(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのシリンダ（５）を備え、排気ガスタービン（８）と圧縮機（２）とからなる過給機群を備え、同シリンダ（５）は圧縮行程中に過給機群から給気され、圧縮行程が終了する頃に同シリンダ（５）に燃料が噴射される２サイクル式大型ディーゼル機関の排気ガス中の亜酸化窒素含有量を軽減する方法において、
燃焼作用中にシリンダ（５）において生成される排気ガスの量から、重量百分率にして少なくとも５％から多くて４０％がシリンダ（５）に保持され、この保持された排気ガスは次の圧縮行程中に流入する外気とともに混合気を生成し、前記各圧縮行程の少なくとも一時期においてシリンダ（５）における外気及び排気ガスの混合気中に水が注入される方法。
【請求項２】
燃焼作用中にシリンダ（５）において生成される排気ガスの量から、重量百分率にして少なくとも５％から多くて２０％がシリンダ（５）に保持されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記排気ガス量はシリンダ（５）への給気を軽減することにより保持される請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記シリンダ（５）から排出される排気ガスの一部を排気ガスタービン（８）を通過させて送ることにより給気を軽減する請求項３に記載の方法。
【請求項５】
送られる排気ガスの一部のエネルギーは能動タービン（１０）において利用される請求項４に記載の方法。
【請求項６】
燃焼作用中にシリンダ（５）における外気及び排気ガスの混合気中に水も注入される請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記圧縮機（２）において圧縮された空気はシリンダ（５）に流入する前に冷却される請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法を実施するための２サイクル式大型ディーゼル機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、少なくとも１つのシリンダを備え、排気ガスタービン及び圧縮機からなる過給機群を備え、同過給機群の圧縮行程中にシリンダに給気され、同圧縮行程が終了する頃にシリンダに燃料が噴射される２サイクル式大型ディーゼル機関の排気ガス中の亜酸化窒素含有量を軽減する方法及び同方法を実施するための２サイクル式大型ディーゼル機関に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通例、ディーゼル機関の稼動中には多量の亜酸化窒素が生成される。環境保護の見地から亜酸化窒素の規制がより厳しくなっているため、２サイクル式大型ディーゼル機関においても亜酸化窒素の排出を徹底的に軽減することが必要である。これを実施し得る１つの方法は、いわゆる選択触媒還元法（ＳＣＲ法）であり、亜酸化窒素はアンモニア又はアンモニアキャリアーにより窒素及び水に触媒還元される。ＰＣＴ特許出願公開第８３／０００５７号により公知のディーゼル機関にＳＣＲ法を利用した例において、触媒は排気ガス管路に設けられた反応装置に層状に配置される。この場合、触媒層を有する反応装置は排気ガス管路よりも寸法が大きく、多大な空間を必要とする。従って、ディーゼル機関が大型船舶の推進手段として使用される場合は、特に反応装置の配置に関してスペースの問題が生じる。
【０００３】
亜酸化窒素の排出を減少させ得る別の方法は、いわゆる一次手段を利用することであり、これによりシリンダの燃焼室にて生成される亜酸化窒素の量が減少する。この場合、燃焼中に生成される亜酸化窒素の量は特に酸素濃度に比例するため、燃焼室における酸素濃度を低下させるべく、シリンダの外側において、シリンダに流入する外気（掃気）に排気ガスが添加される。亜酸化窒素の生成に影響を及ぼす更なる要因は燃焼室における温度である。
【０００４】
前記した外気への排気ガスの添加は過給機群における圧縮機低圧側及び高圧側のどちらか一方にて実施される。最初に述べた場合では、外気に添加された排気ガスは圧縮機及び圧縮機の後部に設けられた給気冷却器の双方を通過し、圧縮機及び給気冷却器の双方において汚染という多大な問題を生じさせ得る。圧縮機の高圧側への排気ガスの添加に関し、シリンダを通過した排気ガスはシリンダに流入する外気よりも低圧である。従って、外気に供給される排気ガスはそれより高い圧力レベルに至る必要があり、例えばルーツ送風機ポンプのようなポンプの設置を要する。給気冷却器の汚染は回避されない。上記の不利点により、排気ガス再循環とも呼ばれる外気への排気ガスの添加は、実際には２サイクル式大型ディーゼル機関には有効ではなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、圧縮機及び給気冷却器が汚染されることなく、ブースタポンプの省略が可能となるように、亜酸化窒素含有量を軽減する方法を改善することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用】
上記目的を達成するため、本発明の方法では燃焼作用中にシリンダにおいて生成される排気ガスの量から、重量百分率にして少なくとも５％から多くて４０％がシリンダに保持され、この保持された排気ガスは次の圧縮行程中に流入する外気とともに混合気を生成し、前記各圧縮行程の少なくとも一時期においてシリンダにおける外気及び排気ガスの混合気中に水が注入される。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明を具体化した一実施例を図１に従って説明する。
圧縮機２の吸気管路を符号１で示す。圧縮機２は排気ガスタービン８とともに過給機群をなし、大気から外気を吸入する。圧縮機２の吐出口における圧力管路１１は給気冷却器３を介し吸気受け４に達し、吸気受け４は分配リング１２を介し２サイクル式大型ディーゼル機関のシリンダ５に連通している。吸気受け４にはディーゼル機関の更なるシリンダが連通している（図示せず）。シリンダ５の下部領域においてシリンダ５の周囲に分散されて複数の掃気ポート１３が設けられ、この掃気ポート１３を介し、各シリンダ５を取り囲む分配リング１２からシリンダ５に外気が流入する。掃気ポート１３の下部にピストン１４が設けられ、このピストン１４は下死点位置にて示され、ピストンロッド１５を介しクロスヘッドに連結されている（図示せず）。クランク軸と連絡しているコンロッドがこのクロスヘッドにおいて周知の方法で連接されている。
【０００８】
シリンダ５の上端に排気ガス連絡部１７が連結され、同排気ガス連絡部１７は排気マニホルド７に達し、同排気マニホルド７にディーゼル機関の他のシリンダが同様にして連通している。排気ガス連絡部１７のシリンダ５に対する連結点に中央排出弁１６が配置され、同中央排出弁１６はピストンストロークの一行程中に開放位置に配置され、先行の燃焼工程中に生成された排気ガスはシリンダ５から離脱可能となる。従って、ここで示した２サイクル式大型ディーゼル機関はいわゆる通し掃気により稼動する。
【０００９】
排気マニホルド７から排気ガス管路１８が排気ガスタービン８の吸気口に達し、同排気ガスタービン８の第１のシャフト１９を介し圧縮機２を駆動する。排気ガスタービン８の排気口に排気ガス管路９が連結している。排気ガス管路１８から能動タービン１０に達する管路２０が分岐し、能動タービン１０は第２のシャフト２１を介し、例えば発電機（図示せず）を駆動する。能動タービン１０の排気口は管路２２を介し排気ガスタービン８の下流において排気ガス管路９に連結している。
【００１０】
シリンダ５の上端に水注入装置６が示されている。この水注入装置６とは別個に、シリンダ５の上端に周知の方法で少なくとも２つの燃料噴射弁（図示せず）が設けられている。
【００１１】
２サイクル式大型ディーゼル機関の稼動の際、外気は圧縮機２により圧縮されて、給気冷却器３に送られる。圧縮された外気は給気冷却器３において冷却された後、吸気受け４に供給される。そして吸気受け４から分配リング１２及び掃気ポート１３を介しシリンダ５に空気が流入される。排出弁１６が開放位置にある限り、供給された空気はシリンダ５の燃焼室における先行の燃焼作用中に生成された排気ガスの大部分を排気ガス連絡部１７を介し排気マニホルド７へ排除する。掃気ポート１３の上限を通過し、中央排出弁１６が閉じた後のピストン１４の上昇中に、シリンダ５に残留する排気ガス及び外気の混合気は圧縮される。この圧縮工程の間、混合気を冷却すべく、水注入装置６を介し混合気に水が注入される。ピストン１４が上死点に達すると、燃料噴射弁（図示せず）を介し燃焼室に燃料が噴射された後、ピストン１４は再度下降する。排気マニホルド７から一部の排気ガスが排気ガス管路１８を介し排気ガスタービン８へ移動する。第１の管路２０、能動タービン１０及び第２の管路２２を介し一部の排気ガスが送られることにより排気ガスの量は減少するため、圧縮機２は減少該当量の空気をシリンダ５に送り、この結果、燃焼作用中に生成された排気ガスの相当量がシリンダ５に残留することとなる。こうしてシリンダ５に多量の排気ガスが残留する結果、流入した外気と激しく混合され（矢印Ａで示す。）、燃焼室に存在する混合気の酸素濃度は比較的に低くなる。従って、その後に燃焼する間、生成される亜酸化窒素の量は減少する。燃焼作用中に水注入装置６を介し燃焼室に水が注入され、燃焼室における最高温の燃焼温度であっても低下することにより、この亜酸化窒素量の減少が促進される。
【００１２】
前記の利点とは別に、ここで記載した機関の設置には、排気ガスタービン８を流れる排気ガスの量が減少し、圧縮機２における空気量が減少するという理由により、通常の通し掃気を有するディーゼル機関よりも過給機群が小型になり得るという利点がある。
【００１３】
この方法に関し、燃焼作用中に生成される排気ガスは、通常のディーゼルエンジンの稼動において試みられるように可能な限りシリンダ５から掃気されることはなく、シリンダ５に相当量の排気ガスが残留し、即ち掃気が低下することが許容される。次の圧縮行程中にてシリンダ５に残留する排気ガス及び外気を混合することにより、燃焼室における酸素濃度は顕著に低下する。これは亜酸化窒素の生成を軽減する効果を有する。また、ブースタポンプを設ける必要がなく、圧縮機２及び給気冷却器３がもはや汚染されず、構造上及び操作上の費用も低減する。
【００１４】
排気ガスの一部を排出しないようにすることにより、圧縮機２の吐出口とシリンダ５の吸気口との間において外気の該当部分量を移動可能とし、通常よりも少量の外気がシリンダ５に流入し、これは圧縮行程中に通常量以下の排気ガスを移動させる。別の可能性としては、シリンダ５を離脱する排気ガスの一部が過給機群の排気ガスタービン８を通過して伝搬され、それに対応して少量の外気が圧縮機２からシリンダ５へ伝搬される。そして、排気ガスタービン８を通過して伝搬された排気ガスはいわゆる能動タービン１０において軽減可能である。
【００１５】
特にシリンダ５に多量の排気ガスを保持した場合、本発明の方法に関し、圧縮行程中の温度は通常の掃気作用を有するディーゼル機関の場合よりも大幅に上昇する。高温はエンジン稼動に好ましくない影響を及ぼし得る。これは本発明における改良により、少なくとも圧縮行程の一時期中にシリンダ５内の外気及び排気ガスの混合気中に水を注入することで回避できる。本発明による方法の更なる実施例に基づき、燃焼作用中にも水を注入することができ、その結果、燃焼中の温度低下により亜酸化窒素の生成を更に軽減できる。
【００１６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、圧縮機及び給気冷却器が汚染されることなく、ブースタポンプの省略が可能となるように、亜酸化窒素含有量を軽減する方法を向上させることができる優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による２サイクル式大型ディーゼル機関の略体図。
【符号の説明】
２…圧縮機、５…シリンダ、８…排気ガスタービン。
【図１】
0003793247.tif 000002