(57)【要約】  本発明は、微粒子フィルタ（２４）を伴う排気ガス後処理装置（Ａ）及び窒素酸化物還元触媒コンバータ（２５）が配設される空気圧縮式燃料噴射内燃機関（１）を動作させるための方法に関する。本方法は、内燃機関動作パラメータの予め決められた値をそれぞれ有する数種の内燃機関動作設定を含むとともに内燃機関（１）の暖機段階において使用される加熱動作設定（ＢＶ１；ＢＶ１ａ）及び暖機段階が完了すると使用される基本動作設定（ＢＶ２）を含む。排気ガス系の温度が事前定義可能な第１の温度閾値を上回る場合、加熱動作設定（ＢＶ１；ＢＶ１ａ）が基本動作設定（ＢＶ２）に切り換えられる。エンジンの昇温が終わると、基本動作設定（ＢＶ２）に加え、追加的な、特に第３の動作設定があり、前記第３の設定は基本動作設定（ＢＶ２）より低い排気ガス再循環率を有する。
2009509084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子フィルタ（２４）を有する排気ガス後処理装置（Ａ）及び窒素酸化物還元触媒コンバータ（２５）が配設される空気圧縮式燃料噴射内燃機関（１）を動作させるための方法であって、内燃機関動作パラメータの予め決められた値をそれぞれ有する複数の内燃機関動作設定を有し、
内燃機関（１）が暖機されると加熱動作設定（ＢＶ１；ＢＶ１ａ）が設定されるとともに、暖機完了状態で基本動作設定（ＢＶ２）が設定され、
排気ガス後処理装置（Ａ）内の温度が事前定義可能な第１の温度閾値を上回る場合、前記加熱動作設定（ＢＶ１；ＢＶ１ａ）から前記基本動作設定（ＢＶ２）への切換えが実施され、及び
前記暖機完了状態において、前記基本動作設定（ＢＶ２）と比較して低減された排気ガス再循環率を伴う、少なくとも１つの別の、特に第３の動作設定が前記基本動作設定（ＢＶ２）に加え提供される方法。
【請求項２】
前記内燃機関（１）が前記暖機完了状態で設定される少なくとも１つの前記動作設定において１９：１未満の圧縮比で動作することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の温度閾値が前記窒素酸化物還元触媒コンバータ（２５）が有効となる温度値であるとともに、窒素酸化物還元用添加剤が前記窒素酸化物還元触媒コンバータ（２５）の上流で前記暖機完了状態において前記内燃機関の排気ガスに添加される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】
前記加熱動作設定が有効であるとともに前記排気ガス後処理装置（Ａ）内の温度が事前定義可能な第２の温度閾値を上回るとき、別個のポスト燃料噴射が作動す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】
前記第２の温度閾値が、前記微粒子フィルタ（２４）の上流に接続される酸化触媒コンバータ（２３）が有効となる温度値であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記加熱動作設定（ＢＶ１；ＢＶ１ａ）又は前記基本動作設定（ＢＶ２）が有効なとき、前記燃料噴射が少なくとも１つの別個のプレ噴射を含む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】
少なくとも前記基本動作設定（ＢＶ２）が有効なとき、二重プレ燃料噴射が実施され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】
前記加熱動作設定（ＢＶ１；ＢＶ１ａ）が有効なとき、前記基本動作設定（ＢＶ２）と比較して低減された燃料噴射圧力が設定さ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】
第３の動作設定が有効なとき、前記基本動作設定（ＢＶ２）と比較して増加する燃料噴射圧力が設定されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記暖機完了状態において、別の第４の動作設定が追加的に実施され、前記基本動作設定（ＢＶ２）又は前記第３の動作設定から前記第４の動作設定への切換えがあると、後期ポスト燃料噴射が作動する、及び／又は前記排気ガス再循環率が低減されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記暖機完了状態に提供される前記動作設定の少なくとも１つにおいて、少なくとも一時的な吸気管の作動停止が提供され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】
前記暖機完了状態に提供される前記動作設定の少なくとも１つにおいて、前記内燃機関（１）の燃焼室に配設されるグロープラグの少なくとも一時的な加熱が提供され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、所定の内燃機関動作パラメータ用の各所定の値を伴う複数の内燃機関動作設定を有する、微粒子フィルタ及び窒素酸化物還元触媒コンバータを有する排気ガス後処理装置が配設される空気圧縮式燃料噴射内燃機関を動作させるための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は内燃機関を動作させるための方法を開示し、ここでは加熱動作設定によって、特に冷却液の急速加熱が実現され、その結果としてひいては乗員室を加熱するために十分な熱が速やかに利用可能となる。この方法は、結果として主に熱力学的効率の悪化及びそれゆえ比較的高い熱放出をもたらす内燃機関動作パラメータを設定するステップを含む。しかしながら、講じられる方策において汚染物質の排出及び燃料の消費に関する側面は考慮されていない。
【０００３】
特許文献２もまた、内燃機関の排気ガス温度を上昇させるため熱力学的効率を悪くした動作設定を提案している。提案される関連方策は特に、内燃機関の排気ガス系に配置される酸化触媒コンバータを加熱し、その結果、前記酸化触媒コンバータが汚染物質をより良好に変換できるようにすることが目的である。この関連においてもまた、燃料の消費に関する側面は大部分が考慮されないまま残ってしまう。
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０１５５３３９Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０３２３２４５Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、一方では汚染物質の低排出を可能にするが、他方では燃料の低消費もまた可能にする空気圧縮式燃料噴射内燃機関を動作させるための方法を明示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本目的は、請求項１に記載の特徴を有する方法によって実現される。
【０００７】
空気圧縮式燃料噴射内燃機関を動作させるための本発明に係る方法は、汚染物質の排出に関して、特に微粒子の低排出及び窒素酸化物の低排出を目的とする。本目的上、微粒子フィルタ及び窒素酸化物還元触媒コンバータを有する排気ガス後処理装置が内燃機関に提供される。一方で、排気ガス後処理装置の最適動作を、及び他方で燃料の低消費を実現するため、内燃機関動作パラメータの予め決められた値をそれぞれ有する複数の内燃機関動作設定が提供される。内燃機関の暖機時には加熱動作設定が設定されるとともに、暖機完了状態では、すなわち暖機が行われた後には、基本動作設定が設定される。加熱動作設定により、触媒式排気ガス浄化構成部品、特に排気ガス後処理装置内に存在する窒素酸化物還元触媒コンバータは速やかにその動作温度に達することが保証される。これに関連して、基本動作設定は加熱動作設定と比較して消費に関してより好都合である。排気ガス後処理装置内の温度が事前定義可能な第１の温度閾値を上回る場合、加熱動作設定から基本動作設定への切換えが実施される。第１の温度閾値の上側での違反は好ましくは、排気ガス触媒コンバータ、特に窒素酸化物還元触媒コンバータの動作準備完了状態を特徴づける。この手順により汚染物質の排出の観点から重要な暖機段階が短縮され、それゆえ暖機段階において発生する総汚染物質量は低く抑えられる。他方で、消費の点で不都合な加熱動作設定が必要以上に維持されることがなく、結果として加熱動作設定により引き起こされる追加的な消費は最小限となることが保証される。
【０００８】
本発明に従えば、暖機完了状態において、基本動作設定と比較して排気ガス再循環率が低下した、少なくとも１つの別の、特に第３の動作設定が、基本動作設定に加えて提供される。
【０００９】
本発明の意義の範囲内で内燃機関の動作設定は、内燃機関の１つの燃焼室、又は複数の燃焼室における燃料の燃焼プロファイルを決定する内燃機関動作パラメータのセットを特徴とし、ここで前記内燃機関動作パラメータは大部分が、及び／又は主として、内燃機関の負荷回転速度状態と無関係に設定され得る。ここで燃焼プロファイルに関して決定する内燃機関動作パラメータは、空気の供給及びガスの供給の双方並びに燃焼室への燃料の供給に関係する。特に、動作設定に関して決定する内燃機関動作パラメータとしては、排気ガス再循環度、再循環された排気ガス及び／又は過給ユニットの給気の冷却度及びその給気圧、及び特に渦流状の乱流に関する燃焼室内の空気の動きの制御、加えて燃料噴射過程の数、開始及び期間並びに状況下で設定される燃料噴射圧力が含まれる。さらには、ガス交換及び圧縮比を決定するバルブの制御回数及び／又はストロークがこれに含まれる。これに必要な構成部品及びアクチュエータは、それらが必要である限り、ここでは内燃機関の部品とみなされる。
【００１０】
排気ガス後処理装置については、原則的に微粒子の形態の排気ガス成分を除去するために好適な任意の構成部品が微粒子フィルタとして使用され得る。例えば、壁流フィルタ、焼結金属フィルタ、デプスフィルタと称されるもの又はオープンフィルタシステムと称されるものが使用され得るとともに、この関連においては触媒コーティングが有利である。窒素酸化物還元触媒コンバータは特に、五酸化バナジウム及び／又は貴金属ベースのＳＣＲ触媒コンバータと称されるものであり得る。しかしながら、窒素酸化物貯蔵触媒コンバータ及び／又は非選択性、又は選択性の低いＤｅＮＯｘ触媒コンバータの使用もまた可能である。排気ガス後処理装置は好ましくは、触媒浄化ユニットをさらに含む。好ましくはエンジン近傍に位置する酸化触媒コンバータが特に好ましい。
【００１１】
本方法の意味の範囲内で暖機は、内燃機関が始動した後から暖機を特徴づける構成部品温度及び／又は動作源温度に達するまでの動作段階を意味すると理解される。好ましくはこれが排気ガス後処理装置における温度閾値である。
【００１２】
本発明に従う第３の動作設定において、好ましくは基本動作設定に提供される約５０％〜６０％の比較的高い排気ガス再循環率は、約１０％〜４０％だけ低減され、その結果第３の動作設定においては約１０％〜４５％の排気ガス再循環率が好ましいものとなる。
【００１３】
ここで第３の動作設定は燃料の消費のさらなる改善を目的として構成され得る。本目的上、排気ガス再循環率の約２５％への低減に加え、好ましくは１個又は複数のさらなる内燃機関動作パラメータ、例えばメイン燃料噴射の開始及び／又は燃料噴射圧力などが、対応して適応される。典型的には、基本動作設定と比較してより早期のメイン燃料噴射の開始が設定される。特に、消費に関して最適に構成される第３の動作設定において、消費に関してそれほど好都合ではない基本動作設定と比較して噴射圧力を約５０バール〜５００バールだけ上昇させると有利である。ひいては排気ガス後処理装置が機能的に完全に有効となるため、第３の動作設定に関連して起こり得るエンジンからの未処理排出の悪化が総排出量（排気端管排出量）に影響することがない。
【００１４】
しかしながら、第３の動作設定はまた、排気ガスの加熱を目的としても構成され得る。この構成に関して、この場合約１０％の排気ガス再循環率の低減に加え、基本動作設定と比較して１つ又は複数の別の内燃機関動作パラメータもまた好ましくは適応される。この改良例において、例えば不都合な走行状態によって生じた、又は生じる恐れのある排気ガス浄化構成部品の冷却が第３の動作設定により回避又は排除され得るため、その機能上の能力に悪影響が及ばない。好ましくは、約４５％〜５５％の排気ガス再循環率、及びそれゆえ基本動作設定よりわずかに低いだけの排気ガス再循環率が設定される。加えて、排気ガスに対する熱の印加については、約６０°ＣＡａＴＤＣ〜１６０°ＣＡａＴＤＣ（上死点後のクランク角度）の噴射開始を伴う後期ポスト燃料噴射を追加することが有利である一方、好ましくは基本動作設定にポスト噴射は提供されない。
【００１５】
本発明の一改良例において、内燃機関は、暖機完了状態において設定される燃焼方法の少なくとも１つにおいて１９：１未満の圧縮比で動作する。内燃機関は好ましくは、１８：１未満及び特に好ましくは１７：１未満の圧縮比で動作する。これに関連して圧縮比は変動してもよいが、好ましくは幾何学的形状から固定的に事前定義されるとともに内燃機関の全てのシリンダについて同じ大きさとされる。空気圧縮式内燃機関向けの比較的低い圧縮比のため、内燃機関は特に低い窒素酸化物の未処理排出を伴い動作し得る。それゆえ窒素酸化物還元触媒コンバータが特に効率的に動作でき、その結果排気端管排出について対応して低い窒素酸化物排出値が可能となる。適切であるならば、窒素酸化物還元触媒コンバータはまた、比較的高い圧縮比で動作する内燃機関より小型にされるとともに、それゆえ費用効果がより高くなり得る。比較的小型の窒素酸化物還元触媒コンバータはまた、暖機挙動の改善も呈するとともに排気ガス系内への収容も円滑にする。ひいては窒素酸化物還元触媒コンバータは好ましくは、内燃機関の容積の３倍未満、特に好ましくは２倍未満の触媒コンバータ体積を有する。
【００１６】
本発明のさらなる改良例において、第１の温度閾値は窒素酸化物還元触媒コンバータの有効性の開始を特徴づける温度値であるとともに、窒素酸化物還元用添加剤が窒素酸化物還元触媒コンバータの上流で暖機完了状態において内燃機関排気ガスに添加される。温度は好ましくは、触媒コンバータの触媒床又は窒素酸化物還元触媒コンバータの入口端において感知されるとともに、窒素酸化物還元触媒コンバータの着火温度と称される温度又はそれに相当する温度と相関するそれぞれの格納された基準値と比較される。これに関連して、格納された基準値は窒素酸化物還元触媒コンバータの経時状態に従い継続的に又は時々適応されるよう提供することが可能である。基準値を上回る場合、燃焼方法が切り換えられるとともに添加剤を供給するための許可信号が設定され、及び適切であるならば、直ちに供給が開始される。窒素酸化物還元触媒コンバータは好ましくはＳＣＲ触媒コンバータとして具体化されるとともに添加剤はアンモニア、尿素又はアンモニアの放出能を有する他の何らかの物質である。
【００１７】
本発明のさらなる改良例において、加熱動作設定が有効になるとともに排気ガス後処理装置内の温度が事前定義可能な第２の温度閾値を上回ると、別個のポスト燃料噴射が作動する。加熱動作設定の他の内燃機関動作パラメータは好ましくは不変とされる。それゆえこれは追加的なポスト燃料噴射を伴う加熱動作設定の変形形態である。作動されたポスト燃料噴射は好ましくは、同様に燃焼しないとともに約１４０°ＣＡａＴＤＣの噴射開始を有する後期のポスト燃料噴射として構成される。それゆえ本方法のこの改良例に関して、内燃機関はまず、有効な加熱動作設定を伴い開始された直後、後期ポスト噴射なしに動作する。前記後期ポスト噴射は、第２の温度閾値を上回る温度のときのみ作動する。ここで、内燃機関が始動した直後、同様に燃焼する早期の蓄圧ポスト噴射が実行され、及びまた後期ポスト噴射が作動した後も維持されるならば有利である。後期ポスト噴射の作動時には既にある程度の暖機が行われているため、ポスト噴射を通じて排気ガスに混入した可能性のある凝縮性成分の堆積が防止されるとともに炭化水素排気端管排出量の増加が回避される。
【００１８】
本発明のさらなる改良例において、第２の温度閾値は、微粒子フィルタの上流に接続される酸化触媒コンバータの有効性の開始を特徴づける温度値である。好ましくは、触媒コンバータの触媒床及び／又は酸化触媒コンバータの入口端における温度が感知されるとともに酸化触媒コンバータの着火温度又はそれに相当する温度に相関する格納された各基準値と比較される。それゆえ、後期ポスト噴射が作動するとともに加熱動作設定が有効になると排気ガスに導入される酸化触媒コンバータ内の未燃成分が変換され得る。結果として、排気ガスへの熱の印加が増加するため、エンジンからさらに離れて配置される排気ガス浄化ユニットさえも速やかに加熱される。酸化触媒コンバータ内の未燃排気ガス成分は実行時間にわたり確実に変換されるようにするため、格納された基準値を酸化触媒コンバータの経時状態に従い継続的に又は時々適応されるように提供することが可能である。基準値を上回る場合、後期ポスト燃料噴射が作動する。
【００１９】
本方法のさらなる改良例において、加熱動作設定又は基本動作設定が有効なとき、燃料噴射は少なくとも１つの別個のプレ噴射を含む。タイミングに関してメイン噴射前に位置づけられる別個のプレ噴射により安定的な燃焼が確保される。これは、加熱動作設定に伴い実行される後期ポスト噴射及び低い圧縮比の双方の点で有利である。
【００２０】
本方法のさらなる改良例において、少なくとも基本動作設定が有効なとき、二重プレ燃料噴射が実施される場合には、燃焼のさらなる安定化が実現される。
【００２１】
本方法のさらなる改良例において、加熱動作設定が有効なとき、基本動作設定と比較して低減した燃料噴射圧力が設定される。この方策により排気ガスに印加される熱のさらなる増加及びそれゆえ排気ガス後処理装置の加熱速度のさらなる増加がＮＯｘ未処理排出量の低減を同時に伴い可能となる。
【００２２】
本方法のさらなる改良例において、第３の動作設定が有効なとき、基本動作設定と比較して増加した燃料噴射圧力が設定される。結果として、燃焼室における燃焼の改善が実現され得る。基本動作設定との比較における増加は典型的には５０バール〜５００バールである。それゆえ、燃料噴射装置に提供される定格噴射圧力は典型的には、全負荷下及びより高い回転速度において実現される。
【００２３】
本方法のさらなる改良例において、暖機完了状態でさらなる第４の動作設定が追加的に実施され、ここで、基本動作設定又は第３の動作設定から第４の動作設定への切換えがあると、後期ポスト燃料噴射が作動する、及び／又は排気ガス再循環率が低減される。ここで第３の動作設定は消費に関して最適化されるよう構成される一方、第４の動作設定は排気ガスの加熱を可能にする。作動したポスト燃料噴射又は低減された排気ガス再循環率は別として、基本動作設定の他の内燃機関動作パラメータは好ましくは不変とされる。
【００２４】
本方法のさらなる改良例において、暖機完了状態で提供される動作設定の少なくとも１つにおいて、少なくとも一時的な吸気管の作動停止が提供される。この方策は好ましくは定格負荷の約５０％未満の低負荷レンジで実行される。しかしながら、全負荷レンジにおいて、比較的低い回転速度で吸気管の作動停止を提供することもできる。作動停止される吸気管は好ましくは充填管と称されるものであるとともに、作動停止されない吸気管は好ましくはスワール管と称されるものである。充填管を作動停止することにより、供給ガスの渦流の増加及びそれゆえより良好な燃焼、より少ない微粒子排出及びより少ない燃料消費が実現される。負荷が減少するときは好ましくは吸気管の作動停止が継続的に実施される。
【００２５】
本方法のさらなる改良例において、暖機完了状態で提供される動作設定の少なくとも１つにおいて、内燃機関の燃焼室に配設されるグロープラグの少なくとも一時的な加熱が提供される。この方策は好ましくはまた、内燃機関の部分負荷レンジにおいて、及び／又は外気温が低いときにも実施される。結果として、注入燃料は確実に点火されるとともに、それゆえ少ないＨＣ未処理排出及び少ない燃料消費が実現される。これは特に低い圧縮比と併せると有利である。
【００２６】
本発明の有利な実施形態が図面において説明されるとともに以下に記載される。ここで、上述されるとともに以下に説明されることとなる特徴は、それぞれに特定の特徴の組み合わせにおいてのみならず、他の組み合わせ又は単独でも、本発明の範囲から逸脱することなく使用され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明に係る方法を実行するために提供される、ガスの供給を特に考慮した自動車（図示せず）用の内燃機関１を概略的に示す。内燃機関１は好ましくは、低圧縮率を伴う直噴型の空気圧縮式内燃機関として具体化される。配設される噴射装置（図示せず）は好ましくは、調節可能なレール圧又は燃料噴射圧を伴うコモンレールシステムと称されるものとして具体化される。
【００２８】
内燃機関１は、ここでは２個のシリンダバンク２、３の間に分配されるとともに各々が、２個の吸気弁、２個の排気弁、グロープラグ及び個々に詳細には示されない燃料インジェクタを伴う燃焼室を有する複数のシリンダＺを有する。第１の吸気管４及び第２の吸気管５が各シリンダＺに配設されるとともに燃焼空気は前記吸気管４及び５を介して各シリンダＺに供給され得る。これに関連して対応する構成部品は、明確にする目的から、第１のシリンダＺについてのみ関連する参照符号が付されている。
【００２９】
吸気管４、５は、内燃機関１のシリンダＺに共通の給気管６に接続され、全てのシリンダＺに共通の吸気管作動停止手段７の各第１の吸気管４の開口断面を開放位置と閉鎖位置との間で連続的に切り換えることが可能である。本目的上、好ましくは調節可能なフラップが提供される。各第１の吸気管４は好ましくは充填管と称されるものとして具体化されるとともに、第２の吸気管５は好ましくはスワール管と称されるものとして具体化される。
【００３０】
内燃機関１はその燃焼空気を第１の給気ライン８及び第２の給気ライン９を介して受け取り、ラインの各々には空気流量計１０が配置される。給気ライン８、９の燃焼空気は各排気ガスターボチャージャ１１、１２によって圧縮されるとともに圧縮燃焼空気を冷却するための給気冷却器１３に供給される。出口端において、給気冷却器１３は第３の給気ライン１４を介して給気ダクト６に接続され、第３の給気ライン１４には絞り弁１５が配置される。
【００３１】
シリンダＺの燃焼室内で発生する排気ガスは、シリンダバンク２、３に配設される排気ガスライン１６、１７を介して排出される。これに関連して、排気ガスは排気ガス再循環ライン１８、１９を介して燃焼空気に添加され得るとともに、それゆえ内燃機関１に還流される。還流される排気ガスの比率（ＥＧＲ比）は、排気ガス再循環ライン１８、１９内のＥＧＲ弁２０、２１及び絞り弁１５によって設定され得る。内燃機関１に還流される排気ガスは好ましくは、ＥＧＲ冷却器２２によって温度制御されるが、ＥＧＲ冷却器２２はまた、これ以上詳細に説明されない方法によりバイパスさせることもできる。それゆえ、場合により冷却済み又は高温の排気ガスが燃焼空気に添加され得る。まだ再循環されていない排気ガスは排気ガスターボチャージャ１１、１２を介して排気ガス後処理装置に供給される。
【００３２】
内燃機関１に配設される排気ガス後処理装置の好ましい実施形態が図２にブロック図の形式で概略的に示される。排気ガス後処理装置Ａは、排気ガスの流れの方向にこの順番に見て、酸化触媒コンバータ２３、微粒子フィルタ２４、ＳＣＲ触媒コンバータ２５及び下流の制音体２６を含む。前記構成部品は排気ガスライン２７に配置され、この場合好ましくは酸化触媒コンバータ２３が内燃機関の近傍に設置される一方、ＳＣＲ触媒コンバータ２５は関連する自動車について床下位置に配置される。アンモニア又はアンモニアを放出可能な還元剤を計量するため、還元剤計量装置３２が提供される。還元剤は計量ノズル３３に供給され、そこから精細な分配方法によりＳＣＲ触媒コンバータ２５の上流で排気ガスに添加され得る。
【００３３】
排気ガスライン２７は内燃機関端部において各排気ガスターボチャージャ１１、１２の一方に隣接し得る。この場合、排気ガス後処理装置Ａは２つ提供される。しかしながら、排気ガスライン１６、１７が排気ガスターボチャージャ１１、１２の下流で合流するとともに、それゆえ排気ガス流が排気ガスライン２７に同時に供給されるよう提供することもまた可能である。この場合、排気ガス後処理装置Ａは１つのみの実施形態が提供される。
【００３４】
温度センサ２８、２９、３０、３１が排気ガス後処理装置Ａに提供されるとともに、これらは、酸化触媒コンバータ２３の上流、微粒子フィルタ２４の上流、ＳＣＲ触媒コンバータ２５の上流及びＳＣＲ触媒コンバータの触媒床の温度を感知するために使用される。加えて、図１及び２には示されない別のセンサが、特に排気ガス後処理装置Ａ及び内燃機関１に配設されるライン及び構成部品の圧力及び温度のために、提供されてもよい。
【００３５】
内燃機関１を最適な方法で動作可能にするため電子制御ユニットが提供され、これは一方で、状態決定変数についての情報、例えば、対応するセンサからの温度、圧力を受信するとともに、他方で、設定変数として制御信号を、アクチュエータ、例えば、ＥＧＲ弁２０、２１又は吸気管作動停止手段７などに出力し得る。特に、制御ユニットは燃料インジェクタを作動させることで複数の噴射を実行するとともに要求に応じて燃料噴射圧力を設定することができる。
【００３６】
設定変数を決定するため、制御ユニットは格納された特性線図又は計算ルーチンを使用し得る。これに関連して、制御ユニット及び関連する入力値及び出力値は説明されない。それゆえ制御ユニットはガス供給側で動作決定パラメータを、並びに燃料供給についての動作決定パラメータを感知された状態変数に応じて設定可能であるとともに、それゆえ標的の定まった、かつ要求に即した方法で内燃機関１の燃焼室における燃焼過程に影響を及ぼすことができる。
【００３７】
本発明に従えば、内燃機関１を経済的に、かつ低水準の汚染物質を伴い動作させるために様々な動作設定が提供され、この場合、特定の動作設定に関連するとともにそれぞれ所定の値を有する所定の内燃機関動作パラメータのセットは、各動作設定に割り当てられる特定の燃焼方法に対応する。所定の内燃機関動作パラメータ用の所定の値―これらは各動作設定に関連する―が設定されると、対応する燃焼方法が有効になる。事前定義可能な切換え基準が存在するとき、１つの燃焼方法から別の方法への、すなわち１つの動作設定から別の動作設定への切換えが実施される。これらの切換え基準は基本的に、構成部品温度又は動作源温度の事前定義可能な温度閾値の上側又は下側の違反に関する。特に好ましい処理手順が、図３に示される状態図の参照を伴い以下に説明されることとなる。
【００３８】
図３において、ＢＶ１、ＢＶ１ａ、ＢＶ２、ＢＶ３、ＢＶ４は、様々な動作設定又は燃焼方法を示すとともに、示される矢印に従い１つの燃焼方法から別の燃焼方法への切換えが行われる。これに関連して、切換えを決定する切換え基準はＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４により示されるとともに好ましくは対応する温度閾値により決定される。内燃機関１は以下のとおり対応して動作する。
【００３９】
内燃機関１の低温始動があるときは、排気ガス後処理装置Ａを急速加熱するよう構成される第１の加熱動作設定又は第１の加熱燃焼方法ＢＶ１が第１の設定である。ここで、低温始動は、内燃機関１の始動時における冷却済み排気ガス後処理装置Ａ及び／又は冷却済み冷却液の存在を意味すると理解される。ここで排気ガス後処理装置Ａ内、特に微粒子フィルタ２４の上流の温度は典型的には約１８０℃未満であるとともに、冷却液の温度は典型的には約５０℃未満である。第１の加熱燃焼方法ＢＶ１が有効なとき、これらの温度は急速に上昇するとともに第１の切換え基準Ｔ２が存在するときＢＶ１ａを伴う第２の加熱動作設定（第２の加熱燃焼方法）が第１の加熱燃焼方法ＢＶ１の変形形態として設定される。第２の切換え基準Ｔ１が存在するとき、暖機完了状態に達するとともに基本動作設定（基本燃焼方法）ＢＶ２への切換えが実行され、前記基本動作設定は加熱燃焼方法ＢＶ１、ＢＶ１ａと比較して燃料に関して大幅に経済的でありながら排気ガス後処理装置Ａのさらなるわずかな加熱を可能にするよう構成される。第３の切換え基準Ｔ３の存在は、排気ガス後処理装置Ａの動作上完全に有効な状態を特徴づけるとともに第３の動作設定を伴う第３の燃焼方法ＢＶ３への切換えをもたらし、この場合ＢＶ３は消費を最適化するよう構成される。不都合な走行条件のため、排気ガス後処理装置Ａの冷却が、基本燃焼方法ＢＶ２又は第３の燃焼方法ＢＶ３から開始され、事前定義可能な浄化特性値、例えば、汚染物質の変換などに達しないような方法で起こる場合、第４の切換え基準Ｔ４が存在する。この場合、第４の動作設定を伴う第４の燃焼方法ＢＶ４への切換えが行われ、この場合ＢＶ４は基本燃焼方法ＢＶ２と比較して排気ガス後処理装置Ａについての加熱効果が増加する。第４の燃焼方法ＢＶ４の設定により十分な加熱が起きる場合に、第２の切換え基準Ｔ１が存在すると基本動作方法ＢＶ２への再切換えがある。
【００４０】
個々の切換え基準の好ましい改良例が以下に説明される。
【００４１】
第１の加熱燃焼方法ＢＶ１から第２の加熱燃焼方法ＢＶ１ａへの切換えを決定する第１の切換え基準Ｔ２は好ましくは、酸化触媒コンバータ２３が未燃排気ガス成分の酸化に関して最小変換能力を有する、すなわちその着火温度を上回った場合に存在する。これは典型的には、微粒子フィルタ２４の入口端又は酸化触媒コンバータ２３の入口端において、それぞれ、温度センサ２９及び温度センサ２８によって検知される温度が約１８０℃の温度閾値を上回る場合である。
【００４２】
第２の加熱燃焼方法ＢＶ１ａから基本燃焼方法ＢＶ２への切換えを決定する第２の切換え基準Ｔ１は好ましくは、ＳＣＲ触媒コンバータ２５が窒素酸化物変換に関して最小変換能力を有する、すなわちその着火温度を上回った場合に存在する。これは典型的には、ＳＣＲ触媒コンバータ２５の入口端又はＳＣＲ触媒コンバータの触媒床において、それぞれ、温度センサ３０及び温度センサ３１によって検知される温度が約２２０℃の温度閾値を上回る場合である。この場合、還元剤の排気ガス後処理装置Ａへの添加が可能となる。適切であるならば、還元剤計量装置３２が対応して作動され、還元剤を即時に計量する。
【００４３】
基本燃焼方法ＢＶ２から燃焼方法ＢＶ３への切換えを決定する第３の切換え基準Ｔ３は好ましくは、ＳＣＲ触媒コンバータ２５が少なくとも近似的にその最大変換能力に達する場合に存在する。これは典型的には、ＳＣＲ触媒コンバータ２５の入口端又はＳＣＲ触媒コンバータの触媒床において、温度センサ３０又は温度センサ３１によって検知される温度が約２５０℃の温度閾値を上回る場合である。
【００４４】
基本燃焼方法ＢＶ２又は第３の燃焼方法ＢＶ３から第４の燃焼方法ＢＶ４への切換えを決定する第４の切換え基準Ｔ４は好ましくは、ＳＣＲ触媒コンバータ２５が事前定義可能な最小変換能力に達しなかった場合に存在する。これは典型的には、ＳＣＲ触媒コンバータ２５の入口端又はＳＣＲ触媒コンバータの触媒床において、それぞれ、温度センサ３０及び温度センサ３１によって検知される温度が約２１０℃の温度閾値に達しない場合である。従ってこの温度閾値は、切換え基準Ｔ１として供される温度閾値をわずかに下回る。結果として、特定のヒステリシスが提供されるとともに特に基本燃焼方法ＢＶ２と第４の燃焼方法ＢＶ４との間の、過度に頻繁な切換えが回避される。
【００４５】
記載されるとおり、第４の燃焼方法ＢＶ４は排気ガス後処理装置Ａを加熱するよう構成される。加熱が十分に行われると、図３に図示されるとおり、ひいては基本燃焼方法ＢＶ２が再設定される。第２の加熱燃焼方法ＢＶ１ａから基本燃焼方法ＢＶ２への切換えの記載で既に説明された切換え基準Ｔ１の存在が、好ましくはこれを決定する。
【００４６】
動作設定の好ましい改良例、すなわち個々の燃焼方法の好ましい改良例が以下に説明され、基本燃焼方法ＢＶ２が開始点として供される。もう一つの燃焼方法の説明においては、基本燃焼方法ＢＶ２で設定される内燃機関動作パラメータが参照されるとともに、最も重要な違いが説明される。
【００４７】
基本燃焼方法ＢＶ２は好ましくは、窒素酸化物（ＮＯｘ）未処理排出が少量であるように構成される。これにより、ＳＣＲ触媒コンバータ２５の効率度が最適でない場合においても、特に低いＮＯｘ排気端管排出値が可能となる。これは比較的後期の燃焼中心位置を設定することが有利である。特に、以下の燃料噴射パラメータが好ましい。メイン噴射及びメイン噴射からタイミングに関してオフセットされる少なくとも１つのプレ噴射が提供される。ポスト噴射は不要である。好ましくは比較的後期に開始されるメイン噴射が設定される。中等度の内燃機関負荷及び内燃機関回転速度の場合、典型的な値は約２°ＣＡａＴＤＣ〜約６°ＣＡａＴＤＣである。ここでは約４°ＣＡａＴＤＣでのメイン噴射の開始が特に好ましい。好ましくはメイン噴射の開始前の３°ＣＡ〜７°ＣＡの噴射の開始が少なくとも１つのプレ噴射について設定される。基本燃焼方法ＢＶ２において、互いに、及びメイン噴射からオフセットされる２つの別個のプレ噴射を設定することが特に好ましい。可能な限り少ないＮＯｘ未処理排出を実現するため、前記内燃機関１に供給され比較的濃厚に排気ガスを混入させる、すなわち少なくとも低負荷及び中等度負荷用の比較的高い排気ガス再循環率（ＥＧＲ比）を設定する燃焼空気もまた提供される。ここで、低負荷で約６５％から始まり全負荷の０％まで、負荷が増加するにつれ低下するＥＧＲ比が提供される。ここで、再循環された排気ガスはＥＧＲ冷却器を介して伝導される、すなわち冷却済み排気ガス再循環が設定される。設定される動作パラメータにより、ＮＯｘの生成に関して最適な燃焼を実現することが可能であるが、この燃焼は熱力学的には最適化されていないため基本燃焼方法ＢＶ２が設定されるとある程度の排気ガス後処理装置Ａの加熱が行われる。
【００４８】
対照的に、第３の燃焼方法ＢＶ３は燃料の消費に関して最適化される。基本燃焼方法ＢＶ２との比較において、比較的早期の開始のメイン噴射が設定される。平均的な内燃機関負荷及び内燃機関回転速度については、上死点の領域における、又は約２°ＣＡｂＴＤＣでのメイン噴射の開始が好ましい。同時に、低減されたＥＧＲ比が設定される。前記比は好ましくは、第３の燃焼方法ＢＶ３において約２５％である。加えて、熱力学の点で改善される燃焼について、燃料噴射圧力は、同等の負荷点数を所与として、基本燃焼方法ＢＶ２と比較して５０バール〜５００バールだけ増加する。この場合、他の燃焼方法に関しては、内燃機関負荷が増加するにつれ増加する燃料噴射圧力が好ましくは設定される。別の設定は好ましくは、基本燃焼方法ＢＶ２と比較して不変とされる。それゆえ少なくとも１つの別のプレ噴射もまた好ましくは第３の燃焼方法ＢＶ３に提供される。
【００４９】
第３の燃焼方法ＢＶ３とは対照的に、第４の燃焼方法ＢＶ４は排気ガス後処理装置Ａの加熱を増加させることを目的とする。これは後期ポスト噴射を作動することにより実現され、これは好ましくは同様に燃焼しないポスト噴射として実行される。好ましくは６０°ＣＡａＴＤＣから最高１６０°ＣＡａＴＤＣまでの範囲のポスト噴射の開始が設定される。１１０°ＣＡａＴＤＣ〜１５０°ＣＡａＴＤＣの範囲のポスト噴射の開始が特に好ましい。ここでポスト噴射燃料はそれ以上燃焼室内の燃焼により検知されることはないとともに本質的には化学的に変化することなく、ただし蒸発した形態で、排気ガス中を通過する。排気ガス後処理装置において、例えば酸化触媒コンバータ２３で、後燃焼が起こり、その結果として加熱がもたらされる。基本燃焼方法ＢＶ２と比較してわずかに低減される、典型的には４０％〜５０％のＥＧＲ比が追加的な尺度として設定される。別の設定は好ましくは基本燃焼方法ＢＶ２と比較して不変とされる。それゆえ少なくとも１つの別個のプレ噴射もまた好ましくは第４の燃焼方法ＢＶ４に提供される。
【００５０】
第４の燃焼方法ＢＶ４と比較して増加する加熱効果が第１の加熱燃焼方法ＢＶ１によりもたらされる。燃料噴射パラメータについては、メイン噴射の開始前に約５°ＣＡの噴射で開始される個別のオフセットされたプレ噴射及び基本燃焼方法ＢＶ２と比較してより後期のメイン噴射の開始が設定される。約７°ＣＡａＴＤＣでのメイン噴射の開始が好ましい。さらには、同様に燃焼する蓄圧噴射又はポスト噴射が実行される。これは、メイン噴射の終了の直後、又は数度ＣＡだけ後のポスト噴射の開始を伴うポスト噴射として理解される。それゆえポスト噴射の燃料量はメイン噴射の燃焼により検知される。燃焼がトルクに対し影響を与える場合、メイン噴射の間に注入される燃料量は、出力されるトルクが可能な限り不変とされるとともにそれゆえ第４の燃焼方法への切換えによるトルクの変動が回避されるように適合される。ここでポスト噴射の燃料量は好ましくはメイン噴射における燃料量のオーダーである。加えて、好ましくは第１の加熱燃焼方法ＢＶ１において基本燃焼方法ＢＶ２と比較して低減される噴射圧力が設定される。噴射圧力は約３０％〜５０％だけ低減されることが好ましい。ＥＧＲ比は好ましくは、第４の燃焼方法ＢＶ４におけるものと同様の設定とされる。これに関連して、未冷却の排気ガス再循環が低温始動の開始直後に提供され得るとともに、冷却済み排気ガス再循環への切換えが酸化触媒コンバータ２３の上流で事前定義可能な排気ガス温度に達した後に行われ得る。
【００５１】
酸化触媒コンバータ２３がその着火温度に達すると、第１の加熱燃焼方法ＢＶ１の設定に加え別個の後期ポスト燃料噴射が、第４の燃焼方法ＢＶ４と類似した方法で作動する。ポスト噴射の作動は典型的には、酸化触媒コンバータ２３の入口又は微粒子フィルタ２４の入口において温度センサ２８、２９により提供される計測値の示度数から検知される温度が約１８０℃を上回る場合に起こる。排気ガスへの熱の印加が、ポスト噴射に伴い排気ガスに添加される未燃燃料成分の後酸化を通じて再び増加する。結果として、酸化触媒コンバータ２３の下流に配置される構成部品は速やかにその動作温度に達する。これが存在する場合、基本燃焼方法ＢＶ２への切換えが実施される。これは典型的には、ＳＣＲ触媒コンバータ２５の上流又は前記触媒コンバータの触媒床における温度が約２２０℃を上回る場合に起こる。
【００５２】
第１及び／又は第２の加熱燃焼方法において加熱効果のさらなる増加を実現するために、内燃機関の燃焼室に配設されるグロープラグの少なくとも一時的な加熱が提供される。この方策はエンジンが比較的冷温である場合に特に有利であるとともに、好ましくは前記方策は、内燃機関の冷却用冷却液の温度が例えば５０℃の事前定義可能な値未満に降下した場合に講じられる。しかしながら、内燃機関が暖機されるときの対応する走行条件を所与としてもグロープラグの加熱は提供され得る。例えば、基本燃焼方法ＢＶ２及び／又は第３の燃焼方法ＢＶ３及び／又は第４の燃焼方法ＢＶ４における前記設定に加え、内燃機関がより冷温になるか、又はより冷温になる恐れのある走行条件が存在する場合には、加熱されたグロープラグを伴う中間加熱と称されるものを提供することが可能である。これは例えば、部分低負荷において、特に低い外気温を伴う場合であり得る。
【００５３】
図４は、線図の形式で、本発明に係る方法を伴う排気ガス後処理装置Ａにおいて実現される温度プロファイルを、基本燃焼方法ＢＶ２が継続的に設定される温度プロファイルと比較して、関連する走行曲線と共に示す。ここで、３６により示される走行曲線は、図１及び２に従う内燃機関１及び排気ガス後処理装置Ａが装備される自動車の速度ｖを与える。線３４は、それぞれ特定の燃焼方法が有効な時間領域に従い異なる燃焼方法ＢＶ１、ＢＶ１ａ、ＢＶ２、ＢＶ３及びＢＶ４の設定を伴う本発明に係る手順についての温度プロファイルを表し、前記時間領域は本線図の上縁に対応して示される。これと比較して、破線で描かれる線３５は基本燃焼方法ＢＶ２の継続的な設定により起こるような温度プロファイルを表す。ここで、線３４、３５は、それぞれＳＣＲ触媒コンバータ２５の入口端で温度センサ３０により感知される排気ガス温度ＴＳＣＲを表す。
【００５４】
線３４のプロファイルに従えば、ＳＣＲ触媒コンバータ２５の上流の温度ＴＳＣＲは、第１の加熱燃焼方法ＢＶ１が設定されると低温始動（ｔ０）から少し遅れて急上昇する。温度上昇は、速度ｖが同時に減少しても、時刻ｔ１における燃焼方法ＢＶ１ａへの切換え後まで続く。このため、ＳＣＲ触媒コンバータ２５は比較的早期の時刻ｔ２で着火温度ＴＡに達するとともに、排気ガス中への尿素溶液が計量され得る。それゆえ、消費について好都合な基本燃焼方法ＢＶ２への切換え及び窒素酸化物の還元の双方が、比較的早い時期に既に行われ得る。基本燃焼方法ＢＶ２が有効なとき、温度ＴＳＣＲは適度な速度ｖにおいて上昇し続ける。それゆえ時刻ｔ３で低温始動が起こった後の消費について最適化される燃焼方法ＢＶ３に比較的迅速に切り換えることが可能である。期間ｔ３〜ｔ４に起こる低い速度ｖでは、少量の熱のみが排気ガスに印加され、その結果として温度ＴＳＣＲは降下する。しかしながら、加熱効果を伴う燃焼方法ＢＶ４への切換えが時刻ｔ４で起こるため、ＳＣＲ触媒コンバータ２５の温度がその着火温度ＴＡ未満に降下することは防止される。これに関連して、速度ｖが低いままであるにもかかわらずＳＣＲ触媒コンバータ２５は温度上昇が起こるためその最適有効性のレンジに戻る。
【００５５】
対照的に、線３５の温度プロファイルとの比較により示されるとおり、常に設定される基本燃焼方法ＢＶ２によってはＳＣＲ触媒コンバータ２５の任意の十分な加熱を実現することは不可能である。ＳＣＲ触媒コンバータ２５の温度は着火温度ＴＡを短い期間のみ上回り、そのため窒素酸化物における効果的な還元は実現され得ない。対照的に、本発明に係る手順により燃料の低消費及び汚染物質の低排出の双方が可能となる。
【００５６】
燃焼プロファイルの改善のための別の方策として、吸気管の作動停止が暖機完了状態で部分負荷レンジにおいて実施されるような提供が可能である。この方策をとるにおいては、好ましくは、例えば４０℃の冷却液といった、最低温度の存在が関係する。吸気管の作動停止が実行されると、いずれの場合にも、内燃機関負荷が減少するにつれシリンダＺの１つの吸気管４の断面積がフラップによって徐々に低減される。吸気管の作動停止は好ましくは、定格負荷の約５０％未満の負荷レンジで作動される。この方策により、内燃機関１のシリンダＺに流入する燃焼空気の渦流が増加するとともにそれゆえ燃料の消費及び未処理排出が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る方法を実行するための内燃機関の有利な実施形態の概略図である。
【図２】本発明に係る方法を実行するための排気ガス後処理装置の好ましい実施形態である。
【図３】本発明に係る方法の好ましい順序の概略状態図である。
【図４】関連する走行曲線を伴う、様々な動作設定についての例示的温度プロファイルに関するタイミングチャートである。
【図３】
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【図４】
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【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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