DE10225216A1 - System und Verfahren zum Ermitteln einer Sollmenge der Sauerstoffspeicherung in einem Kraftfahrzeugkatalysator - Google Patents

System und Verfahren zum Ermitteln einer Sollmenge der Sauerstoffspeicherung in einem Kraftfahrzeugkatalysator

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Abstract

Diese Erfindung betrifft ein neues Verfahren und System zur Optimierung der Effizienz eines Kraftfahrzeugkatalysators (52). Die Erfindung umfasst die Einstellung eines Luft/Kraftstoffmischungsverhältnisses in den Zylindern eines Verbrennungsmotors (13), um die im Katalysator (52) gespeicherte Oxidanzienmenge an oder in der Nähe eines Oxidanziensollwerts zu erhalten. Der Oxidanziensollwert ist entweder ein vorbestimmter konstanter Wert oder wird dynamisch auf der Basis von Motorbetriebszuständen berechnet. Das Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis in den Motorzylindern wird auf der Basis einer Differenz zwischen der Istmenge der gespeicherten Oxidanzien und der Oxidanziensollmenge eingestellt, um einen Durchbruch von NO¶x¶ und Kohlenwasserstoff zu vermeiden (Figur 1).

Description

    GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft allgemein die Einstellung des Luft/Kraftstoffmischungsverhältnisses in den Zylindern eines Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung, um die Fahrzeugabgase zu regeln. Genauer betrifft die Erfindung ein Verfahren und ein System zur Einstellung des Luft/Kraftstoffmischungsverhältnisses in den Zylindern, beruhend auf der im Katalysator gespeicherten Menge von Oxidanzien.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Um die in die Atmosphäre abgegebene Abgasmenge zu verringern, enthalten moderne Kraftfahrzeuge im allgemeinen in ihrem Abgassystem einen oder mehrere Katalysatoren oder Abgasregelvorrichtungen. Diese Abgasregelvorrichtungen lagern beim Betrieb des Motors mit einem verhältnismäßig mageren Luft/Kraftstoffgemisch Sauerstoff und NOx (gemeinsam "Oxidanzien" genannt) aus dem Abgasstrom des Fahrzeugmotors ein. Wenn der Motor dagegen mit einer verhältnismäßig fetten Luft/Kraftstoffmischung betrieben wird, geben sie gespeicherten Sauerstoff und NOx frei, die dann mit den vom Motor erzeugten Abgasbestandteilen HC und CO reagieren. Auf diese Weise wird die Emission sowohl von NOx als auch von Kohlenwasserstoffen (HC und CO) in die Atmosphäre verringert. Bei den üblichen Luft/Kraftstoffverhältnisregelsystemen haben die Erfinder einen Nachteil erkannt.
  • Insbesondere ist den Erfindern aufgefallen, dass diese Systeme den Motor am stöchiometrischen Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis halten wollen (oder einem anderen gewünschten Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis). Dies hat jedoch den Nachteil, dass die Luft/Kraftstoffgemischregelung des Motors von dem Zustand der Speicherung von Oxidanzien in der Abgasregelvorrichtung abgekoppelt ist. Das herkömmliche System arbeitet mit einer Rückkopplung des Luft/Kraftstoffmischungsverhältnisses, um dies zu kompensieren.
  • Die Erfinder haben erkannt, dass diese bekannten Verfahren zur Einstellung des Luft/Kraftstoffmischungsverhältnisses in den Zylindern, obwohl es effektiv ist, noch verbessert werden können. Genauer haben die Erfinder erkannt, dass die Verwendung der herkömmlichen Luft/Kraftstoffverhältnis- Regelstrategien auf einem reaktionären Ansatz beruhen. D. h., dass die Tendenz vorherrscht, dass das Luft/Kraftstoffverhältnis nur angereichert wird, nachdem der im Abgasstrom liegende Sauerstofffühler einen Durchbruch von NOx erfasst hat. Gleichermaßen hat das Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis der Zylinder die Tendenz, nur nach einem von dem Sauerstofffühler erfassten Kohlenwasserstoffdurchbruch abgemagert zu werden. Weiterhin haben die Erfinder noch erkannt, dass das bekannte Verfahren die Luft/Kraftstoffverhältnisregelung von dem Zustand des Katalysators hinsichtlich der im Katalysator gespeicherten Oxidanzienmenge abkoppelte.
  • Kurzfassung der Erfindung
  • Der obige Nachteil wird durch ein Verfahren zur Regelung eines mit einer Abgasregelvorrichtung gekoppelten Motors vermieden, welches aufweist:
    Durch Einstellen der Kraftstoffinjektion zur Regelung des gespeicherten Oxidanzienniveaus auf einen gewünschten Sollpunkt lässt sich die Luft/Kraftstoffmischungsverhältnisregelung mit dem Oxidanzienspeicherniveau im Katalysator koppeln. Dadurch ergibt sich besonders die Möglichkeit, variierende Mengen abhängig von den Betriebszuständen vorzusehen, und zwar sowohl:
    • 1. eine zusätzliche Oxidanzienmenge für den Fall zurückzuhalten, dass das Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis des Motors unabsichtlich gegenüber dem stöchiometrischen Verhältnis mager ist als auch
    • 2. zusätzliches HC oder CO für den Fall zu reduzieren, dass das Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis des Motors unabsichtlich gegenüber dem stöchiometrischen Verhältnis fett ist.
  • Somit verhindert die Erfindung gemäß einem Aspekt vorsorglich einen Durchbruch von Kohlenwasserstoffen, wo normalerweise ein derartiger Durchbruch auftreten würde, wobei der Sollpunkt auf Betriebszuständen beruht. Alternativ verhindert die Erfindung vorsorglich den Durchbruch von Oxidanzien, wo normalerweise ein derartiger Durchbruch auftreten würde. Statt, wie im Stand der Technik, das Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis für sich um den stöchiometrischen Wert zu regeln, regelt diese Erfindung das Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis so dass eine gewisse im Katalysator gespeicherte Oxidanzienmenge beibehalten wird.
  • D. h., dass in einem Beispiel der Parameter auf Grund dessen der Regler die Einstellung der Kraftstoffmenge berechnet, die Differenz zwischen der Istmenge der im Katalysator gespeicherten Oxidanzien und einer Sollmenge derselben, das ist der Oxidanzien-"Sollpunkt", ist. Allgemein stellt der Regler, falls die Istmenge der im Katalysator zu einer gegebenen Zeit gespeicherten Oxidanzien größer als der Oxidanziensollpunkt ist, das Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis des Motors fetter ein, um Kohlenwasserstoffe zu erzeugen und einige der Oxidanzien aus dem Katalysator freizusetzen. Wenn andererseits die Istmenge der im Katalysator zu einer gegebenen Zeit gespeicherten Oxidanzien kleiner als der Oxidanziensollpunkt ist, stellt der Regler das Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis des Motors magerer ein, um zusätzliches NOx zu erzeugen, um die verhältnismäßig geringe Menge der im Katalysator gespeicherten Oxidanzien zu ergänzen.
  • Ein Vorteil des oben erwähnten Aspekts der Erfindung ist die verbesserte Katalysatorgesamteffizienz und die dadurch verursachten verringerten Emissionen.
  • Es ist auch zu bemerken, dass verschiedene Verfahren zur Ermittlung des Oxidanziensollpunkts zur Verfügung stehen. Beispielsweise kann der Oxidanziensollpunkt ein konstanter, bei der Herstellung des Fahrzeugs, vorbestimmter Wert sein. Alternativ kann der Oxidanziensollpunkt ein dynamisch ermittelter Wert sein, der zu verschiedenen Zeiten während des Motorbetriebs berechnet wird. In dem zuletzt genannten Verfahren lässt sich der Oxidanziensollpunkt, beruhend auf der Motorlast, der Drehzahl des Motors und der Fahrzeuggeschwindigkeit ermitteln. Außerdem kann der Oxidanziensollpunkt über eine Voraussage bevorstehender Motorbetriebszustände eingestellt werden. Schließlich kann der Oxidanziensollpunkt zur Erhöhung der Katalysatoreffizienz moduliert werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN Fig. 1 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
  • Fig. 2 zeigt schematisch ein Funktionsblockdiagramm, das die Hauptfunktionen einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems und Verfahrens erläutert.
  • Fig. 3 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer bevorzugten Ausführungsform des Schätzalgorithmus für die zur Verfügung stehende Oxidanzienspeicherkapazität gemäß der Erfindung.
  • Fig. 4 ist ein Flussdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform des Algorithmus für die Position des Oxidanziensollpunkts gemäß dieser Erfindung veranschaulicht.
  • Fig. 5 veranschaulicht in einem schematischen Diagramm den Betrieb des Oxidanziensollpunktgeneratoralgorithmus dieser Erfindung.
  • Fig. 6 ist ein Flussdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform des Schätzalgorithmus für den laufenden Oxidanzienpegel gemäß dieser Erfindung zeigt.
  • Fig. 7 veranschaulicht in Form eines schematischen Diagramms den Betrieb des Oxidanzienpegel/Kapazitätsregelalgorithmus dieser Erfindung.
  • Fig. 8A zeigt grafisch die Beziehung zwischen der Temperatur eines Katalysators und einer Variablen, C1, die zur Schätzung einer in dem Katalysator gespeicherten Menge von Oxidanzien verwendet wird.
  • Fig. 8B veranschaulicht grafisch die Beziehung zwischen dem Alter eines Katalysators und einer Variablen, C2, die zur Schätzung einer im Katalysator gespeicherten Menge von Oxidanzien dient.
  • Fig. 8C zeigt grafisch die Beziehung zwischen einem Luftmassenstrom des Motors und einer Variablen, C3, die zur Schätzung einer in dem Katalysator gespeicherten Menge von Oxidanzien dient.
  • Fig. 9 zeigt schematisch einen exemplarischen Katalysator, der drei innere Katalysatorblöcke aufweist.
  • Fig. 10 zeigt grafisch die Beziehung zwischen einer Flanschtemperatur und einem Verstärkungsgrad zum Verzögern des Zündzeitpunkts.
    • BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Figur veranschaulicht exemplarisch einen Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Das Kraftstoffspeisesystem 11 eines üblichen Kraftfahrzeugverbrennungsmotors 13 wird durch einen Regler 15, wie z. B. eine EEC oder PCM gesteuert bzw. geregelt. Der Motor 13 weist Kraftstoffinjektoren 18, die sich in Fluidverbindung mit einer Kraftstoffschiene 22 zum Einspritzen von Kraftstoff in die (nicht gezeigten) Zylinder des Motors 13 befinden und einen Temperaturfühler 132 auf. Das Kraftstoffspeisesystem 11 hat einen mit der Kraftstoffschiene 22 verbundenen Kraftstoffdruckfühler 33, eine mit der Kraftstoffschiene 22 durch eine Kupplung 41 verbundene Kraftstoffleitung 40, eine Kraftstoffeinspeisung 42, die im Kraftstofftank 44 sitzt, um der Kraftstoffschiene 22selektiv Kraftstoff über die Kraftstoffleitung 40 zuzuführen.
  • Der Motor 13 weist einen mit den (nicht gezeigten) Auslassbohrungen des Motors gekoppelten Abgaskrümmer auf. Ein Katalysator 52 ist mit dem Abgaskrümmer 48 gekoppelt. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Katalysator 52 ein mehrere Katalysatorblöcke (Monolithe) aufweisender katalytischer Wandler. Fig. 9 stellt beispielhaft einen derartigen Mehrblockkatalysator dar, der drei Blöcke 52A, 52B und 52C hat. Sauerstofffühler 902, 904 und 906, die bevorzugt EGO-, UEGO- oder HEGO-Fühler sind, befinden sich jeweils hinter den Katalysatorblöcken 52A, 52B und 52C. Nun wird wieder Bezug auf Fig. 1 genommen, in der ein erster üblicher Abgassauerstofffühler 54 (EGO) im Abgaskrümmer 48 stromaufwärts des Katalysators 58 liegt. Ein zweiter üblicher Abgassauerstofffühler 52 (EGO) liegt im Abgaskrümmer 48 stromabwärts vom Katalysator 52. Die EGO-Fühler 53 und 54 können auch andere bekannte Sauerstoff- oder Luft/Kraftstoffverhältnisfühler sein, z. B. HEGO- oder UEGO- Fühler. Der Motor 13 weist außerdem einen Einlasskrümmer 56 auf, der mit einem Drosselkörper 58 verbunden ist, in dem sich eine Drosselklappe 60 befindet. Der Einlasskrümmer 56 ist auch mit einem Dampfrückgewinnungssystem 70 gekoppelt.
  • Das Dampfrückgewinnungssystem 70 weist einen mit dem Kraftstofftank 44 durch eine Kraftstofftankverbindungsleitung 74 verbundenen Aktivkohlefilterbehälter 72 auf. Außerdem hat das Dampfrückgewinnungssystem 70 ein Dampfregelventil 78, das in der Dampfansaugleitung liegt.
  • Der Regler 15 hat eine CPU 114, einen Speicher 116 mit wahlfreiem Zugriff (RAM), ein Computerspeichermedium 118 (ROM) mit einem darin codierten, computerlesbaren Code, der in diesem Beispiel ein elektronisch programmierbarer Chip ist, und einen Eingabe/Ausgabebus 120 (I/O). Der Regler 15 regelt den Motor 13, indem er verschiedene Eingaben über den I/O-Bus 120 empfängt, z. B. den Kraftstoffdruck im Kraftstoffspeisesystem 11, gemessen vom Druckfühler 33; ein relatives Luft/Kraftstoffverhältnis im Abgas, erfasst vom EGO-Fühler 54 und vom EGO-Fühler 53, die Temperatur des Motors 13, erfasst vom Temperaturfühler 132, die angesaugte Luftmasse (MAF) vom Luftmassenfühler 158, die Drehzahl (RPM) des Motors vom Drehzahlfühler 160 und von verschiedenen anderen Fühlern 156.
  • Der Regler 15 erzeugt auch verschiedene Ausgangssignale, die über den I/O-Bus 120 zur Betätigung der verschiedenen Komponenten des Motorregelsystems ausgegeben werden. Derartige Komponenten enthalten Kraftstoffinjektoren 18, die Kraftstoffspeisung 42 und das Dampfregelventil 78. Es soll hier erwähnt werden, dass der Kraftstoff Flüssigkraftstoff sein kann, in welchem Fall die Kraftstoffspeisung 42 eine elektronische Kraftstoffpumpe ist.
  • Die Kraftstoffspeisung 42 pumpt auf Anforderung vom Motor 13 und geregelt vom Regler 15 Kraftstoff vom Kraftstofftank 44 durch die Kraftstoffleitung 40 und in die Kraftstoffdruckschiene 22, von wo der Kraftstoff in üblicher Weise zu den Kraftstoffinjektoren verteilt wird. Der Regler 15 regelt die Kraftstoffinjektoren 18, um ein gewünschtes Luft/Kraftstoff(A/F)-Mischungsverhältnis zu halten.
  • Nun wird unter Bezug auf das logische Funktionsblockdiagramm von Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und eines Systems zur Regelung verschiedener Motorparameter beschrieben, einschließlich des Luft/Kraftstoffverhältnisses in den Motorzylindern, des Zündzeitpunkts und des Luftmassenstroms. Fig. 2 veranschaulicht eine Übersicht des erfindungsgemäßen Systems und Verfahrens. Allgemein gesprochen, besteht eine Aufgabe dieser Erfindung im Abgleich des Luft/Kraftstoffverhältnisses des Motors derart, dass die im Katalysator 52 gespeicherten Oxidanzien an oder in der Nähe eines gesetzten Sollpunkts gehalten werden. Der Sollpunkt oder Sollwert für die Oxidanzien lässt sich in verschiedener Weise ermitteln, die von den Zielen der Motorregelstrategie abhängt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Sollwert für die Oxidanzien dynamisch in Reaktion auf Motorbetriebsparameter ermittelt und justiert. Eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist die Speicherkapazität des Katalysators 52 zum Einspeichern der Oxidanzien durch Regelung der Temperatur des Katalysators durch Einstellen von Motorbetriebsparametern, wie z. B. den Zündzeitpunkt des Motors und die angesaugte Luftmassenströmung (MAF) zu regeln.
  • Funktionsblöcke 202 bis 222 in Fig. 2 bezeichnen folgende Eingangsvariablen für das erfindungsgemäße System: Den Luftmassenstrom im Einlasskrümmer (202); die Motordrehzahl (204); die Fahrzeuggeschwindigkeit (206); die Katalysatortemperatur (208); das Alter des Katalysators (210); das Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis im Abgas (212); das Oxidanzienniveau hinter jedem Katalysatorblock in dem Mehrblockkatalysator 52 (214); die Grenzwerte des Zündzeitpunkts (216); die Drosselklappenstellung (218); die Abgasflanschtemperatur (220) und den MBT-Wert des Zündzeitpunkts (minimaler Zündzeitpunkt für maximales Drehmoment) (222). Ein Fachmann wird leicht erkennen, dass die Systemeingangsgrößen entweder direkt gemessen oder mathematisch mit verschiedenen bekannten Verfahren geschätzt werden können. Funktionsblöcke 224, 226, 228, 230 und 232 stellen in Fig. 2 den Hauptalgorithmus des erfindungsgemäßen Systems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dar.
  • Der Funktionsblock 224 bezeichnet in Fig. 2 einen Oxidanziensollpunktgeneratoralgorithmus. Der Oxidanziensollpunktgenerator ist ein Algorithmus, der ein gewünschtes (oder "Soll"-)Volumen von im Katalysator 52 zu speichernden Oxidanzien als Prozentsatz der Oxidanzienspeicherkapazität des Katalysators generiert. Das Sollvolumen der Oxidanzien wird hier auch als "Oxidanziensollpunkt" bezeichnet. Allgemein wird der Oxidanziensollpunkt auf Grund der Drehzahl des Motors und der Last (die sich aus der Luftmassenströmung ergibt), der Fahrzeuggeschwindigkeit und anderen Betriebsparametern ermittelt. Das Oxidanziensollpunktsignal (225), d. h. das Ausgangssignal des Oxidanziensollpunktgenerators (224) wird vom erfindungsgemäßen System und insbesondere von dem Oxidanzienniveau/Kapazitätsregler (Funktionsblock 232) zur Regelung des Motorbetriebs verwendet. Eine ausführlichere Beschreibung des Oxidanziensollpunktgenerator (224) findet sich nachstehend in Verbindung mit einer Beschreibung der Fig. 5.
  • Funktionsblock 226 bezeichnet in Fig. 2 einen Algorithmus zum Abschätzen der "verfügbaren Oxidanzienspeichermenge". Der Algorithmus 226 für die zur Verfügung stehende Oxidanzienspeichermenge schätzt die Speicherkapazität für die Oxidanzienmenge, die in einem Katalysatorblock verfügbar ist. Dieser Algorithmus ist für jeden Katalysatorblock des Mehrblockkatalysators 52 implementiert. Die in jedem Katalysatorblock zur Verfügung stehende Speicherkapazität für Oxidanzien wird auf Grund der Katalysatortemperatur (208) und des Alters desselben (210) gesetzt. Das Schätzwertsignal (227) für die zur Verfügung stehende Oxidanzienkapazität wird einem Schätzer (Block 230) für "das laufende Oxidanzienniveau" und dem Oxidanzienniveau/Kapazitätsregler (232) zur Verfügung gestellt. Eine mehr ins einzelne gehende Beschreibung des Schätzers (226) für die zur Verfügung stehende Oxidanzienspeicherkapazität findet sich nachstehend in Verbindung mit der Beschreibung der Fig. 3.
  • Der Funktionsblock 228 bezeichnet einen "Sollpunktpositions"-Algorithmus, der in Verbindung mit einem einen Mehrblockkatalysator 52 aufweisenden System ermittelt, welcher Block im Katalysator 52 der "Kernblock" ist. Der Kernblock im Katalysator 52 ist der Block, auf dem die Motorregelstrategie des Systems beruht. Anders gesagt, zielt das erfindungsgemäße System darauf, den Motorbetrieb so zu regeln, dass ein bestimmtes Oxidanzienniveau im Kernblock konstant bleibt. Der Kernblock ändert sich von Zeit zu Zeit aufgrund verschiedener Motorbetriebszustände. Der Sollpunktpositionsalgorithmus (228) ermittelt den Kernblock auf Grund der Katalysatortemperatur (208), des Katalysatoralters (210) und der in jedem Katalysatorblock zur Verfügung stehenden Oxidanzienspeicherkapazität (Signal 227). Das Ausgangssignal des Sollpunktpositionsalgorithmus (229), d. h. die Position des Kernblocks, dient dem Oxidanzienspeichersollpunktgenerator (Block 224) zur Ermittlung des Oxidanziensollpunkts (Signal 225). Eine genauere Beschreibung des Sollpunktpositionsalgorithmus (228) findet sich nachstehend in Verbindung mit der Beschreibung der Fig. 4.
  • Der Funktionsblock 230 von Fig. 2 bezeichnet einen Algorithmus für einen "Schätzer für das laufende Oxidanzienniveau", der das momentane Oxidanzienniveau in einem Katalysatorblock schätzt. In einem System, das einen Mehrblockkatalysator 52 verwendet, ist der Schätzalgorithmus für das laufende Oxidanzienniveau für jeden Block implementiert. Das Oxidanzienniveau in jedem Block wird auf Grund der Luftmassenströmung (202), der Katalysatortemperatur (208), dem Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis (212) im Abgas und dem Schätzwert für die im jeweiligen Block (227) zur Verfügung stehende Oxidanzienspeicherkapazität geschätzt. Die geschätzte Menge der in jedem Block gespeicherten Oxidanzien (Signal 231) wird dem Oxidanzienniveau/Kapazitätsregler (232) zur Verfügung gestellt. Eine genauere Beschreibung des Schätzalgorithmus (230) für das laufende Oxidanzienniveau findet sich nachstehend in der Beschreibung der Fig. 6.
  • Der Funktionsblock 232 bezeichnet einen "Oxidanzienniveau- /Kapazitätsregler", der Motorregelsignale berechnet, die den Motor 13 in eine Funktion versetzen, dass er das Oxidanzienniveau im Katalysator 52 in die Nähe des Oxidanziensollpunkts bringt und auch die Speicherkapazität des Katalysators 52 für die Oxidanzien regelt. Genau berechnet der Oxidanzienniveau/Kapazitätsregler (232) ein Luft/Kraftstoffregelvorhaltesignal (238), welches zur Einstellung des den Motorzylindern zugeführten Luft/Kraftstoffmischungsverhältnisses dient. Das Luft/Kraftstoffregelvorhaltesignal (238) ist der primäre Mechanismus der Justierung des Oxidanzienniveaus im Katalysator 52. Der Oxidanzienniveau-/Kapazitätsregler (232) berechnet auch ein Luftmassenvorhaltesignal (236) und ein Delta-Signal (234) für den Zündzeitpunkt. Der Luftmassenvorhalt und das Zündzeitpunkt-Deltasignal dienen dazu, die Speicherkapazität des Katalysators 52 für Oxidanzien durch Regelung der Katalysatortemperatur abzugleichen. Außerdem berechnet der Oxidanzienniveau/Kapazitätsregler (232) Rücksetz-/Adaptivkoeffizienten, die im wesentlichen ein Rücksetzen oder eine Justierung der Oxidanzienniveauvoraussagealgorithmen auf Grund von Rückkoppelsignalen verursachen. Eine detailliertere Beschreibung des Oxidanzienniveau-/Kapazitätsreglers (232) findet sich nachstehend in der Beschreibung der Fig. 7.
  • Bezogen auf Fig. 3 folgt eine detailliertere Beschreibung des Algorithmus (226) für den "Schätzer für die verfügbare Oxidanzienspeicherkapazität". Der Schätzer (226) für die verfügbare Oxidanzienspeicherkapazität ermittelt die in einem einzelnen Block des Katalysators 52 verfügbare Gesamtoxidanzienspeicherkapazität. Es ist erwünscht, diese Berechnung für jeden Block im Katalysator 52 durchzuführen, damit im Funktionsblock 224 von Fig. 4 die Ermittlung des gewünschten Oxidanziensollpunkts erleichtert wird. Deshalb wird bei Mehrblockkatalysatoren 52 der Schätzer (226) für die verfügbare Oxidanzienspeicherkapazität auf jeden Katalysatorblock angewendet.
  • Die in jedem Katalysatorblock zur Verfügung stehende Oxidanzienspeicherkapazität ist eine Funktion des auf dem Katalysator 52 verwendeten Waschmantels, der Temperatur (208) des Katalysatorblocks und dessen Verfalls (210). Der Waschmantelfaktor, der von den Adsorptionseigenschaften des auf dem Katalysator 52 verwendeten Waschmantels abhängt, wird in Gramm pro Kubikinch (g/16,387 cm3) gemessen und ist für einen gegebenen Katalysator ein konstanter Parameter. Der Waschmantelparameter kann zur Zeit der Herstellung in den Algorithmus vorprogrammiert werden. Eine Fachperson wird erkennen, dass die Temperatur jedes Katalysatorblocks entweder mit üblichen Temperaturfühlern gemessen oder unter Verwendung verschiedener mathematischer Modelle geschätzt werden kann.
  • Schließlich kann das Ausmaß des Katalysatorverfalls auch in verschiedener Weise ermittelt werden. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Maß des Katalysatorverfalls aus der laufenden Oxidanzienspeicherkapazität des Katalysators abgeleitet. Ein erstes bevorzugtes Verfahren dafür ist im US-Patent 5 848 528 beschrieben, auf das hier Bezug genommen wird. Zusammengefasst wird der Katalysator zuerst mit Oxidanzien gefüllt, indem der Motor eine längere Zeit mit einem mageren Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis betrieben wird. Nachdem der Katalysator gefüllt ist, wird das dem Motor zugeführte Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis angereichert. Der Sauerstofffühler 54 vor dem Katalysator erfasst unmittelbar den angereicherten Luft-Kraftstoffzustand im Abgas. Weil jedoch HC und CO, die beim Betrieb mit dem angereicherten Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis erzeugt werden, mit den im Katalysator gespeicherten Oxidanzien reagieren, stellt sich eine Zeitverzögerung ein, bis der nach dem Katalysator liegende Sauerstofffühler 53 ein angereichertes Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis im stromabwärtigen Abgasstrom erfasst. Die Länge der Zeitverzögerung gibt die Oxidanzienspeicherkapazität des Katalysators an. Beruhend auf der gemessenen Zeitverzögerung wird ein Verfallsfaktor zwischen 0 und 1 berechnet (0 gibt den völligen Verfall und 1 keinen Verfall an). Alternativ kann das Verfahren umgekehrt verwendet werden, d. h., dass der Katalysator bei längerem angereichertem Betrieb verarmt wird und danach das Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis in den Magerbetrieb überführt wird. Wie bei dem ursprünglichen Verfahren, gibt die Länge der Zeitverzögerung, bis der nach dem Katalysator liegende Fühler 53 eine Veränderung des Zustands erfasst hat, den Verfall des Katalysators an.
  • Ein zweites bevorzugtes Verfahren zum Schätzen des Verfallsgrades des Katalysators verwendet die geschätzte laufende Oxidanzienspeicherkapazität des Katalysators, die von einem Oxidanzienschätzmodell abgeleitet wird (das nachstehend in Bezug auf Fig. 6 beschrieben wird), um das Niveau des Verfalls des Katalysators vorauszusagen. Genauer empfängt, wie oben beschrieben, der Motorregler 15 von dem stromabwärts liegenden EGO-Fühler 53 Rückkoppelsignale. Wie im Stand der Technik bekannt, ist, wenn das Ausgangssignal des EGO-Fühlers von der Angabe eines mageren Luft- Kraftstoffzustands im Abgasstrom in einen fetten Luft- Kraftstoffzustand umschaltet (oder umgekehrt) dies eine Anzeige eines Emissionsdurchbruchs. Ein Wechsel vom fetten zum mageren Zustand gibt an, dass der Oxidanziengehalt im Abgasstrom stromabwärts vom Katalysator hoch ist, und dies bedeutet, dass der Katalysator 52 seine Kapazität zur Einlagerung von adsorbierenden Oxidanzien erreicht hat. Wenn dies geschieht, dient das Oxidanzienschätzmodell (das in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben wird) dazu, das laufende Volumen der im Katalysator 52 gespeicherten Oxidanzien zu schätzen. Aus diesem Schätzwert des laufenden Oxidanzienspeichervolumens kann der Systemregler 15 das Niveau und die Rate des Katalysatorverfalls auf verschiedene Weise ermitteln. Beispielsweise kann der Regler 15 die laufende Katalysatorkapazität mit zuvor geschätzten Katalysatorkapazitäten vergleichen und daraus die Rate des Katalysatorverfalls bestimmen. Außerdem kann der Regler ermitteln, dass die nutzbare Lebensdauer des Katalysators zu einer Zeit verbraucht ist, wo die Oxidanzienspeicherkapazität des Katalysators auf einen vorbestimmten Wert abgenommen hat.
  • Zurück zu Fig. 3, in der der Funktionsblock 302 den Start des Schätzalgorithmus (226) für die verfügbare Oxidanzienspeicherkapazität bezeichnet. Die Funktionsblöcke 208 und 210 veranschaulichen, dass die einzelnen Katalysatorblocktemperaturen (208) und der Katalysatorverfallsfaktor (210) dynamische Eingangsgrößen zum Algorithmus (226) sind. Die einzelnen Blocktemperaturen (208) werden bevorzugt mit Temperaturfühlern gemessen, und oben sind alternative bevorzugte Verfahren zur Ermittlung des Katalysatorverfallfaktors beschrieben. Im Block 310 wird die theoretische maximale Oxidanzienspeicherkapazität eines Katalysatorblocks während normalen Betriebstemperaturen berechnet. Die maximale Oxidanzienspeicherkapazität, die eine Funktion des Waschmantels ist, wird bei einer gegebenen Temperatur gemessen. Diese Kapazität wird dann mit dem Verfallsfaktor multipliziert und ergibt so eine theoretische maximale Oxidanzienspeicherkapazität.
  • Wenn jedoch die laufende Betriebstemperatur nicht normal ist, wie bei anfänglichen Anlasszuständen, kann die laufende Speicherkapazität des Katalysatorblocks unter ihrem theoretischen Maximalwert liegen. Dementsprechend wird im nächsten Schritt im Funktionsblock 314 die laufende Oxidanzienspeicherkapazität des Katalysatorblocks beruhend auf der theoretischen maximalen Speicherkapazität und der laufenden Temperatur des Katalysatorblocks geschätzt. Die geschätzte laufende Oxidanzienspeicherkapazität ist eine Funktion der maximalen Oxidanzienspeicherkapazität und der Katalysatortemperatur. Die geschätzte laufende Speicherkapazität jedes Blocks (in Gramm pro Kubikinch) (g/16,387 cm3) gibt das schließliche Ausgangssignal (227) des Schätzers (226) für die verfügbare Oxidanzienspeicherkapazität an und dient als Eingangssignal für jeden der anderen Hauptalgorithmen, die in dieser Erfindung beschrieben sind. Der Schätzalgorithmus für die verfügbare Oxidanzienspeicherkapazität wird im Block 318 beendet.
  • Nun wird bezogen auf Fig. 4 der Oxidanziensollpunktpositionsalgorithmus (228) näher beschrieben. Eine Aufgabe des Oxidanziensollpunktpositionsalgorithmus (228) ist die Identifizierung des jeweiligen Blocks in dem Mehrblockkatalysator 52, in dem die Regelung der Oxidanzienspeicherung gewünscht wird, d. h. die "Sollpunktposition". Tatsächlich wird der Oxidanziensollpunkt unmittelbar hinter einem gegebenen Katalysatorblock positioniert. Auf diese Weise wird die verfügbare Oxidanzienspeicherkapazität des Katalysators so behandelt, dass sie die des Sollpunktblocks plus aller Blöcke vorwärts vom Sollwertblock im Katalysator ist. Da die Blöcke im Katalysator die Tendenz haben, sich ungleichmäßig mit Oxidanzien zu füllen, normalerweise von vorne nach hinten, und da die Oxidanzienspeicherung zum größten Teil eine Funktion der Temperatur ist, und die Speicherkapazität des Katalysatorblocks mit der Zeit verfällt, ist es wünschenswert, selektiv auszuwählen, um welchen Block im Katalysator herum das Oxidanzienniveau zu regeln ist. Außerdem ermöglicht es die selektive Auswahl des Kernblocks dem System, die Verteilung der Oxidanzienspeicherung durch die verschiedenen Blöcke im Katalysator besser zu regeln.
  • Im Funktionsblock 402 in Fig. 4 wird der Algorithmus gestartet. Funktionsblöcke 208 und 210 bezeichnen die einzelnen Temperaturen der Katalysatorblöcke und den Katalysatorverfallsfaktor, die dem Algorithmus jeweils eingegeben werden. Der Katalysatorverfallsfaktor wird nach einem der oben beschriebenen, bevorzugten Verfahren ermittelt. Die einzelnen Blocktemperaturen (208) und der Katalysatorverfallsfaktor (210) werden daraufhin in dem Sollpunktpositionsalgorithmus zur Ermittlung der Oxidanziensollpunktposition verwendet.
  • Im Funktionsblock 405 wird eine erforderliche Oxidanzienreservekapazität für den gesamten Katalysator berechnet. Die Oxidanzienreservekapazität ist die laufende Speicherkapazität der hinter dem Oxidanziensollwert positionierten Katalysatorblöcke. Es ist erwünscht, eine gewisse minimale Oxidanzienreservekapazität zu behalten, um so eine Anpassung an Ungenauigkeiten und Übergangszustände im System zu erzielen. Die Oxidanzienreservekapazität wird so beibehalten, dass, wenn am Sollpunkt ein unerwarteter Fett/Magerdurchbruch auftritt, im Katalysator ausreichend Oxidanzienspeicherkapazität übrig bleibt (in den hinter dem Sollpunkt liegenden Blöcken), um einen gesamten Systemdurchbruch zu vermeiden. Die Katalysatorreservekapazität wird aus der Größe der in jedem Katalysatorblock verfügbaren Oxidanzienspeicherkapazität berechnet (227), weiterhin aus der angesaugten Luftmasse (202), der Motordrehzahl (204), der Fahrzeuggeschwindigkeit (206) und der Katalysatorblocktemperatur (208), wie in Funktionsblock 407 gezeigt. Mehr im einzelnen ist die Katalysatorkapazitätsreserve gleich der gesamten Oxidanzienspeicherkapazität des Katalysators minus der Oxidanzienspeicherkapazität in den vor der Position des Sollpunkts liegenden Blöcken. Weil die Motorregelstrategie auf die Regelung des Luft/Kraftstoffmischungsverhältnisses beruhend auf der Speicherkapazität der Blöcke vor dem Sollpunkt gerichtet ist, bildet jede zusätzliche Speicherkapazität von hinter dem Sollpunkt liegenden Blöcken (als ein Ergebnis steigender Temperatur der nachfolgenden Blöcke) die zur Verfügung stehende Kapazitätsreserve. Wie oben beschrieben, hält die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung immer eine gewisse Speicherkapazitätsreserve, indem sie die Sollpunktposition nur abgleicht, wenn die sich ergebende Speicherkapazitätsreserve größer als eine bestimmte minimale "benötigte Reserve" ist.
  • Auf der Grundlage der einzelnen Blocktemperaturen (208), des Katalysatorverfallsfaktors (210) und der notwendigen Oxidanzienspeicherreserve (405) ermittelt der Oxidanziensollpunktpositionsalgorithmus (228) die Sollpunktposition übereinstimmend mit Funktionsblöcken 406-418 und gemäß folgender Beschreibung. Zu Anfang wird angenommen, dass die Sollpunktposition der zuvorderst liegende Katalysatorblock (Block 1) im Katalysator 52 ist. D. h., dass das erfindungsgemäße System das Motor-Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis auf der Grundlage der Oxidanzienspeicherkapazität lediglich des ersten Katalysatorblocks regelt (welcher der eine an der Vorderseite des Sollpunkts liegende Block ist). Mit dem Funktionsblock 406 wird ermittelt, ob (i) die Temperatur des zweiten Katalysatorblocks (Block 2) im Katalysator 52eine vorbestimmte minimale Blocktemperatur überschreitet oder (ii) ob der Verfallsfaktor des ersten Katalysatorblocks (Block 1) größer als ein vorbestimmter maximaler Verfallsfaktor ist. Wenn eine dieser Bedingungen wahr ist und wenn die Oxidanzienspeicherkapazitätsreserve des Katalysators, bei dem der Sollpunkt der zweite Katalysatorblock (Block 2) ist, größer als die benötigte Reserve ist, bewegt sich die Sollpunktposition vom ersten Katalysatorblock (Block 1) zum zweiten Katalysatorblock (Block 2). Wenn dies nicht der Fall ist, bleibt die Sollpunktposition am ersten Katalysatorblock (Block 1), wie in Fig. 4 der Funktionsblock 408 veranschaulicht.
  • Im Funktionsblock 410 wird ein ähnlicher Test ausgeführt. Es wird ermittelt, ob die Temperatur des dritten Katalysatorblocks (Block 3) größer als eine vorgegebene Mindesttemperatur ist oder ob der Verfallsfaktor des zweiten Katalysatorblocks (Block 2) größer als ein vorgegebener maximaler Verfallsfaktor ist. Wenn eine dieser Bedingungen wahr ist und wenn die Oxidanzienspeicherkapazitätsreserve des Katalysators größer wäre als eine benötigte Reserve, wobei der dritte Katalysatorblock der Sollpunkt ist, dann bewegt sich die Sollpunktposition vom zweiten Katalysatorblock (Block 2) zum dritten Katalysatorblock (Block 3). Wenn dies nicht der Fall ist, bleibt der Sollpunkt beim zweiten Katalysatorblock (Block 2), wie in Fig. 4 durch den Funktionsblock 402 veranschaulicht. Auf diese Weise regelt das erfindungsgemäße System das dem Motor zugeführte Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis auf Grund der zusammengenommenen Oxidanzienspeicherkapazität des ersten und zweiten Katalysatorblocks.
  • Dieselbe Prozedur wird wiederholt, wie in Fig. 4 die Funktionsblöcke 414-418 zeigen, bis eine letzte Sollpunktposition ermittelt wird. Ein Fachmann wird unmittelbar einsehen, dass der beschriebenen Oxidanziensollpunktpositionsalgorithmus generell eine Bewegung des Sollpunkts von den vorderen zu den hinteren Katalysatorblöcken veranlasst, sowie die Temperatur der Katalysatorblöcke von vorne nach hinten anwächst. Dies liegt daran, dass die Speicherkapazität der Katalysatorblöcke mit der Blocktemperatur anwächst. Deshalb beginnt beim Kaltstart die Oxidanziensollpunktposition gewöhnlich mit dem ersten (vordersten) Block im Katalysator, und die Sollpunktposition wandert mit anwachsender Temperatur der hinteren Blöcke nach hinten. Außerdem führt die Alterung/der Verfall des Katalysators dazu, dass sich die Sollpunktposition in der Kette der Katalysatorblöcke schneller nach hinten bewegt, weil die vorderen Katalysatorblöcke mit ihrem Verfall eine geringere Kapazität bekommen. Schließlich kann ein verlängerter Leerlauf- oder Niederlastbetrieb (geringer Luftmassenstrom) des Fahrzeugs dazu führen, dass die Sollpunktposition in der Kette der Katalysatorblöcke nach vorne wandert, wenn die Temperatur der hinteren Katalysatorblöcke fällt. Im allgemeinen ist es in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gewünscht, die Sollpunktposition etwa bei der Hälfte bis zu zwei Dritteln der gesamten Speicherkapazität zu halten, damit eine bevorzugte Reservekapazität zur Verfügung steht, die für eine Anpassung an transiente Systemungenauigkeiten ausreicht.
  • Die bevorzugte Ausführungsform des oben beschriebenen Oxidanziensollpunktpositionsalgorithmus enthält eine Identifizierung eines bestimmten Katalysatorblocks als den Sollpunkt. In einer alternativen, bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung kann der Oxidanziensollpunkt in jeden Block eines Mehrblockkatalysators hinein gelegt werden. Auf diese Weise kann statt der Einstellung des Sollpunkts hinter dem Katalysatorblock 1 oder 2 der Sollpunkt z. B. an verschiedene Punkte innerhalb der Katalysatorblöcke 1 oder 2gelegt werden. Der Sollpunkt kann dann durch das Innere der verschiedenen Katalysatorblöcke bewegt werden auf Grund einer Berechnung der Oxidanzienspeicherkapazität vor und nach dem Sollpunkt innerhalb des Katalysatorblocks. Die Anwendung eines Modells, bei dem der Oxidanziensollpunkt in einen von mehreren Katalysatorblöcken hineinverlegt werden kann, kann die Genauigkeit der Abschätzung und der Regelung der Oxidanzienspeicherung steigern.
  • Bezogen auf Fig. 5 wird der Oxidanziensollpunktgenerator (Block 224 in Fig. 2) genauer beschrieben. Eine Aufgabe des Oxidanziensollpunktgenerators (224) ist die Berechnung einer gewünschten Sollspeichermenge für Oxidanzien, d. h. des Oxidanziensollpunkts, wobei das erfindungsgemäße System versucht, die Speicherung in den Katalysatorblöcken vor der Sollpunktposition beizubehalten. Wie dies zuvor angegeben wurde, werden dem Oxidanziensollpunktgenerator folgenden Eingangsparameter zur Verfügung gestellt: (i) die Luftmasse (202); (ii) die Motordrehzahl (204); (iii) die Fahrzeuggeschwindigkeit (206); (iv) die verfügbare Oxidanzienspeicherung in jedem Katalysatorblock (227); (v) die Sollpunktposition (229) und (vi) die Drosselklappenposition (218). Mit diesen Eingangsparametern berechnet der Oxidanziensollpunktgenerator ein gewünschtes Oxidanzienspeichersollniveau (225 von Fig. 2) als Prozentsatz der gesamten Oxidanzienspeicherkapazität des Katalysators 52. Dieses gewünschte Oxidanzienspeichersollniveau (225) oder der "Oxidanziensollpunkt" ist der kritische Wert, auf dessen Grundlage die Motorregelsignale erzeugt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dienen, wie in Block 504 gezeigt ist, die Parameter Luftmasse (202), Motordrehzahl (204) und Fahrzeuggeschwindigkeit (206) als Indexwerte in einer dreidimensionalen Verweistabelle (504). Der Ausgang der Verweistabelle (504) ist ein Wert, der einen gewünschten Prozentsatz der verfügbaren Oxidanzienspeicherkapazität im Katalysator 52 angibt. Die Werte in der Verweistabelle (502) werden auf Grund optimaler Katalysatorwandlerleistung empirisch ermittelt und zum Zeitpunkt der Herstellung voreingestellt. Die Leistung im stationären Zustand dient als Basis zur Ermittlung der gewünschten Oxidanziensollpunkte und es werden Sollpunkte gewählt, die die höchste Effizienz bei einer gewissen Unempfindlichkeit gegen Störungen erzielen. Im Funktionsblock 506 wird ein Wert, der das Volumen der verfügbaren Oxidanzienspeicherung in den Katalysatorblöcken vor der Oxidanziensollpunktposition im Katalysator angibt, auf Grund der Sollpunktposition (229) und der pro Katalysatorblock (227) zur Verfügung stehenden Oxidanzienspeicherung ermittelt. Um dies durchzuführen, wird der gewünschte Prozentsatz der verfügbaren Oxidanzienspeicherung im Katalysator 52 (von 504) mit dem Volumen der verfügbaren Oxidanzienspeicherung in den Katalysatorblöcken vor dem Sollpunkt (506) im Funktionsblock 512 multipliziert. Das sich ergebene Produkt ist ein Basisoxidanziensollpunkt, der aus einer Sollmenge von in dem Katalysator 52 zu speichernden Oxidanzien besteht.
  • Dem Produkt wird in einer dem Fachleuten bekannten Weise zur Verbesserung der Katalysatorleistung im Block 514 eine auf der Motordrehzahl (204) und der Last (202) beruhende Sollpunktmodulationsfunktion (508) angelegt. Zuletzt wird im Block 510 ein Voraussichtmultiplikatorwert beruhend auf der Luftmasse (202), der Motordrehzahl (204), der Fahrzeuggeschwindigkeit (206) und der Drosselposition (218) ermittelt. Ein Zweck des Voraussichtmultiplikators besteht im Abgleich des Oxidanziensollpunkts auf der Basis der erwarteten, zukünftigen Betriebsbedingungen. Beispielsweise lässt sich der Oxidanziensollpunkt auf einen relativ niedrigen Wert einstellen, nachdem der Fahrer das Fahrzeug abgestellt hat und das Fahrzeug anhält, da es recht sicher ist, dass kurz danach ein Anlasszustand auftritt. Der erwartete Anlasszustand erzeugt ein höheres NOx-Niveau, und der niedrig eingestellte Sollpunkt kompensiert diesen Zustand. Der Voraussichtmultiplikator wird im Block 516 durch seine Multiplikation mit dem modulierten Basissollpunkt angelegt. Das Produkt ist ein Endoxidanziensollpunkt (225), der ein Oxidanzienspeichersollniveau im Katalysator (in Gramm pro Kubikinch (g/16,387 cm3)) angibt.
  • Eine alternative Ausführungsform des Oxidanziensollpunktgenerators (224) beinhaltet die Anwendung einer vierdimensionalen Verweistabelle, die die Funktionen der dreidimensionalen Verweistabelle (504) mit der Ermittlung bzw. Bestimmung des Voraussichtmultiplikators (510) verknüpft. Damit würde im wesentlichen die Funktion des Voraussichtmultiplikators in der vierten Dimension der Verweistabelle enthalten sein. In dieser Ausführungsform würde der Oxidanziensollpunkt aus der vierdimensionalen Verweistabelle auf der Grundlage der Luftmasse (202), der Motordrehzahl (204), der Fahrzeuggeschwindigkeit (206) und der Drosselposition (218) ermittelt werden. Die Ausgangsgröße der vierdimensionalen Verweistabelle ist dann der Oxidanziensollpunktzielwert, so dass keine weitere Veränderung beruhend auf einem Voraussichtmultiplikator notwendig ist.
  • In bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung wird verhindert, dass der Oxidanziensollpunkt auf ein Niveau gesetzt wird, das die funktionalen Grenzwerte des Katalysators überschreitet, d. h. größer ist als die Gesamtoxidanzienspeicherkapazität des Katalysators oder kleiner als Null. Bevorzugt ist der Oxidanziensollpunkt beschränkt auf Werte zwischen etwa 30% und 70% der gesamten Katalysatorspeicherkapazität. In anderen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung können andere Parameter als die Motordrehzahl, die Last und die Fahrzeuggeschwindigkeit, z. B. die Katalysatortemperatur, Abgasrückführung EGR und Zündzeitpunkt zur Ermittlung eines gewünschten Oxidanziensollpunkts verwendet werden. Darüber hinaus ist diese Erfindung gleichermaßen in Systemen anwendbar, bei denen der Oxidanziensollpunkt ein konstanter Wert ist, beispielsweise 50% der Gesamtspeicherkapazität des Katalysators 52 für Oxidanzien, in welchem Fall der ganze Oxidanziensollpunktgeneratoralgorithmus (224) durch einen konstanten Wert ersetzt werden kann.
  • Bezogen auf Fig. 6 folgt eine detailliertere Beschreibung des "Oxidanzienniveauschätz"-Algorithmus (230), der die momentanen Oxidanzienniveaus in den Blöcken des Katalysators 52 schätzt. Die Ergebnisse dieses Algorithmus werden schließlich vom Oxidanzienniveau-/Kapazitätsregler (232) zur Justierung des Motor-Luft/Kraftstoffmischungsverhältnisses beruhend auf einem Vergleich der geschätzten Oxidanzienkapazität im Katalysator mit dem Oxidanziensollpunkt verwendet.
  • Der Oxidanzienniveauschätzalgorithmus beginnt mit dem Funktionsblock 602. Im Funktionsblock 604 wird ermittelt, ob eine Oxidanzienzustandsinitialisierung notwendig ist, d. h., ob das Fahrzeug gerade gestartet wurde. Wenn das Fahrzeug gerade gestartet worden ist, muss das Oxidanzienschätzmodell initialisiert werden, da Oxidanzien dazu neigen, den Katalysator während einer Zeitdauer, nachdem das Fahrzeug abgeschaltet wurde, allmählich zu füllen und dann beim Abkühlen des Katalysators freigesetzt werden. Eine Initialisierung des Oxidanzienschätzmodells beinhaltet die Ermittlung des Oxidanzienstatus des Katalysators 52 auf Grund der "Abkühlzeit" (Zeitdauer, die vergangen ist, seit das Fahrzeug abgeschaltet wurde) und der laufenden Temperatur des Katalysators. Wenn die Abkühlzeit verhältnismäßig lang ist, wird das laufende Oxidanzienniveau des Katalysators 52 auf einen voreingestellten Wert gesetzt, der einem "Kaltstart" des Fahrzeugs entspricht, da angenommen wird, dass sich der Katalysator bis zu einem voraussagbaren Niveau mit Oxidanzien gefüllt hat. Wenn andererseits die Abkühlzeit verhältnismäßig kurz ist, hat sich der Katalysator 52 wahrscheinlich noch nicht im selben Maß mit Oxidanzien gefüllt, wie während einer längeren Abkühlung. Deshalb wird der anfängliche Oxidanzienstatus des Katalysators 52 auf Grund des letzten Oxidanzienstatus (bevor das Fahrzeug abgeschaltet wurde), der Abkühlzeit, der laufenden Katalysatortemperatur und einer empirischen Zeitkonstanten ermittelt, wie im Funktionsblock 610 gezeigt ist.
  • Ungeachtet des anfänglichen Oxidanzienniveaus in den Katalysatorblöcken werden die laufenden Oxidanzienniveaus gemäß dem nachstehend beschriebenen Oxidanzienniveauvoraussagemodell oder "Beobachter" berechnet und zwar auf Grund der Luftmasse (202), der Katalysatortemperatur (208), dem Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis im Abgas (212), der verfügbaren Oxidanzienspeicherkapazität (227) und von Rücksetz- und adaptiven Rückkoppelparametern (240), die vom Oxidanzienniveauregler (232) abgeleitet werden. Die Berechnung des Oxidanzienvoraussagemodells geschieht im Funktionsblock 608 gemäß folgendem Verfahren.
  • Die Istmenge der im Katalysator 52 gespeicherten Oxidanzien wird kontinuierlich mittels eines mathematischen Oxidanzienvoraussagemodells oder "Beobachters" geschätzt. Zu vorbestimmten Zeiten T schätzt das Oxidanzienvoraussagemodell die während des Zeitintervalls ΔT von einem vorangehenden Zeitpunkt Ti-1 bis zur laufenden Zeit Ti im Katalysator 52 adsorbierten und/oder desorbierten Oxidanzienmengen (ΔO2). Im RAM-Speicher 116 wird ein laufender Gesamtwert gespeichert, der den laufenden Schätzwert der im Katalysator 52gespeicherten Oxidanzienmenge angibt. Die geschätzte Änderung der im Katalysator gespeicherten Oxidanzienmenge (ÄO2) wird dem im RAM 116 gehaltenen laufenden Gesamtwert in interativer Weise hinzuaddiert oder davon subtrahiert. Deshalb enthält der RAM-Speicher 116 zu jedem Zeitpunkt den letztgültigen Schätzwert der Gesamtmenge der im Katalysator 52 gespeicherten Oxidanzien.
  • Einzelheiten, wie eine bevorzugte Ausführungsform des Oxidanzienschätzmodells die zu den verschiedenen voreingestellten Zeitpunkten Ti adsorbierte/desorbierte Oxidanzienmenge (im Funktionsblock 608) schätzt, werden nun beschrieben. Zuerst wird das den Motorzylindern zugeführte laufende Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis dazu verwendet, die Menge der Oxidanzien (O2) zu ermitteln, die entweder zum Einspeichern in den Katalysator 52 verfügbar ist (als Ergebnis eines Betriebs mit magerem Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis) oder die für die Oxidation von Kohlenwasserstoffen benötigt wird (als Ergebnis eines fetten Luft/Kraftstoffmischungsverhältnisses) und zwar mit folgender Gleichung:

    O2 = A[(1-φ).(1 + y/4)].32 (1)
  • In obiger Gleichung 1 erkennt der Fachmann, dass die Variable y einen Wert angibt, der abhängig von der im System verwendeten Kraftstoffart variiert. Für einen normalen Benzinmotor ist y gleich 1,85. Die Variable φ gibt das Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis im Abgaskrümmer 48 stromaufwärts vom Katalysator 52 an. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Variablen φ das Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis zugeteilt, das nach Befehl vom Regler 15 den Motorzylindern zu einer gegebenen Zeit T zur Verfügung gestellt wird. Für die Variable φ in Gleichung 1 kann auch das Ausgangssignal eines stromaufwärts liegenden EGO-Fühlers 54 (in Fig. 1) verwendet werden. Schließlich gibt der Faktor A die Molströmungsrate von Luft im Abgaskrümmer 48 an, die nach der folgenden Gleichung 2 berechnet wird:


  • In Gleichung 2 ist die Variable y wieder ein Wert, der mit der im System verwendeten Kraftstoffart variiert und der für Benzin 1,85 beträgt. Das Molgewicht des Oxidans (MWO 2) ist 32 und das Molgewicht von Stickstoff (MWN 2) 28. Dementsprechend ist für einen Benzinmotor der Faktor A gleich 0,00498 Gramms. Wenn Gleichung 1 gelöst ist, gibt ein negativer Wert für O2 an, dass Oxidans vom Katalysator 52 adsorbiert wird, und ein positiver Wert für O2 gibt an, dass vom Katalysator 52 Oxidans desorbiert wird und mit Kohlenwasserstoffen reagiert.
  • Sobald die Oxidanzienmenge, die entweder zum Speichern im Katalysator verfügbar ist oder zur Oxidation der vom Motor erzeugten Kohlenwasserstoffe benötigt wird, ermittelt wurde, ist der nächste Schritt die Schätzung des Volumens der Oxidanzien, die aktuell vom Katalysator adsorbiert/desorbiert werden. In der bevorzugten Ausführungsform hängt diese Schätzung von mehreren Faktoren einschließlich des Volumens des Katalysators 52, der Strömungsrate der Oxidanzien im Abgaskrümmer 48, des Prozentsatzes, mit dem der Katalysator bereits mit Oxidanzien gefüllt ist, und von anderen physikalischen und Betriebskennwerten des Katalysators ab. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Änderung der zwischen zwei voreingestellten Zeitpunkten (ΔT) im Katalysator 52 gespeicherten Oxidanzienmenge basierend auf folgendem Modell geschätzt:


  • Gleichung 3a dient zur Berechnung der Änderung der Oxidanzienspeicherung im Katalysator, wenn dieser im Adsorptionsmodus ist, während Gleichung 3b dazu dient, die Änderung der Oxidanzienspeicherung im Katalysator zu berechnen, wenn der Katalysator im Desorptionsmodus ist.
  • In den Gleichungen 3a und 3b werden den Variablen C1, C2 und C3 Werte zugeteilt, die verschiedene funktionelle und betriebliche Kennwerte des Katalysators kompensieren. Der Wert für C1 wird mit einer mathematischen Funktion oder mit einer Verweistabelle auf Grund der Katalysatortemperatur ermittelt. Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung verwendet eine mathematische Funktion, die die Kurve in Fig. 8A angibt, welche veranschaulicht, dass ein Katalysator am aktivsten ist, wenn er heiß ist und am wenigstens aktiv, wenn er kalt ist. Die Katalysatortemperatur lässt sich mit mehreren verschiedenen, den Fachleuten bekannten Verfahren ermitteln, die einen Katalysatortemperaturfühler enthalten. Nach ihrer Ermittlung dient die Katalysatortemperatur dazu, dem Faktor C1 einen Wert gemäß der in Fig. 8A gezeigten Funktion zuzuteilen.
  • Der Wert des Faktors C2 in den Gleichungen (3a) und (3b) wird auf Grund des Zerfalls des Katalysators bestimmt. Der Katalysatorzerfall kann mit verschiedenen bekannten Methoden ermittelt werden, die beispielsweise das Alter oder den Zerfall aus dem Gesamtkilometerstand des Fahrzeugs (wie er vom Tachometer angegeben ist) oder aus der gesamten, während der Lebensdauer des Fahrzeugs verbrauchten Kraftstoffmenge abschätzen. Außerdem lässt sich mit einer der hier beschriebenen bevorzugten Methoden ein Katalysatorzerfallsfaktor berechnen. Fig. 8B veranschaulicht grafisch einen mit dem Alter des Katalysators abnehmenden Wirkungsgrad (dessen Fähigkeit, Oxidanzien zu adsorbieren und/oder zu desorbieren).
  • Der Wert des Faktors C3 wird durch eine mathematische Funktion oder eine Tabelle auf Grund des Luftmassenstroms im Abgaskrümmer 48 ermittelt. Fig. 8C veranschaulicht grafisch eine bevorzugte mathematische Funktion, die in der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung dazu dient, dem Faktor C3 Werte in Abhängigkeit von der Luftmassenströmungsrate im Ansaugkrümmer 48 zuzuteilen. Fig. 8C zeigt, dass die Asorptions-/Desorptionswirkung des Katalysators abnimmt, wenn die Massenströmungsrate wächst.
  • Der Wert von C4 wird aus adaptiven Parametern (240) abgeleitet, die vom Oxidanzienniveau-/Kapazitätsregler (232) berechnet werden. Der Wert von C4 verleiht dem Modell Rückkoppelfähigkeiten und macht damit die bevorzugte Ausführungsform des Modells zu einem System mit geschlossener Schleife. Im einzelnen wird der Wert für C4 aus einer zweidimensionalen Verweistabelle adaptiver Parameter ausgelesen. Der primäre Index zur Verweistabelle ist die Luftmassenströmung (202). Für jeden Luftmassenströmungswert gibt es zwei Werte von C4, einen Wert, wenn der Katalysator Oxidanzien adsorbiert (Gleichung 3(a)) und einen Wert, wenn der Katalysator Oxidanzien desorbiert (Gleichung 3(b)). Somit verändert sich der in den Gleichungen 3(a) und 3(b) verwendete Wert von C4 von Zeit zu Zeit mit dem im Motor gemessenen Luftmassenstrom. Außerdem werden die Werte für C4 in der Verweistabelle von Zeit zu Zeit auf Grund einer Rückkoppelfehlergröße justiert. Genauer beginnen die C4- Werte anfänglich mit 1. Während des Betriebs wird das von dem hier beschriebenen Oxidanzienvoraussagemodell geschätzte Oxidanzienspeicherniveau im Katalysator mit einem Oxidanzienniveau verglichen, wie es von Sauerstofffühlern im Katalysator (das sind die Fühler 902, 904, 906 in Fig. 9) und Fühlern außerhalb des Katalysators im Abgasstrom (das sind die Fühler 53 und 54 in Fig. 1) gemessen wird. Die Differenz zwischen der geschätzten, gespeicherten Oxidanzienmenge und der gemessenen, gespeicherten Oxidanzienmenge wird als Oxidanzienrückkoppelfehlergröße behandelt. Die Werte für C4 in der Verweistabelle werden von Zeit zu Zeit auf Grund der Oxidanzienrückkoppelfehlergröße abgeglichen. Eine mehr ins einzelne gehende Beschreibung des Oxidanzienrückkoppelfehlers und des Abgleichs der C4-Werte findet sich nachstehend in Verbindung mit der Beschreibung der Fig. 7.
  • Die obige Beschreibung der Anwendung des Rückkoppelparameters C4 ist anders, wenn das System keine hinter jedem Katalysatorblock liegenden Sauerstofffühler hat, wie sie in Fig. 9 gezeigt sind. Wenn es diese Sauerstofffühler nicht gibt, hängt das System lediglich von dem Rückkoppelsignal ab, das von dem Sauerstofffühler 53 nach dem Katalysator abgeleitet wird. Deshalb ist es hier nicht möglich, einzelne Adsorptions-/Desorptionsraten von den einzelnen Katalysatorblöcken zu entkoppeln. Unter diesen Umständen wird eine einzige zweidimensionale Verweistabelle (von den Luftmassenwerten indiziert) für die C4-Werte verwendet, und dieselben C4-Parameter werden mit dem Oxidanzienspeicherschätzwert für jeden Katalysatorbock multipliziert. Wenn ein einzelner Satz von C4-Parametern verwendet wird (entgegengesetzt zu den verschiedenen C4-Werten für jeden Katalysatorblock), lässt sich der Beitrag der Katalysatorblöcke zur Adsorption/Desorption mit vorbestimmten Gewichtsfaktoren gewichten.
  • In Gleichung (3a) gibt der Wert Ka die maximale Adsorptionsrate des Katalysators in Gramm Oxidanzien pro Sekunde pro Kubikinch (g/s/16,387 cm3) an. Gleichermaßen gibt der Wert von Kd in Gleichung (3b) die maximale Desorbtionsrate des Katalysators in Gramm Oxidanzien pro Sekunde pro Kubikinch (g/s/16,387 cm3) an. Die Werte von Ka und Kd werden auf Grund der Spezifikation der jeweiligen verwendeten Katalysatoren vorherbestimmt.
  • Der Wert für Max O2 in den Gleichungen (3a) und (3b) gibt die maximale Oxidanzienmenge in Gramm an, die der Katalysator 52 speichern kann. Dies ist ein gemäß den Spezifikationen des jeweiligen im System verwendeten Katalysators vorbestimmter, konstanter Wert. Der Wert für gespeichertes O2 gibt in den Gleichungen (3a) und (3b) die vorausberechnete, laufende Menge der in dem Katalysator 52 gespeicherten Oxidanzien in Gramm an. Der Wert für "gespeichertes O2" wird aus dem RAM 116 ausgelesen.
  • Der Wert für die O2-Strömungsrate in den Gleichungen (3a) und (3b) gibt die Luftmassenströmungsrate in dem Ansaugkrümmer 18 an, die vom Luftmassenströmungsfühler 158 gemessen wird. Der Basiswert in den Gleichungen (3a) und (3b) gibt die Sauerstoffströmungsrate an, wo Kd und Ka ermittelt wurden und er ist (ppm O2 von Ansauggas). (Volumenströmungsrate).(Dichte von O2).
  • Der Parameter Kat Vol in den Gleichungen (3a) und (3b) gibt das Gesamtvolumen des Katalysators in Kubikinch (16,387 cm3) an. Dieser Wert wird auf Grund des verwendeten Katalysators ermittelt. In beiden Gleichungen gibt der Wert ΔT die seit der letzten Schätzung der Änderung der Oxidanzienspeicherkapazität im Katalysator vergangene Zeit in Sekunden an.
  • Schließlich sind die Werte von N1, N2, Z1 und Z2 Exponenten, die die Desorptions-/Adsorptionswahrscheinlichkeit ausdrücken, und sie werden durch experimentelle Messung von Adsorptions-/Desorptionsraten bei gegebenen Speicher- und Strömungsniveaus ermittelt. Die Exponenten werden aus Messungen rückentwickelt und können zur Angabe linearer bis s-förmiger (Sigmoid) Wahrscheinlichkeitsverteilungen dienen.
  • Nachdem die Änderung im Schätzwert der Oxidanzienspeicherung im Katalysator 52 gemäß Gleichung (3a) oder (3b) berechnet wurde, wird der laufende Gesamtwert der im RAM- Speicher 116 gespeicherten laufenden Oxidanzienspeicherung dementsprechend aktualisiert. Genauer wird die Menge der entweder adsorbierten oder desorbierten Oxidanzien zu dem laufenden Gesamtwert der Oxidanzienspeicherung, die im RAM- Speicher 116 gespeichert ist, addiert bzw. davon subtrahiert.
  • Das Oxidanzienvoraussagemodell kann entweder in offener Schleife oder geschlossener Schleife angewendet werden, wie es die Fachleute nach Studium dieser Beschreibung ohne weiteres verstehen werden. In einer Ausführung mit offener Schleife schätzt das oben beschriebene Oxidanzienvoraussagemodell das Volumen der im Katalysator gespeicherten Oxidanzien auf Grund verschiedener Parameter, wie der Temperatur, der Luftmassenströmungsrate usw. ohne Eingabe irgendwelcher Rückkoppelparameter ab. Eine Modifikation der obigen Gleichungen 3(a) und 3(b) zur Beseitigung der Variablen C4 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform des Oxidanzienvoraussagemodells mit offener Schleife.
  • Andererseits enthält das Oxidanzienvoraussagemodell in einer Ausführungsform mit geschlossener Schleife einen Mechanismus zum Abgleich des geschätzten Volumens der im Katalysator gespeicherten Oxidanzien auf Grund verschiedener Rückkoppelsignale. Genauer wird der Schätzwert, nachdem das Oxidanzienvoraussagemodell das Volumen der im Katalysator gespeicherten Oxidanzien zu einer bestimmten Zeit nach dem oben beschriebenen Verfahren abgeschätzt hat, dazu verwendet, verschiedene andere vorausgesagte Parameter zu berechnen, die mit entsprechenden gemessenen Rückkoppelparametern verglichen werden. In der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung führt die Variable C4 eine Rückkopplung beruhend auf den Messwerten der Katalysatorsauerstofffühler (d. h. der Fühler 902, 904, 906) sowie des Sauerstofffühlers 54 vor dem Katalysator aus. Die Rückkoppelparameter können auch Signale von dem stromabwärts liegenden EGO-Fühler 53 (in Fig. 1 gezeigt) oder irgendwelche Signale von anderen bekannten Rückkoppelparametern umfassen.
  • Ungeachtet des verwendeten besonderen Rückkoppelsignals würde dessen Wert mit dem Wert des aus dem geschätzten Oxidanzienspeicherniveau im Katalysator berechneten Parameters verglichen, und das Ergebnis des Vergleiches ergäbe die Rückkoppelfehlergröße. Die Rückkoppelfehlergröße würde dazu dienen, den Schätzwert des gespeicherten Oxidanzienvolumens, wie er mit dem oben beschriebenen Verfahren durch das Oxidanzienvoraussagemodell berechnet worden ist, zu erhöhen oder zu verringern. Die Verwirklichung einer Ausführungsform des Oxidanzienvoraussagemodells mit geschlossener Schleife kann Vorteile bringen, weil die Rückkoppelsignale eine genauere Schätzung des im Katalysator gespeicherten Oxidanzienvolumens durch das Oxidanzienvoraussagemodell ermöglichen. In der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung wird der beruhend auf den in Fig. 7 beschriebenen adaptiven Parametern abgeglichene C4-Parameter zum Abgleich des Oxidanzienvoraussagemodells verwendet. Auf diese Weise wird in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das vorausgesagte Niveau der im Katalysator gespeicherten Oxidanzien in einer geschlossenen Schleife abgeglichen.
  • In der bevorzugten Ausführungsform des Oxidanzienniveauschätzers beeinflusst ein Rücksetzparameter ebenfalls das Modell. Genauer ist es, wenn der Vergleich zwischen der geschätzten Menge und der gemessenen Menge der gespeicherten Oxidanzien einen sehr großen Oxidanzienrückkoppelfehlerwert erzeugt (der größer ist als ein bestimmter Bezugswert), was sich als Ergebnis großer Übergangszustände im System einstellen könnte, wünschenswert, das Oxidanzienniveauvoraussagemodell "zurückzusetzen", anstatt diesem die Funktion zu verleihen, sich allmählich selbst zu korrigieren. Wenn z. B. das gemessenen Oxidanzienniveau im Katalysator sehr hoch, jedoch das geschätzte Oxidanzienniveau sehr niedrig ist, kann sich das Oxidanzienniveauvoraussagemodell selbst auf einen verhältnismäßig hohen Speicherwert zurücksetzen. Gleichermaßen kann sich das Oxidanzienniveauvoraussagemodell, wenn das im Katalysator gemessene Oxidanzienniveau sehr niedrig, jedoch das geschätzte Oxidanzienniveau sehr hoch ist, selbst auf einen verhältnismäßig niedrigen Speicherwert zurücksetzen. Die "Rücksetz"-Funktion ist eine zweite Form einer korrektiven Rückkopplung im Modell und erleichtert eine rasche Korrektur großer Fehler.
  • Fachleute werden angesichts dieser Beschreibung verschiedene Modifikationen oder Zusätze des oben beschriebenen Oxidanzienvoraussagemodells erkennen. Beispielsweise kann ein bekannter, geheizter Abgassauerstofffühler (HEGO), der allgemein ein Ausgangssignal liefert, das lediglich einen mageren oder fetten Zustand angibt, statt des stromabwärtigen EGO-Fühlers 53 verwendet werden. In diesem Fall erfährt die geschätzte, im Katalysator gespeicherte Oxidanzienmenge, wenn der stromabwärtige HEGO-Fühler ein Signal irgendwo zwischen mager und fett erzeugt, keinen Abgleich. Wenn andererseits der stromabwärtige HEGO-Fühler deutlich ein mageres Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis angibt, kann die geschätzte Menge der im Katalysator gespeicherten Oxidanzien auf einen Maximalwert gesetzt werden, der unter den laufenden Fahrzeugbetriebszuständen gespeichert werden kann. Wenn außerdem der stromabwärtige HEGO-Fühler deutlich ein fettes Luft/Kraftstoffgemischverhältnis angibt, kann die geschätzte Menge der gespeicherten Oxidanzien auf Null gesetzt werden. Diese Abgleichschritte stellen eine Neueinstellung des Schätzwerts der gespeicherten Oxidanzienmenge basierend auf dem vom stromabwärtigen HEGO-Fühler gelieferten Signal dar. Erfindungsgemäß kann die Verbesserung bei der Schätzung der im Katalysator 52 gespeicherten Oxidanzienmenge auf Grund eines Rückkoppelfehlersignals zu verbesserten Emissionswerten des Katalysators führen.
  • Nun wird anhand von Fig. 7 der Oxidanzienniveau-/Kapazitätsregler (232) genauer beschrieben. Eine erste Aufgabe des Oxidanzienniveau-/Kapazitätsreglers (232) ist die Berechnung eines Luft/Kraftstoffregelvorhalts ("bias") zum Zwecke des Abgleichs des Luft/Kraftstoffverhältnisses in den Motorzylindern, um das aktuelle Oxidanzienspeicherniveau im Katalysator 52 an dem oder in der Nähe des Oxidanziensollpunkts zu halten. Eine zweite Aufgabe des Oxidanzienniveau-/Kapazitätsreglers (232) ist die Berechnung eines Motorzündzeitpunkt-Deltawerts und eines Luftmassenvorhaltewerts ("bias"), die beide zur Regelung der Oxidanzienspeicherkapazität des Katalysators 52 durch den Abgleich der Katalysatortemperatur verwendet werden. Eine letzte Aufgabe des Oxidanzienniveau-/Kapazitätsreglers (232) ist die Berechnung von Rücksetzparametern und adaptiven Parametern auf Grund der von den Sauerstofffühlern im Abgasstrom und im Katalysator gelieferten Rückkoppelsignale.
  • Die erste Funktion des Oxidanzienniveau-/Kapazitätsreglers (232) wird allgemein durch einen Vergleich des Oxidanziensollpunkts (225) mit der geschätzten Istmenge der im Katalysator 52 zu einem bestimmten Zeitpunkt T gespeicherten Oxidanzien ausgeführt. Die Differenz zwischen der tatsächlichen im Katalysator 52 gespeicherten Oxidanzienmenge und dem Oxidanziensollpunkt (225) wird hier als "Sollpunktfehler" bezeichnet. Der Sollpunktfehler gibt an, ob das im Katalysator 52 gespeicherte Oxidanzienvolumen, bezogen auf den Oxidanziensollpunkt zu hoch oder zu niedrig ist. Beruhend auf dem Sollpunktfehler wird ein Luft/Kraftstoffregelvorhaltesignal erzeugt, das die letztlich vom Regler 15 an die Kraftstoffinjektoren 18 angelegten Luft/Kraftstoffregelsignale zur Justierung des Luft/Kraftstoffmischungsverhältnisses zur fetteren oder magereren Seite hin beeinflusst. Genauer gleicht der Regler 15 die Menge des in die Motorzylinder gespritzten Kraftstoffs, wenn die geschätzte Istmenge der im Katalysator gespeicherten Oxidanzien geringer ist als der Oxidanziensollpunkt, so ab, dass das Motor-Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis magerer ist. Andererseits gleicht der Regler die Menge des in die Motorzylinder gespritzten Kraftstoffs, wenn die geschätzte Istmenge der im Katalysator gespeicherten Oxidanzien größer ist, als der Oxidanziensollpunkt, so ab, dass das Motor-Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis fetter ist.
  • Besonders bezogen auf Fig. 7 werden die nachfolgenden Eingangsparameter zur Ermittlung des Luft/Kraftstoffregelvorhaltewerts verwendet: (i) laufende Oxidanzienspeicherung pro Katalysatorblock (231); und (ii) Oxidanziensollpunkt (225). Zuerst werden im Funktionsblock 711 die Schätzwerte für die derzeit in jedem Katalysatorblock gespeicherten Oxidanzien (Signal 231) summiert und ergeben einen Schätzwert der Gesamtmenge der derzeit in allen Blöcken des Katalysators 52 gespeicherten Oxidanzien. Danach wird der Sollpunktfehler durch Vergleich der momentan im Katalysator gespeicherten Gesamtmenge der Oxidanzien (Block 711) mit dem Oxidanziensollpunkt (225) im Block 734 ermittelt. Der Sollpunktfehler wird einem Proportional-Integralregler (Funktionsblöcke 736, 738 und 742) angelegt, der eine Luft- Kraftstoffregelvorhaltegröße berechnet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet der Proportional-Integralregler den Sollpunktfehler zur Berechnung einer Kraftstoffvorhaltegröße für eine Regelung in geschlossener Schleife gemäß einer Proportional-Integralstrategie, die ähnlich ist, wie sie im einzelnen in dem Hamburg erteilten US-Patent 5 282 360 beschrieben wird, auf das hier Bezug genommen wird. Genauer wird, wie das Hamburg-Patent beschreibt, um den Katalysatorsollpunkt ein "Fenster" gebildet. Wenn beispielsweise der Katalysatorsollpunkt zu X bestimmt ist, kann der untere Grenzwert des "Fensters" auf X - Y und der obere Grenzwert des "Fensters" auf X + Z gesetzt werden. Die Variablen X und Z stellen spezifische Streuungen vom Sollpunkt des Katalysators dar. Bezogen auf das Hamburg-Patent entsprechen der untere und obere Grenzwert des "Fensters" (X - Y) jeweils den im Hamburg-Patent in den Zeilen 1 : 62-2 : 5 beschriebenen Fett- und Magergrenzwert. Der obere und untere Grenzwert des Fensters werden wahlweise auf Grund verschiedener Betriebszustände des Fahrzeugs bestimmt, wie der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Motorlast und der Motortemperatur, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Wenn das geschätzte Oxidanzienvolumen (vom Beobachter 206 abgeleitet) außerhalb des "Fensters" liegt, wird das vom Motorregler befohlene Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis (das den Motorzylindern zur Verfügung gestellt wird) rampenförmig linear verstellt, so dass die Oxidanzienspeicherung im Katalysator zum Oxidanziensollpunkt gezwungen wird. Wenn z. B. das geschätzte Oxidanzienvolumen größer als die Obergrenze des Fensters ist, wird das vom Motorregler angewiesene Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis rampenförmig linear in Richtung "fett" verstellt, und wenn das geschätzte Oxidanzienvolumen kleiner als die Untergrenze des Fensters ist, wird das vom Motorregler angewiesene Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis rampenförmig linear in Richtung "mager" verstellt. Wenn das geschätzte Oxidanzienvolumen zwischen der Ober- und der Untergrenze des Fensters liegt, wird das Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis zwangsweise zu dem Oxidanziensollpunkt gemäß einem Wert gebracht, der der Differenz zwischen dem geschätzten Volumen der im Katalysator 52 gespeicherten Oxidanzien und dem Oxidanziensollpunkt proportional ist. Weitere Details der bevorzugten Proportional-Integral-Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis- Regelstrategie werden im Hamburg-Patent behandelt.
  • Zusätzlich zur Berechnung der Proportional-Integral- Kraftstoffvorhaltegröße dient der Sollpunktfehler auch zum Planen eines Kraftstoffanforderungswerts in offener Regelschleife, beruhend auf dem geschätzten Oxidanzienniveau im Katalysator. Im Funktionsblock 744 ermittelt das System, ob die Proportional-Integral-Kraftstoffvorhaltegröße in geschlossener Schleife oder die Kraftstoffanforderung in offener Schleife anzuwenden sind und zwar auf Grund verschiedener Betriebsparameter, wie im Stand der Technik bekannt ist. Beispielsweise kann der Kraftstoffanforderungsparameter in offener Schleife statt der in geschlossener Schleife wirkenden Kraftstoffvorhaltegröße für den Fall eines Unregelmäßigkeiten im System angebenden, sehr großen Sollpunktfehlerwerts verwendet werden. Der in offener Schleife wirkende Kraftstoffanforderungsparameter kann auch unmittelbar, nachdem das Fahrzeug in einer verlangsamenden Betriebsart mit abgeschalteter Kraftstoffzufuhr betrieben worden ist, verwendet werden, wobei in diesem Fall eine Periode mit fettem Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis zur Kontrolle des NOx-Überschusses im System benötigt wird. Der in offener Schleife wirkende Kraftstoffanforderungsparameter kann auch unmittelbar nachdem das Fahrzeug gemäß einem in offener Schleife bewirkten Anreicherungsmodus betrieben worden ist, verwendet werden (wobei Kraftstoff zum Niederhalten der Katalysatortemperaturen während Hochlastzuständen verwendet wird), wobei in diesem Fall zur Wiederoxidation des Katalysators und zur Absenkung der Kohlenwasserstoffemissionen eine Periode mageren Luft/Kraftstoffmischungsverhältnisses gewünscht ist. Ungeachtet, ob Magerbetrieb oder Anreicherungsbetrieb in offener Schleife stattfindet, dienen Stärke und Dauer dazu, dass schnell zum O2-Sollpunkt zurückgekehrt werden kann. Schließlich werden, wie Funktionsblock 746 zeigt, entweder die in geschlossener Schleife wirkende Kraftstoffvorhaltegröße oder der in offener Schleife wirkende Kraftstoffanforderungsparameter dem Motorregler 15 zugeführt, der auf deren Grundlage den den Motorzylindern zugeführten Kraftstoff bemisst.
  • Die zweite Aufgabe des Oxidanzienniveau-/Kapazitätsreglers (232), d. h. die Oxidanzienkapazitätsregelung des Katalysators 52 wird nachstehend detaillierter beschrieben. Erneut wird Bezug auf Fig. 7 genommen, in der die folgenden Eingangsgrößen zur Berechnung eines Deltawerts des Zündzeitpunkts und von angesaugten Luftmassenvorhaltewerten verwendet werden: (i) verfügbare Oxidanzienspeicherung in jedem Katalysatorblock (227); (ii) laufende Oxidanzienspeicherung in jedem Katalysatorblock (231); (iii) das Fahrverhalten bestimmende Grenzwerte für den Zündzeitpunkt des Motors (216); Abgasflanschtemperatur (220) und MBT des Zündzeitpunkts (222). Zuerst werden die Schätzwerte der verfügbaren Oxidanzienspeicherung und der laufenden Oxidanzienspeicherung in jedem Block des Katalysators summiert (Funktionsblöcke 710 und 711), wobei diese Summe einen Schätzwert der gesamten im Katalysator zur Verfügung stehenden Oxidanzienspeicherung und einen Schätzwert der gesamten laufenden Menge der im Katalysator gespeicherten Oxidanzien ergibt. Dann wird der Gesamtwert der verfügbaren Oxidanzienspeicherung (710) mit dem geschätzten Gesamtwert der Oxidanzienspeicherung im Katalysator (711) im Block 713 verglichen. Im Funktionsblock 702 werden ein Zündzeitpunktverzögerungswert auf Grund der Differenz zwischen der verfügbaren Oxidanzienspeicherung und der laufenden Oxidanzienspeicherung im Katalysator (vom Funktionsblock 713) und die das Fahrverhalten betreffenden Grenzwerte des Zündzeitpunkts (216) berechnet. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Verzögerungswert für den Zündzeitpunkt (702) aus einer Verweistabelle gelesen, deren Werte empirisch bestimmt worden sind. Die Zündzeitpunktverzögerungswerte in der Verweistabelle beschreiben im allgemeinen die bekannte Beziehung zwischen Oxidanzienspeicherung und Blocktemperatur des Katalysators, wie die grafische Darstellung der Fig. 8A zeigt. Die das Fahrverhalten betreffenden Grenzwerte des Zündzeitpunkts, die vorherbestimmte Eingangsgrößen in das System sind, begrenzen die Größe der Zündzeitpunktverzögerung (702) und stellen sicher, dass das Fahrverhalten des Fahrzeugs nicht beeinträchtigt ist.
  • Im Block 703 wird ein Verstärkungsgrad ("gain") für die Zündzeitpunktverzögerung beruhend auf der Abgasflanschtemperatur (220) berechnet. Allgemein erhöht sich die Oxidanzienspeicherkapazität des Katalysators unabhängig vom Zündzeitpunkt, wenn die Flanschtemperatur (220) relativ hoch ist oder anwächst, wegen der starken Luftmassenströmung oder des hohen Luft/Kraftstoffmischungsverhältnisses des Motors. Somit lässt ein relativ heißer Flansch den Katalysator eine gewünschte Temperatur annehmen (und damit eine gewünschte Oxidanzienspeicherkapazität) mit einem verhältnismäßig geringeren Deltawert des Zündzeitpunkts. Dies ist zur Verbesserung der Kraftstoffökonomie gewünscht. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Verstärkungsgrad für die Zündzeitpunktverzögerung (702) aus einer Verweistabelle gelesen, deren Werte empirisch ermittelt worden sind. Allgemein folgen die Werte in der Verweistabelle für den Verstärkungsgrad für die Zündzeitpunktverzögerung der in Fig. 10 grafisch dargestellten Funktion. Der Verstärkungsgrad (703) für die Zündzeitpunktverzögerung wird mit einem Zündzeitpunktverzögerungswert (702) multipliziert, wie in Funktionsblock 704 gezeigt, was einen Deltawert (728) für den Zündzeitpunkt ergibt. Der Deltawert (728) für den Zündzeitpunkt wird dem Motorregler 15 zum Abgleich der Motorzündung und schließlich zum Abgleich der Oxidanzienspeicherkapazität des Katalysators zugeführt. Allgemein wird der Deltawert der Zündung umso größer, je größer die Differenz zwischen der gesamten, zur Verfügung stehenden Oxidanzienspeicherung im Katalysator und der gesamten laufenden Oxidanzienspeicherung im Katalysator ist.
  • Wenn jedoch die Zündzeitpunktverzögerung größer wird, verringert sich die Drehzahl des Motors, wenn keine Kompensation durch einen zusätzlichen Luftmassenstrom in den Motor stattfindet. Demgemäß wird der Zünd-Deltawert (728) zusammen mit dem eingegeben MBT-Wert (222) der Zündung im Funktionsblock 206 zur Berechnung eines erforderlichen Motordrehmomentwerts verwendet, wie im Stand der Technik bekannt ist. Im Funktionsblock 708 wird die zur Beibehaltung des erforderlichen Drehmoments notwendige angesaugte Luftmasse berechnet. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der gewünschte Luftmassenstrom durch Division der Luftmassenströmungsgrundanforderungen des Motors durch einen Abgleichfaktor berechnet, der aus einer Verweistabelle gelesen wird. Die Abgleichfaktoren in der Verweistabelle reichen von 1, wenn der MBT-Punkt der Zündung vorliegt, über einen Bruchteil bis Null, wenn die Zündzeitpunktverzögerung wächst. Auf diese Weise erhöht sich mit wachsender Zündzeitpunktverzögerung der Sollwert der Luftmassenströmung. Dieser Luftmassenwert umfasst den Vorhaltewert der Luftmasse (730), der dem Motorregler 15 dazu dient, die in den Motor 13 gesaugte Luftmasse abzugleichen. Der Abgleich der Zündung des Motors und der angesaugten Luftmasse verändern die Temperatur der vom Motor ausgestoßenen Abgase und somit schließlich die Temperatur des Katalysators 52. Da die Speicherkapazität des Katalysators 52 für Oxidanzien von dessen Temperatur abhängt, kann der Motorregler 15 die Oxidanzienspeicherkapazität des Katalysators 52 durch Abgleich des Zündzeitpunktes des Motors und Abgleich des angesaugten Luftmassenstroms einstellen. Dieser Aspekt der Erfindung ist besonders während gewisser Fahrzeugbetriebszustände nützlich, wenn die Katalysatortemperatur auf ein Niveau abfallen kann, das sonst die Oxidanzienspeicherkapazität des Katalysators 52 auf einen unerwünscht kleinen Betrag begrenzen würde. Durch die Regelung der Motorbetriebszustände so, dass eine gewünschte Katalysatortemperatur erreicht wird, lässt sich ein gewisses Mindestmaß der Gesamtoxidanzienspeicherkapazität erhalten, so dass die aktuelle Oxidanzienspeicherung zu einem mittleren Bereich geregelt werden kann und Emissionsdurchbrüche auf der mageren und fetten Luft/Kraftstoffmischungsseite vermieden werden können.
  • Das dritte Ziel des Oxidanzienniveau-/Kapazitätsreglers liegt in der Ermittlung von Rücksetz-/Adaptionsparametern, die zum Abgleich des Betriebs des Systems in rückkoppelnder Weise dienen. Die Rücksetz-/Adaptionsparameter (732) werden auf Grund folgender Eingangsgrößen berechnet: (i) laufende Oxidanzienspeicherung in jedem Funktionsblock (231); (ii) Sauerstofffühlerrückkopplung von jedem Funktionsblock (214); (iii) angesaugte Luftmasse (202); und (iv) gemessenes Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis im Abgas (212). Die von den Sauerstofffühlern, die jedem Katalysatorblock 214 zugeordnet sind (beispielhaft von den Fühlern 902, 904 und 905, die in Fig. 9 gezeigt sind) rückgekoppelten Signale, die Spannungsgrößen sind, werden im Block 712 in Oxidanzienkonzentrationswerte umgewandelt. Im Block 716 wird eine ähnliche Funktion zur Umsetzung der von dem im Abgasstrom vor dem Katalysator liegenden Sauerstofffühler 54 zurückgekoppelten Signale in einen Oxidanzienkonzentrationswert durchgeführt. Im Block 714 wird die im Ansaugweg gemessene Luftmassenströmungsrate (202) über ein Abtastzeitintervall integriert und liefert eine Gesamtluftmasse in Gramm. Im Block 718 wird auf Grund der Luftmasse aus einer Verweistabelle eine Zeitkonstante ermittelt. Diese Zeitkonstante dient dazu, den Sauerstofffühler 54 vor dem Katalysator und den Sauerstofffühler 53 nach dem Katalysator in zeitliche Übereinstimmung zu bringen, um so eine genaue Messung der im Katalysator adsorbierten oder desorbierten Oxidanzien zu erreichen.
  • Im Funktionsblock 720 werden die an den einzelnen Katalysatorblöcken (vom Funktionsblock 721) gemessenen Oxidanzienkonzentrationen mit der Gesamtluftmasse in Gramm (vom Funktionsblock 714) multipliziert. Das Ergebnis des Funktionsblocks 720 ist die an dem Katalysatorblock gemessene Oxidanzienmenge. Gleichermaßen wird die aus der Verweistabelle (Funktionsblock 718) ermittelte Zeitkonstante mit der Gesamtluftmasse (vom Funktionsblock 714) im Funktionsblock 722 multipliziert. Das Ergebnis ist die im Abgasstrom gemessene Oxidanzienmenge. Im Funktionsblock 724 werden die Ergebnisse der Funktionsblöcke 720 und 722 verglichen und das Vergleichsergebnis über eine Zeitkonstante (im Funktionsblock 725) integriert, und die Integration ergibt eine über die gegebene Zeitdauer gemessene Gesamtmenge von Oxidanzien im Abgasstrom. Das Integrationsendergebnis ist die gemessene Gesamtmenge der im Katalysator 52 gespeicherten Oxidanzien. Funktionsblock 726 vergleicht die gemessene Gesamtmenge der im Katalysator gespeicherten Oxidanzien mit der geschätzten Menge der im Katalysator gespeicherten Oxidanzien (vom Oxidanzienvoraussagemodell geschätzt). Das Ergebnis ist ein "Beobachterfehler". Der Beobachterfehler ergibt den Grad der Abweichung zwischen dem gemessenen Niveau der im Katalysator gespeicherten Oxidanzien und dem geschätzten Niveau der Oxidanzienspeicherung im Katalysator. Auf der Grundlage des Beobachterfehlers wird im Funktionsblock 728 ein Beobachterverstärkungsgrad ("gain") berechnet. Der Beobachterverstärkungsgrad wird verwendet, um eine zweidimensionale Verweistabelle der (oben beschriebenen) Rückkoppelparameter C4 abzugleichen, die zur Einstellung des Oxidanzienniveauvoraussagemodells (608) dienen. Genauer wird im Funktionsblock 730 der Beobachterverstärkungsgrad mit einem jeweiligen Rückkoppelparameter C4 in der zweidimensionalen Verweistabelle multipliziert. Im Funktionsblock 732 werden die neu berechneten C4-Werte der zweidimensionalen Verweistabelle dem Oxidanzienniveauvoraussagemodell (608) und anderen Algorithmen in dem System verfügbar gemacht, die einen Abgleich in geschlossener Schleife erfordern.
  • Außerdem wird im Funktionsblock 730 ein Rücksetzparameter auf Grund der Stärke des Oxidanzienrückkoppelfehlers berechnet. Wenn der Oxidanzienrückkoppelfehler größer als ein bestimmter Referenzwert ist, wird ein Rücksetzparameter bestimmt, der je nach Fall ein Zurücksetzen des Oxidanzienniveauvoraussagemodells (608) entweder auf niedriges Oxidanzienniveau oder auf hohes Oxidanzienniveau angibt.
  • Die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung richtet sich auf ein System, das einen Katalysator (52) hat. Der Umfang der Erfindung enthält jedoch auch Systeme, die im Abgasstrom mehrere Oberstrom- und Unterstromkatalysatoren aufweisen, wobei jeder dieser Katalysatoren einen oder mehrere innere Katalysatorenblöcke (Monolithe) haben kann. Das oben beschriebene System kann in der nachstehend beschriebenen Weise an Systeme mit mehrere Katalysatoren angepasst werden.
  • Eine Anpassung des Sauerstoffspeichermodells für einen einzelnen Katalysatorblock an ein System mit mehreren Katalysatorblöcken wird durch durch kaskadenartige Abgabe von Sauerstoff von den im Abgasstrom oben liegenden zu den im Abgasstrom unten liegenden Katalysatorblöcken erreicht. Das Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis, ein Maß für den Überschuss/Mangel des in den ersten Katalysatorblock eintretenden O2 gegenüber dem stöchiometrischen Wert wird gemessen oder vom Kraftstoffregelalgorithmus berechnet. Dafür kann der Überschuss/Mangel von Sauerstoff in der früher beschriebenen Weise berechnet werden. Die vom ersten Katalysatorblock aus dem Abgas adsorbierte/desorbierte Sauerstoffmenge wird berechnet, wie dies beschrieben wurde. Durch Addition des gespeicherten oder dem Abgas zugeführten Sauerstoffs kann das Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis bzw. der Überschuss/Mangel an Sauerstoff des nachfolgenden Blocks berechnet werden. Dann wird die O2-Speicherung des zweiten Blocks mit einem ähnlichen Gleichungssatz berechnet und für die Temperatur und Waschmanteldifferenzen modifiziert. Auf diese Weise wird der Ausgang von einem Katalysatorblock zum folgenden kaskadenartig weitergegeben.
  • Während hier bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben sind, ist zu bemerken, dass die Grundkonstruktion zur Verwirklichung anderer Ausführungsformen geändert werden kann, die die Prozesse und Komponenten der Erfindung verwenden.
  • Beispielsweise wird die rückkoppelnde Regelung für die Oxidanzienspeicherung des Katalysators während Betriebszuständen unterbrochen, in denen das Luft/Krafstoffmischungsverhältnis des Motors auf Grund von Betriebszuständen, wie der Anreicherung bei hoher Leistungsanforderung oder Anreicherung zum Schutz des Katalysators, von der Stöchiometrie abweicht. Genauer könnten sich die beiden konkurrierenden Regelaktionen gegenseitig auslöschen, falls die Oxidanziensollpunktregelung auch dann fortgesetzt wird, wenn der Motor von der Stöchiometrie abweichend betrieben wird. Um diese Gefahr zu vermeiden, kann die Oxidanzienniveauregelung im Katalysator ausgesetzt werden, wenn der Motor abweichend von der Stöchiometrie z. B. im mageren oder fetten Betriebszustand über eine längere Zeit hinweg betrieben werden soll. Es ist deshalb deutlich, dass der Umfang der Erfindung, nicht durch die hier beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen, sondern nur durch die beiliegenden Patentansprüche definiert ist.

Claims (19)

1. Verfahren zur Regelung eines mit einer Abgasregelvorrichtung (52) verbundenen Verbrennungsmotors (13), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren aufweist:
Ermitteln einer in der Abgasregelvorrichtung (52) gespeicherten Oxidanzienmenge;
Berechnen einer Sollpunktmenge der in der Abgasregelvorrichtung gespeicherten Oxidanzien;
Einstellen einer dem Motor eingespritzten Kraftstoffmenge, so dass sich die Menge der in der Abgasregelvorrichtung gespeicherten Oxidanzien der Sollpunktmenge in der Abgasregelvorrichtung annähert, und zwar basierend auf einem Fehler zwischen der Menge der gespeicherten Oxidanzien und der Sollpunktmenge.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidanziensollpunkt ein konstanter Wert ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidanziensollpunkt annähernd 50% der Gesamtspeicherkapazität des Katalysators für Oxidanzien ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidanziensollpunkt ein variabler Wert ist, der während des Motorbetriebs ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidanziensollpunkt auf der Basis wenigstens eines Motorbetriebsparameters ermittelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorbetriebsparameter die Motorlast angibt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der die Motorlast angebende Parameter die angesaugte Luftmasse ist.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorbetriebsparameter die Motordrehzahl angibt.
9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorbetriebsparameter die Fahrzeuggeschwindigkeit angibt.
10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorbetriebsparameter Parameter aufweist, die die Motorlast, die Drehzahl des Motors und die Fahrzeuggeschwindigkeit angeben.
11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidanziensollpunkt weiterhin basierend auf einer Menge der Oxidanzienspeicherkapazität in einem definierten Abschnitt des Katalysators ermittelt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator mehrere Katalysatorblöcke (Monolithe) enthält und dass der definierte Abschnitt des Katalysators eine bestimmte Anzahl dieser Blöcke aufweist.
13. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidanziensollpunkt auf der Basis wenigstens eines Parameters ermittelt wird, der zukünftige Motorbetriebszustände angibt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zukünftigen Motorbetriebszustände von mindestens einem die Drosselklappenposition angebenden Parameter abgeleitet werden.
15. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidanziensollpunkt moduliert wird.
16. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidanziensollpunkt höher eingestellt wird, wenn der Motor unter Bedingungen arbeitet, die ein verhältnismäßig fettes Luft/Kraftstoffverhältnis erfordern, und dass der Oxidanziensollpunkt niedriger eingestellt wird, wenn der Motor unter Bedingungen arbeitet, die ein verhältnismäßig mageres Luft/Kraftstoffverhältnis gestatten.
17. Verfahren zur Regelung eines mit einer Abgasregelvorrichtung (52) gekoppelten Motors (13), gekennzeichnet durch folgende Schritte:
1. Ermitteln einer in der Abgasregelvorrichtung gespeicherten Oxidanzienmenge;
- Berechnen einer Sollpunktmenge von in der Abgasregelvorrichtung gespeicherten Oxidanzien, basierend auf Motorbetriebszuständen;
- Einstellen einer in den Motor eingespritzten Kraftstoffmenge so, dass sich die in der Abgasregelvorrichtung gespeicherte Menge von Oxidanzien an die Sollpunktmenge der in der Abgasregelvorrichtung gespeicherten Oxidanzien annähert, und zwar beruhend auf einem Fehler zwischen der gespeicherten Oxidanzienmenge und der Sollpunktmenge; und
- Aussetzen der Kraftstoffeinspritzmengeneinstellung während Betriebszuständen, in denen ein gewünschtes Motor- Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis vom stöchiometrischen Wert abweicht.
18. System zur Regelung eines Verbrennungsmotors (13) mit innerer Verbrennung, dessen Abgassystem einen Katalysator (52) hat, der mehrere mit dem Motor in Verbindung stehende Katalysatorblöcke (Monolithe) aufweist;
gekennzeichnet durch einen Regler (15), der dazu eingerichtet ist:
einen der Katalysatorblöcke auszuwählen;
eine in dem gewählten Katalysatorblock gespeicherte Oxidanzienmenge zu ermitteln;
eine Sollpunktmenge von in dem gewählten Katalysatorblock gespeicherten Oxidanzien, basierend auf Motorbetriebszuständen zu berechnen; und
eine dem Motor eingespritzte Krafstoffmenge so einzustellen, dass sich die Menge der in dem gewählten Katalysatorblock gespeicherten Oxidanzien an die Sollpunktmenge der in dem gewählten Katalysatorblock gespeicherten Oxidanzien annähert, und zwar basierend auf einem Fehler zwischen der gespeicherten Oxidanzienmenge und der Sollpunktmenge.
19. System zur Ermittlung eines Regelsignals zur Luft/Kraftstoffverhältniseinstellung in einem mit einem Abgassystem mit Katalysator (52) gekoppelten Verbrennungsmotors (13) mit innerer Verbrennung, dadurch gekennzeichnet, dass das System aufweist:
einen Oxidanziensollpunktgenerator, der in Reaktion auf wenigstens einen Motorbetriebsparameter ein Solloxidanzienniveau im Katalysator bestimmt;
einen Schätzer für ein laufendes Oxidanzienniveau, der in Reaktion auf wenigstens einen Motorbetriebsparameter eine laufende Menge von in dem Katalysator gespeicherten Oxidanzien schätzt; und
einen Oxidanzienniveau-/Kapazitätsregler, der in Reaktion auf das Oxidanziensollniveau und die im Katalysator gespeicherte laufende Oxidanzienmenge ein Regelsignal zur Einstellung des Luft/Kraftstoffverhältnisses ermittelt.
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