DU - Wärtsilä 低速エンジンの最新情報 2015 年 5 21 ( ) 技術部低速エンジングループ担当者吉明史 Copyright DIESEL UNITED, LTD. LTD. All All Rights Reserved.

Size: px

Start display at page:

ようたそめや
5 years ago
Views:

2 本日の発表内容 DU-Wärtsilä 低速エンジンの最新技術動向 (1) 電子制御エンジンの概要 (2) 電子制御エンジンの実績と進化 (3) 大型舶用低速エンジンの今後

3 DU-Wärtsilä 低速エンジンの最新技術動向 (1) 電子制御エンジンの概要 (2) 電子制御エンジンの実績と進化 (3) 大型舶用低速エンジンの今後

大型舶用低速エンジンを取り巻く環境 16 14 12 10 8 6 4 2 0 4% ECA 内 ECA 外 2014 年 1 月現在, 規制が決定されている海域将来規制される可能性がある海域舶用機関に関する IMO 規制動向 4 出展 :DNV 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026

4 大型舶用低速エンジンを取り巻く環境 % ECA 内 ECA 外 2014 年 1 月現在, 規制が決定されている海域将来規制される可能性がある海域舶用機関に関する IMO 規制動向 4 出展 :DNV NOx [g/kwh] 3% 2% 1% 0% ECA 内 ECA 外 S content of Fuel [%] 0% -5% -10% -15% -20% -25% -30% -35% 80% 削減 3 次規制 ECA (Emission Control Area) CO2 Reduction [%]

5 従来の機械 ( カム ) 式エンジンの限界掃気燃料噴射開始圧縮燃焼膨張排気 Pressure 排気弁閉 ( 圧縮開始 ) 排気弁開 ( 排気開始 ) < 機械 ( カム ) 式エンジン > 排気弁の開閉時期が固定. 燃料噴射時期調整可能範囲が限定. 低速域では燃料噴射圧を上げることができない. 性能向上への大きな制約となっていた. Time 5

6 エンジン制御システムの発展機械式プランジャポンプをカム駆動電子制御式 ( 第 1,2 世代 ) プランジャポンプを油圧駆動に ( 噴射弁個別制御不可 ) 電子制御式 ( 第 3 世代 ) 燃料噴射弁を個別に制御 6

7 エンジン制御システムの発展機械式電子制御第 1 世代電子制御第 2 世代電子制御第 3 世代 (1) 燃料噴射時期制御 (2) 低速での高圧燃料噴射 (3) 燃料噴射量個別制御 (4) 燃料噴射時期個別制御 (5) 排気弁開閉時期制御 (6) 始動弁制御舶用エンジンは, 電子制御技術との融合により制御自由度が大幅に向上第 3 世代の電子制御技術を実現したのは Winterthur G&D ( 旧 Wärtsilä) 2 ストロークエンジンのみ 7

8 機械式と電子制御式の構成部品の比較 RTA( 機械式 ) RT-flex( 電子制御式 ) VEC 装置排気弁駆動装置燃料ポンプカム軸逆転サーボモータ燃料連桿 VIT 装置始動空気管制弁カム軸付歯車レールユニット燃料レールサーボオイルレール燃料噴射 / 排気弁制御装置レールバルブ ( 高速電磁弁 ) WECS-9520 制御装置サプライユニット燃料ポンプサーボオイルポンプ 8

9 シリンダライナおよびピストンリングの構成ライナ壁温度最適化冷却孔の断熱 ( 低出力仕様 ) ハラマキウォータジャケット形状最適化冷却最適化アンチポリッシングリング 3 本リングガスタイト ( トップリング ) Cr-ceramic コーティングバレルフェイスパルスジェット注油システムリング溝の厚膜クロムコーティングプラトーホーニング鉛銅環 9

10 パルスジェット注油システム Above Into Below Piston Piston rings Cylinder oil feed nozzle and groove Cylinder liner 注油タイミングおよびオイルグルーブ配置の最適化により理想的な油膜を形成 10

11 シリンダ冷却水温度制御 Engine Plant ~90 p 高温冷却水系統と低温冷却水系統加圧型冷却方式 Cylinder5 Cylinder6 冷却孔および冷却ジャケットの保温構造シリンダ最適注油ライナ温度最適制御 Adjustable orifice ~75 ~90 IMO TierII 規制, 減速運転対応機関でもピストンリング, シリンダライナの良好な摺動環境を実現シリンダ油の TBN 適正化減速運転に関する詳細は明日の弊社プレゼンテーションにて発表. C-12 DU-Wärtsilä 低速エンジン減速運転への対応 11

12 DU-Wärtsilä 低速エンジンの最新技術動向 (1) 電子制御 (RT-flex) エンジンの概要 (2) 電子制御エンジンの実績と進化 (3) 大型舶用低速エンジンの今後

13 RT-flex コモンレール式電子制御エンジンの歴史世界初の電子制御大型舶用低速エンジンを開発 (6RT-flex58T-B,2001 年就航 ) 全負荷域でのスモークレスオペレーションの実現低負荷域での燃費低減 10 年以上の実績と確立された信頼性低燃費率と低 NOx 排出率の両立シンプルな構造スマートかつシンプルな制御システム < 機種別初号機就航の歴史 > 13

14 flex テクノロジーの応用 (1) IMO NOx 規制対応 NOx 排出率規制を満足し, かつ, 燃料消費率を最小限に抑えることが必要. 第 3 世代電子制御機関 ( コモンレール ) 技術をフルに活用し実現! NOx 排出率 Tier1:17 g/kwhr Tier2:14.4 g/kwhr Tier3:3.4 g/kwhr (<130rpm) (ECA 外は TierII 規制適用 ) 14

15 flex テクノロジーの応用 (1) IMO NOx 規制対応燃料消費率と NOx 排出率は相反関係にある. RT-flex 機関では, 燃料消費率の悪化を最小限に抑えつつ,NOx 規制をクリア. Bad 機械式 (RTA) 機関 Good SFOC ( 燃料消費率 ) 電子制御式 (RT-flex) 機関 Good NOx Emissions Bad 15

16 flex テクノロジーの応用 (1) IMO NOx 規制対応 7RT-flex84TD (R1) 100%L [ 0 /6 /2 (#1 / #2 / #3) ] シーケンシャル燃料噴射熱発生率例 Pcyl. ( bar ) 熱発生率シリンダ内圧なだらかなシリンダ圧力上昇熱発生率ピークの低下 Tier 従来の噴射パターン 1 spec Tier シーケンシャル燃料噴射 2 Pre-test 個々の燃料弁の噴射時期をずらすことで, 高圧噴射による良好な燃焼を維持したまま, 急激な燃焼を抑制. 低燃費と低 NOx を両立. 高圧燃料噴射 : 燃料の微粒化を促進し, 燃料消費率を低減. H. R. [ dq/dθ] ( kj/c.a ) 噴射時期をずらさずに, 低圧燃料噴射により燃焼を抑制することも可能だが, 粗悪燃料使用時に燃焼室の損傷リスクが増加.( 後燃え期間の長期化による ) Crank Angle (deg.) 16

17 flex テクノロジーの応用 (1) IMO NOx 規制対応 RT-flex 機関の排気弁駆動排気弁開閉を的確に細かく制御することで, 低 NOx 低燃費を実現燃焼温度低減実圧縮工程減少により圧縮温度が低下 NOx 生成量が減少 Tier 1 Tier 2 掃気圧上昇実圧縮工程減少を補う (Pcomp. の計画は Tier1 と同レベル ) 吹き抜け空気量が増加 ( 燃焼室の温度低下 ) 圧縮比変更実圧縮工程減少を補う排気弁遅開き膨張行程を長くとり膨張仕事の増加を図る排気弁遅閉じ排気弁の閉じるタイミングを遅くする実圧縮工程の減少機械損失の減少 17

18 flex テクノロジーの応用 (2) 低負荷運航への対応 Flex 機関のチューニング Low Load チューニング低負荷の燃料消費率低減を目的としたチューニング方法低負荷マッチング過給機 75% 負荷以下で掃気圧力上昇排ガスバイパス弁を 85% 負荷以上で自動的に開とし, 約 4% の排ガスをバイパス. 各負荷最適な排気弁タイミングにより, 適切な圧縮圧力を確保燃料消費率比較 ( 例 ) 18

19 flex テクノロジーの進化サプライユニットのシンプル化 RT-flex58T-D RT-flex58T-D V1 RT-flex58T-D V2 オリジナル V 型サプライユニット 2010 直列型サプライユニット 2011 サプライユニット ( 油圧源ユニット ) をシンプル化部品点数削減 19

20 flex テクノロジーの進化制御システムの進化 2005~ UNIC W-X35,40,62,72 5 種類あった制御用モジュールを 1 種類に統合. 高機能化, シンプル化を実現し, 利便性を大幅に向上電源モジュール不要シリンダ注油制御一体など更に利便性向上 20

21 flex テクノロジーの進化燃料噴射系の進化 FAST ノズルの適用 ( Fuel Actuated Sacless Technology ) サックボリューム内の燃料の燃焼室への漏れを防止燃焼室の清浄度向上燃料消費率の改善 flex コモンレール +FAST 弁 = 最先端燃料噴射現在適用可能機種 W-X シリーズ RT-flex58T-D ER-3 RT-flex50-B/D 今後各機種へ順次展開 21

22 flex テクノロジーの進化 RT-flex 機関のコモンレールテクノロジーは次世代の超ロングストローク機関である W-X シリーズで更なる進化を遂げます W-X35 W-X40 W-X62 W-X72 W-X82 W-X92 22

23 DU-Wärtsilä 低速エンジンの最新技術動向 (1) 電子制御 (RT-flex) エンジンの概要 (2) 電子制御エンジンの実績と進化 (3) 大型舶用低速エンジンの今後

24 IMO NOx TierIII 規制への対応 NOx 排出率エンジンの電子制御化で規制クリア Tier1:17 g/kwhr Tier2:14.4 g/kwhr Tier3:3.4 g/kwhr (<130rpm) エンジン単体の燃焼改善では到達不可 (ECA 外は TierII 規制適用 ) 24

25 IMO NOx TierIII 規制対応低圧ガス噴射式デュアルフューエルエンジン ( 天然ガス / 重油 ) 電子制御エンジンの制御自由度の高さをガスエンジンにも適用. 排気後処理装置なしで, IMO Tier3 規制対応可能 25

26 燃料ガス供給システムの差異高圧ガス噴射方式ガス供給圧力 : 約 300bar ( 燃焼圧相当まで昇圧 ) 低圧ガス噴射方式ガス供給圧力 : 約 16bar 高価設置スペース必要消費電力大 BOG コンプレッサ LNG タンク (Type B) 再液化装置エンジン LNG タンク (Type B) エンジン LNG LNG ポンプ蒸発器ポンプ蒸発器ガス供給システムは低圧ガス噴射方式の方が低コスト 26

27 各ガスエンジン方式の比較項目 4 ストローク 2 ストローク高圧ガス噴射 2 ストローク低圧ガス噴射 NOx 燃費信頼性大型化燃料選択性制限あり容易制限ありコスト安全性 27

28 IMO NOx TierIII 規制対応 SCR( 選択的触媒還元 ) 既に 10 年以上の実績あり (NH 2 ) 2 CO+H 2 O 2NH 3 + CO 2 4NO + 4NH 3 + O 2 4N 2 + 6H 2 O 6NO 2 + 8NH 3 7N H 2 O 28

29 IMO NOx TierIII 規制対応 SCR 配置例 29

30 IMO NOx TierIII 規制対応 2 段過給 30

31 IMO NOx TierIII 規制対応排気再循環 (EGR, Exhaust Gas Recirculation) 排気を清浄後に給気に戻す.CO2 および H2O の熱容量が大きいことを利用し燃焼温度を低減させ,NOx を削減. 31

32 IMO NOx TierIII 規制対応直接水噴射燃焼室に水を噴射し, 火炎温度を下げることで NOx の生成を抑制 32

33 IMO NOx TierIII 規制対応 WaCoReG (water-cooled residual gas) 各種 NOx 削減技術を組み合わせた技術 EGR: 内部 EGR ( 小掃気ポート小 T/C 適用 ) DWI: 直接水噴射 RT-flex: コモンレール技術による最適燃料噴射 EGR 率に応じた排気弁タイミング制御 NOx 削減量 : 最大 70% ( 5 g/kwh) 33

34 統合サポートプラットフォーム CMAXS LC-A 34

35 統合サポートプラットフォーム CMAXS LC-A 自動トラブルシュートは, 確率上位の 3 要因内に約 90% の確率で正解を抽出ご利用いただいているお客様からも高い評価を得ております. 35

36 最後に電子制御エンジンの特徴を最大限に生かして10 年以上の十分な実績を積み重ねてきました. 今後も日々刻々と変化するニーズに, 電子制御のフレキシビリティを活かし, 常により適切なソリューションを提供し続けていきます. 36

37 ご清聴ありがとうございました

ダイハツディーゼル SCR Selective Catalytic Reduction システム選択触媒還元装置独自のバイパス一体構造で省スペースバイパス一体構造によりエンジンから SCR まで 1 本の配管で接続特許取得済

ダイハツディーゼル SCR Selective Catalytic Reduction システム選択触媒還元装置独自のバイパス一体構造で省スペースバイパス一体構造によりエンジンから SCR まで 1 本の配管で接続特許取得済省スペース低ランニングコストを追求したダイハツディーゼル SCR システム海上を運航する舶用ディーゼル機関にはつねに地球環境への配慮が求められます SCRシステムは

DU - Wärtsilä 低速エンジンの最新情報 2015 年 5 21 ( ) 技術部低速エンジングループ担当者吉 明史 Copyright DIESEL UNITED, LTD. LTD. All All Rights Reserved.

DU - Wärtsilä 低速エンジンの最新情報 2015 年 5 21 ( ) 技術部低速エンジングループ担当者吉明史 Copyright DIESEL UNITED, LTD. LTD. All All Rights Reserved.