阅读说明：本技术 用于运行具有燃烧马达的马达系统的废气后处理装置的方法和装置 (Method and apparatus for running the exhaust aftertreatment device of the motor system with combustion motors ) 是由 A.瓦格纳 M.法伊 于 2019-05-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于运行马达系统(1)的方法,所述马达系统具有燃烧马达(2)和废气后处理装置(8),该方法具有以下步骤：-实施填充水平调节,以用于根据预先给定的填充水平目标值来调节废气后处理装置(8)的填充水平；-运行用于填充水平调节的预控制；并且-根据所测量的λ值(λ<Sub>A</Sub>)与所建模的λ值(λ<Sub>A,mod</Sub>)之间的偏差来对所述预控制进行适配。(The present invention relates to a kind of methods for running motor system (1), the motor system has combustion motors (2) and exhaust aftertreatment device (8), this method has follow steps :-implement fill level adjusting, with the fill level for adjusting exhaust aftertreatment device (8) according to previously given fill level target value；The pre-control that operation is adjusted for fill level；And according to measured λ value (λ A ) with the λ value (λ that is modeled A,mod ) between deviation the pre-control is adapted to.)

用于运行具有燃烧马达的马达系统的废气后处理装置的方法 和装置

技术领域

本发明涉及一种具有燃烧马达的马达系统，其中燃烧废气在运行中借助于废气后处理装置进行处理。此外，本发明涉及一种用于运行这样的马达系统的方法，并且尤其涉及一种用于对废气后处理装置的基于模型的调节进行适配的方法。

背景技术

在燃烧马达运行时产生燃烧废气，燃烧废气除了氮、二氧化碳和水之外还包含大量燃烧产物。这些燃烧产物包括碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物，它们被分类为污染物并且其排放受到法律限制。根据当今的现有技术，适用于用燃烧马达来运行机动车的废气极限值只能用催化式废气后处理来遵守。

因此，在废气侧设置有相应的废气后处理装置，在所述废气后处理装置中所谓的三元催化器是最常见的，因为它对碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物具有高转化率。然而，这种高转化率仅仅在燃烧马达的狭小的运行范围内实现，其中燃烧前气缸中的空气燃料混合物对应于近似化学计量的量分布（即空气系数λ=1）。围绕该化学计量的量分布的允许的公差范围被称为催化器窗口。

为了在所谓的催化器窗口中运行废气后处理装置，在当今的马达控制系统中通常使用λ调节。λ调节基于排气传感器信号，所述排气传感器信号由排气传感器、所谓的λ传感器在废气后处理装置的进口侧和出口侧来检测。排气传感器信号对应于λ值并且表明燃烧废气中的相应的氧含量，由此确定紧挨着燃烧之前的时刻的空气燃料混合物的空气燃料比。

为了调节进口侧的λ值、也就是在废气后处理装置之前存在的λ值，借助于进口侧的λ传感器来测量燃烧废气的氧含量，并且为了进行燃料量计量而在预控制中相应地对燃料量的调节进行校正。为了提高调节的精度，额外地考虑出口侧的λ传感器的出口侧的λ值。通过出口侧的λ传感器检测的出口侧的λ值通常用于导向调节（Führungsregelung），所述导向调节布置在λ调节之前。

除了一般仅仅对与λ值=1的小的偏差进行调整并且相对缓慢地设计的导向调节之外，在当前的马达控制系统中通常还有下述功能，所述功能在存在与λ值=1的大的偏差之时/之后以λ预控制的形式引起以下结果，即重又快速地到达催化器窗口、比如在带有切断进给的阶段之后等等。然而，当前的调节方案具有以下缺点：通过出口侧的λ传感器较迟地发现离开催化器窗口的情况并且由此只能推迟地对喷射量进行校正。

发明内容

按照本发明，设置了一种按照权利要求1所述的、用于运行具有燃烧马达和废气后处理装置的马达系统的方法以及按照并列的权利要求所述的装置和马达系统。

另外的设计方案在从属权利要求中得到说明。

按照第一方面设置了一种用于运行具有燃烧马达和废气后处理装置的马达系统的方法，该方法具有以下的步骤：

-实施填充水平调节，以用于根据预先给定的填充水平目标值来调节废气后处理装置的填充水平；

-运行用于填充水平调节的预控制；

-根据所测量的λ值与所建模的λ值之间的偏差来对预控制进行适配。

上述方法用于运行具有废气后处理装置的马达系统，所述废气后处理装置通过λ调节在模型基础上来调节，上述方法的核心在于，给λ调节设有能适配的预控制。废气后处理装置的基于模型的调节原则上具有的优点是，与基于出口侧的排气传感器的导向调节的情况相比，能够更早地识别即将离开催化器窗口的情况。由此，能够通过对于空气燃料混合物的提早的有针对性的校正来抵消即将离开催化器窗口的情况。

通过使用预控制这种方式能够额外地改进这种基于模型的调节的稳健性，根据所测量的λ值与所建模的λ值之间的偏差对所述预控制进行适配。总之，这能够更快地对马达运行与催化器窗口的偏差作出反应，从而能够尤其在动态的运行中显著地减少有害物质排放。

此外，所测量的λ值能够对应于所测量的出口侧的λ值，并且所建模的λ值能够对应于所建模的出口侧的λ值。

能够规定，填充水平调节提供λ校正值作为调节量，通过λ预控制值作为预控制的输出给所述λ校正值进行加载，以便获得有待调节的目标λ值。

燃料量校正量尤其能够根据目标λ值和λ调节来获取，其中根据燃料量校正量来计算有待喷射的燃料量。

此外，能够借助于用于提供废气后处理装置的物理模型的路径模型来计算所建模的λ值，以用于在所测量的进口侧的λ值的基础上对所建模的填充水平进行建模，其中在所建模的填充水平的基础上实施填充水平调节。

尤其能够借助于路径模型来计算所建模的出口侧的λ值，其中根据所建模的出口侧的λ值与所测量的出口侧的λ值之间的差来获取λ偏移值，根据λ偏移值来对所述预控制进行适配。

此外，能够对所建模的出口侧的λ值与所测量的出口侧的λ值之间的差进行滤波、特别是低通滤波，以用于获得λ偏移值，其中尤其根据马达系统的工作点来选择滤波的时间常数。

按照一种实施方式，所述预控制能够获取填充水平目标值轨迹，以用于预先给定填充水平调节的填充水平目标值。

能够规定，将所述预控制设计为路径模型的反转。这具有如下优点：只有在催化器的借助于路径模型所建模的填充水平偏离通过所述预控制来计算的填充水平目标值轨迹时，调节器才必须进行干预。

所述填充水平目标值轨迹在此考虑到，在实际上能实现哪些λ值（比如马达的燃烧极限或者在当前的运行条件下最大所期望的富油度或贫油度）。

所述路径模型的反转由于非线性而是困难的，并且因此能够结合迭代方法来使用（前行）路径模型，以用于为填充水平目标值分配λ预控制值。

按照另一方面，设置了一种用于运行具有燃烧马达和废气后处理装置的马达系统的装置，其中，所述装置构造用于：

-实施填充水平调节，以用于根据预先给定的填充水平目标值来调节废气后处理装置的填充水平；

-运行用于填充水平调节的预控制；

-根据所测量的λ值与所建模的λ值之间的偏差来对所述预控制进行适配。

附图说明

下面借助于附图对实施方式进行详细解释。

图1示出了具有燃烧马达和带有废气后处理装置的排气系统的马达系统；并且

图2示出了用于在图1的马达系统中使用的λ调节的功能图示。

具体实施方式

下面将用具有燃烧马达的马达系统的实例来描述本发明，所述燃烧马达的燃烧废气借助于作为废气后处理装置的三元催化器（Drei-Wege-Katalysator）进行处理。在三元催化器中，氧用作有待储存的废气成分。

图1示意地示出了具有燃烧马达2的马达系统1，所述燃烧马达具有多个气缸3（在本实施例中为四个气缸）。通过空气供给系统（Luftzuführungssystem）4并且通过每个气缸3上的受控的进气阀向气缸3输送新鲜空气，并且通过每个气缸3上的相应的排气阀并且通过排气系统5将燃烧废气从气缸3中排出。

以本身所熟知的方式在四冲程运行中运行所述燃烧马达2。为此，在燃烧冲程开始之前通过相应的喷射阀6根据预先给定的喷射量将燃料输送到气缸3中，以用于在气缸3的燃烧室中分别构成（auszubilden）空气燃料混合物，在燃料冲程期间在四冲程运行中点燃并且燃烧空气燃料混合物，以用于产生推进（Vortrieb）。

排气系统5具有废气后处理装置8，该废气后处理装置比如能够构造为三元催化器。三元催化器在三个反应路径上通过还原或者用在三元催化器中所储存的氧进行的氧化来转化氮氧化物、碳氢化合物和一氧化碳的废气成分，其中在还原时将氧储存在三元催化器中。三元催化器的作用原理本身是已知的，并且在这方面不再对此进行探讨。

在废气后处理装置8的上游，设置有进口侧的排气传感器9，其能够探测从旁边流过的燃烧废气中的氧含量并且提供相应的进口侧的λ值，该进口侧的λ值表明氧含量。在废气后处理装置8的出口侧布置有出口侧的排气传感器10，其探测从旁边流过的经过净化的燃烧废气的氧含量并且以出口侧的λ值的形式来提供给排气传感器。进口侧的排气传感器9优选构造为宽带λ传感器，其允许在宽的空气系数范围内测量氧含量，所述氧含量通常以空气系数（Luftzahl）λ的形式来表示。出口侧的排气传感器10优选构造为所谓的阶跃λ传感器，利用该阶跃λ传感器能够特别精确地测量处于一的范围内的空气系数λ，因为出口侧的排气传感器10的信号在那里阶跃式地变化。

废气后处理装置8能够设有温度传感器11，该温度传感器探测废气后处理装置8的温度并且提供相应的温度信号。

为了控制马达系统1的运行而设置了控制单元15，该控制单元检测来自马达系统1的传感器信号，以用于确定马达系统状态。例如，马达系统状态能够通过马达系统1的状态参量来表明，其通过传感器确定。传感器比如能够包括：空气供给系统4中的用于检测测量新鲜空气质量流的新鲜空气质量流传感器12、燃烧马达2的瞬时的旋转速度、用于检测进口侧的和出口侧的λ值的排气传感器9、10、马达速度传感器等等。

控制单元15以本身已知的方式通过根据外部的预先给定对位置编码器（Stellgebern）进行的操控来运行燃烧马达2。外部的预先给定比如能够基于通过加速踏板（Fahrpedal）预先给定的驾驶员期望力矩。能操控的位置编码器能够包括用于预先给定有待喷射的燃料量的喷射阀、用于调节所述燃烧马达2中的空气供给的节气门调节器13、气缸的每个气缸3中的点火装置（未示出）-预先给定所述气缸的点火时刻以用于点燃空气燃料混合物、进气阀和排气阀的时间上的气门间隙（Ventilspiele）等等。

在控制单元14中，为提供马达力矩而计算相应的有待喷射的燃料量并且以相应的方式操控喷射阀6，以用于喷射所计算的燃料量。同时，控制单元15在由排气传感器9、10连续地提供的进口侧的和出口侧的λ值λ_E、λ_A的基础上来执行调节。

在图2中示出了功能方框图，该功能方框图详细地示出了马达系统1中的调节的作用原理。所述调节通过填充水平调节器22和λ调节块20来实现并且主要基于将废气后处理装置8的当前的填充水平θ设定（einstellen）到预先给定的填充水平目标值θ_set上。

对于三元催化器来说，废气后处理装置8的填充水平对应于氧载荷（Sauerstoffbeladung），优选应该根据预先给定的运行模型来预先给定所述氧载荷并且所述氧载荷比如大约为废气后处理装置8的可能的最大的氧载荷的一半。

根据由填充水平调节器22预先给定的、作为调节量的λ校正Δλ_korr，所述λ调节块20提供燃料量校正量r_korr，其在喷射量计算块的喷射量计算模型中以合适的方式、尤其是通过加法来加以考虑，所述喷射量计算块的喷射量计算模型同样在控制单元15中来实现并且计算有待喷射的燃料量r。

由于不能测量废气后处理装置8的填充水平θ，因此要借助于路径模型块21中的路径模型对其进行建模。路径模型通常包括输入排放模型、由填充水平模型和排放模型组成的催化器模型及输出排放模型。除此以外，催化器模型具有用于计算废气后处理装置8的平均的填充水平θ的算法。

上述模型相应地是在控制单元15中执行的算法。输入排放模型用于将进口侧的排气传感器9的进口侧的λ值λ_E转换为表示进口侧的排气传感器8的区域中的O₂、CO、H₂和HC的浓度的输入参量。由通过输入排放模型所计算的参量，在填充水平及输出排放模型中对废气后处理装置的填充水平和废气后处理装置8的出口侧上的各个废气成分的浓度进行建模。输出λ模型为了对路径模型进行适配而将废气后处理装置8的输出侧上的各个废气成分的、用催化剂模型计算的浓度转换成所建模的出口侧的λ值λ_A,mod，其应该对应于废气后处理装置8的出口侧上的λ值。由此，路径模型一方面能够用于对废气后处理装置8的至少一个所建模的平均的填充水平θ_mod进行建模并且另一方面能够用于提供所建模的出口侧的λ值λ_A,mod。

借助于目标值滤波器23对填充水平目标值θ_set进行预滤波。用作为指令参量（Führungsgröße）的、经过预滤波的填充水平目标值θ_set,filt，现在一方面操控预控制并且另一方面操控填充水平调节（Füllstandsregelung）。λ调节基本上基于填充水平调节的结果，在进行填充水平调节时预先给定经过滤波的填充水平目标值θ_set,filt或者填充水平目标值轨迹θ_set,trj。填充水平调节基于差别、特别是基于经过滤波的填充水平目标值θ_set,filt与在求差元件25中所获取（ermitteln）的所建模的平均的填充水平θ_mod之间的差。填充水平调节能够借助于尤其能够构造为PI调节器的填充水平调节器22来实施并且作为调节量（Stellgröße）来输出λ校正Δλ_korr。由此将借助于路径模型所建模的平均的填充水平θ_mod调整到填充水平目标值θ_set，所述填充水平目标值将朝贫油（mager）和富油（fett）突破的可能性、也就是离开催化器窗口的可能性最小化并且就这样实现最小的排放。

预控制在预控制块24中进行，该预控制块一方面提供预控制λ值λ_vst，并且另一方面提供取决于经过滤波的填充水平标称值θ_set,filt的目标填充水平-轨迹θ_set,trj。为了计算与经过滤波的填充水平目标值θ_set,filt相对应的预控制λ值λ_vst，预控制块24包含与路径模型相反的路径模型相对应的物理模型、也就是为预先给定的填充水平分配暂时的预控制λ值λ'_vst的模型。

如果进口侧的λ信号λ_E被偏离量所歪曲，则在预控制λ值λ_vst中考虑到λ偏移值Δλ_off，方法尤其是：将λ偏移值Δλ_off加到暂时的预控制λ值λ'_vst上。

为了计算物理上能实现的目标填充水平轨迹，而使用具有相同参数的第二路径模型（副本），所述第二路径模型作为输入λ而具有预控制λ值λ_vst。这具有如下优点：只有在废气后处理装置8的借助于路径模型所建模的实际填充水平偏离目标填充水平轨迹θ_set,trj时，填充水平调节器22才必须干预。

由此不仅对校正预控制λ值而且还对目标填充水平轨迹进行适配。

当路径模型将废气后处理装置8之前的进口侧的λ值λ_E转换成废气后处理装置8的所建模的（平均的）氧填充水平θ_mod时，预控制块24的相反的路径模型将经过滤波的填充水平目标值θ_set,filt换算为废气后处理装置8之前的相应的目标λ（暂时的预控制λ值λ'_vst）。

为了建立（erstellen）相反的路径模型而优选通过解析（analytisch）使所述路径模型块21的路径模型反转（invertiert）。然而，常见的废气后处理装置8是具有时变的路径参数的复杂的非线性的路径，所述路径通常只能通过非线性的微分方程组（Differentialgleichungssystem）来表示。这典型地导致用于反转的路径模型的方程组不能被解析地来求解。

因此，作为路径模型的解析的反转的替代方案，能够设置路径模型的用数字表示的反转。这基于以下处理方式，即：迭代地（iterativ）为存在的路径模型预先给定进口侧的λ值，以用于借助于所述路径模型来得到相应的、用于废气后处理装置8的平均填充水平的数值，该数值对应于所期望的填充水平目标值θ_set或者经过滤波的填充水平目标值θ_set,filt。如果这个模型值与填充水平目标值θ_set或者经过滤波的填充水平目标值θ_set,filt相同，那么迭代地预先给定的进口侧的λ值就是下述数值，必须用该数值来进行预控制，以用于达到目标-氧填充水平。

因此，为了进行转化（Umsetzung），预先给定具有相同的参数和初始相同的状态变量的第二路径模型（副本）并且一直用可变的出口侧的λ值来迭代，直到通过第二路径模型计算的实际填充水平与所期望的填充水平目标值θ_set或者经过滤波的填充水平目标值θ_set,filt之间的差在数量上（betragsmäßig）足够小，以用于实现预控制的通过迭代所要求的精度。如此找到的用于进口侧的λ值的数值用作暂时的预控制λ值λ'_vst。

预控制块24的预控制λ值λ_vst和填充水平调节器22的λ校正Δλ_korr在求和元件26中求和并且和信号代表着用于进口侧的λ值的目标λ值λ_soll。除了预控制λ值λ_vst之外，所述预控制也获取用于填充水平调节器22的目标填充水平轨迹θ_set,trj。

由于路径模型的输入参量可能带有不确定性并且路径模型也可能不准确，所以可能出现废气后处理装置8的填充水平θ的、借助于路径模型所建模的大小与相应的真实（real）的大小之间的偏差。为了补偿不确定性，能够相应地对废气后处理装置8的填充水平θ的基于模型的调节进行适配。比如能够通过对于填充水平调节和/或预控制的干预来进行所述适配。

在存在合适的运行条件时，在借助于路径模型所建模的出口侧的λ值λ_A,mod与所测量的出口侧的λ值λ_A之间的偏差的基础上进行适配。如果两个数值不同、尤其是相差了比预先给定的阈值大的幅度，则存在适配需求。

有利的是，用代表着用于适配需求的尺度的λ偏移值Δλ_off来对用于进口侧的λ值的目标λ值λ_soll和所获取的目标填充水平轨迹进行校正。这个用于适配需求的尺度从借助于路径模型所建模的出口侧的λ值λ_A,mod与所测量的出口侧的λ值λ_A之间的差中特别是作为其差作为λ偏移值Δλ_off来产生。

通过对于用于进口侧的λ值的目标λ值λ_soll的校正，所述λ调节能够直接对λ偏移值Δλ_off的变化作出反应。因为没有对所述路径模型进行适配，所以更确切地说所建模的平均的填充水平θ_mod偏离实际的填充水平，但是因为同样对目标填充水平目标值轨迹θ_set,trj进行适配，所以所述目标填充水平目标值轨迹跟随所述路径模型的错误（falschen）的所建模的填充水平θ_mod，使得所述填充水平调节器22在适配之前和之后看到相同的调节偏差。由此避免了调节偏差的阶跃，所述阶跃可能导致填充水平调节的上摆（Aufschwingen）。

有利的是，借助于适配块27中的滤波器来平滑用于适配需求的尺度、也就是由所建模的出口侧的λ值λ_A,mod与所测量的出口侧的λ值λ_A构成的差，以用于获得λ偏移值Δλ_off。例如，所述滤波器能够构造为PT1滤波器并且能够具有取决于工作点的时间常数，所述时间常数比如能够从相应的能参数化的特性场中得知。在所述滤波器之后能够可选地布置积分器，以用于考虑长期影响。在起振的（eingeschwungenen）状态中，经过滤波的信号对应于λ偏移值Δλ_off并且由于进口侧的λ值的不确定性以及路径模型的不准确性因而刚好对应于适配需求。

能够规定，只有在存在合适的接通条件时才在适配块27中进行滤波。因此，为了能够快速地补偿不准确性，能够规定，可以在较少限制的条件下，尤其总是在要求化学计量的混合物时并且在由出口侧的排气传感器表明处于1的范围内的废气λ时让所述滤波器实施适配。另外，能够规定，只有在出口侧的排气传感器10的信号可靠时才实施适配。

此外，适宜的是，在行驶周期结束时保存适配值并且对于下一个行驶周期来说将相应的适配值用作原始值。

适配需求可能具有在本方法中难以区分的各种原因。然而，对于填充水平调节来说，不需要进行区分，因为只应该将填充水平快速且准确地调整到排放最佳的目标填充水平。如果在一个或多个其他功能中在引起适配需求的原因之间进行区别，那么有利的是，在出现所述原因的位置上对适配需求的、能明确分配的份额进行校正。

比如，用于针对进口侧的λ值的λ偏移的诊断能够在存在适当的接通条件的情况下对适配块27的内容或输入信号进行评估，以用于在进口侧的λ值的偏移与排气系统5中的泄漏之间进行区分。用所述进口侧的λ值的在这里所识别的偏移，能够校正排气传感器9的实际λ信号。为了不双重地考虑到这种校正，必须从适配块27的内容中减去相应的进口侧的λ偏移值Δλ_off。