(57)【要約】【課題】当該方法が、加熱手段の、改善された効率での吸蔵触媒への高められた熱供給を有していて、火花点火式の内燃機関の成層燃焼運転でも、内燃機関のトルク発生に与えられる影響を減少させて実施可能であり、リッチな燃焼室充填とリーンな燃焼室充填との間の急激な移行を可能にする。【解決手段】内燃機関を第１の運転モードにおいて層状の燃焼室充填で運転し、第２の運転モードにおいて均質の燃焼室充填で運転し、リーンな燃焼室充填物を第１の運転モードでその都度第１の燃料量の噴射によって発生させ、リーンな燃焼室充填物をその都度火花点火によって点火し、選択された燃焼室充填時に第１の運転モードでリッチな燃焼室充填物を、その都度火花点火後に行う後続の燃料量の噴射によって発生させ、この場合、燃焼室充填および後続の燃料量を、総合的に酸素不足が排ガス中に生じるように互いに調和させるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの燃焼室（１６）の空気充填部への燃料の直接的な噴射および火花点火によって作業する内燃機関（１２）の排ガス内の、少なくとも１つの燃焼室（１６）内にリーンな燃焼室充填物とリッチな燃焼室充填物とを交互に発生させることによって、前触媒（３６）の後方に配置された吸蔵触媒（３８）を加熱するための方法において、内燃機関（１２）を第１の運転モードにおいて層状の燃焼室充填で運転し、第２の運転モードにおいて均質の燃焼室充填で運転し、リーンな燃焼室充填物を第１の運転モードでその都度第１の燃料量（６４）の噴射によって発生させ、リーンな燃焼室充填物をその都度火花点火（６３）によって点火し、選択された燃焼室充填時に第１の運転モードでリッチな燃焼室充填物を、その都度火花点火（６３）後に行う後続の燃料量（６６）の噴射によって発生させ、この場合、燃焼室充填および後続の燃料量を、総合的に酸素不足が排ガス中に生じるように互いに調和させることを特徴とする、触媒加熱法。
【請求項２】
第１の燃料量（６４）を、その燃焼に基づき所望のトルクが生じるように設定する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
第２の運転モードでの内燃機関（１２）の運転時のリーンなかつリッチな燃焼室充填物を、その都度火花点火（６３；６５）前に行う、互いに異なる大きさの第３の燃料量（６８）および第４の噴射量（７０）の噴射によって発生させ、この場合、リーンな燃焼室充填物を第３の燃料量（６８）の噴射によって発生させ、この場合、リッチな燃焼室充填物を第４の燃料量（７０）の噴射によって発生させる、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
リッチな燃焼室充填物の火花点火（６５）を、リーンな燃焼室充填物の火花点火（６３）に比べて遅らせて行う、請求項３記載の方法。
【請求項５】
火花点火（６５）の遅れを、リーンな燃焼室充填物とリッチな燃焼室充填物との燃焼に基づき同じトルクが生じるように設定する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
第１の運転モードと第２の運転モードとの間で交番を行い、この場合、第１の運転モードから第２の運転モードへの移行時に、遅らせて点火する均質のリッチな燃焼室充填物を、層状のリーンな燃焼室充填物に追従させ、第２の運転モードから第１の運転モードへの移行時に、層状のリーンな燃焼室充填物を、遅らせて点火するリッチな燃焼室充填物に追従させる、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
第２の運転モードにおけるリーンな燃焼室充填を前制御し、これによって、最大限にリーンな燃焼室充填時に、燃焼に基づき獲得したい所望のトルクを最適な点火で達成する、請求項３から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
酸素不足を伴った第１の運転モードと、その都度の燃焼室充填の変化なしの第２の運転モードとの間の交番を行う、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
リッチな燃焼室充填とリーンな燃焼室充填との間の交番を、吸蔵触媒（３８）の酸素吸蔵が、酸素不足を伴った段階で完全に空にならないように制御する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
第１の運転モードと第２の運転モードとの間で交番を行い、この場合、第１の運転モードから第２の運転モードへの移行時に、均質のリーンな燃焼室充填物を、ポスト噴射（６６）を伴った層状の燃焼室充填物に追従させ、第２の運転モードから第１の運転モードへの移行時に、ポスト噴射（６６）を伴った層状の燃焼室充填物を、均質のリーンな燃焼室充填物に追従させる、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１つの燃焼室（１６）の空気充填部への燃料の直接的な噴射および火花点火によって作業する内燃機関（１２）の排ガス内の、少なくとも１つの燃焼室（１６）内にリーンな燃焼室充填物とリッチな燃焼室充填物とを交互に発生させることによって、前触媒（３６）の後方に配置された吸蔵触媒（３８）の加熱を制御するための制御装置（４２）において、当該制御装置（４２）が、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法を制御するようになっていることを特徴とする、触媒加熱法を制御するための制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの燃焼室の空気充填部への燃料の直接的な噴射および火花点火によって作業する内燃機関の排ガス内の、少なくとも１つの燃焼室内にリーンな燃焼室充填物とリッチな燃焼室充填物とを交互に発生させることによって、前触媒の後方に配置された吸蔵触媒を加熱するための方法に関する。
【０００２】
さらに、本発明は、少なくとも１つの燃焼室の空気充填部への燃料の直接的な噴射および火花点火によって作業する内燃機関の排ガス内の、少なくとも１つの燃焼室内にリーンな燃焼室充填物とリッチな燃焼室充填物とを交互に発生させることによって、前触媒の後方に配置された吸蔵触媒の加熱を制御するための制御装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
このような方法および制御装置は、国際公開第９８／４６８６８号パンフレットに基づき公知である。
【０００４】
使用される触媒は一般的に、制限された温度間隔でしか働かない。この温度間隔は、前触媒と、後置された吸蔵触媒とで異なっている。三元前触媒が有害物質成分を広幅の温度範囲で還元しかつ酸化することができるのに対して、吸蔵触媒の運転温度の範囲は一般的により強く制限されている。排ガス装置は、一般的に構造上、両触媒が内燃機関の広幅の運転範囲において、許容可能な適宜な温度範囲で働くように設計される。触媒の１つが、許容された温度間隔を逸脱する恐れがある場合には、加熱手段が導入される。この場合、この加熱手段は１つの触媒のためにしか必要となり得ない。したがって、特にＮＯｘ吸蔵触媒が周期的に脱硫（硫黄脱離）されなければならない。このためには、ＮＯｘ吸蔵触媒が内燃機関の運転中に６５０℃にまで加熱されなければならない。この場合、前置された前触媒の過熱が回避されることが望ましい。
【０００５】
内燃機関の排ガス内の、前触媒の後方に配置された吸蔵触媒の加熱のために、２種類の手段が自体公知である。
【０００６】
第１の手段によれば、高温のエンジン排ガスが排気弁に発生させられる。この場合、高温のエンジン排ガスがまず前触媒を加熱するという欠点がある。これによって、前触媒が過熱され得る。
【０００７】
化学的な触媒加熱としても知られている第２の手段によれば、１つの触媒に酸素だけでなく、燃焼されない炭化水素も供給される。この供給の択一的な３つの可能性が知られている。
【０００８】
第１の可能性はＹ字形排ガス装置を前提としている。Ｙ字形排ガス装置とは、種々異なるシリンダまたはシリンダのグループの排ガスが、シリンダヘッドを去った後、それぞれ別のシリンダまたはシリンダのグループの排ガスと十分に混合する前にまず、分離された排ガス管路に案内される排ガス装置を意味している。種々異なるシリンダまたはシリンダのグループは種々異なる燃料／空気比（空燃比）で運転されるので、一方の排ガス管路は、リッチな燃焼室充填物から成る排ガスを案内するのに対して、他方の排ガス管路は、リーンな燃焼室充填物から成る排ガスを案内する。吸蔵触媒が、分離された排ガス管路の後方で排ガス装置の、十分な混合が行われる共通の部分に位置している場合には、吸蔵触媒をリッチなかつリーンな排ガスの発熱反応によって加熱することができる。三元前触媒は、このような配置時には、通常、分離された排ガス管路に配置されているので、三元前触媒は、リッチなまたはリーンな排ガスによってしか通流されない。したがって、発熱反応は吸蔵触媒でしか行われず、三元前触媒では行われない。この構成は、部分的に分離された排ガス管路が前提となっているので、手間がかかると同時に高価である。
【０００９】
第２の構成の枠内では、内燃機関が全体的にリッチな燃焼室充填物で運転される。この事例では、未燃焼の炭化水素を含有する排ガスに吸蔵触媒の前方で空気酸素が供給される。したがって、発熱反応が、同じく三元前触媒の後方に配置された吸蔵触媒に制限される。この択一的な構成は、確かに全てのシリンダまたは燃焼室の排ガスの共通の管路を備えた排ガス装置でも使用することができるが、しかし、空気酸素を吸蔵触媒に供給するための付加的な装置を必要とする。
【００１０】
第３の構成の枠内では、内燃機関が交互にリッチな排ガスとリーンな排ガスとを発生させる。吸蔵触媒は、内燃機関のより近くに設けられた三元前触媒に比べて、たいてい、より高い酸素吸蔵能を有しているので、内燃機関の交互のリッチなかつリーンな運転によって提供される化学的なエネルギのより大きな部分を吸蔵触媒に供給することができる。これによって、吸蔵触媒の脱硫のために必要となる加熱による前触媒の熱負荷は確かに回避されないが、しかし、制限される。
【００１１】
冒頭で述べた国際公開第９８／４６８６８号パンフレットに記載された方法は、この第３の構成により作業する。当該刊行物は、リーンバーンモードで運転することができる内燃機関に関する。内燃機関の運転に関連して、リーンバーンモードは種々異なる形式で実現することができる。したがって、内燃機関を燃焼室内でのリーンな空気／燃料混合物（混合気）の均質な分配で運転することができる。
【００１２】
これに対して択一的には、このために特殊に設計された内燃機関が、燃料／空気混合物の層状の分配で運転されてもよい。特に火花点火式のかつガソリン直接噴射式の内燃機関は適切な制御時に、いわゆる「成層燃焼運転」だけでなく、いわゆる「均質燃焼運転」でも運転することができる。
【００１３】
成層燃焼運転では、エンジンが、可能な限り低い燃料消費率を達成するために、層状化されたシリンダ給気と高い空気過剰率とで運転される。層状化された給気は遅めの燃料噴射によって達成される。この燃料噴射によって、理想事例では、燃焼室が２つのゾーンに分割される：第１のゾーンは、可燃性の空気・燃料・混合物クラウドを点火プラグの近くに有している。この空気・燃料・混合物クラウドは第２のゾーンによって取り囲まれる。この第２のゾーンは、空気および残ガスから成る隔離層から成っている。消費最適化のための可能性は、エンジンを負荷交番損失の回避下でほぼ絞らずに運転する可能性から得られる。成層燃焼運転は比較的低い負荷の場合に優遇される。
【００１４】
出力最適化が中心となる場合のより高い負荷時には、エンジンが均質のシリンダ充填で運転される。この均質のシリンダ充填は、吸入行程の間の早めの燃料噴射から得られる。結果として、燃焼に至るまで、より大きな時間が混合物形成のために提供される。出力最適化のためのこの運転モードの可能性は、たとえば可燃性の混合物で充填するために全燃焼室容積を使用することから得られる。
【００１５】
さらに、ガソリン直接噴射エンジンでは、空気過剰状態、すなわち、有利には成層燃焼運転での運転時に適切に燃料をシリンダ内に膨張行程でのエンジン燃焼後に噴射する可能性がある。ここでは、ポスト噴射された燃料がエンジン燃焼の空気過剰部分と触媒内で反応する。発熱反応時に自由になる熱が触媒を加熱する。このことは、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００４３３６６号明細書に基づき、前置された三元前触媒なしのＮＯｘ吸蔵触媒の加熱に対して公知である。当該刊行物によれば、高い熱流を発生させるために、ポスト噴射を伴う成層燃焼運転への切換が行われる。この場合、必要となる熱流が、要求された温度で達成されるまで、空気流が絞られることが望ましい。この絞りは、予め規定された角度だけのまたは予め規定された開き角へのスロットルバルブの制御された閉鎖によって行われる。当該刊行物によれば、混合物組成が最大の熱放出のためにラムダ＝１に近いことが望ましい。当該刊行物によれば、変化するトルク要求を伴った動的な走行運転によるラムダ値＜１（リッチな混合気）への一時的な混合物濃度増加が回避されることが望ましい。なぜならば、この混合物濃度増加が排ガスエミッションを、望ましくない形式で悪化させる恐れがあるからである。
【００１６】
言い換えると、当該刊行物によれば、個々の触媒の加熱のために、連続的に酸素だけでなく、燃焼されない炭化水素も含有した排ガスが提供されるようになっている。
【００１７】
こうして、三元前触媒と、後置された吸蔵触媒との直列接続時には、吸蔵触媒だけでなく前触媒も連続的に化学的に加熱されることを回避することができない。したがって、この手段は、前触媒と、脱硫のために６５０℃を上回る温度に加熱されなければならない後置された吸蔵触媒との加熱の十分な分離を生ぜしめない。
【００１８】
燃料と空気とから成る層状の燃焼室充填物で少なくとも一時的に運転される内燃機関では、成層燃焼運転の間に噴射される燃料量が、燃焼に基づき生ぜしめられるトルクを規定する。したがって、国際公開第９８／４６８６８号パンフレットに提案されるような、加熱目的のために行われる空燃比の変調はトルクに望ましくない影響を与える。当該刊行物によれば、このトルクの、生ぜしめられる変動は点火干渉および／または充填干渉によって補償される。変調の振幅が、たとえば僅かなトルク要求時に、許容できないほど強いトルク変動をまだ生ぜしめない値に制限される場合には、三元触媒と、後置された吸蔵触媒との酸素吸蔵能の不利な比で、吸蔵触媒へのエネルギ供給が常に不十分となる。
【００１９】
望ましくないトルク上昇は、付加的な燃料の、吸蔵触媒を加熱したい部分によって生ぜしめられるので、付加的に噴射される燃料は全て、発熱的に経過する化学反応によって吸蔵触媒内で行われる直接的な加熱のために提供されない。言い換えると、触媒で放出される熱は、付加的に噴射される燃料の百パーセントの変換によって吸蔵触媒内で自由になる熱よりも小さい。したがって、変調の効率が最適ではない。
【００２０】
内燃機関の成層燃焼運転では、望ましくないトルク上昇が強くなり得るので、空気を備えた燃焼室充填物の、補償する低減が行われなければならない。このことは、複数の理由に基づき望まれていない。したがって、絞り干渉が、吸気管容積のため最初に遅らされて作用する。さらに、絞り干渉の作用は、内燃機関の複数回の吸気行程に分配されるので、絞り干渉時のリッチな燃焼室充填とリーンな燃焼室充填との間の急激な移行によるリーンな燃焼室充填とリッチな燃焼室充填との充填個別の発生が困難にされている。
【特許文献１】国際公開第９８／４６８６８号パンフレット
【特許文献２】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００４３３６６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
この背景を前にして、本発明の課題は、三元触媒の後方に配置された吸蔵触媒を加熱するための方法を改良して、当該方法が、加熱手段の、改善された効率での吸蔵触媒への高められた熱供給を有していて、火花点火式の内燃機関の成層燃焼運転でも、内燃機関のトルク発生に与えられる影響を減少させて実施可能であり、リッチな燃焼室充填とリーンな燃焼室充填との間の急激な移行を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
この課題を解決するために本発明の方法では、内燃機関を第１の運転モードにおいて層状の燃焼室充填で運転し、第２の運転モードにおいて均質の燃焼室充填で運転し、リーンな燃焼室充填物を第１の運転モードでその都度第１の燃料量の噴射によって発生させ、リーンな燃焼室充填物をその都度火花点火によって点火し、選択された燃焼室充填時に第１の運転モードでリッチな燃焼室充填物を、その都度火花点火後に行う後続の燃料量の噴射によって発生させ、この場合、燃焼室充填および後続の燃料量を、総合的に酸素不足が排ガス中に生じるように互いに調和させるようにした。
【００２３】
さらに、この課題を解決するために本発明の制御装置では、当該制御装置が、前記方法を制御するようになっているようにした。
【発明の効果】
【００２４】
本発明による方法および本発明による制御装置は、三元触媒の後方に配置された吸蔵触媒の加熱を、加熱手段の、改善された効率での吸蔵触媒への高められた熱供給によって可能にする。加熱は、火花点火式の内燃機関の成層燃焼運転でも、内燃機関のトルク発生に与えられる影響を減少させて実施可能であり、リッチな燃焼室充填とリーンな燃焼室充填との間の急激な移行を可能にする。
【００２５】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００４３３６６号明細書による、空気過剰下で燃焼された燃焼室充填物への燃料のポスト噴射が化学量論的な排ガスを生ぜしめることによって、成層燃焼運転で連続的な熱流を発生させる加熱に比べて、本発明は、前触媒を過熱することなしに、吸蔵触媒を激しく加熱することができるという利点を有している。
【００２６】
この利点は、本発明が、前触媒と、後置された吸蔵触媒とを備えた触媒装置の、互いに異なる酸素吸蔵能を考慮することから得られる。選択された燃焼室充填時にしか後続の燃料量を本発明により噴射しないことによって、両触媒が、まず成層燃焼運転でポスト噴射なしに形成される排ガス中の酸素過剰によって完全に酸素で充填される。後置された吸蔵触媒の酸素吸蔵能は一般的に三元触媒の酸素吸蔵能よりも著しく大きいので、吸蔵触媒がより多く酸素を吸蔵する。
【００２７】
次いで、本発明によれば、未燃焼の燃料が、排ガス中の酸素不足に関連してポスト噴射によって発生させられる。未燃焼の燃料の、より小さな第１の部分が、前触媒の酸素吸蔵容量と反応するのに対して、付加的にポスト噴射によって調量された燃料の、より大きな部分は吸蔵触媒に到達し、そこで、吸蔵された酸素と発熱反応することができる。
【００２８】
言い換えると、全体的に化学量論的な排ガス組成を伴った排ガス中での空気と未燃焼の燃料との連続的な発生時には、反応熱のより大きな部分が前触媒内で放出される危険があるのに対して、本発明は、自由になる反応熱の分配を、関与した触媒の異なる酸素吸蔵能に相応して可能にする。
【００２９】
後置された吸蔵触媒のより大きな酸素吸蔵能のため、より大きな熱量が吸蔵触媒内で自由になる。これにより、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００４３３６６号明細書に比べて、本発明によって、一列に配置された種々異なる触媒内で放出される熱量の分離が得られる。
【００３０】
第１の燃料量を、その燃焼に基づき所望のトルクが生じるように設定すると有利である。
【００３１】
この実施態様によって、有利には、トルクに与えられる第１の燃料量と後続の燃料量との影響の十分な分離が達成される。第１の燃料量は、所望のトルクが生ぜしめられるように設定されるので、後続の燃料量は、トルク寄与を全く提供しないかまたは僅かしか提供せず、この代わりに、ほぼ完全に触媒の化学的な加熱のために使用することができるように遅めに噴射することができる。
【００３２】
前触媒の激しい加熱が吸蔵触媒の加熱なしに所望される場合には、単に前触媒内に吸蔵された酸素量との反応のために、付加的に調量された燃料で十分となるように、ポスト噴射を制御することができる。これによって、ポスト噴射なしの成層燃焼運転での酸素過剰段階の制御と、ポスト噴射の制御とによって、加熱作用を所望の形式で両触媒に分配することができる。前触媒の加熱は、たとえば連続的なポスト噴射によって全体的に化学量論的な排ガス組成で実現することができるのに対して、後置された吸蔵触媒のより激しい加熱は、ポスト噴射によって変化する排ガスラムダによって理論空燃比未満の（リッチな）排ガスラムダで達成される。
【００３３】
さらに、第２の運転モードでの内燃機関の運転時のリーンなかつリッチな燃焼室充填物を、その都度火花点火前に行う、互いに異なる大きさの第３の燃料量および第４の噴射量の噴射によって発生させ、この場合、リーンな燃焼室充填物を第３の燃料量の噴射によって発生させ、この場合、リッチな燃焼室充填物を第４の燃料量の噴射によって発生させると有利である。この場合、これらの噴射は、単に第１の噴射および第２の噴射と区別するために、第３の噴射および第４の噴射と呼ばれている。これによって、均質燃焼運転では、４回の噴射は行われず、互いに異なる２回の噴射が行われる。両噴射のうち、１回の燃焼あたり、その都度１回の噴射が行われる。
【００３４】
リーンバーンモードに対して国際公開第９８／４６８６８号パンフレットに基づき公知のこの手段によって、均質燃焼運転でも加熱作用を得ることができる。したがって、内燃機関の制御が成層燃焼運転から均質燃焼運転に変換する場合にも加熱を継続することができる。これは、たとえば高められたトルク要求によって生ぜしめることができる。
【００３５】
さらに、リッチな燃焼室充填物の火花点火を、リーンな燃焼室充填物の火花点火に比べて遅らせて行うと有利である。
【００３６】
この実施態様は、均質燃焼運転での空燃比の変調がトルクに影響を与えないという利点を有している。第３の燃料量から第４の燃料量への変換制御時に見込まれ得るトルク上昇は、点火の、トルクを低下させる遅め調節によって減少させられる。
【００３７】
火花点火の遅れを、リーンな燃焼室充填物とリッチな燃焼室充填物との燃焼に基づき同じトルクが生じるように設定しても有利である。
【００３８】
これによって、有利には、トルク伝達に与えられる混合物変化の影響の完全な補償が得られる。
【００３９】
さらに、第１の運転モードと第２の運転モードとの間で交番を行い、この場合、第１の運転モードから第２の運転モードへの移行時に、遅らせて点火する均質のリッチな燃焼室充填物を、層状のリーンな燃焼室充填物に追従させ、第２の運転モードから第１の運転モードへの移行時に、層状のリーンな燃焼室充填物を、遅らせて点火するリッチな燃焼室充填物に追従させると有利である。
【００４０】
こうして、両運転モードの間の移行をトルク中立にかつ加熱作用の維持下で実現することができる。
【００４１】
さらに、第２の運転モードにおけるリーンな燃焼室充填を前制御し、これによって、最大限にリーンな燃焼室充填時に、燃焼に基づき獲得したい所望のトルクを最適な点火で達成すると有利である。
【００４２】
こうして、最大限にリーンな燃焼室充填ひいては最大の酸素供給を内燃機関の排気行程１回につき達成することができる。さらに、リッチな燃焼室充填への移行時の点火に対する広幅の遅め調節範囲が得られる。
【００４３】
本発明は、所定の燃焼から次の燃焼への第１の運転モード（成層燃焼運転）から第２の運転モード（均質燃焼運転）への急激な切換を行い、この場合、同時にリーンな燃焼室充填からリッチな燃焼室充填に切換が行われるので、即座に極めて遅めの点火が行われ得る。点火の遅めシフトの最大値は、第２の運転モードにおける化学量論的に組成された燃焼室充填の場合よりも著しく遅めに位置している。したがって、内燃機関を同じトルクで第２の運転モードにおいて通常よりも大きな燃焼室充填によって運転することができる。
【００４４】
これに基づき、酸素不足を伴った第１の運転モードと、その都度の燃焼室充填の変化なしの第２の運転モードとの間の交番を行うことができる可能性が得られる。
【００４５】
これによって、有利には、トルクをコンスタントに維持するための充填干渉が回避される。充填の適合は欠点となる恐れがある。なぜならば、この適合は比較的鈍く行われ、機械的な干渉、たとえばスロットルバルブ位置の調節を要求するからである。
【００４６】
さらに、リッチな燃焼室充填とリーンな燃焼室充填との間の交番を、吸蔵触媒の酸素吸蔵が、酸素不足を伴った段階で完全に空にならないように制御すると有利である。
【００４７】
こうして、排ガス悪化、たとえば吸蔵触媒の後方での未燃焼の炭化水素の発生が十分に回避される。
【００４８】
第１の運転モードと第２の運転モードとの間で交番を行い、この場合、第１の運転モードから第２の運転モードへの移行時に、均質のリーンな燃焼室充填物を、ポスト噴射を伴った層状の燃焼室充填物に追従させ、第２の運転モードから第１の運転モードへの移行時に、ポスト噴射を伴った層状の燃焼室充填物を、均質のリーンな燃焼室充填物に追従させても有利である。
【００４９】
この実施態様によって、特により大きな燃焼室充填で触媒装置への熱供給を最大化することができる。
【００５０】
制御装置が、上述した有利な方法の少なくとも１つを制御することも有利である。
【００５１】
別の利点は、明細書および添付の図面から明らかである。
【００５２】
当然ながら、前述した、以下にさらに詳しく説明する特徴は、本発明の枠を逸脱することなしに、その都度記載した組合せだけでなく、別の組合せまたは個々にも使用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。
【００５４】
図１には、符号１０で、排ガス装置１４を備えた内燃機関１２の全体図が示してある。この内燃機関１２は少なくとも１つの燃焼室１６を有している。この燃焼室１６はピストン１８によって可動に密閉される。燃焼室１６の充填物の交換は、少なくとも１つの吸気弁２０と少なくとも１つの排気弁２２とを介して制御される。吸気弁２０は吸気弁アクチュエータ２４によって操作され、排気弁２２は排気弁アクチュエータ２５によって操作される。吸気弁アクチュエータ２４だけでなく排気弁アクチュエータ２５も、機械的なアクチュエータとしてのカムシャフトによって実現されていてもよいし、電気的なまたはエレクトロハイドロリック式のまたはエレクトロニューマチック式のアクチュエータによって実現されていてもよい。
【００５５】
吸気弁２０の開放時には、ピストン１８が空気を吸気管２８から吸入する。吸入行程および／または後続の圧縮行程の間、燃料が噴射弁３０を介して燃焼室１６内に直接調量される。この燃焼室１６内に生ぜしめられた可燃性の混合物が点火プラグ３２によって点火（火花点火）される。
【００５６】
排気弁２２の開放時には、燃焼された残ガスが燃焼室１６から排ガス装置１４内に排気される。この排ガス装置１４は排ガス管路３４を有している。この排ガス管路３４内には、内燃機関１２と吸蔵触媒３８との間に前触媒３６が配置されている。この前触媒３６と吸蔵触媒３８とは担持構造体４０；４２を有している。この担持構造体４０；４２はその触媒コーティング層で区別される。前触媒３６の担持構造体４０は、通常、前触媒３６をラムダ＝１閉ループ制御時に三元触媒として働かせるコーティング層を備えている。
【００５７】
ラムダ＝１閉ループ制御時には、内燃機関１２が酸素過剰および酸素不足で交互に運転される。この場合、リッチおよびリーンの交番の周期は秒範囲にある。この事例では、前触媒３６が酸素過剰段階で酸素および窒素酸化物を吸蔵し、この酸素および窒素酸化物を酸素不足段階で、この場合に排ガス中に含有された炭化水素および一酸化炭素と触媒反応させて、二酸化炭素、水および窒素を形成する。これに対して、内燃機関１２がより長い時間リーンの混合物、すなわち酸素過剰で運転されると、この場合に増加させられて放出される窒素酸化物が、吸蔵触媒３８内の担持構造体４２の触媒コーティング層によって受け止められ、硝酸塩の形で吸蔵される。
【００５８】
この硝酸塩は、平行して吸蔵触媒３８に吸蔵された酸素と同様に、リッチな混合物での内燃機関１２の短時間の運転によって再び減少させられる。ラムダ＝１閉ループ制御と異なり、吸蔵触媒３８が運転されるリーン段階とリッチ段階とはほぼ対称的でない。吸蔵触媒３８は、分のオーダ内にある期間の間、酸素と窒素酸化物とを吸蔵し、この酸素と窒素酸化物とを、秒のオーダ内にある期間に、変換された形で再び放出する。これによって、リーン運転で増加させられて放出される、より多くの量の窒素酸化物が環境に放出されることなしに、エンジンを総合的にリーンで運転することができる。
【００５９】
内燃機関１２の制御は制御装置４２によって行われる。この制御装置４２は少なくともエアマスメータ４４の信号と、発信器ホイール４７と協働する回転数センサ４６の信号と、運転者意思発信器４８の信号とを処理する。さらに、制御装置４２には、第１の排ガスセンサ５０の信号と、第２の排ガスセンサ５１の信号と、内燃機関１２または排ガス装置１４の領域における圧力および／または温度に関する別のセンサ（図示せず）の信号とを供給することができる。これらの入力信号および場合によって別の入力信号から制御装置４２は、内燃機関１２を運転者意思および／または予めプログラミングされた要求に相応して運転することができる制御信号を成形する。
【００６０】
したがって、たとえば内燃機関の均質燃焼運転における燃焼室１６の充填を、スロットルバルブアクチュエータ５３によって操作されるスロットルバルブ５２の位置を介して調整することができる。均質燃焼運転では、内燃機関１２によって形成されるトルクが、主として、燃焼室充填物の質量と、選択された点火時点とによって規定される。これに対して、成層燃焼運転では、内燃機関１２はほぼ絞られずに、開放されたスロットルバルブ５２と、空気による燃焼室１６の最大の燃焼室充填とを伴って作業する。この事例では、内燃機関１２によって形成されるトルクが、噴射される燃料量と点火時点とによって顕著に規定される。図１には、質的に内燃機関１２の成層燃焼運転が示してある。この成層燃焼運転では、噴射弁３０を介した燃料量の噴射によって、可燃性の混合物を備えたゾーン５４が形成される。このゾーン５４は燃焼室１６の内部で空気によって取り囲まれていて、点火プラグ３２によって点火される。
【００６１】
吸蔵触媒３８を加熱するために制御装置４２によって制御されるような噴射および点火の位置は図２〜図７に種々異なる運転モードで示してある。この場合、それぞれハッチングした桁の高さは、噴射される燃料量Ｑを表している。噴射および点火の位置はそれぞれクランクシャフト角度αに関連して示してある。符号５６で示した線は、それぞれ吸気弁２０が開放する角度を表している。符号５８で示した線は、それぞれ負荷交番に対する上死点を特徴付けている。相応して、符号６０で示した線は、それぞれ吸気弁２０が閉鎖する時点を特徴付けており、符号６２で示した線は、それぞれピストン１８の上死点を示している。この上死点の近くで点火が行われる（点火上死点）。
【００６２】
図２によれば、内燃機関１２の成層燃焼運転では、比較的小さな第１の噴射量６４の噴射が、吸気弁２０の閉鎖後に圧縮行程で行われる。この圧縮行程での噴射は、可燃性の混合物を備えたゾーン５４の形成を助成する。次いで、上死点前に位置する通常の点火６３が行われる。この点火６３の位置は、通常、燃焼室充填物の燃焼が最大のトルクを形成するように規定されている。第１の噴射６４は、燃焼室１６の充填が全体的にリーンであるように設定されている。
【００６３】
吸蔵触媒３８を成層燃焼運転で脱硫（硫黄脱離）のために加熱したい場合には、第１の噴射６４に対して付加的に後続の噴射６６が行われる。この場合、この噴射の位置はクランクシャフト角度αに対して相対的に予め規定されている。この場合、噴射は燃焼の終了頃に初めて行われ、これによって、燃焼室１６内の部分はもはや燃焼されないかまたは僅かな部分しか燃焼されないようになっている。さらに、後続の噴射６６の量は、燃焼室１６の充填の合計において酸素不足が生ぜしめられるように設定されている。このことは、図３に示してある。
【００６４】
吸蔵触媒３８を成層燃焼運転で加熱するためには、制御装置４２が噴射および点火を図２および図３のパターンに相応して交互に制御する。この場合、図２のパターンは、触媒３６，３８の酸素吸蔵が完全に満たされている限り維持される。次いで、噴射および点火が図３のパターンに相応して行われる。このパターンは、吸蔵触媒３８の酸素吸蔵がほぼ完全に空にされている限り維持される。
【００６５】
このことは、開ループ制御式にも閉ループ制御式にも行うことができる。開ループ制御される実施に対して、図３に示したパターンは、予め規定された回数の後続の噴射６６の限り維持される。この回数は、吸蔵触媒の酸素吸蔵能に対する期待値で設定される。この期待値は一定に設定されていてもよいし、内燃機関１２と排ガス装置１４との運転量から制御装置１４で形成されてもよい。閉ループ制御される実施時には、図３に示したパターンは、吸蔵触媒３８の後方に配置された酸素センサ５１の信号が排ガス中の酸素不足を表示する限り維持される。当然ながら、このような排ガスセンサ５１の信号が、吸蔵触媒３８の酸素吸蔵能に対する、モデルで形成された期待値を補正するために使用されてもよい。このことは、吸蔵触媒３８の各加熱時に炭化水素とＣＯとによる吸蔵触媒３８の通過が待たれる必要がなく、これによって、総合的に複数回の加熱過程にわたって、不要なＨＣエミッションおよびＣＯエミッションが低減されるという利点を有している。
【００６６】
すでに詳しく上述したように、この手段、すなわち、図２および図３のパターンに相応の噴射および点火の制御時には、前触媒３６が図２のパターンと図３のパターンとの間の交番時にその都度完全に酸素で満たされ、かつ前触媒３６の酸素が空にされる。吸蔵触媒３８の吸蔵能のより大きな酸素吸蔵能のため、排ガスシステム１４内に供給された酸素および燃料のより大きな部分が吸蔵触媒３８で発熱反応する。
【００６７】
図４および図５には、吸蔵触媒３８の加熱を内燃機関１２の均質燃焼運転でも維持することができる噴射・点火パターンが示してある。１回成層燃焼運転で開始された加熱過程を、高められたトルク要求によって生ぜしめられ得るような均質燃焼運転への切換時にも維持することができることによって、１回開始された加熱過程を運転モードの交番時にも完全に終了させることができる。
【００６８】
図４のパターンによれば、比較的小さな燃料量６８が吸気弁の閉鎖前に燃焼室１６内に噴射される。したがって、噴射された燃料量は点火６３まで比較的長く燃焼室１６内にとどまり、したがって、ほぼ均質に燃焼室１６内に分配され得る。この場合、噴射される燃料量は、燃焼室１６内にリーンな混合物組成ひいては酸素過剰が生ぜしめられるように設定されている。点火６３は、最適なトルクを形成する時点で行われる。
【００６９】
図４に示したパターンは、前触媒３６だけでなく吸蔵触媒３８も完全に酸素で満たされている限り再び維持される。次いで、急激に、すなわち、所定の燃焼室充填から後続の燃焼室充填に、図５に示した噴射・点火パターンへの切換が行われる。
【００７０】
図５によれば、より大きな燃料量７０が同じく吸気弁２０の開放時に噴射される。この場合、燃料量７０は、燃焼室充填に関して酸素不足が生ぜしめられるように設定されている。このリッチな燃焼室充填物が、最適なトルクを供給する時点で点火されると、望ましくないトルクジャンプが生ぜしめられる恐れがある。このことを阻止するために、図５のパターンでは、遅らされた点火６５が行われる。この点火６５の位置は、トルク損失が点火の遅角シフトに基づき補償され、トルク利点が、よりリッチな燃焼室充填物の燃焼に基づき補償されるように予め規定されている。
【００７１】
図６および図７には、１回の加熱過程の間の成層燃焼運転モードと均質燃焼運転モードとの間の切換を許容するパターンが示してある。図６のパターンは図２のパターンに相当していて、これによって、燃焼室１６内の酸素過剰を伴った成層燃焼運転に相当している。図６のパターンで噴射される燃料量６４は、図４のパターンに示した均質燃焼運転で噴射される燃料量６８にほぼ相当している。さらに、点火６３は、図６のパターンでは、図４のパターンに類似して、各燃料量６４，６８の燃焼から同じトルク寄与が生ぜしめられるように行われる。
【００７２】
この理由から、図６のパターンによる燃料のトルク寄与は、図４のパターンによるトルク寄与だけでなく、図５のパターンによるトルク寄与にも相当している。図５のパターンは図７のパターンと同一であり、したがって、トルクジャンプなしに、図６による噴射・点火パターンを備えた成層燃焼運転と、遅らされた点火６５を伴った図７による噴射パターンを備えた均質燃焼運転との間の切換を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】前触媒と、この前触媒の後方に配置された吸蔵触媒とを備えた排ガス装置を有する直接噴射式の内燃機関の概略図である。
【００７４】
【図２】内燃機関の成層燃焼運転における第１の噴射および点火の位置を質的に示す図である。
【００７５】
【図３】図２に示したパターンと交互に制御されるような、内燃機関の成層燃焼運転における第１の噴射、点火および後続の噴射の位置を質的に示す図である。
【００７６】
【図４】内燃機関の均質燃焼運転における第３の噴射および点火の位置を質的に示す図である。
【００７７】
【図５】図４に示したパターンと交互に制御されるような、内燃機関の均質燃焼運転における第４の噴射および点火の位置を質的に示す図である。
【００７８】
【図６】運転モードの切換前のまたは切換後の成層燃焼運転における第１の噴射および点火の位置を質的に示す図である。
【００７９】
【図７】図６に示したパターンと交互に制御されるような、運転モードの交番前のまたは交番後の第４の噴射および点火の位置を質的に示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１０  全体図、  １２  内燃機関、  １４  排ガス装置、  １６  燃焼室、  １８  ピストン、  ２０  吸気弁、  ２２  排気弁、  ２４  吸気弁アクチュエータ、  ２５  排気弁アクチュエータ、  ２８  吸気管、  ３０  噴射弁、  ３２  点火プラグ、  ３４  排ガス管路、  ３６  前触媒、  ３８  吸蔵触媒、  ４０  担持構造体、  ４２  担持構造体または制御装置、  ４４  エアマスメータ、  ４６  回転数センサ、  ４７  発信器ホイール、  ４８  運転者意思発信器、  ５０，５１  排ガスセンサ、  ５２  スロットルバルブ、  ５３  スロットルバルブアクチュエータ、  ５４  ゾーン、  ５６，５８，６０，６２  線、  ６３  点火、  ６４  噴射、  ６５  点火、  ６６  噴射、  ６８  噴射、  ７０  噴射、  Ｑ  燃料量、  α  クランクシャフト角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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