KR20200002638A - 내연기관의 배기가스 내 촉매 컨버터의 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 레벨의 제어 방법 - Google Patents

내연기관의 배기가스 내 촉매 컨버터의 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 레벨의 제어 방법 Download PDF

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알렉상드르 바그네어
미햐엘 파이
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 내연기관(10)의 배기가스 내 촉매 컨버터(26)의 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 레벨의 제어 방법에 관한 것이며, 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 실제 충전 레벨(
Figure pat00113
)은, 촉매 컨버터(26)의 상류에서 배기가스 흐름 안쪽으로 투입되어 배기가스 성분의 농도를 검출하는 제1 배기가스 프로브(32); 및 촉매 컨버터(26)의 하류에 배치되어 배기가스에 노출되는 제2 배기가스 프로브(34);의 신호들(
Figure pat00114
)이 공급되는 제1 시스템 모델(100)에 의해 산출된다. 상기 방법은, 제1 제어 회로(22, 32, 128, 130, 132)를 위한 기본 람다 목표값이 제2 제어 회로(22, 32, 100, 122, 124, 126, 128, 132, 22)를 통해 기설정되고, 제2 배기가스 프로브의 전압이 촉매 컨버터(26) 하류에서의 농후 또는 희박 배기가스의 파과, 및 그에 따른 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 너무 낮거나 너무 높은 실제 충전 레벨을 지시한다면, 제1 시스템 모델에 의해 산출된 실제 충전 레벨(
Figure pat00115
)이 실제 충전 레벨로 조정되는(208, 218) 것을 특징으로 한다. 한 독립 청구항은 상기 방법을 수행하도록 구성된 제어 장치를 대상으로 한다.

Description

내연기관의 배기가스 내 촉매 컨버터의 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 레벨의 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING A FILLING LEVEL OF AN EXHAUST GAS COMPONENT ACCUMULATOR OF A CATALYTIC CONVERTER IN AN EXHAUST GAS OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 청구항 제1항의 전제부에 따른, 내연기관의 배기가스 내 촉매 컨버터의 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 레벨을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 그 장치 양태들과 관련하여, 독립 장치 청구항의 전제부에 따른 제어 장치에 관한 것이다.
배기가스 성분으로서의 산소와 관련한 상기 방법 및 상기 제어 장치는 각각 본원 출원인의 DE 196 06 652 B4호로부터 공지되어 있다.
공지된 방법 및 제어 장치의 경우, 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 실제 충전 레벨은, 촉매 컨버터의 상류에서 배기가스 흐름 내로 투입되어 배기가스 성분의 농도를 검출하는 제1 배기가스 프로브; 및 촉매 컨버터의 하류에 배치되어 배기가스에 노출되는 제2 배기가스 프로브;의 신호들이 공급되는 제1 시스템 모델에 의해 산출되고, 제1 제어 회로를 위한 기본 람다 목표값은 제2 제어 회로를 통해 기설정되며, 제2 배기가스 프로브의 전압이 촉매 컨버터 하류의 농후 또는 희박 배기가스(rich or lean exhaust gas)의 파과(breakthrough) 및 그에 따른 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 너무 낮거나 너무 높은 실제 충전 레벨을 표시한다면, 제1 시스템 모델에 의해 산출된 실제 충전 레벨은 실제 충전 레벨로 조정된다.
오토 엔진에서 공기/연료 혼합기의 불완전 연소 시, 질소(N2), 이산화탄소(CO2) 및 물(H2O) 외에도, 여러 연소 생성물이 배출되며, 이들 연소 생성물 중에서 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 및 산화질소(NOx)는 법적으로 규제되어 있다. 자동차에 적용되는 배기가스 한계값들은 현 종래 기술에 따라 촉매 배기가스 후처리에 의해서만 준수될 수 있다. 삼원 촉매 컨버터의 사용을 통해, 전술한 유해물질 성분들이 변환될 수 있다. HC, CO 및 NOx에 대해 동시에 높은 변환율은 삼원 촉매 컨버터의 경우 화학량론적 작동점(람다 = 1) 주변의 좁은 람다 범위, 이른바 변환 윈도우(conversion window)에서만 달성된다.
변환 윈도우에서 삼원 촉매 컨버터의 작동을 위해, 오늘날의 엔진 제어 시스템에서는 전형적으로, 삼원 촉매 컨버터의 상류 및 하류에 배치되는 람다 프로브들의 신호들을 기반으로 하는 람다 제어가 이용된다. 내연기관 공연비의 조성에 대한 척도인 공기비 람다의 제어를 위해, 삼원 촉매 컨버터의 상류에서의 배기가스의 산소 함량은 그곳에 배치되는 전방 람다 프로브에 의해 측정된다. 상기 측정값에 따라서 제어는, 기본값의 형태로 파일럿 제어 기능에 의해 기설정된 연료량 또는 분사 펄스폭을 보정한다.
파일럿 제어의 범주에서, 분사될 연료량의 기본값들은 예컨대 내연기관의 회전수 및 부하에 따라 기설정된다. 더욱 정확한 제어를 위해, 추가로 삼원 촉매 컨버터의 하류에서 배기가스의 산소 농도가 또 다른 람다 프로브에 의해 검출된다. 이 후방 람다 프로브의 신호는 삼원 촉매 컨버터 상류에서 전방 배기가스 프로브의 신호를 기반으로 하는 람다 제어에 중첩되는 마스터 제어를 위해 이용된다. 삼원 촉매 컨버터의 하류에 배치되는 람다 프로브로서 일반적으로, 람다 = 1일 때 매우 가파른 특성곡선을 가지며 그로 인해 람다 = 1을 매우 정확하게 표시할 수 있는 이산 레벨 람다 프로브(discrete level lambda probe)가 이용된다[Kraftfahrtechnisches Taschenbuch(자동차 공학 포켓북) 23판, 524쪽].
일반적으로 람다 = 1과의 작은 편차만을 보정하고 비교적 서서히 진행되는 마스터 제어에 추가로, 현재의 엔진 제어 시스템에는 일반적으로, 람다 = 1과의 큰 편차에 따라 람다 파일럿 제어의 형태로, 변환 윈도우가 신속하게 다시 달성되게 하는 기능이 있으며, 이는 예컨대 삼원 촉매 컨버터가 산소로 채워지는 코스팅 비활성화 단계 이후에 중요하다. 산소 축적은 NOx 변환을 악화시킨다.
삼원 촉매 컨버터의 산소 저장 용량으로 인해, 삼원 촉매 컨버터의 상류에서 농후 또는 희박 람다(rich or lean lambda)가 설정된 후에, 삼원 촉매 컨버터의 하류에서는 여전히 수 초에 걸쳐서 람다 = 1이 될 수 있다. 이처럼 산소를 일시적으로 저장하는 삼원 촉매 컨버터의 특성은, 삼원 촉매 컨버터의 상류에서 람다 = 1과의 단시간 편차를 보상하기 위해 이용된다. 삼원 촉매 컨버터의 상류에서 상대적으로 더 오랜 시간에 걸쳐 1이 아닌 람다가 존재한다면, 산소 충전 레벨이 람다 >1(산소 과량)일 때 산소 저장 용량을 상회하는 즉시, 또는 삼원 촉매 컨버터 내에서 람다 < 1일 때 산소가 더 이상 저장되지 않는 즉시, 삼원 촉매 컨버터의 하류에서도 동일한 람다가 설정된다.
이 시점에, 삼원 촉매 컨버터의 하류에서 이산 레벨 람다 프로브도 변환 윈도우의 이탈을 표시한다. 그러나 이 시점까지, 삼원 촉매 컨버터 하류의 람다 프로브의 신호는 임박한 파과를 지시하지 않으며, 그로 인해 상기 신호를 기반으로 하는 마스터 제어는, 연료 계량 공급이 더 이상 파과 전 적시에 반응할 수 없을 정도로 늦게서야 반응하는 경우가 많다. 그 결과, 테일 파이프 배출량(tail pipe emission)이 증가한다. 그러므로 현재의 제어 컨셉은, 삼원 촉매 컨버터 하류에서 이산 레벨 람다 프로브의 전압에 따라 변환 윈도우의 이탈을 늦게서야 검출한다는 단점이 있다.
삼원 촉매 컨버터 하류의 람다 프로브의 신호를 기반으로 하는 제어에 대한 대안은 삼원 촉매 컨버터의 평균 산소 충전 레벨의 제어이다. 이 평균 충전 레벨은 측정될 수는 없지만, 도입부에 언급한 DE 196 06 652 B4호에 따라 계산을 통해 모델링될 수 있다.
그러나 삼원 촉매 컨버터는 시변 시스템 매개변수들을 갖는 복잡한 비선형 시스템이다. 더 나아가, 삼원 촉매 컨버터의 모델을 위해 측정되거나 모델링된 입력 변수들에는 통상 불확실성이 있다. 그러므로 상이한 작동 상태들(예컨대 상이한 엔진 작동점들, 또는 상이한 촉매 컨버터 노후화 단계들)에서 삼원 촉매 컨버터의 거동을 충분히 정확하게 기술할 수 있는 일반적인 촉매 컨버터 모델은 통상 엔진 제어 시스템에서 이용될 수 없다.
본 발명은 그 방법 양태들과 관련하여 청구항 제1항의 특징부의 특징들을 통해, 그리고 그 장치 양태들과 관련해서는 독립 장치 청구항의 특징부의 특징들을 통해 도입부에 언급한 종래 기술과 구분된다.
청구항 제1항의 특징부의 특징들에 따라, 제2 배기가스 프로브의 측정되는 신호를 유도할 수도 있는 충전 레벨 프로파일이 계산되고, 제1 시스템 모델에 의해 모델링된 충전 레벨 프로파일은 계산된 충전 레벨 프로파일로 대체된다.
또한, 제2 배기가스 프로브의 신호가 촉매 컨버터의 실제 산소 충전 레벨이 추론될 수 있는 신호 범위 내에 진입하면 조정이 수행되는 것이 바람직하다.
또 다른 바람직한 구현예는, 촉매 컨버터가 배기가스에 의한 관류와 관련하여 연달아 놓인 구역들로 분할되고, 맨 먼저 제2 배기가스 프로브의 신호를 토대로, 가장 멀리 하류에 위치하는 부분 구역에서의 실제 충전 레벨이 계산되고, 계산된 실제 충전 레벨은 촉매 컨버터의 상기 부분 구역에 대해 모델링된 충전 레벨과 비교되고, 비교 시점에 전반적인 보정 요구량(correction requirement)이 실제 충전 레벨과 모델링된 충전 레벨 간의 차로서 계산되며, 상기 부분 구역에 대해 모델링된 충전 레벨은 상기 차에 의해 보정되는 것을 특징으로 한다.
전체 부분 구역들에 동일한 충전 레벨이 할당되도록 보정이 수행되는 것도 바람직하다.
또한, 바람직하게는, 촉매 컨버터의 가장 멀리 하류에 위치하는 부분 구역에 대해 결정된 보정 요구량은, 충전 레벨 프로파일이 유지되도록 다른 부분 구역들에도 전달된다. 이는 특히, 보정 전에 전체 부분 구역들의 충전 레벨들 간의 전반적인 전이적 관계(transitive relationship)가 유지됨을 의미한다.
또한, 바람직하게는, 동일한 매개변수들 및 초기에 동일한 상태 변수들을 갖는 제2 순방향 시스템 모델이, 상기 제2 시스템 모델의 촉매 컨버터 하류의 모델링된 람다와 촉매 컨버터 하류의 측정된 람다 간의 차(difference)가 충전 레벨 보정의 요구되는 정확도에 도달할 만큼 충분히 작아질 때까지, 가변 입력 람다에 의해 반복됨으로써 제1 시스템 모델이 수치 반전되며, 그 다음 제2 순방향 시스템 모델의 충전 레벨 분포가 시스템 모델로 전달되고, 그럼으로써 이 시스템 모델이 보정된다.
또 다른 바람직한 구현예는, 시스템 모델과 동일한 매개변수들 및 초기에 동일한 상태 변수들을 갖는 반전된 시스템 모델을 이용하여, 제2 배기가스 프로브의 측정된 신호를 유도할 수도 있는 충전 레벨 프로파일이 계산되고, 제1 시스템 모델에 의해 모델링된 충전 레벨 프로파일은 상기 반전된 시스템 모델에 의해 계산된 충전 레벨 프로파일로 대체되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 제2 제어 회로 내에서 기본 람다 목표값에 대한 초기값이 제1 시스템 모델과 동일한 제2 시스템 모델을 통해 가상 충전 레벨로 환산되고, 가상 충전 레벨은 목표값 인코더에 의해 출력된 충전 레벨에 대한 목표값과 비교되며, 비교 결과, 충전 레벨에 대한 목표값과 가상 충전 레벨 간의 차가 기설정 크기보다 더 크다면, 기본 람다 목표값은 비교 결과에 따라 반복해서 변경되며, 비교 결과, 충전 레벨에 대한 목표값과 가상 충전 레벨 간에 차이가 없다면 기본 람다 목표값은 변경되지 않는다.
또 다른 한 바람직한 구현예는, 모델링된 충전 레벨의 보정의 결과로서 목표값과 모델링된 충전 레벨의 편차가 조정된 후에, 제2 배기가스 프로브의 전압이 다시 촉매 컨버터 하류의 농후 또는 희박 배기가스의 파과 및 그에 따른 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 너무 낮거나 너무 높은 실제 충전 레벨을 표시함에 따라, 모델링된 충전 레벨의 추가 보정이 필요하다면, 제1 보정 단계에 이어서 제2 보정 단계까지 촉매 컨버터 내로 유입되거나 그로부터 배출되는 산소량(
Figure pat00001
) 및 또 다른 보정 단계에서 산출된 충전 레벨 보정 요구량(
Figure pat00002
)으로부터, 촉매 컨버터의 상류에서 전반적인 람다에 대한 람다 보정 요구량(
Figure pat00003
)이 하기 방정식에 따라서 산출되며,
Figure pat00004
제2 제어 회로를 위해 산출된 람다 목표값이 상기 람다 보정 요구량에 의해 보정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 람다 보정 요구량을 이용하여 제2 제어 회로를 위해 산출된 람다 목표값의 보정은, 제1 시스템 모델에 의해 산출된 실제 충전 레벨이 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 실제 충전 레벨로 조정된 후, 제2 배기가스 프로브의 신호가 정해진 시간 간격 이내에 신호 범위에서 이탈하지 않을 때에만 수행된다.
또한, 바람직하게는, 상기 람다 보정 요구량을 이용하여 제2 제어 회로를 위해 산출된 람다 목표값의 보정은, 제1 시스템 모델에 의해 산출된 실제 충전 레벨이 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 실제 충전 레벨로 조정된 후, 내연기관이 상기 선행된 조정 후에 기결정 배기가스량을 발생시키기 전에, 제2 배기가스 프로브의 신호가 정해진 시간 간격 이내에 신호 범위에서 이탈하지 않았을 때에만 수행된다.
장치 양태들과 관련하여, 제어 장치가 청구항 제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하도록 구성되는 것이 바람직하다.
또 다른 장점들은 본원 명세서 및 첨부한 도면들을 참조한다.
자명한 사실로서, 전술한 특징들 및 하기에 추가로 설명될 특징들은 여기에 각각 명시된 조합뿐만 아니라 다른 방식으로 조합된 형태로 또는 단독으로도, 본 발명의 범주 내에서 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 도면들에 도시되며, 하기에 더 상세히 설명된다. 이 경우, 상이한 도면들에서 동일한 도면부호들은 각각 동일한 요소들, 또는 적어도 자신들의 기능에 따라 필적하는 요소들을 지칭한다. 도면들은 각각 개략적인 형태로 도시되어 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 환경으로서 배기가스 시스템을 포함하는 내연기관을 도시한 도면이다.
도 2는 시스템 모델의 기능 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 방법 및 제어 장치의 일부분의 기능 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 방법 및 제어 장치의 일 실시예의 기능 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 방법의 일부분의 실시예로서의 흐름도이다.
도 6은 촉매 컨버터의 하류에 배치되는 제2 배기가스 프로브의 특성곡선 또는 신호를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 방법의 실시예로서의 흐름도이다.
본 발명은 하기에서 삼원 촉매 컨버터의 예에서, 그리고 저장될 배기가스 성분으로서의 산소에 대해 기술된다. 그러나 본 발명은 다른 촉매 컨버터 유형들, 그리고 산화질소 및 탄화수소와 같은 다른 배기가스 성분들에도 그 의미에 부합하게 전용될 수 있다. 하기에서는 간소화 측면에서, 하나의 삼원 촉매 컨버터를 포함하는 배기가스 시스템이 가정된다. 본 발명은 복수의 촉매 컨버터를 포함하는 배기가스 시스템들에도 그 의미에 부합하게 전용될 수 있다. 이 경우, 하기에 기술되는 전방 및 후방 구역들(zone)은 복수의 촉매 컨버터에 걸쳐서 연장될 수 있거나, 상이한 촉매 컨버터들 내에 위치할 수 있다.
세부적으로 도 1에는, 공기 공급 시스템(12); 배기가스 시스템(14); 및 제어 장치(16);를 포함하는 내연기관(10)이 도시되어 있다. 공기 공급 시스템(12) 내에는 공기 유량계(18) 및 이 공기 유량계(18)의 하류에 배치된 스로틀 밸브 유닛(19)의 스로틀 밸브가 있다. 공기 공급 시스템(12)을 통해 내연기관(10) 내로 유입되는 공기는, 내연기관(10)의 연소실들(20) 내에서, 분사 밸브들(22)을 통해 연소실들(20) 내로 직접 분사되는 연료와 혼합된다. 본 발명은 직접 분사식 내연기관들로만 제한되지 않고, 흡기관 분사 또는 가스에 의해 작동되는 내연기관에서도 사용된다. 그에 기인하는 연소실 충전량은 점화 장치들(24), 예컨대 점화 플러그들에 의해 점화되고 연소된다. 회전각 센서(25)는 내연기관(10)의 샤프트의 회전 각도를 검출하며, 그럼으로써 제어 장치(16)로 하여금 샤프트의 기결정 각도 위치들에서의 점화를 트리거하도록 허용한다. 연소에 기인하는 배기가스는 배기가스 시스템(14)을 통해 배출된다.
배기가스 시스템(14)은 촉매 컨버터(26)를 포함한다. 촉매 컨버터(26)는 예컨대 공지된 바와 같이 3개의 반응 경로에서 3개의 배기가스 성분, 즉, 산화질소, 탄화수소 및 일산화탄소를 변환하고 산소를 저장하는 작용을 하는 삼원 촉매 컨버터이다. 산소를 저장하는 작용으로 인해, 그리고 산소가 배기가스 성분이기 때문에, 촉매 컨버터는 배기가스 성분 어큐뮬레이터를 포함한다. 삼원 촉매 컨버터(26)는 도시된 예에서 제1 구역(26.1)과 제2 구역(26.2)을 갖는다. 두 구역 모두 배기가스(28)에 의해 관류된다. 전방의 제1 구역(26.1)은 유동 방향으로 삼원 촉매 컨버터(26)의 전방 영역에 걸쳐 연장된다. 후방의 제2 구역(26.2)은 제1 구역(26.1)의 하류에서 삼원 촉매 컨버터(26)의 후방 영역에 걸쳐 연장된다. 자명한 사실로서, 전방 구역(26.1)의 상류와 후방 구역(26.2)의 하류에, 그리고 두 구역 사이에도 추가 구역들이 놓이며, 이 추가 구역들에 대해서도 필요 시 마찬가지로 각각의 충전 레벨이 계산 모델에 의해 모델링된다.
삼원 촉매 컨버터(26)의 상류에서, 배기가스(28)에 노출되는 전방 배기가스 프로브(32)는 삼원 촉매 컨버터(26) 직상류에 배치된다. 삼원 촉매 컨버터(26)의 하류에서, 마찬가지로 배기가스(28)에 노출되는 후방 배기가스 프로브(34)는 삼원 촉매 컨버터(26) 직하류에 배치된다. 전방 배기가스 프로브(32)는, 바람직하게는 넓은 공기비 범위에 걸쳐 공기비(λ)의 측정을 허용하는 광대역 람다 프로브이다. 후방 배기가스 프로브(34)는 바람직하게, 상기 배기가스 프로브(34)의 신호가 계단식으로 변화되기 때문에 공기비(λ = 1)가 특히 정확하게 측정될 수 있게 하는 이른바 이산 레벨 람다 프로브이다. 보쉬 자동차 공학 포켓북, 23판, 524쪽 참조.
도시된 실시예에서, 배기가스(28)에 노출된 온도 센서(36)는 배기가스(28)와 열적으로 접촉하도록 삼원 촉매 컨버터(26)에 배치되며, 상기 온도 센서는 삼원 촉매 컨버터(26)의 온도를 검출한다.
제어 장치(16)는 공기 유량계(18), 회전각 센서(25), 전방 배기가스 프로브(32), 후방 배기가스 프로브(34) 및 온도 센서(36)의 신호들을 처리하며, 이 신호들을 토대로 스로틀 밸브의 각도 위치의 조정, 점화 장치(24)를 통한 점화의 트리거링, 및 분사 밸브들(22)을 통한 연료의 분사를 위한 제어 신호들을 형성한다. 그 대안으로 또는 보충안으로, 제어 장치(16)는 도시된 액추에이터들, 또는 추가의, 또는 다른 액추에이터들의 제어를 위한 다른 또는 추가의 센서들의 신호들, 예컨대 가속 페달 위치를 검출하는 운전자 요청 인코더(40)의 신호도 처리한다. 연료 공급을 차단하는 코스팅 모드는 예컨대 가속 페달에서 발을 떼는 동작을 통해 트리거된다. 이런 기능 및 하기에서 계속 설명될 기능들은 내연기관(10)의 작동 중에 제어 장치(16) 내에서 실행되는 엔진 제어 프로그램(16.1)을 통해 구현된다.
본 출원에서는, 시스템 모델(100), 촉매 컨버터 모델(102), 반전된 촉매 컨버터 모델(104)(도 3 참조) 및 출력 람다 모델(106)이 참조된다. 모델들은 각각, 계산된 출력 변수들이 실제 객체의 출력 변수들에 최대한 정확하게 상응하도록, 계산 모델에 의해 재현된 실제 객체에도 작용하는 입력 변수들을 출력 변수들과 관계시키는, 제어 장치(16) 내에서 실행되거나 계산되는 알고리즘들, 특히 연립방정식들(systems of equations)이다.
도 2에는, 시스템 모델(100)의 기능 블록도가 도시되어 있다. 시스템 모델(100)은 촉매 컨버터 모델(102)과 출력 람다 모델(106)로 구성된다. 촉매 컨버터 모델(102)은 입력 이미션 모델(108)과 충전 레벨 및 출력 이미션 모델(110)을 포함한다. 더 나아가, 촉매 컨버터 모델(102)은 촉매 컨버터(26)의 평균 충전 레벨(
Figure pat00005
)의 계산을 위한 알고리즘(112)을 포함한다.
입력 이미션 모델(108)은, 입력 변수들로서 삼원 촉매 컨버터(26)의 상류에 배치된 배기가스 프로브(32)의 신호(
Figure pat00006
)를 후속 충전 레벨 및 출력 이미션 모델(110)을 위해 필요한 입력 변수들(
Figure pat00007
)로 변환하도록 구성된다. 예컨대 입력 이미션 모델(108)을 이용하여 삼원 촉매 컨버터(26) 상류에서의 O2, CO, H2 및 HC의 농도로 람다를 환산하는 것이 바람직하다.
입력 이미션 모델(108)에 의해 계산된 변수들(
Figure pat00008
) 및 경우에 따라 추가 입력 변수들[예: 배기가스 온도 또는 촉매 온도, 배기가스 질량 유량, 및 삼원 촉매 컨버터(26)의 현재 최대 산소 저장 용량]을 사용하여, 충전 레벨 및 출력 이미션 모델(110)에서는 삼원 촉매 컨버터(26)의 충전 레벨(
Figure pat00009
), 및 삼원 촉매 컨버터(26) 배출구에서의 개별 배기가스 성분들의 농도들(
Figure pat00010
)이 모델링된다.
충전 및 배출 과정들을 더 사실적으로 맵핑할 수 있도록 하기 위해, 삼원 촉매 컨버터(26)는 바람직하게는 알고리즘을 통해, 이론적으로는, 배기가스(28)의 유동 방향으로 연이어 놓인 복수의 구역 또는 부분 체적부(26.1, 26.2)로 분할되며, 상기 구역들(26.1, 26.2) 각각에 대해 반응 운동학(reaction kinetics)의 도움으로 개별 배기가스 성분들의 농도가 결정된다. 이들 농도는 다시 각각 개별 구역들(26.1, 26.2)의 충전 레벨로, 바람직하게는 현재 최대 산소 저장 용량으로 정규화된 산소 충전 레벨로 환산될 수 있다.
개별 구역들 또는 모든 구역(26.1, 26.2)의 충전 레벨들은 적합한 가중에 의해, 삼원 촉매 컨버터(26)의 상태를 반영하는 총 충전 레벨로 통합될 수 있다. 예컨대 모든 구역(26.1, 26.2)의 충전 레벨들은 가장 간단하게는 모두 똑같이 가중되며, 그에 따라 평균 충전 레벨이 산출될 수 있다. 적합한 가중에 의해, 삼원 촉매 컨버터(26)의 하류에서의 순간적인 배기가스 조성에 대해 삼원 촉매 컨버터(26)의 배출구에서의 비교적 작은 구역(26.2) 내 충전 레벨이 결정적인 한편, 삼원 촉매 컨버터(26)의 배출구에서의 상기 작은 구역(26.2) 내 충전 레벨의 전개에 대해서는 그 상류에 위치하는 구역(26.1) 내 충전 레벨 및 이 충전 레벨의 전개가 결정적인 점도 고려될 수 있다. 단순화를 위해, 하기에서는 평균 산소 충전 레벨이 가정된다.
출력 람다 모델(106)의 알고리즘은, 시스템 모델(100)의 적응을 위해, 촉매 컨버터 모델(102)에 의해 계산된, 촉매 컨버터(26) 배출구에서의 개별 배기가스 성분들의 농도들(
Figure pat00011
)을, 촉매 컨버터(26)의 하류에 배치된 배기가스 프로브(34)의 신호(
Figure pat00012
)와 비교될 수 있는 신호(
Figure pat00013
)로 변환한다. 바람직하게는 삼원 촉매 컨버터(26) 하류의 람다가 모델링된다. 출력 람다 모델(106)이 목표 산소 충전 레벨에 기반하는 파일럿 제어를 위해 반드시 필요한 것은 아니다.
그에 따라, 시스템 모델(100)은 한편으로, 촉매 컨버터(26)가 확실하게 촉매 컨버터 윈도우 이내에 위치되는 (그리고 그에 따라 산소를 흡수할 수도 있고 배출할 수도 있는) 목표 충전 레벨로 조정되는, 촉매 컨버터(26)의 하나 이상의 평균 충전 레벨(
Figure pat00014
)의 모델링을 위해 이용된다. 다른 한편으로, 시스템 모델(100)은, 촉매 컨버터(26)의 하류에 배치된 배기가스 프로브(34)의 모델링된 신호(
Figure pat00015
)를 제공한다. 계속하여 하기에서는, 후방 배기가스 프로브(34)의 상기 모델링된 신호(
Figure pat00016
)가 어떻게 시스템 모델(100)의 적응을 위해 바람직하게 이용되는지가 더 상세하게 설명된다. 상기 적응은, 시스템 모델의 입력 변수들, 특히 촉매 컨버터 상류의 람다 프로브의 신호가 결부되는 불확실성의 보상을 위해 수행된다. 마찬가지로 파일럿 제어 및 경우에 따른 제어 매개변수들도 적응된다.
본 발명의 배경으로서, 도 3에는, 기능 블록들에 작용하거나, 또는 기능 블록들에 의해 영향을 받는 장치 요소들과 함께 방법의 기능 블록도가 도시되어 있다.
더 세부적으로, 도 3에는 출력 람다 모델(106)에 의해 모델링된 후방 배기가스 프로브(34)의 신호(
Figure pat00017
)가 후방 배기가스 프로브(34)의 실제 출력 신호(
Figure pat00018
)와 어떻게 비교되는지가 도시되어 있다. 이를 위해, 두 신호(
Figure pat00019
및
Figure pat00020
)는 적응 블록(114)으로 공급된다. 적응 블록(114)은 두 신호(
Figure pat00021
및
Figure pat00022
)를 서로 비교한다. 예컨대 배기가스 프로브(34)로서 삼원 촉매 컨버터(26)의 하류에 배치된 이산 레벨 람다 프로브는, 삼원 촉매 컨버터(26)가 언제 완전히 산소로 충전되는지, 또는 언제 산소가 완전히 배출되는지를 명확하게 지시한다. 이는, 희박 또는 농후 단계에 따라서, 모델링된 산소 충전 레벨을 실제 산소 충전 레벨과 일치시키거나, 모델링된 출력 람다(
Figure pat00023
)를 삼원 촉매 컨버터(26)의 하류에서 측정된 람다(
Figure pat00024
)와 일치시키고, 편차가 있는 경우에 시스템 모델(100)을 적응시키기 위해 이용될 수 있다. 적응은 예컨대, 적응 블록(114)이 파선으로 도시된 적응 경로(116)를 통해, 삼원 촉매 컨버터(26) 밖으로 배출되는 배기가스에 대해 모델링된 람다 값(
Figure pat00025
)이 그곳에서 측정된 람다 값(
Figure pat00026
)과 일치할 때까지, 시스템 모델(100)의 알고리즘의 매개변수들을 연속해서 변경시키는 방식으로 수행된다.
그 결과, 시스템 모델(100) 내로 입력되는 측정 또는 모델 변수들의 부정확성이 보상된다. 모델링된 값(
Figure pat00027
)이 측정된 람다 값(
Figure pat00028
)과 일치하는 상황으로부터, 시스템 모델(100)에 의해 또는 제1 촉매 컨버터 모델(102)에 의해 모델링된 충전 레벨(
Figure pat00029
)이 온보드 수단들(On-board means)에 의해 측정될 수 없는 삼원 촉매 컨버터(26)의 충전 레벨과 일치한다는 점이 추론될 수 있다. 이 경우, 제1 촉매 컨버터 모델(102)의 알고리즘으로부터 수학적 변환을 통해 도출되는, 제1 촉매 컨버터 모델(102)에 대해 반전된 제2 촉매 컨버터(104)도 모델링된 시스템의 거동을 올바르게 기술한다는 점도 추론될 수 있다.
이는, 반전된 제2 촉매 컨버터 모델(104)로 기본 람다 목표값을 계산하기 위해 이용된다. 이를 위해, 반전된 제2 촉매 컨버터 모델(104)에, 선택적 필터링부(120)를 통해 필터링된 충전 레벨 목표값(
Figure pat00030
)이 입력 변수로서 공급된다. 필터링부(120)는, 제어 구간이 전체적으로 따를 수 있는, 반전된 제2 촉매 컨버터 모델(104)의 입력 변수들의 변경만을 허용할 목적으로 수행된다. 이 경우, 아직 필터링되지 않은 목표값(
Figure pat00031
)은 제어 장치(16)의 메모리(118)에서 판독 출력된다. 이를 위해, 메모리(118)는 바람직하게 내연기관(10)의 현재 작동 특성값들로 어드레싱된다. 작동 특성값들은 예컨대, 반드시 그런 것은 아니지만, 회전수 센서(25)에 의해 검출된 내연기관(10)의 회전수, 및 공기 유량계(18)에 의해 검출된 내연기관(10)의 부하이다.
필터링된 충전 레벨 목표값(
Figure pat00032
)은 반전된 제2 촉매 컨버터 모델(104)에 의해 기본 람다 목표값(BLSW)으로 처리된다. 이런 처리에 병행하여, 연산부(122)에서는 충전 레벨 제어 편차(FSRA)가, 필터링된 충전 레벨 목표값(
Figure pat00033
)과, 시스템 모델(100) 또는 제1 촉매 컨버터 모델(102)에 의해 모델링된 충전 레벨(
Figure pat00034
)의 편차로서 계산된다. 상기 충전 레벨 제어 편차(FSRA)는 충전 레벨 제어 알고리즘(124)으로 공급되며, 이를 토대로 충전 레벨 제어 알고리즘은 람다 목표값 보정값(LSKW)을 계산한다. 상기 람다 목표값 보정값(LSKW)은 연산부(126) 내에서 반전된 시스템 모델(104)에 의해 계산된 기본 람다 목표값(BLSW)에 가산된다.
이렇게 계산된 합은 종래 람다 제어의 목표값(
Figure pat00035
)으로서 이용된다. 상기 람다 목표값(
Figure pat00036
)에서 제1 배기가스 프로브(32)로부터 공급된 람다 실제 값(
Figure pat00037
)이 연산부(128)에서 감산된다. 이렇게 계산된 제어 편차(RA)는 통상의 제어 알고리즘(130)을 통해 설정 변수(SG)로 변환되며, 이 설정 변수는 연산부(132)에서 예컨대 내연기관(10)의 작동 매개변수들에 따라 기결정된 분사 펄스폭(t inj )의 기본값(BW)과 곱해진다. 기본값들(BW)은 제어 장치(16)의 메모리(134) 내에 저장된다. 작동 매개변수들은 여기서도 바람직하게는 내연기관(10)의 부하 및 회전수이지만, 강제적인 것은 아니다. 상기 곱에서 도출되는 분사 펄스폭(t inj )으로, 분사 밸브들(22)을 통해 연료가 내연기관(10)의 연소실들(20) 내로 분사된다.
이런 방식으로, 제1 제어 회로에서 수행되는 종래 람다 제어에, 제2 제어 회로에서 수행되는, 촉매 컨버터(26)의 산소 충전 레벨의 제어가 중첩된다. 이 경우, 시스템 모델(100)에 의해 또는 제1 촉매 컨버터 모델(102)에 의해 모델링된 평균 산소 충전 레벨(
Figure pat00038
)은 예컨대, 희박 모드 및 농후 모드에 따른 파과의 확률을 최소화하여 최소 배출을 야기하는 목표값(
Figure pat00039
)으로 조정된다. 이 경우, 기본 람다 목표값(BLSW)은 반전된 제2 시스템 모델(104)을 통해 계산되기 때문에, 모델링된 평균 충전 레벨(
Figure pat00040
)이 사전 필터링된 목표 충전 레벨(
Figure pat00041
)과 동일하다면, 충전 레벨 제어의 제어 편차는 영(0)이 된다. 상기 조건에 해당하지 않을 때에만 충전 레벨 제어 알고리즘(124)이 개입한다. 어느 정도까지 충전 레벨 제어의 파일럿 제어로서 작용하는 기본 람다 목표값의 계산은 제1 촉매 컨버터 모델(102)의 반전된 제2 촉매 컨버터 모델(104)로서 실현되기 때문에, 상기 파일럿 제어는 제1 촉매 컨버터 모델(102)의 적응과 유사하게, 삼원 촉매 컨버터(26)의 하류에 배치된 제2 배기가스 프로브(34)의 신호(
Figure pat00042
)를 기반으로 적응될 수 있다. 이는 도 3에서, 반전된 시스템 모델(104)로 이어지는 적응 경로(116)의 분기를 통해 도시되어 있다.
이처럼 시스템 모델의 반전으로서 파일럿 제어의 실현은, 시스템 모델에 의해 모델링된 촉매 컨버터의 실제 충전 레벨이 필터링된 충전 레벨 목표값(
Figure pat00043
) 또는 필터링되지 않은 충전 레벨 목표값(
Figure pat00044
)과 차이가 나는 경우에만 충전 레벨 제어 알고리즘(124)이 개입하면 된다는 장점이 있다. 시스템 모델(100)이 촉매 컨버터 상류의 입력 람다를 촉매 컨버터의 평균 산소 충전 레벨로 환산하는 한편, 반전된 시스템 모델(104)로서 실현된 파일럿 제어는 평균 목표 산소 충전 레벨을 촉매 컨버터 상류의 상응하는 목표 람다로 환산한다.
도 3의 대상에서, 반전된 시스템 모델(104)은 분석적으로 존재하는 요소, 다시 말해 연립방정식의 형태로 존재하고 시스템 모델(100)에 대해 반전된 요소이다. 그러나 촉매 컨버터는 일반적으로 비선형 미분 연립방정식에 의해서만 표현될 수 있는, 시변 시스템 매개변수들을 갖는 복잡한 비선형 시스템이다. 이는 전형적으로, 반전된 시스템 모델(104)에 대한 연립방정식이 분석적으로 해결될 수 없게 한다.
도 4에는, 본 발명의 일 실시예가 기능 블록도의 형태로 도시되어 있다. 이 실시예에서 도 3의 대상의 해결력 문제가 방지된다. 도 4의 대상은, 파일럿 제어(136)가 반전된 분석적 시스템 모델(104)이 아니라, 알고 있는 것으로서 전제된 촉매 컨버터(26)에 대한 제1 시스템 모델(100)을 기반으로 하는 수치 반전된 계산 모델로 대체된다는 점에서 도 3의 대상과 구분된다. 파일럿 제어(136)는 제2 시스템 모델(100')을 포함하며, 이 제2 시스템 모델의 연립방정식은 제1 시스템 모델(100)의 연립방정식과 동일하나, 다른 입력 변수들을 공급받는다. 그 외 도 4의 나머지 블록들의 배치 및 기능은 각각 도 3에서 동일하게 번호 지정된 블록들의 배치 및 기능과 동일하다. 상기 블록들의 설명 및 그 배치에 대해 여기서는 명백히 도 3의 설명이 참조된다.
도 4의 대상은 하기 고려사항을 기초로 한다. 람다 실제값 인코더 블록(32')에 의해, 파일럿 제어(136)의 제2 시스템 모델(100')에 대한 입력 변수로서 가상값(
Figure pat00045
)이 기설정된다. 제2 시스템 모델(100')에 의해, 상기 입력 변수로부터 촉매 컨버터(26)의 평균 산소 충전 레벨에 대한 가상값(
Figure pat00046
)이 산출된다. 연산부(138)에서는, 가상 평균 충전 레벨(
Figure pat00047
)과 선택적 필터링부(120)에 의해 필터링된 충전 레벨 목표값(
Figure pat00048
) 또는 필터링되지 않은 충전 레벨 목표값(
Figure pat00049
)의 차가 계산된다. 두 값[
Figure pat00050
및
Figure pat00051
(또는
Figure pat00052
)]이 같다면, 차는 영(0)이다. 이는, 기설정 가상 람다값(
Figure pat00053
)이 바로 목표 산소 충전 레벨을 달성하기 위해 파일럿 제어해야 하는 람다 목표값(BLSW)과 일치함을 의미한다. 임계값 블록(140)에서는, 가상 평균 충전 레벨(
Figure pat00054
)과 선택적 필터링부(120)에 의해 필터링된 충전 레벨 목표값(
Figure pat00055
) 또는 필터링되지 않은 충전 레벨 목표값(
Figure pat00056
)의 차가 기설정 임계값과 비교된다. 임계값의 크기의 선택을 통해 설정될 수 있는 상기 차의 절대값이 충분히 작다면, 임계값 블록(140)은 람다 실제값 인코더 블록(32')에 상기 사정을 재현하는 신호를 전송한다. 이 신호에 대한 반응으로서, 람다 실제값 인코더 블록(32')은 적절한 것으로서 인정되는 자신의 출력 신호(
Figure pat00057
)를 유지하고, 이 신호를 기본 람다 목표값(BLSW)으로서 연산부(126)로 전송한다.
그와 반대로, 가상 평균 충전 레벨(
Figure pat00058
)과 선택적 필터링부(120)에 의해 필터링된 충전 레벨 목표값(
Figure pat00059
) 또는 필터링되지 않은 충전 레벨 목표값(
Figure pat00060
)의 차로서 계산된 값이 임계값보다 더 크다면, 이는, 기설정 가상 람다값(
Figure pat00061
)이 여전히, 목표 산소 충전 레벨을 달성하기 위해 파일럿 제어해야 하는 이상적인 람다 목표값(BLSW)과 일치하지 않음을 의미한다. 이런 경우, 임계값 블록(140)에서는, 가상 평균 충전 레벨(
Figure pat00062
)과 선택적 필터링부(120)에 의해 필터링된 충전 레벨 목표값(
Figure pat00063
) 또는 필터링되지 않은 충전 레벨 목표값(
Figure pat00064
)의 차가 기설정 임계값을 상회하게 된다. 이런 경우에, 임계값 블록(140)은 람다 실제값 인코더 블록(32')에 상기 상황을 재현하는 신호를 전송한다. 그에 따라, 상기 신호에 대한 반응으로서 람다 실제값 인코더 블록(32')은 적절하지 않은 것으로서 인지된 자신의 출력 신호(
Figure pat00065
)를 반복해서 변동시키기 시작하고, 반복해서 변동하는 출력 신호(
Figure pat00066
)를 특히 시스템 모델(100')로 전송한다. 그 다음, 제1 시스템 모델(100)과 관련한 상기 제2 시스템 모델(100')은, 제1 시스템 모델(100)과 동일한 매개변수들 및 초기에 동일한 상태 변수들을 이용하여, 제2 시스템 모델(100')에 의해 계산된 충전 레벨(
Figure pat00067
)과 필터링된 충전 레벨 목표값(
Figure pat00068
) 또는 필터링되지 않은 충전 레벨 목표값(
Figure pat00069
) 간의 차의 절대값이 파일럿 제어의 요구되는 정확도에 도달할 만큼 충분히 작아질 때까지, 상기 가변 입력 람다(
Figure pat00070
)로 반복된다. 요구되는 정확도는 블록(140)에서 임계값의 선택을 통해 조정될 수 있다. 입력 람다(
Figure pat00071
)에 대해 그렇게 확인된 값은 그 다음 제1 제어 회로를 위한 기본 람다 목표값(BLSW)으로서 사용된다. 차 계산은, 선택적 필터링부(120)에 의해 필터링된 충전 레벨 목표값(
Figure pat00072
) 또는 필터링되지 않은 충전 레벨 목표값(
Figure pat00073
)과 가상 평균 충전 레벨(
Figure pat00074
)의 비교의 구현예만을 나타낸다. 비교는 예컨대 몫 계산을 기반으로도 수행될 수 있다.
상기 접근법의 장점은, 오직 순방향 시스템 모델(100 또는 100')에 대한 연립방정식만 한 번 더 풀면 되고, 많은 계산 수고를 들여서만 해결될 수 있거나 해결 불가능한, 도 3의 역방향 시스템 모델(104)에 대한 연립방정식은 풀지 않아도 된다는 데 있다.
제어 장치(16)에서의 계산 복잡성을 최소화하기 위해, 바람직하게는, 반복이 수행될 범위를 결정하는, 입력 람다(
Figure pat00075
)에 대한 반복 한계들(iteration limit)이 확정된다. 바람직하게 상기 반복 한계들은 실제 작동 조건들에 따라서 확정된다. 예컨대, 예상되는 목표 람다(BLSW) 주변의 최대한 작은 간격에서만 반복을 실행하는 것이 바람직하다. 또한, 반복 한계들의 확정 시, 목표 람다(BLSW)에 대한 충전 레벨 제어(124)의 개입 및 다른 기능들의 개입을 고려하는 것도 바람직하다.
해결할 연립방정식은 예컨대 반감법(bisection method) 또는 Regula Falsi와 같은 내포(inclusion) 방법을 통해 상기 간격 이내에서 반복적으로 해결된다. Regula Falsi와 같은 내포 방법들은 일반적으로 공지되어 있다. 상기 내포 방법들은, 반복 근사치를 제공할 뿐만 아니라, 상기 반복 근사치를 양측에서도 한정하는 것을 특징으로 한다. 그 결과, 적절한 기본 람다 목표값(BLSW)의 결정을 위한 계산 복잡성이 명백히 제한된다.
도 4의 특별한 파일럿 제어(136)는 도 3의 반전된 시스템 모델(104)을 대체한다. 도 3의 반전 시스템 모델(104)의 적응을 위한 기술적 작용과 관련하여 등가인 파일럿 제어의 적응은, 도 4의 대상에서 블록(114)으로부터 제2 시스템 모델(100')로 이어지는 경로(116)를 통해 수행된다.
배기가스 시스템(14), 배기가스 프로브들(32, 34), 공기 유량계(18), 회전각 센서(25) 및 분사 밸브들(22)을 제외하고, 도 4에 도시된 모든 요소는 본 발명에 따른 제어 장치(16)의 구성요소들이다. 이때, 메모리들(118, 134)을 제외하고, 도 4에서 모든 나머지 요소들은, 제어 장치(16) 내에 저장되어 거기서 실행되는 엔진 제어 프로그램(16.1)의 부분들이다.
요소들(22, 32, 128, 130 및 132)은, 람다 실제값으로서 제1 배기가스 프로브(32)의 신호(
Figure pat00076
)가 처리되는 람다 제어가 수행되는 제1 제어 회로를 형성한다. 제1 제어 회로의 람다 목표값(
Figure pat00077
)은, 요소들(22, 32, 100, 122, 124, 126, 128, 132)을 포함하는 제2 제어 회로에서 계산된다.
도 5에는, 도 4와 관련하여 설명한 파일럿 제어를 실행하기 위한 방법의 실시예로서의 흐름도가 도시되어 있다. 흐름도는 바람직하게는 도 1의 엔진 제어 프로그램(16.1)의 서브 프로그램(sub-program)으로서 구현된다.
단계 142에서, 엔진 제어 프로그램(16.1)의 하위 부분들에서 서브 프로그램의 호출이 수행된다. 단계 144에서, 가상 람다값(
Figure pat00078
)의 초기값이 기설정된다. 여기에서 출발하여, 단계 146에서는, [시스템 모델(100)의 방정식들과 동일한] 시스템 모델(100')의 방정식들에 의해, 촉매 컨버터의 평균 산소 충전 레벨에 대한 가상값(
Figure pat00079
)이 계산된다. 단계 148에서, 가상 평균 충전 레벨(
Figure pat00080
)과 필터링된 충전 레벨 목표값(
Figure pat00081
) 또는 필터링되지 않은 충전 레벨 목표값(
Figure pat00082
)의 차가 계산되어 기설정 가능한 목표값과 비교된다. 상기 차가 임계값보다 더 크다면, 단계 150에서 가상 람다값(
Figure pat00083
)의 반복 변경이 수행되고, 단계 146 전으로 분기된다. 상기 단계들(146, 148 및 150)로 이루어진 루프는 경우에 따라 반복 순환되며, 매 순환 시마다 단계 150에서 가상 람다값(
Figure pat00084
)의 변경이 수행된다. 단계 150에서, 가상 평균 충전 레벨(
Figure pat00085
)과 필터링된 충전 레벨 목표값(
Figure pat00086
)의 차가 임계값보다 더 작은 것으로 확인되면, 서브 프로그램의 상기 실행 시 가상 람다값(
Figure pat00087
)의 추가 변경이 더 이상 수행되지 않고, 서브 프로그램은 단계 152로 분기되며, 이 단계에서 그때까지 산출된 가상 람다값(
Figure pat00088
)이 기본 람다 목표값(BLSW)로서 사용된다.
도 6에는, 촉매 컨버터의 하류에 배치된 제2 배기가스 프로브(34)의 특성곡선(154) 또는 신호가 정성적으로 도시되어 있다. 가로좌표에는 람다값들이 표시되어 있고 세로좌표에는 대응하는 전압값들이 표시되어 있다. 제2 배기가스 프로브(34)는 람다가 1일 때, 값 1 주변의 좁은 범위 내에서 람다값의 정확한 검출을 허용하는 가파른 특성곡선을 갖는다. "1-c"보다 더 작은 람다값들의 범위는 산소 부족량을 나타내고, "1+d"의 람다값 범위는 산소 과잉량을 나타낸다. 값 c 및 d는 바람직하게 0.1보다 더 크다.
촉매 컨버터(26)의 하류에 배치된 배기가스 프로브(34)가 명백히 높은 전압을 표시한다면, 다시 말해 대응하는 람다가 "1-c"보다 더 작다면, 이는 농후 배기가스가 파과될 정도로 촉매 컨버터(26)의 촉매 컨버터 후방 구역(26.2)에서 산소가 배출됨을 의미한다. 프로브 전압이 높아질수록, 실제 산소 충전 레벨은 더 낮다.
촉매 컨버터(26) 하류의 제2 배기가스 프로브(34)가 명백히 저전압을 표시한다면, 이는, 희박 배기가스가 파과될 정도로 촉매 컨버터(26)의 후방 구역이 산소로 채워짐을 의미한다. 프로브 전압이 더 낮을수록, 반대로 실제 산소 충전 레벨은 더 높다.
따라서 제2 배기가스 프로브(34)의 전압이 농후 또는 희박 배기가스의 파과 및 그에 따른 너무 낮거나 너무 높은 실제 산소 충전 레벨을 표시한다면, 모델링된 산소 충전 레벨을 그에 상응하게 보정하는 구성이 제안된다.
도 7에는, 본 발명에 따른 방법의 실시예로서의 흐름도가 도시되어 있다. 도 5에서처럼 내연기관(10)의 제어를 위한 메인 프로그램을 나타내는 단계 142에서부터, 기결정 방식으로 반복해서 단계 200에 도달하며, 이 단계에서 촉매 컨버터(26)의 충전 레벨이 제1 시스템 모델(100)에 의해 결정된다. 단계 200에 후속하는 단계 202에서, 분명한 산소 부족을 표시하는지의 여부와 관련하여 제2 배기가스 프로브(34)의 신호가 체크된다. 람다가 "1-c"보다 더 작다면, 분명한 산소 부족이 우세하다. 그렇지 않은 경우라면, 프로그램은 단계 204로 계속 진행되고, 상기 프로그램에 의해 제2 배기가스 프로브(34)의 신호가 분명한 산소 과잉을 표시하는지의 여부가 체크된다. 제2 배기가스 프로브(34)의 신호가 "1+d"보다 더 크다면, 분명한 산소 과잉이 우세하다. 그렇지 않은 경우라면, 본원의 방법은 단계 206으로 계속 진행된다. 단계 206은, 제1 시스템 모델(100)에서 도출되는 촉매 컨버터(26)의 충전 레벨을 이용하는 메인 프로그램(142)을 나타낸다. 이는 어느 정도, 시스템 모델(100)에 의해 계산되는 충전 레벨이 실제 충전 레벨과 대체로 일치하는 정상적인 경우를 나타낸다.
그와 반대로, 단계 202에서, 촉매 컨버터(26)의 하류에서 산소 부족이 우세한 것으로 확인된다면, 프로그램은 단계 208로 진행되며, 이 단계에서는 시스템 모델(100)에서 계산된 산소 충전 레벨의 값이 그에 필적하는, 전형적으로 촉매 컨버터(26) 하류에서 산소 부족을 수반하는 낮은 값으로 설정된다. 이런 점에 한해, 시스템 모델(100)은 제2 배기가스 프로브(34)의 신호를 기반으로 보정되고, 그에 따라 모델링된 충전 레벨이 실제 충전 레벨로 조정된다.
단계 208에서와 같은 모델링된 충전 레벨의 보정은 목표값과의 모델링된 충전 레벨의 편차를 야기한다. 이런 편차는 차후 조정된다. 상기 편차는 충전 레벨 제어의 목표값의 방향으로 공기/연료 혼합기의 조정을 야기하여, 촉매 컨버터(26)의 충전 레벨을 촉매 컨버터 윈도우(catalytic converter window)의 방향으로, 다시 말해 평균 충전 레벨로 이동시킨다.
상기 보정 단계 후에, 다시 말해 보정의 결과로 발생하는 제어 편차가 조정되는 즉시, 촉매 컨버터(26)는 다시 촉매 컨버터 윈도우 내에 위치되어야 하고, 제어를 기반으로 그곳에 유지되어야 하며, 이는 시스템 모델(100)에 입력되는 측정 변수들 또는 모델 변수들의 불확실성, 및 모델 부정확성이 충분히 낮은 점을 전제로 한다. 그렇지 않은 경우, 소정의 시간 후에 제어에도 불구하고 촉매 컨버터 윈도우가 다시 이탈되는데, 그 이유는 조정되는 모델링된 충전 레벨이 실제 충전 레벨과 일치하지 않음으로써 모델링된 충전 레벨의 재보정이 필요해지기 때문이다.
단계 210에서는, 단계 208에서의 최종 보정 이후 최소 시간 간격이 경과하였는지의 여부, 또는 그 이후 내연기관이 소정의 배기가스 최소량을 생성시켰는지의 여부가 체크된다. 체크 결과 "아니오"로 응답된다면, 메인 프로그램은 먼저 단계 208에서 보정된 충전 레벨로 단계 212로 계속 진행된다.
그와 반대로 단계 210에서의 질의가 '예'로 응답되면, 이는, 시스템 모델(100)을 통한 충전 레벨의 계산이 시스템적 편차를 가짐을 지시하며, 이러한 편차는 신속히 신규 보정 요청으로 이어진다. 이는, 촉매 컨버터(26)의 모델 기반 제어의 매개변수가 시스템상 너무 높은 모델링된 산소 충전 레벨을 야기하는 오프셋을 가질 때 발생할 수 있다. 이런 경우에, 단계 214에서, 마지막 2개의 균등화 단계(208) 사이에서 촉매 컨버터(26) 내로 유입되거나 그로부터 배출되는 산소량(
Figure pat00089
) 및 충전 레벨 보정 요구량(
Figure pat00090
)이 제2 보정 단계에서 산출된다. 여기서
Figure pat00091
는 -1과 1 사이의 수이고 OSC는 촉매 컨버터(26)의 최대 산소 저장 용량이다. 상기 값들을 토대로 하기 공식에 의해 람다 보정값이 계산되며,
Figure pat00092
상기 람다 보정값에 의해, 제1 제어 회로를 위한 람다 목표값의 계산 시 오프셋이 보상된다. 그에 이어서, 메인 프로그램은 단계 216에서 산소 충전 레벨에 대한 신규 값들 및 람다 목표값 보정으로 계속 진행된다.
그와 반대로 단계 204에서, 촉매 컨버터(26)의 하류에 산소 과잉이 우세한 것으로 확인되면, 프로그램은 단계 218로 분기되며, 이 단계에서는 시스템 모델(100)에서 계산된 산소 충전 레벨의 값이 그에 필적하는, 전형적으로 촉매 컨버터(26) 하류에서 산소 과잉을 수반하는 큰 값으로 설정된다. 이런 점에 한해, 시스템 모델(100)은 제2 배기가스 프로브(34)의 신호를 기반으로 보정되고, 그에 따라 모델링된 충전 레벨은 실제 충전 레벨로 조정된다.
여기서도, 단계 218에서 수행되는 것과 같은 모델링된 충전 레벨의 보정이 목표값에 대한 모델링된 충전 레벨의 편차를 야기하고, 이 편차는 조정되어 충전 레벨 제어의 목표값의 방향으로 공기/연료 혼합기의 조정을 야기하며, 이렇게 해서 충전 레벨을 평균값의 방향으로 이동시키는 점이 적용된다.
또한 여기서도, 촉매 컨버터(26)의 충전 레벨이 보정에 의해 발생한 제어 편차의 조정 후에 다시 평균값에 위치하고, 제어를 기반으로 그 값으로 유지되어야 하는 점이 적용된다. 시스템 모델 내로 입력되는 측정 변수들 또는 모델 변수들의 불확실성 및 모델 부정확성이 충분히 작지 않다면, 소정의 시간 이후 제어에도 불과하고 평균 충전 레벨 및 그에 따른 촉매 컨버터 윈도우가 다시 이탈되는데, 그 이유는 모델링된 충전 레벨이 실제 충전 레벨과 일치하지 않기 때문이다. 이런 경우, 모델링된 충전 레벨의 재보정이 필요하다.
단계 220에서는, 단계 218에서 수행된 최종 보정 이후 최소 시간 간격이 경과되었는지의 여부, 또는 그 이후 내연기관이 소정의 배기가스 최소량을 생성했는지의 여부가 체크된다. 그러한 경우에 해당한다면, 메인 프로그램은 단계 218에서 보정된 충전 레벨로 단계 222로 계속 진행된다. 그와 반대로 단계 220에서의 질의에 '예'로 응답된다면, 이는 시스템 모델(100)을 통한 충전 레벨의 계산이 시스템적 편차를 가짐을 지시하며, 이러한 편차는 신속히 신규 보정 요청으로 이어진다. 이는, 촉매 컨버터(26)의 모델 기반 제어의 매개변수가 시스템상 너무 높거나 너무 낮은 모델링된 산소 충전 레벨을 야기하는 오프셋을 가질 때 발생할 수 있다. 이런 경우에, 단계 224에서, 마지막 2개의 균등화 단계(218) 사이에서 촉매 컨버터(26) 내로 유입되거나 그로부터 배출되는 산소량(
Figure pat00093
) 및 충전 레벨에 대한 보정 요구량(
Figure pat00094
)이 제2 보정 단계에서 산출된다. 여기서
Figure pat00095
는 -1과 1 사이의 수이고 OSC는 촉매 컨버터(26)의 최대 산소 저장 용량이다. 상기 값들을 토대로 하기 공식에 의해 람다 보정값이 계산되며,
Figure pat00096
상기 람다 보정값에 의해, 제1 제어 회로를 위한 람다 목표값의 계산 시 오프셋이 보상된다. 그에 이어서, 메인 프로그램은 단계 226에서 산소 충전 레벨에 대한 신규 값들 및 람다 목표값 보정으로 계속 진행된다.
이런 방식으로, 배기가스 프로브의 전압이 촉매 컨버터(26) 하류에서 농후 또는 희박 배기가스의 파과 및 그에 따른 너무 낮거나 너무 높은 실제 산소 충전 레벨을 표시한다면, 모델링된 충전 레벨은 단계 208 및 218에서 실제 충전 레벨과 일치하는 방식으로 보정된다. 이런 보정은, 촉매 컨버터 하류에서 람다 프로브의 전압의 반응을 평가할 수 있도록 하기 위해, 불연속적으로 수행된다. 상기 반응은 촉매 컨버터의 저장 거동 및 시스템 불감 시간으로 인해 지연되어 수행되기 때문에, 제2 배기가스 프로브(34)의 신호의 람다값이 촉매 컨버터의 실제 산소 충전 레벨이 추론될 수 있는 범위(1-c 또는 1+d)에 들어간다면, 우선 1회 보정을 수행하는 점이 제공된다.
단계 208 및 218에서 수행되는 것과 같은 모델링된 충전 레벨의 보정은 상이한 유형들 및 방식들로 수행될 수 있다.
보정은, 맨 먼저 제2 배기가스 프로브(34)의 신호를 토대로, 예컨대 프로브 전압과 산소 충전 레벨 간의 관계에 대한 전술한 특성곡선(154)에 의해, 촉매 컨버터(26)의 후방 부분 구역(26.2)에서의 실제 산소 충전 레벨이 계산되도록 수행될 수 있다. 이렇게 산출된 실제 충전 레벨은 촉매 컨버터(26)의 후방 부분 구역(26.2)에서의 모델링된 충전 레벨과 비교된다. 실제 충전 레벨과 모델링된 충전 레벨 간의 차는 비교 시점의 보정 요구량을 나타낸다. 상기 보정 요구량에 의해, 적어도 촉매 컨버터(26)의 후방 구역(26.2)에서의 모델링된 충전 레벨이 보정된다.
그러나 촉매 컨버터(26)의 후방 부분 구역(26.2)에서 보정 요구량이 존재한다면, 촉매 컨버터(26)의 더 상류에 위치하는 부분 구역들(26.1)에서도 모델링된 충전 레벨과 실제 충전 레벨 간에 편차가 존재하는 것으로 가정된다. 그러므로 좀 더 상류에 위치하는 하나 이상의 부분 구역(26.1)에서의 모델링된 충전 레벨들도 보정하는 것이 바람직하다. 제1 구현예에서, 보정은, 촉매 컨버터(26)의 모든 부분 구역(26.1, 26.2)에 동일한 충전 레벨이 할당되도록, 제2 배기가스 프로브(34)의 신호를 기반으로 수행된다. 제2 구현예에서 보정은, 경우에 따라 존재하는 충전 레벨 프로파일, 즉, 상이한 충전 레벨들이 서로 상이한 부분 구역들(26.1, 26.2)에서 유지되도록 수행된다. 예컨대 촉매 컨버터(26)의 후방 부분 구역(26.2)에서 충전 방향으로 20%의 보정 요구량이 산출되었다면, 촉매 컨버터(26)의 후방 부분 구역(26.2)에서의 모델링된 충전 레벨뿐만 아니라 더 상류에 위치하는 부분 구역들(26.1)에서의 모델링된 충전 레벨들에도 상기 20%를 가산하는 것이 바람직하며, 이 경우 자명히 개별 부분 구역들의 모델링된 충전 레벨들이 0%와 100% 사이의 값으로 제한된다. 촉매 컨버터(26)의 모든 부분 구역의 모델링된 충전 레벨이 동일한 값으로 설정되는 단순한 보정에 비해, 상기 유형의 보정은, 모델링된 충전 레벨 프로파일이 보정 직전에 고려되고 유지된다는 장점이 있다. 그 대안으로, 예컨대 촉매 컨버터(26)의 더 상류에 위치하는 부분 구역들(26.1)에서의 보정 요구량의 편차도 생각해볼 수 있다.
충전 레벨 보정의 특히 바람직한 실현은 모델 기반 보정이다. 이 경우, 시스템 모델(100)과 동일한 매개변수들 및 초기에 동일한 상태 변수들을 갖는 반전된 시스템 모델(104)(도 3 참조)을 이용하여, 제2 배기가스 프로브(34)의 측정된 신호를 유도할 수도 있는 충전 레벨 프로파일을 계산하는 점이 제안된다.
바람직하게 시스템 모델(100)은 분석적으로 반전된다. 그러나 시스템 모델(100)은 일반적으로 비선형 미분 연립방정식을 통해서만 표현될 수 있는, 시변 시스템 매개변수들을 갖는 복잡한 비선형 시스템이다. 이는 전형적으로 반전된 시스템 모델(104)에 대한 연립방정식이 분석적으로 해결될 수 없게 한다.
그러므로 시스템 모델(100)의 분석적 반전에 대한 대안으로서, 시스템 모델(100)의 수치 반전이 제안된다. 요컨대, 동일한 매개변수들 및 초기에 동일한 상태 변수들을 갖는 제2 순방향 시스템 모델(100')(도 5 참조)이, 상기 제2 시스템 모델(100')의 촉매 컨버터(26) 하류의 모델링된 람다와 촉매 컨버터(26) 하류의 측정된 람다 간의 차가 충전 레벨 보정의 요구되는 정확도에 도달할 만큼 충분히 작아질 때까지, 변동하는 입력 람다로 반복된다. 그런 다음, 제2 순방향 시스템 모델(100')의 충전 레벨 분포가 시스템 모델(100)로 전달되며, 이로써 시스템 모델이 보정된다.

Claims (13)

  1. 내연기관(10)의 배기가스 내 촉매 컨버터(26)의 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 레벨의 제어 방법으로서, 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 실제 충전 레벨(
    Figure pat00097
    )은, 촉매 컨버터(26)의 상류에서 배기가스 흐름 안쪽으로 투입되어 배기가스 성분의 농도를 검출하는 제1 배기가스 프로브(32); 및 촉매 컨버터(26)의 하류에 배치되어 배기가스에 노출되는 제2 배기가스 프로브(34);의 신호들(
    Figure pat00098
    )이 공급되는 제1 시스템 모델(100)에 의해 산출되고, 제1 제어 회로(22, 32, 128, 130, 132)를 위한 기본 람다 목표값은 제2 제어 회로(22, 32, 100, 122, 124, 126, 128, 132, 22)를 통해 기설정되며, 제2 배기가스 프로브의 전압이 촉매 컨버터(26) 하류에서의 농후 또는 희박 배기가스의 파과, 및 그에 따른 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 너무 낮거나 너무 높은 실제 충전 레벨을 지시한다면, 제1 시스템 모델에 의해 산출된 실제 충전 레벨(
    Figure pat00099
    )이 실제 충전 레벨로 조정되는(208, 218), 촉매 컨버터의 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 레벨 제어 방법에 있어서,
    제2 배기가스 프로브(34)의 측정된 신호를 유도할 수도 있는 충전 레벨 프로파일이 계산되고, 제1 시스템 모델(100)에 의해 모델링된 충전 레벨 프로파일이 상기 계산된 충전 레벨 프로파일로 대체되는 것을 특징으로 하는, 촉매 컨버터의 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 레벨 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제2 배기가스 프로브(34)의 신호가 촉매 컨버터(26)의 실제 산소 충전 레벨이 추론될 수 있는 신호 범위 내에 진입하면 상기 조정(208, 218)이 수행되는 것을 특징으로 하는, 촉매 컨버터의 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 레벨 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 촉매 컨버터(26)는 배기가스에 의한 관류와 관련하여 연달아 놓인 구역들(26.1, 26.2)로 분할되고, 맨 먼저 제2 배기가스 프로브(34)의 신호를 토대로, 가장 멀리 하류에 위치하는 부분 구역(26.2)에서의 실제 충전 레벨이 계산되며, 계산된 실제 충전 레벨은 촉매 컨버터(26)의 상기 부분 구역(26.2)에 대해 모델링된 충전 레벨과 비교되고, 비교 시점에 전반적인 보정 요구량이 실제 충전 레벨과 모델링된 충전 레벨 간의 차로서 계산되며, 부분 구역(26.2)에 대해 모델링된 충전 레벨이 상기 차에 의해 보정되는 것을 특징으로 하는, 촉매 컨버터의 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 레벨 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서, 보정은, 전체 부분 구역들(26.1, 26.2)에 동일한 충전 레벨이 할당되도록 수행되는 것을 특징으로 하는, 촉매 컨버터의 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 레벨 제어 방법.
  5. 제3항에 있어서, 촉매 컨버터(26)의 가장 멀리 하류에 위치하는 부분 구역(26.2)에 대해 결정된 보정 요구량은, 상기 충전 레벨 프로파일이 유지되도록, 다른 부분 구역들(26.1)로 전달되는 것을 특징으로 하는, 촉매 컨버터의 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 레벨 제어 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 동일한 매개변수들 및 초기에 동일한 상태 변수들을 갖는 제2 순방향 시스템 모델(100')이, 상기 제2 시스템 모델(100')의 촉매 컨버터(26) 하류의 모델링된 람다와 촉매 컨버터(26) 하류의 측정된 람다 간의 차가 충전 레벨 보정의 요구되는 정확도에 도달할 만큼 충분히 작아질 때까지, 가변 입력 람다에 의해 반복됨으로써 상기 제1 시스템 모델(100)이 수치 반전되며, 그 다음 제2 순방향 시스템 모델의 충전 레벨 분포가 상기 시스템 모델(100)로 전달되고, 그럼으로써 상기 시스템 모델이 보정되는 것을 특징으로 하는, 촉매 컨버터의 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 레벨 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서, 시스템 모델(100)과 동일한 매개변수들 및 초기에 동일한 상태 변수들을 갖는 반전된 시스템 모델(100')을 이용하여, 제2 배기가스 프로브(34)의 측정된 신호를 유도할 수도 있는 충전 레벨 프로파일이 계산되고, 제1 시스템 모델(100)에 의해 모델링된 충전 레벨 프로파일은 상기 반전된 시스템 모델(100')에 의해 계산된 충전 레벨 프로파일로 대체되는 것을 특징으로 하는, 촉매 컨버터의 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 레벨 제어 방법.
  8. 제6항에 있어서, 제2 제어 회로(22, 32, 100, 122, 124, 126, 128, 132, 22) 내에서는 기본 람다 목표값에 대한 초기값이 제1 시스템 모델(100)과 동일한 제2 시스템 모델(100')을 통해 가상 충전 레벨(
    Figure pat00100
    )로 환산되고, 상기 가상 충전 레벨(
    Figure pat00101
    )은 목표값 인코더(118, 120)에 의해 출력된 충전 레벨 목표값(
    Figure pat00102
    )과 비교되며, 비교 결과, 충전 레벨에 대한 목표값과 가상 충전 레벨 간의 차가 기설정 크기보다 더 크면, 기본 람다 목표값은 비교 결과에 따라서 반복해서 변경되며, 비교 결과, 충전 레벨에 대한 목표값과 가상 충전 레벨(
    Figure pat00103
    ) 간에 차이가 없다면 기본 람다 목표값은 변경되지 않는 것을 특징으로 하는, 촉매 컨버터의 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 레벨 제어 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 모델링된 충전 레벨의 보정의 결과로서 목표값과 모델링된 충전 레벨의 편차가 조정된 후에, 제2 배기가스 프로브(34)의 전압이 다시 촉매 컨버터(26) 하류의 농후 또는 희박 배기가스의 파과 및 그에 따른 상기 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 너무 낮거나 너무 높은 실제 충전 레벨을 표시함에 따라, 모델링된 충전 레벨의 추가 보정이 필요하다면, 제1 보정 단계에 이어서 제2 보정 단계까지 촉매 컨버터 내로 유입되거나 그로부터 배출되는 산소량(
    Figure pat00104
    ) 및 또 다른 보정 단계에서 산출된 충전 레벨 보정 요구량(
    Figure pat00105
    )으로부터, 촉매 컨버터(26)의 상류에서 전반적인 람다에 대한 람다 보정 요구량(
    Figure pat00106
    )이 하기 방정식에 따라서 산출되며,
    Figure pat00107

    상기 람다 보정 요구량에 의해, 제2 제어 회로를 위해 산출된 람다 목표값이 보정되는 것을 특징으로 하는, 촉매 컨버터의 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 레벨 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 람다 보정 요구량을 이용하여 제2 제어 회로를 위해 산출된 람다 목표값의 보정은, 제1 시스템 모델에 의해 산출된 실제 충전 레벨(
    Figure pat00108
    )이 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 실제 충전 레벨로 조정된 후, 제2 배기가스 프로브(34)의 신호가 정해진 시간 간격 이내에 신호 범위에서 이탈하지 않을 때에만 수행되는 것을 특징으로 하는, 촉매 컨버터의 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 레벨 제어 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 람다 보정 요구량을 이용하여 제2 제어 회로를 위해 산출된 람다 목표값의 보정은, 제1 시스템 모델에 의해 산출된 실제 충전 레벨(
    Figure pat00109
    )이 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 실제 충전 레벨로 조정된 후, 내연기관이 상기 선행된 조정 후에 기결정 배기가스량을 발생시키기 전에, 제2 배기가스 프로브(34)의 신호가 정해진 시간 간격 이내에 신호 범위에서 이탈하지 않았을 때에만 수행되는 것을 특징으로 하는, 촉매 컨버터의 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 레벨 제어 방법.
  12. 내연기관(10)의 배기가스 내 촉매 컨버터(26)의 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 레벨을 제어하도록 구성된 제어 장치(16)로서, 제1 시스템 모델(100)을 이용하여 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 실제 충전 레벨(
    Figure pat00110
    )을 산출하고, 촉매 컨버터(26)의 상류에서 배기가스 흐름 안쪽으로 투입되어 배기가스 성분의 농도를 검출하는 제1 배기가스 프로브(32); 및 촉매 컨버터(26)의 하류에 배치되어 배기가스에 노출되는 제2 배기가스 프로브(34);의 신호들(
    Figure pat00111
    )을 처리하며, 제1 제어 회로(22, 32, 128, 130, 132)를 위한 기본 람다 목표값을 제2 제어 회로(22, 32, 100, 122, 124, 126, 128, 132, 22)를 통해 기설정하고, 제2 배기가스 프로브(34)의 전압이 촉매 컨버터(26) 하류에서의 농후 또는 희박 배기가스의 파과, 및 그에 따른 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 너무 낮거나 너무 높은 실제 충전 레벨을 지시한다면, 제1 시스템 모델에 의해 산출된 실제 충전 레벨(
    Figure pat00112
    )을 실제 충전 레벨로 조정하도록 구성된 제어 장치에 있어서,
    상기 제어 장치는, 제2 배기가스 프로브(34)의 측정된 신호를 유도할 수도 있는 충전 레벨 프로파일을 계산하고, 제1 시스템 모델(100)에 의해 모델링된 충전 레벨 프로파일을 상기 계산된 충전 레벨 프로파일로 대체하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 제어 장치(16).
  13. 제12항에 있어서, 제어 장치(16)는 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 제어 장치(16).
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