JP2019044774A - デュアルフューエルシステム付き大型２ストローク圧縮点火内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる２種類の燃料に対応し追加コストを抑制する機関を提供する。【解決手段】ターボ過給式大型多気筒２ストローククロスヘッド型圧縮点火内燃機関（９）は、第１のタイプの燃料を機関のシリンダーに供給し油圧駆動式ポンプ及び／又は第１のタイプの燃料を加圧する増圧器を備える第１燃料供給噴射システム（５２）と、第２のタイプの燃料を機関のシリンダーに供給し油圧駆動式ポンプ及び／又は第２のタイプの燃料を加圧する増圧器を備える第２燃料供給噴射システム（５３）とを備え、油圧ポンプステーションは機関の動力によって駆動される複数の機械駆動式油圧ポンプ（２４、２５）を備える。機関は、第１の燃料又は第２の燃料によって選択的に運転される。油圧ポンプステーションは、機関が第１の燃料で運転中には油圧パワーを第１燃料供給噴射システムに供給し、第２の燃料で運転中には油圧パワーを第２燃料供給噴射システムに供給する。【選択図】図２

Description

本開示は、デュアルフューエルシステム付き大型２ストローク圧縮点火内燃機関に関する。

ユニフローターボ過給式大型２ストローククロスヘッド型圧縮点火内燃機関の代表的な用途は、大型船舶の推進システムや、発電所の原動機である。ターボ過給式大型２ストローク圧縮点火内燃機関は、そのサイズ、重量、及び出力の大きさから、通常の燃焼機関と大きく異なり、独自の地位を占めるものとなっている。

従来、大型２ストローク圧縮点火内燃機関は、例えば燃料油や重質燃料油等の、液体燃料で運転される。しかし、環境面への注目が高まるにつれて、天然ガス、石油ガス、メタノール、エタノール、石炭スラリー、石油コークス等の、代替燃料の使用に関する開発が行われるようになった。ガスは、通常、液体の形態で貯蔵され、気体の形態で噴射される。

これらの代替燃料は、従来の燃料ポンプでは対応が困難もしくは不可能な特性を有している。中には、石炭スラリーのように、研磨性を有するものや、ガソリンやエタノールのように、潤滑性が非常に劣るものがあり、その他、極低温燃料である液化ガスのように、極低温にする必要があるものもある。

ほとんどの用途では、エンジンは、例えば、船舶用ディーゼル油や重質燃料油のような、従来型燃料で運転可能であり、なおかつ、例えば、液化ガスやエタノールのような、環境に優しい代替燃料の一つで運転可能であることが要求される。

そこで、各々のタイプの使用燃料に特化した専用の燃料供給噴射システムが要求される。この、２つの別個の燃料供給噴射システムに対する要求によって、エンジンを構築するための初期コスト、そして、エンジンの複雑さ及びメンテナンスコストが増大する。

したがって、異なる２種類の燃料に対応することができ、追加コストと複雑化を防止もしくは少なくとも抑制するエンジンが求められている。

本発明は、上記問題を防止もしくは少なくとも抑制するエンジンを提供することを目的とする。

前記及びその他の目的は、独立請求項の特徴によって達成される。さらなる実現形態は、従属請求項、明細書、及び図面から明らかである。

本発明の第１の態様に係るターボ過給式大型多気筒２ストローククロスヘッド型圧縮点火内燃機関は、
第１のタイプの燃料を、機関のシリンダーに供給する、第１燃料供給噴射システムを備え、第１燃料供給噴射システムは、油圧駆動式ポンプ、及び／又は、第１のタイプの燃料を加圧する増圧器を備え、
第２のタイプの燃料を、機関のシリンダーに供給する、第２燃料供給噴射システムを備え、第２燃料供給噴射システムは、油圧駆動式ポンプ、及び／又は、第２のタイプの燃料を加圧する増圧器を備え、
油圧ポンプステーションは、複数の機械駆動式油圧ポンプを備え、機械駆動式油圧ポンプは、機関から取り出される動力によって駆動され、機関は、第１の燃料又は第２の燃料によって選択的に運転されるように構成され、油圧ポンプステーションは、機関が第１の燃料で運転中の場合には、油圧パワーを第１燃料供給噴射システムに供給するように構成され、また、油圧ポンプステーションは、機関が第２の燃料で運転中の場合には、油圧パワーを第２燃料供給噴射システムに供給するように構成される。

２つの燃料供給システムのどちらにも柔軟にパワーを供給できる、単一の油圧ポンプステーションを設けることによって、それぞれの燃料供給システムに対して専用の油圧ポンプステーションを設けることを避けることができ、それによって、コストと複雑さを低減することができる。

第１の態様の実現可能な実施態様によれば、機関が、第１の燃料で運転中の場合と、機関が第２の燃料で運転中の場合の、両方の場合に動作する、油圧駆動式排気弁作動システムを備え、油圧ポンプステーションは、機関が第１の燃料で運転中の場合と、機関が第２の燃料で運転中の場合に、排気弁作動システムに油圧パワーを供給するように構成される。

第１の態様の実現可能な実施態様によれば、複数の機械駆動式油圧ポンプから選択されたグループは、専ら、排気弁作動システムと第１燃料供給噴射システムに油圧パワーを供給し、複数の機械駆動式油圧ポンプのうち、１基以上の非専用ポンプは、機関が第２のタイプの燃料で運転中の場合に、第２燃料供給噴射システムに選択的に油圧パワーを供給する。

第１の態様の実現可能な実施態様によれば、非専用ポンプの吐出口側の第１電子制御弁は、第１電子制御弁を第１燃料供給噴射システムと弁作動システムに接続する第１導管、又は、第１電子制御弁を第２燃料供給噴射システムに接続する第２導管に、選択的に接続可能である。

第１の態様の実現可能な実施態様によれば、第１燃料供給噴射システムが必要とする第１油圧Ｐ１は、少なくとも機関の特定の運転条件下では、第２燃料供給噴射システムが必要とする第２油圧Ｐ２よりも低く、第１導管は第１燃料供給噴射システムを油圧ポンプステーションと接続し、第２導管は第２燃料供給噴射システムを油圧ポンプステーションと接続し、第１導管は、好適には、排気弁作動システムへの供給も行う。

第１の態様の実現可能な実施態様によれば、ポンプステーションによって供給された第１油圧Ｐ１を第２油圧Ｐ２に増圧する油圧増圧ポンプが、第２導管内に配置されており、油圧増圧ポンプは、好適には、油圧モーター又は電気式駆動モーターによって駆動される。

第１の態様の実現可能な実施態様によれば、ポンプステーションによって供給された第２油圧Ｐ２を第１油圧Ｐ１に減圧する油圧減圧弁配列が、第１導管内に配置されている。

第１の態様の実現可能な実施態様によれば、複数の機械駆動式油圧ポンプから選択されたグループは、専ら、排気弁作動システムと第１燃料供給噴射システムに油圧パワーを供給し、複数の機械駆動式油圧ポンプのうち、１基以上の可変吐出量専用ポンプは、機関が第２のタイプの燃料で運転中の場合に、第２燃料供給噴射システムに、油圧パワーを供給する。

第１の態様の実現可能な実施態様によれば、機械駆動式油圧ポンプのうちの１基以上は、可変吐出量油圧ポンプである。

第１の態様の実現可能な実施態様によれば、機関は第１燃料供給噴射システムと、第２燃料供給噴射システムと、排気弁作動システム、及び、油圧ポンプステーションの動作を制御するように構成された電子制御ユニットを備え、
電子制御ユニットは、運転を第１のタイプの燃料から第２のタイプの燃料に切り替える指示を受信すると、第１燃料供給噴射システムを徐々にレベルダウン（ramp down）させ、第２燃料供給噴射システムを徐々にレベルアップ（ramp up）させ、油圧ポンプステーションによって供給される油圧パワーの一部を、第１燃料供給噴射システムから第２燃料供給噴射システムに振り向けるように構成されている。

第１の態様の実現可能な実施態様によれば、電子制御ユニットは、運転を第２のタイプの燃料から第１のタイプの燃料に切り替える指示を受信すると、第１燃料供給噴射システムを徐々にレベルアップさせ、第２燃料供給噴射システムを徐々にレベルダウンさせ、油圧ポンプステーションによって供給される油圧パワーの一部を、第２燃料供給噴射システムから第１燃料供給噴射システムに振り向けるように構成されている。

第１の態様の実現可能な実施態様によれば、第２燃料供給噴射システムに供給される油圧パワーは、気体の形態の第２のタイプの燃料を圧縮する圧縮機を駆動する油圧回転モーターにも供給される。

第１の態様の実現可能な実施態様によれば、第２燃料供給噴射システムは油圧駆動式高圧ポンプを備え、高圧ポンプは２基以上のポンプユニットを備え、それぞれのポンプユニットは、単一のポンプシリンダー内に摺動可能に配置されたポンプピストンと、単一の駆動シリンダー内に摺動可能に配置された油圧駆動式駆動ピストンと、を備え、駆動ピストンはポンプピストンと接続されてポンプピストンを駆動する。

第１の態様の実現可能な実施態様によれば、機関は、油圧ポンプステーションと、１基以上のポンプユニットの駆動シリンダーに出入りする作動油の流れを制御するタンクとに接続された、少なくとも１個の主制御弁を備え、高圧作動油供給元は、好適には、圧力レベルが可変かつ制御可能な供給元である。

第１の態様の実現可能な実施態様によれば、機関は、油圧駆動式高圧ポンプの吐出口に接続された熱交換器又は気化器を備える。

本発明の第２の態様に係るアッセンブリーは、上記実施態様に係る機関を２基備え、機関は単一の油圧駆動式高圧ポンプと、熱交換器又は気化器を共有する。

第２の態様の実現可能な実施態様によれば、それぞれの機関のポンプステーションは、少なくとも１基の非専用ポンプを備え、一方の機関のポンプステーションの、非専用ポンプの吸入口には、吸入口を、他方の機関のタンク及び濾過システム、又は、当該機関のタンク及び濾過システムに、選択的に接続する選択弁が設けられている。

第２の態様の実現可能な実施態様によれば、アッセンブリーは、当該非専用ポンプが第２燃料供給噴射システムと接続されている場合、選択弁を制御して、選択弁が設けられている非専用ポンプの吸入口を他方の機関のタンク及び濾過システムに接続するように構成されている。

第２の態様の実現可能な実施態様によれば、両方の機関のポンプステーションは、それぞれ、少なくとも１基の可変吐出量専用ポンプを備え、少なくとも１基の可変吐出量専用ポンプの吸入口は、２基の機関のうち１基のタンク及び濾過システムに接続されている。

本発明の上記及びその他の態様は、以下に述べる実施形態によって明らかにされる。

下記の本開示の詳細説明において、以下の図面によって示される実施形態例を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。
実施形態例に係る大型２ストロークディーゼルエンジンの正面立面図である。 ２つの燃料供給噴射システム、排気弁作動システム、及び油圧ポンプステーションを有する、図１のエンジンの概略図である。 ２つの燃料供給噴射システム及び弁作動システムのさらに詳細な概略図である。 ２つの燃料供給噴射システム、排気弁作動システム、及び油圧ポンプステーションを有する、図１のエンジンの他の実施形態の概略図である。 ２つの燃料供給噴射システム、排気弁作動システム、及び油圧ポンプステーションを有する、図１のエンジンの他の実施形態の概略図である。 ２つの燃料供給噴射システム、排気弁作動システム、及び油圧ポンプステーションを有する、図１のエンジンの他の実施形態の概略図である。 ２つの燃料供給噴射システム、排気弁作動システム、及び油圧ポンプステーションを有する、図１のエンジンの他の実施形態の概略図である。 ４つの燃料供給噴射システム、排気弁作動システム、及び油圧ポンプステーションを有する、図１のエンジン２基のアッセンブリーのさらに他の実施形態の概略図である。 ４つの燃料供給噴射システム、排気弁作動システム、及び油圧ポンプステーションを有する、図１のエンジン２基のアッセンブリーのさらに他の実施形態の概略図である。 ４つの燃料供給噴射システム、排気弁作動システム、及び油圧ポンプステーションを有する、図１のエンジン２基のアッセンブリーのさらに他の実施形態の概略図である。 いずれかの実施形態に係るエンジンにおける、第１のタイプの燃料から第２のタイプの燃料への切り替え動作中の燃料供給フローを示すグラフである。 図１１に示す第１のタイプの燃料から第２のタイプの燃料への切り替え動作中の、それぞれの燃料供給噴射システムの油圧パワー消費量を示すグラフである。

以下の詳細説明において、ターボ過給式大型低速２ストローククロスヘッド型圧縮点火内燃機関９の燃料供給システムについて、実施形態例を参照して説明する。図１は、回転輪７及びクロスヘッドを有するターボ過給式大型低速２ストロークディーゼルエンジン９を示す。本実施形態例では、エンジンは６本の気筒を直列に有する。ターボ過給式大型低速２ストロークディーゼルエンジンは、通常、エンジンフレーム６に担持されたシリンダーフレームに支えられた４〜１４本の気筒を直列に有する。エンジン９は、例えば、船舶のメインエンジン又は発電所の発電機を駆動するための定置機関として使用することができる。エンジンの総出力は、例えば、１，０００〜１１０，０００ｋＷの範囲とすることができる。

本実施形態例では、エンジン９は、掃気ポートをシリンダーライナー１の下部に有し、中央排気弁４をシリンダーライナー１の最上部に有する２ストロークユニフロー圧縮点火エンジンである。掃気レシーバー２から個々のシリンダー１に掃気が送られる。シリンダーライナー１の内部のピストンが掃気を圧縮すると、例えば気体燃料又は液体燃料等の高圧燃料がシリンダーカバー内の燃料弁を通過して噴射され、燃焼が起こり、排気ガスが生成される。

排気弁４が開くと、排気ガスが、当該シリンダーと関連する排気ダクトを通って、排気ガスレシーバー３に流入し、さらにターボチャージャー５のタービンに流れ、そこから、排気ガスは排気用導管を通過して大気中に流出する。ターボチャージャー５のタービンは、吸気口を介して外気を供給された圧縮機を駆動する。圧縮機は、圧縮された掃気を、掃気レシーバー２に至る掃気用導管に送る。掃気用導管内の掃気は、掃気を冷却するためのインタークーラーを通過する。

図２は、燃料噴射システム５２、５３、排気弁作動システム５４、及び油圧ポンプステーション２２を有するエンジン９の概略図である。これらのシステムの動作は電子制御ユニット５０によって制御される。電子制御ユニット５０は単一ユニットとして示されているが、分散タイプであってもよい。エンジン９及びその各システムは、例えば、液化天然ガス（ＬＮＧ）運搬船やコンテナ船等の船舶に搭載することができる。

エンジン９には、例えば、船舶用ディーゼル油や重質燃料油等の、第１のタイプの燃料のための第１燃料供給噴射システム５２が設けられている。

また、エンジン９には、例えば、液化石油ガス（ＬＰＧ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化エタンガス（ＬＥＧ）等の第２のタイプの燃料のための第２燃料供給噴射システム５３が設けられている。これらの液化ガスは、噴射される前に気化され、気体の形態でエンジン内に噴射される。第２の燃料システム用に使用可能な燃料のタイプの他の例としては、エタンやメタノール等の、低引火点燃料が挙げられる。

エンジン９には、油圧駆動式で電子制御される排気弁作動システム５４が設けられている。

油圧ポンプステーション２２は、第１燃料供給噴射システム５２、第２燃料供給噴射システム５３、及び排気弁作動システム５４を含む各種の油圧パワー消費要素に油圧パワーを供給する。油圧ポンプステーション２２には、複数の機械駆動式ポンプ２４、２５が設けられている。これらの油圧ポンプ２４、２５は、例えば、油圧ポンプ２４、２５をエンジンのクランクシャフトに連結するチェーン駆動装置又はギヤ駆動装置を用いてエンジンから取り出される動力によって駆動される。

また、油圧ポンプステーション２２には、電気駆動モーターによって駆動される２基の油圧起動ポンプ２６が設けられている。油圧起動ポンプ２６は、始動段階のエンジンのために油圧パワーと油圧を提供する機能を果たす。また、これらの起動ポンプ２６と他の電気駆動式ポンプ（図示せず）が、エンジン運転中の付加的油圧パワーを提供する機能を果たしてもよい。起動ポンプのための電力を、エンジンに付属する発電装置、又はその他の商用電源や蓄電池等の適当な電力源によって提供してもよい。

エンジン９には、潤滑油システムと低圧力油圧システムが設けられている。一つの実施形態では、低圧力油圧システムは濾過された潤滑油を作動油として使用する。

低圧力油圧システムは低圧ポンプ２９によって加圧される。油圧ポンプステーション２２には、低圧力油圧システムから、複数のフィルター２８を有する導管を介して、作動油が供給される。

エンジン９は第１のタイプの燃料又は第２のタイプの燃料によって運転される。エンジン９が第２のタイプの燃料によって運転される場合、ごく少量の第１のタイプの燃料をパイロット燃料（着火用液体）として用いてもよい。ただし、このごく少量のパイロット燃料は、第１燃料供給噴射システム５２ではなく、（好適には、第２燃料供給噴射システム５３と一体化された）専用のパイロット油供給システムによって供給される。

図１１は、第１のタイプの燃料の燃料消費量を実線で、第２のタイプの燃料の燃料消費量を１点鎖線で、時間に対して示したグラフである。このように、グラフは、第１のタイプの燃料による運転から第２のタイプの燃料による運転への遷移を示している。グラフの始点では、エンジン９は第１のタイプの燃料で運転されている。電子制御ユニット５０は、ｔ１において、運転を第１のタイプの燃料から第２のタイプの燃料に切り替える指示を受信するか、又は、電子制御ユニット５０は、ｔ１において、運転を第１のタイプの燃料から第２のタイプの燃料に切り替えることを決定する。それに応じて、制御ユニット５０は、ｔ２において、第１のタイプの燃料の量がゼロになり、第２のタイプの燃料の量が所望のレベルになるまで、第１のタイプの燃料の供給量を漸減（徐々にレベルダウン）させ、第２のタイプの燃料の供給量を漸増（徐々にレベルアップ）させる。

同時に、電子制御ユニット５０は、第１燃料供給噴射システム５２に対する油圧パワーの供給量の低減と第２燃料供給噴射システム５３に対する油圧パワーの供給量の増加を実現するための、油圧ポンプステーション２２の制御を、ｔ１から開始している。ｔ２において、油圧パワーの分配は完了する。

図２に図示するように、エンジン９には、エンジンが第１のタイプの燃料で運転中の場合と、エンジンが第２のタイプの燃料で運転中の場合の、両方の場合に動作する油圧駆動式排気弁作動システム５４が設けられている。ポンプステーション２２は、エンジン９が第１のタイプの燃料で運転中の場合と、エンジン９が第２のタイプの燃料で運転中の場合の、両方の場合に、排気弁作動システム５４に油圧パワーを供給する。油圧駆動式排気弁作動システム５４は電子制御ユニット５０によって制御される。

図２の実施形態では、油圧ポンプステーション２２は、３基の機械駆動式油圧ポンプ２４、２５を備えている。これらのポンプはエンジン９から取り出される動力によって駆動される。本実施形態では、機械駆動式油圧ポンプ２４、２５は、電子制御ユニット５０によって制御される可変吐出量ポンプである。すなわち、それらの吐出量は電子制御ユニット５０によって制御される。複数の機械駆動式ポンプ２４から選択されたグループ（図示された実施形態では、選択されたグループは２基の機械駆動式ポンプ２４からなる）は、専ら、排気弁作動システム５４と第１燃料供給噴射システム５２に対して油圧パワーを供給する。複数の機械駆動式ポンプのうち、１基以上の非専用ポンプ２５（図示された実施形態では、１基の非専用ポンプ２５が図示されている）は、エンジンが第２のタイプの燃料で運転中の場合に、選択的に第２燃料供給噴射システム５３に対して油圧パワーを供給する。

非専用ポンプ２５の吐出側の第１電子制御弁２７は、第１導管３２又は第２導管３３に選択的に接続可能である。第１導管３２は、第１電子制御弁２７を第１燃料供給噴射システム５２と弁作動システム５４に接続し、第２導管３３は、第１電子制御弁２７を第２燃料供給噴射システム５３に接続している。電子制御ユニット５０は第１電子制御弁２７に指令を与える。したがって、電子制御ユニット５０は非専用ポンプ２５を選択的に第１導管３２又は第２導管３３に接続し、それによって、油圧パワーを非専用ポンプ２５から、第１燃料供給噴射システム５２と油圧式排気弁作動システム５４に対して、又は、第２燃料供給噴射システム５３に対して、選択的に供給することができる。

第２燃料供給噴射システム５３は、油圧駆動式高圧ポンプの吐出口に接続された、共に参照番号７１で指定される熱交換器又は蒸発器を備えている。

使用後の作動油は、第１及び第２燃料供給噴射システムと油圧式排気弁作動システムからタンク６１に戻される。低圧ポンプ２９は、作動油を、複数のフィルター２８を有する導管を介して、油圧ポンプステーション２２を含むエンジン９の各種の油圧パワー消費要素に供給する。

第１燃料供給噴射システム５２、第２燃料供給噴射システム５３、及び油圧式排気弁作動システム５４を、より詳細に図３に図示する。

第２燃料供給システム５３は、第２のタイプの燃料を貯蔵する燃料貯蔵タンク８を備えている。燃料が液化ガスの場合、燃料は極低温条件下で燃料貯蔵タンク８に貯蔵される。燃料又は潤滑油貯蔵タンク８の出口は、供給用導管によって、高圧ポンプ４０の吸入口に接続されている。供給ポンプ１０は、貯蔵タンク８からポンプ４０の吸入口への燃料又は潤滑油の移送をアシストする。

高圧ポンプ４０は、液体燃料を、供給用導管１８を介して、エンジンに圧送する。高圧ポンプ４０には、２基以上のポンプユニット４１、４２、４３が設けられている（本実施形態では、３基のポンプユニットが図示されている）。各々のポンプユニット４１、４２、４３は、ポンプシリンダー６１内に摺動可能に配置されたポンプピストン６２と、駆動シリンダー４５内に摺動可能に配置された油圧駆動式駆動ピストン４６を含み、駆動ピストン４６はポンプピストン６２を駆動するためにポンプピストン６２と連結されている。

ポンプピストン６２とポンプシリンダー６１は容積移送式ポンプを構成している。一つの実施形態では、ポンプピストン６２とポンプシリンダー６１は、極低温ポンプユニットのいわゆる低温端を、液化ガスを圧送するためのポンプ室６３で構成している。

ポンプシリンダー６１は、ピストンロッド４９を介して、当該ポンプユニット４１、４２、４３の駆動ピストンに結合されている。駆動ピストン４６は駆動シリンダー４５の内部を駆動室４８と戻り室４７に分割する。

各駆動シリンダー４５は油圧ポンプステーション２２に接続されている。各主制御弁１９は高圧作動油の、各駆動シリンダー４５への流れを制御する。各主制御弁１９は、それぞれの駆動室４８を導管３３又はタンクに選択的に接続するように構成されている。

各ポンプユニット４１、４２、４３は、ポンプを、ポンプシリンダー６１とその中に収容されたポンプピストン６２でポンプ室６３を形成する容積移送式リニアポンプの形で備えている。ポンプ室６３は、圧力室６３に向かう流れだけを許容する第１ワンウェイバルブ（図示せず）を介して、供給用導管９に接続されている。ポンプ室６３は、圧力室６３から流出する流れだけを許容する第２ワンウェイバルブ（図示せず）を介して、供給用導管１８に接続されている。

第２のタイプの燃料が、例えばＬＮＧやＬＰＧ等の、極低温燃料である場合、高圧ポンプ４０は極低温ポンプとする。第２のタイプの燃料が、例えばエタノール等の、極低温燃料ではない燃料の場合、高圧ポンプ４０は、非極低温液体を圧送するための通常の容積移送式リニアポンプとする。

第２燃料供給噴射システム５３は、例えば天然ガスを極低温条件下で貯蔵する液化ガス貯蔵タンク８（非極低温液体を第２のタイプの燃料として用いる場合は、通常の貯蔵タンク８）を備えている。ＬＮＧ貯蔵タンク８の内圧は比較的低く、例えば、ポイラー用又は船舶の補助エンジン等の低圧ガス噴射エンジン用に、ボイルオフガスがタンク外に流出できるようにすることによって、一定に維持される。ボイルオフプロセスによって、貯蔵タンク内の液化ガスを低温度に維持することができる。貯蔵タンク８内の液化ガスは、例えば、エタンやメタン等の、天然ガス以外のタイプでもよい。

ＬＮＧ貯蔵タンク８の出口は、供給用導管９によって、高圧ポンプ４０の吸入口に接続されている。低圧供給ポンプ１０は、ＬＮＧ貯蔵タンク８から高圧ポンプ４０の吸入口への液化ガスの移送をアシストする。あるいは、ＬＮＧ貯蔵タンク８を加圧することで、低圧供給ポンプ１０を省けるようにしてもよい。高圧の液化ガスを高圧ポンプ４０から高圧気化器１４に移送するために、高圧ポンプ４０の吐出口は、移送用導管１３によって、高圧気化器１４の吸入口に接続されている。第２のタイプの燃料が液化ガスではない場合、高圧気化器の代わりに熱交換器１４が用いられる。高圧ポンプ４０は液化ガスを、移送用導管１３を介して、高圧気化器１４に圧送する。高圧気化器１４は高圧の液化ガスを受け、そのガスを、高圧気化器１４内の熱交換器を使用して、気化させる。高圧気化器１４は、循環回路１５を通って循環する、例えばグリコール等の、熱交換媒体と液化ガスの間で熱交換を行う。循環回路１５は循環ポンプ１６と加熱器１７を有する。気化された高圧ガスは、燃料供給用導管１８に接続されている高圧気化器１４の出口を通って、高圧気化器１４から流出する。高圧ポンプ４０は、気化器１４と共に、ポンプ気化器ユニット（ＰＶＵ）として、参照番号７１で指定される。

高圧気化器１４の出口は、供給用導管１８によって、第２燃料供給噴射システム５３の燃料噴射システムの吸入口に接続されている。供給用導管１８から、複数の導管が、第２のタイプの燃料をシリンダー１内に噴射するように構成された個々のインジェクター６４に対して分岐している。

エンジンシリンダー１には、第２のタイプの燃料を噴射するための複数の燃料弁６４と、第１のタイプの燃料を噴射するための複数の燃料噴射弁２３が設けられている。

第１燃料供給噴射システム５２には、第１導管３２を介して、油圧パワーが供給される。蓄圧室又は圧縮室６７は、各種の油圧パワー消費要素に対して安定した圧力が確実に供給されるようにし、分配導管６９は、各制御弁１１、４４、５５を介して、各種の消費要素に対する供給を行う。

第１のタイプの燃料は、貯蔵タンク１２（給油タンク）から供給され、電気駆動式供給ポンプ１６によって、供給用導管７３を介して、複数の増圧器３９に移送される。電気駆動式供給ポンプ１６は、燃料システムの低圧部が確実に約４ｂａｒの圧力を維持できるようにする。

第１のタイプの燃料の燃料噴射は、電子制御式増圧器３９によって、シリンダー１毎に実行される。増圧器３９は、圧力を、低圧側（作動油が与えられる圧力）から高圧側（燃料側）に、固定比率で増圧する。

増圧器３９は加圧された作動流体を動力源とする。油圧ポンプステーション２２は、通常数百ｂａｒの、高圧作動流体を供給する。シリンダーから、導管６５を介して、タンク６１に戻り流体が移送される。

各一対のシリンダー１に対して複数の圧縮室６７が設けられている（エンジンが奇数個のシリンダーを有する場合、シリンダーのうちの一つには単一の圧縮室が設けられる）。導管６９は、圧縮室６７を、各々複数の比例制御弁４４、開閉弁５５、及び比例制御弁１１に接続している。

各シリンダー１は電子制御ユニット５０に関連付けられており、電子制御ユニット５０は、一般的な同期信号及び制御信号を受信して、電子制御信号を、複数の信号線又は配線５９を介して、特に、比例制御弁４４に送信する。１個のシリンダー１につき１基の管理制御ユニット５０を設けてもよく、数個のシリンダー１を同一の電子制御ユニット５０に関連付けてもよい。

電子制御ユニット５０は、エンジン９の運転条件に応じて、燃料噴射のタイミング、レートシェーピング、及び量を計算する。ここでは、電子制御ユニット５０は、クランクシャフトの回転位置、クランクシャフトの回転速度（制御ユニット５０が回転位置信号から導出してもよい）、雰囲気温度、負荷、各種エンジン用流体の温度に関する情報を受信する。また、電子制御ユニット５０は、エンジンを逆回転させるための燃料噴射のタイミングを適応させる。比例制御弁４４のスプールの動きは制御ユニット５０によって制御される。

比例制御弁４４は、その休止位置で、増圧器３９の低圧側の圧力室をタンクと接続する。電子制御ユニット５０が、あるシリンダーに対する燃料噴射を開始するための信号を送信すると、比例制御弁４４のうちの一つがある程度開くことによって、増圧器３９の低圧側を、導管６９を介して、圧縮室６７に接続し、それによって、油圧ポンプステーション２２から増圧器３９の低圧側に高圧の油圧が与えられる。

増圧器３９の低圧側の圧力は増圧され、通常、約４００〜１５００ｂａｒの噴射圧力に達する。供給用導管５１は高圧の燃料を増圧器３９から燃料噴射器２３に移送し、燃料噴射器２３は、そのノズルを介して、第１のタイプの燃料を燃焼室内に噴射することによって、第１のタイプの燃料を霧化する。

電子制御ユニット５０は排気弁４の作動の制御も行う。排気弁は、油圧式バルブアクチュエータ２１によって、空気バネの力に対抗して開閉される。比例制御弁１１は、選択的かつ比例的に制御可能な油圧式バルブアクチュエータ２１を、導管７７と圧縮室６７を介して第１導管３５に、又は導管７８及び６５を介してタンク６１に接続する。電子制御ユニット５０は、複数の信号線又は配線５９を介して、比例制御弁１１を制御する。電子制御ユニット５０は、クランクシャフト位置に従い、かつ、エンジン運転条件に応じて、排気弁４のリフトタイミングを制御する。比例制御弁１１は、その休止位置で、油圧式バルブアクチュエータ２１をタンク６１と接続する。

電子制御ユニット５０は、加圧されたシリンダー潤滑油の、複数のシリンダー潤滑器５７への供給を制御する開閉弁５５の制御も行う。制御ユニット５０は、運転条件とクランクシャフト位置に基づいて、何時、どれだけの量のシリンダー潤滑油をシリンダー１に圧送するかを決定する。開閉弁５５は、その休止位置で、シリンダー潤滑器５７をタンク６１に接続する。ある開閉弁５５が、潤滑油を特定のシリンダーに圧送するための信号を制御ユニット５０から受信すると、その開閉弁５５は開き、それによって、シリンダー潤滑器５７を導管６９を介して圧縮室６７に接続し、シリンダー潤滑器は潤滑油のシリンダーへの圧送を開始する。制御ユニット５０は、開閉弁５５の作動期間によってシリンダーに圧送される潤滑油の圧送量を決定する。

このように、一つの実施形態では、第１導管３２は、エンジンシリンダー潤滑システムに、付加的に油圧パワーを供給する。ただし、通常は、排気弁作動システムと燃料噴射システムが使う油圧パワーと比べて、エンジンシリンダー潤滑システムは相対的に少量の油圧パワーを使う。

図４に示す実施形態は、第２燃料供給噴射システム５３に供給される油圧を増加させるための増圧ポンプ３４が第２導管３３に設けられていることを除いて、図２の実施形態と略同一である。一つの実施形態では、第１燃料供給噴射システム５２が必要とする供給油圧Ｐ１は、第２燃料供給噴射システム５３が必要とする供給油圧Ｐ２より低くてもよい。一つの実施形態では、第１燃料供給噴射システム５２と排気弁作動システム５４が必要とする供給圧Ｐ１は、エンジン負荷に追従してもよく、エンジンの最大負荷時には、圧力Ｐ２と略同等でもよい。増圧ポンプ３４は、非専用ポンプ２５の出力圧力を圧力Ｐ１から圧力Ｐ２に増圧する。本実施形態では、増圧ポンプ３４は油圧モーター３６によって駆動される。油圧モーター３６は、第２導管３３からの油圧パワーを動力源とする。

図５に示す実施形態は、増圧ポンプ３４が電気式駆動モーター３８によって駆動されることを除いて、図４の実施形態と略同一である。

図６に示す実施形態は、すべての機械駆動式ポンプ２４、２５が高圧力Ｐ２を供給し、低い方の圧力Ｐ１が第１導管３２内の減圧弁配列３１によって実現されることによって、第１燃料供給噴射システム５２と油圧式排気弁作動システム５４が低い方の圧力Ｐ１を受けることを除いて、図４の実施形態と略同一である。

図７に示す実施形態は、少なくとも１基の機械駆動式可変吐出量ポンプ２０が専ら第２燃料供給噴射システム５３に対して第２導管３３を介して供給を行うことを除いて、図２の実施形態と略同一である。したがって、専用可変吐出量ポンプ２０を電子制御ユニット５０の制御下で調節することによって、第２燃料供給噴射システム５３に供給される圧力Ｐ２を独立に調節することができる。

図８は、共通ＰＶＵ７１を使用する２基の油圧ポンプステーション２２を有する、２基のエンジン９のアッセンブリーを示す。両方の油圧ポンプステーション２２は、１基の共通ＰＶＵ７１に油圧パワーを供給する。一方のエンジンと他方のエンジンの油圧システムが共に汚れることを避けるため、単一の共通ＰＶＵ７１からの戻り作動油は、一方のエンジンのタンク６１に戻され、両方のエンジンのポンプステーション２２の、それぞれの専用可変吐出量油圧ポンプ２０は、一方のエンジンのタンク６１から作動油を受ける。

図９に示す２基のエンジンのアッセンブリーは、各ポンプステーションに非専用機械駆動式ポンプ２５が設けられていることを除き、図８のアッセンブリーと本質的に同一である。作動油の汚れが一方のエンジンから他方のエンジンに及ぶことを避けるため、電子制御式選択弁３０を、一方のエンジンの油圧ポンプステーション２２の、非専用油圧駆動式ポンプ２５の吸入口に設けることによって、電子制御ユニット５０が、当該非専用機械駆動式ポンプ２５に、非専用機械駆動式ポンプ２５が属するエンジンからの作動油又は他方のエンジンからの作動油を、選択的に供給できるようにする。このようにして、非専用機械駆動式ポンプ２５を、第１燃料供給噴射システム５２への供給から、第２燃料供給噴射システム５３への供給に切り替える時、及びその逆方向に切り替える時、電子制御ユニット５０は、両方のポンプステーション２２の第１電子制御弁２７と一方のポンプステーション２２の電子制御式選択弁３０に切り替え指令を与える。

図１０に示す実施形態は、圧縮機７２を駆動する油圧回転モーター７０をさらに備えていることを除き、図７の実施形態と本質的に同一である。圧縮機７２は、第２燃料供給噴射システム５３に用いる気体の形態の第２のタイプの燃料を圧縮する。第２燃料供給噴射システム５３に供給される油圧パワーは、圧縮機７２を駆動する油圧回転モーター７０の動力としても作用する。

図１１は、いずれかの実施形態に係るエンジンにおける、１００％第１のタイプの燃料による運転（実線で示す）から１００％第２のタイプの燃料による運転（１点鎖線で示す）への切り替え動作中の燃料供給フローＦを時間ｔ（ｓ）に対して示す。ｔ１において、第１のタイプの燃料による運転の度合いが漸減し、同時に、第２のタイプの燃料による運転の度合いが漸増する。第１のタイプの燃料による運転比率の漸減と、第２のタイプの燃料による運転比率の漸増の過程は、ｔ２においてエンジンが１００％第２のタイプの燃料で運転されるまで継続する。こうして、ｔ２において、切り替えが完了する。

図１２は、図１１に示す第１のタイプの燃料から第２のタイプの燃料への切り替え動作中の、それぞれの燃料供給噴射システムの油圧パワー消費量Ｈ（ｋＷ）を示す。第１燃料システムと排気弁作動システムの油圧パワー消費量は実線で示され、第２燃料システムの油圧パワー消費量は１点鎖線で示されている。ｔ１において、第１燃料システムと排気弁作動システムのパワー消費量は低下し始め、ｔ２において安定レベルに達するまで、すなわち、燃料の切り替えが完了するまで、低下する。第１燃料システムは油圧パワーを使用しなくなるので、残りの燃料消費は排気弁作動システムの燃料消費を表している。ｔ１において、第２燃料システムのパワー消費量が増加し始め、ｔ２において、すなわち、切り替えが完了すると、安定レベルに達する。

本明細書では、本発明を、様々な実施形態と関連して説明してきた。しかし、開示された実施形態に対する他の変形は、請求された発明の実施において、図面、開示内容、及び請求項を検討することにより当業者が理解し、達成することができる。請求項において、「備える（comprising）」の用語は、他の要素又はステップを除外せず、単数であること（不定冠詞「a」又は「an」）は複数を除外しない。電子制御ユニットは、別々の電子制御ユニットを組み合わせて構成されてもよい。特定の手段が互いに異なる従属請求項において引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを有利に活用できないということを示すものではない。請求項において使用される参照符号は、範囲を限定するものとして解釈すべきではない。

Claims (17)

1. ターボ過給式大型多気筒２ストローククロスヘッド型圧縮点火内燃機関（９）であって、
   第１のタイプの燃料を、該機関のシリンダー（１）に供給する、第１燃料供給噴射システム（５２）と、
   第２のタイプの燃料を、前記機関の前記シリンダーに供給する、第２燃料供給噴射システム（５３）と、を備え、
   前記第１燃料供給噴射システムは、油圧駆動式ポンプ（４３）、及び／又は、前記第１のタイプの燃料を加圧する増圧器を備え、
   前記第２燃料供給噴射システムは、油圧駆動式ポンプ、及び／又は、前記第２のタイプの燃料を加圧する増圧器（３９）を備え、
   油圧ポンプステーション（２２）は、複数の機械駆動式油圧ポンプ（２４、２５）を備え、該機械駆動式油圧ポンプ（２４、２５）は、前記機関（９）から取り出される動力によって駆動され、
   前記機関は、前記第１の燃料又は前記第２の燃料によって選択的に運転されるように構成され、
   前記油圧ポンプステーション（２２）は、前記機関が前記第１の燃料で運転中の場合には、油圧パワーを前記第１燃料供給噴射システム（５２）に供給するように構成され、前記油圧ポンプステーション（２２）は、前記機関が前記第２の燃料で運転中の場合には、油圧パワーを前記第２燃料供給噴射システム（５３）に供給するように構成される、
   ターボ過給式大型多気筒２ストローククロスヘッド型圧縮点火内燃機関（９）。
2. 前記第１の燃料で運転中の場合と、前記機関が前記第２の燃料で運転中の場合の、両方の場合に動作する、油圧駆動式排気弁作動システム（５４）を備え、
   前記油圧ポンプステーション（２２）は、前記機関が前記第１の燃料で運転中の場合と、前記機関が前記第２の燃料で運転中の場合に、前記排気弁作動システム（５４）に油圧パワーを供給するように構成される、
   請求項１に記載の機関（９）。
3. 前記複数の機械駆動式油圧ポンプ（２４）から選択されたグループは、専ら、前記排気弁作動システム（５４）と第１燃料供給噴射システム（５２）に油圧パワーを供給し、
   前記複数の機械駆動式油圧ポンプのうち、１基以上の非専用ポンプ（２５）は、前記機関が前記第２のタイプの燃料で運転中の場合に、前記第２燃料供給噴射システム（５３）に選択的に油圧パワーを供給する、
   請求項２に記載の機関（９）。
4. 前記非専用ポンプ（２５）の吐出口側の第１電子制御弁（２７）は、該第１電子制御弁（２７）を前記第１燃料供給噴射システム（５２）と前記弁作動システム（５４）に接続する第１導管（３２）、又は、前記第１電子制御弁（２７）を前記第２燃料供給噴射システム（５３）に接続する第２導管（３３）に、選択的に接続可能である、
   請求項３に記載の機関（９）。
5. 前記第１燃料供給噴射システム（５２）が必要とする第１油圧Ｐ１は、少なくとも前記機関の特定の運転条件下では、前記第２燃料供給噴射システム（５３）が必要とする第２油圧Ｐ２よりも低く、
   第１導管（３２）は前記第１燃料供給噴射システム（５２）を前記油圧ポンプステーション（２２）と接続し、
   第２導管（３３）は前記第２燃料供給噴射システム（５３）を前記油圧ポンプステーション（２２）と接続し、該第１導管（３２）は、好適には、前記排気弁作動システム（５４）への供給も行う、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の機関（９）。
6. 前記ポンプステーション（２２）によって供給された前記第１油圧Ｐ１を前記第２油圧Ｐ２に増圧する油圧増圧ポンプ（３４）が、前記第２導管（３３）内に配置されており、該油圧増圧ポンプは、好適には、油圧モーター（３６）又は電気式駆動モーター（３８）によって駆動される、
   請求項５に記載の機関（９）。
7. 前記ポンプステーション（２２）によって供給された前記第２油圧Ｐ２を前記第１油圧Ｐ１に減圧する油圧減圧弁配列（３１）が、前記第１導管（３２）内に配置されている、
   請求項５に記載の機関（９）。
8. 前記複数の機械駆動式油圧ポンプ（２４）から選択されたグループは、専ら、前記排気弁作動システム（５４）と第１燃料供給噴射システム（５２）に油圧パワーを供給し、
   前記複数の機械駆動式油圧ポンプのうち、１基以上の可変吐出量専用ポンプ（２５）は、前記機関が前記第２のタイプの燃料で運転中の場合に、前記第２燃料供給噴射システム（５３）に、油圧パワーを供給する、
   請求項１又は２に記載の機関（９）。
9. 前記機械駆動式油圧ポンプ（２４、２５）のうちの１基以上は、可変吐出量油圧ポンプである、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の機関（９）。
10. 前記第１燃料供給噴射システム（５２）と、前記第２燃料供給噴射システム（５３）と、前記排気弁作動システム（５４）、及び、前記油圧ポンプステーション（２２）の動作を制御するように構成された電子制御ユニット（５０）を備え、該電子制御ユニット（５０）は、
    運転を第１のタイプの燃料から第２のタイプの燃料に切り替える指示を受信すると、前記第１燃料供給噴射システム（５２）を徐々にレベルダウンさせ、前記第２燃料供給噴射システム（５３）を徐々にレベルアップさせ、前記油圧ポンプステーション（２２）によって供給される油圧パワーの一部を、前記第１燃料供給噴射システム（５２）から前記第２燃料供給噴射システム（５３）に振り向けるように構成されている、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の機関（９）。
11. 前記電子制御ユニットは、
    運転を第２のタイプの燃料から第１のタイプの燃料に切り替える指示を受信すると、前記第１燃料供給噴射システム（５２）を徐々にレベルアップさせ、前記第２燃料供給噴射システム（５３）を徐々にレベルダウンさせ、前記油圧ポンプステーション（２２）によって供給される油圧パワーの一部を、前記前記第２燃料供給噴射システム（５３）から第１燃料供給噴射システム（５２）に振り向けるように構成されている、
    請求項１０に記載の機関（９）。
12. 前記第２燃料供給噴射システム（５３）は油圧駆動式高圧ポンプ（４０）を備え、該高圧ポンプ（４０）は２基以上のポンプユニット（４１、４２、４３）を備え、それぞれのポンプユニット（４１、４２、４３）は、単一のポンプシリンダー（６１）内に摺動可能に配置されたポンプピストン（６２）と、単一の駆動シリンダー（４５）内に摺動可能に配置された油圧駆動式駆動ピストン（４６）と、を備え、該駆動ピストン（４６）は前記ポンプピストン（６２）と接続されて前記ポンプピストン（６２）を駆動する、
    請求項１から１１のいずれか１項に記載の機関（９）。
13. 前記油圧ポンプステーション（２２）と、１基以上の前記ポンプユニット（４１、４２、４３）の前記駆動シリンダー（４５）に出入りする作動油の流れを制御するタンクとに接続された、少なくとも１個の主制御弁（１９）をさらに備え、
    前記高圧作動油供給元（２２）は、好適には、圧力レベルが可変かつ制御可能な供給元である、
    請求項１２に記載の機関（９）。
14. 前記油圧駆動式高圧ポンプ（４０）の吐出口に接続された熱交換器（１４）又は気化器（１４）をさらに備える、
    請求項１２又は１３に記載の機関（９）。
15. 請求項１４に記載の機関（９）を２基備え、該機関は単一の油圧駆動式高圧ポンプ（４０）と、熱交換器（１４）又は気化器（１４）を共有する、
    アッセンブリー。
16. それぞれの機関の前記ポンプステーション（２２）は、少なくとも１基の非専用ポンプ（２５）を備え、
    一方の前記機関の前記ポンプステーション（２２）の前記非専用ポンプ（２５）の吸入口には、該吸入口を、他方の前記機関のタンク及び濾過システム、又は、当該機関のタンク及び濾過システムに、選択的に接続する選択弁（３０）が設けられている、
    請求項１５に記載のアッセンブリー。
17. 当該前記非専用ポンプ（２５）が前記第２燃料供給噴射システム（５３）と接続されている場合、前記選択弁（３０）を制御して、前記選択弁（３０）が設けられている前記非専用ポンプ（２５）の吸入口を前記他方の機関のタンク及び濾過システムに接続するように構成された、
    請求項１６に記載のアッセンブリー。

Images