(57)【要約】【課題】部品数の少ない簡単な構造を有する推進システムを提供すること。【解決手段】推進システムは、少なくとも２本のシリンダーを備える、特にディーゼルエンジンである２ストローク内燃機関を備える。各シリンダーはクロスヘッド構成で配置されるピストンを備える。各シリンダーは排出口を有し、この排出口は各排出口と排ガスレシーバーとの間を接続する、特にパイプである接続手段によって、該排出口は排ガスレシーバーに接続される。本システムは、排ガスレシーバーの内部又は下流に配置されたＳＣＲリアクタと、還元剤を備えるリザーバーとを備える。この還元剤は、好ましくは１つの接続手段につき１つの設けられた、少なくとも２つのノズルを介して接続手段内に噴射可能である。これらのノズルは、共通レールによって相互に接続されている。リザーバーとノズルの間には、少なくとも１つノズル弁が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２本のシリンダーを備える、特にディーゼルエンジンである２ストローク内燃機関であって、
前記シリンダーはそれぞれ、クロスヘッド構成で配置されるピストンを備え、
前記シリンダーはそれぞれ、排出口を有し、
各排出口と前記排ガスレシーバーとの間を接続する、特にパイプである接続手段により前記排出口は排ガスレシーバーに接続される、前記内燃機関と、
前記排ガスレシーバーの内部又は下流に配置されたＳＣＲリアクタと、
還元剤を備えるリザーバーであって、前記還元剤は、好ましくは１つの接続手段につき１つ設けられた、少なくとも２つのノズルを介して前記接続手段内に噴射可能である、リザーバーと
を備える推進システムであって、
前記ノズルは共通レールによって相互に接続されている、推進システムにおいて、
リザーバーとノズルとの間、好ましくは共通レールとノズルとの間には、少なくとも１つのノズル弁が設けられていることを特徴とする推進システム。
【請求項２】
前記ノズルを通る還元剤の質量流量は、制御手段によってクローズドループ様式で制御可能であることを特徴とする請求項１に記載の推進システム。
【請求項３】
前記ノズルが、前記接続手段内に配置され、且つ／又は、マルチジェットノズルとして形成される、請求項１又は２に記載の推進システム。
【請求項４】
内燃機関、特に２ストロークディーゼルエンジン、特に請求項１〜３のいずれか一項に記載の推進システムのＮＯｘ排出量を削減する方法において、
シリンダーの排出口とＳＣＲリアクタとの間の接続部内にノズルを介して噴射される還元剤の量は、調整パラメータによって決定され、
前記調整パラメータは、前記内燃機関のエンジンパラメータ及び／若しくは内燃機関の制御パラメータの直接又は間接測定のうちの少なくとも１つから求められる
ことを特徴とする方法。
【請求項５】
前記調整パラメータが、ＮＯｘセンサによるＮＯｘ測定から求められ、
前記ＮＯｘセンサは、好ましくは前記ＳＣＲリアクタの上流に配置される
ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記調整パラメータが、以下のパラメータの少なくとも１つの測定値から求められ、
前記パラメータとは、掃気温度、掃気圧力、掃気湿度、冷却システムの温度、排ガス温度、特に燃焼圧又は圧縮圧であるシリンダー内圧力、周囲温度、周囲圧力、アンモニアスリップ、還元剤の質、空燃比（ラムダ）、燃料の量、燃料の硫黄分、弁の位置、エンジン負荷、エンジン回転数、排ガスの質量流量であり、
前記測定したパラメータは、好ましくは、所定の補正係数によって修正される
ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記調整パラメータが、請求項５又は６に記載の方法の少なくとも２つの調整パラメータの組み合わせから求められる、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記測定のうちの少なくとも１つが継続測定である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の推進システムを備える船舶。
【請求項１０】
請求項４〜８のいずれか一項に記載の方法によって作動する２ストローク内燃機関を備える船舶。
【請求項１１】
シリンダーの排出口と排ガスレシーバーとの間の接続部内への還元剤の噴射を制御する制御システムであって、特に請求項１〜３のいずれか一項に記載の推進システムを制御する、少なくとも第一入力チャネル及び第一出力チャネルを備える制御システムにおいて、
還元剤の量の特定開始値を、前記第一入力チャネルで受け取った前記内燃機関のエンジンパラメータの直接又は間接測定のうちの少なくとも１つから求められる調整パラメータに基づいて調整し、
変更した前記開始値は、還元剤用のノズル弁の噴射を制御するために使用される
ことを特徴とする制御システム。
【請求項１２】
少なくとも第二入力チャネルを備え、
前記調整パラメータが、少なくとも前記第一及び第二入力チャネルのシグナルの組み合わせ、特に、算出された差から求められる
請求項１１に記載の制御システム。
【請求項１３】
２ストローク内燃機関、特にディーゼルエンジンを備える推進システム、特に請求項１〜３のいずれか一項に記載の推進システムであって、
請求項１１又は１２に記載の制御システムと、
以下のパラメータの少なくとも１つを測定するための少なくとも１つのセンサと
を備え、
前記パラメータとは、掃気温度、掃気圧力、掃気湿度、冷却システムの温度、排ガス温度、特に燃焼圧又は圧縮圧であるシリンダー内圧力、周囲温度、周囲圧力、アンモニアスリップ、尿素の質、空燃比（ラムダ）、燃料の量、弁の位置、ターボチャージャー回転数、エンジン負荷、エンジン回転数、排ガスの質量流量である、推進システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の前提部に記載の、推進システム、ＮＯｘ削減方法、推進システムを備える船舶、及び還元剤の噴射を制御する制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼プロセスにおいて、燃焼室内の燃料と気体は相互に化学反応する。燃焼プロセスの結果、排ガス中には、複数の異なる種類の残渣、即ち、ＮＯｘや煤などの粒子状物質が存在する。
【０００３】
典型的に、燃焼プロセスは内燃機関内で行われる。これらの残渣の量は、燃焼機関により異なり、特に、２ストローク機関か４ストローク機関かや、ディーゼル燃料とガソリンのどちらで駆動可能であるかに拠って異なる。
【０００４】
大型船舶の推進システムでは、典型的に、クロスヘッド型の２ストローク機関が使用されている。このようなエンジンは、少なくとも２本のシリンダー、典型的には１２本のシリンダーを有している。望ましい構成として、シリンダーの数は４、６、８、１０、又は１２より多くてもよい。また、奇数本のシリンダーを使用してもよい。
【０００５】
従来技術において知られているように、ＮＯｘは、アンモニア又は尿素を還元剤として使用して還元できる。特に、尿素を排ガス中に噴射し得る。
【０００６】
１種以上の残渣の還元処理に関するシステムがいくつか提案されている。
【０００７】
特許文献１には、少なくとも２本のシリンダーを有する大型のディーゼルエンジンが開示されている。各シリンダーは、排ガススタブを介して排ガスレシーバーに接続されている。排ガスレシーバーは、触媒コンバータ構造体に接続されている。各排ガススタブは、還元剤を噴射するための噴射弁を備える。この構造体は、大量の部品を備えており、その製造及び実稼働は複雑である。
【０００８】
特許文献２には、排ガスレシーバーを有する内燃機関が開示されている。この排ガスレシーバーは、排ガス吸気口を経て内燃機関の各シリンダーに接続されている。これらの排ガス吸気口は、共通のレールによって相互に接続され、ノズルを介して還元剤を供給する。還元剤用の供給ラインが排ガスレシーバーへと伸びている。この構造は、還元剤を噴射可能であるが噴射精度は低い。
【０００９】
更に、従来技術によると、上述の化学反応で使用される還元剤の量は、いわゆる投与マップ（ｄｏｓｉｎｇ  ｍａｐ）に基づいて定められる。通常、投与マップは、ワークショップにおけるエンジン試験で決定される。異なる状況によっては、還元剤の導入量をこのように固定的に決定する場合、還元剤が不必要に消費されたり、その導入量が不十分になったりする。
【００１０】
先行技術には、例えば、各排ガススタブ用の個々の要素及び／又は制御不能なノズル等の大量の部品や、還元剤の不所望量の噴射といった欠点がいくつかある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】独国特許出願公開第１９７４５０６７号明細書
【特許文献２】欧州特許第２６７３４８４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、上記先行技術の欠点のうち少なくともいくつかを回避し、特に、部品数の少ない簡単な構造を有する推進システムを提供することであり、この推進システムは容易に制御可能であり、且つ／又は、従来技術と比較して、ＮＯｘのより高い還元率と、触媒コンバータのライフサイクルの向上と、維持管理の削減のうち少なくとも一つを実現するシステムである。また、還元剤量の決定を可能とする、内燃機関のＮＯｘ排出量を削減する方法を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的の少なくともいくつかを、独立請求項に記載の推進システム、内燃機関からのＮＯｘを削減する方法、及び還元剤の噴射を制御する制御システムによって達成する。
【００１４】
特に、本発明に係る推進システムは、２ストローク内燃機関、特にディーゼルエンジンを備える。この内燃機関は、少なくとも２本のシリンダーを備える。各シリンダーは、ピストンを備える。ピストンはそれぞれ、クロスヘッド構成で配置される。各シリンダーは排出口を有し、排出口と排ガスレシーバーとの間を接続する、特にパイプ等の排ガススタブである接続手段によって、この排出口は排ガスレシーバーに接続される。推進システムは、排ガスレシーバーの内部又は下流に配置されたＳＣＲリアクタを備える。推進システムは、還元剤を備えるリザーバーを備える。この還元剤は、少なくとも２つのノズルによって接続手段内に噴射可能である。これらのノズルは、共通レールによって相互に接続されている。好ましくは、少なくとも１つのノズルが各接続手段に割り当てられる。リザーバーとノズルとの間、好ましくは共通レールとノズルとの間には、少なくとも１つのノズル弁が設けられている。好ましくは、各ノズルが１つのノズル弁に割り当てられる。
【００１５】
当業者に知られているように、クランクシャフトの回転度は、シリンダー内のピストンの位置、及び／又は、燃焼プロセスのタイミングの指標として利用される。
【００１６】
本発明の意味において代替実施形態として、例えば、追加の、例えば個別の投与弁を有する通常のノズルや、通常のノズル弁ユニットとして組み立てられるノズル及び弁を有する通常のノズルも使用し得る。或いは、弁を有する簡単な開口部も使用でき、この弁によりその開口部を開閉できる。
【００１７】
本発明の文脈において、接続手段は、排ガスレシーバーの部品ではない。それゆえ、ノズルは排ガスレシーバーに接続されていない。
【００１８】
還元剤として、尿素水溶液、アンモニア水溶液、及び／又は、純アンモニア、純アンモニアガス、又は無水アンモニア及び他の還元剤を使用できる。
【００１９】
ＮＯｘの還元及び還元剤の触媒反応を可能にするために、推進システムは、触媒コンバータ、特にＳＣＲリアクタを備える。ＳＣＲリアクタは、還元剤の噴射箇所の下流、特に排ガスレシーバーの内部又は下流に配置される。更に、推進システムにおいて、ターボチャージャーを配置してもよく、このターボチャージャーには排ガスレシーバー及び／又は触媒コンバータを通過した排ガスの少なくとも一部が通る。ターボチャージャーを、排ガスレシーバーと触媒コンバータとの間に配置してもよい。これにより、ＮＯｘ還元が排ガスシステムの低圧力領域で起こり得る。好ましくは、ＮＯｘ還元が排ガスシステムの高圧力領域で起こるように、ターボチャージャーを触媒コンバータの下流に配置する。排ガスを２つに分流でき、その流れの一方のみがターボチャージャーを通り、他方の流れは排ガスの再循環のために使用し得る。これら２つの流れはそれぞれ、ターボチャージャーの前後いずれかで還元剤で個別に処理し得る。
【００２０】
共通レールを備え、且つ、接続手段に接続された別のノズル及び少なくとも１つノズル弁を備えた推進エンジンによって、共通レールを利用した噴射により還元剤が供給可能である。これにより、共通レール内に圧力を加えるために、別のポンプを使用でき、還元剤リザーバーから供給を受ける高圧リザーバーとなる。こうして、少量の還元剤が高圧リザーバーから引き抜かれることからほぼ無関係に、ノズルは、大きな圧力弾性を有する高圧リザーバーに接続される。更に、ノズル弁は独立して切り替え可能である。加えて、接続手段上のノズルの配置において、各ノズルは、高速の排ガス中に還元剤を噴射するため、最適な条件で分布される。還元剤の分布を更に最適化するため、１つの接続手段につき１つのノズルを設けることができる。
【００２１】
或いは、シリンダー２本又は３本毎に、即ち、接続手段２つ又は３つ毎にノズルを設けても有効である。これにより、各ノズルは、２本又は３本のシリンダーの排ガスに還元剤をそれぞれ供給する。
【００２２】
上記ノズルは、先行技術から知られるいかなるノズル、特に還元剤を気化させる空気流を含むノズルであってもよい。この空気流を空気共通レールに接続することができ、全てのノズルは共通空気リザーバーから供給を受ける。
【００２３】
推進システムは、継続的又は間欠的に、特に、ピストンの位置、特にクランクシャフトの回転に依存させたオープンループ様式でノズル弁を制御するための制御手段を備えてもよい。推進システムの稼働中に、還元剤を継続して噴射できる。こうして、非常に簡易な制御システムを実現できる。加えて又は或いは、ノズル弁を、排気弁のタイミングに依存させて制御してもよい。弁のタイミングをクランクシャフトの回転に依存させてもよい。
【００２４】
こうして、還元剤の噴射を、シリンダー毎に又はシリンダーのグループ毎に個別に制御し得る。更に、還元剤の噴射時期を、特定の期間、例えば、各シリンダーの接続手段が排ガスで満たされたときだけ又は例えば満たされる直前、に合わせることもできる。従って、特に、エンジンが低負荷条件のときや１００ｒｐｍ未満、特に５０ｒｐｍ未満のような低速で稼働中に、排ガスの分布が向上する。これは、還元剤が常に排ガスと混合されているからである。
【００２５】
好ましくは、ノズルを通る還元剤の質量流量は、制御手段によってクローズドループ様式で制御可能とする。
【００２６】
これにより、還元剤は特定の量だけ導入される。これは、開放度が０％と１００％との間となる位置にノズル弁を制御し得ることを意味する。或いは、ノズル弁の開閉を交互に切り替える二元的な制御も可能であり、例えば、５０％の時間に例えばノズルを完全に開放し、残りの時間ではノズルを完全に閉鎖させることができる。この結果、経時的に質量流量が５０％となる。還元剤の量は変化させてもよく、特定のエンジンパラメータに依存させてもよい。
【００２７】
ノズルを接続手段内に又は排ガスレシーバー内に配置してもよい。更に、ノズルをマルチジェットノズルとして形成してもよい。
【００２８】
マルチジェットノズルを、複数の開口部を有する１つのノズルとして形成できる。１つの開口部を有するノズルを複数まとめてグリッド上に又は円上に配置してもよい。こうして、これらのノズルがマルチジェットノズルとなる。各ノズルを個別に制御し得る。或いは、ノズルをグループとして制御し得る。例えば、ノズルを同心のグリッド上に、即ち２つの円（内側の小円と外側の大円）上に配置して、ノズル弁の２グループを各配置毎に切り替えることが好ましい場合がある。
【００２９】
このようなマルチジェット配置とすることにより、還元剤を特定の態様で分布できる。例えば、接続手段がパイプである場合、これらを流れる排ガスの分布はそのパイプの断面において均一とはならない。このように、還元剤を前記断面にわたって均一噴射又は同量噴射することが望ましくない場合がある。
【００３０】
こうして、分布が向上する。また、この分布を特定の構造条件に拠って変化させてもよい。
【００３１】
或いは、２グループ以上のノズルを設けて、グループ毎に、対応する共通レールから供給を受けてもよい。従って、例えば、共通レールを２以上の平行な配置にして設けることでき、各配置は少なくとも１つのノズルを介して各接続手段に接続される。マルチシリンダーエンジンを２本以上のシリンダーからなるブロックに分割することも可能であり、それぞれは、１つのブロックの各接続手段に対するノズルを備えた個別の共通レールを有する。本明細書に記載されているような実施形態は、このような構成にも適用し得る。
【００３２】
本発明の別の又は追加の態様は、内燃機関、特に２ストロークディーゼルエンジン、好ましくは前述の推進システムの内燃機関のＮＯｘ排出量を削減する方法に関する。シリンダーの排出口とＳＣＲリアクタとの間の接続部内にノズルを介して噴射される還元剤の量は、調整パラメータによって決定される。この調整パラメータは、内燃機関のエンジンパラメータの直接又は間接測定のうちの少なくとも１つから求められる。加えて又は或いは、内燃機関の制御パラメータを使用して調整パラメータを得ることもできる。
【００３３】
これにより、還元剤の量は、各エンジンの実際の状態に依存する特定のパラメータに拠って変化し得る。このパラメータは、例えば、外部温度、空気の湿度、エンジンの仕事量、エンジン負荷、エンジン回転数、排ガスの質量流量、燃焼圧に依存する。燃焼圧とは、燃焼中のエンジンシリンダー内の最高圧力値である。
【００３４】
還元剤の量は、特定の開始値（特に投与マップ）によって定められ得る。この特定の開始値は、調整パラメータによって調整される。
【００３５】
特定の開始値から始めることによって、最終調整を非常に早く達成できる。更に、開始値（即ち投与マップ）を定めると、コンローラーが現実的でない開始値を決定することを防止するための、少なくともいくつかの最適化された開始境界がある。投与マップと比較して最大相違差の平均（例えば２５％）を定めることができる。この閾値を超える場合には、維持管理又は人による制御又はシステムの確認を必要とする警告シグナルを発するようにしてもよい。
【００３６】
調整パラメータは、ＮＯｘセンサによるＮＯｘ測定から求めてもよい。このＮＯｘセンサは、好ましくはＳＣＲリアクタの上流、特に還元剤噴射箇所の上流に配置される。
【００３７】
ＳＣＲリアクタの上流にＮＯｘセンサを設けることで、ＮＯｘの直接測定が可能となる。こうして、ＳＣＲリアクタ前の排ガス中に存在するＮＯｘに依存して、還元剤の正確な量を決定できる。ＳＣＲリアクタ下流での測定によって、排ガス中に残存しているＮＯｘの値が得られる。ＳＣＲリアクタが適切に作動していない場合、得られるＮＯｘ値によって、より大量の還元剤を噴射しなければならないことが示される。所望の出力値に到達しない限り、還元剤の量は増加するが、ＮＯｘ値の低下にはつながらない。
【００３８】
従って、ＮＯｘ量に基づいて還元剤の量を正確に決定できる。このようなＮＯｘ測定も、直接測定として知られている。ＳＣＲ下流のＮＯｘの追加測定によって、ＳＣＲリアクタが適切に作動しているか決定可能となる。
【００３９】
調整パラメータは、別の種類の直接測定から求めてもよい。例えば、このパラメータは、以下のパラメータの少なくとも１つから求めてもよい：掃気温度、掃気圧力、掃気湿度、冷却システムの温度、排ガス温度、特に燃焼中の燃焼圧又は圧縮圧であるシリンダー内圧力、周囲温度、周囲圧力、アンモニアスリップ、還元剤の質、空燃比（ラムダ）、燃料の量、燃料の硫黄分、弁の位置、ターボチャージャー回転数、エンジン負荷、エンジン回転数、排ガスの質量流量、燃焼圧。排ガス流量を直接的に又は間接的に測定し得る。これらのパラメータの全てをまとめてエンジンパラメータとすることができる。これらのパラメータには所定の特定補正係数を含み得る。
【００４０】
従って、還元剤の量を、エンジンを使用する際に生じる特定の状況に応じて決定できる。
【００４１】
この測定はシリンダー毎に個別に可能である。
【００４２】
従って、還元剤の量を接続手段毎に個別に決定できる。
【００４３】
加えて又は或いは、調整パラメータは、間接測定から求めてもよい。これは、２つの値が考慮されることを意味する。これらの値を測定してもよく、測定値に相関すると分かっている値であってもよい。更に、間接測定とは、特定のパラメータを算出する測定である。例えば、排ガス流量を、排ガス中のＣＯ、ＣＯ２及び／又はＯ２の測定値、並びに、排ガス流の温度及び体積の測定値に基づいて算出してもよい。
【００４４】
このように、調整パラメータは、ＳＣＲリアクタ前後の排ガスの温度差から求めてもよい。特に、調整パラメータは、還元剤噴射前の排ガスとＳＣＲリアクタ後の排ガスとの温度差、或いは各触媒エレメントの間又は後の温度差から求めてもよい。
【００４５】
排ガスの質量流量を考慮して、ＳＣＲ活性を決定すること、即ちＮＯｘがどのくらい還元されたかを決定することが可能である。この値を噴射された還元剤の有効値と比較することもできる。これにより、ＳＣＲリアクタの状態の定性報告書が得られる。
【００４６】
本明細書中に記載の直接及び間接測定を組み合わせて特定の調整パラメータを決定できることも理解されよう。
【００４７】
第一測定及び第二測定、必要に応じてその後の任意の測定における温度差を相互に比較すれば、ＳＣＲリアクタの摩耗及び／又は効率損失及び／又は活性の相違及び／又は汚れを判断できる。差の相違が経時的に所定の値（例えば、平均的な相違）を超える場合には、ＳＣＲリアクタがもはや適切に作動していないと決定できる。これらの測定には、外部温度、掃気湿度、エンジン負荷、エンジン回転数、排ガスの質量流量、燃焼圧、排ガス温度、掃気温度、掃気圧力、圧縮圧といった追加因子及び任意の他の可能性のある影響因子を含むと有利である。
【００４８】
本明細書に記載されているような測定を、継続測定又は断続的測定とすることができる。断続的測定は、特定の条件に応じて繰り返しできる。例えば、測定を１００Ｈｚから１時間に１回ランダムに繰り返しできる。或いは、断続的測定を、エンジン旋回、即ちクランクシャフト旋回又はその複数の旋回に応じて記録できる。これらの測定を、例えば特定の期間又は特定の測定回数につき平均化できる。この期間は、例えば加速中のエンジンの負荷に拠って変更してもよく、期間は、定速で駆動中の継続負荷条件の場合よりも短くてもよい。
【００４９】
継続測定により、ゼロ遅延制御が可能となる。また、例えばワイヤレスセンサの場合に特にエネルギー削減が可能である。更にまた、制御システムは、不備があるかもしれない１回の測定に反応を示さない。こうして、システムは平均測定値のみに反応を示す。
【００５０】
ある測定の場合には継続測定が好ましく、他の値の場合には断続的測定が好ましいことが理解されよう。両方法を組み合わせることができる。
【００５１】
本発明の別の態様によれば、推進システム（好ましくは、船舶の推進システム、特に前述の推進システム）における触媒リアクタの機能及び／又は経年劣化を決定する方法が提供される。この方法は以下の工程を含む。
−触媒リアクタ上流の第一排ガス温度を測定し、
−触媒リアクタ下流の第二排ガス温度を測定し、
−第一及び第二排ガス温度から触媒リアクタの活性値を決定する。
【００５２】
第一及び第二排ガス温度を測定することによって、触媒リアクタの活性の指標となる温度差を決定できる。このように、活性を容易に決定できる。
【００５３】
経時的に異なる活性値を比較して、触媒リアクタの経年劣化を決定でき、特に掃気温度、掃気圧力、掃気湿度、冷却システムの温度、排ガス温度、特に燃焼圧又は圧縮圧であるシリンダー内圧力、周囲温度、周囲圧力、アンモニアスリップ、還元剤の質、空燃比（ラムダ）、燃料の量、燃料の硫黄分、弁の位置、エンジン負荷、エンジン回転数、排ガスの質量流量といった他の状態変数が考慮される。
【００５４】
この方法により、特に同様の条件下で経時的に異なる活性値を比較することにより触媒リアクタの経年劣化を決定する、簡易で費用効率のよい方法がもたらされる。
【００５５】
一般に、温度差は、ＳＣＲに亘った温度差測定に基づくもので、ＳＣＲにおける加水分解によって生じた温度差により補正される。触媒リアクタ上流の全反応には、熱分解及び加水分解反応が含まれる：
熱分解：  （ＮＨ２）２ＣＯ→ＮＨ３＋ＨＮＣＯ
加水分解：  ＨＮＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＮＨ３＋ＣＯ２            
全反応：  （ＮＨ２）２ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→２ＮＨ３＋ＣＯ２
【００５６】
この熱分解反応は吸熱反応であり、加水分解反応は発熱反応である。加水分解の正確な割合は分からないので、実験に基づく補正係数を適用して触媒コンバータの活性を決定するか、又は尿素の質量流量を測定し、理論的な温度差と実際の温度差との相違がどれくらいあるのか決定することが可能である。後者の場合、還元剤噴射箇所上流の第一温度と、還元剤噴射箇所下流で触媒リアクタ上流の第二温度との第一温度差を測定する。この差を利用して、加水分解反応量を決定する。この相違に基づいて、加水分解の割合を算出でき、触媒コンバータの活性を算出できる。或いは、触媒コンバータの活性を以下のようにして決定できる。
−どのくらいの水を蒸発させる必要があるか、どのくらいの尿素を加熱溶解させる必要があるか、どのくらいのイソシアン酸（ＨＮＣＯ）が存在するかを知るための尿素の質量流量を測定し、
−排気の質量流量を測定し、
−尿素噴射箇所上流の第一温度を測定し、
−触媒コンバータ下流の第二温度を測定し、
−第一及び第二温度の差を算出し、
−算出された差に、水の蒸発によって排ガスが冷却される温度を加算し、
−イソシアン酸全量の加水分解による排ガスの加温量を減算し、
−副反応についての補正係数を適用する。
【００５７】
得られた温度差は、触媒コンバータ内の反応に基づくものであり、活性の決定及び／又はＤｅＮＯｘの決定に利用できる。ＤｅＮＯｘは、排ガスからＮＯｘが除去された度合いである。
【００５８】
本発明の別の態様は、本明細書に記載されているような推進システムを備える船舶に関する。
【００５９】
このように、推進システムを船舶の用途又は大きさに応じて構成できる。
【００６０】
本発明の別の態様は、本明細書に記載されているような方法によって作動する２ストローク内燃機関を備える船舶に関する。
【００６１】
本発明の別の態様は、シリンダーの排出口と排ガスレシーバーとの間の接続部、特に接続手段内への還元剤の噴射を制御する制御システムに関する。好ましくは、この制御システムは、前述の推進システム専用、又はこれと共に使用される。この制御システムは、少なくとも第一入力チャネル及び第一出力チャネルを備える。還元剤の量の特定開始値を、調整パラメータに基づいて調整する。この調整パラメータは、内燃機関の本明細書に記載されているようなエンジンパラメータの直接又は間接測定のうちの少なくとも１つから求められる。調整パラメータは、第一入力チャネルで受け取る。変更した開始値は、還元剤用のノズル弁の噴射を制御するために使用される。
【００６２】
各ノズル弁に出力チャネル及び／又は入力チャネルを設けても有効である。
【００６３】
制御システムは独立して製造してもよく、エンジン制御自体とは独立して搬送できる。こうして、この制御システムは、既存の推進システムを改良するために使用できる。
【００６４】
加えて、制御システムは、少なくとも第二入力チャネルを有してもよい。調整パラメータは、少なくとも第一及び第二入力チャネルのシグナルの組み合わせ、特に算出された差から求めてもよい。
【００６５】
これにより、外部状況とは独立して、２つの状態（例えば、ＳＣＲ前後の温度）の比較が可能である。こうして、２つの測定点の間のセクションで起こった反応を示すことができる。
【００６６】
本発明の別の又は追加の態様として、２ストローク内燃機関、好ましくは本明細書に記載されているような内燃機関を備える推進システムに関する。この推進システムは、本明細書に記載されているような制御システムと、少なくとも１つのエンジンパラメータ（特に、以下のパラメータの少なくとも１つ）を測定するための少なくとも１つのセンサとを備える。ここで、パラメータとは、掃気温度、掃気圧力、掃気湿度、冷却システムの温度、排ガス温度、特に燃焼圧又は圧縮圧であるシリンダー内圧力、周囲温度、周囲圧力、アンモニアスリップ、尿素の質、空燃比（ラムダ）、燃料の量、弁の位置、ターボチャージャー回転数、エンジン負荷、エンジン回転数、排ガスの質量流量である。
【００６７】
以下、例示的な実施形態及び図面によって、本発明の更に有利な態様を説明する。図面は概略的に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】図１は、ＳＣＲリアクタと各センサを示す。
【図２】図２は、ノズルの第一配置を有する共通レールを示す。
【図３】図３は、ノズルの第二配置を有する共通レールを示す。
【図４】図４は、内燃機関の部分図である。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
図１は、排ガス管１を介して（不図示の）排ガスレシーバーの上流側に接続されたＳＣＲリアクタ１０を示す。ＳＣＲリアクタ１０の下流には、排気管１’が示され、ここでＳＣＲリアクタ１０が外気に接する。矢印Ｆは排ガスの流れを示す。
【００７０】
ＳＣＲリアクタ１０の上流には、２つの温度センサ１０１及び１０２が配置されている。センサ１０１及び１０２の間に、尿素噴射装置２００が配置されている。ＳＣＲリアクタ下流に、温度センサ１０３が更に配置されている。
【００７１】
温度センサ１０１は、噴射装置２００が尿素２０１を噴射する前の温度を測定する。この測定値をＴｂｅｆ＿Ｕｒｅａと呼ぶ。
【００７２】
温度センサ１０２は、噴射装置２００が尿素２０１を噴射した後の温度を測定する。この測定値をＴＳＣＲ＿ＩＮと呼ぶ。
【００７３】
温度センサ１０３は、ＳＣＲリアクタの下流の温度を測定する。この測定値をＴＳＣＲ＿ＯＵＴと呼ぶ。
【００７４】
排ガス管１内の質量流量
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は、直接又は間接測定によって決定できる。
【００７５】
（直接的又は間接的な）測定により
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が分かれば、尿素噴射による排気流の熱還元量を算出できる。この熱還元量から、尿素溶液の噴射量が算出可能である。信頼性のある結果を得るために、排ガスの圧力及び温度と、噴射前の尿素溶液の温度を測定する。尿素消費量も、流量計によって直接的に測定し得る。尿素の量及び排ガスの温度が分かれば、イソシアン酸（ＨＮＣＯ）の量も決定できる。ＨＮＣＯ量が分かれば、ＨＮＣＯの加水分解に起因するＳＣＲにおける温度上昇を算出できる。ＳＣＲリアクタに亘る、この温度上昇値を、温度上昇測定値（Ｔｂｅｆ＿Ｕｒｅａ−ＴＳＣＲ＿ＩＮ）から減算する。この得られた温度差は、ＳＣＲ反応及び副反応によって生じたものである。各反応のエンタルピーは分かっている。副反応が果たす役割は小さいので、各副反応について補正係数を使用できる。全ての補正後、得られた温度上昇の程度はＳＣＲ反応によって生じたもので、これからＮＯｘの還元量を算出できる。一般に、温度差は、ＳＣＲに亘った温度差測定に基づくもので、ＳＣＲにおける加水分解によって生じた温度差により補正される。触媒リアクタ上流の全反応には、熱分解及び加水分解反応が含まれる：
熱分解：  （ＮＨ２）２ＣＯ→ＮＨ３＋ＨＮＣＯ
加水分解：  ＨＮＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＮＨ３＋ＣＯ２                
全反応：  （ＮＨ２）２ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→２ＮＨ３＋ＣＯ２
【００７６】
この熱分解反応は吸熱反応であり、加水分解反応は発熱反応である。加水分解の正確な割合は分からないので、実験に基づく補正係数を適用して触媒コンバータの活性を決定するか、又は尿素の質量流量を測定し、理論的な温度低下と実際の温度低下との相違がどれくらいあるのか決定することが可能である。この相違に基づいて、加水分解の割合を算出でき、触媒コンバータの活性を算出できる。
【００７７】
更に、ＳＣＲリアクタの状態又は摩耗及び／又は効率損失及び／又は活性及び／又は汚れの判断が可能である。ワークショップで行われる温度差の第一測定値は、使用中の第二温度差及び／又はその後の温度差と比較できる。第二温度が第一温度差から例えば所定の閾値を超えて、例えば１５％相違すれば、このことは触媒リアクタを交換する必要があるという指標となり得る。これらの測定値は同様の条件下で比較することが好ましい。この条件の例としては、掃気温度、掃気湿度、排気の質量流量、エンジン負荷、エンジン回転数及び／又は排ガス温度及び／又は掃気圧力及び／又は掃気温度及び／又は他の因子が挙げられる。
【００７８】
図２は、ノズル２０１の第一配置を示す。ノズル２０１は、投与弁２０２を介して共通レール２０５に接続されている。共通レール２０５は、圧力下の還元剤を備える。共通レール２０５は、２つの遮断弁２０３によって遮断できる。放出弁２０４も予見される。各投与弁２０２は個別に制御可能であり、０％から１００％まで開放できる。
【００７９】
図３は、ノズル２０１の第二配置を示す。図２の配置と同様であるが、加圧空気を備える第二共通レール２０６を更に備える。第二共通レール２０６は、空気投与弁２０８を介してノズル２０１に接続されている。空気投与弁２０８は、０％から１００％まで開放できる。簡略化のため、第一共通レールの説明については、図２を参照されたく、こうして繰り返しを省略する。空気投与弁２０８は必要に応じて、投与弁２０２とは独立して制御できる。第二共通レール２０６は、２つの遮断弁２０７によって遮断できる。
【００８０】
図４に、内燃機関１００の概略的な部分図を示す。簡略化のため、複数の同じ要素の１つにのみ参照番号を付している。燃焼機関１００は、４つの接続手段２を備え、各接続手段は、シリンダー（図示せず）に接続された導入口と、排ガススタブ（即ち、パイプ２１）によって排ガスレシーバー１１に接続された排出口とを有している。尿素噴射装置２０１が各パイプ２１に割り当てられている。尿素噴射装置２０１は、共通レール２０９を介して相互に接続され、且つ、還元剤（即ち、尿素）を備えるリザーバー（図示せず）に接続されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
2018115661000001.pdf