JP2011157960A - 排ガス再循環制御システムを備える大型２サイクルディーゼル機関 - Google Patents

Abstract

【課題】クロスヘッド式大型ターボ過給型２サイクルディーゼル機関に用いる排ガス再循環システムを提供する。
【解決手段】排ガス再循環流路の少なくとも一部は、並行する少なくとも２つの列を備え、ここでその各列は、流路を形成すると共に、再循環排気ガスを処理または制御するための湿式スクラバー、乾式フィルタ、冷却機、凝縮機、加熱機、ミストキャッチャー、ブロア、圧縮機、および弁を含む少なくとも１つの装置を備える。列のうちの１つ以上を作動させることによって、再循環排気ガスシステムにおいて任意の所望の容量を得る。よって機関の部分負荷中においては個々の装置を個別に比較的高負荷状態に維持して高い効率を得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガス浄化システムを備えるクロスヘッド式大型ターボ過給型２サイクルディーゼル機関に関し具体的には、排ガス再循環システムを備えるクロスヘッド式大型２サイクルディーゼル機関に関する。

クロスヘッド式大型２サイクル機関は、典型的には、大型船舶の推進システムとして、また発電所の主要機関として使用される。これらの機関においては、特に一酸化窒素（ＮＯｘ）レベルに関して排出要件を満たすことがますます難しくなってきている。

排ガス再循環（Exhaust Gas Recirculation; EGR）は、ディーゼル機関においてＮＯｘ排出の減少に役立つことで知られている技術である。しかし、現在までに、排ガス再循環システムを使用している商業用大型２サイクルディーゼル機関は存在しない。その理由として、大型２サイクルディーゼル機関における排ガス再循環システムの実装が大変な難題であることが明らかになっていることが挙げられる。大型２サイクルディーゼル機関における排ガス再循環システムの実装が大変な難題であることが明らかになっているという１つの理由として、これらの機関が、通常、高硫黄含有量を有する重油で動作するという事実が挙げられる。このため、硫黄含有量が少ないか全く含まない燃料油で動作するより小型のディーゼル機関よりも、排気ガスの硫黄含有量は多くなる。高濃度の硫黄のため、選択しうる浄化方法および浄化装置は極めて限られてしまい、そしてそれらの方法および装置の大部分が、大型２サイクルディーゼル機関の排気ガスに存在する硫黄レベルおよび硫酸レベルに耐えることができない。

大型２サイクルディーゼル機関の高硫黄レベルに耐えることが可能な排ガス浄化方法の１つとして、湿式洗浄が挙げられる。この方法では、排気ガスは、水を洗浄液として使用するいわゆる湿式洗浄装置（湿式スクラバー）を通過する。

しかし、再循環排気ガスを浄化するための湿式排ガススクラバーを備える大型ターボ過給型２サイクルディーゼル機関の排ガス再循環システムは、蒸発した水分が洗浄ガスとともに下流に流れてしまうことから、洗浄するために大量の水を消費する。例えば、ＭＡＮ Ｂ＆Ｗ タイプ７Ｓ５０ＭＣ機関を、ＥＧＲを２０％加えるように運転すると（すなわち、掃気ガスの２０％が排気からの再循環ガスから成るように運転すると）、水の量は、洗浄されたガスの質量流量の１３％、例えば、２．１ｍ^３／ｈである。外洋航行船にとって淡水は貴重なものであるにも関わらず、かなりの量の淡水が必要なことが明らかである。

別の難題として、排気受けから掃気流へと再循環排気ガスを導き入れるのに莫大な量の電力が必要であることが挙げられる。大型２サイクルディーゼル機関では、掃気圧力は、典型的には、排気受けの圧力よりも約０．３バール高い。したがって、ブロアまたは他の手段が、排気受けから掃気システムに再循環排気ガスを押し出すために必要とされる。ＭＡＮ Ｂ＆Ｗ １２Ｋ９８ＭＣ−Ｃ機関等の、大口径の１２個または１４個のシリンダ型２サイクルディーゼル機関であれば、このようなブロアの駆動に必要な電力は、５ＭＷに近くなり得る。これは、排気ガス浄化システムにおいて使用するエネルギーのかなりの量になる。さらに、このような大量の電力を要求するブロアを駆動する電気モータは、極めて高価である。

大型ディーゼル機関の排ガス再循環システムの機械類、例えば湿式スクラバーやブロアに関する費用は、これらの部分のサイズが大きいため、かなりの金額になる。電気モータなど、これらの部分のいくつかは、大型であるため、その価格がサイズに応じて指数関数的に増加するという域に入っており、これらの大型電気モータの価格は極めて重要になっている。

文献ＤＥ１９８０９６１８Ａ１は、排ガス再循環システムを備える大型２サイクルディーゼル機関について開示する。機関の各シリンダは、排気ガス用に３つの出口を有する。３つの出口のうちの１つからの排気ガスは、収集されて、掃気に再利用される。２サイクル機関のある実施形態では、冷却機と、再使用するために冷却された再利用排気ガスを掃気に推進するブロアとを通る前に、乾式フィルタによって、再利用される排気ガスからすす粒子を除去する。

開示される２サイクルディーゼル機関は、排気ガスの一部を再循環することができるが、しかし、例えば機関の負荷が大きく変動することにより、排気ガスの量に大きな変化が現れる場合は、排気ガスの再循環の要件を満たすことができない。

ＤＥ１９８０９６１８Ａ１

このような背景から、本発明の目的は、商業的に実現可能で柔軟性の高い排ガス再循環システムを備える大型ターボ過給型２サイクル燃焼機関を提供することにある。

この目的は、各々排気受けに連結される複数のシリンダと、前記シリンダの各々に接続される、掃気受けを有する掃気経路と、前記排気ガスの少なくとも一部を前記掃気経路内へ再循環させるための排ガス再循環流路とを備えるクロスヘッド式大型２サイクル燃焼機関であって、前記排ガス再循環流路の少なくとも一部は、並行する少なくとも２つの列を備え、ここでその各列は、流路を形成すると共に、前記再循環排気ガスを処理または制御するための少なくとも１つの装置を備える、クロスヘッド式大型２サイクル燃焼機関を提供することによって達成される。

各々が流路を形成する、並行する少なくとも２つの列であって、排ガス再循環システム中の再循環排気ガスを処理または制御するための少なくとも１つの装置を備える並行列を採用することにより、大型燃焼機関における排ガス再循環システムに対して、極めて柔軟且つ高度に有用で、更に経済的な動作技術が提供される。これは、従来使用されていた排ガス再循環システムにおいて可能であったよりも、排ガス再循環システムにおいて小型且つ安価な構成要素を使用することが可能になるという事実に起因する。さらに、排ガス再循環システムは、部分負荷状態に、より容易かつ良好に適合可能である。本発明により提供される排ガス再循環システムは、極めて正確に動作させまた制御することができ、それによって、燃焼機関の動作を非常に経済的かつ安定したものとすることができる。

再循環排気ガスを処理または制御するための個々の装置のサイズは小さくてよい。これは、並行列において、より多くの装置を並行して使用することができるためであり、それらを組み合わせることによって、大型の装置で達成されていた効果と同じ効果を達成することができるからである。また、これによって、業界で標準的な部品装置、高価すぎない部品装置を使用するオプションが与えられる。さらに、動作状態を適切な選択することにより、装置の改善された安定性および制御性を得ることができる。また、機関の部分負荷中においても個々の装置を個別に比較的高負荷状態に維持することが可能であるため、個々の装置のパフォーマンスを高くすることができ、効率を最適化することができる。例えばブロア等の装置は、高効率で動作する領域が比較的狭い。従って、高負荷で動作する機関に適したサイズを有するブロアを１つしか有さない場合、機関が低負荷で動作する際は、動作効率が落ちてしまうのである。

個々の装置が小型で済むことは、設置スペースが小さくて済むため、装置を機関システムに配置するのが容易になり、これにより柔軟性が向上する。具体的には、ＥＧＲ用に設計されていない既存の機関にＥＧＲシステムを装備することが容易になる（このような機関は、従来のＥＧＲシステムを設置しうるスペースを持っていない）。

この処理段階は、（冷却機において）実際に淡水を再生するため、事実上淡水を消費せず、反対に、この処理段階によって淡水が生成される。

列を並行の列として説明したが、これらの列は、文字通りに並行である必要はない。並行列は、処理または処理が並行して実行される「処理列」として解釈されるべきである。列の外観は、パイプライン、弁、および排気ガス処理装置等の機関部品のようなものである。

本発明に従うクロスヘッド式大型ターボ過給型２サイクル燃焼機関は、排気ガス流中から掃気流中へと延びる排ガス再循環流路を備える。基本的に、排ガス再循環流路は、排気ガス流が分岐する位置から、排気ガス流が掃気流へ合流する位置まで延びている。その総延長は、排ガス再循環流路の全長を規定している。排ガス再循環経路を通過する間、排気ガスは、１つ以上の処理、例えば浄化処理や温度制御処理を受ける。これらの１つ以上の処理を、排ガス再循環経路の全長に亘って実行するように構成してもよく、または排ガス再循環経路の一部において実行するように構成してもよい。さらに、排ガス再循環経路において一連のシリーズの処理を実行してもよい。これにより、排ガス再循環流路の設計についての大幅な柔軟性が提供され、その有用性が著しく高まる。

ある実施形態において、列は、排ガス再循環流路の全長の一部に亘って延び、列の１つ以上の装置による排気ガスの処理は、排ガス再循環経路の全長の一部において実行される。列が２つ以上の並行列の部分である場合、これらの並行列による排気ガス処理又は制御も、同様に、排ガス再循環経路の全長の一部に亘って実行される。しかし、２つの列のうちの１つだけ、又は２つ以上の列のうちのいくつかだけにおいて排気ガスの処理または制御を実行し、残りの列においては停止することも可能である。後者の動作モードにより、２つ以上の列を含む排ガス再循環経路の一部における処理および制御を改善するオプションが与えられ、これは、後者の動作モードが、排ガス再循環に対する全体要件に従って、各列における各装置を個別に制御することが可能であるからである。

別の実施形態によると、列は、排ガス再循環流路の全長に亘って延びる。したがって、列の１つ以上の装置による排気ガスの処理および制御は、排ガス再循環経路の全長に亘って実行される。列が２つ以上の並行列の部分である場合、その組の並行列において排気ガスを処理または制御することは、排ガス再循環経路の全長に亘って同様に実行される。本実施形態では、排ガス再循環の制御を改善することも可能であり、これは、排気ガスの処理または制御のための並行列におけるより類似した装置を、上述のように個別に制御し得ることによって、全体の制御が改善されるからである。

列が排ガス再循環流路の全長の一部に亘って延びるある実施形態では、排ガス再循環流路中の或る位置で列を２つ以上の並行列に分割することが可能である。２つ以上の並行列は、排ガス再循環流路の全長の別の（第２の）部分に亘って延びる。２つ以上の並行列は、掃気経路において終端となり得るか、または排ガス再循環流路中の或る位置で統合され得る。

結果として、さらなる実施形態では、排ガス再循環流路中の或る位置で２つ以上の列を統合することが可能である。

排ガス再循環経路中で列を２つ以上の並行列に分割する可能性と、排ガス再循環経路中で２つ以上の列を統合する可能性とにより、排ガス再循環経路の設計に、様々なバリエーションを持たせることが可能となる。つまり、排ガス再循環経路の部分における並行列による一連の処理に様々なバリエーションを持たせることが可能となる。

列の分割および統合を容易にするために、列は、再循環受け（recirculation receiver）によって２つ以上の列に分割されてもよく、２つ以上の列は、再循環排気受け（recirculated exhaust gas receiver）によって統合されてもよい。再循環排気受けは、再循環排気ガスのフローのための中間受けとしての役割を果たし、２つ以上の列との連結に適切な形状およびサイズを有する。

本発明によると、排ガス再循環流路の少なくとも一部は、並行する少なくとも２つの列を備える。各列は、再循環排気ガスを処理または制御するための少なくとも１つの装置を有する流路を形成する。再循環排気ガスを処理または制御するための少なくとも１つの装置は、好ましくは、湿式スクラバー、乾式フィルタ、冷却機、凝縮機、加熱機、ミストキャッチャー、ブロア、圧縮機、および弁を含むグループから選択される。湿式スクラバー、乾式フィルタ、凝縮機、およびミストキャッチャー等の装置の全ては、例えば、ガスを浄化する目的で排気ガスを処理することに関して非常に適切である。冷却機、加熱機、ブロア、圧縮機、および弁等の装置は、再循環排気ガスの状態を制御するために適切である。

ある実施形態では、列のうちの少なくとも１つは、関連する列を作動または停止させるための弁を含む。弁は、列を停止させるために閉鎖され、列を作動させるために開放されてもよい。このように、列は、再循環排気ガスの処理の全体要件に応答して、オンおよびオフを容易に切り替え可能である。

本発明に従うクロスヘッド式２サイクル燃焼機関は、再循環排気ガスを処理または制御する装置のうちの１つ以上に接続されるコントローラーをさらに備え得る。このコントローラーは、再循環排気ガスを処理または制御する装置における状態を監視し、コントローラーの監視からの入力に応答して、装置における状態を制御することができ、これによって、機関の性能が改善される。コントローラーは、コンピュータまたは類似の装置であり得る。コントローラーに対する入力は、物理的パラメータ、例えば、温度、圧力、流量、および湿度の形式であり得る。これらのパラメータから、コントローラーは、装置に対する負荷を推定し、必要に応じて、装置を制御することができる。

ある実施形態では、コントローラーは、その列における局所的状態に応じて、列の装置を制御するように構成される。本実施形態では、コントローラーは、１つの列における状態を最適化し、その列の装置に対する負荷を低減することができ、これにより、装置の寿命に良い影響が与えられる。

さらなる実施形態では、コントローラーは、機関の動作状態に従って、列の全ての装置を制御するように構成される。本実施形態では、コントローラーは、排ガス再循環流路における動作状態を最適化し、ひいては機関の動作を最適化しようとする。

さらなる側面では、本発明は、各々排気受けに連結される複数のシリンダと、前記排気ガスの少なくとも一部を掃気経路内へ再導入するための排ガス再循環経路とを備えるクロスヘッド式大型ターボ過給型２サイクル燃焼機関において、排ガス再循環システムを制御する方法であって、前記排ガス再循環流路の少なくとも一部は、複数の並行列を備え、各列が流路を形成し、前記方法は、再循環排気ガスを通過させるために、前記列のうちの少なくとも１つを選択的に開放または閉鎖することを含む、方法に関する。

本発明に従う方法を使用して、極めて柔軟性のある方式で排ガス再循環システムを動作させ、同時に、システムにおける装置に対する負荷を低減することが可能である。これは、複数の並行列し、これら複数の並行列において、再循環排気ガスを通過させるために列のうちの少なくとも１つを選択的に開放または閉鎖することが可能であることに起因する。当然ながら、再循環排気ガスの量に応じて、全ての列を開放すること、列のうちの１つ以上を開放すること、または列のうちの全てへのアクセスを閉鎖することが可能である。しかし、並行列の全てが閉鎖している場合、排気ガスは再循環されない。

このため、ある実施形態において、上記の方法は、再循環排気ガスについての要件を判断するために、動作状態に応じて機関の動作状態を監視することを含む。この実施形態によれば、再循環排気ガスの量を最適化することにより、機関の動作を最適化することが可能である。実際は、この最適化は、再循環排気ガスについての要件に従って、再循環排気ガスを通過させるために列の選択的な開放または閉鎖によって得られる。

しかし、再循環排気ガス経路における再循環排気ガスは、機関の動作の最適化に関して、最適動作に必要な条件をそれほど満たさないかもしれず、例えば、再循環排気ガスの温度または圧力は最適でないかもしれない。したがって、最適特性を得るためには、再循環排気ガスの処理または制御が必要とされてもよい。従って、本発明に従う方法は、列のうちの１つ以上の各々が、再循環排気ガスを処理または制御する装置を備える実施形態を含む。さらに、実施形態は、コントローラー、例えば、関連する列の装置を調節または制御するためのコンピュータの使用を含む。このように、再循環排気ガスにおいて所望の特性を得ることよって、機関の最適化動作を達成することが可能である。

本方法のさらなる実施形態では、再循環排気ガスの通過させる列の異なる組み合わせは、再循環排気ガスの異なる種類の処理を可能にする。

異なる組み合わせは、並行した列を備えてもよく、各列は、他の列が実行する処理とは異なる処理を実行する。しかし、異なる組み合わせは、一連の類似の並行列であってもよく、１組の並行列は、別の組の並行列において実行される処理とは異なる処理を実行する。これは、例えば、第１の組の同一並行列であり、その後に第２の組の並行同一列が続いてもよく、第１の組の列は、第２の組の列の装置とは異なる種類および機能の装置を備える。これらの実施形態により、最適化された排ガス再循環システムを設計する大幅な自由が可能になる。

同様に、本発明は、再循環排気ガスの通過させる列の異なる組み合わせが、再循環排気ガスの容量が異なることを可能にする実施形態を含む。

本発明の方法によると、列の装置は、好ましくは、湿式スクラバー、フィルタ、冷却機、加熱機、水分除去機、ブロア、圧縮機、および弁を含むグループから選択される。湿式スクラバー、乾式フィルタ、凝縮機、およびミストキャッチャー等の装置の全ては、例えば、ガスを浄化する目的で排気ガスを処理することに関して非常に適切である。冷却機、加熱機、ブロア、圧縮機、および弁等の装置は、再循環排気ガスにおける状態を制御するために適切である。ゆえに、このような装置の適切な組み合わせによって、排気ガスの最適な処理および制御を得ることが可能である。

本発明に従う方法のさらなる実施形態では、異なる容量を有する列を有し、所望の排ガス再循環容量を達成するために、列または列の組み合わせが使用される。例えば、３つの並行列を有することが可能であり、第１の列は低容量を有し、第２の列は中間容量を有し、第３の列は高容量を有する。これらの３つの列を組み合わせて使用することによって、例えば、列のうちの１つ以上を作動させることによって、再循環排気ガスシステムにおいて任意の所望の容量を得ることが可能である。

本発明に従う大型２サイクル燃焼機関および方法に関するさらなる目的、特徴、利点、および特性は、詳細な説明より明らかになる。

以下、図面に示される例示的実施形態を参照して、本発明についてより詳細に説明する。
本発明に従う機関の図である。 本発明に従う機関の代替実施形態の図である。 本発明に従う或る実施形態の図である。 本発明に従う更なる実施形態の図である。

好適な実施形態の詳細な説明

以下、本発明に従うクロスヘッド式大型ターボ過給型２サイクルディーゼル機関と、クロスヘッド式大型ターボ過給型２サイクルディーゼル機関を動作する方法とに関する詳細説明を通じて、好適な実施形態を用いて本願発明を説明する。

クロスヘッド式大型ターボ過給型ディーゼル機関の一般的な構成および動作はよく知られており、本明細書において細かく説明することは不要であろう。排気ガスシステムの動作に関する詳細について以下に提供する。

図１は、加圧型排ガス再循環に特に適切であるユニフロー式大型２サイクルディーゼル機関１の第１の例示的実施形態を示す。機関１は、例えば、外洋航行船の主機関として、または発電所の発電機を動作するための定置機関として使用され得る。機関の全出力は、例えば、５，０００ｋＷから１１０，０００ｋＷの範囲であり得る。

機関には、一列に並んで配置される複数のシリンダ２が設けられる。各シリンダ２には、そのシリンダカバーに排気弁３が設けられる。排気チャネルは、排気弁３によって開閉可能である。ピストンロッドをクランク軸の大端部に接続される機関のクロスヘッド４も示されている。排気屈曲部５は排気受け６に接続される。排気受け６は、シリンダ２の列に並列して配置される。排気受け６から、排気ガスの一部が、排気導管８を介してターボ過給機７のタービン側に案内される（複数のターボ過給機が存在してもよい）。残りの排気ガスは、再利用されるべく、以下にさらに詳細に説明する排ガス再循環流路へと取り入れられる。排気ガスは、出口９を介して、ターボ過給機７のタービンの下流側で大気へ排出される。

また、ターボ過給機７は、外気取り入れ口１０に連結される圧縮機も含む。圧縮機は、掃気冷却機１２および掃気導管１３を介して、加圧掃気を掃気受け１１に供給する。掃気導管１３は掃気冷却機１２と掃気受け１１とを接続している。冷却機１２は、インタークーラーとミストキャッチャーとの組み合わせである。ミストキャッチャー部は、ガスの冷却時に凝縮する余分な水分を除去する。外気が比較的暖かい場合、外気は水蒸気の形態でかなりの量の水分を含有し得る。外気が冷却機１２において冷却されると、この水蒸気は、凝縮して水になり、この水は、ミストキャッチャーによって収集される。このように本システムは、実際に淡水を生成し得る。掃気は、給気／掃気受け１１から個々のシリンダ２の掃気ポート１４へと導かれる。

また、排気受け６は、排ガス再循環経路１６の一部を形成する排ガス再循環導管１５にも接続される。再循環線１５は、２つの並行列１７ａおよび１７ｂに分割される。

各列は、湿式スクラバー１８ａおよび１８ｂをそれぞれ備える。湿式スクラバー１８ａおよび１８ｂの各々において、排気ガスは、１つ以上のノズルからガス内に噴霧される洗浄液滴と接触する。洗浄液は、通常、水に基づくものである。洗浄液滴は、触媒微粒子、燃料残留物、すす粒子等の粒子や、硫黄化合物等のガスを吸収することによって、ガスを浄化する。排気ガスを浄化することに加え、湿式洗浄作用は、排気ガスを冷却する。洗浄過程は、１つ以上のステップで実行され得る。洗浄液滴は、洗浄されたガスとともに運ばれ、湿式スクラバー１８ａ，１８ｂの出口においてガス流から分離されて、出口（図示せず）から廃棄される。

湿式スクラバー１８ａおよび１８ｂの後に、それぞれ冷却機１９ａおよび１９ｂが続く。冷却機１９ａおよび１９ｂには、一体型ミストキャッチャーが設けられ得る。冷却機１９ａおよび１９ｂにおいて、排気ガスは冷却され、その中に含まれる水分（燃焼過程から生じる水分や、スクラバー１８ａ，１８ｂにおける蒸発に由来する水分）は、冷却機で凝縮しうる。一体型ミストキャッチャー（分離手段）は、凝縮した水分と、スクラバー１８ａ，１８ｂから運ばれる小さな水滴とを収集する。それぞれの冷却機１９ａ，１９ｂのミストキャッチャーに収集された水分は、出口（図示せず）を介して廃棄される。

再循環排気ガスから水分を除去することによって、再循環排気ガスの質量流量が減少し、これによって、冷却機１９ａ，１９ｂの後に排気ガスを処理する装置を通る質量流量が減少する。

ブロア２０ａは、冷却機１９ａの下流に配置され、ブロア２０ｂは、冷却機２０ｂの下流に配置される。ブロア２０ａ，２０ｂは、掃気流において再循環排気ガスが合流する点における掃気圧力に実質的に対応する圧力を得るために、排気ガスの圧力を増加させる役割を果たす。

列１７ａ，１７ｂの各々の終端部に、弁２１ａおよび２１ｂが装着される。弁２１ａおよび２１ｂは、開放して、列１７ａおよび１７ｂをそれぞれ作動させることができる。また、弁２１ａおよび２１ｂは、閉鎖して、列１７ａおよび１７ｂをそれぞれ停止させることができる。当然ながら、弁２１ａを開放し、弁２１ｂを閉鎖させることも可能であり、その反対も同様に可能である。列１７ａおよび１７ｂが同等の容量を有するとすると、これらの列は、それぞれ、排ガス再循環の実際の要求が中程度である場合にアクティブになる。再循環排気ガスの要求が高程度である場合、両方の弁２１ａおよび２１ｂが開放する。列１７ａの容量は、列１７ｂの容量と異なってもよい。ある実施形態では、列１７ａの容量は、列１７ｂの容量の２倍である。本実施形態により、列１７ｂのみが機能する３３％の容量設定、列１７ａのみが機能する６６％の容量設定、ならびに列１７ａおよび列１７ｂの両方が機能する１００％の容量設定が可能になる。この原理は、さらにより多くの容量設定を提供するために、さらなる数の並行列について拡張可能である。

スクラバー１８ａ，１８ｂ，冷却機１９ａ，１９ｂ，ブロア２０ａ，２０ｂ，および弁２１ａ，２１ｂは、全て、コントローラー、例えば、列１７ａ，１７ｂの動作を監視し、かつ列における実際の状態に応答してスクラバー、冷却機、ブロア、および弁の動作を調節するコンピュータに接続される。

列１７ａおよび１７ｂは、再循環排気ガスを点２２に案内する排ガス再循環線１５ａにおいて終わる。排ガス再循環線１５ａの或る点において、ガス再循環線１５ａは、弁（図示せず）によって３つの線２２ａ，２２ｂ，および２２ｃに分割される。線２２ａは、再循環排気ガスを、ターボ過給機７によって外気取り入れ口１０から取り入れられる空気内に供給する。得られたガス混合物は、インタークーラー１２に供給される。また、線２２ａは、弁（図示せず）によって再循環排気ガスを直接冷却機１２に供給するオプションを提供する分岐２２ｄも有する。

線２２ｂは、冷却機１２を迂回し、冷却機１２の後に再循環排気ガスを掃気と混合する。これは、再循環排気ガスがさらなる冷却を必要としないが、高い圧力（これは補助ブロア２４により得られる）が望まれる場合に使用するオプションであり、これは、典型的には、機関１の低負荷および部分負荷において使用される。線２２ｃは、再循環排気ガスのさらなる処理が必要ではない場合に、再循環排気ガスを直接掃気受け１１に供給するオプションを提供する。

掃気受け１１と冷却機１２との間の掃気導管１３は、２つの線１３ａおよび１３ｂに分割される。線１３ａには、一方向弁２３が装着され、一方向弁２３によって、ガスの圧力が十分であり、かつ補助ブロアが作動しない場合に、冷却機１２からのガスが掃気受けに入ることが可能になる。線１３ｂには、補助ブロア２４が設けられ、ガスの圧力が十分高くない場合、すなわち、低機関負荷または部分機関負荷である場合に、冷却機１２からのガスが補助ブロア２４を通って導かれる。

図２は、本発明に従う機関の代替実施形態を示す。機関１は、低圧排ガス再循環、すなわち、ターボ過給機７の低圧側における排ガス再循環に適切であるように修正されている。図１と同一の参照番号は、図１と同一の部分を示す。本図面では、シリンダ、ピストン、クロスヘッド、および排気ガス湾曲部は、簡略化のために、長方形で示される２'としてのみ示されている。

図２の実施形態は、排ガス再循環経路１６が、ターボ過給機７から出る排気ガス出口９から分岐されるという点において、図１の実施形態とは異なる。排ガス再循環経路１６では、排気ガスは、並行列１７ａおよび１７ｂに導かれ、各列において、排ガス再循環線１５に進入する前に、湿式スクラバー１８ａ，１８ｂ，一体型ミストキャッチャーを含む冷却機１９ａ，１９ｂ，ブロア２０ａ，２０ｂ，および弁２１ａ，２１ｂを通過する。再循環経路１６における排気ガスの処理は、図１に説明する処理に対応する。

再循環排気ガスは、排ガス再循環線１５を介してターボ過給機７に導かれる。ターボ過給機７に進入する前に、再循環排気ガスは、外気取り入れ口１０からの外気と混合される。掃気は、ターボ過給機７から、導管１０ａを介して冷却機１２に導かれ、および線１３ａまたは１３ｂを介して掃気受け１１に導かれる。線１３ａには一方向弁２３が装着される。冷却機１２からの掃気の圧力が十分高い場合、一方向弁２３によって、冷却機１２からの掃気ガスが給気受け１１に直接進入することが可能になる。線１３ｂには、補助ブロア２４が設けられ、冷却機１２からの掃気の圧力が十分高くない場合、すなわち、低負荷状態である場合に、冷却機１２からの掃気の圧力を補助ブロア２４によって増加する。

図３および図４は、本発明のさらなる実施形態を図示する。簡略化のために、機関の最も関連する部分のみが、本図面に示される。図３および図４に図示する実施形態は、高圧排ガス再循環システムおよび低圧排ガス再循環システムの両方における用途に適切である。

図３は、排気受け２０および掃気ガス受け２１を図示する。排気ガスは、入口２０ａにおいて排気受け２０に流入し、出口２０ａにおいて排気受けから流出する。同様に、入口２１ａから外気が掃気ガス受け２１へと流入し、出口２１ａにおいて掃気が掃気ガス受け２１から流出する。排気受け２０と掃気ガス受け２１との間には、排ガス再循環経路２２が形成される。排ガス再循環経路２２は、３つの並行列２３ａ，２３ｂ，２３ｃを備える。各列は、湿式スクラバー２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，冷却機２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，ブロア２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，ならびに弁２７ａ，２７ｂ，２７ｃを備える。これらの装置は、同様の装置について上述したように、排気ガスについて同一の動作を実行する。

列２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、各々同一の容量を有してよい。従って、たとえば、使用する列が列２３ａのみである場合、再循環排気ガスについての要件は、全ての列を組み合わせた全容量の最大約３３％までである。再循環ガスの要件が、全容量のうちの最大約６６％まである場合、２つの列（例えば２３ａおよび２３ｂ）を使用する。再循環排気の要件が、全容量のうちの約６６％から約１００％の範囲である場合、３つの列２３ａ，２３ｂ，２３ｃを同時に使用する。当然ながら、容量要件が低い場合に、どの列を単一の列として使用するかを変更することが可能である。列２３ｂまたは２３ｃを単一の列として使用してもよい。２つの列について要件がある場合、列２３ａおよび２３ｃまたは列２３ｂおよび２３ｃをともに使用してもよい。これによって、本システムは、排気ガスを再循環するために、大幅な柔軟性を提供する。

代替として、列２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、他の２つの列の容量と異なる容量を有してもよい。例えば、列２３ａは、システムの全容量のうちの０％〜２０％を有してもよく、列２３ｂは、システムの全容量のうちの０％〜３０％を有してもよく、列２３ｃは、システムの全容量の０％〜５０％を有してもよい。また、本代替実施形態は、排ガス再循環システムの設計および動作について高い柔軟性も提供する。容量要件が約５０％である場合、列２３ｃを単独で使用してもよく、または列２３ａおよび２３ｃを同時に使用してもよい。同様に、容量要件が約８０％である場合、列２３ｂおよび２３ｃを同時に使用してもよい。

図４は、代替実施形態を図示する。図４では、排気受け３０および掃気ガス受け３１が示される。排気ガスは、入口３０ａにおいて排気受け３０に進入し、出口３０ａを介して排気受けから退出する。外気は、入口３１ａを介して掃気ガス受け３１に進入し、掃気ガスは、出口３１ｂを介して掃気ガス受け３１から退出する。排気受け３０と掃気ガス受け３１との間には、排ガス再循環経路３２が形成される。排ガス再循環経路３２は、３つの並行列３３ａ，３３ｂ，３３ｃを含む第１の部分と、２つの並行列３３ｄおよび３３ｅを含む第２の部分とを備える。

３つの並行列３３ａ，３３ｂ，３３ｃでは、各列は、湿式スクラバー３４ａ，３４ｂ，３４ｃを備える。第２の部分では、２つの並行列３４ｄおよび３４ｅの各々は、冷却機３５ａおよび３５ｂ，ブロア３６ａおよび３６ｂ，ならびに弁３７ａおよび３７ｂを備える。２つの群の並行列は、洗浄ガス受け３８を介して連結される。

３つの列３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、同一の容量を有してもよく、または異なる容量を有してもよい。また、２つの列３３ｄおよび３３ｅは、再循環ガスについて同一の容量を有してもよく、または異なる容量を有してもよい。列３３ｄおよび３３ｅは、再循環排気ガスの実際の要求に応じて、弁３７ａおよび３７ｂによって個別に作動または停止可能である。また、弁３７ｃ，３７ｄ，３７ｅも、湿式スクラバー３４ａ，３４ｂ，３４ｃ上流に、それぞれ列３３ａ，３３ｂ，３３ｃに含まれ得る。本実施形態では、湿式スクラバーを個別に動作することが可能であり、これによって、フロー制御および水消費が改善され得る。

スクラバー３４ａ，３４ｂ，３４ｃを備える３つの並行列３３ａ，３３ｂ，３３ｃを含む第１の部分と、冷却機３５ａ，３５ｂならびにブロア３６ａおよび３６ｂを備える２つの並行列３３ｄおよび３３ｄを含む後続部分とを有する特定の実施形態は、例えば、洗浄要求が高い場合（排気ガスの汚染が、例えば、燃料の高硫黄含有量により比較的高い場合であり得る）と、一方、冷却およびブローイングの要求が比較的低い場合とに適切であり得る。本発明は、このような状況に、経済的で有利な解決法を提供する。

代替として、列３３ａ，３３ｂ，３３ｃにおいてより小型の湿式スクラバー３４ａ，３４ｂ，３４ｃを使用すること、ならびに列３３ｄおよび３３ｅにおいてより大型の冷却機３５ａおよび３５ｂを使用することが可能である。

さらに、湿式スクラバー３４ａ，３４ｂ，３４ｃを洗浄ガス受け３８に一体化することが可能であり、これは、本実施形態において、３つの別々の洗浄システムの共通受けとしての役割を果たす。

結果として、本発明は、排ガス再循環システムの多種多様の可能な設計および適用を可能とする。

本発明の教示は、多数の利点を有する。様々な実施形態または実装形態は、以下の利点のうちの１つ以上をもたらし得る。これが、排他的なリストではなく、本明細書に説明されない他の利点が存在し得ることに留意されたい。本出願の教示の１つの利点として、排ガス再循環システムの設計および動作において大幅な柔軟性を提供することが挙げられる。

さらに、その柔軟性および省スペース性のため、本発明は、再循環排気ガスシステムをまだ持たない既存の機関に利用されてもよい。

本出願の教示について例示目的のために説明したが、このような詳細が単にその目的のためのものであること、ならびに本出願の教示の範囲から逸脱することなく、当業者により変更を加えてもよいことを理解されたい。

また、本発明の教示の装置を実装する多くの代替方式が存在することにも留意されたい。例えば、複数の列の排ガス再循環システムを既存の機関に設置することができる。

用語の「備える」は、請求項において使用する際、他の要素または段階を除外しない。請求項における単数形の用語は、複数形を除外しない。単一のプロセッサまたは他のユニットは、請求項に列挙するいくつかの手段の機能を実行してもよい。

ゆえに、ブローイングだけの列および／または冷却だけの列、あるいは例えば、１つの共通スクラバーを含む部分も予測され、また、ブローイング手段の下流に位置する洗浄ガス冷却を恐らく備える組み合わせも予測される。また、内部の部分列分岐、切り替え、再連結、追加、組み合わせ、または飛び越しを有する実施形態であって、局所的にだけ類似する機能を有する実施形態も、予測され、請求項の範囲に含まれる。

Claims (19)

1. 各々排気受け（６）に連結される複数のシリンダ（２）と、
   掃気受け（１１）を有する掃気経路であって、前記シリンダ（２）に接続される掃気経路と、
   前記排気ガスの少なくとも一部を前記掃気経路内へ再循環させるための排ガス再循環流路（１６）と、
   を備えるクロスヘッド式大型ターボ過給型２サイクル燃焼機関（１）であって、
   前記排ガス再循環流路（１６）の少なくとも一部は、並行する少なくとも２つの列（１７ａ，１７ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ）を有し、ここでその各列は、流路を形成すると共に、前記再循環排気ガスを処理または制御するための少なくとも１つの装置（１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂ）を備えることを特徴とする、クロスヘッド式大型ターボ過給型２サイクル燃焼機関（１）。
2. 前記排ガス再循環流路（１６）は、前記排気ガス流中から前記掃気流中へと延びる、請求項１に記載のクロスヘッド式大型ターボ過給型２サイクル燃焼機関（１）。
3. 列（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ）は、前記排ガス再循環流路（１６）の全長の一部に亘って延びるか、または列（１７ａ，１７ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ）は、前記排ガス再循環流路の全長に亘って延びる、請求項１に記載のクロスヘッド式大型ターボ過給型２サイクル燃焼機関（１）。
4. 列は、前記排ガス再循環流路中の或る位置で２つ以上の列に分割される、請求項１に記載のクロスヘッド式大型ターボ過給型２サイクル燃焼機関（１）。
5. ２つ以上の列が、前記排ガス再循環流路（３２）中の或る位置で統合される、請求項１または４に記載のクロスヘッド式大型ターボ過給型２サイクル燃焼機関。
6. ２つ以上の列（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ）が、再循環排気受け（３８）によって統合される、請求項５に記載のクロスヘッド式大型ターボ過給型２サイクル燃焼機関。
7. 前記再循環排気ガスを処理または制御するための前記装置は、湿式スクラバー、乾式フィルタ、冷却機、凝縮機、加熱機、ミストキャッチャー、ブロア、圧縮機、および弁を含むグループから選択される、請求項１に記載のクロスヘッド式大型ターボ過給型２サイクル燃焼機関（１）。
8. 前記列（１７ａ，１７ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ）のうちの少なくとも１つは、関連する前記列を作動または停止させるための弁を含む、請求項１に記載のクロスヘッド式大型ターボ過給型２サイクル燃焼機関（１）。
9. 前記再循環排気ガスを処理または制御するための前記装置のうちの１つ以上に接続されるコントローラーをさらに備える、請求項１に記載のクロスヘッド式大型ターボ過給型２サイクル燃焼機関（１）。
10. 前記コントローラーは、列（１７ａ，１７ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ）における局所的状態に応じて、列の前記装置を制御するように構成される、請求項９に記載のクロスヘッド式大型ターボ過給型２サイクル燃焼機関（１）。
11. 前記コントローラーは、前記機関（１）の動作状態に従って、列（１７ａ，１７ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ）の全ての前記装置を制御するように構成される、請求項９に記載のクロスヘッド式大型ターボ過給型２サイクル燃焼機関（１）。
12. 各々排気受け（６）に連結される複数のシリンダ（２）と、前記排気ガスの少なくとも一部を掃気経路内へ再導入するための排ガス再循環経路（１６）とを備えるクロスヘッド式大型ターボ過給型２サイクル燃焼機関において、排ガス再循環システムを制御する方法であって、
    前記排ガス再循環流路（１６）の少なくとも一部は、並行する複数の列（１７ａ，１７ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ）を備え、各列が流路を形成し、
    前記方法は、再循環排気ガスを通過させるために、前記列（１７ａ，１７ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ）のうちの少なくとも１つを選択的に開放または閉鎖することを含む、
    ことを特徴とする、方法。
13. 再循環排気ガスについての要件を判断するために、前記動作状態に応答して、前記機関（１）の前記動作状態を監視することを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 再循環排気ガスについての要件に従って、再循環排気ガスを通過させるために、前記列（１７ａ，１７ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ）を選択的に開放または閉鎖することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記列（１７ａ，１７ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ）のうちの１つ以上は、前記再循環排気ガスを処理または制御し、関連する前記列における前記装置を調節または制御する装置（１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂ）を備える、請求項１２に記載の方法。
16. 再循環排気ガスの通過を可能にする異なる組み合わせの列（１７ａ，１７ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ）は、異なる種類の前記再循環排気ガスの処理を可能にする、請求項１２に記載の方法。
17. 再循環排気ガスの通過を可能にする異なる組み合わせの列（１７ａ，１７ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ）は、前記排ガス再循環経路（１６）全体の容量を変えることを可能にする、請求項１２に記載の方法。
18. 前記列（１７ａ，１７ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ）における前記装置は、湿式スクラバー、フィルタ、冷却機、加熱機、水分除去機、ブロア、圧縮機、および弁を含むグループから選択される、請求項１２に記載の方法。
19. 前記列（１７ａ，１７ｂ，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ）は異なる容量を有し、所望の排ガス再循環容量を達成するために、前記列のまたは前記列の組み合わせを使用する、請求項１８に記載の方法。

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