(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの触媒作用及び／又は濾過作用のある排気ガス浄化コンポーネントを備える排気ガス浄化装置付き内燃機関の作動方法であって、コールドスタート又は暖機運転と関連して、前記内燃機関（１）が、設定可能な内燃機関作動パラメータの設定可能な値によって、排気ガス浄化コンポーネントを加熱するためのコールドスタートエンジン作動プロセスで駆動される方法において、
少なくとも１つの排気ガス浄化コンポーネントに貯蔵されている炭化水素（ＨＣ）貯蔵量の評価が行われ、設定可能なＨＣ貯蔵量限界値を前記ＨＣ貯蔵量が超過していると評価された場合、前記コールドスタートエンジン作動プロセスが作動し、
前記コールドスタートエンジン作動プロセスが作動している場合、前記内燃機関作動パラメータ値が設定され、少なくとも１つの前記排気ガス浄化コンポーネントが、前記内燃機関（１）から排出される排気ガスによって加熱されるが、前記排気ガス浄化コンポーネントに貯蔵された炭化水素の脱離が行われる設定可能な脱離温度範囲において、前記加熱の加熱勾配が設定可能な加熱勾配最大値を超過しないように加熱され、
前記コールドスタートエンジン作動プロセスが作動している場合、前記内燃機関（１）の１つ又は複数の燃焼シリンダへの燃料の多点噴射が行われ、該多点噴射は、それぞれの前記シリンダの作動工程の範囲内に、第１のパイロット噴射（ＰＥ１）、該第１のパイロット噴射に続く第２のパイロット噴射（ＰＥ２）、該第２のパイロット噴射（ＰＥ２）に続くメイン噴射（ＨＥ）を含み、
前記メイン噴射（ＨＥ）が、前記圧縮行程の上死点後５°〜上死点後２０°のクランクシャフト角度範囲において行われることを特徴とする方法。
【請求項２】
コールドスタート時の前記コールドスタートエンジン作動プロセスが、マイナス１０℃以下の外気温度で作動することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
５０℃〜１５０℃の脱離温度範囲において、前記加熱勾配が２０℃／分より小さいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
排気ガスと一緒に周辺に排出される炭化水素濃度が、白煙視認境界によって特定される最大濃度を超過しないように、前記加熱勾配最大値が選択されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記ＨＣ貯蔵量の評価が、煙の原因となるＨＣ脱離に関して支配的な少なくとも１つの排気ガス浄化コンポーネントについての温度が設定可能な第１の限界温度を常に下回っているときの前記内燃機関（１）の作動時間に基づいていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１つの前記排気ガス浄化コンポーネント又は煙の原因となるＨＣ脱離に関して支配的な排気ガス浄化コンポーネントのＨＣ貯蔵容量（Ｋ）の３０％以下の値が、ＨＣ貯蔵限界値として設定され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。
【請求項７】
少なくとも１つの前記排気ガス浄化コンポーネント又は煙の原因となるＨＣ脱離に関して支配的な排気ガス浄化コンポーネントが、設定可能な第２の限界温度にまで温度が上昇すると、前記コールドスタートエンジン作動プロセスが作動停止になることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のパイロット噴射（ＰＥ１）が、それぞれの前記シリンダの圧縮行程の中で、上死点前２０°より大きいクランク角度範囲で行われ、
前記第１のパイロット噴射（ＰＥ１）によって噴射される燃料の放熱開始後の時点で、前記第２のパイロット噴射（ＰＥ２）が行われ、
前記第２のパイロット噴射（ＰＥ２）によって噴射される燃料の放熱開始後の時点で、前記メイン噴射（ＨＥ）が行われることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第２のパイロット噴射（ＰＥ２）の噴射量が、前記第１のパイロット噴射（ＰＥ１）の噴射量よりも少なく選択されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２のパイロット噴射（ＰＥ２）が、前記圧縮行程の上死点前５°〜上死点後５°のクランクシャフト角度範囲におい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。
【請求項１１】
前記コールドスタートエンジン作動プロセスの実施が、前記内燃機関（１）の設定可能な軽負荷領域において行われ、前記コールドスタートエンジン作動プロセスは、軽負荷領域の上方の内燃機関負荷で作動停止することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記排気ガス浄化装置の触媒作用のある排気ガス浄化コンポーネントとしてのＳＣＲ触媒コンバータ（８）において前記ＨＣ貯蔵量の前記評価が行われ、設定可能な前記ＨＣ貯蔵量限界値を前記ＳＣＲ触媒コンバータ（８）の前記ＨＣ貯蔵量が超過していると評価された場合、前記コールドスタートエンジン作動プロセスが作動することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に基づく、少なくとも１つの触媒作用及び／又は濾過作用のある排気ガス浄化コンポーネントを備える排気ガス浄化装置付き内燃機関の作動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
触媒作用及び／又は濾過作用のある排気ガス浄化コンポーネントを備える排気ガス浄化装置付き内燃機関の場合、一般的に、できる限り早急に作動温度に達する必要がある。例えば特許文献１では、ＳＣＲ触媒コンバータの効率を規定し、規定された内燃機関作動パラメータが、内燃機関の暖機時に規定の値を下回った場合、排気ガス温度が上昇するように、規定された内燃機関作動パラメータを変更することが提案されている。しかしながら、特に内燃機関のコールドスタート又は暖機運転と関連して排気ガス浄化装置を加熱することは、好ましくない排煙、特に白煙の排出につながるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】独国特許出願公開第１９７４９４００Ａ１明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、特にコールドスタート又は暖機運転と関連して、煙、特に白煙の周辺への排出が、確実に許容可能な低い値に限定される、触媒作用及び／又は濾過作用のある排気ガス浄化コンポーネントを備えた排気ガス浄化装置付き内燃機関の作動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、請求項１の特徴を備える方法によって解決される。
【０００６】
本発明に基づく、少なくとも１つの触媒作用及び／又は濾過作用のある排気ガス浄化コンポーネントを備える排気ガス浄化装置付き内燃機関の作動方法では、少なくとも１つの排気ガス浄化コンポーネントに貯蔵されている炭化水素（ＨＣ）のＨＣ貯蔵量の評価が行われ、所定のＨＣ貯蔵量限界値をＨＣ貯蔵量が超過していると評価された場合、設定可能な内燃機関作動パラメータの設定可能な値によって、コールドスタートエンジン作動プロセスが作動する。この場合、ＨＣとは、慣例どおり大まかに炭化水素を意味しており、量又は濃度検出は、比較可能性を向上させるため、例えばメタン又はヘキサンなどの特定の炭化水素化合物に標準化することができる。本発明の意味において、排気ガス浄化コンポーネントとは、酸化触媒コンバータ、窒素酸化物ストレージ触媒コンバータ、ＳＣＲ触媒コンバータ、もしくは触媒コーティングされた微粒子フィルタ又はコーティングされていない微粒子フィルタを意味する。
【０００７】
ＨＣ貯蔵量がＨＣ貯蔵量限界値を超過した場合に設定されている固有のコールドスタートエンジン作動プロセスは、ＨＣ貯蔵量限界値を下回っている場合又はその限りにおいて、好適には全く適用されないか、もしくは万一の場合には変更された形で適用される。このことにより、好ましくない排煙又は白煙排出の視点から、コールドスタートエンジン作動プロセスが必要ないときは、固有のコールドスタートエンジン作動プロセスが設けられている場合に一般的に生じる燃費の上昇を防止することができる。
【０００８】
本発明者は、好ましくない排煙又は白煙の排出が、主として、排気ガス浄化装置の１つ又は複数の排気ガス浄化コンポーネントに貯蔵されたＨＣの量、すなわち吸着及び／又は吸収されたＨＣの量の超過によって引き起こされていることを確認した。意外にも、このことに関連して、ゼオライトコーティングを備える排気ガス浄化コンポーネントは、特に危険であると見なされることが確認された。排気ガス浄化装置が、ゼオライトのＳＣＲ触媒コンバータの他に、酸化触媒コンバータ及び／又はゼオライトコーティングを備える微粒子フィルタを有している場合、通常、ＳＣＲ触媒コンバータは、高いＨＣ貯蔵容量を有している。それにもかかわらず、あらかじめ貯蔵されたＨＣ酸化触媒コンバータ及び／又は微粒子フィルタからのＨＣの脱離によって、排煙が増大するおそれがある。
【０００９】
本発明に基づいて行われるＨＣ貯蔵量の評価により、内燃機関のコールドスタート又は暖機運転と関連して、ＨＣ貯蔵性能を有する排気ガス浄化コンポーネント、特に相応に実施されているＳＣＲ触媒コンバータ、酸化触媒コンバータ及び／又は微粒子フィルタの加熱によって生じるＨＣ脱離又は排煙の危険が、同様に予測可能となる。排気ガス浄化装置全体において、もしくは排煙に関して支配的な排気ガスコンポーネントにおいて、ＨＣ貯蔵量が危険なＨＣ貯蔵量限界値を上回った場合、本発明に基づくコールドスタートエンジン作動プロセスが作動する。これによって、一方では、排煙が設定可能な値に制限された状態に留まっているように、排気ガス浄化装置又はＨＣ吸着に関して支配的な排気ガス浄化コンポーネントの加熱が早期に行われる。他方で、本発明に基づくコールドスタートエンジン作動プロセスは、排煙が設定可能な値に制限された状態に留まっているように、排気ガス浄化装置又はＨＣ吸着に関して支配的な排気ガス浄化コンポーネントの加熱速度を調整することができる。
【００１０】
本発明の実施形態では、コールドスタートエンジン作動プロセスが作動している場合、内燃機関作動パラメータ値が設定され、少なくとも１つの排気ガス浄化コンポーネントが、内燃機関から排出される排気ガスによって加熱されるが、少なくとも１つの排気ガス浄化コンポーネントから脱離するＨＣの設定可能な脱離速度、又は周辺に排出される排気ガス中に含まれるＨＣの設定可能な最大濃度が超過されないように加熱される。貯蔵されているＨＣで満たされている排気ガス浄化コンポーネントの急速な加熱は、ＨＣ脱離の急増、すなわち、高いＨＣ脱離速度及びそれに伴う強い排煙を引き起こすおそれがあることが確認された。このことは、特に、加熱の際に、典型的には＋５０℃〜＋２５０℃の脱離温度範囲に到達した場合、又はその範囲を通り抜けた場合に該当する。その結果、ＨＣ貯蔵量の値に応じて、多少の違いはあるものの、周辺に排出される排気ガス中のＨＣ最大濃度が高くなる。従って、本発明のもう１つの実施形態では、排気ガス浄化装置の加熱時に、煙の原因となるＨＣ脱離に関して支配的な排気ガス浄化コンポーネントの加熱勾配が設定可能な加熱勾配最大値を下回っている場合は、特に好ましい。ＨＣ貯蔵量及び／又は特に煙の原因となるＨＣ脱離に関して支配的な排気ガス浄化コンポーネントの温度に応じて調整される内燃機関作動パラメータ値により、加熱勾配及びそれに伴う脱離速度又はＨＣ最大濃度が適切に制御され、設定された限界値又は設定可能な限界値を確実に下回ることが可能となる。例えば、相応に調整された内燃機関作動パラメータ値により、特に−３０℃〜＋２３０℃の温度インターバルにおける毎分約１０℃よりも少ない比較的ゆっくりとした加熱は、弱いＨＣ脱離が可能であり、この場合は、危険な煙の排出ピークが回避される。加熱勾配を低く調整することは、煙の原因となるＨＣ貯蔵に関して支配的な排気ガス浄化コンポーネント、例えばゼオライト酸化触媒コンバータの温度が、脱離温度範囲よりも僅かに低いか、もしくはその範囲内である場合に、特に有利である。排気ガス浄化コンポーネントの低い温度、すなわち０℃より低く、特にマイナス２０℃よりも低い温度から出発して、第１の加熱工程においては、まず、約２０℃／分以上の加熱勾配を設定することが、特に有利である。これによって、ＨＣ貯蔵にとって危険な温度領域における排気ガス浄化コンポーネントの暴露時間が短縮され、さらなるＨＣ貯蔵がほぼ防止されることによって、ＨＣ貯蔵量が制限される。脱離温度範囲よりも僅かに低い温度、すなわち、約１０℃近くまで温度が上昇すると、加熱勾配最大値を下回る低い加熱勾配が設定される。この場合、温度に応じて、特に温度の上昇に伴って、加熱勾配を減少させるように設定することが有利である。
【００１１】
本発明のもう１つの実施形態では、煙の原因となるＨＣ脱離に関して支配的な少なくとも１つの排気ガス浄化コンポーネントに対して、ＨＣ貯蔵量の評価が、特に、設定可能な第１の限界温度を常に下回っている温度を有する内燃機関の作動時間に基づいている。低温度における特別に長い軽負荷作動時間は、危険であることが判明した。例えば、通常、約３０℃の材料固有の限界温度より低い温度で、内燃機関が長時間アイドリングで作動した場合、ＨＣ吸着性能のあるそれぞれの排気ガス浄化コンポーネントにおいては、排出されるＨＣが増加する。コールドスタート及び／又は暖機プロセスが何度も連続し、この排気ガス浄化コンポーネントが、ＨＣの貯蔵を起こし得る温度を常に有している場合、貯蔵されるＨＣ量は累積していく。その後に続いて、内燃機関の負荷の上昇により、特に急速な加熱が行われると、好ましくない、強いＨＣ脱離と排煙が生じるおそれがある。本発明に基づき、ＨＣ貯蔵量は、排煙の原因となるＨＣ脱離に関して支配的な、少なくとも１つの排気ガス浄化コンポーネントのＨＣ貯蔵と作動時間とを一体化することによって評価される。複数の排気ガス浄化コンポーネントにＨＣ貯蔵性能がある場合、排気ガス浄化装置全体で貯蔵されているＨＣ量を検出することが好ましい。ＨＣ貯蔵に関して支配的な排気ガス浄化コンポーネントが１つしかない場合、ＨＣ貯蔵量は、このコンポーネントのみで検出すれば十分である。本発明に基づいて行われるＨＣ貯蔵量の評価により、全体のＨＣ貯蔵量が危険値に達する前に、コールドスタートエンジン作動プロセスが作動し、排気ガス浄化装置の適切な加熱を開始することができる。ＨＣ貯蔵量を評価するため、好ましくは、保存されている内燃機関の排出ガス特性曲線と該当する吸着特性曲線とが用いられる。１つ又は複数の標準的な排気ガス浄化コンポーネントの吸着及び脱離モデルに基づく、オンライン算出も行うことができる。
【００１２】
本発明のもう１つの実施形態では、少なくとも１つの排気ガス浄化コンポーネント又は煙の原因となるＨＣ脱離に関して支配的な排気ガス浄化コンポーネントのＨＣ貯蔵容量の一部が、ＨＣ貯蔵限界値として設定される。貯蔵可能な最大のＨＣ量であるＨＣ貯蔵容量は、通常、それぞれの排気ガス浄化コンポーネントの温度の他に、それらのコンポーネントの種類及び／又は劣化状態に強く左右される。ＨＣ貯蔵容量は、あらかじめ、ＨＣ吸着に関係する全ての排気ガス浄化コンポーネントに対して経験的に適切に調査され、制御装置に保存される。この場合、温度依存性の他に、劣化依存性を考慮することもできる。好適に設けられている、鉄−ゼオライト又は銅−ゼオライトタイプのＳＣＲ触媒コンバータについては、０℃以下の低温の場合、ＨＣ貯蔵容量が、一般的に、Ｉ触媒容量につき１ｇ〜３０ｇの範囲にある。このように特定されているＨＣ貯蔵容量に対して、本発明に基づき設定されているＨＣ貯蔵限界値の位置付けによって、ＳＣＲ触媒コンバータ又はその他のこれに関連する排気ガス浄化コンポーネントの好ましくない高負荷が防止される。この場合、ＨＣ貯蔵容量の一部が、温度に応じて、特に、該当する排気ガス浄化コンポーネント（ｎ）の温度低下に伴って減少するように設定される場合は、とりわけ有利である。
【００１３】
本発明のもう１つの実施形態では、少なくとも１つの排気ガス浄化コンポーネント又は煙の原因となるＨＣ脱離に関して支配的な排気ガス浄化コンポーネントの、特に、設定可能な第２の限界温度にまで温度が上昇すると、コールドスタートエンジン作動プロセスが作動停止になる。本発明者は、通常、触媒特有の限界温度より高い温度においては、ゼオライト含有の排気ガス浄化コンポーネントのＨＣ貯蔵は僅かであるか、もしくは無視できる量であり、場合によって、すでにこの温度よりも低い温度で貯蔵されたＨＣは、少なくともほぼ完全に脱離できることを認めた。この限界温度に達した後、コールドスタートエンジン作動プロセスをできるだけ早く作動停止にすれば、燃費上昇が防止されるか、もしくは少なくとも制限される。ユーザによって要求されるエンジン負荷が設定可能な最低値を超え、さらに加熱が行われるか、もしくは少なくとも冷却されないことが確実である場合は、限界温度に達した直後に、コールドスタートエンジン作動プロセスを作動停止にするのが好ましい。その他の場合には、このプロセスがしばらく続行するように設定することもできる。これに関連して、特に、作動停止の正確な時点をエンジン負荷に応じて適用することは有利である。もちろん、ＨＣ脱離がセンサによって検知され、ＨＣ脱離最大値を超過したことが検出されると、作動中のコールドスタートエンジン作動プロセスが、その際に講じられていた幾つかの措置、もしくは全ての措置を終了することによって作動停止するように設定することも可能である。
【００１４】
本発明のもう１つの実施形態では、コールドスタートエンジン作動プロセスが作動している場合、１つ又は複数の燃焼シリンダへの燃料の多点噴射が行われ、この多点噴射は、それぞれのシリンダの作動工程の範囲内に、第１のパイロット噴射、第１のパイロット噴射に続く第２のパイロット噴射、第２のパイロット噴射に続くメイン噴射を含んでいる。この場合、第１及び／又は第２のパイロット噴射が、連続する２つの短い個々の噴射に分割されるように設定することができる。メイン噴射に先立って少なくとも２つのパイロット噴射が行われることにより、噴射された燃料の燃焼は、凍結点より低いエンジン温度でも可能となる。メイン噴射量の約２０％以下の比較的少量の燃料が、第１又は第２のパイロット噴射で噴射されるのが好ましい。この方法で、マイナス２０℃以下の非常に低い周辺温度又はエンジン温度でも、点火を行うことができる。パイロット噴射量が少ないため、蒸発による温度低下が少なくとも抑制され、均質化されたパイロット噴射量の燃焼が改善される。
【００１５】
本発明のもう１つの実施形態において、第１のパイロット噴射が、それぞれのシリンダの圧縮行程の中で、上死点前２０度より大きいクランク角度範囲で行われる場合は特に好ましい。通常、温度がマイナス２０℃以下の場合、シリンダ内の温度は従来の拡散燃焼には低温すぎる。本発明に基づく早期のパイロット噴射の場合、混合気の均質化が可能なことから、点火性が改善される。該当する着火遅れを伴って第１のパイロット噴射の燃焼が行われ、このことがシリンダ内の温度レベルを上昇させる。従って、第２のパイロット噴射で持ち込まれる燃料は急速に気化し、同様に燃焼することができる。
【００１６】
本発明のもう１つの実施形態では、第１のパイロット噴射によって噴射される燃料の放熱開始後の時点で、第２のパイロット噴射が行われる。本発明に基づいて、第２のパイロット噴射の時点が選択されることにより、第２のパイロット噴射及びそれに続くメイン噴射の燃料の燃焼プロセスが改善される。
【００１７】
本発明のもう１つの実施形態では、第２のパイロット噴射によって噴射される燃料の放熱開始後の時点で、メイン噴射が行われ、燃焼プロセスをさらに改善することが可能となる。これによって、非常に低い温度でも確実な点火が保証される。この方法により、非常に低い外気温度においても、さらに、ＨＣ排出を比較的低く抑えることができ、排気ガス浄化装置の適切な加熱が可能になる。通常、メイン噴射は、圧縮行程の上死点後、特に上死点後約１０度のクランク角後に行われる。これにより、後期の燃焼位置又は後期の燃焼重心位置が結果として生じる。このことにより、点火が確実に行われ、排気ガス浄化装置及び好適に設けられているゼオライトＳＣＲ触媒コンバータの適切かつ急速な加熱が可能となる。さらに、燃焼によるＮＯ形成が防止される。
【００１８】
本発明のもう１つの実施形態では、コールドスタートエンジン作動プロセスの実施が、内燃機関の設定可能な軽負荷領域において行われ、コールドスタートエンジン作動プロセスは、軽負荷領域の上方の内燃機関負荷で作動停止する。コールドスタートエンジン作動プロセスの作動停止後、好ましくは、主要な拡散燃焼による燃焼プロセスが設定される。
【００１９】
本発明の有利な実施形態を図に示し、以下に説明する。この場合、ここで示された特徴及び以下に説明する特徴は、それぞれに示された特徴の組合せだけではなく、本発明の範囲から出ることなく、その他の組合せ又は単独でも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】排気ガス触媒コンバータと微粒子フィルタとを備える排気ガス浄化装置付き内燃機関の図である。
【図２】一般的なゼオライトＳＣＲ触媒コンバータのＨＣ貯蔵容量の温度依存性を示すグラフである。
【図３】ディーゼルエンジンのシリンダ内における放熱及び該当する燃料インジェクタの時間に応じた制御パルスＩｉｎｊｅｋを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、図示されていない車両用内燃機関１及び排気ガス浄化装置２のシステムの有利な実施形態の図である。この内燃機関１は、レシプロ原理による直接噴射式の空気圧縮式内燃機関として実施されており、以下、簡略化してディーゼルエンジンと呼ぶ。図示されていない燃料噴射システムは、好ましくは、調整可能なレール圧又は燃料噴射圧を備えるいわゆるコモン・レール・システムとして実施されている。
【００２２】
ディーゼルエンジン１のシリンダには、それぞれ、１つ又は２つのインレットバルブ及びアウトレットバルブ、グロープラグ及びフューエルインジェクタを備える燃焼室、並びに１又は複数の燃焼エア用インレットダクトが割当てられており、これらのものは詳細に図示されていない。フューエルインジェクタは、この場合、噴射量の調整可能な多点噴射を実施できるようになっている。インレットバルブ及びアウトレットバルブは、好ましくは、調整可能なバルブタイミング及び開放ストロークによって作動することができる。
【００２３】
このディーゼルエンジン１は、図に示されていないエアマスセンサが配置されているエア供給ライン３を介して燃焼エアを受け取る。同様に図示されていない調整可能なスロットルエレメントによって、ディーゼルエンジン１に供給されるエア流量を調整可能な量まで絞ることができる。燃焼エアは、エグゾーストターボチャージャ１５によって圧縮され、冷却するためにインタクーラ１６に送られる。好ましくは、特にコールドスタート又は暖機運転と関連して、ディーゼルエンジン１に供給される燃焼エアの温度レベルを上げる手段（図示されていない）が設けられている。必要に応じて、インタクーラ１６の迂回可能性も設けられているのが好ましい。燃焼エア温度をアクティブに上げるため、エア供給システムにヒータ装置を設けることができる。好適にはエア供給ライン３への合流地点前の排気ガス再循環ライン１３に配置されている、いわゆるグリッドヒータによるアクティブな加熱が好ましい。このエグゾーストターボチャージャ１５は、好ましくは、調整可能なチャージ圧を備える、いわゆるＶＴＧターボチャージャ又はウェストゲート式ターボチャージャとして実施されている。
【００２４】
ディーゼルエンジン１のシリンダの燃焼室では排気ガスが発生し、排気ガスライン４を介して排出される。この場合、排気再循環ライン１３によって燃焼エアに排気ガスが混ぜ合わされ、それによって燃焼エアをディーゼルエンジン１に戻すことができる。戻された排気ガスの割合（ＡＧＲ率）は、ＡＧＲバルブ１４によって調整することができる。好ましくは、ディーゼルエンジン１に戻される排気ガスは、図示されていないＡＧＲラジエタによって冷却され、このＡＧＲラジエタのために、必要に応じて調整可能なバイパスを設けることができる。これにより、冷却された排気ガス又は熱い排気ガス、もしくは加熱された排気ガスを、選択的に燃焼エアに混ぜ合わせることができる。再循環されなかった排気ガスは、エグゾーストターボチャージャ１５を介して排気ガス浄化装置２に送られる。さらに、好ましいのは、図示されていない調整可能なスロットルエレメントが、エグゾーストターボチャージャ１５の下流の排気ガスライン４に設けられていることである。
【００２５】
説明されている好ましい実施形態により、例えばエア流量、多点燃料噴射の噴射時間、噴射量、噴射圧及び噴射時点、ＡＧＲ率、チャージエア圧、シリンダ充填及び様々な燃焼プロセスなど、重要なエンジン作動パラメータの様々な値を、必要に応じて表示することができる。変動性のさらなる拡大は、調整可能な圧縮比の形で設定することができる。
【００２６】
ディーゼルエンジン１に割り当てられている排気ガス浄化装置２の好ましい実施形態は、排気ガスの流れる方向に見て、順番に、第１の酸化触媒コンバータ５、第２の酸化触媒コンバータ６、微粒子フィルタ７及びＳＣＲ触媒コンバータ８を有している。微粒子フィルタ７として、好ましくは、ＳｉＣベース、コーディエライトベース又はアルミニウムベースの、いわゆる壁流フィルタが使用される。しかし、微粒子フィルタ７は、焼結合金フィルタとして又は開かれたフィルタ構造をもつフィルタユニットとしても形成することができる。触媒コンバータ５、６、８は、触媒層ダクトが通っているハニカムボディモノリスとして実施されており、供給される排気ガスはこのダクトを通って流れることができる。ＳＣＲ触媒コンバータ８は、好ましくは、銅又は鉄を含むゼオライトコーティングを備える担持触媒として実施されている。この実施形態により、ＳＣＲ触媒コンバータ８は、特にＨＣ、ＮＯｘ及びＮＨ３などの排気ガス成分を貯蔵できる特性を有している。しかし、重要な特性は、酸化条件の下で、ＮＯｘからＮ２への選択的還元を、貯蔵又は供給されるＮＨ３を反応物として用いることによって触媒することができることにある。ＮＨ３の供給は、好ましくは、図示されていない配合装置によって行い、この配合装置によって、尿素を含む溶液を、ＳＣＲ触媒コンバータ８の上流で排気ガスに噴射することができる。排気ガスに噴射された尿素は、その際、ＮＨ３を解放しながら分解する。
【００２７】
第１の酸化触媒コンバータ５及び／又は第２の酸化触媒コンバータのインプット側には、燃料追加ユニットを設けることができ、このユニットによって、例えば燃料を排気ガスに送ることができる。このことにより、必要に応じ排気ガスに送られる燃料の発熱酸化の結果、熱による煤の燃焼による微粒子フィルタ７のアクティブな再生と関連して、排気ガスの適切な加熱が可能となる。
【００２８】
排気ガス後処理装置２には、排気ガスと構成部品の温度並びに重要な排気ガス成分濃度を検知するための様々な温度センサ及び排気ガスセンサが設けられている。例えば、図１では、第２の酸化触媒コンバータ６のインプット側及び微粒子フィルタ７のアウトプット側に、それぞれ温度センサ１０、１１が排気ガス浄化装置２内に配置されている。第２の酸化触媒コンバータ６及びＳＣＲ触媒コンバータ８のアウトプット側には、ＮＯｘ及び／又はＮＨ３感受性のガスセンサ９、１２が設けられている。微粒子フィルタ７への煤及び／又は灰の付着を検知するため、さらに、微粒子フィルタ７のインプット側とアウトプット側とに圧力センサ又は差圧センサを設けることが有利であるが、これらは図１には特に示されていない。これらのセンサ及び必要に応じてその他のセンサを用いて、排気ガス浄化装置２の作動状態が包括的に調査され、その作動状態をディーゼルエンジン１の作動に適合させることができる。
【００２９】
エンジンモードを設定又は検知するために、エンジン電子制御装置１７が設けられている。このエンジン制御装置１７は、一方で、例えば、回転数、エンジン負荷、温度、圧力などの標準的なエンジン作動値に関するインフォメーションを該当するセンサから入手し、他方では、例えば、ＡＧＲバルブ１４、エア供給ライン３のエグゾーストターボチャージャ１５又はスロットルエレメントなどのアクチュエータに設定値としての制御信号を送信することができる。ガス供給側と燃料供給側の作動値又は状態値の調整機能が準備されている。特に、エンジン制御装置１７は、多点噴射を実施するために燃料インジェクタを制御し、必要に応じて燃料噴射圧を適切に調整することができる。さらに、このエンジン制御装置１７は、調整及び制御プロセスを実施するために取り付けられており、これによってエンジン作動値は、調整又は制御された状態で設定される。このために、エンジン制御装置１７は、保存されている特性曲線又は算出ルーティン又は調整／制御ルーティンを用いることができる。そのために設けられているサブシステム、例えばコンピュータ、メモリ又は入力／出力ユニットなどは、特に図示されていない。
【００３０】
同様の方法で、排気ガス後処理装置２の作動及び状態値の検知と設定のために、第２の制御装置１８が設けられている。エンジン制御装置と第２の制御装置とは、双方向のデータライン１９によって相互に接続されている。この方法により、それぞれの制御装置で使用可能なデータが相互に交換可能となる。制御装置１７、１８は、唯一の一体型の測定値検知及び制御ユニットにまとめることも可能である。
【００３１】
図示されている好ましい実施形態では、ディーゼルエンジン１の最適な作動と、このエンジンから排出される排気ガスの広範囲の浄化が、最大限可能になっている。しかし、必要な範囲の排気ガス浄化は、排気ガス触媒コンバータ５、６、８が、それらの作動温度を有している場合にのみ可能である。いわゆる作動開始温度より低い温度では、触媒作用が制限されるか、もしくは失われるので、周辺への好ましくない有害物質の排出を防止するか、もしくは少なくとも削減するためには、特にコールドスタート又は暖機運転と関連して、特別な措置が必要である。続いて、特に、炭化水素（ＨＣ）の排出抑制について説明する。以下に説明される措置は、温度が周辺温度より低い又は凍結点に近い場合、もしくは排気ガス触媒コンバータ５、６、８又は微粒子フィルタ７の温度が、ＨＣの吸着又はＨＣの脱離に対する固有の限界温度を下回っている場合の、特にＨＣによって形成される白煙の排出抑制に関する。
【００３２】
排気ガス触媒コンバータ５、６、８又は微粒子フィルタ７の触媒層の種類に応じて、これらの各排気ガス浄化コンポーネントは、特に低温時においてＨＣ吸着能を有することができ、従って、より高い温度で生じるＨＣ脱離の結果、白煙の排出に少なくとも責任を負っている可能性はあるが、以下では、ＨＣ吸着作用及び脱離作用が、主としてＳＣＲ触媒コンバータ８で生じ、従って、場合によって発生する白煙の主要な排出原因がＳＣＲ触媒コンバータ８にあることを前提とする。しかし、以下に説明する、特にＳＣＲ触媒コンバータ８の好ましくないＨＣ排出を防止するための措置は、同様に、１つ又は複数のその他の排気ガス浄化コンポーネント５、６、７に関しても適用することができる。
【００３３】
通常、温度が低下すると、ＨＣの吸着性能が増加する。保持可能な最大のＨＣ量を、ここではＨＣ貯蔵容量と呼ぶ。図２のグラフには、ゼオライトベースの一般的なＳＣＲ触媒コンバータのＨＣ貯蔵容量Ｋの温度依存性が示されている。グラフで分かるように、温度ＴＳＣＲが低下すると、ＨＣ貯蔵容量Ｋ、すなわちＳＣＲ触媒コンバータに貯蔵され得るＨＣ量は増加する。この場合、温度が低下すると、飽和性が増加することを確認することができる。触媒作用のあるゼオライトコーティングの種類及び範囲に応じて、ＨＣ貯蔵容量Ｋの温度依存性は、様々に特徴付けることができるが、１リットルの触媒容量に対して０．５〜３０グラムのＨＣ量、特に、＋１００℃〜−２０℃の温度範囲においては１〜２０ｇ/ｌのＨＣ貯蔵容量が一般的であると見なすことができる。特に、温度ＴＳＣＲ＜−１５℃における最大値が約３０ｇ／ｌであることが、一般の触媒仕様には特徴的である。約＋３０℃〜＋１５０℃の触媒コンバータ固有の限界温度を上回ると、ＨＣ貯蔵容量Ｋは、一般的に、無視できるほど小さい。これよりも少し高い第２の限界温度以降、温度上昇に伴って、脱離現象が強くなっていく。通常、酸化触媒コンバータ又は微粒子フィルタで使用されるゼオライトコーティングには、好適に、限界温度が低く設定される。ここでは、約５０℃を上回ると、ＨＣ貯蔵容量Ｋはほぼ無視することができる。多少の違いはあるが、この場合、強い脱離現象は、一般的に約６０℃〜８０℃で生じる。
【００３４】
本発明者によって確認されたＨＣ貯蔵容量Ｋは、エンジン作動中にＳＣＲ触媒コンバータ８が限界温度を下回ると、排気ガスに含まれるＨＣが、程度の差はあるものの、かなりの範囲で貯蔵されるという結果となった。該当するエンジン作動状態は、例えば１つ又は複数の連続するコールドスタートプロセスを含み、このプロセスの後に、それぞれ軽負荷段階又は暖機段階が続けられる。ディーゼルエンジン１のこのようなエンジン作動状態に続いて、高負荷が要求された場合、急激に加熱される排気ガスにより、ＳＣＲ触媒コンバータ８の加熱が生じ、このことが、すでに貯蔵されていたＨＣの好ましくない脱離を引き起こすおそれがある。このとき、脱離するＨＣは、限界濃度以降で白煙として感知される。本発明者は、ＨＣ脱離の範囲は、確実に、ＳＣＲ触媒コンバータ８に貯蔵されているＨＣ量及びＳＣＲ触媒コンバータ８の加熱速度に左右されることを確認した。
【００３５】
該当する試験では、ＨＣ貯蔵量が増えると高さが増す排気ガス浄化コンポーネントの特徴的な脱離温度範囲において、ＨＣの脱離ピークが生じることを確認した。この脱離温度範囲は、触媒作用のあるゼオライトコーティングの種類に左右されるが、ＨＣの最大脱離が発生するのは、特に＋５０℃〜＋１５０℃の温度範囲が一般的と見なされる。さらに、ＨＣ脱離速度又はＨＣ脱離ピークの高さ及び幅は、加熱速度、すなわち加熱勾配の大きさに左右されることが確かめられた。加熱の場合、特徴的な脱離温度範囲において、加熱勾配が増加するに従って高さが上昇し、幅が縮小するＨＣ脱離ピークが生じる。
【００３６】
該当する基礎試験において確認された結果により、ディーゼルエンジンのコールドスタート及び／又は暖機時の好ましくない強いＨＣ解放を防止する方法が開発され、この方法は、本発明に基づき、一方では、ＳＣＲ触媒コンバータ８におけるＨＣの貯蔵を量的に制限することを目的としている。このことは、ＳＣＲ触媒コンバータ８に貯蔵されているＨＣの量が評価され、設定可能なＨＣ貯蔵量限界値をＨＣ貯蔵量が超過していると評価された場合、相応に加熱された排気ガスによって、ＳＣＲ触媒コンバータ８の加熱が適切に行われることによって達成される。この方法により、危険な量のＨＣ貯蔵が回避され、後で行われる加熱により高いＨＣ脱離ピークが発生しかねない危険なレベルまでＨＣ貯蔵量が増加する前に、ＳＣＲ触媒コンバータ８に貯蔵されているＨＣの脱離が強制的に行われる。他方では、以下に詳しく説明するが、ＳＣＲ触媒コンバータ８の加熱の結果、ＳＣＲ触媒コンバータ８から脱離するＨＣの発生率に対する設定可能な脱離速度、又は周辺に排出される排気ガス中に含まれるＨＣの設定可能な最大濃度を下回るような加熱措置が講じられる。
【００３７】
ＳＣＲ触媒コンバータ８内のＨＣ貯蔵量を評価するため、本発明に基づき、常に又は少なくともほとんどの場合にＳＣＲ触媒コンバータ８の設定可能な限界温度を下回っている、連続するコールドスタート及び暖機プロセスの回数が検知されるように設定されている。この場合、ディーゼルエンジン１によって排出され、排気ガス浄化装置２又はＳＣＲ触媒コンバータ８に貯蔵されるＨＣ量が、同様に検出される。このために、好ましくは、標準的なエンジン作動パラメータに応じてＨＣ未処理排出物質の値が保存されている、ディーゼルエンジン１の排出特性曲線が用いられる。同様に保存されている吸着及び脱離特性曲線と関連して、コールドスタート及び暖機プロセスによりＳＣＲ触媒コンバータ８に貯蔵されたＨＣ量の合計を割り出すことができる。特にＳＣＲ触媒コンバータ８の温度及び／又は排気ガス流速に応じて設定可能な、ＳＣＲ触媒コンバータ８のＨＣ貯蔵容量Ｋの一部を上回っているＨＣ貯蔵限界値を、ＨＣ貯蔵量が超過したと評価されると、加熱措置が作動し、好ましくは、ＳＣＲ触媒コンバータ８の加熱勾配の設定可能な加熱勾配最大値が、特に、脱離温度の範囲内にあるように、もしくはその範囲をほぼ下回っているように制御される。この加熱勾配最大値は、好ましくはＨＣ貯蔵容量及び／又はＳＣＲ触媒コンバータ８の温度に応じて、周辺に排出される排気ガス中のＨＣ最大濃度が、設定可能な値を下回るように決定される。好ましくは、この値が白煙の視認境界であるＨＣ最大濃度に該当している。ＨＣ貯蔵量限界値の一般的な値は、ＨＣ貯蔵容量の約１０％〜３０％である。加熱勾配最大値の典型的な値は、約５〜２０℃／分である。
【００３８】
本発明に基づき、コールドスタート及び／又はそれに続く暖機又は冷間始動時においては、ＳＣＲ触媒コンバータ８を適切に加熱するため、ノーマルモードに比べ強く加熱された排気ガスが生じるように、標準的に設定されている複数のエンジン作動パラメータが変更される。好ましいのは、以下にコールドスタートエンジン作動プロセスと呼ばれる方法において、次のような１つ又は複数の措置が講じられることである。
・特に負荷に応じて、すなわち、軽負荷の場合はスロットルの調整を強くする方法で、開いている通過断面積を１０％〜９５％まで縮小することに従って、排気ガスライン４に配置されているスロットルエレメントを閉じる。特に好ましいのは、動圧が１ｂａｒ〜４ｂａｒ、特に２ｂａｒ〜３ｂａｒになるようにスロットルエレメントを閉じることである。
・開いている通過断面積を１０％〜９５％、好ましくは３０％〜７０％まで縮小することに従って、エア供給ライン３に配置されているスロットルエレメントを閉じる。
・必要に応じ、作動限界又は設定可能な煙制限に達するまで、好ましくは１以上のボッシュスモークメータの値に対応して、エグゾーストターボチャージャから送られるチャージ圧を削減する。
・ＡＧＲラインのグリッドヒータを作動する。
・クランク角上死点後１０°〜クランク角上死点後７５°、好ましくはクランク角上死点後４０°〜クランク角上死点後６５°の範囲で開くように、ディーゼルエンジン１の１つ以上のシリンダのアウトレットバルブの制御を変更する。
・ＡＧＲバルブ１４を、好ましくは少なくとも一時的に完全に閉めるが、必要に応じて、ノーマルモードに適用される開度まで一時的に又は徐々に開く。
・第１のパイロット噴射を実施し、第１のパイロット噴射に続いて第２のパイロット噴射を行い、第２のパイロット噴射に続いてメイン噴射を実施し、圧縮行程の上死点後に燃料燃焼の重心位置が生じるように、ディーゼルエンジンのシリンダに燃料を噴射する。
【００３９】
図３に示されているグラフに関して以下に詳しく説明されるように、とりわけ−１０℃以下の低い外気温度では、コールドスタート及びそれに続く暖機又は冷間段階のために、先に述べたポイントに沿って、燃料噴射パラメータの特別な設定が行われるのが特に好ましい。
【００４０】
図３のグラフの上部には、ディーゼルエンジン１のシリンダ内における放熱ｄＱが示され、該当する燃料インジェクタの時間に応じた制御パルスＩｉｎｊｅｋが、クランク角度ＫＷに繰り込まれた形で下部に示されている。
【００４１】
相応に選択された噴射パラメータによる、本発明に基づくコールドスタートエンジン作動プロセスは、ディーゼルエンジンの燃焼室への燃料の噴射が、少なくとも２つのパイロット噴射ＰＥ１、ＰＥ２と、少なくとも１つのメイン噴射ＨＥと、によって行われる、部分的に均質な燃焼プロセスとして設計されている。この場合、好ましくは、圧縮行程の次の経過において一時的に均質で、点火可能な混合気が生じ、一定の点火遅れ後に、放熱（ＶＰＥ１の付された矢印によって示す）を伴う均質な混合気の均質な燃焼が生じるように、圧縮行程の早い時点で第１のパイロット噴射ＰＥ１が行われる。
【００４２】
第２のパイロット噴射ＰＥ２は、好適に、圧縮行程のほぼ上死点において、先に噴射された第１のパイロット噴射ＰＥ１の燃料の燃焼により、燃焼室の明らかな温度上昇が生じた時点で行われる。メイン噴射ＨＥは、第２のパイロット噴射ＰＥ２に遅れて、同様に、先に噴射された第２のパイロット噴射ＰＥ２の燃焼により、次の明らかな放熱（ＶＰＥ２を付された矢印で示す）が燃焼室内に生じた時点で行われる。この方法によって、噴射された燃料の燃焼は、−２０℃以下の非常に低い温度でも確実に行われる。
【００４３】
メイン噴射ＨＥの燃焼は、従来の拡散燃焼で行われるのが好ましい。この場合、メイン噴射ＨＥは、段階的な燃焼になるように、複数の部分噴射に分割されるように設定することができる。その際、メイン噴射ＨＥのそれぞれの部分噴射の噴射量が、前に行われた部分噴射の噴射量よりも大きく設定される場合は特に好ましい。
【００４４】
第１のパイロット噴射ＰＥ１は、クランク角上死点前２０°〜クランク角上死点前４０°の範囲で行われるのが好ましい。この場合、第１のパイロット噴射ＰＥ１の噴射量は、メイン噴射ＨＥの噴射量の約５％〜２５％の範囲で選択されるのが好ましい。第２のパイロット噴射ＰＥ２は、クランク角上死点前５°〜クランク角上死点後５°の範囲だが、早くとも第１のパイロット噴射ＰＥ１によって噴射された燃焼の点火後に行われるのが好ましい。この場合、第２のパイロット噴射ＰＥ２の噴射量は、メイン噴射ＨＥの噴射量の約２％〜１５％の範囲で選択されるのが好ましい。
【００４５】
図３によって示されたグラフとは異なり、メイン噴射ＨＥの噴射開始は、通常、クランク角上死点後５°〜クランク角上死点後２０°のクランク角度範囲で選択されるため、比較的後期の燃焼位置が生じる。この場合、燃料インジェクタの制御開始時点を用いて、排気ガス加熱を適切に調整することができるため、ＳＣＲ触媒コンバータ８の目標加熱速度を確実に達成することができる。必要に応じて、メイン噴射ＨＥを２つの部分噴射に分割する場合、第１の部分噴射に加えて、第２の部分噴射は、クランク角上死点後２５°〜クランク角上死点後６０°のクランク角度範囲で行われる。このことから、クランク角上死点後約２０°による比較的後期の燃焼重心位置が生じるため、排気ガス浄化装置２及びＳＣＲ触媒コンバータ８の適切な加熱が可能となる。エンジン負荷の上昇に伴って、さらに燃焼重心が後にずれるように設定されているのが好ましい。
【００４６】
本発明に基づくコールドスタートエンジン始動プロセスにより、排気ガス浄化装置２の排気ガス浄化コンポーネント５、６、７、８の適切な加熱が可能となり、特にＳＣＲ触媒コンバータ８の適切な加熱は、温度が非常に低く、エンジン負荷が低い場合でも可能となる。従って、好ましくない高いＨＣ脱離ピークを回避するための加熱は、特定の車両状態の設定とは無関係に行うこともできる。本発明に基づき、ＳＣＲ触媒コンバータ８又は煙の原因となるＨＣ脱離に関して支配的な排気ガス浄化コンポーネントの設定可能な限界温度まで温度が上昇すると、コールドスタートエンジン作動プロセスが作動停止になるように設定されている。この場合、作動停止とは、上述した対策の少なくとも一部が終了することを意味している。従って、コールドスタートエンジン作動プロセスにより生じる燃費上昇を制限することが可能である。エンジン負荷が、設定された、もしくは設定可能な定格負荷の約３０％の限界値を超過した場合にも、コールドスタートエンジン作動プロセスの作動停止が設定されている。いずれにしてもこの場合、大抵は排気ガス浄化装置２及びＳＣＲ触媒コンバータ８の加熱が当然行われる。
【符号の説明】
【００４７】
１  ディーゼルエンジン
２  排気ガス浄化装置
３  エア供給ライン
４  排気ガスライン
５  第１の酸化触媒コンバータ
６  第２の酸化触媒コンバータ
７  微粒子フィルタ
８  ＳＣＲ触媒コンバータ
９、１２  ガスセンサ
１０、１１  温度センサ
１３  排気ガス再循環ライン
１４  ＡＧＲバルブ
１５  エグゾーストターボチャージャ
１６  インタクーラ
１７  エンジン電子制御装置
１８  第２の制御装置
１９  双方向のデータライン
ＴＳＣＲ  ＳＣＲ触媒コンバータの温度
Ｋ  ＨＣ貯蔵容量
ｄＱ  放熱
ＰＥ１  第１のパイロット噴射
ＰＥ２  第２のパイロット噴射
ＨＥ  メイン噴射
ＶＰＥ１  ＰＥ１の放熱
ＶＰＥ２  ＰＥ２の放熱
ＶＨＥ  ＨＥの放熱
Ｉｉｎｊｅｋ  インジェクタ制御パルス
ＫＷ  クランク角
【図１】
0005470645.tif 000002
【図２】
0005470645.tif 000003
【図３】
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