DU - Wärtsilä 2ストロークエンジンの挑戦 2016年4⽉15⽇(⾦) 技術部低速エンジングループ 担当者 ⾜利 泰宜 Copyright © 2015 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. 本日の発表内容 DU-Wärtsilä 2ストロークエンジンの挑戦 (1)電子制御エンジンの概要 (2)X-DFエンジンの紹介 (3)大型舶用2ストロークエンジンの今後 Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. DU-Wärtsilä 2ストロークエンジンの挑戦 (1)電子制御エンジンの概要 (2)X-DFエンジンの紹介 (3)大型舶用2ストロークエンジンの今後 Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. 舶用2ストロークエンジンを取り巻く環境 NOx (g/kWh) 15 ECA Other 10 5 CO2 Reduction(%) Sulfur in FO(%) 0 4 3 出典:DNV-GL 2 ECA (Emission Control Area) 1 0 0 -10 -20 -30 -40 舶用エンジンに関するＩＭＯ規制動向 Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. 4 従来の機械(カム)式エンジンの限界 掃気 圧縮 燃焼 膨張 排気 Pressure → 燃料噴射 開始 排気弁閉 (圧縮開始) <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． Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. 5 排気弁開 (排気開始) Time→ エンジン制御システムの発展 機械式 電子制御式 (第1，2世代) 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) Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. 6 電子制御式 (第3世代) 燃料噴射弁を個別に制御 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舶用2ストロークエンジンで 実現したのはWinterthur Gas & Diesel のエンジンのみ Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. 7 電子制御(RT-flex) のメリット ■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 ■低燃費率と低NOx排出率の両立 Bad ■常用域での最適チューニング SFOC （燃料消費率） Good 個々の燃料弁の最適化制御で 低燃費と低NOxを実現 機械式(RTA) エンジン 電子制御式 (RT-flex)エンジン Good Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. 8 NOx Emissions Bad 機械式と電子制御式の構成部品の比較 RT-flex(電子制御式) RTA(機械式) ■レールユニット VEC 装置 ・燃料レール 排気弁駆動装置 ・サーボオイルレール 燃料ポンプﾟ ・燃料噴射/排気弁制御装置 カム軸 ・レールバルブ （高速電磁弁） 逆転サーボモータ ■WECS-9520 制御装置 燃料連桿 VIT 装置 ■サプライユニット 始動空気管制弁 ・燃料ポンプ カム軸付歯車 ・サーボオイルポンプ Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. 9 電子制御エンジンの実績 <機種別初号機就航の歴史> 2001年 RT-flex58T-B 2006年 RT-flex68-B 2004年 RT-flex96C DU 2003年 RT-flex60C DU 2006年 RT-flex84T-D 2005年 RT-flex50 DU 2009年 RT-flex82C 2013年 flex58T-D ER-3 2009年 RT-flex82T 2012年 W-X35 世界初の電子制御 大型舶用2ストロークエンジン Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. 10 DU 2014年 W-X82 2014年 W-X72 電子制御エンジン(RT-flex)の進化 サプライユニットのシンプル化 RT-flex58T-D RT-flex58T-D V1 V型サプライユニット 制御システムの進化 直列型 サプライユニット 2011 オリジナル 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 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 Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. RT-flex58T-D V2 11 DU-Wärtsilä 2ストロークエンジンの挑戦 (1)電子制御エンジンの概要 (2)X-DFエンジンの紹介 (3)大型舶用2ストロークエンジンの今後 Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. X-DFエンジン “2ストローク低圧デュアルフューエルエンジンコンセプト” 長所 ■ガス圧力は低圧 < 16bar • シンプルで信頼性の高いガス供給システム • シンプルなガスシール • 実績のあるコンプレッサー(ピストンタイプまたは遠 心タイプ等)の幅広い選択が可能 ■予混合希薄燃焼によりIMO Tier IIIに適合: 掃気 圧縮/ガス投入 着火膨張 ‘予混合希薄燃焼’ Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. 13 • 外部的なNOx低減装置(EGR/SCR)が不要 • 燃費率悪化が無い • 信頼性が向上 X-DFエンジンの環境適合性 (%) 100 80 THC 60 40 20 Diesel 高圧ガス 低圧ガス 0 CO2 Equivalent SOx NOx PM (黒煙) IMO Tier III 規制値 のほぼ1/2 Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. 14 低圧ガス 高圧ガス Diesel X-DF 技術開発の各ステップ 2010 2013 2015 コンセプト展開: テストエンジン RT-Flex 50DF • シミュレーション • コンセプトと信頼性の検証 技術デモンストレーションエンジン 6X72-DF • 基本設計 • フルスケール(6-cyl)試験 • リグおよび 1-シリンダ試験 • 性能最適化 Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. • 大口径エンジンでの技術検証 • エンジンを使った試験と技術の 展開 15 X-DF 技術の市場への導入 2015 2016 2017 初号機RT-flex50DFの陸 上公式試運転と船級型式 承認試験 初号機RT-flex50DFの海上 運転(複数): 初号機W-X62/72DF: • LNG船(複数) • 小型LNG運搬船 • プロダクト船 以下就航が続く Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. 16 2台のテストエンジン 6RT-flex50DF イタリア・トリエステでの運転時間は1000時間を越える 2013年夏に全シリンダをガス化=フルスケールガステストエンジン: エンジン性能の開発 制御システムの開発 各種部品の信頼性試験 更なる性能改善試験 新たな機能の開発試験 (フューエルシェアリング等) 6X72DF ディーゼルユナイテッド相生工場内 本テストエンジンの設計段階から WinGDとIHI/DU との緊密な協力関係を維持 ガス貯蔵設備および供給システムはDU/IHIが計画・建造 同テストエンジンは開発決定から約１年という短期間で起動し，2015年4月には 種々のお客様にデモンストレーション運転を披露 72cmを超える大口径エンジン X82/X92へのX-DF化展開に向けて信頼性の高い 技術的基礎を提供 Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. 17 エンジン性能 エンジン出力 通常のディーゼルエンジンに比し， エンジン出力は低く設定 通常のディーゼルエンジンでは，燃料費削 減の観点からディレーティングが多く採用さ れているために，実際のケースでは，出力 が低いことが障害となることは少ない． 一方で低圧X-DFエンジンはそのレーティン グフィールド内では，ほぼ同じ性能を示す． Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. 18 エンジン性能 メタンナンバー依存性 MN70-90のガスが普通に入手可能であり，サービススピードの維持 には影響しない 代表的なLNG のメタン価 Rating on R1 to R3 line Rating on R2 to R4 line 90 80 70 60 Valid for W-XDF engines 50 60 70 80 90 Methane Number Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. 19 100 一般的な運転域 Engine Power (%) 100 燃料ガスハンドリングシステム（FGHS) コンプレッサ コンプレッサ形式やそのメーカ選定にあたっては，広い選択が可能: 遠心方式 スクリュー方式 Cryostar ピストン方式 Kobelco (skid solution) Burckhardt Compression Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. 20 X-DFの特長 NOx削減装置(SCR/EGR)なしにIMO Tier Ⅲ規制値をクリア 高圧コンプレッサやNOx削減装置等を必要とせず、 CAPEX, OPEXを抑制。 低い圧力の天然ガスを利用し、安全性が高い。 (＜16bar) ガスモードからディーゼルモードへ瞬時に切り替え可能。 Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. 21 DU-Wärtsilä 2ストロークエンジンの挑戦 (1)電子制御エンジンの概要 (2)X-DFエンジンの紹介 (3)大型舶用2ストロークエンジンの今後 Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. 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 (NH2)2CO+H2O → 2NH3 + CO2 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O 6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. 23 IMO NOx TierIII規制対応 SCR配置例 Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. 24 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． Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. 25 統合サポートプラットフォーム CMAXS LC-A CMAXS LC-A CMAXS LC-A CMAXS LC-A Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. 26 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． Copyright © 2016 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. 27 まとめ ■RT-flexエンジン／W-Xエンジンは，大型舶用2ストロークエン ジンで唯一コモンレール電子制御技術を採用しています． ■X-DFエンジンは低圧噴射式の採用により，本質的な安全に優 れ，排気後処理なしでTier3に適合できます． ■これからもディーゼルユナイテッドは，日々刻々と変化する ニーズに，常により適切なソリューションを提供していきます． Copyright © 2015 DIESEL UNITED, LTD. All Rights Reserved. 28 ご清聴ありがとうございました
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