(57)【要約】【解決手段】後に接続されたＮＯｘ貯蔵触媒装置を有する、希薄混合気で運転可能な、および成層燃焼可能なオットーエンジン、特に直接噴射式のオットーエンジンの運転のための方法が説明され、この方法において、回転数および負荷に依存して、成層された希薄混合気状態または均一状態の化学量論的な運転方法が調節される。有利な燃料消費量のために、低い回転数および負荷の場合、常に、成層された希薄混合気状態の運転方法が選択される。既に、１５００と３０００ｍｉｎ-1との間の中間の回転数領域内において、および、２と３．５ｂａｒとの間の実効中圧力において、生じた高い触媒装置温度、およびこれに関連した触媒活性の減少によって、特に、劣化した触媒装置の場合、従来の方法で、しかしながら、ただ感知可能に燃料消費に都合が悪い均一状態の化学量論的な運転モードだけが可能である。燃料消費の減少のために、この触媒装置温度は、提示された運転領域内において、従って本発明により、冷却によって、合目的に降下され、且つ、＞３０％の成層燃焼運転割合が調節される。上記された排気ガス限界値を維持するために、触媒装置温度は、この場合に、ＮＯｘ放出が、このＮＯｘ貯蔵触媒装置の後ろで最大１０ｇ／ｈ、及び／または、このＮＯｘ貯蔵触媒装置の平均の転換度が、少なくとも７０％の値であるように制御される。また、この方法を実施するためのオットーエンジン、および自動車も、説明されている。
2004520532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成層された希薄混合気状態または均一状態の、特に化学量論的な運転方法の負荷および回転数に依存する調節によって、後に接続されたＮＯｘ貯蔵触媒装置を有する、
希薄混合気で運転可能な、および成層燃焼可能なオットーエンジン、特に直接噴射式のオットーエンジンの運転のための方法において、
オットーエンジンが、１５００と３０００ｍｉｎ-1との間の回転数領域、および、１と４ｂａｒとの間の実効中圧力の値を有する、特性フィールド領域の内で、
少なくとも約３０％だけ、成層された希薄混合気燃焼割合でもって運転され、その際、
触媒装置温度が、ＮＯｘ貯蔵触媒装置に供給された排気ガスの、及び／またはこのＮＯｘ貯蔵触媒装置の冷却によって、
ＮＯｘ放出が、このＮＯｘ貯蔵触媒装置の後ろで最大１０ｇ／ｈ、及び／または、このＮＯｘ貯蔵触媒装置の平均のＮＯｘ転換度が、少なくとも７０％の値であるように制御されることを特徴とする方法。
【請求項２】
オットーエンジンは、特性フィールドの少なくとも４０％以上の成層された希薄混合気燃焼割合でもって運転されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
オットーエンジンは、特性フィールドの少なくとも５０％以上の成層された希薄混合気燃焼割合でもって運転されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
オットーエンジンおよびＮＯｘ貯蔵触媒装置は、ＮＯｘ放出が、このＮＯｘ貯蔵触媒装置の後ろで、最高で約６ｇ／ｈ、及び／またはこのＮＯｘ貯蔵触媒装置の平均のＮＯｘ転換度が、少なくとも約８５％の値であるように運転されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
ＮＯｘ貯蔵触媒装置温度を制御するために、冷却装置は、
−  制御可能な冷却性能、及び／または、
−  冷却空気流のための案内装置、及び／または、
−  周囲空気とは違う冷却媒体、及び／または、
−  付加的な冷却装置の無い、オットーエンジンに所属して設けられた従来の排気ガス装置よりも、少なくとも５０％だけより高い冷却性能、
でもって使用されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
空気流のための案内装置として、空気案内薄板、及び/またはＮＡＣＡノズル、及び/または特別に形成された気流調節可能な吸音−床裏面覆い部が使用されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
従来の排気ガス装置に比して、少なくとも約０．８ｋＷの付加的な冷却性能を有する冷却装置が使用され、及び／または、ＮＯｘ貯蔵触媒装置に供給される排気ガスが、≦４２５℃までに冷却されることを特徴とする請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
従来の排気ガス装置に比して、少なくとも約１．０ｋＷの付加的な冷却性能を有する冷却装置が使用され、及び／または、ＮＯｘ貯蔵触媒装置に供給される排気ガスが、ほぼ≦４１５℃までに冷却されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
従来の排気ガス装置に比して、少なくとも約１．５ｋＷの付加的な冷却性能を有する冷却装置が使用され、及び／または、ＮＯｘ貯蔵触媒装置に供給される排気ガスが、ほぼ≦３９５℃までに冷却されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
冷却は、オットーエンジンの全負荷の場合、１リットルの気筒容積当たり３０ｋＷまたは２２ｋＷに至るまでの、または１ｋＷのエンジン性能当たり０．５ｋＷに至るまでの、従来の排気ガス装置に対して付加的な冷却性能でもって行なわれることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
触媒装置温度は、連続的に測定され、且つ、エンジン運転方法の調節のための制御量として使用されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１２】
成層された希薄混合気状態の運転は、タンブル旋回、またはスワール旋回、特にタンブル旋回によって、少なくとも１つのオットーエンジンのシリンダー内において行なわれることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１３】
自動車であって、この自動車が、
−  希薄混合気で運転可能な、および成層燃焼可能なオットーエンジン、特に直接噴射式のオットーエンジン、
−  成層された希薄混合気状態の、または、均一状態の、特に化学量論的なエンジン運転方法を、負荷および回転数に依存して調節するための、所属して設けられた制御装置、および、
−  ＮＯｘ貯蔵触媒装置を有する、オットーエンジンの後に接続された排気ガス装置、
を有している様式の上記自動車において、
制御装置が、
この制御装置が１５００と３０００ｍｉｎ-1との間の中間の回転数領域、および１と４ｂａｒとの間の実質的な中間作動圧力において、少なくとも３０％の割合に対して、成層された希薄混合気状態の運転方法に調節するように、および、
排気ガス装置が、ＮＯｘ貯蔵触媒装置、及び／またはこのＮＯｘ貯蔵触媒装置に供給される排気ガスを冷却するための冷却装置を備えているように構成されていることを特徴とする自動車。
【請求項１４】
成層された希薄混合気燃焼割合は、少なくとも４０％であるように構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の自動車。
【請求項１５】
成層された希薄混合気燃焼割合は、少なくとも５０％であるように構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の自動車。
【請求項１６】
冷却装置は、
−  冷却性能のための制御装置、及び／または、
−  冷却空気流のための案内装置、及び／または、
−  空気とは違う冷却媒体を、
備えており、及び／または、
−  付加的な冷却装置の無い、オットーエンジンに所属して設けられた従来の排気ガス装置よりも、少なくとも５０％だけより高い冷却性能を備えているように構成されている、
ことを特徴とする請求項１３から１５のいずれか一つに記載の自動車。
【請求項１７】
冷却空気流のための案内装置は、空気案内薄板、及び/またはＮＡＣＡノズル、及び/または特別に形成された気流調節可能な吸音−床裏面覆い部を備えていることを特徴とする請求項１６に記載の自動車。
【請求項１８】
冷却装置は、従来の排気ガス装置に比して、少なくとも約０．８ｋＷの付加的な冷却性能を備えていることを特徴とする請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
冷却装置は、従来の排気ガス装置に比して、少なくとも約１．０ｋＷの付加的な冷却性能を備えていることを特徴とする請求項１８に記載の自動車。
【請求項２０】
冷却装置は、従来の排気ガス装置に比して、少なくとも約１．５ｋＷの付加的な冷却性能を備えていることを特徴とする請求項１９に記載の自動車。
【請求項２１】
冷却装置は、オットーエンジンの全負荷の場合、１リットルの気筒容積当たり３０ｋＷまたは２２ｋＷに至るまでの、または１ｋＷのエンジン性能当たり０．５ｋＷに至るまでの、従来の排気ガス装置に対して付加的な冷却性能を備えているように構成されていることを特徴とする請求項２０に記載の自動車。
【請求項２２】
排気ガス装置は、少なくとも１つの、前及び／または後に接続された温度センサーを備えており、及び／または、ＮＯｘ貯蔵触媒装置が、少なくとも１つの温度センサーを備えていることを特徴とする請求項１３から２１のいずれか一つに記載の自動車。
【請求項２３】
請求項２４による希薄混合気で運転可能なオットーエンジンを特徴とする請求項１３から２２のいずれか一つに記載の自動車。
【請求項２４】
１５００と３０００ｍｉｎ-1との間の回転数領域、および、１と４ｂａｒとの間の実効中圧力において、少なくとも３０％の成層された希薄混合気燃焼割合でもっての運転のための、ソフトウェアー的及び／または構造的な構成を特徴とする、希薄混合気で運転可能な、および成層燃焼可能なオットーエンジン、特に直接噴射式のオットーエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念による、希薄混合気で運転可能な、および成層燃焼可能なオットーエンジン、特に直接噴射式のオットーエンジンの運転のための方法に関する。本発明は、同様に、この方法を実施するためのオットーエンジンおよび自動車にも関している。
【背景技術】
【０００２】
希薄混合気で運転可能なオットーエンジン、特に直接噴射式エンジンは、確かに特に有利な燃料消費量によって特徴付けられるが、しかしながら、「きびしい」排気ガス限界値の維持のために、ＮＯｘ貯蔵触媒装置による触媒作用による排気ガス後処理に頼らざるを得ず、この排気ガス後処理が、相応するエンジンの大量標準装備的な（grossserienmaessigen）使用、および、これらエンジンの使用に伴う極めて大きな燃料消費節約可能性の徹底した利用を、極めて困難にし、且つ、市場（特に日本国における）で、今までまだ極めて僅かの当該のエンジン装置を備えた自動車モデルが製出されているという結果を招いた。これら自動車モデルは、従来の３元触媒排気ガス後処理技術（3-Wege-Abgasnachbehandlungstechnologie）で間に合わせるために、基本的に排気ガス放出と燃料消費量との間の適当な妥協でもっての希薄／混合気−コンセプション（Mager/Mix-Konzept）に、または、専ら比較的に燃料消費に都合が悪い均一状態の化学量論的な運転方法だけに基づいている。
【０００３】
ＮＯｘ貯蔵触媒装置技術の主な問題は、一方では、燃料内に含有されている硫黄による、（特定の運転条件において、実際上、基本的に可逆的な、）規則的な触媒装置再生を必要とする、触媒装置の緩慢に進行する毒性化および非活性化にあり、および他方では、約２００℃のライトオフ温度と、約５００℃の最大の作動温度  −この作動温度の上方では如何なる窒素酸化物の能率的な貯蔵ももはや行われず、従って如何なる規定通りの排気ガス浄化ももはや保証されていない−  との間の限定された、このＮＯｘ貯蔵触媒装置技術における作動温度範囲にある。上記された「きびしい」排気ガス基準を満たすことを可能とするために、希薄混合気燃焼運転に関して、従って、燃焼過程側の境界諸条件が維持されねばならないだけでなく、特に、常に十分に低い触媒装置温度も保証されねばならない。これらＮＯｘ貯蔵触媒装置の劣化の際、希薄混合気状態でのＮＯｘ貯蔵（Mager-NOx-Einlagerung）の作動温度範囲は狭められる。特に、上側の温度限界は、このＮＯｘ貯蔵触媒装置の熱的な過負荷の場合、４００℃以下までに落ち込む。
【０００４】
低い回転数および負荷の場合、希薄混合気で運転可能なオットーエンジンまたは希薄混合気燃焼エンジンは、成層された希薄混合気状態で運転される。極めて低い負荷（＜２ｂａｒ、実効中圧力）の場合、排気ガス温度、および触媒装置温度は、規定通りの排気ガス浄化を保証するために、まだ十分に低く、その際、この運転方法によって、最も有利な燃料消費量が得られる。
【０００５】
相応して高い排気ガス温度、および触媒装置温度を有する、高いエンジン負荷、または必要とされる高い加速において、しかしながら、均一状態の、特に化学量論的な運転モード、３元触媒排気ガス後処理に切り替えられ、その際、比較的に高い窒素酸化物未処理物質排出の小さな不利益の甘受のもとで、依然として、全く有利な燃料消費量が実現され得る。
【０００６】
多少より高い負荷領域（約４ｂａｒまで）において、燃焼過程側で、触媒装置状態に応じて、更に、限定された成層燃焼運転が可能である。特にこのことは、劣化した触媒装置システムの場合に限定されており、この希薄混合気状態でのＮＯｘ貯蔵能力（Mager-NOx-Einlagerungsfaehigkeit）の触媒装置システムの限界温度は、新しいシステムの値以下に存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の課題は、希薄混合気で運転可能なオットーエンジン、特に直接噴射式エンジンのための、従来の方法よりもより有利な燃料消費量によって特徴付けられているだけでなく、例えば既に、２００５年に至るまで拘束力をもって規定されているような、最もきびしい排気ガス限界値（例えば、Ｄ４）の維持も保証されている、適当な運転方法を提供することにある。この課題は、それに加えて、この方法を実施するためのオットーエンジン、および自動車を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、冒頭に記載した様式の方法において、本発明に従い、触媒装置温度が、その内において、高い排気ガス温度および触媒装置温度の結果として、従来の方法で単に均一状態の化学量論的な運転が、比較的に不利な燃料消費量でもって可能である運転領域において、ＮＯｘ貯蔵触媒装置に供給された排気ガスの、及び／またはこのＮＯｘ貯蔵触媒装置自体の冷却によって合目的に降下され、且つ、その代わりに、明確により燃料消費に都合が良い成層燃焼の運転モードが調節されることによって解決される。中間の、約１５００と３０００ｍｉｎ-1との間の、実際的な交通態様において頻繁に生じる顧客にとって重要な回転数領域、および、約１と４ｂａｒ、特に１と３．５ｂａｒとの間の実効中圧力において、この場合、少なくとも約３０％の成層燃焼割合（Schichtladunganteil）が調節され、このことは、顕著な燃料消費の低下を誘起する。特に有利な燃料消費量を有する、有利な方法の実施態様の場合、しかもその上、少なくとも約４０％、特にしかも少なくとも約５０％の成層燃焼割合が調節される。
【０００９】
現今の、並びに少なくとも最近５年内において行なわれる、または予測される排気ガス基準を維持するために、触媒装置温度は、この場合、ＮＯｘ放出が、このＮＯｘ貯蔵触媒装置の後ろで、上記の特性フィールド領域の少なくとも７０％内において、最大約１０ｇ／ｈ、及び／または、このＮＯｘ貯蔵触媒装置の平均のＮＯｘ転換度が、少なくとも約７０％の値であるように制御され、従って、本発明による方法は、極めて燃料消費に都合が良いだけでなく、極めて有利な排気ガス放出値も可能にする。オットーエンジンおよびＮＯｘ貯蔵触媒装置は、しかもその上、有利には、ＮＯｘ放出が、このＮＯｘ貯蔵触媒装置の後ろで、最大約６ｇ／ｈ、及び／または、このＮＯｘ貯蔵触媒装置の平均のＮＯｘ転換度が、少なくとも約８５％の値であるように運転される。
【００１０】
成層された希薄混合気状態の運転は、スワール方式（Swirl-Verfahren）（シリンダー内において回転するガスの回転軸線が、ほぼシリンダー回転軸線上に存在する）、特にしかもタンブル方式（Tumble-Verfahren）（シリンダー内において回転するガスの回転軸線が、ほぼピストン運動方向に対して垂直方向に存在する）において行なわれる。
【００１１】
一方では、必要な冷却処置を要求に適合して、且つ効果的に実施可能とするために、他方では、加熱工程の間、非生産的な熱放出によって、例えば滞っている再生工程または脱硫工程の実施において、またはライトオフ温度への迅速な加熱においてのような、必要な触媒装置の加熱処置を、妨害および遅延させないために、この場合、触媒装置温度を制御するために、有利には制御可能な、または切り替え可能な冷却性能を有する冷却装置が使用される。排気ガスまたは冷却媒体でもってのこの冷却装置の貫通流動は、この場合、構造、車両内における組み込み状態、および瞬時の走行状態によって予め設定された最大の貫通流動に対して、必要に応じて合目的に調節可能または制御可能であり、このことは、同様にこの冷却装置の接続および遮断可能性も、この冷却処置の選択的な実施のために備えている。
【００１２】
この場合有利には、冷却性能を増大するために、有利には切り替え可能に形成された冷却空気流のための、例えば空気案内薄板、及び/またはＮＡＣＡノズル、及び/または特別に形成された気流調節可能な吸音−床裏面覆い部のような、案内装置を有する、冷却装置または熱交換器が使用され、これら案内装置でもって、この自動車の床裏面領域における空気流は、合目的に、冷却装置または熱交換器の周りを回って及び／または貫いて導かれ、且つこのことによって、熱放出の明確な改善をもたらす。
【００１３】
空気冷却に対して選択的または補完的に、同様に、例えば水のような、特別の冷却媒体も使用可能であり、この冷却媒体でもって、空気冷却の場合よりもより感知可能に良好な熱放出が得られる。
【００１４】
所望の温度レベルまでに排気ガス及び／またはＮＯｘ貯蔵触媒装置を冷却するために、有利には、冷却装置が使用され、この冷却装置の冷却性能は、少なくとも５０％だけ、オットーエンジンに所属して設けられた従来の排気ガス装置の冷却性能よりもより高く、この排気ガス装置は、如何なる付加的な冷却装置も備えていなく、且つ、単に自動車の床裏面領域における通常の空気流によって受動的に冷却される。
【００１５】
有利には、従来の排気ガス装置に比して、少なくとも約０．８ｋＷ、特に少なくとも約１．０ｋＷの付加的な冷却性能を有する冷却装置が使用される。従来の自動車において通例の排気ガス装置は、シリンダーヘッド、前触媒装置（設けられている限り）と、ＮＯｘ貯蔵触媒装置との間の構造上で限りなく最短の結合と理解される。特に効果的な排気ガスおよび触媒装置冷却を有する有利な方法の実施態様において、少なくとも約１．５ｋＷの冷却性能を有する冷却装置が、付加的に使用される。
【００１６】
オットーエンジンの全負荷の場合、冷却は、有利には、１リットルの気筒容積当たり約３０ｋＷまたは約２２ｋＷに至るまでの、または１ｋＷのエンジン性能当たり約０．５ｋＷに至るまでの付加的な冷却性能でもって行なわれる。
【００１７】
相応して高い窒素酸化物貯蔵を有する可能な限り高い触媒活性を保証するために、ＮＯｘ貯蔵触媒装置に供給された排気ガス、もしくはこの触媒装置自体は、提示された冷却性能を有する上記の冷却処置によって、有利には、≦４２５℃、特に≦４１５℃までに冷却される。この特に効果的な排気ガスおよび触媒装置冷却でもっての提示された有利な方法の実施態様の場合、これら排気ガスは、少なくとも約１．５ｋＷの高い冷却性能によって、しかもその上、≦３９５℃までに冷却される。
【００１８】
必要な触媒装置側の境界条件の規定通りの維持を検査するため、および保証するために、触媒装置温度は、有利には、連続的に測定され、予め設定された温度値と比較され、且つ、エンジン運転方法の調節のための制御量として使用される。この触媒装置温度の測定は、この場合、有利には、ＮＯｘ貯蔵触媒装置の前もしくは後に接続されたそれぞれ１つの温度センサーによって、及び／または少なくとも１つの、直接的にこのＮＯｘ貯蔵触媒装置に装着された温度センサーによって行われ、これら温度センサーの温度信号が、所属して設けられたエンジン制御装置に、検出および評価のために供給される。この触媒装置温度は、しかも同様に、適当なモデル化またはモデル計算によっても検出される。
【００１９】
希薄混合気運転、およびＮＯｘ再生運転（Mager- und NOx-Regenerationsbetrieb）の正確な制御、特に場合によっては生じるＮＯｘ漏出（NOx-Durchbrueche）の検出のために、および場合によっては生じる触媒装置不規則性または触媒装置損傷の認識のために、それに加えて更に有利には、排気ガス内におけるＮＯｘ濃度が、ＮＯｘ貯蔵触媒装置の後ろに設けられたＮＯｘセンサーによって測定され、このＮＯｘセンサーの測定信号が、同様に、エンジン制御装置に作用する。
【００２０】
この本発明による方法を実施するために、有利には、ソフトウェアー的及び／または構造的な構成によって、成層燃焼の運転領域拡大のために、より高い回転数および負荷に向かって特別に構成されたオットーエンジンが使用される。
【００２１】
上記された方法を実施するための本発明による自動車は、以下を備えている。即ち：
−  有利には、ソフトウェアー的及び／または構造的な設計によって、特別に、上記された運転方法のために構成されている、希薄混合気で運転可能なオットーエンジン、特に成層燃焼可能な直接噴射式オットーエンジン、
−  ＮＯｘ貯蔵触媒装置、および、このＮＯｘ貯蔵触媒装置、及び／またはこのＮＯｘ貯蔵触媒装置に供給される排気ガスを冷却するための冷却装置を有する、オットーエンジンの後ろに接続された排気ガス装置、その際、
この排気ガス装置が、有利には、更に、少なくとも１つのこのＮＯｘ貯蔵触媒装置の前もしくは後に接続された温度センサー、及び／または少なくとも１つのこのＮＯｘ貯蔵触媒装置に装着された温度センサー、並びにこのＮＯｘ貯蔵触媒装置の後に接続されたＮＯｘセンサーを備えており、および、
−  上記された本発明によるエンジンおよび触媒装置運転方法を制御するため、並びに、上述のセンサーの測定信号を検出および評価するため、および、排気ガス放出および温度モデル化を動作点に依存して実施するために、所属して設けられたエンジン制御装置、
を備えている。
【００２２】
冷却装置は、例えば、マニホールド式触媒冷却装置（Kruemmerkatkuhlung）、多連式のヘッドパイプ、ＮＯｘ貯蔵触媒装置の上流側での空気冷却または水冷却された熱交換器のような、全て公知の、受動的に作用する、および能動的に切り替え可能な排気ガス及び／または触媒装置冷却構成を備えている。
この冷却装置は、しかも有利には、
−  冷却性能のための制御装置、
−  例えば、適当に形成された有利には切り替え可能な空気案内薄板、及び/またはＮＡＣＡノズル、及び/または特別に形成された気流調節可能な吸音−床裏面覆い部のような、冷却空気流のための案内装置、
−  選択的に、または付加的に空気冷却に対して使用される、空気とは違う冷却媒体、及び／または、
−  付加的な冷却装置の無い、オットーエンジンに所属して設けられた従来の排気ガス装置よりも、約５０％だけより高い冷却性能、
によって、特徴付けられている。何故ならば、このことによって、極めて効果的な、且つ要求に適合した、排気ガス及び／またはＮＯｘ貯蔵触媒装置の冷却が達成され得るからである。この付加的な冷却性能は、有利には、少なくとも約０．８ｋＷにおいて、特にしかも少なくとも約１．０ｋＷにおいて存在する。特に有利な実施形態は、しかもその上、少なくとも約１．５ｋＷの付加的な冷却性能を備えている。このオットーエンジンの全負荷の場合、付加的な冷却性能は、有利には、１リットルの気筒容積当たり約３０ｋＷまたは約２２ｋＷに至るまで、または１ｋＷのエンジン性能当たり約０．５ｋＷに至るまでの値である。
【００２３】
本発明の更なる詳細、特徴、および利点は、従属請求項  −自体で及び／または組合せの状態で−  からだけでなく、図１と関連する本発明による実施例の後述の説明からも与えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
既に上述されているように、ＤＩオットーエンジン（DI-Ottomotor）は、有利には、成層された希薄混合気状態で運転される。何故ならば、この運転方法によって、最も少ない燃料消費量が得られるからである。この有利な成層燃焼運転は、しかしながら、この燃焼過程からだけでなく、触媒装置温度からも、低い回転数および負荷に限定されている。何故ならば、増大する回転数および負荷でもって、迅速に上昇する排気ガス温度によって、後に接続されたＮＯｘ貯蔵触媒装置の熱的な作動領域  −この作動領域の上方で、触媒活性、もしくは触媒効率が著しく低下する−  が、迅速に超過され、従って、如何なる規定通りの窒素酸化物貯蔵も、もはや保証されていないからである。この従来技術による成層された希薄混合気状態の運転方法は、従って、図１において、相応して典型的な本来の状態に近い領域に限定されている。
【００２５】
１５００と２５００ｍｉｎ-1との間の回転数領域、および１．５と２．５ｂａｒとの間の実質的な中間作動圧力において、この燃焼過程から可能な成層燃焼割合（Schichtanteil）は、まだ１００％の値である。この場合、ＮＯｘ放出は、ＮＯｘ貯蔵触媒装置の前で、約２０〜６０ｇ／ｈ、およびこのＮＯｘ貯蔵触媒装置の後ろで、希薄混合気燃焼運転状態において、約０．２〜１ｇ／ｈである。このＮＯｘ貯蔵触媒装置の温度は、約２００と２８０℃との間に存在し、従って、約２００〜５００℃の維持されるべき作動温度範囲に関連して、問題の無い触媒装置状態が達せられ、且つ、同様に規定通りの排気ガス浄化を顧慮しても、１００％の成層燃焼割合が調節可能である。
【００２６】
より高い回転数および負荷の場合、燃焼過程側で、わずか限定された成層燃焼運転だけが可能であり、従って、部分的に、約１０〜１５％だけ燃料消費に都合が悪い、均一状態の化学量論的な運転方法へと切り替えられねばならず、この作動方法の作動領域が、図１において、より高い回転数、負荷、および触媒装置温度に向かって、それに応じて、直接的に成層された希薄混合気状態の作動領域に接続している。
【００２７】
１５００と２５００ｍｉｎ-1との間の重要な回転数領域、および２と３．５ｂａｒとの間の実質的な中間作動圧力において、この燃焼過程から可能な成層燃焼割合は、まだ８０％以上の値である。ＮＯｘ放出は、この場合、ＮＯｘ貯蔵触媒装置の前で、約２０〜７０ｇ／ｈ、およびこのＮＯｘ貯蔵触媒装置の後ろで、希薄混合気燃焼運転状態において、約０．３〜２０ｇ／ｈである。
【００２８】
この運転範囲は、しかしながら、同様により高い排気ガス温度および触媒装置温度をも伴っており、従って、ＮＯｘ貯蔵触媒装置の温度が、約３００と４５０℃との間に存在する。
【００２９】
４５０℃の触媒装置温度、および、同時に７０ｇ／ｈのＮＯｘ未処理物質排出の場合、わずか不十分なＮＯｘ転換だけが可能であるので、排気ガス浄化によって必要な均一状態の化学量論的な割合（ラムダ（λ）＝１の割合）は、新しい触媒装置システムの場合、既に、約２０％の値であり、および、劣化した触媒装置システムの場合、７０％までの値である。この燃料消費に都合が悪い作動モード  −この作動モードの作動領域が、成層燃焼の作動領域を、図１における、より高い回転数、負荷、および触媒装置温度の領域において囲繞する−  において、３元触媒特性（3-Wege-Eigenschaften）を有するＮＯｘ貯蔵触媒装置が作動する。
【００３０】
提示された温度値および排気ガス放出値、並びに、排気ガス浄化から必要なラムダ（λ）＝１の割合、およびこれに関連する成層燃焼の運転方法の不許可性は、従来の付加的冷却装置の無い、単に自動車アンダーボディー領域における通常の空気流によって冷却される、排気ガス装置に関連がある。
【００３１】
１．４リットルのＤＩオットーエンジン（直接噴射式エンジン）および５段変速機を備える自動車は、λ＝１．０における第５変速段における８０ｋｍ／ｈの場合、４０ｋｇ／ｈの排気ガス質量流量、前触媒装置の後で６００℃の排気ガス温度、および、４９０℃のＮＯｘ貯蔵触媒装置内への排気ガスの流入温度を有しており、従って、排気ガス装置の熱放出は、２５℃の周囲温度、および６０％の空気湿度において、
Ｐab＝ｍAb  −  ＣP,AB  ｘ  delta ＴAB＝４０／３６００  ｘ  １．０５  ｘ  （６００−４９０）ｋＷ＝１．２８３ｋＷ
の値である（ここで、Ａｂ＝Abgas（排気ガス））。
【００３２】
排気ガス質量流量、温度、および空気湿度のための上に述べた諸条件における、付加的な０．８ｋＷの冷却性能を有する、上記された様式の冷却装置の本発明による使用の場合、約４２２℃までの排気ガス流入温度の降下が与えられる。
【００３３】
この入口温度でもって、ＮＯｘ貯蔵触媒装置が、明確に、このＮＯｘ貯蔵触媒装置の、５００℃の最大の希薄混合気状態でのＮＯｘ貯蔵触媒装置の作動温度（Mager-NOx-Arbeitstemperatur）以下にあるので、エンジンの希薄混合気状態の成層燃焼運転は許容される。ラムダ（λ）＝１．９でもっての成層燃焼運転の場合、排気ガス質量流量は、７５ｋｇ／ｈまでに上昇し、且つ、前触媒装置の後での排気ガス温度が、５２０℃までに下降する。このＮＯｘ貯蔵触媒装置内への流入温度は、従来の排気ガス装置の場合、４６０℃である。この従来の排気ガス装置の冷却性能は、これに伴い、１．３１３ｋＷの値であり、且つただほんの少しだけ変化する。ＮＯｘ貯蔵触媒装置温度は、希薄混合気状態でのＮＯｘ貯蔵触媒装置の作動範囲（Mager-NOx-Arbeitsfenster）の上側限界にあり、従って、この成層燃焼運転が、このＮＯｘ貯蔵触媒装置の下流側での、特に劣化した貯蔵触媒装置の場合に極めて高いＮＯｘ放出のために、ただ限定された状態で、０％から２０％までの割合でもって許容される。
【００３４】
付加的な０．８ｋＷの冷却性能を有する、上記された様式の冷却装置の本発明による使用の場合、希薄混合気燃焼運転状態において、約４２３℃までの排気ガス流入温度の降下が与えられ、この降下によって、明確により高い触媒効率が、相応して顕著な、＜１０ｇ／ｈのＮＯｘ放出値の減少でもって達成され得る。それに加えて、従来の冷却されていない排気ガス装置とは異なって、少なくとも約３０％の、確認可能な燃料消費の低下を伴う成層燃焼割合が調節可能である。成層燃焼作動領域の相応する増大は、図１において、概略的に図示されている。
【００３５】
１．０ｋＷの付加的な冷却性能でもって、排気ガス流入温度の降下は、４１４℃まで、および１．５ｋＷの付加的な冷却性能でもって、しかもその上、３９１℃まで達成され得る。このことによって、少なくとも４０％、もしくは少なくとも５０％の成層燃焼割合が調節され、この成層燃焼割合は、明確な燃料消費の低下によって、特徴付けられている。
【００３６】
オットーエンジンおよび所属して設けられたＮＯｘ貯蔵触媒装置は、この場合、ＮＯｘ放出が、このＮＯｘ貯蔵触媒装置の後ろで、わずか最高で約６ｇ／ｈだけ、およびこのＮＯｘ貯蔵触媒装置のＮＯｘ転換度が、少なくとも約８５％の値であるように運転可能であり、従って、本発明による方法によって、全ての現今有効な排気ガス規定だけでなく、全ての最近数年の間に確定された排気ガス規定も遵守される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】回転数、負荷、および触媒装置温度に依存した状態における、ＤＩオットーエンジンの種々の作動領域、および、均一状態の希薄混合気燃焼状態の運転方法の調節可能性に対する、本発明による触媒装置温度降下の効果を概略的に図示した図である。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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