DE60027986T2

DE60027986T2 - Verfahren zum Auswerten des degradierten Zustands eines Katalysators zur Reinigung von Abgasen

Info

Publication number: DE60027986T2
Application number: DE60027986T
Authority: DE
Inventors: c/o K.K. Honda Gijyutsu Kenkyusho Yuji Wako-shi Yasui; K.K. Honda Gijyutsu Kenkyusho Yoshikazu Wako-shi Oshima
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-11-12
Filing date: 2000-11-13
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2020-11-14
Also published as: DE60027986D1; JP2001140633A; EP1099836A2; JP3688533B2; EP1099836B1; US6427438B1; EP1099836A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewerten eines verschlechterten Zustands eines Katalysators zum Reinigen eines Abgases, welcher in dem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist.
Beschreibung des betreffenden Fachgebiets:
Allgemein sind Katalysatoren, wie etwa Dreiwege-Katalysatoren, in dem Abgaskanal von Brennkraftmaschinen angeordnet, um Gaskomponenten, einschließlich HC (Kohlenwasserstoff), NOx (Stickoxide), usw., die in dem von den Brennkraftmaschinen ausgestoßenen Abgas enthalten sind, zu reinigen.
Jede der Gaskomponenten wird durch den Katalysator bei einer im Wesentlichen maximalen Reinigungsrate gereinigt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromaufwärts des Katalysators bei einem bestimmten Wert oder bei einem Wert nahe diesem liegt. Wenn das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem bestimmten Wert aus zu einem Kraftstoff-mageren Wert oder einem Kraftstoff-reichen Wert hin verschoben ist, so ist die Reinigungsrate der Gaskomponente tendenziell geringer. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromaufwärts des Katalysators wird speziell aus der Konzentration des Sauerstoffs in dem Abgas, das in den Katalysator eintritt, ermittelt und repräsentiert das Luft-Kraftstoff-Verhältnis einer Luft-Kraftstoff-Mischung, die durch die Brennkraftmaschine verbrannt wird, um das Abgas zu erzeugen. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird im Folgenden als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine bezeichnet.
Aufgrund der fortwährenden Verwendung im Laufe der Zeit verschlechtern sich die Katalysatoren des oben genannten Typs allmählich, wobei deren Reinigungsfähigkeit abnimmt. Um eine angemessene Reinigung des Abgases durch den Katalysator aufrecht zu erhalten, muss der Katalysator durch einen neuen ersetzt werden, wenn er in bestimmtem Maße verschlechtert ist. Für einen korrekten Austausch des verschlechterten Katalysators durch einen neuen ist es notwendig, sich auf eine Technik zum Bewerten eines verschlechterten Zustands des Katalysators angemessen zu verlassen.
In den letzten Jahren wurden Abgassensoren entwickelt, insbesondere HC-Sensoren und NOx-Sensoren, welche in der Lage sind, die Konzentrationen verschiedener Gaskomponenten, einschließlich HC, NOx-, usw., welche durch die Katalysatoren zu reinigen sind, relativ genau zu erfassen. Bei einigen dieser Abgassensoren nehmen die Ausgangspegel allgemein im Wesentlichen linear zu, wenn die Konzentrationen der erfassten Gaskomponenten zunehmen. Die Ausgangspegel anderer Abgassensoren nehmen ab, wenn die Konzentrationen der erfassten Gaskomponenten zunehmen. Die Ausgabecharakteristiken der Abgassensoren des ersteren Typs werden hier im Folgenden als positive Charakteristiken bezeichnet und die Ausgabecharakteristiken der Abgassensoren des letzteren Typs werden hier im Folgenden als negative Charakteristiken bezeichnet.
Da die oben genannten Abgassensoren in der Lage sind, Konzentrationen von Gaskomponenten zu erfassen, welche durch einen Katalysator tatsächlich gereinigt werden, d.h. die Konzentrationen von Gaskomponenten, die durch den verschlechterten Zustand des Katalysators direkt beeinflusst werden, können die Abgassensoren zur Erfassung des verschlechterten Zustands des Katalysators effektiv eingesetzt werden.
Beispielsweise sind zwei Abgassensoren jeweils stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators angeordnet und während die Brennkraftmaschi ne in Betrieb ist, wird das Verhältnis der Ausgabepegel dieser Abgassensoren bestimmt, um die Reinigungsrate der durch die Abgassensoren erfassten und durch den Katalysator gereinigten Gaskomponente direkt zu ermitteln. Die Reinigungsrate nimmt ab, wenn die Verschlechterung des Katalysators fortschreitet. Wenn daher die Reinigungsrate der Gaskomponente in der oben beschriebenen Art erfasst wird, so ist es möglich, den verschlechterten Zustand des Katalysators geeignet zu bestimmen.
Aufgrund des Effekts einer Ansprechverzögerung des Katalysators ist es jedoch tatsächlich schwierig, die Reinigungsrate der durch die Abgassensoren erfassten und durch den Katalysator gereinigten Gaskomponente genau zu ermitteln. Versuche, die Genauigkeit der Reinigungsrate zu steigern, die durch Aufheben des Effekts der Ansprechverzögerung des Katalysators ermittelt werden kann, sind zwangsläufig komplex.
Aus den oben genannten Gründen bestand ein Bedarf nach einer neuen Technologie, welche in der Lage ist, den verschlechterten Zustand eines Katalysators entsprechend einem relativ einfachen Prozess unter Verwendung von Abgassensoren, wie etwa HC-Sensoren und NOx-Sensoren, geeignet zu bestimmen.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur geeigneten Bewertung eines verschlechterten Zustands eines Katalysators zum Reinigen eines Abgases nach Maßgabe eines relativ einfachen Prozesses unter Verwendung eines Abgassensors, der eine Gaskomponente, wie etwa HC, NOx oder dergleichen, die von dem Katalysator zu reinigen ist, bereitzustellen.
Um diese Aufgabe zu lösen, wird ein Verfahren zum Bewerten eines verschlechterten Zustands eines Katalysators, welcher in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine zum Reinigen eines durch den Abgaskanal strömenden Abgases angeordnet ist, unter Verwendung von Daten der Ausgabe eines Abgassensors, welcher stromabwärts des Katalysators angeordnet ist, um die Konzentration einer bestimmten Komponente des durch den Katalysator gereinigten Abgases zu erfassen, während die Brennkraftmaschine in Betrieb ist, bereitgestellt, umfassend die Schritte des Ermittelns der Werte von Parametern, die enthalten sind in einer nichtlinearen Funktion eines vorbestimmten Typs zum Ausdrücken der Korrelationscharakteristiken der durch den Abgassensor erfassten Konzentration der bestimmten Komponente in Bezug auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromaufwärts des Katalysators, unter Verwendung von Daten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases stromaufwärts des Katalysators und der Daten der Ausgabe des Abgassensors; und des Bewertens des verschlechterten Zustands des Katalysators auf Grundlage der ermittelten Werte der Parameter.
Die quadratische Funktion weist eine unabhängige Variable auf, die durch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromaufwärts des Katalysators, d.h. die Ausgabe eines Sensors zum Erfassen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das von der Ausgabe des Sensors ermittelte Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder einen Soll-Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses repräsentiert wird, sowie eine abhängige Variable, welche durch die Ausgabe des Abgassensors oder die von der Ausgabe des Abgassensors ermittelte Konzentration der bestimmten Komponente repräsentiert wird. Die nichtlineare Funktion kann eine Funktion höheren Grades sein, z.B. eine quadratische Funktion, eine kubische Funktion oder dergleichen. Die Parameter umfassen speziell Parameter, welche die Gestalt des Graphen der nichtlinearen Funktion bestimmen. Wenn die nichtlineare Funktion beispielsweise eine Funktion höheren Grades ist, z.B. eine quadratische Funktion, eine kubische Funktion oder dergleichen, so umfassen die Parameter Koeffizienten von Termen unterschiedlicher Grade und einen konstanten Term derselben.
Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromaufwärts des Katalysators umfasst speziell ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das aus der Konzentration von in dem Abgas enthaltenem Sauerstoff ermittelt wird. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann einfach als Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine bezeichnet werden.
Die durch den Abgassensor erfasste bestimmte Komponente kann HC (Kohlenwasserstoff), NOx (Stickoxid) oder dergleichen umfassen. Der Abgassensor kann daher einen HC-Sensor, einen NOx-Sensor oder dergleichen umfassen.
In dem oben genannten Schritt des Ermittelns werden die Werte der Parameter der nichtlinearen Funktion unter Verwendung von Daten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Brennkraftmaschine, d.h. der Daten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases stromaufwärts des Katalysators, und der Daten der Ausgabe des Abgassensors, d.h. der Daten des erfassten Werts der Konzentration der bestimmten Komponente, ermittelt, so dass die nichtlineare Funktion bestimmt wird, welche mittels einer Gleichung annähernd die Korrelationscharakteristiken der Konzentration der durch den Abgassensor erfassten bestimmten Komponente in Bezug auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine ausdrückt, d.h. die Gestalt des Graphen der nichtlinearen Funktion bestimmt wird.
Die Konzentration der durch den Abgassensor erfassten bestimmten Komponente, d.h. die Konzentration der bestimmten Komponente des Abgases, welche durch den Katalysator gereinigt wurde, weist in Bezug auf eine Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine allgemein tendenziell einen Minimalwert auf. Solche Korrelationscharakteristiken können durch eine nichtlineare Funktion eines geeigneten Typs, z.B. eine quadratische Funktion, geeignet ausgedrückt werden.
Wenn die Werte der Parameter der nichtlinearen Funktion in dem oben genannten Schritt des Ermittelns ermittelt werden, so zeigt die Gestalt des Graphen der nichtlinearen Funktion, die durch die ermittelten Werte der Parameter bestimmt ist, tendenziell eine bestimmte charakteristische Änderung. Speziell geben die ermittelten Werte der Parameter der nichtlinearen Funktion den verschlechterten Zustand des Katalysators wieder. Gemäß der vorliegenden Erfindung bewerten die Bewertungsschritte den verschlechterten Zustand des Katalysators auf Grundlage der Werte der Parameter der nichtlinearen Funktion, welche in dem oben genannten Schritt des Ermittelns ermittelt werden.
Da die ermittelten Werte der Parameter der nichtlinearen Funktion durch ein statistisches Verfahren ermittelt werden, sind die ermittelten Werte der Parameter der nichtlinearen Funktion weniger anfällig auf Ansprechverzögerungscharakteristiken des Katalysators und geben den verschlechterten Zustand des Katalysators korrekt wieder. Die Werte der Parameter der nichtlinearen Funktion können nach Maßgabe eines bekannten Prozesses, wie etwa einem Verfahren der kleinsten Quadrate oder dergleichen, bestimmt werden. Daher kann der verschlechterte Zustand des Katalysators nach Maßgabe eines einfachen Prozesses geeignet bewertet werden.
Die Daten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Brennkraftmaschine, d.h. die Daten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromaufwärts des Katalysators, welche dafür verwendet werden, die Werte der Parameter der nichtlinearen Funktion in dem Schritt des Ermittelns zu ermitteln, können Daten sein, welche den Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses selbst repräsentieren, sie sollten jedoch vorzugsweise Daten sein, welche die Differenz zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine und einem vorbestimmten Referenzwert repräsentieren.
Die Werte der Parameter der nichtlinearen Funktion, welche unter Verwendung der die Differenz zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschi ne und dem vorbestimmten Referenzwert repräsentierenden Daten ermittelt werden, sind von erhöhter Genauigkeit.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine auf ein vorbestimmtes Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert/geregelt wird, so ist es möglich, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine zum Ermitteln der Werte der Parameter der nichtlinearen Funktion zu verwenden. Vorzugsweise ist jedoch ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor stromaufwärts des Katalysators angeordnet, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine zu erfassen, und der Schritt des Ermittelns der Werte der Parameter umfasst den Schritt des Verwendens des durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine, um die Werte der Parameter der nichtlinearen Funktion zu ermitteln.
Die Werte der Parameter der nichtlinearen Funktion, welche unter Verwendung des durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, d.h. des tatsächlichen Werts des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Brennkraftmaschine (des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases stromaufwärts des Katalysators), ermittelt werden, sind von erhöhter Genauigkeit.
Mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor umfasst das Verfahren ferner die folgenden Schritte: Bestimmen des Werts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, welcher die Konzentration der bestimmten Komponente minimiert, die durch einen Funktionswert der nichtlinearen Funktion, für die die Werte der Parameter ermittelt sind, repräsentiert wird, und zwar unter Verwendung der ermittelten Werte der Parameter der nichtlinearen Funktion sowie Erhalten des bestimmten Werts des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses als ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromaufwärts des Katalysators, und Verändern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines von der Brennkraftmaschine verbrannten Luft-Kraftstoff-Gemischs nach Maßgabe eines Regelungsprozesses derart, dass sich das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis annähert.
Die nichtlineare Funktion, welche durch die Werte der auf diese Weise ermittelten Parameter bestimmt ist, drückt annähernd die Korrelationscharakteristiken, d.h. die Korrelationscharakteristiken der Konzentration der durch den Abgassensor erfassten bestimmten Komponente in Bezug auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine, aus. Wenn daher das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine, d.h. das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromaufwärts des Katalysators, in der oben beschriebenen Art bestimmt wird, so wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen zu einem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches die durch den Abgassensor erfasste Konzentration der bestimmten Komponente, d.h. die Konzentration der durch den Katalysator gereinigten bestimmten Komponente, minimiert. Wenn demzufolge das Luft-Kraftstoff-Verhältnis einer durch die Brennkraftmaschine verbrannten Luft-Kraftstoff-Mischung nach Maßgabe eines Regelungsprozesses derart verändert wird, dass sich das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis annähert, so wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine auf einen Luft-Kraftstoff-Verhältniszustand gesteuert/geregelt, welcher die Reinigungsrate der bestimmten Komponente durch den Katalysator maximiert. Es ist somit möglich, die bestimmte Komponente mit dem Katalysator gut zu reinigen, d.h. die bestimmte Komponente bei einer maximalen Reinigungsrate zu reinigen, während der verschlechterte Zustand des Katalysators bewertet wird.
Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine sollte vorzugsweise nach Maßgabe des Regelungsprozesses durch ein Regelungsmittel vom rekursiven Typ, wie etwa einen adaptiven Regler, verändert werden. Das rekursive Regelungsmittel bestimmt eine neue geregelte Größe nach Maßgabe einer gegebenen Rekursionsformel, die eine vorbestimmte Anzahl von Zeitreihendaten der geregelten Größe des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vor der aktuellen Zeit enthält, z.B. eine Korrekturgröße für die Menge an zugeführtem Kraftstoff.
Die Parameter der nichtlinearen Funktion können ermittelt werden, nachdem Daten, die das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine repräsentieren (die Ausgabe des Luft-Kraftstoff-Sensors oder dergleichen), und Daten der Ausgabe des Abgassensors gesammelt und gespeichert worden sind. Der Schritt des Ermittelns der Werte der Parameter umfasst jedoch den Schritt des sequenziellen Ermittelns der Werte der Parameter der nichtlinearen Funktion nach Maßgabe eines sequenziellen Ermittlungsalgorithmus.
Da der sequenzielle Ermittlungsalgorithmus verwendet wird, kann eine für die Ausführung des sequenziellen Ermittlungsalgorithmus erforderliche Speicherkapazität klein sein. Da die Parameter der nichtlinearen Funktion auf Echtzeitbasis sequenziell aktualisiert werden, ist es möglich, die ermittelten Werte der Parameter der nichtlinearen Funktion in Abhängigkeit von Verhaltenszuständen des Katalysators und der Brennkraftmaschine von einem Augenblick zum nächsten zu erhalten. Im Ergebnis kann der verschlechterte Zustand des Katalysators mit hoher Zuverlässigkeit auf Grundlage der ermittelten Werte der Parameter der nichtlinearen Funktion bewertet werden.
Der sequenzielle Ermittlungsalgorithmus kann ein beliebiger der folgenden Algorithmen sein: ein sequenzielles Verfahren der kleinsten Quadrate, ein sequenzielles Verfahren der gewichteten kleinsten Quadrate, ein Verfahren mit fester Verstärkung, ein Verfahren mit degressiver Verstärkung usw. Gemäß diesen Algorithmen werden neue Werte der Parameter bestimmt, d.h. die Werte der Parameter aktualisiert, um einen Fehler oder eine Differenz zwischen dem Wert der Ausgabe des Abgassensors, welcher nach Maßgabe der nichtlinearen Funktion unter Verwendung der vorliegenden identifizierten Werte der Parameter bestimmt wurde, und dem tatsächlichen Wert der Ausgabe des Abgassensors zu minimieren.
In der vorliegenden Erfindung, welche den sequenziellen Ermittlungsalgorithmus verwendet, umfasst der Schritt des Ermittelns der Werte der Parameter vorzugsweise den Schritt des Ermittelns des Werts wenigstens eines der Parameter, während der Wert des wenigstens einen der Parameter auf einen eine vorbestimmte Bedingung erfüllenden Wert begrenzt ist.
Speziell enthalten die Parameter der nichtlinearen Funktion einen solchen Parameter, dass dann, wenn der Wert desselben fälschlicherweise als ein Wert ermittelt wird, der aufgrund von Störungen oder dergleichen aus einem bestimmten Soll-Bereich herausfällt, die tatsächliche Gestalt des Graphen der Korrelationscharakteristiken stark von der Gestalt des Graphen der nichtlinearen Funktion abweicht. Nach Maßgabe der vorliegenden Erfindung wird dann, wenn wenigstens einer der Parameter der nichtlinearen Funktion zu ermitteln ist, der Wert des Parameters auf einen Wert begrenzt, der eine bestimmte Bedingung erfüllt. Auf diese Weise kann der Wert des Parameters zuverlässig gemacht werden, wodurch die Zuverlässigkeit eines Bewertungsparameters erhöht wird, welcher von dem Wert des Parameters bestimmt wird.
Wenn beispielsweise die quadratische Funktion eine quadratische Funktion umfasst, so sollte der Schritt des Ermittelns der Werte der Parameter vorzugsweise die folgenden Schritte umfassen: Betrachten eines Koeffizienten eines Terms maximalen Grades der quadratischen Funktion als den wenigstens einen der Parameter, welcher zu begrenzen ist, und Ermitteln des Werts des Koeffizienten, während der Wert des Koeffizienten begrenzt ist, damit die durch den Funktionswert der quadratischen Funktion repräsentierte Konzentration der bestimmten Komponente einen Minimalwert aufweist.
Speziell kann der Funktionswert der quadratischen Funktion einen Minimalwert oder ein Maximum aufweisen, abhängig davon, ob der Wert des Koeffizienten des Terms maximalen Grades derselben positiv oder negativ ist. Wenn daher die Polarität, positiv oder negativ, des ermittelten Werts des Koeffizienten unpassend ist, so weist die durch den Funktionswert der quadratischen Funktion als die nichtlineare Funktion repräsentierte Konzentration der bestimmten Komponente einen Maximalwert auf, anstatt eines Minimalwerts, welchen die Konzentration aufweisen sollte. Daher wird der ermittelte Wert des Koeffizienten so begrenzt, dass die durch den Funktionswert der quadratischen Funktion repräsentierte Konzentration der bestimmten Komponente einen Minimalwert aufweist. Speziell wird der ermittelte Wert des Koeffizienten entweder auf einen positiven oder auf einen negativen Wert begrenzt. Auf diese Weise wird die Zuverlässigkeit des ermittelten Werts des Parameters und somit des Bewertungsparameters erhöht.
Wenn die Konzentration der bestimmten Komponente, die durch den Funktionswert der quadratischen Funktion repräsentiert wird, einen Minimalwert aufweist, so kann der Funktionswert der nichtlinearen Funktion entweder einen Minimalwert oder einen Maximalwert aufweisen. Wenn speziell die abhängige Variable der nichtlinearen Funktion durch die Konzentration der bestimmten Komponente repräsentiert wird, die aus der Ausgabe des Abgassensors ermittelt wird, so weist der Funktionswert der nichtlinearen Funktion einen Minimalwert bei einem Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf, welcher die durch den Funktionswert der nichtlinearen Funktion repräsentierte Konzentration der bestimmten Komponente minimiert. Wenn die abhängige Variable der nichtlinearen Funktion durch die Ausgabe des Abgassensors repräsentiert wird, so weist der Funktionswert der nichtlinearen Funktion einen Minimalwert bei dem Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf, der die durch den Funktionswert der nichtlinearen Funktion repräsentierte Konzentration der bestimmten Komponente minimiert, soweit die Ausgabe des Abgassensors in Bezug auf die Konzentration der bestimmten Komponente positive Charakteristiken aufweist, d.h. solche Charakteristiken, dass die Ausgabe zunimmt, wenn die Konzentration zunimmt. Wenn die abhängige Variable der nichtlinearen Funktion durch die Ausgabe des Abgassensors repräsentiert wird, so nimmt die durch den Funktionswert der nichtlinearen Funktion repräsentierte Konzentration der bestimmten Komponente ab, wenn der Funktionswert zunimmt, soweit die Ausgabe des Abgassensors negative Charakteristiken in Bezug auf die Konzentration der bestimmten Komponente aufweist, d.h. solche Charakteristiken, dass die Ausgabe abnimmt, wenn die Konzentration zunimmt. In diesem Falle weist daher der Funktionswert der nichtlinearen Funktion einen Maximalwert bei dem Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf, der die durch den Funktionswert der nichtlinearen Funktion repräsentierte Konzentration der bestimmten Komponente minimiert.
Wenn der Wert (ermittelter Wert) des Koeffizienten des Terms maximalen Grades der quadratischen Funktion begrenzt ist und wenn die abhängige Variable der quadratischen Funktion als nichtlineare Funktion repräsentiert wird durch die von der Ausgabe des Abgassensors ermittelte Konzentration der bestimmten Komponente oder durch die Ausgabe des positive Charakteristiken aufweisenden Abgassensors, so ist der Wert des Koeffizienten des Terms maximalen Grades der quadratischen Funktion auf einen positiven Wert begrenzt, und wenn die abhängige Variable der quadratischen Funktion repräsentiert wird durch die Ausgabe des negative Charakteristiken aufweisenden Abgassensors, so ist der Wert des Koeffizienten des Terms maximalen Grades der quadratischen Funktion auf einen negativen Wert begrenzt.
Auf Grundlage der ermittelten Werte der Parameter der nichtlinearen Funktion ist der verschlechterte Zustand des Katalysators speziell wie folgt begrenzt:
Der Schritt des Bewertens des verschlechterten Zustands des Katalysators umfasst die folgenden Schritte: Bestimmen des Werts eines Bewertungsparameters, welcher unter Verwendung der Parameter der nichtlinearen Funktion so definiert ist, dass er eine Veränderung in Abhängigkeit von dem Fortschreiten der Verschlechterung des Katalysators repräsentiert, aus den ermittelten Werten der Parameter der nichtlinearen Funktion, und Bewerten des verschlechterten Zustands des Katalysators auf Grundlage des Werts des Bewertungsparameters.
Wenn der durch die ermittelten Werte der Parameter der nichtlinearen Funktion bestimmte Bewertungsparameter eingeführt wird, so zeigt der Wert des Parameters eine Veränderung in Abhängigkeit vom Fortschreiten der Verschlechterung des Katalysators, d.h. er nimmt zu oder nimmt ab, wenn die Verschlechterung des Katalysators fortschreitet. Daher kann der verschlechterte Zustand des Katalysators durch Vergleichen des Werts des Bewertungsparameters mit einem vorbestimmten Wert bewertet werden.
Spezieller wird der Graph der nichtlinearen Funktion, in welcher die Werte der Parameter ermittelt wurden, tendenziell in seiner Gesamtheit zu einem magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereich hin verschoben, wenn die Verschlechterung des Katalysators fortschreitet.
Ein Beispiel des Bewertungsparameters kann daher ein Bewertungsparameter sein (hier im Folgenden als „erster Bewertungsparameter" bezeichnet), welcher sich verändert, wenn der Graph der nichtlinearen Funktion, in der die Werte der Parameter in dem Schritt des Ermittelns ermittelt wurden, in einen magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereich verschoben wird, wenn die Verschlechterung des Katalysators fortschreitet.
Genauer gesagt kann der erste Bewertungsparameter den Wert eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses umfassen, der die durch den Funktionswert der nichtlinearen Funktion repräsentierte Konzentration der bestimmten Komponente minimiert.
Basierend auf der Tatsache, dass die durch den Abgassensor erfasste Konzentration der bestimmten Komponente einen Minimalwert aufweist, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine sich verändert, weist auch die durch den Funktionswert der nichtlinearen Funktion repräsentierte Konzentration der bestimmten Komponente einen Minimalwert auf. Wenn der Graph der nichtlinearen Funktion in den magereren Luft-Kraftstoff- Verhältnisbereich verschoben ist, wenn die Verschlechterung des Katalysators voranschreitet, so verändert sich der Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, welcher die durch den Funktionswert der nichtlinearen Funktion repräsentierte Konzentration der bestimmten Komponente minimiert, auf einen Wert in dem magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereich.
Ein solcher Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kann somit als erster Bewertungsparameter verwendet werden. Der verschlechterte Zustand des Katalysators kann auf Grundlage des ersten Bewertungsparameters geeignet bewertet werden.
Der Graph der nichtlinearen Funktion, in welcher die Werte der Parameter bestimmt wurden, wird tendenziell in seiner Gesamtheit in eine Richtung verschoben, in welcher die durch den Funktionswert der nichtlinearen Funktion repräsentierte Konzentration der bestimmten Komponente zunimmt, wenn die Verschlechterung des Katalysators fortschreitet. Dies liegt daran, dass bei fortschreitender Verschlechterung des Katalysators die Reinigungsrate der bestimmten Komponente verringert wird, wodurch die durch den Abgassensor erfasste Konzentration der bestimmten Komponente vergrößert wird.
Ein weiteres Beispiel des Bewertungsparameters kann ein Bewertungsparameter sein (hier im Folgenden bezeichnet als „zweiter Bewertungsparameter"), welcher sich verändert, wenn der Graph der nichtlinearen Funktion, in der die Werte der Parameter in dem Schritt des Ermittelns ermittelt wurden, in eine Richtung verschoben wird, in der die durch den Funktionswert der nichtlinearen Funktion repräsentierte Konzentration der bestimmten Komponente zunimmt, wenn die Verschlechterung des Katalysators fortschreitet.
Der zweite Bewertungsparameter kann einen Extremwert (Maximal- oder Minimalwert) des Funktionswerts der nichtlinearen Funktion umfassen, welcher einem Minimalwert der durch den Funktionswert der nichtlinearen Funktion repräsentierten Konzentration der bestimmten Komponente entspricht.
Speziell nimmt bei fortschreitender Verschlechterung des Katalysators die durch den Funktionswert der nichtlinearen Funktion repräsentierte Konzentration der bestimmten Komponente zu. Daher verändert sich der Extremwert des Funktionswerts der nichtlinearen Funktion, welcher dem Minimalwert der Konzentration entspricht, auf ähnliche Weise. Wenn der Extremwert der nichtlinearen Funktion ein Minimalwert ist, so nimmt der Extremwert zu, wenn die Verschlechterung des Katalysators fortschreitet. Wenn der Extremwert der nichtlinearen Funktion ein Maximalwert ist, so nimmt der Extremwert ab, wenn die Verschlechterung des Katalysators fortschreitet.
Somit kann der Extremwert der nichtlinearen Funktion als der zweite Bewertungsparameter verwendet werden. Der verschlechterte Zustand des Katalysators kann auf geeignete Weise auf Grundlage des zweiten Bewertungsparameters bewertet werden.
Gemäß der nichtlinearen Funktion, in welcher die Werte der Parameter ermittelt wurden, wächst bei fortschreitender Verschlechterung des Katalysators der Gradient des Graphen der nichtlinearen Funktion in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereich, der magerer oder fetter ist als der Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der die durch den Funktionswert der nichtlinearen Funktion repräsentierte Konzentration der bestimmten Komponente minimiert, oder im Wesentlichen in den Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereichen auf beiden Seiten dieses Werts. Dies geschieht, da bei fortschreitender Verschlechterung des Katalysators der Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereich der Brennkraftmaschine, welcher eine gute Reinigung der bestimmten Komponente erlaubt, reduziert ist.
Ein weiteres Beispiel des Bewertungsparameters kann ein Bewertungsparameter sein (hier im Folgenden als der „dritte Bewertungsparameter" bezeichnet), welcher sich verändert, wenn der Gradient des Graphen der nichtlinearen Funktion – in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereich, welcher magerer oder fetter ist als derjenige Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der die Konzentration der bestimmten Komponente minimiert, die durch den Funktionswert der nichtlinearen Funktion repräsentiert wird, in welcher die Werte der Parameter in dem Schritt des Identifizierens identifiziert wurden – bei fortschreitender Verschlechterung des Katalysators zunimmt.
Speziell kann der dritte Bewertungsparameter der Funktionswert der nichtlinearen Funktion bei dem Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses sein, welcher sich ausgehend von dem Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der die durch den Funktionswert der nichtlinearen Funktion repräsentierte Konzentration der bestimmten Komponente minimiert, um eine vorbestimmte Größe in den magereren oder fetteren Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereich verändert hat.
Wenn der Gradient des Graphen der nichtlinearen Funktion bei fortschreitender Verschlechterung des Katalysators zunimmt, so nimmt der Funktionswert der nichtlinearen Funktion bei dem Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der ausgehend von dem die Konzentration der bestimmten Komponente minimierenden Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses um eine vorbestimmte Größe in den magereren oder fetteren Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereich geändert wurde, zu oder ab. Wenn in diesem Fall der Extremwert der nichtlinearen Funktion, welcher dem Minimalwert der Konzentration der bestimmten Komponente entspricht, ein Minimalwert ist, so nimmt der Funktionswert zu, wenn die Verschlechterung des Katalysators fortschreitet. Wenn der Extremwert der nichtlinearen Funktion ein Maximalwert ist, so nimmt der Funktionswert bei fortschreitender Verschlechterung des Katalysators ab.
Der Funktionswert der nichtlinearen Funktion kann somit als der dritte Bewertungsparameter verwendet werden. Der verschlechterte Zustand des Katalysators kann auf Grundlage des dritten Bewertungsparameters geeignet bewertet werden.
Der verschlechterte Zustand des Katalysators kann auf Grundlage von nur einem der Parameter aus erstem, zweitem und drittem Bewertungsparameter bewertet werden. Vorzugsweise umfasst der in dem Bewertungsschritt bestimmte Bewertungsparameter jedoch eine Mehrzahl von Bewertungsparametern, d.h. der erste, der zweite und der dritte Bewertungsparameter werden bestimmt. Der Schritt des Bewertens des verschlechterten Zustands des Katalysators sollte vorzugsweise den Schritt des Kombinierens von Bewertungen des verschlechterten Zustands des Katalysators auf Grundlage der Mehrzahl von Bewertungsparametern zur Bewertung des verschlechterten Zustands des Katalysators umfassen.
Auf diese Weise kann der verschlechterte Zustand des Katalysators mit erhöhter Zuverlässigkeit bewertet werden.
Die oben genannten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, die bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beispielhaft illustrieren, ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Blockdarstellung eines Systems zum Ausführen eines Verfahrens des Bewertens eines verschlechterten Zustands eines Katalysators gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Darstellung, welche die Ausgabe eines Abgassensors (NOx-Sensor), der durch das in 1 gezeigte System verwendet wird, in Abhängigkeit von der durch diesen erfassten Konzentration von NOx zeigt;
3 ist eine Darstellung, welche die Fähigkeiten des Katalysators des in 1 gezeigten Systems zum Reinigen von NOx zeigt;
4 ist eine Darstellung, welche die Ausgabe des Abgassensors (NOx-Sensor), der durch das in 1 gezeigte System verwendet wird, oder die durch den Abgassensor erfasste Konzentration von NOx in Abhängigkeit vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis zeigt;
5 ist eine Darstellung, welche die Verarbeitung eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittels in einer Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung des in 1 gezeigten Systems illustriert;
6 ist eine Darstellung, welche die Verarbeitung eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittels in der Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung des in 1 gezeigten Systems illustriert;
7 ist eine Darstellung, welche die Verarbeitung eines Verschlechterungszustand-Bewertungsmittels in der Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung des in 1 gezeigten Systems illustriert;
8 ist eine Blockdarstellung einer Basisanordnung einer Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung des in 1 gezeigten Systems;
9 ist eine Blockdarstellung einer Basisanordnung eines adaptiven Reglers der in 8 gezeigten Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung;
10 ist ein Flussdiagramm einer Verarbeitungssequenz der Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung des in 1 gezeigten Systems;
11 ist ein Flussdiagramm einer Unterroutine der in 10 gezeigten Betriebssequenz;
12 ist ein Flussdiagramm einer Verarbeitungssequenz der Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung des in 1 gezeigten Systems;
13 ist ein Flussdiagramm einer Unterroutine der in 12 gezeigten Betriebssequenz;
14 ist ein Flussdiagramm einer Unterroutine der in 12 gezeigten Betriebssequenz;
15 ist ein Flussdiagramm einer Unterroutine der in 12 gezeigten Betriebssequenz;
16 ist eine Darstellung, welche die Ausgabe eines Abgassensors (HC-Sensor) zeigt, der durch ein System gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
17 ist eine Darstellung, welche die Fähigkeiten des Katalysators des Systems gemäß der zweiten Ausführungsform zur Reinigung von HC zeigt;
18 ist eine Darstellung, welche die Ausgabe des Abgassensors (HC-Sensor), der durch das System gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet wird, oder die durch den Abgassensor erfasste Konzentration von HC in Abhängigkeit vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis zeigt; und
19 ist eine Darstellung, welche einen Ablauf der Berechnung eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gemäß der zweiten Ausführungsform illustriert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Verfahren zum Bewerten eines verschlechterten Zustands eines Katalysators gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zunächst nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 bis 15 beschrieben.
1 zeigt in Blockform ein System zum Durchführen des Verfahrens zum Bewerten eines verschlechterten Zustands eines Katalysators gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst eine Brennkraftmaschine 1 eine Vierzylindermaschine, welche als Antriebsquelle an einem Kraftfahrzeug oder einem Hybridfahrzeug angebracht ist. Abgase, welche durch die Maschine 1 produziert werden, wenn ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in jedem der Zylinder der Maschine 1 verbrannt wird, werden durch ein gemeinsames Abgasrohr 2 (Abgaskanal) in der Nähe der Maschine 1 kombiniert und aus dem Abgasrohr 2 in die Umgebung ausgestoßen.
Das Abgasrohr 2 weist einen Katalysator 3, wie etwa einen Drei-Wege-Katalysator, zum Reinigen des durch das Abgasrohr 2 strömenden Abgases auf. Der Katalysator 3 reinigt HC (Kohlenwasserstoffe) und NOx (Stickoxide) in dem Abgas gemäß einem Oxidations-/Reduktionsvorgang.
Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 4 ist an dem Abgasrohr 2 stromaufwärts des Katalysators 3, genauer gesagt, in einem Bereich, in welchem Abgase von den Zylindern der Maschine 1 miteinander kombiniert werden, montiert und ein Abgassensor 5 ist an dem Abgasrohr 2 stromabwärts des Katalysators 3 montiert.
Der Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 4 (im Folgenden als ein „LAF-Sensor 4" bezeichnet) erzeugt eine Ausgabe KACT, die den erfassten Wert eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer in der Maschine 1 verbrannten Luft-Kraftstoff-Mischung repräsentiert, oder genauer gesagt, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das aus einer Sauerstoffkonzentration in den Abgasen ermittelt wird, welche Kombinationen von Abgasen von den Zylindern der Maschine 1 sind (hier im Folgenden bezeichnet als ein „Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1"). Der Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 4 umfasst einen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor mit breitem Messbereich, welcher im Detail in der japanischen offen gelegten Patentveröffentlichung Nr. 4-369471 oder in dem US-Patent Nr. 5,391,282 beschrieben ist. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 4 erzeugt eine Ausgabe KACT mit einem Pegel, welcher in einem relativ breiten Bereich von Sauerstoffkonzentrationen proportional zum der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas zugeordneten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Das heißt, dass die Ausgabe KACT von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 4 sich mit einer Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses linear ändert.
Der Abgassensor 5 umfasst einen NOx-Sensor zum Erzeugen einer Ausgabe VS, die den erfassten Wert einer NOx-Konzentration in dem durch den Katalysator 3 hindurch geströmten Abgas repräsentiert, d.h. die Konzentration von durch den Katalysator 3 gereinigtem NOx. Wie durch die durchgezogene Kurve in 2 gezeigt ist, weist die Ausgabe VS des Abgassensors 5 einen Pegel auf, welcher mit zunehmender NOx-Konzentration linear zunimmt, d.h. im Wesentlichen proportional zur NOx-Konzentration, und somit positive Charakteristiken aufweist.
Einige NOx-Sensoren weisen negative Charakteristiken auf, so dass die Ausgabe dieser einen Pegel aufweist, der mit zunehmender NOx-Konzentration linear abnimmt, d.h. im Wesentlichen umgekehrt proportional zur NOx-Konzentration, wie dies durch die Kurve mit strichpunktierter Linie in 2 gezeigt ist. In der illustrierten Ausführungsform weist der Abgassensor 5 jedoch positive Charakteristiken auf, wie dies durch die durchgezogene Kurve in 2 gezeigt ist.
Das System gemäß der vorliegenden Ausführungsform führt im Wesentlichen einen Steuer-/Regelablauf zur Veränderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Maschine 1 aus, um die Reinigungsrate, mit welcher NOx durch den Katalysator 3 gereinigt wird, unabhängig vom verschlechterten Zustand des Katalysators 3 zu maximieren, oder, anders ausgedrückt, um die durch die Ausgabe VS des Abgassensors 5 repräsentierte NOx-Konzentration, d.h. die Konzentration von durch den Katalysator 3 gereinigtem NOx, zu minimieren. Gleichzeitig mit diesem Steuer-/Regelablauf führt das System sequenziell einen Bewertungsablauf zum Bewerten des verschlechterten Zustands des Katalysators 3 aus.
Das System enthält eine Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 und eine Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 zum Durchführen der Steuer-/Regelverarbeitung und der oben beschriebenen Bewertungsverarbeitung.
Die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 weist eine Funktion als Ermittlungsmittel 6a zum sequenziellen Ermitteln der Werte der Parameter einer quadratischen Funktion (nichtlineare Funktion) unter Verwendung von abgetasteten Daten der Ausgabe KACT des LAF-Sensors 4 und der Ausgabe VS des Abgassensors 5, eine Funktion als Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel 6b zum sequenziellen Berechnen eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD der Maschine 1, welches außerdem ein Soll-Wert der Ausgabe KACT des LAF-Sensors 4 ist, um die durch die Ausgabe VS des Abgassensors 5 repräsentierte NOx-Konzentration zu minimieren, und zwar unter Verwendung der Werte der Parameter, die durch das Ermittlungsmittel 6a ermittelt worden sind, sowie eine Funktion als ein Verschlechterungszustand-Bewertungsmittel 6c zum Bewerten des verschlechterten Zustands des Katalysators 3 unter Verwendung der Werte der Parameter, die durch das Ermittlungsmittel 6a ermittelt worden sind, auf.
Mit der Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 ist ein Verschlechterungsanzeiger 8 zum Anzeigen einer durch das Verschlechterungszustand-Bewertungsmittel 6c durchgeführten Bewertung des verschlechterten Zustands des Katalysators 3 verbunden. Der Verschlechterungsanzeiger 8 kann eine Lampe, einen Tongeber oder eine Anzeigeeinheit zum Anzeigen von Zeichen, eines Grafikbildes usw. umfassen.
Die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 weist eine Funktion als Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Veränderungsmittel zum Verändern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Maschine 1 durch Einstellen der Menge von der Maschine 1 zugeführtem Kraftstoff, d.h. der Menge von in die Maschine 1 eingespritztem Kraftstoff, damit die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 4, d.h. der erfasste Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Maschine 1, sich dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD annähert, das durch die Funktion der Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 als Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel 6b bestimmt worden ist, auf.
Der Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 werden die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 4, die Ausgabe VS des Abgassensors 5 und außerdem erfasste Ausgangssignale von verschiedenen anderen Sensoren zum Erfassen einer Maschinendrehzahl, eines Ansaugdrucks (eines Drucks in einem Ansaugrohr), einer Kühlmitteltemperatur usw. der Maschine 1 zugeführt.
Die Steuer-/Regeleinrichtungen 6, 7 umfassen einen Mikrocomputer und führen ihre jeweiligen Steuer-/Regelverarbeitungen in gegebenen Steuer-/Regeltakten aus. In der vorliegenden Ausführungsform weist jeder der Steuer-/Regeltakte, in denen die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 ihre Verarbeitung des Einstellens der Kraftstoffeinspritzmenge ausführt, eine Periode in Synchronisation mit einer Kurbelwellenwinkelperiode (so genannter TDC) der Maschine 1 auf. Jeder der Steuer-/Regelzyklen, in welchen das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel 6b ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis berechnet, weist eine vorbestimmte Periode auf, die länger ist als die Kurbelwinkelperiode.
Bevor die Steuer-/Regeleinrichtungen 6, 7 beschrieben werden, werden nachfolgend die Charakteristiken der Reinigung von NOx durch den Katalysator 3 beschrieben.
Der Katalysator 3 weist im Wesentlichen die Charakteristiken der Reinigung von NOx, d.h. die Charakteristiken der Reinigungsrate von NOx in Bezug auf Veränderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Maschine 1, auf, wie sie in 3 gezeigt sind. Speziell repräsentiert die in 3 gezeigte durchgezogene Kurve einen brandneuen Katalysator 3 und die in 3 gezeigten Kurven mit unterbrochenen Linien sowie Kurven mit strichpunktierten Linien repräsentieren verschlechterte Katalysatoren 3. Speziell repräsentiert die Kurve mit unterbrochener Linie einen Katalysator 3, der in relativ geringem Maße verschlechtert ist, und die strichpunktierte Linie repräsentiert einen Katalysator 3, welcher in relativ starkem Maße verschlechtert ist.
Wie durch die durchgezogene Kurve in 3 gezeigt ist, weist die Reinigungsrate von NOx durch den brandneuen Katalysator 3 ein im Wesentlichen konstantes Maximalniveau (im Wesentlichen 100 %) auf, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1 sich in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereich befindet, der fetter ist als ein bestimmter Wert AF1, und fällt scharf ab, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine sich in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereich befindet, der magerer ist als der Wert AF1.
Wenn der Katalysator 3 in einem bestimmten Maße verschlechtert ist, wie es in 3 durch die Kurven mit unterbrochenen Linien und mit strichpunktierten Linien gezeigt ist, so weist die Reinigungsrate von NOx einen Maximalwert, d.h. eine Spitze, bei einem bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF2 (die Kurve mit unterbrochener Linie) oder einem bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF3 (die Kurve mit strichpunktierter Linie) auf. Ferner nimmt die Reinigungsrate von NOx ab, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1 sich ausgehend von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF2 oder AF3, das der maximalen Reinigungsrate von NOx entspricht, zu einem fetteren Bereich oder einem mageren Bereich hin ändert. Die Reduzierung der Reinigungsrate von NOx von dem Maximalwert aus ist in dem magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereich relativ schart, d.h. der Gradient der Kurven ist groß, und ist in dem fetteren Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereich relativ allmählich, d.h. der Gradient der Kurven ist gering. Wenn der Katalysator 3 verschlechtert ist, so ist der Maximalwert der Reinigungsrate von NOx geringer als der Maximalwert der Reinigungsrate von NOx, wenn der Katalysator 3 brandneu ist. Der Maximalwert der Reinigungsrate von NOx nimmt ab, wenn der Katalysator 3 fortschreitend schlechter wird.
Daher weist die Reinigungsrate von durch den Katalysator 3 gereinigtem NOx derartige Charakteristiken auf, dass sie im Wesentlichen einen Maximalwert aufweist, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1 ändert, es sei denn, der Katalysator 3 ist brandneu.
In den verschiedenen verschlechterten Zuständen des Katalysators 3, einschließlich dem brandneuen Zustand des Katalysators ist die Reinigungsrate der anderen Komponenten als NOx, die durch den Katalysator 3 gereinigt werden, z.B. die Reinigungsrate von HC (später in einer anderen Ausführungsform beschrieben), ebenfalls annähernd maximal bei den Luft-Kraftstoff-Verhältnissen AF1, AF2, AF3, an welchen die Reinigungsrate von NOx maximal ist. Diese Luft-Kraftstoff-Verhältnisse AF1, AF2, AF3 werden im Wesentlichen in den magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereich hinein verschoben, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 fortschreitet. Ferner ändert sich grundsätzlich mit fortschreitender Verschlechterung des Katalysators 3 in der Nähe der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse AF1, AF2, AF3 die Reinigungsrate von NOx scharf, d.h. die Kurven der Reinigungsrate von NOx sind zunehmend stärker konvex.
Angesichts dieser Reinigungscharakteristiken des Katalysators 3 werden nachfolgend die Charakteristiken der Ausgabe VS des Abgassensors 5 (NOx-Sensor) in Bezug auf Änderungen im Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1 beschrieben. Die Charakteristiken der durch den Katalysator 3 erzielten Reinigungsrate und der Ausgabe VS des Abgassensors 5 in Bezug auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1 werden auch als „Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogene Charakteristiken" bezeichnet.
Da der Katalysator 3 die oben genannten NOx-Reinigungscharakteristiken aufweist, weist die NOx-Konzentration, die durch den Abgassensor 5 (NOx-Sensor) stromabwärts des Katalysators 3 erfasst wird, d.h. die NOx-Konzentration des Abgases, das durch den Katalysator 3 gereinigt worden ist, im Wesentlichen solche Charakteristiken auf, die, wie in 4 gezeigt ist, in Bezug auf Änderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Maschine 1 eine vertikale Umkehr der in 3 gezeigten Charakteristikkurven darstellen. Dementsprechend weisen die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der NOx-Konzentration grundsätzlich Minimalwerte auf, wie sie durch konkave Kurven mit unterbrochenen Linien und strichpunktierten Linien in 4 gezeigt sind, es sei denn der Katalysator 3 ist brandneu, wie es durch die in 4 gezeigte, durchgezogene Kurve dargestellt ist.
Da die Ausgangscharakteristiken des Abgassensors 5 in Bezug auf die NOx-Konzentration, wie oben beschrieben, positive Charakteristiken sind, sind die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der Ausgabe VS des Abgassensors 5 ebenfalls die gleichen wie die in 4 gezeigten Charakteristiken der NOx-Konzentration. Speziell sind die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der Ausgabe VS des Abgassensors 5, außer in dem Fall, dass der Katalysator 3 brandneu ist oder dass der Katalysator 3 etwas verschlechtert ist, von solcher Art, dass die Ausgabe VS des Abgassensors 5, wie durch die konkaven Kurven in 4 gezeigt, bei Luft-Kraftstoff-Verhältnissen AF2, AF3 der Maschine 1, bei denen die Reinigungsrate von NOx durch den Katalysator 3 maximal ist, Minimalwerte aufweist, wie durch die Kurven mit unterbrochenen Linien und strichpunktierten Linien in 4 gezeigt ist. Wenn der Katalysator 3 brandneu ist, wie dies durch die durchgezogene Linie in 4 gezeigt ist, so wird in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereich, der fetter ist als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF1, d.h. in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereich, in dem die Reinigungsrate von NOx bei einem im Wesentlichen konstanten Maximalniveau (ungefähr 100%) gehalten wird, die Ausgabe VS des Abgassensors 5 bei einem im Wesentlichen konstanten Minimalniveau (ungefähr 0 V) gehalten. Wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1 auf einen Wert ändert, der magerer ist als der Wert AF1, so steigt die Ausgabe VS des Abgassensors 5 scharf an.
Die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse AF1, AF2, AF3 der Maschine 1, an denen die Ausgabe VS des Abgassensors 5 minimal ist, werden in den magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereich verschoben, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 fortschreitet. Die Ausgabe VS des Abgassensors 5 bei den verschiedenen Werten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Maschine 1, einschließlich deren Minimalwerte, nehmen zu, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 fortschreitet. Die Gradienten der Kurven der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der Ausgabe VS des Abgassensors 5 in den Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereichen an beiden Seiten der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse AF1, AF2, AF3 der Maschine 1, wo die Ausgabe VS des Abgassensors 5 minimal ist, nehmen zu, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 fortschreitet.
Auf Grundlage der Reinigungscharakteristiken des Katalysators 3 und der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der Ausgabe VS des Abgassensors 5 (NOx-Sensor) werden nachfolgend die Hauptverarbeitungs- Steuer-/Regeleinrichtung 6 und die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 beschrieben.
Zunächst wird die durch die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 durchgeführte Verarbeitung nachfolgend kurz beschrieben. Zum Zwecke der Berechnung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD und der Bewertung des verschlechterten Zustands des Katalysators 3 werden in der vorliegenden Ausführungsform die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der Ausgabe VS des Abgassensors 5 annähernd durch eine quadratische Funktion als nichtlineare Funktion ausgedrückt, oder, im Wesentlichen gleichwertig ausgedrückt, die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken von durch den Abgassensor 5 erfasstem NOx werden annähernd durch eine quadratische Funktion ausgedrückt.
Auf Grundlage ihrer Funktion als das Ermittlungsmittel 6a ermittelt die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 in jedem Steuer-/Regeltakt der Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 unter Verwendung von abgetasteten Daten der Ausgabe KACT (dem erfassten Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Maschine 1) des LAF-Sensors 4 und der Ausgabe VS des Abgassensors 5 sequenziell Parameter, die die graphische Darstellung der quadratischen Funktion bestimmen, d.h. die Koeffizienten von Termen unterschiedlicher Grade und den Wert von konstanten Termen der quadratischen Funktion.
Ferner bestimmt die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 auf Grundlage ihrer Funktion als Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel 6b sequenziell das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD der Maschine 1 nach Maßgabe der quadratischen Funktion mit den ermittelten Werten der Parameter. Auf Grundlage ihrer Funktion als Verschlechterungszustand-Bewertungsmittel 6c bestimmt die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 eine Mehrzahl (in dieser Ausführungsform drei) von Verschlechterungsbewertungsparametern zum Bewerten des verschlechterten Zustands des Katalysators 3 aus den ermittelten Werten der Parameter der quadratischen Funktion und bewertet den verschlechterten Zustand des Katalysators 3 auf Grundlage der Werte der Verschlechterungsbewertungsparameter.
Genauer gesagt, ist die quadratische Funktion, welche annähernd die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der Ausgabe VS des Abgassensors 5 ausdrückt, als eine quadratische Funktion gegeben, die eine unabhängige Variable, welche durch die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 4, die den erfassten Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Maschine 1 anzeigt, repräsentiert wird, und eine abhängige Variable, welche durch die Ausgabe VS des Abgassensors 5 repräsentiert wird, aufweist. Um die quadratische Funktion als eine Gleichung auszudrücken, wird anstelle der direkten Verwendung der Ausgabe KACT des LAF-Sensors 4 (des erfassten Werts des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses) als die unabhängige Variable die Differenz kact (= KACT – FLAF/BASE (im Folgenden bezeichnet als „Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kact") zwischen der Ausgabe KACT und einem vorbestimmten Referenzwert FLAF/BASE (im Folgenden bezeichnet als „Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Referenzwert FLAF/BASE") verwendet und die quadratische Funktion ist gemäß der nachfolgend gezeigten Gleichung (1) definiert. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Referenzwert FLAF/BASE beispielsweise durch ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis repräsentiert. VSH1 = a1·(KACT – FLAF/BASE)2 + b1·(KACT – FLAF/BASE) + c1 = a1·kact2 + b1·kact + c1 (1)wobei kact = KACT – FLAF/BASE.
Um in Gleichung (1) den Funktionswert (den berechneten Wert der rechten Seite der Gleichung (1)), welcher der Wert der abhängigen Variable der quadratischen Funktion ist, von der tatsächlichen Ausgabe VS des Abgassensors 5 zu unterscheiden, wird die Ausgabe des Abgassensors 5 als die abhängige Variable der quadratischen Funktion durch „VSH1" anstatt durch „VS" bezeichnet. In der nachfolgenden Beschreibung wird die durch „VSH1" bezeichnete Ausgabe des Abgassensors 5 als „Funktionsausgabe VSH1" bezeichnet.
In der Gleichung (1) der quadratischen Funktion sind der Koeffizient a1 des Terms „kact²" des zweiten Grades, der Koeffizient b1 des Terms „kact" des ersten Grades und der konstante Term c1 Parameter, deren Werte durch die Funktion der Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 als Ermittlungsmittel 6a zu ermitteln sind. Das Ermittlungsmittel 6a der Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 ermittelt die Werte der oben genannten Parameter a1, b1, c1 nach Maßgabe eines sequenziellen Ermittlungsalgorithmus, welcher wie folgt aufgebaut ist:
Gemäß dem sequenziellen Ermittlungsalgorithmus wird in jedem Steuer-/Regeltakt der Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 eine Funktionsausgabe VSH1(k) des Abgassensors 5 in jedem Steuer-/Regeltakt nach Maßgabe der nachfolgend angegebenen Gleichung (2) bestimmt, und zwar unter Verwendung eines Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kact(k), das durch Subtrahieren des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Referenzwerts FLAF/BASE von dem momentanen Wert KACT(k) der Ausgabe des LAF-Sensors 4 erzeugt wird (k repräsentiert die Ordnungszahl eines Steuer-/Regeltaktes) sowie unter Verwendung der vorliegenden ermittelten Werte a1(k), b1(k), c1(k) der Parameter a1, b1, c1, welche im Wesentlichen die ermittelten Werte der Parameter a1, b1, c1 sind, die in dem vorhergehenden Steuer-/Regeltakt bestimmt wurden. VSH1(k) = a1(k)·kact(k)2 + b1(k)·kact(k) + c1(k) = Θ1T(k)·ξ1(k) (2) wobei Θ1^T(k) = [a1(k)b1(k)c1(k)]
ξ1^T(k) = [kact(k)² kact(k) 1]
In der Gleichung (2) repräsentieren Θ1, ξ1 darin definierte Vektoren und T repräsentiert eine Transposition.
Ein ermittelter Fehler ID/E1(k), der als Differenz zwischen der Funktionsausgabe VSH1(k) und einer tatsächlichen Ausgabe VS(k) des Abgassensors 5 in dem momentanen Steuer-/Regeltakt gegeben ist, wird gemäß der folgenden Gleichung (3) bestimmt: ID/E1(k) = VS(k) – VSH1(k) (3)
Der sequenzielle Ermittlungsalgorithmus, welcher durch das Ermittlungsmittel 6a der Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 durchgeführt wird, bestimmt neue ermittelte Werte a1(k + 1), b1(k + 1), c1(k + 1) der Parameter a1, b1, c1 oder, anders ausgedrückt, einen neuen Vektor Θ1(k + 1), welcher als seine Komponenten diese neuen ermittelten Werte aufweist (im Folgenden bezeichnet als „Ermittelte-Parameter-Vektor Θ1"), um den ermittelten Fehler ID/E1 zu minimieren. Der neue Ermittelte-Parameter-Vektor Θ1 wird gemäß der folgenden Gleichung (4) berechnet, d.h. die ermittelten Werte der Parameter a1, b1, c1 werden aktualisiert: Θ1(k + 1) = Θ1(k) + Kp1(k)·ID/E1(k) (4)
Speziell werden die ermittelten Werte a1(k + 1), b1(k + 1), c1(k + 1) der Parameter a1, b1, c1 bestimmt, indem die vorliegenden ermittelten Werte a1(k), b1(k), c1(k) der Parameter a1, b1, c1, welche die in dem vorhergehenden Steuer-/Regeltakt bestimmten ermittelten Werte sind, um eine zum ermittelten Fehler ID/E1(k) in dem vorliegenden Steuer-/Regeltakt proportionale Größe geändert werden.
In der Gleichung (4) repräsentiert „Kp1(k)" einen kubischen Vektor, der gemäß der nachfolgend angegebenen Gleichung (5) in jedem Steuer-/Regeltakt bestimmt wird, und bestimmt eine Rate der Änderung (Verstärkung) der ermittelten Werte der Parameter a1, b1, c1 in Abhängigkeit von dem ermittelten Fehler ID/E1.
wobei P1(k) eine kubische Quadratmatrix repräsentiert, welche in jedem Steuer-/Regeltakt durch eine durch die folgende Gleichung (6) ausgedrückte Rekursionsformel aktualisiert wird:
wobei I eine Einheitsmatrix repräsentiert, ein Anfangswert P1(0) der Matrix P1(k) eine Diagonalmatrix repräsentiert, bei welcher jedes Diagonalelement eine positive Zahl ist, und λ1, λ2 so gewählt sind, dass die Bedingungen 0 < λ1 ≤ 1 und 0 ≤ λ2 < 2 erfüllt sind.
In Abhängigkeit davon, wie λ1, λ2 in der Gleichung (6) gewählt sind, kann irgendeiner der verschiedenen speziellen Ermittlungsalgorithmen, einschließlich einem sequenziellen Verfahren der kleinsten Quadrate, einem sequenziellen Verfahren der gewichteten kleinsten Quadrate, einem Verfahren mit fester Verstärkung, einem Verfahren mit degressiver Verstärkung usw., verwendet werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein sequentieller Ermittlungsalgorithmus gemäß einem Verfahren der kleinsten Quadrate (λ1 = λ2 = 1) beispielhaft verwendet.
Der oben beschriebene Algorithmus ist der sequenzielle Ermittlungsalgorithmus für das Ermittlungsmittel 6a zum Ermitteln der Werte der Parameter a1, b1, c1 der quadratischen Funktion.
In der vorliegenden Ausführungsform wird bei der Ermittlung der Werte der Parameter a1, b1, c1 ein zusätzlicher Prozess der Beschränkung des ermittelten Werts des Parameters a1, welcher der Koeffizient des Terms zweiten Grades der quadratischen Funktion ist, durchgeführt. Ein solcher zusätzlicher Prozess wird später beschrieben.
Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel 6b des Hauptverarbeitungsmittels 6 bestimmt dann in jedem Steuer-/Regeltakt unter Verwendung der quadratischen Funktion, bei welcher die Werte der Parameter a1, b1, c1 in der oben beschriebenen Art ermittelt worden sind, ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD der Maschine 1, das außerdem ein Soll-Wert des durch den LAF-Sensor 4 erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
Genauer gesagt nähert sich dann, wenn die Werte der Parameter a1, b1, c1 der quadratischen Funktion in der oben beschriebenen Art ermittelt werden, die graphische Darstellung der quadratischen Funktion, die durch die ermittelten Werte bestimmt ist, der graphischen Darstellung der Luft-Kraftstoff-Verhältnisbezogenen Charakteristiken der Ausgabe VS des Abgassensors 5 an. Da zu diesem Zeitpunkt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der Ausgabe VS des Abgassensors 5 im Wesentlichen Charakteristiken sind, welche Minimalwerte aufweisen, d.h. Charakteristiken, die, wie oben beschrieben, durch konkave Kurven repräsentiert werden, sind die graphische Darstellung der quadratischen Funktion, die durch die ermittelten Werte der Parameter a1, b1, c1 bestimmt wird, ebenfalls Charakteristiken, die Minimalwerte aufweisen.
Beispielsweise werden abgetastete Daten der Ausgabe VS des Abgassensors 5 und des Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kact (= KACT – FLAF/BASE) gemäß dem LAF-Sensor 4 mit einer durch Punkte in 5 gezeigten Tendenz erhalten, wenn der Katalysator 3 sich in einem bestimmten verschlechterten Zustand befindet. Zu diesem Zeitpunkt weist der Graph der quadratischen Funktion, die durch die ermittelten Werte der Parameter a1, b1, c1 bestimmt ist, eine konkave Form auf, wie durch die durchgezogene Kurve in 5 gezeigt ist.
In der vorliegenden Ausführungsform wird im Wesentlichen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1, welches die Ausgabe VS des Abgassensors 5 minimiert, d.h. das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches die von der Ausgabe VS des Abgassensors 5 ermittelte NOx-Konzentration minimiert, als das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD bestimmt.
Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel 6b bestimmt im Wesentlichen den Wert des Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kact, welcher den Funktionswert (die Funktionsausgabe VSH1) der oben genannten quadratischen Funktion minimiert, d.h. den Wert des Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kact an einem Punkt A in 5, als einen Soll-Wert der Differenz zwischen dem durch den LAF-Sensor 4 erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Referenzwert FLAF/BASE, d.h. der Differenz zwischen dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Referenzwert FLAF/BASE (= KCMD – FLAF/BASE, im Folgenden als das „Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kcmd" bezeichnet).
Das Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kcmd kann bestimmt werden, indem von den Parametern a1, b1 c1 der quadratischen Funktion nach Maßgabe der folgenden Gleichung (7) die bestimmten Werte der Parameter a1, b1, speziell die zuletzt bestimmten Werte a1(k + 1), b1(k + 1) der selben, verwendet werden:
Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel 6b addiert im Wesentlichen den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Referenzwert FLAF/BASE zu dem nach Maßgabe von Gleichung (7) bestimmten Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kcmd, wodurch das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD in jedem Steuer-/Regeltakt bestimmt wird.
Wenn der Katalysator 3 brandneu ist, so weisen die Luft-Kraftstoff-Verhältnisbezogenen Charakteristiken der Ausgabe VS des Abgassensors 5, wie oben beschrieben, keinen Minimalwert auf. In diesem Fall werden abgetastete Daten der Ausgabe VS des Abgassensors 5 und des Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kact (= KACT – FLAF/BASE) mit einer durch Punkte in 6 gezeigten Tendenz erhalten. Zu diesem Zeitpunkt ist der Graph der durch die ermittelten Werte der Parameter a1, b1, c1 bestimmten quadratischen Funktion so gegeben, wie es durch die durchgezogene Kurve in 6 gezeigt ist.
Wenn in diesem Fall der dem Minimalwert des Funktionswerts der quadratischen Funktion entsprechende Wert des Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kact als Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kcmd bestimmt wird, so ist das durch Addieren des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Referenzwerts FLAF/BASE zu dem Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD erzeugte Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD ein Wert in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereich, in welchem die Ausgabe VS des Abgassensors 5 bei einem im Wesentlichen konstanten Niveau gehalten wird, d.h. die Reinigungsrate von NOx durch den Katalysator 3 bei einem im Wesentlichen konstanten Maximalniveau (im Wesentlichen 100%) gehalten wird.
Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD eines solchen Werts stellt keine Probleme für die Aufrechterhaltung einer gewünschten NOx-Reinigungsfähigkeit dar, reduziert jedoch allgemein tendenziell die Reinigungsraten anderer Gaskomponenten durch den Katalysator 3. Wie beispielsweise im Detail später in Bezug auf eine andere Ausführungsform beschrieben wird, liegt die Reinigungsrate von HC durch den Katalysator 3, der brandneu ist, in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereich, der magerer ist als ein Wert, der im Wesentlichen gleich dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF1 in 3 ist, bei einem im Wesentlichen konstanten Maximalniveau und fällt in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereich, der fetter ist als dieser Wert, ab.
Wenn der Katalysator 3 brandneu ist und die Luft-Kraftstoff-Verhältnisbezogenen Charakteristiken der Ausgabe VS des Abgassensors 5 keinen Minimalwert aufweisen, so ist der Minimalwert der durch die ermittelten Werte der Parameter a1, b1, c1 bestimmten quadratischen Funktion ein negativer Wert, den die tatsächliche Ausgabe VS des Abgassensors 5 nicht annehmen kann, d.h. ein Wert, der kleiner ist als die Ausgabe VS des Abgassensors 5, wenn die NOx-Konzentration im Wesentlichen gleich „0" ist.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform bestimmt daher das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel 6b dann, wenn der Minimalwert der durch die ermittelten Werte der Parameter a1, b1, c1 bestimmten quadratischen Funktion ein negativer Wert ist, einen von zwei Werten des Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kact, an denen der Funktionswert der quadratischen Funktion (die Funktionsausgabe VSH1 des Abgassensors 5) gleich „0" ist, nämlich denjenigen der beiden Werte, der in dem magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereich liegt (den Wert des Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kact an einem Punkt B in 6), als das Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kcmd.
Der Minimalwert der quadratischen Funktion wird negativ, wenn die ermittelten Werte der Parameter a1, b1, c1 die Ungleichung b1² – 4·a1·c1 > 0 erfüllen. Das Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD wird in diesem Fall unter Verwendung der ermittelten Werte der Parameter a1, b1, c1, speziell der zuletzt ermittelten Werte a1(k + 1), b1(k + 1), c1(k + 1) derselben, gemäß der folgenden Gleichung (8) ermittelt:
Wenn der Minimalwert der quadratischen Funktion gleich „0" oder ein positiver Wert ist, so wird der Wert des Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kact, der dem Minimalwert der quadratischen Funktion entspricht, als das Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kcmd bestimmt.
Speziell bestimmt das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel 6b gemäß der vorliegenden Ausführungsform in jedem Steuer-/Regeltakt nach Maßgabe der folgenden Gleichungen (9) das Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kcmd(k) in Abhängigkeit von dem Wert einer Kriteriumformel (b1² – 4·a1·c1), die durch die ermittelten Werte a1(k + 1), b1(k + 1), c1(k + 1) der Parameter a1, b1, c1 der quadratischen Funktion, die durch das Ermittlungsmittel 6a in der oben beschriebenen Art bestimmt worden sind, bestimmt wird:
Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel 6b bestimmt dann das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD(k) in jedem Steuer-/Regeltakt, in dem es gemäß der folgenden Gleichung (10) den Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Referenzwert FLAF/BASE zu dem so bestimmten Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kcmd(k) addiert: KCMD = kcmd + FLAF/BASE (10)
Die vorstehende Verarbeitung ist die Basisverarbeitung, welche durch das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel 6b der Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 durchgeführt wird.
Das Verschlechterungszustand-Bewertungsmittel 6c der Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 bewertet dann in jedem Steuer-/Regeltakt der Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 unter Verwendung der ermittelten Werte der Parameter a1, b1, c1 der quadratischen Funktion gemäß einem in der nachfolgend beschriebenen Art aufgebauten Algorithmus den verschlechterten Zustand des Katalysators 3.
Wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 fortschreitet, so verändern sich die Ausgabe VS des Abgassensors 5 oder die durch die Ausgabe VS repräsentierten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der NOx-Konzentration, wie oben beschrieben wurde (siehe 4). Wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 fortschreitet, zeigt daher der Graph der quadratischen Funktion, die die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der NOx-Konzentration annähert, die folgende charakteristische Änderung: 7 zeigt konzeptionell, wie sich der Graph der quadratischen Funktion verändert, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 fortschreitet, und zwar unter Verwendung der beiden spezifischen Graphen p, q, welche jeweils relativ schwache und starke Verschlechterungen des Katalysators 3 anzeigen.
Wie in 7 gezeigt ist, wird der Graph der quadratischen Funktion mit den ermittelten Werten der Parameter a1, b1, c1 bei Voranschreiten der Verschlechterung des Katalysators 3 insgesamt in den magereren Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Bereich verschoben, wie es durch den Pfeil X angezeigt ist. Wenn der Wert des Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kact an einem Minimalpunkt C des Graphen der quadratischen Funktion durch AGDP1 repräsentiert ist (mit Anhängen (p), (q) entsprechend den Graphen p, q in 7), dann wird der Wert AGDP1 oder der Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Maschine 1, der durch Addieren des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Referenzwerts FLAF/BASE zum Wert AGDP1 erzeugt wird, in den magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich verschoben, d.h. der Wert AGDP1 wird kleiner, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 fortschreitet. Dies entspricht der Tatsache, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1, welches die durch den Abgassensor 5 erfasste tatsächliche NOx-Konzentration, d.h. die NOx-Konzentration des durch den Katalysator 3 gereinigten Abgases, minimiert, in den magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich verschoben wird, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 voranschreitet.
Wie oben beschrieben wurde, wird im Wesentlichen der Wert AGDP1 gleich dem Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kcmd.
Wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 voranschreitet, so wird der Graph der quadratischen Funktion, wie dies durch den Pfeil Y gezeigt ist, insgesamt in eine Richtung verschoben, dass sich der Funktionswert (die Funktionsausgabe VSH1) der quadratischen Funktion vergrößert, d.h. in eine Richtung, dass die durch den Funktionswert angezeigte NOx-Konzentration ansteigt. Wenn der Funktionswert an dem Minimalpunkt C des Graphen der quadratischen Funktion, d.h. der Minimumwert des Funktionswerts (der Minimumwert der Funktionsausgabe VSH1), durch AGDP2 repräsentiert ist (mit Anhängen (p), (q) entsprechend den Graphen p, q in 7), so wird der Wert AGDP2 größer, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 voranschreitet. Dies entspricht der Tatsache, dass der Minimumwert der durch den Abgassensor 5 erfassten tatsächlichen NOx-Konzentration größer wird, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 voranschreitet.
Wie durch den Pfeil Z gezeigt ist, werden die Gradienten des Graphen der quadratischen Funktion auf beiden Seiten des Minimalpunkts C, oder genauer gesagt, die Gradienten des Graphen in den beiden Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereichen, die magerer bzw. fetter sind als das Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kact am Minimalpunkt C, größer, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 voranschreitet. Anders ausgedrückt nimmt die Breite des Graphen der quadratischen Funktion ab, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 voranschreitet. Wenn der Gradient des Graphen der quadratischen Funktion an einem Wert (AGDP1 + α), d.h. an einem Punkt D in 7, welcher erreicht wird, indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem Wert AGDP1 des Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kact am Minimalpunkt C der quadratischen Funktion aus um eine gegebene Änderung α in den fetteren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich hinein geändert wird, durch AGDP3 repräsentiert wird (mit Anhängen (p), (q) entsprechend den Graphen p, q in 7), so nimmt der Wert AGDP3 zu, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 voranschreitet. Dies entspricht der Tatsache, dass der Gradient des Graphen der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der NOx-Konzentration in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich, welcher über dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1 liegt, das die durch den Abgassensor 5 erfasste tatsächliche NOx-Konzentration minimiert, größer wird, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 voranschreitet, oder, anders ausgedrückt, entspricht der Tatsache, dass der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich, in welchem die durch den Abgassensor 5 erfasste tatsächliche NOx-Konzentration einen Minimumwert oder einen Wert nahe diesem annimmt, schmaler wird.
Der Algorithmus des Verschlechterungszustand-Bewertungsmittels 6c ist im Hinblick auf die Art und Weise geschaffen worden, in welcher der Graph der quadratischen Funktion sich wie oben beschrieben ändert, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 voranschreitet.
Speziell werden der Wert AGDP1 des Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kact am Minimalpunkt C der quadratischen Funktion, der Minimalwert AGDP2 des Funktionswerts (der Funktionsausgabe VSH1) der quadratischen Funktion und der Gradient AGDP3 des Graphen am Punkt D der quadratischen Funktion als drei Verschlechterungsbewertungsparameter zum Bewerten des verschlechterten Zustands des Katalysators 3 verwendet. Die Werte der Verschlechterungsbewertungsparameter AGDP1, AGDP2, AGDP3 werden bestimmt, indem die ermittelten Werte der Parameter a1, b1, c1 der quadratischen Funktion nach Maßgabe der folgenden jeweiligen Gleichungen (11), (12), (13) verwendet werden:
Wenn die Verschlechterungsbewertungsparameter AGDP1, AGDP2, AGDP3 (welche im Folgenden „erster, zweiter bzw. dritter Verschlechterungsbewertungsparameter" bezeichnet werden), in der oben beschriebenen Weise bestimmt werden, so nimmt der Wert des ersten Verschlechterungsbewertungsparameters AGDP1 ab, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 voranschreitet, und die Werte des zweiten und des dritten Verschlechterungsbewertungsparameters AGDP2, AGDP3 nehmen zu, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 voranschreitet. In der vorliegenden Ausführungsform wird der verschlechterte Zustand des Katalysators 3 bewertet, um zu beurteilen, ob sich der Katalysator 3 in einem Zustand befindet, in dem er in einem solchen Maße verschlechtert ist, dass es notwendig ist, dass er sofort oder bald ersetzt wird (ein solcher verschlechterter Zustand wird im Folgenden als „Verschlechterungsfortschrittszustand" bezeichnet) oder nicht (Ein Zustand des Katalysators 3, welcher nicht der Verschlechterungsfortschrittszustand ist, wird im Folgenden als „nicht verschlechterter Zustand" bezeichnet).
Das Verschlechterungszustand-Bewertungsmittel 6c der Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 vergleicht in jedem Steuer-/Regeltakt der Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 die Werte des ersten bis dritten Verschlechterungsbewertungsparameters AGDP1, AGDP2, AGDP3, welche aus den ermittelten Werten der Parameter a1, b1, c1 der quadratischen Funktion (genauer gesagt, der zuletzt ermittelten Werte a1(k + 1), b1(k + 1), c1(k + 1)) gemäß der obigen Gleichungen (11) bis (13) ermittelt wurden, bezüglich jeweiligen vorbestimmten Schwellwerten LMT1, LMT2, LMT3, welche diesen Verschlechterungsbewertungsparametern eins bis drei zugeordnet sind, um somit zeitweilig zu bestimmen, ob sich der Katalysator 3 in dem Verschlechterungsfortschrittszustand oder in dem nicht verschlechterten Zustand in Bezug auf jeden der Verschlechterungsbewertungsparameter eins bis drei, AGDP1, AGDP2, AGDP3 befindet. Wenn sich der Katalysator 3 in dem Verschlechterungsfortschrittszustand in Bezug auf jeden der Verschlechterungsbewertungsparameter eins bis drei, AGDP1, AGDP2, AGDP3 befindet, so wird beurteilt, dass sich der Katalysator 3 in dem Verschlechterungsfortschrittszustand befindet.
Die oben genannte Verarbeitung ist ein Algorithmus, welcher durch dass Verschlechterungszustand-Bewertungsmittel 6c verwendet wird, um den verschlechterten Zustand des Katalysators 3 zu bewerten.
Nachfolgend wird die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 beschrieben.
Wie in 8 gezeigt ist, weist die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 als Funktionen eine Berechnungseinrichtung 10 für Basis-Kraftstoffeinspritzmenge zum Bestimmen einer Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Tim, die in die Maschine 1 einzuspritzen ist, eine Berechnungseinrichtung 11 für einen ersten Korrekturkoeffizienten zum Bestimmen eines ersten Korrekturkoeffizienten KTOTAL, um die Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Tim zu korrigieren, sowie eine Berechnungseinrichtung 12 für den zweiten Korrekturkoeffizienten zum Bestimmen eines zweiten Korrekturkoeffizienten KCMDM, um die Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Tim zu korrigieren.
Die Berechnungseinrichtung 10 für die Basis-Kraftstoffeinspritzmenge bestimmt eine Referenz-Kraftstoffeinspritzmenge (Kraftstoffzuführungsmenge) für die Maschine 1 aus der Drehzahl NE und dem Ansaugdruck PB der Maschine 1 unter Verwendung eines vorbestimmten Kennfeldes und korrigiert die bestimmte Referenz-Kraftstoffeinspritzmenge in Abhängigkeit von der effektiven Öffnungsfläche eines Drosselventils (nicht gezeigt) der Maschine 1, wodurch eine Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Tim berechnet wird.
Der durch die Berechnungseinrichtung 11 für den ersten Korrekturkoeffizienten bestimmte erste Korrekturkoeffizient KTOTAL dient dazu, die Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Tim zu korrigieren, und zwar im Hinblick auf ein Abgasrückführungsverhältnis der Maschine 1, d.h. den Anteil an Abgas, der in einem in die Maschine 1 eingeleiteten Luft-Kraftstoff-Gemisch enthalten ist, einen Betrag von gespültem Kraftstoff, der der Maschine 1 zugeführt wird, wenn ein Behälter (nicht gezeigt) gespült wird, eine Kühlmitteltemperatur, eine Ansaugtemperatur usw. der Maschine 1.
Der durch die Berechnungseinrichtung 12 für den zweiten Korrekturkoeffizienten bestimmte zweite Korrekturkoeffizient KCMDM dient dazu, die Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Tim im Hinblick auf die Ladeeffizienz eines Luft-Kraftstoff-Gemischs aufgrund des Kühlungseffekts von in die Maschine 1 strömendem Kraftstoff in Abhängigkeit von einem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD, das durch das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel 6b erzeugt wird, zu korrigieren.
Die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 korrigiert die Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Tim mit dem ersten Korrekturkoeffizienten KTOTAL und den zweiten Korrekturkoeffizienten KCMDM durch Multiplizieren der Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Tim mit dem ersten Korrekturkoeffizienten KTOTAL und dem zweiten Korrekturkoeffizienten KCMDM, wodurch eine Soll-Kraftstoffeinspritzmenge Tcyl für die Maschine 1 erzeugt wird.
Spezielle Details der Verarbeitung zum Berechnen der Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Tim, des ersten Korrekturkoeffizienten KTOTAL und des zweiten Korrekturkoeffizienten KCMDM sind im Detail in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 5-79374 oder dem US-Patent Nr. 5,253,630 offenbart und werden nachfolgend nicht beschrieben.
Zusätzlich zu den oben genannten Funktionen weist die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 außerdem eine Regelungseinrichtung 13 auf, um eine Kraftstoffeinspritzmenge für die Maschine 1 nach Maßgabe einer Regelungsverarbeitung derart einzustellen, dass sich die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 4 dem nacheinander durch die Abgassystem-Steuer-/Regeleinrichtung 6 erzeugten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD annähert.
Die Regelungseinrichtung 13 umfasst eine Generalregelungseinrichtung 14 zum Regel eines Gesamt-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für die Zylinder der Maschine 1 und eine Lokalregelungseinrichtung 15 zum Regeln eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für jeden der Zylinder der Maschine 1.
Die Generalregelungseinrichtung 14 bestimmt aufeinander folgend einen Regelungskorrekturkoeffizienten KFB, um die Soll-Kraftstoffeinspritzmenge Tcyl (durch Multiplizieren der Soll-Kraftstoffeinspritzmenge Tcyl) zu korrigieren, so dass sich die Ausgabe KACT von dem LAF-Sensor 4 dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD annähert.
Die Generalregelungseinrichtung 14 umfasst eine PID-Regelungseinrichtung 16 zum Erzeugen einer regelungsbeeinflussten Variablen KLAF als Regelungskorrekturkoeffizienten KFB in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Ausgabe KACT von dem LAF-Sensor 4 und dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD nach Maßgabe einer bekannten PID-Regelungsverarbeitung, sowie einen adaptiven Regler 17 (in 8 durch „STR" bezeichnet) zum adaptiven Bestimmen einer regelungsbeeinflussten Variablen KSTR zum Bestimmen des Regelungskorrekturkoeffizienten KFB im Hinblick auf Änderungen in Betriebszuständen der Maschine 1 und charakteristischen Änderungen derselben aus der Ausgabe KACT von dem LAF-Sensor 4 und dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD.
In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die regelungsbeeinflusste Variable KLAF, die durch die PID-Regelungseinrichtung 16 erzeugt wird, „1" und kann direkt als Regelungskorrekturkoeffizient KFB verwendet werden, wenn die Ausgabe KACT (das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1) von dem LAF-Sensor 4 gleich dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD ist. Die regelungsbeeinflusste Variable KSTR, die durch den adaptiven Regler 17 erzeugt wird, wird gleich dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD, wenn die Ausgabe KACT von dem LAF-Sensor 4 gleich dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD ist. Eine regelungsbeeinflusste Variable kstr (= KSTR/KCMD), welche durch Dividieren der rückkopplungsbeeinflussten Variable KSTR durch das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD mittels einer Dividiereinrichtung 18 erzeugt wird, kann als Regelungskorrekturkoeffizient KFB verwendet werden.
Die durch die PID-Regelungseinrichtung 16 erzeugte regelungsbeeinflusste Variable KLAF und die regelungsbeeinflusste Variable kstr, welche durch Dividieren der regelungsbeeinflussten Variablen KSTR von dem adaptiven Regler 17 durch das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD erzeugt ist, werden eine nach der anderen durch einen Schalter 19 ausgewählt. Die ausgewählte Variable aus regelungsbeeinflusster Variable KLAF und regelungsbeeinflusster Variable kstr wird als der Regelungskorrekturkoeffizient KFB verwendet. Die Soll-Kraftstoffeinspritzmenge Tcyl wird durch Multiplizieren mit dem Regelungskorrekturkoeffizienten KFB korrigiert. Details der Generalregelungseinrichtung 14 (insbesondere des adaptiven Reglers 17) werden später beschrieben.
Die Lokalregelungseinrichtung 15 umfasst einen Beobachter 20 zum Abschätzen des realen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses #nA/F (n = 1, 2, 3, 4) der jeweiligen Zylinder der Maschine 1 aus der Ausgabe KACT von dem LAF-Sensor 4 sowie eine Mehrzahl von PID-Regelungseinrichtungen 21 (so viele wie die Anzahl der Zylinder) zum Bestimmen von jeweiligen Regelungskorrekturkoeffizienten #nKLAF für Kraftstoffeinspritzmengen für die Zylinder aus den jeweiligen realen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen #nA/F, die durch den Beobachter 20 abgeschätzt wurden, nach Maßgabe einer PID-Regelungsverarbeitung, um Variationen der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse der Zylinder zu eliminieren.
Kurz gesagt, schätzt der Beobachter 20 ein reales Luft-Kraftstoff-Verhältnis #nA/F eines jeden der Zylinder wie folgt ab: Ein System von der Maschine 1 zum LAF-Sensor 4 (wo die Abgase von den Zylindern kombiniert werden) wird als ein System zum Erzeugen eines durch den LAF-Sensor 4 erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses aus einem realen Luft-Kraftstoff-Verhältnis #nA/F eines jeden der Zylinder angesehen und wird modelliert im Hinblick auf eine Erfassungsansprechverzögerung des LAF-Sensors 4 (z.B. eine Verzögerung erster Ordnung) und einen zeitlichen Beitrag des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines jeden der Zylinder der Maschine 1 zu dem durch den LAF-Sensor 4 erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Auf Grundlage des modellierten Systems wird ein reales Luft-Kraftstoff-Verhältnis #nA/F eines jeden der Zylinder aus der Ausgabe KACT von dem LAF-Sensor 4 geschätzt.
Details des Beobachter 20 sind beispielsweise in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 7-83094 oder in dem US-Patent Nr. 5,531,208 offenbart und werden nachfolgend nicht beschrieben.
Jede der PID-Regelungseinrichtungen 21 der Lokalregelungseinrichtung 15 dividiert die Ausgabe KACT von dem LAF-Sensor 4 durch einen Mittelwert des Regelungskorrekturkoeffizienten #nKLAF für alle Zylinder, die durch die jeweiligen PID-Regelungseinrichtungen 21 in einem vorhergehenden Steuer-/Regeltakt bestimmt wurden, um einen Quotientenwert zu erzeugen, und verwendet den Quotientenwert als ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für den entsprechenden Zylinder. In einem momentanen Steuer-/Regeltakt bestimmt dann jede der PID-Regelungseinrichtungen 21 einen Regelungskorrekturkoeffizienten #nKLAF, um jegliche Differenz zwischen dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem durch den Beobachter 20 bestimmten geschätzten Wert des entsprechenden realen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses #nA/F zu eliminieren.
Die Lokalregelungseinrichtung 15 multipliziert einen Wert, welcher durch Multiplizieren der Soll-Kraftstoffeinspritzmenge Tcyl mit dem durch die Generalregelungseinrichtung 14 erzeugten Regelungskorrekturkoeffizienten KFB erzeugt wurde, mit dem Regelungskorrekturkoeffizienten #nKLAF für jeden der Zylinder, wodurch eine Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge #nTout (n = 1, 2, 3, 4) für jeden der Zylinder bestimmt wird.
Die auf diese Weise bestimmte Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge #nTout für jeden der Zylinder wird im Hinblick auf sich ansammelnde Kraftstoffpartikel an den Wänden des Ansaugrohrs der Maschine 1 mittels einer Kraftstoffansammlung-Korrektureinrichtung 22 in der Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 korrigiert. Die korrigierte Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge #nTout wird als Anweisung für die Kraftstoffeinspritzmenge für jeden der Zylinder an jede von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen (nicht gezeigt) der Maschine 1 angelegt, welche Kraftstoff in jeden der Zylinder mit der korrigierten Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge #nTout einspritzen.
Die Korrektur der Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge im Hinblick auf die angesammelten Kraftstoffpartikel an den Wänden des Ansaugrohrs ist im Detail beispielsweise in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 8-21273 und in dem US-Patent Nr. 5,568,799 beschrieben und wird nachfolgend nicht im Detail beschrieben.
Nachfolgend wird die Generalregelungseinrichtung 14, insbesondere der adaptive Regler 17, weiter beschrieben.
Die Generalregelungseinrichtung 14 führt eine Regelverarbeitung aus, um die Ausgabe KACT (erfasstes Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1) von dem LAF-Sensor 4 in der oben beschriebenen Weise dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD anzunähern. Würde eine solche Regelungsverarbeitung nur unter der bekannten PID-Regelung ausgeführt werden, so wäre es schwierig, gegenüber dynamischen Verhaltensänderungen, einschließlich Änderungen in den Betriebszuständen der Maschine 1, Charakteristikänderungen aufgrund der Alterung der Maschine 1, usw., eine stabile Regelbarkeit aufrecht zu erhalten.
Der adaptive Regler 17 ist eine Regelungseinrichtung vom rekursiven Typ, welche es ermöglicht, eine Regelungsverarbeitung auszuführen, während dynamische Verhaltensveränderungen der Maschine 1 kompensiert werden. Wie in 9 gezeigt ist, umfasst der adaptive Regler 17 eine Parametereinstelleinrichtung 23 zur Bereitstellung einer Mehrzahl von adaptiven Parametern unter Verwendung des durch I.D. Landau, et al. vorgeschlagenen Parametereinstellgesetzes sowie eine Variablenveränderung-Berechnungseinrichtung 24 zum Berechnen der regelungsbeeinflussten Variablen KSTR unter Verwendung der bereitgestellten Parameter.
Die Parametereinstelleinrichtung 23 wird nachfolgend beschrieben. Gemäß dem von I.D. Landau et al. vorgeschlagenen Parametereinstellgesetz wird dann, wenn die Polynome des Nenners und des Zählers einer Transferfunktion B(Z^–1)/A(Z^–1) eines zu regelnden Objekts eines diskreten Systems jeweils allgemein durch die nachfolgend angegebenen Gleichungen (14), (15) ausgedrückt werden, ein adaptiver Parameter Θ^(j) (j bezeichnet die Ordnungszahl des Steuer-/Regeltaktes) der durch die Parametereinstelleinrich tung 23 bereitgestellt wird, nach Maßgabe der nachstehend angegebenen Gleichung (16) durch einen Vektor (transponierter Vektor) repräsentiert. Eine Eingabe ξ(j) in die Parametereinstelleinrichtung 23 wird durch die nachfolgend angegebene Gleichung (17) ausgedrückt. In der vorliegenden Ausführungsform wird angenommen, dass die Maschine 1, welche ein durch die Generalregelungseinrichtung 14 zu regelndes Objekt ist, als eine Anlage eines Systems erster Ordnung mit einer Totzeit dp entsprechend der Zeit von 3 Verbrennungstakten der Maschine 1 und, mit m = n = 1, dp = 3 in den Gleichungen (14)–(17) betrachtet wird und das fünf adaptive Parameter s0, r1, r2, r3, b0 erzeugt werden (siehe 9). In den oberen und den mittleren Ausdrücken der Gleichung (17) repräsentieren us, ys allgemein eine Eingabe (veränderte Variable) für das zu regelnde Objekt und eine Ausgabe (geregelte Variable) von dem zu regelnden Objekt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Eingabe die regelungsveränderte Variable KSTR und die Ausgabe von dem Objekt (der Maschine 1) ist die Ausgabe KACT (erfasstes Luft-Kraftstoff-Verhältnis) von dem LAF-Sensor 4, und die Eingabe ξ(j) für die Parametereinstelleinrichtung 23 wird durch den unteren Ausdruck der Gleichung (17) ausgedrückt (siehe 9).
Der durch die Gleichung (16) ausgedrückte adaptive Parameter Θ^ setzt sich zusammen aus einem Skalargrößenelement b0^^–1(j) zum Bestimmen der Verstärkung des adaptiven Reglers 17, einem Regelelement BR^(Z^–1, j), das unter Verwendung einer veränderten Variablen ausgedrückt ist, und einem Regelelement S(Z^–1, j), das unter Verwendung einer geregelten Variablen, welche jeweils durch die folgenden Gleichungen (18)–(20) ausgedrückt werden (siehe den in 9 gezeigten Block der variablen Veränderungs-Berechnungseinrichtung 24):
Die Parametereinstelleinrichtung 23 erzeugt Koeffizienten des Skalargrößenelements und des Regelungselements, wie oben beschrieben wurde, und führt diese als durch die Gleichung (16) ausgedrückten adaptiven Parameter Θ^ der variablen Veränderungs-Berechnungseinrichtung 24 zu. Unter Verwendung der Zeitreihendaten der regelungsveränderten Variablen KSTR von der Gegenwart bis zur Vergangenheit und die Ausgabe KACT von dem LAF-Sensor 4 berechnet die Parametereinstelleinrichtung 23 den adaptiven Parameter Θ^, so dass die Ausgabe KACT von dem LAF-Sensor 4 mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD übereinstimmt.
Speziell berechnet die Parametereinstelleinrichtung 23 den adaptiven Parameter Θ^ gemäß der folgenden Gleichung (21): θ ^(j) = θ ^(j – 1) + Γ(j – 1)·ζ(j – dp)·e*(j) (21) wobei Γ(j) eine Verstärkungsmatrix (deren Grad durch m + n + dp angezeigt ist) zum Bestimmen einer Rate der Erzeugung des adaptiven Parameters Θ^ und e*(j) einen geschätzten Fehler des adaptiven Parameters Θ^. Γ(j) und e*(j) werden jeweils durch die folgenden Rekursionsformeln (22), (23) ausgedrückt:
wobei Q < λ1(j) ≤ 1, 0 ≤ λ2(j) < 2, Γ(0) > 0.
wobei D(Z^–1) ein asymptotisches stabiles Polynom zum Einstellen der Konvergenz repräsentiert. In der vorliegenden Ausführungsform ist D(Z^–1) = 1.
Verschiedene spezifische Algorithmen, einschließlich des Algorithmus mit degressiver Verstärkung, des Algorithmus mit variabler Verstärkung, des Algorithmus mit fester Spur und des Algorithmus mit fester Verstärkung, werden in Abhängigkeit davon erhalten, wie λ1(j) , λ2(j) in der Gleichung (22) gewählt sind. Für eine zeitabhängige Anlage, wie etwa eine Kraftstoffeinspritzverarbeitung, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder dergleichen der Maschine 1 ist einer der Algorithmen aus dem Algorithmus mit degressiver Verstärkung, dem Algorithmus mit variabler Verstärkung, dem Algorithmus mit fester Verstärkung und dem Algorithmus mit fester Spur, geeignet.
Unter Verwendung des adaptiven Parameters Θ^ (s0, r1, r2, r3, b0), der durch die Parametereinstelleinrichtung 23 erzeugt wurde, und des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD, bestimmt die variablen Veränderungs-Berechnungseinrichtung 24 die regelungsbeeinflusste Variable KSTR nach Maßgabe einer durch die folgende Gleichung (24) ausgedrückten Rekursionsformel:
Die in 9 gezeigte Variablenveränderung-Berechnungseinrichtung 24 stellt ein Blockdiagramm der Berechnungen nach Maßgabe der Gleichung (24) dar.
Die regelungsveränderte Variable KSTR, die nach Maßgabe von Gleichung (24) bestimmt worden ist, wird gleich dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD, soweit die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 4 mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD übereinstimmt. Die regelungsbeeinflusste Variable KSTR wird somit durch die Dividiereinrichtung 18 durch das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD dividiert, um auf diese Weise die regelungsbeeinflusste Variable kstr zu bestimmen, welche als Regelungskorrekturkoeffizient KFB verwendet werden kann.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, ist somit der auf diese Weise ausgebildete adaptive Regler 17 eine Regelungseinrichtung vom Rekursionstyp, welche dynamische Verhaltensänderungen der Maschine 1, die ein zu regelndes Objekt ist, berücksichtigt. Anders ausgedrückt ist der adaptive Regler 17 eine in einer rekursiven Form beschriebene Regelungseinrichtung, um dynamische Verhaltensänderungen der Maschine 1 zu kompensieren, und ist insbesondere eine Regelungseinrichtung, die einen rekursiven Einstellmechanismus für den adaptiven Parameter aufweist.
Eine rekursive Regelungseinrichtung dieses Typs kann unter Verwendung eines Optimumregulators konstruiert sein. In einem solchen Fall weist sie jedoch keinen Parametereinstellmechanismus auf. Ein adaptiver Regler 17, der in der oben beschriebenen Art aufgebaut ist, ist zum Kompensieren dynamischer Verhaltensänderungen der Maschine 1 geeignet.
Vorstehend wurden die Details des adaptiven Reglers 17 beschrieben.
Die PID-Regelungseinrichtung 16, welche zusammen mit dem adaptiven Regler 17 in der Generalregelungseinrichtung 14 vorgesehen ist, berechnet einen Proportionalterm (P-Term), einen Integralterm (I-Term) und einen Ableitungsterm (D-Term) aus der Differenz zwischen der Ausgabe KACT von dem LAF-Sensor 4 und dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD und berechnet den Gesamtbetrag dieser Terme als die regelungsbeeinflusste Variable KLAF, wie dies beim allgemeinen PID-Regelungsverfahren der Fall ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird die regelungsbeeinflusste Variable KLAF auf „1" gesetzt, wenn die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 4 mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD übereinstimmt, indem ein Startwert des Integralterms (I-Term) auf „1" gesetzt wird, so dass die regelungsbeeinflusste Variable KLAF als der Regelungskorrekturkoeffizient KFB zum direkten Korrigieren der Kraftstoffeinspritzmenge verwendet werden kann. Die Verstärkungen des Proportionalterms, des Integralterms und des Ableitungsterms werden unter Verwendung eines vorbestimmten Kennfeldes aus der Drehzahl und dem Ansaugdruck der Maschine 1 bestimmt.
Der Schalter 19 der Generalregelungseinrichtung 14 gibt die durch die PID-Regelungseinrichtung 16 bestimmte regelungsbeeinflusste Variable KLAF als Regelungskorrekturkoeffizient KFB aus, um die Kraftstoffeinspritzmenge zu korrigieren, wenn die Verbrennung in der Maschine 1 dazu tendiert, instabil zu sein, wie etwa wenn die Temperatur des Kühlmittels in der Maschine 1 niedrig ist, die Maschine 1 bei hohen Drehzahlen dreht oder der Ansaugdruck gering ist oder wenn die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 4 aufgrund einer Ansprechverzögerung des LAF-Sensors 4, etwa bei einer großen Änderung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD oder unmittelbar nachdem die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungsverarbeitung gestartet wurde, nicht zuverlässig ist, oder wenn die Maschine 1 im hohen Maße stabil läuft wie etwa dann, wenn sie im Leerlauf läuft und somit keine Regelungsverarbeitung mit hoher Verstärkung durch den adaptiven Regler 17 notwendig ist. Im anderen Fall gibt der Schalter 19 die regelungsbeeinflusste Variable kstr, welche durch Dividieren der durch den adaptiven Regler 17 bestimmten regelungsbeeinflussten Variablen KSTR durch das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD erzeugt wird, als Regelungskorrekturkoeffizient KFB zum Korrigieren der Kraftstoffeinspritzmenge aus. Dies geschieht, da der adaptive Regler 17 eine Regelungsverarbeitung mit hoher Verstärkung bewirkt und so arbeitet, dass sich die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 4 schnell dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD annähert, und wenn die durch den adaptiven Regler 17 bestimmte regelungsbeeinflusste Variable KSTR in einem Fall verwendet wird, dass die Verbrennung der Maschine 1 instabil ist oder die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 4 nicht zuverlässig ist, so ist die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungsverarbeitung tendenziell instabil.
Ein solcher Betrieb des Schalters 19 ist im Detail in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 8-105345 oder in dem US-Patent Nr. 5,558,075 offenbart und wird nachfolgend nicht im Detail beschrieben.
Nachfolgend wird der Betrieb des gesamten Systems gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Zuerst wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 10 und 11 eine durch die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 ausgeführte Steuer-/Regelverarbeitung zum Steuern/Regeln der Kraftstoffeinspritzmenge für die Maschine 1 beschrieben.
Die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 führt die Steuer-/Regelverarbeitung in Steuer-/Regeltakten in Synchronisation mit einer Kurbelwinkelperiode (TDC) der Maschine 1 wie folgt aus:
Die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 liest Ausgaben von verschiedenen Sensoren, einschließlich Sensoren zur Erfassung der Drehzahl NE und des Ansaugdrucks PB der Maschine 1, dem LAF-Sensor 4 und dem Abgassensor 5, in einem SCHRITTa.
Danach korrigiert die Berechnungseinrichtung 10 für die Basis-Kraftstoffeinspritzmenge eine Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend der Drehzahl NE und dem Ansaugdruck PB der Maschine 1 in Abhängigkeit von der effektiven Öffnungsfläche des Drosselventils, wodurch eine Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Tim in SCHRITTb berechnet wird. Die Berechnungseinrichtung 11 für den ersten Korrekturkoeffizienten berechnet einen ersten Korrekturkoeffizienten KTOTAL in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur und der Menge, mit welcher der Behälter gespült wird, in SCHRITTc.
Die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 entscheidet, ob das durch das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel 6b erzeugte Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD verwendet werden soll oder nicht, d.h. bestimmt ein EIN/AUS der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Veränderungsverarbeitung, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1 zu verändern, und setzt einen Wert eines Flags f/btc/on, welches ein EIN/AUS der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Veränderungsverarbeitung repräsentiert, in SCHRITTd. Wenn der Wert des Flags f/btc/on gleich „0" ist, so bedeutet dies, dass das durch die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 erzeugte Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD nicht verwendet werden soll (AUS), und wenn der Wert des Flags f/btc/on gleich „1" ist, so bedeutet dies, dass das durch die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 erzeugte Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD verwendet werden soll (EIN).
Die Entscheidungsunterroutine des SCHRITTSd ist im Detail in 11 gezeigt. Wie in 11 gezeigt ist, entscheidet die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 im SCHRITTd-1, ob der Abgassensor (NOx-Sensor) 5 aktiviert wird oder nicht, und in SCHRITTd-2, ob der LAF-Sensor 4 aktiviert wird oder nicht. Ob diese Sensoren aktiviert werden oder nicht, entscheidet die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 auf Grundlage der Ausgabespannungen derselben.
Wird weder der Abgassensor 5, noch der LAF-Sensor 4 aktiviert, so wird im SCHRITTd-10 der Wert des Flags f/btc/on auf „0" gesetzt, da die erfassten Daten von den Sensoren 5, 4 zur Verwendung durch die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 nicht genau genug sind.
Die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 entscheidet dann im SCHRITTd-3, ob die Maschine 1 mit einem magereren Luft-Kraftstoff-Gemisch arbeitet oder nicht. In einem SCHRITTd-4 entscheidet die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7, ob die Zündzeitsteuerung der Maschine 1 für eine frühe Aktivierung des Katalysators 3 unmittelbar nach dem Start der Maschine 1 verzögert ist oder nicht. Die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 entscheidet in SCHRITTd-5, ob das Drosselventil der Maschine 1 vollständig geöffnet ist oder nicht. Die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 entscheidet im SCHRITTd-6, ob die Zufuhr von Kraftstoff zu der Maschine 1 unterbrochen ist oder nicht. Wenn eine der Bedingungen dieser Schritte erfüllt ist, so wird der Wert des Flags f/btc/on in SCHRITTd-10 auf „0" gesetzt, da es nicht bevorzugt oder möglich ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1 unter Verwendung des durch die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 erzeugten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD zu verändern.
Die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 entscheidet dann in SCHRITTd-7, SCHRITTd-8 ob die Drehzahl NE und der Ansaugdruck PB der Maschine 1 jeweils in die gegebenen Bereiche fallen oder nicht. Wenn einer der beiden Werte aus Drehzahl NE und Ansaugdruck PB nicht in seinen gegebenen Bereich fällt, so wird das Flag f/btc/on in SCHRITTd-10 auf „0" gesetzt, da es nicht bevorzugt oder möglich ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Maschine 1 unter Verwendung des durch die Hauptverarbeitungs-Steuer- /Regeleinrichtung 6 erzeugten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD zu verändern.
Wenn die Bedingungen von SCHRITTd-1, SCHRITTd-2, SCHRITTd-7, SCHRITTd-8 erfüllt sind und die Bedingungen von SCHRITTd-3, SCHRITTd-4, SCHRITTd-5, SCHRITTd-6 nicht erfüllt sind (die Maschine 1 befindet sich in diesen Fällen im Normalbetrieb), so wird der Wert des Flags f/btc/on in SCHRITTd-9 auf „1" gesetzt, um das durch die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 erzeugte Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD zur Veränderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Maschine 1 zu verwenden.
Nachdem der Wert des Flags f/btc/on in der oben beschriebenen Weise gesetzt worden ist, bestimmt die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 in SCHRITTe in 10 den Wert des Flags f/btc/on. Ist f/btc/on = 1, so liest die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 in SCHRITTf das letzte durch die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 erzeugte Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD aus. Ist f/btc/on = 0, so setzt die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD in SCHRITTg auf einen gegebenen Wert, der aus der Drehzahl NE und dem Ansaugdruck PB der Maschine 1 unter Verwendung eines vorbestimmten Kennfeldes bestimmt wird.
In der Lokalregelungseinrichtung 15 berechnen die PID-Regelungseinrichtungen 15 in SCHRITTh auf Grundlage tatsächlicher Luft-Kraftstoff-Verhältnisse #nA/F der jeweiligen Zylinder, die aus der Ausgabe KACT des LAF-Sensors 4 durch den Beobachter 20 abgeschätzt worden sind, jeweilige Regelungskorrekturkoeffizienten #nKLAF, um Variationen im Luft-Kraftstoff-Verhältnis zwischen den Zylindern zu eliminieren. Die Generalregelungseinrichtung 14 berechnet dann in SCHRITTi einen Regelungskorrekturkoeffizienten KFB.
In Abhängigkeit von den Betriebszuständen der Maschine 1 wählt der Schalter 19 entweder die regelungsbeeinflusste Variable KLAF oder die regelungsbeein flusste Variable kstr, welche durch Dividieren der durch den adaptiven Regler 17 bestimmten regelungsbeeinflussten Variablen KSTR durch das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD erzeugt worden ist (im Normalfall wählt der Schalter 19 die regelungsbeeinflusste Variable kstr). Der Schalter 19 gibt dann die gewählte regelungsbeeinflusste Variable KLAF oder kstr als Regelungskorrekturkoeffizient KFB zum Korrigieren der Kraftstoffeinspritzmenge aus.
Wenn der Regelungskorrekturkoeffizient KFB von der regelungsbeeinflussten Variablen KLAF aus der PID-Regelungseinrichtung 16 umgeschaltet wird auf die regelungsbeeinflusste Variable kstr aus dem adaptiven Regler 17, so bestimmt der adaptive Regler 17 eine regelungsbeeinflusste Variable KSTR in einer solchen Weise, dass der Korrekturkoeffizient KFB für die Zeitdauer der Taktzeit für das Schalten bei dem vorhergehenden Korrekturkoeffizienten KFB (= KLAF) gehalten wird, um eine plötzliche Änderung des Korrekturkoeffizienten KFB zu vermeiden. Wenn der Regelungskorrekturkoeffizient KFB von der regelungsbeeinflussten Variablen kstr aus dem adaptiven Regler 17 umgeschaltet wird auf die regelungsbeeinflusste Variable KLAF aus der PID-Regelungseinrichtung 16, so berechnet die PID-Regelungseinrichtung 16 einen momentanen Korrekturkoeffizienten KLAF in einer solchen Weise, dass sie die regelungsbeeinflusste Variable KLAF, die sie selbst in der vorhergehenden Taktzeit bestimmt hat, als den vorhergehenden Korrekturkoeffizienten KFB (= kstr) betrachtet.
Nachdem so der Regelungskorrekturkoeffizient KFB berechnet worden ist, berechnet die Berechnungseinrichtung 12 für den zweiten Korrekturkoeffizienten in SCHRITTj einen zweiten Korrekturkoeffizienten KCMDM in Abhängigkeit von dem in SCHRITTf oder SCHRITTg bestimmten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD.
Danach multipliziert die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 in SCHRITTk die in der oben beschriebenen Art bestimmte Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Tim mit dem ersten Korrekturkoeffizienten KTOTAL, dem zweiten Korrekturkoeffizienten KCMDM, dem Regelungskorrekturkoeffi- zienten KFB und den Regelungskorrekturkoeffizienten #nKLAF der jeweiligen Zylinder, wobei die Ausgabekraftstoffeinspritzmengen #nTout der jeweiligen Zylinder bestimmt werden. Die Ausgabekraftstoffeinspritzmengen #nTout werden dann in SCHRITTm durch die Kraftstoffansammlung-Korrektureinrichtungen 22 bezüglich sich an den Wänden des Ansaugrohrs der Maschine 1 ansammelnder Kraftstoffpartikel korrigiert. Die korrigierten Ausgabekraftstoffeinspritzmengen #nTout werden in SCHRITTn nicht dargestellten Kraftstoffeinspritzeinrichtungen der Maschine 1 zugeführt.
In der Maschine 1 spritzen die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen Kraftstoff in die jeweiligen Zylinder gemäß den jeweiligen Ausgangskraftstoffeinspritzmengen #nTout ein.
Die obige Berechnung der Ausgangskraftstoffeinspritzmengen #nTout für die jeweiligen Zylinder und die Steuerung/Regelung der Kraftstoffeinspritzung der Maschine 1 wird in aufeinander folgenden Takten synchron mit der Kurbelwellenwinkelperiode (TDC) der Maschine 1 ausgeführt, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1 so zu steuern/zu regeln, dass die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 4 sich dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD annähert. Während die regelungsbeeinflusste Variable kstr von dem adaptiven Regler 17 als Regelungskorrekturkoeffizient KFB verwendet wird, nähert sich die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 4 schnell und mit hoher Stabilität gegen Verhaltensänderungen, wie etwa Änderungen der Betriebszustände der Maschine 1 und Charakteristikänderungen derselben, dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD an. Eine Ansprechverzögerung der Maschine 1 wird ebenfalls geeignet kompensiert.
Gleichzeitig mit der oben genannten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Beeinflussung für die Maschine 1, d.h. der oben genannten Steuerung/Regelung der Kraftstoffeinspritzmenge, führt die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 in Steuer-/Regeltakten konstanter Periode eine in 12 gezeigte Hauptroutine aus.
Wie in 12 gezeigt ist, entscheidet die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 in SCHRITT1, ob ihre eigene Verarbeitung (die Verarbeitung der Ermittlung der Parameter a1, b1, c1, die Verarbeitung der Berechnung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD und die Verarbeitung der Bewertung des verschlechterten Zustands des Katalysators 3) ausgeführt werden soll oder nicht, und setzt einen Wert eines Flags f/btc/cal, welches angibt, ob die Verarbeitung ausgeführt werden soll oder nicht. Wenn der Wert des Flags f/btc/cal gleich „1" ist, so bedeutet dies, dass die Verarbeitung der Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 ausgeführt werden soll, und wenn der Wert des Flags f/btc/cal gleich „0" ist, so bedeutet dies, dass die Verarbeitung der Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 nicht ausgeführt werden soll. In SCHRITT1 setzt die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 außerdem einen Wert eines Flags f/id/reset, welcher angibt, ob eine später beschriebene Initialisierung in Bezug auf die Verarbeitung der Ermittlung der Parameter a1, b1, c1 veranlasst werden soll oder nicht.
Die Unterroutine in SCHRITT1 ist im Detail in 13 gezeigt. Wie in 13 gezeigt ist, entscheidet die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 im SCHRITT1-1, ob der Abgassensor 5 aktiviert ist oder nicht, und in SCHRITT1-2, ob der LAF-Sensor 4 aktiviert ist oder nicht. Ist weder der Abgassensor 5, noch der LAF-Sensor 4 aktiviert, so wird der Wert des Flags f/btc/cal in SCHRITT1-6 auf „0" gesetzt, da die erfassten Daten von dem Abgassensor 5 und dem LAF-Sensor 4 für die Verwendung durch die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 nicht genau genug sind.
Um eine später beschriebene Initialisierung in Bezug auf die Verarbeitung des Ermittelns der Parameter a1, b1, c1 durchzuführen, setzt die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 dann in SCHRITT1-7 den Wert des Flags f/id/reset auf „1".
Die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 entscheidet in SCHRITT1-3, ob die Maschine 1 mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch arbeitet oder nicht. In SCHRITT1-4 entscheidet die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6, ob die Zündzeitsteuerung der Maschine 1 für eine frühe Aktivierung des Katalysators 3 unmittelbar nach dem Start der Maschine 1 verzögert ist oder nicht. Wenn die Bedingungen dieser Schritte erfüllt sind, so wird die Verarbeitung in SCHRITT1-6 und SCHRITT1-7 ausgeführt, um die Werte der Flags f/btc/cal, f/id/reset jeweils auf „0" bzw. „1" zu setzen, weil das durch die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 berechnete Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD nicht für die Kraftstoffsteuerung/Regelung für die Maschine 1 verwendet wird.
Wenn die Bedingungen von SCHRITT1-1 und SCHRITT1-2 erfüllt sind und die Bedingungen von SCHRITT1-3 und SCHRITT1-4 nicht erfüllt sind, so wird der Wert des Flags f/btc/cal in SCHRITT1-5 auf „1" gesetzt.
Indem das Flag f/btc/cal auf diese Weise gesetzt wird, wird das Flag f/btc/cal selbst in einer solchen Situation auf „1" gesetzt, in der das durch die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 berechnete Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD nicht für die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 verwendet wird (siehe 11), wenn die Zuführung von Kraftstoff zu der Maschine 1 unterbrochen ist oder wenn das Drosselventil vollständig geöffnet ist. Wenn die Zuführung von Kraftstoff zu der Maschine 1 unterbrochen ist oder wenn das Drosselventil vollständig geöffnet ist, so führt die Hauptverarbeitungs-Steuer/Regeleinrichtung 6 daher die Verarbeitung des Berechnens des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD und die Verarbeitung des Bewertens des verschlechterten Zustands des Katalysators 3 aus. Dies geschieht, da eine solche Betriebssituation der Maschine 1 im Wesentlichen vorübergehend ist.
Nach der obigen Entscheidungsunterroutine bestimmt die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 in Schritt 2 in 12 den Wert des in SCHRITT1 gesetzten Flags f/btc/cal. Wenn f/btc/cal = „0" ist, so beendet die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 die Verarbeitung in dem momentanen Steuer-/Regeltakt sofort, ohne das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD zu berechnen und den verschlechterten Zustand des Katalysators 3 zu bewerten.
Ist in SCHRITT2 f/btc/cal = 1, so fragt die Hauptverarbeitungs-Steuer/Regeleinrichtung 6 in SCHRITT3 Daten des momentanen Werts KACT(k) der Ausgabe KACT des LAF-Sensors 4 sowie Daten des momentanen Werts VS(k) der Ausgabe VS des Abgassensors 5 ab.
Die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 bestimmt dann in SCHRITT4 eine Differenzausgabe kact(k) durch Subtrahieren des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Referenzwerts FLAF/BASE von der Ausgabe KACT(k) des LAF-Sensors 4, welche in SCHRITT3 abgefragt worden ist.
In SCHRITT5 führt die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 dann gemäß ihrer Funktion als das Ermittlungsmittel 6a die Verarbeitung des Ermittelns der Parameter a1, b1, c1 aus.
Die Verarbeitung des Ermittelns der Parameter a1, b1, c1 wird nach Maßgabe einer in 14 gezeigten Unterroutine ausgeführt.
Wie in 14 gezeigt ist, bestimmt das Ermittlungsmittel 6a in SCHRITT5-1 den Wert des Flags f/id/reset. Ist der Wert des Flags f/id/reset gleich 1, so führt das Ermittlungsmittel 6a in SCHRITT5-2 eine Initialisierung bezüglich des Ermittlungsprozesses aus. Bei dieser Initialisierung werden die ermittelten Werte der Parameter a1, b1, c1 auf vorbestimmte Anfangswerte gesetzt (der Ermittlungsparametervektor Θ1 wird initialisiert) und die Elemente der Matrix P1 (Diagonalmatrix) gemäß Gleichung (6) werden auf vorbestimmte Anfangswerte gesetzt. Der Wert des Flags f/id/reset wird auf „0" zurückgesetzt.
In SCHRITT5-3 berechnet das Ermittlungsmittel 6a dann unter Verwendung der momentanen Werte a1(k), b1(k), c1(k) (der ermittelten Werte, die in dem vorhergehenden Steuer-/Regeltakt bestimmt wurden) der Parameter a1, b1, c1 und des momentanen Werts kact(k) der in SCHRITT4 bestimmten Differenzausgabe kact des LAF-Sensors 4 die Gleichung (2), um eine Funktionsausgabe VSH1(k) des Abgassensors 5 zu bestimmen.
Das Ermittlungsmittel 6a berechnet dann in SCHRITT5-4 den Vektor Kp1(k), welcher dazu verwendet werden soll, die neuen ermittelten Werte der Parameter a1, b1, c1 zu bestimmen. Danach berechnet das Ermittlungsmittel 6a in SCHRITT5-5 den ermittelten Fehler ID/E1(k).
Der ermittelte Fehler ID/E1(k) wird nach Maßgabe der Gleichung (3) aus dem in SCHRITT3 abgefragten momentanen Wert VS(k) des Abgassensors 5 und der in SCHRITT5-3 bestimmten Funktionsausgabe VSH1(k) berechnet. Der Vektor Kp1(k) wird nach Maßgabe der Gleichung (5) aus dem in Bezug auf Gleichung (2) definierten Vektor ξ1(k) unter Verwendung der momentanen Differenzausgabe kact(k) von dem LAF-Sensor 4 und des momentanen Werts P1(k) der Matrix P1 (welcher im Wesentlichen die in dem vorhergehenden Steuer-/Regeltakt letztendlich bestimmte Matrix P ist) berechnet.
Das Ermittlungsmittel 6a entscheidet dann im SCHRITT5-6, ob die Zuführung von Kraftstoff zu der Maschine 1 unterbrochen ist oder nicht. Wenn die Zuführung von Kraftstoff zu der Maschine 1 unterbrochen ist, so hält das Ermittlungsmittel 6a in SCHRITT5-7 den Ermittlungsparametervektor Θ1 auf dem momentanen Wert, d.h. hält die neu ermittelten Werte a1(k + 1), b1(k + 1), c1(k + 1) der Parameter a1, b1, c1 jeweils auf den momentanen Wert a1(k), b1(k), c1(k), und hält die Matrix P1 auf dem momentanen Wert, da die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 4 und die Ausgabe VS des Abgassensors 5, welche geeignet sind, die Werte der Parameter a1, b1, c1 zu ermitteln, nicht verfügbar sind. Danach wird die Verarbeitung in SCHRITT5 beendet und die Steuerung/Regelung kehrt zurück zu der in 12 gezeigten Routine.
Wenn die Zuführung von Kraftstoff zu der Maschine 1 nicht in SCHRITT5-6 unterbrochen ist, so aktualisiert das Ermittlungsmittel 6a in SCHRITT5-8 den Ermittlungsparametervektor Θ1 gemäß der Gleichung (4) unter Verwendung des Vektors Kp1(k) und des ermittelten Fehlers ID/E1(k), die in SCHRITT5-4 und SCHRITT5-5 bestimmt wurden, so dass die neuen ermittelten Werte a1(k + 1), b1(k + 1), c1(k + 1) der Parameter a1, b1, c1 ermittelt werden.
Danach entscheidet das Ermittlungsmittel 6a in SCHRITT5-9, ob der neue ermittelte Wert a1(k + 1) des Parameters a1 positiv ist oder nicht.
Da die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der Ausgabe VS des Abgassensors 5, ausgedrückt durch die oben genannte quadratische Funktion, grundsätzlich einen Minimalwert aufweisen, muss der ermittelte Wert a1(k + 1) des Parameters a1, welcher der Koeffizient des Terms zweiten Grades der quadratischen Funktion ist, ein positiver Wert sein. Wird der ermittelte Wert a1(k + 1) aufgrund von Störungen oder dergleichen negativ, so weist die quadratische Funktion mit negativem ermittelten Wert a1(k + 1) als Koeffizient des Terms zweiten Grades derselben keinen Minimalwert, sondern einen Maximalwert auf. Unter Verwendung dieser quadratischen Funktion wäre es nicht möglich, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD zum Maximieren der Reinigungsrate von NOx durch den Katalysator 3 geeignet zu bestimmen.
Wenn daher in SCHRITT5-9 a1(k + 1) ≤ 0 ist, so setzt das Ermittlungsmittel 6a den zuletzt ermittelten Wert a1(k + 1) des Parameters a1 in SCHRITT5-10 zwangsweise auf einen vorbestimmten Wert ε1, welcher ein ausreichend kleiner positiver Wert ist (z.B. 0,01). In dieser Weise wird der ermittelte Wert des Parameters a1 auf einen positiven Wert beschränkt, so dass die Funktionsausgabe VSH1, welche ein Funktionswert der quadratischen Funktion ist, und die NOx-Konzentration entsprechend der Funktionsausgabe VSH1 einen Minimalwert aufweisen. Wenn in SCHRITT5-9 a1(k + 1) > 0 ist, so bleibt der zuletzt ermittelte Wert a1(k + 1) des Parameters a1 so wie er ist.
Nachdem der ermittelte Wert des Parameters a1 begrenzt worden ist, aktualisiert das Ermittlungsmittel 6a in SCHRITT5-11 die Matrix P1 gemäß der Gleichung (6) für die Verarbeitung im nächsten Steuer-/Regeltakt. Die Verarbeitung in SCHRITT5 ist dann beendet und die Steuerung/Regelung kehrt zurück zu der in 12 gezeigten Routine.
Nachdem die Werte der Parameter a1, b1, c1 der quadratischen Funktion ermittelt worden sind, berechnet die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 in SCHRITT6 in 12 gemäß ihrer Funktion als Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel 6b in dem momentanen Steuer-/Regeltakt ein Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kcmd(k) nach Maßgabe von Gleichung (9) aus den zuletzt ermittelten Werten a1(k + 1), b1(k + 1), c1(k + 1) der Parameter a1, b1, c1.
Wenn insbesondere die Kriteriumsformel (b1² – 4·a1·c1), welche durch die zuletzt ermitelten Werte a1(k + 1), b1(k + 1), c1(k + 1) bestimmt ist, gleich oder kleiner als „0" ist, was der normale Fall ist, so berechnet das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel 6b ein Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kcmd(k) gemäß dem oberen Ausdruck der Gleichung (9). Wenn die Kriteriumsformel (b1² – 4·a1·c2) einen positiven Wert größer als „0" aufweist, was dem brandneuen Zustand des Katalysators 3 entspricht, so berechnet das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel 6b ein Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verfhältnis kcmd(k) gemäß dem unteren Ausdruck der Gleichung (9).
Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel 6b addiert dann den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Referenzwert FLAF/BASE zu dem Soll-Differenz-Luft- Kraftstoff-Verhältnis kcmd(k), so dass in dem momentanen Steuer-/Regeltakt in SCHRITT7 ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD(k) bestimmt wird.
Das auf diese Weise bestimmte Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD(k) liegt in einem Speicher (nicht gezeigt) in der Art einer Zeitreihe vor. Wenn die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1 unter Verwendung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD(k) verändern soll, so werden in jedem Steuer-/Regeltakt der Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 die letzten der Zeitreihendaten des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD(k) ausgewählt.
Wenn der ermittelte Wert a1(k + 1) des Parameters a1 der quadratischen Funktion in SCHRITT5-10 auf den positiven Wert ε1 gesetzt wird, so könnte das Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kcmd, das unter Verwendung des Werts des Parameters a1 und des ermittelten Werts b1(k + 1) des Parameters b1 in SCHRITTE berechnet wurde, möglicherweise einen Fehler bezüglich eines zu erzielenden Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, d.h. eines Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, welches die NOx-Konzentration stromabwärts des Katalysators 3 minimiert, erzeugen. Gemäß dem sequenziellen Ermittlungsalgorithmus des Ermittlungsmittels 6a ist es in einem Steuer-/Regeltakt nach der Begrenzung des ermittelten Werts des Parameters a1 auf den positiven Wert ε1 im Wesentlichen möglich, schnell einen Satz von ermittelten Werten der Parameter a1, b1, c1 zu erhalten, bei welchen der ermittelte Wert des Parameters a1 positiv ist. Die Situation, in welcher der ermittelte Wert des Parameters a1 negativ ist, tritt tendenziell dann auf, wenn der Katalysator 3 brandneu ist. Ist der Katalysator 3 brandneu, so wird irgendein Fehler des Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kcmd, der erzeugt wird, wenn der ermittelte Wert des Parameters a1 zwangsweise beschränkt wird, keine praktischen Probleme darstellen, da die Reinigungsrate von NOx durch den Katalysator 3 in einem breiten Bereich von Luft-Kraftstoff-Verhältnissen der Maschine 1 hoch ist.
Nachdem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD bestimmt worden ist, führt die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 in SCHRITT8 die Verarbeitung des Bewertens des momentanen verschlechterten Zustands des Katalysators 3 gemäß ihrer Funktion als Verschlechterungszustand-Bewertungsmittel 6c aus.
Die Verarbeitung des Bewertens des momentanen verschlechterten Zustands des Katalysators 3 wird nach Maßgabe einer in 15 gezeigten Unterroutine ausgeführt.
Wie in 15 gezeigt ist, berechnet das Verschlechterungszustand-Bewertungsmittel 6c in SCHRITT8-1 den ersten, zweiten und dritten Verschlechterungsbewertungsparameter AGDP1, AGDP2, AGDP3 jeweils aus den zuletzt ermittelten Werten a1(k + 1), b1(k + 1), c1(k + 1) der in SCHRITTS bestimmten Parameter der quadratischen Funktion gemäß den jeweiligen Gleichungen (11), (12), (13).
Danach vergleicht das Verschlechterungszustand-Bewertungsmittel 6c in SCHRITT8-2 den Wert des ersten Verschlechterungsbewertungsparameters AGDP1 mit dem vorbestimmten Schwellwert LMT1, der dem ersten Verschlechterungsbewertungsparameter AGDP1 zugeordnet ist. Wie oben beschrieben wurde, nimmt der Wert des ersten Verschlechterungsbewertungsparameters AGDP1 ab, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 voranschreitet (siehe 7). Wenn daher AGDP1 < LMT1, so bewertet das Verschlechterungszustand-Bewertungsmittel 6c in SCHRITT8-3 den verschlechterten Zustand des Katalysators 3 auf Grundlage des ersten Verschlechterungsbewertungsparameters AGDP1 als den Verschlechterungsfortschrittszustand und setzt den Wert eines Flags f/agd1 auf „1". Das Flag f/agd1 weist einen Wert „1" auf, wenn der auf Grundlage des ersten Verschlechterungsbewertungsparameters AGDP1 bewertete verschlechterte Zustand des Katalysators 3 der Verschlechterungsfortschrittszustand ist, und weist einen Wert „0" auf, wenn der auf Grundlage des ersten Verschlechterungsbewertungsparameters AGDP1 bewertete Verschlechterungszustand des Katalysators 3 der nicht verschlechterte Zustand ist. Anfänglich ist der Wert des Flags f/agd1 „0". Wenn in SCHRITT8-2 AGDP1 ≥ LMT1 gilt, so wird das Flag f/agd1 bei seinem momentanen Wert gehalten.
Danach vergleicht das Verschlechterungszustand-Bewertungsmittel 6c in SCHRITT8-4 den Wert des zweiten Verschlechterungsbewertungsparameters AGDP2 mit dem dem zweiten Verschlechterungsbewertungsparameter AGDP2 zugeordneten vorbestimmten Schwellwert LMT2. Wie oben beschrieben wunde, nimmt der Wert des zweiten Verschlechterungsbewertungsparameters AGDP2 zu, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 voranschreitet (siehe 7). Wenn daher AGDP2 > LMT2 ist, so bewertet das Verschlechterungszustand-Bewertungsmittel 6c in SCHRITT8-5 den verschlechterten Zustand des Katalysators 3 auf Grundlage des zweiten Verschlechterungsbewertungsparameters AGDP2 als den Verschlechterungsfortschrittszustand und setzt den Wert eines Flags f/agd2 auf „1". Das Flag f/agd2 weist einen Wert 1 auf, wenn der auf Grundlage des zweiten Verschlechterungsbewertungsparameters AGDP2 bewertete verschlechterte Zustand des Katalysators 3 der Verschlechterungsfortschrittszustand ist, und weist einen Wert „0" auf, wenn der auf Grundlage des zweiten Verschlechterungsbewertungsparameters AGDP2 bewertete verschlechterte Zustand des Katalysators 3 der nicht verschlechterte Zustand ist. Anfänglich ist der Wert des Flags f/agd2 „0". Wenn in SCHRITT8-4 AGDP2 ≤ LMT2 gilt, so wird das Flag f/agd2 bei seinem momentanen Wert gehalten.
Anschließend vergleicht das Verschlechterungszustand-Bewertungsmittel 6c in SCHRITT8-6 den Wert des dritten Verschlechterungsbewertungsparameters AGDP3 mit dem dem dritten Verschlechterungsbewertungsparameter AGDP3 zugeordneten vorbestimmten Schwellwert LMT3. Wie oben beschrieben wurde, nimmt der Wert des dritten Verschlechterungsbewertungsparameters AGDP3 zu, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 voranschreitet (siehe 7). Wenn daher AGDP3 > LMT3 gilt, so bewertet das Verschlechterungszustand-Bewertungsmittel 6c den verschlechterten Zustand des Katalysators 3 auf Grundlage des dritten Verschlechterungsbewertungsparameters AGDP3 als den Verschlechterungsfortschrittszustand und setzt den Wert eines Flags f/agd3 in SCHRITT8-7 auf „1". Das Flag f/agd3 weist einen Wert „1" auf, wenn der auf Grundlage des dritten Verschlechterungsbewertungsparameters AGDP3 bewertete verschlechterte Zustand des Katalysators 3 der Verschlechterungsfortschrittszustand ist, und weist einen Wert „0" auf, wenn der auf Grundlage des dritten Verschlechterungsbewertungsparameters AGDP3 bewertete verschlechterte Zustand des Katalysators 3 der nicht verschlechterte Zustand ist. Anfänglich ist der Wert des Flags f/agd3 gleich „0". Wenn in SCHRITT8-6 AGDP3 ≤ LMT3 gilt, so wird das Flag f/agd3 bei seinem momentanen Wert gehalten.
Nachdem der verschlechterte Zustand des Katalysators auf Grundlage des ersten, zweiten und dritten Verschlechterungsbewertungsparameters AGDP1, AGDP2, AGDP3 bewertet worden ist, entscheidet das Verschlechterungszustand-Bewertungsmittel 6c in SCHRITT8-8, ob sämtliche Flags f/agd1, f/agd2, f/agd3 gleich „1" sind oder nicht. Wenn f/agd1 = 1 und f/agd2 = 1 und f/agd3 = 1, d.h. wenn der auf Grundlage des ersten, des zweiten und des dritten Verschlechterungsbewertungsparameters AGDP1, AGDP2, AGDP3 bewertete (vorübergehend bewertete) verschlechterte Zustand des Katalysators 3 der Verschlechterungsfortschrittszustand ist, so bestimmt das Verschlechterungszustand-Bewertungsmittel 6c, dass der momentane verschlechterte Zustand des Katalysators 3 der Verschlechterungsfortschrittszustand ist, und bewirkt in SCHRITT8-9, dass die Verschlechterungsanzeigeeinrichtung 8 die Bewertung anzeigt. Speziell zeigt die Verschlechterungsanzeigeeinrichtung 8 an, dass der Katalysator 3 sofort oder bald ausgetauscht werden muss. Die Steuerung/Regelung kehrt dann zur in 12 gezeigten Routine zurück und die Verarbeitung in dem momentanen Steuer-/Regeltakt wird beendet.
Ist eines der Flags f/agd1, f/agd2, f/agd3 in SCHRITT8-8 gleich „0", so bestimmt die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6, dass der momentane verschlechterte Zustand des Katalysators der nicht verschlechterte Zustand ist, und verursacht keinerlei Anzeige durch die Verschlechterungsanzeigeeinrichtung 8. Die Verarbeitung des momentanen Steuer-/Regeltaktes wird dann beendet.
Der Betrieb des gesamten Systems gemäß der vorliegenden Ausführungsform wurde oben im Detail beschrieben.
In dieser Ausführungsform werden die Parameter a1, b1, c1 der quadratischen Funktion, die die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der Ausgabe VS des Abgassensors 5 (NOx-Sensor) annähert, welche ebenso die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der durch den Abgassensor 5 erfassten NOx-Konzentration sind, in jedem Steuer-/Regeltakt der Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 gemäß dem sequenziellen Ermittlungsalgorithmus, d.h. dem Algorithmus eines sequenziellen Verfahrens der kleinsten Quadrate in dieser Ausführungsform, nacheinander ermittelt, und zwar unter Verwendung der tatsächlichen Ausgabe VS des Abgassensors 5 und der tatsächlichen Ausgabe KACT des LAF-Sensors 4 (dem erfassten Wert des tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Maschine 1).
Daher werden die Werte der Parameter a1, b1, c1 der quadratischen Funktion in Echtzeit in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Maschine 1 und vom Verhaltenszustand des Katalysators 3 von Fall zu Fall ermittelt. Im Ergebnis ist die durch die ermittelten Werte der Parameter a1, b1, c1 bestimmte quadratische Funktion in der Lage, die oben genannten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken gut anzunähern.
In Anbetracht der Tatsache, dass die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der tatsächlichen Ausgabe VS des Abgassensors 5 (NOx-Sensor) im Wesentlichen einen Minimalwert aufweisen, wird der ermittelte Wert des Parameters a1, welcher der Koeffizient des Terms zweiter Ordnung der quadratischen Funktion ist, auf einen positiven Wert begrenzt, so dass die quadratische Funktion einen Minimalwert aufweist. Auf diese Weise wird die Zuverlässigkeit der durch die ermittelten Werte der Parameter a1, b1, c1 bestimmten quadratischen Funktion als Näherung für die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken erhöht.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 4 nicht direkt verwendet, sondern es wird die Differenzausgabe kact verwendet, welche die Differenz zwischen der Ausgabe KACT und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Referenzwert FLAF/BASE repräsentiert, um die Werte der Parameter a1, b1, c1 zu ermitteln. Auf diese Weise wird die Genauigkeit der ermittelten Werte der Parameter a1, b1, c1 erhöht.
In dieser Ausführungsform werden die Verschlechterungsbewertungsparameter eins bis drei, AGDP1, AGDP2, AGDP3, welche aus den ermittelten Werten der Parameter a1, b1, c1 bestimmt werden, und deren Werte zunehmen oder abnehmen, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 voranschreitet, mit den jeweiligen Schwellwerten LMT1, LMT2, LMT3 verglichen, um vorübergehende Bewertungen des verschlechterten Zustands des Katalysators 3 auf Grundlage der Verschlechterungsbewertungsparameter AGDP1, AGDP2, AGDP3 durchzuführen, d.h. vorübergehend zu bestimmen, ob sich der Katalysator 3 in dem Verschlechterungsfortschrittszustand oder in dem nicht verschlechterten Zustand befindet. Diese vorübergehenden Bewertungen werden kombiniert, um die Bewertung des verschlechterten Zustands des Katalysators 3 abzuschließen.
Auf diese Weise kann der verschlechterte Zustand des Katalysators 3 mit hoher Zuverlässigkeit nach Maßgabe des relativ einfachen Algorithmus des Verschlechterungszustand-Bewertungsmittels 6c bewertet werden. Wenn die Bewertung den Verschlechterungsfortschrittszustand ergibt, so stellt die Verschlechterungsanzeigeeinrichtung 8 eine Anzeige bereit, um zu bewirken, dass der Nutzer korrekt realisiert, dass der Katalysator 3 bald oder sofort ausgetauscht werden muss.
Ferner setzt die Verarbeitung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittels 6b im Wesentlichen den Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, welcher die Funktionsausgabe VSH1 des Abgassensors 5, die der Funktionswert der quadratischen Funktion ist, d.h. den Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, welcher die aus der Funktionsausgabe VS ermittelte NOx-Konzentration minimiert, als das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD.
Das heißt, dass das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD im Wesentlichen in Übereinstimmung mit dem Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Maschine 1 ist, welcher die tatsächliche Ausgabe VS des Abgassensors 5 oder die durch diese repräsentierte tatsächliche NOx-Konzentration, d.h. die NOx-Konzentration in dem durch den Katalysator 3 gereinigten Abgas, minimiert.
In dieser Ausführungsform wird die Kraftstoffeinspritzmenge (Kraftstoffzuführungsmenge) für die Maschine 1 nach Maßgabe des Steuer-/Regelprozesses eingestellt, so dass sich die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 4, d.h. der dann erfasste Wert des tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Maschine 1, dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD annähert. Der Regelprozess wird hauptsächlich durch den adaptiven Regler 17 ausgeführt. Daher kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1 mit einer hochschnellen Reaktion genau auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD gesteuert/geregelt werden.
Im Ergebnis kann NOx durch den Katalysator 3 optimal gereinigt werden, d.h. NOx kann optimal so gereinigt werden, dass dessen Reinigungsrate maximal ist.
Daher kann der verschlechterte Zustand des Katalysators 3 korrekt bewertet werden, während NOx optimal durch den Katalysator 3 gereinigt wird.
Die vorliegende Ausführungsform berücksichtigt die Tatsache, dass die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der Ausgabe VS des Abgassensors 5 keinen Maximalwert aufweisen, wenn der Katalysator 3 brandneu ist. In dieser Situation, in welcher die Funktionsausgabe VSH1 des Abgassensors 5, welche der Funktionswert der durch die ermittelten Werte der Parameter a1, b1, c1 bestimmten quadratischen Funktion ist, ein negativer Wert ist, d.h. in der Situation, in welcher die Kriteriumsformel (b1² – 4·a1·c1) ein positiver Wert ist, wird der Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in dem magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich, bei welchem der Funktionswert der quadratischen Funktion (die Funktionsausgabe VSH1) gleich „0" ist, als das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD gesetzt.
Selbst wenn demnach der Katalysator 3 brandneu ist, so kann der Katalysator 3 verschiedene Gaskomponenten, einschließlich NOx, gut reinigen, ohne die Reinigung der anderen Gaskomponenten neben NOx zu beeinträchtigen. Somit kann der Katalysator 3 unabhängig von seinem verschlechterten Zustand seine gute Reinigungsfähigkeit beibehalten.
In der vorliegenden Ausführungsform weist die Ausgabe VS des Abgassensors 5 in Bezug auf die NOx-Konzentration positive Charakteristiken auf. Es kann jedoch ein Abgassensor 5 eingesetzt werden, deren Ausgabe VS in Bezug auf die NOx-Konzentration negative Charakteristiken aufweist (die Ausgabe VS nimmt ab, wenn NOx zunimmt) wie dies in 2 durch die Kurve mit strichpunktierter Linie gezeigt ist. Da die durch den Abgassensor erfasste NOx-Konzentration, d.h. die aus der Ausgabe des Abgassensors 5 ermittelte NOx-Konzentration, in Bezug auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1, wie oben beschrieben, einen Minimalwert aufweist, weist bei solchen negativen Charakteristiken die Ausgabe des Abgassensors an sich einen Maximalwert in Bezug auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1 auf. Wie bei der vorliegenden Ausführungsform kann in diesem Fall der verschlechterte Zustand des Katalysators 3 unter Verwendung der Parameter der quadratischen Funktion bewertet werden.
Speziell werden, wie bei der oben genannten Ausführungsform, die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der Ausgabe des Abgassensors durch eine quadratische Funktion ausgedrückt und die Werte der Parameter der quadratischen Funktion werden ermittelt. Wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 fortschreitet, so wird der Graph der quadratischen Funktion in den magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich verschoben, wenn dessen Gradient zunimmt. Mit fortschreitender Verschlechterung des Katalysators 3 wird der Graph der quadratischen Funktion ferner in eine Richtung der Reduzierung seines Funktionswerts verschoben, d.h. in eine Richtung der Vergrößerung der durch den Funktionswert der quadratischen Funktion repräsentierten NOx-Konzentration. Daher werden der Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, welcher den Funktionswert der quadratischen Funktion maximiert, oder der Wert des Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der Maximalwert des Funktionswerts der quadratischen Funktion und der Gradient des Graphen der quadratischen Funktion oder, genauer gesagt, der Betrag des Gradienten bei demjenigen Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, auf welchen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einem Wert aus, der den Funktionswert der quadratischen Funktion maximiert, um eine vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Änderung in den fetteren oder magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich geändert worden ist, anstelle des ersten, zweiten und dritten Verschlechterungsbewertungsparameters, die oben beschrieben wurden, zur Bewertung des verschlechterten Zustands des Katalysators 3 als die Bewertungsparameter verwendet. In diesem Fall nimmt der Maximalwert des Funktionswerts der quadratischen Funktion, anders als der zweite Verschlechterungsbewertungsparameter (der Minimalwert der quadratischen Funktion) in der oben genannten Ausführungsform, ab, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 voranschreitet. Zum Bewerten des verschlechterten Zustands des Katalysators 3 auf Grundlage des Maximalwerts der quadratischen Funktion ist es daher notwendig, den verschlechterten Zustand des Katalysators 3 dann, wenn der Maximalwert kleiner wird als ein vorbestimmter Schwellwert, als den Verschlechterungsfortschrittszustand zu bewerten.
In der oben genannten Ausführungsform wird die Ausgabe VS des Abgassensors 5 als eine abhängige Variable der quadratischen Funktion verwendet. Die NOx-Konzentration, die aus der Ausgabe VS des Abgassensors 5 ermittelt wird, d.h. die NOx-Konzentration, die aus der Ausgabe VS nach Maßgabe der in 2 gezeigten Charakteristiken umgewandelt wird, kann jedoch als eine abhängige Variable der quadratischen Funktion verwendet werden. In diesem Fall werden die Werte der Parameter der quadratischen Funktion unter Verwendung von Daten der NOx-Konzentration ermittelt, die aus den Daten der tatsächlichen Ausgabe VS des Abgassensors 5 umgewandelt worden sind. Der verschlechterte Zustand des Katalysators 3 kann dann unter Verwendung von Verschlechterungsbewertungsparametern, die aus den Parametern der quadratischen Funktion bestimmt werden, in genau der gleichen Weise wie bei der obigen Ausführungsform bewertet werden. Der Algorithmus zum Bewerten des verschlechterten Zustands des Katalysators 3 bleibt der gleiche, unabhängig davon, ob die Ausgabe des Abgassensors 5 positive oder negative Charakteristiken aufweist.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 16 bis 19 ein System zum Ausführen eines Verfahrens des Bewertens eines verschlechterten Zustands eines Katalysators gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das System gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem System gemäß der ersten Ausführungsform in Bezug auf den Typ eines Abgassensors, d.h. den Typ einer Gaskomponente, die erfasst wird, sowie einen Teil (insbesondere die in 12 gezeigte Verarbeitung in SCHRITT6) der Verarbeitungssequenz des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittels der Hauptverarbeitungs-Steuer/Regeleinrichtung und ist mit dem System gemäß der ersten Ausführungsform bezüglich der anderen Systemdetails und des Betriebs identisch. Diejenigen Teile des Systems gemäß der zweiten Ausführungsform, welche mit denen des Systems gemäß der ersten Ausführungsform identisch sind, sind daher durch die gleichen Bezugszeichen gezeigt und werden im Folgenden nicht im Detail beschrieben.
In der zweiten Ausführungsform weist der stromabwärts des Katalysators 3 angeordnete Abgassensor 5, welcher in 1 gezeigt ist, einen HC-Sensor zum Erfassen der Konzentration von HC unter den durch den Katalysator 3 zu reinigenden Gaskomponenten auf. Die Charakteristiken der Ausgabe VS des Abgassensors 5 in Bezug auf die HC-Konzentration sind positive Charakteristiken, so dass der Pegel der Ausgabe VS im Wesentlichen linear zunimmt, wenn die HC-Konzentration zunimmt.
Charakteristiken der Reinigung von HC durch den Katalysator 3 werden nachfolgend beschrieben.
Der Katalysator 3 weist im Wesentlichen in Bezug auf Änderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Maschine 1 die Charakteristiken der Reinigung von HC, d.h. die Charakteristiken der Reinigungsrate von HC auf, wie sie in 17 gezeigt sind. Insbesondere repräsentieren eine Kurve mit durchgezogener Linie, eine Kurve mit unterbrochener Linie und eine Kurve mit strichpunktierter Linie, welche in 17 gezeigt sind, Katalysatoren 3, die jeweils den in 3 gezeigten Kurven mit durchgezogener Linie, unterbrochener Linie und strichpunktierter Linie zugeordnet sind.
Wie durch die in 17 gezeigte Kurve mit durchgezogener Linie gezeigt ist, weist die Reinigungsrate von HC durch den brandneuen Katalysator 3 ein im Wesentlichen konstantes Maximalniveau (im Wesentlichen 100%) auf, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1 sich in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich befindet, der magerer ist als ein bestimmter Wert AF4 (dieser Wert ist im Wesentlichen in Übereinstimmung mit dem Wert AF1 des in 3 gezeigten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses) und nimmt ab, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1 in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich befindet, der fetter ist als der Wert AF4.
Ist der Katalysator 3 zu einem bestimmten Maße verschlechtert, wie dies durch die Kurven mit unterbrochener Linie und strichpunktierter Linie in 17 gezeigt ist, so weist die Reinigungsrate von HC einen Maximalwert, d.h. eine Spitze, bei einem bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF5 (die Kurve mit unterbrochener Linie) oder einem bestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF6 (die Kurve mit strichpunktierter Linie) auf. Ferner nimmt die Reinigungsrate von HC ab, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1 von dem der maximalen Reinigungsrate von HC zugeordneten Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF5 oder AF6 aus in einen fetteren Bereich oder einen magereren Bereich verändert. Die Werte AF5, AF6 sind im Allgemeinen in Übereinstimmung mit den jeweiligen Werten AF2, AF3, die in 3 gezeigt sind.
Die Reduzierung von dem Maximalwert der Reinigungsrate von HC ist geringfügig allmählicher im magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich als im fetteren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich, d.h. der Gradient der Kurve ist im magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich kleiner als im fetteren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich. Der Maximalwert der Reinigungsrate von HC ist bei verschlechtertem Katalysator 3 kleiner als der Maximalwert der Reinigungsrate von HC bei brandneuem Katalysator 3. Der Maximalwert der Reinigungsrate von HC wird geringer, wenn der Katalysator 3 fortschreitend schlechter wird.
Wie bei der Reinigungsrate von NOx weist die Reinigungsrate von durch den Katalysator 3 gereinigtem HC daher derartige Charakteristiken auf, dass sie bei Veränderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Maschine 1 im Wesentlichen einen Maximalwert aufweisen, es sei denn, der Katalysator 3 ist brandneu.
In den verschiedenen verschlechterten Zuständen des Katalysators 3, einschließlich dem brandneuen Zustand des Katalysators 3, werden die Luft- Kraftstoff-Verhältnisse AF4, AF5, AF6, bei denen die Reinigungsrate von HC maximal ist, im Wesentlichen in den magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich verschoben, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 voranschreitet. Im Wesentlichen mit voranschreitender Verschlechterung des Katalysators 3 verändert sich ferner die Reinigungsrate von HC in der Nähe der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse AF4, AF5, AF6 scharf, d.h. die Kurven der Reinigungsrate von HC werden schärfer konvex.
Da der Katalysator 3 die obigen HC-Reinigungscharakteristiken aufweist, weist die durch den Abgassensor 5 (HC-Sensor) stromabwärts des Katalysators 3 erfasste HC-Konzentration, d.h. die Konzentration des Abgases, das durch den Katalysator 3 gereinigt worden ist, in Bezug auf Änderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Maschine 1 im Wesentlichen Charakteristiken auf, die eine vertikale Umkehrung der in 17 gezeigten charakteristischen Kurven repräsentieren, wie dies in 18 gezeigt ist. Dementsprechend weist die HC-Konzentration, so wie die NOx-Konzentration des durch den Katalysator 3 gereinigten Abgases, im Wesentlichen Minimalwerte auf, wie sie in 18 durch konkave Kurven mit unterbrochener Linie und strichpunktierter Linie gezeigt sind, es sei denn, der Katalysator 3 ist brandneu, wie dies durch die in 18 gezeigte Kurve mit durchgezogener Linie repräsentiert ist.
Da die Ausgabecharakteristiken des Abgassensors 5 bezüglich der HC-Konzentration, wie oben beschrieben, positive Charakteristiken sind, sind auch die Charakteristiken der Ausgabe VS des Abgassensors 5 in Bezug auf Änderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Maschine 1 die gleichen, wie die in 18 gezeigten Charakteristiken der HC-Konzentration. Insbesondere sind die Charakteristiken der Ausgabe VS des Abgassensors 5 (HC-Sensor) in Bezug auf Änderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Maschine 1, mit Ausnahme des Falls, dass der Katalysator 3 brandneu ist oder dass der Katalysator 3 etwas verschlechtert ist, von solcher Art, dass die Ausgabe VS des Abgassensors 5 Minimalwerte aufweist, wie sie durch die konkaven Kurven in 18 gezeigt sind, und zwar bei den Luft-Kraftstoff-Verhältnissen AF5, AF6 der Maschine 1, bei welchen die Reinigungsrate von HC durch den Katalysator 3 maximal ist, wie durch die Kurven mit unterbrochener Linie und strichpunktierter Linie in 18 gezeigt ist. Ist der Katalysator 3 brandneu, wie dies durch die durchgezogene Linie in 18 gezeigt ist, so wird in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich, der magerer ist als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis AF4, d.h. in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich, in welchem die Reinigungsrate von HC bei einem im Wesentlichen konstanten Maximalniveau (ungefähr 100%) gehalten wird, die Ausgabe VS des Abgassensors 5 bei einem im Wesentlichen konstanten Minimalniveau (ungefähr 0 V) gehalten. Wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1 auf einen Wert ändert, der fetter ist als der Wert AF4, so nimmt die Ausgabe VS des Abgassensors 5 zu.
Die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse AF4, AF5, AF6 der Maschine 1, bei welchen die Ausgabe VS des Abgassensors 5 minimal ist, werden in den magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich verschoben, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 voranschreitet. Die Ausgabe VS des Abgassensors 5 bei den verschiedenen Werten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Maschine 1, einschließlich dessen Minimalwerte, nimmt zu, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 voranschreitet. Die Gradienten der Kurven der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der Ausgabe VS des Abgassensors 5 in den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereichen beiderseits der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse AF4, AF5, AF6 der Maschine 1, an denen die Ausgabe VS des Abgassensors 5 minimal ist, nehmen zu, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 voranschreitet. Daher ändern sich die Luft-Kraftstoff-Verhältnisbezogenen Charakteristiken der Ausgabe VS des Abgassensors 5 (HC-Sensor), wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 voranschreitet, im Wesentlichen in der gleichen Weise wie dann, wenn der Abgassensor 5 einen NOx-Sensor umfasst.
Auf Grundlage der Reinigungscharakteristiken des Katalysators 3 wird nachfolgend die Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6, insbesondere das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel 6b beschrieben.
Wie oben beschrieben wurde, weisen die Charakteristiken der Ausgabe VS des Abgassensors 5 (HC-Sensor) in Bezug auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1, d.h. die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der Ausgabe VS, im Wesentlichen Minimalwerte auf, wie sie durch die konkaven Kurven in 18 gezeigt sind, so wie im Fall der Luft-Kraftstoff-Verhältnisbezogenen Charakteristiken der Ausgabe des NOx-Sensors, die oben unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform beschrieben wurden.
Daher können die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der Ausgabe VS des Abgassensors 5 (HC-Sensor), d.h. die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der aus der Ausgabe VS des Abgassensors 5 ermittelten HC-Konzentration, annähernd durch eine quadratische Funktion gemäß der Gleichung (1) ausgedrückt werden; indem die Parameter a1, b1, c1 der quadratischen Funktion in der gleichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform ermittelt werden. Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD, welches die Reinigungsrate von HC durch den Katalysator 3 maximiert, ist im Wesentlichen als derjenige Wert eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gegeben, bei welchem der Funktionswert der oben genannten quadratischen Funktion, d.h. die Funktionsausgabe VSH1 des Abgassensors 5, minimal ist.
Der Graph der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der Ausgabe VS des Abgassensors 5 (HC-Sensor) ändert sich in der gleichen Weise wie der Graph der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der Ausgabe des NOx-Sensors, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 fortschreitet. Das heißt, dass bei fortschreitender Verschlechterung des Katalysators 3 der Graph der quadratischen Funktion in den magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich verschoben wird und in eine Richtung der Vergrößerung des Funktionswerts der quadratischen Funktion oder der durch den Funktionswert repräsentierten HC-Konzentration. Der Gradient des Graphen der quadratischen Funktion beiderseits des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses am Minimalpunkt des Graphen der quadratischen Funktion nimmt zu, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 fortschreitet.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die quadratische Funktion gemäß Gleichung (1), so wie bei der zweiten Ausführungsform, als eine nichtlineare Funktion verwendet, die die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der Ausgabe VS des Abgassensors 5 (des HC-Sensors) repräsentiert, um das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD der Maschine 1 zu bestimmen und den verschlechterten Zustand des Katalysators 3 zu bewerten. Die Werte der Parameter a1, b1, c1 der quadratischen Funktion werden durch das Ermittlungsmittel 6a der Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 nach Maßgabe des oben in der ersten Ausführungsform (siehe Gleichungen (2) bis (6) und 14) beschriebenen Algorithmus (sequenzieller Ermittlungsalgorithmus) ermittelt.
Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel 6b des Hauptverarbeitungsmittels 6 bestimmt im Wesentlichen als das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD den Wert eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der den Funktionswert der quadratischen Funktion, bei welcher die Werte der Parameter a1, b1, c1 ermittelt wurden, minimiert. Das Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kcmd (= KCMD – FLAF/BASE), welches das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD bestimmt, kann unter Verwendung der ermittelten Werte der Parameter a1, b1 gemäß der Gleichung bestimmt werden und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD kann durch Addieren des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Referenzwerts FLAF/BASE zu dem Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kcmd erhalten werden.
Wenn jedoch in der vorliegenden Ausführungsform der Katalysator 3 brandneu ist, so wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD nach Maßgabe von sich von denen der ersten Ausführungsform unterscheidenden Verarbeitungsoperationen bestimmt.
Ist insbesondere der Katalysator 3 brandneu, so sind die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der Ausgabe VS des Abgassensors 5 (HC-Sensor) durch die in 18 gezeigte Kurve mit durchgezogener Linie gezeigt und weisen somit keine Minimalwerte auf, wobei sich in dem magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich die Ausgabe VS im Wesentlichen auf einem konstanten Minimalniveau (ungefähr 0%) befindet. In diesem Fall werden abgetastete Daten der Ausgabe VS des Abgassensors 5 und das Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kact (= KACT – FLAF/BASE) gemäß dem LAF-Sensor 4 beispielsweise mit einer durch Punkte in 19 gezeigten Tendenz erhalten. Zu diesem Zeitpunkt wird der Graph der durch die ermittelten Werte der Parameter a1, b1, c1 bestimmten quadratischen Funktion durch die in 19 gezeigte Kurve mit durchgezogener Linie gezeigt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Minimalwert des Funktionswerts der quadratischen Funktion (die Funktionsausgabe VSH1) ein negativer Wert, den die tatsächliche Ausgabe VS des Abgassensors 5 nicht annehmen kann, d.h. ein Wert, der kleiner ist als die Ausgabe VS des Abgassensors 5, wenn die HC-Konzentration im Wesentlichen „0" ist.
Ist der Katalysator 3 brandneu, so ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, bei welchem die Reinigungsraten der verschiedenen Gaskomponenten, wie etwa NOx, einschließlich HC, hoch sind, kein Wert, der den Funktionswert der quadratischen Funktion minimiert, sondern ist allgemein ein Wert nahe des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses an einem Punkt E in 19.
Wenn in der vorliegenden Ausführungsform der Minimalwert der durch die ermittelten Werte (die zuletzt ermittelten Werte) der Parameter a1, b1, c1 bestimmten quadratischen Funktion negativ wird, d.h. wenn die ermittelten Werte der Parameter a1, b1, c1 die Ungleichung b1² – 4·a1·c1 > 0 erfüllen, so bestimmt das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel 6b einen von zwei Werten des Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kact, an welchen der Funktionswert der quadratischen Funktion (die Funktionsausgabe VSH1 des Abgassensors 5) gleich „0" ist, nämlich denjenigen der beiden Werte, der sich in dem magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich befindet (der Wert des Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kact am Punkt E in 19), als das Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kcmd. Danach bestimmt das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel 6b das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD durch Addieren des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Referenzwerts FLAF/BASE zu dem so bestimmten Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kcmd.
Speziell bestimmt in der vorliegenden Ausführungsform das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel 6b das Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kcmd(k) in Abhängigkeit von dem Wert der Kriteriumsformel (b1² – 4·a1·c1), die durch die ermittelten Werte (speziell die zuletzt ermittelten Werte a1(k + 1), b1(k + 1), c1(k + 1)) der Parameter a1, b1, c1 der quadratischen Funktion bestimmt worden ist, gemäß den folgenden Gleichungen (25):
Wenn b1² – 4·a1·c1 ≤ 0, so gilt:
Wenn b1² – 4·a1·c1 > 0, so gilt:
Das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel 6b bestimmt dann gemäß der oben genannten Gleichung (10) in jedem Steuer-/Regeltakt das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD(k) durch Addieren des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Referenzwerts FLAF/BASE zu dem so bestimmten Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kcmd(k).
Die Gleichung (25) ist die gleiche wie die Gleichung (9) gemäß der ersten Ausführungsform, wenn b1² – 4·a1·c1 ≤ 0, unterscheidet sich jedoch von Gleichung (9), wenn b1² – 4·a1·c1 > 0 gilt, d.h. wenn der Katalysator 3 brandneu ist.
In Bezug auf die Bewertung des verschlechterten Zustands des Katalysators 3 verändert sich der Graph der quadratischen Funktion in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform, wenn die Verschlechterung des Katalysators 3 fortschreitet. In der vorliegenden Ausführungsform verwendet das Verschlechterungszustand-Bewertungsmittel 6c der Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 daher die Verschlechterungsbewertungsparameter eins bis drei, AGDP1, AGDP2, AGDP3, welche aus den ermittelten Werten der Parameter a1, b1, c1 der quadratischen Funktion gemäß den obigen Gleichungen (11) bis (13) bestimmt wurden. Das Verschlechterungszustand-Bewertungsmittel 6c vergleicht dann die Verschlechterungsbewertungsparameter eins bis drei, AGDP1, AGDP2, AGDP3 mit jeweiligen vorbestimmten Schwellwerten LMT1, LMT2, LMT3, um dadurch gemäß der in 15 gezeigten Unterroutine zu bestimmen, ob sich der Katalysator 3 in dem Verschlechterungsfortschrittszustand oder dem nicht verschlechterten Zustand befindet. Wenn sich der Katalysator 3 in dem Verschlechterungsfortschrittszustand befindet, so zeigt die Verschlechterungsanzeigeeinrichtung 8 die Bewertung an. Jedoch muss die Änderungsrate der quadratischen Funktion bei fortschreitender Verschlechterung des Katalysators 3 nicht notwendigerweise die gleiche sein wie die Änderungsrate in der ersten Ausführungsform. Daher werden die oben genannten Schwellwerte LMT1, LMT2, LMT3, die mit den Verschlechterungsbewertungsparametern eins bis drei, AGDP1, AGDP2, AGDP3 zu vergleichen sind, durch die vorliegende Ausführungsform exklusiv verwendet.
Wie oben beschrieben wurde, unterscheidet sich die Verarbeitung der Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 in der zweiten Ausführungsform von der Verarbeitung der Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 in der ersten Ausführungsform in Bezug auf die Berechnung des Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kcmd, d.h. die Verarbeitung des in 12 gezeigten Schritts 6. Andere Details der Verarbeitung der Hauptverarbeitungs-Steuer/Regeleinrichtung 6 in der zweiten Ausführungsform sind identisch den Details der Verarbeitung der Hauptverarbeitungs-Steuer-/Regeleinrichtung 6 in der ersten Ausführungsform.
Andere Struktur- und Betriebsdetails, z.B. Struktur- und Betriebsdetails der Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 sind exakt die gleichen wie die der ersten Ausführungsform.
Das System gemäß der zweiten Ausführungsform bietet die gleichen Vorteile wie die des Systems gemäß der ersten Ausführungsform. Diese Vorteile werden nachfolgend zusammengefasst. Die Parameter a1, b1, c1 werden ermittelt, um eine quadratische Funktion zu erhalten, die die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der Ausgabe VS des Abgassensors 5 (HC-Sensor) gut annähert. Die Verschlechterungsbewertungsparameter eins bis drei, AGDP1, AGDP2, AGDP3 werden aus den ermittelten Werten der Parameter a1, b1, c1 bestimmt und der verschlechterte Zustand des Katalysators 3 wird auf Grundlage der Verschlechterungsbewertungsparameter eins bis drei, AGDP1, AGDP2, AGDP3 bewertet. Daher wird der verschlechterte Zustand des Katalysators 3 nach Maßgabe eines relativ einfachen Algorithmus geeignet bewertet.
Unter Verwendung der oben genannten quadratischen Funktion ist es möglich, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD der Maschine zu bestimmen, welches die Ausgabe VS des Abgassensors 5 (HC-Sensor), d.h. die HC-Konzentration des Abgases, das durch den Katalysator 3 gereinigt worden ist, minimiert. Wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1 unter Verwendung des adaptiven Reglers 17 nach Maßgabe einer Regelungsverarbeitung in das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD verändert, so kann der Katalysator 3 HC gut reinigen, d.h. kann HC in einer Weise reinigen, dass die Reinigungsrate von HC maximiert wird.
Wenn der Katalysator 3 brandneu ist, d.h. wenn die Funktionsausgabe VSH1 des Abgassensors 5, welche der Funktionswert der durch die ermittelten Werte der Parameter a1, b1, c1 bestimmten quadratischen Funktion ist, ein negativer Wert ist, so wird in dem fetteren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich einer der Werte des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, bei welchen der Funktionswert der quadratischen Funktion (die Funktionsausgabe VSH1) gleich „0" ist, als das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD eingerichtet. Damit kann der Katalysator 3 ungeachtet des verschlechterten Zustands des Katalysators 3 verschiedene Gaskomponenten, einschließlich HC, gut reinigen.
Die zweite Ausführungsform kann ebenso in der gleichen Weise modifiziert werden, wie dies oben in Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben wurde. Insbesondere kann der Abgassensor 5 negative Charakteristiken derart aufweisen, dass die Ausgabe VS abnimmt, wenn die HC-Konzentration zunimmt, wie dies durch die Kurve mit strichpunktierter Linie in 16 gezeigt ist. Ferner kann die unabhängige Variable der quadratischen Funktion gemäß der in 16 gezeigten Charakteristiken die aus der Ausgabe VS ermittelte HC-Konzentration anstelle der Ausgabe VS des Abgassensors 5 repräsentieren.
In der ersten und der zweiten Ausführungsform werden die Verschlechterungsbewertungsparameter eins bis drei, AGDP1, AGDP2, AGDP3 dazu verwendet, den verschlechterten Zustand des Katalysators 3 zu bewerten. Es kann jedoch einer oder zwei dieser Verschlechterungsbewertungsparameter dazu verwendet werden, den verschlechterten Zustand des Katalysators 3 zu bewerten.
In den oben genannten Ausführungsformen wird der verschlechterte Zustand des Katalysators 3 letztendlich nur dann als der Verschlechterungsfortschrittszustand bestimmt, wenn die vorübergehenden Bewertungen auf Grundlage der jeweiligen Verschlechterungsbewertungsparameter AGDP1, AGDP2, AGDP3 den Verschlechterungsfortschrittszustand repräsentieren. Der verschlechterte Zustand des Katalysators 3 kann jedoch letztendlich als Verschlechterungsfort schrittszustand bestimmt werden, wenn einer oder zwei der vorübergehenden Bewertungen auf Grundlage der jeweiligen Verschlechterungsbewertungsparameter AGDP1, AGDP2, AGDP3 den Verschlechterungsfortschrittszustand repräsentiert/repräsentieren.
In den oben genannten Ausführungsformen wird der verschlechterte Zustand des Katalysators 3 als einer der beiden Zustände, d.h. der Verschlechterungsfortschrittszustand und der nicht verschlechterte Zustand, bewertet. Wird jedoch für den Vergleich mit den Verschlechterungsbewertungsparametern AGDP1, AGDP2, AGDP3 eine vergrößerte Anzahl an Schwellwerten verwendet, so kann der verschlechterte Zustand des Katalysators 3 als drei oder mehr verschlechterte Zustände bewertet werden. In diesem Fall können unterschiedliche Bewertungen in Abhängigkeit von diesen drei oder mehreren verschlechterten Zuständen angezeigt werden.
In den oben genannten Ausführungsformen wird eine Änderung des Gradienten des Graphen der quadratischen Funktion bei Fortschreitender Verschlechterung des Katalysators 3 gemäß dem dritten Verschlechterungsbewertungsparameter AGDP3 erfasst, d.h. dem Gradienten des Graphen der quadratischen Funktion bei dem Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches sich um eine vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Änderung α von dem Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis am Minimalpunkt des Graphen der quadratischen Funktion in den fetteren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich geändert hat. Eine Änderung des Gradienten des Graphen der quadratischen Funktion bei fortschreitender Verschlechterung des Katalysators 3 kann jedoch erfasst werden gemäß dem Gradienten des Graphen der quadratischen Funktion bei dem Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches sich um eine vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Änderung α von dem Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis am Minimalpunkt des Graphen der quadratischen Funktion aus in den magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereich verändert hat.
Wenn der Gradient des Graphen der quadratischen Funktion mit fortschreitender Verschlechterung des Katalysators 3 zunimmt, so nimmt die Breite des Graphen der quadratischen Funktion ab. Daher können zwei Werte des Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, bei welchen der Funktionswert um eine vorbestimmte Größe (konstante Größe) größer ist als der Minimalwert des Funktionswerts der quadratischen Funktion, unter Verwendung der ermittelten Werte der Parameter a1, b1, c1 der quadratischen Funktion bestimmt werden und eine Änderung des Gradienten des Graphen der quadratischen Funktion kann auf Grundlage der Differenz zwischen den bestimmten Werten des Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, welche der Breite des Graphen der quadratischen Funktion entspricht, erfasst werden.
In den oben genannten Ausführungsformen umfasst der Abgassensor 5 einen NOx-Sensor oder einen HC-Sensor. Der Abgassensor 5 kann jedoch einen Sensor zum Erfassen einer anderen durch den Katalysator 3 zu reinigenden Gaskomponente umfassen, z.B. einen CO-Sensor zum Erfassen der Konzentration von CO (Kohlenmonoxid). Selbst wenn ein solcher Abgassensor verwendet wird, können die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der Ausgabe des Abgassensors annähernd durch eine nichtlineare Funktion, wie etwa eine quadratische Funktion oder dergleichen, ausgedrückt werden und die Parameter der nichtlinearen Funktion können ermittelt werden, um den verschlechterten Zustand des Katalysators 3 zu bewerten. Unter Verwendung der nichtlinearen Funktion ist es ferner möglich, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1 zu steuern/zu regeln, um die Konzentration der durch den Abgassensor erfassten Gaskomponente zu minimieren.
In den oben genannten Ausführungsformen wird eine quadratische Funktion als nichtlineare Funktion verwendet, die die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-bezogenen Charakteristiken der Ausgabe des Abgassensors oder der Konzentration einer aus dieser Ausgabe ermittelten Gaskomponente ausdrückt. Es kann jedoch ein anderer Typ einer nichtlinearen Funktion, wie etwa eine kubische Funktion, eine hyperbolische Funktion oder dergleichen verwendet werden, um den verschlechterten Zustand des Katalysators zu bewerten und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Maschine 1 zur Minimierung der Konzentration der durch den Abgassensor erfassten Gaskomponente zu steuern/zu regeln.
In den obigen Ausführungsformen werden die abgetasteten Daten der Ausgabe KACT des LAF-Sensors 4 verwendet, um die Werte der Parameter a1, b1, c1 der quadratischen Funktion zu ermitteln. Da jedoch die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 4 im Wesentlichen zu einer Übereinstimmung mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD hin gesteuert/geregelt wird, ist es möglich, die Werte der Parameter a1, b1, c1 der quadratischen Funktion durch Verwenden des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD oder des Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kcmd anstelle der Ausgabe KACT des LAF-Sensors 4 oder der Differenzausgabe kact derselben zu ermitteln. In diesem Fall wird anstelle von „kact" in der Gleichung (1) die Funktionsausgabe VSH1 des Abgassensors 5 unter Verwendung des Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kcmd bestimmt, welches zuvor durch das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel 6b bestimmt wurde (speziell das Soll-Differenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kcmd, welches durch das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel 6b in einem Steuer-/Regeltakt vor der Totzeit eines Systems bestimmt wurde, welches die Maschine 1 und die Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regeleinrichtung 7 als System zum Erzeugen eines durch den LAF-Sensor 4 erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses aus dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD umfasst). Nach Maßgabe desselben sequenziellen Ermittlungsalgorithmus wie dem in den obigen Ausführungsformen verwendeten werden dann die Werte der Parameter a1, b1, c1 der quadratischen Funktion ermittelt, um die Funktionsausgabe VSH1 zu minimieren.
Wenngleich bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail gezeigt und beschrieben worden sind, so sollte es selbstverständlich sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen daran durchgeführt werden können, ohne den in den beigefügten Ansprüchen definierten Inhalt der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zum Bewerten eines verschlechterten Zustands eines Katalysators, welcher in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine zum Reinigen eines durch den Abgaskanal strömenden Abgases angeordnet ist, unter Verwendung von Daten der Ausgabe eines Abgassensors, welcher stromabwärts des Katalysators angeordnet ist, um die Konzentration einer bestimmten Komponente des durch den Katalysator gereinigten Abgases zu erfassen, während die Brennkraftmaschine in Betrieb ist, umfassend die Schritte: Ermitteln der Werte von Parametern, die enthalten sind in einer nichtlinearen Funktion eines vorbestimmten Typs zum Ausdrücken der Korrelationscharakteristiken der durch den Abgassensor erfassten Konzentration der bestimmten Komponente relativ zu einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromaufwärts des Katalysators, unter Verwendung von Daten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases stromaufwärts des Katalysators und der Daten der Ausgabe des Abgassensors; und Bewerten des verschlechterten Zustand des Katalysators auf Grundlage der ermittelten Werte der Parameter.
Verfahren nach Anspruch 1, in welchem die Daten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases stromaufwärts des Katalysators, welche dafür verwendet werden; die Werte der in der nichtlinearen Funktion enthaltenen Parameter zu ermitteln, Daten umfassen, welche die Differenz zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases und einem vorbestimmten Referenzwert repräsentieren.
Verfahren nach Anspruch 1, in welchem ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor stromaufwärts des Katalysators angeordnet ist, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromaufwärts des Katalysators zu erfassen, und wobei der Schritt des Ermittelns der Werte der Parameter den folgenden Schritt umfasst: Verwenden des durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromaufwärts des Katalysators.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend die folgenden Schritte: Bestimmen des Werts eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, welcher die Konzentration der bestimmten Komponente minimiert, die durch einen Funktionswert der nichtlinearen Funktion, für die die Werte der Parameter ermittelt sind, repräsentiert wird, und zwar unter Verwendung der ermittelten Werte der Parameter der nichtlinearen Funktion, sowie Erhalten des bestimmten Werts des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses als ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases stromaufwärts des Katalysators; und Verändern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines von der Brennkraftmaschine verbrannten Luft-Kraftstoff-Gemischs nach Maßgabe eines Regelungsprozesses derart, dass sich das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis annähert.
Verfahren nach Anspruch 1, in welchem der Schritt des Ermittelns der Werte der Parameter den folgenden Schritt umfasst: sequentielles Ermitteln der Werte der Parameter der nichtlinearen Funktion nach Maßgabe eines sequentiellen Ermittlungsalgorithmus.
Verfahren nach Anspruch 5, in welchem der Schritt des Ermittelns der Werte der Parameter den Schritt des Ermittelns des Werts wenigstens eines der Parameter, während der Wert des wenigstens einen der Parameter auf einen eine vorbestimmte Bedingung erfüllenden Wert begrenzt ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, in welchem die nichtlineare Funktion eine quadratische Funktion umfasst und der Schritt des Ermittelns der Werte der Parameter die folgenden Schritte umfasst: Betrachten eines Koeffizienten eines Terms maximalen Grades der quadratischen Funktion als den wenigstens einen der Parameter, welcher zu begrenzen ist; und Ermitteln des Werts des Koeffizienten, während der Wert des Koeffizienten begrenzt ist, damit die durch den Funktionswert der quadratischen Funktion repräsentierte Konzentration der bestimmten Komponente einen Minimalwert aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, in welchem der Schritt des Bewertens des verschlechterten Zustands des Katalysators die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen des Werts eines Bewertungsparameters, welcher unter Verwendung der Parameter der nichtlinearen Funktion so definiert ist, dass er eine Veränderung in Abhängigkeit von dem Fortschreiten der Verschlechterung des Katalysators repräsentiert, aus den ermittelten Werten der Parameter der nichtlinearen Funktion; und Bewerten des verschlechterten Zustand des Katalysators auf Grundlage des Werts des Bewertungsparameters.
Verfahren nach Anspruch 8, in welchem der Bewertungsparameter einen Bewertungsparameter umfasst, welcher sich verändert, wenn ein Graph der nichtlinearen Funktion mit den ermittelten Werten der Parameter bei einem Fortschreiten der Verschlechterung des Katalysators in einen magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereich verschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 9, in welchem der Bewertungsparameter den Wert eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses umfasst, welcher die Konzentration der bestimmten Komponente minimiert, die durch einen Funktionswert der nichtlinearen Funktion repräsentiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, in welchem der Bewertungsparameter einen Bewertungsparameter umfasst, welcher sich verändert, wenn ein Graph der nichtlinearen Funktion mit den ermittelten Werten der Parameter mit Fortschreiten der Verschlechterung des Katalysators in einer Richtung verschoben wird, in welcher die durch einen Funktionswert der nichtlinearen Funktion repräsentierte Konzentration der bestimmten Komponente zunimmt.
Verfahren nach Anspruch 11, in welchem der Bewertungsparameter einen Extremwert des Funktionswerts der nichtlinearen Funktion umfasst, welcher einem Minimalwert der Konzentration der bestimmten Komponente entspricht, die durch den Funktionswert der nichtlinearen Funktion repräsentiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, in welchem der Bewertungsparameter einen Bewertungsparameter umfasst, welcher sich verändert, wenn sich der Gradient eines Graphen der nichtlinearen Funktion bei Fortschreiten der Verschlechterung des Katalysators in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnisbereich vergrößert, der magerer oder fetter ist als der Wert eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der die Konzentration der bestimmten Komponente minimiert, die durch einen Funktionswert der nichtlinearen Funktion mit den ermittelten Werten der Parameter repräsentiert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, in welchem der Bewertungsparameter einen Funktionswert der nichtlinearen Funktion bei dem Wert eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses umfasst, welcher in einem vorbestimmten Maß von demjenigen Wert eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses abgeändert ist, der die Konzentration der bestimmten Komponente, die durch den Funktionswert der nichtlinearen Funktion repräsentiert wird, minimiert.
Verfahren nach Anspruch 5, in welchem der Bewertungsparameter eine Mehrzahl von Bewertungsparametern umfasst und der Schritt des Bewertens des verschlechterten Zustands des Katalysators den folgenden Schritt umfasst: Kombinieren von Bewertungen des verschlechterten Zustands des Katalysators auf Grundlage der Mehrzahl von Bewertungsparametern, um den verschlechterten Zustand des Katalysators zu bewerten.