(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レシプロ式内燃機関であって、それぞれ１つの燃焼室（２）とそれぞれ割り当てられた１つのアウトレットバルブ（３）とを備える複数のシリンダライナ（ＧＺ１、ＧＺ２）のシリンダ群（ＧＺ）を有し、
前記シリンダライナ（ＧＺ１、ＧＺ２）の前記シリンダ群（ＧＺ）の前記各燃焼室（２）は、共通の１つの排ガス集合管（４）と流体連通されており、運転状態において排ガス（５）が前記シリンダライナ（ＧＺ１、ＧＺ２）の前記シリンダ群（ＧＺ）の前記各燃焼室（２）から、それぞれ割り当てられた前記アウトレットバルブ（３）を介して前記排ガス集合管（４）に供給可能であり、且つ、前記排ガス集合管（４）からの排ガス（５）を浄化モードで処理するために排ガスリアクタ（６）に供給可能であるようになっており、さらに空気（８０）を圧縮するためのターボユニット（７、７１、７２）が設けられており、前記ターボユニットには前記排ガス（５）を前記排ガスリアクタ（６）から排ガス分配管路（１０）を介して浄化モードで供給することができ、これにより前記ターボユニット（７、７１、７２）により圧縮された前記空気（８０）は、前記シリンダ群（ＧＺ）の１つ若しくは複数の前記シリンダライナ（Ｚ）に、及び／又は当該シリンダライナ（ＧＺ１、ＧＺ２）の１つ若しくは複数に、それぞれ割り当てられた１つの掃気空気開口部を介して掃気空気として供給することができ、
案内ボックス（１４２）の形態の案内エレメント（１４、１４２）が、前記排ガス集合管（４）及び前記排ガス分配管路（１０）を共通に前記レシプロ式内燃機関に固定しており、
前記案内ボックス（１４２）はバイパス区間（１３０）として、前記排ガス（５）がバイパスモードでは前記排ガスリアクタ（６）を迂回し、前記案内ボックス（１４２）を介して前記ターボユニット（７、７１、７２）に供給可能であるように構成されている、ことを特徴とするレシプロ式内燃機関。
【請求項２】
前記レシプロ式内燃機関は、ユニフロー掃気２サイクル大型ディーゼル機関である、請求項１に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項３】
前記バイパス区間（１３０）はバイパスバルブ（１３１）を有する、請求項１又は２に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項４】
前記バイパスバルブ（１３１）は調整可能又は制御可能である、請求項３に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項５】
前記バイパスバルブ（１３１）は、電気的又は液圧式又は空気圧式に調整可能又は制御可能である、請求項４に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項６】
前記ターボユニット（７、７１、７２）は、前記空気（８０）を圧縮するために第１の過給器群（７１）と第２の過給器群（７２）を有する、請求項１から５までのいずれか一項に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項７】
前記排ガス分配管路（１０）は、一方では前記第１の過給器群（７１）と前記第２の過給器群（７２）に隣接する領域において、他方では前記レシプロ式内燃機関の垂直方向（ＶＲ）を基準にして前記排ガス集合管（４）とクランクシャフトの間で、前記排ガス（５）が前記排ガス分配管路（１０）を介して前記第１の過給器群（７１）及び／又は前記第２の過給器群（７２）に供給可能であるように前記内燃機関のクランクシャフト（１１）に対して実質的に平行に延在している、請求項６に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項８】
前記排ガス分配管路（１０）は、前記垂直方向（ＶＲ）を基準にして、前記第１の過給器群（７１）および前記第２の過給器群（７２）を有する前記ターボユニット（７、７１、７２）と前記排ガス集合管（４）との間に配置されており、且つ前記シリンダライナ（Ｚ、ＧＺ１、ＧＺ２）の１つに隣接して配置されている、請求項７に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項９】
混合区間（１２）が、前記排ガス（５）が当該混合区間（１２）を介して前記排ガスリアクタ（６）に供給可能であるように配置され設けられている、請求項１から８までのいずれか一項に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項１０】
前記混合区間（１２）は、混合パイプ管路の形態で前記排ガス集合管（４）と前記排ガスリアクタ（６）との間に設けられている、請求項９に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項１１】
前記混合区間（１２）は少なくとも部分的に前記排ガス集合管（４）に組み込まれており、及び／又は前記排ガス集合管自体が前記混合区間（１２）として構成されている、請求項９又は１０に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項１２】
前記混合区間（１２）は少なくとも部分的に前記排ガスリアクタ（６）に組み込まれている、請求項９から１１までのいずれか一項に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項１３】
前記排ガス集合管（４）、前記混合区間（１２）及び前記排ガスリアクタ（６）は、１つの共通の一体的構成群の形態で設けられており、当該構成群は、一方では前記第１の過給器群（７１）と前記第２の過給器群（７２）に隣接する領域において、他方では前記シリンダライナ（ＧＺ１、ＧＺ２、Ｚ）の１つに隣接して、内燃機関の前記クランクシャフト（１１）に対して実質的に平行に延在している、請求項６に従属する請求項９から１２までのいずれか一項に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項１４】
バイパス管路が、前記排ガス（５）が前記排ガスリアクタ（６）を迂回して前記排ガス分配管路（１０）に供給可能であるように配置され設けられている、請求項１から１３までのいずれか一項に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項１５】
前記バイパス管路は、前記排ガス集合管（４）と前記排ガス分配管路（１０）との間に設けられている、請求項１４に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項１６】
前記バイパス管路は、バイパスバルブ（１３１）によって遮断可能である、請求項１４又は１５に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項１７】
前記排ガス集合管（４）は排ガス集合管バルブ（４０）によって、前記排ガス（５）が前記排ガスリアクタ（６）には、前記排ガス集合管（４）からはもはや供給できないように遮断可能である、請求項１から１６までのいずれか一項に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項１８】
前記排ガス分配管路（１０）は排ガス分配バルブ（１００）によって、前記排ガス（５）が前記排ガス分配管路（１０）には、前記排ガスリアクタ（６）からはもはや供給できないように遮断可能である、請求項１から１７までのいずれか一項に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項１９】
前記排ガス集合管（４）は、第１の排ガス集合室（４１）と当該第１の排ガス集合室（４１）に流体連通された第２の排ガス集合室（４２）とを、前記シリンダライナ（Ｚ）の第１のアセンブリ（ＥＺ１）からの排ガス（５）は前記第１の排ガス集合室（４１）にだけ直接供給可能であり、前記シリンダライナ（Ｚ）の第２のアセンブリ（ＥＺ２）からの排ガス（５）は前記第２の排ガス集合室（４２）にだけ直接供給可能であるように有する、請求項１から１８までのいずれか一項に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項２０】
前記排ガス分配管路（１０）は、第１の排ガス分配室（１０１）と当該第１の排ガス分配室（１０１）に流体連通された第２の排ガス分配室（１０２）とを有し、前記排ガス集合管（４）からの前記排ガス（５）が第１のバイパスバルブ（１３１１）を介して前記第１の排ガス分配室（１０１）にだけ直接供給可能であり、前記排ガス集合管からの前記排ガス（５）が第２のバイパスバルブ（１３１２）を介して前記第２の排ガス分配室（１０２）にだけ直接供給可能であるように前記排ガス集合管（４）と流体連通されている、請求項７から１９までのいずれか一項に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項２１】
前記排ガス集合管の前記第１の排ガス集合室（４１）からの前記排ガス（５）は、第１のバイパスバルブ（１３１１）を介して前記第１の排ガス分配室（１０１）にだけ直接供給可能であり、前記排ガス集合管の前記第２の排ガス集合室（４２）からの前記排ガス（５）は、第２のバイパスバルブ（１３１２）を介して前記第２の排ガス分配室（１０２）にだけ直接供給可能である、請求項１９に従属する請求項２０に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項２２】
前記第１のバイパスバルブ（１３１１）及び又は前記第２のバイパスバルブ（１３１２）は、調整可能又は制御可能である、請求項２０又は２１に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項２３】
センサが、前記第１のバイパスバルブ（１３１１）及び又は前記第２のバイパスバルブ（１３１２）の制御又は調整のために適切に設けられている、請求項２２に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項２４】
前記排ガス集合管（４）は、前記排ガス集合管（４）内で前記排ガス（５）を案内し分配するために、案内装置（１５、１５１）を有する、請求項１から２３までのいずれか一項に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項２５】
前記排ガス分配管路（１０）は、前記排ガス分配管路（１０）内で前記排ガス（５）を偏向し分配するために、偏向装置（１６、１６１）を有する、請求項１から２４までのいずれか一項に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項２６】
調整可能又は制御可能な絞り（Ｂ）を設けることができ、これによりガス流が前記絞り（Ｂ）によって調整又は制御可能である、請求項２４又は２５に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項２７】
前記排ガス集合管（４）及び／又は前記排ガス分配管路（１０）は、１つの共通の案内エレメント（１４、１４１）により支持及び／又は案内されている、請求項１から２６までのいずれか一項に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項２８】
前記案内エレメント（１４、１４１）は、案内プレート（１４１）又はさらなる案内ボックス（１４２）である、請求項２７に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項２９】
前記案内エレメント（１４、１４１、１４２）は、機械的及び／又は熱的に引き起こされる前記排ガス集合管（４）及び前記排ガス分配管路（１０）の緊張及び／又は伸びが少なくとも部分的に補償可能であるように構成されている、請求項２７又は２８に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項３０】
前記案内エレメント（１４、１４１）は、前記排ガス集合管（４）及び前記排ガス分配管路（１０）の機械的及び／若しくは熱的に引き起こされる緊張及び／若しくは伸び並びに／又は振動を補償及び／又は均等化するために、滑りシュー（１４００）内に可動に配置されている、請求項２９に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項３１】
請求項１から３０までのいずれか一項に記載のレシプロ式内燃機関（１）の排ガス集合管（４）用のバイパス区間（１３０）として構成された案内ボックス。
【請求項３２】
前記案内ボックスはバイパスバルブ（１３１）を有する、請求項３１に記載の案内ボックス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の上位概念によるレシプロ式内燃機関、とりわけユニフロー掃気２サイクル大型ディーゼル機関、及びレシプロ式内燃機関の排ガス集合管用の案内ボックスに関する。
【背景技術】
【０００２】
好ましくは船舶建造又は例えば電気エネルギー形成のための定置施設で使用されるクロスヘッド構造形式の大型ディーゼル機関は、機関のフレームを形成する３つの大きなケーシングセグメントを有する。クランクシャフトを収容するためのクランクシャフト主支承部を備えるベアリングサドルの他に横方向の支持エレメントを有する基本プレート上には、底部プレートにより分離されて、いわゆるスタンドが配置されている。公知のスタンドは、大型ディーゼル機関のシリンダ数に対応して対向配置された複数の支持体を含み、これらの支持体は、スラストロッドを介してクランクシャフトと接続されている２つの隣接するクロスヘッドを案内するために、それぞれ垂直方向に延在するスライド面を有する。ここでそれぞれ対向して垂直に延在しスライド面を備える２つの支持体は、中間壁によって付加的に支持される。個別の支持体は、通常、１つの共通のカバー板によって互いに接続されている。この場合スタンドの上方、カバー板には、しばしばシリンダ外套とも称されるシリンダ部分が配置されており、このシリンダ部分は複数のシリンダライナの収容に適している。ここで基本プレート、スタンド及びシリンダ部分は、スタンドの領域内で、通常は支持体内部に伸張する引張アンカによって互いに接続され、この接続は、引張アンカが基本プレート内に又は基本プレートに格別の予付勢の下でねじ留めされることにより行われる。
【０００３】
ここでは種々の形式のスタンドが公知であり、これらのスタンドは安定性及び摩耗に関しての異なる問題を取り扱う。ここで従来技術では相応に最適化された解決策が提案される。
【０００４】
レシプロ式内燃機関の出力向上のために、それだけではないがとりわけ前に述べた形式のものに関しても、燃焼行程の後に新鮮空気が、通常は少なくとも１つの排ガスターボチャージャを含む過圧器群によって、高められた圧力の下でシリンダライナの燃焼室に取り込まれる。ここでは、シリンダライナの燃焼室を燃焼行程の後で去る排ガスの熱エネルギーの一部を利用することができる。そのために熱い排ガスが、例えばシリンダライナのシリンダカバー内に設けられたアウトレットバルブの開放により、シリンダライナの燃焼室から過給器群に供給される。ここで過給器群は、実質的に、圧力の下で過給器群に入り込む加熱された排ガスによって駆動されるタービンから成る。このタービンはコンプレッサを駆動し、これにより新鮮空気が吸引され、圧縮される。タービンを備えるコンプレッサ、排ガスターボチャージャと称される他にしばしば簡単にターボチャージャとも称され、それだけではないがとりわけ２サイクル大型ディーゼル機関の場合、たいていラジアルコンプレッサとして構成されている構成体には、いわゆるディフューザ、充填空気クーラ、水分分離器及びインレットレシーバが後置接続されており、ここから、充填空気又は掃気空気とも称される圧縮された新鮮空気が、最終的に大型ディーゼル機関のシリンダライナの個別の燃焼室に供給される。したがってこのような過給器群を使用することにより、新鮮空気供給を高め、シリンダの燃焼室における燃焼過程の効率を向上させることができる。
【０００５】
大型ディーゼル機関の場合、形式に応じて、空気の供給はシリンダライナにおける異なる箇所で行われる。つまり例えばユニフロー掃気２サイクル機関では、シリンダライナの下方領域にある摺動面に配置された掃気スリットを介して空気がシリンダライナの燃焼室に取り込まれる。小型４サイクル機関では、充填空気は通常、例えばシリンダヘッドに配置された１つ又は複数のインレットバルブを介してシリンダの燃焼室に取り込まれる。ここでは、シリンダライナの下方領域にある掃気スリットの箇所に、シリンダライナの上部に配置されるインレットバルブが装備されている２サイクル機関もよく知られている。
【０００６】
図１は、後でさらに述べる本発明をより良く理解するために、異なるコンポーネントの相互作用を説明するための概略図に、従来技術からこれまで公知の大型ディーゼル機関の排ガスターボチャージャシステムの基本原理を示している。この大型ディーゼル機関は、ユニフロー掃気型の２サイクル大型ディーゼル機関として構成されており、以下では全体として参照符号１’により示される。
【０００７】
本発明を従来技術からより良く区別するために、従来技術から公知の実例の特徴についての参照符号にはそれぞれ上にコンマが付されており、一方、本発明による実施例の特徴に関連する参照符号には上にコンマは付されていない。
【０００８】
大型ディーゼル機関１’は、それ自体公知のように、通常は、複数のシリンダライナＧＺ１’を含むシリンダ群ＧＺ’を有し、これらのシリンダライナは、シリンダカバー内に配置されたアウトレットバルブ３’を備える。このシリンダライナＧＺ１’内にはピストンＫ’が、下死点ＵＴ’と上死点ＯＴ’との間で摺動面に沿って往復運動可能に配置されている。シリンダカバーを備えるシリンダライナＧＺ１’のシリンダ壁及びピストンＫ’は、公知のようにシリンダライナＧＺ１’の燃焼室２’を画定する。
【０００９】
分かり易くするために図１には例として、１つのシリンダライナＧＺ１’だけが図示されている。もちろん実際にはシリンダ群Ｇ’は、複数の、通常は多数のシリンダライナＧＺ１’を含む。
【００１０】
シリンダライナＧＺ１’の下方領域には複数の掃気空気開口部９’が設けられており、これらは掃気スリットとして構成されている。ピストンＫ’の位置に応じてこの掃気スリットは、このピストンにより覆われ、又は開放される。掃気空気開口部９’を通って、掃気空気８１’と称される充填空気がシリンダライナＧＺ１’の燃焼室２’に流入することができる。シリンダカバー内に配置されたアウトレットバルブ３’を通って燃焼の際に発生する排ガス５’が、排ガス集合管４’を通って排ガスターボチャージャとして構成された過給器群７１’に流れる。排ガス集合管４’は、アウトレットバルブ３’を介して、それらのバルブの開放状態の際にそれぞれの燃焼室２’と流体連通している。
【００１１】
過給器群７１’の排ガスターボチャージャは、上に述べたように主要なコンポーネントとしてそれ自体公知のように、空気８０’を圧縮するためのコンプレッサホイール７１１’を備えるコンプレッサ、及びコンプレッサホイール７１１’を駆動するためのタービンホイール７１２’を備えるタービンを含み、このコンプレッサホイール７１１’はシャフトにより、公知のようにタービンホイール７１２’と作用的に強固に接続されている。タービンとコンプレッサは、１つのケーシング内に配置されており、こうして、たいていはラジアルコンプレッサとして構成された排ガスターボチャージャを形成する。タービンは、公知のようにシリンダライナＧＺ１’の燃焼室２’から流入する加熱された排ガス５’によって駆動される。
【００１２】
シリンダライナＧＺ１’の燃焼室２’に掃気空気８１’を搬送するために、コンプレッサホイール７１１’により吸気パイプを介して空気８０’が周囲から吸引され、排ガスターボチャージャで圧縮される。排ガスターボチャージャから圧縮空気８０’が、後置接続されたディフューザ７２０’と充填空気クーラ７３０’を通り、水分分離器７４０’を介してインレットレシーバ７５０’に達し、このインレットレシーバから圧縮空気８０’は最終的に掃気空気８１’として、掃気スリットとして構成された掃気開口部９’を通り、高められた圧力の下でシリンダライナＧＺ１’の燃焼室２’に達する。
【００１３】
１つ又は複数のターボチャージャを使用して機関に充填空気を過給するこの原理は、長い間、機関の可能な全ての形式に対して公知であり、相応してユニフロー掃気２サイクル大型ディーゼル機関においても何十年も前から成功裏に使用されている。これに関してはその間に開発の過程で、排ガス集合管並びにディフューザ、充填空気クーラ及び水分分離器を備える前に述べたターボチャージャシステムから成る排ガスシステムの幾何学的構成及び配置も常により改善されてきており、その結果、公知の排ガスシステムもその間に、スペースを非常に節約して機関の全体幾何形状に最適に適応している。このことは、とりわけ船舶建造で使用されるユニフロー掃気２サイクル大型ディーゼル機関では非常に重要なポイントである。なぜなら船体では基本的に僅かな空間しか使用可能でなく、したがって機関のコンポーネントのスペースを節約する配置が重要な役目を果たすからである。
【００１４】
しかしまさにこの点において、最近は重大な問題が発生しており、それらの原因はとりわけますます厳しくなる排ガス基準にあり、このことは最初は予期されていなかった。
【００１５】
ますます厳しくなる排ガス規制に基づき、数年前から排ガスの品質に対する要求が常にさらに増加している。その際それだけではないがとりわけ排ガス中の窒素酸化物の濃度も排ガス基準の焦点となっている。ここでは対応の排ガス限界値に対する法的基準値及び限界値が常にますます厳しくなっている。このことはとりわけ２サイクル大型ディーゼル機関では、有害物質により激しく汚染された古典的な重油の燃焼が、しかしディーゼル油又は他の燃料の燃焼もまた、常にますます問題となるという結果をもたらす。なぜなら、排ガス限界値を遵守することが常にますます困難になり、技術的に面倒になり、ひいては高価になるか、又はそれどころか、その遵守が最終的にもう全く合理的には不可能であり得ることが危惧されるからである。
【００１６】
したがって実際にはしばらく前から、排ガス浄化、キーワード「排ガス触媒機」及び代替燃料に関して多大な努力が払われている。したがって、すなわち付加的に又は択一的に、同じ理由からすでに比較的長い間、いわゆる「二元燃料機関」、すなわち２つの異なる燃料により駆動することのできる機関に対する必要性が存在する。ガスモードではガス、例えばＬＮＧ（液化天然ガス）のような天然ガス、又は自動車ガス若しくは内燃機関を駆動するのに適する別のガスの形態のガスが燃焼され、一方、液体モードでは適切な液体燃料、例えばガソリン、ディーゼル、重油又は他の適切な液体燃料を同じ機関で燃焼することができる。この機関は２サイクル機関であっても４サイクル機関であってもよく、小型の、中型の、しかしまた大型の機関、とりわけまたユニフロー掃気２サイクル大型ディーゼル機関とすることもできる。
【００１７】
したがって概念「大型ディーゼル機関」により本出願の範囲内では、重油又はディーゼル油により駆動される古典的な２サイクル大型ディーゼル機関の他に、燃料の自己着火を特徴とするディーゼル運転の他、燃料の外部点火を特徴とするオットー運転、又はそれら２つの混合形態でも駆動することのできる大型機関も意味される。さらに概念「大型ディーゼル機関」はとりわけ二元燃料機関も含み、燃料の点火が別の燃料による外部点火によって開始される大型機関も含む。
【００１８】
液体モードでは、通常、燃料が噴射ノズルによってシリンダの燃焼室に直接もたらされ、自己着火の原理にしたがいそこで燃焼される。ガスモードではオットー原理にしたがい、ガス状態のガスが掃気空気と混合され、こうしてこれによりシリンダの燃焼室内に点火可能な混合気が形成されることが公知である。このような低圧方法ではシリンダ内の混合気の点火は、通常、適切な時点で少量の液体燃料がシリンダの燃焼室又は前室に噴射され、この燃料が次に空気／ガス混合気の点火を引き起こすことによって行われる。二元燃料機関は、ガスモードによる運転中に液体モードに切り替えることもでき、その反対もできることがしばしばである。
【００１９】
しかし純粋なガス機関、すなわちガスによってのみ運転可能であり、代替的にさらにディーゼル、重油又は別の燃料によっては運転することのできない機関にも需要がある。これはとりわけ、是認できる技術的コストでは、ガスの燃焼によってのみ経済的に合理的に遵守することができるような高い排ガス基準が要求される場合であり、したがってこれはさらに後で以下に述べる発明の対象とすることもできる。
【００２０】
二元燃料機関であるか、純粋なガス機関であるか、又はガソリン、ディーゼル、若しくは重油のような液体燃料により運転される機関であるか、或いは機関形式の混合形式であるかに関係なく、将来的には排ガスが周囲に放出される前に排ガスを適切な装置及び方法によって浄化し、又は処理することが必須となる。
【００２１】
とりわけ排ガス中の窒素酸化物を還元するために、排ガスリアクタ、とりわけいわゆる「ＳＣＲリアクタ」を使用することが公知である。
【００２２】
ここで概念「ＳＣＲ」は、「Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ」に対する英語の略語であり、話し言葉では排ガス中の窒素酸化物を還元する触媒機と称することもできる。ただしこの触媒機は、例えばプラチナ触媒機材料を備える自動車の場合のようには機能せず、ＳＣＲリアクタでは触媒機エレメントが例えばセラミック又は金属製であり、特殊な反応性被覆が施与されている。還元反応はこの被覆と関連して生じるが、しかし排ガスが前もって適切な化学物質、例えば尿素又はアンモニアと混合されている場合だけ生じ、尿素は排ガス中でアンモニアに気化しなければならない。
【００２３】
この混合及び気化のために従来技術から、ＳＣＲリアクタに入る前に、反応剤、例えば尿素を排ガスと混合及び気化するために混合及び気化パイプとして構成された混合区間に所定の長さを付与することが公知である。確実な混合と気化を保証するために、これまでは混合パイプ管路の形態の混合区間が、排ガスパイプ集合管とある程度の最小長を有するＳＣＲリアクタとの間に配置されていた。しかし混合パイプ管路は、従来技術から公知の解決策では以下に図２に基づき概略的にさらに述べるように、機関から分岐しているから、従来技術から公知の大型機関の混合パイプ管路は非常に大きな構造空間を船体内で占領し、したがってコンパクトな構造を阻害する。
【００２４】
しかし混合パイプ管路だけがそのようなものとして、貴重な構造空間において大きな嵩を必要とする訳ではない。多数のシリンダライナ、例えば６、８、１０、１２又はそれどころが１４のシリンダライナを有する大型ディーゼル機関では、ただ１つの過給器群だけではなく、ターボチャージャを備える２つ又はそれどころが３つ以上の過給器群を設けることが必要であることがしばしばであり、これまで従来技術では各ターボチャージャに対して混合パイプ管路と排ガスリアクタとから成る構成体全体が別個に設けられている。しかしこのことはもちろん、構造空間をさらに格段に使用することの原因となる。
【００２５】
前に述べた問題が例として概略的な図２に基づき示されている。この図は、従来技術から公知の大型ディーゼル機関をただ１つのターボチャージャが存在する場合に対して示し、この大型ディーゼル機関は排ガス集合管、混合パイプ管路、ＳＣＲリアクタ及び過給器群を備える。複数のターボチャージャが存在する場合、従来技術ではこれまで各個々のターボチャージャに対して、混合パイプ管路とＳＣＲリアクタとから成る別個の構成体がそれぞれ１つ相応に設けられている。複数のターボチャージャを備えるものの図示は、ここではスペースの理由から省略されているが、当業者であればなおさら複数のターボチャージャを備える全体構成は自由に図２から自明であるからである。
【００２６】
図２は、排ガス集合管４’と混合パイプ管路１２１’の形態の混合区間１２’とを有する公知の大型ディーゼル機関１’を示し、この混合パイプ管路では排ガス５’が例えば尿素と混合され、尿素は排ガス５’中でアンモニアに気化する。すでに述べたように、ＳＣＲリアクタ６’に入る前に尿素を排ガス５’と確実に混合し気化するためには、図示のように、混合及び気化パイプとして構成された混合区間１２’、ひいては混合パイプ管路１２１’の所定の最小長を保証しなければならない。混合パイプ管路１２１’のこの最小長を、排ガス集合管４’とＳＣＲリアクタ６’との間で維持できるようにするため、図２による従来技術から公知の大型ディーゼル機関では、混合パイプ管路１２１’が先ず接続区間１２２’を介して機関から分岐する。これにより混合パイプ管路１２１’の所要の最小長を維持するために十分な空間が存在する。
【００２７】
さらに説明しなくても概略的な図２から、この構造により確かに排ガス集合管４’から混合パイプ管路１２１’に進入する排気ガス５’と尿素との確実な気化と混合が保証されることが直接的に読み取れる。しかし他方では、基本的に受け入れることのできない大きな空間がこの構造に対して必要となり、この空間はとりわけ船体では提供できず、又は別のやり方でより良く利用することができるものである。
【００２８】
ここでこの構造は、当業者であれば容易に理解するように他の問題となる特性も有する。すなわち重要なそれ自体公知の問題は、しばしば１シリンダ当たり１０，０００ＫＷまで、又はそれどころかそれを超える出力を有することのできる巨大な大型機関の運転時に、このような機関が設置された周囲及び取り付けコンポーネントに誘発される振動である。ここで、今日公知の船舶用の機関は、例えばしばしば１２又はそれどころか１４までのシリンダを有し、これらのシリンダは、運転状態において船体に、並びにとりわけ機関に設置されたコンポーネントにも、例えば排ガスシステム、触媒機システム、及び過給器群を備えるターボチャージャシステムにもそれほどに強い振動を誘発し得る。そのため、これらは適切な対抗措置、例えば振動補償器を設けないこととなれば、大きな損傷を受けるか、又はそれどころか破壊されることさえある。もっとも図２のようにＳＣＲ触媒機システムが自由懸架された構造の場合、このような構造の損傷を持続的に阻止するためには、公知の振動補償器でももはや十分でないことがしばしばである。
【００２９】
しかし付加的なパイプ管路区間及びこれに結び付いた排ガス流の比較的に長い経路も、接続区間１２２’又は他の付加的な接続区間（図２の大型ディーゼル機関では、例えば混合パイプ管路１２１’とＳＣＲリアクタ６’との間及びＳＣＲリアクタ６’と過給器群７１’との間に設けられている）によるものであるが、基本的に望ましいものではなく、不要な材料消費の他に他の不利な技術的作用、例えばパイプ管路システムにおける排ガス５’の温度及び／又は圧力降下（これは最終的にターボチャージャの能力を低下させる）をももたらし、さらに他の一連の不利な技術的影響を引き起こす。この影響は当業者にはそれ自体公知であり、もちろん望ましいものではなく、したがってできる限り回避すべきである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
したがって従来技術から出発して本発明の課題は、排ガス触媒機システム、とりわけＳＣＲリアクタを備える改善された機関、とりわけクロスヘッド型大型ディーゼル機関を提案することであり、この機関においては、従来技術から公知の欠点が回避され、とりわけ排ガスシステムのできる限りスペースを節約する配置が達成され、且つシリンダライナのアウトレットバルブとターボチャージャを備える過給器群との間の通流経路の長さの短縮が達成されるようにする。本発明のさらなる課題は、同等の負荷において燃料を節約することができ、排ガス放出を全体的に低減することのできるレシプロ式内燃機関、とりわけ２サイクル大型ディーゼル機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
この課題を解決する本発明の対象は、独立請求項の特徴によって示されている。
【００３２】
従属請求項は、本発明のとりわけ有利な実施形態に関連する。
【００３３】
したがって本発明は、それぞれ１つの燃焼室とそれぞれ割り当てられた１つのアウトレットバルブとを備える複数のシリンダライナのシリンダ群を有するレシプロ式内燃機関、とりわけユニフロー掃気２サイクル大型ディーゼル機関に関するものである。ここでシリンダライナのシリンダ群の各燃焼室は、１つの共通の排ガス集合管と流体連通されており、運転状態において排ガスがシリンダライナのシリンダ群の各燃焼室から、それぞれ割り当てられたアウトレットバルブを介して排ガス集合管に供給可能であるようになっている。ここでは処理のために、排ガスを排ガス集合管から浄化モードで排ガスリアクタに供給することができる。さらに空気を圧縮するためのターボユニットが設けられており、このターボユニットには排ガスを排ガスリアクタから浄化モードで供給することができる。したがってターボユニットにより圧縮された空気を、シリンダ群の１つ若しくは複数のシリンダライナに、及び／又は当該シリンダライナの１つ若しくは複数に、それぞれ割り当てられた掃気空気開口部を介して掃気空気として供給することができる。ここで排ガス集合管は、案内ボックスの形態の案内エレメントによって支持されており、レシプロ式内燃機関に固定されている。本発明によれば案内ボックスは、排ガスがバイパスモードでは排ガスリアクタを迂回し、案内ボックスを介してターボユニットに供給可能であるようにバイパス区間として構成されている。
【００３４】
したがって本発明にとって重要なことは、排ガス集合管を支持する案内ボックスが、排ガスがバイパスモードでは排ガスリアクタを迂回し、案内ボックスを介してターボユニットに供給可能であるようにバイパス区間として構成され、設けられていることである。
【００３５】
絶対的に必要ではないが、実際上特に有利には、案内ボックスは排ガス分配管路と流体連通しており、この排ガス分配管路は特に有利には、排ガスが排ガスリアクタから排ガス分配管路を介してターボユニットに排ガス分配管路を介して供給可能であるようにシリンダライナに隣接しており、内燃機関のクランクシャフトに対して実質的に平行に一方ではターボユニットと他方では排ガス集合管との間の領域に配置されている。より簡単に表現すれば、排ガス集合管とターボユニットの１つ又は複数の排ガスターボチャージャとの間にはきわめて好ましくは排ガス分配管路が設けられており、この排ガス分配管路は、排ガスリアクタ及び／又は案内ボックスから到来する排ガスをターボチャージャに分配する。これにより大型機関、とりわけユニフロー掃気２サイクル大型ディーゼル機関においても、１つの同じ排ガスリアクタから放出され処理された排ガスを複数の排ガスターボチャージャに同時に分配することが初めて効率的に可能となる。
【００３６】
各ターボチャージャに対して少なくともそれぞれ１つの固有の排ガスリアクタを、それどころか混合パイプ管路と排ガスリアクタとから成る固有の構成体全体を別個にとはいわないまでも、別個に設けなければならないこととなる（このことは、上に述べた構造空間を付加的に大量に消費することにつながっている）これまで従来技術から公知の機関とは異なり、本発明により排ガス分配管路との組合せで、多数のシリンダライナ、例えば６、８、１０、１２又はそれどころか１４のシリンダライナを有するとりわけ大型ディーゼル機関であって、これらのシリンダライナが、各１つの排ガスターボチャージャにより駆動されるターボユニットごとに２つ以上の過給器群を有する大型ディーゼル機関において、ただ１つの排ガスリアクタを設けること、又は混合パイプ管路と、処理された排ガスがこの場合種々の過給器群に分配される排ガスリアクタとから成るただ１つの構成体を設けることが初めて可能になる。
【００３７】
ここで特別の場合には、特定の理由から例えば２つ以上の排ガスリアクタ、又は混合パイプ管路と排ガスリアクタとから成る２つ以上の構成体を設けることも、本発明の機関においてもちろん可能であり、とりわけ多数のシリンダライナを備える機関において可能である。この場合、これら排ガスリアクタの少なくとも１つ、又は混合パイプ管路と排ガスリアクタとから成るこれら構成体の少なくとも１つは、排ガスを１つの同じ排ガスリアクタから少なくとも２つの過給器群に分配することのできるそれぞれ１つの排ガス分配管路と流体連通している。
【００３８】
したがって本発明により、本発明の案内ボックスによって排ガスを、排ガス浄化の行われない、又は必要のないバイパスモードにおいて、排ガスを排ガス集合管から案内ボックスを介してターボチャージャに直接さらに導くことができるので、非常に大きな構造空間を初めて節約できるだけではなく、これにより不要なパイプ接続を節約することができる。
【００３９】
他方、本発明による案内ボックスと排ガス分配管路との組合せで、排ガスリアクタの数、又は混合パイプ管路と排ガスリアクタとから成る構成体の数が、絶対的な最小数に低減され得る。ここで最も有利な場合には、さらに１つの排ガスリアクタ、又は混合パイプ管路と排ガスリアクタとから成るさらに１つの構成体を設ければ良いだけである。したがって、案内ボックスをバイパス区間として本発明により非常にコンパクトに利用することだけにより、好ましくはターボチャージャを備えるターボユニットと案内ボックスとの間の排ガス分配管路を組み合わせることで、構造空間がかなりの大きさで節約される。
【００４０】
しかしさらに付加的且つ同時に、従来技術から公知の上記のさらなる全ての一連の問題が本発明により取り除かれる。
【００４１】
すなわち本発明の構成体では、運転状態にある機関により誘発された振動による上記の問題が有意に低減されており、このことは最終的に特にコンパクトな構造に起因する。したがって本発明により、コンパクトな配置構成及び排ガスシステム全体のコンパクトな構造に基づき構造的に、排ガス集合管、場合により混合パイプ管路を備える排ガスリアクタ、過給器群を備えるターボチャージャシステム、及び排ガス分配管路を含む排ガスシステムが、誘発される振動により損傷される危険性が大きく低減される。したがってこれにより本発明の機関では、排ガスシステムのコンポーネントにおける振動又は排ガスシステム全体の振動を低減するための付加的な措置をもはやしばしば講じる必要がない。なぜならこのことはすでに構造的に、いわば自動的に達成されるからである。
【００４２】
本発明の排ガスシステムのコンパクトな配置構成及び構造は、とりわけさらなる有利な結果をも有しており、すなわち上記の付加的なパイプ管路区間が排ガスシステムにおいてもはや不要であり、したがって削減することができる。これにより従来技術から公知の排ガス流の比較的に長い経路（これはもちろん望ましいことではない）が、本発明により回避される。したがってもはや不要な付加的なパイプ管路区間に対する材料が節約されるだけではなく、不要に長い経路のために従来技術から公知の排ガスシステムにおいて生じるさらなる不利な技術的作用も確実に回避される。したがって例えば排ガスシステムにおける排ガスの温度低下及び／又は圧力降下が格段に減少される。このことはターボチャージャの能力を改善し、これにより最終的に、例えば同等の負荷において燃料も節約することができ、排ガス放出も全体的に低減され、このことは最終的に環境に対してもポジティブな作用を有する。
【００４３】
ここで付加的なパイプ管路区間が存在しないことは、それに加えて同様に振動特性を改善する。なぜなら付加的なパイプ管路区間が存在しないことにより、排ガスシステムの構造及び配置構成が全体としてさらにコンパクトになり、最終的には振動技術的にさらに剛性にもなり、したがって誘発される振動をさらに良好に補償することができ、又は排ガスシステム若しくはそのコンポーネントにより全く吸収しないことが可能であり、これにより付加的に損傷に対する潜在能力がさらに低減される。
【００４４】
実際上特に好ましい一実施例では、案内ボックス又は案内ボックスのバイパス区間がバイパスバルブを有する。これにより排ガス流を排ガス集合管から、バイパスモードでは排ガスリアクタを迂回して解放することができ、浄化モードでは相応に閉鎖することができる。
【００４５】
実際上特に重要な一実施例では、レシプロ式内燃機関は大型機関であり、とりわけユニフロー掃気２サイクル大型ディーゼル機関であり、すでに上に述べた排ガス分配管路を有する。この排ガス分配管路は好ましくは、排ガスが排ガス分配管路を介して第１の過給器群及び／又は第２の過給器群に供給可能であるように内燃機関のクランクシャフトに対して実質的に平行に、一方では、有利には少なくとも１つの第１の過給器群と第２の過給器群を有するターボユニットに隣接する領域に延在し、他方では、レシプロ式内燃機関の垂直方向を基準にして排ガス集合管とクランクシャフトとの間に延在する。
【００４６】
したがって排ガス分配管路は有利には、排ガス集合管の多かれ少なかれ直接下方で案内ボックスに、且つシリンダライナの１つに隣接して配置されている。
【００４７】
これによりとりわけ、過給器群の排ガスターボチャージャへの配管が格段に短縮され、重要なスペースが節約される。そしてこのスペースはこの場合、例えば保守要員及び別の従業員が機関で動くことのできる例えば機関の回廊のために、且つ保守作業又はその他の活動のために提供される。さらに少なくとも圧力損失の一部が、短縮されたパイプ管路により回避され、排ガス装置の固有周波数も、とりわけ排ガス集合管の固有周波数もポジティブな影響を受ける。これによりこれらのコンポーネントに対する材料が節約され得、したがってこれだけによってもコストが低減される。
【００４８】
ここで好ましくは排ガス分配管路の長さは、本発明の全ての実施例において、排ガス集合管を基準にして、排ガス分配管路が割り当てられた全ての排ガスターボチャージャとかろうじて流体連通することができるように短縮することができる。しかしそうでなければその長さは、ターボチャージャから成る構成体の限界を超えないようにする。
【００４９】
排ガスシステムの構成に応じて、実際には排ガス集合管と排ガス分配管路に加えてさらに、反応剤、例えば尿素を排ガスと混合し気化するための混合区間を、排ガスがこの混合区間を介して排ガスリアクタに供給可能であるように配置し設けることができる。ここでこの混合区間は、特別の場合には混合パイプ管路の形態で排ガス集合管と排ガスリアクタとの間に設けることができる。これにより排ガスを、混合区間における反応剤の気化と排ガスとの混合によって、後続の排ガスリアクタで確実に処理することができる。
【００５０】
ここで本発明の特別な実施例では、混合区間を少なくとも部分的に、しかし好ましくは完全に排ガス集合管にも組み込むことができ、及び／又は排ガス集合管自体を混合区間として構成することができる。これによりもちろん、なおさらに貴重なスペースが節約され、最終的には材料消費とコストもさらに最小化することができる。
【００５１】
さらなる一実施例では、混合区間が少なくとも部分的に、しかし好ましくは完全に排ガスリアクタに組み込まれていることも可能である。或いはもちろん、排ガスリアクタと排ガス分配管路とが１つの共通の一体的構成群を形成することも可能である。
【００５２】
ここで排ガス集合管、混合区間及び排ガスリアクタは、オプションとしてそれどころか排ガス分配管路と共に特別の場合にはそれどころか１つの共通の一体的構成群の形態で構成することができる。この構成群は、内燃機関のクランクシャフトに対して好ましくは実質的に平行に、一方では第１の過給器群と第２の過給器群に隣接する領域に延在し、他方ではシリンダライナに隣接して延在する。
【００５３】
もちろん実際には、例えば本発明による機関を備える船舶が対応の厳しい排ガス規制の存在しない領域を航行しているときには、排ガスリアクタは持続的に運転する必要はなく、したがって例えば経済的理由から、又は例えば保守作業のために、排ガスを案内ボックスを介し、排ガスリアクタを迂回してターボユニットのターボチャージャに供給することにより排ガスリアクタを一時的に運転停止することが有利で有り得ることがしばしばである。
【００５４】
排ガス流をさらに最適化できるようにするために、有利には１つ又は複数のさらなるバイパス管路を、案内ボックスのバイパス区間に加えて排ガスシステム内に、割り当てられた過給器群又はターボチャージャにさらに導くために、排ガスリアクタを迂回して排ガスを排ガス分配管路に供給できるように配置し設けることもできる。すなわち排ガスは、バイパス管路を介して排ガスリアクタを迂回することができ、これにより排ガスは排ガスリアクタをもはや通流しない。このためにさらなるバイパス管路を、例えば排ガス集合管と排ガス分配管路との間に設けることができる。
【００５５】
さらなるバイパス管路自体は、例えばバイパスバルブによって遮断できるように設けることができる。ここでさらなるバイパス管路自体は、必須ではないが実施形態に応じて、有利にはバイパスバルブとして構成することができる。すなわちバイパスバルブはバイパス管路として機能する。このことは、例えば排ガス分配管路が排ガス集合管のごく近傍に、例えば平行に、好ましくはこれと直接接触して配置されている場合に特に有利であり得る。
【００５６】
ここでも、もちろん排ガス集合管は排ガス集合管バルブによって、排ガスが排ガス集合管から排ガスリアクタに、排ガス浄化又は排ガスの処理が上に述べたように必要でない運転状態では、すなわちとりわけバイパスモードではもはや供給され得ないように遮断することもできる。このような目的のために、排ガス分配管路は排ガス分配バルブによって、排ガスを排ガス分配管路に排ガスリアクタからはもはや供給できないように遮断し得ることもできる。
【００５７】
本発明のさらなる一実施例では排ガス集合管は、第１の排ガス集合室とこの第１の排ガス集合室に流体連通された第２の排ガス集合室とを、シリンダライナの第１のアセンブリからの排ガスは第１の排ガス集合室にだけ直接供給可能であり、シリンダライナの第２のアセンブリからの排ガスは第２の排ガス集合室にだけ直接供給可能であるように有し、ここで第１の排ガス集合室と第２の排ガス集合室との間には特に好ましくは、機械的及び／又は熱応力及び／又は伸びを補償するための補償部材が設けられている。
【００５８】
これにより、例えば振動のような別の形式の例えば熱的伸び又は機械的緊張をもより良く補償することができるだけでなく、排ガス集合管での排ガスの流れの分配もこれにより最適化することもでき、排ガス集合管に同時に接続される種々のシリンダライナからの排ガス流の相互の影響を少なくとも十分に阻止又は最小化することができる。
【００５９】
全く同じように排ガス分配管路は、第１の排ガス分配室とこの第１の排ガス分配室に流体連通された第２の排ガス分配室とを有することもでき、排ガス集合管からの排ガスが第１のバイパス管路又は第１のバイパスバルブを介して第１の排ガス分配室にだけ直接供給可能であり、排ガス集合管からの排ガスが第２のバイパス管路又は第２のバイパスバルを介して第２の排ガス集合管にだけ直接供給可能であるように排ガス集合管と流体連通することができる。ここで例えば第１のバイパスバルブ及び／又は第２のバイパスバルブは、案内ボックスのバイパスバルブによって実現することができる。
【００６０】
前に述べた本発明の実施例の特に好ましい一変形例では、排ガス集合管の第１の排ガス集合室からの排ガスは第１のバイパス管路又は第１のバイパスバルブを介して第１の排ガス分配室にだけ直接供給され、排ガス集合管の第２の排ガス集合室からの排ガスは第２のバイパス管路又は第２のバイパスバルブを介して第２の排ガス集合室にだけ直接供給され、ここで例えば第１のバイパスバルブ及び／又は第２のバイパスバルブは、案内ボックスのバイパスバルブによって実現することができる。
【００６１】
ここで各対応の実施例では、第１の排ガス分配室と第２の排ガス分配室との間には有利には、機械的及び／又は熱応力及び／又は伸びを補償するための補償接続部を設けることができる。これにより、例えば振動のような別の形式の例えば熱的伸び又は機械的緊張をもより良く補償することができるだけでなく、排ガス分配管路での排ガスの流れの分配もこれにより最適化することもでき、分配管路に同時に接続される種々の排ガス集合管、バイパス管路からの排ガス流の相互の影響を少なくとも十分に阻止又は最小化することができる。
【００６２】
もちろんバイパスバルブ、とりわけ案内ボックスのバイパスバルブ及び／又は第１のバイパスバルブ及び／又は第２のバイパスバルブ及び／又は排ガス集合管バルブ及び／又は排ガス分配バルブも調整又は制御可能であり、とりわけ電気的又は液圧式又は空気圧式に、特に有利にはコンピュータ制御される装置によりレシプロ式内燃機関の設定可能な動作パラメータに依存して調整又は制御可能であることは自明である。
【００６３】
このために特別の場合には、それ自体公知のように、センサ、とりわけ排ガスセンサ、温度センサ、圧力センサ又は別の適切なセンサを、バイパスバルブ、とりわけ案内ボックスのバイパスバルブ及び／又は第１のバイパスバルブ及び／又は第２のバイパスバルブ及び／又は排ガス集合管バルブ及び／又は排ガス分配バルブの調整又は制御のために適切に設けることもできる。
【００６４】
排ガスの流れをさらに最適化するために、排ガス集合管、とりわけ第１の排ガス集合室及び／又は第２の排ガス集合室は、排ガス集合管内で排ガスを案内し分配するために、とりわけ排ガスを排ガス分配管路の異なる部分に分配するために、特別の場合には排ガス分配管路の第１の排ガス分配室と第２の排ガス分配室に分配するために案内装置、とりわけ案内板を有することができる。
【００６５】
もちろん、同様の目的のために全く同じように、排ガス分配管路も、とりわけ第１の排ガス分配室及び／又は第２の排ガス分配室も、排ガス分配管路内で排ガスを偏向し分配するために、とりわけ排ガスをターボユニットの異なる排ガスターボチャージャに分配するために、とりわけターボユニットの第１の過給器群と第２の過給器群とに分配するために偏向装置、とりわけ偏向板を有することができる。ここでは調整可能又は制御可能な絞りを設けることができ、したがってガス流はこの絞りによって調整又は制御可能である。
【００６６】
固定するために、必須ではないが特に好ましくは、排ガス集合管及び排ガス分配管路は１つの共通の案内エレメントにより支持及び／又は案内される。ここで案内エレメントは有利には案内プレートであり、しかし場合により付加的な案内ボックス、又は排ガス集合管と排ガス分配管路を固定し案内するために適切な別の案内又は固定装置である。
【００６７】
ここで案内エレメントは、実際にはきわめて有利には、機械的及び／若しくは熱的に引き起こされる緊張及び／若しくは伸び、又はしかし排ガス集合管及び排ガス分配管路若しくは他の機械コンポーネントの振動も少なくとも部分的に補償可能であるように構成されており、排ガス集合管と排ガス分配管路とは上記のように案内エレメントに配置されている。
【００６８】
本発明はさらに、本出願に記載された本発明のレシプロ式内燃機関の排ガス集合管用のバイパス区間として構成された案内ボックスに関するものであり、案内ボックスは好ましくはバイパスバルブを有する。
【００６９】
本発明を以下に、図面に基づきより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は、従来技術から公知の２サイクル大型ディーゼル機関の排ガスターボチャージャシステムを概略的に示す図である。
【図２】図２は、排ガス処理のためのＳＣＲリアクタを備える公知の大型ディーゼル機関を示す図である。
【図３ａ】図３ａは、排ガス集合管の下方に排ガス分配管路を備える本発明の２サイクル大型ディーゼル機関の第１実施例を示す図である。
【図３ｂ】図３ｂは、図３ａによる実施例の斜視図である。
【図４】図４は、バイパス区間として構成された案内ボックスを備える本発明の２サイクル大型ディーゼル機関の第２実施例を概略的に示す図である。
【図５】図５は、排ガス分配管路を備える本発明の案内ボックスの実施例を示す図である。
【図６】図６は、排ガス分配管路及び補償部材又は補償接続部を備える排ガス集合管を示す図である。
【図７ａ】図７ａは、排ガスのための案内装置を備える排ガス集合管の第１実施例を示す図である。
【図７ｂ】図７ｂは、図７ａによるさらなる一実施例を示す図である。
【図７ｃ】図７ｃは、図７ａによる第３実施例を示す図である。
【図８ａ】図８ａは、排ガスのための偏向装置を備える排ガス分配管路の第１実施例を示す図である。
【図８ｂ】図８ｂは、図８ａによるさらなる一実施例を示す図である。
【図８ｃ】図８ｃは、図８ａによる第３実施例を示す図である。
【図９】図９は、排ガス集合管と排ガス分配管路を備える案内エレメントを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００７１】
図１と図２は、すでに冒頭に詳細に述べ、したがってここでは再度論議する必要のない従来技術の実例に関連する。
【００７２】
以下では全体として参照符号１が付される本発明によるレシプロ式内燃機関は、とりわけユニフロー掃気型の２サイクル大型ディーゼル機関として構成されており、この機関は例えば船舶建造で広く使用されている。
【００７３】
図３ａと図３ｂは、本発明によるレシプロ式内燃機関の本発明にとって主要な部分を、複数のシリンダライナを有する、船舶、例えばコンテナ船で使用されるユニフロー掃気２サイクル大型ディーゼル機関の特別の実施例について示す。ここで図３ｂは、重要なコンポーネントの相互作用の理解をより分かり易くし得るために、図３ａによる機関の単なる斜視図である。
【００７４】
図３ａ又は図３ｂによる本発明によるレシプロ式内燃機関１は、ユニフロー掃気２サイクル大型ディーゼル機関であり、それ自体公知のようにそれぞれ１つの燃焼室２とそれぞれ割り当てられた１つのアウトレットバルブ３とを備える複数のシリンダライナＧＺ１、ＧＺ２のシリンダ群ＧＺを含む。ここでシリンダライナＧＺ１、ＧＺ２のシリンダ群ＧＺの各燃焼室２は、共通の１つの排ガス集合管４と流体連通されており、運転状態において排ガス５がシリンダライナＧＺ１、ＧＺ２のシリンダ群ＧＺの各燃焼室２から、それぞれ割り当てられたアウトレットバルブ３を介して排ガス集合管４に供給可能であるようになっている。処理又は浄化のために、すなわち排ガス５から有害な窒素酸化物を実質的に除去するために、排ガス５は、浄化モードにおいて排ガス集合管４から排ガスリアクタ６に、混合パイプ管路として構成された混合区間１２を介して供給可能である。
【００７５】
さらに図３ａ又は図３ｂの特別の実施例では、空気８０を圧縮するための第１の過給器群７１と第２の過給器群７２を含むターボユニット７が設けられており、この空気は、過給器群７１と過給器群７２のそれぞれのターボチャージャにより周囲から吸入される。過給器群７１、７２には排ガスリアクタ６から排ガス５を、浄化モードにおいて、第１の過給器群７１と第２の過給器群７２によって圧縮された空気８０がシリンダライナＺ又はシリンダ群ＧＺのシリンダライナＧＺ１、ＧＺ２に、それぞれ図３ａと図３ｂには図示されていない割り当てられた掃気空気開口部を介して掃気空気として供給可能であるように供給可能である。ここで排ガス集合管４は、案内ボックス１４２の形態の案内エレメント１４、１４２によって支持されており、レシプロ式内燃機関に固定されている。
【００７６】
本発明によれば案内ボックス１４２は、排ガス５が、バイパスモードでは、排ガスリアクタ６を迂回し案内ボックス１４２を介してターボユニット７、７１、７２に供給可能であるようにバイパス区間１３０として構成されている。ここでバイパス区間１３０は特に好ましくはバイパスバルブ１３１を有する。このことは、とりわけ図４と図５に基づいてさらにより詳細に説明する。
【００７７】
ここで図３ａ又は図３ｂの特別の実施例は、排ガス分配管路１０を有する。この排ガス分配管路は本発明の別の実施例では省略することもできる。この排ガス分配管路は、概略的にだけ示唆し実際にはさらに深い箇所にある内燃機関１のクランクシャフト１１に対して実質的に平行であり、一方では第１の過給器群７１と第２の過給器群７２に隣接する領域において、他方ではレシプロ式内燃機関１の垂直方向ＶＲを基準にして排ガス集合管４とクランクシャフト１１との間で、排ガスリアクタ６からの排ガス５が排ガス分配管路１０を介して第１の過給器群７１及び第２の過給器群７２に供給可能であるように、排ガス集合管４の下方で案内ボックス１４２と流体連通されるようになっている。特別の実施例では排ガス分配管路１０は、垂直方向ＶＲを基準にして第１の過給器群７１と一方では第２の過給器群７２との間に、他方では排ガス集合管４との間に配置されており、且つシリンダライナＺ、ＧＺ１、ＧＺ２の１つに隣接して配置されている。ここで混合区間１２は、排ガス５が混合区間１２を介して排ガスリアクタ６に供給可能であるように配置され、排ガス装置に設けられている。この混合区間１２は、排ガス集合管４と排ガスリアクタ６との間の混合パイプ管路の形態に構成されている。
【００７８】
以下では、図４と図５に基づき、排ガス集合管４と排ガス分配管路１０とを備える本発明の２サイクル大型ディーゼル機関に対するバイパス区間として構成された案内ボックス１４２の各実施例について概略的に論議する。
【００７９】
図４と図５は、バイパス区間１３０として構成された各１つの案内ボックス１４２を示し、この案内ボックスは、排ガス集合管４と排ガス分配管路１０との間のそれぞれ１つのバイパスバルブ１３１を有する。実際上特に好ましいこの実施例では、排ガス集合管路１０は排ガス集合管路４の直接下方で案内ボックス１４２に配置されており、バイパスバルブ１３１は案内ボックス１４２内のバイパス区間１３０を同時に形成する。このことは、これにより付加的なバイパス管路が基本的に不要であるので、特にスペースを節約する。ここで排ガス集合管４は排ガス集合管バルブ４０によって、排ガス５を排ガス集合管４から排ガスリアクタ６に、バイパスモードではもはや供給できないように遮断することができる。さらに排ガス分配管路１０は排ガス分配バルブ１００によって、排ガス分配管路１０に排ガス５を排ガスリアクタ６からもはや供給できないように遮断することができる。すなわち、レシプロ式内燃機関１の所定の運転状態において排ガスリアクタ６が必要なくなる場合、又は別の理由で運転停止される場合、排ガスリアクタ６及び存在する場合には同様に図４にだけ明示した混合区間１２を排ガスシステムから分離することができる。このことは、排ガス集合管バルブ４０及び／又は排ガス分配バルブ１００が閉鎖され、同時にバイパスバルブ１３１が開放されることによって行われる。これにより排ガス５は排ガス集合管４から、案内ボックス１４２のバイパスバルブ１３１と排ガス分配管路１０を介して、図５には分かり易くするために図示されていない過給器群７、７１、７２のターボチャージャに直接供給することができる。
【００８０】
図６に基づき、排ガス集合管４と排ガス分配管路１０とを備える本発明のさらなる特に好ましい一実施例が概略的に図示されている。これらは機械的若しくは熱応力又は他の障害を補償するために、それぞれ１つの補償部材４００又は補償接続部５００を有する。ここで図によれば右に配置されたバイパスバルブ１３１は、バイパス区間１３０として構成された本発明の案内ボックス１４２である。
【００８１】
ここで排ガス集合管４は、第１の排ガス集合室４１とこの第１の排ガス集合室４１に流体連通された第２の排ガス集合室４２とを有し、シリンダライナＺの第１のアセンブリＥＺ１からの排ガス５は第１の排ガス集合室４１にだけ直接供給可能であり、シリンダライナＺの第２のアセンブリＥＺ２からの排ガス５は第２の排ガス集合室４２にだけ直接供給可能であるようになっている。
【００８２】
ここで、すでに述べたように、第１の排ガス集合室４１と第２の排ガス集合室４２との間には、機械的及び／又は熱応力及び／又は伸び並びに／或いは振動又は他の機械的若しくは熱的障害を補償するための補償部材４００が設けられている。
【００８３】
さらに排ガス分配管路１０は、第１の排ガス分配室１０１とこの第１の排ガス分配室１０１に流体連通された第２の排ガス分配室１０２とを有し、排ガス集合管４からの排ガス５が第１のバイパスバルブ１３１１を介して第１の排ガス分配室１０１にだけ直接供給可能であり、排ガス集合管４からの排ガス５が第２のバイパスバルブ１３１２を介して第２の排ガス集合室１０２にだけ直接供給可能であるように排ガス集合管４と流体連通されている。ここで排ガス集合管４の第１の排ガス集合室４１からの排ガス５は、第１のバイパスバルブ１３１１を介して第１の排ガス分配室１０１にだけ直接供給可能であり、排ガス集合管４の第２の排ガス集合室４２からの排ガス５は、第２のバイパスバルブ１３１２を介して第２の排ガス集合室１０２にだけ直接供給可能である。排ガス集合管４と同じように、第１の排ガス分配室１０１と第２の排ガス分配室１０２との間には、機械的及び／又は熱応力及び／又は伸び並びに或いは振動及び／又は他の機械的若しくは熱的障害を補償するための補償接続部５００が設けられている。
【００８４】
バイパスバルブ１３１、ここではとりわけ案内ボックス１４２のバイパスバルブ１３１並びに第１のバイパスバルブ１３１１及び／又は第２のバイパスバルブ１３１２及び／又は明示的に図示されない排ガス集合管バルブ４０及び／又は同様に明示的に図示されない排ガス分配バルブ１００は、特に好ましくは調整可能又は制御可能に、とりわけ電気的又は液圧的又は空気圧的に調整可能又は制御可能に構成されている。そのためにセンサ、とりわけ排ガスセンサ、温度センサ又は圧力センサ又は別の適切なセンサを、バイパスバルブ１３１、とりわけ第１のバイパスバルブ１３１１及び又は第２のバイパスバルブ１３１２及び／又は排ガス集合管バルブ４０及び／又は排ガス分配バルブ１００を調整又は制御するために適切に設けることもできる。
【００８５】
図７ａに基づき、排ガス５のための案内装置１５、１５１を備える排ガス集合管４の特に好ましい第１実施例がさらに概略的に示されている。図７ｂは、図７ａによるさらなる一実施例を示し、一方、図７ｃに基づき図７ａによる第３の実施例が示されている。
【００８６】
図７ａから図７ｃから読み取れるように、排ガス集合管４、とりわけ第１の排ガス集合室４１及び／又は第２の排ガス集合室４２は、排ガス集合管４内で排ガス５を案内し分配するために、とりわけ排ガス５を排ガス分配管路１０の異なる部分に分配するために、特別の場合には排ガス分配管路の第１の排ガス分配室１０１と第２の排ガス分配室１０２に分配するために案内装置１５、１５１、とりわけ案内板１５１を有する。図７ａから図７ｃによるどの実施例が実際に使用可能であるか、又は、場合により単純なこれら実施例の発明的でない発展形態が実際に使用可能であるか否かは、当業者が自分の専門知識から簡単にどう判断するものであるか、また具体的且つ実際的事例にどう適用するものであるかを心得ている。
【００８７】
ここで図８ａは、排ガス５のための案内装置１６、１６１を備える排ガス分配管路１０の第１実施例を示す。図８ｂは、図８ａによるさらなる一実施例を示し、一方、図８ｃに基づき図８ａによる第３実施例が示されている。ここで排ガス分配管路１０、とりわけ第１の排ガス分配室１０１及び／又は第２の排ガス分配室１０２は、排ガス分配管路１０内で排ガス５を偏向し分配するために、とりわけ排ガス５をターボユニット７の異なる排ガスターボチャージャに分配するために、すなわちターボユニット７の第１の過給器群７１と第２の過給器群７２に分配するために偏向装置１６、１６１、とりわけ偏向板１６１を有する。図８ａから図８ｃによるどの実施例が実際に使用可能であるか、又は、場合により単純なこれらの実施例の発明的でない発展形態が実際に使用可能であるか否かは、当業者が自分の専門知識から簡単にどう判断するものであるか、また具体的且つ実際的事例にどう適用するものであるかを心得ている。
【００８８】
最後に図９は、案内エレメント１４、１４１の実際上特に重要な特別の一実施例を例示するものであり、この案内エレメントにより、排ガス集合管４も排ガス分配管路１０も、案内ボックスに加えて有利には共通に機関に固定することができる。ここで排ガス集合管４と排ガス分配管路１０は、１つの共通の案内エレメント１４、１４１により支持及び／又は案内されている。付加的な案内エレメント１４、１４１により、排ガス集合管４は排ガス分配管路１０と共にさらにより良好に機関に固定され、例えば熱的伸びもさらにより良好に補償され、振動の作用の下での振動特性が格段に改善される。
【００８９】
ここで図９による案内エレメント１４、１４１は案内プレート１４１の形態に構成されており、この案内プレートは、排ガス集合管及び／又は排ガス集合管路１０の熱的伸びも、他の機械的負荷又は障害、例えばレシプロ式内燃機関の運転状態において非常に激しく発生し得る機械的振動も受け止め又は補償するのに特に良く適する。ここでは、排ガス集合管４又は排ガス集合管路１０の縦方向での熱的伸び又は振動を補償することも、さらにこれに対して垂直のものも補償することができる。このことはとりわけ、案内プレートの比較的に薄いプレートとしての構成により、且つ個別事例に適合可能な特別の幾何学的形状により可能である。
【００９０】
当業者であれば、本発明が明示的に論議された実施例に限定されるものではなく、相応の発展形態も同様に本発明により保護されることが理解される。とりわけ本発明は、自明であるが、論議された特別の実施形態の適切な全ての組合せに関するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９】
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