DE102021111235A1 - Verfahren zum schätzen der sauerstoffspeicherfähigkeit eines katalysators - Google Patents

Abstract

Ein Motorsystem für ein Fahrzeug umfasst einen Verbrennungsmotor mit einem Abgasauslass, ein Abgassystem mit einem Drei-Wege-Katalysator und einem schaltbaren stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensor sowie ein Motorsteuermodul, das das Motorsystem steuert. Das Motorsteuermodul umfasst eine erste Steuerlogik zum Schätzen einer Sauerstoffspeicherfähigkeit des Drei-Wege-Katalysators auf Grundlage einer Vielzahl von gemessenen Eingangsgrößen, eine zweite Steuerlogik zum Schätzen von Alterungseffekten des schaltbaren stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensors und eine dritte Steuerlogik, die eine gefilterte geschätzte Sauerstoffspeicherfähigkeit für den Dreiwege-Katalysator berechnet.

Description

• EINLEITUNG
• Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zum Schätzen der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Abgasreinigers eines Katalysators für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs.
• Die Möglichkeit, die Sauerstoffspeicherfähigkeit eines Drei-Wege-Katalysators genau zu schätzen, führt zu einer erhöhten Kraftstoffeinsparung für einen Verbrennungsmotor. Die derzeitigen Verfahren zum Schätzen der Sauerstoffspeicherfähigkeit unter Verwendung der Kraftstoffabschaltung während eines Bremsmanövers stellen keine Schätzung bereit, die ausreichend genau ist, um eine aggressivere Kraftstoffstrategie zu ermöglichen, die solche Kraftstoffeinsparungen bereitstellt. Folglich ist ein neues Verfahren zum Schätzen der Sauerstoffspeicherfähigkeit erforderlich, um eine signifikante Kraftstoffeinsparung zu erreichen, ohne das Motorsystem mit zusätzlicher Hardware zu versehen.
• Darüber hinaus muss der Katalysator ordnungsgemäß und mit einer bestimmten Kapazität arbeiten, um die Emissionen effektiv zu reduzieren und die Fahrzeugvorschriften zu erfüllen. Die Überwachung der Funktionsfähigkeit des Katalysators erfüllt dieses Ziel.
• Dementsprechend besteht ein Bedarf an einem neuen Verfahren zum Schätzen der Sauerstoffspeicherfähigkeit für eine effektive Kraftstoffstrategie zur Steigerung der Kraftstoffeffizienz und zur Überwachung der Funktionsfähigkeit ohne zusätzliche Kosten bei der Fahrzeughardware.
• ZUSAMMENFASSUNG
• Bei einem beispielhaften Aspekt umfasst ein Motorsystem für ein Fahrzeug einen Verbrennungsmotor mit einem Abgasauslass, ein Abgassystem mit einem Drei-Wege-Katalysator und einem schaltbaren stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensor sowie ein Motorsteuermodul mit einer Steuerlogiksequenz, die eine erste Steuerlogik umfasst, um die Sauerstoffspeicherfähigkeit eines Drei-Wege-Katalysators auf Grundlage einer Vielzahl von gemessenen Eingangsgrößen wie folgt zu schätzen: $$\frac{\text{d}\mathrm{\delta }}{\text{dt}}={\text{k}}^{\text{f}}\left(\left(\left[\text{CO}\right]+\left[{\text{H}}_2\right]-2\left[{\text{O}}_2\right]\right)\left(1-\text{abs}\left(\mathrm{\delta }\right)\right)-{\text{k}}^{\text{b}}\mathrm{\delta }\right)$$

  

  wobei [CO], [H2] und [02] CO-, H2- und O2-Konzentrationen am Auslass des Drei-Wege-Katalysators sind und K^f und K^b Kalibrierungskonstanten sind, eine zweite Steuerlogik zum Schätzen von Alterungseffekten des schaltbaren stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensors und eine dritte Steuerlogik, die eine gefilterte geschätzte Sauerstoffspeicherfähigkeit für den Dreiwege-Katalysator berechnet.
• Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt umfasst die Steuerlogiksequenz ferner eine vierte Steuerlogik, die dazu ausgelegt ist, den Verbrennungsmotor auf Grundlage der gefilterten geschätzten Sauerstoffspeicherfähigkeit des Drei-Wege-Katalysators zu steuern.
• Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt schätzt die zweite Steuerlogik Alterungseffekte des schaltbaren stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensors wie folgt: $${\mathrm{\tau }}_{\mathrm{\lambda }}\frac{\text{d}{\mathrm{\delta }}_{\mathrm{\tau }}}{\text{dt}}=\mathrm{\delta }-{\mathrm{\delta }}_{\mathrm{\tau }}.$$

  

  wobei τ_λ die dynamische Ansprechzeit des schaltbaren stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensors ist.
• Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt schätzt die erste Steuerlogik die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Drei-Wege-Katalysators durch Normalisierung wie folgt: $$\left(-1\le {\mathrm{\delta }}_{\mathrm{\tau }}\le 1\right).$$

  

  Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt umfasst die Steuerlogiksequenz ferner eine Steuerlogik, die die dynamische Ansprechzeit des schaltbaren stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensors bestimmt, indem sie ein Ansprechverhalten des schaltbaren stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensors von fett nach mager und von mager nach fett integriert.
• Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt bestimmt die erste Steuerlogik ferner eine geschätzte Spannung des schaltbaren stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensors wie folgt: $${\text{V}}_{\mathrm{\lambda }}=\text{f}\left({\mathrm{\delta }}_{\mathrm{\tau }}\right);\left(0\le {\text{V}}_{\mathrm{\lambda }}\le {\text{V}}_{{\mathrm{\lambda }}_{\text{max}}}\right).$$

  

  Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt umfasst die Vielzahl der gemessenen Eingangsgrößen ein Äquivalenzverhältnis vor dem Katalysator, eine Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit, einen Abgasdruck, eine Abgastemperatur vor dem Katalysator, eine Spannung des Sauerstoffsensors, einen gemessenen Luftmassenströmungswert, einen Motordrehzahlwert, eine Katalysatortemperatur und/oder einen Kraftstoffsteuerungszustandswert.
• Die obigen Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung leicht ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden.
• Figurenliste
• Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung und sind nicht dazu bestimmt, den Umfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise einzuschränken.
• 1 zeigt ein beispielhaftes Motorsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung in einer schematischen Darstellung.
• 2 zeigt einen eindimensionalen Teil eines Drei-Wege-Katalysators in dem System von 1.
• 3 zeigt ein beispielhaftes Beobachtermodell eines Drei-Wege-Katalysators gemäß der vorliegenden Offenbarung in einer schematischen Darstellung.
• 4 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm, das ein Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
• 5 zeigt ein Diagramm, das eine beispielhafte Leistung eines Beobachters des Drei-Wege-Katalysators in einem Motorsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
• 6 zeigt ein Diagramm, das ein beispielhaftes Ansprechverhalten eines schaltbaren stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensors veranschaulicht.
• BESCHREIBUNG
• Die folgende Beschreibung hat lediglich beispielhaften Charakter und ist nicht dazu bestimmt, die vorliegende Offenbarung, die Anwendung oder den Gebrauch einzuschränken. Der Begriff „ungefähr“, wie er in der Beschreibung verwendet wird, ist definiert als ein Betrag um eine bestimmte Zahl, der keinen signifikanten Einfluss auf die Ergebnisse der Operation hat.
• Unter Bezugnahme auf 1 und 2 ist eine schematische Darstellung für ein Motorsystem 10 für ein Fahrzeug veranschaulicht, das nun beschrieben wird. Das Motorsystem 10 umfasst einen Verbrennungsmotor 12, ein Abgassystem 14 und ein Motorsteuermodul 15. Das Abgassystem 14 umfasst eine Katalysatoranordnung 16 und einen Sauerstoffsensor 18. Insbesondere weist die Katalysatoranordnung 16 einen Abgaseinlass 20 und einen Abgasauslass 22 sowie einen Drei-Wege-Katalysator 24 auf. Der Sauerstoffsensor 18 ist in dem Abgasauslass 22 angeordnet und kann ein schaltbarer stromabwärts gelegener Sauerstoffsensor sein. Der Abgaseinlass 20 nimmt das Abgas von dem Verbrennungsmotor auf und leitet das Abgas zu dem Drei-Wege-Katalysator 24. Der Drei-Wege-Katalysator 24 umfasst ein Keramiksubstrat 26, auf dem eine katalytische Metallbeschichtung 28 angeordnet ist. Im vorliegenden Beispiel umfasst die katalytische Metallbeschichtung 28 Ceriumoxid (Ce₂O₃). Es können jedoch auch andere Metalloxide oder Kombinationen von Metalloxiden in den Drei-Wege-Katalysator 24 eingebaut werden, ohne dass der Umfang der vorliegenden Offenbarung verlassen wird. Die katalytische Metallbeschichtung 28 kann zum Beispiel Oxide von Rhodium (Rh), Palladium (Pd) und Platin (Pt) neben anderen Metalloxiden umfassen.
• Das Motorsteuermodul 15 ist vorzugsweise ein elektronisches Steuergerät mit einem vorprogrammierten Digitalrechner oder Prozessor, einer Steuerlogik, einem Speicher zum Speichern von Daten und wenigstens einer E/A-Peripherie. Die Steuerlogik umfasst eine Vielzahl von Logikroutinen zur Überwachung, Bearbeitung und Erzeugung von Daten. Das Motorsteuermodul 15 steuert die Vielzahl von Aktuatoren, Pumpen, Ventilen und anderen Vorrichtungen, die zur Steuerung des Motorsystems 10 gehören, nach den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung. Die Steuerlogik kann in Hardware, Software oder einer Kombination aus Hardware und Software implementiert sein. Die Steuerlogik kann z. B. in Form von Programmcode vorliegen, der auf dem elektronischen Speicher abgelegt und vom Prozessor ausführbar ist. Das Motorsteuermodul 15 empfängt das Ausgangssignal von jedem der mehreren Sensoren am Fahrzeug, führt die Steuerlogik aus und sendet Befehlssignale an mehrere Steuergeräte. Eine in Software-Programmcode implementierte Steuerlogik, die vom Prozessor des Motorsteuermoduls 15 ausführbar ist, umfasst beispielsweise eine Steuerlogik zur Implementierung eines weiter unten beschriebenen Verfahrens.
• Die vorliegende Offenbarung stellt eine Verbesserung eines Echtzeit-Beobachters der Sauerstoffspeicherfähigkeit eines Drei-Wege-Katalysators bereit, der in der gleichzeitig anhängigen, gleichzeitig zugeteilten US-Patentanmeldung Nr. 16/560,361 beschrieben ist, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang einbezogen ist. Die in der US-Patentanmeldung Nr. 16/560,361 beschriebenen Sauerstoffspeichermodelle für einen Drei-Wege-Katalysator können auch zusammen mit der Implementierung der vorliegenden Offenbarung verwendet werden.
• Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung wird der Drei-Wege-Katalysator faktisch in eine Vielzahl von Segmenten 30 aufgeteilt. Ein derartiges Segment 31 ist in 2 gezeigt und stellt einen eindimensionalen Abschnitt dar, durch den die katalytischen Reaktionen ablaufen. Die Bestandteile des Abgases, das in das Segment gelangt, umfassen [O₂]_in, [CO]_in, [CO₂]_in, [H₂]_in und [H₂O]_in bei einer Gaseintrittstemperatur T_gin. Nach der katalytischen Reaktion umfasst das behandelte Gas, das aus dem Segment austritt, [O₂]_out, [CO]_out, [CO₂]_out, [H₂]_out und [H₂O]_out bei einer Gasaustrittstemperatur T_gout. Eine erste katalytische Reaktion ist z. B. eine Sauerstoffspeicherreaktion, die wie folgt dargestellt ist: O₂+2Ce₂O₃↔2Ce₂O₄, $$r_1=k_1^{ƒ}OS{C}^2{\left(1-{\phi }_{O_2}\right)}^2\left[O_2\right]-k_1^{b}OS{C}^2{\phi }_{O_2}{}^2{C}_0,$$

  

  $$k_1^{ƒ}=A_1^{ƒ}{e}^{-\frac{E_1^f}{T}}$$

  

  und $$k_1^b=A_1^b{e}^{-\frac{E_1^b}{T}}.$$

  
• Eine zweite katalytische Reaktion ist eine Kohlenmonoxid-Oxidationsreaktion, die wie folgt dargestellt ist: CO+Ce₂O₄↔CO₂+Ce₂O₃, $$r_2=k_2^{ƒ}OSC{\phi }_{O_2}\left[CO\right]-k_2^{b}OS{C}^2\left(1-{\phi }_{O_2}\right)\left[C{O}_2\right],$$

  

  $$k_2^{ƒ}=A_2^{ƒ}{e}^{-\frac{E_2^f}{T}}$$

  

  und $$k_2^b=A_2^b{e}^{-\frac{E_2^b}{T}}.$$

  
• Eine dritte katalytische Reaktion ist eine Wasserstoff-Oxidationsreaktion, die wie folgt dargestellt ist: H₂+Ce₂O₄↔H₂O+Ce₂O₃, $$r_3=k_3^{ƒ}OSC{\phi }_{O_2}\left[H_2\right]-k_3^{b}OS{C}^2\left(1-{\phi }_{O_2}\right)\left[H_{2}O\right],$$

  

  $$k_3^{ƒ}=A_3^{ƒ}{e}^{-\frac{E_3^f}{T}}$$

  

  und $$k_3^b=A_3^b{e}^{-\frac{E_3^b}{T}}.$$

  
• Der Sauerstoffspeicherwert (OSV) wird anhand der folgenden Gleichung berechnet, wobei OSC die Sauerstoffspeicherfähigkeit ist: $$OSC\frac{\partial {\phi }_{O_2}}{\partial t}=2r_1-r_2-r_3.$$

  
• Die behandelten Abgasbestandteile, die aus dem Katalysatorsegment austreten, werden wie folgt berechnet: $${\left[O_2\right]}_{out}=\frac{{\left[O_2\right]}_{in}+k_1^{b}OS{C}^2{\phi }_{O_2}{}^2{C}_0{t}_r}{1+k_1^{ƒ}OS{C}^2{\left(1-{\phi }_{O_2}\right)}^2{t}_r}$$

  

  $${\left[CO\right]}_{out}=\frac{{\left[CO\right]}_{in}+\left({\left[CO\right]}_{in}+{\left[C{O}_2\right]}_{in}\right)k_2^{b}OSC\left(1-{\phi }_{O_2}\right)t_r}{1+k_2^{b}OSC\left(1-{\phi }_{O_2}\right)t_r+k_2^{ƒ}OSC{\phi }_{O_2}{t}_r}$$

  

  $${\left[C{O}_2\right]}_{out}=\frac{{\left[C{O}_2\right]}_{in}+\left({\left[CO\right]}_{in}+{\left[C{O}_2\right]}_{in}\right)k_2^{b}OSC\left(1-{\phi }_{O_2}\right)t_r}{1+k_2^{b}OSC\left(1-{\phi }_{O_2}\right)t_r+k_2^{ƒ}OSC{\phi }_{O_2}{t}_r}$$

  

  $${\left[H_2\right]}_{out}=\frac{{\left[H_2\right]}_{in}+\left({\left[H_2\right]}_{in}+{\left[H_{2}O\right]}_{in}\right)k_3^{b}OSC\left(1-{\phi }_{O_2}\right)t_r}{1+k_3^{b}OSC\left(1-{\phi }_{O_2}\right)t_r+k_3^{ƒ}OSC{\phi }_{O_2}{t}_r}$$

  

  $${\left[H_{2}O\right]}_{out}=\frac{{\left[H_{2}O\right]}_{in}+\left({\left[CO\right]}_{in}+{\left[C{O}_2\right]}_{in}\right)k_3^{ƒ}OSC\left(1-{\phi }_{O_2}\right)t_r}{1+k_3^{b}OSC\left(1-{\phi }_{O_2}\right)t_r+k_3^{ƒ}OSC{\phi }_{O_2}{t}_r}$$

  

  Unter nun folgender Bezugnahme auf 3 ist ein Beobachtermodell 32 eines Drei-Wege-Katalysators veranschaulicht, das nun beschrieben wird. Das Beobachtermodell 32 des Drei-Wege-Katalysators umfasst einen Kalman-Filter 34 und ein Kinetikmodell 36 des Drei-Wege-Katalysators. Das Kinetikmodell 36 des Drei-Wege-Katalysators umfasst ein schaltbares stromabwärts gelegenes Lambdasondenmodell 38. Die Eingangsgrößen 40 für das Beobachtermodell 32 des Drei-Wege-Katalysators umfassen beispielsweise ein Äquivalenzverhältnis vor dem Katalysator, eine Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit, einen Abgasdruck, eine Abgastemperatur vor dem Katalysator, eine Spannung des Sauerstoffsensors 18, einen gemessenen Luftmassenströmungswert, einen Motordrehzahlwert, eine Katalysatortemperatur und einen Kraftstoffsteuerungszustandswert. Die Ausgangsgrößen 42 für das Beobachtermodell 32 des Drei-Wege-Katalysators umfassen einen Sauerstoffspeicherwert (OSV), ein Äquivalenzverhältnis nach dem Katalysator (EQR), eine Schaltspannung nach dem Katalysator, eine Sauerstoffspeicherfähigkeit (OSC) und einen EQR-Versatz vor dem Katalysator.
• Unter nun folgender Bezugnahme auf 4 und weiterer Bezugnahme auf 3 ist ein Flussdiagramm für ein Verfahren 50 zur dynamischen Schätzung der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Drei-Wege-Katalysators 24 veranschaulicht. Das Verfahren 50 umfasst einen ersten Schritt 52 des Ermittelns der Sauerstoffionenansprechempfindlichkeit auf Abgasspezies mit einer normierten Variablen, um die Sauerstoffionenkonzentrationen im Sensor darzustellen und gleichzeitig Alterungseffekte auf den Sensor wie folgt zu schätzen: $$\frac{\text{d}\mathrm{\delta }}{\text{dt}}={\text{k}}^{\text{f}}\left(\left(\left[\text{CO}\right]+\left[{\text{H}}_2\right]-2\left[{\text{O}}_2\right]\right)\left(1-\text{abs}\left(\mathrm{\delta }\right)\right)-{\text{k}}^{\text{b}}\mathrm{\delta }\right);\left(-1\le \mathrm{\delta }\le \mathrm{1}\right)$$

  

  $${\mathrm{\tau }}_{\mathrm{\lambda }}\frac{\text{d}{\mathrm{\delta }}_{\mathrm{\tau }}}{\text{dt}}=\mathrm{\delta }-{\mathrm{\delta }}_{\mathrm{\tau }};\left(-1\le {\mathrm{\delta }}_{\mathrm{\tau }}\le \mathrm{1}\right)$$

  

  wobei τ_λ die dynamische Ansprechzeit des schaltbaren stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensors ist.
• Dabei sind [CO], [H2] und [02] die CO-, H2- und O2-Konzentrationen am Auslass des Drei-Wege-Katalysators unter Verwendung eines Drei-Wege-Katalysator-Modells (ein Beispiel dafür ist zuvor beschrieben) und K^f und K^b sind Kalibrierungskonstanten.
• Das Verfahren 50 fährt mit Schritt 54 fort, in dem die Ausgangsspannung der schaltbaren Lambdasonde wie folgt geschätzt wird: $${\text{V}}_{\mathrm{\lambda }}=\text{f}\left({\mathrm{\delta }}_{\mathrm{\tau }}\right);\left(0\le {\text{V}}_{\mathrm{\lambda }}\le {\text{V}}_{{\mathrm{\lambda }}_{\text{max}}}\right)$$

  
• Das Verfahren 50 fährt dann mit Schritt 56 fort, in dem der Beobachter einen Kalman-Filter verwendet, um die geschätzte Sauerstoffspeicherung zu korrigieren und dann die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Drei-Wege-Katalysators zu berechnen.
• Unter Bezugnahme auf 5 ist ein Diagramm 60 veranschaulicht, das die Leistung des Beobachtermodells 32 des Drei-Wege-Katalysators und des Verfahrens 50 zeigt, und nun beschrieben wird. Das Diagramm 60 umfasst eine y-Achse 62, auf der die geschätzte Sauerstoffspeicherfähigkeit über die Zeit 64 in Sekunden (x-Achse) dargestellt ist. Die gestrichelten Referenzlinien stellen den WPA-Mittelwert 66 (Worst Performing Acceptable, d. h. niedrigste akzeptable Leistung), den WPA-Wert -4σ 68, den BPU-Wert (Best Performing Unacceptable, d. h. höchste nicht akzeptable Leistung) +2σ 70 (70 steht für einen BPU-Wert mit einem stromabwärts gelegenen WPA-O2-Sensor) und den BPU-Mittelwert 72 dar. Die Leistungslinien stellen den berechneten zeitbasierten WPA-Mittelwert 74, den zeitbasierten WPA-Wert -4σ 76, den zeitbasierten BPU-Wert +2σ 78 und den zeitbasierten BPU-Mittelwert 80 dar. Die vertikale gestrichelte Linie stellt die äquivalente Zeit von zwei Testzyklen 82 nach FTP (Federal Test Procedure) dar. Die mehreren Linien, die in der Klammer 83 enthalten sind, stellen den um den WPA-Wert erniedrigten stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensor dar. Die mehreren Linien, die in der Klammer 84 enthalten sind, stellen den nicht erniedrigten stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensor dar. Die Klammer 86 stellt die Differenz zwischen dem WPA-Wert -4σ und dem BPU-Wert +2σ dar.
• Der geschätzte Sauerstoffspeicherwert (OSV) wird zur Bestimmung der Kraftstoffstrategie verwendet. Wenn z. B. der geschätzte OSV-Wert niedrig ist, wird eine Strategie mit magerem Kraftstoff (Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist kleiner als stöchiometrisch) einbezogen, um weniger Kraftstoff in den Motor einzuführen. Weniger Kraftstoff erfordert weniger Sauerstoff zur Verbrennung des Kraftstoffs, so dass mehr Sauerstoff im Katalysator gespeichert werden kann. Alternativ steht bei stöchiometrischem und fettem Luft-Kraftstoff-Verhältnis weniger Sauerstoff zur Speicherung im Katalysator zur Verfügung, so dass die Oxidation von CO und H2 im Katalysator den Sauerstoffspeicher des Katalysators erschöpft. Aktuelle Kraftstoffstrategien verfügen nicht über die Eingangsgröße einer genauen OSV-Schätzung und müssen daher davon ausgehen, dass der OSV-Wert niedrig ist und mehr Sauerstoff benötigt wird, um die Speicherung zu erhöhen, was zu einer geringeren Motorleistung und einem höheren Kraftstoffverbrauch führt. Mit der Möglichkeit einer genaueren OSV-Schätzung kann mit der Motorkalibrierung genauer ermittelt werden, wann der Katalysator Sauerstoff benötigt, um den OSV-Wert zu erhöhen und somit eine Kraftstoffstrategie zu fahren, die besser auf die Motorleistung und andere Parameter zugeschnitten ist, die mit der Kraftstoffstrategie gesteuert werden.
• Die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators 24 ist ein Indikator für die Fähigkeit des Katalysators, Emissionen effektiv zu reduzieren. Ist der Katalysator z. B. in erheblichem Maße gealtert, ist die Sauerstoffspeicherfähigkeit gering und der Katalysator kann als unzureichend für die Erfüllung seiner Emissionsminderungsfunktion angesehen werden, wenn die Sauerstoffspeicherfähigkeit unter einem Schwellenwert liegt. Wird der falsche Katalysatortyp in ein Fahrzeug eingebaut, hält er außerdem möglicherweise den Schwellenwert für die Sauerstoffspeicherfähigkeit nicht ein, was ebenfalls ein Hinweis darauf wäre, dass der Katalysator nicht ordnungsgemäß arbeitet. Daher ist das vorliegende System dazu ausgelegt, ein Signal zu senden, das anzeigt, dass die Sauerstoffspeicherfähigkeit unter dem Schwellenwert liegt, so dass Korrekturmaßnahmen ergriffen werden können. Das Signal kann z. B. zur Ansteuerung einer Störungsleuchte, wie z. B. einer „Check Engine“-Leuchte, verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Signal von der Fahrzeugsteuerung verwendet werden, um andere Korrekturmaßnahmen durchzuführen, wie z. B. die Begrenzung der Kraftstoffzufuhr des Fahrzeugs, bis der Katalysator ausgetauscht ist und dem Mindestschwellenwert für die Sauerstoffspeicherfähigkeit entspricht.
• Unter nun folgender Bezugnahme auf 6 veranschaulicht ein Diagramm 600 das Ansprechverhalten einer schaltbaren stromabwärts gelegenen Lambdasonde. Die Ansprechempfindlichkeit einer schaltbaren stromabwärts gelegenen Lambdasonde ist abhängig vom Alter der Sensoren. Im Allgemeinen weisen ältere Sensoren ein langsameres Ansprechverhalten auf. Die Ansprechempfindlichkeit kann aus zwei Kalibriertabellen für Motorbetankungsvorgänge für jeweils einen Übergang von fett nach mager und einen Übergang von mager nach fett bestimmt werden. Die horizontale Achse 602 des Diagramms 600 entspricht der Zeit und die vertikale Achse 604 entspricht der von der schaltbaren stromabwärts gelegenen Lambdasonde kommenden Spannung. Die Eingangsgrößen in der Tabelle sind integrierte Werte für den Übergang von fett nach mager 606 und den Übergang von mager nach fett 608. Dieser Prozess kann z. B. während einer Motor-Kraftstoffabschaltung durchgeführt werden, um ein Ansprechverhalten des Sensors zu erhalten, das die Auswirkungen der Alterung auf den schaltbaren stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensor berücksichtigt. Auf diese Weise kann das tatsächliche Ansprechverhalten des Sensors, das sich möglicherweise im Laufe der Zeit verändert hat, ermittelt werden und kann dann verwendet werden, um die Alterungseffekte auf die Ansprechempfindlichkeit bei dem oben beschriebenen Verfahren und System zu berücksichtigen. Dies wiederum ermöglicht eine bessere Schätzung der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Drei-Wege-Katalysators.
• Während Beispiele im Detail beschrieben wurden, wird der Fachmann, der mit dem Stand der Technik, auf den sich diese Offenbarung bezieht, vertraut ist, verschiedene alternative Ausführungsformen und Beispiele für die Durchführung des offenbarten Verfahrens im Rahmen der im Anhang befindlichen Ansprüche erkennen.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• US 16/560361 [0015]

Claims (10)

1. Motorsystem für ein Fahrzeug, wobei das Motorsystem umfasst: einen Verbrennungsmotor mit einem Abgasauslass, ein Abgassystem mit einem Drei-Wege-Katalysator und einem schaltbaren stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensor und ein Motorsteuermodul mit einer Steuerlogiksequenz, und wobei das Motorsteuermodul das Motorsystem steuert und die Steuerlogiksequenz umfasst: eine erste Steuerlogik, um die Sauerstoffspeicherfähigkeit eines Drei-Wege-Katalysators auf Grundlage einer Vielzahl von gemessenen Eingangsgrößen wie folgt zu schätzen: $$\frac{\text{d}\mathrm{\delta }}{\text{dt}}={\text{k}}^{\text{f}}\left(\left(\left[\text{CO}\right]+\left[{\text{H}}_2\right]-2\left[{\text{O}}_2\right]\right)\left(1-\text{abs}\left(\mathrm{\delta }\right)\right)-{\text{k}}^{\text{b}}\mathrm{\delta }\right);$$

   

   wobei [CO], [H2] und [O2] die CO-, H2- und O2-Konzentrationen am Auslass des Drei-Wege-Katalysators sind und K^f und K^b Kalibrierungskonstanten sind, eine zweite Steuerlogik zum Schätzen von Alterungseffekten des schaltbaren stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensors und eine dritte Steuerlogik, die eine gefilterte geschätzte Sauerstoffspeicherfähigkeit des Drei-Wege-Katalysators berechnet.
2. System nach Anspruch 1, wobei die Steuerlogiksequenz ferner eine vierte Steuerlogik umfasst, die dazu ausgelegt ist, den Verbrennungsmotor auf Grundlage der gefilterten geschätzten Sauerstoffspeicherfähigkeit des Drei-Wege-Katalysators zu steuern.
3. System nach Anspruch 1, wobei die zweite Steuerlogik Alterungseffekte des schaltbaren stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensors wie folgt schätzt: $${\mathrm{\tau }}_{\mathrm{\lambda }}\frac{\text{d}{\mathrm{\delta }}_{\mathrm{\tau }}}{\text{dt}}=\mathrm{\delta }-{\mathrm{\delta }}_{\mathrm{\tau }},$$

   

   wobei τ_λ die dynamische Ansprechzeit des schaltbaren stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensors ist.
4. System nach Anspruch 1, wobei die erste Steuerlogik die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Drei-Wege-Katalysators durch Normalisierung wie folgt schätzt: $$\left(-1\le {\mathrm{\delta }}_{\mathrm{\tau }}\le \mathrm{1}\right).$$

   
5. System nach Anspruch 1, wobei die Steuerlogiksequenz ferner eine Steuerlogik umfasst, die die dynamische Ansprechzeit des schaltbaren stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensors bestimmt, indem sie ein Ansprechverhalten des schaltbaren stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensors von fett nach mager und von mager nach fett integriert.
6. System nach Anspruch 1, wobei die erste Steuerlogik ferner eine geschätzte Spannung des schaltbaren stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensors wie folgt bestimmt: $${\text{V}}_{\mathrm{\lambda }}=\text{f}\left({\mathrm{\delta }}_{\mathrm{\tau }}\right);\left(0\le {\text{V}}_{\mathrm{\lambda }}\le {\text{V}}_{{\mathrm{\lambda }}_{\text{max}}}\right).$$

   
7. System nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der gemessenen Eingangsgrößen ein Äquivalenzverhältnis vor dem Katalysator, eine Kraftstoffdurchflussgeschwindigkeit, einen Abgasdruck, eine Abgastemperatur vor dem Katalysator, eine Spannung des Sauerstoffsensors, einen gemessenen Luftmassenströmungswert, einen Motordrehzahlwert, eine Katalysatortemperatur und/oder einen Kraftstoffsteuerungszustandswert umfasst.
8. Motorsystem für ein Fahrzeug, wobei das Motorsystem umfasst: einen Verbrennungsmotor mit einem Abgasauslass, ein Abgassystem mit einem Drei-Wege-Katalysator und einem schaltbaren stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensor, und wobei das Abgassystem einen Abgaseinlass in stromabwärtiger Verbindung mit dem Abgasauslass des Verbrennungsmotors aufweist, und ein Motorsteuermodul, das geeignet ist: die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Drei-Wege-Katalysators auf Grundlage einer Vielzahl von gemessenen Eingangsgrößen wie folgt zu schätzen: $$\frac{\text{d}\mathrm{\delta }}{\text{dt}}={\text{k}}^{\text{f}}\left(\left(\left[\text{CO}\right]+\left[{\text{H}}_2\right]-2\left[{\text{O}}_2\right]\right)\left(1-\text{abs}\left(\mathrm{\delta }\right)\right)-{\text{k}}^{\text{b}}\mathrm{\delta }\right)$$

   

   wobei [CO], [H2] und [02] die CO-, H2- und O2-Konzentrationen am Auslass des Drei-Wege-Katalysators sind und K^f und K^b Kalibrierungskonstanten sind, eine Spannungsausgangsgröße für den schaltbaren stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensor zu schätzen, und die geschätzte Sauerstoffspeicherfähigkeit auf Grundlage eines Vergleichs zwischen der geschätzten Spannungsausgangsgröße für den schaltbaren stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensor und einer tatsächlichen Spannungsausgangsgröße für den schaltbaren stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensor zu korrigieren.
9. System nach Anspruch 8, wobei das Motorsteuermodul ferner geeignet ist, den Verbrennungsmotor auf Grundlage der korrigierten Sauerstoffspeicherfähigkeit des Drei-Wege-Katalysators zu steuern.
10. System nach Anspruch 8, wobei das Motorsteuermodul ferner geeignet ist, Alterungseffekte des schaltbaren stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensors wie folgt zu schätzen: $${\mathrm{\tau }}_{\mathrm{\lambda }}\frac{\text{d}{\mathrm{\delta }}_{\mathrm{\tau }}}{\text{dt}}=\mathrm{\delta }-{\mathrm{\delta }}_{\mathrm{\tau }}.$$

    

    wobei τ_λ die dynamische Ansprechzeit des schaltbaren stromabwärts gelegenen Sauerstoffsensors ist.

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