DE10225937A1 - Anordnung und Verfahren zur Einstellung eines Luft/Kraftstoffverhältnisses - Google Patents

Anordnung und Verfahren zur Einstellung eines Luft/Kraftstoffverhältnisses

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Optimierung der Effizienz eines Katalysators (52) eines Automobils. Im Rahmen der Erfindung wird ein den Zylindern einer Brennkraftmaschine (13) zugeführtes Luft/Kraftstoffverhältnis derart eingestellt, dass ein gewünschtes Oxidantien-Niveau im Katalysator (52) aufrecht erhalten wird. Dazu wird zu verschiedenen Zeitpunkten die tatsächliche Menge der im Katalysator (52) gespeicherten Oxidantien bestimmt. Die tatsächliche Oxidantienmenge wird mit einer Zielmenge für die Oxidantien verglichen, die im Katalysator (52) zu speichern ist. Das den Zylinder zugeführte Luft/Kraftstoffverhältnis wird, basierend auf der Größe der Differenz zwischen der tatsächlichen Oxidantienmenge und der Ziel-Oxidantienmenge, angepasst, um einen NO¶x¶- oder Kohlenwasserstoff-Durchbruch zu verhindern.

Description

  • Die Erfindung betrifft die Einstellung bzw. Anpassung eines den Zylindern einer Brennkraftmaschine zugeführten Luft/- Kraftstoffverhältnisses zur Kontrolle der Emissionen eines Kraftfahrzeuges, insbesondere ein Verfahren und eine Anordnung zur Einstellung des den Zylindern zugeführten Luft/- Kraftstoffverhältnisses basierend auf der Menge der Oxidantien, die in einem Katalysator gespeichert sind.
  • Um die Menge der in die Atmosphäre abgegebenen Emissionen zu minimieren, sind bei modernen Kraftfahrzeugen im Allgemeinen eine oder mehrere Katalysatoren oder Emissionskontrolleinrichtungen im Abgassystem des Fahrzeuges vorgesehen. Diese Emissionskontrolleinrichtungen speichern Sauerstoff und NOx (gemeinsam nachfolgend als "Oxidantien" bezeichnet) aus dem Abgasstrom des Fahrzeuges, wenn der Motor mit einem verhältnismäßig mageren Luft/Kraftstoffverhältnis betrieben wird. Wenn der Motor andererseits mit einem verhältnismäßig fetten Luft/Kraftstoffverhältnis betrieben wird, setzen die Emissionskontrolleinrichtungen den gespeicherten Sauerstoff und das NOx frei, welche dann mit vom Motor produzierten HC und CO reagieren. Auf diese Weise werden sowohl die NOx- als auch die Kohlenwasserstoffemissionen (HC und CO) in die Atmosphäre minimiert.
  • Im Rahmen der Erfindung wurde als Nachteil herkömmlicher Systeme zur Regelung des Luft/Kraftstoffverhältnisses erkannt, dass diese Systeme den Motor bei der Stöchiometrie (oder einem anderen gewünschten Luft/Kraftstoffverhältnis) zu halten versuchen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die Luft/- Kraftstoffregelung des Motors von dem Zustand der Oxidantienspeicherung in der Emissionskontrolleinrichtung entkoppelt ist. Bei üblichen Systemen wird eine Luft/Kraftstoffrückkopplung herangezogen, um die Auswirkungen dieser Vernachlässigung zu kompensieren.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass die bekannten Methoden zur Einstellung des den Zylindern zugeführten Luft/Kraftstoffverhältnisses - wenngleich sich diese als effektiv erwiesen haben - noch verbessert werden können. Insbesondere haben die Erfinder erkannt, dass herkömmliche Luft/Kraftstoffverhältnisregelungsstrategien ihrer Natur nach tendenziell reagierend sind. D. h., das Luft/Kraftstoffverhältnis der Zylinder wird tendenziell nur dann fetter eingestellt, nachdem die Sauerstoffsensoren im Abgasstrom einen NOx-Durchbruch detektiert haben. In ähnlicher Weise wird das Luft/Kraftstoffverhältnis der Zylinder tendenziell nur dann magerer eingestellt, nachdem die Sauerstoffsensoren im Abgasstrom einen Kohlenwasserstoff-Durchbruch detektiert haben.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dementsprechend darin, ein neuartiges Verfahren bzw. eine Anordnung zur Kontrolle des Luft/Kraftstoffverhältnisses zur Optimierung der Katalysatoreffizienz bereitzustellen, welches bzw. welche antizipierend statt reagierend ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zur Regelung eines an eine Emissionskontrolleinrichtung gekoppelten Motors vorgeschlagen, welches die Bestimmung einer Menge der in der Emissionskontrolleinrichtung gespeicherten Oxidantien sowie die Einstellung einer Kraftstoffinjektionsmenge in den Motor, um zu verhindern, dass die genannte Menge der gespeicherten Oxidantien kleiner als ein erstes vorgegebenes Niveau oder größer als ein zweites vorgegebenes Niveau wird, umfasst.
  • Dadurch, dass verhindert wird, dass die Menge der gespeicherten Oxidantien kleiner als ein erstes vorgegebenes Niveau wird oder größer als ein zweites vorgegebenes Niveau wird, ist immer eine Fähigkeit vorhanden, sowohl
    • 1. zusätzliche Oxidantien zurückzuhalten für den Fall, dass das Luft/Kraftstoffverhältnis des Motors unabsichtlich mager gegenüber der Stöchiometrie wird;
    als auch
    • 1. zusätzliches HC oder CO zu reduzieren für den Fall, dass das Luft/Kraftstoffverhältnis des Motors unabsichtlich fett gegenüber der Stöchiometrie wird.
  • Statt wie beim Stand der Technik das Luft/Kraftstoffverhältnis des Motors per se um die Stöchiometrie herum zu regeln, wird gemäß der die vorliegenden Erfindung das Luft/Kraftstoffverhältnis des Motors so geregelt, dass ein gewisser quantitativer Bereich von in dem Katalysator gespeicherten Oxidantien aufrecht erhalten wird. Wenn z. B. die tatsächliche Menge der im Katalysator gespeicherten Oxidantien zu einem gegebenen Zeitpunkt größer als ein Schwellwert ist, bedeutet dies, dass dann der Regler das Luft/Kraftstoffverhältnis des Motors fetter einstellt, um Kohlenwasserstoffe zu produzieren und einige der Oxidantien aus dem Katalysator freizusetzen (und zu reduzieren). Wenn andererseits die tatsächliche Menge der im Katalysator gespeicherten Oxidantien zu einem gegebenen Zeitpunkt geringer als ein Schwellwert ist, dann stellt der Regler das Luft/Kraftstoffverhältnis des Motors magerer ein, um zusätzliches NOx und O2 zu produzieren und die relativ geringe Menge der im Katalysator gespeicherten Oxidantien wieder aufzufüllen.
  • Ein Vorteil des obigen Aspektes der Erfindung besteht in der verbesserten Gesamteffizienz des Katalysators und in reduzierten Emissionen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Brennkraftmaschine gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung;
  • Fig. 2 ein schematisches Diagramm, welches die Hauptfunktionen einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung und des Verfahrens veranschaulicht;
  • Fig. 3 ein Flussdiagramm, welches eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Algorithmus für einen Verfügbare-Oxidantien-Speicherung-Estimator veranschaulicht;
  • Fig. 4 ein Flussdiagramm, welches eine bevorzugte Ausgestaltung für den erfindungsgemäßen Algorithmus zur Bestimmung des Oxidantien-Sollwert-Orts gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • Fig. 5 ein schematisches Diagramm, welches eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Algorithmus für den Oxidantien-Sollwert-Generator veranschaulicht;
  • Fig. 6 ein Flussdiagramm, welches eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Algorithmus für den Estimator des aktuellen Oxidantienniveaus veranschaulicht;
  • Fig. 7 ein schematisches Diagramm, welches den Betrieb des erfindungsgemäßen Algorithmus für einen Oxidantien- Niveau-/Kapazitäts-Regler veranschaulicht;
  • Fig. 8A ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Temperatur eines Katalysators und einer Variablen C1 veranschaulicht, welche zur Abschätzung einer Menge der im Katalysator gespeicherten Oxidantien verwendet wird;
  • Fig. 8B ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem Alter eines Katalysators und einer Variable C2 veranschaulicht, welche zur Abschätzung einer Menge der im Katalysator gespeicherten Oxidantien verwendet wird;
  • Fig. 8C ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem Luftmassenstrom des Motors und einer Variable C3 veranschaulicht, welche zur Abschätzung der Menge der im Katalysator gespeicherten Oxidantien verwendet wird;
  • Fig. 9 ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Katalysators mit drei internen Blöcken;
  • Fig. 10 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Flanschtemperatur und einer Zündverzögerungs-Verstärkung veranschaulicht;
  • In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine gemäß einer bevorzugten beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung dargestellt. Das Kraftstoffsystem 11 einer herkömmlichen Brennkraftmaschine 13 eines Automobils wird durch die Motorsteuerung 15 (z. B. eine EEC oder ein PCM) kontrolliert. Der Motor 13 weist Kraftstoffinjektoren 18, welche in Fluidverbindung mit einem Kraftstoffverteilerrohr 22 stehen, um Kraftstoff in die Zylinder (nicht dargestellt) des Motors 13 zu injizieren, und einen Temperatursensor 132 zur Erfassung der Temperatur des Motors 13 auf. Das Kraftstoffsystem 11 weist ein Kraftstoffverteilerrohr 22, einen mit dem Kraftstoffverteilerrohr 22 verbundenen Kraftstoffverteilerrohr-Drucksensor 33, eine über eine Kupplung 41 mit dem Kraftstoffverteilerrohr 22 gekoppelte Kraftstoffleitung 40 und ein Kraftstoffabgabesystem 42 auf, welches innerhalb eines Kraftstofftankes 44 angeordnet ist, um selektiv über die Kraftstoffleitung 40 Kraftstoff an das Kraftstoffverteilerrohr 22 zu liefern.
  • Der Motor 13 umfasst ferner einen Abgaskrümmer 48, der an die Abgaskanäle des Motors (nicht dargestellt) gekoppelt ist. Ein Katalysator 52 (catalytic converter) ist an den Abgaskrümmer 48 gekoppelt. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Katalysator 52 als Mehrblockkatalysator (multiple brick catalyst) ausgebildet. Fig. 9 veranschaulicht einen beispielhaften Mehrblockkatalysator mit drei Blöcken (bricks) 52A, 52B und 52C. Die Sauerstoffsensoren 902, 904und 906, bei denen es sich vorzugsweise um EGO-, UEGO- oder HEGO-Sensoren handelt, sind hinter den Blöcken 52A, 52B beziehungsweise 52C angeordnet. Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein erster herkömmlicher Abgassauerstoffsensor (EGO) 54 stromaufwärts des Katalysators 52 im Abgaskrümmer 48 angeordnet. Ein zweiter herkömmlicher Abgassauerstoffsensor 53 (EGO) ist stromabwärts des Katalysators 52 im Abgaskrümmer 48 angeordnet. Anstelle der EGO-Sensoren 53 und 54 können auch andere bekannte Sauerstoff- oder Luft/- Kraftstoffverhältnissensoren wie HEGO- oder UEGO-Sensoren eingesetzt werden. Der Motor 13 weist ferner einen Einlasskrümmer 56 auf, der an einen Drosselkörper 58 mit einer darin befindlichen Drosselklappe 60 gekoppelt ist. Der Einlasskrümmer 56 ist ferner an ein Kraftstoffdampfwiedergewinnungssystem 70 gekoppelt.
  • Das Kraftstoffdampfwiedergewinnungssystem 70 umfasst einen Aktivkohlebehälter 72 (charcoal canister), der an den Kraftstofftank 44 über eine Kraftstofftankverbindungsleitung 74 gekoppelt ist. Das Kraftstoffdampfwiedergewinnungssystem 70 umfasst ferner ein Kraftstoffdampfkontrollsystem 78, das in der Einlassdampfleitung 76 zwischen dem Einlasskrümmer 56 und dem Aktivkohlebehälter 72 angeordnet ist.
  • Die Steuerung 15 weist eine CPU 114, einen Wahlzugriffsspeicher 116 (RAM), ein Computerspeichermedium 118 (ROM), in welchem ein computerlesbarer Code codiert ist und das in diesem Beispiel als elektronisch programmierbarer Chip ausgebildet ist, und einen Eingabe-/Ausgabe-(I/O)Bus 120 auf. Die Steuerung 15 kontrolliert den Motor 13 durch Empfang verschiedener Eingaben über den I/O-Bus 120, wie etwa dem Kraftstoffdruck im Kraftstoffsystem 11, welcher von dem Drucksensor 33 erfasst wird, dem relativen Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases, wie es von dem EGO-Sensor 54 und dem EGO-Sensor 53 erfasst wird, der Temperatur des Motors 13, die von dem Temperatursensor 132 erfasst wird, einer Messung des Einlass-Luftmassenstroms (MAF) von einem Luftmassenstromsensor 158, der Drehzahl des Motors (RPM) von einem Motordrehzahlsensor 160 und verschiedener anderer Sensoren 156.
  • Die Steuerung 15 erzeugt ferner über den I/O-Bus 120 verschiedene Ausgangssignale, um die verschiedenen Komponenten des Motorregelungssystems zu betätigen. Zu derartigen Komponenten gehören die Kraftstoffinjektoren 18, das Kraftstoffabgabesystem 42 sowie das Kraftstoffdampfkontrollsystem 78. Es sei darauf hingewiesen, dass der Kraftstoff flüssigen Kraftstoff umfassen kann, wobei in diesem Falle das Kraftstoffabgabesystem 42 eine elektronische Kraftstoffpumpe darstellt.
  • Das Kraftstoffabgabesystem 42 pumpt während des normalen Betriebs auf Anforderung des Motors 13 und unter Kontrolle der Steuerung 15 Kraftstoff vom Kraftstofftank 44 durch die Kraftstoffleitung 40 unter Druck in das Kraftstoffverteilerrohr 22 zur Verteilung an die Kraftstoffinjektoren. Die Steuerung 15 kontrolliert die Kraftstoffinjektoren 18, um ein gewünschtes Luft/Kraftstoff-(AF)-Verhältnis aufrecht zu erhalten.
  • Unter Bezugnahme auf das logische Blockdiagramm von Fig. 2 wird nachfolgend eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Anordnung zur Regelung verschiedener Motorparameter einschließlich des Luft/Kraftstoffverhältnisses in den Motorzylindern, der Motorzündung und des Luftmassenstroms beschrieben. Fig. 2 stellt einen Überblick über die erfindungsgemäße Anordnung bzw. das Verfahren dar. Allgemein gesprochen besteht ein Ziel der Erfindung darin, das Luft/Kraftstoffverhältnis des Motors in einer derartigen Weise anzupassen, dass die im Katalysator 52 gespeicherten Oxidantien bei oder nahe einem Ziel-Oxidantien-Sollwert bleiben. Der Oxidantien-Sollwert (oxidant set point) kann auf verschiedene Weisen in Abhängigkeit von den Zielen der Motorregelungsstrategie bestimmt werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Oxidantien- Sollwert in Reaktion auf die Motorbetriebsparameter bestimmt und dynamisch angepasst. Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, die Oxidantienspeicherkapazität des Katalysators 52 durch eine Kontrolle der Katalysatortemperatur über eine Einstellung der Motorbetriebsparameter wie der Motorzündung und des angesaugten Luftmassenstroms (MAF) zu regeln.
  • Die Blöcke 202 bis 222 gemäß Fig. 2 stehen für die folgenden Eingangsvariablen des erfindungsgemäßen Systems: Luftmassenstrom im Einlasskrümmer (202), Motordrehzahl (204), Fahrzeuggeschwindigkeit (206), Katalysatortemperatur (208), Katalysatoralter (210), Luft/Kraftstoffverhältnis im Abgas (212), Oxidantienniveaus hinter jedem Block eines Mehrblockkatalysators 52 (214), Zündungsgrenzen (216) (spark limits), Drosselklappenposition (218), Abgasflanschtemperatur (220) und MBT-Zündung (minimum spark for best torque) (222). Der Fachmann erkennt, dass diese Eingangssignale entweder direkt oder indirekt gemessen oder gemäß verschiedenen, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren mathematisch abgeschätzt werden können. Die Blöcke 224, 226, 228, 230 und 232 von Fig. 2 repräsentieren die Hauptalgorithmen des erfindungsgemäßen Systems in einer bevorzugten Ausgestaltung.
  • Block 224 von Fig. 2 symbolisiert einen Algorithmus für einen Oxidantien-Sollwert-Generator. Der Oxidantien-Sollwert- Generator stellt einen Algorithmus zur Bestimmung eines gewünschten (oder "Ziel-") Volumens an Oxidantien dar, die in dem Katalysator 52 gespeichert werden sollen, als Prozentsatz der Oxidantienspeicherkapazität des Katalysators. Das Zielvolumen an Oxidantien wird vorliegend auch als der "Oxidantien-Sollwert" (oxidant set point) bezeichnet. Im Allgemeinen wird der Oxidantien-Sollwert basierend auf der Motordrehzahl und -last (welche aus dem Luftmassenstrom geschlossen wird), der Fahrzeuggeschwindigkeit und anderen Betriebsparametern bestimmt. Das Oxidantien-Sollwert-Signal (225), d. h. der Ausgang des Oxidantien-Sollwert-Generators (224), wird von der erfindungsgemäßen Anordnung und insbesondere von einem Oxidantien-Niveau/Kapazitäts-Regler (Block 232) verwendet, um den Motorbetrieb zu regeln. Eine detailliertere Beschreibung des von dem Oxidantienspeicherung- Sollwert-Generator (224) angewendeten Algorithmus wird nachfolgend in Zusammenhang mit der Beschreibung von Fig. 5 gegeben.
  • Block 226 von Fig. 2 symbolisiert einen Algorithmus für einen "Verfügbare-Oxidantien-Speicherung-Estimator" (available oxidant storage estimator). Der Algorithmus für den Verfügbare-Oxidantien-Speicherung-Estimator (226) schätzt die Größe der Oxidantien-Speicherungskapazität ab, welche in einem Katalysatorblock verfügbar ist. Dieser Algorithmus wird für jeden Block in einem Mehrblockkatalysator 52 implementiert. Die verfügbare Oxidantienspeicherung wird für jeden Block basierend auf der Katalysatortemperatur (208) und dem Katalysatoralter (210) abgeschätzt. Das Signal (227) der geschätzten Verfügbaren-Oxidantien-Speicherung wird einem "Aktuelles-Oxidantienniveau-Estimator" (current oxidant level estimator) (Block 230) und dem Oxidantien-Niveau/Kapazitäts- Regler (232) zur Verfügung gestellt. Eine detailliertere Beschreibung des Verfügbare-Oxidantien-Speicherung-Estimators (226) erfolgt nachstehend in Zusammenhang mit der Diskussion von Fig. 3.
  • Block 228 symbolisiert einen Algorithmus für einen "Sollwert-Ort" (set point location), welcher bei einem System mit einem Mehrblockkatalysator 52 bestimmt, welcher der Blöcke im Katalysator 52 der "Schlüsselblock" ist. Der Schlüsselblock ist derjenige Block des Katalysators 52, auf welchen das System die Motorregelungsstrategie basiert. Mit anderen Worten versucht das erfindungsgemäße System den Motorbetrieb so zu regeln, dass ein bestimmtes Oxidantienniveau in dem Schlüsselblock aufrechterhalten wird. Der Schlüsselblock ändert sich von Zeit zu Zeit basierend auf verschiedenen Motorbetriebsbedingungen. Der Sollwert-Ort-Algorithmus (228) bestimmt den Schlüsselblock basierend auf der Katalysatortemperatur (208), dem Katalysatoralter (210), und der Verfügbaren-Oxidantien-Speicherung in jedem Block (Signal 227). Das Ausgangssignal des Sollwert-Ort-Algorithmus (229), d. h. der Schlüsselblock-Ort, wird durch den Oxidantienspeicherung-Sollwert-Generator (Block 224) verwendet, um den Wert des Oxidantien-Sollwertes zu bestimmen (Signal 225). Eine detailliertere Beschreibung des Sollwert-Ort-Algorithmus (228) wird nachfolgend in Verbindung mit der Diskussion von Fig. 4 gegeben.
  • Block 230 von Fig. 2 symbolisiert einen Algorithmus für einen "Aktuelles-Oxidantienniveau-Estimator", welcher das aktuelle Oxidantienniveau in einem Katalysatorblock abschätzt. In einem System, welches einen Mehrblockkatalysator 52 verwendet, wird der Algorithmus für einen Aktuelles-Oxidantienniveau-Estimator für jeden Block implementiert. Das Oxidantienniveau in jedem Block wird basierend auf dem Luftmassenstrom (202), der Katalysatortemperatur (208), dem Luft/- Kraftstoffverhältnis des Abgases (212) und der Abschätzung der Verfügbare-Oxidantien-Speicherungskapazität in jedem der Blöcke (227) abgeschätzt. Die geschätzte Menge der in jedem Block gespeicherten Oxidantien (Signal 231) wird dem Oxidantien-Niveau/Kapazitäts-Regler (232) zur Verfügung gestellt. Eine detailliertere Beschreibung des Aktuelles-Oxidantienniveau-Estimator-Algorithmus (230) erfolgt weiter unten in Zusammenhang mit der Diskussion von Fig. 6.
  • Block 232 symbolisiert einen "Oxidantien-Niveau/Kapazitäts- Regler", welcher die Motorregelungssignale berechnet, die den Motor 13 zu einem derartigen Betrieb veranlassen, dass das Oxidantienniveau im Katalysator 52 nahe dem Oxidantien- Sollwert geregelt wird und dass die Oxidantien-Speicherungs- Kapazität des Katalysators 52 geregelt wird. Insbesondere berechnet der Oxidantien-Niveau/Kapazitäts-Regler (232) ein Luft/Kraftstoff-Bias-Regelungssignal (238), welches verwendet wird, um das den Motorzylindern gelieferte Luft/Kraftstoffverhältnis anzupassen bzw. einzustellen. Das Luft/- Kraftstoff-Bias-Regelungssignal (238) ist der primäre Mechanismus zur Einstellung des Oxidantienniveaus im Katalysator 52. Der Oxidantien-Niveau/Kapazitäts-Regler (232) berechnet ferner ein Luftmassen-Bias-Signal (236) und ein Delta-Zündungssignal (234) (delta spark signal). Die Signale Luftmassen-Bias und Delta-Zündung werden verwendet, um die Oxidantien-Speicherungskapazität des Katalysators 52 durch eine Regelung der Temperatur des Katalysators anzupassen. Der Oxidantien-Niveau/Kapazitäts-Regler (232) berechnet ferner Rücksetz-Adaptations-Koeffizienzen, welche im Wesentlichen dazu dienen, dass die Oxidantienniveau-Vorhersage- Algorithmen zurückgesetzt oder basierend auf Rückkopplungssignalen angepasst werden. Eine detailliertere Beschreibung des Oxidantien-Niveau/Kapazitäts-Reglers (232) wird unten in Verbindung mit einer Diskussion von Fig. 7 gegeben.
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 3 erfolgt nunmehr eine detailliertere Beschreibung des Algorithmus (226) des "Verfügbare- Oxidantien-Speicherung-Estimators". Der Verfügbare-Oxidantien-Speicherung-Estimator (226) bestimmt die gesamte Oxidantien-Speicherungskapazität, welche in einem einzigen Block des Katalysators 52 verfügbar ist. Es ist wünschenswert, diese Berechnung für jeden Block des Katalysators 52 ausführen, um die Bestimmung des gewünschten Oxidantien- Sollwertes oder Oxidantien-Zieles in Block 224 von Fig. 2 zu erleichtern. Für einen Mehrblockkatalysator 52 wird daher der Verfügbare-Oxidantien-Speicherung-Estimator (226) für jeden Block angewendet.
  • Die Verfügbare-Oxidantien-Speicherungskapazität in jedem Block ist eine Funktion des im Katalysator verwendeten wash coat, der Temperatur des Blockes (208), und der Verschlechterung des Blockes (210). Der wash coat-Faktor, welcher auf der Adsorptionscharakteristik des speziellen, im Katalysator 52 verwendeten wash coat beruht, wird in Gramm pro Kubik-Inch bzw. cm3 gemessen und ist für einen gegebenen Katalysator ein konstanter Parameter. Der wash coat-Parameter kann zum Zeitpunkt der Herstellung im Algorithmus vorprogrammiert werden. Der Fachmann erkennt, dass die Temperatur jedes Blockes entweder unter Verwendung herkömmlicher Temperatursensoren gemessen oder unter Verwendung verschiedener mathematischer Modelle abgeschätzt werden kann. Schließlich kann das Ausmaß der Katalysatorverschlechterung (deterioration) ebenfalls auf verschiedene Weisen bestimmt werden. Bei der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Ausmaß der Katalysatorverschlechterung basierend auf der aktuellen Oxidantien-Speicherungskapazität des Katalysators erschlossen. Ein erstes bevorzugtes Verfahren hierfür wird in der US 58 48 528 offenbart, welches hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird. Zusammengefasst wird gemäß diesem Dokument zunächst der Katalysator durch den Betrieb des Motors mit einem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis für eine längere Zeitdauer mit Oxidantien gefüllt. Nachdem der Katalysator gefüllt ist, wird das dem Motor bereitgestellte Luft/Kraftstoffverhältnis fett eingestellt. Der Vor-Katalysator-Sauerstoffsensor 54 detektiert den fetten Luft/Kraftstoffzustand im Abgas nahezu sofort. Da jedoch das durch das fette Luft/Kraftstoffverhältnis des Motors produzierte HC und CO mit den gespeicherten Oxidantien im Katalysator reagiert, tritt eine Zeitverzögerung auf, bis der Nach-Katalysator-Sauerstoffsensor 53 ein fettes Luft/- Kraftstoffverhältnis im stromabwärtigen Abgas detektiert. Die Länge der Zeitverzögerung ist ein Indikator für die Oxidantien-Speicherungskapazität des Katalysators. Basierend auf der gemessenen Zeitverzögerung wird ein Verschlechterungsfaktor zwischen 0 und 1 berechnet (wobei 0 eine totale Verschlechterung und 1 keine Verschlechterung repräsentiert). Alternativ kann das Verfahren umgekehrt durchgeführt werden, d. h. der Katalysator könnte aufgrund eines ausgedehnten fetten Betriebes entleert werden, woraufhin das Luft/Kraftstoffverhältnis auf einen mageren Betrieb umgeschaltet würde. Ähnlich der ursprünglichen Methode würde die Länge der Zeitverzögerung, bis der Nach-Katalysator-Sensor 53 eine Zustandsänderung registriert, ein Indikator für die Katalysatorverschlechterung sein.
  • Ein zweites bevorzugtes Verfahren zur Abschätzung des Verschlechterungsniveaus des Katalysators verwendet die geschätzte aktuelle Oxidantienspeicherung des Katalysators, wie diese von dem Oxidantien-Estimator Modell (nachfolgend in Zusammenhang mit Fig. 6 beschrieben) abgeleitet wird, um das Niveau der Verschlechterung des Katalysators vorherzusagen. Insbesondere empfängt - wie vorstehend beschrieben - die Motorsteuerung 15 Rückkopplungssignale von dem stromabwärtigen EGO-Sensor 53. Wenn das Ausgangssignal eines EGO- Sensors von der Anzeige eines mageren Luft/Kraftstoff- Zustandes im Abgasstrom auf einen fetten Luft/Kraftstoff- Zustand (oder umgekehrt) umschaltet, ist dies - wie im Stand der Technik bekannt - ein Anzeichen für einen Emissionsdurchbruch. Im Falle eines Umschaltens von fett auf mager stellt dies ein Anzeichen dafür dar, dass der Oxidantiengehalt im Abgasstrom stromabwärts des Katalysators hoch ist, was bedeutet, dass der Katalysator 52 seine Kapazität bezüglich der Adsorption von Oxidantien erreicht hat. Wenn dieser Fall auftritt, wird das Oxidantien-Estimator Modell (in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben) herangezogen, um das aktuelle Volumen an im Katalysator 52 gespeicherten Oxidantien abzuschätzen. Aus dieser Abschätzung des aktuellen Oxidantien-Speicherungsvolumens kann die Motorsteuerung 15 das Niveau und die Rate der Katalysatorverschlechterung auf verschiedene Weisen bestimmen. Zum Beispiel kann die Motorsteuerung 15 die aktuelle Katalysatorkapazität mit zuvor abgeschätzten Katalysatorkapazitäten vergleichen, um die Rate der Katalysatorverschlechterung zu bestimmen. Weiterhin kann die Steuerung feststellen, dass der Katalysator seine nutzbare Lebensdauer überschritten hat, wenn die Oxidantien- Speicherungskapazität des Katalysators auf einen vorgegebenen Wert abnimmt.
  • In Fig. 3 symbolisiert Block 302 den Beginn des Verfügbare- Oxidantien-Speicherung-Estimator-Algorithmus (226). Die Blöcke 208 und 210 veranschaulichen, dass die individuellen Blocktemperaturen (208) und der Katalysator-Verschlechterungsfaktor (210) dynamische Eingaben für den Algorithmus (226) darstellen. Die individuellen Blocktemperaturen (208) werden vorzugsweise mit Temperatursensoren gemessen. Alternative bevorzugte Verfahren zur Bestimmung des Katalysatorverschlechterungsfaktors wurden vorstehend bereits beschrieben. In Block 310 wird die theoretische maximale Oxidantien-Speicherungskapazität eines Katalysatorblockes bei einer normalen Betriebstemperatur berechnet. Die maximale Oxidantien-Speicherungskapazität, die eine Funktion des wash coat ist, wird bei einer gegebenen Temperatur gemessen. Diese Kapazität wird dann mit dem Verschlechterungsfaktor multipliziert, um eine theoretische maximale Oxidantien-Speicherung zu erzeugen.
  • Wenn jedoch die aktuelle Betriebstemperatur nicht normal ist, etwa während anfänglicher Startbedingungen, dann kann die aktuelle Speicherkapazität des Blockes geringer als ihr theoretischer Maximalwert sein. Dementsprechend besteht der nächste Schritt in 314 darin, die aktuelle Oxidantien- Speicherungskapazität des Blockes basierend auf der theoretischen maximalen Speicherungskapazität und der aktuellen Temperatur des Blockes abzuschätzen. Die geschätzte aktuelle Oxidantien-Speicherungskapazität ist eine Funktion der maximalen Oxidantien-Speicherungskapazität und der Katalysatortemperatur. Die geschätzte aktuelle Speicherungskapazität jedes Blockes (in Gramm pro Kubik-Inch bzw. cm3) ist die endgültige Ausgabe (227) des Verfügbare-Oxidantien-Speicherung- Estimators (226) und wird als Eingangsgröße für sämtliche anderen Hauptalgorithmen, die im Rahmen dieser Erfindung beschrieben werden, verwendet. Der Verfügbare-Oxidantien- Speicherung-Estimator-Algorithmus wird bei 318 beendet.
  • In Fig. 4 ist eine detailliertere Beschreibung des Oxidantien-Sollwert-Ort-Algorithmus (228) dargestellt. Ein Ziel des Oxidantien-Sollwert-Ort-Algorithmus (228) besteht darin, den speziellen Block in einem Mehrblockkatalysator 52 zu identifizieren, bei welchem die Regelung der Oxidantienspeicherung wünschenswert ist, d. h. den "Sollwert-Ort" (set point location). Tatsächlich ist der Oxidantien-Sollwert unmittelbar hinter einem gegebenen Block positioniert. Auf diese Weise wird die Verfügbare-Oxidantien-Speicherungskapazität des Katalysators betrachtet als diejenige des Sollwert-Blockes zuzüglich aller Blöcke vor dem Sollwert- Block im Katalysator. Da die Blöcke im Katalysator dazu tendieren, sich ungleich (normalerweise von vorne nach hinten) mit Oxidantien zu füllen, da die Oxidantienspeicherung weitgehend eine Funktion der Temperatur ist, und da die Speicherkapazität der Katalysatorblöcke im Laufe der Zeit abnimmt, ist es wünschenswert, selektiv auszuwählen, wo im Katalysator (d. h. bei welchem Block) das umliegende Oxidantienniveau zu regeln ist. Weiterhin ermöglicht es die selektive Auswahl des Schlüsselblocks dem System, die Verteilung der Oxidantienspeicherung über die verschiedenen Blöcke des Katalysators besser zu regeln.
  • Mit Schritt 402 von Fig. 4 wird der Algorithmus begonnen. Die Blöcke 208 und 210 symbolisieren die individuellen Blocktemperaturen beziehungsweise den Katalysator-Verschlechterungsfaktor als Eingangsgrößen des Algorithmus. Der Katalysator-Verschlechterungsfaktor wird gemäß einer der bevorzugten, oben beschriebenen Verfahren bestimmt. Die individuellen Blocktemperaturen (208) und der Katalysator-Verschlechterungsfaktor (210) werden nachfolgend in dem Sollwert-Ort-Algorithmus herangezogen, um den Oxidantien- Sollwert-Ort zu bestimmen.
  • Bei 405 wird für den gesamten Katalysator eine gewünschte Oxidantien-Reservekapazität berechnet. Die Oxidantien-Reservekapazität ist die aktuelle Speicherungskapazität der hinter dem Oxidantien-Sollwert positionierten Blöcke. Es ist wünschenswert, eine gewisse minimale Oxidantien-Reservekapazität aufrecht zu erhalten, um Ungenauigkeiten und Übergänge im System auszugleichen. Die Oxidantien-Reservekapazität wird derart aufrecht erhalten, dass, falls ein unerwarteter Fett-/Magereinbruch beim Sollwert auftritt, genügend verbleibende Oxidantien-Speicherungsfähigkeit im Katalysator (in den Blöcken hinter dem Sollwert-Ort) existiert, um einen Gesamtsystemdurchbruch zu verhindern. Die Katalysator-Reservekapazität wird aus der in jedem Block verfügbaren Menge an Oxidantienspeicherung (227) ebenso wie aus der angesaugten Luftmasse (202), der Motordrehzahl (204), der Fahrzeuggeschwindigkeit (206) und der Katalysatorblocktemperatur (208) berechnet (vgl. Block 407). Insbesondere ist die Katalysator-Reservekapazität gleich der gesamten Oxidantien- Speicherungskapazität des Katalysators vermindert um die Oxidantien-Speicherungskapazität in den Blöcken vor dem Sollwert-Ort. Da die Motorregelungsstrategie sich auf die Regelung des Luft/Kraftstoffverhältnisses basierend auf der Speicherkapazität der Blöcke vor dem Sollwert-Ort konzentriert, stellt jede zusätzliche Speicherkapazität von Blöcken, die hinter dem Sollwert-Ort angeordnet sind (als Ergebnis dessen, dass die Temperatur nachfolgender Blöcke ansteigt) die verfügbare Kapazitätsreserve dar. Wie nachstehend beschrieben wird, hält die bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung immer eine gewisse Speicherkapazitätsreserve aufrecht, indem der Sollwert-Ort nur angepasst wird, falls die resultierende Speicherkapazitätsreserve größer als eine bestimmte minimale "erforderliche Reserve" ist.
  • Basierend auf den individuellen Blocktemperaturen (208), dem Katalysator-Verschlechterungsfaktor (210) und der gewünschten Oxidantien-Reservekapazität (405) bestimmt der Oxidantien-Sollwert-Ort-Algorithmus (228) den Sollwert-Ort gemäß den Schritten 406 bis 418 bzw. gemäß der folgenden Beschreibung: Anfänglich wird angenommen, dass der Sollwert-Ort der am weitesten vorne gelegene Block (Block (1)) des Katalysators 52 ist. D. h., dass die erfindungsgemäße Anordnung das Motor-Luft/Kraftstoffverhältnis lediglich basierend auf der Oxidantien-Speicherungskapazität des ersten Blocks (welcher den einzigen Block vor dem Sollwert-Ort darstellt) regelt. Bei 406 wird festgestellt, (i) ob die Temperatur des zweiten Blockes (Block (2)) im Katalysator 52 eine vorgegebene minimale Blocktemperatur überschreitet, oder (ii) ob der Verschlechterungsfaktor des ersten Blockes (Block (1)) größer als ein vorgegebener maximaler Verschlechterungsfaktor ist. Wenn eine dieser Bedingungen wahr ist, und wenn die Oxidantienspeicherungs-Kapazitätsreserve des Katalysators für einen beim zweiten Block (Block (2)) gelegenen Sollwert größer als die gewünschte Reserve ist, dann bewegt sich der Sollwert-Ort vom ersten Block (Block (1)) zum zweiten Block (Block (2)). Falls nicht, dann verbleibt, wie bei Schritt 408 gezeigt, der Sollwert-Ort bei dem ersten Block (Block (1)).
  • In Block 410 wird ein ähnlicher Test ausgeführt. Es wird bestimmt, ob die Temperatur des dritten Blockes (Block (3)) größer als eine vorgegebene minimale Temperatur ist oder ob der Verschlechterungsfaktor des zweiten Blockes (Block (2)) größer als ein vorgegebener maximaler Verschlechterungsfaktor ist. Wenn eine dieser Bedingungen zutrifft, und wenn mit dem dritten Block als Sollwert die Oxidantienspeicherungs- Kapazitätsreserve des Katalysators größer als die erforderliche Reserve wäre, dann bewegt sich der Sollwert-Ort vom zweiten Block (Block (2)) zum dritten Block (Block (3)). Falls nicht, dann bleibt wie bei 412 gezeigt der Sollwert- Ort bei dem zweiten Block (Block (2)). In diesem Fall würde das erfindungsgemäße System das Motor-Luft/Kraftstoffverhältnis basierend auf der Oxidantien-Speicherungskapazität des ersten und zweiten Blockes zusammen kontrollieren.
  • Dieselbe Prozedur wird gemäß den Schritten 414 bis 418 wiederholt, bis ein endgültiger Sollwert-Ort bestimmt ist. Der Fachmann erkennt, dass der beschriebene Oxidantien-Sollwert- Ort-Algorithmus allgemein dazu führt, dass der Sollwert(-ort) sich von den vorderen Blöcken zu den hinteren Blöcken bewegt, da die Temperatur der Katalysatorblöcke von vorne nach hinten zunimmt. Dies gilt, da die Speicherkapazität der Katalysatorblöcke mit der Blocktemperatur zunimmt. Auf diese Weise wird der Oxidantien-Sollwert-Ort während eines Kaltstarts üblicherweise anfangs der erste (am weitesten vorne gelegene) Block im Katalysator sein. Der Sollwert-Ort wird anschließend nach hinten wandern, wenn die Temperatur der rückwärtigen Blöcke ansteigt. Weiterhin wird ein Altern bzw. eine Verschlechterung des Katalysators tendenziell dazu führen, dass sich der Oxidantien-Sollwert-Ort schneller in der Kette der Blöcke nach hinten bewegt, da die vorderen Blöcke tendenziell eine geringere Kapazität aufweisen, wenn diese sich verschlechtern. Schließlich kann ein ausgedehnter Betrieb im Leerlauf oder bei geringer Last (geringem Luftmassenstrom) des Fahrzeugs bewirken, dass der Sollwert-Ort in der Kette der Blöcke nach vorne wandert, falls die Temperatur der rückwärtigen Blöcke sinkt. Im Allgemeinen ist es bei der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wünschenswert, den Sollwert-Ort bei näherungsweise der Hälfte bis zwei Dritteln der gesamten Katalysator-Speicherungskapazität zu halten, um eine bevorzugte Reservekapazität bereitzustellen, die dazu ausreicht, transiente Ungenauigkeiten des Systems aufzufangen.
  • Die bevorzugte Ausgestaltung des vorstehend beschriebenen Oxidantien-Sollwert-Ort-Algorithmus beinhaltet die Identifikation eines speziellen Blockes als Sollwert bzw. Sollwert- Ort. Bei einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann der Oxidantien-Sollwert jedoch auch innerhalb irgendeines der Blöcke eines Mehrblockkatalysators lokalisiert werden. Statt den Sollwert hinter Block 1 oder Block 2 festzusetzen, kann auf diese Weise der Sollwert z. B. an verschiedene Punkte innerhalb des Blocks 1 oder des Blocks 2 gesetzt werden. Der Sollwert (bzw. der Sollwert-Ort) kann dann basierend auf einer Berechnung der Oxidantien-Speicherungskapazität vor und hinter dem Sollwert innerhalb des Blockes in das Innere der verschiedenen Blöcke verschoben werden. Durch die Verwendung eines Modells, bei dem der Oxidantien-Sollwert im Inneren der verschiedenen Blöcke festgelegt wird, kann die Genauigkeit der Abschätzungen und der Regelung der Oxidantienspeicherung erhöht werden.
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 5 erfolgt nachfolgend eine detailliertere Beschreibung des Oxidantien-Sollwert-Generators (Block 224 in Fig. 2). Ein Ziel des Oxidantien-Sollwert- Generators (224) besteht darin, eine gewünschte Ziel- Oxidantien-Speichermenge - d. h. den Oxidantien-Sollwert - zu berechnen, wobei das erfindungsgemäße System versuchen wird, diesen Sollwert in den Blöcken vor dem Sollwert-Ort gespeichert zu halten. Wie zuvor schon angedeutet, werden dem Oxidantien-Sollwert-Generator folgende Eingangsparameter bereitgestellt: (i) Luftmasse (202); (ii) Motordrehzahl (204); (iii) Fahrzeuggeschwindigkeit (206); (iv) Verfügbare-Oxidantien-Speicherung in jedem Block (227); (v) Sollwert-Ort (229); und (vi) Drosselklappenposition (218). Basierend auf diesen Eingangsparametern berechnet der Oxidantien-Sollwert- Generator ein gewünschtes Ziel-Oxidantien-Speicherungsniveau (225 von Fig. 2) als Prozentsatz der gesamten Oxidantien-Speicherungskapazität des Katalysators 52. Dieses gewünschte Ziel-Oxidantien-Speicherungsniveau (225) oder der "Oxidantien-Sollwert" ist der kritische Wert, mit dem die Motorregelungssignale erzeugt werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden, wie bei 504 gezeigt, die Parameter des Luftmassenstromes (202), der Motordrehzahl (204) und der Fahrzeuggeschwindigkeit (206) als Indexwerte in einer dreidimensionalen Lookup-Tabelle (504) verwendet. Die Ausgabe der Lookup-Tabelle (504) ist ein Wert, welcher einen gewünschten Prozentsatz der verfügbaren Oxidantien-Speicherungskapazität im Katalysator 52 repräsentiert. Die zum Zeitpunkt der Herstellung vorgegebenen Werte in der Lookup-Tabelle (502) werden empirisch basierend auf einer optimalen Katalysator-Umwandlungseffizienz bestimmt. Stationäre Effizienzen werden als Basis für die Bestimmung der gewünschten Oxidantien-Sollwerte verwendet, und es werden Sollwerte ausgewählt, welche die höchsten Effizienzen mit einer gewissen Immunität gegenüber Störungen bereitstellen. Bei 506 wird basierend auf dem Sollwert-Ort (229) und der verfügbaren Oxidantienspeicherung pro Block (227) ein Wert bestimmt, welcher einen Indikator für das Volumen der Verfügbaren-Oxidantien-Speicherung in den Blöcken vor dem Oxidantien-Sollwert-Ort im Katalysator darstellt. Hierzu wird bei 512 der gewünschte Prozentsatz der Verfügbare-Oxidantien-Speicherung im Katalysator 52 (von 504) mit dem Volumen der Verfügbaren-Oxidantien-Speicherung in den Blöcken vor dem Sollwert (von 506) multipliziert. Das resultierende Produkt ist ein Basis-Oxidantien-Sollwert, welcher eine Zielmenge an Oxidantien angibt, die im Katalysator 52 gespeichert werden sollen.
  • Eine Sollwert-Modulationsfunktion (508) wird bei 514 auf das Produkt angewendet basierend auf der Motordrehzahl (204) und -last (202), um - wie dem Fachmann bekannt - die Katalysatoreffizienz zu verbessern. Schließlich wird bei 510 ein Vorausschau-Multiplikator-Wert (look-ahead multiplier value) bestimmt, basierend auf den Parametern der Luftmasse (202), der Motordrehzahl (204), der Fahrzeuggeschwindigkeit (206) und der Drosselklappenposition (218). Ein Zweck des Vorausschau-Multiplikators besteht darin, den Oxidantien-Sollwert basierend auf erwarteten zukünftigen Betriebsbedingungen anzupassen. Zum Beispiel kann der Oxidantien-Sollwert auf einen verhältnismäßig geringen Wert eingestellt werden, nachdem der Fahrzeugführer das Gas wegnimmt (tips out) und das Fahrzeug anhält, da es verhältnismäßig sicher ist, dass kurz danach ein Gas-Geben-Zustand (tip-in) auftreten wird. Der erwartete Gas-Geben-Zustand wird ein höheres NOx-Niveau erzeugen, was durch den geringen Sollwert kompensiert werden soll. Der Vorausschau-Multiplikator wird bei 516 durch Multiplikation des Vorausschau-Multiplikators mit dem modulierten Basis-Sollwert in die Berechnung einbezogen. Das Produkt ist ein endgültiger Oxidantien-Sollwert (225), welcher ein Ziel-Oxidantien-Speicherungsniveau (in Gramm pro Kubik-Inch bzw. cm3) im Katalysator repräsentiert.
  • Einer alternative Ausgestaltung des Oxidantien-Sollwert- Generators (224) beinhaltet die Verwendung einer vierdimensionalen Lookup-Tabelle, um die Funktionen der dreidimensionalen Lookup-Tabelle (504) und der Vorausschau-Multiplikator-Bestimmung (510) zu kombinieren. Im Wesentlichen wird damit die Funktion des Vorausschau-Multiplikators in der vierten Dimension der Lookup-Tabelle verkörpert. Bei dieser Ausgestaltung wird der Oxidantien-Sollwert aus der vierdimensionalen Lookup-Tabelle basierend auf der Luftmasse (202), der Motordrehzahl (204), der Fahrzeuggeschwindigkeit (206) und der Drosselklappenposition (218) bestimmt. Die Ausgabe der vierdimensionalen Lookup-Tabelle stellt direkt den Ziel-Oxidantien-Sollwert dar, weshalb keine Modifikation basierend auf einem Vorausschau-Multiplikator notwendig ist.
  • Bei bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung wird verhindert, dass der Oxidantien-Sollwert auf ein Niveau gesetzt wird, welches die funktionalen Grenzen des Katalysators überschreitet, d. h. größer als die gesamte Oxidantien-Speicherungskapazität des Katalysators oder kleiner als Null ist. Vorzugsweise ist der Oxidantien-Sollwert auf einen Wert zwischen etwa 30% und etwa 70% der gesamten Katalysator- Speicherkapazität begrenzt. Bei anderen bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung können andere Parameter als die Motordrehzahl und -last und Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet werden, wie etwa die Katalysatortemperatur, die Abgasrückführung (EGR) und die Zündzeitsteuerung, um einen gewünschten Oxidantien-Sollwert zu bestimmen. Weiterhin ist die vorliegende Erfindung gleichermaßen anwendbar auf Systeme, bei denen der Oxidantien-Sollwert ein konstanter Wert ist, so zum Beispiel 50% der gesamten Oxidantien-Speicherungskapazität des Katalysators 52, wobei in diesem Falle der gesamte Oxidantien-Sollwert-Generator Algorithmus (224) durch einen konstanten Wert ersetzt werden könnte.
  • Bezugnehmend auf Fig. 6 erfolgt nun eine detailliertere Beschreibung des "Oxidantienniveau-Estimator"-Algorithmus (230), durch welchen die momentanen Oxidantienniveaus in den Blöcken des Katalysators 52 abgeschätzt werden. Die Ergebnisse dieses Algorithmus werden letztendlich durch den Oxidantienniveau-/Kapazitäts-Regler (232) verwendet, um das Motor-Luft/Kraftstoffverhältnis basierend auf einem Vergleich der geschätzten Oxidantienspeicherung in dem Katalysator mit dem Oxidantien-Sollwert anzupassen.
  • Der Oxidantienniveau-Estimator-Algorithmus beginnt mit Schritt 602. In Schritt 604 wird bestimmt, ob eine Oxidantien-Zustands-Initialisierung erforderlich ist, d. h., ob das Fahrzeug gerade gestartet wurde oder nicht. Falls das Fahrzeug gerade gestartet wurde, dann muss das Oxidantien- Estimator Modell initialisiert werden, da Oxidantien dazu tendieren, den Katalysator nach dem Abstellen des Fahrzeugs schrittweise zu füllen, und dann freigesetzt werden, wenn sich der Katalysator abkühlt. Eine Initialisierung des Oxidantien-Estimator Modells beinhaltet die Bestimmung des Oxidantienzustandes des Katalysators 52 basierend auf einer "Saugzeit" (soak time) (Zeit seit dem Abschalten des Fahrzeuges) und der aktuellen Temperatur des Katalysators. Falls diese Zeit relativ lang ist, dann wird das aktuelle Oxidantienniveau des Katalysators 52 als vorgegebener Wert entsprechend einem "Kaltstart" des Fahrzeugs festgesetzt, weil angenommen wird, dass der Katalysator mit Oxidantien auf ein vorhersagbares Niveau gefüllt ist. Falls andererseits die "Saugzeit" bzw. Abstellzeit relativ kurz ist, dann hat sich der Katalysator 52 wahrscheinlich noch nicht im selben Ausmaß mit Oxidantien gefüllt wie während eines ausgedehnten Abschaltzustandes. Der anfängliche Oxidantienzustand des Katalysators 52 wird daher gemäß 610 basierend auf dem letzten Oxidantienzustand (bevor das Fahrzeug abgestellt wurde), der Saugzeit, der aktuellen Katalysatortemperatur und einer empirischen Zeitkonstante bestimmt.
  • Unabhängig von dem anfänglichen Oxidantienniveau im Katalysatorblock werden die aktuellen Oxidantienniveaus gemäß dem unten beschriebenen Oxidantienniveau-Vorhersage-Modell oder "Beobachter" (observer) berechnet, basierend auf dem Luftmassenstrom (202), der Katalysatortemperatur (208), dem Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases (212), der Verfügbaren-Oxidantien-Speicherung (227) sowie auf Rücksetz- und adaptiven Rückkopplungsparametern (240), welche vom Oxidantien-Niveau-Regler (232) abgeleitet werden. Die Berechnung des Oxidantien-Vorhersage-Modells erfolgt in Schritt 608 gemäß dem folgenden Verfahren:
    Die tatsächliche Menge der im Katalysator 52 gespeicherten Oxidantien wird kontinuierlich unter Verwendung eines mathematischen Oxidantien-Vorhersage-Modells oder "Beobachters" geschätzt. Zu vorgegebenen Zeiten T schätzt das Oxidantien- Vorhersage-Modell die Oxidantienmenge (ΔO2), die im Katalysator 52 im Laufe des Zeitintervalls ΔT von der vorangegangenen Zeit Ti-1 bis zur aktuell vorgegebenen Zeit Ti adsorbiert und/oder desorbiert wurde. Ein laufender Gesamtwert wird im RAM-Speicher 116 bereitgehalten, welcher die aktuelle Schätzung der Menge der im Katalysator 52 gespeicherten Oxidantien repräsentiert. Die geschätzte Änderung der Oxidantienmenge (ΔO2), die im Katalysator gespeichert ist, wird iterativ zu dem laufenden Gesamtwert, der im RAM 116 gespeichert ist, hinzuaddiert oder hiervon subtrahiert. Zu jeder Zeit enthält der RAM-Speicher 116 daher die aktuellste Schätzung der Gesamtmenge der im Katalysator 52 gespeicherten Oxidantien.
  • Im Folgenden wird detaillierter beschrieben, wie eine bevorzugte Ausgestaltung des Oxidantien-Vorhersage-Modells die Menge der Oxidantien abschätzt, die zu verschiedenen vorgegebenen Zeiten Ti (Block 608) adsorbiert/desorbiert werden. Zuerst wird das den Motorzylindern bereitgestellte aktuelle Luft/Kraftstoffverhältnis verwendet, um gemäß der folgenden Gleichung die Menge der Oxidantien (O2) zu bestimmen, welche entweder (als Resultat eines mageren Luft/Kraftstoffbetriebes) für die Speicherung im Katalysator 52 verfügbar sind oder welche (als Resultat eines fetten Luft/Kraftstoffbetriebes) zur Oxidation von Kohlenwasserstoffen benötigt werden:


  • In obiger Gleichung (1) erkennt der Fachmann, dass die Variable y einen Wert repräsentiert, welcher in Abhängigkeit von der Kraftstoffart variiert, die im System verwendet wird. Für einen normalen Benzinmotor ist y = 1,85. Die Variable φ repräsentiert das Luft/Kraftstoffverhältnis im Abgaskrümmer 48 stromaufwärts des Katalysators 52. Bei der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Variablen φ das Luft/Kraftstoffverhältnis zugewiesen, welches durch die Steuerung 15 als dem Motorzylinder zu einer gegebenen Zeit T bereitzustellen vorgegeben wird. Es ist ferner möglich, die Ausgabe eines stromaufwärtigen EGO-Sensors 54 (Fig. 1) als Wert für φ in Gleichung (1) zu verwenden. Schließlich repräsentiert der Faktor A die molare Luftflussrate im Abgaskrümmer 48, welche gemäß der folgenden Gleichung (2) berechnet wird:


  • In Gleichung (2) ist die Variable y wiederum ein Wert, welcher - je nach der im System verwendeten Kraftstoffart - variiert und für Benzin 1,85 beträgt. Das molare Gewicht von Sauerstoff bzw. Oxidans (MWO2) beträgt 32 und das molare Gewicht von Stickstoff (MWN2) beträgt 28. Dementsprechend ist für einen Benzinmotor der Faktor A = 0,00498 g/sec. Wenn Gleichung (1) gelöst wird, zeigt ein negativer Wert für O2 an, dass Oxidans vom Katalysator 52 adsorbiert wird, und ein positiver Wert für O2 zeigt an, dass Oxidans vom Katalysator 52 desorbiert wird, um mit Kohlenwasserstoffen zu reagieren.
  • Sobald die Menge der Oxidantien bestimmt ist, die entweder für die Speicherung im Katalysator verfügbar ist oder die für die Oxidation der vom Motor produzierten Kohlenwasserstoffe benötigt wird, besteht der nächste Schritt darin, das Volumen an Oxidantien abzuschätzen, welches tatsächlich vom Katalysator adsorbiert/desorbiert wird. Bei der bevorzugten Ausgestaltung hängt diese Abschätzung von verschiedenen Faktoren einschließlich dem Volumen des Katalysators 52, der Flussrate an Oxidantien im Abgaskrümmer 48, dem Prozentsatz des Katalysators, welcher bereits mit Oxidantien gefüllt ist, und anderen physikalischen oder Betriebscharakteristiken des Katalysators ab. Gemäß der bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Änderung der Menge der im Katalysator 52 gespeicherten Oxidantien zwischen zwei vorgegebenen Zeiten (ΔT) abgeschätzt basierend auf dem folgenden Modell:


  • Wie vorstehend angedeutet wurde, wird Gleichung (3a) verwendet, um die Änderung in der Oxidantienspeicherung im Katalysator zu berechnen, falls der Katalysator in einem Adsorptionsmodus betrieben wird, und Gleichung (3b) wird verwendet, falls sich der Katalysator in einem Desorptionsmodus befindet.
  • In den Gleichungen (3a) und (3b) werden den Variablen C1, C2 und C3 Werte zugewiesen, um verschiedene funktionale und betriebsbedingte Charakteristiken des Katalysators zu kompensieren. Der Wert von C1 wird gemäß einer mathematischen Funktion oder Lookup-Tabelle basierend auf der Katalysatortemperatur bestimmt. In einer bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung wird eine mathematische Funktion verwendet, welche durch den Graphen in Fig. 8A repräsentiert wird, welcher veranschaulicht, dass der Katalysator am aktivsten ist, wenn dieser heiß ist, und am wenigsten aktiv, wenn der Katalysator kalt ist. Die Katalysatortemperatur kann gemäß verschiedenen, dem Fachmann bekannten Verfahren bestimmt werden, einschließlich mittels eines Katalysatortemperatursensors. Nachdem diese bestimmt ist, wird die Katalysatortemperatur verwendet, um C1 gemäß der in Fig. 8A gezeigten Funktion einen Wert zuzuweisen.
  • Der Wert von C2 in den Gleichungen (3a) und (3b) wird basierend auf der Verschlechterung des Katalysators bestimmt. Die Verschlechterung des Katalysators kann mittels verschiedener, bekannter Verfahren bestimmt werden, beispielsweise mittels einer Herleitung aus dessen Alter oder anhand der Gesamtkilometerleistung des Kraftfahrzeugs (aufgezeichnet durch den Kilometerzähler des Fahrzeugs) oder anhand der Gesamtkraftstoffmenge, die während der Lebensdauer des Fahrzeugs verbraucht wurde. Weiterhin kann ein Katalysator-Verschlechterungsfaktor gemäß einem der vorstehend beschriebenen, bevorzugten Verfahren berechnet werden. Fig. 8B zeigt eine grafische Darstellung einer bevorzugten mathematischen Funktion, die verwendet wird, um bei der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung C2 Werte zuzuweisen. Fig. 8B veranschaulicht, dass die Katalysatoreffizienz (Fähigkeit, Oxidantien zu adsorbieren und/oder desorbieren) mit dessen Alter abnimmt.
  • Der Wert von C3 wird durch eine mathematische Funktion oder eine Karte basierend auf dem Luftmassenstrom im Abgaskrümmer 48 bestimmt. Fig. 8C veranschaulicht grafisch eine bevorzugte mathematische Funktion, die in der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verwendet wird, um C3 in Abhängigkeit von der Luftmassenstromrate im Ansaugkrümmer 56 Werte zuzuweisen. Wie ersichtlich, nimmt die Adsorptions/Desorptionseffizienz des Katalysators ab, wenn die Massenstromrate ansteigt. Der Wert von C4 wird aus den adaptiven Parametern (240) abgeleitet, welche vom Oxidantien-Niveau/Kapazitäts-Regler (232) berechnet wurden. Der C4 Wert stellt dem Modell im Wesentlichen Rückkopplungsfähigkeiten zur Verfügung, wodurch die bevorzugte Ausgestaltung des Modells zu einem rückgekoppelten System wird.
  • Insbesondere wird der Wert von C4 aus einer zweidimensionalen Lookup-Tabelle für adaptive Parameter gelesen. Der primäre Index der Lookup-Tabelle ist der Luftmassenstrom (202). Für jeden Luftmassenstromwert gibt es zwei C4 Werte - einen dafür, dass der Katalysator Oxidantien adsorbiert (Gleichung (3a)), und einen dafür, dass der Katalysator Oxidantien desorbiert (Gleichung (3b)). Auf diese Weise variiert der in den Gleichungen (3a) und (3b) verwendete Wert C4 von Zeit zu Zeit mit dem gemessenen Luftmassenstrom im Motor. Weiterhin werden die Werte in der C4-Lookup-Tabelle alle von Zeit zu Zeit basierend auf einem Rückkopplungs-Fehlerausdruck angepasst. Insbesondere werden die C4 anfänglich gleich 1 gesetzt. Während des Betriebs wird das geschätzte Oxidantien- Speicherungs-Niveau im Katalysator, wie es durch dieses jetzt beschriebene Oxidantien-Vorhersage-Modell bestimmt wird, mit einem Oxidantienniveau verglichen, wie es von Sauerstoffsensoren im Katalysator (d. h. den Sensoren 902, 904, 906 in Fig. 9) und außerhalb des Katalysators im Abgasstrom (d. h. den Sensoren 53 und 54 in Fig. 1) gemessen wird. Der Unterschied zwischen der geschätzten Menge der gespeicherten Oxidantien und der gemessenen Menge der gespeicherten Oxidantien wird als Oxidantien-Rückkopplungsfehler betrachtet.
  • Die Werte in der C4 Lookup-Tabelle werden von Zeit zu Zeit basierend auf dem Oxidantien-Rückkopplungsfehler angepasst. Eine detailliertere Diskussion des Oxidantien-Rückkopplungsfehlers und der Einstellung der C4 Werte wird weiter unten in Zusammenhang mit der Diskussion von Fig. 7 durchgeführt.
  • Die Anwendung des Rückkopplungsparameters C4 erfolgt anders, wenn das System keine Sauerstoffsensoren aufweist, die wie in Fig. 9 gezeigt hinter jedem der Blöcke positioniert sind. Falls derartige Sauerstoffsensoren nicht existieren, dann kann das System nur das Rückkopplungssignal auswerten, welches von dem Nach-Katalysator-Sauerstoffsensor 53 abgeleitet wird. Auf diese Weise ist es nicht möglich, die individuellen Adsorptions-/Desorptionsraten der individuellen Blöcke zu entkoppeln. Unter diesen Umständen wird eine einzige zweidimensionale Lookup-Tabelle (indiziert durch Luftmassenstromwerte) für die C4 Werte verwendet, und der gleiche C4-Parameter wird mit der Oxidantien-Speicherungs-Abschätzung für jeden Block im Katalysator multipliziert. Wenn eine einziger Satz von C4-Parametern verwendet wird (im Gegensatz zu verschiedenen C4 Werten für jeden Block), ist es möglich, die Adsorptions-/Desorptionsbeiträge der Blöcke gemäß vorgegebenen Gewichtungsfaktoren zu gewichten.
  • In Gleichung (3a) repräsentiert der Wert Ka die maximale Adsorptionsrate des Katalysators in Gramm Oxidantien pro Sekunde pro Kubik-Inch bzw. cm3. In ähnlicher Weise repräsentiert der Wert Kd in Gleichung (3b) die maximale Desorptionsrate des Katalysators in Gramm Oxidantien pro Sekunde pro Kubik-Inch bzw. cm3. Die Werte Ka und Kd werden basierend auf den Spezifikationen des speziellen verwendeten Katalysators vorherbestimmt.
  • Der Wert für Max O2 sowohl in Gleichung (3a) als auch in Gleichung (3b) repräsentiert die maximale Oxidantienmenge, die der Katalysator 52 speichern kann, in Gramm. Dies ist ein konstanter Wert, welcher gemäß den Spezifikationen des speziellen, im System verwendeten Katalysators vorherbestimmt wird. Der Wert für das gespeicherte O2 in den Gleichungen (3a) und (3b) repräsentiert die zuvor berechnete aktuelle Oxidantienmenge in Gramm, die im Katalysator 52 gespeichert wurde. Der Wert des gespeicherten O2 wird aus dem RAM 116 gelesen.
  • Der Wert für die O2-Flussrate in Gleichung (3a) und Gleichung (3b) repräsentiert die Luftmassenstromrate im Ansaugkrümmer 56, welche gemessen wird durch den Luftmassenstromsensor 158. Der Basiswert in Gleichung (3a) und (3b) repräsentiert die Sauerstoffflussrate, bei der Kd und Ka bestimmt wurden, und ist (PPM O2 des Eingangsgases).(volumetrische Flussrate).(Dichte von O2).
  • Der Cat Vol Parameter in Gleichung (3a) und Gleichung (3b) repräsentiert das gesamte Volumen des Katalysators in Kubik- Inch bzw. cm3. Dieser Wert wird basierend auf dem Typ des verwendeten Katalysators vorherbestimmt. Der Wert ΔT in beiden Gleichungen repräsentiert die verstrichene Zeit in Sekunden seit der letzten Abschätzung der Änderung in der Oxidantienspeicherung des Katalysators.
  • Schließlich sind die Werte von N1, N2, Z1 und Z2 Exponenten, welche die Wahrscheinlichkeit einer Desorption/Adsorption ausdrücken. Diese werden bestimmt durch die experimentelle Messung von Adsorptions- bzw. Desorptionsraten bei gegebenen Speicherungs- und Massenstromniveaus. Die Exponenten werden aus Messwerten angepasst bzw. gefittet (regressed) und können verwendet werden, um lineare bis sigmoide Wahrscheinlichkeiten zu beschreiben.
  • Nachdem die Änderung in der geschätzten Oxidantienspeicherung im Katalysator 52 gemäß Gleichung (3a) oder Gleichung (3b) berechnet wurde, wird der laufende Gesamtwert der aktuellen Oxidantienspeicherung, der im RAM-Speicher 116 gespeichert ist, entsprechend aufgefrischt. Insbesondere wird die entweder adsorbierte oder desorbierte Oxidantienmenge zum laufenden Gesamtwert der Oxidantienspeicherung, die im RAM-Speicher 116 gespeichert ist, addiert bzw. subtrahiert.
  • Das Oxidantien-Vorhersage-Modell kann entweder in vorwärtsgekoppelter Weise oder in rückgekoppelter Weise angewendet werden, wie dem Fachmann angesichts der vorliegenden Offenbarung bekannt ist. Bei einer Ausgestaltung im offenen Regelkreis schätzt das oben beschriebene Oxidantien-Vorhersage-Modell das Volumen an im Katalysator gespeicherten Oxidantien basierend auf verschiedenen Parametern wie der Temperatur, der Luftmassenstromrate etc. ohne Berücksichtigung irgendwelcher Rückkopplungsparameter ab. Eine bevorzugte Ausgestaltung des Oxidantien-Vorhersage-Modells in einem derartigen offenen Regelkreis erhält man z. B. durch Modifikation der obigen Gleichungen 3(a) und 3(b) durch Elimination der Variable C4.
  • Bei einer Ausgestaltung mit einem geschlossenen Regelkreis enthält andererseits das Oxidantien-Vorhersage-Modell weiterhin einen Mechanismus zur Einstellung des geschätzten Volumens der im Katalysator gespeicherten Oxidantien basierend auf verschiedenen Rückkopplungssignalen. Speziell wird, nachdem das Oxidantien-Vorhersage-Modell das Volumen der im Katalysator gespeicherten Oxidantien zu einer bestimmten Zeit gemäß dem oben beschriebenen Verfahren geschätzt hat, dieser geschätzte Wert verwendet, um verschiedene andere vorhergesagte Parameter zu berechnen, welche mit entsprechenden gemessenen Rückkopplungsparametern verglichen werden. Bei der bevorzugten, oben beschriebenen Ausgestaltung der Erfindung gewährleistet die Variable C4 eine Rückkopplung basierend auf den Messungen der Katalysator-Sauerstoffsensoren (d. h. der Sensoren 902, 904, 906) und dem Vor-Katalysator-Sauerstoffsensor 54. Die Rückkopplungsparameter könnten ebenso Signale von dem stromabwärtigen EGO-Sensor 53 (in Fig. 1 gezeigt) umfassen oder irgendeinen anderen wohlbekannten Rückkopplungsparameter. Unabhängig von dem speziell verwendeten Rückkopplungssignal wird der Wert des Rückkopplungssignals mit dem Wert des berechneten Parameters aus dem geschätzten Oxidantien-Speicherungs-Niveau im Katalysator verglichen, wobei das Ergebnis dieses Vergleiches einen Rückkopplungs-Fehlerausdruck darstellt. Der Rückkopplungs- Fehlerausdruck wird verwendet, um die Abschätzung des Volumens an gespeicherten Oxidantien, wie es durch das Oxidantien-Vorhersage-Modell mit der oben beschriebenen Methode berechnet wurde, zu erhöhen oder zu verringern. Die Implementation einer rückgekoppelten Ausgestaltung des Oxidantien-Vorhersage-Modells kann vorteilhaft sein, da die Rückkopplungssignale das Oxidantien-Vorhersage-Modell in die Lage versetzen können, das Volumen der im Katalysator gespeicherten Oxidantien genauer abzuschätzen. Bei der bevorzugten Ausgestaltung dieser Erfindung wird der C4-Parameter, welcher basierend auf den in Fig. 7 beschriebenen adaptiven Parametern angepasst wird, angewendet, um das Oxidantien-Vorhersage-Modell anzupassen. Auf diese Weise passt die bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung das vorhergesagte Niveau an die im Katalysator tatsächlich gespeicherten Oxidantien in einer rückgekoppelten Weise an.
  • Bei der bevorzugten Ausgestaltung der Oxidantien-Niveau-Vorhersage wird das Modell weiterhin von einem Rücksetzparameter beeinflusst. Falls speziell der Vergleich zwischen der abgeschätzten Menge der gespeicherten Oxidantien und der gemessenen Menge der gespeicherten Oxidantien einen sehr großen Oxidantien-Rückkopplungsfehler erzeugt (d. h. größer als ein bestimmter Referenzwert), was als Resultat großer Transienten im System auftreten kann, ist es wünschenswert, das Oxidantien-Niveau-Vorhersage Modell "rückzusetzen" statt dem Modell zu erlauben, sich schrittweise selbst zu korrigieren. Wenn zum Beispiel das gemessene Oxidantienniveau im Katalysator sehr hoch ist, jedoch das geschätzte Oxidantienniveau sehr niedrig ist, dann kann sich die Oxidantien-Niveau-Vorhersage selbst auf einen verhältnismäßig hohen Speicherungswert zurücksetzen. In ähnlicher Weise kann, falls das gemessene Oxidantienniveau im Katalysator sehr niedrig, aber das geschätzte Oxidantienniveau sehr hoch ist, sich die Oxidantien-Niveau-Vorhersage selbst auf ein verhältnismäßig niedriges Speicherniveau zurücksetzen. Die "Rücksetz"-Funktion ist eine zweite Form einer korrigierenden Rückkopplung im Modell und erleichtert eine schnellere Korrektur von großen Fehlern.
  • Angesichts der vorliegenden Offenbarung erkennt der Fachmann verschiedene Modifikationen oder Ergänzungen, welche an dem oben beschriebenen Oxidantien-Vorhersage-Modell vorgenommen werden können. Zum Beispiel kann ein bekannter geheizter Abgas-Oxidantien-Sensor (HEGO), welcher allgemein ein Ausgangssignal bereitstellt, das nur einen mageren oder fetten Zustand anzeigt, anstelle des stromabwärtigen EGO-Sensors 53 verwendet werden. In diesem Falle wird, wenn der stromabwärtige HEGO-Sensor ein Signal irgendwo zwischen mager und fett liefert, keine Einstellung an der abgeschätzten Menge der im Katalysator gespeicherten Oxidantien vorgenommen. Andererseits kann, wenn der stromabwärtige HEGO eindeutig einen mageren Luft/Kraftstoffzustand anzeigt, die Menge der geschätzten gespeicherten Oxidantien im Katalysator auf die maximale Menge gesetzt werden, welche unter den aktuellen Fahrzeugbetriebsbedingungen gespeichert werden kann. Weiterhin kann die geschätzte Menge der gespeicherten Oxidantien auf Null gesetzt werden, wenn der stromabwärtige HEGO-Sensor einen eindeutig fetten Luft/Kraftstoffzustand anzeigt. Diese Einstellungen repräsentieren ein Zurücksetzen der geschätzten Menge der gespeicherten Oxidantien basierend auf dem stromabwärtigen HEGO-Sensor. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Verbesserung der Schätzung der Menge der im Katalysator 52 gespeicherten Oxidantien basierend auf einem Rückkopplungsfehlersignal zu verbesserten Katalysatoremissionen führen.
  • Unter Bezugnahme auf Fig. 7 wird nachfolgend der Oxidantien-Niveau/Kapazitäts-Regler (232) detaillierter beschrieben. Ein erstes Ziel des Oxidantien-Niveau/Kapazitäts-Reglers (232) besteht darin, einen Luft/Kraftstoff-Regelungs-Bias zu berechnen zum Zwecke der Einstellung des Luft/Kraftstoffverhältnisses in den Motorzylindern, um das tatsächliche Oxidantien-Speicherungsniveau im Katalysator 52 bei oder nahe dem Oxidantien-Sollwert zu halten. Ein zweites Ziel des Oxidantien-Niveau/Kapazitäts-Reglers (232) besteht darin, einen Motorzündungs-Deltawert (engine spark delta value) und einen Luftmassen-Bias-Wert zu berechnen, welche beide verwendet werden, um die Oxidantien-Speicherungskapazität des Katalysators 52 durch Einstellung der Temperatur des Katalysators zu kontrollieren. Ein letztes Ziel des Oxidantien- Niveau/Kapazitäts-Regler (232) besteht darin, Rücksetz- und Adaptationsparameter basierend auf Rückkopplungssignalen von Sauerstoffsensoren im Abgasstrom und im Katalysator zu berechnen.
  • Die erste Funktion des Oxidantien-Niveau/Kapazitäts-Reglers (232) wird allgemein durch Vergleich des Oxidantien-Sollwertes (225) mit der geschätzten tatsächlichen Menge der im Katalysator 52 zu einem gegebenen Zeitpunkt T gespeicherten Oxidantien erzielt. Die Differenz zwischen der tatsächlichen Menge der im Katalysator 52 gespeicherten Oxidantien und dem Oxidantien-Sollwert (225) wird nachfolgend als "Sollwertfehler" bezeichnet. Der Sollwertfehler zeigt an, ob das Volumen an im Katalysator 52 gespeicherten Oxidantien zu hoch oder zu niedrig im Vergleich zum Oxidantien-Sollwert liegt. Basierend auf dem Sollwertfehler wird ein Luft/Kraftstoff- Regelungs-Bias-Signal erzeugt, welches die endgültigen Luft/Kraftstoff-Regelungssignale beeinflusst, die von der Motorsteuerung 15 an die Kraftstoffinjektoren 18 gesendet werden, um das Luft/Kraftstoffverhältnis entweder fetter oder magerer einzustellen. Insbesondere wird die Motorsteuerung 15, falls die geschätzte tatsächliche Menge der im Katalysator gespeicherten Oxidantien geringer als der Oxidantien-Sollwert ist, die Menge des an die Motorzylinder abgegebenen Kraftstoffs so einstellen, dass das Motor-Luft/- Kraftstoffverhältnis magerer wird. Falls andererseits die geschätzte tatsächliche Menge der im Katalysator gespeicherten Oxidantien größer als der Oxidantien-Sollwert ist, dann wird die Motorsteuerung die Menge des an die Motorzylinder gelieferten Kraftstoffs so einstellen, dass das Motor-Luft/- Kraftstoffverhältnis fetter wird.
  • Unter spezieller Bezugnahme auf Fig. 7 werden die folgenden Eingangsparameter in Verbindung mit der Bestimmung des Bias- Wertes der Luft/Kraftstoff-Regelung verwendet: (i) aktuelle Oxidantienspeicherung pro Block (231); und (ii) Oxidantien- Sollwert (225). Zuerst werden in Schritt 711 die Abschätzungen der aktuell gespeicherten Oxidantien für jeden der Katalysatorblöcke (Signal 231) summiert, was in einer Abschätzung der gesamten Menge der aktuell in allen Blöcken des Katalysators 52 gespeicherten Oxidantien resultiert. Als nächstes wird bei 734 der Sollwertfehler durch Vergleich der gesamten, aktuell im Katalysator gespeicherten Oxidantien (711) mit dem Oxidantien-Sollwert (225) bestimmt. Der Sollwertfehler wird einem Proportional-Integral-Regler (Blöcke 736, 738 und 742) bereitgestellt, welcher einen Bias- Ausdruck der Luft/Kraftstoffregelung berechnet. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verwendet der Proportional-Integral-Regler den Sollwertfehler, um einen rückgekoppelten Kraftstoff-Bias-Ausdruck gemäß einer Proportional- Integral-Strategie zu berechnen ähnlich jener, die detailliert in der US 52 82 360 (Hamburg) beschrieben wird, welche durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird. Wie in dem o. g. Dokument beschrieben, wird speziell ein "Fenster" um den Katalysator-Sollwert definiert. Wenn der Katalysator-Sollwert als X bestimmt wird, dann kann z. B. die untere Grenze des "Fensters" bei X - Y und die obere Grenze des "Fensters" bei X + Z gesetzt werden. Die Variablen Y und Z repräsentieren spezifische Varianzen um den Katalysator-Sollwert. Im Verhältnis zu dem o. g. Patent entsprechen die unteren und oberen Grenzen des "Fensters" (X - Y) den fetten und mageren Grenzen, die in dem Hamburg- Patent in den Zeilen 1 : 62-2 : 5 beschrieben werden. Die oberen und unteren Grenzen des Fensters werden selektiv basierend auf Fahrzeugbetriebszuständen wie der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Motorlast und der Motortemperatur bestimmt, wie im Stand der Technik bekannt. Wenn das abgeschätzte Oxidantien-Volumen (vom Beobachter 206 abgeleitet) außerhalb des "Fensters" liegt, dann wird das angesteuerte Luft/Kraftstoffverhältnis (das den Motorzylindern bereitgestellt wird) linear rampenförmig ausgebildet, um die Oxidantien-Speicherungskapazität im Katalysator zum Oxidantien-Sollwert zu zwingen. Wenn zum Beispiel das abgeschätzte Oxidantien- Volumen größer als die obere Grenze des Fensters ist, dann wird das angesteuerte Luft/Kraftstoffverhältnis linear rampenförmig in die fette Richtung geführt, und wenn das abgeschätzte Oxidantien-Volumen geringer als die untere Grenze des Fensters ist, dann wird das angesteuerte Luft/Kraftstoffverhältnis linear rampenförmig in die magere Richtung geführt. Wenn das geschätzte Oxidantien-Volumen zwischen den unteren und oberen Grenzen des Fensters liegt, wird das Luft/Kraftstoffverhältnis gemäß einem Wert zum Oxidantien- Sollwert gezwungen, welcher proportional zur Differenz zwischen dem geschätzten Volumen der im Katalysator 52 gespeicherten Oxidantien und dem Oxidantien-Sollwert ist. Weitere Details der bevorzugten Proportional-Integral-Regelungsstrategie des Luft/Kraftstoffverhältnisses werden in dem o. g. Patentdokument ausgeführt.
  • Zusätzlich zur Berechnung eines Proportional-Integral-Kraftstoff-Bias-Terms wird der Sollwertfehler auch zur Planung eines Kraftstoffanforderungswertes im offenen Regelkreis basierend auf dem geschätzten Oxidantienniveau im Katalysator verwendet. Bei Schritt 744 bestimmt das System - wie im Stand der Technik bekannt - basierend auf verschiedenen Betriebsparametern, ob der Proportional-Integral-Kraftstoff- Bias-Term im geschlossenen Regelkreis oder die Kraftstoffanforderung im offenen Regelkreis angewendet wird. Zum Beispiel kann der Kraftstoffanforderungs-Parameter im offenen Regelkreis anstelle des rückgekoppelten Kraftstoff-Bias- Terms im Falle eines sehr großen Sollwert-Fehlerwertes verwendet werden, welcher Unregelmäßigkeiten im System anzeigt. Der Kraftstoffanforderungs-Parameter im offenen Regelkreis kann auch verwendet werden, unmittelbar nachdem das Fahrzeug in einem Verzögerungs-Kraftstoff-Abschalt-Modus (deceleration fuel shut-off mode) betrieben wurde, wobei in diesem Falle eine Periode mit einem fetten Luft/Kraftstoffbetrieb erforderlich ist, um den Überschuss von NOx im System zu begrenzen. Weiterhin kann der vorwärtsgekoppelte Kraftstoffanforderungs-Parameter verwendet werden unmittelbar, nachdem das Fahrzeug in einem nicht rückgekoppelten Anfettungsmodus betrieben wurde, bei dem Kraftstoff verwendet wird, um die Katalysatortemperaturen während Hochlastbedingungen niedrig zu halten, wobei in diesem Falle eine Periode mageren Luft/Kraftstoffbetriebs wünschenswert ist, um den Katalysator zu reoxidieren und die Kohlenwasserstoff-Emissionen zu verringern. Die Größe und Dauer werden, sowohl bei einem fetten als auch bei einem mageren Betrieb im offenen Regelkreis, gewählt, um eine rasche Rückkehr zum O2-Sollwert zu erleichtern. Schließlich wird, wie in Schritt 746 gezeigt, der Motorsteuerung 15 entweder der rückgekoppelte Kraftstoff-Bias-Term oder der vorwärtsgekoppelte Kraftstoffanforderungs-Parameter bereitgestellt, welcher basierend hierauf den den Motorzylindern bereitgestellten Kraftstoff anpasst.
  • Nunmehr wird das zweite Ziel des Oxidantien-Niveau/- Kapazitäts-Reglers (232), d. h. die Oxidantien-Kapazitäts- Kontrolle des Katalysators 52, detaillierter diskutiert. Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 7 werden die folgenden Eingangssignale verwendet, um Biaswerte für eine Deltazündung bzw. Zündzeitpunktverschiebung (delta spark) und die angesaugte Luftmasse zu berechnen: (i) die Verfügbare- Oxidantien-Speicherung in jedem Block (227), (ii) die Aktuelle-Oxidantien-Speicherung in jedem Block (231), (iii) die Motorzündungs-Fahrbarkeitsgrenzen (engine spark driveability limits) (216), die Abgasflanschtemperatur (220) (exhaust flange temperature) und die MBT-Zündung (222). Zunächst werden die Schätzungen der Verfügbare-Oxidantien-Speicherung und der Aktuelle-Oxidantien-Speicherung in jedem der Katalysatorblöcke summiert (Blöcke 710 und 711), was eine Abschätzung der gesamten Verfügbare-Oxidantien-Speicherung im Katalysator beziehungsweise eine Abschätzung der gesamten aktuellen Menge der im Katalysator gespeicherten Oxidantien ergibt. Dann wird bei 701 der gesamte Verfügbare-Oxidantien- Speicherungswert (710) verglichen mit der gesamten aktuellen geschätzten Oxidantien-Speicherung im Katalysator (711). Bei 702 wird ein Zündungsverzögerungswert (spark retard value) basierend auf der Differenz zwischen der Verfügbaren-Oxidantien-Speicherung und der Aktuellen-Oxidantien-Speicherung im Katalysator (von Block 701) und den Zündungs-Fahrbarkeitsgrenzen (216) berechnet. Bei der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Zündungsverzögerungswert (702) aus einer Lookup-Tabelle gelesen, in der die Werte empirisch bestimmt wurden. Die Zündungsverzögerungswerte in der Lookup-Tabelle beschreiben allgemein die bekannte Beziehung zwischen der Oxidantienspeicherung und der Blocktemperatur, wie sie in dem in Fig. 8A dargestellten Graph gezeigt ist. Die Zündungs-Fahrbarkeitsgrenzen, welche vorgegebene Eingangssignale der Systeme sind, begrenzen die Größe der Zündungsverzögerung (702), um sicherzustellen, dass die Fahrbarkeit des Fahrzeuges nicht beeinträchtigt wird.
  • Bei Block 703 wird eine Zündungsverzögerungs-Verstärkung basierend auf der Abgasflanschtemperatur (220) berechnet. Allgemein wird, falls die Flanschtemperatur (220) aufgrund eines hohen Luftmassenstromes oder Motor-Luft/Kraftstoffverhältnisses verhältnismäßig hoch oder ansteigend ist, die Oxidantien-Speicherungskapazität des Katalysators unabhängig von der Zündung ansteigen. Auf diese Weise erlaubt ein verhältnismäßig heißer Flansch dem Katalysator, die gewünschte Temperatur (und damit Oxidantien-Speicherungskapazität) mit einer verhältnismäßig geringeren Delta-Zündung zu erreichen. Dies ist wünschenswert, um die Kraftstoffausnutzung zu verbessern. Bei der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Zündungsverzögerungs-Verstärkung (703) aus einer Lookup-Tabelle gelesen, deren Werte empirisch bestimmt sind.
  • Im Allgemeinen folgen die Werte der Zündungsverzögerungs- Verstärkungstabelle der graphischen Funktion, die in Fig. 10 veranschaulicht ist. Die Zündungsverzögerungs-Verstärkung (703) wird gemäß 704 mit dem Zündungsverzögerungswert (702) multipliziert, was einen Delta-Zündungswert (728) ergibt. Der Delta-Zündungswert (728) wird der Motorsteuerung 15 bereitgestellt, um die Motorzündung und schließlich die Oxidantien-Speicherungskapazität des Katalysators anzupassen. Allgemein ist der Delta-Zündungswert um so größer, je größer die Differenz zwischen der gesamten Verfügbare-Oxidantien-Speicherung im Katalysator und der gesamten Aktuelle-Oxidantien-Speicherung im Katalysator ist.
  • Wenn allerdings die Zündungsverzögerung ansteigt, wird die Motordrehzahl abnehmen, falls diese nicht durch einen zusätzlichen Luftmassenstrom durch den Motor kompensiert wird. Entsprechend wird bei 706 der Delta-Zündungswert (728) mit dem Eingangswert der MBT-Zündung (222) verwendet, um - wie im Stand der Technik bekannt - einen gewünschten Motordrehmomentwert zu berechnen. Bei Block 708 wird die zur Aufrechterhaltung des gewünschten Drehmomentes notwendige Ansaugluftmasse berechnet. Bei der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der gewünschte Luftmassenstrom durch Division der Basis-Luftmassenstrom-Anforderungen des Motors durch einen Anpassungsfaktor berechnet, welcher aus einer Lookup-Tabelle gelesen wird. Die Anpassungsfaktoren in der Lookup-Tabelle reichen von 1, bei MBT, über einen Bruchwert bis herab zu Null, wenn die Zündungsverzögerung ansteigt. Auf diese Weise steigt der gewünschte Luftmassenstrom an, wenn die Zündungsverzögerung zunimmt. Dieser Luftmassenwert umfasst den Luftmassen-Bias-Wert (730), welcher von der Motorsteuerung 15 verwendet wird, um die Ansaugluftmasse in den Motor 13 anzupassen. Die Einstellungen der Motorzündung und der Ansaugluftmasse passen die Temperatur des Abgases an, welches vom Motor ausgestoßen wird, und damit letztendlich die Temperatur des Katalysators 52. Da die Oxidantien- Speicherungskapazität des Katalysators 52 von seiner Temperatur abhängt, ist die Motorsteuerung 15 in der Lage, die Oxidantien-Speicherungskapazität des Katalysators 52 durch Einstellung der Motorzündung und des angesaugten Luftmassenstromes anzupassen. Dieser Aspekt der Erfindung ist speziell während bestimmter Fahrzeugbetriebsbedingungen nützlich, wenn die Katalysatortemperatur auf ein Niveau fallen kann, welches andernfalls die Oxidantien-Speicherungskapazität des Katalysators 52 auf ein unerwünscht kleines Maß begrenzen würde. Durch Kontrolle der Motorbetriebsbedingungen zur Bereitstellung einer gewünschten Katalysatortemperatur kann eine bestimmte minimale Gesamt-Oxidantien-Speicherungskapazität aufrecht erhalten werden, so dass es möglich ist, die tatsächliche Oxidantienspeicherung in einem Mittelbereich zu regeln und einen Durchbruch der Emissionen auf den mageren und fetten Luft/Kraftstoff-Seiten zu verhindern.
  • Das dritte Ziel des Oxidantien-Niveau/Kapazitäts-Reglers besteht darin, Rücksetz-/Adaptations-Parameter zu bestimmen, welche verwendet werden, um den Betrieb des Systems auf einer rückgekoppelten Basis einzustellen. Die Rücksetz- bzw. Adaptationsparameter (732) werden basierend auf den folgenden Eingangssignalen berechnet: (i) Aktuelle-Oxidantien- Speicherung in jedem Block (231), (ii) Sauerstoffsensorrückkopplung von jedem Block (214), (iii) Ansaugluftmasse (202) und (iv) gemessenes Luft/Kraftstoffverhältnis im Abgas (212). Die Rückkopplungssignale der jedem der Katalysatorblöcke zugeordneten Sauerstoffsensoren (214) (beispielhafte Sensoren 902, 904 und 906 sind in Fig. 9 gezeigt), welche als Spannungsniveaus vorliegen, werden bei Block 712 in Sauerstoffkonzentrationswerte umgewandelt. Eine ähnliche Funktion wird in Block 716 ausgeführt, um das Rückkopplungssignal von dem Vor-Katalysator-Sauerstoffsensor 54, der im Abgasstrom angeordnet ist, in einen Sauerstoffkonzentrationswert umzuwandeln. In Block 714 wird die gemessene Luftmassenstromrate (202) im Ansaugkanal über ein Erfassungszeitintervall integriert, um eine gesamte Luftmasse in Gramm zu ermitteln. Bei Schritt 718 wird ein Zeitkonstantenwert aus einer Lookup-Tabelle basierend auf der Luftmasse bestimmt. Die Zeitkonstante wird verwendet, um den Vor-Katalysator-Sauerstoffsensor 54 und den Nach-Katalysator-Sauerstoffsensor 53 bezüglich der Zeit anzupassen, um eine genaue Messung der Oxidantien zu erleichtern, welche im Katalysator adsorbiert und desorbiert werden.
  • In Schritt 720 werden die gemessenen Oxidantien-Konzentrationen der individuellen Blöcke (aus Block 712) mit der gesamten Luftmasse in Gramm (aus Block 714) multipliziert. Das Ergebnis von Block 720 ist die Menge der Oxidantien, die beim Katalysatorblock gemessen werden. In ähnlicher Weise wird bei 722 die aus der Lookup-Tabelle (Block 718) bestimmte Zeitkonstante mit der gesamten Luftmasse (aus Block 714) multipliziert. Das Ergebnis ist die Menge der im Abgasstrom gemessenen Oxidantien. Bei Block 724 werden die Resultate der Blöcke 720 und 722 verglichen, und das Ergebnis wird in Block 725 über eine Zeitkonstante integriert, um die gesamte gemessene Menge der Oxidantien im Abgasstrom über die gegebene Zeitdauer zu liefern. Das endgültige integrierte Ergebnis ist die gesamte gemessene Menge der im Katalysator 52 gespeicherten Oxidantien. Bei Block 726 wird die gesamte gemessene Menge der im Katalysator gespeicherten Oxidantien mit der geschätzten Menge der im Katalysator gespeicherten Oxidantien verglichen (geschätzt aus dem Oxidantien- Vorhersage-Modell). Das Ergebnis ist ein "Beobachterfehler". Der Beobachterfehler repräsentiert den Grad der Nichtübereinstimmung zwischen dem gemessenen Niveau der Oxidantienspeicherung im Katalysator und dem geschätzten Niveau an Oxidantienspeicherung im Katalysator. Basierend auf dem Beobachterfehler wird in Block 728 eine Beobachter-Verstärkung berechnet. Die Beobachter-Verstärkung wird verwendet, um die zweidimensionale Lookup-Tabelle des Rückkopplungsparameters C4 (oben beschrieben) anzupassen, welche verwendet wird, um die Oxidantien-Niveau-Vorhersage (608) anzupassen. Speziell wird bei Block 730 die Beobachter-Verstärkung mit jedem der C4-Rückkopplungs-Parameter in der zweidimensionalen Lookup-Tabelle multipliziert. Bei Block 732 wird die neu berechnete zweidimensionale Lookup-Tabelle von C4-Werten der Oxidantien-Niveau-Vorhersage (608) und anderen Algorithmen im System bereitgestellt, die rückgekoppelte Einstellungen erfordern.
  • Weiterhin wird in Block 730 ein Rücksetzparameter basierend auf der Größe des Oxidantien-Rückkopplungsfehlers berechnet. Falls der Oxidantien-Rückkopplungsfehler größer als ein bestimmter Referenzwert ist, wird ein Rücksetzparameter bestimmt, welcher je nach Lage des Falles für das Rücksetzen des Oxidantien-Vorhersage-Modells (608) auf entweder ein geringes Oxidantienniveau oder ein hohes Oxidantienniveau eingesetzt wird.
  • Die Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung konzentrierte sich bislang auf eine Anordnung mit einem Katalysator (52). Die Erfindung soll sich jedoch auch auf Anordnungen mit mehreren stromaufwärtigen und stromabwärtigen Katalysatoren erstrecken, wobei jeder der Katalysatoren einen oder mehrere interne Katalysatorblöcke aufweisen kann. Für Anordnungen mit mehreren Katalysatoren ist das vorstehend beschriebene System wie nachfolgend dargelegt anzupassen:
    Speziell wird die Einstellung des Sauerstoff-Speichermodells von einem einzigen Block auf ein Mehrblocksystem durch Kaskadierung des Sauerstoffausganges der stromaufwärtigen Blöcke an die stromabwärtigen Blöcke erreicht. Das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff, ein Maß für den Überschuss bzw. den Mangel an O2 gegenüber der Stöchiometrie, beim Eintreten in den ersten Block wird mittels des Kraftstoff-Regelungs-Algorithmus gemessen oder berechnet. Daher kann der Überschuss bzw. der Mangel an Sauerstoff (bzw. Oxidantien) wie vorstehend beschrieben berechnet werden. Die Sauerstoffmenge, die von dem ersten Block aus dem Abgas adsorbiert bzw. desorbiert wird, wird, wie beschrieben, berechnet. Durch Addition des gespeicherten oder dem Abgas-Zufuhrgas bereitgestellten Sauerstoffs kann der Überschuss bzw. der Mangel des Luft/- Kraftstoffverhältnisses des nächsten Blockes berechnet werden. Die O2-Speicherung des zweiten Blockes wird dann mit einem ähnlichen Gleichungssatz berechnet, die allerdings in Bezug auf Temperaturunterschiede und unterschiedliche wash coats modifiziert sind. Auf diese Weise wird der Ausgang eines Blocks mit dem nachfolgenden Block kaskadiert.

Claims (26)

1. Verfahren zur Einstellung des Motor-Luft/Kraftstoffverhältnisses in einer Brennkraftmaschine (13), die an ein Abgassystem (48) mit einer Emissionskontrolleinrichtung (52) gekoppelt ist, gekennzeichnet durch die Schritte:
Bestimmung der Menge der in der Emissionskontrolleinrichtung gespeicherten Oxidantien, und
Einstellung einer Kraftstoffinjektionsmenge in den Motor, um zu verhindern, dass die genannte Menge der gespeicherten Oxidantien geringer als ein erstes vorgegebenes Niveau wird oder größer als ein zweites vorgegebenes Niveau wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Bestimmung einer Ziel-Oxidantienmenge, wobei die genannte Einstellung weiterhin die Einstellung der genannten Kraftstoffinjektionsmenge basierend auf der Ziel-Oxidantienmenge umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Kraftstoffinjektionsmenge derart angepasst wird, dass diese ein fetteres Motor-Luft/- Kraftstoffverhältnis bereitstellt, wenn die genannte bestimmte Menge der gespeicherten Oxidantien größer als die genannte Ziel-Oxidantienmenge ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Kraftstoffinjektionsmenge derart angepasst wird, dass diese ein magereres Luft/- Kraftstoffverhältnis bereitstellt, wenn die genannte bestimmte Menge der gespeicherten Oxidantien geringer ist als die genannte Ziel-Oxidantienmenge.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte bestimmte Menge der gespeicherten Oxidantien auf einem gemessenen Wert basiert.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte bestimmte Menge der gespeicherten Oxidantien ein geschätzter Wert ist.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Emissionskontrolleinrichtung (52) mehrere Blöcke (52A, 52B, 52C) aufweist, und wobei der genannte Schritt der Bestimmung der genannten Menge der gespeicherten Oxidantien die Bestimmung einer Oxidantien-Speichermenge für jeden der genannten Blöcke und die Summation der genannten Oxidantien-Speichermengen pro Block enthält.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte erste vorgegebene Niveau im Wesentlichen Null ist.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte zweite vorgegebene Niveau basierend auf einer gesamten Oxidantien-Speicherkapazität der Emissionskontrolleinrichtung (52) bestimmt wird.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Einstellung der genannten Kraftstoffinjektionsmenge weiterhin die Einstellung der genannten Kraftstoffinjektionsmenge durch einen konstanten Wert umfasst, wenn eine Differenz zwischen der genannten bestimmten Menge der gespeicherten Oxidantien und der genannten Ziel-Oxidantienmenge verhältnismäßig groß ist; und die Einstellung der genannten Kraftstoffinjektionsmenge um einen proportionalen Betrag, wenn die genannte Differenz verhältnismäßig klein ist.
11. Anordnung zur Einstellung eines Luft/Kraftstoffverhältnisses in den Zylindern einer Brennkraftmaschine (13) eines Fahrzeuges, wobei der Motor an ein Abgassystem (48) gekoppelt ist, mit:
einem im Abgasstrom positionierten Katalysator (52); und
einem stromabwärts des genannten Katalysators im Abgasstrom angekoppelten Sensor (53);
gekennzeichnet durch eine Steuerung (15)
zur Bestimmung einer Menge der in der Emissionskontrolleinrichtung gespeicherten Oxidantien basierend auf dem genannten Sensor, und
zur Einstellung einer Kraftstoffinjektionsmenge in den Motor zur Verhinderung, dass die genannte Menge der gespeicherten Oxidantien geringer als ein erstes vorgegebenes Niveau wird oder größer als ein zweites vorgegebenes Niveau wird.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (15) weiterhin die genannte Kraftstoffinjektionsmenge höher einstellt, wenn die genannte Menge der gespeicherten Oxidantien größer als eine Ziel-Oxidantienmenge ist, und die genannte Kraftstoffinjektionsmenge niedriger einstellt, wenn die genannte Menge der gespeicherten Oxidantien geringer als die genannte Ziel-Oxidantienmenge ist.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (15) weiterhin die genannte Ziel- Oxidantienmenge basierend auf Zuständen des genannten Katalysators (52) bestimmt.
14. Anordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (15) die genannte Ziel- Oxidantienmenge basierend auf einer Temperatur des genannten Katalysators (52) bestimmt.
15. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (15) die genannte Ziel-Oxidantienmenge basierend auf Zuständen des Fahrzeuges bestimmt.
16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Zustände des Fahrzeuges Motorleerlaufzustände sind.
17. Anordnung zur Einstellung eines Luft/Kraftstoffverhältnisses in den Zylindern einer Brennkraftmaschine (13) eines Fahrzeuges, wobei der Motor an ein Abgassystem (48) gekoppelt ist, mit:
einem im Abgasstrom positionierten Katalysator (52), der in der Lage ist, Oxidantien zu speichern, und
einem stromabwärts des genannten Katalysators angebrachten Sensor (53), welcher eine Anzeige einer Sauerstoffkonzentration im Abgasstrom bereitstellt,
gekennzeichnet durch eine Steuerung (15) zur Bestimmung einer Menge der in der Emissionskontrolleinrichtung (52) gespeicherten Oxidantien basierend auf dem genannten Sensor und einem Motorbetriebszustand, zur Bestimmung eines Sollwert-Niveaus der im Katalysator gespeicherten Oxidantien basierend auf einer gesamten Menge der Oxidantien, welche im Katalysator gespeichert werden kann, und einem Zustand des Katalysators, und zur Einstellung einer Kraftstoffinjektionsmenge in den Motor, so dass die genannte bestimmte Menge der gespeicherten Oxidantien sich dem genannten Sollwert-Niveau nähert.
18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Motorbetriebszustand ein Motor- Luft/Kraftstoffverhältnis ist, und wobei der genannte Zustand des Katalysators die Katalysatortemperatur ist.
19. Verfahren zur Regelung eines Luft/Kraftstoffverhältnisses, das einer Brennkraftmaschine (13) bereitgestellt wird, die an einen Oxidantien speichernden Katalysator (52) gekoppelt ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Verhinderung einer Sättigung an gespeicherten Oxidantien durch die Verringerung des zugeführten Luft/- Kraftstoffverhältnisses in Reaktion auf eine erste Bestimmung einer Oxidantien-Speicherungssättigung; und
Verhinderung einer Verarmung an gespeicherten Oxidantien im Katalysator durch Erhöhung des gelieferten Luft/Kraftstoffverhältnisses in Reaktion auf eine zweite Bestimmung einer Oxidantien-Speicherverarmung.
20. Verfahren zur Regelung eines in eine Brennkraftmaschine (13) injizierten Kraftstoffes, welche an einen Katalysator (52) gekoppelt ist, der Oxidantien speichert, gekennzeichnet durch die Schritte:
Verhinderung einer Sättigung an gespeicherten Oxidantien durch Erhöhung des injizierten Kraftstoffes in Reaktion auf eine erste Bestimmung einer Oxidantien- Speichersättigung; und
Verhinderung einer Verarmung an gespeicherten Oxidantien im Katalysator durch Verringerung des injizierten Kraftstoffes in Reaktion auf eine zweite Bestimmung einer Oxidantien-Speicherverarmung.
21. Verfahren nach Ansprüch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte erste Bestimmung einer Oxidantien- Speicherungssättigung auf einer Abschätzung von im Katalysator (52) gespeicherten Oxidantien basiert.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte zweite Bestimmung einer Oxidantien-Speicherungsverarmung auf einer Abschätzung von im Katalysator gespeicherten Oxidantien basiert.
23. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte erste Bestimmung einer Oxidantien-Speicherungssättigung auf der Ausgabe eines stromabwärts des Katalysators (52) angekoppelten Sensors (53) basiert.
24. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte zweite Bestimmung einer Oxidantien-Speicherverarmung basiert auf einer Ausgabe eines stromabwärts des Katalysators (52) angekoppelten Sensors (53).
25. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte erste Bestimmung einer Sättigung basiert auf einer Abschätzung einer Oxidantienspeicherung und einer Ausgabe eines stromabwärts des Katalysators (52) angekoppelten Sensors (53).
26. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte zweite Bestimmung einer Oxidantien-Speicherungsverarmung auf einer Abschätzung an im Katalysator (52) gespeicherten Oxidantien und einer Ausgabe eines stromabwärts des Katalysators (52) gekoppelten Sensors (53) basiert.
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