JP2020197215A - 大型エンジンの動作方法及び大型エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】大型エンジンの動作方法が提案される。【解決手段】大型エンジン２０は、少なくとも１つのシリンダ２１を備え、シリンダ２１は、シリンダ軸に沿って前後に運動可能なピストン２３によって囲まれた燃焼室を有する。空気燃料混合物は、燃焼室内で圧縮比をもってピストン２３の運動を介して圧縮され、大型エンジン２０の動作パラメータは、連続的に又は一定間隔で決定される。空気燃料混合物のための最適化された圧縮比は、動作パラメータに基づいて決定され、圧縮比は、最適化された圧縮比に適合される。【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも１つのシリンダを有する大型エンジンの動作方法及びそれぞれのカテゴリの独立請求項の前文による大型エンジンに関する。

２ストローク又は４ストローク・エンジンとして設計可能な、例えば長手方向に掃気された２ストロークの大型ディーゼル・エンジンとしての大型エンジンは、船用の駆動ユニットとして、又は、静止動作においてでさえ、例えば電気エネルギーを生成するための大型発電機を駆動するためにしばしば用いられる。エンジンは、通常、相当な期間連続動作で動作し、このことは、動作の安全性及び有用性に高い要求を課す。結果として、動作材料の特に長い保守間隔、低摩耗及び経済的な取り扱いは、オペレータの中心的基準である。大型エンジンは、典型的にはシリンダを有し、シリンダの内径（ボア）は少なくとも２００ｍｍである。今日では、最高９６０ｍｍ又はそれ以上のボアを有する大型エンジンが用いられる。

異なるタイプの大型エンジンが周知であり、それぞれは、２ストローク又は４ストローク・エンジンとして設計可能である。経済的及び効率的な動作、排ガス閾値及び資源の有用性の順守に関して、大型エンジンの燃料として従来用いられる重油又はディーゼルの代替がまた求められている。この点で、液体燃料、すなわち、液体の状態で燃焼室内に導入される燃料と、ガス燃料、すなわち、気体の状態で燃焼室内に導入される燃料と、の両方が用いられる。

重油の周知の代替としての液体燃料の実例は、石油精製からの残りである他の重質炭化水素、アルコール、特にメタノール若しくはエタノール、ガソリン、ディーゼル又は、エマルジョン若しくは懸濁液である。例えば、ＭＳＡＲ（Ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ Ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ Ａｔｏｍｉｚｅｄ Ｒｅｓｉｄｕｅ）として周知のエマルジョンが燃料として用いられることが知られている。周知の懸濁液は、炭塵及び水の懸濁液であり、大型エンジンの燃料としても用いられる。ＬＮＧ（液化天然ガス）又はＬＰＧ（液化石油ガス）のような天然ガスは、ガス燃料として知られている。

重油による純粋な動作の他の周知の代替は、大型エンジンが２つ以上の燃料によって動作可能であり、動作状況又は環境に依存して、エンジンが一方の燃料によって又は他方の燃料によって動作されるように大型エンジンを設計することである。この種の大型エンジンは、大型のマルチフューエル・エンジンとも呼ばれ、動作の間、第１の燃料が燃焼する第１のモードから第２の燃料が燃焼する第２のモードに及びその逆に切り替え可能である。

少なくとも２つの異なる燃料によって同時に動作可能な大型エンジンもまた知られている。２つの異なる燃料が１つ又は複数のシリンダ内で同時に燃焼することができる、又は、第１のグループのシリンダ内で第１の燃料のみが燃焼し、同時に他のグループのシリンダ内で第１の燃料と異なる第２の燃料のみが燃焼するということが可能である。

２つの異なる燃料によって動作可能な大型エンジンの周知の設計は、「デュアルフューエル・エンジン」という用語が今日用いられるタイプのエンジンである。これらのエンジンは、一方では、ガス燃料、例えば天然ガス又はメタンが燃焼のために燃焼室内に導入されるガス・モードで動作可能であり、他方では、重油又は他の液体燃料のような液体燃料が同じエンジン内で燃焼可能な液体モードで動作可能である。これらの大型エンジンは、２ストローク及び４ストローク・エンジンの両方とすることができ、特に長手方向に掃気された２ストロークの大型ディーゼル・エンジンとすることもできる。

少なくとも２つ以上の異なる液体又はガス燃料によって動作可能な大型エンジンは、しばしば、現在使用中の燃料に依存して異なるモードで動作する。しばしばディーゼル動作と呼ばれる動作モードでは、燃料の燃焼は、一般的に、圧縮点火の原則又は燃料の自己発火に従って生ずる。しばしばオットー動作と呼ばれるモードでは、燃焼は、可燃性の予混合された空気燃料混合物の火花点火によって生ずる。この火花点火が、例えば、電気火花によって、例えば点火プラグを用いて、又は、少量の噴射燃料の自己発火によって生ずることができ、次に、それによって他の燃料の火花点火が生ずる。自己発火を意図する少量の燃料は、しばしば、燃焼室に接続されている予燃焼室内に噴射される。

上述したデュアルフューエル・エンジンでは、例えば、ガス・モードのために、気体の状態のガスが掃気と混合され、シリンダの燃焼室内の可燃性の混合物を生成することが知られている。この低圧のプロセスでは、シリンダ内の混合物の点火は、通常、少量の液体、自己発火する燃料を適切なときにシリンダの燃焼室内に又は予燃焼室内に噴射することによって生じ、これは次に、空気ガス混合物の点火につながる。

さらにまた、オットー及びディーゼル動作から周知の混合された形が存在する。

純粋なガス・エンジンとして設計される大型エンジン、すなわち燃料としてガスのみによって動作するエンジンもまた知られている。

デュアルフューエル・エンジン又は純粋なガス・エンジンにかかわらず、ガス燃料をシリンダの燃焼室内に導入し、空気ガス混合物を生成するプロセスは、この種のエンジンの信頼性が高く、低公害及び安全な動作のために重要である。

ガス・モードでは、特に、ガスに対する掃気の正確な比率、すなわち空燃比の調節が重要である。空燃比は、例えば、ラムダ値（λ値）によって示すことができ、ラムダ値は、化学量論燃焼のために必要とされる気団に対するシリンダ内に閉じ込められる気団の比率を示す。大型ディーゼル・エンジンでは、掃気又は給気は、通常、ターボチャージャによって提供され、ターボチャージャは、エンジンの負荷に依存し、それゆえ、エンジンの出力又はトルク又は回転速度に依存する掃気又は給気圧力を生成する。所定の給気圧力のために、シリンダ内の空気の量を計算することができ、次に、エンジンによって生成される必要なそれぞれの駆動トルクのために、又は、所望の回転速度のために、ガス燃料の適切な量を決定することができ、これは、この動作条件に最適の燃焼プロセスにつながる。

特に、ガス・モードがオットー原則に従って動作するとき、空燃比の正しい調節は、エンジンの可能な限り低公害、効率的且つ経済的な動作のために決定的に重要である。ガス含有量があまりに高い場合、空気燃料混合物はあまりに高くなる。混合物の燃焼は、あまりに高速に又はあまりに早期に生じ、これは、エンジンのノッキングにつながる。空気含有量があまりに高い場合、空気燃料混合物はあまりに少なく、不着火が発生し得るし、これはまた、もちろん効率的且つ低公害のエンジン動作に負の影響を及ぼす。

それゆえ、特にガス・モードにおける大型エンジンにとって、一方ではノッキング限界と他方では不着火限界との間の最適範囲内にラムダ値を保つ努力が行われる。なぜなら、さもなければ、異常な燃焼現象が発生することもあり、これは、大型エンジンの損傷につながり得るからである。オットー原則に従ってガス・モードで動作する大型エンジンの場合、最適なラムダ値は、例えば、２．０と３．０との間、好ましくは２．３と３．０との間とすることができる。ラムダ値のための限界は、エンジンが動作する負荷に依存して、僅かに変化し得る。

大型エンジンは、通常、圧縮する比率すなわち圧縮比は、１００％の負荷点で、すなわち全負荷で最適化されるように設計され、大型エンジンは、燃焼作用と効率との間の可能な最高の妥協を有し、これは、大型エンジンが１００％の負荷点で、すなわち全負荷及び最大速度で可能な最高の熱力学的効率を有するように設計されることを意味する。

圧縮比は、空気燃料混合物の圧縮前の燃焼室の第１の体積の、空気燃料混合物の圧縮後の燃焼室の残りの第２の体積に対する比率である幾何学的な値である。

１００％の負荷点で燃焼作用を最適化することは、大型エンジンの効率が低い負荷範囲において、例えばより低い中圧でもはや最適ではないことを意味する。

それゆえ、従来技術から開始して、本発明の目的は、全負荷範囲にわたり大型エンジンの可能な限りの最適効率を可能にする大型エンジンを動作させるための方法を、異常な燃焼現象を回避しながら提案することにある。さらにまた、本発明の目的は、対応する大型エンジンを提供することにある。

これらの目的を満たす本発明の主題は、それぞれのカテゴリの独立請求項の特徴によって特徴付けられる。

それゆえ、本発明によれば、大型エンジンの動作方法が提案され、大型エンジンは、少なくとも１つのシリンダを備え、シリンダは、シリンダ軸に沿って前後に運動可能なピストンによって囲まれた燃焼室を有する。空気燃料混合物は、燃焼室内で圧縮比をもってピストン運動を介して圧縮され、大型エンジンの動作パラメータは、連続的に又は一定間隔で決定され、動作パラメータに基づいて、空気燃料混合物のための最適化された圧縮比を決定する。圧縮比は、最適化された圧縮比に適合される。

圧縮比は、単に燃焼室の２つの体積の幾何学的比率であり、第１の体積は、空気燃料混合物の圧縮前の燃焼室の体積であり、第２の体積は、空気燃料混合物の圧縮後の燃焼室の体積である。それゆえ、第１の体積は、圧縮の最初の燃焼室の体積であり、第２の体積は、最大圧縮時、すなわちピストンが上死点にあるときの燃焼室の体積である。

圧縮比が最適化された圧縮比に調節されるという事実のため、大型エンジンは、全負荷範囲にわたり最適化された効率によって動作可能である。例えば、大型エンジンの部分的な負荷動作において、圧縮比は、全体的な負荷動作と比較するとこのように増加可能であり、このように部分的な負荷動作において大型エンジンの効率を増加させる。

本発明の実施例では、圧縮比は、動作パラメータに依存して、制御又は調整可能である。圧縮比を制御することは、圧縮比が異なる周囲条件、例えば燃料品質の変化又は大型エンジンの給気冷却器の動作における変化に柔軟に調節可能であるという効果がある。

非常に単純な実施例では、例えば、最適化された圧縮比は、大型エンジンが動作する負荷の関数として、ルックアップ・テーブルに格納可能である。次に、動作パラメータは負荷であり、大型エンジンが動作するそれぞれの現在の負荷のための最適化された圧縮比を、次に、このルックアップ・テーブルに見ることができる。次に、圧縮比は、この最適化された圧縮比に適合される。

いくつかの動作パラメータは、動作パラメータとして適切であり、この動作パラメータに基づいて、どのように圧縮比を変化させるかを決定し、特に、それ自体が周知であるパラメータは、大型エンジンの動作の間決定される。

好ましくは、空燃比は、空燃比がノッキング限界と不着火限界との間にあるように調節される。

本発明による方法を用いて、圧縮比を連続的に又は一定間隔で大型エンジンの１つ又は複数の動作パラメータに適合させることができる。圧縮比の最適変化は、大型エンジンの効率の増加につながる。

好ましい実施例によれば、動作パラメータは、大型エンジンが動作するエンジン負荷又は回転速度である。エンジン負荷は、通常、全負荷のパーセンテージとして示される。

さらなる好ましい実施例によれば、動作パラメータは、大型エンジンの遷移挙動に依存する。この目的のために、例えば、トルクの遷移挙動又は大型エンジンの回転速度が決定される。次に、トルク又は回転速度の変化を、動作パラメータとして用いることができる、又は、例えば、動作パラメータに組み込むことができる。

他の好ましい実施例は、動作パラメータが、シリンダ内の圧縮圧に対するシリンダ内の最大圧力の比率である点火比に依存するということである。ここで、点火比は、一定でもよいし、又はエンジン負荷若しくは回転速度に依存してもよい。

さらに、点火圧力を動作パラメータとして用いることができる。点火圧力は、燃焼の間のシリンダ内の最大圧力である。点火圧力は、特に一定でもよいし、又はエンジン負荷及び／若しくは回転速度に依存してもよい。

特に好ましい実施例によれば、点火圧力又は点火比は、所定の値に調節され、例えばルックアップ・テーブルによって制御されるか、又は、予め決定可能な目標値（ターゲット値）によって調整される。

本発明の実施例では、動作パラメータはまた、点火圧力の増加とすることもでき、点火圧力の増加は、特に一定とすることもできるし、又はエンジン負荷及び／若しくは回転速度に依存することもできる。好ましくは、最大値は、越えてはいけない点火圧力の増加のために予め決定される。

放出パラメータを他の動作パラメータとして用いることができ、それによって、放出パラメータは、特に一定であるか、又は、エンジン負荷及び／若しくは回転速度に依存する。圧縮比はまた、所定の値の形で放出パラメータに依存して制御可能であるか、又は、放出目標値に依存して調整可能である。放出パラメータは、特に酸化窒素（ＮＯ_Ｘ）及び／又は二酸化炭素（ＣＯ_２）及び／又は一酸化炭素（ＣＯ）及び／又は酸素（Ｏ_２）に関連することができる。

動作パラメータが、負荷変化又は回転速度変化である遷移挙動であることもまた可能であり、圧縮比は、動作パラメータに依存して調整される。

もちろん、複数の動作パラメータを用いて、圧縮比を変えることができることを理解されたい。他の好ましい手段は、動作パラメータが限界値を上回るか又は下回る場合、圧縮比を変えることである。ここで、エンジン負荷、回転速度、点火比又は放出パラメータは、限界値と特に点火圧力の増加又は点火圧力のための最大値と組み合わされることが特に好ましい。

本発明による方法では、圧縮比は、好ましくは、大型エンジンのハードウェア適合によって変えられる。この目的のために、実際には、大型エンジンは、回転可能なクランクシャフトを備えることができ、ピストンは、ピストン・ロッドを介してクロスヘッドに接続され、クロスヘッドは、スラスト・ロッドを介してクランクシャフトに接続されている。次に、圧縮比は、ピストン・ロッド及び／又はピストンをクロスヘッドに対して変位させることによって変化する。もちろん、従来技術から周知の他の機械又は液圧ハードウェア適合を用いて、圧縮比を変えることもできる。

実際には、動作パラメータは、センサによって、連続的に又は一定間隔で検出可能である。この目的のために、センサは、仮想センサ又は実際のセンサとすることができる。仮想センサは、実際の既存のセンサではなく、ターゲット変数に対する代表的な測定変数の依存シミュレーションである。それゆえ、ターゲット変数は、直接測定されず、それと相関する測定変数及び相関のモデルに基づいて計算される。

さらに、本発明による方法は、大型エンジンにおける振動、特にねじり振動を、大型エンジンの全動作範囲又は負荷範囲において最小化することを可能にする。ねじり振動は、特に、シリンダの特別の数によって発生する。ねじり振動は、主に、シリンダ圧力コースによって決定される。点火圧力及び圧縮圧力は決定的である。

高い点火圧力及び圧縮圧力は、可能な最高の燃料消費を達成するために要求される。しかしながら、これらは、特に大型エンジンの低い負荷範囲においてもまた、ねじり振動の励起の増加につながり得る。

圧縮比がエンジン負荷に依存して動作パラメータとして変化する場合、一般的な振動及び特にねじり振動は、所定の負荷範囲における圧縮比を増加することによって最小化可能である。好ましくは、特定のエンジン負荷を下回って又は上回って、特に１５％のエンジン負荷において圧縮比が増減されるということが、制御又は調整によって予め決定される。

さらに、本発明によって、本発明による方法によって動作する大型エンジンが提案される。

好ましくは、大型エンジンは、長手方向に掃気された２ストロークの大型ディーゼル・エンジンとして設計される。

特に好ましくは、大型エンジンは、デュアルフューエルの大型ディーゼル・エンジンとして設計され、液体燃料が燃焼のために燃焼室内に導入される液体モードで動作可能であり、さらに、ガスが液体又は気体の状態の燃料として燃焼室内に導入されるガス・モードで動作可能である。

実際には、大型エンジンは、少なくとも１つのシリンダ、回転可能なクランクシャフト及び検査デバイスを備えることができ、シリンダは、シリンダ軸に沿って前後に運動可能に構成されるピストンによって囲まれた燃焼室を有し、ピストンは、ピストン・ロッドを介してクロスヘッドに接続され、クロスヘッドは、スラスト・ロッドを介してクランクシャフトに接続され、検査デバイスは、ピストン・ロッド及び／又はピストンの位置をクロスヘッドに対して変位させることができるスラスト・デバイスを備える。

本発明のさらに有利な対策及び実施例は、従属請求項から生ずる。

以下、本発明は、装置及び方法の両方の工学に関して、実施例に基づき図面を参照し、さらに詳細に説明される。

本発明による大型エンジンの実施例の概略的断面図である。 大型エンジンの実施例における空気ガス比率に対するトルクの依存性を示すための概略図である。 シリンダ内の圧力の概略図である。

「大型エンジン」という用語は、通常船用の主要な駆動ユニットとして用いられるようなエンジン、又は、静止動作においてでさえ、例えば電気エネルギーを生成するための大型発電機を駆動するためのエンジンを意味する。典型的には、大型エンジンのシリンダは各々、少なくとも約２００ｍｍの内径（ボア）を有する。「長手方向に掃気した」という用語は、掃気又は給気がシリンダ内の下端の領域に導入されることを意味する。燃焼残渣、すなわち特に排ガスは、シリンダの上端で排出される。

実施例に基づいた本発明の以下の説明では、例示的な性質によって、実行のために特に重要な大型エンジンの場合を参照し、デュアルフューエル・エンジン、すなわち、２つの異なる燃料によって動作可能なエンジンとして設計される。特に、大型エンジンのこの実施例は、液体燃料のみがシリンダの燃焼室内に噴射される液体モードで動作可能である。通常、液体燃料、例えば重油又はディーゼル油は、適切な時間に燃焼室内に直接噴射され、自己発火のディーゼル原則に従ってそこで発火する。大型エンジンはまた、燃料として機能するガス、例えば天然ガスが予混合された空気燃料混合物の形で、燃焼室内で点火されるガス・モードで動作可能である。ガス・モードでは、大型エンジンは、特に、低圧の方法に従って動作する、すなわち、ガスは、気体の状態でシリンダ内に導入され、ガスの噴射圧力は、多くても５０ｂａｒであり、好ましくは多くても２０ｂａｒである。空気ガス混合物は、オットー原則に従って燃焼室内で火花点火される。この火花点火は、通常、燃焼室内に、又は、予燃焼室内に適切な瞬間に少量の自己発火する液体燃料（例えばディーゼル又は重油）を導入することによって遂行され、次に、それによって、自己発火し、燃焼室内の空気燃料混合物の火花点火が生ずる。

本明細書に記載の実施例では、大型エンジンは、長手方向に掃気されたデュアルフューエル・２ストロークの大型ディーゼル・エンジンとして設計される。

本発明がこの種の大型エンジン及びこの使用に限定されるものではなく、一般的な大型エンジンを意味することを理解されたい。それゆえ、大型エンジンが単一のガス燃料、例えば天然ガスを燃焼させるためだけに設計されることもまた可能でもある。これは、大型エンジンがまたガス・エンジンとしても設計可能であることを意味する。大型エンジンが、２つ以上の燃料の燃焼のために、特にまた、異なるシリンダ内の２つ以上の異なる燃料の同時燃焼のために設計されるマルチフューエル・エンジンとして設計されることもまた可能である。

図１は、大いに図式化された図面で大型エンジンのこの実施例の複数のシリンダの１つのシリンダ２１を示し、大型エンジンは、全体として参照符号２０で指定される。シリンダ２１の内部では、ピストン２３は、それ自体周知の方法で、上死点と下死点との間で前後に運動可能に配置される。

大型エンジン２０、例えば、液体モードのための噴射システム、ガス・モードのためのガス供給システム、ガス交換システム、排気システム又は掃気若しくは給気を提供するターボチャージャ・システム及び大型エンジンのための検査・制御システムの構造及び個別部品は、２ストローク・エンジンとしての設計と４ストローク・エンジンとしての設計との両方において当業者にとって周知であり、それゆえ、さらなる説明は、ここで必要ない。これらの構成要素のうち、１つの出口バルブ２４のみが図１において表される。なぜなら、これは本発明を理解するのに十分であるからである。現代の大型エンジンにおいて、検査・制御システムは、電子システムであり、それを用いて、通常、すべてのエンジン又はシリンダ機能、特に噴射（噴射の開始及び終了）及び出口バルブの作動は、調節可能又は制御可能又は調整可能である。

ここに記載の長手方向に掃気される２ストロークの大型ディーゼル・エンジン２０の実施例では、掃気スロット２２は、通常、各シリンダ２１又はシリンダ・ライナの下部領域に提供され、シリンダ２１のピストン２３の運動によって周期的に開閉するので、掃気スロット２２が開いている限り、吸気レシーバ２６の給気圧力下でターボチャージャにより提供される掃気は、掃気スロット２２を通りシリンダ２１内に流れることができる。これは、図１において参照符号Ｌで提供される２つの矢印によって示される。シリンダ・ヘッド又はシリンダ・カバーにおいて、ほとんど中央に配置された出口バルブ２４が提供され、出口バルブ２４を通り、燃焼ガスは、燃焼プロセスの後、シリンダ２１から排気システム２５内に排出可能である。排気システム２５は、燃焼ガスの少なくとも一部をターボチャージャのタービン（図示せず）に導き、タービンの圧縮機は、給気圧力下で給気を吸気レシーバ２６内に提供する。給気圧力は、通常、いわゆるウェイスト・ゲート・バルブを介して調節され、ウェイスト・ゲート・バルブによって燃焼ガスの量が調節され、燃焼ガスは、ターボチャージャに供給される。

１つ又は複数の燃料噴射ノズル（図示せず）は、液体燃料をシリンダ２１の燃焼室内に導入するために提供され、例えば、シリンダ・ヘッド内の出口バルブ２４の近くに配置される。ガス入口ノズルを有する少なくとも１つのガス入口バルブを備えるガス供給システム（図示せず）は、ガス・モードにおいてガス供給のために提供される。ガス入口ノズルは、典型的には、シリンダの壁の、例えば、ピストン２３の上死点と下死点との間のほぼ中央の高さに設けられる。

図１において、さまざまなクランク角が左側にさらに示される。クランク角は、クランクシャフトの位置を示し、それ自体周知の方法で大型ディーゼル・エンジン２０の作業サイクルをマークする。ピストン２３は、１８０°のクランク角で下死点すなわち反転点にあり、ピストン２３は、３６０°のクランク角で上死点すなわち反転点にある。２ストローク・エンジンとして設計される場合、全作業サイクルは、３６０°を備える。０°のクランク角で開始して−０°では、ピストン２３は、３６０°と同じ位置にあり、上死点にあり−ピストン２３は、１８０°で下死点に到達するまで、膨張行程の間下方に運動し、次に、３６０°で上死点に到達するまで、圧縮行程の間再び上方に運動する。図１の図面では、ピストン２３は、現在クランク角２７０°に対応する位置にある。

以下、大型ディーゼル・エンジンが船の駆動ユニットである用途を一例としてさらに参照する。

排ガス値に関する法的規制のため、今日、海岸の大型ディーゼル・エンジンは、しばしばガス・モードで動作しなければならない。なぜなら、さもなければ、排ガスの放出のための、特に酸化窒素ＮＯ_ｘ及び硫黄酸化物の既定の限界値をもはや満たすことができないからである。

本発明は、特にガス・モードにおける大型エンジン２０の動作に関する。

ガス・モードでは、可能な最低の放出を有する空気燃料混合物の効率及び燃焼は、空気の量と燃料として用いられるガスの量との比率に敏感に依存する。この空燃比は、通常、ラムダ値（λ値）によって示され、ラムダ値は、化学量論燃焼のために必要とされる気団に対するシリンダ内に閉じ込められる気団の比率を示す。

図２は、空燃比１と、エンジンによって生成され、船を駆動するトルク２と、の間の例示的な関係を概略図で示す。この図面は、船の特定の速度に対応する特定のトルクに当てはまる、又は、船が実質的に穏やかな海域で移動しているときのエンジンの特定の回転速度に当てはまる。特に、図２に示されるトルク２は、ＢＭＥＰ（正味平均有効圧力）であり、ＢＭＥＰとは、実質的に、作業サイクルを通じて平均化されたトルクである。

図２の図面において、ガス・モードのために、２つの限界曲線、すなわち、ノッキング限界（ノッキング曲線）３及び不着火限界（不着火曲線）４を見ることができる。図面に従ってノッキング限界３の左の動作状態では、例えば点Ｂでは、空気燃料混合物はあまりに多く、すなわち、あまりに少ない空気が、混合物内に存在する。あまりに多い混合物は、さまざまな課題、すなわち、燃焼があまりに高速に生ずる（高速燃焼）、又は、エンジンがノッキングを開始する、又は、シリンダ２１内の混合物が、通常、高いガス含有量のため、（作業サイクルに関して）あまりに早く燃焼を開始する（早期点火）ということにつながり得る。図面に従って不着火限界４より上の動作状態では、すなわち、例えば点Ｃでは、空気燃料混合物はあまりに少なく、すなわち、最適燃焼のための十分なガスが、燃焼室内に存在しない−又はあまりに多くの空気が存在する−。

このために、特にガス・モードにおいて、大型ディーゼル・エンジンを空燃比のための最適点５で、すなわち例えば図２の動作点Ａで、常に動作させるための努力が行われる。実際には、トルク又は空燃比１の自然変動は、船の一定の回転速度又は一定速度においてでさえ、回避又は調整できず、それゆえ、図２において２つの直線７及び８によって区切られる許容範囲６が存在し、許容範囲６内では、最適点５からの空燃比１の偏差は許容される。

このために、大型エンジンが許容範囲６内で動作するように、それぞれのトルクのための空燃比を調節する努力が常に行われる。

本発明によれば、大型エンジンの動作パラメータを連続的に又は一定間隔で検出し、動作パラメータに基づいて、最適化された圧縮比を決定し、大型エンジンが動作する現在の負荷のための可能な最高効率を可能にすることが提案される。例えば、部分的な負荷範囲において、圧縮比を増加することができ、その結果、最終的な圧縮温度がより高くなり、それによって、空燃比は著しく変化しない。

しかしながら、ウェイスト・ゲート・マージンが利用できる場合、空燃比をさらに増加することができ、その結果、圧縮比をさらに上昇させることによって、さらなる効率の可能性に到達することができる。排気バイパス、すなわちターボチャージャのタービンをバイパスする排ガスの質量流量は、通常、例えば類似のバルブとして設計可能なウェイスト・ゲート・バルブによって調節又は調整される。

圧縮比の変化は、好ましくは、例えばクロスヘッド駆動エンジンにおいて、ピストン・ロッド及び／又はピストンをクロスヘッドに対して変位又は運動させることによって機械的に行われるので、燃焼室の幾何学的寸法が変化する。

このようにして、大型エンジンは、いかなる負荷範囲においても最適化された効率で動作可能であり、このことは、大型エンジンの特に効率的且つ経済的な動作を可能にする。

以下の包括的でないリストにおいて説明されるいくつかのパラメータは、連続的に又は一定間隔で決定される動作パラメータとして好ましい。

例えば、大型エンジンが動作するエンジン負荷は、全負荷のパーセンテージとして表現され、動作パラメータとして使用可能である。エンジン負荷に依存して、圧縮比は、好ましくは、ルックアップ・テーブルによって許容範囲６内で最適効率に調整可能である、又は、代替的には、それに応じて制御可能である。

大型エンジン２０が動作パラメータとして動作する回転速度を用いることもできる。回転速度に依存して、圧縮比は、好ましくは、ルックアップ・テーブルによって許容範囲６内で最適効率に調整可能である、又は、代替的には、それに応じて制御可能である。

他の可能性は、動作パラメータとしてシリンダ２１の内部の点火圧力を用いることである。これの実例は、図３を参照して説明される。図３は、クランク角ＫＷに依存したシリンダ２１の内部のシリンダ圧力ｐの概略図を示す。クランク角ＫＷ１で、出口バルブ２４は閉鎖され、圧縮が開始する。クランク角ＫＷ＝０°と同一であるクランク角ＫＷ＝３６０°で、ピストン２３は上死点にあり、すなわち、燃焼室は、最小体積を有する（最大圧縮）。出口バルブ２４は、クランク角ＫＷ２で開放される。曲線１０は、シリンダ２１内の燃焼がない場合のシリンダ２１内の圧力コースを示す、すなわち、曲線１０は、「幾何学的」圧縮が単にシリンダ２１内のピストン運動だけによって生ずることを表す。曲線１１は、燃焼プロセスがシリンダ２１内で生ずる場合のシリンダ２１内の圧力を示す。それゆえ、曲線１０と１１との間の差は、燃焼プロセスによって生ずる圧力差を表す。

曲線１０の最大は、もちろん、クランク角ＫＷ＝０°に対応するクランク角ＫＷ＝３６０°にあり、圧縮圧力ＰＣと呼ばれる。曲線１１の最大は、通常、クランク角ＫＷ＝３６０°とは変位し、点火圧力ＰＭと呼ばれる。次に、点火圧力ＰＭと圧縮圧力ＰＣとの間の比率、すなわちＰＭ／ＰＣは、点火比と指定される。点火比は、ラムダ値、すなわち空気燃料混合物並びに点火時間及び圧縮比の関数である。通常、ラムダ値が増加するとき、点火比はより小さくなる。それゆえ、点火圧力及び点火比の両方は、動作パラメータとして用いることができる。

さらに、ＰＣより上の圧力範囲内の曲線１１の増加はまた、すなわち燃焼が生ずる場合、空燃比に関連するので、点火圧力の増加、すなわち、クランク角ＫＷの変化に依存する圧力の変化はまた、制御パラメータとして用いることができる。

もちろん、複数の動作パラメータを用いて圧縮比を変えることができることを理解されたい。

大型エンジン２０は、スラスト・デバイスを有する検査デバイスを備えることができる。ピストン２３がピストン・ロッドを介してクロスヘッドに接続され、クロスヘッドが、スラスト・ロッドを介して回転可能なクランクシャフトに接続されている場合（すべて図示せず）、スラスト・デバイスは、圧縮比が変化するように、ピストン・ロッド及び／又はピストンの位置をクロスヘッドに対して変位させることができる。

Claims (16)

1. 大型エンジンの動作方法であって、前記大型エンジン（２０）は、少なくとも１つのシリンダ（２１）を備え、前記シリンダ（２１）は、シリンダ軸に沿って前後に運動可能なピストン（２３）によって囲まれた燃焼室を有し、空気燃料混合物は、前記燃焼室内で圧縮比をもって前記ピストン（２３）の運動を介して圧縮され、前記大型エンジン（２０）の動作パラメータは、連続的に又は一定間隔で決定され、前記空気燃料混合物のための最適化された圧縮比は、前記動作パラメータに基づいて決定され、前記圧縮比は、前記最適化された圧縮比に適合されることを特徴とする、
   方法。
2. 前記圧縮比は、前記動作パラメータに依存して制御される、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記圧縮比は、前記動作パラメータに依存して調整される、
   請求項１に記載の方法。
4. 空燃比は、前記空燃比がノッキング限界（３）と不着火限界（４）との間にあるように調節される、
   請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
5. 前記大型エンジン（２０）は、回転可能なクランクシャフトをさらに備え、前記ピストン（２３）は、ピストン・ロッドを介してクロスヘッドに接続され、前記クロスヘッドは、スラスト・ロッドを介して前記クランクシャフトに接続され、前記圧縮比は、前記ピストン・ロッド及び／又は前記ピストンを前記クロスヘッドに対して変位させることによって変化する、
   請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法。
6. 前記動作パラメータは、エンジン負荷及び／又は回転速度である、
   請求項１から５までのいずれか一項に記載の方法。
7. 前記動作パラメータは、点火比であり、前記点火比は、特に一定であるか、又は、エンジン負荷及び／若しくは回転速度に依存する、
   請求項１から６までのいずれか一項に記載の方法。
8. 前記動作パラメータは、点火圧力であり、前記点火圧力は、特に一定であるか、又は、エンジン負荷及び／若しくは回転速度に依存する、
   請求項１から７までのいずれか一項に記載の方法。
9. 前記動作パラメータは、点火圧力の増加であり、前記点火圧力の増加は、特に一定であるか、又は、エンジン負荷及び／若しくは回転速度に依存する、
   請求項１から８までのいずれか一項に記載の方法。
10. 前記動作パラメータは、放出パラメータであり、前記放出パラメータは、特に一定であるか、又は、エンジン負荷及び／若しくは回転速度に依存する、
    請求項１から５までのいずれか一項に記載の方法。
11. 前記動作パラメータは、負荷変化又は回転速度変化である遷移挙動であり、前記圧縮比は、前記動作パラメータに依存して調整される、
    請求項１から１０までのいずれか一項に記載の方法。
12. 前記大型エンジン（２０）は、ガス・モードで動作する、
    請求項１から１１までのいずれか一項に記載の方法。
13. 前記動作パラメータは、センサによって連続的に又は一定間隔で検出され、前記センサは、仮想センサ又は実際のセンサである、
    請求項１から１２までのいずれか一項に記載の方法。
14. 前記大型エンジン（２０）は、請求項１から１３までのいずれか一項に記載の方法に従って動作することを特徴とする、
    大型エンジン。
15. 前記大型エンジンは、少なくとも１つのシリンダ（２１）、回転可能なクランクシャフト及び検査デバイスを備え、前記シリンダ（２１）は、シリンダ軸に沿って前後に運動可能に構成されるピストン（２３）によって囲まれた燃焼室を有し、前記ピストン（２３）は、ピストン・ロッドを介してクロスヘッドに接続され、前記クロスヘッドは、スラスト・ロッドを介して前記クランクシャフトに接続され、前記検査デバイスは、前記ピストン・ロッド及び／又は前記ピストン（２３）の位置を前記クロスヘッドに対して変位させることができるスラスト・デバイスを備える、
    請求項１３に記載の大型エンジン。
16. 前記大型エンジンは、デュアルフューエルの大型ディーゼル・エンジンとして設計され、液体燃料が燃焼のために前記燃焼室内に導入される液体モードで動作可能であり、ガスが前記燃焼室内に導入されるガス・モードでさらに動作可能である、
    請求項１３又は１４に記載の大型エンジン。