(57)【要約】      （修正有）【課題】低負荷での排気ガス中の窒素酸化物を低減する内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関１は、少なくとも２つのシリンダ２の各々が備える燃焼室３の排気ガスを、第１及び第２の排気ガス・ストリームへと分離するための分離デバイス７を備える。第１及び第２の排気ライン８、９が接続される分離デバイス７が、燃焼室３からの排気ガスを第１のガス・ストリームと第２のガス・ストリームとに分離するように構成される。粒子状物質を削減するためのデバイス１０が、分離デバイス７の上流で第１成分排気ライン８内に配置され、分離デバイス７は、燃焼室３からの排気ガスを、第１成分排気ライン８のための第１のガス・ストリームと、第２成分排気ライン９のための第２のガス・ストリームとに分離するように構成され、第２のガス・ストリームは第１のガス・ストリームより温度が低い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関、特に推進システムのための、好適には２ストローク機関（１）である内燃機関であって、
−  前記機関が少なくとも２つのシリンダ（２）を有し、各シリンダ（２）が、燃料のための入口と、出口弁（６）を備える排気ガスのための出口（５）とを有する燃焼室（３）を含み、
−  前記機関が、前記燃焼室（３）の下流にある少なくとも１つの分離デバイス（７）を有し、
−  第１成分排気ライン（８）及び第２成分排気ライン（９）が前記少なくとも１つの分離デバイス（７）に接続され、
−  前記少なくとも１つの分離デバイス（７）が、各燃焼室（３）からの排気ガスを、前記第１成分排気ライン（８）のための第１のガス・ストリームと、前記第２成分排気ライン（９）のための第２のガス・ストリームとに分離するように構成され、
−  粒子状物質を削減するためのデバイス（１０）が前記分離デバイス（７）の下流で前記第１成分排気ライン（８）に配置され、
−  前記第２成分排気ライン（９）及び前記第１成分排気ライン（８）が、少なくとも前記粒子状物質を削減するためのデバイス（１０）のところまで、互いから分離されている、
内燃機関において、
前記分離デバイス（７）が、前記燃焼室（３）からの前記排気ガスを、好適には前記第１成分排気ライン（８）のための、燃焼サイクルの第１のフェーズ中に排出される第１のガス・ストリームと、好適には前記第２成分排気ライン（９）のための、前記燃焼サイクルの第２のフェーズ中に送出されるその次の第２のガス・ストリームとに分離するように構成され、前記第２のガス・ストリームの温度が前記第１のガス・ストリームの温度より低いことを特徴とする、内燃機関。
【請求項２】
前記分離デバイス（７）が、前記第１成分排気ラインを開閉するための制御可能弁、特にバタフライ弁を有し、それにより前記排気ガスを前記第１及び第２成分排気ストリームへと分離することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記機関が、前記シリンダの前記排気ガスを集めるための排気ガス・レシーバ（１１）を有し、前記少なくとも１つの分離デバイス（７）が前記排気ガス・レシーバ（１１）の上流に配置されることを特徴とする、請求項１から２までのいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記分離デバイス（７）が、前記少なくとも２つのシリンダ（２）の各々の前記出口弁によって形成されることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項５】
少なくとも１つの分離デバイス（７）、好適には各分離デバイス（７）が、前記それぞれの燃焼室（３）のための複数の弁、好適には２つ又は４つの弁を有し、それにより前記排気ガスを前記第１及び第２成分排気ストリームへと分離することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記燃焼機関が、前記シリンダ内の前記排気ガスの温度について結論を出すことを可能にする値を検出するための、温度センサ、圧力センサ、時間センサ、又はクランク角センサなどのセンサを有することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記機関（１）が少なくとも１つのＳＣＲ反応器（１２）を有し、前記少なくとも１つのＳＣＲ反応器（１２）が、好適には前記排気ガス・レシーバ（１１）の下流で、好適には前記第２成分排気ライン（９）に配置されることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記燃焼機械が、前記分離デバイスを作動させるための制御ユニット（３２）を有する、請求項１から７までのいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記第１成分排気ライン（８）が、前記粒子状物質を削減するためのデバイス（１０）の上流に配置される加熱要素（１６）を有することを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記第２成分排気ラインがＳＣＲパイプ（１３）及びバイパス・パイプ（１４）を有し、ＳＣＲ反応器（１２）が前記ＳＣＲパイプ内に配置され、前記第２成分排気ラインが、前記排気ガスを前記ＳＣＲ反応器（１２）及び／又は前記バイパス・パイプ（１４）に案内するための少なくとも１つの、好適には２つの弁（１５）を有することを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項１１】
尿素溶液などの還元剤を噴射するためのデバイスが前記ＳＣＲ反応器（２８、１２）の上流に配置される、請求項１０に記載の内燃機関。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれか一項に記載の内燃機関の、好適には燃焼機関の、粒子状排出物を削減するため、及び粒子状物質を削減するためのデバイスの熱的再生のための方法であって、
−  燃料のための入口と、出口弁（６）を備える排気ガスのための出口（５）とを有する内燃室（３）を有する少なくとも２つのシリンダ（２）内で燃料を燃焼させるステップと、
−  前記出口（５）を通して排気ガスを排出するステップと、
−  少なくとも１つの分離デバイス（７）を操作するステップであって、燃焼サイクルの第１のフェーズ中に排出される第１の排気ガス・ストリームが第１成分排気ライン（８）によって移送され、前記燃焼サイクルの第２のフェーズ中に排出される第２の後続の排気ガス・ストリームが第２成分排気ライン（９）によって移送され、排気ライン（８，９）の両方が前記少なくとも１つの分離デバイス（７）に接続される、ステップと、
−  前記第１成分排気ライン（８）内の前記第１の排気ガス・ストリームを、粒子状物質を削減するためのデバイス（１０）まで案内するステップと、
−  前記第２成分排気ライン（９）内の前記第２の排気ガス・ストリームを案内するステップであって、前記第１及び前記第２の排気ラインが、少なくとも前記粒子状物質を削減するためのデバイス（１０）のところまで分離されたままであり、前記第１の排気ガス・ストリームが第１の温度を有し、前記第２の排気ガス・ストリームが第２の温度を有し、前記第２の温度が前記第１の温度より低い、ステップと、
−  所定量の粒子状物質が削減されるように、前記粒子状物質を削減するためのデバイス内で前記第１の排気ガス・ストリームを浄化するステップと
を含む、方法。
【請求項１３】
前記分離ステップにおいて、前記内燃室から最初に排出される部分が前記第１成分排気ライン（８）内に案内され、その後排出される部分が前記第２成分排気ライン（９）内に案内される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
−  前記粒子状物質を削減するためのデバイス（１０）を熱的再生するために、前記粒子状物質を削減するためのデバイス（１０）の上流で前記第１の排気ガス・ストリームを加熱するステップをさらに含む、請求項１２から１３までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
−  前記第２成分排気ライン（９）を通して、好適にはＳＣＲ反応器（１２）まで、前記第２の排気ガス成分ストリームを案内するステップと；
−  好適には、前記ＳＣＲ反応器（１２）内において前記第２の排気ガス成分ストリームを反応させるステップと
をさらに含む、請求項１２から１４までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
還元剤が前記ＳＣＲ反応器（１２、２８）の上流で噴射される、請求項１２から１５までのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記シリンダ内の前記排気ガスの温度について結論を出すことを可能にする値を検出し、且つ好適には前記検出した値に基づいて前記分離デバイスを操作するステップを含む、請求項１２から１６までのいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の前提部分による、内燃機関（内燃エンジン）と、粒子状物質排出物を削減するための方法とに関する。
【０００２】
本発明は燃焼機関及びそれらの排出物の削減の技術分野に関連する。
【背景技術】
【０００３】
大型船舶の場合、排出物に関する要求事項が増えており、これは特には窒素酸化物排出物に関するものである。粒子状物質の場合、より厳しい規制を導入することが期待されている。したがって、これらの船舶の内燃機関によって噴出される排気ガス中の粒子状物質の量を確実に削減することが必要である。
【０００４】
粒子状物質の減少のための現況技術は、フィルタなどの粒子除去デバイスの加熱再生（又は熱的再生；ｔｈｅｒｍａｌ  ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）中の酸化反応のために必要である温度範囲による制約を受ける。排気ガスが低温である場合、ひいては通常は低負荷である場合、粒子状物質除去デバイスの加熱再生が低減され、不十分となる。
【０００５】
粒子状物質を削減するためのデバイスが加熱再生（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ  ｒｅｇｅｎｅｒａｔｅ）されない又は限定的な方法でしか加熱再生されない場合、粒子状物質を削減するためのデバイスの性能が低下することになり、短い時間間隔で保守管理処置が必要となる。
【０００６】
粒子状物質除去デバイスの再生は、通常、炭素ベースのすす粒子の酸化に基づくものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許出願第２１５１５６９Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は従来技術の欠点を回避することであり、具体的には低機関負荷においても内燃機関の排気ガス中の粒子状排出物を確実に削減することである。本発明の別の具体的な課題は、多様な機関負荷においての、粒子状物質の柔軟性のある効率的な削減を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様によると、内燃機関が提供される。内燃機関が好適には２ストローク機関である。機関は、例えば船舶の推進システムなどの推進システムに特に適する。内燃機関が少なくとも２つのシリンダを備える。２つのシリンダの各々が燃焼室を有し、また、燃料のための入口と、出口弁を備える排気ガスのための出口とを有する。機関が、燃焼室の下流にある少なくとも１つの分離デバイスを備える。第１及び第２の排気ラインが少なくとも１つの分離デバイスに接続される。少なくとも１つの分離デバイスが、各燃焼室からの排気ガスを、第１成分排気ラインのための第１のガス・ストリームと、第２成分排気ラインのための第２のガス・ストリームとに分離するように構成される。粒子状物質を削減するためのデバイスが、第１成分排気ライン内で分離デバイスの下流に配置される。第２成分排気ライン及び第１成分排気ラインが、少なくとも粒子状物質を削減するためのデバイスのところまで、互いから分離される。
【００１０】
粒子状物質を削減するためのデバイスが、ディープベッド・フィルタ又はウォールフロー・フィルタなどのフィルタと、未燃炭化水素及び他の揮発性の炭素化合物を酸化するためのデバイスとを有することができる。
【００１１】
加えて、第１の選択的接触還元（ＳＣＲ：ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）反応器が第１成分排気ライン内で分離デバイスの下流に配置され得、特には粒子状物質を削減するためのデバイスの下流に配置され得る。好適には、尿素溶液などの還元剤を噴射するためのデバイスが第１のＳＣＲ反応器の上流に配置される。
【００１２】
第１のＳＣＲ反応器が、好適には、少なくとも２つのシリンダの全負荷吐出量（ｆｕｌｌ  ｌｏａｄ  ｏｕｔｆｌｏｗ  ｒａｔｅ）の８０％以下である最大処理能力を有する。好適には、少なくとも２つのシリンダの全負荷吐出量の６０％以下又は５０％以下である最大処理能力を有する。全負荷は、内燃機関が最大出力又は最大トルクを提供するときの内燃機関の動作状態であってよい。エネルギー供給が低下して出力又はトルクが低下する場合、この動作状態が部分負荷と呼ばれる。全負荷は機関のＣＭＣＲ（契約連続最大定格）（ｃｏｎｔｒａｃｔ  ｍａｘｉｍｕｍ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｒａｔｉｎｇ）ポイントであってよい。一実施例では、全負荷（例えば、ＭＣＲ）は、所望の船速、所望のパワー、及び任選選択で所望のプロペラ速度を使用して計算される。
【００１３】
分離デバイスが、排気ガスを２つのストリームに分離するように構成される。排気ガスの１つのパートのみが第１のＳＣＲ反応器に誘導されることから、より小型のＳＣＲ反応器が選択され得る。大型のＳＣＲ反応器は機関の組み立てにかなりの制限を加える。大型のＳＣＲ反応器は高価であり、機関に一体化することが困難であり、また燃料効率の損失をもたらす。排気ガスの１つのパートのみがＳＣＲを通るように案内されることから、スペース及びコストが節約され得る。
【００１４】
２ストローク機関では、給気が圧縮され、燃料が噴射され、混合気がシリンダ内で燃焼させられる。シリンダ内の燃焼から生じるガス混合物を以下で「燃焼ガス」と呼ぶ。燃焼ガスが粒子状物質をさらに含む可能性がある。
【００１５】
出口を通して燃焼室から燃焼ガスを排出するのに掃気が使用される。掃気及び燃焼ガスの組み合わせがシリンダの出口を通して排出され、総称的に「排気ガス」と呼ばれる。
【００１６】
掃出することにより、シリンダからの高温の燃料ガスがより低温の掃気と共に出口を通して押し進められる。
【００１７】
掃出するとき、掃気及び燃焼ガスが混合する。しかし、排出フェーズ中、燃焼ガスの濃度が初期状態では高く経時的に低下することを理由として、排気ガスが経時的に温度勾配を有することになる。
【００１８】
言い換えると、出口を通るように案内されるガスが、比較的高温である排気ガスの第１のパート（つまり、大部分が燃焼ガス）と、比較的低温である排気ガスの第２のパート（つまり、大部分が掃気である）とに分離され得る。排気ガスの第１のパートが粒子状物質排出物及び窒素酸化物の大部分を含む。
【００１９】
機関はターボチャージャを備えることができる。ターボチャージャが第１成分及び／又は第２成分排気ライン内に配置され得る。ターボチャージャが、粒子状物質を削減するためのデバイスの下流に配置され得る。ターボチャージャが第１及び／又は第２のＳＣＲの下流に配置され得る。代替的実施例では、ターボチャージャが第２のＳＣＲの上流に配置され得る。
【００２０】
さらに、分離デバイスが、排気ガス・レシーバの前に配置される１つ又は２つの或いはそれより多い弁によって形成され得る。好適には、分離デバイスが、１つの燃焼室ごとに、少なくとも１つの、特には２つの弁を備える。弁がバタフライ弁又はポペット弁であってよいか、或いは任意適切な他の弁であってよい。また、分離デバイスは排気ガス・レシーバの後ろに配置され得るが、ターボチャージャの前に配置されてもターボチャージャの後ろに配置されもよい。分離デバイスが複数の弁によって形成され得る。
【００２１】
一実施例では、分離デバイスが、排気ガスを第１及び第２成分排気ストリームへと分離することを目的として第１成分排気ラインを開閉するための制御可能弁を備える。制御可能弁が制御装置によって制御され得る。制御装置は機械的であってよく、つまり機関のカムシャフトであってよいか、又は電子的であってもよい。
【００２２】
分離デバイスが、燃焼室からの排気ガスを、それぞれ第１及び第２成分排気ラインのためのものである第１及び第２のガス・ストリームへと分離するように構成され、ここではガス・ストリームが順番に送出される。
【００２３】
分離デバイスの多様な実施例が、第１及び第２の排気ガス・ストリームの単純で高い信頼性の分離を実現する。
【００２４】
分離デバイスは、燃焼ガスを比較的より多く含みしたがってより高温である最初に送出される排気ガスの１つのパートを、比較的掃気をより多く含みしたがってより低温であるその後で送出される１つのパートから分離するのを可能にする。
【００２５】
一実施例では、燃焼室の排出フェーズ中に制御可能弁が最初に開けられ、次いで出口を通って掃気が流れるときに閉じられる。このような分離デバイスの一実施例が欧州特許出願第２１５１５６９Ａ１号に示されている。
【００２６】
分離デバイスが、燃焼室からの排気ガスを、第１の比較的高温のガス・ストリームと、第２の比較的低温のガス・ストリームとに分離するように構成される。好適には、比較的高温のガス・ストリームが第１成分排気ラインのためのものである。好適には、比較的低温のガス・ストリームが第２成分排気ラインのためのものである。
【００２７】
言い換えると、分離デバイスが、燃焼室からの排気ガスを、好適には第１成分排気ラインのための、第１のガス・ストリームと、好適には第２成分排気ラインのための第２のガス・ストリームとに分離するように構成され、ここでは、第２のガス・ストリームの温度が第１のガス・ストリームの温度より低い。
【００２８】
分離デバイスが、第１成分排気ライン及び第２成分排気ラインのための弁の開閉のタイミングを調整することにより第１のガス・ストリームを分離することができる。一実施例では、分離デバイスが、第１成分排気ラインを通して出口から最初に吐出される第１のパートと、第２成分排気ラインを通してその後で吐出される第２のパートとを案内するように構成される。
【００２９】
分離デバイスが、シリンダから出る排気ガスの温度に応じて、クランク角に応じて、時間に応じて、又はシリンダ内の圧力に応じて、第１成分排気ライン及び第２成分排気ラインの中に流れが入るのを可能にするように弁を設定するように構成され得る。
【００３０】
通常、排気ガスの送出の第１のフェーズ中、シリンダ内の圧力と同様に、排気ガスの温度が最高温度まで急激に上昇し、その後緩やかに低下する。
【００３１】
特定の時点ｔｓ又は特定のクランク角αｓからスタートする、第２のフェーズ中、掃気がシリンダに入ると、シリンダ内の圧力が特定の圧力ｐｓを下回り、送出される排気ガスの温度が、特定の温度Ｔｓ未満である温度を有する。この第２のフェーズ中、排気ガスの温度が例えば３５０°未満まで低下する可能性があり、また具体的には２５０°未満まで低下する可能性がある。
【００３２】
燃焼機関が、シリンダ内の排気ガスの温度に関しての結論を出すのを可能にするような値を検出するためのセンサを備えることができ、これは、温度センサ、圧力センサ、時間センサ（ｔｉｍｅ  ｓｅｎｓｏｒ）、又はクランク角センサなどである。センサが、好適には、高速反応式の、高速式の、及び／又は高速測定のセンサであり、その結果、燃焼サイクル中に測定値及び測定値の変化が十分に迅速に検出される。迅速な測定は、所定の限界値との及び／又は分離デバイスの設定の適宜の変更との継続的な比較を可能にする。
【００３３】
値が所定の特定の値と比較され得る。特定の値に達すると、分離デバイスが、新たな状態へと移行させられ得、例えば、排気ガスが第１成分排気ラインの中まで案内されて第２成分排気ラインの中へは案内されない第１の状態から、排気ガスが第２成分排気ラインの中まで案内されて第１成分排気ラインの中へは案内されない第２の状態へと、移行させられ得る。
【００３４】
燃焼機関が、分離デバイスを操作するための、また具体的には、特には、センサの測定に基づいて並びに／或いは温度、及び／又は排気ガスの温度に関しての結論を出すのを可能にするような、圧力、時間、又はクランク角などの、値に基づいて、弁を設定するための、制御ユニットを備えることができる。例えば、特定の温度Ｔｓ、特定の圧力ｐｓ、特定の時点ｔｓ、又は特定のクランク角αｓなどの特定の値に達すると、すぐに、制御ユニットが分離デバイスの設定を変更することができる。
【００３５】
特定の値は所定のものであり、制御デバイスに提供され得るか又は制御ユニット内に保存され得る。
【００３６】
特定の値は負荷によって決定されてよい。負荷依存の特定の値を有するマップが制御ユニットによって使用されるように残され得る。
【００３７】
制御ユニットが測定値を取得するように適合され得る。
【００３８】
制御ユニットが、所定の値を受信するように、及び／又は読み取るように、並びに／或いは保存するように適合され得る。
【００３９】
制御ユニットが、取得した値を所定の値と比較するように適合され得る。
【００４０】
分離デバイスを設定するための、また具体的には値を設定するための、制御ユニットが、負荷に応じて分離デバイスを操作するように構成され得る。所定の負荷の範囲では、制御ユニットが上述したように分離デバイスを設定することができる。
【００４１】
したがって、特定の臨界値を超える温度を有する排気ガスのみが、粒子状物質を削減するためのデバイスに入る。
【００４２】
排気ガスの第１の高温パートが相対的に高い濃度の粒子状物質を有し、対して第２の低温パートが相対的にクリーンである。
【００４３】
粒子状物質を削減するためのデバイスを通って流れる排気ガスの全体温度が高いことで、粒子の未燃成分を酸化するための潜在力が向上する。これは、排気ガスの少なくとも一部の温度が粒子状物質の酸化反応のためには低すぎるような低機関負荷の場合に特に有利である。
【００４４】
通常、排気ガスの平均温度が相対的に高い高負荷では、低負荷の場合より多くの排気ガスが第１成分排気ラインを通るように案内され得る。
【００４５】
加えて又は別法として、第１成分排気ラインのための第１のガス・ストリームのみを又は第２成分排気ラインのための第２のガス・ストリームのみを、或いは第１成分排気ライン及び第２成分排気ラインのための第１及び第２のガス・ストリームを同時に許容するような、所定の負荷範囲が存在してもよい。
【００４６】
機関が排気ガス再循環（ＥＧＲ：ｅｘｈａｕｓｔ  ｇａｓ  ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）を含むことできる。ＥＧＲが内燃室の入口及び内燃室の出口に接続され得る。
【００４７】
一実施例では、機関が、シリンダの排気ガスを集めるための排気ガス・レシーバを備える。分離デバイスが排気ガス・レシーバの上流に配置され得る。それにより、排気ガス・ストリームの成分（例えば、燃焼ガス及び掃気）が排気ガス・レシーバ内で均一に混合される前に、排気ガスが分離され得るようになる。
【００４８】
排気ガス・レシーバが第２成分排気ライン内に配置され得る。
【００４９】
分離デバイスが排気ガス・レシーバの下流に配置され得る。
【００５０】
好適な一実施例では、少なくとも１つの、好適には各々の、分離デバイスが、複数の弁を備える。分離デバイスは２つ又は４つの弁を備えることができる。一実施例では、４つの弁のうちの２つの弁が、第１成分排気ストリームを第２成分排気ラインへと進路変更させるのに使用され得る。残りの２つの弁が、第２成分排気ガス・ストリームを第２成分排気ラインへと進路変更させるのに使用される。
【００５１】
別の好適な実施例では、３つ又は４つの或いはそれより多い弁のうちの１つの弁が、排気ガスの第１のパートを第１成分排気ストリームへと進路変更させるように適合される。２つ又は３つの或いはそれ以上の残りの弁が排気ガスを第２成分排気ラインへと進路変更させるように適合される。それにより、第１及び第２成分排気ストリームが特に単純で効率的である形で発生させられ得る。
【００５２】
一実施例では、分離デバイスが少なくとも２つの各々のシリンダの出口弁によって形成される。一実例では、各シリンダが複数の出口弁を備えることができる。各シリンダの第１の出口弁が第１成分排気ラインを開けるように適合され、第２の出口弁が第２成分排気ラインを開けるように適合される。別の実例では、各シリンダが各々の成分の排気ラインのための２つの弁を備える。さらに、各出口が４つの出口弁を備えることができる。これらの好適な実施例では、分離デバイスが出口弁によって形成され、それによりコンパクトなデバイスを提供する。
【００５３】
加えて又は別法として、分離デバイスが、１つ若しくは２つの、又は４つの、或いはそれより多い弁を有することができる、これは例えば、出口又は出口弁の下流にあるバタフライ弁である。
【００５４】
一実施例では、機関が、第２成分排気ライン内に配置され得るＳＣＲ反応器を備える。第２成分排気ラインが排気ガス・レシーバの下流に配置され得る。
【００５５】
好適には、尿素溶液などの還元剤を噴射するためのデバイスがＳＣＲ反応器の上流に配置される。
【００５６】
第２成分排気ライン内に配置される第２のＳＣＲ反応器が、第１成分排気ライン内に配置される第１のＳＣＲ反応器より高い最大処理能力を有することができる。
【００５７】
一実施例では、第２成分排気ラインが、好適には平行である、ＳＣＲパイプ及びバイパス・パイプを備える。第２のＳＣＲ反応器がＳＣＲパイプ内に配置され得る。第２成分排気ラインが、排気ガスをＳＣＲ反応器及び／又はバイパス・パイプの中まで案内するための、少なくとも１つの、好適には２つの、弁を備える。さらに、機関が弁を作動させるように適合される制御装置を備えることができ、その結果、排気ガスが第２のＳＣＲ反応器まで誘導されるか又はバイパス・パイプを通るように誘導されるか、或いはその両方を通るように誘導される。
【００５８】
バイパス・パイプが機関の高燃料効率の動作モードを可能にする。したがって、所望される動作モードに応じて、つまり燃料効率に応じて、又は高負荷／低負荷で削減される排出物に応じて、操作者が、どのパイプ／成分の排気ラインを通すように排気ガスを誘導するのかを選択することができる。本発明の示される実施例に関連させて動作モードの実例を説明する。
【００５９】
一実施例では、第１成分排気ラインが、粒子状物質を削減するためのデバイスの上流に配置される加熱要素を有する。
【００６０】
粒子状物質を削減するためのデバイス自体が、加熱再生のための十分な温度まで排気ガスを加熱するための加熱デバイスを有することができる又はそのような加熱デバイスに接続され得る。
【００６１】
粒子状物質を削減するための、また特には加熱再生を行うための、十分な温度（最低の連続動作温度）は、５００℃であってよい。
【００６２】
本発明の別の態様が、内燃機関の粒子状物質排出物を削減するための方法に関連する。好適には、機関が、本明細書において上で言及した燃焼機関である。この方法が以下のステップを含む：
−  燃料のための入口と、出口弁を備える排気ガスのための出口とを備える内燃室を有する少なくとも２つのシリンダ内で燃料を燃やすステップと、
−  出口を通して排気ガスを送出するステップと、
−  分離デバイスを用いてすべての燃焼室の排気ガスを燃焼室の下流において第１及び第２の排気ガス・ストリームへと分離するステップであって、ここでは、第１の排気ガス・ストリームが第１成分排気ラインによって移送され、第２の排気ガス・ストリームが第２成分排気ラインによって移送され、またここでは、両方の排気ラインが少なくとも１つの分離デバイスに接続されるステップと、
−  第１成分排気ライン内の第１の排気ガス・ストリームを、粒子状物質を削減するためのデバイスまで案内するステップと、
−  第２成分排気ライン内の第２の排気ガス・ストリームを案内するステップであって、ここでは、第１及び第２の排気ラインが少なくとも粒子状物質を削減するためのデバイスのところまで、分離状態を維持する、ステップと、
−  粒子状物質を削減するためのデバイス内の第１の排気ガス・ストリームを反応させるステップであって、その結果、第１の排気ガス・ストリーム中の粒子状物質の量が低下する、ステップ。
【００６３】
第１の排気ガス・ストリームが燃焼サイクルの第１のフェーズ中に送出され得、第２の排気ガス・ストリームが燃焼サイクルの第１のフェーズ中に送出され得る。第１の排気ガス・ストリームが第１の温度を有し、第２の排気ガス・ストリームが第２の温度を有し、ここでは、第２の温度が第１の温度より低い。
【００６４】
第１の排気ガス・ストリームが、好適には、粒子状物質を削減するためのデバイスの加熱再生のために十分である温度を有する。
【００６５】
加えて、少なくとも２つのシリンダの全負荷吐出量の８０％以下、好適には６０％以下又は５０％以下の最大処理能力を好適には有する第１のＳＣＲ反応器が、第１成分排気ライン内に配置され得る。
【００６６】
この方法の好適な実施例では、この方法が、粒子状物質を削減するためのデバイスの上流で第１の排気ガス・ストリームを加熱するステップをさらに含む。
【００６７】
内燃室から最初に送出されるパートが第１成分排気ラインの中まで案内され、その後で送出されるパートが第２成分排気ラインの中まで案内される。最初に送出されるパートがその後で送出されるパート（第２のパート）より高い温度を有する。それにより、排気ガスを比較的高温の排気ストリーム及び比較的低温の排気ストリームへと分離する単純な方法が提供される。
【００６８】
内燃機関が、掃気レシーバを通して及び掃気ポート又は入口ポートとも呼ばれるフラッシング・ホールを通して外気をシリンダの中まで案内するための外気供給装置を備えることができる。外気が、燃焼サイクルの最後に燃焼ガスをシリンダの外へ流し出すのに使用され得る。燃焼サイクル中、主として燃焼ガスが送出される第１のフェーズと、燃焼ガスと新鮮な掃気との混合気が送出される第２のフェーズとが存在する。第１のフェーズ中に送出される排気ガスが第１のガス・ストリームとして第１成分排気ラインの中で案内され得る。第２のフェーズ中に送出される排気ガスが第２のガス・ストリームとして第２成分排気ラインの中で案内され得る。
【００６９】
主として燃焼ガスを含む第１のガス・ストリームは通常、一定の間隔でシリンダから送出される、燃焼ガスと、新鮮な掃気とを含む排気ガス混合気の温度より高い温度を有する。さらに、第１のフェーズ中に送出される排気ガスが、高濃度の粒子状物質と高いＮＯｘ含有量を有する。第２のガス・ストリームは、燃焼用空気と外気との混合気を含むことを理由として、通常、第１のガス・ストリームより低い濃度の粒子状物質とＮＯｘ含有量を有する。
【００７０】
第２のガス・ストリーム中の燃焼ガスのパーセンテージ及び／又は粒子状物質の濃度は、粒子状物質を削減するためのデバイスを通して第２のガス・ストリームを案内するのを必要とすることがないくらいに、低くてよい。
【００７１】
排気ガスの温度が全排出期間を通して臨界温度を超えている状態を維持することができ、その結果、ほぼ全体の排気ガス又は全排気ガスが、第１成分排気ラインを通して、粒子状物質を削減するためのデバイスまで、案内される。排気ガスが、全排出期間を通して、粒子状物質を削減するためのデバイスを通るように案内され得る。この事例では、第２の排気ガス・ストリームが、毎秒ゼロリットルに近い又は等しい値を有することができる。
【００７２】
第１の排気ガス・ストリームが比較的高温であり、第２の排気ガス・ストリームが比較的低温である。本明細書で言及されるように、比較的高温は残りの排気ガス・ストリームと比較されるものである。例えば、比較的高温である第１の排気ガス・ストリームは、第１の排気ガス・ストリームが第２の排気ガス・ストリームより高温であることを意味する。
【００７３】
好適な実施例では、この方法が、第２成分ガス・ストリームを部分的に又は全体として反応させることなく部分的に又は全体としてバイパス・パイプを通るように第２の排気ガス・ストリームを案内するステップをさらに含む。好適な実施例では、第２の排気ガス・ストリーム及び／又は第１の排気ガス・ストリームがターボチャージャまで誘導される。
【００７４】
一実施例では、第１及び／又は第２のストリームがターボチャージャまで平行の形で案内される。
【００７５】
本発明の別の態様では、内燃機関が提供される。内燃機関が好適には２ストローク機関である。機関が、例えば船舶の推進システムなどの、推進システムに特に適する。内燃機関が少なくとも２つのシリンダを有する。２つのシリンダの各々が燃焼室を有し、また、燃料のための入口と、出口弁を備える排気ガスのための出口とを有する。機関が、燃焼室の下流にある少なくとも１つの分離デバイスを有する。第１及び第２の排気ラインが少なくとも１つの分離デバイスに接続される。少なくとも１つの分離デバイスが、各燃焼室からの排気ガスを、例えば、第１成分排気ラインのための第１のガス・ストリームと、例えば、第２成分排気ラインのための第２のガス・ストリームとに分離するように構成され、ここでは、第２のガス・ストリームの温度が第１のガス・ストリームの温度より低い。
【００７６】
第１のＳＣＲ反応器が第１成分排気ライン内に配置され得、及び／又は第２のＳＣＲ反応器が第２成分排気ライン内に配置され得る。
【００７７】
分離デバイスが、高温排気ガスを第１及び／又は第２成分排気ラインの中まで案内してしたがって第１及び／又は第２のＳＣＲ反応器を通過させるのを可能にするように構成され得る。
【００７８】
５００℃を超える温度を有するガスを案内することで、ＳＣＲ触媒の再生を実現する。
【００７９】
したがって、分離デバイスが、高温排気ガスを案内するためのそれぞれの第１又は第２成分排気ラインを選択することにより、選択したＳＣＲ反応器の再生を可能にする。
【００８０】
分離デバイスが、燃焼ガスを主として含む排気ガスの第１のパートのみが再生のための十分な温度を有する場合、低負荷でもＳＣＲ反応器の再生を可能にする。
【００８１】
単に例として、添付図面に関連させて、本発明の非限定の実施例を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明による第１の例を示す概略図である。
【図２】本発明による第２の例を示す概略図である。
【図３】本発明による第３の例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００８３】
図１が、本発明による第１の実例の概略図を示す。内燃機関１が、燃焼室３を備えるシリンダ２を備える。燃焼室３の内部に、ピストン・ロッド２５を備えるピストン２６が設けられる。燃料が燃料入口（図示せず）を通して燃焼室３の中まで案内されて燃焼室３の中で燃やされる。燃焼ガスが、単一の出口弁６を備える出口５を通るように案内される。燃焼ガスが掃気を用いて掃出される。出口弁６を過ぎた後、燃焼ガス及び掃気（総称的に、排気ガス）が出口パイプ２９を通るように案内される。
【００８４】
出口パイプ２９が２つのチャンネルを備える。第１のチャンネルが、粒子状物質１０を削減するためのデバイスを通るように排気ガスの１つのパートを誘導するのに使用される。第２のチャンネルが、排気ガスの残りを排気ガス・レシーバ１１まで案内するのに使用される。
【００８５】
分離デバイス７が出口パイプ２９内に配置される。分離デバイス７が、出口パイプ２９の２つのチャンネルを開閉する２つの弁７ａ、７ｂを有する。
【００８６】
燃焼機械１が制御ユニット３２を有し、その結果、分離デバイス７が、燃焼室３からの排気ガスを、第１成分排気ライン８のための第１のガス・ストリームと、第２成分排気ライン９のためのその次の第２のガス・ストリームとに分離するように構成され、ここでは、第２のガス・ストリームの温度が第１のガス・ストリームの温度より低い。
【００８７】
燃焼機械１が、排気ガスの温度に関しての結論を出すのを可能にするような値を検出するための、この事例では温度センサである、センサ３３を有する。
【００８８】
排気ガスの温度が所定の値未満まで低下すると、制御ユニット３２が図に示されるように弁７ａを開けること及び弁７ｂを閉じることを実現する。
【００８９】
排気ガスの温度が十分に高い温度である限りにおいて、制御ユニット３２が、弁７ａを閉じた状態で維持すること及び弁７ｂを開いた状態で維持することを実現し、その結果、排気ガス・ストリームが、粒子状物質を削減するためのデバイス１０を通るように案内され、加熱再生を可能にする。
【００９０】
図２が、２ストローク・クロスヘッド内燃機関１の第２の例の概略図を示す。機関１が図３の機関のいくつかの部分を含む。
【００９１】
第１成分排気ライン８が出口パイプ２９に接続される。接続される第１成分排気ライン８が、出口５を通して、粒子状物質を削減するためのデバイス１０まで、またさらには第１のＳＣＲ反応器２８まで、排気ガスの１つのパートを案内する。第１のＳＣＲ反応器２８が選択的接触還元を利用して排気ガス中の窒素酸化物を還元する。
【００９２】
窒素酸化物の還元はアンモニアとの窒素酸化物の反応に基づく。第１のＳＣＲ反応器１２８の上流で尿素噴射装置２１を用いて尿素を噴射することによりアンモニアが生成される。シリンダ２の排気ガスの１つのパートのみが第１成分排気ライン８を通るように案内される。シリンダから吐出される排気ガスが、粒子状物質を削減するためのデバイス１０の加熱再生のためには低すぎる温度（４００℃未満など）を有する可能性がある。いずれの場合でも加熱再生を可能にすることを目的として、ライン８が加熱要素１６をさらに有することができ、加熱要素１６が粒子状物質を削減するためのデバイス１０及び第１のＳＣＲ反応器２８の上流に配置され、尿素噴射装置２１の下流に配置され得る。
【００９３】
２ストローク機関１では、排気フェーズ中、燃焼ガスを燃焼室３から送出するのに掃気が使用される。したがって、排気ガスが掃気さらには燃焼ガスを含むことになる。燃焼ガスは燃焼を理由として掃気より高い温度を有する。さらに、窒素酸化物の濃度さらには粒子状物質の濃度が、掃気中よりも燃焼ガス中で高い。
【００９４】
例えば、排気ガス・マニホルドなどの、排気ガス・レシーバ１１などにおいて、燃焼ガス及び掃気が混合されると、燃焼ガスの温度が低下する。低負荷では、燃料噴射が少量であることと、燃焼ガスの量が少ないことと、粒子状物質除去デバイスが加熱再生され得ないことを理由として、この温度が特に低くなる。
【００９５】
したがって、低負荷においてシリンダ２の出口５のところで燃焼ガスが掃気から分離され得る。第１の分離方法は、第２成分排気ライン９のための分離デバイス７の弁を閉じることによって、排気ライン８を開くことである。この構成では、排気ガスの全体が第１成分排気ライン８を通るように案内される。高負荷では、分離デバイス７の例えばバタフライ弁である両方の弁が開いており、排気ガスの大部分が第２成分排気ライン９を通るように案内される。
【００９６】
図２に示される機関は、図１に示される機関とは異なり、燃焼室３のための２つの出口弁６を備える。２つの出口弁が示されていても、好適には１つ又は４つの弁が使用される。
【００９７】
出口弁６が排気ガスを案内するのに使用される。最初に、燃焼ガスが吐出されるとき、第１成分排気ライン８のための出口弁が開いており、対して第２成分排気ライン９のみのための出口弁が閉じられる。この構成では、排気ガスが第１成分排気ライン８を通るように案内され得る。これが、分離デバイス７の両方のバタフライ弁を閉じることによって補助され得る。掃気が出口５のところに到達するとすぐに第１成分排気ライン８のための出口弁６が閉じられ、第２成分排気ライン９の出口弁が開けられる。
【００９８】
それにより、分離されたパートが第１成分排気ライン８を通るように案内され、それにより粒子状物質を削減するためのデバイスのためのデバイス内の粒子状物質を確実に削減すること及び第１のＳＣＲ反応器２８内の窒素酸化物を還元することが可能となる。加えて、排気ガスの１つのパートのみがライン８を通るように案内されることを理由として、小型のＳＣＲ反応器が使用され得るようになる。全負荷吐出量の４０％の最大処理能力を有するＳＣＲ反応器２８で十分であり、それによりスペースが節約される。粒子状物質１０を削減するためのデバイスが、反応器内の温度を調整するための反応器加熱器２７をさらに備えることができる。
【００９９】
第２成分排気ライン９が排気ガス・レシーバ１１に繋がっている。排気ガス・レシーバ１１から、排気ガスがＳＣＲパイプ１３又はバイパス・パイプ１４を通過させられる。ＳＣＲパイプ１３及びバイパス・パイプ１４の各々が弁１５を備える。弁１５が独立して開閉され得、その結果、バイパス・パイプ１４及び／又はＳＣＲパイプ１３が使用される。ＳＣＲパイプ１３が第２のＳＣＲ反応器１２を備える。第２のＳＣＲ反応器１２が、第１のＳＣＲ反応器２８より高いスループットに対して適合される。第２のＳＣＲ反応器１２が、シリンダ２の全負荷吐出量の少なくとも６０％の最大処理能力を有する。
【０１００】
尿素噴射装置３６が第２のＳＣＲ反応器１２の上流に配置される。
【０１０１】
一実施例では、第２のＳＣＲ反応器１２及び第１のＳＣＲ反応器２８が、組み合わせで、少なくとも２つのシリンダの全負荷吐出量の少なくとも１００％の総処理能力を有することができる。バイパス・パイプがＳＣＲを備えなくてよい。
【０１０２】
加えて、ＳＣＲパイプ１３がＳＣＲ反応器１２の下流に第２の弁２０を備える。弁２０がＳＣＲパイプ１３の中への逆流を防止する。
【０１０３】
第１のライン８及び第２のライン９（つまり、バイパス・パイプ１４及びＳＣＲパイプ１３）が、ターボチャージャ１７に、及びその後のファンネル３０（図３を参照）に繋がっている。ターボチャージャ１７が外気を引き入れ、ここでは排気ガス中にエネルギーが保存される。ターボチャージャ１７によって引き入れられる外気が冷却システム１９及び外気供給装置１８を通して入口４まで案内される。入口４を過ぎた後、外気が掃気レシーバ２３を通して及びフラッシング・ホール３１を通してシリンダ２の中まで案内される。
【０１０４】
ＳＣＲ反応器２８、１２内での窒素酸化物の還元に加えて、粒子及び硫酸などの排出物がＥＧＲクリーナ２４を用いて削減される。ＥＧＲパイプ２２がシリンダ２の出口５に接続される。ＥＧＲパイプ２２が排気ガスをＥＧＲクリーナ２４まで導いて、ＥＧＲクリーナ２４を過ぎた後で燃焼室３に入れる。ＥＧＲクリーナ２４が、気体洗浄装置、冷却装置、及び水ミストキャッチャ（ｗａｔｅｒ  ｍｉｓｔ  ｃａｔｃｈｅｒ）を備えることができる。
【０１０５】
図１に示される機関１が異なる動作モードを可能にする：
【０１０６】
第１の動作モードが具体的には低負荷に適している。低負荷では、弁１５及び分離デバイス７が、第１成分排気ライン８及びバイパス・パイプ１４を開けた状態とするように、設定される。ＳＣＲパイプ１３が閉じられる。燃焼ガスを含む排気ガスの第１のパートが粒子状物質１０を削減するためのデバイス及び第１のＳＣＲ反応器２８を通るように案内され、ここで窒素酸化物が還元される。主として掃気を含む排気ガスの残りがバイパス・パイプ１４を通るように案内される。具体的には、別個のバイパス・ライン（図示せず）によりＳＣＲ反応器２８を迂回してもよい。
【０１０７】
第２の動作モードでは、排気ガスが第２の排気ライン９のみを通るように案内され、排気ガスが第１の排気ライン８を通るようには案内されない。第２の動作モードの変形形態では、排気ガスが、ＳＣＲパイプ１３及び第２のＳＣＲ反応器１２のみを通るように案内される。第２の動作モードが従来技術で既知の機関内のＳＣＲ反応器に対応する。
【０１０８】
第３の動作モードでは、排気ガスがバイパス・パイプ１４のみを通るように案内され、第１成分排気ライン８さらにはＳＣＲパイプ１３が閉じられる。この動作モードでは、粒子状物質１０を削減するためのデバイス並びにＳＣＲ２８及び１２がオフに切り換えられる。
【０１０９】
図３が内燃機関１の第３の例を示す。機関１の第３の例は第２の例に類似する。したがって、参照符号が同様の特徴を意味する。しかし、第２の例とは異なり、第２のＳＣＲ反応器１２を備えるＳＣＲパイプ１３、及びバイパス・パイプ１４が、ターボチャージャ１７の下流に配置される。
【０１１０】
機関１がシリンダ２を備える。シリンダ２の出口で、シリンダ２からの排気ガスが第１及び第２のストリームへと分離される。第１のストリームが第１成分排気ライン８を通るように案内され、第２のストリームが第２成分排気ライン９を通るように案内される。第２成分排気ライン９が排気ガス・レシーバ１１を備える。第１成分排気ライン８が図２を参照して示されるように構成され、粒子状物質１０を削減するためのデバイス及び第１のＳＣＲ反応器２８を備え、排気ガス・レシーバ１１に平行である。第１のＳＣＲ反応器２８を過ぎた後で且つ第２のＳＣＲ反応器１２及びバイパス・パイプ１４の前で、第１成分排気ライン８が第２のライン９に統合され、すべてのシリンダ２の排気ガスの全体がターボチャージャ１７を通るように案内される。
【０１１１】
ターボチャージャ１７を過ぎた後、第２成分排気ライン９が、ＳＣＲパイプ１３又はバイパス・パイプ１４を通して第２のＳＣＲ反応器１２の中まで排気ガスを誘導するのを可能にする。その後、排気ガスがファンネル３０を通して放出され得る。変形形態では、第２のＳＣＲ反応器１２及びバイパス・パイプ１４がターボチャージャ１７の上流に配置され得る。
【０１１２】
図２に関して上で概説した動作モードは図３に示される実施例でも使用され得る。
【図１】
2020204321.tif 000003
【図２】
2020204321.tif 000004
【図３】
2020204321.tif 000005
【外国語明細書】
2020204321000001.pdf