(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
未燃炭化水素の気筒内ポスト噴射により燃焼機関（１０）の排気ガスを未燃炭化水素でリッチ化する方法であって、前記燃焼機関（１０）は、複数の気筒（１２）、前記複数の気筒（１２）のうち少なくとも二つから排気ガスを受け入れる少なくとも一つの排気マニホールド（１４）、及び前記排気マニホールド（１４）から少なくとも一つの前記気筒（１２）の吸気口（１３）に排気ガスを供給するＥＧＲ回路を備えており、前記排気マニホールド（１４）は、排気後処理システム（２３）に排気ガスを供給する第１の出口（２６）及び前記ＥＧＲ回路に排気ガスを供給する第２の出口（２７）を有しており、
排気ガスが前記ＥＧＲ回路を介して流れる複数の異なる機関運転状態において、
複数の異なる機関運転状態において前記ＥＧＲ回路を通って流れている排気ガスがどの気筒（１２）に由来するかをマッピング及び／又はモデリングする段階、
前記マッピング及び／又はモデリングに基づいて、前記複数の気筒（１２）のうち少なくとも二つから選択された一つの予め定められた気筒（１２）と前記複数の異なる機関運転状態から選択された予め定められた機関運転状態の組合せを決定し、前記運転中の機関の特定の設計について、前記ポスト噴射された炭化水素の前記ＥＧＲ回路への流れが実質的にゼロとなるように前記予め定められた気筒内への気筒内ポスト噴射と共に前記予め定められた機関運転状態を設定する段階、
機関運転状態を監視する段階、及び
前記監視している機関運転状態が前記予め定められた機関運転状態に等しいときに、前記排気マニホールド（１４）に接続されている前記少なくとも二つの気筒（１２）のうちの前記一つの予め定められた気筒（１２）内への前記未燃炭化水素の気筒内ポスト噴射を実行する段階、を特徴とする方法。
【請求項２】
前記ポスト噴射された炭化水素によって前記排気後処理システム（２３）の少なくとも一部を再生させる段階、を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記監視している機関運転状態が前記予め定められた機関運転状態に等しいときにのみ、前記一つの予め定められた気筒（１２）内に前記未燃炭化水素の気筒内ポスト噴射を実行する、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】
前記一つの予め定められた気筒（１２）内への前記未燃炭化水素の気筒内ポスト噴射の前記実行が、前記燃焼機関（１０）の排気ガスを未燃炭化水素でリッチ化し、かつ同時に前記ポスト噴射された炭化水素が前記ＥＧＲ回路に到達することを防止する唯一の手段である、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記機関運転状態に少なくとも機関回転数及び機関負荷が含まれる、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記機関運転状態に前記ＥＧＲ回路内の排気ガスの流量が含まれる、ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記運転中の機関の特定の設計が、各排気マニホールド（１４）のための、あるいは気筒の各組のための、又は各機関（１０）のための一つのＥＧＲ弁（２５）が前記ＥＧＲ回路に設けられている、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記運転中の機関の特定の設計は、前記第１及び第２の出口（２６、２７）が、前記少なくとも一つの排気マニホールド（１４）に接続されている気筒（１２）の配列方向（２８）と平行な方向に互いに距離（Ｄ）で配置される、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記運転中の機関の特定の設計は、前記第２の出口（２７）が前記マニホールドの第１の端部（２９）と前記排気マニホールド（１４）の中心点（３０）との間に配置され、かつ炭化水素をポスト噴射するために選択された前記予め定められた気筒（１２）が前記排気マニホールド（１４）の第２端部（３１）と前記排気マニホールド（１４）の前記中心点（３０）との間に配置される、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記運転中の機関の特定の設計は、前記機関が直列に配列された少なくとも４つの気筒（１２）を備え、かつ前記第２の出口（２７）が前記気筒（１２）の配列方向（２８）において前記第１の出口（２６）から実質的にオフセットして配置されている、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記運転中の機関の特定の設計は、前記機関が直列に配置された６つの気筒（１２）を備える、ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記運転中の機関の特定の設計は、前記排気マニホールド（１４）に内部仕切壁及び／又は制御可能な流量弁がない、ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
コンピュータプログラムであって、前記プログラムがコンピュータ上で実行されるときに請求項１乃至１２のいずれかに記載した全ての段階を実行するプログラムコード手段を含むコンピュータプログラム。
【請求項１４】
コンピュータプログラム製品であって、前記プログラム製品がコンピュータ上で実行されるときに請求項１乃至１２のいずれかに記載された全ての段階を実行する、コンピュータ可読媒体に格納されたプログラムコード手段を含むコンピュータプログラム製品。
【請求項１５】
未燃炭化水素の気筒内ポスト噴射により燃焼機関の排気ガスを未燃炭化水素でリッチ化する方法を実行するためのコンピュータシステムであって、前記燃焼機関（１０）は、複数の気筒（１２）、前記複数の気筒（１２）のうち少なくとも二つから排気ガスを受け入れる少なくとも一つの排気マニホールド（１４）、及び前記排気マニホールド（１４）から少なくとも一つの前記気筒（１２）の吸気口（１３）に排気ガスを供給するＥＧＲ回路を備えており、前記排気マニホールド（１４）は、排気後処理システム（２３）に排気ガスを供給する第１の出口（２６）及び前記ＥＧＲ回路に排気ガスを供給する第２の出口（２７）を有しており、
前記コンピュータシステムは、
排気ガスが前記ＥＧＲ回路を介して流れる複数の異なる機関運転状態において、
複数の異なる機関運転状態において前記ＥＧＲ回路を通って流れている排気ガスがどの気筒（１２）に由来するかをマッピング及び／又はモデリングし、
前記マッピング及び／又はモデリングに基づいて、前記複数の気筒（１２）のうち少なくとも二つから選択された一つの予め定められた気筒（１２）と前記複数の異なる機関運転状態から選択された予め定められた機関運転状態の組合せを決定して、前記運転中の機関の特定の設計について、前記予め定められた気筒内への気筒内ポスト噴射と共に前記予め定められた機関運転状態が前記ポスト噴射された炭化水素の前記ＥＧＲ回路への流れが実質的にゼロとなるように設定し、
機関運転状態を監視し、
前記監視している機関運転状態が前記予め定められた機関運転状態に等しいときに、前記排気マニホールド（１４）に接続されている前記少なくとも二つの気筒（１２）のうちの前記一つの予め定められた気筒（１２）内への前記未燃炭化水素の気筒内ポスト噴射を指令する動作が可能なプロセッサを含んでいることを特徴とするコンピュータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼機関の排気ガスを未燃炭化水素でリッチ化する方法に関し、その燃焼機関は、複数の気筒、これらの複数の気筒のうちの少なくとも二つから排気ガスを受け入れる少なくとも一つの排気マニホールド、及びこの排気マニホールドから少なくとも一つの気筒の吸気口に排気ガスを供給するＥＧＲ回路を備え、その排気マニホールドは、排気後処理システムに排気ガスを供給する第１の出口、及び前記ＥＧＲ回路に排気ガスを供給する第２の出口を有している。
【０００２】
本発明はまた、プログラムコード手段を含むコンピュータプログラム、コンピュータ可読媒体に格納されたプログラムコード手段を含むコンピュータプログラム製品、並びに燃焼機関の排気ガスを未燃炭化水素でリッチ化する方法を実行するコンピュータシステムに関する。
【０００３】
本発明の方法は、排気後処理システムの再生が定期的に必要となり得るディーゼル機関に特に適用することができる。
【背景技術】
【０００４】
ディーゼル機関は作動の信頼性及び低燃費で知られているが、例えば三元触媒を備えているガソリン機関のように、低いエミッションを生じさせる訳ではない。ディーゼル機関からのエミッションを改良する一つの方法は、排気ガスからスート及び粒子を濾過する微粒子フィルタ及び／又はＮＯｘ後処理システムを装備することである。これらのフィルタは、通常は非常に効果的であり、大きな粒子及び小さな粒子の両方を集塵する。フィルタがスートで一杯になることを防止し、かつ機関から出る排気ガスに大きな圧力損失が生じることを防止するためには、スートを燃焼させなければならない。一つの方法は、ディーゼル排気ガスに含まれている酸化窒素によってスートを燃焼させることである。この場合、ＮＯ２という形態を取る酸化窒素の一部は摂氏約２５０度〜４００度の温度範囲でスートを酸化させることができるが、このプロセスは、酸化触媒がフィルタの前にあり又はフィルタ自体が触媒層で覆われている場合でも比較的長い時間がかかるとともに、事実上常に活性化している必要がある。微粒子フィルタに蓄積したスートを酸化させるもう一つの方法は、ディーゼル燃焼からの余剰酸素Ｏ２が直接スートを酸化させることができるように概ね摂氏６００度〜６５０度にフィルタを加熱することであるが、これは迅速なプロセスである。何時間もの運転時間にわたって蓄積されたスートは、５分〜１０分のオーダーの時間で酸化消失させることができる。特にタービンが排気流から動力を取り出すとともに温度の低下を生じさせるターボユニットの後方では、ディーゼル機関の排気温度は、通常、摂氏６００度〜６５０度に決して到達しない。ターボユニットのタービンの下流の排気温度が摂氏２５０度より低いことは珍しくなく、その温度より低いと酸化触媒は適切に機能しない。
【０００５】
微粒子フィルタといったＮＯｘトラップを再生するために排気温度を一時的に上昇させることは、例えば燃料の形態の未燃炭化水素をＮＯｘトラップ又はＮＯｘ触媒の上流の排気ガス内に供給することで実現することができる。一つの共通の解決策は、微粒子フィルタの上流の排気システム内に直接的に未燃炭化水素を噴射する独立した燃料インジェクタを、排気システムに設けることである。しかしながらこの解決策は、排気システム内に配置される追加の燃料インジェクタだけではなく、この追加の燃料インジェクタに対する燃料供給ラインを必要とし、それによってコスト、保守の必要性、及び排気後処理システムの故障リスクを高める。
【０００６】
代りの解決策によると、未燃炭化水素は、一つ又は複数の気筒内への燃料の気筒内ポスト噴射によって供給される。したがってこの解決策は、排気ガスに未燃炭化水素を供給するための追加の燃料インジェクタを必要としない。最も新しいディーゼル機関のいくつかは、多くの場合、ＮＯｘエミッションを低減する排気ガス再循環装置（ＥＧＲ）を備えている。気筒内ポスト噴射と、ＥＧＲシステム、微粒子フィルタ、及び／又はいわゆるＮＯｘトラップあるいはＮＯｘ触媒によるＮＯｘ後処理を組み合わせることは、未燃炭化水素によるＥＧＲ回路の潜在的な汚染並びに燃焼状態の変化に帰着する吸入空気の未燃炭化水素によるリッチ化といった合併症を伴う。したがって、再生のために未燃炭化水素を含む排気ガスを排気システムに向けながらも、未燃炭化水素のＥＧＲ回路内への再循環の防止がなされるべきである。
【０００７】
ＥＧＲ回路内の燃料によるこれらの副作用は、特許文献１に開示されているように遅いポスト噴射が生じるときにＥＧＲ回路を選択的に閉じることによって、あるいは特許文献２に開示されているように特別に設計された排気マニホールドと組み合わせて慎重に選択された気筒にのみ気筒内ポスト噴射を適用することによって、又は特許文献３及び特許文献４に開示されているようにある指定された気筒への気筒内ポスト噴射と組み合わせて２つの部分に分割された排気システムを提供することによって、防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０１９６１７８号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８／１１０１６１号明細書
【特許文献３】米国特許第５，９８７，８８４号明細書
【特許文献４】米国特許第６，１４１，９５９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
制御可能なバルブ手段によって排気ガス流を制御する方法、又は排気マニホールド及び／又はシステムを少なくとも２つの部分に分割する内側の仕切壁は、より高価な排気システムに帰着するとともに、組み込みのためにより多くの空間を必要とする。しかしながら、特別に設計される排気マニホールドは、かなりの設計労力を必要とするとともに、排気マニホールドの潜在的な設計の可能性を制約する。したがって、上述した不都合を取り除く、燃焼機関の排気ガスを未燃炭化水素でリッチ化するための改良された方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、前述した課題が少なくとも部分的に防止される、燃焼機関の排気ガスを未燃炭化水素でリッチ化する方法を提供することにある。この目的は、請求項１の特徴部分の特徴によって達成される。
【００１１】
本発明は、燃焼機関の排気ガスを未燃炭化水素でリッチ化する方法に関し、燃焼機関は、複数の気筒、これらの複数の気筒のうちの少なくとも二つから排気ガスを受け入れる少なくとも一つの排気マニホールド、及びその排気マニホールドから少なくとも一つの気筒の吸気口に排気ガスを供給するＥＧＲ回路、を備えており、その排気マニホールドは、排気後処理システムに排気ガスを供給するための第１の出口、及びＥＧＲ回路に排気ガスを供給するための第２の出口を有している。
【００１２】
本発明は、機関の運転状態を監視する段階、及び監視している機関運転状態が予め定められた機関運転状態に等しいときに、排気マニホールドに接続されている少なくとも二つの気筒のうちの一つの予め定められた気筒内に未燃炭化水素の気筒内ポスト噴射を実行する段階であり、運転中の機関の特定の設計について、ポスト噴射された炭化水素のＥＧＲ回路内への流れが実質的にゼロという結果となるようにその予め定められた機関運転状態が設定される段階、によって特徴付けられる。
【００１３】
本発明による方法の一つの有益な効果は、排気後処理システムの一部を加熱によって再生することを唯一の目的として排気システムに配置される如何なる燃料インジェクタをも省略し、それに代えて、その目的のために一つ又は複数の既存の燃焼気筒燃料インジェクタを使用することの可能性にある。排気システム内の燃料インジェクタの省略は、コストの低減及び機関と排気システムの信頼性の増加に結びつく。更なる利点は、高価なあるいは空間を消費する手段なしに、燃料のポスト噴射を実行する気筒からの排気ガスとＥＧＲ回路に入る排気ガスとを高度に分離することである。更に本発明の方法は、同時的な燃料の気筒内ポスト噴射とアクティブなＥＧＲ動作を可能にして、ＥＧＲシステムによる連続した高いレベルのＮＯｘ低減をもたらすことができるようにする。
【００１４】
従属クレームの特徴の一つ又はいくつかを実行することより、更なる利点が達成される。
【００１５】
一つの予め定められた気筒と予め定められた機関運転状態との組み合わせは、異なる機関運転状態においてＥＧＲ回路を通って流れている排気ガスがどの気筒に由来しているかのマッピング及び／又はモデリングに基づくことができる。言い換えると、このマッピング又はモデリングは、ＥＧＲ回路内を流れている排気ガスがどの気筒に由来しているかを決定し、それによって特定の機関運転状態において燃料の気筒内ポスト噴射が有利に実行されるべき気筒を決定するために使用される。一つ又は複数の気筒からの排気ガスがＥＧＲ回路に全く入らない又はわずかに入ると決定されると、必要とする予め定められた機関運転状態の登録に合わせて、この一つ又は複数の気筒は燃料ポスト噴射に適していると登録することができる。
【００１６】
監視している機関運転状態が予め定められた機関運転状態に等しい場合にのみ、一つの予め定められた気筒内に未燃炭化水素の気筒内ポスト噴射を実行することが好ましい。なぜならＥＧＲ回路の実質的な通常動作を実現できるからである。
【００１７】
一つの予め定められた気筒内への未燃炭化水素の気筒内ポスト噴射の実行は、燃焼機関の排気ガスを未燃炭化水素でリッチ化し、かつ同時にポスト噴射された炭化水素がＥＧＲ回路に到達することを回避するための唯一の手段とすることができる。
【００１８】
機関運転状態には、少なくとも機関回転数及び機関負荷が含まれる。追加のあるいは代わりの機関運転状態には、ＥＧＲ回路内の排気ガスの流量又はそれに対応するパラメータが含まれる。
【００１９】
ＥＧＲ回路には、各排気マニホールドのために、あるいは気筒の各組のために、又は各機関のために、単一のＥＧＲ弁を設けることができる。従来のＥＧＲシステムはＥＧＲ流量を制御するために単一のＥＧＲ弁を使用しているため、未燃炭化水素がＥＧＲ回路内に入り込むことを防止するための追加の制御弁はコストの増加及び機関の信頼性の低下並びに保守労力の増加に結びつく。
【００２０】
第１及び第２の出口は、少なくとも一つの排気マニホールドに接続される気筒の配列方向と平行な方向に互いにある距離を開けて配置することができる。第１及び第２の出口のその方向における分離は、きわめて高いレベルのＥＧＲ回路への未燃炭化水素の入り込み無しに燃料のポスト噴射を実行できる機関運転状態の量を増加させる。
【００２１】
排気マニホールドは、内部の仕切壁及び／又は制御可能な流量弁がないものとすることができる。
【００２２】
本発明は、コンピュータプログラムであって、そのプログラムがコンピュータ上で実行されるときに上述した発明の方法の全ての段階を実行するプログラムコード手段を含むコンピュータプログラムを更に提供する。
【００２３】
本発明は、そのプログラム製品がコンピュータ上で実行されるときに上述した発明の方法のあらゆる段階を実行する、コンピュータ可読媒体に格納されたプログラムコード手段を含むコンピュータプログラム製品を更に提供する。
【００２４】
本発明は、燃焼機関の排気ガスを未燃炭化水素でリッチ化する方法を実行するためのコンピュータシステムであって、その燃焼機関が、複数の気筒、これらの複数の気筒のうちの少なくとも二つから排気ガスを受け入れる少なくとも一つの排気マニホールド、及び少なくとも一つの気筒の吸気口にその排気マニホールドから排気ガスを供給するＥＧＲ回路を備えており、その排気マニホールドが、排気後処理システムに排気ガスを供給するための第１の出口及びＥＧＲ回路に排気ガスを供給するための第２の出口を有しており、そのコンピュータシステムが、機関運転状態を監視し、監視している機関運転状態が予め定められた機関運転状態に等しいときに、排気マニホールドに接続されている少なくとも二つの気筒のうちの一つの予め定められた気筒内への未燃炭化水素の気筒内ポスト噴射を指令し、運転中の機関の特定の設計について、ポスト噴射された炭化水素のＥＧＲ回路内への流れが実質的にゼロという結果となるようにその予め定められた機関運転状態が設定されるように作動可能なプロセッサを含むコンピュータシステムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による方法を適用できる機関レイアウトを示す図である。
【図２】図１の機関に使用される典型的な排気マニホールドの２次元配置を図式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の様々な態様を添付の図面と共に以下に記載して本発明を示すが本発明を限定するものではなく、類似の符号は類似の要素を示しており、発明態様の変形は具体的に示される実施形態には限定されず本発明の他の変形にも適用可能である。
【００２７】
図１に図式的に描かれている燃焼機関１０は、６つのピストン気筒１２と吸気マニホールド１３及び排気マニホールド１４を有する機関ブロック１１を備えている。排気ガスは、排気通路１５を通ってターボユニット１６のタービンホイール１７に至る。排気通路１５は排気マニホールド１４の第１の出口２６において排気マニホールド１４に接続されている。タービンシャフト１８は、吸気通路２０を通って入って来る空気を圧縮するとともに充填空気クーラ２１を介して吸気マニホールド１３に受け渡すターボユニット１６のコンプレッサホイール１９を駆動する。燃料は、（図示されない）噴射装置を介して各気筒１２に供給される。
【００２８】
タービンユニット１６を通過した排気ガスは、再生可能な微粒子トラップ又はＮＯｘトラップを含む排気後処理システム２３を通して排気ガスを導く排気管２２により大気に至る。微粒子トラップの再生は、気筒１２のいずれかからの未燃燃料の供給、例えばいわゆる「ポスト噴射」によって達成され、それは微粒子フィルタの上流の触媒内の燃料の酸化により、微粒子トラップ内のスートが発火して燃え尽きるのに充分に微粒子トラップ内の温度を上昇させる。
【００２９】
また、排気マニホールド１４からの排気ガスは、既知の排気ガス再循環（ＥＧＲ）技術によって機関１０からＮＯｘの放出を減少させるべく、配管２４を介して機関１０の吸気側に戻される。その配管２４は、排気マニホールド１４の第２の出口２７において排気マニホールド１４に接続されている。ＥＧＲ回路は、一方向弁とＥＧＲ流を調整する制御弁の両方の役割を果たす弁２５を有している。
【００３０】
気筒内ポスト噴射は、燃料が気筒内で発火する条件が満たされないクランク角度間隔で遂行される。これは、例えば膨張行程の後半の間に又は排気行程の間に燃料が気筒１２内に噴射される場合である。燃料が気筒１２内に噴射される場合、好ましくは、同じ噴射装置を通常の燃料噴射として使用することができる。
【００３１】
本発明による燃焼機関１０の排気ガスを未燃炭化水素でリッチ化する方法は、機関運転状態を監視する段階、監視している機関運転状態が予め定められた機関運転状態に等しいときに燃料の気筒内ポスト噴射を実行する段階を含む。監視する段階は、例えばセンサ又はモデルベースの推定によって、充分なサンプリング頻度で所望の機関運転状態を取得することにより実現することができる。本発明による好適な機関運転状態は、機関回転数及び機関負荷である。追加の又は代わりの機関運転状態は、ＥＧＲ回路内の排気ガスの流量である。機関回転数は、カムシャフトスピードセンサ等を使用して容易に測定される。機関負荷は、例えば燃料噴射データあるいは同種のものを含む機関負荷モデル等を使用して推定し、又は例えば機関出力トルクあるいは同種のもの等を使用して測定することができる。ＥＧＲ回路内の排気ガスの流量は例えばＥＧＲ流量計によって測定し、又は様々な関連パラメータに基づいて推定することができる。
【００３２】
監視している機関運転状態が予め定められた機関運転状態に等しいときに燃料の気筒内ポスト噴射を実行する段階は、現在の機関運転状態が予め定められた機関運転状態に等しいかどうかを連続的に調べるとともに、現在の機関状態が予め定められた機関状態に一致するときに予め定められた気筒１２への燃料の気筒内ポスト噴射を指令するように構成された機関管理システムよって実現することができる。予め定められた機関運転状態のそれぞれは、ここでは個々の運転状態の一つ又は複数の予め定められた範囲に相当する。
【００３３】
予め定められた機関運転状態は、予め定められた気筒１２内への気筒内ポスト噴射と共に、運転中の機関の特定の設計においてポスト噴射された炭化水素のＥＧＲ回路への流れが実質的にゼロとなるように設定される。この作用は、異なる機関運転状態において、ＥＧＲ回路を通って流れる排気ガスがどの気筒１２に由来するかをマッピングすることにより達成される。このように、マッピング及び／又はモデリングは、複数の異なる運転状態について機関１０の各気筒からの排気ガス流れのルートを決定することを意図している。理想的には、このマッピング及び／又はモデリングは、全ての異なる運転状態における機関の各気筒からの排気ガス流れのルートを定めるが、個々の排気ガス流れを取得するための労力の限界により、その代わりとして合理的な数の異なる機関運転状態に基づく結果、得られる排気ガス流れマップの解像度の度合いは低下する。
【００３４】
下記の表１は、そのようなマッピングの第１実施例を示しており、ＥＧＲ回路を通って流れる排気ガスがどの気筒に由来するかを示している。表１の具体的なマッピングは、図２に図式的に示されている排気マニホールドレイアウトのモデリング及びシミュレーションに基づいている。表１のマッピングは、以下の機関運転状態においてＥＧＲ回路を通って流れる排気ガスが由来する気筒を示している。機関回転数  毎秒２８．３回転；最大機関負荷。
【００３５】
【表１】
0006301845.tif 000002
【００３６】
表１から、気筒４、５及び６がＥＧＲ回路の排気ガスには相対的にほとんど関与しないことが明らかであり、きわめて少ない量の噴射燃料だけがＥＧＲ回路に入るので、それらの各々を燃料の気筒内ポスト噴射を実行することが可能な気筒１２としている。
【００３７】
下記の表２は、図２の排気系のレイアウトに基づくそのようなマッピングの第２実施例を示しているが、機関運転状態は以下のような低機関回転数モードとなっている。機関回転数  毎秒１９．５回転；最大機関負荷。
【００３８】
【表２】
0006301845.tif 000003
【００３９】
表２のデータは高機関回転数モードの早期にかなり符合しており、気筒４、５及び６のそれぞれがＥＧＲ回路の排気ガスに対し相対的にほとんど寄与していないことが明らかであり、それらの各々を燃料の気筒内ポスト噴射を実行する可能性がある気筒１２としている。
【００４０】
このマッピングは、配管の寸法、ＥＧＲ回路の位置や形状等といったパラメータを含めた使用する機関の物理的なモデルに基づく機関性能シミュレーションソフトウエアプログラムと組み合わされた、排気マニホールド及びＥＧＲバルブハウジングの３次元コンピュータ流体力学ＣＦＤモデルを使用して排気流れパターンを分析することによって作り出された。機関性能シミュレーションプログラム及び３次元ＣＦＤモデルは、排気マニホールド１４と気筒の接続部１、２、３、４、５、６、マニホールド１４とタービン１７の接続部２６、及びマニホールド１４とＥＧＲ回路２５の接続部２７に相当する８つのＣＦＤ接続手段により互いに組み合わされた。代わりに又はそれに加えて、このマッピングは排気ガス流れパターンを測定することによって実現することができる。
【００４１】
このとき、ＥＧＲ弁は全開位置でモデル化され、かつモル質量、粘度、比熱、温度及び伝導率といった熱力学的特性上の前提条件がＣＦＤ分析に含められた。ＣＦＤモデルは、単独で、一時的にはその境界に負荷される時間で変化する質量流量、圧力及び温度のデータと一緒にシミュレーションされた。質量流量及び温度は気筒との接続部１、２、３、４、５、６に負荷され、かつ圧力及び温度はタービン１７との接続部２６及びＥＧＲ回路２５との接続部２７に負荷された。各排気ポートの境界には、各気筒からの排気ガスのルートを追跡するために、同一の受動的な特性を有するそれ自身のスカラーが割り当てられた。
【００４２】
上の結果から、異なる機関運転状態においてＥＧＲ排気ガスが由来する気筒のマッピングが、使用可能な全ての機関構造について可能であること、及びＥＧＲ回路に入る未燃炭化水素のレベルが著しく減少し又は完全に防止される結果となる、特定の機関運転状態の期間の間における一つの別個の気筒１２内への燃料の気筒内ポスト噴射の組合せを決定できることは、明らかである。さらに、排気システムが別々の部分に分割されていないにもかかわらず、かつポスト噴射された燃料がＥＧＲ回路に入ることを防止するためにＥＧＲ弁以外の追加の制御弁が排気マニホールド１４に存在しないにもかかわらず、さらに各気筒１２の排気ポートの完全に外側にある排気マニホールド１４の一つの同じダクト内に全ての排気ガスが集められるにもかかわらず、この結果が達成される。発明の作用の結果として、燃料のポスト噴射のタイミングとＥＧＲのタイミングを切り離す、すなわち燃料の気筒内ポスト噴射の期間の間にＥＧＲバルブ２５を閉じる必要はなく、ＥＧＲ回路を作動状態のままとし、それによって高いＮＯｘ低減を維持することができる。燃料の気筒内ポスト噴射及び従来のＥＧＲ回路の作動は、結果的に同時に実行することができる。
【００４３】
予め定められた気筒１２内への未燃炭化水素の気筒内ポスト噴射は、好ましくは、監視している機関運転状態が予め定められた機関運転状態に等しいときのみに実行される。この戦略は、通常、排気マニホールドの設計に応じて、ＥＧＲ回路に入る未燃炭化水素が少ない又は微々たる量という結果になる。しかしながら、排気後処理システム２３の一部の再生が緊急に必要であり、また気筒１２内への燃料の気筒内ポスト噴射が燃焼機関１０の排気ガスを未燃炭化水素でリッチ化する唯一の手段であり、かつ機関の運転状態を監視する機関管理システムよって予め定められた機関運転状態が依然として検出されない場合は、いずれにしても燃料の気筒内ポスト噴射を例外的に実行する必要がある。場合によっては、未燃燃料がＥＧＲ回路に入ることを防止するために、このポスト噴射期間の間にＥＧＲバルブ２５を閉じることができる。
【００４４】
本発明の方法は、ポスト噴射された炭化水素によって排気後処理システム２３の少なくとも一部を再生させる。再生を必要とする主要な部分はディーゼル排気ガス微粒子フィルタであり、その内部に捕獲されたスート微粒子を焼き払うために時々十分に加熱することができる。
【００４５】
多くの異なる他の排気マニホールドのレイアウトが本発明の範囲内で可能であるが、ＥＧＲ回路に入る未燃燃料のレベルの低減を達成するために第１及び第２の出口２６、２７が特定の間隔を開けることが全般的に必要となる。図２の排気マニホールドのレイアウトにおいて、第１及び第２の出口２６、２７は、排気マニホールド１４に接続されている気筒１２の配列方向２８と平行な方向に互いに距離Ｄで配置されている。第２の出口２７は、マニホールドの第１の端部２９と排気マニホールド１４の中心点３０との間に配置される。好ましくは、炭化水素をポスト噴射するために選択された予め定められた気筒１２は、排気マニホールド１４の第２の端部３１と排気マニホールド１４の中心点３０との間に配置される。これにより、排気マニホールド内に噴射された未燃燃料は第１の出口２６を介して排気される。図２に示したレイアウトは単に例示的なレイアウトとみなされるべきであり、かつ第１の及び／又は第２の出口２６、２７の両方は、本発明を逸脱しない範囲で、またＥＧＲ回路内の未燃燃料の低いレベルに帰着する燃料をポスト噴射する気筒と機関運転状態との組合せを決定できる限りにおいて、マニホールド１４の第１のあるいは第２の端部２９、３１に向けて配置することができる。
【００４６】
図２において、第１の出口２６は、排気マニホールド１４に接続されている気筒１２の配列方向２８において排気マニホールド１４の中央に配置されており、かつ第２の出口２７は、気筒１２の配列方向２８において第１の出口２６から第１の端部２９に向かって距離Ｄだけオフセットしている。より正確には、第２の出口２７は、第２の気筒１２の入口とは反対側に配置されている。排気マニホールド１４は単一のダクト３２によって全般的に形成され、個々のパイプ部分３３は、その特定の排気マニホールド１４に関連付けられた機関１０の各気筒１２に延びている。一つのダクト３２を複数の部分に分割する内側の仕切壁が存在しないので、異なる気筒１２から共通の一つのダクト３２に流入する排気ガスは自由に混合することができる。第１及び第２の出口２６、２７は、一つのダクト３２に流体的に接続して配置され、かつ特定の出口２６、２７に排気ガス流を制御するためのバルブ手段は含まれていない。また、第１及び第２の出口２６、２７に接続された排気管１５、２４には、ＥＧＲ回路の従来のＥＧＲ弁以外にこの目的のための弁が無い。
【００４７】
前述したように、図１の実施形態の機関１０は、配列軸２８に沿った直線に沿って配列された６つの気筒１２を備えている。しかしながら、本発明の方法は、この機関構成には限定されず、例えば直列４気筒あるいは５気筒の構成、Ｖ型６気筒あるいはＶ型８気筒の構成といった他の直列又はＶ型の機関構成も本発明の範囲に含まれる。Ｖ型の気筒構成では、通常は独立した排気マニホールド１４が気筒１２の各列ごとに設けられる。
【００４８】
本発明はまた、そのプログラムがコンピュータ上で実行されるときに本発明の方法の全ての段階を実行するプログラムコード手段を含むコンピュータプログラムを包含している。プログラムコード手段を含むコンピュータプログラム製品は、コンピュータ可読媒体に格納することができる。本発明は、上述した本発明の方法を実行するコンピュータシステムを更に包含する。
【００４９】
請求の範囲に記載した参照符号は、請求の範囲によって保護される事項の範囲を限定するものとみなされてはならず、それらの唯一の機能は請求の範囲の理解をより容易にすることにある。
【００５０】
理解されるように、本発明は、添付の請求の範囲の要旨を逸脱しない範囲で、様々な自明な観点において変化させることができる。したがって、図面及び説明は、本質的に例証的なものであり、かつ限定的なものではないとみなされるべきである。
【符号の説明】
【００５１】
１０  燃焼機関
１２  気筒
１３  吸気口
１４  排気マニホールド
２３  排気後処理システム
２５  ＥＧＲ弁
２６  第１の出口
２７  第２の出口
２８  配列方向
３１  第２の端部
３２  ダクト
【図１】
0006301845.tif 000004
【図２】
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