(57)【要約】  本発明は、内燃機関フレッシュ・エア供給管内にそれぞれ１つの圧縮機を、および内燃機関排気管内にそれぞれ１つのタービンを有する少なくとも２つの付属ターボチャージャであって、少なくとも１つの圧縮機および／またはタービンにバイパスが付属されている前記ターボチャージャと、および前記タービンの排気方向後方に配置されている少なくとも１つの排気ガス後処理装置とを備えた内燃機関の排気温度の一時的上昇方法および装置に関するものである。バイパス内の調節要素により、少なくとも１つの圧縮機および／またはタービンをバイパスして前記バイパス内に導かれるフレッシュ・エアおよび／または排気ガスの容積流量が上昇され、この結果、内燃機関の給気圧力が低下され、これにより、内燃機関の効率が低下され且つ排気温度が上昇される。【選択図】  図１
2009527688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（２０）のフレッシュ・エア供給管（２１）内にそれぞれ１つの圧縮機（１１、１４）を、内燃機関（２０）の排気管（２２）内にそれぞれ１つのタービン（１２、１５）を有する少なくとも２つの付属ターボチャージャ（１０、１３）であって、少なくとも１つの圧縮機（１１、１４）および／またはタービン（１２、１５）にバイパス（１６．１、１６．２、１６．３）が付属されている前記ターボチャージャ（１０、１３）と、
前記タービン（１２、１５）の排気方向後方に配置されている少なくとも１つの排気ガス後処理装置（２３）とを備えた内燃機関（２０）の排気温度の一時的上昇方法において、
前記バイパス（１６．１、１６．２、１６．３）内の調節要素（１７．１、１７．２、１７．３）により、少なくとも１つの圧縮機（１１、１４）および／またはタービン（１２、１５）をバイパスして前記バイパス（１６．１、１６．２、１６．３）内に導かれるフレッシュ・エアおよび／または排気ガスの容積流量が上昇されることを特徴とする内燃機関（２０）の排気温度の一時的上昇方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
少なくとも１つのタービン（１２、１５）の効率が、調節可能なタービン形状またはバイパスにより低下されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、
前記排気ガス後処理装置（２３）の少なくとも１つの構成要素の再生のために排気温度の上昇が実行され、この場合、前記調節要素（１７．１、１７．２、１７．３）の操作が、制御装置（３０）により、前記構成要素の決定された再生要求の関数として行われることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法において、
正常運転過程の間においては、前記調節要素（１７．１、１７．２、１７．３）が内燃機関（２０）の運転に対して好ましい設定に対応して調節され、
上昇された排気温度を有する過程の間においては、前記調節要素（１７．１、１７．２、１７．３）が正常運転過程よりもさらに開放され、
前記正常運転過程と前記上昇された排気温度を有する過程との間の移行過程の間において、前記調節要素（１７．１、１７．２、１７．３）が内燃機関（２０）の運転パラメータの関数として連続的に開放されること、
を特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法において、
上昇された排気温度を有する過程において、前記制御装置（３０）内に組み込まれている圧力制御装置およびタービン回転速度制御装置の目標値および制御パラメータが適合されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の方法において、
排気温度を上昇させるために、内燃機関（２０）の効率を低下させる他の追加手段がとられることを特徴とする方法。
【請求項７】
内燃機関（２０）のフレッシュ・エア供給管（２１）内にそれぞれ１つの圧縮機（１１、１４）を、内燃機関（２０）の排気管（２２）内にそれぞれ１つのタービン（１２、１５）を有する少なくとも２つの付属ターボチャージャ（１０、１３）であって、少なくとも１つの圧縮機（１１、１４）および／またはタービン（１２、１５）にバイパス（１６．１、１６．２、１６．３）が付属されている前記ターボチャージャ（１０、１３）と、
前記タービン（１２、１５）の排気方向後方に配置されている少なくとも１つの排気ガス後処理装置（２３）とを備えた内燃機関（２０）の排気温度の一時的上昇装置において、
前記バイパス（１６．１、１６．２、１６．３）内に調節要素（１７．１、１７．２、１７．３）が配置され、前記調節要素（１７．１、１７．２、１７．３）により、前記バイパス（１６．１、１６．２、１６．３）内のフレッシュ・エアおよび／または排気ガスの容積流量が調節可能となっており、
前記調節要素（１７．１、１７．２、１７．３）の開度が制御装置（３０）により調節可能となっており、
上昇された排気温度を有する過程において、少なくとも１つの調節要素（１７．１、１７．２、１７．３）が正常運転過程よりもさらに開放されていること、
を特徴とする内燃機関（２０）の排気温度の一時的上昇装置。
【請求項８】
請求項７に記載の装置において、
調節要素（１７．１、１７．２、１７．３）として、操作可能なバタフライ・バルブ、弁または逆止弁が設けられていることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の装置において、
内燃機関（２０）として二段過給式ディーゼル・エンジンが設けられており、
排気ガス後処理装置（２３）が粒子フィルタを含むこと、
を特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関フレッシュ・エア供給管内にそれぞれ１つの圧縮機を有し、内燃機関排気管内にそれぞれ１つのタービンを有する、少なくとも２つの付属ターボチャージャであって、少なくとも１つの圧縮機および／またはタービンにバイパスが付属されている前記ターボチャージャと、前記タービンの排気方向後方に配置されている少なくとも１つの排気ガス後処理装置とを備えた内燃機関の排気温度の一時的上昇方法に関するものである。
【０００２】
本発明は、さらに、内燃機関フレッシュ・エア供給管内にそれぞれ１つの圧縮機を有し、内燃機関排気管内にそれぞれ１つのタービンを有する少なくとも２つの付属ターボチャージャであって、少なくとも１つの圧縮機および／またはタービンにバイパスが付属されている前記ターボチャージャと、前記タービンの排気方向後方に配置されている少なくとも１つの排気ガス後処理装置とを備えた内燃機関の排気温度の一時的上昇装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来の技術
排気ガス後処理装置内に、しばしば、時々再生されなければならない構成要素が設けられている。即ち、ディーゼル・エンジンの排気ガス後処理装置内には、吸蔵容量に到達したときに粒子が燃焼により放出されなければならない粒子フィルタが設けられていても、または同様に上昇された排気温度により蓄積物が除去されなければならない例えばいわゆるＤＥＮＯＸ触媒のような触媒が使用されていてもよい。
【０００４】
ドイツ特許公開第１９９２３２９９号の文献に、内燃機関の排気ガスを調節する手段を含み、この場合、特定の条件が存在したときに、排気ガスの上昇されたエネルギー含有量が望まれる特定運転状態が開始され、この特定運転状態において、排気温度が上昇されるように燃焼重心が調節される、内燃機関の制御方法が開示されている。この場合、燃焼重心は遅れ方向にシフトされる。
【０００５】
特に二段過給式内燃機関においては、単段過給式内燃機関に比較して明らかな効率の上昇が達成される。したがって、十分な排気温度の上昇が達成されるまでには、内燃機関の効率を大きく低下させるための他の手段が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
二段過給式内燃機関の排気温度の十分な上昇を可能にし、しかも内燃機関の運転特性にほとんど影響を与えない方法を提供することが本発明の課題である。
さらに、このための装置を提供することが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の利点
本発明の方法に関する課題は、バイパス内の調節要素により、少なくとも１つの圧縮機および／またはタービンをバイパスして前記バイパス内に導かれる、フレッシュ・エアおよび／または排気ガスの容積流量が、上昇されることにより解決される。これにより、内燃機関の給気圧力が低下され、この結果、内燃機関の効率が悪化される。効率の悪化は排気温度を希望どおり上昇させる。この方法においては、１つまたは複数のターボチャージャ内により少ない排気ガスが導かれるので、ターボチャージャは超過回転速度および過熱から保護される。そこにおいて排気ガスから熱エネルギーが奪い取られるターボチャージャ・タービンをバイパスしてバイパス内を多量の高温排気ガスが流れるので、排気系およびその中に含まれている排気ガス後処理装置の加熱は急速に行われる。排気温度が高いので、また、タービンは完全にはバイパスされないので、さらに、急速な給気圧力上昇が行われる。したがって、二段過給式内燃機関の正常運転から既知の急速なトルク上昇もまた得られる。
【０００８】
給気圧力したがって内燃機関の効率のさらなる低下は、少なくとも１つのタービンの効率が調節可能なタービン形状またはバイパスにより低下されることによって達成可能である。
【０００９】
本発明の好ましい一形態においては、排気ガス後処理装置の少なくとも１つの構成要素の再生のために排気温度の上昇が実行され、この場合、調節要素の操作が、制御装置により、構成要素の決定再生要求の関数として行われるように設計されている。構成要素は、例えば、そこに蓄積された粒子が上昇された温度で燃焼される粒子フィルタであっても、またはある間隔で上昇された排気温度により蓄積物特に硫黄および／または硫黄化合物が除去されるいわゆるＤＥＮＯＸ触媒のような触媒であってもよい。
【００１０】
正常運転過程の間においては、調節要素が内燃機関の運転に対して好ましい設定に対応して調節され、上昇された排気温度を有する過程の間においては、調節要素が正常運転過程よりもさらに開放され、正常運転過程と上昇された排気温度を有する過程との間の移行過程の間においては、調節要素が内燃機関の運転パラメータの関数として連続的に開放されるように設計されているので、正常運転においては、内燃機関は最適給気圧力で運転され、一方、排気温度を上昇させるためには、さらに開かれた調節要素により給気圧力は低下される。移行過程における調節要素の操作は傾斜に沿って行われ、この傾斜の勾配は走行運転への影響に対応して設定可能である。
【００１１】
条件および要求に適合されたターボチャージャの制御運転は、排気温度が上昇する過程の間においてもまた、上昇された排気温度を有する過程において、制御装置内に組み込まれている圧力制御装置およびタービン回転速度制御装置の目標値および制御パラメータが適合されることによって達成される。これは、一般に、正常運転における設定値とは異なっている。
【００１２】
必要な排気温度の上昇を達成させるためには、排気温度を上昇させるために、内燃機関の効率を低下させる他の追加手段がとられることが必要となることがある。例えば、燃焼サイクルにおいて燃焼重心が後方にシフトされるか、または他の既知の方法が使用されるように設計されていてもよい。
【００１３】
本発明の装置に関する課題は、バイパス内に調節要素が配置され、調節要素により、バイパス内のフレッシュ・エアおよび／または排気ガスの容積流量が調節可能であることと、調節要素の開度が制御装置により調節可能であることと、および上昇された排気温度を有する過程において、少なくとも１つの調節要素が正常運転過程よりもさらに開放されていることとにより解決される。さらに開放された調節要素により多量のフレッシュ・エアないしは排気ガスがターボチャージャの圧縮機ないしはタービンをバイパスして流れ、このことが、低下された給気圧力したがって低下された効率を導き、これにより排気温度が上昇される。この場合、１つまたは複数の調節要素が設けられ、ないしは操作されてもよい。制御装置は、内燃機関の運転状態、排気ガスおよび／または排気ガス後処理装置の状態を決定するセンサ・データから、制御装置に存在する内燃機関の運転パラメータに基づき、および／または予測された排気ガスおよび／または排気ガス後処理装置の状態に基づいて、上昇された排気温度を有する過程がいつスタートされるかを決定する。
【００１４】
コスト的に有利で且つ確実な構造は、調節要素として、操作可能なバタフライ・バルブ、弁または逆止弁が設けられていることにより達成される。
本発明の好ましい一実施形態においては、内燃機関として二段過給式ディーゼル・エンジンが設けられ、および排気ガス後処理装置が粒子フィルタを含むように設計されている。二段過給式ディーゼル・エンジンは今日市場注文において存在する。二段過給式ディーゼル・エンジンは、単段過給式に比較して改善された効率を特徴とする。この改善された効率が、既知の方法に基づく内燃機関の効率の低下によって粒子フィルタの再生に必要な排気温度を上昇させることを困難にしている。同時に、このようなシステムにおいては、組み込まれた追加部品に基づき熱的慣性が増大されている。フレッシュ・エアないしは排気ガスがターボチャージャをバイパスして導かれることにより、粒子フィルタの再生に必要な排気温度を達成させるために、給気圧力したがってディーゼル・エンジンの効率は十分低下可能である。さらに、高温排気ガスのより多量の部分がタービンをバイパスして導かれるので、システムの熱的慣性は低下される。
【００１５】
以下に本発明が図面に示されている実施例により詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施例の説明
図１は内燃機関２０の排気温度の上昇装置を略図で示す。内燃機関２０にフレッシュ・エア供給管２１を介してフレッシュ・エア（外気）が供給され、一方、排気ガスは排気管２２を介して排出される。２つのターボチャージャ１０、１３の第１および第２のタービン１２、１５は排気管２２内に組み込まれている。２つのターボチャージャ１０、１３の第１および第２の圧縮機１１、１４はフレッシュ・エア供給管２１内に配置されている。第１の圧縮機１１に対して、第１の調節要素１７．１を有する第１のバイパス１６．１が並列に配置されている。同様に、第１のタービン１２に第２の調節要素１７．２を有する第２のバイパス１６．２が付属され、および第２のタービン１５に、第３の調節要素１７．３を有する第３のバイパス１６．３が付属されている。調節要素１７．１、１７．２、１７．３は信号ライン３１．１、３１．２、３１．３を介して制御装置３０と結合されている。第２のタービン１５の排気方向後方において、排気管２２内に排気ガス後処理装置２３が配置されている。
【００１７】
図示の実施変更態様においては、内燃機関２０は、排気ガス後処理装置２３内に組み込まれている粒子フィルタを備えた二段過給式ディーゼル・エンジンを示している。絞りバタフライ・バルブ、センサ等のような空気系の他の構成要素は図示されていない。
【００１８】
排気流れにより、ターボチャージャ１０、１３のタービン１２、１５およびさらにフレッシュ・エア供給管２１内の圧縮機１１、１４が駆動される。圧縮機１１、１４は内燃機関２０に対して給気圧力を発生する。フレッシュ・エアは、第１の圧縮機１１をバイパスして、バイパス１６．１を介して内燃機関２０に供給可能である。第１のバイパス１６．１を介して流れる空気容積流量は第１の調節要素１７．１により調節可能である。排気ガスは、それぞれのタービン１２、１５をバイパスして、第２および第３のバイパス１６．２、１６．３を介して案内可能である。バイパスして案内されるそれぞれの排気ガス容積流量は、調節要素１７．２、１７．３により設定可能である。調節要素１７．１、１７．２、１７．３の操作は制御装置３０により行われ、この場合、対応制御信号は信号ライン３１．１、３１．２、３１．３を介して調節要素１７．１、１７．２、１７．３に供給される。
【００１９】
内燃機関２０の排気温度は本質的に内燃機関の効率の関数であり、一方、内燃機関の効率は形成された給気圧力の関数でもある。給気圧力の低下は排気温度を上昇させる。これは、本発明により、調節要素１７．１、１７．２、１７．３の少なくとも１つがさらに開放されることにより達成される。ここで、第１の調節要素１７．１の場合においては、供給されるフレッシュ・エアの大部分が第１の圧縮機１１をバイパスして供給され、したがって圧縮が行われず、このことは給気圧力を希望どおりに低下させる。第２および第３の調節要素１７．２、１７．３の場合においては、排気ガスの大部分の量がターボチャージャ１０、１３のタービン１２、１５をバイパスして導かれ、このことがタービン１２、１５の駆動を低下させ、これにより同様に給気圧力を低下させる。
【００２０】
排気ガス後処理装置２３内に含まれている粒子フィルタの再生が実行されるべき場合、調節装置３０は、調節要素１７．１、１７．２、１７．３の対応開度を介して、排気温度の上昇したがって粒子フィルタの再生を開始させる。再生の終了後に、制御装置３０は、制御運転に対する調節要素１７．１、１７．２、１７．３の所定の開度を再び設定する。
【００２１】
したがって、内燃機関の運転に対して、３つの運転方式、即ち正常運転、再生運転および移行運転が区別される。
正常運転においては、調節要素１７．１、１７．２、１７．３は既知のシステムに対応して設定される。
【００２２】
再生運転においては、調節要素１７．１、１７．２、１７．３は正常運転よりもさらに開放される。この場合、バイパス１６．１、１６．２、１６．３は全てのタービン１２、１５および圧縮機１１、１４に対して設けられていても、またはそれらの一部のみに対して設けられていてもよく、または調節要素１７．１、１７．２、１７．３の全てまたは一部のみが操作可能であってもよい。バイパスされたガス流れに追加して、図示されていない調節機構を介してタービン１２、１５の効率が低下されてもよい。制御装置３０内に存在する圧力制御装置およびタービン回転速度制御装置の目標値およびパラメータは再生運転においてそれに対応して適合される。
【００２３】
移行過程においては、正常運転および再生運転における調節要素１７．１、１７．２、１７．３の操作状態間で傾斜をなして切り換えられ、この傾斜の勾配は走行運転への影響に対応して形成される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は内燃機関の排気温度の上昇装置を略図で示す。
【符号の説明】
【００２５】
１０、１３    ターボチャージャ
１１、１４    圧縮機
１２、１５    タービン
１６．１、１６．２、１６．３    バイパス
１７．１、１７．２、１７．３    調節要素
２０    内燃機関
２１    フレッシュ・エア供給管
２２    排気管
２３    排気ガス後処理装置
３０    制御装置
３１．１、３１．２、３１．３    信号ライン
【図１】
2009527688.tif 000003
【国際調査報告】
2009527688.tif 000004
2009527688.tif 000005
2009527688.tif 000006
2009527688.tif 000007
2009527688.tif 000008