JP2016040468A - 内燃機関の排気ガス領域内に配置された触媒の加熱方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒の迅速な加熱を可能にする加熱方法及び装置を提供する。【解決手段】内燃機関が燃焼室（１２）内への燃料直接噴射によって作動し、内燃機関（１０）が、次善の点火角度効率と、燃焼の開始前に噴射される燃料量の部分噴射（ｔｉ＿１、ｔｉ＿２）への分割とによって作動され、次善の点火角度効率又は噴射される燃料量の分割から生じるトルク損失が、燃焼室（１２）の引き上げられた充填効率によって補償され、燃料量と充填効率が、互いに燃焼室充填気の空気過剰率ラムダ（Ｌ）が１よりも大きくなるように調整されている、内燃機関の排気ガス領域（２６）内の触媒（２８、３０）の加熱方法において、触媒の温度（Ｔ）に関する尺度が測定され、この尺度が予め定められた温度閾値（Ｔ＿Ｓ）をオーバーすると、減少させるべき排気ガス成分の量が、内燃機関（１０）の制御装置内への少なくとも一回の介入によって引き上げられる。【選択図】図１

Description

本発明は、独立の請求項の上位概念に基づく、特に内燃機関の、燃焼プロセスの排気ガス領域内に配置された触媒の加熱方法及びこの方法を実施するための装置に関する。

内燃機関は、燃料直接噴射によって運転され、その際触媒の加熱のために点火角度遅延並びに点火の前の燃料噴射の少なくとも二回の燃料部分噴射への分割が行われる。この措置によって生じるトルク損失は引き上げられたシリンダ充填効率によって補償される。未だ変換することができない冷たい触媒の下では、内燃機関の少ない排気ガス未処理排出を達成するために、場合によっては空気過剰率をラムダ＞１に定めること、即ち、内燃機関を希薄な燃料／空気混合気で運転することが行われる。

その様な方法及びその様な制御装置は既に量産の中で用いられている。既知の方法によれば、例えば内燃機関のスタート過程の後の冷たい触媒の下では、内燃機関の出力或いはスタート後の段階で場合によっては引き上げられる例えば１，２００／ｍｉｎのアイドリング回転数を変えること無しに、排気ガス中にできるだけ大きな熱量を発生させるという方策が行われる。

これは、そこで用いられている方法の場合、燃料量の第一の部分を吸気行程の中で、また燃料量の第二の部分を圧縮行程の中で噴射するということによって達成される。その結果、燃焼室内に、第二の部分の噴射から生じる比較的過濃で、従って着火性の良い燃料／空気混合気の領域を点火プラグの近くに持つ、成層化された燃料分布が得られる。内燃機関のこの様な運転は、均質分割運転（Homogen-Split-Betrieb）と呼ぶことができ、その際“分割”というのは噴射の分割と関連している。

充填気成層は、安定した回転数特性とコントロール可能な排気ガス未処理排出の下で、ＯＴ（ＯＴ＝上死点）の後１０〜３０゜の範囲内の非常に遅い点火時期を可能にする。遅い点火時期は、比較的悪い点火角度効率をもたらす。ここで、点火効率とは、遅い点火時期の下で生成されるトルクと最適点火時期の下で生成されるトルクとの比であると理解されるものとする。悪い点火時期効率から生じるトルク損失は、内燃機関の燃焼室充填効率の引き上げによって補償される。実現された点火角度の下では、基準条件の下で可能となる最大充填効率の約７５％の値までの燃焼室充填効率の引き上げが行われる。これによって、全体として比較的大きな排気ガス量が生まれ、その温度は点火角度効率が悪いために比較的高いので、排気ガス領域内に最大熱流（エンタルピー流）が生まれる。

エンタルピー流のこの最大化によって加熱する場合には、排気ガス領域が排気弁から触媒まで完全に加熱されなければならない。これ等の構成部分の熱容量は、とりわけ排気ガスターボチャージャー付きの内燃機関の場合、触媒の手前で過度に高い熱損失をもたらし、触媒の効果的な加熱を困難にする。排気ガスターボチャージャー付きの内燃機関の場合には更に、ターボチャージャーのタービンの手前の排気ガスの流路の中にある排気ガスマニホルドが、排気ガスエンタルピーを最大化させると、非常に急速にそれ以上加熱するとその破壊をもたらす恐れのある温度まで加熱されてしまうということが問題となる。このことが、触媒の加熱のために望ましい排気ガスエンタルピーの最大化を制約している。

先に述べられた内燃機関の均質分割運転は、燃料噴射時期と点火時期のコンスタントなタイミングでのアフタースタート段階の中で採用することができる。従来の内燃機関の制御装置では、スタート操作の後のアフタースタート段階は、内燃機関の回転数がスターター回転数と内燃機関のアイドリング回転数の間にある回転数閾値をオーバーし且つ予め定められている通常２０〜３０秒の時間間隔の間持続された時に始まる。この時間間隔の間に、内燃機関の近くに配置された前置触媒が通常、有害物質の変換、とりわけ水酸化物の変換が感知可能に開始される作動温度（ライトオフ温度）に到達する。通常の定義によれば、このライトオフ温度とは、触媒の手前に現れる一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）などの望ましくない排気ガス成分の５０％が水や二酸化炭素などの無害な排気ガス成分へ変換される温度である。

実際には、有害物質変換のパーセンテージは急激には上昇せず、むしろ緩やかに上昇して行く。前置触媒の中での有害物質変換の開始の後、前置触媒の後方で測定可能な炭化水素の濃度は、急速にゼロに近い値へ向かって低下する。テストによれば、前置触媒の後方での炭化水素濃度の低下は、前置触媒の中央領域内でのライトオフ温度の到達と相関関係にある。従って、内燃機関のコールドスタートの後或いは例えば惰行（オーバーラン）時燃料カットオフ（燃料供給無しの内燃機関の運転）の後に、環境中へ排出される炭化水素の量は触媒の作動温度の到達のために必要な時間間隔に大きく依存している。

以上の様な背景の下で、本発明は触媒の迅速な加熱を可能にする方法及びこの方法の実施のための装置を提供することを課題としている。

本発明によれば、触媒の温度に関する尺度が測定され、減少させるべき排気ガス成分の量が、触媒温度が予め定められている閾値をオーバーすると、内燃機関の制御装置への介入によって引き上げられる、ということが行われる。

内燃機関が、未だ変換することのできない冷たい触媒の下では、希薄な燃料／空気混合気で運転されるということによって、可能最少限の例えば未燃焼炭化水素など排気ガス未処理排出物しか環境中へ排出されない。内燃機関のこの運転状態の間に触媒の加熱が内燃機関の効率の引き下げによって達成される。

触媒温度の予め定められている温度閾値が到達された時に初めて、減少させるべき排気ガス成分の量が内燃機関の制御装置への介入によって引き上げられる。

ライトオフ温度に到達するまでの時間及びそれによって環境中へ放出される炭化水素の量は、この措置によって低減されるということが示された。この有利な効果は、触媒の中央領域内の温度は未だかなり低く、なお触媒の作動温度域の下側にあるにも係わらず、触媒の入口の最初の触媒コーティングを施された表面要素が、触媒の入口の温度が予め定められている閾値をオーバーすると、既に変換を開始するということに基づいていると考えられる。

排気ガス中に存在している酸素と組合された、減少させるべき排気ガス成分の引き上げられた供給によって、この表面要素の上で発熱反応が開始され、この反応がダイレクトで、直接的な、従って加速された触媒の加熱に寄与する。その際に行われる、例えば連続的に行われる、減少させるべき排気ガス成分の量の引き上げによって、触媒内で発生される熱の連続的増加が行われる。それによって、加速される触媒の最初の数センチメートルの加熱は、従来技術の場合（及び本発明でも温度閾値のオーバー前）に利用される、機関内での燃焼からの一定のエンタルピー流による加熱よりも遥かに効果的である。このことはとりわけ、エンタルピー流が、触媒の中へ入る前に、別の構成部分の加温による損失を受けるということに関係している。例えば、その様な別の構成部分には、排気ガスマニホルド、ターボチャージャー等がある。

本発明に基づく手法の重要なその他の利点として、未燃焼の、削減されるべき排気ガス成分の排出を削減する他に、窒素酸化物排出の削減もある。

本発明に基づく手法の有利な拡張例と実施例は添付の諸請求項から明らかとなる。

一実施例によれば、減少させるべき排気ガス成分の量は、その点火角度遅延の復帰によって達成される。

代わりの手法として或いは追加として、一実施例によれば、減少させるべき排気ガス成分の量は、燃料部分噴射の中で点火前の予め定められている燃料量の分割の変更によって達成される。

更に代わりの手法として或いは追加として、一実施例によれば、減少させるべき排気ガス成分の量は、空気過剰率ラムダを、より低い空気過剰率のスタートポイントと反対の側へ引き下げることによって達成される。

更に代わりの手法として或いは追加として、燃焼の開始の後に少なくとも一回の燃料ポスト噴射を行うことができる。

とりわけ、少なくとも一回の燃料ポスト噴射を行う実施例の枠組みの中では、次の利点が生じる。排気ガスエンタルピーの最大化によって、その他の噴射によってドーズされる燃料量の準備と気化が顕著に改善されるので、燃料が液滴の形で触媒の中へ達すると云う確率が引き下げられる。遅延点火と高められた内燃機関充填効率によって排気ガスエンタルピーが引き上げられたとしても、追加としてドーズされた燃料量の気化によって再び引き下げられる。しかしながら、触媒の望ましい加熱という観点から見れば、この引き下げは、発熱反応による触媒のより効果的な加熱によって十二分に補償される。排気ガスターボチャージャー付きの内燃機関の場合には、排気ガスエンタルピーの最大化の際には、追加の燃料のドージング無しでも発生することのある過熱に対するマニホルドの保護という追加の利点をもたらす。この追加の、触媒前の最低温度と結び付いている噴射は、ここではターボチャージャーの手前の温度が低下し、これがマニホルドを保護するということ、及びそれでも触媒の加熱のために、少なくとも一回の燃料ポスト噴射無しの場合よりもより多いエネルギーが用意されるという、二重の効用を発揮する。

この方法の実施のための本発明に基づく装置は先ず、この方法の実施のための手段を含んでいる特別に仕立てられた制御装置に関している。

この制御装置は、プロセスステップが制御装置プログラムとして格納されている、好ましくは少なくとも一つの電気的メモリを含んでいる。

本発明に基づく制御装置プログラムは、それが制御装置で実行されると、本発明に基づく方法の全てのステップが実施されることを想定している。

機械読み取り可能な媒体に記録されたプログラムコードを備えた本発明に基づく制御装置プログラム製品は、プログラムが制御装置で実行されると、本発明に基づく方法を実施する。

本発明が実施される技術分野を示す。 既知のやり方及び本発明の対象の場合に行われる、排気ガス中の回転数、温度、及び炭化水素濃度の時間的変化を示す。 複数の燃料噴射モデルを示す。 本発明に基づく方法の実施例としての流れ図を示す。

図１は内燃機関１０を示しており、この内燃機関１０は、詳しくはピストン１４によって可動に密閉された少なくとも一つの燃焼室１２を備えている。燃焼室１２の燃料と空気から成る混合気による充填気は点火プラグ１６によって点火され、次いで燃焼される。有利な実施態様では、内燃機関１０は噴射制御燃焼法（strahlgefuhrte Brennverfahren）に合わせて最適化されている。燃焼法とは、燃焼室内での混合気形成とエネルギー変換の方法のことである。噴射制御燃焼法は、燃料が点火プラグの直接周辺に噴射され且つそこで気化される。この手法は、混合気を正しい時点に着火させるために、点火プラグ１６と燃料噴射器の正確な位置決め並びに精確な噴射方向を必要とする。燃焼室１２の充填気の交換は、ピストン１４の運動に対して位相同期的に開閉されるガス交換弁１８（吸気弁）及び２０（排気弁）によって制御される。ガス交換弁１８及び２０の操作のための様々な手法は、当業者に委ねられており、見易くするために図１には詳しくは示されていない。吸気弁１８が開かれ且つピストン１４が下へ向かって動いている時、即ち吸気行程では、空気は吸気システム２２から燃焼室１２の中へ流入する。噴射器２４を通じて燃料が燃焼室１２内の空気の中へドーズされる。燃焼室充填気の燃焼から生じた排気ガスは排気弁２０が開かれると排気ガスシステム２６の中へ押し出されるが、その際この排気ガスシステムには少なくとも一つの触媒２８が備えられており、この触媒は、少なくとも部分的には、触媒２８が酸素と排気ガスの還元性の成分との酸化反応を触媒的に支援するように作られている。一般に、この排気ガスシステム２６は、複数の触媒、例えばエンジンの近くに組み込まれた前置触媒、図示されている実施例では触媒２８と、エンジンから遠くに配置された、例えば三元触媒或いはＮＯｘ吸蔵型触媒とすることのできる、もう一つの触媒３０とを含んでいる。

図１の実施態様では、内燃機関１０は、マニホルド３１と触媒２８との間の排気ガスの流路の中に配置されたターボチャージャー２９を備えている。既に述べられたように、その様な内燃機関では、マニホルドの保護と触媒２８の加速された加熱との結び付きによって特別な利点が生まれる。しかしながら、本発明は、ターボチャージャーを備えた内燃機関に対する適用だけに限定されてはいないということが理解されるべきである。何故なら触媒２８の加速された加熱の利点は、排気ガスターボチャージャー２９を備えていない内燃機関１０の場合にも生じるからである。

内燃機関１０或いは内燃機関１０の中での燃焼は制御装置３２によって制御され、この制御装置はそのために、内燃機関１０の運転パラメータが反映されている様々なセンサの信号を処理する。図１によれば、それ等の信号には、内燃機関１０のクランクシャフトの角度位置°ＫＷ、それによってピストン１４の位置を測定する回転角度センサ３４、内燃機関１０の中へ流入するエアマスｍＬを測定するエアマス計３６、及びオプションとして、排気ガス成分の濃度及び／又は排気ガスの温度Ｔを測定する複数の排気ガスセンサ３８、４０がある。

図１の実施態様では、排気ガスセンサ３８は空気過剰率Ｌ（Ｌ＝ラムダ）の尺度として排気ガス中の酸素濃度を測定するラムダセンサであり、それに対してセンサ４０は排気ガス温度Ｔを測定する。図示されている実施例では、センサ４０は触媒２８の入口での排気ガス温度Ｔを測定する。空気過剰率ラムダは、周知のように、実際に利用できるエアマスを分子とし、一定の燃料量の理論的燃焼のために必要なエアマスを分母とした商として定められる。従って、１よりも大きな空気過剰率ラムダは空気の過剰を示すのに対して、１よりも小さな空気過剰率ラムダは燃料の過剰を示している。排気ガスシステム２６に排気ガス温度センサ４０が備えられている場合、このセンサは又、排気ガスシステム２６の別の場所、例えばもう一つの触媒３０の入口に配置されることもできる。このことは、とりわけ、そのもう一つの触媒３０がＮＯｘ吸蔵型触媒である場合に当てはまる。

本発明にとって重要なことは、触媒２８、３０の温度Ｔに関する尺度、とりわけ触媒２８、３０の入口での温度に関する尺度が測定されるということである。この測定は、図１に示されているような実施態様の場合には、温度センサ４０による測定によって行うことができる。図１に示されている実施例の場合、温度センサ４０は、温度に関する尺度としてとりわけ触媒２８、３０の入口で排気ガス温度を測定する。代わりの手法として或いは追加として、触媒２８、３０の温度Ｔに関する尺度は、内燃機関１０の少なくとも一つの運転パラメータから制御装置３２の計算モデルによって、制御装置３２に格納されている関係を利用して測定することもできる。温度センサ４０が排気ガスシステム２６の中の別の場所に配置されている時には、触媒２８、３０の温度Ｔに関する尺度、とりわけ触媒２８、３０の入口での温度Ｔに関する尺度は、排気ガスシステム２６内の別の場所で測定された温度に対して適応された計算モデルから求めることができる。同様にして、計算モデルは温度センサ４０の信号を修正するために用いることもできる。この実施態様はとりわけ、温度センサ４０には慣性がある故に計算モデルによる方がより良く考慮することのできる排気ガスの急激な温度変化の場合に有利となる。

これ等のセンサ及び場合によってはその他のセンサの信号から、制御装置３２は内燃機関１０の制御のためのアクチュエータの制御のための制御信号を生成する。図１の実施態様では、それ等の制御信号にはとりわけ、吸気システム２２の中のスロットルバルブ４４の角度位置を調節するスロットルバルブアクチュエータ４２の制御のための制御信号Ｓ＿Ｌ、制御装置３２が噴射器２４を制御するために用いる信号Ｓ＿Ｋ、及び制御装置３２が点火プラグ１６或いは点火装置１６を制御するために用いる制御信号Ｓ＿Ｚがある。

その他の点についていえば、制御装置３２は、ここに提示されている方法及び／又はその一つの実施態様を実施し及び／又は対応するプロセスの流れを制御するために仕立てられ、又とりわけプログラムされており、その際、そのプログラムは、図１には詳しく示されていない少なくとも一つの記憶装置に格納されている。

好ましい実施態様では、制御装置３２は内燃機関１０に対する出力要求を内燃機関１０によって全体として生成されるべきトルクに関する目標値に換算し、このトルクを、充填制御のための制御信号Ｓ＿Ｌ、燃料ドージングのための制御信号Ｓ＿Ｋ、及び点火制御のための制御信号Ｓ＿Ｚによって影響を与えることのできる複数のトルク成分に分割する。充填の分割成分は、制御信号Ｓ＿Ｌを用いてスロットルバルブ４２の対応する調節によって調節される。燃料の分割成分は制御パラメータＳ＿Ｋを用いて主として、噴射された燃料量及び噴射されるべき燃料量の一つ或いは複数の部分噴射への分割の手法並びに複数の部分噴射の相互間の及びピストン１４の運動に対する相対位置、従って噴射タイミング、によって調節される。与えられた空気充填の下での最大可能トルクは、最適な空気過剰率ラムダ、最適な噴射タイミング、及び最適な点火角の時に得られる。

以下で更に説明される本発明に基づく方法の実施例の前に、先ず図２に基づいて既知の方法の場合の状況が説明される。詳しく見てみると、図２ａには時間的な相対変化４６、４８、及び５０が示され、内燃機関１０の回転数ｎ（グラフ４６）、触媒２８、３０の温度Ｔ、とりわけ触媒２８、３０の入口での温度Ｔ、特に触媒２８、３０の入口での排気ガス温度Ｔ（グラフ４８）、及び、例えば内燃機関１０のコールドスタートの後のアフタースタート段階の後の或いは例えば燃料供給がカットされる、内燃機関１０の惰行運転の後の触媒２８、３０の中央領域内の温度（グラフ５０）が示されている。その際、図２ａに示されている時間的変化４８、５０は、排気ガス中の熱流の拡大をベースとしている既知の方法の実施の場合を示している。

時点ｔ０では、スターターが内燃機関１０を２００ｒｐｍのわずか上のスターター回転数へ加速する。燃焼室１２内での燃焼の開始と共に内燃機関１０の回転数ｎが更に上昇し、時点ｔ１で約４００ｒｐｍのスタート終了回転数閾値をオーバーする。次いで、回転数ｎは急激に約１，２００ｒｐｍのアイドリング回転数へ向かって上昇する。スタート終了回転数閾値のオーバーと共に、時点ｔ１でアフタースタート段階が始まる。このアフタースタート段階で排気ガス中に大きな熱流を生成するために、制御装置３０が制御パラメータＳ＿Ｚを通じて次善の点火角度を送り出す。この次善の点火角度は、それによって低下された点火角度効率を通じてトルク損失をもたらすが、このトルク損失は制御信号Ｓ＿Ｌによって生成される燃焼室１２の引き上げられた充填効率によって補償される。燃料制御信号Ｓ＿Ｋの補足的影響によって、空気過剰率ラムダは、全体として理論値を越えた領域に、それ故空気過剰率ラムダＬが１よりも大きい、例えばＬ＝１．１、に調節される。

このことは、触媒２８、３０が炭化水素を全く減少させることができないか少量の炭化水素しか減少させることができず、従って環境中に送り出される炭化水素の排出の削減のための唯一の可能性は内燃機関１０の未処理排出を削減することしかないという段階でとりわけ重要となる。この削減は、１よりも大きい空気過剰率ラムダＬでの運転の望ましい結果として生じる。

引き上げられた充填効率によって高い排気ガス量が生成され、この高い排気ガスは更に、次善の点火角度効率の故に比較的高い温度を有しており且つ酸素過剰の状態となっている。これによって、全体として大きな熱流或いはエンタルピー流が生成される。これによって、温度Ｔはとりわけ触媒２８、３０の入口の領域内で比較的急速に上昇し、このことがグラフ４８の比較的急激な立ち上がりで示されている。その結果、既に時点ｔ２で例えば４００℃の排気ガス温度がとりわけ触媒２８、３０の入口で到達される。これに対して、グラフ５０で示されている触媒２８、３０の中央領域の温度はより遅い時点ｔ３で初めて、例えば４００℃の温度値に到達するが、このことは、グラフ４８に比べてはるかにフラットなグラフ５０の立ち上がりによって示されている。よりフラットなグラフ５０は、触媒２８、３０の中央領域の手前にあり、排気ガスの通過の際に中央領域の手前で加熱され、排気ガスから熱を奪う領域の熱容量によって生成される。時点ｔ２とｔ３との間の一般的な時間間隔は１０秒程度である。

図２ｂは、前置触媒２８の手前と後ろの炭化水素濃度の時間的変化を示している。前置触媒２８の手前での炭化水素濃度のグラフ５２は、初めに突出した最大値５４を持つが、この最大値は直接内燃機関１０のスタートと引き上げられたアイドリング回転数（例えば１，２００ｒｐｍ）の値への回転数ｎの最初の立ち上がりと関係している。次いで、触媒２８、３０の手前の炭化水素濃度は比較的コンスタントな値へ向かって急速に低下して行く。

触媒２８、３０の後ろでの炭化水素濃度のグラフ５６の中ではグラフ５２の突出した最大値５４が押し潰され且つ時間的に引き伸ばされた形で描かれている。この押し潰しと引き伸ばしは変換とではなく、むしろ触媒２８、３０の或る種の蓄積作用と関係している。次いで、触媒２８、３０の後ろでの炭化水素濃度は先ず、触媒２８、３０の手前に現れたのと同様の値を取り、次いで、触媒２８、３０の変換能力が生じて徐々に増加して行くと共にゼロに近い値へ向かって低下して行くが、これは時点ｔ３の後の時点ｔ４の辺りに当てはまる。即ち、時点ｔ４からは、内燃機関１０のほゞコンスタントな炭化水素未処理排出がその時点では作動準備完了の状態となった触媒２８、３０によってほゞ完全に変換される。

環境中に排出される炭化水素の量は、前置触媒２８の後ろでの炭化水素濃度の積分の値と比例している。時点ｔ４の後、触媒２８、３０の後ろではもう炭化水素の排出はほとんど行われないから、時点ｔ４における積分の値は又排気ガステストの結果をも支配する。その様なテストの結果を改善し、それによって環境中への炭化水素の排出を低減させるために、本発明は、既に、とりわけ触媒２８、３０の中央領域が作動温度に到達する時点ｔ３の手前に、触媒２８、３０の入口で既にそこのより高い排気ガス温度の故により早く開始される変換を触媒２８、３０のより迅速な加熱のために用意している。

本発明に基づく方法の一つの実施例によれば、とりわけ触媒２８、３０の入口の温度Ｔが予め定められている閾値Ｔ＿Ｓをオーバーした時に、内燃機関１０での燃料の燃焼の開始の後で少なくとも一回の燃料ポスト噴射が行われる。ここに示されている実施例では、ポスト噴射は、温度閾値Ｔ＿Ｓが、例えば４００℃である時の時点ｔ２に行われる。

図３は、少なくとも一回の燃料ポスト噴射を備えた本発明に基づく方法の実施の際に現れる複数の噴射モデルを示している。その際、噴射パルス幅ｔｉ＿１、ｔｉ＿２、及びｔｉ＿３は、それぞれ吸気行程Ｔａｋｔ＿１、圧縮行程Ｔａｋｔ＿２、作動行程Ｔａｋｔ＿３、及び排気行程Ｔａｋｔ＿４からの作動サイクルのクランクシャフト角度°ＫＷの上に高いレベルとして記入されている。上死点はＯＴで示されている。

図３ａは、吸気行程Ｔａｋｔ＿１の中で行われる最初の部分噴射ｔｉ＿１と、その後で行われる第二の部分噴射ｔｉ＿２とを含む最大化された排気ガスエンタルピーのための均質分割運転のための第一の噴射モデルＭ＿１を示している。第二の部分噴射ｔｉ＿２は、クランクシャフト角度ＫＷ＿Ｚの時に開始される点火の前に行われる。既に述べられたように、クランクシャフト角度ＫＷ＿Ｚは状況によっては非常に遅く、上死点ＯＴの後の１０゜から３０゜までの領域内にあるので、第二の部分噴射もまた、全て或いは一部作動行程Ｔａｋｔ＿３の中で行われることがある。しかしながら、それは点火の前に行われる。二つの部分噴射に分割する代わりに、第一の噴射モデルＭ＿１によって噴射される燃料量を三つ以上の部分噴射に分割することもできる。分割の可能性は、噴射器２４の少量ドーズ能力によって制限される。モデルＭ＿１で重要なのは、少なくとも二回に分割された部分噴射の中の最初の方が、好ましくは吸気行程Ｔａｋｔ＿１の中にあり、また後の方が同じ作動行程の中の点火の前にあり、その際全体として空気過剰率ラムダＬが１よりも大きくなるということである。

図３ｂは、点火の後に行われる燃料ポスト噴射ｔｉ＿３によって第一の噴射モデルＭ＿１とは異なる第二の噴射モデルＭ＿２を示している。従って、少なくとも一回の燃料ポスト噴射ｔｉ＿３によって噴射される燃料量は少なくとも最早完全には燃焼室１２内で燃焼されず、未燃焼燃料量として最大化された排気ガスエンタルピー流の中へ達する。その気化エンタルピーが排気ガスエンタルピーを幾分減少させ、これが、例えばマニホルド３１を過熱から保護する。気化された燃料量は排気ガス流と共に触媒２８、３０の中へ運ばれ、そこで、その他の点では理論値をオーバーしている組成を有する排気ガスからの酸素との発熱反応によって熱の解放をもたらす。好ましい実施態様では、噴射モデルＭ＿２によって噴射される全体の燃料量は、触媒の手前で、噴射モデルＭ＿１の場合の空気過剰率ラムダＬよりも１から３％までだけ低い空気過剰率ラムダＬが生じるように計量配分される。

図４は、本発明に基づく方法の実施例としての流れ図を示している。ステップ５８ではスターターの操作の際にスタートプログラムＳＰが実行され、その際、内燃機関１０をスターターの起動によってスタートさせることのできる制御パラメータＳ＿Ｌ、Ｓ＿Ｋ、及びＳ＿Ｚが送り出される。ステップ６０では、内燃機関１０の回転数ｎがスタート終了回転数ｎ１をオーバーしているか否かがチェックされる。オーバーしていなければ（ｎ）、プログラムはステップ５８へ戻され、スタートプログラムＳＰが更に実施される。

スタート終了回転数ｎ１がオーバーされるや否や（ｙ）、プログラムはステップ６２へ進められ、そこでアイドリング状態にある内燃機関１０の制御のためのアフタースタートプログラムＮＰの流れがスタートされ、その際、時間変数ｔが値ｔ１にセットされる。この値の下では、スタート終了回転数閾値ｎ１がオーバーされている。その際、アフタースタートプログラムＮＰによる運転は、先ずＨＣ及びＣＯ等の未燃焼の、削減されるべき排気ガス成分のできるだけ少ない未処理排出物と関連して、大きなエンタルピー流が排気ガス中に生成される。このエンタルピー流は、好ましくは、低減された点火角度効率と、燃焼室１２の空気充填効率の引き上げと関連して一回の燃焼室充填毎に噴射される燃料量を吸気行程内での最初の噴射と圧縮行程内での第二の噴射に分割することによって増大される。換言すれば、ステップ６２ではアフタースタートプログラムＮＰの流れが、図３と関連させて説明されていたように、噴射モデルＭ＿１によってスタートされる。

その際、噴射されるべき燃料量を二回の噴射に分割することは、点火を上死点ＯＴの後のクランクシャフト角度１０゜から３０゜までの領域へ移動させることによって、点火角度効率を比較的大きく低下させる可能性をもたらし、このことがトルク損失の補償のための、対応する空気充填効率の引き上げを可能にする。未燃焼の、削減されるべき排気ガス成分の未処理排出をできる限り少なく保持するために、アフタースタートプログラムＮＰの開始時の空気過剰率ラムダＬは１よりも大きなラムダ値、例えばラムダ＝１．１、に調節される。この様な運転は、既に上で説明された均質分割運転に相当する。

アフタースタートプログラムＮＰの実行の更なる流れの中で、ステップ６４では触媒２８、３０の温度Ｔに関する尺度、とりわけ触媒２８、３０の入口での温度Ｔに関する尺度が測定される。既に説明されたように、この測定は測定及び／又はモデル化によって行われる。

ステップ６６では、増分ｄｔだけの時間変数ｔの引き上げが行われる。ステップ６８では、ステップ６４で測定された温度Ｔに関する尺度が温度閾値Ｔ＿Ｓと比較される。温度に関する尺度Ｔが温度閾値Ｔ＿Ｓよりも小さければ、触媒２８、３０の入口の最初の触媒表面要素も削減されるべき排気ガス成分を未だ全く変換することができないということが推定される。ステップ６８での問い合わせは、それに対応して否定“ｎ”と答えられ、プログラムは次いでステップ７０へ分岐され、このステップ７０で、アフタースタート段階の最大時間長さｔ＿ｍａｘが到達されているか否かがチェックされる。この最大時間長さｔ＿ｍａｘの一般的な値は、およそ２０秒から３０秒の間にある。

ステップ７０での問い合わせが肯定“ｙ”と答えられた場合には、プログラムはステップ７２へ進められ、内燃機関１０の制御のための主プログラムＨＰが実行される。この主プログラムＨＰは、内燃機関１０が最早最大化された排気ガス中のエンタルピー流を用いて運転されないという点でアフタースタートプログラムＮＰとは異なっている。

アフタースタート段階の始めに、ステップ７０での問い合わせはそれでも“ｎ”と答えられ、プログラムはステップ６４及び６６へ戻され、これ等のステップで温度Ｔに関する尺度があらためて求められ且つ時間変数ｔが更に増分ｄｔ一つだけ高められる。この様にすることによって、ステップ６４から７０までのループが、ステップ６８の中止条件或いはステップ７０の中止条件が満たされるまで繰り返し実行される。このことはとりわけ、内燃機関１０が、通常のコールドスタートの後は、アフタースタートプログラムＮＰの中で、ステップ６８の問い合わせが“ｙ”と答えられるまで、大きなエンタルピー流で、また同時にできるだけ少ない炭化水素排出物で運転されるということを意味している。温度Ｔに関する尺度としては、スタート終了以後の経過時間を用いることもできる。別の実施態様では、温度に関する尺度として、スタート直前、スタート中、或いはスタート直後の内燃機関１０の温度を用いて重み付けをした後のこの時間を用いることができる。この温度が低くなればなる程、より小さな重み付け係数が選ばれるべきである。

別の実施態様によれば、本発明に基づく方法は、内燃機関１０のスタート過程とは無関係に実施可能である。内燃機関１０のコールドスタートの場合の他に、燃料の供給が中止される惰行時カットオフの下での内燃機関１０の運転の際にも触媒２８、３０の冷却が発生するので、触媒２８、３０の新たな加熱が必要となる。この場合にはスタート過程と関連して説明された方法は無くなり、本発明に基づく方法は主として温度制御されるが、その際には温度に関する尺度について、温度閾値Ｔ＿Ｓがオーバーされているか否かと云うチェックが行われる。温度制御の他に例えば惰行（オーバーラン）時カットオフの識別などの他の特性パラメータが考慮されることもある。

ステップ６８での問い合わせは、温度Ｔが温度閾値Ｔ＿Ｓをオーバーしている場合には“ｙ”と答えられる。好ましい実施態様では、この閾値Ｔ＿Ｓは、予め触媒２８、３０の最初の表面要素が感じ取れる程の規模で、排気ガス中の酸素供給を用いた発熱反応を触媒によって開始させることによって、削減すべき排気ガス成分の変換を開始する温度に等しくなるように定められている。この発熱反応によって解放された反応熱が触媒２８、３０の加速された加熱のために高度に活用されるようにするために、ステップ７４で内燃機関１０の運転の活性化が行われ、その中で燃焼の開始の後に少なくとももう一回の燃料ポスト噴射が行われる。従って、アフタースタートプログラムＮＰは、図３ｂに関連して説明されたように、噴射モデルＭ＿２を用いて実行される。

少なくとも一回の燃料ポスト噴射に対する追加として或いは代わりとして、その他の措置が、削減されるべき排気ガス成分の量を引き上げるために内燃機関１０の制御への介入によって行われることがある。

追加として或いは代わりの手法として、例えば、点火角遅延を減らすこと、従って点火角効率を僅かに引き上げることが行われる。

追加として或いは代わりの手法として、例えば、個々の燃料部分噴射の中でドーズされる燃料量の配分を変化させることが行われる。

更に追加として或いは代わりの手法として、例えば、空気過剰率ラムダＬを幾分希薄とならないように調節することが行われる。

これ等の諸措置の中の何れが単独で或いは他の措置と組み合わせることによって最大の効果を発揮するかということは、内燃機関１０の構成に依存している。従って、個々の措置或いは諸措置の組み合わせはテストによって特定され、それに応じてプログラミングされるべきである。ステップ６８で“ｙ”と答えられた後のこの方法の実施の間に、空気過剰率ラムダＬを１から３％まで、例えばラムダＬ＝１．１からラムダＬ＝１．０８まで連続的に引き下げて行くことは、とりわけ適切な措置であると考えられている。

点火角遅延の縮小もまた、ＨＣ未処理排出物の増加をもたらす。内燃機関１０でのテストでは、例えば、点火角遅延の縮小はＨＣ未処理排出物のおよそ３％の増加をもたらすことがあるということが示されている。その際には、場合によっては排気ガス温度の低下をも甘受しなければならない。

空気過剰率ラムダは、二回の燃料部分噴射によって噴射される全体の燃料量を増やすことによって高めることができる。代わりの手法として、個々の燃料部分噴射の中でドーズされる燃料量の配分を変えることもできる。

ステップ７４に続くステップ７６では、時間変数ｔが増分ｄｔだけ高められる。ステップ７８では、ステップ７０での問い合わせと同様にして、時間変数ｔが増分ｄｔずつの何回かの引き上げの後で、閾値ｔ＿ｍａｘをオーバーしているか否かがチェックされる。閾値をオーバーしていなければ、ステップ７８での問い合わせは“ｎ”で答えられ、プログラムはステップ７４へ戻され、そこで運転は第二の噴射モデルＭ＿２を用いて続行される。一実施態様の場合には、もう一つの部分噴射ｔｉ＿３によって噴射される燃料量がその際に連続的に引き上げられ、且つそれによって、加熱の進行に伴って触媒２８、３０の奥へと進んで行く変換能力に適応される。一実施態様では、少なくとも一回の燃料ポスト噴射ｔｉ＿３によって行われる未燃焼排気ガス成分の排出の増加は、ステップ７８での時間閾値ｔ＿ｍａｘがオーバーされた時に終了する。この場合、アフタースタート段階或いは一般に本発明に基づく方法は終了し、プログラムはステップ７２へ進められ、このステップ７２で、既に説明された内燃機関１０の制御のための主プログラムＨＰが排気ガス中のエンタルピー流を増加させること無しに実行される。

図２ａにおける破線のグラフ８０は本発明の効果を定性的に示している。この破線のグラフ８０は、グラフ５０と同様、アフタースタート段階或いは通常の触媒加熱運転における触媒２８、３０の中央領域の温度Ｔの時間的変化を示している。図示のように、グラフ５０と８０の動きは時点ｔ２までは平行或いは同一である。その理由は、時点ｔ２までは既知の方法と何ら違いが無いことにある。即ちとりわけ、本発明の場合にもアフタースタート段階の開始時には或いは触媒加熱措置の開始時には、内燃機関１０は増加されたエンタルピー流で、また同時に未燃焼排気ガス成分のできる限り少ない未処理排出で運転される。既知の方法の場合に得られるグラフ５０と本発明に基づく方法に従って得られるグラフ８０との間の違いは、温度Ｔが温度閾値Ｔ＿Ｓに到達した時点ｔ２から始まる。一実施例では、この温度閾値Ｔ＿Ｓは、例えば３８０℃と４２０℃の間にある。この値は相当程度触媒２８、３０に依存している。時間ｔ＞ｔ２では、本発明の枠組みの中で高められた、未処理炭化水素の未処理排出が少なくとも触媒２８、３０の入口で始まる変換能力と相俟って、増加されたエンタルピー流だけによって可能であるよりもより効果的に触媒２８、３０を加熱する、排気ガス中の酸素供給による発熱反応をもたらす。その結果として、本発明に基づく方法の場合に得られる破線で示されたグラフ８０は、既知の方法の場合に得られるグラフ５０よりもより速く上昇して行く。

図示のように、触媒２８、３０の手前での温度のグラフ４８と既知の方法を用いて達成される、触媒２８、３０の中央領域の温度のグラフ５０との間には、比較的大きな差がある。既に説明されたように、この差、或いは、触媒２８、３０の温度Ｔ、とりわけ触媒２８、３０の入口での温度が定められた温度閾値Ｔ＿Ｓに到達する時点と、触媒２８、３０の中央の領域の温度がこの温度に到達する時点との間の時間的間隔が、触媒２８、３０が冷たい時に環境中へ放出される炭化水素排出物の大部分の原因となっている。本発明に基づく方法によって得られる破線で示されたグラフ８０と、とりわけ触媒２８、３０の入口での温度Ｔの変化を反映している曲線４８との比較は、この差が本発明に基づく方法の場合には既知の方法の場合よりも大幅に小さくなっているということを示している。このことは、直接、触媒２８、３０が未だ冷たい時の環境中への炭化水素排出に対する削減効果をもたらす。

図示のように、触媒２８、３０の手前での温度のグラフ４８と既知の方法を用いて達成される、触媒２８、３０の中央領域の温度のグラフ５０との間には、比較的大きな差がある。既に説明されたように、この差、或いは、触媒２８、３０の温度Ｔ、とりわけ触媒２８、３０の入口での温度が定められた温度閾値Ｔ＿Ｓに到達する時点と、触媒２８、３０の中央の領域の温度がこの温度に到達する時点との間の時間的間隔が、触媒２８、３０が冷たい時に環境中へ放出される炭化水素排出物の大部分の原因となっている。本発明に基づく方法によって得られる破線で示されたグラフ８０と、とりわけ触媒２８、３０の入口での温度Ｔの変化を反映している曲線４８との比較は、この差が本発明に基づく方法の場合には既知の方法の場合よりも大幅に小さくなっているということを示している。このことは、直接、触媒２８、３０が未だ冷たい時の環境中への炭化水素排出に対する削減効果をもたらす。
〔態様１〕
内燃機関が燃焼室（１２）内への燃料直接噴射によって作動し、
内燃機関（１０）が、次善の点火角度効率と、燃焼の開始前に噴射される燃料量の少なくとも二つの部分噴射（ｔｉ＿１、ｔｉ＿２）への分割とによって作動され、
次善の点火角度効率及び噴射される燃料量の分割の少なくともいずれから生じるトルク損失が、燃焼室（１２）の引き上げられた充填効率によって補償され、
燃料量と充填効率が、互いに燃焼室充填気の空気過剰率ラムダ（Ｌ）が１よりも大きくなるように調整されている、内燃機関（１０）の排気ガス領域（２６）内に配置された触媒（２８、３０）の加熱方法において、
触媒（２８、３０）の温度（Ｔ）に関する尺度が測定され、この温度（Ｔ）に関する尺度が予め定められた温度閾値（Ｔ＿Ｓ）をオーバーすると、減少させるべき排気ガス成分の量が、内燃機関（１０）の制御装置内への少なくとも一回の介入によって引き上げられること、
を特徴とする内燃機関の排気ガス領域内に配置された触媒の加熱方法。
〔態様２〕
減少させるべき排気ガス成分の量を引き上げるために、少なくとも一回の燃料後噴射（ｔｉ＿３）が燃焼の開始の後に行われることを特徴とする態様１に記載の加熱方法。
〔態様３〕
減少させるべき排気ガス成分の量を引き上げるために、より不利でない点火角度効率への点火角度効率の復帰が行われることを特徴とする態様１に記載の加熱方法。
〔態様４〕
減少させるべき排気ガス成分の量を引き上げるために、個々の燃料部分噴射（ｔ＿１、ｔ＿２）の中で計量される燃料量の分割が変更されることを特徴とする態様１に記載の加熱方法。
〔態様５〕
減少させるべき排気ガス成分の量を引き上げるために、空気過剰率ラムダ（Ｌ）がより希薄で無い空気過剰率ラムダ（Ｌ）へ変更されることを特徴とする態様１に記載の加熱方法。
〔態様６〕
温度に関する尺度（Ｔ）が、触媒（２８、３０）の入口で定められることを特徴とする態様１に記載の加熱方法。
〔態様７〕
触媒（２８、３０）の手前の上流側の排気ガス温度が、触媒（２８、３０）の入口における温度（Ｔ）に関する尺度として測定されることを特徴とする態様６に記載の加熱方法。
〔態様８〕
温度（Ｔ）に関する尺度が、排気ガス温度モデルを用いて内燃機関（１０）の運転パラメータから求められることを特徴とする態様１に記載の加熱方法。
〔態様９〕
温度（Ｔ）に関する尺度が、排気ガス温度モデルによる測定に対する代わりとして或いは補足として、温度センサ（４０）の信号から求められることを特徴とする態様８に記載の加熱方法。
〔態様１０〕
温度（Ｔ）に関する尺度として、内燃機関（１０）のスタート終了以降に経過した時間が用いられることを特徴とする態様１に記載の加熱方法。
〔態様１１〕
内燃機関（１０）のスタート終了から３０秒未満の時間間隔の間だけ行われることを特徴とする態様１に記載の加熱方法。
〔態様１２〕
触媒（１８）の手前の排気ガス中の空気過剰率ラムダが、加熱方法の実施の間に１よりも大きな値に調節されること、及び
減少させるべき排気ガス成分の量の引き上げが、空気過剰率ラムダ（Ｌ）が１から３％までだけ引き下げられるように定められること、
を特徴とする態様１に記載の加熱方法。
〔態様１３〕
減少させるべき排気ガス成分の量が、連続的に引き上げられることを特徴とする態様１に記載の加熱方法。
〔態様１４〕
閾値（Ｔ＿Ｓ）が、触媒（２８、３０）がこの閾値の温度で、還元性と酸化性の排気ガス成分の間での酸化反応を触媒によって支援することを開始するように、事前設定されることを特徴とする態様１に記載の加熱方法。
〔態様１５〕
態様１ないし１４のいずれかに記載の加熱方法を実施するための手段を含む制御装置（３２）を備えていることを特徴とする内燃機関の排気ガス領域内に配置された触媒の加熱装置。
〔態様１６〕
制御装置（３２）で実行されると、態様１ないし１４のいずれかに記載の加熱方法の全てのステップを実施する制御プログラム。
〔態様１７〕
プログラムが制御装置（３２）で実行されると、態様１ないし１４のいずれかに記載の加熱方法を実施する、機械読み取り可能な媒体に記録されたプログラムコードを備えた制御装置プログラム製品。

Claims (17)

1. 内燃機関が燃焼室（１２）内への燃料直接噴射によって作動し、
   内燃機関（１０）が、次善の点火角度効率と、燃焼の開始前に噴射される燃料量の少なくとも二つの部分噴射（ｔｉ＿１、ｔｉ＿２）への分割とによって作動され、
   次善の点火角度効率及び噴射される燃料量の分割の少なくともいずれから生じるトルク損失が、燃焼室（１２）の引き上げられた充填効率によって補償され、
   燃料量と充填効率が、互いに燃焼室充填気の空気過剰率ラムダ（Ｌ）が１よりも大きくなるように調整されている、内燃機関（１０）の排気ガス領域（２６）内に配置された触媒（２８、３０）の加熱方法において、
   触媒（２８、３０）の温度（Ｔ）に関する尺度が測定され、この温度（Ｔ）に関する尺度が予め定められた温度閾値（Ｔ＿Ｓ）をオーバーすると、減少させるべき排気ガス成分の量が、内燃機関（１０）の制御装置内への少なくとも一回の介入によって引き上げられること、
   を特徴とする内燃機関の排気ガス領域内に配置された触媒の加熱方法。
2. 減少させるべき排気ガス成分の量を引き上げるために、少なくとも一回の燃料後噴射（ｔｉ＿３）が燃焼の開始の後に行われることを特徴とする請求項１に記載の加熱方法。
3. 減少させるべき排気ガス成分の量を引き上げるために、より不利でない点火角度効率への点火角度効率の復帰が行われることを特徴とする請求項１に記載の加熱方法。
4. 減少させるべき排気ガス成分の量を引き上げるために、個々の燃料部分噴射（ｔ＿１、ｔ＿２）の中で計量される燃料量の分割が変更されることを特徴とする請求項１に記載の加熱方法。
5. 減少させるべき排気ガス成分の量を引き上げるために、空気過剰率ラムダ（Ｌ）がより希薄で無い空気過剰率ラムダ（Ｌ）へ変更されることを特徴とする請求項１に記載の加熱方法。
6. 温度に関する尺度（Ｔ）が、触媒（２８、３０）の入口で定められることを特徴とする請求項１に記載の加熱方法。
7. 触媒（２８、３０）の手前の上流側の排気ガス温度が、触媒（２８、３０）の入口における温度（Ｔ）に関する尺度として測定されることを特徴とする請求項６に記載の加熱方法。
8. 温度（Ｔ）に関する尺度が、排気ガス温度モデルを用いて内燃機関（１０）の運転パラメータから求められることを特徴とする請求項１に記載の加熱方法。
9. 温度（Ｔ）に関する尺度が、排気ガス温度モデルによる測定に対する代わりとして或いは補足として、温度センサ（４０）の信号から求められることを特徴とする請求項８に記載の加熱方法。
10. 温度（Ｔ）に関する尺度として、内燃機関（１０）のスタート終了以降に経過した時間が用いられることを特徴とする請求項１に記載の加熱方法。
11. 内燃機関（１０）のスタート終了から３０秒未満の時間間隔の間だけ行われることを特徴とする請求項１に記載の加熱方法。
12. 触媒（１８）の手前の排気ガス中の空気過剰率ラムダが、加熱方法の実施の間に１よりも大きな値に調節されること、及び
    減少させるべき排気ガス成分の量の引き上げが、空気過剰率ラムダ（Ｌ）が１から３％までだけ引き下げられるように定められること、
    を特徴とする請求項１に記載の加熱方法。
13. 減少させるべき排気ガス成分の量が、連続的に引き上げられることを特徴とする請求項１に記載の加熱方法。
14. 閾値（Ｔ＿Ｓ）が、触媒（２８、３０）がこの閾値の温度で、還元性と酸化性の排気ガス成分の間での酸化反応を触媒によって支援することを開始するように、事前設定されることを特徴とする請求項１に記載の加熱方法。
15. 請求項１ないし１４のいずれかに記載の加熱方法を実施するための手段を含む制御装置（３２）を備えていることを特徴とする内燃機関の排気ガス領域内に配置された触媒の加熱装置。
16. 制御装置（３２）で実行されると、請求項１ないし１４のいずれかに記載の加熱方法の全てのステップを実施する制御プログラム。
17. プログラムが制御装置（３２）で実行されると、請求項１ないし１４のいずれかに記載の加熱方法を実施する、機械読み取り可能な媒体に記録されたプログラムコードを備えた制御装置プログラム製品。

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