(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒（１２）の再生が促進される還元剤を触媒（１２）の前方に添加することにより排気ガス組成が調節され、
触媒（１２）の後方に配置された排気ガス・センサ（１４）により排気ガス組成が測定され、および
触媒（１２）の前方における排気ガス組成の調節の開始と、触媒（１２）の後方における組成の変化の測定との間の時間遅れが、排気ガス・センサ（１４）の出力信号（３１）の勾配の評価により評価される、内燃機関（１）の排気ガス内に設けられた触媒（１２）の作動方法において、
前記触媒（１２）が、窒素酸化物（ＮＯｘ）を貯蔵可能な触媒（１２′）および／または酸素を貯蔵可能な触媒（１２′′）を含み、
排気ガス・センサ（１４）の出力信号（３１）の勾配が、最初に第１の限界値を超え、次に、第１の限界値より低く設定された第２の限界値を下回ったときに、窒素酸化物を貯蔵可能な触媒（１２′）および／または酸素を貯蔵可能な触媒（１２′′）が再生されたと評価されることを特徴とする触媒の作動方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記触媒（１２）が、窒素酸化物（ＮＯｘ）を貯蔵可能な触媒（１２′）および酸素を貯蔵可能な触媒（１２′′）を含み、
排気ガス・センサ（１４）の出力信号（３１）の勾配が、最初に第１の限界値を超え、次に、第１の限界値より低く設定された第２の限界値を下回ったときに、窒素酸化物を貯蔵可能な触媒（１２′）が再生されたと評価され、
排気ガス・センサ（１４）の出力信号（３１）の勾配が、最初に第３の限界値を超え、次に、第３の限界値より低く設定された第４の限界値を下回ったときに、酸素を貯蔵可能な触媒（１２′′）が再生されたと評価されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、
排気ガスに還元剤を添加するために、内燃機関（１）がリッチな燃料／空気混合物を用いて運転されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、
還元剤として、炭化水素および／または一酸化炭素が排気ガスに与えられることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の方法において、
還元剤として、尿素が排気ガスに与えられることを特徴とする方法。
【請求項６】
計算装置上特にマイクロ・プロセッサ上で実行可能であり且つ請求項１ないし５のいずれかの方法を実行するためのプログラムがそれに記憶されている、特に自動車の内燃機関（１）の制御装置（１８）用制御要素特に読取り専用メモリまたはフラッシュ・メモリ。
【請求項７】
内燃機関（１）の排気ガス内に設けられた触媒（１２）を有する内燃機関（１）用の制御装置（１８）において、
前記制御装置（１８）は、
触媒（１２）の再生が促進される還元剤を触媒（１２）の前方に添加することにより排気ガス組成を調節するための手段と、
触媒（１２）の後方に配置された排気ガス・センサ（１４）の出力信号（３１）の勾配の評価により触媒（１２）の後方における排気ガス組成の変化を測定するための手段と、および
触媒の前方における排気ガス組成の調節の開始と、触媒（１２）の後方における排気ガス組成の変化との間の時間遅れを測定するための手段と、
を有し、
触媒（１２）が、窒素酸化物（ＮＯｘ）を貯蔵可能な触媒（１２′）および／または酸素を貯蔵可能な触媒（１２′′）を含み、
排気ガス・センサ（１４）の出力信号（３１）の勾配が最初に第１の限界値を超え、次に第１の限界値より低く設定された第２の限界値を下回ったときに、制御装置（１８）が、窒素酸化物（ＮＯｘ）触媒（１２′）および／または酸素触媒（１２′′）は、再生されたと評価することを特徴とする内燃機関用の制御装置。
【請求項８】
内燃機関（１）の排気ガス内に設けられた触媒（１２）と、触媒（１２）の後方に配置された排気ガス・センサ（１４）と、制御装置（１８）とを有する内燃機関（１）において、
前記制御装置（１８）は、
触媒（１２）の再生が促進される還元剤を触媒（１２）の前方に添加することにより排気ガス組成を調節するための手段と、
排気ガス・センサ（１４）の出力信号（３１）の勾配の評価により触媒（１２）の後方における排気ガス組成の変化を測定するための手段と、および
触媒の前方における排気ガス組成の調節の開始と、触媒（１２）の後方における排気ガス組成の変化との間の時間遅れを測定するための手段と、
を有しており、
前記触媒（１２）が、窒素酸化物（ＮＯｘ）を貯蔵可能な触媒（１２′）および／または酸素を貯蔵可能な触媒（１２′′）を含み、
排気ガス・センサ（１４）の出力信号（３１）の勾配が最初に第１の限界値を超え、次に第１の限界値より低く設定された第２の限界値を下回ったときに、前記制御装置（１８）が、窒素酸化物（ＮＯｘ）触媒（１２′）および／または酸素触媒（１２′′）は再生されたと評価することを特徴とする内燃機関。
【請求項９】
請求項８に記載の内燃機関（１）において、
排気ガス・センサ（１４）が酸素感知センサとして形成されていることを特徴とする内燃機関（１）。
【請求項１０】
請求項８または９の内燃機関（１）において、
排気ガス・センサ（１４）が二位置センサとして形成されていることを特徴とする内燃機関（１）。
【請求項１１】
触媒（１２）の再生が促進される還元剤を触媒（１２）の前方に添加することにより排気ガス組成が調節され、
触媒（１２）の後方に配置された排気ガス・センサ（１４）により排気ガス組成が測定され、および
触媒（１２）の前方における排気ガス組成の調節の開始と、触媒（１２）の後方における組成の変化の測定との間の時間遅れが、排気ガス・センサ（１４）の出力信号（３１）の勾配の評価により評価される、内燃機関（１）の排気ガス内に設けられた触媒（１２）の作動方法において、
前記触媒（１２）が、窒素酸化物（ＮＯｘ）を貯蔵可能な窒素酸化物貯蔵触媒（１２′）および酸素を貯蔵可能な酸素貯蔵触媒（１２′′）を含み、
再生過程の開始時に、排気ガスに還元剤が添加され、
前記窒素酸化物貯蔵触媒（１２′）に、窒素酸化物の形で結合され且つ貯蔵されている酸素は、前記触媒（１２）内に貯蔵されたその他の酸素と共に解放され、
これにより、前記触媒（１２）の後方において、最初は酸素過剰が保持されたままとなり、前記触媒（１２）の後方に配置された前記排気ガス・センサ（１４）の出力信号（３１）もまた、最初は酸素過剰に対応する酸素過剰レベルにあり、
前記触媒（１２）内に貯蔵されている窒素酸化物が再生されると直ちに、前記触媒（１２）の後方における排気ガス内の酸素成分が還元され、それに対応して排気ガス・センサ（１４）の出力信号（３１）が、上昇し、次に一定のレベルに移行したとき、窒素酸化物貯蔵触媒（１２′）の再生過程（３２）が終了したと推測し、
前記一定のレベルは、酸素の再生過程であることを特徴とする触媒の作動方法。
【請求項１２】
請求項１１の方法において、
前記排気ガス・センサの出力信号（３１）が、前記一定のレベルから再度上昇したとき、酸素の再生過程（３３）が終了したと推測することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の方法において、
排気ガスに還元剤を添加するために、内燃機関（１）がリッチな燃料／空気混合物を用いて運転されることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、
還元剤として、炭化水素および／または一酸化炭素が排気ガスに与えられることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１１又は１２に記載の方法において、
還元剤として、尿素が排気ガスに与えられることを特徴とする方法。
【請求項１６】
計算装置上特にマイクロ・プロセッサ上で実行可能であり且つ請求項１１ないし１５のいずれかの方法を実行するためのプログラムがそれに記憶されている、特に自動車の内燃機関（１）の制御装置（１８）用制御要素特に読取り専用メモリまたはフラッシュ・メモリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気ガス内に設けられた触媒の作動方法に関するものである。この場合、それにより触媒の再生が促進される還元剤を触媒の前方に添加することにより排気ガス組成が調節される。触媒の後方に配置された排気ガス・センサにより排気ガス組成が測定される。触媒の前方における排気ガス組成の調節の開始と、触媒の後方における組成の変化の測定との間の時間遅れが評価される。
【０００２】
本発明は、さらに、内燃機関の排気ガス内に設けられた触媒を有する内燃機関用制御装置に関するものである。制御装置は、それにより触媒の再生が促進される還元剤を触媒の前方に添加することにより排気ガス組成を調節する。制御装置は、触媒の前方における排気ガス組成の調節の開始と、触媒の後方における排気ガス・センサによる組成の変化の測定との間の時間遅れを評価する。
【０００３】
さらに、本発明は、このような制御装置用制御要素特に読取り専用メモリまたはフラッシュ・メモリに関するものである。
最後に、本発明は、内燃機関の排気ガス内に設けられた触媒を有する内燃機関に関するものである。内燃機関は、制御装置と、および触媒の後方に配置された排気ガス・センサとを有している。制御装置は、それにより触媒の再生が促進される還元剤を触媒の前方に添加することにより排気ガス組成を調節する。排気ガス・センサは触媒の後方における排気ガス組成を測定する。制御装置は、触媒の前方における排気ガス組成の調節の開始と、触媒の後方における組成の変化の測定との間の時間遅れを評価する。
【０００４】
従来の技術
リーンな燃料／空気混合物（λ＞１）を用いた内燃機関の運転範囲においては、通常の三元触媒は窒素酸化物の転化に対する要求をもはや満たすことができない。この場合、内燃機関のリーン運転において放出される窒素酸化物を貯蔵するＮＯｘ貯蔵触媒が使用される。内燃機関をリッチな範囲（λ＜１）において運転することにより、貯蔵された硝酸塩が解放され、窒素に還元される。この関係におけるＮＯｘ貯蔵触媒の使用が例えば欧州特許第５６０９９１号から既知である。
【０００５】
法規制は、触媒のような、有害物質エミッションに関係する自動車構成部品のオンボード診断を要求している。これに関連して、例えばドイツ特許公開第２４４４３３４号から、三元触媒を判定するために触媒の前方および後方に配置された酸素を感知する排気ガス・センサの信号を利用することが既知である。既知の方法は、機能性を有する三元触媒の酸素貯蔵能力に基づいている。ドイツ特許公開第２４４４３３４号は、これに関連して、燃料／空気混合物組成をλ＝０．９５（燃料の多いリッチな混合物、酸素不足）からλ＝１．０５（燃料の少ないリーンな混合物、酸素過剰）へ変化させることを開示している。触媒の前方に配置された排気ガス・センサは、ほとんど遅れなく、燃料／空気混合物組成の変化に応答する。λ＝０．９５のときに支配している排気ガス中の酸素不足に基づき、触媒の酸素貯蔵場所は最初は占有されていない。触媒の前方でリーン運転（酸素過剰）に切り換えたのち、酸素貯蔵場所は順次占有される。したがって、触媒の後方では、混合物組成が変化したのちも、最初のうちは依然として酸素不足が支配する。触媒の酸素貯蔵能力の関数としてのある時間が経過したのち、触媒の後方にも酸素過剰が発生し、この酸素過剰が後方排気ガス・センサの信号の変化を開始させる。時間遅れ、即ち両方の排気ガス・センサの応答間の位相のシフトは、触媒の酸素貯蔵能力の低下と共に小さくなり、したがって触媒の診断における酸素貯蔵能力の判定に使用することができる。
【０００６】
酸素に対する貯蔵能力のほかに窒素酸化物（ＮＯｘ）に対する貯蔵能力をも有する触媒に対してはこの既知の方法はそのまま利用することはできない。このような触媒は、通常、その酸素貯蔵能力が既に利用しつくされ且つ触媒の後方に配置された排気ガス・センサが酸素過剰を示したときでもなお窒素酸化物を貯蔵することができる。したがって、混合物組成がリッチな混合物からリーンな混合物へ変化したのちの両方の排気ガス・センサの応答間の時間遅れは、ＮＯｘ貯蔵触媒においてはそのＮＯｘ貯蔵能力に関していかなる診断をも提供しない。
【０００７】
ガソリン直接噴射式内燃機関は二酸化炭素（ＣＯ2）エミッションが少ないという利点を提供する。この内燃機関は主としてリーンな燃料／空気混合物を用いて運転されるので、内燃機関には窒素酸化物（ＮＯｘ）貯蔵触媒が設けられ、窒素酸化物（ＮＯｘ）貯蔵触媒は、リーンな混合物過程において発生するＮＯｘエミッションを貯蔵し、且つリッチな混合物を用いた運転により、貯蔵されている窒素酸化物が解放されて再生される。ガソリン直接噴射式内燃機関はλ＝１においても運転されるので、ＮＯｘ貯蔵触媒は一般に酸素に対しても貯蔵能力を有している。酸素を貯蔵するために、例えば通常の三元触媒が使用されてもよい。
【０００８】
窒素酸化物に対する触媒の貯蔵能力は制約されているので、触媒は時々再生されなければならない。再生の開始時点および終了時点は、触媒の後方で大気中に放出されるエミッションに対して重要である。内燃機関のリーン運転の間には、ＮＯｘ貯蔵触媒が窒素酸化物で充填されるのみならず、三元触媒もまた酸素で充填される。再生過程の開始は、ＮＯｘ貯蔵モデルを介して決定される。これは、ＮＯｘ貯蔵触媒内に取り込まれた窒素酸化物の量をモデル化し、したがってＮＯｘ貯蔵触媒のＮＯｘ充填レベルをモデル化する。モデル化された量が設定可能なしきい値を超えた場合、再生過程（リッチな混合物を用いた内燃機関の運転）が開始される。
【０００９】
リッチな混合物を用いた内燃機関の運転においては、最初にＮＯｘ貯蔵触媒が空にされ、次に酸素貯蔵触媒が完全に空にされることがわかっている。酸素貯蔵触媒が完全に空にされるまで再生されたとき、リッチな混合物はもはや酸素貯蔵触媒により緩衝されないので、これにより高い炭化水素（ＨＣ）エミッションが発生する。この理由から、ＮＯｘ貯蔵触媒が空にされるまで触媒を再生することが重要であるが、酸素貯蔵触媒はまだ空にされてはならない。これは、炭化水素にとって最適な再生を示す。
【００１０】
ドイツ特許公開第１９８０１６２５号から、触媒の後方に配置された排気ガス・センサの出力信号特に出力電圧が設定可能なしきい値を超えたときに再生過程を終了させることが既知である。このとき、ＮＯｘ貯蔵触媒は完全に空にされているが、酸素貯蔵触媒はまだ完全には空にされていないことが前提となる。しかしながら、この既知の方法は、排気ガス・センサの出力信号がある種の振動を受け、したがって、所定のしきい値を種々の時点で超えることがあるという欠点を有している。出力信号の振動は、排気ガス・センサの製作公差および温度変動にその原因がある。
【００１１】
したがって、触媒の再生過程の終了をできるだけ確実且つ正確に決定可能にすることが本発明の課題である。
この課題を解決するために、本発明は、冒頭記載のタイプの方法から出発して、排気ガス・センサの出力信号の勾配が評価されることを提案する。
【００１２】
発明の利点
即ち、本発明により、再生過程の終了に対する基準として、排気ガス・センサの出力信号がしきい値を超えたことが使用されるのではなく、むしろ出力信号の勾配が使用される。これにより、再生過程の終了を、ほぼ確実且つ正確に、特に排気ガス・センサの製作公差および温度変動とは無関係に決定することができる。本発明の方法により、特にエミッションの少ない内燃機関の運転を確保することができる。
【００１３】
本発明による方法は、酸素に対する貯蔵能力の有無を問わない最新のＮＯｘ貯蔵触媒（換言すれば、ＮＯｘ吸蔵触媒）においてと同様に、通常の三元触媒においても利用可能である。三元触媒においては、本発明の方法により、酸素貯蔵触媒（換言すれば、酸素吸蔵触媒）が空になったことを、排気ガス・センサの出力信号の勾配の特徴的な変化を評価することにより検出することができる。ＮＯｘ貯蔵触媒においては、ＮＯｘ再生過程の終了を決定することができる。ＮＯｘ貯蔵触媒が酸素に対する貯蔵能力を有している場合、さらに酸素貯蔵触媒の再生過程の終了を決定することができる。
【００１４】
本発明の有利な変更態様により、排気ガス・センサの出力信号の勾配が設定可能な第１の限界値を超えたときに、窒素酸化物を貯蔵可能（換言すれば、吸蔵可能）な触媒が再生されたと評価されることが提案される。再生過程の開始時に、排気ガスに還元剤が添加される。このために、内燃機関は、例えばリッチな燃料／空気混合物（λ≦１）を用いて運転されてもよい。リッチな混合物の設定により、過剰な炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）が発生される。リッチな混合物の設定においては、次の過程が行われる。即ち、炭化水素および一酸化炭素は、貯蔵（換言すれば、吸蔵）されている窒素酸化物を還元する。窒素酸化物の形で結合され且つ貯蔵されている酸素は、触媒内に貯蔵されたその他の酸素と共に解放され、これにより、触媒の後方において、最初は酸素過剰が保持されたままである。したがって、触媒の後方に配置された排気ガス・センサの出力信号もまた、最初は酸素過剰に対応するレベルにある。しかしながら、触媒内に貯蔵されている窒素酸化物が再生されると直ちに、触媒の後方における排気ガス内の酸素成分が還元され、それに対応して排気ガス・センサの出力信号が上昇する。出力信号の勾配がある勾配に到達したとき、即ち出力信号の勾配が第１の限界値を超えたとき、触媒は再生されたと評価される。
【００１５】
代替態様として、本発明の他の有利な変更態様により、排気ガス・センサの出力信号の勾配が最初に設定可能な第１の限界値を超え、次に設定可能な第２の限界値を下回ったときに、窒素酸化物を貯蔵可能な触媒が再生されたと評価されることが提案される。触媒の後方に配置された排気ガス・センサの出力信号は窒素酸化物の再生過程の終了時点付近において比較的急に上昇し、次に酸素の再生過程の間に比較的一定のレベルを維持している。即ち、この代替変更態様により、最初に出力信号の急な上昇（出力信号の勾配が第１のしきい値を超える）が決定され、次にほぼ一定のレベルへの移行（出力信号の勾配が第２のしきい値を下回る）が決定される。
【００１６】
本発明の他の有利な変更態様により、排気ガス・センサの出力信号の勾配が設定可能な第３の限界値を超えたときに、酸素を貯蔵可能な触媒が再生されたと評価されることが提案される。酸素の再生過程の終了時点付近において、触媒の後方に配置された排気ガス・センサの出力信号が、ほぼ一定のレベルから再度比較的急に上昇する。これは、酸素の再生過程の終了時点付近においては、触媒の後方において酸素が不足していることにその原因がある。出力信号のこの比較的急な上昇（出力信号の勾配が第３の限界値を超える）が決定され、これは酸素の再生過程の終了に対する指示として評価される。
【００１７】
触媒が酸素の貯蔵能力を有するほかに窒素酸化物も貯蔵可能である場合、出力信号の勾配の評価により、最初に窒素酸化物の再生過程の終了を決定し、次に酸素の再生過程の終了を決定することができる。酸素のみを貯蔵可能な触媒においては、窒素酸化物の再生過程の診断は行われない。しかしながら、このような純粋の酸素貯蔵触媒においてもまた、出力信号の勾配の評価により酸素の再生過程の終了をほぼ確実且つ正確に検出することができるので、本発明による方法は対応する利点を提供する。
【００１８】
代替態様として、本発明の他の有利な変更態様により、排気ガス・センサの出力信号の勾配が最初に設定可能な第３の限界値を超え、次に設定可能な第４の限界値を下回ったときに、酸素を貯蔵可能な触媒が再生されたと評価されることが提案される。触媒の後方に配置された排気ガス・センサの出力信号は酸素の再生過程の終了時点付近において比較的急に上昇し、次に最大値に到達したのちに再び比較的急に低下する。比較的急な上昇（出力信号の勾配が第３の限界値を超える）から最大値へのこの移行は、この代替変更態様により検出される。最大値に移行したとき、出力信号の勾配は低下する。出力信号の勾配が第４の限界値を下回ったとき、これは酸素の再生過程の終了に対する指示として評価される。
【００１９】
排気ガスへの還元剤の添加は種々の方法で行うことができる。本発明の好ましい実施態様により、排気ガスに還元剤を添加するために、内燃機関がリッチな燃料／空気混合物を用いて運転されることが提案される。還元剤として、炭化水素（ＨＣ）および／または一酸化炭素（ＣＯ）が排気ガスに与えられることが有利である。
【００２０】
代替態様として、本発明の他の有利な実施態様により、還元剤として、尿素が排気ガスに与えられることが提案される。この場合、窒素酸化物を酸素と窒素とに還元するために、尿素のアンモニウム塩が使用される。アンモニウム塩は尿素溶液からの加水分解により生成されてもよい。
【００２１】
本発明による方法の実行が、特に自動車の内燃機関の制御装置に対して設けられている制御要素の形であることが特に重要である。この場合、計算装置上特にマイクロ・プロセッサ上で実行可能であり且つ本発明による方法を実行するために適しているプログラムが制御要素上に記憶されている。即ち、この場合には、本発明は制御要素上に記憶されているプログラムにより実行されるので、プログラムが設けられているこの制御要素は、プログラムがその実行に適している本方法と同様に本発明を示している。制御要素として、特に電気式記憶要素例えば読取り専用メモリまたはフラッシュ・メモリが使用されてもよい。
【００２２】
本発明の課題を解決するために、冒頭記載のタイプの制御装置から出発して、さらに、制御装置が、排気ガス・センサの出力信号の勾配を評価するための手段を有することが提案される。
【００２３】
最後に、本発明の課題を解決するために、冒頭記載のタイプの内燃機関から出発して、内燃機関が、排気ガス・センサの出力信号の勾配を評価するための手段を有することが提案される。
【００２４】
本発明の有利な変更態様により、排気ガス・センサが酸素感知センサとして形成されていることが提案される。このような排気ガス・センサは排気ガス内に含まれている酸素成分を測定し、且つ出力信号として対応する出力電圧を出力する。このようなセンサは例えば従来技術から既知のλセンサである。排気ガス・センサが二位置センサとして形成されていることが有利である。
【００２５】
本発明の好ましい実施態様により、触媒が酸素を貯蔵可能であることが提案される。このような触媒は例えば従来技術から既知のような通常の三元触媒である。さらに、触媒が、酸素を貯蔵可能であることの代わりにまたはそれに追加して、窒素酸化物を貯蔵可能であることが提案される。
【００２６】
本発明のその他の特徴、適用可能性および利点が、図に示されている本発明の実施態様に関する以下の説明から明らかである。この場合、記載または図示されているすべての特徴は、それ自身または任意の組み合わせで本発明の対象を形成し、このとき、特許請求の範囲内のそれらの要約またはそれらの引用並びに明細書ないし図面におけるそれらの形式ないし図示とは無関係である。
【００２７】
実施態様の説明
図１に自動車の直接噴射式内燃機関１が示され、内燃機関１において、ピストン２がシリンダ３内で往復運動可能である。シリンダ３に燃焼室４が設けられ、燃焼室４は、特にピストン２、吸気弁５および排気弁６により囲まれている。吸気管７が吸気弁５と結合され、および排気管８が排気弁６と結合されている。
【００２８】
吸気弁５および排気弁６の範囲内で、燃料噴射弁９および点火プラグ１０が燃焼室４内に突出している。噴射弁９を介して燃料を燃焼室４内に噴射可能である。点火プラグ１０により燃焼室４内の燃料を点火可能である。
【００２９】
吸気管７内に旋回可能な絞り弁１１が設けられ、絞り弁１１を介して吸気管７に空気を供給可能である。供給空気量は絞り弁１１の角度位置の関数である。排気管８内に触媒１２が設けられ、触媒１２は燃料の燃焼により発生した排気ガスの浄化を行う。触媒１２は、酸素貯蔵触媒（すなわち、酸素吸蔵触媒）としての三元触媒１２′′と結合されている窒素酸化物（ＮＯｘ）貯蔵触媒（すなわち、窒素酸化物吸蔵触媒）１２′である。
【００３０】
制御装置１８に、センサにより測定された内燃機関１の運転変数を示す入力信号１９が供給される。制御装置１８は、アクチュエータないし調節装置を介して内燃機関１の特性をそれにより調節可能な出力信号２０を発生する。特に、制御装置１８は、内燃機関１の運転変数を操作および／または制御するように設計されている。このために、制御装置１８にマイクロ・プロセッサが設けられ、マイクロ・プロセッサは、記憶媒体特にフラッシュ・メモリ内に、上記の操作および／または制御を実行するのに適しているプログラムを記憶している。
【００３１】
内燃機関１の第１の運転方式いわゆる均質燃焼運転においては、絞り弁１１は希望トルクの関数として部分開閉される。燃料は、ピストン２により形成された吸気行程の間に噴射弁９により燃焼室４内に噴射される。噴射された燃料は、同時に絞り弁１１を介して吸い込まれた空気により旋回され、これにより燃焼室４内にほぼ均等に分配される。その後に、燃料／空気混合物は圧縮行程の間に圧縮され、次に点火プラグ１０により点火される。点火された燃料の膨張により、ピストン２が駆動される。発生トルクは、均質燃焼運転においては特に絞り弁１１の位置の関数である。有害物質の発生を少なくする観点から、燃料／空気混合物はできるだけλ＝１に調節される。
【００３２】
内燃機関１の第２の運転方式いわゆる成層燃焼運転においては、絞り弁１１は大きく開かれる。燃料は、ピストン２により形成された圧縮行程の間に噴射弁９により燃焼室４内に噴射され、しかも位置的には点火プラグ１０の直接周辺に、並びに時間的には点火時期前の適切な間隔を設けた時点に噴射される。次に、点火プラグ１０により燃料は点火され、これによりピストン２は、ここで次の作業行程において、点火された燃料の膨張により駆動される。成層燃焼運転においては、発生トルクはほぼ噴射された燃料質量の関数である。本質的に、成層燃焼運転は内燃機関１のアイドル運転および部分負荷運転用に設計されている。成層燃焼運転においては、通常λ＞１である。
【００３３】
成層燃焼運転の間に、貯蔵触媒１２′に窒素酸化物が充填され、および三元触媒１２′′に酸素が充填される。再生過程において、貯蔵触媒１２′および三元触媒１２′′が再び空にされ、これにより、貯蔵触媒１２′および三元触媒１２′′は次の成層燃焼運転において新たに窒素酸化物ないし酸素を受け入れることができる。再生過程の間に、触媒１２の前方において排気ガス内に還元剤が与えられる。還元剤として、例えば炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）または尿素が使用されてもよい。炭化水素および一酸化炭素は、リッチな混合物を設定することにより（内燃機関の均質燃焼運転）排気ガス内に発生される。尿素は貯蔵容器から排気ガスへ制御しながら供給することができる。触媒１２の再生過程の間に、次の過程が行われる。即ち、還元剤は貯蔵されている窒素酸化物を窒素および酸素に還元する。これらの物質は触媒１２から発生するので、再生過程の間には触媒の後方は酸素過剰となる。
【００３４】
排気管８内において、触媒１２の前方に第１の排気ガス・センサ１３が配置され、触媒１２の後方に第２の排気ガス・センサ１４が配置されている。触媒１２の後方に配置された排気ガス・センサ１４として、酸素を感知する通常のλセンサまたは炭化水素センサが使用されてもよい。後方排気ガス・センサ１４は二位置センサとして形成されていてもよい。
【００３５】
再生過程を開始させるために触媒１２の前方において酸素不足（リッチな混合物を用いた内燃機関１の運転）に切り換えたのちに、触媒１２の前方に配置された排気ガス・センサ１３は実際に遅れなく応答する。成層燃焼運転の間に排気ガス内に支配していた酸素過剰に基づいて、触媒１２の酸素貯蔵場所は最初はほぼすべて占有されている。再生過程の開始時に触媒１２の前方において酸素不足に切り換えられたのちに、酸素貯蔵場所は順次に酸素を解放し、触媒１２から酸素が放出される。したがって、触媒１２の後方においては、再生過程に切り換えたのち、最初は依然として酸素過剰が支配している。触媒１２の酸素貯蔵能力の関数である時間区間が経過したのちに、触媒１２の後方においても酸素不足が発生し、この酸素不足は後方排気ガス・センサ１４の出力信号を変化させる。
【００３６】
窒素酸化物貯蔵触媒１２′内の窒素酸化物貯蔵場所のみならず三元触媒内の酸素貯蔵場所もまた空であるときにはじめて、触媒１２の後方に酸素不足が発生する。触媒１２が、例えばリーンな混合物（λ＞１）を用いた内燃機関１の運転により最初に酸素および窒素酸化物が充填され、次に触媒１２の再生のためにリッチな混合物の設定（λ＜１）により排気ガス内に炭化水素および一酸化炭素が発生された場合、次の過程が行われる。即ち、炭化水素および一酸化炭素は貯蔵されている窒素酸化物を窒素および酸素に還元する。窒素酸化物の形で結合且つ貯蔵されている酸素は、触媒１２内に貯蔵されているその他の酸素と共に解放され、これにより、触媒１２の後方において最初は酸素過剰が保持されたままである。
【００３７】
図２に、触媒１２の前方の燃料／空気混合物組成が、触媒１２の前方の対応λ値３０の線図により示されている。図２には、同様に、後方排気ガス・センサ１４の出力信号Ｕの線図が示され、これに符号３１が付けられている。図２に示した信号線図の開始時において、内燃機関１はリーンな混合物組成（λ〜２．５）で運転される。前記のように、この場合、触媒１２の後方に酸素過剰が支配している。後方排気ガス・センサ１４の出力信号３１はほぼ０Ｖの値である。ほぼ時点ｔ＝５７９秒において、燃料／空気混合物内の燃料成分が増大され且つ内燃機関１がリッチな混合物を用いて運転されたとする。触媒１２の前方のλ値３０は約０．７５の値に低下する。後方排気ガス・センサ１４の出力信号３１は最初は低い値のままである。
【００３８】
窒素酸化物貯蔵触媒１２′内に貯蔵されている窒素酸化物が窒素に還元されたのちにはじめて、即ち窒素酸化物貯蔵触媒１２′の再生過程が終了したときにはじめて、触媒１２の後方における排気ガス内の酸素成分が低下する。この結果、排気ガス・センサ１４の出力信号３１は約０Ｖから約０．７Ｖのほぼ一定のレベルへきわめて顕著に上昇する。窒素酸化物貯蔵触媒１２′の再生過程が図２において符号３２で示されている。
【００３９】
本発明により、排気ガス・センサ１４の出力信号３１の勾配が設定可能な限界値を超えたとき、即ち出力信号３１の勾配が所定の値に到達したときに、窒素酸化物貯蔵触媒１２′の再生過程３２が終了したと推測される。代替態様として、排気ガス・センサ１４の出力信号３１の勾配が最初に設定可能な第１の限界値を超え、次に設定可能な第２の限界値を下回ったとき、即ち出力信号３１の勾配が再び所定の値以下に低下したときに、再生過程３２が終了したと推測されてもよい。この代替態様により、出力信号３１の、比較的急な上昇から、酸素の再生過程３３の間のほぼ一定のレベルへの移行（出力信号３１の線図の転換点）を検出することができる。
【００４０】
酸素の再生過程３３の終了時点付近において触媒１２の後方の排気ガス内の酸素成分はさらに低下し、この結果、排気ガス・センサ１４の出力信号３１がさらに上昇することになる。酸素の再生過程３３の終了を検出するために、出力信号３１のこの上昇が決定される。特に、排気ガス・センサ１４の出力信号３１の勾配が設定可能な第３の限界値を超えたとき、即ち出力信号３１の線図が所定の勾配を超えたときに、酸素の再生過程の終了が推測される。代替態様として、排気ガス・センサ１４の出力信号３１の勾配が最初に設定可能な第３の限界値を超え、次に設定可能な第４の限界値を再び下回ったときに、酸素の再生過程３３の終了が推測されてもよい。
【００４１】
本発明による方法により、窒素酸化物貯蔵触媒１２′における窒素酸化物の再生過程の終了および三元触媒における酸素の再生過程３３の終了が、確実且つ正確に、特に製作誤差または温度変動に基づく排気ガス・センサ１４の出力信号３１の変動とは無関係に決定される。酸素を貯蔵可能であるのみならず窒素酸化物もまた貯蔵可能である触媒１２においては、出力信号３１の勾配の評価により、最初に窒素酸化物の再生過程３２の終了が決定され、次に酸素の再生過程３３の終了が決定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は好ましい実施態様における本発明による内燃機関の略ブロック回路図を示す。
【図２】  図２は本発明による方法を実行中の種々の信号の線図を示す。
【図１】
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【図２】
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