JP2009540174A - リフォーマと触媒式排気後処理装置とを備えて成るシステムのための運転方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、所謂リホーメートモードにて供給される炭化水素を含有した燃料を何らかの改質法により水素に富んだリホーメートガスに変換することができるリフォーマ、ならびに、触媒始動温度への到達を加速化するために前記リフォーマの内部で発生したガスを衝突させるようになっている、内燃機関の排出ガスを対象として設けられた触媒式排気後処理装置から成るシステムのための運転方法に関する。前記システムの冷間始動時に、前記リフォーマが、それ自体の始動期の後に、まず最初に希薄な燃料空気混合気を使用して、またそれ故に前記リホーメートモードではなく所謂リーンバーンモードにて運転され、前記触媒式排気後処理装置の内部で、供給された可燃成分が十分な確実性で自律的に酸化可能となると直ちに、前記リフォーマが前記リーンバーンモードから前記リホーメートモードに切り換えられる。前記内燃機関は、前記リフォーマのリーンバーンモード運転の間に、前記内燃機関の排出ガスの可燃成分が、前記リフォーマにより発生された高温ガスと反応可能であるように運転され、またその際にはリホーメートガスと内燃機関の排出ガスとが合流した総排気流が、実質的に理論混合気の燃焼から生じる排出ガスの組成を有する。

Description

本発明は、所謂リホーメートモードにて供給される炭化水素を含有した燃料を何らかの改質法により―特に水素、一酸化炭素、および窒素を含有した―水素に富んだリホーメート（reformate、改質油）ガスに変換することができるリフォーマ、ならびに、触媒始動温度への到達を加速化するためにこのリフォーマの内部で発生したガスを衝突させるようになっている、特に内燃機関の排出ガスを対象として設けられた触媒式排気後処理装置から成るシステムのための運転方法に関する。

公知である従来の技術については、特許文献１を参照されたい。
リフォーマ系は、たとえば自動車においては、液状または気体状の炭化水素を含有した（たとえばガソリン、ディーゼル、アルコール、またはメタン、または天然ガスなどの）燃料化ら、水素（Ｈ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）、および不活性ガス（Ｎ_２、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ）から成る水素に富んだ合成ガスを生成するために導入されることがある。炭化水素のほかにも関与する化合物（Ｏ_２、Ｈ_２Ｏ、ＣＯ_２）により、様々な改質法が、具体的には所謂部分酸化法、水蒸気改質法、ＣＯ_２改質法、クラッキング法、またはほかにも、たとえば所謂自己熱改質法などのように、これらを組み合わせた方案が知られている。

部分酸化、すなわち、部分酸化改質装置の原理に基づき作動するリフォーマの所謂リホーメートモードは、発熱を伴って進行する。もっともそのようなリフォーマの運転を開始するために、一般には最初に空気供給器が運転され、その後でリフォーマの内部に備えられた触媒の上流側で初回の燃焼が実行されるようになっている。続いてこのリフォーマ触媒に「過濃」な燃料空気混合気（すなわち、空燃比が理論空燃比を下回っている混合気、これは「１」未満のラムダ値に相当する）を衝突させ、それによりリフォーマ触媒を、リフォーマがその改質運転温度に達するまでさらに加熱するようにしている。その後でリフォーマは、本来の所謂リホーメートモードにおいて、理論空燃比を下回る（ラムダ値が０．３から０．４程度と）著しく過濃な混合気を使用して、８００℃から９００℃程度のシステムに依存した改質温度で作動するようになっている。しかしながらこの時点までには、排出ガスの無視できない放出量が発生することになる。

リフォーマ系は、たとえば自動車に、燃料電池と組み合わせても、または単独でも、導入することができる。そこでは、リホーメートモードにおいて得られる所謂リホーメートガスに関して、数多くの導入および利用可能性が知られているが、たとえば燃料電池を運転するために、または、車両の駆動ユニットとして機能する内燃機関に、冷間始動／暖機運転時の排気および生排気の最小限化の目的のほかにも、特に前記内燃機関の排出ガスを対象とした触媒式排気後処理装置の加熱の目的で供給するために、または、たとえばＮＯ_ｘ吸収器またはパティキュレートフィルタの内部での内燃機関排出ガスの後処理のために直接、導入し利用することができる。

触媒式排気後処理装置は、所謂排出ガス触媒も同時にその反応温度に達しているか、またはそれを上回っているときだけに、その機能、すなわちＣＯ、ＨＣおよび／またはＮＯ_ｘをＣＯ_２、Ｈ_２Ｏおよび／またはＮ_２に転化する機能を果たすことができる。前記内燃機関ならびにそれに付属する触媒式排気後処理装置（＝「排出ガス触媒コンバータ」）の冷間始動から出発して可能な限り速やかにこの状態に到達できるようにするために、様々な対策が知られている。内燃機関の内部における燃焼に、排出ガス質量流量が増大する、および／または排出ガス中の熱流が増加するように、適切な影響を与えることとならび、排気系統の内部における副次的な発熱反応とあわせ、ほかにも外部からの電気エネルギの供給によっても、排出ガス触媒を加熱することができる。

排気後処理装置の触媒の所謂反応温度の高さは、周知のごとく様々なパラメータに依存する。たとえば一方では、触媒コンバータ自体の構造、すなわちその触媒基質、セル数、熱容量、貴金属成分、貴金属担持量などにより決まるほかにも、触媒の劣化状態とならび、転換対象である排気流中の酸素含有率により、さらにそれ以外にも転換対象である排出ガスの組成によっても直接決まることになる。これとの関連では、リフォーマの内部で発生されたリホーメートガスを利用して、触媒式排気後処理装置を加熱できることが知られている。リホーメートガスを用いた触媒加熱法（ないしはリホーメートガスによる触媒加熱法の支援）の長所は、従来の加熱法と比較して、水素含有率および一酸化炭素含有率が増大する点、さらにそれに基づいて触媒反応による有害物質の転換が（１５０℃から１８０℃程度の）低温ですでに開始される点にある。水素および一酸化炭素が触媒の活性表面で直接転換されることにより、有利なことにも、この触媒作用のために必要とされる熱が、正にその場所で放出されることになる。いうなれば、複雑な伝熱過程を辿り、その際中にかなりの伝達損失を生じてしまう、外部からの非効率な熱供給とは異なり、触媒表面の直接的な内部加熱が行われることになる。それと同時に触媒は、供給されるリホーメートガスにより、加熱を支援する増大された熱エネルギを利用できることになる。

しかしながら、加熱期を短縮するために、リフォーマの内部で発生されたリホーメートガスが供給されるようになっている触媒式排気後処理装置では、この加熱期の間に、水素および一酸化炭素の転換温度が比較的低いにもかかわらず、一酸化炭素が転換されずに排出ガス触媒コンバータを通過して雰囲気に到達する可能性のある一定の時間窓が、厳密には触媒が一酸化炭素を有意に転換することが可能な状況となる時点まで、存在する。すなわちこの時点までは、一酸化炭素とその他の気体成分（水蒸気、炭化水素遊離基など）により、触媒の活性中心がブロッキングされるために、排出ガスの他の全ての成分―特に水素―の転換も、前記時点までは有意な量では行われないことになる。ほかにも、リフォーマの内部でリホーメートモードにおいてに発生されたリホーメートガスには約２４％の一酸化炭素が含まれるために、自動車に対して実質的に全世界で適用される苛酷な法定排出ガス規制値を遵守するのは不可能となっている。

ＤＥ１０２３２７２７Ｂ４

以上のような背景から、本発明により、請求項１の前段部分（所謂おいて部分、プリアンブル部分）に記載されるシステムのための、上述の問題を発生しない運転方法を提示ものとする。

この課題を解決するための手段は、システムの冷間始動時に、リフォーマを、それ自体の始動期の後に、まず最初に希薄な燃料空気混合気を使用して、またそれ故にリホーメートモードではなく所謂リーンバーンモードにおいて運転する工程を特徴としている。「希薄燃焼モード」と呼ぶこともできるこのリーンバーンモードは、空燃比が理論空燃比を上回っている混合気の燃焼モードであるが、これは１を上回るラムダ値に相当する。

以下では、提案されるリーンバーンモードというリフォーマの運転方式についてさらに詳しく説明するが、その前にまず明確に付言しておくが、「冷間始動」という表現は、排気後処理装置の触媒の温度が、その反応温度（または転換温度）を下回っており、そのために排出ガス触媒コンバータの内部において排出ガスの有害成分の好首尾な転換も起こり得ないようになっている、本発明にしたがったシステムの全ての始動ないしは発進工程を指すと解釈されるものである。

ほかにも、好ましい適用例において企図されるように、内燃機関が本発明にしたがったシステムの構成部品である場合は、この内燃機関が、リーンバーンモードにおけるリフォーマ運転の間に、内燃機関の排出ガスの可燃成分が、その排気装置の内部で、そこに備えられている排気後処理装置の上流側に供給されるリフォーマにより発生された高温ガスと反応可能であって、またその際には排気後処理装置の触媒コンバータに通して導かれる、リフォーマの内部で発生したガスと内燃機関の排出ガスとが合流した総排気流が、実質的に理論混合気の燃焼から生じる排出ガスの組成を有するように、運転されるとよい。ほかにも上述の加熱期の間には、この内燃機関から放出される炭化水素（ＨＣ）が、排気後処理装置に前置されたＨＣ吸収器の内部に一時的に貯蔵されるようにするとよい。

請求項１の特徴部分に記載の特徴に再び立ち返ると、そこには、リフォーマを、リフォーマ触媒の上流側で初回の燃焼が開始された後に、ある程度の時間にわたり、希薄な燃料空気混合気を使用して、すなわち所謂「リーンバーンモード」において、または所謂希薄混合気の燃焼器として、運転することによって、これを低エミッションで始動することが提案されている。それにより、この運転に伴いさらに継続して行われる、従来は広く一般に過濃な燃料空気混合気を使用して実施されるようになっているリフォーマ触媒の加熱の間に生成される、特に炭化水素および一酸化炭素の放出量が、有意に低減されることになる。有利なことにもこの「リーンバーンモード」において生じる燃焼熱は、リフォーマに供給される混合気の組成とリフォーマに供給される空気質量流量とを介して、簡単に調整ないしはフィードバック制御可能であるとともに、そのようにして得られるリフォーマガスを相応に導くことによって、特に触媒式排気後処理装置にも加熱のために供給されるようになっているが、その際にはリフォーマにより排出ガス触媒の加熱に供されるこの熱流を、必要に応じて調整できるようになっている。すなわち、リフォーマの内部において「リーンバーンモード」から発生される高温ガスを使用して、排出ガス触媒コンバータの十分に大きな部分体積を可能な限り急速に反応または転換温度に持って行くことが可能となり、またその際には好適にも、希薄混合気の燃焼器として運転されるリフォーマがその「リーンバーンモード」において供給することができる最大限可能なリホーメート質量流量を利用することが可能となる。

したがってリフォーマは、その主意に沿って、触媒式排気後処理装置の内部で、供給された可燃成分が十分な確実性で自律的に酸化可能となるまで、すなわち排出ガス触媒がその反応温度に達する、ないしはこれを上回るまで、上述のリーンバーンモードで運転されることが好ましい。リフォーマはその後で、通常の運転方式であるリホーメートモードに切り換えられるようにするとよい。

それ以外にも、所謂リーンバーンモードにおいては、リフォーマの内部で、そのリホーメートモードにおける運転の間にリフォーマの内部に生成された堆積物の少なくとも一部が焼却され、それによって除去されるようにするとよい。したがって、ここに提案されるリーンバーンモードを実行することにより、リフォーマにとっては、これが堆積物から解放されるという有利な効果がもたらされることになる。この主意に沿ってリフォーマは、先行したリホーメートモードからのリフォーマ内部の堆積物を酸化するためにも、リーンバーンモードにおいて運転されるようにするとよいが、この場合は、そのような堆積物が本発明にしたがって少なくとも実質的に酸化されると直ちに、リフォーマの運転方式がリーンバーンモードからリホーメートモードに切り換えられることになる。その際にはリーンバーンモードが、リフォーマの内部に存在する堆積物が本発明にしたがって実質的に焼却される時間である、ある程度の時間にわたり維持されるようにするとよい；しかし、有意な堆積物の存在を適切に検出または測定するようにして、存在する場合は、有意な堆積物が最早一切確認できなくなるまで、リーンバーンモードを稼動させるようにしてもよい。

本発明にしたがったシステムの好ましい適用例は、既述のように自動車部門においては、車両の駆動ユニットである内燃機関との関連にある。冷間始動後の当初はなおも比較的低温である内燃機関の排気流に、今ではリフォーマのリーンバーンモードの間に、内燃機関の排気系統において、リフォーマの内部で発生された、遊離酸素がなおも含まれている高温のガス流が、触媒式排気後処理装置の上流側で混合されることによって、そこで内燃機関の排出ガスの可燃成分を後燃焼できるようにしている。すなわちその際には、システムの排気装置の内部で、内燃機関の比較的低温の適度に過濃な排出ガスが、リフォーマの内部で発生された高温の希薄なガスと、排気後処理装置の排出ガス触媒の上流側で混合されることによって、そこに所望の全空燃比が生じるようにすることが好ましい。それにより一方では、排気装置の内部で所望の後燃焼が生じることが可能となり、またその際にはこの転換プロセスの発熱を、リフォーマからのガスの熱エネルギに追加して、排出ガス触媒の加熱にも利用できるようになる。これについては、排出ガス触媒コンバータに通して導かれる、リフォーマの内部で発生したガスと内燃機関の排出ガスとが合流した総排気流が、実質的に理論混合気（ラムダ値が実質的に「１」と等しい）の燃焼から生じる排出ガスの組成を有する場合に、排出ガス触媒コンバータの（すなわち触媒式排気後処理装置の）急速な加熱にとり有利な高温が発生されることになる。それにより排出ガス触媒コンバータにとっては、いわば複数の熱源が、具体的にはリフォーマの内部で得られた高温ガス、ならびに、過濃な、なおも可燃である燃料成分が含まれている内燃機関の排出ガスの後燃焼による熱の直接供給がもたらされることになる。

有利なことにも、相応の組成を持つ、具体的には実質的に理論混合気の燃焼から生じる排出ガスの組成を持つ総排気流については、三元触媒コンバータの内部で、これを加熱することにより、最善の形で後処理を行うことができる、換言すればこれに含まれている有害排出ガス成分を、この排出ガス組成により、最善の形で転換することができるが、なぜなら、特に排出ガス触媒コンバータが転換能力に達するのは、決してジャンプ機能によるわけではないために、空燃比を適切に調整することによっても、通常の三元触媒コンバータの内部で、部分的な転換が既に達成されるからである。

したがってこの主意に沿って、火花点火式の、燃料直接噴射方式以外で作動する内燃機関（そのような内燃機関では燃料が燃焼室の外部で供給される燃焼用空気流に添加される）については、リーンバーンモードにおけるリフォーマ運転の間（およびそれに伴い排気後処理装置の加熱期の間）にはまず、内燃機関の排出ガスとリフォーマガスとを合流した総排気流の上述の組成が生じるように、適度に過濃な燃料空気混合気を使用して、これが運転されるようにするとよい。その際に内燃機関に供給される混合気の組成は、車両走行時の乗り心地の観点でも調整が図られるようにするとよい。この場合は有利なことにも、広く一般に行われている、燃料消費量を増大させる排出ガス触媒の様々な加熱対策を可能な限り廃止できるようになるが、しかし排出ガス触媒のさらなる加熱を加速するためには、そのような対策が、その効果を弱めてなおも講じられるようにするとよいかもしれない。当然ながら燃料直接噴射方式により運転される内燃機関についても、これと同じことが言える。これについては、内燃機関に、リーンバーンモードにおけるリフォーマ運転の間に燃料を増量して供給することが提案されるが、この燃料は、好ましくは公然周知の燃料後噴射方式により、内燃機関のそれぞれの燃焼室内に装入されるようにするとよい。燃料直接噴射方式により運転される内燃機関の一つまたは複数の燃焼室内へのこの燃料装填量の増量は、上述の排気後処理装置の内部または排出ガスの流れの向きで見て上流側で、この追加燃料、ないしは内燃機関の内部にその結果として生じる生成物を転換することができる場合に行われるようにすることが好ましい。

ある一定の時間が経過した後に、特に排出ガス触媒の温度が、一酸化炭素の転換に関するその所謂反応温度を上回ったとき、および／または、その他の（貯蔵された）ガス成分に関する反応温度または脱離温度を上回ったときには、その際にこの時間は、システムの冷間始動からたとえば１０秒程度であればよいのだが、および／または、適度に希薄な燃料空気混合気を使用して内燃機関を運転できるようになると直ちに、内燃機関が相応に適度に希薄な混合気を使用して運転されるだけではなく、そのときにはほかにもリフォーマの運転モードが入れ替わる、すなわちそのときには所謂「リーンバーンモード」が終了され、リフォーマは引き続いて、通常のリホーメートガス（特にＨ_２およびＣＯ）が発生される通常のリホーメートモードで運転されるようになっている。続いてこの時点以降は、リフォーマからの水素に富んだ合成ガスの触媒反応による直接転換により、排出ガス触媒コンバータの内部での直接放熱が開始される。このときに要求されるリホーメートガス質量流量については、使用に供される酸素質量流量、内燃機関の排出ガス質量流量、所望の全排出ガスラムダなどに従属して、開ループないしは閉ループ制御が行われるようにするとよいが、その際に三元触媒コンバータが使用される場合はいずれにせよ、ここでも再び（ラムダ値が実質的に「１」と等しい）理論混合気の燃焼から生じる排出ガスの組成に実質的に等しくなるような、総排気流中のラムダ値が生じるようにすることが好ましい。

有利な展開構成例の主意に沿って、少なくともリーンバーンモードにおけるリフォーマ運転の間、ないしは排出ガス触媒の加熱期の間に、内燃機関から放出される炭化水素が、排出ガス触媒コンバータおよび好ましくはほかにも排気装置の内部へのリホーメートガスの吹込み地点に流れに関して前置される炭化水素吸収器の内部に、一時的に貯蔵されるようにするとよい。これらの炭化水素は、その後の任意の時点に、特に排出ガス触媒がその転換温度に達した後に、再び脱離するようにするとよい。それ以外にも、内燃機関の排気装置の排出ガス触媒コンバータの好ましくは下流側に組み込まれる、特に排気処理用の、たとえばＮＯ_ｘ貯蔵触媒コンバータまたはパティキュレートフィルタであるとよい何らかのユニットを、いずれにせよ既に備えられているリフォーマの運転開始と、それに結び付いたリホーメートガスの供給により再生することが、基本的に知られてはいる。これを利用することによっても、何らかの理由で冷却された排気後処理装置を再びその運転温度ないしは反応温度に持って行くことができる。これと同じことが、本発明にしたがった運転方法との関連でも、具体的にはリフォーマが運転開始時に少なくとも当初は上述のリーンバーンモードにおいて運転されることにより、可能となる。それ以外にも、リフォーマ自体が、リホーメートモードにおいて低エミッションで運転できるようになるほど加熱された場合には、リフォーマの運転方式がリーンバーンモードからリホーメートモードに切り換えられるように、リフォーマ自体の加熱状況に目を向けてリーンバーンモードが選択されるようにしてもよい。ここで「低エミッション」という表現は、リーンバーンモードによる事前の加熱が行われていないリホーメートモードにおける運転の場合よりも、リーンバーンモードでの運転に関するそのような事前の加熱が行われるリホーメートモードにおいて、確認できる有害物質の放出量が特筆できるほど低減される状況と解釈されるものである。

そのＡは、内燃機関の排出ガスおよびリフォーマの内部で得られたガスの全排気流のラムダ値（λ_{Ａｂｇａｓ，ｇｅｓ}）の経時変化を示す図、Ｂは内燃機関に供給される混合気のラムダ値（λ_{Ｍｏｔｏｒ}）の経時変化を示す図、Ｃは内燃機関に供給される空気質量流量（ｍ_{Ｍｏｔｏｒ}）の経時変化を示す図、Ｄはリフォーマに供給される燃料空気混合気のラムダ値（λ_Ｒｅｆ）の経時変化を示す図、Ｅはリフォーマに供給される空気質量流量（ｍ_Ｒｅｆ）の経時変化を示す図である。 そのＡは、内燃機関の排出ガスおよびリフォーマの内部で得られたガスの全排気流のラムダ値（λ_{Ａｂｇａｓ，ｇｅｓ}）の経時変化を示す図、Ｂは内燃機関に供給される混合気のラムダ値（λ_{Ｍｏｔｏｒ}）の経時変化を示す図、Ｃは内燃機関に供給される空気質量流量（ｍ_{Ｍｏｔｏｒ}）の経時変化を示す図、Ｄはリフォーマに供給される燃料空気混合気のラムダ値（λ_Ｒｅｆ）の経時変化を示す図、Ｅはリフォーマに供給される空気質量流量（ｍ_Ｒｅｆ）の経時変化を示す図である。

添付図面には、同一時間軸で、本発明にしたがった運転方法の好ましい実施において生じる（生じ得る）各種特性量の経時特性が、火花点火式の、直接噴射方式以外で運転される内燃機関に関する図１の図列と、直接噴射方式で運転される火花点火式内燃機関に関する図２の図列とに示されている。

それぞれの図列の一番上の図１Ａならびに２Ａには、全排気流、すなわち内燃機関の一まとめにされた排出ガスおよびリフォーマの内部で得られたガスのラムダ値（λ_{Ａｂｇａｓ，ｇｅｓ}）が時間との関係で示されており、図１Ｂならびに２Ｂには、内燃機関に供給される混合気のラムダ値（λ_{Ｍｏｔｏｒ}）が、図１Ｃならびに２Ｃには、内燃機関に供給される空気質量流量ｍ_{Ｍｏｔｏｒ}が、図１Ｄならびに２Ｄには、リフォーマに供給される燃料空気混合気のラムダ値（λ_Ｒｅｆ）が、一番下の図１Ｅならびに２Ｅには、リフォーマに供給される空気質量流量ｍ_Ｒｅｆが示されている。

本発明にしたがってリフォーマの運転が行われる様々な運転期ないしは運転様式が、図列Ａにおいてはアラビア数字で（図１Ｄに）、図列Ｂにおいてはローマ数字で（図２Ｃに）示されている。

最初に図列Ａを参照すると、運転期１において、リフォーマは、冷間始動に続いてごく短時間にわたり、リフォーマの内部に備えられた触媒を始動するために、過濃な混合気（ラムダは「１」未満）を受け取るようになっている。引き続いて運転期２において、リフォーマは、リフォーマの加熱を強制するために、若干希薄気味に、すなわち「１．０」をごく僅かだけ上回るラムダ値で運転されるとよいが、冷間始動に続くこの短い時間の間にはまだ過熱問題を生じることはない。このときには内燃機関が適度に過濃な混合気（ラムダは「１．０」未満）で運転されるとよく、それにより滑らかな回転が助長されることになるが、そこでは全排気流中に実質的に「１．０」であるラムダ値が生じるように、全てのパラメータの設定値（すなわち、その時々の空気質量および燃料質量の供給量）がすでに選定されるようになっている。

続く運転期３においては、内燃機関が、運転期２よりは濃度が若干低くなってはいるものの、ラムダ値は相変わらず「１．０」未満である過濃な混合気を使用して運転されるとよいが、このときにリフォーマは、リフォーマの過熱問題を回避するために、質量流量を落としたかなり希薄な混合気（ラムダは「１．０」を大幅に上回る）を使用して運転されるようになっている。特にこの運転期、すなわちここではリーンバーンモードと呼ばれる運転方式においては、排気装置の内部において、なおも可燃である燃料成分が含まれている内燃機関の排出ガスが、触媒コンバータの上流側で、リフォーマの内部で発生された、リフォーマが希薄運転であるために遊離残留酸素をなおも含んでいる高温ガスが添加されることにより、後燃焼されるようになっている。その際に放出される熱は全量、排出ガス触媒の加熱のために利用されるようになっている。

最後に、排出ガス触媒の温度が、個々の排出ガス成分に関するその反応温度を著しく上回っており、かつ内燃機関を僅かだけ希薄な混合気を使用して運転できるようになると、運転期４において、リフォーマの内部で本来のリホーメートモードへの移行が行われて、そこでリフォーマは、非常に過濃な混合気（ラムダは「１．０」をかなり下回る）を使用して運転されるようになっている。最後には―運転期４に引き続いて、内燃機関の排気装置が完全に加熱された状態となると―リフォーマがオフにされるとよい（ｍ_Ｒｅｆ＝０；図１Ｅを参照）。

そこでは、このプロセス全体の開始時のピーク値を例外として、総排気流中（図１）に常に実質的に「１．０」と等しいラムダ値が生じている。それにより三元排出ガス触媒コンバータの内部での最適転換率を保証している。そこでは閉ループ制御パラメータとして、特にリフォーマに供給される空気質量流量ならびにリフォーマに供給される燃料空気混合気組成が利用されるようになっている。

さらに続いて図列Ｂを参照すると、運転期Ｉは（図列Ａの運転期１と同様に）リフォーマならびに内燃機関の始動期であるが、そこでは内燃機関を場合によっては希薄な混合気を使用して始動できるようになっており、また所謂始動後運転期IIにおいては、内燃機関の希薄成層燃焼運転が可能となっている。このときには内燃機関の供給原料の放出が僅かとなるように留意する一方で、可能な限り早急に排出ガス触媒コンバータの上流側で内燃機関の排気装置の内部に最大熱流を導入する目的で、リフォーマが急速な加熱のために同様に低エミッションで＝１付近のラムダ値で運転されることが好ましい。

リフォーマは、これがその（最高）運転温度に到達すると直ちに、所謂リーンバーンモードにおいて運転されるようになっている、すなわちこの運転期IIIにおいては、リフォーマに可能な限り大きいラムダ値が生じるようにしており、それにより過熱問題も同時に回避できるようにしている。この運転期IIIにおいては、―排出ガス触媒の反応温度にまだ達していない限り―排出ガス触媒コンバータの内部に最適転換条件をもたらすために、全排気流のラムダ値（図２Ａを参照）が適度に希薄に調整されるとよい。排出ガス触媒の反応温度を上回った後には、運転期IVにおいて、特に、排気装置および特にその内部に備えられる排出ガス触媒コンバータの加熱を助長する最大熱流を達成するために、内燃機関が燃料後噴射方式で運転されるとよい。そこではリフォーマがなおもリーンバーンモードにおいて運転されることによって、このときには総排気流中に概ね「１」のラムダ値が生じるようにしている。

排出ガス触媒がその反応温度に到達する、ないしはこれを僅かだけ上回ることによって、触媒式排気後処理装置の内部で供給された可燃成分が十分な確実性で自律的に酸化可能であることが保証されると直ちに、リフォーマはリーンバーンモードから本来のリホーメートモードに切り換えられるようになっている；この運転期Vにおいては、内燃機関の各燃焼室への燃料の後噴射が適度に減らされるようにするとよい。このときには総排気流のラムダ値が、特に排気装置および排出ガス触媒のさらに著しい加熱を達成するために、実質的に値「１」に調整されることが好ましい。最後にそれに続く運転期VIにおいて、リフォーマはオフにされ（ｍ_Ｒｅｆ＝０；図２Ｅを参照）、内燃機関は通常の成層燃焼運転で作動する。

特殊な実施例を引き合いに出すまでもなく、ここに提案される運転方法により、法定排気規制値を遵守しながら、触媒式排気後処理装置をその反応温度ないしは運転または転換温度に急速に持って行くことができるために、この排出ガス触媒コンバータを、これまでの通常の位置よりも内燃機関からさらに遠ざけて排気装置の内部に組み付けることが可能となるが、それにより幾つかの長所がもたらされる。一方ではそれにより、これまでに広く普及している、当業者には周知である、所謂全負荷過濃状態をかなり減らすことができるために、排気背圧が低下するほか、燃料消費量も低減されることになる。それに伴い熱劣化が低減されるために、触媒コートの貴金属の量ならびにモノリス触媒のセル数についても低減することができるし、さらに付言するならば、多くの細部については、特許クレームの内容を逸脱することなく、上述の説明とは全く異なる形態で構成することもできる。

λ_{Ａｂｇａｓ，ｇｅｓ} 全排気流のラムダ値
λ_{Ｍｏｔｏｒ} 内燃機関に供給される混合気のラムダ値
λ_Ｒｅｆ リフォーマに供給される混合気のラムダ値
ｍ_{Ｍｏｔｏｒ} 内燃機関に供給される空気質量流量
ｍ_Ｒｅｆ リフォーマに供給される空気質量流量

Claims (9)

1. 所謂リホーメートモードにて供給される炭化水素を含有した燃料を改質法により水素に富んだリホーメートガスに変換することができるリフォーマ、ならびに、触媒始動温度への到達を加速化するために前記リフォーマ内で発生したガスを衝突させるようになっている、特に内燃機関の排出ガス用に設けられた触媒式排気後処理装置を備えて成るシステムのための運転方法において、
   前記システムの冷間始動時に、前記リフォーマを、それ自体の始動期の後に、まず希薄な燃料空気混合気を使用して、またそれ故に前記リホーメートモードではなく所謂リーンバーンモードにて運転することを特徴とする、運転方法。
2. 請求項１に記載の運転方法において、
   前記リフォーマの運転方式を、前記触媒式排気後処理装置内で供給された可燃成分が十分な確実性で自律的に酸化可能となると直ちに、前記リーンバーンモードから前記リホーメートモードに切り換えることを特徴とする、運転方法。
3. さらに前記触媒式排気後処理装置を備えた排気装置を有する内燃機関が含まれている、請求項１または２に記載のシステムのための運転方法において、
   前記リーンバーンモードでのリフォーマ運転の間に、前記内燃機関の排出ガスの可燃成分が、その排気装置内で、前記排気後処理装置の上流側に供給される前記リフォーマにより発生された高温ガスと反応可能であるように、前記内燃機関を運転すること、またその際には前記排気後処理装置の触媒コンバータに通して導かれる、前記リフォーマ部で発生したガスと前記内燃機関の排出ガスとが合流した総排気流が、実質的に理論混合気の燃焼から生じる排出ガスの組成を有することを特徴とする、運転方法。
4. 火花着火式の、燃料直接噴射方式以外で作動する内燃機関を備える、請求項３に記載の運転方法において、
   この内燃機関を、前記リーンバーンモードでのリフォーマ運転の間に、適度に過濃な燃料空気混合気を使用して運転することを特徴とする、運転方法。
5. 燃料直接噴射方式で作動する内燃機関を備える、請求項３に記載の運転方法において、
   この内燃機関を、前記リーンバーンモードでのリフォーマ運転の間に、燃料を増量して、好ましくは燃料後噴射方式により運転することを特徴とする、運転方法。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の運転方法において、
   少なくとも前記リーンバーンモードでのリフォーマ運転の間に、前記内燃機関により放出される炭化水素を、前記排気後処理装置に前置されるＨＣ吸収器の内部に一時的に貯蔵することを特徴とする、運転方法。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の運転方法において、
   前記排気装置内に備えられたユニットの再生または昇温のために、前記リフォーマを始動させ、またその際には少なくとも初めのうち、前記リーンバーンモードにて運転することを特徴とする、運転方法。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の運転方法において、
   前記リフォーマ内での先行するリホーメートモードからの堆積物を酸化するために、前記リフォーマを前記リーンバーンモードにて運転すること、および、そのような堆積物が、少なくとも本発明にしたがって実質的に酸化されると直ちに、前記リフォーマの運転方式を前記リーンバーンモードから前記リホーメートモードに切り換えることを特徴とする、運転方法。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の運転方法において、
   前記リフォーマ自体が、前記リホーメートモードにて低エミッションで運転可能となるほど加熱される場合に、前記リフォーマの運転方式を前記リーンバーンモードから前記リホーメートモードに切り換えることを特徴とする、運転方法。

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