(57)【要約】【課題】内燃機関のＳＣＲ排出ガス後処理システムを制御するための新規の方法及び制御ユニットを提供すること。【解決手段】ＳＣＲ排出ガス後処理システムを動作させるための方法は、  第１動作モードにおいて、第１及び第２遮断弁が開きかつ第３遮断弁が閉じた状態で、排出ガスが、ＳＣＲ触媒変換器を通るように導かれ、第５及び第６遮断弁が開きかつ第６遮断弁が開いた状態で、アンモニア前駆物質が、排出ガス内に導入されるステップと、  排出ガス後処理システムの第２動作モードにおいて、第１及び第２遮断弁が閉じかつ第３遮断弁が開いた状態で、排出ガスを迂回ラインを通るように導き、第２動作モードにおいて、導入装置を介して、第６遮断弁が閉じた状態で、第４及び第５遮断弁を作動させることによって、ＳＣＲ触媒変換器に至る排出ガスラインに内の規定圧力を調整するステップと、を備える。【選択図】図１
2019002402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のＳＣＲ排出ガス後処理システム（１０）を動作させるための方法であって、
前記ＳＣＲ排出ガス後処理システム（１０）が、ＳＣＲ触媒変換器（１１）と、前記ＳＣＲ触媒変換器（１１）の上流側で、前記ＳＣＲ触媒変換器（１１）に至る排出ガスライン内へアンモニア前駆物質を排出ガス内に導入するための導入装置（１４）と、前記ＳＣＲ触媒変換器（１１）に対する迂回ライン（１３）と、を備え、
排出ガスの流動方向で見て、前記ＳＣＲ触媒変換器（１１）の上流側かつ前記導入装置（１４）の導入ノズル（１８）の上流側には、第１遮断弁（１５）が配設され、前記ＳＣＲ触媒変換器（１１）の下流側には、第２遮断弁（１６）が配設され、前記迂回ライン（１３）には、第３遮断弁（１７）が配設されており、
前記導入装置（１４）が、前記導入ノズル（１８）と、前記導入ノズル（１８）に至る空気ライン（１９）と、前記導入ノズル（１８）に至るアンモニア前駆物質ライン（２０）と、を備え、前記空気ライン及び前記アンモニア前駆物質ラインが、連結ライン（２１）を介して連結されており、前記連結ライン（２１）には、第４遮断弁（２６）が配設され、前記空気ライン（１９）には、空気の流動方向で見て、前記空気ライン（１９）への前記連結ライン（２１）の接続部（２２）の下流側に、第５遮断弁（２４）が配設され、前記アンモニア前駆物質ライン（２０）には、アンモニア前駆物質の流動方向で見て、前記アンモニア前駆物質ライン（２０）への前記連結ライン（２１）の接続部（２３）の下流側に、第６遮断弁（２５）が配設されており、
当該方法は、
前記排出ガス後処理システム（１０）の第１動作モードにおいて、前記第１遮断弁（１５）が開き、前記第２遮断弁（１６）が開きかつ前記第３遮断弁（１７）が閉じた状態で、排出ガスをＳＣＲ触媒変換器（１１）を通るように導き、前記第４遮断弁（２６）が閉じ、前記第５遮断弁（２４）が開きかつ前記第６遮断弁（２５）が開いた状態で、アンモニア前駆物質を排出ガス内に導入するステップと、
前記排出ガス後処理システム（１０）の第２動作モードにおいて、前記第１遮断弁（１５）が閉じ、前記第２遮断弁（１６）が閉じかつ前記第３遮断弁（１７）が開いた状態で、排出ガスを前記迂回ライン（１３）を通るように導き、前記第２動作モードにおいて、前記導入装置（１４）を介して、前記第６遮断弁（２５）が閉じた状態で、前記第４及び第５遮断弁（２４、２６）を作動させることによって、前記ＳＣＲ触媒変換器（１１）に至る前記排出ガスライン（１２）における前記第１遮断弁（１５）の下流側に規定された圧力を調整するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第２動作モードにおいて、第１圧力センサ（２８）を用いて前記迂回ライン（１３）内の第１圧力を検出し、第２圧力センサ（２７）を用いて前記第１遮断弁（１５）の上流側において前記排出ガスライン（１２）内の第２圧力を検出し、前記第１及び第２圧力に応じて前記第４及び第５遮断弁（２４、２６）を検出した作動させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２動作モードにおいて、前記第１圧力と前記第２圧力との間の差に応じて、前記第４遮断弁（２６）及び前記第５遮断弁（２４）を開閉するように作動させることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２圧力と前記第１圧力との間の差が負でありかつ第１限界値未満である場合に、前記第４及び前記第５遮断弁（２４、２６）双方を開くように作動させ、
前記第２圧力と前記第１圧力との間の差が負でありかつ前記第１限界値よりも大きいが第２限界値よりも小さい場合に、前記第４遮断弁（２６）を閉じるように作動させ、前記第５遮断弁（２４）を開くように作動させ、
前記第２圧力と前記第１圧力との間の差が正でありかつ第３限界値よりも大きい場合に、前記第４及び第５遮断弁（２４、２６）双方を閉じるように作動させ、
前記第２圧力と前記第１圧力との間の差が正でありかつ前記第３限界値未満であるが第４限界値よりも大きい場合に、前記第４遮断弁（２６）を開くように作動させ、前記第５遮断弁（２４）を閉じるように作動させ、
前記第２圧力と前記第１圧力との間の差が前記第２限界値よりも大きく前記第４限界値未満である場合に、前記第４遮断弁（２６）を閉じるように作動させ、前記第５遮断弁（２４）を開くように作動させることを特徴とする請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記第２動作モードにおいて、前記第４及び第５遮断弁（２４、２６）を開閉するように作動させる期間が、前記第１圧力と前記第２圧力との間の差に応じて決定されることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記第２動作モードにおいて、前記第４及び第５遮断弁（２４、２６）が、パルス状または計時的な態様で開閉するように作動されることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
内燃機関のＳＣＲ排出ガス後処理システムを動作させるための制御ユニットにおいて、
当該制御ユニットが、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法の観点からアンモニア前駆物質を排出ガス内に導入するための導入装置を作動させることを特徴とする制御ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のＳＣＲ排出ガス後処理システムを動作させるための方法に及び制御ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば発電所で採用されるような定置内燃機関での燃焼処理では、かつ、例えば船舶で採用されるような非定置内燃機関での燃焼処理では、窒素酸化物が生じ、これら窒素酸化物は、主として、石炭、坑口炭、褐炭、原油、重油またはディーゼル燃料のような含硫化石燃料を燃焼している間に生じる。このため、このような内燃機関には、排出ガス後処理システムが設けられており、これら排出ガス後処理システムは、内燃機関から出る排出ガスを清浄化する、特に脱窒化するように機能する。
【０００３】
排出ガス内の窒素酸化物を還元するために、いわゆるＳＣＲ触媒変換器は、実務から公知の排出ガス後処理システムに主として採用されている。ＳＣＲ触媒変換器では、窒素酸化物の選択的触媒還元を行い、窒素酸化物を還元するために、アンモニア（ＮＨ３）を還元剤として必要とする。このために、例えば尿素のようなアンモニア前駆物質をＳＣＲ触媒変換器の上流側に液状で排出ガス内に導入され、アンモニア前駆物質は、ＳＣＲ触媒変換器の上流側で排出ガスと混合され、還元剤へ分解される。このために、実務によれば、アンモニア前駆物質の導入装置とＳＣＲ触媒変換器との間には、混合及び分解セクションが設けられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実務からすでに知られていることは、このような排出ガス後処理システムが、ＳＣＲ触媒変換器に対する迂回ラインを備えること、である。迂回ラインには、遮断弁が組み込まれており、それにより、迂回ラインの遮断弁を閉じることにより、排出ガスすべてをＳＣＲ触媒変換器を通るように導く。さらに、同様に知られていることは、ＳＣＲ触媒変換器の下流側とＳＣＲ触媒変換器の上流側とに遮断弁を設け、そのため、特にこれら遮断弁を閉じて迂回ラインの遮断弁を開いたときに、ＳＣＲ触媒変換器を迂回する迂回ラインを通るように排出ガスを導く。これは、例えばＳＣＲ触媒変換器への保全動作を実行するためなど所定の動作状態の下で、必要であり得る。
【０００５】
特にＳＣＲ触媒変換器を迂回させて排出ガスが迂回ラインを通るように導いたときに、ＳＣＲ触媒変換器への排出ガスの望ましくない移行を回避することは、ＳＣＲ触媒変換器の上流側及び下流側において排出ガスラインに組み込まれた遮断弁が主として１００％閉じないまたは１００％密ではないので、困難であることを示している。これは、欠点である。
【０００６】
ここから開始して、本発明は、内燃機関のＳＣＲ排出ガス後処理システムを制御するための新規の方法及び制御ユニットを形成する目的に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本目的は、請求項１にかかる方法によって解決される。
【０００８】
第１動作モードにおいて、第１遮断弁が開き、第２遮断弁が開きかつ第３遮断弁が閉じた状態で、排出ガスは、ＳＣＲ触媒変換器を通るように導かれ、第４遮断弁が閉じ、第５遮断弁が開きかつ第６遮断弁が閉じた状態で、アンモニア前駆物質は、排出ガス内に導入される。
【０００９】
第２動作モードにおいて、排出ガスは、第１遮断弁が閉じ、第２遮断弁が閉じかつ第３遮断弁が開いた状態で、迂回ラインを介して導かれ、第２動作モードにおいて、導入装置を経由して、第６遮断弁を閉じた状態で、第４及び第５遮断弁を作動させることによって、第１遮断弁を通してＳＣＲ触媒変換器に至る排出ガスライン内に規定された圧力を調整する。
【００１０】
本発明によれば、第２動作モードにおいて、導入装置を介して、排出ガスライン内に及びＳＣＲ触媒変換器内に、すなわち、排出ガスラインの複数の閉じた遮断弁間に規定された圧力を調整し、それにより、迂回ライン内の圧力と排出ガスライン内の圧力との間の圧力降下を遮断弁において調整することを提案し、これにより、ＳＣＲ触媒変換器に向かう排出ガスの望まない移行を防止する。
【００１１】
有利なさらなる展開によれば、第２動作モードにおいて、迂回ライン内の第１圧力は、第１圧力センサを用いて検出され、排出ガスライン内の第２圧力は、第２圧力センサを用いて検出され、第４及び第５遮断弁は、これら検出した圧力に応じて作動される。これにより、ＳＣＲ触媒変換器の領域への排出ガスの望まない移行を特に信頼性高く防止し得る。
【００１２】
好ましくは、第２動作モードにおいて、第１圧力と第２圧力との間の差に応じて、第４遮断弁及び第５遮断弁は、開閉するように作動され、特に、第４及び第５遮断弁を開閉するように作動させる期間は、第１圧力と第２圧力との間の差の関数として決定される。これにより、ＳＣＲ触媒変換器の領域への排出ガスの望まない移行を特に信頼性高く防止し得る。
【００１３】
特に、第４及び第５遮断弁は、パルス状または計時的の態様で、開閉するように作動される。これにより、同様に、第１及び第２遮断弁を閉じた状態で、ＳＣＲ触媒変換器の領域への排出ガスの望まない移行を特に信頼性高く防止するように機能する。
【００１４】
本発明にかかる制御ユニットは、請求項７に規定される。
【００１５】
本発明の好ましいさらなる展開は、従属請求項及び以下の説明から得られる。本発明の例示的な実施形態は、以下の図面を用いてより詳細に説明されるが、これに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明にかかるＳＣＲ排出ガス後処理システムを動作させる方法を示すブロックダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、内燃機関のＳＣＲ排出ガス後処理システムを動作させるための方法に、及び、制御ユニットに、関する。図１は、内燃機関のこのようなＳＣＲ排出ガス後処理システム１０の構成を示しており、非常に概略的な態様で示されている。排出ガス後処理システム１０は、ＳＣＲ触媒変換器１１を備え、このＳＣＲ触媒変換器には、排出ガスライン１２を通して内燃機関から排出ガスが供給され得る。ＳＣＲ排出ガス後処理システム１０は、ＳＣＲ触媒変換器１１に対する迂回ライン１３をさらに備える。導入装置１４を経由して、尿素のようなアンモニア前駆物質は、ＳＣＲ触媒変換器１１に向けて、特に、排出ガスの流動方向で見てＳＣＲ触媒変換器１１の上流側において、排出ガスライン１２を通るように導かれる排出ガス内に導入され得る。
【００１８】
排出ガスライン１２には、２つの遮断弁１５、１６が組み込まれており、特に、第１遮断弁１５は、排出ガスの流動方向で見て、ＳＣＲ触媒変換器１１の上流側かつ導入装置１４の導入ノズル１８の上流側にある。排出ガスの流動方向で見て、第２遮断弁１６は、ＳＣＲ触媒変換器１１の下流側において排出ガスライン１２に組み込まれている。第３遮断弁１７は、迂回ライン１３内に組み込まれている。
【００１９】
導入ノズル１８に加えて、導入装置１４は、空気ライン１９及びアンモニア前駆物質ライン２０を備える。空気ライン１９及びアンモニア前駆物質ライン２０双方は、導入ノズル１８に至る。空気ライン１９を経由して、空気は、導入ノズル１８に向けて導かれ得、アンモニア前駆物質ライン２０を経由して、アンモニア前駆物質は、導入ノズル１８に供給され得る。空気ライン１９及びアンモニア前駆物質ライン２０は、連結ライン２１を通して互いに連結されており、図１は、空気ライン１９への及びアンモニア前駆物質ライン２０への連結ライン２１の連結部２２、２３を示す。連結ライン２１には、第４遮断弁２６が組み込まれている。空気ライン１９には、空気の流動方向で見て、空気ライン１９への連結ライン２１の接続部２２の下流側において、第５遮断弁２４が組み込まれている。アンモニア前駆物質ライン２０には、特にアンモニア前駆物質の流動方向で見て、アンモニア前駆物質ライン２０への連結ライン２１の接続部２２の上流側において、第６遮断弁２５が組み込まれている。
【００２０】
ＳＣＲ排出ガス後処理システム１０の第１動作モードにおいて、第１遮断弁が開き、第２遮断弁１６が開き、かつ第３遮断弁１７が閉じた状態で、排出ガスは、ＳＣＲ触媒変換器１１を通るように導かれ、アンモニア前駆物質は、導入装置１４を通して、ＳＣＲ触媒変換器１１の上流側で排出ガス内に導入され、ここで、第４遮断弁２６は、閉じ、遮断弁２４は、開き、第６遮断弁は、開いている。この動作モードにおいて、排出ガスは、ＳＣＲ触媒変換器１１内で効果的に清浄化され得る。
【００２１】
特に例えばＳＣＲ触媒変換器１１において排出ガスがＳＣＲ触媒変換器を通って流動することが防止される（例えばＴＩＥＲＩＩなどのＮＯｘ還元がない動作モード）場合に、排出ガスは、第２動作モードにおいて、第１遮断弁１５が閉じ、第２遮断弁１６が閉じかつ第３遮断弁１７が開いた状態で、迂回ライン１３を通るように導かれる。
【００２２】
第２動作モードにおいて、ＳＣＲ触媒変換器に至る排出ガスライン１２において、かつ、第１遮断弁１５の下流側かつ第２遮断弁１６の上流側において、規定された圧力は、第６遮断弁２５を閉じた状態で、第４遮断弁２６を作動させることによって、及び、第５遮断弁２４を作動させることによって、導入装置１４を介して調整され、特に、このようにして、圧力降下は、第１及び第２遮断弁１５、１６において存在し、これにより、第１及び第２遮断弁１５、１６が閉じた状態で、ＳＣＲ触媒変換器１１に向かう排出ガスの望まない移行を防止する。
【００２３】
好ましくは、第２動作モードにおいて、迂回ライン１３内の第１圧力は、第１圧力センサ２８を用いて検出され、第１遮断弁１５の下流側かつＳＣＲ触媒変換器１１の上流側における第２圧力は、ＳＣＲ触媒変換器１１に至る排出ガスライン１２にある第２圧力センサ２７を用いて検出される。測定によって検出されたこれら圧力に基づいて、第４及び第５遮断弁２６、２４を作動させ、そのため、遮断した排出ガスライン１２内に規定された圧力を調整する。
【００２４】
迂回ライン１３内の第１圧力と第１及び第２遮断弁１５、１６が閉じている状態の遮断した排出ガスライン１２内の第２圧力との差に応じて、第２動作モードにおいて、好ましくはパルス状のまたは計時的な態様で、第４遮断弁２６及び第５遮断弁２４を開閉するように作動する。
【００２５】
パルス状のまたは計時的な態様で第４遮断弁２６及び第５遮断弁２４を開閉するように作動する期間は、好ましくは、第１圧力と第２圧力との間の差に応じて決定される。これら期間は、例えば特性曲線、特性マップまたはテーブルとして制御部内に保存され得る。
【００２６】
本発明の一例において、特に遮断した排出ガスライン１２内の第２圧力と迂回ライン１３内の第１圧力との圧力差が負で第１限界値よりも小さい場合に、第４遮断弁２６及び第５遮断弁２４双方を開くように作動させることが可能である。特に遮断した排出ガスライン１２内の圧力と迂回ライン１３内の第１圧力との間の圧力差が負であるが第１限界値よりも大きくかつ第２限界値よりも小さい場合に、第４遮断弁２６を閉じるように作動し、第５遮断弁２４を開くように作動する。これら場合双方において、すなわち、第２圧力と第１圧力との間の差が負である場合に、迂回ライン１３内の第１圧力は、遮断した排出ガスライン１２内の第２圧力よりも大きい。
【００２７】
特に遮断した排出ガスライン１２の第２圧力と迂回ライン１３内の第１圧力との間の差が正でありさらに第３限界値よりも大きい場合に、第４遮断弁２６及び第５遮断弁２４双方を閉じるように作動する。特に第１圧力と第２圧力との間の差が正でありかつ第３限界値未満であるが第４限界値よりも大きい場合に、第４遮断弁２６を開くように作動し、第５遮断弁２４を閉じるように作動する。これら場合双方において、遮断した排出ガスライン１２内の圧力は、それぞれの場合において、迂回ライン１３内の圧力よりも大きい。
【００２８】
特に遮断したガスライン１２内の第２圧力と迂回ライン１３内の第１圧力との間の差が第２限界値よりも大きく第４限界値より未満である場合に、特に、これら圧力双方間のズレまたは圧力差が負の方向で及び正の方向での双方で値において比較的小さいまたはゼロである場合に、第４遮断弁２６を閉じるように作動し、第５遮断弁２４を開くように作動する。
【００２９】
これら場合すべてにおいて、開閉する作動は、パルス状に行われ得、パルス状に開閉する期間それぞれは、圧力差に応じて決定され得る。
【００３０】
本発明は、ここで、排出ガス後処理システムへの変換を必要とする。本発明は、既存のハードウエア構成部材を用いて実施され得る、特にこのハードウエア構成部材において、制御ユニット２９は、本発明にかかる方法を行うことに関係する組立体を適切に作動させる。このために、制御ユニット２９は、圧力センサ２７及び２８から測定値を受信し、これら測定値に基づいて、第２動作モードにおいて、遮断弁２４、２５及び２６並びに遮断弁１５、１６及び１７を作動させる。このために、制御ユニット２９は、手段、特にハードウエア手段及びソフトウエア手段を備える。ハードウエア手段は、例えば圧力センサ２７、２８並びに遮断弁１５から１７及び２４から２６のように、本発明にかかる方法を行うことに関係する組立体とデータをやり取りするために、データインタフェースを有する。さらに、ハードウエア手段は、データ処理のためのプロセッサとデータ保存のための保存ユニットとを有する。制御ユニット２９のソフトウエア手段は、方法を行うためのプログラムモジュールを有する。
【符号の説明】
【００３１】
１０  ＳＣＲ排出ガス後処理システム
１１  ＳＣＲ触媒変換器
１２  排出ガスライン
１３  迂回ライン
１４  導入装置
１５  遮断弁（１）
１６  遮断弁（２）
１７  遮断弁（３）
１８  導入ノズル
１９  空気ライン
２０  アンモニア前駆物質ライン
２１  連結ライン
２２  接続部
２３  接続部
２４  遮断弁（５）
２５  遮断弁（６）
２６  遮断弁（４）
２７  圧力センサ
２８  圧力センサ
２９  制御ユニット
【図１】
2019002402.tif 000003
【外国語明細書】
2019002402000001.pdf