JP4781419B2 - 触媒を加熱する方法及び制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気ガスシステムの中に反応可能な排気ガスの燃料と空気から成る混合気を発生させ、その際反応可能な排気ガスの燃料と空気から成る混合気の空気成分が、内燃機関の吸気システムからの空気が内燃機関の燃焼室を通して排気ガスシステムに掃気されることによって生成される、直接燃料噴射と可変ガス交換弁制御とを備えた、過給された内燃機関の排気ガスシステムの中の触媒を加熱する方法に関する。本発明は更に、この方法を実施するために構成された制御装置に関する。その際、実施とは、この方法の経過の制御と理解されるものとする。

その様な方法及びその様な制御装置は、既に ＤＥ １００ ６３ ７５０ Ａ１ から知られている。該明細書では複数のシリンダの中の一つが、燃料供給が切られた時に、吸気システムからの空気を排気ガスシステムの中へ圧送するために用いられる。このシリンダの可変弁制御に介入することによって圧送される空気の量が制御される。ターボチャージャーは、この既知の対象物の場合には不要であり、従って空気の圧送のために本質的な意味を持っていない。可変弁制御は更に、例えば『自動車技術ハンドブック（Kraftfahrtechnischen Taschenbuch）』、２５版、ＩＳＢＮ ３−５２８−２３８７６−３、ローベルト・ボッシュ ＧｍｂＨ 社刊、の４７４頁及び４７５頁から知られている。

排気ガスシステムの中に反応可能な排気ガスの燃料と空気から成る混合気を発生させることによる触媒の加熱はまた、ＤＥ １００ ６３ ７５０ Ａ１ の公開以前に既に過濃な排気ガス雰囲気の中への二次空気の吹き込みとして知られていた。この二次空気は、一般に内燃機関のアウトレット弁の後方に吹き込まれ、且つそこで内燃機関の燃焼室充填気の燃焼から生じた過濃な排気ガス雰囲気と発熱的に反応する。二次空気の吹き込みのためには、一般に、電気的に駆動される独立の二次空気ポンプが用いられる。

ＤＥ １００ ６３ ７５０ Ａ１から知られている対象物は、一時的に内燃機関の一つのシリンダを二次空気ポンプとして利用しており、そのため独立の、電気的に或いは機械的に駆動される二次空気ポンプは不要とすることができる。しかしながら、その場合には問題のシリンダはトルク発生のためには利用できず、このことが走行快適さの低下をもたらす。

二次空気吹込みを用いて働く方法はホットプロセスのグループに分類されるが、このグループの共通点は、加熱が排気ガスの中で行われる化学反応の反応熱によって行われるという点にある。更に、触媒の加熱のために、排気ガス温度及び／又は排気ガスマス流の引き上げをもたらす、内燃機関制御への介入が知られている。

例えば、内燃機関のスタート後の段階で、内燃機関のアイドリング中に発生される出力とスタート後の段階の間に引き上げられるアイドリング回転数を、例えば毎分１，２００回転から変化させること無しに、排気ガス中にできるだけ大きな熱量を生成することが知られている。これは、燃料直接噴射式の内燃機関の場合には、燃料量の第一の部分を吸気行程で、また燃料量の第二の部分を圧縮行程で噴射することによって達成される。結果として、第二の部分の噴射から生じる、点火プラグ付近の比較的過濃で、従って点火し易い燃料と空気から成る混合気を持つゾーンを用いて燃焼室内に確実な燃料分布が得られる。内燃機関のこのような運転は均質分割運転と呼ばれ、その際“分割（split）”という用語は噴射の分割を意味している。

ＤＥ １００ ６２ ３７７ Ａ１から、シャフトが電動モータによって駆動される排気ガスターボチャージャーを用いた過給という考え方が知られている。この駆動によって、運転ポイントの交替の際のいわゆるターボラグ（“ターボ穴”）が小さくなるとされている。ターボラグは良く知られているように、タービンが低い排気ガスマス流の運転ポイントから突然のトルク要求を受けた場合には、圧縮側で必要な過給圧を立ち上げるために、先ず加速されなければならないと云うことから生じる。電動駆動装置の支援によって、生じる遅延が小さくなる。

それ自体では未だ触媒加熱方法とは関係の無いこの過給のコンセプトが、ＤＥ １００ ６２ ３７７ Ａ１では、独立の二次空気ポンプと置き換えるために利用されている。そのために、ターボチャージャーは、触媒が加熱されるべき時には、電気的に駆動される。これによって、ターボチャージャーは低い排気ガスエンタルピーの運転ポイントの下でも既に、吸気システムからの空気を、配管系を通して内燃機関の燃焼室をバイパスして排気ガスシステムの中へ流れ込ませるために十分な、一定の過給圧を生成する。かくして、電気的駆動によって支援されたターボチャージャーの場合には、独立の二次空気ポンプを無くすことができる。しかしながら、二次空気の吹き込みには、この過給のコンセプトの場合でも、電気的駆動装置が必要である。

以上のことを背景として、本発明の課題は、独立の二次空気ポンプ無しに、ターボチャージャー或いは吸気管内に配置されたコンプレッサーの電動駆動装置無しに、また個々のシリンダをそれぞれ当該のシリンダでの点火或いは燃料供給が切られた時に二次空気ポンプとして本来の目的外に利用すること無しに働く、排気ガスターボチャージャーを用いて過給された内燃機関の排気ガスの中の触媒の、二次空気を利用した加熱を可能にする方法及び制御装置を提示することである。

この課題はそれぞれ独立の請求項のメルクマールを用いて解決される。
冒頭で述べられた種類の方法の場合には、内燃機関が、コールドスタートの後のアイドリング中に、通常運転の際よりも、より大きな弁オーバーラップ及び／又はより大きな弁オーバーラップ断面で運転されることによって、吸気システムと排気ガスシステムとの間に十分な圧力差がある場合には、吸気システムからの未燃焼の空気が、関与する燃焼室を通じて排気ガスシステムの中へ流れ込む。しかしながら、通常の状況の下では、この圧力差は十分ではないか或いは（プラスとマイナスの）反対の記号を持っていることさえあり、そのために排気ガスが燃焼室内へ逆流したり或いは不完全にしか押出されない。このことはまた、排気ガスフィードバックとして知られている。

本発明は、燃焼室によって行われる空気のオーバーフローのために必要な、吸気システムの中の比較的高い圧力から排気システムの中の比較的低い圧力への圧力差を、排気ガスエンタルピーの顕著な引き上げによって生成し、このエンタルピーの引き上げが、排気ガスターボチャージャーのタービンに対する強められたエネルギー伝達を、またそれに伴ってアイドリング中の内燃機関の迅速な立ち上げと十分に高い過給圧力レベルとをもたらす。その際、通常運転とは、二次空気の供給が行われない運転であり、これは、例えば暖機された内燃機関や排気ガスシステムが十分に温められている場合の運転であると理解されるものとする。

燃焼室の中へ燃料を直接噴射し、且つコールドスタートの後に行われる燃焼の開始前に噴射される燃料量を（一回の）点火及び（一つの）燃焼室当たり少なくとも二つの部分噴射に分割する、内燃機関の運転は、非常に遅い点火角度を許す、非常に安定した燃焼を生成する。空気と壁によってガイドされた燃焼方法の場合には、遅い点火角度は、上死点の後およそクランクシャフト角度で２５度まで、噴射によってガイドされた燃焼方法の場合には、点火と結合された少ない燃料量の活用によって更に遅い、上死点の後およそ３０度ないし３５度までの点火角度が、アイドリング中の安定した回転数特性と制御可能な未処理排出物質の下で可能となる。

ここでは遅延された点火角度の下でのトルクを分子とし、これを最高トルク発生のために最適な点火角度の下でのトルクで割った商であると理解されている点火角度効率は、
点火の遅角移動量が大きくなるに伴って低下する。

効率の損失は、熱力学的法則性に基づいてより高い排気ガス温度を、またそれに伴ってより高い排気ガスエンタルピーをもたらす。更に、遅延された点火の場合には、内燃機関は、効率悪化に伴って現れるトルク損失を補償するために、より高い燃焼室充填率で運転されなければならない。上述の点火角度の値の場合、通常条件の下で可能となる最大充填率の７５％を越える値にまで達する燃焼室充填率の増大が生じる。燃焼室充填率のその様な値による運転は、ここでは十分に絞りを開かれた運転として理解されるものとする。

これは、より高い排気ガスマス流をもたらし、このマス流もまた、排気ガスエンタルピーを増大させる。排気ガスエンタルピーの上昇に伴って、排気ガスターボチャージャーのタービンへ伝えられる駆動出力が上昇する。これによって、全体として比較的大きな排気ガス量が生じ、その温度は悪い点火角度効率の故に比較的高く、そのため排気ガスシステム内に最大の熱流（エンタルピー流）が生じる。

達成された排気ガスエンタルピーの上昇は、それだけを考えただけでも既に排気ガスシステムの迅速な加熱をもたらす。更にこの上昇は、ターボチャージャーが、電動駆動装置の支援無しに、コールドスタートから数秒以内に比較的高い過給圧力を、またそれと共に排気ガスに対する圧力差或いは掃気差を生み出す。この差は、内燃機関のアイドリング回転数領域内の低い回転数の下でも既に、吸気システムからの空気を、充填サイクルの上死点の差異に意図的に大きくされた弁オーバーラップ或いは意図的に大きくされた弁オーバーラップ断面の時に、また従ってインレット弁とアウトレット弁が同時に開かれている時に、燃焼室を通して排気ガスシステムの中へ流れ込ませるために十分大きい。

これによって、電気的に支援されたターボチャージャー無しで或いは追加の電気的に或いは機械的に内燃機関によって駆動される圧縮機（例えば、ルーツブロワー、コンプレッサー）無しで働く一段階式の過給コンセプトの場合にも、独立の二次空気ポンプを無くすことができる。かくして、本発明は、吸気システムと排気ガスシステムとの間で二次空気の吹き込みのために十分な掃気差（圧力差）を獲得するために、それ自体知られている均質分割運転を、過給された内燃機関の場合に過給圧力の引き上げのために利用している。本発明は更に、可変弁制御から生まれる可能性を、該当する燃焼室を通してオーバーフローされる二次空気の量を制御するために利用している。

その際、全てのシリンダは均一に二次空気のオーバーフローに関与することができ、それによって、個々のシリンダ相互間の作動の際の非対称性が回避される。望ましい結果として、内燃機関の作動安定性に対するマイナスの影響が回避される。もう一つの利点は、例えばカムシャフトの回転によって、弁オーバーラップ及び／又は弁オーバーラップ断面を、全てのシリンダに対して同じやり方で調節することができるという点にある。従ってコストの掛かるガス交換弁の個別シリンダ毎の制御は必要ではない。

その他の利点は、付属の請求項、明細書、及び添付の図面から明らかとなる。
先に述べられ、また以下でなお説明されるメルクマールは、本発明の枠組みを越えること無しに、単にそれぞれ提示された組み合せによってだけではなく、その他の組み合わせで或いは単独で利用可能であるということが理解されるものとする。

図１は、ピストン１４によって可動的に密閉された少なくとも一つの燃焼室１２を備えた内燃機関１０を詳しく示している。燃料と空気から成る混合気による燃焼室１２の充填気は、点火プラグ１６によって点火され、次いで燃焼される。好ましい実施態様では、内燃機関１０は、噴射によってガイドされた燃焼方法のために最適化されている。燃焼方法とは、燃焼室１２内での混合気の形成とエネルギー変換のやり方のことである。噴射によってガイドされた燃焼方法は、燃料が点火プラグの直接の周辺に吹き込まれ且つそこで気化されるということを特徴としている。この方法は、混合気が正しい時点で着火することができるようにするために、点火プラグ１６及び燃料インジェクターの正確な配置と精確な噴射の方向合わせを要求する。

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インレット（吸気）弁１８とアウトレット（排気）弁２０を用いて制御される。ガス交換弁１８及び２０の操作は、アクチュエータ１９及び２１を通して行われ、その際、アクチュエータ２１は、それぞれ一つ又は複数のアウトレット弁２０を操作する。アクチュエータ１９、２１は、好ましくは電気機械式、電磁気的、電区油圧式、電気空圧式のアクチュエータとして或いはそれ等のアクチュエータの複合体として形成される。例えば、クランクシャフトに対する位相位置が、油圧で操作され且つ電気的に制御されるアクチュエータによって制御されるカムシャフトが知られている。インレット弁の早期開弁（及び／又はアウトレット弁の遅い閉弁）をもたらす位相位置の変化はまた、弁オーバーラップの拡大をももたらす。

その際、弁オーバーラップというのは、良く知られているように、内燃機関１０のクランクシャフト（或いはカムシャフト）の回転運動の中で、一つのシリンダの少なくとも一つのインレット弁と少なくとも一つのアウトレット弁が共に開かれている角度範囲であると理解されるものとする。よく知られているように、少なくとも一つのカムシャフトの位相位置の変化の代わりに或いは加えて、弁ストロークが切替えられ或いは絶えず変化される可変弁制御も、とりわけ弁オーバーラップ断面に影響を与える。ここで弁オーバーラップ断面とは、吸気システムと排気ガスシステムとの間の有効開口断面であると理解されるものとする。一つのシリンダのインレット弁とアウトレット弁の同時開弁の際には、これは同時に開かれた弁１２，２０の小さい方の開弁断面である。

ガス交換弁１８及び２０の可変操作のための様々な可能性は、当業者には、例えば冒頭で述べられた自動車技術ハンドブックからの例以外にも良く知られているから、図１には、図を分かりやすくするという理由から、詳しくは描かれていない。

吸気弁１８が開かれ且つピストン１４が下降過程にある場合、従って吸気行程にある場合には、空気は、吸気システム２２から燃焼室１２の中へ流れ込む。インジェクター２４を通じて、燃料２６が燃焼室１２内の空気に対して送り込まれる。燃焼室充填気の燃焼から生じた排気ガスは、排気弁２０が開いた時に、少なくとも一つの三元触媒３０を備えた排気ガスシステム２８の中へ押し出される。一般に、排気ガスシステム２８は、複数の触媒を含んでおり、それには、例えばエンジンの近くに組み込まれる前置触媒３０とエンジンから離して組み込まれるメイン触媒３２があり、このメイン触媒３２は、三元触媒或いはＮＯｘ吸蔵型触媒とすることができる。

内燃機関１０は、タービン３６とコンプレッサー３８とを有するターボチャージャー３４を備えている。コンプレッサー３８は、排気ガスの流路の中のマニホールド４０と前置触媒３０との間に配置されている。ウェイストゲート弁４２を介してタービン３６による圧力差を制限することができる。しかしながら、本発明は、ウェイストゲート弁無しのターボチャージャーと結合して、例えば可変タービンジオメトリーを有するターボチャージャーと結合して用いることもできる。排気ガスシステム２８の中への二次空気導入が、図１の対象物の場合には、吸気システム２２からの空気のオーバーフローによって、チャージサイクル交替ＯＴの際に同時に開かれている燃焼室１２のそれぞれ少なくとも一つのインレット弁１８とアウトレット弁２０を通して行われる。このオーバーフローは、十分に大きな弁オーバーラップ及び／又は弁オーバーラップ断面の時に、また同時に吸気システム２２（インレット弁１８の手前）と触媒３０の手前の排気ガスシステム２８との間の十分に大きな圧力差の時に、行われる。

内燃機関１０は制御装置４８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の運転パラメータを反映した様々なセンサの信号を処理する。図１では、それ等のセンサには、内燃機関１０のクランクシャフトの角度位置 ゜ＫＷ を、またそれと共にピストン１４の位置を測定する回転角度センサ５０、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５２、インレット弁１８の手前の吸気システム２２内の圧力ｐを測定する圧力センサ５４、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を測定する一つ又は複数の排気ガスセンサ５６、５８がある。

図１の実施例で、排気ガスセンサ５６は、排気ガス中の酸素濃度を空気過剰率Ｌ（Ｌ＝ラムダ）の尺度として測定するラムダセンサである一方、センサ５８は、前置触媒３０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、良く知られているように、実際に利用することのできるエアマスを分子とし、定められた燃料マスの理論的燃焼のために必要なエアマスを分母として得られる商として定義される。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しているのに対して、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２８に排気ガス温度センサ５８が備えられている場合には、この温度センサは、排気ガスシステム２８の別の場所、例えばメイン触媒３２の入口に配置することもできる。このことは、とりわけ、メイン触媒３２がＮＯｘ吸蔵型触媒である時に当てはまる。

これ等のセンサや、場合によっては更にその他のセンサの信号から、制御装置４８は内燃機関１０の制御のためのアクチュエータを制御するための制御信号を形成する。図１の実施例では、それ等の信号には、例えば、吸気システム２２の中のスロットルバルブ６２の角度位置を調節するスロットルバルブコントロール６０の制御のための制御信号Ｓ＿Ｌ、制御装置４８がインジェクター２４を制御するための信号Ｓ＿Ｋ、制御装置４８が点火プラグ１６或いは点火装置（この点火装置は、点火電圧を生成するためにコイル及び／又はコンデンサを含んでいることもある）を制御するための制御信号Ｓ＿Ｚ、及び制御装置４８がインレット弁１８の開弁断面及び／又は開弁の角度範囲を制御するための制御信号Ｓ＿ＥＶ、及び／又は制御装置４８がアウトレット弁２０の開弁断面及び／又は開弁の角度範囲を制御するための制御信号Ｓ＿ＡＶがある。ウェイストゲート弁４２がある場合には、この弁もまた制御装置４８によって制御される。そのために、制御装置４８は制御信号Ｓ＿ＷＧを送り出す。

センサ類の説明と同様、ここに示されているアクチュエータの場合にも、図１の描写は確定的なものとは考えられていないということ、及び新しい内燃機関１０にはその他のアクチュエータ、例えば排気ガス再循環弁、タンクエア抜き弁、等が備えられていることがあるということが当てはまる。

その他、制御装置４８は、ここに提示されている方法及び／又はその実施例を実施し、及び／又は対応する方法の流れを制御するために構成され、またそのためにプログラムされている。

好ましい実施例では、制御装置４８は、内燃機関１０に対する出力要求を内燃機関１０によって発生されるべきトルクのための目標値に変換し、且つこのトルクをトルク成分に分割し、このトルク成分は、充填気制御に関する制御信号Ｓ＿Ｌによって、燃料計量配分に関する制御信号Ｓ＿Ｋによって、点火制御に関する制御信号Ｓ＿Ｚによって、また過給圧力制御に関する制御信号Ｓ＿ＷＧ、及び／又はインレット弁１８及び／又はアウトレット弁２０の制御に関するＳ＿ＥＶ及び／又はＳ＿ＡＶによって、影響を受ける。充填気の成分は、制御信号Ｓ＿Ｌを用いたスロットルバルブ６２の対応する制御によって、或いはインレット弁１８の開弁の制御によって調節される。燃料成分は、調節値（信号）Ｓ＿Ｋを用いて本質的に、噴射された燃料マス及び噴射されるべき燃料マスの一つ又は複数の部分噴射への分割のやり方並びに部分噴射相互間とピストン１４の運動に対する相対的位置によって、それ故、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、最適の空気過剰率ラムダ、最適の噴射タイミング、及び最適の点火角度で生じる。

図２は、本発明に基づく方法の実施例で用いられている噴射モデルを示している。その際、噴射パルス幅ｔｉ＿１及びｔｉ＿２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の作動サイクルのクランクシャフト角度 ゜ＫＷ の時の高レベルとして示されている。上死点はＯＴで示されている。

図２は、詳しくは、吸気行程Ｔａｋｔ＿１の中で行われる第一の部分噴射ｔｉ＿１とその後で行われる第二の部分噴射ｔｉ＿２とを持つ、最大排気ガスエンタルピーのための均質分割運転の噴射モデルＭ＿１を示している。第二の部分噴射ｔｉ＿２は常に、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。既に述べられた様に、ＫＷ＿Ｚは、場合によっては非常に遅く、上死点ＯＴの後の１０゜から３５゜までの領域内にあるので、第二の部分噴射ｔｉ＿２も全て或いは部分的に作動行程Ｔａｋｔ＿３の中に来ることがある。しかしながら、第二の部分噴射は決して点火の手前では行われない。

この第一の噴射モデルＭ＿１では、二つの部分噴射への分割の代わりに、噴射される燃料量は三つ以上の部分噴射へ分割されることもある。分割の可能性は、インジェクター２４の少量の計量配分能力によって制限される。モデルＭ＿１の場合に重要なのは、少なくとも二つの部分噴射ｔ１＿１、ｔｉ＿２への分割であり、その中の初めの部分噴射ｔｉ＿１は、好ましくは吸気行程Ｔａｋｔ＿１の中で行われ、また後の部分噴射ｔｉ＿２は如何なる場合にも同じ作動サイクルの中の点火前に行われ、その際、燃焼室内の（従って、二次空気無しの）空気過剰率ラムダは、１よりも小さく、また排気ガス中の（従って、二次空気が含まれている）空気過剰率ラムダは１よりも大きい。

図３は、本発明の方法の実施例としての流れ図を示している。ステップ６４での内燃機関１０のスタートの後、先ずステップ６６で回転数ｎが測定され、ステップ６８で、閾値ｎ＿ＳＥと比較される。閾値ｎ＿ＳＥをオーバーしていると（ｙ）、手順はステップ７０へ進められ、このステップ７０では、上述の均質分割運転ＨＳＰが遅延点火とより高い充填率でスタートされる。好ましい実施態様では、内燃機関１０がその際十分に完全に絞りを開けて運転され、ここで、十分に完全に絞りを開けた状態とは、同じ条件の下での最大可能充填率の少なくとも７５％での運転であると理解されるものとする。

十分な過給圧力があると同時に或いは直ぐ後に続いてステップ７２で、弁オーバーラップ及び／又は弁オーバーラップ断面が、吸気システム２２からの空気が燃焼室１２を通って排気ガスシステム２８の中へオーバーフローすることを可能にするために、実際の運転条件のために、それ故とりわけアイドリングのために通常の値から拡大された値へ調節される。この拡大は、例えば均質分割運転の起動から数秒という程度の定められた時間遅延で或いは過給圧力閾値のオーバーに応じて行われることができる。

次いでステップ７４では、二次空気吹き込みの効果を反映することによってパラメータＡが形成されるか或いは測定される。パラメータとしては時間カウンタの読み、或いはターボチャージャー３４、マニホールド４０、或いは何れかの触媒３０、３２の温度の特徴を示している大きさが好んで用いられる。その様な大きさの組み合わせも又可能である。ステップ７６では、パラメータＡが中断の基準としての閾値Ｓ＿Ａと比較される。Ｓ＿Ａがオーバーされた場合には（ｙ）、ステップ７８で、均質分割運転が終了され、弁オーバーラップが再び実際の運転条件のために通常の値へ引き下げられるが、これは燃焼室１２を通る二次空気のオーバーフローを減少させるか、或いは過給圧力が低下し且つその結果として圧力差の方向の逆転が生じた場合には、燃焼室１２への排気ガスの逆流をもたらすことがある。この逆流は、内部排気ガスフィードバックとも呼ばれる。

ステップ８０では、内燃機関１０の通常運転へ戻され、排気ガスエンタルピーを引き上げるための特別な措置は行われなくなる。この移行は段階的に行われることもでき、その場合には、均質分割運転が終了される前に、先ず弁オーバーラップ及び／又は弁オーバーラップ断面が引き下げられる。この順序は逆転されていることもある。

本発明に基づく方法の効果が、図４に示されているエンジン回転数ｎ、過給圧力ｐ、及び制御ビットＳＢの時間的変化によって説明されている。時点ｔ＝０の手前では、内燃機関１０は停止している。従って、図４ａに示されている内燃機関の回転数ｎは先ずゼロに等しく、図４ｂに示されている過給圧力ｐは、およそ １０００〔ｍｂａｒ〕（〔ミリバール〕）の周囲圧力に対応している。図４ｃに示されている制御ビットＳＢの値は未だ低い。

時点ｔ０では、スターターが内燃機関を毎分２００回転よりわずかに上のスターター回転数まで加速する。燃焼室１２の中での燃焼の始まりと共に内燃機関１０の回転数ｎが更に上昇し、時点ｔ１で毎分約４００回転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は約毎分１，２００回転のより高いアイドリング回転数に達する。タービン３６が未だ回転していないか或いは未だ早くは回転していない状態での吸気システム２２からの最初の燃焼室充填気の吸入によって、インレット弁１８の手前での過給圧力ｐは最初は低下する。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。図４ｃの制御ビットＳＢが高いレベルにセットされる。高いレベルにセットされると、本発明に基づく方法或いはその実施態様の一つが実行される。

このアフタースタート段階で排気ガス中に大きなエンタルピー流を準備するために制御装置４８は制御パラメータＳ＿Ｚを通じて次善最適点火角度を出力し、この点火角度がそれによって小さくされた点火角度効率を通じてトルク損失をもたらし、このトルク損失は、制御信号Ｓ＿Ｌによって生み出される燃焼室１２のより高められた充填率によって補償される。十分に完全に絞りを開くことの結果としての排気ガス中の大きなエンタルピー流によって排気ガスターボチャージャー３４のタービン３６が急速に加速され、その結果過給圧力ｐが１２００〔ｍｂａｒ〕以上の値へ引き上げられる。その様な過給圧力の下では燃焼室１２の新気側の過給圧力と燃焼室１２の排気ガス側との間の圧力差が、弁オーバーラップ及び／又は弁オーバーラップ断面が開かれた時に新気を吸気システム２２から燃焼室１２を通して排気ガスシステム２８の中へ流れ込ませるために、十分大きくなる。

従って、制御装置４８は、開弁制御信号Ｓ＿ＥＶ及び／又はＳ＿ＡＶを出力することによって、弁オーバーラップ及び／又は弁オーバーラップ断面を制御する。燃料制御信号Ｓ＿Ｋの補足的制御によって、全体として排気ガス中の空気過剰率ラムダが理論的領域内（ラムダ＝１）か或いは理論値オーバー領域、例えば空気過剰率ラムダ＝１．１、に調節される。オーバーフローによって排気ガス中に吹き込まれる新気の量に応じて、燃焼室１２内の空気過剰率ラムダは、理論値以下（ラムダ＜１、燃料過剰）にも成り得る、より小さな対応値に調節される。これによって、燃焼室内に閉じ込められている燃料と空気から成る混合気の良好な点火性と安定した燃焼が得られる。同時に、排気ガス中の理論値を越える空気過剰率は、とりわけスタート終了後の最初の段階で重要である。何故なら、未だ冷たい前置触媒３０が最初は未だ炭化水素を還元することができないからである。従って、環境中に達する炭化水素の排出を抑制するための唯一の可能性は、先ず内燃機関１０の未処理排出物を抑制することにある。この抑制は、１よりも大きな排気ガス中の空気過剰率ラムダでの運転の望ましい結果として得られる。

高められた充填率によって大きな排気ガス量が生成されるが、この排気ガスは更に、次善最適点火角度効率の故に、比較的高い温度を持ち又酸素過剰状態となっている。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み出される。時点ｔ２で、中断基準が満たされるや否や、排気ガスエンタルピーの上昇が終了される。次いで、内燃機関１０の回転数ｎが内燃機関の、一般に毎分５００から８００回転の間にある通常のアイドリング回転数へ降下する。通常運転の際に必要となる程度を越えた絞りの開きは終了される。それによって、再びそれ程広くは開かれなくなったスロットルバルブ６２とインレット弁１８との間の圧力ｐが大きく低下する。図４のグラフでは、その圧力はおよそ４００〔ｍｂａｒ〕まで落ちているが、その際の実際の値は、それぞれの内燃機関によって又その他の条件によって変わることがある。

低い圧力は最早二次空気の吹き込みのためには足りないので、弁オーバーラップ及び／又は弁オーバーラップ断面はタイミングに合わせて再び縮小される。圧力差ｄｐは、時点ｔ１とｔ２の間に上昇した排気ガスエンタルピーによって生成され、且つ二次空気オーバーフローのために利用される圧力変化の程度を示している。この圧力変化を二次空気オーバーフローのために利用するというアイディアが無かったならば、均質分割運転の結果として生成される引き上げられた排気ガスエンタルピーは、むしろウェイストゲート弁４２の開弁によってバイパスされてしまったことになるであろう。

ガソリン直接噴射装置と制御装置とを用いて作動する内燃機関と制御装置を示す。 本発明に基づく方法の実施態様で用いられる噴射モデルを示す。 本発明の方法を説明するための流れ図を示す。 本発明に基づく方法の実施態様を実施する際の内燃機関の諸運転パラメータの時間相関図を示す。

符号の説明

１０…内燃機関
１２…燃焼室
１４…ピストン
１６…点火プラグ
１８…インレット弁
１９…アクチュエータ
２０…アウトレット弁
２１…アクチュエータ
２２…吸気システム
２４…インジェクター
２６…燃料
２８…排気ガスシステム
３０…三元触媒
３２…触媒
３４…排気ガスターボチャージャー
３６…タービン
３８…コンプレッサー
４０…マニホールド
４２…ウェイストゲート弁
４８…制御装置
５０…回転角度センサ
５２…エアマス計
５４…圧力センサ
５６、５８…排気ガスセンサ
６０…スロットルバルブコントロール
６２…スロットルバルブ
゜ＫＷ…クランクシャフト角度
Ｌ…ラムダ
ｍＬ…エアマス
Ｐ…吸気システム内の圧力
Ｓ＿ＡＶ…インレット弁制御信号
Ｓ＿ＥＶ…アウトレット弁制御信号
Ｓ＿Ｋ…燃料計量配分に関する制御信号
Ｓ＿Ｌ…充填気制御に関する制御信号
Ｓ＿ＷＧ…過給圧力制御に関する制御信号、Ｓ＿Ｚ…点火制御に関する制御信号
Ｔ…排気ガス温度

Claims (8)

1. 直接燃料噴射と可変ガス交換弁制御とを備え、排気ガスシステム（２８）で反応可能な排気ガスの燃料と空気から成る混合気を発生させることによって、過給された内燃機関（１０）の排気ガスシステム（２８）における触媒（３０、３２）を加熱する方法であって、その際、反応可能な排気ガスの燃料と空気から成る混合気の空気成分が、内燃機関（１０）の吸気システム（２２）からの空気が内燃機関の燃焼室（１２）を通して排気ガスシステム（２８）に掃気されることによって生成される、触媒を加熱する方法において、
   内燃機関（１０）が、コールドスタートの後のアイドリング中に、既に触媒（３０、３２）が暖められている時の通常運転の際よりも、より大きな弁オーバーラップ及びより大きな弁オーバーラップ断面の少なくともいずれかを用いることにより、また燃焼の前に噴射される燃料量を点火及び燃焼室（１２）当たり少なくとも二つの部分噴射（ｔｉ＿１、ｔｉ＿２）に分割し且つ最適点火角度で発生される最高トルクより低いトルクを発生する点火角度により、運転されること、
   を特徴とする触媒を加熱する方法。
2. 内燃機関（１０）が、最大可能充填率の少なくとも７５％で運転されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 内燃機関（１０）が、コールドスタートの後、先ず通常のアイドリング回転数より高い回転数で運転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. 内燃機関（１０）の燃焼室（１２）内への燃料の噴射が、燃焼室（１２）の中に燃料の過剰な燃料と空気から成る混合気が生成されるように行われ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。
5. 内燃機関（１０）の燃焼室（１２）内への燃料の噴射が、排気ガスシステム（２８）の中の反応可能な排気ガスの燃料と空気から成る混合気の空気過剰率ラムダが１よりも大きいかまたは１に等しくなるように行われることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 内燃機関（１０）の回転数（ｎ）が、内燃機関（１０）のスタートの際に測定され、且つスタート終了回転数（ｎ＿ＳＥ）をオーバーの後直ちに、触媒の加熱が開始されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
7. 直接燃料噴射と可変ガス交換弁制御とを備えた、過給された内燃機関（１０）の排気ガスシステム（２８）における触媒（３０、３２）の加熱を制御するための制御装置（４８）であって、その際、加熱が排気ガスシステム（２８）の中の反応可能な排気ガスの燃料と空気から成る混合気を生成することによって行われ、また反応可能な排気ガスの燃料と空気から成る混合気の空気成分が、内燃機関（１０）の吸気システム（２２）からの空気が内燃機関の燃焼室（１２）を通して排気ガスシステム（２８）に掃気されることによって生成される、触媒の加熱を制御するための制御装置において、
   内燃機関（１０）を、コールドスタートの後に、既に触媒（３０、３２）が暖められている時の通常運転の際よりも、より大きな弁オーバーラップ及びより大きな弁オーバーラップ断面の少なくともいずれかを用いることにより、また燃焼の前に噴射される燃料量を点火及び燃焼室（１２）当たり少なくとも二つの部分噴射（ｔｉ＿１、ｔｉ＿２）に分割し且つ最適点火角度で発生される最高トルクより低いトルクを発生する点火角度により、運転するために構成されること、
   を特徴とする制御装置。
8. 請求項２ないし６のいずれかに記載の方法の実施するために構成されることを特徴とする請求項７に記載の制御装置。

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