JP2015055251A - 内燃エンジンの排ガス再処理システム、及びその運転方法 - Google Patents

内燃エンジンの排ガス再処理システム、及びその運転方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2015055251A
JP2015055251A JP2014183026A JP2014183026A JP2015055251A JP 2015055251 A JP2015055251 A JP 2015055251A JP 2014183026 A JP2014183026 A JP 2014183026A JP 2014183026 A JP2014183026 A JP 2014183026A JP 2015055251 A JP2015055251 A JP 2015055251A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exhaust gas
particle filter
soot
sensor
reprocessing system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2014183026A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6554274B2 (ja
Inventor
ペーター・ラウアー
Peter Lauer
アンドレアス・デーリング
Andreas Doering
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MAN Energy Solutions SE
Original Assignee
MAN Diesel and Turbo SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MAN Diesel and Turbo SE filed Critical MAN Diesel and Turbo SE
Publication of JP2015055251A publication Critical patent/JP2015055251A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6554274B2 publication Critical patent/JP6554274B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • F01N9/002Electrical control of exhaust gas treating apparatus of filter regeneration, e.g. detection of clogging
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
    • F01N11/007Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity the diagnostic devices measuring oxygen or air concentration downstream of the exhaust apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • F01N9/007Storing data relevant to operation of exhaust systems for later retrieval and analysis, e.g. to research exhaust system malfunctions
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00Testing of engines
    • G01M15/04Testing internal-combustion engines
    • G01M15/10Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame
    • G01M15/102Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame by monitoring exhaust gases
    • G01M15/104Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame by monitoring exhaust gases using oxygen or lambda-sensors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2430/00Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics
    • F01N2430/06Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics by varying fuel-air ratio, e.g. by enriching fuel-air mixture
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/02Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
    • F01N2560/025Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor for measuring or detecting O2, e.g. lambda sensors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/02Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
    • F01N2560/026Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor for measuring or detecting NOx
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/16Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust apparatus, e.g. particulate filter or catalyst
    • F01N2900/1606Particle filter loading or soot amount
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)

Abstract

【課題】内燃エンジンの排ガス再処理システム、及びそれの運転方法を提供する。【解決手段】粒子フィルタ(12)と、排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタ(12)の下流に配置された、粒子フィルタ(12)の下流における排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量を測定するための第1センサ(15)と、を有する、内燃エンジンの排ガス再処理システム(10)。粒子フィルタ(12)における煤燃焼の際、つまり、粒子フィルタ(12)の受動的再生における制御されていない煤燃焼又は粒子フィルタ(12)の能動的再生における制御された煤燃焼の際に、煤燃焼前の粒子フィルタ(12)の煤での充填、及び/又は煤燃焼の結果としての粒子フィルタ(12)の温度上昇、及び/又は煤燃焼の速度が、第1センサ(15)によって測定された粒子フィルタ(12)の下流における排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量に少なくとも基づいて決定される。【選択図】図1

Description

本発明は、請求項1のプリアンブルに記載の内燃エンジンの排ガス再処理システムに関する。本発明はさらに、このような排ガス再処理システムの運転方法に関する。
慣例から、粒子フィルタと、排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタの上流に配置される少なくとも1つの排ガス再処理アセンブリと、適切な場合には排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタの下流に配置される排ガス再処理アセンブリと、を含む内燃エンジンの排ガス再処理システムが知られている。排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタの上流に配置される排ガス再処理アセンブリは、具体的には酸化触媒コンバータである。粒子フィルタの下流に配置される排ガス再処理アセンブリは、SCR触媒コンバータ及び/又はサイレンサ及び/又は熱交換器及び/又は脱硫アセンブリであり得る。粒子フィルタとの用語は、それを通って排ガスが流れる従来の粒子フィルタを意味し、また、排ガスフローが分離構造に沿って導かれる場合には粒子セパレータをも意味する。
具体的に、排ガスの流れ方向から見て酸化触媒コンバータが粒子フィルタの上流に配置される場合、排ガス中の一酸化窒素(NO)は、以下の式に従って、排ガスフローに含まれる残留酸素(O)を用いて、酸化触媒コンバータにおいて二酸化窒素(NO)に酸化される:
2NO+O→2NO
一酸化窒素の二酸化窒素へのこの酸化の間、高温での酸化反応の平衡は一酸化窒素側にある。この結果、達成可能な二酸化窒素成分は、高温において非常に制限される。
粒子フィルタにおいて、酸化触媒コンバータにおいて抽出された二酸化窒素は、粒子フィルタで収集された炭素含有粒子、いわゆる煤とともに、一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(CO)、窒素(N)及び一酸化窒素(NO)に変換される。ここで、粒子フィルタの受動的再生(passive regeneration)の意味で、粒子フィルタに堆積された炭素質物質微粒子又は煤の連続除去が行われるが、この変換は以下の式に従って行われる:
2NO+C→2NO+CO
NO+C→NO+CO
2C+2NO→N+2CO
具体的に、このような粒子フィルタの受動的再生において、粒子フィルタに堆積された炭素質物質微粒子又は煤の変換を完全に行うことができない場合、粒子フィルタにおける炭素成分又は煤成分は増加し、粒子フィルタはそして、排ガス再処理システムの上流に位置する内燃エンジンにおける排ガス背圧が最終的に上昇する結果、目詰まりする傾向を有する。
内燃エンジンにおける排ガス背圧の上昇は、内燃エンジンのパワーを低下させ、燃料消費の増加を引き起こす。
粒子フィルタにおける炭素質物質微粒子又は煤の量の増加、故にその目詰まりを回避するため、粒子フィルタに触媒コーティングを提供することが慣例から既に知られている。ここでは、白金含有コーティングが優先的に採用される。このような触媒コーティングを有する粒子フィルタの使用はしかしながら、低い排ガス温度において、炭素質物質微粒子、つまり煤での粒子フィルタの充填(charging)を十分に防ぐことができない。
粒子フィルタの煤充填が、フィルタ材料に応じて3〜10gの煤/フィルタの基板(l)の間である一定の制限を超えると、制御されていない煤の発火が生じ得る。この場合、煤は突然燃え、それは炭素酸化の発熱により、1000℃を超える温度上昇をもたらし、フィルタ材料の熱ダメージをもたらす。
さらに、粒子フィルタの能動的再生(active regeneration)を採用することが、煤での粒子フィルタの充填を低減するために慣例から知られている。このような粒子フィルタの能動的再生の場合、炭化水素の発熱反応又は酸化を用いて粒子フィルタに蓄積されてきた炭素質物質微粒子又は煤粒子を焼き払うために、例えば排ガスフローへの燃料の添加によって、排ガス温度は定期的に、能動的に500℃から650℃まで上昇する。この場合、粒子フィルタにおける酸素を用いた炭素の燃焼は、以下の式に従って生じる:
C+O→CO
非常に上昇した温度では、一酸化窒素の変換もまた観察され得る。
2C+2NO→N+2CO
煤粒子の燃焼による粒子フィルタの能動的再生の場合も同様に、粒子フィルタに煤が充填するリスクが存在するが、それは、粒子フィルタにおける発熱の炭素酸化により、1000℃を超える激しい温度上昇に発展するほど高い。このような激しい温度上昇の場合、粒子フィルタ及び/又は下流に接続された排ガス再処理アセンブリのダメージが生じ得る。既に説明したように、粒子の受動的再生の場合もまた問題になる。ここでまた、粒子フィルタにおける1000℃を超える温度上昇は、激しい発熱反応の結果生じることがあり、その結果、粒子フィルタ及び/又はその下流に接続された排ガス再処理アセンブリが順にダメージハザードに曝される。
今まで、特に粒子フィルタの受動的再生で粒子フィルタにおいて物質微粒子又は煤粒子の制御されていない燃焼が生じる場合、これを時間内に検出することは不可能であった。さらに、今まで、特に物質微粒子又は煤粒子が能動的再生の観点で、制御されているか又は制御されていない方法で燃焼する場合、煤燃焼前の煤での粒子フィルタの充填、及び/又は煤燃焼の結果としての粒子フィルタの温度上昇、及び/又は煤燃焼の速度の度合を安全かつ確実に決定することは不可能であった。
ここから始めて、本発明は、新たなタイプの内燃エンジンの排ガス再処理システム及びこのような排ガス再処理システムの運転方法を作り出す目的に基づく。
本目的は、請求項1に記載の排ガス再処理システムによって解決される。本発明によると、粒子フィルタの下流における排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量を測定するための第1センサが、排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタの下流に配置される。
本発明では、初めて、排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量の測定に役立つセンサを粒子フィルタの下流に配置することが提案される。このようなセンサを用いて、粒子フィルタの能動的再生及び受動的再生において、短時間内に生じている煤燃焼を確実に推定することができる。さらに、このセンサによって提供される測定信号に基づき、つまり、第1センサによって決定される粒子フィルタの下流における排ガス中の酸素含量又はNOx含量に基づき、煤燃焼前の煤での粒子フィルタの充填状態、及び/又は煤燃焼の結果としての粒子フィルタの温度上昇、及び/又は煤燃焼の速度が、容易かつ確実に決定され得る。
優先的に、排ガス中の酸素含量又はNOx含量を測定するための第1センサは、排ガスの流れ方向において粒子フィルタの直ぐ下流、つまり、排ガスの流れ方向において粒子フィルタの下流に接続されたそれぞれのさらなる排ガス再処理アセンブリの上流に配置される。この場合には、粒子フィルタと第1センサとの間の長すぎる距離による信号遅延も、粒子フィルタの下流に接続された排ガス再処理アセンブリによる信号歪みも予期されないため、この構成は有利である。
有利なさらなる開発によると、排ガス中の酸素含量又はNOx含量を測定するための第2センサが、排ガスの流れ方向において粒子フィルタの直ぐ上流、つまり、排ガスの流れ方向において粒子フィルタの上流に接続されたそれぞれのさらなる排ガス再処理アセンブリの下流に配置される。本発明のこの有利なさらなる開発は、排ガス再処理システム又は内燃エンジンのダイナミック運転の間に煤での粒子フィルタの充填、及び/又は粒子フィルタの温度上昇、及び/又は煤燃焼の速度が決定されるべき場合に、特に重要である。
制御デバイスは、第1センサ及び適用可能な場合の第2センサによって測定された酸素含量又はNOx含量を処理する。
このような排ガス再処理システムを運転するための本発明による方法は、請求項7に規定される。粒子フィルタにおける煤燃焼の間、つまり、粒子フィルタの受動的再生における制御されていない煤燃焼又は粒子フィルタの能動的再生における制御された煤燃焼において、煤燃焼前の煤での粒子フィルタの充填、及び/又は煤燃焼の結果としての粒子フィルタの温度上昇、及び/又は煤燃焼の速度は、第1センサによって測定された粒子フィルタの下流における排ガス中の酸素含量又はNOx含量に少なくとも基づいて決定される。
本発明の好ましいさらなる開発は、サブクレーム及び以下の説明から得られる。本発明の例示的実施形態は、図面を用いてさらに詳細に説明されるが、これに制限されることはない。
本発明による内燃エンジンの排ガス再処理システムの例示的な一実施形態の概略図である。 本発明による方法を示すための時間ダイアグラムである。
図1は、内燃エンジン11の排ガス再処理システム10の概略図を示し、図1によると、排ガス再処理システム10は粒子フィルタ12を備える。排ガス再処理システム10はさらに、排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタ12の上流に配置された少なくとも1つの排ガス再処理アセンブリ13と、排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタ12の下流に配置された少なくとも1つの排ガス再処理アセンブリ14と、を備える。
排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタ12の上流に配置された排ガス再処理アセンブリ13は、優先的には酸化触媒コンバータである。
排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタ12の下流に配置された排ガス再処理アセンブリ14は、優先的には、SCR触媒コンバータ及び/又はサイレンサ及び/又は脱硫アセンブリ及び/又は熱交換器である。
本発明に関して、排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタ12の下流に第1センサ15を配置することが提案されるが、それは、粒子フィルタ12の下流における排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量の測定に役立つ。排ガス中の酸素含量を測定するためのこの第1センサ15は、優先的には、排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタ12の直ぐ下流、つまり、排ガスの流れ方向において粒子フィルタ12の下流に接続されたそれぞれのさらなる排ガス再処理アセンブリ14の上流に配置される。
優先的に、排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量を測定するための第2センサ16が存在するが、それは、排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタ12の直ぐ上流、つまり、排ガスの流れ方向において粒子フィルタ12の上流に接続されたそれぞれのさらなる排ガス再処理アセンブリ13の下流に配置される。この第2センサは好ましくはあるが、任意である。
排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタ12の直ぐ下流に配置される第1センサ15、及び、適用可能であれば存在する、排ガスの流れ方向から見て粒子フィルタ12の直ぐ上流に配置される第2センサ16は、優先的にはそれぞれラムダセンサ及び/又はNOxセンサである。
図1によると、排ガス再処理システム10はさらに制御デバイス17を備え、それは、第1センサ15及び適用可能であれば存在する第2センサ16によって測定された排ガス中の酸素含量又はNOx含量を処理する。
この場合に制御デバイス17は、本発明による方法を実施するのに役立ち、ここで本発明による方法は、以下で図2を参照して詳細に説明される。
図2では、多数の曲線形状18、18’、19、19’が時間とともに示される。
曲線形状18及び18’はそれぞれ、第1センサ15によって提供された測定信号であり、つまり、第1センサ15を用いた測定によって検出された粒子フィルタ12の下流における排ガス中の酸素含量である。
曲線形状19及び19’はそれぞれ、運転の間に生じる粒子フィルタ12の温度である。
実線で示される曲線形状18及び19は、粒子フィルタ12、故に排ガス再処理システム10の運転事例に関するが、粒子フィルタ12の能動的再生によって排ガス温度は上昇し、制御された煤燃焼が生じる。
破線で示される曲線形状18’及び19’は対照的に、粒子フィルタ12の運転状態を可視化しており、粒子フィルタ12の能動的再生の際の時間t1では、制御されていない煤燃焼が同じく生じている。
従って、図2から、時間t1での制御されていない突然の煤燃焼の開始と同時に、反応、つまり酸素含量の急落が第1センサ15によって提供された測定信号18’において決定され得ることが明らかである。このような制御されていない煤燃焼の結果としての粒子フィルタ12における温度上昇はしかしながら、時間t2においてのみ温度センサで決定され得る。時間t3ではしかしながら、粒子フィルタ12における煤燃焼は大体終結している。
本発明による方法では、粒子フィルタ12における煤燃焼の際、つまり、粒子フィルタ12の受動的再生における制御されていない煤燃焼並びに粒子フィルタ12の能動的再生における制御された煤燃焼の両方の際に、ここでは、第1センサ15によって決定される粒子フィルタ12の下流での酸素含量及び/又はNOx含量に少なくとも基づいて、煤燃焼前の煤での粒子フィルタ12の充填、及び/又は煤燃焼の結果としての粒子フィルタ12の温度上昇、及び/又は煤燃焼の速度を決定することが提案される。
排ガス再処理システムの定常運転の間、第1センサ15によって提供される測定信号、つまり粒子フィルタ12の下流における排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量は、この目的のために十分である。しかしながら、排ガス再処理システム10のダイナミック運転の間は対照的に、特に内燃エンジン11の作用点(operating point)が変化する場合、測定によって第2センサ16を用いて計算又は決定される粒子フィルタ12の上流における排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量が、この目的のために追加的に使用され、次いで、粒子フィルタ12の下流における酸素含量と粒子フィルタ12の上流における酸素含量との差異に基づいて上記量の決定が行われる。
第1センサ15によって測定される粒子フィルタ12の下流における排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量から、またダイナミック運転の間の粒子フィルタ12の上流における計算又は測定された排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量から、そして内燃エンジン11によって制御デバイス17に対して利用可能になる排ガス流速又は排ガス質量流量から、燃焼煤質量が以下の式によって決定され得る:
C+O→CO
2C+2NO→N+2CO
2C+2NO→N+2CO
ここで、それぞれの燃焼酸素分子又はNOx分子は、炭素分子に相当する。長時間にわたる積分により、煤燃焼前の粒子フィルタ12の煤での充填がこうして決定され得る。
煤燃焼の結果としての粒子フィルタ12の温度上昇は、以下の式によって決定され得る:
ΔT=m*Hu/((mexhaust gas)*αexhaust gas)+(mFilter*αFilter
ここでΔTは煤燃焼の結果としての温度上昇に相当し、mは煤燃焼前の粒子フィルタの煤での充填に相当し、Huは煤の発熱量に相当し、mexhaust gasは排ガス質量処理量に相当し、αexhaust gasは排ガスの熱容量に相当し、mFilterはフィルタ質量に相当し、αFilterはフィルタの熱容量に相当する。
煤燃焼の持続時間Δtは、センサ15によって提供される信号18’から同様に決定され得、図3によると、時間t3での煤燃焼は、具体的に、測定信号18’の低下及び後続のその上昇後にそれが概して一定値であると見なされるときに終結する。測定信号18’の時間偏差から、粒子フィルタ12における煤燃焼の速度が推定され得る。
dT/dt≒dO/dt
dT/dt≒dNOx/dt
具体的に、煤燃焼の結果として第1センサ15の測定信号から決定及び予期される粒子フィルタ12の温度上昇が大きすぎる、つまり制御デバイス17に記憶される制限値よりも大きいと決定される場合、内燃エンジン11の運転に影響を与えることができ、故に、粒子フィルタ12の温度上昇は、その結果そのダメージリスクを弱めるために低下される。
この目的を達成するために、例えば内燃エンジン11の適切な絞り(throttling)によって、排ガス中の酸素含量を最終的に低下させるためにその新鮮な空気供給を低減することができる。従って、内燃エンジン11の運転は、具体的に時間t1において煤燃焼の開始が検出されるときに直接的に影響を受けることができ、故に、粒子フィルタ12の低下された非臨界の(uncritical)温度上昇が生じる。
煤燃焼の結果としての粒子フィルタ12の温度上昇、及び/又は煤燃焼前の粒子フィルタ12の煤での充填は、制御デバイス17に記憶され得る。具体的に、煤燃焼の結果としての温度上昇が大きすぎる、及び/又は煤燃焼前の粒子フィルタ12の煤での充填が大きすぎる場合、粒子フィルタ12及び/又は内燃エンジン11に対する診断メッセージが優先的に生じ、制御デバイス17に記憶され、適切な場合に表示される。このように、粒子フィルタ12のメンテナンスは、具体的にその温度上昇が大きすぎる場合に開始され得る。さらに、内燃エンジン11の噴射ノズル及び/又はターボチャージャのメンテナンスは、具体的に、例えば高いノズル又はターボチャージャの摩耗によってもたらされる高すぎる煤原料の放出により粒子フィルタの煤での充填が大きすぎる場合に開始され得る。
本発明のさらに有利な開発によると、本発明による方法を用いて決定される、煤燃焼前の粒子フィルタ12の煤での充填、及び/又は煤燃焼の結果としての粒子フィルタ12の温度上昇、及び/又は煤燃焼の速度と、制御デバイスに記憶される粒子フィルタ12の煤充填モデルの対応量との比較が提供され得る。アルゴリズム及びチャージ圧力、噴射圧力などのエンジン運転値を用いて粒子フィルタに堆積される量が決定される場合の煤充填モデルは、従来技術であり、故にここではさらに議論されない。現在、粒子フィルタの充填は、正確性が不明又は不十分であるセンサシステムに基づいて決定されることができず、故に、充填モデルと正確な値との比較は不可能である。これにより、例えば、実際の値の変動を検出することができず、従って、煤充填モデルは正確な値を提供しないという結果となっている。
ここでその方法が出現する:具体的に第1センサ15の測定信号に応じて決定される少なくとも1つの値が粒子フィルタ12の充填モデルの対応量から外れる場合、そのずれに基づいて粒子フィルタ12の充填モデルを適合するために補正値が決定され得、故に、その補正値を用いて粒子フィルタ12の充填モデルが適合される。
具体的に、第1センサ15の測定信号に基づいて決定される、粒子フィルタ12の煤での充填及び煤燃焼の結果としての粒子フィルタ12の温度上昇が、臨界制限値よりも低く、その対応値がさらに充填モデルの対応量と一致する場合、制御の観点でアクションは何も必要とされない。
具体的に、煤燃焼の結果として決定される粒子フィルタの温度上昇、及び/又は決定される粒子フィルタの煤での充填が臨界制限値よりも低いが、これらの値が制御デバイス17において決定される対応量から外れる場合、少なくとも1つの特性値の決定による充填モデルの適合が行われ得る。能動的フィルタ再生の際、この適合は例えば、再生インターバルの変化をもたらす。
具体的に、煤燃焼の結果として決定される粒子フィルタの温度上昇、及び/又は決定される粒子フィルタの煤での充填が臨界制限値を超える場合、上記で既に述べたように少なくとも1つの診断メッセージが生じ、及び/又は、温度上昇は内燃エンジン11の運転に影響を与えることによって能動的に弱められる。
10 排ガス再処理システム
11 内燃エンジン
12 粒子フィルタ
13 排ガス再処理アセンブリ
14 排ガス再処理アセンブリ
15 センサ
16 センサ
17 制御デバイス
18 曲線形状
18’ 曲線形状
19 曲線形状
19’ 曲線形状

Claims (12)

  1. 粒子フィルタ(12)を有する、内燃エンジンの排ガス再処理システムであって、前記排ガスの流れ方向から見て前記粒子フィルタ(12)の下流に配置された、前記粒子フィルタ(12)の下流における前記排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量を測定するためのセンサ(15)を特徴とする、排ガス再処理システム。
  2. 前記粒子フィルタ(12)の上流及び/又は下流に、さらに排ガス再処理システム(13、14)が提供されることを特徴とする、請求項1に記載の排ガス再処理システム。
  3. 前記排ガス中の酸素含量を測定するための前記センサ(15)は、前記排ガスの流れ方向において前記粒子フィルタ(12)の直ぐ下流、つまり、前記粒子フィルタ(12)の下流に接続されたそれぞれのさらなる排ガス再処理アセンブリ(14)の上流に配置されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の排ガス再処理システム。
  4. 前記排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量を測定するためのさらなるセンサ(16)であって、前記排ガスの流れ方向において前記粒子フィルタ(12)の直ぐ上流、つまり、前記粒子フィルタ(12)の上流に接続されたそれぞれのさらなる排ガス再処理アセンブリ(13)の下流に配置されるセンサ(16)を特徴とする、請求項1から3の何れか1項に記載の排ガス再処理システム。
  5. 第1センサ(15)及び適切な場合に存在する第2センサ(16)は、ラムダセンサ及び/又はNOxセンサであることを特徴とする、請求項1から4の何れか1項に記載の排ガス再処理システム。
  6. 第1センサ(15)及び適切な場合に存在する第2センサ(16)によって測定された酸素含量及び/又はNOx含量を処理する制御デバイス(17)を特徴とする、請求項1から5の何れか1項に記載の排ガス再処理システム。
  7. 前記制御デバイス(17)は、請求項8から12の何れか1項に記載の方法を実施することを特徴とする、請求項6に記載の排ガス再処理システム。
  8. 前記粒子フィルタにおける煤燃焼の際、つまり、前記粒子フィルタの受動的再生における制御されていない煤燃焼又は前記粒子フィルタの能動的再生における制御された煤燃焼の際に、第1センサによって測定された前記粒子フィルタの下流における前記排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量に少なくとも基づいて、煤燃焼前の前記粒子フィルタの煤での充填、及び/又は煤燃焼の結果としての前記粒子フィルタの温度上昇、及び/又は煤燃焼の速度が決定される、請求項1から7の何れか1項に記載の排ガス再処理システムの運転方法。
  9. 前記排ガス再処理システムのダイナミック運転の間、第2センサを用いて計算又は測定された前記粒子フィルタの上流における前記排ガス中の酸素含量及び/又はNOx含量が、煤燃焼前の前記粒子フィルタの煤での充填、及び/又は煤燃焼の結果としての前記粒子フィルタの温度上昇、及び/又は煤燃焼の速度を決定するために追加的に使用されることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
  10. 具体的に、煤燃焼の結果としての前記粒子フィルタの温度上昇が大きすぎると決定される場合、前記温度上昇を低下させるための手段が、前記排ガス再処理システムの上流に接続された内燃エンジンの運転に影響を与えることによって行われることを特徴とする、請求項8又は9に記載の方法。
  11. 具体的に、煤燃焼の結果としての前記粒子フィルタの温度上昇が大きすぎる、及び/又は煤燃焼前の前記粒子フィルタの煤での充填が大きすぎると決定される場合、前記粒子フィルタに対する少なくとも1つの診断メッセージ及び/又は前記排ガス再処理システムの上流に接続された内燃エンジンに対する少なくとも1つの診断メッセージが生じ、記憶され、かつ適切な場合に表示されることを特徴とする、請求項8から10の何れか1項に記載の方法。
  12. 決定された煤燃焼前の前記粒子フィルタの煤での充填、及び/又は煤燃焼の結果としての前記粒子フィルタの温度上昇、及び/又は煤燃焼の速度が、前記粒子フィルタの充填モデルの対応量と比較され、具体的に少なくとも1つの決定された値が前記粒子フィルタの充填モデルの対応量から外れる場合、前記粒子フィルタの充填モデルを適合させるための補正値が決定されることを特徴とする、請求項8から11の何れか1項に記載の方法。
JP2014183026A 2013-09-10 2014-09-09 内燃エンジンの排ガス再処理システム、及びその運転方法 Active JP6554274B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013014990.8 2013-09-10
DE102013014990.8A DE102013014990A1 (de) 2013-09-10 2013-09-10 Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben desselben

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015055251A true JP2015055251A (ja) 2015-03-23
JP6554274B2 JP6554274B2 (ja) 2019-07-31

Family

ID=52478247

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014183026A Active JP6554274B2 (ja) 2013-09-10 2014-09-09 内燃エンジンの排ガス再処理システム、及びその運転方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9677450B2 (ja)
JP (1) JP6554274B2 (ja)
KR (1) KR102234810B1 (ja)
DE (1) DE102013014990A1 (ja)
FR (1) FR3010445B1 (ja)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150135679A1 (en) * 2013-11-21 2015-05-21 General Electric Company Emissions control in diesel engines
JP2017218898A (ja) * 2016-06-03 2017-12-14 いすゞ自動車株式会社 内燃機関のフィルター再生システム及び内燃機関のフィルター再生方法
US10550781B2 (en) 2017-09-12 2020-02-04 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for particulate filter load estimation
DE102018207227B4 (de) * 2018-05-09 2021-10-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Ermitteln einer Aschebeladung eines Partikelfilters für einen Verbrennungsmotor
DE102018211195A1 (de) * 2018-07-06 2020-01-09 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Bewertung einer Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion in einem Abgasfilter
US11932080B2 (en) 2020-08-20 2024-03-19 Denso International America, Inc. Diagnostic and recirculation control systems and methods
US11813926B2 (en) 2020-08-20 2023-11-14 Denso International America, Inc. Binding agent and olfaction sensor
US11760170B2 (en) 2020-08-20 2023-09-19 Denso International America, Inc. Olfaction sensor preservation systems and methods
US11881093B2 (en) 2020-08-20 2024-01-23 Denso International America, Inc. Systems and methods for identifying smoking in vehicles
US11828210B2 (en) 2020-08-20 2023-11-28 Denso International America, Inc. Diagnostic systems and methods of vehicles using olfaction
US11636870B2 (en) 2020-08-20 2023-04-25 Denso International America, Inc. Smoking cessation systems and methods
US11760169B2 (en) 2020-08-20 2023-09-19 Denso International America, Inc. Particulate control systems and methods for olfaction sensors
US12017506B2 (en) 2020-08-20 2024-06-25 Denso International America, Inc. Passenger cabin air control systems and methods
CN115405404B (zh) * 2022-09-29 2024-07-19 潍柴动力股份有限公司 Soot原排模型的构建方法、装置及发动机后处理系统

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005133721A (ja) * 2003-10-27 2005-05-26 Ford Global Technologies Llc ディーゼル・パティキュレート・フィルターの再生とリーンNOxトラップの脱硫とを同時に行うための方法及びシステム
JP2006283748A (ja) * 2005-03-07 2006-10-19 Honda Motor Co Ltd 内燃機関の排気浄化装置
JP2006316720A (ja) * 2005-05-13 2006-11-24 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化システム
JP2007023874A (ja) * 2005-07-15 2007-02-01 Isuzu Motors Ltd 排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システム
JP2007304068A (ja) * 2006-05-15 2007-11-22 Toyota Motor Corp 排気微粒子の測定装置
JP2009019557A (ja) * 2007-07-11 2009-01-29 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置
JP2010180743A (ja) * 2009-02-04 2010-08-19 Denso Corp 内燃機関の排気浄化装置
US20110219746A1 (en) * 2010-03-11 2011-09-15 Aleksey Yezerets System, method, and apparatus for controlling an aftertreatment system having a particulate filter and a rich nox conversion device
JP2012036859A (ja) * 2010-08-09 2012-02-23 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp 排気浄化装置
JP2012197705A (ja) * 2011-03-18 2012-10-18 Komatsu Ltd 粒子状物質堆積量推定装置、排気ガス浄化システム、および粒子状物質堆積量推定方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7031827B2 (en) * 2003-04-11 2006-04-18 Ford Global Technologies, Llc Computer algorithm to estimate particulate filter regeneration rates
US7299626B2 (en) * 2005-09-01 2007-11-27 International Engine Intellectual Property Company, Llc DPF regeneration monitoring method
DE102009005733A1 (de) * 2009-01-22 2010-07-29 Man Nutzfahrzeuge Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zur Regeneration eines im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine angeordneten Partikelfilters
US8408055B2 (en) * 2009-07-29 2013-04-02 Ford Global Technologies, Llc Method to detect and mitigate unsolicited exotherms in a diesel aftertreatment system
US8359840B2 (en) 2009-09-29 2013-01-29 Ford Global Technologies, Llc Method for adjusting boost pressure while regenerating a particulate filter for a direct injection engine
US8327628B2 (en) * 2009-09-29 2012-12-11 Ford Global Technologies, Llc Gasoline particulate filter regeneration and diagnostics
JP5071819B2 (ja) 2009-11-18 2012-11-14 株式会社デンソー 内燃機関の排気浄化装置
US8850798B2 (en) 2011-05-11 2014-10-07 GM Global Technology Operations LLC Particulate filter regeneration method

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005133721A (ja) * 2003-10-27 2005-05-26 Ford Global Technologies Llc ディーゼル・パティキュレート・フィルターの再生とリーンNOxトラップの脱硫とを同時に行うための方法及びシステム
JP2006283748A (ja) * 2005-03-07 2006-10-19 Honda Motor Co Ltd 内燃機関の排気浄化装置
JP2006316720A (ja) * 2005-05-13 2006-11-24 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化システム
JP2007023874A (ja) * 2005-07-15 2007-02-01 Isuzu Motors Ltd 排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システム
JP2007304068A (ja) * 2006-05-15 2007-11-22 Toyota Motor Corp 排気微粒子の測定装置
JP2009019557A (ja) * 2007-07-11 2009-01-29 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置
JP2010180743A (ja) * 2009-02-04 2010-08-19 Denso Corp 内燃機関の排気浄化装置
US20110219746A1 (en) * 2010-03-11 2011-09-15 Aleksey Yezerets System, method, and apparatus for controlling an aftertreatment system having a particulate filter and a rich nox conversion device
JP2012036859A (ja) * 2010-08-09 2012-02-23 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp 排気浄化装置
JP2012197705A (ja) * 2011-03-18 2012-10-18 Komatsu Ltd 粒子状物質堆積量推定装置、排気ガス浄化システム、および粒子状物質堆積量推定方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR102234810B1 (ko) 2021-04-01
JP6554274B2 (ja) 2019-07-31
DE102013014990A1 (de) 2015-03-12
KR20150029595A (ko) 2015-03-18
FR3010445A1 (fr) 2015-03-13
US9677450B2 (en) 2017-06-13
US20150068195A1 (en) 2015-03-12
FR3010445B1 (fr) 2019-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6554274B2 (ja) 内燃エンジンの排ガス再処理システム、及びその運転方法
JP4506539B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
US8966882B2 (en) Differential pressure-based enablement of a particulate filter diagnostic
JP5993293B2 (ja) 異常診断装置
WO2009107298A1 (ja) 排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システム
US8505284B2 (en) Stratified particulate filter regeneration system
JP2006242104A (ja) 酸化触媒の温度制御方法及び内燃機関の排気浄化装置
JP2005201119A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP6254373B2 (ja) 内燃機関の排ガスを浄化する方法および装置
KR102270963B1 (ko) 내연기관을 작동하기 위한 방법 및 제어장치
JP7384114B2 (ja) フィルタ状態検知装置
JP4311316B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2019199835A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
KR102342938B1 (ko) 디젤 미립자 필터를 포함하는 디젤 엔진 및 디젤 엔진을 작동시키기 위한 방법
JP6380022B2 (ja) センサ制御装置
JP4894569B2 (ja) 温度センサの故障診断装置
JP2010112251A (ja) 排気浄化システム
JP7310720B2 (ja) 触媒状態検知装置
WO2016125436A1 (ja) 微粒子検出装置
KR102371238B1 (ko) 차량의 배기가스 정화장치 및 재생방법
JP2017180274A (ja) 排気浄化装置
JP2008057495A (ja) 排気ガス浄化装置
JP2011220252A (ja) 後処理バーナシステムの燃焼昇温制御方法及び装置
JP2012087650A (ja) ディーゼルエンジンのpm排出量推定装置及びpm排出量制御装置
JP2009057851A (ja) 内燃機関の制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170419

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180307

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180326

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20180626

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180921

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20181203

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190403

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20190419

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190617

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190708

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6554274

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250