世界最高効率のエンジン Risto Lejon, Product Management, Wärtsilä 31 Wärtsilä Marine Solutions, Business Line Engines 2017 1
エンジン開発の原動力は何であったのか エネルギー効率とトータルコスト 信頼性 燃料と運転の自由度 排出ガス削減と規制 2
W31 エンジン - すべて V 型エンジンの構成 研究所にて設置された発電機 主要目 ディーゼル デュアルフューエル (DF) スパーク着火ガス (SG) シリンダ径 (mm) 310 ストローク (mm) 430 機関回転数 (rpm) 720 / 750 720 / 750 720 / 750 シリンダー当りの最大出力 (kw) 590 / 610 530 / 550 580 / 600 シリンダー数 8V31 10V31 12V31 14V31 16V31 20V31 重量 ( トン ) 56,7 62,0 73,0 81,0 89,0 110,5 サイズ L x W x H(m) 6,2 x 3,1 x 4,7 6,8 x 3,1 x 4,7 7,8 x 3,5 x 4,1 8,5 x 3,5 x 4,2 9,1 x 3,5 x 4,2 10,0 x 3,8 x 4,7 3
パワーユニット - ディーゼル DF SG - 同一のシリンダ径 ストローク - 数々の利点 パワーパック パワーパック = シリンダーヘッド ライナー ピストン 排気管 連切棒ユニット 剛性と応力集中低減を実現するクロスフローシリンダーヘッド 全ての燃料に適した共通設計のシリンダーヘッド 半油圧弁システム ドリルクールドフレームプレートとシリンダーライナー ユニットとして組立てまたは交換可能 4
エンジンブロック - 基礎部分を堅固かつ強固に製作 エンジン構造およびパワーシステム エンジンブロック 内部応力を吸収するため ブロックには頑強かつ耐久性の高い設計がされています 鋳鉄製一体型構造 冷却水と給気チャンネル及びカムシャフト軸受ハウジングが含まれます 火炎防止装置付きクランクケース爆発リリーフバルブを装備 5
主要部品 - 蓄積されたあらゆる経験と技術が主要部に反映 クランク軸 継続的な主軸受 クランクピン軸受の温度監視 軸両端部からの動力取り出し 連切棒 最小分解高さを実現する3ピース設計 軽量 高剛性を実現する新規設計の連切棒 部分的な機械加工済み鍛造合金鋼 スタッドボルトはすべて油圧締め クランク軸の軸受 鋼材による鋼製裏金 鉛銅合金のライニング ソフトな回転面による 3 種類の金属による設計 防食用の錫フラッシュ処理 優れた耐荷重性能 6
半油圧式弁駆動 - 調整可能なバルブ駆動により改善された運転自由度 性能 有用性 完全に調整可能な半油圧式弁駆動 可変吸気弁閉止により 任意の運転条件における正しい空燃比で運転可能 可変排気弁閉止により 任意の条件におけるコンポーネントの熱負荷低減が可能 1,000 時間ごとのバルブクリアランス調整不要 可変型の排気弁 可変型の吸気弁 7
可変バルブ系 ステップレス VIC - 完全にアジャスタブルな吸気弁の閉止 全運転負荷において性能の最適化! VEC - 可変排気 バルブ系リグでの確認 - 15,000 時間 - 極限条件におけるコンポーネント試験 VEC 急速ソレノイドバルブ ステップレス VIC バルブスプリングの確認 通常の応力測定に加え 高速度カメラを使用 8
圧力 特徴 性能 コモンレール燃料噴射システム - 経験による究極的な性能と信頼性の構築 コモンレール 2,000バール以上の噴射圧力 ; タイミングと圧力の調節機能 2,200 1,500 1,800 バールの噴射圧力 1,500 バールの噴射圧力バール以上の噴射圧力 ; ; 部分負荷の最適化タイミングと圧力の調節機能タイミングと圧力の調節機能タイミングの調節機能高電力密度 ; タイミングの調節機能 ; ; レートシェーピング複数噴射複数噴射小ニードルバルブ ; ; 複数噴射 : 低負荷高速かつ正確 ; ガスモードにおけるレートシェーピング大ニードルバルブ ; レートシェーピング高負荷 ; パイロット (DFエンジン); コモンレール燃料噴射ポンプ 2 連式ポンプ連式ポンプ- 2-LFO 12 ツインニードル最適化 ツインポンプ CR2 コモンレール TP/TN CR2+ W31 CR & CRDF 新しいバルチラ 31 エンジンファミリーは これまでの経験をすべて統合したものです バルチラ 31 CR は 幅広いディーゼルとガスの用途の範囲に適した 現在および将来の期待される顧客価値を目指して設計された独自のパッケージを実現 燃料噴射ポンプ 1998 2015 9
W31 エンジン - コモンレール燃料噴射システム 燃料システム開発における現在の傾向は 噴射圧力の上昇です 高圧ジョイント数を減らすことによる燃料漏れの可能性の低減 クリーンで安全な配置 追加機能を有するスマートな安全弁 CUBE は 自動化機能無しに圧力保持と圧力制御を可能にします 10
Smoke [FSN] スモーク [FSN] スモークの排出 コモンレール 1- すでに良好 : CR 1 のスモークと微粒子の排出は低い 25% から 100% の負荷範囲において スモークが目に見えないレベルを達成 コモンレール 2 - さらに良好その理由は HFO Smoke でのスモークの as FSN with FSN HFO 値 CR 1は低負荷においては燃料噴射ポンプより CR1 is better than jerk pump at low loads. も優れている Jerk pump is better than CR1 at loads 燃料噴射ポンプは above 60%. 60% 以上ではCR 1よりも優 れている CR2 brings a clear improvement in smoke CR over 2は全負荷範囲においてスモークの明確な the whole load range. 改善をもたらします JERK 燃料噴射ポンプ PUMP Visibility 目視限界 limit CR1 CR2 ノズルデザイン 高噴射圧力能力 0% 20% 40% 60% 80% 100% 異なる CR 段階におけるスモークとエンジン負荷 11
バルチラ 31DF におけるガス供給弁 簡単で迅速な取付け サービスが容易 サービスパックの利用可能 めっきバルブプレート LNG 使用時に長寿命 内部の設計は不変 W32DF/W34DFにおける膨大な経験 徹底したCFDシミュレーション : ガス供給弁に対する最適なガス流れ バランスのとれたガス供給 最小損失 12
2 段過給システム - 単純性を活用した抜群の性能と信頼性 2 段過給システムによる高効率の実現 コンプレッサーとタービンの取り出しとオーバーホールにおけるカートリッジ方式による有用性と稼働時間の改善 第 2 世代の 2 段過給システム 2 段過給リグとエンジンにおける確認 -2017 年 6 月 50000 45000 40000 35000 30000 W20V32TS の範囲 低圧ターボチャージャー 高圧ターボチャージャー 25000 20000 15000 W31 10000 W6L46TS 5000 W6L20 W20V32TS 0 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 13
W31 エンジン - 2 段過給システム 迅速 正確 高信頼性 ;W31 エンジンに標準装備されたリアルタイムのバルブ位置フィードバック信号 W31 エンジンには 用途により 2~3 の制御弁を装備 14
防音と防振 音の強さのレベル (A 特性 )- 文献 1 Sound intensity level, A-weighted, ref. 1 pw/m^2 [db] エンジンの騒音を削減するためのエンジン上部における適切な防音 最新の防音による 10 db の騒音値削減により エンジン上部から 1 m の距離において音圧レベル 105 db(a) 以下を実現 カバー有り 630-1000Hz カバー無し 10 db 800 Hz カバー有り With cover Without cover カバー無し 100 1000 1/3 オクターブバンド周波数 octave band frequency [Hz] 15
エンジン自動化システム新時代を目指して 16
現実となったデータマネジメントおよびシステム能力の増強 空燃比制御速度 / 負荷制御エンジンバランシング負荷分担前兆 / 診断安全シリンダー方向トリップ トランスファー 熱管理 高性能エンジンには高性能制御機能が必要 プラント / 船舶通信 燃料 ガス噴射制御自動チューニングノッキング制御バルブ制御着火制御起動 / 停止マネジメント冗長性 ( バーチャルセンサー ) 17 Wärtsilä_4-stroke_RD_Vaasa_Plant_130215.pptx
W31 エンジンのテスト運転時間 - 事前の経験の蓄積によるその後の高い信頼性の実現 2017 年末までに 50,000 時間近くの経験の蓄積 50,000 40,000 30,000 20,000 10,000 0 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 バーチャル確認 リグ試験 エンジン確認 18
制御効率 [%]* 比燃料油消費量 (g/kwh) W31 エンジンの燃料消費率 - 全負荷範囲にわたり平均 9 G/KWH 以上の燃料節約 g/kwh 220 SFOC Diesel-Electric constant speed 720 rpm 210 2 % 750 rpm 定速主エンジン Wärtsilä 31 市場最良実績 W31 200 190 最高効率の 4 ストロークディーゼルエンジン 180 1995 2000 2005 2010 2015 年 170 25 50 75 100 ISO 15550 に従う周囲環境 ;HFO 燃料 ; エンジン機付ポンプ ( 冷却水ポンプ 2 台 + 潤滑油ポンプ台 ) ;ISO 3046 準拠 ; IMO Tier II SCR 無し MCR % 19
W31 エンジンの実績 船型 : 砕氷船船主 :FSUE Atomflot 造船所 :Vyborg 3 x W8V31 船型 :RoPax 船主 :MolsLinien 造船所 :RMC 2 x W8V31 船型 : 漁船船主 :P. Hepsö Rederi 造船所 :Karstensen 造船所 1 x W8V31 船型 : 漁船船主 :- 造船所 :- 1 x W10V31 船型 : 水産加工船船主 :Hav Line 造船所 :Balenciaga 1 x W10V31 船型 : 漁船船主 :Strand Senior AS 造船所 :Karstensen 造船所 1 x W8V31 船型 : 漁船船主 :Research Fishing 造船所 :Vard 1 x W12V31 船型 : パワープラント船主 :- 75MW (W20V31SG) 20
Over 10 years ago the seeds of development were planted Now our customers can harvest the fruits of our work. Marine engine award 21 Document ID DBAE182233 Revision -.27