氣體發動機驅動系統以及船舶的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及具備以天然氣為燃料的氣體發動機的氣體發動機驅動系統以及使用該氣體發動機驅動系統的船舶。
【背景技術】
[0002]在船舶中，從大氣污染防止的觀點考慮，除了國際海事組織(internat1nalmaritime organizat1n ；ΙΜ0)第三次規定的限制以外、SOx或者將來(302的排出量也將受到限制。在這樣的狀況下，開發出代替以現有的重油為燃料的柴油發動機的、以天然氣為燃料的氣體發動機。
[0003]例如，在專利文獻I中公開了向燃燒室內壓縮的空氣中噴射天然氣以及先導油的二沖程氣體發動機。在二沖程氣體發動機中，概略地在活塞從上死點下降至下死點的稍微之前的期間執行膨脹行程以及排氣行程，在活塞從下死點的稍微之前下降以及上升至上死點的期間執行掃氣行程以及壓縮行程。在專利文獻I公開的氣體發動機中，在壓縮行程的末尾向燃燒室內噴射天然氣。然而，在該氣體發動機中，需要將天然氣加壓至比壓縮空氣高的壓力(例如15?30MPa左右)。
[0004]為了解決該問題點，專利文獻2公開了使天然氣向燃燒室的噴射在掃氣行程的后半行程和/或壓縮行程的前半行程進行的二沖程氣體發動機。另外，向該氣體發動機供給的天然氣是使以液體狀態貯藏在儲罐中的天然氣由泵加壓后由汽化器汽化而成。
[0005]現有技術文獻:
專利文獻1:日本特開2008-202550號公報；
專利文獻2:日本特開2012-36780號公報。
【發明內容】
[0006]發明要解決的問題:
然而，在專利文獻2公開的氣體發動機中，噴射至燃料室內的天然氣與空氣一起被壓縮，因此發生與現有的四沖程氣體發動機相同的問題。在四沖程氣體發動機中，在向燃燒室導入的進氣中預先混合需求輸出所需的量的燃料氣體。在該情況下，因空燃比(空氣量QA相對于燃料量QF的比值:QA/QF)和制動平均有效壓力(brake mean effective pressure ；BMEP)之間的關系而產生爆震或失火。
[0007]又，在將天然氣以液體狀態貯藏在儲罐內時，在儲罐內天然氣汽化而產生蒸發氣(B0G),因此如何處理該蒸發氣成為了問題。
[0008]因此，本發明的目的是提供能夠防止爆震以及失火且能夠有效利用蒸發氣的氣體發動機驅動系統、以及使用該氣體發動機驅動系統的船舶。
[0009]解決問題的手段:
為了解決上述問題，本發明提供氣體發動機驅動系統，具備:在一個側面具有設置有空氣導入口和排氣口的汽缸、以及由在所述汽缸內往復運動的活塞形成的燃燒室的二沖程氣體發動機；在所述活塞從下死點上升時向所述燃燒室內以低壓噴射一次燃燒所需的量的天然氣的一部分的第一燃料噴射機構；在所述活塞位于上死點之前至之后的過渡期間內向所述燃燒室內以高壓噴射一次燃燒所需的量的天然氣的剩余量的第二燃料噴射機構；以液體狀態貯藏天然氣的儲罐；將在所述儲罐內汽化的天然氣導入至所述第一燃料噴射機構的第一供給通路；將從所述儲罐抽出的液體狀態的天然氣進行汽化的汽化器；和從所述汽化器向所述第二燃料噴射機構導入汽化的天然氣的第二供給通路。
[0010]又，本發明提供氣體發動機驅動系統，具備:在另一個側面具有設置有空氣導入口和排氣口的汽缸、以及由在所述汽缸內往復運動的活塞形成的燃燒室的二沖程氣體發動機；在向所述燃燒室導入之前的掃氣中以低壓噴射一次燃燒所需的量的天然氣的一部分的第一燃料噴射機構；在所述活塞位于上死點之前至之后的過渡期間內向所述燃燒室內以高壓噴射一次燃燒所需的量的天然氣的剩余量的第二燃料噴射機構；以液體狀態貯藏天然氣的儲罐；將在所述儲罐內汽化的天然氣導入至所述第一燃料噴射機構的第一供給通路；將從所述儲罐抽出的液體狀態的天然氣進行汽化的汽化器；和從所述汽化器向所述第二燃料噴射機構導入汽化的天然氣的第二供給通路。
[0011]上述任意一個氣體發動機驅動系統都是以兩個階段噴射天然氣。即，一次燃燒所需的量的天然氣并不是全部與空氣一起被壓縮，因此可以防止爆震。又，即便在從第一燃料噴射機構噴射天然氣后混合氣位于失火區域，也由于從第二燃料噴射機構噴射擴散燃燒用的天然氣，因此不會發生失火的問題。因此，在壓縮行程中可以進行從爆震區域具備足夠的余裕的控制。又，與將全部的天然氣例如在壓縮行程的末尾進行噴射的情況相比，減少以高壓噴射的天然氣的量，因此可以減少使液體狀態的天然氣升壓所需的設備或動力等。此外，在儲罐內汽化的天然氣從第一燃料噴射機構噴射，因此可以將蒸發氣作為燃料有效利用。
[0012]也可以是在上述第一燃料噴射機構向燃燒室內噴射天然氣的氣體發動機驅動系統中，所述低壓氣體噴射機構配置于在所述活塞位于上死點位置時通過所述活塞與所述燃燒室隔離的位置。根據該結構，可以保護第一燃料機構以免受燃燒時的沖擊。
[0013]也可以是上述任意一個氣體發動機驅動系統還具備從所述儲罐向所述汽化器內導入液體狀態的天然氣且設置有升壓泵的送液通路。或者，也可以是上述氣體發動機驅動系統還具備從所述儲罐向所述汽化器內導入液體狀態的天然氣的送液通路；在所述第二供給通路上設置有壓縮機。
[0014]也可以是上述氣體發動機驅動系統還具備連接所述送液通路和所述第一供給通路且設置有汽化器的旁通通路。根據該結構，即使在蒸發氣量較少的情況下，也可以自由地控制從第一燃料噴射機構噴射的低壓的天然氣與從第二燃料噴射機構噴射的高壓的天然氣的比率。
[0015]又，本發明提供具備上述氣體發動機驅動系統、和在一端安裝有螺旋槳且由所述氣體發動機驅動系統驅動的推進軸的船舶。
[0016]發明效果:
根據本發明可以防止爆震以及失火，且可以有效利用蒸發氣。
【附圖說明】
[0017]圖1是使用根據本發明的第一實施形態的氣體發動機驅動系統的船舶的概略結構圖；
圖2是構成圖1所示的氣體發動機驅動系統的二沖程氣體發動機的剖視圖，示出活塞位于下死點的狀態；
圖3是構成圖1所示的氣體發動機驅動系統的二沖程氣體發動機的剖視圖，示出活塞位于上死點的狀態；
圖4是示出曲軸的旋轉角度與燃燒室內的壓力之間的關系的圖表；
圖5是用于說明從第一燃料噴射機構噴射的低壓的天然氣與從第二燃料噴射機構噴射的高壓的天然氣的比率的圖；
圖6是示出在向燃燒室內導入之前的空氣中混合全部的燃料氣體時的爆震區域以及失火區域、且橫軸表示空燃比而縱軸表示制動平均有效壓力的圖表；
圖7是構成根據本發明的第二實施形態的氣體發動機驅動系統的二沖程氣體發動機的剖視圖，并且示出活塞位于下死點的狀態；
圖8是使用根據本發明的第三實施形態的氣體發動機驅動系統的船舶的概略結構圖。
【具體實施方式】
[0018]以下參照【附圖說明】本發明的實施形態。
[0019](第一實施形態)
圖1示出使用根據本發明的第一實施形態的氣體發動機驅動系統1A的船舶I。該船舶I具備裝有氣體發動機驅動系統1A的船體11、和由氣體發動機驅動系統1A驅動的推進軸13。在推進軸13的一端安裝有螺旋槳15。
[0020]氣體發動機驅動系統1A具備二沖程氣體發動機2E、和將作為該氣體發動機2E的燃料的天然氣以液體狀態進行貯藏的儲罐(所謂LNG儲罐)3。氣體發動機2E包括與推進軸13連接的曲軸12、覆蓋曲軸12的殼體14、和在曲軸12的軸方向上排列的多個(圖1中為了簡化附圖而僅畫出兩個)的汽缸2。
[0021]天然氣通常包含甲烷以作為主成分。儲罐3具有阻止從儲罐外向儲罐內的熱的侵入以能夠貯藏被冷卻液化至一 162°C左右的天然氣的絕熱結構。另外，儲罐3可以與LNG搬運船的一個或多個儲罐兼用，也可以是氣體發動機2E專用的儲罐。
[0022]各汽缸2如圖2所示包括例如在鉛垂方向上