DE102012205602B4 - Verfahren zum einstellen des luft-kraftstoff-verhältnisses eines motors - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Einstellen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors, umfassend:Einstellen einer Frequenz und eines Tastverhältnisses eines auf Motorzylinder angewendeten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis eines Tastverhältnisses und einer Frequenz, die von einem hinter einem Katalysator positionierten Sauerstoffsensor abgeleitet sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors. Das Verfahren kann sich besonders für Motoren eignen, die einen oder mehrere, in einem Abgassystem des Motors angeordnete Katalysatoren enthalten.
  • Katalysatoren sind üblicherweise an Motorabgassysteme gekoppelt, um die Emissionen eines geregelten Motors zu reduzieren. Die Katalysatoren können mit verschiedenen Beschichtungen konfiguriert sein, um die Katalysatoreffizienz zu fördern und die Katalysatoranspringzeit zu reduzieren (z.B. die Zeit, die ein Katalysator benötigt, um eine vorbestimmte Effizienz zu erreichen). Selbst bei Katalysatorbeschichtungen mit höherer Leistung jedoch kann es wichtig sein, die Motorabgase, die in den Katalysator eintreten, zu kontrollieren, oder die Effizienz des Katalysators kann sich verschlechtern.
  • In dem US-Patent Nr. US 6 591 605 B2 kann die Katalysatoreffizienz verbessert werden, indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors über eine Rückkopplung aus einer Kombination aus zeitlich variierendem Signal und einem Ausgangssignal eines Sauerstoffsensors hinter dem Katalysator verbessert werden. Falls jedoch zwischen dem Ausgangssignal des Sauerstoffsensors hinter dem Katalysator und dem zeitlich variierenden Signal ein Fehler vorliegt, berücksichtigt ein einfacher Fehlereinstellterm gleichzeitig Fehler bei Amplitude, Phase und Frequenz. Folglich kann das Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors für einen Phasenfehler in dem Ausgangssignal des Sauerstoffsensors hinter dem Katalysator eine unerwünschte Störung bei der Amplitude und/oder Frequenz des Ausgangssignals des Sauerstoffsensors hinter dem Katalysator bewirken. Folglich kann es für das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors hinter dem Katalysator etwas schwierig sein, während gewisser Betriebsbedingungen auf das zeitlich variierende Signal zu konvergieren.
  • Die Schrift DE 601 15 303 T2 offenbart einen Sauerstoff speichernden Dreiwegekatalysator dessen Sauerstoffspeichermenge auf der Grundlage der Ausgabe eines universellen Abgassauerstoffsensors geschätzt wird. Ein weiterer Sauerstoffsensor erfasst die Sauerstoffkonzentration stromabwärts des Katalysators. Eine Steuereinheit steuert ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Kraftstoffgemisches, welches dem Motor zugeführt wird, so dass die Sauerstoffspeichermenge mit einem Zielwert übereinstimmt. Dieser Aufbau ermöglicht es Schwankungen in der Leistung zu kompensieren, die aus einer Verschlechterung des universellen Abgassauerstoffsensors oder aufgrund von Herstellungsfehlern resultieren.
  • Die Schrift US 5 255 662 A beschreibt einen ersten stromaufwärts eines Katalysators positionierten O2-Sensor und einen zweiten stromabwärts eines Katalysators angeordneten O2-Sensor im Abgaskanal eines Motors. Dieser Aufbau ermöglicht es ein Unter- oder Überschwingen des Luft-Kraftstoff-Verhältnis (AFR) zu verhindern und das AFR wird schnell in einen gewünschten Bereich gebracht.
  • Die Schrift JP 2002 - 89 318 A offenbart ein Abgas-Emissionskontrollgerät zur Verbesserung der Reinigungseffizienz eines Dreiwegekatalysators. Hierzu werden oxidierende und reduzierende Konditionen über das Luft-Kraftstoffverhältnis erzeugt und im Gleichgewicht gehalten. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann mit vorgegebenem Zyklus und vorgegebener Amplitude variiert werden.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die obenerwähnten Nachteile erkannt und haben ein Verfahren zum Verbessern der Luft-Kraftstoff-Steuerung des Motors entwickelt. Ein Beispiel der vorliegenden Beschreibung beinhaltet ein Verfahren zum Einstellen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors, das Folgendes umfasst: Einstellen eines auf Motorzylinder angewendeten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses über eine Frequenzeinstellung und eine Tastverhältniseinstellung, wobei die Frequenz- und Tastverhältniseinstellung auf einem Tastverhältnis und einer Frequenz eines Signals basieren, das von einem hinter einem Katalysator positionierten Sauerstoffsensor abgeleitet ist.
  • Durch Einstellen eines einem Motor zugeführten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses über Frequenz- und Tastverhältniseinstellungen kann es möglich sein, dass ein Ausgangssignal eines Sauerstoffsensors hinter dem Katalysator mit einer schnelleren Rate auf ein gewünschtes Ansprechen konvergiert. Insbesondere, wenn individuelle Einstellungen an dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors für Frequenzfehler und/oder Tastverhältnisfehler zwischen dem Ausgangssignal eines Sauerstoffsensors hinter dem Katalysator und einem vorbestimmten Signal vorgenommen werden, kann es möglich sein, die Fehler mit weniger Auswirkung auf andere Signalattribute zu kompensieren.
  • Die vorliegende Beschreibung kann mehrere Vorteile liefern. Insbesondere kann der Ansatz die Katalysatorumwandlungseffizienz verbessern. Außerdem kann der Ansatz konsistentere Fahrzeugemissionen liefern, da Tastverhältnisfehler getrennt von Frequenzfehlern kompensiert werden können. Weiterhin sorgt der Ansatz für Tastverhältnis- und Frequenzeinstellungen für einen breiten Bereich von Betriebsbedingungen über grundlegende Motorbetriebsbedingungen hinaus.
  • Die obigen Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung ergeben sich ohne Weiteres aus der folgenden ausführlichen Beschreibung entweder alleine oder in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die obige kurze Darstellung vorgelegt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine wichtigen oder essentiellen Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifizieren, dessen Schutzbereich ausschließlich durch die Ansprüche definiert wird, die auf die ausführliche Beschreibung folgen. Weiterhin ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche Nachteile lösen, die oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung erwähnt sind.
  • Die hierin beschriebenen Vorteile lassen sich durch Lesen eines Ausführungsbeispiels, hier als die ausführliche Beschreibung bezeichnet, umfassender verstehen, entweder alleine genommen oder unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:
    • 1 ein Schemadiagramm eines Motors;
    • 2 ein Blockdiagramm eines Luft-Kraftstoff-Steuersystems;
    • 3 ein beispielhaftes Diagramm von relevanten Signalen für das Einstellen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors; und
    • 4 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Luft-Kraftstoff-Steuerverfahrens eines Motors.
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft das Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors. In einem nichtbeschränkenden Beispiel kann der Motor als Teil des in 1 dargestellten Systems konfiguriert sein. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors kann über einen Controller eingestellt werden, wie in 2 gezeigt. Das System von 1 und der Controller von 2 können zusammen die in 3 gezeigten Signale liefern. Die Signale von 3 zeigen, wie das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors eingestellt werden kann und wie Tastverhältnis- und Frequenzinformationen aus einem Ausgangssignal eines Sauerstoffsensors hinter dem Katalysator abgeleitet werden können. 4 zeigt ein Verfahren zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors über ausführbare Anweisungen des in 1 dargestellten Controllers.
  • Nunmehr unter Bezugnahme auf 1 wird ein Verbrennungsmotor 10, der mehrere Zylinder umfasst, von denen ein Zylinder in 1 gezeigt ist, durch einen elektronischen Motorcontroller 12 gesteuert. Der Motor 10 enthält Brennkammern 30 und Zylinderwände 32, wobei ein Kolben 36 darin positioniert und mit einer Kurbelwelle 40 verbunden ist. Die Brennkammer 30 ist so gezeigt, dass sie über ein jeweiliges Ansaugventil 52 und Auslassventil 54 mit einem Einlasskrümmer 44 und einem Auslasskrümmer 48 kommuniziert. Jedes Ansaug- und Auslassventil kann über einen Ansaugnocken 51 und einen Auslassnocken 53 betätigt werden. Alternativ können ein oder mehrere der Ansaug- und Auslassventile über eine elektromechanisch gesteuerte Baugruppe aus Ventilspule und Anker betätigt werden. Die Position des Ansaugnockens 51 kann durch einen Ansaugnockensensor 55 bestimmt werden. Die Position des Auslassnockens 53 kann durch einen Auslassnockensensor 57 bestimmt werden.
  • Eine Kraftstoffeinspritzdüse 66 ist gezeigt, dass sie so positioniert ist, dass sie Kraftstoff direkt in einen Zylinder 30 einspritzt, was dem Fachmann als Direkteinspritzung bekannt ist. Alternativ kann Kraftstoff in einen Ansaugkanal eingespritzt werden, was dem Fachmann als Saugkanaleinspritzung bekannt ist. Die Kraftstoffeinspritzdüse 66 liefert flüssigen Kraftstoff proportional zu der Impulsbreite des Signals FPW von dem Controller 12 ein. Kraftstoff wird der Kraftstoffeinspritzdüse 66 von einem nichtgezeigten Kraftstoffsystem zugeführt, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoffrail (nicht gezeigt) enthält. Der Kraftstoffeinspritzdüse 66 wird ein Betriebsstrom von einem Treiber 68 zugeführt, der auf den Controller 12 reagiert. Außerdem ist der Ansaugkrümmer 44 so gezeigt, dass er mit einer optionalen elektronischen Drosselklappe 62 kommuniziert, die eine Position einer Drosselklappenplatte 64 einstellt, um den Luftstrom von dem Lufteinlass 42 zu dem Ansaugkrümmer 44 zu steuern. Bei einem Beispiel kann ein Niederdruckdirekteinspritzsystem verwendet werden, wobei der Kraftstoffdruck auf etwa 20-30 Bar angehoben werden kann. Alternativ kann ein doppelstufiges Hochdruckkraftstoffsystem verwendet werden, um höhere Kraftstoffdrücke zu erzeugen.
  • Ein verteilerloses Zündsystem 88 liefert als Reaktion auf den Controller 12 einen Zündfunken über eine Zündkerze 92 an die Brennkammer 30. Ein UEGO-Sensor (Universal Exhaust Gas Oxygen) 126 ist vor dem Katalysator 72 an den Auslasskrümmer 48 gekoppelt gezeigt. Alternativ kann ein Zweizustands-Abgas-Sauerstoffsensor für den UEGO-Sensor 126 substituiert werden. Ein HEGO-Sensor (Heated Exhaust Gas Oxygen) 82 ist hinter dem UEGO-Sensor 126 positioniert gezeigt. Bei anderen Beispielen kann ein UEGO-Sensor für den HEGO-Sensor 82 substituiert werden.
  • Ein Partikelfilter 70 ist konfiguriert, partikelförmige Materie für die spätere Oxidation zu speichern. Bei einigen Beispielen kann der Partikelfilter aus einem porösen Substrat konstruiert sein. Der Katalysator 72 ist hinter dem Partikelfilter 70 positioniert gezeigt und kann bei einem Beispiel mehrere Katalysatorbricks enthalten. Bei einem weiteren Beispiel können mehrere Abgasreinigungseinrichtungen, jeweils mit mehreren Bricks, verwendet werden. Der Katalysator 72 kann bei einem Beispiel ein geregelter Katalysator sein. Bei anderen Beispielen kann der Katalysator 72 vor dem Partikelfilter 70 positioniert sein.
  • Der Controller 12 ist in 1 als ein herkömmlicher Mikrocomputer gezeigt, der Folgendes enthält: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangsports 104, einen Festwertspeicher 106, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Arbeitsspeicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus. Der Controller 12 ist so gezeigt, dass er verschiedene Signale von an den Motor 10 gekoppelten Sensoren zusätzlich zu jenen bereits erörterten empfängt, einschließlich: Motorkühlmitteltemperatur (ECT Engine Coolant Temperature) von einem an eine Kühlmuffe 114 gekoppelten Temperatursensor 112; einen Positionssensor 134, der an ein Fahrpedal 130 gekoppelt ist, um eine von einem Fuß 132 ausgeübte Kraft zu erfassen; eine Messung des Motorkrümmerdrucks (MAP) von einem an den Einlasskrümmer 44 gekoppelten Drucksensor 122; einen Motorpositionssensor von einem Hall-Effekt-Sensor 118, der die Position der Kurbelwelle 40 erfasst; eine Messung einer in den Motor eintretenden Luftmasse von dem Sensor 120; und eine Messung der Drosselklappenposition von dem Sensor 58. Auch der barometrische Druck kann zur Verarbeitung durch den Controller 12 erfasst werden (Sensor nicht gezeigt). Bei einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Motorpositionssensor 118 bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine vorbestimmte Anzahl von gleichermaßen beabstandeten Impulsen, woraus die Motordrehzahl (RPM) bestimmt werden kann.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann der Verbrennungsmotor in einem Hybridfahrzeug an ein System aus Elektromotor/Batterie gekoppelt sein. Das Hybridfahrzeug kann eine parallele Konfiguration, eine Reihenkonfiguration oder Variationen oder Kombinationen davon aufweisen. Weiterhin können bei einigen Ausführungsformen andere Motorkonfigurationen eingesetzt werden, beispielsweise ein Dieselmotor.
  • Während des Betriebs durchläuft jeder Zylinder im Motor 10 in der Regel einen VierTakt-Zyklus: der Zyklus beinhaltet den Ansaughub, den Verdichtungshub, den Verbrennungshub und den Auslasshub. Während des Ansaughubs schließt allgemein das Auslassventil 54 und das Ansaugventil 52 öffnet. Luft wird über den Ansaugkrümmer 44 in die Brennkammer 30 eingeleitet und der Kolben 36 bewegt sich zum Boden des Zylinders, um so das Volumen innerhalb der Brennkammer 30 zu vergrößern. Die Position, bei der sich der Kolben 36 in der Nähe des Bodens des Zylinders und am Ende seines Hubs befindet (z.B. wenn die Brennkammer 30 ihr größtes Volumen aufweist), wird von dem Fachmann in der Regel als unterer Totpunkt (UT) bezeichnet. Während des Verbrennungshubs sind das Ansaugventil 52 und das Auslassventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich zu dem Zylinderkopf, um die Luft in der Brennkammer 30 zu komprimieren. Der Punkt, an dem sich der Kolben 36 am Ende seines Hubs und am nächsten am Zylinderkopf befindet (wenn z.B. die Brennkammer 30 ihr kleinstes Volumen aufweist), wird von dem Fachmann in der Regel als der obere Totpunkt (OT) bezeichnet. In einem Prozess, der im Folgenden als eine Einspritzung bezeichnet wird, wird Kraftstoff in die Brennkammer eingeleitet. Bei einem Prozess, der im Folgenden als Zündung bezeichnet wird, wird der eingespritzte Kraftstoff durch bekannte Zündmittel wie etwa eine Zündkerze 92 gezündet, was zur Verbrennung führt. Während des Verbrennungshubs drücken die sich ausdehnenden Gase den Kolben 36 zurück zum UT. Die Kurbelwelle 40 wandelt die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle um. Schließlich öffnet sich das Auslassventil 54 während des Auslasshubs, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch zum Auslasskrümmer 48 freizugeben, und der Kolben kehrt zum OT zurück. Man beachte, dass das Obige lediglich als ein Beispiel gezeigt ist und dass die Öffnungs- und/oder Schließzeiten des Ansaug- und Auslassventils variieren können, wie etwa um eine positive oder negative Ventilüberschneidung, spätes Schließen des Ansaugventils oder verschiedene andere Beispiele bereitzustellen.
  • Nunmehr unter Bezugnahme auf 2 wird ein Blockdiagramm eines Luft-Kraftstoff-Steuersystems gezeigt. Bei 202 bestimmt das Steuersystem 200 ein Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors. Bei einem Beispiel wird das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors in einer nach Motordrehzahl und Last indexierten Tabelle gespeichert. Die Tabelle besteht aus empirisch bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnissen, die sich für verschiedene Motordrehzahlen und Lasten eignen. Das aus der Tabelle extrahierte Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors kann hinsichtlich Motortemperatur eingestellt werden. Beispielsweise kann bei niedrigen Motortemperaturen das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors angereichert werden, um eine niedrigere Kraftstoffflüchtigkeit zu kompensieren. Außerdem kann das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors in Hinblick auf verschiedene Kraftstoffarten eingestellt werden. Beispielsweise kann das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis für einen aufgewärmten Motor für Benzin 14,6:1 betragen, während das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis für eine Benzin-Alkohol-Kraftstoffmischung 12,1:1 betragen kann. Das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis von 202 wird zu einem Summenpunkt 220 geschickt.
  • Bei 204 bestimmt das Steuersystem 200 das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors für eine Katalysatorstimulation. Bei einem Beispiel indexieren Motordrehzahl und Last zwei Tabellen. Die erste Tabelle enthält verschiedene Frequenzen zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors zum Stimulieren des Katalysators. Die zweite Tabelle enthält andere Tastverhältnisse zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors. Die Kombination aus der Ausgabe der ersten Tabelle und der zweiten Tabelle ist ein Motor-Luft-Kraftstoff-Modulationssignal mit einer Frequenz und einem Tastverhältnis. Beispielsweise 0,7 Hz bei einem 60% fetten Tastverhältnis, wobei das Tastverhältnis der fette Abschnitt des Luft-Kraftstoff-Modulationssignals ist, wie in 3 gezeigt. Das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors für eine Katalysatorstimulation kann weiterhin im Hinblick auf Katalysatortemperatur und Kraftstoffart eingestellt werden. Bei einem Beispiel wird die Frequenz erhöht und der fette Abschnitt des Tastverhältnisses wird mit abnehmender Katalysatortemperatur abgesenkt oder reduziert. Die höhere Frequenz und der niedrigere oder reduzierte fette Abschnitt des Tastverhältnisses berücksichtigen die weniger zur Verfügung stehende Sauerstoffspeicherverfügbarkeit, wenn der Katalysator kühler ist.
  • Das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors für eine Katalysatorstimulation kann auch für eine bevorstehende oder ablaufende Regenerierung eines Partikelfilters eingestellt werden. Bei einem Beispiel kann der magere Abschnitt des Tastverhältnisses als Reaktion auf eine Anfrage nach bevorstehender Partikelfilterregenerierung erhöht werden. Falls beispielsweise bestimmt wird, dass der Partikelfilter durch Oxidieren von von dem Partikelfilter gehaltenem Ruß regeneriert werden sollte, kann der magere Abschnitt des Luft-Kraftstoff-Basisverhältnisses des Motors für eine Katalysatorstimulation auf ein erhöhtes mageres Tastverhältnis eingestellt werden (z.B. 75% mageres Tastverhältnis). Durch Abmagern des Luft-Kraftstoff-Basisverhältnisses des Motors für eine Katalysatorstimulation kann es möglich sein, einen Katalysator zwischen fetten und mageren Abgasen periodisch zu betreiben, um einen effizienten Katalysatorbetrieb selbst dann bereitzustellen, wenn der Partikelfilter während der Regenerierung Sauerstoff aus dem Abgas verbraucht. Nachdem eine Partikelfilterregenerierung abgeschlossen ist, kann das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors für eine Katalysatorstimulation angereichert werden, indem der fette Abschnitt des Tastverhältnisses des Luft-Kraftstoff-Basisverhältnisses des Motors für eine Katalysatorstimulation erhöht wird. Somit kann der Motor mit einem vergrößerten fetten Abschnitt des Tastverhältnisses für eine vorbestimmte Zeitlänge betrieben werden, bevor der Motor angehalten wird.
  • Außerdem kann auch das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors für die Katalysatorstimulation für automatische Motorstopp-/startbedingungen eingestellt werden. Falls beispielsweise Motor- und Fahrzeugbetriebsbedingungen derart sind, dass ein automatischer Stopp initiiert werden wird oder vorhergesagt ist, kann das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors für eine Katalysatorstimulation das fette Tastverhältnis so vergrößern, dass die in dem Katalysator gespeicherte Sauerstoffmenge unmittelbar vor dem automatischen Stoppen des Motors reduziert wird. Durch Reduzieren der in dem Katalysator gespeicherten Sauerstoffmenge vor dem Motorstopp kann dies gestatten, dass sich der Katalysator für einen Motorneustart in einem besseren Zustand befindet, weil der Katalysator möglicherweise nicht mit Sauerstoff gesättigt ist.
  • Bei einigen Beispielen kann auch die Amplitude des Luft-Kraftstoff-Basisverhältnisses des Motors für eine Katalysatorstimulation einstellbar sein und von einer Tabelle aus indexiert werden, die durch Motordrehzahl und Last indexiert ist. Das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors für die Katalysatorstimulation wird von 204 zu den Summenpunkten 240 und 245 geschickt. Bei einem Beispiel besteht das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors für eine Katalysatorstimulation aus einer Frequenz und einem Tastverhältnis. Bei einem weiteren Beispiel besteht das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors für eine Katalysatorstimulation aus einer Frequenz, Amplitude und einem Tastverhältnis.
  • Bei 206 bestimmt das Steuersystem 200 eine Rückkopplung zum Korrigieren des Luft-Kraftstoff-Basisverhältnisses des Motors für eine Katalysatorstimulation aus einem oder mehreren Sauerstoffsensoren hinter dem Katalysator. Bei einem Beispiel können eine Frequenz, ein Tastverhältnis und eine Amplitude anhand des Ausgangssignals eines Sauerstoffsensors hinter dem Katalysator bestimmt werden, wie in 3 beschrieben. Auf diese Weise liefert der Sauerstoffsensor hinter dem Katalysator eine Rückkopplung zum Korrigieren einer Variation bei Frequenz, Tastverhältnis und Amplitude des Luft-Kraftstoff-Basisverhältnisses des Motors für eine Katalysatorstimulation. Das Ausgangssignal von 206 wird zum Summenpunkt 245 geschickt.
  • Bei dem Summenpunkt 245 werden die Frequenz, das Tastverhältnis und die Amplitude des gemessenen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors für eine Katalysatorstimulation von dem Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors für eine Katalysatorstimulation subtrahiert, um Fehlerterme für die Frequenz, das Tastverhältnis und die Amplitude des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors für eine Katalysatorstimulation bereitzustellen. Jeder der Frequenz-, Tastverhältnis- und Amplitudenfehler des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors für eine Katalysatorstimulation wird bei 210 mit einem Verstärkungsfaktor multipliziert. Der Verstärkungsfaktor kann eine Funktion von einer oder mehreren Variablen sein, einschließlich Motordrehzahl, Motorlast und Katalysatortemperatur. Die Verstärkung kann linear oder nichtlinear sein.
  • Bei dem Summenpunkt 240 wird das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors für eine Katalysatorstimulation zu der Fehlereinstellung zu dem Motor-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors für eine Katalysatorstimulation addiert. Somit wird das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors für eine Katalysatorstimulation je nach der Fehlereinstellung an dem Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors erhöht oder reduziert. Insbesondere werden die Amplitude, die Frequenz und das Tastverhältnis des Luft-Kraftstoff-Basisverhältnisses des Motors für eine Katalysatorstimulation bei dem Summenpunkt 240 über die Fehlerterme für Amplitude, Frequenz und Tastverhältnis, die sich aus der Bestimmung der Katalysatorstimulation bei 206 ergeben, revidiert.
  • Bei dem Summenpunkt 220 wird das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors zu dem eingestellten Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors für eine Katalysatorstimulation addiert. Das Ausgangssignal des Summenpunkts 220 ist ein Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis des Motors, das definiert ist durch eine Frequenz, Amplitude, ein Tastverhältnis und einen DC-Offset. Das Ausgangssignal des Summenpunkts 220 wird zu 209 und zum Summenpunkt 230 geschickt. Bei 209 wird ein Modell des Motors bereitgestellt, so dass die Motorsoll- und -istsignale bei dem Summenpunkt 150 ausgerichtet werden können. Das Ausgangssignal des Motormodells 209 wird zum Summenpunkt 250 geschickt.
  • Bei dem Summenpunkt 250 wird ein gemessenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors nach Bestimmung aus dem Ausgangssignal eines Sauerstoffsensors von dem modellierten Motorausgangssignal subtrahiert, das von dem Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis des Motors hergeleitet wird, um einen Luft-Kraftstoff-Verhältnisfehler des Motors bereitzustellen. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnisfehler des Motors wird zur Verstärkung 208 gelenkt, wo der Luft-Kraftstoff-Fehler des Motors mit einem Verstärkungsfaktor multipliziert wird. Der Verstärkungsfaktor kann linear oder nichtlinear sein und kann eine Funktion von Motordrehzahl, Motorlast und Katalysatortemperatur sein. Die Motordrehzahl und -last liefern eine Anzeige über die Massenstromrate durch den Katalysator. Das Verstärkungsausgangssignal 208 wird zum Summenpunkt 230 gelenkt.
  • Bei dem Summenpunkt 230 werden das Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis des Motors und der Luft-Kraftstoff-Sollverhältnisfehler des Motors miteinander addiert, um ein angewiesenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors bereitzustellen. Das angewiesene Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors kann über eine Kraftstoffeinspritzdüse und/oder eine Einstellung eines Drosselventils ausgegeben werden. Bei einem Beispiel wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors angereichert, indem eine Kraftstoffimpulsbreite vergrößert wird. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors kann abgemagert werden, indem die Kraftstoffimpulsbreite verringert wird. Die Motorluftmenge kann aus einer Motordrehmomentsollnachfrage bestimmt werden und die in den Motor eintretende Luftmasse kann durch das Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis dividiert werden, um die in den Motor einzuspritzende Kraftstoffmenge bereitzustellen. Bei weiteren Beispielen kann ein Lambda-Wert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors substituiert werden. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors wird an dem Motor 10 über eine Kombination aus Einstellen des Motordrosselventils und Einstellen von Motorkraftstoffeinspritzdüsen ausgegeben. Der Motor 10 verbrennt den eingespritzten Kraftstoff und gibt Abgas an den Katalysator 72 aus. Der Abgassauerstoffgehalt wird an den Summenpunkt 250 und 206 zurückgekoppelt, um eine Luft-Kraftstoff- oder Lambda-Rückkopplung des Motors bereitzustellen.
  • Somit sorgt das System der 1 und 2 für das Einstellen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors, das Folgendes umfasst: einen ersten Sauerstoffsensor, der in einer Auslasspassage eines Motors positioniert ist; einen Katalysator, der in der Auslasspassage des Motors positioniert ist; einen zweiten Sauerstoffsensor, der in der Auslasspassage hinter dem Katalysator positioniert ist; und einen Controller, wobei der Controller Anweisungen zum Einstellen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors als Reaktion auf ein Tastverhältnis und eine Frequenz eines Ausgangssignals des zweiten Sauerstoffsensors enthält, wobei das Tastverhältnis- und Frequenzausgangssignal des zweiten Sauerstoffsensors auf einer Sollspannung des Sauerstoffsensors hinter dem Katalysator basieren. Das System umfasst ferner einen Partikelfilter, der im Abgassystem positioniert ist. Das System umfasst ferner zusätzliche Controlleranweisungen zum Einstellen der Sollspannung des Sauerstoffsensors hinter dem Katalysator auf der Basis von Motorbetriebsbedingungen. Das System beinhaltet auch, dass die zusätzlichen Controlleranweisungen das Erhöhen der Sollspannung des Sauerstoffsensors hinter dem Katalysator als Reaktion auf eine zunehmende Motorlast beinhalten. Das System umfasst weiterhin zusätzliche Controlleranweisungen für einen ersten Modus, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors als Reaktion auf den zweiten Sauerstoffsensor nicht eingestellt wird, und einen zweiten Modus, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors als Reaktion auf den zweiten Sauerstoffsensor eingestellt wird. Das System beinhaltet auch, dass der zweite Modus ein Kraftstoffregelmodus ist, und weiterhin umfassend zusätzliche Controlleranweisungen zum Verzögern des Einstellens des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors als Reaktion auf den zweiten Sauerstoffsensor und als Reaktion auf eine Temperatur des Katalysators.
  • Nunmehr unter Bezugnahme auf 3 wird eine beispielhafte Kurve von relevanten Signalen zum Einstellen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors gezeigt. Die Signale von 3 können über das System von 1 und die Verfahren von 2 und 4 bereitgestellt werden.
    Die erste Kurve in 3 von oben ist eine Kurve des Luft-Kraftstoff-Sollverhältnisses des Motors über der Zeit. Die Y-Achse stellt das Luft-Kraftstoff-Sollbasisverhältnis des Motors dar. Die X-Achse stellt die Zeit dar, und die Zeit nimmt in der Kurve von links nach rechts zu. Die Linie 302 stellt ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis dar. Über der Linie 302 stellt eine magere Bedingung und unter der Linie 302 eine fette Bedingung dar. Bei diesem Beispiel ist das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis (z.B. 14,6 für Benzin). Die Motoremissionen können effizient in H2O und CO2 umgewandelt werden, wenn der Motor mit einer fast stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Mischung betrieben wird.
  • Die zweite Kurve in 3 von oben zeigt ein beispielhaftes mageres Vorspannungssignal 304. Eine stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Mischung befindet sich in der Mitte zwischen dem hohen und niedrigen Abschnitt des Signals 304. Das Signal 304 ist ein mager vorgespanntes, weil es einen größeren Anteil des Signals über oder mager einer stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Mischung aufweist.
  • Die dritte Kurve in 3 von oben zeigt ein beispielhaftes fettes Vorspannungssignal 306. Ähnlich wie bei der zweiten Kurve befindet sich eine stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Mischung in der Mitte zwischen dem hohen und niedrigen Abschnitt des Signals 306. Das Signal 306 ist fett vorgespannt, weil es einen größeren Anteil des Signals unter oder fett einer stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Mischung aufweist.
  • Somit kann anhand der zweiten und dritten Kurve beobachtet werden, dass eine fette oder magere Luft-Kraftstoff-Mischungsvoreinstellung in ein Signal, das eine konstante Frequenz aufweist, integriert werden kann. Bei einigen Beispielen kann auch die fette oder magere Kraftstoffvoreinstellung erhöht werden, indem die Fett- oder Mageramplitude des Signals erhöht wird.
  • Die vierte Kurve in 3 von oben zeigt eine Summe aus dem Luft-Kraftstoff-Sollbasisverhältnis von der ersten Kurve in 3 von oben und der fetten Voreinstellung von der dritten Kurve in 3 von oben. Die Y-Achse stellt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors dar. Die X-Achse stellt die Zeit dar, und die Zeit nimmt in der Kurve von links nach rechts zu. Man beachte, dass das Signal 307 der Kurve um ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis oszilliert und sich für einen größeren Teil der Zeit auf einem niedrigen Niveau befindet. Ein derartiges Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors kann die Effizienz eines Katalysators durch alternatives Zuführen von Sauerstoff und Oxidantien zu dem Katalysator verbessern.
  • Die fünfte Kurve in 3 von oben zeigt eine beispielhafte mittlere HEGO-Sollspannung hinter dem Katalysator. Die X-Achse stellt die HEGO-Spannung hinter dem Katalysator dar und die Y-Achse die Zeit. Die Zeit beginnt in dem Diagramm links und nimmt zur rechten Seite des Diagramms zu. Bei dem vorliegenden Beispiel stellt die Linie 308 eine konstante HEGO-Sollsteuereinstellung von 0,6 V hinter dem Katalysator dar. Bei anderen Beispielen kann die HEGO-Sollspannung hinter dem Katalysator mit den Motor- und/oder Katalysatorbetriebsbedingungen variieren und kann eine Hysterese enthalten.
  • In 3 zeigt die sechste Kurve von oben eine Ausgangsspannung eines HEGO-Sensors 309 hinter dem Katalysator relativ zu einer mittleren HEGO-Sollsteuereinstellung 308 hinter dem Katalysator. Die Y-Achse stellt die HEGO-Spannung hinter dem Katalysator dar und die X-Achse die Zeit. Die Zeit nimmt in dem Diagramm von links nach rechts zu.
  • In 3 zeigt die siebte Kurve von oben eine verarbeitete HEGO-Spannung hinter dem Katalysator. Die Y-Achse stellt den HEGO-Zustand relativ zu einer mittleren HEGO-Sollsteuereinstellung hinter dem Katalysator dar. Die X-Achse stellt die Zeit dar, und die Zeit nimmt in dem Diagramm von links nach rechts zu. Ein hohes Signal zeigt ein fettes HEGO-Signal bezüglich der mittleren HEGO-Sollsteuereinstellung hinter dem Katalysator an, und ein niedriges Signal zeigt ein mageres HEGO-Signal bezüglich der mittleren HEGO-Sollsteuereinstellung hinter dem Katalysator an.
  • Die sechste und siebte Kurve sind insoweit verwandt, als Signale der sechsten Kurve die Basis des Signals in der siebten Kurve sind. Zu einem Zeitpunkt, bevor das Signal 309 des HEGO-Sensors hinter dem Katalysator die mittlere HEGO-Sollsteuereinstellung 308 hinter dem Katalysator kreuzt, ist das HEGO-Sensorsignal über der mittleren HEGO-Sollsteuereinstellung hinter dem Katalysator und gibt einen fetten Zustand bezüglich der mittleren HEGO-Sollsteuereinstellung hinter dem Katalysator hinsichtlich Abgasbestandteilen an. Nachdem das HEGO-Sensorsignal 309 hinter dem Katalysator die mittlere HEGO-Sollsteuereinstellung hinter dem Katalysator kreuzt, ist das HEGO-Sensorsignal 309 hinter dem Katalysator mager bezüglich der mittleren HEGO-Sollsteuereinstellung hinter dem Katalysator.
  • Das HEGO-Sensorsignal 309 hinter dem Katalysator kreuzt die mittlere HEGO-Sollsteuereinstellung hinter dem Katalysator bei 320, 322 und 324. Der Pegel der verarbeiteten HEGO-Spannung hinter dem Katalysator ändert sich bei jeder Schwellwertkreuzung. Beispielsweise entspricht die Schwellwertkreuzung bei 320 der Pegelverschiebung bei 340. Analog entsprechen die Schwellwertkreuzungen bei 322 und 324 den Pegelverschiebungen bei 342 und 344. Das verarbeitete HEGO-Signal hinter dem Katalysator zeigt einen fetten Zustand an, wenn das HEGO-Signal 309 hinter dem Katalysator fett an der mittleren HEGO-Sollsteuereinstellung 308 hinter dem Katalysator ist. Das verarbeitete HEGO-Signal hinter dem Katalysator zeigt einen mageren Zustand an, wenn das HEGO-Signal 309 hinter dem Katalysator mager an der mittleren HEGO-Sollsteuereinstellung 308 hinter dem Katalysator ist. Die HEGO-Signalperiode kann bestimmt werden über Messen der Zeit zwischen verarbeiteten HEGO-Flanken hinter dem Katalysator. Beispielsweise gibt der Pfeil 360 die Zeit zwischen hohen Flanken der verarbeiteten HEGO-Spannung hinter dem Katalysator oder die Periode des verarbeiteten HEGO-Signals hinter dem Katalysator an. Die Frequenz des HEGO-Signals 309 hinter dem Katalysator um die mittlere HEGO-Solleinstellung 308 hinter dem Katalysator kann aus der Periode bestimmt werden. Der fette Tastverhältnisabschnitt der verarbeiteten HEGO-Spannung hinter dem Katalysator kann über das das Messen der Zeit des Kopfteils 362 bestimmt werden. Außerdem kann das fette Tastverhältnis über das Verhältnis der durch den Pfeil 360 dargestellten Zeit zu der durch den Pfeil 362 dargestellten Zeit bestimmt werden.
  • Es sei auch angemerkt, dass die Amplitude des HEGO-Signals 309 relativ zu dem mittleren Soll-HEGO hinter dem Katalysator zwischen jeder Schwellwertkreuzung bereitgestellt werden kann. Bei einem Beispiel kann die höchste HEGO-Spannung zwischen dem HEGO-Sensorsignal 309 und der mittleren HEGO-Sollsteuereinstellung 308 hinter dem Katalysator als eine HEGO-Amplitude auf der fetten Seite ausgegeben werden, wenn das HEGO-Signal 309 einen Zustand anzeigt, der fett an der mittleren HEGO-Sollsteuereinstellung hinter dem Katalysator ist. Analog kann die niedrigste HEGO-Spannung zwischen dem HEGO-Sensorsignal 309 und der mittleren HEGO-Sollsteuereinstellung 308 hinter dem Katalysator als eine HEGO-Amplitude auf der mageren Seite ausgegeben werden, wenn das HEGO-Signal 309 einen Zustand anzeigt, der mager an der mittleren HEGO-Sollsteuereinstellung hinter dem Katalysator ist.
  • Auf diese Weise kann das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis eines Motors für eine Katalysatorstimulation über das HEGO-Signal 309 hinter dem Katalysator und die mittleren HEGO-Sollsteuereinstellung 308 hinter dem Katalysator gemessen werden. Weiterhin können die Frequenz, das Tastverhältnis und die Amplitude des Luft-Kraftstoff-Basisverhältnisses des Motors für eine Katalysatorstimulation aus dem HEGO-Signal 309 hinter dem Katalysator abgeleitet werden.
  • Nunmehr wird unter Bezugnahme auf 4 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Luft-Kraftstoff-Steuerverfahrens für einen Motor gezeigt. Das Verfahren von 4 lässt sich über Anweisungen des Controllers 12 von 1 ausführen.
  • Bei 402 beurteilt das Verfahren 400, ob eine Kraftstoffregelung ermöglicht werden soll. Bei einem Beispiel kann die Kraftstoffregelung beginnen, nachdem der Motor eine vorbestimmte Temperatur erreicht oder nachdem der Motor nach einem Motorstopp für eine vorbestimmte Zeitdauer gearbeitet hat. Falls das Verfahren 400 beurteilt, dass Bedingungen vorliegen, um in eine Kraftstoffregelung einzutreten, geht das Verfahren 400 weiter zu 404.
  • Bei 404 bestimmt das Verfahren 400 das Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis des Motors und das Luft-Kraftstoff-Basissollverhältnis des Motors für eine Katalysatorstimulation. Bei einem Beispiel wird das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors in einer durch Motordrehzahl und -last indexierten Tabelle gespeichert. Die Tabelle besteht aus empirisch bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnissen, die sich für verschiedene Motordrehzahlen und -lasten eignen. Die Motordrehzahl und -last können die Basis darstellen, um eine Abgasströmungsrate durch den Katalysator zu bestimmen. Somit können das Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis des Motors und das Luft-Kraftstoff-Basissollverhältnis des Motors für eine Katalysatorstimulation auf eine Abgasströmungsrate durch den Katalysator reagieren. Das aus der Tabelle extrahierte Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors kann auf die Motortemperatur hin eingestellt werden.
  • Analog kann das gewünschte Luft-Kraftstoff-Basissollverhältnis des Motors für eine Katalysatorstimulation bestimmt werden. Bei einem Beispiel indexieren Motordrehzahl und -last zwei Tabellen. Die erste Tabelle enthält verschiedene Frequenzen zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors zum Stimulieren des Katalysators. Die zweite Tabelle enthält verschiedene Tastverhälnisse zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors. Die Kombination aus dem Ausgangssignal der ersten Tabelle und der zweiten Tabelle ist ein Luft-Kraftstoff-Modulationssignal für einen Motor mit einer Frequenz und einem Tastverhältnis. Das Luft-Kraftstoff-Basissollverhältnis des Motors für eine Katalysatorstimulation kann weiter auf die Katalysatortemperatur und den Kraftstofftyp hin eingestellt werden. Bei einem Beispiel wird das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors für eine Katalysatorstimulationsfrequenz erhöht und das Tastverhältnis wird gesenkt, wenn die Katalysatortemperatur abnimmt. Die höhere Frequenz und das niedrigere Tastverhältnis berücksichtigen die weniger verfügbare Sauerstoffspeicherung in dem Katalysator, ist kühler.
  • Bei einigen Beispielen ist die Frequenz für das Luft-Kraftstoff-Basissollverhältnis des Motors höher als die Frequenz für das Luft-Kraftstoff-Basissollverhältnis des Motors für eine Katalysatorstimulation. Somit können verschiedene Teile des Motorsystems während des Motorbetriebs zu verschiedenen Zeiten unterschiedliche Frequenzen verlangen. Beispielsweise können während eines Kaltstarts das Luft-Kraftstoff-Basissollverhältnis des Motors und das Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis des Motors zur Katalysatorstimulation die gleiche Frequenzanforderung aufweisen. Bei höheren Katalysatortemperaturen, wenn eine Sauerstoffspeicherung zur Verfügung steht, kann die Frequenz das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnisses des Motors für eine Katalysatorstimulation niedriger sein als die Frequenz des Luft-Kraftstoff-Basissollverhältnisses des Motors.
  • Zusätzliche Einstellungen an dem Luft-Kraftstoff-Basissollverhältnis des Motors für eine Katalysatorstimulation kann für eine Partikelfilterregenerierung und beabsichtigtes Motorstoppen und -starten bereitgestellt werden. Bei einem Beispiel kann der magere Abschnitt des Tastverhältnisses als Reaktion auf eine bevorstehende Regenerierung eines Partikelfilters vergrößert werden. Somit kann der Zustand des Katalysators eingestellt werden, bevor eine Partikelfilterregenerierung initiiert wird, so dass die Umwandlungseffizienz des Katalysators während der Partikelfilterregenerierung verbessert wird. Außerdem kann der magere Abschnitt des Tastverhältnisses für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors für die Katalysatorstimulation während der Partikelfilterregenerierung vergrößert werden, um die Katalysatoreffizienz und die Oxidation von Partikelmaterie in dem Partikelfilter zu fördern. Bei anderen Beispielen können auch die Frequenz und/oder die Amplitude des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors für eine Katalysatorstimulation als Reaktion auf eine Partikelfilterregenerierung eingestellt werden.
  • Bei noch einem weiteren Beispiel können die Frequenz und das Tastverhältnis als Reaktion auf eine Anforderung zum automatischen Starten oder Stoppen des Motors eingestellt werden, wenn zum Beispiel der Fahrer keine spezifische Aktion zum Stoppen des Motors ergreift; der Fahrer bremst möglicherweise oder lässt ein Fahrpedal los, wobei aber der Operator einen Motorstopp nicht aktiv über einen Schalter oder einen Befehl anfordert (dessen einziger Zweck darin besteht, den Motor zu stoppen). Bei einem Beispiel wird der fette Abschnitt des Tastverhältnisses als Reaktion auf eine automatische Anforderung zum Stoppen des Motors vergrößert. Während von einem Operator angeforderten Motorstopps wird keine derartige Aktion ergriffen. Verfahren 400 geht weiter zu 406, nachdem das Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis des Motors und das Luft-Kraftstoff-Basissollverhältnis des Motors für eine Katalysatorstimulation bestimmt sind.
  • Bei 406 aktualisiert das Verfahren 400 das Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis für einen Motor und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis für einen Motor für eine Katalysatorstimulation. Das Verfahren 400 greift auf Katalysatorstimulusinformationen nach Bestimmung durch einen Sauerstoffsensor hinter dem Katalysator während einer vorausgegangenen Ausführung des Verfahrens 400 zu. Beispielsweise werden Katalysatorstimulationsinformationen von 412 zum Aktualisieren des Luft-Kraftstoff-Sollverhältnisses für einen Motor für eine Katalysatorstimulation verwendet.
  • Bei einem Beispiel werden die Frequenz, das Tastverhältnis und die Amplitude, die über einen Sauerstoffsensor hinter dem Katalysator bestimmt sind, von der Sollfrequenz, dem Solltastverhältnis und der Sollamplitude des Luft-Kraftstoff-Basissollverhältnisses für einen Motor für eine Katalysatorstimulation subtrahiert, um Fehlerterme für ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis für einen Motor für eine Frequenz, ein Tastverhältnis und eine Amplitude der Katalysatorstimulation bereitzustellen. Die Fehlerterme werden mit Verstärkungsfaktoren multipliziert und dann zu dem Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors und dem Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis für eine Katalysatorstimulation addiert. Das Verfahren 400 geht weiter zu 408, nachdem das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors und das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors für eine Katalysatorstimulation aktualisiert sind.
  • Bei 408 werden das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors und das Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis für eine Katalysatorstimulation an den Motor ausgegeben. Bei einem Beispiel wird die in den Motor strömende Luftmasse durch die Summe aus dem Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors und dem Luft-Kraftstoff-Basisverhältnis des Motors für eine Katalysatorstimulation dividiert, um eine in Motorzylinder einzuspritzende Kraftstoffmasse zu bestimmen. Die Kraftstoffmasse wird in eine Kraftstoffeinspritzdüsen-Einschaltzeit umgewandelt und die Motorkraftstoffeinspritzdüsen werden für die Einschaltzeit aktiviert. Auf diese Weise wird das dem Motor zugeführte Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors eingestellt. Folglich können die Frequenz, das Tastverhältnis und die Amplitude des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors für eine Katalysatorstimulation jeweils unabhängig von den anderen Parametern eingestellt werden. Das Verfahren 400 geht weiter zu 410, nachdem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors ausgegeben ist.
  • Bei 410 werden die Ausgangsspannungen von Sauerstoffsensoren in dem Motorabgassystem abgelesen. Bei einem Beispiel sind die Sauerstoffsensoren so angeordnet, wie in 1 gezeigt. Die Sauerstoffsensorspannungen können auf der Basis der Motorposition oder auf der Basis eines Zeitintervalls abgetastet werden. Während einiger Betriebsbedingungen kann das Auslesen der Sauerstoffsensoren verzögert werden, bis vorbestimmte Bedingungen erfüllt sind, um die Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors für eine Katalysatorstimulation zu verzögern. Wenn beispielsweise ein Katalysator und ein Sauerstoffsensor kalt sind, wird der Sauerstoffsensor möglicherweise erst dann ausgelesen, wenn der Sauerstoffsensor eine vorbestimmte Temperatur erreicht. Das Verfahren 400 geht weiter zu 412, nachdem Ausgangsspannungen der Abgassauerstoffsensoren bestimmt sind.
  • Bei 412 bestimmt das Verfahren 400 eine Katalysatorstimulationsrückkopplung zum Korrigieren des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors für eine Katalysatorstimulation. Bei einem Beispiel wird eine Katalysatorstimulation über das Verarbeiten des Ausgangssignals eines hinter einem Katalysator positionierten Sauerstoffsensors bestimmt. Falls die Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors über einer Sollspannung des Sauerstoffsensors hinter dem Katalysator liegt, zeigt das verarbeitete Sauerstoffsensorspannungssignal einen fetten Zustand an. Falls die Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors unter einer Sollspannung des Sauerstoffsensors hinter dem Katalysator liegt, zeigt das verarbeitete Sauerstoffsensorspannungssignal einen mageren Zustand an. Die Zeit zwischen einem fetten oder mageren Zustand kann zum Bestimmen der Frequenz des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors für eine Katalysatorstimulation bei dem Katalysator verwendet werden. Die Zeit, während der der HEGO-Sensor fett oder mager einer mittleren HEGO-Sollsteuereinstellung hinter dem Katalysator ist, ist die Basis zum Bestimmen des fetten oder mageren Tastverhältnisses der Katalysatorstimulation. Die Beschreibung von 3 liefert Beispielsignale und Prozeduren zum Bestimmen des Tastverhältnisses, der Frequenz und der Amplitude der Katalysatorstimulation zum Korrigieren eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für einen Motor für eine Katalysatorstimulation. Das Verfahren 400 geht weiter zu 414, nachdem aus Sauerstoffsensoren hinter dem Katalysator eine Rückkopplung für eine Katalysatorstimulation bestimmt ist.
  • Bei 414 wird ein Katalysatorstimulationsfehler bestimmt. Bei einem Beispiel wird der Katalysatorstimulationsfehler bestimmt durch Subtrahieren einer Rückkopplung von einer Katalysatorstimulation nach Bestimmung bei 412 von einem Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis des Motors und von einem Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis für eine Katalysatorstimulation. Beispielsweise kann der Tastverhältnisfehler bestimmt werden aus PCHEGO_DC_Err=Desired_PCHS_DC-PCHEGO_DC_avg, wobei PCHEGO_DC_Err der HEGO-Tastverhältnisfehler hinter dem Katalysator ist, Desired_PCHS_DC das HEGO-Solltastverhältnis hinter dem Katalysator ist und PCHEGO_DC_avg ein Mittelwert von fetten oder mageren Tastverhältnissen über einem Zeitintervall oder über einem Motorzyklusintervall ist. Analog kann der Frequenzfehler bestimmt werden aus PCHEGO_Frq_Err=Desired_PCHS_Frq-PCHEGO_Frq_avg, wobei PCHEGO_Frq_Err der HEGO-Frequenzfehler hinter dem Katalysator ist, Desired_PCHS_Frq die HEGO-Sollfrequenz hinter dem Katalysator ist und PCHEGO_Frq_avg eine mittlere Katalysatorstimulationsfrequenz über einem Zeitintervall oder einem Motorzyklusintervall ist. Die bei 414 bestimmten Fehlerparameter werden vom Verfahren 400 bei 406 verwendet, wenn das Verfahren 400 danach wieder ausgeführt wird. Das Verfahren 400 endet nach der Bestimmung des Katalysatorstimulationsfehlers.
  • Auf diese Weise sind Informationen von einem Sauerstoffsensor hinter dem Katalysator die Basis für das Korrigieren des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors für eine Katalysatorstimulation. Das Verfahren 400 sorgt für individuelle Einstellungen an dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis für den Motor für eine Katalysatorstimulation für Tastverhältnis, Frequenz und Amplitude. Als solches isoliert das Verfahren 400 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors für eine Katalysatorstimulation bezüglich Tastverhältnis, Frequenz und Amplitude und stellt sie individuell ein.
  • Somit sorgt das Verfahren 400 für das Einstellen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors, das Folgendes umfasst: Einstellen einer Frequenz und eines Tastverhältnisses eines auf Motorzylinder angewendeten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis eines Tastverhältnisses und einer Frequenz, die von einem hinter einem Katalysator positionierten Sauerstoffsensor abgeleitet sind. Auf diese Weise wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors eingestellt, um in einem Katalysator eine höhere Umwandlungseffizienz zu stimulieren. Das Verfahren umfasst weiterhin das Einstellen des auf die Motorzylinder angewendeten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses über eine Motorspeisegassauerstoffkonzentration und kann die Amplitude und das Tastverhältnis des auf Motorzylinder angewendeten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verringern, wenn die Katalysatorverschlechterung zunimmt und die Sauerstoffspeicherungskapazität abnimmt. Bei einem Beispiel beinhaltet das Verfahren, dass ein erster Verstärkungsfaktor auf das Tastverhältnis des Signals angewendet wird, das von dem hinter dem Katalysator positionierten Sauerstoffsensor hergeleitet ist, wenn der Motor Benzin verbrennt, und dass ein zweiter Verstärkungsfaktor auf das Tastverhältnis des Signals angewendet wird, das von dem hinter dem Katalysator positionierten Sauerstoffsensor hergeleitet ist, wenn der Motor Alkohol oder eine Mischung aus Benzin und Alkohol verbrennt. Das Verfahren beinhaltet auch, dass ein erster Verstärkungsfaktor auf die Frequenz des Signals angewendet wird, das von dem hinter dem Katalysator positionierten Sauerstoffsensor hergeleitet ist, wenn der Motor Benzin verbrennt, und dass ein zweiter Verstärkungsfaktor auf die Frequenz des Signals angewendet wird, das von dem hinter dem Katalysator positionierten Sauerstoffsensor hergeleitet ist, wenn der Motor Alkohol oder eine Mischung aus Benzin und Alkohol verbrennt. Das Verfahren beinhaltet auch, dass ein Tastverhältnisfehler und ein Sollfrequenzfehler anhand eines Solltastverhältnises, einer Sollfrequenz und des Tastverhältnisses und der Frequenz eines Signals, das von dem hinter dem Katalysator positionierten Sauerstoffsensor hergeleitet ist, bestimmt wird. Das Verfahren beinhaltet auch, dass das Solltastverhältnis und die Sollfrequenz als Reaktion auf eine Temperatur des Katalysators eingestellt werden. Das Verfahren beinhaltet weiterhin, dass das Solltastverhältnis und die Sollfrequenz als Reaktion auf eine Durchflussrate durch den Katalysator eingestellt werden.
  • Bei einem weiteren Beispiel sorgt das Verfahren 400 für ein Verfahren zum Einstellen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors, das Folgendes umfasst: Zuführen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu dem Motor mit einem ersten Tastverhältnis und einer ersten Frequenz und Einstellen des ersten Tastverhältnisses und der ersten Frequenz über eine zweite Frequenz und ein zweites Tastverhältnis, wobei die zweite Frequenz unter der ersten Frequenz liegt, wobei das zweite Tastverhältnis auf ein Ausgangssignal eines hinter einem Katalysator in einem Abgassystem des Motors positionierten Sauerstoffsensors reagiert. Das Verfahren beinhaltet, dass das erste Tastverhältnis auf der Basis eines Fehlers zwischen einem Solltastverhältnis hinter dem Katalysator und dem zweiten Tastverhältnis eingestellt wird. Das Verfahren beinhaltet auch, dass das Solltastverhältnis hinter dem Katalysator als Reaktion auf einen Zustand eines Partikelfilters eingestellt wird. Das Verfahren beinhaltet auch, dass das zweite Tastverhältnis anhand einer Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors bezogen auf eine Sollspannung des Sauerstoffsensors hinter dem Katalysator, bestimmt wird. Das Verfahren beinhaltet, dass die Sollspannung des Sauerstoffsensors hinter dem Katalysator als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen eingestellt wird. Das Verfahren beinhaltet auch, dass die Sollspannung des Sauerstoffsensors hinter dem Katalysator als Reaktion auf Katalysatorbetriebsbedingungen eingestellt wird. Das Verfahren beinhaltet auch, dass die zweite Frequenz mit der Motordrehzahl zunimmt.
  • Wie der Durchschnittsfachmann versteht, können in 4 beschriebene Routinen eine oder mehrere einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie ereignisgetrieben, Interrupt-getrieben, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Als solches können verschiedene dargestellte Schritte oder Funktionen in der gezeigten Sequenz oder parallel ausgeführt werden oder in einigen Fällen entfallen.
  • Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die hierin beschriebenen Aufgaben, Merkmale und Vorteile zu erzielen, sondern wird zur Erleichterung der Darstellung und Beschreibung vorgelegt. Wenngleich dies nicht explizit dargestellt ist, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass einer/eine oder mehrere der dargestellten Schritte oder Funktionen je nach der verwendeten jeweiligen Strategie wiederholt ausgeführt werden können.
  • Dies beendet die Beschreibung. Durch die Lektüre durch einen Fachmann würden sich viele Abänderungen und Modifikationen ergeben, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Beschreibung abzuweichen. Beispielsweise könnten 13-, 14-, 15-, V6-, V8-, V10- und V12-Motoren, die in Konfiguration mit Erdgas, Benzin, Diesel oder einem alternativen Kraftstoff arbeiten, vorteilhafterweise die vorliegende Beschreibung verwenden.
  • Zeichenerklärung
  • 2
    • 202
    LUFT-KRAFTSTOFF-BASISVERHÄLTNIS
    204
    BASISKATALYSATORSTIMULATION
    209
    MOTORMODELL
    208
    VERSTÄRKUNGSFAKTOR
    10
    MOTOR
    72
    KATALYSATOR
    210
    VERSTÄRKUNGSFAKTOR
    206
    BESTIMMEN VON ATTRIBUTEN DES SAUERSTOFFSENSORSIGNALS HINTER DEM KATALYSATOR
  • 4
    • 402
    REGELKREIS AKTIVIEREN?
    404
    LUFT-KRAFTSTOFF-SOLLVERHÄLTNIS DES MOTORS UND LUFT-KRAFTSTOFF-SOLLVERHÄLTNIS FÜR KATALYSATORSTIMULATION BESTIMMEN
    408
    LUFT-KRAFTSTOFF-VERHÄLTNIS DES MOTORS UND KATALYSATORSTIMULATION AUF DER BASIS VON RÜCKKOPPLUNG AKTUALISIEREN
    408
    LUFT-KRAFTSTOFF-VERHÄLTNIS DES MOTORS AUSGEBEN
    410
    SAUERSTOFFSENSOREN AUSLESEN
    412
    RÜCKKOPPLUNG FÜR KATALYSATORSTIMULATION AUS SAUERSTOFFSENSOREN BESTIMMEN
    414
    KATALYSATORSTIMULATIONSFEHLER BESTIMMEN

Claims (19)

  1. Verfahren zum Einstellen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors, umfassend: Einstellen einer Frequenz und eines Tastverhältnisses eines auf Motorzylinder angewendeten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis eines Tastverhältnisses und einer Frequenz, die von einem hinter einem Katalysator positionierten Sauerstoffsensor abgeleitet sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend das Einstellen des auf die Motorzylinder angewendeten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses über eine Motorspeisegassauerstoffkonzentration, und weiterhin umfassend das Reduzieren einer Amplitude und das Reduzieren eines Tastverhältnisses des auf Motorzylinder angewendeten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, wenn die Katalysatorverschlechterung zunimmt und die Katalysatorsauerstoffspeicherkapazität abnimmt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein erster Verstärkungsfaktor auf das Tastverhältnis des Signals angewendet wird, das von dem hinter dem Katalysator positionierten Sauerstoffsensor hergeleitet ist, wenn der Motor Benzin verbrennt, und wobei ein zweiter Verstärkungsfaktor auf das Tastverhältnis des Signals angewendet wird, das von dem hinter dem Katalysator positionierten Sauerstoffsensor hergeleitet ist, wenn der Motor Alkohol oder eine Mischung aus Benzin und Alkohol verbrennt.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein erster Verstärkungsfaktor auf die Frequenz des Signals angewendet wird, das von dem hinter dem Katalysator positionierten Sauerstoffsensor hergeleitet ist, wenn der Motor Benzin verbrennt, und wobei ein zweiter Verstärkungsfaktor auf die Frequenz des Signals angewendet wird, das von dem hinter dem Katalysator positionierten Sauerstoffsensor hergeleitet ist, wenn der Motor Alkohol oder eine Mischung aus Benzin und Alkohol verbrennt.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Tastverhältnisfehler und ein Sollfrequenzfehler anhand eines Solltastverhältnisses, einer Sollfrequenz und des Tastverhältnisses und der Frequenz eines Signals, das von dem hinter dem Katalysator positionierten Sauerstoffsensor hergeleitet ist, bestimmt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Solltastverhältnis und die Sollfrequenz als Reaktion auf eine Temperatur des Katalysators eingestellt werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Solltastverhältnis und die Sollfrequenz als Reaktion auf eine Durchflussrate durch den Katalysator eingestellt werden.
  8. Verfahren zum Einstellen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors, umfassend: Zuführen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu dem Motor mit einem ersten Tastverhältnis und einer ersten Frequenz und Einstellen des ersten Tastverhältnisses und der ersten Frequenz über eine zweite Frequenz und ein zweites Tastverhältnis, wobei die zweite Frequenz unter der ersten Frequenz liegt, wobei das zweite Tastverhältnis auf ein Ausgangssignal eines hinter einem Katalysator in einem Abgassystem des Motors positionierten Sauerstoffsensors reagiert.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das erste Tastverhältnis auf der Basis eines Fehlers zwischen einem Solltastverhältnis hinter dem Katalysator und dem zweiten Tastverhältnis eingestellt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Solltastverhältnis hinter dem Katalysator als Reaktion auf einen Zustand eines Partikelfilters eingestellt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei das zweite Tastverhältnis anhand einer Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors bezogen auf eine Sollspannung des Sauerstoffsensors hinter dem Katalysator referenziert ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Sollspannung des Sauerstoffsensors hinter dem Katalysator als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen und/oder Katalysatorbetriebsbedingungen eingestellt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüch 9 bis 12, wobei die zweite Frequenz mit der Motordrehzahl zunimmt.
  14. System zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend: einen ersten Sauerstoffsensor, der in einer Auslasspassage eines Motors positioniert ist; einen Katalysator, der in der Auslasspassage des Motors positioniert ist; einen zweiten Sauerstoffsensor, der in der Auslasspassage hinter dem Katalysator positioniert ist; und einen Controller, wobei der Controller Anweisungen zum Einstellen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors als Reaktion auf ein Tastverhältnis und eine Frequenz eines Ausgangssignals des zweiten Sauerstoffsensors enthält, wobei das Tastverhältnis- und Frequenzausgangssignal des zweiten Sauerstoffsensors auf einer Sollspannung des Sauerstoffsensors hinter dem Katalysator basieren.
  15. System nach Anspruch 14, weiterhin umfassend einen Partikelfilter, der in dem Abgassystem positioniert ist.
  16. System nach Anspruch 14 oder 15, weiterhin umfassend zusätzliche Controlleranweisungen zum Einstellen der Sollspannung des Sauerstoffsensors hinter dem Katalysator auf der Basis von Motorbetriebsbedingungen.
  17. System nach Anspruch 16, wobei die zusätzlichen Controlleranweisungen das Erhöhen der Sollspannung des Sauerstoffsensors hinter dem Katalysator als Reaktion auf eine steigende Motorlast beinhaltet.
  18. System nach einem der Ansprüche 14 bis 17, weiterhin umfassend zusätzliche Controlleranweisungen für einen ersten Modus, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors als Reaktion auf den zweiten Sauerstoffsensor nicht eingestellt wird, und einen zweiten Modus, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors als Reaktion auf den zweiten Sauerstoffsensor eingestellt wird.
  19. System nach Anspruch 18, wobei der zweite Modus ein Kraftstoffregelmodus ist, und weiterhin umfassend zusätzliche Controlleranweisungen zum Verzögern des Einstellens des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors als Reaktion auf den zweiten Sauerstoffsensor und als Reaktion auf eine Temperatur des Katalysators.
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