(57)【要約】【課題】シリンダを備え、シリンダはピストンによって画定されるとともに、作動室を有しており、作動室は掃気ガス入り口と、燃料入り口と、排ガス出口とを有しており、排ガス出口には排気管が接続しており、排気管において開放された排ガス出口を介して流出する排ガスが衝撃圧力を作り出し、内燃機関はまた排ガス再循環のための装置を備え、排ガス再循環装置によって排ガスの一部は再循環ガスとして作動室に回帰可能である内燃機関において、再循環ガスが掃気ガスによって薄められることを回避する構造を実現する。【解決手段】排ガス出口に接続している排気管から再循環ガス出口が分岐しており、再循環ガス出口は配設された弁によって閉止可能であり、弁は対応する再循環ガス出口を、排ガスによって排気管において作り出される衝撃圧力の上昇と下降の間の領域において開放する。【選択図】図１
2010121628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つのシリンダ（１）を備えた内燃機関であって、
当該シリンダは往復運動するピストン（３）によって画定されるとともに、酸素を含有する掃気ガスと燃料とを供給可能な作動室（２）を有しており、
当該作動室は少なくとも一つの掃気ガス入り口（６）と、少なくとも一つの燃料入り口と、少なくとも一つの排ガス出口（５）とを有しており、
当該排ガス出口には排気管（９）が接続しており、前記内燃機関はまた排ガス再循環のための装置を備え、当該排ガス再循環装置によって前記排ガスの一部は再循環ガスとして直接的または間接的に前記作動室（２）に回帰可能である内燃機関において、
前記排気管（９）において開放された前記排ガス出口（５）を介して流出する排ガスによって衝撃圧力（１９）が作り出され、前記排ガス出口（５）に接続している少なくとも一つの排気管（９）から少なくとも一つの再循環ガス出口（２１）が分岐しており、当該再循環ガス出口は配設されている弁（２２）によって閉止可能であり、当該弁（２２）は対応する前記再循環ガス出口（２１）を、前記排ガスによって前記排気管（９）において作り出される前記衝撃圧力（１９）の上昇と下降の間の領域において開放することを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記内燃機関は、前記排ガス出口（５）に配設されている排気弁（８）と、前記ピストン（３）によって制御可能であるとともに流入スリットとして形成されている掃気ガス入口（６）と、を備えた２サイクル大型ディーゼルエンジンとして形成されてい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】
前記再循環ガス出口（２１）の開放は早くても前記排気弁（８）の開放とともに始まり、前記掃気ガス入口（６）の開放前に終わることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記再循環ガス出口（２１）は前記排気管（９）の円周領域に配設されており、当該円周領域では前記排ガスの流速が他の円周領域における流速よりも大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記排気管（９）は配管エルボ（１０）を含んでおり、前記再循環ガス出口（２１）は大きい方の曲率半径を有する側に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記再循環ガス出口（２１）は、前記配管エルボ（１０）の前記排ガス出口（５）から離れた端部の領域に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記再循環ガス出口（２１）の入口側の領域の軸は、隣接した前記排気管（９）の排ガス流の方向に接近していることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記再循環ガス出口（２１）の入口側の領域の軸は、隣接しているとともに前記再循環ガス出口（２１）の下流にある前記排気管（９）の領域に対して、９０°より小さい角度を成して傾いていることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記排気管（９）は前記再循環ガス出口（２１）の分岐部の下流において流量制限装置（２６，２６ａ，４７）を備えていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記流量制限装置（２６ａ，４７）は可変式に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関。
【請求項１１】
前記可変式の流量制限装置（４７）は調整装置（４８）によって調整可能であることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関。
【請求項１２】
前記流量制限装置（２６ａ）は前記排気管（９）内の圧力に応じて自動的に調整を行うことを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関。
【請求項１３】
前記流量制限装置（２６ａ）は、前記排気管（９）内の流れによってバネ（２７）に抗して移動可能な蓋（２８）を有していることを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関。
【請求項１４】
前記蓋（２８）は前記排気管（９）の領域内で前記再循環ガス出口（２１）の分岐部の直ぐ下流において、回動可能に支承されていることを特徴とする請求項１３に記載の内燃機関。
【請求項１５】
前記再循環ガス出口（２１）に配設されている前記弁（２２）は排気方向に印加される圧力によって開く弁として形成されていることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項１６】
前記再循環ガス出口（２１）に配設されている前記弁（２２）は一種の戻り弁として形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の内燃機関。
【請求項１７】
前記再循環ガス出口（２１）は、好適に複数のシリンダ（１）に対して設けられている少なくとも一つの再循環ガス収集器（２４）に出口を有しており、当該再循環ガス収集器から少なくとも一つの再循環管路（２５）が分岐していることを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項１８】
前記再循環管路（２５）は、少なくとも一つの掃気ガス入り口（６）に連通している掃気ガス供給装置に出口を有している請求項１７に記載の内燃機関。
【請求項１９】
前記掃気ガス供給装置は、複数のシリンダ（１）に対して設けられているとともに過給気管路（１５）を介して掃気ガスを供給可能な掃気ガス収集器（１４）を有しており、当該掃気ガス収集器内に前記再循環管路（２５）が直接的または間接的に出口を有していることを特徴とする請求項１８に記載の内燃機関。
【請求項２０】
少なくとも一つの作動室（２）は少なくとも一つの再循環ガス入り口（３４；３８）を備えており、当該再循環ガス入り口には再循環ガスを供給可能な供給管路（３６）が配設されていることを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項２１】
前記再循環ガス入り口（３４）は配設されている吸気弁（３５）によって調整可能であることを特徴とする請求項２０に記載の内燃機関。
【請求項２２】
少なくとも一つの作動室（２）は、往復移動する前記ピストン（３）によって制御可能な少なくとも一つの再循環ガス入り口（３８）を有していることを特徴とする請求項２０または２１に記載の内燃機関。
【請求項２３】
少なくとも一つの作動室（２）において、前記ピストン（３）によって制御可能な個々の再循環ガス入り口（６）は、同様に前記ピストン（３）によって制御可能な前記掃気ガス入り口（６）に対して、排ガス出口側において隣接して設けられていることを特徴とする請求項２２に記載の内燃機関。
【請求項２４】
前記供給管路（３６）は、前置されているとともに複数のシリンダ（１）に対して設けられている再循環ガス・バッファ（３７）から分岐していることを特徴とする請求項２０から２３のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項２５】
少なくとも一つの再循環ガス出口（２１）に接続された前記再循環ガス収集器（２４）は、当該再循環ガス収集器から分岐している前記再循環管路（２５）を介して、少なくとも一つの供給管路（３６）に配設されている少なくとも一つの再循環ガス・バッファ（３７）に連結されていることを特徴とする請求項１７から２４のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項２６】
少なくとも一つの前記再循環管路（２５）内に設けられているポンプが備えられていることを特徴とする請求項１７から２５のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項２７】
前記ポンプ（４１）はコンプレッサであり、当該コンプレッサは排ガスを供給可能なタービン（４２）によって駆動可能であることを特徴とする請求項２６に記載の内燃機関。
【請求項２８】
前記再循環管路（２５）に再循環ガス処理装置が配設されていることを特徴とする請求項１７から２７のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項２９】
前記再循環ガス処理装置はクリーニングおよび／または冷却および／または液体分離のための少なくとも一つの処理ステーションを含んでいることを特徴とする請求項２８に記載の内燃機関。
【請求項３０】
前記再循環ガス処理装置は統一的な器具として形成されており、当該器具内に少なくとも一つのクリーニング装置（３１）および／または冷却装置（３２）および／または液体分離装置（３３）が組み込まれていることを特徴とする請求項２９に記載の内燃機関。
【請求項３１】
弁（２２）によって調整可能な分岐部を備えた排気管（９）を有して成る請求項１から３０のいずれか一項に記載の内燃機関のための排気弁ケーシング。
【請求項３２】
請求項１から３０のいずれか一項に記載の内燃機関のための再循環ガス収集器であって、延長された排ガス出口として形成された複数の入り口が設けられており、当該入り口にはそれぞれ弁を備えるとともに再循環ガス出口（２１）として形成された流入管が配設されており、当該流入管は前方と後方の管接続部（４６）を備えるとともに排気管（９）として形成された連結管（４５）から分岐している再循環ガス収集器。
【請求項３３】
請求項１から３２のいずれか一項に記載の内燃機関のための部材であって、当該部材は前記再循環ガス出口（２１）を含んでいるとともに前記再循環ガス収集器（２４）に至る管路の少なくとも部分である部材。
【請求項３４】
請求項１から３０のいずれか一項に記載の内燃機関のための部材群であって、当該部材群は少なくとも前記再循環ガス出口（２１）に配設されている弁（２２）の部材を含んでいる部材群。
【請求項３５】
請求項３４に記載の部材群であって、当該部材群は少なくとも前記再循環ガス出口（２１）に配設されている前記弁（２２）の前記座部および／または可動式の前記弁部材を含んでいる部材群。
【請求項３６】
請求項１から３０のいずれか一項に記載の内燃機関のための部材群であって、当該部材群は少なくとも前記掃気ガス入口（６）を備えた前記掃気ガス供給装置を含んでいる部材群。
【請求項３７】
請求項１から３０のいずれか一項に記載の内燃機関のための部材群であって、当該部材群は少なくとも前記可変式の制限装置（２６ａ）の部材を含んでいる部材群。
【請求項３８】
請求項３７に記載の部材群であって、当該部材群は少なくとも前記蓋（２８）および／または当該蓋の支承部を含んでいる部材群。
【請求項３９】
請求項１から３０のいずれか一項に記載の内燃機関のための部材群であって、当該部材群は少なくとも前記再循環ガス収集器（２４）の一部を含んでいる部材群。
【請求項４０】
請求項１から３０のいずれか一項に記載の内燃機関のための部材であって、当該部材は少なくとも前記再循環管路（２５）または少なくとも一つの供給管路（３６）の掃気ガスシステムへの接続部を含んでいる部材。
【請求項４１】
請求項１から３０のいずれか一項に記載の内燃機関のための部材群であって、当該部材群は少なくとも前記再循環管路（２５）または少なくとも一つの供給管路（３６）と、作動室（２）内に出口を有する要素との連結部を含んでいる部材群。
【請求項４２】
請求項１から３０のいずれか一項に記載の内燃機関のための部材であって、当該部材は作動室（２）内に出口を有する再循環ガス吸気弁（３５）の少なくとも一つの再循環ガス入り口（３４）を含んでいる部材。
【請求項４３】
請求項１から３０のいずれか一項に記載の内燃機関のための部材であって、当該部材は少なくとも一つの再循環ガス吸気弁（３５）を含んでいる部材。
【請求項４４】
請求項１から３０のいずれか一項に記載の内燃機関のための部材群であって、当該部材群は前記弁の座部および／または可動式の前記弁部材としての前記再循環ガス吸気弁（３５）の少なくとも一つの要素を含んでいる部材群。
【請求項４５】
請求項１から３０のいずれか一項に記載の内燃機関のための部材群であって、当該部材群は前記再循環ガス・バッファ（３７）の少なくとも一部を含んでいる部材群。
【請求項４６】
請求項１から３０のいずれか一項に記載の内燃機関のための部材であって、当該部材はシリンダ（１）に配設されたシリンダ・ライナーを含んでおり、当該シリンダ・ライナーは少なくとも一つの再循環ガス入り口（３８）を有している部材。
【請求項４７】
請求項１から３０のいずれか一項に記載の内燃機関のための部材であって、当該部材は少なくとも前記リング管路（３９）を含んでおり、当該リング管路は少なくとも一つの再循環ガス入り口（３８）と連通している部材。
【請求項４８】
請求項３９に記載の内燃機関のための部材群であって、当該部材群は可変式の制限装置（４７）を備えた一つまたは複数の連結管（４５）を含んでいる部材群。
【請求項４９】
請求項４８に記載の部材群であって、全ての連結管（４５）の前記制限装置（４７）に対して共通の調整装置（４８）が配設されている部材群。
【請求項５０】
改装用セットとして形成されている請求項３９，４８または４９に記載の部材群。
【請求項５１】
請求項１から３０のいずれか一項に記載の内燃機関のための部材であって、当該部材は再循環ガスと直接的に接触するために形成されており、当該部材の材料の微量元素濃度プロファイルおよび／または成分組成スペクトルを用いて同定可能である部材。
【請求項５２】
請求項１から３０のいずれか一項に記載の内燃機関のための部材であって、当該部材は再循環ガスと直接的に接触するために形成されており、当該部材の同定に寄与する記録媒体を含んでおり、当該記録媒体は非接触式にデータを記憶領域に取り込み可能かつ読み取り可能である部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は少なくとも一つのシリンダを備えた内燃機関に関する。当該シリンダは往復運動するピストンによって画定されるとともに、酸素を含有する掃気ガスと燃料とを供給可能な作動室を有しており、当該作動室は少なくとも一つの掃気ガス入り口と、少なくとも一つの燃料入り口と、少なくとも一つの排ガス出口とを有しており、当該排ガス出口には排気管が接続している。前記内燃機関はまた排ガス再循環のための装置を備え、当該排ガス再循環装置によって排ガスの一部は再循環ガスとして直接的または間接的に作動室に回帰可能である。本発明はまた、前記のような種類の内燃機関の様々な部材および部材群に関する。
【背景技術】
【０００２】
前記排ガス再循環部は内燃工程における窒素酸化物の発生を減少させるために用いられる。
【０００３】
前記のような種類の内燃機関は例えば特許文献１から知られている。当該知られている構成において再循環ガスは、ターボチャージャのタービンに配設されているとともに、複数のシリンダに対応して設けられている排気マニホルドを起点とする供給管から分岐される。排気ガス出口と掃気ガス入口の開放時間が必然的に重複することによって、常に一定の量の掃気ガスが排気マニホルドに到達する。その結果、当該知られている構成において、排気マニホルドの下流において分岐された再循環ガスは、排気マニホルドに到達している酸素を含む掃気ガスによって薄められた状態になり、それによって窒素酸化物の形成が促進され、従って窒素酸化物の排出の低減に反する作用を及ぼす。
【０００４】
すでに特許文献２において、前記の不利点を回避するために、作動室を出た直後であってまだ排ガス出口と掃気ガス入り口スリットとが開放される前に、再循環の目的で燃焼ガスを排出させることが提案されている。しかしながらこのような提案は非常にコストのかさむ装置を必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許発明第１０１１６６４３号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００５０５７２０７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の点に鑑み、本発明は前記のような種類の構成を簡単で廉価な手段によって改良し、それによって高濃度で、かつ掃気ガスによって薄められていない排ガスが再循環ガスとして得られ、しかも作動室から直接的に取り出す必要がない構成を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題は本発明によって以下のように解決される。すなわち、開放されている排ガス出口を介して流出する排ガスによって排気管において衝撃圧力が作り出され、排ガス出口に接続している少なくとも一つの排気管から少なくとも一つの再循環ガス出口が分岐しており、当該再循環ガス出口は配設されている弁によって閉止可能であり、当該弁は対応する再循環ガス出口を、排ガスによって排気管において作り出される衝撃圧力の上昇と下降の間の領域において開放する。
【０００８】
前記の手段によって前記の不利点は極めて簡単かつ廉価な方法で回避される。衝撃圧力は排ガス出口の開放と掃気ガス入口スリットの開放との間の時間枠において作られ、掃気ガス入り口スリットの開放時にはすでに終了しているので、本発明によって得られる再循環ガスが酸素を含む掃気ガスによって薄められた状態にならないことが保証され、それによって比較的少量の再循環ガスを用いて窒素酸化物の排出を確実に低下させることができる。しかも作動室に直接的に接続する必要はなくなり、それによって構成の仕方が容易になる。再循環ガス出口は排気管から分岐しているので、再循環ガス出口に配設された弁の温度負荷も許容可能な限界内に保たれる。しかしながら本発明に係る手段の、さらなる非常に特殊な有利点は、好適に排ガスによって排気管において作り出される衝撃圧力によって、再循環ガスは当該再循環ガスが再循環装置を通過する過程で、用いられる衝撃圧力のエネルギーによって推進されることである。この点によっても構成の仕方が容易になる。
【０００９】
さらに前記の手段によって、排気管において作り出される衝撃圧力が完全には後置された排ガス収集室にもたらされないことが保証されているので、排ガス収集室における圧力変動が低減され、それによって排ガス収集室から排ガスを供給される、例えばターボチャージャのタービンは静かに運転されることになる。
【００１０】
上位の手段の有利な構成や目的に適ったさらなる形成は従属請求項に記載されている。
【００１１】
このように再循環ガス出口は好適に排気管の円周領域に配設されていてよく、当該円周領域では排ガスの流速が他の円周領域におけるよりも大きい。このような方法により、衝撃圧力の作用は排ガスの動力学的なエネルギーによってさらに高められる。
【００１２】
前記の有利点は、再循環ガス出口の入り口側領域の軸が、隣接する排気管内の排ガスの流れの方向に対して、例えば相応の傾きによって接近していることによってさらに強められる。
【００１３】
上位の手段のさらなる形成において、排気管は再循環ガス出口の分岐部の下流において流量制限装置を備えている。これによって排ガスの静圧が高まり、それによって衝撃圧力の作用はさらに向上する。
【００１４】
流量制限装置は好適に可変式に形成されていてよい。それによって有利に、再循環ガスを取り出す間に静圧を高め、その後、当該静圧を、作動室の掃気に抗して作用する対向圧力が作動室の掃気が正しく行われることを妨げない程度に低下させることが可能となる。
【００１５】
特に好適なさらなる手段は、再循環ガス出口に配設された弁が、排気方向に印加される圧力によって開く弁として形成されていることである。このような弁は好適に自動的に作動し、一種の戻り弁のように簡単に形成されていてよい。これによって特に簡単かつ廉価な構成が保証される。
【００１６】
上位の手段のさらなる形成において、再循環ガス出口は、複数のシリンダに対して設けられている再循環ガス収集器に出口を有しており、少なくとも一つの再循環ガス管路が当該再循環ガス収集器から分岐している。再循環ガス収集器によって、再循環ガス管路に再循環ガスを均一に供給することが保証される。
【００１７】
本発明の好適な実施の形態において、再循環ガス管路は、少なくとも一つの掃気ガス入口と連通するとともに、内燃機関に配設されている掃気ガス供給装置に出口を有している。このとき好適に用いられる衝撃圧力のエネルギーは、さらなる手段を用いずに掃気ガス供給装置内への流入に至る再循環ガスの途上で、当該再循環ガスを推進させるために十分である。従ってこの場合、特に簡単かつ廉価な構成が得られる。
【００１８】
別の実施の形態において、個々の作動室は少なくとも一つの再循環ガス入口を備えており、当該再循環ガス入口には再循環ガスを供給可能な供給管路が配設されている。このとき好適に各作動室に合わせて個々に再循環ガスの配分を行うことができる。
【００１９】
本発明のさらなる思想は前記のような種類の内燃機関のための排気弁ケーシングに関し、ケーシング側の排気管は弁によって調整可能な分岐部を備えている。
【００２０】
本発明のさらなる思想はまた再循環ガス収集器に関する。当該再循環ガス収集器は複数の入り口を有し、当該入り口には弁を備えるとともに再循環ガス出口として形成された流入管がそれぞれ配設されており、当該流入管は、前方管接続部と後方管接続部とを備えるとともに排気管として形成されている連結管から分岐している。前記の手段はそれぞれ容易に交換可能な部材群を提供し、当該部材群は排ガスによって作られる衝撃圧力を用いて薄められていない再循環ガスを取り出し、それによって既存の内燃機関に対して本発明に係る手段を組み込むことを可能にする。
【００２１】
上位の手段のさらなる有利な構成および好適なさらなる形成は残りの従属項に記載されており、以下に図面に基づく実施の形態に関する説明においてより詳しく記載されている。
【００２２】
図面に示すのは以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】排ガス再循環装置を備える内燃機関の概略図である。再循環ガスは掃気ガス供給装置に供給される。
【図２】弁によって調整可能な入口を介して再循環ガスを作動室に直接的に供給する、図１の変化形態を示す図である。
【図３】往復運動するピストンによって調整された入口を介して再循環ガスを作動室に直接的に供給する、図２の変化形態を示す図である。
【図４】クランク角に対して表示される圧力曲線と流れ断面とを示す図である。
【図５】再循環ガス出口を傾けて配置した例を示す図である。
【図６】排気管に設けられるとともに自動的に可変である流量制限装置の例を示す図である。
【図７】対応する連結管を備える再循環ガス収集器を含む部材群の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の主たる応用分野は大型ディーゼルエンジン、特に船舶または固定式の発電施設などのための駆動装置として用いられる２サイクル大型ディーゼルエンジンである。図に示される例は２サイクル大型ディーゼルエンジンに基づくものであり、図は好適な応用を示しているが、本発明はこれらの応用に限定されない。
【００２５】
このようなエンジンは通常、複数のシリンダを含んでいる。図１から３にはそれぞれこのようなシリンダ１が示されている。当該シリンダは燃焼室として機能する作動室２を含み、当該作動室は往復移動、当該図では上下に移動されるピストン３によって画定される。ピストン３は通常の伝動要素を介してクランク軸４と協働する。作動室２には燃焼行程を行うための作用工程ごとに燃料と、酸素（Ｏ２）を含む掃気ガスとが供給される。燃焼によって発生する排ガスは排ガス出口５を介して排出される。掃気ガスは作動室２の下方領域に設けられるとともに円周にわたって配設されている、流入スリットとして形成された掃気ガス入口６を介して供給され、当該掃気ガス入口は上下に運動するピストン３によって開放および閉鎖される。掃気ガス入口６は好適に流入スリットとして形成された開口部によって形成される。
【００２６】
作動室２のガス充填物はピストン３によって圧縮される。燃料は作動室２の上方領域に設けられるとともに概略的にのみ示されている噴射装置７によって圧縮されたガス充填物内に噴射される。作動室２の上方領域において当該作動室に対して同軸的に設けられている排ガス出口５は、配設されている排気弁８によって調整可能であり、当該排気弁は排ガスを排気するために、対応して設けられている作動装置によって当該排気弁の座部から遠ざけられる、すなわち持ち上げられ、および、当該座部に戻される。
【００２７】
排ガス出口５には管状の排気管９が接続され、当該排気管の排気弁側の領域は配管エルボ１０として形成されていてよい。当該配管エルボは実際には、作動室２を上方で画定するとともに排ガス出口５を含んでいるシリンダカバーに載置可能であり、かつ、排気弁８に対応して設けられている駆動装置とガイド装置とを含む、本図において詳細に示されていない排気弁ケーシング内に組み込まれている。
【００２８】
複数のシリンダ１の排気管９は共通の排ガス収集器１１に導かれる。掃気ガスを供給するために図に示す例ではターボチャージャ１２が設けられており、当該ターボチャージャのタービン１２ａには、排ガス収集器１１に起点を有する排ガス導管１３によって示されているように排ガス収集器１１から出る排ガスが供給され、前記ターボチャージャのコンプレッサ１２ｂは周囲から空気を吸引し、複数のシリンダ１に対して設けられている掃気ガス収集器１４内にポンプで送り込む。当該掃気ガス収集器にはコンプレッサ１２ｂを起点として設けられている過給気管路１５が出口を有している。図に示す例では、当該過給気管路に過給気冷却器１６が設けられている。過給気冷却器の別の種類または配置も考えられる。
【００２９】
掃気ガス収集器１４から個々のシリンダ１に対応する分岐管路１７が分岐しており、当該分岐管路はシリンダ側に設けられているとともに好適に流入スリットとして形成された掃気ガス入口６と連通している。このためにシリンダ１を囲繞するとともに対応する分岐管路１７に接続された環状空間として形成された掃気ガス・ボックスが設けられていてよい。当該掃気ガス・ボックスを起点として掃気ガス入口６を形成する流入スリットが設けられている。図３にはこのような掃気ガス・ボックス１８が示されている。
【００３０】
図４の下側の図では、ＯＴ後の°ＫＷ（上死点後のクランク角度）において示されるピストン３の動きに対して、曲線ａによって排ガス出口５の領域における自由な流れ断面の曲線が示されており、曲線ｂによって掃気ガス入口６を形成する流入スリットの領域における自由な流れ断面の曲線が示されている。曲線ａによれば排気弁８は上死点後のクランク角度が１１５°のときに開放される。曲線ｂによれば掃気ガス入口６は上死点後のクランク角度が１４０°のときに開放される。ピストン３とクランク軸４とから形成される駆動装置がほぼ対称的であるならば、掃気ガス入口６はこのときピストン３の上昇工程において上死点前のクランク角度がおよそ１４０°のときに閉鎖される。排ガス出口５は上死点に対して対称的には制御されていないことが多く、当該排ガス出口の閉鎖は本図の場合、やや遅く行われ、それによって作動室２は排ガス出口５が開放された状態で確実に掃気される。このとき掃気工程の終わりに、少量の掃気ガスが排ガス出口５を介して排気管９およびそれとともに排ガス収集器１１に到達する。
【００３１】
排気弁８の開放時に、排ガス出口５を介して漏れ出る排ガスによって排気管９内の圧力上昇が起こる。図４の上の図において、ピストンの動き、すなわちクランク角に対して、曲線ｃによって排気管９における圧力の曲線が示されている。本図から分かるように、排気弁８の開放時に、排気管９内の圧力は突然に上昇する。これによって一つまたは複数の頂点を有するとともに上死点後のクランク角度がおよそ１１５°のときに開始する衝撃圧力１９が生じる。衝撃圧力１９は持続が比較的短く、およそ２０°のクランク角度にわたってしか続かない。従って衝撃圧力１９は掃気ガス入口６が開放される前に終了している。図４によれば終了は上死点後のクランク角度がおよそ１３５°のときに行われる。掃気ガス入口６の開放によっていずれにしても衝撃圧力１９は最終的に終了される。
【００３２】
図４の上の図においてさらに示されている曲線ｄによって、クランク角に対するシリンダ１の作動室２における圧力の曲線が示されている。作動室２における圧力は比較的高くなるので、本図において当該圧力に対応する横座標において曲線ｄに対しては曲線ｃに対するものとは別の尺度が当てはまる。図４の上において曲線ｃとｄは交差しているが、当該交差は単に異なる尺度に基づくものである。同じ尺度を用いた場合、曲線ｃとｄは交差しないか、交差するとしてもせいぜい衝撃圧力１９の領域においてである。曲線ａによれば排気弁８は上死点後のクランク角度がおよそ１３５°以降は完全に開放されている。従って作動室２および排気管９内の圧力は衝撃圧力１９の終了後、上死点後のおよそ１５０°のクランク角度から上死点後のおよそ１８０°のクランク角度まではほぼ等しい。曲線ｂによれば掃気ガス入口６は上死点後のクランク角度がおよそ１６０°以降は完全に開放されている。従って作動室２および排気管９内の圧力は掃気ガス圧力よりもほんの少しだけ小さい。
【００３３】
排ガスの一部は窒素酸化物の排出を減少させるために作動室２に戻される、すなわち再循環される。このようないわゆる再循環ガスは、正確な配量を制御し、かつ確実に行うために純粋な排ガス、すなわち掃気ガスによって薄められていない排ガスであるべきである。前記のような排ガスの再循環を行うために、図１から３において全体として２０で示されている再循環装置が設けられている。当該再循環装置は図１もしくは２もしくは３において異なるように形成されている。
【００３４】
いずれの場合も排ガス出口５に接続している排気管９から分岐している再循環ガス出口２１が設けられている。当該再循環ガス出口は配設されている弁２２によって閉止可能である。再循環ガス出口２１は排気管９を形成している管から分岐している連結管であってよく、当該連結管は弁２２に配設されている座部２３を含んでいる。再循環ガス出口２１を形成する連結管は、複数のシリンダ１に対して設けられている再循環ガス収集器２４に出口を有し、当該再循環ガス収集器から再循環管路２５が分岐し、当該再循環管路を介して再循環ガスは直接的または間接的に作動室２に供給され得る。弁２２は一種の戻り弁として形成されており、当該戻り弁は排気管９側に存在する圧力によって弁バネ２２ａに抗して自動的に開く。当該弁バネは衝撃圧力１９の上り勾配領域において開き、衝撃圧力１９の下り勾配領域において閉じるような大きさを有している。
【００３５】
従って弁２２は最大で上死点後のクランク角度が１１５°から１３５°の間で開放状態にあり、流入スリットが開放される前にすでに閉鎖されている。これによって薄められていない、すなわち掃気ガスによって薄められていない排ガスのみが再循環の目的のために確実に分岐される。そのために衝撃圧力１９は分岐された再循環ガスに高いエネルギーを得させ、それによって当該再循環ガスは当該エネルギーによって確実に再循環され得る。
【００３６】
衝撃圧力１９によって作られる静止エネルギーを高めるために、排気管９内の再循環ガス出口２１の分岐部の下流に、流れ断面を減少させる流量制限装置２６が設けられていてよい。衝撃圧力１９を生じさせる排ガスの動力学的エネルギーも利用されるのが好ましい。そのために再循環ガス出口２１によって形成される分岐部は、排気管９を形成する配管エルボ１０の大きい方の半径に対応する側の領域に設けられている。従って再循環ガス出口２１は排気管９の領域において分岐し、当該領域では流速が最大である。
【００３７】
動力学的エネルギーは以下のようにしてより良く利用することができる。すなわち再循環ガス出口２１を形成する連結管が、図１から３に示されているようにほぼ直角に排気管９に接続するのではなく、図５のように当該排気管に向かって曲がっているようにする。図５において再循環ガス出口２１の軸は、排気管９の隣接する領域の軸に対して９０°よりもはるかに小さい鋭角の分だけ傾いており、従って排気管９内の流れ方向に非常に接近している。これによって方向転換による損失を感知できるほどに有さずに、図５に流れの矢印で示されているように、確実に流れの分配を行うことができる。このとき流量制限を放棄できる場合が多いが、これらの手段を同時に設けることも当然、想定可能であろう。
【００３８】
流量制限装置は図１から３に示されているように、固定式の断面狭窄部として形成されていてよい。このとき当該断面狭窄部は、作動室２の掃気に対抗して作用する圧力が許容可能な枠内に保たれるような大きさになっている。しかしながら流量制限装置は好適に可変式に形成されていてもよい。その場合、調整装置によって調整可能な装置または自動的に調整される装置が設けられ得る。このような可変式の実施の形態は図６に示されている。
【００３９】
図６に示す実施の形態において、可変式の流量制限装置２６ａを形成するためにバネ２７の力に抗して移動可能な蓋２８が設けられており、当該蓋は排気管９の領域内で再循環ガス出口２１の分岐部の直ぐ下流であって、好ましくは排気管９と再循環ガス出口２１との間の隅部の領域において、軸２９によって示されているように回動可能に支承されている。このとき当該構成は、蓋２８に当たる排ガスの流れが蓋２８を排気管９内に押し込むように動かし、それによって排気管９の自由な流れ断面が縮小される。衝撃圧力１９が終了するとともに弁２２が閉じ、それによって再循環ガス出口２１における流れが終了させられるやいなや、蓋２８は対応するバネ２７によって戻され、これによって以前に作用していた排気管９の断面の制限はなくなる。
【００４０】
図１に示す実施の形態において再循環ガスは掃気ガスに混合され、当該掃気ガスと共に実際は間接的に作動室２に供給される。そのために再循環ガス収集器２４から分岐している再循環管路２５は、掃気ガス収集器１４に出口を有してもよい。  図１に示す実施の形態において再循環管路２５は過給気管路１５に接続されている。再循環管路２５を通過する所望の質量流量を調整するために、再循環管路には調整可能な絞り弁３０が設けられている。当該絞り弁は図において再循環ガス収集器２４からの出口に後置されているが、再循環管路２５の別の箇所に設けられていてもよい。
【００４１】
図に示す例において再循環ガスはよくあるように過給気管路１５に導入される前に処理される。このために再循環管路２５は処理装置を介してガイドされている。当該処理装置は図１において不純物を取り除くためのクリーニング・ステーション３１と、冷却装置３２および液体分離装置３３とを含んでいる。このとき複数の別個のステーションであってもよいが、個々のステーションは処理装置を形成する統一的な器具に統合されていてもよい。図に示す実施の形態において、衝撃圧力１９を用いることによって再循環ガスに含まれるエネルギーは、再循環ガスを再循環管路２５に沿って移動させ、かつ過給気管路１５に供給するのに十分である。再循環ガスの独自のエネルギーが再循環管路に沿って移動し、かつ過給気管路に供給されるのに十分でない場合は、再循環管路２５には再循環ガスの圧力を増大させるためのさらなるポンプが設けられていてよい。
【００４２】
図２および３による実施の形態は、再循環ガスが直接的に作動室２に導入される点で図１に示す実施の形態と異なる。従って以下においては当該相違点についてのみ詳細に説明する。図２に示す実施の形態において、作動室２の上方の排ガス出口５に隣接する領域には再循環ガス入り口３４が設けられており、当該再循環ガス入り口は配設されている弁３５によって調整可能である。当該弁は排気弁８が閉じてから初めて開くように制御可能であり、それによって再循環ガスは開放された排ガス出口５を介して失われ得ない。供給される再循環ガスの量は本実施の形態の場合、弁３５の開放時間によって設定され、当該弁は従って調整弁として働く。
【００４３】
各作動室２の再循環ガス入り口３４には供給管路３６が配設されており、当該供給管路は再循環ガス収集器２４から分岐している再循環管路２５と連通している。そのために図２および３に示す例においては、それぞれ対応するシリンダ１の再循環ガス出口２１に接続された再循環ガス収集器２４に後置されるとともに分配器として機能する再循環ガス・バッファ３７が設けられており、当該再循環ガス・バッファは再循環管路２５を介して再循環ガス収集器２４と連結されており、当該再循環ガス・バッファから、対応するシリンダ１の再循環ガス入り口３４に配設されている供給管路３６が分岐している。
【００４４】
図３に示す実施の形態において、作動室２はピストン３によって制御可能であるとともにシリンダ壁部内の凹所によって形成されている再循環ガス入り口３８を備えている。当該再循環ガス入り口は掃気ガス入口６を形成している流入スリットに対して排気弁側において隣接する領域に設けられている。このとき好適にシリンダ１の円周にわたって配分されている複数の再循環ガス入り口３８が設けられており、当該再循環ガス入り口は循環するリング管路３９に連通しており、本図では当該リング管路内に、対応するシリンダに対して設けられている供給管路３６が出口を有している。このとき当該供給管路には供給される再循環ガス量を確実に配量するために、調整弁４０が設けられていてよい。
【００４５】
再循環ガスのエネルギーを高めるために、図２および３による実施の形態において、再循環ガスを直接的に作動室２内に供給する構成において好適であり得るように、再循環管路２５に設けられるとともに、４１として示されているポンプが備えられている。当該ポンプはターボチャージャのコンプレッサと同様に構成され、排ガスを供給可能なピストン４２によって駆動可能であってよい。当該ピストン４２には、排ガス管路１３から分岐している排ガス供給管路４３を介して、排ガスが供給される。当該排ガス供給管路には好適に調整弁が設けられている。ポンプ４１および／あるいは再循環管路２５における別のポンプを、対応する電気モータなどによって駆動することも当然考えられるであろう。弁、ポンプ、蓋など本発明に係る再循環システムの制御可能な構成要素は好適に、プログラミングすることもできる中央制御装置によって自動的かつエンジンの進行中の運転条件に応じて制御され得る。
【００４６】
再循環管路２５に配設されている処理装置は、図２および３による実施の形態ではそれぞれ、ポンプ４１に前置されている再循環管路２５の分岐部においては、液体分離装置３３が後置されているクリーニング装置３１を含み、ポンプ４１に後置されている再循環管路２５の分岐部においては、液体分離装置３３が後置されている冷却装置３２を含んでいる。
【００４７】
再循環ガス収集器２４は対応して設けられている再循環ガス出口２１とともに、図７が示している構成部材群に属していてもよい。このとき対応するシリンダ１に対して連結管４５が設けられており、当該連結管から再循環ガス出口２１が分岐しており、当該再循環ガス出口は再循環ガス収集器２４に出口を有している。連結管４５は前方と後方とにおいて管接続部４６を備えており、これによって例えば対応するシリンダ１の配管エルボ１０の上端部と、排ガス収集器１１の入口との間に接続可能である。連結管４５は可変式の制限装置４７を備えていてよい。このとき好適に全ての連結管４５の制限装置４７は、本図では棒として示されている共通の調整装置４８によって調整可能であってよい。
【００４８】
このような部材群４９は後から組み込むこともできる。これによって既存のエンジンに本発明に係る手段を取り付けることが可能となる。本発明に係る手段を組み込むことは、図面には詳しく示されていない排気弁ケーシングを交換することによっても可能であり、その場合、本発明に組み込まれている、配管エルボによって形成されている排気管は、戻り弁によって調整可能な再循環ガスのための分岐部を備えていてよい。
【符号の説明】
【００４９】
１  シリンダ
２  作動室
３  ピストン
４  クランク軸
５  排ガス出口
６  掃気ガス入口
７  噴射装置
８  排気弁
９  排気管
１０  配管エルボ
１１  排ガス収集器
１２  ターボチャージャ
１２ａ  タービン
１２ｂ  コンプレッサ
１３  排ガス管路
１４  掃気ガス収集器
１５  過給気管路
１６  過給気冷却器
１７  分岐管路
１８  掃気ガス・ボックス
１９  衝撃圧力
２０  再循環装置
２１  再循環ガス出口
２２  弁
２２ａ  弁バネ
２３  座部
２４  再循環ガス収集器
２５  再循環管路
２６  流量制限装置
２６ａ  流量制限装置  
２７  バネ
２８  蓋
２９  軸
３０  絞り弁
３１  クリーニング・ステーション
３２  冷却装置
３３  液体分離装置
３４  再循環ガス入り口
３５  弁
３６  供給管路
３７  再循環ガス・バッファ
３８  再循環ガス入り口
３９  リング管路
４０  調整弁
４１  ポンプ
４２  タービン
４３  排ガス供給管路
４４  調整弁
４５  連結管
４６  管接続部
４７  制限装置
４８  調整装置
４９  部材群
ａ  排ガス出口の領域における自由な流れ断面の曲線
ｂ  流入スリットの領域における自由な流れ断面の曲線
ｃ  排気管における圧力の曲線
ｄ  作動室における圧力の曲線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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