特許 6095470 内燃エンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6095470

(24)【登録日】2017年2月24日

(45)【発行日】2017年3月15日

(54)【発明の名称】内燃エンジン

(51)【国際特許分類】

   F02M 26/34 20160101AFI20170306BHJP

   F01N 5/02 20060101ALI20170306BHJP

   F02M 26/02 20160101ALI20170306BHJP

   F02M 26/22 20160101ALI20170306BHJP

   F02M 26/35 20160101ALI20170306BHJP

   F02B 37/00 20060101ALI20170306BHJP

【ＦＩ】

   F02M26/34

   F01N5/02 F

   F02M26/02

   F02M26/22

   F02M26/35 Z

   F02B37/00 302F

【請求項の数】10

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2013-97958(P2013-97958)

(22)【出願日】2013年5月7日

(65)【公開番号】特開2013-234662(P2013-234662A)

(43)【公開日】2013年11月21日

【審査請求日】2015年5月25日

(31)【優先権主張番号】10 2012 009 319.5

(32)【優先日】2012年5月10日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】508310595

【氏名又は名称】マン ディーゼル アンド ターボ， フィリアル アフ マン ディーゼル アンド ターボ エスイー， テュスクランド

(74)【代理人】

【識別番号】100080089

【弁理士】

【氏名又は名称】牛木 護

(74)【代理人】

【識別番号】100161665

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 知之

(74)【代理人】

【識別番号】100121153

【弁理士】

【氏名又は名称】守屋 嘉高

(74)【代理人】

【識別番号】100133639

【弁理士】

【氏名又は名称】矢野 卓哉

(72)【発明者】

【氏名】キエントルプ ニールス

【審査官】 安井 寿儀

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０２９２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６１−１５１０３９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許第４３６６６７４（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５３２６１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２１６２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３４３２７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０４７０５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｍ ２６／００ − ２６／７４

Ｆ０２Ｂ ３７／００

Ｆ０１Ｎ ５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

2サイクル大型ディーゼルエンジンであって、
シリンダ（Z）とクランク軸と協動するピストン（K）とによって限定される少なくとも1つの燃焼室（B）を備えており、前記燃焼室が、主に排気弁（A）の弁頭と付設された頭座との間に形成されて排気ガスを排気経路（12、15）内に排出する少なくとも1つの出口と、主に前記ピストン（K）によって制御可能で吸入経路（11、13、14）から掃気ガスを供給する少なくとも1つの入口とを有し、
前記吸入経路（11、13、14）中に圧縮機（19）と前記排気経路（12、15）中にタービン（18）とを有する少なくとも1つのターボ過給機（1）を備えており、
前記排気経路（12、15）または前記燃焼室（B）から分岐して前記吸入経路（11、13、14）へと通じて排気ガス部分流を前記吸入経路（11、13、14）に還流させる再循環管路（3）を備えており、還流排気ガス部分流を前記吸入経路（11、13、14）内の掃気ガス流に押し込むために前記再循環管路中に少なくとも1つの再循環ガス圧縮機（10）が設けられているものにおいて、
前記再循環ガス圧縮機（10）を駆動するために、前記再循環ガス圧縮機（10）と連結されてトルクを伝達する蒸気タービン（8）が設けられており、つまり前記再循環ガス圧縮機（10）とで変速機なしの蒸気ターボセット（8、10）を形成する蒸気タービン（8）が設けられ、
作動流体を蒸発させるために、2サイクル大型ディーゼルエンジンの排気ガスの少なくとも一部で作動される蒸気発生器（5；5a）が設けられており、前記再循環ガス圧縮機（10）と連結された前記蒸気タービン（8）に蒸気を供給するために作動流体管路（4）が、前記蒸気発生器（5）から前記蒸気タービン（8）に至る少なくとも1つの圧力管路（4）を含み、
還流排気ガス部分流で作動される熱交換器（5）が前記蒸気発生器（5）として前記再循環管路（3）中で前記蒸気タービン（8）の上流側に設けられ、
前記作動流体管路（4）が前記蒸気タービン（8）から、流れの点で下流側に設けられた凝縮器（9）へと通じ、前記凝縮器(9)内で作動流体が液化され、そこから供給ポンプ（16）に供給され、前記作動流体管路（4）を介して前記供給ポンプ（16）と結合された前記蒸気発生器（5）へ前記供給ポンプ(16)で供給されることを特徴とする2サイクル大型ディーゼルエンジン。

【請求項2】

前記作動流体管路（4）が前記蒸気発生器（5）の領域で、排気ガス路によって案内される管部分または管束部分として形成されており、および／または前記作動流体管路（4）が前記蒸気発生器（5）の領域で、排気ガス路の周りを取り囲む蒸気ボイラ部分として形成されていることを特徴とする請求項１記載の2サイクル大型ディーゼルエンジン。

【請求項3】

蒸気タービン回転数を制御するために前記蒸気発生器（5）から前記蒸気タービン（8）に至る前記圧力管路（4）中に蒸気絞り弁（17）が配置して設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の2サイクル大型ディーゼルエンジン。

【請求項4】

前記蒸気発生器が多段式に、蒸発器として役立つ1つの第1熱交換器部分と過熱器として役立つ少なくとも1つの第2熱交換器部分とを備えて形成されていることを特徴とする先行請求項１〜３のいずれか1項記載の2サイクル大型ディーゼルエンジン。

【請求項5】

前記蒸気発生器が、遮断可能な圧力管路部分を介して、選択的に投入可能な他の蒸気負荷と結合されており、および／またはトルクを伝達するように前記蒸気タービンに連結可能な他の蒸気負荷が設けられていることを特徴とする先行請求項１〜４のいずれか1項記載の2サイクル大型ディーゼルエンジン。

【請求項6】

前記蒸気タービン（8）が単に1つまたは2つの羽根車段を有することを特徴とする先行請求項１〜５のいずれか1項記載の2サイクル大型ディーゼルエンジン。

【請求項7】

2サイクル大型ディーゼルエンジンの始動段階中に前記再循環ガス圧縮機（10）を作動させる電動式始動補助駆動部が設けられていることを特徴とする先行請求項１〜６のいずれか1項記載の2サイクル大型ディーゼルエンジン。

【請求項8】

前記再循環管路（3）が、主に前記蒸気発生器（5）の下流側で前記再循環ガス圧縮機（10）の上流側に配置されたガス洗浄装置（7）に通されることを特徴とする先行請求項１〜７のいずれか1項記載の2サイクル大型ディーゼルエンジン。

【請求項9】

前記再循環管路（3）が冷却機構（6）に通され、前記冷却機構が前記蒸気発生器（5）の下流側で前記再循環ガス圧縮機（10）の上流側で、ガス洗浄装置（7）の上流側に配置されており、前記冷却機構は伝熱式熱交換器（6）を有することを特徴とする先行請求項１〜８のいずれか1項記載の2サイクル大型ディーゼルエンジン。

【請求項10】

前記作動流体管路（4）が前記蒸気発生器（8）の上流側の領域で前記冷却機構（6）に通され、作動流体が冷却媒体によって予熱され、またはそれ自体を冷却媒体として利用することを特徴とする請求項９記載の2サイクル大型ディーゼルエンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項1の前文に記載したターボ過給部と排気ガス再循環部とを備えた2サイクル大型ディーゼルエンジンに関する。

【背景技術】

【0002】

特に大型内燃エンジンでは、エンジンから到来する排気ガスからエネルギーを取り出し、こうしてエンジンに供給すべき給気空気もしくはエンジンに供給すべき給気ガスを圧縮して燃焼向上をもたらすためにターボ過給機段が一般に用いられている。特に多シリンダエンジンでは、全体としてターボ過給機段を形成する複数のターボ過給機もこのために利用される。

【0003】

排出された燃焼ガスもしくは排気ガスからのエネルギー回収に係わるターボ過給等の措置の他に、今日では極力きれいな燃焼に焦点が当てられている。このためしばしば排気ガスの一部をエンジンの吸気側に再循環させ、こうして燃焼温度を下げ、こうしてエンジンのNOx排出量が下げられる。

【0004】

再循環管路中にしばしば例えば排気ガス洗浄装置等のガス処理装置が設けられ、還流排気ガスに含まれた硫黄粒子と煤粒子が意図することなく燃焼室に還流されることのないようにされている。なぜならば、これらが燃焼室に還流されると排気ガス還流は確かにエンジンのNOx排出量の低下をもたらしはするが、しかしその代わりに排気ガス排出物中の硫黄負荷量を高めるであろう。こうして例えば当方の特許文献1は、再循環管路中にガス洗浄装置がある排気再循環式ディーゼルエンジンを示している。

【0005】

このようなガス処理装置を流通するとき還流排気ガス中で圧力低下が生じる。還流排気ガスを取り出す時点の燃焼室内の圧力に最終的に一致した還流排気ガス中の圧力はこのようなガス処理装置を流通しない場合でもしばしばそんなに高くなく、排気ガスを付加的圧縮機なしに吸入経路内の掃気空気もしくは給気空気に直接導入できるほどである。このことが特にあてはまるのは、掃気ガス高圧側で、つまりエンジンに供給すべき掃気空気もしくは給気空気が圧縮される給気空気‐ターボ過給機もしくはターボ過給機段の下流側で、再循環管路が吸入経路に注ぐ場合である。還流排気ガスを掃気ガス高圧側で吸入経路に導入し、それとともにターボ過給機タービンの上流側で排気経路から再循環管路を分岐することは、還流すべき排気ガスがなおターボ過給機段の単数もしくは複数の給気空気圧縮機内にも装入されて内燃エンジンの全効率を低下させる事態を生じることのないようにするために望ましい。

【0006】

特許文献2に述べられた自動車用ターボ複合ディーゼルエンジンでは、高圧側で排気ガスが還流され、つまりターボ過給機タービンの上流側で排気経路から再循環管路が分岐されて給気空気圧縮機の下流側で吸入経路に注いでいる。給気空気の圧縮に役立つターボ過給機のタービン下流側で、還流されるのでなく環境へと吐き出される排気ガスを流通させる他のパワータービンが排気管路に一体化されており、この排気管路は制御可能な油圧クラッチと変速機とを介してクランク軸に接続されている。還流排気ガスは再循環管路に取り付けられた熱交換器によって冷却される。この熱交換器は蒸気発生器として実施されており、パワータービン下流側で排気ガス管路の適宜に形成された他の熱交換器‐蒸気発生器と一緒に蒸気タービンを駆動するのに役立つ。この蒸気タービンは油圧クラッチを介してクランク軸に、または駆動系統中の補機、例えば発電機に、駆動出力を放出する。パワータービンによって一方で、環境に吐き出される排気ガスから、エンジンのターボ過給機によって利用されないエネルギーを取り出すことができる。しかし特許文献2によれば付加的パワータービンは主として、パワータービンをクランク軸と結合する油圧クラッチの制御によって、吐き出された排気ガスにとって障害物として邪魔となるパワータービンで生じる背圧を調整し、それとともに、吐き出された排気ガスに対する還流排気ガスの割合と排気経路中のターボ過給機上流側で優勢な還流排気ガスの圧力とを調整するのに役立つ。つまりパワータービンをクランク軸と結合する油圧クラッチは結局、吸入経路中の掃気ガス高圧側で優勢な圧力レベルに還流排気ガスを高めるように調整される。

【0007】

それに対して、高圧側で排気ガスが還流され、つまりターボ過給機タービン上流側で排気経路から再循環管路が分岐されてターボ過給機のコンプレッサ下流側で吸入経路に注ぐ2サイクル大型ディーゼルエンジンでは普通、吸入経路中の掃気ガス高圧側で優勢な圧力レベルに還流排気ガスを高めるために電動駆動式圧縮機が再循環管路中に設けられており、そのことは例えば当方の特許文献3（国際出願番号PCT/DK93/00398）から読み取ることができる。そこでは、圧縮機の上流側でガス洗浄器が再循環管路中にある。再循環管路中の圧縮機を駆動するのに必要な電気出力は例えば、内燃エンジンによって駆動される船舶の搭載電源を駆動するために設けられる発電機セットから取り出すことができる。しかしこれにより内燃エンジンの全効率が低下する。

【0008】

別の提案は、前文に係るディーゼルエンジンにおいて、やはりエンジン軸に装着される油圧ポンプを介して高圧作動油を供給される油圧作動式タービンを介して再循環管路中のファンを駆動することである（特許文献4参照）。そこでは還流排気ガスを冷却する冷却器も既に開示されている。しかしエンジン軸で取り出される油圧ポンプの出力はやはりディーゼルエンジンの全効率を低下させる。

【0009】

排気ガスもしくは燃焼ガスを再循環させる2サイクル大型ディーゼルエンジンの他の1例は当方の特許文献5から読み取ることができる。そこでも、掃気ガス高圧側、つまり吸入経路中のターボ圧縮機下流側で優勢な掃気空気圧力もしくは給気空気圧力に還流排気ガス部分流を圧縮するために再循環ガス圧縮機、つまり再循環管路中に配置される圧縮機が設けられている。再循環管路中に配置される圧縮機の電動式補助駆動部は、再循環ガス圧縮機と一緒に低圧ターボ過給機を形成するタービンによって支援される。この再循環タービンはやはりターボ過給機の給気空気コンプレッサ下流側で給気空気から分岐される給気空気部分流、つまりターボ過給給気空気部分流によって駆動される。この給気空気部分流は再循環タービンの駆動時に弛緩され、燃焼室過給に寄与することなく排気経路に導出されねばならない。つまりここでは内燃エンジンの全効率は再循環タービンを駆動するのに必要な給気空気部分流の過給に利用される出力分だけ低下し、また電動式補助駆動部で消費される出力分だけ低下する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】独国特許発明第10 2009 010 808号明細書

【特許文献2】独国特許出願公開第10 2007 052 118号明細書

【特許文献3】国際公開第94/29587号パンフレット

【特許文献4】米国特許出願公開第2009/0173071号明細書

【特許文献5】独国特許発明第103 31 187号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

そのことを前提に本発明の課題は、冒頭に指摘した種類の内燃エンジンにおいて全効率をさらに高めることである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明によればディーゼルエンジン、特に2サイクル大型ディーゼルエンジンが、再循環ガス圧縮機を駆動するために、変速機なしに再循環ガス圧縮機と連結された蒸気タービンを有する。

【0013】

これにより有利には、内燃エンジンで常に発生する損失熱は再循環ガス圧縮機を作動させるのに利用することができる。これにより例えば前文に係る種類の大型2サイクル船舶ディーゼルエンジンにおいて、本来再循環ガス圧縮機を作動させるために加えねばならないディーゼルエンジン出力の約2％の節約を得ることができる。

【0014】

蒸気発生用に損失熱を取り出すのに特別適しているのは燃焼室から到来する排気ガス流である。それゆえに有利には、内燃エンジン排気ガスの少なくとも一部で作動される蒸気発生器が設けられている。

【0015】

例えば内燃エンジンの給気空気‐ターボ過給機段の排気ガス低圧側で蒸気発生器は排気ガス管路から流通させることができよう。この排気ガス管路は作動流体管路を介して、再循環ガス圧縮機と連結された蒸気タービンと結合されている。

【0016】

本発明は、給気空気‐ターボ過給機もしくはターボ過給機段の高圧側で排気ガスを還流させる前文に係る種類の内燃エンジンにおいて特に利用することができる。

【0017】

特にこのようなシステムにおいて特別有利であるのは、蒸気発生器が再循環管路中で蒸気タービン上流側に設けられているときである。というのも一方で還流排気ガスに含まれた熱エネルギーは従来利用されていなかったからである。他方で、還流排気ガスを冷却し、これにより過給改善をもたらすことは望ましくさえある。つまり還流排気ガスから熱を取り出すことによって、従来利用されなかった源から再循環ガス圧縮機用駆動エネルギーが獲得されるだけでなく、付加的に還流排気ガスの所望する冷却も達成される。

【0018】

蒸気発生器は、作動媒体、通常水を加熱し蒸発させ場合によっては過熱させるために還流排気ガスから熱を取り出す熱交換器として形成しておくことができる。

【0019】

還流排気ガス部分流中には再循環ガス圧縮機の蒸気タービンを駆動するために十分に取出し可能な熱エネルギーが存在しているので、蒸気発生器も、再循環ガス圧縮機を駆動する蒸気タービンも、そして蒸気タービン用回転数制御部も、比較的簡素に形成しておくことができる。主に再循環ガス圧縮機は変速機なしに蒸気タービンと連結され、統合されて蒸気ターボセットとされている。その場合、大きな2サイクル大型ディーゼルエンジンにおいて再循環ガス圧縮機の回転数範囲が例えば約7000〜15000 rpmで蒸気タービンの回転数範囲に一致するように蒸気タービンは設計されねばならない。再循環ガス圧縮機もしくはこれと結合された蒸気タービンで必要とされる力と再循環管路中で上流側に設けられた蒸気発生器で生成されて蒸気タービンに作用する蒸気力との間に1対1の関係が成立している理由からも、蒸気ターボセットは変速機なしに留めることができる。

【0020】

その際有利には、蒸気タービンの回転数を制御するために蒸気発生器から蒸気タービンに至る圧力管路中に専ら蒸気絞り弁が配置して設けられている。この蒸気弁もしくは絞り弁または蒸気絞り弁は蒸気タービン用回転数制御部として十分である。その場合最も単純な事例において、ここで非制御式の蒸気絞り弁の直径低減が好適に選択されているとき、他の制御素子は何ら必要でない。しかし蒸気絞り弁は、蒸気絞り弁を操作者が手動でまたは好適な駆動部を介して再調整または変位させることができるように調節可能としておくこともできる。しかしその場合にも蒸気タービンの回転数制御は非制御蒸気絞り弁を介するだけで、または操作者によって設定可能な蒸気絞り弁を介するだけで行うことができる。

【0021】

上で述べた1対1の関係のゆえに多くの場合非制御蒸気絞り弁または操作者によって設定可能な蒸気絞り弁で十分であり、蒸気タービン回転数の制御は特別簡単なものに抑えることができる。

【0022】

しかし、設定可能な蒸気絞り弁は開ループ制御回路または閉ループ制御回路中でアクチュエータとして機能させることも考えられよう。その場合にも蒸気絞り弁用の制御部もしくは測定素子と制御素子とをなお設けておかねばならない。しかしその場合にも蒸気タービン回転数の制御は蒸気発生器から蒸気タービンに至る圧力管路中に配置される蒸気絞り弁を介するだけで、例えば再循環管路の末端に配置される圧力センサからの圧力センサ信号に応答して、行うことができる。蒸気発生器と蒸気タービンとの間で圧力管路が並列である場合、各圧力管路または単に幾つかの圧力管路の複数の蒸気絞り弁を並列に接続することも当然に考えられよう。

【0023】

単純な構造と簡単な制御の意味で有利には、他の出力部に連結されていない独自の単一の蒸気タービンが再循環ガス圧縮機の駆動用に設けられており、再循環ガス圧縮機用に他の並列駆動部は何ら設けられてもいない。内燃エンジンの始動段階中に再循環ガス圧縮機を増速させる単に1つの小型電動式補助駆動部が有利なことがあり、この補助駆動部は場合によっては蒸気ターボセットの軸に連結可能である。

【0024】

しかし、蒸気タービンに連結可能な付加的出力部、例えば発電機を設け、または過剰の蒸気エネルギーを付加的発電に利用できるようにするために過剰蒸気を装入できる付加的蒸気負荷、例えば発電機セットを設けることも考えられよう。同様に、発生された蒸気の一部はスートブロワを介して蒸気発生器の、または再循環管路の下流側管路部分の、還流排気ガスに含まれた有害物質粒子による腐食作用に曝される再循環管路側表面に注入することが考えられよう。

【0025】

蒸気タービンはごく単純な、従って安価に作製できる幾何学形状を有することができ、例えば単に1つまたは2つの翼車もしくは羽根車を備えている。というのも、再循環管路中の蒸気発生器で十分な蒸気エネルギーが蒸気タービンの駆動用に利用可能であり、それゆえに大きな最適化が必要でないからである。蒸気タービンを駆動するのに必要な蒸気エネルギーを用意するのに僅かな面が必要であるにすぎないので蒸気発生器はやはり比較的小型のものに抑えることができる。

【0026】

再循環ガス圧縮機‐蒸気タービンで「消費」される蒸気は、蒸気発生のために十分な新鮮水、例えば船舶上に海水が用意されているとき、単純に環境に放出することができる。しかし作動流体管路の汚染を避けるために、十分な程度に利用可能ではない作動流体、例えば含塩量の多くない淡水を使用することがしばしば必要となるので、熱力学的サイクルプロセスの枠内で、つまり閉システム内で、作動流体なしにまたは作動流体の僅かな損失のみで蒸気発生と蒸気エネルギーの消費とを実行するのが有利である。それゆえに、作動流体管路が蒸気タービンから、流れの点で下流側に設けられた凝縮器へと通じ、この凝縮器内で作動流体が液化され、そこから供給ポンプへと供給され、作動流体管路を介して供給ポンプと結合された蒸気発生器がこの供給ポンプから供給されると有利である。

【0027】

別の目的、例えば付加的発電のために、または付加的蒸気作動式給気空気圧縮機を介したエンジン燃焼室の過給改善のために、排気ガスに含まれた熱を一層効率的に利用すべき場合、一層手間がかかるが一層効率的な部品も当然に使用することができる。その場合蒸気発生器は例えば、再循環管路によって案内された管束を有することができ、この管束は作動流体管路の一部を形成し、還流排気ガスが管束の周囲を流れる。管束の管は排気ガス路中で螺旋状に装着することができる。蒸発器と下流側過熱器段とを備えた多段蒸気発生器も考えられようが、しかし再循環ガス圧縮機と連結された蒸気タービンを作動させるだけのためには必ずしも必要でない。

【0028】

再循環経路中の付加的ガス洗浄装置によって還流排気ガスからの煤および硫黄の洗浄除去を引き起こすことができ、これにより内燃エンジンの有害物質排出量が低下する。その際特別適しているのは、提案されたように蒸気タービンを介して、特に再循環管路中に配置される蒸気発生器によって発生される蒸気、従って還流排気ガス自体によって発生される蒸気によって、再循環ガス圧縮機を駆動することである。つまりガス洗浄器によって還流排気ガス中のガス圧力がさらに低下し、再循環ガス圧縮機は相応に一層高性能に、しかし一層性能貪欲的（leistungshungriger）にも実施しておかねばならず、従って節約の潜在力は相応に高い。

【0029】

再循環管路中に蒸気発生器が配置されている場合、還流排気ガス部分流を冷却する蒸気発生器と再循環ガス圧縮機とに対してガス洗浄器が流れの点で中間配置され、つまり蒸気発生器の下流側にあると有利でもある。というのもその場合、蒸気発生器内で事前に冷却を行わないガス洗浄器と比べて、しかも還流排気ガス部分流内で同じ圧力低下において、ガス洗浄器はかなり小型に、従って一層安価に寸法設計することができるからである。その際、蒸気タービン、蒸気発生器、そして蒸気タービン回転数の制御部について既に事前に述べたことがあてはまる。予想される圧力損失は、再循環管路中の蒸気発生器によって再循環ガス圧縮機の駆動に利用可能な十分に存在するエネルギーに基づいて容易に補償することができるので、ガス洗浄装置は比較的小型にかつ単純に構成しておくことができる。

【0030】

冷却機構もしくは冷却器、例えば液体水を冷却媒体として作動する伝熱式熱交換器が再循環管路中に付加的になお設けられている場合、還流排気ガスの温度はさらになお低下させることができ、低温時に高い排気ガス密度、従って小さな体積流量に基づいて一層有利な充填度が得られる。冷却器が流れの点で蒸気発生器と排気洗浄装置とに対して中間配置されている場合、排気ガスはガス洗浄器内で合成樹脂部材もしくはプラスチック部品の使用が可能となるほどに冷却することができ、これにより作製費用と重量はかなり低下させることができ、ガス洗浄器内に腐食しない表面または僅かに腐食するだけの表面をもたらすことができる。

【0031】

冷却器は同時に、蒸気発生器に液状で供給される作動流体、つまり一般に液体水のための予熱器として利用することができる。換言するなら、作動流体は冷却器内で加温された冷却媒体によって予熱することができ、またはそれ自体冷却媒体として利用することができる。

【0032】

有利には、再循環管路中にガス洗浄装置が設けられている限り、ガス洗浄に基づいて排気ガス中に存在する水粒子を圧縮機に達する前に分離するために再循環ガス圧縮機の上流側に液滴分離器が設けられている。その場合、水滴は出口側液滴分離器で、再循環管路を流通する体積流から分離され、好適な凝縮物出口を通して排出することができる。これにより、吸入経路への入口で吸入経路内の優勢圧力レベルに高められるべき体積流のさらなる縮小が生じる。液滴分離器として実証されたのは排気ガス冷却のゆえにプラスチック製とすることもできる転向板、充填体、ストレーナ、有孔底である。

【0033】

以下、添付図面を基に本発明の好ましい1実施形態を詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】本発明の1実施形態による内燃エンジンの略図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

本発明の主な応用分野は、船舶駆動部としてまたは発電所用に使用することのできる大型エンジン、特に2サイクル大型ディーゼルエンジンである。このようなエンジンの構造と作動方式はそれ自体知られている。

【0036】

図1に略示された2サイクル大型ディーゼルエンジンは一連のシリンダZを有することができる。各シリンダZは協動するピストンKとで燃焼室Bを限定する。燃焼室Bの上端にそれぞれ排気弁Aが設けられており、燃焼時に発生する排気ガスはこの排気弁を通して排気ガス集合容器15内に排出される。そこから排気ガスは単数（または複数）の排気管路23を通してターボ過給機1のタービン18に達する。

【0037】

しかし排気ガスの一部は、図示例において排気ガス集合容器15で分岐する再循環管路、しかし場合によっては排気管路12からも分岐する再循環管路3から内燃エンジンの吸気側に、もしくは吸入経路11、13、14内に還流される。再循環管路3は既に排気ガス集合容器15の上流側で排気経路12、15から、または既に燃焼室Bの独自の出口を通して、分岐することもできる。

【0038】

吸入経路11、13、14は入口側に給気空気‐ターボ過給機1の圧縮機19を有し、この圧縮機は、供給された給気空気を高い圧力レベルに高めるために、タービン18に通された排気ガスを介して駆動される。この圧縮機19から給気空気管路11が選択的給気冷却器13を介して給気空気集合容器14もしくは給気空気集合管路14に通じ、後者から個々の燃焼室（単・複）Bに新気が装入される。給気空気蓄積部14の前で排気ガス再循環管路3が給気空気管路11に注ぎ、詳細には給気冷却器13の上流側かまたは再循環管路3内での十分な冷却に基づいて給気冷却器の下流側のいずれかで注ぐ。

【0039】

再循環管路3は入口側で、熱交換器として形成された蒸気発生器5に通されており、閉サイクルシステムの反対側でこの蒸気発生器に作動流体管路4が通されており、蒸気発生器5内で蒸発されるべき液体作動流体はこの作動流体管路を通して蒸気発生器5に供給される。蒸気発生器5の下流側で蒸気タービン8は作動流体管路4の圧力管路部分を介して蒸気発生器5と結合されており、蒸気発生器5内で獲得された蒸気圧力で駆動され、それ自身は再循環ガス圧縮機10を駆動する。この再循環ガス圧縮機は蒸気発生器5の下流側で再循環管路3の出口側末端にあり、還流排気ガスを給気空気管路11内の優勢圧力レベルに高める。

【0040】

作動流体管路4によって形成される水‐蒸気サイクルが蒸気タービン8の下流側に凝縮器9を有し、蒸気タービン8で弛緩した蒸気状作動流体はこの凝縮器内で凝縮し、次に供給ポンプ16によって再び蒸気発生器5に供給される。凝縮器9と供給ポンプ16とに対して供給容器を中間配置しておくことができ、凝縮した作動流体がこの供給容器内に集められる。

【0041】

磁気タービン8と再循環ガス圧縮機10は変速機なしに共通の軸を介して互いに結合されてトルクを伝達し、蒸気ターボセット8、10を形成する。蒸気タービン8の回転数は蒸気発生器5とタービン8との間の作動流体管路4の圧力管路部分内の絞り17もしくは蒸気絞り弁17を介して設定される。

【0042】

再循環管路は入口側蒸気発生器5と出口側圧縮機もしくは送風機10との間の領域においてまずガス処理装置に通されており、このガス処理装置は伝熱式熱交換器6とその下流側にガス洗浄装置7とを有する。ガス処理装置はさらに入口側予噴射機構、つまり例えば再循環管路3中に設けられる単数または複数のノズルを有することができ、ノズルは給水口から到来する冷却水を装入され、この冷却水を再循環管路3内に噴射し、これにより再循環管路3内に、特に再循環管路3のうち予噴射機構の下流側に配置された領域に、湿潤環境を生成する。この湿潤環境は伝熱式熱交換器6に通され、これにより冷却されている。その場合伝熱式熱交換器6の排気ガス側で優勢な湿潤環境は熱交換器6の壁に、煤の付着または排気ガスに含まれた硫黄粒子の化学作用に対する液状腐食防止層を形成する。ガス洗浄装置7は有利には伝熱式熱交換器6の下方にあり、予噴射機構内で再循環管路3に噴射されて熱交換器６内を流通する冷却液と、熱交換器6内での冷却によって排気ガス流から凝縮した液体はガス洗浄器7内に流れる。熱交換器6内で冷却され、これと結びついて排気ガスに常に含まれている水蒸気（大型ディーゼルエンジンの排気ガスは25質量％までの水を含む）が凝縮することによって排気ガスの第1予洗浄が行われる。

【0043】

冷却材側で伝熱式熱交換器6を流通する冷たい液体水は大抵の場合好適に用意することができ、高い熱伝達容量を有する。船舶で内燃エンジンを利用する場合、熱交換器6に海水を装入することが同様に考えられよう。さらに、図に破線で示したように伝熱式熱交換器6を冷却媒体としての水‐蒸気サイクルの作動流体で作動させ、これにより、作動流体を蒸気発生器5に供給する前に作動流体を予熱することが考えられよう。

【0044】

冷たい排気ガス流になお含まれている水滴を分離し、こうして排気ガス流をさらになお乾燥させて最終洗浄に服させるために、再循環管路3中のガス洗浄装置の下流側で選択的になお液滴分離器配置、つまり排気ガス流の経路中に例えばさまざまな転向板または適宜な充填体を設けておくことができる。そこに液体出口を設けておくこともできる。

【0045】

乾燥し浄化された冷たい排気ガス流がいまや圧縮機10に供給される。この圧縮機は再循環管路3の末端にあり、蒸気発生器5内で発生される蒸気もしくはこの蒸気で作動される蒸気タービン8を介してそれ自身駆動される。

【0046】

蒸気発生器5は再循環管路3の管路部分として形成しておくことができ、この管路部分は作動流体管路のうち蒸気ボイラとして形成される管路部分に通されている。蒸気発生器5に液状で供給される作動流体の温度と還流排気ガスの温度との差が大きいので、対流熱伝達用に利用可能な面は比較的小さくしておくことができ、蒸気発生器5は単純に二重壁管の態様に形成しておくことができ、この管内で排気ガスは蒸発されるべき作動流体の周囲を流れまたはその逆である。

【0047】

図示実施形態の変更および修正は、本発明の枠から逸脱することなく可能である。

【0048】

蒸気発生器を2段式または多段式に、シェルアンドチューブ形熱交換器として形成された1つの蒸発器とシェルアンドチューブ形熱交換器として形成された1つまたは複数の過熱器段とを備えて設計し、再循環ガス圧縮機‐ターボセットで必要とされない蒸気力を利用するために、選択的に投入可能な別の蒸気負荷に至る他の圧力管路を設けることが考えられよう。

【0049】

再循環管路中に配置される蒸気発生器5の代わりにまたはそれを補足して、再循環ガス圧縮機‐蒸気タービン8を作動させるのに必要な蒸気圧力を完全にまたは部分的に提供するために、図に破線で示唆したように排気経路中で給気空気‐ターボ過給機1のタービン18の下流側に別の蒸気発生器5aを設けておくこともできる。

【図1】