JP2014528545A - 内燃エンジンシステムおよび内燃エンジンシステムの少なくとも一部における温度を上昇させるための方法 - Google Patents
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Abstract
Description
1.後で行われる後噴射で第2の気筒グループを作動させること。
2.ウェイストゲート排ガス管内の排ガス温度またはウェイストゲート排ガス後処理部での温度が略150℃に達したとき、好ましくは排ガス内のCOおよびH2含有量を最大にするための好適な空燃比を用いてCOおよびH2を生成するために、かなり後で行われる後噴射で、第2の気筒グループを作動させること。
3.ウェイストゲート排ガス管の排ガス内におけるCOおよびH2の存在により、ウェイストゲート排ガス後処理部の動作(着火)を略150℃で開始すること。
4.かなり後で行われる後噴射を終了し、ウェイストゲート燃料噴射器の動作を開始すること。
5.これによって、COおよびH2の存在により略150℃で主排ガス後処理システムの動作を開始するために、ウェイストゲート排ガス管内の状態を化学量論的混合気に近い状態に維持すること。
6.主排ガス後処理システムの着火後、不燃燃料を主酸化触媒に与えるために、ウェイストゲート排ガス管を少なくとも僅かに濃厚な、好ましくは濃厚状態にするようウェイストゲート燃料噴射器での燃料量を増加させ、その結果、主排ガス後処理システムを急速に加熱すること。
7.任意で、必要に応じて十分な動力を与えるために第1の気筒グループを作動させること。
1.後で行われる後噴射で第2の気筒グループを作動させること。
2.ウェイストゲート排ガス管30内の排ガス温度またはウェイストゲート排ガス管30での温度が略150℃に達したとき、好ましくは排ガス内のCOおよびH2含有量を最大にするための好適な空燃比を用いてCOおよびH2を生成するために、大幅に後で行われる後噴射で、第2の気筒グループを作動させること。
3.ウェイストゲート排ガス管の排ガス内におけるCOおよびH2の存在により、ウェイストゲート排ガス後処理部の動作(着火)を略150℃で開始すること。
4.大幅に後で行われる後噴射を終了し、ウェイストゲート燃料噴射器の動作を開始すること。
5.これによって、COおよびH2の存在により約150℃で主排ガス後処理システムの動作を開始するために、ウェイストゲート排ガス管内の状態を化学量論的混合気に近い状態に維持すること。
6.主排ガス後処理システムの着火後、不燃燃料を主酸化触媒に与えるために、ウェイストゲート排ガス管を少なくとも僅かに濃厚な、好ましくは濃厚状態にするようウェイストゲート燃料噴射器での燃料量を増加させ、その結果、主排ガス後処理システムを急速に加熱すること。
7.任意で、必要に応じて十分な動力を与えるために第1の気筒グループを作動させること。
上記のように、排ガス流を制御するためのウェイストゲート排ガス管30を排ガスマニホルド12に追加する。上記の実施形態において、ウェイストゲート排ガス管30は作動中の気筒4bに接続され、エネルギーを保存するために、排ガスをタービン16と18を通るように導く。これに加えて、小型のDOC36とともに燃料噴射器34をウェイストゲート排ガス管30内に配置して、主DOC24を着火するために余剰エネルギーを加える。パルスエネルギーを捕獲することによって排ガスパルスを維持するために、燃料噴射器34とDOC36を排ガスマニホルド12に近接配置しなければならない。このパルスは、燃料噴射器34が噴射した燃料を混合する際の助けとなる。
上述の通り、第2の方策は、「バンプ(bump)」と呼ばれる排ガスリブリージング機構を用いて、(図示しない)吸気弁が開いた状態で(図示しない)排気弁を持上げることによりいくらかの排ガスを気筒4内に再び送り込むことである。これにより、エンジンの質量流が低下し、システム内の温度が上昇する。上述の通り、この方法は、燃料消費を最小限に抑えるために気筒の一部で実行してもよい。気筒4bの一部にのみ燃料を噴射するとき、燃料が噴射されない不作動の気筒4aのスロットルを用いて、さらに排ガス温度を上昇させることもできる。そのスロットルは、不作動の気筒4bに内燃エンジン1を通って低温空気を送り込むことを防いでいるからである。さまざまなバンプを用いてもよい。「バンプ0」と呼ばれる弁持上げプロファイルでは、排気弁が開き、吸気弁の持上げ距離が最大となる。「バンプ1」、「バンプ2」および「バンプ3」と呼ばれる弁持上げプロファイルでは、持上げられた吸気弁の端部に近づくように排気弁を再開放する。
ウェイストゲート排ガス管30によりバンプは排ガスをシステム100内に再び送り込むことができるので、上述の方法を組み合わせる場合、注意が必要である。これは、噴射のない不作動の気筒4aでは排ガスリブリージングを行い、噴射のある作動中の気筒4bでは弁の持上げを行うことで回避してもよい。こうすることにより、不作動の気筒グループ2a内の気筒4aを通る低温空気の流れが最小になるが、作動中の気筒4bではその流れが正しい方向に送り込まれる。
上記の後で行う後噴射の結果、後噴射を行わない排ガスリブリージング機構と比較して、排ガス温度は約25℃上昇した。図5は、作動中の気筒4bについての対応する温度曲線を示しており、x軸がクランク角、y軸が温度である。結果をまとめたものを下の表6に示す。
−全気筒において排ガスリブリージングを有効にすること。
−燃焼温度を上昇させるために作動中の気筒4bをわずかにスロットルで調節すること。
−不作動の気筒4a内に送り込まれる低温空気を減らすために、作動中の気筒4bよりも不作動の気筒4aのスロットル調節をきつくすること。
1 内燃エンジン
2 気筒ブロック
2a 不作動の気筒グループ
2b 作動中の気筒グループ
4 気筒
4a 不作動の気筒
4b 作動中の気筒
6 ガス吸入口
8 吸入マニホルド
8a 不作動の吸入マニホルド部
8b 作動中の吸入マニホルド部
10 排ガス出口側
12 排ガスマニホルド
12a 不作動の排ガスマニホルド部
12b 作動中の排ガスマニホルド部
14 ターボチャージャ
16 第1のタービン
18 第2のタービン
20 第1の/主排ガス管
22 排ガス後処理システム
24 主ディーゼル酸化触媒
26 微粒子フィルタ
28 選択触媒反応器
30 ウェイストゲート排ガス管
32 弁
34 燃料噴射器
36 小型のディーゼル酸化触媒
40 EGR管
42 排気弁持上げ距離
44 吸気弁持上げ距離
Claims (32)
- 内燃エンジンシステム(100)であって、
複数の気筒(4)、少なくとも空気を気筒ブロック(2)に与えるためのガス吸入マニホルド(8,8a,8b)、排ガスを前記気筒ブロック(2)から排出するための排ガスマニホルド(12,12a,12b)を有する前記気筒ブロック(2)を備え、
前記排ガスマニホルド(12,12a,12b)が少なくとも、主排ガス出口と、ウェイストゲート排ガス出口とを備え、
前記主排ガス出口が、排ガスを主排ガス後処理システムに導くための主排ガス管(20)に接続され、前記主排ガス後処理システム(22)が好ましくは、酸化触媒(24)と、微粒子フィルタ(26)と、および/または選択触媒反応器(28)の少なくとも1つを備え、前記ウェイストゲート排ガス出口がウェイストゲート排ガス管(30)に接続される、内燃エンジンシステム(100)であって、
前記ウェイストゲート排ガス管(30)は、前記主排ガス後処理システムの上流で前記主排ガス管(20)に再接続され、前記ウェイストゲート排ガス管(30)内を流れる排ガスに触媒処理を行うための少なくとも1つのウェイストゲート後処理部、好ましくはディーゼル酸化触媒(36)などの酸化触媒を備えることを特徴とする、内燃エンジンシステム(100)。 - ウェイストゲート弁(32)が、前記ウェイストゲート排ガス管(30)内を流れる排ガスの量を制御するために、前記ウェイストゲート排ガス出口に配置される、または前記ウェイストゲート排ガス管(30)内に配置される、請求項1に記載の内燃エンジンシステム(100)。
- 前記ウェイストゲート排ガス管(30)内を流れる排ガス内に燃料を噴射するための燃料噴射器(34)が、前記少なくとも1つのウェイストゲート後処理部(36)の上流に配置される、請求項1または2に記載の内燃エンジンシステム(100)。
- 前記燃料噴射器(34)および/または前記少なくとも1つのウェイストゲート後処理部(36)が、前記排ガスマニホルド(12,12a,12b)に近接配置される、請求項3に記載の内燃エンジンシステム(100)。
- 前記主排ガス後処理システム(22)は、排ガスに触媒処理を行うためのディーゼル酸化触媒などの少なくとも1つの酸化触媒を備え、
前記ウェイストゲート酸化触媒および前記主酸化触媒が、一体化された装置として構成される、請求項1乃至4のいずれかに記載の内燃エンジンシステム(100)。 - 前記主酸化触媒は、前記ウェイストゲート排ガス管(30)に接続するよう適合される第1の入口と、前記主排ガス管(20)に接続するよう適合される第2の入口とを備える、請求項5に記載の内燃エンジンシステム(100)。
- 少なくとも1つのターボチャージャ部(14)が、前記主排ガス管(20)内に配置され、
好ましくは、前記ウェイストゲート排ガス管(30)が、前記少なくとも1つのターボチャージャ部(14)の上流で、前記主排ガス管(20)に接続される、請求項1乃至6のいずれかに記載の内燃エンジンシステム(100)。 - 前記気筒ブロック(2)の前記複数の気筒(4)が、少なくとも、第1の気筒グループ(2a)および第2の気筒グループ(2b)内に配置される、請求項1乃至7のいずれかに記載の内燃エンジンシステム(100)。
- 前記排ガスマニホルド(12,12a,12b)が、前記排ガスマニホルド(12,12a,12b)内で、前記第1の気筒グループ(2a)から好ましくは前記主排ガス出口までの第1の排ガス流と、前記第2の気筒グループ(2b)から好ましくは前記ウェイストゲート排ガス出口までの第2の排ガス流とを与えるように適合される、請求項8に記載の内燃エンジンシステム(100)。
- 前記排ガスマニホルド(12,12a,12b)が、前記第2の気筒グループ(2b)から第3の排ガス管を通る第3の排ガス流を与えるようにさらに適合され、
前記第3の排ガス管が、少なくとも1つのターボチャージャ部(14)に排ガスを与えるように適合される、請求項9に記載の内燃エンジンシステム(100)。 - 前記主排ガス管(20)および第3の排ガス管が、同一のターボチャージャ(14)部に排ガスを与えるように適合され、
好ましくは、前記ターボチャージャ(14)部が2つの入口を有するタービンを備える、請求項10に記載の内燃エンジンシステム(100)。 - 前記排ガスマニホルド(12,12a,12b)が、前記第1の気筒グループ(2a)と前記主排ガス出口とに割り当てられる第1の排ガスマニホルド部(12a)と、前記第2の気筒グループ(2b)と前記ウェイストゲート排ガス出口とに割り当てられる第2の排ガスマニホルド部(12b)とを設けるように構成され、
好ましくは、前記第2の排ガスマニホルド部(12b)はさらに、第3の排ガス管に接続される第3の排ガス出口を備える、請求項7乃至9のいずれかに記載の内燃エンジンシステム(100)。 - 各気筒グループ(2a,2b)が吸気スロットルを備え、各吸気スロットルが分離可能に動作可能であり、
好ましくは、前記吸入マニホルド(8,8a,8b)が、前記第1の気筒グループ(2a)に割り当てられる第1の吸入マニホルド部(8a)と、前記第2の気筒グループ(2b)に割り当てられる第2の吸入マニホルド部(8b)とを備える、請求項6乃至10のいずれかに記載の内燃エンジンシステム(100)。 - 内燃エンジンシステム(100)はさらに、排ガスの少なくとも一部を前記内燃エンジン(1)の前記ガス吸入口側に再循環させるための排ガス再循環(EGR)管(40)を備える、請求項1乃至13のいずれかに記載の内燃エンジンシステム(100)。
- 前記排ガス再循環管(40)が、前記排ガスマニホルド(12,12a,12b)から直接分岐する、または、好ましくはターボチャージャ部(14)の下流で、最も好ましくは前記主排ガス後処理システム(22)の中の少なくとも1つの部の上流で、特に選択触媒反応器(28)の上流および微粒子フィルタ部(26)の下流で、前記主排ガス管および/もしくは前記第3の排ガス管から分岐する、請求項14に記載の内燃エンジンシステム(100)。
- 前記排ガス再循環ダクト(40)が、前記不作動の第1の気筒グループ(2a)に割り当てられる前記第1の排ガスマニホルド部(12a)から分岐し、前記吸入マニホルド(8,8a,8b)に、好ましくは前記作動中の第2の気筒グループ(2b)に割り当てられる前記第2の吸入マニホルド部(8b)に排ガスを再循環するよう適合される、請求項12乃至14のいずれかに記載の内燃エンジンシステム(100)。
- 前記内燃エンジンシステム(100)は、着火しにくい燃料、特に38より低いセタン価などの低セタン価の燃料によって作動されるよう適合され、および/または、10:1から30:1までの範囲、好ましくは13:1から25:1までの範囲、最も好ましくは15:1から18:1までの範囲内にある圧縮比で燃料に着火するよう適合される、請求項1乃至16のいずれかに記載の内燃エンジンシステム(100)。
- 内燃エンジンシステム(100)を着火しにくい燃料で作動させる、ならびに/または低温始動状態、および/または低負荷エンジン動作モード、および/またはアイドルエンジン動作モード、および/またはモータリングエンジン動作モードなどの臨界温度動作状態中、前記内燃エンジンシステム(100)内の温度を上昇させる方法であって、
前記内燃エンジンシステムが、複数の気筒(4)、少なくとも空気を第1の気筒グループ(2a)および第2の気筒グループ(2b)に与えるためのガス吸入マニホルド(8,8a,8b)、排ガスを気筒ブロック(2)から主排ガス後処理システムに排出するための排ガスマニホルド(12,12a,12b)を有する前記気筒ブロック(2)を備え、前記気筒ブロック(2)の前記複数の気筒(4)が、少なくとも、前記第1の気筒グループ(2a)および前記第2の気筒グループ(2b)内に配置され、
前記方法は
‐前記内燃エンジンシステム(100)が前記臨界温度状態で作動しているかどうかを判定するステップと、
‐前記内燃エンジンシステム(100)が前記臨界温度状態で作動している場合、前記第1の気筒グループ(2a)の前記気筒(4)に燃料を与えないことで前記第1の気筒グループ(2a)を不作動にするよう制御して、前記第2の気筒グループ(2b)の前記気筒(4)に燃料を与えることで前記第2の気筒グループ(2b)を作動するように制御するステップとを含む、方法。 - 前記内燃エンジンシステム(100)の各気筒(4)がさらに、前記吸入マニホルド(8,8a,8b)に対応する前記気筒(4)を開くための少なくとも1つの吸気弁と、前記排ガスマニホルド(12)に対応する前記気筒(4)を開くための少なくとも1つの排気弁とを備え、
前記方法はさらに、少なくとも1つの気筒(4)の前記排気弁を制御して、前記吸気弁が開くのと同時に前記排気弁を少なくとも部分的に開くようにすることで前記少なくとも1つの気筒(4)内の前記温度を上昇させることにより、所定量の排ガスを前記気筒(4)内にリブリージングするステップを含む、請求項18に記載の方法。 - 排ガスをリブリージングするステップは、前記不作動の第1の気筒グループ(2a)上で実行される、請求項19に記載の方法。
- 前記内燃エンジンシステム(100)の少なくとも1つの気筒(4)または少なくとも1つの気筒グループ(2a,2b)はさらに、前記少なくとも1つの気筒(4)または前記少なくとも1つの気筒グループ(2a,2b)内への吸入ガス量を制御するための吸気スロットルを備え、
前記方法はさらに、前記不作動の第1の気筒グループ(2a)内への前記吸入ガス量を、好ましくはほぼゼロまたはゼロに減少させるステップを含む、請求項19または20に記載の方法。 - 内燃エンジンシステム(100)を着火しにくい燃料で作動させる、ならびに/または低温始動状態、および/または低負荷エンジン動作モード、および/またはアイドルエンジン動作モード、および/またはモータリングエンジン動作モードなどの臨界温度動作状態中、前記内燃エンジンシステム(100)内の温度を上昇させる方法であって、
前記内燃エンジンシステムが、複数の気筒(4)、少なくとも空気を気筒ブロック(2)に与えるためのガス吸入マニホルド(8,8a,8b)、排ガスを前記気筒ブロック(2)から排出するための排ガスマニホルド(12,12a,12b)を有する前記気筒ブロック(2)を備え、
前記排ガスマニホルド(12,12a,12b)が少なくとも、主排ガス出口と、ウェイストゲート排ガス出口とを備え、
前記主排ガス出口が、排ガスを主排ガス後処理システム(22)に導くための主排ガス管(20)に接続され、前記ウェイストゲート排ガス出口がウェイストゲート排ガス管(30)に接続され、
前記ウェイストゲート排ガス管(30)は、前記主排ガス後処理システム(22)の上流で前記主排ガス管(20)に再接続され、前記ウェイストゲート排ガス管(30)内を流れる排ガスに触媒処理を行うための少なくとも1つのウェイストゲート後処理部(36)、好ましくはディーゼル酸化触媒(36)などの酸化触媒を備え、
前記方法は、
‐前記内燃エンジンシステム(100)が前記臨界温度状態で作動しているかどうかを判定するステップと、
‐前記内燃エンジンシステム(100)が前記臨界温度状態で作動している場合、前記ウェイストゲート排ガス管(30)を開き、前記少なくとも1つのウェイストゲート後処理部(36)を作動させるステップとを含む、方法。 - 前記主排ガス出口が、前記第1の気筒グループ(2a)に割り当てられ、前記ウェイストゲート排ガス出口と好ましくは第3の排ガス出口とが、前記第2の気筒グループ(2b)に割り当てられる、請求項18乃至22のいずれかに記載の方法。
- 前記臨界温度状態中に前記ウェイストゲート排ガス管(30)内を流れる排ガス内に燃料を噴射するために、燃料噴射器(34)が、前記ウェイストゲート排ガス管(30)内に配置され、
前記燃料噴射器(34)が、好ましくは、前記少なくとも1つのウェイストゲート後処理部(36)の上流に配置される、請求項22または23に記載の方法。 - 各気筒(4)はさらに、少なくとも燃料を前記気筒(4)内に噴射するための気筒用燃料噴射器を備え、
少なくとも1つの気筒の、好ましくは前記第2の気筒グループ(2b)の少なくとも1つの気筒の前記気筒用燃料噴射器が、燃料ストローク毎に少なくとも2回燃料を噴射するよう制御され、
好ましくは、2回目の噴射が、1回目の噴射よりかなり後に、好ましくは前記1回目の噴射より少なくとも10クランク角度だけ後に、最も好ましくは前記1回目の噴射より少なくとも20クランク角度だけ後に行われる、請求項18乃至24のいずれかに記載の方法。 - 前記第1の気筒グループ(2a)が少なくとも1つの第1の吸気スロットルを備え、前記第2の気筒グループ(2b)が少なくとも1つの第2の吸気スロットルを備え、各吸気スロットルが分離可能に動作可能であり、
前記方法はさらに、前記臨界温度状態中、前記第1の気筒グループ(2a)の前記第1の吸気スロットルおよび前記第2の気筒グループ(2b)の前記第2の吸気スロットルを制御して、前記第2の気筒グループ(2b)の第2の気筒(4b)より強く、前記第1の気筒グループ(2a)の第1の気筒(4a)をスロットルで調節するステップを含む、請求項18乃至21または23乃至25のいずれかに記載の方法。 - 前記排ガスの少なくとも一部を前記内燃エンジンの前記ガス吸入口側に再循環させるステップをさらに含み、
前記内燃エンジンシステム(100)はさらに、前記排ガスの少なくとも一部を前記内燃エンジン(1)の前記ガス吸入口側に再循環させるための排ガス再循環(EGR)管(40)を備え、
好ましくは、前記排ガスが、ターボチャージャ部(14)の下流および好ましくは前記主排ガス後処理システム(22)の上流で、前記主排ガス管(20)および/もしくは第3の排ガス管から分岐する、または、前記排ガスマニホルド(12,12a,12b)から直接分岐する、請求項18乃至26のいずれかに記載の方法。 - 内燃エンジンシステム(100)を少ない着火しにくい燃料で作動させる、ならびに/または低温始動状態、および/または低負荷エンジン動作モード、および/またはアイドルエンジン動作モード、および/またはモータリングエンジン動作モードなどの臨界温度動作状態中、前記内燃エンジンシステム(100)内の温度を上昇させる方法であって、
前記内燃エンジン(1)が、複数の気筒(4)、少なくとも空気を第1の気筒グループ(2a)に与えるために前記第1の気筒グループ(2a)に割り当てられる第1のガス吸入マニホルド部(8a)、少なくとも空気を第2の気筒グループ(2b)に与えるために前記第2の気筒グループ(2b)に割り当てられる第2のガス吸入マニホルド部(8b)、排ガスを前記第1の気筒グループ(2a)から排出するための第1の排ガスマニホルド部(12a)、排ガスを前記第2の気筒グループ(2b)から排出するための第2の排ガスマニホルド部(12b)、前記内燃エンジンシステム(100)の前記第1の排ガスマニホルド部(12a)と前記第2の排ガスマニホルド部(12b)とを接続する排ガス再循環ダクト(40)を有する前記気筒ブロック(2)を備え、前記気筒ブロック(2)の前記複数の気筒(4)が、少なくとも、前記第1の気筒グループ(2a)および前記第2の気筒グループ(2b)内に配置され、
前記方法は、
‐前記内燃エンジンシステム(100)が前記臨界温度状態で作動しているかどうかを判定するステップと、
‐前記内燃エンジンシステム(100)が前記臨界温度状態で作動している場合、前記第1の気筒グループ(2a)から前記第2の気筒グループ(2b)に排ガスを再循環させるステップとを含む、方法。 - 前記内燃エンジンシステム(100)が前記臨界温度状態で作動している場合、前記第1の気筒グループ(2a)の前記気筒(4)に燃料を与えないことで前記第1の気筒グループ(2a)を不作動にするよう制御して、前記第2の気筒グループ(2b)の前記気筒(4)に燃料を与えることで前記第2の気筒グループ(2b)を作動するように制御するステップをさらに含む、請求項28に記載の方法。
- 請求項16乃至25のいずれかに記載の方法の前記ステップのうち少なくとも1つのステップをさらに含む、請求項28または29に記載の方法。
- 請求項18乃至30のいずれかに記載の方法を実行するための内燃エンジンシステム(100)であって、好ましくは請求項1乃至17のいずれかに記載の内燃エンジンシステム(100)。
- 請求項1乃至18または31のいずれかに記載の内燃エンジンシステムを備え、および/または請求項18乃至30のいずれかに記載の方法を実行する内燃エンジンシステムを備える、車両。
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