(57)【要約】【課題】ＮＯｘ排出規制に対して適合するように改良された燃焼エンジンシステムを提供すること。【解決手段】燃焼エンジンシステム（１）であって、内燃エンジン（２）と；ターボ過給器（３）と；ＮＯｘ低減ユニット（７）と；を具備してなり、燃焼エンジンシステム（１）が、さらに、ターボ過給器（３）のシャフト（５）を駆動するためのモータ（９）を具備し、これにより、モータ（９）が、ターボ過給器（３）のコンプレッサ（６）に対して補助的な動力を提供し、ＮＯｘ低減ユニット（７）が、ターボ過給器（３）のタービンの上流側に配置されていることを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼エンジンシステム（１）であって、
−少なくとも２０ｃｍというピストン直径を有した複数のシリンダを備えた内燃エンジン（２）であるとともに、排出ガスを生成する内燃エンジン（２）と；
−シャフト（５）に対して連結されたタービン（４）と前記シャフト（５）に対して連結されたコンプレッサ（６）とを備えたターボ過給器（３）であるとともに、前記タービン（４）が、前記内燃エンジン（２）からの排出ガスによって駆動される、ターボ過給器（３）と；
−前記内燃エンジン（２）からの排出ガスを浄化するためのＮＯｘ低減ユニット（７）であるとともに、触媒反応装置（８）を備えたＮＯｘ低減ユニット（７）と；
を具備し、
前記燃焼エンジンシステム（１）が、さらに、前記シャフト（５）を駆動するための電気的におよび／または油圧的に駆動されるモータ（９）を具備し、これにより、前記モータ（９）が、前記コンプレッサ（６）に対して補助的な動力を提供し、
前記ＮＯｘ低減ユニット（７）が、前記タービンの上流側に配置されていることを特徴とする燃焼エンジンシステム。
【請求項２】
請求項１記載の燃焼エンジンシステム（１）において、
さらに、制御ユニット（１１）を具備し、
この制御ユニット（１１）が、所定圧力のスカベンジングガスを供給できる程度に前記タービン（４）が前記コンプレッサ（６）を駆動できない場合には、前記モータ（９）を起動し得るよう構成されていることを特徴とする燃焼エンジンシステム。
【請求項３】
請求項１または２記載の燃焼エンジンシステム（１）において、
さらに、前記内燃エンジン（２）内の圧縮圧力を測定するための、あるいは、スカベンジングガスの圧力を測定するための、圧力センサ（１２）を具備していることを特徴とする燃焼エンジンシステム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃焼エンジンシステム（１）において、
さらに、前記ターボ過給器（３）の前記シャフトの回転速度を測定するためのエンコーダ（１４）を具備していることを特徴とする燃焼エンジンシステム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃焼エンジンシステム（１）において、
さらに、前記ターボ過給器（３）の上流側においておよび／または前記触媒反応装置（８）の上流側において、排出ガスの温度を測定するための温度センサ（１５）を具備していることを特徴とする燃焼エンジンシステム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃焼エンジンシステム（１）からのＮＯｘの排出量の低減を最適化するためのＮＯｘ低減方法であって、
−前記内燃エンジン（２）から排出ガスを排出し；
−その排出ガスを、前記タービンの上流側に配置された前記ＮＯｘ低減ユニット（７）内において処理し；
−排出ガスによって前記ターボ過給器（３）の前記タービン（４）を駆動し；
−排出ガスを排出し；
−エア含有ガスを取り込むことによってスカベンジングガスを形成し；
−前記ターボ過給器（３）の前記コンプレッサ内において前記スカベンジングガスを圧縮し；
このようなＮＯｘ低減方法において、
さらに、前記ターボ過給器（３）の前記コンプレッサ（６）を駆動するための電気駆動モータ（９）を起動することによって、前記スカベンジングガスを圧縮することを特徴とするＮＯｘ低減方法。
【請求項７】
請求項６記載のＮＯｘ低減方法において、
排出ガスの少なくとも５０％を、好ましくは排出ガスの少なくとも７５％を、より好ましくは排出ガスの少なくとも９５％を、前記ＮＯｘ低減ユニット（７）内において処理することを特徴とするＮＯｘ低減方法。
【請求項８】
請求項６または７記載のＮＯｘ低減方法において、
前記モータ（９）の起動を、制御ユニット（１１）によって行うことを特徴とするＮＯｘ低減方法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１項に記載のＮＯｘ低減方法において、
さらに、前記内燃エンジン（２）内における圧縮圧力を測定し、および／または、前記スカベンジングガスの圧力を測定し、および／または、前記ターボ過給器（３）の前記シャフト（５）の回転速度を測定し、および／または、前記ターボ過給器（３）の上流側においておよび／または前記触媒反応装置（８）の上流側において排出ガスの温度を測定することを特徴とするＮＯｘ低減方法。
【請求項１０】
請求項９記載のＮＯｘ低減方法において、
前記モータ（９）の起動を、前記圧縮圧力がおよび／または前記スカベンジングガスの前記圧力がおよび／または前記シャフト（５）の前記回転速度がおよび／または排出ガスの前記温度が、所定値を下回った時に行うことを特徴とするＮＯｘ低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼エンジンシステム、ならびに、燃焼エンジンシステムからのＮＯｘ排出の低減を最適化するためのＮＯｘ低減方法、に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
船舶用の内燃エンジンを備えた船舶は、国際海事機関（ＩＭＯ）のガイドラインによって、ＮＯｘの排出制限を受ける。Tier IIIのガイドラインに関する最近の提案は、船舶が排出ガス規制海域の海岸から所定距離以内にある場合に、ＮＯｘの排出低減量の目標を３．４ｇ／ｋＷｈに設定している。とりわけ、海へ乗り出す場合には、船舶のエンジンは、冷えており、そのため、ＮＯｘ濃度を低減するために必要とされる熱という形態のエネルギーは、限定的である。その後、巡航中においては、エンジンは、暖まっており、熱は、もはや限定的なものではない。したがって、ＮＯｘの低減量は、１回の航海の中で、ある港から次の港までにおいて変化することがあり得る。
【０００３】
ＮＯｘの低減は、ここ数年間にわたって開発の主題となっており、触媒反応装置内のガス内へとアンモニアを注入するという手法は、ＮＯｘ濃度の低減のための公知の一態様である。しかしながら、この手法においては、排出ガスの一部をＮＯｘ低減ユニットをバイパスさせ、これにより、タービンをさらにはコンプレッサを駆動可能とし、これにより、所定圧力でもってスカベンジングガスを供給するるというバイパス手法を使用する。この手法は、ＮＯｘ排出量を３．４ｇ／ｋＷｈへと低減させるという新たな目標を満たさない。したがって、エンジンが加熱途中であってさえもそのような新たな目標を満たす手法が要望されている。
【０００４】
内燃エンジンのためのハイブリッドシステムが、特許文献１により公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１３／００４５９５号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、従来技術における上記の欠点を、全体的にまたは部分的に克服することである。より詳細には、始動段階であってさえもＮＯｘ排出量を３．４ｇ／ｋＷｈへと低減させ得るような改良された燃焼エンジンシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記の目的や他の目的や様々な利点や様々な特徴点は、以下の詳細な説明によって明らかとなるように、燃焼エンジンシステムであって、
−少なくとも２０ｃｍというピストン直径を有した複数のシリンダを備えた内燃エンジンであるとともに、排出ガスを生成する内燃エンジンと；
−シャフトに対して連結されたタービンとシャフトに対して連結されたコンプレッサとを備えたターボ過給器であるとともに、タービンが、内燃エンジンからの排出ガスによって駆動される、ターボ過給器と；
−内燃エンジンからの排出ガスを浄化するためのＮＯｘ低減ユニットであるとともに、触媒反応装置を備えたＮＯｘ低減ユニットと；
を具備し、
燃焼エンジンシステムが、さらに、シャフトを駆動するための電気的におよび／または油圧的に駆動されるモータを具備し、これにより、モータが、コンプレッサに対して補助的な動力が提供される  燃焼エンジンシステムにおいて、本発明による解決手段を適用することによって得られるものである。
【０００８】
シャフトを駆動することによりコンプレッサに対して補助的な動力を提供するめの電気駆動モータを設けることにより、燃焼エンジンシステムからのＮＯｘ排出量を、ＩＭＯによる規制に適合させることができる。海に乗り出した時には、内燃エンジンおよびＮＯｘ低減ユニットは、冷えており、燃焼エンジンシステムが動作モードによって加熱される前の状態では、ＮＯｘ低減ユニットは、ＮＯｘ濃度を低減させるために、排出ガスから多くの熱量を使用する。そのため、タービンは、適切な態様でコンプレッサを駆動することができない。したがって、モータを起動することによって、コンプレッサが駆動される。これにより、スカベンジングガスの圧力は、必要とされる動力を内燃エンジンが生成するに際して、十分なものとされる。ＮＯｘ低減ユニットが通常の動作温度にまで加熱された時には、モータは、もはや、コンプレッサを駆動するためのタービンを補助する必要はない。なぜなら、排出ガスが、もはや、ＮＯｘ低減ユニット内において過度に冷却されないからである。
【０００９】
従来技術によるエンジンシステムにおいては、コンプレッサがスカベンジングガスを十分に圧縮し得る程度にまで排出ガスがタービンを駆動できないくらいにＮＯｘ低減ユニットの反応装置が十分に加熱されていない時には、すべての排出ガスではないにしても、排出ガスの一部が、ＮＯｘ低減ユニットをバイパスさせる。しかしながら、このようなバイパス手法においては、排出される排出ガス内におけるＮＯｘ濃度が大きなものとなってしまう。
【００１０】
さらに、モータは、電気モータとすることができる。さらに、モータは、シャフトに対して連結することができる。
【００１１】
また、モータは、シャフトに対して係合したギヤに対して、係合することができる。
【００１２】
加えて、モータは、シャフトに対して係合した油圧モータを駆動するためのポンプを駆動することができる。
【００１３】
触媒反応装置は、少なくとも２００ｌという容量を有することができる。
【００１４】
さらに、内燃エンジンは、エンジンデータを有することができ、内燃エンジンに対しては、少なくとも０．０５％というイオウ濃度を有した燃料を供給することができる。
【００１５】
上述したような燃焼エンジンシステムは、さらに、制御ユニットを具備することができ、この制御ユニットは、所定圧力のスカベンジングガスを供給できる程度にタービンがコンプレッサを駆動できない場合には、モータを起動し得るよう構成される。
【００１６】
加えて、上述したような燃焼エンジンシステムは、さらに、内燃エンジン内の圧縮圧力を測定するための、あるいは、スカベンジングガスの圧力を測定するための、圧力センサを具備することができる。
【００１７】
さらに、制御ユニットは、圧縮圧力があるいはスカベンジングガスの圧力が所定値を下回った時には、モータを起動することができる。
【００１８】
また、上述したような燃焼エンジンシステムは、さらに、ターボ過給器のシャフトの回転速度を測定するためのエンコーダを具備することができる。
【００１９】
さらに、制御ユニットは、回転速度が所定値を下回った時には、モータを起動することができる。
【００２０】
上述したような燃焼エンジンシステムは、さらに、ターボ過給器の上流側においておよび／または触媒反応装置の上流側において、排出ガスの温度を測定するための温度センサを具備することができる。
【００２１】
さらに、制御ユニットは、温度が所定値を下回った時には、モータを起動することができる。
【００２２】
本発明による燃焼エンジンシステムは、さらに、ＮＯｘ低減ユニットの下流側において排出ガスのＮＯｘ濃度を測定するためのＮＯｘセンサを具備することができる。
【００２３】
加えて、制御ユニットは、ＮＯｘ濃度が所定値を下回った時には、モータを起動することができる。
【００２４】
その上、ＮＯｘ低減ユニットは、さらに、還元剤を有した容器を具備することができる。
【００２５】
加えて、還元剤は、アンモニアを含有することができる。
【００２６】
ＮＯｘ低減ユニットは、さらに、ＮＯｘ低減ユニットへと導入される際にあるいは導入される前に、アンモニアを含有した所定量の還元剤を排出ガスに対して供給するための供給ユニットを具備することができる。
【００２７】
また、所定量のアンモニア含有流体は、エンジンデータから決定することができる。
【００２８】
さらに、燃焼エンジンシステムは、ＮＯｘセンサを具備することができる。
【００２９】
ＮＯｘセンサは、ＮＯｘ低減ユニットと熱交換器との間に配置することができ、排出ガス内におけるＮＯｘ濃度を測定することができる。
【００３０】
加えて、燃焼エンジンシステムは、さらに、内燃エンジンの各シリンダから排出ガスを受領するための排出ガス受領装置を具備することができる。
【００３１】
さらに、燃焼エンジンシステムは、スカベンジングガス受領装置を具備することができる。
【００３２】
さらに、燃焼エンジンシステムは、内燃エンジンから導出された排出ガスの一部をバイパスさせるバイパスチャネルを具備することができる。これにより、ＮＯｘ低減ユニットをバイパスさせて、ターボ過給器のタービンへと案内することができる。
【００３３】
本発明による燃焼エンジンシステムは、さらに、内燃エンジンの下流側に配置された熱交換器を具備することができる。
【００３４】
他の実施形態においては、燃焼エンジンシステムは、
−内燃エンジンと；
−シャフトに対して連結されたタービンとシャフトに対して連結されたコンプレッサとを備えたターボ過給器であるとともに、タービンが、内燃エンジンからの排出ガスによって駆動される、ターボ過給器と；
−内燃エンジンからの排出ガスを浄化するためのＮＯｘ低減ユニットであるとともに、少なくとも２００ｌという容量を有した触媒反応装置を備えたＮＯｘ低減ユニットと；
を具備することができ、
燃焼エンジンシステムは、さらに、ターボ過給器の上流側において排出ガスを加熱するためのあるいは触媒反応装置を加熱するための加熱デバイスを具備している。
【００３５】
加熱デバイスは、例えばオイルバーナーといったようなバーナーや、熱交換器や、ヒートポンプや、あるいは、同様のもの、とすることができる。
【００３６】
また、加熱デバイスは、エンジンタイミングを利用して排出ガスを加熱するものとすることができる。
【００３７】
さらに、加熱デバイスは、触媒反応装置の周囲に配置されたあるいは触媒反応装置の内部に配置された電気ワイヤによって、あるいは、内燃エンジンからおよび／またはＮＯｘ低減ユニットから排出ガスを案内するための配管の周囲に配置されたワイヤによって、構成することができる。
【００３８】
さらに、加熱デバイスは、加熱されたガスを補助装置からＮＯｘ低減ユニット内へとポンピングするためのポンプとすることができる。
【００３９】
加えて、燃焼エンジンシステムは、さらに、制御ユニットを具備することができ、この制御ユニットは、所定圧力のスカベンジングガスを供給できる程度にタービンがコンプレッサを駆動できない場合には、加熱デバイスを起動し得るよう構成される。
【００４０】
また、燃焼エンジンシステムは、さらに、内燃エンジン内の圧縮圧力を測定するための、あるいは、スカベンジングガスの圧力を測定するための、圧力センサを具備することができる。
【００４１】
さらに、制御ユニットは、圧縮圧力があるいはスカベンジングガスの圧力が所定値を下回った時には、加熱デバイスを起動することができる。
【００４２】
燃焼エンジンシステムは、さらに、ターボ過給器のシャフトの回転速度を測定するためのエンコーダを具備することができる。
【００４３】
加えて、制御ユニットは、回転速度が所定値を下回った時には、加熱デバイスを起動することができる。
【００４４】
その上、燃焼エンジンシステムは、さらに、ターボ過給器の上流側においておよび／または触媒反応装置の上流側において、排出ガスの温度を測定するための温度センサを具備することができる。
【００４５】
加えて、制御ユニットは、温度が所定値を下回った時には、加熱デバイスを起動することができる。
【００４６】
本発明による燃焼エンジンシステムは、さらに、ＮＯｘ低減ユニットの下流側において排出ガスのＮＯｘ濃度を測定するためのＮＯｘセンサを具備することができる。
【００４７】
さらに、制御ユニットは、ＮＯｘ濃度が所定値を下回った時には、加熱デバイスを起動することができる。
【００４８】
他の実施形態においては、燃焼エンジンシステムは、
−内燃エンジンと；
−シャフトに対して連結されたタービンとシャフトに対して連結されたコンプレッサとを備えたターボ過給器であるとともに、タービンが、内燃エンジンからの排出ガスによって駆動される、ターボ過給器と；
−内燃エンジンからの排出ガスを浄化するためのＮＯｘ低減ユニットであるとともに、少なくとも２００ｌという容量を有した触媒反応装置を備えたＮＯｘ低減ユニットと；
を具備することができ、
燃焼エンジンシステムは、さらに、スカベンジングガスを加圧するための加圧デバイスを具備している。
【００４９】
加圧デバイスは、コンプレッサの下流側に配置することができる。
【００５０】
その上、加圧デバイスは、ブロワーや、コンプレッサや、あるいは、ポンプ、とすることができる。
【００５１】
加えて、燃焼エンジンシステムは、さらに、制御ユニットを具備することができ、この制御ユニットは、所定圧力のスカベンジングガスを供給できる程度にタービンがコンプレッサを駆動できない場合には、加圧デバイスを起動し得るよう構成される。
【００５２】
また、燃焼エンジンシステムは、さらに、内燃エンジン内の圧縮圧力を測定するための、あるいは、スカベンジングガスの圧力を測定するための、圧力センサを具備することができる。
【００５３】
さらに、制御ユニットは、圧縮圧力があるいはスカベンジングガスの圧力が所定値を下回った時には、加圧デバイスを起動することができる。
【００５４】
上述したような燃焼エンジンシステムは、さらに、ターボ過給器のシャフトの回転速度を測定するためのエンコーダを具備することができる。
【００５５】
さらに、制御ユニットは、回転速度が所定値を下回った時には、加圧デバイスを起動することができる。
【００５６】
その上、本発明による燃焼エンジンシステムは、さらに、ターボ過給器の上流側においておよび／または触媒反応装置の上流側において、排出ガスの温度を測定するための温度センサを具備することができる。
【００５７】
加えて、制御ユニットは、温度が所定値を下回った時には、加圧デバイスを起動することができる。
【００５８】
燃焼エンジンシステムは、さらに、ＮＯｘ低減ユニットの下流側において排出ガスのＮＯｘ濃度を測定するためのＮＯｘセンサを具備することができる。
【００５９】
また、制御ユニットは、ＮＯｘ濃度が所定値を下回った時には、加圧デバイスを起動することができる。
【００６０】
本発明は、また、上述したような燃焼エンジンシステムからのＮＯｘの排出量の低減を最適化するためのＮＯｘ低減方法に関するものであって、この方法においては、
−内燃エンジンから排出ガスを排出し；
−その排出ガスを、ＮＯｘ低減ユニット内において処理し；
−排出ガスによってターボ過給器のタービンを駆動し；
−排出ガスを排出し；
−エア含有ガスを取り込むことによってスカベンジングガスを形成し；
−ターボ過給器のコンプレッサ内においてスカベンジングガスを圧縮し；
このようなＮＯｘ低減方法において、
さらに、ターボ過給器のコンプレッサを駆動するための電気駆動モータを起動することによって、スカベンジングガスを圧縮する。
【００６１】
上述したようなＮＯｘ低減ユニットは、少なくとも２００ｌという容量を有した触媒反応装置を備えることができる。
【００６２】
その上、上述したようなＮＯｘ低減方法においては、排出ガスの少なくとも５０％を、好ましくは排出ガスの少なくとも７５％を、より好ましくは排出ガスの少なくとも９５％を、ＮＯｘ低減ユニット内において処理することができる。
【００６３】
また、上記のＮＯｘ低減方法においては、モータの起動は、制御ユニットによって行うことができる。
【００６４】
さらに、処理された排出ガスは、熱交換器を通して排出することができる。
【００６５】
そのような熱交換器は、ボイラーとすることができる。
【００６６】
上述したようなＮＯｘ低減方法においては、さらに、内燃エンジン内における圧縮圧力を測定することができる、および／または、スカベンジングガスの圧力を測定することができる、および／または、ターボ過給器のシャフトの回転速度を測定することができる、および／または、ターボ過給器の上流側においておよび／または触媒反応装置の上流側において排出ガスの温度を測定することができる。
【００６７】
さらに、モータの起動は、圧縮圧力がおよび／またはスカベンジングガスの圧力がおよび／またはシャフトの回転速度がおよび／または排出ガスの温度は、所定値を下回った時に行うことができる。
【００６８】
その上、内燃エンジンは、熱交換器を備えることができる。
【００６９】
熱交換器は、ＮＯｘ低減ユニットの下流側に配置することができる。
【００７０】
加えて、還元剤供給ユニットを、ＮＯｘ低減ユニットに対して流体連通可能に連結することができる。
【００７１】
還元剤供給ユニットは、ＮＯｘ低減ユニットに対して所定量の還元剤を供給し得るよう構成された還元剤供給デバイスを有した容器を備えることができる。
【００７２】
加えて、還元剤は、アンモニアを含有することができる。
【００７３】
また、アンモニア含有流体の所定量は、内燃エンジンのデータに基づいて決定することができる。
【００７４】
最後に、内燃エンジンは、ＮＯｘ低減ユニットの下流側に配置された、例えばＮＯｘ低減ユニットと熱交換器との間に配置された、ＮＯｘセンサを備えることができる。このＮＯｘセンサによって、排出ガス内のＮＯｘ濃度を測定することができる。
【００７５】
本発明ならびに本発明の多くの利点は、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより、明瞭となるであろう。添付図面においては、本発明のいくつかの非制限的な実施形態が図示されている。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】補助モータを備えた燃焼エンジンシステムを概略的に示す図である。
【図２】圧力センサからの応答時にモータを駆動するための制御ユニットを備えた燃焼エンジンシステムを概略的に示す図である。
【図３】エンコーダからの応答時にモータを駆動するための制御ユニットを備えた燃焼エンジンシステムを概略的に示す図である。
【図４】温度センサとＮＯｘセンサとを有した燃焼エンジンシステムを概略的に示す図である。
【図５】ＮＯｘ低減ユニットを示す部分断面図である。
【図６】ターボ過給器の上流側に配置された加熱デバイスを有した燃焼エンジンシステムを概略的に示す図である。
【図７】ＮＯｘ低減ユニットの上流側に配置された加熱デバイスを有した燃焼エンジンシステムを概略的に示す図である。
【図８】コンプレッサとエンジンとの間に配置されたブロワーを有した燃焼エンジンシステムを概略的に示す図である。
【図９】他の加熱デバイスを有した燃焼エンジンシステムを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００７７】
すべての添付図面は、極めて概略的なものであって、正確なスケールで図示されてはいない。すべての図面においては、本発明の明瞭化のために必須の構成部材だけが図示されており、他の構成部材は、省略されているかあるいは単に示されているかである。
【００７８】
図１は、燃焼エンジンシステム１を示している。この燃焼エンジンシステム１は、少なくとも２０ｃｍというピストン直径を有した複数のシリンダを備えた内燃エンジン２を具備している。内燃エンジン２には、燃料が供給され、この燃料は、少なくとも０．０５％というイオウ含有率を有するものであり、ＮＯｘ濃度を有した排出ガスを生成する。したがって、燃焼エンジンシステムは、排出ガスに関して少なくとも２００ｌという容量を有した触媒反応装置８内において排出ガスを浄化するためのＮＯｘ低減ユニット７を具備している。燃焼エンジンシステムは、さらに、ターボ過給器３を具備している。ターボ過給器３は、タービン４と、シャフト５を介してタービンに対して連結されたコンプレッサ６と、を備えている。タービン４は、内燃エンジン２からの排出ガスによって駆動されるとともに、コンプレッサ６を駆動することによって、内燃エンジン２に対して供給することとなるスカベンジングガスを圧縮する。
【００７９】
燃焼エンジンシステム１の内燃エンジン２の始動時には、燃焼エンジンシステムのすべての構成部材は、内燃エンジンがいくらかの時間にわたって動作した後の状況と比較して、より低温である。このような始動時には、排出ガスは、排出ガスがＮＯｘ低減ユニット７内で処理された際に、冷却される。なぜなら、ＮＯｘ低減ユニット７が、未だ十分に加熱されていないからである。したがって、排出ガスは、ＮＯｘ低減ユニット７内での処理後には、タービン４がコンプレッサ６を駆動して適切な態様でスカベンジングガスを圧縮し得る程度には、タービン４を十分には駆動することができない。したがって、燃焼エンジンシステム１は、シャフト５を駆動するための電気駆動モータ９を具備している。これにより、所定の回転速度にまでタービンを駆動し得る程度にまで排出ガスが十分に暖まっていないような始動時には、コンプレッサに対して補助的な駆動力を提供することができる。
【００８０】
従来技術による燃焼エンジンシステムにおいては、排出ガスの大部分は、始動時には、ＮＯｘ低減ユニットをバイパスする。これにより、排出ガスは、コンプレッサが所定圧力にまでスカベンジングガスを圧縮し得る程度に、十分にタービンを駆動することができる。しかしながら、そのようなバイパス手法が使用された場合には、始動時に、ＮＯｘ排出量が増大してしまい、エンジンがいくらかの時間にわたって動作した後にＮＯｘ排出量が低減されたとしても、従来技術による燃焼エンジンシステムは、ＩＭＯの新たな規制を満たすことができない。
【００８１】
シャフト５を駆動するための電気駆動モータ９を設けてコンプレッサ６に対しての補助的な動力を提供することにより、本発明による燃焼エンジンシステム１のＮＯｘ排出量は、ＩＭＯの規制を満たすことができる。海に乗り出したときには、モータ９は、コンプレッサ６を駆動するように起動され、これにより、スカベンジングガスの圧力は、要求された出力を内燃エンジン２が生成するのに十分なものとされる。ＮＯｘ低減ユニット７が通常の動作温度にまで加熱された時点では、モータ９は、もはや、コンプレッサの駆動を補助する必要がない。なぜなら、排出ガスは、もはや、ＮＯｘ低減ユニット内において過度に冷却されないからである。
【００８２】
電気駆動モータ９は、シャフト５に対して連結された電気モータである。しかしながら、電気駆動モータ９は、他の実施形態においては、シャフトに対して係合したギヤを介してシャフトに対して連結することができる。また、電気駆動モータは、シャフトに対して係合した油圧モータを駆動するポンプを駆動することができる。
【００８３】
図２に示すように、燃焼エンジンシステム１は、さらに、制御ユニット１１を具備している。この制御ユニット１１は、スカベンジングガスが所定圧力となる程度にまでタービン４がコンプレッサ６を駆動することができない時には、電気駆動モータ９を駆動し得るよう構成されている。制御ユニット１１は、所定パラメータが所定値を下回った時に、電気駆動モータを駆動する。所定パラメータは、内燃エンジン２内の圧縮圧力や、スカベンジングガスの圧力や、ターボ過給器３のシャフトの回転速度や、ＮＯｘ低減ユニット７の下流側における排出ガス内のＮＯｘ濃度や、あるいは、ターボ過給器３の上流側および／または触媒反応装置８の上流側における排出ガスの温度、とすることができる。
【００８４】
図２に示すように、燃焼エンジンシステム１は、圧力センサ１２を具備している。この圧力センサ１２は、内燃エンジン２内における圧縮圧力という態様でパラメータを測定するためのものである、あるいは、スカベンジングガスの圧力を測定するためのものである。制御ユニット１１は、圧力センサの測定結果を受領し、圧縮圧力があるいはスカベンジングガスの圧力が所定値を下回った時には、制御ユニット１１は、電気駆動モータ９を起動する。測定された圧縮圧力が所定値に近づいた時点で、制御ユニット１１は、圧力センサ１２に対して信号を提供することができ、これにより、より頻繁に圧縮圧力の測定を行うことができる。これにより、圧力値が所定値に対して実質的に同じとなった時点で、電気駆動モータ９は、駆動停止されるすなわちオフとされる。これにより、エネルギー消費を最小化することができる。
【００８５】
測定可能な他のパラメータは、ターボ過給器３のシャフト５の回転速度である。この目的のために、燃焼エンジンシステム１は、図３に示すように、エンコーダ１４を具備している。このエンコーダは、シャフトの回転数をカウントし得るよう構成されており、よって、ターボ過給器のシャフトの回転速度を測定することができる。シャフトの回転速度が、所定の回転速度を下回った時には、すなわち、所定値を下回った時には、制御ユニット１１は、電気駆動モータ９を起動する。電気駆動モータ９は、燃焼エンジンシステム１の始動時に起動される。なぜなら、燃焼エンジンシステムの構成部材のおんどが低いからである。そして、燃焼エンジンシステムの構成部材の温度が加熱されるにつれて、排出ガスは、タービンをより強く駆動し得るものとなり、シャフトの回転速度が増大することとなる。回転速度が所定値を上回った時には、制御ユニット１１は、電気駆動モータを停止させる。
【００８６】
図４においては、燃焼エンジンシステム１は、他のパラメータを測定することができ、よって、温度センサ１５を具備している。この温度センサ１５は、ターボ過給器３の上流側におけるおよび／または触媒反応装置８の上流側における排出ガスの温度を測定するためのものである。排出ガスの温度は、燃焼エンジンシステムがいくらかの時間にわたって動作したときには、上昇する。その温度が所定温度を上回った時点で、電気駆動モータ９が停止される。制御ユニット１１は、排出ガスの温度が所定温度値を下回った時に、電気駆動モータを起動する。
【００８７】
図４においては、燃焼エンジンシステム１は、さらに、バイパスチャネル２６を具備している。このバイパスチャネル２６は、排出ガスの一部を、ＮＯｘ低減ユニット７をバイパスさせる。これにより、排出ガスの温度をある程度維持することができる。これにより、タービン４およびコンプレッサ６を駆動することができ、スカベンジングガスを所定圧力にまで圧縮することができる。燃焼エンジンシステム１は、さらに、ＮＯｘ低減ユニット７と熱交換器２３との間に配置されたＮＯｘセンサ１０を具備している。このＮＯｘセンサ１０は、排出ガス内におけるＮＯｘ濃度を測定することができる。ＮＯｘ濃度が所定を下回った時には、電気駆動モータ９が停止され、もしＮＯｘ濃度が所定値を上回ったならば、電気駆動モータが起動される。
【００８８】
燃焼エンジンシステム１は、さらに、内燃エンジン２の各シリンダから排出ガスを受領するための排出ガス受領装置と、内燃エンジンの各シリンダに対して供給される前にスカベンジングガスを受領するためのスカベンジングガス受領装置２５と、を具備している。熱交換器２３は、ボイラーとすることができ、内燃エンジン２の下流側に、なおかつ、タービン４の下流側に、配置される。
【００８９】
図５においては、ＮＯｘ低減ユニット７が図示されており、ＮＯｘ低減ユニット７は、ＮＯｘ低減ユニット内へと排出ガスが流入する際にあるいは流入する前に排出ガスに対して所定量のアンモニア含有流体を投入するための還元剤投入ユニット２１を有した容器２０を具備している。アンモニア含有流体の所定量は、内燃エンジン２の設定時におけるエンジンデータから決定することができる。
【００９０】
他の手法においては、図６および図７に示すように、ＮＯｘ低減ユニット７内において排出ガスが処理された後において排出ガスのエネルギーが低すぎるという問題点を解決し得るよう、燃焼エンジンシステム１は、内燃エンジン２と、ターボ過給器３と、ＮＯｘ低減ユニット７と、ターボ過給器の上流側において排出ガスを加熱するためのあるいは触媒反応装置８自体を加熱するための加熱デバイス３１と、を具備している。図６においては、加熱デバイス３１は、ＮＯｘ低減ユニット７とターボ過給器３のタービン４との間に配置されている。他方、図７においては、加熱デバイス３１は、ＮＯｘ低減ユニット７の上流側に配置されている。
【００９１】
排出ガスを加熱することにより、排出ガスは、補助的モータによってコンプレッサの回転を補助する必要なく、適切な態様で、タービン４およびコンプレッサ６を駆動することができる。加熱デバイス３１は、例えばオイルバーナーといったようなバーナーや、熱交換器や、ヒートポンプや、あるいは、配管内の排出ガスを加熱するために利用可能な他の同様の加熱デバイス、とすることができる。
【００９２】
排出ガスを加熱するための他の手法は、エンジンのタイミングを利用することである。すなわち、例えば遅い注入といったように、燃料の注入が実施されるタイミングを調節することである。これにより、ピストンを駆動するための燃焼時に使用されるエネルギーを小さなものとすることができる。エネルギーは、その代わりに、熱へと変換される。
【００９３】
触媒反応装置８を加熱するためには、加熱デバイス３１は、触媒反応装置８の壁の周囲に配置されたあるいはそのような壁の内部に配置された電気ワイヤによって構成される。あるいは、内燃エンジン２からＮＯｘ低減ユニット７へと排出ガスを案内する配管および／またはＮＯｘ低減ユニット７から排出ガスを案内する配管の周囲に配置されたワイヤによって構成される。図９に示すように、加熱デバイスは、さらに、ポンプ３５を備えることができる。ポンプ３５は、補助設備３６からＮＯｘ低減ユニット７内へと、加熱されたガスをポンピングし、これにより、触媒反応装置を加熱する。よって、制御ユニット１１は、所定ガス圧力のスカベンジングガスを供給するようにタービン４がコンプレッサを駆動できなくなった時点で、加熱デバイスを起動し得るよう構成される。
【００９４】
燃焼エンジンシステム１は、圧力センサ１２を具備している。圧力センサ１２は、内燃エンジン２内の圧縮圧力という態様のパラメータを測定するためのものである、あるいは、スカベンジングガスの圧力を測定するためのものである。制御ユニット１１は、圧力センサ１２の測定結果を受領し、圧縮圧力があるいはスカベンジングガスの圧力が所定値を下回った時には、加熱デバイス３１を起動する。また、圧縮圧力は、スカベンジングガスの圧力から評価することもできる。
【００９５】
測定し得る他のパラメータは、ターボ過給器３のシャフトの回転速度である。この目的のために、燃焼エンジンシステム１は、エンコーダ１４を具備しており、制御ユニット１１は、シャフトの回転速度が所定値を下回った時には加熱デバイス３１を起動するとともに、シャフトの回転速度が所定値を上回った時には加熱デバイス３１を停止させる。
【００９６】
燃焼エンジンシステム１は、さらに、温度センサ１５を具備している。この温度センサ１５は、ターボ過給器３の上流側においておよび／または触媒反応装置８の上流側において、排出ガスの温度を測定するためのものである。この場合、制御ユニット１１は、温度が所定値を下回った時には加熱デバイス３１を起動し、また、温度が所定値を上回った時には加熱デバイス３１を停止させる。
【００９７】
他の解決手法においては、図８に示すように、ＮＯｘ低減ユニット７において処理された後に排出ガスのエネルギーが小さすぎるという問題点を解決するために、燃焼エンジンシステム１は、内燃エンジン２と、ターボ過給器３と、ＮＯｘ低減ユニット７と、スカベンジングガスを加圧するための加圧デバイス３４と、を具備している。加圧デバイス３４は、コンプレッサの下流側に配置されており、図８の例においては、ブロワとされている。しかしながら、加圧デバイスは、コンプレッサや、ポンプや、他の同様の加圧デバイス、とすることができる。燃焼エンジンシステム１は、さらに、制御ユニット１１を具備している。制御ユニット１１は、スカベンジングガスを所定圧力でもって供給できる程度にタービンがコンプレッサを駆動できない場合に、加圧デバイス３４を起動し得るよう構成されている。
【００９８】
あるパラメータが所定値を下回ったことを制御ユニット１１が検出した場合には、制御ユニット１１は、加圧デバイス３４を起動する。そのパラメータは、内燃エンジン２内の圧縮圧力とすることができる、あるいは、スカベンジングガスの圧力とすることができる。したがって、燃焼エンジンシステム１は、圧力センサ１２を具備している。その場合、制御ユニット１１は、圧縮圧力があるいはスカベンジングガスの圧力が所定値を下回った時に、加圧デバイス３４を起動する。
【００９９】
図８の燃焼エンジンシステム１は、さらに、ターボ過給器のシャフトの回転速度を測定するためのエンコーダ１４を具備している。回転速度が所定値を下回った時には、制御ユニット１１は、加圧デバイス３４を起動する。他方、回転速度が所定値を上回った時には、制御ユニット１１は、加圧デバイス３４を停止させる。
【０１００】
燃焼エンジンシステム１は、また、温度センサ１５を具備することができる。この温度センサ１５は、ターボ過給器３の上流側においておよび／または触媒反応装置８の上流側において、排出ガスの温度を測定するためのものである。その場合、制御ユニット１１は、温度が所定値を下回った時には加圧デバイスを起動する。他方、制御ユニット１１は、温度が所定値を上回った時には加圧デバイスを停止させる。
【０１０１】
よって、燃焼エンジンシステム１からのＮＯｘの排出量は、内燃エンジン２から排出ガスを排出するとともにＮＯｘ低減ユニット７内においてその排出ガスを処理することにより、低減される。ターボ過給器３のタービン４は、排出ガスによって駆動され、排出ガスは、熱交換器２３を通して排出される。その際、エア含有ガスが取り込まれるとともに、コンプレッサ６内において加圧され、これにより、スカベンジングガスが形成される。例えば始動時には、電気駆動モータ９が起動され、これにより、ターボ過給器３のコンプレッサ６の駆動が補助され、これにより、スカベンジングガスを所定圧力にまで圧縮することができる。このようにして、実質的にすべての排出ガスを、ＮＯｘ低減ユニットにおいて処理し得るとともに、ＮＯｘの排出量を、ＩＭＯの規制に適合させることができる。
【０１０２】
電気駆動モータ９の起動は、内燃エンジン２内の圧縮圧力の測定に基づき、および／または、スカベンジングガスの圧力の測定に基づき、および／または、ターボ過給器３のシャフト５の回転速度の測定に基づき、および／または、ターボ過給器の上流側におけるおよび／または触媒反応装置８の上流側における排出ガスの温度の測定に基づき、制御ユニット１１によって行うことができる。これらパラメータのうちのあるパラメータが所定値を下回った時には、制御ユニット１１は、電気駆動モータを起動する。他方、あるパラメータが所定値を上回った時には、制御ユニット１１は、電気駆動モータを停止させる。制御ユニット１１は、センサや電気駆動モータに対して、無線によってあるいは有線によって、通信を行う。
【０１０３】
電気駆動モータを駆動することに代えて、制御ユニット１１は、例えばブロワーといったような加圧デバイス３４を起動することができる。これにより、コンプレッサ６を補助することができる。あるいは、制御ユニット１１は、加熱デバイス３１を起動することができる。あるいは、制御ユニット１１は、上述したように、排出ガスを加熱するために、エンジンタイミングを利用することができる。
【０１０４】
上記においては、本発明のいくつかの好ましい実施形態に関連して本発明について説明したけれども、当業者であれば、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく、いくつかの変形を行い得ることは、明らかである。
【符号の説明】
【０１０５】
１  燃焼エンジンシステム
２  内燃エンジン
３  ターボ過給器
４  タービン
５  シャフト
６  コンプレッサ
７  ＮＯｘ低減ユニット
８  触媒反応装置
９  モータ
１１  制御ユニット
１２  圧力センサ
１４  エンコーダ
１５  温度センサ
【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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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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