Tech File：大型エンジンの最適化に役立つ新しいシリンダー圧力センサー

JürgStadler • 9 2月 2018

燃料を節約する最適化された圧力測定方法

商用船舶に使用されるような大型エンジンの効率は、燃焼プロセスを正確に監視するシリンダ圧力センサの助けを借りて増加させることができる。既に広く使用されている従来のディーゼルエンジンと並んで、ガスおよび二元燃料エンジン（ディーゼルおよびガス）への傾向が高まっている。これらの代替エンジンタイプは、燃料消費量およびCO2排出量を削減しながら、環境適合性を向上させることを目的としています。燃焼プロセスはますます複雑になり、シリンダー圧力測定（CLCC - 閉ループ燃焼制御）の助けを借りて制御する必要があります。燃焼プロセスの監視は、シリンダ圧力を最適化する可能性のある方法を特定します。例えば、ピーク圧力が1バール増加すると、燃料消費量を0.2〜0.25g / kWh削減することができます。

20年以上にわたり、Kistler GroupのMarine＆Stationary Divisionは、エネルギー生産に使用されるエンジンを含む大型エンジンの最適化の基礎としてシリンダー圧力測定を使用するコンポーネントとシステムを提供しました。 Kistlerのソリューションのポートフォリオには、定期的なエンジン診断と継続的な運用監視から、CLCCシステム用のカスタマイズされたセンサーまでが含まれます。

大型エンジン開発の最優先事項は、燃料消費量の削減と燃焼プロセスの監視です。数多くの大型エンジンメーカー、造船会社、船会社、発電所オペレーターは、キスラーが長年蓄積してきた燃焼監視専門知識を信頼しています。

ロバストで高精度

Type 6635A1高性能シリンダー圧力センサーは、Kistlerの特殊計測技術ポートフォリオに新たに追加されました。高熱負荷や振動による応力が加えられた場合でも、優れた測定精度で高いダイナミックな信号取得が保証されます。 Kistlerの新しい圧電センサーには、大型燃焼エンジンでの使用に理想的ないくつかの設計機能があります。新しいセンサーの中心には、優れた特性を備えたピエゾスター結晶の先進的な開発があります。たとえば、最高350°Cの温度で使用できます。タイプ6635A1には、精度と強度を組み合わせた特許取得済みダイアフラムもあります。もう一つのプラス：燃焼火炎フロントによって引き起こされる急激な周期的な温度変動は、FEM（Finite Element Method）シミュレーションで最適化され、センサでのテストと検証が行われます。アンチストレインスリーブ（Kistlerの特許もあります）は、センサをハウジングから機械的に切り離すことができるので、シリンダヘッドの変形を引き起こすより高い圧力の場合でも安定した測定信号が保証されます。第3の重要な設計上の特徴は、測定素子を気密封止するセラミックリードスルーである。

非正の接続の代わりに、ミリボルトとピコアンペア範囲で必要な信号伝送は、物質間結合を介して実施されるため、コネクタなどの可動部品は存在しません。長期間の試験で明らかに示されているように、溶接継手と捲縮継手の組み合わせは、耐衝撃性に優れています。新しいセンサーの包括的な検証を行うために、Kistlerは、大型エンジンの複雑なストレスの時間経過追跡を可能にする生涯試験のための特別なテストセットアップを開発しました。テストシリーズは、新しく設計されたタイプ6635A1シリンダー圧力センサーが、長期間の安定性を保証する特徴である一定の測定特性で優れた耐久性を提供することを示しました。それにもかかわらず、決定的な検証のためには、問題の特定エンジンによるフィールドテストが常に必要です。

高感度圧電素子

1998年以来、Kistlerは独自のPiezoStarクリスタルを生産しており、スイスのWinterthurにある同社独自の5軸CNCマシンで加工されています。これらの結晶は、以下の特徴を提供するランガサイト（La3Ga5SiO14）のような石英様化合物のカルシウム - ガロゲルマネートファミリーに属する：

新世代の結晶は、シリンダー圧力測定用に特別に最適化されました。感度は温度依存性が非常に低く、電気絶縁性が高いため耐久性に優れています。

著者

JürgStadlerはKistlerのEngine Marine＆Stationaryの責任者です。