(57)【要約】本発明は、内燃機関（２）に接続した排気ダクト（１０）中の触媒ユニット（１６）に熱的に近接して配置される微粒子除去装置（１５）を再生する方法に関する。微粒子除去装置は、排気ダクトを通過する排気流量を調整するための調整可能な排気圧制御装置（２０）の下流に配置される。内燃機関が低エンジン負荷で駆動すると、排気圧制御装置（２０）が所定制御圧で始動する。燃料は噴射ユニットによって排気ダクト（１０）へ供給され、前記触媒ユニット（１６）が前記燃料に曝され、燃料が酸化され、すす微粒子が前記排気流に含まれる酸素と反応して二酸化炭素に変換されるような温度に微粒子除去装置（１５）が加熱される。
2006505738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ダクトを通過する排気流量を制御するために調節可能な排気圧制御装置（２０）の下流に位置する微粒子除去装置であって、内燃機関（２）に接続した排気ダクト（１０）中の触媒ユニット（１６）に熱的に接近して配置される微粒子除去装置（１５）の再生方法において、
制御ユニット（２４）により内燃機関が低エンジン負荷で運転されていることを確かめ、
所定の制御圧を有する排気圧制御装置（２０）を始動し、
噴射ユニットにより排気ダクト（１０）に燃料を供給して、前記触媒ユニット（１６）が前記燃料に曝され、燃料が酸化され、すす微粒子が前記排気流に含まれる酸素と反応して二酸化炭素に変換されるような温度に微粒子除去装置（１５）が加熱されることを特徴とする再生方法。
【請求項２】
燃料が燃焼室を通って未燃焼または部分燃焼の状態で排気ダクト（１０）に入るような内燃機関の稼動サイクルのある段階で、前記噴射ユニットが内燃機関（２）内に配置された燃焼室に燃料を供給し、未燃焼または部分燃焼の前記燃料が触媒ユニット（１６）と接触して酸化され、すす微粒子が前記排気流に含まれる酸素と反応して一酸化炭素に変換されるような温度に微粒子除去装置（１５）が加熱されることを特徴とする請求項１に記載の再生方法。
【請求項３】
前記燃料が内燃機関の膨張ストロークまたは排気ストロークの最中で供給されることを特徴とする請求項２に記載の再生方法。
【請求項４】
排気ダクトに配置された噴射ユニットを介して、燃料が排気ダクト（１０）に直接供給されることを特徴とする請求項１に記載の再生方法。
【請求項５】
低負荷状態で排気圧制御装置が始動し、微粒子除去装置（１５）での排気ガス温度が少なくとも２５０℃である場合に、燃料が供給されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の再生方法。
【請求項６】
内燃機関（２）と、排気ダクトを通過する排気流量を制御するために調節可能な排気圧制御装置（２０）の下流に位置し、この内燃機関に接続した排気ダクト（１０）中の触媒ユニット（１６）に熱的に接近した微粒子除去装置（１５）とを具備する車両（１）において、前記車両に備えられた噴射システムが、微粒子除去装置（１５）の再生が必要な場合、同時に排気圧制御装置（２０）を始動して排気ダクト（１０）に燃料を供給するために配置されており、触媒ユニット（１６）が前記燃料に曝され、燃料が酸化され、すす微粒子が前記排気流に含まれる酸素と反応して二酸化炭素に変換されるような温度に微粒子除去装置が加熱されることを特徴とする車両。
【請求項７】
燃料が燃焼室を通って未燃焼または部分燃焼の状態で排気ダクト（１０）に入るような内燃機関の稼動サイクルのある段階で、内燃機関（２）内に配置された燃焼室に燃料を供給するために、噴射システムが配置されることを特徴とする請求項６に記載の車両。
【請求項８】
内燃機関の膨張ストロークまたは排気ストロークの最中に燃料を供給するために、前記噴射システムが配置されることを特徴とする請求項７に記載の車両。
【請求項９】
排気ダクトに（１０）に配置された噴射ユニットを具備し、その噴射ユニットが排気ダクトに直接燃料を供給するために配置されることを特徴とする請求項６に記載の車両。
【請求項１０】
排気圧制御装置（２０）が、座席の向きに動かした場合にエンジン排気流のスロットルを形成する弁体（２３）に接続されて空気圧で操作されるピストン（２２）を具備することを特徴とする請求項６ないし９のいずれかに記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に接続された排気ダクト中の触媒ユニットに熱的に接近して配置される微粒子除去装置の、請求項１の前文に記載の再生方法、ならびに請求項６の前文に記載の車両に関する。
【０００２】
【特許文献１】欧州特許第３４１８３２号明細書
【特許文献２】欧州特許第８３５６８４号明細書
【背景技術】
【０００３】
ディーゼルエンジンの燃焼プロセスでは、水蒸気、窒素酸化物および二酸化炭素に加えて、すすの微粒子も形成される。燃焼しなかった炭化水素および一酸化炭素も少量発生する。微粒子除去装置の備わったディーゼルエンジンは、微粒子の排出を大きく低減させた。しかし、この微粒子除去装置は、一杯になって排気システム全体に亘る高圧力の低下を招かないよう、多少とも絶えず再生されなければならない。微粒子除去装置が自動的に自己再生するためには、低くとも２５０℃の排気ガス温度と、３０ｐｐｍ未満の低硫黄燃料が必要である。しかし、低負荷レベルで、および／または低い周囲温度でディーゼルエンジンが稼動している場合、排気ガス温度は通常２５０℃を下回り、微粒子除去装置内でのすすの蓄積を招く。このような稼動状況が比較的長く続く場合には、微粒子除去装置内でのすすの蓄積は、ある有害なレベルに達しうる。この有害なレベルという表現は、その後に稼動状況が変われば除去装置の再生が始まるが、結果として除去装置の永久的な損傷を伴うオーバーヒートという切迫した危険性のあることを意味する。更には、排気背圧が大きくなって、エンジン機能を脅かしうる危険性がある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ススの微粒子を捕捉する除去装置を備えたシステムが記載されている。ススの微粒子は、次に二酸化窒素の環境下で燃焼する。二酸化窒素は、除去装置の上流に配置された酸化触媒中、排気ガスの中で一酸化窒素から形成される。特許文献１に記載されたこのシステムの一つの問題点は、低い排気ガス温度で稼動する状況下では、スス微粒子を二酸化炭素に変換する能力が低いことである。このことから、微粒子除去装置の再生は多大な時間を必要とし、場合によっては不十分となり、結果として徐々に圧力低下が進みながら除去装置が詰まる。このことは、結果的に除去装置をしばしば修理しなければならないということでもある。
【発明の開示】
【０００５】
したがって、本発明の目的の一つは、微粒子除去装置の効果的再生を可能にし、さらに内燃機関に容易に応用できる方法を提供することである。この目的は、特許請求項１の特徴部分に記載の方法によって達成される。
【０００６】
提案した方法によると、低エンジン負荷でエンジンが運転されているときに、内燃機関に備えられた噴射ユニットが、エンジンに接続された排気システムに燃料を供給し、次いで排気システムに配置された排気圧制御装置が始動する。排気ダクト中に配置されていて、微粒子除去装置と熱的に接近している触媒ユニットは、供給された燃料に曝されて燃料を酸化する。この場合、すす微粒子が上記排気ガス中に含まれる酸素と反応して二酸化炭素に変換される温度にまで、微粒子除去装置は加熱されている。この噴射ユニットは、排気ダクト内に配置された噴射装置を有する別のユニット、あるいは内燃機関の既存の噴射システムで構成できる。
【０００７】
本発明は、排気システム内の背圧を強めるために排気圧制御装置を低負荷時に使用でき、これにより排気流の温度が高まる、という事実を利用している。
【０００８】
好適な実施形態では、エンジンの燃焼室に備えられた噴射装置により燃料が供給される。この場合、上述したように、エンジンが低負荷で運転され、排気圧制御装置が始動しているときに燃料が供給されるが、この段階で燃料は燃焼室を通り、燃焼していない状態または部分的に燃焼した状態で排気ダクト中に入ることができる。このことは、正常噴射に対して遅延したクランク角位置、いわゆる膨張ストロークまたは排気ストロークの最中に燃料を供給することで達成できる。
【０００９】
本発明は、上記方法を利用する車両にも関する。
【００１０】
また、添付図面を参照して本発明をより詳細に説明する
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、内燃機関２、およびこのエンジンに連結するギアボックス３を備えた車両１を示す。このギアボックスは出力用駆動軸４を有し、プロペラ軸５を介して少なくとも１対の駆動用車輪６を駆動する。通常、車両１は、上記駆動用車輪６、および好ましくは１組の操縦可能な車輪８で支えられたフレーム７の周りに組み立てられる。車両に運転室９を備えるのが好ましい。
【００１２】
通常、内燃機関は、エンジンの排気ポートに連結する排気管１１を具備する排気システム１０を備えている。タービン１２は排気システム１０に配置され、ターボユニット１３の一部を形成し、従ってエンジンの吸入側（示されていない）の上に配置された圧縮機１４に機械的に結合させるのが好ましい。ターボ複合システムでは、後から内燃機関の駆動軸に機械的に連結させるタービンがあっても良い。
【００１３】
このエンジンはディーゼル型であり、このことは燃焼プロセスの最中に、すす微粒子が形成されることを意味する。従って、排気システムには微粒子除去装置１５が取り付けられている。酸化触媒１６は、その微粒子除去装置に熱的に接近して配置される。熱的な接近とは、酸化触媒中で起きる反応が、微粒子除去装置を加熱できることを意味する。この目的のためには、酸化触媒が微粒子除去装置の上流のごく近くに据え付けられるのが通常であるが、共通の支持構造体上で触媒が除去装置本体上に分散するように、微粒子除去装置と酸化触媒を複合化することも考えられる。
【００１４】
酸化触媒および微粒子除去装置は、好ましくは特許文献１または特許文献２に記載のように設計しても良い。すすの微粒子は、微粒子除去装置１３で捕捉される。好適な条件下では、一酸化窒素ＮＯの二酸化窒素ＮＯ２への連続的変換が酸化触媒中で起きる。次いで、二酸化窒素の環境でスス微粒子の酸化が起きて、下記プロセスの一つ、一部分または全てにおいて、すす微粒子が酸化され、二酸化炭素を形成する。
ＮＯ２＋Ｃ⇒ＮＯ＋ＣＯ，ＮＯ２＋Ｃ⇒１／２ Ｎ２＋ＣＯ２または２ＮＯ２＋Ｃ⇒２ＮＯ＋ＣＯ２
【００１５】
しかし、ＮＯＸ、特にＮＯ２の含有率が比較的低いために、低温および／または低エンジン負荷で除去装置を完全に再生させるには、これらのプロセスでは遅すぎる。例えば硫黄の被毒によるＮＯ２生成の停止もまた、すす燃焼の低下を招く。
【００１６】
すす微粒子は、ディーゼル排気ガス中に存在する過剰の酸素Ｏ２と直接反応することもできるが、このための必須条件は、温度が約６００℃を超えることである。この反応は、ディーゼル排気ガス中に残存する酸素Ｏ２の濃度が、ＮＯ２の濃度より約１０の３乗高いために、ＮＯ２とすすの反応より１０の数乗速い。この温度がすす除去装置の再生に利用されるなら、全体の再生が数分間に限定できる。
【００１７】
図２は、本発明による微粒子除去装置の再生のために配置されている内燃機関２をより詳細に示す。この内燃機関は、トラックやバス用の駆動ユニットの一部を形成するのが好ましい。エンジンは、タービン軸上に配置された排気駆動タービン１２と圧縮機１４を備えたターボユニット１３が燃焼空気の圧縮と供給に使用される、直接噴射ディーゼルエンジン型が有利である。取り込まれた空気が、圧縮のために空気フィルタ１７から過給機に供給された後、圧縮空気は、中間冷却器１８を通過する際に冷却され、その後エンジンの吸入マニホールド１９に供給される。
【００１８】
エンジンの排気ガスは、通常通り排気マニホールド１１に集められ、次いで圧縮機１４を駆動するために過給機１３のタービン１２に通される。次に、排気ガスは排気圧制御装置２０を介して、微粒子除去装置１５を備えたマフラーユニット２１に送られる。
【００１９】
この排気圧制御装置２０は、それ自体は既知のものと同じ種類でよく、空気圧で制御されるピストン２２と、ロッドの他端に取り付けられた弁体２３を備えたピストン弁を具備する。制御用空気圧は、車両内補助ユニットの動力発生のために使用される車両積載圧縮空気システムに接続された圧縮空気ライン（図示せず）を介して、ピストン２２に作用する。
【００２０】
制御ユニット２４は適当なマイクロプロセッサで、入力データに基づいて制御圧を統制するために、圧縮空気ライン２５を介して排気圧制御装置２０に接続されている。このような入力データは、例えばライン２６を通って微粒子除去装置１５に送られる。排気圧制御装置は、例えば微粒子除去装置１５の中の微粒子の量があるレベルに達したことを検知して始動する。あるいは、微粒子除去装置内の圧力低下があるレベルに到達したことを検知して始動しても良い。別の変形形態は、エンジンが低負荷で、ある時間稼動しているかどうかを検知することである。この結果、弁体は、制御ユニット２４により全開位置と始動位置の間で調節され、所与の排気圧はその弁と通過ガスの相互作用で規定される。
【００２１】
排気圧制御装置２０は、排気ガスがどれほど熱いかによって、異なる程度で稼動する。この点については、所望温度になるまで排ガス温度が測定され、排気圧制御装置が統制される。あるいは、エンジンの制御ユニットが、既知の周囲温度をその時点での運転状況と組み合わせて排気ガス温度を計算でき、次いで、所望排ガス温度になるまで排気圧制御装置を統制できる。
【００２２】
図３は、正常運転中、および低エンジン負荷中での再生中の噴射燃料量の体積流量を図で示す。噴射燃料量の制御および噴射が行われている際のクランク軸の角位置は、専門家には良く知られた方法で、制御ユニット２４によって統制される。車両用の制御ユニットの一例は、ＳＡＥ  Ｊ１９３９／７１，１９９６に示されている。このグラフは、参照ポイントとしてピストンの下死点および上死点で示されるクランク軸の角位置の関数として、体積流量を示している。内燃機関の４つのストロークがＸ軸に沿って示され、吸入ストロークは０°から１８０°、圧縮ストロークは１８０°から３６０°、膨張ストロークは３６０°から５４０°、そして排気ストロークは５４０°から７２０°である。
【００２３】
曲線Ａは、エンジンが正常負荷で稼動している運転例での供給燃料量を示す。この場合、圧縮ストロークと膨張ストロークの間の過渡点で、３から３０クランク角度の期間、燃料が供給される。
【００２４】
曲線Ｂ１からＢ３は、排気ダクト中で酸化触媒の下流に配置された微粒子除去装置の再生のために、低エンジン負荷で供給される燃料量を示す。燃料は、圧縮ストロークと膨張ストロークの間の上死点後、膨張ストロークまたは排気ストロークの最中に、３０°から９０°に亘る範囲内で供給されるのが好ましい。圧縮ストロークと膨張ストロークの間の上死点後の、０°から３６０°に亘るより広範囲、即ち膨張ストロークおよび排気ストロークの最中は可能である。
【００２５】
例示的実施形態Ｂ１およびＢ２では、燃料が、圧縮ストロークと膨張ストロークの間の上死点後の３０°から１８０°で供給されている。
【００２６】
例示的実施形態Ｂ３では、燃料が、上死点後２７０°で供給されている。
【００２７】
本発明は上述した例示的実施形態に限定されるとみなすべきではなく、多くの更なる変形や修正も、以下の特許請求の範囲内にあると考えられ得る。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による方法で再生される微粒子除去装置を備えた内燃機関を具備する車両を示した図である。
【図２】図１の微粒子除去装置を備えた過給ディーゼルエンジンをより詳細に示した図である。
【図３】正常運転中、および再生が行われている低エンジン負荷での噴射燃料量の体積流量を、グラフの形で示した図である。
【図１】
2006505738.tif 000003
【図２】
2006505738.tif 000004
【図３】
2006505738.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成17年5月12日(2005.5.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ダクトを通過する排気流量を制御するために調節可能な排気圧制御装置（２０）の下流に位置する微粒子除去装置であって、内燃機関（２）に接続した排気ダクト（１０）中の触媒ユニット（１６）に熱的に接近して配置される微粒子除去装置（１５）の再生方法において、
制御ユニット（２４）により内燃機関が低エンジン負荷で運転されていることを確かめ、
所定の制御圧を有する排気圧制御装置（２０）を始動し、
噴射ユニットにより排気ダクト（１０）に燃料を供給して、前記触媒ユニット（１６）が前記燃料に曝され、燃料が酸化され、すす微粒子が前記排気流に含まれる酸素と反応して二酸化炭素に変換されるような温度に微粒子除去装置（１５）が加熱されることを特徴とする再生方法。
【請求項２】
燃料が燃焼室を通って未燃焼または部分燃焼の状態で排気ダクト（１０）に入るような内燃機関の稼動サイクルのある段階で、前記噴射ユニットが内燃機関（２）内に配置された燃焼室に燃料を供給し、未燃焼または部分燃焼の前記燃料が触媒ユニット（１６）と接触して酸化され、すす微粒子が前記排気流に含まれる酸素と反応して二酸化炭素に変換されるような温度に微粒子除去装置（１５）が加熱されることを特徴とする請求項１に記載の再生方法。
【請求項３】
前記燃料が内燃機関の膨張ストロークまたは排気ストロークの最中で供給されることを特徴とする請求項２に記載の再生方法。
【請求項４】
排気ダクトに配置された噴射ユニットを介して、燃料が排気ダクト（１０）に直接供給されることを特徴とする請求項１に記載の再生方法。
【請求項５】
低負荷状態で排気圧制御装置が始動し、微粒子除去装置（１５）での排気ガス温度が少なくとも２５０℃である場合に、燃料が供給されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の再生方法。
【請求項６】
内燃機関（２）と、排気ダクトを通過する排気流量を制御するために調節可能な排気圧制御装置（２０）の下流に位置し、この内燃機関に接続した排気ダクト（１０）中の触媒ユニット（１６）に熱的に接近した微粒子除去装置（１５）とを具備する車両（１）において、前記車両に備えられた噴射システムが、微粒子除去装置（１５）の再生が必要な場合、同時に排気圧制御装置（２０）を始動して排気ダクト（１０）に燃料を供給するために配置されており、触媒ユニット（１６）が前記燃料に曝され、燃料が酸化され、すす微粒子が前記排気流に含まれる酸素と反応して二酸化炭素に変換されるような温度に微粒子除去装置が加熱されることを特徴とする車両。
【請求項７】
燃料が燃焼室を通って未燃焼または部分燃焼の状態で排気ダクト（１０）に入るような内燃機関の稼動サイクルのある段階で、内燃機関（２）内に配置された燃焼室に燃料を供給するために、噴射システムが配置されることを特徴とする請求項６に記載の車両。
【請求項８】
内燃機関の膨張ストロークまたは排気ストロークの最中に燃料を供給するために、前記噴射システムが配置されることを特徴とする請求項７に記載の車両。
【請求項９】
排気ダクトに（１０）に配置された噴射ユニットを具備し、その噴射ユニットが排気ダクトに直接燃料を供給するために配置されることを特徴とする請求項６に記載の車両。
【請求項１０】
排気圧制御装置（２０）が、座席の向きに動かした場合にエンジン排気流のスロットルを形成する弁体（２３）に接続されて空気圧で操作されるピストン（２２）を具備することを特徴とする請求項６ないし９のいずれかに記載の車両。
【国際調査報告】
2006505738.tif 000006
2006505738.tif 000007