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JPH04283644A - 内燃機関による窒素酸化物の放出をモニタする方法 - Google Patents

内燃機関による窒素酸化物の放出をモニタする方法

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Publication number
JPH04283644A
JPH04283644A JP3276653A JP27665391A JPH04283644A JP H04283644 A JPH04283644 A JP H04283644A JP 3276653 A JP3276653 A JP 3276653A JP 27665391 A JP27665391 A JP 27665391A JP H04283644 A JPH04283644 A JP H04283644A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
engine
accelerometer
signal
characteristic parameters
nitrogen oxide
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.)
Pending
Application number
JP3276653A
Other languages
English (en)
Inventor
Jean-Louis Magnet
ジヤン−ルイ・マネ
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 France SAS
Original Assignee
SEMT Pielstick SA
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 SEMT Pielstick SA filed Critical SEMT Pielstick SA
Publication of JPH04283644A publication Critical patent/JPH04283644A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/10—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame
    • G01M15/102—Testing internal-combustion engines by monitoring exhaust gases or combustion flame by monitoring exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
    • F02B77/08—Safety, indicating, or supervising devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/146—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration
    • F02D41/1461—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration of the exhaust gases emitted by the engine
    • F02D41/1462—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration of the exhaust gases emitted by the engine with determination means using an estimation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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  • Exhaust Silencers (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気ガス中
の窒素酸化物の放出をモニタする方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関は環境中の汚染ガスの主要源で
あり、窒素酸化物ＮＯ及びＮＯ２を含む燃焼残渣を排出
する。一般にＮＯＸで表される窒素酸化物は、機関動作
条件に従って量を変えつつ環境中に排気される。
【０００３】熱機関によって排気される窒素酸化物の毒
性は十分に確認されており、種々の国で汚染ガスの放出
を制限する規制が作成されるようになっている。
【０００４】窒素酸化物には、主に機関中に燃焼温度で
形成される一酸化窒素ＮＯと、一酸化窒素ＮＯが酸素、
特に大気中の酸素と接触したときにできる二酸化窒素Ｎ
Ｏ２とが含まれる。
【０００５】一酸化窒素及びこれに起因する二酸化窒素
の濃度は、燃焼ガスの温度、反応が起こるのに使われる
時間、及び燃料／空気混合物の混合比を含む種々のパラ
メータに依存する。
【０００６】従って窒素酸化物ＮＯＸの放出は、それら
の形成に寄与するパラメータを変更することにより低減
することができる。しかしながら一般には、効率の観点
から機関調整が最適化されたときにＮＯＸの放出が最大
となることが公知である。
【０００７】内燃機関は、例えば鉄道機関車上に導入さ
れる場合など複数の場所で及び／または種々の条件下で
動作し得るので、該機関の窒素酸化物放出を現場で迅速
に測定し且つ規制を遵守しながら可能な限り最高の効率
を維持するように機関を調整しなければならないという
課題が生じる。
【０００８】場合によっては、あとで使用するためにＮ
ＯＸ濃度についてのデータを保存することが有益となり
得る。
【０００９】排気ガスのＮＯＸ濃度を測定する公知の方
法は、物理／化学ガス分析器を使用することであるが、
この装置は、複雑で、コストがかかり、重く、壊れ易く
、更に容積も大きい。更にこの装置は、測定結果のコン
ピュータ処理にうまく適合しない。
【００１０】要求されているのは、機関上に常設され得
、リアルタイムで動作し得、しかも比較的長い時間間隔
の後に使用可能なデータを提供することもできる（例え
ばデータは磁気的に保存可能であるべきである）単純で
、安価で、且つ頑丈な装置を使用してＮＯＸ濃度を検出
できることである。ＮＯＸ濃度及びその変化は基準レベ
ルに対して測定可能であるべきである。最終的には、Ｎ
ＯＸ濃度が認可標準を越えたり下がり過ぎたり（これは
機関の効率が低くなりすぎていることを意味し得る）し
たら即座に訂正可能であるべきである。
【００１１】本発明は、センサとして加速度計を使用し
、内燃機関の排気ガス中のＮＯＸ濃度を評価するために
センサによって提供される信号を、対照機関に取り付け
られた加速度計によって提供されたデータと比較するこ
とにより解析することで、上記条件を満足することを提
案する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、内燃機関の排
気ガス中の窒素酸化物ＮＯＸの放出をモニタする方法で
あって、モニタされるべき機関に類似の対照機関の燃焼
室を仕切る部材の１つに加速度計を導入し、前記対照機
関の排気ガス中の窒素酸化物の放出を分析するための公
知の装置を導入し、前記対照機関を、該対照機関の全動
作範囲を網羅する種々の負荷及び種々の速度で動作させ
、その特性パラメータが計算される加速度計の信号と、
前記対照機関の排気ガス中に含まれる窒素酸化物ＮＯＸ
の測定量と、少なくとも速度、負荷及びシリンダ入口の
空気温度を含む機関動作の特性パラメータとに関するデ
ータを同時に記録し、記録されたデータに基づいて、窒
素酸化物の測定量と、前記加速度計の信号の特性パラメ
ータとの間の相関を確立し、前記対照機関と同じ条件下
でモニタされるべき機関に加速度計を導入し、動作中の
前記モニタされるべき機関に関して、その特性パラメー
タが計算される前記加速度計の信号と、少なくとも速度
、負荷及びシリンダ入口の空気温度を含む機関動作の特
性パラメータとに関するデータを同時に記録し、前段階
で記録されたデータと前記対照機関において確立された
相関とから、前記モニタされるべき機関における窒素酸
化物放出等価値を確定し、窒素酸化物の放出に対して課
された設定値を遵守するのに必要とされる対策について
の判断を適宜行なう方法からなる。
【００１３】
【実施例】本発明の方法の好ましい実施態様を以下に非
限定的な実施例によって説明する。
【００１４】内燃機関において（機械的及び熱的な）全
ての動的現象は振動を生起する。この事実は既にピンキ
ング（ｐｉｎｋｉｎｇ）及びノッキングを検出する方法
において利用されている。
【００１５】内燃機関によって生起される振動のレベル
と機関の排気中の窒素酸化物ＮＯＸの濃度との間に相関
があることは判っている。加速度計を機関に、特にその
燃焼室を仕切る部材の１つに取り付ければ、加速度計に
よって発信される信号を特徴付けるパラメータの１つ、
例えばスペクトル強度レベルとＮＯＸ濃度との間の相関
を確立することが可能である。
【００１６】この知見は、多数の内燃機関において実施
された試験によって確証されている。
【００１７】即ち、対照機関において測定することで、
同じタイプの機関を比較によってモニタすることができ
る。この方法は、作業場所に導入された対照機関におい
て測定が可能であり、従って物理−化学ＮＯＸ分析器の
導入及び排気ガスの試料抽出を容易にするという長所を
有する。
【００１８】本発明の方法は以下のように実施される。
【００１９】まず、対照機関の燃焼室を仕切る部材の１
つに加速度計を導入する。加速度計に対して選択された
位置で加速度計は、燃焼室によって伝達される振動を正
確に感知し得ねばならない。更に、対照機関の排気ガス
中の窒素酸化物の放出を分析するための公知の装置をも
導入する。
【００２０】次いで対照機関を、全動作範囲を網羅する
種々の負荷及び種々の速度で動作させ、種々のデータ、
即ち、加速度計によって生成される信号に関するデータ
と、排気ガス中に含まれる窒素酸化物ＮＯＸの測定量に
関するデータと、機関動作の特性パラメータ（少なくと
も速度、負荷及びシリンダ入口の空気温度）とを同時に
測定する。
【００２１】加速度計の信号の振幅及び周波数は、０〜
５０，０００Ｈｚの周波数範囲で記録される。得られた
データを使用し、例えば加速度計の信号のスペクトル強
度またはこの強度を表わすファクタを計算する。
【００２２】実際、加速度計によって提供される全ての
信号が重要なわけでなく、機関サイクル内の正確な周期
を表わし、ＮＯＸ濃度を決定するのに必要な情報を提供
する信号のフラクションのみが重要である。この情報は
、燃焼段階の始まりを含み且つ燃焼の終わり近くに閉じ
られるタイム「ウィンドウ」内に含まれる。
【００２３】回収された加速度計の信号のスペクトル強
度は、公知の物理−化学モニタ装置によって測定される
ような窒素酸化物の量を表わす。従って、例えばスペク
トル強度と窒素酸化物濃度との間の相関を確立すること
ができる。
【００２４】対照機関と同じタイプの機関をモニタする
ためには、対照機関と同じ条件に従う加速度計を、モニ
タされるべき機関上に導入すれば十分である。
【００２５】加速度計の信号に関するデータは動作中に
収集され、それから、例えばスペクトル強度またはこの
強度を表わすファクタが計算される。モータの動作を特
徴付ける速度、負荷及びシリンダ入口の空気温度などの
パラメータもまた収集される。このデータと対照機関に
おいて確立された相関とに基づいて、モニタされている
モータにおける窒素酸化物放出の等価値が確定される。
【００２６】この窒素酸化物放出等価値によってユーザ
は、遵守されるべき放出規制に基づき判断を下すことに
なる。種々の対策が、ＮＯＸ濃度を変更するのに適当と
なり得る。変更し得るパラメータとしては、点火進角、
燃料噴射、空気温度、出力調整、燃料（例えば水の注入
による）、排気ガスの再循環及び過剰燃焼空気を挙げる
ことができる。
【００２７】本発明の方法は、単一の対照機関を使用し
、特にデータ保存技術に適合しやすく且つ動作条件制御
ループにおいてパラメータとして調和しやすい信号によ
って、必要によっては連続的に、窒素酸化物の放出をモ
ニタすることを可能にするという長所を有する。
【００２８】スペクトル強度を計算すること以外の幾つ
かの方法で加速度計の信号に特徴的なパラメータを得る
ことは本発明の範囲内にあるものとする。これらは例え
ば、信号のピークの振幅値の計算、信号またはその包絡
線（エンベロープ）の平均またはｒｍｓの計算、加速度
計の信号のエネルギの計算などである。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　内燃機関の排気ガス中の窒素酸化物Ｎ
    ＯＸの放出をモニタする方法であって、モニタされるべ
    き機関に類似の対照機関の燃焼室を仕切る部材の１つに
    加速度計を導入し、前記対照機関の排気ガス中の窒素酸
    化物の放出を分析するための公知の装置を導入し、前記
    対照機関を、該対照機関の全動作範囲を網羅する種々の
    負荷及び種々の速度で動作させ、その特性パラメータが
    計算される前記加速度計の信号と、前記対照機関の排気
    ガス中に含まれる窒素酸化物ＮＯＸの測定量と、少なく
    とも速度、負荷及びシリンダ入口の空気温度を含む機関
    動作の特性パラメータとに関するデータを同時に記録し
    、記録されたデータに基づいて、前記窒素酸化物の測定
    量と、前記加速度計の信号の特性パラメータとの間の相
    関を確立し、前記対照機関と同じ条件に従いモニタされ
    るべき機関に加速度計を導入し、動作中の前記モニタさ
    れるべき機関に関して、その特性パラメータが計算され
    る前記加速度計の信号と、少なくとも速度、負荷及びシ
    リンダ入口の空気温度を含む機関動作の特性パラメータ
    とに関するデータを同時に記録し、前段階で記録された
    データと前記対照機関において確立された相関とから、
    前記モニタされるべき機関における窒素酸化物放出等価
    値を確定し、窒素酸化物の放出に対して課された設定値
    を遵守するのに必要とされる対策についての判断を適宜
    行なう方法。
  2. 【請求項２】　　前記加速度計の信号の特性パラメータ
    が、燃焼期間によって区切られるタイムウィンドウ内に
    含まれる信号に関して、０〜５０，０００Ｈｚの周波数
    範囲において計算される請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】　　前記特性パラメータが、前記加速度計
    の信号のスペクトル強度または前記強度を表わす値を計
    算することにより得られる請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】　　前記特性パラメータが、前記信号のピ
    ークの振幅の値を計算することにより得られる請求項１
    に記載の方法。
  5. 【請求項５】　　前記特性パラメータが、前記信号また
    はそのエンベロープの平均またはｒｍｓを計算すること
    により得られる請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】　　前記特性パラメータが、前記加速度計
    の信号のエネルギを計算することにより得られる請求項
    １に記載の方法。
  7. 【請求項７】　　前記設定値を遵守するのに適当な対策
    が、点火進角または燃料噴射の変更、燃焼助成空気温度
    の変更または出力調整であり得る請求項１に記載の方法
    。
  8. 【請求項８】　　前記設定値を遵守するのに適当な対策
    が、前記燃料の特性の変更であり得る請求項１に記載の
    方法。
  9. 【請求項９】　　前記燃料の特性の変更が、水の注入に
    よってなされ得る請求項８に記載の方法。
JP3276653A 1990-09-26 1991-09-26 内燃機関による窒素酸化物の放出をモニタする方法 Pending JPH04283644A (ja)

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FR9011860A FR2667113B1 (fr) 1990-09-26 1990-09-26 Procede de surveillance de l'emission d'oxydes d'azote par un moteur a combustion interne.
FR9011860 1990-09-26

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JPH04283644A true JPH04283644A (ja) 1992-10-08

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US (1) US5150682A (ja)
EP (1) EP0477850A1 (ja)
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FI (1) FI914457L (ja)
FR (1) FR2667113B1 (ja)

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