(57)【要約】【課題】内燃機関の燃料消費を増加させること無しに、フィルタの再生を可能にする、内燃機関の排気ガス領域内に配置された排気ガス浄化システムの作動方法を提供する。【解決手段】内燃機関の排気ガス領域内に配置され、酸化反応をもたらす触媒層（１３０）と微粒子フィルタ（１４０）とを備え、内燃機関の運転の間に少なくとも一つの排気ガス成分が付着され、予め定めておくことのできる運転段階の間にそれ等の排気ガス成分から再生される、排気ガス浄化システムの作動方法において、微粒子フィルタ（１４０）の再生の予め定めておくことのできる作動段階の間に、内燃機関の少なくとも一つの燃焼室（１００）を通る空気流量が引き下げられ。【選択図】図１
2009540208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガス領域内に配置され、酸化反応をもたらす触媒層（１３０）と微粒子フィルタ（１４０）とを備え、内燃機関の運転の間に少なくとも一つの排気ガス成分が付着され、予め定めておくことのできる運転段階の間にそれ等の排気ガス成分から再生される、排気ガス浄化システムの作動方法において、
微粒子フィルタ（１４０）の再生の予め定めておくことのできる作動段階の間に、内燃機関の少なくとも一つの燃焼室（１００）を通る空気流量が引き下げられること、
を特徴とする排気ガス浄化システムの作動方法。
【請求項２】
空気流量の引き下げが、微粒子フィルタ（１４０）の再生の予め定めておくことのできる作動段階の間に連続的に行われることを特徴とする請求項１に記載の作動方法。
【請求項３】
予め定めておくことのできる運転段階が、内燃機関の部分付加領域であることを特徴とする請求項１または２に記載の作動方法。
【請求項４】
内燃機関の少なくとも一つの燃焼室（１００）を通る空気流量の引き下げが、少なくとも一つの燃焼室（１００）の少なくとも一つの吸気弁（１１２）の早期方向へ移動された閉弁によってミラー法と同様にして行われることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の作動方法。
【請求項５】
内燃機関の少なくとも一つの燃焼室（１００）を通る空気流量の引き下げが、少なくとも一つの排気弁（１２２）の早期方向へ移動された閉弁によって、ミラー法と同様に、残留ガス圧縮を用いて行われることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の作動方法。
【請求項６】
内燃機関の少なくとも一つの燃焼室（１００）を通る空気流量の引き下げが、インテークマニホルドに配置されたスロットルバルブ（１７０）によって行われることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の作動方法。
【請求項７】
酸化反応をもたらす触媒層が酸化触媒（１３０）であり、微粒子フィルタがこの触媒の後ろに接続されたディーゼル微粒子フィルタ（１４０）であることを特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載の作動方法。
【請求項８】
排気ガス浄化システムがコーティングされた微粒子フィルタ、特に触媒すすフィルタによって作られることを特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載の作動方法。
【請求項９】
演算装置で実行されるときに、請求項１ないし８の何れかに記載の作動方法の全てのステップを実行するコンピュータプログラム。
【請求項１０】
プログラムがコンピュータ或いは制御装置（１５０）で実行されるときに、請求項１ないし８の何れかに記載の作動方法を実施するための、機械読み取り可能な担体に記録されている、プログラムコードを含むコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立の請求項１の上位概念に基づく、酸化反応をもたらす触媒層と微粒子フィルタとを含む、内燃機関の排気ガス領域内に配置された排気ガス浄化システムの作動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＥ １９９ ０６ ２８７ Ａ１ から、内燃機関の排気ガス領域内に配置された微粒子フィルタの再生のための方法が知られているが、その方法では、最後に存在している運転状態に応じて、また微粒子フィルタの状態に応じて、異なる運転状態の間で交替が行われる。その際、付着された微粒子からの微粒子フィルタの再生は、一つの運転状態の中で行われる。この再生は、微粒子、主としてすす微粒子と灰微粒子が酸化反応によって焼却される、高い温度の下で行われる。
【０００３】
ＤＥ １０３ ２３ ５６１ Ａ１ には、内燃機関の排気ガス領域の中に配置された構成部品、とりわけ微粒子フィルタの作動のための方法、及びこの方法の実施のための装置が記載されており、その装置では、再生段階が内燃機関の運転状態に応じておよび／または構成部品の作動状態、とりわけ微粒子フィルタの付着度に応じてスタートされる。その際、再生段階は任意に外部のスタート信号を用いてスタートされる。このようにすることによって、構成部品の再生状態を操作者によって作り出すことができるようになり、例えば当該の内燃機関が搭載されている自動車がサービス工場に持ち込まれた際に、内燃機関及びそのコンポーネントの診断を行うことができる。
【０００４】
ディーゼル微粒子フィルタの再生は、その際、例えば排気ガス背圧の関数として、断続的に行われる。フィルタの再生のための酸化プロセスに必要な排気ガス温度及びフィルタ温度は、十分な酸化速度という前提の下で、一般に約６００℃以上である。このような温度は、追加措置無しでは、内燃機関の上方の‘平均圧力／回転数特性マップ’の中でしか期待できないので、燃焼室内への或いは排気ガス管の中へのディーゼル燃料のポスト噴射を行い、その際に発生される反応熱を利用して、フィルタの再生のために必要な排気ガス温度の引き上げが行われる。この手法は、燃料消費量の上昇という欠点と結び付いている。
【０００５】
ディーゼル微粒子フィルタの再生は、ポスト噴射による他にも、排気ガスの主流路或いは側流路内の追加バーナー、温度上昇をもたらすようなエンジン行程への介入によって、電気的追加エネルギー或いは燃料添加を通じて行うことができる。燃料添加による再生は、ディーゼル微粒子フィルタの耐久性の観点からは問題がある。何故なら、この場合にはディーゼル微粒子フィルタの耐用期間の短縮をもたらす金属灰の取り込みが行われるからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明に基づく方法は、それに対して、内燃機関の燃料消費を増加させること無しに、フィルタの再生を可能にする、内燃機関の排気ガス領域内に配置された排気ガス浄化システムの作動方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、内燃機関の少なくとも一つの燃焼室を通る空気流量の引き下げによって、燃料消費量をほとんど同じに保ちながら混合気の発熱量の顕著な引き上げと、それに伴うフィルタの再生のために必要な排気ガス温度の引き上げが達成される。
【０００８】
内燃機関の少なくとも一つの燃焼室を通る空気流量の引き下げは、予め定められた全ての運転段階の間に連続的に行われることが好ましい。空気流量のこの連続的な引き下げによって定められた範囲内でのフィルタの連続的再生が或る程度可能である。その際、例えフィルタの完全な再生ができなくても、例えば燃焼室内への或いは排気ガス管内へのディーゼル燃料のポスト噴射という形での追加措置による、或いは例えば燃料添加による、フィルタの断続的再生の間隔が引き延ばされる。
【０００９】
フィルタの再生が行われる、予め定めておくことのできる運転段階は内燃機関の部分負荷領域とすることが好ましい。
内燃機関の少なくとも一つの燃焼室を通る空気流量の引き下げは、純粋に原理的には様々な手法で実現することができる。一つの有利な実施態様によれば、内燃機関の少なくとも一つの燃焼室を通る空気流量の引き下げを、少なくとも一つの燃焼室の少なくとも一つの吸気弁の早期方向へ移動された閉弁によって、ミラーの方法（Miller-Verfahren）と同様にして実現するということが考えられている。少なくとも一つの吸気弁の閉弁というのは、本発明では、燃焼室当たりそれぞれ一つの吸気弁を備えている内燃機関の場合には、その吸気弁の早期方向へ移動された閉弁と理解される。これは内燃機関の一つ又は複数の燃焼室で、シリンダの数とそれ等のシリンダの作動行程に応じて行われる。燃焼室当たり、例えば二つの吸気弁を備えている内燃機関の場合には、一つの又は複数の燃焼室の両方の吸気弁のミラーの方法と同様の早期方向へ移動された閉弁と理解される。
【００１０】
代わりの手法として或いは追加として、一つ又は複数の吸気弁の早期の閉弁に加えて、一つ又は複数の排気弁の早期閉弁を考えることもでき、それによれば残留ガス量が引き上げられ且つ内燃機関の燃焼室を通る空気流量が引き下げられる。この場合にも、また燃焼室当たり一つの排気弁を備えている内燃機関の場合には、少なくとも一つの燃焼室のその排気弁が早期に閉弁される。燃焼室当たり二つ以上、特に燃焼室当たり二つの排気弁を備えている内燃機関の場合には、少なくとも一つの燃焼室のそれ等の二つの排気弁が早期に閉弁される。
【００１１】
これ等の実施態様は可変弁駆動を前提としている。この設計の基本的考え方は、従来、例えば船舶用エンジン等の大型ディーゼルエンジンでのみ用いられていたいわゆるミラー法であり、これを自動車のための直接噴射式のディーゼルエンジンに用いて、その原理に応じた高い空気過剰の部分負荷領域内で混合気発熱量とそれに伴う排気ガス温度の顕著な引き上げをもたらすというものである。この方法の利点は、一つ又は複数の吸気弁の閉弁の早期方向への移動および／または一つ又は複数の排気弁の閉弁の早期方向への移動に基づいて、一つにはわずかな燃料消費量の増加しか生じない上に、この方法によれば未処理の排気ガスの悪化が生じないということにある。
【００１２】
この方法の別の実施態様によれば、空気流量の引き下げは、インテークマニホルドの中に配置された少なくとも一つのスロットルバルブによってもたらされる。
その際、排気ガス浄化システムは様々な手法で作ることができる。ある設計によれば、酸化反応をもたらす触媒層が酸化触媒によって作られ、その後方にディーゼル微粒子フィルタが接続されている。
【００１３】
別の実施態様では、一体化された触媒コーティングを持つディーゼル微粒子フィルタ、いわゆる触媒すすフィルタ（Catalytic Soot Filter）が備えられている。
酸化反応をもたらす触媒層と微粒子フィルタから成る組み合わせは、ここで述べられている方法のために絶対に必要である。何故なら、先ず触媒層によって酸化窒素からに酸化窒素への酸化が行われるが、この酸化が微粒子フィルタ、特にディーゼル微粒子フィルタの連続的再生のために必要だからである。そのような連続的な再生は、炭素Ｃに対するに酸化窒素ＮＯ２の割合が８よりも大きいか又は等しいときにしか行われない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１には、内燃機関の燃焼室１００が例として略示されており、この燃焼室の中でピストン１０５が既に知られている方法で上下運動をする。燃焼室１００は、インレットダクト１１０とアウトレットダクト１２０とを備えている。アウトレットダクト１２０は、排気ガス系１６０中に口を開いており、この排気ガス系の中に酸化触媒１３０と微粒子フィルタ１４０とを含む排気ガス浄化システムが配置されている。酸化反応をもたらす触媒層１３０と微粒子フィルタ１４０を配置する代わりにそれ自体既知のＣＳＦ（Catalytic Soot Filter：触媒すすフィルタ）、即ち、コーティングされた微粒子フィルタで、その触媒層が酸化反応、とりわけ酸化窒素ＮＯから二酸化窒素ＮＯ２への酸化をもたらすフィルタを備えることもできる。
【００１５】
インレットダクト１１０は、燃焼室１００と吸気弁１１２によって接続されることができる。アウトレットダクト１２０は、燃焼室と排気弁１２２によって接続されることができる。吸気弁１１２も排気弁１２２も可変弁駆動装置によって制御され、それによって吸気時間及び排気時間を定められた限度内で変化させることができる。吸気弁１１２と排気弁１２２は、例えば電気油圧式の弁駆動装置又はそれと同等のものによって制御することができる。その際、この制御はエンジン制御装置１５０を介して行うことができる。
【００１６】
微粒子フィルタ１４０の微粒子付着はそれ自体既知の手法で、例えば排気ガスの流れの方向に見てフィルタ１４０の前方と後方の排気ガスの圧力差を測定する差圧センサ１４５によって測定される。この差圧センサ１４５の出力信号もまた、制御装置１５０へ送られる。内燃機関の様々な運転状態は、適当なセンサ類によって、例えば回転数の測定のためのセンサ、燃焼温度の測定のためのセンサ等によって、測定される。これ等の多数のセンサ類の代表として、図１にはセンサ１６０が示されており、このセンサの出力信号は制御装置１５０へ送られる。
【００１７】
インレットダクト１１０の中は更にスロットルバルブ１７０が配置されており、このバルブの位置は制御装置１５０で決定され且つ電気的に制御可能である。
微粒子フィルタ１４０の再生のための方法が次に図２を参照しながら説明される。
【００１８】
本発明の基本的考え方は、予め定めておくことのできる運転段階、即ち特に内燃機関の部分負荷領域の中で、内燃機関の燃焼室１００を通る空気流量を引き下げるというものである。この考え方は、高い空気過剰率の部分負荷領域内での燃焼室１００を通る空気流量の引き下げによって、混合気発熱量の又それに伴って排気ガス温度の顕著な引き上げをもたらすことができるというアイディアに基づいている。その際、排気ガス温度は、微粒子フィルタ１４０の受動的で、連続的な再生が可能となる程高められることができる。そのために、第一のステップ２１０で、再生のために必要な運転段階、即ち部分負荷領域になっているか否かがチェックされる。部分負荷領域になっている場合（肯定：ｙの場合）には、ステップ２２０で、後でなお詳しく説明される再生のための限界条件、特に炭素Ｃに対するに酸化窒素ＮＯ２の望ましい割合が存在しているか否かがチェックされる。再生のための限界条件が存在している場合（肯定：ｙの場合）には、ステップ２３０で、燃焼室を通る空気流量が引き下げられる。これは、例えば吸気弁１１２を早期に閉弁すること、即ち‘吸気弁１１２の閉弁時点のより早いクランクシャフト角度の方への移動’（即ち、吸気弁１１２の閉弁時点を、より早期のクランクシャフト角度の方へ移動させること）によって行われる。
【００１９】
この“より早期”方向への閉弁時点の移動はミラー法と同様にして行われる。しかしながらミラー法とは違って、ここでは、吸気弁の早期閉弁によって引き下げられた空気流量が排気ガスターボチャージャー、コンプレッサー等を用いて生成された吸気ダクト１１０内のより高い圧力によって均衡化されることはない。本発明によれば、正に吸気弁１１２の早期閉弁によって、ここで検討の対象とされている、いずれにせよ既に高い空気過剰率が存在している部分負荷領域にある燃焼室１００内へのバラスト空気を減らすことが可能となり、それによって混合気発熱量及びそれに伴う再生のために必要な排気ガス温度の顕著な引き上げがもたらされる。
【００２０】
純粋に原理的にいえば、燃焼室１００を通る空気流量の引き下げはまた、ミラー法と同様の排気弁１２２の早期閉弁によって残留ガスの圧縮によって達成することができる。
燃焼室１００を通る空気流量の引き下げは更に、代わりの手法として或いは追加としてスロットルバルブ１７０の対応する制御によっても行うことができる。
【００２１】
上に述べられた方法の利点は、熱力学的限界条件に基づいて、新規ガス量の絞込みの場合には僅かな燃料消費量の増加しか発生せず、また排気ガス温度の引き上げによって微粒子フィルタ１４０の連続的で、受動的な再生がもたらされるということにある。更に、排気ガスダクト１２０内の未処理排気ガスの品質も改善される。これによって、低い温度領域内でも微粒子フィルタ１４０の完全な再生を達成する可能性が生まれる。
【００２２】
その際、この再生は好ましいことに全運転段階の間に、連続的に、即ち全部分領域内で行われる。その際、この連続的再生は次に説明される方法で行われる。酸化触媒１３０の中で排気ガス内に存在している一酸化窒素ＮＯが二酸化窒素ＮＯ２へ酸化される。何故なら、一酸化炭素ＣＯ或いは二酸化炭素ＣＯ２へのすす、即ち炭素Ｃの酸化は、二酸化窒素ＮＯ２によれば、分子状の酸素Ｏ２によるときよりもはるかに低く且つ先に述べられた方法で実現可能な温度で行われるからである。それ故、酸化触媒１３０が常に、同時に発生するすすが酸化され且つ望ましくないすすの堆積とそれに伴う微粒子フィルタ１４０の中での圧力損失ができるだけ発生しないようにするだけの、多量の二酸化窒素ＮＯ２を生成すことが必要である。すすの酸化は、その際主として二酸化窒素ＮＯ２に対する炭素（すす）の割合によって決定される。完全な再生は、炭素Ｃに対する二酸化窒素ＮＯ２の割合が８よりも大きい時にのみ可能となる。
【００２３】
排気ガス領域内に配置された微粒子フィルタ１４０の連続的再生のための上に説明された方法は、再生段階の間に僅かな燃料消費量の増加しか要求しない。何故なら微粒子フィルタ１４０で高い圧力損失は発生せず又、例えばポスト噴射によって行われる強制的再生に至るまでの時間間隔がはっきりと延長され且つそれによって燃料消費量の増加が顕著に抑制されるからである。また吸気弁の早期閉弁によって、燃焼開始前の充填温度を抑制しながら、同時により良い混合気均質化を実現することができるということも非常に有利である。このようにすることによって、未処理排気ガスの中のすすの排出を顕著に引き下げることができる。
【００２４】
その上更に、コールドスタート時の排出、とりわけ炭化水素と一酸化炭素の排出の改善が実現可能となり、この排出は、混合気発熱量の引き上げとそれに伴う平均ガス温度の引き上げによってはっきりと抑制される。
【００２５】
ここに説明された方法は、定められた運転段階の中で強制的再生が行われる、微粒子フィルタの再生のための従来技術から知られている方法と平行して採用することができるということが指摘されるべきである。その場合には、例えばポスト噴射によって強制再生が行われる二回の再生間隔の間の追加の間隔がはっきりと延長される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明が実施される技術的環境の略図、
【図２】本発明に基づく方法の流れ図。
【図１】
2009540208.tif 000003
【図２】
2009540208.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成20年12月16日(2008.12.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2009540208.tif 000005
【図２】
2009540208.tif 000006
【国際調査報告】
2009540208.tif 000007
2009540208.tif 000008
2009540208.tif 000009
2009540208.tif 000010
2009540208.tif 000011
2009540208.tif 000012