(57)【要約】      （修正有）【課題】船内機又は船外機用として好適な形式で実現可能な往復動ピストン構造形式の内燃機関の排気戻しシステムを提供する。【解決手段】排気戻しシステム９は、排気管路８に接続された管分岐部１０を有し、該管分岐部は、制御エレメント１１を介して排気戻し管路１２に接続され、一方では排気戻し管路の第１の供給管路部分１３が吸気システム６の吸気システム容器１６の外側において延びていて、かつ他方では、排気戻し管路の第２の供給管路部分１４が吸気システムの吸気システム容器の内室１５内において延びており、第２の供給管路部分を用いて排気流が、該排気流と前記吸気システム容器内に含まれた吸入空気と混合するために、吸気システム容器内に送られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復動ピストン構造形式の内燃機関用の排気戻しシステムであって、排気タービンおよび過給機を有する排気タービン過給機装置を備えており、前記内燃機関は、往復動ピストンを備えた１つまたは複数のシリンダを収容するエンジンブロックを有しており、該エンジンブロックは、吸気システムおよび排気流出装置を備えていて、該排気流出装置は、排気管路を介して前記排気タービンに接続されており、このとき前記排気管路は、当該排気戻しシステムを介して、排気流の少なくとも一部を前記吸気システムに供給する、排気戻しシステムにおいて、
当該排気戻しシステム（９）は、前記排気管路（８）に接続された管分岐部（１０）を有していて、該管分岐部（１０）は、制御エレメント（１１）を介して排気戻し管路（１２）に接続されており、一方では前記排気戻し管路（１２）の第１の供給管路部分（１３）が前記吸気システム（６）の吸気システム容器（１６）の外側において延びていて、かつ他方では、排気戻し管路（１２）の第２の供給管路部分（１４）が前記吸気システム（６）の吸気システム容器（１６）の内室（１５）内において延びており、前記第２の供給管路部分（１４）を用いて排気流が、排気と前記吸気システム容器（１６）内に含まれた空気容積とを目的に合致するように混合するために、前記吸気システム容器（１６）内に送られることを特徴とする、内燃機関用の排気戻しシステム。
【請求項２】
前記制御エレメント（１１）は、絞り装置（Ｄｖ）を有していて、該絞り装置（Ｄｖ）を介して、調整された排気流が前記吸気システム容器（１６）の前記内室（１５）内に達する、請求項１記載の排気戻しシステム。
【請求項３】
前記排気タービン過給機装置（２）は、前記内燃機関（１）の全特性マップ領域において、前記排気タービン（３）への流入圧（ＤＩ）が前記吸気システム容器（１６）における圧力（ＤＩＩ）よりも高くなるように形成されている、請求項１または２記載の排気戻しシステム。
【請求項４】
前記制御エレメント（１１）は、パルス幅変調式の切換え弁によって形成されており、該切換え弁を介して、特性マップ制御されて適合された排気量および回転数が調整されて前記吸気システム容器（１６）に供給される、請求項１記載の排気戻しシステム。
【請求項５】
前記制御エレメント（１１）は、開閉機能を有する電気式の切換え弁であり、該切換え弁は、排気量を特性マップもしくは特性線に関連して、駆動システムの特性線に沿って解放する、請求項１記載の排気戻しシステム。
【請求項６】
前記排気戻し管路（１２）の前記第２の供給管路部分（１４）は、前記吸気システム容器（１６）のほぼ全長（ＬＳａＩ）にわたって延びていて、互いに軸方向間隔（Ａａｘ）をおいて配置された調整された絞り開口（１９）を備えている、請求項１記載の排気戻しシステム。
【請求項７】
前記排気戻し管路（１２）の前記第１の供給管路部分（１３）は、熱膨張作用を補償するための複数の湾曲部（２８，２９，３０，３１）を有している、請求項１記載の排気戻しシステム。
【請求項８】
前記第２の供給管路部分（１４）は、前記吸気システム容器（１６）の、互いに間隔をおいて延びる壁（２４，２５）に、保持装置（２６，２７）を用いて所定の位置で保持される、請求項１または６記載の排気戻しシステム。
【請求項９】
前記制御エレメント（３９）の上流側における管分岐部（３２）に、高温の排気流用のクーラ（３６）が配置されていて、該排気流は、前記内燃機関（１）の冷却システムの冷却水を用いて温度を下げられ、かつ温度を下げられた状態において、前記制御エレメント（３５）を通過し、かつ前記第２の供給管路部分（３８）を介して、前記吸気システム容器（４０）の前記内室（３９）内に達する、請求項１記載の排気戻しシステム。
【請求項１０】
前記クーラ（３６）は、例えば円筒形の本体（４１）を有していて、該本体（４１）は、第１の端部領域（４２）に冷却水流入装置（４３）および排気流入装置（４５）を有し、かつ第２の端部領域（４６）に冷却水流出装置（４７）および排気流出装置（４９）を有している、請求項９記載の排気戻しシステム。
【請求項１１】
前記冷却水流入装置（４３）および前記冷却水流出装置（４７）に隣接して、前記クーラ（３６）の前記本体の内部に半径方向の支持ブラケット（５０，５１）が設けられており、該支持ブラケット（５０，５１）は、前記本体（４１）の軸線方向（Ｒａｘ）に延びる冷却水管（５２）を収容するために役立つ、請求項１０記載の排気戻しシステム。
【請求項１２】
前記内燃機関（１）は、船内機または船外機として使用可能であり、かつ２つの連接棒を介して、２つのクランク軸と共働する少なくとも１つのピストンを有しており、前記クランク軸は、前記クランク軸および前記ピストンを収容するエンジンブロック（５）内において鉛直に起立していて、船舶用の駆動システムに影響を及ぼし、このとき前記内燃機関（１）は、直噴式のディーゼル方式で作動し、かつ前記排気タービン（３）と前記過給機（４）とを有する前記排気タービン過給機装置（２）を備えており、前記排気タービン（３）は、前記排気流出装置（７）に接続された前記排気管路（８）において流れる排気流を用いて駆動され、このとき前記排気タービン過給機装置（２）および前記排気管路（８）は、前記エンジンブロック（５６）の上端面（５３）に配置されており、前記吸気システム容器（１６）は、少なくとも部分的に前記エンジンブロック（５６）の高さ（ＬＳａＩ）にわたって延びており、さらに前記排気管路（８）から、管分岐部（１０）が延びていて、前記制御エレメント（３５）に接続されており、該制御エレメント（３５）から、前記第２の管路供給部分（１４）に通じる前記第１の供給管路部分（１３）が延びており、前記第２の管路供給部分（１４）は、鉛直方向（Ｒｉａ）において、前記吸気システム容器（１６）の前記内室（１５）内を延びていて、かつ互いに間隔（Ａａｘ）をおいて配置された絞り開口（１８）を有している、請求項１から１１までのいずれか１項記載の排気戻しシステム。
【請求項１３】
往復動ピストン構造形式の内燃機関用の排気戻しシステムであって、前記内燃機関は、ピストンを備えた１つまたは複数のシリンダを収容するエンジンブロックを有しており、該エンジンブロックは、吸気システムおよび排気流出装置を備えていて、該排気流出装置は、排気管路を備えている、排気戻しシステムにおいて、
前記内燃機関（５５）は、自然吸気式のまたは排気タービン過給機装置を備えた内燃機関として作動し、このとき前記排気戻しシステム（５４）は、前記排気管路（５９）から延びる管分岐部（６０）を有しており、該管分岐部（６０）は、制御エレメント（６１）を介して、排気戻し管路（６２）に接続されており、該排気戻し管路（６２）は、吸気システム（５７）の吸気システム容器（６４）の内室（６３）内を延びる供給管路部分（６５）に接続されており、該供給管路部分（６５）は、例えば管として形成されていて、１つまたは複数の調整された絞り開口（６６）を備えていることを特徴とする、内燃機関用の排気戻しシステム。
【請求項１４】
前記制御エレメント（６１）の上流側において前記管分岐部（６０）に、前記排気流用のクーラ（６７）が設けられている、請求項１３記載の排気戻しシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段部に記載の、排気タービンおよび過給機を有する排気タービン過給機装置を備えた、往復動ピストン構造形式の内燃機関用の排気戻しシステムに関する。
【０００２】
燃焼室内への内燃機関の燃焼ガスの調整された導入によって、燃料燃焼中に、内燃機関が放出する窒素酸化物ＮＯｘが減じられる。燃料・空気混合体の燃焼時に、燃焼温度の上昇と共に、窒素酸化物の形成は極端に増大する。排気の一部を戻すことによって、燃焼温度が低下させられ、かつ窒素酸化物は減じられる。
【０００３】
排気タービン過給機装置の排気タービンが有効である、排気管路を備えたディーゼル機関が公知である（独国特許第４００７５１６号明細書）。この公知の構成では排気タービンが、過給空気をディーゼル機関の燃焼室に圧送する過給機を駆動する。過給機の上流側には、排気戻し管路および排気管路が接続されていて、該排気戻し管路および排気管路は、過給機の上流側における管路部分に開口している。排気戻し管路および排気管路には、ディーゼル機関の全運転範囲における最適な戻し量を制御するのに使用される絞りが挿入されている。絞りの上流側における排気管路には、排気クーラが設けられている。
【０００４】
独国特許出願公開第１９６１８８６８号明細書に基づいて公知の、排気戻しシステムを備えた内燃機関では、排気管路内に排気タービン過給機装置の排気タービンが配置され、かつ燃焼空気管路内に排気タービン過給機装置のコンプレッサが配置されている。この公知の構成では、エンジン流出部および排気タービンとエンジン流入部との間における負の圧力降下を得るために、エンジン流出部の下流でかつエンジン流入部の上流に配置された排気戻し管路が設けられている。
【０００５】
本発明の課題は、好適な形式で実現可能であり、かつ良好な作用によって傑出している、往復動ピストン構造形式の内燃機関用の排気戻しシステムを提供することである。
【０００６】
この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴部に記載の構成によって解決される。本発明を構成するその他の特徴は、請求項２以下に記載されている。
【０００７】
本発明によって主として得られる利点は、排気戻しシステムが、簡単な手段で内燃機関に組み込むことができる模範的な構造を有していることにある。そしてこの構造によって、排気戻しシステムは、窒素酸化物の還元に関して際立った機能を有する。本発明の巧みな解決策では、排気戻しシステムが、排気管路に接続された管分岐部を有していて、該管分岐部は制御エレメントを介して排気管路に接続されている。このとき際立っている構成では、一方では排気戻し管路の第１の供給管路部分が吸気システムの吸気システム容器の外側において延びていて、かつ他方では、排気戻し管路の第２の供給管路部分が吸気システムの吸気システム容器の内室内において延びている。この構成に関連して好ましくは、第２の供給管路部分を用いて排気流が、排気と吸気システム容器内に含まれた空気容積とを目的に合致するように混合するために、吸気システム容器内に送られる。
【０００８】
制御エレメントの効果的な態様では、制御エレメントは、絞り装置を有していて、該絞り装置を介して、調整された排気流が吸気システム容器の内室内に達するようになっている。この解決策のために機能適正な態様では、排気タービン過給機装置は、内燃機関の全特性マップ領域において、排気タービンへの流入圧が吸気システム容器における圧力よりも高くなるように形成されている。例えばまた別の態様では、制御エレメントは、パルス幅変調式の切換え弁として形成されており、該切換え弁を介して、特性マップ制御されて適合された排気量が、負荷および回転数に関連して調整されて吸気システム容器に供給される。好適な制御エレメントに関するさらに別の態様では、制御エレメントは、開閉機能を有する電気式の切換え弁によって形成されていて、該切換え弁は、排気量を特性マップもしくは特性線に関連して、駆動システムの特性線に沿って解放する。
【０００９】
排気戻し管路の第１の供給管路部分および第２の供給管路部分の好適な態様では、第２の供給管路部分は、吸気システム容器のほぼ全長にわたって延びていて、互いに軸方向間隔をおいて配置された調整された絞り開口を備えている。また第１の供給管路部分は、熱膨張作用を補償するための複数の湾曲部を有している。さらに第２の供給管路部分は、吸気システム容器の、互いに間隔をおいて延びる水平な壁に、保持装置を用いて所定の位置で保持される。
【００１０】
排気戻しシステムの排気流の温度を最適化するために、制御エレメントの上流側における管分岐部に、高温の排気流用のクーラが配置されていて、該クーラは、内燃機関の冷却システムの冷却水を用いて温度を下げられ、かつ温度を下げられた状態において、制御エレメントを通過し、かつ第１および第２の供給管路部分を介して、吸気システム容器の内室内に達する。クーラの適宜な構成を得るのに好適な態様では、クーラは、円筒形の本体を有していて、該本体は、第１の端部領域に冷却水流入装置および排気流入装置を有し、かつ第２の端部領域に冷却水流出装置および排気流出装置を有している。さらに好ましい態様では、冷却水流入装置および冷却水流出装置に隣接して、軸線方向に延びる冷却水管のための半径方向の支持ブラケットが、設けられている。
【００１１】
排気戻しシステムは、船舶を駆動するための船内機または船外機として使用可能でありかつ２つの連接棒を介して２つのクランク軸と共働する少なくとも１つのピストンを有する内燃機関のために、特に適している。このときクランク軸は、クランク軸およびピストンを収容するエンジンブロック内において鉛直に起立していて、例えば船舶の推進器である駆動システムに影響を及ぼす。このとき内燃機関は、直噴式のディーゼル方式で作動し、かつ排気タービンと過給機とを有する排気タービン過給機装置を備えている。排気タービンは、排気流出装置に接続された排気管路を貫流する排気流を用いて駆動される。構造を簡単にしかつ見通しを良くするのに役立つ態様では、排気タービン過給機装置および排気管路は、エンジンブロックの上端面に配置されており、吸気システム容器は、少なくとも部分的にエンジンブロックの高さにわたって延びている。さらに好ましい態様では、排気管路から、管分岐部が延びていて、制御エレメントに接続されており、該制御エレメントから、第２の供給管路部分に通じる第１の供給管路部分が設けられており、第２の供給管路部分は、鉛直方向において、吸気システム容器の内室内を延びていて、かつ互いに軸方向間隔をおいて配置された調整された絞り開口を有している。
【００１２】
請求項１３記載の排気戻しシステムは、往復動ピストン構造形式の内燃機関において有効であり、該内燃機関は、１つまたは複数のシリンダを収容するハウジングを有しており、該ハウジングは、吸気システムと、排気管路に接続された排気流出装置とを有している。このような内燃機関は、種々様々に使用可能であり、自然吸気式のまたは排気タービン過給機装置を備えた内燃機関として作動し、このとき排気戻しシステムは、排気管路から延びる管分岐部を有しており、該管分岐部は、制御エレメントを介して、排気戻し管路に接続されている。この排気戻し管路が、吸気システムの吸気システム容器の内室内を延びる供給管路部分に接続されており、該供給管路部分が、例えば管として形成されていて、１つまたは複数の調整された絞り開口を備えていると、綿密に考えられた構造原理が得られる。最後に、制御エレメントの上流における管分岐部には、排気流のためのクーラが設けられている。
【００１３】
次に図面を参照しながら本発明の実施形態を詳説する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】排気戻しシステムを備えた内燃機関を上から見て示す概略図である。
【図２】図１の矢印Ａの方向から見た、部分断面図である。
【図３】別の実施形態を示す図であって、図１に相当する図である。
【図４】図３の矢印Ｂの方向から見た、部分断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】排気戻しシステムを備えた内燃機関を概略的に示す図である。
【００１５】
往復動ピストン構造形式の内燃機関１は、排気タービン３と過給機４とを備えた排気タービン過給機装置２を有している。内燃機関１は、往復動ピストンを備えた１つまたは複数のシリンダを収容するエンジンブロック５を有しており、このエンジンブロック５は、シリンダハウジングとシリンダヘッドとを有しており、このシリンダヘッドには、燃焼室に通じる吸気通路が設けられている。最後に述べたコンポーネントは、図示されていない。エンジンブロック５には吸気システム６と排気流出装置７とが取り付けられており、この排気流出装置７は、排気管路８を介して排気タービン３に接続されている。排気管路８を介して、この排気管路８に流入する排気流の少なくとも一部は、矢印Ｐｆの方向で、排気戻しシステム９内に達し、この排気戻しシステム９は、吸気システム６に通じている。
【００１６】
排気戻しシステム９は、排気管路８に接続された管分岐部１０を有しており、この管分岐部１０は、制御エレメント１１を介して排気戻し管路１２に接続されている。排気戻し管路１２は、一方では第１の供給管路部分１３が吸気システム６の吸気システム容器１６の外側において延びていて、かつ他方では第２の供給管路部分１４が吸気システム６の吸気システム容器１６の内室１５内を延びている。第２の供給管路部分１４を用いて、排気流は吸気システム容器１６内に、排気流と、吸気システム容器１６内に存在する燃料・空気容積とを目的に合致するように混合するために、送られる。
【００１７】
制御エレメント１１は、絞り装置Ｄｖを有しており、この絞り装置Ｄｖを介して、調整された排気流が吸気システム容器１６の内室１５内に達する。このとき排気タービン過給機装置２は、内燃機関１の全特性マップ領域において、排気タービン３への流入圧ＤＩが吸気システム容器１６における圧力ＩＩよりも高くなるように形成されていてよい。制御エレメント１１は、さらにパルス幅変調式の切換え弁であってよく、この切換え弁を介して、特性マップ制御されて合わせられた排気量が、負荷および回転数に関連して調整されて、吸気システム容器１６に供給される。しかしながらまた、制御エレメント１１を、開閉機能を有する電気式の切換え弁によって形成することも可能であり、この切換え弁は、排気量を、特性マップもしくは特性線に関連して、駆動システムの特性線に沿って解放する。駆動システムは、例えば船舶を前進駆動する推進器であってよい（欧州特許出願公開第２６９６０５４号明細書）。
【００１８】
排気戻し管路１２の第２の供給管路部分１４は、例えば６〜１５ｍｍの直径Ｄｒを有する管１７から形成され、この管１７は、吸気システム容器１６の実質的な長さＬＳａｌにわたって延びており、このとき管１７には、互いに軸方向間隔Ａａｘをおいて配置された調整された複数の絞り開口１８が設けられている。これらの絞り開口１８は、接続通路１９，２０，２１，２２の方向に向いており（４弁技術）、これらの接続通路１９，２０，２１，２２は、吸気システム容器１６と一体の部材から製造されていて、シリンダヘッド（図示せず）における吸気通路に通じている。さらに吸気システム６には、インタクーラ２３が組み込まれており、このとき吸気システム６とインタクーラ２３とは１つのモジュールにまとめられている。吸気システム容器１６は、鉛直方向において互いに間隔をおいて延びる２つの壁２４，２５を有しており、これらの壁２４，２５には、第２の供給管路部分１４が、第１および第２の保持装置２６，２７を介して所定位置に保持される。さらに、第１の供給管路部分１３は複数の湾曲部２８，２９，３０，３１を備えており（図１）、これらの湾曲部２８，２９，３０，３１は、熱膨張作用を補償するのに役立つ。
【００１９】
図３に示すように、排気戻しシステム３３の管分岐部３２には、制御エレメント３５の上流側における排気管路３４に、高温の排気流のためのクーラ３６が配置されており、このクーラ３６において排気流は、内燃機関１の完全には示されていない冷却システムの冷却水によって温度を下げられる。温度を下げられた状態において、排気流は制御エレメント３５を介して、第１の供給管路部分３７および第２の供給管路部分３８に、さらに吸気システム容器４０の内室３９に達し、この内室３９において、冷却された排気流は、そこに存在する燃料・空気容積と混合される。クーラ３６は、図５によれば、例えば円筒形の本体４１を有しており、この本体４１は、第１の端部領域４２に、供給室４４を備えた冷却水流入装置４３と排気流入装置４５とを有し、かつ第２の端部領域４６に、排出室４８を備えた冷却水流出装置４７と排気流出装置４９とを有している。冷却水流入装置４３および冷却水流出装置４７に隣接して、複数の冷却水管５２を収容する半径方向の支持ブラケット５０，５１が本体４１に挿入されている。冷却水管５２は、本体４１の軸線方向Ｒａｘに延びている。
【００２０】
図１〜図４に示した排気戻しシステム９，３３は、特に、船内機または船外機として使用される内燃機関に適している。このとき相応の内燃機関１は、２つの連接棒を介して２つのクランク軸と共働する少なくとも１つのピストンを有している。このような構造形式は、既に上において挙げた欧州特許出願公開第２８５７０５４号明細書に開示されている。これらのクランク軸は、クランク軸およびピストンを収容するエンジンブロック５内において鉛直に起立していて、船舶の推進器に作用する駆動システムに影響を及ぼす。内燃機関１は、直噴式のディーゼル方式で作動し、かつ排気タービン３と過給機４とを有する排気タービン過給機装置２を備えている。排気タービン３は、排気流出装置７に接続された排気管路８において案内される排気流を用いて駆動される。この実施形態では、排気タービン過給機装置２および排気管路８は、エンジンブロック５の上端面５３に配置されている。吸気システム容器１６は、ほぼエンジンブロック５の高さにわたって延びており、排気管路８からは、管分岐部１０（図１）が延びていて、制御エレメント１１に接続されており、この制御エレメント１１からは、第２の管路供給部分１４に通じる第１の供給管路部分１３が延びている。第２の管路供給部分１４は、垂直もしくは鉛直方向Ｒｉａにおいて上から下に向かって、吸気システム容器１６の内室１５内を延びている。前記第２の供給管路部分１４は、互いに間隔Ａａｘをおいて配置された絞り開口１８を備えている。
【００２１】
図６に示した排気戻しシステム５４は、往復動ピストン構造形式の内燃機関５５に接続されており、この内燃機関５５は、ピストンを備えた１つまたは複数のシリンダ（図示せず）を収容するエンジンブロック５６を有している。このエンジンブロック５６は、吸気システム５７と、排気管路５９を備えた排気流出装置５８とを有している。内燃機関５５は、自然吸気式内燃機関として、または排気タービン過給機装置（図示せず）を備えた内燃機関として作動する。排気戻しシステム５４は、排気管路５９から延びる管分岐部６０を有しており、この管分岐部６０は、制御エレメント６１（ほぼ制御エレメント１１，３５に相当）を介して、排気戻し管路６２に接続されている。この排気戻し管路６２は、吸気システム５７の吸気システム容器６４の内室６３内を延びる供給管路部分６５（第２の供給管路部分３８に類似）に接続されている。この供給管路部分６５は、互いに軸方向間隔をおいて配置された調整された絞り開口６６を備えた管として形成されていて、かつ吸気システム容器６４の内室６３内において、つまり吸気システム容器６４のほぼ全長ＬＳａＩＩにわたって延びている。最後に管分岐部６０には、内室６３内に導入された排気流のためのクーラ６７が設けられている。
【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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【図６】
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【外国語明細書】
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