(57)【要約】【課題】内燃機関の排ガス後処理システムの脱硫酸方法を提供する。【解決手段】内燃機関の排ガス後処理システムの脱硫酸方法であって、硫酸塩の存在について、少なくとも１つの指示的パラメータの測定を通じて、前記排ガス後処理システムを調べるステップと、追加的又は代替的に、前記排ガス後処理システムの領域内での前記硫酸塩の生成に関連する少なくとも１つのパラメータを把握し、前記パラメータの値が前記硫酸塩の生成を引き起こす範囲内であるか否かを確認するステップと、前記硫酸塩が存在する場合、及び／又は、前記パラメータの値が前記範囲内であることが確認された場合は、内燃機関内部又は内燃機関後の措置によって、前記内燃機関のエミッションを、前記排ガス後処理システム内で脱硫酸が行われる、及び／又は、前記パラメータの値が前記硫酸塩の生成を引き起こす範囲から脱するように適応させるステップと、を備える方法が提案されている。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排ガス後処理システムの脱硫酸方法において、
‐硫酸塩の存在について、少なくとも１つの指示的パラメータの測定を通じて、前記排ガス後処理システムを調べるステップと、
‐追加的又は代替的に、前記排ガス後処理システムの領域内での前記硫酸塩の生成に関連する少なくとも１つのパラメータを把握し、前記パラメータの値が前記硫酸塩の生成を引き起こす範囲内であるか否かを確認するステップと、
‐前記硫酸塩が存在する場合、及び／又は、前記パラメータの値が前記範囲内であることが確認された場合は、内燃機関内部又は内燃機関後の措置によって、前記内燃機関のエミッションを、前記排ガス後処理システム内で脱硫酸が行われる、及び／又は、前記パラメータの値が前記硫酸塩の生成を引き起こす範囲から脱するように適応させるステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記指示的パラメータの測定のために、前記排ガス後処理システムによって形成される排ガス背圧が把握され、閾値を超過している場合には措置が講じられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
関連するパラメータの測定のために、前記排ガス後処理システムの領域における排ガスの温度が把握され、前記温度が前記硫酸塩の生成を引き起こす値の範囲にある場合には措置が講じられることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記関連するパラメータは、計算モデルを用いて、前記内燃機関の動作パラメータに基づいて算出されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記排ガス後処理システムの排ガス触媒コンバータの領域における前記脱硫酸を引き起こす活性化温度は、
‐前記内燃機関の少なくとも１つの作動シリンダへの燃料噴射の開始を前にずらす措置と、
‐前記内燃機関の少なくとも１つの作動シリンダへの少なくとも１回の燃料後噴射を行う措置と、
‐前記排ガス触媒コンバータの上流に燃料をもたらす措置と、
‐前記内燃機関の少なくとも１つの作動シリンダ内での燃焼効率を一時的に低下させるための少なくとも１つの措置を実施する措置と、
‐前記内燃機関の少なくとも１つの作動シリンダに供給される吸気流を、前記作動シリンダへの燃料の供給に概ね変化がない場合、排ガスの流量を減少させるために削減する措置と、
の内、少なくとも１つの措置によって到達さ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】
前記排ガス後処理システムが、少なくとも１つのＳＣＲ触媒コンバータ及び／又は粒子フィルタを有してい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】
前記内燃機関がディーゼルの原理で動作し、水上用乗り物のための駆動機械として設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【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排ガス後処理システムの脱硫酸方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
排ガス規則がますます厳しくなって行くことによって、例えば船舶等の形状の水上用乗り物においても、そこで用いられる内燃機関で、例えば酸化触媒コンバータ、粒子フィルタ及びＳＣＲ触媒コンバータ等を有する排ガス後処理システムの使用が必要になっている。これらの排ガス後処理システムは、窒素酸化物のエミッションを削減するために用いられる。
【０００３】
船舶の場合、燃料として、硫黄の含有率が高い蒸留油又は残渣油が用いられることが一般的である。硫黄は、燃焼を通じて排ガス後処理システムに到達し、そこで触媒コンバータ及び／又は粒子フィルタの少なくとも局所的な非活動化をもたらし得る。
【０００４】
ＮＯｘの還元に用いられるＳＣＲ触媒コンバータでは、還元剤としてしばしば尿素が用いられ、アンモニアが遊離する。アンモニアは、排ガス中に含まれる硫黄酸化物と反応して硫酸アンモニウムと硫酸水素アンモニウムとを生成し、硫酸アンモニウム及び硫酸水素アンモニウムは、触媒コンバータの導管に堆積し、触媒コンバータの貫流抵抗を著しく増大し得る。
【０００５】
高硫黄燃料の場合、触媒コンバータの導管が詰まる可能性すら存在し、その結果、排ガス後処理システム内の排ガス背圧が著しく増大し、内燃機関によってもたらされる圧出作業が明らかに増大するゆえに駆動力が失われるのみならず、内燃機関が破損する危険も存在する。
【０００６】
貴金属でコーティングした触媒コンバータでも、硫黄酸化物によって、触媒コンバータの局所的な汚染現象が生じ得る。なぜなら、硫黄は、プラチナ、パラジウム及びアルミニウム等の触媒コンバータの活性成分と反応して硫酸塩を生成し、当該硫酸塩は触媒コンバータの変換率を著しく低下し得るからである。
【０００７】
使用される燃料における硫黄の割合が高ければ高いほど、触媒コンバータの汚染現象又は排ガス背圧の増大が速く生じ得る。
【０００８】
特許文献１には、内燃機関の排ガス後処理システムを監視するための方法及び装置が開示されている。この既知の方法では、排ガス後処理システム内に存在する酸化触媒コンバータは、その効率に基づいて、つまり、粒子フィルタの再生が開始する場合の触媒コンバータ前後における温度挙動の評価を通じて監視される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】欧州特許第１１７３６９３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、内燃機関の排ガス後処理システムの脱硫酸方法を提供することにある。当該方法では、排ガス後処理システム内に存在する排ガス後処理装置が再生され、高効率に維持され得る。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、本課題を解決するために、請求項１に記載された特徴を有している。有利な態様は、その他の請求項に記載されている。
【００１２】
本発明は、内燃機関の排ガス後処理システムの脱硫酸方法を提供しており、以下のステップを有している：
‐硫酸塩の存在について、少なくとも１つの指示的パラメータの測定を通じて、排ガス後処理システムを調べるステップ、
‐追加的又は代替的に、排ガス後処理システムの領域内での硫酸塩の生成に関連する少なくとも１つのパラメータを把握し、当該パラメータの値が硫酸塩の生成を引き起こす範囲内であるか否かを確認するステップ、
‐硫酸塩が存在する場合、及び／又は、パラメータの値が前記範囲内であることが確認された場合は、内燃機関内部又は内燃機関後の措置によって、内燃機関のエミッションを、排ガス後処理システム内で脱硫酸が行われる、及び／又は、当該パラメータの値が硫酸塩の生成を引き起こす範囲から脱するように適応させるステップ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
言い換えると、本発明は、排ガス後処理システム内の硫酸塩の存在に関して指示的な少なくとも１つのパラメータを監視する方法を提供する。すなわち、当該パラメータは、排ガス後処理システム内の硫酸塩の存在を示しており、例えば、排ガス後処理システムによって形成される排ガス背圧であり得る。排ガス背圧は、排ガス後処理システムのフロー領域全体において、計測技術を用いて把握可能である。なぜなら、内燃機関に対して加えられる動圧は、排ガス後処理システムの触媒コンバータの領域における硫酸塩の堆積が増大すると共に増大し、ますます硫酸化が進行するからである。すなわち、圧力の測定は、例えば触媒コンバータの入口領域において行われ得る。
【００１４】
排ガス後処理システム内の堆積の存在を示すパラメータの把握に加えて、又は、その代替として、本発明に係る方法によると、排ガス後処理システムの領域内での硫酸塩の生成に関連するパラメータを把握し、当該パラメータの値が硫酸塩の生成を引き起こす範囲内であるか否かが確認される。当該パラメータは例えば、排ガス後処理システムの領域に存在する触媒コンバータの作用面の温度であり得る。当該触媒コンバータは、ＳＣＲ触媒コンバータ、又は、その他のエミッション削減に用いられる、例えば貴金属でドープされた作用面を有する触媒コンバータであり得る。
【００１５】
指示的パラメータの測定が、排ガス後処理システム内における硫酸塩の存在を示している、及び／又は、関連するパラメータの値が硫酸塩の生成を引き起こす範囲内である場合、内燃機関内部又は内燃機関後の措置によって、内燃機関のエミッションが、排ガス後処理システム内で脱硫酸が行われる、及び／又は、当該パラメータの値が硫酸塩の生成を引き起こす範囲から脱するように適応させられる。
【００１６】
内燃機関内部又は内燃機関後の措置によって、例えば排ガス後処理システム内において再生可能な脱硫酸に必要な温度領域に達成することが可能となり、当該温度領域は、硫酸アンモニウム及び／若しくは硫酸水素アンモニウム又は触媒コンバータの活性成分を有する硫酸塩の分解のために必要である。
【００１７】
記載された措置によって、エミッション規則を順守した内燃機関の安全な動作が可能になる。すなわち、例えば内燃機関内部の措置が、内燃機関の安全な動作に必要な温度領域及び／又は圧力領域を逸脱せずに、排ガスの温度上昇を目的とすることが可能である。
【００１８】
当該措置は、触媒コンバータ内で、触媒コンバータの温度安定性を超える温度領域に達することなく、触媒コンバータに堆積された硫酸塩を分解することによって、触媒コンバータの反応性を回復しようとする一時的な措置であっても良い。
【００１９】
触媒コンバータの再生に必要な活性化温度への到達は、例えば触媒コンバータの入口において温度センサによって測定されるか、又は、内燃機関の動作に必要な動作データを計算モデルを用いて評価することによって決定され得る。
【００２０】
必要な活性化温度をもたらすために、例えば触媒コンバータの上流の領域に燃料が注入され得る。当該燃料は、必要な還元剤を炭化水素の形で、触媒コンバータ内に供給する。当該措置は、内燃機関後の措置、すなわち、排ガス技術的に内燃機関の下流で行われる措置である。
【００２１】
上記に補足して、又は、代替的に、本発明では、排ガス触媒コンバータの領域において脱硫酸を引き起こす活性化温度に到達するための内燃機関内部の措置を講じることも規定されている。このためには基本的に、通常は低負荷領域で動作し、したがって低い排ガス温度を有する内燃機関でも活性化温度に到達させる、あらゆる内燃機関内部の措置が適している。
【００２２】
当該措置は、例えば、内燃機関の少なくとも１つの作動シリンダへの燃料噴射の開始を前にずらすことであり得る。すなわち、定常動作で行われる噴射の開始と比較して、燃料の噴射は例えば一時的に早い方向にずらされる。燃料の噴射が早めに設定され、噴射時間がわずかに延長される場合、噴射される燃料の総量は増加し、排ガス中に炭化水素が蓄積され、それゆえに、下流に後置された触媒式コンバータ内では、再生に必要な活性化温度に到達し得る。流体技術的に、酸化触媒コンバータを排ガス触媒コンバータの上流に配置することが可能であり、当該酸化触媒コンバータは、付加的な炭化水素の発熱性変換を行うことによって、触媒コンバータの再生に必要な熱を供給する。
【００２３】
上記の代替として、又は、補足として、内燃機関の少なくとも１つの作動シリンダに、少なくとも１回の燃料後噴射を行うことも可能である。記載された両方の措置は、内燃機関の排ガスの温度上昇をもたらし、それによって、排ガス触媒コンバータの脱硫酸のための再生のための活性化温度に到達し得る。
【００２４】
上記の代替として、又は、補足として、少なくとも一時的に、内燃機関の少なくとも１つの作動シリンダ内での燃焼効率を低下させるための少なくとも１つの措置を講じること、すなわち、内燃機関の排ガスに含まれる炭化水素を増加させるために燃料の燃焼を故意に低下させることも可能である。それによって、触媒コンバータの再生のための還元剤として、炭化水素が供給される。当該措置は一時的な措置なので、触媒コンバータの再生プロセスの間に断続的に行うことが可能であり、このために、例えば触媒コンバータの温度監視が可能であり、触媒コンバータ内で測定された温度が活性化温度の下限に近い場合に、当該措置が用いられる。
【００２５】
つまり、燃焼は、脱硫酸のための活性化温度に達するまでの間低下させられるのみであり、達した後は正常化され、触媒コンバータ内の温度が脱硫酸のための活性化温度の下限に近い場合、又は、すでに下限を下回っている場合にのみ再開される。
【００２６】
上記の代替として、又は、補足として、本発明では、内燃機関の少なくとも１つの作動シリンダに供給される吸気流を、作動シリンダへの燃料の供給に概ね変化がない場合、排ガスの流量を減少させるために削減することも規定されている。それによって、より大きな割合の燃焼していない炭化水素を有する排ガスが供給され、当該排ガスは、例えば排ガス触媒コンバータに前置された酸化触媒コンバータに供給可能であり、それによって、排ガス後処理システムの脱硫酸のための活性化温度に到達するのに十分な排ガスの温度上昇が得られる。
【００２７】
排ガス後処理システムにＳＣＲ触媒コンバータが含まれている場合、排ガス温度を、前記内燃機関内部又は内燃機関後の措置によって、約350℃の活性化温度まで上昇させることによって、このように硫酸アンモニウムと硫酸水素アンモニウムとが分解可能であり、当該触媒コンバータは再び当初の効率に達する。
【００２８】
排ガス後処理システム内に存在する粒子フィルタは、こうして、粒子フィルタに前置された酸化触媒コンバータを用いて再生可能である。酸化触媒コンバータは、例えば、貴金属触媒コンバータの再生に必要な排ガス温度である450℃〜550℃に到達するためにも用いられ得る。
【００２９】
記載された内燃機関内部の措置によって、リッチな排ガスと表現されるべき排ガスが得られる。当該排ガスによって、排ガス後処理システムの触媒コンバータ内は、脱硫酸に十分な温度に到達するが、触媒コンバータの温度安定性を損なう温度レベルには到達しないように制御される。
【００３０】
したがって、本発明に係る方法によって、水上用乗り物の駆動に用いられる、一般的には高硫黄蒸留油又は残渣油で動作する内燃機関を、その時々のエミッション規則を順守して動作させることが可能になる。
【外国語明細書】
2015078695000001.pdf