(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給システムと水供給システムと複数のシリンダとを備える２ストローククロスヘッドタイプの内燃機関であって、
個々の前記シリンダは、少なくとも燃焼室と、ピストンと、前記シリンダの上端における排気弁と、前記シリンダの下端エリアにおける掃気ポートと、燃料及び水の前記燃焼室への直接噴射のための複数の弁とを有する内燃機関において、
個々の前記シリンダ上の燃料及び水の直接噴射のための複数の弁は、液化ガス燃料噴射器と油燃料噴射器の少なくとも１つのセットを備え、前記燃料供給システムは、前記油燃料噴射器に接続されている油供給システムと、前記液化ガス燃料噴射器に接続されている液化ガス供給システムとを備え、前記水供給システムは、前記液化ガス供給システムに、又は、直接前記液化ガス燃料噴射器に接続されている水供給装置を備え、
前記液化ガス燃料噴射器は、事前設定送り圧力で、水が液体入口室に供給されるように適合され、前記液化ガス燃料噴射器は、前記液体入口室中の前記水を噴射開口圧力に加圧するように適合された油圧駆動プランジャーを備え、
水が、前記液化ガス燃料噴射器を介して液化ガス燃料なく前記燃焼室に噴射され得ることを特徴とする、内燃機関。
【請求項２】
前記個々のシリンダ上の燃料及び水の直接噴射のための複数の弁は、前記液化ガス燃料噴射器と前記油燃料噴射器の２つのセットを備えることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記排気弁は、前記液化ガス燃料噴射器と前記油燃料噴射器の２つのセットの間の、前記シリンダの最上部の中央に位置していることを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記液化ガス燃料噴射器は、弁ガイドを有する噴射器ハウジングと弁ガイド中のボアで移動可能な弁部材とを備え、前記内燃機関は、シーリング油を前記液化ガス燃料噴射器に供給するためのシーリング油システムを備え、前記液化ガス燃料噴射器は、シーリング油のための入口から前記弁ガイド中の前記ボアに延びるシーリング油路を有することを特徴とする、請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記シーリング油システムは、予め定められたシーリング油圧でシーリング油を送り出すように適合され、前記水供給システムは、前記予め定められたシーリング油圧よりも低い圧力で水を送り出すように適合されていることを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記液化ガス燃料噴射器の噴射圧は、少なくとも３５０バール、好ましくは、少なくとも５００バールの噴射開口圧力に設定されることを特徴とする、請求項１から５のうちのいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記液化ガス燃料噴射器は、事前設定送り圧力で、液化ガス燃料が液体入口室に供給されるように適合され、前記油圧駆動プランジャーが前記液体入口室中の前記液化ガス燃料を噴射開口圧力に加圧するようにさらに適合されている、請求項１から６のうちのいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項８】
２ストローククロスヘッドタイプの内燃機関において、燃料及び水を、シリンダの燃焼室へ直接噴射する方法であって、
前記内燃機関は、燃料供給システムと水供給システムと複数のシリンダとを備え、
個々の前記シリンダは、少なくとも燃焼室と、ピストンと、前記シリンダの上端における排気弁と、前記シリンダの下端エリアにおける掃気ポートと、燃料及び水の前記燃焼室への直接噴射とを備える方法において、
前記燃焼室への直接噴射のために、前記燃料供給システムは、液化ガス燃料噴射器と油燃料噴射器の少なくとも１つのセットに、液化ガス供給システムから前記液化ガス燃料噴射器へ液化ガス燃料を供給し、油供給システムから前記油燃料噴射器へ油燃料を供給し、前記水供給システムは、水供給装置を介して、水を、前記液化ガス供給システムに供給し、及び／又は、直接、前記液化ガス燃料噴射器に供給し、
前記液化ガス燃料噴射器は、事前設定送り圧力で、水が液体入口室に供給されるように適合され、前記液化ガス燃料噴射器は、前記液体入口室中の前記水を噴射開口圧力に加圧するように適合された油圧駆動プランジャーを備え、
水が、前記液化ガス燃料噴射器を介して液化ガス燃料なく前記燃焼室に噴射され得ることを特徴とする、方法。
【請求項９】
２ストロークサイクルの燃焼ストロークにおいて、前記液化ガス燃料噴射器からの水噴射は、燃料噴射が終了する前に終了することを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
２ストロークサイクルにおいて、前記液化ガス燃料噴射器からの水噴射は、燃料噴射が開始する前に開始することを特徴とする、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
２ストロークサイクルの燃焼ストロークにおいて、前記液化ガス燃料噴射器からの水噴射は、燃料噴射と同時に起こることを特徴とする、請求項８から１０のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記内燃機関は、少なくとも第１の動作モードと第２の動作モードとを有し、
前記第１の動作モードで、前記液化ガス供給システムは液化ガス燃料を供給し、前記油供給システムは燃料油を供給し、
前記第２の動作モードで、前記液化ガス供給システムは水を供給し、前記油供給システムは、低硫黄燃料油を供給することを特徴とする、請求項８から１１のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記液化ガス供給システムは、高くても２５バールの事前設定送り圧力で液化ガス燃料を供給し、前記水供給システムは、高くても２５バールの事前設定送り圧力で水を供給することを特徴とする、請求項８から１２のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記水供給システムは、前記液化ガス供給システムに水を供給し、前記液化ガス供給システムは前記液化ガス燃料噴射器にメタノールと水を供給することを特徴とする、請求項８から１３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記液化ガス燃料噴射器は、少なくとも５００バールの噴射開口圧力で動作することを特徴とする、請求項８から１４のうちのいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２ストローククロスヘッドタイプの内燃機関に関し、２ストローククロスヘッドタイプの内燃機関は、燃料供給システム及び水供給システム及びシリンダを備え、個々のシリンダは、少なくとも燃焼室と、ピストンと、シリンダの上端における排気弁と、シリンダの下端エリアにおける排気ポートと、燃料及び水の燃焼室への直接噴射のための弁とを有している。本発明は、２ストローククロスヘッドタイプの内燃機関において、燃料及び水を、シリンダの燃焼室へ直接噴射する方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダの上端における排気弁とシリンダの下端エリアにおける掃気ポートを有する２ストローククロスヘッドタイプの機関は、ユニフロー掃気である。シリンダの掃気の間、燃焼に続き、排気弁が開いて、圧縮された掃気が掃気ポートを通してシリンダに流入し、渦運動で排気弁に向かって上昇する一方で、燃焼ガスは、排気弁を通して流出する。この方法で、吸気ポートと排気ポートの両方がシリンダの最上部に位置付けられている機関とは対照的に、シリンダは、底から１方向の流れ（ユニフロー）で上昇する空気で満たされている。
【０００３】
２ストローククロスヘッドタイプの機関は、３．２から４．９の範囲の、ストロークＳとボアＢとの間の比、Ｓ／Ｂを有しており、この比は、Ｓ／Ｂが０．８から１．３の範囲であり、典型的におよそ１．０である、４ストローク機関で見られるストローク対ボア比とは非常に異なる。基本設計におけるこれらの違いにより、掃気、圧縮、噴射、及び燃焼プロセスに関する燃焼室の状態は、２ストローククロスヘッドタイプの機関に特有のものである。２ストローククロスヘッドタイプの機関は、さらに、５５ｒｐｍから２００ｒｐｍの範囲で、１００％機関負荷のスピードで動作する、ゆっくり動く機関である。したがって、２ストローククロスヘッドタイプの機関における個々の燃焼プロセスは、他のタイプの内燃機関と比較したとき、長い時間がかかり、噴射器から遠い距離の領域にまで延びる。
【０００４】
最初に言及したタイプの機関は、ＥＰ０９６７３７１Ａ１（ＪＰ２０００−５４８４３Ａに対応）で説明されている。シリンダ中の温度レベルを下げるために、シリンダには、圧縮ストロークの間、水をシリンダに噴霧するための別の水噴射器が設けられている。水噴射は、排気弁を閉じた直後のような、圧縮ストロークの早期に行われるように制御される。２ストロークサイクルにおけるこの点で、シリンダ中の圧力は低く、したがって、水噴射を、２５バールのような低い圧力で行うことができる。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の目的は、圧縮ストロークの終わりに、又は、２ストロークサイクルの燃焼ストロークにおいて、単純な設計で、そして、水が生じない燃料の噴射の間に、水の噴射を可能にすることである。
【０００６】
これを考慮すると、前記個々のシリンダ上の燃料及び水の直接噴射のための弁は、液化ガス燃料噴射器と油燃料噴射器の少なくとも１つのセットを備え、燃料供給システムは、油燃料噴射器に接続されている油供給システムと、液化ガス燃料噴射器に接続されている液化ガス供給システムとを備え、水供給システムは、液化ガス供給システムに、又は、直接液化ガス燃料付噴射器に接続されている水供給装置を備えるということを、最初に言及した、本発明による、２ストローククロスヘッドタイプの内燃機関は特徴としている。
【０００７】
液化ガス燃料噴射器は、高圧で液体を噴射するように適合され、液化ガス燃料を燃焼室に噴射するための大きさの噴霧器を有する。水供給装置から液化ガス燃料噴射器への水の供給は、水を燃焼室に噴射させ、別の水の噴射器の据え付けが避けられる。２ストロークサイクルの燃焼ストロークの間、ピストンは、下死点ポジションに向かって動き、ピストンは、そのピストンの直径の少なくとも３倍、液化ガス燃料噴射器から離れて位置している。燃焼プロセスが進むと、燃焼室は、ますます細長くなり、火炎前面は、噴射器から離れて位置付けられることができる。油燃料噴射器による油の噴射が燃焼プロセスを維持する一方で、水は、液化ガス燃料噴射器を介して噴射されることから、液化ガス燃料噴射器を通して、液化ガス燃料なく水を噴射し、さらに確実に適切な燃焼をすることが可能である。水は、液化ガス燃料噴射器に直接供給されることができるが、この噴射器上の別の供給ポートとこの噴射器中の内部流れ通路を回避するように、液化ガス供給システムを介して水を液化ガス燃料噴射器に供給することが好ましい。水が液化ガス供給システムに供給されるときに、水は、液化ガス燃料から液化ガス燃料噴射器へ流れるのと同じ流れ進路に沿って流れ、水は、液化ガス燃料から燃料室への噴射されるのと同じ方法で、噴射される。
【０００８】
実施形態において、前記個々のシリンダ上の燃料及び水の直接噴射のための弁は、液化ガス燃料噴射器と油燃料噴射器のセットを２つ備えている。２つのセットを有することにより、２つの液化ガス燃料噴射器は、水噴射のために利用されることができ、このことは、水が両方の液化ガス燃料噴射器に同時に供給されるときに水の一定の量をより速く燃焼室に噴射する、又は、液化ガス燃料噴射器のうちの１つのみに一度に水を供給するという可能性を提供し、その後、２つの液化ガス燃料噴射器のうちの一方と他方との間で水供給を交互にし、この方法で、例えば燃焼プロセスを向上させるために、水の燃焼室への噴射ポジション間でシフトする。別の実施形態では、前記個々のシリンダは、液化ガス燃料噴射器と油燃料噴射器のセットを３つ備えており、さらなる実施形態では、前記個々のシリンダは、液化ガス燃料噴射器と油燃料噴射器の単一のセットのみを備えている。
【０００９】
好ましい実施形態では、排気弁は、液化ガス燃料噴射器と油燃料噴射器の２つのセットの間の、シリンダの最上部の中央に位置付けられている。たとえ、排気弁が、代替的に、シリンダの最上部の片側に位置付けられたとしても、噴霧器が噴射ノズルから噴霧することが、シリンダの対向内方壁へのより遠い距離を有するシリンダの中心に向けられることができるように、液化ガス燃料噴射器と油燃料噴射器の各セットが上記片側に位置付けられることを許容することから、中央に位置付けるのが好ましい。
【００１０】
実施形態において、液化ガス燃料噴射器は、弁ガイドを有する噴射器ハウジングと弁ガイド中のボアで移動可能な弁部材とを備え、内燃機関は、シーリング油を液化ガス燃料噴射器に供給するためのシーリング油システムを備え、液化ガス燃料噴射器は、シーリング油のための入口から弁ガイド中のボアに延びるシーリング油路を有する。シーリング油は、液化ガス燃料が噴射されたときに、液化ガス燃料の漏れを防ぐために役立つが、水が液化ガス燃料噴射器から噴射されるとき、シーリング油はまた、弁部材と弁ガイド中のボアと間の潤滑剤として機能し、水が噴射器部分を損なうことを防ぐ。シーリング油の潤滑剤としての使用の代替として、弁部材は、ＰＴＦＥでコーティングされたスチールの本体又はセラミックでコーティングされたスチールの本体のような、水の影響を受けて機能できる材料で製造されてよい。
【００１１】
さらなる展開において、シーリング油システムは、予め定められたシーリング油圧でシーリング油を送り出すように適合され、水供給システムは、予め定められたシーリング油圧よりも低い圧力で水を送り出すように適合されている。シーリング油圧が水圧よりも高くなると、シーリング油は、弁部材と弁ガイド中のボアとの間の油で満たされた隙間に入り込むかもしれない、いかなる水も押し出す傾向があるだろう。
【００１２】
１つの実施形態において、液化ガス燃料噴射器の噴射圧は、少なくとも３５０バールの噴射開口圧力に設定され、これは、燃焼が開始される直前の燃焼室中で一般である最大圧縮圧よりも大幅に高い。好ましくは、液化ガス燃料噴射器の噴射圧は、少なくとも５００バールの噴射開口圧力に設定され、これは、２ストロークサイクルの間の燃焼室中の最大圧力よりもかなり高く、したがって、水の非常に細かい噴霧を達成する。３５０バール未満の噴射開口圧力を使用することが代替的に可能である。
【００１３】
液化ガス供給システム中の水及び／又は液化ガス燃料を噴射開口圧力よりも高い圧力に加圧し、液化ガス燃料噴射器に供給するために、単純な制御弁を使用して、開閉することが可能である。しかしながら、液化ガス燃料噴射器は、事前設定送り圧力で、入口室に、液化ガス燃料及び／又は水が供給されるように適合され、液化ガス燃料噴射器は、入口室中の液化ガス燃料及び／又は水を噴射開口圧力に加圧するように適合された、油圧駆動プランジャーを備えることが好ましい。この方法で、あらかじめ設定された送り圧力が、５から３０バールの範囲の圧力のように、都合よく低くなることができ、その後、２００から４００バールの範囲の圧力のような高い圧力で、プランジャーに制御油が供給され、これは、入口室中の圧力を少なくとも液化ガス燃料噴射器の開口圧力に上昇させる。
【００１４】
別の態様では、本発明は、２ストローククロスヘッドタイプの内燃機関における、燃料及び水を、シリンダの燃焼室へ直接噴射する方法に関連し、この内燃機関は、燃料供給システムと水供給システムとシリンダとを備え、個々のシリンダは、少なくとも燃焼室と、ピストンと、シリンダの上端における排気弁と、シリンダの下端エリアにおける掃気ポートと、燃料及び水の燃焼室へ直接噴射するために複数の弁とを備える。本発明によると、この方法は、燃焼室への直接噴射のために、燃料供給システムは、液化ガス燃料噴射器と油燃料噴射器の少なくとも１つのセットに、液化ガス供給システムから液化ガス燃料噴射器へ液化ガス燃料を供給し、及び、油供給システムから油燃料噴射器へ油燃料を供給し、水供給システムは、水供給装置を介して、水を、液化ガス供給システムに供給し、及び／又は、直接液化ガス燃料付噴射器に供給することを特徴としている。本方法は、内燃機関に関連して上記の説明で言及した効果及び利点を提供する。
【００１５】
２ストロークサイクルの燃焼ストロークにおいて、液化ガス燃料噴射器からの水噴射は、燃料噴射が終了する前に終了することが好ましい。燃焼室への最終噴射は、したがって、燃料の噴射であり、これは、燃焼プロセスを安定させ、残余燃焼生成物の任意の量を少なくすると想定される。燃料噴射の終了後に水を噴射することは可能であるが、これは好ましくない。
【００１６】
２ストロークサイクルにおいて、液化ガス燃料噴射器からの水噴射は、燃料噴射が開始する前に開始することが可能である。このケースでは、高温圧縮空気の温度を低くするために、圧縮ストロークの最終部分で、水が噴射されてよい。
【００１７】
２ストロークサイクルの燃焼ストロークの間、液化ガス燃焼噴射器からの水噴射は、燃料噴射と同時に起こることが可能であり、したがって、水は、火炎温度を低くするために機能してよい。水を液化ガス燃料に加え、この混合を液化ガス燃料噴射器に供給し、両方を燃焼室に同時に噴射することがさらに可能である。
【００１８】
実施形態において、内燃機関は少なくとも第１の動作モードと第２の動作モードとを有し、第１の動作モードで、液化ガス供給システムは液化ガス燃料を供給し、油供給システムは燃料油を供給し、第２の動作モードで、液化ガス供給システムは水を供給し、油供給システムは、低硫黄燃料油を供給する。火炎温度が水噴射によって下げられているという状態下で、第２の動作モードは、低硫黄燃料油の燃焼を可能にし、燃焼油は、重油のような、より高い硫黄の含有量を有しているかもしれないことから、第１の動作モードは、より高価な低硫黄燃料油を消費することなく、機関の動作を可能にする。本文脈では、低硫黄燃料油は、重量で、０．１％未満の硫黄含有量を有する燃料油として理解すべきである。内燃機関は、さらに又は代替的に、液化ガス供給システムが液化ガス燃料と水の混合を供給し、油供給システムが燃料油を供給する別の動作モードを有してよい。
【００１９】
燃料及び水供給システムの設計を促進するために、液化ガス供給システムは、高くても２５バールの事前設定送り圧力で液化ガス燃料を供給し、水供給システムは、高くても２５バールの事前設定送り圧力で水を供給することが好ましい。事前設定送り圧力は、例えば、６バールから１０バールの範囲の圧力であってよい。
【００２０】
水供給システムは液化ガス供給システムに水を供給し、液化ガス供給システムは前記液化ガス燃料噴射器にメタノールと水を供給することが好ましい。メタノールは液化ガス燃料として提供されてよく、任意の特別な対策又は任意の特別な機器なしで、水は、メタノールとよく混ざる。要求されるすべては、水がメタノールに加えられ、その後、２つが自動的に混ざることである。
【００２１】
好ましくは、液化ガス燃料噴射器は、少なくとも５５０バールの噴射開口圧力のような、少なくとも５００バールの噴射開口圧力で動作する。この高開口圧力は、燃焼室への細かい霧としての噴霧を確実にする。
【００２２】
以下では、非常に概略的な図面を参照して、本発明の実施形態の例をさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、シリンダを通した空気及びガスの流れを図示した、本発明による、内燃機関の上部を図示している。
【図２】図２は、図１中の機関の輪郭を図示している。
【図３】図３は、図２中の機関のシリンダへの燃料供給を図示している。
【図４】図４は、図２中の機関のシリンダの液化ガス噴射器の、より詳細な側面図を図示している。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
２ストローククロスヘッドタイプの内燃機関は、一般に図１中の１で示されている。本内燃機関は、ユニフロー機関であり、以下でこれを簡単に説明する。一般に２で示されているターボチャージャは、白い矢印で図示するように、掃気冷却器４と水霧キャッチャ５を介して圧縮吸気及び掃気を掃気レシーバ３に供給する圧縮機部分を有する。排気弁６は、シリンダ７の上端に据え付けられている。掃気ポート８は、シリンダ壁を通して周囲に分散された穴の列のように、シリンダ７の低端エリアに位置付けられている。ピストン９は、上死点（ＴＤＣ）ポジションと下死点（ＢＤＣ）ポジションとの間で、シリンダの長さ方向で動かすことが可能である。図１で図示したＢＤＣポジションにおいて、ピストンは、掃気ポート８の直下に位置付けられ、掃気ポートが開き、吸気及び掃気のシリンダへの流入が行われることができる。ピストンが掃気ポートを超えて上に動かされているとき、これらのポートは閉じられる。したがって、掃気ポートに対して開閉するように機能するのはピストンである。排気弁６が開いているとき、排気ガス及び掃気は、排気通路を介してシリンダから流出し、排気ガスレシーバ１０に流入してよい。シリンダを通して上向きの一方向（ユニフロー）の動きにおいて、吸気及び掃気は、渦運動でシリンダの上部に向かって流れる一方で、同時に、開排気弁を介して燃焼ガスを押し出す。排気ガスは、図１中の黒い矢印で図示したように、排気ガスレシーバ１０からターボチャージャのタービン部分に流れる。シリンダの長手方向中央軸と同軸の、シリンダの最上部に据え付けられている単一の排気弁６がある。排気弁は、シリンダの最上部に据え付けられている排気弁ハウジング中の油圧アクチュエータによって開閉するように作動する。
【００２５】
本ピストンは、ピストンロッド１１上に据え付けられ、ピストンロッド１１は、機関フレーム１２の中間底に固定されたピストンロッドパッキン箱を介して、ピストンから（図示していない）クロスヘッドに、シリンダの長手方向軸に沿って伸張する。クロスヘッドは、接続ロッドを介してクランク軸にも接続される。クロスヘッド構造は、シリンダ７の長手方向中央軸と一致してピストンロッドを上下に動かし、シリンダがその直径に関連して長い長さを有することができるようにする。２ストローククロスヘッドタイプの内燃機関１は、ストロークとボアとの間の比を３．２から４．９の範囲で有している。その結果、ピストンは、その直径より３倍長い、ＴＤＣからＢＤＣポジションへの距離に沿って動き、同時に、ピストン上のシリンダ中の燃焼室１３は、より細長い室に形を変える。燃料噴射は、燃焼室の上端で起こり、ユニフロー掃気２ストローククロスヘッド内燃機関に対して、燃焼状態は、噴射及び燃焼がおおよそ同じロケーションで行われ、燃料噴射をただ再導入することにより、燃料の噴射における中断を修復できる、４ストローク機関の燃焼状態とは非常に異なる。
【００２６】
本発明による内燃機関はピストン機関であり、好ましくは、直線で構成された４から１４のシリンダを有する機関である。機関は、例えば、ＭＡＮ  Ｄｉｅｓｅｌ＆Ｔｕｒｂｏ製のタイプＭＥ−ＧＩ、又はＷａｅｒｔｓｉｌａｅ製、又はＭｉｔｓｕｂｉｓｈｉ製、又はＷｉｎＧＤ製のものであることがある。シリンダは、例えば３０から１１０ｃｍ、好ましくは３５から９５ｃｍの範囲内のボアを有することが可能である。２ストローククロスヘッド内燃機関は、船舶における主要推進機関として、又は、グリッドに電力を提供する発電機を機関が駆動する、定置式発電所における原動機として使用されることが可能である。本発明による内燃機関は、典型的には５５から２００ｒｐｍの範囲内のｒｐｍとして示されるスピードを有する。
【００２７】
本機関は、燃料を直接燃焼室に噴射するための弁を有する噴射システムを有している。これらの弁は、すべてのシリンダ７上に、１つの液化ガス燃料噴射器１４と１つの油燃料噴射器１５の第１のセット、及び、１つの液化ガス燃料噴射器１４と１つの油燃料噴射器１５の第２のセットを備えている。上から見られる機関シリンダのうちの１つが図３中に図示されており、噴射器とその供給ラインのみが図示され、排気弁はないが、排気弁は、シリンダの中心における噴射器の２つのセットの間に位置付けられている。
【００２８】
本機関は、一般に１６で示す油供給システムと、一般に１７で示す液化ガス供給システムを備える燃料供給システムを有している。機関は、さらに、一般に１８で示す水供給システムを有している。これらの３つのシステムは、図２中で図示され、左に回転輪１９を、右にクランク軸２０の端を、機関フレーム１２上に単一のラインで構成された６つのシリンダ７を有する、機関の側面図を示している。
【００２９】
油供給システム１６は、少なくとも１つの燃料油源２１を備えており、燃料油源２１は、ポンプを介して１つ以上の油貯蔵タンクから油を受け取る。燃料油源は、供給ポンプと、機関上の個々のシリンダ７に延びる油供給ライン２２とを含んでいる。油供給システムが２以上のタイプの油を油燃料噴射器に供給すべきときに、機関は、並列に配置されたタンク、ポンプ、及び供給ラインと関連した２以上の燃料油源を有することができる。あるタイプは、典型的に８４０ｋｇ／ｍ３の密度を有するディーゼル油であり、別のタイプは、典型的に９８２ｋｇ／ｍ３の密度を有する重油であり得る。
【００３０】
液化ガス供給システム１７は、少なくとも１つの液化ガス源２３を備えており、液化ガス源２３は、ポンプを介して、１以上の液化ガス貯蔵タンクから液化ガスを受け取る。例として、液化ガス燃料は、２０℃の温度で、０．１３バールの蒸気圧を有するメタノール、ＣＨ３ＯＨ、あるいは、典型的にプロパン及び／又はブタン又はその混合である液化石油ガス、ＬＰＧであり得る。液化ガス源は、機関上の個々のシリンダ７に延びる液化ガス供給ライン２４と供給ポンプユニット２５を含む。液化ガス源及び供給ポンプユニットは、機関が船舶上のスクリューを駆動するための主要機関として取り付けられているケースでは、船舶上の露天甲板２６より上に位置付けられるような、機関室の外側に位置付けられており、又は、機関が固定で、発電所中の発電機を駆動するための原動機として取り付けられるケースでは、建造物の壁の外部に位置付けられている。したがって、液化ガス供給からの何らかのガス漏れは、機関室に入らないだろう。機関室に入るその点から、液化ガス供給ライン２４は、液化ガス供給ラインを囲む外方パイプシステム２７で取り囲まれ、２つのパイプ間の環状空間は、環状空間を通した通気のために、及び、液化ガス供給ラインである内方パイプからのガス漏れを監視するために使用される。液体供給システムは、リターンライン２９が露天甲板２６を通過するまで、同様に外方パイプシステムで取り囲まれている、リターンライン２９を有するパージリターンシステム２８も含んでいる。リターンライン２９は、液化ガス源２３に延び、液化ガスを液化ガス源２３に戻すことができる。ガス漏れの検出又は機関を停止する必要性のような条件下において、液化ガス供給ラインは、空になり、パージリターンシステム２８によって供給される窒素によりパージされなくてはならないだろう。液化ガスが液化ガス源２３に戻された後、二重壁パイプシステムを通して窒素を通すことにより、完全なパージが行われる。
【００３１】
液化ガスを燃料として使用するために、本機関は、シーリング油タンクとシーリング油ポンプを含むシーリング油源３１と、各シリンダ７上の個々の液化ガス燃料噴射器に延びるシーリング油供給ライン３２を備えるシーリング油システム３０をさらに備える。本機関は、制御油タンクと制御油ポンプを含む制御油源３４と、各シリンダ７上の個々の液化ガス燃料噴射器に延びる制御油供給ライン３５を備える制御油システム３３も備えている。
【００３２】
水供給システム１８は、水ポンプ又は加圧水の一般的な真水供給を有するタンクのような水源３６、及び水制御弁３８を有する水供給ライン３７の形態の水供給装置を備えている。水供給ライン３７は、液化ガス供給システム１７中の供給ポンプユニット２５に延びている。水供給ライン３７中の水制御弁３８は、水を供給ポンプユニットに送り出すために開閉でき、液化ガス制御弁３９は、水供給ラインの液化ガス供給ラインへの接続の上流の、液化ガス供給ライン２４中に位置付けられており、上流とは、この接続と液化ガス源２３との間を意味する。水制御弁３８と液化ガス制御弁３９は、電子的に制御される弁であり、制御は、２つの電子制御ユニット４０、４１のうちの１つ又はその両方によっても行われる。水制御弁３８が閉じ、液化ガス制御弁３９が開いているときに、液化ガス供給ライン２４を介して液化ガスが機関に供給される。水制御弁３８が開き、液化ガス制御弁３９が閉じているときに、液化ガス供給ライン２４を介して水が機関に供給される。水制御弁３８が、完全に、又は、弁の全流量容量の３０％、５０％若しくは８０％開いているというような部分的に開いており、液化ガス制御弁３９が開いているとき、水と液化ガスの混合が、液化ガス供給ライン２４を介して機関に供給される。１００％未満の液化ガスと０％より多い水から、０％より多い液化ガスと１００％未満の水の範囲で、水と液化ガスの任意の混合を送り出すように、弁は制御されることができる。
【００３３】
図３は、シリンダ７上の、液化ガス燃料噴射器１４及び油燃料噴射器１５への液体燃料又は水の液体供給をより詳細に図示している。機関室において、液化ガス供給ライン２４は、外方パイプシステム２７で取り囲まれ、外方パイプシステム２７には、吸気システムと、窒素のような不活性ガスを供給するパージガスシステムが設けられている。吸気システムは、外方パイプシステム２７の内側で通気する。吸気は４２で行われ、システムが正常に動作しているときに、空気吹き出しは４３で行われる。炭化水素検出器４４のペアが、空気吹き出し部４３につながる導管中の機関の下流に配置される。加圧パージガス源が、外方パイプシステムと液化ガス供給ライン２４に接続可能であり、機関の停止時に、不活性ガスは、液化ガス供給ラインからガスをパージするために液化ガス供給ラインに供給される。
【００３４】
燃料油源２１は、内燃機関の各シリンダ７上の油燃料噴射器１５に油燃料を供給する。油燃料は油燃料ポンプ４５に供給され、油燃料ポンプ４５は、噴射シーケンスが起こるべきときに、油燃料を油燃料噴射器１５に送り出すポンプであって、電子的に制御され、油圧で駆動されるポンプであり、油燃料ポンプからの送出圧力は、油燃料噴射器の開口圧力を超え、４００バールから８００バールの範囲であってよい。
【００３５】
各シリンダ上の液化ガス燃料噴射器１４に、シーリング油供給ライン３２を介して加圧シーリング油が供給される。シーリング油は液化ガス燃料噴射器を潤滑し、液化ガスが弁から漏れることを防ぐ。シーリング油源は、１５バールから５００バールの範囲の圧力、好ましくは２０から４０バールの範囲の圧力のような予め定められた圧力で、シーリング油を提供する。
【００３６】
各シリンダ上の液化ガス燃料噴射器１４は、およそ３００バールの制御油圧力のような、２５０から５００バールの範囲の圧力で、制御油を送出する制御油ポンプを有する制御油源３４から制御油が供給される。液化ガスは、液化ガス供給ライン２４からアキュムレータ４６に流れ、液化ガス制御弁４７は、液化ガス噴射が起こるべきときに、液化ガス燃料噴射器１４への液化ガスのために、開く。
【００３７】
液化ガス燃料噴射器１４と油燃料噴射器１５は、シリンダ上にセットとして構成され、これらは、例えば、シリンダライナーの最上部に据え付けられているシリンダカバー中に据え付けられることができる。図示した実施形態では、シリンダは、１つの液化ガス燃料噴射器１４と１つの油燃料噴射器１５の２つのセットを有し、２つのセットは、（図３中には示していない）排気弁の対向側上に構成されている。各セット中の２つの噴射器は、噴射器の他方のセットに関連する噴射器の一方のセットのロケーションよりも、互いにより近くに位置している。
【００３８】
液化ガス燃料噴射器１４は、液化ガス及び水の両方を、別々に又は混合として噴射することができる。液化ガス燃料噴射器１４の主要部分の実例が、図４中に提示されている。液化ガス燃料噴射器１４は、シリンダカバーのような、シリンダ７中のボアに据え付けられ、噴射器の内方端は、燃焼室１３の内側に位置付けられ、液化ガス燃料又は水、あるいはその混合が霧化された霧として燃焼室に噴射されるいくつかの噴霧ボア４９を有する噴射ノズル４８を含む。
【００３９】
液化ガス燃料噴射器１４は、環状シールリングによって互いに独立して封じられている、異なるゾーンを有している。個々のシールリング５０は、液化ガス燃料噴射器１４の外方表面とシリンダ７中のボアの内方表面との間をふさぐ。最上エリアには、シリンダ中に、このエリアに流れるどんなものでも排流できるようにする一般的なドレイン５１がある。シーリング油のための入口開口５２は、第２と第３シールリング５０の間に存在する。シーリング油のための出口開口５３は、第３シールリングと第４シールリング５０の間に存在する。液化ガス又は水又はその混合のための液体入口開口５４は、第４と第５シールリング５０の間に存在する。流れ通路は、液体入口開口５４を液体入口室５６を接続する。第５シールリングと第６シールリングとの間の下位エリア５５は、４２における吸気部に接続され、４２における吸気部によって通気され、空気は、空気吹き出し部４３に流れ、炭化水素の存在をチェックされる。
【００４０】
液化ガス燃料噴射器１４は、４から４０バールの範囲の圧力、好ましくは、約８バールのような、６から１５バールの範囲の圧力のような比較的低い供給圧力で、液化ガス又は水又はその混合が供給される。液化ガス又は水は、液体入口室５６に流れ、噴射が行われるべきときに、加圧された制御油は、制御油入口５７に入れられ、アクチュエータ室５８に流れ、アクチュエータピストン５９の端面上で機能する。アクチュエータピストンは油圧駆動プランジャー６２上で機能し、液体入口室５６中の液化ガス燃料及び／又は水を加圧する。油圧駆動プランジャー６２は、アクチュエータピストン５９に隣接する別の部材であることがあり、又は、油圧駆動プランジャー６２は、アクチュエータピストン５９と一体化することがある。液体入口室５６中の圧力が液化ガス燃料噴射器の開口圧力より高く増加するときに、弁ガイド６１中のボアで軸に沿って移動可能である弁部材６０は、その弁座から離れて移動し、液化ガス又は水が、燃焼室に噴射される。
【００４１】
シーリング油は、水が弁部材６０及び６１に損害を与えないことを確実にする。望ましいときに、水が、液化ガス燃料噴射器１４に供給される。水が供給ポンプユニット２５に供給され、液化ガス供給ライン２４を通して共通の流れですべてのシリンダに送り出される場合、図２中に図示されているように水が送り出されることが望ましいが、水供給ライン３７をシリンダに延ばすことによって、水を個々に噴射器に供給し、及び、個々のシリンダ上で水分岐ラインを液化ガス燃料噴射器に提供し、又は、水分岐ラインを個々の液化ガス燃料噴射器に提供することも可能である。これらの実施形態では、水供給装置は、水分岐ラインと水制御弁とを有する水供給ラインを含んでいる。個々の水分岐ラインは、水制御弁を含み、液化ガス供給ライン２４の分岐ラインに接続されてよく、したがって、水が、液化ガス供給ライン２４のその分岐を介して噴射器に供給されることができ、又は、水分岐ラインは個々の液化ガス燃料噴射器に直接延ばすことができ、水分岐ラインに、水制御弁が設けられてよい。水分岐ラインが個々の液化ガス燃料噴射器に直接延びるケースでは、液化ガス燃料噴射器に、水に対する別の液体入口開口が設けられてよく、流れ通路を介した液体入口開口は、液体入口室５６に接続される。
【００４２】
説明されたさまざまな実施形態の詳細は、特許請求の範囲内でさらなる実施形態へと組み合わされることができる。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］  燃料供給システムと水供給システムと複数のシリンダとを備える２ストローククロスヘッドタイプの内燃機関であって、
個々の前記シリンダは、少なくとも燃焼室と、ピストンと、前記シリンダの上端における排気弁と、前記シリンダの下端エリアにおける掃気ポートと、燃料及び水の前記燃焼室への直接噴射のための複数の弁とを有する内燃機関において、
個々の前記シリンダ上の燃料及び水の直接噴射のための複数の弁は、液化ガス燃料噴射器と油燃料噴射器の少なくとも１つのセットを備え、前記燃料供給システムは、前記油燃料噴射器に接続されている油供給システムと、前記液化ガス燃料噴射器に接続されている液化ガス供給システムとを備え、前記水供給システムは、前記液化ガス供給システムに、又は、直接前記液化ガス燃料付噴射器に接続されている水供給装置を備えることを特徴とする、内燃機関。
［２］  前記個々のシリンダ上の燃料及び水の直接噴射のための複数の弁は、前記液化ガス燃料噴射器と前記油燃料噴射器の２つのセットを備えることを特徴とする、［１］に記載の内燃機関。
［３］  前記排気弁は、前記液化ガス燃料噴射器と前記油燃料噴射器の２つのセットの間の、前記シリンダの最上部の中央に位置していることを特徴とする、［２］に記載の内燃機関。
［４］  前記液化ガス燃料噴射器は、弁ガイドを有する噴射器ハウジングと弁ガイド中のボアで移動可能な弁部材とを備え、前記内燃機関は、シーリング油を前記液化ガス燃料噴射器に供給するためのシーリング油システムを備え、前記液化ガス燃料噴射器は、シーリング油のための入口から前記弁ガイド中の前記ボアに延びるシーリング油路を有することを特徴とする、［１］から［３］のうちのいずれか一項に記載の内燃機関。
［５］  前記シーリング油システムは、予め定められたシーリング油圧でシーリング油を送り出すように適合され、前記水供給システムは、前記予め定められたシーリング油圧よりも低い圧力で水を送り出すように適合されていることを特徴とする、［４］に記載の内燃機関。
［６］  前記液化ガス燃料噴射器の噴射圧は、少なくとも３５０バール、好ましくは、少なくとも５００バールの噴射開口圧力に設定されることを特徴とする、［１］から［５］のうちのいずれか一項に記載の内燃機関。
［７］  前記液化ガス燃料噴射器は、事前設定送り圧力で、液化ガス燃料及び／又は水が液体入口室に供給されるように適合され、前記液化ガス燃料噴射器は、前記液体入口室中の前記液化ガス燃料及び／又は水を噴射開口圧力に加圧するように適合された、油圧駆動プランジャーを備えることを特徴とする、［１］から［６］のうちのいずれか一項に記載の内燃機関。
［８］  ２ストローククロスヘッドタイプの内燃機関において、燃料及び水を、シリンダの燃焼室へ直接噴射する方法であって、
前記内燃機関は、燃料供給システムと水供給システムと複数のシリンダとを備え、
個々の前記シリンダは、少なくとも燃焼室と、ピストンと、前記シリンダの上端における排気弁と、前記シリンダの下端エリアにおける掃気ポートと、燃料及び水の前記燃焼室への直接噴射とを備える方法において、
前記燃焼室への直接噴射のために、前記燃料供給システムは、液化ガス燃料噴射器と油燃料噴射器の少なくとも１つのセットに、液化ガス供給システムから前記液化ガス燃料噴射器へ液化ガス燃料を供給し、油供給システムから前記油燃料噴射器へ油燃料を供給し、前記水供給システムは、水供給装置を介して、水を、前記液化ガス供給システムに供給し、及び／又は、直接、前記液化ガス燃料付噴射器に供給することを特徴とする、方法。
［９］  前記２ストロークサイクルの燃焼ストロークにおいて、前記液化ガス燃料噴射器からの水噴射は、燃料噴射が終了する前に終了することを特徴とする、［８］に記載の方法。
［１０］  前記２ストロークサイクルにおいて、前記液化ガス燃料噴射器からの水噴射は、燃料噴射が開始する前に開始することを特徴とする、［８］又は［９］に記載の方法。
［１１］  前記２ストロークサイクルの燃焼ストロークにおいて、前記液化ガス燃料噴射器からの水噴射は、燃料噴射と同時に起こることを特徴とする、［８］から［１０］のうちのいずれか一項に記載の方法。
［１２］  前記内燃機関は、少なくとも第１の動作モードと第２の動作モードとを有し、
前記第１の動作モードで、前記液化ガス供給システムは液化ガス燃料を供給し、前記油供給システムは燃料油を供給し、
前記第２の動作モードで、前記液化ガス供給システムは水を供給し、前記油供給システムは、低硫黄燃料油を供給することを特徴とする、［８］から［１１］のうちのいずれか一項に記載の方法。
［１３］  前記液化ガス供給システムは、高くても２５バールの事前設定送り圧力で液化ガス燃料を供給し、前記水供給システムは、高くても２５バールの事前設定送り圧力で水を供給することを特徴とする、［８］から［１２］のうちのいずれか一項に記載の方法。
［１４］  前記水供給システムは、前記液化ガス供給システムに水を供給し、前記液化ガス供給システムは前記液化ガス燃料噴射器にメタノールと水を供給することを特徴とする、［８］から［１３］のうちのいずれか一項に記載の方法。
［１５］  前記液化ガス燃料噴射器は、少なくとも５００バールの噴射開口圧力で動作することを特徴とする、［８］から［１４］のうちのいずれか一項に記載の方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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