(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各１つの燃焼室（２）及びそれぞれに配置された排ガス弁（３）付きの複数のシリンダ・ライナ（ＧＺ１、ＧＺ２）のシリンダ・アセンブリ（ＧＺ）を具備するレシプロ式内燃機関、作動時には、排ガス（５）が前記シリンダ・ライナ（ＧＺ１、ＧＺ２）の前記シリンダ・アセンブリ（ＧＺ）の各燃焼室（２）からそれぞれに配置された前記排ガス弁（３）を経由して排ガス集合管（４）に供給することができ、浄化モード時には、処理のために前記排ガス集合管（４）からの前記排ガス（５）を排ガス・リアクタ（６）に送り込むことができるように、各燃焼室（２）は共通の排ガス集合管（４）付きシリンダ・ライナ（ＧＺ１、ＧＺ２）の前記シリンダ・アセンブリ（ＧＺ）に流れが接続されており、さらには浄化モード時、前記排ガス・リアクタ（６）から前記排ガス（５）を供給することができる過給ユニット（７、７１、７２）を具備する第１過給アセンブリ（７１）が空気（８０）の圧縮のために取り付けられていることによって、前記第１過給アセンブリ（７１）により圧縮された前記空気（８０）が１つ又は複数のシリンダ・ライナ（Ｚ）及び／又は前記シリンダ・アセンブリ（ＧＺ）の１つ又は複数の前記シリンダ・ライナ（ＧＺ１、ＧＺ２）に、それぞれに１つ配置された掃気開口部を経由して掃気として供給することができるレシプロ式内燃機関であり、混合流路（１２）が一方では前記第１過給アセンブリ（７１）に隣接する領域で、及び他方では前記混合流路（１２）を経由して前記排ガス・リアクタ（６）に前記排ガス（５）を供給することができるように、少なくとも部分的に主として前記排ガス集合管（４）の集合管部（４０１）と平行して伸長し、前記混合流路（１２）が、前記レシプロ式内燃機関の垂直方向（ＶＲ）に対して、一方では前記排ガス集合管（４）と他方では前記レシプロ式内燃機関のクランク軸（１１）の間で、少なくとも部分的に主として前記排ガス集合管（４）と平行に伸長することを特徴とするレシプロ式内燃機関。
【請求項２】
前記混合流路（１２）が混合管路（１２１）として設計されている、請求項１に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項３】
前記排ガス集合管（４）がガイド・エレメント（１４、１４２）によりガイド・ボックス（１４２）の形態で支持され、前記レシプロ式内燃機関に固定されており、浄化モード時、前記ガイド・ボックス（１４２）を経由して前記混合流路（１２）に前記排ガス（５）を供給することができるように、前記ガイド・ボックス（１４２）が接続流路（１３０）として形成され、前記混合流路（１２）と流れが接続されている、請求項１又は２に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項４】
前記ガイド・ボックス（１４２）又は前記接続流路（１３０）が接続弁（Ｖ１３０）を具備することによって、バイパス・モード時、前記排ガス集合管（４）からの排ガス流が前記混合流路（１２）内で遮断されている、請求項３に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項５】
前記混合流路（１２）が少なくとも部分的に、前記排ガス集合管（４）内で、前記集合管部（４０１）と平行に混合管路（１２１）として前記排ガス集合管（４）内に平行に一体化され、及び／又は前記排ガス集合管（４）自体が混合流路（１２）として形成されている、請求項１から４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６】
前記第１過給アセンブリ（７１）に加えて、少なくとも１つの第２過給アセンブリ（７２）が空気（８０）の圧縮のために取り付けられており、浄化モード時、前記排ガス（５）を前記排ガス・リアクタ（６）から供給することができることによって、前記第１過給アセンブリ（７１）及び前記第２過給アセンブリ（７２）により、前記シリンダ・アセンブリ（ＧＺ）の１つ又は複数のシリンダ・ライナ（Ｚ）及び／又は１つ又は複数の前記シリンダ・ライナ（ＧＺ１、ＧＺ２）にそれぞれに１つ配置された掃気開口部を経由して掃気として、圧縮された空気（８０）を供給することができる、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・リアクタ（６）から排ガス分配管（１０）を経由して前記第１過給アセンブリ（７１）及び前記第２過給アセンブリ（７２）に前記排ガス（５）を供給することができるように、排ガス分配管（１０）が少なくとも部分的に、主として前記レシプロ式内燃機関のクランク軸（１１）と平行に、一方では前記第１過給アセンブリ（７１）及び前記第２過給アセンブリ（７２）に隣接する領域で、及び他方では前記レシプロ式内燃機関の前記垂直方向（ＶＲ）に対して前記排ガス集合管（４）と、前記混合流路（１２）と前記クランク軸（１１）の間で伸長する、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（１０）が前記垂直方向（ＶＲ）に対して、前記第１過給アセンブリ（７１）と一方は前記第２過給アセンブリ（７２）、他方は前記排ガス集合管（４）の間に、前記シリンダ・ライナ（Ｚ、ＧＺ１、ＧＺ２）の１つと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】
前記排ガス分配管（１０）が垂直方向（ＶＲ）に対して、前記第１過給アセンブリ（７１）及び前記第２過給アセンブリ（７２）の高さに配置されており、前記第１過給アセンブリ（７１）及び前記第２過給アセンブリ（７２）が前記排ガス分配管（１０）と隣接した１つの前記シリンダ・ライナ（Ｚ、ＧＺ１、ＧＺ２）の間に配置されている、請求項７又は８に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項１０】
前記混合流路（１２）及び前記排ガス・リアクタ（６）が少なくとも部分的に一体型ユニットを形成している、請求項１から９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１１】
前記排ガス・リアクタ（６）及び前記排ガス分配管（１０）が共通の一体型アセンブリを形成している、請求項７に従属する請求項８、請求項７に従属する請求項９、及び請求項７に従属する請求項１０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１２】
前記排ガス集合管（４）、前記混合流路（１２）、前記排ガス・リアクタ（６）及び前記排ガス分配管（１０）が共通の一体型アセンブリの形態で取り付けられていて、主として前記レシプロ式内燃機関の前記クランク軸（１１）と平行に、一方では前記第１過給アセンブリ（７１）及び前記第２過給アセンブリ（７２）と隣接した領域に、そして他方ではシリンダ・ライナ（ＧＺ１、ＧＺ２、Ｚ）の１つと隣接して伸長する、請求項６に従属する請求項７に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項１３】
前記第１過給アセンブリ（７１）及び／又は前記第２過給アセンブリ（７２）の前記排ガス・リアクタ（６）を迂回して、前記過給ユニット（７、７１、７２）の前記排ガス分配管（１０）を経由して前記排ガス（５）を供給することができるように、バイパス管（１３）が配置され、取り付けられている、請求項６に従属する請求項７に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項１４】
前記バイパス管（１３）が前記排ガス集合管（４）と前記排ガス分配管（１０）の間に取り付けられている、請求項１３に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項１５】
前記バイパス管（１３）をバイパス弁（１３１）によって遮断することができる、請求項１３又は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（１３）がバイパス弁（１３１）として設計されている、請求項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）から前記排ガス・リアクタ（６）に前記排ガス（５）をもはや供給することができないように、前記集合管部（４０１）を排ガス集合管弁（４０）によって遮断することができる、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・リアクタ（６）から前記排ガス分配管（１０）に前記排ガス（５）をもはや供給することができないように、前記排ガス分配管（１０）を排ガス分配弁（１００）によって遮断することができる、請求項７、請求項７に従属する請求項８、請求項７に従属する請求項９、請求項７に従属する請求項１０、請求項７に従属する請求項１１、請求項７に従属する請求項１２、請求項７に従属する請求項１３、請求項７に従属する請求項１４、請求項７に従属する請求項１５、請求項７に従属する請求項１６、及び請求項７に従属する請求項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】
シリンダ・ライナ（Ｚ）の第１アセンブリ（ＥＺ１）からの前記排ガス（５）は前記第１排ガス集合室（４１）にのみ直接供給することができ、シリンダ・ライナ（Ｚ）の第２アセンブリ（ＥＺ２）からの前記排ガス（５）は第２排ガス集合室（４２）にのみ直接供給することができるように、前記排ガス集合管（４）が第１排ガス集合室（４１）と、前記第１排ガス集合室（４１）と流れが接続された前記第２排ガス集合室（４２）を具備する、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】
前記第１排ガス集合室（４１）と前記第２排ガス集合室（４２）の間に機械的及び／又は熱的応力及び／又は膨張の補償のための補償部（４００）が取り付けられている、請求項１９に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項２１】
前記排ガス分配管（１０）は第１排ガス分配室（１０１）と、前記第１排ガス分配室（１０１）に流れが接続された第２排ガス分配室（１０２）を具備し、前記排ガス集合管（４）から第１バイパス弁（１３１１）を経由した前記排ガス（５）は前記第１排ガス分配室（１０１）にのみ直接供給することができ、前記排ガス集合管から第２バイパス弁（１３１２）を経由した前記排ガス（５）は前記第２排ガス分配室（１０２）にのみ直接供給することができるように、前記排ガス集合管（４）に流れが接続されている、請求項１から２０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２２】
前記排ガス集合管の前記第１排ガス集合室（４１）から第１バイパス弁（１３１１）を経由した前記排ガス（５）は前記第１排ガス分配室（１０１）にのみ直接供給することができ、前記排ガス集合管の前記第２排ガス集合室（４２）から第２バイパス弁（１３１２）を経由した前記排ガス（５）は前記第２排ガス分配室（１０２）にのみ直接供給することができる、請求項１９又は２０に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項２３】
前記第１排ガス分配室（１０１）と前記第２排ガス分配室（１０２）の間に機械的及び／又は熱的応力及び／又は膨張の補償のための補償接続部（５００）が取り付けられている、請求項２１又は２２に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項２４】
前記混合管路（１２１）が第１混合室（１２０１）及び第２混合室（１２０２）を具備し、前記第１混合室（１２０１）と前記第２混合室（１２０２）の間に機械的及び／又は熱的応力及び／又は膨張の補償のための補償管（６００）が取り付けられている、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】
前記接続弁（Ｖ１３０）及び／又は第１バイパス弁（１３１１）及び／又は第２バイパス弁（１３１２）及び／又は前記排ガス集合管弁（４０）及び／又は前記排ガス分配弁（１００）が電気的又は油圧的又は空圧的に制御又は調整可能である、請求項４に従属する請求項７に従属する請求項１７に従属する請求項１８に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項２６】
排ガス・センサ、温度センサ又は圧力センサが前記接続弁（Ｖ１３０）及び／又は前記第１バイパス弁（１３１１）及び又は前記第２バイパス弁（１３１２）及び／又は前記排ガス集合管弁（４０）及び／又は前記排ガス分配弁（１００）の制御又は調整のために適合されて取り付けられている、請求項２５に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項２７】
第１排ガス集合室（４１）及び／又は第２排ガス集合室（４２）が導流板（１５１）を前記排ガス集合管（４）内での前記排ガス（５）の導流及び分配のために具備し、前記排ガス（５）を前記排ガス分配管の前記第１排ガス分配室（１０１）及び前記第２排ガス分配室（１０２）上に分配するために具備している、請求項７に従属する請求項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】
前記第１排ガス分配室（１０１）及び／又は前記第２排ガス分配室（１０２）が誘導板（１６１）を前記排ガス分配管（１０）内での前記排ガス（５）の誘導及び分配のために具備し、前記排ガス（５）を前記過給ユニット（７）の前記第１過給アセンブリ（７１）及び前記第２過給アセンブリ（７２）上で分配するために具備している、請求項７に従属する請求項２７に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項２９】
制御又は調整可能なオリフィス板（Ｂ）を取り付けることができることによって、ガス流を前記オリフィス板（Ｂ）によって制御又は調整することができる、請求項２７又は２８に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項３０】
前記排ガス集合管（４）及び／又は前記混合流路（１２）、とりわけ前記混合管路（１２１）及び／又は前記排ガス分配管（１０）が共通のガイド・エレメント（１４、１４１）によって支持及び／又は誘導されている、請求項２又は５に従属する請求項７に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項３１】
前記ガイド・エレメント（１４、１４１）がガイド・プレート（１４１）又はガイド・ボックス（１４２）である、請求項３０に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項３２】
前記排ガス集合管（４）及び前記排ガス分配管（１０）の機械的及び／又は熱的に制限された応力及び／又は膨張が少なくとも部分的に圧縮することができるように、前記ガイド・エレメント（１４、１４１）がそのように形成され、前記排ガス集合管（４）及び／又は前記混合管路（１２１）及び／又は前記排ガス分配管（１０）が前記ガイド・エレメント（１４、１４１）に配置されている、請求項３０又は３１に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項３３】
前記ガイド・プレート（１４１）及び／又は前記ガイド・ボックス（１４２）が前記排ガス集合管（４）及び前記排ガス分配管（１０）の機械的及び／又は熱的に制限された応力及び／又は膨張及び／又は振動の補償及び／又は調整のためにスライド・シュー（１４００）内で動けるように配置されている、請求項３０又は３２に記載のレシプロ式内燃機関。
【請求項３４】
請求項１から３３までのいずれか一項に記載のレシプロ式内燃機関（１）用の混合流路、とりわけ混合管路。
【請求項３５】
前記混合流路が、排ガス集合管（４）及び／又は前記排ガス分配管（１０）及び／又は排ガス・リアクタ（６）を具備する混合流路の組合せである、請求項３４に記載の混合流路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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・エンジン、及び混合流路、とりわけ独立請求項の上位概念による混合管路に関する。
【背景技術】
【０００２】
クロスヘッド構造の大型ディーゼル・エンジンは、好ましくは船舶建造又は定置型装置内などに、例えば発電のために取り付けられ、エンジンの枠組を形成する３つの大型ハウジング部分を有する。クランク軸主軸受付き軸受台近傍でクランク軸の取付けのために横方向支持要素を明示するベース・プレート上には、フロア・プレートで仕切られて、いわゆるスタンドが配置される。公知のスタンドは、大型ディーゼル・エンジンのシリンダ数に応じて複数の対向配置の支持体を有し、この支持体は連接桿を介してクランク軸と接続されている２つの隣接するクロスヘッドの誘導のために各１つの垂直に走るスライド面を明示する。ここでスライド面を有する各２つの対向する垂直延伸支持体は隔壁により追加支持される。各支持体は通常、共通のクロージング・パネルにより相互接続されている。次に、スタンド上側のクロージング・パネルには、多くの場合、シリンダ・ジャケットともいうシリンダ部が配置されており、このシリンダ部は複数のシリンダ・ライナの取付けに適合されている。ベース・プレート、スタンド及びシリンダ部はここで通常、スタンド部の領域で支持体の内部に伸張するタイ・ロッドによって相互接続されるが、それはタイ・ロッドがベース・プレート内又はベース・プレート上で著しい予荷重を印加されボルト留めされることで行われる。
【０００３】
ここで安定性及び摩耗に関する異なる問題に対処する種々の形式のスタンドが公知であり、背景技術では適宜、最適な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記の形式のような場合にも、燃焼行程後に、通常、少なくとも１つの排ガス・ターボチャージャを具備する過給アセンブリにより新気が高められた圧力の下シリンダ・ライナの燃焼室に送り込まれる。ここで燃焼行程後にシリンダ・ライナの燃焼室から出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、高温の排ガスは、例えばシリンダ・ライナのシリンダ・カバーに取り付けられた排ガス弁を開くことによって、シリンダ・ライナの燃焼室から過給アセンブリに供給される。ここで過給アセンブリは主として、圧力が印加されて過給アセンブリに進入する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。タービンはそれ自体の側でコンプレッサを駆動し、それによって新気が吸入され、圧縮される。分類上、排ガス・ターボチャージャという名称と並んで、多くの場合、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・エンジンの場合にはたいていラジアル・コンプレッサとして実施されるタービン付きコンプレッサには、いわゆるディフューザ、チャージ・エア・クーラ、水分離器及びインテーク・レシーバが後置接続されており、そこからチャージ・エア又は掃気ともいう圧縮された新気が、最終的に大型ディーゼル・エンジンのシリンダ・ライナの各燃焼室に送り込まれる。こうして、このような過給アセンブリの使用によって新気供給を向上させ、シリンダの燃焼室内での燃焼プロセスの効率性を高めることができる。
【０００５】
大型ディーゼル・エンジンの場合、形式に応じて、シリンダ・ライナの異なる場所に空気の供給が行われる。こうして例えば、ユニフロー掃気の２サイクル・エンジンの場合、シリンダ・ライナ下部の領域の摺動面に配置されている掃気スロットを経由して、シリンダ・ライナの燃焼室に空気が送り込まれる。小型の４サイクル・エンジンの場合、チャージ・エアは通常、例えばシリンダ・ヘッドに配置されている１つ又は複数の吸気弁を経由して、シリンダの燃焼室に送り込まれる。ここで２サイクル・エンジンでも周知であるが、これらの２サイクル・エンジンにはシリンダ・ライナ下部の領域の掃気スロットの場所にシリンダ・ライナの上に配置される吸気弁が装備されている。
【０００６】
図１は、ユニフロー掃気による２サイクル大型ディーゼル・エンジンとして開発されており、以下で包括的に符号１’で標示される、背景技術からこれまでに公知である大型ディーゼル・エンジンの排ガス・ターボチャージャ・システムの原理的構造を、後でまた述べる発明を理解しやすくするために、異なる構成部品の相互作用を説明する概略図で示している。
【０００７】
背景技術と本発明を区別しやすくするために、背景技術から公知となっている例の指標のための符号にはそれぞれダッシュを付けているが、本発明による実施例の指標に関連する符号にダッシュは付けていない。
【０００８】
大型ディーゼル・エンジン１’は、公知の方式で一般に、シリンダ・カバー内に配置される排ガス弁３’が付いた複数のシリンダ・ライナＧＺ１’を具備するシリンダ・アセンブリＧＺ’を有し、そのシリンダ・ライナＧＺ１’には、ピストンＫ’が下死点ＵＴ’と上死点ＯＴ’の間に摺動面に沿って前後に動けるように配置されている。シリンダ・カバー及びピストンＫ’が付いたシリンダ・ライナＧＺ１’のシリンダ・ウォールは、公知の方法でシリンダ・ライナＧＺ１’の燃焼室２’を制限している。
【０００９】
見やすくするために、図１には例示的にシリンダ・ライナＧＺ１’のみが図示されている。実際には、シリンダ・アセンブリＧ’は複数の、通常は多数のシリンダ・ライナＧＺ１’を具備していると理解される。
【００１０】
シリンダ・ライナＧＺ１’の下部の領域には、掃気スロットとして実施されている複数の掃気開口部９’が取り付けられている。ピストンＫ’の位置に応じて、掃気スロットはこのピストンによって覆われるか、又は開放される。掃気開口部９’によって、掃気８１’と称されるチャージ・エアはシリンダ・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排ガス弁３’を通って、燃焼時に生成された排ガス５’は、開いた状態の排ガス弁３’を経由して各燃焼室２’に流れが接続されている排ガス集合管４’から、排ガス・ターボチャージャとして開発された過給アセンブリ７１’に流入する。
【００１１】
過給アセンブリ７１’の排ガス・ターボチャージャは、上記のように重要な構成部品としてそれ自体公知の方式で、空気８０’の圧縮用コンプレッサ・フライホイール７１１’付きコンプレッサ、及びシャフトにより公知の方法で 確実にタービン・フライホイール７１２’に接続されているコンプレッサ・フライホイール７１１’の駆動用タービン・フライホイール７１２’付きタービンを具備している。タービン及びコンプレッサはハウジング内に配置され、こうしてたいていラジアル・コンプレッサとして形成される排ガス・ターボチャージャを形づくる。タービンは公知の方法で、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８１’を送り込むために、コンプレッサ・フライホイール７１１’によって吸気ノズルを経由して周囲から空気８０’が吸入され、排ガス・ターボチャージャ内で圧縮される。排ガス・ターボチャージャから、圧縮された空気８０’が後置接続されているディフューザ７２０’及びチャージ・エア・クーラ７３０’によって水分離器７４０’を経由してインテーク・レシーバ７５０’に到達し、そこから圧縮された空気８０’は最終的に、掃気スロットとして開発された掃気開口部９’により高められた圧力が印加されて掃気８１’としてシリンダ・ライナＧＺ１’の燃焼室２’に到達する。
【００１３】
１つ又は複数のターボチャージャを使用した、チャージ・エアによるエンジン過給のこの原理は、長い間、エンジンの考えられ得る全ての形式で公知であり、ユニフロー掃気の２サイクル大型ディーゼル・エンジンの場合でもそれ相応に数十年来、成功裏に使用されてきた。ここでその間に開発の過程の中で、排ガス集合管並びにディフューザ、チャージ・エア・クーラ、及び水分離器付きの前記のターボチャージャ・システムから成る排ガス・システムの形状及び配置も、常に一層最適化されてきたことにより、公知の排ガス・システムはその間に著しく省スペース化もされて最適化され、エンジンの全形状に組み込まれている。これはとりわけ、船舶に取り付けられているユニフロー掃気の２サイクル大型ディーゼル・エンジンの場合、船体内では原則として僅かなスペースしか使用することができず、それによりエンジン構成部品の省スペース型配置が決定的な役割を果たすため、極めて決定的なポイントである。
【００１４】
しかしまさにこのポイントに関しては、このところ、多大な問題が発生しており、その原因はとりわけ、厳格になる一方の排ガス基準において確認され、当初は予期されていなかったものである。
【００１５】
厳格になる一方の排ガス規定に基づいて、数年来、排ガスの品質に対する要求が常に増大しており、そればかりではないが、とりわけ排ガス中の窒素酸化物濃度も排ガス基準の焦点となっている。ここで、該当する排ガス規制値に関する法的基準値及び規制値が常にますます厳格になってきている。このためとりわけ２サイクル大型ディーゼル・エンジンの場合、排ガス規制値の遵守が常に一層難しくなり、技術的に高コストとなり、それにより高価になるか、又はそれどころか最終的にその遵守がもはやまったく合理的には実現不可能になることが危惧されるため、有害物質を含んだ高負荷の従来型重油の燃焼、さらにはディーゼル燃料又は他の燃料の燃焼は常にますます問題となっている。
【００１６】
そのため実際には、最近、排ガス浄化、「排ガス触媒」というキー・ワード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、つまり追加的に又は代替的に、同一の理由からすでに長い間、いわゆる「デュアル・フューエル・エンジン」、すなわち２種類の燃料により駆動できるエンジンに対する要求が発生している。ガス・モード時は、ガス、例えば、ＬＮＧ（液化天然ガス）といった天然ガス、或いは液化ガソリン・ガス又は内燃機関駆動用に適合された別のガスの形態でのガスを燃焼させ、他方、液体モード時は、ベンジン、ディーゼル、重油又は他の適合済み液体燃料を同一のエンジン内で燃焼させることができる。ここでエンジンは、２サイクル・エンジンでもあれば、４サイクル・エンジンでもあり、ここで小型エンジンでも、中型エンジンでも、さらには大型エンジンでも、とりわけユニフロー掃気２サイクル大型ディーゼル・エンジンでもあり得る。
【００１７】
こうして、「大型ディーゼル・エンジン」という概念によって、本出願の枠組の中で、重油又はディーゼル燃料で駆動される従来の２サイクル大型ディーゼル・エンジンと並んで、燃料の自己着火によって特徴付けられるディーゼル・モード時のほかに、燃料の外部点火によって特徴付けられるガソリン・モード時においても、又はこの両方による混合形態で駆動することができるような大型エンジンも理解されている。さらに、大型ディーゼル・エンジンという概念はとりわけ、上記のデュアル・フューエル・エンジンも、そして別の燃料による外部点火によって燃料の着火が開始されるような 大型エンジンも含む。
【００１８】
液体モード時は一般に、燃料は噴射ノズルによってシリンダの燃焼室に直接送り込まれて、自己着火原理によりそこで燃焼される。ガス・モード時は、オットー原理に基づいて、気体の状態のガスを掃気と混合することによって、シリンダの燃焼室内で点火可能な混合気が生成されることが公知である。このような低圧プロセスにおいて、一般に適正なモーメントで小量の液体燃料がシリンダの燃焼室又は予燃室に噴射されることによって、混合気の点火がシリンダ内で行われ、これによりその後、空気とガスの混合気の点火が引き起こされる。デュアル・フューエル・エンジンは、多くの場合、運転中でもガス・モードから液体モードへ、そしてその逆に切り替えられ得る。
【００１９】
しかしながら、ガスでしか駆動できず、代わりにディーゼル燃料、重油又は別の燃料で駆動できないエンジンである、純粋なガス・エンジンはとりわけ、是認できる技術的なコスト上、経済的な合理性からはガスの燃焼によってしか遵守できない、高い排ガス基準値が要求されている場合に需要があり、したがって、同様にさらに後述する下記の発明の対象であり得る。
【００２０】
デュアル・フューエル・エンジンであれ、純粋なガス・エンジンであれ、又はベンジン、ディーゼル燃料、若しくは重油といった液体燃料で駆動されるエンジンであれ、或いは前記のタイプのエンジンの混合タイプのエンジンであれ、まったく同様に、排ガスが周囲に排出される前に適切な装置及び方法で排ガスを浄化又は処理することが将来絶対に必要となる。
【００２１】
とりわけ排ガス中の窒素酸化物の還元のためには、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】
ＳＣＲという概念はここで「Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ（選択的触媒還元）」という英語の略語であり、口語的には触媒と称されることができ、排ガスの窒素酸化物を還元するものである。これは、例えば、プラチナ触媒の材料を備えた自動車の場合のようには機能せず、ＳＣＲリアクタでは、触媒要素が例えばセラミック又は金属から成り、特殊な反応層を備えている。ただし、還元反応は、あらかじめ排ガスが例えば、尿素又はアンモニアといった適切な化学物質と混合された場合にのみ、コーティングと化合して発生し、尿素は排ガスの中で気化してアンモニアにならなければならない。
【００２３】
この混合及び気化に関しては、ＳＣＲリアクタへの進入前に、排ガスとの反応材、例えば、尿素の混合及び気化のための混合及び気化管として開発された特定の長さの混合流路を備え付けることが背景技術により公知である。信頼できる混合及び気化を保証するために、従来、混合流路は混合管路の形態で排ガス・パイプ集合管と特定の最低長さのＳＣＲリアクタの間に配置された。しかし、背景技術により公知の解決策の場合、図２により以下で図式的にさらに説明されるとおり、混合管路はエンジンから延伸するため、背景技術により公知の大型エンジンの混合管路は船体内で極めて大きな取付けスペースを必要とし、それによりコンパクトな構造を阻害する。
【００２４】
なお、混合管路だけがそのようなものとして相当程度の有益な取付けスペースを要求する訳ではない。多数のシリンダ・ライナ、例えば、６、８、１０、１２、それどころか１４個のシリンダ・ライナを備えた、まさに大型ディーゼル・エンジンでは、多くの場合、ただ１つの過給アセンブリではなく、２つ又はそれどころか３つ以上の過給アセンブリをターボチャージャと共に備え付ける必要があり、従来の背景技術では、各ターボチャージャに対して混合管路及び排ガス・リアクタから成る全体の配置が別に取り付けられるが、これは当然追加の取付けスペースの膨大な使用を制限する。
【００２５】
前記の問題は、ただ１つのターボチャージャが取り付けられている 場合の排ガス集合管、混合管路、ＳＣＲリアクタ及び過給アセンブリ付きの背景技術により公知の大型ディーゼル・エンジンを示す概略図２により例示的に図示される。複数のターボチャージャが取り付けられている場合、背景技術で従来は各個別のターボチャージャに相応して各１つの、混合管路及びＳＣＲリアクタから成る個別配置が施される。複数のターボチャージャを備えたそのような図は、スペース上の理由からここでは断念されるが、とりわけ当業者向けには複数のターボチャージャを備えた全体の配置が自由に図２からもたらされている。
【００２６】
図２は、排ガス集合管４’、排ガス５’に例えば、排ガス５’内でアンモニアに気化する尿素が混入する混合管路１２１’の形態での混合流路１２’が付いた公知の大型ディーゼル・エンジン１’を示す。すでに触れたように、ＳＣＲリアクタ６’への進入前の排ガス５’との尿素の信頼できる混合及び気化に関して、図示のように、混合及び気化管として開発された混合流路１２’、及びこれにより混合管路１２１’の特定の最低長さが保証される必要がある。排ガス集合管４’とＳＣＲリアクタ６’の間の混合管路１２１’のこの最低長さを遵守することを可能にするために、図２による背景技術により公知の大型ディーゼル・エンジンの場合、混合管路１２１’が最初に接続部１２２’を経由してエンジンから延伸することによって、混合管路１２１’の必要な最低長さを遵守するのに十分なスペースが用意されている。
【００２７】
他に説明なしで、概略図２からも、この構造によって混合管路１２１’に進入する排ガス５’への排ガス集合管４’からの尿素の信頼できる気化及び混合が保証されていることが直接読み取れよう。しかし他方、この構造のためには根本において受け入れがたい大規模スペースが必要とされ、このようなスペースはとりわけ船体内では確保できないか、又は他の方法であればもっとうまく使用できる可能性があるものである。
【００２８】
ここで当業者に容易に認識するように、構造には他の問題のある特徴がある。重要な、それ自体公知の問題とはすなわち、作動時、しばしばシリンダ当たりの出力が最大で又はそれどころか１０，０００ＫＷを超えるような巨大なエンジンで、周囲及びこのようなエンジンが取り付けられた構成部品に発生する振動である。今日公知の船舶用エンジンにはここで例えば、たいていの場合、１２個以下のシリンダ、又はそれどころか１４個のシリンダが備え付けられており、作動時、それほどに大きな振動が船体内、そしてとりわけエンジンに取り付けられた構成部品でも、さらには排ガス・システム、触媒システム及び過給アセンブリ付きターボチャージャ・システムでも発生する可能性があるため、例えば、振動補償器といった適切な対抗策が施されなければ、これらの甚大な損傷を蒙るか、さもなければ破壊する可能性がある。しかしながら、図２によるＳＣＲ触媒システムのこのような自由支持構造では、多くの場合、持続的にそのような構造の損傷を回避するには公知の振動補償器でももはや十分ではない。
【００２９】
しかし、例えば接続部１２２’によって、又は他の追加の接続部によって追加の管路部とそれに接続された排ガス流の長めの経路も、図２の大型ディーゼル・エンジンの場合、例えば、混合管路１２１’とＳＣＲリアクタ６’の間、及びＳＣＲリアクタ６’と過給アセンブリ７１’の間に取り付けられているように、根本において望まれたものではなく、無駄な材料の消費のほかに、例えば、管路システム内での排ガス５’の温度及び／又は圧力低下といった他のマイナスの技術的作用ももたらし、これは最終的にターボチャージャの出力を低下させたり、当業者にはそれ自体公知で、当然望ましいものではなく、そのためできる限り回避する必要がある一連の他のマイナスの技術的影響を自らもたらしたりする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
したがって、背景技術により、本発明の課題は、背景技術により公知の短所が回避され、とりわけできる限り省スペース型の排ガス・システムの配置、及び排ガス弁、シリンダ・ライナとターボチャージャ付き過給アセンブリの間の流路の長さ短縮が達成される改良型エンジン、とりわけ排ガス触媒システム、とりわけＳＣＲリアクタ付きのクロスヘッド大型ディーゼル・エンジンを提案することである。本発明のもう１つの課題は、同等の負荷の場合に燃費を向上させることができ、排ガス排出量を総合的に削減することができる、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・エンジンを製作することである。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
これらの課題を解決する本発明の対象は独立請求項の指標によって特徴付けられている。
【００３２】
従属請求項は本発明のとりわけ有利な実施形態に関する。
【００３３】
本発明はこうして、各１つの燃焼室と各１つの排ガス弁が付いた複数のシリンダ・ライナのシリンダ・アセンブリを具備するレシプロ式内燃機関、とりわけユニフロー掃気の２サイクル大型ディーゼル・エンジンに関するものであり、シリンダ・ライナのシリンダ・アセンブリのそれぞれの燃焼室が共通の排ガス集合管で流れが接続されることにより、作動時、シリンダ・ライナのシリンダ・アセンブリの各燃焼室からの排ガスを、それぞれに配置された排ガス弁を経由して排ガス集合管に供給することができ、処理のために排ガスを排ガス集合管から浄化モード時には排ガス・リアクタに供給することができるようになっている。さらに、空気圧縮用の第１過給アセンブリを具備する過給ユニットが取り付けられ、ここに浄化モード時には、排ガス・リアクタから排ガスを供給することができることによって、第１過給アセンブリにより圧縮された空気は、１つ又は複数のシリンダ・ライナ及び／又はシリンダ・アセンブリの１つ又は複数のシリンダ・ライナに、それぞれに１つ配置された掃気開口部を経由して掃気として供給することができる。本発明により混合流路が一方では第１過給アセンブリに隣接する領域に、そして他方では主として排ガス集合管の集合管部と平行して少なくとも部分的に伸長することによって、混合流路を経由して排ガス・リアクタに排ガスを供給することができるようになっている。
【００３４】
こうして本発明に関して重要なことは、混合流路が一方では第１過給アセンブリに隣接する領域に、そして他方では主として排ガス集合管の集合管部と平行して少なくとも部分的に伸長することによって、混合流路を経由して排ガス・リアクタに排ガスを供給することができることである。
【００３５】
より分かりやすく説明すれば、排ガス集合管と過給アセンブリの排ガス・ターボチャージャの間に、本発明により、排ガス集合管から来る排ガスが反応材、とりわけ尿素又はアンモニアと混合されるか、又は気化され、その後、排ガス・リアクタにさらに送り込まれる混合流路、とりわけ好ましくは混合管路の形態での混合流路が取り付けられている。
【００３６】
各排ガス・リアクタに少なくとも１本の混合流路を個別に取り付けなければならず、上記の多大な取付けスペースの追加消費をもたらした、従来の背景技術により公知のエンジンとは異なり、本発明によって、初めて、とりわけ多数のシリンダ・ライナ、例えば、６、８、１０、１２個又はそれどころか１４個のシリンダ・ライナを備えた大型ディーゼル・エンジンの場合、たいていは２個以上の過給アセンブリが各１個の排ガス・ターボチャージャによって駆動され、とりわけ好ましい一実施例では、ただ１本の混合管路及びただ１個の排ガス・リアクタを備え付けることが可能となり、排ガス・リアクタから処理された排ガスはその後、過給アセンブリに分配される。ここで、特定の理由から複数の混合流路又は混合管路を取り付ける必要がある特定の一実施例では、排ガス集合管の下又は集合管部の下の従来使用されなかったスペースが本発明にしたがって混合流路の長さの少なくとも一部によって使用されるため、本発明により依然としてある非常に多くの取付けスペースを削減することができることが理解される。
【００３７】
すなわち、本発明によるエンジンの特殊な場合、とりわけ多数のシリンダ・ライナを備えたエンジンでは、特定の理由から、例えば、２つ以上の排ガス・リアクタ又は混合管路及び排ガス・リアクタの２つ以上配置が取り付けられていることも当然可能である。
【００３８】
そのため、本発明によって初めて、一方では排ガス・リアクタの数又は混合管路及び排ガス・リアクタの配置数を絶対的最小限に削減することができ、ここで最も都合の良い場合には、排ガス・リアクタをさらに１つ、又は混合管路及び排ガス・リアクタの配置をさらに１つ取り付けるだけですむため、多大な取付けスペースが削減される。それのみに留まらず、すでに本発明による混合管流路、とりわけ排ガス集合管とターボチャージャ付き過給アセンブリの間の混合管路の極めてコンパクトな配置のみによって、取付けスペースは広範囲にわたって削減され得る。
【００３９】
さらにまた、追加的に同時に、上記の一連の別の背景技術により公知の問題が本発明によって解消される。
【００４０】
こうして本発明による配置の場合、作動時にエンジンによって発生する振動による上記の問題は著しく削減され、これは最終的に、とりわけコンパクトな構造によって制限されている。それゆえ、本発明により、排ガス・システム全体のコンパクトな配置及びコンパクトな構造に基づく構造に制限されて、排ガス集合管、混合管路付き排ガス・リアクタ、過給アセンブリ及び排ガス分配管付きターボチャージャ・システムを含む排ガス・システムの、発生する振動による損傷のリスクが著しく削減されるため、本発明によるエンジンの場合はしたがって、多くの場合、すでに構造に制限されていわば自動的に実現されているため、排ガス・システムの構成部品における振動又は排ガス・システム全体の振動を削減するために、追加の対策をもはや施す必要はない。
【００４１】
本発明の排ガス・システムのコンパクトな配置及び構造は、とりわけ、排ガス・システムにおける上述の追加の管路部はもはや不要であり、したがって節約することができるという、別のプラスの結果ももたらす。これによって、背景技術により公知の排ガス流の長めの経路は、当然望ましいものではなく、本発明によって回避される。したがって、もはや不要となる追加の管路部の材料が節約されるだけでなく、背景技術により公知の排ガス・システムにおける無駄に長い経路に端を発する他のマイナスの技術的影響も確実に回避される。こうして、例えば、排ガス・システム内の排ガスの温度及び／又は圧力の低下は著しく低減され、それによりターボチャージャの出力が向上し、これによって最終的に、例えば、同等の負荷の場合、燃料も節約することができ、及び全体的な排ガス排出量も削減され、結果的に環境にもプラスの影響をもたらす。
【００４２】
ここで追加の管路部の廃止によって、さらには同様に振動特性も改善されるが、それは追加の管路部の廃止によって、排ガス・システムの構造及び配置は全体的に一層コンパクトになり、最終的には振動技術上も堅牢になるため、発生する振動の補償が向上し得るか、又は排ガス・システム若しくはその構成部品によって振動がまったく吸収され得ないことになり、それに伴って追加的に損傷の可能性がさらに削減されるからである。
【００４３】
実際に特に好ましい一実施例では、レシプロ式内燃機関は大型エンジン、とりわけユニフロー掃気の２サイクル大型ディーゼル・エンジンであり、混合流路又は混合管路は、少なくとも部分的に、多かれ少なかれ直接、排ガス集合管の下、したがって垂直方向に対して、第１過給アセンブリと一方では第２過給アセンブリ、及び他方では排ガス集合管の間で、並びに１つのシリンダ・ライナと隣接して配置される。
【００４４】
これによって、とりわけ過給アセンブリの排ガス・ターボチャージャへの供給管は著しく短縮され、重要なスペースは節約されることになり、このスペースはその際例えば、サービス・メカニックや他のスタッフがエンジン上で移動することができる例えばエンジンのギャラリ用に、及びサービス作業又は他の作業用に提供される。このほか、管路の短縮によって少なくとも一部の圧力損失は回避され、排ガス装置、とりわけまた排ガス集合管の固有周波数もプラスの影響を受け、それによって、それらの構成部品の材料を節約することができ、したがって、これによってコストも削減される。
【００４５】
実際に重要な一実施例では、排ガス集合管はガイド・ボックスの形態でのガイド・エレメントによって支持され、レシプロ式内燃機関に固定される。ここで上記ガイド・ボックスは接続流路として形成され、混合流路に流れが接続されるため、浄化モード時、排ガスは、ガイド・ボックスを経由して混合流路に供給することができる。特に好ましくは、ガイド・ボックス又は接続流路はさらに接続弁を具備することによって、バイパス・モード時、したがって非浄化モード時、排ガス集合管から混合流路への排ガス流は遮断されている。
【００４６】
ここでさらに重要な取付けスペースは、混合流路が少なくとも部分的に、好ましくは排ガス集合管内で完全に、好ましくは混合管路として平行に集合管部と平行に排ガス集合管内に一体化され、及び／又は排ガス集合管自体が混合流路として形成されていることによって節約することができる。これにより上述のとおり、当然さらにますます重要なスペースが節約され、最終的には材料の消費及び費用もさらに最小化することができる。
【００４７】
実際にはここで多くの場合、第１過給アセンブリに加えて、空気圧縮用の少なくとも１つの第２過給アセンブリが取り付けられ、ここに浄化モード時には、排ガス・リアクタから排ガスを供給することができることによって、第１過給アセンブリ及び第２過給アセンブリにより圧縮された空気は、１つ又は複数のシリンダ・ライナ及び／又はシリンダ・アセンブリの１つ又は複数のシリンダ・ライナに、それぞれに１つ配置された掃気開口部を経由して掃気として供給することができる。
【００４８】
本発明の実際にとりわけ重要な別の一実施例では、排ガス分配管は、排ガス・リアクタから第１過給アセンブリ及び第２過給アセンブリの排ガス分配管 を経由して排ガスを供給することができるように、シリンダ・ライナに隣接し、主として内燃エンジンのクランク軸と平行な、第１過給アセンブリと一方では第２過給アセンブリとの間、そして他方では排ガス集合管との間の領域に配置される。より簡単に説明すると、本発明により、排ガス集合管と過給アセンブリの排ガス・ターボチャージャの間に、排ガス・リアクタから送られてきて処理された排ガスをターボチャージャに分配する排ガス分配管を取り付けることができる。これによって初めて、大型エンジンでも、とりわけユニフロー掃気の２サイクル大型ディーゼル・エンジンの場合に、１つの、そして同じ排ガス・リアクタから排出され、処理された排ガスが複数の過給アセンブリ又は排ガス・ターボチャージャに効率的に分配することが可能となる。
【００４９】
具体的な内燃機関に場合によってはさらにより良く適合されている、本発明の別の一実施例では、ターボチャージャの前でも、つまり排ガス分配管を垂直方向に対して第１過給アセンブリ及び第２過給アセンブリの高さに配置することができ、ここで第１過給アセンブリ及び第２過給アセンブリは排ガス分配管と、隣接したいずれか１つのシリンダ・ライナの間に配置されている。
【００５０】
好ましくは、ここで排ガス分配管がまさに配置された全ての排ガス・ターボチャージャと流れを接続できるように、排ガス分配管の長さは排ガス集合管より短縮することができる。なお、長さを短縮しない場合は、配置に制限されずにターボチャージャから突出することになる。
【００５１】
別の一実施例では、混合流路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か、又は 排ガス・リアクタ及び排ガス分配管が共通の一体型アセンブリを形成していることも当然可能である。
【００５２】
ここで排ガス集合管、混合流路、排ガス・リアクタ及び排ガス分配管は、特別の場合には共通の一体型アセンブリの形態で実施することさえでき、これは主として内燃エンジンの前記クランク軸と平行に、一方では第１過給アセンブリ及び第２過給アセンブリと隣接した領域に、そして他方ではシリンダ・ライナと隣接して伸長する。
【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・リアクタを一時的に運転停止することが有利であり得ることがしばしばである。
【００５４】
したがって、排ガスが排ガス分配管の排ガス・リアクタを迂回して流れて過給アセンブリ若しくはターボチャージャにさらに導かれるようにするために供給し得るように、つまり排ガスが排ガス・リアクタにもはや貫流しないように、バイパス管を有利に配置し、取り付けることができる。このためにさらなるバイパス管を、例えば排ガス集合管と排ガス分配管との間に設けることができる。
【００５５】
バイパス管自体は、例えばバイパス弁によって遮断できるように設けることができる。ここでバイパス管自体は、必須ではないが実施形態に応じて、有利にはバイパス弁として構成することができる。すなわちバイパス弁はバイパス管として機能する。このことは、例えば排ガス分配管が排ガス集合管のごく近傍に、例えばこれに平行に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、もはや供給されないように遮断することができる。このような目的のためにも、排ガス・リアクタから排ガス分配管に排ガスを供給することができないように、排ガス分配管を排ガス分配弁によってもはや遮断することができる。
【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／又は熱的応力及び／又は伸びを補償するための補償部が設けられている。
【００５８】
これにより、例えば振動のような別の形式の熱的膨張又は機械的応力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ができ、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】
まったく同様に、排ガス分配管は第１排ガス分配室と、第１排ガス分配室に流れが接続された第２排ガス分配室を具備し、第１バイパス管又は排ガス集合管から第１バイパス弁を経由した排ガスは前記第１排ガス分配室にのみ直接供給することができ、排ガス集合管から第２バイパス管又は第２バイパス弁を経由した排ガスは第２排ガス集合室にのみ直接供給することができるように、排ガス集合管に流れが接続されている。
【００６０】
前に述べた本発明の実施例の特に有利な一変形例では、排ガス集合管の第１排ガス集合室からの排ガスは第１バイパス管又は第１バイパス弁を介して第１排ガス分配室にだけ直接供給され、排ガス集合管の第２排ガス集合室からの排ガスは第２バイパス管又は第２バイパス弁を介して第２の排ガス集合室にだけ直接供給される。
【００６１】
ここで各対応の実施例では、第１排ガス分配室と第２排ガス分配室との間には有利には、機械的及び／又は熱的応力及び／又は膨張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熱的伸び又は機械的応力をもより良く補償することができるだけでなく、排ガス分配管での排ガスの流れの分配もこれにより最適化することができ、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】
ここで同様の方法で、混合流路、とりわけ混合管路もまた第１混合室及び第２混合室を具備することができ、第１混合室と第２混合室の間に機械的及び／又は熱的応力及び／又は膨張の補償のための補償管を取り付けることが可能であることは自明である。
【００６３】
もちろん接続弁及び／又はバイパス弁、とりわけ第１バイパス弁及び／又は第２バイパス弁及び／又は排ガス集合管弁及び／又は排ガス分配弁も制御又は調整可能であり得、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制御又は調整可能であり得ることは自明である。
【００６４】
そのために特別に、例えば、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、或いはバイパス弁、とりわけ第１バイパス弁及び／又は第２バイパス弁及び／又は排ガス集合管弁及び／又は排ガス分配弁の制御又は調整のために適合された別のセンサも適切に取り付けることもできる。
【００６５】
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排ガス集合室及び／又は第２排ガス集合室が導流装置、とりわけ導流板を排ガス集合管内での排ガスの導流及び分配のために具備し、とりわけ排ガスを排ガス分配管の異なる部分、特別の場合には排ガス分配管の第１排ガス分配室及び第２排ガス分配室上に分配することができる。
【００６６】
まったく同様に、そして同様の目的で、排ガス分配管、とりわけ第１排ガス分配室及び／又は第２排ガス分配室もまた当然、誘導装置、とりわけ排ガス分配管内の排ガスの誘導及び分配のため、とりわけ過給ユニットの異なる排ガス・ターボチャージャ上、とりわけ過給ユニットの第１過給アセンブリ及び第２過給アセンブリ上での排ガスの分配のために誘導板を具備することができ、ここで当然、誘導時にもオリフィス板、とりわけ制御又は調整可能なオリフィス板が備え付けられることができることによって、ガス流はオリフィス板によって制御又は調整可能である。
【００６７】
固定のために、排ガス集合管及び／又は混合流路、とりわけ混合管路及び／又は排ガス分配管は特に好ましいが、共通のガイド・エレメントによって支持及び／又は誘導される必要はなく、ここでガイド・エレメントは排ガス集合管及び排ガス分配管の固定及び誘導のために、ガイド・プレート、ガイド・ボックス或いは別の適切な誘導又は固定装置であることが有利である。
【００６８】
ここでガイド・エレメントは実際には、極めて有利に形成され、排ガス集合管及び／又は混合流路、とりわけ混合管路及び／又は排ガス分配管がガイド・エレメントに配置されるが、排ガス集合管及び排ガス分配管又は他の機械構成部品の機械的及び／又は熱的に制限された応力及び／又は膨張又は振動であっても、少なくとも部分的に補償可能であるようになっている。
【００６９】
ガイド・エレメント、とりわけガイド・プレート及び／又はガイド・ボックスは、排ガス集合管、及び排ガス分配管の機械的及び／又は熱的に制限された応力及び／又は膨張及び／又は振動の補償及び／又は調整のためにスライド・シュー内で動くように有利に配置することが可能であることが特に有利である。
【００７０】
本発明はさらに、混合流路、とりわけ本出願において記載された本発明による レシプロ式内燃機関に関する混合管路に関するものであり、ここで本発明の混合管流路は特殊な一実施例において、排ガス集合管及び／又は排ガス分配管及び／又は排ガス・リアクタを具備することが可能な混合流路の組合せである。
【００７１】
本発明は、図面により以下により詳細に記載される。概略図で示される。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】２サイクル大型ディーゼル・エンジンの、背景技術により公知の排ガス・ターボチャージャ・システムの概略図である。
【図２】排ガス処理用ＳＣＲリアクタ付きの、公知の大型ディーゼル・エンジンである。
【図３ａ】排ガス集合管下に混合管路が付いた、本発明による２サイクル大型ディーゼル・エンジンの第１の実施例の斜視図である。
【図３ｂ】図３ａによる実施例の側面図である。
【図３ｃ】図３ａよる実施例の第３図である。
【図４】接続弁付き接続流路として開発されたガイド・ボックスが付いた、本発明による２サイクル大型ディーゼル・エンジンの第２の実施例の概略図である。
【図５】図４による第２の実施例である。
【図６】集合管部下に混合管路が付いた、本発明による２サイクル大型ディーゼル・エンジンの一実施例である。
【図７】排ガス集合管又は排ガス分配管及び補償部又は補償接続部である。
【図８ａ】排ガス用導流装置及びオリフィス板が付いた排ガス集合管の第１の実施例である。
【図８ｂ】図７ａによる別の一実施例である。
【図８ｃ】図７ａによる第３の実施例である。
【図９ａ】排ガス誘導装置及びオリフィス板が付いた排ガス分配管の第１の実施例である。
【図９ｂ】図８ａによる別の一実施例である。
【図９ｃ】図９ｃは、図８ａによる第３の実施例である。
【図１０】図１０は、スライド・シュー、排ガス集合管及び混合管流路が付いた、ガイド・エレメントである。
【発明を実施するための形態】
【００７３】
図１及び図２は背景技術による例に関するものであり、すでに冒頭で詳細に説明されたため、この場所で再度論じる必要はない。
【００７４】
以下で包括的に符号１で標示される、本発明に関するレシプロ式内燃機関は、とりわけユニフロー掃気による２サイクル大型ディーゼル・エンジンとして設計される、例えば船舶建造で広範囲に使用が確認される。
【００７５】
図３ａ、図３ｂ、及び図３ｃにより、図３ａの本発明による２サイクル大型ディーゼル・エンジンの第１の実施例が斜視図で、排ガス集合管下の混合管路付きで明示され、本発明によるレシプロ式内燃機関の、本発明で重要な部品を、船、例えば、コンテナ船での使用のために、複数のシリンダ・ライナを備えるユニフロー掃気の２サイクル大型ディーゼル・エンジンの特殊な実施例で示す。ここで図３ｂは単なる側面図であるが、図３ｃは重要な構成部品の相互作用をより分かりやすくし得るために図示した、図３ａによるエンジンの前面図である。
【００７６】
図３ａ又は図３ｂ及び図３ｃによる本発明に関するレシプロ式内燃機関１は、それ自体公知の方式で各１つの燃焼室２と各１つの排ガス弁３が付いた複数のシリンダ・ライナＧＺ１、ＧＺ２のシリンダ・アセンブリＧＺを具備するユニフロー掃気の２サイクル大型ディーゼル・エンジンであり、シリンダ・ライナＧＺ１、ＧＺ２のシリンダ・アセンブリＧＺのそれぞれの燃焼室２が共通の排ガス集合管４で流れが接続されることにより、作動時、シリンダ・ライナＧＺ１、ＧＺ２のシリンダ・アセンブリＧＺの各燃焼室２からの排ガス５を、それぞれに配置された排ガス弁３を経由して排ガス集合管４に供給することができるようになっている。処理又は浄化、すなわち、主として排ガス５中の危険な窒素酸化物の除去のために、排ガス集合管４の排ガス５は浄化モード時、混合管路として開発された混合流路１２を経由して排ガス・リアクタ６に送り込むことができる。
【００７７】
このほか、過給ユニット７は、過給アセンブリ７１及び過給アセンブリ７２の各１つのターボチャージャによって周囲から吸い込まれる空気８０の圧縮のために第１過給アセンブリ７１及び第２過給アセンブリ７２を具備して設けられており、過給アセンブリ７１、７２は浄化モード時、排ガス・リアクタ６から排ガス５を供給することができるが、第１過給アセンブリ７１及び第２過給アセンブリ７２によって圧縮された空気８０は、シリンダ・ライナＺ又はシリンダ・アセンブリＧＺのシリンダ・ライナＧＺ１、ＧＺ２に、図３ａ〜図３ｃには図示されていない、各１つ配置された掃気開口部を経由して掃気として供給することができるようになっている。
【００７８】
図３ａ〜図３ｃの例ではここで例示的に混合管路１２１、排ガス・リアクタ６及び過給アセンブリ７、７１、７２から成る、作動の効率化のためにここで複数のシリンダ・ライナＺにより必要とされる２つの配置が図式的に示される。
【００７９】
本発明により混合流路１２が一方では第１過給アセンブリ７１に隣接する領域に、そして他方では主として排ガス集合管４の集合管部４０１と平行して少なくとも部分的に伸長することによって、混合流路１２を経由して排ガス・リアクタ６に排ガス５を供給することができる。
【００８０】
ここで混合流路１２は、レシプロ式内燃機関１の垂直方向ＶＲに対して、一方では排ガス集合管４と他方ではレシプロ式内燃機関１のクランク軸１１の間で、少なくとも部分的に主として排ガス集合管４と平行に伸長する。混合流路１２はここで排ガス５が混合流路１２を経由して排ガス・リアクタ６に供給することができ、混合流路１２が排ガス集合管４と排ガス・リアクタ６の間で混合管路１２１の形態になるように配置され、排ガス装置内に取り付けられる。
【００８１】
図４及び図５によって以下では、本発明による２サイクル大型ディーゼル・エンジン１の図式的な第２の実施例が接続弁Ｖ１３０付き接続流路１３０として開発されたガイド・ボックス１４２により論じられる。
【００８２】
図４及び図５は、排ガス集合管４と混合管路１２１として開発された混合流路１２の間で各１つの接続弁Ｖ１３０を具備する、接続流路１３０として開発された各１つのガイド・ボックス１４２を示す。実際に特に好ましいこの実施例の場合、混合管路１２１は排ガス集合管４下のガイド・ボックス１４２に直接配置され、接続弁Ｖ１３０は同時にガイド・ボックス１４２内で接続流路１３０を形成し、それにより追加の接続導流が原理上溢れるため、特にスペースが削減される。ここでバイパス・モード時、排ガス５が排ガス集合管４から排ガス・リアクタ６にもはや供給することができなくなるように、排ガス集合管４は排ガス集合管弁４０によって遮断することができる。
【００８３】
このほか、排ガス分配管１０の排ガス５を排ガス集合管４、４０１からもはや直接供給することができないように、排ガス分配管１０は排ガス分配弁１００によって遮断することができる。すなわち、レシプロ式内燃機関１の特定の作動状態で排ガス・リアクタ６が必要とされない、又は別の理由により非作動となっているとき、排ガス・リアクタ６及び混合流路１２は排ガス・システムから切断することができ、ここではそれが排ガス集合管弁４０が閉じられ、同時に排ガス分配弁１０が開かれることによって行われ、排ガス５は排ガス集合管４からガイド・ボックス１４２及び排ガス分配管１０を経由して、見やすくするために図５には示されていない過給アセンブリ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ようになる。
【００８４】
図６の特殊な実施例の場合、混合流路１２は、集合管部４０１下の排ガス集合管４に混合管路１２１の形態で一体化される。ここで排ガス５は、給入弁ＤＶを経由して混合流路１２に直接供給するか、又はバイパス・モード中に給入弁ＤＶを閉じ、排ガス集合管弁４０を開くことによって過給アセンブリ７、７１、７２に直接供給し、装備されている場合は排ガス分配管１０を経由して供給することができる。
【００８５】
図７は、図式で補償部４００又は補償接続部５００付きの排ガス集合管４又は排ガス分配管１０を示し、ここで例えば排ガス集合管４及び／又は排ガス分配管１０と平行に伸長できる混合流路１２、１２１は、見やすくするために明示されていない。
【００８６】
ここで排ガス分配管１０は、排ガス５が排ガス・リアクタ６から第１過給アセンブリ７１及び第２過給アセンブリ７２の排ガス分配管１０を経由して供給することができるように、主として図７に示されていない、内燃エンジン１のずっと低位置にあるクランク軸１１と平行に、一方で第１過給アセンブリ７１及び第２過給アセンブリ７２の隣接領域にあり、他方でレシプロ式内燃機関１の垂直方向ＶＲに対して、排ガス集合管４とクランク軸１１の間に、排ガス集合管４下に配置されている。特殊な実施例で排ガス分配管１０は、垂直方向ＶＲに対して、第１過給アセンブリ７１と一方は第２過給アセンブリ７２、他方は排ガス集合管４の間に、及びシリンダ・ライナＺ、ＧＺ１、ＧＺ２の１つに隣接して配置される。
【００８７】
特に好ましいこの実施例の場合、図７により、機械的若しくは熱的応力又は他の障害の補償のために各１つの補償部４００又は補償接続部５００を明示する排ガス集合管４及び排ガス分配管１０が取り付けられている。ここでシリンダ・ライナＺの第１アセンブリＥＺ１からの排ガス５は第１排ガス集合室４１にのみ直接供給することができ、シリンダ・ライナＺの第２アセンブリＥＺ２からの排ガス５は第２排ガス集合室４２にのみ直接供給することができるように、排ガス集合管４は第１排ガス集合室４１と、第１排ガス集合室４１と流れが接続された第２排ガス集合室４２を具備する。
【００８８】
ここですでに述べたように、第１排ガス集合室４１と第２排ガス集合室４２の間には、機械的及び／又は熱的応力及び／又は膨張及び／又は振動又は他の機械的若しくは熱的障害の補償のための補償部４００が取り付けられている。
【００８９】
このほか、排ガス分配管１０は第１排ガス分配室１０１と、第１排ガス分配室１０１に流れが接続された第２排ガス分配室１０２を具備し、排ガス集合管４から第１バイパス弁１３１１を経由した排ガス５は第１排ガス分配室１０１のみに直接供給することができ、排ガス集合管４から第２バイパス弁１３１２を経由した排ガス５は第２排ガス集合室１０２のみに直接供給することができるように、排ガス集合管４に流れが接続されている。ここで排ガス集合管４の第１排ガス集合室４１から第１バイパス弁１３１１を経由した排ガス５は第１排ガス分配室１０１にのみ直接供給することができ、排ガス集合管４の第２排ガス集合室４２から第２バイパス弁１３１２を経由した排ガス５は第２排ガス集合室１０２にのみ直接供給することができる。排ガス集合管４と同様に、第１排ガス分配室１０１と第２排ガス分配室１０２の間には、補償接続部５００が機械的及び／又は熱的応力及び／又は膨張及び又は振動及び／又は他の機械的若しくは熱的障害の補償のために取り付けられている。
【００９０】
バイパス弁１３１、ここではとりわけ第１バイパス弁１３１１及び又は第２バイパス弁１３１２及び／又は明示されていない排ガス集合管弁４０及び／又は同様に明示されていない排ガス分配弁１００はここで特に好ましく制御又は調整することができ、とりわけ電気的又は油圧的又は空圧的に制御又は調整可能にできている。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、或いはバイパス弁１３１、とりわけ第１バイパス弁１３１１及び／又は第２バイパス弁１３１２及び／又は排ガス集合管弁４０及び／又は排ガス分配弁１００の制御又は調整のために適合された別のセンサも適切に取り付けることができる。
【００９１】
図８ａにより、排ガス５用導流装置１５、１５１付きの排ガス集合管４の特に好ましい第１の実施例がさらに図式的に示されており、ここで制御又は調整可能なオリフィス板Ｂが取り付けられていることによって、ガス流をオリフィス板Ｂによって制御又は調整することができる。図８ａによる別の実施例を図８ｂが示し、他方、図８ｃによって、図８ａによる第３の実施例が図示されている。
【００９２】
図８ａ〜図８ｃをから読み取れるとおり、排ガス集合管４、とりわけ第１排ガス集合室４１及び／又は第２排ガス集合室４２が導流装置１５、１５１、とりわけ導流板１５１を排ガス集合管４内での排ガス５の導流及び分配のために具備し、とりわけ排ガス５を排ガス分配管１０の異なる部分、特別の場合には排ガス分配管の第１排ガス分配室１０１及び第２排ガス分配室１０２上に分配している。図８ａ〜図８ｃによる実施例のいずれが、又は場合によっては簡単で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は、当業者がその専門知識により単純にどう判断したらよいか、また具体的な実際の場合にどう適用すればよいかを心得ている。
【００９３】
ここで図９は、排ガス５用導流装置１６、１６１付きの排ガス分配管１０の第１の実施例を示しており、ここで制御又は調整可能なオリフィス板Ｂが取り付けられていることによって、ガス流をオリフィス板Ｂによって制御又は調整することができる。
【００９４】
図９ａによる別の実施例を図９ｂが示し、他方、図９ｃによって、図９ａによる第３の実施例が図示されている。ここで排ガス分配管１０、とりわけ第１排ガス分配室１０１及び／又は第２排ガス分配室１０２が誘導装置１６、１６１、とりわけ誘導板１６１を排ガス分配管１０内での排ガス５の誘導及び分配のために具備し、とりわけ排ガス５を過給ユニット７の異なる排ガス・ターボチャージャ上で、すなわち過給ユニット７の第１過給アセンブリ７１及び第２過給アセンブリ７２上で分配している。図９ａ〜図９ｃによる実施例のいずれが、又は簡単で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は、当業者がその専門知識により単純にどう判断したらよいか、また具体的な実際の場合にどう適用すればよいかを心得ている。
【００９５】
図１０は最終的にガイド・ボックスのほかに追加的に排ガス集合管４も排ガス分配管１０も一緒にエンジンに固定することができることが有利であるガイド・エレメント１４、１４１の実際にとりわけ重要な特殊な実施例を例示的に示しており、その際、ここで排ガス集合管４及び排ガス分配管１０は共通のガイド・エレメント １４、１４１で支持される及び／又は誘導される。追加のガイド・エレメント１４、１４１によって、排ガス分配管１０付き排ガス集合管４は、さらにより良くエンジンに固定され、例えば、熱的膨張もさらにより良く補償され、振動による影響を受けた振動特性は著しく改善される。
【００９６】
図１０によるガイド・エレメント１４、１４１はここで、ガイド・プレート１４１の形態で形成され、これは排ガス集合管及び／又は排ガス集合管１０の熱的膨張も、他の機械的応力又は例えば機械的振動といった障害も、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の縦方向での熱的膨張又は振動を補償することができ、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、ガイド・プレートの比較的に薄いプレートとしての構成により、及び個別事例に適合可能な特別の形状により可能である。ここで特殊なことは、図１０のガイド・エレメント１４、１４１、とりわけガイド・プレート１４１及び／又はガイド・ボックス１４２が排ガス集合管４及び排ガス分配管１０の機械的及び／又は熱的に制限された応力及び／又は膨張及び／又は振動の補償及び／又は調整のためにスライド・シュー１４００内で動けるように配置されていることである。
【００９７】
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３ｃ】
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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８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図１０】
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