JP2016200149A - Method for running an engine fed with a fuel containing a catalyst for reproducing a particulate filter - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To propose a method for reproducing a particulate filter by using a fuel-added catalyst, which method is not so complicated as the known method so that it does not cost like the known one.SOLUTION: The present invention relates to a method for running the internal combustion engine of a vehicle equipped with an exhaust system having a catalyst particulate filter, the internal combustion engine to be fed with a fuel containing a catalyst for reproducing the particulate filter. The method is characterized in that the concentration of the catalyst in the fuel is discontinuously changed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、微粒子フィルタを再生するための触媒を含有する燃料が供給される内燃機関、特にディーゼルエンジンを運転する方法に関する。この方法は、エンジンの排気ガスから黒煙を除去する触媒微粒子フィルタを装備する自動車に適用される。   The present invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular a diesel engine, supplied with a fuel containing a catalyst for regenerating a particulate filter. This method is applied to an automobile equipped with a catalyst particulate filter that removes black smoke from engine exhaust gas.

車両、特にディーゼル車両用の新たな排ガス規制基準を満たすために、これらの車両は、徐々に微粒子フィルタ(PF)を装備している。欧州では、Euro5排ガス基準が設けられたため、すでにそういう状況である。大部分の場合、触媒が、フィルタで捕捉された煤煙を定期的に燃焼によって除去するのに役立つように使用され、それによりPFを再生する。   In order to meet the new emission regulations for vehicles, in particular diesel vehicles, these vehicles are gradually equipped with a particulate filter (PF). This is already the case in Europe since the Euro 5 emission standards were established. In most cases, a catalyst is used to help periodically remove soot trapped in the filter by combustion, thereby regenerating PF.

PFは、PFの上流の温度を、煤煙を燃焼によって除去しそれによりPFを再生するのに十分高い温度まで定期的に上昇させることによって再生される。   The PF is regenerated by periodically raising the temperature upstream of the PF to a temperature sufficiently high to remove the soot by combustion and thereby regenerate the PF.

この温度は、通常650℃を上回り、したがって、この熱のレベルに達するために、燃料が、概してエンジン内で燃焼する(後噴射)か、またはPFの上流の酸化触媒コンバータで燃焼する。これは、ディーゼルエンジン用の排気ガスの温度が、一般に著しく低く、通常は400℃未満であるためである。排気ガスの温度はまた、HCCI(予混合圧縮着火)型の均一燃焼(homogenous charge combustion)等の新たな燃焼技術により、低下する傾向がある。車両が、市街地での使用中等、一定の条件下で使用される場合もまた、温度は非常に低く、250℃未満であることが多い。   This temperature is usually above 650 ° C., so to reach this level of heat, fuel is either generally burned in the engine (post-injection) or in an oxidation catalytic converter upstream of the PF. This is because the temperature of exhaust gas for diesel engines is generally significantly lower, usually below 400 ° C. The temperature of the exhaust gas also tends to decrease due to new combustion technologies such as HCCI (premixed compression ignition) type homogenous charge combustion. When the vehicle is used under certain conditions, such as during use in an urban area, the temperature is also very low, often below 250 ° C.

第2の重要なパラメータは、PF再生の持続時間、すなわち、PFの上流の温度が高レベルで維持される必要がある時間の長さである。追加の燃料消費の経済的かつ環境的な影響がより多くなるということ以外に、持続時間が短い場合が多い市街地周辺の旅行の場合等、場合によっては、PFを再生するのに十分長く、上述した状態を維持することは不可能である。   The second important parameter is the duration of PF regeneration, ie the length of time that the temperature upstream of the PF needs to be maintained at a high level. In addition to the greater economic and environmental impact of additional fuel consumption, in some cases, such as when traveling around urban areas where the duration is often short, it may be long enough to regenerate the PF. It is impossible to maintain this state.

これらの再生の頻度を低減し持続時間を短縮することができる場合、および再生をより低い温度で行うことができる場合、幾つかの利点があることが理解されよう。これは、それには、後噴射に使用される燃料の量が低くなることから、車両の燃料消費が減少するという効果があるためである。その結果、温室効果ガス(CO)の車両排出が削減される。 It will be appreciated that there are several advantages when the frequency of these regenerations can be reduced and the duration can be shortened, and when regeneration can be performed at lower temperatures. This is because it has the effect of reducing the fuel consumption of the vehicle since the amount of fuel used for post-injection is reduced. As a result, greenhouse gas (CO 2 ) vehicle emissions are reduced.

これにより、たとえば炭化ケイ素のように耐熱性である必要がない材料、したがってより安価な材料のPFを使用することも可能になる。さらに、後噴射の持続時間を短縮することにより、エンジンの寿命および高圧燃料噴射装置等のいくつかの構成要素の寿命、またはさらにはエンジン給油間隔等、他の基準に関して有益であることも分かった。   This also makes it possible to use a material that does not have to be heat-resistant, such as silicon carbide, and therefore a less expensive material, PF. In addition, reducing the duration of post-injection has also been found to be beneficial with respect to other criteria such as engine life and life of some components such as high pressure fuel injectors, or even engine refueling intervals .

これらの目的を満たすために、この再生を促進する触媒が、一般に2つの重要な方法で使用される。
−PFの壁の孔に、酸化触媒が導入される。そのため、PFは、触媒微粒子フィルタであると言われるか、あるいは、触媒スートフィルタ(Catalyst Soot Filter)(CSF)と呼ばれる。触媒は、一般に、白金等の貴金属、およびアルミナ等、遷移金属の酸化物、またはさらには、セリウム系、セリウムおよびジルコニウム系、あるいはより一般的には希土類系の酸化物等の還元性の酸化物からなる。この技術は、目下、欧州のEuro5排ガス基準を満たす近年の車両で広く使用されている。
−一方で燃料添加触媒(Fuel Borne Catalyst)(FBC)として知られている、エンジンに供給される燃料によって担持されるPF再生添加剤の使用。さまざまなFBC添加剤、特にセリウム系および/または鉄系の添加剤が知られている。この技術は、目下、同様にディーゼル車両に装備されている。
To meet these objectives, this regeneration promoting catalyst is generally used in two important ways.
-An oxidation catalyst is introduced into the pores of the PF wall. Therefore, PF is said to be a catalyst particulate filter, or is called a catalyst soot filter (CSF). Catalysts are generally noble metals such as platinum and transition metal oxides such as alumina, or even reducing oxides such as cerium, cerium and zirconium, or more generally rare earth oxides. Consists of. This technology is currently widely used in modern vehicles that meet European Euro 5 emission standards.
-On the other hand, the use of a PF regeneration additive supported by the fuel supplied to the engine, known as Fuel Borne Catalyst (FBC). Various FBC additives are known, particularly cerium-based and / or iron-based additives. This technology is currently installed in diesel vehicles as well.

第2方法の方が、概してより有効であり、PFを、すべての運転条件下で、特に市街地走行中に、より経済的に、かつより環境に優しい方法で再生することを可能にする。   The second method is generally more effective and allows the PF to be regenerated in a more economical and environmentally friendly manner under all driving conditions, especially during urban driving.

しかしながら、FBC技術の主な欠点は、それを実施する複雑性、特に、燃料が、この技術が装備された車両で目下実施されているように最も一定の、あり得る添加剤濃度を確実に有するようにする際の複雑性にある。通常、この目的は、燃料において著しく変化しない添加剤濃度、すなわち、通常、20%未満またはさらには10%未満の濃度変動を示す添加剤濃度を維持することになる。   However, the main drawback of FBC technology is that it has the complexity to implement it, in particular the fuel has the most constant possible additive concentration as currently implemented in vehicles equipped with this technology. In the complexity when doing so. Typically, this objective will be to maintain additive concentrations that do not change significantly in the fuel, i.e., additive concentrations that typically exhibit concentration fluctuations of less than 20% or even less than 10%.

PFを再生するのに役立つFBC触媒添加剤の燃料への導入を可能にするシステムは、一般に、添加剤の予備を収容し、燃料タンクの近くの領域に設置される必要がある、最小容積が2リットルから3リットルの大型貯蔵器に依存する。   A system that allows the introduction of FBC catalyst additive into the fuel to help regenerate the PF generally contains a reserve of additive and has a minimum volume that needs to be installed in an area near the fuel tank. Depends on 2 to 3 liter large reservoir.

添加剤を計量する現方法はまた、追加のかつ専用の電子ユニットを使用して制御しなければならない高精度の定量ポンプも必要とする。この電子ユニットは、一般に、車両電子中央制御ユニットすなわちECUに依存している。燃料における添加剤含有量が、PFの優れた再生を可能にするのに十分高いが、PF内に捕捉されたままであるPF再生からの無機残留物によりPFの早期のファウリングをもたらすほど高くないことを確実にするために、上記計量装置を非常に正確に管理する必要がある。一般に、タンク内の燃料のレベルが、燃料の追加の結果、増大する時、ECUは、この情報をコンピュータに通信し、コンピュータは、燃料内の添加剤濃度を常に一定に維持するためにどれくらいの添加剤をタンク内に注入するかをポンプに通知する。   Current methods of metering additives also require high precision metering pumps that must be controlled using additional and dedicated electronic units. This electronic unit generally relies on a vehicle electronic central control unit or ECU. The additive content in the fuel is high enough to allow excellent regeneration of PF, but not so high as to cause premature fouling of PF due to inorganic residues from PF regeneration that remain trapped in the PF In order to ensure this, it is necessary to manage the weighing device very accurately. In general, when the level of fuel in the tank increases as a result of the addition of fuel, the ECU communicates this information to the computer, and the computer determines how much the additive concentration in the fuel remains constant at all times. Inform the pump whether the additive should be injected into the tank.

これら定量ポンプは、極めて正確でありかつ非常に高価である。こうした方法の使用ではまた、計量システムを正確に従属装置として作動させることと、その運転状態を検査することとが必要である。したがって、システムは複雑となり、その結果、高価となる。   These metering pumps are very accurate and very expensive. The use of such a method also requires that the metering system be operated exactly as a slave device and that its operating condition be checked. Thus, the system becomes complex and consequently expensive.

本発明の目的は、既知の方法ほど複雑でなく、したがって既知の方法ほど実施に費用がかからない方法を提案することである。   The object of the present invention is to propose a method that is not as complex as the known method and is therefore less expensive to implement.

この目的で、本発明の方法は、触媒微粒子フィルタ(CSF)を備える排気システムが装備された車両の内燃機関を運転する方法であって、エンジンに、微粒子フィルタを再生するための触媒を含有する燃料が供給される方法であり、この方法は、燃料における触媒濃度が不連続に変化することを特徴とする。   For this purpose, the method according to the invention is a method for operating an internal combustion engine of a vehicle equipped with an exhaust system comprising a catalytic particulate filter (CSF), the engine containing a catalyst for regenerating the particulate filter. This is a method of supplying fuel, which is characterized in that the catalyst concentration in the fuel changes discontinuously.

本発明の方法により、燃料における濃度を一定値で維持するために従来技術の複雑なシステムを必要とすることなく、CSFを有効に、特に低温で再生することができる。   The method of the present invention allows the CSF to be regenerated effectively, especially at low temperatures, without the need for complex systems of the prior art to maintain the fuel concentration at a constant value.

本発明の他の特徴、詳細および利点は、添付図面を参照して与えられる以下の説明を読むことからさらにより完全に明らかとなろう。   Other features, details and advantages of the invention will become even more fully apparent from reading the following description given with reference to the accompanying drawings.

燃料の触媒濃度を経時的にかつ燃料タンクの充填レベルに応じて示す図である。It is a figure which shows the catalyst concentration of a fuel with time and according to the filling level of a fuel tank.

本発明の方法の本質的な特徴は、燃料における触媒濃度が不連続に変化するということである。それが意味することは、既知の方法とは異なり、この濃度が一定ではなく経時的に変化することができるということであり、さらには、それが非連続的に変化する、ということである。したがって、非常に短い時間で、または即座に、その濃度は異なる値を採用することができる。その濃度は、ゼロであり、たとえば0から30、より詳細には0から20の係数で変化することができる範囲内で変化することができる。さらにより詳細には、これらの範囲は、0から15、特に0から5まで変化することができる。したがって、この濃度は、ある特定の長さの時間、ある特定の値で一定のままであり、その後、非常に短い時間でまたは即座に別の値に変化し、その後、別の期間、一定のままであることが可能である。   An essential feature of the method of the present invention is that the catalyst concentration in the fuel changes discontinuously. What it means is that, unlike the known methods, this concentration is not constant and can change over time, and furthermore it changes discontinuously. Thus, in a very short time or instantly, the concentration can take on different values. Its concentration is zero and can vary within a range that can vary, for example, by a factor of 0 to 30, more particularly 0 to 20. Even more particularly, these ranges can vary from 0 to 15, in particular from 0 to 5. Thus, this concentration remains constant for a certain length of time for a certain length of time, then changes to another value in a very short time or instantly and then for a certain period of time. It is possible to remain.

本発明の方法を、さまざまな選択的方法によって実施することができる。   The method of the present invention can be implemented by various selective methods.

第1選択肢によれば、本方法は、CSF充填(charging)期間中に、燃料における触媒濃度が、1回のみ、上昇するように変化するような条件下で実施される。したがって、その濃度は、ゼロであり得る値VからV>Vであるような値Vまで変化する。 According to a first option, the method is carried out under conditions such that the catalyst concentration in the fuel changes only once during the CSF charging period. The concentration therefore varies from a value V 0 that can be zero to a value V n such that V n > V 0 .

フィルタ充填期間は、排気ガスがCSFを通って流れている期間であり、かつCSFに徐々に煤煙が充満してくる期間を意味する。これらは、フィルタ再生期間外のすべてのエンジン運転期間である。   The filter filling period is a period in which exhaust gas flows through the CSF, and means a period in which the CSF is gradually filled with smoke. These are all engine operating periods outside the filter regeneration period.

本発明の方法の第2選択肢によれば、依然として微粒子フィルタ充填期間中、燃料における触媒濃度は、数回、上昇するように変化する。したがって、濃度は、ゼロであり得る値Vから、値Vまで、その後、別の値Vn+1まで移り、これらの値は、Vn+1>V>Vである。 According to the second option of the method of the present invention, the catalyst concentration in the fuel still changes several times during the particulate filter filling period. Thus, the concentration moves from a value V 0 that can be zero to a value V n and then to another value V n + 1 , where these values are V n + 1 > V n > V 0 .

別の選択肢によれば、本方法は、微粒子フィルタ充填期間中、燃料における触媒濃度が1回または数回、下降するように変化するように、実施される。したがって、濃度は、非ゼロである値Vから値Vに、その後、場合によっては別の値Vn+1まで移ることができ、これらの値はVn+1<V<Vである。 According to another option, the method is carried out such that the catalyst concentration in the fuel changes once or several times during the particulate filter filling period. Thus, the concentration can move from a non-zero value V 0 to a value V n and then possibly to another value V n + 1 , where these values are V n + 1 <V n <V 0 .

第2選択肢または第3選択値の場合、変化が発生する回数は無制限であり得る。   In the case of the second choice or the third selection value, the number of times the change occurs can be unlimited.

最後に、さらに別の選択肢によれば、燃料における触媒濃度を、CSF充填期間中に数回、上昇するようにまたは下降するように変化させることができ、この濃度はある期間にわたってゼロであり得る。   Finally, according to yet another option, the catalyst concentration in the fuel can be varied to rise or fall several times during the CSF filling period, and this concentration can be zero over a period of time. .

本発明は、あらゆるタイプのCSF再生触媒で使用することができる。これらの触媒は周知である。より詳細には、かつ単に例として、この触媒は、コロイド分散体の形態をとることができる。このコロイド分散体のコロイドは、希土類、および/または周期律表のIIA族、IVA族、VIIA族、VIII族、IB族、IIB族、IIIB族およびIVB族から選択される金属の化合物をベースとすることができる。   The present invention can be used with any type of CSF regeneration catalyst. These catalysts are well known. More specifically, and by way of example only, the catalyst can take the form of a colloidal dispersion. The colloids of this colloidal dispersion are based on rare earth and / or compounds of metals selected from Group IIA, Group IVA, Group VIIA, Group VIII, Group IB, Group IIB, Group IIIB and Group IVB of the Periodic Table can do.

それらコロイドは、より詳細には、セリウムおよび/または鉄の化合物をベースとするとすることができる。   These colloids can more particularly be based on cerium and / or iron compounds.

洗浄剤組成物を含有するコロイド分散体を使用することも可能である。   It is also possible to use a colloidal dispersion containing the cleaning composition.

本明細書で言及する元素の周期律表は、French Chemical Society Bulletin No.1(1966年1月)の補足で出版されたものである。   The periodic table of elements referred to in this specification is French Chemical Society Bulletin No. 1 (January 1966).

コロイド分散体の例として、欧州特許第671205号明細書、国際公開第97/19022号パンフレット、同第01/10545号パンフレットおよび同第03/053560号パンフレットといった特許出願に記載されているものを挙げることができ、最後の2つは特に、それぞれセリウムの化合物系および鉄の化合物系の分散体を記載しており、これらの分散体はまた両親媒性物質も含有している。   Examples of colloidal dispersions include those described in patent applications such as EP 671205, WO 97/19022, 01/10545 and 03/053560. The last two describe, in particular, cerium compound-based and iron compound-based dispersions, respectively, which also contain amphiphiles.

国際公開第2010/150040号パンフレットの出願もまた挙げることができ、それは、鉄の化合物、両親媒性物質、および第四級アンモニウム塩を含有する洗浄剤組成物をベースとするコロイド分散体を記載している。   The application of WO 2010/150040 can also be mentioned, which describes a colloidal dispersion based on a detergent composition containing an iron compound, an amphiphile and a quaternary ammonium salt. doing.

第四級アンモニウム塩は、以下の反応生成物であり得る。
(i)以下を含むことができる少なくとも1種の化合物
(a)ヒドロカルビル置換アシル化剤と、アシル化剤を縮合させることができる酸素原子または窒素原子を有する化合物との縮合生成物であり、少なくとも1つの第三級アミノ基を有している縮合生成物、
(b)少なくとも1つの第三級アミノ基を有しているポリアルケン置換アミン、および
(c)少なくとも1つの第三級アミノ基を有しているマンニッヒ(Mannich)反応生成物であって、ヒドロカルビル置換フェノール、アルデヒドおよびアミンから誘導されるマンニッヒ反応生成物、ならびに
(ii)化合物(i)の第三級アミノ基を第四級窒素に転化させるのに好適な第四級化剤。
The quaternary ammonium salt can be the following reaction product.
(I) at least one compound that can comprise (a) a condensation product of a hydrocarbyl-substituted acylating agent and a compound having an oxygen or nitrogen atom that can condense the acylating agent, A condensation product having one tertiary amino group,
(B) a polyalkene-substituted amine having at least one tertiary amino group, and (c) a Mannich reaction product having at least one tertiary amino group, the hydrocarbyl substitution A Mannich reaction product derived from phenol, an aldehyde and an amine, and (ii) a quaternizing agent suitable for converting the tertiary amino group of compound (i) to a quaternary nitrogen.

上記第四級化剤は、硫酸ジアルキル、ハロゲン化ベンジル、ヒドロカルビル置換カーボネート、酸と組み合わされたヒドロカルビル置換エポキシまたはそれらの混合物を含むことができる。   The quaternizing agent can include dialkyl sulfate, benzyl halide, hydrocarbyl substituted carbonate, hydrocarbyl substituted epoxy in combination with an acid or mixtures thereof.

触媒PFもまた周知である。それらは、一般に、白金、またはたとえばパラジウム等の白金族の金属から選択された少なくとも1つの金属系の触媒を含む。白金のこれらの金属との組合せまたはさらにはこれらの金属の互いとの組合せも当然ながら可能である。   Catalyst PF is also well known. They generally comprise at least one metal-based catalyst selected from platinum or a platinum group metal such as palladium. Of course, combinations of platinum with these metals or even combinations of these metals with each other are possible.

触媒の金属は、既知の方法でフィルタに組み込むか、またはフィルタに施すことができる。それは、たとえば、コーティング(ウォッシュコート)(それ自体がフィルタに施される)に含めることができる。このウォッシュコートを、アルミナ、酸化チタン、シリカ、スピネル、ゼオライト、シリケート、結晶性リン酸アルミニウムまたはそれらの混合物から選択することができる。より詳細には、アルミナを使用することができる。ウォッシュコートは、煤煙の燃焼に直接または間接的に役立つことができる還元性物質を含むことも可能である。例として、褐れん石等の酸化セリウム系の物質、場合によってはドープされた、セリウムおよびジルコニウム系の混合酸化物、またはさらにはマンガンの酸化物をベースとする材料を挙げることができる。   The catalytic metal can be incorporated into the filter or applied to the filter in a known manner. It can be included, for example, in a coating (washcoat), which itself is applied to the filter. This washcoat can be selected from alumina, titanium oxide, silica, spinel, zeolite, silicate, crystalline aluminum phosphate or mixtures thereof. More specifically, alumina can be used. The washcoat can also contain a reducing substance that can directly or indirectly serve for the burning of soot. By way of example, mention may be made of materials based on cerium oxide-based substances such as olivine, optionally doped cerium- and zirconium-based mixed oxides, or even manganese oxides.

したがって、PF触媒は、煤煙を燃焼により除去するのに役立つ触媒である場合、フィルタ上に比較的低量で、すなわち概して多くとも70g/フィート(2.5g/dm)の量で存在する。この量は、PFの体積に対して、元素金属の質量、たとえば白金の質量に関して表される。この量を、より詳細には、多くとも60g/フィート(2.1g/dm)、さらにより詳細には、多くとも50g/フィート(1.8g/dm)とすることができる。 Thus, if the PF catalyst is a catalyst that helps remove soot by combustion, it is present on the filter in a relatively low amount, ie generally in an amount of at most 70 g / ft 3 (2.5 g / dm 3 ). . This amount is expressed in terms of the mass of elemental metal, for example the mass of platinum, relative to the volume of PF. This amount can be more particularly at most 60 g / ft 3 (2.1 g / dm 3 ) and even more particularly at most 50 g / ft 3 (1.8 g / dm 3 ).

燃料における再生触媒の質量濃度は、特にこれがコロイド分散体の形態である場合、有利には、0ppmと30ppmとの間に含まれ、この含有量は、鉄系コロイド分散体の場合の鉄等、元素金属に関して表される。元素金属の質量に関して表される、エンジンによって排出される煤煙の触媒含有量は、燃料の再生触媒含有量、車両の燃料消費量およびその煤煙の生成量に応じて、0%と8%との間に含まれ得る。   The mass concentration of the regenerated catalyst in the fuel is advantageously comprised between 0 ppm and 30 ppm, especially when it is in the form of a colloidal dispersion, the content of which, for example, iron in the case of iron-based colloidal dispersions, Expressed in terms of elemental metals. The catalyst content of soot emitted by the engine, expressed in terms of elemental metal mass, is between 0% and 8%, depending on the fuel regeneration catalyst content, the vehicle fuel consumption and the soot production. Can be included in between.

本発明の方法を実施する時、車両は、可変含有量の再生触媒を含有する燃料で走行することになり、この含有量は、ある特定の期間にわたってゼロであることが可能である。エンジンによって生成される煤煙には、燃料における添加剤のレベルに応じて、CSFを再生する能動的な役割を担う元素がより豊富であるかまたは豊富でないことになる。   When practicing the method of the present invention, the vehicle will run with fuel containing a variable content of regenerated catalyst, which may be zero over a certain period of time. The soot produced by the engine will be richer or less rich in elements that play an active role in regenerating CSF, depending on the level of additive in the fuel.

したがって、CSFには、再生触媒添加剤を含まない煤煙または可変濃度で含む煤煙が交互に充満することになる。CSFの定期的な再生中に使用される燃料は、添加剤を含む場合もあれば含まない場合もある。   Therefore, the CSF is alternately filled with smoke containing no regenerated catalyst additive or smoke containing a variable concentration. The fuel used during periodic regeneration of the CSF may or may not contain additives.

そして、製造業者が選択する技術を使用して、車両ECUの制御下で、従来の方法により再生が行われる。   Then, regeneration is performed by a conventional method under the control of the vehicle ECU using the technology selected by the manufacturer.

本発明の利点は、添加剤を、既知のシステムより安価な単純なシステムであって、その計量戦略が単純でありかつ車両により迅速に設置され得るシステムによって、燃料内に導入することができるということである。車両の中央制御システムECUとのインタフェースが不要であるシステムが特に好ましく、それは、これにより、システムの車両への設置がより単純となるためである。   An advantage of the present invention is that the additive can be introduced into the fuel by a simple system that is cheaper than known systems, the metering strategy of which is simple and can be quickly installed in the vehicle. That is. A system that does not require an interface with the central control system ECU of the vehicle is particularly preferred because it makes the installation of the system in the vehicle simpler.

添加剤を異なっておりかつ経時的に変化する量で導入することができる単純な実施形態を以下に示す。   A simple embodiment is shown below in which the additives can be introduced in different and varying amounts over time.

第1実施形態は、ある分量の添加剤、一般に液体を手動で添加することを含み、この添加剤は、車両燃料タンク内に注ぎ込まれる。添加剤の分量は、CSFを再生するのに有効である物質の含有量が、CSFに捕捉される煤煙の燃焼を促進するのに十分高いように計算される。例として、特許出願、国際公開第2010/150040号パンフレットの例3の分散体C等、鉄粒子のコロイド分散体系の添加剤の場合、添加剤を手動で添加した直後の燃料の元素鉄含有量は、有利には、金属鉄の質量に関して2ppmと30ppmとの間、より詳細には金属鉄の質量に関して5ppmと20ppmとの間に含まれ得る。   The first embodiment involves manually adding a volume of additive, typically a liquid, which is poured into the vehicle fuel tank. The amount of additive is calculated so that the content of the material that is effective to regenerate the CSF is high enough to promote the combustion of soot trapped in the CSF. As an example, in the case of an additive of a colloidal dispersion system of iron particles, such as dispersion C in Example 3 of the patent application, WO 2010/150040 pamphlet, the elemental iron content of the fuel immediately after the additive is manually added May advantageously be comprised between 2 and 30 ppm with respect to the mass of metallic iron, and more particularly between 5 and 20 ppm with respect to the mass of metallic iron.

この単純な手段により、添加剤を必要な時に、特に車両が主に市街地で使用される場合には定期的な頻度で、たとえば1000kmから3000km毎に添加剤を添加することによって燃料に添加することができる。この手段を、車両計器盤の表示ランプが汚染削減手段の故障を通知する場合にも使用することができる。   By this simple means, additives can be added to the fuel when needed, especially at regular intervals, especially when the vehicle is used mainly in urban areas, for example every 1000 to 3000 km. Can do. This means can also be used when the indicator lamp on the vehicle instrument panel reports a failure of the pollution reduction means.

図1は、ある分量の添加剤がタンクに手動で定期的に、この場合は2200km(または44時間の走行)毎に、添加される場合に得ることができる、燃料における再生触媒濃度のグラフの一例を示す。この例は、6l/100kmという一定燃料消費量、50km/時という一定速度、そのため3l/時という一定燃料消費量を考慮している。通常、ある分量の添加剤が添加されるとすぐに(図においてEv1で示す事象1:ある容量の再生触媒により、タンク内に存在する40リットルの燃料において15ppmの金属鉄含有量を達成することが可能になる)、鉄含有量は、急激に、この場合は0ppmから15ppmまで上昇する。この鉄含有量は、燃料がタンクに追加されるまで、ある期間にわたって一定であり、これにより、添加剤含有燃料の残りの容量と追加される(したがって添加剤を含有していない)燃料の容量とのそれぞれの比における鉄の濃度が希釈される(Ev2で示す事象2:タンクに残っている20Lの燃料に40Lの燃料(添加剤を含有していない)が追加される)。この事象は、この例では4回繰り返される。追加する度に、鉄濃度は比例して低下する。   FIG. 1 shows a graph of the regenerated catalyst concentration in the fuel that can be obtained when a certain amount of additive is added manually to the tank periodically, in this case every 2200 km (or 44 hours of travel). An example is shown. This example takes into account a constant fuel consumption of 6 l / 100 km, a constant speed of 50 km / h and hence a constant fuel consumption of 3 l / h. Normally as soon as a certain amount of additive is added (event 1 shown in the figure as Ev1: a certain volume of regenerated catalyst achieves 15 ppm metallic iron content in 40 liters of fuel present in the tank) The iron content increases rapidly from 0 ppm to 15 ppm in this case. This iron content is constant over a period of time until the fuel is added to the tank, thereby adding the remaining volume of additive-containing fuel and the volume of fuel added (and thus not containing additives) The concentration of iron in each ratio is diluted (event 2 shown as Ev2: 40 L of fuel (without additives) is added to the 20 L of fuel remaining in the tank). This event is repeated four times in this example. With each addition, the iron concentration decreases proportionally.

この図はまた、CSF再生、すなわち定期的な700km間隔で、すなわち運転の14時間毎に発生する再生(図において星で識別する)の期間も示す。たとえば、第1再生に対応するCSFの煤煙の装填は、車両が、50%の確率で、添加剤を含有していない燃料で、かつ50%の確率で、重量で15ppmの鉄が添加された燃料で運転することで、発生したことが留意されよう。以下の例1は、これらの充填条件下で行われたCSF再生エンジン試験を通して得られる利点を示す。   The figure also shows the duration of CSF regeneration, ie regenerations (identified with stars in the figure) that occur at regular 700 km intervals, ie every 14 hours of driving. For example, a CSF soot loading corresponding to the first regeneration would cause the vehicle to have a 50% chance of adding no additives and a 50% chance of adding 15 ppm by weight of iron. It will be noted that this occurred by operating with fuel. Example 1 below shows the benefits obtained through CSF regeneration engine testing conducted under these filling conditions.

したがって、CSFへの煤煙の充填が、添加剤濃度が変化することができる燃料で発生することと、ある分量の添加剤をこの場合は2200km(44時間)毎に手動でタンク内に注ぎ込むことが必要な非常に単純なシステムを使用することにより、利益が得られるということとが留意されよう。   Therefore, soot filling into the CSF occurs with fuels whose additive concentration can vary, and an amount of additive can be manually poured into the tank every 2200 km (44 hours) in this case. It will be noted that benefits can be gained by using the very simple system required.

再生触媒を導入する、単純かつ自律的な手段、すなわち車両の中央ECUに接続されていない手段を車両に装備することによって、別の実施形態を使用することができる。この手段は、通常は1l以下の小型FBCタンクと、所与の量の添加剤を定期的な間隔で燃料タンク内に注入することができる定量ポンプとを追加することを含むことができる。既存のシステムと比較すると、注入される量が一定となるため、ポンプを、より複雑性が低く、したがってより安価にすることができる。ポンプを、たとえば定期的な間隔(5時間から10時間毎等の時間間隔および/または1000kmから3000km毎等、距離に関する間隔)で注入するようにプログラムすることができるため、ECUとのインタフェースが不要である。電源(application of power)またはGPSチップ等、ポンプに位置する局所装置が、ポンプに対して、車両が走行していることを通知することができ、または、車両が走行した距離を提供することができる。   Another embodiment can be used by equipping the vehicle with simple and autonomous means of introducing the regenerated catalyst, ie not connected to the central ECU of the vehicle. This means can include adding a small FBC tank, typically 1 l or less, and a metering pump that can inject a given amount of additive into the fuel tank at regular intervals. Compared to existing systems, the pumped volume is constant, so the pump can be less complex and therefore less expensive. The pump can be programmed, for example, to be injected at regular intervals (time intervals such as every 5 to 10 hours and / or intervals relating to distances such as every 1000 to 3000 km), thus eliminating the need for an interface with the ECU It is. A local device located in the pump, such as an application of power or a GPS chip, can inform the pump that the vehicle is traveling or provide the distance the vehicle has traveled it can.

ここで例について説明する。   An example will now be described.

例1
エンジン試験台で、Volkswagenグループによって提供されるディーゼルエンジン(4気筒、2リットル、空冷式でターボチャージャ付き、81kW)を使用した。下流に取り付けられた排気ラインは、白金系およびアルミナ系のウォッシュコートを含む酸化触媒コンバータと、それに続く、白金系およびアルミナ系のウォッシュコートを含む市販のCSF(総フィルタ容量3L)から構成されている市販ラインである。
Example 1
A diesel engine (4 cylinders, 2 liters, air-cooled, turbocharged, 81 kW) provided by the Volkswagen group was used on the engine test bench. The exhaust line installed downstream is composed of an oxidation catalytic converter including platinum-based and alumina-based washcoats, followed by a commercial CSF (total filter capacity 3 L) including platinum-based and alumina-based washcoats. This is a commercial line.

使用する燃料は、10ppm未満の硫黄を含み、7容量%のFAMEすなわち脂肪酸メチルエステルを含む、標準EN590 DIN51628による市販の燃料である。FBC再生触媒が使用される場合、燃料は、燃料の質量に対して質量でppmの形態で表されるさまざまな金属鉄含有量を達成するのを可能にする量のFBC添加剤を、燃料に添加した。使用するFBC添加剤は、特許出願、国際公開第2010/150040号パンフレットの例3の分散体C等の鉄の粒子のコロイド分散体系の添加剤であり、この添加剤の元素鉄含有量は、金属鉄の4.3質量%であった。   The fuel used is a commercial fuel according to standard EN590 DIN 51628, containing less than 10 ppm sulfur and containing 7% by volume of FAME or fatty acid methyl ester. When an FBC regenerative catalyst is used, the fuel is loaded with an amount of FBC additive that allows the fuel to achieve various metallic iron contents expressed in ppm by mass relative to the mass of the fuel. Added. The FBC additive used is an additive in a colloidal dispersion system of iron particles such as dispersion C in Example 3 of the patent application, WO 2010/150040 pamphlet, and the elemental iron content of this additive is It was 4.3% by mass of metallic iron.

添加剤含有燃料の鉄含有量を、X線蛍光技法を使用して有機液体で直接監視する。   The iron content of the additive-containing fuel is monitored directly with an organic liquid using X-ray fluorescence techniques.

試験を、2つの連続したステップ、すなわち、CSF煤煙充填ステップと、続くCSFを再生するステップとで行う。これらの2つのステップに対する条件は、さまざまな試験に対して厳密に同じであり、例外は、使用する燃料の種類(添加剤を含有するか否か)である。   The test is performed in two consecutive steps: a CSF soot filling step and a subsequent CSF regeneration step. The conditions for these two steps are exactly the same for the various tests, with the exception being the type of fuel used (whether it contains additives).

充填段階を、3000回転/分(rpm)の速度でエンジンを運転し、およそ6時間45Nmのトルクを使用することによって行う。この充填段階を、CSFに12gの微粒子(または煤煙)が充満した時に停止させる。この段階中、CSFの上流のガスの温度は、230℃から235℃である。これらの条件下で、微粒子排出は約2g/時である。   The filling phase is performed by running the engine at a speed of 3000 revolutions per minute (rpm) and using a torque of 45 Nm for approximately 6 hours. This filling phase is stopped when the CSF is filled with 12 g of fine particles (or soot). During this phase, the temperature of the gas upstream of the CSF is 230 ° C to 235 ° C. Under these conditions, particulate discharge is about 2 g / hour.

この充填段階の後、CSFを取り外し、この段階中にCSFに充満した微粒子の質量を検査するために計量する。   After this filling phase, the CSF is removed and weighed to inspect the mass of particulates that filled the CSF during this phase.

そして、CSFを試験台に再び取り付け、30分間、過給運転状態(3000rpm/45Nm)に戻されるエンジンによって加熱する。そして、エンジン状態を変化させ(トルク80Nm/2200rpm)、エンジン中央制御ユニット(ECU)は後噴射を監視し、CSFの上流の温度が500℃まで上昇するのを可能にし、CSFの再生の開始を可能にする。これらの状態は、60分間維持され、この時間は、後噴射の開始から測定される。   Then, the CSF is reattached to the test bench and heated by the engine returned to the supercharging operation state (3000 rpm / 45 Nm) for 30 minutes. Then, the engine state is changed (torque 80 Nm / 2200 rpm), and the engine central control unit (ECU) monitors the post-injection, enables the temperature upstream of the CSF to rise to 500 ° C., and starts the regeneration of the CSF. to enable. These states are maintained for 60 minutes, and this time is measured from the start of post injection.

すべての場合に、再生に使用する燃料は、CSF充填段階に使用する最後の燃料に対応している。   In all cases, the fuel used for regeneration corresponds to the last fuel used in the CSF filling phase.

CSF再生の有効度を、以下の2つのパラメータで測定する。
−再生中に燃焼によって除去された煤煙の質量であって、CSFの充填前の重量(Mo)、充填後の重量(Mc)および再生の終了時の重量(Mr)から計算される、質量。再生の60分後に燃焼により除去された煤煙の%を以下のように表す。
燃焼した煤煙の総%=(Mc−Mr)/(Mc−Mo)×100
−再生における任意の瞬間tにおける燃焼した煤煙の質量であって、各瞬間にCSFの前後の圧力降下DPtの変化から、再生の開始時の圧力降下(DPc)が煤煙の質量が充満したCSFの圧力降下(Mc−Mo)に対応し、60分後の圧力降下(DPr)が、燃焼していない煤煙が充満しているCSFの圧力降下(Mr−Mo)に対応することを考慮して、計算される、質量。
燃焼した煤煙の%(t)=((DPc−DPt)/(Dpc−Dpr))×燃焼した煤煙の総%
The effectiveness of CSF regeneration is measured with the following two parameters.
The mass of soot removed by combustion during regeneration, calculated from the weight before CSF filling (Mo), the weight after filling (Mc) and the weight at the end of regeneration (Mr). The percentage of soot removed by combustion after 60 minutes of regeneration is expressed as:
Total% of burnt smoke = (Mc-Mr) / (Mc-Mo) x 100
The mass of burnt soot at any instant t in regeneration, from the change in pressure drop DPt before and after CSF at each instant, the pressure drop at the start of regeneration (DPc) of the CSF filled with soot mass Considering the pressure drop (Mc-Mo), the pressure drop after 60 minutes (DPr) corresponds to the pressure drop (Mr-Mo) of CSF filled with unburned soot, Calculated mass.
% Of burnt soot (t) = ((DPc−DPt) / (Dpc−Dpr)) × total% of burnt soot

一般に、これらのパラメータが高いほど、再生がより有効である。   In general, the higher these parameters, the more effective the playback.

CSFの充填中、異なる燃料を用いてさまざまな試験を行った。   Various tests were conducted with different fuels during CSF filling.

(本発明によらない)3つの参照試験を、添加剤を含有しない燃料を用いて(試験1)、またはCSFの充填および再生を通して添加剤が添加される燃料を使用して(燃料添加剤含有量が15ppmの鉄である試験10および燃料添加剤含有量が3ppmの鉄である試験11)行った。   Three reference tests (not according to the invention) were carried out using fuels containing no additives (test 1) or using fuels with additives added through CSF filling and regeneration (containing fuel additives) Test 10 in which the amount was 15 ppm of iron and test 11) in which the fuel additive content was 3 ppm of iron were performed.

(本発明による)8回の試験を、CSF充填の開始時に添加剤を含有していない燃料(燃料番号1)を使用し、その後、充填の最後に添加剤を含有する燃料(燃料番号2)を使用して(試験2〜5および8〜9)、または逆の順序で、すなわち、充填の開始時に添加剤を含有する燃料を使用し、その後、添加剤を含有しない燃料を使用して(試験6〜7)行った。   Eight tests (according to the present invention) using a fuel containing no additive (fuel number 1) at the start of CSF filling, and then a fuel containing additive at the end of filling (fuel number 2) (Tests 2-5 and 8-9) or in reverse order, i.e. using fuel containing additives at the start of filling and then using fuel containing no additives ( Tests 6-7) were performed.

試験の各々は、添加剤含有燃料がある場合およびない場合のそれぞれの充填時間か、または燃料に含有されているFBC添加剤の量の変動を表す。   Each of the tests represents the respective fill time with and without the additive containing fuel or the variation in the amount of FBC additive contained in the fuel.

表1は、燃焼した煤煙の%を全体で表す、CSF再生中、すなわち再生期間の最後(1時間)にまたは再生の開始時(20分間)に得られた結果を比較している。   Table 1 compares the results obtained during CSF regeneration, i.e. at the end of the regeneration period (1 hour) or at the start of regeneration (20 minutes), which represents the percent of the soot burned as a whole.

各時点で、添加剤を含有していない燃料でのCSFの有効度の平均(試験1)と添加剤含有燃料が充満したCSFの有効度の平均(試験10)とを計算することによって得られる理論的有効度に対して比較を行う。   At each time point, it is obtained by calculating the average of the CSF effectiveness with the fuel containing no additive (Test 1) and the average of the effectiveness of the CSF filled with the additive-containing fuel (Test 10). Compare against theoretical effectiveness.

Figure 2016200149
Figure 2016200149

まず、CSF充填期間を通して燃料にFBCを添加する(試験10および試験11)ことにより再生の有効性を大幅に向上させることができ、それは、この再生が500℃で20分後に略完了し(88%から90%の煤煙が燃焼)、鉄濃度(3ppmから15ppm)が再生にほとんど影響を与えないためであることに留意されたい。   First, the effectiveness of regeneration can be greatly improved by adding FBC to the fuel throughout the CSF filling period (Test 10 and Test 11), which is almost complete after 20 minutes at 500 ° C. (88 Note that% to 90% soot is burning) and iron concentration (3 to 15 ppm) has little effect on regeneration.

逆に、添加剤を含有しない燃料が使用される場合(試験1)、再生は不完全である(1時間後に60%)とともに、よりはるかに低速に発生する(20分後に39%の再生)。   Conversely, when fuel containing no additive is used (Test 1), regeneration is incomplete (60% after 1 hour) and occurs much slower (39% regeneration after 20 minutes). .

添加剤を含有しない燃料とその後の添加剤を含有する燃料(逆も可)とを交互に使用してCSFを充填することにより、CSF生成の有効性を大幅に向上させることができる。   By filling the CSF by alternately using the fuel containing no additive and the fuel containing the additive thereafter (or vice versa), the effectiveness of CSF generation can be greatly improved.

50%の確率で15ppmの鉄の添加剤を含有する燃料で充填する(試験2または6)ことにより、試験の終了時に略完全な(85%から87%)再生と、20分間の再生の後に非常に前進した再生(72%から80%)とを達成することができる。   Filling with fuel containing 15 ppm iron additive with 50% probability (test 2 or 6), so that after complete regeneration (85% to 87%) at the end of the test and after 20 minutes of regeneration Very advanced regeneration (72% to 80%) can be achieved.

予期せずに、実験的に観察された値が、導入されたFBCと添加剤を含有しない燃料とによる寄与を考慮した時の理論的な値より著しく高いことが分かった。   Unexpectedly, it was found that the experimentally observed values were significantly higher than the theoretical values when considering the contribution from the introduced FBC and the fuel without additives.

試験2は、図1のCSFの第1再生の時点でCSFの充填に対して説明したCSF充填状態を表す。   Test 2 represents the CSF filling state described for the CSF filling at the time of the first regeneration of the CSF of FIG.

これらの結論は、CSFが添加剤を含有する(15%から50%)燃料で、添加剤を含有する燃料が使用される順序(これが充填期間の開始時に使用されるか終了時に使用されるか)に関らず充填される時間の比率を問わず有効である。   These conclusions are that the fuel in which the CSF contains an additive (15% to 50%) and the order in which the fuel containing the additive is used (whether it is used at the start or end of the filling period) ) Regardless of the ratio of filling time, it is effective.

さらに、試験8および試験9において例示するように、燃料におけるFBCが非常にわずかな量で、有益な相乗作用的効果を観察することができることを見ることができる。   Furthermore, it can be seen that beneficial synergistic effects can be observed with very little amount of FBC in the fuel, as illustrated in Test 8 and Test 9.

例2
別の一続きのCSF再生エンジン試験を、例1に記載したものと同じプロトコルおよび同じ機器を用いて行った。
Example 2
Another series of CSF regeneration engine tests were performed using the same protocol and the same equipment as described in Example 1.

ここでは、燃料におけるFBC濃度(例1と同じもの)をより高頻度で変化させながら、CSFを充填した。   Here, CSF was filled while changing the FBC concentration in the fuel (same as in Example 1) more frequently.

したがって、CSF充填を、表2に記載するような一連の燃料を用いて行った。   Therefore, CSF filling was performed using a series of fuels as described in Table 2.

Figure 2016200149
Figure 2016200149

表3は、CSF再生中に得られた、全体で、すなわち再生期間の終了時(1時間)または再生の開始時(20分間)の燃焼した煤煙の%を表す結果を比較している。   Table 3 compares the results obtained during CSF regeneration, which represent the percent of soot burned overall, ie at the end of the regeneration period (1 hour) or at the start of regeneration (20 minutes).

Figure 2016200149
Figure 2016200149

燃料にFBC添加剤を添加する(試験10、12および13)ことにより、添加剤を含有しない燃料を用いて充填されたCSFの再生(試験1)と比較して、有効性を向上させることができる(略完全な再生および再生ダイナミクスの向上)ことが留意されよう。燃料に添加剤が添加されていない期間を組み込むことを含む、経時的に異なる分量での添加(試験12および13)により、添加剤の含有量が経時的に完全に制御される燃料の使用(試験10)と同じ結果になる。   Adding FBC additives to the fuel (Tests 10, 12, and 13) can improve effectiveness compared to regeneration of CSF filled with fuel that does not contain additives (Test 1). It should be noted that it is possible (substantially complete playback and improved playback dynamics). Use of fuel in which the additive content is fully controlled over time by addition in different quantities over time (Tests 12 and 13), including incorporating periods of no additive added to the fuel ( The result is the same as test 10).

Claims (10)

触媒微粒子フィルタを備える排気システムが装備された車両の内燃機関を運転する方法であって、前記機関に、前記微粒子フィルタを再生するための触媒を含有する燃料が供給される方法において、前記燃料における前記触媒の濃度が不連続に変化することを特徴とする方法。   A method for operating an internal combustion engine of a vehicle equipped with an exhaust system comprising a catalyst particulate filter, wherein the engine is supplied with a fuel containing a catalyst for regenerating the particulate filter. A method characterized in that the concentration of the catalyst changes discontinuously. 前記微粒子フィルタの充填期間中、前記燃料における前記触媒の濃度が、1回のみ、上昇するように変化することを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the concentration of the catalyst in the fuel changes only once during the filling period of the particulate filter. 前記微粒子フィルタの充填期間中、前記燃料における前記触媒の濃度が、数回、上昇するように変化することを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the concentration of the catalyst in the fuel changes several times during the filling period of the particulate filter. 前記微粒子フィルタの充填期間中、前記燃料における前記触媒の濃度が、1回または数回、下降するように変化することを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the concentration of the catalyst in the fuel changes so as to decrease once or several times during the filling period of the particulate filter. 前記微粒子フィルタの充填期間中、前記燃料における前記触媒の濃度が、数回、上昇するかまたは下降するように変化することを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the concentration of the catalyst in the fuel changes so as to increase or decrease several times during the filling period of the particulate filter. 前記微粒子フィルタを再生する前記触媒が、コロイド分散体の形状をとることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。   6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the catalyst for regenerating the particulate filter takes the form of a colloidal dispersion. 前記コロイド分散体のコロイドが、希土類および/または周期律表のIIA族、IVA族、VIIA族、VIII族、IB族、IIB族、IIIB族およびIVB族から選択される金属の化合物をベースとすることを特徴とする、請求項6に記載の方法。   The colloid of the colloidal dispersion is based on a rare earth and / or a compound of a metal selected from Group IIA, Group IVA, Group VIIA, Group VIII, Group IB, Group IIB, Group IIIB and Group IVB of the Periodic Table The method according to claim 6, wherein: 前記コロイド分散体の前記コロイドが、セリウムおよび/または鉄の化合物をベースとすることを特徴とする、請求項7に記載の方法。   8. A method according to claim 7, characterized in that the colloid of the colloidal dispersion is based on a compound of cerium and / or iron. 前記コロイド分散体が洗浄剤組成物を含有することを特徴とする、請求項6〜8のいずれか一項に記載の方法。   The method according to claim 6, wherein the colloidal dispersion contains a cleaning composition. 前記コロイド分散体が、鉄の化合物、両親媒性物質、および第四級アンモニウム塩を含有する洗浄剤組成物をベースとすることを特徴とする、請求項8または9に記載の方法。   10. A method according to claim 8 or 9, characterized in that the colloidal dispersion is based on a detergent composition comprising an iron compound, an amphiphile and a quaternary ammonium salt.
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