特許 7411373 惰行運転時に排気ガス成分のための触媒の貯蔵部の充填レベルを制御するための方法および制御器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-27

(45)【発行日】2024-01-11

(54)【発明の名称】惰行運転時に排気ガス成分のための触媒の貯蔵部の充填レベルを制御するための方法および制御器

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/24 20060101AFI20231228BHJP

【ＦＩ】

F01N3/24 U

【請求項の数】 10

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2019185664

(22)【出願日】2019-10-09

(65)【公開番号】P2020079586

(43)【公開日】2020-05-28

【審査請求日】2022-10-07

(31)【優先権主張番号】10 2018 217 307.9

(32)【優先日】2018-10-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】591245473

【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【氏名又は名称】中西 基晴

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100161908

【弁理士】

【氏名又は名称】藤木 依子

(72)【発明者】

【氏名】マルティン・ノップ

(72)【発明者】

【氏名】アレクサンドル・ワグネ

(72)【発明者】

【氏名】ミヒャエル・フェイ

【審査官】畔津 圭介

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１６２１７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｎ ３／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関（１０）の排気ガス中の触媒（２６）の排気ガス成分貯蔵部の充填を制御する方法であって、
排気ガス成分貯蔵部の実測充填レベル

【数1】

を第１の経路モデル（１００）によって決定するステップであって、触媒（２６）の上流側で排気ガス流に突入した、排気ガス成分の濃度を検出する第１の排気ガスプローブ（３２）の信号（λ_{ｉｎ，ｍｅａｓ}）が前記第１の経路モデル（１００）に供給される、ステップと、
以下の変数：少なくとも１つの排気ガス成分の排出量、排気ガス質量流量、排気ガス温度、および触媒温度のうちの少なくとも１つに応じて内燃機関の惰行運転フェーズにおける実測充填レベル

【数2】

の変化を予測するステップであって、内燃機関（１０）の燃焼室（２０）への空気および／または燃料供給に関連する内燃機関（１０）の回転角センサ（２５）の信号から惰行運転フェーズにおける、前記少なくとも１つの排気ガス成分の排出量、前記排気ガス質量流量、前記排気ガス温度、および前記触媒温度のうちの少なくとも１つの値を予測する、ステップと、
を含み、
前記内燃機関（１０）の前記燃焼室（２０）への燃料計量によって行う運転時に第１の制御回路（２２，３２，１２８，１３０，１３２）のための基本ラムダ目標値（ＢＬＳＷ）を設定し、前記第１の排気ガスプローブ（３２）の前記信号（λ _{ｉｎ，ｍｅａｓ} ）をラムダ実測値として処理するラムダ制御を前記第１の制御回路（２２，３２，１２８，１３０，１３２）で行い、前記基本ラムダ目標値（ＢＬＳＷ）を用いてラムダ目標値（λ _{ｉｎ，ｓｅｔ} ）が第２の制御回路（２２，３２，１００，１２２，１２４，１２６，１２８，１３２）で計算され、前記第１の経路モデル（１００）と同一の方程式を含む第２の経路モデル（１００′）によって基本ラムダ目標値（ＢＬＳＷ）のための初期値（λ _{ｉｎ，ｆｉｃｔｉｔｉｏｕｓ} ）を仮想充填レベル

【数3】

に換算し、当該仮想充填レベル

【数4】

を、目標値発生器（１１８，１２０）によって出力された充填レベルのための目標値

【数5】

と比較し、比較結果が充填レベルのための目標値

【数6】

と仮想充填レベル

【数7】

との間に所定の程度よりも大きい差をもたらした場合には基本ラムダ目標値（ＢＬＳＷ）を比較結果に応じて反復して変更し、比較結果が充填レベルのための目標値と仮想充填レベル

【数8】

との間に所定の程度よりも大きい差をもたらさなかった場合には基本ラムダ目標値（ＢＬＳＷ）を変更せず、燃焼室への燃料計量が行われない内燃機関の惰行運転フェーズの開始時に、内燃機関（１０）の燃焼室（２０）への空気および／または燃料供給に関連する内燃機関（１０）の前記回転角センサ（２５）の信号に応じて基本ラムダ目標値を形成する、方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法において、
前記回転角センサ（２５）の信号に応じて、前記惰行運転フェーズの後に再開される燃焼室充填物の燃焼により生じた排気ガス（２８）が第１の排気ガスプローブ（３２）に到達するために必要なガス移動時間の長さにわたって前記実測充填レベル

【数9】

の変化を予測するか、または惰行運転フェーズがガス移動時間よりも短い場合には、前記回転角センサ（２５）の信号に応じて、惰行運転フェーズの長さにわたって実測充填レベル

【数10】

を求める方法。

【請求項3】

請求項１に記載の方法において、
前記内燃機関（１０）がまだ惰行運転状態にあるかどうかをチェックし、そうでない場合には、燃焼運転のための基本ラムダ目標値を設定することによって基本ラムダ目標値を形成し、内燃機関（１０）がまだ惰行運転状態にある場合には、燃料遮断によって惰行運転に移行してから経過した時間がガス移動時間よりも長いかどうかをチェックする方法。

【請求項4】

請求項３に記載の方法において、
燃料遮断によって惰行運転に移行してから経過した時間がガス移動時間よりも長い場合に、前記第１の排気ガスプローブの信号（３２）を前記基本ラムダ目標値（ＢＳＬＷ）として使用する方法。

【請求項5】

請求項４に記載の方法において、
内燃機関（１０）がまだ惰行運転状態にあるかどうかがチェックされ、そうでない場合には、燃焼運転のための基本ラムダ目標値（ＢＳＬＷ）を設定することによって基本ラムダ目標値を形成する方法。

【請求項6】

請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法において、
所定の目標充填レベル

【数11】

からの実測充填レベル

【数12】

のずれを検出し、充填レベル制御（１２４）によってラムダ目標値‐補正値として処理し、基本ラムダ目標値とラムダ目標値‐補正値との合計を求め、この合計を、内燃機関（１０）の少なくとも１つの燃焼室（２０）への燃料計量に影響を及ぼす補正値を形成するために使用する方法。

【請求項7】

請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法において、
排気ガス成分が酸素であり、フィルタ処理された充填レベル目標値

【数13】

からの、第１の触媒モデル（１００）によってモデル化された充填レベル

【数14】

のずれとして充填レベル制御ずれを求め、該充填レベル制御ずれを、ラムダ目標値‐補正値を求める充填レベル制御アルゴリズムに供給し、反復して変更された基本ラムダ目標値に必要に応じてラムダ目標値‐補正値を加算し、このようにして計算した合計によってラムダ目標値（λ_{ｉｎ，ｓｅｔ}）を形成する方法。

【請求項8】

請求項７に記載の方法において、
触媒モデル（１０２）が出力ラムダモデル（１０６）を備え、該出力ラムダモデル（１０６）が、第１の触媒モデル（１０２）によって計算した個々の排気ガス成分の濃度を、触媒（２６）の下流側に配置されており、排気ガスにさらされている第２の排気ガスプローブ（３４）の信号と比較可能な信号に変換するように構成する方法。

【請求項9】

内燃機関（１０）の排気ガス中の触媒（２６）の排気ガス成分貯蔵部の充填を制御するための制御器（１６）であって、前記制御器（１６）は、
排気ガス成分貯蔵部の実測充填レベル

【数15】

を第１の経路モデル（１００）によって決定し、触媒（２６）の上流側で排気ガス流に突入した、排気ガス成分の濃度を検出する第１の排気ガスプローブ（３２）の信号（λ_{ｉｎ，ｍｅａｓ}）が前記第１の経路モデル（１００）に供給され、以下の変数：少なくとも１つの排気ガス成分の排出量、排気ガス質量流量、排気ガス温度、および触媒温度のうちの少なくとも１つに応じて、内燃機関の惰行運転フェーズにおける実測充填レベル

【数16】

の変化を予測し、内燃機関（１０）の燃焼室（２０）への空気および／または燃料供給に関連する内燃機関（１０）の回転角センサ（２５）の信号から惰行運転フェーズにおける前記少なくとも１つの排気ガス成分の排出量、前記排気ガス質量流量、前記排気ガス温度、および前記触媒温度のうちの少なくとも１つの値を予測するように構成されており、前記制御器（１６）はさらに、
前記内燃機関（１０）の前記燃焼室（２０）への燃料計量によって行う運転時に第１の制御回路（２２，３２，１２８，１３０，１３２）のための基本ラムダ目標値（ＢＬＳＷ）を設定し、前記第１の排気ガスプローブ（３２）の前記信号（λ _{ｉｎ，ｍｅａｓ} ）をラムダ実測値として処理するラムダ制御を前記第１の制御回路（２２，３２，１２８，１３０，１３２）で行い、前記基本ラムダ目標値（ＢＬＳＷ）を用いてラムダ目標値（λ _{ｉｎ，ｓｅｔ} ）を第２の制御回路（２２，３２，１００，１２２，１２４，１２６，１２８，１３２）で形成し、前記第１の経路モデル（１００）と同一の方程式を含む第２の経路モデル（１００′）によって基本ラムダ目標値（ＢＬＳＷ）のための初期値（λ _{ｉｎ，ｆｉｃｔｉｔｉｏｕｓ} ）を仮想充填レベル

【数17】

に換算し、当該仮想充填レベル

【数18】

を、目標値発生器（１１８，１２０）によって出力された充填レベルのための目標値

【数19】

と比較し、比較結果が充填レベルのための目標値

【数20】

と仮想充填レベル

【数21】

との間に所定の程度よりも大きい差をもたらした場合には基本ラムダ目標値（ＢＬＳＷ）を比較結果に応じて反復して変更し、比較結果が充填レベルのための目標値と仮想充填レベル

【数22】

との間に所定の程度よりも大きい差をもたらさなかった場合には基本ラムダ目標値（ＢＬＳＷ）を変更せず、燃焼室への燃料計量が行われない内燃機関の惰行運転フェーズの開始時に、内燃機関（１０）の燃焼室（２０）への空気および／または燃料供給に関連する内燃機関（１０）の前記回転角センサ（２５）の信号に応じて基本ラムダ目標値を形成するように構成される、制御器（１６）。

【請求項10】

請求項９に記載の制御器（１６）において、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法のプロセスを制御するように構成されて
いる制御器（１６）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の前提部分に記載の、内燃機関の排気ガス中の触媒の排気ガス成分貯蔵部の充填を制御する方法に関する。装置の独立請求項の前提部分に記載の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

このような方法およびこのような制御器は、それぞれドイツ特許出願公開第１０２０１６２２２１０８号明細書により公知である。公知の方法および制御ユニットでは、内燃機関の排気ガス中の触媒の排気ガス成分の充填制御が行われ、この場合、排気ガス成分貯蔵部の実測充填レベルが経路モデルによって決定され、経路モデルには、触媒の上流側で排気ガス流に突入しており、排気ガス成分の濃度を検出する第１の排気ガスプローブの信号が供給される。

【0003】

この場合、経路モデルは、計算された出力変数が現実の物体の出力変数にできるだけ正確に対応するように、経路モデルによって再現された現実の物体にも作用する入力変数を出力変数に結び付けるアルゴリズムを意味すると理解される。実際の物体は、考慮した例では入力変数と出力変数との間にある物理的な経路全体である。

【0004】

ガソリンエンジンにおける空気‐燃料混合物の不完全燃焼時には、窒素（Ｎ_２）、二酸化炭素（ＣＯ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）に加えて、種々の燃焼生成物が放出され、そのうちの炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）および窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）は法的に制限されている。自動車の現行の排気ガス限界値は、現在の技術水準によれば、触媒の排気ガス後処理のみで満たすことができる。三元触媒を使用することによって、前述の有害物質成分を変換することができる。ＨＣ、ＣＯおよびＮＯ_ｘにおいて同時に高い変換率は、三元触媒において、化学量論的な運転点（ラムダ＝１）の周辺の狭いラムダ範囲、いわゆる「変換ウィンドウ」においてしか達成されない。

【0005】

変換ウィンドウ内で三元触媒を作動するために、今日のエンジン制御システムでは、一般に、三元触媒の前後に配置されたラムダプローブの信号に基づいたラムダ制御が使用される。内燃機関の燃料／空気比の組成の尺度である空気比λを制御するために、三元触媒の前方の排気ガスの酸素含有量が、そこに配置された前方の排気ガスプローブを用いて測定される。この測定値に応じて、制御部は、フィードフォワード制御機能によって、基本値としてあらかじめ設定された燃料量または噴射パルス幅を補正する。

【0006】

フィードフォワード制御の一部として、噴射される燃料量の基本値は、例えば内燃機関の回転速度および負荷に応じてあらかじめ設定される。さらに正確な制御のために、三元触媒コンバータの下流側の排気ガスの酸素濃度が、別の排気ガスプローブによって付加的に検出される。この後方の排気ガスプローブの信号はマスタ制御に使用され、マスタ制御は、排気ガスプローブの信号に基づいた三元触媒の前方におけるラムダ制御に重畳される。三元触媒コンバータの後方に配置される排気ガスプローブとしては、一般に、ラムダ＝１で極めて急峻な特性線を有し、したがって、ラムダ＝１を極めて正確に示すことができるジャンプ型ラムダプローブが使用される（自動車ハンドブック、第２３版、５２４ページ）。

【0007】

一般にラムダ＝１からのわずかなずれしか補正せず、比較的緩慢に設計されているマスタ制御に加えて、現在のエンジン制御システムには、通常、ラムダ＝１からの大きいずれが生じた後に、ラムダ‐フィードフォワード制御の形で変換ウィンドウに再び迅速に到達するように作用する機能が設けられており、これは、例えば、三元触媒に酸素が装填されているオーバーランカットオフを伴うフェーズ後には重要である。これは、ＮＯ_ｘ変換に影響を及ぼす。

【0008】

三元触媒の酸素貯蔵能のために、三元触媒の前方にリッチまたはリーンラムダが設定された後に、三元触媒の後方にまだ数秒間にわたってラムダ＝１が存在することができる。酸素を一時的に貯蔵する三元触媒のこの特性は、三元触媒の前方におけるλ＝１からの短時間のずれを補償するために利用される。より長い時間にわたって三元触媒の前方で１に等しくないラムダが生じている場合には、ラムダ＞１（酸素過剰）で酸素充填レベルが酸素貯蔵能を超えるとすぐに、または三元触媒にラムダ＜１でもはや酸素が貯蔵されなくなるとすぐに、同じラムダが三元触媒の後方にも設定される。

【0009】

この時点で、三元触媒の後方のジャンプ型ラムダプローブも変換ウィンドウを離れていることを示す。しかしながら、この時点までは三元触媒の後方のラムダプローブの信号は、切迫した故障を示唆せず、したがって、この信号に基づいたマスタ制御の応答はしばしば遅すぎ、故障の前に早期に燃料計量による対応ができない。その結果、テールパイプの排出量が増大する。したがって、現在の制御コンセプトは、三元触媒の後方のジャンプ型ラムダプローブの電圧に基づいて、変換ウィンドウを離れたことを遅れてようやく検出するという欠点を有する。

【0010】

ラムダプローブの信号に基づいて三元触媒の後方で制御するための代替案は、三元触媒の平均的な酸素充填レベルを制御することである。この平均的な充填レベルは測定可能ではないが、しかしながら、冒頭で述べたドイツ特許出願公開第１０２０１６２２２１０８号明細書に記載の計算によってモデル化することができる。

【0011】

しかしながら、三元触媒は、経時変化する経路パラメータを有する複雑な非線形の経路である。さらに、三元触媒のモデルのために測定またはモデル化された入力変数には、一般に不確実性が伴う。したがって、異なる運転状態（例えば、異なるエンジン運転点または異なる触媒劣化段階）における三元触媒の挙動を十分に正確に記述することができる一般的に有効な触媒モデルは、原則としてエンジン制御装置では利用できない。

【0012】

ドイツ特許出願公開第１０２０１６２２２１０８により公知の方法では、とりわけ、入力エミッションモデル、触媒モデルおよび出力ラムダモデルを有する第１の経路モデルが使用される。この第１の経路モデルを用いて、触媒のモデル化された充填レベルが計算され、エミッション最適値に調整される。これは、原則として平均的な充填レベルである。

【0013】

自動車の内燃機関が駆動輪によって駆動される自動車の惰行運転フェーズでは、通常、燃料供給の遮断が行われる。この場合、触媒には多くの酸素が取り込まれる。燃焼室充填物が点火され、燃焼される、惰行運転と燃焼運転との間の急激な移行に基づいて、惰行運転フェーズは、充填レベルのモデル化における特別な課題を提起する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【文献】ドイツ特許出願公開第１０２０１６２２２１０８

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

本発明は、方法の観点においては請求項１に記載の特徴によって、および装置の観点においては装置の独立請求項に記載の特徴によって、ドイツ特許出願公開第１０２０１６２２２１０８号明細書による従来技術とは異なる。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明では、以下の変数、すなわち、少なくとも１つの排気ガス成分のエミッション、排気ガス質量流量、排気ガス温度、触媒温度のうちの少なくとも１つに応じた内燃機関の惰行運転フェーズにおける実測充填レベルの変化が予測され、内燃機関の燃焼室への空気および／または燃料供給に関連する内燃機関のセンサの信号および制御変数から惰行運転フェーズにおけるこれらの変数の値が予測される。

【0017】

さらに、第１の経路モデルを解析的に反転する代わりに、反転された経路モデルとして設計されたフィードフォワード制御が使用される。フィードフォワード制御は、この目的のために、第１の経路モデルのコピーを表す別の内部経路モデルを有する。従来技術のシステムは、「システムの監視」と「充填レベル制御」の２つの主要な動作状態を有する。例えば、「監視」状態は、惰行運転遮断に基づいて燃焼がアクティブでない場合にアクティブになり、したがって、充填レベルにアクティブに影響を及ぼすことができない。監視状態において、フィードフォワード制御の内部経路モデルは、ラムダプローブによって測定された現在の燃焼ラムダを用いて計算され、したがって、フィードフォワード制御は、状態「充填レベル制御」が再開された場合に最適な充填レベル推移をフィードフォワード制御することができる。

【0018】

三元触媒の前方に配置された排気ガスプローブの信号に基づいて三元触媒の充填レベルを制御することは、三元触媒の後方に配置された排気ガスプローブの信号に基づいたマスタ制御の場合よりも早期に、触媒ウィンドウを離れるときが差し迫っていることを検出でき、これにより、空気－燃料混合気を早期に適切に補正することによって、触媒ウィンドウを離れることに対抗措置をとることができるという利点を有する。

【0019】

惰行運転フェーズでは、燃料供給が遮断されていることにより、充填レベルに積極的に影響を及ぼすことができないので、充填レベル制御は停止される。本発明は、触媒の前方の第１の排気ガスプローブの組込み位置でラムダ値が測定される排気ガスが、燃焼室と排気ガスプローブとの間に横たわる距離を進むために移動時間を必要とするという認識に基づいている。したがって、惰行運転フェーズの終了時に行われる充填レベル制御を再び開始した場合には、燃焼室と第１の排気ガスプローブとの間には依然として残留排気ガス量が存在する。従来技術の場合、この残留排気ガス量はフィードフォワード制御によってもはや考慮されない。なぜならば、フィードフォワード制御は、充填レベル推移および操作量をあらかじめ設定する必要があり、数値的に反転された経路モデルによって計算されるべき充填レベルの現在の値をこれらの値によって正確に更新しなければならないからである。

【0020】

その結果、フィードフォワード制御の反転された経路モデルは、特に、例えば切換プロセスで生じる短い惰行運転フェーズの後には低すぎる充填レベルを示す。このことは、惰行運転時の燃料遮断に続いて触媒が最適な速度で触媒ウィンドウに戻らないとことにつながる。場合によっては、触媒ウィンドウ（すなわち、汚染物質変換のために好ましい充填レベル）は、制御の介入によって、モデル化された出力ラムダと、触媒の後方に配置された排気ガスプローブによって測定されたラムダとの間に大きいずれが生じた場合にトリガされる再初期化機構によってようやく達成される。

【0021】

本発明は、充填レベル制御のスイッチオンおよび制御特性を改善し、これにより、変換のために好ましい触媒の充填レベルの制御を加速する。したがって、全体として、触媒容積内に貯蔵された酸素量の制御の改善をもたらし、変換ウィンドウを離れることが早期に検出され、防止され、同時に、既存の制御概念よりもバランスのとれた充填レベル保持能力を有する。このことは、燃料遮断を伴った運転と伴わない運転との間の移行だけでなく、運転点が急激に変化した場合、例えば強度に加速した場合にも生じる動的妨害を補償するために有利である。これにより、エミッションを低減することができる。より厳しい規制要件を、三元触媒のためにより低いコストで満たすことができる。

【0022】

好ましい実施形態は、内燃機関の燃焼室への空気および／または燃料供給に関連するセンサの信号および制御変数に応じて、惰行運転フェーズの後に再開される燃焼室充填物の燃焼により生じた排気ガスが第１の排気ガスプローブに到達するために必要なガス移動時間の長さにわたって基本ラムダ目標値の形成が行われるか、または惰行運転フェーズがガス移動時間よりも短い場合には、センサの信号および制御変数に応じて惰行運転フェーズの長さにわたって基本ラムダ目標値の形成が行われることにより優れている。

【0023】

別の好ましい実施形態は、触媒の上流側で排気ガス流に突入し、排気ガス成分の濃度を検出する第１の排気ガスプローブの信号が供給される第１の経路モデルによって排気ガス成分貯蔵部の実測充填レベルが決定され、内燃機関の燃焼室への燃料計量によって行う運転時に第１の制御回路のための基本ラムダ目標値が第２の制御回路によって設定され、基本ラムダ目標値が、第１の経路モデルと同一の第２の経路モデルによって仮想充填レベルに換算され、仮想充填レベルが、目標値発生器によって出力された充填レベルのための目標値と比較され、比較結果が充填レベルのための目標値と仮想充填レベルとの間に所定の程度よりも大きい差をもたらした場合には基本ラムダ目標値が比較結果に応じて反復して変更され、比較結果が充填レベルのための目標値と仮想充填レベルとの間に所定の程度よりも大きい差をもたらさなかった場合には基本ラムダ目標値は変更されず、基本ラムダ目標値は、燃焼室への燃料計量が行われない内燃機関の惰行運転フェーズの開始時に、内燃機関の燃焼室への空気および／または燃料供給に関連する内燃機関のセンサの信号および制御変数に応じて形成される。

【0024】

内燃機関がまだ惰行運転状態にあるかどうかをチェックし、そうでない場合には、燃焼運転のための基本ラムダ目標値を設定することによって基本ラムダ目標値を形成し、内燃機関がまだ惰行運転状態にある場合には、燃料遮断によって惰行運転に移行してから経過した時間がガス移動時間よりも長いかどうかがチェックされることも好ましい。

【0025】

さらに好ましくは、燃料遮断によって惰行運転に移行してから経過した時間がガス移動時間よりも長い場合には、第１の排気ガスプローブの信号が基本ラムダ目標値として使用される。

【0026】

別の好ましい構成は、内燃機関がまだ惰行運転状態にあるかどうかがチェックされ、そうでない場合には、燃焼運転のための基本ラムダ目標値を設定することによって基本ラムダ目標値が形成されることによって優れている。

【0027】

所定の目標充填レベルからの実測充填レベルのずれが検出され、充填レベル制御によってラムダ目標値‐補正値として処理され、基本ラムダ目標値とラムダ目標値‐補正値との合計が求められ、この合計が、内燃機関の少なくとも１つの燃焼室への燃料計量に影響を及ぼす補正値を形成するために使用されることも好ましい。

【0028】

さらに好ましくは、排気ガス成分が酸素であり、第１の排気ガスプローブの信号をラムダ実測値として処理するラムダ制御が第１の制御回路で行われ、ラムダ目標値が第２の制御回路で形成され、充填レベル制御ずれが、フィルタ処理された充填レベル目標値からの、第１の触媒モデルによってモデル化された充填レベルのずれとして求められ、この充填レベル制御ずれが、ラムダ目標‐補正値を求める充填レベル制御アルゴリズムに供給され、このラムダ目標値‐補正値が、反復して変更された基本ラムダ目標値に必要に応じて加算され、このようにして計算された合計がラムダ目標値を形成する。

【0029】

別の好ましい構成は、触媒モデルが出力ラムダモデルを備え、この出力ラムダモデルは、第１の触媒モデルによって計算した個々の排気ガス成分の濃度を、触媒の下流側に配置されており、排気ガスにさらされている第２の排気ガスプローブの信号と比較可能な信号に変換するように構成されていることにより優れている。

【0030】

本発明による制御器の構成は、この方法のいずれか１つの構成により方法のプロセスを制御するように構成されていることにより優れている。

【0031】

さらなる利点が、以下の説明および添付の図面から明らかである。

【0032】

上述した特徴および以下にさらに説明する特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、それぞれに示した組み合わせだけでなく、他の組み合わせで使用することもできるし、または単独で使用することができることを理解されたい。

【0033】

本発明の実施形態を図面に示し、以下の説明に詳細に説明する。この場合、異なる図面の同じ符号は、それぞれ同じか、または少なくとも機能的に比較可能な要素を示す。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】本発明の技術範囲として排気ガスシステムを備える内燃機関を示す概略図である。

【図2】経路モデルの機能ブロックを示す概略図である。

【図3】本発明による方法および制御器を示す機能ブロック図である。

【図4a】一時的な燃料遮断時に生じるバイナリ状態の時間波形を示す図である。

【図4b】一時的な燃料遮断時に生じるバイナリ状態の時間波形を示す図である。

【図4c】一時的な燃料遮断時に生じるバイナリ状態の時間波形を示す図である。

【図4d】一時的な燃料遮断時に生じるバイナリ状態の時間波形を示す図である。

【図5】本発明による方法の第１の部分の一実施形態を示すフロー図である。

【図6】本発明による方法の第２の部分の一実施形態を示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

以下では三元触媒の例を用いて、貯蔵されるべき排気ガス成分として酸素について本発明を説明する。しかしながら、本発明は、窒素酸化物および炭化水素などの他の種類の触媒および排気ガス成分にも適用可能である。以下では、簡略化のために三元触媒を有する排気ガスシステムに基づいている。本発明は、複数の触媒を有する排気ガスシステムにも適用可能である。この場合、以下に説明する前方および後方のゾーンは、いくつかの触媒に延在しいているか、もしくは異なる触媒中に設けられていてもよい。

【0036】

詳細には、図１は、空気供給システム１２と、排気ガスシステム１４と、制御ユニット１６とを有する内燃機関１０を示す。空気供給システム１２は、空気質量計１８と、空気質量計１８の下流側に配置された絞り弁ユニット１９の絞り弁とを備える。空気供給システム１２を介して内燃機関１０に流入する空気は、内燃機関１０の燃焼室２０内でガソリンと混合され、このガソリンは、噴射弁２２を介して燃焼室２０内に直接に噴射される。本発明は、直接噴射型の内燃機関に制限されておらず、吸気管噴射またはガスによって運転される内燃機関に使用することもできる。得られた燃焼室充填物は、点火装置２４、例えば点火プラグよって点火され、燃焼される。回転角センサ２５は、内燃機関１０のシャフトの回転角を検出し、これにより、制御器１６が、シャフトの所定の角度位置で点火をトリガし、内燃機関の回転速度を決定することを可能にする。燃焼により生じる排気ガスは、排気ガスシステム１４を通って排出される。

【0037】

排気ガスシステム１４は触媒２６を備えている。触媒２６は、例えば、周知のように、３つの排気ガス成分である窒素酸化物、炭化水素および一酸化炭素を３つの反応経路で変換し、酸素を貯蔵する作用を有する三元触媒である。酸素を貯蔵する作用に基づいて、酸素は排気ガス成分の一部なので、触媒は排気ガス成分貯蔵部を有する。図示の例では、三元触媒２６は、第１のゾーン２６．１および第２のゾーン２６．２を有する。両方のゾーンには排気ガス２８が貫流する。前方の第１のゾーン２６．１は、三元触媒コンバータ２６の前方範囲にわたって流れ方向に延在する。後方の第２のゾーン２６．２は、三元触媒コンバータ２６の後方範囲にわたって第１のゾーン２６．１の下流側に延在する。もちろん、前方ゾーン２６．１の前方および後方ゾーン２６．２の後方、ならびに２つのゾーンの間にさらなるゾーンがあってもよく、このゾーンのためにも同様に必要に応じてそれぞれの充填レベルが計算モデルによってモデル化される。

【0038】

三元触媒２６の上流側には、排気ガス２８にさらされる前方の排気プローブ３２が三元触媒２６の直前に配置されている。三元触媒コンバータ２６の下流側には、同様に排気ガス２８にさらされる後方の排気ガスプローブ３４が三元触媒コンバータ２６の直後に配置されている。前方の排気ガスプローブ３２は、好ましくは、広範囲の空気周波数にわたって空気比λの測定を可能にする広帯域ラムダプローブである。後方の排気ガスプローブ３４は、好ましくは、いわゆる「ジャンプラムダプローブ」である。この排気プローブ３４の信号は急激に変化するので、空気比λ＝１を特に正確に測定することができる。Ｂｏｓｃｈ，Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｈａｎｄｂｏｏｋ， ２３ｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，ｐａｇｅ５２４を参照されたい。

【0039】

図示の実施形態では、排気ガス２８にさらされる温度センサ３６が、排気ガス２８と熱的に接触した状態で三元触媒２６に配置されており、三元触媒２６の温度を検出する。

【0040】

制御器１６は、空気質量計１８、回転角センサ２５、前方の排気プローブ３２、後方の排気プローブ３４および温度センサ３６の信号を処理し、これらの信号に基づいて絞り弁の角度位置を調整し、点火装置２４による点火をトリガし、噴射弁２２によって燃料を噴射するための制御信号を生成する。代替的また付加的に、制御器１６は、図示のアクチュエータを制御する、異なる、もしくは他のセンサの信号、または、例えば、アクセルペダル位置を検出する運転者要求送信機４０の信号などの異なる、もしくは他のアクチュエータを制御するための信号も処理する。燃料供給を遮断するシフト操作は、例えばアクセルペダルを解放することによってトリガされる。これらの機能および以下でさらに説明する機能は、内燃機関１０の運転時に制御器１６で実行されエンジン制御プログラム１６．１によって実施される。

【0041】

本出願では、経路モデル１００、触媒モデル１０２、フィードフォワード制御１３６の形式の逆の触媒モデル（図３参照）、および出力ラムダモデル１０６を参照する。モデルはそれぞれ制御器１６で実施もしくは計算されるアルゴリズム、特に方程式であり、これらのアルゴリズム、特に方程式は、計算モデルによって模倣された実際の物体にも影響を及ぼす入力変数を、アルゴリズムによって計算された出力変数が実際の物体の出力変数にできるだけ正確に対応するように出力変数に関連付ける。

【0042】

図２は、経路モデル１００の機能ブロック図を示す。経路モデル１００は、触媒モデル１０２および出力ラムダモデル１０６からなる。触媒モデル１０２は、入力エミッションモデル１０８と、充填レベルおよび出力エミッションモデル１１０とを含む。さらに、触媒モデル１０２は、触媒２６の平均的な充填レベル

【数1】

を計算するためのアルゴリズム１１２を有する。

【0043】

入力エミッションモデル１０８は、入力変数として、三元触媒２６の前方に配置された排気ガスプローブ３２の信号λ_{ｉｎ，ｍｅａｓ}を、次の充填レベルモデル１１０に必要な入力変数ω _{ｉｎ，ｍｏｄ}に変換するように構成されている。例えば、入力エミッションモデル１０８を用いて、三元触媒２６の前方でラムダをＯ_２、ＣＯ、Ｈ_２およびＨＣの濃度に換算することが有利である。

【0044】

入力エミッションモデル１０８によって計算された変数ω _{ｉｎ，ｍｏｄ}および必要に応じて付加的な入力変数（例えば排気ガス温度または触媒温度、排気ガス質量流量、および三元触媒２６の現在の最大酸素貯蔵能力）を用いて、充填レベルおよび出力エミッションモデル１１０において三元触媒２６の充填レベル

【数2】

および個々の排気ガス成分の濃度λ_{ｏｕｔ，ｍｏｄ}が三元触媒２６の出力部でモデル化さ
れる。

【0045】

充填および排出プロセスをより現実的に再現できるように、三元触媒コンバータ２６は、好ましくは、アルゴリズムによって、排気ガス２８の流れ方向に互いに前後に配置された複数のゾーンまたは部分容積２６．１，２６．２に概念的に分割され、反応速度論を用いて、これらのゾーン２６．１，２６．２のそれぞれについて個々の排気ガス成分の濃度を決定する。これらの濃度をそれぞれ個々のゾーン２６．１，２６．２の充填レベルに換算し、好ましくは、現在の最大酸素貯蔵能力に規格化された酸素充填レベルに換算することができる。

【0046】

個々の、または全てのゾーン２６．１，２６．２の充填レベルは、三元触媒２６の状態を反映する全充填レベルに対して適切な重み付けによって述べることができる。例えば、最も単純な場合には、全てのゾーン２６．１，２６．２の充填レベルは全て等しく重み付けし、したがって、平均的な充填レベルを決定することができる。三元触媒２６の後方の現在の排気ガス組成のためには、三元触媒２６の出力部における比較的小さいゾーン２６．２の充填レベルが重要であるが、三元触媒２６の出力部におけるこの小さいゾーン２６．２の充填レベルの変化のためには、その前方のゾーン２６．１の充填レベルおよび充填レベルの変化が重要であることを、適切な重み付けによって考慮することもできる。簡単にするために、以下では平均的な酸素充填レベルを仮定する。

【0047】

出力ラムダモデル１０６のアルゴリズムは、触媒モデル１０２によって触媒２６の出力部における個々の排気ガス成分の濃度ω _{ｏｕｔ，ｍｏｄ}を計算し、この濃度を、経路モデル１００の適合のために、触媒２６の後方に配置された排気ガスプローブ３４の信号λ_{ｏｕｔ，ｍｅａｓ}と比較することができる信号λ_{ｏｕｔ，ｍｏｄ}に変換する。好ましくは、ラムダは三元触媒２６の後方でモデル化される。出力ラムダモデル１０６は、目標酸素充填レベルに基づいたフィードフォワード制御のために必要不可欠ではない。

【0048】

したがって、経路モデル１００は、一方では、触媒２６が確実に触媒ウィンドウ内に配置される目標充填レベルに調整されるように触媒２６の少なくとも１つの平均的な充填レベル

【数3】

をモデル化する役割を果たす。他方では、経路モデル１００は、触媒２６の後方に配置された排気ガスプローブ３４のモデル化された信号λ_{ｏｕｔ，ｍｏｄ}を供給する。後方の排気ガスプローブ３４のこのモデル化された信号λ_{ｏｕｔ，ｍｏｄ}が、経路モデル１００の適合のためにどのように有利に使用されるかを、以下に詳細に説明する。この適合は、システムモデルの入力変数、特に触媒の前方のラムダプローブの信号に不随する不確実性を補償するために行われる。同様に、フィードフォワード制御および場合によっては制御器パラメータが適合される。

【0049】

図３は、方法の機能ブロック図を、機能ブロックに作用するか、または機能ブロックによって影響される装置要素と共に示す。

【0050】

詳細には、図３は、出力ラムダモデル１０６によってモデル化された後方の排気ガスプローブ３４の信号λ_{ｏｕｔ，ｍｏｄ}が、後方の排気ガスプローブ３４の実際の出力信号λ_{ｏｕｔ，ｍｅａｓ}とどのように比較されるかを示す。このために、２つの信号λ_{ｏｕｔ，ｍｏｄ}およびλ_{ｏｕｔ，ｍｅａｓ}は適合ブロック１１４に供給される。適合ブロック１１４は、２つの信号λ_{ｏｕｔ，ｍｏｄ}およびλ_{ｏｕｔ，ｍｅａｓ}を互いに比較する。例えば、三元触媒２６の後方に配置されたジャンプ型ラムダプローブは排気ガスプローブ３４として、いつ三元触媒２６が酸素で完全に満たされたのか、または酸素が完全に空になったのかを明確に示す。これは、リーン相またはリッチ相の後に、モデル化された酸素充填レベルと実際の酸素充填レベルとを一致させるか、もしくはモデル化された出力ラムダλ_{ｏｕｔ，ｍｏｄ}と、三元触媒２６の後方で測定されたラムダλ_{ｏｕｔ，ｍｅａｓ}とを一致させ、異なっている場合には経路モデル１００を適合させるために利用することができる。適合は、例えば、適合ブロック１１４が、経路モデル１００のアルゴリズムのパラメータを、点線で示した適合経路１１６にわたって、三元触媒２６から流出する排気ガスについてモデル化されたラムダ値λ_{ｏｕｔ，ｍｏｄ}が、三元触媒２６で測定されたラムダ値λ_{ｏｕｔ，ｍｅａｓ}に対応するまで、連続的に変更することによって行われる。

【0051】

これにより、経路モデル１００に取り込まれる測定変数またはモデル変数の不正確さが補償される。モデル化された値λ_{ｏｕｔ，ｍｏｄ}が測定されたラムダ値λ_{ｏｕｔ，ｍｅａｓ}に対応するという状況から、経路モデル１００もしくは第１の触媒モデル１０２によってモデル化された充填レベル

【数4】

が、車載手段によっては測定できない三元触媒２６の充填状態に対応すると推論することができる。さらに、第１の触媒モデル１０２のアルゴリズムから数学的変換によって生じる第１の触媒モデル１０２とは逆の第２の触媒モデルを表すフィードフォワード制御１３６も、モデル化された経路の動作を正確に記述すると推論することができる。フィードフォワード制御１３６は第２の経路モデル１００′を有し、第２の経路モデル１００′の方程式は第１の経路モデル１００の方程式と同一であるが、しかしながら他の入力変数が供給される。フィードフォワード制御１３６により、経路モデル１００は数値的に反転される。その理由は、触媒が、経時変化する経路パラメータを有する複雑な非線形の経路であり、これらの経路パラメータは、原則として、非線形の微分方程式によってしか表すことができないからである。このことは、一般に、反転された経路モデルのための方程式を分析的に解くことができないか、または多大な労力をかけてしか解くことができないことにつながる。これらの問題は、数値反転として実現されるフィードフォワード制御１３６によって回避される。

【0052】

フィードフォワード制御１３６の出力変数は、基本ラムダ目標値ＢＬＳＷである。フィードフォワード制御１３６には、随意のフィルタリング１２０によってフィルタ処理された充填レベル目標値

【数5】

が入力変数として供給される。フィルタリング１２０は、制御経路が全体として追従することができるフィードフォワード制御１３６の入力変数の変更のみを許可する目的で行われる。制御器１６のメモリ１１８から、まだフィルタ処理されていない目標値

【数6】

が読み出される。このために、メモリ１１８は、好ましくは、内燃機関１０の現在の運転パラメータによってアドレス指定される。運転パラメータは、例えば、回転速度センサ２５によって検出された回転速度、および空気質量計１８によって検出された内燃機関１０の負荷であるが、必ずしもこれらでなくてもよい。

【0053】

フィルタ処理された充填レベル目標値

【数7】

は、フィードフォワード制御１３６によって基本ラムダ目標値ＢＬＳＷとして処理される。この処理と並行して、リンク１２２では、充填レベル制御ずれＦＳＲＡが、経路モデル１００もしくは第１の触媒モデル１０２によってモデル化された充填レベル

【数8】

と、フィルタ処理された充填レベル目標値

【数9】

とのずれとして形成される。この充填レベル制御ずれＦＳＲＡは、ラムダ目標値‐補正値ＬＳＫＷを形成する充填レベル制御アルゴリズム１２４に供給される。このラムダ目標値‐補正値ＬＳＫＷは、リンク１２６において、フィードフォワード制御によって計算された基本ラムダ目標値ＢＬＳＷに加算される。

【0054】

このように求められた合計は、従来のラムダ制御の目標値λ_{ｉｎ，ｓｅｔ}として用いられる。このラムダ目標値λ_{ｉｎ，ｓｅｔ}から、第１の排気ガスプローブ３２によって供給されたラムダ実際値λ_{ｉｎ，ｍｅａｓ} がリンク１２８において差し引かれる。このようにして形成された制御ずれＲＡは、従来の制御アルゴリズム１３０によって操作量ＳＧに変換され、この操作量ＳＧは、リンク１３２において、例えば、内燃機関１０の運転パラメータの関数としてあらかじめ決定されている噴射パルス幅ｔ_ｉａｊの基本値ＢＷに乗法により関連付けられる。基本値ＢＷは、制御器１６のメモリ１３４に記憶される。運転パラメータは、この場合にも好ましくは内燃機関１０の負荷および回転速度であるが、必ずしもこれらでなくてもよい。積から求められる噴射パルス幅ｔ_ｉａｊにより、燃料が噴射弁２２を介して内燃機関１０の燃焼室２０内に噴射される。

【0055】

第１の制御回路で行われる従来のラムダ制御は、このようにして第２の制御回路で行われる触媒２６の酸素充填レベルの制御に重畳される。要素２２，３２，１２８，１３０，１３２は、ラムダ制御が行われる第１の制御回路を形成し、ラムダ実測値として第１の排気ガスプローブ３２の信号λ_{ｉｎ，ｍｅａｓ}が処理される。第１の制御回路のラムダ目標値λ_ｉｎ，setは、要素２２，３２，１００，１２２，１２４，１２６，１２８，１３２を有する第２の制御回路で形成される。

【0056】

この場合、経路モデル１００、もしくは第１の触媒モデル１０２を用いてモデル化された平均的な酸素の充填レベル

【数10】

は、例えば、リーンおよびリッチによる破損の可能性を最小限に抑え、これにより、最小限の排出量をもたらす充填レベル目標値

【数11】

に調整される。この場合、基本ラムダ目標値ＢＬＳＷは、フィードフォワード制御１３６によって形成されるので、充填レベル制御の制御ずれは、モデル化された平均的な充填レベル

【数12】

が、あらかじめフィルタ処理された目標充填レベル

【数13】

と同一である場合にはゼロに等しくなる。充填レベル制御アルゴリズム１２４は、このような場合以外にしか介入しない。充填レベル制御のフィードフォワード制御１３６として作用する基本ラムダ目標値の形成は、第１の触媒モデル１０２の数値的反転として実現されているので、このフィードフォワード制御１３６は、第１の触媒モデル１０２の適合と同様に、三元触媒２６の後方に配置された第２の排気ガスプローブ３４の信号λ_{ｉｎ，ｍｅａｓ}に基づいて適合される。これは、図３において、反転された経路モデル１３６に通じる適合経路１１６の分岐によって示されている。

【0057】

フィードフォワード制御１３６をこのように経路モデル１００の反転として実現することにより、経路モデルを用いてモデル化された触媒の実測充填レベルが、フィルタ処理された充填レベル目標値

【数14】

またはフィルタ処理されていない充填レベル目標値

【数15】

とは異なる場合にのみ、充填レベル制御アルゴリズム１２４が介入すればよいという利点が得られる。経路モデル１００は、触媒の前方の入力ラムダを触媒の平均的な酸素充填レベルに換算し、反転された経路モデルとして実現されるフィードフォワード制御１３６は、平均的な目標酸素充填レベルを触媒の前方の対応する目標ラムダに換算する。

【0058】

図３の対象は、以下の考察に基づいている。ラムダ実際値検出ブロック３２′では、最初に仮想値λ_{ｉｎ，ｆｉｃｔｉｏｕｓ}が、フィードフォワード制御１３６の第２のシステムモデル１００′のための入力変数として設定される。最初の仮想値λ_{ｉｎ，ｆｉｃｔｉｏｕｓ}は、内燃機関１０の燃焼運転（すなわち、燃料計量および燃焼器充填物の燃焼を伴う通常運転）のための最初の基本ラムダ目標値としての役割を果たし、この方法を後に実施する場合に、更新された基本ラムダ目標値ＢＬＳＷとして出力される。第２の経路モデル１００′によって、この入力変数から、触媒２６の平均的な酸素充填レベルのための仮想値

【数16】

が得られる。リンク１３８において、平均的な仮想充填レベル

【数17】

と、随意のフィルタリング１２０によってフィルタ処理された充填レベル目標値

【数18】

またはフィルタ処理されていない充填レベル目標値

【数19】

との差が計算される。両方の値

【数20】

および

【数21】

（または

【数22】

）が等しい場合には、差はゼロに等しい。このことは、所定の仮想ラムダ値λ_{ｉｎ，ｆｉｃｔｉｏｕｓ}が、目標酸素充填レベルに到達するためにフィードフォワード制御する必要があるラムダ目標値ＢＬＳＷに正確に対応することを意味する。閾値ブロック１４０では、平均的な仮想充填レベル

【数23】

と、随意のフィルタリング１２０によってフィルタ処理された充填レベル目標値

【数24】

またはフィルタ処理されていない充填レベル目標値

【数25】

との差が所定の閾値と比較される。差の大きさが十分に小さく、閾値の大きさを選択することにより調整可能である場合には、閾値ブロック１４０は、この状況を表す信号をラムダ実測値検出ブロック３２′に引き渡す。したがって、この信号に応答して、ラムダ実測値検出ブロック３２′は、適切に検出された出力信号λ_{ｉｎ，ｆｉｃｔｉｏｕｓ}を保持し、この信号を基本ラムダ目標値ＢＬＳＷとしてリンク１２６に引き渡す。

【0059】

これに対して、平均的な仮想充填レベル

【数26】

と、随意のフィルタリング１２０によってフィルタ処理された充填レベル目標値

【数27】

またはフィルタ処理されていない充填レベル目標値

【数28】

との差から計算された値が閾値よりも大きい場合には、このことは、所定の仮想ラムダ値λ_{ｉｎ，ｆｉｃｔｉｏｕｓ}が、目標酸素充填レベルに到達するために、フィードフォワード制御する必要がある理想的な１つのラムダ目標値ＢＬＳＷにまだ対応していないことを意味する。閾値値ブロック１４０では、平均的な仮想充填レベル

【数29】

と、随意のフィルタリング１２０によってフィルタ処理された充填レベル目標値

【数30】

またはフィルタ処理されていない充填レベル目標値

【数31】

との差が、所定の閾値を超える。この場合、閾値ブロック１４０は、この状況を表す信号をラムダ実測値検出ブロック３２′に引き渡す。この信号に応答して、ラムダ実測値検出ブロック３２′は、適切ではないと識別された出力信号λ_{ｉｎ，ｆｉｃｔｉｏｕｓ}を繰り返し変化させ始め、繰り返し変化する出力信号ＢＳＬＷを、特に、経路モデル１００′に引き渡す。第１の経路モデル１００に関連してこの第２の経路モデル１００′は、次いで同一のパラメータおよび最初は同一の状態変数、例えば第１の経路モデル１００によって、可変の入力ラムダλ_{ｉｎ，ｆｉｃｔｉｏｕｓ}もしくはＢＳＬＷを用いて、第２の経路モデル１００′によって計算された充填レベル

【数32】

と、フィルタ処理された充填レベル目標値

【数33】

またはフィルタ処理されていない充填レベル目標値

【数34】

との差が、フィードフォワード制御に必要な精度を満たすのに十分に小さくなるまで繰り返される。要求される精度は、ブロック１４０の閾値を選択することによって設定可能である。このようにして得られた入力ラムダλ_{ｉｎ，ｆｉｃｔｉｏｕｓ}の値は、次いで第１の制御回路のための基本ラムダ目標値ＢＬＳＷとして使用される。差を求めることは、平均的な仮想充填レベル

【数35】

と、随意のフィルタリング１２０によってフィルタ処理された充填レベル目標値

【数36】

またはフィルタ処理されていない充填レベル目標値

【数37】

との比較を行うことを意味する。比較は、例えば商を求めることに基づいて行うことができる。

【0060】

この手順の利点は、多大な計算労力をかけてしか解くことができないか、もしくは第１の経路モデル１００を解析的に反転した解くことができない方程式によってではなく、順方向の経路モデル１００もしくは１００′のための方程式をもう一度解きさえすればよいことである。

【0061】

制御器１６における計算労力を最小限にするために、好ましくは、反復を行う範囲を決定する入力ラムダλ_{ｉｎ，ｆｉｃｔｉｏｕｓ}のための反復限界が決定される。好ましくは、これらの反復限界は、現在の運転条件に応じて決定される。例えば、予想される目標ラムダＢＬＳＷの周辺でできるだけ小さい間隔のみをおいて反復を実施することが有利である。さらに、反復限界を決定する場合に、充填レベル制御部１２４の介入と、目標ラムダＢＬＳＷに対する他の機能の介入とを考慮に入れることが有利である。

【0062】

この解かれるべき方程式は、二分法またはレギュラ・ファルシ法などの包含法によって、この間隔内で反復的に解かれる。レギュラ・ファルシ法などの包含法は一般に知られている。これらの包含法は、反復的な近似値を提供するだけでなく、これらの近似値を両側から制限することによっても優れている。これにより、適切な基本ラムダ目標値ＢＬＳＷを決定するための計算労力が著しく制限される。

【0063】

この説明は、燃焼室内で燃料‐空気混合物を燃焼する内燃機関の通常運転に適用される。惰行運転時には、燃焼室への燃料供給は原則的に遮断される。図３では、このことが、運転者要求送信機４０とスイッチ４２との接続によって表されている。内燃機関が自動車の駆動輪によって駆動された場合、このことを制御器によって、例えば運転者要求送信機４０の信号を評価することによって検出することができ、この場合、スイッチ４２は開放され、これにより、燃料噴射弁２２は開放制御されない。

【0064】

基本ラムダ目標値ＢＬＳＷは、内燃機関１０の燃焼室への空気および／または燃料供給に関連する内燃機関１０のセンサの信号および制御変数に応じて、燃焼室２０への燃料計量が行われない内燃機関１０の惰行運転フェーズの開始時に形成される。図３には、このことがブロック４４およびスイッチ４６，５０によって表す。ブロック４４は、内燃機関の燃焼室への空気および／または燃料供給に関連る内燃機関１０のセンサの信号と制御変数とに応じて形成される基本ラムダ目標値ＢＬＳＷを出力する。スイッチ４６は、惰行運転への移行時にスイッチ４２と平行して操作され、例えば、運転者要求送信機４０によってトリガされる。スイッチ４６の操作は、フィードフォワード制御１３６の経路モデル１００′の入力部がブロック４４の出力部に置かれる（すなわち、ブロック４４の出力部に接続される）ように行われる。

【0065】

この場合、基本ラムダ目標値ＢＬＳＷは、もはや目標値検出ブロック３２′から出力されるのではなく、ブロック４４から出力され、この出力は、内燃機関の燃焼室への空気および／または燃料供給に関連する内燃機関のセンサの信号および制御変数に応じて行われる。このようなセンサの例は、空気質量計１８および回転角センサ２５である。

【0066】

ブロック４８では、燃料遮断を開始してから、内燃機関１０の燃焼室２０から第１の排気ガスプローブ３２へ到達するために排気ガス２８が必要とするガス移動時間が惰行運転時に決定される。ガス移動時間は、例えば、制御器１６で計算されるガス運搬モデルを計算することによって求められる。このようなガス運搬モデルのための入力変数は、例えば、空気質量計１８および回転角センサ２５の信号である。

【0067】

ガス移動時間が経過すると、ブロック４８は、スイッチ５０の操作をトリガして、ブロック４４によって行われる基本ラムダ目標値ＢＬＳＷの供給を中止し、第１の排気ガスプローブ３２からの信号に基づく基本ラムダ目標値の供給によって代替する。この場合、フィードフォワード制御１３６の経路モデル１００′の入力部は、ブロック３２の出力部に置かれる（すなわち、ブロック４４の出力部に接続される）。

【0068】

例えば運転者要求送信機４０の操作によって惰行運転が終了した場合には、特にスイッチ４６が再び操作され、基本ラムダ目標値ＢＳＬＷが目標値検出ブロック３２′によって再び出力される。

【0069】

フィードフォワード制御の経路モデル１００′の適合は、図３の対象では、ブロック１１４から第２の経路モデル１００′に至る経路１１６を介して行われる。排気ガスシステム２６、排気ガスプローブ３２，３４、空気質量計１８、回転角センサ２５、および噴射弁２２を除いて、図４に示す全ての要素は、本発明による制御器１６の構成要素である。この場合、メモリ１１８，１３４を除いて、図４の他の全ての要素は、エンジン制御プログラム１６．１の一部であり、制御器１６に記憶されており、制御器１６で実施される。

【0070】

図４は、従来技術において、および従来技術と比較して、本発明では燃料供給の一時的な中断に関連して生じるバイナリ状態の時間波形を示す。図４ａのレベル１は、燃料噴射弁２２を介して内燃機関に燃料が供給される状態を示している。これは、時間ｔ＜ｔ０およびｔ＞ｔ１の場合である。レベル０は、遮断された燃料供給を表す。燃料供給は、時間ｔ０とｔ１との間で遮断されている。

【0071】

図４ｂのレベル１は、排気ガスプローブ３２が燃料供給を信号で示している状態を表す。これは、時間ｔ＜ｔ２およびｔ＞ｔ３の場合である。レベル０は、第１の排気ガスプローブ３２が遮断された燃料供給を信号で示している状態を表す。これは、時間ｔ２＜ｔ＜ｔ３の場合である。図４ｂは、ある程度、図４ａの位相をシフトした図であり、時間位相シフトｔ２－ｔ０、もしくはｔ３－ｔ１は、燃焼室と第１の排気ガスプローブ３２との間の排気ガスのガス移動時間である。

【0072】

図４ｄのレベル１は、フィードフォワード制御１３６によって従来技術のブロック１００′，１３８，１４０，３２′のループを繰り返し通過することによって、基本ラムダ目標値ＢＬＳＷが上述のように設定される状態を表す。これは、時間ｔ＜ｔ０およびｔ＞ｔ１の場合である。設定は、燃料供給が中断される時点ｔ０で停止する。なぜならば、燃料供給が中断されたことにより、この時点からはもはや目標値設定によって触媒２６の充填レベルに能動的に影響を及ぼすことができず、その代わりに、充填レベルの変動を監視するしかないからである。

【0073】

監視の範囲で、すなわち、ｔ０＜ｔ＜ｔ１の場合、ブロック１００′，１３８，１４０，３２′からなるループで反復的に計算された基本ラムダ目標値ＢＬＳＷのための第１の代替値として、フィードフォワード制御１３６の経路モデル１００′で行われる酸素充填レベルの計算のために、三元触媒２６の前方に配置された排気ガスプローブ３２が使用される。図４ｂが示すように、この信号は、時間間隔ｔ０＜ｔ＜ｔ１で位相シフト／ガス移動時間に基づいて値１をとる。時間間隔ｔ２＜ｔ＜ｔ３において、第１の排気ガスプローブ３２は燃料遮断を示すが、このことはフィードフォワード制御１３６によって記録されない。なぜならば、この燃料遮断は、時間間隔ｔ２＜ｔ＜ｔ３において、第１の排気ガスプローブ３２の信号の代わりに目標値検出ブロック３２の信号を再び処理するからである。したがってフィードフォワード制御１３６の経路モデル１００′の入力信号の時間波形として、従来技術では連続的なレベル１が生じる。結果として、触媒２６に取り込まれる酸素の増大に伴う短時間の燃料遮断は、フィードフォワード制御の経路モデル１００′によって処理されない。不都合な結果として、フィードフォワード制御１３６の経路モデル１００′によってモデル化される充填レベルは、実際よりも小さい。触媒への酸素の取込みを表す図４ｂの斜線範囲は、従来技術では考慮されない（図４ｃ参照）。

【0074】

本発明は、燃料供給を遮断する場合すぐに、フィードフォワード制御１３６の経路モデル１００′の入力部をブロック４４の出力部に置くことによって、この不都合な影響を回避する。ブロック４４は燃料遮断を遅滞なく示す。したがって本発明では、図４ｄに示す波形がフィードフォワード制御１３６の経路モデル１００′の入力信号として生じる。この場合、酸素の取込みはフィードフォワード制御１３６の経路モデル１００′を計算する場合に考慮される。

【0075】

内燃機関への燃料供給の中断がガス移動時間よりも短い場合には、燃料供給が再開される場合に、ガス移動時間内に、フィードフォワード制御１３６の経路モデル１００′の入力部がブロック４４の出力部から再び目標値検出ブロック３２′の出力部に置かれる。

【0076】

内燃機関への燃料供給の中断がガス移動時間よりも長い場合には、最初はフィードフォワード制御１３６の経路モデル１００′の入力部がブロック４４の出力に置かれる。その後、ガス移動時間が経過し、燃料遮断がまだ続く場合には、スイッチ５０は、ガス移動時間を計算するブロック４８によって操作され、フィードフォワード制御１３６の経路モデル１００′の入力部は、ガス移動時間の終了時にブロック４４から分離され、第１の排気ガスプローブ３２に接続される。燃料供給が再開された場合には、フィードフォワード制御１３６の経路モデル１００′の入力部は、再び目標値検出ブロック３２′に接続される。

【0077】

図５は、図３を参照して説明したフィードフォワード制御を実施する方法の実施形態としてフィードフォワード制御が惰行運転以外においてどのように行われるのかついてフロー図を示す。このフロー図は、好ましくは、図１のエンジン制御プログラム１６のサブルーチンとして実施される。

【0078】

ステップ１４２では、エンジン制御プログラム１６．１の上位の部分からサブルーチンを呼び出す。ステップ１４４では、仮想ラムダ値λ_{ｉｎ，ｆｉｃｔｉｏｕｓ}の初期値が設定される。ステップ１４６では、この初期に基づいて、経路モデル１００′の方程式（経路モデル１００の方程式と同一である）によって、触媒の平均的な酸素充填レベルのための仮想ラムダ値

【数38】

を計算する。ステップ１４８では、平均的な仮想充填レベル

【数39】

と、フィルタ処理された充填レベル目標値

【数40】

またはフィルタ処理されていない充填レベル目標値

【数41】

との差が計算され、あらかじめ設定可能な閾値と比較される。この差が閾値よりも大きい場合には、ステップ１５０で、仮想ラムダ値λ_{ｉｎ，ｆｉｃｔｉｏｕｓ}の反復的な変更およびステップ１４６の前の分岐が行われる。必要に応じて、ステップ１４６，１４８，１５０のループを繰り返し通過し、ステップ１５０でループを通過する度に仮想ラムダ値λ_{ｉｎ，ｆｉｃｔｉｏｕｓ}の変更が行われる。ステップ１５０で、平均的な仮想充填レベル

【数42】

とフィルタ処理された充填レベル目標値

【数43】

との差が閾値未満であることが明らかになった場合には、サブルーチンなしで済まし、もはや仮想ラムダ値λ_{ｉｎ，ｆｉｃｔｉｏｕｓ}のさらなる変更は行われず、サブルーチンはステップ１５２に分岐し、これまでに決定された仮想ラムダ値λ_{ｉｎ，ｆｉｃｔｉｏｕｓ}が、基本ラムダ目標値ＢＬＳＷとして使用される。

【0079】

図６は、図４を参照して説明したフィードフォワード制御を実施する方法の実施形態として、フィードフォワード制御が惰行運転中にどのように行われるかを示すフロー図を示す。このフロー図は、好ましくは、図１のエンジン制御プログラム１６のサブルーチンとして実施される。

【0080】

ステップ１６２では、フィードフォワード制御１３６の経路モデル１００′の入力部は、目標値検出ブロック３２′の出力部に置かれる。これは、内燃機関を制御するためのメインプログラムなしで済ますことに相当する。次に、惰行運転が開始された場合には、プログラムはステップ１６４に分岐し、フィードフォワード制御１３６の経路モデル１００′の入力部がブロック４４の出力部に置かれる。

【0081】

ステップ１６６では、内燃機関がまだ惰性運転状態にあるかどうかをチェックする。そうでない場合には、プログラムはステップ１６２に分岐して戻り、フィードフォワード制御１３６の経路モデル１００′の入力部は、目標値検出ブロック３２′の出力部に置かれる。これに対して、内燃機関がまだ惰行運転状態にある場合には、プログラムはステップ１６８に分岐し、燃料を遮断した惰行運転に移行してから経過した時間がガス移動時間よりも長いかどうかがチェックされる。そうでない場合には、プログラムはステップ１６４に進み、フィードフォワード制御１３６の経路モデル１００′の入力部はブロック４４の出力部に保持される。これに対して、燃料を遮断した惰行運転に移行してから経過した時間がガス移動時間よりも長い場合には、ステップ１７０で、経路モデル１００′の入力部が排気ガスプローブ３２の出力部に置かれる。次のステップ１７２では、内燃機関がまだ惰行運転状態にあるかどうかがステップ１６６と同様にチェックされる。そうである場合には、プログラムはステップ１７０に戻り、フィードフォワード制御１３６の経路モデル１００′の入力部が第１の排気ガスプローブ３２の出力部に置かれる。これに対して、内燃機関がもはや惰行運転状態にない場合には、プログラムはステップ１６２に分岐し、フィードフォワード制御１３６の経路モデル１００′の入力は、再び、目標値検出設ブロック３２′の出力部に置かれる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図4d】

【図5】

【図6】