(57)【要約】【課題】  内燃機関の運転方法を提供する。【解決手段】  内燃機関の運転方法が機関を第１の燃焼モードで運転することを含んでいる。この運転方法はまた機関の運転を第２の燃焼モードに切り換えることを含んでいる。この運転方法は、機関の排気流を、実質的に第２の燃焼モードにおける運転の期間中にのみ、ＮＯｘ吸着器と接触させることを含んでいる。【選択図】  図１
2006063988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の運転方法であって、
前記内燃機関を第１の燃焼モードにおいて運転するステップと、
前記内燃機関の運転を第２の燃焼モードに切り換えるステップと、
前記内燃機関の排気流を、実質的に前記第２の燃焼モードにおける前記運転の期間中にのみ、ＮＯｘ吸着器と接触させるステップと、
を含む内燃機関の運転方法。
【請求項２】
前記第１の燃焼モードがＨＣＣＩ燃焼モードである請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の燃焼モードがＨＣＣＩ燃焼モードでない請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の燃焼モードがディーゼル燃焼モードである請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記内燃機関の少なくとも１つの状態を検知することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
内燃機関の運転方法であって、
前記内燃機関を第１の燃焼モードにおいて運転するステップと、
前記内燃機関の運転を第２の燃焼モードへ切り換えるステップと、
前記内燃機関の排気流を、前記第１の燃焼モード以外のどの燃焼モードの期間中においても、ＮＯｘ吸着器と接触させるステップと、
を含む内燃機関の運転方法。
【請求項７】
前記第１の燃焼モードがＨＣＣＩ燃焼モードである請求項６に記載の方法。
【請求項８】
内燃機関の運転方法であって、
前記内燃機関は、ＨＣＣＩ燃焼モード及び少なくとも１つの他の燃焼モードにおいて選択的に運転することが可能であり、その機関の排気流を、実質的に前記少なくとも１つの他の燃焼モードの期間中にのみ、ＮＯｘ吸着器と接触させるステップを含む内燃機関の運転方法。
【請求項９】
排気流が流出する燃焼室を画定する機関本体と、
前記機関本体と連結される燃料装置であって、前記燃料装置はＨＣＣＩ燃料給気を前記燃焼室に送り込むように構成されており、前記燃料装置は少なくとも１つの他の燃料給気を前記燃焼室に送り込むように構成されている燃料装置と、
実質的に前記排気流が前記少なくとも１つの他の燃料給気の燃焼の結果生成したものである場合にのみ、前記排気流と接触する位置に配置されたＮＯｘ吸着器と、
を備えた内燃機関。
【請求項１０】
前記ＨＣＣＩ燃料給気と前記少なくとも１つの他の燃料給気との間の選択を行うように構成された制御装置を含む請求項９に記載の内燃機関。
【請求項１１】
前記制御装置に連結された少なくとも１つのセンサーであって、前記少なくとも１つのセンサーは前記内燃機関の少なくとも１つの状態を検知し、前記少なくとも１つの状態を前記制御装置に報知するように構成されたセンサーを含む請求項１０に記載の内燃機関。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの状態が前記内燃機関の負荷状態である請求項１１に記載の内燃機関。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの状態が速度状態及び温度状態の少なくとも一方である請求項１１に記載の内燃機関。
【請求項１４】
前記制御装置が、前記ＨＣＣＩ燃料給気と前記少なくとも１つの他の燃料給気との間の選択を、前記少なくとも１つの状態の前記報知に応答して行うように構成された請求項１１に記載の内燃機関。
【請求項１５】
内燃機関であって、
排気流が流出する燃焼室を画定する機関本体と、
前記排気流と選択的に接触する位置に置かれたＮＯｘ吸着器と、
前記内燃機関を第１の燃焼モードにおいて運転する手段と、
前記内燃機関の運転を第２の燃焼モードへ切り換える手段と、
前記排気流を、実質的に前記第２の燃焼モードにおける前記運転の期間中にのみ、前記ＮＯｘ吸着器と接触させる手段と、
を備えた内燃機関。
【請求項１６】
内燃機関の運転方法であって、
前記内燃機関を、燃焼によって第１のＮＯｘ濃度を有する第１の排気流が生成する第１の燃焼モードにおいて運転するステップであって、前記第１のＮＯｘ濃度は所定の参照ＮＯｘ濃度以下であるように運転するステップと、
前記内燃機関の運転を、燃焼によって第２のＮＯｘ濃度を有する第２の排気流が生成する第２の燃焼モードに切り換えるステップであって、前記第２のＮＯｘ濃度は所定の前記参照ＮＯｘ濃度よりも高いように切り換えるステップと、
前記第２の排気流を少なくとも１つのＮＯｘ吸着器と接触させるステップと、
前記第２の排気流が前記少なくとも１つのＮＯｘ吸着器と接触する際に、前記第２の排気流からＮＯｘを除去し、所定の前記参照ＮＯｘ濃度以下のＮＯｘ濃度を有する処理された排気流を作り出すステップと、
を含む内燃機関の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に内燃機関に関するものであり、さらに詳しくは、１つよりも多い燃焼モードにおいて内燃機関を運転する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は多様な目的に広く用いられる。輸送に関するインフラストラクチャーは、移動用の動力を供給するのに専ら機関の利用に依拠している。電力の発生もまた、内燃機関に負うところが頗る大きい。
【０００３】
現代社会における機関の大量使用は多くの問題を生じさせてきたが、その１つは排出される燃焼副生物質総量の止め処のない増大である。今日の機関は前世代の機関よりもはるかに低い排出レベルで運転されるが、しかし、使用される機関の数が急速に増大しているので、排出レベルをさらに一段と低減する必要性が生まれている。
【０００４】
世界中の政府はこの問題を認識し、機関の排出レベルに対処するための規制手段を講じている。例えば、現在進展中の政府基準を達成するためには、特に、窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及びばい煙を徹底的に削減しなければならない。
【０００５】
火花着火機関は、その作動の本質及び用いられる燃料の種類から、ＮＯｘと粒子状物質との排出量は低い傾向がある。例えばディーゼル機関のような圧縮着火機関は、一般的に高レベルのＮＯｘ及び粒子状物質を排出する。しかし、ディーゼル機関は、火花着火方式の競合機種よりも高い熱効率を誇っており、従って運転時に高い動力出力を出すことができるので、現今なお高い人気を得て用いられている。
【０００６】
圧縮着火機関の排出物を低減する試みの１つは、機関の排気中の好ましくない排出物を変化させるか又は除去するための後処理装置の使用であった。圧縮着火機関のＮＯｘ排出物の低減に有望な可能性を示した後処理技術の１つの方式は、ＮＯｘ吸着器技術すなわち触媒技術である。しかし、ＮＯｘ吸着器技術を成功裏に実施することは困難であることが判明してきた。まず第１に、低温で十分にＮＯｘを低減するには、ＮＯｘ吸着器が高価な貴金属を非常に高い添加率で保有しなければならない点がある。実際、低温条件で問題なく作動するＮＯｘ吸着器は、高温条件でのみ運転されるＮＯｘ吸着器の２倍に及ぶ貴金属含有量を必要とする可能性がある。第２は、きわめて低い温度条件においては、ＮＯｘ吸着器技術の効率に問題がある点である。この条件における性能を改善するためには、燃料に集中した、費用の掛かる熱管理が必要となるであろう。第３の点として、ＮＯｘ吸着器の触媒は、現在の超低硫黄レベルの燃料においてさえ硫黄被毒を蒙る点がある。この被毒プロセスは触媒の全体寿命を減退させる。
【０００７】
圧縮着火機関の排出物を低減するもう１つの試みは、均一予混合圧縮着火（ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ  ｃｈａｒｇｅ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｉｇｎｉｔｉｏｎ：ＨＣＣＩ）燃焼の利用であった。ＨＣＣＩモードで運転される機関は、燃焼排出物の発生が低いのに高い燃料効率で作動する可能性を有していたため、多大な関心を喚起した。ＨＣＣＩ機関は、ディーゼル機関が、燃焼室内の領域において、リッチになっている燃料つまり高濃度化されている部分の燃料に着火するのに対して、ＨＣＣＩ技術は、燃焼の時点までに分散された均一な燃料／空気の混合気を作り出すという点で、従来のディーゼル圧縮着火機関と異なっている。均一な燃料／空気の混合気の燃焼は、排出副生物質が大幅に低減されるような機関の運転を可能にする。しかし、機関のすべての負荷条件においてＨＣＣＩ燃焼を問題なく実施することは困難であることが判明してきた。高負荷条件においては、ＨＣＣＩ燃焼は、従来のディーゼル燃焼よりもシリンダー圧力の最高ピーク値が高いことから、機関部品に高い機械的負荷をかける。通常用いられる材料組成の機関部品は、この高い圧力には耐えられないと見られる。さらにまた、高負荷条件におけるＨＣＣＩ燃焼のタイミングを制御するためには、例えば機関の圧縮比を変える機構を含む重要な構造的変化を機関に加える必要性が生じる可能性がある。ＨＣＣＩ燃焼を利用するための１つの方策が、２００３年５月１３日にｚｕｒ  Ｌｏｙｅらに交付された米国特許公報（特許文献１）に開示されている。米国特許公報（特許文献１）においては、機関運転の一部の期間には、ＨＣＣＩ燃焼に類似のＰＣＣＩ燃焼が用いられ、機関運転の他の期間では、標準的なディーゼルモード、火花着火モード、及び複式燃料の均一給気遷移モード等の他の燃焼モードが用いられる。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，５６１，１５７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記の１つ以上の課題を克服することに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１つの実施形態においては、内燃機関の運転方法が内燃機関を第１の燃焼モードで運転することを含んでいる。この運転方法はまた内燃機関の運転を第２の燃焼モードに切り換えることを含んでいる。この運転方法は、内燃機関の排気流を、実質的に第２の燃焼モードにおける運転の期間中にのみ、ＮＯｘ吸着器と接触させることを含んでいる。
【００１１】
本発明のもう１つの実施形態においては、内燃機関の運転方法が内燃機関を第１の燃焼モードで運転することを含んでいる。この運転方法はまた内燃機関の運転を第２の燃焼モードに切り換えることを含んでいる。この運転方法は、内燃機関の排気流を、第１の燃焼モード以外のどの燃焼モードの期間中にも、ＮＯｘ吸着器と接触させることを含んでいる。
【００１２】
本発明のさらにもう１つの実施形態においては、内燃機関の運転方法が、機関をＨＣＣＩ燃焼モード及び少なくとも１つの他の燃焼モードで選択的に運転することができる場合において、実質的に少なくとも１つの他の燃焼モードの期間中にのみ、機関の排気流をＮＯｘ吸着器と接触させることを含んでいる。
【００１３】
本発明の別の実施形態においては、内燃機関が、燃焼室を画定する機関本体を含み、排気流が燃焼室から流出し、燃料装置が機関本体に連結される。燃料装置は、燃焼室にＨＣＣＩ燃料給気を送り込むように構成される。燃料装置はまた、燃焼室に少なくとも１つの他の燃料給気を送り込むようにも構成される。この内燃機関はＮＯＸ吸着器を備えており、このＮＯｘ吸着器は、実質的に燃料装置が燃焼室に少なくとも１つの他の燃料給気を送り込む時にのみ、排気流と流体連通するように配置される。
【００１４】
本発明のまた別の実施形態においては、内燃機関が、燃焼室を画定する機関本体を含み、排気流が燃焼室から流出し、ＮＯｘ吸着器が排気流と選択的に接触するように配置される。内燃機関は、内燃機関を第１の燃焼モードで運転する手段を含んでいる。内燃機関はまた、内燃機関の運転を第２の燃焼モードに切り換える手段を含んでいる。内燃機関は、排気流を、実質的に第２の燃焼モードにおける運転の期間中にのみ、ＮＯｘ吸着器と接触させる手段を含んでいる。
【００１５】
本発明のさらにもう１つの実施形態においては、内燃機関の運転方法が、内燃機関を、第１の排気流が作り出される第１の燃焼モードで運転することを含んでいる。この第１の排気流は、所定の参照ＮＯｘ濃度以下の第１のＮＯｘ濃度を有している。運転方法はまた、内燃機関の運転を、第２の排気流が作り出される第２の燃焼モードに切り換えることを含んでいる。この第２の排気流は、所定の参照ＮＯｘ濃度を超える第２のＮＯｘ濃度を有している。この運転方法はさらに、第２の排気流を、少なくとも１つのＮＯｘ吸着器と接触させることを含んでいる。運転方法は、第２の排気流が少なくとも１つのＮＯｘ吸着器と接触して、処理された排気流が生成される際に、第２の排気流からＮＯｘを除去することを含んでいる。処理された排気流は、所定の参照ＮＯｘ濃度以下のＮＯｘ濃度を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１を参照するに、内燃機関１０の概略図が示されている。内燃機関１０は燃焼室１４を画定する機関本体１２を含む。機関本体１２は、シリンダーブロック（図示せず）、及びシリンダーブロックに取り付けられたシリンダーヘッド（図示せず）、あるいは当分野で周知の他の機関構造物を含むことができる。機関本体１２は、ピストン１８がその中に配置されるシリンダー１６を画定する。ピストン１８は燃焼室１４に接している。内燃機関１０はまた、吸気又は吸気と燃料との混合気を燃焼室１４に送り込むための吸気系２０と、排気流を燃焼室１４から排出する排気系２２とを備えている。図１には、ただ１個のシリンダー１６が示されているが、本発明は、例えば４気筒、５気筒、６気筒、８気筒、１０気筒、１２気筒あるいは１６気筒のシリンダー１６のようなあらゆる数のシリンダー１６を有する機関１０を含む多様な構成の内燃機関１０に利用することができる。さらに、内燃機関１０は、主として、４ストローク機関１０に関連させて論述するが、別の実施形態においては、内燃機関１０は２ストローク機関１０の形式であってもよい。
【００１７】
図１の実施形態においては、吸気系２０は、吸気もしくは空気／燃料混合気を燃焼室１４に導くための吸気マニホルド２４と吸気ポート２６とを含んでいる。同様に、排気系２２は、排気ガスを以下に記述するように導くための排気ポート２８を備えている。それぞれのポート２６及び２８には、１個以上の吸気バルブ３０及び１個以上の排気バルブ３２が配置され、吸気もしくは空気／燃料混合気の燃焼室１４への流れと、燃焼室１４からの排気流とをそれぞれ制御するために、従来のバルブコントロール装置あるいは可変バルブタイミング装置によって開位置及び閉位置の間を移動される。
【００１８】
内燃機関１０は、機関本体１２に連結された燃料装置３４を有している。図１の実施形態では、燃料装置３４は、燃料を燃焼室１４に噴射する燃料噴射器３６を含んでいる。燃料装置３４はディーゼル噴射燃料を燃焼室１４に送り込むように構成される。ディーゼル噴射燃料の送り込みは、一般的に、ピストン１８が上死点近傍にある時に、所定量の燃料を燃焼室１４内に直接噴射することを含んでいる。ディーゼル噴射燃料の送り込みは、燃焼室１４内の自己伝播火炎面を形成する燃料の高濃度領域の圧縮着火によって燃焼をもたらす他のいかなる方法をも含むことができる。
【００１９】
燃料装置３４は、また、ＨＣＣＩ燃料給気を燃焼室１４に送り込むようにも構成される。ＨＣＣＩ給気の送り込みは、初めに予備的な量の燃料を燃焼室１４へ送り込むこと、すなわち、ピストン１８が上死点に達する前に燃焼室１４内に所定量の燃料を噴射することを含むことができる。ＨＣＣＩ給気の送り込みは、第１の量の燃料を第１の分散角度において燃焼室１４内へ送り込み、第２の量の燃料を第２の分散角度において燃焼室１４内に送り込むことを含むこともできる。また、ＨＣＣＩ給気の送り込みは、燃焼室１４の外側で空気及び燃料の実質的に均一な混合気を生成させ、この均一な混合気を燃焼室１４に送り込むことを含むことができる。均一な混合気の生成は、燃料を、内燃機関１０の吸気マニホルド２４の中に噴射するか、あるいは内燃機関１０の吸気ポート２６に噴射することによって実現してもよい。ＨＣＣＩ給気の送り込みは、これらの方法のどのような組み合わせを含むものであってもよく、あるいは、その主要部分が自己伝播火炎面の存在なしに圧縮着火によって着火し得るような可燃混合気を、燃焼前に、燃焼室１４内に作り出すことができるいかなる他の方法を含むものであってもよい。
【００２０】
内燃機関１０は、第１の燃焼モード及び第２の燃焼モードにおいて選択的に運転されるように構成される。内燃機関１０はまた、さらに付加的な１つ以上の燃焼モードにおいて運転されるように構成されてもよい。１つの実施形態では、第１の燃焼モードをＨＣＣＩ燃焼モード、すなわち、燃料装置３４がＨＣＣＩ燃料給気を燃焼室１４に送り込むモードとしている。第２の燃焼モードは、ディーゼル燃焼モード、すなわち、燃料装置３４がディーゼル噴射燃料を燃焼室１４に送り込むモードとすることができる。
【００２１】
内燃機関１０は、内燃機関１０の排気流と接触する位置に配置される少なくとも１つのＮＯｘ吸着器３８を備えている。１つの実施形態においては、このＮＯｘ吸着器３８は、排気流が、実質的にＨＣＣＩ燃料給気以外の種類の燃料給気の燃焼の結果である場合にのみ、排気流と接触する位置に置かれる。もう１つの実施形態では、ＮＯｘ吸着器３８は、内燃機関１０の各燃焼モードの期間中、排気流と接触する位置に置かれる。排気系２２は、排気流がＮＯｘ吸着器３８を迂回することができるバイパス径路４０を備えてもよい。本明細書で用いる“ＮＯｘ吸着器”という用語は、内燃機関１０の排気流からＮＯｘを有限時間吸蔵する能力と、ＮＯｘ吸蔵能力の一定の部分が充塞されると、吸蔵されたＮＯｘの一部又はすべてを窒素に転換する能力とを備えたあらゆる構造体、技術、あるいは装置を意味している。
【００２２】
内燃機関１０はまた、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４４を含む制御装置４２を備えている。制御装置４２は、内燃機関１０の状態を検知し、その状態をＥＣＵ４４に報知するように構成された少なくとも１つのセンサー４６を有している。この少なくとも１つのセンサー４６は、ＮＯｘ吸着器３８の上流側、下流側、あるいは少なくとも部分的にはＮＯｘ吸着器３８内に配置することができる。１つの実施形態では、この少なくとも１つのセンサー４６を内燃機関１０の負荷状態を検知するように構成し、他の実施形態では、少なくとも１つのセンサー４６を、速度状態、温度状態、あるいは、内燃機関１０の燃焼の効果的な制御において制御装置４２の補助手段となる他の何らかの状態を検知するように構成することができる。制御装置４２は、この少なくとも１つのセンサー４６からの情報を処理する能力を有すると共に、各燃焼モードの期間中に内燃機関１０の運転を効果的に制御し、かつ内燃機関の運転の燃焼モード間の効果的・効率的な移行を達成するために、適正な機関部品に制御信号を提供する能力を有する。制御装置４２はまた、少なくとも１つのセンサー４６からの情報を処理する能力を有すると共に、ＮＯｘ吸着器３８の再生サイクルを効果的に制御するために、適正な機関部品に制御信号を提供する能力をも有する。制御装置４２は、ＨＣＣＩ燃料給気とディーゼル噴射燃料を含む他の種類の燃料給気とのいずれかを選択するように構成され、かつまた、燃料装置３４に指令して選択された燃料給気を送り込ませるように構成される。制御装置４２によるこの選択は、少なくとも１つのセンサー４６が提供する内燃機関の状態の報知に応じて行えばよい。
【００２３】
内燃機関１０は、内燃機関１０を第１の燃焼モードで運転する手段４８を含んでいる。この運転手段４８は、燃料装置３４、制御装置４２、及び／又は内燃機関１０を第１の燃焼モードで運転させ得る他の構造体を含むことができる。内燃機関１０はまた、内燃機関１０の運転を第２の燃焼モードに切り換える手段５０を含んでいる。この切り換え手段５０は、制御装置４２、ＥＣＵ４４、少なくとも１つのセンサー４６、及び／又は、内燃機関１０の第１燃焼モードから第２燃焼モードへの切り換えを可能にする他の構造体を含むことができる。内燃機関１０は、内燃機関１０が実質的に第２燃焼モードで運転されている期間中にのみ、排気流をＮＯｘ吸着器３８と接触させる手段５２を備えている。この接触させる手段５２は、排気系２２、排気ポート２８、バイパス径路４０、及び／又は、実質的に第２燃焼モードの期間中にのみ、ＮＯｘ吸着器３８を排気流と接触させることを内燃機関１０に可能にさせる他の構造体を含むことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
内燃機関１０の運転中、内燃機関１０は、異なった燃焼モードにおいて選択的に運転される。内燃機関１０の運転方法の１つの実施形態では、特定の燃焼モードの期間中にのみ、ＮＯｘ吸着器３８が排気流と接触する状態に置かれる。１つの方法では、内燃機関１０が第１の燃焼モードで運転され、排気流は燃焼室１４から流出してＮＯｘ吸着器３８とは接触しない。その後、内燃機関１０の運転は第２の燃焼モードに切り換えられる。この切り換え過程は、第１燃焼モードから第２燃焼モードへの直接的移行であってもよいし、あるいは、内燃機関１０を、第１燃焼モードと第２燃焼モードとの間に、１つ以上の他の燃焼モードで運転してもよい。この１つ以上の他の燃焼モードには、部分ＨＣＣＩ燃焼モード、すなわち、燃焼が、部分的なＨＣＣＩ燃料給気と従来のディーゼル噴射燃料との燃焼から成り立つような燃焼モードが含まれる。この方法の１つの実施形態では、実質的に内燃機関１０が第２の燃焼モードで運転されている場合にのみ、排気流がＮＯｘ吸着器３８と接触するように導かれる。もう１つの実施形態では、内燃機関１０の排気流は、第１の燃焼モード以外のどの燃焼モードの期間中にも、ＮＯｘ吸着器３８と接触するように導かれる。この方法の１つの実施形態においては、第１の燃焼モードはＨＣＣＩ燃焼モードであり、第２の燃焼モードはＨＣＣＩ燃焼モードでない。第２の燃焼モードは、例えば、ディーゼル燃焼モードとすることができる。
【００２５】
内燃機関１０の１つの運転方法は、図２のフローチャートを参照して説明される。第１の制御ブロック５４では、制御装置４２の少なくとも１つのセンサー４６が、負荷状態、速度状態、あるいは温度状態のような内燃機関１０の少なくとも１つの状態を検知する。少なくとも１つのセンサー４６は、ＥＣＵ４４に信号を送ってこの状態の現状値を送出する。図２のフローチャートに示す運転方法に関する以下の説明では、この少なくとも１つの状態を内燃機関１０の負荷状態として記述する。しかし、他の方法では、他の状態を検知し、報知することができる。
【００２６】
第２の制御ブロック５６では、ＥＣＵ４４が負荷状態の現状値を参照状態値５８と比較する。参照状態値５８は、低負荷状態の上限値であってもよいし、高負荷状態の下限値であってもよい。１つの実施形態では、この参照状態値５８は機関負荷の約５０％である。別の実施形態では、この参照状態値５８は、機関負荷の４０％〜６０％であり、また別の実施形態では、参照状態値５８は、機関負荷の２５％〜７５％である。当業者は、この参照状態値５８を、内燃機関１０の所望の運転に基づいて選定し得ることを認めるであろう。さらに、この参照状態値５８は、図３のグラフに示されるように、内燃機関１０の他の状態によっても変化する可能性がある。図３は、Ｙ軸に沿って機関負荷を、Ｘ軸に沿って機関速度を表しているが、この図は、参照状態値５８を、機関負荷及び機関速度によって変化するものとして示している。参照状態値５８を示す線より下の領域６２は低負荷状態と定義され、参照状態値５８を示す線より上の領域６０は高負荷状態と定義される。少なくとも１つのセンサー４６によって報知される内燃機関１０の負荷状態が参照状態値５８よりも低ければ、すなわち、内燃機関１０が低負荷状態で運転されていれば、この方法は第３の制御ブロック６４に進む。もし、内燃機関１０の負荷状態が参照状態値５８よりも高ければ、すなわち、内燃機関１０が高負荷状態で運転されていれば、この方法は第４の制御ブロック６６に進む。
【００２７】
第３の制御ブロック６４では、制御装置４２が内燃機関１０の第１の燃焼モードを選択する。１つの実施形態では第１の燃焼モードはＨＣＣＩ燃焼モードである。制御装置４２は燃料装置３４に信号を送って、燃料装置３４に、ＨＣＣＩ燃料給気を燃焼室１４へ送り込ませる。方法は次に第５の制御ブロック６８に進む。第５の制御ブロック６８では、制御装置４２は、内燃機関１０の排気流がＮＯｘ吸着器３８と接触しないようにする。排気流が、排気系２２のバイパス径路４０を通って、ＮＯｘ吸着器３８を回避するようにすればよい。次いで、この方法は第１の制御ブロック５４に戻る。
【００２８】
第４の制御ブロック６６では、制御装置４２は内燃機関１０の第１の燃焼モード以外の燃焼モードを選択する。制御装置４２は、ディーゼル燃焼モードとすることができる第２の燃焼モードを選択してもよい。ディーゼル燃焼モードでは、制御装置４２は燃料装置３４に信号を送って、燃料装置３４に、ディーゼル噴射燃料を燃焼室１４へ送り込ませる。次にこの方法は第６の制御ブロック７０に進む。第６の制御ブロック７０では、制御装置４２は、排気流をＮＯｘ吸着器３８と接触させる。次いで、この方法は第１の制御ブロック５４に戻る。
【００２９】
図２に図表化された内燃機関１０の運転方法から分かるように、内燃機関１０はその運転を第１の燃焼モードから第２の燃焼モードに切り換えることができる。例えば、内燃機関１０がＨＣＣＩ燃焼モードで運転されていて、少なくとも１つのセンサー４６が、第１の制御ブロック５４において、参照状態値５８よりも高い負荷状態、例えば低負荷状態の上限値よりも高い負荷状態を検知すると、内燃機関の運転が、第４の制御ブロック６６において、ＨＣＣＩ燃焼モードから、例えばディーゼル燃焼モードのような他の何らかのモードに切り換えられるであろう。さらに、運転中、内燃機関１０を、第２の燃焼モードから第１の燃焼モードに切り換えることもできる。例えば、内燃機関１０が、ディーゼル燃焼モードのような非ＨＣＣＩ燃焼モードで運転されていて、少なくとも１つのセンサー４６が、第１の制御ブロック５４において、参照状態値５８よりも低い負荷状態、例えば高負荷状態の下限値よりも低い負荷状態を検知すると、内燃機関の運転は、第３の制御ブロック６４において、非ＨＣＣＩ燃焼モードから、ＨＣＣＩ燃焼モードに切り換えられるであろう。従って、内燃機関１０の１つの燃焼モードから別の燃焼モードへの切り換えは、内燃機関１０の状態、例えば内燃機関１０の負荷状態に依存している。
【００３０】
当業者は、図２に示す方法が、内燃機関１０の運転制御に用いることができるいくつかの方法の１つであることを認めるであろう。さらに、図３のグラフが、内燃機関１０を１つの燃焼モードから別の燃焼モードにどの時点で切り換えるべきかを決定する唯一の方法ではない。例えば、参照状態値５８は直線でなくてもよいし、あるいは速度に依存していなくても差し支えない。その代わりに、内燃機関１０がどの時点で燃焼モードを切り換えるべきかを決定するために用いられる情報は、機関速度及び／又は温度のような他の因子によって変化するものでもよく、また、マップ図、ルックアップ表等のような他の形式で表現されたものでもよい。
【００３１】
内燃機関１０の運転方法の別の実施形態においては、内燃機関１０が第１の燃焼モードにおいて運転され、その燃焼モードの期間中は、燃焼によって、第１のＮＯｘ濃度を有する第１の排気流が生成する。この第１のＮＯｘ濃度は所定の参照ＮＯｘ濃度以下である。所定の参照ＮＯｘ濃度の例として、ブレーキ馬力・時間当たり３グラム、ブレーキ馬力・時間当たり１．５グラム、及びブレーキ馬力・時間当たり０．２グラムがあるが、これに限定されるわけではない。いくつかの因子が所定の参照ＮＯｘ濃度値に影響する可能性が挙げられるが、末端使用者仕様、及び米国の環境保護庁が公布している規制のような政府規制がその因子に含まれる。１つの実施形態では、第１の燃焼モードはＨＣＣＩ燃焼モードであり、別の実施形態では、第１の燃焼モードは部分ＨＣＣＩ燃焼モードである。
【００３２】
内燃機関１０のこの運転方法においては、内燃機関１０が第２の燃焼モードに切り換えられ、その燃焼モードの期間中は、燃焼によって、第２のＮＯｘ濃度を有する第２の排気流が生成する。この第２のＮＯｘ濃度は所定の参照ＮＯｘ濃度よりも高い。１つの実施形態では、第２の燃焼モードはＨＣＣＩ燃焼モードではない。例えば、第２の燃焼モードはディーゼル燃焼モードとしてもよい。
【００３３】
内燃機関１０のこの運転方法においては、第２の排気流を少なくとも１つのＮＯｘ吸着器３８と接触させる。第２の排気流が少なくとも１つのＮＯｘ吸着器３８と接触する間に、ＮＯｘが第２の排気流から除去され、所定の参照ＮＯｘ濃度以下のＮＯｘ濃度を有する処理された排気流が作り出される。
【００３４】
内燃機関１０の１つの運転方法では、第１の排気流を、例えば排気系２２のバイパス径路４０を通して、少なくとも１つのＮＯｘ吸着器３８をバイパスさせることができる。代わりの別の運転方法では、第１の排気流を少なくとも１つのＮＯｘ吸着器３８と接触させることが含まれる。この代わりの方法においては、この少なくとも１つのＮＯｘ吸着器が第１の排気流と接触している際に、この少なくとも１つのＮＯｘ吸着器を再生することができる。このような再生は、第１の燃焼モードが燃料リッチ操作となるように調節することによって実現することができる。この第１燃焼モードの運転の調節は制御装置４２によって制御すればよい。さらに、第１の燃焼モードと第２の燃焼モードとの間の運転の切り換えは、上記のように、制御装置４２によって制御すればよい。
【００３５】
内燃機関１０を、ａ）１つよりも多い燃焼モードにおいて選択的に運転することができる可能性、及び、ｂ）内燃機関１０の排気流を処理するためにＮＯｘ吸着器３８を選択的に組み入れることができると、ＮＯｘ吸着器技術とＨＣＣＩ燃焼との長所を、多くの弱点を回避しながら生かすことが可能になる。内燃機関１０を、主として低負荷条件又は低温条件においてＨＣＣＩ燃焼モードで運転することによって、内燃機関１０は、高負荷ＨＣＣＩ燃焼が惹起する高いシリンダー圧力に直面しなくてすむであろう。このため、内燃機関１０には、通常用いられる材料組成を有する機関部品を使用することができる。さらに、例えば内燃機関１０の圧縮比変更機構の導入のような、前述の重要な構造的変更を組み込む必要性は生じないであろう。
【００３６】
ＨＣＣＩ燃焼の排出物は標準的なディーゼル燃焼の場合よりも低レベルであるので、ＮＯｘ吸着器３８は、ＨＣＣＩ燃焼プロセスによって生成される排気流を処理する必要はないであろう。ＮＯｘ吸着器３８は、機関１０が、ディーゼル燃焼モードのような非ＨＣＣＩ燃焼モードにおける高負荷及び／又は温度において運転される場合にのみ、用いる必要が生じるだけである。このような使用態様であるので、ＮＯｘ吸着器３８における高価なＰＧＭの添加率は低くてよい。また、ＮＯｘ吸着器３８を非常に低い温度条件で運転する難点も回避することができる。さらに、ＮＯｘ吸着器３８が、機関１０の排気流に、機関１０の全作動時間中接触するわけではないので、ＮＯｘ吸着器３８の硫黄被毒の速度も低下し、ＮＯｘ吸着器３８の有効寿命が増大する。
【００３７】
本発明の他の形態、目的及び利点は、図面、明細書及び添付した請求の範囲の検討によって得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】内燃機関の概略図である。
【図２】図１の内燃機関の運転方法のフローチャートである。
【図３】機関負荷と機関速度との関数としての図１の内燃機関の燃焼モードのグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１０  内燃機関
１２  機関本体
１４  燃焼室
１６  シリンダー
１８  ピストン
２０  吸気系
２２  排気系
２４  吸気マニホルド
２６  吸気ポート
２８  排気ポート
３０  吸気バルブ
３２  排気バルブ
３４  燃料装置
３６  燃料噴射器
３８  ＮＯｘ吸着器
４０  排気流のバイパス径路
４２  制御装置
４４  電子制御ユニット
４６  センサー
４８  機関を第１の燃焼モードにおいて運転する手段
５０  機関の運転を第２の燃焼モードに切り換える手段
５２  排気流をＮＯｘ吸着器と接触させる手段
５４  第１の制御ブロック
５６  第２の制御ブロック
５８  参照状態値
６０  高負荷状態を示す領域
６２  低負荷状態を示す領域
６４  第３の制御ブロック
６６  第４の制御ブロック
６８  第５の制御ブロック
７０  第６の制御ブロック
【図１】
2006063988.tif 000003
【図２】
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【図３】
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