(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃エンジンの排気ガス中のＮＯｘを低減する。【解決手段】内燃エンジンは排気ガス再循環を用いる。エンジンは、第１の排出基準の環境でときに運転され、第２のより厳しい排出基準は、別の環境で別のときに運転される。エンジンは、第１の燃料２７で、または、第２の排出基準を有する別の環境で運転しているときに、第２の低発熱量を有する第２の燃料２８で運転され、その第２の低発熱量は、第１の燃料の第１の低発熱量より低い。エンジンは、第１の燃料で運転されるとき、第１の度合いの排気ガス再循環で運転され、第２の燃料で運転されるとき、第２のより高い度合いの排気ガス再循環で運転される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
個々の内部において往復動するピストンを備えると共に前記ピストンの上方に燃焼室を備えるシリンダと、運転中に前記ピストンの上方の前記燃焼室へと燃料を直に噴射する少なくとも１つの燃料噴射器とを備えた内燃エンジンを運転する方法であって、前記エンジンは、排気ガス再循環で運転され、排気ガスと共に汚染成分の排出を制限する第１の排出基準の環境でときに運転され、排気ガスと共にこのような汚染成分の排出を制限する第２のより厳しい排出基準の別の環境で別のときに運転される方法において、
ａ）前記第１の排出基準を有する前記環境で運転するとき、前記エンジンは、第１の低発熱量を有する第１の燃料で、かつ、第１の度合いの排気ガス再循環で運転されることと、
ｂ）前記第２のより厳しい排出基準を有する別の環境で運転するとき、前記エンジンは、前記第１の低発熱量より低い第２の低発熱量を有する第２の燃料で、かつ、前記第１の度合いの排気ガス再循環より高い第２の度合いの排気ガス再循環で運転されることと、
所与のエンジン負荷に対して、燃料噴射が、前記内燃エンジンが前記第１の燃料で運転しているときより、前記内燃エンジンが前記第２の燃料で運転しているときにより早いエンジンサイクルのタイミングで開始されることと
を特徴とする方法。
【請求項２】
前記第２の燃料の前記第２の低発熱量は、前記第１の燃料の前記第１の低発熱量の９０％未満であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の燃料は、第１の成分としての前記第１の燃料と、前記第１の燃料の前記低発熱量より低い低発熱量を有する少なくとも１つの他の成分とを備える混合物であることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の燃料は不燃性成分を備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の燃料から前記第２の燃料への変更が前記エンジンの運転中に徐々に実施されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の燃料は液体燃料を備え、前記第２の燃料は、水で乳化された留出燃料、水で乳化された残留燃料、アルコール、アンモニア、ジメチルエーテル、およびそれらの混合物を備える群から選択される燃料を備えることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の燃料は燃料ガスを備え、前記第２の燃料は、低発熱量のボイルオフガス、合成ガス、不活性ガスと混合されたガス、およびそれらの混合物を備える群から選択されるガス状燃料を備えることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記内燃エンジンは、低速の２ストローククロスヘッドディーゼル式内燃エンジンであることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記内燃エンジンは、中速の４ストローク内燃エンジンであ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方法。
【請求項１０】
所与のエンジン負荷に対して、前記燃料噴射は、前記内燃エンジンが前記第１の燃料で運転しているよりも、前記内燃エンジンが前記第２の燃料で運転しているときの前記エンジンサイクルの割合がより大きい間に実施されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記内燃エンジンは特定の地球上の位置に配置された固定されたエンジンであることと、前記エンジンは、第１の排出基準の環境でときに運転しており、現在の気象条件のため、第２のより厳しい排出基準の前記別の環境で別のときに運転していることとを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
個々の内部において往復動するピストンを備えると共に前記ピストンの上方に燃焼室を備えるシリンダと、運転中に前記ピストンの上方の前記燃焼室へと燃料を直に噴射する少なくとも１つの燃料噴射器と、少なくとも１つのターボチャージャと、排気ガス再循環管と、制御弁と、再循環された排気ガスを前記内燃エンジンの流入空気管へと送るための排気ガス再循環送風機とを備える内燃エンジンであって、前記内燃エンジンの制御ユニットが、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法に従って前記内燃エンジンを制御するように構成されることを特徴とする内燃エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、個々の内部において往復動するピストンを備えると共にピストンの上方に燃焼室を備えるシリンダと、運転中にピストンの上方の燃焼室へと燃料を直に噴射する少なくとも１つの燃料噴射器とを備えた内燃エンジンを運転する方法に関し、前記エンジンは、排気ガス再循環で運転され、排気ガスと共に汚染成分の排出を制限する第１の排出基準の環境でときに運転され、排気ガスと共にこのような汚染成分の排出を制限する第２のより厳しい排出基準の別の環境で別のときに運転される。
【背景技術】
【０００２】
ＷＯ−Ａ−２００９／０４６７１３は、二元燃料圧縮点火エンジンを制御するための方法および装置を開示しており、それによって、点火の時期を調節するために、燃料の品質を調節するようにエンジン用の燃料が異なる成分から混合される。したがって、燃料混合ユニットが開示されている。
【０００３】
ＥＰ−Ｂ−０４５９９８３とＥＰ−Ｂ−０５５３３６４との両方は、燃料および水の混合物をディーゼルエンジンに噴射するための装置を開示しており、それによって、燃料および水は、黒煙およびＮＯxを同時に低減するために、密に離された間隔で交互に噴射される。
【０００４】
米国特許出願公開第２０１１／０２８８７４４号は、排気ガス再循環管と、排気ガス再循環弁と、いくつかの燃料で作動可能な燃料噴射システムとを備えるエンジンに関している。制御装置は、特定の燃料消費が低減され、同時に、エンジンでの排気の排出と成分とが閾限度内で運転するように、運転を制御する。
【０００５】
概して、本発明は、内燃エンジンの排気ガス中のＮＯxの低減を目指している。内燃エンジンの排気ガスは、ＮＯxなどの様々な汚染成分の含有量に関する規制を受け、一般的に、粒子状物質（ＰＭ）または煤を排出することは望ましくない。
【０００６】
国際連合の機関である国際海事機関（ＩＭＯ）は、１次規制、２次規制、および３次規制として知られる限度の排出基準を設定しており、３次規制は２０１６年に発効し、１次規制および２次規制の排出基準は世界的に有効であるが、３次規制の排出基準はＮＯx排出規制海域（ＥＣＡ）のみに適用される。２次規制および３次規制のＮＯx排出基準は、新規のエンジンに対して有効であるが、１次規制のＮＯx要件は、２０００年より前に作られた既存のエンジンに対して有効である。
【０００７】
したがって、世界中を航海する船などの自己推進式の船舶は、２次規制の海域、つまり、２次規制が適用される環境にあるときもあるし、３次規制が適用される別の環境（ＥＣＡ）にある別のときもあり、ＥＣＡは、多くが沿岸域に対して定められている。
【０００８】
排気ガス再循環（ＥＧＲ）は、個々のシリンダの内部において往復動するピストンとピストンの上方の燃焼室とを備えると共に、運転中にピストンの上方の燃焼室へと燃料を直に噴射する少なくとも１つの燃料噴射器を備える内燃エンジンからのＮＯx排出を低減する有効な方法であることが知られている。
【０００９】
内燃エンジンの運転中、流入空気と再循環された排気ガスとの混合物を備えるシリンダ充填が、燃焼室へと取り込まれ、燃料の噴霧が、エンジンの運転サイクルに関しての適切なタイミングで燃焼室へと噴射され、噴射された燃料が点火し、燃焼室内に燃焼領域を生じさせる。流入空気は酸素を備えるが、一方、再循環された排気ガスは、酸素がないか、または、低含有量の酸素しかない。一方、再循環された排気ガスは、流入空気と比較して、水蒸気および二酸化炭素が比較的豊富である。したがって、シリンダ充填は、排気ガス再循環のない従来の流入空気と比較して、酸素の含有量が比較的少なく、水蒸気および二酸化炭素の含有量が比較的多くなっており、含有量の少ない酸素と含有量の多い水蒸気および二酸化炭素との両方が、燃焼温度を下げ、また、ほとんどのＮＯxが熱的経路を介して形成されるため、純粋な流入空気がシリンダ充填に使用される場合と比較して、燃焼領域におけるＮＯxの形成を低減する要因となっている。排気ガス再循環は、ＮＯxの排出を最大で８０％まで低下させる潜在力を示している。
【００１０】
しかしながら、排気ガス再循環が増加されるにつれて、粒子状物質（ＰＭ）または煤の形成と、加えて一酸化炭素の形成とが増加するが、これは望ましくなく、排気ガス再循環の度合いに対する限度を設けてしまう。
【発明の概要】
【００１１】
本発明の目的は、高い度合いの排気ガス再循環を用いて内燃エンジンからのＮＯx排出のさらなる低減をもたらすと同時に、ＮＯx排出の追加的な低減が要求される環境での使用に関して、煤粒子の過剰な量の排出を抑制することである。
【００１２】
これを実現することを目的として、本発明による、［技術分野］によって言及されたような方法は、
ａ）前記第１の排出基準を有する環境で運転するとき、エンジンは、第１の低発熱量を有する第１の燃料で、かつ、第１の度合いの排気ガス再循環で運転されることと、
ｂ）前記第２のより厳しい排出基準を有する別の環境で運転するとき、エンジンは、前記第１の低発熱量より低い第２の低発熱量を有する第２の燃料で、かつ、前記第１の度合いの排気ガス再循環より高い第２の度合いの排気ガス再循環で運転されることと、
所与のエンジン負荷に対して、燃料噴射が、内燃エンジンが第１の燃料で運転しているときより、内燃エンジンが第２の燃料で運転しているときに、より早いエンジンサイクルのタイミングで開始されることと、を特徴とする。
【００１３】
エンジンが第２の排出基準を有する前記別の環境で運転されるとき、第２の燃料はシリンダへと噴射され、第２のより高い度合いの排気ガス再循環が適用される。より高い度合いの排気ガス再循環は、燃焼過程中のＮＯxの形成のさらなる低減を引き起こし、したがって、第２の排出基準によって設定されたＮＯx排出に関するより低い限度に準拠させる一方で、煤粒子の過剰な量の排出を抑制することが、所与のエンジン負荷に対してより多くの量の燃料を噴射する効果のためもたらされる。
【００１４】
大量の排気ガス再循環によって引き起こされる煤の形成は、酸素不足を受ける燃焼領域のためであり、酸素不足は、すでに形成された煤粒子の再酸化の可能性を制限し、また、一酸化炭素の二酸化炭素へのさらなる酸化を制限もする。燃料を比較的低い低発熱量で使用することで、より多量の燃料が、所与のエネルギー出力を得るために噴射され得る。より多量の燃料が燃焼室にあるシリンダ充填へと噴射され、燃料噴射が高圧で生じるため、より多量の燃料の噴射は、燃焼室の内容物をより強力に撹拌させることになり、より大きな質量のシリンダ充填が燃焼領域へと取り込まれることになる。したがって、噴射される燃料の発熱量に関して、より大きな体積の噴射される燃料は、実際の燃焼領域へのシリンダ充填の混合を増加させ、これは、排気ガス再循環の度合いの増加によって引き起こされるシリンダ充填の酸素の含有量の低下を補填する。
【００１５】
したがって、燃焼に実際に必要とされる酸素の量は燃焼領域に存在することになり、煤の形成が抑制されるか、または回避すらされることになる。さらに、ＮＯxの形成の要求される限度は排気ガス再循環の度合いの増加のおかげで達成され、それによって、ＮＯx排出規制海域の限度は満たされ得る。内燃エンジンがＮＯx排出規制海域の外で運転されるとき、比較的高い低発熱量の第１の燃料の使用は、環境上の重要な要望でもある特定の燃料消費を最小にすること（エンジンの生成される効果当たりの燃料の重量の意味において）が可能であることを伴う。
【００１６】
所与のエンジン負荷に対して、燃料噴射は、内燃エンジンが第１の燃料で運転しているときより、内燃エンジンが第２の燃料で運転しているときにより早いエンジンサイクルのタイミングで開始される。第１の燃料より低い発熱量の第２の燃料は、第１の燃料よりも多量に噴射され得るため、燃焼室で同じエネルギーの放出と燃焼の効果とを引き起こすことができる。燃料噴射のより早い開始は、第２の燃料を使うとき、第１の燃料の噴射と同じ燃料ノズル形状を介して第２の燃料を噴射させることができ、しかも、第２の燃料をエンジンサイクルの間に同じ最大圧力とさせることができる。これは、エンジンシリンダの設計を単純化させる。シリンダはより多くの噴射器が設けられてもよく、１つまたは複数の噴射器が、第２の燃料が使用されるときに作動しているようにできるか、または、個々の噴射器が、噴射ノズルに調節可能な噴射領域を備えて具現化され得る。
【００１７】
好ましくは、第２の燃料の前記第２の低発熱量は、第１の燃料の前記第１の低発熱量の９０％未満であり、その結果、対応するより大きな体積の第２の燃料が、所与のエンジン負荷に対して噴射される。
【００１８】
実施形態では、第２の燃料は、第１の成分としての第１の燃料と、第１の燃料の低発熱量より低い低発熱量を有する少なくとも１つの他の成分とを備える混合物である。これによって、第１の燃料から第２の燃料への変更が、少なくとも１つの他の成分を第１の燃料の流れへと混合することで実施され得ることが達成される。複数の種類の燃料の保管が、第１の燃料を第２の燃料の一部として使用することで単純化されることも、利点である。
【００１９】
実施形態では、第２の燃料は不燃性成分を備える。不燃性成分は、第２の燃料の前記少なくとも１つの他の成分であり得る。不燃性成分は、ゼロの低発熱量を有してもよく、したがって、可燃性である第１の成分の混合物の発熱量の非常に有効な調節剤である。
【００２０】
実施形態では、第１の燃料から第２の燃料への変更が徐々に実施される。これは、第２の燃料の混合物を提供するために、１つまたは複数の他の成分を第１の燃料に徐々に加えることによって、第２の燃料への簡単な切り換えを可能にする。
【００２１】
実施形態では、第１の燃料は液体燃料を備え、第２の燃料は、水で乳化された留出燃料、水で乳化された残留燃料、アルコール、アンモニア、ジメチルエーテル、およびそれらの混合物を備える群から選択される燃料を備える。この実施形態は、液体燃料噴射器を備えるエンジンにとって有利である。
【００２２】
他の実施形態では、第１の燃料は燃料ガスを備え、第２の燃料は、低発熱量のボイルオフガス、合成ガス、不活性ガスと混合されたガス、およびそれらの混合物を備える群から選択されるガス状燃料を備える。この実施形態は、ガスの噴射に基づいた燃料噴射器、または、パイロット燃料を噴射して点火を引き起こしてから主燃料としてガスを噴射する二元燃料噴射器を備えるエンジンによって有利である。
【００２３】
液体燃料またはガス状燃料は、当該の内燃エンジンの仕様に従って用いられる。液体燃料の場合、可燃性へと乳化された水が、第２の燃料の不燃性成分を構成する。ガス状燃料の場合、燃焼に加わらない窒素などの不活性ガスが、第２の燃料の不燃性成分を構成する。
【００２４】
実施形態では、内燃エンジンは、低速の２ストローククロスヘッドディーゼル式内燃エンジンである。低速エンジンは、１００％のエンジン負荷において、４０から３００ｒｐｍの範囲の回転速度で運転し、特には、４０から２５０ｒｐｍの間の回転速度で運転するエンジンである。「ディーゼル式」という表現は、ディーゼルサイクルに従って作動するエンジンを備えると理解されるべきであり、エンジンは、例として、ディーゼル燃料、重油燃料、メタンもしくは天然ガスなどのガス燃料、または、二元燃料、すなわち自己点火パイロット燃料および非自己点火主燃料で運転できる。
【００２５】
他の実施形態では、内燃エンジンは、中速の４ストローク内燃エンジンである。中速エンジンは、１００％のエンジン負荷において、３００から１２００ｒｐｍの間の回転速度で運転し、特には、４００から１０００ｒｐｍの間の回転速度で運転するエンジンである。
【００２６】
実施形態では、所与のエンジン負荷に対して、燃料噴射は、内燃エンジンが第１の燃料で運転しているときよりも、内燃エンジンが第２の燃料で運転しているときのエンジンサイクルの割合がより大きい間に実施される。第２の燃料の低発熱量と、その結果として、同じエンジン負荷を得るためにエンジンサイクルあたりで噴射される必要のあるより多くの量の燃料とが、エンジンサイクルのより大きな割合の間に、したがって、エンジンが一定の回転（ｒｐｍ）で運転している時間の長い期間に、燃料を噴射することによって行われ得る。代替で、噴射器には、より大きな体積の第２の燃料が、クランク角度に対して、第１の燃料についての噴射プロファイルと同じ噴射プロファイルで噴射され得るように、より大きな噴射領域が設けられてもよい。
【００２７】
さらに、局所的な地球上の領域が、実際の気象条件に従って、ＮＯxなどの排出に関して異なる基準に従わされ得る。したがって、このような局所的な地球上の領域に据えられた内燃エンジンは、第１の排出基準の環境でときに運転しており、前記環境の基準が実際の気象条件で変化するという事実のため、排気ガスのこのような汚染成分の許容できる排出に関して、第２のより厳しい排出基準の別の環境で別のときに運転していることになる。特定の地球上の位置における環境の変化による排出基準のこのような推移は、船舶の推進エンジンまたは補助エンジンとして運転している内燃エンジンに関連のあるものであり得るが、内燃エンジンによって駆動される発電機によって電力を電力網へと送る固定された発電施設における原動機として運転する内燃エンジンになお一層関連するものである。
【００２８】
本発明の例および本発明の実施形態が、以下において、非常に概略的とされた図面を参照しつつ、より詳細に説明されている。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】内燃エンジンのシリンダの鉛直方向の断面図。
【図２】図１の内燃エンジンにおける排気ガス再循環のための例示の図。
【図３】シリンダにおける燃焼室と燃料供給システムの実施形態の図。
【図４】排気ガス再循環の関数としての煤濃度の図。
【図５】取り込まれた空気が噴射される燃料の低発熱量にどのように依存するかを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明による方法は、ＭＡＮ  Ｄｉｅｓｅｌ  ＆  Ｔｕｒｂｏ製造の例としてＭＣ型もしくはＭＥ型のエンジン、または、Ｗａｒｔｓｉｌａ製造の例としてＸ型、ＲＴ−ｆｌｅｘ型、もしくはＲＴＡ型のエンジン、または、三菱重工業製造のエンジンなど、２ストローククロスヘッドディーゼルエンジンの種類の内燃エンジンに関連している。この種類のエンジンは、船の主エンジンとして、または、発電所の固定されたエンジンとして、典型的には使用される大きなエンジンである。シリンダは、例えば、２５ｃｍから１２０ｃｍまでの範囲のボアを有し得ると共に、エンジンは、例えば、３０００ｋＷから１２０，０００ｋＷまでの範囲の出力を有し得る。このようなエンジンは、４０ｒｐｍから２５０ｒｐｍまでの範囲のエンジン速度、または、最大で３００ｒｐｍまでのエンジン速度の低速エンジンである。また、本発明による方法は、ＭＡＮ  Ｄｉｅｓｅｌ  ＆  Ｔｕｒｂｏ製造の例として３２／４４ＣＲ型、４８／６０ＤＦ型、５１／６０ＤＦ型、Ｖ２８−３３Ｄ型のエンジン、または、Ｗａｒｔｓｉｌａ製造の例として２０型から６４型およびＤＦ型のエンジンなど、４ストロークディーゼルエンジンにも関連しており、それらエンジンは、例えば、３００ｒｐｍから１２００ｒｐｍまでの範囲のエンジン速度を有している。
【００３１】
図１には、エンジンシリンダ６の最上部においてシリンダカバーに搭載された排気弁１が、開位置において、ピストンが下死点の位置（ＢＤＣ）ある状態で示されており、その位置で、シリンダの下方部の掃気ポートが、掃気レシーバ３からの流入空気、すなわち、流入空気／ガス混合物を、旋回する移動でシリンダ内へと流すことができると共に、排気弁を通じて燃焼ガス生成物を排気ガスレシーバ７へと追い出すことができ（黒い矢印）、その排気ガスレシーバ７から、排気ガスは、ターボチャージャ２のタービン部を通って流れて行く。ターボチャージャ２の圧縮機部は、流入空気を吸い込み（白い矢印）、圧縮された流入空気をガス冷却器４と水ミスト捕獲器５とを介して掃気レシーバ３へと送る。
【００３２】
以下において、同じ符号は同じ種類の詳細について使用されるが、しかしながら、説明を簡単にするために、一部の符号は、並列に配置されるまたは運転する詳細に関連するとき、文字ａおよびｂで識別され得る。
【００３３】
エンジンは、排気ガス再循環（ＥＧＲ）で運転される。これについての構成の例が図２に示されている。２つのターボチャージャ２ａ、２ｂが示されているが、エンジンは、１つだけのターボチャージャ、または、３つ、４つ、もしくは５つなどの２つを超えるターボチャージャを備えてもよい。ターボチャージャ２ａは、２つの制御弁１３を閉じることで運転から除外され得る２次的なターボチャージャであり、２つの制御弁１３の一方は、タービン部の上流の排気ガス管に配置されており、他方は圧縮機部の下流の流入空気管に配置されている。ターボチャージャ２ｂは、基本となるターボチャージャである。２次的なターボチャージャは、エンジン負荷が高いときに運転され、エンジン負荷が低いときは運転から除外され得る。
【００３４】
図示された例では、エンジンは６つのシリンダを備え、各々のシリンダは、排気ガスを排気ガスレシーバ７へと送る。ターボチャージャ２ａ、２ｂは、排気ガスレシーバから排気ガスが供給され得る。排気ガスレシーバ７からの排気ガス再循環管１０は、閉止弁８と、排気ガスが制御弁１３の下流の流入空気管に送られる前に排気ガスから望ましくない成分を除去するための選択的な第１の洗浄装置９とを備えている。第２の洗浄装置１１が、望ましくない成分を再循環された排気ガスからさらに除去するために、ガス冷却器４と水ミスト捕獲器５ａとの間に配置され得る。送風機１７は、低いエンジン負荷などにおいて、再循環された排気ガスを掃気レシーバ３へと送ることができる。送風機１７より大きな容量のＥＧＲ送風機１４は、再循環された排気ガスを、水ミスト捕獲器５ａから制御弁１８を介して、ガス冷却器４ｂの下流の位置でターボチャージャ２ｂからの流入空気管へと送ることができる。そして、再循環された排気ガスは、掃気レシーバ３へと入る前に、水ミスト捕獲器５ａと水ミスト捕獲器５ｂとの両方を通過することになる。
【００３５】
補助送風機１６がターボチャージャ２ｂからの流入空気管に接続されており、補助送風機１６は、例えば、エンジン始動の間に、排気ガスの流れの速さが非常に低いためにターボチャージャ２に効率よく供給できない非常に低いエンジン負荷において使用され得る。掃気レシーバへ供給する個々の管には、逆止弁１５が設けられている。６つのシリンダは、掃気レシーバから流入空気／ガスが供給されるのが、矢印で図示されている。
【００３６】
排気ガス再循環は、２次的なターボチャージャ２ａが制御弁１３および送風機１７と共に省かれて、ＥＧＲ送風機１４が、水ミスト捕獲器５ｂの下流の位置でターボチャージャ２ｂからの流入空気管に接続される構成など、他の方法でもたらされてもよい。
【００３７】
ピストン１９は、エンジンの運転の間、個々のシリンダ６内で往復動している。図３に示されるように、１つまたは複数の燃料噴射器２２が、ピストンの上方でシリンダに存在する燃焼室２０へと燃料を直に噴射するために、シリンダカバーに搭載されるなど、シリンダに配置されている。燃料は、制御デバイス２４が燃料を噴射器へと送るとき、燃料供給管２３を介して個々の燃料噴射器へと送られる。制御デバイス２４は、信号線２５介して制御ユニット２６と電子通信している。エンジンは、個々のシリンダに対するシリンダ制御ユニット、および、おそらくは１つまたは複数の中央制御ユニットなど、単一の制御ユニットまたはいくつかの制御ユニットを備え得る。燃料噴射器２２への燃料は、燃料供給システムから送られる。この送りは、いくつかの異なる方法で行われ得る。１つの可能性は、２から２５ｂａｒまでの範囲の供給圧力など、比較的低い圧力で燃料を提供してから、エンジンサイクルにおける所望のタイミングで、８００ｂａｒなどの高圧で噴射器に燃料を送るために、個々の噴射器と関連付けられた高圧燃料ポンプを用いることである。高圧燃料ポンプは、Ｂｏｓｈ式のものであってもよく、油圧またはカムシャフトで作動され得る。別の可能性は、個々の噴射器が制御弁を開閉することで供給され得るコモンレール３１への噴射に必要とされる高圧で燃料を提供することである。
【００３８】
燃料噴射器２２へと供給された燃料は、内燃エンジンが現在運転している環境に依存する組成を有している。第１の燃料源２７は、第１の発熱量を有する第１の燃料を保持している。第２の燃料源２８は、第１の燃料の第１の発熱量より低い第２の発熱量を有する第２の燃料または燃料成分を保持している。混合ユニット２９が、制御ユニット２６からの信号線３０を通じて受信された制御信号に従って、第１の燃料と第２の燃料とを混合するか、または、中央制御ユニットなどの同等の制御ユニットが燃料の組成を制御し、別の局所制御ユニットが個々のシリンダにおける燃料噴射器の作動を制御する。
【００３９】
第１の燃料は第１の発熱量を有する燃料である。第２の燃料は第２の発熱量を有する燃料である。この第２の燃料は、第１の燃料と完全に独立した別の燃料として供給され得る。しかしながら、第２の燃料は混合物であってもよく、その場合、第１の燃料は、第２の燃料に関する混合物の成分における第１の成分として利用され、その第１の成分は、第１の成分より低い発熱量を有する少なくとも１つの別の成分と混合される。
【００４０】
１つの別の成分は、水または不活性ガスなどの不燃性成分であってもよく、両方の場合において、不燃性成分は、第２の燃料の第２の低発熱量を低くすることに寄与する。第１の燃料は、４０．９ＭＪ／ｋｇの低発熱量を有する重油燃料、または、４２．９ＭＪ／ｋｇの低発熱量を有するミディアムグレードの油であり得る。２５％の水と混合されたミディアムグレードの油が、第２の燃料として供給され得るとされ、３２．２ＭＪ／ｋｇの低発熱量を有する。４０％の水と混合されたミディアムグレードの油が、第２の燃料として供給され得るとされ、２５．７ＭＪ／ｋｇの低発熱量を有する。エンジンがガスで運転する場合、第１の燃料は、３３ＭＪ／ｋｇの低発熱量を有するブタノールであってもよく、第２の燃料は、１９．５ＭＪ／ｋｇの低発熱量を有するメタノール、または、ブタノールと窒素などの不活性ガスとの混合物、または、１８．６ＭＪ／ｋｇの低発熱量を有するアンモニアであってもよい。
【００４１】
内燃エンジンが、１４．４ｇ／ｋＷｈのＮＯx排出に関する最大限度など、第１の排出基準の環境で運転するとき、エンジンは、第１の燃料で、かつ、２５％の再循環などの第１の度合いの排気ガス再循環で運転される。エンジンが、３．４ｇ／ｋＷｈのＮＯx排出に関する最大限度など、第２の排出基準を有する環境でその後に運転するとき、エンジンは、第２の燃料で、かつ、５０％の再循環などの第２の度合いの排気ガス再循環で運転される。高い度合いの排気ガス再循環は、排気ガスがエンジンを離れる前に、燃焼室で燃焼の間に形成された煤が再び除去されないという負の効果を持っている。燃焼生成物が酸素を含むガスと混合される場合、一酸化炭素は酸素と反応し、二酸化炭素が形成され、煤が除去されることになる。
【００４２】
低いレベルの低発熱量を有する第２の燃料の噴射は、所与のエンジン負荷における燃料へのエンジンの要件を満たすために、より多くの体積の燃料を噴射することで行われる。燃料噴射は、より多くの量が噴射されるために時間を得られるように、エンジンの運転サイクルにおいてより早く開始するように設定され、また、１シリンダ当たり３つの噴射器を介して噴射する代わりに４つの噴射器を介して噴射することによってなど、より大きな噴射ノズル領域が利用されてもよい。燃料噴射は、例えば、第１の燃料が噴射されるとき、上死点（ＴＤＣ）の前の２°のクランク角度で開始するように設定される場合、第２の燃料が噴射されるとき、例えば、上死点（ＴＤＣ）の前の５°のクランク角度で開始するように設定される。したがって、燃料噴射の開始のタイミングは、内燃エンジンが第１の燃料で運転しているときより、内燃エンジンが第２の燃料で運転しているときに、エンジンサイクルにおいてより早くなっている。第２の燃料の噴射の開始のより早いタイミングは、例では３°で（ＴＤＣの前の２°から５°まで＝３°でより早く）与えられているが、より早いタイミングは、第１の燃料の噴射の開始より０．１°から１５°までの範囲の値でより早く、好ましくは、第１の燃料の噴射の開始より１°から８°までの範囲の値でより早くなど、他の値を取ることができる。制御ユニット２６は、制御デバイス２４に、噴射の開始のための信号を提供できる。制御ユニット２６は、エンジンのクランクシャフトの現在の位置についての情報を、クランクシャフトに関連付けられた回転検出器から受け取り、エンジンサイクルにおける噴射の開始のタイミングは、ＴＤＣの前４°またはＴＤＣの前７°など、ＴＤＣ位置に関連して決定される。
【００４３】
燃料噴射の持続時間も、エンジンが第２の燃料で運転しているとき、エンジンサイクルのより大きな割合の間に実施され得る。持続時間は、サイクルにおいてより早く燃料噴射を開始することによってだけではなく、内燃エンジンが第１の燃料で運転しているときより内燃エンジンが第２の燃料で運転しているときに、サイクルにおいて３°だけクランクアングルをより遅くするなど、エンジンサイクルにおいて燃料噴射をより遅く終了することによっても、より長くされ得る。
【００４４】
排気ガス再循環の度合いの関数としての煤の形成が図４に示されている。実線で示された曲線Ａは、排気ガス再循環が４０％を超えるとき、煤濃度がどのように増加し得るかを示している。破線で示された曲線Ｂは、第１の燃料より大きな体積で噴射される第２の燃料を用いることで、結果生じる煤濃度への影響を示している。第２の燃料のより大きな体積とより大きな質量とは、燃料噴射によって、燃焼室の内容物のより高い度合いの撹拌を引き起こす。噴射される燃料は、燃焼領域の外側から空気を取り込み、この空気を燃焼領域へと持ち込むため、空気に含まれる酸素を、酸素が煤を除去するように作用する燃焼領域へと引き込みもする。噴射される燃料は、ｋＪで表され得るあるエネルギー含量を有している。エンジンをあるエンジン負荷で運転するためには、あるエネルギー含量の燃料が、燃焼室へと噴射される必要がある。燃料エネルギー含量の噴射されたｋＪ当たりの、燃焼領域へと取り込まれた（引き込まれた）空気の質量が、第２の燃料のＭＪ／ｋｇでの低発熱量の関数として、図５に曲線Ｃとして示されている。空気の質量は、第２の燃料の低発熱量が低下するときに増加するように見て取れる。
【００４５】
第２の燃料の低発熱量ＬＣＶは、燃料が燃料保管タンクなどの燃料源に保管されているとき、１つのパラメータまたは複数のパラメータの測定に基づいて計算され得る。この方法で低発熱量に関する測定を得ることによって、低発熱量は制御ユニットに保存され、内燃エンジンの制御のために自動的に使用され得る。多くの異なるパラメータが、燃料の低発熱量の計算を提供するために、おのずと知られている方法で測定され得る。エンジンの１つまたは複数の運転パラメータを測定すること、および、第２の燃料へと混合されている燃料成分の設定について決定するためにこの情報を使用することも、可能である。このような運転パラメータには、例えば、少なくとも１つのシリンダ内部のサイクルを通じた圧力の変化の測定があり得る。代替として、使用され得る低発熱量が、内燃エンジンの制御システムに手動で設定されてもよい。
【００４６】
実際の燃焼領域へのシリンダ充填の混合の増加が達成され、これが、排気ガス再循環の度合いの増加によって引き起こされるシリンダ充填の酸素の含有量の低下を補填するため、増加した排気ガス再循環の間の燃焼条件は、噴射される燃料の発熱量に関して、より大きな体積の噴射される燃料で改善される。
【００４７】
上記で説明された様々な実施形態の詳細は、特許請求の範囲内のさらなる実施形態に組み合わせられ得る。
【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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【外国語明細書】
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