JIME 80th 学術講演会 1

舶用低速（Wärtsilä型）機関における IMO規制対応の現状および将来技術

（株）ディーゼルユナイテッドカスタマーサポート部

開発グループ森山

功治

JIME 80th 学術講演会 2

Contents

1. IMO規制

2. NOxについて

１）NOx 2次規制対応

２）NOx 3次規制対応

３. SOx について

４. CO2について

JIME 80th 学術講演会 3

IMO排気ガス規制

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

NO

x [

E3]

(g/kW

h)

NOx [ N < 130 min-1 ]

non ECA

ECA

IMOで協議中

CO2

( EEDI, SEEMP

)

0

1

2

3

4

5

20

08

20

09

20

10

20

11

20

12

20

13

20

14

20

15

20

16

20

17

20

18

20

19

20

20

20

21

20

22

Su

lfu

r (%

)

or 2025

SOx

non ECA

ECA

- 80%

JIME 80th 学術講演会 4

エンジンエンジン エミッションエミッション

NOx

SOx

CO2

主機本体

低硫黄燃料油

エネルギ回収

CO2回収

低減効果限定

主機燃費悪化

設備インパクト大

主機燃費影響小

運航容易

運航コスト影響大

設備インパクト大

主機燃費改善

設備インパクト大

主機燃費影響小

IMO排気ガス規制対応の概要

後処理

燃 料 低減効果中・大

運航コスト影響大

JIME 80th 学術講演会 5

Contents

1. IMO規制

2. NOxについて

１）NOx 2次規制対応

２）NOx 3次規制対応

３．

SOxについて

４．

CO2について

JIME 80th 学術講演会 6

1. 2st ミラーサイクル（掃気圧力上昇、排気弁遅閉じ） 2. 燃料噴射排気弁タイミング、圧縮比の最適化

3. 燃料弁アトマイザの最適化 4. 全負荷域におけるチューニングパラメータ最適化

5. シーケンシャル燃料噴射

6. 掃気温度の最適化 7. 燃焼最高圧力(Pmax)の最適化

2次規制対応への主な仕様変更点

JIME 80th 学術講演会 7

2次規制対応への仕様変更点

過給機仕様 or 型式変更

掃気溜設計見直し（掃気圧アップ）

給気冷却器（交換熱量アップ）

補助ブロワ（モータ容量アップ）配管／格子他の設計変更

燃料弁アトマイザ仕様変更

圧縮シム変更

WECSパラメータ変更

（燃料／排気弁タイミング他）

ハイリフト排気カム（RTA機関のみ）

JIME 80th 学術講演会 8

2次規制対応時の機関性能に及ぼす影響

1. 燃費の悪化 ～2g/kWhの悪化(RT-flex Efficiency-optimized)

～4g/kWhの悪化(RT-flex Cost-optimized)～6g/kWhの悪化(機械式エンジン)

2. 空気量増加

・排気ガス温度低下（1次規制から約20℃低下）

・排ガス量の増加

JIME 80th 学術講演会 9

シーケンシャル燃料噴射 (flex機関)

燃料弁毎の燃料噴射開始時期をずらし、燃焼最高温度を抑える

Cylinder pressure

FO rail pressure

FOV needle lift

FO pressure in FOV

TDC

Cylinder pressure

FO rail pressure

FOV needle lift

FO pressure in FOV

TDC

通常の燃料噴射

燃焼圧力の立上がりが滑らかになる

FO rail pressure

JIME 80th 学術講演会 10

シーケンシャル燃料噴射 熱発生率例

7RT-flex84TD (R1) 100%L [ 0°/6°/2°(#1 / #2 / #3) ]

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

Pcyl

. ( b

ar )

Tier 1 spec

Tier 2 Pre-test

0

50

100

150

200

250

300

-20 -10 0 10 20 30 40 50 60

Crank Angle (deg.)

H. R

. [ d

Q/dθ

] （ k

J/C

.A ）

JIME 80th 学術講演会 11

排気弁 開/閉 タイミングを各負荷で最適化 ：ｆｌｅｘ機関

Example of exhaust valve control

排気弁 開/閉 タイミング変更例(flex機関)

JIME 80th 学術講演会 12

flex機関燃焼室関連部品

Material : Nimonic-80A (Highest grade heat-resistance alloy)

Jet-shaker cooling for pistonVery high cooling efficiency for piston crown.

Optimized cooling bore arrangement

Bore cooled components ・

Piston

• Cylinder cover

• Cylinder liner

• Exhaust valve seat

Tier2対応に伴う変更なし

JIME 80th 学術講演会 13

(Tier

II NOx対応例)

JIME 80th 学術講演会 14

Tier2実証試験

JIME 80th 学術講演会 15

Contents

1. IMO規制

2. NOxについて

１）NOx 2次規制対応

２）NOx 3次規制対応

３．SOxについて

４．CO2について

JIME 80th 学術講演会 16

NOx 3次規制対応：

EGR

JIME 80th 学術講演会 17

NOx 3次規制対応：

2段過給

JIME 80th 学術講演会 18

NOx 3次規制対応：

給気加湿

JIME 80th 学術講演会 19

NOx 3次規制対応：

水噴射

JIME 80th 学術講演会 20

NOx 3次規制対応：

WaCoReG

内部EGR+DWI

JIME 80th 学術講演会 21

NOx 3次規制対応：

SCR

JIME 80th 学術講演会 22

SCR実船適用例

JIME 80th 学術講演会 23

4ｽﾄﾛｰｸ技術(完成) を2ｽﾄﾛｰｸへ応用

NOR= Nitrogen Oxide Reducer

JIME 80th 学術講演会 24

NOx 3次規制技術

JIME 80th 学術講演会 25

Contents

1. IMO規制

2. NOxについて

１）NOx 2次規制対応

２）NOx 3次規制対応

３．SOxについて

４．CO2について

JIME 80th 学術講演会 26

スクラバー

清水スクラバー （閉ループ）

JIME 80th 学術講演会 27

清水スクラバー実船適用例

JIME 80th 学術講演会 28

Contents

1. IMO規制

2. NOxについて

１）NOx 2次規制対応

２）NOx 3次規制対応

３．SOxについて

４．CO2について

JIME 80th 学術講演会 29

CO2削減

技術的手法（新造船対象）

運航的手法（既存船対象）

エネルギー効率設計指標(EEDI)

(g/ton

mil)

CO2換算速力係数×燃料消費率(g/kWh)×(機関出力－控除出力)(kWh)

DWT（ton）×速力(mile/h)×実海域速力低下係数(fw)EEDI =

船舶エネルギー効率マネージメントプラン(SEEMP)

エネルギー効率運航指標（EEOI）

(g/ton mil) の自己モニタリング

CO2換算係数×燃料消費量(g)

実貨物量（ton）×実航行距離(mile)EEOI =

IMOで協議中

JIME 80th 学術講演会 30

チューニングと燃費率

Tier2：6RTA/-flex68-D(R1),6000hr/y の例

燃料噴射圧とタイミングの最適化

排気弁開閉タイミングの最適化

排気ガス規制をクリアしつつ、

部分負荷時の燃料消費率を

低減：DELTAチューニング

434 ton (FO),1285 ton (CO2)

118 ton (FO),349 ton (CO2) DELTAチューニング

JIME 80th 学術講演会 31

Waste Heat Recovery

Main sources for Waste Heat Recovery

JIME 80th 学術講演会 32

Low Load Tuning

低負荷マッチング過給機

７５％負荷以下で掃気圧力上昇

排ガスバイパス弁を８５％負荷以上

で自動的に開とし、約５％の排ガス

をバイパスさせる。

JIME 80th 学術講演会 33

T/Cカット

T/Cカット：自動開閉弁

T/Cカット：フランジ装備 DUにて就航船１５隻以上、

最長2年以上の実績あり。

JIME 80th 学術講演会 34

チューニングと燃費率

Tier ll, 12RTA/-flex96C(R1), 6000hr/y

156158160162164166168170172174176178180

35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

Spec

ific

fuel

con

sum

ptio

n (g

/kW

h)

RTA96C RT-flex96C "Standard tuning"

RT-flex96C "Delta tuning" RT-flex96C "Low-Load tuning"

RT-flex96C "T/C cut-off 3/2" RT-flex96C "T/G" (ambient air suction)

RT-flex96C "T/G + P/T" (ambient air suction)

-17 g/kWhr 5951 ton (FO)

17614 ton (CO2)

JIME 80th 学術講演会 35

NOx排出率を規制値以下に抑えて燃費改善する手法

１．２ｓｔミラーサイクルによる膨張行程増大（高過給と排気弁タイミング遅延）

２．シーケンシャル燃料噴射による燃焼制御

３．電子制御による全負荷で域の最適エンジンチューニング

４．可変ノズル制御過給機による部分負荷での燃費率向上

更なる燃費低減手法

１．Low Load Tuning

（T/C低負荷マッチング）

２．Waste Heat Recovery （廃熱回収：T/G+P/T）

３．T/Cカット

４．その他

CO2削減手法まとめ

JIME 80th 学術講演会 36

ご清聴ありがとうございました。