JP5886456B2 - 排気レシーバ及び掃気レシーバを有する大型低速ターボチャージャ付２ストローク内燃エンジン - Google Patents

Description

本発明は、排気レシーバ及び掃気レシーバを有する、クロスヘッド式大型低速ユニフロー型ターボチャージャ付２ストローク内燃エンジンに関する。

クロスヘッド式大型低速２ストローク内燃エンジンは、典型的には、大型船舶の推進システムにおいて、又は発電所の原動機として用いられる。これらエンジンは、ピストンとクランクシャフトとの間に配置されるクロスヘッドを有する。

特に窒素酸化物レベルに関して、排出ガス規制に適合させることが困難になっており、また、今後ますます困難となるであろう。

排気ガス再循環は、小型高速駆動ディーゼルエンジンにおいてＮＯｘ排出を低下させるのに役立つことが知られる手段である。しかしながら、これまで、排気ガス再循環を採用した大型２ストロークディーゼルエンジンで商業的に稼働しているものは数少ない。その理由は、大型２ストロークディーゼルエンジンにおいて排気ガス再循環を実施することは困難だからである。

１つの手法として、タービンの低圧側から、ＥＧＲクーラを介してエンジンコンプレッサの流入口に排気ガスを送ることが知られている。残念ながら、この手法においては、毎回ガスを膨張・圧縮する度に、全ての排気ガスを膨張・再圧縮共に行わなければならず、効率が損なわれる結果となる。さらに、ＥＧＲは、清浄空気を冷却するよう設計されたインタークーラ/アフタークーラを介してその経路が決められるものであるが、このシナリオにおいては、それらクーラは清浄空気とは対照的な微粒子含有空気を冷却することが必要とされている。その結果、微粒子は、クーラを汚染し、それらクーラの効果を損なう。

別のＥＧＲ手法としては、排気レシーバから排気ガスを新気インタークーラの下流の吸気レシーバに送ることが知られている。インタークーラの汚染は緩和されるが、この手法においては、再循環排気ガスを流入口に送る追加のブロワが必要とされる。

更なる別の手法としては、エンジンの全シリンダに内部ＥＧＲを保持することである。この方法は、比較的簡単な手法であるが、このＥＧＲでは冷却は行われず、その結果、効果が低くなるという欠点がある。

大型２ストロークディーゼルエンジンにおいて排気ガス再循環を実行することが困難であることが証明されている理由の１つは、排気レシーバから掃気フローに再循環排気ガスを移送するのに必要となる出力量にある。大型２ストロークディーゼルエンジンにおいては、掃気圧は、大型２ストロークディーゼルエンジンの排気レシーバにおける圧力より、通常、最大で約０．３バール高い。したがって、排気レシーバから掃気システムに再循環排気ガスを強制的に送るためにブロワ又はその他手段が必要となる。Ｍａｎ Ｂ＆Ｗ製１２Ｋ９８ＭＣ−Ｃエンジン等の大型ボア１２又は１４シリンダ２ストロークディーゼルエンジンにおいては、上述のようなブロワを駆動するのに必要となる電力は０．５ＭＷに近いであろう。これは、排気ガスシステムに用いるには大量のエネルギーであり、このような大きな所要電力を有するブロワを駆動するための電動モータは非常に高価なものである。さらに、燃焼プロセスの「汚染」側にこの圧力差を解消する任意のブロワ又は手段が配置されるが、これは、ブロワ材料に大きな要求を課すものである。

このように、大型２ストローク内燃エンジンのための排気ガス再循環システムにおいてはブロワ又駆動モータ等の機械の原価が、それら部品の寸法に起因して、合計するとかなりの金額となる。

さらに、ＥＧＲ付きの運転からＥＧＲなしの運転へ切り替えることは、難しいことであると考えられてきた。これは例えば、ターボチャージャのバランスを取ることの観点から、そう考えられてきた。

本願請求項に係る発明の目的は、運転モードを柔軟に切り替えることの可能な、大型低速ターボチャージャ付２ストローク内燃エンジンを提供することである。

この目的は、次の内燃エンジンを提供することによって達成される。このエンジンは、クロスヘッドを有するユニフロー型大型低速ターボチャージャ付２ストローク直列型内燃エンジンであって、
各々その下端又は下端近くに掃気口が設けられると共に、その上端には排気弁が一つ設けられる、一列に配された複数のシリンダと、
コンプレッサを駆動するタービンを有するターボチャージャと、
前記シリンダの列に沿って延在する長尺掃気レシーバであって、前記掃気口を介して前記シリンダに接続される長尺掃気レシーバと、
前記シリンダの列に沿って延在する長尺排気レシーバであって、前記排気弁を介して前記シリンダに接続される長尺排気レシーバと、
を備える。

前記エンジンにおいて、
前記掃気レシーバは、長手方向に少なくとも２つの掃気レシーバ区画に分割されており、第１掃気レシーバ区画は１以上の一次シリンダに接続され、第２掃気レシーバ区画は１以上の二次シリンダに接続されており、
前記第１掃気レシーバ区画には流入口が設けられており、前記第２掃気レシーバ区画にも流入口が設けられており、
前記第２掃気レシーバ区画は前記第１掃気レシーバ区画に選択的に接続可能である。

また前記エンジンにおいて、
前記排気レシーバは、長手方向に少なくとも２つの排気レシーバ区画に分割されており、第１排気レシーバ区画は１以上の排気ダクトを介して前記１以上の一次シリンダに接続され、第２排気レシーバ区画は１以上の排気ダクトを介して前記１以上の二次シリンダに接続されており、
前記第１排気レシーバ区画には流出口が設けられており、前記第２排気レシーバ区画にも流出口が設けられており、
前記第２排気レシーバ区画は、前記第１排気レシーバ区画に選択的に接続可能である。

選択的に接続可能な区画に各々分割された、排気レシーバ及び掃気レシーバを採用することにより、エンジンの運転状態を、従来同様に全てのシリンダが単一の大きな掃気レシーバ及び単一の大きな排気レシーバに接続される状態と、従来とは異なり、いくつかの一次シリンダが、掃気レシーバの第１区画及び排気レシーバの第１区画に接続され、いくつかの二次シリンダが、掃気レシーバの第２区画及び排気レシーバの第２区画に接続される状態との間で切り替えることが可能となる。

掃気レシーバ及び排気レシーバのそれぞれに、一次シリンダおよび二次シリンダに対してそれぞれ専用区画を設けることにより、一次シリンダの運転の仕方を二次シリンダの運転の仕方とは異ならせることができる。例えば、一次シリンダと二次シリンダで異なる燃料を用いることや、一次シリンダと二次シリンダでＥＧＲ率を変えることができる。

更に、排気レシーバ及び掃気レシーバの各々において、各区画を選択的に接続可能とすることで、複数の運転モードの間を迅速に（または自動的に）切り替えることが可能となる。従って、運転モードの切り替えの柔軟性が向上する。

例えば、排出物の制限が厳しい海域において、エンジンの排気をできるだけきれいにするように運転することと、そのような制限が厳しくない海域において、燃料消費効率ができるだけ向上するように運転することとの間の切り替えを、柔軟に行うことができるようになる。

一次シリンダに対して排気ガスを生成する二次シリンダは、ＮＯｘ低減の要求量を低くする異なる燃料／異なるプロセスで駆動され得るものであり、例えば、一次シリンダが重油燃料で動作するのに対し、これらの二次シリンダは留出燃料又はエタノールで動作され得る。

特に燃料としてガスで動作するエンジンに対しては、上記解決手段は有利のようである。

ある実施形態においては、長尺排気レシーバにおいて第１排気レシーバ区画は、第２排気レシーバ区画と水平壁で隔てられている。

別の実施形態においては、第１排気レシーバ区画は空洞の内部空間を有し、かつ第２排気レシーバ区画も空洞の内部空間を有する。

別の実施形態においては、長尺排気レシーバは、水平壁で長手方向に分けられた空隙を規定する空洞円筒形状を有し、該水平壁は、排気レシーバの内部を横切って延在するものである。

別の実施形態においては、上記水平壁には、第１排気レシーバ区画と第２排気レシーバ区画との間で選択的流体接続を確立するための選択的に開閉可能な開口が設けられている。

別の実施形態においては、上記選択的に開閉可能な開口は、電子的に制御され、エンジンの電子制御ユニットにより制御されうるように接続されている。

別の実施形態においては、長尺掃気レシーバにおいて第１掃気レシーバ区画は、第２掃気レシーバ区画と水平壁で隔てられている。

別の実施形態においては、第１掃気レシーバ区画は空洞の内部空間を有し、かつ第２掃気レシーバ区画も空洞の内部空間を有する。

別の実施形態においては、長尺掃気レシーバは、水平壁で長手方向に分けられた空隙を規定する空洞円筒形状を有し、該水平壁は、掃気レシーバの内部を横切って延在するものである。

別の実施形態においては、上記水平壁には、第１掃気レシーバ区画と第２掃気レシーバ区画との間で選択的流体接続を確立するための選択的に開閉可能な開口が設けられている。

別の実施形態においては、上記選択的に開閉可能な開口は、電子的に制御され、エンジンの電子制御ユニットにより制御されうるように接続されている。

本明細書及び図面に開示されるエンジンの更なる目的、特徴、有利な点、及び特性は、以下の詳細な説明により明らかとなる。

本明細書の以下の詳細な説明において、図面に示される例示実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。

例示実施形態による大型２ストロークディーゼルエンジンの正面図である。 図１の大型２ストロークディーゼルエンジンの側面図である。 図１による大型２ストロークエンジンの断面図である。 図１のエンジンの図であって、吸気・排気システムをより詳細に説明したものである。 図１のエンジンの図であって、別の実施形態による吸気・排気システムをより詳細に説明したものである。 図１のエンジンの図であって、別の実施形態による吸気・排気システムをより詳細に説明したものである。 図１のエンジンの図であって、別の実施形態による吸気・排気システムをより詳細に説明したものである。 図１のエンジンの図であって、別の実施形態による吸気・排気システムをより詳細に説明したものである。 図１のエンジンの図であって、別の実施形態による吸気・排気システムをより詳細に説明したものである。 図９の実施形態によるエンジンの図であって、別の動作モードを説明したものである。 図１のエンジンの図であって、別の実施形態による吸気・排気システムをより詳細に説明したものである。 図１のエンジンの図であって、別の実施形態による吸気・排気システムをより詳細に説明したものである。 排気レシーバ又は掃気レシーバの２つの区画を選択的に接続し、接続を解除する弁の図である。 排気レシーバ又は掃気レシーバの２つの区画を選択的に接続し、接続を解除する別の弁の図である。

好適な実施形態の詳細な説明

以下の詳細な説明では、大型低速２ストロークエンジンが、例示実施形態によって説明される。

図１〜３は、クランクシャフト４２とクロスヘッド４３とを有する、大型低速ターボチャージャ付２ストロークディーゼルエンジンを示す。図３は、大型低速ターボチャージャ付２ストロークディーゼルエンジンの図であり、その吸気・排気システムを断面図で示したものである。この例示実施形態においては、エンジンは、一列に４個のシリンダ１を有しており、例えば、エンジンは直列型である。例示目的のみのため、図１はシリンダ１の数として４個のシリンダ１を有するエンジンを示す。本発明の態様を逸脱しない範囲で、シリンダ１の他の任意の数が利用され得ることは明らかである。

大型ターボチャージャ付２ストロークディーゼルエンジンは、典型的には、エンジンフレーム４５で支持される、４〜１６個のシリンダを一列に有する。エンジンは、例えば、大洋航行船舶の主エンジンとして、又は、発電所で発電機を動作させるための定置エンジンとして、用いられ得る。エンジンの総出力は、例えば、５，０００から１１０，０００ｋＷの範囲であり得る。

エンジンは、シリンダ１の下部領域に掃気口１７を有し、かつシリンダ１の上部に排気弁４を有する、ユニフロー型の２ストロークディーゼルエンジンである。エンジンは、例えば、船舶用ディーゼル燃料、重質油、又はガス（ＬＰＧ、ＬＮＧ、メタノール、エタノール））等の各種燃料で動作することができる。掃気は掃気レシーバ２から個々のシリンダ１の掃気口１７へと通過する。シリンダ１のピストン４１は掃気を圧縮し、燃料が注入され、そして燃焼が後に続き、排気ガスが発生する。排気弁４が開けられる時、排気ガスは、関係するシリンダ１と関連付けられた排気ダクト６を介して排気レシーバ３へと流入し、さらに、前方へ進んで、第１排気導管を介して一次ターボチャージャ５のタービン８へと流れ、タービン８から、排気ガスは、第２排気導管７を介して流出する。ターボチャージャ５のタービン８は、シャフトを介して、空気流入口１０を介して空気の供給を受けるコンプレッサ９を駆動する。コンプレッサ９は、圧力をかけた掃気を、掃気レシーバ２へ続く掃気管１１へ運搬する。ある実施形態（不図示）においては、エンジンは、複数の一次ターボチャージャを有する。

掃気レシーバ２は、例えば金属プレートから構成された長尺空洞円筒体を有し、空洞円筒体を形成する実質的に円形断面の輪郭を有する。掃気レシーバ２は、エンジンの全長に沿って延在し、全てのシリンダ１に掃気を供給する。掃気レシーバ２は、相当の断面径と大きい全体積とを有し、これらは、個々のシリンダ１の掃気口１７が開いて掃気を取り入れることによって生じる如何なる圧力変動をも防止するために必要となるものであって、つまり、個々のシリンダ１による掃気の不規則な消費に関わらず、掃気レシーバ２中で一定の圧力を確保するために必要となるものである。典型的には、掃気レシーバ２の直径は、ピストン４１の直径より大きい。

ある実施形態においては、例えば、多数のシリンダ１と大きなエンジン全長とを有する非常に大きなエンジンであるが故に、該エンジンは、各々の筺体をそれぞれ有する２つの掃気レシーバ２を備えていてもよく、その掃気レシーバ２のうちの一方がシリンダ１の列の一端においてシリンダ１のほぼ半数をカバーしており、もう一方の掃気レシーバ２がシリンダの列の反対の一端でシリンダの他方のほぼ半数をカバーしていてもよい。先行技術のエンジンでは、２つの掃気レシーバ２が互いに流体連通するであろう。しかしながら、本発明では、２つの掃気レシーバは、かなり不均一な数のシリンダに対して機能し、常に互いに流体連通になるという訳ではない。

排気レシーバ３は、例えば金属プレートから構成された長尺空洞円筒体を有し、実質的に円形断面の輪郭を有する。金属プレートは、熱損失を回避するために断熱材料の層によって被覆されている。排気レシーバ３はエンジンの全長に沿って延在し、排気レシーバ３に達する各排気ダクト６を介してシリンダ１の全てから排気ガスを受容する。排気レシーバ排気レシーバ３は、相当な断面径と大きな全体積とを有し、これらは、各シリンダ１の排気弁４が開いて、高速で排気ガスを排気レシーバ３へ送り込むことによって生じる圧力変動を防止するために必要となるものであって、つまり、各シリンダ１による排気ガスの不規則な運搬に関わらず、排気レシーバ３において一定の圧力を確保するために必要となるものである。典型的には、排気レシーバ３の直径は、ピストン４１の直径より大きい。

ある実施形態においては、例えば、多数のシリンダ１と大きなエンジン全長とを有する非常に大きなエンジンであるが故に、該エンジンは、２つの排気レシーバ３を備えていてもよく、その排気レシーバ３のうちの一方がシリンダ１の列の一端においてシリンダ１のほぼ半数をカバーしており、もう一方の排気レシーバ３がシリンダの列の反対の一端でシリンダ１の他方のほぼ半数をカバーしていてもよい。先行技術のエンジンでは、２つの排気レシーバが互いに流体連通するであろう。しかしながら、本発明では、２つの排気レシーバは、かなり不均一な数のシリンダに対して機能し、常に互いに流体連通になるという訳ではない。

ある実施形態（不図示）において、エンジンは２つの排気レシーバ３を備え、それらはそれぞれ一次区画と二次区画とに分割されており、さらに２つの掃気レシーバが存在し、それらはそれぞれ一次区画と二次区画とに分割され得る。一次一次

二次シリンダには小型の掃気レシーバと小型の排気レシーバが用いられ、一次シリンダには大型の掃気レシーバと大型の排気レシーバ一次が用いられる。

図４には、エンジンの吸気・排気システムがより詳細に示される。

掃気レシーバ２は、本実施形態においてはプレート壁である分離壁２１により、長手方向に、互いに不均等な長さである第１掃気レシーバ区画２ａと第２掃気レシーバ区画２ｂとに分割されている。別の実施形態（不図示）では、第１掃気レシーバ区画２ａと第２掃気レシーバ区画２ｂとは、例えば２つの別々のレシーバ筐体により構成された２つの完全に分離したものである。

同様に、排気レシーバ３は、長手方向に、互いに不均等な長さである第１排気レシーバ区画３ａと第２排気レシーバ区画３ｂとに分割されている。別の実施形態（不図示）では、第１排気レシーバ区画３ａと第２排気レシーバ区画３ｂとは、例えば２つの別々のレシーバ筐体により構成された２つの完全に分離したものである。

複数のシリンダ１は、いくつかの一次シリンダ１と、いくつかの二次シリンダ１に分けられる。典型的には、一次シリンダ１の数が、二次シリンダ１より多い。

第１掃気レシーバ区画２ａ及び第１排気レシーバ区画３ａは、複数の一次シリンダ１に沿って延在し、それら一次シリンダ１に接続する。

第１掃気レシーバ区画２ａは流入口を備え、第２掃気レシーバ区画２ｂも流入口を備える。

第２掃気レシーバ区画２ｂ及び第２排気レシーバ区画３ｂは、複数の二次シリンダ１に沿って延在し、それら二次シリンダ１に接続する。

第１排気レシーバ区画３ａは流出口を備え、第２排気レシーバ区画３ｂも流出口を備える。

このように、シリンダの列は、いくつかの一次シリンダ１といくつかの二次シリンダ１とに分けられる。例示目的のみのため、図４は、数が３個の一次シリンダ１と、１個の二次シリンダ１を有するエンジンを示す。しかしながら、実質的に、一次シリンダ及び二次シリンダの数のその他任意組合せが、本発明の態様を逸脱しない範囲において利用され得ることは明らかである。

掃気は流入管１０を介してターボチャージャ５のコンプレッサ９に送られる。コンプレッサ９は掃気を圧縮し、掃気管１１は、圧縮掃気を掃気レシーバ２に送る。掃気は、導管１１を介してインタークーラ１２を通過するが、このインタークーラ１２は、コンプレッサ９を出た時点で最大でおよそ２００℃まで達する圧縮掃気を５〜８０℃の温度に冷却するためのものである。冷却された掃気は、低負荷条件又は部分負荷条件で給気フローに圧力を加える駆動モータによって駆動される補助ブロワ（不図示）を介し、給気レシーバ２に達する。より高い負荷では、コンプレッサ９は十分な圧縮掃気を運搬し、次いで補助ブロワは逆流防止弁（不図示）を介して迂回される。

掃気管１１は、再循環排気ガスが掃気に添加される合流点２８を介しており、再循環排気ガスと混合された掃気を第１掃気レシーバ区画２ａに導く。第１掃気レシーバ区画２ａから、掃気と再循環排気ガスとの混合気が、一次シリンダ１の１つにおいて、燃焼プロセスに加わる。このように一次シリンダ１で生成した排気ガスは、第１排気レシーバ区画３ａで受容される。このように、一次シリンダ１における燃焼プロセスが再循環排気ガスを用いて実行されることで、低ＮＯｘ排出レベルが可能になる。

第１排気レシーバ区画３ａで受容された排気ガスは、その流出口を介して第１排気レシーバ区画３ａを出て、ターボチャージャ５のタービン８の流入口に第１排気ガス管１８によって送られ、それによってターボチャージャ５に動力を供給する。排気ガスは、第２排気管７を介してタービン８から出る。

第１排気ガス管１８は、二次ターボチャージャ１５のタービンに排気ガスの一部を送る分岐管２０を有する。二次ターボチャージャ１５のコンプレッサは掃気を圧縮し、導管１６は圧縮掃気を二次ターボチャージャ１５から第２掃気レシーバ区画２ｂの流入口に送る。インタークーラ５２は、二次ターボチャージャ１５から第２掃気レシーバ区画２ｂへの途中で掃気を冷却する。ある実施形態（不図示）において、エンジンは２以上の二次ターボチャージャを備える。

第２掃気レシーバ区画２ｂからの掃気が、二次シリンダ１の１つにおける燃焼プロセスに関与する（この実施形態においては、単一の二次シリンダ１であるが、２以上の二次シリンダ１でもあり得ることが理解される。）。二次シリンダ１でこのように生成された排気ガスは、第２排気レシーバ区画３ｂで受容される。このように、二次シリンダ１における燃焼プロセスは、再循環排気ガスなしで実行される。一実施形態においては、二次シリンダ１は、ＮＯｘ排出を低減することを目的として排気弁のタイミングを介した内部排気ガス再循環用に構成され得る。別の実施形態においては、二次シリンダは、ＮＯｘ低減のために水エマルション燃料の水注入で動作させる。

第２排気レシーバ区画３ｂにおいて受容された排気ガスは、その流出口を介して排気レシーバ区画３ｂを出て、排気ガス再循環配管１９によって合流点２８に送られ、合流点２８において再循環排気ガスは、ターボチャージャ５のタービン９から来る掃気と混合される。

第２排気レシーバ区画３ｂ上の第２流出口は、制御可能弁３３からバイパス導管を介して第１排気ガス管１８に接続されている。これにより、制御可能可変弁３３を用いて排気レシーバの２つの区画をバイパスすることによって排気ガス再循環（ＥＧＲ）速度を制御する手段が提供される。ＥＧＲ速度を制御する他の方法として可変ターボチャージャの使用が挙げられる。

一般に、大型ターボチャージャ付２ストローク内燃エンジンにおいては、シリンダ１の流入口側の掃気圧力は、該シリンダー流出口側の排気ガス圧力よりも高く、さもなければ、圧力により決定される流れ方向が、流入口に向かってしまう間違った方向となることから、掃気工程が生じ得ない。このような大型ターボチャージャ付２ストローク内燃エンジンの態様では、ブロワ等の補助を用いること無しに、流入口側へ向かう導管を介して排気ガスを流すことにより排気ガス再循環を簡便に実現することは不可能となる。

本実施形態によるエンジンを用いると、通常エンジン動作の間は、第２掃気レシーバ区画２ｂの圧力は第２掃気レシーバ区画３ｂの圧力よりも高くなり、第２排気レシーバ区画３ｂの圧力は第１掃気レシーバ区画２ａの圧力よりも高くなり、第１掃気レシーバ区画２ａの圧力は、同様に第１排気レシーバ区画３ａの圧力よりも高くなる。つまり、Ｐ＿２ｂ＞Ｐ＿３ｂ＞Ｐ＿２ａ＞Ｐ＿３ａとなる。したがって、この実施形態によれば、ブロワを必要とすることなく排気ガス再循環を伴うエンジンが提供される。１００％負荷において、吸気・排気システムにおけるゲージ圧の典型的な値は、例えば以下となり得る。

Ｐ＿２ｂ ＝ ４．０ｂａｒ（ｇ）
Ｐ＿３ｂ ＝ ３．９ｂａｒ（ｇ）
Ｐ＿２ａ ＝ ３．８ｂａｒ（ｇ）
Ｐ＿３ａ ＝ ３．７ｂａｒ（ｇ）

図５は、図４の実施形態に関し、該実施形態が制御可能弁３３無しに動作し、かつ単一インタークーラ１２が、合流点２８と第１掃気レシーバ区画２ａの流入口との間に配置され、掃気ガス及び再循環排気ガスの混合気を冷却する以外は、図４の実施形態と実質的に同一である別の実施形態を示す。本実施形態によるエンジンの動作は、制御弁３３の使用を欠く以外、図４の実施形態の動作と実質的に同一であって、本実施形態では、Ｐ＿２ｂ＞Ｐ＿３ｂ＞Ｐ＿２ａ＞Ｐ＿３ａとなり、典型的な動作圧力は、図４の実施形態に示したものと同様である。この実施形態の利点は、ＥＧＲクーラが必要無く、その結果、大幅なコストダウンに繋がることである。

図６は、二次ターボチャージャを用いていないこと以外は図４の実施形態と同様の実施形態を示す。その代わり、ブロワ２５を用いて掃気管１１における圧縮掃気の圧力を増加させている。導管２６は掃気管１１から分岐し、ブロワ２５を用いて圧力が増加した掃気を第２掃気レシーバ区画２ｂに送るものである。したがって、第２排気レシーバ区画３ｂの圧力は、第１掃気レシーバ区画２ａの圧力よりも高く、第２排気レシーバ区画３ｂからの排気ガスは、排気ガス管１９を通り、排気ガスクーラ５３を介して合流点２８に流れる。この実施形態によるエンジンの動作は、制御弁３３の使用を欠く以外は、図４の実施形態の動作と実質的に同一であって、この実施形態においては、Ｐ＿２ｂ＞Ｐ＿３ｂ＞Ｐ＿２ａ＞Ｐ＿３ａであり、典型的な動作圧力は、図４の実施形態で示したものと同様である。この実施形態の利点は、二次ターボチャージャを必要とすることなく、ブロワ２５を用いた選択的な「汚染」排気ガスの処理により清浄な掃気で動作し得るということである。

図７は、以下の事項以外は図５の実施形態と同様の実施形態を示す。即ち、同実施形態においては、第２ターボチャージャ１５が導管２７を介して第２排気レシーバ区画３ｂから来た排気ガスによって駆動され、導管２６は掃気管１１から分岐し、第２ターボチャージャ１５のコンプレッサの流入口に圧縮掃気を供給し、その結果、第２ターボチャージャが、掃気の圧力を第２掃気レシーバ区画２ｂにその掃気を送るために必要なレベルにまでさらに増加させ得る。この実施形態によるエンジンの動作は、図４の実施形態の動作と実質的に同一であり、この実施形態では、Ｐ＿２ｂ＞Ｐ＿３ｂ＞Ｐ＿２ａ＞Ｐ＿３ａである。１００％負荷では、吸気・排気システムにおけるゲージ圧の典型的な値は、例えば以下の通りとなり得る。

Ｐ＿２ｂ ＝ ４．０−６．０ｂａｒ（ｇ）
Ｐ＿３ｂ ＝ ３．９−５．９ｂａｒ（ｇ）
Ｐ＿２ａ ＝ ３．８ｂａｒ（ｇ）
Ｐ＿３ａ ＝ ３．７ｂａｒ（ｇ）

この実施形態の利点は、ＥＧＲガスのエネルギーが、クーラで失われる代わりに再利用されるという点である。さらに、圧力がより高いことで、ＮＯｘ低下のための極限のエンジンチューニングが可能となる。

図８は、以下の事項以外は図７の実施形態と同様の実施形態を示す。即ち、同実施形態においては、数がより多い一列のシリンダ、即ち合計で８個のシリンダが存在し、６個の一次シリンダ１が第１掃気レシーバ区画２ａと第１排気レシーバ区画３ａとそれぞれ接続されており、２個の二次シリンダが第２掃気レシーバ区画２ｂと第２排気レシーバ区画３ｂとにそれぞれ接続されている。さらに、インタークーラ５２が導管１６に配置されている。この実施形態によるエンジンの動作は、図７の実施形態の動作と実質的に同一であり、この実施形態では、Ｐ＿２ｂ＞Ｐ＿３ｂ＞Ｐ＿２ａ＞Ｐ＿３ａである。１００％負荷では、吸気・排気システムにおけるゲージ圧の典型的な値は、例えば以下の通りとなり得る。

Ｐ＿２ｂ ＝ ４．０−６．０ｂａｒ（ｇ）
Ｐ＿３ｂ ＝ ３．９−５．９ｂａｒ（ｇ）
Ｐ＿２ａ ＝ ３．８ｂａｒ（ｇ）
Ｐ＿３ａ ＝ ３．７ｂａｒ（ｇ）

図９は、以下の事項以外は図５の実施形態と同様の実施形態を示す。即ち、同実施形態においては、図７及び８の実施形態と同様に数がより多いシリンダ、並びに複数の弁７７、７８及び７９がシステムに加えられている。さらに、第２ターボチャージャ１５のコンプレッサが分岐導管２６から圧縮掃気を受容する。この実施形態によるエンジンの動作は、図４の実施形態の動作と実質的に同一であり、この実施形態では、Ｐ＿２ｂ＞Ｐ＿３ｂ＞Ｐ＿２ａ＞Ｐ＿３ａである。１００％負荷では、吸気・排気システムにおけるゲージ圧の典型的な値は、例えば以下の通りとなり得る。

Ｐ＿２ｂ ＝ ４．０−６．０ｂａｒ（ｇ）
Ｐ＿３ｂ ＝ ３．９−５．９ｂａｒ（ｇ）
Ｐ＿２ａ ＝ ３．８ｂａｒ（ｇ）
Ｐ＿３ａ ＝ ３．７ｂａｒ（ｇ）

図１０は、元となる図９の実施形態が排気ガス再循環が用いられない様式でどのように動作され得るかを示す。ここで、ＥＧＲ導管１９における弁１７は閉じており、導管２６における弁７９は閉じており、第２ターボチャージャ１５のコンプレッサの吸気導管の弁７８は開いている。さらに、第１掃気レシーバ区画２ａを第２掃気レシーバ区画２ｂから分離する壁２１は開いており、また、第２排気レシーバ区画３ｂから第１排気レシーバ区画３ａを分離する壁３１は開いており、このように、掃気レシーバ２と排気レシーバ３とには単一の貫通した空洞が存在する。

壁２１又は３１を開くために、図１３に示すように大型のバタフライ弁４５を備えることができる。バタフライ弁４５の円盤状プレートは、壁の開孔を開閉して排気レシーバ３（又は掃気レシーバ２）の２つの区画を接続又は遮断するために、図１３に示す通り２つの位置の間で、好ましくはアクチュエータの制御により、移動し得る。

図１４に示される実施形態においては、掃気レシーバ２又は排気レシーバ３それぞれにおける壁２１又は３１が、対応する穴４３を有し、近接して間隔を置いて配置された一対のプレート４１、４２によって形成されており、上記穴４３は、近接して間隔を置いて配置された一対の外側プレート４１、４２の間で受容される可動中間プレート４０で遮蔽され得る。上記穴は、上記可動中間プレート４０を所望の位置にスライドさせることによって開閉される。中間プレート４０は、旋回軸４４に枢動可能に載置されており、いわゆる旋回ゲート弁と同様に動作する。可動中間プレート４０は、電子制御ユニットからの制御において配置することができるようにアクチュエータに接続され得る。

ある実施形態においては、選択的に開閉可能な開口は、電子的に制御されており、エンジンの電子制御ユニット（不図示）によって制御されうるように接続されている。

この実施形態の利点は、必要に応じて、例えば、大型２ストロークターボチャージャ付内燃エンジンによって駆動される大型船舶の場所に応じて排気ガス再循環を伴って、また排気ガス再循環を伴わずに作動できることにある。

図１１の実施形態は、インタークーラ１２が導管２６に配置されており、インタークーラ５３が合流点２８と第１掃気レシーバ区画２ａの流入口との間に配置されている以外は、図１０の実施形態と実質的に同一である。

図１２は、第２ターボチャージャ又はブロワを用いていないこと以外は図５の実施形態と同様の別の実施形態である。その代わりに、全ての掃気は、第２掃気レシーバ区画２ｂの流入口に導かれる。しかしながら、本実施形態においては、第２掃気レシーバ区画２ｂは第１掃気レシーバ区画２ａから完全には隔てられていない。その代わりに、壁２１の開口が、リストリクターとして機能し、圧力低下に伴って第２レシーバ区画２ｂの掃気が第１掃気レシーバ区画２ａへ流れることが可能になる。このように、第１掃気レシーバ区画２ａの圧力は、第２掃気レシーバ区画２ｂの圧力より低くなる。また、第２排気レシーバ区画３ｂの圧力は、第１掃気レシーバ区画２ａの圧力より高くなり、第２排気レシーバ区画３ｂの排気ガスの全ては、インタークーラ５３を介して排気ガス循環導管１９を通り、第１掃気レシーバ区画２ａに流れる。第１排気レシーバ区画３ａで受容される全ての排気ガスは、第１排気ガス導管１８を介してターボチャージャ５のタービン８の流入口へ運搬される。本実施形態の利点は、単一のターボチャージャで十分であり、圧力を増加させるためのブロワ又はその他手段を必要としないということである。

エンジンの排気ガス生成部の１つのシリンダ又は複数のシリンダ、即ち二次シリンダ１は、エンジンの残りの部分とは異なる様式で（例えば４ストローク・プロセスやオットー・プロセス）動作させることができ、特に４ストローク・プロセスを用いた場合には、４ストローク・プロセスのポンプ作用により、排気ガスを掃気レシーバ２に強制的に入れるために必要となる圧力へのサポートを提供することができる。

エンジンの排気ガス生成部、すなわち二次シリンダ１は、エンジンの他の部分とは異なる（よりクリーンな）燃料で動作し得るため、その結果、ＥＧＲガスの浄化要求の低減に繋がる。

上記全ての実施形態に関し、排気ガス循環のない動作のために、掃気レシーバ２及び排気レシーバ３における分離壁２１、３１をそれぞれ、取り外すことができる。

特許請求の範囲において用いられる「備える」（「含む」；"comprising"）という用語は、他の要素又は工程を除外しないものとする。特許請求の範囲において用いられる"a"又は"an"という用語は複数を除外しないものとする。

特許請求の範囲において用いられる符号は、範囲を限定するものとして解釈されてはならない。

本発明を例示を目的として詳述してきたが、上記詳細は、単にその例示を目的としたものであり、本発明の要旨を逸脱しない範囲において当業者によって変更が為され得る。

Claims (12)

1. クロスヘッド（４３）を有するユニフロー型大型低速ターボチャージャ付２ストローク直列型内燃エンジンであって、
   各々その下端又は下端近くに掃気口（１７）が設けられると共に、その上端には排気弁（４）が一つ設けられる、一列に配された複数のシリンダ（１）と、
   コンプレッサ（９）を駆動するタービン（８）を有するターボチャージャ（５）と、
   前記シリンダ（１）の列に沿って延在する長尺掃気レシーバ（２）であって、前記掃気口（１７）を介して前記シリンダ（１）に接続される長尺掃気レシーバ（２）と、
   前記シリンダ（１）の列に沿って延在する長尺排気レシーバ（３）であって、前記排気弁（４）を介して前記シリンダ（１）に接続される長尺排気レシーバ（３）と、
   を備え、
   前記掃気レシーバ（２）は、長手方向に少なくとも２つの掃気レシーバ区画に分割されており、第１掃気レシーバ区画（２ａ）は１以上の一次シリンダ（１）に接続され、第２掃気レシーバ区画（２ｂ）は１以上の二次シリンダ（１）に接続されており、
   前記第１掃気レシーバ区画（２ａ）には流入口が設けられており、前記第２掃気レシーバ区画（２ｂ）にも流入口が設けられており、
   前記第２掃気レシーバ区画（２ｂ）は、前記第１掃気レシーバ区画（２ａ）に選択的に接続可能であり、
   前記排気レシーバ（３）は、長手方向に少なくとも２つの排気レシーバ区画に分割されており、第１排気レシーバ区画（３ａ）は１以上の排気ダクト（６）を介して前記１以上の一次シリンダ（１）に接続され、第２排気レシーバ区画（３ｂ）は前記１以上の二次シリンダ（１）に接続されており、
   前記第１排気レシーバ区画（３ａ）には流出口が設けられており、前記第２排気レシーバ区画（３ｂ）にも流出口が設けられており、
   前記第２排気レシーバ区画（３ｂ）は、前記第１排気レシーバ区画（３ａ）に選択的に接続可能である、
   エンジン。
2. 前記長尺排気レシーバにおいて、前記第１排気レシーバ区画（３ａ）は、前記第２排気レシーバ区画（３ｂ）と水平壁（３１）で隔てられている、請求項１に記載のエンジン。
3. 前記第１排気レシーバ区画（３ａ）は空洞の内部空間を有し、かつ前記第２排気レシーバ区画（３ｂ）も空洞の内部空間を有する、請求項１に記載のエンジン。
4. 前記長尺排気レシーバ（３）は、水平壁（３１）によって長手方向に分けられた空隙を規定する空洞円筒形状を有し、該水平壁（３１）は、排気レシーバの内部を横切って延在するものである、請求項１に記載のエンジン。
5. 前記水平壁（３１）には、前記第１排気レシーバ区画（３ａ）と前記第２排気レシーバ区画（３ｂ）との間で選択的流体接続を確立するための選択的に開閉可能な開口（４０，４３，４５）が設けられている、請求項２に記載のエンジン。
6. 前記選択的に開閉可能な開口（４０，４３，４５）は、電子的に制御され、エンジンの電子制御ユニットに動作可能に接続されている、請求項５に記載のエンジン。
7. 前記長尺掃気レシーバ（２）において前記第１掃気レシーバ区画（２ａ）は、前記第２掃気レシーバ区画（２ｂ）と水平壁（２１）で隔てられている、請求項１に記載のエンジン。
8. 前記第１掃気レシーバ区画（２ａ）は空洞の内部空間を有し、かつ前記第２掃気レシーバ区画（２ｂ）も空洞の内部空間を有する、請求項１に記載のエンジン。
9. 前記長尺掃気レシーバ（２）は、水平壁（２１）によって長手方向に分けられた空隙を規定する空洞円筒形状を有し、該水平壁（２１）は、前記長尺掃気レシーバ（２）の内部を横切って延在するものである、請求項１に記載のエンジン。
10. 前記水平壁（２１）には、前記第１掃気レシーバ区画（２ａ）と前記第２掃気レシーバ区画（２ｂ）との間で選択的流体接続を確立するための選択的に開閉可能な開口（４０，４３，４５）が設けられている、請求項７に記載のエンジン。
11. 前記選択的に開閉可能な開口（４０，４３，４５）は、電子的に制御され、エンジンの電子制御ユニットに制御されうるように接続されている、請求項１０に記載のエンジン。
12. 前記第２排気レシーバ区画（３ｂ）の流出口が、前記第１掃気レシーバ区画（２ａ）の流入口に接続可能である、請求項１から１１の何れかに記載のエンジン。

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