CN111379636A

CN111379636A - 用于对催化器的填充水平进行模型辅助调节的模型不精确性和λ偏移之间进行区分的方法

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Publication number: CN111379636A
Application number: CN201911369635.8A
Authority: CN
Inventors: M.法伊
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2020-07-07
Anticipated expiration: 2039-12-26
Also published as: DE102019201293A1; CN111379636B; US20200208559A1; US10995644B2

Abstract

提出一种用于调节内燃机（10）的催化器（26）的废气成分存储器的填充水平的方法，其中，在使用路段模型（100）的情况下进行填充水平的调节，该路段模型具有催化器模型（102），并且其中，通过适配来校正影响对于填充水平的调节的测量参量或模型参量的不确定性，该适配基于布置在催化器（26）的输出侧的废气探测器（34）的信号。该方法的特征在于，与运行点相关地学习适配需求，与运行点相关地存储所学习的适配需求，并且基于运行点相关性在不确定性的彼此不同的原因之间进行区分。独立权利要求涉及一种设置用于执行该方法的控制器。

Description

用于对催化器的填充水平进行模型辅助调节的模型不精确性和λ偏移之间进行区分的方法

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于调节在内燃机的废气中的催化器的废气成分存储器的的方法。在其装置方面，本发明涉及一种根据独立装置权利要求的前序部分所述的控制器。

背景技术

分别由本申请人的DE 196 06 652 B4公知用于作为废气成分的氧气的、一种这样的方法和一种这样的控制器。

在该已知的方法中，在使用具有催化器模型的路段模型（Streckenmodell）的情况下进行填充水平的调节。影响填充水平的调节的测量参量或模型参量的不确定性通过适配来校正，该适配基于布置在催化器的输出侧的废气探测器（Abgassonde）的信号。控制器设置用于执行这样的方法。

在汽油发动机中空气-燃料混合物不完全燃烧的情况下，除了氮气（N₂）、二氧化碳（CO₂）和水（H₂O）之外还排出大量燃烧产物，其中的碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化物（NO_x）在法律上受到限制。根据如今的现有技术，仅通过催化的废气后处理才能遵守适用于机动车的废气极限值。通过使用三元催化器，可以转化所提及的有害物质成分。

在三元催化器中，HC、CO和NO_x的同时高的转化率仅在化学计量运行点（λ=1）周围的狭窄的λ范围中、所谓的转化窗口中实现。

为了在转化窗口中运行三元催化器，在当今的发动机控制系统中典型地使用λ调节装置，该λ调节装置基于布置在三元催化器之前和之后的λ探测器的信号。为了调节过量空气系数（Luftzahl）λ，该过量空气系数是内燃机的燃料/空气比的组成的量度，在三元催化器之前用一个布置在那里的输入侧的废气探测器来测量废气的氧气含量。根据该测量值，调节装置校正以基础值的形式由预控制功能预先给定的燃料量或喷射脉冲宽度。

在预控制的范围内，根据例如内燃机的转速和负荷来预先给定有待喷射的燃料量的基础值。为了更精确地调节，附加地利用另一废气探测器来检测三元催化器下游的废气的氧气浓度。这个输出侧的废气探测器的信号用于引导调节，该引导调节与在三元催化器之前的基于输入侧的废气探测器的信号的λ调节相叠加。作为布置在三元催化器之后的废气探测器，通常使用阶跃λ探测器，其在λ=1时具有非常陡的特性曲线并且因此可以非常精确地显示λ=1（动力行驶技术手册，第23版，第524页）。

除了通常仅调整与λ＝1的小偏差并且设计得相对缓慢的引导调节之外，在当前的发动机控制系统中通常还存在一种功能，该功能在与λ＝1的大偏差之后以λ预控制的形式确保快速地再次达到转化窗口，这例如在惯性运行关断阶段之后是重要的，在该惯性运行关断阶段中三元催化器被加载以氧气。氧气的加载影响NO_x转化。

由于三元催化器的氧气存储能力，在三元催化器之前设定浓或稀λ之后，三元催化器之后还可能存在几秒λ＝1。三元催化器暂时存储氧气的这种特性被用于平衡三元催化器之前的λ＝1的短暂的偏差。如果在三元催化器之前在较长的时间范围内存在不等于1的λ，则一旦在λ＞1（氧气过量）时氧气填充水平超过氧气存储能力或者一旦在λ＜1时在三元催化器中不再存储氧气，则在三元催化器之后也设定相同的λ。

在这个时刻，三元催化器之后的阶跃λ探测器也显示离开转化窗口。然而，直到该时刻，三元催化器之后的λ探测器的信号并不指示即将发生的突破（Durchbruch），并且基于该信号的引导调节因此通常只在直到燃料计量不能再在突破之前及时地作出反应的时间之后才做出反应。结果，出现增加的尾管排放。因此，当前的调节方案具有这样的缺点，即其根据三元催化器之后的阶跃λ探测器的电压仅能较晚地识别出离开转化窗口。

基于三元催化器后的λ探测器的信号进行调节的一种替代方案是调节三元催化器的平均的氧气填充水平。虽然该平均填充水平是不可测量的，但可根据开头所提及的DE196 06 652 B4通过计算来建模。

然而，三元催化器是指具有时变的路段参数的复杂的非线性路段。此外，用于三元催化器模型的经测量或建模的输入参量通常具有不确定性。

发明内容

本发明在其方法方面通过权利要求1的特征部分的特征与开头所提及的现有技术相区别，而在其装置方面通过独立的装置权利要求的特征部分的特征来区别。

权利要求1的特征部分的特征规定，与运行点相关地学习适配需求，与运行点相关地存储所学习的适配需求，并且基于运行点相关性在不确定性的彼此不同的原因之间进行区分。控制器设置用于实施这样的方法。

因为路段模型的输入参量可能具有不确定性，并且因为路段模型本身也可能是不精确的（例如因为其没有考虑到特定的效应），所以可能出现借助路段模型建模的参量（例如催化器的氧气填充水平）与相应的实际参量之间的偏差。这尤其在催化器之前的λ信号偏移时是这种情况。

适配需求的与运行点相关的学习能够实现对于导致适配需求的原因的区分，并且因此实现符合需求的校正。因此，进一步改善了催化器的填充水平的基于模型的调节，借助该调节及早地识别和防止离开催化器窗口。由此可以进一步减少排放。可以以较低的催化器成本来满足更严格的法律要求。本发明尤其允许在催化器的填充水平的基于模型的调节的模型不精确性和实际存在的λ偏移之间进行区分，并且因此允许对废气系统中的故障进行更稳健的诊断以及对故障原因进行更好的界定并且因此允许更简单的故障查找。

一种优选的设计方案规定，用多级的方法来求取适配需求。多级的适配组合了对较小偏差的连续工作的、非常精确的适配和对较大偏差的不连续快速的校正。

连续的适配和不连续的校正基于来自废气探测器的不同信号范围的信号值，所述废气探测器布置在催化器下游的废气流中和因此布置在输出侧，但其中从这些信号值中导出两个基本上不同的信息。这种设计方案允许考虑来自不同信号范围的信号值关于废气组成和关于催化器的填充水平的不同的说服力。

在不连续的适配中，当输出侧的废气探测器的电压显示出在催化器后面富的或贫的废气的突破并且由此显示出太低或太高的实际的氧气填充水平时，则建模的填充水平被相应地校正到实际的填充水平。这种校正是不连续地进行的，以便能够评估在催化器后面的λ探测器的电压的反应。因为这种反应由路段停滞时间和催化器的存储特性而延迟地进行，所以规定，如果所述第二废气探测器的信号的λ值能够推断出所述催化器的实际的氧气填充水平，那就首先一次性地执行所述校正。

在连续的适配中，将催化器之后的阶跃λ探测器的λ信号与催化器之后的建模的λ信号进行比较。由该比较能够导出在催化器之前的λ和在催化器之后的λ之间的λ偏移。利用λ偏移例如校正通过预控制部形成的λ额定值。

也优选的是，在前部的废气探测器的λ偏移、也就是说在催化器之前的λ和催化器之后的λ之间的实际偏移，和路段模型的不精确性之间进行区分。

此外优选的是，分别针对特定的运行点或特定类别的运行点分开地学习和存储适配需求。

另一种优选的设计方案规定，运行点通过转速和相对的燃烧室的说明来限定。但是，其他输入参量对于特性曲线族也是符合目的的，其中给出了模型不精确性与这些参量的相关性。当发动机在发动机转速和相对负荷的特定范围内运行时，检测适配需求并将其存储在适配性的特性曲线族的相应的范围中。

也优选的是，当在特定的运行点范围中已经存储了适配需求并且对于该运行点或运行点范围重新求取了适配需求时，将已经存储的适配需求与重新求取的适配需求进行比较并且通过如下适配需求来代替，该适配需求基于该比较的结果来确定。

此外优选的是，求取所存储的适配需求值的平均值，并且将所述平均值评估为实际存在的λ偏移。

另一种优选的设计方案的特征在于，在形成平均值时不考虑实际存在的λ偏移导致与平均的适配需求不同的适配需求的运行点。

当然也可以存在这样的运行点，在所述运行点中实际的λ偏移-与上述的规则有偏差-局部地导致与平均的适配需求不同的适配需求。这种特性曲线族范围可以为了在模型不精确性与实际存在的λ偏移之间的区分以及为了与此相关的求平均而被排除。

也优选的是，将与平均值的局部偏差评估为路段模型的不精确性。

路段模型的不精确性典型地在不同运行点中导致不同的适配需求，因为实际的路段不是通过模型在所有范围中同样良好地映射（abbilden），或者因为简化的模型假设不是在所有范围中导致同样高的不精确性。在路段模型的正确参数化的情况下可以假定，在整个运行范围上平均不存在由于模型不精确性引起的系统性的富或贫-调整（Vertrimmung）。因此可以假定，由于模型不精确性，适配需求在整个适配型的特性曲线族上平均地抵消。

而通常在催化器之前的λ和催化器之后的λ之间的实际存在的偏移—该偏移例如由在催化器之前的λ探测器的偏移或在废气系统中的泄漏引起—与运行点无关地导致相同的或至少导致类似的适配需求。因此，在整个适配性的特性曲线族中，适配需求是相同的或至少是类似的。

因为由于模型不精确性所述适配需求平均地在整个特性曲线族上被消除，并且因为实际存在的λ偏移在整个特性曲线族中导致相同的或至少类似的适配需求，所以在整个特性曲线族上求平均的适配需求根据本发明被解释为实际存在的λ偏移。与之相反，与在整个特性曲线族上求平均的适配需求的局部偏差被解释为模型不精确性。

如果在特性曲线族中在相应的范围中已经存储了适配需求，则在该范围中典型地不应需要其它的适配需求。然而有利的是，也在这种范围内继续检测适配需求，并且将已经存储的与重新检测的适配需求进行比较并且必要时进行匹配。逐渐地，特性曲线族在转速和相对负荷的整个范围上用相应的适配需求来填充或更新。

即将离开催化器窗口被提前识别出并且排放被减少，因为适配需求的与运行点相关的存储允许立即补偿模型不精确性，因为该模型不精确性在已经提前达到的运行点上不必被比较缓慢地重新适配。取而代之，直接从特性曲线族中调用所需的适配需求并且因此立即起作用。上述的用于区分模型不精确性和实际存在的λ偏移的单个特性曲线族范围的排除并不限制所需的适配需求的这种立即的可调用性。

此外优选的是，在多条路径上进行所述适配，其中，通过第一适配路径（220）进行第一调节回路的预控制部的校正，其中，通过第一适配路径使催化器的建模的填充水平与催化器的实际的填充水平均衡（angleichen），并且其中，由输出侧的废气探测器的信号求取实际的填充水平，其中所述建模的填充水平利用与催化器模型反向（inverse）的催化器模型通过预控制部来计算。

也优选的是，通过第二适配路径将利用催化器模型计算的填充水平与实际的填充水平相均衡，其中，由输出侧的废气探测器的信号求取实际的填充水平。优选地，所述均衡分别不连续地进行。

此外优选的是，利用催化器模型计算的填充水平与实际的填充水平的均衡连同利用反向催化器模型通过预控制部计算的填充水平与实际的填充水平的均衡一起进行，其中不连续地进行的适配过程基于输出侧的废气探测器的大的和小的信号值，其中大的信号值的范围与小的信号值的范围通过位于大的信号值与小的信号值之间的平均的信号值的范围分开。

通过测量和模型不确定性的根据本发明的多级补偿，可以改善基于模型的调节的稳健性。由此可以进一步减少排放。可以以较低的催化器成本来满足更严格的法律要求。结果，得到催化器的填充水平的进一步改善的基于模型的调节，利用该调节及早识别和防止离开催化器窗口。

在装置方面优选的是，控制器设置用于执行根据所述方法的上述设计方案之一的方法。

其它优点由说明书和附图得出。

应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征和下面将要解释的特征不仅可以在分别指示的组合中使用，而且可以在其他组合中使用或单独使用。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中进一步阐述。在此，在不同的附图中相同的附图标记分别表示相同的或至少其功能类似的元件。其中分别以示意形式示出：

图1示出了具有空气输送系统、废气系统和控制器的内燃机；

图2示出了路段模型的功能框图；

图3是示出了本发明的方法方面和设备方面的功能框图；

图4关于权重刻度示出了输出侧的废气探测器的电压范围；并且

图5示出了与本发明的一个实施例补充的图3的功能框图的细节。

具体实施方式

下面以三元催化器为例，并且针对作为有待存储的废气成分的氧进行说明。但是本发明也可以有意义地转用到其它催化器类型和废气成分、如氮氧化物和碳氢化合物上。为了简单起见，下面假设具有三元催化器的废气设备。本发明也可以有意义地应用于具有多个催化器的废气设备。在该情况下，下文描述的前区和后区可以延伸经过多个催化器，或者位于不同的催化器中。

具体而言，图1示出了具有空气输送系统12、废气系统14和控制器16的内燃机10。空气质量流量计18和节气门单元19的布置在空气质量流量计18下游的节气门位于空气输送系统12中。通过空气输送系统12流入到内燃机10中的空气在内燃机10的燃烧室20中与通过喷射阀22直接喷入到燃烧室20中的燃料混合。本发明不限于具有直接喷射的内燃机，并且也可以利用进气管喷射或利用燃气运行的内燃机来使用。所产生的燃烧室利用点火装置24、例如火花塞来点火和燃烧。旋转角度传感器25检测内燃机10的轴的旋转角度并且由此允许控制器16在轴的预先确定的角度位置中触发点火。由燃烧产生的废气通过废气系统14排出。

废气系统14具有催化器26。催化器26例如是三元催化器，已知该催化器通过三种反应途径将三种废气组成部分转化为氮氧化物、碳氢化合物和一氧化碳，并且具有存储氧气的作用。由于存储氧气的作用并且因为氧气是废气组成部分，所以催化器具有废气成分存储器。在所描述的示例中，三元催化器26具有第一区26.1和第二区26.2。废气28流过这两个区。第一前区26.1在流动方向上延伸经过三元催化器26的前部区域。第二后区26.2在第一区26.1下游延伸经过三元催化器26的后部区域。当然，在前区26.1之前和在后区26.2之后以及在这两个区之间存在另外的区，对于这些另外的区必要时同样利用计算模型建模相应的填充水平。

在三元催化器26的上游，将暴露于废气28的输入侧的废气探测器32直接布置在三元催化器26之前。在三元催化器26的下游，将同样暴露于废气28的输出侧的废气探测器34直接布置在三元催化器26之后。输入侧的废气探测器32优选是宽带λ探测器，其允许在宽的过量空气系数范围上测量过量空气系数λ。输出侧的废气探测器34优选是所谓的阶跃λ探测器，利用其能够特别精确地测量过量空气系数λ=1，因为该废气探测器34的信号在那里阶跃式地变化。参见Bosch的动力行驶技术手册，第23版，第524页。

在所示的实施例中，暴露于废气28的温度传感器36被布置为在三元催化器26上与废气28热接触，该温度传感器检测三元催化器26的温度。

控制器16处理空气质量测量计18、旋转角度传感器25、输入侧的废气探测器32、输出侧的废气探测器34和温度传感器36的信号，并且由此形成如下操控信号，该操控信号用于设定节气门的角度位置、用于通过点火装置24来触发点火以及用于通过喷射阀22喷射燃料。替代地或补充地，控制器16也处理用于操控所示出的调节元件或者也操控其他的或另外的调节元件的其他的或另外的传感器的信号、例如检测加速踏板位置的驾驶员期望传感器40的信号。例如通过松开加速踏板来触发在切断燃料输送的情况下的惯性运行。这些功能以及下面还将进一步阐述的功能通过在内燃机10运行时在控制器16中运行的发动机控制程序16.1来实施。

在本申请中，参考路段模型100、催化器模型102、输出λ模型106（参见图2）和反向催化器模型。模型分别是算法、尤其是在控制器16中实施或计算的方程组并且将也作用于利用计算模型模拟的真实物体的输入参量这样与输出参量相结合，使得利用算法计算的输出参量尽可能精确地对应于真实物体的输出参量。

图2示出了路段模型100的功能框图。路段模型100由催化器模型102和输出λ模型106组成。催化器模型102具有输入排放模型108和填充水平与输出排放模型110。此外，催化器模型102具有用于计算催化器26的平均填充水平

的算法112。

输入排放模型108设置用于，作为输入参量将布置在三元催化器26之前的废气探测器32的信号

转化为对于随后的填充水平和输出排放模型110来说所需的输入参量

。例如，借助于输入排放模型108将λ换算为三元催化器26之前的O₂、CO、H₂和HC的浓度是有利的。

使用由输入排放模型108计算的参量

和必要时附加的输入参量（例如废气或催化器温度、废气质量流量和三元催化器26的当前最大氧气存储能力），三元催化器26的填充水平

和三元催化器26的输出端处的单个废气成分的浓度

在填充水平和输出排放模型110中被建模。

为了能够更现实地映射填充和排空过程，三元催化器26优选通过该算法概念性地划分为多个沿废气28的流动方向彼此相继的区或部分体积26.1、26.2，并且其借助反应动力学针对这些区26.1、26.2中的每个来求取单个废气组成部分的浓度。这些浓度又可以分别换算成单个区26.1、26.2的填充水平，优选换算成标准化到当前最大氧气存储能力上的氧气填充水平。

单个或所有区26.1、26.2的填充水平可以借助于合适的加权被组合成反映三元催化器26的状态的总填充水平。例如，在最简单的情况下，所有区26.1、26.2的填充水平都可以被相同地加权，并且因此可以求取平均的填充水平。然而，利用适当的加权，也可以考虑到，对于三元催化器26之后的废气组成的当前情况，在三元催化器26的输出端处的相对较小的区26.2中的填充水平是决定性的，而对于在三元催化器26的输出端处的该小区26.2中的填充水平的演变而言，在其之前的区26.1中的填充水平及其演变是决定性的。为了简单起见，下面假设平均的氧气填充水平。

输出λ模型106的算法将在催化器26的输出端上的单个废气成分的利用催化器模型102计算出的浓度

转化为信号

，以用于路段模型100的适配，该信号可以与布置在催化器26之后的废气探测器34的信号

比较。优选地，三元催化器26之后的λ被建模。输出λ模型106对于基于额定氧气填充水平的预控制不是强制必需的。

因此，路段模型100一方面用于建模催化器26的至少一个平均的填充水平

，该平均的填充水平被调整到额定填充水平，在该额定填充水平上，催化器26可靠地位于催化器窗口内（并且因此可以吸收和输出氧气）。另一方面，路段模型100提供了布置在催化器26后面的废气探测器34的建模的信号

以供使用。下面还将进一步详细解释，如何将输出侧的废气探测器34的建模的信号

有利地用于路段模型100的适配。为了补偿不确定性而进行适配，路段模型的输入参量、特别是催化器之前的λ探测器的信号带有所述不确定性。同样地，对预控制部进行适配。

图3示出了如下功能框图，利用该功能框图示出了本发明的方法方面和装置方面。图3详细示出，输出端的废气探测器34的由输出λ模型106建模的信号

和输出端的废气探测器34的实际输出信号

被输送给适配框114。适配框114将这两个信号

和

相互比较。例如，布置在三元催化器26之后的阶跃λ探测器作为废气探测器34明确地显示三元催化器26何时完全被氧气填充或者完全被排空氧气。

这可以被充分利用，以便在贫阶段或富阶段之后使建模的氧气填充水平与实际的氧气填充水平或使建模的输出λ

与在三元催化器26后面测量的λ

一致并且在有偏差的情况下适配路段模型100。

从所述适配框114出发的第一适配路径220引向预控制部104。通过该适配路径220使在预控制部104的反向催化器模型中使用的建模的填充水平与实际的填充水平均衡。这对应于在预控制部104中对所建模的填充水平的不连续的校正（或者重新初始化）。

从适配框114出发的第二适配路径210引向路段模型100。通过第二适配路径210将在路段模型100中使用的建模的填充水平与实际的填充水平均衡。这对应于在路段模型100中对建模的填充水平进行不连续的校正（或重新初始化）。

不连续的校正的两个干预优选总是一起进行、即同时进行，因为预控制部被设计为路段模型的反向。否则会出现在路段模型100和预控制部104的两个功能框中的建模的填充水平的不一致。

这些干预构成第一适配级。这种不连续地进行的适配过程基于所述输出侧的废气探测器34的大的和小的（但是不基于平均的）信号值。

从所述适配框114出发的第三适配路径200引向所述预控制部104。通过所述第三适配路径200来进行连续的适配，该适配基于所述输出侧的废气探测器34的平均的信号值。对于这个平均的信号值来说，所述输出侧的废气探测器34的信号精确地显示所述废气的λ值。如果在λ调节回路中出现偏移

，这可能是由于输入侧的废气探测器32的故障或者由于在两个废气探测器之间进行的朝废气的泄漏空气输送引起，那么输出侧的废气探测器34的位于平均的信号值的范围中的信号将这种偏移

显示为与预期的值（预期值）的偏差。所述偏差在框114中比如作为信号值与预期值的差来求取并且作为适配需求存储在适配性的特性曲线族中。

如果这两个值（信号值和预期值）不同，尤其相差大于预先给定的阈值，则存在适配需求。有利的是，例如输入侧λ值的额定λ值和求取的额定填充水平轨迹用λ偏移值

来校正，该λ偏移值是用于适配需求的量度。用于适配需求的量度由在借助路段模型建模的输出侧的λ值

与测量的输出侧的λ值

之间的差产生，尤其作为其差作为λ偏移值

而产生。利用这种校正最终影响在λ调节器130的输入端上的调节偏差RA。

通过对于输入侧λ值的额定λ值的校正，λ调节可直接对λ偏移值

的变化作出反应。因为路段模型100被适配，虽然建模的平均的填充水平

与实际的填充水平偏差，但是因为额定填充水平额定值轨迹同样被适配，所以其跟随路段模型100的错误建模的填充水平，使得填充水平调节器124在适配之前和之后经历相同的调节偏差。由此避免调节偏差的、可能导致填充水平调节的起振（Aufschwingen）的阶跃。

有利的是，借助于在适配框中的滤波器使适配需求的量度，也就是建模的输出侧的λ值

与测得的输出侧的λ值

之差平滑，以便获得λ偏移值

。该滤波器例如可以构造为PT1滤波器并且具有与运行点相关的时间常数，该时间常数例如可以从相应的可参数化的特征曲线族中获得。滤波器可以可选地在后面连接有一个积分器，以便考虑长期的效应。在谐振（einschwingen）状态，经滤波的信号精确地对应于适配需求。

此外有利的是，在一个行驶周期结束时存储所述适配值并且在下一个行驶周期中将相应的适配值用作初始值。

在一种设计方案中，作为选项还存在第四适配路径230。所述第四适配路径从所述适配框114引向框240，在所述框240中将所述输入侧的废气探测器32的λ实际值与所述λ偏移值

相加地相结合。

在λ-平面上连续进行的适配应该适宜地或早或晚地在λ-偏移具有其原因的位置上引起校正。通常，这在所述输入侧的废气探测器32上是这种情况。因此有利的是，用信号

校正输入侧的废气探测器32的测量信号

。在图3中，这在框240中进行。为了不会由此在预控制部和框240中出现双重校正，框240和适配框114之间的握手是有利的。该握手例如通过握手路径250这样实现，使得用于预控制部104的框的校正信号减小了在框240中与输入侧的废气探测器32的信号的实际值相结合的数值。为此，如果两个校正中的另一个校正与因子（1-x）相乘，则两个校正中的其中一个校正例如可以与0<x<1的因子x相乘。

总之，通过不同的适配过程来补偿进入到路段模型100中的测量参量或者模型参量的不精确性。由建模的值

对应于测量的λ值

的情况可以推断出，利用路段模型100或利用第一催化器模型102建模的填充水平

也对应于三元催化器26的不能用车载器件测量的填充水平。于是此外可以推断出，与第一催化器模型102反向的、形成预控制部104的一部分的第二催化器模型也正确地描述了建模的路段的特性。

这可以用于利用构成预控制部104的一部分的反向第二催化器模型来计算基础λ额定值。为此，将通过可选的滤波120滤波的填充水平额定值

作为输入参量输送给预控制部104。所述滤波120的目的在于，只允许预控制部104的输入参量的这样的变化，调节路段总体上可以跟随该变化。在此，从控制器16的存储器118中读取还未滤波的额定值

。为此，存储器118优选以内燃机10的当前的运行特征参量编址。所述运行特征参量例如但是不是强制性地是指由所述转速传感器25检测到的转速和相对的rl或者其它映射所述内燃机的负荷的参量、例如所述内燃机10的由所述空气质量测量计18检测到的吸入空气量。

在预控制框104中，一方面确定预控制λ值作为基础λ额定值BLSW且另一方面根据滤波的填充水平额定值确定额定填充水平轨迹。与该确定并行地，在结合122中，填充水平调节偏差FSRA被形成为利用路段模型100或利用第一催化器模型102建模的填充水平

与经滤波的填充水平额定值

或与额定填充水平轨迹的偏差。这个填充水平调节偏差FSRA被输送给填充水平调节算法124，该填充水平调节算法由此形成λ额定值校正值LSKW。这个λ额定值校正值LSKW在结合126中加到由预控制部104计算的基础λ额定值BLSW上。

如此形成的总和可以用作传统的λ调节的额定值

。由这个λ额定值

在结合128中减去由第一废气探测器32提供的λ实际值

。如此形成的调节偏差RA通过常见的调节算法130被转化成如下调节参量SG，该调节参量在结合132中例如与根据内燃机10的运行参数预先确定的喷射脉冲宽度

的基础值BW相乘地结合。基础值BW存储在控制器16的存储器134中。运行参数、即内燃机10的负荷和转速n在此也是优选的，但不是强制的。利用由所述乘积产生的喷射脉冲宽度

来操控所述喷射阀22。该负荷例如是与最大燃烧室空气相关的的燃烧室空气rl。

通过这种方式，在传统的、在第一调节回路中进行的λ调节上叠加了催化器26的氧气填充水平的调节，该调节在第二调节回路中进行。在此，借助于路段模型100建模的平均的氧气填充水平

例如被调整到如下额定值

，其最小化朝向贫和富的突破的概率并且因此导致最小排放。由于通过预控制部104的反向的第二路段模型形成基础λ额定值BLSW，当经建模的平均的填充水平

与经预滤波的额定填充水平

相同时，填充水平调节的调节偏差变为等于零。将预控制部104实现为路段模型100的反向具有如下优点，即只有当借助于路段模型建模的催化器的实际的填充水平与经滤波的填充水平额定值

或未滤波的填充水平额定值

偏差时，才必须干预填充水平调节算法124。

路段模型100将催化器之前的输入λ换算成催化器的平均的氧气填充水平，而作为反向的路段模型实现的预控制部104将平均的额定氧气填充水平换算成催化器之前的相应的额定λ。

预控制部104具有数字反向的计算模型，该计算模型基于催化器26的假定为已知的第一路段模型100。预控制部104尤其具有第二路段模型，其方程组与第一路段模型100的方程组相同，但是被馈送以其它输入参量。

预控制部104根据经滤波的填充水平额定值提供用于λ调节和额定填充水平轨迹

的预控制λ值BSLW。为了计算预控制λ值BSLW（该预控制λ值对应于经滤波的填充水平额定值），预控制框104包含如下计算模型，该计算模型对应于与路段模型100反向的路段模型，即对应于这样的模型，该模型给经滤波的填充水平额定值分派基础λ额定值BLSW作为暂时的预控制λ值。在适当选择BLSW的情况下，于是得到所期望的填充水平。

该处理方式的优点是，仅前馈-路段模型100或100´的方程组必须再一次求解，而不再一次求解图3中用于预控制部104的后馈-路段模型的仅以高的计算耗费可解的或不可解的方程组。

待求解的方程组迭代地通过嵌入方法（Einschlussverfahen）、像比如二分法（Bisektionsverfahren）或试位法（Regula Falsi）求解。在此，基础λ额定值被迭代地改变。一般公知有如试位法的嵌入方法。它们的特征在于，它们不仅提供迭代的近似值，而且它们也从两侧限定这些近似值。用于确定所涉及的基础λ额定值BLSW的计算耗费由此显著得到限制。

为了使控制器16中的计算耗费最小化，优选确定迭代边界，所述迭代边界确定在其中执行所述迭代的范围。优选地，这些迭代边界根据当前的运行条件来确定。例如有利的是，所述迭代仅仅在围绕着预期的额定λBLSW的尽可能小的区间里实施。此外有利的是，在确定迭代边界时考虑填充水平调节124对额定λBLSW的干预以及其它功能性对其的干预。

除了废气系统26、废气探测器32、34、空气质量测量计18、旋转角度传感器25和喷射阀22之外，所有在图3中示出的元件都是根据本发明的控制器16的组成部分。在此，除了存储器118、134之外，图3中的所有其它元件是发动机控制程序16.1的部分，该发动机控制程序存储在控制器16中并且在其中运行。

元件22、32、128、130和132形成如下第一调节回路，在该第一调节回路中进行λ调节，在该λ调节中作为λ实际值处理第一废气探测器（32）的信号

。第一调节回路的λ额定值

在第二调节回路中形成，该第二调节回路具有元件22、32、100、122、124、126、128、132。

关于不同的适配可能性优选的是，将连续的适配与至少一个不连续的校正组合。在此利用了，从催化器之后的阶跃λ探测器的电压信号中能够导出关于催化器的状态的两种基本上不同的结论，该结论的有效性分别仅在电压信号的特定的电压范围中给出，并且存在如下电压范围，在所述电压范围中仅能够实现其中一种或者仅能够实现另一种或者同时能够实现两种结论。范围之间的过渡是流畅的。

如果在催化器26之后的输出侧的废气探测器34明确地显示出高的或低的电压，则其信号值与催化器的当前的填充水平相关。这尤其是当信号值不对应于在1的范围中的λ时的情况。在这种情况下，催化器如此程度地被除去氧气或填充氧气以至于足以使富废气或稀废气突破。关于废气λ的结论在这种情况下通常是不可能的，因为信号值的λ精确性在此受到温度效应、横向灵敏度和作为废气探测器34的阶跃λ探测器的电压-λ-特性曲线的平坦特性的强烈影响。

在λ＝1附近的狭窄范围内，输出侧的废气探测器34（阶跃-λ探测器）的信号值与催化器之后的废气λ相关。由于电压-λ-特性曲线的陡的特性和低的温度相关性以及横向灵敏度，λ精确性在该范围中是非常高的。关于催化器26的当前填充水平的说明在这种情况下通常是不可能的，因为催化器26在相对大的填充水平范围内可以设定为1的废气λ，只要在还原废气组成部分时释放的氧气还可以被存储或者用于氧化废气组成部分所需的氧气还可以被输出。

在这些范围之间的过渡中，输出侧废气探测器34的信号值同时与催化器之后的当前填充水平以及当前废气λ相关，即使在每种情况下具有有限的精确性。

因此在一种设计方案中，根据所述输出侧的废气探测器34的电压/信号值存在多个范围，在这些范围中要么仅仅在使用所述λ信息的情况下连续地适配要么仅仅在使用所述填充水平信息的情况下不连续地校正要么在使用两种信息的情况下连续地适配以及不连续地校正是符合目的的。

例如，提出对输出侧的废气探测器34的电压信号值的以下五个电压范围进行区分：

1）非常高的电压信号值（例如，大于900mV）。在此，将建模的氧气填充水平不连续地校正到非常低的值。不进行连续的适配。

2）高的电压信号值（例如，在900mV到800mV之间）：在此，将建模的氧气填充水平不连续地校正到低的值，并且叠加地进行在催化器之前的λ和在催化器之后的λ之间的λ偏移的连续适配。

3）平均的电压信号值（例如，在800mV到600mV之间）：在此，对催化器之前的λ和催化器之后的λ之间的λ偏移进行连续适配。不进行不连续的适配。

4）低的电压信号值（例如，在600mV到400mV之间）：将建模的氧气填充水平不连续地校正到高的值上，并且叠加地进行在催化器之前的λ与在催化器之后的λ之间的λ偏移的连续适配。

5）非常低的电压信号值（例如，小于400mV）：在此，将建模的氧气填充水平不连续地校正到非常高的值。不进行连续的适配。

这些数值强烈地取决于所使用的废气探测器类型并且仅仅应该示例性地来理解。应当理解，可以添加其它范围，并且可以对这些范围进行合并或省略。

如在范围1、2、4）和5）中的建模的填充水平的不连续校正导致建模的填充水平与额定值的偏差。这随后被调整。该偏差导致空气燃料混合物在填充水平调节的额定值的方向上的调控并且使催化器非常快速地在催化器窗口的方向上移动。因此，这直接导致排放改善并且能够快速地补偿较大的测量和模型不精确性。

在这种校正阶段之后，即一旦调节偏差由于校正而被调整，则催化器应当再次位于催化器窗口中并且由于调节而保持在那里。这假定，进入到路段模型中的测量或模型参量的不确定性和模型不精确性足够小。如果不满足这个前提条件，则在一定的时间之后尽管进行了调节仍再次离开催化器窗口，因为被调整的建模的填充水平不对应于实际的填充水平，从而建模的填充水平的重新校正变得必要。

如果在范围1）和5）中重复地需要这样的校正，则必须假定更大的测量或模型不确定性。为了补偿这种测量或模型不确定性并且同时避免进一步重复校正，有利的是，在范围1）和5）中，由在第一校正阶段之后直至第二校正阶段引入或排出到催化器中的氧气量和在第二校正阶段中求取的填充水平的校正需求

例如根据以下公式来计算在催化器之前的λ与催化器之后的λ之间的λ偏移

并且例如相应地校正输入侧的废气探测器32的信号值：

。

在此，

是在两个不连续校正之间引入或排出到催化器26中的氧气量并且

是在第二校正阶段中求取的填充水平的校正需求。

是-1和1之间的数，且OSC是催化器的最大氧气存储能力。

在范围2）和4）中典型地仅存在较小的测量或模型不精确性，其理想地已经可通过建模的氧气填充水平的一次校正和λ偏移

的叠加的连续的适配被如此程度地补偿，使得λ探测器的电压接下来位于范围3中。

一旦是这种情况，就可以假定，仅还要补偿小的测量或模型不确定性。这通过以高的精确性进行连续的适配来完成。由于输出侧的废气探测器34的信号λ在范围2）和4）中精确性较低而有利的是，在这些区域中借助于连续的适配求取的λ偏移

比在范围3中不那么强烈地加权。同样有利的是，通过减弱所求取的校正需求，考虑在催化器之后的λ探测器的信号的填充水平信息在范围2）和4）中的较低的精确性，以便可靠地避免过度校正。

在一种特别优选的实施方式中，仅区分催化器之后的λ探测器的电压的三个范围。

图4在权重刻度的上方示例性地示出了输出侧的废气探测器34的电压的n个范围中的三个电压范围。

大的信号值的第一范围260的特征在于例如大于800mV的高的探测器电压/信号值。在该范围内，在第一阶段中，将建模的氧气填充水平快速地、不连续地校正到取决于探测器电压的低的值。此外，精确地较慢地求取在催化器之前的λ与催化器之后的λ之间的λ偏移

，其中，连续的适配的权重随着探测器电压的增加而减小，并且不连续的适配的权重随着探测器电压/信号值的增加而增加。

平均信号值的第二范围280的特征在于例如（在λ=1周围）处于800mV到600mV之间的平均的探测器电压/信号值。在该范围内，仅仅进行催化器之前的λ与催化器之后的λ之间的λ偏移

的连续的适配。不进行不连续的适配。

小的信号值的第三范围300的特征在于例如小于600mV的低的探测器电压/信号值。在该范围内，在第一阶段中将建模的氧气填充水平快速地、不连续地校正到取决于探测器电压的高的值上。此外，精确地较缓慢地求取在催化器之前的λ与催化器之后的λ之间的λ偏移

，其中，连续适配的权重随着减小的探测器电压而减小，并且不连续适配的权重随着减小的探测器电压而增加。

通过对连续的λ偏移适配和不连续的λ偏移求取的结果的不同的加权来考虑在第一范围260和第三范围300中输出侧的废气探测器34的信号值的降低的λ精确性以及在平均的探测器电压的情况下作为输出侧的废气探测器34的阶跃λ探测器的信号值的填充水平信息的降低的精确性。

优选的是，单个校正和适配仅仅在存在合适的运行条件时进行，以便避免错误的校正或适配。例如，不言而喻的是，只有当废气侧的废气探测器34的信号是可靠的，也就是尤其是只有当该废气探测器34已准备好运行时，才能成功地执行所有所提到的校正和适配。优选地，针对单个校正和适配选择独立的接通条件，这使得每个校正或适配尽可能频繁地激活，而不会导致错误的校正或适配。

通过根据本发明使用关于催化器的状态的两个不同信息并且考虑所基于的测量信号的不同范围中的信息的可靠性，能够比以往更快地并且同时更稳健地以所需的精确性补偿测量和模型不精确性。

图5示出了图3的适配框中的适配值形成的一种设计方案的细节。

所述适配框114将用于输出侧的废气探测器的信号的测量值

和由所述路段模型100以计算方式建模的值

作为输入信号处理成适配需求，或者处理成与所述适配需求对应的校正值。此外，将适合于限定运行点的运行参数的值输送给适配框114。这种运行参数的示例是内燃机的负荷，例如相对的rl和转速n。替代地或补充地，也可使用其它运行参数来限定运行点。

适配框114在所示的示例中具有三个输出端。各一个输出端向三条适配路径200、210和220之一进行馈送。适配框的一部分114.1用于形成λ偏移

，该λ偏移被馈入到适配路径200中。

部分114.1具有适配值形成框320，在该适配值形成框中由测量值

与以计算方式建模的值Lamdaoutmod

的偏差针对单个运行点或针对运行点的类别而以特定于类别的方式形成适配需求值。

为了确定λ偏移

，求取对于单个运行点而言总共出现的适配需求。这种求取以特定于运行点的方式或者分别针对运行点的具有类似的适配需求的部分集合来进行。这些适配需求值以特定于运行点的方式或以特定于类别的方式存储在控制器16的非易失性存储器中，例如存储在控制器16的适配性的特性曲线族340中。在一种设计方案中，运行点由内燃机的相对和转速来限定。

平均值形成框360由多个以特定于运行点的方式或以特定于类别的方式存储的适配需求值来形成平均值。该平均值对应于λ偏移

，利用所述λ偏移

来校正用于第一调节回路的调节偏差RA的形成。从适配框114出发的第三适配路径200引向预控制部104。通过第三适配路径200进行λ偏移

的适配性校正。

所述适配需求值基本上可以包含两个因其原因而彼此不同的份额。第一原因是由前部的输入侧的废气探测器32所测量的λ值与由所述输出侧的废气探测器34所测量的λ值的偏差。也称为λ偏移

的原因一般不变化或者仅仅随着运行点的变化略微变化，即对于大多数运行点是相同的或者至少非常类似的。

第二原因在于预控制部的路段模型和反向路段模型的不精确性。与由λ偏移

引起的适配需求相比，这些不精确性从运行点到运行点可能更强烈地变化。

通过对存储在特性曲线族存储器中的适配需求值求平均，将由λ偏移

引起的适配需求与由计算模型的不精确性引起的适配需求分开。平均值被估计为λ偏移

。与平均值的偏差被评估为由计算模型的不精确性引起。

在一种设计方案中，利用如此确定的λ偏移

来校正用于第一调节回路的调节偏差RA，该调节偏差被输送给λ调节器130。

所述调节偏差在附图3所示的结构中是所述基础λ额定值BSLW、λ探测器校正值和由所述输入侧的废气探测器32所测量的λ实际值的总和。可以理解的是，加数分别带符号地相加。λ偏移

是基础λ额定值BSLW的相加的组成部分。例如，它可以是正的或负的。作为对此的替代方案，所述λ偏移

也可以加到λ额定校正值LSKW上、加到LSKW与BLSW的总和上或者加到λ实际值上。优选地，λ偏移

在这些替代方案中的每个中也被输送给预控制部104并且优选在形成额定值轨迹时被加以考虑。

Claims

1.一种用于调节内燃机（10）的催化器（26）的废气成分存储器的填充水平的方法，其中，在使用路段模型（100）的情况下进行填充水平的调节，该路段模型具有催化器模型（102），并且其中，通过基于布置在所述催化器（26）的输出侧的废气探测器（34）的信号的适配来校正影响对于所述填充水平的调节的测量参量或模型参量的不确定性，其特征在于，与运行点相关地学习适配需求，与运行点相关地存储所学习到的适配需求，并且基于运行点相关性在不确定性的彼此不同的原因之间进行区分。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用多级的方法来求取适配需求。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，区分前方的废气探测器（32）的λ偏移与所述路段模型（100）的不精确性。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，分别针对一特定的运行点或一特定类别的运行点来分开地学习和存储适配需求。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，运行点通过所述内燃机（10）的转速和负荷参量的说明来限定。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，当在特定的运行点范围中已经存储了适配需求并且对于该运行点或运行点范围重新求取了适配需求时，将已经存储的适配需求与重新求取的适配需求进行比较并且通过如下适配需求来代替，该适配需求基于所述比较的结果来确定。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，求取所存储的适配需求值的平均值并且将所述平均值评估为实际存在的λ偏移。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在实际存在的λ偏移导致不同于平均的适配需求的适配需求的运行点中，在形成平均值时不予考虑。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将与平均值的局部偏差评估为所述路段模型（100）的不精确性。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在多条适配路径（200、220、230）上进行所述适配，其中，通过第一适配路径（220）进行第一调节回路（22、32、128、130、132）的预控制部（104）的校正，其中，通过所述第一适配路径（220）将所述催化器（26）的经建模的填充水平与所述催化器（26）的实际的填充水平相均衡，所述经建模的填充水平利用与所述催化器模型（102）反向的催化器模型通过预控制部（104）来计算，并且其中，所述实际的填充水平由所述输出侧的废气探测器（34）的信号来求取。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，通过第二适配路径（210）将利用所述催化器模型（102）计算出的填充水平与实际的填充水平相均衡，其中，所述实际的填充水平由所述输出侧的废气探测器（34）的信号来求取。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述均衡分别不连续地进行。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，利用所述催化器模型（102）计算出的填充水平与所述实际的填充水平的均衡连同利用反向催化器模型通过所述预控制部（104）计算出的填充水平与所述实际的填充水平的均衡一起进行，其中，不连续地进行的适配过程基于所述输出侧的废气探测器（34）的大的和小的信号值，其中，大的信号值的范围（260）与小的信号值的范围（300）通过位于所述大的信号值与所述小的信号值之间的平均信号值的范围（280）分开。

14.一种设置用于调节内燃机（10）的催化器（26）的废气成分存储器的填充水平的控制器（16），该控制器被设置用于在使用路段模型（100）的情况下调节填充水平，该路段模型具有催化器模型（102），并且其中通过适配来校正影响对于填充水平的调节的测量参量或模型参量的不确定性，该适配基于布置在催化器（26）的输出侧的废气探测器（34）的信号，其特征在于，所述控制器（16）被设置用于与运行点相关地学习适配需求，与运行点相关地存储所学习到的适配需求，并且基于运行点相关性在不确定性的彼此不同的原因之间进行区分。

15.根据权利要求14所述的控制器，其特征在于，所述控制器设置用于执行根据权利要求2至13中任一项所述的方法。