JP2018194000A - Dual-fuel engine and method for operating dual-fuel engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、デュアルフューエル(二元燃料)エンジンに関する。さらに、本発明は、デュアルフューエルエンジンを動作させるための方法に関する。 The present invention relates to a dual fuel engine. The invention further relates to a method for operating a dual fuel engine.
慣習から、デュアルフューエルエンジンは、一方ではディーゼルのような液体燃料を、他方では天然ガスのような気体状燃料を燃焼し得るとして知られている。デュアルフューエルエンジンの気体モードにおいて、過薄気体空気混合気は、通常、エンジンのシリンダ内に導入され、同じようにシリンダ内に導入された点火流体の点火エネルギーによって点火される。 By convention, dual fuel engines are known to be able to burn liquid fuels such as diesel on the one hand and gaseous fuels such as natural gas on the other hand. In the dual fuel engine gas mode, the lean gas air mixture is typically introduced into the cylinder of the engine and is ignited by the ignition energy of the ignition fluid introduced into the cylinder as well.
従来技術から公知のデュアルフューエルエンジンの組立体を図1に示し、図1は、このようなデュアルフューエルエンジン1のシリンダ2を示す。シリンダ2は、シリンダヘッド3を備える。シリンダにおいて、ピストン4は、接続ロッド5によって案内されており、上下動する。シリンダヘッドには、燃料噴射器6が固定されており、この燃料噴射器を用いて、液体燃料、特にディーゼル燃料は、燃料ポンプ8から燃料ライン7を介してシリンダ2の燃焼室9内に噴射され得る。燃料噴射器6、燃料ライン7及び燃料ポンプ8は、シリンダ2の燃焼室9内に液体燃料を供給するように機能する燃料供給装置の構成要素である。この燃料供給装置は、特に、デュアルフューエルエンジン、特にディーゼルのシリンダ2において液体燃料を燃料として燃焼させるときに、作動される。液体燃料を燃焼させるため、給気10を入口弁17を介してデュアルフューエルエンジン1のシリンダ2それぞれ内に追加的に導入し得、燃料の燃焼中に発生した排気ガス15は、排気弁18を通してデュアルフューエルエンジン1のシリンダ2それぞれから排出され得る。
The assembly of a dual fuel engine known from the prior art is shown in FIG. 1, which shows a
デュアルフューエルエンジン1のシリンダ2の燃焼室9において、気体は、別の動作モードにおいて燃料として代替的に燃焼され得る。このために、デュアルフューエルエンジン1は、混合気形成ユニット20を備えており、この混合気形成ユニットにおいて、気体供給ライン21を通して混合気形成ユニット20に供給された燃焼気10と気体との混合気を形成し、この気体空気混合気は、入口弁17を通してシリンダ2の燃焼室9内に導入される。気体の燃焼中に、排気ガス15は、同様に、発生し、この排気ガスは、排気弁18を通してシリンダ2から排出される。点火流体噴射器13を用いてシリンダ2のさらなる燃焼室11内に導入され得る点火流体は、デュアルフューエルエンジン1の気体モードにおいて気体空気混合気を点火するように機能し、シリンダ2のこのさらなる燃焼室11は、少なくとも1つの接続チャネル12を通して燃焼室9に連結されている。あるいは、点火流体は、同様に、燃焼室9に直接導入され得る。図1に示すシリンダ2の点火流体噴射器13は、デュアルフューエルエンジンの点火流体噴射システムの一部であり、デュアルフューエルエンジン1のシリンダ2それぞれのための点火流体噴射システムは、個別の点火流体噴射器13を備える。点火流体噴射システムの共通の点火流体貯蔵ユニット22から出て、点火流体噴射器13には、点火流体ライン14を通して点火流体が供給され得、点火流体貯蔵ユニット22には、点火流体給送ポンプ16が割り当てられており、この点火流体給送ポンプは、点火流体貯蔵ユニット22に点火流体を供給する。点火流体給送ポンプ16は、好ましくは、電動式高圧ポンプである。ここで、点火流体給送ポンプ16には、吸引チョーク19が割り当てられている。
In the
したがって、一方では、慣習から公知のデュアルフューエルエンジン1は、デュアルフューエルエンジン1の液体燃料モードにおいて液体燃料を供給するための燃料供給装置を備え、他方では、慣習から公知のデュアルフューエルエンジン1は、デュアルフューエルエンジン1における気体状燃料を燃焼するための燃料モードにおいて点火燃料をデュアルフューエルエンジン1のシリンダ2に導入するために、別個の点火流体噴射システムを備える。
Therefore, on the one hand, the known dual fuel engine 1 comprises a fuel supply device for supplying liquid fuel in the liquid fuel mode of the dual fuel engine 1, and on the other hand, the known dual fuel engine 1 is A separate ignition fluid injection system is provided for introducing ignition fuel into the
したがって、慣習から公知のデュアルフューエルエンジンは、2つの噴射システム、すなわち、液体燃料のための燃料供給装置と、点火流体噴射システムと、を備える。これは、デュアルフューエルエンジンの複雑な構造を必要とする。したがって、より簡素な構造を有する新規なデュアルフューエルエンジンに対する、及び、このデュアルフューエルエンジンを動作させるための方法に対する、必要性がある。 Thus, the dual fuel engine known from the custom comprises two injection systems, namely a fuel supply for liquid fuel and an ignition fluid injection system. This requires the complex structure of a dual fuel engine. Accordingly, there is a need for a novel dual fuel engine having a simpler structure and for a method for operating the dual fuel engine.
ここから始めて、本発明は、新規のタイプのデュアルフューエルエンジン及びデュアルフューエルエンジンを動作させるための方法を創出する目的に基づいている。この目的は、請求項1にかかるデュアルフューエルエンジンによって解決される。本発明によれば、液体燃料のための燃料供給装置は、燃料供給装置の燃料ポンプが交互に点火流体を給送するように、デュアルフューエルエンジンの気体燃料動作モードにおいて、シリンダの燃焼室に液体燃料を供給する。 Beginning here, the present invention is based on the object of creating a new type of dual fuel engine and a method for operating a dual fuel engine. This object is solved by a dual fuel engine according to claim 1. According to the present invention, a fuel supply device for liquid fuel is provided with liquid in a combustion chamber of a cylinder in a gas fuel operation mode of a dual fuel engine such that a fuel pump of the fuel supply device alternately delivers ignition fluid. Supply fuel.
本発明にかかるデュアルフューエルエンジンを用いて、燃料供給装置、すなわち液体燃料の噴射システムは、デュアルフューエルエンジンの気体モードにおいてデュアルフューエルエンジンのシリンダに点火流体を供給する作業をさらに担う。慣習から公知のデュアルフューエルエンジンで必要とされる別個の点火流体噴射システムは、本発明によれば省略され得る。これにより、デュアルフューエルエンジンの複雑さが低減され、デュアルフューエルエンジンは、より簡素にかつよりコスト効率を高く製造され得る。燃料供給装置の燃料ポンプすべては、点火流体をシリンダに供給するためにデュアルフューエルエンジンの気体モードにおいて同時に作動しないが、むしろ、液体燃料のための燃料供給装置は、燃料供給装置のポンプがシリンダの方向で点火流体を交互に給送するように、デュアルフューエルエンジンの気体モードにおいてシリンダの燃焼室に点火流体を供給する。燃料ポンプのうち気体モードにおいて現在点火流体を給送していない燃料ポンプは、気体モードにおいて作動停止している。このため、デュアルフューエルエンジンの気体モードにおいて少量の点火流体を給送するときに、燃料ポンプの給送速度に関して多量の液体燃料のために設計されている燃料供給装置の燃料ポンプが過熱して損傷する危険性がない。 Using the dual fuel engine according to the present invention, the fuel supply device, that is, the liquid fuel injection system, is further responsible for supplying ignition fluid to the cylinders of the dual fuel engine in the gas mode of the dual fuel engine. The separate ignition fluid injection system required by conventional dual fuel engines can be omitted according to the invention. This reduces the complexity of the dual fuel engine, and the dual fuel engine can be made simpler and more cost effective. All fuel supply fuel pumps do not operate simultaneously in the dual fuel engine gas mode to supply ignition fluid to the cylinders, but rather, the fuel supply for liquid fuel is the fuel supply pump is connected to the cylinder. In the gas mode of the dual fuel engine, the ignition fluid is supplied to the combustion chamber of the cylinder so as to alternately supply the ignition fluid in the direction. Of the fuel pumps, the fuel pumps that are not currently supplying ignition fluid in the gas mode are deactivated in the gas mode. For this reason, when supplying a small amount of ignition fluid in the gas mode of a dual fuel engine, the fuel pump of the fuel supply device designed for a large amount of liquid fuel with respect to the fuel pump feed speed will overheat and be damaged There is no danger of doing.
好ましくは、燃料ポンプは、特にプラグインポンプであるポンプとして具現化されており、これらポンプは、デュアルフューエルエンジンのカムシャフトによって駆動され、燃料ポンプそれぞれには、燃料ポンプそれぞれの給送速度を調整するために調整可能である調整可能なチョークが割り当てられている。これにより、特に簡素な構成のデュアルフューエルエンジンが可能となる。 Preferably, the fuel pumps are embodied as pumps, in particular plug-in pumps, which are driven by the camshaft of a dual fuel engine, and each fuel pump adjusts the feed rate of each fuel pump. An adjustable choke that is adjustable to be assigned. As a result, a dual fuel engine having a particularly simple configuration is possible.
好ましくは、燃料供給装置は、コモンレール型燃料供給装置として設計されている。本発明は、デュアルフューエルエンジンに、及び、このようなデュアルフューエルエンジンを動作させるための方法に、関する。特に燃料供給装置がコモンレール型燃料供給装置として具現化されている場合、デュアルフューエルエンジンの液体燃料及びデュアルフューエルエンジンの点火流体は、有利には、液体燃料動作モード及び気体燃料動作モードそれぞれにおいて、デュアルフューエルエンジンのシリンダの方向で給送され、シリンダの燃焼室内に導入される。 Preferably, the fuel supply device is designed as a common rail fuel supply device. The present invention relates to a dual fuel engine and to a method for operating such a dual fuel engine. Particularly when the fuel supply device is embodied as a common rail fuel supply device, the liquid fuel of the dual fuel engine and the ignition fluid of the dual fuel engine are advantageously dual in the liquid fuel operation mode and the gas fuel operation mode, respectively. It is fed in the direction of the cylinder of the fuel engine and introduced into the combustion chamber of the cylinder.
デュアルフューエルエンジンを動作させるための方法を請求項6に規定する。
A method for operating a dual fuel engine is defined in
本発明の好ましいさらなる展開は、従属請求項及び以下の説明から得られる。本発明の例示的な形態は、添付の図面に限定されることなく図面を用いてより詳細に説明される。 Preferred further developments of the invention result from the dependent claims and the following description. The exemplary embodiments of the present invention will be described in more detail using the drawings without being limited to the accompanying drawings.
図2は、本発明にかかるデュアルフューエルエンジン23の組立体を示しており、図1は、このようなデュアルフューエルエンジン23のシリンダ2を示す。
FIG. 2 shows an assembly of a
図1に示すシリンダ2は、シリンダヘッド3を備える。シリンダヘッド3内では、ピストン4が上下動し得、ピストン4は、接続ロッド5によって案内される。
A
シリンダ2は、燃焼室9を備える。デュアルフューエルエンジン23の液体燃料モードにおいて、液体燃料は、すなわちコモンレール型燃料供給装置である図2に示す燃料供給装置24を用いて、シリンダ2の燃焼室9内に導入される。コモンレール型燃料供給装置24は、デュアルフューエルエンジン23のシリンダ2それぞれに関して、少なくとも1つの燃料噴射器28を備え、液体燃料モードにおいて、液体燃料は、この燃料噴射器を通して、シリンダ2それぞれの燃焼室9内に導入され得る。さらに、コモンレール型燃料供給装置24のうち高圧燃料ポンプとして具現化された複数の燃料ポンプ25a、25b及び25cが示されており、これら燃料ポンプは、コモンレール型燃料供給装置の低圧領域から始まって、コモンレール型燃料供給装置の高圧領域内へ、すなわちコモンレール型燃料供給装置24の圧力蓄積器システム26内へ、燃料を給送する。圧力蓄積器システム26から始まって、液体燃料は、高圧燃料ライン29を通してシリンダ2の噴射器28に供給され得る。図2によれば、コモンレール型燃料供給装置24の高圧燃料ポンプ25a、25b及び25cそれぞれには、調整可能なチョーク27a、27b、27cが割り当てられている。
The
液体燃料モードにおいて、燃料供給装置24を通してシリンダ2内に導入された液体燃料を燃焼し、このために、給気10は、シリンダ2それぞれの適切な入口弁17を通してシリンダ2にさらに供給される。液体燃料の燃焼中に発生した排気ガスは、排気弁18を通してシリンダ2それぞれの燃焼室9から排出され得る。
In the liquid fuel mode, the liquid fuel introduced into the
デュアルフューエルエンジン23の気体燃料動作モードにおいて、気体状燃料、すなわち燃焼空気10と気体との混合気であって混合気形成ユニット20において形成された混合気は、燃焼のためにシリンダ2の燃焼室9に供給される。気体は、気体供給ライン21を通して混合気形成ユニット20に供給される。気体−空気混合気は、入口弁17を通してシリンダ2それぞれの燃焼室9に入り、気体の燃焼中に発生した排気ガス15は、排気弁18を通してシリンダ2から排出され得る。
In the gas fuel operation mode of the
点火流体は、デュアルフューエルエンジン23の気体燃料モードにおいて気体−空気混合気を点火するように機能する。本発明にかかるデュアルフューエルエンジン23において、液体燃料のための燃料供給装置24は、同様に、デュアルフューエルエンジン23の気体燃料動作モードにおいて、シリンダ2の燃焼室9に点火流体を供給する。したがって、デュアルフューエルエンジン23のうちコモンレール型燃料供給装置として具現化された燃料供給装置24は、液体燃料モードにおいて、シリンダ2の燃焼室9内に液体燃料を供給するように、かつ、気体燃料モードにおいて、シリンダ2の燃焼室9内に点火流体を供給するように、機能する。したがって、本発明にかかるデュアルフューエルエンジン23を用いて、液体燃料及び点火流体のための別個の噴射システムを省略する。
The ignition fluid functions to ignite the gas-air mixture in the gas fuel mode of the
デュアルフューエルエンジン23の液体燃料動作モードにおいて比較的多量の液体燃料を給送するように設計された高圧燃料ポンプ25a、25b及び25cが気体燃料動作モードにおいて少量の点火流体を給送するときに過熱することを防止し、燃料供給装置24は、高圧燃料ポンプ25a、25b及び25cが交互に点火流体を給送するように、気体燃料動作モードにおいてシリンダの燃焼室9に点火流体を供給する。したがって、高圧燃料ポンプ25a、25b、25cは、気体燃料動作モードにおいて同時にはなく交互に動作する。
High pressure fuel pumps 25a, 25b and 25c designed to deliver a relatively large amount of liquid fuel in the liquid fuel operating mode of the
高圧燃料ポンプ25a、25b及び25cは、デュアルフューエルエンジン23のカムシャフト(図示略)から始まって駆動されるポンプである。上述のように、高圧燃料ポンプ25a、25b、25cそれぞれには、調整可能なチョーク27a、27b、27cが割り当てられており、これらチョークは、高圧燃料ポンプ25a、25b、25cそれぞれの給送速度を調整するために調整可能である。
The high-pressure fuel pumps 25a, 25b, and 25c are pumps that are driven starting from the camshaft (not shown) of the
デュアルフューエルエンジン23の気体燃料モードにおいて、高圧燃料ポンプ25a、25b、25cは、同様に、カムシャフトから駆動され、回転速度は、カムシャフトに依存する一方で、給送速度は、チョーク27a、27b、27cを介して調整される。ここで、比較的低い給送速度で点火流体を供給するためのチョーク27a、27b、27cは、気体燃料動作モードにおいて、相対的に長く閉鎖され、それにより、その後、高圧燃料ポンプ25a、25b、25cそれぞれは、比較的少量の点火流体を給送しており、そのため、それ自体は、点火流体の給送速度が低い結果として高圧ポンプ25a、25b、25cそれぞれが過熱する危険性がある。しかしながら、本発明にかかる高圧ポンプ25a、25b、25cが気体燃料動作モードにおいて同時に動作しておらず、むしろ点火流体を交互に給送するので、気体燃料動作モードにおいて、高圧燃料ポンプ25a、25b、25cが過熱する危険性がない。高圧燃料ポンプ25a、25b、25cは、好ましくは、いわゆるプラグインポンプである。
In the gas fuel mode of the
したがって、本発明にかかるデュアルフューエルエンジン23を用いて、液体燃料動作モードにおける液体燃料に関する液体噴射量と気体燃料動作モードにおける気体燃料に関する噴射量との給送は、1つの同じ噴射システムを通して、すなわち、コモンレール型燃料供給装置24を通して、行う。必要な給送速度それぞれは、燃料ポンプ25a、25b、25cに割り当てられた調整可能なチョーク27a、27b、27cを介して調整される。
Therefore, using the
気体燃料動作モードにおいて高圧燃料ポンプ25a、25b、25cの給送速度を低減した場合に高圧燃料ポンプ25a、25b、25cの過熱を回避するため、点火流体の給送は、高圧燃料ポンプ25a、25b、25cを通して交互に実現される。したがって、高圧燃料ポンプ25a、25b、25cそれぞれは、単に、所定の時間間隔にわたって動作するだけであり、この時間間隔の後、一の高圧燃料ポンプを停止し、高圧燃料ポンプ25a、25b、25cのうち別の1つを所定の時間間隔にわたって動作させる。高圧燃料ポンプ25a、25b、25cのうち気体燃料動作モードにおいて今のところ点火流体を給送していないものは、気体燃料動作モードにおいて作動停止されている。したがって、どの時点においても、点火流体を現在給送している特定の高圧燃料ポンプ25aまたは25bまたは25cのみが、気体燃料動作モードにおいて動作している。対照的に、他の高圧燃料ポンプ25b及び25cまたは25a及び25cまたは25a及び25bは、作動停止している。気体燃料動作モードにおいて、高圧燃料ポンプ25a、25b、25cは、このような間隔切替及び待機の観点で、任意の順番で動作し得る。 In order to avoid overheating of the high-pressure fuel pumps 25a, 25b, and 25c when the feeding speed of the high-pressure fuel pumps 25a, 25b, and 25c is reduced in the gaseous fuel operation mode, the ignition fluid is fed to the high-pressure fuel pumps 25a, 25b. , 25c alternately. Accordingly, each of the high-pressure fuel pumps 25a, 25b, and 25c simply operates over a predetermined time interval. After this time interval, one high-pressure fuel pump is stopped and the high-pressure fuel pumps 25a, 25b, and 25c One of them is operated over a predetermined time interval. Of the high-pressure fuel pumps 25a, 25b, 25c, those that are not currently delivering ignition fluid in the gaseous fuel operating mode are deactivated in the gaseous fuel operating mode. Thus, at any point in time, only the particular high pressure fuel pump 25a or 25b or 25c that is currently delivering ignition fluid is operating in the gaseous fuel mode of operation. In contrast, the other high pressure fuel pumps 25b and 25c or 25a and 25c or 25a and 25b are deactivated. In the gaseous fuel operation mode, the high-pressure fuel pumps 25a, 25b, and 25c can operate in any order from the viewpoint of such interval switching and standby.
2 シリンダ、9 燃焼室、23 デュアルフューエルエンジン、24 コモンレール型燃料供給装置、25a,25b,25c 高圧燃料ポンプ、27a,27b,27c チョーク 2 cylinders, 9 combustion chambers, 23 dual fuel engines, 24 common rail fuel supply devices, 25a, 25b, 25c high pressure fuel pumps, 27a, 27b, 27c chokes
Claims (8)
当該デュアルフューエルエンジン(23)の液体燃料動作モードにおいて、前記シリンダ(2)の燃焼室(9)には、液体燃料を燃焼させるために、複数の燃料ポンプ(25a、25b、25c)を備える燃料供給装置(24)を通して液体燃料が供給され、
当該デュアルフューエルエンジン(23)の気体燃料動作モードにおいて、前記シリンダ(2)の前記燃焼室(9)には、一方では、気体状燃料を燃焼させるために、気体状燃料が供給され、他方では、点火流体を点火させるために、点火流体が供給され、
当該デュアルフューエルエンジン(23)の前記気体燃料動作モードにおける前記液体燃料のための前記燃料供給装置(24)が、前記燃料ポンプ(25a、25b、25c)が交互に前記点火流体を給送するように、前記シリンダ(2)の前記燃焼室(9)に前記点火流体を供給することを特徴とするデュアルフューエルエンジン。 A dual fuel engine (23) comprising a plurality of cylinders (2),
In the liquid fuel operation mode of the dual fuel engine (23), the combustion chamber (9) of the cylinder (2) includes a plurality of fuel pumps (25a, 25b, 25c) for burning the liquid fuel. Liquid fuel is supplied through the supply device (24),
In the gaseous fuel operation mode of the dual fuel engine (23), the combustion chamber (9) of the cylinder (2) is supplied with gaseous fuel on the one hand for burning the gaseous fuel, In order to ignite the ignition fluid, the ignition fluid is supplied,
The fuel supply device (24) for the liquid fuel in the gaseous fuel operation mode of the dual fuel engine (23) causes the fuel pumps (25a, 25b, 25c) to alternately supply the ignition fluid. Further, the ignition fluid is supplied to the combustion chamber (9) of the cylinder (2).
前記燃料ポンプ(25a、25b、25c)それぞれには、当該燃料ポンプ(25a、25b、25c)それぞれの給送速度を調整するために調整可能である調整可能なチョーク(27a、27b、27c)が割り当てられていることを特徴とする請求項1に記載のデュアルフューエルエンジン。 The fuel pump (25a, 25b, 25c) is embodied as a pump driven from the cam shaft of the dual fuel engine (23),
Each of the fuel pumps (25a, 25b, 25c) has an adjustable choke (27a, 27b, 27c) that can be adjusted to adjust the feed speed of each of the fuel pumps (25a, 25b, 25c). The dual fuel engine according to claim 1, wherein the dual fuel engine is assigned.
前記デュアルフューエルエンジン(23)の液体燃料動作モードにおいて、前記シリンダ(2)の燃焼室(9)には、液体燃料を燃焼させるために、複数の燃料ポンプ(25a、25b、25c)を備える燃料供給装置(24)を通して、液体燃料が供給され、
前記デュアルフューエルエンジン(23)の気体燃料動作モードにおいて、前記シリンダ(2)の前記燃焼室(9)には、一方では、気体状燃料を燃焼するために、気体状燃料が供給され、他方では、点火流体を点火させるために、点火流体が供給され、
前記デュアルフューエルエンジン(23)の前記気体燃料動作モードにおける前記液体燃料のための前記燃料供給装置(24)が、前記燃料供給装置の燃料ポンプ(25a、25b、25c)が交互に前記点火流体を給送するように、前記シリンダ(2)の前記燃焼室(9)に前記点火流体を供給することを特徴とする方法。 A method for operating a dual fuel engine (23) comprising a plurality of cylinders,
In the liquid fuel operation mode of the dual fuel engine (23), the combustion chamber (9) of the cylinder (2) includes a plurality of fuel pumps (25a, 25b, 25c) for burning the liquid fuel. Liquid fuel is supplied through the supply device (24),
In the gaseous fuel operation mode of the dual fuel engine (23), the combustion chamber (9) of the cylinder (2) is supplied with gaseous fuel on the one hand to burn gaseous fuel, In order to ignite the ignition fluid, the ignition fluid is supplied,
The fuel supply device (24) for the liquid fuel in the gaseous fuel operation mode of the dual fuel engine (23), and the fuel pumps (25a, 25b, 25c) of the fuel supply device alternately supply the ignition fluid. A method, characterized in that the ignition fluid is supplied to the combustion chamber (9) of the cylinder (2) to be fed.
前記燃料ポンプ(25a、25b、25c)それぞれの給送速度が、当該燃料ポンプに割り当てられたチョーク(27a、27b、27c)を通して調整されることを特徴とする請求項6に記載の方法。 The fuel pumps (25a, 25b, 25c) are driven from the camshaft of the dual fuel engine (23);
Method according to claim 6, characterized in that the feed rate of each fuel pump (25a, 25b, 25c) is adjusted through a choke (27a, 27b, 27c) assigned to the fuel pump.
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