日本船舶機関士協会殿
令和5年度第2回技術講演会
WinGD X-DF 2サイクル機関の紹介及び開発動向
ウインターツールガスアンドディーゼルジャパン株式会社
オペレーションズ

青波徹

目次
1

会社紹介

2

X-DF機関（LNG燃料）
2-1 基本技術
2-2 燃焼比較とX-DF（LNG）コンセプト
2-3 主要部品
2-4 ガス供給システム
2-5 就航実績

3

X-DF機関（メタノール、アンモニア）
3-1 メタノール機関
3-2 アンモニア機関

From Sulzer to WinGD

2015

1997

1990

1898

1834
3

© 2024 WinGD

New
SulzerDiesel
1st Sulzer
Diesel Engine

WinGD グローバルネットワーク
本社:
Winterthur, Switzerland

ネットワーク:China, Korea, Japan,Singapore

試験機:
Switzerland, China, Japan

トレーニングセンター:
Switzerland, Greece, China, Korea,
Philippines, India, Poland, Singapore

ライセンシー:China, Korea, Japan4© 2024 WinGD

WinGD ライセンシー（新造）China:

Korea:
Japan:

5© 2024 WinGD

turbocharged
two-strokeengine© 2024 WinGD

1st electronicallycontrolled twostroke commonrail engine

2011

2013

2018

2019

2020

2021

100 th X-DFengine
ordered2022

WinGD X-EL
EnergyManagement

WiDE –
WinGD
integrated
Digital Expert

X-Engine series
with lower fuelconsumption andhigher power

2022

2020

2019

2005

2005

CSSC Global
Test Centre 2Stroke Engines
Established

X-DF2.0
with iCER
technology

2021

1st

1st high-pressuredual-fuel engine
62001

1st two-stroke
low-pressuredual-fuel engine

20181980

12X92DF: thelargest Ottocycle engine
ever built.
2013

1970

Methanol andammonia fuel engine
development

2011

1982

1972

1940

Super-longstroke
concept withSulzer RTA
engine series

2001

1st two-stroke
diesel engine in an
ocean going ship1910

1st 14 cylinder
1stRT-flex96C
mechanicallyengine –controlled low
pressure dual- largest diesel
cycle engine
fuel two-stroke
ever built
engine1986

1905

1st prototype
of aturbocharged
diesel engine

1946

1890

1912

1898

1st Sulzer
dieselengine on
testbed

1st reversing
two-stroke
diesel engine

1915

1905

主な開発変遷Our Products

X35 X40

Small ProductTanker

General CargoCarrier

MR Tanker

Small Container

LR/AframaxTanker

Feed Container

Bulker/Tanker

Cape Bulker

Suezmax Tanker

Feed Container

VLOC

VLCC

Mid & LargeContainer

Small/Handysize
Bulker

X52/RTflex50
Handymax

X-DF 機関 (Dual-fuel)- 低炭素 環境対応
- LNG, メタノール、アンモニア
X 機関 (Diesel/HFO)- 船舶推進装置として低燃費実現- CAPEX OPEX最適化

Bulker/Tanker

X62/RTflex58T Panamax

X72

X82

X92
Ultra Large Container

7© 2024 WinGD

LNG Carrier

WinGD X-DF (LNG fuel)デュアルフューエル(DF) - LNG焚き基本技術
⾼圧DF

ディーゼルサイクル

9© 2024 WinGD

低圧DF

オットーサイクル⾼圧ガス機関の基本技術
⾼圧DF

⾼圧DFはディーゼルサイクルの燃焼をさせる。
ピストンによる吸⼊空気の圧縮⼯程の終盤で燃料ガスを噴射する。

そのため⾼圧の噴射が必要（300bar以上）液体のパイロット燃料にて着⽕する。

ディーゼルサイクル

10© 2024 WinGD

WinGDのX-DF 低圧ガス機関の基本技術
低圧DF• 低圧X-DF はオットーサイクルを採⽤。
• ピストンによる吸⼊空気の圧縮⼯程の序盤で燃料ガスを噴射する。
低圧の噴射が可能（13bar以下でOK）• 圧縮中に、空気と燃料ガスが混合される。
（予混合）• 液体のパイロット燃料にて着⽕する。

オットーサイクル

11© 2024 WinGD

燃焼:ディーゼル（⾼圧DF）とオットーサイクル（低圧X-DF）
ディーゼルサイクル
リッチ燃焼

オットーサイクル
希薄燃焼
局所的ホット
スポット発⽣温度分布が均⼀局所的⾼温部がない

⾼い NOX ⽣成
HFOディーゼル機関と同じ低い NOX ⽣成
HFO⽐ 85%減

Fuel
Air

12

© 2024 WinGD

低圧 X-DF 機関の燃焼コンセプト
低圧ガス圧⼒ < 13bar• シンプルで信頼性の⾼いガス供給システム• コンプレッサー/ポンプの幅広い選択
予混合希薄燃焼 オットーサイクルにより
IMO NOx規制Tier IIIに機関単体で適合

Scavenging

Compression/gas admission

Ignition expansion

ガスモード: 予混合希薄燃焼 オットーサイクル
ディーゼルモード: ディーゼルサイクル
13© 2024 WinGD• 排気ガス後処理装置が不要 (EGR/SCR)• それらの装置の初期投資とランニングコストが不要• 結果として部品の信頼性低下が引き起こされない

X-DF 機関の燃焼イメージ

排気、ガス噴射、予混合、着⽕のタイミング、量、速度を適切に制御することによって、低圧ガス焚きを実現している。

14© 2024 WinGD

WinGD はなぜ低圧を採用?
• 排気ガス後処理装置が不要

2) 低いCAPEX• シンプルな低圧ガス圧縮・供給装置• 排気ガス後処理装置が不要

排出量％1) IMO TIER IIIに適合3) 低い OPEX – ⾼い総合効率• 電⼒消費が少ない• 低いメンテナンスコスト
4) 低圧 – 業界の標準• ⾼い安全性• 中速機関で広く採⽤されている技術

15© 2024 WinGD

低圧X-DF

⾼圧DF

ディーゼル/HFO

ディーゼルより若干出力が低い出力レーティング 通常のディーゼル機関に比し、機関出力は低く設定
通常のディーゼル機関では、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、機関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機関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。特に出力の高い領域
ではわずかではあるが性能が良い。

16© 2024 WinGD

安全に対する基本方針 1
ゴール:
すべての運転条件下でガス燃料を安全に取り扱いできるようにすることで、船舶自体、船乗組員並びに環境へのリスクを最小限に抑える

運転上のリスク• ガスに対して安全な機関室:
単純な故障ではガスが機関室内に漏れ出ない

17© 2024 WinGD• 着火しやすいガスを希釈することで、ガス濃度を爆発下限界（LEL)以下に抑える• 爆発が発生したとしても、それによる損傷程度を最小限に抑える (最悪の場合)

安全に対する基本方針 2
主システムが異常状態を検知する:• ガス検知器 (2重管内、機関室、機関上)• ノッキングセンサー• シリンダ圧力モニタリングー
異常状態を検知した場合、それに迅速に対応するシステム:• ディーゼル液体燃料 (バックアップモード)への切替、機関上には加圧ガスを残さない為に全ガスの放出• 機関スローダウン• 機関シャットダウン (バックアップモードで機関運転ができない場合のみ）

18© 2024 WinGD

ディーゼルモードによるバックアップモードとシステム冗長性は常に作動

X-DF オペレーションレンジ

19© 2024 WinGD

負荷追従性“M/T Ternsund” 5RT-flex50DF

20

船上試験

波の周期：7秒間隔

波の周期：16秒間隔

負荷変動（トルク）：±7％

負荷変動（トルク）：±19.7％

主機関が上記負荷変動条件下にてガストリッ

主機関が上記負荷変動条件下にてガストリッ

プなく、ガスモードでの継続運転を確認

プなく、ガスモードでの継続運転を確認© 2024 WinGD

メタンナンバー依存性の解消
Dynamic Combustion Control DCC• Dynamic Combustion Control (DCC) により、メタンナンバー（MN）が 65以上であれば、環境条件や機関レーティングに拠らず、100%までの機関負荷を出力可能• 一般的なLNG燃料のほとんどはMN65以上をカバーできる
機関最大出力の制限

達成できる高出力域での機関出力• ISO条件下ではDCC作動なし• トロピカル条件下ではDCCが作動

21© 2024 WinGD

ガス噴射弁（GAV）とパイロット弁2本のパイロット弁/cyl
予燃焼室付でパイロット
燃料消費量は1%程度

パイロット
燃料ポンプ

２つのガス噴射弁(GAV)22© 2024 WinGD

機関 / 排気系のベンチレーション機関および排気系にガスが蓄積･滞留することの防止策:• ガスモードで危急停止/シャットダウン後• 補助ブロワーでガスの追い出し• 排気弁は自動的にオープンする• 全シリンダからのガス追い出しの為にスローターニング/エアーラン

補助ブロワー23© 2024 WinGD

低圧ガス供給システム例（FGSS）

X-DF主機関iGPR付

グリコール⽔熱交換器（低圧）気化器
GVU

FGSS
バンカーステーション

GVU
GVU

タンクドーム
Tank
Connection SpaceLPpump(s)24© 2024 WinGD

4s-DF 補機

高圧ガス供給システム例（FGSS）
ダンパー

⾼圧DF主機関

グリコール⽔熱交換器

多段⾼圧ポンプ
GVU（⾼圧）気化器

GVU（低圧）気化器

GVU

バンカーステーション

FGSS

タンクドーム
Tank
Connection SpaceLPpump(s)25© 2024 WinGD

GVU
GVU

4s-DF 補機

VCR の紹介
導入の背景
VCR (Variable Compression Ratio: 可変圧縮比) システムはピストン高さを変える機構で、結果として圧縮比を変更可能 (Vc)
この機構を用いて、以下の場合に圧縮比を最適に選択可能となるガス／ディーゼルモード毎の圧縮比
機関負荷毎
大気条件毎など

一般的な圧縮比の違い

ディーゼルモード
ガスモード

26© 2024 WinGD

ディーゼル機関

X-DF 機関

X-DF 機関 VCR~ 20…25 固定(圧縮シム使用)~ 12…16固定(圧縮シム使用)~ 20…25 可変

N/A~ 14…25 可変Vc

< V c’

X-DF リファレンス
X-DF engine type

X40DF

RT-flex50DF
X52DF
X62DF

Vessel type

9’500 cu.m. LNGC
15-33K dwt Prod/Chem Tankers
1-2K TEU Feeder CVs
14-20K cu.m. LNG Carriers
80K cu.m. LNGC/twin screw
3’600 vehicles PCC
5’800 lane m Ro-Ro
125K dwt Shuttle Tanker
50K dwt Chemical Tanker
30K cu.m. LNG Carrier
Deck Cargo Carrier
7’000 vehicles PCC
115K dwt Crude Oil Tankers
95K+ dwt Bulk Carriers
180K cu.m. LNGC/twin screw
174K cu.m. LNGC/twin screw
7’000 vehicles PCC

Total

On Order2After ST

Total Estimated RH

211K

48

147683K

23219179K

75

1758950K

X72DF

174k cu.m. LNGC/twin screw
180K dwt Bulk Carriers
114K dwt Product Carriers

520

208

268

4’329K

X82DF

300K dwt Crude Oil Tanker
8K TEU Intermediate CVs

74333K

X92DF

22K TEU Post-Panamax CVs
15-16K TEU Neo-Panamax CVs

442222237K

254

419

6’422K

TOTAL
27

31st Dec. 2023

© 2024 WinGD

717 (ca. 12.7 GW)

DF 機関 就航実績からのフィードバック
X-DF機関の総運転時間は500万時間を超える• X-DF 機関の運転状況は良好 340台以上の機関が運航し、最長の機関では40000時間以上• 初期の不具合は対策され、その後のX-DF機関にフィードバックされている• WinGD は、就航実績をもとにメンテナンス間隔を延ばすなどOPEXの最適化を進める

28© 2024 WinGD

メタノール/アンモニア機関

X-DF-M (メタノール)/A (アンモニア) コンセプト
実績のあるディーゼル機関をベースに開発
X-DF-M/A = ディーゼル機関 + メタノール/アンモニア燃料噴射システム– ディーゼル機関と同じ構成部品にメタノール、アンモニア燃料噴射システムを追加– ディーゼルサイクルによりディーゼル機関と同じ熱効率– 既存ディーゼル機関と同じ燃料を使用可能– ディーゼル燃料焚きをバックアップとして利用可能– メタノール、アンモニア燃料ともに、ディーゼル燃料焚きと同じ出力、性能を達成する– ディーゼル焚き機関同様、SCR排気ガス低減装置(SCR)の利用

30© 2024 WinGDX-DF-M / X-DF-A ディーゼル機関との差異
コンセプト: 既存のディーゼル機関をベースにメタノール、アンモニア燃料噴射システムを追加

シリンダカバー改良
メタノール、アンモニア燃料噴射システム
サーボオイルレール追設

メタノール、アンモニア燃料供給システム
フューエルバルブユニット(Fuel Valve Unit)

31© 2024 WinGD

プラットフォーム、配管変更追加のサーボオイルサプライユニット

大気汚染排出ガス削減
すでに確立したコンセプトを適用
NOx 規制: SCR にて IMO Tier III 対応

TA0

メタノール (LP- or HP-SCR):•燃焼を最適化し、ホルムアルデヒド排出を抑制

アンモニア (HP-SCR only):• これまでの試験結果からはN2O 排出は燃焼対策にて抑制可能と考える。N2O のための後処理装置は不要• 燃焼室まわりの設計によりNH3 アンモニアスリップを最小化• 未燃NH3 をSCRに利用 Urea （尿素）消費量の低減
NEW: 機関付き 一体型SCR (iSCR) が 52/62口径機関にオプションであり。さらに最適化の余地と造船所殿の艤装工数低減に寄与
Example: integrated SCR (iSCR) X62-S2.0

32© 2024 WinGD

市場投入計画

受注済み案件実プロジェクト

機関出荷予定Ammonia

Methanol

2023

2024

2025
16k TEU

10X92DF-M

9k TEU

6X82DF-M
5X52DF-M-S

Upgrade from diesel to methanol in Q3/’26

6X52DF-A

LPG/Ammonia
Carrier

6X72DF-A

VLBC

6X62DF-A

LR2/PCTC

各燃料対応機関の開発は実際のマーケット要求に応じて優先順位を決定
3315k dwt CT© 2024 WinGD

メタノール機関メタノール Dual-fuel 機関
Engine Portfolio

Future methanol engine portfolio
X52DF – M – 1.0
X52DF – M – S1.0
X62DF – M – S1.0
X62DF – M – 1.0
X72DF – M – 1.0
X82DF – M – 1.0
X92DF – M – 1.0

2024 カタログに掲載予定
35© 2024 WinGD

レファレンス
マイルストーン

36

COSCO Methanol-Powered 16k TEU

Methanol-Powered 9k TEU

Built at COSCO Heavy Industries

Built at Yangzijiang Shipbuilding© 2024 WinGD

メタノール噴射系
コンセプト• メタノール燃料噴射弁を3本/cyl. 追加• パイロット燃料は、ディーゼル燃料弁より噴射• 噴射制御は、VCU：Valve Control Unitにて行う• それには300-bar のサーボ油を使用• 燃料噴射圧 (600 bar) は、pressure amplifier にて行う

37

© 2024 WinGD

コンセプト

メタノール噴射系

コンセプト

機器の配置
X92DF-M

メターノール噴射弁は合計4本のパイプで接続される:

38© 2024 WinGD



2重管構造の燃料噴射管



潤滑油管(低圧)

パージアクティベーションの作
動油管 (低圧)

2重管構造の戻り、パージ管

X-DF-M 船内設備
Fuel Supply System (FSS)•

シンプルな燃料供給システム (例えばLNGと比較して)•システム要件ガイダンス有•造船所/船主殿がFSSサプライヤーを選択•

詳細設計は FSS サプライヤーによる

Parameter
Supply pressure

13 bar(g)Methanol stateliquid

Temperature range
Methanol flow

39Value© 2024 WinGD

25…50 degC
Acc. Engine type/rating

X-DF-M オペレーションレンジ
フレキシブルな運用可能

40•

シームレスな燃料切替え•

ディーゼルへのトリップはいつでも瞬時で可能•

発停と100%L以上での運転はディーゼルモードにて•すべての制御は、WinGDのWiCE（機関制御システム）にて行う。

© 2024 WinGD

アンモニア機関

アンモニア Dual-fuel 機関
Engine Portfolio

Future ammonia engine portfolio
X52DF – A – 1.0
X52DF – A – S1.0
X62DF – A – S1.0
X62DF – A – 1.0
X72DF – A – 1.0
X82DF – A – 1.0
X92DF – A – 1.0

2024 カタログに掲載予定
42© 2024 WinGD

リファレンス
マイルストーン

43

Bocimar Ammonia-Powered 210k dwt BC

Exmar Ammonia-Powered 46,000m3 LPG/Ammonia carrier

Built at Qingdao Beihai Ship Yard

Built at Hyundai Mipo DockYard© 2024 WinGD

アンモニア噴射系コンセプト
コンセプト

Control Valve Unit

Cyl. layout & injector• 3 アンモニア噴射弁を3本追加• パイロット燃料は、既存のディーゼル燃料噴射シス
テムより供給Servo oil supply layout• 噴射制御は “Control valve unit”にて行う• Control valve unit は、試験を準備中• 噴射弁の部品発注済み• Servo oil unit 図面は作成済• アンモニア燃料分配器の詳細設計中44

3© 2024 WinGD

Fuel distributor

アンモニア噴射システム
コンセプトガイダンス 概要
コンセプトガイダンスに含まれるもの:•バンカリング、ストレージシステム•

Fuel Supply system (FSS)•

Fuel Valve Unit (FVU)•

アンモニア配管•

アンモニア気化プロセス•

窒素供給システム•排気システム•ベンチレーションシステム

詳細な設計はFSSサプライヤーによる45© 2024 WinGDX-DF-A オペレーションレンジ
• シームレスな燃料切替え• ディーゼルへのトリップはいつでも瞬時で可能• 発停と100%L以上での運転はディーゼルモードにて• 25%負荷以下での運転に関しても検討中

46© 2024 WinGD

アンモニア機関 FAQ
https://www.wingd.com/en/
WinGDホームページのSearchで’FAQS‘を検索

47© 2024 WinGD

Thank you
Winterthur Gas & Diesel Ltd.
Schützenstrasse 3,
8400 Winterthur, Switzerland
www.wingd.com