DE112012006719T5 - Abgasreinigungssystem für Verbrennungsmotor - Google Patents

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DE112012006719T5
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c/o Honda R&D Co. Ltd. Matsunaga Hideki
c/o Delphi Automotive Systems Takahashi Toshiharu
c/o Delphi Automotive Systems Yamada Masatoshi
c/o Honda R & D Co. Ltd. Yasui Yuji
c/o Delphi Automotive Systems Jap Hardam Hans
c/o Delphi Automotive Systems J Uike Hiroshi
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Honda Motor Co Ltd
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Abgasreinigungssystem anzugeben, das in der Lage ist, Abgas sowohl während Mager- als auch stöchiometrischen Betrieb zu reinigen, indem das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs von mager bis stöchiometrisch präzise geregelt wird. In der vorliegenden Erfindung wird das System von der Kraftstoffeinspritzmenge bis zur Ausgabe eines LAF-Sensors als Modell mittels einer Modellgleichung erstellt, welche Modellparameter enthält. Das Abgasreinigungssystem ist ausgestattet mit: einem Rückkopplungsidentifizierer (36), der Parameterwerte identifiziert, so dass der Fehler zwischen dem Ausgabewert des LAF-Sensors und dem geschätzten Wert für die LAF-Sensorausgabe, wie aus der Modellgleichung erhalten, minimiert wird; sowie einen Stöchiometrischer-Betriebsmodus-Controller (37). Der Controller (37) führt eine Rückkopplungsregelung aus und bestimmt hierdurch die Kraftstoffeinspritzmenge derart, dass im stöchiometrischen Betriebsmodus das Äquivalenzverhältnis, wie aus den Parametern errechnet, einen Sollwert erreicht, der so gesetzt ist, dass in einem Unter-Motor-Katalysator eine Drei-Wege-Reinigungsreaktion stattfindet. Der Identifizierer (36) identifiziert die Modellparameter, bevor durch den Controller (37) die Rückkopplungsregelung eingeleitet wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Das Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor reinigt KW (Kohlenwasserstoffe), CO (Kohlenmonoxid) und NOx (Stickoxide), die im Abgas des Motors enthalten sind. Für Abgasreinigungssysteme sind jene üblich geworden, die Reaktionen an verschiedenen Typen von Katalysatoren nutzen, die in dem Auslasskanal vorgesehen sind, um die oben erwähnten Drei-Wege-Komponenten im Abgas zu reinigen. In den Katalysatoren, die das Abgas reinigen, sind verschiedene Katalysatoren vorgeschlagen worden, die unterschiedliche Funktionen haben, wie etwa ein Oxidationskatalysator (DOC (Dieseloxidations-Katalysator)), Drei-Wege-Katalysator (TWC (Three-Way Catalyst)), NOx-Speicherreduktions-Katalysator (NSC (NOx-Speicherkatalysator) und Selektiver Reduktionskatalysator (SCR-Katalysator (Selektiver katalytischer Reduktionskatalysator).
  • Der Oxidationskatalysator hat eine Oxidationsfunktion zum Reinigen von KW und CO, indem veranlasst wird, dass die Oxidationsreaktion von KW und CO unter Abgas stattfindet, in dem das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs mager gemacht ist, um überschüssigen Sauerstoff aufzunehmen (Abgas mit magerem Äquivalenzverhältnis). Darüber hinaus enthält dieser Oxidationskatalysator auch eine Drei-Wege-Reinigungsfunktion, wodurch die Oxidationsreaktion von KW und CO und die Reduktionsreaktion von NOx gleichzeitig mit hoher Effizienz unter Abgas stattfinden, in dem das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs stöchiometrisch gemacht ist (Abgas mit stöchiometrischem Äquivalenzverhältnis). Der Drei-Wege-Katalysator entspricht einem Katalysator, der hergestellt wird, indem ein Sauerstoff-Speichermaterial (OSC-Material) zum oben erwähnten Oxidationskatalysator hinzugefügt wird, und wenn man dies mit dem oben erwähnten Oxidationskatalysator vergleicht, wird das Drei-Wege-Reinigungsfenster, d. h. die Äquivalenzverhältnis-Breite, welche die Drei-Wege-Reinigungsfunktion aufzeigt, breiter. Dieser Effekt ergibt sich aus der Breite der Katalysator-internen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Fluktuation relativ zur Fluktuation des Vor-Katalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, die durch den Sauerstoff-Speichereffekt des OSC-Materials abnimmt.
  • Der selektive Reduktionskatalysator reduziert NOx in der Gegenwart eines Reduktionsmittels, das extern zugeführt wird, wie etwa NH3 oder KW, oder im Abgas existiert. Der NOx-Speicherreduktions-Katalysator speichert NOx im Abgas unter Abgas mit magerem Äquivalenzverhältnis, und reduziert das NOx, das unter Abgas mit stöchiometrischem oder fetteren als stöchiometrischem Äquivalenzverhältnis gespeichert wird, mit Hilfe des Reduktionsmittels. Das Abgasreinigungssystem eines Motors basierend auf Magerverbrennung, wie etwa eines Magerverbrennungs-Benzinmotors oder Dieselmotors, verwendet häufig einen Katalysator, der DeNOx-Katalysator genannt wird, wie etwa diesen selektiven Reduktionskatalysator oder NOx-Speicherreduktions-Katalysator, um die NOx-Reinigungsleistung unter Abgas mit magerem Äquivalenzverhältnis sicherzustellen, durch Kombination mit dem vorgenannten Oxidationskatalysator oder Drei-Wege-Katalysator.
  • Das Patentdokument 1 zeigt ein Abgasreinigungssystem, das unter den obigen Katalysatoren den NOx-Speicherreduktions-Katalysator und den Drei-Wege-Katalysator kombiniert. Dieses Abgasreinigungssystem setzt das Äquivalenzverhältnis auf stöchiometrisch, bevor der NOx-Speicherreduktions-Katalysator die Aktivierung erreicht, und reinigt die Drei-Wege-Komponenten des Abgases hauptsächlich mit Hilfe des Drei-Wege-Katalysators. Darüber hinaus setzt dieses Abgasreinigungssystem das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs auf mager, nachdem der NOx-Speicherreduktions-Katalysator die Aktivierung erreicht hat, und reinigt KW und CO mit dem Drei-Wege-Katalysator, und reinigt auch NOx mit Hilfe des NOx-Speicherreduktions-Katalysators.
    Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2009-293585 .
  • Gemäß dem obigen Abgasreinigungssystem von Patentdokument 1 ist es möglich, die Drei-Wege-Komponenten im Abgas sowohl während Magerbetrieb, in dem das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs auf mager geregelt wird, als auch während stöchiometrischem Betrieb, in dem das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs auf stöchiometrisch geregelt wird, zu reinigen. Jedoch wird bei dem System, das die Drei-Wege-Reinigungsfunktion auf diese Weise intermittierend verwendet, eine präzise Durchführung der Äquivalenzverhältnis-Regelung wichtig, insbesondere während des stöchiometrischen Betriebs, wie nachfolgend erläutert. Jedoch wird dieser Punkt in Patentdokument 1 nicht ausreichend berücksichtigt.
  • Wenn man zunächst annimmt, dass es nicht möglich ist, das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs präzise auf stöchiometrisch zu regeln, muss ein Drei-Wege-Katalysator, der eine ausreichende Menge von OSC-Material und ein ausreichend breites Reinigungsfenster enthält, in dem Katalysator verwendet werden, um die Drei-Wege-Reinigungsfunktion zu erfüllen. Wenn darüber hinaus der Gehalt des OSC-Materials auf diese Weise zunimmt, erhöht dies nicht nur proportional die Kosten, sondern es entsteht auch der nachteilige Effekt, dass die Oxidationsleistung für KW und CO unter Abgas mit magerem Äquivalenzverhältnis absinkt. Wenn darüber hinaus der Gehalt des OSC-Materials erhöht wird, wird, da der am OSC-Material während des Magerbetriebs gespeicherte Sauerstoff auch überschüssig wird, die Zeit, die erforderlich ist, bis das OSC-Material die Sauerstoff-Freisetzung beendet, wenn das Vor-Katalysator-Luft/Kraftstoff-Verhältnis von mager auf stöchiometrisch geändert wird, d. h. die Zeit, die erforderlich ist, die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Umgebung an dem Katalysator von mager zu stöchiometrisch umschaltet, länger, und daher entsteht auch der nachteilige Effekt, dass die erforderliche Zeit, bis die NOx-Reinigungsrate ansteigt, länger wird. Es sollte angemerkt werden, dass, obwohl daran gedacht wurde, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzufetten, um die Sauerstoff-Freisetzzeit des OSC-Materials zu verkürzen, in diesem Fall die Emissionsmenge von KW und CO stromab des Katalysators zunimmt.
  • Darüber hinaus nimmt für einen DeNOx-Katalysator, wie etwa einen allgemeinen NOx-Speicherreduktions-Katalysator oder einen selektiven Reduktionskatalysator, die NOx-Reinigungsleistung während Hochlastbetrieb ab, so dass das Abgasvolumen zunimmt und die Abgastemperatur ansteigt. Aus diesem Grund ist daran gedacht worden, auch während Hochlastbetrieb einen stöchiometrischen Betrieb durchzuführen, und die Drei-Wege-Reinigungsfunktion des Drei-Wege-Katalysators unter Abgas mit stöchiometrischem Äquivalenzverhältnis zu verwenden, um die Abnahme der Reinigungsleistung des DeNOx-Katalysators zu kompensieren. Da jedoch während dieses Hochlastbetriebs das Reinigungsfenster des Drei-Wege-Katalysators auch schmaler wird, ist immer noch eine hochpräzise Äquivalenzverhältnis-Regelung notwendig, um eine ausreichende Drei-Wege-Reinigungsleistung zu erzielen.
  • Die vorliegende Erfindung ist unter Berücksichtigung der obigen Punkte durchgeführt worden, und ihre Aufgabe ist es, ein Abgasreinigungssystem bereitzustellen, das Abgas sowohl während Magerbetrieb als auch während stöchiometrischem Betrieb reinigen kann, indem das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs mit hoher Präzision von mager zu stöchiometrisch geregelt wird.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Von der Erfindung zu lösende Probleme
  • Ein Abgasreinigungssystem (zum Beispiel das später beschriebene Abgasreinigungssystem 2, 2A) eines Verbrennungsmotors (zum Beispiel des später beschriebenen Motors 1) gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der unter einer vorbestimmten Bedingung zwischen einem Mager-Betriebsmodus zum Setzen eines Äquivalenzverhältnisses des Luft/Kraftstoff-Gemischs auf mager und einem stöchiometrischen Betriebsmodus zum Setzen eines Äquivalenzverhältnisses des Luft/Kraftstoff-Gemischs auf stöchiometrisch umschaltet, enthält: eine katalytische Reinigungsvorrichtung (zum Beispiel die später beschriebene katalytische Reinigungsvorrichtung 4, 4A), die an einem Auslasskanal (zum Beispiel dem später beschriebenen Auslasskanal 11) des Motors angeordnet ist und die zumindest einen Katalysator enthält, an dem eine Drei-Wege-Reinigungsfunktion und eine NOx-Reinigungsfunktion im Mager-Betriebsmodus stattfinden (zum Beispiel der direkt stromabwärtige Katalysator des direkt stromabwärtigen katalytischen Wandlers 41, der Unter-Boden-Katalysator des katalytischen Unter-Boden-Wandlers 42, 42A, der Katalysator, der diesen direkt stromabwärtigen Katalysator und den Unter-Boden-Katalysator integriert, etc., später beschrieben); ein Abgasssensor (zum Beispiel der später beschriebene LAF-Sensor 21), der ein Äquivalenzverhältnis des Abgases erfasst; eine Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinheit (zum Beispiel die später beschriebene ECU 3, 3A), die eine Kraftstoffeinspritzmenge des Motors bestimmt; sowie eine Parameter-Identifizierungseinheit (zum Beispiel die ECU 3, 3A, der später beschriebene Rückkopplungsidentifizierer 35), die ein Modell eines Systems von einem Parameter in Bezug auf die Kraftstoffeinspritzmenge zu einem Parameter in Bezug auf eine Ausgabe des Abgassensors mit einer Modellformel erstellt, die Modellparameter (A, B) enthält, und die Werte der Modellparameter (A, B) identifiziert, um einem Fehler (E_id) zwischen einem aus der Modellformel erhaltenen geschätzten Wert (φlaf_hat) des Parameters in Bezug auf die Ausgabe des Abgassensors und einem Wert (φlaf) des Parameters in Bezug auf die Ausgabe des Abgassensors zu minimieren. Die Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinheit bestimmt die Kraftstoffeinspritzmenge (Gfuel) derart, dass das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs, basierend auf einer vom Fahrer angeforderten Antriebskraft (Tdrv) im Mager-Betriebsmodus mager wird, und bestimmt die Kraftstoffeinspritzmenge (Gfuel) durch Ausführen einer Rückkopplungsregelung, so dass ein mittels der Modellparameter (A, B) berechneter Wert eines Äquivalenzverhältnis-Parameters (φexp) einen Sollwert (φtrgt) erreicht, der so gesetzt ist, dass die Drei-Wege-Reinigungsfunktion an dem Katalysator im stöchiometrischen Betriebsmodus stattfindet. Die Parameter-Identifizierungseinheit identifiziert die Werte der Modellparameter, um den Fehler zu minimieren, bevor die Rückkopplungsregelung beginnt. Hierbei können die Parameter, die sich auf die Kraftstoffeinspritzmenge und die Ausgabe des LAF-Sensors beziehen, zusätzlich zur Kraftstoffeinspritzmenge und Ausgabe des LAF-Sensors selbst, physikalische Größen beinhalten, die durch vorbestimmte arithmetische Ausdrücke aus der Kraftstoffeinspritzmenge und der Ausgabe des LAF-Sensors erhalten werden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt ist es in diesem Fall bevorzugt, dass die Werte der Modellparameter (A, B) berechnet werden aus Referenzwerten (Abs, Bbs), die aus einem Parameter (Regr_trgt) in Bezug auf eine AGR-Rate basierend auf einem vorbestimmten arithmetischen Ausdruck berechnet werden, und Korrekturwerten (dA, dB), die als Modellbildungsfehler dienen, und dass die Parameter-Identifizierungseinheit die Korrekturwerte (Abs, Bbs) der Modellparameter berechnet, um den Fehler (E_id) zwischen dem Ausgabewert (φlaf) des Abgassensors und dem geschätzten Wert (φlaf_hat) der Ausgabe des Abgassensors, der aus der Modellformel erhalten wird, zu minimieren.
  • Gemäß einem dritten Aspekt ist es in diesem Fall bevorzugt, dass die Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinheit die Rückkopplungsregelung demgemäß startet, dass der Ausgabewert (φlaf) des Abgassensors einen Startschwellenwert (φfb) überschreitet, nachdem der Betriebsmodus des Motors vom Mager-Betriebsmodus zum stöchiometrischen Betriebsmodus umgeschaltet hat.
  • Ein Abgasreinigungssystem (zum Beispiel das später beschriebene Abgasreinigungssystem 2, 2A) eines Verbrennungsmotors (zum Beispiel des später beschriebenen Motors 1) gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der unter einer vorbestimmten Bedingung zwischen einem Mager-Betriebsmodus zum Setzen eines Äquivalenzverhältnisses des Luft/Kraftstoff-Gemischs auf mager und einem stöchiometrischen Betriebsmodus zum Setzen des Äquivalenzverhältnisses des Luft/Kraftstoff-Gemischs auf stöchiometrisch umschaltet, enthält: eine katalytische Reinigungsvorrichtung (z. B. die später beschriebene katalytische Reinigungsvorrichtung 4, 4A), die an einem Auslasskanal (zum Beispiel dem später beschriebenen Auslasskanal 11) des Motors angeordnet ist und die zumindest einen Katalysator enthält, an dem eine Drei-Wege-Reinigungsreaktion und eine NOx-Reinigungsreaktion im Mager-Betriebsmodus stattfinden (zum Beispiel der direkt stromabwärtige Katalysator des direkt stromabwärtigen katalytischen Wandlers 41, der Unter-Boden-Katalysator des katalytischen Unter-Boden-Wandlers 42, 42A, der diesen direkt stromabwärtigen Katalysator und Unter-Boden-Katalysator integrierende Katalysator, etc., später beschrieben); einen Abgassensor (zum Beispiel der später beschriebene LAF-Sensor 21), der ein Äquivalenzverhältnis des Abgases erfasst; eine AGR-Vorrichtung (zum Beispiel die später beschriebene AGR-Vorrichtung 5), die ein Teil des Abgases im Auslasskanal zu einem Einlasskanal (zum Beispiel dem später beschriebenen Einlasskanal 12) des Motors als AGR-Gas rückführt; eine AGR-Gasmengen-Bestimmungseinheit (zum Beispiel die später beschriebene ECU 3, 3A), die eine Menge des AGR-Gases bestimmt; eine Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinheit (zum Beispiel die später beschriebene ECU 3, 3A), die eine Kraftstoffeinspritzmenge des Motors bestimmt; sowie eine Parameter-Identifizierungseinheit (zum Beispiel die ECU 3, 3A, der später beschriebene Rückkopplungsidentifizierer 35), die ein Modell eines Systems von einem Parameter in Bezug auf die Kraftstoffeinspritzmenge zu einem Parameter in Bezug auf eine Ausgabe des Abgassensors mit einer Modellformel erstellt, die Modellparameter (A, B) enthält, und die Werte der Modellparameter (A, B) identifiziert, um einen Fehler zwischen einem aus der Modellformel erhaltenen geschätzten Wert (φlaf_hat) des Parameters in Bezug auf die Ausgabe des Abgassensors und einem Wert (φlaf) des Parameters in Bezug auf die Ausgabe des Abgassensors zu minimieren. Die Werte der Modellparameter (A, B) werden aus Referenzwerten (Abs, Bbs) berechnet, die aus einem Parameter (Regr_trgt) in Bezug auf eine AGR-Rate basierend auf einem vorbestimmten arithmetischen Ausdruck berechnet werden, sowie Korrekturwerten (dA, dB), die als Modellbildungsfehler dienen. Die Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinheit bestimmt die Kraftstoffeinspritzmenge (Gfuel) durch Ausführen einer Rückkopplungsregelung, so dass ein Wert des Äquivalenzverhältnis-Parameters (φexp), der mittels der Modellparameter berechnet wird, einen Sollwert (φtrgt) erreicht, der so gesetzt wird, dass die Drei-Wege-Reinigungsfunktion an dem Katalysator im stöchiometrischen Betriebsmodus stattfindet. Die AGR-Gasmengen-Bestimmungseinheit bestimmt die AGR-Gasmenge (Gegr_trgt), um einen Zustand beizubehalten, in dem das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs im Mager-Betriebsmodus mager ist, und bestimmt die AGR-Gasmenge (Gegr_trgt) derart, dass das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs relativ zur Kraftstoffeinspritzmenge (Gfuel), die durch die Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinheit im stöchiometrischen Betriebsmodus bestimmt wird, stöchiometrisch ist.
  • Gemäß einem fünften Aspekt ist es bevorzugt, dass das Abgasreinigungssystem ferner enthält: eine Teileinspritzmengen-Bestimmungseinheit (zum Beispiel die später beschriebene ECU 3, 3A), die eine Gesamtkraftstoffeinspritzmenge (Gfuel) in zumindest zwei unterteilt, als Haupteinspritzmenge (Gf_m), die eine bei einer Haupteinspritzung einzuspritzende Kraftstoffmenge ist, die in der Nähe vom oberen Totpunkt durchgeführt wird, und eine Nacheinspritzmenge (Gf_a), die eine als Nacheinspritzung einzuspritzende Kraftstoffmenge ist, welche im Arbeitstakt durchgeführt wird, wobei die Gesamtkraftstoffeinspritzmenge die Kraftstoffeinspritzmenge (Gfuel) ist, die von der Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinheit bestimmt wird, wobei der Verbrennungsmotor ein Dieselmotor ist, und die Teileinspritzmengen-Bestimmungseinheit die Gesamtkraftstoffeinspritzmenge in die Haupteinspritzmenge und die Nacheinspritzmenge aufteilt, um die vom Fahrer angeforderte Antriebskraft (Tdrv) im stöchiometrischen Betriebsmodus zu aktualisieren.
  • Gemäß einem sechsten Aspekt ist es in diesem Fall bevorzugt, dass die Teileinspritzmengen-Bestimmungseinheit vorläufige Werte (Gf_m_tmp, Gf_a_tmp) der Haupteinspritzmenge und der Nacheinspritzmenge berechnet, um die angeforderte Antriebskraft unter einer gegebenen Einspritzzeitgebung (θm_tmp) zu aktualisieren; die vorläufigen Werte der Haupteinspritzmenge und der Nacheinspritzmenge als definitive Werte setzt, wenn der vorläufige Wert (Gf_a_tmp) der Nacheinspritzmenge kleiner als ein vorbestimmter Maximalwert (Gf_a_max) ist; und falls der vorläufige Wert der Nacheinspritzmenge größer als der Maximalwert ist, die Einspritzzeit der Haupteinspritzung von einer gegebenen Einspritzzeit zur verzögerten Seite hin korrigiert, dann die Haupteinspritzmenge und die Nacheinspritzmenge berechnet und als die definitiven Werte setzt, um die angeforderte Antriebskraft mit der so korrigierten Einspritzzeitgebung zu aktualisieren.
  • Gemäß einem siebten Aspekt ist es in diesem Fall bevorzugt, dass die katalytische Reinigungsvorrichtung einen ersten katalytischen Wandler mit einem ersten Katalysator, an dem zumindest eine Drei-Wege-Reinigungsreaktion stattfindet, und einen zweiten katalytischen Wandler mit einem zweiten Katalysator, an dem zumindest eine NOx-Reinigungsreaktion während des Mager-Betriebsmodus stattfindet, enthält, und der zweite katalytische Wandler weiter an einer stromabwärtigen Seite als der erste katalytische Wandler angeordnet ist.
  • Gemäß einem achten Aspekt ist es in diesem Fall bevorzugt, dass die Parameter-Identifizierungseinheit die Werte der Modellparameter identifiziert, um den Fehler zu minimieren, bevor die Rückkopplungsregelung beginnt, nachdem ein Betriebsmodus des Motors von Mager-Betriebsmodus zum stöchiometrischen Betriebsmodus umschaltet.
  • Effekte der Erfindung
  • Gemäß dem ersten Aspekt bestimmt zuerst im Mager-Betriebsmodus die Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinheit die Kraftstoffeinspritzmenge derart, dass das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs mager wird, um das NOx im Abgas zu reinigen, unter Verwendung der NOx-Reinigungsreaktion mit Hilfe des katalytischen Reinigungsvorrichtung. Dann definiert, im stöchiometrischen Betriebsmodus, die Parameter-Identifizierungseinheit die Modellformel des Systems von einem Parameter, der sich auf die Kraftstoffeinspritzmenge bezieht, bis zu einem Parameter, der sich auf die Ausgabe des Abgassensors bezieht, und identifiziert die Modellparameter der Modellformel derart, dass der Fehler zwischen dem geschätzten Wert des Parameters in Bezug auf die Ausgabe des Abgassensors, der aus dieser Modellformel erhalten wird, und dem Wert des Parameters in Bezug auf die Ausgabe des Abgassensors ein Minimum erreicht. Andererseits bestimmt die Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinheit die Kraftstoffeinspritzmenge durch Ausführung einer Rückkopplungsregelung zum Regeln des Werts des Äquivalenzverhältnis-Parameters, der mit Hilfe der identifizierten Modellparameter erhalten wird, auf einen Sollwert, der so bestimmt ist, dass die Drei-Wege-Reinigungsreaktion an dem Katalysator stattfindet. Darüber hinaus identifiziert in diesem Fall die Parameter-Bestimmungseinheit die Werte dieser Modellparameter früher als bei Beginn der Rückkopplungsregelung, unter Verwendung der oben erwähnten Modellparameter mit Hilfe der Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinheit.
  • Hierin wird, in Bezug auf die Vorteile des Abgasreinigungssystems der vorliegenden Erfindung, das die obige Äquivalenzverhältnis-Regelung des Verbrennungsmotors durchführt, sie mit einem herkömmlichen System verglichen, das die Kraftstoffeinspritzmenge mittels eines bekannten Rückkopplungsreglers bestimmt, mit der Abweichung zwischen dem Ausgabewert des Abgassensors und dem festgestellten Sollwert, so dass die Drei-Wege-Reinigungsreaktion in dem Katalysator stattfindet, als der Eingabe während des stöchiometrischen Betriebsmodus. Mit dem herkömmlichen System, das die Kraftstoffeinspritzmenge einfach basierend auf der abweichenden Eingabe des Abgassensors bestimmt, kommt es, da eine Kompensationsverzögerung für die Abweichung unvermeidbar ist, zu einem überschießenden und schwingenden Verhalten im Ausgangssignal des Abgassensors, und es ist Zeit erforderlich, bis die Drei-Wege-Reinigungsreaktion im stöchiometrischen Betriebsmodus zu laufen beginnt, und währenddessen die NOx-Reinigungsrate absinkt.
  • Im Gegensatz hierzu bestimmt, während des stöchiometrischen Betriebsmodus, das Abgasreinigungssystem der vorliegenden Erfindung die Modellparameter derart, dass der geschätzte Wert gemäß dem Modell und der Ausgabewert des Abgassensors übereinstimmen, und bestimmt dann die Kraftstoffeinspritzmenge mittels dieser Modellparameter. In anderen Worten, die Kraftstoffeinspritzmenge wird unabhängig von der Abweichungseingabe des Abgassensors in dem herkömmlichen System bestimmt. Aus diesem Grund ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs mit hoher Präzision zu regeln, ohne ein überschießendes oder schwingendes Verhalten zu bewirken, das in der aktuellen Ausgabe des Abgassensors auftritt. Weil es daher beim Umschalten zum stöchiometrischen Betriebsmodus möglich gemacht wird, dass die Drei-Wege-Reinigungsreaktion an dem Katalysator rasch fortschreitet, kann die NOx-Reinigungsrate hoch gehalten werden. Darüber hinaus identifiziert die Parameter-Identifizierungseinheit die Werte der Modellparameter, die in der oben erwähnten Rückkopplungsregelung verwendet werden, schon vor dem Beginn der Rückkopplungsregelung. Es wird daher möglich, diesen Modellbildungsfehler in den Modellparametern widerzuspiegeln, bevor die oben erwähnte Rückkopplungsregelung startet, in dem Fall, dass eine individuelle Variation und Alterung in den Vorrichtungen auftritt, die das System von der Kraftstoffeinspritzmenge bis zur Ausgabe des Abgassensors darstellen (Kraftstoffeinspritzventile, AGR-Vorrichtung, Luftströmungsmesser, etc.), und daher diesen Fehler, der in dem aktuellen System und Modell auftritt. Auch in einem solchen Fall, dass eine individuelle Variation und Alterung in den oben erwähnten Vorrichtungen auftritt, ist es daher möglich, das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs durch Anpassung daran mit hoher Präzision zu regeln.
  • Gemäß dem zweiten Aspekt tritt in dem Fall individueller Variation und Alterung, die in den Vorrichtungen in Bezug auf die Einleitung von AGR-Gas auftritt, eine Dauerzustandabweichung in der eingeführten Menge des AGR-Gases während des stöchiometrischen Betriebsmodus auf, und dies könnte als Ergebnis zu einer Abnahme der NOx-Reinigungsrate im stöchiometrischen Betriebsmodus führen. Mit dem Abgasreinigungssystem der vorliegenden Erfindung besteht insbesondere während des stöchiometrischen Betriebsmodus eine Tendenz, dass das AGR-Gas im Überschuss eingeführt wird, um das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs stöchiometrisch zu machen, und dass der Einfluss der Regelergebnisse durch die individuelle Variation etc., der oben erwähnten Vorrichtungen groß ist. Daher sind in der vorliegenden Erfindung die Werte der Modellparameter so konfiguriert, dass sie durch Referenzwerte berechnet werden, die aus dem Parameter in Bezug auf die AGR-Rate und die Korrekturwerte davon berechnet werden, und sind so konfiguriert, dass sie den Einfluss von der individuellen Variation etc., der oben erwähnten Vorrichtungen in den Korrekturwerten der Modellparameter widerspiegeln. Daher ist es auch in einem Fall einer individuellen Variation etc., die in den oben erwähnten Vorrichtungen auftritt, möglich, das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs mit hoher Präzision zu regeln, in dem der Wert des Modellparameters in Anpassung darauf eingestellt wird.
  • Um oben gemäß dem dritten Aspekt das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs von mager auf stöchiometrisch zu regeln, ist es erforderlich, die Kraftstoffeinspritzmenge drastisch zu erhöhen. Wenn jedoch die Kraftstoffeinspritzmenge in kurzer Zeit drastisch erhöht wird, könnte es zu einer ungewünschten Drehmomentveränderung kommen. In der vorliegenden Erfindung schaltet der Betriebsmodus vom Mager-Betriebsmodus zum stöchiometrischen Betriebsmodus, wobei dann die Rückkopplungsregelung nach Abwarten gestartet wird, dass der Ausgabewert des Abgassensors den Startschwellenwert überschreitet, und der Wert des Äquivalenzverhältnis-Parameters auf den oben erwähnten Sollwert geregelt wird. Es ist daher möglich, eine plötzliche Zunahme der Kraftstoffeinspritzmenge zu vermeiden und somit eine ungewünschte Drehmomentänderung zu vermeiden. Darüber hinaus werden die Werte der Modellparameter identifiziert, bis die Rückkopplungsregelung in der oben erwähnten Weise startet. Daher ist es durch Abwarten auf den Start der Rückkopplungsregelung auf diese Weise möglich, die Identifikationspräzision der Modellparameter anzuheben und das Äquivalenzverhältnis mit hoher Präzision und direkt nach dem Start der Rückkopplungsregelung zu regeln.
  • Gemäß dem vierten Aspekt bestimmt zuerst im Mager-Betriebsmodus die AGR-Gasmengen-Bestimmungseinheit die AGR-Gasmenge derart, dass unter Verwendung der NOx-Reinigungsreaktion mit Hilfe des Katalysators ein Zustand, in dem das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs mager ist, beibehalten wird, um das NOx im Abgas zu reinigen. Dann definiert im stöchiometrischen Betriebsmodus die Parameter-Identifizierungseinheit die Modellformel des Systems von dem Parameter in Bezug auf die Kraftstoffeinspritzmenge bis zu dem Parameter in Bezug auf die Ausgabe des Abgassensors, und identifiziert dann die Modellparameter der Modellformel derart, dass der Fehler zwischen dem geschätzten Wert der Ausgabe des Abgassensors, der aus dieser Modellformel erhalten wird, und dem Ausgabewert des Abgassensors ein Minimum erreicht. Darüber hinaus ist sie so konfiguriert, dass die Werte dieser Modellparameter aus den Referenzwerten berechnet werden, die aus dem Parameter in Bezug auf die AGR-Rate berechnet werden, und den Korrekturwerten davon, und sie ist so konfiguriert, dass sie den Einfluss von der individuellen Variation etc., der AGR-Vorrichtung in der vorerwähnten Weise in den Korrekturwerten der Modellparameter widerspiegelt. Dann bestimmt die Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinheit die Kraftstoffeinspritzmenge durch Ausführung einer Rückkopplungsregelung, um den Wert des Äquivalenzverhältnis-Parameters, der aus den Modellparameter berechnet ist, auf den festgestellten Sollwert zu bringen, so dass die Drei-Wege-Reinigungsreaktion fortschreitet, und die AGR-Gasmengen-Bestimmungseinheit die AGR-Gasmenge so bestimmt, dass das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs, in Bezug die auf diese Weise bestimmte Kraftstoffeinspritzmenge, stöchiometrisch wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es hierdurch möglich, das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs mit hoher Präzision zu regeln, ohne in der Ausgabe des Abgassensors ein überschießendes oder schwingendes Verhalten hervorzurufen. Da dies rasch gemacht werden kann, so dass die Drei-Wege-Reinigungsreaktion am Katalysator stattfindet, kann daher beim Umschalten zum stöchiometrischen Betriebsmodus die NOx-Reinigungsrate hoch gehalten werden. Darüber hinaus besteht mit dem Abgasreinigungssystem der vorliegenden Erfindung, während des stöchiometrischen Betriebsmodus, eine Tendenz, das AGR-Gas im Überschuss eingeleitet wird, um das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs stöchiometrisch zu machen, und der Einfluss der Abweichung vom Sollwert der AGR-Gasmenge auf das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs groß wird. Im Gegensatz hierzu ist sie in der vorgenannten Weise so konfiguriert, dass die Werte dieser Modellparameter aus den Referenzwerten, die aus dem Parameter in Bezug auf die AGR-Rate berechnet werden, und den Korrekturwerten davon berechnet werden, und sie ist so konfiguriert, dass sie den Einfluss von individueller Variation etc., der oben erwähnten Vorrichtungen in den Korrekturwerten der Modellparameter widerspiegelt. Auch im Falle der individuellen Variation etc., die in den oben erwähnten Vorrichtungen auftritt, wird daher eine hochpräzise Äquivalenzverhältnis-Regelung möglich, da die Werte der Modellparameter hierdurch in Anpassung daran eingestellt werden können.
  • Gemäß dem fünften Aspekt teilt die Teileinspritzmengen-Bestimmungseinheit die gesamte Kraftstoffeinspritzmenge, die durch die Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinheit bestimmt wird, in die Haupteinspritzmenge und die Nacheinspritzmenge auf, so dass im stöchiometrischen Betriebsmodus die vom Fahrer angeforderte Antriebskraft realisiert wird. Im stöchiometrischen Betriebsmodus wird es hierdurch möglich, die gesamte Kraftstoffeinspritzmenge derart zu bestimmen, dass die Drei-Wege-Reinigungsreaktion mit Hilfe der oben erwähnten Rückkopplungsregelung stattfindet, während das Motordrehmoment den Anforderungen des Fahrer mit hoher Präzision folgt. In anderen Worten, im stöchiometrischen Betriebsmodus ist es möglich, Abgas zu reinigen, ohne die Antriebsleistung des Fahrzeugs zu beeinträchtigen.
  • Gemäß dem sechsten Aspekt berechnet die Teileinspritzmengen-Bestimmungseinheit die Haupteinspritzmenge und die Nacheinspritzmenge derart, dass die angeforderte Antriebskraft realisiert wird, vorübergehend als vorläufige Werte, und bestimmt in dem Fall, dass der vorläufige Wert der Nacheinspritzmenge größer als ein vorbestimmter Maximalwert ist, bei der Einstellung der Einspritzzeit der Haupteinspritzung zur verzögerten Seite hin und einer Konfiguration, um die Haupteinspritzung so auszuführen, dass die Verbrennungseffizienz beabsichtigt abnimmt, die Haupteinspritzmenge und die Nacheinspritzmenge erneut. Hierdurch lässt sich vermeiden, dass die Nacheinspritzmenge zu stark wird, die KW-Emissionsmenge zunimmt und eine Ölverdünnung stattfindet, während das Motordrehmoment den Anforderungen des Fahrers mit hoher Präzision folgt.
  • Gemäß dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine katalytische Reinigungsvorrichtung mit einem ersten Katalysator und einem zweiten katalytischen Wandler als einzelne Körper konfiguriert, und sieht den zweiten katalytischen Wandler an der stromabwärtigen Seite vom ersten katalytischen Wandler vor, der eine relativ niedrige Temperatur hat. Hierdurch wird es möglich, die Temperatur der ersten und zweiten katalytischen Wandler zu Temperaturen zu machen, die für die Ausführung ihrer Funktionen geeignet sind.
  • Gemäß dem achten Aspekt ist es auch in einem Fall, dass eine individuelle Variation oder Alterung stattfindet, möglich, das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs mit hoher Präzision in Anpassung daran zu regeln, indem die Werte der Modellparameter, die bei der Rückkopplungsregelung verwendet werden, mit Hilfe der Parameter-Identifizierungseinheit identifiziert werden, bevor die Rückkopplungsregelung in der vorgenannten Weise startet. In der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die oben erwähnten Effekte zu erzielen, ohne immer eine Berechnung in der Parameter-Identifizierungseinheit durchzuführen, indem die Identifikation des Werts der Modellparameter mit Hilfe der Parameter-Identifizierungseinheit gestartet wird, unter Verwendung der Zeit ab dem Umschalten des Betriebsmodus vom Mager-Betriebsmodus zum stöchiometrischen Betriebsmodus, bis die Rückkopplungsregelung gestartet wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Motors und eines Abgasreinigungssystems gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 ist ein Graph, der die Temperaturcharakteristik der NOx-Reinigungsleistung eines die NOx-Reinigung durchführenden Unterboden-Katalysators unter Abgas mit mageren Äquivalenzverhältnis zeigt;
  • 3 ist eine erste Ansicht, die das Konzept der Äquivalenzverhältnis-Regelung der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 4 ist eine zweite Ansicht, die das Konzept der Äquivalenzverhältnis-Regelung der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 5 ist eine dritte Ansicht, die das Konzept der Äquivalenzverhältnis-Regelung der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 6 ist eine Ansicht, die ein Teil eines Hauptflussdiagramms zeigt, das die Sequenz der Äquivalenzverhältnis-Regelung zeigt;
  • 7 ist ein Flussdiagramm, das eine Sequenz einer Modus-Bestimmungssteuerung zeigt;
  • 8 ist ein Flussdiagramm, das eine Sequenz der AGR-Regelung zeigt;
  • 9 ist ein Blockdiagramm in Bezug auf die Ausführung der Kraftstoffeinspritzsteuerung;
  • 10 ist ein Graph, der ein Beispiel von Einspritzmustern im Mager-Betriebsmodus und stöchiometrischen Betriebsmodus zeigt;
  • 11 zeigt Graphen, die das Konzept der Äquivalenzverhältnis-Regelung darstellen, welche durch einen adaptiven Stöchiometrie-Controller realisiert wird;
  • 12 zeigt Graphen, die Simulationsergebnisse des adaptiven Stöchiometrie-Controllers zeigen;
  • 13 zeigt Graphen, die die Simulationsergebnisse einer herkömmlichen Vorrichtung zeigen;
  • 14 zeigt Graphen, die den Einfluss zeigen, den der Schätzfehler einer Ansprech-Verzögerungscharakteristik eines LAF-Sensors auf die Steuerergebnisse ausübt;
  • 15 ist ein Graph, der ein Beispiel eines Kennfelds zur Bestimmung eines Referenzverzögerungskoeffizienten zeigt;
  • 16 ist ein Graph, der ein Setzbeispiel einer Gewichtungsfunktion zeigt;
  • 17 zeigt Graphen, die die Simulationsergebnisse eines LAF-Verzögerungskompensations-Identifizierers zeigen;
  • 18 ist ein Flussdiagramm, das die Sequenz der Kraftstoffeinspritzsteuerung zeigt;
  • 19 zeigt Graphen, die Drehmomentstufen darstellen, die bei der Kraftstoffeinspritzsteuerung auftreten können;
  • 20 ist ein Flussdiagramm, das die Sequenz der Einspritzmustersteuerung zeigt;
  • 21 ist ein Graph, der ein Beispiel eines Einspritzmusters im Mager-Betriebsmodus zeigt;
  • 22 ist ein Graph, der ein Beispiel eines Kennfelds zur Bestimmung einer Haupteinspritzzeit zeigt;
  • 23 ist ein Graph, der ein Beispiel eines Einspritzmusters im stöchiometrischen Betriebsmodus zeigt;
  • 24 ist ein Graph, der ein Beispiel eines Kennfelds zur Berechnung einer Drehmomentumwandlungseffizienz zeigt;
  • 25 ist ein Graph, der Kennfeld zur Berechnung eines Korrekturwerts der Haupteinspritzzeit zeigt;
  • 26 zeigt Graphen, die das Konzept der Drehmomentkompensationssteuerung darstellen, welche durch Ausführung der Einspritzmustersteuerung realisiert wird;
  • 27 ist ein Blockdiagramm, das die Sequenz von Berechnungen in einem Rückkopplungsidentifizierer in Bezug auf die Ausführung zeigt;
  • 28 ist ein Blockdiagramm, das die Sequenz von Operationen in einem modifizierten Beispiel des Rückkopplungsidentifizierers zeigt;
  • 29 ist ein Blockdiagramm, das durch äquivalente Transformation von
  • 28 erhalten wird;
  • 30 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines Abgasreinigungssystems für den Fall zeigt, wo der Unterboden-Katalysator als NOx-Speicherreduktions-Katalysator erstellt wird; und
  • 31 ist eine Ansicht, die ein Beispiel zeigt, das an einem Oxidationskatalysator (oder Drei-Wege-Katalysator) an einer stromaufwärtigen Seite des LAF-Sensors vorgesehen wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Motor (Verbrennungsmotor)
    11
    Auslasskanal
    12
    Einlasskanal
    2
    Abgasreinigungssystem
    21
    LAF-Sensor (Abgassensor)
    3
    ECU (Parameter-Identifizierungseinheit, Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinheit)
    31
    Kraftstoffeinspritzmengen-Berechnungseinheit (Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinheit)
    32
    Mager-Betriebsmodus-Controller (Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinheit)
    34
    Adaptiver Rückkopplungscontroller
    35
    LAF-Verzögerungskombinationsidentifizierer
    36
    Rückkopplungsidentifizierer (Parameter-Identifizierungseinheit)
    37
    Stöchiometrischer-Betriebsmodus-Controller (Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinheit)
    4
    Katalytische Reinigungsvorrichtung
    41
    Direkt-stromabwärtiger katalytischer Wandler (erster Katalysator)
    42
    katalytischer Unterbodenwandler (zweiter Katalysator)
    5
    AGR-Vorrichtung
  • BEVORZUGTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Nachfolgend wird eine Ausführung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
  • 1 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Verbrennungsmotors (nachfolgend als „Motor” bezeichnet) 1 und eines Abgasreinigungssystems 2 gemäß der vorliegenden Ausführung zeigt. Der Motor 1 ist ein solcher, der auf so genannter Magerverbrennung beruht, die das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs auf magerer als stöchiometrisch setzt, und ist insbesondere ein Dieselmotor, ein Magerverbrennungs-Benzinmotor oder dergleichen. In der vorliegenden Ausführung wird der Motor 1 als Dieselmotor erläutert.
  • Das Abgasreinigungssystem 2 ist so konfiguriert, dass es eine katalytische Reinigungsvorrichtung 4 enthält, die in einem Auslasskanal 11 des Motors 1 vorgesehen ist, eine AGR-Vorrichtung 5, die einen Anteil des durch den Auslasskanal 11 fließenden Abgases in einen Einlasskanal 12 rückführt, sowie eine elektronische Steuereinheit (nachfolgend als „ECU” bezeichnet) 3, die den Motor 1, die katalytische Reinigungsvorrichtung 4 und die AGR-Vorrichtung steuert/regelt.
  • Kraftstoffeinspritzventile (nicht dargestellt), die Kraftstoff in die jeweiligen Zylinder einspritzen, sind an dem Motor 1 vorgesehen. Ein Aktuator, der dieses Kraftstoffeinspritzventil antreibt, ist mit der ECU 3 elektromagnetisch verbunden. Die ECU 3 bestimmt eine Kraftstoffeinspritzmenge, eine Kraftstoffeinspritzzeit, etc., der Kraftstoffeinspritzventile gemäß einer später im Detail beschriebenen Sequenz, und steuert/regelt die Kraftstoffeinspritzventile derart, dass eine bestimmte Kraftstoffeinspritzsituation realisiert wird.
  • Die katalytische Reinigungsvorrichtung 4 enthält einen ersten katalytischen Wandler 41, der an einer stromaufwärtigen Seite in dem Auslasskanal 11 vorgesehen ist, einen zweiten katalytischen Wandler 42, der an einer stromabwärtigen Seite von diesem ersten katalytischen Wandler 41 vorgesehen ist, sowie eine Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung 43, die dem zweiten katalytischen Wandler 42 ein Reduktionsmittel zuführt. Der erste katalytische Wandler 41 ist unmittelbar nach dem Motor 1 im Auslasskanal 11 vorgesehen. Daher wird der erste katalytische Wandler nachfolgend als direkt stromabwärtiger katalytischer Wandler bezeichnet. Darüber hinaus ist der zweite katalytische Wandler 42 an einer vom Motor 1 getrennten Position vorgesehen, insbesondere unter dem Boden in einem Zustand, in dem das Abgasreinigungssystem 2 an einem nicht dargestellten Fahrzeug angebracht ist. Daher wird der zweite katalytische Wandler nachfolgend als katalytischer Unterbodenwandler bezeichnet. Ein Katalysator zum Begünstigen von Reaktionen zum Reinigen von Komponenten wie etwa KW, CO, NOx, die im Abgas enthalten sind, sind jeweils an dem direkt stromabwärtigen katalytischen Wandler 41 und dem katalytischen Unterbodenwandler 42 vorgesehen.
  • Ein Katalysator, der zumindest eine Drei-Wege-Reinigungsfunktion hat, wird in dem direkt stromabwärtigen Katalysator verwendet, der in dem direkt stromabwärtigen katalytischen Wandler 41 angebracht ist. Die Drei-Wege-Reinigungsfunktion bezieht sich auf eine Funktion einer Drei-Wege-Reinigungsreaktion, d. h. eine Reaktion, in der die Oxidationen von KW und CO und die Reduktion von NOx gleichzeitig ausgeführt werden, die unter Abgas mit stöchiometrischem Äquivalenzverhältnis stattfinden. Als Katalysator mit einer solchen Drei-Wege-Reinigungsfunktion kann ein Oxidationskatalysator, ein Drei-Wege-Katalysator und ein NOx-Speicherreduktions-Katalysator als Beispiel angegeben werden. Im direkt stromabwärtigen Katalysator wird bevorzugt ein beliebiger von diesen drei Katalysatoren verwendet.
  • Der Oxidationskatalysator (DOC) reinigt KW, CO und NOx gemäß der oben erwähnten Drei-Wege-Reinigungsreaktion unter Abgas mit stöchiometrischem Äquivalenzverhältnis, und reinigt KW und CO durch Oxidation unter Abgas mit magerem Äquivalenzverhältnis.
  • Der Drei-Wege-Katalysator (TWC) entspricht einem Katalysator, der durch Hinzufügen eines Sauerstoff-Speichermaterials zu diesem Oxidationskatalysator hergestellt wird. Der Drei-Wege-Katalysator und der Oxidationskatalysator haben grundlegend die gleiche Reinigungsfunktion. Jedoch zeichnet sich der Drei-Wege-Katalysator in dem Aspekt aus, dass das Drei-Wege-Reinigungsfenster breiter ist als beim Oxidationskatalysator.
  • Der NOx-Speicherreduktions-Katalysator (NSC) reinigt KW, CO und NOx mit Hilfe einer Drei-Wege-Reinigungsreaktion ähnlich dem oben erwähnten Oxidationskatalysator unter Abgas mit stöchiometrischem Äquivalenzverhältnis, und reinigt durch Speichern von NOx unter Abgas mit magerem Äquivalenzverhältnis. Es sollte angemerkt werden, dass das gespeicherte NOx freigesetzt wird, indem das Äquivalenzverhältnis des Abgases stöchiometrisch oder fetter als stöchiometrisch gesetzt wird, und mit KW reduziert wird, das im Abgas enthalten ist, das als Reduktionsmittel dient.
  • In dem am katalytischen Unterbodenwandler angebrachten Unterboden-Katalysator wird ein Katalysator verwendet, an dem die NOx-Reinigungsreaktion unter Abgas mit magerem Äquivalenzverhältnis stattfindet, worin Sauerstoff im Überschuss enthalten ist. Als Katalysator, der mit einer solchen NOx-Reinigungsleistung versehen ist, kann als Beispiel zusätzlich zum oben erwähnten NOx-Speicherreduktions-Katalysator ein selektiver Reduktionskatalysator angegeben werden.
  • Der selektive Reduktionskatalysator (SCR) reduziert NOx in der Gegenwart eines Reduktionsmittels, das von der Außenseite her zugeführt wird, wie etwa NH3 oder KW, oder in der Gegenwart von im Abgas vorhandenem KW. Es sollte angemerkt werden, dass die vorliegende Ausführung ein Beispiel erläutert, in dem der Unterboden-Katalysator als selektiver Reduktionskatalysator erstellt ist. Modifikationen im Falle der Erstellung des Unterboden-Katalysators als NOx-Speicherreduktions-Katalysator werden später erläutert.
  • Die Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung 42 enthält einen Harnstoff-Wassertank 431 und einen Harnstoff-Wasserinjektor 432. Der Harnstoff-Wassertank 431 speichert Harnstoff-Wasser, das ein Vorläufer des Reduktionsmittels (NH3) für den katalytischen Unterbodenwandler 442 ist. Der Harnstoff-Wassertank 431 ist mit dem Harnstoff-Wasserinjektor 432 über ein Harnstoff-Wasserzuführrohr 433 und eine Harnstoff-Wasserpumpe verbunden, die nicht dargestellt ist. Der Harnstoff-Wasserinjektor 432 öffnet und schließt, wenn er von einem Aktuator (nicht dargestellt) angetrieben wird, um Harnstoff-Wasser, das von dem Harnstoff-Wassertank 431 zugeführt wird, in den Auslasskanal 11 an der stromaufwärtigen Seite des katalytischen Unterbodenwandlers 42 einzuspritzen. Das vom Injektor 432 eingespritzte Harnstoff-Wasser wird im Abgas oder im katalytischen Unterbodenwandler 42 zu NH3 hydrolysiert und wird in der NOx-Reduktion verbraucht. Der Aktuator des Harnstoff-Wasserinjektors 432 ist mit der ECU 3 elektromagnetisch verbunden. Die ECU 3 berechnet die erforderliche Harnstoff-Wassereinspritzmenge in Abhängigkeit von der Ausgabe eines später beschriebenen NOx-Sensors 22, und steuert/regelt den Harnstoff-Wasserinjektor 432 derart, dass das Harnstoff-Wasser in einer Menge entsprechend dieser Einspritzmenge injiziert wird. Es sollte angemerkt werden, dass eine detaillierte Erläuterung der Harnstoff-Wassereinspritzsteuerung durch die ECU 3 weggelassen wird.
  • Die AGR-Vorrichtung 5 ist so konfiguriert, dass sie einen AGR-Kanal 51, ein AGR-Steuerventil 52, einen AGR-Kühler (nicht dargestellt), etc., enthält. Der AGR-Kanal 51 verbindet eine stromaufwärtige Seite von dem direkt stromabwärtigen katalytischen Wandler 41 im Auslasskanal 11 mit dem Einlasskanal 12. Das AGR-Steuerventil 42 ist in dem AGR-Kanal 51 vorgesehen und steuert/regelt die Abgasmenge, die über diesen AGR-Kanal in die Zylinder des Motors 1 rückgeführt wird (nachfolgend als „AGR-Gas” bezeichnet). Der Aktuator, der dieses AGR-Steuerventil 52 antreibt, ist mit der ECU 3 elektromagnetisch verbunden. Die ECU 3 berechnet einen geschätzten Wert der AGR-Gasmenge (oder AGR-Rate) und bestimmt auch einen Sollwert der AGR-Gasmenge (oder AGR-Rate) entsprechend einer im Detail später beschriebenen Sequenz, und steuert/regelt das AGR-Steuerventil derart, dass der geschätzte Wert den Sollwert einnimmt.
  • Als Sensoren zum Erfassen der Zustände des Abgasreinigungssystems 2 und des Motors 1 sind ein LAF-Sensor 21, ein NOx-Sensor 22, ein Katalysator-Temperatursensor 23, ein Kurbelwinkelstellungssensor 14, ein Gasöffnungssensor 15, ein Luftströmungssensor 16 und dergleichen mit der ECU 3 verbunden.
  • Der LAF-Sensor 21 erfasst das Äquivalenzverhältnis vom Abgas stromab von den Auslassöffnungen des Motors 1 und stromauf von dem katalytischen Unterbodenwandler 41 und sendet ein Signal an die ECU 3, das im Wesentlichen proportional zum erfassten Wert ist. Der NOx-Sensor 42 erfasst die NOx-Konzentration im Abgas an der stromabwärtigen Seite vom katalytischen Unterbodenwandler 42 und sendet an die ECU 3 ein Signal, das im Wesentlichen proportional zum erfassten Wert ist. Der Katalysator-Temperatursensor 23 erfasst die Temperatur des katalytischen Unterbodenwandlers 42 und sendet ein Signal zu der ECU 3, das im Wesentlichen proportional zum erfassten Wert ist. Der Kurbelwinkelstellungssensor 14 erfasst einen Drehwinkel der Kurbelwelle des Motors 1 und führt der ECU 3 Pulse bei jedem vorbestimmten Kurbelwinkel zu. In der ECU 3 wird die Drehzahl NE des Motors 1 basierend auf diesem Pulssignal errechnet. Der Gasöffnungssensor 25 erfasst einen Druckbetrag des Gaspedals, das nicht dargestellt ist, und sendet zur ECU 3 ein Signal, das im Wesentlichen proportional zum erfassten Wert ist. In der ECU 3 wird eine vom Fahrer angeforderte Antriebskraft Tdrv basierend auf dem Kurbelwinkelstellungssensor 14 und dem Gasöffnungssensor 15 errechnet. Der Luftströmungssensor 16 erfasst eine Strömungsrate der durch den Einlasskanal 12 fließenden Frischluft, d. h. die Frischluftmenge, die den Zylindern des Motors 1 zugeführt wird, und sendet zur ECU ein Signal, das im Wesentlichen proportional zum erfassten Wert ist.
  • Darüber hinaus ist eine Sensorabnormalitäts-Warnlampe 17 mit der ECU 3 verbunden, um den Fahrer über eine Abnormalität des LAF-Sensors 21 zu informieren. Diese Sensorabnormalitäts-Warnlampe 17 ist zum Beispiel am Instrumentenbrett des Fahrzeugs vorgesehen und leuchtet in Antwort darauf, dass bestimmt wird, dass der LAF-Sensor 21 abnormal ist (siehe Schritt S41 in 18, später beschrieben).
  • Die ECU 3 ist mit Eingangsschaltung versehen, welche Funktionen hat, wie etwa die eingegebenen Signalwellenverläufe von der Sensorart zu formen, die Spannungspegel auf vorbestimmte Pegel zu korrigieren und analoge Signalwerte in digitale Signalwerte umzuwandeln, sowie eine zentrale Prozessoreinheit (nachfolgend als „CPU” bezeichnet). Zusätzlich hierzu ist die ECU 3 mit einer Speicherschaltung versehen, die jede Art von Rechenprogramm speichert, das von der CPU ausgeführt wird, um die später beschriebene Äquivalenzverhältnis-Regelung auszuführen, Rechenergebnisse und dergleichen, sowie eine Ausgangsschaltung, die Steuersignale an die Kraftstoffeinspritzventile des Motors 1, den Harnstoff-Wasserinjektor 432, das AGR-Steuerventil 52 und dergleichen ausgibt.
  • Als nächstes wird das Konzept der Äquivalenzverhältnis-Regelung der vorliegenden Erfindung als Beispiel in Bezug auf die 2 bis 5 erläutert, um die vorgenannten Drei-Wege-Reinigungsfunktion und NOx-Reinigungsfunktion effizient auszuführen. Eine spezifische Sequenz dieser Äquivalenzverhältnis-Regelung wird im Detail in Bezug auf die 6 bis 26 erläutert.
  • 2 ist ein Graph, der die Temperaturcharakteristiken der NOx-Reinigungsleistung des die NOx-Reinigung tragenden Unterboden-Katalysators unter Abgas mit magerem Äquivalenzverhältnis zeigt. Die horizontale Achse ist die Katalysatortemperatur (°C) und die vertikale Achse ist die NOx-Reinigungsrate (%) unter Abgas mit magerem Äquivalenzverhältnis. Darüber hinaus bezeichnet die durchgehende Linie einen Fall, dass der Unterboden-Katalysator als selektiver Reduktionskatalysator (SCR-Katalysator) erstellt ist, und die gepunktete Linie bezeichnet einen Fall, wo der Unterboden-Katalysator als NOx-Speicherreduktions-Katalysator (NSC) erstellt ist. Wie in dieser Figur gezeigt, zeigen diese Unterboden-Katalysatoren eine hohe NOx-Reinigungsleistung in dem Fall, wo das Äquivalenzverhältnis des Abgases mager ist und die Katalysatortemperatur in einem geeigneten Temperaturbereich ist. Es sollte angemerkt werden, dass eine nach oben konvexe Charakteristik ähnlich 2 auch dann aufgezeigt wird, wenn die horizontale Achse das Abgasvolumen angibt (Abgasmenge pro Zeiteinheit).
  • Aus diesem Grund nehmen, während Hochlastbetrieb, in dem die Abgastemperatur ansteigt und das Abgasvolumen zunimmt, die Katalysatortemperatur und das Abgasvolumen zu, so dass sie die geeigneten Bereiche überschreiten, und daher nimmt die NOx-Reinigungsrate ab. Durch eine solche Abnahme in der NOx-Reinigungsrate während Hochlastbetrieb wird ein gewisses Ausmaß kompensiert, indem das Volumen der katalytischen Unterboden-Vorrichtung vergrößert wird, oder die Edelmetall-Beladungsmenge am Katalysator erhöht wird, oder die Beladungsmenge des Reduktionsreaktionsmaterials, wie etwa Zeolit; jedoch nehmen die Kosten proportional zu und werden die Installationseigenschaften einer Vorrichtung schlechter. Die Äquivalenzverhältnis-Regelung der vorliegenden Erfindung kompensiert die Abnahme der NOx-Reinigungsleistung des Unterboden-Katalysators, indem sie die Drei-Wege-Reinigungsreaktion an dem direkt stromabwärtigen Katalysator vorverlagert, indem das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs während solchem Hochlastbetrieb von mager auf stöchiometrisch gesetzt wird. Als nächstes wird das Konzept dieser Äquivalenzverhältnis-Regelung in Bezug auf die 3 bis 5 erläutert.
  • 3 ist eine erste Ansicht, die das Konzept der Äquivalenzverhältnis-Regelung der vorliegenden Erfindung darstellt. 3 zeigt, der Reihe nach von oben her, einen Einbruch des in den Zylinder eingeführten Gases, eine Inert-AGR-Rate (%), eine Kraftstoffeinspritzmenge, eine LAF-Sensor-Ausgabe und eine NOx-Reinigungsrate (%). Es sollte angemerkt werden, dass Inert-AGR sich auf eine inerte Komponente ausschließlich Sauerstoff im AGR-Gas bezieht, das in dem Zylinder über den AGR-Kanal rückgeführt wird.
  • Das in den Zylinder eingeführte Gas wird aufgeteilt in eine Neuluftkomponente einschließlich Sauerstoff im AGR-Gas und die Inert-AGR-Komponente. Ganz oben in 3 bezeichnen die zweigepunkteten Linien den Sollwert der Zylinderinnengasmenge (Soll-Zylinderinnengasmenge) bzw. den Sollwert der Inert-AGR-Menge (Soll-Inert-AGR-Menge). Der Wert, bei dem man durch Abziehen der Soll-Inert-AGR-Menge von der Soll-Zylinderinnengasmenge ankommt, entspricht dem Sollwert der Neuluftmenge (Soll-Neuluftmenge). Darüber hinaus bezeichnen ganz oben in 3 die zwei durchgehenden Linien den aktuellen Wert der Zylinderinnengasmenge (Ist-Zylinderinnengasmenge) und den aktuellen Wert der Inert-AGR-Menge (Ist-Inert-AGR-Menge). Der Wert, bei dem man durch Abziehen der Ist-Inert-AGR-Menge von der Ist-Zylinderinnengasmenge ankommt, entspricht dem Ist-Wert der Neuluftmenge (Ist-Neuluftmenge). Darüber hinaus werden diese Ist-Zylinderinnengasmenge und Ist-Inert-AGR-Menge derart geregelt, dass sie den jeweiligen Sollwerten folgen.
  • Wie ganz oben in 3 gezeigt, wird die Soll-Zylinderinnengasmenge so bestimmt, dass sie in Reaktion auf die vom Fahrer angeforderte Antriebskraft zunimmt. Wenn die Soll-Zylinderinnengasmenge zunimmt, nimmt, da die Temperatur des Abgases ansteigt und das Abgasvolumen ebenfalls ansteigt, die NOx-Reinigungsleistung des Unterboden-Katalysators ab, wie in Bezug auf 2 erläutert werden wird. Daher wird bei der Äquivalenzverhältnis-Regelung der vorliegenden Erfindung, indem ein vorbestimmter Schwellenwert Gcyl_st für die Soll-Zylinderinnengasmenge gesetzt wird, der Motor-Betriebsmodus zwischen Mager-Betriebsmodus und einem stöchiometrischen Betriebsmodus umgeschaltet.
  • Im Mager-Betriebsmodus bestimmt die ECU die Kraftstoffeinspritzmenge, die Inert-AGR-Rate, etc., durch einen Algorithmus, der vorab erstellt ist, so dass das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs magerer ist als stöchiometrisch, und verwendet aktiv die NOx-Reinigungsfunktion durch den Unterboden-Katalysator, um die NOx-Reinigungsrate hoch zu halten.
  • Im stöchiometrischen Betriebsmodus steuert/regelt die ECU die Kraftstoffeinspritzmenge, die Inert-AGR-Rate, etc., derart, dass das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs stöchiometrisch wird, und benutzt aktiv die Drei-Wege-Reinigungsfunktion durch den direkt stromabwärtigen Katalysator, um die Abnahme der NOx-Reinigungsleistung durch den Unterboden-Katalysator zu kompensieren. In diesem Fall steuert/regelt die ECU das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs auf stöchiometrisch; daher erhöht sie, im Vergleich zum Fall der Erstellung den gleichen Algorithmus wie während des Mager-Betriebsmodus, die Inert-AGR-Rate (oder Inert-AGR-Menge), und erhöht die Kraftstoffeinspritzmenge. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht wird, indem absichtlich veranlasst wird, dass die Motorverbrennungseffizienz abnimmt. Es sollte angemerkt werden, dass die Motorverbrennungseffizienz erhöht werden kann, indem die Kraftstoffeinspritzzeit im Vergleich zu während des Mager-Betriebsmodus verzögert wird, sowie geteilte Kraftstoffeinspritzung, wie im Detail später beschrieben wird. Darüber hinaus ist es in dem Fall, dass der Motor ein Benzinmotor ist, möglich, die Motorverbrennungseffizienz zu verringern, indem die Zündzeit verzögert wird.
  • 4 ist eine zweite Ansicht, die das Konzept der Äquivalenzverhältnis-Regelung der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Wie in Bezug auf 3 erläutert, wird im stöchiometrischen Betriebsmodus das Äquivalenzverhältnis des Abgases stöchiometrisch geregelt, indem die Zunahme der Inert-AGR-Rate und der Kraftstoffeinspritzmenge kombiniert wird. Hierbei kann die Inert-AGR-Rate erhöht werden, indem z. B. die Öffnung des AGR-Steuerventils eingestellt wird. Jedoch variieren die Strömungsraten-Charakteristiken dieses AGR-Steuerventils entsprechend individueller Variation oder Alterung. Aus diesem Grund kommt es, wie in
  • 4 gezeigt, zu einer Dauerzustandabweichung zwischen der Ist-Inert-AGR-Rate und der Soll-Inert-AGR-Rate, und infolgedessen könnte eine Dauerzustandabweichung zwischen der Ausgabe des LAF-Sensors (Ist-Äquivalenzverhältnis) und dem Soll-Äquivalenzverhältnis (stöchiometrisch) entstehen. Wenn die Ausgabe des LAF-Sensors von stöchiometrisch abweicht, wird, da die Drei-Wege-Reinigungsreaktion an dem direkt stromabwärtigen Katalysator nicht länger stattfinden wird, die NOx-Reinigungsrate stärker abnehmen als beabsichtigt.
  • 4 exemplifiziert einen Fall der individuellen Variation oder Alterung, die in dem AGR-Steuerventil auftritt; jedoch könnte ferner eine Dauerzustandabweichung in der LAF-Sensorausgabe auftreten, ähnlich dem Fall der individuellen Variation oder Alterung, die in der Strömungsraten-Charakteristik des kraftstoffeinspritzenden Injektors auftritt.
  • 5 ist eine dritte Ansicht, die das Konzept der Äquivalenzverhältnis-Regelung der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Um die Dauerzustandabweichung der LAF-Sensorausgabe während des stöchiometrischen Betriebs zu beseitigen, wie in Bezug auf 4 erläutert, ist es notwendig, die Rückkopplungsregelung mittels der LAF-Sensorausgabe durchzuführen. 5 zeigt einen Fall des Beginns der stöchiometrischen Rückkopplung unter Verwendung der LAF-Sensorausgabe zu der Zeit, wenn nach der Umschaltzeit vom Mager-Betriebsmodus zum stöchiometrischen Betriebsmodus (F_StoicMode: 0 → 1) eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist (F_StoicFB: 0 → 1), und Einstellung der Kraftstoffeinspritzmenge derart, dass die Ausgabe des LAF-Sensors stöchiometrisch wird. Wie in 5 gezeigt, wird im stöchiometrischen Betriebsmodus das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs auch in einem Fall, wo eine individuelle Variation im AGR-Steuerventil oder den Injektoren vorliegt, präzise geregelt, indem diese stöchiometrische Rückkopplungsregelung durchgeführt wird, wodurch die NOx-Reinigungsrate angehoben werden kann.
  • Wie als Beispiel in 5 angegeben, ist, unmittelbar nach dem Umschalten vom Mager-Betriebsmodus zum stöchiometrischen Betriebsmodus, die Ausgabe des LAF-Sensors ausreichend kleiner als stöchiometrisch. Darüber hinaus ist es, um das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs von diesem Zustand zu stöchiometrisch zu steuern, notwendig, die Kraftstoffeinspritzmenge zu erhöhen. Aus diesem Grund nimmt, beim Starten der vorgenannten stöchiometrischen Rückkopplungsregelung unmittelbar nach dem Umschalten vom Mager-Betriebsmodus zum stöchiometrischen Betriebsmodus, die Kraftstoffeinspritzmenge plötzlich zu, und es könnte eine unbeabsichtigte Änderung im Motordrehmoment auftreten. Aus diesem Grund startet die stöchiometrische Rückkopplungsregelung, nach dem Start des stöchiometrischen Betriebsmodus, in Antwort darauf, dass die Ausgabe des LAF-Sensors das Rückkopplungsstart-Äquivalenzverhältnis überschreitet, das auf einen Wert gesetzt wird, der etwas kleiner als stöchiometrisch ist. Durch Starten des stöchiometrischen Rückkopplungs-Betriebsmodus, nachdem die Ausgabe des LAF-Sensors sich um ein bestimmtes Ausmaß auf diese Weise stöchiometrisch angenähert hat, wird bewirkt, dass die Kraftstoffeinspritzmenge nicht plötzlich zunimmt, um eine ungewünschte Drehmomentänderung zu vermeiden.
  • Es sollte angemerkt werden, dass in den 3 bis 5, obwohl ein Fall des Umschaltens zum stöchiometrischen Betriebsmodus während des Mager-Betriebsmodus erläutert wird, die NOx-Reinigungsleistung auch in dem Fall abnimmt, dass der Unterboden-Katalysator vom optimalen Temperaturbereich abweicht, wie in Bezug auf 2 erläutert. Aus diesem Grund wird bei der Äquivalenzverhältnis-Regelung der vorliegenden Erfindung der Betriebsmodus des Motors ab unmittelbar nach dem Starten des Motors, bis der Unterboden-Katalysator die Aktivierungstemperatur erreicht, auf den stöchiometrischen Betriebsmodus gesetzt, um die Drei-Wege-Reinigungsfunktion des Unterboden-Katalysators zu nutzen. Der Direkt stromabwärtige Katalysator erreicht die Aktivierung rascher als der Unterboden-Katalysator, weil er an einer Position vorgesehen ist, die dem Motor näher ist als der Unterboden-Katalysator. Daher ist es durch Setzen des Betriebsmodus des Motors unmittelbar nach dem Start auf den stöchiometrischen Betriebsmodus möglich, die NOx-Reduktion von unmittelbar nach dem Starten anzuheben.
  • 6 ist eine Zeichnung, die ein Teil eines Hauptflussdiagramms zeigt, das die Sequenz der Äquivalenzverhältnis-Regelung zeigt. Diese Äquivalenzverhältnis-Regelung wird der ECU bei jedem vorbestimmten Steuerzyklus (z. B. dem OT-Zyklus) ausgeführt. Wie in 6 gezeigt, enthält die Äquivalenzverhältnis-Regelung, die in der ECU ausgeführt wird, eine Modus-Bestimmungssteuerung (Schritt 1), eine AGR-Steuerung (Schritt S2), eine Kraftstoffeinspritzsteuerung (Schritt S3) und eine Einspritzmustersteuerung (Schritt S5).
  • In der Modus-Bestimmungssteuerung von Schritt S1 wird der gegenwärtige geeignete Betriebsmodus gemäß dem Zustand des Motors und des Abgasreinigungssystems bestimmt. Die spezifische Sequenz dieser Modus-Bestimmungssteuerung wird später in Bezug auf 7 erläutert.
  • Bei der AGR-Steuerung von Schritt S2 werden die Soll-AGR-Menge und die Soll-AGR-Rate gemäß dem gewählten Betriebsmodus etc., bestimmt. Die spezifische Sequenz dieser AGR-Steuerung wird später in Bezug auf 8 erläutert.
  • Bei der Kraftstoffeinspritzsteuerung von Schritt S3 wird die Kraftstoffeinspritzmenge gemäß dem gewählten Betriebsmodus, der Soll-AGR-Menge etc., bestimmt. Die spezifische Sequenz dieser Kraftstoffeinspritzsteuerung wird später in Bezug auf die 9 bis 18 erläutert.
  • In der Kraftstoffmustersteuerung von Schritt S5 wird die in Schritt S3 bestimmte Kraftstoffeinspritzmenge gemäß dem Betriebsmodus, etc., die in Schritt S1 bestimmt sind, geteilt. Die spezifische Sequenz dieser Einspritzmustersteuerung wird später in Bezug auf die 19 bis 26 erläutert.
  • Modus-Bestimmungssteuerung
  • 7 ist ein Flussdiagramm, das die Sequenz der Modus-Bestimmungssteuerung zeigt. Bei dieser Modus-Bestimmungssteuerung setzt die ECU die Werte eines Stöchiometrischer-Reinigungsmodus-Flags F_StoicMode und eines Stöchiometrische-Rückkopplungs-Flags F_StoicFB. Das Stöchiometrischer-Reinigungsmodus-Flag F_StoicMode ist Flag, welches angibt, dass der gegenwärtige Betriebsmodus der stöchiometrische Betriebsmodus ist. Das Stöchiometrische-Rückkopplungs-Flag F_StoicFB ist ein Flag, das den Gegenstand eines Zustands ist, der für die Ausführung der stöchiometrischen Rückkopplungsregelung geeignet ist.
  • In Schritt S11 bestimmt die ECU, ob der direkt stromabwärtige Katalysator die Aktivierung erreicht hat. In dem Fall, wo die Bestimmung in Schritt S11 JA ist, geht der Prozess zu Schritt S12 weiter.
  • In Schritt S12 bestimmt die ECU, ob der Unterboden-Katalysator die Aktivierung erreicht hat, d. h., ob die Unterboden-Katalysator-Temperatur TdeNOx(k) zumindest einen Schwellenwert TdeNOx_act hat, der zur Bestimmung der Aktivierung gesetzt wurde. Es sollte angemerkt werden, dass diese Unterboden-Katalysator-Temperatur TdeNOx(k) basierend auf der Ausgabe des Katalysator-Temperatursensors errechnet wird. In dem Fall, dass diese Bestimmung JA ist, geht der Prozess zu Schritt S13 weiter, und im Falle von NEIN geht der Prozess zu Schritt S14 weiter.
  • In Schritt S13 bestimmt die ECU, dass die Soll-Zylinderinnengasmenge Gcyl_trgt(k) zumindest einen vorbestimmten stöchiometrischen Betriebsschwellenwert Gcyl_st_dnx nach der Unterboden-Katalysator-Aktivierung einnimmt.
  • In Schritt S14 bestimmt die ECU, ob die Soll-Zylinderinnengasmenge Gcyl_trgt(k) zumindest einen vorbestimmten stöchiometrischen Betriebsschwellenwert Gcy_st_aes vor der Aktivierung des Unterboden-Katalysators einnimmt.
  • Hier wird die Soll-Zylinderinnengasmenge Gcyl_trgt(k) bei jedem vorbestimmten Steuerzyklus erstellt, indem ein vorbestimmtes Kennfeld gemäß der vom Fahrer angeforderten Antriebskraft mittels eines nicht dargestellten Prozesses abgesucht wird. Darüber hinaus wird der stöchiometrische Betriebsschwellenwert Gcyl_st_dnx nach der Aktivierung des Unterboden-Katalysators auf zumindest den stöchiometrischen Betriebsschwellenwert Gcyl_st_aes vor der Aktivierung des Unterboden-Katalysators gesetzt (Gcyl_st_dnx ≥ Gcyl_st_aes).
  • Es sollte angemerkt werden, dass es in den Schritten S13 und S14, obwohl mit der Zylinderinnengasmenge als Argument bestimmt, möglich ist, eine im Wesentlichen äquivalente Bestimmung auch mit physikalischen Größen durchzuführen, wie etwa Motordrehmoment, Motorausgangsleistung und Abgasvolumen als Argumente.
  • Wenn in den oben erwähnten Bestimmungen der Schritte S11 bis S14 der Fall vorliegt, bevor der direkt stromabwärtige Katalysator die Aktivierung erreicht (Fall der Bestimmung in Schritt S11 NEIN), bevor der Unterboden-Katalysator die Aktivierung erreicht und die Soll-Gasmenge Gcyl_trgt(k) niedriger als der Schwellenwert Gcyl_st_aes ist (Fall der Bestimmung in Schritt S14 ist NEIN), und ein Fall vorliegt, nach dem der Unterboden-Katalysator die Aktivierung erreicht hat und die Soll-Gasmenge Gcyl_trgt(k) kleiner als der Schwellenwert Gcyl_st_dnx ist (Fall der Bestimmung in Schritt S13 ist NEIN), geht der Prozess zu Schritt S15 weiter. In Schritt S15 bestimmt die ECU, dass der gegenwärtige geeignete Betriebsmodus der Mager-Betriebsmodus ist, und setzt das Stöchiometrischer-Reinigungsmodus-Flag F_StoicMode af 0, und beendet den Prozess von 7 (siehe die nachfolgende Formel (1).
  • Figure DE112012006719T5_0002
  • Wenn bei den oben erwähnten Bestimmungen der Schritte S11 bis S14 der Fall vorliegt, bevor der Unterboden-Katalysator die Aktivierung erreicht und die Soll-Gasmenge Gcyl_trgt(k) zumindest den Schwellenwert Gcyl_st_aes erreicht (Fall der Bestimmung in Schritt S14 ist JA), und ein Fall vorliegt, nach dem der Unterboden-Katalysator die Aktivierung erreicht hat und die Soll-Gasmenge Gcyl_trgt(k) zumindest den Schwellenwert Gcyl_st_dnx einnimmt (Fall der Bestimmung in Schritt S13 ist NEIN), geht der Prozess zu Schritt S16 weiter. In Schritt S16 bestimmt die ECU, dass der gegenwärtige geeignete Betriebsmodus der stöchiometrische Betriebsmodus ist, setzt das Stöchiometrische-Reinigungs-Flag F_StoicMode auf 1, und geht zu Schritt S17 weiter (siehe die obige Formel (1)).
  • In Schritt S17 setzt die ECU das Stöchiometrische-Rückkopplungs-Flag F_StoicFB gemäß der folgenden Formel (2), und beendet den Prozess von 7. Insbesondere schaltet die ECU das Flag F_StoicFB von 0 auf 1, in dem Fall, dass die LAF-Sensorausgabe φlaf von einer vorherigen Steuerzeit zur gegenwärtigen Steuerzeit einen Rückkopplungs-Startschwellenwert φfb überschreitet, der auf einen Wert gesetzt ist, der etwas kleiner ist als 1 (stöchiometrisches Äquivalenzverhältnis), und setzt das Flag F_StoicFB von 1 auf 0 zurück in dem Fall, dass das Stöchiometrische-Reinigungs-Flag F_StoicMode von der vorherigen Steuerzeit zur gegenwärtigen Steuerzeit von 1 auf 0 umgeschaltet hat. In anderen Fällen wird das Flag F_StoicFB im vorherigen Zustand gehalten. Indem in der obigen Weise der Wert des Stöchiometrische-Rückkopplungs-Flags F_StoicFB aktualisiert wird, wartet die stöchiometrische Rückkopplungsregelung durch den später beschriebenen adaptiven Stöchiometrie-Controller ab, nachdem der Betriebsmodus des Motors vom Mager-Betriebsmodus zum stöchiometrischen Betriebsmodus umgeschaltet hat, bis die LAF-Sensorausgabe φlaf den Rückkopplungs-Startschwellenwert φfb überschreitet und kann dann den Start veranlassen.
  • Figure DE112012006719T5_0003
  • AGR-Steuerung
  • 8 ist ein Flussdiagramm, das die Sequenz der AGR-Steuerung darstellt. Bei dieser AGR-Steuerung bestimmt die ECU den Sollwert der AGR-Gasmenge (Soll-AGR-Menge) Gegr_trgt und den Sollwert der AGR-Rate (Soll-AGR-Rate) Regr_trgt.
  • In Schritt S21 wird bestimmt, ob der gegenwärtige Betriebsmodus der stöchiometrische Betriebsmodus ist, d. h. ob das Stöchiometrische-Reinigungs-Flag F_StoicMode 1 ist. In dem Fall, dass die Bestimmung in Schritt S21 NEIN ist, d. h. in dem Fall während des Mager-Betriebsmodus, geht der Prozess zu Schritt S22 weiter und bestimmt die ECU die Soll-AGR-Menge Gegr_trgt und die Soll-AGR-Rate Regr_trgt derart, dass ein Zustand, in dem das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs mager ist, beibehalten wird, derart, dass die vom Fahrer angeforderte Antriebskraft realisiert wird. Diese Soll-AGR-Menge Gegr_trgt und Soll-AGR-Rate Regr_trgt werden durch Absuchen eines vorbestimmten Kennfelds während des Mager-Betriebsmodus bestimmt.
  • Im Fall, dass die Bestimmung in Schritt S21 JA ist, d. h. im Fall während des stöchiometrischen Betriebsmodus, geht der Prozess zu Schritt S23 weiter, und bestimmt die ECU die Soll-AGR-Menge Gegr_trgt und die Soll-AGR-Rate Regr_trgt derart, dass das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs stöchiometrisch wird, für die so bestimmte Kraftstoffeinspirtzmenge, dass die vom Fahrer angeforderte Antriebskraft realisiert wird, wie später in Bezug auf 9 und höher erläutert wird. Insbesondere bestimmt die ECU die Soll-AGR-Menge Gegr_trgt und die Soll-AGR-Rate Regr_trgt gemäß den folgenden Formeln (3-1) bis (3-4). Gfsh_trgt(k) = αst·Gfuel(k) (3-1) Giegr_trgt(k) = Gcyl_trgt(k) – Gfsh_trgt(k) (3-2) Gegr_trgt(k) = φlaf(k – d)·Giegr_trgt(k) (3-3) Regr_trgt(k) = Gegr_trgt(k)/Gcyl_trgt(k) (3-4)
  • In der obigen Formel (3-1) ist Gfsh_trgt(k) die Soll-Zylinderinnen-Neuluftmenge. Gfuel(k) ist die Kraftstoffeinspritzmenge, die bei der später beschriebenen Kraftstoffeinspritzsteuerung bestimmt wird. Die Konstante αst ist ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis (z. B. 14,6). In anderen Worten, die Soll-Zylinderinnen-Neuluftmenge Gfsh_trgt wird auf die Menge gesetzt, die erforderlich ist, damit der Kraftstoff einer Menge, mit der die vom Fahrer angeforderte Antriebskraft realisiert wird, stöchiometrisch verbrannt wird.
  • In der obigen Formel (3-2) ist die Giegr_trgt(k) die Soll-Inert-AGR-Menge. Gcyl_trgt(k) ist die Soll-Zylinderinnengasmenge. In anderen Worten, ein Wert, den man durch Subtrahieren der Soll-Zylinderinnen-Neuluftmenge Gfsh_trgt(k) von der Soll-Zylinderinnengasmenge Gcyl_trgt(k) bekommt, dient als Soll-Inert-AGR-Menge Giegr_trgt(k).
  • Darüber hinaus wird die Soll-AGR-Menge Gegr_trgt(k) gemäß der obigen Formel (3-3) bestimmt, so dass die in der obigen Weise erstellte Soll-Inert-AGR-Menge Giegr_trgt(k) realisiert wird. Insbesondere wird die Soll-AGR-Menge Gegr_trgt(k) als ein zu erreichender Wert bestimmt, indem die gegenwärtige Soll-Inert-AGR-Menge Giegr_trgt(k) mit einer LAF-Sensorausgabe φlaf(k – d) vor einer AGR-Rückführungszeit d multipliziert wird, unter Berücksichtigung einer Zeit d, die erforderlich ist, damit das AGR-Gas über den AGR-Kanal in den Zylinder rückgeführt wird (AGR-Rückführzeit). Darüber hinaus wird die Soll-AGR-Rate Regr_trgt(k) berechnet, indem die Soll-AGR-Menge Gegr_trgt(k) durch die Soll-Zylinderinnengasmenge Gcyl_trgt(k) dividiert wird, wie in der obigen Formel (3-4) gezeigt ist.
  • Kraftstoffeinspritzsteuerung
  • 9 ist ein Blockdiagramm in Bezug auf die Ausführung der Kraftstoffeinspritzsteuerung zur Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel des Motors. Diese Kraftstoffeinspritzsteuerung wird realisiert, indem die Funktionsblöcke kombiniert werden, wie etwa die Kraftstoffeinspritzmengen-Berechnungseinheit 31, den Mager-Betriebsmodus-Controller 32, den adaptiven Rückkopplungscontroller 34 und den LAF-Verzögerungskompensations-Identifizierer 35.
  • Die Kraftstoffeinspritzmengen-Berechnungseinheit 31 wählt eine Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ln, die von dem Mager-Betriebsmodus-Controller 32 berechnet wird, oder eine Kraftstoffeinspritzmenge (Gfuel_st oder Gfuel_st_ff), die mit dem adaptiven Rückkopplungscontroller 33 errechnet wird, gemäß dem gegenwärtigen Betriebsmodus des Motors. Insbesondere bestimmt die Kraftstoffeinspritzmengen-Berechnungseinheit 31 eine der drei Kraftstoffeinspritzmengen Gfuel_ln, Gfuel_st ff und Gfuel_st als die letztendliche Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel, wie in der folgenden Formel (4) gezeigt, gemäß den Werten der Flags F_StoicMode und F_StoicFB, die gemäß den obigen Formeln (1) und (2) aktualisiert werden.
  • Figure DE112012006719T5_0004
  • In der obigen Formel (4) ist die Einspritzmenge Gfuel_ln(k) die Kraftstoffeinspritzmenge für während Mager-Betriebsmodus. Die Einspritzmenge Gfuel_st_ff(k) ist die Einspritzmenge während des stöchiometrischen Betriebsmodus vor der Start-Stöchiometrie-Rückkopplungsregelung. Die Einspritzmenge Gfuel_st(k) ist die Einspritzmenge für während stöchiometrischer Rückkopplungsregelung.
  • Zuerst wird die Sequenz zur Berechnung der Einspritzmenge Gfuel_ln während Mager-Betriebsmodus erläutert.
  • Der Mager-Betriebsmodus-Controller 32 berechnet die Einspritzmenge derart, dass die vom Fahrer angeforderte Antriebskraft realisiert wird, und derart, dass das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs mager wird, basierend auf der vom Fahrer angeforderten Antriebskraft Tdrv und der Motordrehzahl NE, und bestimmt diese als Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ln für während Mager-Betriebsmodus. Insbesondere bestimmt der Mager-Betriebsmodus-Controller 32 die Einspritzmenge Gfuel_ln durch Absuchen eines Kennfelds für während Mager-Betriebsmodus, das vorab erstellt ist (nicht dargestellt), mit der angeforderten Antriebskraft Tdrv und der Drehzahl NE als Argumente. Es sollte angemerkt werden, dass hinsichtlich des Kennfelds, das zur Berechnung der Einspritzmenge Gfuel_ln benutzt wird, in diesem Mager-Betriebsmodus-Controller 32, im Mager-Betriebsmodus ein Kennfeld verwendet wird, das mit der Voraussetzung erstellt ist, dass die Kraftstoffeinspritzmenge einer Situation aufgeteilt ist, wie etwa der, die in der Mitte von 10 mit der gepunkteten Linie gezeigt ist. In anderen Worten, während des Mager-Betriebsmodus ist die Voraussetzung, dass die Haupteinspritzung, die in der Nähe des oberen Totpunkts ausgeführt wird, und die Piloteinspritzung, die dieser Haupteinspritzung vorangeht, so ausgeführt werden, wie in 10 mit der gepunkteten Linie gezeigt.
  • Als nächstes wird, wieder in Bezug auf 9, die Sequenz der Berechnung der Einspritzmenge Gfuel_st und Gfuel_st_ff während des stöchiometrischen Betriebsmodus erläutert.
  • Der adaptive Rückkopplungscontroller 34 bildet ein Modell des physikalischen Systems von der Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel bis zur Ausgabe φlaf des LAF-Sensors mit vorbestimmten Modellgleichungen, und bestimmt die Einspritzmenge Gfuel_st während des stöchiometrischen Betriebsmodus mittels dieses Modells. Zuerst wird dieses Modell im Detail erläutert, und dann wird die Sequenz der spezifischen Bestimmung der Einspritzmenge Gfuel_st mittels dieses Modells erläutert.
  • Das in die Zylinder des Motors eingeführte Gas wird aus Neuluft und AGR-Gas gebildet. Daher wird das Äquivalenzverhältnis φexp vom Abgas in der Auslassöffnung des Motors 3 durch die folgende Formel (5-1) repräsentiert, die gemäß der unmittelbar vorangehenden AGR-Rate Regr, dem Äquivalenzverhältnis von Neuluft φfsh und dem Äquivalenzverhältnis φegr von AGR-Gas. Das Äquivalenzverhältnis φfsh von Neuluft in der Formel (5-1) wird berechnet, indem die Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel durch die Neuluftmenge Gfsh dividiert wird, und mit dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis αst (z. B. 14,6) multipliziert wird (siehe nachfolgende Formel (5-2). Darüber hinaus ist das in die Zylinder des Motors eingeführte AGR-Gas ein solches Gas, das durch den AGR-Kanal über die Zeit d hinweg rückgeführt wird, nachdem es den LAF-Sensor passiert hat; daher wird das Äquivalenzverhältnis φegr von AGR-Gas in der Formel (5-1) als der um die Rückführzeit d vergangene Ausgabewert φlaf(k – d) des LAF-Sensors geeignet gesetzt (siehe nachfolgende Formel (5-3)). φxp(k + 1) = (1 – Regr(k))φfsh(k) + Regr(k)φegr(k) (5-1) φfsh(k) = αstGfuel(k)/Gfsh(k) (5-2) (φegr(k) = φlaf(k – d) (5-3)
  • Daher wird die folgende Formel (6) aus diesen Formeln (5-1) bis (5-3) hergeleitet. φexp(k + 1) = αst(1 – Regr(k)) / Gfsh(k)Gfuel(k) + Regr(k)φlaf(k – d) (6)
  • Unter den physikalischen Größen, welche die obige Formel (6) darstellen, sind die AGR-Rate Regr und die Neuluftmenge Gfsh keine Größen, die direkt beobachtet werden können. Jedoch kann die AGR-Rate Regr durch den Sollwert Regr_trgt davon ersetzt werden (siehe obige Formel (3-4)). Darüber hinaus kann die Neuluftmenge Gfsh durch die Ausgabe des Luftströmungssensors Gafs ersetzt werden. In anderen Worten, die folgende Formel (7) wird mittels dieses Sollwerts Regr_trgt der AGR-Rate und der Ausgabe Gafs des Luftströmungssensors hergeleitet. φexp(k + 1) = αst(1 – Regr_trgt(k)) / Gafs(k)Gfuel(k) + Regr_trgt(k)φlaf(k – d) (7)
  • Wie in der obigen Formel (7) gezeigt, wird das Äquivalenzverhältnis φexp an der Auslassöffnung unterteilt in einen Term, der proportional zur Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel ist, und einen Störungsterm, der nicht proportional zur Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel ist. Es sollte angemerkt werden, dass der Störungsterm proportional zur AGR-Rate ist, wie in Formel (7) gezeigt. Ein allgemeiner Dieselmotor hat eine hohe AGR-Rate im Vergleich zu einem Benzinmotor; daher ist der Beitrag dieses Störungsterms relativ größer. Aus diesem Grund konstruiert die vorliegende Erfindung ein Modell, in dem dieser Störungsterm auch akkurat eingebaut wird.
  • Indem dann eine Proportionalkonstante des Terms, proportional zur Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel, als Modellparameter A(k) definiert wird, und der Störungsterm durch einen Modellparameter B(k) definiert wird, wird eine erste Modellformel (8) hergeleitet. φexp(k + 1) = A(k)Gfuel(k) + B(k) (8)
  • Darüber hinaus werden die Werte dieser Modellparameter A und B definiert durch Berücksichtigung des Fehlers zwischen der obigen theoretischen Formel (7) und dem aktuellen System (Modellfehler) und durch Unterteilen in Referenzwerte Abs und Bbs, die aus einem Parameter Regr_trgt in Bezug auf die AGR-Rate errechnet werden und Korrekturwerte dA und dB als Modellfehler, wie in den folgenden Formeln (9-1) bis (9-4) gezeigt. Gemäß der ersten Modellformel, die durch diese Formeln (8) und (9-1) bis (9-4) definiert ist, werden ein Modellfehler durch Einsetzen der physikalischen Größen Regr, Gfsh bei Herleitung der obigen theoretischen Formel (7), und ein Modellfehler aufgrund individueller Variation und Alterung in den Strömungsraten-Charakteristiken des AGR-Steuerventils und der Kraftstoffeinspritzventile, und die beobachtete Präzision des Luftströmungsmessers und des LAF-Sensors durch diese zwei Korrekturwerte dA und dB ausgedrückt. A(k) = Abs(k) + dA(k) (9-1) B(k) = Bbs(k) + dB(k) (9-2) Abs(k) = αst(1 – Regr_trgt(k)) / Gafs(k) (9-3) Bbs(k) = Regr_trgt(k)φlaf(k – d) (9-4)
  • Darüber hinaus gibt es in dem LAF-Sensor eine Ansprech-Verzögerungscharakteristik. Diese Ansprech-Verzögerungscharakteristik variiert entsprechend individueller Variation und Alterung. Insbesondere im Fall eines Dieselmotors oder eines Benzinmotors mit Direkteinspritzung variiert, weil im Abgas Ruß enthalten ist, die Ansprech-Verzögerungscharakteristik des Sensors aufgrund dieses Rußes, der an dem Erfassungselement des LAF-Sensors anhaftet. Es gibt eine solche Ansprech-Verzögerungscharakteristik in der Ausgabe φlaf des LAF-Sensors, und wenn diese Charakteristik durch den Verzögerungskoeffizienten C erster Ordnung ausgedrückt wird, erhält man eine zweite Modellformel, die unten in Formel (1) gezeigt ist, zwischen der Ausgabe φlaf des LAF-Sensors und dem Äquivalenzverhältnis φexp vom Abgas in der Auslassöffnung. Nachfolgend wird dieser Koeffizient C in dieser zweiten Modellformel als der Ansprech-Verzögerungskoeffizient des LAF-Sensors bezeichnet. φlaf(k) = (1 – C(k – 1))φlaf(k – 1) + C(k – 1)φexp(k – d') (10)
  • Wenn man das Obige zusammenfasst, wird das System von der Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel bis zur Ausgabe φlaf des LAF-Sensors durch die erste Modellformel (die obigen Formeln (8) und (9-1) bis (9-4) und die zweite Modellformel (die obige Formel (10)) durch das Modell dargestellt. Nachfolgend wird ein Modell, das durch diese ersten und zweiten Modellformeln dargestellt ist, als Einspritzmengen-Sensorausgabemodell bezeichnet. Darüber hinaus wird das System von dem Äquivalenzverhältnis φexp vom Abgas an der Auslassöffnung bis zur Ausgabe φlaf des LAF-Sensors nur durch die zweite Modellformel dargestellt. Nachfolgend wird ein Modell, das durch diese zweite Modellformel dargestellt ist, als Öffnungs-Äquivalenzverhältnis-Sensorausgabemodell bezeichnet.
  • Zurück in Bezug auf 9 enthält der adaptive Rückkopplungscontroller 34 den Rückkopplungsidentifizierer 36 und den Stöchiometrischer-Betriebsmodus-Controller 37.
  • Der Rückkopplungsidentifizierer 36 verwendet das vorgenannte Einspritzmengen-Sensorausgabemodell, um sukzessiv die Werte der Modellparameter A und B, die in diesem Modell enthalten sind, mit einer vorbestimmten Zeitgebung zu identifizieren.
  • Der Stöchiometrischer-Betriebsmodus-Controller 37 berechnet die Einspritzmenge Gfuel_st für während stöchiometrischer Rückkopplungsregelung mittels der Modellparameter A und B, deren Werte durch den Rückkopplungsidentifizierer 36 identifiziert wurden.
  • Darüber hinaus identifiziert der LAF-Verzögerungskompensations-Identifizierer 35 sukzessiv den Wert des in diesem Modell enthaltenen Ansprech-Verzögerungskoeffizienten C unter Verwendung des vorgenannten Öffnungs-Äquivalenzverhältnis-Sensorausgabemodells. Es sollte angemerkt werden, dass, wie in 9 gezeigt, der LAF-Verzögerungskompensations-Identifizierer 35 separat von dem oben erwähnten Rückkopplungsidentifizierer 36 konfiguriert ist, und dies macht es möglich, den Wert des Ansprech-Verzögerungskoeffizienten C durch eine unabhängige Berechnung vom Rückkopplungsidentifizierer 36 zu identifizieren.
  • Nachfolgend wird die Sequenz der Berechnungen, die von diesem Rückkopplungsidentifizierer 36, dem Stöchiometrischer-Betriebsmodus-Controller 37 und dem LAF-Verzögerungskompensations-Identifizierer 35 ausgeführt werden, der Reihe nach erläutert.
  • Der Rückkopplungsidentifizierer 36 verwendet das Einspritzmengen-Sensorausgabemodell, und definiert den geschätzten Wert φexp_hat des Äquivalenzverhältnisses vom Abgas an der Auslassöffnung und dem geschätzten Wert φlaf_hat für die LAF-Sensorausgabe durch die folgenden Formeln (11-1) und (11-2). φexp_hat(k) = A(k – 1)Gfuel(k – 1) + B(k – 1) (11-1) φlaf_hat(k) = (1 – C(k – 1))φlaf_hat(k – 1) + C(k – 1)φexp_hat(k – d') (11-2)
  • Der Rückkopplungsidentifizierer 36 definiert den Identifikationsfehler E_id(k) zwischen dem Ausgabewert φlaf(k) des LAF-Sensors und dem geschätzten Wert φlaf_hat(k) der LAF-Sensorausgabe, der aus den oben erwähnten Modellformeln (11-1) und (11-2) hergeleitet wird, mit der folgenden Formel (12), und identifiziert sukzessiv die Werte A(k) und B(k) der zwei Modellparameter derart, dass dieser Identifikationsfehler E_id(k) minimal wird. E_id(k) = φlaf(k) – φlaf_hat(k) (12)
  • Als Algorithmus, der bei der Identifizierung dieser zwei Modellparameter A und B verwendet wird, ist zum Beispiel die nachfolgend erläuterte sukzessive Methode der kleinsten Quadrate geeignet.
  • In diesem Fall wird zuerst ein Modellparameter-Vektor θ, mit den Modellparameter A und B als Komponenten, durch die folgende Formel (13) definiert. θ(k) = [A(k), B(k)] (13)
  • Jedoch enthalten, wie in den obigen Formel (9-3) und (9-4) gezeigt, die Modellparameter A und B jeweils die AGR-Rate, und daher fluktuieren deren Werte stark. Aus diesem Grund kann, wenn man den Wert dieses Modellparameter-Vektors θ direkt identifiziert, der Modellfehler, der spezifiziert werden soll, durch die Fluktuation in der AGR-Rate versteckt werden, und daher ist eine sukzessive präzise Identifizierung schwierig. Daher wird dieser Modellparameter-Vektor θ durch die Summe eines Basisvektors θbs, der sukzessive gemäß einem Parameter, wie etwa der AGR-Rate, berechnet werden kann, und einem Korrekturvektor dθ entsprechend dem Modellfehler berechnet werden (siehe die folgenden Formeln (14-1) und (14-2)). Hierin verwenden die Komponenten Abs und Bbs des Basisvektors θbs jene, die in den Modellformeln (9-3) und (9-4) definiert sind. θ(k) = θbs(k) + dθ(k) (14-1) θbs(k) = [Abs(k), Bbs(k)] (14-2)
  • Der Korrekturvektor dθ, der den Identifikationsfehler E_id (siehe obige Formel (12)) minimiert, wird mit der folgenden Formel (15) berechnet, gemäß dem Algorithmus der sukzessiven Methode der kleinsten Quadrate.
  • Figure DE112012006719T5_0005
  • Hier ist die Matrix Λ eine Vergess-Matrix, und ist durch die folgende Formel (16-4) definiert. Die diagonalen Komponenten λ1, λ2 der Vergess-Matrix Λ sind jeweils zwischen 0 und 1 gesetzt. Darüber hinaus ist jedes von λ1, λ2 bevorzugt auf 1 gesetzt.
  • Darüber hinaus ist die Matrix Kp eine Modellparameter-aktualisierte-Verstärkungsmatrix, und ist durch die folgende Formel (16-1) definiert. In dieser Formel (16-1) ist die Matrix P eine adaptive Verstärkungsmatrix, und ist durch die folgende Formel (16-3) definiert. Die diagonalen Komponenten p1, p2 der adaptiven Verstärkungsmatrix P sind jeweils auf positive Werte gesetzt. Darüber hinaus ist der Vektor ζ ein Eingabe/Ausgabe-Vektor und ist durch die folgende Formel (16-2) definiert.
  • Figure DE112012006719T5_0006
  • Darüber hinaus aktualisiert, wie in der obigen Formel (15) gezeigt, der Rückkopplungsidentifizierer 36 die Werte der Modellparameter A, B derart, dass der Identifikationsfehler E_id minimal wird, in Antwort darauf, dass der stöchiometrische Betriebsmodus begonnen hat (F_StoicMode: 0 → 1). In anderen Worten, die Aktualisierung der Werte der Modellparameter A und B wird gestartet, bevor die stöchiometrische Rückkopplungsregelung startet. Darüber hinaus setzt der Rückkopplungsidentifizierer 36 die Werte der Modellparameter A, B auf die Referenzwerte Abs, Bbs in Mager-Betriebsmodus (F_StoicMode = 0).
  • Nachfolgend werden die Berechnungen erläutert, die in dem Stöchiometrischer-Betriebsmodus-Controller 37 ausgeführt werden. Der Stöchiometrischer-Betriebsmodus-Controller 37 bestimmt die vorwärts koppelnde Einspritzmenge Gfuel_st_ff für während dem Start des stöchiometrischen Betriebsmodus, und die Einspritzmenge Gfuel_st für während der stöchiometrischen Rückkopplungsregelung gemäß jeweiligen unterschiedlichen Algorithmen, wie unten der Reihe nach erläutert wird.
  • Die vorwärts koppelnde Einspritzmenge Gfuel_st_ff für während Start des stöchiometrischen Betriebsmodus wird in dem Stöchiometrischer-Betriebsmodus-Controller 37 durch Absuchen eines Kennfelds (nicht dargestellt) für während dem stöchiometrischen Betriebsmodus bestimmt, das vorab erstellt ist, mit der vom Fahrer angeforderten Antriebskraft Tdrv und der Motordrehzahl NE als Argumenten. Es sollte angemerkt werden, dass dieses Kennfeld für während stöchiometrischem Betriebsmodus sich von dem Kennfeld in Bezug auf den vorgenannten Mager-Betriebsmodus-Controller 32 unterscheidet, und Werte, die so gesetzt sind, dass die Ausgabe des LAF-Sensors stöchiometrisch wird, für die Argumente benutzt werden, wie etwa die oben erwähnte angeforderte Antriebskraft Tdrv und die Drehzahl NE. Darüber hinaus wird für dieses Kennfeld für während des stöchiometrischen Betriebsmodus ein Kennfeld, das unter der Voraussetzung der Trennung der Kraftstoffeinspritzmenge in der Situation erstellt ist, wie etwa jener, die in 10 mit der durchgehenden Linie gezeigt ist, in dem stöchiometrischen Betriebsmodus verwendet. In anderen Worten, während des stöchiometrischen Betriebsmodus wird vorausgesetzt, dass die Nacheinspritzung im Arbeitstakt ausgeführt wird, zusätzlich zur Haupteinspritzung und Piloteinspritzung, wie in 10 mit der durchgehenden Linie gezeigt.
  • Die Einspritzmenge Gfuel_st für während stöchiometrischer Rückkopplungsregelung wird basierend auf den zwei Modellparametern A, B des oben erwähnten Einspritzmengen-Sensorausgabemodells im Stöchiometrischer-Betriebsmodus-Controller 37 berechnet. Insbesondere setzt der Stöchiometrischer-Betriebsmodus-Controller 37 zuerst den Sollwert (Soll-Äquivalenzverhältnis) φtrgt für das Äquivalenzverhältnis φexp vom Abgas an der Auslassöffnung auf 1 (siehe folgende Formel (17)) entsprechend stöchiometrisch, oder auf einen Wert in der Nähe von stöchiometrisch, der vorab gesetzt ist, oder einen Wert in der Nähe von stöchiometrisch, der gemäß einem vorbestimmten Algorithmus berechnet wird, derart, dass der Drei-Wege-Reinigungsreaktion an dem direkt stromabwärtigen Katalysator stattfindet. φtrgt(k) = 1 (17)
  • Darüber hinaus bestimmt der Stöchiometrischer-Betriebsmodus-Controller 37 die Einspritzmenge Gfuel_st (siehe folgende Formel (18-1), derart, dass das Äquivalenzverhältnis φexp (siehe obige Formel (8)), die mittels der Modellparameter A, B berechnet wird, zu dem Soll-Äquivalenzverhältnis φtrgt wird, das gemäß der obigen Formel (17) erstellt wird. Es sollte angemerkt werden, dass die folgende Formel (18-1) hergeleitet wird, indem das Soll-Äquivalenzverhältnis φtrgt in der obigen Formel 17 gleich dem mit der Modellformel (8) hergeleiteten Äquivalenzverhältnis φexp gemacht wird, wie in Formel (18-2) gezeigt. Gfuel_st(k) = φtrgt(k) – B(k) / A(k) (18-1) φtrgt(k) = φexp(k + 1) = A(k)Gfuel(k) + B(k) (18-2)
  • Als nächstes werden die Effekte des in der obigen Weise konfigurierten adaptiven Stöchiometrie-Controllers 34 in Bezug auf die 11 bis 13 erläutert.
  • 11 zeigt Graphen, die das Konzept der Äquivalenzverhältnis-Regelung darstellen, welche durch den adaptiven Stöchiometrie-Controller 34 realisiert wird. 11 zeigt, der Reihe nach von oben her, einen Einbruch des in den Zylinder eingeführten Gases, eine Inert-AGR-Rate (%), Modellparameter-Vektoren θ und θbs, die durch den Rückkopplungsidentifizierer 36 identifiziert werden, Kraftstoffeinspritzmenge, LAF-Sensorausgabe und NOx-Reinigungsrate (%).
  • Wie in 11 gezeigt, schaltet der Betriebsmodus des Motors, in Antwort darauf, dass die Soll-Zylinderinnengasmenge Gcyl-trgt den Schwellenwert Gcyl_st_dnx oder Gcyl_st_aes überschreitet, vom Mager-Betriebsmodus zum stöchiometrischen Betriebsmodus (siehe obige Formel (1)).
  • Wenn der Betriebsmodus zum stöchiometrischen Betriebsmodus umschaltet (F_StoicMode: 0 → 1), aktualisiert der Rückkopplungsidentifizierer 36 den Wert des Modellparameter-Vektors θ derart, dass der Fehler zwischen dem Ausgabewert des LAF-Sensors und dem geschätzten Wert gemäß dem Kraftstoffeinspritzmengen-Sensorausgabemodell minimal wird (siehe obige Formel (15). Der Wert des Modellparameters θ ändert sich hierdurch von dem Referenzwert θbs, wie in 11 gezeigt. In anderen Worten, von dem Moment an, wenn zum stöchiometrischen Betriebsmodus umgeschaltet wird, wird der Fehler zwischen dem aktuellen System und dem Modell durch den Rückkopplungsidentifizierer 36 erfasst. Wenn darüber hinaus der Betriebsmodus zum stöchiometrischen Betriebsmodus umschaltet, wird die Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel von der Einspritzmenge Gfuel_ln für während Mager-Betriebsmodus zur vorwärts koppelnden Einspritzmenge Gfuel_st_ff für während stöchiometrischen Betriebsmodus überführt (siehe obige Formel (4)). Ab dem Start des stöchiometrischen Betriebsmodus und danach steigt dadurch die Ausgabe des LAF-Sensors zu stöchiometrisch hin an.
  • Wenn während des stöchiometrischen Betriebsmodus die Ausgabe φlaf des LAF-Sensors den Rückkopplungsstart-Schwellenwert φfb überschreitet, schaltet das Stöchiometrische-Reinigungs-Flag F_StoicFB von 0 zu 1 um, und beginnt die stöchiometrische Rückkopplungsregelung (siehe obige Formel (2)).
  • Wenn die stöchiometrische Rückkopplungsregelung beginnt, wird die Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel von der vorwärts koppelnden Einspritzmenge Gfuel_st_ff zur Einspritzmenge Gfuel_st für während stöchiometrischer Rückkopplungsregelung überführt (siehe obige Formel (4)). Darüber hinaus wird diese Einspritzmenge Gfuel_st so bestimmt, dass das Äquivalenzverhältnis φexp der Auslassöffnung, das aus der Modellformel (8) erhalten wird, zum Sollwert (stöchiometrisch) wird (siehe obige Formeln (17) und (18-1)). Ab dem Start der stöchiometrischen Rückkopplungsregelung und danach wird hierdurch die Ausgabe des LAF-Sensors auf stöchiometrisch geregelt, und die Drei-Wege-Reinigungsreaktion findet mit Hilfe des direkt stromabwärtigen Katalysators statt, wie in 11 gezeigt.
  • Mit dem adaptiven Stöchiometrie-Controller 34 der vorliegenden Erfindung wird es, durch Erfassung des Modellfehlers mit dem Rückkopplungsidentifizierer zu einer frühen Stufe ab dem Moment, wenn der Betriebsmodus vom Mager-Betriebsmodus zum stöchiometrischen Betriebsmodus umschaltet, vor dem Beginn dieser stöchiometrischen Rückkopplungsregelung möglich, die Ausgabe des LAF-Sensors in einer frühen Stufe akkurat auf stöchiometrisch zu regeln. Darüber hinaus wird es möglich, die Zeit sicherzustellen, bei der es möglich ist, die Drei-Wege-Reinigungsreaktion in dem direkt stromabwärtigen Katalysator (stöchiometrische Reinigungszeit) so lange wie möglich fortdauern zu lassen.
  • 12 zeigt Graphen, die Simulationsergebnisse des adaptiven Stöchiometrie-Controllers zeigen. 12 zeigt die Änderungen in Kraftstoffeinspritzmenge, LAF-Sensorausgabe, Äquivalenzverhältnissen von jedem Abschnitt (φfsh, φexp, φegr), AGR-Rate, Modellparameter A, B und Flags, wenn die Soll-Zylinder-Inertgasmenge zu einer Situation wie in der Zeichnung gebracht wird.
  • Wenn, wie in 12 gezeigt, die Soll-Zylinderinnengasmenge zunimmt, wird in Antwort darauf das Stöchiometrischer-Reinigungsmodus-Flag F_StoicMode auf 1 gesetzt, und anschließend wird das Stöchiometrische-Rückkopplungs-Flag F_StoicFB auf 1 gesetzt. Darüber hinaus wurde, wie in 12 gezeigt, gemäß dem adaptiven Stöchiometrie-Controller der vorliegenden Erfindung, verifiziert, dass es möglich ist, während der stöchiometrischen Rückkopplungsregelung mit hoher Präzision auf stöchiometrisch zu regeln, ohne dass die Ausgabe des LAF-Sensors ein überschießendes oder schwingendes Verhalten zeigt.
  • Insbesondere wurde diese Simulation von 12 unter Bedingungen durchgeführt, die annehmen, dass es eine individuelle Variation und Alterung in der AGR-Vorrichtung gibt, und derart, dass der Dauerzustandsfehler zwischen der AGR-Rate Regr und deren Sollwert Regr_trgt aufgetreten ist. Der adaptive Stöchiometrie-Controller erfasst die individuelle Variation, etc., dieser AGR-Vorrichtung als Fehler von den Referenzwerten Abs, Bbs der Modellparameter A, B, unmittelbar nach Beginn des stöchiometrischen Betriebsmodus. Aus diesem Grund kann der adaptive Stöchiometrie-Controller das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs mit hoher Präzision regeln, unabhängig von individueller Variation, etc., in der AGR-Vorrichtung, den Kraftstoffeinspritzventilen, dem Luftströmungsmesser, etc.
  • 13 zeigt Graphen, welche die Simulationsergebnisse einer herkömmlichen Vorrichtung zeigen. Hierin bezieht sich die konventionelle Vorrichtung auf eine Vorrichtung, in der sich die stöchiometrische Rückkopplungsregelung von dem oben erwähnten adaptiven Stöchiometrie-Controller unterscheidet, und bestimmt die Korrektureinspritzmenge ΔGfuel_fb entsprechend der oben erwähnten vorwärts koppelnden Einspritzmenge Gfuel_st_ff mit einem bekannten PI-Regler, mit dem Fehler E_phi zwischen dem Ausgabewert φlaf des LAF-Sensors und dem Sollwert davon (stöchiometrisch) als Eingabe. Darüber hinaus sind die anderen Simulationsbedingungen die gleichen wie in 12.
  • Die individuelle Variation, etc., die in der vorgenannten AGR-Vorrichtung, etc., auftritt, kann mit einem herkömmlichen PI-Regler erfasst werden. Aus diesem Grund kann der Ausgabewert des LAF-Sensors auch mit der herkömmlichen Vorrichtung stöchiometrisch gemacht werden, wie in 13 gezeigt. Jedoch bleibt, wie durch Vergleich der Verhaltensweise der LAF-Sensorausgabe und dem Äquivalenzverhältnis-Parameter zwischen 13 und 12 ersichtlich, das überschießende und schwingende Verhalten der Ausgabe des LAF-Sensors mit der konventionellen Vorrichtung deutlich. Dies ist so, weil die Kompensationsverzögerung für die Abweichung mit einem PI-Regler basierend auf der Abweichungseingabe eines konventionellen LAF-Sensors nicht vermieden wird. Aus diesem Grund wird die stöchiometrische Reinigungszeit kürzer. Aus dem obigen Grund kann der Vorteil des adaptiven Stöchiometrie-Controllers der vorliegenden Ausführung verifiziert werden.
  • Als nächstes wird, wieder in Bezug auf 9, die Sequenz der Berechnungen erläutert, die von dem LAF-Verzögerungskompensations-Identifizierer 35 durchgeführt werden.
  • Der LAF-Verzögerungskompensations-Identifizierer 35 identifiziert den Wert des Verzögerungskoeffizienten C (siehe obige Formel (10)), der in dem Kraftstoffeinspritzmengen-Sensorausgabemodell enthalten ist, das in dem adaptiven Stöchiometrie-Controller 34 verwendet wird. Zuerst wird der Einfluss erläutert, den der Fehler dieses Verzögerungskoeffizienten C auf die Regelergebnisse des oben erwähnten adaptiven Stöchiometrie-Controllers 34 ausübt.
  • 14 zeigt Graphen, die den Einfluss zeigen, den der Schätzfehler der Ansprech-Verzögerungscharakteristik des LAF-Sensors auf die Regelergebnisse ausübt. Wie oben erwähnt, bestimmt der adaptive Stöchiometrie-Controller beim Identifizieren der Werte der Modellparameter A und B derart, dass der geschätzte Wert φlaf_hat der Ausgabe des LAF-Sensors, unter dem vom LAF-Verzögerungskompensations-Identifizierer identifizierten Verzögerungskoeffizienten, zu dem Ausgabewert LAF des LAF-Sensors passt, die Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf diesen Modellparametern A und B. Daher ist es, infolge der Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge auf diese Weise, notwendig, dass der Wert des Verzögerungskoeffizienten C akkurat identifiziert wird, damit die Ist-Ausgabe φlaf des LAF-Sensors, gemäß Annahme durch das Modell, mit dem geschätzten Wert φlaf_hat übereinstimmt. In anderen Worten, wenn ein Fehler im Verzögerungskoeffizienten vorhanden ist, der durch den LAF-Verzögerungskompensations-Identifizierer berechnet wird, kommt es zu einer Verschiebung in den Modellparametern A und B, die von dem Rückkopplungsidentifizierer identifiziert sind, und infolgedessen zeigt der Ist-Ausgabewert φlaf des LAF-Sensors ein Verhalten, das sich von dem geschätzten Wert φlaf_hat unterscheidet. 14(a) zeigt das Verhalten in dem Fall, dass die Verzögerung des aktuellen LAF-Sensors größer als geschätzt ist, 14(b) zeigt das Verhalten in dem Fall, dass die Verzögerung des aktuellen LAF-Sensors im Wesentlichen die gleiche wie geschätzt ist, und 14(c) zeigt das Verhalten in dem Fall, dass die Verzögerung des aktuellen LAF-Sensors kleiner als geschätzt ist.
  • Wenn, wie in 14(b) gezeigt der Verzögerungskoeffizient C akkurat geschätzt wird, zeigen der geschätzte Wert φlaf_hat und der Ist-Ausgabewert φlaf des LAF-Sensors das gleiche Verhalten. Wenn hingegen, wie in 14(a) oder (c) gezeigt, ein Fehler in der Schätzung des Verzögerungskoeffizienten C vorliegt, überschießt der aktuelle Ausgabewert φlaf und wird in Bezug auf den geschätzten Wert φlaf_hat verzögert. Aus diesem Grund verkürzt sich die stöchiometrische Reinigungszeit.
  • Aus den obigen Gründen ist es notwendig, dass der Wert des Verzögerungskoeffizienten C sukzessiv akkurat identifiziert wird. Darüber hinaus ändert sich die Verzögerungscharakteristik dieses LAF-Sensors stark in Abhängigkeit vom Abgasvolumen. In anderen Worten, der Wert des Verzögerungskoeffizienten C kommt zu einer starken Veränderung, sukzessive in Abhängigkeit vom Betriebszustand. Nachfolgend wird ein Algorithmus erläutert, der den Verzögerungskoeffizienten C, der auf diese Weise stark fluktuiert, akkurat identifiziert, und eine Charakteristik hat, die sich entsprechend individueller Variation, etc., verändert.
  • Der LAF-Verzögerungskompensations-Identifizierer 35 identifiziert den Wert des Verzögerungskoeffizienten C mittels der Modellformel (siehe folgende Formel (19)), die man erhält, indem das Äquivalenzverhältnis φexp an der Auslassöffnung, das praktisch nicht beobachtet werden kann, durch einen geschätzten Wert φexp_hat ersetzt wird, der aus der Formel (11-1) errechnet werden kann, in der Modellformel (10) des Öffnungs-Äquivalenzverhältnis-Sensorausgabemodells. φlaf(k) = (1 – C(k – 1))φlaf(k – 1) + C(k – 1)φexp_hat(k – d') (19)
  • Da jedoch in der obigen Formel (19) der Verzögerungskoeffizient C(k – 1) mit beiden Variablen φlaf und φexp_hat multipliziert wird, ist es nicht länger möglich, ihn mit einem üblichen Identifikationsalgorithmus zu identifizieren. Daher werden eine virtuelle Ausgabe W(k) und ein geschätzter Wert davon W_hat(k) so definiert, wie in den folgenden Formeln (20-1) und (20-2) gezeigt. Die Art der Identifizierung des Werts des Verzögerungskoeffizienten C derart, dass die obige Formel (19) erfüllt ist, und die Art der Berechnung des Werts des Verzögerungskoeffizienten C derart, dass der Fehler zwischen der virtuellen Ausgabe W und dem geschätzten Wert davon W_hat ein Minimum erreicht, werden hierdurch äquivalent. W(k) = φlaf(k) – φlaf(k – 1) (20-1) W_hat(k) = C(k – 1)(φexp_hat(k – d') – φlaf(k – 1)) (20-2)
  • Darüber hinaus hat die Verzögerungscharakteristik des LAF-Sensors eine Charakteristik, die sich in Abhängigkeit vom Abgasvolumen verändert. Insbesondere gibt es eine Charakteristik der Verzögerungscharakteristik des LAF-Sensors, die kleiner wird, wenn das Abgasvolumen zunimmt. Es ist schwierig, einen Wert direkt zu berechnen, der auf diese Weise sukzessiv stark fluktuiert, so dass der Fehler zwischen der oben erwähnten virtuellen Ausgabe W und dem geschätzten Wert W_hat ein Minimum erreicht, und der Fehler ist groß. Daher definiert der LAF-Verzögerungskompensations-Identifizierer 35 einen Basis-Verzögerungskoeffizienten Cbs(k) als Funktion des Abgasvolumens, wie in 15 gezeigt, und unterteilt den Verzögerungskoeffizienten C(k) in das Produkt des Basis-Verzögerungskoeffizienten Cbs(k) und einen Korrekturfaktor Kc(k) des Verzögerungskoeffizienten, wie in der unten beschriebenen 21 gezeigt. In anderen Worten, der Verzögerungskoeffizient C(k) wird in das Produkt des Referenzwerts Cbs(k), der sich entsprechend dem Abgasvolumen verändert, und des Korrekturfaktors Kc(k), der sich zu anderen Ursachen verändert, wie etwa individueller Variation und Rußanhaftung, aufgeteilt. Indem der Verzögerungskoeffizient C(k) auf diese Weise definiert wird, kann das Teil von dem Verzögerungskoeffizienten C(k), das durch das Abgasvolumen sukzessiv stark fluktuiert, durch Absuchen eines Kennfelds errechnet werden, etwa jenem, das in 15 gezeigt ist, mit dem Abgasvolumen als Argument, ohne durch einen Identifikationsalgorithmus hindurchzugehen. C(k) = Kc(k)Cbs(k) (21)
  • Wenn, wie oben erwähnt, eine individuelle Variation in der Erfassungscharakteristik des LAF-Sensors vorliegt, oder dem Erfassungselement Ruß anhaftet, wird angenommen, dass die Abgasvolumencharakteristik des Verzögerungskoeffizienten C des LAF-Sensors von dem Basis-Verzögerungskoeffizienten Cbs variiert, wie in 15 gezeigt. Jedoch ist diese Verschiebung von diesem Basis-Verzögerungskoeffizienten Cbs in Bezug auf die Größe des Abgasvolumens nicht gleichmäßig. Um daher eine solche nicht-lineare Eigenschaft wiederzugeben, wird der Korrekturfaktor Kc(k) des oben erwähnten Verzögerungskoeffizienten als lineare Kombination einer Mehrzahl von Gewichtungsfunktionen ωi(k) definiert, in der das Abgasvolumen ein Argument ist, wie in der folgenden Formel (22) gezeigt. Nachfolgend wird ein Koeffizient Kc_i, der die jeweilige Gewichtungsfunktionen ωi(k) begleitet, als lokaler Korrekturfaktor bezeichnet. Darüber hinaus wird nachfolgend als Beispiel ein Fall erläutert, in dem die Anzahl von Gewichtungsfunktionen drei beträgt.
  • Figure DE112012006719T5_0007
  • 16 ist ein Graph, der ein Setzbeispiel von Gewichtungsfunktion ωi zeigt.
  • Wie in 16 gezeigt, wird, für das Abgasvolumen, das sich von 0 auf einen vorher bestimmten oberen Grenzwert verändert, sie so gesetzt, dass der definierte Bereich der jeweiligen Gewichtungsfunktionen ωi einander überlappen, und die Summe von Werten der Gewichtungsfunktionen ωi für alle Abgasvolumina gleich wird. Darüber hinaus wird in einem Bereich, in dem sich der Basis-Verzögerungskoeffizient Cbs stark ändert, berücksichtigt, dass sich auch der Fehler davon stark ändert. Aus diesem Grund ist es, wie in 16 gezeigt, in dem Bereich, in dem sich der Basis-Verzögerungskoeffizient Cbs stark ändert (der Bereich, in dem das Abgasvolumen klein ist) bevorzugt, diesen so zu setzen, dass die Gewichtungsfunktionen ωi nahe beieinander liegen.
  • Der LAF-Verzögerungskompensations-Identifizierer identifiziert, bei der Darstellung des Verzögerungskoeffizienten C(k) in der obigen Weise durch die lineare Kombination der lokalen Korrekturfaktoren den Wert der jeweiligen lokalen Korrekturfaktoren Kc_i derart, dass der Identifikationsfehler E_id' zwischen der virtuellen Ausgabe W und dem geschätzten Wert davon W_hat ein Minimum erreicht. Darüber hinaus wird, als der Algorithmus, der den Wert dieses lokalen Korrekturfaktors Kc_i identifiziert, wenn ein sukzessiver Algorithmus der Methode der kleinsten Quadrate verwendet wird, der Wert des lokalen Korrekturfaktors Kc_i durch die folgende Formel (23) repräsentiert. Kc_i(k) = Kc_i(k – 1) + Kp'(k)ωi(k)E_id'(k) (23)
  • In der obigen Formel (23) ist der Koeffizient Kp' ein Korrekturfaktor, und er wird durch die folgende Formel (24-1) ausgedrückt. In der folgenden Formel (24-1) ist der Koeffizient P ein adaptiver Faktor, und ist auf einen vorbestimmten positiven Wert gesetzt. Darüber hinaus ist der Koeffizient ζ' ein virtueller Verzögerungskoeffizient-Identifikationseingabewert, und wird durch die folgende Formel (24-2) ausgedrückt. Kp'(k) = Pς'(k) / 1 + Pς'(k)² (24-1) ς(k) = Cbs(k – 1)(φexp_hat(k – d') – φlaf(k – 1)) (24-2)
  • Es sollte angemerkt werden, dass ein Dauerzustandsfehler, der aus individueller Variation, Alterung, etc., der Kraftstoffeinspritzventile, der AGR-Vorrichtung, des Luftströmungssensors, etc., entsteht, in dem vorgenannten geschätzten Wert φexp_hat des Äquivalenzverhältnisses enthalten sein kann. Wenn der Verzögerungskoeffizient C(k) so identifiziert wird, dass der geschätzte Wert W_hat der virtuellen Eingabe, der aus diesem geschätzten Wert φexp_hat berechnet wird, und die virtuelle Eingabe immer übereinstimmen, kann sich aus diesem Grund dieser Fehler akkumulieren, und der Fehler kann in dem Verzögerungskoeffizient C(k) auftreten. Darüber hinaus ist der Verzögerungskoeffizient C(k) ein Koeffizient, der die Übergangscharakteristik der Ausgabe des LAF-Sensors repräsentiert. Daher wird der Wert des Verzögerungskoeffizienten C(k) bevorzugt identifiziert, während sich die Ausgabe des LAF-Sensors verändert. Aus dem obigen Grund aktualisiert der LAF-Verzögerungskompensations-Identifizierer den Wert des Verzögerungskoeffizienten C(k) nur bei der Übergangszeit, in der eine signifikante Änderung im Ausgabewert des LAF-Sensors auftritt. Insbesondere aktualisiert der LAF-Verzögerungskompensations-Identifizierer den Wert des Übergangs-Bewertungsflags F_Trans in Antwort auf die Fluktuation im Ausgabewert des LAF-Sensors, wie in der folgenden Formel (25-1) gezeigt, und gibt den Identifikationsfehler, der nicht 0 ist, nur dann ein, während bestimmt wird, dass ein Übergangszustand vorliegt, wie in der folgenden Formel (25-2) gezeigt.
  • Figure DE112012006719T5_0008
  • 17 zeigt Graphen, die die Simulationsergebnisse des LAF-Verzögerungskompensations-Identifizierers zeigen. 17 zeigt die Änderung in der Ausgabe des LAF-Sensors, der virtuellen Eingabe W, des Identifikationsfehlers E_id', des Verzögerungskoeffizienten C und des Übergangsbewertungs-Flags F_Trans, wenn veranlasst wird, dass sich das Abgasvolumen in der in der Zeichnung gezeigten Situation ändert.
  • Wenn, wie in 17 gezeigt, veranlasst wird, dass sich das Abgasvolumen periodisch verändert, ändert sich auch die Ausgabe des LAF-Sensors periodisch, und in Antwort darauf ändert sich auch das Übergangsbewertungs-Flag F_Trans periodisch. Darüber hinaus wird der Wert des Verzögerungskoeffizienten C(k) nur dann aktualisiert, während das Übergangsbewertungs-Flag F_Trans 1 ist. Wenn man hier das Verhalten des Verzögerungskoeffizienten C in 17 betrachtet, geht der erste von den aktuellen Verzögerungskoeffizienten weg zur Seite des Referenzwerts Cbs hin; wohingegen, im Verlauf der Zeit, der Verzögerungskoeffizient C im Wesentlichen das gleiche Verhalten wie der aktuelle Verzögerungskoeffizient aufzeigt. Darüber hinaus konvergiert hierbei auch der Wert des Identifikationsfehlers E_id', im Verlauf der Zeit, auf 0. Auf dem Obigen ist der Vorteil des LAF-Verzögerungskompensations-Identifizierers der vorliegenden Ausführung verifiziert worden.
  • 18 ist ein Flussdiagramm, das die Sequenz dieser obigen Kraftstoffeinspritzsteuerung zeigt. Bei dieser Kraftstoffeinspritzmengen-Steuerung bestimmt die ECU die Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel gemäß dem Betriebsmodus anhand der unten gezeigten Sequenz.
  • In Schritt S31 bestimmt die ECU, ob verschiedene Sensoren in Bezug auf die Ausführung der Kraftstoffeinspritzsteuerung normal sind, wie etwa vom LAF-Sensor und Temperatursensoren. Falls die Bestimmung in Schritt S31 NEIN ist, geht die ECU zu Schritt S32 weiter, bestimmt die Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel_ln für während Magerbetrieb als Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel unabhängig vom gegenwärtigen Betriebsmodus, und beendet dann diesen Prozess. Falls die Bestimmung in Schritt S31 JA ist, geht die ECU zu Schritt S33 weiter.
  • In Schritt S33 bestimmt die ECU, ob der stöchiometrische Betriebsmodus vorliegt, d. h. ob das Stöchiometrische-Reinigungs-Flag F_StoicMode = 1 ist. Falls die Bestimmung in Schritt S33 NEIN ist und der Mager-Betriebsmodus vorliegt, geht die ECU zu Schritt S34 weiter, bestimmt die Einspritzmenge Gfuel_ln für während Magerbetrieb als die Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel und geht dann zu Schritt S29 weiter. Falls die Bestimmung in Schritt S33 JA ist und der stöchiometrische Betriebsmodus vorliegt, geht die ECU zu Schritt S35 weiter.
  • In Schritt S35 führt die ECU die in den obigen Formeln (11-1) bis (16-4) gezeigten Berechnungen durch, identifiziert die Werte der Modellparameter A und B und geht dann zu Schritt S36 weiter. In Schritt S36 bestimmt die ECU, ob ein Zustand vorliegt, der für den Beginn der stöchiometrischen Rückkopplungsregelung geeignet ist, d. h., ob das Stöchiometrische-Rückkopplungs-Flag F_StoicFB = 1 ist. Falls die Bestimmung in Schritt S36 NEIN ist, geht die ECU zu Schritt S37 weiter, bestimmt die Einspritzmenge Gfuel_st_ff für während stöchiometrischem Betriebsmodusstart als die Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel, und geht dann zu Schritt S39 weiter. Falls die Bestimmung in Schritt S36 JA ist, geht die ECU zu Schritt S38 weiter, bestimmt die Einspritzmenge Gfuel_st für während stöchiometrischer Rückkopplungsregelung als die Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel, und geht dann zu Schritt S39 weiter.
  • In Schritt S39 führt die ECU die in den obigen Formeln (19) bis (25-2) gezeigten Berechnungen durch, identifiziert den Wert des Verzögerungskoeffizienten C des LAF-Sensors und geht dann zu Schritt S40 weiter. In Schritt S40 bestimmt die ECU, ob der Wert des Korrekturfaktors Kc des Verzögerungskoeffizienten C kleiner als ein vorbestimmter Abnormalitätsbewertungs-Schwellenwert Kc_Aged ist. Falls die Bestimmung in Schritt S40 NEIN ist, bestimmt die ECU den LAF-Sensor als normal und beendet diesen Prozess. Falls die Bestimmung in Schritt S40 JA ist, bestimmt die ECU den LAF-Sensor als im abnormalen Zustand, in dem die Verzögerung groß ist, geht zu Schritt S41 weiter, lässt die Warnlampe aufleuchten und beendet dann diesen Prozess.
  • Es sollte angemerkt werden, dass, wie in Bezug auf das Flussdiagramm von 18 ersichtlich, der LAF-Verzögerungskompensations-Identifizierer den Wert des Verzögerungskoeffizienten C unabhängig vom Betriebsmodus aktualisiert; wohingegen der Rückkopplungsidentifizierer die Werte der Modellparameter A und B nur im stöchiometrischen Betriebsmodus aktualisiert. In anderen Worten, der LAF-Verzögerungskompensations-Identifizierer aktualisiert den Wert des Verzögerungskoeffizienten C unter breiteren Betriebsbedingungen als der Rückkopplungsidentifizierer. Wie oben erwähnt, wird angenommen, dass der Wert des Verzögerungskoeffizienten C akkurat identifiziert wird, um die Werte der Modellparameter A und B durch den Rückkopplungsidentifizierer akkurat zu identifizieren. Indem daher, auf diese Weise, die Betriebsbedingungen zum Identifizieren des LAF-Kompensationsidentifizierers breiter gemacht werden als der Rückkopplungsidentifizierer, d. h., indem auch der Mager-Betrieb eingeschlossen wird, können die Modellparameter A und B zu genauen Werten gemacht werden.
  • Einspritzmustersteuerung
  • 19 zeigt Graphen, welche Drehmomentstufen darstellen, die mit der obigen Kraftstoffeinspritzsteuerung erzeugt werden können. Insbesondere zeigt 19 Graphen, die schematisch die Drehmomentstufen zeigen, die möglicherweise in dem Fall entstehen, wo Kraftstoff in den gleichen Einspritzsituationen vor und nach dem Start der stöchiometrischen Rückkopplungsregelung während des stöchiometrischen Betriebsmodus eingespritzt wird.
  • Wenn wie oben erwähnt die stöchiometrische Rückkopplungsregelung startet, wird die Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel von der vorwärts koppelnden Einspritzmenge Gfuel_st_ff auf die Einspritzmenge Gfuel_st für während stöchiometrischer Rückkopplungsregelung umgeschaltet. In diesem Fall wird die Einspritzmenge Gfuel_st größer als die vorwärts koppelnde Einspritzmenge Gfuel_st_ff, so dass die Ausgabe des LAF-Sensors von mager als der stöchiometrischen Seite sich stöchiometrisch annähert. Wenn Kraftstoff in der gleichen Situation vor und nach dem Start der stöchiometrischen Rückkopplungsregelung eingespritzt wird, könnte aus diesem Grund eine ungewünschte Drehmomentstufe auftreten, wie sie dargestellt ist. Nachfolgend wird die Sequenz der Einspritzmustersteuerung zur Beseitigung einer solchen Drehmomentstufe erläutert.
  • 20 ist ein Flussdiagramm, das die Sequenz der Einspritzmustersteuerung zeigt. Bei dieser Einspritzmustersteuerung bestimmt die ECU das Einspritzmuster so, dass sich die Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel nicht verändert, die so bestimmt ist, um das Äquivalenzverhältnis vom Abgas bei der oben erwähnten Kraftstoffeinspritzsteuerung zu optimieren, und derart, dass die oben erwähnte Drehmomentstufe nicht auftritt. Das Einspritzmuster ist durch eine Mehrzahl von Kraftstoffeinspritzparametern gekennzeichnet, wie etwa die Haupteinspritzzeit θm entsprechend der Ausführungszeit der Haupteinspritzung; der Nacheinspritzzeit θa entsprechend der Ausführungszeit die Nacheinspritzung, die Piloteinspritzmenge Gf_p entsprechend der Kraftstoffmenge, die bei der Piloteinspritzung eingespritzt wird, die Haupteinspritzmenge Gf_m entsprechend der Kraftstoffmenge, die bei der Haupteinspritzung eingespritzt wird, und die Nacheinspritzmenge Gf_a entsprechend der Kraftstoffmenge, die bei der Nacheinspritzung eingespritzt wird. Es sollte angemerkt werden, dass für die Piloteinspritzzeit θp entsprechend der Ausführungszeit der Piloteinspritzung ein Festwert benutzt wird, oder ein Wert benutzt wird, der in Abhängigkeit von den oben erwähnten Kraftstoffeinspritzparametern, etc., eindeutig bestimmt ist; daher wird eine Erläuterung davon nachfolgend weggelassen.
  • In Schritt S51 bestimmt die ECU, ob der stöchiometrische Betriebsmodus vorliegt, d. h., ob das Stöchiometrische-Reinigungs-Flag F_StoicMode 1 ist. Falls die Bestimmung in Schritt S51 NEIN ist und der Mager-Betriebsmodus vorliegt, geht die ECU zu Schritt S52 weiter, und falls die Bestimmung in Schritt S51 JA ist und der stöchiometrische Betriebsmodus vorliegt, geht sie zu Schritt S53 weiter.
  • Im Falle des Mager-Betriebsmodus, vorausgesetzt, dass nur die Piloteinspritzung und Haupteinspritzung durchgeführt wird, wie in 21 gezeigt, bestimmt die ECU den Wert der Kraftstoffeinspritzparameter (θm, Gf_m, Gf_p) in Bezug auf die Ausführung dieser Piloteinspritzung und Haupteinspritzung (Schritt S52), und beendet dann diesen Prozess. Die Haupteinspritzzeit θm während des Mager-Betriebsmodus wird zum Beispiel durch Absuchen eines in 22 gezeigten Haupteinspritz-Zeitbestimmungs-Kennfelds bestimmt, mit dem geschätzten Wert der Inert-AGR-Rate (oder geschätzten Wert Regr_hat der AGR-Rate), etc., als Argumente. Gemäß dem in 22 dargestellten Kennfeld wird die Haupteinspritzzeit θm so bestimmt, dass sie in der Nähe des oberen Totpunkts zur frühen Seite hin korrigiert wird, einhergehend mit zunehmender Inert-AGR-Rate. Darüber hinaus werden die Haupteinspritzmenge Gf_m und die Piloteinspritzmenge Gf_p durch Absuchen des Kennfelds für während Mager-Betriebsmodus bestimmt, um die Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel aufzuteilen, die bei der vorherigen Kraftstoffeinspritzmengen-Steuerung bestimmt worden ist.
  • Im Falle des stöchiometrischen Betriebsmodus bestimmt, unter Voraussetzung der Ausführung der Piloteinspritzung, Haupteinspritzung und Nacheinspritzung, wie in 23 dargestellt, die ECU die Werte der Kraftstoffeinspritzparameter (θm, θa, Gf_m, Gf_p, Gf_a) in Bezug auf die Ausführung dieser Piloteinspritzung, Haupteinspritzung und Nacheinspritzung in der nachfolgend erläuterten Sequenz (Schritte S53, S54), und beendet dann diesen Prozess.
  • In Schritt S53 bestimmt die ECU die Werte eines vorläufigen Werts θm_tmp der Haupteinspritzzeit, der Nacheinspritzzeit θa und der Piloteinspritzmenge Gf_p. Der vorläufige Wert θm_tmp der Haupteinspritzzeit wird durch Absuchen eines in 22 gezeigten Haupteinspritzzeit-Bestimmungskennfelds bestimmt, ähnlich wie beim Mager-Betriebsmodus. Die Nacheinspritzzeit θa und die Piloteinspritzmenge Gf_a werden durch Absuchen eines Kennfelds für während stöchiometrischem Betriebsmodus bestimmt.
  • In Schritt S54 bestimmt die ECU die Werte der Haupteinspritzzeit θm, der Haupteinspritzmenge Gf_m und der Nacheinspritzmenge Gf_a in der nachfolgend gezeigten Sequenz.
  • Um zunächst die Haupteinspritzmenge Gf_m und die Nacheinspritzmenge Gf_a so zu bestimmen, dass die vom Fahrer angeforderte Antriebskraft Tdrv realisiert wird, und um die in der Kraftstoffeinspritzsteuerung bestimmte Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel aufzuteilen, werden die zwei folgenden Identitäten für die zwei Einspritzmengen Gf_m und Gf_a auferlegt. In der folgenden Formel (26-1) entsprechen die Koeffizienten Ita_m(k) und Ita_a(k) den Drehmomentumwandlungseffizienzen jeweils der Haupteinspritzung und Nacheinspritzung und werden durch Absuchen des in 24 gezeigten Kennfelds mit den jeweiligen Einspritzzeiten als Argumenten errechnet. Tdrv(k) = Ita_m(k)Gf_m(k) + Ita_a(k)Gf_a(k) (26-1) Gfuel(k) = Gf_p(k) + Gf_m(k) + Gf_a(k) (26-2)
  • Wenn die obigen Formeln (26-1) und (26-2) nach der Haupteinspritzmenge Gf_m und der Nacheinspritzmenge Gf_a aufgelöst werden, erhält man die folgende Formel Gf_a(k) = Tdrv(k) – Ita_m(k)(Gfuel(k) – Gf_p(k)) / Ita_a(k) – Ita_m(k) (27-1) Gf_m(k) = –Tdrv(k) + Ita_a(k)(Gfuel(k) – Gf_p(k)) / Ita_a(k) – Ita_m(k) (27-2)
  • Weil darüber hinaus die Nacheinspritzung eine schlechte Drehmomentumwandlungseffizienz hat, wenn die Nacheinspritzmenge Gf_a übermäßig groß wird, nimmt die KW-Emissionsmenge zu und es tritt eine Ölverdünnung auf. Aus diesem Grund wird der obere Grenzwert Gf_a max für die Nacheinspritzmenge Gf_a gesetzt. Daher stellt die ECU den vorläufigen Wert θm_tmp der Haupteinspritzmenge derart ein, dass die Nacheinspritzmenge Gf_a den oberen Grenzwert Gf_a max nicht überschreitet, und bestimmt die Werte der letztendlichen Haupteinspritzmenge Gf_m und Nacheinspritzmenge Gf_a.
  • Insbesondere sucht die ECU zunächst das Kennfeld mit der Nacheinspritzzeit θa und dem vorläufigen Wert θm_tmp der Haupteinspritzzeit, in Schritt S54 bestimmt, als Argumente ab, und berechnet die Drehmomentumwandlungseffizienzen Ita_a_tmp und Ita_m_tmp für die vorläufige Nacheinspritzung und Haupteinspritzung. Dann berechnet die ECU den vorläufigen Wert Gf_a_tmp der Nacheinspritzmenge und den vorläufigen Wert Gf_m_tmp der Haupteinspritzmenge, wie in den folgenden Formeln (28-1) und (28-2) gezeigt, in denen diese Drehmomentumwandlungseffizienzen Ita_a_tmp und Ita_m_tmp in die obigen Formeln (27-1) und (27-2) eingesetzt werden.
  • Gf_a_tmp(k) = Tdrv(k) – Ita_m_tmp(k)(Gfuel(k) – Gf_p(k)) / Ita_a_tmp(k) – Ita_m_tmp(k) (28-1) Gf_m_tmp(k) = –Tdrv(k) + Ita_a_tmp(k)(Gfuel(k) – Gf_p(k)) / Ita_a_tmp(k) – Ita_m_tmp(k) (28-2)
  • Die ECU vergleicht den vorläufigen Wert Gf_a_tmp der berechneten Nacheinspritzmenge und den oberen Grenzwert Gf_a_max, und falls der vorläufige Wert Gf_a_tmp kleiner als der obere Grenzwert Gf_a_max ist, bestimmt sie den vorläufigen Wert Gf_a_tmp als den definitiven Wert Gf_a(k) der Nacheinspritzmenge, und falls der vorläufige Wert Gf_a_tmp zumindest den oberen Grenzwert Gf_a_max einnimmt, bestimmt sie den oberen Grenzwert Gf_a_max als den definitiven Wert Gf_a(k) der Nacheinspritzmenge (siehe folgende Formel (29)).
  • Figure DE112012006719T5_0009
  • Darüber hinaus bestimmt, falls der vorläufige Wert Gf_a_tmp der Nacheinspritzmenge kleiner als der obere Grenzwert Gf_a_max ist, die ECU den vorläufigen Wert Gf_M_tmp als den definitiven Wert Gf_m(k) der Haupteinspritzmenge, und falls der vorläufige Wert Gf_a_tmp zumindest den oberen Grenzwert Gf_a_max einnimmt, bestimmt sie einen Korrekturwert Gf_m_mod als den definitiven Wert Gf_m(k) der Haupteinspritzmenge (siehe folgende Formel (30-1)). Hierin wird, für den Korrekturwert Gf_m_mod(k) der Haupteinspritzmenge ein Wert verwendet, den man erreicht, indem man die Nacheinspritzmenge um eine Menge erhöht, die durch den oberen Grenzwert Gf_a_max begrenzt ist, wie in der folgenden Formel (30-2) gezeigt.
  • Figure DE112012006719T5_0010
  • Falls darüber hinaus der vorläufige Wert Gf_a_tmp der Nacheinspritzmenge kleiner als der obere Grenzwert Gf_a_max ist, bestimmt die ECU den vorläufigen Wert θm_tmp als den definitiven Wert θm(k) der Haupteinspritzzeit, und falls der vorläufige Wert Gf_a_tmp zumindest den oberen Grenzwert Gf_a_max einnimmt, bestimmt sie den Korrekturwert θM_mod als den definitiven Wert θm(k) der Haupteinspritzzeit (siehe nachfolgende Formel (31)).
  • Figure DE112012006719T5_0011
  • Hierin wird der Korrekturwert θm_mod(k) der Haupteinspritzzeit in der folgenden Sequenz errechnet. Zuerst wird, im Falle der Bregrenzung der Nacheinspritzmenge Gf_a durch den oberen Grenzwert Gf_a_max, für die Haupteinspritzmenge Gf_m, der Korrekturwert Gf_m_mod verwendet, den man erreicht, indem man ihn proportional hierzu erhöht. Indem die Einspritzmenge auf diese Weise bestimmt wird, wird die erforderliche Drehmomentumwandlungseffizienz Ita_m_mod der Haupteinspritzung aus der obigen Formel (26-1) errechnet (siehe auch folgende Formel (32). Wenn dies erfolgt ist, wird der Korrekturwert θM_mod der Haupteinspritzzeit durch Absuchen des in 25 gezeigten Kennfelds bestimmt, mit der Drehmomentumwandlungseffizienz Ita_m_mod als Argument. Es sollte angemerkt werden, dass das Kennfeld von 25 einem Kennfeld entspricht, das erstellt wird, indem die Eingabe und Ausgabe des in 24 gezeigten Kennfelds ersetzt werden, und ist im Wesentlichen äquivalent. Falls daher der vorläufige Wert Gf_a_tmp der Nacheinspritzmenge den oberen Grenzwert Gf_a_max überschreitet, wird die Nacheinspritzmenge durch den oberen Grenzwert Gf_a_max begrenzt, wird die Haupteinspritzmenge vom vorläufigen Wert Gf_m_tmp proportional hierzu zur Seite der erhöhten Menge hin eingestellt, und wird die Haupteinspritzzeit von dem vorläufigen Wert θm_tmp zur verzögerten Seite hin eingestellt, so dass die Verbrennungseffizienz abnimmt. Ita_m_mod(k) = Tdrv(k) – Ita_a(k)(Gfuel(k) – Gf_p(k)) / Gf_m_mod(k) (32)
  • 26 zeigt Graphen, die das Konzept der Drehmomentkompensationssteuerung darstellen, die durch Ausführung der oben erwähnten Einspritzmustersteuerung realisiert wird.
  • Wenn zunächst vom Mager-Betriebsmodus zum stöchiometrischen Betriebsmodus umgeschaltet wird, wird zusätzlich zur Haupteinspritzung die Nacheinspritzung ausgeführt. Wenn anschließend die stöchiometrische Rückkopplungsregelung startet, wird die Kraftstoffeinspritzmenge von der mageren Seite her so erhöht, dass die Ausgabe des LAF-Sensors stöchiometrisch wird. Unter diesen Umständen wird die Kraftstoffeinspritzmenge, die so bestimmt ist, dass das Äquivalenzverhältnis stöchiometrisch wird, in geeigneter Weise in die Nacheinspritzmenge und die Haupteinspritzmenge aufgeteilt, den obigen Formeln (26-1) bis (32) folgend. Es wird hierdurch möglich, das Auftreten einer Drehmomentstufe zu vermeiden, während ein Äquivalenzverhältnis derart geregelt wird, dass die Drei-Wege-Reinigungsreaktion am direkt stromabwärtigen Katalysator stattfindet.
  • Modifiziertes Beispiel
  • Nachfolgend wird ein modifiziertes Beispiel des Rückkopplungsidentifizierers der oben erwähnten Ausführung erläutert.
  • 27 ist ein Blockdiagramm, das die Berechnungssequenz (siehe obige Formeln (11-1) bis (16-4) eines Rückkopplungsidentifizierers 32 der oben erwähnten Ausführung zeigt.
  • Der Rückkopplungsidentifizierer 32 ist so konfiguriert, dass er enthält: die LAF-Sensorausgabe-Schätzbetriebseinheit 321, die den geschätzten Wert φlaf_hat(k) der LAF-Sensorausgabe gemäß den Formeln (11-1) und (11-2) berechnet, unter Verwendung des Einspritzmengen-Sensorausgabemodells einschließlich der Modellparameter A, B und des Ansprech-Verzögerungskoeffizienten C, mit der Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel(k – 1) und dem Referenzwert Bbs (siehe Formel (9-4)) als Eingaben; und die Identifikationsbetriebseinheit 322, die die Werte A(k), B(b) der zwei Modellparameter derart sukzessive identifiziert, dass der Identifikationsfehler E_id(k) zwischen dem geschätzten Wert φlaf_hat(k) und dem Ausgabewert φlaf(k) des LAF-Sensors (siehe Formel (12)) ein Minimum erreicht, mit Hilfe der Sequenz, wie in Bezug auf die obigen Formeln (13) bis (16-4) erläutert wird.
  • Der Rückkopplungsidentifizierer 32 identifiziert die Werte A(k), B(k) der Modellparameter (genauer gesagt, deren Korrekturwerte dA, dB) durch wiederholte Ausführung der Berechnung der LAF-Sensorausgabe-Schätzbetriebseinheit 321 und der Berechnung der Identifikationsbetriebseinheit 322, wie in 27 mit dem Pfeil gezeigt, unter Verwendung des Verzögerungskoeffizienten C(k), der durch den hierzu separat vorgesehenen LAF-Verzögerungskompensations-Identifizierer 35 identifiziert wird.
  • Hierbei wird die Berechnung der LAF-Sensorausgabe-Schätzbetriebseinheit 321 aufgeteilt in die Berechnung 321', wo der geschätzte Wert φecp_hat des Äquivalenzverhältnisses vom Abgas gemäß Formel (11-1) berechnet wird, einschließlich der Modellparameter A, B, mit der Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel(k – 1) als Eingabe, und die Berechnung 321'' der Formel (11-2) einschließlich dem Verzögerungskoeffizienten C, mit diesem geschätzten Wert φexp_hat des Äquivalenzverhältnisses des Abgases als Eingabe, wie in 27 gezeigt. Daher ist es, wie aus dieser Figur ersichtlich, mit dem Rückkopplungsidentifizierer 32 erforderlich, die Identifikationsgeschwindigkeit der Identifikationsbetriebseinheit 322 derart ausreichend zu verzögern, dass die Berechnung der Werte A(k), B(k) der Modellparameter nicht instabil wird (entsprechend der Komponente der Verstärkungsmatrix P in der obigen Formel (16-3)), unter Berücksichtigung der Ansprechverzögerung des Faktors G(z) und der Totzeit, die durch die Berechnung des Tiefpassfilter-Faktors G(z) bei einmaliger Aktualisierung der Werte A(k), B(k) der Modellparameter abläuft. In anderen Worten, es gibt eine Grenze für die Identifkationsgeschwindigkeit der Werte A(k) und B(k) der Modellparameter des Rückkopplungsidentifizierers 32.
  • 28 ist ein Blockdiagramm, das die Berechnungssequenz eines modifizierten Beispiel des Rückkopplungsidentifizierers 32A zeigt, der konfiguriert ist, um diese Identifikationsgeschwindigkeit zu verbessern. Diesen Rückkopplungsidentifizierer 32A erhält man, indem man die Transformation des Rückkopplungsidentifizierers 32 von 27 äquivalent macht.
  • Der Rückkopplungsidentifizierer 32A ist so konfiguriert, dass er enthält: eine Verzögerungsbetriebseinheit 323A, die eine Verzögerungsberechnung durchführt, gekennzeichnet durch den Verzögerungskoeffizienten C, an der Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel(k – 1) und dem Referenzwert Bbs; die LAF-Sensorausgabe-Schätzbetriebseinheit 321A, die den geschätzten Wert φlaf_hat(k) der Ausgabe des LAF-Sensors durch Ausführung einer vorbestimmten Berechnung berechnet, gekennzeichnet durch die Modellparameter A, B am Ausgang dieser Verzögerungsbetriebseinheit 323A; und eine Identifikationsbetriebseinheit 322A, die sukzessive die Werte A(k), B(k) der zwei Modellparameter derart identifiziert, dass der Identifikationsfehler E_id(k) (siehe Formel (12)) zwischen dem geschätzten Wert φlaf_hat(k) und dem Ausgabewert φlaf(k) des LAF-Sensors ein Minimum erreicht.
  • Die Verzögerungsbetriebseinheit 323A berechnet die nachfolgend beschriebenen Filterwerte AG_f(k), Bbs(k) und Gf_f(k) durch Ausführen der Verzögerungsberechnung (siehe folgende Formeln (33-1) bis (33-3) unter Verwendung des Verzögerungskoeffizienten C(k), die vom LAF-Verzögerungskompensations-Identifizierer 35 identifiziert wird, für die Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel, des Werts Gfuel·Abs, den man durch Multiplizieren des Referenzwerts mit der Kraftstoffeinspritzmenge erhält, und des Refernzwerts Bbs. AG_f(k) = (1 – C(k – 1))AG_f(k – 1) + C(k – 1)Abs(k – d' – 1)Gfuel(k – d' – 1) (33-1) Bbs_f(k) = (1 – C(k – 1))Bbs_f(k – 1) + C(k – 1)Bbs(k – d' – 1) (33-2) Gf_f(k) = (1 – C(k – 1))Gf_f(k – 1) + C(k – 1)Gfuel(k – d' – 1) (33-3)
  • Die LAF-Sensorausgabe-Schätzbetriebseinheit 321A berechnet den geschätzten Wert φlaf_hat(k) der Ausgabe des LAF-Sensors, indem sie die in der folgenden Formel (34) gezeigte Berechnung durchführt, gekennzeichnet durch die Korrekturwerte dA, dB der Modellparameter A, B, an diesen Filterwerten AG_f(k), Bbs(k) und Gf_f(k). φlaf_hat(k) = AG_f(k) + dA(k – 1)Gf_f(k) + Bbs(k) + dB(k – 1) (34)
  • Die Identifikationsbetriebseinheit 322A identifiziert sukzessive die Korrekturwerte dA(k), dB(k) der zwei Modellparameter derart, dass der Identifikationsfehler E_id zwischen dem Ausgabewert φlaf(k) des LAF-Sensors und dem geschätzten Wert φlaf_hat(k) der LAF-Sensorausgabe, hergeleitet aus den obigen Formeln (11-1) und (11-2), ein Minimum erreicht. Da jedoch, wie in Formel (34) gezeigt, ein Term, der nicht proportional zu einem der Korrekturwerte dA, dB der Modellparameter ist, in dem geschätzten Wert φlaf_hat(k) vorhanden ist, wird der Identifikationsfehler E_id so definiert, wie in der obigen Formel (12) gezeigt, und können die Korrekturwerte dA(k), dB(k) nicht direkt identifiziert werden, so dass dieser Fehler minimal wird. Daher definiert, zur einfacheren Berechnung, die Identifikationsbetriebseinheit 322A eine virtuelle Ausgabe V(k), die man durch Subtrahieren des konstanten Terms AG_f(k) an der rechten Seite der obigen Formel (34) und Bbs(k) von dem Ausgabewert φlaf(k) des LAF-Sensors erhält (siehe folgende Formel (35-1)), und den geschätzten Wert V_hat(k) dieser virtuellen Ausgabe V(k) (siehe folgende Formel (35-2)), ohne die Ausgabe des LAF-Sensors direkt zu handhaben, und verwendet den Identifikationsfehler E_id''(k), der durch die Abweichung von diesen definiert ist (siehe folgende Formel (35-3). V(k) = φlaf(k) – AG_f(k) – Bbs_f(k) (35-1) V_hat(k) = dA(k – 1)Gf_f(k) + dB(k – 1) (35-2) E_id''(k) = V(k) – V_hat(k) (35-3)
  • Es sollte angemerkt werden, dass das Umdefinieren von diesem Identifikationsfehler von E_id auf E_id'' äquivalent zum Umschreiben des in 28 gezeigten Blockdiagramms in das in 29 gezeigte Blockdiagramm ist, und die erhaltenen Werte auch gleich sind.
  • Die Identifikationsbetriebseinheit 322A definiert den korrigierten Vektor dθ' mit den Korrekturwerten dA, dB der Modellparameter A, B als Komponenten durch die folgende Formel (36-1), und definiert den Eingabe/Ausgabe-Vektor ζ' durch die folgende Formel (36-2). dθ'(k) = [dA(k), dB(k)] (36-1) ς'T(k) = [Gf_f(k), 1] (36-2)
  • Unter den obigen Definitionen wird der korrigierte Vektor dθ', der den Identifikationsfehler E_id''(k) minimal macht, mit der folgenden Formel (37) berechnet, ähnlich der obigen Formel (15), gemäß dem sukzessiven Algorithmus der Methode der kleinsten Quadrate.
  • Figure DE112012006719T5_0012
  • Hier ist die Matrix Λ' eine Vergess-Matrix, und ist durch die folgende Formel (38-3) definiert. Die diagonalen Komponenten λ1', λ2' der Vergess-Matrix Λ' sind zwischen jeweils 0 und 1 gesetzt. Darüber hinaus ist bevorzugt eines von λ1' und λ2' auf 1 gesetzt.
  • Darüber hinaus ist die Matrix Kp' eine Modellparameter-aktualisierte Verstärkungsmatrix, und ist durch die folgende Formel (38-1) definiert. In dieser Formel (38-1) ist die Matrix P' eine adaptive Verstärkungsmatrix, und ist durch die folgende Formel (38-2) definiert. Die diagonalen Komponenten p1', p2' der adaptiven Verstärkungsmatrix P' sind jeweils auf positive Werte gesetzt.
  • Figure DE112012006719T5_0013
  • Die Identifikationsbetriebseinheit 322A identifiziert die Korrekturwerte der dA, dB der Modellparameter A, B so, dass der umdefinierte Identifikationsfehler E_id'' minimal wird, mit Hilfe des obigen arithmetischen Ausdrucks. Es sollte angemerkt werden, dass die Werte der Modellparameter A, B aus den Formeln (9-1) und (9-2) errechnet werden. Gemäß dem Rückkopplungsidentifizierer 32A, der in den oben erwähnten 28 und 29 gezeigt ist, ist es, im Gegensatz zum in 27 gezeigten Rückkopplungsidentifizierer 32, möglich, die Identifikationsgeschwindigkeit der Identifikationsbetriebseinheit 322A zu verbessern, da das Filterelement G(z) nicht in der Berechnungsschleife der Modellparameter A(k), B(k) vorhanden ist.
  • Es sollte angemerkt werden, dass, obwohl in den oben erwähnten Ausführungen ein Beispiel des Unterboden-Katalysators erläutert wird, der als selektiver Reduktionskatalysator erstellt ist, die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt ist. Der Unterboden-Katalysator ist auch als NOx-Speicherreduktions-Katalysator in der oben erwähnten Weise wirksam.
  • 30 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines Abgasreinigungssystems 2A zeigt, in dem Fall, wo der Unterboden-Katalysator des katalytischen Unterbodenwandlers 42A als NOx-Speicherreduktions-Katalysator dargestellt ist. Mit dem Abgasreinigungssystem 2 der oben erwähnten Ausführung ist die Reaktionsmittel-Zuführvorrichtung 43 erforderlich, um dem selektiven Reduktionskatalysator Reduktionsmittel zuzuführen. Da jedoch der NOx-Speicherreduktions-Katalysator KW im Abgas als Reduktionsmittel benutzt, ist es mit diesem Abgasreinigungssystem 2A nicht notwendig, die Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung vorzusehen. Jedoch ist es mit diesem Abgasreinigungssystem 2A erforderlich, dass die ECU 3A geeignet separat von der in der oben erwähnten Ausführung erläuterten Äquivalenzverhältnis-Regelung, eine Äquivalenzverhältnis-Regelung ausführt, um das Äquivalenzverhältnis des Abgases stöchiometrisch oder zur fetten Seite von stöchiometrisch zu machen, um NOx zu reduzieren, das von dem NOx-Speicherreduktions-Katalysator adsorbiert ist. Da die Ausführungszeitgebung einer solchen Äquivalenzverhältnis-Regelung zum Reduzieren von NOx durch die ECU 3A im Abgasreinigungssystem 2A bestimmt wird, ist der LAF-Sensor (oder Sauerstoffkonzentrationssensor) 22A an der stromaufwärtigen Seite des katalytischen Unterbodenwandlers 43A vorgesehen. Darüber hinaus können bei einem Abgasreinigungssystem wie etwa jenem, das in 30 gezeigt wird, falls ein NOx-Speicherreduktions-Katalysator auch im direkt stromabwärtigen Katalysator verwendet wird, d. h., falls ein NOx-Speicherreduktions-Katalysator in sowohl in dem direkt stromabwärtigen Katalysator als auch dem Unterboden-Katalysator verwendet wird, dieser direkt stromabwärtige Katalysator und Unterboden-Katalysator integriert konfiguriert sein.
  • Darüber hinaus ändert sich, wie oben erwähnt, die Ausgangscharakteristik des LAF-Sensors durch Ruß, der an dessen Erfassungselement anhaftet. Daher kann der Oxidationskatalysator (oder Drei-Wege-Katalysator 44B) ferner an der stromaufwärtigen Seite des LAF-Sensors 21 vorgesehen sein, wie in 31 gezeigt, um das Anhaften von Ruß am Erfassungselement zu verhindern.
  • Obwohl darüber hinaus in der oben erwähnten Ausführung ein Beispiel erläutert wird, das den Motor als Dieselmotor darstellt, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt und kann auch als Benzinmotor mit Magerverbrennung konfiguriert sein.
  • Obwohl darüber hinaus das Einspritzmengen-Sensorausgabemodell (siehe Formel (8) bis (10) mit der Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel als der Eingabe in der oben erwähnten Ausführung definiert ist, ist die Eingabe des Modells nicht auf die Kraftstoffeinspritzmenge selbst beschränkt, und kann eine physikalische Größe sein, die aus der Kraftstoffeinspritzmenge durch eine vorbestimmte Berechnung erhalten wird. Zum Beispiel kann ein Modell definiert werden, mit einer neuen physikalischen Größe Kg(k), welche definiert wird, indem die Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel(k) durch einen vorbestimmten Kennwert (vorwärts koppelnde Einspritzmenge Gfuel_st_ff), als Eingabe, dividiert wird (siehe nachfolgende Formel (39)). Kg(k) = Gfuel(k)/Gfuel_st_ff(k) (39)
  • Im Falle der Erstellung der oben erwähnten physikalischen Größe Kg(k) als die Eingabe anstelle der Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel(k), wird die Modellformel der obigen Formel (8) durch die nachfolgende Formel (40-1) ersetzt. Darüber hinaus wird in diesem Fall die Definitionsgleichung (9-1) des Modellparameters A'(k) durch die folgende Formel (40-2) ersetzt, und die Definitionsgleichung (9-3) des Referenzwerts Abs(k) des Modellparameters A'(k) wird durch die folgende Formel (40-3) ersetzt. φexp(k + 1) = A'(k)Kg(k) + B(k) (40-1) A'(k) = Abs'(k) + dA(k) (40-2) Abs'(k) = αst(1 – Regr_trgt(k))Gfuel_st_ff / Gafs(k) (40-3)
  • In der obigen Weise ist, auch wenn eine neue physikalische Größe Kg aus der Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel definiert wird und diese als die Eingabe des Modells dargestellt wird, möglich, ähnliche Ergebnisse zu erhalten, indem verschiedene Parameter nach Bedarf umdefiniert werden, wie in den obigen Formeln (40-1) bis (40-3) gezeigt. Darüber hinaus gilt das Gleiche ähnlich auch für die Ausgabe des Modells. In anderen Worten, obwohl das Einspritzmengen-Sensorausgabemodell (siehe Formeln (8) bis (10)) mit der Ausgabe φlaf des LAF-Sensors als der Ausgabe definiert ist, ist die Ausgabe des Modells nicht auf die Ausgabe des LAF-Sensors selbst beschränkt, und kann eine physikalische Größe sein, die man aus der Ausgabe des LAF-Sensors durch eine vorbestimmte Berechnung erhält. Zum Beispiel kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das man durch Multiplizieren eines Faktors (z. B. 14,5) mit dem Kehrwert der Ausgabe des LAF-Sensors erhält, als die Ausgabe des Modells erstellt werden.

Claims (8)

  1. Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors, der unter einer vorbestimmten Bedingung zwischen einem Mager-Betriebsmodus zum Setzen eines Äquivalenzverhältnisses des Luft/Kraftstoff-Gemischs auf mager und einem stöchiometrischen Betriebsmodus zum Setzen eines Äquivalenzverhältnisses des Luft/Kraftstoff-Gemischs auf stöchiometrisch umschaltet, enthält: eine katalytische Reinigungsvorrichtung, die an einem Auslasskanal des Motors angeordnet ist und die zumindest einen Katalysator enthält, an dem eine Drei-Wege-Reinigungsfunktion und eine NOx-Reinigungsfunktion im Mager-Betriebsmodus stattfinden; einen Abgassensor, der ein Äquivalenzverhältnis des Abgases erfasst; eine Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinheit, die eine Kraftstoffeinspritzmenge des Motors bestimmt; und eine Parameter-Identifizierungseinheit, die ein Modell eines Systems von einem Parameter in Bezug auf die Kraftstoffeinspritzmenge zu einem Parameter in Bezug auf eine Ausgabe des Abgassensors mit einer Modellformel erstellt, welche Modellparameter enthält, und die Werte der Modellparameter identifiziert, um einem Fehler zwischen einem aus der Modellformel erhaltenen geschätzten Wert des Parameters in Bezug auf die Ausgabe des Abgassensors und einem Wert des Parameters in Bezug auf die Ausgabe des Abgassensors zu minimieren, wobei die Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinheit die Kraftstoffeinspritzmenge derart bestimmt, dass das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs, basierend auf einer vom Fahrer angeforderten Antriebskraft im Mager-Betriebsmodus mager wird, und die Kraftstoffeinspritzmenge durch Ausführen einer Rückkopplungsregelung bestimmt, so dass ein mittels der Modellparameter berechneter Wert eines Äquivalenzverhältnis-Parameters einen Sollwert erreicht, der so gesetzt ist, dass die Drei-Wege-Reinigungsfunktion an dem Katalysator im stöchiometrischen Betriebsmodus stattfindet; und die Parameter-Identifizierungseinheit die Werte der Modellparameter identifiziert, um den Fehler zu minimieren, bevor die Rückkopplungsregelung beginnt.
  2. Das Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, wobei die Werte der Modellparameter berechnet werden aus Referenzwerten, die aus einem Parameter in Bezug auf eine AGR-Rate basierend auf einem vorbestimmten arithmetischen Ausdruck berechnet werden, und Korrekturwerten, die als Modellbildungsfehler dienen, und die Parameter-Identifizierungseinheit die Korrekturwerte der Modellparameter berechnet, um den Fehler zwischen dem Ausgabewert des Abgassensors und dem geschätzten Wert der Ausgabe des Abgassensors, der aus der Modellformel erhalten wird, zu minimieren.
  3. Das Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinheit die Rückkopplungsregelung demgemäß startet, dass der Ausgabewert des Abgassensors einen Startschwellenwert überschreitet, nachdem der Betriebsmodus des Motors vom Mager-Betriebsmodus zum stöchiometrischen Betriebsmodus umgeschaltet hat.
  4. Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors, der unter einer vorbestimmten Bedingung zwischen einem Mager-Betriebsmodus zum Setzen eines Äquivalenzverhältnisses des Luft/Kraftstoff-Gemischs auf mager und einem stöchiometrischen Betriebsmodus zum Setzen des Äquivalenzverhältnisses des Luft/Kraftstoff-Gemischs auf stöchiometrisch umschaltet, welches enthält: eine katalytische Reinigungsvorrichtung, die an einem Auslasskanal des Motors angeordnet ist und die zumindest einen Katalysator enthält, an dem eine Drei-Wege-Reinigungsreaktion und eine NOx-Reinigungsreaktion im Mager-Betriebsmodus stattfinden; einen Abgassensor, der ein Äquivalenzverhältnis des Abgases erfasst; eine AGR-Vorrichtung, die ein Teil des Abgases im Auslasskanal zu einem Einlasskanal des Motors als AGR-Gas rückführt; eine AGR-Gasmengen-Bestimmungseinheit, die eine Menge des AGR-Gases bestimmt; eine Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinheit, die eine Kraftstoffeinspritzmenge des Motors bestimmt; und eine Parameter-Identifizierungseinheit, die ein Modell eines Systems von einem Parameter in Bezug auf die Kraftstoffeinspritzmenge zu einem Parameter in Bezug auf eine Ausgabe des Abgassensors mit einer Modellformel erstellt, welche Modellparameter enthält, und die Werte der Modellparameter identifiziert, um einem Fehler zwischen einem aus der Modellformel erhaltenen geschätzten Wert des Parameters in Bezug auf die Ausgabe des Abgassensors und einem Wert des Parameters in Bezug auf die Ausgabe des Abgassensors zu minimieren, wobei die Werte der Modellparameter aus Referenzwerten berechnet werden, die aus einem Parameter in Bezug auf eine AGR-Rate basierend auf einem vorbestimmten arithmetischen Ausdruck berechnet werden, sowie Korrekturwerten, die als Modellbildungsfehler dienen; wobei die Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinheit die Kraftstoffeinspritzmenge durch Ausführen einer Rückkopplungsregelung bestimmt, so dass ein Wert des Äquivalenzverhältnis-Parameters, der mittels der Modellparameter berechnet wird, einen Sollwert erreicht, der so gesetzt wird, dass die Drei-Wege-Reinigungsfunktion an dem Katalysator im stöchiometrischen Betriebsmodus stattfindet; und wobei die AGR-Gasmengen-Bestimmungseinheit die AGR-Gasmenge bestimmt, um einen Zustand beizubehalten, in dem das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs im Mager-Betriebsmodus mager ist, und die AGR-Gasmenge derart bestimmt, dass das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs relativ zur Kraftstoffeinspritzmenge, die durch die Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinheit im stöchiometrischen Betriebsmodus bestimmt wird, stöchiometrisch ist.
  5. Das Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner eine Teileinspritzmengen-Bestimmungseinheit enthält, die eine Gesamtkraftstoffeinspritzmenge in zumindest zwei unterteilt, als Haupteinspritzmenge, die eine bei einer Haupteinspritzung einzuspritzende Kraftstoffmenge ist, die in der Nähe vom oberen Totpunkt durchgeführt wird, und Nacheinspritzmenge, die eine als Nacheinspritzung einzuspritzende Kraftstoffmenge ist, welche im Arbeitstakt durchgeführt wird, wobei die Gesamtkraftstoffeinspritzmenge die Kraftstoffeinspritzmenge ist, die von der Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungseinheit bestimmt wird, wobei der Verbrennungsmotor ein Dieselmotor ist; und die Teileinspritzmengen-Bestimmungseinheit die Gesamtkraftstoffeinspritzmenge in die Haupteinspritzmenge und die Nacheinspritzmenge aufteilt, um die vom Fahrer angeforderte Antriebskraft im stöchiometrischen Betriebsmodus zu aktualisieren.
  6. Das Abgasreinigungssystem nach Anspruch 5, wobei die Teileinspritzmengen-Bestimmungseinheit vorläufige Werte der Haupteinspritzmenge und der Nacheinspritzmenge berechnet, um die angeforderte Antriebskraft unter einer gegebenen Einspritzzeitgebung zu aktualisieren; die vorläufigen Werte der Haupteinspritzmenge und der Nacheinspritzmenge als definitive Werte setzt, wenn der vorläufige Wert der Nacheinspritzmenge kleiner als ein vorbestimmter Maximalwert ist; und falls der vorläufige Wert der Nacheinspritzmenge größer als der Maximalwert ist, die Einspritzzeit der Haupteinspritzung von einer gegebenen Einspritzzeit zur verzögerten Seite hin korrigiert, dann die Haupteinspritzmenge und die Nacheinspritzmenge berechnet und als die definitiven Werte setzt, um die angeforderte Antriebskraft mit der so korrigierten Einspritzzeitgebung zu aktualisieren.
  7. Das Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die katalytische Reinigungsvorrichtung einen ersten katalytischen Wandler mit einem ersten Katalysator, an dem zumindest eine Drei-Wege-Reinigungsreaktion stattfindet, und einen zweiten katalytischen Wandler mit einem zweiten Katalysator, an dem zumindest eine NOx-Reinigungsreaktion während des Mager-Betriebsmodus stattfindet, enthält, und wobei der zweite katalytische Wandler weiter an einer stromabwärtigen Seite als der erste katalytische Wandler angeordnet ist.
  8. Das Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Parameter-Identifizierungseinheit die Werte der Modellparameter identifiziert, um den Fehler zu minimieren, bevor die Rückkopplungsregelung beginnt, nachdem ein Betriebsmodus des Motors von Mager-Betriebsmodus zum stöchiometrischen Betriebsmodus umschaltet.
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