DE102018210739A1

DE102018210739A1 - Verfahren zur Regelung einer Füllung eines Abgaskomponentenspeichers eines Katalysators im Abgas eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102018210739A1
Application number: DE102018210739.4A
Authority: DE
Inventors: Alexandre Wagner; Martin Knopp; Michael Fey
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2020-01-02
Also published as: US10927738B2; US20200003096A1; KR20200002638A; CN110657010A; CN110657010B

Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren zur Regelung einer Füllung eines Abgaskomponentenspeichers eines Katalysators (26) im Abgas eines Verbrennungsmotors (10), bei dem ein Ist-Füllstand (mod) des Abgaskomponentenspeichers mit einem ersten Streckenmodell (100) ermittelt wird, dem Signale (λ) einer stromaufwärts des Katalysators (26) in den Abgasstrom ragenden und eine Konzentration des Abgasbestandteils erfassenden ersten Abgassonde (32) und einer zweiten Abgassonde (34), die stromabwärts des Katalysators (26) angeordnet und dem Abgas ausgesetzt ist, zugeführt werden. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Basislambdasollwert für einen ersten Regelkreis (22, 32, 128, 130, 132) durch einen zweiten Regelkreis (22, 32, 100, 122, 124, 126, 128, 132, 22) vorgegeben wird, der mit dem ersten Streckenmodell ermittelte Ist-Füllstand (mod) dann, wenn die Spannung der zweiten Abgassonde einen Durchbruch von fettem oder magerem Abgas hinter dem Katalysator (26) und damit einen zu niedrigen oder zu hohen tatsächlichen Füllstand des Abgaskomponentenspeichers anzeigt, dem tatsächlichen Füllstand angeglichen wird (208, 218). Ein unabhängiger Anspruch richtet sich auf ein zur Durchführung des Verfahrens eingerichtetes Steuergerät.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Füllung eines Abgaskomponentenspeichers eines Katalysators im Abgas eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. In ihren Vorrichtungsaspekten betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuergerät nach dem Oberbegriff des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs.
Ein solches Verfahren und ein solches Steuergerät ist für Sauerstoff als Abgaskomponente jeweils aus der DE 196 06 652 B4 der Anmelderin bekannt.
Bei dem bekannten Verfahren und Steuergerät wird ein Ist-Füllstand des Abgaskomponentenspeichers mit einem ersten Streckenmodell ermittelt, dem Signale einer stromaufwärts des Katalysators in den Abgasstrom ragenden und eine Konzentration des Abgasbestandteils erfassenden ersten Abgassonde und einer zweiten Abgassonde, die stromabwärts des Katalysators angeordnet und dem Abgas ausgesetzt ist, zugeführt werden, wobei ein Basislambdasollwert für einen ersten Regelkreis durch einen zweiten Regelkreis vorgegeben wird, der mit dem ersten Streckenmodell ermittelte Ist-Füllstand dann, wenn die Spannung der zweiten Abgassonde einen Durchbruch von fettem oder magerem Abgas hinter dem Katalysator und damit einen zu niedrigen oder zu hohen tatsächlichen Füllstand des Abgaskomponentenspeichers anzeigt, dem tatsächlichen Füllstand angeglichen wird.
Bei einer unvollständigen Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs in einem Ottomotor werden neben Stickstoff (N₂), Kohlendioxid (CO₂) und Wasser (H₂O) eine Vielzahl von Verbrennungsprodukten ausgestoßen, von denen Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxide (NO_x) gesetzlich limitiert sind. Die geltenden Abgasgrenzwerte für Kraftfahrzeuge können nach heutigem Stand der Technik nur mit einer katalytischen Abgasnachbehandlung eingehalten werden. Durch die Verwendung eines Dreiwegekatalysators können die genannten Schadstoffkomponenten konvertiert werden. Eine gleichzeitig hohe Konvertierungsrate für HC, CO und NO_x wird bei Dreiwegekatalysatoren nur in einem engen Lambdabereich um den stöchiometrischen Betriebspunkt (Lambda = 1), dem sogenannten Konvertierungsfenster, erreicht.
Zum Betrieb des Dreiwegekatalysators im Konvertierungsfenster wird in heutigen Motorsteuerungssystemen typischerweise eine Lambdaregelung eingesetzt, die auf den Signalen von vor und hinter dem Dreiwegekatalysator angeordneten Lambdasonden basiert. Für die Regelung der Luftzahl Lambda, die ein Maß für die Zusammensetzung des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses des Verbrennungsmotors ist, wird der Sauerstoffgehalt des Abgases vor dem Dreiwegekatalysator mit einer dort angeordneten vorderen Abgassonde gemessen. Abhängig von diesem Messwert korrigiert die Regelung die in Form eines Basiswertes von einer Vorsteuerungsfunktion vorgegebene Kraftstoffmenge oder Einspritzimpulsbreite.
Im Rahmen der Vorsteuerung werden Basiswerte einzuspritzender Kraftstoffmengen in Abhängigkeit von zum Beispiel Drehzahl und Last des Verbrennungsmotors vorgegeben. Für eine noch genauere Regelung wird zusätzlich die Sauerstoffkonzentration des Abgases stromabwärts des Dreiwegekatalysators mit einer weiteren Abgassonde erfasst. Das Signal dieser hinteren Abgassonde wird für eine Führungsregelung verwendet, die der auf dem Signal der vorderen Abgassonde basierenden Lambdaregelung vor dem Dreiwegekatalysator überlagert ist. Als hinter dem Dreiwegekatalysator angeordnete Abgassonde wird in der Regel eine Sprung-Lambdasonde verwendet, die bei Lambda = 1 eine sehr steile Kennlinie besitzt und deshalb Lambda = 1 sehr genau anzeigen kann (Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 23. Auflage, Seite 524).
Neben der Führungsregelung, die im allgemeinen nur kleine Abweichungen von Lambda = 1 ausregelt und vergleichsweise langsam ausgelegt ist, gibt es in aktuellen Motorsteuerungssystemen in der Regel eine Funktionalität, die nach großen Abweichungen von Lambda = 1 in Form einer Lambda-Vorsteuerung dafür sorgt, dass das Konvertierungsfenster schnell wieder erreicht wird, was zum Beispiel nach Phasen mit Schiebebetriebsabschaltung wichtig ist, in denen der Dreiwegekatalysator mit Sauerstoff beladen wird. Die Beladung mit Sauerstoff beeinträchtigt die NO_x-Konvertierung.
Wegen der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Dreiwegekatalysators kann hinter dem Dreiwegekatalysator noch über mehrere Sekunden Lambda = 1 vorliegen, nachdem vor dem Dreiwegekatalysator ein fettes oder mageres Lambda eingestellt wurde. Diese Eigenschaft des Dreiwegekatalysators, Sauerstoff temporär zu speichern, wird ausgenutzt, um kurzzeitige Abweichungen von Lambda = 1 vor dem Dreiwegekatalysator auszugleichen. Liegt vor dem Dreiwegekatalysator über längere Zeit Lambda ungleich 1 vor, wird sich das gleiche Lambda auch hinter dem Dreiwegekatalysator einstellen sobald der Sauerstofffüllstand bei einem Lambda >1 (Sauerstoffüberschuss) die Sauerstoffspeicherfähigkeit überschreitet oder sobald im Dreiwegekatalysator bei einem Lambda < 1 kein Sauerstoff mehr gespeichert ist.
Zu diesem Zeitpunkt zeigt dann auch eine Sprung-Lambdasonde hinter dem Dreiwegekatalysator ein Verlassen des Konvertierungsfensters an. Bis zu diesem Zeitpunkt deutet das Signal der Lambdasonde hinter dem Dreiwegekatalysator allerdings nicht auf den bevorstehenden Durchbruch hin, und eine auf diesem Signal basierende Führungsregelung reagiert deshalb oft erst so spät, dass die Kraftstoffzumessung nicht mehr rechtzeitig vor einem Durchbruch reagieren kann. Als Folge treten erhöhte tail pipe Emissionen auf. Aktuelle Regelungskonzepte haben deshalb den Nachteil, dass sie ein Verlassen des Konvertierungsfensters anhand der Spannung der Sprung-Lambdasonde hinter dem Dreiwegekatalysator erst spät erkennen.
Eine Alternative zur Regelung auf Basis des Signals einer Lambdasonde hinter dem Dreiwegekatalysator ist eine Regelung des mittleren Sauerstoff-Füllstands des Dreiwegekatalysators. Dieser mittlere Füllstand ist zwar nicht messbar, kann aber nach der eingangs genannten DE 196 06 652 B4 durch Berechnungen modelliert werden.
Bei einem Dreiwegekatalysator handelt es sich allerdings um eine komplexe, nichtlineare Strecke mit zeitvarianten Streckenparametern. Darüber hinaus sind die gemessenen oder modellierten Eingangsgrößen für ein Modell des Dreiwegekatalysators üblicherweise mit Unsicherheiten behaftet. Deshalb ist ein allgemeingültiges Katalysatormodell, welches das Verhalten des Dreiwegekatalysators in unterschiedlichen Betriebszuständen (z.B. in unterschiedlichen Motorbetriebspunkten oder bei unterschiedlichen Katalysatoralterungszuständen) ausreichend genau beschreiben kann, in der Regel in einem Motorsteuerungssystem nicht verfügbar.
Offenbarung der Erfindung
Von dem eingangs genannten Stand der Technik unterscheidet sich die vorliegende Erfindung in ihren Verfahrensaspekten durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und in ihren Vorrichtungsaspekten durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs.
Die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 sehen vor, dass ein Füllstandsprofil berechnet wird, das zu dem gemessenen Signal der zweiten Abgassonde führen würde und dass das mit dem ersten Streckenmodell modellierte Füllstandsprofil durch das berechnete Füllstandsprofil ersetzt wird.
Weiter ist bevorzugt, dass das Angleichen dann durchgeführt wird, wenn das Signal der zweiten Abgassonde in einen Signalbereich eintritt, in dem ein Rückschluss auf den tatsächlichen Sauerstoff-Füllstand des Katalysators möglich ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Katalysator in Bezug auf seine Durchströmung mit dem Abgas in hintereinander liegende Bereiche aufgeteilt ist, dass zunächst aus dem Signal der zweiten Abgassonde der tatsächliche Füllstand in dem am weitesten stromabwärts liegenden Teilbereich berechnet wird, dass der berechnete tatsächliche Füllstand mit einem für diesen Teilbereich des Katalysators modellierten Füllstand verglichen wird, dass ein zum Zeitpunkt des Vergleichs herrschender Korrekturbedarf als Differenz zwischen tatsächlichem und modelliertem Füllstand berechnet wird und dass der für diesen Teilbereich modellierte Füllstand mit dieser Differenz korrigiert wird.
Bevorzugt ist auch, dass die Korrektur so erfolgt, dass sämtlichen Teilbereichen derselbe Füllstand zugewiesen wird.
Weiter ist bevorzugt, dass der für den am weitesten stromabwärts liegenden Teilbereich des Katalysators bestimmte Korrekturbedarf so auf die anderen Teilbereiche übertragen wird, dass das Füllstandsprofil erhalten bleibt. Das bedeutet insbesondere, dass vor der Korrektur herrschende transitive Bezüge zwischen den Füllständen sämtlicher Teilbereiche erhalten bleiben.
Bevorzugt ist auch, dass das erste Streckenmodell numerisch invertiert wird, indem ein zweites Vorwärts-Streckenmodell mit identischen Parametern und initial identischen Zustandsvariablen solange mit variablem Eingangslambda iteriert wird, bis die Differenz zwischen dem modellierten Lambda hinter dem Katalysator dieses zweiten Streckenmodells und dem gemessenen Lambda hinter dem Katalysator ausreichend klein ist, um die geforderte Genauigkeit der Füllstandskorrektur zu erreichen, und dass die Füllstandsverteilung des zweiten Vorwärts-Streckenmodells dann auf das Streckenmodell übertragen wird, das damit korrigiert ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass mit Hilfe eines invertierten Streckenmodells mit identischen Parametern und initial identischen Zustandsvariablen wie das Streckenmodell ein Füllstandsprofil berechnet wird, das zu dem gemessenen Signal der zweiten Abgassonde führen würde und dass das mit dem ersten Streckenmodell modellierte Füllstandsprofil durch das mit dem invertierten Streckenprofil berechnete Füllstandsprofil ersetzt wird.
Weiter ist bevorzugt, dass im zweiten Regelkreis ein Initialwert für den Basislambdasollwert durch ein mit dem ersten Streckenmodell identisches zweites Streckenmodell in einen fiktiven Füllstand umgerechnet wird, dass der fiktive Füllstand mit einem von einem Sollwertgeber ausgegebenen Sollwert für den Füllstand verglichen wird und dass der Basislambdasollwert in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis iterativ verändert wird, wenn das Vergleichsergebnis einen Unterschied zwischen dem Sollwert für den Füllstand und dem fiktiven Füllstand ergibt, der größer als ein vorgegebenes Ausmaß ist und dass der Basislambdasollwert nicht verändert wird, wenn das Vergleichsergebnis keinen Unterschied zwischen dem Sollwert für den Füllstand und dem fiktiven Füllstand ergibt.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass dann, wenn die Spannung der zweiten Abgassonde nach einer als Folge einer Korrektur des modellierten Füllstands ausgeregelten Abweichung des modellierten Füllstands vom Sollwert erneut einen Durchbruch von fettem oder magerem Abgas hinter dem Katalysator und damit einen zu niedrigen oder zu hohen tatsächlichen Füllstand des Abgaskomponentenspeichers anzeigt, so dass eine weitere Korrektur des modellierten Füllstands notwendig wird, aus der im Anschluss an eine erste Korrekturphase bis zu einer zweiten Korrekturphase in dem Katalysator ein- bzw. ausgetragenen Sauerstoffmenge K · ∫ ṁ_Luft und einem in einer weiteren Korrekturphase ermittelten Korrekturbedarf Δθ · OSC für den Füllstand ein Lambdakorrekturbedarf - dλ für das vor dem Katalysator herrschende Lambda gemäß der folgenden Gleichung ermittelt wird $d λ = \frac{1}{1 - \frac{Δ θ \cdot O S C}{K \cdot \int {\dot{m}}_{L u f t}}} - 1$
und der für den zweiten Regelkreis gebildete Lambdasollwert mit dem Lambdakorrekturbedarf korrigiert wird.
Bevorzugt ist auch, dass die Korrektur des für den zweiten Regelkreis gebildeten Lambdasollwerts mit dem Lambdakorrekturbedarf nur dann erfolgt, wenn das Signal der zweiten Abgassonde den Signalbereich innerhalb einer bestimmten Zeitspanne nach einem Angleichen des mit dem ersten Streckenmodell ermittelten Ist-Füllstand an den tatsächlichen Füllstand des Abgaskomponentenspeichers nicht verlässt.
Weiter ist bevorzugt, dass die Korrektur des für den zweiten Regelkreis gebildeten Lambdasollwerts mit dem Lambdakorrekturbedarf nur dann erfolgt, wenn das Signal der zweiten Abgassonde den Signalbereich innerhalb nach einem Angleichen des mit dem ersten Streckenmodell ermittelten Ist-Füllstand an den tatsächlichen Füllstand des Abgaskomponentenspeichers nicht verlässt, bevor der Verbrennungsmotor nach dem vorhergehenden Angleichen nicht eine vorbestimmte Abgasmenge erzeugt hat.
In Bezug auf Vorrichtungsaspekte ist bevorzugt, dass das Steuergerät dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11 auszuführen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:

1 einen Verbrennungsmotor mit einem Abgassystem als technisches Umfeld der Erfindung;
2 eine Funktionsblockdarstellung eines Streckenmodells; und
3 eine Funktionsblockdarstellung eines Teils eines erfindungsgemäßen Verfahrens und Steuergeräts;
4 eine Funktionsblockdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens und Steuergeräts;
5 ein Flussdiagramm als Ausführungsbeispiel eines Teils eines erfindungsgemäßen Verfahren.
6 eine Kennlinie, bzw. das Signal einer hinter dem Katalysator angeordneten zweiten Abgassonde; und
7 ein Flussdiagramm als Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Erfindung wird im Folgenden am Beispiel eines Dreiwegekatalysators und für Sauerstoff als zu speichernde Abgaskomponente beschrieben. Die Erfindung ist aber sinngemäß auch auf andere Katalysatortypen und Abgaskomponenten wie Stickoxide und Kohlenwasserstoffe übertragbar. Im Folgenden wird der Einfachheit wegen von einer Abgasanlage mit einem Dreiwegekatalysator ausgegangen. Die Erfindung ist sinngemäß auch auf Abgasanlagen mit mehreren Katalysatoren übertragbar. Die nachfolgend beschriebenen vorderen und hinteren Zonen können sich in diesem Fall über mehrere Katalysatoren erstrecken bzw. in unterschiedlichen Katalysatoren liegen.
Im Einzelnen zeigt die 1 einen Verbrennungsmotor 10 mit einem Luftzufuhrsystem 12, einem Abgassystem 14 und einem Steuergerät 16. Im Luftzufuhrsystem 12 befindet sich ein Luftmassenmesser 18 und eine stromabwärts des Luftmassenmessers 18 angeordnete Drosselklappe einer Drosselklappeneinheit 19. Die über das Luftzufuhrsystem 12 in den Verbrennungsmotor 10 strömende Luft wird in Brennräumen 20 des Verbrennungsmotors 10 mit Kraftstoff gemischt, das über Einspritzventile 22 direkt in die Brennräume 20 eingespritzt wird. Die Erfindung ist nicht auf Verbrennungsmotoren mit Direkteinspritzung beschränkt und kann auch mit Saugrohreinspritzung oder mit Gas betriebenen Verbrennungsmotoren verwendet werden. Die resultierenden Brennraumfüllungen werden mit Zündvorrichtungen 24, beispielsweise Zündkerzen, gezündet und verbrannt. Ein Drehwinkelsensor 25 erfasst den Drehwinkel einer Welle des Verbrennungsmotors 10 und erlaubt dem Steuergerät 16 dadurch eine Auslösung der Zündungen in vorbestimmten Winkelpositionen der Welle. Das aus den Verbrennungen resultierende Abgas wird durch das Abgassystem 14 abgeleitet.
Das Abgassystem 14 weist einen Katalysator 26 auf. Der Katalysator 26 ist zum Beispiel ein Dreiwegekatalysator, der bekanntlich auf drei Reaktionswegen die drei Abgasbestandteile Stickoxide, Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid konvertiert und der eine Sauerstoff speichernde Wirkung besitzt. Wegen der Sauerstoff speichernden Wirkung und da Sauerstoff ein Abgasbestandteil ist, besitzt der Katalysator einen Abgaskomponentenspeicher. Der Dreiwegekatalysator 26 weist im dargestellten Beispiel eine erste Zone 26.1 und eine zweite Zone 26.2 auf. Beide Zonen werden vom Abgas 28 durchströmt. Die erste, vordere Zone 26.1 erstreckt sich in Strömungsrichtung über einen vorderen Bereich des Dreiwegekatalysators 26. Die zweite, hintere Zone 26.2 erstreckt sich stromabwärts der ersten Zone 26.1 über einen hinteren Bereich des Dreiwegekatalysators 26. Selbstverständlich können vor der vorderen Zone 26.1 und hinter der hinteren Zone 26.2 sowie zwischen den beiden Zonen weitere Zonen liegen, für die ggf. ebenfalls der jeweilige Füllstand mit einem Rechenmodell modelliert wird.
Stromaufwärts des Dreiwegekatalysators 26 ist eine dem Abgas 28 ausgesetzte vordere Abgassonde 32 unmittelbar vor dem Dreiwegekatalysator 26 angeordnet. Stromabwärts des Dreiwegekatalysators 26 ist eine ebenfalls dem Abgas 28 ausgesetzte hintere Abgassonde 34 unmittelbar hinter dem Dreiwegekatalysator 26 angeordnet. Die vordere Abgassonde 32 ist bevorzugt eine Breitband-Lambdasonde, die eine Messung der Luftzahl λ über einen breiten Luftzahlbereich hinweg erlaubt. Die hintere Abgassonde 34 ist bevorzugt eine sogenannte Sprung-Lambdasonde, mit der die Luftzahl λ = 1 besonders genau gemessen werden kann, weil sich das Signal dieser Abgassonde 34 dort sprungartig ändert. Vgl. Bosch, Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, 23. Auflage, Seite 524.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein dem Abgas 28 ausgesetzter Temperatursensor 36 in thermischem Kontakt mit dem Abgas 28 am Dreiwegekatalysator 26 angeordnet, der die Temperatur des Dreiwegekatalysators 26 erfasst.
Das Steuergerät 16 verarbeitet die Signale des Luftmassenmessers 18, des Drehwinkelsensors 25, der vorderen Abgassonde 32, der hinteren Abgassonde 34 und des Temperatursensors 36 und bildet daraus Ansteuersignale zur Einstellung der Winkelposition der Drosselklappe, zur Auslösung von Zündungen durch die Zündvorrichtung 24 und zum Einspritzen von Kraftstoff durch die Einspritzventile 22. Alternativ oder ergänzend verarbeitet das Steuergerät 16 auch Signale anderer oder weiterer Sensoren zur Ansteuerung der dargestellten Stellglieder oder auch weiterer oder anderer Stellglieder, zum Beispiel das Signal eines Fahrerwunschgebers 40, der eine Fahrpedalstellung erfasst. Ein Schiebebetrieb mit Abschalten der Kraftstoffzufuhr wird zum Beispiel durch Loslassen des Fahrpedals ausgelöst. Diese und die weiter unten noch erläuterten Funktionen werden durch ein im Betrieb des Verbrennungsmotors 10 im Steuergerät 16 ablaufendes Motorsteuerungsprogramm 16.1 ausgeführt.
In dieser Anmeldung wird auf ein Streckenmodell 100, ein Katalysatormodell 102, ein inverses Katalysatormodell 104 (vergleiche 3) und ein Ausgangslambdamodell 106 Bezug genommen. Die Modelle sind jeweils Algorithmen, insbesondere Gleichungssysteme, die im Steuergerät 16 ausgeführt, bzw. ausgerechnet werden und die Eingangsgrößen, die auch auf den mit dem Rechenmodell nachgebildeten realen Gegenstand einwirken, so zu Ausgangsgrößen verknüpfen, dass die mit den Algorithmen berechneten Ausgangsgrößen den Ausgangsgrößen des realen Gegenstands möglichst genau entsprechen.
2 zeigt eine Funktionsblockdarstellung eines Streckenmodells 100. Das Streckenmodell 100 besteht aus dem Katalysatormodell 102 und dem Ausgangslambdamodell 106. Das Katalysatormodell 102 weist ein Eingangsemissionsmodell 108 und ein Füllstands- und Ausgangsemissionsmodell 110 auf. Darüber hinaus weist das Katalysatormodell 102 einen Algorithmus 112 zur Berechnung eines mittleren Füllstands θ _mod des Katalysators 26 auf.
Das Eingangsemissionsmodell 108 ist dazu eingerichtet, als Eingangsgröße das Signal λ_in,meas der vor dem Dreiwegekatalysator 26 angeordneten Abgassonde 32 in für das nachfolgende Füllstands- und Ausgangsemissionsmodell 110 benötigte Eingangsgrößen w_in,mod zu konvertieren. Beispielsweise ist eine Umrechnung von Lambda in die Konzentrationen von O₂, CO, H₂ und HC vor dem Dreiwegekatalysator 26 mit Hilfe des Eingangsemissionsmodells 108 vorteilhaft.
Mit den durch das Eingangsemissionsmodell 108 berechneten Größen w_in,mod und gegebenenfalls zusätzlichen Eingangsgrößen (z.B. Abgas- oder Katalysatortemperaturen, Abgasmassenstrom und aktuelle maximale Sauerstoffspeicherfähigkeit des Dreiwegekatalysators 26) werden im Füllstands- und Ausgangsemissionsmodell 110 ein Füllstand θ_mod des Dreiwegekatalysators 26 und Konzentrationen w_out,mod der einzelnen Abgaskomponenten am Ausgang des Dreiwegekatalysators 26 modelliert.
Um Füll- und Entleerungsvorgänge realistischer abbilden zu können, wird der Dreiwegekatalysator 26 vorzugsweise durch den Algorithmus gedanklich in mehrere in Strömungsrichtung der Abgase 28 hintereinander liegende Zonen oder Teilvolumina 26.1, 26.2 unterteilt, und es werden mit Hilfe der Reaktionskinetik für jede dieser Zonen 26.1, 26.2 die Konzentrationen der einzelnen Abgasbestandteile ermittelt. Diese Konzentrationen können wiederum jeweils in einen Füllstand der einzelnen Zonen 26.1, 26.2 umgerechnet werden, vorzugsweise in den auf die aktuelle maximale Sauerstoffspeicherfähigkeit normierten Sauerstoff-Füllstand.
Die Füllstände einzelner oder aller Zonen 26.1, 26.2 können mittels einer geeigneten Wichtung zu einem Gesamtfüllstand zusammengefasst werden, der den Zustand des Dreiwegekatalysators 26 widerspiegelt. Zum Beispiel können die Füllstände aller Zonen 26.1, 26.2 im einfachsten Fall alle gleich gewichtet und damit ein mittlerer Füllstand ermittelt werden. Mit einer geeigneten Wichtung kann aber auch berücksichtigt werden, dass für die momentane Abgaszusammensetzung hinter dem Dreiwegekatalysator 26 der Füllstand in einer vergleichsweise kleinen Zone 26.2 am Ausgang des Dreiwegekatalysators 26 entscheidend ist, während für die Entwicklung des Füllstands in dieser kleinen Zone 26.2 am Ausgang des Dreiwegekatalysators 26 der Füllstand in der davor liegenden Zone 26.1 und dessen Entwicklung entscheidend ist. Der Einfachheit halber wird im Folgenden ein mittlerer Sauerstofffüllstand angenommen.
Der Algorithmus des Ausgangslambdamodells 106 konvertiert die mit dem Katalysatormodell 102 berechneten Konzentrationen w_out,mod der einzelnen Abgaskomponenten am Ausgang des Katalysators 26 für die Adaption des Streckenmodells 100 in ein Signal λ_out,mod, das mit dem Signal λ_out,meas der hinter dem Katalysator 26 angeordneten Abgassonde 34 verglichen werden kann. Vorzugsweise wird das Lambda hinter dem Dreiwegekatalysator 26 modelliert. Das Ausgangslambdamodell 106 ist für eine Vorsteuerung auf Basis eines Soll-Sauerstoff-Füllstands nicht zwingend erforderlich
Das Streckenmodell 100 dient damit zum einen zur Modellierung mindestens eines mittleren Füllstands θ _mod des Katalysators 26, der auf einen Soll-Füllstand eingeregelt wird, bei dem der Katalysator 26 sich sicher innerhalb des Katalysatorfensters befindet (und damit sowohl Sauerstoff aufnehmen als auch abgeben kann). Zum anderen stellt das Streckenmodell 100 ein modelliertes Signal λ_out,mod der hinter dem Katalysator 26 angeordneten Abgassonde 34 zur Verfügung. Weiter unten wird noch näher erläutert, wie dieses modellierte Signal λ_out,mod der hinteren Abgassonde 34 vorteilhaft zur Adaption des Streckenmodells 100 verwendet wird. Die Adaption erfolgt zur Kompensation von Unsicherheiten, mit denen die Eingangsgrößen des Streckenmodells, insbesondere das Signal der Lambdasonde vor dem Katalysator, behaftet sind. Ebenso werden die Vorsteuerung und gegebenenfalls Reglerparameter adaptiert.
Als Hintergrund zur vorliegenden Erfindung zeigt 3 eine Funktionsblockdarstellung eines Verfahrens zusammen mit Vorrichtungselementen, die auf die Funktionsblöcke einwirken oder die von den Funktionsblöcken beeinflusst werden.
Im Einzelnen zeigt die 3, wie das vom Ausgangslambdamodell 106 modellierte Signal λ_out,mod der hinteren Abgassonde 34 mit dem realen Ausgangssignal λ_out,meas der hinteren Abgassonde 34 abgeglichen wird. Dazu werden die beiden Signale λ_out,mod und λ_out,meas einem Adaptionsblock 114 zugeführt. Der Adaptionsblock 114 vergleicht die beiden Signale λ_out,mod und λ_out,meas miteinander. Beispielsweise zeigt eine hinter dem Dreiwegekatalysator 26 angeordnete Sprung-Lambdasonde als Abgassonde 34 eindeutig an, wann der Dreiwegekatalysator 26 komplett mit Sauerstoff gefüllt oder komplett von Sauerstoff entleert ist. Dies lässt sich ausnützen, um nach Mager- oder Fettphasen den modellierten Sauerstoff-Füllstand mit dem tatsächlichen Sauerstoff-Füllstand, bzw. das modellierte Ausgangslambda λ_out,mod mit dem hinter dem Dreiwegekatalysator 26 gemessenen Lambda λ_out,meas in Übereinstimmung zu bringen und im Fall von Abweichungen das Streckenmodell 100 zu adaptieren. Die Adaption erfolgt zum Beispiel dadurch, dass der Adaptionsblock 114 über den gestrichelt dargestellten Adaptionspfad 116 Parameter des Algorithmus des Streckenmodells 100 sukzessive solange verändert, bis der für das aus dem Dreiwegekatalysator 26 heraus strömende Abgas modellierte Lambdawert λ_out,mod dem dort gemessenen Lambdawert λ_out,meas entspricht.
Dadurch werden Ungenauigkeiten von Mess- oder Modellgrößen, die in das Streckenmodell 100 eingehen, kompensiert. Aus dem Umstand, dass der modellierte Wert λ_out,mod dem gemessenen Lambdawert λ_out,meas entspricht, kann darauf geschlossen werden, dass auch der mit dem Streckenmodell 100, bzw. mit dem ersten Katalysatormodell 102 modellierte Füllstand θ _mod dem mit on board Mitteln nicht messbaren Füllstand des Dreiwegekatalysators 26 entspricht. Dann kann ferner darauf geschlossen werden, dass auch das zum ersten Katalysatormodell 102 inverse zweite Katalysatormodell 104, das sich durch mathematische Umformungen aus dem Algorithmus des ersten Katalysatormodells 102 ergibt, das Verhalten der modellierten Strecke richtig beschreibt.
Dies kann dazu benutzt werden, mit dem inversen zweiten Katalysatormodell 104 einen Basis-Lambda-Sollwert zu berechnen. Dem inversen zweiten Katalysatormodell 104 wird dazu ein durch eine optionale Filterung 120 gefilterter Füllstandssollwert θ _set,flt als Eingangsgröße zugeführt. Die Filterung 120 erfolgt zu dem Zweck, nur solche Änderungen der Eingangsgröße des inversen zweiten Katalysatormodells 104 zuzulassen, denen die Regelstrecke insgesamt folgen kann. Ein noch ungefilterter Sollwert θ _set wird dabei aus einem Speicher 118 des Steuergerätes 16 ausgelesen. Dazu wird der Speicher 118 bevorzugt mit aktuellen Betriebskenngrößen des Verbrennungsmotors 10 adressiert. Bei den Betriebskenngrößen handelt es sich zum Beispiel, aber nicht zwingend, um die vom Drehzahlsensor 25 erfasste Drehzahl und die vom Luftmassenmesser 18 erfasste Last des Verbrennungsmotors 10.
Der gefilterte Füllstandssollwert θ _set,flt wird mit dem inversen zweiten Katalysatormodell 104 zu einem Basis-Lambdasollwert BLSW verarbeitet. Parallel zu dieser Verarbeitung wird in einer Verknüpfung 122 eine Füllstandsregelabweichung FSRA als Abweichung des mit dem Streckenmodell 100, bzw. des mit dem ersten Katalysatormodell 102 modellierten Füllstandes θ _mod von dem gefilterten Füllstandssollwert θ _set,flt gebildet. Diese Füllstandsregelabweichung FSRA wird einem Füllstands- Regelalgorithmus 124 zugeführt, der daraus einen Lambda-Sollwert-Korrekturwert LSKW bildet. Dieser Lambda-Sollwert-Korrekturwert LSKW wird in der Verknüpfung 126 zu dem von vom dem inversen Streckenmodell 104 berechneten Basis-Lambda-Sollwert BLSW addiert.
Die so gebildete Summe kann als Sollwert λ_in,set einer konventionellen Lambdaregelung dienen. Von diesem Lambda-Sollwert λ_in,set wird der von der ersten Abgassonde 32 bereitgestellte Lambda-Istwert λ_in,meas in einer Verknüpfung 128 subtrahiert. Die so gebildete Regelabweichung RA wird durch einen üblichen Regelalgorithmus 130 in eine Stellgröße SG konvertiert, die in einer Verknüpfung 132 zum Beispiel multiplikativ mit einem in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors 10 vorbestimmten Basiswert BW einer Einspritzimpulsbreite t_inj verknüpft wird. Die Basiswerte BW sind in einem Speicher 134 des Steuergerätes 16 gespeichert. Die Betriebsparameter sind auch hier bevorzugt, aber nicht zwingend, die Last und die Drehzahl des Verbrennungsmotors 10. Mit der aus dem Produkt resultierenden Einspritzimpulsbreite t_inj wird über die Einspritzventile 22 Kraftstoff in die Brennräume 20 des Verbrennungsmotors 10 eingespritzt.
Der konventionellen, in einem ersten Regelkreis erfolgenden Lambdaregelung wird auf diese Weise eine Regelung des Sauerstoff-Füllstands des Katalysators 26 überlagert, die in einem zweiten Regelkreis erfolgt. Dabei wird der mit Hilfe des Streckenmodells 100, beziehungsweise des mit dem ersten Katalysatormodell 102 modellierte mittlere Sauerstoff-Füllstand θ _mod zum Beispiel auf einen Sollwert θ _set,flt eingeregelt, der die Wahrscheinlichkeit von Durchbrüchen nach Mager und Fett minimiert und so zu minimalen Emissionen führt. Da der Basis-Lambda-Sollwert BLSW dabei durch das invertierte zweite Streckenmodell 104 gebildet wird, wird die Regelabweichung der Füllstandsregelung gleich null, wenn der modellierte mittlere Füllstand θ _mod mit dem vorgefilterten Soll-Füllstand θ _set,flt identisch ist. Der Füllstands-Regelalgorithmus 124 greift nur dann ein, wenn das nicht der Fall ist. Da die gewissermaßen als Vorsteuerung der Füllstandsregelung wirkende Bildung des Basis-Lambdasollwerts als invertiertes zweites Katalysatormodell 104 des ersten Katalysatormodells 102 verwirklicht ist, kann diese Vorsteuerung in Analogie zur Adaption des ersten Katalysatormodells 102 auf der Basis des Signals λ_in,meas der hinter dem Dreiwegekatalysator 26 angeordneten zweiten Abgassonde 34 adaptiert werden. Dies wird in der 3 durch den zum invertierten Streckenmodell 104 führenden Zweig des Adaptionspfades 116 verdeutlicht.
Diese Realisierung der Vorsteuerung als Invertierung des Streckenmodells hat den Vorteil, dass der Füllstands-Regelalgorithmus 124 nur dann eingreifen muss, wenn der mit Hilfe des Streckenmodells modellierte Ist-Füllstand des Katalysators von dem gefilterten Füllstandssollwert θ _set,flt oder dem ungefilterten Füllstandssollwert θ _set abweicht. Während das Streckenmodell 100 das Eingangslambda vor dem Katalysator in einen mittleren Sauerstoff- Füllstand des Katalysators umrechnet, rechnet die als invertiertes Streckenmodell 104 realisierte Vorsteuerung den mittleren Soll-Sauerstoff-Füllstand in ein entsprechendes Soll-Lambda vor dem Katalysator um.
Bei dem Gegenstand der 3 ist das invertierte Streckenmodell 104 ein analytisch vorliegendes Element, das heißt in Form eines Gleichungssystems vorliegendes und zum Streckenmodell 100 inverses Element. Bei einem Katalysator handelt es sich allerdings um eine komplexe, nichtlineare Strecke mit zeitvarianten Streckenparametern, die in der Regel nur durch ein nichtlineares Differentialgleichungssystem dargestellt werden kann. Dies führt typischerweise dazu, dass sich das Gleichungssystem für das invertierte Streckenmodell 104 nicht analytisch lösen lässt.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Form einer Funktionsblockdarstellung. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Lösbarkeitsprobleme des Gegenstandes der 3 vermieden. Der Gegenstand der 4 unterscheidet sich vom Gegenstand der 3 dadurch, dass eine Vorsteuerung 136 nicht durch ein analytisches, invertiertes Streckenmodell 104, sondern durch ein numerisch invertiertes Rechenmodell ersetzt ist, das auf einem als bekannt vorausgesetzten ersten Streckenmodell 100 für den Katalysator 26 basiert. Die Vorsteuerung 136 weist ein zweites Streckenmodell 100' auf, dessen Gleichungssystem mit dem Gleichungssystem des ersten Streckenmodells 100 identisch ist, aber mit anderen Eingangsgrößen gespeist wird. Im Übrigen sind die Anordnung und die Funktionen der übrigen Blöcke der 4 jeweils identisch mit der Anordnung und den Funktionen der gleich nummerierten Blöcke aus der 3. Für die Erläuterung dieser Blöcke und ihre Anordnung wird hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung der 3 verwiesen.
Dem Gegenstand der 4 liegt die folgende Überlegung zu Grunde. Mit einem Lambdaistwertgeberblock 32' wird ein fiktiver Wert λ_{in,fictitious} als Eingangsgröße für das zweite Streckenmodell 100' der Vorsteuerung 136 vorgegeben. Mit dem zweiten Streckenmodell 100' ergibt sich aus dieser Eingangsgröße ein fiktiver Wert θ _{set,fictitious} für den mittleren Sauerstoff-Füllstand des Katalysators 26. In der Verknüpfung 138 wird die Differenz aus dem fiktiven mittleren Füllstand θ _{set,fictitious} und dem von der optionalen Filterung 120 gefilterten Füllstandssollwert θ _set,flt oder dem ungefilterten Füllstandssollwert θ _set berechnet. Wenn beide Werte θ _{set,fictitious} und θ _set,_fit (oderθ _set) gleich sind, ist die Differenz gleich Null. Das bedeutet, dass der vorgegebene fiktive Lambda-Wert λ_{in,fictitious} gerade demjenigen Lambdasollwert BLSW entspricht, den man vorsteuern muss, um den Soll-Sauerstoff-Füllstand zu erreichen. Im Schwellenwertblock 140 wird die Differenz aus dem fiktiven mittleren Füllstand θ _{set,fictitious} und dem von der optionalen Filterung 120 gefilterten Füllstandssollwert θ _set,flt oder dem ungefilterten Füllstandssollwert θ _set mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen. Wenn der Betrag der Differenz ausreichend klein ist, was über die Wahl der Größe des Schwellenwertes einstellbar ist, dann übergibt der Schwellenwertblock 140 dem Lambdaistwertgeberblock 32' ein diesen Sachverhalt repräsentierendes Signal. Als Reaktion auf dieses Signal hält der Lambdaistwertgeberblock 32' sein damit als treffend erkanntes Ausgangssignal λ_{in,fictitious} bei und übergibt dieses Signal an die Verknüpfung 126 als Basislambdasollwert BLSW.
Wenn die Differenz aus dem fiktiven mittleren Füllstand θ _{set,fictitious} und dem von der optionalen Filterung 120 gefilterten Füllstandssollwert θ _set,flt oder dem ungefilterten Füllstandssollwert θ _set berechneten Wert dagegen größer als der Schwellenwert ist, bedeutet dies, dass der vorgegebene fiktive Lambda-Wert λ_{in,fictitious} noch nicht dem idealen Lambdasollwert BLSW entspricht, den man Vorsteuern muss, um den Soll-Sauerstoff-Füllstand zu erreichen. Im Schwellenwertblock 140 wird die Differenz aus dem fiktiven mittleren Füllstand θ _{set,fictitious} und dem von der optionalen Filterung 120 gefilterten Füllstandssollwert θ _set,flt oder dem ungefilterten Füllstandssollwert θ _set den vorgegebenen Schwellenwert dann überschreiten. In diesem Fall übergibt der Schwellenwertblock 140 dem Lambdaistwertgeberblock 32' ein diesen Sachverhalt repräsentierendes Signal. Als Reaktion auf dieses Signal beginnt der Lambdaistwertgeberblock 32' sein damit als nicht-treffend erkanntes Ausgangssignal λ_{in,fictitious} iterativ zu variieren und übergibt das iterativ variierende Ausgangssignal λ_{in,fictitious} insbesondere an das Streckenmodell 100'. Dieses in Bezug auf das erste Streckenmodell 100 zweite Streckenmodell 100' wird dann mit identischen Parametern und initial identischen Zustandsvariablen wie das erste Streckenmodell 100 solange mit variablem Eingangslambda λ_{in,fictitious} iteriert, bis die Differenz zwischen dem vom zweiten Streckenmodell 100' berechneten Füllstand θ _{set,fictitious} und gefilterten Füllstandssollwert θ _set,flt oder dem ungefilterten Füllstandssollwert θ _set betragsmäßig ausreichend klein ist, um die geforderte Genauigkeit der Vorsteuerung zu erreichen. Die geforderte Genauigkeit ist durch die Wahl des Schwellenwertes im Block 140 einstellbar. Der so gefundene Wert für das Eingangslambda λ_{in,fictitious} wird dann als Basislambdasollwert BLSW für den ersten Regelkreis verwendet. Die Differenzbildung stellt lediglich eine Ausgestaltung eines Vergleichs des fiktiven mittleren Füllstands θ _{set,fictitious} mit dem von der optionalen Filterung 120 gefilterten Füllstandssollwert θ _set,flt oder dem ungefilterten Füllstandssollwert θ _set dar. Ein Vergleich kann zum Beispiel auch auf der Basis einer Quotientenbildung erfolgen.
Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass lediglich das Gleichungssystem für das Vorwärts- Streckenmodell 100, bzw. 100' ein weiteres Mal gelöst werden muss, nicht aber das nur mit hohem Rechenaufwand lösbare bzw. nicht lösbare Gleichungssystem für das Rückwärts-Streckenmodell 104 aus der 3.
Um den Rechenaufwand im Steuergerät 16 zu minimieren, werden bevorzugt Iterationsgrenzen für das Eingangs- Lambda λ_{in,fictitious} festgelegt, die den Bereich bestimmen, in dem die Iteration durchgeführt wird. Vorzugsweise werden diese Iterationsgrenzen abhängig von den aktuellen Betriebsbedingungen festgelegt. Es ist zum Beispiel vorteilhaft, die Iteration nur in einem möglichst kleinen Intervall um das zu erwartende Soll-Lambda BLSW auszuführen. Weiterhin ist es vorteilhaft, bei der Festlegung der Iterationsgrenzen den Eingriff der Füllstandsregelung 124 und Eingriffe anderer Funktionalitäten auf das Soll-Lambda BLSW zu berücksichtigen.
Das zu lösende Gleichungssystem wird iterativ innerhalb dieses Intervalls durch Einschlussverfahren wie zum Beispiel Bisektionsverfahren oder Regula Falsi gelöst. Einschlussverfahren wie die Regula Falsi sind allgemein bekannt. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie nicht nur iterative Näherungswerte liefern, sondern dass sie diese auch von beiden Seiten her eingrenzen. Der Rechenaufwand zum Bestimmen des treffenden Basislambdasollwertes BLSW wird dadurch deutlich begrenzt.
Die spezielle Vorsteuerung 136 der 3 ersetzt das invertierte Streckenmodell 104 aus der 3. Eine in Bezug auf ihre technische Wirkung zur Adaption des invertierenden Streckenmodells 104 aus 3 äquivalente Adaption der Vorsteuerung erfolgt beim Gegenstand der 4 über den vom Block 114 zum zweiten Streckenmodell 100' führenden Pfad 116.
Mit Ausnahme des Abgassystems 26, der Abgassonden 32, 34, des Luftmassenmessers 18, des Drehwinkelsensors 25 und der Einspritzventile 22 sind alle in der 4 dargestellten Elemente Bestandteile eines erfindungsgemäßen Steuergeräts 16. Mit Ausnahme der Speicher 118, 134 sind dabei alle übrigen Elemente aus der 4 Teile des Motorsteuerungsprogramms 16.1, das im Steuergerät 16 gespeichert ist und darin abläuft.
Die Elemente 22, 32, 128, 130 und 132 bilden den ersten Regelkreis, in dem eine Lambda-Regelung erfolgt, in der als Lambda-Istwert das Signal λ_in,meas der ersten Abgassonde (32) verarbeitet wird. Der Lambda-Sollwert λ_in,set des ersten Regelkreises wird in dem zweiten Regelkreis gebildet, der die Elemente 22, 32, 100, 122, 124, 126, 128, 132 aufweist.
5 zeigt ein Flussdiagramm als Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Ausführen der mit Bezug auf die 4 erläuterte Vorsteuerung. Das Flussdiagramm wird bevorzugt als Unterprogramm des Motorsteuerungsprogramms 16.1. aus der 1 ausgeführt.
Im Schritt 142 erfolgt ein Aufruf des Unterprogramms aus übergeordneten Teilen des Motorsteuerungsprogramms 16.1. Im Schritt 144 wird ein Initialwert des fiktiven Lambdawerts λ_{in,fictitious} vorgegeben. Im Schritt 146 wird davon ausgehend mit den Gleichungen des Streckenmodells 100' (die mit den Gleichungen des Streckenmodells 100 identisch sind) der fiktive Wert θ _{set,fictitious} für den mittleren Sauerstoff-Füllstand des Katalysators berechnet. Im Schritt 148 wird die Differenz aus dem fiktiven mittleren Füllstand θ _{set,fictitious} und dem gefilterten Füllstandssollwert θ _set,flt oder dem ungefilterten Füllstandssollwert θ _set berechnet und mit einem vorgebbaren Schwellenwert verglichen. Wenn die Differenz größer ist als der Schwellenwert, erfolgt im Schritt 150 eine iterative Veränderung des fiktiven Lambdawerts λ_{in,fictitious} und eine Verzweigung vor den Schritt 146. Die Schleife aus den Schritten 146, 148 und 150 wird ggf. wiederholt durchlaufen, wobei bei jedem Durchlauf im Schritt 150 eine Veränderung des fiktiven Lambdawerts λ_{in,fictitious} erfolgt. Wenn sich im Schritt 150 ergibt, dass die Differenz aus dem fiktiven mittleren Füllstand θ _{set,fictitious} und dem gefilterten Füllstandssollwert θ _set,flt kleiner als der Schwellenwert ist, erfolgt in dieser Abarbeitung des Unterprogramms keine weitere Veränderung des fiktiven Lambdawerts λ_{in,fictitious} mehr, und das Unterprogramm verzweigt in den Schritt 152, in dem der bis dahin ermittelte fiktive Lambdawert λ_{in,fictitious} als Basislambdasollwert BLSW verwendet wird.
6 zeigt qualitativ die Kennlinie 154, bzw. das Signal einer hinter dem Katalysator angeordneten zweiten Abgassonde 34. Auf der Abscisse sind Lambdawerte aufgetragen, und auf der Ordinate sind zugehörige Spannungswerte aufgetragen. Die zweite Abgassonde 34 weist bei Lambda gleich 1 einen steilen Verlauf auf, der eine genaue Erfassung des Lambdawertes in einer engen Umgebung um den Wert 1 herum erlaubt. Ein Bereich von Lambdawerten, die kleiner als 1 - c sind, repräsentiert einen Sauerstoffmangel, und ein Bereich von Lambdawerten 1 + d repräsentiert einen Sauerstoffüberschuss. Die Werte von c und d sind bevorzugt größer als 0,1.
Wenn die hinter dem Katalysator 26 angeordnete Abgassonde 34 eindeutig eine hohe Spannung anzeigt, das zugehörige Lambda also kleiner als 1 -c ist, bedeutet das, dass der hintere Bereich des Katalysators 26.2 des Katalysators 26 soweit von Sauerstoff befreit ist, dass fettes Abgas durchbricht. Je höher die Sondenspannung ist, desto geringer ist der tatsächliche Sauerstoff-Füllstand.
Wenn die zweite Abgassonde 34 hinter dem Katalysator 26 eindeutig eine niedrige Spannung anzeigt, bedeutet das, dass der hintere Bereich des Katalysators 26 soweit mit Sauerstoff gefüllt ist, dass mageres Abgas durchbricht. Je niedriger die Sondenspannung ist, desto höher ist umgekehrt der tatsächliche Sauerstoff-Füllstand.
Es ist vorgesehen, dann, wenn die Spannung der zweiten Abgassonde 34 einen Durchbruch von fettem bzw. magerem Abgas und damit einen zu niedrigen bzw. einen zu hohen tatsächlichen Sauerstoff-Füllstand anzeigt, den modellierten Sauerstoff-Füllstand entsprechend zu korrigieren.
7 zeigt ein Flussdiagramm als Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Aus dem Schritt 142, der wie bei der 5 ein Hauptprogramm zur Steuerung des Verbrennungsmotors 10 repräsentiert, wird in vorbestimmter Weise wiederholt ein Schritt 200 erreicht, in dem der Füllstand des Katalysators 26 mit dem ersten Streckenmodell 100 bestimmt wird. In einem auf den Schritt 200 folgenden Schritt 202 wird das Signal der zweiten Abgassonde 34 daraufhin überprüft, ob es einen deutlichen Sauerstoffmangel anzeigt. Ein deutlicher Sauerstoffmangel herrscht dann, wenn Lambda kleiner als 1 - c ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird das Programm mit dem Schritt 204 fortgesetzt, mit dem überprüft wird, ob das Signal der zweiten Abgassonde 34 einen deutlichen Sauerstoffüberschuss anzeigt. Ein deutlicher Sauerstoffüberschuss herrscht dann, wenn das Signal der zweiten Abgassonde 34 größer als 1 + d ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird das Verfahren im Schritt 206 fortgesetzt. Der Schritt 206 repräsentiert das Hauptprogramm 142 mit einem Füllstand für den Katalysator 26, der sich aus dem ersten Streckenmodell 100 ergibt. Dies stellt gewissermaßen den Normalfall dar, in dem der mit dem Streckenmodell 100 berechnete Füllstand dem tatsächlichen Füllstand weitgehend entspricht.
Wird im Schritt 202 dagegen festgestellt, dass hinter dem Katalysator 26 Sauerstoffmangel herrscht, verzweigt das Programm in den Schritt 208, in dem der Wert des im Streckenmodell 100 berechneten Sauerstofffüllstandes auf einen vergleichsweise niedrigen Wert gesetzt wird, der typischerweise mit Sauerstoffmangel hinter dem Katalysator 26 einhergeht. Das Streckenmodell 100 wird insofern auf der Basis des Signals der zweiten Abgassonde 34 korrigiert, und damit wird der modellierte Füllstand dem tatsächlichen Füllstand angeglichen.
Eine Korrektur des modellierten Füllstands wie im Schritt 208 führt zu einer Abweichung des modellierten Füllstands vom Sollwert. Diese Abweichung wird nachfolgend ausgeregelt. Sie führt zu einer Verstellung des Luft-Kraftstoff-Gemischs in Richtung des Sollwerts der Füllstandsregelung und bringt den Füllstand des Katalysators 26 in Richtung des Katalysatorfensters, also auf einen mittleren Füllstand.
Nach einer solchen Korrekturphase, also sobald die infolge der Korrektur auftretende Regelabweichung ausgeregelt ist, sollte sich der Katalysator 26 wieder im Katalysatorfenster befinden und dort aufgrund der Regelung auch bleiben - vorausgesetzt, dass die Unsicherheiten von Mess- oder Modellgrößen, die in das Streckenmodell 100 eingehen, und die Modellungenauigkeiten klein genug sind. Ist das nicht der Fall, wird das Katalysatorfenster nach einer gewissen Zeit trotz Regelung wieder verlassen, weil der modellierte Füllstand, der eingeregelt wird, nicht dem tatsächlichen Füllstand entspricht, so dass eine neuerliche Korrektur des modellierten Füllstands notwendig wird.
Im Schritt 210 wird überprüft, ob seit der letzten Korrektur im Schritt 208 eine Mindestzeitspanne verstrichen ist oder ob der Verbrennungsmotor seitdem eine bestimmte Mindestmenge an Abgas produziert hat. Wenn dies nicht der Fall ist, wird im Schritt 212 das Hauptprogramm zunächst mit dem im Schritt 208 korrigierten Füllstand fortgesetzt.
Wird die Abfrage im Schritt 210 dagegen mit ja beantwortet, zeigt dies an, dass die Berechnung des Füllstandes durch das Streckenmodell 100 eine systematische Abweichung aufweist, die schnell zu einem neuen Korrekturbedarf führt. Dies kann auftreten, wenn ein Parameter der modellbasierten Regelung des Katalysators 26 einen Offset aufweist, der zu einem systematisch zu hohen modellierten Sauerstoff-Füllstand führt. Im Schritt 214 wird in diesem Fall die zwischen den letzten beiden Gleichsetzungsschritten 208 in den Katalysator 26 eingetragene oder ausgetragene Sauerstoffmenge K · ∫ m Luft und der Korrekturbedarf Δθ · OSC für den Füllstand bei der zweiten Korrekturphase ermittelt. Dabei ist Δθ eine Zahl zwischen -1 und 1 und OSC ist die maximale Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators 26. Aus diesen Werten lässt sich mit der Formel $d λ = \frac{1}{1 - \frac{Δ θ \cdot O S C}{K \cdot \int {\dot{m}}_{L u f t}}} - 1$
eine Lambdakorrektur berechnen, mit der der Offset bei der Bildung des Lambdasollwertes für den ersten Regelkreis kompensiert wird. Anschließend wird das Hauptprogramm im Schritt 216 mit den neuen Werten für den Sauerstofffüllstand und mit der Lambdasollwertkorrektur fortgesetzt.
Wird im Schritt 204 dagegen festgestellt, dass hinter dem Katalysator 26 Sauerstoffüberschuss herrscht, verzweigt das Programm in den Schritt 218, in dem der Wert des im Streckenmodell 100 berechneten Sauerstofffüllstandes auf einen vergleichsweise großen Wert gesetzt wird, der typischerweise mit Sauerstoffüberschuss stromabwärts von dem Katalysator 26 einhergeht. Das Streckenmodell 100 wird insofern auf der Basis des Signals der zweiten Abgassonde 34 korrigiert, und damit wird der modellierte Füllstand dem tatsächlichen Füllstand angeglichen.
Auch hier gilt, dass eine Korrektur des modellierten Füllstands, wie sie im Schritt 218 erfolgt, zu einer Abweichung des modellierten Füllstands vom Sollwert führt, die ausgeregelt wird und zu einer Verstellung des Luft-Kraftstoff-Gemischs in Richtung des Sollwerts der Füllstandsregelung führt und so den Füllstand in Richtung zu einem mittleren Wert bringt.
Weiter gilt auch hier, dass sich der Füllstand des Katalysators 26 nach dem Ausregeln der durch die Korrektur erzeugten Regelabweichung wieder auf einem mittleren Wert befinden und dort aufgrund der Regelung bleiben sollte. Sind die die Unsicherheiten von Mess- oder Modellgrößen, die in das Streckenmodell eingehen, und die Modellungenauigkeiten nicht klein genug, wird der mittlere Füllstand und damit das Katalysatorfenster nach einer gewissen Zeit trotz Regelung wieder verlassen, weil der modellierte Füllstand nicht dem tatsächlichen Füllstand entspricht. Dann ist eine neuerliche Korrektur des modellierten Füllstands notwendig.
Im Schritt 220 wird überprüft, ob seit der letzten Korrektur, die im Schritt 218 erfolgte, eine Mindestzeitspanne verstrichen ist oder ob der Verbrennungsmotor seitdem eine bestimmte Mindestmenge an Abgas produziert hat. Wenn dies der Fall ist, wird im Schritt 222 das Hauptprogramm mit dem im Schritt 218 korrigierten Füllstand fortgesetzt. Wird die Abfrage im Schritt 220 dagegen mit ja beantwortet, zeigt dies an, dass die Berechnung des Füllstandes durch das Streckenmodell 100 eine systematische Abweichung aufweist, die schnell zu einem neuen Korrekturbedarf führt. Dies kann auftreten, wenn ein Parameter der modellbasierten Regelung des Katalysators 26 einen Offset aufweist, der zu einem systematisch zu hohen bzw. zu niedrigen modellierten Sauerstoff-Füllstand führt. Im Schritt 224 wird in diesem Fall die zwischen den letzten beiden Gleichsetzungsschritten 218 in den Katalysator 26 eingetragene oder ausgetragene Sauerstoffmenge K · ∫ ṁ_Luft und der Korrekturbedarf Δθ · OSC für den Füllstand bei der zweiten Korrekturphase ermittelt. Dabei ist Δθ eine Zahl zwischen -1 und 1 und OSC ist die maximale Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators 26. Aus diesen Werten lässt sich mit der Formel $d λ = \frac{1}{1 - \frac{Δ θ \cdot O S C}{K \cdot \int {\dot{m}}_{L u f t}}} - 1$
eine Lambdakorrektur berechnen, mit der der Offset bei der Bildung des Lambdasollwertes für den ersten Regelkreis kompensiert wird. Anschließend wird das Hauptprogramm im Schritt 226 mit den neuen Werten für den Sauerstofffüllstand und mit der Lambdasollwertkorrektur fortgesetzt.
Auf diese Weise wird der modellierte Füllstand in den Schritten 208 und 218 dann, wenn die Spannung der Abgassonde 26 einen Durchbruch von fettem oder magerem Abgas hinter dem Katalysator 34 und damit einen zu niedrigen bzw. einen zu hohen tatsächlichen Sauerstoff-Füllstand anzeigt, dem tatsächlichen Füllstand entsprechend korrigiert. Diese Korrektur erfolgt diskontinuierlich, um die Reaktion der Spannung der Lambdasonde hinter dem Katalysator bewerten zu können. Da diese Reaktion aufgrund der Streckentotzeit und des Speicherverhaltens des Katalysators verzögert erfolgt, ist vorgesehen, die Korrektur zunächst einmalig dann durchzuführen, wenn der Lambdawert des Signals der zweiten Abgassonde 34 in den Bereich 1-c oder 1+d eintritt, in dem ein Rückschluss auf den tatsächlichen Sauerstoff-Füllstand des Katalysators möglich ist.
Die Korrektur des modellierten Füllstandes, wie sie in den Schritten 208 und 218 erfolgt, kann auf unterschiedliche Arten und Weisen durchgeführt werden.
Die Korrektur kann so erfolgen, dass zunächst aus dem Signal der zweiten Abgassonde 34 der tatsächliche Sauerstoff-Füllstand in einem hinteren Teilbereich 26.2 des Katalysators 26 berechnet wird, zum Beispiel mittels der o.g. Kennlinie 154 für den Zusammenhang zwischen Sondenspannung und Sauerstoff-Füllstand. Der so ermittelte tatsächliche Füllstand wird mit dem modellierten Füllstand in dem hinteren Teilbereich 26.2 des Katalysators 26 verglichen. Die Differenz zwischen tatsächlichem und modelliertem Füllstand stellt den Korrekturbedarf zum Zeitpunkt des Vergleichs dar. Mit diesem Korrekturbedarf wird zumindest der modellierte Füllstand in dem hinteren Bereich 26.2 des Katalysators 26 korrigiert.
Wenn im hinteren Teilbereich 26.2 des Katalysators 26 ein Korrekturbedarf besteht, ist allerdings davon auszugehen, dass auch in weiter vorne liegenden Teilbereichen 26.1 des Katalysators 26 eine Abweichung zwischen modelliertem und tatsächlichem Füllstand besteht. Deshalb ist es vorteilhaft, auch die modellierten Füllstände in einem oder mehreren weiter vorne liegenden Teilbereichen 26.1 zu korrigieren. In einer ersten Ausgestaltung erfolgt die Korrektur auf der Basis des Signals der zweiten Abgassonde 34 so, dass allen Teilbereichen 26.1, 26.2 des Katalysators 26 der gleiche Füllstand zugewiesen wird. In einer zweiten Ausgestaltung erfolgt die Korrektur so, dass ein evtl. vorhandenes Füllstandsprofil, also unterschiedliche Füllstände in voneinander verschiedenen Teilbereichen 26.1, 26.2, erhalten bleibt. Wenn zum Beispiel im hinteren Teilbereich 26.2 des Katalysators 26 ein Korrekturbedarf von 20% in Richtung Füllen ermittelt wurde, ist es vorteilhaft, diese 20% sowohl zum modellierten Füllstand im hinteren Teilbereich 26.2 des Katalysators 26 als auch zu den modellierten Füllständen in weiter vorne liegenden Teilbereichen 26.1 zu addieren - wobei es sich von selbst versteht, dass die modellierten Füllstände der einzelnen Teilbereiche auf Werte zwischen 0% und 100% begrenzt werden. Gegenüber der einfachen Korrektur, bei der der modellierte Füllstand aller Teilbereiche des Katalysators 26 auf denselben Wert gesetzt wird, hat diese Art der Korrektur den Vorteil, dass das modellierte Füllstandsprofil unmittelbar vor der Korrektur berücksichtigt wird und erhalten bleibt. Alternativ wäre zum Beispiel auch eine Abwichtung des Korrekturbedarfs in weiter vorne liegenden Teilbereichen 26.1 des Katalysators 26 denkbar.
Eine besonders vorteilhafte Realisierung der Füllstandskorrektur ist die modellbasierte Korrektur. In diesem Fall ist vorgesehen, mit Hilfe eines invertierten Streckenmodells 104 (vergleiche 3) mit identischen Parametern und initial identischen Zustandsvariablen wie das Streckenmodell 100 das Füllstandsprofil zu berechnen, das zu dem gemessenen Signal der zweiten Abgassonde 34 führen würde.
Vorzugsweise wird das Streckenmodell 100 analytisch invertiert. Bei einem Katalysator 100 handelt es sich allerdings um eine komplexe, nichtlineare Strecke mit zeitvarianten Streckenparametern, die in der Regel nur durch ein nichtlineares Differentialgleichungssystem dargestellt werden kann. Dies führt typischerweise dazu, dass sich das Gleichungssystem für das invertierte Streckenmodell 104 nicht analytisch lösen lässt.
Deshalb ist als Alternative zur analytischen Invertierung des Streckenmodells 100 eine numerische Invertierung des Streckenmodells 100 vorgesehen: Es wird ein zweites Vorwärts-Streckenmodell 100' (vergleiche 5) mit identischen Parametern und initial identischen Zustandsvariablen solange mit variablem Eingangslambda iteriert bis die Differenz zwischen dem modellierten Lambda hinter dem Katalysator 26 dieses zweiten Streckenmodells 100' und dem gemessenen Lambda hinter dem Katalysator 26 ausreichend klein ist, um die geforderte Genauigkeit der Füllstandskorrektur zu erreichen. Die Füllstandsverteilung des zweiten Vorwärts- Streckenmodells 100' wird dann auf das Streckenmodell 100 übertragen, das damit korrigiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19606652 B4 [0002, 0010]

Claims

Verfahren zur Regelung einer Füllung eines Abgaskomponentenspeichers eines Katalysators (26) im Abgas eines Verbrennungsmotors (10), bei dem ein Ist-Füllstand (θmod) des Abgaskomponentenspeichers mit einem ersten Streckenmodell (100) ermittelt wird, dem Signale (λ_in,meas) einer stromaufwärts des Katalysators (26) in den Abgasstrom ragenden und eine Konzentration des Abgasbestandteils erfassenden ersten Abgassonde (32) und einer zweiten Abgassonde (34), die stromabwärts des Katalysators (26) angeordnet und dem Abgas ausgesetzt ist, zugeführt werden, wobei ein Basislambdasollwert für einen ersten Regelkreis (22, 32, 128, 130, 132) durch einen zweiten Regelkreis (22, 32, 100, 122, 124, 126, 128, 132, 22) vorgegeben wird, der mit dem ersten Streckenmodell ermittelte Ist-Füllstand (θ _mod) dann, wenn die Spannung der zweiten Abgassonde einen Durchbruch von fettem oder magerem Abgas hinter dem Katalysator (26) und damit einen zu niedrigen oder zu hohen tatsächlichen Füllstand des Abgaskomponentenspeichers anzeigt, dem tatsächlichen Füllstand angeglichen wird (208, 218), dadurch gekennzeichnet dass ein Füllstandsprofil berechnet wird, das zu dem gemessenen Signal der zweiten Abgassonde (34) führen würde und dass das mit dem ersten Streckenmodell (100) modellierte Füllstandsprofil durch das berechnete Füllstandsprofil ersetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Angleichen (208, 218) dann durchgeführt wird, wenn das Signal der zweiten Abgassonde (26) in einen Signalbereich eintritt, in dem ein Rückschluss auf den tatsächlichen Sauerstoff-Füllstand des Katalysators (26) möglich ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (26) in Bezug auf seine Durchströmung mit dem Abgas in hintereinander liegende Bereiche (26.1, 26.2) aufgeteilt ist, dass zunächst aus dem Signal der zweiten Abgassonde (34) der tatsächliche Füllstand in dem am weitesten stromabwärts liegenden Teilbereich (26.2) berechnet wird, dass der berechnete tatsächliche Füllstand mit einem für diesen Teilbereich (26.2) des Katalysators (26) modellierten Füllstand verglichen wird, dass ein zum Zeitpunkt des Vergleichs herrschender Korrekturbedarf als Differenz zwischen tatsächlichem und modelliertem Füllstand berechnet wird und dass der für diesen Teilbereich (26.2) modellierte Füllstand mit dieser Differenz korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur so erfolgt, dass sämtlichen Teilbereichen (26.1, 26.2) derselbe Füllstand zugewiesen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der für den am weitesten stromabwärts liegenden Teilbereich (26.2) des Katalysators (26) bestimmte Korrekturbedarf so auf die anderen Teilbereiche (26.1) übertragen wird, dass das Füllstandsprofil erhalten bleibt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Streckenmodell (100) numerisch invertiert wird, indem ein zweites Vorwärts-Streckenmodell (100') mit identischen Parametern und initial identischen Zustandsvariablen solange mit variablem Eingangslambda iteriert wird, bis die Differenz zwischen dem modellierten Lambda hinter dem Katalysator (26) dieses zweiten Streckenmodells (100') und dem gemessenen Lambda hinter dem Katalysator (26) ausreichend klein ist, um die geforderte Genauigkeit der Füllstandskorrektur zu erreichen, und dass die Füllstandsverteilung des zweiten Vorwärts-Streckenmodells dann auf das Streckenmodell (100) übertragen wird, das damit korrigiert ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe eines invertierten Streckenmodells (100') mit identischen Parametern und initial identischen Zustandsvariablen wie das Streckenmodell (100) ein Füllstandsprofil berechnet wird, das zu dem gemessenen Signal der zweiten Abgassonde (34) führen würde und dass das mit dem ersten Streckenmodell (100) modellierte Füllstandsprofil durch das mit dem invertierten Streckenprofil (100') berechnete Füllstandsprofil ersetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Regelkreis (22, 32, 100, 122, 124, 126, 128, 132, 22) ein Initialwert für den Basislambdasollwert durch ein mit dem ersten Streckenmodell (100) identisches zweites Streckenmodell (100') in einen fiktiven Füllstand (θ _{set,fictitious}) umgerechnet wird, dass der fiktive Füllstand (θ _{set,fictitious}) mit einem von einem Sollwertgeber 118, 120 ausgegebenen Sollwert für den Füllstand (θ _set,flt) verglichen wird und dass der Basislambdasollwert in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis iterativ verändert wird, wenn das Vergleichsergebnis einen Unterschied zwischen dem Sollwert für den Füllstand und dem fiktiven Füllstand ergibt, der größer als ein vorgegebenes Ausmaß ist und dass der Basislambdasollwert nicht verändert wird, wenn das Vergleichsergebnis keinen Unterschied zwischen dem Sollwert für den Füllstand und dem fiktiven Füllstand (θ _{set,fictitious}) ergibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Spannung der zweiten Abgassonde (34) nach einer als Folge einer Korrektur des modellierten Füllstands ausgeregelten Abweichung des modellierten Füllstands vom Sollwert erneut einen Durchbruch von fettem oder magerem Abgas hinter dem Katalysator (26) und damit einen zu niedrigen oder zu hohen tatsächlichen Füllstand des Abgaskomponentenspeichers anzeigt, so dass eine weitere Korrektur des modellierten Füllstands notwendig wird, aus der im Anschluss an eine erste Korrekturphase bis zu einer zweiten Korrekturphase in den Katalysator ein- bzw. ausgetragenen Sauerstoffmenge K · ∫ ṁ_Luft und einem in einer weiteren Korrekturphase ermittelten Korrekturbedarf Δθ · OSC für den Füllstand ein Lambdakorrekturbedarf - dλ für das das vor dem Katalysator (34) herrschende Lambda gemäß der folgenden Gleichung ermittelt wird $d λ = \frac{1}{1 - \frac{Δ θ \cdot O S C}{K \cdot \int {\dot{m}}_{L u f t}}} - 1$
und der für den zweiten Regelkreis gebildete Lambdasollwert mit dem Lambdakorrekturbedarf korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur des für den zweiten Regelkreis gebildeten Lambdasollwerts mit dem Lambdakorrekturbedarf nur dann erfolgt, wenn das Signal der zweiten Abgassonde (26) den Signalbereich innerhalb einer bestimmten Zeitspanne nach einem Angleichen des mit dem ersten Streckenmodell ermittelten Ist-Füllstand (θ _mod) an den tatsächlichen Füllstand des Abgaskomponentenspeichers nicht verlässt.
Verfahren nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur des für den zweiten Regelkreis gebildeten Lambdasollwerts mit dem Lambdakorrekturbedarf nur dann erfolgt, wenn das Signal der zweiten Abgassonde (26) den Signalbereich innerhalb einer bestimmten Zeitspanne nach einem Angleichen des mit dem ersten Streckenmodell ermittelten Ist-Füllstand (θ _mod) an den tatsächlichen Füllstand des Abgaskomponentenspeichers nicht verlässt, bevor der Verbrennungsmotor nach dem vorhergehenden Angleichen nicht eine vorbestimmte Abgasmenge erzeugt hat.
Steuergerät (16), das zur Regelung einer Füllung eines Abgaskomponentenspeichers eines Katalysators (26) im Abgas eines Verbrennungsmotors (10) eingerichtet ist, und das dazu eingerichtet ist, einen Ist-Füllstand (θ _mod) des Abgaskomponentenspeichers mit einem ersten Streckenmodell (100) zu ermitteln, Signale (λ_in,meas) einer stromaufwärts des Katalysators (26) in den Abgasstrom ragenden und eine Konzentration des Abgasbestandteils erfassenden ersten Abgassonde (32) und einer zweiten Abgassonde (34), die stromabwärts des Katalysators (26) angeordnet und dem Abgas ausgesetzt ist, zu verarbeiten, einen Basislambdasollwert für einen ersten Regelkreis (22, 32, 128, 130, 132) durch einen zweiten Regelkreis (22, 32, 100, 122, 124, 126, 128, 132, 22) vorzugeben und einen mit dem ersten Streckenmodell ermittelten Ist-Füllstand (θmod) dann, wenn die Spannung der zweiten Abgassonde (34) einen Durchbruch von fettem oder magerem Abgas hinter dem Katalysator (26) und damit einen zu niedrigen oder zu hohen tatsächlichen Füllstand des Abgaskomponentenspeichers anzeigt, dem tatsächlichen Füllstand anzugleichen, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät dazu eingerichtet ist, ein Füllstandsprofil zu berechnen, das zu dem gemessenen Signal der zweiten Abgassonde (34) führen würde und das mit dem ersten Streckenmodell (100) modellierte Füllstandsprofil durch das berechnete Füllstandsprofil zu ersetzen.
Steuergerät (16) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät dazu (16) eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10 auszuführen.