JP7646482B2 - Internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、2ストロークユニフロー掃気クロスヘッド内燃機関および予燃室に関する。 The present invention relates to a two-stroke uniflow scavenging crosshead internal combustion engine and a pre-combustion chamber.
2ストローク内燃機関は、コンテナ船、ばら積み貨物船、およびタンカーのような船舶において推進機関として使用される。内燃機関からの望ましくない排出ガスの低減は、ますます重要になっている。 Two-stroke internal combustion engines are used as propulsion engines in marine vessels such as container ships, bulk carriers, and tankers. The reduction of undesirable emissions from internal combustion engines is becoming increasingly important.
望ましくない排出ガスの量を低減させるための効果的な方法が、燃料油、例えば、重油(HFO)から燃料ガスに切り替えることである。燃料ガスは、圧縮されたときにシリンダ内のガスが達成する高温によって、またはパイロット燃料の点火によってのいずれかで、それがただちに点火され得る圧縮ストロークの最後にシリンダに噴射され得る。しかしながら、圧縮ストロークの最後にシリンダに燃料ガスを噴射することは、シリンダ内の大きな圧力を克服するために、噴射より前に燃料ガスを圧縮するための大型ガスコンプレッサを必要とする。 An effective way to reduce the amount of undesirable emissions is to switch from fuel oil, e.g. heavy fuel oil (HFO), to fuel gas. The fuel gas can be injected into the cylinder at the end of the compression stroke where it can be immediately ignited, either by the high temperature that the gas in the cylinder achieves when compressed, or by ignition of a pilot fuel. However, injecting fuel gas into the cylinder at the end of the compression stroke requires a large gas compressor to compress the fuel gas prior to injection in order to overcome the large pressure in the cylinder.
しかしながら、大型ガスコンプレッサは、製造および保守整備するのに高価で複雑である。大型コンプレッサの必要性を回避するための1つの方法が、シリンダ内の圧力が著しくより低い圧縮ストロークの始めに燃料ガスを噴射するように機関を構成することである。 However, large gas compressors are expensive and complex to manufacture and maintain. One way to avoid the need for a large compressor is to configure the engine to inject fuel gas at the beginning of the compression stroke, when the pressure in the cylinder is significantly lower.
WO2013007863が、このような機関を開示している。燃料ガスの適切な点火を確保するために、パイロット点火予燃室がシリンダカバーに設けられている。一定量のパイロット燃料油が、パイロット点火予燃室に噴射され、これは、その後、パイロット点火予燃室内の温度および圧力により、自己着火する。これは、シリンダの主室内の燃料ガスを点火するトーチ(torch)をもたらす。 WO2013007863 discloses such an engine. To ensure proper ignition of the fuel gas, a pilot-ignition pre-chamber is provided in the cylinder cover. A quantity of pilot fuel oil is injected into the pilot-ignition pre-chamber, which then self-ignites due to the temperature and pressure in the pilot-ignition pre-chamber. This results in a torch that ignites the fuel gas in the main chamber of the cylinder.
しかしながら、一定量のパイロット燃料油を噴射することは、望ましくない排出ガスの量を増大させ、機関をより複雑にする専用の燃料油供給システムが必要になる。さらに、燃料ガス供給システムと燃料油供給システムとの両方を有する複式燃料機関では、2つの燃料システムを有することの付加的な信頼性は、機関が燃料油供給システムなしには機能できない場合、部分的に失われる。 However, injecting a fixed amount of pilot fuel oil increases the amount of undesirable emissions and requires a dedicated fuel oil supply system that makes the engine more complex. Furthermore, in dual-fuel engines that have both a fuel gas supply system and a fuel oil supply system, the added reliability of having two fuel systems is partially lost if the engine cannot function without the fuel oil supply system.
したがって、改善された2ストローク内燃機関を提供することが依然として課題となっている。 Therefore, it remains a challenge to provide an improved two-stroke internal combustion engine.
第1の態様によれば、本発明は、少なくとも1つのシリンダと、シリンダカバーと、ピストンと、燃料ガス供給システムと、掃気システムとを備える2ストロークユニフロー掃気クロスヘッド内燃機関に関し、シリンダは、シリンダ壁を有し、シリンダカバーは、シリンダの頂部に配置されかつ排出弁を有し、ピストンは、下死点と上死点との間で中心軸に沿ってシリンダ内に可動に配置されており、掃気システムは、シリンダの底部に配置された掃気入口を有し、燃料ガス供給システムは、少なくとも部分的にシリンダ壁に配置されかつ圧縮ストローク中に燃料ガスをシリンダに噴射するように構成された燃料ガス弁を備え、燃料ガスが、掃気と混合することを可能にし、掃気と燃料ガスとの混合物が、点火される前に圧縮されることを許容し、ここにおいて、機関は、予燃室とパイロット燃料供給システムとをさらに備え、予燃室は、第1の開口部を通じてシリンダへと開口しかつ点火要素を備え、パイロット燃料供給システムは、圧縮ストローク中にパイロット燃料ガスを予燃室に噴射するように構成されたパイロット燃料弁を備え、予燃室内に可燃性の混合物を形成するために、パイロット燃料ガスが点火される前に圧縮されかつ空気と混合されることを可能にし、点火要素は、予燃室内のパイロット燃料ガスを点火するように構成されている。 According to a first aspect, the present invention relates to a two-stroke uniflow scavenging crosshead internal combustion engine comprising at least one cylinder, a cylinder cover, a piston, a fuel gas supply system and a scavenging system, the cylinder having a cylinder wall, the cylinder cover being arranged at the top of the cylinder and having an exhaust valve, the piston being movably arranged within the cylinder along a central axis between bottom dead centre and top dead centre, the scavenging system having a scavenging inlet arranged at the bottom of the cylinder, the fuel gas supply system comprising a fuel gas valve arranged at least partially in the cylinder wall and configured to inject fuel gas into the cylinder during the compression stroke, The engine further includes a pre-combustion chamber and a pilot fuel supply system, the pre-combustion chamber opening into the cylinder through a first opening and including an ignition element, the pilot fuel supply system including a pilot fuel valve configured to inject pilot fuel gas into the pre-combustion chamber during the compression stroke, and the pilot fuel gas being compressed and mixed with air before being ignited to form a combustible mixture in the pre-combustion chamber, the ignition element being configured to ignite the pilot fuel gas in the pre-combustion chamber.
結果として、燃料ガスをパイロット燃料として使用することによって、燃料油の燃焼から発生する任意の望ましくない排出ガスが回避され得る。さらに、機関は、より少ない燃料供給システムで設計され得、または、機関が、複式燃料機関である場合、燃料ガスだけで動くことが可能であるより信頼性の高い機関が提供される。 As a result, by using fuel gas as the pilot fuel, any undesirable emissions resulting from the combustion of fuel oil can be avoided. Furthermore, the engine can be designed with fewer fuel supply systems, or, if the engine is a dual-fuel engine, a more reliable engine is provided that can run on fuel gas alone.
内燃機関は、好ましくは、シリンダ毎に少なくとも400kWの動力を有する、海洋船舶を推進するためのユニフロー掃気を有する大型低速ターボチャージ付き2ストローククロスヘッド内燃機関である。内燃機関は、内燃機関によって発生した排出ガスによって駆動されかつ掃気を圧縮するように構成されたターボチャージャーを備え得る。内燃機関は、燃料ガスで動くとき、オットーサイクルモードを有し、代替燃料、例えば、重油または船舶用ディーゼル油で動くとき、ディーゼルサイクルモードを有する、複式燃料機関(dual-fuel engine)であり得る。このような、複式燃料機関は、代替燃料を噴射するためのそれ自体の専用の燃料供給システムを有している。圧縮中、シリンダからの空気またはシリンダ内で形成された空気と燃料ガスとの混合物のいずれかが、予燃室に流入し、パイロット燃料ガスと混合されることになる。 The internal combustion engine is preferably a large slow-speed turbocharged two-stroke crosshead internal combustion engine with uniflow scavenging for propelling marine vessels, with a power of at least 400 kW per cylinder. The internal combustion engine may include a turbocharger configured to be driven by exhaust gases generated by the internal combustion engine and to compress the scavenging air. The internal combustion engine may be a dual-fuel engine having an Otto cycle mode when powered by fuel gas and a Diesel cycle mode when powered by an alternative fuel, e.g., heavy fuel oil or marine diesel oil. Such a dual-fuel engine has its own dedicated fuel supply system for injecting the alternative fuel. During compression, either air from the cylinder or a mixture of air and fuel gas formed in the cylinder will flow into the pre-chamber and be mixed with the pilot fuel gas.
点火要素は、スパークプラグ、コロナ/プラズマ点火装置、マイクロ波点火装置、グロープラグ、レーザ点火装置、またはジェットトーチ(jet torch)であり得る。 The ignition element can be a spark plug, corona/plasma igniter, microwave igniter, glow plug, laser igniter, or jet torch.
内燃機関は、好ましくは、複数のシリンダ、例えば、4個から14個までの間のシリンダを備える。内燃機関は、複数のシリンダの各シリンダに対して、シリンダカバー、排出弁、ピストン、燃料ガス弁、および掃気入口をさらに備える。 The internal combustion engine preferably comprises a plurality of cylinders, for example between 4 and 14 cylinders. The internal combustion engine further comprises a cylinder cover, an exhaust valve, a piston, a fuel gas valve, and a scavenging inlet for each cylinder of the plurality of cylinders.
燃料ガス供給システムは、好ましくは、音速状態下で、すなわち、速度が音速に等しい、すなわち、一定の速度で、1つ以上の燃料ガス弁を介して燃料ガスを噴射するように構成されている。音速状態は、ノズルのど部(断面の最小面積)にわたる圧力降下率が、略2(approximately two)よりも大きくなるときに達成され得る。 The fuel gas supply system is preferably configured to inject fuel gas through one or more fuel gas valves under sonic conditions, i.e., at a velocity equal to the speed of sound, i.e., at a constant velocity. Sonic conditions can be achieved when the pressure drop ratio across the nozzle throat (smallest cross-sectional area) is greater than approximately two.
これに対応して、パイロット燃料供給システムはまた、音速状態下で、パイロット燃料弁を介して、パイロット燃料ガスを予燃室に噴射するように構成され得る。 Correspondingly, the pilot fuel supply system may also be configured to inject pilot fuel gas into the pre-combustion chamber via the pilot fuel valve under sonic conditions.
1つ以上の燃料ガス弁は、好ましくは、掃気入口より上の位置において、上死点と下死点との間で、少なくとも部分的にシリンダ壁に配置されている。1つ以上の燃料ガス弁は、シリンダに燃料ガスを噴射するための、シリンダ壁に配置されたノズルを備え得る。いくつかの実施形態では、点火要素は、起動時に、ほぼ瞬間的な最大エネルギー放出(approximately instantaneous maximum energy release)を発生させるように構成されている。 The one or more fuel gas valves are preferably disposed at least partially in the cylinder wall between top dead center and bottom dead center at a location above the scavenging inlet. The one or more fuel gas valves may include a nozzle disposed in the cylinder wall for injecting fuel gas into the cylinder. In some embodiments, the ignition element is configured to generate an approximately instantaneous maximum energy release upon activation.
これは、点火タイミングのより一層の制御を許容し得る。起動時に、ほぼ瞬間的なエネルギー放出を発生させることが可能な点火要素の例は、スパークプラグ、コロナ/プラズマ点火装置、マイクロ波点火装置、レーザ点火装置、またはジェットトーチである。 This can allow for greater control over ignition timing. Examples of ignition elements capable of producing a near instantaneous release of energy upon activation are a spark plug, corona/plasma igniter, microwave igniter, laser igniter, or jet torch.
いくつかの実施形態では、1つ以上の燃料ガス弁は、下死点からの0度から160度内で、下死点からの0度から130度内で、または、下死点からの0度から90度内で、圧縮ストローク中に燃料ガスをシリンダに噴射するように構成されている。 In some embodiments, the one or more fuel gas valves are configured to inject fuel gas into the cylinder during the compression stroke within 0 degrees to 160 degrees from bottom dead center, within 0 degrees to 130 degrees from bottom dead center, or within 0 degrees to 90 degrees from bottom dead center.
燃料ガスの例は、液化天然ガス(LNG)、メタン、エタン、および液化石油ガス(LPG)である。 Examples of fuel gases are liquefied natural gas (LNG), methane, ethane, and liquefied petroleum gas (LPG).
いくつかの実施形態では、燃料ガス供給システムおよびパイロット燃料供給システムは、同じ燃料ガスを供給する。 In some embodiments, the fuel gas supply system and the pilot fuel supply system supply the same fuel gas.
いくつかの実施形態では、機関は、第2の予燃室をさらに備え、第2の予燃室は、第2の開口部を通じてシリンダへと開口しかつ点火要素を備え、パイロット燃料供給システムは、圧縮ストローク中にパイロット燃料ガスを第2の予燃室に噴射するように構成された第2のパイロット燃料弁を備え、パイロット燃料ガスが点火される前に圧縮されることを可能にし、点火要素は、予燃室内のパイロット燃料ガスを点火するように構成されている。 In some embodiments, the engine further comprises a second pre-chamber, the second pre-chamber opening into the cylinder through a second opening and comprising an ignition element, the pilot fuel supply system comprising a second pilot fuel valve configured to inject pilot fuel gas into the second pre-chamber during the compression stroke, allowing the pilot fuel gas to be compressed before being ignited, and the ignition element configured to ignite the pilot fuel gas in the pre-chamber.
2つの予燃室は、同一であり得る。2つの予燃室は、互いに対向して配置され得る。 The two pre-chambers may be identical. The two pre-chambers may be arranged opposite each other.
機関には、より多くの予燃室が設けられ得、例えば,シリンダ当たり少なくとも3つまたは4つの予燃室である。 The engine may be provided with more prechambers, for example at least three or four prechambers per cylinder.
いくつかの実施形態では、パイロット燃料弁は、下死点からの0度から160度内で、下死点からの0度から130度内で、または、下死点からの0度から90度内で、圧縮ストローク中にパイロット燃料ガスを予燃室に噴射するように構成されている。 In some embodiments, the pilot fuel valve is configured to inject pilot fuel gas into the pre-chamber during the compression stroke within 0 degrees to 160 degrees from bottom dead center, within 0 degrees to 130 degrees from bottom dead center, or within 0 degrees to 90 degrees from bottom dead center.
いくつかの実施形態では、パイロット燃料弁は、パイロット燃料噴射期間中にパイロット燃料ガスを噴射するように構成されており、ここにおいて、点火要素は、パイロット燃料噴射期間の終了後に、予燃室内のパイロット燃料ガスを点火するように構成されている。 In some embodiments, the pilot fuel valve is configured to inject pilot fuel gas during a pilot fuel injection period, and wherein the ignition element is configured to ignite the pilot fuel gas in the pre-combustion chamber after the pilot fuel injection period ends.
結果として、点火される前にパイロット燃料ガスを予燃室内で静止させる(rest)ことを可能にすることによって、給気(charge air)との好適な混合が達成され得る。シリンダの主室からの燃料ガスおよび空気のチャージ(charge)は、点火要素が点火される前に、予燃室に入り得る。これは、以前として可燃性の混合物に達しながら、噴射されるパイロット燃料ガスの量を低減させ得る。 As a result, by allowing the pilot fuel gas to rest in the pre-chamber before being ignited, a suitable mixture with the charge air can be achieved. The fuel gas and air charge from the main chamber of the cylinder can enter the pre-chamber before the ignition element is ignited. This can reduce the amount of pilot fuel gas injected while still achieving a combustible mixture.
いくつかの実施形態では、予燃室は、予燃室内の掃気とパイロット燃料ガスとの混合物の空気-燃料等量比λが、点火時に、λ=1.6、λ=1.5、λ=1.4、またはλ=1.3より下(below)になることを確実にするように構成されている。 In some embodiments, the pre-chamber is configured to ensure that the air-fuel equivalence ratio λ of the mixture of scavenging air and pilot fuel gas in the pre-chamber is below λ=1.6, λ=1.5, λ=1.4, or λ=1.3 at the time of ignition.
これは、噴射されるパイロット燃料ガスの量を制御することと、予燃室と第1の開口部との形状を設計することとによって行われ得、これにより、所望の量の燃料ガスが予燃室内に留まる。 This can be done by controlling the amount of pilot fuel gas injected and by designing the shape of the pre-chamber and the first opening so that the desired amount of fuel gas remains in the pre-chamber.
いくつかの実施形態では、m2で測定されるシリンダへの予燃室の開口部の断面積と、m3で測定される予燃室の容積との間の比率は、0.5~1.2m-1の間である。 In some embodiments, the ratio between the cross-sectional area of the pre-chamber opening into the cylinder, measured in m 2 , and the volume of the pre-chamber, measured in m 3 , is between 0.5 and 1.2 m −1 .
結果として、点火される前に、予燃室からパイロット燃料ガスが流出しすぎないことが確保され得る。 As a result, it can be ensured that too much pilot fuel gas does not escape from the pre-combustion chamber before being ignited.
例として、予燃室が第1の開口部のみを備え、第1の開口部の表面積が60mm2であり、予燃室の容積が0.1リットルである場合には、比率は、0.6m-1になる。 By way of example, if the pre-chamber comprises only a first opening, the surface area of the first opening is 60 mm 2 and the volume of the pre-chamber is 0.1 litres, then the ratio is 0.6 m −1 .
いくつかの実施形態では、機関は、シリンダ内の掃気と燃料ガスとの混合物のλが、λ=2.0を上回る(above)ことを確実にするように構成されている。 In some embodiments, the engine is configured to ensure that the λ of the mixture of scavenging air and fuel gas in the cylinder is above λ=2.0.
いくつかの実施形態では、予燃室は、第2の点火要素をさらに備える。 In some embodiments, the pre-combustion chamber further comprises a second ignition element.
予燃室に第2の点火要素を設けることによって、より信頼性の高い機関が提供され、これは、この機関が、点火要素のうちの1つが動作不良を起こした場合に作動し得るからである。 Providing a second ignition element in the pre-chamber provides a more reliable engine since it can operate if one of the ignition elements malfunctions.
いくつかの実施形態では、予燃室は、少なくとも部分的にシリンダ壁に配置されており、第1の開口部は、シリンダ壁に形成されている。 In some embodiments, the pre-combustion chamber is at least partially disposed in the cylinder wall, and the first opening is formed in the cylinder wall.
いくつかの実施形態では、機関は、予燃室を冷却するための予燃室冷却システムをさらに備え、予燃室冷却システムは、予燃室から熱を取り出すための、予燃室に近接した冷却流路を備え、予燃室冷却システムは、冷却流路を通じて冷却流体(cooling fluid)を循環させるように構成されている。 In some embodiments, the engine further includes a pre-chamber cooling system for cooling the pre-chamber, the pre-chamber cooling system including a cooling passageway proximate to the pre-chamber for extracting heat from the pre-chamber, the pre-chamber cooling system configured to circulate a cooling fluid through the cooling passageway.
シリンダ壁に予燃室を配置することは、予燃室冷却システムにより多くの空間を提供する。これは、予燃室の温度が、より正確に、および排出弁の閉鎖タイミング、機関速度、機関負荷などのような他の機関パラメータのより少ない影響で、制御されることを可能にし得る。予燃室の温度のより正確な制御は、点火不良のリスクを低減させ、例えば、液化天然ガス(LNG)、メタン、エタン、および液化石油ガス(LPG)などの燃料ガスのような点火がより困難であるパイロット燃料を使用することをより好適にし得る。 Locating the prechamber on the cylinder wall provides more space for the prechamber cooling system. This may allow the prechamber temperature to be controlled more precisely and with less influence of other engine parameters such as exhaust valve closing timing, engine speed, engine load, etc. More precise control of the prechamber temperature may reduce the risk of misfire and make it more suitable to use pilot fuels that are more difficult to ignite, such as fuel gases such as liquefied natural gas (LNG), methane, ethane, and liquefied petroleum gas (LPG).
いくつかの実施形態では、予燃室冷却システムは、冷却流体の流れおよび/または冷却流体の入口温度を制御するように構成された制御ユニットをさらに備える。 In some embodiments, the prechamber cooling system further comprises a control unit configured to control the flow of cooling fluid and/or the inlet temperature of the cooling fluid.
いくつかの実施形態では、制御ユニットは、機関負荷、機関速度、および/または掃気と燃料ガスとの混合物の空気-燃料等量比λに依存して、冷却流体の流れおよび/または冷却流体の入口温度を制御するように構成されている。 In some embodiments, the control unit is configured to control the flow of cooling fluid and/or the inlet temperature of the cooling fluid in dependence on the engine load, the engine speed, and/or the air-fuel equivalence ratio λ of the mixture of scavenging air and fuel gas.
いくつかの実施形態では、シリンダは、基板部材と予燃室部材と有し、予燃室部材は、基板部材の頂部に配置されており、シリンダカバーは、予燃室部材の頂部に配置されており、ここにおいて、予燃室は、少なくとも部分的に予燃室部材のシリンダ壁に配置されており、予燃室は、予燃室部材のシリンダ壁に形成された開口部を通じてシリンダへと開口している。 In some embodiments, the cylinder has a base member and a pre-chamber member, the pre-chamber member is disposed on top of the base member, and the cylinder cover is disposed on top of the pre-chamber member, where the pre-chamber is at least partially disposed in a cylinder wall of the pre-chamber member, and the pre-chamber opens to the cylinder through an opening formed in the cylinder wall of the pre-chamber member.
これは、予燃室部材が、例えば、好適な材料を選択することによって、予燃室内の高い温度および圧力を扱う(handle)ように特別に設計されることを可能にする。これはさらに、予燃室に対して保守整備を行うことをより容易にし得る。 This allows the pre-chamber components to be specially designed to handle the high temperatures and pressures within the pre-chamber, for example by selecting suitable materials. This may also make it easier to perform maintenance on the pre-chamber.
予燃室部材は、シリンダの基板部材とボルトで締め合わされ(bolted together)得る。代替として、予燃室部材は、シリンダの基板部材と共に溶接され得る。 The pre-chamber member may be bolted together with the base member of the cylinder. Alternatively, the pre-chamber member may be welded together with the base member of the cylinder.
いくつかの実施形態では、シリンダの予燃室部材は、シリンダの基板部材とは異なる材料で作製される。 In some embodiments, the pre-chamber member of the cylinder is made of a different material than the substrate member of the cylinder.
いくつかの実施形態では、予燃室は、少なくとも部分的にシリンダカバーに配置されており、第1の開口部は、シリンダカバーに形成されている。 In some embodiments, the pre-combustion chamber is at least partially disposed in the cylinder cover, and the first opening is formed in the cylinder cover.
いくつかの実施形態では、機関は、燃料ガスで動くとき、オットーサイクルモードを有し、代替燃料で動くとき、ディーゼルサイクルモードを有する、複式燃料機関であり、機関は、代替燃料を噴射するための専用の代替燃料供給システムをさらに備え、代替燃料供給システムは、シリンダカバーに配置された1つ以上の燃料噴射器を備え、ここにおいて、機関は、ディーゼルサイクルモードにあるとき、1つ以上の燃料噴射器を使用して、高圧下で圧縮ストロークの最後に、代替燃料を噴射するように構成されており、ここにおいて、機関は、ディーゼルサイクルモードにあるとき、予燃室をクリーニングするためのクリーニング動作を繰り返し実行するように構成されている。 In some embodiments, the engine is a dual fuel engine having an Otto cycle mode when powered by fuel gas and a Diesel cycle mode when powered by an alternative fuel, the engine further comprising a dedicated alternative fuel supply system for injecting the alternative fuel, the alternative fuel supply system comprising one or more fuel injectors disposed in the cylinder cover, wherein the engine is configured to inject the alternative fuel at the end of the compression stroke under high pressure using the one or more fuel injectors when in the Diesel cycle mode, and wherein the engine is configured to repeatedly perform a cleaning operation to clean the pre-chamber when in the Diesel cycle mode.
結果として、予燃室は、代替燃料の燃焼から発生する燃焼副産物から保護され得る。これは、機関が、たとえディーゼルサイクルモードに長期間あった後でも、オットーサイクルモードに戻るように確実に切り替わることを可能にし得る。 As a result, the pre-chamber may be protected from combustion by-products resulting from the combustion of the alternative fuel. This may allow the engine to reliably switch back to Otto cycle mode even after being in Diesel cycle mode for an extended period of time.
代替燃料は、重油または船舶用ディーゼル油であり得る。機関は、機関サイクルごとに、クリーニング動作を実行するように構成され得る。代替として、クリーニング動作は、例えば、2機関サイクルごとに、5機関サイクルごとに、または1日に1回など、より低い頻度で実行され得る。クリーニング動作の頻度は、機関負荷などの機関パラメータ設定、および/または1つ以上のセンサによって記録されたセンサデータに基づいて決定され得る。クリーニング動作は、機関サイクルの任意の時に行われ得る。 The alternative fuel may be heavy fuel oil or marine diesel oil. The engine may be configured to perform the cleaning operation every engine cycle. Alternatively, the cleaning operation may be performed less frequently, such as every two engine cycles, every five engine cycles, or once a day. The frequency of the cleaning operation may be determined based on engine parameter settings, such as engine load, and/or sensor data recorded by one or more sensors. The cleaning operation may be performed at any time during the engine cycle.
いくつかの実施形態では、クリーニング動作は、予燃室内に堆積した(deposited)燃焼副産物を取り除く、および/または、燃焼副産物が予燃室内に堆積されることを防止するように構成されている。 In some embodiments, the cleaning operation is configured to remove combustion by-products deposited in the pre-combustion chamber and/or prevent combustion by-products from being deposited in the pre-combustion chamber.
いくつかの実施形態では、クリーニング動作は、パイロット燃料弁を使用した第1の流体の噴射を備える。 In some embodiments, the cleaning operation comprises injection of the first fluid using a pilot fuel valve.
いくつかの実施形態では、第1の流体は、燃料ガス、大気、および/または不活性ガスである。 In some embodiments, the first fluid is a fuel gas, atmospheric air, and/or an inert gas.
いくつかの実施形態では、第1の流体は、大気または不活性ガスであり、ここにおいて、第1の流体は、予燃室を洗浄する(flushing)ために使用される。 In some embodiments, the first fluid is air or an inert gas, where the first fluid is used to flush the pre-combustion chamber.
結果として、予燃室を洗浄することによって、予燃室をクリーニングする単純な方法が提供される。 As a result, a simple method of cleaning the pre-chamber is provided by rinsing the pre-chamber.
洗浄することは、例えば、圧縮ストロークの始めにおいてなど、シリンダ内の圧力が低いときに実行され得る。噴射は、排出弁が閉じられる前または排出弁が閉じた後のいずれかに行われ得る。 Cleaning can be performed when the pressure in the cylinder is low, for example at the beginning of the compression stroke. Injection can occur either before the exhaust valve closes or after the exhaust valve closes.
いくつかの実施形態では、第1の流体は、燃料ガスであり、ここにおいて、点火要素は、クリーニング動作の一部として燃料ガスを点火するように構成されている。 In some embodiments, the first fluid is a fuel gas, and wherein the ignition element is configured to ignite the fuel gas as part of the cleaning operation.
結果として、予燃室内の代替燃料の燃焼から発生する望ましくない副産物は、焼き払われ得る。 As a result, undesirable by-products from the combustion of alternative fuels in the pre-combustion chamber can be burned off.
いくつかの実施形態では、機関は、ディーゼルサイクルモードにあるとき、第1の頻度で予燃室をクリーニングするための第1のタイプのクリーニング動作および第2の頻度で第2のタイプのクリーニング動作を繰り返し実行するように構成されており、ここにおいて、第2の頻度は、第1の頻度より低い。 In some embodiments, the engine is configured, when in a diesel cycle mode, to repeatedly perform a first type of cleaning operation for cleaning the pre-chamber at a first frequency and a second type of cleaning operation at a second frequency, where the second frequency is less than the first frequency.
いくつかの実施形態では、第1のタイプのクリーニング動作は、パイロット燃料弁を使用して、第1の流体を噴射することを備え、第1の流体は、大気または不活性ガスであり、ここにおいて、第1の流体は、予燃室を洗浄するために使用され、ここにおいて、第2のタイプのクリーニング動作は、パイロット燃料弁を使用して、燃料ガスを噴射することを備え、ここにおいて、点火要素は、第2のタイプのクリーニング動作の一部として燃料ガスを点火するように構成されている。 In some embodiments, a first type of cleaning operation comprises injecting a first fluid using a pilot fuel valve, the first fluid being air or an inert gas, where the first fluid is used to clean the pre-chamber, and a second type of cleaning operation comprises injecting a fuel gas using a pilot fuel valve, where an ignition element is configured to ignite the fuel gas as part of the second type of cleaning operation.
結果として、予燃室は、効果的にクリーンに保たれ得る。低い頻度でクリーニング動作の一部としてのみ燃料ガスを噴射することによって、パイロット燃料供給システムは、機関がディーゼルサイクルモードにあるとき、ほとんどの時間燃料ガスに対してパージされ(purged)得、それによって、安全性を改善している。第2の頻度は、1時間に1回、6時間に1回、12時間に1回、1日に1回、1日置きに1回、または週に1回より少なくなり得る。 As a result, the pre-chamber can be kept effectively clean. By injecting fuel gas only as part of the cleaning operation at a low frequency, the pilot fuel supply system can be purged of fuel gas most of the time when the engine is in diesel cycle mode, thereby improving safety. The second frequency can be less than once an hour, once every six hours, once every 12 hours, once a day, once every other day, or once a week.
第2の態様によれば、本発明は、第1の態様に関連して説明されたような2ストロークユニフロー掃気クロスヘッド内燃機関と共に使用するための予燃室に関し、予燃室は、第1の開口部を通じてシリンダへと開口するように構成され、かつ、点火要素と、圧縮ストローク中にパイロット燃料ガスを予燃室に噴射するように構成されたパイロット燃料弁とを備え、パイロット燃料ガスが点火される前に圧縮されることを可能にし、点火要素は、予燃室内のパイロット燃料ガスを点火するように構成されている。 According to a second aspect, the present invention relates to a pre-chamber for use with a two-stroke uniflow scavenged crosshead internal combustion engine as described in relation to the first aspect, the pre-chamber configured to open into the cylinder through a first opening and comprising an ignition element and a pilot fuel valve configured to inject pilot fuel gas into the pre-chamber during the compression stroke, allowing the pilot fuel gas to be compressed before being ignited, the ignition element configured to ignite the pilot fuel gas in the pre-chamber.
本発明の異なる態様は、上記および以下に説明されるような2ストロークユニフロー掃気クロスヘッド内燃機関および予燃室を含む異なる方法で実施され得、上記で説明された態様のうちの少なくとも1つに関連して説明された利益および利点のうちの1つ以上をそれぞれ生み出し、上記で説明された態様のうちの少なくとも1つに関連して説明された、および/または従属請求項において開示される好ましい実施形態に対応する1つ以上の好ましい実施形態をそれぞれ有している。さらに、本明細書で説明される態様のうちの1つに関連して説明される実施形態は、他の態様に等しく適用され得ることが認識されるだろう。 Different aspects of the present invention may be implemented in different ways, including a two-stroke uniflow scavenging crosshead internal combustion engine and pre-combustion chamber as described above and below, each producing one or more of the benefits and advantages described in relation to at least one of the aspects described above, and each having one or more preferred embodiments corresponding to the preferred embodiments described in relation to at least one of the aspects described above and/or disclosed in the dependent claims. Furthermore, it will be recognized that an embodiment described in relation to one of the aspects described herein may be equally applicable to the other aspects.
本発明の上記のおよび/または追加の目的、特徴、および利点は、添付の図面を参照して、本発明の実施形態の以下の例示的で非限定的な詳細な説明によってさらに明瞭にされるだろう。 The above and/or additional objects, features, and advantages of the present invention will be made more apparent from the following illustrative, non-limiting detailed description of embodiments of the present invention, taken in conjunction with the accompanying drawings.
以下の説明において、添付の図面への参照がなされ、これは、本発明がどのように実施され得るかを例として示している。 In the following description, reference is made to the accompanying drawings, which show, by way of example, how the invention may be put into practice.
図1は、本発明の実施形態による、海洋船舶を推進するためのユニフロー掃気を有する大型低速ターボチャージ付き2ストローククロスヘッド内燃機関100の断面図を概略的に示す。機関100は、掃気システム111、排出ガスレシーバ108、燃料ガス供給システム、およびターボチャージャー109を備える。機関は、複数のシリンダ101を有する(断面図には単一のシリンダのみが示されている)。各シリンダ101は、シリンダ壁115を有し、シリンダ101の底部に配置された掃気入口102を備える。機関は、各シリンダに対して、シリンダカバー112およびピストン103をさらに備える。シリンダカバー112は、シリンダ101の頂部に配置されており、排出弁104を有している。ピストン103は、下死点と上死点との間で中心軸113に沿ってシリンダ内に可動に配置されている。燃料ガス供給システムは、圧縮ストローク中に、燃料ガスをシリンダ101に噴射するように構成された1つ以上の燃料ガス弁105(概略的にのみ示されている)を備え、燃料ガスが、掃気と混合することを可能にし、掃気と燃料ガスとの混合物が、点火される前に圧縮されることを許容する。機関は、予燃室114と、パイロット燃料供給システムとをさらに備え、予燃室114は、第1の開口部を通じてシリンダ101へと開口しかつ点火要素(図示せず)を備える。パイロット燃料供給システムは、圧縮ストローク中にパイロット燃料ガスを予燃室に噴射するように構成されたパイロット燃料弁(図示せず)を備え、パイロット燃料ガスが点火される前に圧縮されることを可能にし、点火要素は、予燃室内のパイロット燃料ガスを点火するように構成されている。予燃室114は、この実施形態では、シリンダ壁115に配置されているが、しかしながら、他の実施形態では、予燃室114は、シリンダカバー112に配置され得る。掃気入口102は、掃気システムに流体的に接続されている。ピストン103は、その最も低い位置(下死点)において示されている。ピストン103は、クランクシャフト(図示せず)に接続されているピストン棒を有する。燃料ガス弁105は、圧縮ストローク中に燃料ガスをシリンダに噴射するように構成され、燃料ガスが、掃気と混合することを可能にし、掃気と燃料ガスとの混合物が、点火される前に圧縮されることを許容する。燃料ガス弁105は、シリンダカバー112と掃気入口102との間で、少なくとも部分的にシリンダ壁に配置されており、例えば、燃料ガス弁105の燃料ガスノズルが、シリンダ壁に配置され得、燃料ガス弁の残りの部分が、シリンダの外側に配置され得る。燃料ガス弁は、下死点から0度から130度内の圧縮ストロークの始めに、すなわち、クランクシャフトが下死点におけるその向き(orientation)から、0度から130度の間で回転したとき、燃料ガスをシリンダ101に噴射するように構成されている。好ましくは、燃料ガス弁105は、燃料ガスが掃気入口102を通って流出することを阻止するために、ピストンが掃気入口102を通過するように、クランクシャフト軸が下死点から数度回転した後に、燃料ガスを噴射することを開始するように構成されている。掃気システム111は、掃気レシーバ110と空気冷却器106とを備える。
1 shows a schematic cross-sectional view of a large slow-speed turbocharged two-stroke crosshead
機関100は、好ましくは、燃料ガスで動くとき、オットーサイクルモードを有し、代替燃料、例えば、重油または船舶用ディーゼル油で動くとき、ディーゼルサイクルモードを有する、複式燃料機関である。このような、複式燃料機関は、代替燃料を噴射するためのそれ自体の専用の代替燃料供給システムを有している。したがって、オプションで、機関100は、代替燃料供給システムの一部を形成しているシリンダカバー112に配置された1つ以上の燃料噴射器116をさらに備える。機関100が代替燃料で動くとき、燃料噴射器116は、高圧下で圧縮ストロークの最後に、代替燃料、例えば、重油を噴射するように構成されている。
The
図2は、本発明の実施形態による、ユニフロー掃気を有する2ストローククロスヘッド内燃機関の一部の概略的な断面図を示す。シリンダ101、シリンダカバー112、ピストン103、および排出弁104が示されている。ピストン103は、上死点において配置されている。シリンダ101は、第1の予燃室114と第2の予燃室116とが設けられたシリンダ壁115を有する。第1および第2の予燃室114、116は、シリンダ壁115に形成された開口部を通じてシリンダ101へと開口し、予燃室114、116は、シリンダ内の掃気と燃料ガスとの混合物を点火するように構成されている。機関は、第1の予燃室114に配置された第1のパイロット燃料弁と、第2の予燃室116に配置された第2のパイロット燃料弁とを備えるパイロット燃料供給システムをさらに備え、第1および第2のパイロット燃料弁は、パイロット燃料ガスを予燃室に噴射するように構成されている。第1および第2の予燃室114、116は、パイロット燃料ガスを点火するように構成された点火要素をさらに備える。
2 shows a schematic cross-sectional view of a portion of a two-stroke crosshead internal combustion engine with uniflow scavenging according to an embodiment of the present invention. A
図3は、本発明の実施形態による、ユニフロー掃気を有する2ストローククロスヘッド内燃機関の一部の概略的な断面図を示す。この部分は、シリンダ101が基板部材117と予燃室部材118とを有するという違いを伴って、図2に示された部分に対応し、予燃室部材118は、基板部材117の頂部に配置されており、シリンダカバー112は、予燃室部材118の頂部に配置されている。第1および第2の予燃室114、116は、予燃室部材118のシリンダ壁に配置されている。これは、予燃室部材が、例えば、好適な材料を選択することによって、予燃室内の高い温度および圧力を扱うように特別に設計されることを可能にする。
Figure 3 shows a schematic cross-sectional view of a portion of a two-stroke crosshead internal combustion engine with uniflow scavenging according to an embodiment of the present invention. This portion corresponds to the portion shown in Figure 2 with the difference that the
図4は、本発明の実施形態による、予燃室114の概略図を示す。予燃室114は、第1の開口部123および第2の開口部124を通じて、シリンダへと開口するように構成されている。予燃室は、点火要素119と、圧縮ストローク中にパイロット燃料ガスを予燃室に噴射するように構成されたパイロット燃料弁120とを備え、パイロット燃料ガス121が点火される前に圧縮されることを可能にする。点火要素119は、予燃室内のパイロット燃料ガスを点火するように構成されており、シリンダ内の燃料ガスを点火するためのトーチ122をもたらす。
Figure 4 shows a schematic diagram of a pre-chamber 114 according to an embodiment of the present invention. The pre-chamber 114 is configured to open into the cylinder through a
図5は、本発明の実施形態による、ユニフロー掃気を有する2ストローククロスヘッド内燃機関の一部の概略的な断面図を示す。シリンダ101、シリンダカバー112、および排出弁104が示されている。シリンダカバー112には、第1の予燃室114および第2の予燃室116が設けられている。第1および第2の予燃室114、116は、シリンダカバー112に形成された開口部を通じてシリンダ101へと開口し、予燃室114、116は、シリンダ内の掃気と燃料ガスとの混合物を点火するように構成されている。機関は、第1の予燃室114に配置された第1のパイロット燃料弁と、第2の予燃室116に配置された第2のパイロット燃料弁とを備えるパイロット燃料供給システムをさらに備え、第1および第2のパイロット燃料弁は、パイロット燃料ガスを予燃室に噴射するように構成されている。第1および第2の予燃室114、116は、パイロット燃料ガスを点火するように構成された点火要素をさらに備える。
5 shows a schematic cross-sectional view of a portion of a two-stroke crosshead internal combustion engine with uniflow scavenging according to an embodiment of the present invention. A
図6は、本発明の実施形態による、予燃室114の概略図を示す。予燃室114は、第1の開口部123および第2の開口部124を通じて、シリンダへと開口するように構成されている。予燃室は、点火要素119と、圧縮ストローク中にパイロット燃料ガスを予燃室に噴射するように構成されたパイロット燃料弁120とを備え、パイロット燃料ガス121が点火される前に圧縮されることを可能にする。点火要素119は、予燃室内のパイロット燃料ガスを点火するように構成されており、シリンダ内の燃料ガスを点火するためのトーチ122をもたらす。この実施形態では、機関は、ディーゼルサイクルモードにある(したがって、予燃室114を使用していない)とき、予燃室114をクリーニングするためのクリーニング動作を繰り返し実行するように構成されている。この実施形態では、パイロット燃料弁120は、ガスタンク140とN2タンク130との両方に流体的に接続されている。パイロット燃料弁120は、ガスを加圧するように構成されたコンプレッサ141および遮断弁142を介して、ガスタンク140に流体的に接続されている。これに対応して、パイロット燃料弁120は、N2を加圧するように構成されたコンプレッサ131および遮断弁132を介して、N2タンク130に流体的に接続されている。N2供給システム130 131 132はまた、例えば、機関がディーゼルサイクルモードにあるときなどの、ガス供給システムが使用されていないときに、例えば、1つ以上の吹出し管(blowout tubes)(図示せず)を使用して、ガス供給システム140 141 142をパージするために使用され得る。クリーニング動作は、予燃室内に堆積した燃焼副産物を取り除く、および/または、燃焼副産物が予燃室内に堆積されることを防止するように構成され得る。クリーニング動作は、パイロット燃料弁120を使用した第1の流体の噴射を備え得る。第1の流体は、N2タンク130から供給されるN2であり得、ここにおいて、第1の流体は、予燃室114を洗浄するために使用される。代替/追加として、第1の流体は、ガスタンク140から供給される燃料ガスであり得、ここにおいて、点火要素119は、クリーニング動作の一部として燃料ガスを点火するように構成されており、これによって、望ましくない燃焼副産物は、焼き払われ得る。
6 shows a schematic diagram of the pre-chamber 114 according to an embodiment of the present invention. The pre-chamber 114 is configured to open into the cylinder through a
いくつかの実施形態が、詳細に説明および示されたが、本発明は、それらに限定されず、以下の特許請求の範囲で規定される主題事項の範囲内で、他の方法でも具現化され得る。特に、本発明の範囲から逸脱せずに、他の実施形態が利用され得、構造的および機能的な修正が行われ得ることが理解されるべきである。 Although several embodiments have been described and illustrated in detail, the present invention is not limited thereto and may be embodied in other ways within the scope of the subject matter defined in the following claims. In particular, it should be understood that other embodiments may be utilized and structural and functional modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
いくつかの手段を列挙するデバイスに係る請求項では、これらの手段のうちのいくつかは、ハードウェアの1つの同じアイテムによって具現化され得る。ある特定の方策が、相互に異なる従属請求項において記載されている、または異なる実施形態において説明されているという単なる事実は、これらの方策の組合せが有利に用いられることができないことを示すわけではない。 In a device claim enumerating several means, several of these means may be embodied by one and the same item of hardware. The mere fact that certain measures are recited in mutually different dependent claims or described in different embodiments does not indicate that a combination of these measures cannot be used to advantage.
本明細書で使用される場合、「備える(comprises/comprising)」という用語は、述べられた特徴、整数、ステップ、またはコンポーネントの存在を特定するが、1つ以上の他の特徴、整数、ステップ、コンポーネント、またはそのグループの存在または追加を排除するものではないことが強調されるべきである。
以下に出願当初の特許請求の範囲の請求項を付記として記載する。
[1] 少なくとも1つのシリンダ(101)と、シリンダカバー(112)と、ピストン(103)と、燃料ガス供給システムと、掃気システム(111)とを備える2ストロークユニフロー掃気クロスヘッド内燃機関(100)であって、前記シリンダは、シリンダ壁(115)を有し、前記シリンダカバーは、前記シリンダの頂部に配置されかつ排出弁(104)を有し、前記ピストンは、下死点と上死点との間で中心軸(113)に沿って前記シリンダ内に可動に配置されており、前記掃気システム(111)は、前記シリンダの底部に配置された掃気入口(102)を有し、前記燃料ガス供給システムは、少なくとも部分的に前記シリンダ壁に配置されかつ圧縮ストローク中に燃料ガスを前記シリンダに噴射するように構成された燃料ガス弁(105)を備え、前記燃料ガスが、掃気と混合することを可能にし、掃気と燃料ガスとの混合物が、点火される前に圧縮されることを許容し、ここにおいて、前記機関は、予燃室(114)とパイロット燃料供給システムとをさらに備え、前記予燃室(114)は、第1の開口部(123)を通じて前記シリンダへと開口しかつ点火要素(119)を備える、内燃機関において、前記パイロット燃料供給システムが、前記圧縮ストローク中にパイロット燃料ガス(121)を前記予燃室に噴射するように構成されたパイロット燃料弁(120)を備え、前記パイロット燃料ガスが点火される前に圧縮されることを可能にし、前記点火要素(119)が、前記予燃室(114)内の前記パイロット燃料ガス(121)を点火するように構成されていることを特徴とする、2ストロークユニフロー掃気クロスヘッド内燃機関。
[2] 前記燃料ガス供給システムおよび前記パイロット燃料供給システムは、同じ燃料ガスを供給する、[1]に記載の2ストローククロスヘッド内燃機関。
[3] 前記パイロット燃料弁(120)は、下死点からの0度から160度内で、下死点からの0度から130度内で、または、下死点からの0度から90度内で、前記圧縮ストローク中に前記パイロット燃料ガス(121)を前記予燃室(114)に噴射するように構成されている、[1]または[2]に記載の2ストローククロスヘッド内燃機関。
[4] 前記パイロット燃料弁(120)は、パイロット燃料噴射期間中に前記パイロット燃料ガス(121)を噴射するように構成されており、前記点火要素(119)は、前記パイロット燃料噴射期間の終了後に、前記予燃室(114)内の前記パイロット燃料ガス(121)を点火するように構成されている、[3]に記載の2ストローククロスヘッド内燃機関。
[5] 前記予燃室(114)は、前記予燃室(114)内の掃気とパイロット燃料ガス(121)との混合物の空気-燃料等量比λが、点火時に、λ=1.6より下になることを確実にするように構成されている、[4]に記載の2ストローククロスヘッド内燃機関。
[6] m
2
で測定される前記シリンダ(101)への前記予燃室(114)の前記開口部(123、124)の断面積と、m
3
で測定される前記予燃室の容積との間の比率は、0.5~1.2m
-1
の間である、[5]に記載の2ストローククロスヘッド内燃機関。
[7] 前記機関は、前記シリンダ内の掃気と燃料ガスとの前記混合物の前記λが、λ=2.0を上回ることを確実にするように構成されている、[6]に記載の2ストローククロスヘッド内燃機関。
[8] 前記予燃室(114)は、少なくとも部分的に前記シリンダ壁(115)に配置されており、前記第1の開口部(123)は、前記シリンダ壁に形成されている、[1]~[7]のいずれか一項に記載の2ストローククロスヘッド内燃機関。
[9] 前記予燃室(114)は、少なくとも部分的に前記シリンダカバー(112)に配置されており、前記第1の開口部(123)は、前記シリンダカバー(112)に形成されている、[1]~[8]のいずれか一項に記載の2ストローククロスヘッド内燃機関。
[10] 前記点火要素(119)は、起動時に、ほぼ瞬間的な最大エネルギー放出を発生させるように構成されている、[1]~[9]のいずれか一項に記載の2ストローククロスヘッド内燃機関。
[11] 前記機関は、燃料ガスで動くとき、オットーサイクルモードを有し、代替燃料で動くとき、ディーゼルサイクルモードを有する、複式燃料機関であり、前記機関は、前記代替燃料を噴射するための専用の代替燃料供給システムをさらに備え、前記代替燃料供給システムは、前記シリンダカバーに配置された1つ以上の燃料噴射器を備え、前記機関は、前記ディーゼルサイクルモードにあるとき、前記1つ以上の燃料噴射器を使用して、高圧下で前記圧縮ストロークの最後に、前記代替燃料を噴射するように構成されており、前記機関は、前記ディーゼルサイクルモードにあるとき、前記予燃室をクリーニングするためのクリーニング動作を繰り返し実行するように構成されている、[1]~[9]のいずれか一項に記載の2ストローククロスヘッド内燃機関。
[12] 前記クリーニング動作は、前記予燃室内に堆積した燃焼副産物を取り除く、および/または、燃焼副産物が前記予燃室内に堆積されることを防止するように構成されている、[11]に記載の2ストローククロスヘッド内燃機関。
[13] 前記クリーニング動作は、前記パイロット燃料弁を使用して、第1の流体を噴射することを備える、[11]または[12]に記載の2ストローククロスヘッド内燃機関。
[14] 前記第1の流体は、燃料ガス、大気、および/または不活性ガスである、[12]に記載の2ストローククロスヘッド内燃機関。
[15] 前記第1の流体は、大気または不活性ガスであり、前記第1の流体は、前記予燃室を洗浄するために使用される、[14]に記載の2ストローククロスヘッド内燃機関。
[16] 前記第1の流体は、燃料ガスであり、前記点火要素は、前記クリーニング動作の一部として前記燃料ガスを点火するように構成されている、[13]に記載の2ストローククロスヘッド内燃機関。
[17] 前記機関は、前記ディーゼルサイクルモードにあるとき、第1の頻度で前記予燃室をクリーニングするための第1のタイプのクリーニング動作および第2の頻度で第2のタイプのクリーニング動作を繰り返し実行するように構成されており、前記第2の頻度は、前記第1の頻度より低い、[11]~[16]のいずれか一項に記載の2ストローククロスヘッド内燃機関。
[18] 前記第1のタイプのクリーニング動作は、前記パイロット燃料弁を使用して、第1の流体を噴射することを備え、前記第1の流体は、大気または不活性ガスであり、前記第1の流体は、前記予燃室を洗浄するために使用され、第2のタイプのクリーニング動作は、前記パイロット燃料弁を使用して、燃料ガスを噴射することを備え、前記点火要素は、前記第2のタイプのクリーニング動作の一部として前記燃料ガスを点火するように構成されている、[17]に記載の2ストローククロスヘッド内燃機関。
[19] [1]~[10]のいずれか一項に記載の2ストロークユニフロー掃気クロスヘッド内燃機関と共に使用するための予燃室であって、前記予燃室(114)は、第1の開口部(123)を通じてシリンダ(101)へと開口するように構成されかつ点火要素(119)を備える、予燃室において、前記予燃室が、前記圧縮ストローク中にパイロット燃料ガス(121)を前記予燃室(114)に噴射するように構成されたパイロット燃料弁(120)をさらに備え、前記パイロット燃料ガス(121)が点火される前に圧縮されることを可能にし、前記点火要素(119)が、前記予燃室(114)内の前記パイロット燃料ガス(121)を点火するように構成されていることを特徴とする、予燃室。
It should be emphasized that as used in this specification, the term "comprises/comprising" specifies the presence of stated features, integers, steps or components, but does not exclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, components or groups thereof.
The claims as originally filed are set forth below as an addendum.
[1] A two-stroke uniflow scavenging crosshead internal combustion engine (100) comprising at least one cylinder (101), a cylinder cover (112), a piston (103), a fuel gas supply system, and a scavenging system (111), wherein the cylinder has a cylinder wall (115), the cylinder cover is disposed at a top of the cylinder and has an exhaust valve (104), the piston is movably disposed within the cylinder along a central axis (113) between bottom dead center and top dead center, the scavenging system (111) has a scavenging inlet (102) disposed at a bottom of the cylinder, the fuel gas supply system comprises a fuel gas valve (105) at least partially disposed on the cylinder wall and configured to inject fuel gas into the cylinder during a compression stroke, and the fuel gas is supplied to the scavenging system (111) through a scavenging inlet (102) disposed at a bottom of the cylinder. 1. A two-stroke uniflow scavenging crosshead internal combustion engine comprising: a pre-combustion chamber (114) opening into the cylinder through a first opening (123) and comprising an ignition element (119); and a pilot fuel supply system, the pre-combustion chamber (114) comprising a pilot fuel valve (120) configured to inject pilot fuel gas (121) into the pre-combustion chamber during the compression stroke, the pilot fuel gas being compressed before being ignited, and the ignition element (119) configured to ignite the pilot fuel gas (121) in the pre-combustion chamber (114).
[2] The two-stroke crosshead internal combustion engine according to [1], wherein the fuel gas supply system and the pilot fuel supply system supply the same fuel gas.
[3] The two-stroke crosshead internal combustion engine of [1] or [2], wherein the pilot fuel valve (120) is configured to inject the pilot fuel gas (121) into the pre-combustion chamber (114) during the compression stroke within 0 to 160 degrees from bottom dead center, within 0 to 130 degrees from bottom dead center, or within 0 to 90 degrees from bottom dead center.
[4] The two-stroke crosshead internal combustion engine according to [3], wherein the pilot fuel valve (120) is configured to inject the pilot fuel gas (121) during a pilot fuel injection period, and the ignition element (119) is configured to ignite the pilot fuel gas (121) in the pre-combustion chamber (114) after the pilot fuel injection period ends.
[5] The two-stroke crosshead internal combustion engine according to [4], wherein the pre-chamber (114) is configured to ensure that an air-fuel equivalence ratio λ of a mixture of scavenging air and pilot fuel gas (121) in the pre-chamber (114) is below λ=1.6 at the time of ignition.
[6] The two-stroke crosshead internal combustion engine according to [ 5] , wherein the ratio between the cross-sectional area of the openings (123, 124) of the pre-combustion chamber (114) into the cylinder (101), measured in m2, and the volume of the pre-combustion chamber, measured in m3, is between 0.5 and 1.2 m - 1 .
[7] The two-stroke crosshead internal combustion engine according to [6], wherein the engine is configured to ensure that the λ of the mixture of scavenging air and fuel gas in the cylinder exceeds λ = 2.0.
[8] The two-stroke crosshead internal combustion engine according to any one of [1] to [7], wherein the pre-combustion chamber (114) is at least partially disposed in the cylinder wall (115), and the first opening (123) is formed in the cylinder wall.
[9] The two-stroke crosshead internal combustion engine according to any one of [1] to [8], wherein the pre-combustion chamber (114) is at least partially disposed in the cylinder cover (112), and the first opening (123) is formed in the cylinder cover (112).
[10] The two-stroke crosshead internal combustion engine according to any one of [1] to [9], wherein the ignition element (119) is configured to generate a near-instantaneous maximum energy release upon start-up.
[11] The two-stroke crosshead internal combustion engine according to any one of [1] to [9], wherein the engine is a dual-fuel engine having an Otto cycle mode when powered by a fuel gas and a Diesel cycle mode when powered by an alternative fuel, the engine further comprising a dedicated alternative fuel supply system for injecting the alternative fuel, the alternative fuel supply system comprising one or more fuel injectors disposed in the cylinder cover, the engine being configured to inject the alternative fuel at the end of the compression stroke under high pressure using the one or more fuel injectors when in the Diesel cycle mode, and the engine being configured to repeatedly perform a cleaning operation to clean the pre-chamber when in the Diesel cycle mode.
[12] The two-stroke crosshead internal combustion engine according to [11], wherein the cleaning operation is configured to remove combustion by-products accumulated in the pre-combustion chamber and/or to prevent combustion by-products from accumulating in the pre-combustion chamber.
[13] The two-stroke crosshead internal combustion engine according to [11] or [12], wherein the cleaning operation comprises injecting a first fluid using the pilot fuel valve.
[14] The two-stroke crosshead internal combustion engine according to [12], wherein the first fluid is a fuel gas, atmospheric air, and/or an inert gas.
[15] The two-stroke crosshead internal combustion engine according to [14], wherein the first fluid is air or an inert gas, and the first fluid is used to clean the pre-combustion chamber.
[16] The two-stroke crosshead internal combustion engine of [13], wherein the first fluid is a fuel gas and the ignition element is configured to ignite the fuel gas as part of the cleaning operation.
[17] The two-stroke crosshead internal combustion engine according to any one of [11] to [16], wherein the engine is configured, when in the Diesel cycle mode, to repeatedly perform a first type cleaning operation for cleaning the pre-combustion chamber at a first frequency and a second type cleaning operation at a second frequency, the second frequency being lower than the first frequency.
[18] The two-stroke crosshead internal combustion engine of [17], wherein the first type of cleaning operation comprises injecting a first fluid using the pilot fuel valve, the first fluid being atmospheric air or an inert gas, the first fluid being used to clean the pre-chamber, and the second type of cleaning operation comprises injecting a fuel gas using the pilot fuel valve, the ignition element being configured to ignite the fuel gas as part of the second type of cleaning operation.
[19] A pre-chamber for use with a two-stroke uniflow scavenging crosshead internal combustion engine according to any one of [1] to [10], wherein the pre-chamber (114) is configured to open into the cylinder (101) through a first opening (123) and comprises an ignition element (119), characterized in that the pre-chamber further comprises a pilot fuel valve (120) configured to inject pilot fuel gas (121) into the pre-chamber (114) during the compression stroke, allowing the pilot fuel gas (121) to be compressed before being ignited, and the ignition element (119) is configured to ignite the pilot fuel gas (121) in the pre-chamber (114).
Claims (17)
前記パイロット燃料弁(120)は、下死点からの0度から160度内で、下死点からの0度から130度内で、または、下死点からの0度から90度内で、前記圧縮ストローク中に前記パイロット燃料ガス(121)を前記予燃室(114)に噴射するように構成され、
前記機関は、燃料ガスで動くとき、オットーサイクルモードを有し、代替燃料で動くとき、ディーゼルサイクルモードを有する、複式燃料機関であり、前記機関は、前記代替燃料を噴射するための専用の代替燃料供給システムをさらに備え、前記代替燃料供給システムは、前記シリンダカバーに配置された1つ以上の燃料噴射器を備え、前記機関は、前記ディーゼルサイクルモードにあるとき、前記1つ以上の燃料噴射器を使用して、高圧下で前記圧縮ストロークの最後に、前記代替燃料を噴射するように構成されており、前記機関は、前記ディーゼルサイクルモードにあるとき、前記予燃室をクリーニングするためのクリーニング動作を繰り返し実行するように構成されていることを特徴とする、2ストロークユニフロー掃気クロスヘッド内燃機関。 A two-stroke uniflow scavenging crosshead internal combustion engine (100) comprising at least one cylinder (101), a cylinder cover (112), a piston (103), a fuel gas supply system, and a scavenging system (111), wherein the cylinder has a cylinder wall (115), the cylinder cover is disposed at a top of the cylinder and has an exhaust valve (104), the piston is movably disposed within the cylinder along a central axis (113) between bottom dead center and top dead center, the scavenging system (111) has a scavenging inlet (102) disposed at a bottom of the cylinder, and the fuel gas supply system includes a fuel gas valve (104) disposed at least partially in the cylinder wall and configured to inject fuel gas into the cylinder during a compression stroke. (105), allowing the fuel gas to mix with scavenging air and allowing the mixture of scavenging air and fuel gas to be compressed before being ignited, wherein the engine further comprises a pre-combustion chamber (114) and a pilot fuel supply system, the pre-combustion chamber (114) opening into the cylinder through a first opening (123) and comprising an ignition element (119), the pilot fuel supply system comprising a pilot fuel valve (120) configured to inject pilot fuel gas (121) into the pre-combustion chamber during the compression stroke, allowing the pilot fuel gas to be compressed before being ignited, and the ignition element (119) configured to ignite the pilot fuel gas (121) in the pre-combustion chamber (114) ,
the pilot fuel valve (120) is configured to inject the pilot fuel gas (121) into the pre-chamber (114) during the compression stroke within 0 to 160 degrees from bottom dead center, within 0 to 130 degrees from bottom dead center, or within 0 to 90 degrees from bottom dead center;
1. A two-stroke uniflow scavenged crosshead internal combustion engine, comprising: a dual fuel engine having an Otto cycle mode when powered by a fuel gas and a Diesel cycle mode when powered by an alternative fuel; the engine further comprising a dedicated alternative fuel supply system for injecting the alternative fuel, the alternative fuel supply system comprising one or more fuel injectors disposed in the cylinder cover; the engine is configured to inject the alternative fuel at the end of the compression stroke under high pressure using the one or more fuel injectors when in the Diesel cycle mode; and the engine is configured to repeatedly perform a cleaning operation to clean the pre-chamber when in the Diesel cycle mode .
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