう。 The above-mentioned objectives and other objectives are achieved by the characteristics described in the independent claims. More specific implementations will be clarified from the dependent claims, detailed description of the invention, and drawings.
第1の側面によれば、次のような、大型2ストロークターボ過給式ユニフロー掃気内燃機関が提供される。
この機関は複数の燃焼室を有し、前記複数の燃焼室は燃焼室の全グループを形成する。前記全グループに属する各燃焼室は、シリンダライナ、ピストン、シリンダカバーによって画定される。前記ピストンはBDCとTDCの間を往復する。前記全グループに属する燃焼室には、第1のサブグループに属する燃焼室と、第2のサブグループに属する燃焼室とがあり、前記全グループに属する各燃焼室は、前記第1のサブグループか前記第2のサブグループのいずれかに属する。前記機関は、少なくとも1つの運転モードにおいて、主燃料としてガス燃料で動作する。
前記第1のサブグループに属する燃焼室のシリンダは、
・ ピストンがBDCからTDCに向かうストロークの途中に加圧ガス燃料を燃焼室に導入するための燃料導入弁と、
・ ピストンがTDC又はその付近にあるときに、高圧ガス燃料を燃焼室に噴射するための燃料噴射弁と、
の両方を装備する。
前記第2のサブグループに属する燃焼室のシリンダは、
・ ピストンがBDCからTDCに向かうストロークの途中に加圧ガス燃料を燃焼室に導入するための燃料導入弁と、
・ ピストンがTDC又はその付近にあるときに、高圧ガス燃料を燃焼室に噴射するための燃料噴射弁と、
のいずれかを装備する。
According to the first aspect, a large two-stroke turbocharged uniflow scavenging internal combustion engine is provided as follows.
The engine has a plurality of combustion chambers, the plurality of combustion chambers forming the entire group of combustion chambers. Each combustion chamber belonging to all the groups is defined by a cylinder liner, a piston and a cylinder cover. The piston reciprocates between the BDC and the TDC. The combustion chambers belonging to all the groups include a combustion chamber belonging to the first subgroup and a combustion chamber belonging to the second subgroup, and each combustion chamber belonging to the all groups is the first subgroup. Or belongs to any of the above-mentioned second subgroups. The engine operates on gas fuel as the main fuel in at least one mode of operation.
The cylinders of the combustion chamber belonging to the first subgroup are
-A fuel introduction valve for introducing pressurized gas fuel into the combustion chamber during the stroke of the piston from BDC to TDC.
A fuel injection valve for injecting high pressure gas fuel into the combustion chamber when the piston is at or near the TDC.
Equip both.
The cylinders of the combustion chamber belonging to the second subgroup are
-A fuel introduction valve for introducing pressurized gas fuel into the combustion chamber during the stroke of the piston from BDC to TDC.
A fuel injection valve for injecting high pressure gas fuel into the combustion chamber when the piston is at or near the TDC.
Equip one of them.
選択されたサブグループのシリンダのみに、燃料導入弁と燃料噴射弁の両方を装備することで、燃料導入のための低圧のガスと燃料噴射ための高圧ガスの両方で動作しうるエンジンを実現しつつ、燃料供給システムのコストを大きく抑えることが可能となる。 By equipping only the cylinders of the selected subgroup with both a fuel introduction valve and a fuel injection valve, an engine that can operate with both low pressure gas for fuel introduction and high pressure gas for fuel injection is realized. At the same time, it is possible to greatly reduce the cost of the fuel supply system.
全てのシリンダに燃料噴射弁が装備され、少数のシリンダに燃料噴射弁及び燃料導入弁の両方が装備されるエンジンは、当該燃料導入弁によって、液化燃料ガスタンクからのボイルオフガスを消費することができる。このため、ボイルオフガスを有用な形で消費させるための装置を別に用意する必要をなくすることができる。 An engine in which all cylinders are equipped with a fuel injection valve and a small number of cylinders are equipped with both a fuel injection valve and a fuel introduction valve can consume boil-off gas from a liquefied fuel gas tank by the fuel injection valve. .. Therefore, it is not necessary to separately prepare a device for consuming the boil-off gas in a useful form.
全てのシリンダに燃料導入弁が装備され、少数のシリンダにのみ燃料導入弁と燃料噴射弁の両方が装備されるエンジンは、当該燃料導入弁によって、液化燃料ガスタンクからのボイルオフガスを消費することができる。そして、燃料導入弁と燃料噴射弁の両方が装備されるシリンダを、高出力設定で動作させることができる。というのも、これらのシリンダに供給される全ガス燃料量は、ノッキングや過早燃焼閾値によって制限されないからである。 Engines equipped with a fuel introduction valve on all cylinders and both a fuel introduction valve and a fuel injection valve on only a few cylinders may consume boil-off gas from the liquefied fuel gas tank by the fuel introduction valve . can. Then, the cylinder equipped with both the fuel introduction valve and the fuel injection valve can be operated at a high output setting. This is because the total amount of gas fuel supplied to these cylinders is not limited by knocking or premature combustion thresholds.
前記第1の側面の実装形態の一例において、
前記機関は、前記少なくとも1つの動作モードにおいて、前記第1のサブグループに属する燃焼室について、
ピストンがBDCからTDCに向かうストロークの途中に、第1の量の加圧ガス燃料を、前記燃料導入弁によって燃焼室に導入し;
ピストンがTDC又はその付近にあるときに、第2の量の高圧ガス燃料を、前記燃料噴射弁によって燃焼室に噴射する;
ように構成される。
In an example of the mounting form of the first aspect,
The engine refers to the combustion chambers belonging to the first subgroup in at least one mode of operation.
During the stroke of the piston from the BDC to the TDC, a first amount of pressurized gas fuel is introduced into the combustion chamber by the fuel introduction valve;
A second amount of high pressure gas fuel is injected into the combustion chamber by the fuel injection valve when the piston is at or near the TDC;
It is configured as follows.
前記第1の側面の実装形態の一例において、前記機関は液化燃料ガスのための燃料タンクを備える燃料供給システムを有し、前記燃料タンクはボイルオフガス流を生成する。前記燃料供給システムは、加圧されたボイルオフ燃料ガスを、前記燃料タンクから前記燃料導入弁に供給するように構成されると共に、前記燃料タンクからの高圧液化ガス燃料を気化し、高圧気化燃料を前記燃料噴射弁に供給するように構成される。 In one example of the implementation of the first aspect, the engine has a fuel supply system comprising a fuel tank for liquefied fuel gas, the fuel tank producing a boil-off gas flow. The fuel supply system is configured to supply pressurized boil-off fuel gas from the fuel tank to the fuel introduction valve, and vaporizes the high-pressure liquefied gas fuel from the fuel tank to provide high-pressure vaporized fuel. It is configured to supply to the fuel injection valve.
前記第1の側面の実装形態の一例において、前記第2のサブグループに属するシリンダは燃料噴射弁を装備し、前記機関は、前記ボイルオフガス流のほとんど又は全てを消費するように構成される。 In an example of the mounting embodiment of the first aspect, the cylinder belonging to the second subgroup is equipped with a fuel injection valve and the engine is configured to consume most or all of the boil-off gas flow.
前記第1の側面の実装形態の一例において、前記第2のサブグループに属するシリンダは燃料導入弁を装備し、前記燃料システムは、前記液化ガス燃料の主要な部分を低圧で気化して前記燃料導入弁に供給し、前記液化ガス燃料の主要でない部分を高圧で気化して前記燃料噴射弁に供給するように構成される。 In an example of the mounting embodiment of the first aspect, the cylinder belonging to the second subgroup is equipped with a fuel injection valve, and the fuel system vaporizes a main part of the liquefied gas fuel at a low pressure to vaporize the fuel. It is configured to supply to the introduction valve, vaporize the non-major portion of the liquefied gas fuel at high pressure, and supply it to the fuel injection valve.
前記第1の側面の実装形態の一例において、前記燃料導入弁はシリンダライナに配され、前記燃料噴射弁はシリンダカバーに配される。 In an example of the mounting embodiment of the first side surface, the fuel introduction valve is arranged in a cylinder liner, and the fuel injection valve is arranged in a cylinder cover.
前記第1の側面の実装形態の一例において、前記機関は、前記燃焼室に掃気を導入するための掃気ポートであって、前記シリンダライナに配され、ピストンにより制御される掃気ポートを有してもよい。また前記機関は、シリンダカバーに配され、排気弁により制御される排気排出口を有してもよい。 In an example of the mounting embodiment of the first aspect, the engine is a scavenging port for introducing scavenging into the combustion chamber, and has a scavenging port arranged in the cylinder liner and controlled by a piston. May be good. The engine may also have an exhaust outlet located on the cylinder cover and controlled by an exhaust valve.
前記第1の側面の実装形態の一例において、前記機関は、単一のエンジンサイクルにおいて、前記第1の量の加圧ガス燃料を導入し、前記第2の量の高圧ガス燃料を噴射するように構成される。 In one example of the implementation of the first aspect, the engine introduces the first amount of pressurized gas fuel and injects the second amount of high pressure gas fuel in a single engine cycle. It is composed of.
前記第1の側面の実装形態の一例において、前記機関は、前記第1の量の加圧ガス燃料が導入された後であって、前記第2の量の高圧ガス燃料が噴射される前又は該第2の量の高圧ガス燃料が噴射されると同時に、第3の量の着火液を導入するように構成される。 In an example of the mounting embodiment of the first aspect, the engine is after the introduction of the first amount of pressurized gas fuel and before or before the injection of the second amount of high pressure gas fuel. The second amount of high pressure gas fuel is injected and at the same time a third amount of ignition liquid is introduced.
前記第1の側面の実装形態の一例において、気化された燃料が前記燃料噴射弁に送達される圧力である第1の圧力P1は、150Barを上回る圧力である。 In an example of the implementation of the first aspect, the first pressure P1, which is the pressure at which the vaporized fuel is delivered to the fuel injection valve, is a pressure exceeding 150 Bar.
前記第1の側面の実装形態の一例において、ボイルオフガスが前記燃料導入弁に送達される圧力である第2の圧力P2は、5Barから40Barの間の圧力であり、好ましくは10Barから20Baの間の圧力である。 In an example of the implementation of the first aspect, the second pressure P2, which is the pressure at which the boil-off gas is delivered to the fuel introduction valve, is a pressure between 5 Bar and 40 Bar, preferably between 10 Bar and 20 Ba. Pressure.
前記第1の側面の実装形態の一例において、前記第1の量のガス燃料は、一回のエンジンサイクルの間に燃焼室に供給される全燃料量の20~80%を占め、前記第2の量のガス燃料は、一回のエンジンサイクルの間に燃焼室に供給される全燃料量の20~80%を占める。好ましくは、前記第1の量のガス燃料は、一回のエンジンサイクルの間に燃焼室に供給される全燃料量の30~70%を占め、前記第2の量のガス燃料は、一回のエンジンサイクルの間に燃焼室に供給される全燃料量の30~70%を占める。 In an example of the mounting embodiment of the first aspect, the first amount of gas fuel accounts for 20-80% of the total amount of fuel supplied to the combustion chamber during one engine cycle, said second. The amount of gas fuel accounts for 20-80% of the total amount of fuel supplied to the combustion chamber during a single engine cycle. Preferably, the first amount of gas fuel accounts for 30-70% of the total amount of fuel supplied to the combustion chamber during one engine cycle, and the second amount of gas fuel is once. It accounts for 30-70% of the total fuel supplied to the combustion chamber during the engine cycle.
前記第1の側面の実装形態の一例において、着火液の前記第3の量は、所与のエンジンサイクルの間に前記少なくとも1つの燃焼室に供給される全ての燃料のカロリー値の5%より少ない。好ましくは3%より少ない。 In an example of the implementation of the first aspect, the third amount of ignition liquid is greater than 5% of the calorie value of all fuels supplied to the at least one combustion chamber during a given engine cycle. Few. Preferably less than 3%.
前記第1の側面の実装形態の一例において、前記機関は少なくとも1つのコントローラを備える。前記コントローラは燃料導入弁及び燃料噴射弁に接続して、該燃料導入弁及び該燃料噴射弁を制御する。前記コントローラは前記燃料導入弁及び前記燃料噴射弁に、
ピストンがBDCからTDCに向かうストロークの途中に、前記第1のサブグループに属する燃焼室に、第1の量のボイルオフガス燃料を導入すること、及び、
ピストンがTDC又はその付近にあるときに、前記第1のサブグループに属する燃焼室に、第2の量の高圧気化ガス燃料を噴射することと;
を遂行するように構成される。
In an example of the implementation of the first aspect, the engine comprises at least one controller. The controller is connected to the fuel introduction valve and the fuel injection valve to control the fuel introduction valve and the fuel injection valve. The controller is attached to the fuel introduction valve and the fuel injection valve.
Introducing a first amount of boil-off gas fuel into the combustion chamber belonging to the first subgroup during the stroke of the piston from the BDC to the TDC, and
Injecting a second amount of high pressure vaporized gas fuel into the combustion chamber belonging to the first subgroup when the piston is at or near the TDC;
Is configured to carry out.
前記第1の側面の実装形態の一例において、前記機関は低負荷動作モードを備える。このとき前記機関は、前記ピストンがBDCからTDCに向かうストロークの途中に、前記第1の量のガス燃料を前記第2のソースから前記少なくとも1つの燃焼室に導入するが、前記ピストンがTDC又はその付近にあるときに、前記第2の量ガス燃料を前記第1のソースから前記少なくとも1つの燃焼室に噴射しないように構成される。 In an example of the mounting embodiment of the first aspect, the engine comprises a low load operating mode. At this time, the engine introduces the first amount of gas fuel from the second source into the at least one combustion chamber during the stroke of the piston from the BDC to the TDC, but the piston is the TDC or It is configured not to inject the second amount of gas fuel from the first source into the at least one combustion chamber when it is in the vicinity.
前記第1の側面の実装形態の一例において、前記機関は高負荷動作モードを備える。このとき前記機関は、前記ピストンがTDC又はその付近にあるときに、前記第2の量のガス燃料を前記第1のソースから前記少なくとも1つの燃焼室に噴射するが、前記ピストンがBDCからTDCに向かうストロークの途中に、前記第1の量のガス燃料を前記第2のソースから前記少なくとも1つの燃焼室に導入しないように構成される。 In an example of the mounting embodiment of the first aspect, the engine comprises a high load operating mode. At this time, the engine injects the second amount of gas fuel from the first source into the at least one combustion chamber when the piston is at or near the TDC, while the piston is from the BDC to the TDC. During the stroke towards, the first amount of gas fuel is configured not to be introduced into the at least one combustion chamber from the second source.
これらの側面及び他の側面は、以下に説明される実施例により更に明らかになるであろう。 These and other aspects will be further clarified by the examples described below.
以下、図面に示される例示的な実施形態を参照しつつ、様々な側面や実施形態、実装例を詳細に説明する。
以下の詳細説明では、クロスヘッド式大型低速2ストロークターボ過給式内燃機関の例を参照して、内燃機関が説明される。図1-図3は、ターボ過給式大型低速2ストローク内燃機関の実施例を描いている。このエンジンは、クランクシャフト8及びクロスヘッド9を有する。図1は正面図、図2は側面図である。図3は、図1,2のターボ過給式大型低速2ストロークディーゼル機関を、その吸気システム及び排気システムと共に略図により表現したものである。この例において、エンジンは直列に4本のシリンダを有する。ターボ過給式大型低速2ストローク内燃機関は通常、直列に配される4本から14本のシリンダを有する。これらのシリンダはエンジンフレーム11に担持される。またこのようなエンジンは、例えば、船舶の主機関や、発電所において発電機を動かすための固定型のエンジンとして用いられることができる。エンジンの全出力は、例えば、1,000kWから110000kWでありうる。
In the following detailed description, the internal combustion engine will be described with reference to an example of a crosshead type large low speed 2-stroke turbocharged internal combustion engine. 1 to 3 show an example of a turbocharged large low-speed 2-stroke internal combustion engine. This engine has a
エンジンは、シリンダの第1のサブグループが主燃料としてガス燃料で動作する運転モードにおいて、ディーゼルサイクルとオットーサイクルを組み合わせる。これは、この組み合わせに関わるシリンダは、圧縮着火であるが、空気と燃料の混合物を圧縮するからである。なおこの燃料は、ピストンの圧縮ストロークの途中に導入される第1の量の加圧ガス燃料である。圧縮された空気燃料の混合物は、TDC付近で第2の量の高圧ガス燃料が噴射される際に着火される。 The engine combines a diesel cycle and an Otto cycle in an operating mode in which the first subgroup of cylinders operates on gas fuel as the main fuel. This is because the cylinder involved in this combination is a compression ignition, but compresses a mixture of air and fuel. This fuel is a first amount of pressurized gas fuel introduced in the middle of the compression stroke of the piston. The compressed air fuel mixture is ignited when a second amount of high pressure gas fuel is injected near the TDC.
エンジンは、別の運転モードにおいて、上記第1のサブグループのシリンダを、ディーゼルサイクルに従って動作させることができる。このモードでは、圧縮ストロークの途中に燃料は導入されない。このモードにおいて、全ての燃料は、TDC付近において噴射される。またこのモードにおける主燃料もガス燃料であることができる。更に別の運転モードにおいて、エンジンは、上記第1のサブグループのシリンダを、オットーサイクルに従って動作させることができる。この場合、全てのガス燃料は掃気に混合され、空気-燃料の混合物が圧縮ストロークの際に圧縮される。そしてTDC付近において、タイミングを計って着火する手段が提供される。 The engine can operate the cylinders of the first subgroup according to the diesel cycle in another mode of operation. In this mode, no fuel is introduced during the compression stroke. In this mode, all fuel is injected near the TDC. The main fuel in this mode can also be gas fuel. In yet another mode of operation, the engine can operate the cylinders of the first subgroup according to the Otto cycle. In this case, all gas fuels are mixed in the scavenging and the air-fuel mixture is compressed during the compression stroke. Then, in the vicinity of the TDC, a means for igniting at the right timing is provided.
この実施例におけるエンジンは、2ストロークユニフロー掃気エンジンであり、シリンダライナ1の下部領域に掃気ポート18が設けられ、シリンダライナ1の頂部中央には排気弁4が配される。燃焼室は、シリンダライナ1と、シリンダカバー22と、シリンダライナ中で下死点(BDC)と上死点(TDC)との間を往復運動するピストン10とで画定される。
The engine in this embodiment is a two-stroke uniflow scavenging engine, in which a scavenging
掃気は、ピストンが掃気ポート18より下にある時に、掃気受け2から各シリンダ1の下端にある掃気ポート18へと導かれる。ガス燃料は、電子制御部60の制御下でガス燃料導入弁30から導入される。これは、ピストンの上昇ストロークの間であって、ピストンが燃料弁(ガス燃料導入弁)30を通過する前に行われる。燃料弁30が搭載されるシリンダ1には、好ましくは複数の燃料弁30が装備されることが好ましい。これらの燃料弁は、好ましくはシリンダライナの円周に亘って等間隔に分布するように配される。また好ましくは、シリンダライナの長手方向の中央付近に配される。ガス燃料の導入は、圧縮圧力が比較的低い時に行われる。つまり、ピストン10がTDCに達するときの圧縮圧力に比べればずっと低いときに行われる。
The scavenging is guided from the scavenging
シリンダライナ1内でピストン10は、ガス燃料と掃気の混合物を圧縮する。そしてTDC又はその近辺で、燃料噴射弁50から高圧のガス燃料が噴射される。着火は、TDC又はその近辺での燃焼室内の高い圧力により生じる高温によって、ディーゼルの原理に従って引き起こされる。着火は、少量のパイロット油(又は適当な着火液)によって補助されることもある。このパイロット油は、ガス燃料と一緒に燃料噴射弁50から噴射されるようにされる例もあるが、専用のパイロット油弁(図示されていない)から供給されるように構成される例もある。その場合、パイロット油弁51は、全てのシリンダにおいて、シリンダカバー22に配されることが好ましい。
Within the
なお、「TDC又はその近辺」「TDC又はその付近」とは、ガス燃料の噴射が行われる。範囲を指す。この範囲は、最も早い場合でピストンがTDC前およそ15度の時に始まり、最も遅い場合でTDC後およそ40度で終わる。 Note that "TDC or its vicinity" and "TDC or its vicinity" mean that gas fuel is injected. Refers to a range. This range begins at about 15 degrees before TDC at the earliest and ends at about 40 degrees after TDC at the latest.
燃焼が生じ、排気ガスが生成される。別の形態の着火システムでは、パイロット油の代わりに、又はパイロット油に加えて、プリチャンバやレーザー着火、グロープラグ(いずれも図示されていない)などを、着火を促すために使用するものもある。 Combustion occurs and exhaust gas is produced. In other forms of ignition systems, instead of or in addition to pilot oil, prechambers, laser ignitions, glow plugs (none of which are shown), etc. may be used to facilitate ignition.
排気弁4が開くと、排気ガスは、シリンダ1に設けられる排気ダクトを通って排気受け3へと流れ、さらに第1の排気管19を通ってターボ過給器5のタービン6へと進む。そこから排気ガスは、第2の排気管25を通ってエコノマイザ20へ流れ、さらに出口21から大気中へと放出される。タービン6は、シャフトを介してコンプレッサー7を駆動する。コンプレッサー9には、空気取り入れ口12を通じて外気が供給される。コンプレッサー7は、圧縮された掃気を、掃気受け2に繋がっている掃気管13へと送り込む。管13の掃気は、掃気を冷却するためのインタークーラー14を通過する。
When the
冷却された掃気は、電気モーター17により駆動される補助ブロワ16を通る。補助ブロワ16は、ターボ過給器5のコンプレッサー7が掃気受け2に必要とされる圧力を供給することができない場合、すなわちエンジンが低負荷又は部分負荷である場合に、掃気流を圧縮する。機関の負荷が高い場合は、ターボ過給器のコンプレッサー7が、十分に圧縮された掃気を供給することができるので、補助ブロワ16は、逆止め弁15によってバイパスされる。
The cooled scavenging air passes through an
図3には、電子制御ユニットのようなコントローラ60が図示されている。コントローラ60は信号線又はその他の通信チャネルを通じて各種センサに接続されており、これらのセンサはエンジンの運転条件に関する情報をコントローラ60に伝える。コントローラ60は信号線又はその他の通信チャネルを通じて、コントローラ60によって制御される各種のエンジン構成要素にも接続される。上記のセンサの1つはクランク角センサであり、図示されている。これはクランクシャフト8の回転角をコントローラ60に伝える。コントローラ60は、燃料導入弁30、燃料噴射弁50、また好ましくは排気弁4を制御する。
FIG. 3 shows a
コントローラ60は、燃料導入弁30及び燃料噴射弁50に接続され、これらを制御する。コントローラ60は、上記第1のグループのシリンダのために燃料導入弁30を動作させ、ピストン10がBDCからTDCに向かうストロークの途中で、加圧ガス燃料の第2のソース40から燃焼室へ、第1の量のガス燃料を導入するように構成される。またコントローラ60は、上記第1のグループのシリンダのために燃料噴射弁50を動作させ、ピストン10が上死点又はその付近にある時に、加圧ガス燃料の第1のソース35から燃焼室の少なくとも1つへ第2の量のガス燃料を噴射するように構成される。
The
第2のサブグループのシリンダ1には、燃料導入弁30か、燃料噴射弁50のいずれかが装備される。このエンジンのシリンダ1は、上記第1のサブグループか上記第2のサブグループかのいずれかに属している。
The
図4は、上記第1のサブグループのシリンダ1を示している。エンジンのサイズに応じて、シリンダライナ1は様々な大きさに作られる。これは上記第1のサブグループのシリンダでも上記第2のサブグループでも同様である。典型的な大きさとしては、直径が250mmから1000mmであり、それに対応する全長が1000mmから4500mmである。
FIG. 4 shows the
図4には、シリンダライナ1はシリンダフレーム23に載置され、シリンダライナ1の上にはシリンダカバー22が搭載されている様子が描かれている。シリンダライナ1とシリンダカバー22とは、その間からガスの漏出が生じないように連結されている。
FIG. 4 shows that the
図4において、その下死点(BDC)と上死点(TDC)におけるピストン10の様子が破線で示されている。なおもちろん、これら2つの状態が同時に生じる訳ではなく、これら2つの状態は、クランクシャフト8の回転角で180度隔てられている。シリンダライナ1には、シリンダ潤滑孔25及びシリンダ潤滑ライン24が設けられる。これらはピストン10が潤滑ライン24を通過する際にシリンダ潤滑油を供給する。続いて(図示されていない)ピストンリングが、シリンダライナの走行面全体にシリンダ潤滑油を行き渡らせる。
In FIG. 4, the state of the
燃料弁50はシリンダカバー22に搭載される。通常、各シリンダに、2つ又は3つの燃料噴射弁50が、排気弁の周囲に同じ間隔で分布する。燃料噴射弁50は、第1の供給管36を通じて高圧ガス燃料の第1のソース35に接続しており、またパイロットライン28を通じてパイロット油のソース27に接続している。
The
着火液の第3の量は、所与のエンジンサイクルの間に燃焼室に投入される全ての燃料のカロリー値の5%より少ない。好ましくは3%より少ない。 The third amount of igniter is less than 5% of the caloric value of all fuels put into the combustion chamber during a given engine cycle. Preferably less than 3%.
燃料弁50は、DK178519B1に開示されるタイプのものであってもよい。このタイプの燃料弁は、十分な量の高圧ガス燃料と共に、小さな量のパイロット油を燃焼室に噴射する能力を有する。
The
燃料噴射弁50による高圧ガス燃料及びパイロット油の噴射タイミングは、電子制御ユニット60によって制御される。電子制御ユニット60は、図3において破線で示される信号線を通じて燃料弁50に接続されている。
The injection timing of the high-pressure gas fuel and the pilot oil by the
シリンダライナ1には、燃料導入弁30が装備される。燃料導入弁30は、シリンダライナ1の内面と実質的に同じ面に位置するノズル又は導入口を有する。また燃料導入弁30の後端は、シリンダライナ1の外壁から飛び出ている。典型的には1つ又は2つ、多くても3つか4つの燃料導入弁30が、各シリンダライナ1に設けられる。これらはシリンダライナ1の円周域に等間隔に配置される。本実施例において、燃料導入弁30は、シリンダライナ1の長手方向のちょうど中央部に配されている。
The
燃料噴射弁30による加圧ガス燃料の噴射タイミングは、電子制御ユニット60によって制御される。図3では、電子制御ユニット60は、概念的に示された信号線を通じて燃料導入弁30に接続されている。
The injection timing of the pressurized gas fuel by the
このエンジンは、上記第1のサブグループのシリンダについては、1回のエンジンサイクルの間に、第1の量の加圧ガス燃料を導入すると共に、第2の量の高圧ガス燃料を噴射するように構成される。まず第1の量の加圧ガス燃料が導入され、続いて第2の量の高圧ガス燃料が、ピストンがTDCに近づく機会(これを第1の機会と称することがある)に噴射される。 For the cylinders of the first subgroup, the engine introduces a first amount of pressurized gas fuel and injects a second amount of high pressure gas fuel during one engine cycle. It is composed of. First, a first amount of pressurized gas fuel is introduced, followed by a second amount of high pressure gas fuel, which is injected at the opportunity for the piston to approach the TDC (this may be referred to as the first opportunity).
図4は、エンジンのガス燃料供給システムを、概念的及び簡略化して描いたものである。高圧ガス燃料の第1のソース35が、第1の供給管36を通じて、シリンダカバー22の各燃料噴射弁50に接続されている。また、中圧力のガス燃料の第2のソース40が、ボイルオフガス供給管41を通じて、ガス燃料弁30の入口に接続されている。
FIG. 4 is a conceptual and simplified drawing of the engine's gas fuel supply system. A
本実施例において、高圧ガス燃料の第1のソース35の圧力P1は、およそ15から45MPa(150から450bar)である。この高い圧力は、TDC付近のピーク圧力に抗してガス燃料を噴射することを可能にする。
In this embodiment, the pressure P1 of the
本実施例において、中圧力ガス燃料の第2のソース40の圧力P2は、およそ1から3MPa(10から30bar)である。P1に比べれば中くらいの圧力である。しかしこの圧力があれば、圧縮ストローク中にガス燃料が導入されることが可能である。
In this embodiment, the pressure P2 of the
上記第2のサブグループのシリンダ1は、燃料噴射弁50と燃料導入弁30のいずれか一方しか装備されていないことを除けば、第1のサブグループのシリンダと基本的に変わるところはない。
The
図5は、上記第1のサブグループのシリンダについて、クランク角(クランクシャフト8の角度)の関数として、掃気ポート18、排気弁4、燃料導入弁(GA燃料弁)30、燃料噴射弁(Gi燃料弁)のそれぞれの、開弁(開口)期間と閉弁(閉口)期間を図示したものである。このグラフを見ると、ガス燃料を導入するウィンドウは、比較的短いことが分かる。従って、燃焼室中でガス燃料を掃気に混合する時間は極めて短い。ガス燃料は極めて短いウィンドウの間に導入される。高圧ガス燃料は、TDC付近のウィンドウの間に噴射される。
FIG. 5 shows the scavenging
上記第1のサブグループのシリンダについて、1回転中に導入されるガス燃料と噴射されるガス燃料の総量は、エンジンの負荷に影響される。燃焼室に投入されるガス燃料の総量は、圧力P2でシリンダ内に導入される第1の量のガス燃料と、圧力P2でシリンダ内に噴射される高圧ガス燃料の合計量である。ある実施例において、上記第1のサブグループのシリンダに投入されるガス燃料の、カロリー値でおよそ70%又は80%が、加圧ガス燃料の第2のソース40から圧力P2で導入されるガス燃料である。ある実施例において、上記第1のサブグループのシリンダに投入されるガス燃料の、カロリー値でおよそ70%又は80%が、高圧ガス燃料の第1のソース35から圧力P1で噴射されるガス燃料である。
For the cylinders of the first subgroup, the total amount of gas fuel introduced and injected during one revolution is affected by the engine load. The total amount of gas fuel charged into the combustion chamber is the total amount of the first amount of gas fuel introduced into the cylinder at pressure P2 and the high-pressure gas fuel injected into the cylinder at pressure P2. In one embodiment, approximately 70% or 80% of the gas fuel charged into the cylinders of the first subgroup is gas introduced at pressure P2 from the
このように、上記第1の量と上記第2の量の比は調節されることができ、各ソースから利用可能な燃料の量に適合されることができる。例えば、高圧ガス燃料の第1のソース35から利用可能な高圧燃料が比較的少ない場合、エンジンは、加圧ガス燃料の第2のソース40から圧縮ストローク中にシリンダ内に導入される中圧力のガス燃料を多く用い、TDC又はその付近で噴射される高圧ガス燃料の量は比較的少なく用いて、運転されることができる。一方、加圧ガス燃料の第2のソース40から利用可能な中圧ガス燃料が比較的少ない場合、エンジンは、TDC又はその付近で噴射される高圧ガス燃料を多く用い、加圧ガス燃料の第2のソース40から圧縮ストローク中にシリンダ内に導入される燃料は少なく用いて、運転されることができる。
In this way, the ratio of the first amount to the second amount can be adjusted and adapted to the amount of fuel available from each source. For example, if the high pressure fuel available from the
図6は、上記第1のサブグループのシリンダ1の別の実施例を示している。図6の実施例において、既に説明又は図示した構成や特徴と同じ又は対応する構成及び特徴については、以前に使われたものと同じ符号を付している。図4の実施例と比べたこの実施例の主な違いは、シリンダカバー22にガス燃料導入弁30が搭載されていることである。この実施例では、燃料弁30,50の全てがシリンダカバー22に配される。
FIG. 6 shows another embodiment of the
この実施例におけるエンジンには複数のシリンダ1が搭載されるが、これら全てで全グループを形成する。全グループに含まれるシリンダ1の1本のみ、又は選択された複数本のシリンダに対して、燃料噴射弁50と燃料導入弁30の両方が装備される。これらのシリンダ1は、第1のサブグループを形成する。残りのシリンダは、第2のサブグループを形成する。この実施例の第1のバリエーションにおいて、上記第2のサブグループに含まれるシリンダには、燃料導入弁30しか装備されない。この実施例の第2のバリエーションにおいて、上記第2のサブグループに含まれるシリンダには、燃料噴射弁50しか装備されない。
A plurality of
図7は、当該第2のバリエーションに従うエンジンの略図表現である。図7の実施例において、既に説明又は図示した構成や特徴と同じ又は対応する構成及び特徴については、以前に使われたものと同じ符号を付している。図7の実施例のエンジンは、上述の実施例と同様に、大型2ストロークターボ過給式ユニフロー掃気内燃機関である。図7は、主にシリンダ1と燃料供給システムに焦点をおいて図解したものである。このエンジンは二元エンジンであり得る。すなわち、図示されていないが、燃料油のような伝統的な燃料を用いるための燃料供給システムを有していてもよく、それによって、ガス燃料の代わりに当該伝統的な燃料でエンジンが運転されることが可能であってもよい。実施例によっては、このエンジン及び燃料システムは、船舶の主機関として搭載されるものであってもよい。
FIG. 7 is a schematic representation of the engine according to the second variation. In the embodiment of FIG. 7, the same or corresponding configurations and features as those already described or illustrated are designated by the same reference numerals as those previously used. The engine of the embodiment of FIG. 7 is a large two-stroke turbocharged uniflow scavenging internal combustion engine as in the above embodiment. FIG. 7 is an illustration focusing mainly on the
燃料タンク26は、その少なくとも一部分が液化ガス燃料で満たされている。燃料タンク26からのボイルオフガスは、ボイルオフガス送給管42を通じてコンプレッサーユニット46へと送られ、その圧力が、シリンダ1への導入に適した圧力に引き上げられる。第1のサブグループのシリンダには、燃料導入弁30が装備される。コンプレッサーユニット46からは、加圧されたボイルオフガスが、ボイルオフガス供給管41を通じて燃料導入弁30へと送達される。このボイルオフガスは、燃料導入弁30によって、ピストンのBDCからTDCへのストロークの途中で(第1のサブグループの)シリンダ1に導入される。
At least a part of the
図示される実施例において、エンジンには6本のシリンダ1が搭載されている。しかし実施例によって、エンジンには、4本から16本のシリンダが搭載されうる。図示される実施例においては、6本のシリンダのうち2本のみに、ボイルオフガスを導入する燃料導入弁30が装備されている。つまり、全シリンダ数の一部のみに、例えば全体のうちの少数の一部のみに、燃料導入弁30が装備されている。この少数のシリンダが、上記第1のサブグループを構成している。実施例によっては、1本から約半数のシリンダに、燃料導入弁30が装備されている。つまり、1本から約半数のシリンダが、第1のサブグループを構成している。
In the illustrated embodiment, the engine is equipped with six
本実施の全てのシリンダ1には、燃料導入弁50が装備されている。燃料噴射弁50には、燃料タンク26で液体であった燃料から作られた、高圧気化ガス燃料が供給される。液化ガス燃料は送給管31を通じて燃料タンク26から燃料ポンプ37へと送られて、液体の形態で加圧され、それに続いて高圧気化器38で気化される。気化された高圧ガス燃料は、高圧気化器38から第1の供給管36を通じて燃料噴射弁50に供給される。この高圧の気化ガス燃料は、ピストン10がTDC又はその付近にあるときに、燃料噴射弁50からシリンダ1内へと噴射される。
All the
この実施例において、燃料噴射弁50のみが装備されるシリンダ1は、上記第2のサブグループを形成する。図7において、エンジンは、第1のサブグループに属するシリンダ1を2本、第2のサブグループに属するシリンダを4本、有するように描かれている。しかし、実施形態に応じて、第1のサブグループのシリンダの本数や第2のサブグループのシリンダの本数は、任意に選択できる。好ましくは、第1のサブグループのシリンダ1は全体の少数である。つまり、第1のサブグループのシリンダ1の本数は、第2のサブグループのシリンダ1の本数よりも少ない。
In this embodiment, the
第1のサブグループのシリンダの本数は、燃料タンク26からの全てのボイルオフガスがシリンダへの導入によって消費されるように、選択されうる。
The number of cylinders in the first subgroup can be selected so that all boil-off gas from the
図8は、以前に述べた第1のバリエーションに従うエンジンの略図表現である。図8の実施例において、既に説明又は図示した構成や特徴と同じ又は対応する構成及び特徴については、以前に使われたものと同じ符号を付している。図8の実施例のエンジンは、上述の実施例と同様に、大型2ストロークターボ過給式ユニフロー掃気内燃機関である。図8は、主にシリンダ1と燃料供給システムに焦点をおいて図解したものである。このエンジンは二元エンジンであり得る。すなわち、図示されていないが、燃料油のような伝統的な燃料を用いるための燃料供給システムを有していてもよく、それによって、ガス燃料の代わりに当該伝統的な燃料でエンジンが運転されることが可能であってもよい。実施例によっては、このエンジン及び燃料システムは、船舶の主機関として搭載されるものであってもよい。
FIG. 8 is a schematic representation of an engine according to the first variation previously described. In the embodiment of FIG. 8, the same or corresponding configurations and features as those already described or illustrated are designated by the same reference numerals as those previously used. The engine of the embodiment of FIG. 8 is a large two-stroke turbocharged uniflow scavenging internal combustion engine as in the above embodiment. FIG. 8 is an illustration focusing mainly on the
燃料タンク26は、その少なくとも一部分が液化ガス燃料で満たされている。燃料タンク26からのボイルオフガスは、ボイルオフガス送給管42を通じてコンプレッサーユニット46へと送られ、その圧力が、シリンダ1への導入に適した圧力に引き上げられる。コンプレッサーユニット46からは、加圧されたボイルオフガスが、ボイルオフガス供給管41を通じて燃料導入弁30へと送達される。第1のサブグループのシリンダにも第2のサブグループのシリンダにも燃料導入弁30が装備されているので、加圧されたボイルオフガスは、全てのシリンダ1へと導入される。ボイルオフガスは、ピストンのBDCからTDCへのストロークの途中でシリンダ1に導入される。
At least a part of the
図示される実施例において、エンジンには6本のシリンダ1が搭載されている。しかし実施例によって、エンジンには、4本から16本のシリンダが搭載されうる。図示される実施例においては、6本のシリンダのうち2本のみに、気化されたガス燃料をシリンダ内に噴射する燃料噴射弁50が装備されている。つまり、全シリンダ数の一部のみに、例えば全体のうちの少数の一部のみに、燃料噴射弁50が装備されている。この少数のシリンダが、上記第1のサブグループを構成している。実施例によっては、1本から約半数のシリンダに、燃料噴射弁50が装備されている。つまり、1本から約半数のシリンダが、第1のサブグループを構成している。
In the illustrated embodiment, the engine is equipped with six
本実施においては、全てのシリンダ1に燃料導入弁30が装備され、上述のように加圧ボイルオフガスを受け取る。第1のサブグループのシリンダは、燃料導入弁30及び燃料噴射弁50を装備している。
In this implementation, all
第1のサブグループの燃料噴射弁50には、燃料タンク26で液体であった燃料から作られた、高圧気化ガス燃料が供給される。液化ガス燃料は送給管31を通じて燃料タンク26から燃料ポンプ37へと送られて、液体の形態で加圧され、それに続いて高圧気化器38で気化される。気化された高圧ガス燃料は、高圧気化器38から第1の供給管36を通じて燃料噴射弁50に供給される。この高圧の気化ガス燃料は、ピストン10がTDC又はその付近にあるときに、燃料噴射弁50から(第1のサブグループの)シリンダ1内へと噴射される。
The
この実施例において、燃料導入弁30のみ装備されるシリンダ1は、上記第2のサブグループを形成する。
In this embodiment, the
図8において、エンジンは、第1のサブグループに属するシリンダ1を2本、第2のサブグループに属するシリンダを4本、有するように描かれている。しかし、実施形態に応じて、第1のサブグループのシリンダの本数や第2のサブグループのシリンダの本数は、任意に選択できる。好ましくは、第1のサブグループのシリンダ1は全体の少数である。つまり、第1のサブグループのシリンダ1の本数は、第2のサブグループのシリンダ1の本数よりも少ない。全てのシリンダ1に燃料導入弁30が装備され、少数のシリンダ1にのみ燃料導入弁30と燃料噴射弁50の両方が装備されるエンジンは、燃料導入弁30を通じて、液化燃料ガスタンクからのボイルオフガスを全て消費することができる。そして、燃料導入弁30と燃料噴射弁50の両方が装備される第1のサブグループのシリンダを、高出力設定で動作させることができる。というのも、第1のサブグループのシリンダに供給される全ガス燃料量は、ノッキングや過早燃焼によってあまり制限されないからである。
In FIG. 8, the engine is drawn to have two
多くの側面及び実装形態が、いくつかの実施例と共に説明されてきた。しかし、本願の明細書や図面、特許請求の範囲を検討すれば、当業者は、特許請求の範囲に記載される発明を実施するにおいて、説明された実施例に加えて多くのバリエーションが存在することを理解し、また具現化することができるであろう。特許請求の範囲に記載される「備える」「有する」「含む」との語句は、記載されていない要素やステップが存在することを排除しない。特許請求の範囲において記載される要素の数が複数であると明示されていなくとも、当該要素が複数存在することを除外しない。特許請求の範囲に記載されるいくつかの要素の機能は、単一のプロセッサやコントローラ、その他のユニットによって遂行されてもよい。いくつかの事項が別々の従属請求項に記載されていても、これらを組み合わせて実施することを排除するものではなく、組み合わせて実施して利益を得ることができる。 Many aspects and implementations have been described with some examples. However, considering the specification, drawings, and claims of the present application, those skilled in the art have many variations in carrying out the inventions described in the claims in addition to the described examples. You will be able to understand and embody that. The terms "prepared", "have", and "include" described in the claims do not exclude the existence of elements or steps that are not described. Even if it is not explicitly stated that the number of elements described in the claims is multiple, it does not exclude the existence of multiple elements. The functions of some of the elements described in the claims may be performed by a single processor, controller, or other unit. Even if some matters are described in separate dependent claims, it is not excluded to carry out these in combination, and it is possible to make a profit by carrying out them in combination.
特許請求の範囲で使用されている符号は発明の範囲を限定するものと解釈されてはならない。 The reference numerals used in the claims shall not be construed as limiting the scope of the invention.
Claims (9)
前記機関は複数の燃焼室を有し、前記複数の燃焼室は燃焼室の全グループを形成し、前記全グループに属する各燃焼室は、シリンダライナ、ピストン、シリンダカバーによって画定され、前記ピストンはクロスヘッドによってクランクシャフトに連結され、前記ピストンはBDCとTDCの間を往復し、
前記機関は、燃焼室に掃気を導入するための掃気ポートであって、シリンダライナに配され、ピストンにより制御される掃気ポートと、シリンダカバーに配され、排気弁により制御される中央排気排出口とを有し、
前記全グループに属する燃焼室には、第1のサブグループに属する燃焼室と、第2のサブグループに属する燃焼室とがあり、前記全グループに属する各燃焼室は、前記第1のサブグループか前記第2のサブグループのいずれかに属し、
前記機関は、少なくとも1つの運転モードにおいて、主燃料としてガス燃料で動作し、
前記第1のサブグループに属する燃焼室のシリンダは、
・ 該シリンダのシリンダライナに配される2つ、3つ、又は4つの燃料導入弁であって、ピストンがBDCからTDCに向かうストロークの途中に加圧ガス燃料を燃焼室に導入するための燃料導入弁と、
・ 該シリンダのシリンダカバーに搭載され、該シリンダの中央排気排出口の周囲に分散配置される2つ又は3つの燃料噴射弁であって、ピストンがTDC又はその付近にあるときに、高圧ガス燃料を燃焼室に噴射するための燃料噴射弁と、
の両方を装備し、
前記第2のサブグループに属する燃焼室のシリンダは、
・ 該シリンダのシリンダライナに配される2つ、3つ、又は4つの燃料導入弁であって、ピストンがBDCからTDCに向かうストロークの途中に加圧ガス燃料を燃焼室に導入するための燃料導入弁と、
・ 該シリンダのシリンダカバーに搭載され、該シリンダの中央排気排出口の周囲に分散配置される2つ又は3つの燃料噴射弁であって、ピストンがTDC又はその付近にあるときに、高圧ガス燃料を燃焼室に噴射するための燃料噴射弁と、
の、いずれかを装備する、機関。 A large 2-stroke turbocharged uniflow scavenging internal combustion engine
The engine has a plurality of combustion chambers, the plurality of combustion chambers form an entire group of combustion chambers, each combustion chamber belonging to the all groups is defined by a cylinder liner, a piston, a cylinder cover, and the piston Connected to the crankshaft by a crosshead, the piston reciprocates between the BDC and TDC.
The engine is a scavenging port for introducing scavenging into the combustion chamber, a scavenging port arranged in a cylinder liner and controlled by a piston, and a central exhaust discharge port arranged in a cylinder cover and controlled by an exhaust valve. And have
The combustion chambers belonging to all the groups include a combustion chamber belonging to the first subgroup and a combustion chamber belonging to the second subgroup, and each combustion chamber belonging to the all groups is the first subgroup. Or belongs to one of the second subgroups mentioned above,
The engine operates on gas fuel as the main fuel in at least one mode of operation.
The cylinders of the combustion chamber belonging to the first subgroup are
Two, three, or four fuel introduction valves arranged in the cylinder liner of the cylinder for introducing pressurized gas fuel into the combustion chamber during the stroke of the piston from the BDC to the TDC. Introductory valve and
Two or three fuel injection valves mounted on the cylinder cover of the cylinder and distributed around the central exhaust outlet of the cylinder, high pressure gas fuel when the piston is at or near the TDC. With a fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber,
Equipped with both,
The cylinders of the combustion chamber belonging to the second subgroup are
Two, three, or four fuel introduction valves arranged in the cylinder liner of the cylinder for introducing pressurized gas fuel into the combustion chamber during the stroke of the piston from the BDC to the TDC. Introductory valve and
Two or three fuel injection valves mounted on the cylinder cover of the cylinder and distributed around the central exhaust outlet of the cylinder, high pressure gas fuel when the piston is at or near the TDC. With a fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber,
An institution equipped with either.
ピストンがBDCからTDCに向かうストローク途中に、第1の量の加圧ガス燃料を、前記燃料導入弁によって燃焼室に導入し;
ピストンがTDC又はその付近にある(50)ときに、第2の量の高圧ガス燃料を、前記燃料噴射弁によって燃焼室に噴射する;
ように構成される、請求項1に記載の機関 For combustion chambers belonging to the first subgroup in at least one mode of operation.
During the stroke of the piston from the BDC to the TDC, a first amount of pressurized gas fuel is introduced into the combustion chamber by the fuel introduction valve;
When the piston is at or near the TDC (50), a second amount of high pressure gas fuel is injected into the combustion chamber by the fuel injection valve;
The institution according to claim 1.
前記燃料タンクはボイルオフガス流を生成するように構成され、
前記燃料供給システムは、加圧したボイルオフ燃料ガスを、前記燃料タンクから前記燃料導入弁に供給するように構成されると共に、前記燃料タンクからの高圧液化ガス燃料を気化し、高圧気化燃料を前記燃料噴射弁に供給するように構成される、
請求項1又は2に記載の機関。 Equipped with a fuel supply system with a fuel tank to store liquefied fuel gas,
The fuel tank is configured to generate a boil-off gas flow.
The fuel supply system is configured to supply pressurized boil-off fuel gas from the fuel tank to the fuel introduction valve, vaporize the high-pressure liquefied gas fuel from the fuel tank, and supply the high-pressure vaporized fuel. Configured to supply fuel injection valves,
The institution according to claim 1 or 2.
前記第2のサブグループに属するシリンダは燃料噴射弁を装備し、
前記機関は、前記ボイルオフガス流のほとんど又は全てを、前記第1のサブグループに属するシリンダの前記燃料導入弁によって消費するように構成される、
機関。 The institution according to claim 3.
Cylinders belonging to the second subgroup are equipped with fuel injection valves.
The engine is configured to consume most or all of the boil-off gas flow by the fuel introduction valve of a cylinder belonging to the first subgroup.
institution.
前記燃料供給システムは、前記液化ガス燃料の主要な部分を低圧で気化して前記燃料導入弁に供給し、前記液化ガス燃料の主要でない部分を高圧で気化して前記燃料噴射弁に供給するように構成される、
請求項3に記載の機関。 Cylinders belonging to the second subgroup are equipped with fuel introduction valves.
The fuel supply system vaporizes the main part of the liquefied gas fuel at low pressure and supplies it to the fuel introduction valve, and vaporizes the non-main part of the liquefied gas fuel at high pressure and supplies it to the fuel injection valve. Consists of,
The institution according to claim 3.
好ましくは、前記第1の量の加圧ガス燃料は、一回のエンジンサイクルの間に燃焼室に供給される全燃料量の30~70%を占め、前記第2の量の高圧ガス燃料は、一回のエンジンサイクルの間に燃焼室に供給される全燃料量の30~70%を占める、
請求項7に記載の機関。 The first amount of pressurized gas fuel accounts for 20-80% of the total fuel supplied to the combustion chamber during one engine cycle, and the second amount of high pressure gas fuel is once. It accounts for 20-80% of the total fuel supplied to the combustion chamber during the engine cycle of
Preferably, the first amount of pressurized gas fuel accounts for 30-70% of the total amount of fuel supplied to the combustion chamber during one engine cycle, and the second amount of high pressure gas fuel is , 30-70% of the total fuel supplied to the combustion chamber during a single engine cycle,
The institution according to claim 7 .
ピストンがBDCからTDCに向かうストロークの途中に、前記第1のサブグループに属する燃焼室に、第1の量のボイルオフガス燃料を導入することと;
ピストンがTDC又はその付近にあるときに、前記第1のサブグループに属する燃焼室に、第2の量の高圧気化ガス燃料を噴射することと;
を遂行させるように構成される、請求項1から8のいずれかに記載の機関。 The fuel introduction valve and the fuel injection valve are connected to and controlled by at least one controller, and the at least one controller is attached to the fuel introduction valve and the fuel injection valve.
Introducing a first amount of boil-off gas fuel into the combustion chamber belonging to the first subgroup during the stroke of the piston from the BDC to the TDC;
Injecting a second amount of high pressure vaporized gas fuel into the combustion chamber belonging to the first subgroup when the piston is at or near the TDC;
The institution according to any one of claims 1 to 8 , which is configured to carry out.
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