(57)【要約】      （修正有）【課題】高効率運転モードと、ＮＯｘ放出量低減運転モードで、運転することができる燃焼機関において、スペースを節約し、かつ安価に両方の運転モードで有利な動作条件を提供する。【解決手段】シリンダと、燃焼室と、第１のターボチャージ段１と、排気ガス再循環装置３，１５と、第２のターボチャージ段２と、切換装置１１，１２，１３とを有する燃焼機関に関するものであり、切換装置を介して第２の排気ガス流が選択的に第２のターボチャージ段に供給可能又は循環可能である。排気ガス再循環装置は、排気口側から吸気口側に至る排気ガス再循環管路３を有し、排気ガス再循環管路には排気ガス冷却器６が配置されている。圧縮器側で第２のターボチャージ段を通って案内される第２の充填空気管路Ｌ２１，Ｌ２Ｂ２，Ｌ２は、中央管路区間Ｌ２Ｂ２では排気ガス再循環管路に配置された排気ガス冷却器を通って案内される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、クランクシャフトと協働するピストンとによって制限されており、排気ガスを排出するための少なくとも１つの排気口と、充填空気を供給するための少なくとも１つの吸気口とを備えている少なくとも１つの燃焼室と、
第１の排気ガス流によって駆動され、第１の充填空気流を圧縮するように構成されていている第１のターボチャージ段（１）であって、少なくとも１つの第１のタービン（８）と、割り当てられた前記第１のタービン（８）によって駆動される少なくとも１つの第１の圧縮器（９）とを備えている前記第１のターボチャージ段（１）と、
第２の排気ガス流を排気口から吸気口に循環させるための排気ガス再循環装置（３，１５）であって、前記排気口側から前記吸気口側に案内するための排気ガス再循環管路（３）を備えており、排気ガス冷却器（６）が、前記排気ガス再循環管路内に配置されている、前記排気ガス再循環装置（３，１５）と、
第２の排気ガス流によって駆動され、第２の充填空気流を圧縮するように構成されている第２のターボチャージ段（２）であって、少なくとも１つの第２のタービン（１８）と、前記第２のターボチャージ段（２）の動作時に割り当てられた前記第２のタービン（１８）によって駆動される少なくとも１つの第２の圧縮器（１９）とを備えている前記第２のターボチャージ段（２）と、
前記第２の排気ガス流を前記第２のターボチャージ段（２）に選択的に供給可能又は循環可能（３，１５）とするための切換装置（１１，１２，１３）と、
を有している燃焼機関において、
圧縮器側で前記第２のターボチャージ段（２）を通じて案内される第２の充填空気管路（Ｌ２１，Ｌ２Ｂ２，Ｌ２）が、中央管路区間（Ｌ２Ｂ２）では、前記排気ガス再循環管路（３）内に配置された排気ガス冷却器（６）を通じて案内されることを特徴とする燃焼機関。
【請求項２】
前記排気ガス再循環装置（３，１５）が、前記第１のターボチャージ段（１）のタービン側に対して比較的小さな、好ましくは約半分の大きさのスループットに寸法設定されており、
前記第２のターボチャージ段は、タービン側が比較的小さな、好ましくは前記第１のターボチャージ段（１）の約半分の大きさのスループットに寸法設定されており、圧縮器側では特に比較的小さな、好ましくは前記第１のターボチャージ段（１）の約半分の大きさのスループットに寸法設定されていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼機関。
【請求項３】
前記切換装置（１１，１２，１３）は、前記第２の排気ガス流を、前記第２のターボチャージ段（２）に対して使用することも、前記排気ガス再循環（３、１５）に対して使用することも遮断するようにも構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼機関。
【請求項４】
前記切換装置（１１、１２、１３）は、前記第２の排気ガス流を第２のターボチャージ段（２）に完全に供給する位置と、前記第２の排気ガス流を完全に循環（３、１５）する位置との間の中間位置、好ましくは前記第２の排気ガス流の完全な遮断と完全な使用との間の中間位置を許容することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の燃焼機関。
【請求項５】
前記排気ガス再循環管路（３）に配置された排気ガス冷却器（６）は水冷であり、好ましくは前記排気ガス冷却器（６）の下流に排気ガス洗浄装置（７）が配置されており、
好ましくはさらに前記排気ガス冷却器（６）の上流では、清浄液予噴射部（１０）が排気ガス再循環管路（３）内に設けられており、
前記排気ガス再循環管路（３）は、前記第１のターボチャージ段（１）に対して好ましくは並列に配置されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の燃焼機関。
【請求項６】
前記第２の充填空気管路（Ｌ２１，Ｌ２Ｂ２，Ｌ２）は、中央管路区間（Ｌ２Ｂ２）では排気ガス洗浄装置（７）を通って、前記排気ガス清浄装置（７）の下流では水蒸気キャッチャ（１７）を通って案内されていることを特徴とする請求項５に記載の燃焼機関。
【請求項７】
前記第１のターボチャージ段（１）の圧縮器側から到達する第１の充填空気管路（Ｌ１，Ｌ１Ｂ２）の合流区間（Ｌ１Ｂ２）と、前記第２のターボチャージ段（２）の圧縮器側から到達する第２の充填空気管路（Ｌ２１，Ｌ２Ｂ２，Ｌ２）の合流区間（Ｌ２）と、前記排気ガス再循環管路（３）の合流区間（Ｌ１Ｂ２）とが合流する、前記吸気口に接続された充填空気収集容器（４）を特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載の燃焼機関。
【請求項８】
前記第１のターボチャージ段（１）のタービン側に至る第１排気ガス管路（Ｂ１）と、前記第２のターボチャージ段（２）のタービン側に至る第２の排気ガス管路（Ｂ２ａ）と、排気ガス再循環管路（３）とが分岐するように、排気ガス収集容器（５）が、前記排気口に接続されていることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一項に記載の燃焼機関。
【請求項９】
前記第２の充填空気管路（Ｌ２１，Ｌ２Ｂ２，Ｌ２）の中央管路区間（Ｌ２Ｂ２）は、前記排気ガス再循環管路（３）の中央管路区間（Ｌ２Ｂ２）と１つの共通する中央管路区間（Ｌ２Ｂ２）に合流されており、
前記共通する中央管路区間（Ｌ２Ｂ２）の上流では、前記第２の充填空気管路（Ｌ２１，Ｌ２Ｂ２，Ｌ２）の流入区間（Ｌ２１）が、第２のターボチャージ段は（２）を通って案内され、前記第２のターボチャージ段には前記切換装置（１１，１２，１３）の循環ガス逆流阻止弁（１３）が配置されており、
前記循環ガス逆流阻止弁によって、前記第２のターボチャージ段（２）と前記共通する中央管路区間（Ｌ２Ｂ２）との接続が解放可能かつ阻止可能であり、好ましくは部分的に解放可能であることを特徴とする請求項６から８までのいずれか一項に記載の燃焼機関。
【請求項１０】
前記第２の充填空気管路（Ｌ２１，Ｌ２Ｂ２，Ｌ２）の中央管路区間（Ｌ２Ｂ２）は、前記排気ガス再循環管路（３）の中央管路区間（Ｌ２Ｂ２）と１つの共通する中央管路区間（Ｌ２Ｂ２）に合流されており、
前記共通する中央管路区間（Ｌ２Ｂ２）の上流にある前記排気ガス再循環管路（３）の流入区間（Ｂ２ｂ）には、切換装置（１１，１２，１３）の循環遮断弁（１１）が配置されており、前記循環遮断弁によって、好ましくは前記排気ガス収集容器（５）の排気口側と前記共通する中央管路区間（Ｌ２Ｂ２）との接続が解放可能かつ阻止可能であり、
前記第２のターボチャージ段（２）の上流にある領域には、副充填遮断弁（１２）が配置されており、前記副充填遮断弁によって、好ましくは前記排気ガス収集容器（５）の排気口側と前記第２のターボチャージ段（２）との接続が解放可能かつ阻止可能であることを特徴とする請求項６から９までのいずれか一項に記載の燃焼機関。
【請求項１１】
前記第２の充填空気管路（Ｌ２１，Ｌ２Ｂ２，Ｌ２）の中央管路区間（Ｌ２Ｂ２）は、前記排気ガス再循環管路（３）の中央管路区間（Ｌ２Ｂ２）と１つの共通する中央管路区間（Ｌ２Ｂ２）に合流されており、
前記排気ガス再循環管路（３）の中間区間（Ｂ２２）が、前記共通する中央管路区間（Ｌ２Ｂ２）から前記第１の充填空気管路（Ｌ１，Ｌ１Ｂ２）の合流区間（Ｌ１Ｂ２）の吸気口に案内されており、
前記中間区間（Ｂ２２）には、前記中間区間（Ｂ２２）を通る流れを制御するために圧縮器、好ましくは送風器（１５）と好ましくは無段階に制御可能な弁（１４）とが配置されていることを特徴とする請求項６から１０までのいずれか一項に記載の燃焼機関。
【請求項１２】
前記第１の充填空気管路（Ｌ１，Ｌ１Ｂ２）の前記合流区間（Ｌ１Ｂ２）の上流にある前記第１の充填空気管路（Ｌ１，Ｌ１Ｂ２）の区間（Ｌ１）には、少なくとも１つの好ましくは水冷の充填空気冷却器（２７，２８）が設けられており、好ましくはさらに水蒸気キャッチャ（１６）が前記第１の充填空気管路（Ｌ１，Ｌ１Ｂ２）の合流区間（Ｌ１Ｂ２）に設けられていることを特徴とする請求項７から１１までのいずれか一項に記載の燃焼機関。
【請求項１３】
前記燃焼機関は、ディーゼル機関、好ましくは２サイクル方式大型ディーゼル機関であり、燃焼室の排気ガスを放出するために設けられた排気口が、排気口弁の弁体と、割り当てられた弁座との間に形成されており、充填空気を燃焼室に供給するために設けられた吸気口がピストンによって制御可能であることを特徴とする請求項１から１２までのいずれか一項に記載の燃焼機関。
【請求項１４】
前記第１のターボチャージ段（１）と前記第２のターボチャージ段（２）とは、直列ではなく、互いに並列に接続されていることを特徴とする請求項１から１３までのいずれか一項に記載の燃焼機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼機関、特にディーゼル機関、好ましくはターボチャージャと排気ガス再循環器とを備えている、請求項１のおいて書きに基づく２サイクル方式大型ディーゼル機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に大型ディーゼル機関においては、当該機関から到達する排気ガスからエネルギーを取り去り、これにより当該機関に供給すべき充填空気、又は当該機関に供給すべき充填ガスを圧縮し、燃焼を改善させるためのターボチャージ段の利用が一般的である。特に多気筒機関では、燃焼の改善のために複数のターボチャージャが使用される。この場合には、特許文献１に開示されるように、より多くの充填空気を供給可能とするために、圧縮された充填空気が冷却される場合がある。
【０００３】
現在では、排出された燃焼ガス又は排気ガスからエネルギーを回収するように構成されている、例えばターボチャージのような手段の他に、可能な限りクリーンな燃焼が指向されている。このために、排気ガスの一部を当該機関の吸気口側に循環させることによって、当該機関のＮＯｘ放出を低減する場合がある。本出願の出願人が出願した特許文献２には、排気ガス又は燃焼ガスを循環させる２サイクル方式大型ディーゼル機関の実施例が記載されている。当該実施例では、コンプレッサを循環管路に設けることによって、再循環すべき排気ガスの一部を、吸気口側の充填空気収集容器内において所望の充填空気圧に圧縮する。さらに、循環管路内には熱交換器が設けられており、当該熱交換器において、再循環すべき排気ガス流が充填空気によって冷却される。当該機関の吸気口側に吸引される再循環すべき排気ガス流をさらに冷却するために、当該熱交換器には水噴射装置がさらに設けられている。
【０００４】
特許文献３は、排気ガスを再循環させるためのさらなるターボチャージャ付き機関を開示している。当該機関においては、排気ガス冷却器と、侵蝕性の排気ガス成分を中和させるための中和器とが排気ガス再循環管路に設けられている。同様に、特許文献４も、排気ガスを再循環させるためのターボチャージ付き小型ディーゼル機関を開示している。当該機関では、排気ガス冷却器が排気ガス再循環管路に配置されているか、又は排気ガス再循環管路が排気ガス冷却器を貫通して案内されている。当該実施例では、排気ガス再循環管路は、排気ガス冷却器に対して並列に配置されたバイパス管分枝を有しており、循環する排気ガスの温度が露点以下に降下する可能性がある場合には、凝縮した水によって排気ガス再循環管路内の汚染を回避するために、循環する排気ガスが排気ガス冷却器を迂回する。
【０００５】
特許文献５及び特許文献６は、循環する排気ガスを清浄するために、循環管路をガス清浄装置を通じて案内することを既に提案している。
【０００６】
排気ガスを再循環させることによって、ＮＯｘ放出を低減することができる。一方、これにより、機関の全体効率が低下する。なぜならば、第一に、再循環される排気ガス量がターボチャージャの駆動にひいては充填空気の圧縮に利用されないからであり、第二に、再循環される排気ガス量を例えば吸入器のようなコンプレッサを介して当該機関の吸気口側にすなわち充填空気収集容器に吸引する必要があるので、さらなる損失が、循環コンプレッサを駆動させるために生じるからである。
【０００７】
従って、特許文献７が、排気ガスを再循環させるためのターボチャージャ付きガス機関を既に提案している。当該ガス機関においては、循環管路に、又は第１のターボチャージャ及び循環管路に並列に配置された第２のターボチャージャに選択的に排気ガスを供給することができる。従って、当該ガス機関を２つの運転モードで駆動することができる。すなわち、一方ではＮＯｘの放出を低減させることができ、他方では高効率で当該ガス機関を駆動させることができる。
【０００８】
このような上位概念に基づくガス機関では、公知の循環装置の他に、又は、吸気口側に再循環すべき循環管路の他に、及びこのような燃焼機関に設けられているターボチャージ段（以下において、「第１のターボチャージ段」と呼称する）の他に、第１のターボチャージ段に並列に接続されている第２のターボチャージ段すなわち副ターボチャージ段が設けられており、さらには、切換装置又は循環管路が設けられており、燃焼室から放出された排気ガスの排気ガス部分流（以下において、「第２の排気ガス流」と呼称する）が、当該切換装置を介して第２のターボチャージ段に選択的に作用される。
【０００９】
このようにして、例えば沿岸領域において（又は自動車両用燃焼機関の場合は市街地において）、排気ガス再循環を接続することによってＮＯｘの放出を低減させることができる“エコ”モードで、例えば当該上位概念に基づく２サイクル方式大型ディーゼル機関の形態をした燃焼機関によって駆動される船舶又は燃焼機関自体を駆動可能となる。さらに、例えば船舶を外海において又は自動車を郊外走行において高効率モードで駆動させることができる。この高効率モードでは、排気ガスを再循環させないすなわちＮＯｘの放出を低減させない代わりに、第２のターボチャージ段を接続することによって比較的に大きな充填空気全体流又は圧縮された充填空気全体流を形成し、当該充填空気流を当該機関の吸気口側に供給し、これにより機関効率を改善させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】独国特許出願公開第２９２３８５２号明細書
【特許文献２】独国特許第１０３３１１８７号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２０１０００３８６４号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１０２００８０３５７４７号明細書
【特許文献５】独国特許第１０２００９０１０８０８号明細書
【特許文献６】独国特許出願公開第１０２００７０４０９３４号明細書
【特許文献７】欧州特許出願公開第２１９６６６０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このような従来技術から出発して、本発明の課題は、高効率な運転モードとＮＯｘ放出量を低減させる運転モードとで駆動可能な、上位概念に基づく燃焼機関において、小型且つ低コストで両方の運転モードにおいて優位な運転条件を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
当該課題は、請求項１に記載の特徴部分によって解決される。
【００１３】
本発明によれば排気ガス再循環管路に冷却器が備わっており、この冷却器は第２の充填空気流用の冷却器としても同時に使用することができる。このために圧縮器側では、第２のターボチャージ段を通って案内された第２の充填空気流のための管路（又は管路構成体）（以下において、「第２の充填空気管路」と呼称する）が、有利には同様に排気ガス再循環管路内に配置された排気ガス冷却器を通って案内される。ここでは、第１のターボチャージ段に対して第２のターボチャージ段を並列に配置するのが有利である。
【００１４】
第２の充填空気管路は、冷却器を通って案内される排気ガス再循環管路の管路部分とともに１つの共通する管路部分に合流させることができる。さらに循環管路には有利には、排気ガス清浄器又は燃焼ガス清浄器又は排気ガス清浄装置が設けられている。排気ガス中に存在するカーボン及び他の粒子は、再循環の前に可能な限り分離すべきであるので、そのためには本出願人の特許文献５及び本出願人の特許文献６に開示された装置のような排気ガス清浄器又は煤煙清浄器が適する。この清浄器では、排気ガスが清浄液浴を通して導かれ、それから複数の部分流への分配が行われ、これらの部分流にはそれぞれ清浄液が注入される。これらの文献は、排気ガス清浄器に関してここに全体を引用する。
【００１５】
小型の構造及び最適の通流条件の観点から、管路部分全体が好ましくは煤煙清浄器又は排気ガス清浄器を通って、及び燃焼ガス清浄器又は排気ガス清浄器に後置された水蒸気キャッチャを通って案内される。ここで有利には、煤煙清浄器から水又は清浄液を排出するための装置が設けられており、この装置によって煤煙清浄器が空にされ、それから副ターボチャージ部に接続される。好ましくはこの装置は切換装置を介して制御可能である。他方で煤煙清浄器では、第２の充填空気流をさらに冷却するために第２ターボチャージモードでも液体注入を行うことができる。水蒸気キャッチャでは、そのようにして発生したエアロゾル中に存在する水滴又は凝縮によって発生する水滴が分離される。
【００１６】
ここで有利には第２のターボチャージ段は、全体排気ガス流のうち、排気ガス再循環のために通常予定される割合に整合されている。全体排気ガス流は、循環される排気ガス部分流、又は第２のターボチャージ段の駆動に使用される排気ガス部分流と、第２の排気ガス流と、第１のターボチャージ段の駆動に使用され、そして環境に放出可能な排気ガス部分流と、第１の排気ガス流とから合成される。ここで第１の排気ガス流は、高い機関効率を達成し、かつ同時にＮＯｘ低減も達成されるように有利には第２の排気ガス流よりも大きくすべきである。対応して前記の高効率モード（循環装置が遮断され、第２のターボチャージ段が接続されている場合、すなわち第２ターボチャージモード）では、有利には第１の充填空気流、すなわち第１のターボチャージ段により圧縮される充填空気部分流が、第２充填空気部分流、すなわち第２のターボチャージ段により圧縮される充填空気部分流よりも大きい。
【００１７】
従って、第２のターボチャージ段のタービン側は、第１のターボチャージ段のタービン側より好ましくは小さく、又は比較的小さなスループットに対して設計又は寸法設定されている。優位には、第１のターボチャージ段の圧縮器側の寸法と比較して、第２のターボチャージ段のコンプレッサ側又は圧縮器側の寸法に対しても同様である。同様に、好ましくは、循環装置も、第１のターボチャージ段のタービン側より小さく、又は比較的小さなスループットに対して設計又は寸法設定されている。好ましくは、循環装置は、第２のターボチャージ段のタービン側と同一のスループットに対して設計又は寸法設定されている。
【００１８】
特に２サイクル方式大型ディーゼル機関の場合には、特に適切には、第２のターボチャージ段のタービン側に寸法設定されている（第２の排気ガス流の）スループットが、第１のターボチャージ段のタービン側に寸法設定されている（第１の排気ガス流の）スループットの約三分の一から約三分の二とされる。従って、優位には、第１のターボチャージ段のタービン側の寸法設定に対する循環装置の寸法設定も同様である。
【００１９】
ここで第１のターボチャージ段は、１つ以上のターボチャージャ（以下において、「第１のターボチャージャ」と呼称する）を有することができる。同じことが１つ以上のターボチャージャ（以下において、「第２のターボチャージャ」と呼称する）を有することのできる第２のターボチャージ段に対しても当てはまる。しかしながら、第１のターボチャージ段はしばしば、ただ１つのタービン（以下、第１のタービン）と、これにより駆動されるただ１つの圧縮器（以下において、「第１の圧縮器」と呼称する）とを備えるただ１つの第１のターボチャージャを有し、第２のターボチャージ段は、ただ１つのタービン（以下、第２のタービン）と、これにより駆動されるただ１つの圧縮器（以下において、「第２の圧縮器」と呼称する）とを備えるただ１つの第２のターボチャージャを有することになる。第１のターボチャージ段が複数の第１のターボチャージャを有する冒頭に記載した機関に対してだけでなく、第２のターボチャージ段も複数の第２のターボチャージャを有することができる。
【００２０】
これに関連して、第２のターボチャージ段が第１のターボチャージ段に対して並列に配置されており、従って第２のターボチャージ段により圧縮される副充填ガス流又は第２の充填空気流が、第１のターボチャージ段により圧縮される主充填ガス流又は第１の充填空気流とは別のガス流であると有利であることを述べておく。しかしながら、第２のターボチャージ段が第１のターボチャージ段と直列に接続され、第１の充填空気流が全体で又はそれらの部分流が第２のターボチャージ段によって、第１のターボチャージ段単独によるよりも強く圧縮され得ることも考えられる。
【００２１】
ここでは、さらに切換装置が、単に燃焼ガス循環又は排気ガス再循環と第２の充填空気流の圧縮とを選択的に切り換えるために構成される訳ではなく、優位には両者の完全な遮断も可能とされる。これにより、機関の始動の際に、より迅速に安定した動作状態に達することが可能となり、このような動作状態では最初に第１のターボチャージ段だけが解放され、その後に選択的に排気ガス再循環又は第２のターボチャージ段が接続される。ここで、機関の起動時には、最初に（比較的小さな）第２のターボチャージ段が接続され、その後に第１のターボチャージ段が接続される場合がある。
【００２２】
さらに切換装置が、第２のターボチャージ段又は排気ガス再循環の接続と、好ましくは両者の完全な遮断状態との間の中間位置を許容することも有利であり、これにより部分的にＮＯｘ放出が低減され、部分的に付加的な充填が行われる運転モードでも走行することができる。
【００２３】
他の従属請求項に規定されている優位な実施形態については、添付図面に基づいて詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明における燃焼機関の優位な実施形態の概略図であって、排気ガス再循環が接続されており、第２のターボチャージ段が遮断されていることを表わす。
【図２】図１に対応する概略図であって、第２のターボチャージ段が接続されており、排気ガス再循環が遮断されていることを表わす。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１及び図２に表わす燃焼ガス収集容器５が、その吸気口側において、燃焼機関の１つ以上の燃焼室（図示しない）の１つ以上の排気口に接続されている。さらに、充填空気収集容器４は、その排気口側において、１つ以上の機関燃焼室の１つ以上の吸気口に接続されている。
【００２６】
排気ガス収集容器５からの第１の燃焼ガス管路又は第１の排気ガス管路Ｂ１が、第１の圧縮器９を駆動する第１のタービン８を通じて案内されており、第１の排気ガス管路Ｌ１，Ｌ１Ｂ２を通じて充填空気収集容器４に供給される第１の充填空気流が、第１の圧縮器９によって圧縮される。従って、図示の実施例では、第１のタービン８及び第１の圧縮器９の両方が、単なる例示にすぎない単一の第１のターボチャージャを形成しており、当該第１のターボチャージャ自体が、図示された第１のターボチャージ段１を形成している。
【００２７】
図示の実施例では、単なる例示にすぎない第１のターボチャージャより小さい単一のターボチャージャが、第１のターボチャージ段１に対して並列に配置されており、当該単一のターボチャージャ自体が、第２のターボチャージ段２を形成している。従って、図示の実施例では、第２のターボチャージ段２は、単なる例示にすぎない第１のターボチャージ段１より小型である。第２のターボチャージ段２は、以下において「第２の排気ガス管路」と呼称する管路Ｂ２ａを介して、排気ガス収集容器５に接続されている。
【００２８】
第２のターボチャージ段２は、第２のタービン１８を有している。第２のタービン１８は、第２のターボチャージ段２に接続されており、排気ガス再循環が遮断されている場合に第２燃焼ガス流又は排気ガス流によって駆動される（図２参照）。第２の燃焼ガス流又は第２の排気ガス流は、排気ガス収集容器５に接続された第２燃焼ガス管路又は排気ガス管路Ｂ２ａを通じて第２のタービン１８を通過するように導かれる。第２のタービン１８は、第２の排気ガス管路Ｂ２ａが開放されている場合に（第２のターボチャージ段２が接続されていると共に、排気ガス再循環が遮断されている場合に）、さらに第２の圧縮器１９を駆動し、同様に第２の圧縮器１９によって充填空気収集容器４に供給される第２の充填空気流が圧縮される。当該実施例において第２の排気ガス管路Ｂ２ａを通過する第２の排気ガス流の経路は、図２に細かい破線で示されている。同様に、当該実施例において第２の充填空気管路Ｌ２１，Ｌ２Ｂ２，Ｌ２を通じて充填空気収集容器４に至る経路も、図２に細かい破線で示されている。第２の充填空気管路Ｌ２１，Ｌ２Ｂ２，Ｌ２は、第２の圧縮器１９が配置されている流入区間Ｌ２１を有している。
【００２９】
これに対して、図１は、排気ガス再循環が接続されていると共に、第２のターボチャージ段が遮断されている状態における燃焼機関を表わす。排気ガス再循環管路を通過する第２の排気ガス流の経路３全体が、図１に粗い破線によって示されている。当該実施例では、排気ガス再循環管路３は、流入区間Ｂ２ｂを有しており、排気ガス再循環管路３は、流入区間Ｂ２ｂを介して排気ガス収集容器５と接続されている。
【００３０】
（図１に粗い破線で表わす）排気ガス再循環管路３と、（図２に細かい破線で表わす）第２の充填空気管路Ｌ２１，Ｌ２Ｂ２，Ｌ２とが、流入区間Ｌ２１又はＢ２ｂの下流に位置する領域において、１つの共通する管路区間Ｌ２Ｂ２に合流されており、共通する管路区間Ｌ２Ｂ２は、その端部において、循環管路３と第２の充填空気管路Ｌ２１，Ｌ２Ｂ２，Ｌ２とに再び分岐されている。さらに、循環管路３は、共通する管路区間Ｌ２Ｂ２と第１の充填空気管路Ｌ１，Ｌ１Ｂ２の合流区間Ｌ１Ｂ２とを接続している中間区間Ｂ２２に到達している。再び、合流区間Ｌ１Ｂ２は、循環管路３と第１の充填空気管路Ｌ１，Ｌ１Ｂ２とに分岐されている。最後に、第２の充填空気管路Ｌ２１，Ｌ２Ｂ２，Ｌ２と循環管路３とに共通する管路区間Ｌ２Ｂ２は、合流区間Ｌ２を介して充填空気収集容器４に接続されている。（図２に細かい破線で表わす）第２の充填空気管路Ｌ２１，Ｌ２Ｂ２，Ｌ２の合流区間Ｌ２は、共通する管路区間Ｌ２Ｂ２の端部（図１に粗い破線で示した）において循環管路３から分岐されている。
【００３１】
循環遮断弁１１が、排気ガス再循環管路３の流入区間Ｂ２ｂに配置されており、循環管路３は、循環遮断弁１１を介して解放又は遮断可能とされる。対応する副充填遮断弁１２が、第２の排気ガス管路Ｂ２ａに配置されており、副充填遮断弁１２によって、排気ガス収集容器５と第２のターボチャージ段２との接続を解除し、阻止することができる。循環ガス逆流阻止弁１３が、第２の充填空気管路Ｌ２１，Ｌ２Ｂ２，Ｌ２の流入区間Ｌ２１に配置されており、循環ガス逆流阻止弁１３によって、第２のターボチャージ段２の第２の圧縮器１９と排気ガス再循環管路３との接続を解除し、阻止することができる。
【００３２】
循環遮断弁１１、副充填遮断弁１２、及び循環ガス逆流阻止弁１３は、全体として、排気ガス再循環（図１参照）又は第２のターボチャージ段２（図２参照）に選択的に接続するための切換装置１１，１２，１３を形成している。燃焼ガス又は排気ガスを循環させる場合には、副充填遮断弁１２が閉塞され、循環遮断弁１１が開放される。さらに、循環ガス逆流阻止弁１３も閉塞され、これにより、排気ガス再循環管路３に流れる排気ガスが第２の圧縮器１９の吸気口側に流れなくなる。これに対して、第２のターボチャージ段２に接続する場合には、循環遮断弁１１が閉塞され、副充填遮断弁１２が開放される。
【００３３】
水冷却器６と煤煙清浄器７とが、共通する管路区間Ｌ２Ｂ２に配置されている場合があり、この場合には、煤煙清浄器７は、水冷却器６の下流に位置している。さらに、水蒸気キャッチャ１７が、煤煙清浄器７の下流において、循環管路３と第２の充填空気管路Ｌ２１，Ｌ２Ｂ２，Ｌ２とに共通する管路区間Ｌ２Ｂ２に配置されている場合がある。
【００３４】
当該実施例の利点は、循環される排気ガス流を冷却及び清浄するために必要な冷却器６を、第２のターボチャージ段２で充填される副充填空気のための冷却器としても同時に利用可能なことである。なぜならば、ターボチャージ段における圧縮によって、副充填空気が、例えば２００℃のような比較的高温に至るまで加熱されることがあるからである。しかしながら、充填空気流が低温になるに従って圧縮率が高くなるので、圧力が同一であっても、より多くの充填空気を機関の燃焼室に供給可能となる。
【００３５】
同様の理由により、２つの水冷却器２７、２８から成る冷却器セット２７，２８が、第１の圧縮器９の下流領域において、第１の充填空気管路Ｌ１、Ｌ１Ｂ２に設けられる場合もあり、これにより、圧縮によって加熱された第１の充填空気流が、例えば３５℃のような許容可能温度に至るまで冷却可能とされる。
【００３６】
さらに、水予注入ユニット又は水噴射ユニット１０が、循環遮断弁１１の下流且つ冷却器６の上流において、循環管路３の流入領域Ｂ２ｂに配置されている場合があり、この場合には、循環が接続された際に、水予注入ユニット又は水噴射ユニット１０を介して、循環される排気ガス流に水を噴射することによって、事前に、噴射される水滴にカーボン粒子を堆積させ、これにより排気ガス流から除去することができる。
【００３７】
当該実施例では、第１の充填空気管路Ｌ１，Ｌ１Ｂ２に対する循環管路３の中間区間Ｂ２２の合流部は、２つの水冷却器２７，２８の下流において、共通する合流区間Ｌ１Ｂ２に対する吸気口に配置されている。しかしながら、循環管路３及び第２の充填空気管路Ｌ２１，Ｌ２Ｂ２，Ｌ２を固有の冷却器を介して導入するのではなく、循環管路３及び第２の充填空気管路Ｌ２１，Ｌ２Ｂ２，Ｌ２を冷却器セットの前方において第１の充填空気管路に合流させることも想到される。しかしながら、この場合には、（存在する場合には）循環管路内の排気ガスを清浄する必要がある。
【００３８】
吸入器１５は、循環管路３の中間区間Ｂ２２に配置されており、循環ガス流を第１の充填空気流の圧力レベルに上昇させる。さらに、制御弁１４が吸入器１５の下流に設けられており、制御弁１４によって循環ガス管路３の開放の程度を調整することができる。
【００３９】
別の水蒸気キャッチャ１６が、主充填空気管路Ｌ１，Ｌ１Ｂ２に対する中間区間Ｂ２２の合流部の下流に配置されており、これにより主充填空気の冷却のため第１の充填空気流に存在する凝縮水を排出可能となり、場合によっては、依然として循環ガス流に存在する自由な水も排出可能となる。その下流において、合流区間Ｌ１Ｂ２は、充填空気収集容器４に対して並列に案内される２つの分枝に、すなわち、補助送風器２０が配置された管路分枝と、補助送風器２０を迂回するハイパス管路分枝とに分割されている。逆止弁２５，２６は、充填空気収集容器４から第１の充填空気管路Ｌ１，Ｌ１Ｂ２の合流区間Ｌ１Ｂ２に至る、高圧縮された充填空気の逆流を防止する。補助送風器分枝又は選択的にバイパス分枝を開放又は遮断可能とするために、本出願では図示しないさらなる弁を設けることもできる。
【００４０】
第２の充填空気管路Ｌ２１，Ｌ２Ｂ２，Ｌ２の合流区間Ｌ２は、第１の充填空気管路Ｌ１，Ｌ１Ｂ２の合流区間Ｌ１Ｂ２と同様に、２つの分枝に、すなわち、補助送風器２１が配置されたと、当該管路分枝に対するバイパス管路分枝に分割されている。さらに、戻り止め弁２３、２４が、充填空気収集容器４内に存在する充填空気が隣接する第２の充填空気管路Ｌ２１，Ｌ２Ｂ２，Ｌ２に逆流することを阻止するために設けられている。当該実施例でも、補助送風器分枝又はバイパス分枝を選択的に開放するための別の弁が設けられている場合がある。
【００４１】
本発明の技術的範囲を逸脱することなく、図示の実施例を変更及び修正可能とされる。
【００４２】
例えば循環管路を、第１の充填空気管路Ｌ１、Ｌ１Ｂ２への中間区間Ｂ２２を介してではなく、さらに第２の充填空気管路とともにその合流区間Ｌ２を通して案内することも考えられよう。この場合、吸入器１５は、対応して強力に設計された補助送風器２１によって置換することができ、適切な弁を介してバイパス分枝又は補助送風器を備える管路分枝を解放することができよう。これに加えて、大型の補助送風器の代わりに、１つ又は複数の別の補助送風器を１つの（又は複数の）別のバイパス分枝に設け、このバイパス分枝を循環モードで接続することができるようにすることも考えられよう。付加的な第２の補助送風器の代わりに、第２の充填空気管路側の補助送風器から第１の充填空気管路側の補助送風器に至る管路接続部を設けることもできよう。
【００４３】
ここでは簡単にするため、燃焼室に供給される「充填空気」について常に述べていることに注意すべきである。しかしながら排気ガス再循環又は排気ガス再循環が接続されている場合には、燃焼室に供給されるガス混合気は、厳密に言えば空気だけでなく、再循環された排気ガスからも生成される。さらに燃焼室に供給されるガス混合気は、空気又は再循環された排気ガス以外のガスも含むことができる。従って概念「充填空気」は本発明の範囲では、燃焼室に吸気口側で供給されるガス、すなわち充填ガスとして理解すべきであり、この意味で概念「充填空気収集容器」と「充填空気管路」も、この充填ガスに対する収集容器及び管路である。
【符号の説明】
【００４４】
１      第１のターボチャージ段
２      第２のターボチャージ段
３      排気ガス再循環管路
４      充填空気収集容器
５      排気ガス収集容器
６      水冷却器
７      煤煙清浄器
８      第１のタービン
９      第１の圧縮器
１０      水予注入ユニット（水噴射ユニット）
１１      循環遮断弁
１２      副充填遮断弁
１３      循環ガス逆流阻止弁
１４      水蒸気キャッチャ（制御弁）
１５      吸入器
１６      別の水蒸気キャッチャ
１７      水蒸気キャッチャ
１８      第２のタービン
１９      第２の圧縮器
２５      逆止弁
２６      逆止弁
２７      水冷却器
２８      水冷却器
Ｂ１      第１の燃焼ガス管路（第１の排気ガス管路）
Ｂ２ｂ    流入区間
Ｂ２２    中間区間
Ｂ２ａ    第２の排気ガス管路
Ｌ１      合流区間
Ｌ１Ｂ２  合流区間
Ｌ２１    流入区間
Ｌ２Ｂ２  共通する管路区間
Ｌ２      第２の充填空気管路
【図１】
2013234668.tif 000003
【図２】
2013234668.tif 000004