(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１）の運転方法であって、前記内燃機関（１）は、燃料を燃焼させるための燃焼エンジン（２）と、燃料の燃焼時に発生する排ガスを還元剤および／または吸収剤を用いて浄化するための、前記燃焼エンジン（２）に後置される排ガス後処理システム（３）と、を備える方法において、前記燃焼エンジン（２）内で燃焼されるべき燃料のコストに応じて、かつ前記排ガス後処理システム（３）内で排ガス後処理のために用いられるべき還元剤および／または吸収剤のコストに応じて、前記内燃機関（１）は、燃料と還元剤および／または吸収剤の運転材料コストが最小限になる運転ポイントにおいて運転され、
以下のエンジンパラメータ、すなわち
‐空燃比、
‐燃料噴射圧、
‐燃料噴射時点、
‐噴射装置の数
のうち少なくとも１つが変化することによって、前記燃焼エンジン（２）の排ガス中のＮＯｘ未処理排出量が自動的に調節されて、その結果排ガス後処理のために前記排ガス後処理システム（３）内で必要な還元剤量および／または吸収剤量によって、燃料と還元剤および／または吸収剤の運転材料コストが最小限になり、
排ガス後処理の停止時に、前記燃焼エンジンのＮＯｘ未処理排出量および／または燃料の種類が、それぞれ有効な限界値が遵守されるように選択され、
前記燃焼エンジンを異なる燃料で運転することができ、異なる燃料での運転時に、それぞれ異なる特性マップを使用し、
燃料のコストと還元剤および／または吸収剤のコストは、内燃機関の燃料補給プロセスのたびに自動的に更新されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記燃焼エンジンのＮＯｘ未処理排出量と前記排ガス後処理システムの変換反応とを変化させるために、ひいては必要な還元剤量および／または吸収剤量で、特性マップを使用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記内燃機関（１）が排出量限界値を遵守しつつ運転されるように、前記運転ポイントは自動的に決定されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
排出量限界値は、前記内燃機関（１）の運転場所および／または運転時間に応じて更新されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
排出量限界値の遵守は、少なくとも１つのセンサ（１１）を使って、または現在の位置つまり現在地に基づいて自動的に監視され、排出量限界値が遵守されていない場合には、前記内燃機関は、コスト上最適な運転ポイントにおいて運転されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記内燃機関（１）が部材負荷限界値を遵守しつつ運転されるように、前記運転ポイントは自動的に決定されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
部材負荷限界値の遵守は、少なくとも１つのセンサを使って自動的に監視され、部材負荷限界値が遵守されていない場合には、前記内燃機関は、コスト上最適な運転ポイントにおいて運転されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項８】
エンジンパラメータと排ガス後処理パラメータとに基づいて、少なくとも１つの固有数値つまりいわゆる識別子が形成され、該識別子から、排ガスの排出量に関わるあらゆる調節が行われ、かつ前記識別子が排出量限界値の遵守およびそれぞれの特性マップの使用を知らせることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
内燃機関を運転するための制御装置において、該制御装置は、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法を実行するためのハードウェア側の手段およびソフトウェア側の手段を備えることを特徴とする制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のおいて書きに記載の内燃機関の運転方法に関する。さらに本発明は、本方法を実行するための制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば船舶用ディーゼル内燃機関のような、実践から知られる内燃機関は、内部で燃料が燃焼される燃焼エンジンと、燃料が燃焼エンジンで燃焼される際に発生する排ガスを浄化するための、燃焼エンジンに後置される排ガス後処理システムと、を有する。その際船舶用ディーゼル内燃機関は、好適には重油で運転される。
【０００３】
実践から知られているのは、内燃機関の排ガス後処理システムにおいて、排ガスを脱窒および好適には脱硫することである。排ガスの脱窒には、従来技術に従えば、還元剤として特にアンモニアを用いるいわゆるＳＣＲ触媒が使われる。排ガスの脱硫には、従来技術に従えばまず第一に、吸収剤として生石灰または消石灰もしくは炭酸カルシウムを用いる吸収法が知られている。
【０００４】
価格圧力の増加ゆえに、内燃機関を最小限の運転材料コストで、特に排出量限界値を遵守しつつ運転する必要がある。これは目下のところ、困難である。
【０００５】
特許文献１から、最適化された排ガス後処理のための方法がすでに知られており、この方法では、消費をコントロールして燃料と還元剤とを排出量と適合させることが含まれている。しかしながら記述された制御法／コントロール法は、障害を受けやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第８８９９０１８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のことから本願発明の課題は、内燃機関を運転するための新式の方法および本方法を実行するための制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、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。本発明に従えば、内燃機関は、燃焼エンジン内で燃焼されるべき燃料のコストに応じて、かつ排ガス後処理システム内で排ガス後処理のために用いられるべき還元剤および／または吸収剤のコストに応じて、自動的に、燃料と還元剤および／または吸収剤の運転材料コストが最小限になる運転ポイントにおいて運転される。
【０００９】
本願の発明は、要求される性能を提供しつつ、内燃機関を自動的に、燃焼エンジンにおいて必要な燃料と排ガス後処理システムにおいて必要な還元剤および／または吸収剤の運転材料コストが最小限になる運転ポイントにおいて運転できる方法を提案する。そうすれば燃焼エンジン側の運転材料コストと排ガス後処理システム側の運転材料コストとに応じて、内燃機関をコスト上最適に運転することが可能である。
【００１０】
有利な一発展形態に従えば、要求される性能を提供しつつ、燃焼エンジンに供給される燃料量について、燃焼エンジンの排ガス中の未処理排出量が自動的に調節されて、その結果燃焼エンジンに供給される燃料量によって、かつ排ガス後処理のために排ガス後処理システム内で必要な還元剤量および／または吸収剤量によって、好適には排出量限界値を遵守しつつ燃料と還元剤の運転材料コストが最小限になる。内燃機関を運転するためのこのようなやり方は、特に有利である。
【００１１】
有利な一発展形態に従えば、燃料のコストと還元剤および／または吸収剤のコストは、自動的に更新される。好適には排出量限界値も、内燃機関の運転場所に応じておよび／または内燃機関の運転時間に応じて、自動的に更新される。燃焼エンジンのための現在有効な運転材料コストと、排ガス後処理システムのための現在有効な運転材料コストと、現在有効な排出量限界値とを自動的に更新することによって、内燃機関は常に、コスト上最適な運転ポイントにおいて運転され得る。
【００１２】
有利な一発展形態に従えば、運転ポイントは、内燃機関が部材負荷限界値を遵守しつつ運転されるように、自動的に決定される。これによって、内燃機関の部材に、許容できないほど大きな負荷がかかるのを回避できる。
【００１３】
本発明の好ましい発展形態は、従属請求項と以下の記述とからもたらされる。本発明の実施例は、図に基づいてより詳細に説明されるが、これに限定されるものではない。図に示されるのは以下である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】燃焼エンジンと排ガス後処理システムとを含む内燃機関のブロック図である。
【図２】排ガス中の窒素酸化物の未処理排出量と燃焼エンジンに供給される燃料量との依存関係を明らかにするためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、内燃機関の運転方法と、本方法を実行するための制御装置と、に関する。
【００１６】
図１は、燃焼エンジン２と、当該燃焼エンジン２に後置された排ガス後処理システム３と、を含む内燃機関の極めて概略化されたブロック図を示している。燃焼エンジン２には、燃料４と当該燃料４を燃焼させるための過給空気５とが供給され、燃焼エンジン２内で燃料４が燃焼される際に発生する排ガス６は、排ガス後処理のために排ガス後処理システム３に供給され、当該排ガス６は浄化済み排ガス７として排ガス後処理システム３を出ていく。
【００１７】
示された実施例においては、例として排ガス後処理システム３とは、排ガス浄化のために還元剤８としてアンモニアが必要とされる少なくとも１つのＳＣＲ触媒を含む排ガス後処理システムであることを前提としている。図１で示されている実施例では、この還元剤８は調量装置９を介して、内燃機関２を出ていく排ガス６に調量して加えられるので、還元剤８を排ガス後処理システム３において排ガス浄化のために用いることができる。ＳＣＲ触媒において、好適にはアンモニアとして形成される還元剤８は、排ガス６の脱窒に使われ、当該ＳＣＲ触媒において、還元剤としてアンモニアを用いて、ＮＯやＮＯ２のような窒素酸化物ＮＯｘは窒素Ｎ２と水蒸気Ｈ２Ｏとに変換される。
【００１８】
そのようなＳＣＲ触媒に、ＮＯをＮＯ２に酸化し、かつＳＣＲ触媒内の反応速度を上げるために、ＮＯ酸化触媒が前置されていてよい。
【００１９】
図１で示されている内燃機関１の運転には、それに応じて、燃焼エンジン側の運転材料コストつまり燃料４のコストと、排ガス後処理システム側の運転材料コストつまり還元剤８のコストと、が生じ、これらがともに内燃機関１の運転材料コストを決定づける。
【００２０】
要求される性能を提供しつつ、運転材料コスト上最適に内燃機関１を運転するために、燃焼エンジン２内で燃焼されるべき燃料４のコストに応じて、かつ排ガス後処理システム３内で排ガス浄化のために用いられる還元剤８のコストに応じて、内燃機関は自動的に、要求される性能を提供するために燃料４と還元剤８の運転材料コストが最小限になる運転ポイントにおいて運転される。このために好適に意図されているのは、たとえば内燃機関の性能分野の大部分のコモンレール噴射システムで、噴射時点をずらすことで影響され得る、燃焼エンジン２に供給される燃料４の量を介して、燃焼エンジン２の排ガス６中の未処理排出量を自動的に調節することであり、その結果燃焼エンジン２に供給される燃料量によって、かつ排ガス後処理のために排ガス後処理システム３内で必要な還元剤８の量によって、燃料４と還元剤８の運転材料コストが最小限になる。それで、たとえば噴射時点を早めにずらすことによって、および／または噴射圧を上げることによって、窒素酸化物排出量が増える。ＮＯｘ未処理排出量に影響を及ぼすさらなるエンジンパラメータは、空燃比と燃料噴射装置の数である。ＮＯｘ未処理排出量に対する噴射時点Ｋの影響は、図２に表わされている。噴射開始が早ければ（Ｋの値が小さければ）、ＮＯｘ未処理排出量が増加する。窒素酸化物排出量が増えれば、窒素酸化物排出の排出量限界値を遵守しつつ、排ガス後処理システム３において排ガス６を浄化するために、還元剤８がより多く必要となる。燃焼エンジン２に供給される燃料量とこれに関連する燃料コストに応じて、かつ燃焼エンジン２を出ていく排ガス６の浄化に必要な、排ガス後処理システム３に供給される還元剤量と還元剤コストに応じて、内燃機関１の運転ポイントが自動的に決定され、内燃機関１はこの運転ポイントにおいて自動的に運転されるので、内燃機関１は、要求された性能を提供しつつ対応する排出量限界値を遵守しながら、燃料と還元剤の運転材料コストに関して最適に運転され得る。
【００２１】
本願の発明の主旨において意図されているのは、本発明に係る方法を実行するために、本発明に係る方法を実行するための手段を含む制御装置１０が存在することである。このような手段は、ハードウェア側の手段およびソフトウェア側の手段である。ハードウェア側の手段とは、特に、本発明に係る方法の実行に関わる部品とデータを交換するためのデータインターフェースのことである。さらにハードウェア側の手段は、データを記憶するためのデータ記憶装置と、データを処理するためのプロセッサである。ソフトウェア側の手段とは、本発明に係る方法を実行するために制御装置１０に実装されているプログラムモジュールのことである。
【００２２】
本発明に従えば、それに応じて意図されているのは、燃焼エンジン２において燃焼されるべき燃料４の運転材料コストに応じて、かつ排ガス後処理システム３内で排ガス後処理のために必要な還元剤８に応じて、制御装置１０は内燃機関１の運転ポイントを自動的に算出し、内燃機関１はこの運転ポイントにおいて自動的に運転することであり、その結果要求される性能を提供しつつ燃料４と還元剤８の運転材料コストが最小限になる。
【００２３】
有利な一発展形態に従って意図され得るのは、内燃機関１の運転時に遵守されるべき排出量限界値を自動的に更新することである。それでたとえば意図され得るのは、内燃機関１の現在の運転場所に応じておよび／または現在の運転時間に応じて、制御装置１０が、現在遵守されるべき排出量限界値を自動的に利用できて、それから現在遵守されるべき排出量限界値に基づいて、運転材料コスト上最適な内燃機関１の運転ポイントを決定することであり、その結果最終的に総計で、燃料４と還元剤８の運転材料コストが最小限になる。
【００２４】
その際意図され得るのは、排出量限界値の遵守を、図１において排ガス後処理システム３に配設されており、かつ浄化された排ガス７の排出量を排出量限界値の遵守に関して検査する少なくとも１つのセンサ１１を使って自動的に監視することである。センサ１１の信号はそれから、入力値として制御装置１０に使われるので、当該制御装置１０は有効な排出量限界値を遵守しつつ、運転材料コスト上最適な内燃機関１の運転ポイントを決定できる。
【００２５】
本発明のさらなる有利な一発展形態に従って意図されているのは、燃料４のコストと還元剤８のコストとを自動的に更新することである。これは、内燃機関１の燃料補給プロセスのたびにつまり燃料４および／または還元剤８を内燃機関１に補給するたびに行われる。燃料と還元剤の運転材料コストの比率が変わると、内燃機関１が好適には現在の排出量限界値を遵守しつつ運転される最適な運転ポイントも変わる。
【００２６】
本発明のさらなる有利な一発展形態に従って意図され得るのは、内燃機関１が運転される運転ポイントがさらに、内燃機関１が部材負荷限界を遵守しつつ運転されるように決定されることである。それで、対応する部品の破損を避けるために、燃焼エンジン２の領域においても排ガス後処理システム３の領域においても、これらの部品の負荷限界を超えてはならない。本発明のこの発展形態に従えば、運転材料コスト上最適な内燃機関１の運転ポイントはそれに従って、遵守されるべき排出量限界値に応じて、かつ遵守されるべき部材負荷限界値に応じて、自動的に算出される。
【００２７】
部材負荷限界値の遵守を同様に、対応するセンサを使って、たとえば燃焼エンジン２の領域において温度センサを使って監視でき、この温度センサの測定信号に基づいて、燃焼エンジン２における許容できる部材温度を超えないように監視できる。さらに、既述のセンサによる監視に代替的にまたは付加的に、特性マップによって部材負荷限界値の遵守を監視できる。
【００２８】
それに従って、本願の発明の主旨にあるのは、燃焼エンジン側の運転材料コストと排ガス後処理システム側の運転材料コストに応じて、特に燃料コストと還元剤コストに応じて、内燃機関１の運転ポイントが自動的に算出され、内燃機関１が自動的にこの運転ポイントにおいて、つまり、要求されるエンジン性能を提供しつつかつ排出量限界値を遵守しつつおよび／または部材負荷限界値を遵守しつつ、総計で運転材料コストが最小限になる運転ポイントにおいて運転されるということである。運転材料コストおよび／または排出量限界値はその際、特に制御装置１０の対応するインターフェースを介して自動的に更新され得る。船舶用内燃機関が運転されると、たとえば現在の位置に基づいて、排出量限界値が自動的に連続して更新され得て、これに応じて、運転材料コスト上最適な運転ポイントを連続して新たに決定する。
【００２９】
海洋領域においては、たとえばＩＭＯの二次規制（Tier II）または三次規制（Tier III）のような異なる排出量クラスが問題となるので、問題となる排出量制限も、マニュアルでの入力によるまたは現在の位置つまり現在地に基づいた、特に衛星支援システムによる運転ポイントの最適化の際に考慮される。衛星支援システム（たとえばＧＰＳ）では、排出量を確実に達成するために、場合によってはプレ作動が必要であることも考慮される。このような必要なプレ作動が考慮されて、切替えがそれに応じて早めに行われる。
【００３０】
これまでの従来技術とは異なって、運転ポイントの選択は、障害を受けやすいコントロール装置を介してではなく、特性マップに基づいて行われる。異なる価格比率と異なる燃料のために、異なる特性マップが格納されている。燃料と還元剤の価格を入力することによって、有効な排出量制限と組み合わせて、経済的な特性マップが選択される。
【００３１】
コスト的に最も有利な可能な構成はそれゆえ、問題となる排出量制限が決定され、燃料と還元剤の運転材料コストに基づいてコスト的に最も有利な運転ポイントが自動的に選択されるように選ばれる。その際、排出量を確実に達成するために、場合によってはプレ作動が必要であることも考慮される。このような必要なプレ作動が考慮されて、切替えがそれに応じて早めに行われる。
【００３２】
特性マップを用いることによって、設備の実際かつ現在の排出行動を外部で明らかにかつ読み取り可能にすることが可能になる。そのために、エンジンパラメータと排ガス後処理パラメータとに基づいて、固有数値つまりいわゆる識別子が形成され、当該識別子は、たとえば調節のチェックサムからまたは測定値に基づいて生み出され、かつこの識別子から、排出量に関わるあらゆる調節が行われ、この識別子が排出量制限の遵守および／またはそれぞれの特性マップの使用を知らせる。できる限りコスト上最適な運転を保証するために、エンジンまたは排ガス後処理の調節が変えられると、識別子も変わる。モータと排ガス後処理のための各特性マップには正確に１つずつ識別子が配設され得るので、特性マップに基づいたシステムでは、正しい排出量クラスの遵守を外部から容易にコントロールできる。
【００３３】
図１に関連して、排ガス後処理システム３が、燃焼エンジン２の排ガス６の脱窒のために還元剤８としてアンモニアが必要とされるＳＣＲ触媒を含む場合の発明が、例示的に記述された。本発明は、好ましいこの使用事例に限定されていないことが、この場で指摘されるべきであろう。むしろ、排ガス後処理システム３の運転材料コストとして、たとえば排ガス６の脱硫のために排ガス後処理システム３内で必要とされる吸収剤のコストが生じても、本発明を用いることができる。
【００３４】
本発明によって、内燃機関を常に、対応する燃焼エンジン側の運転材料コストと排ガス後処理システム側の運転材料コストとに応じて、排出量限界値および／または部材負荷限界値を遵守しつつ、自動的に、運転材料コスト上最適な運転ポイントにおいて運転することが可能になる。
【００３５】
特にそれによって、内燃機関を異なる燃料で運転することができ、たとえば重油、精製ディーゼル燃料またはガスのような異なる燃料での運転時に、用いられる燃料にそれぞれ特化した異なる特性マップを考慮に入れることが可能になる。
【００３６】
さらなる実施形態は、排ガス後処理の停止時に、エンジンの未処理排出量および／または燃料の種類が、それぞれ有効な限界値が遵守されるように選択されることを意図している。
【符号の説明】
【００３７】
１  内燃機関
２  燃焼エンジン
３  排ガス後処理システム
４  燃料
５  過給空気
６  排ガス
７  排ガス
８  還元剤
９  調量装置
１０  制御装置
１１  センサ
【図１】
0006801988.tif 000002
【図２】
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