(57)【要約】【課題】縦掃気２サイクル大型ディーゼルエンジンを低負荷でも窒素酸化物の排出を増やすことなく、部品の破損やオーバーホール間隔拡大の虞なしに連続運転できるようにする運転方法およびそれが可能な、既存のエンジンから容易に改造できるエンジンを提供すること。【解決手段】大型ディーゼルエンジン１は、低負荷の場合、新鮮な空気７を取込む第１排気ガスターボチャージャ８１を通るおよび／または第２排気ガスターボチャージャ８２を通る排気ガス流を減らすために、例えば第１排気ガス入口８１０にガス弁９１、遮断弁９２等が設けてあってそこを通る排気ガス流をこのエンジンの運転パラメータ、即ち負荷の与えられた値に依存して減らすので、全負荷範囲に亘ってこのエンジンの最適熱力学性能を維持する。窒素酸化物放出の増加、燃料消費の増加、出力低下なしに低負荷で連続運転が可能である。【選択図】図２
2009216093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦掃気２サイクル大型ディーゼルエンジン（１）であって、シリンダ（２）内を作動面に沿って下死点（ＵＴ）と上死点（ＯＴ）の間を往復動できるように配置したピストン（２０）を有するエンジンの運転方法であって、燃料を前記大型ディーゼルエンジン（１）のシリンダ（２）に噴射ノズルによって送込み、および所定量の掃気（４）を供給するために前記シリンダ（２）の入口領域に掃気スロット（３）が設けてあり、および燃焼ガス（６）を排除するために出口弁（５）が前記シリンダ（２）のシリンダカバーに設けてあり、環境圧で入手できる新鮮な空気（７）を第１排気ガスターボチャージャ（８、８１）によりおよび／または第２排気ガスターボチャージャ（８、８２）によって吸込み、および前記新鮮な空気（７）を前記掃気スロット（３）を介して所定の給気圧力で前記掃気（４）として前記シリンダ（２）に供給し、それで前記掃気（４）と燃料から前記シリンダ（２）内で点火ガス混合気を発生する方法に於いて、前記第１排気ガスターボチャージャ（８、８１）を通るおよび／または前記第２排気ガスターボチャージャ（８、８２）を通る排気ガス流を減らすために少なくとも一つの縮減手段（９、９１、９２、９３）が設けてあり、並びに前記方法では、前記第１排気ガスターボチャージャ（８、８１）を通るおよび／または前記第２排気ガスターボチャージャ（８、８２）を通る排気ガス流を前記大型ディーゼルエンジン（１）の運転パラメータの与えられた値に依存して減らすことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載された方法に於いて、前記縮減手段（９、９１、９２、９３）が前記２サイクル大型ディーゼルエンジン（１）の排気ガスマニホルド（１０）に設けてある方法。
【請求項３】
請求項１または２の何れか一項に記載された方法に於いて、前記縮減手段（９、９１、９２、９３）が前記第１排気ガスターボチャージャ（８、８１）の第１排気ガス入口（８１０）におよび／または第１排気ガス出口（８１１）に、および／または前記縮減手段（９、９１、９２、９３）が前記第２排気ガスターボチャージャ（８、８２）の第２排気ガス入口（８２０）におよび／または第２排気ガス出口（８２１）に設けてある方法。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか一項に記載された方法に於いて、前記縮減手段（９、９１、９２、９３）が制御可能なガス弁（９１）および／または遮断弁（９２）および／またはバタフライ弁（９３）である方法。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一項に記載された方法に於いて、前記運転パラメータが負荷および／または回転速度および／または排気ガス温度および／または排気ガス圧力および／または排気ガス圧力比である方法。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか一項に記載された方法に於いて、前記２サイクル大型ディーゼルエンジン（１）を最大負荷の１０％ないし９０％の間の負荷範囲内で、殊に最大負荷の２０％ないし７０％の間の負荷範囲内で、好ましくは最大負荷の３０％ないし５０％の間の負荷範囲内で、特に最大負荷の４５％でまたは５５％で運転する方法。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか一項に記載された方法に於いて、前記２サイクル大型ディーゼルエンジン（１）を最大回転速度の１０％ないし９０％の間の速度範囲内で、殊に最大回転速度の２０％ないし９０％の間の速度範囲内で、好ましくは最大回転速度の７０％ないし８５％の間の速度範囲内で、特に最大回転速度の７０％でまたは８０％で運転する方法。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか一項に記載された方法に於いて、封入空気対燃料比を与えられた燃焼温度（Ｔ）に調整する方法。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れか一項に記載された方法に於いて、前記燃焼ガス（６）中の有害物質を減らし、特にＮＯｘ負担を減らす方法。
【請求項１０】
請求項１ないし９の何れか一項に記載された方法に於いて、前記縮減手段（９、９１、９２、９３）を前記運転パラメータに依存して、特にターボチャージャ効率（Ｅ）を与えられた効率値に調整するために、制御ユニットによって制御し、および／または上記シリンダ（２）内の過圧を防ぐためにフェールセーフシステムが設けてある方法。
【請求項１１】
縦掃気２サイクル大型ディーゼルエンジンであって、シリンダ（２）内を作動面に沿って下死点（ＵＴ）と上死点（ＯＴ）の間を往復動できるように配置したピストン（２０）および燃料をこの大型ディーゼルエンジン（１）のシリンダ（２）に送込むための噴射ノズルを含み、そこで所定量の掃気（４）を供給するために前記シリンダ（２）の入口領域に掃気スロット（３）が設けてあり、および燃焼ガス（６）を排除するために出口弁（５）が前記シリンダ（２）のシリンダカバーに設けてあり、そこで運転状態では、環境圧で入手できる新鮮な空気（７）を第１排気ガスターボチャージャ（８、８１）によりおよび／または第２排気ガスターボチャージャ（８、８２）によって吸込み、および前記新鮮な空気（７）を前記掃気スロット（３）を介して所定の給気圧力で前記掃気（４）として前記シリンダ（２）に供給し、それで前記掃気（４）と燃料から前記シリンダ（２）内で点火ガス混合気を発生できるエンジンに於いて、前記第１排気ガスターボチャージャ（８、８１）を通るおよび／または前記第２排気ガスターボチャージャ（８、８２）を通る排気ガス流を減らすために少なくとも一つの縮減手段（９、９１、９２、９３）が設けてあって前記第１排気ガスターボチャージャ（８、８１）を通るおよび／または前記第２排気ガスターボチャージャ（８、８２）を通る排気ガス流を前記大型ディーゼルエンジンの運転パラメータの与えられた値に依存して減らすことを特徴とするエンジン。
【請求項１２】
請求項１１に記載された２サイクル大型ディーゼルエンジンに於いて、前記縮減手段（９、９１、９２、９３）が前記２サイクル大型ディーゼルエンジンの排気ガスマニホルド（１０）に設けてあるエンジン。
【請求項１３】
請求項１１または１２の何れか一項に記載された２サイクル大型ディーゼルエンジンに於いて、前記縮減手段（９、９１、９２、９３）が前記第１排気ガスターボチャージャ（８、８１）の第１排気ガス入口（８１０）におよび／または第１排気ガス出口（８１１）に、および／または前記縮減手段（９、９１、９２、９３）が前記第２排気ガスターボチャージャ（８、８２）の第２排気ガス入口（８２０）におよび／または第２排気ガス出口（８２１）に設けてあるエンジン。
【請求項１４】
請求項１１ないし１３の何れか一項に記載された２サイクル大型ディーゼルエンジンに於いて、前記縮減手段（９、９１、９２、９３）が制御可能なガス弁（９１）および／または遮断弁（９２）および／またはバタフライ弁（９３）であエンジン。
【請求項１５】
請求項１１ないし１４の何れか一項に記載された２サイクル大型ディーゼルエンジンに於いて、前記運転パラメータを測定するためのセンサ、特に温度センサおよび／または圧力センサおよび／または速度センサおよび／または負荷センサが設けてあるエンジン。
【請求項１６】
請求項１１ないし１５の何れか一項に記載された２サイクル大型ディーゼルエンジンに於いて、前記縮減手段（９、９１、９２、９３）を前記運転パラメータに依存して制御するために、特にターボチャージャ効率（Ｅ）を与えられた効率値に調整するために、制御ユニットが設けてあり、および／または上記シリンダ（２）内の過圧を防ぐためにフェールセーフシステムが設けてあるエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、縦掃気２サイクル大型ディ−ゼルエンジンの運転方法および独立請求項１および１１の前提部分による縦掃気２サイクル大型ディ−ゼルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、船舶または電力発生のための定置ユニット用のような、往復ピストン燃焼エンジンの出力増大のためには、新鮮な空気を、一般的に排気ガスターボチャージャとして設計してある、給気装置グループによって、燃焼行程後にこの燃焼エンジンのシリンダに高圧で導入する。これに関して、この燃焼行程後にシリンダの燃焼室を出る、排気ガスの熱エネルギーの一部を利用できる。このため、出口弁を開けることによって、高温ガスをこのシリンダの燃焼室から給気装置グループへ運び出す。この給気装置グループは、実質的にタービンを含み、それは圧力を掛けられてこの給気装置グループへ入る高温排気ガスによって駆動される。このタービンの役目は、コンプレッサを駆動し、それによって新鮮な空気を引込み且つ圧縮する。タービン付きディフューザ、即ち、屡々単純にターボチャージャと呼ばれ且つ特に２サイクル大型ディーゼルエンジンの場合、但しそれだけではないが、コンプレッサとして遠心コンプレッサを使う装置は、所謂ディフューザ、空気冷却器、水分離器および入口レシーバが続き、そこから、給気または掃気としても知られる、圧縮した新鮮な空気を結局この大型ディーゼルエンジンのシリンダの個々の燃焼室へ送込む。それでこの種の給気装置グループを使うことによって新鮮な空気の供給を増すことができ、このシリンダの燃焼室内の燃焼プロセスの効率を改善できる。
【０００３】
大型ディーゼルエンジンの場合、空気の供給は、種類に依って、シリンダの異なる場所で起る。それで、例えば、縦掃気２サイクルエンジンでは、空気を、シリンダの下部領域の作動面に配置した掃気スロットを介して燃焼室に導入する。４サイクルエンジンでは、給気を一般的に、シリンダカバーに配置した一つ以上の入口弁を介して導入する。これに関して、シリンダの下部領域にある掃気スロットの代りにシリンダカバーにある入口弁を備える２サイクルエンジンも確かに知られている。
【０００４】
シリンダに新鮮な空気を供給することにとって重要な意義は、上に既に述べた給気冷却器にあると考えられている。当業者に周知であるように、既知の給気冷却器は、実質的に平行六面体の形をしたハウジングで、その中に冷却パックが収容してあり、それを通って給気がこの給気冷却器の入口からこの給気冷却器の出口へ流れてこの給気を冷却する。これに関して、この給気は、典型的には例えば２５０°Ｃから５０°Ｃへ大幅に冷却され、それでこの給気冷却器中の空気の冷却とは別に、この給気からの水もこの給気冷却器の中で凝縮する。
【０００５】
これに関して、ディーゼル燃焼エンジンの運転では、かなりの量の窒素酸化物（ＮＯｘ）が生じて環境に負の影響を与える。このため、環境を保護し且つ（ＮＯｘ）放出物がかなり少ない所望のエンジンを開発するために莫大な努力が為されている。この（ＮＯｘ）放出物の削減は、例えば、この窒素酸化物の選択的触媒還元によって実現できる。特に、典型的に船の運航に使うような、大型ディーゼルエンジンでは、スペースが少ないために−仮にあったとしても−対応する触媒コンバータを設けることが屡々非常に困難である。このため、シリンダの燃焼室内の窒素酸化物の発生を既に減らした、所謂一次対策の開発に専心している。
【０００６】
例えば、縦掃気大型ディーゼルエンジンでは、掃気の酸素分を減らすために燃焼ガスをシリンダの外部でこの掃気または新鮮な空気に加えること（外部排ガス再循環）が知られている。これは、燃焼プロセス中にできたＮＯｘの量を減少させる。しかし、この解決策の欠点は、燃焼ガスの少なくとも一部をこの給気装置グループのコンプレッサ（ターボチャージャ）によって運ばねば成らず、それがこのコンプレッサおよび次の給気冷却器でかなりの汚染に繋がるか、またはもしこの燃焼ガスを最初に新鮮な空気にこのコンプレッサの高圧側で供給するならば、この燃焼ガスの圧縮のために更なるポンプを設けねばならないことである。この構成では、後者の場合、給気冷却器の不利な汚染を同様に考慮に入れなければならない。
【０００７】
このため、タービンおよびコンプレッサを含む給気装置集団を備える、２サイクル大型ディーゼルエンジンの排気ガス中の窒素酸化物の量を減らすために、特許文献１（ＥＰ−Ａ−６５３５５８）で、内部排ガス再循環と呼べる、ある方法が提案されている。この方法によれば、燃焼プロセス中に起る燃焼ガスの一部をシリンダ内に保持する。これらの保持した排気ガスは、次の圧縮行程で流入する新鮮な空気と混合物を作り、それは新鮮な空気に比べて酸素濃度が低く、それで後の燃焼プロセス中に窒素酸化物が少ししか発生しない。この様に、シリンダ外の燃焼ガスの掃気が不完全で、それぞれの場合排気ガスのかなりの部分がシリンダ内に残っていると言う意味で、掃気作用の劣化または低下を意識して実現する。
【０００８】
この燃焼ガスの一部をシリンダ内に保持することは、このシリンダ外に設けた手段を使って特許文献１に従って達成する。それでコンプレッサの出口とシリンダの入口の間の新鮮な空気の一部を除去し、新鮮な空気が常態では普通であるより少量しかシリンダに入らない様にし、それが圧縮行程で燃焼ガスを通常より少しに抑制する。その代りに、この提案は、このシリンダから出る燃焼ガスを給気装置グループのタービンを通過して運ぶようにし、それで対応する少量の新鮮な空気がこのコンプレッサからシリンダへ運ばれる。この変形では、このコンプレッサを駆動するタービンの出力が減るので新鮮な空気の供給がこの様に減る。
【０００９】
特に、このシリンダ内に保持する大量の燃焼ガスによって、このシリンダ内の温度が結果として非常に上昇することがある。これは、少なくとも圧縮行程の一部中に、シリンダ内にある新鮮な空気／排気ガスの混合物中に水を噴霧することで特許文献１に記載のように打消すことができる。
【００１０】
しかし、これは、まず第一に、水の噴射のために追加の装置を設置しなければならないので、構成の観点から非常に複雑な対策である。他方、この水は、シリンダに腐食、特に、この水と燃焼中に起る燃焼ガスとの、例えば攻撃的酸類の生成による、化学反応による、特にピストン面、ピストンリング上、シリンダ壁、出口弁上等の高温ガス腐食のような、新しい問題を生じる。
【００１１】
それで、特許文献２（ＥＰ  ０９６７３７１  Ｂ１）が、燃焼ガス、換言すれば排気ガスの中のＮＯｘ比率のかなりの減少に繋がる、シリンダ内への新鮮な空気の流れを減らすために、掃気スロットのサイズを減らすことを提案する。
【００１２】
しかし、これも同様に燃焼温度の確実な上昇に繋がり、それで他の方法ではこのエンジンおよびその部品の大きな熱的負担が心配され、それが再びサービス間隔の短縮、稼働中の故障の大なる可能性を生じ、結局運転費の高騰を生じるので、この解決策を持ってしても、水もこの燃焼室に付加的に噴射しなければならない。
【００１３】
現在の技術水準から知られるこれらの対策は全て、上述の欠点を有することに加えて、一般的に、全ての低速ディーゼルエンジンは、常用出力での特定の燃料油消費量およびＮＯｘ放出物に対して最適化してある。それはこのエンジンがその寿命のかなりの部分をこの負荷で作動することが予見されるからである。しかし、燃料費高騰のような、営業上の制約のために、船舶を主推進エンジンからの出力要求が少ない低速で運航することが必要になるかも知れない。するとエンジンは、例えば、掃気不良のために燃焼が劣る場合の寿命のかなりの部分を最大連続定格の５０％以下の負荷で運転するだろう。
【００１４】
この結果は、対応するタービン圧力比に対する効率が悪いために少なくとも３０ないし５０％の負荷調整範囲で掃気が最適状態に及ばない。最適状態に及ばない掃気は、シリンダ内の純度が低く、燃料比に対して、即ちシリンダ内の混合気の準最適λ値に対して封入空気が少ない結果となる。この影響は、燃焼持続時間の延長で、それは高排気ガス温度および高燃焼室部品温度として観察できる。後者は、過渡運転に対しては許容できるが、しかし、もし上述の負荷範囲で連続運転が必要ならば、部品破損の危険が増し且つＴＯＢ（オーバーホール間隔）が増すことが予想される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】ＥＰ−Ａ−６５３５５８
【特許文献２】ＥＰ  ０９６７３７１  Ｂ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従って、先行技術から出発して、この発明の目的は、ディーゼルエンジンの低負荷運転状態でシリンダ内の純度を改善し且つ燃料比に対して、即ちシリンダ内の混合気の最適λ値に対して良い封入空気を確立するために、低負荷範囲、例えば、３０ないし５０％であるがそれだけではない範囲で最適掃気を保証し、同時に対応するタービン圧力比に対して良い効率を保証する、改良した方法および改良した縦掃気２サイクル大型ディーゼルエンジンを利用できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この目的を満足するこの発明の対象は、独立請求項１および１１の構成に特徴がある。
従属請求項は、この発明の特に有利な実施例に関連する。
【００１８】
この様に、この発明は、シリンダ内を作動面に沿って下死点と上死点の間を往復動できるように配置したピストンを有する、縦掃気２サイクル大型ディーゼルエンジンの運転方法に関し、そこでは燃料が噴射ノズルによってこの大型ディーゼルエンジンのシリンダに送込まれ且つ所定量の掃気を供給するために掃気スロットがこのシリンダの入口領域に設けてある。燃焼ガスを排除するために出口弁がこのシリンダのシリンダカバーに設けてあり、そこで、上述の方法では、環境圧で入手できる新鮮な空気を第１排気ガスターボチャージャによりおよび／または第２排気ガスターボチャージャによって吸込み、および上記新鮮な空気を掃気スロットを介して所定の給気圧力で掃気としてこのシリンダに供給し、それでこの掃気と燃料からこのシリンダ内で点火ガス混合気を発生する。この発明によれば、この第１排気ガスターボチャージャを通るおよび／または第２排気ガスターボチャージャを通る排気ガス流を減らすために少なくとも一つの縮減手段が設けてあり、およびそこで、上述の方法では、この第１排気ガスターボチャージャを通るおよび／または第２排気ガスターボチャージャを通る排気ガス流を、この大型ディーゼルエンジンの運転パラメータの与えられた値に依存して減らす。
【００１９】
従って、本発明にとっては、この第１排気ガスターボチャージャを通るおよび／または第２排気ガスターボチャージャを通る排気ガス流を減らすために少なくとも一つの縮減手段が設けてあること、およびこの第１排気ガスターボチャージャを通るおよび／または第２排気ガスターボチャージャを通る排気ガス流を、この大型ディーゼルエンジンの運転パラメータの与えられた値に依存して減らすことが不可欠である。
【００２０】
実際に、本発明によるこの縮減手段は、制御可能なガス弁および／または遮断弁および／またはバタフライ弁および／または何か他の縮減手段で、それは、一つ以上のターボチャージャを不作動にすることによるかおよび／または例えば制御可能ガス弁をこのターボチャージャを通るガス流の事前設定値に従って調整することによって部分負荷性能を上げるために少なくとも一つのターボチャージャを通るガス流を減らすために、排気マニホルドからの出口面積を減らせるようにする。他方、このエンジンの負荷が増すと、このターボチャージャを通るガス流も増し、および／またはこの大型ディーゼルエンジンの運転パラメータの与えられた値によって二つ以上のターボチャージャに逐次スイッチが入る。
【００２１】
この発明の特定の実施例に関し、例えば３０ないし５０％負荷範囲で連続運転中の許容できる部品温度および長期ＴＯＢに対して、最適掃気および良い燃焼を達成するために、本発明は、一つ以上のターボチャージャを止めることを提案する。このターボチャージャの停止は、このターボチャージャの作動しているタービンでの圧力比を増す有効ノズル面積をこの大型ディーゼルエンジンの最適化した運転状態に対応する値に下げる。
【００２２】
この効果は、燃焼持続時間の減少で、それは排気ガス温度の低下および燃焼室部品温度の低下として観察できる。その結果、この大型ディーゼルエンジンを上述の低負荷範囲で運転しても、部品破損の危険およびＴＯＢ（オーバーホール間隔）の拡大は、予想されない。同時に、窒素酸化物放出の減少をこのエンジンの熱的負担を増加せずに且つ構成を実質的に変更せずに達成し、それで既存のエンジンも、効率の程度に影響せずに、即ち燃料消費の増加および／または考慮しなければならない出力低下なしに、この発明による方法を使って運転でき、または簡単な手段によって改造できる。
【００２３】
即ち、
・  最適化した点でのターボチャージャ効率を、図３によって説明するように、部分負荷で達成できる。
・  最適化した点での掃気圧力を部分負荷で達成できる。
・  高封入空気対燃料費、即ち低部品温度に対するを最適化λ値を図４に示すように達成する。
【００２４】
これは、例えば、部分負荷領域で良いｓｆｏｃ−ＮＯｘトレードオフを目的とする排気弁タイミングのような他のエンジン調整パラメータに関連して適用する（ｓｆｏｃ＝比燃料噴射量）。特に、負荷がある設定値を超えると、その装置次第で、全てのターボチャージャが作動するようになる。高掃気圧または全ターボチャージャが作動中でなく設定値を上回る負荷増加によるシリンダ内過圧を防ぐために、フェールセーフシステムも設計できる。他のものは別にして、本発明による方法およびディーゼルエンジンの最も重要な利点の一つは、全負荷範囲に亘るこのエンジンの最適熱力学性能である。
【００２５】
本発明による方法の特別な実施例では、この縮減手段がこの２サイクル大型ディーゼルエンジンの例えば排気ガスマニホルドに設けてある。この縮減手段をこの排気ガスターボチャージャシステムのまたは内のどの適当な位置に、例えばこの第１排気ガスターボチャージャの第１排気ガス入口におよび／または第１排気ガス出口に設けても良くおよび／またはこの縮減手段をこの第２排気ガスターボチャージャの第２排気ガス入口におよび／または第２排気ガス出口に設けても良いことは言うまでもない
【００２６】
実際に、この縮減手段は、特に制御可能なガス弁および／または遮断弁および／またはバタフライ弁である。
実際には非常に重要である、本発明による方法に関して、この運転パラメータは、負荷および／または回転速度および／または排気ガス温度および／または排気ガス圧力および／または排気ガス圧力比および／または他の適当な運転パラメータであり、並びにこの縮減手段は、特にターボチャージャ効率を与えられた効率値に調整するために、この運転パラメータに依存して制御ユニットによって制御するか、および／またはシリンダ内の過圧を防ぐためにフェールセーフシステムが設けてあるのが好ましい。
【００２７】
本発明によれば、この２サイクル大型ディーゼルエンジンを最大負荷の１０％ないし９０％の間の負荷範囲内で、殊に最大負荷の２０％ないし７０％の間の負荷範囲内で、好ましくは最大負荷の３０％ないし５０％の間の負荷範囲内で、特に最大負荷の４５％でまたは５５％で運転し、および／またはこの２サイクル大型ディーゼルエンジンを最大回転速度の１０％ないし９０％の間の速度範囲内で、殊に最大回転速度の２０％ないし９０％の間の速度範囲内で、好ましくは最大回転速度の７０％ないし８５％の間の速度範囲内で、特に最大回転速度の７０％でまたは８０％で運転する。
【００２８】
本発明の特別な実施例によれば、封入空気対燃料比を与えられた燃焼温度に調整しおよび／または燃焼ガス中の有害物質を減らし、特にＮＯｘ負担を減らす。
【００２９】
結局、本発明による方法は、シリンダの中の圧縮行程中、排気ガスチャージャで圧縮中、給気冷却器等で冷却中等に、最も異なるエンジン部品で熱力学的過程の巧妙な組合わせを開発し、それは結局全体としてこの発明による方法を使うことによって大型ディーゼルエンジンの運転中の上述の肯定的効果に繋がる。
【００３０】
本発明は、更に、本発明による方法を実施するための縦掃気２サイクル大型ディーゼルエンジンに関し、そこではピストンがシリンダ内を作動面に沿って下死点と上死点の間を往復動できるように配置してあり、その２サイクル大型ディーゼルエンジンは、この大型ディーゼルエンジンのシリンダに燃料を送込むための噴射ノズルを含み、そこでは所定量の掃気を供給するために掃気スロットがこのシリンダの入口領域に設けてあり、および燃焼ガスを排除するために出口弁がこのシリンダのシリンダカバーに設けてある。運転状態では、環境圧で入手できる新鮮な空気を第１排気ガスターボチャージャによりおよび／または第２排気ガスターボチャージャによって吸込み、および上記新鮮な空気を掃気スロットを介して所定の給気圧力で掃気としてこのシリンダに供給し、それでこの掃気と燃料からこのシリンダ内で点火ガス混合気を発生できる。この発明によれば、この第１排気ガスターボチャージャを通るおよび／または第２排気ガスターボチャージャを通る排気ガス流を減らすために少なくとも一つの縮減手段が設けてあって、この第１排気ガスターボチャージャを通るおよび／または第２排気ガスターボチャージャを通る排気ガス流を、この大型ディーゼルエンジンの運転パラメータの与えられた値に依存して減らす。
【００３１】
既に述べたように、本発明の特別な実施例では、この縮減手段がこの２サイクル大型ディーゼルエンジンの排気ガスマニホルドに設けてあり、および／またはこの縮減手段がこの第１排気ガスターボチャージャの第１排気ガス入口におよび／または第１排気ガス出口に設けてあり、および／またはこの縮減手段がこの第２排気ガスターボチャージャの第２排気ガス入口におよび／または第２排気ガス出口に設けてある。
【００３２】
実際に非常に重要である特別実施例に関し、この縮減手段は、制御可能ガス弁および／または遮断弁および／またはバタフライ弁である。
【００３３】
この運転パラメータを測定するためのセンサ、特に温度センサおよび／または圧力センサおよび／または速度センサおよび／または負荷を測定するための負荷センサおよび／または回転数を測定するためのセンサおよび／または排気ガス温度を測定するためのセンサおよび／または他の適当な運転パラメータを測定するためのセンサが設けてある。その上、この縮減手段は、特にターボチャージャ効率を与えられた効率値に調整するために、この運転パラメータに依存して制御ユニットによって制御可能であり、および／またはシリンダ内の過圧を防ぐためにフェールセーフシステムが設けてある。
【００３４】
本発明による２サイクル大型ディーゼルエンジンは、実際には好ましくはこの発明に従って、この出口弁の開放角および／または閉鎖角および／または噴射時点および／または噴射持続時間が独立に電子的に制御可能でありおよび好ましくは油圧駆動できるように、改造した電子制御エンジン、特にWartsila RT-FlexエンジンまたはMAN B&W MEエンジンでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】排気ガスターボチャージャを同様に備える先行技術の縦掃気２サイクル大型ディーゼルエンジンの原理的概略構造を示す。
【図２】本発明による２サイクル大型ディーゼルエンジンを示す。
【図３】運転状態での負荷の関数としてのターボチャージャ効率を示す。
【図４】封入空気対燃料比λの関数としての部品温度Ｔを示す。
【実施例】
【００３６】
本発明を以下に図面を使って更に詳しく説明する。
図１は、種々の部品の協力関係を説明するための概略図で、現在の技術水準から知られる大型ディーゼルエンジンの排気ガスターボチャージャシステムの原理的構造を示し、そのディーゼルエンジンは、縦掃気の２サイクル大型ディーゼルエンジンとして作ってある。以下で、現在の技術水準から知られる図１による大型ディーゼルエンジンを参照数字１’で指す。
【００３７】
本発明を先行技術の実施例からはっきり区別するために、先行技術の実施例の参照数字は、引用符が付けてあり、一方本発明による特別な実施例に関する参照数字は、引用符がない。
【００３８】
先行技術から知られる大型ディーゼルエンジン１’は、通常、それ自体周知の方法で、複数のシリンダ２’を含み、出口弁５’がこのシリンダの２’のシリンダカバーに配置してあり、およびピストン２０’がこのシリンダの２’内を作動面に沿って下死点ＵＴ’と上死点ＯＴ’の間を往復動できるように配置してある。このシリンダカバーを備えるシリンダ２’のシリンダ壁とこのピストン２０’が周知の方法でこのシリンダ２’の燃焼スペースを制限する。複数の掃気孔３’がシリンダ２’の入口領域に設けてあり、それらは掃気スロット３’として設計してある。ピストン２０’の位置に依り、掃気スロット３’がそれにより覆われるか露出される。給気４’とも呼ぶ掃気４’がこれらの掃気孔３’を通ってシリンダ２’の燃焼スペースに流入できる。燃焼中に発生する燃焼ガス６’がこのシリンダカバーに配置してある出口弁５’を貫流して排気ガスダクト１０’を通り、それは屡々この出口弁５’を排気ガスターボチャージャ８’に結び付ける排気ガスマニホルド１０’として設計してある。
【００３９】
それ自体周知の方法で、この排気ガスターボチャージャ８’は、必須部品として新鮮な空気７’を圧縮するためのコンプレッサロータ８０２’を備えるコンプレッサ、およびこのコンプレッサロータ８０２’を駆動するためのタービンロータ８０１’も含み、このコンプレッサロータ８０２’は、タービンロータ８０１’に軸で固定結合してある。このタービンおよびコンプレッサは、ハウジング内に配置してあり且つ排気ガスターボチャージャ８’を形成し、そのターボチャージャ８’は、現在の場合、コンプレッサ側で遠心コンプレッサとして作ってある。このタービンは、シリンダ２’の燃焼スペースから流入する高温燃焼ガス６’によって駆動する。
【００４０】
シリンダ２’の燃焼室に掃気４’を詰めるために、新鮮な空気７’をコンプレッサロータ８０２’によって給気スタブを介して吸込み、且つ排気ガスターボチャージャ８’で高い圧力に圧縮し、それは最終的にシリンダ２’内に行きわたる給気圧力より幾らか高い。この圧縮した新鮮な空気７’は、排気ガスターボチャージャ８’から掃気４’として出て次のディフューザ１０００’および給気冷却器１００１’を通り水分離器１００２’を経て入口レシーバ１００３’に入り、それはレシーバスペース１００３’として作ってあるのが好ましく、そこからこの圧縮した新鮮な空気７’が掃気４’として結局掃気スロット３’を高い給気圧で通過し、シリンダ２’の燃焼スペースに入る。
【００４１】
図２は、本発明による大型ディーゼルエンジンを概略的に示し、そのディーゼルエンジンは、複数のシリンダおよび図１によって説明したような排気ガスターボチャージャを有する２サイクル大型ディーゼルエンジンとして作ってある。
【００４２】
図２に示す、本発明による２サイクル大型ディーゼルエンジンと図１による先行技術によるエンジンの間の決定的な違いは、以下全体で参照数字１で指す、この大型ディーゼルエンジンが縮減手段９、９１、９２、９３を含み、それがこの現例では第１排気ガスターボチャージャ８１を通る排気ガス流を縮減可能にすることである。
【００４３】
本発明により且つ図２に示す、縦掃気２サイクル大型ディーゼルエンジンは、各々対応するシリンダ２内を作動面に沿って下死点ＵＴと上死点ＯＴの間を往復動できるように配置した、複数のピストン２０を含む。このエンジンは、更に、この大型ディーゼルエンジンのシリンダ２に燃料を送込むための噴射ノズルを含み、そこでは所定量の掃気４を供給するために掃気スロット３がこのシリンダ２の入口領域に設けてあり、および燃焼ガス６を排除するために出口弁５がこのシリンダ２のシリンダカバーに設けてある。運転状態では、環境圧で入手できる新鮮な空気７を第１排気ガスターボチャージャ８、８１によりおよび／または第２排気ガスターボチャージャ８、８２によって吸込み、および上記新鮮な空気７を掃気スロット３を介して所定の給気圧力で掃気４としてこのシリンダ２に供給し、それでこの掃気４と燃料からこのシリンダ２内で点火ガス混合気を発生できる。本発明の特別な実施例に関して、この大型ディーゼルエンジン１が四つ以上のシリンダ２、例えば六つ、十二、十四またはその他幾つかの数のシリンダ２を含んでもよいことおよび、勿論、この大型ディーゼルエンジン１が三つ以上の排気ガスターボチャージャ８を有してもよいことは言うまでもない。
【００４４】
この発明によれば、排気ガス流、現例では第１排気ガスターボチャージャ８１を通る排気ガス流を減らすための縮減手段９、９１、９２、９３が設けてあってこの第１排気ガスターボチャージャ８１を通る排気ガス流を、特にこの大型ディーゼルエンジン１の運転パラメータの与えられた値に依存して減らす。
【００４５】
図２の現例では、縮減手段９、９１、９２、９３がこの第１排気ガスターボチャージャ８１の第１排気ガス入口８１０に設けてある。本発明の別の実施例では、縮減手段９、９１、９２、９３をこの第１排気ガスターボチャージャ８１の第１排気ガス出口８１１におよび／または第２排気ガスターボチャージャ８２の第２排気ガス入口８２０におよび／または第２排気ガス出口８２１にも設けることができることは勿論である。
【００４６】
既に述べたように、縮減手段９、９１、９２、９３をこの２サイクル大型ディーゼルエンジンの排気ガスマニホルド１０に設けることも可能である。
【００４７】
図２の特別な実施例に関して、この縮減手段９は、制御可能なガス弁９１であり、そこに運転パラメータを測定するためのセンサ９００が設けてあり、そのセンサは、図２の現例では温度センサ９００である。
【００４８】
図２の大型ディーゼルエンジンは、付加的に運転パラメータに依存して縮減手段９を制御するための制御ユニットを含み、そのパラメータは、現例ではターボチャージャ効率Ｅを与えられた効率値に調整するための排気ガス６の温度である。シリンダ２内の過圧を防ぐためにフェールセーフシステムも設けてある。明確にするために、このフェールセーフシステムと制御ユニットは、共に図２には示さない。
【００４９】
図２の特別な実施例に関して、許容できる部品温度および長期ＴＢＯのために最適掃気および良い燃焼を達成するために、例えば３０ないし５０％負荷範囲内の連続運転中、第１排気ガスターボチャージャ８１を制御可能ガス弁９１によって停止できる。この第１排気ガスターボチャージャ８１の停止は、残りの第２排気ガスターボチャージャ８２の作動しているタービン前後の圧力比を増す有効ノズル面積をこの大型ディーゼルエンジン１の最適化した運転状態へ減少する。即ち、この第２排気ガスターボチャージャ８２のターボチャージャ効率Ｅが与えられた効率値に調整される。
【００５０】
ターボチャージャ効率Ｅの調整を図３に示す。図３のグラフは、運転状態でこの大型ディーゼルエンジン１の負荷Ｌに依存するこの大型ディーゼルエンジン１のターボチャージャ８のターボチャージャ効率Ｅを示し、そこで図４に封入空気対燃料比λの関数としての部品温度Ｔを示す。
【００５１】
図３の曲線Ｂおよび図４の曲線Ｃの点Ｂは、大型ディーゼルエンジン１の運転状態に対応し、そこではこの大型ディーゼルエンジン１の全てのターボチャージャ８が稼働中である。全てのターボチャージャ８が稼働中の場合、ターボチャージャ効率が、特に５０％以下の負荷範囲で低下し、対応して、図４によれば、封入空気対燃料比λも低下して高排気ガス温度Ｔに繋がり、その結果高燃焼室部品温度Ｔに繋がることがはっきり分る。
【００５２】
一つ以上のターボチャージャ８の停止の影響を、それぞれ、図３の曲線Ａおよび図４の曲線Ｃの点Ａによって表す。低負荷範囲で、例えば５０％以下の負荷範囲で一つ以上のターボチャージャ８を停止すると、図３によれば、低負荷範囲、例えばこの大型ディーゼルエンジン１の最大負荷の約５０％でのターボチャージャ効率Ｅの最大値に繋がり、および同時に、図４に示すように曲線Ｃの点Ａによる排気ガス温度の低下に繋がる。
【００５３】
この影響は、燃焼持続時間の低下で、それは低排気ガス温度および低燃焼室部品温度として観察できる。その結果、たとえこの大型ディーゼルエンジンを上述の低負荷範囲で連続運転しても、部品破損の危険がなくおよびＴＯＢ（オーバーホール間隔）の拡大がないことが予想される。同時に、窒素酸化物放出の減少をこのエンジンの熱的負担を増加せずに且つ構成を実質的に変更せずに達成し、それで既存のエンジンも、効率の程度に影響せずに、即ち燃料消費の増加および／または考慮しなければならない出力低下なしに、この発明による方法を使って運転でき、または簡単な手段によって改造できる。
【００５４】
この出願で説明したこの発明による実施例を全て単に例として理解すべきであり、および特に説明したまたは本発明の文脈内であることが明白な全ての実施例を単独かまたはこの発明による実施例の特別な例での全ての適当な組合わせで提供でき、それでこの発明で説明した実施例の全ての適当な組合わせが本発明に含有且つ包含されることは言うまでもない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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