(57)【要約】【課題】内燃機関の新しい運転方法を提供すること。【解決手段】内燃機関（１）には少なくとも１つのタービン（３）が配設されており、タービンには、内燃機関（１）を離れた排ガスを膨張のために供給することが可能であり、この際に得られたエネルギーは、少なくとも１つの圧縮機（２）又は少なくとも１つの発電機を駆動するために利用され、内燃機関（１）には、少なくとも１つの触媒式排ガス浄化装置（６）が配設されており、触媒式排ガス浄化装置には、又は各タービン（３）において膨張した排ガスを洗浄のために供給することが可能であり、又は各触媒式排ガス浄化装置（６）の迅速な加熱プロセスを確実化するために、ウェイストゲートの影響に関する調整変数及び／又は若しくは各タービン（３）のタービンジオメトリの影響に関する調整変数が、又は各タービン（３）の前で存在する排ガス温度に関する温度設定値に応じて決定されることを特徴とする方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１）を運転するための方法であって、
前記内燃機関（１）には少なくとも１つのタービン（３）が配設されており、前記タービンには、排ガスを膨張するために前記内燃機関（１）を離れた排ガスを供給することが可能であり、
この際に得られたエネルギーは、少なくとも１つの圧縮機（２）又は少なくとも１つの発電機を駆動するために利用され、
前記内燃機関（１）には、少なくとも１つの触媒式排ガス浄化装置（６）が配設されており、前記触媒式排ガス浄化装置には、排気ガスの洗浄のために前記タービン（３）において膨張した排ガスが供給されることが可能であり、
前記触媒式排ガス浄化装置（６）の迅速な加熱プロセスを確実化するために、ウェイストゲートの影響によって前記タービン（３）を迂回して、及び／又は、前記タービン（３）のタービンジオメトリの影響を受けて、排ガスが前記触媒式排ガス浄化装置（６）それぞれに供給される、方法において、
前記触媒式排ガス浄化装置（６）の迅速な加熱プロセスを確実化するために、ウェイストゲートの影響に関する調整変数及び／又は前記タービン（３）のタービンジオメトリの影響に関する調整変数が、前記タービン（３）の前で存在する排ガス温度に関する温度設定値（Ｔ‐ＳＯＬＬ１０）に応じて決定されることを特徴とする方法。
【請求項２】
負荷に依存する温度設定値（Ｔ‐ＳＯＬＬ１０）が、前記タービン（３）の前で存在する排ガス温度に用いられ、
前記温度設定値（Ｔ‐ＳＯＬＬ１０）は、対応する温度実測値（Ｔ１０）と比較され、制御器（１１）は、前記温度設定値（Ｔ‐ＳＯＬＬ１０）と前記温度実測値（Ｔ１０）との差異に応じて、前記ウェイストゲートの影響に関する調整変数及び／又は前記タービンジオメトリの影響に関する調整変数を決定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
負荷に依存する温度設定値曲線が経験的に決定されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記タービン（３）の前で存在する排ガス温度に関して、負荷に依存しない温度設定値（Ｔ‐ＳＯＬＬ１０）が、排ガス粉塵設定値又はラムダ設定値と共に用いられ、
前記温度設定値（Ｔ‐ＳＯＬＬ１０）は、温度実測値（Ｔ１０）と、及び、前記排ガス粉塵設定値は排ガス粉塵実測値と、又は、前記ラムダ設定値はラムダ実測値と比較され、
制御器は、対応する差異に応じて、前記ウェイストゲートの影響に関する調整変数及び／又は前記タービンジオメトリの影響に関する調整変数を決定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
特に、前記触媒式排ガス浄化装置（６）の触媒式排ガス浄化装置実測温度（Ｔ９）が触媒式排ガス浄化装置設定温度（Ｔ‐ＳＯＬＬ９）に達した場合、前記タービン（３）の前で存在する排ガス温度に関して、温度設定値（Ｔ‐ＳＯＬＬ１０）に依存する制御から、前記タービン（３）の後で存在する排ガス温度に関する温度設定値（Ｔ‐ＳＯＬＬ１２）に依存する制御に、切り替えられることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
当該方法が、内燃機関（１）、特に重油で駆動される船舶用ディーゼル内燃機関を運転するために用いられ、
前記タービン（３）は、少なくとも１つの排ガスターボチャージャ（４）の構成要素であり、
前記タービン（３）内で得られたエネルギーは、各排ガスターボチャージャ（４）の圧縮機（５）を駆動するために用いられ、それによって、前記内燃機関（１）に供給されるべき燃焼空気の給気圧が上昇することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
当該方法が、定置内燃機関を運転するために用いられ、
前記タービン内で得られたエネルギーは、少なくとも１つの発電機を駆動するために用いられ、それによって、電気エネルギーが生成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の方法を実施するための手段を有する内燃機関の制御器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の内燃機関の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関にタービンを後置し、内燃機関の排ガスを膨張させ、排ガスが膨張する際に得られたエネルギーを、圧縮機又は発電機を駆動するために用いることが実践から知られている。さらに、少なくとも１つの触媒式排ガス浄化装置を用いて内燃機関の排ガスを洗浄することが実践から知られており、当該排ガスは、１つ又は各タービンにおいて膨張した後、１つ又は各触媒式排ガス浄化装置に供給される。
【０００３】
効果的な排ガス洗浄と、それに伴って排ガスエミッションの最小化とを確実にするためには、触媒式排ガス浄化装置を決まった温度で稼働させなければならない。それまで停止していた内燃機関の運転を開始する際には、触媒式排ガス浄化装置を加熱しなければならない。１つ又は各触媒式排ガス浄化装置のための加熱プロセスは、可能な限り短い時間で実施されるべきであり、それによって、効果的な排ガス洗浄が可能な限り早く確実化される。
【０００４】
実践から知られている内燃機関においては、１つ又は各触媒式排ガス浄化装置の迅速な加熱プロセスを確実化するために、ウェイストゲートバルブのウェイストゲートの影響によって１つ又は各タービンを迂回して、及び／又は、可変タービンジオメトリを備えたタービンの場合は１つ又は各タービンのタービンジオメトリの影響を受けて、排ガスを各触媒式排ガス浄化装置に供給することが一般的である。
【０００５】
ここで、実践によると、ウェイストゲートの影響に関する調整変数（Stellgroesse）及び／又はタービンジオメトリの影響に関する調整変数が、加熱プロセスのための制御器によって、すなわち、すでに膨張した排ガスの、１つ又は各タービンの後で存在する排ガス温度に関する温度設定値（Sollwert）に応じて決定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上を出発点として、本発明の課題は、内燃機関の新しい運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本課題は、請求項１に記載の内燃機関の運転方法によって解決される。本発明によると、１つ又は各触媒式排ガス浄化装置の迅速な加熱プロセスを確実化するために、ウェイストゲートの影響に関する調整変数及び／又は１つ若しくは各タービンのタービンジオメトリの影響に関する調整変数が、まだ膨張していない排ガスの、１つ又は各タービンの前で存在する排ガス温度に関する温度設定値に応じて決定される。
【０００８】
本発明によって、１つ又は各触媒式排ガス浄化装置の迅速な加熱プロセスを確実化するために、ウェイストゲートの影響に関する調整変数及び／又はタービンジオメトリの影響に関する調整変数を、まだ膨張していない排ガスの、１つ又は各タービンの前で存在する排ガス温度に関する温度設定値に応じて決定することが初めて提案される。これは、実践から知られた方法に対して、１つ又は各触媒式排ガス浄化装置が、その決められた動作温度までより早く加熱され得るという利点を有している。したがって、触媒式排ガス浄化装置を、排ガスの洗浄のためにより早く利用することができる。ウェイストゲートバルブをより早く閉止することが可能であり、及び／又は、タービンジオメトリに、１つ又は各タービンにおいてより早くにより多い出力が得られるように、より早くに影響を与えることが可能である。総じて、これによって、内燃機関の全体効率を上昇させることが可能になる。
【０００９】
原則的に、触媒式排ガス浄化装置の加熱プロセスは、例えば作動要素のようなさらなるアクチュエータを用いて、選択的に又は組み合わせて、１つ若しくは各タービンを迂回して高温若しくは低温（冷却された）の給気を排ガスに噴出させる形態において、又は、給気から排ガス内への高温若しくは低温（冷却された）のエンジンバイパスの形態において、又は、高温若しくは低温（冷却された）の圧縮機バイパスの形態において、影響を与えられる。制御戦略を、ウェイストゲートの影響及び／又はタービンジオメトリの影響に関して説明されたように、前記アクチュエータに同様に適用することは、ここではまだ主張されていない。
【００１０】
第１の有利なさらなる構成によると、負荷に依存する温度設定値が、１つ又は各タービンの前で存在する排ガス温度に関して用いられる。この温度設定値は、対応する温度実測値と比較され、制御器は、温度設定値と温度実測値との差異に応じて、ウェイストゲートの影響に関する調整変数及び／又はタービンジオメトリの影響に関する調整変数を決定する。
【００１１】
負荷に依存する温度設定値を用いることによって、特に単純な手段を用いて、排ガス粉塵許容限界値を順守し、かつ、部品最高温度を順守して、本発明を実施することが可能になる。１つ又は各タービンの前で存在する排ガス温度に関する負荷に依存する温度設定値の曲線は、少ない労力でパラメータ化することができる。
【００１２】
第２の代替的な有利なさらなる構成によると、１つ又は各タービンの前で存在する排ガス温度に関する負荷に依存しない温度設定値は、排ガス粉塵設定値又はラムダ設定値と共に用いられ、温度設定値は、温度実測値と比較され、及び、排ガス粉塵設定値は、排ガス粉塵実測値と比較され、又は、ラムダ設定値は、ラムダ実測値と比較され、制御器は、対応する差異に応じて、ウェイストゲートの影響に関する調整変数及び／又はタービンジオメトリの影響に関する調整変数を決定する。
【００１３】
さらに排ガスセンサ又はラムダセンサが存在する場合、負荷に依存しない温度設定値も用いることが可能であり、排ガス粉塵センサの測定値を用いることによって、及び／又は、ラムダセンサの測定値を用いることによって、排ガス粉塵許容限界値の順守が確実化され得る。
【００１４】
好ましくは、１つ又は各触媒式排ガス浄化装置の触媒式排ガス浄化装置実測温度が触媒式排ガス浄化装置設定温度に達した場合、１つ又は各タービンの前で存在する排ガス温度に関する温度設定値に依存する制御から、１つ又は各タービンの後で存在する排ガス温度に関する温度設定値に依存する制御に切り替えられる。触媒式排ガス浄化装置がその触媒式排ガス浄化装置設定温度に達した場合、加熱プロセスは終了する。
【００１５】
さらに、本発明は、本発明に係る方法を実施するための手段を有する内燃機関の制御器に関する。
【００１６】
本発明の好ましいさらなる構成は、下位請求項と以下の説明とから明らかになる。本発明の実施例が図を用いて詳細に説明されるが、これに限定されるものではない。示されているのは以下の図である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】排ガス過給及び排ガス洗浄を備えた内燃機関の概略図である。
【図２】内燃機関を運転するための本発明に係る方法を明確化するためのダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、排ガス過給及び排ガス洗浄を備えた内燃機関１の概略ブロック図である。内燃機関１は複数のシリンダ２を有しており、シリンダ２内では燃料混合物が燃焼する。内燃機関２を離れた排ガスを、排ガスターボチャージャ４のタービン３に供給することが可能であり、当該排ガスはタービン３内で膨張する。このとき得られたエネルギーは、排ガスターボチャージャ４の圧縮機５を駆動するために用いられ、それによって、内燃機関１に供給されるべき給気が圧縮される。
【００１９】
排ガスターボチャージャ４によって準備された排ガス過給に加えて、図１に示された内燃機関は排ガス洗浄を含んでおり、当該内燃機関は、そのために触媒式排ガス浄化装置６を有している。触媒式排ガス浄化装置６には、排ガスターボチャージャ４のタービン３内で膨張した排ガスを、洗浄のために供給することが可能である。
【００２０】
図１によると、内燃機関１を離れた排ガスは、バイパス７を通って、タービン３の横を通り過ぎる。すなわち、バイパス７に組み込まれたウェイストゲートバルブ８の開口位置に応じてである。ウェイストゲートバルブ８が閉止している場合、排ガス全体が、排ガスターボチャージャ４のタービン３を通じて、内燃機関１に導かれる。
【００２１】
さらに、図１は、触媒式排ガス浄化装置６に配設された温度センサ９を示しており、当該温度センサを用いて、触媒式排ガス浄化装置６の実測温度が把握され得る。
【００２２】
図１に示された内燃機関１は、さらに、排ガスターボチャージャ４のタービン３の上流に位置する温度センサ１０を備えており、それによって、タービン３の上流における、まだ膨張していない排ガスの実測温度が把握される。
【００２３】
さらに、図１に示された内燃機関１は、排ガスターボチャージャ４のタービン３の下流に位置する温度センサ１２を備えており、それによって、タービン３の下流における、膨張した排ガスの実測温度が把握される。
【００２４】
図１に示された内燃機関１は一実施例であることを、すでにここで指摘しておく。
【００２５】
図示された実施例とは異なり、内燃機関は、少なくとも２つの排ガスターボチャージャを備えた多段式排ガス過給を有していても良い。
【００２６】
さらに、その内部で内燃機関の排ガスが膨張するタービンが、電気エネルギーを生成するための発電機を駆動することが可能である。
【００２７】
図示された実施例において、排ガスターボチャージャ４のタービン３は、変更不可能なタービンジオメトリを有するタービン３である。これとは異なり、変更可能なタービンジオメトリを有するタービン３を用いることも可能である。
【００２８】
図１に示された内燃機関１の触媒式排ガス浄化装置６のために、可能な限り短時間での動作温度への加熱段階を確実化し、それによって、例えば内燃機関１が始動した後、触媒式排ガス浄化装置６が可能な限り短時間で効果的な排ガス洗浄を確実化できるようにするために、タービン３の前で存在する排ガス温度に関する温度設定値に応じて、ウェイストゲートの影響に関する調整変数、好ましくはウェイストゲートバルブ８の開口位置の影響に関する調整変数を決定することが提案される。
【００２９】
したがって、図１は制御器１１を示しており、当該制御器は、温度センサ１０の測定値を受信する。温度センサ１０は、タービン３の前における、まだ膨張していない排ガスの実測温度を把握する。制御器１１は、タービン３の上流における排ガスの当該実測温度に応じて、及び、図１の実施例における対応する温度設定値に応じて、ウェイストゲートバルブ８に関する調整変数を決定し、それによって、可能な限り迅速な触媒式排ガス浄化装置６の加熱プロセスが確実化される。
【００３０】
タービン３が変更可能なタービンジオメトリを有している場合、制御器１１は、代替的又は追加的に、タービン３のタービンジオメトリの影響に関する対応する調整変数を決定することができる。すなわち、温度センサ１０によって算出された温度実測値に応じて、及び、タービン３の上流における排ガス温度に関する、制御器１１に記憶された温度設定値に応じて、である。
【００３１】
触媒式排ガス浄化装置６がその動作温度に達した場合、すなわち、触媒式排ガス浄化装置の実測温度が触媒式排ガス浄化装置の設定温度に一致する場合、タービン３の前で存在する排ガス温度に関する温度設定値に依存する制御から、１つ又は各タービン３の後で存在する排ガス温度に関する温度設定値に依存する制御に切り替えられる。
【００３２】
図２は、これを時間ダイアグラムで示している。つまり、図２には、時間ｔにわたって、異なる温度推移Ｔが示されている。温度推移Ｔ１０は、温度センサ１０を用いて測定される、タービン３の前における排ガス実測温度に相当し、Ｔ‐ＳＯＬＬ１０は、対応する温度設定値に相当する。温度推移Ｔ１２は、温度センサ１２を用いて測定される、タービン３の後における排ガス実測温度に相当し、Ｔ‐ＳＯＬＬ１２は、対応する温度設定値に相当する。温度推移Ｔ９は、温度センサ９を用いて測定される、触媒式排ガス浄化装置６の実測温度に相当し、Ｔ‐ＳＯＬＬ９は、触媒式排ガス浄化装置の設定温度に相当する。
【００３３】
時点ｔ１、すなわち触媒式排ガス浄化装置６を加熱する時点の前に、タービン３の上流における排ガス温度に関する制御が行われる。制御器１１は、ウェイストゲートバルブ８に関する調整変数を、タービンの前の排ガス実測温度Ｔ１０と、対応する設定値Ｔ‐ＳＯＬＬ１０と、に応じて決定する。
【００３４】
時点ｔ１において、触媒式排ガス浄化装置６の温度Ｔ９が、動作温度又は設定値Ｔ‐ＳＯＬＬ９に達した場合、制御が切り替えられ、時点ｔ１を始まりとして、タービンの後における排ガス実測温度Ｔ１２及び対応する温度設定値Ｔ‐ＳＯＬＬ１２に基づく制御が行われる。
【００３５】
本発明の第１の有利なさらなる構成によると、制御器１１には、触媒式排ガス浄化装置６の加熱プロセスに関する負荷に依存する温度設定値Ｔ‐ＳＯＬＬ１０が記憶されている。内燃機関１が加熱プロセスの間に駆動される際の負荷に応じて、制御器１１には、タービン３の前で存在する排ガス温度Ｔ１０に関する対応する負荷に依存する温度設定値Ｔ‐ＳＯＬＬ１０が記憶されている。この温度設定値Ｔ‐ＳＯＬＬ１０は測定された温度実測値Ｔ１０と比較され、制御器１１は、負荷に依存する温度設定値Ｔ‐ＳＯＬＬ１０と測定された温度実測値Ｔ１０との差に応じて、ウェイストゲートバルブ８のウェイストゲートの影響に関する調整変数を決定する。
【００３６】
このとき、制御器９には、経験的に決定された、好ましくは負荷に依存する温度設定値曲線が記憶されている。以下の表は、例示的な、負荷に依存する温度設定値曲線である。当該表からは、エンジンの負荷が全負荷の４５％以上の場合、同一の温度設定値Ｔ‐ＳＯＬＬ１０が記憶されていることがわかる。したがって、タービン３の上流において存在する排ガス温度Ｔ１０に関する負荷に依存する温度設定値曲線は、少ない労力でパラメータ化され、少ない労力で経験的に決定され得る。なぜなら、エンジンの全負荷の４５％以上のエンジン負荷については、同一の温度設定値Ｔ‐ＳＯＬＬ１０が用いられるからである。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
この負荷に依存する温度設定値の決定によって、少ないパラメータ化の労力で、排ガス粉塵許容限界値を順守し、かつ、部品許容最高温度を順守して、触媒式排ガス浄化装置６のための短時間の加熱プロセスを確実化することが可能になる。
【００３９】
本発明によって、単純な手段で、内燃機関の高効率が保証され得る。短時間で、触媒式排ガス浄化装置６を動作温度まで効率的に加熱することが可能なので、短時間での効果的な排ガス洗浄が確実化される。触媒式排ガス浄化装置６が短時間で動作温度まで加熱されるので、さらに、ウェイストゲートバルブ８を比較的早く閉止し、効率を高めるためにより多くの排ガスを、排ガスターボチャージャ４のタービン３を経由するように導くことができる。
【００４０】
負荷に依存する温度設定値を、触媒式排ガス浄化装置６の加熱プロセスのために制御器１１に記憶させることは、特に容易であり、好ましいことではあるが、本発明の代替的なさらなる構成においては、制御器１１に、タービン３の上流における排ガス温度に関する、負荷に依存しない温度設定値Ｔ‐ＳＯＬＬ１０を記憶させることも可能である。この場合、好ましくは触媒式排ガス浄化装置６の下流に排ガスセンサが設置されており、及び／又は、内燃機関１の領域にラムダセンサが設置されており、それによって、排ガス粉塵実測値及び／又はラムダ実測値が把握される。当該排ガス粉塵実測値は、制御器１１に記憶された排ガス粉塵設定値と比較され得る、及び／又は、当該ラムダ実測値は、制御器に記憶されたラムダ設定値と比較され得る。制御器１１は、温度実測値と温度設定値との間の制御偏差に応じて、及び、ラムダ実測値とラムダ設定値との間の、又は、排ガス粉塵実測値と排ガス粉塵設定値との間の制御偏差に応じて、ウェイストゲートバルブ８の影響に関する制御変数を決定する。
【００４１】
すでに述べたように、本発明を、ウェイストゲートバルブ８が存在せず、変更可能なタービンジオメトリを有するタービン３が用いられる場合にも利用することができる。この場合、制御器１１は、タービンジオメトリの影響に関する制御変数を決定する。
【００４２】
同様に、タービンジオメトリの影響に加えて、ウェイストゲートの影響に関する制御変数を決定することも可能である。ここでは、変更可能なタービンジオメトリを有するタービン３が、ウェイストゲートバルブ８と共に用いられる。
【００４３】
やはりすでに述べたように、本発明は、好ましくは、内燃機関、特に重油で駆動される船舶用ディーゼル内燃機関を駆動するために用いられる。触媒式排ガス浄化装置６は、好ましくはＳＣＲ‐触媒式排ガス浄化装置であり、触媒式排ガス浄化装置６の動作温度は、ＳＣＲ‐触媒式排ガス浄化装置に、排ガスの洗浄のために、尿素水溶液が導入され得る温度に相当する。
【００４４】
これとは異なり、特に、タービン３によって駆動される発電機を通じて電気エネルギーを生成するために排ガスフローが用いられる場合、本発明を定置内燃機関において用いることも可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１  内燃機関
２  シリンダ
３  タービン
４  排ガスターボチャージャ
５  圧縮機
６  触媒式排ガス浄化装置
７  バイパス
８  ウェイストゲートバルブ
９  温度センサ
１０  温度センサ
１１  制御器
１２  温度センサ
【図１】
2014145359.tif 000004
【図２】
2014145359.tif 000005
【外国語明細書】
2014145359000001.pdf