JP6105682B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は請求項１の前置部分の特徴を有した内燃機関、並びに、そのような内燃機関を稼動させる請求項６の特徴を有した方法に関する。

ガス燃料稼動式内燃機関（“ガスエンジン”）の興味を惹かれる利用形態には、発酵ガスまたは埋立地発生ガスの利用が関与するが、過去においては、これらガスは有効に利用されることなく、例えば燃焼処理によって廃棄されていた。多くの場合、これらガスは熱量値が高く、ガスエンジンでの使用に適している。発酵ガスや埋立地発生ガスの利用に関わる弱点は、それらガスが高濃度の不純物を含んでいることであり、それら不純物はガスエンジンを痛める可能性があることである。特に、その点に関して、揮発性有機ケイ素化合物（ＶＯＳＣ）が問題となるが、これは一般的に洗剤を発生源とする。ガスエンジン内で燃焼すると、その有機ケイ素化合物から酸化ケイ素が形成され、その酸化ケイ素は燃焼チャンバ（燃焼室）および隣接構成部材に堆積し、深刻な磨耗問題を引き起こす。従って、発酵ガスまたは埋立地発生ガスで稼動されるガスエンジンは多くの場合、上流側に接続されて、内部で有機ケイ素化合物を燃料ガスから分離するガス浄化ユニット（大抵は活性炭素フィルター付き）を有する。そこで硫化水素および他の有機不純物が粒体物共々除去できる。

内燃機関の確実な稼動のためには、ガス浄化ユニットの機能が、ガス浄化ユニット内で浄化される燃焼ガスのガス品質に基づいてモニタリングされることが望ましい。

しかし、上記のガス浄化ユニットの下流側でのガス品質のオンライン測定には非常に費用が嵩み、従って、大抵の設備の場合には実施が困難である。ガスサンプルを採取することによるガス品質のオフライン測定、あるいはケイ素残留物の検出も可能である潤滑オイルの分析は、分析のために数日間を要し、よって、フィルタ施設の作用効果をモニタリングするには適していない。

従って、従来においては、概して、平行通流関係に配置され、対応する一方のみに燃焼ガスを通過させて浄化するように２つのフィルタユニットが提供されていた。このフィルタユニットは交互に再生され、または交換され、常に“新鮮”なフィルタユニットが利用可能な状態に保たれる。設定された間隔で、未使用のフィルタユニットが稼動フィルタとして利用可能な状態にされ、使用されたフィルタユニットは再生される。

この点に関して、フィルタユニットの再生の間隔は“控えめ”に選択され、ケイ素化合物または他の有害な有機化合物の内燃機関内への移動は実質的に阻止される。この“控えめ”とは、フィルタユニットのその時点で優勢である利用状態に鑑みて全く必要でなかろうとも再生の間隔が短く選択されることを意味する。そのような形態は当然ながら経済的ではない。なぜなら、フィルタユニットは実際的に必要とするよりも大幅に頻繁に再生されるからである。しかし、フィルタ設備の下流側のその時点でのガス品質の知識が全く得られないなら、それが唯一の安全モードの運行である。

本発明の目的は、従来技術の弱点を回避することができるような、内燃機関に供給できる燃焼ガスのガス品質を決定する測定装置を有した内燃機関を提供し、並びに、そのような内燃機関を稼動させる方法を提供することである。

その目的は、請求項１の特徴を備えた内燃機関と、請求項６の特徴を備えた方法で達成できる。有利な実施形態は従属請求項において定義されている。

供給導通路によって内燃機関に供給できる燃焼ガスのガス品質を決定する測定装置であって、内燃機関からの排気ガスの供給先である少なくとも１つの触媒ユニットと、その触媒ユニットの変換率のパラメータ特性を検出するために触媒ユニットの下流側に設置される少なくとも１つのセンサーとを含んだ測定装置が提供され、内燃機関に供給される燃焼ガスのガス品質が、そのセンサーによって決定され、触媒ユニットの変換率の特徴であるパラメータに応じてガス品質を決定する測定装置によって決定できるという事実によって、内燃機関の上流側に設置されたガス浄化ユニットが適正に稼動しているか否かが確認できる。

本発明は、例えば、内燃機関へ供給される燃焼ガス内で適正に稼動していないガス浄化ユニットによって発生する不純物がエンジン内に進入したとき、内燃機関の排気ガス流内に設置されている触媒ユニットが、変換率の降下によってそれを自記するという知識を活用する。これは、触媒ユニットの触媒面のマスキングのためである。有機ケイ素化合物が通過した場合には、ケイ素酸化物（ＳｉＯ_２）によるマスキングが発生する。もし、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）がガス浄化ユニットを通過すると、硫黄分が触媒ユニットの触媒面のマスキングに導く。粒子状不純物の通過も触媒面のカバリングに導く。提案される構成は触媒ユニットの変換率または変換率の変動をモニタリングすることを可能にし、その結果として、ガス品質を決定するための着実で実用性がある選択肢が提供できる。

触媒ユニットの機能状態を示す信号を発生できるセンサーが変換率をモニタリングするのに適している。例えば、温度センサー、酸素センサー、またはＣＯ（一酸化炭素）センサーが考慮できる。好適には、センサーはＣＯ濃度を決定するセンサーである。

一酸化炭素（ＣＯ）濃度を検出するセンサーは、触媒ユニットの変換率をモニタリングする特に好適で可能な方法である。内燃機関の下流側の未処理排出ガスは触媒ユニット内で酸化できる幾らかの量のＣＯを常に含む。従って、触媒ユニットの下流側のＣＯ濃度はその機能状態を表わす、適した表示である。温度センサーの例を説明すれば、触媒ユニットの変換率の降下は、例えば、触媒ユニットが減少したＣＯまたは未燃焼炭化水素を変換するときに低下する温度によって検出できるであろう。

好適には、測定装置は、触媒ユニットの上流側のＣＯ濃度を決定する少なくとも１つの別センサーを含む。この構成によって触媒ユニットの下流側および上流側のＣＯ濃度を決定することが可能になる。それによって、触媒ユニットの下流側のＣＯ濃度の決定のための１つだけのセンサーの場合よりも触媒ユニットの変換率のさらに正確なモニタリングが可能となる。ＣＯセンサーの使用例に関してここで特に説明していることは、この構成の利点が上述したような他のセンサーにも当然に当て嵌まることである。

触媒ユニットの“上流側”および“下流側”のセンサーとは、排気ガス流に関わる内燃機関からのセンサー位置のことである。

好適には、測定装置は、内燃機関からの排気ガスの一部のみが、測定装置を通過して流れるように構成されている。この形態は、内燃機関の排気ガス流の一部のみが測定装置に供給されるという状況を説明する。そのことは、例えば、排気ガス導通路と平行関係にあり、測定装置が内蔵されている分岐導通路によって実現される。これで測定装置は小型で経済的な形態となり得る。

本発明の別実施形態によれば、内燃機関からの排気ガスの実質的に全部が測定装置を通過して流れる。この実施形態は、内燃機関からの実質的に全部の排気ガス質量流が測定装置の触媒ユニットを通過する。よって、内燃機関からの排気ガスは測定装置の触媒ユニットによって触媒的に浄化され、測定装置は内燃機関の排気ガス後処理も併せて実行する。

その方法として、触媒ユニットの変換率のパラメータ特性は少なくとも１つのセンサーによって測定され、燃焼ガスのガス品質は、触媒ユニットの変換率の特性である確定したパラメータに応じて導き出される。

好適には、触媒ユニットの変換率のパラメータ特性はＣＯ濃度である。

上述したように、有機化合物、特に有機ケイ素化合物の内燃機関への進入は、例えば、内燃機関への燃焼ガス供給流内で適正に稼動していないガス浄化ユニットによって引き起こされ、内燃機関からの排気ガス流内に設置された触媒ユニットの変換率の低下を引き起こす。この理由は、突破した種、あるいは他の燃焼生成物による触媒表面のマスキングのためである。

特に好適には、触媒ユニットの変換率のパラメータ特性は触媒ユニットの上流側と下流側で測定され、燃焼ガスのガス品質は測定差に応じて導き出される。

方法の別例では、ＣＯ濃度は触媒ユニットの上流側と下流側で測定され、それによって変換率がモニタリングされる。

触媒ユニットの変換率は、触媒ユニットの上流側と下流側でのＣＯ濃度の測定によってさらに正確に検出される。

本発明は以下において図面を利用してさらに詳細に説明されている。

ガス品質を決定するための測定装置を有した内燃機関を図示する。 別実施例による内燃機関を図示する。

図面は、内燃機関１の排気ガス導通路７内に設置された測定装置２を備えた内燃機関１の構成を図示する。測定装置２は触媒ユニット３と、排気ガス内のＣＯ濃度を決定する少なくとも１つのセンサー４とを含む。図面には、触媒ユニット３の下流側の少なくとも１つのセンサー４が図示されており、さらにオプションとして触媒ユニット３の上流側のセンサー４が図示されている。排気ガス内のＣＯ濃度の検出のためのセンサーからの信号は閉ループ／開ループ制御ユニット５に供給される。燃料ガスＧは燃料ガスライン８によって内燃機関１に供給される。完全を期して、図面は、未処理原料ガスＲを燃焼ガスＧとして内燃機関１に供給する前に浄化するガス浄化ユニット６も図示している。触媒ユニット３の下流側の排気ガス内のＣＯ濃度は、触媒ユニット３の下流側のセンサー４によってモニタリングされる。原料ガスＲからの不純物が燃料ガスＧ内に進入する場合には、センサー４は排気ガス内のＣＯ濃度の増加を検出する。開ループ／閉ループ制御ユニット５は信号に基づいて、ガス浄化ユニット６が再生されるべきか否か、及び／又は内燃機関１が停止されるべきか否かを決定する。その目的で、開ループ／閉ループ制御ユニット５はガス浄化ユニット６及び／又は内燃機関１にコマンドを送る（信号ラインは図示せず）。オプションで、排気ガス内のＣＯ濃度は触媒ユニット３の上流側の第２のセンサーによってもモニタリングされる。触媒ユニット３の変換率は、触媒ユニット３の上流側および下流側でのセンサー４の構成によって、触媒ユニット３の下流側の１つだけのセンサー４の場合よりもさらに正確にモニタリングできる。

図２は図１で示す構成を図示しており、測定装置２は、排気ガス導通路７と平行通流関係に配置されている分岐導通路７’内に設置されている。図２で示す構成の利点は、内燃機関１からの排気ガスの一部のみが測定装置２を通過するようになっており、よって測定装置２の触媒ユニット３はさらに小型化でき、経済的となる。センサー４の構成とその接続形態に関して、図１に関する前述の内容はここにも適用される。

図面の説明はＣＯセンサーの実施例によって説明されているが、本発明の説明で言及された他のセンサーにも当然に適用され、それらセンサーは触媒ユニット３の変換率を示す信号を送信できる。

１・・・内燃機関
２・・・測定装置
３・・・触媒ユニット
４・・・センサー
５・・・開ループ／閉ループ制御ユニット
６・・・ガス浄化ユニット
７・・・排気ガス導通路
７’・・排気ガス分岐導通路
８・・・燃焼ガス供給導通路
Ｇ・・・燃焼ガス
Ｒ・・・原料ガス

Claims (6)

1. 内燃機関（１）であって、
   少なくとも１つのシリンダと、
   燃焼ガス（Ｇ）の少なくとも１つの供給導通路（８）と、
   本内燃機関（１）から排気ガスを搬出する少なくとも１つの排気ガス導通路（７、７’）と、
   を含んでおり、
   前記供給導通路（８）を介して本内燃機関（１）に供給できる燃焼ガス（Ｇ）のガス品質を決定する測定装置（２）が利用され、該測定装置（２）は、本内燃機関（１）からの排気ガスが供給できる少なくとも１つの触媒ユニット（３）と、該触媒ユニット（３）の変換率の特徴であるパラメータを検出するために該触媒ユニット（３）の下流側に設置された少なくとも１つのセンサー（４）とを含んでおり、本内燃機関（１）に供給される燃焼ガス（Ｇ）のガス品質は、前記センサー（４）によって確定される、前記触媒ユニット（３）の変換率の特徴的であるパラメータに応じて、ガス品質を決定する前記測定装置（２）によって決定でき、
   前記測定装置（２）が、本内燃機関（１）からの排気ガスの一部だけが該測定装置（２）を通流するように構成されていることを特徴とする内燃機関。
2. 前記センサー（４）はＣＯ濃度を決定するセンサーである、請求項１記載の内燃機関。
3. 前記測定装置（２）は前記触媒ユニット（３）の上流側に少なくとも１つの別のセンサー（４）を含んでいる、請求項１または２記載の内燃機関。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関（１）の稼動方法であって、本内燃機関（１）からの排気ガスの一部だけが前記測定装置（２）を通流され、前記触媒ユニット（３）の変換率のパラメータの特徴が前記少なくとも１つのセンサー（４）によって測定され、前記燃焼ガス（Ｇ）のガス品質が、前記触媒ユニット（３）の変換率の特徴である確定されたパラメータに応じて導き出されることを特徴とする方法。
5. 前記触媒ユニット（３）の変換率のパラメータの特徴はＣＯ濃度である、請求項４記載の方法。
6. 前記触媒ユニット（３）の変換率の特徴であるパラメータは該触媒ユニット（３）の上流側および下流側で測定され、前記燃焼ガス（Ｇ）のガス品質は測定された差異に応じて導き出される、請求項４または５記載の方法。
   

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