利用催化转换器调节内燃机的设备和方法
技术领域
本发明涉及利用催化转换器调节内燃机的设备和方法。
背景技术
在奥托发动机中的空气燃料混合物不完全燃烧的情况下，除了氮（N2）、二氧化碳（CO2）和水（H2O）之外还会排放大量燃烧产物，在这些燃烧产物中碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）是法律上受限制的。根据当今的现有技术，只有通过催化废气后处理才遵守适用于机动车辆的废气极限值。通过使用三元催化转换器，可以转化所提到的有害物质成分。
针对HC、CO和NOx的同时高转化率在三元催化转换器的情况下只有在化学计量运行点
作为所述催化转换器之后的λ传感器，通常使用阶跃λ传感器，其在λ=1时具有非常陡峭的特性曲线并且因此可以非常精确地显示λ=1。
除了一般来说仅调整与λ=1的小偏差并且被设计为比较缓慢的所述导向调节之外，在当前的发动机控制系统中通常还存在以下功能，该功能在与λ=1有大的偏差之后以λ预控制装置的形式确保再次快速达到所述催化转换器窗口，例如在具有进给切断的阶段之后。
当前的调节方案的缺点在于，它们基于所述催化转换器之后的阶跃λ传感器的电压才滞后地识别出所述催化转换器窗口的离开。
本发明的任务是，对催化转换器进行进一步改进的基于模型的调节，利用该调节及早识别并防止离开所述催化转换器窗口。
发明内容
这通过根据独立权利要求的设备和方法来实现。
关于利用催化转换器来调节内燃机的方法规定，根据所述催化转换器和/或所述内燃机的线路模型来确定用于所述内燃机的至少一个操控参量，其中对所述线路模型、用于所述调节的至少一个额定参量和/或所述至少一个操控参量进行适配，其中借助于所述线路模型来确定关于所述催化转换器之后的废气中的所建模的残余氧含量的信息，其中检测关于在所述催化转换器出口处的废气中的所检测的残余氧含量的信息，其中在比较中将关于所建模的残余氧含量的信息与关于所检测的残余氧含量的信息进行比较，其中根据所述比较的结果确定针对适配需求的至少一个度量，以及其中根据针对所述适配需求的至少一个度量确定用于所述线路模型的至少一个值、用于所述调节的至少一个额定参量和/或所述至少一个操控参量。由此，通过适配补偿了包括在所述线路模型中的测量参量或模型参量的不确定性以及建模不准确性。
有利地，确定关于所建模的残余氧含量的信息与关于所检测的残余氧的信息的偏差，其中仅当所述偏差超过阈值时才确定针对所述适配需求的至少一个度量。如果这两个信号没有显著不同，则不存在适配需求或不存在进一步的适配需求。但是，如果出现这两个信号之间的显著偏差，则其表明所述催化转换器之前的λ信号存在不确定性，或者模型本身的不准确性，所述不确定性和所述不准确性必须得到补偿。
有利地，根据关于残余氧含量的信息的差来确定针对所述适配需求的第一度量，其中以第一时间常数对所述差积分。
有利地，根据关于残余氧含量的信息的差来确定针对所述适配需求的第一度量，其中第一比例和积分作用的调节器根据所述差以第一时间常数调节所述第一度量。因此，使用PI调节器来代替积分器。
有利地，根据所述差确定针对所述适配需求的第二度量，其中以小于所述第一时间常数的第二时间常数对所述差积分。有利地，根据所述差确定针对所述适配需求的第二度量，其中，第二比例和积分作用的调节器根据所述差以小于所述第一时间常数的第二时间常数来调节所述第二度量。
为了确定针对所述适配需求的度量，使用了具有不同动态特性的积分器或比例和积分作用的调节器。因此，利用所述第一时间常数缓慢适配在较长的时间段内近似恒定的不确定性，而利用所述第二时间常数快速补偿仅暂时出现的建模不准确性。对所述催化转换器之前的λ信号的适配例如可以比较缓慢地进行，因为所述催化转换器之前的λ传感器的可能存在的偏移通常在所述传感器的使用寿命期间仅缓慢地变化。相反，所述线路模型的不准确性可能根据行驶条件会具有不同强度的影响，因此必须比较快速地得到补偿。
有利地，将针对所述适配需求的第三度量确定为所述第一度量和所述第二度量的总和或经加权的总和。对于一些不确定性有意义的是，使用这两个积分器或PI调节器进行校正。在这种情况下规定，将这两个积分器的输出信号相加并且必要时预先对所述输出信号进行加权。
有利地，监视用于开始和/或结束确定所述第一度量和/或所述第二度量的条件，其中根据所述条件开始和/或结束所述确定。用于学习针对所述适配需求的度量的接通条件和/或断开条件不一定与用于激活和/或停用所述适配本身的条件相同，在这种情况下，根据合适的接通条件和/或断开条件来进行这两个积分器或PI调节器的学习。
有利地，仅在静态的运行条件期间确定所述第一度量。因此在所述学习开始之前就识别出所述催化转换器的静态的运行状态。
有利地，在行驶周期结束时存储所述第一度量和/或在行驶周期结束时存储所述第二度量，其中在随后的行驶周期开始时将所存储的第一度量用作针对所述第一度量的初始值，和/或将所存储的第二度量用作针对所述第二度量的初始值。利用所存储的值对这些度量进行初始化。因此，不必在每个行驶周期中都重新学习所述适配需求。
有利地，将所述第一度量输出到发动机控制系统中的至少一个其他功能。因此例如可以改善对所述催化转换器之前的λ传感器的偏移的诊断装置的功能或用于校正额定λ的λ调节装置的功能。
附图说明
其他有利的构型由以下描述和附图得到。在附图中：
图1示意性地示出了用于内燃机的调节的部分，
图2示意性地示出了适配的部分。
具体实施方式
下面以三元催化转换器为例描述本发明，但是本发明按照意义地也可以类似地转用于其他催化转换器类型。
图1示意性地示出了利用催化转换器102调节内燃机100的部分。从内燃机100排出的具有残余氧含量λin的废气进入催化转换器102。具有残余氧含量λout的废气在催化转换器102的出口排出。
第一λ传感器104检测残余氧含量λin，并输出关于在催化转换器102之前所检测的残余氧含量λin,meas的信息。
第二λ传感器106检测残余氧含量λout，并输出关于在催化转换器102之后所检测的残余氧含量λout,meas的信息。
在该示例中用喷射时间tinj操控内燃机100以进行调节。可以设置另外的参量，例如用于操控节流阀或用于操控内燃机100的阀门。为了清楚起见，这些参量未在图1中示出。
λ调节器108为集成在内燃机100中的喷射系统预给定了喷射时间tinj。λ调节器108根据调节偏差Δλin确定喷射时间tinj，所述调节偏差由关于所检测的残余氧含量λin的信息和λ额定值λin,Set形成。
在该示例中，将λ额定值λin,Set确定为λ预控制（Vorsteuer）额定值λV和λ调节器额定值λR的总和。
预控制装置110根据经过滤的平均填充水平额定值θSet,Fil确定λ预控制额定值λV。填充水平调节装置112根据经过滤的平均填充水平额定值θSet,Fil与平均建模填充水平θmod之间的调节偏差Δθ确定λ调节器额定值λR。
在该示例中预给定了填充水平额定值θSet并且借助于过滤器114进行过滤以确定经过滤的平均填充水平额定值θSet,Fil。
根据线路模型116确定用于内燃机100的至少一个操控参量。在该示例中，由线路模型116确定平均建模填充水平θmot。
线路模型116包括三元催化转换器，即催化转换器102的模型118。
适配装置120例如被构造用于适配线路模型116和/或模型118。替代地或附加地，适配装置120被构造用于：适配用于调节内燃机100的至少一个额定参量和/或用于适配至少一个操控参量。
作为额定参量，例如可以适配平均填充水平额定值θSet或经过滤的平均填充水平额定值θSet,Fil。作为操控参量，例如可以适配λ额定值λin,set、λ预控制额定值λV或λ调节器额定值λR。
在该示例中，通过适配装置120确定针对适配需求的度量k，并且适配线路模型116和预控制装置110，例如λ预控制额定值λV。
借助于线路模型116确定关于在催化转换器102之后的废气中的所建模的残余氧含量λout,mod的信息。
线路模型116的输入参量是由第一λ传感器104检测的催化转换器102的入口处的废气的残余氧含量λin,meas。根据该检测的残余氧含量，借助于排放原始值模型122来确定催化转换器102之前的所建模的浓度ωin,mod。
根据催化转换器102之前的所建模的浓度ωin,mod，借助于填充水平和排放模型124确定催化转换器102之后的所建模的浓度ωout,mod。根据催化转换器102之前的所建模的浓度ωin,mod，借助于填充水平和排放模型124确定催化转换器102的所有区域的所建模的填充水平θm。
根据催化转换器102的所有区域的所建模的填充水平θm，借助于填充水平平均值形成装置126确定平均的所建模的填充水平θmod。
根据催化转换器102之后的所建模的浓度ωout,mod，借助于λ初始值128的模型确定催化转换器102之后的废气中的所建模的残余氧含量λout,mod。根据关于所建模的残余氧含量λout,mod的信息和关于所检测的残余氧含量λout,meas的信息，确定针对适配需求的至少一个度量k。
根据所述针对适配需求的至少一个度量k，确定用于线路模型118的至少一个值、用于所述调节的至少一个额定参量和/或所述至少一个操控参量。
由于线路模型116的输入参量可能受到不确定性的影响，并且由于线路模型116本身也可能是不准确的，例如因为未考虑到特定效应，因此在该示例中对线路模型116进行适配。有利的是，还对预控制装置110进行适配并且必要时对调节器112的调节器参数进行适配。
在下文中，示例性地假定催化转换器102之前的λ信号不确定性、即关于催化转换器102之前的所检测的残余氧含量λin,meas的信息的不确定性。
下面基于图2描述适配装置120的示例性构造。
适配装置120包括比较装置202，该比较装置被构造用于，在比较中将关于所建模的残余氧含量λout,mod的信息与关于所检测的残余氧含量λout,meas的信息进行比较。在该示例中，形成在关于所建模的残余氧含量λout,mod的信息与关于所检测的残余氧含量λout,meas的信息之间的差Δλout。
可选地，在阈值装置204中检查所述差Δλout是否超过阈值λsig。在该示例中检查是否λsig<Δλout<λsig。例如，针对差Δλout的负值来忽略负号。如果差Δλout超过阈值λsig，则存在关于残余氧含量的信息的显著差Δλsig。否则，在该示例中所述差为零。这意味着，只有在残余氧含量的偏差显著的情况下才确定针对所述适配需求的度量。如果出现这两个信号之间的显著偏差，则这表明在所述催化转换器之前的λ信号的不确定性或模型本身的不准确性，所述不确定性或不准确性必须得到补偿。
在该示例中，适配装置120被构造用于，根据所述比较的结果确定针对所述适配需求的至少一个度量。在该示例中，适配装置120被构造用于确定第一度量k1、第二度量k2和第三度量k12。也可以规定仅确定这些度量之一。
在较长的时间段内近似恒定的不确定性应当通过以下描述的措施缓慢适配，而只有暂时出现的建模不准确性才快速得到补偿。对催化转换器102之前的λ信号、即关于所检测的残余氧含量λin,meas的信息的适配，可以例如比较缓慢地进行，因为第一λ传感器104的可能存在的偏移通常在λ传感器104的使用寿命期间仅缓慢地变化。相反，线路模型118的不准确性可能根据由内燃机100驱动的车辆的行驶条件而具有不同强度的影响，并且必须比较快速地得到补偿。
这种区别是通过具有积分行为的至少两个以不同速度学习的子功能实现的，向这两个子功能分别馈送在催化转换器102之后的所建模的λ信号和所测量的λ信号之间的差，即关于所检测的残余氧含量λout,meas的信息和关于所建模的残余氧含量λout,mod的信息之间的差Δλsig。
关于残余氧含量的信息的差Δλsig例如在第一积分器206中以第一时间常数T1积分。在该示例中，第一度量k1是用第一积分器206积分的结果。
关于残余氧含量的信息的差Δλsig例如在第二积分器208中以第二时间常数T2积分。在该示例中，第二度量k2是用第二积分器208积分的结果。
代替第一积分器206，第一比例和积分作用的调节器也可以根据差Δλsig以第一时间常数T1来调节第一度量k1。
代替第二积分器208，第二比例和积分作用的调节器也可以根据差Δλsig以第二时间常数T2来调节第二度量k2。
在该示例中，第二时间常数T2小于第一时间常数T1。因此规定，第一积分器206仅比较缓慢地学习。按照该示例，该慢速积分器用于适配催化转换器102之前的λ信号、也就是关于所检测的残余氧含量λin,meas的信息的不确定性。还规定第二积分器208比较快速地学习。该快速积分器用于补偿建模不准确性。这些积分器的输出信号分别表示针对适配需求或补偿需求的度量。
例如规定，与该要求相应地校正线路模型116的至少一个输入信号。例如有意义的是，如果所述适配需求表明在催化转换器102之前的第一λ传感器104存在偏移，则校正关于所检测的残余氧含量λin,meas的信息。
另外有意义的是，如果所述补偿要求表明线路模型116的不准确性，则例如适配线路模型116的平均的所建模的填充水平θmod或填充水平调节装置112的平均填充水平额定值θSet。但是替代地，在这种情况下也可以校正进入到线路模型116中的所检测的残余氧含量λin,meas。
可能有意义的是，借助于两个积分器来校正同一信号。针对所述适配需求的第三度量k12可以被确定为第一度量k1和第二度量k2的总和，或者如在该示例中那样被确定为第一度量k1和第二度量的利用针对第一度量k1的权重gk1和针对第二度量k2的权重gk2所加权的总和。在该示例中，所述加权取决于运行条件，因此可以动态变化。也可以规定，以0％考虑其中一个积分器或这两个积分器。可选地，为此根据接通或断开条件来确定这些权重。也可以规定，以100％考虑其中一个积分器，而以0％考虑另一个积分器。这对应于积分器输出之间的切换。
在该示例中，阈值λsig、权重gk1，gk2以及时间常数T1，T2由控制装置210预给定。
控制装置210还可以监视用于开始和/或结束确定所述第一度量和/或所述第二度量的条件。在这种情况下，根据所述条件开始和/或结束所述确定。为此，可选地在阈值装置204和第一积分器206之间布置第一开关装置212，第一开关装置212可以根据第一开关信号s1开始和结束根据差Δλsig来确定第二度量k2。为此，可选地在阈值装置204和第一积分器208之间布置第二开关装置214，第二开关装置214可以根据第二开关信号s2开始和结束根据差Δλsig来确定第二度量k2。
使得这两个积分器的学习取决于合适的接通条件。特别是可以规定，对于这两个积分器使用不同的接通条件。例如有利的是，仅在静态的条件已经存在了预给定时间从而可以假定催化转换器102处于稳定状态并且在催化转换器102的入口处的残余氧含量λin在催化转换器102的出口处作为残余氧含量λout出现的情况下，才让所述慢速积分器学习。为此，例如可选地规定，仅在静态的运行条件期间确定第一度量k1。
相反，让所述快速积分器在较少限制的条件下学习是有利的，以便能够快速补偿建模不准确性；例如在需要化学计量混合物的情况下总是能够快速补偿建模不准确性。
附加地可以规定，只有当催化转换器102之后的第二λ传感器106的信号可靠时，即例如仅当该传感器准备好运行时，这两个积分器才学习。
可选地，可以在由内燃机100驱动的机动车辆的行驶周期结束时存储第一度量k1。在这种情况下，在随后的行驶周期开始时可以将所存储的第一度量k1用作针对第一度量k1的初始值。在所述行驶周期结束时，也可以存储第二度量k2。在这种情况下，在随后的行驶周期开始时可以将所存储的第二度量k2用作针对第二度量k2的初始值。在下一个行驶周期开始时，用所存储的值进行初始化。
也可以规定，将所述第一度量输出到发动机控制系统中的至少一个其他功能。所述慢速积分器的内容例如可以被提供给发动机控制系统中的其他功能，例如催化转换器102之前的第一λ传感器104的偏移的诊断装置或用于校正λ调节器额定值λR的λ调节装置112。
