气体发动机驱动系统以及船舶的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及具备以天然气为燃料的气体发动机的气体发动机驱动系统以及使用该气体发动机驱动系统的船舶。
【背景技术】
[0002]在船舶中，从大气污染防止的观点考虑，除了国际海事组织(internat1nalmaritime organizat1n ；ΙΜ0)第三次规定的限制以外、SOx或者将来(302的排出量也将受到限制。在这样的状况下，开发出代替以现有的重油为燃料的柴油发动机的、以天然气为燃料的气体发动机。
[0003]例如，在专利文献I中公开了向燃烧室内压缩的空气中喷射天然气以及先导油的二冲程气体发动机。在二冲程气体发动机中，概略地在活塞从上死点下降至下死点的稍微之前的期间执行膨胀行程以及排气行程，在活塞从下死点的稍微之前下降以及上升至上死点的期间执行扫气行程以及压缩行程。在专利文献I公开的气体发动机中，在压缩行程的末尾向燃烧室内喷射天然气。然而，在该气体发动机中，需要将天然气加压至比压缩空气高的压力(例如15?30MPa左右)。
[0004]为了解决该问题点，专利文献2公开了使天然气向燃烧室的喷射在扫气行程的后半行程和/或压缩行程的前半行程进行的二冲程气体发动机。另外，向该气体发动机供给的天然气是使以液体状态贮藏在储罐中的天然气由泵加压后由汽化器汽化而成。
[0005]现有技术文献:
专利文献1:日本特开2008-202550号公报；
专利文献2:日本特开2012-36780号公报。
【发明内容】
[0006]发明要解决的问题:
然而，在专利文献2公开的气体发动机中，喷射至燃料室内的天然气与空气一起被压缩，因此发生与现有的四冲程气体发动机相同的问题。在四冲程气体发动机中，在向燃烧室导入的进气中预先混合需求输出所需的量的燃料气体。在该情况下，因空燃比(空气量QA相对于燃料量QF的比值:QA/QF)和制动平均有效压力(brake mean effective pressure ；BMEP)之间的关系而产生爆震或失火。
[0007]又，在将天然气以液体状态贮藏在储罐内时，在储罐内天然气汽化而产生蒸发气(B0G),因此如何处理该蒸发气成为了问题。
[0008]因此，本发明的目的是提供能够防止爆震以及失火且能够有效利用蒸发气的气体发动机驱动系统、以及使用该气体发动机驱动系统的船舶。
[0009]解决问题的手段:
为了解决上述问题，本发明提供气体发动机驱动系统，具备:在一个侧面具有设置有空气导入口和排气口的汽缸、以及由在所述汽缸内往复运动的活塞形成的燃烧室的二冲程气体发动机；在所述活塞从下死点上升时向所述燃烧室内以低压喷射一次燃烧所需的量的天然气的一部分的第一燃料喷射机构；在所述活塞位于上死点之前至之后的过渡期间内向所述燃烧室内以高压喷射一次燃烧所需的量的天然气的剩余量的第二燃料喷射机构；以液体状态贮藏天然气的储罐；将在所述储罐内汽化的天然气导入至所述第一燃料喷射机构的第一供给通路；将从所述储罐抽出的液体状态的天然气进行汽化的汽化器；和从所述汽化器向所述第二燃料喷射机构导入汽化的天然气的第二供给通路。
[0010]又，本发明提供气体发动机驱动系统，具备:在另一个侧面具有设置有空气导入口和排气口的汽缸、以及由在所述汽缸内往复运动的活塞形成的燃烧室的二冲程气体发动机；在向所述燃烧室导入之前的扫气中以低压喷射一次燃烧所需的量的天然气的一部分的第一燃料喷射机构；在所述活塞位于上死点之前至之后的过渡期间内向所述燃烧室内以高压喷射一次燃烧所需的量的天然气的剩余量的第二燃料喷射机构；以液体状态贮藏天然气的储罐；将在所述储罐内汽化的天然气导入至所述第一燃料喷射机构的第一供给通路；将从所述储罐抽出的液体状态的天然气进行汽化的汽化器；和从所述汽化器向所述第二燃料喷射机构导入汽化的天然气的第二供给通路。
[0011]上述任意一个气体发动机驱动系统都是以两个阶段喷射天然气。即，一次燃烧所需的量的天然气并不是全部与空气一起被压缩，因此可以防止爆震。又，即便在从第一燃料喷射机构喷射天然气后混合气位于失火区域，也由于从第二燃料喷射机构喷射扩散燃烧用的天然气，因此不会发生失火的问题。因此，在压缩行程中可以进行从爆震区域具备足够的余裕的控制。又，与将全部的天然气例如在压缩行程的末尾进行喷射的情况相比，减少以高压喷射的天然气的量，因此可以减少使液体状态的天然气升压所需的设备或动力等。此外，在储罐内汽化的天然气从第一燃料喷射机构喷射，因此可以将蒸发气作为燃料有效利用。
[0012]也可以是在上述第一燃料喷射机构向燃烧室内喷射天然气的气体发动机驱动系统中，所述低压气体喷射机构配置于在所述活塞位于上死点位置时通过所述活塞与所述燃烧室隔离的位置。根据该结构，可以保护第一燃料机构以免受燃烧时的冲击。
[0013]也可以是上述任意一个气体发动机驱动系统还具备从所述储罐向所述汽化器内导入液体状态的天然气且设置有升压泵的送液通路。或者，也可以是上述气体发动机驱动系统还具备从所述储罐向所述汽化器内导入液体状态的天然气的送液通路；在所述第二供给通路上设置有压缩机。
[0014]也可以是上述气体发动机驱动系统还具备连接所述送液通路和所述第一供给通路且设置有汽化器的旁通通路。根据该结构，即使在蒸发气量较少的情况下，也可以自由地控制从第一燃料喷射机构喷射的低压的天然气与从第二燃料喷射机构喷射的高压的天然气的比率。
[0015]又，本发明提供具备上述气体发动机驱动系统、和在一端安装有螺旋桨且由所述气体发动机驱动系统驱动的推进轴的船舶。
[0016]发明效果:
根据本发明可以防止爆震以及失火，且可以有效利用蒸发气。
【附图说明】
[0017]图1是使用根据本发明的第一实施形态的气体发动机驱动系统的船舶的概略结构图；
图2是构成图1所示的气体发动机驱动系统的二冲程气体发动机的剖视图，示出活塞位于下死点的状态；
图3是构成图1所示的气体发动机驱动系统的二冲程气体发动机的剖视图，示出活塞位于上死点的状态；
图4是示出曲轴的旋转角度与燃烧室内的压力之间的关系的图表；
图5是用于说明从第一燃料喷射机构喷射的低压的天然气与从第二燃料喷射机构喷射的高压的天然气的比率的图；
图6是示出在向燃烧室内导入之前的空气中混合全部的燃料气体时的爆震区域以及失火区域、且横轴表示空燃比而纵轴表示制动平均有效压力的图表；
图7是构成根据本发明的第二实施形态的气体发动机驱动系统的二冲程气体发动机的剖视图，并且示出活塞位于下死点的状态；
图8是使用根据本发明的第三实施形态的气体发动机驱动系统的船舶的概略结构图。
【具体实施方式】
[0018]以下参照【附图说明】本发明的实施形态。
[0019](第一实施形态)
图1示出使用根据本发明的第一实施形态的气体发动机驱动系统1A的船舶I。该船舶I具备装有气体发动机驱动系统1A的船体11、和由气体发动机驱动系统1A驱动的推进轴13。在推进轴13的一端安装有螺旋桨15。
[0020]气体发动机驱动系统1A具备二冲程气体发动机2E、和将作为该气体发动机2E的燃料的天然气以液体状态进行贮藏的储罐(所谓LNG储罐)3。气体发动机2E包括与推进轴13连接的曲轴12、覆盖曲轴12的壳体14、和在曲轴12的轴方向上排列的多个(图1中为了简化附图而仅画出两个)的汽缸2。
[0021]天然气通常包含甲烷以作为主成分。储罐3具有阻止从储罐外向储罐内的热的侵入以能够贮藏被冷却液化至一 162°C左右的天然气的绝热结构。另外，储罐3可以与LNG搬运船的一个或多个储罐兼用，也可以是气体发动机2E专用的储罐。
[0022]各汽缸2如图2所示包括例如在铅垂方向上