JP2021134789A - 大型ディーゼル・エンジンを動作させる方法、及び大型ディーゼル・エンジン - Google Patents

大型ディーゼル・エンジンを動作させる方法、及び大型ディーゼル・エンジン Download PDF

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Abstract

【課題】燃焼のために液体燃料がシリンダの中に導入される液体モードで動作することができるとともに、ガスがシリンダの中に燃料として導入されるガス・モードでさらに動作することができるデュアル燃料大型ディーゼル・エンジンとして設計される大型ディーゼル・エンジンを動作させる方法を提供すること。【解決手段】この方法には、液体モードから混合モードへの変化があり、混合モードでは、あるガス含有量のガスが燃料として供給され、且つ、ある液体含有量の液体燃料がシリンダへ供給され、シリンダ内の燃焼の品質の特性である制御パラメータが、混合モードで決定され、限界値が、制御パラメータについて予め決定され、ガス含有量は、制御パラメータが限界値に到達するまで連続的に増加される。さらに、大型ディーゼル・エンジンが提供される。【選択図】図１

Description

本発明は、それぞれのカテゴリーの独立特許請求項のプリアンブルに記載された、デュアル燃料大型ディーゼル・エンジンとして設計される大型ディーゼル・エンジンを動作させる方法、及び大型ディーゼル・エンジンに関する。
大型ディーゼル・エンジンは、伝統的に、重油で動作する。２ストローク・エンジン又は４ストローク・エンジンとして、例えば、長手方向掃気式２ストローク大型ディーゼル・エンジンとして設計され得る大型ディーゼル・エンジンは、例えば、電気エネルギーを発生させる大型発電機を駆動するために、しばしば、船舶用の駆動ユニットとして使用され、又は定置運転でも使用される。エンジンは、通常、かなり長い期間にわたって連続運転で動くものであり、これは、運転の安全性及び稼働率に高い要求を課す。したがって、特に長いメンテナンス間隔、低摩耗、及び運転材料の経済的な取扱いは、運転者にとって中心的な基準である。大型ディーゼル・エンジンは、典型的には、シリンダを有し、その内径（ボア）は少なくとも２００ｍｍである。今日では、９６０ｍｍまで又はさらにより大きいボアを有する大型エンジンが使用されている。
経済的及び効率的な動作の面の下で、現在では、排気ガス限界値の順守、リソースの稼働率、及び燃料の重油の代替も、大型ディーゼル・エンジンに求められている。この点では、液体燃料、すなわち、液体状態で燃焼室に導入される燃料と、ガス燃料、すなわち、ガス状態で燃焼室に導入される燃料との両方が使用される。
重油の知られている代替としての液体燃料の実例は、他の重炭化水素であり、これは、精油、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、又はさらにエマルション若しくはサスペンションからの残留物として特に残されるものである。例えば、ＭＳＡＲ（Ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ Ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ Ａｔｏｍｉｚｅｄ Ｒｅｓｉｄｕｅ（多相超微細噴霧残留物））として知られているエマルションを燃料として使用することが知られている。よく知られたサスペンションは、炭塵及び水のサスペンションであり、このサスペンションは、大型エンジン用の燃料としても使用される。ガス燃料として、ＬＮＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ（液化天然ガス））などの天然ガス、ＬＰＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｇａｓ（液化石油ガス））などの液化ガス、又はエタンが知られている。
詳細には、少なくとも２種類の異なる燃料で動作することができ、それによってエンジンが運転状況又は環境に応じて一方の燃料又は他方の燃料のどちらかで動作する大型ディーゼル・エンジンも知られている。
２種類の異なる燃料で動作することが大型ディーゼル・エンジンの一実例は、デュアル燃料大型ディーゼル・エンジンとして設計されている大型ディーゼル・エンジンである。これは、燃焼のために液体燃料がシリンダの中に導入される液体モード、及びガスが燃料としてシリンダの中に導入されるガス・モードにおいて動作することができる。
少なくとも２つの又はさらにより多くの異なる液体燃料又はガス燃料で動作することができる大型ディーゼル・エンジンは、しばしば、現在使用中の燃料に応じて異なる運転モードにおいて動作する。ディーゼル運転としばしば呼ばれる運転モードにおいて、燃料の燃焼は、一般に、燃料の圧縮着火又は自己発火の原理に従って行われる。オットー運転としばしば呼ばれるモードにおいて、燃焼は、引火性の予め混合された空気燃料混合気の火花点火によって行われる。この火花点火は、例えばスパーク・プラグを用いて、例えば電気火花によって、又は少量噴射した燃料の自己発火によっても行うことができ、次いで、これにより別の燃料の火花点火が引き起こされる。自己発火向けの少量の燃料は、しばしば燃焼室に接続された副室の中に噴射される。
さらに、オットー及びディーゼル運転から知られる混合した形態も知られている。
本出願の枠組み内で、用語「大型ディーゼル・エンジン」は、少なくともディーゼル運転で動作することができるそうしたエンジンを指す。詳細には、したがって、用語「大型ディーゼル・エンジン」は、別のモード、例えば、ディーゼル運転に加えてオットー運転で動作することができるそのようなデュアル燃料大型エンジンも備える。
出願の枠組み内で、用語「ガス・モード」、又は「ガス・モードにおける運転」は、燃料としてトルクを発生させる燃焼用のガス又はガス燃料だけを使用することを指す。全て述べたように、ガス・モードにおいて、予め混合された空気燃料混合気の火花点火のために、少量の自己発火する液体燃料、例えば、重油が火花点火を実行するために噴射されるが、それにもかかわらず、トルクを発生させる燃焼プロセスは、ガス又はガス燃料で完全に動作することが可能であり、ごく当たり前である。
少量の液体燃料の自己発火による火花点火のこのプロセスは、パイロット噴射と呼ばれる場合がある。このパイロット噴射は、大型エンジンが液体モードで動作するとき、燃焼室の中への液体燃料の噴射と関係がない。異なる噴射装置が、必ずではないが、通常、液体モードにおいて液体燃料の噴射ためではなくパイロット噴射に使用される。加えて、パイロット噴射では、少量の液体燃料は、燃焼室の中に直接噴射されず、流路を介して燃焼室に接続されている少なくとも１つの副室の中に直接噴射されることも度々ある。
詳細には、ガス・モードにおいて、経済的で効率的で低公害の運転に関して、掃気空気とガスの比、すなわち、空燃比がある範囲内にないときに特に生じる異常な燃焼プロセスを回避することが非常に重要である。
ガス含有量が高すぎる場合、空気燃料混合気は、濃すぎることになる。混合気の燃焼は、例えば自己発火によって速すぎ又は早すぎで行われ、それによってエンジンのノッキングがもたらされ得る。空気含有量が高すぎる場合、空気燃料混合気が薄くなりすぎ、ミスファイアが生じ得、もちろんこれもエンジンの効率的で低公害の運転に悪影響を及ぼす。特に、高すぎるガス含有量及び高すぎる空気含有量のこれら２つの状態は、異常な燃焼プロセスとして示される。
大型ディーゼル・エンジンの所与の負荷について、発生したトルクを空燃比に対してプロットする場合、高品質な燃焼と異常な燃焼との間の限界は、例えば、２つの限界曲線、すなわち、ノッキング限界及びミスファイア限界によって与えられ、高品質な燃焼は、これらの２つの限界曲線の間にある。ノッキング限界を超える運転状態では、空気ガス混合気が濃すぎ、すなわち、混合気内に空気が少なすぎる。濃すぎる混合気は、様々な問題をもたらす可能性があり、すなわち、燃焼は、速く行われすぎ（速い燃焼）、又はエンジンがノックし始め、又は次いでシリンダ内の混合気が、通常、過度のガス含有量による自己発火によって（作動サイクルに対して）あまりに早く燃焼（早期着火）し始める。ミスファイア限界を超える運転状態では、空気ガス混合気があまりに薄く、すなわち、最適な燃焼のために燃焼室内に十分なガスがない。
どのガスがデュアル燃料大型ディーゼル・エンジンにおける燃料として使用されるのかに応じて、不可能でない場合、高品質な燃焼で大型ディーゼル・エンジンを動作させることが大きな問題となり得る。よって、詳細には、５０未満のメタン価を有するガスは、それが低いアンチノック性を有し、したがって自発的に点火する傾向があるので重要である。
この最先端の技術水準から始めると、したがって、本発明の目的は、デュアル燃料大型ディーゼル・エンジンとして設計されるとともに、高品質な燃焼で低いアンチノック性を有するガスで動作させられることもできる大型ディーゼル・エンジンを動作させる方法を提供することである。さらに、本発明の目的は、そのような方法を用いて動作させられる大型ディーゼル・エンジンを提供することである。
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ーの独立特許請求項の特徴によって特徴付けられる。
本発明によれば、したがって、燃焼のために液体燃料がシリンダの中に導入される液体モードで動作することができるとともに、ガスがシリンダの中に燃料として導入されるガス・モードでさらに動作することができるデュアル燃料大型ディーゼル・エンジンとして設計される大型ディーゼル・エンジンを動作させる方法であって、液体モードから混合モードへの変化があり、混合モードでは、あるガス含有量のガスが燃料として供給され、且つ、ある液体含有量の液体燃料がシリンダへ供給される、方法において、シリンダ内の燃焼の品質の特性である制御パラメータが、混合モードで決定され、限界値が、制御パラメータについて予め決定され、ガス含有量は、制御パラメータが限界値に到達するまで連続的に増加される方法が提供される。
本発明による方法では、したがって、液体モードが想定される。混合モードでは、次いで、ガスと液体燃料の両方が、シリンダへ燃料として供給される。次いで、制御パラメータに基づいて、シリンダ内の燃焼プロセスの品質が監視され、ガス含有量は、制御パラメータが予め決定可能な限界値に到達するまで増加される。この限界値は、特に、燃焼プロセスについてのノッキング限界を超過していることを示すことができる。
本発明による混合モードにより、燃焼プロセスについて低いアンチノック性を有するガスを使用することも特に可能である。したがって、例えば、ガスのアンチノック性が低すぎるので、例えば、高品質な燃焼プロセスのエリアを残すことなくデュアル燃料大型ディーゼル・エンジンが純粋なガス・モードでは全く動作することができないそのようなガスを使用することもできる。
好ましくは、液体含有量は、連続的に減少される。これは、ガス含有量が増加されればされるほど、液体含有量が減少されることを意味する。
特に好ましくは、液体含有量は、混合モードで最小化される。これは、液体含有量が、制御パラメータが限界値にできるだけ近くなるが、それを超えないそうした程度まで減少することを意味する。
さらに、限界値が、大型ディーゼル・エンジンを動作させる負荷に従って予め決定されることが好ましい。例えば、大型ディーゼル・エンジンが全負荷、すなわち、１００％負荷で動作する場合、限界値は、限界値とは異なる制御パラメータについて決定することができ、これは、大型ディーゼル・エンジンの部分負荷運転について決定される。
可能な実施例によれば、ガス含有量は、大型ディーゼル・エンジンがガス・モードで動作するまで増加される。この実施例では、したがって、混合モードは、液体モードからガス・モードへ変化する遷移を表す。
別の実施例では、ガス含有量は、混合モードで最大限でも６０％又は最大限でも５０％である。この実施例は、低いアンチノック性、すなわち、低いメタン価を有するガスを用いて動作することが特に好ましい。
このようにして、本発明による方法は、ガスのメタン価が最大限でも５０であるガスを用いて特に実行することもできる。
制御パラメータは、燃焼室内の燃焼の品質の特徴である。制御パラメータに基づいて、燃焼プロセスが異常になっているか、又は燃焼プロセスが異常な燃焼に近づいているか認識することが特に可能である。２つ以上の制御パラメータを検出することも可能である。
特に好ましい、燃焼室内の焼率若しくは圧力勾配（Ｇ）、又は着火圧力、或いは排出値といった値の少なくとも１つは、制御パラメータとして決定される。
排出値として、窒素酸化物の値は、制御パラメータとして特に適している。このようにして、排気ガス内のＮＯｘ値は、制御パラメータとして決定することができる。
詳細には、混合モードは、特に、１つの限界値を制御パラメータとして用いて又は複数の限界値を複数の制御パラメータとして用いて、大型ディーゼル・エンジンが動作する排出基準に従って混合モードが選択され得るという利点も有する。したがって、例えば、混合モードでは、それは、大型ディーゼル・エンジンが第二次又は第三次の排出基準に従って動作するかガス含有量によって選択することができる。
さらに、本発明による方法を用いて動作させられる大型ディーゼル・エンジンが、本発明により提案される。
好ましくは、大型ディーゼル・エンジンは、長手方向掃気式２ストローク大型ディーゼル・エンジンとして設計される。
本発明のさらに有利な手段及び実施例は、従属請求項からもたらされる。
以下において、本発明は、実施例に基づいて、及び図面に基づいて、より詳細に説明される。
クランク角に従ったシリンダ内の圧力の図である。
用語「大型ディーゼル・エンジン」は、例えば、電気エネルギーを発生させる大型発電機を駆動するために、通常、船舶用の駆動ユニットとして使用され、又は定置運転でも使用されるそうしたエンジンを指す。典型的には、大型ディーゼル・エンジンのシリンダは、少なくとも約２００ｍｍの内径（ボア）をそれぞれ有する。用語「長手方向掃気式」は、掃気又は給気空気が、下端のエリア内でシリンダに導入されることを意味する。
本発明の以下の説明において、デュアル燃料大型ディーゼル・エンジン、すなわち、２種類の異なる燃料を用いて動作することができるエンジンとして設計される大型ディーゼル・エンジンが参照される。詳細には、デュアル燃料大型ディーゼル・エンジンは、液体燃料だけがシリンダの燃焼室の中に噴射される液体モードで動作することができる。通常、液体燃料、例えば重油又はディーゼル油は、自己発火のディーゼルの原理に従って、適切な時間で燃焼室の中に直接噴射され、そこで点火する。大型ディーゼル・エンジンは、燃料としての役割を果たすガス、例えば、ＬＮＧ（液化天然ガス）などの天然ガス、又はＬＰＧ（液化石油ガス）、或いはエタンが、事前混合された空気燃料混合気の形態において燃焼室内で点火されるガス・モードで動作することもできる。詳細には、大型ディーゼル・エンジンは、低圧プロセスに従ってガス・モードで動作し、すなわち、ガスは、ガス状態でシリンダの中に導入され、それによってガスの噴射圧は、最大限でも５０バール、好ましくは最大限でも２０バールである。空気ガス混合気は、オットーの原理に従って燃焼室内で花火点火される。この火花点火は、通常、少量の自己発火する液体燃料（例えば、ディーゼル油又は重油）を適切な瞬間に燃焼室の中又は副室の中に導入することによって引き起こされ、次いでこの燃料は、それ自体で発火し、燃焼室内に空気燃料混合気の火花点火を引き起こす。
本出願の枠組み内で、すでに説明されたように、用語「ガス・モード」、又は「ガス・モードでの動作」は、大型ディーゼル・エンジンがガスを用いて又はこのガス・モード中のガス燃料を用いてのみ運転され、適宜少量の自己発火する燃料、例えば、重油又はディーゼル油が、空気ガス混合気（パイロット噴射）の火花点火のためだけに燃焼室の中に又は１つの副室若しくはそれより多くの副室の中に導入されるようになっていると理解されたい。
本明細書に記載された実施例では、それは、長手方向掃気式デュアル燃料２ストローク大型ディーゼル・エンジンとして設計される大型ディーゼル・エンジンと呼ばれる。
大型ディーゼル・エンジンは、少なくとも１つのシリンダ、しかし通常複数のシリンダを有する。各シリンダの内部に、ピストンが、上死点と下死点の間でシリンダ軸に沿ってそれ自体知られているやり方で前後に移動可能に配置される。ピストンは、ピストン・ロッドを介してそれ自体知られているやり方でクロスヘッドに接続され、このクロスヘッドは、プッシュ・ロッドを介してクランクシャフトに接続され、ピストンの運動がピストン・ロッド、クロスヘッド、及びプッシュ・ロッドを介してクランクシャフトへ伝達されて、クランクシャフトを回転させるようになっている。ピストンの上側はシリンダ・カバーと共に、燃焼室を定め、その中に燃焼用の燃料が導入される。
ガス・モードでは、この燃料はガスである。低圧プロセスでは、例えば、ガスは、好ましくはピストンの上死点と下死点の間のほぼ中部で、それぞれのシリンダの円筒壁面を通じて、又はシリンダ・ライナを通じてシリンダの中に導入される。シリンダ内で、ガスは、ピストンの圧縮運動中に掃気空気と混合し、こうして引火性の空気燃料混合気を形成し、次いで、ピストンがほぼ上死点にあるときに空気燃料混合気が花火点火される。好ましくは、火花点火は、自己発火する燃料、例えば、重油又はディーゼル燃料をそれぞれのシリンダの副室の中に噴射することによって実現される。
液体モードでは、液体燃料だけが、シリンダの燃焼室の中に噴射される。通常、液体燃料、例えば、重油又はディーゼル油は、自己発火のディーゼルの原理に従って、適切な時間で燃焼室の中に直接噴射され、そこで点火する。
燃焼室内の空気ガス混合気の火花点火のためだけに働くパイロット噴射、すなわち、ガス・モードにおける液体燃料の噴射は、液体モードで液体燃料を燃焼室の中に噴射する１本の主噴射ノズル又は複数本の主噴射ノズルとは異なる１つ又は複数のパイロット噴射ノズルによって実行されることが好ましい。
大型ディーゼル・エンジンの構造及び個々の構成要素、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空気の供給のためのターボチャージャ・システム、並びに大型ディーゼル・エンジンのための監視及び制御システムは、２ストローク・エンジンとしての設計についてと４ストローク・エンジンとしての設計についての両方で当業者に十分に知られており、したがって本明細書でさらに説明する必要はない。
本明細書に説明される長手方向掃気式２ストローク大型ディーゼル・エンジンの実施例では、通常、掃気空気スロットが各シリンダ又はシリンダ・ライナの下側領域内に設けられ、これらはシリンダ内のピストンの運動によって周期的に開閉し、それによってそれらが開いている限り、過給圧の下でターボチャージャによって与えられる掃気空気が、掃気空気スロットを通じてシリンダの中に流れることができる。シリンダ・ヘッド内又はシリンダ・カバー内に、通常中央に配置される出口弁が設けられ、燃焼プロセス後にこれを通じて燃焼ガスがシリンダから排気システムの中に放出され得る。液体燃料の導入については、１つ以上の主噴射ノズルが設けられ、これは、例えば、出口弁の近くでシリンダ・ヘッド内に配置される。ガス供給については、ガス入口ノズルを有する少なくとも１つのガス入口弁を備えたガス供給システムが設けられる。典型的には、ガス入口ノズルが、例えば、ピストンの上死点と下死点の間のほぼ中間の高さでシリンダの壁に設けられる。
現代の大型ディーゼル・エンジンにおける監視及び制御システムは、通常、全てのエンジン又はシリンダの機能、特に、出口弁の噴射（噴射の開始及び終了）及び起動を設定又は制御若しくは調節することができる電子システムである。
本発明によれば、液体モードからガスと液体燃料の両方がシリンダへ燃料として供給される混合モードへ変更することも可能であり、それによってシリンダの作動サイクル中に、ガスと液体燃料の両方が、シリンダの燃焼室内で燃焼する。
液体モードでは、したがって、液体燃料だけが主噴射ノズルによって燃焼室へ供給される。パイロット噴射ノズルが設けられている場合、液体モードでパイロット噴射ノズルを通じて液体燃料をさらに導入することが可能である。しかしながら、パイロット噴射ノズルを通じた最大燃料の流れは、それを用いて液体モードで大型ディーゼル・エンジンを動作させるにははるかに低すぎるので、この適宜の手段は、パイロット噴射ノズルが詰まる又は閉鎖するのを防ぐように主に働く。
ガス・モードでは、ガス燃料が、ガス供給システムのガス入口ノズルを通じてシリンダの燃焼室の中に導入され、大型ディーゼル・エンジンは、ガスを用いる又はガス燃料を用いるだけで動作する。空気ガス混合気の火花点火のためだけに、少量の液体の自己発火する燃料が、燃焼室の中に導入される。パイロット噴射ノズルが設けられる好ましい実施例では、液体燃料用の主噴射ノズルは、ガス・モードでは停止され、すなわち、噴射は、主噴射ノズルを通じて行われない。別個のパイロット噴射ノズルが設けられない場合、空気ガス混合気の火花点火用のパイロット噴射は、主噴射ノズルによって行うこともできる。いずれの場合も、パイロット噴射のために導入される液体燃料の量は大変小さいので、それはトルクを発生させる燃焼に実質的に全く寄与しない。典型的には、パイロット噴射は、液体燃料の燃焼が燃焼プロセスにおいて解放されるエネルギー量又はエネルギー含有量に最大限でも５％寄与するように寸法決定される。
混合モードでは、ガス燃料と液体燃料の両方が燃焼室の中に導入され、液体燃料の量は、空気ガス混合気の火花点火のために必要な燃料の量よりもそれがかなり大きいように寸法決定される。液体燃料とガス燃料の両方は、トルクを発生させる燃焼にかなり大きく寄与する。液体燃料の燃焼は、燃焼プロセス中に解放されるエネルギーの５％を超える量に寄与する。ガス導入の時間は、液体燃料の噴射の時間の前である。空気ガス混合気は、作動サイクルの適切な時間で、副室の中へのパイロット噴射によって、又は主噴射ノズルを通じて燃焼室の中に導入される自己発火する液体燃料によってさらに花火点火される。
好ましい実施例によれば、液体モードから混合モードを介してガス・モードへ移ることも可能である。別の実施例の場合には、それは。液体モードから混合モードへ移り、次いで、大型ディーゼル・エンジンは、より長期間にわたって混合モードで動作する。続いて、大型ディーゼル・エンジンは、再び液体モードで動作することができる。
ガス燃料と液体燃料の両方がシリンダの中に導入される混合モードでは、ガスのガス体含有量及び液体燃料の液体含有量が、シリンダの中へ燃料として送られる。
混合モードでは、シリンダ内の燃焼の品質の特性である制御パラメータが決定される。詳細には、燃焼プロセスがノッキング限界とミスファイア限界の間の動作範囲内にあるのか制御パラメータによって認識することが可能である。この範囲内では、大型ディーゼル・エンジンの効率的で経済的で低公害の運転が可能である。これは、高品質な燃焼プロセスとして示される。制御パラメータの具体的な実例は、図１においてさらに説明される。
超えるべきでない又は制御パラメータ次第では未満に落ちるべきでない限界値が、制御パラメータについて予め決定される。例えば、制御パラメータの限界値は、それがノッキング限界にある又はノッキング限界にすぐ隣接しているように予め決定される。これは、制御パラメータがこの所定の限界値未満にある限り、燃焼室内の空気燃料混合気がそれほど濃くないことが確実にされることを意味する。
混合モードでは、ガス含有量は、制御パラメータが限界値に到達するまで連続的に増加される。限界値は、例えば、限界値がノッキング限界上にないが、幾分ノッキング限界から離れるように、まだある程度の安全マージンがあるように予め決定することができる。
混合モードは液体モードから開始され、すなわち、大型ディーゼル・エンジンが液体モードで動作する場合、混合モードが開始され得る。
まず、制御パラメータが、それが所定の限界値を超えない値を有することを確実にするように決定される。
次いで、液体燃料に加えて、少ないガス含有量のガスが、シリンダの中に燃料として導入され、一方同時に、シリンダの中に導入される液体燃料の液体含有量が減少する。例えば、混合モードのスタートにおけるガス含有量は、最大限でも１０％である。
原理では、ガス含有量が関連付けられる変数を選択することが可能である。この変数は、例えば、ガス含有量が質量パーセントで与えられるように質量分率であり得る。この変数は、ガス含有量が体積パーセントで与えられるように体積分率でもあり得る。さらに、変数がガスのエネルギー部であることが可能である。
続いて、制御パラメータの現在値が決定され、限界値と比較される。制御パラメータが限界値にまだ到達していない場合、ガス含有量は増加し、液体含有量が減少する。この手順は、制御パラメータが限界値に到達するまで繰り返される。そして、ガス含有量は一定に維持される。
さらなる運転では、制御パラメータは、継続的に検出される。制御パラメータが限界値を超える場合、ガス含有量は、制御パラメータが再び限界値になる又は限界値未満となるまで減少させられる。制御パラメータが限界値より下の予め決定可能な許容範囲よりも多い場合、ガス含有量は、制御パラメータが限界値に再び到達するまで増加される。
ガス含有量のこの継続的な調整によって、空気湿度又は空気温度の変化などのガス組成の変化又は周囲条件の変化がある場合でも、燃焼プロセスが高品質な範囲内で維持できることも可能にさせる。
上述したガス含有量が増加するにつれて、液体含有量は、ガス含有量の増加に従って連続的に減少される。混合モードにおける液体含有量を最小化することが特に好ましい。これは、混合モードにおいて、制御パラメータが限界値に到達するまでガス含有量が増加することを意味する。理想的には、混同された運転において、したがって、ガス含有量は、制御パラメータの現在値が制御パラメータについての限界値に等しい又はできる限り近いように設定される。
有利な変量は、大型ディーゼル・エンジンを運転する現在の負荷に応じて限界値が予め決定されるものである。このために、大型ディーゼル・エンジンの負荷に応じた制御パラメータについての限界値を含むルックアップ・テーブルが、大型ディーゼル・エンジンの監視システムに与えられ得る。
どのガスが大型ディーゼル・エンジン用の燃料として使用されるかに応じて、ガス含有量は、混合モードで１００％まで連続的に増加させることができ、それによって次いで大型ディーゼル・エンジンはガス・モードで動作し、又はガス含有量は、制御パラメータがそれより上で限界値を超える最大値まで単に増加する。最後に述べた変量に関して、混合モードにおけるガス含有量は、１００％まで増加されず、例えば、最大６０％又は最大５０％に限定され得る。
混合モードを用いる本発明による方法により、そのアンチノック性が低すぎるために最先端の技術水準からデュアル燃料大型ディーゼル・エンジンに適していない大型ディーゼル・エンジンが、ガスで有利に動作することもできる。これらは、特に５０未満のメタン価を有するガス、例えば、エタン、又はＬＰＧ（液化石油ガス）などの液体ガスである。
以下において、図１に基づいて、本発明による方法に適している制御パラメータのいくつかの実例を説明する。
図１は、クランク角ＫＷに応じたシリンダの燃焼室内の圧力ｐを示す。２ストローク大型ディーゼル・エンジンの場合には、シリンダの一作動サイクルは、３６０°のクランク角範囲を含む。クランク角０°又は３６０°において、ピストンは上死点にあり、この点で焼室は最小体積を有し、その近くで燃焼室内の燃料の点火が行われる。クランク角１８０°において、ピストンは下死点にあり、この点で燃焼室はその最大体積を有する。図１では、ピストンの圧縮ストローク中に出口弁が閉じる、すなわち、圧縮がシリンダ内で始まるクランク角は参照符号１で示され、燃焼プロセス後に、ピストンの膨張ストローク中に出口弁が開くクランク角は参照符号２で示される。
参照符号３で示された曲線は、シリンダ内で燃料の噴射又は燃焼がない場合のシリンダ内の圧力曲線を示す。このため、曲線３は、作動サイクル中のシリンダ内の純粋に幾何学的に決定された圧力の行程を示す。参照符号４で示された曲線は、燃焼プロセスがシリンダ内で行われるときのシリンダ内の圧力の過程を示す。
作動サイクル中にピストンが下死点から上死点まで移動するとき、出口弁はクランク角１で閉じられ、圧縮過程が始まる。クランク角５で、燃焼プロセスが、液体燃料の自己発火又はガスを含有する空気燃料混合気の火花点火によって始まる。曲線４が曲線３とは異なるエリア内で、曲線４の行程は、燃焼プロセスの品質に依存する。燃焼プロセスにより、シリンダ内の圧力が増加する。上死点を通った後、ピストンの膨張運動中に圧力が低下する。この圧力低下は、次いで出口弁がクランク角２に開かれるときに増加する。
図１中の図は、特に、シリンダ内の燃焼プロセスの品質についての特性であり、したがって、本発明による方法についての制御パラメータとして適している下記パラメータ、すなわち、燃焼プロセス中のシリンダ内の最大圧力、すなわち、着火圧力ＰＭと、燃焼プロセスがない場合のシリンダ内の最大圧力ＰＧとの間の比、すなわち、曲線４の最大値と曲線３の最大値の間の比を示す焼率Ｚと、リンダ内の圧力が燃焼プロセス中にクランク角ＫＷに対してどのくらい多く変化するのかを示す圧力勾配Ｇと、燃焼プロセス中のシリンダの燃焼室内の最大圧力を示す着火圧力Ｐとを示す。これらのパラメータの全ては、シリンダ内の燃焼プロセスの品質を評価するための制御パラメータとして特に適している。
代替として又は加えて、排出値を、すなわち、例えば、大型ディーゼル・エンジンの排気ガス中の汚染物質値を制御パラメータとして使用することも可能である。特に、大型ディーゼル・エンジンの排気ガス中にどのくらい多くの窒化酸化物ＮＯｘが含まれているかを示す窒素酸化物の値が適している。
混合モードは、特に、大型ディーゼル・エンジンの放射率を選択し、したがって大型ディーゼル・エンジンの効率を最適化するために使用することもできる。したがって、例えば、制御パラメータについての限界値は、大型ディーゼル・エンジンが第二次排出基準を満たすように予め決定されてもよく、又は限界値は、大型ディーゼル・エンジンが第三次排出基準を満たすように予め決定されてもよい。
加えて、混合モードにおいて、現在のガス含有量が出口弁の開閉のタイミング又は噴射の開始又は持続期間などの他の動作パラメータをそれぞれのガス含有量又はそれぞれの液体含有量に適合させるために使用されることが可能である。

Claims (15)

  1. 燃焼のために液体燃料がシリンダの中に導入される液体モードで動作することができるとともに、ガスが前記シリンダの中に燃料として導入されるガス・モードでさらに動作することができるデュアル燃料大型ディーゼル・エンジンとして設計される大型ディーゼル・エンジンを動作させる方法であって、前記液体モードから混合モードへの変化があり、前記混合モードでは、あるガス含有量の前記ガスが燃料として供給され、且つ、ある液体含有量の前記液体燃料が前記シリンダへ供給される、方法において、前記シリンダ内の前記燃焼の品質の特性である制御パラメータが、前記混合モードで決定され、限界値が、前記制御パラメータについて予め決定され、前記ガス含有量は、前記制御パラメータが前記限界値に到達するまで連続的に増加されることを特徴とする方法。
  2. 前記液体含有量は、連続的に減少される、請求項１に記載の方法。
  3. 前記液体含有量は、前記混合モードで最小化される、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 前記限界値は、前記大型ディーゼル・エンジンを動作させる負荷に従って予め決定される、請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記ガス含有量は、前記大型ディーゼル・エンジンがガス・モードで動作するまで増加される、請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記ガス含有量は、前記混合モードで最大限でも６０％である、請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記ガス含有量は、前記混合モードで最大限でも５０％である、請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記ガスのメタン価は、最大限でも５０である、請求項１から７までのいずれか一項に記載の方法。
  9. 焼率（Ｚ）は、制御パラメータとして決定される、請求項１から８までのいずれか一項に記載の方法。
  10. 燃焼室内の圧力勾配（Ｇ）は、制御パラメータとして決定される、請求項１から９までのいずれか一項に記載の方法。
  11. 着火圧力（ＰＭ）は、制御パラメータとして決定される、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の方法。
  12. 排出値は、制御パラメータとして決定される、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の方法。
  13. 窒素酸化物の値は、制御パラメータとして決定される、請求項１から１２までのいずれか一項に記載の方法。
  14. 請求項１から１３までのいずれか一項に記載の方法を用いて動作させられることを特徴とする大型ディーゼル・エンジン。
  15. 長手方向掃気式２ストローク大型ディーゼル・エンジンとして設計される、請求項１４に記載の大型ディーゼル・エンジン。
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