(57)【要約】  自動車（１００）の内燃機関（１０２）のための触媒（１０６）の充填レベルをコントロールするための、方法と、インターフェイス（１１４）、メモリ（１１６）、およびプロセッサ（１１８）含む装置（１１２）とであって、目標量が、充填レベルに関する予想され得る動作量に依存して確定され、この予想され得る動作量が、少なくとも１つのさらなるセンサ（１２４）からの情報に依存して決定され、このセンサが、自動車（１００）の動作状態についての情報を捕捉する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車（１００）の内燃機関（１０２）のための触媒（１０６）の充填レベルをコントロールするための方法において、前記充填レベルが前記充填レベルのための目標量に依存してコントロールされ（２１０）、前記目標量が、前記充填レベルに関する予想され得る動作量に依存して確定され（２０８）、前記予想され得る動作量が、少なくとも１つのセンサ（１２４）からの情報に依存して決定され（２０６）、前記センサが、前記自動車（１００）の動作状態についての情報を捕捉する（２０４）ことを特徴とする方法。
【請求項２】
ラムダコントロールが、前記内燃機関（１０２）をラムダ値１の周りの変換ウィンドウ内で動作させ、前記予想され得る動作量に依存して、前記触媒（１０６）中の予想され得る酸素充填レベルが決定され（２０６）、前記予想され得る酸素充填レベルの場合に前記変換ウィンドウが逸脱されるかどうかがチェックされ、前記目標量に依存して、前記内燃機関（１０２）の少なくとも１つのアクチュエータが、前記触媒（１０６）中の前記酸素充填レベルに影響を及ぼすために制御される（２０８）ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記センサが、前記自動車（１００）のためのナビゲーションデータまたは車両周囲情報を捕捉する（２０４）ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記目標量が、目標酸素充填レベルまたは目標酸素充填レベルプロファイルであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記予想され得る動作量が、前記内燃機関または前記自動車（１００）のその時々の動作条件、予想され得る動作条件、および／もしくは過去の動作条件に依存して、ならびに／または動作条件の変化に依存して決定される（２０８）ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記その時々の動作条件、前記予想され得る動作条件、および／または前記過去の動作条件の安定性に関する度合いが決定され（２０６）、前記予想され得る動作量および／または前記目標量が、前記度合いに依存して決定される（２０８）ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記安定性に関する前記度合いが、１つの動作条件の複数の捕捉された値に依存して決定される（２０６）ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記センサ（１２４）によって捕捉された（２０４）前記情報から、予想され得る動作状態が決定され（２０６）、前記目標量が、前記予想され得る動作状態に依存して決定される（２０８）ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記内燃機関（１０２）の動作方式に対する前記動作量が、以下の前記情報の少なくとも１つに依存して、すなわちナビゲーションデータ、間隔レーダデータ、カメラデータ、前記内燃機関（１０２）の回転数、前記内燃機関（１０２）の負荷、前記内燃機関（１０２）の排ガスシステム内の排ガス質量流量、前記内燃機関（１０２）の排ガスの温度、前記内燃機関（１０２）内への燃料の噴射時間、オーバーランカットオフ、前記自動車のドライブトレインから切り離された前記内燃機関（１０２）の動作、前記自動車用の電動機の動作方式、気筒休止または気筒列休止、単噴射または多段噴射による前記内燃機関（１０２）の動作方式についての前記情報の少なくとも１つに依存して決定されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
とりわけ自動車（１００）用の内燃機関（１０２）のための触媒（１０６）の充填レベルをコントロールするための、インターフェイス（１１４）、メモリ（１１６）、およびプロセッサ（１１８）を含む装置（１１２）であって、前記装置が、少なくとも１つのセンサ（１２４）から情報を受信するように、および充填レベルのための目標量に依存して前記内燃機関（１０２）をコントロールするように形成されており、前記メモリ（１１６）がインストラクションを内包しており、前記インストラクションの実行時には、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法が前記プロセッサ（１１８）によって実行されることを特徴とする装置（１１２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、とりわけ自動車の内燃機関のための触媒の充填レベルをコントロールするための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＥ１０２０１５２０９８２０Ａ１は、２つのラムダプローブからの信号を用いた、および内燃機関の動作条件に依存した、内燃機関の触媒のコントロールを開示している。
このような触媒は、有害物質成分を変換するために使用される。高い変換率は、化学量論的な作用点の周りの変換ウィンドウ内での、つまりラムダ値１での触媒の作用によって達成される。このために、触媒の各側にラムダプローブが配置される。これらのラムダプローブは、触媒の前または後のラムダ値を測定する。内燃機関は、両方のラムダプローブの信号に依存して、触媒が変換ウィンドウ内で作用するようにコントロールされる。触媒の酸素貯蔵能力に基づき、触媒後のラムダ値は遅れてから変化する。したがって変換ウィンドウの逸脱は、遅くなりすぎてから触媒後のラムダプローブによって表示される。これにより排出量の増加が発生し得る。
【０００３】
それゆえ本発明の目的は、触媒のこれに対して改善されたコントロールを提示することである。
【発明の概要】
【０００４】
これは、独立請求項に基づく方法および装置によって達成される。
自動車の内燃機関のための触媒の充填レベルをコントロールするための方法は、充填レベルを充填レベルのための目標量に依存してコントロールし、この目標量は、充填レベルに関する予想され得る動作量に依存して確定され、この予想され得る動作量は、少なくとも１つのセンサからの情報に依存して決定され、このセンサは、自動車の動作状態についての情報を捕捉する。この方法は、とりわけ酸素充填レベルのコントロールに用いられる。１つまたは複数のラムダプローブの信号は、実際の充填レベルの決定に役立つ。目標量は、予想され得る動作条件に依存して規定される。目標量は、例えば目標酸素充填レベルまたは目標酸素充填レベルプロファイルであり得る。これにより目標充填レベルが、その時々の動作条件または最新の過去の動向を考慮するだけでなく、予想され得る動作条件にも依存して調整される。これにより変換ウィンドウの逸脱を回避できる。
【０００５】
好ましいのは、ラムダコントロールが、内燃機関をラムダ値１の周りの変換ウィンドウ内で動作させ、予想され得る動作量に依存して、触媒中の予想され得る酸素充填レベルが決定され、この予想され得る酸素充填レベルの場合に変換ウィンドウが逸脱されるかどうかがチェックされ、目標量に依存して、内燃機関の少なくとも１つのアクチュエータが、触媒中の酸素充填レベルに影響を及ぼすために制御されることである。アクチュエータは、例えば内燃機関内の燃料量および／または空気質量、したがって排ガス中の残留酸素含有量に影響を及ぼすように形成されている。これにより、変換ウィンドウのあり得る逸脱が、一つには早期に認識され、場合によっては効果的に回避される。
【０００６】
センサが、自動車のためのナビゲーションデータまたは車両周囲情報を捕捉することが好ましい。これらの情報は、少なくとも短期的に、例えば触媒の酸素貯蔵能力によるプラント無駄時間にも相当する１〜５秒間、内燃機関の将来の動作状態についての予測を当てることを可能にする。これにより、変換ウィンドウの逸脱を回避するための十分に正確な予見が可能である。
【０００７】
目標量が、目標酸素充填レベルまたは目標酸素充填レベルプロファイルであることが好ましい。これは、既存のラムダコントロールに良く適した目標量である。
予想され得る動作量が、内燃機関または自動車のその時々の動作条件、予想され得る動作条件、および／もしくは過去の動作条件に依存して、ならびに／または動作条件の変化に依存して決定されることが好ましい。これは、予想され得る動作量のための改善されたモデルである。これに関し、その時々の動作条件は適切な開始点をもたらし、過去の動作条件または変化は予想され得る動作条件の動向の傾向を予測する可能性をもたらす。
【０００８】
好ましいのは、その時々の動作条件、予想され得る動作条件、および／または過去の動作条件の安定性に関する度合いが決定され、予想され得る動作量および／または目標量が、この度合いに依存して決定されることである。それを基に、将来の、例えば次の１〜５秒間の条件が安定したままかどうかが、ある程度の確率で導き出され得る。
【０００９】
安定性に関する度合いが、１つの動作条件の複数の捕捉された値に依存して決定されることが好ましい。これは、将来の条件の予測精度を改善する。
好ましいのは、センサによって捕捉された情報から、予想され得る動作状態が決定され、目標量が、この予想され得る動作状態に依存して決定されることである。これは、動作状態に対して確実に、触媒中の充填レベルに影響を及ぼすことを可能にする。
【００１０】
好ましいのは、内燃機関の動作方式に対する動作量が、以下のナビゲーションデータ、間隔レーダデータ、カメラデータ、内燃機関の回転数、内燃機関の負荷、内燃機関の排ガスシステム内の排ガス質量流量、内燃機関の排ガスの温度、内燃機関内への燃料の噴射時間、オーバーランカットオフ、自動車のドライブトレインから切り離された内燃機関の動作、自動車用の電動機の動作方式、気筒休止または気筒列休止、単噴射または多段噴射による内燃機関の動作方式についての情報の少なくとも１つに依存して決定されることである。これらの量は、多くの昨今の自動車ではもともと入手可能であり、予測のために特に良好に使用され得る。
【００１１】
とりわけ自動車用の内燃機関のための触媒の充填レベルをコントロールするための装置に関し、この装置は、インターフェイス、メモリ、およびプロセッサを含み、この装置は、第１の信号および第２の信号をインターフェイスで捕捉するように、ならびに充填レベルのための目標量に依存して内燃機関をコントロールするように形成されており、メモリはインストラクションを内包しており、これらのインストラクションの実行時には、言及した方法の１つがプロセッサによって実行される。
【００１２】
さらなる有利な形態は、以下の説明および図面から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】自動車の一部分の概略図である。
【図２】内燃機関のための触媒の酸素充填レベルをコントロールするための１つの方法におけるステップの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の説明では、自動車用の内燃機関の三元触媒の例に関して装置および方法が説明されている。本発明は、そのほかの触媒または内燃機関でも適用可能である。
図１は、自動車１００の一部分を概略的に示している。自動車１００は内燃機関１０２を含んでおり、内燃機関１０２の排ガスは、排ガス路１０４を通って導出される。排ガス路１０４内に触媒１０６が配置されており、触媒１０６を通って排ガスが流れ得る。排ガスが触媒１０６内に達する触媒１０６の入口と、排ガスが内燃機関１０２から排ガス路内に達する排ガス路１０４の入口との間に、第１のラムダプローブ１０８が配置されており、第１のラムダプローブ１０８は、排ガス中の第１の酸素含有量を捕捉し、それを基に、第１の酸素含有量についての情報としての第１の信号を決定する。触媒１０６の出口と排ガス路１０４の出口との間に第２のラムダプローブ１１０が配置されており、第２のラムダプローブ１１０は、排ガス中の第２の酸素含有量を捕捉し、それを基に、第２の酸素含有量についての情報としての第２の信号を決定する。第１の信号およびまたは第２の信号により、例えば触媒１０６中の酸素充填レベルがモデル化される。例えば、第１の信号およびまたは第２の信号により、酸素充填レベルに関するモデルが計算される。
【００１５】
触媒１０６中の充填レベル、とりわけ酸素充填レベルをコントロールするための装置１１２は、インターフェイス１１４、メモリ１１６、およびプロセッサ１１８を含んでいる。装置１１４は、第１の信号および第２の信号をインターフェイス１１４で捕捉するように形成されている。第１の信号は、第１のラムダプローブ１０８とインターフェイス１１４の間の第１の信号線１２０を通って伝送される。第２の信号は、第２のラムダプローブ１１０とインターフェイス１１４の間の第２の信号線１２２を通って伝送される。装置１１２は、触媒１０６のための充填レベルのための目標量に依存して、内燃機関１０２をコントロールするように形成されている。メモリ１１６はインストラクションを内包しており、これらのインストラクションの実行時には、以下で図２に基づいて説明される方法がプロセッサ１１８によって実行される。インターフェイス１１４は加えて、少なくとも１つのさらなるセンサ１２４からの情報を受信するように形成されており、センサ１２４は、第３の信号線１２６を介してインターフェイスと接続されている。第１のラムダプローブ１０８、第２のラムダプローブ１１０、および／またはさらなるセンサ１２４は、通信バス、例えばＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  ＮｅｔｗｏｒｋまたはＦｌｅｘＲａｙ接続を介して接続されていてもよい。データバス１２８は、インターフェイス１１４、メモリ１１６、およびプロセッサ１１８を接続している。
【００１６】
図２で概略的に示した方法は、触媒１０６をラムダ値１の周りの変換ウィンドウ内で作用させ得る内燃機関１０２のためのラムダコントロールを出発点とする。１つまたは複数のアクチュエータにより、ラムダコントロールを用い、内燃機関のタイプに応じて、点火時点、噴射時点または噴射持続時間、絞り弁角度、噴射弁または給気弁または排気弁の開放時間または閉鎖時間が相応にコントロールされる。変換ウィンドウ内で作用する場合、三元触媒、つまり触媒１０６中での、炭化水素、一酸化炭素、および窒素酸化物に関する同時の高い変換率は、内燃機関１０２内での燃焼の化学量論的な作用点、つまりラムダ値１の場合に可能である。不意に変化する走行状況に基づき、内燃機関１０２内の燃焼も時には非常に迅速に変化させなければならない。触媒１０６の酸素貯蔵能力およびそれによって生じる第２のラムダプローブでのラムダ値の捕捉に関する無駄時間に基づき、変換ウィンドウの逸脱は、従来のラムダコントロールでは遅すぎて認識される。改善策は、触媒１０６中の酸素充填レベルの以下に説明するコントロールが提供する。
【００１７】
触媒１０６の酸素充填レベルをコントロールするために、本方法の開始後にステップ２０２で、最初に第１の信号が第１のラムダプローブ１０８によって、および第２の信号が第２のラムダプローブ１１０によって捕捉される。
【００１８】
続いてステップ２０４が実行される。
ステップ２０４では、自動車の動作状態についての情報が、少なくとも１つのセンサ１２４によって捕捉される。センサ１２４は、例えば自動車のためのナビゲーションデータまたは車両周囲情報を捕捉する。例えば、センサ１２４は障害物、交通標識、道路条件を捕捉する。センサ１２４は、例えば間隔レーダまたはカメラであり得る。これにより、例えば間近に迫ったブレーキ工程または加速工程が予め算定され得る。後のステップで説明するように、触媒１０６の目標酸素充填レベルは、変換ウィンドウが数秒後に逸脱されている確率が最小限になるように調整され得る。
【００１９】
続いてステップ２０６が実行される。
ステップ２０６では、触媒１０６の酸素充填レベルに関する予想され得る動作量が確定される。予想され得る動作量は、自動車１００の動作状態についての情報に依存して捕捉される。予想され得る動作量は、例えば、内燃機関１０２または自動車１００のその時々の動作条件、予想され得る動作条件、および／もしくは過去の動作条件に依存して、ならびに／または動作条件の変化に依存して決定される。
【００２０】
それに加えてまたはその代わりに、その時々の動作条件、予想され得る動作条件、および／または過去の動作条件の安定性に関する度合いが決定され得る。この場合には、予想され得る動作量が、その時々の動作条件の安定性に関する度合いに依存して決定される。安定性の評価は、例えば、少なくとも１つのさらなるセンサ１２４によって捕捉された自動車の動作状態についての情報に関する複数の相前後して捕捉された値の比較によって行われ得る。安定性に関する度合いは、動作条件の複数の捕捉された値に依存して決定されてもよい。
【００２１】
それに加えてまたはその代わりに、センサ１２４によって捕捉された情報から、予想され得る動作状態が決定され得る。例えばナビゲーションデータから、追加的に将来を予見した車両情報が捕捉および評価される。それにより、自動車１００または内燃機関１０２の将来の動作状態が、高い確率で正しく予め算定され得る。動作状態として、次の数秒間の内燃機関１０２の動作方式が予め算定され得る。動作方式に関する例は、自動車１００のドライブトレイン内の変速機のギア選択または内燃機関のスタートストップ機能の状態である。
【００２２】
任意選択で、内燃機関１０２の１つの動作方式に関する動作量が、ナビゲーションデータ、間隔レーダデータ、カメラデータ、内燃機関１０２の回転数、内燃機関１０２の負荷、内燃機関１０２の排ガスシステム内の排ガス質量流量、内燃機関の排ガスの温度、内燃機関１０２内への燃料の噴射時間、オーバーランカットオフ、自動車のドライブトレインから切り離された内燃機関１０２の動作、自動車１００用の電動機の動作方式、気筒休止または気筒列休止、単噴射または多段噴射による内燃機関１０２の動作方式についての情報に依存して決定される。
【００２３】
続いてステップ２０８が実行される。
ステップ２０８では、予想され得る動作量に依存して目標量が決定される。予想され得る動作量に依存して、触媒１０６中の予想され得る酸素充填レベルが決定される。このために、例えば酸素充填レベルに関するモデルが計算される。その際、例えば、数秒後の予想され得る酸素充填レベルの場合に変換ウィンドウが逸脱されているかどうかがチェックされる。逸脱される場合、例えば触媒１０６中の予想され得る酸素過剰の場合、内燃機関１０２の動作のための過濃混合気が空気不足によって設定可能である。予想され得る酸素不足の場合、空気過剰での内燃機関１０２の動作のために、希薄混合気による内燃機関１０２の動作が可能である。
【００２４】
ステップ２０６で動作条件の安定性が決定されていた場合、目標量は、安定性にも依存して決定され得る。動作条件の安定性が認識されていた場合、例えば予想され得る動作量に依存せずに目標量が決定される。
【００２５】
ステップ２０６で、さらなるセンサ１２４によって捕捉された情報から、予想され得る動作状態が決定されていた場合、予想され得る動作状態に依存して目標量を決定することができる。
【００２６】
続いてステップ２１０が実行される。
ステップ２１０では、酸素充填レベルのための目標量に依存して酸素充填レベルがコントロールされる。目標量は、例えば目標酸素充填レベルまたは目標酸素充填レベルプロファイルである。コントロールのために、例えば、目標量に依存して、触媒１０６中の酸素充填レベルに影響を及ぼすために内燃機関１０２の少なくとも１つのアクチュエータが制御される。アクチュエータは、例えば内燃機関１０２内で燃焼するための混合気に影響を及ぼす。
【００２７】
続いてステップ２０２が実行される。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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