JP2014051968A - Internal combustion engine controlling fuel gas injection pressure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリンダの燃焼室に直に燃料ガスを噴射するための燃料ガス噴射器が設けられたシリンダと、所与のエンジン負荷で所望のエンジン速度を得るために、適用される燃料指数に応じて燃焼室に噴射される燃料ガスの量を制御する少なくとも1つのエンジン制御部とを備え、燃料指数は、1回の噴射当たりにシリンダ内へと噴射される燃料ガスの量を規定し、燃料ガスの量は、燃料ガス噴射期間の継続時間を調整することで制御される、2サイクルクロスヘッドディーゼルエンジンなどの内燃エンジンに関する。 The present invention relates to a cylinder provided with a fuel gas injector for injecting fuel gas directly into the combustion chamber of the cylinder, and a fuel index applied to obtain a desired engine speed at a given engine load. And at least one engine controller that controls the amount of fuel gas injected into the combustion chamber in response, the fuel index defining the amount of fuel gas injected into the cylinder per injection, The amount of fuel gas relates to an internal combustion engine such as a two-cycle crosshead diesel engine that is controlled by adjusting the duration of the fuel gas injection period.
内燃エンジンの運転による二酸化炭素と、酸化窒素と、硫黄との排出を低下することへの関心が高まっており、そのため、従来の燃料オイルの代替燃料が研究されてきた。MANディーゼル12K80MC−GI−Sなど、大型の2サイクルディーゼルエンジンの運転は、一次燃料としての燃料ガスを用いた運転が、従来の燃料オイルと比較して、排出に関して安全で信頼でき環境的に望ましい可能性があることを示してきた。船舶市場向けの大型の2サイクルディーゼルエンジンに関しては、特に、ガスタンクからのボイルオフガスを輸送中に処理しなければならない液化天然ガス輸送船(LNG輸送船)にとっては、燃料ガスを用いるエンジンに対する関心が益々高くなっている。 There is increasing interest in reducing emissions of carbon dioxide, nitric oxide, and sulfur from the operation of internal combustion engines, and therefore alternative fuels to conventional fuel oils have been studied. For large two-cycle diesel engines such as MAN Diesel 12K80MC-GI-S, operation using fuel gas as the primary fuel is safer, more reliable and environmentally desirable compared to conventional fuel oil. It has been shown that there is a possibility. With regard to large two-cycle diesel engines for the marine market, there is an interest in engines using fuel gas, especially for liquefied natural gas carriers (LNG carriers) that must handle boil-off gas from gas tanks in transit. It is getting higher and higher.
したがって、このようなエンジンの運転には、LNG輸送船のガスタンクからの天然ガスおよび/またはボイルオフガスを用いることが望ましい。しかしながら、LNG輸送船のガスタンクからの燃料ガスの熱量値は、例えば、時間とともに変化することがあり、これは、ボイルオフガスが、シリンダに提供される燃料ガスのエネルギー密度を低下させる、例えば窒素なども備えているためである。同様に、シリンダに提供される燃料ガスの温度の変化は、シリンダの燃焼室に噴射される燃料ガスのエネルギー密度を変化させることになる。 Therefore, it is desirable to use natural gas and / or boil-off gas from the gas tank of the LNG transport ship for the operation of such an engine. However, the calorific value of the fuel gas from the gas tank of the LNG carrier may change over time, for example, because the boil-off gas reduces the energy density of the fuel gas provided to the cylinder, such as nitrogen It is because it also has. Similarly, a change in the temperature of the fuel gas provided to the cylinder will change the energy density of the fuel gas injected into the combustion chamber of the cylinder.
シリンダに噴射される燃料ガスのエネルギー密度が、エンジンの基準調整を作るための、および、エンジンの基準燃料指数の決定のための基盤となる、基準燃料ガスのエネルギー密度と異なる場合、つまり、所与の負荷で所望のエンジン速度を得るためにシリンダに噴射される燃料の量と異なる場合、エンジン速度を維持するために、適用される燃料指数を調整する必要がある。従来から、燃料ガスのエネルギー密度の変化は、実際のエンジン負荷における、基準燃料指数からの適用される燃料指数における変化とされていた。 If the energy density of the fuel gas injected into the cylinder is different from the energy density of the reference fuel gas, which is the basis for making the engine reference adjustment and for determining the engine reference fuel index, If it is different from the amount of fuel injected into the cylinder to obtain the desired engine speed at a given load, the applied fuel index needs to be adjusted to maintain the engine speed. Conventionally, the change in energy density of the fuel gas has been a change in the applied fuel index from the reference fuel index at the actual engine load.
例えば、燃料ガスのエネルギー密度が、基準燃料ガスより小さい場合には、単位時間当たりに噴射されるエネルギーの量は、エンジン速度を維持するのに十分ではなく、エンジン速度は減速することになる。しかしながら、これは、燃料指数が増加され、シリンダに噴射されるエネルギーの量が、エンジン速度が所望の程度となるように増加されるように、つまり、燃料ガス噴射期間の継続時間が増加されるように、電子制御部によって補正される。 For example, if the energy density of the fuel gas is less than the reference fuel gas, the amount of energy injected per unit time is not sufficient to maintain the engine speed and the engine speed will slow down. However, this is so that the fuel index is increased and the amount of energy injected into the cylinder is increased so that the engine speed is at the desired degree, ie the duration of the fuel gas injection period is increased. Thus, it is corrected by the electronic control unit.
しかしながら、燃料ガスのエネルギー密度における変化を補正し、所望のエンジン速度を達成するこの方法は、燃焼室における最大燃焼圧力が最適な動作点より低くなってしまうため、より低効率となってしまう。同様に、燃料ガスのエネルギー密度が、基準燃料ガスより大きい場合には、最大燃焼圧力はエンジンが設計された最大燃焼圧力より高くなってしまい、エンジンの摩耗を増加させ、また、損傷の可能性を高めることになる。 However, this method of correcting for changes in the energy density of the fuel gas and achieving the desired engine speed is less efficient because the maximum combustion pressure in the combustion chamber will be lower than the optimum operating point. Similarly, if the energy density of the fuel gas is greater than the reference fuel gas, the maximum combustion pressure will be higher than the engine designed maximum combustion pressure, increasing engine wear and possible damage. Will increase.
したがって、燃料ガスの熱量値と燃料ガスの温度の両方が、単位時間当たりにシリンダ内に噴射されるエネルギーの密度とエネルギーの量とに影響を与える。 Accordingly, both the calorific value of the fuel gas and the temperature of the fuel gas affect the density and amount of energy injected into the cylinder per unit time.
EP1546532には、燃料オイルと燃料ガスとの燃焼で作動する複数の燃料エンジンを運転するためのシステムが開示されている。電子制御部は、エンジンシステムに接続されており、燃料ガス温度や燃料ガス圧力などの、エンジンシステムの運転特性に基づいて、エンジンへ送出される複数の燃料の各々の量を制御する。 EP 1546532 discloses a system for operating a plurality of fuel engines operating on combustion of fuel oil and fuel gas. The electronic control unit is connected to the engine system, and controls the amount of each of the plurality of fuels delivered to the engine based on the operating characteristics of the engine system such as the fuel gas temperature and the fuel gas pressure.
本発明によれば、変化するエネルギー密度の燃料ガスで運転されるときの内燃エンジンの効率を最適化することが望まれる。 In accordance with the present invention, it is desirable to optimize the efficiency of an internal combustion engine when operated with fuel gas of varying energy density.
これを目的として、本発明による内燃エンジンは、所与のエンジン負荷で所望のエンジン速度を得るために、測定されたエンジン負荷から決定される基準燃料指数と、少なくとも1つのエンジン制御部によって決定された適用される燃料指数との比較に基づいて、運転中にエンジン負荷を測定するためのセンサ装置が設けられ、少なくとも1つのエンジン制御部は、適用される燃料指数が基準燃料指数に対応するように、燃料ガスのエネルギー密度の変化に応じて、燃焼室への燃料ガスの噴射圧力を制御することを特徴とする。 For this purpose, the internal combustion engine according to the invention is determined by a reference fuel index determined from the measured engine load and at least one engine controller in order to obtain a desired engine speed at a given engine load. A sensor device is provided for measuring the engine load during operation based on the comparison with the applied fuel index, and the at least one engine control unit is configured to ensure that the applied fuel index corresponds to the reference fuel index. In addition, the fuel gas injection pressure into the combustion chamber is controlled in accordance with a change in the energy density of the fuel gas.
電子制御部は、センサ装置からの読取りに基づいて、測定されたエンジン負荷と、対応する基準燃料指数とを決定することができ、また、基準燃料指数を、エンジン制御部によって計算された適用される燃料指数と比較することができる。基準燃料指数と適用された燃料指数との間に差がある場合は、単位時間当たりに噴射されるエネルギーの量が、燃料ガスの熱量値および/または燃料ガスの温度の変化があっても一定であるように、燃料ガス噴射圧力が調整される。 The electronic control unit can determine the measured engine load and the corresponding reference fuel index based on readings from the sensor device, and the reference fuel index is applied by the engine control unit calculated by the engine control unit. The fuel index can be compared. If there is a difference between the reference fuel index and the applied fuel index, the amount of energy injected per unit time is constant even if the fuel gas calorific value and / or the temperature of the fuel gas changes. The fuel gas injection pressure is adjusted so that
例えば、本発明による船舶用エンジンを載せた船舶に作用する波や、所望の速度から速度変化を引き起こす燃料ガスのエネルギー密度の急速な変化などの出力変化による、急速なエンジン負荷の外乱は、燃料噴射期間の継続時間を調整することによって1回の噴射でシリンダに噴射されるエネルギーの量を素早く調整することで、補正される。燃料噴射圧力を調整することで、燃料ガスの熱量値を時間とともにゆっくりと変化させるように、および/または、燃料ガスの温度を変化させるように補正することができ、噴射された燃料ガスの特性が基準燃料ガスに相当しているかのように、同じ放熱および同じ効率を維持する。さらに、これによって、例えば、噴射のタイミング、および排気弁を開閉するタイミングに関して、燃料噴射期間の継続時間を調整することよりも、時間が重要な燃焼過程のタイミングをより効率的にすることになる。 For example, a rapid engine load disturbance due to output changes such as waves acting on a ship carrying a marine engine according to the present invention or a rapid change in the energy density of the fuel gas causing a speed change from a desired speed Correction is made by quickly adjusting the amount of energy injected into the cylinder in a single injection by adjusting the duration of the injection period. By adjusting the fuel injection pressure, the calorific value of the fuel gas can be corrected to change slowly with time and / or to change the temperature of the fuel gas, and the characteristics of the injected fuel gas Maintains the same heat dissipation and the same efficiency as if. Furthermore, this makes the timing of the combustion process more time efficient than adjusting the duration of the fuel injection period, for example with respect to the timing of injection and the timing of opening and closing the exhaust valve. .
燃料消費および排出燃焼ガスの減少による明白な恩恵に加えて、調整され、かつ、均衡のとれたエンジンは、維持費を大きく削減し、エンジンの損傷の危険性を減らす可能性がある。 In addition to the obvious benefits of reduced fuel consumption and exhaust combustion gases, a tuned and balanced engine can greatly reduce maintenance costs and reduce the risk of engine damage.
エンジンをより効率よく運転できる好ましい実施形態では、少なくとも1つのエンジン制御部は、燃料ガスの熱量値および/または温度の変化に応じて、燃焼室への燃料ガスの噴射圧力を制御する。 In a preferred embodiment in which the engine can be operated more efficiently, the at least one engine control unit controls the injection pressure of the fuel gas into the combustion chamber in accordance with the change in the calorific value and / or temperature of the fuel gas.
実用的な簡単な実施形態では、測定されたエンジン負荷は、軸トルクと軸回転速度との、センサ装置による測定から決定される。 In a simple practical embodiment, the measured engine load is determined from the measurement by the sensor device of shaft torque and shaft rotational speed.
別の実施形態では、測定されたエンジン負荷は、燃焼サイクルの間の燃焼圧力と軸の回転速度との、センサ装置による測定から決定される。 In another embodiment, the measured engine load is determined from sensor sensor measurements of combustion pressure and shaft rotational speed during the combustion cycle.
これは、本発明による特に有利な実施形態を可能にし、その実施形態では、燃料ガス噴射圧力は、最適な燃料消費および燃焼ガス排出を得るために、クランクシャフトの位置に応じて、噴射タイミングの調整と、排気弁を開閉するタイミングの調整との組合せにより調整される。 This allows for a particularly advantageous embodiment according to the invention, in which the fuel gas injection pressure depends on the position of the injection timing, depending on the position of the crankshaft, in order to obtain optimum fuel consumption and combustion gas emissions. Adjustment is performed by a combination of adjustment and adjustment of timing for opening and closing the exhaust valve.
本発明の信頼できる実施によれば、シリンダには、シリンダの燃焼室に直に燃料オイルを噴射する燃料オイル噴射器と、燃料オイル供給システムとが設けられる。 According to a reliable implementation of the invention, the cylinder is provided with a fuel oil injector for injecting fuel oil directly into the combustion chamber of the cylinder and a fuel oil supply system.
本発明の信頼できる実施によれば、燃料ガス供給システムは、コモンレール燃料ガス供給システムである。 According to a reliable implementation of the invention, the fuel gas supply system is a common rail fuel gas supply system.
実用的に好ましい実施形態では、シリンダに提供される燃料ガスの温度は、10〜70℃の範囲にある。これは、ガス供給配管での凝縮を防止する。 In a practically preferred embodiment, the temperature of the fuel gas provided to the cylinder is in the range of 10-70 ° C. This prevents condensation in the gas supply piping.
好ましい実施形態では、100%のエンジン負荷において、エンジン速度が45rpmから250rpmまでの範囲にある。低速度のエンジンは、典型的には非常に大きな出力のエンジンであり、燃焼圧力の点においてエンジンを効率的に運転するのが実際には問題である。 In a preferred embodiment, at 100% engine load, the engine speed is in the range of 45 rpm to 250 rpm. Low speed engines are typically very high power engines, and it is actually a problem to operate the engine efficiently in terms of combustion pressure.
実用的な好ましい実施形態では、燃料ガスをシリンダに提供するガス供給システムは、液化天然ガス輸送船の液化天然ガスタンクに連結されている。 In a practical and preferred embodiment, the gas supply system for providing fuel gas to the cylinder is connected to the liquefied natural gas tank of the liquefied natural gas transport ship.
本発明の例と実施形態とを、非常に概略化された図面を参照しつつ、以下でより詳細に説明する。 Examples and embodiments of the invention will be described in more detail below with reference to highly schematic drawings.
本発明の好ましい実施形態による内燃エンジン1は、図1に示されるように、2サイクルクロスヘッドディーゼルエンジンであってもよい。このようなエンジン1は、例えば、MAN Diesel製造の型式MCもしくはME、Wartsila製造の型式Sulzer RT−flexもしくはSulzer RTA、または三菱重工業製造のものとすることができる。この型式のエンジンは、船舶の主エンジンとして、または、発電所の定置エンジンとして典型的に用いられる大型エンジンである。シリンダは、例えば、25cmから120cmまでの範囲のボアを有することができ、エンジンは、例えば、3000kWから120,000kWまでの範囲の出力を有することができる。エンジン速度は、典型的には、40rpmから250rpmまでの範囲にある。本発明による圧縮点火内燃エンジンは、典型的には、一次燃料として重油燃料を用いることができる。
The
図1のエンジン1は、エンジンフレーム4のシリンダ部3に取り付けられたシリンダライナ2を備えた複数のシリンダを有する。排気弁ハウジング5はシリンダカバー6に取り付けられており、排気管7は、個々のシリンダから、複数またはすべてのシリンダに共通の排気だめ8へと延びている。排気だめでは、排気管から排出される排気パルスによって引き起こされる圧力変動が、より一様な圧力に均一化され、1つまたは複数のターボチャージャ9は、排気だめ8からの排気を受け、排気だめと同様に、長尺の圧力容器である掃気受け10を備える掃気システムに圧縮された空気を送る。
The
個々のシリンダでは、ピストンがピストンロッドに取り付けられており、そのピストンロッドは、クロスヘッドおよび連結ロッド(図示せず)を介してクランクシャフト上のクランクピンと連結されている。燃料噴射器は、燃料を燃焼室に噴射する。噴射された燃料が燃料オイルであるとき、その燃料オイルは、ピストン上方の空気が高温であるため、自動点火する。ピストンが、上向きの圧縮ストロークの間に入口空気を圧縮したため、高温となっている。 In each cylinder, a piston is attached to a piston rod, which is connected to a crankpin on the crankshaft via a crosshead and a connecting rod (not shown). The fuel injector injects fuel into the combustion chamber. When the injected fuel is fuel oil, the fuel oil automatically ignites because the air above the piston is hot. The piston is hot because it compressed the inlet air during the upward compression stroke.
本発明は、二元燃料供給システムを備えた船舶用ディーゼルエンジンにおいて実施されるのが好ましく、以下においては、本発明をこのような例によって説明するが、当然ながら、本発明は一元燃料システムとして実施されてもよい。本例のエンジンは、オイルとガスとの噴射を電子制御する電子制御エンジンであり、燃料噴射と燃焼との最適化を確実に行う。さらに、これは、燃料ガスの燃焼を点火するためのパイロット燃料オイル噴射を伴う高圧ガス噴射原理に基づいて行われる。この原理があることで、ディーゼル燃焼過程を十分に利用することができ、それによって燃料オイル燃焼の場合と同じ高い熱効率を得ることができる。図2には、シリンダ部3が、単一のシリンダ11で示されているが、エンジンは、4個から16個のシリンダなど、複数のシリンダを有する。図2に概略的に示されるように、内燃エンジン1は、シリンダ11の燃焼室に提供されるべき燃料オイルと燃料ガスとを、燃料オイル噴射システム20と燃料ガス噴射システム30とにそれぞれ提供する燃料オイル供給システム23と燃料ガス供給システム19とを備えている。この例において、燃料オイル噴射システム20と燃料ガス噴射システム30とは、シリンダ11の燃焼室への燃料オイルと燃料ガスとの噴射をそれぞれ制御する。燃料噴射システム20、30の一般的な原理は、各シリンダ11が、シリンダカバー6の燃料噴射器13、14に連結された燃料ポンプや弁などの1つまたは複数の燃料注入デバイス15、16を制御するシリンダ制御部12と関連付けられていることである。シリンダあたりの噴射器13、14の数は、シリンダ11の出力に依存する。好ましい実施形態では、各シリンダは、少なくとも燃料オイル噴射器13と燃料ガス噴射器14とを備える。より小型のエンジンでは、燃料のタイプごとに1つの噴射器で、1回の燃焼過程に必要な燃料の量を噴射するには十分な場合があるが、より大型の、より出力の大きいエンジンでは、燃料のタイプごとに2つまたは3つの噴射器が必要となる可能性がある。いくつかの噴射器がシリンダ11ごとに設けられているときは、噴射器13当たりに1つの燃料注入デバイス15、噴射器14当たりに1つの燃料注入デバイス16があってもよい。燃料噴射システム20、30のシリンダ制御部12は、船舶の艦橋と通信するエンジン制御部17によって制御される。
The present invention is preferably implemented in a marine diesel engine equipped with a dual fuel supply system, and in the following, the present invention will be described using such an example, but it should be understood that the present invention is a single fuel system. May be implemented. The engine of this example is an electronically controlled engine that electronically controls the injection of oil and gas, and reliably optimizes fuel injection and combustion. Furthermore, this is done on the basis of the high-pressure gas injection principle with pilot fuel oil injection for igniting the combustion of the fuel gas. With this principle, the diesel combustion process can be fully utilized, thereby obtaining the same high thermal efficiency as in the case of fuel oil combustion. In FIG. 2, the cylinder portion 3 is shown as a single cylinder 11, but the engine has a plurality of cylinders, such as 4 to 16 cylinders. As schematically shown in FIG. 2, the
燃料ガス供給システム19は、海上で運行されるLNG輸送船の液化天然ガス(LNG)タンク18に連結されていることが好ましい。LNG輸送船のLNGタンクは、低温に保たれているが、海水と大気とからの外部の熱がタンクの断熱材を通って伝達されるため、不可避的に熱せられる。外部の熱が侵入することで、LNGの一部が気化、つまり、ボイルオフし、タンクの圧力は徐々に高くなる。タンクの圧力を許容可能なレベルに保つために、再液化システム(図示せず)が、ボイルオフガスを再液化するために使用されてもよい。代わりに、または、再液化システムと組み合わせて、ボイルオフガス圧縮機は、燃料ガス噴射システム30にそのように命令されたときに、高圧のボイルオフガスを提供することができる。シリンダでは、シリンダ制御部12によって制御された燃料注入デバイス16は、燃料ガス噴射器14のタイミングと開きとをもたらす。燃料ガスは、好ましくは、コモンレール設計の二重壁ガス供給配管26によって燃料ガス噴射システムに提供される。コモンレール設計では、燃料ガス噴射器14の弁は、補助制御オイルシステムによって制御される。この補助制御オイルシステムは、原則として、油圧制御オイルシステムおよび電子ガス噴射弁から成り、高圧の制御されたオイルをガス噴射器14に供給し、それによってガス噴射器14のガス弁のタイミングと開きとを制御する。効率的なガス噴射は、ガスの送出圧力が、エンジンの負荷に依存して、150barと400barとの間にあり、燃料ガスが30℃から60℃の間、好ましくは約45℃であるときに得られる。バッファタンク22は、燃料ガス供給システム19によって燃料ガス噴射システム30に提供される前にボイルオフガスを貯蔵するために使用される。LNG輸送船のLNGタンク内の不可避的なボイルオフガスの量は、通常、LNG輸送船の内燃エンジンの運転に対する唯一の燃料としては不十分であるが、本発明によれば、このボイルオフガスの量を、内燃エンジンの燃料オイルと組み合わせて有利に使用することができる。燃料ガス噴射システム30の運転は、ガス組成、ならびにガス組成における変化に対して鈍感である。したがって、プロパンやブタンなどの、より高級な炭化水素から通常成る液化石油ガス(LPG)も、燃料オイルと同じ定格を維持しつつ、速度、熱効率、および出力の観点においてエンジンの性能を変えることなく、LNGのように、燃料ガスとして適用することができる。
The fuel
燃料オイル噴射システム20では、燃料オイル投入装置15は燃料ポンプであってもよく、その場合、燃料オイル供給システム23は、2barから15barまでの範囲など、供給管24において比較的低い供給圧力で燃料オイルタンク21から燃料注入デバイスに燃料オイルを送出することだけが必要である。あるいは、燃料オイル注入デバイス15は、弁、すなわち、計量デバイスに連結された弁であってもよく、その場合、燃料供給管は、500barから1500barまでの範囲の供給圧力など、燃料が噴射圧力より高い圧力となっている高圧管である。このような燃料オイル供給システム23は、コモンレールシステムと呼ばれる。いずれの場合でも、燃料オイル注入デバイス15は、通常のエンジンの運転中に開位置に維持される弁を備えた分岐管によって燃料供給管24に連結されている。燃料オイル注入デバイス15は、高圧燃料オイル管を介して燃料オイル噴射器13に連結されている。再帰管は、燃料オイル噴射器から燃料オイル戻り配管(図示せず)に通じている。シリンダへと提供される燃料オイルは、典型的には、重油または船舶用ディーゼルオイルである。
In the fuel
本発明による内燃エンジン1は、前述のような燃料オイル供給システムを備えた既存のエンジンに、燃料ガス供給システム19と燃料ガス噴射システム30とを設置することで提供されてもよい。噴射制御は、それぞれシリンダ11の燃焼室内へと提供される燃料オイルと燃料ガスとの量を制御する、1つのシリンダ制御部または独立したシリンダ制御部12a、12bのいずれかであってもよい。同様に、燃料オイル噴射システム20および燃料ガス噴射システム30は、1つのエンジン制御部17によって、または独立したエンジン制御部17a、17bにおいて別々に、のいずれかで制御され得る。本発明による内燃エンジンを運転するときには、燃料噴射のエンジン調整は、燃料オイル噴射システム20または燃料ガス噴射システム30のいずれかによって行われる。概して、エンジン制御部17は、センサ装置40からエンジン速度信号と他のエンジン運転パラメータとを受信し、シリンダ11の燃焼室に提供されるべき燃料の量および速さを制御し、このことは、エンジンの調速機制御としても知られている。本発明による内燃エンジンは、燃料オイル運転モードと、燃料ガス運転モードと、燃料オイル/燃料ガス複合運転モードとで運転することができる。運転モードは、例えば、ガス漏れといった、エンジンが燃料オイル運転モードに自動で素早く切り替えられる場合における安全上の理由を除いて、船の艦橋から命令されてでもよい。
The
燃料オイル/燃料ガス複合運転モードは、燃料オイル運転モードと燃料ガス運転モードとの間で自動的に交互に切り替わることで実施されてもよい。燃料オイル運転モードと燃料ガス運転モードとの間での切り替えは、燃料オイル噴射システム20と燃料ガス噴射システム30とに接続されたエンジンモード選択機能部25によって命令されてもよく、好ましくは、エンジン切り替えの機能部は燃料ガス供給システム19の一部であり、したがって、切り替えは、燃料ガス噴射システム30専用のエンジン制御部17bによって制御される。燃料オイル/燃料ガス複合運転モードでは、エンジンモード選択機能部25は、内燃エンジンにおける燃焼が、燃料オイル噴射システム20または燃料ガス噴射システム30によって開始されるかを、すなわち、エンジンモード選択機能部25は、燃料オイル噴射システム20または燃料ガス噴射システム30を使用してエンジン制御部17の調速機制御機能を切り替えるかを判断する。
The combined fuel oil / fuel gas operation mode may be implemented by automatically switching between the fuel oil operation mode and the fuel gas operation mode. Switching between the fuel oil operation mode and the fuel gas operation mode may be commanded by an engine mode selection function unit 25 connected to the fuel
燃料ガス運転モードでは、燃焼過程の燃料ガス噴射とタイミングとは、燃料ガス噴射システム30によって制御される。これは、エンジンを所与のエンジン負荷で最適に運転するために必要とされる燃料ガス噴射時間と燃料ガス噴射圧力とを規定する所定の基準燃料指数、すなわち燃料ガス指数に従って行われる。運転が行われる前に、エンジンは、様々な負荷での最適な基準燃料ガス噴射時間と燃料ガス噴射圧力とを決定するために、プロペラ曲線に沿って様々な負荷で試験される。したがって、エンジン制御部17、17bが、例えば、燃料ガス噴射の正確なタイミングと、排気弁を開閉する正確なタイミングと、油圧とを見いだすためにエンジンマップを検索するとき、それは、エンジンを所望のエンジン負荷で運転するために必要とされる、命令された燃料ガス噴射時間と命令された燃料ガス噴射圧力との両方も見いだす。
In the fuel gas operation mode, the fuel gas injection and timing of the combustion process are controlled by the fuel
エンジンが燃料ガスモードで運転されるとき、エンジン制御部17、17bの調速機制御は、所与のエンジン負荷で所望のエンジン速度を得るために、燃料指数を計算することで噴射される燃料ガスの量を制御する。したがって、エンジン負荷における変化によって、エンジン速度と所望のエンジン速度との相違が生じるため、適用された燃料指数は、所望のエンジン速度が達成されるように調整される。例えば、燃料ガスの熱量値が基準ガスの熱量値より小さい場合、より少ないエネルギーが、燃料ガス噴射期間においてシリンダ内へと噴射される。これによりエンジン速度が低下することになり、そのエンジン速度は、エンジン制御部17、17bと通信するセンサ装置40によって測定される。所望のエンジン速度を得るために、エンジン制御部17、17bは、燃料ガス噴射期間が長くされ、それによって噴射される燃料ガスの量が増加されるように、適用された燃料指数を増加する。所望のエンジン速度に維持するための同じ原則は、燃料オイル噴射システムのエンジン制御部17aによって用いられており、エンジン負荷の急激な変化を非常に効率的に素早く制御する。しかしながら、燃料ガス運転モードでは、所望のエンジン速度が燃焼室においてより低い最大圧力で達成されるため、エンジンが設計されている基準ガスを用いる場合よりも効率が低くなる。燃料ガスの熱量値が基準ガスより大きい場合、燃焼室における最大燃焼圧力は、エンジンが設計されている最大燃焼圧力よりも高くなり、エンジン部品の摩耗が増加し、エンジンは損傷する可能性がある。
When the engine is operated in the fuel gas mode, the governor control of the
シリンダに一定圧力の燃料ガスが提供される場合、基準燃料ガスの温度と比べてより低い燃料ガス温度は、燃料ガスのエネルギー密度が基準燃料ガスのエネルギー密度より大きくなるため、最大燃焼圧力はエンジンが設計されている最大燃焼圧力より高くなることになる。したがって、シリンダに提供される燃料ガスの熱量値および温度の変化は、燃焼過程において同じ効果を有し、このような変化は、エンジン制御部によって、エンジン負荷の変化とされており、したがって、燃料指数は、エンジン制御部17、17bによって調整される。
If the cylinder is provided with constant pressure fuel gas, the lower fuel gas temperature compared to the reference fuel gas temperature will cause the fuel gas energy density to be greater than the reference fuel gas energy density, so the maximum combustion pressure will be Will be higher than the designed maximum combustion pressure. Therefore, changes in the calorific value and temperature of the fuel gas provided to the cylinder have the same effect in the combustion process, and such changes are considered as changes in the engine load by the engine controller, and therefore The index is adjusted by the
そのため、燃料指数が、燃料ガスのエネルギー密度の変化に応じて燃料噴射期間を調整することで、素早い制御で調整されるとき、エンジン制御部17、17bによって用いられる適用された燃料指数は、実際のエンジン負荷に対応する基準燃料指数とは時間とともに異なることになる。実際のエンジン負荷、したがって基準燃料指数は、例えば、センサ装置40から受信されるエンジン速度と、平均シリンダ燃焼圧力またはクランクシャフトのトルクの測定値とに基づいて、エンジン制御部17、17bによって決定されてもよい。
Therefore, when the fuel index is adjusted with quick control by adjusting the fuel injection period according to the change of the energy density of the fuel gas, the applied fuel index used by the
エンジン制御部17、17bは、適用された燃料指数を基準燃料指数と比較し、適用された燃料指数が基準燃料指数に対応するように、燃料ガス噴射圧力を調整する。したがって、エンジン制御部17、17bは、単位時間当たりにシリンダに噴射されるエネルギーの量が、例えば、エンジンの製造基準調整のもとでエンジン制御部17、17bのマップに保管されたのと同じ程度などで一定に維持されるように、燃料ガス供給システム19からの調整された燃料ガス圧力を命令することで、燃料ガスの噴射圧力を制御する。調整された燃料ガス噴射圧力、および、単位時間当たりに噴射されるエネルギーの量の対応する調整は、エンジン出力の変化をもたらすため、エンジン制御部17、17bの調速機制御は、適用された燃料指数を調整してエンジン出力を維持し、それによって、一定であるエンジン速度が、基準燃料指数に対応する、適用された燃料指数をもたらす。
The
そのため、燃料ガスの減少した熱量値は、燃料ガス噴射圧力の増加をもたらす一方で、燃料ガスの増加した熱量値は、燃料ガス噴射圧力の減少をもたらす。同様に、基準ガスに対して燃料ガスの温度がより低くなると、燃料ガスのエネルギー密度を増加させ、燃料ガス供給システム19から命令された燃料ガス噴射圧力は、エンジン制御部17bによって低下させられる一方で、基準ガスに対して燃料ガスの温度がより高くなると、燃料ガスのエネルギー密度を低下させ、燃料ガス供給システム19から命令された燃料ガス噴射圧力は、エンジン制御部17bによって上昇させられる。
Thus, a reduced calorific value of the fuel gas results in an increase in fuel gas injection pressure, while an increased calorific value of the fuel gas results in a decrease in fuel gas injection pressure. Similarly, when the temperature of the fuel gas becomes lower than the reference gas, the energy density of the fuel gas is increased, and the fuel gas injection pressure commanded from the fuel
Claims (10)
シリンダであって、前記シリンダの燃焼室に直に燃料ガスを噴射するための燃料ガス噴射器が設けられたシリンダと、
所与のエンジン負荷で所望のエンジン速度を得るために、適用される燃料指数に応じて前記燃焼室に噴射される燃料ガスの量を制御する少なくとも1つのエンジン制御部と、
を備え、
前記燃料指数が、1回の噴射当たりに前記シリンダ内へと噴射される燃料ガスの量を規定し、噴射される前記燃料ガスの量は、燃料ガス噴射期間の継続時間を調整することで制御される、2サイクルクロスヘッドディーゼルエンジンなどの内燃エンジンであって、
所与のエンジン負荷で所望のエンジン速度を得るために、測定されたエンジン負荷から決定される基準燃料指数と、前記少なくとも1つのエンジン制御部によって決定された適用される燃料指数との比較に基づいて、運転中に前記エンジン負荷を測定するためのセンサ装置が設けられ、前記少なくとも1つのエンジン制御部が、前記適用される燃料指数が前記基準燃料指数に対応するように、前記燃料ガスのエネルギー密度の変化に応じて、前記燃焼室への燃料ガスの噴射圧力を制御することを特徴とする内燃エンジン。 A fuel gas supply system;
A cylinder provided with a fuel gas injector for injecting fuel gas directly into the combustion chamber of the cylinder;
At least one engine controller that controls the amount of fuel gas injected into the combustion chamber in response to an applied fuel index to obtain a desired engine speed at a given engine load;
With
The fuel index defines the amount of fuel gas injected into the cylinder per injection, and the amount of fuel gas injected is controlled by adjusting the duration of the fuel gas injection period An internal combustion engine such as a two-cycle crosshead diesel engine,
Based on a comparison of a reference fuel index determined from the measured engine load and an applied fuel index determined by the at least one engine controller to obtain a desired engine speed at a given engine load A sensor device for measuring the engine load during operation, wherein the at least one engine control unit is configured to provide energy of the fuel gas so that the applied fuel index corresponds to the reference fuel index. An internal combustion engine characterized by controlling an injection pressure of fuel gas into the combustion chamber according to a change in density.
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