JP2001507104A - 燃料の直接噴射と排気ガスの再処理を伴う内燃機関の運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明はピストン内燃機関、特に自己点火するピストン内燃機関を運転する方法に関し、この方法ではシリンダ（Ｉ，II）から出た排気ガスが有害物質を除去するため機械的、化学的および／または触媒的に作用し、運転に依存する時間間隔で再生すべき少なくとも一つの排気ガス処理装置（１０，１１）を通過し、個々のシリンダにはそれぞれ一つの噴射ノズル（７）により時間間隔の各動作サイクルの間に順次第一燃料流と少なくとも一つの他の燃料流を直接噴射し、その量および／または時間間隔がエンジン制御部により指定される。その場合、少なくとも一つの燃料流が噴射時点と動作サイクルに必要な量に関して出力要請に応じて噴射され、ピストンが膨張ストローク毎に下死点位置の所定の歯に内にある時、他の燃料流が噴射される。

Description

【発明の詳細な説明】 燃料の直接噴射と排気ガスの再処理を伴う内燃機関の運転方法 直接噴射されるピストン内燃機関、つまり直接噴射されるデーゼルエンジンや 直接噴射されるスパーク点火エンジンは、空気の過剰領域、つまりリーン領域で 運転される。これに応じて、排気ガス中に存在する窒素酸化物（ＮＯ_x）は酸素 の過剰供給のため、還元剤が同時に不足すると減少しない。 三方触媒技術は、空燃比λ＝１の場合、狭い空気比の範囲にあって窒素酸化物 が既存の炭化水素や一酸化炭素により還元されるような比率で排気ガスに炭化水 素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）や窒素酸化物の濃度が互いに存在し、同時 に炭化水素あるいは一酸化炭素が全ての成分に対する変換度が約90％以上になる ように酸化されることに基づいている。 この技術は、窒素酸化物成分を低減するため、リーン運転されるエンジンの場 合、特に直接噴射されるピストン内燃機関の場合、排気ガスの空気過剰により不 可能である。 排気ガス中の窒素酸化物を低減するため、所謂ＳＣＲ触媒（selected catalyt ic reduction；選択された触媒低減）も使用される。この触媒は、排気ガス中に 吹き込まれる還元剤により窒素酸化物が選択的に減少する。還元剤としては、例 えば尿素、アンモニヤあるいは炭化水素や窒素酸化物混合物も考えられる。これ 等のものは、今まで触媒の前で排気ガス系の特別なノズルにより排気ガスに混合 されていた。ＮＯ_xの還元度を15％以上にするため、取り分け直接噴射される燃 焼エンジンでは炭化水素も外部から排気ガスに混合される。 窒素酸化物を低減する他の可能性は窒素酸化物の蓄積触媒変換装置である。こ の場合、窒素酸化物は蓄積期間で触媒に捕集され、サイクル的に続く再生期間で λ＜0.95の範囲の短期間の「リッチ」運転により、その時排気ガス中に生じる炭 化水素、一酸化炭素および水素の高濃度により同時に低い酸素濃度で再び再生さ れる。所謂リッチにすることは、均一なスパーク点火エンジンの場合、燃焼室の 燃料・空気の混合物をリッチにして達成される。しかし、この技術は燃焼室に何 時も不均一な混合物がある直接噴射する燃焼エンジンの場合、許容できない煤 の放出を与える。 ディーゼルエンジンの煤放出は煤フィルタで90％まで低減できる。しかし、デ ィーゼル煤フィルタも、長期間には再生させる必要がある。これは、排気ガス中 の補助バーナーにより熱的に行われるか、あるいは煤フィルタに戻ってくる煤を 電気的に点火して行われる。適当な燃料添加物により再生を行う可能性もある。 煤フィルタに戻ってきた煤を点火して燃焼させるには、煤が一定量の炭化水素を 吸収し、これ等の炭化水素がフィルタ中で点火を改善し、燃やす煤の火炎の安定 性を改善すると有利である。 蓄積触媒変換装置を再生する場合や粒子フィルタを再生する場合でも、排気ガ ス温度が高いと効果的である。 結局、所謂リーンエンジンの排気ガス中の窒素酸化物を低減するためにも、自 己点火するリーンエンジンで粒子を低減するためにも、再処理装置をその制限さ れた蓄積容量のために間欠的に再生する必要があり、このために排気ガス中に一 定の炭化水素成分や、一酸化炭素も必要であり、それに応じて排気ガス中に炭化 水素を導入する必要があることが確認されている。既に述べた排気ガス導管に付 加的な燃料を吹き込むことは、これに応じて付加的な炭化水素量を排気ガスに導 入できる可能性を示す。しかし、この難点は高温の排気ガス流の中にあるノズル が炭化し易くなり、ここでは付加的なノズルの外に、この噴射ノズルの付加的な 制御部を用意する必要がある点にある。 ＡＦＬ会議“Motor und Umwelt”(エンジンと環境)，'97，第55〜69頁の安藤 弘光等の刊行物には、動作サイクルの間に必要な燃料流を噴射した後、付加的な 燃料流を噴射する方法が開示されている。しかし、この噴射は、噴射された燃料 流が膨張ストロークの間にシリンダ空間内で燃焼し、トルクの発生に寄与するが 、排気ガスの温度を上昇させるため、スタート期間の間に後続する排気ガス処理 装置を早く温めるためにも使用されるように早めに行われる。しかし、この付加 的な燃料流は充分燃焼するので、それに応じた少量の炭化水素のみが燃える。こ れは後続する排気ガス処理装置の還元剤としては持続運転の間に再生に充分でな い。この周知の技術は実際に使用される冷気始動での触媒加熱から導かれている 。ここでは、燃焼室、あるいは排気ガス系の再酸化（遅れた点火）により、触 媒温度が短時間に触媒動作温度になる。目標は専らエンジンの冷間始動で生じる 有害物質（ＮＯ_x＋ＨＣ＋ＣＯ）を低減することにある。 この発明の課題は、運転時に排気ガス処理装置、特に粒子フィルタおよび／ま たは蓄積触媒変換装置に必要な再生作業が行え、有害物質を除去する排気ガス処 理装置を伴うこの種の内燃機関を運転する方法を提供することにある。 設定されたこの課題は、シリンダから出る排気ガスが有害物質を除去するため に運転に応じた時間間隔で再生すべき機械的、化学的および／または触媒で動作 する少なくとも一つの排気ガス処理装置を通過して導入され、個々のシリンダに それぞれ一つの噴射ノズルにより時間間隔の各動作期間の間、順次、第一燃料流 と少なくとも一つの他の燃料流を直接噴射し、その量および／または時間間隔が エンジン制御部により指定され、その場合、燃料流の少なくとも一つが動作サイ クルに必要な量で出力要請に応じて噴射され、ピストンが膨張ストローク毎に下 死点の位置の所定の範囲にあるなら、他の燃料流を噴射する、ピストン内燃機関 、特に自己点火するピストン内燃機関を運転する方法により解決されている。 この方法の利点は、先ず排気ガスの再処理のため付加的な炭化水素を導入する ことが付加的に噴射ノズルではなく、エンジンを駆動するためにいずれにしても 存在している噴射ノズルにより既存のエンジン制御部を介して適当に制御して行 われる点にある。この場合、他の利点は噴射ノズルが再噴射の前にその都度大量 の燃料流をエンジン出力調整部に噴射し、これにより動作サイクル毎にノズルが 上昇した燃料流により炭化残留物に影響されないので、噴射ノズルが炭化しない ことにある。他の利点は、付加的な燃料流が動作サイクルでサイクル的に、つま りシリンダの排出サイクルに排気ガス系に導入されるので、ここで炭化水素と、 場合によって、一酸化炭素の非常に大量の正確な配量と均一な濃度が排気ガス流 に与えれる点にある。この方法は、直接噴射スパーク点火エンジンにも、（直接 噴射の）ディーゼルエンジンにも使用できるが、使用例に応じて区別する必要が ある。 酸化触媒と蓄積触媒変換装置を有する直接噴射スパーク点火エンジンでは、こ の発明による方法は、最初の燃料流がエンジン制御部により噴射時点に対して、 また燃料が出力要請に応じて噴射されるという利点を提示する。点火時点もそれ に応じて合わせるとよい。他の、つまり付加的に導入すべき燃料流は先ず燃焼期 間の終わりに噴射される。この期間は運転条件に応じて膨張ストロークの終わり に達する。駆動と運転条件に応じて、この付加的な燃料流はガス交換弁が既に開 いている時でも噴射される。シリンダ内のガス温度は、下死点位置のこの範囲で は1300°Ｋの煤形成温度以下になる。他の燃料流はこの温度を越えないように、 つまりシリンダ内でも排気ガス通路中でもこの温度を越えないように設定する必 要がある。更に噴射された燃料流は、この場合、高温の排気ガス中で熱分解し、 処理されるので、排気ガス中で炭化水素が適当な量で、しかも窒素酸化物触媒の 再生に必要なような形にして利用できる。膨張期間の終わりの噴射時点を噴出期 間まで影響させることにより、および噴射期間を調整することにより、炭化水素 や一酸化炭素の組成や量もその時の要請に合わせることができる。 付加的な燃料流を導入するため、各シリンダに何れにしても存在する噴射ノズ ルを使用し、動作サイクルに必要な燃料流をエンジン制御部で予め指定するので 、この発明は、付加的に導入すべき燃料を「エンジンの」分野に対しても再生の 分野に対しても各動作サイクルに対応する運転条件に合わせることができる可能 性を与える。連続的に動作する脱窒素触媒に対しては、このために付加的な炭化 水素に関して僅か100ppmが必要である。 ＮＯ_x蓄積触媒変換装置を再生するため、付加的な燃料のより多くの量を更に 噴射して＜0.95の全λを調節する必要があるが、再噴射量がガスや排気ガスの温 度が＜1300Ｋとなるように制御すると言う境界条件の下で必要である。ＮＯ_x蓄 積触媒変換装置では、再噴射は炭化水素とＮＯ_xの比が２より大きいか等しい全 炭化水素の等価Ｃ₁量により表せるように設定されている。排気ガス流に比較的 多く導入される燃料流に関しては全ラムダ値を低下させるため、ガス排出弁を開 く前に他の第一の燃料流を噴射し、ガス排出弁を開いた後に他の第二の燃料流を 噴射するので、排気ガス流中に燃料の濃度と炭化水素の濃度の比例関係が生じる 。噴射すべき他の燃料流は、タイミングをとっても、つまり長い時間間隔に対し て設けてあるクランク角度範囲の周りに少量噴射される。 粒子フィルタと、場合によって、付加的なＮＯ_x蓄積触媒変換装置を装備した ディーゼルエンジンを使用する場合には、自己点火エンジンの他の動作条件に合 わせることを行う必要がある。通常の運転では、ディーゼルエンジンの場合、シ リンダには上死点位置に達するかなり前に最初の少量の燃料流を噴射し、次に上 死点位置に達する直ぐ前で出力指定によりエンジン制御部を介して主噴射量を導 入する。 ＮＯ_x蓄積触媒変換装置では短時間の再生が走行運転に実際上殆ど影響なしに 行われるが、粒子フィルタの再生はかなり長い時間間隔で行われ、その場合、付 加的な燃料供給により実際上エンジンのトルク出力に乱れとならないように行う 必要がある。この発明による方法に従い、粒子フィルタを再生する必要があるこ とは排気ガス系の圧力上昇によりその都度指示される。この圧力に依存する信号 は、最初の噴射に対する時点と噴射量がエンジンの動作を維持するように指定さ れ、第二の噴射がその噴射時点と噴射すべき燃料流に関してピストンの下死点位 置の所定の範囲に応じて膨張ストロークの間に移行する方法でエンジン制御部に 導入される。他の燃料流は多分一部燃焼する。この燃焼した一部の量はそれに応 じてトルクの発生に寄与し、同時にこの燃料の希釈による排気ガスの温度低下を 補償する。更に、燃えた成分は再生に必要な一酸化炭素の量を供給し、燃えない 成分は排気ガス流に必要な量の炭化水素を送る。 この発明の有利な構成では、個々のシリンダに吸引期間に高温の排気ガスが導 入する空気量を減らして導入される。この方法は、ＮＯ_x蓄積触媒変換装置と粒 子フィルタを装備したディーゼルエンジンに特に有意義である。既に上で説明し たように、ＮＯ_x蓄積触媒変換装置は動作に応じた比較的短い時間間隔で再生さ せる必要がある。その場合、導入の時点は例えばエンジン制御部により指定され る。ＮＯ_x蓄積触媒変換装置の負荷をＮＯ_xセンサで監視することも可能である。 このセンサはＮＯ_x蓄積触媒変換装置の前に接続し、放出されたＮＯ_x物質を積算 して計算し、それにより付着状態と再生の必要性が導かれる。このようにして得 られた信号はエンジン制御部に導入されるか、あるいは必要な計算操作がエンジ ン制御部のデータ処理部内で行われる。 ＮＯ_xセンサをＮＯ_x蓄積触媒変換装置の後に配置することも可能である。この センサにより、ＮＯ_x蓄積触媒変換装置の後の排気ガスのＮＯ_xの上昇が確認され 、それが所定量以上であれば、これはＮＯ_x蓄積触媒変換装置の差し迫った 「オバーラン」の信号と評価され、再生処理を導入する。 これには、燃料噴射に関する切換の外に、高温の排気ガスも排気ガス導管から 個々のシリンダへの空気吸引導管に導入される。これは、空気導入側の排気ガス 導管と集合導管の間にバイパス導管を配置し、その中に対応する制御可能な弁を 配置することにより簡単に実現できる。バイパス導管を開くと、排気ガス導管か ら空気吸引導管への圧力降下が自動的に生じる。その場合、排気ガス戻し弁の開 放に応じて、排気ガスはバイパス導管を経由して空気吸引導管に流入し、同量の 少量の空気がシリンダに流入する。吸引系のスロットル弁により排気ガスと空気 の混合比の配量が更に改善される。 高温の排気ガスをシリンダに導入することにより、シリンダ内の燃料過程は最 初から高温のレベルで進行するので、排出ストロークの初めと共に非常に高温の 排気ガスは排気ガス導管に押し込まれる。排気ガスを混合することにより、同時 にシリンダから出た排気ガスの酸素量が減少し、これによりラムダ値が１以下に なる。その結果、排気ガスの戻し率を適当に調整し、噴射した他の燃料流を適当 に調整した場合、膨張ストロークの終わりと排出ストロークの初めまで排気ガス の一酸化炭素濃度および／または排気ガスの炭化水素濃度は低酸素量の時に必要 なレベルとなる。排気ガス温度の上昇は、この場合、蓄積触媒変換装置内で化学 的に結合した窒素酸化物の放出に必要である。 粒子フィルタを再生する場合でも、上に述べた燃料噴射の可変による燃焼過程 の「調整」により、および排気ガスの戻り率を適当に調整して、高い排気ガス温 度を設定できる。しかし、ＮＯ_x蓄積触媒変換装置とは異なり、粒子フィルタの 再生には、高い排気ガス温度の外に、フィルタ中に捕集された煤を酸化させるた めにも、排気ガスの高酸素量も必要である点が重要である。下死点位置の領域、 特にガス排出弁を開く前にも他の燃料流の噴射の協同作用で、それに応じた排気 ガスの温度上昇が生じる。 両方の動作状態にとって、つまりＮＯ_x蓄積触媒変換装置および／または粒子 フィルタの再生のために、排気ガスの戻し率を制御して限界温度を維持すること ができる。運転状態に応じて、排気ガスの戻し率は通常の運転い比べて、許容部 品温度を越えることを防止するように小さくしてもよい。通常の運転い比べて排 気ガスの戻し率を高めることも、それに応じたエンジン状態で必要である。 ＮＯ_x蓄積触媒変換装置の再生は約１〜５分の時間間隔で１〜10秒の再生期間 と共に行う必要があり、粒子フィルタの再生は数時間の時間間隔でのみ必要で、 所定の最大値まで流通抵抗の増加に依存するので、エンジン制御部により対応す る再生戦略を用いて同じ処置でＮＯ_x蓄積触媒変換装置の再生も粒子フィルタの 再生も行われる。再生処置に応じて、この発明による方法に従い、他の燃料流を 排気ガス排出弁を開く直前（特に粒子フィルタの再生の場合のように）の時間間 隔で、排気ガス排出弁を開いた後短期間（ＮＯ_x蓄積触媒変換装置の再生の場合 のように）まで噴射する。これに必要な通常動作に対する噴射戦略および／また は排気ガス戻し戦略の可変は、適当な再生特性によりエンジン制御部に導入され る。この場合、トルクの導入は実際上乱れていない。従って、噴射時点と第一燃 料流をシリンダに導入する量の可変により、動作条件が実際上問題なく維持され る。 共通レール噴射系を使用する場合、自由に選択できる噴射戦略が可能であるの で、この発明による方法の構成では、最初の他の燃料流と第二の他の燃料流を噴 射し、その場合最初の他の燃料流が一部燃焼してトルクの発生に寄与し、第二の 他の燃料流が、実質上排気ガス中の還元性成分、特に炭化水素と一酸化炭素を処 理するために使用されると効果的でもある。従って、適当な再生戦略により、１ 以下のラムダ値を要求するＮＯ_x蓄積触媒変換装置の場合の再生と、１以上のラ ムダ値を要求する粒子フィルタの再生に対する種々の要請を設定することができ 、その場合、第一の他の燃料流と何か他の第二の燃料流に対する適当な量の配分 によっても排気ガス中の炭化水素と排気ガス中の一酸化炭素の量に対する要請を 計算に入れることができる。他の利点は、可変でき合わせることができる噴射戦 略により連続的に動作する脱窒素触媒を更に有するピストン内燃機関でも排気ガ スに必要な量の炭化水素を添加できる点にある。 種々の構成のこの発明による方法は、膨張期間の終わりから排出期間までに付 加的な燃料流を噴射して、排気ガス中の炭化水素／一酸化炭素／水素混合物の処 理を可能にする。排気ガス中のこれ等の混合物は排気ガス処理装置の異なった形 に対して使用できる。つまり、窒素酸化物の蓄積触媒変換装置を間欠的に再生す るため、粒子フィルタの再生を支援するためのように、ＳＣＲ触媒（ＳＣＲ＝se lected catalystic reduction：選択された触媒的な低減）中の窒素酸化物の連 続的な低減および／または粒子フィルタの触媒再生のために使用できる。 この発明を模式図に基づきより詳しく説明する。ここに示すのは、 図１，流れと機能の図面、 図２，蓄積触媒変換装置と粒子フィルタの吸着の時間変化、 図３，図２に関連した排気ガス温度の時間変化、 図４，図２に関連したラムダ値の時間変化、 図５，粒子フィルタとＮＯ_x蓄積触媒変換装置を備えた排気ガス処理装置に対 する模式例、 である。 図１には実施例として自己点火装置を備えたシリンダ４サイクルピストン内燃 機関の二つのシリンダＩ，IIが模式的に示してある。個々のシリンダはそれぞれ 少なくとも一つのガス導入通路１と少なくとも一つのガス排出通路２を備えてい る。この場合、ガス導入通路１はガス導入弁３により、またガス排出通路２はガ ス排出弁４によりそれぞれ遮断可能である。各シリンダのガス導入弁３とガス排 出弁４は、この場合、対応する制御可能な駆動部、例えばカムシャフトあるいは 電磁アクチエータにも接続し、このアクチエータによりエンジン制御部５の助け で個々の弁の開時間と閉時間を自由に可変できる。 シリンダの各々には調整可能な弁として形成された噴射ノズル７がある。この ノズルの弁駆動部はエンジン制御部５に接続し、共通レール噴射系の構成要素で ある。レールで支配される燃料の与圧により、噴射時間と噴射量を自由に設定で きる。その結果、その時の運転上に微細に合わせることができる。 電子エンジン制御部５により所定の出力要請に応じて（例えばアクセルペダル ８により）その時の運転に必要な燃料流が噴射弁７を適当に制御して導入される 。このエンジン制御部には、出力要請の外に、アクセルペダル８により通常運転 に必要な他の情報も考慮される。つまり、例えばクランジシャフトの回転数（回 転数センサ６），エンジン温度等が考慮され、これ等は燃料設定の場合にアクセ ルペダル８の出力指定に加えて噴射弁７により一緒に考慮される。 他のシリンダに対してのみ示してある個々のシリンダの排気ガス導管２は、少 なくとも一つの排気ガス処理装置が付属している排気ガス通路９に合体している 。この排気ガス処理装置はここでは後続する蓄積触媒変換装置１１を備えた粒子 フィルタ１０で構成されている。 個々のシリンダに通じるガス導入通路は中央空気導入通路１３に接続している 。この中央空気導入通路１３はバイパス導管１４を経由して排気ガス通路９に接 続し、このバイパス導管１４中には排気ガス戻し率を調節するために調整可能な 排気ガス戻し弁１５が配置され、この排気ガス戻し弁１５はエンジン制御部５に より駆動される。排気ガス戻し弁が開くと、排気ガスは排気ガス通路９から圧力 降下のために空気集合通路１３に流れる。その結果、個々のシリンダには空気量 を低減して空気と排気ガスの混合物が導入される。空気導入通路１３に配置され 、エンジン制御部５により駆動可能なスロットル弁１３.１により、排気ガス戻 し弁１５と協働して排気ガスに対する空気の混合比が正確に調整される。 「真」のエンジン動作の外に、排気ガス中の排気ガス処理装置の再生に必要な 運転条件を調節するため、エンジン制御部５により各シリンダの個々の噴射弁７ あるいは各動作サイクルで選択された個別シリンダのみも、あるいは第二、第三 あるいは第ｎ次の動作サイクルで交互にその時の再生プログラムに応じて制御さ れるので、噴射時間の望む可変と通常運転に比べて噴射量の変化の可変が行われ る。従って、指定に応じて、エンジン制御部５により各シリンダの各動作サイク ルで、あるいはシリンダに対する対応する他の配分で、予め指定できる量の炭化 水素／水素／一酸化炭素が排気ガス導管を経由して排気ガス通路９に達する。そ の結果、これ等は後続する排気ガス処理装置１０と１１を再生させるために利用 される。排気ガスの戻し率を可変する弁１５および／またはスロットル弁１３. １はそれに応じて調整される。 各動作サイクルでシリンダに導入され、動作ストロークに必要な第一燃料流に 対する更に噴射すべき燃料流の比は、再生動作での整合と、出力の希望を考慮し てエンジン制御部により設定される。排気ガス処理装置１０／１１の前の排気ガ ス通路９に窒素酸化物プローブ１２.１とラムダ・プローブ１２.２を配置して、 排気ガス中の窒素酸化物の実際の量とラムダ値を検出することができる。その結 果、 エンジン制御部５により噴射時点や噴射期間も、またこれにより噴射量も適当に 修正できる。排気ガス通路９中の圧力センサ１６により、粒子フィルタ１０の煤 の付着の増加に伴う流通抵抗の上昇が検出されるので、上限値に達すると、エン ジン制御部５により再生に必要な方法で噴射時間サイクルと噴射量が短時間に変 更される。 所謂外部点火エンジンとしてのスパーク点火エンジンでは、シリンダにそれぞ れ一つの点火装置があり、エンジン制御と何らかの特性値をスパーク点火処理に 適当に合わせる。 図２には、時間に対して煤フィルタ１０への煤の付着と、ＮＯ_x蓄積触媒変換 装置１１への窒素酸化物の付着が模式的に示してある。粒子フィルタの付着は線 分１０.１で模式的に示してあり、ＮＯ_x蓄積触媒変換装置１１への窒素酸化物の 付着は線分１１.１で模式的に示してある。最近使用している燃料は全く硫黄分 を含まないわけでないので、発生する硫酸塩あるいは硫化物が溜まる。線分１１ .２はＮＯ_x蓄積触媒変換装置１１への硫酸塩と硫化物の付着も模式的に示す。 ＮＯ_x蓄積触媒変換装置は担体上にアルカリ土類金属あるいは希土類金属の酸 化物または炭化物の形の蓄積物質を有する。熱安定性が高いので主に酸化バリウ ム（ＢａＯ）あるいは炭酸バリウム（ＢａＣＯ₃）が使用される。これ等の物質 は、酸素の多い排気ガス中でＮＯ₂を蓄積し、これを酸素の少ない排気ガス中で 再び放出することにより優れている。 排気ガス中に主にあるＮＯを酸化してＮＯ₂にするため、および放出されたＮ Ｏ_xを化学的に還元するため、本来の蓄積物質の外に、更に貴金属、例えば白金 および／またはパラジウムを触媒中に入れる。 燃料中にある硫黄は蓄積物質中に硫酸塩あるいは硫化物の形で蓄積され、時々 除去する必要がある。何故なら、そうでなければ蓄積物質が非可逆的に損傷を受 けるからである。 排気ガス処理装置１０／１１のところの排気ガス温度の時間的な変化を示し（ 図３），排気ガスのラムダ値の変化も付属して示す（図４），付属する図３と４ により、窒素酸化物に対するＮＯ_x蓄積触媒変換装置の再生を短い時間間隔で行 う必要があり、その場合、この時間間隔が１分から数分の範囲にあることが分 かる。これ等の再生には、１以下のλの空気比で排気ガス中に高濃度の炭化水素 と一酸化炭素が必要である。何故なら、酸素の存在がＮＯ_xの還元を困難にする からである。最大１〜10秒の範囲の再生期間はこの場合十分であるので、図２に 示す鋸歯状の線分１１.１の変化が生じる。 図２に対する図３と図４の対応関係から分かるように、燃料導入の前記制御や 、排気ガス戻し率を調整することにより何れも短期間排気ガス中の温度が上昇す る。その場合、同時に対応する制御処置により、排気ガスのラムダ値が１以下の 値に低下する。しかし、硫黄再生の時点（線分１１.２）でも，粒子フィルタ中 の煤の再生の時点（線分１０.１）でも、煤や硫黄を主に酸化させるため、ラム ダ値を１以下に維持する必要がある。両方の場合、再生は熱の伝播の下でより長 い時間間隔で行うので、ここでは適当な温度上昇が生じる。両方の酸化再生処置 は同時に作動させることができ、ＮＯ_x蓄積触媒変換装置の再生の間にあると時 間的に有効である。 図５は構造ユニットとして形成された排気ガス処理装置を模式的に示す。この 処理装置内には、別々な個別体の形にして粒子フィルタ１０と蓄積触媒変換装置 １１が排気ガス通路９の対応する適当な部分に配置されている。これ等の個別体 は好ましくはセラミックスあるいは金属の焼結体で形成されている。蓄積触媒変 換装置に使用スル個別体には更に適当な蓄積物質と触媒が装備されている。 説明したディーゼルエンジンの例では、排気ガスが最初粒子フィルタ１０を通 過し、次に蓄積触媒変換装置１１を通過するように配置されていると効果的であ る。逆の配置では、ＮＯ_x蓄積触媒変換装置中に形成されたＮＯ₂が煤と反応する 。何故なら、炭素の酸化後に再びＮＯがあるからである。ここに示す配置では、 煤は先ず排気ガスから除去され、その後にＮＯが蓄積触媒変換装置中で酸化され てＮＯ₂になり、蓄積物質内に保管される。 図５では、排気ガス処理装置１０／１１の前の領域の間、粒子フィルタ１０や ＮＯ_x蓄積触媒変換装置１１の間の中間領域の間、および排気ガス処理装置１０ ／１１の後の領域の間でそれぞれガスの合成が行われる。 図５の配置は、二部配置の代わりに、一部品フィルタ個別体を使用するように 変更することもできる。この一部品フィルタ個別体はその構造で排出通路の表面 が適当な蓄積層で被覆されるため、このような個別体でも粒子の付着が入口側で 行われ、ＮＯ_xの蓄積が排出側で行われるように設計された粒子フィルタ１０に 相当する。 前記構造部品は組み合わせて使用する必要はない。必要に応じて、ＮＯ_x蓄積 触媒変換装置（スパーク点火エンジン）のみを、あるいは粒子フィルタ（ディー ゼルエンジン）のみを設けてもよい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ピストン内燃機関、特に自己点火するピストン内燃機関を運転する方法にお いて、シリンダから発生する排気ガスが有害物質を除去するため機械的、化 学的および／または触媒的に作用し、運転に依存する時間間隔で再生すべき 少なくとも一つの排気ガス処理装置を通過し、個々のシリンダにそれぞれ一 つの噴射ノズルにより時間間隔の各動作サイクルの間、順次、第一燃料流と 少なくとも一つの他の燃料流を直接噴射し、その量および／または時間間隔 をエンジン制御部により指定し、その場合、少なくとも一方の燃料流を噴射 時点と動作サイクルの間に必要な量に関して出力要請に応じて噴射し、ピス トンが膨張ストローク毎に下死点の位置の所定の範囲内にある時、他方の燃 料流を噴射することを特徴とする方法。 ２．排気ガス処理装置を再生させるため、所定の時間間隔の間、通常の運転で少 量の第一燃料流を或る時点に少なくとも動作限界を維持する程度の量で噴射 し、通常の運転でピストンの上死点位置の直前毎に噴射すべき他の燃料流を ピストンの上死点位置を相当過ぎた時点で噴射し、その燃料流を再生条件に 必要な排気ガス中の炭化水素と一酸化炭素の量に合わせていることを特徴と する請求項１に記載の方法。 ３．個々のシリンダには吸引期間に導入する空気量を減らして高温の排気ガスが 導入されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。 ４．他の燃料流はガス排出弁を開ける直前からガス排出弁を開けた直後の間の時 間間隔に噴射されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の方 法。 ５．第一の他の燃料流と第二の他の燃料流を噴射し、第一の他の燃料流はトルク の発生に寄与し、第二の他の燃料流は実質上還元性の物質を処理するために 使用されることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の方法。