(57)【要約】  本発明は、空気過剰状態で運転される希薄燃焼運転モードと、運転される空気欠乏状態で燃料過多燃焼運転モードとで運転可能な内燃機関の排気ガスを浄化する排気ガス浄化システム（１）を動作する方法であって、  排気ガス浄化システム（１）が、排気ガスの流れ方向に順番に配置されている、  還元条件では少なくとも部分的に、排気ガスに含まれる酸化窒素を触媒作用でアンモニアにすることができるアンモニア生成触媒（５）と、  第１の排気ガスセンサ（Ｓ１）と、  アンモニア貯蔵力を有するアンモニアＳＣＲ触媒（７）と、  アンモニアＳＣＲ触媒（７）のすぐ下流側に配置され、酸素貯蔵力と酸化窒素貯蔵力とを有する酸化窒素貯蔵触媒（８）と、  第２の排気ガスセンサ（Ｓ２）とを備える方法に関する。  その際、第１及び第２の排気ガスセンサ（Ｓ１、Ｓ２）として、排気ガスの酸化窒素含有量と相関する第１の信号（Ｓs1、ＳS2）と、排気ガスのラムダ値と相関する第２の信号（λS1、λS2）とを発信可能な排気ガスセンサが使用される。診断運転では希薄燃焼運転モードと燃料過多燃焼運転モードとを有する内燃機関の互いに直に続く運転段階で第１及び第２の排気ガスセンサ（Ｓ１、Ｓ２）の第１及び第２の信号を評価することによって、アンモニアＳＣＲ触媒（７）のアンモニア貯蔵力、酸化窒素貯蔵触媒（８）の酸素貯蔵力、及びオプションとして酸化窒素貯蔵触媒（８）の酸化窒素貯蔵力が判定される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気過剰状態で運転される希薄燃焼運転モードと、空気欠乏状態で運転される燃料過多燃焼運転モードとで運転可能な内燃機関の排気ガスを浄化する排気ガス浄化システム（１）を動作する方法であって、
前記排気ガス浄化システム（１）が、排気ガスの流れ方向に順番に配置されている、
還元条件では少なくとも部分的に、排気ガスに含まれる酸化窒素を触媒作用でアンモニアにすることができるアンモニア生成触媒（５）と、
第１の排気ガスセンサ（Ｓ１）と、
アンモニア貯蔵力を有するアンモニアＳＣＲ触媒（７）と、
前記アンモニアＳＣＲ触媒（７）のすぐ下流側に配置された、酸素貯蔵力と酸化窒素貯蔵力とを有する酸化窒素貯蔵触媒（８）と、
第２の排気ガスセンサ（Ｓ２）とを備え、
第１及び第２の排気ガスセンサ（Ｓ１、Ｓ２）として、排気ガスの酸化窒素含有量と相関する第１の信号（Ｓs1、ＳS2）と、排気ガスのラムダ値と相関する第２の信号（λS1、λS2）とを発信可能である排気ガスセンサが使用され、診断運転では希薄燃焼運転モードと燃料過多燃焼運転モードとを有する内燃機関の互いに直に続く運転段階で第１及び第２の排気ガスセンサ（Ｓ１、Ｓ２）の第１及び第２の信号を評価することによって、アンモニアＳＣＲ触媒（７）のアンモニア貯蔵力、酸化窒素貯蔵触媒（８）の酸素貯蔵力、及びオプションとして酸化窒素貯蔵触媒（８）の酸化窒素貯蔵力が判定される方法。
【請求項２】
診断運転において、酸化窒素貯蔵触媒（８）の酸素貯蔵力と酸化窒素貯蔵力との第１の貯蔵力合計値と、酸化窒素貯蔵触媒（８）の酸化窒素貯蔵力とＮＨ３−ＳＣＲ触媒（７）のアンモニア貯蔵力との第２の貯蔵力合計値とが判定され、判定された酸素貯蔵力と、第１及び第２の貯蔵力合計値とを相殺することによって、アンモニアＳＣＲ触媒（７）のＮＨ3貯蔵力が判定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】
診断運転において、酸化窒素貯蔵触媒（８）の酸素貯蔵力と酸化窒素貯蔵力との第１の貯蔵力合計値が判定され、判定された酸素貯蔵力を第１の貯蔵力合計値と相殺することによって、酸化窒素貯蔵触媒（８）の酸化窒素貯蔵力が判定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
診断運転において、内燃機関は、アンモニアＳＣＲ触媒（７）のアンモニア貯蔵力が、燃料過多燃焼運転モードでアンモニア生成触媒（５）で生成され、排気ガスと共にアンモニアＳＣＲ触媒（７）に入るアンモニアの受容によって少なくとも大幅に消耗し、酸化窒素貯蔵触媒（８）から貯蔵された酸化窒素及び酸素の少なくとも大部分が放出されるまで第１の方法ステップで運転され、直後の第２の方法ステップで内燃機関の運転の希薄燃焼運転モードへの切換えが行われ、燃料過多燃焼から希薄燃焼への切換えを示す第１の排気ガスセンサ（Ｓ１）の第２の信号（λS1）と、燃料過多燃焼から希薄燃焼への切換えを示す第２の排気ガスセンサ（Ｓ２）の第２の信号（λS2）との間の時間遅延から酸化窒素貯蔵触媒（８）の酸素貯蔵力が判定されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
診断運転において、内燃機関は、アンモニアＳＣＲ触媒（７）のアンモニア貯蔵力が、燃料過多燃焼運転モードでアンモニア生成触媒（５）で生成され、排気ガスと共にアンモニアＳＣＲ触媒（７）に入るアンモニアの受容によって少なくとも大幅に消耗し、酸化窒素貯蔵触媒（８）から貯蔵された酸化窒素及び酸素の少なくとも大部分が放出されるまで燃料過多燃焼運転モードで運転され、直後の第２の方法ステップで、内燃機関の運転の希薄燃焼運転モードへの切換えが行われ、第３の方法ステップで、内燃機関は、酸化窒素貯蔵触媒（８）の酸化窒素貯蔵力が排気ガスと共に酸化窒素貯蔵触媒（８）に入る酸化窒素が貯蔵されることによって少なくとも大幅に消耗するまで希薄燃焼運転モードで運転され、第３の方法ステップの時間に積分された第１及び第２の排気ガスセンサ（Ｓ１、Ｓ２）の第１の信号（ＳS1、ＳS2）から第２の貯蔵力合計値が判定されることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
診断運転では、酸化窒素貯蔵触媒（８）の酸化窒素貯蔵力が少なくともほぼ消耗した内燃機関の希薄燃焼運転から始まって、内燃機関の運転の燃料過多燃焼運転モードへの切換えが行われ、燃料過多燃焼運転モードは、第２の排気ガスセンサ（Ｓ２）の第２の信号（λS2）が希薄燃焼から燃料過多燃焼への切換えを示し、少なくとも希薄燃焼運転モードから燃料過多燃焼運転モードへの切換えを示す第１の排気ガスセンサ（Ｓ１）の第２の信号（λS1）と、希薄燃焼運転モードから燃料過多燃焼運転モードへの切換えを示す第２の排気ガスセンサ（Ｓ２）の第２の信号（λS2）との間の時間遅延が判定されるまで維持されることを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
第１の貯蔵力合計値を判定するため、補足的に内燃機関の希薄燃焼動作モードから燃料過多燃焼運転モードへの切換えと共に行われる、酸化窒素貯蔵触媒（８）から還元されずに脱着する酸化窒素の放出が、第２の排気ガスセンサ（Ｓ２）の第１の信号の要約的な検出によって考慮されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
内燃機関は診断運転以外では、希薄燃焼運転モードと燃料過多燃焼運転モードで交互の運転段階で運転され、燃料過多燃焼運転モードでのそれぞれの運転段階は遅くとも、アンモニアＳＣＲ触媒（７）に貯蔵されているアンモニア量が、アンモニアＳＣＲ触媒（７）のアンモニア貯蔵力未満である所定の閾値に達すると終了することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希薄燃焼運転モードでは空気過剰状態で、また燃料過多燃焼運転モードでは空気欠乏状態で運転可能な内燃機関の排気ガス浄化システムを運転する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１から、希薄燃焼運転モードでは空気過剰状態で、また燃料過多燃焼運転モードでは空気欠乏状態で運転可能な内燃機関が公知である。ある実施形態では、内燃機関は、排気ガスの流れ方向に順番にアンモニア生成触媒、アンモニア（ＮＨ3）貯蔵力のあるアンモニアＳＣＲ触媒、及び酸化窒素貯蔵触媒が配置された排気ガス浄化システムを備えている。酸化窒素貯蔵触媒は、内燃機関の希薄燃焼条件では排気ガスに含まれる酸化窒素（ＮＯx）を貯蔵可能な特性を有している。燃料過多燃焼運転条件では、ＮＯｘ貯蔵触媒に貯蔵されたＮＯxは、排気ガスに含まれる還元作用のある成分によって還元され、それによってＮＯｘ貯蔵触媒が再生される。更に、燃料過多燃焼運転モードで排気ガスに含まれるＮＯxは、還元作用のある排気ガス成分とのＮＨ３生成触媒での反応によって少なくとも部分的に還元されてＮＨ3になり、このように生成されたＮＨ3は下流側のＮＨ３−ＳＣＲ触媒に貯蔵される。したがって、内燃機関が希薄燃焼運転モードで運転すると、排気ガスに含まれるＮＯｘはＮＨ３−ＳＣＲ触媒に貯蔵されたＮＨ3を用いた還元によって、及びＮＯｘ貯蔵触媒ヘの貯蔵によって排気ガスから除去することができる。このようにして、ＮＯｘ貯蔵触媒だけを使用するよりもＮＯｘの低減が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】欧州特許第０  ８７８  ６０９  Ａ２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、内燃機関の排気ガスからできるだけ完全に有害物質を除去することができる、上記の種類の排気ガス浄化システムを動作する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、この課題を請求項１に記載の特徴の方法によって解決する。
【０００６】
本発明による方法は、希薄燃運転モードでは空気過剰状態で、また燃料過多燃焼運転モードでは空気欠乏状態で運転可能な内燃機関の排気ガス浄化システムで使用される。排気ガス浄化システムは、排気ガスの流れ方向に、還元条件では排気ガスに含まれるＮＯxからＮＨ3への少なくとも部分的な還元反応を触媒できるＮＨ３−生成触媒と、第１の排ガセンサと、ＮＨ3の貯蔵力を有するＮＨ３−ＳＣＲ触媒と、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒のすぐ下流の酸素貯蔵力（Ｏ2）とＮＯxの貯蔵力とを有する酸化窒素貯蔵触媒と、第２の排気ガスセンサとを、順番に配置して備えている。第１及び第２の排気ガスセンサとして、排気ガスのＮＯｘ含有量に対応する第１の信号と、排気ガスのラムダ値に対応する第２の信号とをそれぞれ発信できる排気ガスセンサが使用される。ここでラムダ値は通常通り、１．０の化学量論的ラムダ値、及び／又はその際に発生する排気ガスの酸化ポテンシャル、及び／又は還元ポテンシャル（排気ガス−ラムダ値）に対する、内燃機関から送られる空気と燃料（エンジン−ラムダ値）の比率であると理解されたい。直接続く希薄燃焼運転モードと燃料過多燃焼動モードとを有する内燃機関の運転段階での診断運転では、第１及び第２の排気ガスセンサの信号を評価することによって、ＮＨ３−ＳＣＲ貯蔵触媒のＮＨ３貯蔵力、ＮＯｘ貯蔵触媒の酸素貯蔵力（ＯＳＣ＝酸素貯蔵力）、及びオプションとしてＮＯｘ貯蔵触媒のＮＯｘ貯蔵力が判定される。ここで、触媒でのＯ2、ＮＯx及び／又はＮＨ3の貯蔵は、可逆的な貯蔵であると理解されたい。すなわち、貯蔵可能なＯ2、ＮＯx、及び／又はＮＨ3は、対応する排気ガス成分との反応によって触媒から再び除去することができる。しかし、通常はＮＨ３−ＳＣＲ触媒に貯蔵されるＮＨ3及びＮＯｘ貯蔵触媒に貯蔵されるＮＯxは別の態様で、例えば熱によって脱着される。
【０００７】
発明者は、包括的で有効、かつ根本的な排気ガス浄化を達成するために、定常運転で実施される希薄燃焼運転モードと燃料過多燃焼運転モードの交互の運転では、希薄燃焼運転モードと燃料過多燃焼運転モードを有する内燃機関の運転段階の継続時間を、ＮＯｘ貯蔵触媒とＮＨ３−ＳＣＲ触媒の貯蔵特性に適応させる必要があることを認識した。適応が不十分だと、ＮＯx、ＨＣ、ＣＯ及びＮＨ3の不都合な残留放出が生じることがある。本発明の発明者は特に、燃料過多燃焼運転モードのＮＨ３−ＳＣＲ触媒のＮＨ3貯蔵力との適応が不十分である結果、気候にダメージを与える亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）の不都合な二次放出が生じることを認識した。すなわち、燃料過多燃焼運転段階が長時間継続することによって大量のＮＨ３が生成され、ＮＨ３−ＳＣＲ貯蔵触媒に貯蔵されると、ＮＨ3がＮＨ３−ＳＣＲ触媒からスリップすることがある。しかし、ＮＯｘ貯蔵触媒に入るＮＨ3は、次いでＮＯｘ貯蔵触媒中で酸化されてＮ2Ｏになることがある。本発明によるＮＨ３−ＳＣＲ触媒のＮＨ3貯蔵力の判定、及びＯＳＣの判定、及び場合によってはＮＯｘ貯蔵触媒のＮＯｘ貯蔵力の判定により、燃料過多燃焼運転モードと希薄燃焼運転モードの継続時間を、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒、及びＮＯｘ貯蔵触媒の貯蔵特性に最適に適応させ、ひいては上記の二次放出を大幅に低減することが可能である。
【０００８】
ＮＨ３生成触媒とＮＯｘ貯蔵触媒の貯蔵特性を判定するために、排気ガスのＮＯｘ含有量に対応する第１の信号と、排気ガスのラムダ値に対応する第２の信号の少なくとも一方をそれぞれ発信可能な排気ガスセンサをＮＨ３生成触媒とＮＨ３−ＳＣＲ貯蔵触媒との間、及び／又はＮＯｘ貯蔵触媒の後方に使用することが特に有利であると実証されている。排気ガスセンサは、排気ガスが到達可能で、対応する信号を生成可能な測定セルを備えている。好適には、排気ガスのＮＨ3含有量、及び／又はＮＯx含有量に相関する信号、更には排気ガスのラムダ値に相関する信号を発信可能な集積センサが使用される。しかし、第１及び／又は第２の排気ガスセンサ用に各排気ガス成分ごとに選択的に感応する別個のセンサを使用してもよいが、それは機材コストが増大するので好ましくない。ＮＨ３生成触媒とＮＨ３−ＳＣＲ触媒との間の、また、ＮＯｘ貯蔵触媒の下流側の排気ガスセンサによって、希薄燃焼運転モードと燃料過多燃焼運転モードのそれぞれの段階の継続時間が制御される。そのために、排気ガスセンサの出力信号が電子制御ユニットにより評価される。
【０００９】
通常は、触媒の貯蔵特性の判定を伴う時折実施される診断運転は、触媒の貯蔵力の値が経年劣化により変化することがあるため特に有利である。貯蔵力の実測値が判定されると、希薄燃焼運転モードと燃料過多燃焼運転モードとの通常の切換え時に、最適な排気ガス浄化のためにそれぞれの段階の継続時間を、場合によっては変化した触媒の貯蔵力の値に適応させることができる。特に、ＮＯｘ貯蔵触媒での亜酸化窒素の生成を避けるためには、亜酸化窒素は第２の排気ガスセンサによっては検出できないか、少なくとも信頼性をもって検出できないため、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒のＮＨ３貯蔵力の実測値を知り、これを考慮することが有利である。ＮＨ３生成触媒でのＮＨ3の生成を伴う燃料過多燃焼運転モードでの内燃機関の運転時間は、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒の実際のＮＨ３貯蔵力の消耗の程度に応じて決定することができる。
【００１０】
実証されている通り、本発明で好適に実施されているようにＮＨ３−ＳＣＲ触媒とＮＯｘ貯蔵触媒との間の更に別の排気ガスセンサを置かなければ、ＮＯｘ貯蔵触媒のＯＳＣだけが、診断運転で直接判定できる、順番に直接配置されているＮＨ３−ＳＣＲ触媒と酸化窒素貯蔵触媒の直列の組み合わせの貯蔵力の値である。その理由は、ＮＯｘ貯蔵触媒にはＯＳＣがあるのに対して、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒にはないからである。これに対して、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒のＮＨ3貯蔵力とＮＯｘ貯蔵触媒のＮＯｘ貯蔵力は、排気ガス浄化システムのこのような実施形態では個別には直接判定できない。その理由はこの場合も、ＮＯxがＮＨ３−ＳＣＲ触媒に貯蔵されるＮＨ3との還元反応によって排気ガスから除去されるのか、又はＮＯｘ貯蔵触媒のＮＯｘ貯蔵物質に貯蔵されることによって除去されるかは一般に区別できないからである。ＮＯｘ貯蔵触媒のＯＳＣとＮＯｘ貯蔵力についても同様に合計値を判定することができる。
【００１１】
したがって、本発明の実施形態では、診断運転でＮＯｘ貯蔵触媒のＯＳＣとＮＯｘ貯蔵力の第１の貯蔵力合計値、及びＮＯｘ貯蔵触媒のＮＯｘ貯蔵力とＮＨ３−ＳＣＲ触媒のＮＨ３貯蔵力の第２の貯蔵力合計値が判定され、判定されたＯＳＣと第１及び第２の貯蔵力合計値とを相殺することによって、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒のＮＨ３貯蔵力を判定することができる。
【００１２】
ＯＳＣ及びＮＯｘ貯蔵力は、それぞれの条件下でＮＯｘ貯蔵触媒のそれぞれの貯蔵物質中にＯ2及び／又はＮＯを貯蔵できるモル数又は質量を示す。１モルのＣＯ、又はＨ2を酸化するには１／２モルのＯ2と１モルのＮＯとが必要であるため、ＯＳＣ及び第１の貯蔵力合計値は例えばそれぞれＣＯ等量、又はＨ２等量にスケーリングすることができる。この場合、第１の貯蔵力合計値はＯＳＣのＣＯ等量又はＨ２等量と、ＮＯｘ貯蔵触媒のＮＯｘ貯蔵力の合計によって示される。ＮＨ３貯蔵力及びＮＯｘ貯蔵力、及び第２の貯蔵力合計値は、例えばそれぞれＮ2等量で示すことができる。
【００１３】
本発明の別の実施形態では、診断運転でＮＯｘ貯蔵触媒のＮＯｘ貯蔵力を判定するために、ＮＯｘ貯蔵触媒のＯＳＣ及びＮＯｘの第１の貯蔵力合計値が判定され、判定されたＯＳＣを第１の貯蔵力合計値と相殺することによって、ＮＯｘ貯蔵触媒のＮＯｘ貯蔵力が判定される。
【００１４】
ＮＯｘ貯蔵触媒のＯＳＣを直接判定するため、本発明の別の実施形態では、診断運転において、内燃機関は、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒のＮＨ３貯蔵力が、燃料過多燃焼運転モードでＮＨ３生成触媒で生成され、排気ガスと共にＮＨ３−ＳＣＲ触媒に入るＮＨ3の受容によって少なくとも大幅に消耗し、ＮＯｘ貯蔵触媒から貯蔵されたＮＯx及びＯ2の少なくとも大部分が（可逆的に）放出されるまで第１の方法ステップで運転され、直後の第２の方法ステップで内燃機関の運転の希薄燃焼運転モードへの切換えが行われ、燃料過多燃焼から希薄燃焼への切換えを示す第１の排気ガスセンサの第２の信号と、燃料過多燃焼から希薄燃焼への切換えを示す第２の排気ガスセンサの第２の信号との間の時間遅延からＮＯｘ貯蔵触媒のＯＳＣが判定される。
【００１５】
第２の貯蔵力合計値を直接判定するため、本発明の別の実施形態では、診断運転において、内燃機関は、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒のＮＨ３貯蔵力が、燃料過多燃焼運転モードでＮＨ３生成触媒で生成され、排気ガスと共にＮＨ３−ＳＣＲ触媒に入るＮＨ3の受容によって少なくとも大幅に消耗し、ＮＯｘ貯蔵触媒から貯蔵されたＮＯx及びＯ2の少なくとも大部分が（可逆的に）放出されるまで第１の方法ステップで動作され、直後の第２の方法ステップで内燃機関の運転の燃料過多燃焼運転モードから希薄燃焼運転モードへの切換えが行われ、第３の方法ステップで、ＮＯｘ貯蔵触媒のＮＯｘ貯蔵力が排気ガスと共にＮＯｘ貯蔵触媒に入るＮＯxの貯蔵によって少なくとも大幅に消耗するまで内燃機関は希薄燃焼運転モードで運転される。次いで、第３の方法ステップの時間を経て積分された第１及び第２の排気ガスセンサの第１の信号から第２の貯蔵力合計値が判定される。
【００１６】
第１の貯蔵力合計値を判定するため、本発明の別の実施形態では、ＮＯｘ貯蔵力触媒のＮＯｘ貯蔵力が少なくともほとんど消耗した内燃機関の希薄燃焼運転から始まって、内燃機関の燃料過多燃焼運転モードへの切換えが行われ、第２の排気ガスセンサの第２の信号が燃料過多燃焼から希薄燃焼への切換えを示すまで燃料過多燃焼運転モードが維持される。次いで第１の貯蔵力合計値は、少なくとも希薄燃焼運転から燃料過多燃焼運転への切換えを示す第１の排気ガスセンサの第２の信号と、希薄燃焼運転から燃料過多燃焼運転への切換えを示す第２の信号センサの第２の信号との時間遅延から判定される。
【００１７】
方法の別の実施形態では、第１の貯蔵力合計値を判定するため、補足的に希薄燃焼から燃料過多燃焼への内燃機関の切換えと共に行われるＮＯｘ貯蔵触媒から還元されずに脱着されるＮＯｘの放出が、第２の排気ガスセンサの第１の信号の要約的な検出によって考慮に入れられる。特にＮＯｘ貯蔵触媒のＮＯｘ貯蔵力が、例えば長く継続する内燃機関の希薄燃焼運転モードでの運転によって比較的強く消耗すると、燃料過多燃焼運転モードへの切換え時に貯蔵されたＮＯxの脱着が生じることがあり、その際、脱着した酸化窒素は還元されずに、すなわちＮＯｘ貯蔵触媒から還元剤を消費せずに放出される。したがって、ＮＯｘ貯蔵触媒を再生するための還元剤の消費は低減し、したがって第２の排気ガスセンサの第２の信号が希薄燃焼運転から燃料過多燃焼運転への切換えを示すまでの時間は短縮される。このような場合、ＮＯｘ貯蔵触媒のＮＯｘ貯蔵力の判定はこのセンサ信号の切換えのみに基づいており、したがって誤差がある。しかし、第２の排気ガスセンサの第１の信号による還元されずに脱着するＮＯxの積分検出によってこのエラーを補正することができる。したがって、判定されたＮＯｘ貯蔵触媒のＮＯｘ貯蔵力合計値、及び／又は第２の貯蔵力合計値の正確さは向上する。
【００１８】
本発明により、診断運転以外では内燃機関は希薄燃焼運転モードと燃料過多燃焼運転モードとが切り換わる交互の運転段階で運転され、その際、燃料過多燃焼運転モードでのそれぞれの運転段階は、遅くともＮＨ３−ＳＣＲ触媒に貯蔵されるＮＨ３の量がＮＨ３−ＳＣＲ触媒のＮＨ３貯蔵力未満の所定の閾値に達する時点には終了するようにされている。このようにして、下流側のＮＯｘ貯蔵触媒に含まれるＮＨ3の還元による不都合な亜酸化窒素の生成を引き起こす、燃料過多燃焼運転モードでのＮＨ３−ＳＣＲ触媒でのＮＨ３のスリップが避けられる。ＮＨ３−ＳＣＲ触媒に貯蔵されたＮＨ3の量が閾値に達したと判定されると、好適にはＮＯｘ貯蔵触媒が依然として貯蔵されているＮＯxを有し、したがって完全には再生されていない場合でも、希薄燃焼運転への切換えによってＮＯｘ貯蔵触媒の再生が中断するようにされている。
【００１９】
本発明のその他の利点、特徴、及び詳細は、図面を参照した好適な実施形態の以下の説明によって明らかになる。前述の説明で記載した特徴、及び特徴の組み合わせ、及び以下の図の説明で記載し、及び／又は図面のみで示す特徴、及び特徴の組み合わせは、本発明の範囲を逸脱せずに、それぞれ示す組み合わせだけではなく、他の組み合わせで、又は単独でも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による排気ガス浄化システムの概略ブロック図である。
【図２】燃料過多燃焼運転から希薄燃焼運転に切換える際の、図１に示す排気ガス浄化システムの排気ガスセンサのラムダ値の曲線を概略的に示す第１のタイミング図である。
【図３】燃料過多燃焼運転から希薄燃焼運転に切換える際の、図１に示す排気ガス浄化システムの排気ガスセンサの波形を概略的に示す第２のタイミング図である。
【図４】燃料過多燃焼運転から希薄燃焼運転に切換える際の、図１に示す排気ガス浄化システムの排気ガスセンサのラムダ値の曲線を概略的に示す第３のタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、自動車の内燃機関（図示せず）の排気ガス浄化システム１の簡略な概略図である。内燃機関は空気過剰状態での希薄燃焼運転モードと、空気欠乏状態での燃料過多燃焼運転モードで運転可能である。この場合、内燃機関は外部点火式、直接噴射型ガソリンエンジンとして形成されている。しかし、圧縮点火式ディーゼルエンジンとして実施することもできる。内燃機関の排気ガスは矢印２で示す流れ方向に応じて排気ライン３を流れる。排気ガスライン３内には、排気ガスの流れ方向に順番にＮＨ３生成触媒５、第１の排気ガスセンサＳ１、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒７、ＮＯｘ貯蔵触媒８、及び第２の排気ガスセンサＳ２が配置されている。
【００２２】
ＮＨ３生成触媒５は別個のハウジング４内に配置され、還元条件下、すなわち触媒の内部を流れる排気ガスのラムダ値がλ＜１の場合は、排気ガスに含まれるＮＯxの少なくとも一部がＮＨ3に還元されることによってＮＨ3を生成することができる。ＮＨ3に還元されないＮＯｘの大部分は窒素（Ｎ2）に還元される。この場合、ＮＨ３生成触媒５は、酸素（Ｏ2）の貯蔵力を有するハニカム体構造の三元触媒（ＴＷＣ）として形成され、特にセリウム酸化物を含む対応するコーティングを備えている。コーティングは更に、主としてＮＨ３生成触媒５の触媒作用を担う、細密に分散された白金族の貴金属を含んでいる。ＮＨ３生成触媒５は、ＮＨ3収率を高めるために、その点で最適なコーティングを備えることができる。
【００２３】
好ましくはＮＨ３−ＳＣＲ触媒７も、被覆されたハニカム体として形成されている。触媒被覆材料は、酸化条件下、すなわち内部を流れる排気ガスのラムダ値がλ＞１の場合、貯蔵された、及び／又は供給される選択的なＮＯｘ還元剤としてのＮＨ3によって選択的で継続的なＮＯxの還元のための触媒作用を示すことができる。その際、還元生成物として主としてＮ２が生じる。触媒材料として好ましくは鉄又は銅を含むゼオライトである。触媒被覆材料の担体としてのハニカム体は、好ましくは完全に開放された流路を備えている。しかしハニカム体は、入口側が開放され、出口側が閉鎖された粒子フィルタとして、また入口側が閉鎖され、出口側が開放された流入路に隣接する流出路として形成されてもよい。その際、流路の壁は多孔質であり、排気ガスに含まれる粒子を濾過する役割を果たす。このような場合は、触媒コーティング材料を未処理ガス側、すなわち入口流路の流路壁に、及び／又は浄化側、すなわち出口流路の流路壁に塗布してもよい。しかし、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒７は、コーティングされない、ハニカム体構造のいわゆる非担持触媒として形成されてもよい。いずれにせよ、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒７は、その温度に応じて程度の差があるにせよ形成される、ＮＨ３を貯蔵する貯蔵力を有している。
【００２４】
同様にＮＯｘ貯蔵触媒８もコーティングされたハニカム体として形成されている。コーティングには、酸化条件下で排気ガスと共にＮＯｘ貯蔵触媒に流入するＮＯxを貯蔵し、ひいてはそれを排気ガスから除去する能力がある。そのために、コーティングは、通常、アルカリ金属、及び／又は例えばバリウムなどのアルカリ土類金属、更には細密に分散された白金族の貴金属の基本材料を有している。更に、ＮＯｘ貯蔵触媒８、及び／又はそのコーティングはＮＨ３−ＳＣＲ触媒とは異なり、酸素貯蔵力を備えている。ＮＯｘ貯蔵力の消耗が高まると共に、ＮＯx貯蔵力が低下する。しかし、ＮＯｘ貯蔵触媒８に時折還元作用のある排気ガス、すなわちラムダ値λ＜１の排気ガスを送ることによって再生することができる。そのために、内燃機関は燃料過多燃焼運転モードで運転される。その際、貯蔵されたＮＯxは再び放出され、排気ガスに含まれる還元作用のある成分で大部分がＮ2に転換される。
【００２５】
この場合、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒７と、ＮＯｘ貯蔵触媒８とは互いに直に連続して共通のハウジング６内に配置される。ここで互いに直に連続して、とは触媒７、８の間に別の浄化活性要素も排気ガスセンサもないことを意味する。通常は、触媒７、８はミリメートル幅又はセンチメートル幅の小さい間隙で互いに分離される。しかし、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒７及びＮＯｘ貯蔵触媒８を共通の担体上の互いに界接する共通のコーティングで形成してもよい。
【００２６】
排気ガス浄化システム１内には、ＮＨ３生成触媒５の下流側、及びＮＨ３−ＳＣＲ触媒７の入口側に第１の排気ガスセンサＳ１と、ＮＯｘ貯蔵触媒８の出口側に第２の排気ガスセンサＳ２が配置されている。特徴的には、排気ガスセンサＳ１、Ｓ２としてＮＯｘセンサが使用される。この場合、これは排気ガス中のＮＯｘ濃度に対応する信号も、ラムダ信号も発信するＮＯｘセンサである。ラムダ信号は、バイナリ型及び／又は線形、又は連続ラムダ信号であってよい。排気ガスセンサＳ１とＳ２とは同じタイプのものでよい。しかし、第１の排気ガスセンサＳ１として連続ラムダ信号を有する排気ガスセンサを、また第２の排気ガスセンサＳ２としてラムダ信号に関するジャンプ特性を有する排気ガスセンサを使用することもでき、またその逆でもよい。好ましくは、排気ガスセンサＳ１、Ｓ２は２チャンバ測定原理によって構成される。それによって、各排気ガスセンサＳ１、Ｓ２のための対応する個々のＮＯｘセンサによって、排気ガスセンサＳ１、Ｓ２を実装する際に、並行して評価できる少なくとも２つの出力信号を利用できる。そのために、排気ガスセンサＳ１、Ｓ２は評価及び制御ユニット（図示せず）に接続される。
【００２７】
通常は、排気ガスに含まれるＮＨ3により生成されるものと同規模の、排気ガス中のＮＯx濃度によって生成される信号に少なくともほぼ対応する出力信号が生成される。しかし一般的には排気ガス中にＮＨ3とＮＯxは同時には存在しないため、本発明で使用される排気ガスセンサＳ１、Ｓ２は排気ガスのラムダ値に対応する信号の他に、排気ガスのＮＯｘ濃度又はＮＨ３濃度のいずれか一方と相関する別の信号を発信する。以下では、排気ガス中のＮＯｘ濃度、又はＮＨ３濃度に相関する第１及び第２の排気ガスセンサの信号を第１の信号と呼び、排気ガスのラムダ値に相関する排気ガスセンサＳ１、Ｓ２の信号を第２の信号と呼ぶ。
【００２８】
定常運転では、内燃機関は希薄燃焼運転モードでは空気過剰状態で、また燃料過多燃焼運転モードでは空気欠乏状態で交互に運転される。希薄燃焼運転モード中、排気ガス中に幾分含まれるＣＯ及びＨＣなどの還元作用のある成分は、ＮＨ３生成触媒５内での酸化によって酸化され、ひいては排気ガスから除去される。しかし、排気ガス中に含まれるＮＯxはＮＨ３生成触媒５によって除去することはできない。このＮＯｘは、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒７が貯蔵ＮＨ3を有する限り、予め貯蔵されているＮＨ3を用いてＮＯｘが選択的に還元されるＮＨ３−ＳＣＲ触媒７に到達する。ＮＨ３のＮＨ３−ＳＣＲ触媒７内での貯蔵については以下に更に詳述する。例えば貯蔵ＮＨ３のストックが使い尽されたためにＮＨ３−ＳＣＲ触媒７に貯蔵されたＮＨ3がない場合は、排気ガス中に含まれるＮＯｘは再びＮＯｘ貯蔵触媒８に到達し、そこで吸収、及び／又は貯蔵によって排気ガスから除去される。このようにして、内燃機関は有害物質を相当程度に環境に放出せずに、比較的長時間、すなわち数分間まで燃焼を節約する希薄燃焼運転モードで運転することができる。
【００２９】
しかし、希薄燃焼運転モードでは、ＮＯｘ貯蔵触媒８に入るＮＯｘが貯蔵されるだけではなく、少量ではあるが排気ガス中に含まれる酸素（Ｏ2）の一部も貯蔵される。しかし、Ｏ2の貯蔵力（ＯＳＣ）はＮＯxの貯蔵力と同様に限定されている。ＮＯｘ貯蔵触媒８のＮＯｘ貯蔵力がある程度まで消耗すると、排気ガス中に含まれるＮＯxはもはや完全には吸収されず、程度の差はあるが強いＮＯｘスリップが生じる。第２の排気ガスセンサＳ２の第１の信号の評価によってスリップが判定されると、内燃機関は通常は燃料過多燃焼運転モードに切換えられる。燃料過多燃焼運転モードでは、燃焼空気の量、及び／又は燃料供給量の変化によってエンジンのラムダ値を約０．７５から０．９５に調整することができる。
【００３０】
燃料過多燃焼運転モードでは、排気ガス中に含まれるＮＯxはＮＨ３生成触媒５内で排気ガス中に含まれる還元成分との還元によってＮ2に還元されるが、かなりの程度までＮＨ3にも還元される。このように生成されたＮＨ3は排気ガスと共にＮＨ３−ＳＣＲ触媒７内に入り、そこで吸収、及び／又は貯蔵され、ひいては排気ガスから除去される。排気ガス中に未だに含まれる成分はＮＯｘ貯蔵触媒８に到達し、そこで貯蔵されているＮＯｘを還元する。それによって、ＮＯｘ貯蔵触媒８のＮＯｘ受容力が再生され、ひいてはＮＯｘ貯蔵触媒８が再生される。それと同時に、貯蔵されたＯ2と排気ガスの還元成分との反応によって、ＮＯｘ貯蔵触媒８の酸素貯蔵部が空になる。ＮＯｘ貯蔵触媒８の再生の完全性は、第２の排気ガスセンサＳ２の第２の信号を検出し、評価することによって判定することができる。第２の排気ガスセンサＳ２によって検出された排気ガスのラムダ値が１未満の値に低下すると、排気ガスの還元成分はＮＯｘ貯蔵触媒８を通過する。貯蔵されているＯ2及びＮＯxは次いで、少なくともほぼ完全にＮＯｘ貯蔵触媒８から除去される。この場合、再生は完全、又は少なくとも十分であると見なされ、内燃機関の運転は遅くともこの時点で再び希薄燃焼運転モードに切換えられる。
【００３１】
ＮＨ３−ＳＣＲ触媒７のＮＨ３貯蔵力も同様に限定されており、温度上昇と共に低減する。したがって、特に排気ガス温度が上昇すると、内燃機関の燃料過多燃焼運転中にＮＨ３−ＳＣＲ触媒７に入るＮＨ3の量はその受容能力にほぼ近づき、又はこれを超える状態が生じる。それによってＮＨ3のスリップが生じることがあり、通り抜けたＮＨ3がＮＯｘ貯蔵触媒８に達することがある。特にＮＯｘ貯蔵触媒８の再生がまだ終わっていない場合は、ＮＯｘ貯蔵触媒８内に入るＮＨ3がそこで酸化して亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）になり、次いで環境に達することがある。それは亜酸化窒素が気候にダメージを与えるため望ましくない。希薄燃焼運転モードでＮＨ３−ＳＣＲ触媒７内のＮＨ３貯蔵量が多い場合に、急激な温度上昇により熱によってＮＨ3が脱着され、ＮＯｘ貯蔵触媒８内にＮＨ3が入った場合にも、亜酸化窒素が生成されることがある。したがって、この場合、ＮＨ３生成触媒５内で生成されるＮＨ3の量、及び／又は燃料過多燃焼運転モードの継続時間をＮＨ３−ＳＣＲ触媒７の貯蔵力に適応させるようにする。そのために、ＮＨ３生成触媒５内で生成されたＮＨ3の量が、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒７のＮＨ3貯蔵力よりも一定程度だけ少ない値に達したと判定されると、燃料過多燃焼運転モードが中止される。この場合、燃料過多燃焼運転モードから希薄燃焼運転モードへの切換え時点は評価及び制御ユニットによって決定される。そのために、好ましくは、それぞれの運転条件に応じてＮＨ３生成触媒５でのＮＨ3の生成、及びＮＨ３−ＳＣＲ触媒７のＮＨ3貯蔵力を示す予め記憶された特性曲線が評価される。希薄燃焼運転モードへの切換えは好ましくは、以前にどのような結果が生じたかに応じて、生成されるＮＨ３の量が、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒７のＮＨ3貯蔵力よりも小さい所定の閾値に達した場合、又は第２の排気ガスセンサＳ２によって還元剤の漏出が検出された場合に、実施される。
【００３２】
ＮＨ３−ＳＣＲ触媒７のＮＨ3貯蔵力は経年劣化により低下することがあるため、本発明では、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒７のＮＨ3貯蔵力を時折、例えばそれぞれの所定の、又は指定可能な自動車の走行距離が終わった後に判定するようにされる。そのために、好ましくはほぼ一定の、また所定の又は指定できる運転条件が、以下により詳細に記載する診断運転に切換えられる。
【００３３】
診断運転では、希薄燃焼運転モードと燃料過多燃焼運転モードとを有する内燃機関の直接に連続する運転段階で、第１及び第２の排気ガスセンサの信号を評価することによって、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒７のＮＨ3貯蔵力、ＮＯｘ貯蔵触媒８の酸素貯蔵力、及びオプションとしてＮＯｘ貯蔵触媒８のＮＯｘ貯蔵力が判定される。その際の手順を図２から４に概略的に示す第１の排気ガスセンサＳ１の信号及び第２の排気ガスセンサの信号の時間特性を参照して以下に説明する。その際、内燃機関の排気ガス出口から第１の排気ガスセンサＳ１の設置位置まで流れる排気ガスの排気時間と、第１の排気ガスセンサＳ１から第２の排気ガスセンサＳ２の設置位置までの排気時間は考慮されないものの、時間経過曲線は時間補正される。
【００３４】
この場合、診断運転は燃料過多燃焼運転モードでの内燃機関の運転から開始される。その際、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒７のＮＨ3貯蔵力が、燃料過多燃焼運転モードでＮＨ３生成触媒５で生成され、排気ガスと共にＮＨ３−ＳＣＲ触媒７に入るＮＨ3の受容によって少なくとも大幅に消耗し、ＮＯｘ貯蔵触媒８が貯蔵されたＮＯx及びＯ2の少なくとも大部分を放出するまで燃料過多燃焼運転モードは維持される。このことは、第２の排気ガスセンサＳ２の第１の信号が第１の排気ガスセンサＳ１の第１の信号に少なくともほぼ対応し、更に第２の排気ガスセンサＳ２の第２の信号が１未満の排気ガスラムダ値、すなわち還元された排気ガス成分を示した場合に達成されたものと見なされる。この場合、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒７は貯蔵されたＮＨ3に関して少なくともほぼ飽和状態にある。排気ガスと共にＮＨ３−ＳＣＲ触媒７に入るＮＨ3は、もはや貯蔵によって排気ガスから除去することができず、排気ガスのＮＨ3含有量はＮＨ３−ＳＣＲ触媒７の下流側、及びＮＯｘ貯蔵触媒８の下流側でもＮＨ３−ＳＣＲ触媒７の流入側と少なくともほぼ同量になる。更に、ＮＯｘ貯蔵触媒８の下流側の排気ガスラムダ値が低減するため、ＮＯｘ貯蔵触媒８の酸素貯蔵部が確実に空になり、貯蔵されたＮＯxは除去される。それによって、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒７の上流、及びＮＯｘ貯蔵触媒８の下流の排気ガスのラムダ値、すなわち第１及び第２の排気ガスセンサの第２の信号もほぼ等しくなり、λMで示されるエンジンのラムダ値に対応する。この状態は、図２のタイミング図にｔ０２からｔ１２までの時間範囲で、エンジンのラムダ値λM（実線）、第１の排気ガスセンサＳ１の第２の信号λS1（破線）、及び第２の排気ガスセンサＳ２の第２の信号λS2（点線）が重複する線で示されている。
【００３５】
安定状態に達した後、ｔ１２の時点で内燃機関の運転は、好ましくは急激に希薄燃焼運転モードに切り換わる。これは破線λMの垂直な上昇で示されている。その結果、希薄な、過剰酸素を含む排気ガスはｔ１２からはＮＨ３生成触媒５に送られる。その際、先ず以前の燃料過多燃焼運転段階で空になったＮＨ３生成触媒５の酸素貯蔵部が再び満たされる。このような理由で、希薄な排気ガス成分は即座には第１の排気ガスセンサＳ１まで到達せず、その第２の信号λS1は先ず１．０のラムダ値に留まる。そのためＮＨ３−ＳＣＲ触媒７、及びＮＯｘ貯蔵触媒８にラムダ値が１．０の排気ガスが送り込まれるため、第２の排気ガスセンサＳ２の第２の信号λS2はこの値を示す。ｔ２２の時点で、ＮＨ３生成触媒５の酸素貯蔵部が満たされると、第１の排気ガスセンサＳ１の第２の信号λS1はエンジンのラムダ値λMにジャンプする。この時点ではＮＨ３−ＳＣＲ触媒７を流れる希薄な排気ガスはラムダ値が不変のままＮＯｘ貯蔵触媒８に到達する。排気ガス中に含まれる酸素がＮＯｘ貯蔵触媒８内に貯蔵されおり、その酸素貯蔵力が消耗していない限り、第２の排気ガスセンサＳ２の第２の信号λS2は更に１．０の排気ガスラムダ値に留まる。ＮＯｘ貯蔵触媒８の酸素貯蔵部がｔ３２の時点で満たされて初めて、第２の排気ガスセンサＳ２の第２の信号λS2もエンジンのラムダ値λMにジャンプする。したがって、ｔ２２とｔ３２との間の時間範囲で排気ガスと共にＮＯｘ貯蔵触媒８に入る酸素量は、ＮＯｘ貯蔵触媒８の酸素貯蔵部を満たすために使用された量である。しかし、排気ガスの酸素濃度、及び排気ガスの質量流量は、評価及び制御ユニットにデータが存在し、及び／又は判定できるため、これらの値、及び第１の排気ガスセンサＳ１の第２の信号λS1におけるエンジンのラムダ値λMへのジャンプと、第２の排気ガスセンサＳ２の第２の信号におけるエンジンのラムダ値λMへのジャンプとの間の測定される時間遅延ｔ３２−ｔ２２と共に、ＮＯｘ貯蔵触媒８の酸素貯蔵力（ＯＳＣ）を判定することができる。
【００３６】
したがって、ＮＯｘ貯蔵触媒８の酸素貯蔵力は図２に水平のハッチングで示されている面積Ａ２と相関する。これも記録することができ、ＮＯｘ貯蔵触媒８の酸素貯蔵力を判定するために利用される。図２に垂直のハッチングで示されている面積Ａ１も同様に、ＮＨ３生成触媒５の酸素貯蔵力を判定するために利用できる。このようにして、ＮＨ３生成触媒５の経年劣化による変化から酸素貯蔵力の変化も診断できる。
【００３７】
ＮＨ３−ＳＣＲ触媒７のＮＨ3貯蔵力が、燃料過多燃焼運転モードでＮＨ３生成触媒５で生成され、排気ガスと共にＮＨ３−ＳＣＲ触媒７に入るＮＨ3の受容によって少なくとも大幅に消耗し、またＮＯｘ貯蔵触媒８から貯蔵されたＮＯx及びＯ2の少なくとも大部分が放出されるまで維持される内燃機関の燃料過多燃焼運転モードから始まって、希薄燃焼運転モードに変更した後、ＮＯｘ貯蔵触媒８のＮＯｘ貯蔵力とＮＨ３−ＳＣＲ触媒７のＮＨ3貯蔵力との合計値も判定することができる。これについて図３のタイミング図を参照して以下により詳細に説明する。
【００３８】
図３のタイミング図には、内燃機関の未処理ＮＯｘ排出と共に、第１の排気ガスセンサＳ１及び第２の排気ガスセンサの、時間補正された第１の信号の概略的な時間経過曲線が概略的に示されている。内燃機関の未処理ＮＯｘ排出量はＮＯｘMと記載された実線で示されている。第１の排気ガスセンサＳ１の第１の信号は、ＳS1と記載された破線で、また第２の排気ガスセンサＳ２の第１の信号はＳS2と記載された点線で示されている。
【００３９】
燃料過多燃焼運転モードで内燃機関から放出されるＮＯｘはＮＨ３生成触媒５では完全にはＮＨ3に還元されないため、第１の排気ガスセンサＳ１の第１の信号ＳS1は内燃機関の未処理ＮＯｘ排出量ＮＯｘM未満にあり、この場合は排気ガスのＮＨ３濃度に相関すると解される。ＮＨ３−ＳＣＲ触媒７は貯蔵されたＮＨ3が飽和しているため、排気ガスに含まれるＮＨ3はＮＨ３−ＳＣＲ触媒７を貫通し、ＮＯx及びＯ2が空になったＮＯｘ貯蔵触媒８をそのまま通過する。したがって、第２の排気ガスセンサＳ２の第１の信号ＳS2は先ず第１の排気ガスセンサＳ１の第１の信号に対応する。経時的に安定した状態でｔ１３の時点に希薄燃焼運転モードに切換えられると、内燃機関の未処理ＮＯｘ排出ＮＯｘMは通常は高い数値にジャンプする。排気ガス中に含まれるＮＯｘは還元されずに排気ガスセンサＳ１に到達するため、第１の排気ガスセンサＳ１の第１の信号ＳS1も、この時点でＮＯｘであると解されるこの信号値に上昇する。排気ガス中に含まれるＮＯxは実質的に変化しない量のままでＮＨ３−ＳＣＲ触媒７に到達し、そこで先ず貯蔵されたＮＨ3との反応によって少なくとも大部分が還元されてＮ2になる。したがって、ＮＯｘ貯蔵触媒８には先ずＮＯxが含まれない排気ガスが到達する。したがって、第２の排気ガスセンサＳ２の第１の信号ＳS2は、ｔ１３の時点で少なくともほぼゼロに下がる。ＮＨ３−ＳＣＲ触媒７に貯蔵されたＮＨ3ストックが流入するＮＯxとの反応によって使い尽くされた場合でも、第２の排気ガスセンサＳ２の第１の信号ＳS2は、ＮＯｘ貯蔵触媒８に流入するＮＯxがそこに留まり、第２の排気ガスセンサＳ２には到達しないため当初はゼロに留まる。ＮＯｘ貯蔵触媒８のＮＯｘ貯蔵力が次第に消耗した時点で初めて、ＮＯｘ貯蔵触媒８の出口側で排気ガス中に含まれるＮＯxは第２の排気ガスセンサＳ２に到達する。したがって、第２の排気ガスセンサＳ２の第１の信号ＳS2はある程度の時間経過後に初めて上昇する。ＮＨ３−ＳＣＲ触媒７に貯蔵されたＮＨ３が使い尽され、更にＮＯｘ貯蔵触媒８のＮＯｘ貯蔵力が消耗した時点で初めて、第２の排気ガスセンサＳ２の第１の信号ＳS2は、第１の排気ガスセンサＳ１、ひいては内燃機関の未処理ＮＯｘ排出量ＮＯｘMに対応する値に達する。したがって、図３にハッチングで示されている面積Ａ３は、ｔ１３の時点で行われる希薄燃焼運転モードへの切り替え後に反応、又は貯蔵によって排気ガスから除去されるＮＯｘの総量を示している。したがって、ｔ１３の時点からある時点までの第２の排気ガスセンサＳ２の第１の信号ＳS2と内燃機関の未処理ＮＯｘ排出量ＮＯｘMとの所定の僅かな偏差を要約的に検出し、保存されたエンジン特性マップから判明する、この時間中で内燃機関から排出されたＮＯｘ量、及び／又はこの時間中に判定された第１の排気ガスセンサＳ１の第１の信号ＳS1の積分値と相殺することによって、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒７のＮＨ３貯蔵力と、ＮＯｘ貯蔵触媒８のＮＯｘ貯蔵力との合計値を判定することができる。
【００４０】
以下に、図４を参照して、診断運転の別の方法ステップで実施される、ＮＯｘ貯蔵触媒８の酸素貯蔵力とＮＯｘ貯蔵力の貯蔵力合計値の判定をより詳細に説明する。その際、図４には図２と同様に、エンジンのラムダ値λM（実線）、及び第１の排気ガスセンサＳ１の第２の信号λS1（破線）、及び第２の排気ガスセンサＳ２の第２の信号λS2（点線）の時間経過曲線が示されている。
【００４１】
ＮＯｘ貯蔵触媒８の酸素貯蔵力、及びＮＯｘ貯蔵力の貯蔵力合計値を判定するため、貯蔵されたＮＨ3がＮＨ３−ＳＣＲ触媒７に少なくともほぼ完全に存在せず、ＮＯｘ貯蔵触媒８のＮＯｘ貯蔵力がほぼ完全に消耗している、すなわちＮＯｘ貯蔵触媒８に貯蔵されたＮＯxが少なくともほぼ完全に飽和している内燃機関の希薄燃焼運転モードの状態が想定される。したがって、ここで、希薄燃焼運転モードは適宜の長さだけ継続する必要があるため、ＮＨ３生成触媒５とＮＯｘ貯蔵触媒８の酸素貯蔵部も満たされる。この状態で、排気ガスセンサＳ１、Ｓ２から発信される第２の信号λS1、λS2はエンジンのラムダ値λMに対応し、したがって、ｔ０４から始まる図４の対応する線と重なっている。
【００４２】
経時的に安定状態にある場合は、内燃機関はｔ１４の時点で好ましくは急激に燃料過多燃焼運転モードに切換えられ、したがってエンジンのラムダ値λMは１．０未満の調整値に下がる。これに対して、ＮＨ３生成触媒５に流入する還元作用のある排気ガス成分は貯蔵されているＯ2と反応し、排気ガスから除去されるため、第１の排気ガスセンサＳ１の第２の信号λS1は１．０の値に下がるだけである。このような理由から、ＮＨ３生成触媒５から流出し、第１の排気ガスセンサＳ１に達する排気ガスは、当初は還元作用のある成分を少なくともほぼ含まず、過剰酸素も含んでいない。化学的にほぼ不活性の排気ガスは、少なくともほぼ変化せずに第２の排気ガスセンサＳ２に達し、その第２の信号λS2は、排気通過時間を無視すればｔ１４の時点で排気ガスラムダ値１．０に対応する値に下がる。
【００４３】
この状態は、ｔ２４の時点でＮＨ３生成触媒５の酸素貯蔵部が空にされるまで維持される。ｔ２４の時点でＮＨ３生成触媒５の酸素貯蔵部が空になると、酸素によって還元作用のある成分はもはや排気ガスから除去されず、内燃機関から排出される還元性排気ガスはラムダ値がほぼ不変のまま第１の排気ガスセンサＳ１及びＮＨ３−ＳＣＲ触媒７に達する。したがって、第１の排気ガスセンサＳ１から発信される第２の信号λS1はｔ２４の時点でエンジンのラムダ値λMにジャンプする。ＮＨ３生成触媒５の酸素貯蔵部が空になると、この触媒は排気ガス中に含まれるＮＯｘの触媒作用による還元によってＮＨ3の生成を開始する。しかし、これは排気ガスのラムダ値に影響しない、又は僅かに影響するだけである。したがって、排気ガス中に含まれるＮＨ３はＮＨ３−ＳＣＲ触媒７に流入して排気ガスから除去され、ＮＯｘ貯蔵触媒８に流入する還元性排気ガスは、エンジンのラムダ値λMに少なくともほぼ対応する排気ガスラムダ値を有する。ｔ２４の時点でＮＯｘ貯蔵触媒８に入る還元作用のある排気ガス成分は、そこに貯蔵されたＮＯx及びＯ2と反応する。ＮＯｘ貯蔵触媒８に貯蔵されているＮＯx及びＯ2を利用できる限り、第２の排気ガスセンサＳ２から発信される第２の信号λS2は１．０のラムダ値に留まる。対応する貯蔵部が空になって初めて、還元作用のある排気ガス成分はＮＯｘ貯蔵触媒８によってもはや排気ガスから除去されなくなり、第２の排気ガスセンサＳ２に到達する。この場合、それはｔ３４の時点であるため、この時点で第２の排気ガスセンサＳ２の第２の信号λS2はエンジンのラムダ値λMに下がる。
【００４４】
上記の事実から、ｔ２４とｔ３４との間の時間範囲に内燃機関から放出される排気ガスに含まれる還元作用のある成分は、ＮＯｘ貯蔵触媒８に貯蔵されているＮＯx、及びＯ2との反応によって排気ガスから除去される結果になる。したがって、ｔ３４−ｔ２４の時間間隔は対応する貯蔵力値合計と相関する。ｔ３４−ｔ２４の時間間隔にエンジンから放出される還元作用のある成分の量は、制御及び評価ユニットによって取得され、及び／又は吸気量、排気ガスの質量流量などのユニットにより判定されるエンジンの運転データ、及び場合によってはその他の変数によって判定することができ、これらの変数はＮＯｘ貯蔵触媒８に貯蔵されているＮＯx量、及びＯ2量の値に直接換算することができる。これらの値は、エンジンの運転を燃料過多燃焼運転モードに切換える前にＮＯｘ貯蔵触媒８が飽和状態にあるため、この触媒の酸素貯蔵力、及びＮＯｘ貯蔵力の合計値に対応する。したがって、希薄燃焼運転から燃料過多燃焼運転への切換えを示す第１の排気ガスセンサＳ１の第２の信号λS1と、希薄燃焼運転から燃料過多燃焼運転への切換えを示す第２の排気ガスセンサＳ２の第２の信号λS2との間の時間遅延から、酸化窒素貯蔵触媒８の酸素貯蔵力とＮＯｘ貯蔵力との貯蔵力合計値を判定することができる。上記の説明、及び図４から分かるように、この貯蔵力合計値は図４に水平のハッチングで示されている面積Ａ５からも判定することができる。同様に、ＮＨ３生成触媒５の酸素貯蔵力も、垂直のハッチングで示されている面積Ａ４からも判定することができる。したがって、上記のように燃料過多燃焼運転モードから希薄燃焼運転モードへの切換えに関連して判定可能なＮＨ３生成触媒５の酸素貯蔵力と比較することによって、この貯蔵力特性値に許容される推定値を、例えば両方の結果を平均することによって得ることができる。
【００４５】
診断運転で行われる希薄燃焼運転モードから燃料過多燃焼運転モードへの切換え時には、脱着したＮＯｘが還元されずにＮＯx貯蔵触媒（８）から排出されるように、ＮＯx貯蔵触媒８に貯蔵されたＮＯｘを脱着させることができる。このような場合は、希薄燃焼運転から燃料過多燃焼運転への切換えを示す第１の排気ガスセンサＳ１の第２の信号λS1と、希薄燃焼運転から燃料過多燃焼運転への切換えを示す第２の排気ガスセンサＳ２の第２の信号λS2との間の時間遅延を評価することによって、酸化窒素貯蔵触媒８の酸素貯蔵力とＮＯｘ貯蔵力の合計値が低すぎると判定される。したがって、本発明では、ｔ１４の時点からほぼｔ３４の時点まで第２の排気ガスセンサＳ２の第１の信号ＳS2を積分することによって、ＮＯx貯蔵触媒８から還元されずに脱着されるＮＯxの量を要約的に検出するようにされる。その際に検出される合計値は、希薄燃焼から燃料過多燃焼への切換えを示す第１の排気ガスセンサＳ１の第２の信号λS1と、希薄燃焼から燃料過多燃焼への切換えを示す第２の排気ガスセンサＳ２の第２の信号λS2との間の時間遅延の評価によって判定された貯蔵力合計値に加えられる。それによって、その貯蔵力の誤判定を避けることができる。
【００４６】
前述のように、図１に示す本発明による排気ガス浄化システムの診断運転によって、一方ではＮＯｘ貯蔵触媒８の酸素貯蔵力（ＯＳＣ）を判定することができる。他方では、ＮＯｘ貯蔵触媒８のＮＯｘ貯蔵力とＮＨ３−ＳＣＲ触媒７のＮＨ３貯蔵力の合計と共に、酸化窒素貯蔵触媒８の酸素貯蔵力とＮＯｘ貯蔵力を合計した貯蔵力合計値も判定することができる。ＮＯｘ貯蔵触媒８の酸素貯蔵力をＯＣＮNSCで示し、ＮＯｘ貯蔵触媒８のＮＯｘ貯蔵力とＮＨ３−ＳＣＲ触媒７のＮＨ３貯蔵力の貯蔵力合計値をΣ（ＳNOx＋ＳNH3）で示し、また酸化窒素貯蔵触媒８の酸素貯蔵力とＮＯｘ貯蔵力の貯蔵力合計値をΣ（ＯＳＣNSC＋ＳNOx）で示すと、以下の関係式によってＮＨ３貯蔵力ＳNH3が得られる。
ＳNH3＝ＯＳＣNSC−Σ（ＯＳＣNSC＋ＳNOx）＋Σ（ＳNOx＋ＳNH3）
【００４７】
したがって、このようにして図１の排気ガスシステム１では直接、また個別に判定できないＮＨ３−ＳＣＲ触媒７のＮＨ３貯蔵力を間接的に判定することができる。それによって、排気ガスシステム１が常に、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒のＮＨ３スリップ、またそれによってＮＯｘ貯蔵触媒８で起きる亜酸化窒素の生成を確実に避けられるように動作することができる。それに加えて、前述のように診断運転で判定された貯蔵特性値を、この場合も直接、また個別に判定できないＮＯｘ貯蔵触媒８のＮＯｘ貯蔵力ＳNOxを以下の関係式で判定することができる。
ＳNOx＝Σ（ＯＳＣNSC＋ＳNOx）−ＯＳＣNSC
【００４８】
したがって、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒７、及びＮＯｘ貯蔵触媒８は連続的に及び／又はある間隔を置いてＮＨ3及び／又はＮＯxの貯蔵力を監視し、診断することができる。更に、前述のようにＮＨ３生成触媒５、及びＮＯｘ貯蔵触媒８の酸素貯蔵力を連続的に及び／又はある間隔を置いて判定し、したがってそれに関して触媒を監視し、診断することができる。したがって、全体として排気ガス浄化システム１の触媒５、７、８の監視と診断、ひいてはこれらの触媒に適応する排気ガス浄化システム１の経年変化による劣化の包括的な監視と診断が可能になる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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