DE19502011C2 - Verfahren zum Begrenzen der Innentemperatur eines Katalysators - Google Patents
Verfahren zum Begrenzen der Innentemperatur eines KatalysatorsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, zum Ermitteln der Innentemperatur eines Ka
talysators und zum Steuern der Kraftstoffzufuhr zu einem Ver
brennungsmotor, um die Katalysatorinnentemperatur unter einem
vorgegebenen Maximalwert zu halten.
Bei modernen Automobilmotoren werden üblicherweise Katalysa
toren eingesetzt, um die Abgasemissionen des Motors zu redu
zieren. Derartige Katalysatoren arbeiten derart, daß sie die
Zusammensetzung des von dem Motor erzeugten Abgases chemisch
verändern, um die Auspuffemissionen betreffende Umweltvor
schriften einzuhalten. Katalysatoren arbeiten üblicherweise
dann mit einem Spitzenwirkungsgrad, wenn die Temperatur des
Katalysatormaterials in dem Katalysator innerhalb eines be
stimmten spezifizierten Temperaturbereichs liegt. Ein Dauer
betrieb des Katalysators bei einer höheren Temperatur als
der spezifizierten Temperatur führt jedoch zu einer Degrada
tion des Katalysatormaterials innerhalb des Katalysators.
Eine derartige Degradation führt zu einer verringerten Kata
lysatorbetriebslebensdauer und zu erhöhten Emissionen.
Demzufolge besteht das Erfordernis, die Betriebstemperatur
eines Katalysators genau zu ermitteln und die Temperatur des
Katalysators während des Fahrzeugbetriebs zu begrenzen.
So wird in der DE 41 00 397 A1 die Verwendung von Temperatur
fühlern zur Ermittlung der Innentemperatur eines Katalysators
vorgeschlagen, jedoch wird hier über die weitere Steuerung
des Luft/Kraftstoff-Gemisches nichts ausgesagt.
Aus der DE 41 01 616 A1 sind Luft/Kraftstoff-Verhältnis-
Sensoren bekannt, die stromaufwärts bzw. stromabwärts eines
Katalysators zum Erfassen der jeweiligen Luft/Kraftstoff-
Verhältnisse angeordnet sind. Hierbei handelt es sich um Sau
erstoffsensoren, wobei gemäß der DE 38 21 345 A1 einer der
Sauerstoffsensoren auch im Katalysator angeordnet sein kann.
Eine Ermittlung der Katalysatorinnentemperatur ist in beiden
Fällen nicht vorgesehen.
Ein System und ein Verfahren zur Voraussage der Innentempera
tur eines Katalysators ist in der US 4 656 829 beschrieben.
Dabei wird ohne einen in dem Katalysator angebrachten Tempe
ratursensor eine Katalysatorinnentemperatur nur unter Zugrun
delegung von Motorbetriebsparametern ermittelt. Die vorausge
sagte Innentemperatur wird verwendet, um festzustellen, ob
die so berechnete Innentemperatur eine vorgegebene maximale
Innentemperatur Überschreitet. Wenn festgestellt wird, daß
die ermittelte Katalysatorinnentemperatur eine vorgegebene
maximale Temperatur überschreitet, wird das Luft/Kraftstoff-
Verhältnis verringert, um ein angereicherteres Luft/Kraft
stoff-Gemisch zu erzeugen, wodurch die Temperatur der Motor
abgase und somit die des katalytischen Konverters sinkt.
Nachteilig ist bei diesem vorbekannten System, daß es ledig
lich auf bereits eingetretene Temperaturüberschreitungen rea
giert, aber nicht in der Lage ist, die Auftretenshäufigkeit
von Übertemperatur-Zuständen zu verringern. Durch häufiges
Überschreiten der maximalen Temperatur wird die Betriebsle
bensdauer eines Katalysators verringert. Ferner können häufi
ge größere Sprünge im Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem un
ruhigen Motorverhalten im Fahrbetrieb führen.
Demgegenüber liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
darin, die Betriebslebensdauer eines Katalysators in einem
Fahrzeug zu erhöhen und auch das Motorverhalten während des
Fahrbetriebs zu verbessern, indem die Temperatur des Kataly
satormaterials innerhalb des Katalysators ermittelt und die
Temperatur des Katalysatormaterials unterhalb einer vorgege
benen Maximalbetriebstemperatur gehalten wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der
eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruches 1 gelöst.
Ein Vorteil der bevorzugten Ausführungsformen besteht darin,
daß die Auspuffemissionen und die Kosten für die Fahrzeug
wartung durch den Betriebs des Katalysators unterhalb einer
maximalen Betriebstemperatur verrinegert werden.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Er
findung werden anhand der nachstehenden Beschreibung bevor
zugter Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugmotors
und einer erfindungsgemäßen elektronischen Motor
steuerungsvorrichtung;
Fig. 2 und 3(a), (b) und (c) Flußdiagramme, welche die Be
triebsweise einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung darstellen.
Gemäß Fig. 1 pumpt eine Kraftstoffpumpe 12 Kraftstoff aus
einem Kraftstofftank 10 durch eine Kraftstoffleitung zu ei
nem Satz Kraftstoffeinspritzdüsen 14, welche Kraftstoff in
einen Verbrennungsmotor 11 einspritzen. Die Kraftstoffein
spritzdüsen 14 sind von herkömmlicher Konstruktion und so
angeordnet, daß sie Kraftstoff in die ihnen zugeordneten Zy
linder in präzisen Mengen einspritzen, wie diese von einer
elektronischen Motorsteuerung (EEC, electronic engine con
troller) 100 vorgegeben werden, die ein Kraftstoffeinspritz
signal über eine Signalleitung 17 an die Kraftstoffein
spritzdüsen 14 überträgt. Das Kraftstoffeinspritzsignal wird
von der EEC 100 zeitabhängig verändert, um ein von der EEC
100 vorgegebenes Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufrechtzuerhal
ten. Der Kraftstofftank 10 enthält vorzugsweise Flüssig
kraftstoff, wie z. B. Benzin, Methanol oder eine Kombination
hiervon. Ein Abgassystem 31, welches ein oder mehrere Abgas
rohre und einen mit 75 bezeichneten Abgasanschlußflansch
aufweist, transportiert ein aus der Verbrennung eines
Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Motor erzeugtes Abgas zu
einem ersten Katalysator 32 und einem zweiten Katalysator
33. Ein in Fig. 1 in einer Querschnittsansicht dargestellter
erster Katalysator 32 enthält ein mit 82 und 84 bezeichnetes
Katalysatormaterial, welches das von dem Motor erzeugte Ab
gas chemisch verändert und welches über den bei 77 zu sehen
den Abgaseinlaß in den Katalysator 32 eintritt, um ein kata
lytisch behandeltes Abgas zu erzeugen, welches dann weiter
von dem zweiten Katalysator 33 chemisch verändert wird, wel
cher ein mit 85 bezeichnetes Katalysatormaterial enthält.
Ein vor dem ersten Katalysator 32 des Abgassystems 31 des
Motors 11 angeordneter beheizter Vor-Abgassauerstoffsensor
60 (HEGO, heated exhaust gas oyxgen) erfaßt den Sauerstoff
gehalt des von dem Motor 11 erzeugten Abgases und überträgt
ein entsprechendes Signal 61 an die EEC 100. Ein Nach-HEGO-
Sensor 70, welcher hinter dem Katalysator 32 angeordnet ist,
erfaßt den Sauerstoffgehalt des katalytisch behandelten Ab
gases und überträgt ein entsprechendes Signal 71 an die EEC
100. Weitere Sensoren, allgemein mit 101 bezeichnet, liefern
zusätzliche Information über den Motorzustand an die EEC
100, wie z. B. Kurbelwellenstellung, Winkelgeschwindigkeit,
Drosselklappenstellung, Lufttemperatur usw. Die aus diesen
Sensoren stammende Information wird von der EEC 100 zur
Steuerung des Motorbetriebs verwendet.
Ein am Lufteinlaß des Motors 11 angeordneter Luftmassen
stromsensor 15 erfaßt die Menge der in ein Einlaßsystem des
Motors eingesaugten Luft und liefert ein Luftmassenstromsi
gnal 16 an die EEC 100. Das Luftmassenstromsignal 16 wird
von der EEC 100 dazu verwendet, um einen als Luftmasse (AM,
air mass) bezeichneten Wert zu berechnen, welcher eine in
das Ansaugsystem strömende Luftmasse in kg/Minute (1bs/min.)
angibt. Das Luftmassenstromsignal 16 wird ebenfalls zum Be
rechnen eines als Ladeluft (AIRCHG, air charge) bezeichneten
Wertes verwendet, welcher die Luftmasse pro Zylinderfüllung
in der Dimension kg/Zylinderfüllung (1bs. per cylinder fil
ling) angibt, wobei eine Zylinderfüllung für jeden Zylinder
des Motors einmal pro zwei Motorumdrehungen bei einem Vier
taktmotor auftritt. Bei einer für einen Zweitaktmotor vorge
sehenen Ausführungsform erfolgt eine Zylinderfüllung pro Mo
torzylinder bei jeder Motorumdrehung.
Die EEC 100 umfaßt einen Microcomputer mit einer zentralen
Verarbeitungseinheit (CPU) 41, Eingangs- und Ausgangsports
40 (I/O-Ports), einem Nur-Lese-Speicher (ROM) 42 zum Spei
chern von Steuerprogrammen, einem Speicher für wahlfreien
Zugriff (RAM) 43 zum kurzzeitigen Datenspeichern, welcher
auch für Zähler und Zeitgeber verwendet werden kann, einem
Datenerhaltungsspeicher (KAM, keep alive memory) 44 zum
Speichern erlernter Werte und einem herkömmlichen Datenbus.
Die EEC 100 enthält auch einen Zeitgeber für den Auszustand
des Motors, welcher ein Signal erzeugt, das die Zeitdauer
angibt, in welcher der Motor ausgeschaltet war. Die in dem
Signal enthaltene Information wird in einer mit ENG OFF TMR
bezeichneten Variablen gespeichert, welche die Zeitdauer an
gibt, in welcher der Motor ausgeschaltet war.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfahren das Katalysa
tormaterial 82 und 84 im ersten Katalysator 32 und das Kata
lysatormaterial 85 im zweiten Katalysator 33 eine Degradati
on, wenn sie bei einer höheren Temperatur als etwa 843°C
(1550°F) betrieben werden. Eine Temperatur an einem mit 76
bezeichneten Innenpunkt des Katalysatormaterials ist reprä
sentativ für die Temperatur des Katalysatormaterials im Ka
talysator 32. Der Innenpunkt ist bevorzugt in einer Entfer
nung von 2,54 cm (1 inch) vom Anfangskontaktpunkt mit dem
Abgas im ersten Katalysatormaterial 82 an der axialen Mit
tellinie des ersten Katalysatormaterials 82 angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Temperatur des
Innenpunktes während des Motorbetriebs ermittelt und eine
von den Einspritzdüsen gelieferte Kraftstoffmenge geändert,
um die Innentemperatur unter einen Maximaltemperaturwert zu
halten, welche in einer bevorzugten Ausführungsform etwa
843°C (1550°F) beträgt. Eine bevorzugte Ausführungsform er
mittelt eine für die Temperatur der Katalysatormasse im er
sten Katalysator 32 indikative Temperatur und verändert die
Rate, mit welcher der Kraftstoff von den Einspritzdüsen 14
geliefert wird, um die Zusammensetzung des von dem ersten
Katalysator 32 verarbeiteten Abgases zu verändern. In einer
bevorzugten Ausführungsform wird die Rate der Kraft
stoffzufuhr erhöht, um ein - im Vergleich zu einem stöchio
metrischen Verhältnis - angereichertes Luft/Kraftstoff-Ver
hältnis zu erzeugen, welches zu einer niedrigeren Abgastem
peratur führt. In einer anderen Ausführungsform wird die Ra
te des Kraftstoffzufuhr verringert, um ein im Vergleich zu
einem stöchiometrischen Verhältnis abgemagertes Luft/Kraft
stoff-Verhältnis zu erzeugen, welches ebenfalls zu einer
niedrigeren Abgastemperatur führt. Auf diese Weise wird die
Temperatur des ersten Katalysators gesteuert.
Die Fig. 2 und 3(a), (b) und (c) sind Flußdiagramme, welche
die von der EEC 100 in einer Routine ausgeführten Schritte
darstellen. In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen
die in Fig. 2 und 3(a), (b) und (c) dargestellten Schritte
einen Teil einer größeren Routine, die andere Motorsteuer
funktionen ausführt. Fig. 2 zeigt die von der EEC 100 in ei
ner Temperaturermittlungsroutine ausgeführten Schritte, um
die Innentemperatur des ersten Katalysator 32 während des
Motorbetriebs zu ermitteln.
Der Einsprung in die Temperaturermittlungsroutine erfolgt
bei 200, und bei 201 wird ein Initalisierungs-Flag EXT INIT
geprüft, um zu ermitteln, ob bestimmte Temperaturvariablen
initialisiert wurden. Eine bevorzugte Ausführungsform ini
tialisiert vorteilhaft bestimmte Temperaturvariablen derart,
daß beispielsweise berücksichtigt wird, ob ein Motor für ei
ne kurze Zeitdauer abgeschaltet war, in der sich der Kataly
sator nicht auf Umgebungstemperatur abkühlen konnte. Das
Auftreten von Übertemperaturzuständen des Katalysators wird
demzufolge durch Abschätzen der Katalysatortemperatur nach
dem Motorstart als Funktion der Katalysatortemperatur nach
einem Motorstop, der Umgebungstemperatur, einer für die Ka
talysatorabkühlung indikativen Zeitkonstante und der seit
dem Motorstop bis zum nächsten Motorbetrieb verstrichenen
Zeit reduziert. EXT INIT wird auf einen Wert von 1 gesetzt,
wenn die Motorstromversorgung eingeschaltet wird, so daß die
Temperaturvariablen bei 202 initialisiert werden können. So
bald die Variablen initialisiert sind, wird EXT INIT auf ei
nen Wert 0 gesetzt und verbleibt bei einem solchen Wert, bis
der Motorbetrieb beendet wird. Bei 202 werden mehrere in der
Temperaturermittlungsroutine zu verwendende Variablen gemäß
nachstehender Darstellung initialisiert:
EXT FL KAM = (EXT FL KAM - INFAMB-KAM) .
FNEXP(-ENG OFF TMR / TC SOAK FL) +
INFAMB KAM (1)
EXT CMD KAM = (EXT CMD KAM - INFAMB KAM) .
FNEXP(-ENG OFF TMR / TC SOAK CMD) +
INFAMB KAM (2)
EXT SS FLN = EXT FL KAM (3)
EXIT INIT = 1 (4)
wobei:
EXT FL KAM ein Wert ist, welcher im Datenerhaltungs speicher 44 gespeichert wird und eine Momentantemperatur des Abgases am Abgasanschlußflansch 75 angibt,
ENG OFF TMR eine Variable ist, welche die Zeit in Sekun den angibt, in welcher der Motor abgeschaltet war,
TC SOAK FL eine in Sekunden kalibrierbare Zeitkonstante ist, welche der Abkühlung des Abgases am Abgasanschluß flansch 75 zugeordnet ist, wenn der Motor abgeschaltet ist,
FNEXP () eine im ROM 42 gespeicherte Nachschlagetabelle ist, welche eine Exponentialfunktion für die Verwendung durch einen Festkommaprozessor in der EEC 100 annähert,
EXT CMD KAM ein Momentantemperaturwert des Abgases am Innenpunkt 76 des Katalysators 32 ist,
ENG OFF TMR eine Variable wie vorstehend beschrieben ist,
TC SOAK CMD eine empirisch abgeleitete Zeitkonstante in Sekunden für die Abkühlung des Abgases am Katalysatorinnen punkt ist, und
INFAMB KAM ein Wert ist, der eine Schätzung der Umge bungslufttemperatur z. B. in °F angibt.
EXT FL KAM ein Wert ist, welcher im Datenerhaltungs speicher 44 gespeichert wird und eine Momentantemperatur des Abgases am Abgasanschlußflansch 75 angibt,
ENG OFF TMR eine Variable ist, welche die Zeit in Sekun den angibt, in welcher der Motor abgeschaltet war,
TC SOAK FL eine in Sekunden kalibrierbare Zeitkonstante ist, welche der Abkühlung des Abgases am Abgasanschluß flansch 75 zugeordnet ist, wenn der Motor abgeschaltet ist,
FNEXP () eine im ROM 42 gespeicherte Nachschlagetabelle ist, welche eine Exponentialfunktion für die Verwendung durch einen Festkommaprozessor in der EEC 100 annähert,
EXT CMD KAM ein Momentantemperaturwert des Abgases am Innenpunkt 76 des Katalysators 32 ist,
ENG OFF TMR eine Variable wie vorstehend beschrieben ist,
TC SOAK CMD eine empirisch abgeleitete Zeitkonstante in Sekunden für die Abkühlung des Abgases am Katalysatorinnen punkt ist, und
INFAMB KAM ein Wert ist, der eine Schätzung der Umge bungslufttemperatur z. B. in °F angibt.
Wie aus den vorstehenden Gleichungen (1) und (2) zu ersehen
ist, enthält die Variable ENG OFF TMR, wenn der Motor für
längere Zeitdauer abgeschaltet war, einen großen wert, und
die Exponentialfunktion in dem ersten additiven Term auf der
rechten Seite der Gleichung ergibt dann einen wert gleich
Null, und die Temperatur des Katalysatorinnenpunktes und am
Abgasanschlußflansch wird gleich der Umgebungstemperatur.
Für kürzere Zeitdauern stellt die Exponentialfunktion FNEXP
eine Näherung für die Abkühlung des Katalysatorinnenpunktes
dar. Da EXT FL KAM im Datenerhaltungsspeicher 44 gespeichert
wird, enthält EXT FL KAM nach der Initialisierung vorteil
hafterweise die Temperatur des Abgases am Abgasanschluß
flansch 75, bei der der Motor zum letzten Mal abgeschaltet
wurde.
Bei 203 wird ein Gleichgewichtszustands-Temperaturwert, der
eine Gleichgewichtszustands-Temperatur des Abgasanschluß
flansches 75 bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-
Verhältnis angibt, gemäß der nachstehenden Beziehung berech
net:
EXT SS FL ST = [FN4441(N,AIRCHG) .
FN441B(SPKMBT - SAF) . FN441C(EGRACT)] +
FN441I(ACT) + FN441T(AM) . (ECT - 200) (5)
wobei:
FN4441(N,AIRCHG) ein empirisch abgeleiteter Wert ist, der in einer von der Motordrehzahl N und Ladeluft AIRCHG, indexierten Tabelle enthalten ist, welcher eine Grundgleich wichtszustands-Temperatur am Abgasanschlußflansch in °C (°F) bei einer spezifischen Motordrehzahl und Ladeluft bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 14,6, 0% Abgasrückführung (EGR), MBT-Zündung und 93°C (200°F) Motorkühlmitteltempera tur angibt,
FN441B(SPKMBT - SAF) ein Wert ist, der in einer von ei nem Zündzeitpunkts-Delta in Grad indexierten Tabelle enthal ten ist, welcher einen Effekt des Zündzeitpunktes auf die Temperatur am Abgasanschlußflansch angibt, SPKMBT ein Zündzeitpunkt für maximalen thermischen Wir kungsgrad, bekannt als Maximalzündung für bestes Drehmoment (MBT, maximum spark for best torque) ist,
SAF ein geplanter Zündzeitpunkt ist, welcher gegenüber dem SPKMBT zur Reduzierung einer geregelten Emission oder zur Verhinderung von Motorklopfen verzögert sein kann, und die Differenz zwischen SPKMBT und SAF gleich einem Zündzeit punkts-Delta in Grad ist, welches zum Indexieren der Index tabelle FN441B verwendet wird,
FN441I(ACT) ein dimensionsloser Wert ist, der den Effekt der Temperatur des Luftstroms in den Motor (Ladelufttem peratur oder ACT) auf die Temperatur am Abgasanschlußflansch angibt,
FN441C(EGRACT) ein Wert ist, der in einer von dem Pegel der Abgasrückführung indexierten Tabelle enthalten ist, wel cher den Effekt der Abgasrückführung auf die Temperatur am Abgasanschlußflansch angibt,
FN441T(AM) ein von AM indexierter Wert ist, welcher eine Reduzierung der Temperatur am Abgasanschlußflansch pro Grad Kühlmitteltemperatur unter 93°C (200°F) angibt.
FN4441(N,AIRCHG) ein empirisch abgeleiteter Wert ist, der in einer von der Motordrehzahl N und Ladeluft AIRCHG, indexierten Tabelle enthalten ist, welcher eine Grundgleich wichtszustands-Temperatur am Abgasanschlußflansch in °C (°F) bei einer spezifischen Motordrehzahl und Ladeluft bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 14,6, 0% Abgasrückführung (EGR), MBT-Zündung und 93°C (200°F) Motorkühlmitteltempera tur angibt,
FN441B(SPKMBT - SAF) ein Wert ist, der in einer von ei nem Zündzeitpunkts-Delta in Grad indexierten Tabelle enthal ten ist, welcher einen Effekt des Zündzeitpunktes auf die Temperatur am Abgasanschlußflansch angibt, SPKMBT ein Zündzeitpunkt für maximalen thermischen Wir kungsgrad, bekannt als Maximalzündung für bestes Drehmoment (MBT, maximum spark for best torque) ist,
SAF ein geplanter Zündzeitpunkt ist, welcher gegenüber dem SPKMBT zur Reduzierung einer geregelten Emission oder zur Verhinderung von Motorklopfen verzögert sein kann, und die Differenz zwischen SPKMBT und SAF gleich einem Zündzeit punkts-Delta in Grad ist, welches zum Indexieren der Index tabelle FN441B verwendet wird,
FN441I(ACT) ein dimensionsloser Wert ist, der den Effekt der Temperatur des Luftstroms in den Motor (Ladelufttem peratur oder ACT) auf die Temperatur am Abgasanschlußflansch angibt,
FN441C(EGRACT) ein Wert ist, der in einer von dem Pegel der Abgasrückführung indexierten Tabelle enthalten ist, wel cher den Effekt der Abgasrückführung auf die Temperatur am Abgasanschlußflansch angibt,
FN441T(AM) ein von AM indexierter Wert ist, welcher eine Reduzierung der Temperatur am Abgasanschlußflansch pro Grad Kühlmitteltemperatur unter 93°C (200°F) angibt.
Bei 204 wird der Gleichgewichtszustand-Temperaturwert
EXT SS FL ST durch einen Wert angepaßt, welcher eine Funkti
on einer Luft/Kraftstoff-Modulationsvariablen LAMBSE ist, um
eine Veränderung der Abgastemperatur aufgrund einer Änderung
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durch die nachstehende Be
ziehung zu berücksichtigen, wodurch ein Wert EXT SS FLN er
zeugt wird, der eine Gleichgewichtszustands-Temperatur am
Abgasanschlußflansch angibt:
EXT SS FLN = EXT SS FL ST . FN441A(LAMBSE) (6)
wobei:
EXT SS FL ST ein Wert wie vorstehend beschrieben ist, und
FN441A(LAMBSE) ein in einer Tabelle enthaltener und von einer Luft/Kraftstoff-Modulationsvariablen LAMBSE indexier ter Wert ist, der den Effekt der Variablen LAMBSE auf die Temperatur am Abgasanschlußflansch angibt.
EXT SS FL ST ein Wert wie vorstehend beschrieben ist, und
FN441A(LAMBSE) ein in einer Tabelle enthaltener und von einer Luft/Kraftstoff-Modulationsvariablen LAMBSE indexier ter Wert ist, der den Effekt der Variablen LAMBSE auf die Temperatur am Abgasanschlußflansch angibt.
Bei 205 wird eine Zeitkonstante TC-EXT-FLANGE, welche einen
Temperaturanstieg am Abgasanschlußflansch 75 angibt, als
Funktion der in das Einlaßsystem einströmenden Luftmasse AM
gemäß der nachstehenden Beziehung berechnet:
TC EXT FLANGE = FN442(AM) (7)
wobei FN442(AM) ein aus einer von AM indexierten Tabel
le, wie vorstehend beschrieben, erhaltener Wert ist und eine
Zeitkonstante in Sekunden für den Anstieg der Temperatur am
Abgasanschlußflansch aufgrund einer stufenartigen Verände
rung in der momentan vorhergesagten Temperatur am Abgas
anschlußflansch in Abhängigkeit der Luftmasse angibt. Diese
Zeitkonstante ist von der Wärmekapazität des Metalls - aus
gehend vom Verbrennungsraum bis zum Abgasanschlußflansch -
abhängig.
Ein Momentanwert der Temperatur am Abgasanschlußflansch
EXT FL KAM wird dann als eine Funktion der Gleichgewichts
zustands-Temperatur am Abgasanschlußflansch EXT SS FL, der
Zeitkonstante für den Temperaturanstieg TC EXT FLANGE und
der benötigten Zeit für die Ausführung der Hintergrund
schleife BG TMR gemäß den nachstehenden Beziehungen berech
net:
EXT FL KAM = (1 - FK) . EXT FL KAM . FK . EXT SS FLN (8)
wobei FK eine Exponentialglättungsfunktion gemäß der
nachstehenden Beziehung ausführt:
FK = 1 / (1 + TC EXT FLANGE / BG TMR).
Bei 206 wird ein Gleichgewichtszustands-Temperaturabfall
EXT-SS-PLOSS zwischen dem Abgasanschlußflansch 75 und dem
Abgaseinlaß 77 des ersten Katalysators 32 vorteilhaft gemäß
der nachstehenden Beziehung berechnet:
EXT SS PLOSS = FN445L(AM) . DELTA T (9)
wobei:
FN445L(AM) ein dimensionsloser in einer von der Luftmas senstromrate AM indexierten Tabelle enthaltener Wert ist, welcher einen Temperaturabfall zwischen dem Abgasanschluß flansch und dem Einlaß am Katalysator als Funktion von AM angibt, und
DELTA T ein Wert ist, welcher eine Temperaturdifferenz in °C (°F) zwischen der Abgastemperatur am Abgasanschluß flansch und der Umgebungstemperatur angibt.
FN445L(AM) ein dimensionsloser in einer von der Luftmas senstromrate AM indexierten Tabelle enthaltener Wert ist, welcher einen Temperaturabfall zwischen dem Abgasanschluß flansch und dem Einlaß am Katalysator als Funktion von AM angibt, und
DELTA T ein Wert ist, welcher eine Temperaturdifferenz in °C (°F) zwischen der Abgastemperatur am Abgasanschluß flansch und der Umgebungstemperatur angibt.
DELTA T wird bevorzugt gemäß der nachstehenden Beziehung
berechnet:
DELTA T = AVG T - INFAMB KAM (10)
wobei:
INFAMB KAMB ein Wert gemäß vorstehender Beschreibung ist, und
AVG T ein Wert ist, der einen gemittelten Wert der Ab gastemperatur aus dem Abgasanschlußflansch 75 zum Abgasein laß 77 des ersten Katalysators hin angibt.
INFAMB KAMB ein Wert gemäß vorstehender Beschreibung ist, und
AVG T ein Wert ist, der einen gemittelten Wert der Ab gastemperatur aus dem Abgasanschlußflansch 75 zum Abgasein laß 77 des ersten Katalysators hin angibt.
AVG T wird bevorzugt gemäß der nachstehenden Beziehung be
rechnet:
AVG T = (EXT FL KAM + EXT CATIN) / 2 (11)
wobei:
EXT FL KAM wie vorstehend beschrieben ist, und
EXT CATIN ein Wert ist, der die Temperatur des Abgases am Abgaseinlaß 77 des ersten Katalysators angibt.
EXT FL KAM wie vorstehend beschrieben ist, und
EXT CATIN ein Wert ist, der die Temperatur des Abgases am Abgaseinlaß 77 des ersten Katalysators angibt.
Der in EXT CATIN enthaltene Wert wird in der nachstehend be
schriebenen Weise berechnet. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist,
wird in einer bevorzugten Ausführungsform ein Wert von
EXT CATIN, welcher vor Ausführung der Schritte in Fig. 2 be
rechnet worden war, in die vorstehende Gleichung (11) einge
setzt.
Der Temperaturwert EXT CATIN wird bei 207 als eine Funktion
der Momentantemperatur am Abgasanschlußflansch 75,
EXT FL KAM und des Gleichgewichtszustands-Temperaturabfalls
zwischen dem Abgasanschlußflansch 75 und dem Abgaseinlaß 77,
EXT SS PLOSS wie folgt berechnet:
EXT CATIN = EXT FL KAM - EXT SS PLOSS (12)
Bei 208 wird ein Wert EXT SS EXOT, welcher einen Anstieg der
Temperatur des Abgases im ersten Katalysator 32 aufgrund der
exothermen Reaktion des Abgases mit dem Katalysatormaterial
82 und 84 angibt, gemäß der folgenden Beziehung berechnet:
EXT SS EXOT = FN448(AM) . FN448A(LAMBSE) (13)
wobei:
FN448(AM) ein in einer von der Luftmassenstromrate AM indexierten Tabelle enthaltener Wert ist, welcher eine Be ziehung zwischen einem Temperaturanstieg des Abgases in dem Katalysator als eine Funktion des Luftstroms durch den Kata lysator angibt und welcher vorzugsweise gleich 1,0 ist, und
FN448A(LAMBSE) ein vorgegebener Wert in °C (°F) ist, der einen Gleichgewichtszustands-Anstieg der Abgastemperatur in dem Katalysator angibt, und als eine Funktion von LAMBSE ge speichert ist.
FN448(AM) ein in einer von der Luftmassenstromrate AM indexierten Tabelle enthaltener Wert ist, welcher eine Be ziehung zwischen einem Temperaturanstieg des Abgases in dem Katalysator als eine Funktion des Luftstroms durch den Kata lysator angibt und welcher vorzugsweise gleich 1,0 ist, und
FN448A(LAMBSE) ein vorgegebener Wert in °C (°F) ist, der einen Gleichgewichtszustands-Anstieg der Abgastemperatur in dem Katalysator angibt, und als eine Funktion von LAMBSE ge speichert ist.
Ein Gleichgewichtszustands-Temperaturwert EXT SS MID, wel
cher eine Gleichgewichtszustands-Temperatur am Innenpunkt 76
des ersten Katalysators 32 angibt, wird dann bei 209 ermit
telt, indem der Wert EXT SS EXOT zum Wert EXT CATIN wie
folgt addiert wird:
EXT SS MID = EXT CATIN + EXT SS EXOT (14)
Bei 210 wird ein Momentanwert für den Innenpunkt 76 be
stimmt, indem zuerst ein Zeitkonstantenwert TC EXT CATMID,
der einen Temperaturanstieg des Abgases im ersten Katalysa
tor 32 in Sekunden angibt, gemäß der folgenden Beziehung be
rechnet wird
TC EXT CATMID = FN449(AM) (15)
wobei:
FN449(AM) ein aus einer von der Luftmassenstromrate AM
indexierten Tabelle erhaltener Wert ist, und eine Zeit
konstante in Sekunden für den Anstieg der Katalysatorinnen
temperatur aufgrund einer stufenartigen Veränderung in der
momentan vorhergesagten Temperatur am Abgasanschlußflansch
in Abhängigkeit von der Luftmasse (AM) angibt.
Der Momentantemperaturwert EXT CMD KAM wird dann bei 210 als
eine Funktion des Gleichgewichtszustands-Innentemperatur
wertes EXT SS MID, der Zeitkonstante des Temperaturanstiegs
der Innentemperatur TC EXT CATMID 10 und von BG TMR gemäß
der nachstehenden Beziehung berechnet:
EXT CMD KAM = (1 - FK) . EXT CMD KAM . FK . EXT SS MID (16)
wobei:
FK eine Exponentialglättungsfunktion gemäß der folgenden Beziehung ausführt:
FK eine Exponentialglättungsfunktion gemäß der folgenden Beziehung ausführt:
FK = 1 / (1 + TC EXT CATMID / BG TMR) (17)
Die Fig. 3(a), (b) und (c) zeigen die von der EEC 100 in ei
ner Luft/Kraftstoff-Steuerungsroutine ausgeführten Schritte,
um die Innentemperatur des ersten Katalysators 32 durch Ver
ändern der Zusammensetzung des von dem Katalysator 32 verar
beiteten Abgases zu steuern. Eine bevorzugte Ausführungsform
verändert die Zusammensetzung des Abgases vorteilhaft durch
Steuern der Kraftstoffzufuhr über die Einspritzdüsen 14, um
ein Luft/Kraftstoff-Gemisch zu erzeugen, das ein bestimmtes
Verhältnis von Luft und Kraftstoff aufweist, welches eine
bestimmte Zusammensetzung des Abgases nach der Verbrennung
ergibt. Der Einsprung in die Routine erfolgt bei 301, und
bei den Schritten 302 und 304 wird die Innentemperatur
EXT CMD KAM geprüft, um zu ermitteln, ob sie höher als eine
vorgegebene Maximalinnentemperatur CAT MAX ist. Bei 302 wird
der Momentantemperaturwert EXT CMD KAM mit CAT MAX, einem
Maximaltemperaturwert eines Temperaturbereichs, der nachste
hend als Maximalinnentemperaturbereich bezeichnet wird, ver
glichen, innerhalb welchem das Luft/Kraftstoff-Gemisch ver
ändert wird, um die Innentemperatur zu verringern. Wenn die
Innentemperatur kleiner als CAT MAX ist, wird kein versuch
unternommen, die Innentemperatur zu verringern. Durch die
Verringerung der Innentemperatur dann, wenn sie innerhalb
eines bestimmten Bereiches anstatt oberhalb eines einzelnen
Temperaturwertes liegt, werden Veränderungen in der
Luft/Kraftstoff-Steuerung in einer das Fahrverhalten begün
stigenden Weise minimiert. Wenn EXT CMD KAM größer als
CAT MAX ist, wird ein Temperatur-Flag EXT-FLG bei 303 auf
einen Wert 1 gesetzt, um einen Übertemperaturzustand anzu
zeigen. Wenn die Innentemperatur EXT CMD KAM kleiner als
CAT MAX ist, wird bei 304 die Innentemperatur EXT-CMD-KAM
mit einem zweiten Temperaturwert CAT-MAX-CL verglichen, wel
cher einen Minimaltemperaturwert für den Maximalinnentempe
raturbereich definiert. Wenn die Innentemperatur EXT CMD KAM
kleiner als CAT MAX CL ist, wird bei 305 das Temperatur-Flag
EXT FLG auf den Wert 0 gesetzt, um anzuzeigen, daß die In
nentemperatur niedriger als der Maximalinnentemperaturbe
reich ist.
Bei 306 wird das Temperatur-Flag EXT FLG geprüft, und wenn
EXT FLG = 0 ist, dann wird bei 307 eine Luft/Kraftstoff-
Modulationsvariable LAM-EXT auf einen vorgegebenen Wert
LAM-EXT-MAX gesetzt, und die Routine fährt mit der Ausfüh
rung der in Fig. 3(c) dargestellten Schritte fort. In einer
bevorzugten Ausführungsform weist LAM EXT MAX den Wert 0,9
auf. Wenn das Temperatur-Flag einen Übertemperaturzustand
anzeigt, dann wird bei 308 ein Steuer-Flag für einen offenen
Regelkreis OL DESIRED auf einen Wert 1 gesetzt, um anderen,
von der EEC 100 ausgeführten Routinen anzuzeigen, daß der
Motor in einer Form eines offenen Regelkreises der
Luft/Kraftstoff-Steuerung zu betreiben ist. Dieses Merkmal
erlaubt vorteilhafterweise den Betrieb des Motors im ge
schlossenen Regelkreis nur dann, wenn die Katalysatorinnen
temperatur unterhalb der zulässigen Maximaltemperatur liegt,
und verringert so die Möglichkeit, daß der Katalysator Tem
peraturen über der zulässigen Maximaltemperatur ausgesetzt
wird.
Bei 309 wird ein Gleichgewichtszustands-Wert EXT CATMID SS
der Innentemperatur gemäß der folgenden Beziehung ermittelt,
und die Routinesteuerung fährt mit den in Fig. 3(b) darge
stellten Schritten fort:
EXT CADMID SS = EXT SS FLN + EXT SS EXOT - EXT SS PLOSS (18)
wobei EXT CADMID-SS, EXT SS FLN, EXT SS EXOT und
EXT SS PLOSS wie vorstehend beschrieben sind.
Die Gleichgewichtszustands-Temperatur des Katalysatorinnen
punktes EXT CADMID-SS wird mit dem maximalen Katalysator
innentemperaturwert CAT MAX bei 332 verglichen, und wenn die
Innentemperatur die vorgegebene maximale Katalysatorinnen
temperatur überschreitet, wird bei 323 die Rate der Kraft
stoffzufuhr zum Motor erhöht, um ein angereicherteres
Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch Verringerung der ersten
Luft/Kraftstoff-Modulationsvariablen LAMBSE EXT um einen
vorgegebenen Luft/Kraftstoff-Änderungswert LAM EXT STEP ge
mäß nachstehender Beziehung zu erreichen:
LAMBSE EXT = LAMBSE EXT - LAM EXT STEP . BG TMR (19)
wobei LAMBSE-EXT und LAM EXT STEP wie nachstehend be
schrieben sind, und BG TMR wie vorstehend beschrieben ist.
Wie für den Fachmann ersichtlich, erlaubt LAM EXT STEP eine
Änderung im Luft/Kraftstoff-Verhältnis in inkrementalen
Schritten, um Schwankungen im Motordrehmoment zu reduzieren.
LAM EXT STEP wird vorteilhaft mit BG TMR zwecks Modifizie
rens der Schrittgröße LAM EXT STEP multipliziert, um variie
rende Ausführungszeiten der Hintergrundschleife zu berück
sichtigen. Gemäß Darstellung bei 324 und 325 wird der Wert
der erstem Luft/Kraftstoff-Modulationsvariablen LAMBSE EXT
vorteilhaft auf einen vorgegebenen Minimalwert
LAMBSE EXT MIN begrenzt, um die Menge des zugeführten Kraft
stoffs zu begrenzen. Dieses vorteilhafte Merkmal verhindert
ein kontinuierliches Ansteigen der Kraftstoffzufuhrrate, um
die Temperatur des Katalysators abzusenken, welche aufgrund
von Faktoren ansteigen kann, welche nicht durch eine Verän
derung der Zusammensetzung des von dem Katalysator verarbei
teten Abgases gesteuert werden können. Bei 324 wird
LAMBSE EXT gegen LAMBSE EXT MIN geprüft, und wenn LAMBSE EXT
kleiner als LAMBSE EXT MIN ist, dann wird bei 325 LAMBSE EXT
dem zulässigen Minimalwert LAMBSE EXT MIN gleichgesetzt.
Wenn anderenfalls LAMBSE EXT, nicht kleiner als das minimal
zulässige Minimum ist, fährt die Routine mit den in Fig.
3(c) dargestellten Schritten fort.
Wenn bei 322 die Gleichgewichtszustands-Temperatur des Innen
punktes des Katalysators EXT CATMID SS nicht größer als der
vorgegebene maximale Katalysatorinnentemperaturwert CAT MAX
ist, wird bei Schritt 326 eine Luft/Kraftstoff-Zwischenmodu
lationsvariable LAMBSE TRY durch Inkrementieren von
LAMBSE EXT um einen vorgegebenen Luft/Kraftstoff-Änderungs
wert LAM EXT STEP wie folgt erzeugt:
LAMBSE TRY = LAMBSE EXT + LAMBSE EXT STEP . BG TMR (20)
wobei LAMBSE TRY, LAMBSE EXT, LAMBSE EXT STEP und BG TMR wie
vorstehend beschrieben sind.
Gemäß vorstehender Darstellung wird der vorgegebene Luft/
Kraftstoff-Änderungswert LAMBSE EXT-STEP mit BG TMR multi
pliziert, um variierende Ausführungszeiten der Hintergrund
schleife zu berücksichtigen. Bei 327 wird LAMBSE TRY mit ei
nem vorgeqebenen Maximalwert LAM EXT MAX verglichen, und bei
328 wird LAMBSE EXT dem Wert LAM EXT MAX gleichgesetzt, wenn
der bei 326 für LAMBSE TRY erzeugte Wert einem Wert ent
spricht, welcher größer als der vorgegebene Maximalwert
LAM EXT MAX ist. Wenn andererseits der bei 326 erzeugte Wert
für die Luft/Kraftstoff-Zwischenmodulationsvariable
LAMBSE TRY einen Wert ergibt, der innerhalb des von
LAM EXT MAX gesetzten Bereiches liegt, dann wird bei 329 eine
Katalysatorinnentemperatur, welche einem Abgas entspricht,
das ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweist, das dem erzeug
ten Wert der Luft/Kraftstoff-Zwischenmodulationsvariablen
LAMBSE TRY entspricht, abgeschätzt und bei 330 mit der zuläs
sigen Maximalinnentemperatur CAT MAX verglichen. Dieses vor
teilhafte Merkmal ergibt eine stabile Luft/Kraftstoff-
Steuerungsvorrichtung, welche durch minimale Luft/Kraftstoff-
Schwankungen gekennzeichnet ist, indem zugelassen wird, daß
die Temperatur des Katalysators erhöht wird, wenn sie unter
halb der zulässigen Maximaltemperatur CAT MAX liegt, aber die
Wahrscheinlichkeit für die Erzeugung eines Abgasgemisches re
duziert wird, das zu einer Katalysatortemperatur größer als
die zulässige Maximaltemperatur führt.
Bei 329 wird EXT MID TRY, die Innentemperatur, welche einem
Abgasgemisch entspricht, das sich aus der Luft/Kraftstoff-
Zwischenmodulationsvariablen LAMBSE TRY ergibt, gemäß der
nachstehenden Beziehung bestimmt:
EXT MID TRX = (EXT SS FL ST . FN441A(LAMBSE TRY) +
FN448(AM) . FN448A(LAMBSE TRY)) -
EXT SS PLOSS (21)
wobei EXT MID TRX, EXT SS FL ST, FN441A(LAMBSE TRY),
FN448(AM), EXT SS PLOSS und FN448A(LAMBSE-TRY) wie vorstehend
beschrieben sind.
Bei dem Schritt 330 wird die geschätzte Innentemperatur
EXT MID TRY mit der zulässigen Maximalinnentemperatur CAT MAX
und bei 331 die erste Luft/Kraftstoff-Modulationsvariable
LAMBSE EXT der Luft/Kraftstoff-Zwischenmodulationsvariablen
LAMBSE TRY gleichgesetzt, wenn die geschätzte aus LAMBSE TRY
sich ergebende Innentemperatur niedriger als die zulässige
Maximalinnentemperatur ist. Wenn bei 330 ermittelt wird, daß
die geschätzte aus LAMBSE TRY sich ergebende Temperatur höher
als die zulässige Maximalinnentemperatur ist, dann wird der
bestehende Wert von LAMBSE EXT beibehalten, d. h., auf dem
Wert, der in der vorhergehenden Ausführung der Luft/Kraft
stoff-Steuerungsroutine ermittelt wurde.
In Fig. 3(c) wird bei 335 eine zweite Luft/Kraftstoff-Modu
lationsvariable LAMBSE DRV zur Ermittlung eines Luft/Kraft-
Stoff-Verhältnisses erzeugt, um das Verhalten des Motors im
Fahrbetrieb zu verbessern. Die zweite Luft/Kraftstoff-Modula
tionsvariable LAMBSE DRV wird bevorzugt dazu erzeugt, einem
Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu entsprechen, welches eine vor
gegebene Motorreaktion auf einen vorgegebenen Satz von Motor
parametern erzeugt, welcher ein stöchiometrisches
Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei teilweise geöffneter Drossel
klappe oder ein angereichertes Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei
voller Drosselklappenöffnung für maximale Leistung ein
schließt. LAMBSE DRV wird bevorzugt als eine Funktion mehre
rer Motorbetriebsparameter erzeugt, die eine Drosselklappen
stellung, Motordrehzahl, Luftmassenstromrate, Motorkühlmit
teltemperatur und Lufttemperatur einschließen. Wie bei den
Schritten 337, 338 und 339 zu sehen ist, werden die zweite
mit der ersten Luft/Kraftstoff-Modulationsvariablen vergli
chen und die Luft/Kraftstoff-Modulationsvariable LAMBSE bei
338 oder 339 auf den kleineren Wert der ersten oder der zwei
ten Luft/Kraftstoff-Modulationsvariablen gesetzt. Auf diese
Weise wird die Temperatur des Katalysators effektiv gesteuert
und das Verhalten des Motors im Fahrbetrieb verbessert, indem
ein Wert für die Luft/Kraftstoff-Modulationsvariable LAMBSE
ausgewählt wird, welcher dem angereicherteren von zwei mögli
chen Luft/Kraftstoff-Verhältnissen entspricht. Bei 340 er
folgt der Aussprung aus der Luft/Kraftstoff-
Steuerungsroutine, und die EEC 100 führt andere Motor
steuerungsfunktionen aus.
Claims (12)
1, Verfahren zum Begrenzen der Maximaltemperatur eines Ka
talysators, der durch Verbrennung eines Luft/Kraftstoff-
Gemisches in einem Verbrennungsmotor erzeugtes Abgas che
misch verändert, mit den folgenden Schritten:
Ermitteln der Katalysatorinnentemperatur;
Vergleichen der ermittelten Katalysatorinnentemperatur mit einer vorgegebenen maximalen Katalysatorinnentemperatur;
falls die ermittelte Katalysatorinnentemperatur größer als die vorgegebene maximale Katalysatorinnentemperatur ist, Erzeugen einer ersten Luft/Kraftstoff-Modulationsvaria blen, welche ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem Luft/Kraftstoff-Gemisch angibt, das zur Verringerung der Katalysatorinnentemperatur um einen vorgegebenen Betrag erforderlich ist;
Erzeugen einer zweiten Luft/Kraftstoff-Modulationsvaria blen, welche ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem Luft/Kraftstoff-Gemisch angibt, das zur Erzeugung einer vorgegebenen Motorreaktion auf einen vorgegebenen Satz von Motorbetriebsparametern erforderlich ist;
dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner die fol genden Schritte aufweist:
falls die ermittelte Katalysatorinnentemperatur kleiner als die vorgegebene maximale Katalysatorinnentemperatur ist, Erzeugen einer Luft/Kraftstoff-Zwischenmodulati onsvariablen, welche ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis in ei nem Luft/Kraftstoff-Gemisch angibt, das zur Erhöhung der Katalysatorinnentemperatur um einen vorgegebenen Betrag erforderlich ist; Ermitteln eines Schätzwertes für die Katalysatorinnentem peratur auf der Basis der Luft/Kraftstoff-Zwischen modulationsvariablen;
Vergleichen des Schätzwertes für die Katalysatorinnentem peratur mit der vorgegebenen maximalen Katalysatorinnen temperatur und Gleichsetzen der ersten Luft/Kraftstoff-Mo dulationsvariablen mit der Luft/Kraftstoff-Zwischenmo dulationsvariablen, wenn die geschätzte Katalysator innentemperatur kleiner oder gleich der maximalen Kataly satorinnentemperatur ist, und Beibehalten der ersten Luft/Kraftstoff-Modulationsvariablen aus dem vorherigen Steuerungsdurchlauf, wenn die geschätzte Katalysatorinnen temperatur größer als die maximale Katalysatorinnentempe ratur ist;
Vergleichen der ersten Luft/Kraftstoff-Modulationsvaria blen mit der zweiten Luft/Kraftstoff-Modulationsvariablen und Einspritzen einer Kraftstoffmenge zum Erzeugen eines der ersten Luft/Kraftstoff-Modulationsvariablen entspre chenden Luft/Kraftstoff-Gemisches, wenn die erste Luft/Kraftstoff-Modulationsvariable einem geringeren An teil von Luft im Verhältnis zum Kraftstoff in dem Luft/Kraftstoff-Gemisch als die zweite Luft/Kraftstoff-Mo dulationsvariable entspricht, und Einspritzen einer Kraft stoffmenge zum Erzeugen eines Luft/Kraftstoff-Gemisches, das der zweiten Luft/Kraftstoff-Modulationsvariablen ent spricht, wenn die erste Luft/Kraftstoff-Modulationsva riable einem größeren Anteil von Luft im Verhältnis zum Kraftstoff als die zweite Luft/Kraftstoff-Modulationsva riable entspricht.
Ermitteln der Katalysatorinnentemperatur;
Vergleichen der ermittelten Katalysatorinnentemperatur mit einer vorgegebenen maximalen Katalysatorinnentemperatur;
falls die ermittelte Katalysatorinnentemperatur größer als die vorgegebene maximale Katalysatorinnentemperatur ist, Erzeugen einer ersten Luft/Kraftstoff-Modulationsvaria blen, welche ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem Luft/Kraftstoff-Gemisch angibt, das zur Verringerung der Katalysatorinnentemperatur um einen vorgegebenen Betrag erforderlich ist;
Erzeugen einer zweiten Luft/Kraftstoff-Modulationsvaria blen, welche ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis in einem Luft/Kraftstoff-Gemisch angibt, das zur Erzeugung einer vorgegebenen Motorreaktion auf einen vorgegebenen Satz von Motorbetriebsparametern erforderlich ist;
dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner die fol genden Schritte aufweist:
falls die ermittelte Katalysatorinnentemperatur kleiner als die vorgegebene maximale Katalysatorinnentemperatur ist, Erzeugen einer Luft/Kraftstoff-Zwischenmodulati onsvariablen, welche ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis in ei nem Luft/Kraftstoff-Gemisch angibt, das zur Erhöhung der Katalysatorinnentemperatur um einen vorgegebenen Betrag erforderlich ist; Ermitteln eines Schätzwertes für die Katalysatorinnentem peratur auf der Basis der Luft/Kraftstoff-Zwischen modulationsvariablen;
Vergleichen des Schätzwertes für die Katalysatorinnentem peratur mit der vorgegebenen maximalen Katalysatorinnen temperatur und Gleichsetzen der ersten Luft/Kraftstoff-Mo dulationsvariablen mit der Luft/Kraftstoff-Zwischenmo dulationsvariablen, wenn die geschätzte Katalysator innentemperatur kleiner oder gleich der maximalen Kataly satorinnentemperatur ist, und Beibehalten der ersten Luft/Kraftstoff-Modulationsvariablen aus dem vorherigen Steuerungsdurchlauf, wenn die geschätzte Katalysatorinnen temperatur größer als die maximale Katalysatorinnentempe ratur ist;
Vergleichen der ersten Luft/Kraftstoff-Modulationsvaria blen mit der zweiten Luft/Kraftstoff-Modulationsvariablen und Einspritzen einer Kraftstoffmenge zum Erzeugen eines der ersten Luft/Kraftstoff-Modulationsvariablen entspre chenden Luft/Kraftstoff-Gemisches, wenn die erste Luft/Kraftstoff-Modulationsvariable einem geringeren An teil von Luft im Verhältnis zum Kraftstoff in dem Luft/Kraftstoff-Gemisch als die zweite Luft/Kraftstoff-Mo dulationsvariable entspricht, und Einspritzen einer Kraft stoffmenge zum Erzeugen eines Luft/Kraftstoff-Gemisches, das der zweiten Luft/Kraftstoff-Modulationsvariablen ent spricht, wenn die erste Luft/Kraftstoff-Modulationsva riable einem größeren Anteil von Luft im Verhältnis zum Kraftstoff als die zweite Luft/Kraftstoff-Modulationsva riable entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zum Bestimmen einer
Temperatur innerhalb des Katalysators die Schritte aufweist:
Ermitteln einer Momentantemperatur des Abgases an einem ersten Punkt an einem Abgasrort, welches das Abgas von dem Motor zu dem Katalysator transportiert, als eine Funktion eines ersten Wertes, welcher eine Gleichgewichtszustands-Temperatur an dem ersten Punkt angibt, und als eine Funktion eines zweiten Wertes, welcher eine vorgegebene Temperaturveränderungsrate an dem ersten Punkt angibt;
Messen einer Luftmassenstromrate in ein Einlaßsystem des Motors;
Ermitteln einer Abgasmomentantemperatur an einem Abgaseinlaß des Katalysators als Funktion der Momentantemperatur an dem ersten Punkt und eines dritten Wertes, welcher einen Gleichgewichtszu stands-Temperaturabfall des Abgases von dem ersten Punkt aus zu dem Abgaseinlaß hin angibt; Ermitteln einer Gleichgewichtszustands-Temperatur an einem Katalysatorinnenpunkt als Funktion der Momentantemperatur an dem Abgaseinlaß und eines vierten Wertes, welcher einen Temperaturanstieg des Abgases im Katalysator angibt; und
Ermitteln der Momentantemperatur am Innenpunkt als Funktion der Gleichgewichtszustands-Temperatur an dem Innenpunkt und einer vorgegebenen Temperaturänderungsrate an dem Innenpunkt welche sich als eine Funktion der Luftmassenstromrate ändert.
Ermitteln einer Momentantemperatur des Abgases an einem ersten Punkt an einem Abgasrort, welches das Abgas von dem Motor zu dem Katalysator transportiert, als eine Funktion eines ersten Wertes, welcher eine Gleichgewichtszustands-Temperatur an dem ersten Punkt angibt, und als eine Funktion eines zweiten Wertes, welcher eine vorgegebene Temperaturveränderungsrate an dem ersten Punkt angibt;
Messen einer Luftmassenstromrate in ein Einlaßsystem des Motors;
Ermitteln einer Abgasmomentantemperatur an einem Abgaseinlaß des Katalysators als Funktion der Momentantemperatur an dem ersten Punkt und eines dritten Wertes, welcher einen Gleichgewichtszu stands-Temperaturabfall des Abgases von dem ersten Punkt aus zu dem Abgaseinlaß hin angibt; Ermitteln einer Gleichgewichtszustands-Temperatur an einem Katalysatorinnenpunkt als Funktion der Momentantemperatur an dem Abgaseinlaß und eines vierten Wertes, welcher einen Temperaturanstieg des Abgases im Katalysator angibt; und
Ermitteln der Momentantemperatur am Innenpunkt als Funktion der Gleichgewichtszustands-Temperatur an dem Innenpunkt und einer vorgegebenen Temperaturänderungsrate an dem Innenpunkt welche sich als eine Funktion der Luftmassenstromrate ändert.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zum Ermitteln einer Temperatur
des Innenpunktes innerhalb des Katalysators einen Anfangsschritt zur Initialisierung der ersten Luft/Kraft
stoff-Modulationsvariablen nach dem Motorstart als Funktion eines Temperaturwertes, welcher die Innen
temperatur angibt, bei welcher der Motor zum letzten Male abgeschaltet wurde, aufweist, sowie eine
Zeitkonstante beinhaltet, die eine Abkühlrate des Katalysatorinneren angibt und eine Funktion eines
Zeitwertes, ist welcher die verstrichene Zeit seit dem Abschalten des Motors angibt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zum Erzeugen der ersten Luft/
Kraftstoff-Modulationsvariablen ferner die Schritte aufweist:
Vergleichen der Temperatur des Innenpunktes mit einem vorgegebenen Maximaltemperaturbereich, wel cher einen Maximaltemperaturwert und einen Minimaltemperaturwert aufweist und Setzen eines Tempe ratur-Flags, um einen Übertemperaturzustand anzuzeigen, wenn die Temperatur des Innenpunktes höher als der Maximaltemperaturwert ist, und Setzen des Temperatur-Flags, um einen Untertemperaturzustand anzuzeigen, wenn die Temperatur des Innenpunktes niedriger als der Minimaltemperaturwert ist;
Gleichsetzen der ersten Luft/Kraftstoff-Modulationsvariablen mit einem vorgegebenen Luft/ Kraftstoff-Modulationswert, wenn das Temaperatur-Flag den Untertemperaturzustand anzeigt; und
Ändern der ersten Luft/Kraftstoff-Modulationsvariablen mittels eines Luft/Kraftstoff-Modula tionsänderungswertes, wenn das Temperatur-Flag den Obertemperaturzustand anzeigt.
Vergleichen der Temperatur des Innenpunktes mit einem vorgegebenen Maximaltemperaturbereich, wel cher einen Maximaltemperaturwert und einen Minimaltemperaturwert aufweist und Setzen eines Tempe ratur-Flags, um einen Übertemperaturzustand anzuzeigen, wenn die Temperatur des Innenpunktes höher als der Maximaltemperaturwert ist, und Setzen des Temperatur-Flags, um einen Untertemperaturzustand anzuzeigen, wenn die Temperatur des Innenpunktes niedriger als der Minimaltemperaturwert ist;
Gleichsetzen der ersten Luft/Kraftstoff-Modulationsvariablen mit einem vorgegebenen Luft/ Kraftstoff-Modulationswert, wenn das Temaperatur-Flag den Untertemperaturzustand anzeigt; und
Ändern der ersten Luft/Kraftstoff-Modulationsvariablen mittels eines Luft/Kraftstoff-Modula tionsänderungswertes, wenn das Temperatur-Flag den Obertemperaturzustand anzeigt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zum Ändern der ersten Luft/Kraft
stoff-Modulationsvariablen durch einen Luft/Kraftstoff-Modulationsänderungswert die Schritte
aufweist:
Berechnen eines Gleichgewichtszustands-Temperaturwertes, welcher eine Gleichgewichtszustands-Tem peratur an dem Innenpunkt in dem Katalysttor angibt;
Vergleichen des Gleichgewichtszustands-Temperaturwertes mit dem Maximaltemperaturwert, und, wenn der Gleichgewichtszustands-Temperaturwert höher als der Maximalinnentemperaturwert ist, Dekremen tieren der ersten Luft/Kraftstoff-Modulationsvariablen um den Luft/Kraftstoff-Änderungswert, und, wenn der Gleichgewichtszustands-Temperaturwert niedriger oder dem Maximaltemperaturwert gleich ist, dann
Erzeugen der Luft/Kraftstoff-Zwischenmodulationsvariablen durch Inkrementieren der ersten Luft/Kraftstoff-Modulationsvariablen um den Luft/Kraftstoff-Änderungswert;
Berechnen eines Schätztemperaturwertes an dem Innenpunkt in dem Katalysator, welcher einem von der Luft/Kraftstoff-Zwischenmodulationsvariablen erzeugten Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht;
und
Vergleichen des Schätztemperaturwertes mit dem Maximaltemperaturwert und Gleichsetzen der ersten Luft/Kraftstoff-Modulationsvariablen mit der Luft/Kraftstoff-Zwischenmodulationsvari ablen, wenn der Schätztemperaturwert kleiner oder gleich dem Maximaltemperaturwert ist.
Berechnen eines Gleichgewichtszustands-Temperaturwertes, welcher eine Gleichgewichtszustands-Tem peratur an dem Innenpunkt in dem Katalysttor angibt;
Vergleichen des Gleichgewichtszustands-Temperaturwertes mit dem Maximaltemperaturwert, und, wenn der Gleichgewichtszustands-Temperaturwert höher als der Maximalinnentemperaturwert ist, Dekremen tieren der ersten Luft/Kraftstoff-Modulationsvariablen um den Luft/Kraftstoff-Änderungswert, und, wenn der Gleichgewichtszustands-Temperaturwert niedriger oder dem Maximaltemperaturwert gleich ist, dann
Erzeugen der Luft/Kraftstoff-Zwischenmodulationsvariablen durch Inkrementieren der ersten Luft/Kraftstoff-Modulationsvariablen um den Luft/Kraftstoff-Änderungswert;
Berechnen eines Schätztemperaturwertes an dem Innenpunkt in dem Katalysator, welcher einem von der Luft/Kraftstoff-Zwischenmodulationsvariablen erzeugten Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht;
und
Vergleichen des Schätztemperaturwertes mit dem Maximaltemperaturwert und Gleichsetzen der ersten Luft/Kraftstoff-Modulationsvariablen mit der Luft/Kraftstoff-Zwischenmodulationsvari ablen, wenn der Schätztemperaturwert kleiner oder gleich dem Maximaltemperaturwert ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zum Bestimmen einer Momentan
temperatur des Abgases an einem ersten Punkt des Abgasrohres den Schritt der Erzeugung des ersten
Wertes, welcher eine Gleichgewichtszustands-Temperatur des Abgases an dem ersten Punkt anzeigt, als
eine Funktion eines Wertes, welcher eine Grundgleichgewichtszustands-Temperatur an dem ersten Punkt
bei einer spezifischen Motordrehzahl und Ladeluft angibt, eines Wertes, welcher einen Effekt des Motor
zündzeitpunktes auf die Temperatur des Abgases an dem ersten Punkt angibt, eines Wertes, welcher einen
Effekt der Abgasrückführung auf die Temperatur des Abgases an dem ersten Punkt angibt, eines Wertes,
welcher einen Effekt der Ladelufttemperatur auf die Temperatur des Abgases an dem ersten Punkt angibt,
und eines Wertes, welcher den Effekt der Motorkühlmitteltemperatur auf die Temperatur des Abgas es an
dem ersten Punkt angibt, aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zum Ermitteln des dritten Wertes,
welcher einen Gleichgewichtszustands-Temperaturabfall des Abgases von dem ersten Punkt zu dem Ab
gaseinlaß hin angibt, die Teilschritte aufweist:
Ermitteln eines fünften Wertes, welcher einen gemittelten Wert der Abgastemperatur von dem ersten Punkt zu dem Abgaseinlaß des Katalysators hin, angibt;
Ermitteln eines sechsten Wertes als Funktion des fünften Wertes und eines Wertes, welcher die Umge bungstemperatur angibt, welcher eine Temperaturdifferenz zwischen der Abgastemperatur an dem ersten Punkt und der Umgebungstemperatur angibt;
Holen eines siebenten vorgegebenen Wertes, welcher einen Temperaturabfall zwischen dem ersten Punkt und dem Abgaseinlaß des Katalysators angibt; und
Ermitteln des dritten Wertes als Funktion des sechsten Wertes und des siebenten vorgegebenen Wertes. Ermitteln des dritten Wertes als Funktion des sechsten Wertes und des siebenten vorgegeben Wertes.
Ermitteln eines fünften Wertes, welcher einen gemittelten Wert der Abgastemperatur von dem ersten Punkt zu dem Abgaseinlaß des Katalysators hin, angibt;
Ermitteln eines sechsten Wertes als Funktion des fünften Wertes und eines Wertes, welcher die Umge bungstemperatur angibt, welcher eine Temperaturdifferenz zwischen der Abgastemperatur an dem ersten Punkt und der Umgebungstemperatur angibt;
Holen eines siebenten vorgegebenen Wertes, welcher einen Temperaturabfall zwischen dem ersten Punkt und dem Abgaseinlaß des Katalysators angibt; und
Ermitteln des dritten Wertes als Funktion des sechsten Wertes und des siebenten vorgegebenen Wertes. Ermitteln des dritten Wertes als Funktion des sechsten Wertes und des siebenten vorgegeben Wertes.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei der Verbrennungsmotor
ein Abgasrohr für den Transport durch den Motor erzeugter Abgase in einen Katalysator aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Schritte aufweist:
Ermitteln einer Momentantemperatur des Abgases an einem Abgaseinlaß des Katalysators als eine Funk tion der Gleichgewichtszustands-Temperatur an dem ersten Punkt, und eines dritten Wertes, welcher einen Gleichgewichtszustands-Temperaturabfall des Abgases von dem ersten Punkt zu dem Abgaseinlaß hin angibt;
Steuern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses als Antwort auf die Momentaninnentemperatur, um die Moment aninnentemperatur innerhalb eines vorgegebenen Innentemperaturbereichs zu halten.
Ermitteln einer Momentantemperatur des Abgases an einem Abgaseinlaß des Katalysators als eine Funk tion der Gleichgewichtszustands-Temperatur an dem ersten Punkt, und eines dritten Wertes, welcher einen Gleichgewichtszustands-Temperaturabfall des Abgases von dem ersten Punkt zu dem Abgaseinlaß hin angibt;
Steuern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses als Antwort auf die Momentaninnentemperatur, um die Moment aninnentemperatur innerhalb eines vorgegebenen Innentemperaturbereichs zu halten.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wert eine Funktion der Luftmassen
stromrate in das Einlaßsystem ist und in einen nichtflüchtigen Speicher gespeichert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet daß der dritte Wert eine Funktion eines vorgege
benen Wertes ist, welcher eine Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Punkt und dem Abgaseinlaß des
Katalysators angibt und sich als eine Funktion der Luftmassenstromrate des Einlaßsystems ändert, und daß
der dritte Wert zusätzlich eine Funktion eines Wertes ist welcher eine Temperaturdifferenz zwischen dem
Abgas an dem ersten Punkt und einer Umgebungstemperatur angibt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Wert, welcher eine Temperaturdif
ferenz zwischen dem Abgas an dem ersten Punkt und einer Umgebungstemperatur angibt, Funktion eines Wertes ist, welcher einen gemittelten Wert der Abgastemperatur von dem ersten Punkt zu den Abgaseinlaß
des Katalysators hin angibt, sowie Funktion eines Wertes ist, welcher die Umgebungstemperatur angibt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Wert als Funktion der Luftmassen
stromrate in das Einlaßsystem des Motors und als Funktion eines in dem Motor verbrannten Luft/Kraft
stoff-Gemisches ermittelt wird.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/196,735 US5414994A (en) | 1994-02-15 | 1994-02-15 | Method and apparatus to limit a midbed temperature of a catalytic converter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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