(57)【要約】内燃機関（３）の排ガス設備（２）で開放型の粒子捕集器（１）を作動させる方法は、少なくとも、ａ）粒子捕集器が第１の効率限界値（Ｅ１）を下回る、粒子捕集器の第１の時点（ｔ１）を判定する過程と、ｂ）内燃機関の少なくとも１つの固有の動作パラメータ（Ｂ）の調整によって粒子捕集器の効率向上を行い、このとき内燃機関によって生成される排ガスは粒子捕集器の領域で５００℃の温度を超えない過程と、ｃ）粒子捕集器が第２の効率限界値（Ｅ２）を上回る、粒子捕集器の第２の時点（ｔ２）を判定する過程と、ｄ）内燃機関の通常動作を始動させる過程とを含む。本発明の方法と装置により、内燃機関の排ガス設備の燃料節約型かつ材料保全型の動作を、同時に、排ガス設備に組み込まれた粒子捕集器の高い効率で保証できる。
2008544149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（３）の排ガス設備（２）で特に開放型の粒子捕集器（１）を作動させる方法であって、少なくとも以下の過程を含む方法。
ａ）前記粒子捕集器（１）が第１の効率限界値（Ｅ１）を下回る、前記粒子捕集器（１）の第１の時点（ｔ１）を判定する過程、
ｂ）前記内燃機関（３）の少なくとも１つの固有の動作パラメータ（Ｂ）の調整によって前記粒子捕集器（１）の効率向上を行い、このとき前記内燃機関（３）によって生成される排ガスは前記粒子捕集器（１）の領域で、熱による粒子（４）の再生が実質的に行われない程度に低い温度とする過程、
ｃ）前記粒子捕集器（１）が第２の効率限界値（Ｅ２）を上回る、前記粒子捕集器（１）の第２の時点（ｔ２）を判定する過程、および
ｄ）前記内燃機関（３）の通常動作を始動させる過程。
【請求項２】
前記過程ａ）が、粒子（４）による前記粒子捕集器（１）の最新の負荷状態の判定を含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
最新の負荷状態を算出する請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記粒子捕集器（１）の前の第１の地点（Ｐ１）と、前記粒子捕集器（１）の後の第２の地点（Ｐ２）との間の前記排ガス設備（２）における圧力差を参照し、最新の負荷状態を判定する請求項２又は３記載の方法。
【請求項５】
排ガス中に含まれる粒子（４）に関する前記粒子捕集器（１）の効率を、前記過程ｂ）の間に前記内燃機関（３）の通常動作に比べて少なくとも２０％だけ向上させることができる請求項１から５の１つに記載の方法。
【請求項６】
前記過程ｂ）の時間を、負荷状態に依存して規定する請求項１から５の１つに記載の方法。
【請求項７】
前記過程ｂ）の時間を、効率向上中の排ガスの温度に依存して規定する請求項１から６の１つに記載の方法。
【請求項８】
前記過程ｂ）の時間を、効率向上中の排ガスの二酸化窒素濃度に依存して規定する請求項１から７の１つに記載の方法。
【請求項９】
前記過程ｂ）の時間を、効率向上中の排ガスの水の濃度に依存して規定する請求項１から８の１つに記載の方法。
【請求項１０】
前記過程ｂ）の時間を、効率向上中の排ガスのオゾン濃度に依存して規定する１から９の１つに記載の方法。
【請求項１１】
前記内燃機関（３）の少なくとも１つの動作パラメータ（Ｂ）を、前記過程ｂ）の間、生成する排ガスが二酸化窒素濃度の上昇を受けるように調整する請求項１から１０の１つに記載の方法。
【請求項１２】
前記内燃機関（３）の少なくとも１つの動作パラメータ（Ｂ）を、前記過程ｂ）の間に生成する排ガスが酸素濃度の上昇を受けるように調整する請求項１から１１の１つに記載の方法。
【請求項１３】
前記内燃機関（３）の少なくとも１つの動作パラメータ（Ｂ）を、前記過程ｂ）の間に生成する排ガスが前記粒子捕集器（１）の領域で高くとも５０℃の温度上昇を受けるように調整する請求項１から１２の１つに記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも、内燃機関（３）と排ガス設備（２）とを備える車両（５）を含み、
前記内燃機関（３）はエンジン制御部（６）によって作動し、
前記排ガス設備（２）は少なくとも１つの特に開放型の粒子捕集器（１）を有する
装置において、
少なくとも１つの前記粒子捕集器（１）の効率を判定するための手段が設けられたことを特徴とする請求項１から１３の１つに記載の方法を実施するための装置。
【請求項１５】
前記排ガス設備（２）が排ガス再循環装置（７）を含むことを特徴とする請求項１４記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排ガス設備で、特に開放型の粒子捕集器を作動させる方法とこの方法を実施する装置に関する。本方法と装置は自動車分野で適用される。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関で生ずる排ガスは、ガス成分に加えて、周囲に放出不可の、又は限定された範囲内でしか放出できない固体粒子も含むことが多い。このため、フィルタを通過するように排ガスを案内することが知られ、その中に含まれる粒子を多孔性の壁構造で少なくとも一時的に捕集する。壁構造が完全に詰まるのを防ぐべく、このフィルタは何度も再生せねばならない。この再生中に煤粒子が燃焼する。粒子の燃焼には、約６００℃を上回る温度が必要である。これは、フィルタ又は排ガスの一時的な温度上昇および／又は添加剤の供給により達成できる。再生のため、例えばエンジン管理によりエンジンの負荷点の変位を行い、もって明らかに高温となった排ガスをフィルタに到達させることは公知である。エンジンのシリンダでの点火を中止し、一定量の燃料を排ガスシステムに供給し、一層高濃度の不飽和炭化水素が触媒装置に当たるようにしてもよい。触媒装置と接触した際に燃焼が起こり、この燃焼がフィルタでの排ガス温度の望ましい上昇につながる。しかしこのような再生方法は、通常、燃料消費量の増大とフィルタ負荷の増大とを引起す。
【０００３】
交互に閉止される通路を有し、もって排ガス量全体がフィルタの壁を通って流れるのを保証する上述のフィルタ以外にも、排ガス流の粒子を捕集する更に別の装置が知られている。ここでは特に、所謂「開放型」の粒子捕集器を挙げる。この「開放型」の粒子捕集器は、流動壁を少なくとも部分的に仕切るフィルタ材料を通って流れることなしに、排ガスが粒子捕集器を貫流することを可能にする流動経路又は通路を内部に持つことを特徴とする。この種開放型の粒子捕集器の例として、独国実用新案出願公開第２０１１７８７３号明細書を挙げる。同明細書は、この粒子捕集器の数多くのパラメータを開示している。以下、特に開放型の粒子捕集器について言及する際には、常に、独国実用新案出願公開第２０１１７８７３号明細書の内容を全範囲にわたって本明細書に援用する。
【０００４】
全ての粒子がフィルタ壁を通り抜けて流れることから比較的一定の効率を常に有する閉鎖型のフィルタと異なり、開放型の粒子捕集器の効率は変動する。この関連において効率とは、捕集した粒子と、流入した煤粒子との比率を意味している（Ｅ＝Ｐ捕集／Ｐ流入）。即ち、全ての粒子が捕集されれば効率は１００％であり、粒子の３分の２だけが捕集され、残りが再び外に出れば効率は６７％である。
【０００５】
開放型の粒子捕集器の場合、効率は、主に粒子捕集器の内部と周辺の圧力状況により規定される。この際留意すべきは、作動時間の増大に応じフィルタ材料の内部又は表面に粒子が蓄積され、フィルタ材料の貫流可能な微孔又はキャビティが少なくとも減少又は縮小することである。そのため、隣接する各通路に関して圧力差が増大し、このことは、作動時間の増加に伴い、流れてくる粒子が周囲に向かって開いた流動経路を選択する度合いが次第に強まり、捕集されなくなるという結果を伴う。そのために効率が低下する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、従来技術との関連で説明した問題を少なくとも部分的に緩和することである。このとき、特に上述した効率損失に対処して開放型の粒子捕集器を作動させる方法を提供する。更に、本方法は燃料節約型であると共に、使用するフィルタに関し材料保全的であることが望ましい。更に、本方法を実施するのに適する装置も提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１の構成要件を含む方法によって解決される。本方法の特別に好ましい実施形態、又は本方法を実施するのに特別に適した装置は、従属請求項請求項に記載している。各請求項に個々に記載した構成要件は、技術的に意義のある任意の形で互いに組み合わせることもでき、もって、本方法又は本装置の更に別の実施形態を記述するものであることを指摘する。補足として、本発明の記載にあたっては明細書の補足的な構成要件又はパラメータも援用できる。
【０００８】
内燃機関の排ガス設備で特に開放型の粒子捕集器を作動させる本発明の方法は、少なくとも以下の過程を含む、
ａ）粒子捕集器が第１の効率限界値を下回る、粒子捕集器の第１の時点を判定する過程、
ｂ）内燃機関の少なくとも１つの固有の動作パラメータの調整によって粒子捕集器の効率向上を行い、このとき内燃機関によって生成される排ガスは粒子捕集器の領域で、熱による粒子の再生が実質的に行われない程度に低い温度を有する過程、
ｃ）粒子捕集器が第２の効率限界値を上回る、粒子捕集器の第２の時点を判定する過程、および
ｄ）内燃機関の通常動作を始動させる過程。
【０００９】
本方法は、冒頭に述べた又は独国実用新案出願公開第２０１１７８７３号明細書に記載の、開放型の粒子捕集器を作動させるのに特別に好ましい。内燃機関の排ガス設備での適用に関しては、自動車分野で使用されるガソリンエンジン又はディーゼルエンジンが好ましい。開放型の粒子捕集器の特別な適性は、その場合、作動の過程で状況によっては顕著な効率低下が起こる可能性があるが、本発明により、このような効率低下を緩和又は排除できることの結果として得られる。それにも係らず、本明細書に記載の方法で、閉鎖型のフィルタを作動させることも原則として可能である。燃料を節約しつつ材料を保全する、沈積した粒子の変換が起こるからである。以下、開放型の粒子捕集器を対象として説明する、本発明の方法は開放型システムを作動させるものに限定されない。
【００１０】
過程ａ）では、まず粒子捕集器の効率が第１の限界値よりも下回る第１の時点を判定する。この第１の効率限界値はあらゆる用途について等しいわけではなく、例えば内燃機関の種類や、粒子捕集器そのものの構造等に依存して決まり、特に、粒子フィルタの流動経路の幾何学形状又は整列状態に依存して決まる。冒頭に述べた開放型の粒子捕集器は、それが新品ならば約８０％の効率を有するのが通常である。ある程度の作動時間が経つと粒子が沈積し、トラックの場合には大略６０％前後、乗用車の場合には３０％前後で効率が落ち着く。このことは、今後１０年間における有害物質の法律規制の観点からすれば依然として十分である。粒子捕集器を貫流し又はそこに沈積する粒子を変換するには、特別な環境条件が整っている必要があるが、かかる環境条件は、作動中に恒常的に成立していないのが普通である。例えば車両運転者の走行サイクルは、このような外的条件を保証するのには少なくとも一時的に不適当である。このことは、特に短距離走行や市街地走行について当てはまる。このような走行時には、排ガス中の粒子の個数が増加しているのが通常であり、その上状況によっては、例えば気体成分への煤の転換を促進しない温度が生じている。このため、比較的多くの粒子が開放型の粒子捕集器のフィルタ材料の表面又は内部に蓄積することとなり、このため通常、効率の低下が起こる。しかし効率が第１の効率限界値を下回ると、直ちに本発明に基づいて、過程ｂ）に記載の効率向上を開始する。
【００１１】
過程ｂ）では、内燃機関の少なくとも１つの固有の動作パラメータの調整により効率向上を図る。このことは、内燃機関がその通常のモードから外れ、粒子捕集器での転換に好都合な条件を結果として生じる別のモードへ切り換わることを意味している。このことは有意な燃料消費増加が認められず、かつ粒子捕集器の領域における排ガスの温度が熱による再生に必要な限界温度より低く保たれるよう行うのが好ましい。特に、排ガスは粒子捕集器の領域で５００℃の温度、極めて好ましくは４００℃の温度を上回らない。粒子捕集器のこのような効率向上を引き起すべく、内燃機関のどのような固有の動作パラメータをその際に変え得るかは、後に更に詳しく説明する。効率向上は、内燃機関の通常動作の際に行われるよりも多くの粒子が転換され、又は捕集されるという結果につながる。このとき、第１の効率限界値を再び上回る程度に、多くの粒子を転換できると好ましい。
【００１２】
次に過程ｃ）では、粒子捕集器が第２の効率限界値を上回る、粒子フィルタの第２の時点を判定する。第２の効率限界値は第１の効率限界値よりも高いのが好ましく、場合によっては、通常動作時における粒子捕集器の効率よりも高い。この第２の効率限界値を上回ると、過程ｄ）で内燃機関の通常動作を開始する。
【００１３】
基本的に、内燃機関により生成される排ガス設備の煤質量流（ｍ煤）は開放型の粒子捕集器での挙動に関して、再生される煤質量流（ｍ再生）と、フィルタ材料に沈積する煤質量流（ｍ沈積）と、フィルタ材料を通り抜けて周囲へと案内される煤質量流（ｍハ゛イハ゜ス）とに分かれることを付記する。
（１）ｍ煤＝ｍ再生＋ｍ沈積＋ｍハ゛イハ゜ス
【００１４】
諸条件が変化せず、再生する煤質量流（ｍ再生）を等しく保っている場合には、粒子捕集器の負荷量が増すにつれて、沈積する煤質量流（ｍ沈積）は減っていく。このことは自動的に、粒子捕集器を通過する煤質量流（ｍハ゛イハ゜ス）が増えるという結果につながる。これを防止することが、格別に省エネルギーで材料保全的、かつ有害物質変換の観点から格別に有効な、ここに提案する方法により可能となる。本方法は、ディーゼルエンジンの排ガス設備に配置した開放型の粒子捕集器との関連で実施するのが極めて好ましい。
【００１５】
更に、過程ａ）が、粒子による粒子捕集器の最新の負荷状態の判定を含むことを提案する。これは、特に粒子捕集器の内部に蓄積された粒子の量がどの程度多いかに関する知見を提供することを意味する。粒子とは、特に煤粒子、灰並びにこのような固体に付着している燃焼生成物を意味している。
【００１６】
ここでは煤粒子を対象として考察する。この際、負荷状態を、例えば量的に直接判定することが基本的に可能であるが、これと相関関係にある間接的な測定値又は特性量を援用してもよい。過程ａ）は、少なくとも内燃機関の通常動作中に連続的に実施するのが好ましいが、状況によっては、短時間の間隔をおいての判定も有意義である。
【００１７】
これとの関連で、最新の負荷状態を算出すると特に好ましい。かかる算出は、排ガスを形成する抽出物と、粒子捕集器の領域での外的な環境条件とに基づき決定するとよい。この際、例えば排ガスの変換率も内燃機関の動作状態の関数として援用する。即ち換言すると、例えば排ガス組成、特に窒素酸化物形成とこれが粒子除去に及ぼす影響を考慮する。このとき二酸化窒素の還元により、その都度固有の変換率を具体化する。話を分かり易くすべく、以下においてはこのような二酸化窒素による煤粒子の変換について詳しく考察する。その化学反応は大略次式によって表せる。
Ｃ＋ＮＯ2→ＣＯ2＋１／２Ｎ2
ここでＣは煤粒子、ＮＯ2は二酸化窒素、ＣＯ2は二酸化炭素、Ｎ2は窒素を表す。反応速度は、次の関係式を用いて表示できる。
【数１】
2008544149.tif 000003
ここで、式中の各記号は下記の表１のとおりである。
【表１】
2008544149.tif 000004
【００１８】
ここでは、粒子捕集器の表面に分散して配分された煤粒子の配置と（Ａ煤粒子又は粒子捕集器のフィルタ材料Ａフィルタ）、煤粒子による粒子捕集器の負荷と（ｋ煤）、質量固有の煤粒子表面積（Ａ'固有：粒子自体の固有表面積：煤については約３５０ｍ2／ｋｇ）とから得た、煤粒子の絶対表面積（Ａ）を前提としている。このとき質量固有の煤粒子表面積はそれ自体として、通常、粒子捕集器に存在している煤粒子負荷に依存して決まる。何故なら、負荷が増えていくと煤粒子が重なり合い、質量固有の煤粒子表面積が減るからである。このように粒子捕集器の具体的な構成によっては、そして特に煤粒子による粒子捕集器の負荷が増大すると、反応面としての煤粒子の表面全体が反応相手にとってアクセス可能なので算出に援用できるとは考えることができない。むしろ、他の領域よりも粒子捕集器の領域に流れ込みやすくなり、煤粒子又は二酸化窒素が供給されやすくなるという事態および／又は原理的には活性のある煤粒子の領域が煤粒子の積層によって塞がれ、そのために反応相手にとってアクセス不能になるという事態が起こる。
【００１９】
このため、通常、使用する粒子捕集器について負荷依存的・構造型式依存的な煤粒子のアクセス可能な表面積（Ａ）を前提とし、この表面積は、例えば最大値（煤粒子の最大の分散時に相当、粒子捕集器に堆積した煤粒子の線形増加に伴う、煤粒子の絶対表面積の線形増加）と最小値（粒子捕集器における煤粒子の堆積の増加に関わらない、煤粒子の一定の絶対表面積）の間で変動する可能性がある。この関係は次式で表すことができる。
（３）  Ａ＝Ａ'固有・ｍ煤＝Ａ'固有・Κ煤・Ａフィルタ  ［ｍ2］
ここで、式中の各記号は下記の表２のとおりである。
【表２】
2008544149.tif 000005
【００２０】
更に式（２）には速度定数（ｋ'）が与えられ、この速度定数は次のように表せる。
【数２】
2008544149.tif 000006
ここで、式中（４）の記号は下記の表３のとおりである。
【表３】
2008544149.tif 000007
【００２１】
式（３）と（４）に基づく事実関係を（２）へ代入すると、質量を基準とする煤の反応変数について次の関係が得られる。
【数３】
2008544149.tif 000008
【００２２】
この関係を用い、かつ煤の堆積に関し示した取組みにより、質量収支を作成でき、該収支は、エンジンの周辺条件（粒子濃度、温度、二酸化窒素濃度、排ガス質量流量）並びに粒子捕集器の周辺条件（長さ、直径、セル密度、フィルタ面積、フィルタ密度、透過率、フィルタ幾何学形状）を斟酌した上で、各時点で存在している粒子捕集器の煤負荷を比較的正確に判定することを可能にする。ここに挙げた例では、ＮＯ2の変換に特別に着目して、反応の進行について記述した。しかし、例えば高いエンジン負荷の結果としての、例えば煤の燃焼等、粒子捕集器の挙動に対するこれ以外の影響要因も考慮できることは明らかであり、それについて相応の計算モデルを利用できる。かくして、粒子捕集器の効率向上のための時点を判定する、ハードウェア面で非常に簡単な手法が成立する。
【００２３】
それにより、粒子捕集器の挙動を比較的正確に反映させることができ、その結果排ガスシステムおよび／又は内燃機関の必要な情報又は実際値の準備にあたって、どれだけ多くの粒子が生じているか、どれだけ多くの粒子が変換されているかが各時点で判定できる。それを基にして負荷状態も判定できる。かくして、粒子捕集器の効率向上のための時点を判定する、ハードウェア面で非常に簡素な手法が得られる。
【００２４】
本方法の更に別の実施形態では、粒子捕集器の前の第１の地点と、粒子捕集器の後の第２の地点との間の排ガス設備における圧力差を参照して最新の負荷状態を判定する。粒子捕集器の「前」、「後」とは、排ガスの進行方向を基準とする地点を意味する。粒子捕集器のフィルタ材料と流動経路又は通路は、排ガスにとり圧力低下を結果として伴う流動抵抗である。そこで粒子捕集器を介しての圧力差を監視していれば、負荷状態に関する情報が得られる。特に、計算モデルがあらゆる条件の下で本発明の方法にとって十分な精度を最新の負荷状態に関して供給するのであれば、このような圧力差の監視は必要ない。しかし制御のために例えば圧力差を用いる場合は、連続的な監視を行うのが好ましい。
【００２５】
本方法の更に別の実施形態では、排ガス中の粒子に関する粒子捕集器の効率を過程ｂ）の間に、内燃機関の通常動作に比べ少なくとも２０％だけ向上させ得る。過程ｂ）の間の粒子捕集器の効率向上は、２０〜３０％の範囲内にあると好ましい。効率向上が起こる時間は、主に外的な環境条件又は内燃機関の作動形態（例えば走行サイクル）により規定される。過程ｂ）が何十分かの間、例えば１０〜３０分以上持続することも珍しくなく、場合によっては６０分以上持続することさえある。きれいなフィルタ面が再び十分に存在するようになり、一方でフィルタ材料の通過に関し、また他方で周囲への未濾過のままの流出に関し、生じている圧力差の比率が十分に低くなる迄効率が向上する。
【００２６】
更に、過程ｂ）の時間を負荷状態に依存して規定することも提案する。これは特に、粒子捕集器に溜まっている粒子の量に依存し、過程ｂ）に記載の効率向上が様々に異なる時間持続することを意味し、このことは、特に粒子捕集器の粒子量が多ければ、長時間にわたって過程ｂ）を実施することを意味する。
【００２７】
効率向上中の排ガスの温度に依存して過程ｂ）の時間を規定するのも同じく好ましい。ここで提案する方法では、熱による粒子の再生のための温度に迄は達しないが、それでも排ガスの温度の影響には大きな意義がある。例えば窒素酸化物を用いた煤の転換について考察すると、例えば約２００〜２３０°の温度とする。過程ｂ）の進行中に少なくとも一時的にこの温度を下回ると、通常、効率向上のプロセスを延長する。いわば、上記の限界温度の範囲内での反応は、例えば約３００℃の温度の場合程には転換に好適ではなく、又はダイナミックでない。従って、排ガスの温度に依存して過程ｂ）の時間を選択するのが好ましい。排ガスの温度は、例えば内燃機関の排ガス設備および／又は粒子捕集器に少なくとも１つの温度センサを組み込むことにより、周知の方法で判定できる。
【００２８】
更に、効率向上中の排ガスの二酸化窒素濃度に応じ、過程ｂ）の時間を規定し得る。換言すると、排ガスの二酸化窒素濃度を過程ｂ）の間に算出、又は監視し、この二酸化窒素濃度に依存して時間を変動させる。かくして、二酸化窒素濃度が高いときには、多い数の反応相手を粒子に対して提供し、時間を短縮できる。
【００２９】
更に、効率向上中、排ガス中の水の濃度に依存して過程ｂ）の時間を規定するとよい。これは、特に排ガス中の水又は水蒸気の濃度を監視又は判定することを意味する。水の濃度は煤の転換挙動にも相当の影響を及ぼし、水の濃度の上昇に伴い粒子捕集器の効率の向上が始まり、このことは、特に排ガス中における５％迄の水の濃度に対し当て嵌まる。
【００３０】
本方法の更に別の実施形態では、効率向上中の排ガスのオゾン濃度に応じ過程ｂ）の時間を規定する。温度が比較的低いとき（例えば約３００℃以下）、オゾンの存在は二酸化窒素の場合に類似する効果を煤転換に及ぼすことが知られている。従って、特に３００℃以下の温度の場合には、高濃度のオゾン濃度を準備するのが特に好ましい。
【００３１】
本方法の更に別の実施形態では、生成する排ガス中の二酸化窒素濃度が上昇するように内燃機関の少なくとも１つの動作パラメータを過程ｂ）の間に調整する。このことは、例えば生成する排ガスで通常動作に比べて高い二酸化窒素濃度が生じるようになる程度迄、エンジン側で動作特性マップを変更することを意味する。しかし代替的又は追加的に、例えば一層高い一酸化窒素濃度が生じるように内燃機関を作動させることもでき、一酸化窒素（ＮＯ）を含むこの排ガスを、引き続いて酸化触媒装置を通るように案内し、もって、排ガス中に含まれる酸素（Ｏ2）と共に二酸化窒素（ＮＯ2）を一層多く形成できる。更にここに説明する目標設定の下で、排ガス再循環を相応に適合化することも考えられる。
【００３２】
更に別の形態では、生成する排ガス中の酸素濃度が上昇するように、内燃機関の少なくとも１つの動作パラメータを過程ｂ）の間に調整できる。酸素の存在は、煤の転化挙動又は一酸化窒素から二酸化窒素への転換に対し主要な影響を及ぼす。このため、できるだけ多くの酸素を供給するとよい。排ガス再循環を含む排ガス設備では、再循環する排ガスの割合をできるだけ少なく抑えるのが好ましく、それにより、過程ｂ）の間に通常動作を超えて上昇する酸素濃度が存在するようできる。
【００３３】
ここで付言しておくと、状況によっては、５％迄の水分比率および／又は高いオゾン比率が存在するように内燃機関を作動させることも可能である。
【００３４】
本方法の更に別の実施形態では、生成する排ガスが粒子捕集器の領域で最高でも５０℃の温度を受けるよう、内燃機関の少なくとも１つの動作パラメータを過程ｂ）の間に調整する。温度上昇はこの値を更に大きく下回るとよく、例えば２０℃である。この結果、粒子捕集器の高い熱負荷を回避できる。二酸化窒素による煤の転換という観点からは、限界温度の領域では、このように僅かな温度上昇だけで既に転換率を明らかに向上でき、これは、粒子捕集器の所望の効率向上を伴う。この際温度上昇は、特に過程ｂ）の開始前に粒子捕集器の領域における排ガスの温度が、二酸化窒素と煤の化学反応のための温度を下回っている場合、即ち例えば２３０℃を下回っている場合に好ましい。粒子捕集器の領域でこの限界温度を明らかに上回る温度が既に生じているときは、内燃機関の他の固有の動作パラメータを適合化するのが好ましい。
【００３５】
以上に挙げた内燃機関の固有の動作パラメータは、所謂エンジン制御部によって、単に内燃機関の特性マップを相応に適合化することで行える。
【００３６】
本発明は、上述の方法を実施する装置を提供する。この装置は少なくとも次の要素を含む。即ち、
内燃機関と排ガス設備とを備える車両を含み、
内燃機関はエンジン制御部によって作動し、
排ガス設備は少なくとも１つの特に開放型の粒子捕集器を有し、
少なくとも１つの粒子捕集器の効率を判定するための手段が設けられている。
【００３７】
この車両は地面を走行する原動機付き車両、例えば乗用車やトラックである。この種の車両は内燃機関としてガソリン又はディーゼルエンジンを有するのが通例であり、そこで生じた排ガスを周囲に放出する。この内燃機関を作動させるべく、例えば供給される空気量又は燃料量、燃料・空気混合物の点火時期、内燃機関の内部圧力およびその他の数多くの固有の動作パラメータを内燃機関の負荷状態に依存して変えるエンジン制御部を利用するのが普通である。この際エンジン制御又は内燃機関の動作は、通常動作時には所定の走行サイクルを前提として規定され（例えばヨーロッパでは所謂ＮＥＦＺサイクル、アメリカではＦＴＰサイクル。この両方は該地域の当業者に既知である）、そのためエンジン制御部は特定の負荷状態の際に同じ動作パラメータを相応の方法で制御するのが通例である。
【００３８】
排ガス設備は、少なくとも１つの粒子捕集器に加えて、それ以外の部品も排ガス処理のために有し得る。例えば酸化触媒装置、ミキサ、添加剤の供給部、フィルタ、吸着剤等を備える。最初に説明した方法を具体化すべく、少なくとも１つの粒子捕集器の効率を判定する手段も本装置に設け得る。これはエンジン制御部の一部や、別個のセンサ等である。前記手段がエンジン制御部の一部である場合、これをコンピュータプログラムとしてエンジン制御部に組み込むとよい。このコンピュータプログラムは、過程ｂ）の間に内燃機関の通常動作からの逸脱が起こるように作用し、この際、粒子捕集器の効率向上が起こるよう、内燃機関の少なくとも１つの固有の動作パラメータを調整する。
【００３９】
これとの関連で、本装置は、排ガス再循環装置を含む排ガス設備を備えていると格別に好ましい。このような排ガス再循環装置は、所望の効率向上が開始されるように内燃機関の固有の動作パラメータに影響を与えることを、比較的簡単な方法で可能にする。この場合、再循環する排ガス流をエンジン制御部によって可変に調整可能であるとよい。
【００４０】
次に、本発明並びにその技術分野について、図面を参照しながら詳しく説明する。各図面は、本発明に基づく方法又は装置の格別に好ましい実施形態を示しているが、本発明はこれに限定されない。特に、グラフを援用して明示している諸量の関係は、現実にそのまま転用できないのが通例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
図１は、内燃機関３を備える車両５を模式的に斜視図で示す。内燃機関３で生じた排ガスは排ガス設備２を介して周囲へ流出し、その中にある有害物質は排ガス設備２の内部で予め処理される。内燃機関３の制御はエンジン制御部６により行われる。エンジン制御部は、例えば内燃機関の点火の他、排ガス再循環装置７を経て内燃機関３へ再循環する排ガスの割合等も制御する。排ガス設備２で、排ガスはまず触媒装置８に当たり、例えば二酸化窒素の形成に適した触媒装置８（酸化触媒装置）に当たる。そして二酸化窒素を富化された排ガスは、更に粒子捕集器１に向かって流れる。排ガス設備２は圧力センサ（図示せず）を第１の地点Ｐ１と第２の地点Ｐ２に備え、もって粒子捕集器１を介しての圧力差を判定する。排ガスシステムのセンサで得られた測定値は、エンジン制御部６へ提供するとよい。この圧力差は、例えば粒子捕集器４の効率を表す目安として使用できる。
【００４２】
図２は、開放型の粒子捕集器１の一実施形態の構造を模式的に示す。粒子捕集器１は、実質的に互いに平行に配置された多数の通路１１を有する。通路１１は、少なくとも１つの平滑層９と少なくとも１つの波形層１０との交互の配置により形成されている。平滑層９と波形層１０を引き続いて相互に結合するか、又は巻き付けることで、粒子捕集器１を形成できる。このとき、平滑層９は例えば金属不織布等のフィルタ材料からなる。浄化すべき排ガスを通路１１の内部でこのフィルタ材料に向かって誘導すべく、通路１１中へ延びる突起１２を設けている（本例では波形層１０にのみ設けているが、必ずしもその必要はない）。この突起１２は通路１１を部分的に閉鎖するが、排ガスがその側を通り抜けることも可能にしている。排ガスは貫流方向１３で通路へ流れ込み、少なくとも幾つかの個所で、フィルタ材料からなる平滑層９の方に向かって突起１２により誘導される。排ガスがフィルタ材料を含む平滑層９と接触すると、煤粒子が沈積又は捕集され、そのため排ガス中に含まれる二酸化窒素による転換を実行できる。隣接する通路１１での流動交換を改善すべく、平滑層９および／又は波形層１０は開口部１４を備え得る。
【００４３】
図３は、粒子捕集器１の隣接する通路１１を詳細に示し、ここでは、粒子捕集器１の内部における排ガスの流動方向１３又は流動挙動を示している。ここで平滑層９はハッチングを付して図示され、フィルタ材料を含むとよい。例えば波形層１０は、例えば金属シートの部分領域が通路１１の中へ押し込まれ、又は案内翼部が金属シートから打ち抜かれていることで、多数の突起１２を有する金属シートで構成されている。この際突起１２は、流れてくる排ガスにとっての迂回路１５が生ずるように構成されている。突起１２の向きは、各利用目的に合わせて適合化されていてよい。原則として、粒子捕集器１を構成するときには、高温と腐食に対して耐性のある材料を用いる。
【００４４】
粒子４を含む排ガスは、矢印で図示の如く迂回路１５を通り、又はフィルタ材料を含む平滑層９を通るように強いられる。図３の右側部分は、そのために必要な流動抵抗を圧力差により示している。迂回路１５を貫流する際、この部分排ガス流はバイパス圧力変化Δｐ２を受ける。フィルタ材料を含む平滑層９を貫流する際には、フィルタ圧力変化Δｐ１が確認される。フィルタ材料の負荷が増大すると、値Δｐ１が上昇し、平滑層９ではなく迂回路１５を流れようとする部分排ガス流の傾向が強まる。これは効率低下と結びつき、本発明の方法によって、このような効率低下を少なくとも明らかに制限できる。
【００４５】
図４は、開放型の粒子捕集器の効率Ｅの推移を模式的に示す。粒子捕集器の効率Ｅは、煤の転換のために十分な条件の際には、平均の効率値Ｅｍを中心として上下する。ところが市街地走行では、排ガス温度が低くなり煤発生が強まるため、フィルタ材料への煤粒子の沈積が増大し、そのため排ガスの貫流が次第に妨げられる。この結果粒子捕集器の効率Ｅが低下する。第１の効率限界値Ｅ１に達し又はこれを下回る、粒子捕集器の第１の時点ｔ１に達すると、粒子捕集器の効率向上が始まる。図４は、本発明による操作を行っていない、効率Ｅの「通常の」推移を一点鎖線で示す。しかし本発明による効率向上が始まると、粒子捕集器の効率Ｅが最初は維持され、最終的には、第２の効率限界値Ｅ２に至る迄上昇する。第２の時点ｔ２で第２の効率限界値Ｅ２に達すると、再び内燃機関の通常動作が有効となり、粒子捕集器の効率Ｅは平均の効率値Ｅｍを中心として上下に変動する。
【００４６】
図５は、通常動作（Ｂｎ）中の動作パラメータＢの推移を、同じく時間ｔに対し示す。時点ｔ１で効率向上が始まると、動作パラメータＢの変化がこれに続く（Ｂｅ参照）。第２の時点ｔ２で第２の効率限界値Ｅ２に達すると、内燃機関の通常動作が再び有効となる。なお、記号Ｂｅの推移は一定でなくてもよく、効率向上中に変化する値を含み得る。更に固有の動作パラメータＢのこの模式的な図面は、必ず１つの動作パラメータＢだけが変化するという具合に理解すべきではない。むしろ、複数の動作パラメータＢを同時におよび／又は時間的に互いにずらしつつ、粒子捕集器の効率向上のために適合化できる。
【００４７】
図６は、転換すべき粒子質量Ｍに及ぼす二酸化窒素濃度Ｎの影響を、同じ時間間隔で模式的に示す。この図から、二酸化窒素濃度の値が増すに伴い（Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３参照）転換すべき粒子の量が増えることが解る（ΔＭ１、ΔＭ２、ΔＭ３参照）。この作用が効率向上の際に活用され、その結果、例えば高負荷時、即ち粒子捕集器に沈積した煤粒子の量が多いときには、所定の時間間隔内で排ガス再循環等の特定の設定によって、沈積した煤粒子が粒子捕集器からなくなるよう、二酸化窒素の供給量を選択できる。
【００４８】
ここで説明した方法と装置で、内燃機関の排ガス設備の燃料節約型かつ材料保全型の動作を、同時に、排ガス設備に組み込まれた粒子捕集器の高い効率で保証できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】排ガス設備を備える自動車である。
【図２】開放型の粒子捕集器を示す詳細図である。
【図３】開放型の粒子捕集器を示す更に別の詳細図である。
【図４】粒子捕集器の効率の推移を模式的に示す図である。
【図５】内燃機関の固有の動作パラメータの変化を模式的に示す図である。
【図６】煤の転換率に及ぼす二酸化窒素濃度の影響を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  粒子フィルタ、２  排ガス設備、３  内燃機関、４  粒子、５  車両、６  エンジン制御部、７  排ガス再循環装置、８  触媒装置、９  平滑層、１０  波形層、１１  通路、１２  突起、１３  流動方向、１４  開口部、１５  周囲、Ｂ、Ｂｎ、Ｂｅ  動作パラメータ、Ｅ  効率、Ｅ１、Ｅ２、Ｅｍ  効率限界値、Ｍ  粒子質量、Ｎ  二酸化窒素濃度、Ｐ１、Ｐ２  地点、ｔ  時間、ｔ１、ｔ２  時点、Δｐ１  フィルタ圧力変化、Δｐ２  バイパス圧力変化
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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