JP2015500418A - 排気ガス浄化ユニットを備える内燃機関を作動するための装置と方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの触媒作用および／またはろ過作用を持つ排気ガス浄化コンポーネントを有する排気ガス浄化ユニット（１６）を備える内燃機関（１）を作動するための方法に関し、この方法では内燃機関（１）のコールドスタートおよび／または暖機運転と関連して、内燃機関（１）が前以て設定可能な内燃機関作動パラメータのための前以て設定可能な値で、コールドスタートエンジン作動方法を用いて作動される方法に関する。本発明では、内燃機関（１）のコールドスタートおよび／または暖機運転が排気ガス浄化ユニット（１６）の微粒子フィルタ（１９）の煤の堆積に影響されて、制御されおよび／または調整される。本発明はさらに、少なくとも１つの触媒作用および／またはろ過作用を持つ排気ガス浄化コンポーネントを有する排気ガス浄化ユニット（１６）を備える内燃機関（１）を作動するための装置に関し、この装置では内燃機関（１）のコールドスタートおよび／または暖機運転と関連して、内燃機関（１）が前以て設定可能な内燃機関作動パラメータのための前以て設定可能な値で、コールドスタートエンジン作動方法を用いて作動される。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前段に記載された排気ガス浄化ユニットを備える内燃機関を作動するための方法に関する。さらに本発明は請求項１０の前段に記載された排気ガス浄化ユニットを備える内燃機関を作動するための装置に関する。

特許文献１は触媒作用および／またはろ過作用を持つ排気ガス浄化ユニットを備える排気ガス通路を有する、圧縮式内燃機関を作動するための方法を説明している。この方法では、内燃機関の燃焼室へは、少なくとも部分的に燃料の燃焼のための、空気部分と排気ガス通路から戻された排気ガスの部分とを含む燃焼ガスと、燃料と、が導かれる。この場合、低圧部分を持つ戻された排気ガスは、排気ガス浄化ユニットの下流で排気ガス通路から分岐する低圧回路を介して、また高圧部分を持つ排気ガスは、排気ガスターボチャージャタービンの上流で排気ガス通路から分岐する高圧回路を介して、燃焼室に供給される。この場合、基本的に燃焼ガス内の酸素含有量は、低圧回路内に配置されている低圧ＥＧＲバルブおよび／または排気ガス通路内に配置されている制御フラップおよび高圧回路内に配置されている高圧ＥＧＲバルブの作動によって、少なくともほぼ前以て設定可能な既定値の近くに調節される。

特許文献２は、少なくとも触媒作用および／またはろ過作用を持つ排気ガス浄化ユニットを備える排気ガス浄化装置を備える内燃機関の作動方法を説明している。この方法では、内燃機関のコールドスタートおよび／または暖機運転と関連して、内燃機関は、前以て設定可能な内燃機関作動パラメータの前以て設定可能な値でのコールドスタートエンジン作動方法で作動される。この場合、少なくとも１つの排気ガス浄化コンポーネントの１つまたは複数内に貯蔵されている炭化水素の、ＨＣ貯蔵量の推定が行われ、推定が、ＨＣ貯蔵量が前以て設定されたＨＣ貯蔵量限界値を超えている場合、コールドスタートエンジン作動方法が作動される。

独国特許出願公開第１０ ２００９ ０２１ １１４ Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００９ ００７ ７６４ Ａ１号明細書

本発明は、排気ガス浄化ユニットを有する内燃機関を作動するための、改良された方法および改良された装置を提供することを目的とするものである。

この目的は、請求項１の特徴を備える排気ガス浄化ユニットを有する、内燃機関を作動するための方法によって達成される。

本装置に関し、この目的は、請求項１０の特徴を備える排気ガス浄化ユニットを有する、内燃機関を作動するための装置によって達成される。

本発明の有利な実施形態は従属項の対象である。

１つの微粒子フィルタを含む排気ガス浄化ユニットを有する内燃機関を作動するための方法の場合、この方法では、内燃機関のコールドスターおよび／または暖機運転との関連で、前以て設定可能な内燃機関作動パラメータのための前以て設定可能な値で、内燃機関がコールドスタートエンジン作動方法で動作される。しかしながら、本発明では内燃機関のコールドスタートおよび／または暖機運転は、微粒子フィルタの煤の堆積に左右されて制御および／または調整される。これによって、制御された特に迅速な、排気ガス浄化ユニットまたは少なくとも個々の排気ガス浄化コンポーネントの温度調整が可能となり、これによって、特に迅速な排気ガス浄化ユニットの作動可能状態と、特に効果的な排気ガス浄化とが結果として生じる。

排気ガス浄化ユニットの温度調整は、存在することが好ましい触媒作用のある排気ガス浄化ユニットのコンポーネントを、急速にそれが有効となる温度領域にもたらすため、またこれによって有害物質の排出をできる限り低く維持するために、内燃機関の始動直後の加熱段階で、通常、極端な温度勾配を必要とする。この際に、微粒子フィルタ内に蓄積された煤が制御されずに燃焼するリスクが上昇する。この結果として生じる強い発熱反応は微粒子フィルタを損傷しかねず、または少なくとも触媒の劣化を明らかに促進させる。これは本発明の方法で確実に回避することができる。ここでのコールドスタートとは、冷却剤の温度が５０℃より低く、特に２０℃より低くおよび／または排気ガス浄化ユニット内の温度が２５０℃より低く、特に２００℃より低いという条件下での内燃機関の始動と理解される。これに相応して、暖機運転とは、コールドスタートに続く内燃機関の作動と理解され、この場合、冷却剤および排気ガス浄化ユニットは前述の温度には達していない。この暖機運転は前述の温度に達すると直ちに終了されることが好ましく、通常の内燃機関駆動のために前以て設定されている駆動パラメータの値に調整される。

この微粒子フィルタが、制御されたおよび／または調整された煤の酸化によって、前以て設定可能な作動温度に加熱されることはさらに好ましい。これは、暖機運転において、場合によっては微粒子フィルタに蓄積された煤の制御された除去を可能にし、この場合、煤の酸化によって放出される熱の結果として上昇するが、同時に制御された、微粒子フィルタの加熱速度が可能になる。したがって排気ガス浄化ユニットの加熱は、制御された煤の酸化によって有利に支援されることができる。

第１の実施形態では、基本的に堆積されていない微粒子フィルタの場合、前以て設定可能な最大温度勾配で、前以て設定可能な作動温度へ、排気ガス浄化ユニットの加熱が行われる。これは排気ガス浄化ユニット全体を迅速に加熱すること可能にし、これゆえに暖機時間を短縮し、またその結果として迅速な作動可能状態化と、効率的な排気ガス浄化が生じるが、この場合は微粒子フィルタ内の煤の燃焼は生じ得ない。基本的に、堆積の無い微粒子フィルタとは、微粒子フィルタが、微粒子フィルタ容積１リットル当たり１ｇ未満の、特に０．５ｇ／ｌ未満の煤の堆積を有しているものと理解される。また、最大温度勾配は、本発明の条件下で実現可能な最も高い値を考慮しながら、内燃機関駆動パラメータの対応する値の設定を介して、適切に決定されるものであり、１分間に約１００℃から５００℃である。

第２の実施形態では、前以て設定可能な第１の閾値を超える煤が堆積された微粒子フィルタの場合、暖機運転中の排気ガス浄化ユニットは、微粒子フィルタ内の温度が蓄積された煤の燃焼温度未満に調節されるように加熱される。これにより微粒子フィルタ内に貯蔵された煤が暖機運転中に制御されずに燃焼することを回避できる。この煤の堆積の第１の閾値は、約５ｇ／ｌ以上、特に６ｇ／ｌ以上という比較的多量の煤の堆積量に相当する。煤の堆積がこのような値の場合、制御されない煤の燃焼は短期間に非常に大きな熱エネルギを放出し、これは熱放射が限られている結果として、排気ガス浄化ユニットのコンポーネント、特に微粒子フィルタの過熱に繋がり得、コンポーネントまたは微粒子フィルタが損傷されまたは破壊されるかもしれない。従って煤の燃焼温度が約５５０℃であることから、暖機運転は、暖機運転時の微粒子フィルタの最高温度が５５０℃に満たないように実施される。

この方法の１つの好ましい実施形態では、内燃機関内の燃焼のラムダ値が、前以て設定可能な値未満に保たれるように、内燃機関の制御および／または調整が、暖機運転中に行われる。燃焼のラムダ値は約１．２未満に維持されることが好ましい。これによって排気ガス中の酸素含有量を、微粒子フィルタ内の煤の燃焼が妨げられるような、または、少なくとも場合によっては意図されずに生じた煤の燃焼の速度を危険ではない値に制限するような、低い値に保つことができる。

堆積されている微粒子フィルタの場合に、排気ガス流量が最大になるように、内燃機関のこのような制御および／または調整が暖機運転中に行われることが特に好ましい。これにより一方では特に迅速な排気ガス浄化ユニットのコンポーネントの加熱が可能になり、他方で微粒子フィルタからの熱放射が増加され、その結果、煤の燃焼の結果としての過熱の危険がさらに低くなる。

暖機運転の際に内燃機関の制御および／または調整が内燃機関のアイドリングストップシステムが作動解除されるように実施されることが目的に添っている。したがって、内燃機関の暖機運転中に生じる、アイドリング時の内燃機関の停止は確実に回避することができ、またこれによる暖機運転中の内燃機関の作動の中断と、その結果としての、排気ガス浄化ユニットが冷え切ることまたは冷却することとを確実に回避することができる。

前以て設定可能な第２の閾値未満の煤が堆積された、部分堆積されている微粒子フィルタの場合、前以て設定可能な最大温度勾配で、蓄積された煤の燃焼温度より高いところにある、前以て設定可能な作動温度へ排気ガス浄化ユニットの加熱が実施されることが特に好ましく、この場合は煤の燃焼が起きる。したがって暖機運転中に微粒子フィルタ内で煤の燃焼が生じ、その熱放出は排気ガス浄化ユニットの加熱をさらに加速させる。この暖機運転方法は、微粒子フィルタの煤の堆積が、暖機運転開始時に、ゼロより大きく、しかしながら約４ｇ／ｌより小さく、特に３ｇ／ｌより小さい場合に実施されることが好ましい。ここで述べられている部分堆積されている微粒子フィルタの暖機運転の場合、微粒子フィルタの出口側での温度測定を基準とした温度調節が実施されることが好ましい。これに対して、微粒子フィルタ内での煤の燃焼が不可能であるか、または設けられていないという暖機運転の変形の場合、微粒子フィルタの上流で測定されたガイド温度を基準とした温度調節が行われる。これ以外に、微粒子フィルタ内での煤の燃焼が実施されるか、用意されている場合の暖機運転では、アイドリング時において内燃機関の停止と共にアイドリングストップシステムが許される。

特に１つの有利な実施形態では、暖機された内燃機関において、煤が堆積された微粒子フィルタは、前以て設定可能な値を持った部分堆積された状態へ、煤の堆積が復元される。強制された、全ての微粒子フィルタ復元の多くが、復元の終了後、微粒子フィルタ内に煤の残留堆積が残るように実施されることが好ましい。一方ではこれによって、通常の駆動内で実施される微粒子フィルタを復元するための時間が短縮される。他方では、微粒子フィルタ内に残留した煤の燃焼が、部分堆積されたフィルタを有する内燃機関の停止後に実施される暖機運転において、有利に支援される。

本発明の方法によって、一方では、微粒子フィルタの復元の際と、暖機運転の際に、内燃機関の燃料消費を低減することができる。さらに熱負荷が低下することから、微粒子フィルタの復元中の触媒の劣化が減少する。

さらに本発明の方法によって、微粒子フィルタの復元の際に従来の追加インジェクションによって生じる、内燃機関内を循環する潤滑剤の潤滑剤希釈が低減する。

適宜内燃機関の排気ガスの負荷ならびに有害物質排出を有利に低減することが可能である。

特に有利には、微粒子フィルタに残留した残留煤によって微粒子フィルタの煤分離性能を上昇させることができる。こうして、特にいわゆる選択的触媒反応を可能にする、多孔質の微粒子フィルタ基質を使用することができる。

内燃機関のコールドスタートおよび／または暖機運転と関連して、前以て設定可能な内燃機関作動パラメータのための前以て設定可能な値で、コールドスタートエンジン作動方法で作動される内燃機関であって、少なくとも１つの触媒作用および／またはろ過作用を持つ排気ガス浄化コンポーネントを備える排気ガス浄化ユニットを備える内燃機関を作動するための装置において、内燃機関のコールドスタートおよび／または暖機運転が、本発明では、排気ガス浄化ユニットの微粒子フィルタの煤の堆積に左右されて制御および／または調整可能であって、この際に微粒子フィルタの煤の堆積は、微粒子フィルタの前後の排気ガス反力の圧力差測定および／または出現する内燃機関の駆動状態に影響されて、制御ユニット内に保管されている微粒子フィルタの煤の堆積の計算モデルによって、算出されることができる。
本発明の例示的実施形態を以下に１つの図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の方法の実施に適している、過給機および排気ガス再循環を備える内燃機関の概略図である。

図１は本発明の方法の実施に適している、過給機および排気ガス再循環を備える内燃機関１を概略的に示している。内燃機関１は従来の２段式過給機および２段式排気ガス再循環を備える圧縮式内燃機関として構成されていることが好ましい。

この内燃機関１は、詳細には示されていない燃焼室を有し、作動シリンダ３を備える１つのエンジンブロック２を含み、この場合作動シリンダ３またはそのそれぞれの燃焼室に、高圧ポンプ４と相応の噴射ノズル５を介して燃料が供給可能である。

外気装置６は作動シリンダ３、またはそれぞれの燃焼室に空気を燃焼空気として供給し、また排気ガス通路７は排気ガスを作動シリンダ３から排出する。外気装置６内には、外気の流れる方向に、エアフィルタ８、低圧排気ターボチャージャ１０の第１コンプレッサ９、高圧排気ターボチャージャ１２の第２コンプレッサ１１および少なくとも１つのインタクーラ１３が配置されている。

排気ガス通路７内には、エンジンブロック２からの排気ガスの流れる方向に、高圧排気ターボチャージャ１２の第１タービン１４、低圧排気ターボチャージャ１０の第２タービン１５、排気ガス浄化ユニット１６、および下流の、排気ガス堰き止めフラップ１７が配置されている。

排気ガス浄化ユニット１６は、少なくとも１つの酸化触媒コンバータ１８および１つの微粒子フィルタ１９を含み、それらの間に尿素水のための配量バルブ２０が排気ガス通路７に合流していることが好ましい。微粒子フィルタ１９は焼結鍛造様態であることが可能であり、または壁貫流式ハニカム構造のフィルタユニットとして、もしくは窒素酸化物貯蔵触媒として、または両者の組み合わせとして形成されることができる。さらに排気ガス浄化ユニット１６は、１つまたは複数の、さらなる浄化効果を持つ排気ガス後処理ユニット、例えばＳＣＲ触媒コンバーターおよび／または窒素酸化物貯蔵触媒コンバーターを含むことができる。

このような排気ガス浄化ユニットは、専門家は周知であり、それについては詳細に触れない。一般性を損なうことなく、下記の説明において排気ガス浄化ユニット１６はその前に配置された酸化触媒１８とともに１つの微粒子フィルタ１９および尿素水のための配量バルブ２０を含むということが仮定される。

高圧排気ターボチャージャ１２を迂回し、その中にコンプレッサバイバスバルブ２２が取り付けられている、コンプレッサバイパス導管２１が第２コンプレッサ１１の上流で分岐しており、この結果、第１コンプレッサ９によって圧縮された外気または外気排気ガス混合物は、内燃機関１の作動状態に左右されて、またその結果としてのコンプレッサバイバスバルブ２２の位置、例えばコンプレッサバイバスバルブ２２が完全に閉鎖されている場合、第２コンプレッサ１１を通過して、これによってさらに圧縮され、またはコンプレッサバイバスバルブ２２が完全に開放されている場合は、コンプレッサバイパス導管２１を介して第２コンプレッサ１１を迂回して流れ、またはコンプレッサバイバスバルブ２２が部分的に開放されている場合は、外気排気ガス混合物の一部が圧縮される。このようにして、内燃機関１の充填圧が制御可能であり、または、内燃機関１の回転数が低い場合は、排気ガス圧が低すぎるために高圧排気ターボチャージャ１２が作動不可能であるが、コンプレッサバイパス導管２１を介して第２コンプレッサ１１を迂回することが可能である。

排気ガス通路７内には、第１タービン１４を迂回する第１タービンバイパスバルブ２４が取り付けられている、第１タービンバイパス導管２３が配置されている。さらに排気ガス通路７内には、第２タービン１５を迂回する第２タービンバイパスバルブ２６が取り付けられている第２タービンバイパス導管２５が配置されている。

内燃機関１の回転数が低い場合、およびその結果として排気ガス圧が低い場合、高圧排気ターボチャージャ１２はまだ作動することが不可能である。これゆえにこの作動状態では、第１タービンバイパスバルブ２４は、排気ガス流量が第１タービンバイパス導管２３を介して第１タービン１４を迂回して導かれるように制御され、このようにして排気ガス流量を完全に低圧排気ターボチャージャ１０の第２タービン１５の駆動のために使うことができる。

内燃機関１の回転数が非常に高い場合、排気ターボチャージャ１０、１２の夫々のタービン１４、１５に作用する排気ガス圧は非常に高く、これによりタービンは非常に高い回転数に達する。その結果、排気ターボチャージャ１０、１２の夫々のコンプレッサ９、１１の圧縮効果が非常に高くなり、これによって外気排気ガス混合物に非常に高い充填圧が生じる。ただしこれは、前以て設定可能な値を超えてはならず、このため前以て設定可能な値に到達した場合、１つまたは両方のタービンバイパス導管２３、２５が作動可能になり、いわゆるウェイストゲートバルブとして使用可能になる。この場合、タービンバイパスバルブ２４、２６は、例えば部分的に開放して、これによって排気ガス流量の一部が、タービン１４、１５を迂回して導かれることが可能となり、これによってタービン１４、１５上に作用し、またこれを駆動する排気ガス圧を低下することが可能になるように制御することができる。この結果、排気ターボチャージャ１０、１２の夫々のコンプレッサ９、１１を介して圧縮されたガスには低い圧縮が生じ、それゆえに低い充填圧が結果として生じる。

低圧排気ターボチャージャ１０と高圧排気ターボチャージャ１２のこの配列により、内燃機関１の性能を、異なる回転数領域で最適化することが可能であり、またそれぞれに最適な充填圧を供給することができる。特にこれによって、いわゆるターボラグ、すなわち充填圧が欠けるかまたは非常に低い場合に、その結果として生じるこの種の内燃機関１の低回転数領域での低い出力を避けることができる、または、この問題を少なくとも明らかに低減することが可能であり、またこれによってこの内燃機関１で駆動される車両の、例えば走行挙動および燃料消費を最適にすることができる。

排気ガス浄化ユニット１６の下流には、特に排気ガス通路７の低圧側で、排気ガス通路７から１つの低圧排気ガス再循環導管２７が分岐し、これは低圧排気ターボチャージャ１０の第１コンプレッサ９の上流で、またエアフィルタ８の下流で、再び外気装置６に合流する。低圧排気ガス再循環導管２７内には、排気ガス通路７の分岐からの低圧排気ガス再循環流量の流れの方向から見て、ひとつの低圧排気ガス再循環クーラ２８および低圧排気ガス再循環バルブ２９が配置されている。低圧排気ガス再循環クーラ２８が欠損する場合、低圧排気ガス再循環流量の冷却は、使用される導管の長さまたは導管の形状によって任意に行われる。この低圧排気ガス再循環流量の冷却は、排気ガス再循環作動において、コンプレッサ９、１１上に不適切な高い温度が出現しないことを確実にする。

さらに低圧排気ガス再循環導管２７内にいわゆるＳＣＲ触媒３０が配置されていて、これを介して低圧排気ガス再循環流量の選択触媒還元が可能である。

高圧排気ターボチャージャ１２の第１タービン１４の上流、特に排気ガス装置７の高圧側で、排気ガス通路７のエキゾーストマニホールド３１から高圧排気ガス再循環導管３２が分岐し、インタクーラ１３の上流で外気装置６に合流する。この高圧排気ガス再循環導管３２を使い、高圧排気ガス再循環バルブ３３を介して高圧排気ガス再循環流量を外気装置６内へ導くことが可能である。このような実施形態では、高圧排気ガス再循環導管３２内に高圧排気ガス再循環クーラ３４が配置されており、このクーラは場合によって低圧排気ガス再循環クーラ２８と、構造的におよび／または機能的に一体化していることができる。ただしオプションとして、高圧排気ガス再循環流量の冷却が、例えば相応に実施されている高圧排気ガス再循環導管３２の配管の長さにより実施されることも可能である。

例示されている内燃機関１はつまり、相応の高圧路を介して、高圧排気ターボチャージャ１２の第１タービン１４の上流で、および相応の低圧回路を介して、排気ガス浄化ユニット１６の下流で、排気ガス通路７から排気ガスを取り出し、また冷却後、低圧排気ターボチャージャ１０の第１コンプレッサ９およびインタクーラ１３の上流で、外気装置６へ、またこれによって排気ガスを内燃機関１の燃焼室内へ排気ガスを供給することを可能にする、排気ガス再循環を備える。この内燃機関１は選択的に、排気ガス再循環を使わないで、高圧排気ガス再循環または低圧排気ガス再循環、または高圧排気ガス再循環と低圧排気ガス再循環とを同時に、作動することができる。したがって内燃機関１の燃焼室に、広い範囲内で変更可能な、排気ガス再循環率をもって、燃焼ガスが供給される。排気ガス再循環量の調節、すなわち再循環される排気ガス流量と、それに伴ういわゆるＥＧＲ率との調節は、排気ガス堰き止めフラップ１７および／または低圧排気ガス再循環バルブ２９を介して、および高圧排気ガス再循環バルブ３３を介して行われ、これによって再循環される排気ガス全体の、低圧部分および高圧部分は、同じく広い範囲内でまた相互に独立して調節可能である。これは全体として、清潔な排気ガス再循環流量、排気ガス再循環流量のより良い冷却、排気ガス再循環クーラ２８、３４の煤による汚れが生じ無いこと、および外気装置６内での良好な排気ガス再循環流量と外気との混合を達成する。有利なことに、高い排気ガス再循環率が可能であり、またより均質な、または少なくとも部分的に均質な内燃機関１の駆動を可能にする。

ここでの排気ガス堰き止めフラップ１７および定圧排気ガス再循環バルブ２９は、パイロット制御として実施されている排気ガス再循環制御のアクチュエータである。排気ガス堰き止めフラップ１７のみではなく低圧排気ガス再循環バルブ２９も常時調整可能であることが好ましい。第１コンプレッサ９以前の、排気ガス堰き止めフラップ１７および低圧排気ガス再循環バルブ２９の援助によって、全体としての排気ガス再循環流の低圧部分が設定可能であり、またこれによって排気ガス再循環流量全体にも同じく影響を与えることができる。低圧排気ガス再循環流量のために充分な圧力差が存在する限り、低圧排気ガス再循環流量はまず低圧排気ガス再循環バルブ２９を介してのみ調節することができる。もはやこの状況にあてはまらない場合は、低圧排気ガス再循環バルブ２９に対する圧力差を上昇させるために、付加的に排気ガス堰き止めフラップ１７を調節することができる。これによって低圧排気ガス再循環流量と外気との良好な混合を確保することができる。さらなる利点はとりわけ、低圧回路内に再循環された排気ガスが清潔であり、またほとんど振動が無いということである。加えて、再循環された排気ガスの低圧部分が高い場合、比較的高い排気ガス流量をタービン１４、１５に導くことができるため、上昇した圧縮能力が提供される。再循環された排気ガスを、コンプレッサ９、１１の後にインタクーラ１３を通して導くことが可能であることから、外気と排気ガスを含む燃焼ガスの温度を有意に低下することができる。内燃機関１は必要に応じて高圧排気ガス再循環でも、また低圧排気ガス再循環でも、または両者で駆動することができる。

備えられていることが好ましい、外気装置６内のインタクーラ１３を迂回するインタクーラバイパス導管３５を介して、インタクーラ１３の煤による汚れを回避することができる。いわゆる煤による汚れの危険とは、例えば水蒸気と、場合によっては微粒子を含むガス混合物がインタクーラ１３内で露点未満に冷却され、相応して結露の発生が現れることである。

外気排気ガス混合物全体またはその一部分のみでもインタクーラバイパス導管３５を介してインタクーラ１３を迂回して導かれ得ることが好ましく、これによって外気排気ガス混合物はインタクーラ１３によって冷却されず、これゆえに温度は露点未満には下がらない。必要な場合、すなわち外気排気ガス混合物が高温の場合、外気排気ガス混合物が、さらに引き続きインタクーラ１３を介して効率良く冷却され得ることを確保するために、コンプレッサ９、１１の下流、またインタクーラ１３の上流の、外気装置６内に、ここに示されていない温度センサが配置されていて、その結果前以て設定可能な温度に到達したときは、インタクーラバイパス導管３５内にあるインタクーラバイパスバルブ３６が対応して制御可能であって、これに続いてこのインタクーラバイパスバルブ３６が例えば完全に開放されて、インタクーラバイパス導管３５が外気排気ガス混合物のために開放され、または完全に閉鎖され、または別の実施形態では部分的に開放される。

内燃機関１の最適な作動のために、図示されていないさらなるセンサが排気ガス通路７内、ならびに外気装置６内に設けられていることが好ましい。特に外気装置６および排気ガス通路７内の温度状況と圧力状況を把握するために、温度センサおよび／または圧力センサがエキゾーストマニホールド３１の出口側、タービンバイパス導管２３、２５内、排気ガス浄化ユニット１６の入口側および／または出口側またはその中、エアフィルタ８の入口側および／または出口側、コンプレッサ９、１１の入口側および／または出口側、排気ガス再循環導管２７、３２内、および場合によってはさらなる位置に配置されることができる。さらに、外気流量を把握するために、空気流量センサがエアフィルタ７の下流に設けられることが好ましい。さらに、排気ガスセンサが、排気ガス通路７内に、例えばエキゾーストマニホールド３１内に、および排気ガス浄化ユニット１６の前および／または後またはその中に、ラムダセンサのように設けられていることが好ましい。取り付けられているセンサの信号は、ここでは示されていない制御および調整装置によって処理されることができ、この装置は、信号ならびに保存されている特性曲線および特性マップを基にして、内燃機関１の一般的な駆動状態、特に排気ガス通路７内と外気装置６内を測定し、アクチュエータの制御を介して、制御および／または調整することができる。特に低圧路および高圧路内の排気ガス再循環流量、および内燃機関１の負荷状態は、トルクまたは平均作動圧および回転数に関連して測定され、調整されることができる。

本発明の方法の実施の際に、内燃機関１のコールドスタートおよび／または暖機運転の場合、内燃機関１は、前以て設定可能な内燃機関作動パラメータのための前以て設定可能な値で、コールドスタートエンジン作動方法で駆動される。この場合、内燃機関１のコールドスタートおよび／または暖機運転は、排気ガス浄化ユニット１６の微粒子フィルタ１９の煤の堆積に影響されて、制御されおよび／または調整される。この場合に微粒子フィルタ１９の３つの作動状態が考慮される。

第１の、微粒子フィルタ１９の堆積されていない状態では、微粒子フィルタ１９内に煤は堆積されていないか蓄積されていない。このような、堆積されていない微粒子フィルタ１９の場合、排気ガス浄化ユニット１６の加熱は、前以て設定可能な最大温度勾配を持って前以て設定可能な作動温度へと実施される。この場合、この前以て設定可能な作動温度は、例えば５５０℃以上であることができ、これは煤の燃焼温度を超えていている。特にこれは排気ガス浄化ユニット１６全体の迅速な加熱を可能にし、この場合、微粒子フィルタ１９内での煤の燃焼は現れず、またその結果として排気ガス浄化ユニット１６の迅速な作動可能状態化と効率的な排気ガス浄化を可能にする。

この際に、いわゆる選択的触媒反応を特に可能にする、排気ガス浄化コンポーネント、例えば微粒子フィルタ１９および／またはＳＣＲ触媒３０が加熱され、その結果これらが速やかに作動温度に到達し、この場合炭化水素、一酸化炭素および窒素の排出を最少にする。

堆積されていない微粒子フィルタ１９については、いわゆる内燃機関１のアイドリングストップシステムが作動解除されるような、内燃機関１の制御および／または調整が実施されることが目的に添っている。これによって、暖機時の内燃機関１の作動の中断と、その結果としての排気ガス浄化ユニット１６が冷え切ることまたは冷却してしまうことを確実に回避することができる。

第２の、微粒子フィルタ１９が堆積されている状態では、フィルタが完全にまたはほぼ完全に煤で充填されている。このような微粒子フィルタ１９の堆積の状態は、例えば１リット当たり４グラム以上の粒子密度になっていると想定される。このように堆積された微粒子フィルタ１９では、コールドスタートまたは暖機時中に微粒子フィルタ１９内の温度が、蓄積された煤の燃焼温度未満に調節されるように、排気ガス浄化ユニット１６の加熱が実施される。これによって、煤が堆積された微粒子フィルタ１９の制御されない燃焼と、その結果としての排気ガス浄化ユニット１６の微粒子フィルタ１９および／または他の排気ガス浄化コンポーネントを損傷または破壊し得る、制御されない吸熱反応を確実に回避することができる。

さらに、堆積された微粒子フィルタ１９の場合、内燃機関内での燃焼のラムダ値が前以て設定可能な値未満に保たれるような、内燃機関１の制御および／または調整が実施される。この場合例えばラムダ値は１．２未満に設定可能である。これによって排気ガス通路への酸素の搬入は最少化され、その結果煤の酸化のための酸素は有利に減少される。

堆積された微粒子フィルタ１９の場合、排気ガス流量が最大化され、その結果排気ガス浄化ユニット１６の加熱がことさら促進されるような、内燃機関１の制御および／または調整が実施されることが特に好ましい。

堆積されている微粒子フィルタ１９の場合、いわゆる内燃機関１のアイドリングストップシステムが作動解除されるような、内燃機関１の制御および／または調整が実施されることが目的に添っている。これによって暖機時の内燃機関１の作動の中断と、その結果としての排気ガス浄化ユニット１６が冷え切ることまたは冷却してしまうことを確実に回避することができる。

前述の、また説明された全ての対策は、内燃機関１のコールドスタートまたは暖機時に、独立して、または好ましくは共同して実施されることができる。

第３の、部分堆積されている微粒子フィルタ１９は、それが部分的にまたは区間的に煤で充填されている。このような、微粒子フィルタ１９が部分堆積されている状態は、例えば１リット当たり４グラム未満の粒子密度、特に１リット当たり３グラム未満になっていると想定される。部分堆積された微粒子フィルタ１９の場合、排気ガス浄化ユニット１６の加熱は、前以て設定可能な最大温度勾配で、蓄積された煤の燃焼温度より高いところにある、前以て設定可能な駆動温度で実施されることが特に好ましく、この場合は煤の燃焼が起き、その結果として排気ガス浄化ユニット１６の加熱が生じる。

したがって、微粒子フィルタ１９は制御されたおよび／または調整された煤の酸化によって前以て設定可能な作動温度に加熱される。これは微粒子フィルタ１９内に蓄積された煤の制御された除去を可能にし、この場合微粒子フィルタ１９および／または排気ガス浄化ユニット１６の制御された加熱を同時に可能にする。こうして、排気ガス浄化ユニット１６の加熱挙動は、有利なことに、制御された煤の酸化によって支援され、加速される。

特に好ましい実施形態では、堆積された微粒子フィルタ１９は内燃機関１の駆動中に完全に堆積されていない状態には復元されず、煤の堆積の前以て設定可能な値を持つ、部分堆積された状態に復元される。これによって微粒子フィルタ１９内に残った残留煤によって、微粒子フィルタ１９の煤分離性能を上昇させることができる。こうして、特にいわゆる選択的触媒反応を可能にする、多孔質の微粒子フィルタ基質を使用することができる。

通常内燃機関１の作動の中断の際に現れる、排気ガス浄化ユニット１６が冷え切ることまたは冷却してしまうことに対して、煤の酸化が反対に働くため、特に好ましいことに、従来の内燃機関１のアイドリングストップシステムが実施可能である。

内燃機関のコールドスタートまたは暖機時中の、説明された付加的な煤の酸化によって、微粒子フィルタ１９の従来の復元間隔は好ましいことに変更される必要がない。

微粒子フィルタ１９の煤の堆積は、従来の方法によって、微粒子フィルタ１９の前後の排気ガス圧の圧力差測定で検出することができる。

この圧力差が、エンジン回転数、内燃機関１の負荷状態および微粒子フィルタ１９の堆積状態に左右されて変化するため、このパラメータは特性マップで記録されることが好ましい。圧力差の監視、微粒子フィルタ１９の復元の開始、および制御および／または調整は、ここに示されていない内燃機関１の制御ユニットで行われる。

さらにこの制御ユニット内には、コールドスタートの際に微粒子フィルタ１９の堆積状態を検出するために、内燃機関１に現れる駆動状態に添った、微粒子フィルタ１９の煤の堆積の計算モデルが保存されている。

内燃機関１の駆動中に、計算モデルのパラメータと、圧力差測定が相互に調整されることが好ましい。

１ 内燃機関
２ エンジンブロック
３ 作動シリンダ
４ 高圧ポンプ
５ 噴射ノズル
６ 外気装置
７ 排気ガス通路
８ エアフィルタ
９ 第１コンプレッサ
１０ 低圧排気ターボチャージャ
１１ 第２コンプレッサ
１２ 高圧排気ターボチャージャ
１３ インタクーラ
１４ 第１タービン
１５ 第２タービン
１６ 排気ガス浄化ユニット
１７ 排気ガス堰き止めフラップ
１８ 酸化触媒コンバータ
１９ 微粒子フィルタ
２０ 配量バルブ
２１ コンプレッサバイパス導管
２２ コンプレッサバイバスバルブ
２３ 第１タービンバイパス導管
２４ 第１タービンバイパスバルブ
２５ 第２タービンバイパス導管
２６ 第２タービンバイパスバルブ
２７ 低圧排気ガス再循環導管
２８ 低圧排気ガス再循環クーラ
２９ 低圧排気ガス再循環バルブ
３０ ＳＣＲ触媒
３１ エキゾーストマニホールド
３２ 高圧排気ガス再循環導管
３３ 高圧排気ガス再循環バルブ
３４ 高圧排気ガス再循環クーラ
３５ インタクーラバイパス導管

Claims (10)

1. 微粒子フィルタ（１９）を含む排気ガス浄化ユニット（１６）であって、前記微粒子フィルタにおいて、内燃機関（１）のコールドスタートおよび／または暖機運転と関連して、前記内燃機関（１）が前以て設定可能な内燃機関作動パラメータのための前以て設定可能な値で、コールドスタートエンジン作動方法で動作される排気ガス浄化ユニット（１６）を有する前記内燃機関（１）を作動するための方法であって、
   前記内燃機関（１）のコールドスタートおよび／または暖機運転が、前記微粒子フィルタ（１９）の煤の堆積に左右されて制御および／または調整されることを特徴とする方法。
2. 前記微粒子フィルタ（１９）が、制御および／または調整された煤の酸化によって前以て設定可能な作動温度に加熱されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 実質的に堆積されていない微粒子フィルタ（１９）の場合、前以て設定可能な最大温度勾配で、前以て設定可能な作動温度へ、前記排気ガス浄化ユニット（１６）の加熱が実施されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前以て設定可能な第１閾値を超える煤が堆積された微粒子フィルタ（１９）の場合に、前記排気ガス浄化ユニット（１６）が、該微粒子フィルタ（１９）内の温度が蓄積された煤の燃焼温度未満に調節されるように加熱されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
5. 前記内燃機関（１）内での燃焼のラムダ値が、前以て設定可能な値未満に保たれるか、または調整されるような、前記内燃機関（１）の制御および／または調整が実施されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 排気ガス流量が最大化されるように、前記内燃機関（１）の制御および／または調整が実施されることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の方法。
7. 前記内燃機関（１）のアイドリングストップシステムが作動解除されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前以て設定可能な第２の閾値未満の煤が堆積された、部分堆積されている微粒子フィルタ（１９）の場合、前以て設定可能な最大温度勾配で、蓄積された煤の燃焼温度より高い、前以て設定可能な作動温度へ前記排気ガス浄化ユニット（１６）の加熱が実施され、煤の燃焼が起きることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
9. 暖機された内燃機関（１）において、煤が堆積された微粒子フィルタ（１９）が、前以て設定可能な値を持った部分堆積された状態へ、煤の堆積が復元されることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の方法。
10. 微粒子フィルタ（１９）を含む排気ガス浄化ユニット（１６）であって、前記微粒子フィルタにおいて、内燃機関（１）のコールドスタートおよび／または暖機運転と関連して、前記内燃機関（１）が前以て設定可能な内燃機関作動パラメータのための前以て設定可能な値で、コールドスタートエンジン作動方法で動作される排気ガス浄化ユニット（１６）を有する前記内燃機関（１）を作動するための装置であって、
    前記内燃機関（１）のコールドスタートおよび／または暖機運転が、前記排気ガス浄化ユニット（１６）の前記微粒子フィルタ（１９）の煤の堆積に左右されて制御および／または調整されることを特徴とする装置。

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