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.

(1)

2015年5⽉21⽇(⽊)

技術部低速エンジングループ

担当者吉⽥明史

DU - Wärtsilä

(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

(4)

大型舶用低速エンジンを取り巻く環境

4 出展：DNV

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

_出展：DNV

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

0

2

4

6

8

10

12

14

16

20 13 20 14 20 15 20 16 20 17 20 18 20 19 20 20 20 21 20 22 20 23 20 24 20 25 20 26 20 27 20 28

NO

x

[g

/

kw

h

]

ECA内

ECA外

0%

1%

2%

3%

4%

2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028

S

co

nt

ent

o

f

Fuel

[

%

]

ECA内

ECA外

-35%

-30%

-25%

-20%

-15%

-10%

-5%

0%

2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028

C

O

2 R

e

duct

io

n

[%

]

ECA (Emission Control Area)

80%削減

(5)

従来の機械(カム)式エンジンの限界

Time→

Pressure

→

圧縮

燃焼

膨張

排気

掃気

<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．

排気弁開

(排気開始)

燃料噴射

開始

排気弁閉

(圧縮開始)

(6)

電子制御式

(第3世代)

燃料噴射弁を個別に制御

電子制御式

(第1，2世代)

機械式

エンジン制御システムの発展

6 プランジャポンプをカム駆動

プランジャポンプを油圧駆動に

(噴射弁個別制御不可)

(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

(8)

機械式と電子制御式の構成部品の比較

燃料ポンプﾟ

カム軸

カム軸付歯車

始動空気管制弁

逆転サーボモータ

燃料連桿

VIT 装置

VEC 装置

排気弁駆動装置

RTA(機械式)

RT-flex(電子制御式)

・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

■レールユニット

■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

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

リング溝の厚膜クロム

コーティング

鉛銅環

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

パルスジェット注油システム

プラトーホーニング

(10)

パルスジェット注油システム

10 Above

Into

Below

■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

Cylinder liner

Piston

Piston rings

Cylinder oil feed

nozzle and groove

(11)

シリンダ冷却水温度制御

~90℃

~75℃

~90℃

Cylinder6 Cylinder5

Engine

Plant

p

Adjustable

orifice

■高温冷却水系統と低温冷却水

系統

■加圧型冷却方式

■冷却孔および冷却ジャケットの

保温構造

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

シリンダ最適注油

ライナ温度最適制御

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」

(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

(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>

(14)

Tier1：17 g/kWhr

Tier2：14.4 g/kWhr

Tier3：3.4 g/kWhr

(<130rpm)

NOx排出率

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！

（

_{ECA外は、TierII規制適用）}

14

(15)

SFOC

（燃料消費

率

）

NOx Emissions

機械式

(RTA)機関

電子制御式(RT-flex)機関

■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．

flexテクノロジーの応用(1)

IMO NOx 規制対応

Bad

Good

Bad

(16)

Copyright © 2015 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. 7RT-flex84TD (R1) 100%L [ 0°/6°/2°(#1 / #2 / #3) ] 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 P c yl . ( ba r ) Tier 1 spec Tier 2 Pre-test 0 50 100 150 200 250 300 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 Crank Angle (deg.)

H . R . [ dQ / dθ ] （ k J / C .A ）

熱発生率

シリンダ内圧

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)

従来の噴射パターンシーケンシャル燃料噴射

なだらかなシリンダ圧力上昇

熱発生率ピークの低下

シーケンシャル燃料噴射熱発生率例

flexテクノロジーの応用(1)

IMO NOx 規制対応

16 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．

(17)

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

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

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

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

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

(18)

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

flexテクノロジーの応用(2)

低負荷運航への対応

燃料消費率比較（例）

18 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

(19)

 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

flexテクノロジーの進化

2011

2010

V型サプライユニット

直列型

サプライユニット

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

(20)

2005～

UNIC

W-X35,40,62,72

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

flexテクノロジーの進化

 制御システムの進化

20 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

(21)

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

今後、各機種へ順次展開

flexコモンレール＋FAST弁＝最先端燃料噴射

W-Xシリーズ

RT-flex58T-D ER-3

RT-flex50-B/D

現在適用可能機種

flexテクノロジーの進化

 燃料噴射系の進化

(22)

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

flexテクノロジーの進化

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

(24)

IMO NOx Tier

III規制への対応

Tier1：17 g/kWhr

Tier2：14.4 g/kWhr

Tier3：3.4 g/kWhr

(<130rpm)

NOx排出率

（

_{ECA外は、TierII規制適用）}

24 エンジン単体の燃

焼改善では到達

不可

エンジンの電子制

御化で規制クリア

(25)

IMO NOx TierIII規制対応

■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

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)

(26)

燃料ガス供給システムの差異

26 再液化

装置

LNG

タンク

(Type B)

ポンプ

_蒸発器

エンジン

BOG

LNG

タンク

(Type B)

ポンプ

_蒸発器

エンジン

コンプレッサ

高圧ガス噴射方式

低圧ガス噴射方式

ガス供給システムは低圧ガス噴射方式の方が低コスト

・高価

・設置スペース必要

・消費電力大

ガス供給圧力：約

300bar

(燃焼圧相当まで昇圧)

ガス供給圧力：約

16bar

(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

○ △

○

(28)

SCR(選択的触媒還元)

IMO NOx TierIII規制対応

既に１０年以上の実績あり

28 (NH

2 )

2 CO+H

2 O → 2NH

3 + CO

2 4NO + 4NH

3 + O

2 → 4N

2 + 6H

2 O

(29)

IMO NOx TierIII規制対応

(30)

2段過給

IMO NOx TierIII規制対応

(31)

排気再循環（EGR, Exhaust Gas Recirculation)

IMO NOx TierIII規制対応

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．}

(32)

直接水噴射

IMO NOx TierIII規制対応

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}

(33)

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）

(34)

統合サポートプラットフォーム CMAXS LC-A

(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．

(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)

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2015年5⽉21⽇(⽊)

技術部低速エンジングループ

担当者 吉⽥ 明史

DU - Wärtsilä

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

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

4

出展：DNV

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

出展：DNV

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

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ECA内

ECA外

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ECA内

ECA外

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C

O

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ECA (Emission Control Area)

80%削減

従来の機械(カム)式エンジンの限界

Time→

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担当者吉⽥明史

_出展：DNV