JP2008095683A - 排気還流系を備えた内燃機関と運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、内燃機関の排気流からその部分流が取り出され、この排気部分流が、排気冷却器で冷却され、内燃機関の有害物質発生を減少するために還流される、排気還流系（排気再循環系）を備えた内燃機関、特に排気駆動過給式の重油燃料ディーゼルエンジンの運転方法に関し、燃焼空気を案内する部品の汚染を防止することを課題とする。
【解決手段】本発明に基づいて、冷却済み排冷却済み排気部分流の還流を、内燃機関のシリンダに直接行う。内燃機関のシリンダの上流での圧縮済み燃焼空気と排気との混合が不要なため、燃焼空気を案内する部品の汚染は起こらない。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前文に記載の排気還流系（排気再循環系）を備えた内燃機関、特に排気駆動過給式の重油燃料ディーゼルエンジンの運転方法に関する。本発明は、請求項１１の前文に記載の内燃機関にも関する。

実際に既に、排気還流系を備えた排気駆動過給式の内燃機関は知られている。即ち、排気還流系を備えた排気駆動過給式の内燃機関の場合、内燃機関の排気流は、排気駆動過給機のタービン内で膨張し、その際、排気駆動過給機のタービンは、内燃機関に供給すべき燃焼空気流を圧縮する圧縮機を駆動する。内燃機関の排気流から部分流が、排気駆動過給機のタービンの上流で取り出され、この部分流は圧縮済み燃焼空気流に還流（再循環）され、それと混合される。給気と排気部分流との混合は、内燃機関の上流、従ってシリンダの上流で行われる。還流された排気は不活性ガスとして作用し、内燃機関のシリンダにおける燃焼ピーク温度を低下し、もって有害物質の発生を減少する。

特に重油燃料ディーゼルエンジンの場合、実際に公知のこの種排気還流（排気再循環）は、重油がかなりのアスファルト、灰、硫黄を含み、このため重油の燃焼時に残滓が生ずるので問題がある。即ち、残滓は、圧縮済み燃焼空気流と還流すべき排気部分流との混合後に、燃焼空気流を案内する部品に付着し、この結果部品の機能を害する。

これは、連続して内燃機関の是認できない運転悪化を生じさせ、内燃機関についての経費のかかる点検、特に浄化作業が必要となる。

本発明の課題は、上述の問題から出発して、新たな排気還流系を備えた内燃機関の運転方法と新たな内燃機関を提供することにある。

この課題は、請求項１に記載の方法によって解決される。

特に重油燃料ディーゼルエンジンを運転するために用いる本発明の方法では、排気再循環の目的で還流すべき排気部分流を、内燃機関のシリンダに直接導入する。本発明に基づく方法の場合、内燃機関のシリンダの上流での圧縮済み燃焼空気と排気との混合が不要となり、燃焼空気を案内する部品の汚染を防げる。

本発明の有利な実施態様では、冷却済み排気部分流を、給気行程中に４サイクル式内燃機関のシリンダに、少なくとも１個の燃焼空気入口弁が開いた状態で、各シリンダのピストンが上死点から下死点に向けて移動する内燃機関の各シリンダの給気行程中に、各シリンダの１個或いは各燃焼空気入口弁が下死点に到達する前に閉じるようにして供給し、給気行程において１個或いは各燃焼空気入口弁の閉鎖後に、冷却済み排気部分流を各シリンダに導入する。即ち、シリンダ内での燃焼空気の膨張のためにシリンダ内の圧力が還流排気圧力レベルに到達したとき又は還流排気圧力レベルより低く下がったときに導入する。

各シリンダへの冷却済み排気部分流の還流は、シリンダ内の圧力が還流排気圧力レベルに到達したときに終了する。

本発明に基づく内燃機関を請求項１１に示す。

本発明の有利な実施態様を従属請求項および以下の説明から明らかにする。以下図を参照して本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。

本発明は、排気還流系（排気再循環系）を有する内燃機関、特に排気駆動過給式の重油燃料ディーゼルエンジンの運転方法に関する。かかる内燃機関の場合、排気流を排気駆動過給機に供給し、排気駆動過給機のタービンで排気流を膨張させる。排気駆動過給機のタービンは、内燃機関に供給すべき燃焼空気流ないし新鮮空気を圧縮する排気駆動過給機の圧縮機を駆動する。排気を還流する際、排気駆動過給機のタービンの上流で、内燃機関の排気流から部分流を取り出し、排気部分流を排気冷却器で冷却し、内燃機関の有害物質発生を減少するために還流（再循環）させる。その場合、本発明に基づき、冷却済みの排気部分流の還流は内燃機関のシリンダに直接行う。

以下、本発明に基づく方法を、図１の４サイクル式内燃機関におけるインジケータ線図を参照して詳細に説明する。図１は、４サイクル式内燃機関における所謂ｐ（圧力）−Ｖ（容積）線図を示す。４サイクル式内燃機関のシリンダの動程は４つの行程、即ち、所謂吸気、圧縮、膨張および排気行程に分けられる。

図１のｐ−Ｖ線図は、原理的に、２つの領域、即ち所謂高圧部１０と転換給気部１１に分けられる。高圧部１０は、運転点１と運転点２との間を延びる圧縮行程と、運転点２と運転点３、運転点３と運転点３′、運転点３′と運転点４、運転点４と運転点１との間を各々延びる運転行程を有する。転換給気部１１は排気行程と給気行程を有し、排気行程は運転点１と運転点５との間、給気行程は運転点６と運転点１との間を延びている。

内燃機関のシリンダへの本発明に基づく直接的な排気還流は、４サイクル式内燃機関では、内燃機関の各シリンダの給気行程中に行う。給気行程において、各シリンダのピストンが、少なくとも１個の燃焼空気入口弁が開かれた状態で、上死点ＯＴ（運転点６）から下死点ＵＴ（運転点１）に向けて移動する。給気行程中に下死点ＵＴに到達する前に、各シリンダの１個或いは各燃焼空気入口弁が運転点７で閉じられる。

運転点７における１個或いは各燃焼空気入口弁の閉鎖後、各シリンダのピストンが、下死点ＵＴに向けて更に移動する。この際、シリンダに吸い込まれた燃焼空気が膨張し、このためシリンダ内の圧力は、吸い込まれた燃焼空気の圧力ｐＬから出発して低下する。

シリンダ内の圧力は、給気行程の運転点８で還流排気圧力レベルｐＡに到達し、シリンダ内の圧力が還流排気圧力レベルｐＡに到達し或いは還流排気圧力レベルｐＡより低く下がったとき、冷却済み排気部分流が、内燃機関の各シリンダに直接導入される。

そのため、給気行程中に、各シリンダに付属する少なくとも１個の排気入口弁が開く。即ち、シリンダ内の圧力が還流排気圧力レベルｐＡに到達した際に直ぐに或いは時間的にシリンダ内の圧力が還流排気圧力レベルｐＡより低く下がった後で開かれる。

内燃機関のシリンダへの直接的な排気還流は、各シリンダの圧力が還流排気圧力レベルｐＡに再び到達した際に終了する。これは、給気過程において、下死点ＵＴに到達する前又は下死点ＵＴに到達した後に行われ、或いは下死点ＵＴの到達後、従って、圧縮行程中でも行える。その際、各シリンダに付設した１個或いは各排気入口弁を閉鎖する。

シリンダの領域に殆ど局所的圧力差が存在しない故、内燃機関のシリンダへの直接的な排気還流は、各シリンダのシリンダヘッドの領域又はシリンダバレルの領域で行える。

本発明の有利な発展形態では、排気流から取り出した部分流を、排気冷却器が汚染される危険を防止すべく、排気部分流を排気冷却器に導入する前に排気洗浄器に供給する。

本発明は、先ずは重油燃料ディーゼルエンジンの運転に適するが、オットーサイクルエンジン（ガソリンエンジン）にも採用できる。本発明に基づく方法は、内燃機関の運転に利用する燃料の種類に左右されない。

上記のように、内燃機関のシリンダに排気を直接導入すべく、各シリンダに少なくとも１個の排気入口弁を付設する。本発明では排気入口弁を開閉すべく、排気入口弁を、カムにより機械式に制御するか、電気或いは電子式に制御する。

本発明に基づく排気還流系（排気再循環系）を備えた内燃機関におけるインジケータ線図（ｐ−Ｖ線図）である。

符号の説明

１〜８ 運転点、１０ 高圧部、１１ 転換給気部

Claims (12)

1. 内燃機関の排気流から部分流を取り出し、この排気部分流を排気冷却器で冷却し、内燃機関の有害物質発生を減少するために還流する排気還流系を備えた内燃機関の運転方法において、
   冷却済み排気部分流の還流を、内燃機関のシリンダに直接行うことを特徴とする内燃機関の運転方法。
2. 冷却済み排気部分流を、給気行程中に４サイクル式内燃機関のシリンダに、少なくとも１個の燃焼空気入口弁が開いた状態で各シリンダにおけるピストンが上死点から下死点に向けて移動する内燃機関の各シリンダの給気行程中に、各シリンダの１個或いは各燃焼空気入口弁が下死点に到達する前に閉じるようにして供給し、給気行程において１個或いは各燃焼空気入口弁の閉鎖後に、冷却済み排気部分流を各シリンダに導入することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 給気行程中に、各シリンダに付設した少なくとも１個の排気入口弁を開くことを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 各シリンダへの冷却済み排気部分流の還流を、シリンダ内の圧力が還流排気圧力レベルに到達したときに終了することを特徴とする請求項２又は３記載の方法。
5. 給気行程の下死点到達後に、各シリンダに付設した１個或いは各排気入口弁を閉じることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 給気行程の下死点到達前或いは下死点到達後の給気行程中に、各シリンダに付設した１個或いは各排気入口弁を閉じることを特徴とする請求項４記載の方法。
7. 冷却済み排気部分流を、内燃機関のシリンダにシリンダヘッドの領域において導入することを特徴とする請求項１から６の１つに記載の方法。
8. 冷却済み排気部分流を、内燃機関のシリンダにシリンダバレルの領域において導入することを特徴とする請求項１から６の１つに記載の方法。
9. 排気部分流を、排気冷却器への導入前に、排気洗浄器に供給し、そこで浄化することを特徴とする請求項１から８の１つに記載の方法。
10. 内燃機関の排気部分流を、排気駆動過給機のタービンの上流で取り出すことを特徴とする請求項１から９の１つに記載の方法。
11. 排気還流系を備えた内燃機関において、
    冷却済み排気部分流の還流が、内燃機関のシリンダに直接行われることを特徴とする排気還流路を備えた内燃機関。
12. 請求項１から１０の１つに記載の方法により開閉される各々少なくとも１個の排気入口弁が、各シリンダに付設されたことを特徴とする請求項１１記載の内燃機関。

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