DE102006043447A1

DE102006043447A1 - Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102006043447A1
Application number: DE102006043447A
Authority: DE
Inventors: Hideki Takubo
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-03-01
Filing date: 2006-09-15
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2026-09-16
Also published as: US20070204596A1; DE102006043447B4; CN101029604A; JP2007231844A; US7845160B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, der eine stabile und feine Steuerung eines durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses eines Abgases auf der stromaufwärtigen Seite eines Katalysators ermöglichen kann. Die Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor umfasst: einen Katalysator; einen stromaufwärtigen O₂-Sensor stromaufwärts des Katalysators; einen stromabwärtigen O₂-Sensor stromabwärts des Katalysators; eine erste Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuereinheit zum Steuern des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Abgases, basierend auf einem Ausgangswert des stromaufwärtigen O₂-Sensors; und eine Gruppe von Steuerkonstanten; eine zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuereinheit zum Berechnen eines durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj, basierend auf dem Ausgangswert des stromaufwärtigen O₂-Sensors und eines Zielausgangswertes VR2; und eine Konvertierungseinheit zum Berechnen von wenigstens zwei Steuerkonstanten unter Verwendung des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj als einen gemeinsamen Index.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor zum Steuern eines Luft/Brennstoff-Verhältnisses eines Abgases.
2. Stand der Technik
In einem Abgasweg eines herkömmlichen Verbrennungsmotors ist ein Dreiwegekatalysator zum gleichzeitigen Reinigen von im Abgas vorhandenem HC, CO und NO_X vorgesehen. Der Dreiwegekatalysator weist eine hohe Reinigungsrate für HC, CO sowie NO_X auf, wenn ein Luft/Brennstoff-Verhältnis des Abgases in der Nähe eines stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses liegt.
Daher ist normalerweise ein O₂-Sensor (nachfolgend als ein "stromaufwärtiger O₂-Sensor" bezeichnet) an einer stromaufwärtigen Seite des Katalysators vorgesehen, um eine Rückführsteuerung basierend auf einem Ausgangssignal von dem stromaufwärtigen O₂-Sensor durchzuführen, so dass sich das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Abgases dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis annähert.
Der stromaufwärtige O₂-Sensor ist jedoch in dem Abgasweg so nahe an einer Verbrennungskammer wie möglich angeordnet, d.h. er ist an einer Position vorgesehen, an der Abgaskrümmer kollektiv vorgesehen sind. Daher wird der stromaufwärtige O₂-Sensor dem Abgas bei hoher Temperatur ausgesetzt und wird durch verschiedene toxische Substanzen vergiftet. Da das Abgas an der Position nahe der Verbrennungskammer zudem nicht ausreichend gemischt ist, tritt eine Variation des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Abgases auf.
Entsprechend besteht ein Problem dahingehend, dass das Ausgangssignal von dem stromaufwärtigen O₂-Sensor stark fluktuiert, weshalb eine ordnungsgemäße Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Abgases nicht möglich ist.
Zur Lösung des zuvor beschriebenen Problems wurde ein Doppel-O₂-Sensorsystem mit einem O₂-Sensor (nachfolgend als ein "stromabwärtiger O₂-Sensor" bezeichnet), der an einer stromabwärtigen Seite des Katalysators zusätzlich zu dem stromaufwärtigen O₂-Sensor vorgesehen ist, vorgeschlagen.
Bei dem Doppel-O₂-Sensorsystem wird die Rückführsteuerung an dem Luft/Brennstoff-Verhältnis basierend auf dem Ausgangssignal von dem stromaufwärtigen O₂-Sensor, wie zuvor beschrieben, durchgeführt. Gleichzeitig wird ferner eine Rückführsteuerung an dem Luft/Brennstoff-Verhältnis des Abgases basierend auf dem Ausgangssignal von dem stromabwärtigen O₂-Sensor durchgeführt.
Obwohl eine Antwortgeschwindigkeit des stromabwärtigen O₂-Sensors geringer als die des stromaufwärtigen O₂-Sensors ist, senkt der Durchgang des Abgases durch den Katalysator eine Abgastemperatur, um die Wärmewirkungen zu reduzieren. Ferner werden toxische Substanzen durch den Katalysator absorbiert, um die Wirkungen der toxischen Substanzen zu reduzieren. Da das Abgas zudem ausreichend auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators gemischt wird, wird das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Abgases ausbalanciert.
Daher ermöglicht es das Doppel-O₂-Sensorsystem, eine Ausgangsfluktuation des stromaufwärtigen O₂-Sensors zu absorbieren und eine hohe Reinigungsrate des Katalysators beizubehalten, indem der Ausgang des stromabwärtigen O₂-Sensors zu dem Zielwert gesteuert wird.
Ferner wird dem Katalysator eine Sauerstoffspeicherkapazität verliehen, um eine temporäre Fluktuation des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators zu absorbieren. Die Sauerstoffspeicherkapazität nimmt die Rolle eines Integrators zur Aufnahme und Speicherung von Sauerstoff in dem Abgas ein, wenn sich das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Abgases auf der mageren Seite des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses befindet, und zum Lösen des gespeicherten Sauerstoffs, wenn sich das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Abgases auf der fetten Seite des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses befindet.
Daher werden die Fluktuationen eines Luft/Brennstoff-Verhältnisses auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators in dem Katalysator gemittelt, wodurch ein durchschnittliches Luft/Brennstoff-Verhältnis auf einen Katalysatorreinigungszustand wirkt. Um eine zufrieden stellende Reinigungsrate des Katalysators beizubehalten, wird das Ausgangssignal von dem stromabwärtigen O₂-Sensor entsprechend verwendet, um den durchschnittlichen Wert des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators zu steuern.
Eine herkömmliche Luft/Brennstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor ändert eine Steuerkonstante der Rückführsteuerung unter Verwendung eines Ausgangssignals von dem stromaufwärtigen O₂-Sensor gemäß dem Ausgangssignal von dem stromabwärtigen O₂-Sensor, um das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis auf der stromaufwärtigen Seite zu steuern (siehe beispielsweise JP 63-195351 A). Bei der zuvor beschriebenen herkömmlichen Vorrichtung handelt es sich bei der Steuerkonstante, die für die Rückführsteuerung (erstes Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel) unter Verwendung des Ausgangssignals von dem stromaufwärtigen O₂-Sensor verwendet wird, wenigstens um eine der nachfolgenden Konstanten: Verzögerungszeit, Sprungmaß, integrale Konstante oder relative Spannung. Es ist möglich, das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis zu steuern, indem die Verzögerungszeit, das Sprungmaß und die integrale Konstante jeweils asymmetrisch gesetzt werden, wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis auf der fetten Seite oder der mageren Seite gesteuert wird, und indem die relative Spannung geändert wird.
Genauer gesagt wird das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis auf die fette Seite verschoben, wenn die Verzögerungszeit auf der fetten Seite > die Verzögerungszeit auf der mageren Seite gesetzt wird. Andererseits wird das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis auf die magere Seite verschoben, wenn die Verzögerungszeit auf der mageren Seite > die Verzögerungszeit auf der fetten Seite gesetzt wird.
Indem das Sprungmaß auf der fetten Seite > das Sprungmaß auf der mageren Seite eingestellt wird, wird das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis auf die fette Seite verschoben. Im Gegensatz dazu wird das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis auf die magere Seite verschoben, wenn das Sprungmaß auf der mageren Seite > das Sprungmaß auf der fetten Seite gesetzt wird.
Auf die gleiche Weise verschiebt sich das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis zur fetten Seite, wenn die integrale Konstante auf der fetten Seite > die integrale Konstante auf der mageren Seite eingestellt wird. Im Gegensatz dazu wird das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis auf die magere Seite verschoben, wenn die integrale Konstante auf der mageren Seite > die integrale Konstante auf der fetten Seite ist.
Durch Erhöhung der relativen Spannung verschiebt sich das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis zur fetten Seite. Durch Verringerung der relativen Spannung verschiebt sich das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis zur mageren Seite.
Wie zuvor beschrieben wurde, werden die zuvor beschriebenen Steuerkonstanten basierend auf dem Ausgangssignal von dem stromabwärtigen O₂-Sensor berechnet, um das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators für einen Steuerzyklus zu steuern.
Ferner wurde vorgeschlagen, zwei oder mehr der zuvor beschriebenen Steuerkonstanten gleichzeitig zu steuern, um die Steuerbarkeit des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses zu verbessern.
Bei der zuvor beschriebenen, herkömmlichen Vorrichtung wird jedoch kein gemeinsamer Handhabungsindex gesetzt. Daher tritt eine nicht-lineare Interaktion auf, wenn zwei oder mehr der Steuerkonstanten gleichzeitig gesteuert werden.
Wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators zur mageren Seite oder zur fetten Seite verschoben werden soll, wird die Steuerung des Abweichungsmaßes des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses (ein Abweichungsmaß) schwierig, selbst wenn die Richtung der Abweichung des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses (eine Abweichungsrichtung) gesteuert werden kann.
Die zuvor genannte, nicht-lineare Interaktion tritt durch die wechselseitigen Einflüsse der Änderungen der Steuerkonstanten auf. Daher entspricht das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses, wenn zwei oder mehr Steuerkonstanten gleichzeitig gesteuert werden, nicht dem Ergebnis einer einfachen Addition der Abweichungsmaße, wenn jede der Steuerkonstanten alleine gesteuert wird. Das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses wird in Abhängigkeit von dem Maß der Steuerung variiert, von der Kombination und den Operationspunkten der Steuerkonstanten, von den Kennlinien eines Steuerziels, das sich in Abhängigkeit von Operationsbedingungen verändert, oder dergleichen.
Die nicht-lineare Interaktion wird ferner durch die nicht-lineare Relation zwischen dem Maß der Steuerung jeder der Steuerkonstanten und dem Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses verursacht.
Bei der herkömmlichen Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor variiert das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses in Abhängigkeit von dem Maß der Steuerung jeder der Steuerkonstanten, der Kombination und den Operationspunkten der Steuerkonstanten, den Operationsbedingungen und dergleichen, wodurch ein Ertrag der Rückführsteuerung variiert.
Daher besteht das Problem, dass ein Nachführen oder ein unzureichendes Folgen auftritt, das die Rückführsteuerung zum Steuern des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators gemäß dem Ausgangssignal des stromabwärtigen O₂-Sensors destabilisiert.
Jede Steuerkonstante weist sowohl Vor- als auch Nachteile in Bezug auf die Steuerung des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses auf, wie beispielsweise eine Steuergenauigkeit des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses, ein Steuerbereich des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses, ein Steuerzyklus, eine Steueramplitude der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Schwingung und dergleichen.
Es ist wünschenswert, die Steuerkonstanten effektiv zu kombinieren, um die jeweiligen Vorteile zu nutzen und die Nachteile in einem moderaten Rahmen zu halten.
Bei der herkömmlichen Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor wird jedoch ein gemeinsamer Handhabungsindex nicht gesetzt.
Daher besteht ein weiteres Problem darin, dass das Steuermaß der Steuerkonstanten oder die Kombination der Konstanten nicht genau bestimmt werden können, um gemäß den Operationspunkten des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses jeden Vorteil zu maximieren und jeden Nachteil zu unterdrücken.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zuvor genannten Probleme zu lösen, und sie schafft daher eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, der wenigstens zwei oder mehr Steuerkonstanten angemessen kombinieren kann, um ein durchschnittliches Luft/Brennstoff-Verhältnis eines Abgases auf einer stromaufwärtigen Seite eines Katalysators stabil und fein zu steuern.
Eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Katalysator, der in einem Abgassystem des Verbrennungsmotors vorgesehen ist, zum Reinigen eines Abgases; einen ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor, der auf einer stromaufwärtigen Seite des Katalysators vorgesehen ist, zum Erfassen eines Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators; einen zweiten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor, der auf einer stromabwärtigen Seite des Katalysators vorgesehen ist, zum Erfassen eines Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Abgases auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators; ein erstes Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel zum Steuern des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators basierend auf einem Ausgangswert des ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensors, eine Gruppe von Steuerkonstanten, die mehrere Steuerkonstanten umfasst; ein zweites Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel zum Berechnen eines durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses entsprechend einem Zielwert eines durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators basierend auf einem Ausgangssignalwert des zweiten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensors und einem vorbestimmten Zielausgangswert; und ein Konvertierungsmittel zum Berechnen von wenigstens zwei Steuerkonstanten unter Verwendung des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses als einen gemeinsamen Index.
Gemäß der Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor der vorliegenden Erfindung berechnet das zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis gemäß dem Zielwert des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnis-Gemisches des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators gemäß dem Ausgangswert des zweiten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensors und dem vorbestimmten Zielausgangswert, und das Konvertierungsmittel verwendet das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis als einen Index zur Berechnung von wenigstens zwei Steuerkonstanten.
Daher kann das Steuermaß der Steuerkonstanten oder die Kombination von diesen gemäß dem durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis eingestellt werden, wodurch eine stabile und genaue Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators erfolgt.
Indem die Steuerkonstanten unter Verwendung des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses als ein Index gesetzt werden, können geeignete Steuerkonstanten miteinander gemäß dem Operationspunkt des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses kombiniert werden, ohne das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses zu verändern, um die Vorteile jeder der Steuerkonstanten zu maximieren, wie beispielsweise eine Steuergenauigkeit des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses, einen Steuerbereich des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses oder einen Steuerzyklus, eine Steueramplitude der Luft/Brennstoff-Verhältnis-Schwingung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den beiliegenden Zeichnungen ist/sind:
1 ein Schaltschema, das den gesamten Aufbau einschließlich eines Steuersystems für eine Verbrennungsmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine erläuternde Ansicht, die eine Ausgabekennlinie eines stromaufwärtigen O2-Sensors und eines stromabwärtigen O₂-Sensors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ein Blockdiagramm, das einen funktionalen Aufbau einer Steuereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerroutine zeigt, bei der ein erstes Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Luft/Brennstoff-Verhältnis-Einstellfaktor entsprechend einem Ausgangssignal von im stromaufwärtigen O₂-Sensor berechnet;
5A bis 5E Ablaufdiagramme, die jeweils komplementär den in dem Flussdiagramm gemäß 4 dargestellten Steuerablauf erläutern;
6 ein Flussdiagramm, das einen Steuerablauf zeigt, bei dem ein zweites Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein durchschnittliches Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis gemäß einem Ausgangssignal von dem stromabwärtigen O₂-Sensor berechnet;
7 eine erläuternde Ansicht, die das Verhältnis zwischen einer Differenz und einem Aktualisierungsmaß und einem Hubmaß gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 eine erläuternde Ansicht, die das Verhältnis zwischen der Differenz und dem Aktualisierungsmaß und dem Hubmaß gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend einer Ansaugluftmenge zeigt;
9 eine erläuternde Ansicht, die das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis zeigt, auf das eine gezwungene Änderungsamplitude gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
10 ein Flussdiagramm, das einen Wandlungsmittelberechnungsablauf zeigt, bei dem ein Umwandlungsmittel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Steuerkonstanten berechnet;
11 eine erläuternde Ansicht, die das physikalisch geformte, erste Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
12A bis 12C erläuternde Ansichten, die ein durchschnittliches Luft/Brennstoff-Verhältnis, einen Steuerzyklus und eine Steueramplitude eines Luft/Brennstoff-Verhältnisses zeigen, wenn integrale Konstanten gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung getrennt gesteuert werden;
13 eine weitere erläuternde Ansicht, die das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis zeigt, wenn die integralen Konstanten gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung separat gesteuert werden;
14A bis 14C Ablaufdiagramme, die das Verhalten einer ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerung zeigen, wenn die Ausgleicheinstellung der integralen Konstanten gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geändert wird;
15A bis 15C erläuternde Ansichten, die das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis, den Steuerzyklus und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses zeigen, wenn Sprungmengen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung separat gesteuert werden;
16 weitere erläuternde Ansichten, die das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis zeigt, wenn die Sprungmengen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung alleine gesteuert werden;
17A bis 17C Ablaufdiagramme, die das Verhalten der ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerung zeigen, wenn die Ausgleicheinstellung der Sprungmengen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geändert wird;
18A bis 18C erläuternde Ansichten, die das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis, den Steuerzyklus und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses zeigen, wenn Verzögerungszeiten gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung alleine gesteuert werden;
19 eine weitere erläuternde Ansicht, die das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis zeigt, wenn die Verzögerungszeiten gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung alleine gesteuert werden;
20A bis 20C Ablaufdiagramme, die das Verhalten der ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerung zeigen, wenn die Ausgleicheinstellung der Verzögerungszeiten gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geändert wird;
21A bis 21C erläuternde Ansichten, die das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis, den Steuerzyklus und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses zeigen, wenn eine Referenzspannung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung alleine gesteuert wird;
22A bis 22C Ablaufdiagramme, die das Verhalten der ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerung zeigen, wenn die Referenzspannung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geändert wird;
23A bis 23C erläuternde Ansichten, die das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis, den Steuerzyklus und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses zeigen, wenn die integralen Konstanten und die Sprungmengen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gleichzeitig gesteuert werden, und wenn die integralen Konstanten und die Sprungmengen getrennt gesteuert werden, wobei die Ergebnisse zum Vergleich aufgetragen sind;
24 eine erläuternde Ansicht, die eine Zunahmerate des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses zeigt, wenn die integralen Konstanten und die Sprungmengen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gleichzeitig gesteuert werden, und wenn die integralen Konstanten und die Sprungmengen separat gesteuert werden, wobei die Ergebnisse einfach aufgetragen sind;
25A bis 25C sind Ablaufdiagramme, die das Verhalten der ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerung zeigen, wenn die Ausgleicheinstellungen der integralen Konstanten und der Sprungmaße gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gleichzeitig geändert werden;
26A bis 26C sind erläuternde Ansichten, die das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis, den Steuerzyklus und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses zeigen, wenn die integralen Konstanten und die Referenzspannung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gleichzeitig besteuert werden, und wenn die integralen Konstanten und die Referenzspannung separat gesteuert werden, wobei die Ergebnisse einander gegenübergestellt sind;
27 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Anstiegsrate des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses zeigt, wenn die integralen Konstanten und die Referenzspannung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gleichzeitig gesteuert werden, und wenn die integralen Konstanten und die Referenzspannung separat gesteuert werden, wobei die Ergebnisse einfach aufgetragen sind;
28A bis 28C sind erläuternde Ansichten, die das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis, den Steuerzyklus und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses zeigen, wenn die Sprungmaße und die Verzögerungszeiten gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gleichzeitig gesteuert werden, und wenn die Sprungmaße und die Verzögerungszeiten separat gesteuert werden, wobei die Ergebnisse zu Vergleichszwecken einfach aufgetragen sind;
29 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Anstiegsrate des durchschnittlichen Luft/Brennstoff- Verhältnisses zeigt, wenn die Sprungmaße und die Verzögerungszeiten gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gleichzeitig gesteuert werden, und wenn die Sprungmaße und die Verzögerungszeiten separat gesteuert werden, wobei diese Ergebnisse einfach aufgetragen sind;
30A bis 30K sind erste erläuternde Ansichten, wobei 30A bis 30D Kennlinien der integralen Konstanten entsprechend dem durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, 30E bis 30H die Kennlinien der Verzögerungszeiten entsprechend dem durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, und 30I bis 30K erläuternde Ansichten sind, die ein aktuelles durchschnittliches Luft/Brennstoff-Verhältnis, den Steuerzyklus und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses für das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
31A bis 31K zweite erläuternde Ansichten, wobei 31A bis 31D Kennlinien der integralen Konstanten entsprechend dem durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, 31E bis 31H Kennlinien der Verzögerungszeiten entsprechend dem durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, und 31I bis 31K das aktuelle durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis, den Steuerzyklus und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff- Verhältnisses für das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
32A bis 32K dritte erläuternde Ansichten, wobei 32A bis 32D Kennlinien der integralen Konstanten entsprechend dem durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, 32E bis 32H Kennlinien der Verzögerungszeiten entsprechend dem durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, und 32I bis 32K das aktuelle durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis, den Steuerzyklus und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses für das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
33 ein Ablaufdiagramm, das einen Steuerzykluskorrektur-Berechnungsablauf zum Berechnen der in Schritt S108 in 10 dargestellten Steuerzykluskorrektur zeigt;
34A und 34B erläuternde Ansichten, die einen Referenzsteuerzyklus zeigen, der in Schritt S112 in 33 berechnet wird;
35 ein Ablaufdiagramm, das eine zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
36 ein Ablaufdiagramm, welches das Verhalten eines durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses gemäß dem Stand der Technik zeigt;
37 ein erstes Ablaufdiagramm, welches das Verhalten des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
38 ein zweites Ablaufdiagramm, welches das Verhalten des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
39 ein Ablaufdiagramm, welches das Verhalten des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses zeigt, wenn eine Brennstoffzuführmenge unter Verwendung der Optimalwertbesteuerung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleichartige Bauteile.
Bei der nachfolgenden Ausführungsform wird der Fall beschrieben, bei dem eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor an einem Fahrzeug vorgesehen ist.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Schaltschema, welches das gesamte System einschließlich einer Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Obwohl mehrere Zylinder 2 in einem herkömmlichen Verbrennungsmotor vorgesehen sind, wird bei der nachfolgenden Ausführungsform nur einer der Zylinder 2 beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, umfasst ein Motorhauptkörper 1 eine Verbrennungskammer 4, in die ein Luft/Brennstoff-Gemisch zur Verbrennung mit Hilfe eines zylindrischen Zylinders 2 und eines Kolbens 3, der mit einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) verbunden ist, eingebracht wird.
Eine Einlassöffnung 5 zur Aufnahme von Luft in den Zylinder 2 und ein Abgaskrümmer 6 zum Auspuffen eines bei der Verbrennung des Luft/Brennstoff-Gemisches der Brennkammer 4 erzeugten Abgases sind mit dem Zylinder 2 verbunden. An der Oberseite des Zylinders 2 ist eine Zündkerze (nicht gezeigt) zum Zünden des der Brennkammer 4 zugeführten Luft/Brennstoff-Gemisches befestigt.
An der stromabwärtigen Seite der Einlassöffnung 5 ist ein Brennstoffeinspritzventil 7 zum Einspritzen eines Brennstoffes befestigt. Der Brennstoff wird dem Brennstoffeinspritzventil 7 von einem Brennstofftank 8 zugeführt, der extern für den Motorhauptkörper 1 vorgesehen ist.
An der stromaufwärtigen Seite der Einlassöffnung 5 ist ein Ansaugkrümmer 10 zum Verteilen von durch ein Drosselventil 9 zu jedem Zylinder 2 extern angesaugter Luft angeschlossen.
An einer stromaufwärtigen Seite des Drosselventils 9 ist ein Einlassweg 11 angeschlossen, durch den die extern angesaugte Luft geleitet wird. An der stromabwärtigen Seite des Drosselventils 9 ist ein Ladedrucksensor (nicht gezeigt) zur Ausgabe eines Spannungssignals entsprechend einem Ladedruck vorgesehen.
Ein Luftmengenmesser 12 zum Erfassen der extern angesaugten Luftmenge ist für den Einlassweg 11 vorgesehen. Der Luftmengenmesser 12 umfasst eine Hitzdrahtsonde zur Ausgabe eines analogen Spannungssignals proportional zur Einlassluftmenge A_q.
Ein Verteiler 13 zum Verteilen eines Starkstroms an die Zündkerze ist für den Zylinder 2 vorgesehen. Ein Rotor (nicht gezeigt) des Verteilers 13 wird durch eine Nockenwelle (nicht gezeigt) angetrieben.
Ein erster Kurbelwinkelsensor 14, der es dem Rotor erlaubt, ein Impulssignal zum Erfassen einer Referenzposition bei beispielsweise jeweils 720 Grad eines Kurbelwinkels auszugeben, und ein zweiter Kurbelwinkelsensor 15, der es dem Rotor erlaubt, ein Impulssignal zum Erfassen einer Referenzposition bei jeweils 30 Grad eines Kurbelwinkels auszugeben, sind für den Verteiler 13 vorgesehen.
Ein Kühlwassermantel 16, durch den Kühlwasser zum Kühlen des Motorhauptkörpers 1 geleitet wird, ist für den Zylinder 2 vorgesehen. Der Kühlwassermantel 16 umfasst einen Wassertemperatursensor 17 zum Erfassen einer Temperatur des Kühlwassers. Der Wassertemperatursensor 17 gibt ein analoges Spannungssignal proportional zu einer Kühlwassertemperatur THW aus.
Stromabwärts des Abgaskrümmers 6 ist ein Katalysator 18, der einen Dreiwegekatalysator zum Reinigen des Abgases aufnimmt, vorgesehen. Stromabwärts des Katalysators 18 ist eine Abgasleitung 19 angeschlossen, um Abgas nach außen auszupuffen.
Stromaufwärts des Katalysators 18, also an dem Abgaskrümmer 6, ist ein erster O₂-Sensor (nachfolgend als stromaufwärtiger O₂-Sensor bezeichnet) 20 (erster Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor) zur Ausgabe eines analogen Spannungssignals entsprechend dem Luft/Brennstoff-Verhältnis des Abgases an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators vorgesehen.
Stromabwärts des Katalysators 18, also an der Abgasleitung 19, ist ein zweiter O₂-Sensor (nachfolgend als stromabwärtiger O₂-Sensor bezeichnet) 21 (zweiter Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor) zur Ausgabe eines analogen Spannungssignals entsprechend dem Luft/Brennstoff-Verhältnis des Abgases, das durch den Katalysator 18 geleitet wurde, vorgesehen.
Sowohl der erste O₂-Sensor 20 als auch der zweite O₂-Sensor 21 sind, wie in 2 gezeigt ist, jeweils ein O₂-Sensor der λ-Art, dessen Spannung sich in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFS entsprechend einer Änderung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses schlagartig ändert, um eine binäre Ausgabekennlinie zu erzeugen.
Eine Brennstoffeinspritzoperation des Brennstoffeinspritzventils 7 wird durch eine Steuerung 22 gesteuert, die einen Hauptteil der Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor bildet.
Die Steuerung 22 umfasst beispielsweise einen Mikrocomputer. Die Steuerung 22 umfasst: eine CPU 23 zum Ausführen einer Berechnungsverarbeitung; einen ROM 24 zum Speichern von Programmdaten oder von Festwertdaten; einen RAM 25, dessen gespeicherte Daten überschreibbar sind; einen Backup-RAM 26, der von einer Fahrzeugbatterie (nicht gezeigt) mit elektrischer Energie versorgt wird, so dass er gespeicherte Inhalte erhalten kann, selbst wenn die Energie der Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist; einen A/D-Wandler 27 mit einem Multiplexer; eine I/O-Schnittstelle 28 zur Eingabe und Ausgabe verschiedener Signale; einen Taktgeberkreis 29 zum Erzeugen eines Unterbrechungssignals; und einen Antriebskreis 30 zum Antreiben des Brennstoffeinspritzventils 7.
Verschiedene Spannungssignale von dem Ladedrucksensor, dem Luftmengenmesser 12, dem Wassertemperatursensor 17, dem stromaufwärtigen O₂-Sensor 20 und dem stromabwärtigen O₂-Sensor 21 werden dem A/D-Wandler 27 der Steuerung 22 zugeführt.
Impulssignale von dem ersten Kurbelwinkelsensor 14 und dem zweiten Kurbelwinkelsensor 15 werden der I/O-Schnittstelle 28 zugeführt. Das Impulssignal von dem zweiten Kurbelwinkelsensor 15 wird ferner einem Unterbrechungsanschluss zugeführt, der an der CPU 23 vorgesehen ist.
Wenn eine nachfolgend beschriebene Brennstoffzuführmenge Q_fuel basierend auf den zuvor genannten Eingangssignalen berechnet wird, wird ein Antriebssignal von dem Antriebskreis 30 zu dem Brennstoffeinspritzventil 7 ausgegeben, so dass das Brennstoffeinspritzventil 7 einen Brennstoff entsprechend der Brennstoffzuführmenge Q_fuel einspritzen kann.
Eine Unterbrechung durch die CPU 23 erfolgt, wenn die A/D-Wandlung durch den A/D-Wandler 27 abgeschlossen ist, wenn die I/O-Schnittstelle 28 das Impulssignal von dem zweiten Kurbelwinkelsensor 15 empfängt, wenn die I/O-Schnittstelle 28 das Unterbrechungssignal von dem Taktgeberkreis 29 empfängt, und bei anderen Anlässen.
Die CPU 23 berechnet eine Drehgeschwindigkeit Ne für jeden Empfang eines Impulssignals von dem zweiten Kurbelwinkelsensor 15 und speichert die berechnete Drehgeschwindigkeit Ne in einem vorbestimmten Bereich des RAM 25.
Die Einlassluftmenge Aq, die durch den Luftmengenmesser 12 erfasst wird, und die Kühlwassertemperatur THW, die von dem Kühlwassertemperatursensor 17 erfasst wird, werden in einem A/D-Wandlungsprogramm, das in einem vorbestimmten Takt ausgeführt wird, abgerufen, um in einem vorbestimmten Bereich der RAM 25 in einer ähnlichen Weise gespeichert zu werden. Insbesondere werden die Lufteinlassmenge Aq und die Kühlwassertemperatur THW, die in der RAM 25 gespeichert sind, in jedem vorbestimmten Takt aktualisiert.
3 ist ein Blockdiagramm, das einen funktionalen Aufbau der Steuerung 22 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Jeder der in 3 dargestellten Blöcke mit Ausnahme des stromaufwärtigen O₂-Sensors 20 und des stromabwärtigen O₂-Sensors 21 sind in dem ROM 24 als Software gespeichert.
Die in 3 dargestellte Steuerung 22 umfasst: ein Zielausgabewert-Einstellungsmittel 31; ein zweites Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel 32; ein Konvertierungsmittel 33; und ein erstes Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel 34.
Das Zielausgabewert-Einstellungsmittel 31 stellt einen Zielausgabewert VR2 des stromabwärtigen O₂-Sensors 21 ein. Das zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel 32 führt eine zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerung zum Berechnen eines durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj entsprechend einem Zielwert eines durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE des Abgases an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators entsprechend eines Sensorausgabesignals V2 von dem stromabwärtigen O₂-Sensor 21 und dem Zielausgabewert VR2 durch. Verschiedene Sensoren, wie beispielsweise einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, der an dem Fahrzeug vorgesehen ist, werden an das zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel 32 angeschlossen.
Das Konvertierungsmittel 33 berechnet wenigstens zwei Steuerkonstanten unter Verwendung des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj als gemeinsamen Index. Das erste Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel 34 führt eine erste Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerung zum Steuern des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Verbrennungsmotors entsprechend einem Sensorausgabesignal V1 von dem stromaufwärtigen O₂-Sensor 20 und einer Steuerkonstantengruppe, die mehrere der zuvor genannten Steuerkonstanten enthält, durch.
Der Zielausgabewert VR2 wird beispielsweise auf einen vorbestimmten Spannungswert nahe dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis AFS eingestellt, bei dem die Reinigungsleistung des Dreiwegekatalysators hoch ist.
Die Steuerkonstanten enthalten wenigstens zwei der nachfolgenden Parameter: Verzögerungszeit, Sprungmaß, integrale Konstante und relative Spannung.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf ein in 4 dargestelltes Ablaufdiagramm sowie unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 ein erstes Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerprogramm des ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittels 34 zum Berechnen eines Brennstoffeinstellungsfaktors FAF entsprechend dem Ausgangssignal des stromaufwärtigen O₂-Sensors 20 beschrieben.
Das Steuerprogramm wird beispielsweise alle fünf Millisekunden durchgeführt.
Zuerst wird das Sensorausgangssignal V1 von dem stromaufwärtigen O₂-Sensor 20 der in (Schritt S41) zu erbringenden A/D-Wandlung unterzogen. Es wird festgestellt, ob ein geschlossener Kreislauf erzeugt wurde oder nicht, um die Durchführung der Rückführsteuerung (Schritt S42) durchzuführen.
Der geschlossene Kreislauf wurde beispielsweise nicht erzeugt, wenn die Kühlwassertemperatur THW einen beliebig gesetzten Vorstufenwert (beispielsweise 60°C) oder weniger während des Starts des Verbrennungsmotors, während der Erhöhung der Brennstoffmenge nach dem Start des Verbrennungsmotors, während der Erhöhung der Brennstoffmenge zum Aufwärmen, während der Erhöhung der Energie, wenn das Sensorausgangssignal V1 von dem stromaufwärtigen O₂-Sensor 20 invertiert wurde, während unter Berechnung der Brennstoffzufuhr, und dergleichen, aufweist. Sonst wurde der geschlossene Kreislauf erzeugt.
Wenn in Schritt S42 festgestellt wird, dass der geschlossene Kreislauf erzeugt wurde (genauer gesagt „Yes"), wird daraufhin in Schritt S43 festgestellt, ob das Sensorausgangssignal V1 von dem stromaufwärtigen O₂-Sensor 20 einer relativen Spannung VR1 entspricht oder geringer als diese ist. Genauer gesagt, wird in diesem Schritt festgestellt, ob das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Abgases an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators 18 auf der fetten Seite oder der mageren Seite in Bezug auf die relative Spannung VR1 liegt.
Wenn in Schritt S43 festgestellt wird, dass das Sensorausgangssignal V1 der relativen Spannung VR1 entspricht oder geringer als diese ist (genauer gesagt, „Yes"), wird anschließend festgestellt, ob der Verzögerungszähler CDLY, der in der Steuerung 22 vorgesehen ist, eine fette Verzögerungszeit TDR (Maximalwert) oder mehr anzeigt (Schritt S44).
Vorliegend ist die fette Verzögerungszeit (Maximalwert) die fette Verzögerungszeit TDR zum Speichern der Feststellung, dass das Sensorausgangssignal V1 von dem stromaufwärtigen O₂-Sensor 20 auf der mageren Seite ist, selbst wenn das Sensorausgangssignal V1 von der mageren Seite zur fetten Seite geändert wird, und wird als eine positive Zahl definiert.
Wenn in Schritt S44 festgestellt wird, dass der Verzögerungszähler CDLY die fette Verzögerungszeit TDR (Maximalwert) oder mehr anzeigt (genauer gesagt, „Yes"), wird der Verzögerungszähler CDLY auf "0" gesetzt (Schritt S45). Anschließend wird ein Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F0, der in der Steuerung 22 vorgesehen ist, auf "0 (mager)" gesetzt (Schritt S46). Der Prozess fährt mit Schritt S56 fort.
Andererseits, wenn in Schritt S44 festgestellt wird, dass der Verzögerungszähler CDLY kleiner als die fette Verzögerungszeit TDR (Maximalwert) ist (genauer gesagt, "No"), wird anschließend festgestellt, ob der Vor-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F0 auf "0" steht oder nicht (Schritt S47).
Wenn in Schritt S47 festgestellt wird, dass der Vor-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F0 auf "0" steht (genauer gesagt, „Yes"), wird "1" von dem Verzögerungszähler CDLY abgezogen (Schritt S48). Anschließend fährt der Prozess mit Schritt S56 fort.
Wenn in Schritt S47 festgestellt wird, dass der Vor-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F0 nicht auf "0" steht (genauer gesagt, "No"), wird "1" zu dem Verzögerungszähler CDLY addiert (Schritt S49). Dann fährt der Prozess mit Schritt S56 fort.
Wenn in Schritt S43 hingegen festgestellt wird, dass das Sensorausgangssignal V1 größer als die relative Spannung VR1 ist (genauer gesagt, "No"), so wird bestimmt, ob der Verzögerungszähler CDLY gleich oder geringer als ein Minimalwert TDLm (= –TDL) der mageren Verzögerungszeit TDL ist (Schritt S50).
Der Minimalwert TDLm (= –TDL) der mageren Verzögerungszeit TDL ist eine magere Verzögerungszeit TDL zum Speichern der Feststellung, dass das Sensorausgangssignal V1 von dem stromaufwärtigen O₂-Sensor 20 auf der fetten Seite ist, selbst wenn das Sensorausgangssignal V1 von der fetten Seite zur mageren Seite geändert wird, und wird als eine negative Zahl definiert.
Wenn in Schritt S50 festgestellt wird, dass der Verzögerungszähler CDLY gleich oder geringer als der Minimalwert TDLm ist (genauer gesagt, „Yes"), wird der Verzögerungszähler CDLY "0" gesetzt (Schritt S51). Anschließend, sobald der Vor-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F0 auf "1 (fett)" gesetzt wurde (Schritt S52), fährt der Prozess mit Schritt S56 fort.
Wenn in Schritt S50 hingegen festgestellt wird, dass der Verzögerungszähler CDLY größer als der Minimalwert TDLm ist (genauer gesagt, "No"), so wird bestimmt, ob der Vor-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F0 auf "0" steht oder nicht (Schritt S53).
Wenn in Schritt S53 festgestellt wird, dass der Vor-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F0 auf "0" steht, genauer gesagt, „Yes"), dann wird "1" von dem Verzögerungszähler CDLY abgezogen (Schritt S54), und anschließend wird mit Schritt S56 fortgefahren.
Wenn in Schritt S53 festgestellt wird, dass der Vor-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F0 nicht auf "0" steht (genauer gesagt, "No"), dann wird "1" zu dem Verzögerungszähler CDLY addiert (Schritt S55). Dann fährt der Prozess mit Schritt S56 fort.
Anschließend wird festgestellt, ob der Verzögerungszähler CDLY dem Minimalwert TDLm entspricht oder geringer als dieser ist (Schritt S56).
Wenn in Schritt S56 festgestellt wird, dass der Verzögerungszähler CDLY dem Minimalwert TDLm entspricht oder geringer als dieser ist (genauer gesagt, „Yes"), dann wird der Verzögerungszähler CDLY auf den Minimalwert TDLm gesetzt (Schritt S57).
In den Schritten S56 und S57 wird der Verzögerungszähler CDLY mit dem Minimalwert TDLm geschützt.
Anschließend, nachdem ein Nach-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F1, der in der Steuerung 22 vorgesehen ist, auf "0" gesetzt wurde (Schritt S58), fährt der Prozess mit Schritt S59 fort.
Wenn in Schritt S56 hingegen festgestellt wird, dass der Verzögerungszähler CDLY größer als der Minimalwert TDLm ist (genauer gesagt, "No"), fährt der Prozess sofort mit Schritt S59 fort.
Anschließend wird festgestellt, ob der Verzögerungszähler CDLY gleich oder größer als die fette Verzögerungszeit TDR (Maximalwert) ist (Schritt S59).
Wenn in Schritt S59 festgestellt wird, dass der Verzögerungszähler CDLY gleich oder größer als die fette Verzögerungszeit TDR (Maximalwert) ist (genauer gesagt, „Yes"), wird der Verzögerungszähler CDLY auf die fette Verzögerungszeit TDR (Maximalwert) gesetzt (Schritt S60).
In den Schritten S59 und S60 wird der Verzögerungszähler CDLY mit der fetten Verzögerungszeit TDR (Maximalwert) geschützt.
Anschließend, nachdem der Nach-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F1 auf "1" gesetzt wurde (Schritt S61), fährt der Prozess mit Schritt S62 fort.
Wenn in Schritt S59 hingegen festgestellt wurde, dass der Verzögerungszähler CDLY geringer als die fette Verzögerungszeit TDR (Maximalwert) ist (genauer gesagt, "No"), fährt der Prozess direkt mit Schritt S62 fort.
Anschließend wird bestimmt, ob ein Vorzeichen des Nach-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalters F1 invertiert wurde oder nicht (Schritt S62). Genauer gesagt, wird in diesem Schritt festgestellt, ob das Luft/Brennstoff-Verhältnis nach dem Verzögerungsprozess invertiert wurde oder nicht.
Wenn in Schritt S62 festgestellt wurde, dass das Vorzeichen des Nach-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalters F1 invertiert wurde (genauer gesagt, „Yes"), so wird festgestellt, ob der Nach-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F1 auf "0" steht oder nicht (Schritt S63). Genauer gesagt, wird in diesem Schritt festgestellt, ob die Inversion von dem Fettseitenwert zum Magerseitenwert oder von dem Magerseitenwert zum Fettseitenwert durchgeführt wurde.
Wenn in Schritt S63 festgestellt wird, dass der Nach-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F1 auf "0" steht (genauer gesagt, „Yes"), so wird ein Sprungmaß RSR zu dem Brenneinstellfaktor FAF hinzugeführt (Schritt S64). Anschließend fährt der Prozess mit Schritt S69 fort.
Wenn in Schritt S63 hingegen festgestellt wird, dass der Nach-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F1 nicht auf "0" steht (genauer gesagt, "No"), so wird ein Sprungmaß RSL von dem Brennstoffeinstellfaktor FAF abgezogen (Schritt S65). Anschließend fährt der Prozess mit Schritt S69 fort.
Bei diesem Prozess wird ein Sprungprozess unter Verwendung der Sprungmaße RSR und RSL durchgeführt.
Wenn in Schritt S62 hingegen festgestellt wird, dass das Vorzeichen des Nach-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalters F1 nicht invertiert wurde (genauer gesagt, "No"), so wird anschließend festgestellt, ob der Nach-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F1 auf "0" steht oder nicht (Schritt S66).
Wenn in Schritt S66 festgestellt wird, dass der Nach-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F1 auf "0" steht (genauer gesagt, „Yes"), so wird eine integrale Konstante KIR zu dem Brennstoffeinstellfaktor FAF addiert (Schritt S67). Dann fährt der Prozess mit Schritt S69 fort.
Wenn in Schritt S66 hingegen festgestellt wird, dass der Nach-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F1 nicht auf "0" steht (genauer gesagt, "No"), so wird eine integrale Konstante KIL von dem Brennstoffeinstellfaktor FAF abgezogen (Schritt S68). Dann fährt der Prozess mit Schritt S69 fort.
Bei diesem Prozess wird ein integraler Prozess unter Verwendung der integralen Konstanten KIR und KIL durchgeführt.
Die integralen Konstanten KIR und KIL werden ausreichend kleiner als die Sprungmaße RSR und RSL festgelegt.
Entsprechend wird der Brennstoffeinstellfaktor FAF in einem mageren Zustand in Schritt S67 nach und nach erhöht, wohingegen der Brennstoffeinstellfaktor FAF in einem fetten Zustand in Schritt S68 nach und nach verringert wird.
Nachfolgend wird festgestellt, ob der Brennstoffeinstellfaktor FAF kleiner als "0,8" ist oder nicht (Schritt S69).
Wenn in Schritt S69 festgestellt wird, dass der Brennstoffeinstellfaktor FAF kleiner als "0,8" ist (genauer gesagt, „Yes"), wird der Brennstoffeinstellfaktor FAF auf "0,8" gesetzt (Schritt S70). Dann fährt der Prozess mit Schritt S71 fort.
Wenn in Schritt S69 hingegen festgestellt wird, dass der Brennstoffeinstellfaktor FAF nicht kleiner als "0,8" ist (genauer gesagt, "No"), dann fährt der Prozess sofort mit Schritt S71 fort.
Bei den Schritten S69 und S70 wird der minimale Wert des Brennstoffeinstellfaktors FAF bei "0,8" geschützt.
Daraufhin wird festgestellt, ob der Brennstoffeinstellfaktor FAF größer als "1,2" ist oder nicht (Schritt S71).
Wenn in Schritt S71 festgestellt wird, dass der Brennstoffeinstellfaktor FAF größer "1,2" ist (genauer gesagt, „Yes"), so wird der Brennstoffeinstellfaktor FAF auf "1,2" gesetzt (Schritt S72), um in dem RAM 25 gespeichert zu werden. Anschließend ist der in 4 dargestellte Prozess beendet (Schritt S80).
Wird in Schritt S71 hingegen festgestellt, dass der Brennstoffeinstellfaktor FAF nicht größer als "1,2" ist (genauer gesagt, "No"), so wird der Brennstoffeinstellfaktor FAF in dem RAM 25 gespeichert. Dann ist der in 4 dargestellte Prozess beendet (Schritt S80).
Bei den Schritten S71 und S72 wird der maximale Wert des Brennstoffeinstellfaktors FAF bei "1,2" gesichert.
Der Minimalwert und der Maximalwert des Brennstoffeinstellfaktors FAF werden in den Schritten S69 bis S72 gesichert. Wenn der Brennstoffeinstellfaktor FAF aus irgendeinem Grund zu klein oder zu groß wird, so kann entsprechend verhindert werden, dass das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators 18 zu mager oder zu fett wird.
Wenn in Schritt S42 hingegen festgestellt wird, dass der geschlossene Kreislauf nicht hergestellt wurde (genauer gesagt, "No"), so wird der Brennstoffeinstellfaktor FAF auf "1,0" gesetzt (Schritt S73). Dann wird der Verzögerungszähler CDLY auf "0" gesetzt (Schritt S74). Anschließend wird festgestellt, ob das Sensorausgangssignal V1 von dem stromaufwärtigen O₂-Sensor 20 der relativen Spannung VR1 entspricht oder kleiner als diese ist (Schritt S75).
Wenn in Schritt S75 festgestellt wird, dass das Sensorausgangssignal V1 der relativen Spannung VR1 entspricht oder kleiner als diese ist (genauer gesagt, „Yes"), so wird der Vor-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F0 auf "0" gesetzt (Schritt S76). Anschließend, nachdem der Nach-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F1 auf "0" gesetzt wurde (Schritt S77), wird der Brennstoffeinstellfaktor FAF in dem RAM 25 gespeichert, um den in 4 dargestellten Prozess abzuschließen (Schritt S80).
Wenn in Schritt S75 hingegen festgestellt wird, dass das Sensorausgangssignal V1 nicht der relativen Spannung VR1 entspricht oder kleiner als diese ist (genauer gesagt, "No"), so wird der Vor-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F0 auf "1" gesetzt (Schritt S78). Nachdem der Nach-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F1 auf "1" gesetzt wurde (Schritt S79), wird der Brennstoffeinstellfaktor FAF in dem RAM 25 gespeichert, um den in 4 dargestellten Prozess abzuschließen (Schritt S80).
Genauer gesagt, werden in den Schritten S73 bis S79 die Anfangswerte, die erzielt werden, wenn der geschlossene Kreislauf erzeugt wurde, gesetzt.
5A bis 5F sind Ablaufdiagramme, die jeweils ergänzend den ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerungsablauf, der in dem Flussdiagramm gemäß 4 gezeigt ist, erläutern.
Von dem Sensorausgangssignal V1 des stromaufwärtigen O₂-Sensors 20, der in 5A gezeigt ist, wird das Vergleichsergebnis des Luft/Brennstoff-Verhältnisses in Bezug auf die relative Spannung VR1, also auf der fetten Seite oder auf der mageren Seite, wie in 5B gezeigt, erzielt. Wenn das Vergleichsergebnis des Luft/Brennstoff-Verhältnisses erzielt wurde, wird der Vor-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F0 in den fetten Zustand oder den mageren Zustand geändert, wie in 5C gezeigt ist.
Der Verzögerungszähler CDLY zählt aufwärts, wenn festgestellt wird, dass sich der Vor-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F0 in dem fetten Zustand befindet, und zählt abwärts, wenn festgestellt wird, dass sich der Vor-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F0 in dem mageren Zustand befindet, wie in 5D gezeigt ist. Entsprechend ändert sich der Nach-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F1, wie in 5E gezeigt ist. Basierend auf dem Nach-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F1 wird der Brennstoffeinstellfaktor FAF erzielt, wie in 5F gezeigt ist.
Wenn das Vergleichsergebnis des Luft/Brennstoff-Verhältnisses von der mageren Seite zur fetten Seite zu einem Zeitpunkt t1 invertiert wird, so wird, wie in den 5A bis 5F gezeigt ist, der Verzögerungsprozess gestartet. Nachdem der Nach-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F1 für die Verzögerungszeit TDR auf der mageren Seite gehalten wurde, ändert er sich zum Zeitpunkt t2 zur fetten Seite.
Wenn das Vergleichsergebnis des Luft/Brennstoff-Verhältnisses von der fetten Seite zur mageren Seite zu einem Zeitpunkt t3 invertiert wird, wird der Nach-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F1 auf der fetten Seite für eine Zeitdauer gehalten, die der Magerverzögerungszeit TDL entspricht, und wird dann zur mageren Seite zu einem Zeitpunkt t4 geändert.
Selbst wenn das Vergleichsergebnis des Luft/Brennstoff-Verhältnisses von der mageren Seite zur fetten Seite zu einem Zeitpunkt t5 invertiert wird, um den Verzögerungsprozess zu starten, und wenn das Vergleichsergebnis des Luft/Brennstoff-Verhältnisses zu einem Zeitpunkt t6 und einem Zeitpunkt t7 invertiert wird, bevor die Fettverzögerungszeit TDR verstrichen ist, wird der Vor-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F0 während des Verzögerungsprozesses nicht invertiert, bis der Verzögerungszähler CDLY die Fettverzögerungszeit TDR erreicht.
Anschließend, zu einem Zeitpunkt t8, zu dem die Fettverzögerungszeit TDR nach der Inversion des Vergleichsergebnisses des Luft/Brennstoff-Verhältnisses zum Zeitpunkt t5 verstrichen ist, wird der Nach-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F1 zur fetten Seite geändert.
Genauer gesagt kann ein stabiles Ausgangssignal, verglichen mit dem Vergleichsergebnis des Luft/Brennstoff-Verhältnisses, erzielt werden, da der Vor-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F0 nicht durch eine temporäre Variation des Luft/Brennstoff-Verhältnisses beeinflusst wird.
Basierend auf dem Nach-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F1, der von dem Vor-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F0 erzielt wird, kann ferner der stabile Brennstoffeinstellfaktor FAF berechnet werden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm gemäß 6 zusätzlich zu den 1 bis 3 ein zweiter Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerungsablauf des zweiten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerungsmittels 32 zum Berechnen des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj gemäß dem Ausgangssignal von dem stromabwärtigen O₂-Sensor 21 beschrieben.
Der Steuerungsablauf wird beispielsweise alle fünf Millisekunden ausgeführt.
Zuerst wird das Sensorausgangssignal V2 von dem stromabwärtigen O₂-Sensor 21 einer im Schritt S81 durchgeführten A/D-Wandlung ausgesetzt. Anschließend wird festgestellt, ob der abgeschlossene Kreislauf hergestellt wurde oder nicht, um die Ausführung der Rückführsteuerung zu ermöglichen (Schritt S82).
Da der λ-Typ O₂-Sensor mit sehr hoher Luft/Brennstoff-Verhältnis-Detektionsauflösung in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFS als stromabwärtiger O₂-Sensor 21 verwendet wird, wie bereits zuvor beschrieben wurde, kann die Genauigkeit der Steuerung verbessert werden.
Ferner kann ein Filterprozess, wie beispielsweise ein Weichtestfilter erster Ordnung, an dem Sensorausgangssignal V2 von dem stromabwärtigen O₂-Sensor 21 durchgeführt werden.
Der geschlossene Kreislauf ist beispielsweise während des Starts des Verbrennungsmotors, während der Erhöhung der Brennstoffmenge, nach dem Starten des Verbrennungsmotors, während dem Erhöhen der Brennstoffmenge zum Aufwärmen, in einem inaktiven Status des stromabwärtigen O₂-Sensors 21, während eines Versagens des stromabwärtigen O₂-Sensors 21, während der Steuerung des fetten Luft/Brennstoff-Verhältnisses oder des mageren Luft/Brennstoff-Verhältnisses, um nicht zu versuchen, eine hohe Reinigungsleistung des Dreiwegekatalysators aufrechtzuerhalten, während der Unterbrechung der Brennstoffzufuhr und bei anderen Gelegenheiten nicht hergestellt. Sonst ist der geschlossene Kreislauf hergestellt.
Um festzustellen, ob der stromabwärtige O₂-Sensor 21 sich in einem aktiven Status befindet oder nicht, reicht es aus, dass festgestellt wird, ob die Kühlwassertemperatur TRW, die von dem Wassertemperatursensor erfasst wird, einen vorbestimmten Wert oder einen höheren Brennwert einnimmt oder nicht, oder es wird festgestellt, ob eine Ausgangsspannung von dem stromabwärtigen O₂-Sensor 21 über eine vorbestimmte Spannung verfügt oder nicht.
Wenn in Schritt S82 festgestellt wird, dass der geschlossene Kreislauf hergestellt wurde (genauer gesagt, „Yes"), wird ein Ausgangszielwert VR2 gesetzt (Schritt S83).
Der Ausgangszielwert VR2 wird beispielsweise in dem Bereich von 0,45 V gesetzt, was einen vorbestimmten Spannungswert des stromabwärtigen O₂-Sensors 21 entsprechend dem Bereich (Reinigungsfenster) anzeigt, in dem die Reinigungsleistung des Dreiwegekatalysators in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFS hoch ist.
Der Ausgangszielwert VR2 kann in dem Bereich von 0,75 V gesetzt werden, bei dem die Reinigungsleistung des Dreiwegekatalysators für NO_X hoch ist, oder kann in dem Bereich von 0,2 V gesetzt werden, in dem die Reinigungsleistung des Dreiwegekatalysators für CO und HC hoch ist.
Der Ausgangszielwert VR2 kann in Abhängigkeit von Operationsbedingungen verändert werden. Wenn der Ausgangszielwert VR2 in Abhängigkeit von Operationsbedingungen geändert wird, kann ein Filterprozess, wie beispielsweise eine Weichtastfilterung erster Ordnung, an dem Ausgangszielwert VR2 durchgeführt werden, um eine Änderung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses aufgrund einer stufenweisen Änderung nach einer Modifizierung des Ausgangszielwerts VR2 zu reduzieren.
Die Operationsbedingungen sind beispielsweise die Anzahl von Umdrehungen des Maschinenhauptkörpers 1 und einer auf diesem wirkende Last. Mehrere Operationszonen werden basierend auf den Werten der Anzahl der Umdrehungen und der Last bestimmt. Die Operationsbedingungen sind nicht auf die Anzahl von Umdrehungen des Maschinenhauptkörpers 1 und die auf diesem wirkende Last begrenzt, sondern sie können die Kühlwassertemperatur THW des Motorhauptkörpers 1, die Beschleunigungs- und Abbremsungsgeschwindigkeiten des Fahrzeugs, einen Leerlaufzustand, eine Abgastemperatur, eine Temperatur des stromaufwärtigen O₂-Sensors 20, eine EGR-Öffnung, und dergleichen, umfassen.
Anschließend wird eine Differenz ΔV2 (=VR2 – V2) zwischen dem Sensorausgangssignal V2 von dem stromabwärtigen O₂-Sensor 21 und dem Ausgangszielwert VR2 berechnet (Schritt S84).
Die nachfolgenden Schritte S85 bis S92 entsprechen einer PI-Steuerung zum Ausführen einer proportionalen (P)-Berechnung und einer integralen (I)-Berechnung gemäß der Differenz ΔV2. Das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj, das dem Zielwert des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE des Abgases an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators entspricht, wird derart gesetzt, dass die Differenz ΔV2 eliminiert wird.
Wenn das Sensorausgangssignal V2 von dem stromabwärtigen O₂-Sensor 21 beispielsweise kleiner als der Ausgangszielwert VR2 (magerer Zustand) ist, wird das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj auf die fette Seite gesetzt, um das Sensorausgangssignal V2 zu steuern, so dass sich dieses an den Ausgangszielwert VR2 annähert.
Das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj wird durch eine allgemeine PI-Steuerung berechnet und wird durch die nachfolgende Formel (1) ausgedrückt. AFAVEobj = AFAVE0 + Σ(Ki2(ΔV2)) + Kp2(ΔV2) (1)
In der Formel (1) ist Ki2 eine integrale Verstärkung, und Kp2 eine proportionale Verstärkung. Ferner ist AFAVE0 ein Anfangswert, der für jeden Operationszustand als ein Wert entsprechend dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis AFS gesetzt wird, und der in dem ROM 24 als fester Wert gespeichert wird. In diesem Fall ist der Anfangswert AFAVE0 beispielsweise auf 14, 53 gesetzt.
Da die integrale Berechnung die Differenz ΔV2 integriert, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, ist die integrale Berechnung relativ langsam. Ferner kann die integrale Berechnung eine andauernde Differenz des Sensorausgangssignals V2 von dem stromaufwärtigen O₂-Sensor 21 aufgrund einer Änderung der Ausgangskennlinie des stromaufwärtigen O₂-Sensors 20 eliminieren.
Wenn die integrale Verstärkung Ki2 erhöht wird, wird ein absoluter Wert eines integralen Abweichungsmaßes Σ(Ki2(ΔV2)) größer, um die Steuergeschwindigkeit zu erhöhen. Wenn die Steuergeschwindigkeit zu hoch wird, wird eine Phasenverzögerung groß, wodurch das Steuersystem destabilisiert wird, was zu einer Phasenverschiebung führt.
Aus diesem Grund ist es erforderlich, die integrale Verstärkung Ki2 auf einen geeigneten Wert zu setzen.
Da die proportionale Berechnung ein Ausgangssignal proportional zu der Differenz ΔV2 erzeugt, weist die proportionale Berechnung eine relativ schnelle Antwort auf, um die Differenz ΔV2 umgehend zu eliminieren.
Wenn die proportionale Verstärkung Kp2 erhöht wird, wird ein absoluter Wert des proportionalen Abweichungsmaßes Kp2(ΔV2) größer, um die Steuergeschwindigkeit zu erhöhen. Wenn die Steuergeschwindigkeit zu hoch wird, wird das System destabilisiert, was zu einer Phasenverschiebung führt.
Aus diesem Grund ist es erforderlich, die proportionale Verstärkung Kp2 auf einen geeigneten Wert zu setzen.
Nachfolgend wird jeder Schritte S85 bis S92 beschrieben.
Zuerst wird festgestellt, ob ein Aktualisierungszustand des integralen Berechnungswertes hergestellt wurde oder nicht (Schritt S85).
Der Aktualisierungszustand wurde nicht hergestellt, wenn das Fahrzeug die vorübergehende Operation durchführt, und wenn eine willkürliche vorbestimmte Periode nach der Beendigung der vorübergehenden Operation nicht verstrichen ist. Sonst ist der Aktualisierungszustand hergestellt.
Die vorübergehende Operation umfasst: plötzliches Beschleunigen oder Bremsen; die Unterbrechung der Brennstoffzufuhr; die Steuerung des fetten Luft/Brennstoff-Verhältnisses oder des mageren Luft/Brennstoff-Verhältnisses, um nicht zu versuchen, eine hohe Reinigungsleistung des Dreiwegekatalysators aufrecht zu erhalten; das Anhalten der zweiten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel 32; das Anhalten der ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel 34; eine gezwungene Änderung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses zur Fehlerdiagnose; das gezwungene Antreiben eines Betätigungselements für die Fehlerdiagnose; und eine plötzliche Änderung der Zufuhr eines Transpirationsgases.
Um die Ausführung oder Nicht-Ausführung einer plötzlichen Beschleunigung und Abbremsung festzustellen, reicht es aus festzustellen, ob das Maß der Änderung der Drosselöffnung pro Zeiteinheit gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist oder nicht, oder festzustellen, ob das Maß der Änderung der Einlassluftmengen Aq pro Zeiteinheit gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist oder nicht. Um eine plötzliche Änderung der Zufuhr von Transpirationsgas festzustellen, reicht es aus festzustellen, ob das Maß der Änderung der Ventilöffnung zum Zuführen des Transpirationsgases pro Zeiteinheit einen vorbestimmten Wert aufweist oder größer als dieser ist, oder ob dies nicht der Fall ist.
Während der vorübergehenden Operation schwankt das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators stark, und das Luft/Brennstoff-Verhältnis auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators schwankt entsprechend. Wenn die integrale Berechnung in einem solchen Zustand durchgeführt wird, wird ein Wert, der die Wirkung einer Störung aufweist, integriert. Ferner erfolgt die integrale Berechnung relativ langsam. Wenn die integrale Kalkulation daher während der vorübergehenden Operation durchgeführt wird, verbleibt ein die Wirkung der Störung enthaltender Wert für eine Zeitdauer, selbst nachdem die vorübergehende Operation abgeschlossen ist, wodurch die Steuerleistung beeinträchtigt wird.
Während der vorübergehenden Operation wird daher die Aktualisierung der integralen Berechnung temporär angehalten, um den integralen Berechnungswert beizubehalten, wodurch eine fehlerhafte integrale Berechnung, wie zuvor beschrieben, verhindert wird.
Ferner wird die Wirkung der Störung selbst nach der Beendigung der vorübergehenden Operation für eine Zeitdauer aufgrund einer Verzögerung des Steuerziels beibehalten. Daher kann eine fehlerhafte, integrale Berechnung auf ähnliche Art und Weise verhindert werden, indem die Aktualisierung der integralen Berechnung für eine vorbestimmte Zeitdauer angehalten wird, selbst nachdem die vorübergehende Operation abgeschlossen ist.
Genauer gesagt, ist die Katalysatorverzögerung groß, wodurch die Wirkung einer Verzögerung vergrößert wird. Die Geschwindigkeit des Katalysators, mit der sich dieser von der Wirkung der vorübergehenden Operation erholt, ist proportional zur Einlassluftmenge Aq für die Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators. Daher kann die zuvor beschriebene, willkürlich vorbestimmte Zeitdauer auf eine Zeitdauer gesetzt werden, die für eine integrierte Luftmenge nach Beendigung der vorübergehenden Operation zum Erreichen eines vorbestimmten Verhältnisses erforderlich ist.
Selbst in diesem Fall kann eine fehlerhafte, integrale Berechnung in ähnlicher Weise verhindert werden.
Zusätzlich zu dem zuvor beschriebenen Aktualisierungszustand kann der Aktualisierungszustand für jede vorbestimmte Anzahl von Ausführungszeitdauer des Steuerablaufs festgestellt werden.
In diesem Fall kann die Geschwindigkeit der integralen Berechnung eingestellt werden, indem die vorbestimmte Anzahl von Zeitdauer der Ausführung geändert wird, um denselben Effekt wie in dem Fall zu erzielen, in dem die integrale Verstärkung Ki2 eingestellt ist.
Wenn in Schritt S85 festgestellt wird, dass der Aktualisierungszustand des integralen Berechnungswertes hergestellt ist (genauer gesagt, „Yes"), wird ein integraler Berechnungswert AFI auf einen Wert aktualisiert, der durch Addition eines Aktualisierungsmaßes Ki2(ΔV2) zu dem integralen Berechnungswert AFI erzielt wird (Schritt 86).
Der integrale Berechnungswert AFI wird in dem Backup-RAM 26 für jede der Operationsbedingungen gespeichert. Das Aktualisierungsmaß Ki2(ΔV2) kann einfach als Aktualisierungsmaß Ki2(ΔV2) = Ki2 × ΔV2 unter Verwendung einer vorbestimmten integralen Verstärkung Ki2 berechnet werden, oder es kann nicht-linear gemäß der Differenz ΔV2 unter Verwendung einer variablen, integralen Verstärkung Ki2 berechnet werden, wie in einer eindimensionalen Abbildung gemäß 7 gezeigt ist.
Ferner wird das integrale Abweichungsmaß Σ(Ki2(ΔV2)), das durch die Formel (1) repräsentiert ist, berechnet, indem die Addition des Aktualisierungsmaßes Ki2(ΔV2) zu dem integralen Berechnungswert AFI wiederholt wird.
Eine Schwankung der Ausgangskennlinie des stromaufwärtigen O₂-Sensors 20, die durch den integralen Berechnungswert AFI kompensiert wurde, wird in Abhängigkeit von den Operationsbedingungen, wie beispielsweise eine Temperatur oder ein Druck des Abgases, variiert.
Daher wird der integrale Berechnungswert AFI, der in dem Backup-RAM 26 gespeichert ist, jedes Mal ausgelesen, wenn sich die Operationsbedingungen ändern, um den integralen Berechnungswert AFI zu ändern. Entsprechend kann die Wirkung aufgrund einer Schwankung der Ausgangskennlinie des stromaufwärtigen O₂-Sensors 20 reduziert werden.
Ferner wird der integrale Berechnungswert AFI in dem Backup-RAM 26 für jede Operationsbedingung gespeichert. Entsprechend wird der integrale Berechnungswert AFI nach einem Anhalten oder nach einem erneuten Start der Verbrennungsmaschine erneut gesetzt, um zu verhindern, dass die Steuerleistung gestört wird.
Die integrale Verstärkung Ki2 kann gemäß den Operationsbedingungen geändert werden.
Entsprechend kann der integrale Berechnungswert AFI gemäß einer Antwortverzögerung in dem zweiten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel 230 berechnet werden, die sich in Abhängigkeit von den Operationsbedingungen ändert. Ferner kann der integrale Berechnungswert AFI berechnet werden, um ein Erfordernis für das Verhalten zu erfüllen, das sich in Abhängigkeit von den Operationsbedingungen ändert.
Da sich die Antwortverzögerung von der stromaufwärtigen Seite des Katalysators zur stromabwärtigen Seite des Katalysators proportional zur Einlassluftmenge Aq ändert, insbesondere in Abhängigkeit von einem Distanz/Geschwindigkeits-Nachlauf des Abgases und der Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators, sollte der absolute Wert der integralen Verstärkung Ki2 gemäß der Einlassluftmenge Aq gesetzt werden, beispielsweise proportional zur Einlassluftmenge Aq.
8 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Relation zwischen der Differenz ΔV2 und dem Aktualisierungsmaß Ki2(ΔV2) gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend der Einlassluftmenge Aq zeigt.
In 8 zeigt eine durchgezogene Linie die Beziehung zwischen der Differenz ΔV2 und dem Aktualisierungsmaß Ki2(ΔV2) an, wenn die Einlassluftmenge groß ist. Eine gepunktete Linie zeigt die Beziehung zwischen der Differenz ΔV2 und dem Aktualisierungsmaß Ki2(ΔV2) bei einer mittleren Einlassluftmenge. Eine Strichpunktlinie zeigt die Relation zwischen der Differenz ΔV2 und dem Aktualisierungsmaß Ki2(ΔV2), wenn die Einlassluftmenge gering ist.
Anstatt den absoluten Wert der integralen Verstärkung Ki2 zu ändern, kann auch ein Aktualisierungszyklus geändert werden. Der Aktualisierungszyklus entspricht der Ausführung der Aktualisierung des integralen Berechnungswertes AFI für jede vorbestimmte Anzahl von Zeitdauern der Ausführung der Steuerroutine und kann geändert werden, indem die vorbestimmte Anzahl von Zeitdauer der Ausführung geändert wird.
Selbst in diesem Fall kann die gleiche Wirkung erzielt werden, wie bei dem Fall, in dem der absolute Wert der integralen Verstärkung Ki2 geändert wird.
Wenn in Schritt S85 dagegen festgestellt wird, dass der Aktualisierungszustand des integralen Berechnungswertes AFI nicht hergestellt wurde (genauer gesagt, "No"), wird der integrale Berechnungswert AFI beibehalten, ohne diesen zu aktualisieren (Schritt S87). Dann fährt der Prozess mit Schritt S88 fort.
Anschließend wird, basierend auf der nachfolgenden Formel (2), ein Obere/Untere-Grenze-Einschränkprozess des integralen Berechnungswertes AFI durchgeführt (Schritt S88). AFImin < AFI < AFImax (2)
In Formel (2) ist AFImin der minimale Wert des integralen Berechnungswertes AFI, und AFImax ist der maximale Wert des integralen Berechnungswertes AFI. Der minimale, integrale Berechnungswert AFImin und der maximale, integrale Berechnungswert AFImax werden in dem ROM 24 als feste Werte gespeichert.
Da zuvor ein Abweichungsbereich der Ausgangskennlinie des stromaufwärtigen O₂-Sensors 20 gewonnen werden kann, können der minimale, integrale Berechnungswert AFImin und der maximale, integrale Berechnungswert AFImax, die den Abweichungsbereich kompensieren können, gesetzt werden.
Wenn bei dem Obere/Untere-Grenze-Einschränkprozess des integralen Berechnungswertes AFI der integrale Berechnungswert AFI kleiner als der minimale, integrale Berechnungswert AFImin ist, wird der integrale Berechnungswert AFI mit dem minimalen, integralen Berechnungswert AFImin geschützt. Wenn der integrale Berechnungswert AFI größer als der maximale, integrale Berechnungswert AFImax ist, wird der integrale Berechnungswert AFI mit dem maximalen, integralen Berechnungswert AFImax geschützt.
Entsprechend kann das Auftreten einer übermäßigen Operation des Luft/Brennstoff-Verhältnisses verhindert werden, um eine Störung des Fahrverhaltens zu verhindern.
Indem ferner der integrale Berechnungswert AFI auf den gesetzten, erlaubbaren Abweichungsbereich des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE beschränkt ist, kann die Stabilität des Steuerungssystems verbessert werden.
Ferner können der minimale, integrale Berechnungswert AFImin und der maximale, integrale Berechnungswert AFImax für jede der Operationsbedingungen gesetzt werden.
Somit kann der integrale Berechnungswert AFI gemäß dem gesetzten, erlaubbaren Abweichungsbereich des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE berechnet werden, der in Abhängigkeit von den Operationsbedingungen variabel ist. Ferner kann der integrale Berechnungswert AFI gemäß einem Erfordernis des Fahrverhaltens berechnet werden, das sich in Abhängigkeit von den Operationsbedingungen ändert.
Anschließend wird ein proportionaler Berechnungswert AFP auf das proportionale Abweichungsmaß Kp2(ΔV2) gesetzt (Schritt S89). Das proportionale Abweichungsmaß Kp2(ΔV2) kann einfach unter Verwendung einer vorbestimmten proportionalen Verstärkung Kp2 wie folgt berechnet werden: proportionales Abweichungsmaß Kp2(ΔV2) = Kp2 × ΔV2, oder es kann nichtlinear unter Verwendung der variablen, proportionalen Verstärkung Kp2 gemäß der Differenz ΔV2 berechnet werden, wie es in der eindimensionalen Abbildung gemäß 7 gezeigt ist.
Die proportionale Verstärkung Kp2 kann gemäß den Operationsbedingungen wie im Fall der integralen Verstärkung Ki2 verändert werden.
Entsprechend kann der proportionale Berechnungswert AFP gemäß einer Antwortverzögerung in dem zweiten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel 32 berechnet werden, die sich in Abhängigkeit von den Operationsbedingungen ändert. Ferner kann der proportionale Berechnungswert AFP gemäß einem Erfordernis des Fahrverhaltens berechnet werden, das sich in Abhängigkeit von den Operationsbedingungen ändert.
Die Beziehung zwischen der Differenz ΔV2 und dem proportionalen Abweichungsmaß Kp2(ΔV2), wenn die proportionale Verstärkung Kp2 gemäß der Einlassluftmenge Aq gesetzt ist, ist in 8 gezeigt.
Wenn in Schritt S85 festgestellt wird, dass der Aktualisierungszustand des integralen Berechnungswertes AFI nicht hergestellt wurde (genauer gesagt, wenn das Fahrzeug die vorübergehende Operation durchführt oder wenn eine vorbestimmte Zeitdauer nach der Beendigung der vorübergehenden Operation nicht verstrichen ist), wird die proportionale Verstärkung Kp2 geändert.
Während der vorübergehenden Operation tritt eine Abweichung in dem Sensorausgangssignal V2 von dem stromabwärtigen O₂-Sensor 21 aufgrund einer Störung auf. Daher tritt eine übermäßige Operation für das Luft/Brennstoff-Verhältnis auf, wenn die proportionale Verstärkung Kp2 auf denselben Wert gesetzt wird, wie während einer normalen Operation. Entsprechend entsteht ein Problem dahingehend, dass das Fahrverhalten gestört wird, oder dass im Gegensatz eine Kürzung des Abweichungsmaßes des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE, das zur Stabilisierung der Störung erforderlich ist, auftritt.
Daher wird entsprechend der Art der vorübergehenden Operation der absolute Wert der proportionalen Verstärkung Kp2 größer oder kleiner als während der normalen Operation gesetzt.
Als vorübergehende Operation, um den absoluten Wert der proportionalen Verstärkung Kp2 klein zu setzen, gibt es gezwungene Variation des Luft/Brennstoff-Verhältnisses zur Fehlerdiagnose und dergleichen. In diesem Fall können die Verhinderung einer Verschlechterung des Fahrverhaltens und die Beibehaltung eines Folgevermögens der Rückführsteuerung zum minimalen Level in einer sehr ausgeglichenen Art und Weise realisiert werden.
Als vorübergehende Operation, um den absoluten Wert der proportionalen Verstärkung Kp2 groß zu setzen, gibt es andererseits das plötzliche Beschleunigen und Abbremsen, eine plötzliche Änderung der Zufuhr von Transpirationsgas und dergleichen. In diesem Fall kann das Folgevermögen der Rückführsteuerung verbessert werden, obwohl das Fahrverhalten verschlechtert wird.
Selbst für die integrale Verstärkung Ki2 kann die gleiche Wirkung wie in dem Fall erzielt werden, in dem die proportionale Verstärkung Kp2 geändert wird, indem ein absoluter Wert der integralen Verstärkung Ki2 kleiner oder größer als derjenige während der normalen Operation gesetzt wird.
Für eine vorbestimmte Zeitdauer nach der Beendigung der vorübergehenden Operation wird der absolute Wert der proportionalen Verstärkung Kp2 größer als der während der normalen Operation gesetzt. Nach Verstreichen der vorbestimmten Zeitdauer kehrt der absolute Wert der proportionalen Verstärkung Kp2 zu dem Wert während der normalen Operation zurück.
Auf diese Weise wird eine Erholungsgeschwindigkeit der Reinigungskapazität des Katalysators, die sich durch die Störung verschlechtert hat, erhöht. Gleichzeitig kann das Auftreten einer übermäßigen Operation des Luft/Brennstoff-Verhältnisses nach Verstreichen der vorbestimmten Zeitdauer verhindert werden, um die Störung des Fahrverhaltens zu vermeiden.
Wie bei dem Fall der integralen Berechnung, ist die Geschwindigkeit des Katalysators, um sich von der Wirkung der vorübergehenden Operation zu erholen, proportional zu der Einlassluftmenge Aq für die Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators. Daher kann die vorübergehende Zeitdauer auf eine Zeitdauer gesetzt werden, die für die integrale Luftmenge erforderlich ist, um einen vorbestimmten Wert nach Beendigung der vorübergehenden Operation zu erreichen.
Ferner kann die vorbestimmte Zeitdauer reduziert werden, indem der absolute Wert der proportionalen Verstärkung Kp2 erhöht wird. Die Reduzierung der vorbestimmten Zeitdauer kann verhindern, dass sich das Fahrverhalten während der normalen Operation verschlechtert.
In diesem Fall umfasst die vorübergehende Operation ferner den Fall der Unterbrechung der Brennstoffzufuhr.
Anschließend wird basierend auf der nachfolgenden Formel (3) der Obere/Untere-Grenze-Einschränkungsprozess des proportionalen Berechnungswertes AFP ausgeführt (Schritt S90). AFPmin < AFP < AFPmax (3)
In Formel (3) ist AFPmin der minimale Wert des proportionalen Berechnungswertes AFP, und AFPmax ist der maximale Wert des proportionalen Berechnungswertes AFP. Der minimale, proportionale Berechnungswert AFPmin und der maximale, proportionale Berechnungswert AFPmax werden in dem ROM 24 als feste Werte gespeichert.
Der minimale, proportionale Berechnungswert AFPmin und der maximale, proportionale Berechnungswert AFPmax können verhindern, dass sich das Fahrverhalten verschlechtert, und können die Stabilität des Steuersystems wie im Fall des minimalen, integralen Berechnungswertes AFPmin und des maximalen, integralen Berechnungswertes AFPmax verbessern.
Bei dem Obere/Untere-Grenze-Beschränkungsprozess wird der proportionale Berechnungswert AFP mit dem minimalen proportionalen Berechnungswert AFPmin geschützt, wenn der proportionale Berechnungswert AFP kleiner als der minimale proportionale Berechnungswert AFPmin ist. Wenn der proportionale Berechnungswert AFP größer als der maximale proportionale Berechnungswert AFPmax ist, wird der proportionale Berechnungswert AFP mit dem maximalen proportionalen Berechnungswert AFPmax geschützt.
Entsprechend kann das Auftreten einer übermäßigen Operation des Luft/Brennstoff-Verhältnisses verhindert werden, um die Störung des Fahrverhaltens zu vermeiden.
Ferner kann die Stabilität des Steuersystems verbessert werden, indem der proportionale Berechnungswert AFP auf den vorbestimmten erlaubbaren Abweichungsbereich des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE beschränkt wird.
Für den minimalen, proportionalen Berechnungswert AFPmin und dem maximalen, proportionalen Berechnungswert AFPmax werden Werte, während das Fahrzeug normal betrieben wird, Werte, während das Fahrzeug die vorübergehende Operation ausführt, und Werte in dem Fall, in dem die vorbestimmte Zeitdauer nach dem Beenden der vorübergehenden Operation nicht verstrichen ist, gesetzt und in dem ROM 24 gespeichert.
Auf diese Weise kann verhindert werden, dass das Fahrverhalten gestört wird, während das Fahrzeug normal betrieben wird. Andererseits kann das Folgevermögen der Rückführsteuerung verbessert werden, während das Fahrzeug die vorübergehende Operation ausführt, und in dem Fall, in dem die vorbestimmte Zeitdauer nach dem Beenden der vorübergehenden Operation nicht verstrichen ist.
Der minimale, proportionale Berechnungswert AFPmin und der maximale Berechnungswert AFPmax können für jede der Operationsbedingungen gesetzt werden.
Entsprechend kann der proportionale Berechnungswert AFP gemäß dem vorbestimmten erlaubbaren Abweichungsbereich des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE berechnet werden, der sich in Abhängigkeit von den Operationsbedingungen ändert. Ferner kann der proportionale Berechnungswert AFP gemäß einem Erfordernis des Fahrverhaltens berechnet werden, der sich in Abhängigkeit von den Operationsbedingungen ändert.
Anschließend werden basierend auf der nachfolgenden Formel (4) die PI-Berechnungswerte summiert, um das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj zu berechnen (Schritt S91). Formel (4) ähnelt der Formel (1), die zuvor beschrieben wurde. AFAVEobj = AFAVE0 + AFP + AFI (4)
Anschließend wird basierend auf der nachfolgenden Formel (5) der Obere/Untere-Grenze-Einschränkungsprozess des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj ausgeführt (Schritt S92). AFAVEobjmin < AFAVEobj < AFAVEobjmax (5)
In Formel (5) ist AFAVEobjmin der minimale Wert des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj, und AFAVEobjmax der maximale Wert des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj. Der minimale Wert des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses und der maximale Wert des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses werden in dem ROM 24 als feste Werte gespeichert.
Bei dem Obere/Untere-Grenze-Beschränkungsprozess des durchschnitten Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj, wenn das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj kleiner als der minimale Wert des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobjmin ist, wird das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj mit dem minimalen Wert des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobjmin geschützt. Andererseits, wenn das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj größer als der maximale Wert des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobjmax ist, wird das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj mit dem maximalen Wert des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobjmax geschützt.
Entsprechend kann das Auftreten einer übermäßigen Operation des Luft/Brennstoff-Verhältnisses verhindert werden, um die Störung des Fahrverhaltens zu vermeiden. Ferner kann die Stabilität des Steuersystems verbessert werden, indem das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj auf den vorbestimmten erlaubbaren Abweichungsbereich des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE beschränkt wird.
Ferner können der minimale Wert des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj min und der maximale Wert des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobjmax für jede der Operationsbedingungen gesetzt werden.
Entsprechend kann das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj gemäß dem erlaubbaren Abweichungsbereich des vorbestimmten durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE berechnet werden, das sich in Abhängigkeit von den Operationsbedingungen ändert. Ferner kann das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj gemäß einem Erfordernis des Fahrverhaltens berechnet werden, das sich in Abhängigkeit von den Operationsbedingungen ändert.
Wie im Fall des minimalen, proportionalen Berechnungswerte AFPmin und dem maximalen, proportionalen Berechnungswert AFPmax, können für den minimalen Wert des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobjmin und für den maximalen Wert des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobjmax Werte, während das Fahrzeug normal betrieben wird, Werte, während das Fahrzeug eine vorübergehende Operation ausführt, und Werte in dem Fall, in dem die vorbestimmte Zeitdauer nach Beendigung der vorübergehenden Operation nicht verstrichen ist, gesetzt und in dem ROM 24 gespeichert werden.
Entsprechend kann eine Störung des Fahrverhaltens verhindert werden, während das Fahrzeug normal betrieben wird. Andererseits kann das Folgevermögen der Rückführsteuerung verbessert werden, während das Fahrzeug die vorübergehende Operation ausführt, und in dem Fall, in dem die vorbestimmte Zeitdauer nach Beendigung der vorübergehenden Operation nicht verstrichen ist.
Anschließend wird festgestellt, ob eine gezwungene Änderungsbedingung um eine Änderung des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj zu erzwingen, hergestellt ist oder nicht (Schritt S93).
Die gezwungene Änderungsbedingung wird während der Fehlerdiagnose, nach der Verbesserung der Reinigungskennlinie des Katalysators und dergleichen hergestellt.
Die Fehlerdiagnose umfasst diejenige für den Katalysator 18 oder den stromabwärtigen O₂-Sensor 21. Die Fehlerdiagnose kann durchgeführt werden, indem eine Wellenform des Sensorausgangssignals V2 von dem stromabwärtigen O₂-Sensor 21 nach Anwendung einer gezwungenen Änderung auf das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj überwacht wird.
Die Verbesserung der Reinigungskennlinie des Katalysators kann implementiert werden, indem eine Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators oder ein Steuerzyklus geändert wird.
Die Zeitdauer zum Implementieren der Fehlerdiagnose und der Verbesserung der Reinigungskennlinie des Katalysators kann basierend auf den Operationsbedingungen bestimmt werden, wie beispielsweise die Anzahl von Drehungen des Motorhauptkörpers 1, die Last, die Kühlwassertemperatur THW, und die Beschleunigung und Abbremsung.
Wenn in Schritt S93 festgestellt wird, dass die gezwungene Änderungsbedingung hergestellt wurde (genauer gesagt, „Yes"), wird eine Zwangsänderungsamplitude ΔA/F zu dem durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj addiert (Schritt S94), um den in 6 dargestellten Prozess abzuschließen.
Ein positives/negatives Vorzeichen der Zwangsänderungsamplitude ΔA/F wird geändert, beispielsweise von ΔA/F = "+0,25" zu ΔA/F = "–0,25", was in einem vorbestimmten Schaltzyklus erfolgt.
9 ist eine erläuternde Ansicht, die das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj zeigt, wenn die Zwangsänderungsamplitude ΔA/F gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
In 9 zeigt eine durchgezogene Linie das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj, wenn die Zwangsänderungsamplitude ΔA/F in einer schrittweisen Art und Weise geschaltet wird. Jede der gepunkteten und gestrichelten Linien zeigt das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj, wenn die Zwangsänderungsamplitude ΔA/F mit einer bestimmten Steigung angewendet wird.
Die Zwangsänderungsamplitude ΔA/F und der vorbestimmte Schaltzyklus werden für jede der Operationsbedingungen gesetzt.
Entsprechend kann die Zwangsänderung gemäß einer Antwortverzögerung des zweiten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittels 32, einem Erfordernis des Fahrverhaltens und einem Erfordernis für die Reinigungskennlinie des Katalysators implementiert werden, die sich in Abhängigkeit von den Operationsbedingungen ändern.
Zur Fehlerdiagnose des Katalysators 18 ändert sich die Antwortverzögerung umgekehrt proportional zur Einlassluftmenge Aq, genauer gesagt, in Abhängigkeit von der Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators. Daher ist es empfehlenswert, dass die Zwangsänderungsamplitude ΔA/F und der vorbestimmte Schaltzyklus umgekehrt proportional zur Einlassluftmenge Aq gesetzt werden.
Ferner können die proportionale Verstärkung Kp2 oder die integrale Verstärkung Ki2 während einer Zeitdauer, in der die gezwungene Änderung angewendet wird, von ihren normalen Werten geändert werden.
Wenn in Schritt S93 hingegen festgestellt wird, dass der Zwangsänderungszustand nicht hergestellt wurde (genauer gesagt, "No"), ist der in 6 dargestellte Prozess unmittelbar beendet.
Wenn in Schritt S82 festgestellt wird, dass der geschlossene Kreislauf nicht hergestellt wurde (genauer gesagt, "No"), wird das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj basierend auf der nachfolgenden Formel (6) gesetzt, um den in 6 dargestellten Prozess zu beenden. AFAVEobj = AFAVE0 + AFI (6)
In Schritt S95 kann beispielsweise in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Zustand ein vorbestimmter Wert zu dem Ergebnis der Addition des Anfangswertes AFAVE0 und des integralen Berechnungswertes AFI addiert oder von diesem abgezogen werden.
Entsprechend kann ein vorbestimmter Wert subtrahiert werden, um das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj zur fetten Seite bei der vorbestimmten Bedingung, wie beispielsweise die hohe Last, zu ändern, um beispielsweise den NO_X-Ausstoß zu unterdrücken. Andererseits kann zur Hemmung des HC und CO-Ausstoßes ein vorbestimmter Wert addiert werden, um das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj zur mageren Seite bei der vorbestimmten Bedingung, wie beispielsweise die geringe Last, zu ändern, oder direkt nach dem Motorstart.
Entsprechend dem Brennstoffeinstellfaktor FAG, der durch den ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerablauf, der in dem Ablaufdiagramm gemäß 4 gezeigt ist, berechnet wurde, wird nachfolgend eine Operation zur Berechnung der Brennstoffzuführmenge Qfuel, die dem Motorhauptkörper 1 zugeführt wird, beschrieben.
Zunächst wird die Brennstoffzuführmenge Qfuel durch die nachfolgende Formel (7) repräsentiert. Qfuel = Qfuel0 × FAF (7)
In Formel (7) ist Qfuel0 eine Grundbrennstoffzuführmenge und wird durch die nachfolgende Formel (8) repräsentiert. Qfue10 = Aacyl/AFS (8)
In Formel (8) ist Aacyl eine Luftzuführmenge zum Motorhauptkörper 1, die basierend auf der Einlassluftmenge Aq, die von dem Luftmengenmesser 12 ausgegeben wird, berechnet wird.
Die Grundbrennstoffzuführmenge Qfuel0 kann mit Hilfe einer Optimalwertsteuerung unter Verwendung des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj berechnet werden, die durch die nachfolgende Formel (9) repräsentiert ist. Qfuel0 = Aacyl/AFAVEobj (9)
Bei dieser Ausführungsform wird das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators durch das als ein Index dienende durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj gehandhabt. Auf diese Weise wird die zuvor beschriebene Optimalwertsteuerung ermöglicht. Eine nachfolgende Verzögerung der Rückführsteuerung nach der Änderung des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj kann verbessert werden, wohingegen der Brennstoffeinstellfaktor FAF in der Nähe des Mittelwertes gehalten werden kann.
Ferner wird eine lernende Regelung zum Neutralisieren einer Zeitschwankung des ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittels 34 oder einer Produktionsänderung basierend auf dem Brennstoffeinstellfaktor FAF ausgeführt, so dass die Genauigkeit der lernenden Regelung in dem Fall verbessert wird, in dem der Brennstoffeinstellfaktor FAF durch die Optimalwertsteuerung stabilisiert wird.
Die Zufuhrluftmenge Aq kann gemäß der Drehgeschwindigkeit Ne und dem Ausgang des Ladedrucksensors, der an der stromabwärtigen Seite des Drosselventils 9 vorgesehen ist, oder gemäß der Öffnung des Drosselventils 9 und der Drehgeschwindigkeit Ne berechnet werden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm gemäß 10 zusätzlich zur 3 ein Wandlerberechnungsablauf beschrieben, bei dem das Umwandlungsmittel 33 die Sprungmaße RSR und RSL, die integralen Konstanten KIR und KIL, die Verzögerungszeit TDR und TDL und die Referenzspannung VR1 unter Verwendung des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj als ein gemeinsamer Index berechnet.
Der Berechnungsablauf wird beispielsweise alle fünf Millisekunden durchgeführt.
Zuerst wird das Sprungmaß RSR von der eindimensionalen Abbildung basierend auf dem durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj berechnet (Schritt S101).
Bei diesem Schritt wird das Sprungmaß RSR in der eindimensionalen Abbildung basierend auf einer nachfolgend beschriebenen Berechnung oder einem nachfolgend beschriebenen Experiment voreingestellt. Gemäß dem eingegebene, durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj wird das entsprechende Sprungmaß RSR als Ergebnis der Durchsuchung der Abbildung ausgegeben.
Mehrere eindimensionale Abbildungen sind für jede der Operationsbedingungen vorgesehen. Die eindimensionalen Abbildungen werden gemäß einer Änderung der Operationsbedingungen ausgetauscht, um das Sprungmaß RSR zu berechnen.
Die Operationsbedingungen in diesem Schritt sind solche für die Ansprechbarkeit oder die Kennlinien des ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittels 34 und dergleichen, wie zuvor beschrieben. Beispielsweise können mehrere eindimensionale Abbildungen unter Verwendung der Operationsbedingungen als eine Mehrzahl von Operationszonen erzeugt werden, wobei jede für eine vorbestimmte Drehzahl, eine vorbestimmte Last und eine vorbestimmte Wassertemperatur bestimmt wird.
Es ist nicht erforderlich, die eindimensionale Abbildung zu verwenden. Die gleiche Wirkung wird erzielt, indem Mittel zum Darstellen einer Beziehung zwischen Eingängen und Ausgängen, wie beispielsweise einer Approximation, eine mehrdimensionale Abbildung entsprechend einer größeren Anzahl von Eingängen und eine mehrdimensionale Funktion, verwendet werden.
Nachfolgend wird das Sprungmaß RSL basierend auf dem durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj auf die gleiche Art und Weise wie in Schritt S101 berechnet (Schritt S102).
Anschließend werden basierend auf dem durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj die integralen Konstanten KIR und KIL, die Verzögerungszeiten TDR und TDL und die Referenzspannung VR1 auf die gleiche Art und Weise wie in Schritt S101 berechnet (Schritt S103 bis S107).
Anschließend wird die nachfolgend beschriebene Steuerzykluskorrektur implementiert (Schritt S108), um den in 10 dargestellten Prozess abzuschließen.
Wie zuvor beschrieben, werden die Sprungmaße RSR und RSL, die integralen Konstanten KIR und KIL, die Verzögerungszeiten TDR und TDL und die Referenzspannung VR1, die den Steuerkonstanten entsprechen, jeweils gemäß dem durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj berechnet.
Ein in der eindimensionalen Abbildung für jede der Steuerkonstanten gesetzter Wert wird basierend auf dem Berechnungs- oder dem experimentellen Wert voreingestellt, so dass das tatsächliche durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj wird, das dem Eingangssignal entspricht.
Indem ferner der in der eindimensionalen Abbildung gesetzte Wert in Abhängigkeit von den Operationsbedingungen geändert wird, können die Werte des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj und des tatsächlichen durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators gleichgesetzt werden, und zwar unabhängig von den Operationsbedingungen.
Nachfolgend wird die Beziehung zwischen den Steuerkonstanten und dem durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE beschrieben.
Wie zuvor beschrieben, entspricht ein Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE, wenn zwei oder mehr Steuerkonstanten gleichzeitig gesteuert werden, nicht dem Ergebnis einer einfachen Addition der Abweichungsmaße, wenn die Steuerkonstanten separat gesteuert werden. Das Abweichungsmaß variiert in Abhängigkeit von einem Steuermaß, wenn jede der Steuerkonstanten gesteuert wird, von der Kombination der Steuerkonstanten, von dem Operationspunkt, von den Kennlinien eines Steuerziels, das sich in Abhängigkeit von den Operationsbedingungen verändert, oder dergleichen.
Entsprechend kann das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators genauer gesteuert werden, indem die Strommaße RSR und RSL, die integralen Konstanten KIR und KIL, die Verzögerungszeiten TDR und TDL und die Referenzspannung VR1 unter Verwendung des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj als gemeinsamer Index berechnet werden.
Zuerst wird das Verhalten des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE beschrieben, wenn jeder der Steuerkonstanten separat gesteuert wird.
Man kann eine grobe Tendenz der Beziehung zwischen den Steuerkonstanten und dem durchschnittlichen Luft/Brennstoff- Verhältnis AFAVE erhalten, indem das erste Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel 34 physikalisch modelliert wird, um eine numerische Berechnung durchzuführen.
11 ist eine erläuternde Ansicht, die das physikalisch modellierte erste Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel 34 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wenn, wie in 11 gezeigt, eine Übertragungsfunktion Gs(s) des Brennstoffsystems von der Brennstoffeinstellung durch das erste Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel 34 bis zum Luft/Brennstoff-Verhältnis auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators angenähert wird durch: eine Totzeit + einen Nachlauf erster Ordnung, so wird die Übertragungsfunktion G1(s) durch die folgende Formel (10) repräsentiert: G1(s) = e ^ (–Lf·s) × 1/(Tf·s + 1) (10)
In Formel (10) ist Lf eine Totzeit des Brennstoffsystems, und Tf ist eine Zeitkonstante des Brennstoffsystems. Sowohl Lf als auch Tf variieren in Abhängigkeit von den Operationsbedingungen.
Wenn eine Übertragungsfunktion G2(s) des O₂-Sensors von dem Luft/Brennstoff-Verhältnis auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators zu dem stromaufwärtigen O₂-Sensor 20 angenähert wird: ein Nachlauf erster Ordnung + eine statische Sensorkennlinie, so wird die Übertragungsfunktion G2(s) durch die nachfolgende Formel (11) repräsentiert. G2(s) = 1/(To·s + 1)·f(u) (11)
In Formel (11) ist To eine Zeitkonstante des stromaufwärtigen O₂-Sensors 20, und f(u) ist eine statische Kennlinie des stromaufwärtigen O₂-Sensors 20. Die Kennlinie von f(u) entspricht derjenigen, die in 2 gezeigt ist.
Die Zeitkonstante to des stromaufwärtigen O₂-Sensors 20 variiert beispielsweise in Abhängigkeit von dem Punkt der Operation der Referenzspannung VR1. Daher ist es wünschenswert, die Zeitkonstante To(VR1) als eine Zeitkonstante zu setzen, die in Abhängigkeit von der Referenzspannung VR1 variiert. Die statische Kennlinie des stromaufwärtigen O₂-Sensors 20 variiert gemäß einer Elementtemperatur, die in Abhängigkeit von den Operationsbedingungen variiert.
Indem jede der Konstanten des physikalischen Modells gemäß den Operationsbedingungen experimentell identifiziert wird, kann durch numerische Berechnung und Analyse eine grobe Tendenz erfasst werden.
Da sich das physikalische Modell jedoch einem tatsächlichen Phänomen annähert, wird in der Praxis ein Modellierungsfehler erzeugt.
Genauer gesagt, wird beispielsweise die Übertragungsfunktion G1(s) des Brennstoffsystems angenähert durch: die Totzeit + den Nachlauf erster Ordnung. In der Praxis ist die Übertragungsfunktion G1(s) jedoch eine Übertragungsfunktion höherer Ordnung. Ferner wird die Zeitkonstante Tf des Brennstoffsystems in Abhängigkeit von dem Punkt der Operation des Luft/Brennstoff-Verhältnisses geringfügig geändert, so dass sie nur schwer vollständig identisch sein können.
Aus diesem Grund ist es erforderlich, die Zeitkonstante Tf letztendlich durch ein Experiment zu bestätigen.
Unter Bezugnahme auf die 12 bis 22 werden nachfolgend das Luft/Brennstoff-Verhältnis, der Steuerzyklus und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses beschrieben, wenn die Steuerkonstanten separat gesteuert werden.
12A bis 12C zeigen jeweils das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE (12A), den Steuerzyklus (12B) und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses (12C), wenn die integralen Konstanten KIR und KIL gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung alleine gesteuert werden.
In den 12A bis 12C ändert sich das tatsächliche durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE monoton fallend, indem die Ausgleichseinstellung KIR/(KIR + KIL) der integralen Konstanten KIR und KIL geändert wird. Durch Ändern der Operationsbedingungen wird das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE geändert, wie durch eine durchgezogene Linie, eine gepunktete Linie und eine Strichpunktlinie gezeigt ist, wodurch normalerweise ein nicht-linearer Verlauf erzeugt wird.
Der Steuerzyklus nimmt in einer dramatischen Art und Weise zu, wenn die Ausgleichseinstellung KIR/(KIR + KIL) zunimmt oder abnimmt, wenn die Symmetriemitte der Ausgleichseinstellung KIR/(KIR + KIL) auf "0,5" gesetzt ist. Die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses wird durch die Ausgleichseinstellung KIR/(KIR + KIL) kaum geändert.
13 ist eine weitere erläuternde Ansicht, die das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE zeigt, wenn die integralen Konstanten KIR und KIL gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung alleine gesteuert werden.
Indem die Summe der integralen Konstanten KIR + KIL, die Summe der Sprungmaße RSR + RSL, die Summe der Verzögerungszeiten TDR + RDL, die Totzeit des Brennstoffsystems Lf, die Zeitkonstante des Brennstoffsystems Tf und die Zeitkonstante des O2-Sensors To jeweils geändert werden, wird, wie in 13 gezeigt ist, selbst für dieselbe Ausgleichseinstellung KIR/(KIR + KIL) die Wirkung, die durch die Ausgleichseinstellung KIR/(KIR + KIL) erzeugt wird, vergrößert oder verkleinert, um das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE zu erhöhen oder zu verringern, wie durch eine durchgezogene Linie, eine gepunktete Linie und eine Strichpunktlinie gezeigt ist.
Wie zuvor beschrieben, kann das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE durch Ändern der Ausgleichseinstellung KIR/(KIR + KIL) durch den nicht-linearen monotonen Fall betätigt werden. Obwohl der Steuerzyklus nach Art einer quadratischen Funktion zunimmt, wenn die Asymmetrie-Einstellung zunimmt, kann gleichzeitig eine Kennlinie erzielt werden, wobei die Steueramplitude kaum verändert wird.
14A bis 14C sind Ablaufdiagramme, die das Verhalten der ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerung zeigen, wenn die Ausgleichseinstellung KIR/(KIR + KIL) gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwischen "0,2", "0,5" und "0,8" geändert wird.
Wie in den 14A bis 14C zu erkennen ist, werden die jeweiligen Verhältnisse der Verweilzeiten und der Verweilmaße des Luft/Brennstoff-Verhältnisses A/F auf der fetten Seite und auf der mageren Seite durch Ändern der Ausgleichseinstellung KIR/(KIR + KIL) asymmetrisch in Bezug auf das Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F, das der Referenzspannung VR1 als Mitte entspricht. Entsprechend kann das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE für einen Steuerzyklus zur fetten Seite oder zur mageren Seite gesteuert werden, wenn das Symmetriezentrum der Ausgleichseinstellung KIR/(KIR + KIL) "0,5" ist.
In diesem Fall ist ein Steuerzyklus ein Rückführsteuerzyklus eines so genannten Beschränkungszyklus, bei dem die fette Seite und die magere Seite regelmäßig wiederholt werden. Ein Steuerzyklus dient als ein Intervall, bei dem der Nach-Verzögerungs-Luft/Brennstoff-Verhältnis-Bitschalter F1 in die gleiche Richtung invertiert wird, oder als ein Intervall zum Addieren des Abweichungsmaßes RSR.
Eine Phase des Luft/Brennstoff-Verhältnisses A/F wird in Bezug auf den Brennstoffeinstellfaktor FAF aufgrund einer Verzögerung des Brennstoffsystems verzögert, die durch: die Totzeit + den zuvor beschriebenen Nachlauf erster Ordnung verursacht wird.
15A bis 15C sind erläuternde Ansichten, die das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE, den Steuerzyklus und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses zeigen, wenn die Sprungmaße RSR und RSL gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung alleine gesteuert werden.
Wie in den 15A bis 15C gezeigt ist, ändert sich das tatsächliche durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE in einer monoton fallenden Weise durch Änderung der Ausgleichseinstellung RSR/(RSR + RSL) der Sprungmaße RSR und RSL. Durch Änderung der Operationsbedingungen wird das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE geändert, wie es durch eine durchgezogene Linie, eine gepunktete Linie und eine Strichpunktlinie gezeigt ist, um normalerweise eine nicht-lineare Kennlinie zu bilden.
Der Steuerzyklus nimmt nach Art einer linearen Funktion zu, wenn die Ausgleichseinstellung RSR/(RSR + RSL) zunimmt oder abnimmt, wenn das Symmetriezentrum der Ausgleichseinstellung RSR/(RSR + RSL) auf "0,5" gesetzt ist. Die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses nimmt ebenfalls nach Art einer linearen Funktion zu, wenn die Ausgleichseinstellung RSR/(RSR + RSL) zunimmt oder abnimmt.
In 16 ist eine weitere erläuternde Ansicht, die das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE zeigt, wenn die Sprungmaße RSR und RSL gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung alleine gesteuert werden.
Indem die Summe der integralen Konstanten KIR + KIL, die Summe der Sprungmaße RSR + RSL, die Summe der Verzögerungszeiten TDR + RDL, die Totzeit des Brennstoffsystems Lf, die Zeitkonstante des Brennstoffsystems Tf und die Zeitkonstante des O₂-Sensors To jeweils geändert werden, wird die Wirkung, die durch die Ausgleichseinstellung RSR/(RSR + RSL) erzeugt wird, wie in 16 gezeigt ist, selbst für dieselbe Ausgleichseinstellung RSR/(RSR + RSL) erhöht oder verringert, um das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE zu erhöhen oder zu verringern, wie es durch eine durchgezogene Linie, eine gepunktete Linie und eine Strichpunktlinie gezeigt ist.
Wie zuvor beschrieben, kann das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE durch Ändern der Ausgleichseinstellung RSR/(RSR + RSL) durch den nicht-linearen monotonen Fall gesteuert werden. Gleichzeitig können eine Kennlinie des Steuerzyklus und der Steueramplitude, die nach Art einer linearen Funktion ansteigen, wenn die Asymmetrie-Einstellungen größer werden, erzielt werden.
17A bis 17C sind Ablaufdiagramme, die das Verhalten der ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerung zeigen, wenn die Ausgleichseinstellung RSR/(RSR + RSL) gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwischen "0,2", "0,5" und "0,8" verändert wird.
Wie in den 17A bis 17C gezeigt ist, wird durch Änderung der Ausgleichseinstellung RSR/(RSR + RSL) jedes der Verhältnisse der Verweildauer und Verweilmaße des Luft/Brennstoff-Verhältnisses A/F auf der fetten Seite und auf der mageren Seite asymmetrisch in Bezug auf das Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F entsprechend der Referenzspannung VR1 als Zentrum. Somit kann das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE für einen Steuerzyklus zur fetten Seite oder zur mageren Seite gesteuert werden, wenn das Symmetriezentrum der Ausgleichseinstellung RSR/(RSR + RSL) "0,5" ist.
18A bis 18C sind erläuternde Ansichten, die das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE, den Steuerzyklus und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses zeigen, wenn die Verzögerungszeiten TDR und TDL gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung alleine gesteuert werden.
Wie in 18A bis 18C gezeigt ist, ändert sich das tatsächliche durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE bei Änderung der Ausgleichseinstellung TDR/(TDR + TDL) zwischen den Verzögerungszeiten TDR und TDL in einer monoton fallenden Art und Weise. Durch Änderung der Operationsbedingungen wird das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE geändert, wie durch eine durchgezogene Linie, eine gepunktete Linie und eine Strichpunktlinie gezeigt ist, normalerweise in eine nahezu lineare Kennlinie.
Der Steuerzyklus wird kaum geändert, selbst wenn die Ausgleichseinstellung TDR/(TDR + TDL) geändert wird, wenn das Symmetriezentrum der Ausgleichseinstellung TDR/(TDR + TDL) auf "0,5" gesetzt ist. Die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses wird kaum durch die Ausgleichseinstellung TDR/(TDR + TDL) beeinflusst.
9 ist eine weitere erläuternde Ansicht, die das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE zeigt, wenn die Verzögerungszeiten TDR und TDL gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung alleine gesteuert werden.
Wie in 19 gezeigt ist, wird, selbst für diese Ausgleichseinstellung TDR/(TDR + TDL), durch Ändern der Summe der integralen Konstanten KIR + KIL, der Summe der Sprungmaße RSR + RSL, der Summe der Verzögerungszeiten TDR + TDL, der Totzeit und des Brennstoffsystems Lf, der Zeitkonstanten des Brennstoffsystems Tf und der Zeitkonstanten des O₂-Sensors To, die Wirkung, die durch die Ausgleichseinstellung TDR/(TDR + TDL) erzielt wird, vergrößert oder verringert, um das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE zu vergrößern oder zu verkleinern, wie es durch eine durchgezogene Linie, eine gepunktete Linie und eine Strichpunktlinie gezeigt ist.
Wie zuvor beschrieben wurde, kann das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE durch den nicht-linearen monotonen Fall gesteuert werden, indem die Ausgleichseinstellung TDR/(TDR + TDL) geändert wird. Gleichzeitig kann eine Kennlinie derart erzielt werden, dass der Steuerzyklus und die Steueramplitude kaum geändert werden.
20A bis 20C sind Ablaufdiagramme, die das Verhalten der ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerung zeigen, wenn die Ausgleichseinstellung TDR/(TDR + TDL) gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwischen "0,2", "0,5" und "0,8" geändert wird.
Wie in 20A bis 20C gezeigt ist, wird jedes der Verhältnisse der Verweildauer und Verweilmaße des Luft/Brennstoff-Verhältnisses A/F auf der fetten Seite und auf der mageren Seite durch Änderung der Ausgleichseinstellung TDR/(TDR + TDL) asymmetrisch in Bezug auf das Luft/Brennstoff-Verhältnis A/F entsprechend der Referenzspannung VR1 als Zentrum. Entsprechend kann das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE für einen Steuerzyklus zur fetten Seite oder zur mageren Seite gesteuert werden, wenn das Symmetriezentrum der Ausgleichseinstellung TDR/(TDR + TDL) "0,5" ist.
21A bis 21C sind erläuternde Ansichten, die das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE, den Steuerzyklus und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses zeigen, wenn die Referenzspannung VR1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung alleine gesteuert wird.
Wie in 21A bis 21C gezeigt ist, ändert sich das tatsächliche, durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE durch Änderung der Referenzspannung VR1 in einer monoton fallenden Art und Weise gemäß der Ausgangskennlinie des stromaufwärtigen O₂-Sensors, der in 2 gezeigt ist. Genauer gesagt, entspricht das Verhältnis zwischen der Referenzspannung VR1 und dem durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE fast der statischen Kennlinie des stromaufwärtigen O₂-Sensors 20.
Durch Änderung der Operationsbedingungen wird das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE geändert, wie durch eine durchgezogene Linie, eine gepunktete Linie und eine Strichpunktlinie gezeigt ist. Wenn jedoch die Referenzspannung VR1 einen Wert zwischen 0,25 V und 0,65 V anzeigt, zeigt das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE eine Kennlinie, die fast einer linearen Kennlinie entspricht.
Wenn die Referenzspannung VR1 0,45 V ist, wird das Symmetriezentrum allgemein nahe dem stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnis AFS gesetzt. Durch Ändern der Referenzspannung VR1 in Bezug auf 0,45 V als Zentrum wird die Ausgleichseinstellung der Referenzspannung VR1 verändert.
Der Steuerzyklus ändert sich kaum, wenn die Referenzspannung VR1 einen Wert zwischen 0,25 V bis 0,65 V anzeigt. Sobald die Referenzspannung VR1 den zuvor genannten Bereich wieder verlässt, nimmt der Steuerzyklus schrittweise ab. Die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses ändert sich kaum, wenn die Referenzspannung VR1 einen Wert zwischen 0,25 V bis 0,65 V anzeigt. Sobald die Referenzspannung VR1 den zuvor genannten Bereich jedoch verlässt, nimmt die Steueramplitude nach und nach ab.
Eine Änderung des Steuerzyklus und der Steueramplitude wird durch eine Änderung der Ansprechverzögerung des stromaufwärtigen O₂-Sensors 20 gemäß dem Punkt der Operation der Referenzspannung VR1 geändert.
Wie zuvor beschrieben wurde, kann das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE durch Änderung der Referenzspannung VR1 von 0,45 V, was dem Symmetriezentrum entspricht, gemäß der Ausgangskennlinie des stromaufwärtigen O₂-Sensors 20 gesteuert werden. Gleichzeitig kann eine Kennlinie derart erzielt werden, dass der Steuerzyklus und die Steueramplitude nach und nach abnehmen, sobald die Referenzspannung VR1 den Bereich von 0,25 V bis 0,65 V verlässt.
22A bis 22C sind Ablaufdiagramme, die das Verhalten der ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerung zeigen, wenn die Referenzspannung VR1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zwischen 0,25 V, 0,45 V und 0,65 V geändert wird.
Wie in 22A bis 22C gezeigt ist, kann das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE für einen Steuerzyklus durch Änderung der Ausgleichseinstellung der Referenzspannung VR1 zur fetten Seite oder zur mageren Seite in Bezug auf das Symmetriezentrum der Referenzspannung VR1 gesteuert werden, das auf 0,45 V gesetzt ist.
Nachfolgend wird ein Abweichungsbereich ΔAFAVE des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE beschrieben, wenn jede der Steuerkonstanten alleine gesteuert wird.
Für die integralen Konstanten KIR und KIL variiert der Abweichungsbereich ΔAFAVE des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE zunächst in Abhängigkeit von den gesetzten Werten der Steuerkonstanten oder von den Operationsbedingungen. Innerhalb des Bereichs, in dem die Ausgleichseinstellung KIR/(KIR + KIL) nicht übermäßig wird, beispielsweise innerhalb des Bereichs von "0,3" bis "0,7", wird der Abweichungsbereich ΔAFAVE des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE etwa "0,3".
Selbst bei den Sprungmaßen RSR und RSL, wie im Falle der integralen Konstanten KIR und KIL, wird der Abweichungsbereich ΔAFAVE des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE etwa "0,3".
Auch für die Verzögerungszeiten TDR und TDL, wie im Falle der integralen Konstanten KIR und KIL, wird der Abweichungsbereich ΔAFAVE des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE etwa "0,05".
Für die Referenzspannung VR1, solange die Referenzspannung VR1 einen Wert zwischen 0,25 V und 0,65 V anzeigt, wird der Abweichungsbereich ΔAFAVE des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE etwa "0,1".
Wenn der Abweichungsbereich ΔAFAVE des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE erhöht werden kann, so kann die Steuerungsleistung der zweiten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerung durch den stromabwärtigen O₂-Sensor 21 verbessert werden.
Daher ist es wünschenswert, dass der Abweichungsbereich ΔAFAVE so groß wie möglich gesetzt wird. In diesem Fall ist der Abweichungsbereich ΔAFAVE beispielsweise auf "0,5" gesetzt.
Wenn der Abweichungsbereich ΔAFAVE = 0,5 zu realisieren ist, wurde festgestellt, dass dieser Abweichungsbereich nicht nur durch die Steuerung der Steuerkonstanten alleine realisierbar ist; es ist erforderlich, zwei oder mehrere Steuerkonstanten zu steuern.
Wenn die Ausgleichseinstellung jeder der Steuerkonstanten übermäßig wird, werden der Steuerzyklus und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses groß, um ein Beanspruchungsverhalten zu erhöhen. Es ist daher wünschenswert, dass die Ausgleichseinstellung so klein wie möglich ist. Durch Steuern so vieler Steuerkonstanten wie möglich kann der erforderliche Abweichungsbereich ΔAFAVE des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE ohne eine übermäßige Ausgleichseinstellung jeder der Steuerkonstanten realisiert werden.
Wie zuvor beschrieben wurde, entspricht das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE, wenn zwei oder mehr Steuerkonstanten gleichzeitig gesteuert werden, jedoch nicht dem Ergebnis einer einfachen Addition der Abweichungsmaße, wenn jede der Steuerkonstanten alleine gesteuert wird.
Nachfolgend wird das Verhalten des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE beschrieben, wenn zwei oder mehrere Steuerkonstanten gleichzeitig gesteuert werden.
23A bis 23E sind erläuternde Ansichten, die das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE (23A), den Steuerzyklus (23B) und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses (23C) in dem Fall zeigen, in dem die integralen Konstanten KIR und KIL und die Sprungmaße RSR und RSL gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gleichzeitig gesteuert werden (durchgezogene Linien), und in dem Fall, in dem die integralen Konstanten KIR und KIL und die Sprungmaße RSR und RSL separat gesteuert und die Ergebnisse einfach addiert werden (Strichpunktlinien), im Vergleich.
Wie in 23A bis 23E gezeigt ist, wurde festgestellt, dass das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE, der Steuerzyklus und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses durch eine Interaktion vergrößert werden, wenn die integralen Konstanten KIR und KIL und die Sprungmaße RSR und RSL gleichzeitig gesteuert werden.
24 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Anstiegsrate des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses zeigt, wenn die integralen Konstanten KIR und KIL und die Sprungmaße RSR und RSL gemäß der ersten Ausführungsform gleichzeitig gesteuert und wenn die integralen Konstanten KIR und KIL und die Sprungmaße RSR und RSL separat gesteuert und die Ergebnisse einfach addiert werden.
Wie in 24 gezeigt ist, nimmt die Zunahmerate des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE bei den Operationspunkten der Ausgleichseinstellung KIR/(KIR + KIL) und der Ausgleichseinstellung RSR/(RSR + RSL) nicht linear zu und ab.
Eine Zunahme/Abnahme des Abweichungsmaßes des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE durch die Interaktion variiert in Abhängigkeit von der Summe der integralen Konstanten KIR + KIL, der Summe der Sprungmaße RSR + RSL, der Summe der Verzögerungszeiten TDR + RDL, dem Operationspunkt der Referenzspannung VR1, dem Operationspunkt der Ausgleichseinstellung, der Ansprechbarkeit des Steuerziels und den Operationsbedingungen.
25A bis 25C sind Ablaufdiagramme, die das Verhalten der ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerung zeigen, wenn die Ausgleichseinstellung KIR/(KIR + KIL) und die Ausgleichseinstellung RSR/(RSR + RSL) gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gleichzeitig zwischen "0,2", "0,5" und "0,8" geändert werden.
Wie in 25A bis 25C gezeigt ist, nehmen die Asymmetrie der Verweildauer des Luft/Brennstoff-Verhältnisses A/F auf der fetten Seite und auf der mageren Seite und die des Verhältnisses der Verweilmaße stark zu, wenn die Ausgleichseinstellung KIR/(KIR + KIL) und die Ausgleichseinstellung RSR/(RSR + RSL) gleichzeitig geändert werden.
26A bis 26C sind erläuternde Ansichten, die in das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE (26A), den Steuerzyklus (26B) und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses (26C) in dem Fall zeigen, in dem die integralen Konstanten KIR und KIL und die Referenzspannung VR1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gleichzeitig gesteuert werden (durchgezogene Linien), und im Vergleich den Fall, in dem die integralen Konstanten KIR und KIL und die Referenzspannung VR1 separat gesteuert und die Ergebnisse einfach addiert werden (Strichpunktlinien).
Wie in 26A bis 26C gezeigt ist, wurde festgestellt, dass der Steuerzyklus und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses nach und nach abnehmen, sobald die Referenzspannung VR1 den Bereich von 0,25 V bis 0,65 V verlässt, wo die Referenzspannung VR1 eine Kennlinie aufweist, die nahezu einer linearen Kennlinie entspricht. Entsprechend wird die Wirkung durch die Ausgleichseinstellung KIR/(KIR + KIL) verringert, um das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE zu verringern. Als Folge nehmen das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE, der Steuerzyklus und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses durch eine Interaktion ab.
27 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Zunahmerate des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE zeigt, wenn die integralen Konstanten KIR und KIL und die Referenzspannung VR1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gleichzeitig gesteuert werden und wenn die integralen Konstanten KIR und KIL und die Referenzspannung VR1 separat gesteuert und die Ergebnisse einfach addiert werden.
Wie in 27 gezeigt ist, nimmt die Anstiegsrate des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE bei den Operationspunkten der Ausgleichseinstellung KIR/(KIR + KIL) und der Referenzspannung VR1 nicht linear zu und ab.
Eine Zunahme/Abnahme des Abweichungsmaßes des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE durch die Interaktion variiert in Abhängigkeit von der Summe der integralen Konstanten KIR + KIL, der Summe der Sprungmaße RSR + RSL, der Summe der Verzögerungszeiten TDR + TDL, dem Operationspunkt der Referenzspannung VR1, dem Operationspunkt der Ausgleichseinstellung, der Ansprechbarkeit des Steuerziels und den Operationsbedingungen.
28A bis 28C sind erläuternde Ansichten, die das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE (28A), den Steuerzyklus (28B) und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses (28C) in dem Fall zeigen, in dem die Sprungmaße RSR und RSL und die Verzögerungszeiten TDR und TDL gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung simultan gesteuert werden (durchgezogene Linien), und im Vergleich für den Fall, in dem die Sprungmaße RSR und RSL und die Verzögerungszeiten TDR und TDL separat gesteuert und die Ergebnisse einfach addiert werden (Strichpunktlinien).
Wie in 28A bis 28C gezeigt ist, wurde festgestellt, dass das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE, der Steuerzyklus und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses jeweils durch eine Interaktion erhöht wurden, wenn die Sprungmaße RSR und RSL und die Verzögerungszeiten TDR und TDL gleichzeitig gesteuert wurden.
29 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Anstiegsrate des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE zeigt, wenn die Sprungmaße RSR und RSL und die Verzögerungszeiten TDR und TDL gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung simultan gesteuert werden, wenn die Sprungmaße RSR und RSL und die Verzögerungszeiten TDR und TDL separat gesteuert und die Ergebnisse einfach addiert werden.
Wie in 29 gezeigt ist, nimmt die Anstiegsrate des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE bei den Operationspunkten der Ausgleichseinstellung RSR/(RSR + RSL) und der Ausgleichseinstellung TDR/(TDR + TDL) nicht linear zu und ab.
Eine Zunahme/Abnahme des Abweichungsmaßes des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE durch die Interaktion variiert in Abhängigkeit von der Summe der integralen Konstanten KIR + KIL, der Summe der Strommaße RSR + RSL, der Summe der Verzögerungszeiten TDR + TDL, dem Operationspunkt der Referenzspannung VR1, dem Operationspunkt der Ausgleichseinstellung, der Ansprechbarkeit des Steuerziels und den Operationsbedingungen.
Wenn zwei oder mehrere Steuerkonstanten gleichzeitig gesteuert werden, wie zuvor beschrieben wurde, beeinflussen die Änderungen der Steuerkonstanten einander, um eine Interaktion zu erzeugen.
Wenn die Anzahl von Steuerkonstanten, die gleichzeitig gesteuert werden, zunimmt, um das Abweichungsmaß ΔAFAVE des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses zu erhöhen, so wird die Interaktion komplexer.
Entsprechend ist es erforderlich, die Steuerkonstanten zu handhaben, indem derselbe Index verwendet wird.
Nachfolgend wird die Einstellung der Steuerkonstanten gemäß dem durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj beschrieben.
Die Steuerkonstanten zum Realisieren des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj können mit Hilfe einer numerischen Berechnung unter Verwendung eines physikalischen Modells oder mit Hilfe einer experimentellen Technik gesetzt werden.
Nachdem beispielsweise eine mittels numerischer Berechnung voreingestellt wurde kann der ultimative Fehler durch eine experimentelle Technik korrigiert werden. Auf jeden Fall kann eine Übereinstimmung des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj und des tatsächlichen durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE mit Hilfe eines relativ einfachen Fehlerkorrekturverfahrens erzielt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird zuerst ein geeigneter Anfangswert für jede der eindimensionalen Abbildungen voreingestellt, um die Steuerkonstante von dem durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj zu berechnen. Basierend auf dem Konverterberechnungsablauf, der in 10 gezeigt ist, wird die Steuerkonstante für jedes durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj berechnet. Gleichzeitig wird das tatsächliche durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE mit Hilfe einer numerischen Berechnung oder einer experimentellen Technik erzielt.
Anschließend wird ein Fehler von dem tatsächlichen Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE für jedes durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj ermittelt. Der ermittelte Fehler wird mit einer geeigneten Konstante multipliziert, um den eingestellten Wert in der eindimensionalen Abbildung für jedes durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj zu korrigieren, um den Fehler zu reduzieren.
Beispielsweise wird die eindimensionale Abbildung der Referenzspannung VR1 oder der Verzögerungszeiten TDR und TDL, bei welcher der Abweichungsbereich ΔAFAVE des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE relativ klein ist, auf einen voreingestellten Wert festgelegt. Die eindimensionale Abbildung der integralen Konstanten KIR und KIL oder die Sprungmaße RSR und RSL, bei denen der Abweichungsbereich ΔAFAVE relativ groß ist, wird korrigiert oder dergleichen. Durch eine solche Modifikation kann der Fehler auf einfache Art und Weise korrigiert werden.
Indem ferner die Steuerkonstanten unter Verwendung des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj als gemeinsamer Index gesetzt werden, kann die Steuerung der Konstanten geeignet aufeinander abgestimmt werden, so dass ein maximaler Vorteil in Bezug auf die Steuerung der Konstanten gemäß dem Operationspunkt des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE erzielt werden kann, während das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE beibehalten wird. Entsprechend kann das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE fein gesteuert werden.
30A bis 30K sind erste erläuternde Ansichten, die Kennlinien der integralen Konstanten KIR und KIL in Bezug auf das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj (30A bis 30D), Kennlinien der Verzögerungszeiten TDR und TDL in Bezug auf das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj (30E bis 30H) und das tatsächliche durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis (30I), den Steuerzyklus (30J) und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses (30K) in Bezug auf das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
Wie in den 30A bis 30K anhand der durchgezogenen Linien gezeigt ist, ist die Ausgleichseinstellung der Verzögerungszeiten TDR und TDL, für welche der Abweichungsbereich ΔAFAVE relativ gering ist und Änderungen in dem Steuerzyklus und der Steueramplitude klein sind, groß ausgeführt, während das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE klein ist. Zu diesem Zeitpunkt ist die Ausgleichseinstellung der integralen Konstanten KIR und KIL, für welche der Abweichungsbereich ΔAFAVE relativ groß ist, klein ausgeführt.
Strichpunktlinien zeigen normale Einstellungen an. Wenn die Ausgleichseinstellung der Referenzspannung VR1 groß gewählt wird, anstatt die Ausgleichseinstellung der Verzögerungszeiten TDR und TDL groß auszuführen, kann derselbe Effekt erzielt werden. Wenn ferner die Ausgleichseinstellung der Sprungmaße RSR und RSL klein ausgeführt sind, anstatt die Ausgleichseinstellung der integralen Konstanten KIR und KIL klein auszuführen, kann ebenfalls derselbe Effekt erzielt werden.
Indem die Steuerkonstanten wie zuvor beschrieben eingestellt werden, kann das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE fein gesteuert werden, um die Steuergenauigkeit des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE in der Linie des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFS zu verbessern. Gleichzeitig kann ein Anstieg im Steuerzyklus reduziert werden, um eine Verschlechterung der Stabilisierungsleistung für die Störung zu verhindern.
Wenn das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE zunimmt, so wird die Ausgleichseinstellung der integralen Konstanten KIR und KIL oder der Sprungmaße RSR und RSL, für welche der Abweichungsbereich ΔAFAVE relativ groß ist, hingegen verringert, um das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE sicherzustellen.
31A bis 31K sind zweite erläuternde Ansichten, die Kennlinien für die integralen Konstanten KIR und KIL in Bezug auf das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj (31A bis 31D), Kennlinien der Verzögerungszeiten TDR und TDL in Bezug auf das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj (31E bis 31H) und das tatsächliche durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis (31I), den Steuerzyklus (31J) und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses (31K) in Bezug auf das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
Wie in 31A bis 31K durch die durchgezogenen Linien gezeigt ist, ist die Summe der integralen Konstanten KIR + KIL klein gewählt, während das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE gering ist.
Strichpunktlinien zeigen die normale Einstellung. Wenn die Summe der Sprungmaße RSR + RSL klein eingestellt wird, während die Summe der integralen Konstanten KIR + KIL klein eingestellt wird, kann derselbe Effekt erzeugt werden.
Wenn die Summe der integralen Konstanten KIR + KIL und die Summe der Sprungmaße RSR + RSL klein eingestellt werden, wird das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE sogar kleiner, selbst bei gleicher Ausgleichseinstellung. Entsprechend ist die Augleichseinstellung groß gewählt, um das gleiche Abweichungsmaß sicherzustellen.
Wenn das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE größer wird, so werden die Summen der integralen Konstanten KIR + KIL und die Summe der Sprungmaße RSR + RSL hingegen vergrößert.
Entsprechend kann das Abteilungsmaß verringert werden, selbst bei derselben Ausgleichseinstellung.
Indem die Steuerkonstanten wie zuvor beschrieben eingestellt werden, wird der Steuerzyklus in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFS groß, und die Störungsstabilisierungsleistung wird verschlechtert. Da die Steueramplitude jedoch klein gewählt werden kann, wird ein Momentänderungsmaß gering, um eine Verschlechterung des Fahrverhaltens zu verhindern.
Wenn das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE größer wird, so werden die Summe der integralen Konstanten KIR + KIL und die Summe der Sprungmaße RSR + RSL größer eingestellt, um das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE sicherzustellen.
32A bis 32K sind erläuternde Ansichten, die Kennlinien der integralen Konstanten KIR und KIL in Bezug auf das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj (32A bis 32D), Kennlinien der Verzögerungszeiten TDR und TDL in Bezug auf das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj (32E bis 32H) und das tatsächliche durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis (32I), den Steuerzyklus (32J) und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses (32K) in Bezug auf das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
Während das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE gering ist, wie in
32A bis 32K gezeigt ist, ist die Ausgleichseinstellung der Verzögerungszeiten TDR und TDL groß gewählt, wohingegen die Ausgleichseinstellung der integralen Konstanten KIR und KIL klein eingestellt ist. Ferner ist die Summe der integralen Konstanten KIR + KIL klein gewählt.
Wenn das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE größer wird, so ist die Ausgleichseinstellung der integralen Konstanten KIR und KIL hingegen groß gewählt, während die Summe der integralen Konstanten KIR + KIL groß eingestellt ist.
Indem die Steuerkonstanten wie zuvor beschrieben eingestellt werden, kann die Steuergenauigkeit des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFS verbessert werden. Gleichzeitig können Änderungen in dem Steuerzyklus und der Steueramplitude auf eine sehr ausgeglichene Art und Weise reduziert werden, um eine Verschlechterung des Fahrverhaltens zu verhindern.
Wenn ferner das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE zunimmt, kann das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE sichergestellt werden.
Die zuvor beschriebene Einstellung, die den Vorteil der Freiheit der Steuerkonstanten mit sich bringt, wird in Abhängigkeit von den Operationsbedingungen geändert.
Genauer gesagt wird beispielsweise während des Leerlaufs die Steueramplitude in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFS reduziert, wie in 31 gezeigt ist, um die Steuerkonstanten mit Schwerpunkt auf das Fahrverhalten bei einer geringen Momentänderung einzustellen. Bei einer mittleren Last werden der Steuerzyklus und die Steueramplitude in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFS reduziert, wie in 32 gezeigt ist, um die Steuerkonstanten derart einzustellen, dass die Stabilisierungsleistung in Bezug auf die Störung und das Fahrverhalten in einer gut ausgeglichenen Art und Weise verbessert wird. Bei einer großen Last wird die Reinigungsansprechbarkeit des Katalysators größer. Daher wird eine große Anzahl von Steuerkonstanten gesteuert, um die Steuergenauigkeit des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE über den gesamten Bereich von Operationspunkten des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE zu verbessern. Gleichzeitig werden die Steuerkonstanten derart eingestellt, dass sie sich kontinuierlich in Bezug auf eine Änderung des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE verändern.
Entsprechend den Operationsbedingungen können auf diese Weise geeignete Steuerkonstanten aufeinander abgestimmt werden, um den Vorteil jeder der Steuerkonstanten zu maximieren.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in 33 zusätzlich zur 10 ein Steuerzykluskorrektur-Berechnungsablauf für eine in Schritt S108 in 10 dargestellte Berechnungssteuerzykluskorrektur beschrieben.
Der Berechnungsablauf wird beispielsweise alle fünf Millisekunden durchgeführt.
Wenn eine Antwortverzögerung in dem ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel 34 durch eine zeitliche Änderung oder eine Produktionsänderung variiert wird, tritt eine Änderung des Abweichungsmaßes des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE, selbst wenn die Ausgleichseinstellung jeder der Steuerkonstanten unverändert bleibt. Unter einer Änderungsantwortverzögerung sind eine Antwortverzögerung des Brennstoffsystems von der Brennstoffeinstellung zu dem Luft/Brennstoff-Verhältnis auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators, die durch eine Änderung der Totzeit Lf oder der Zeitkonstanten Tf des Brennstoffsystems hervorgerufen wird, und eine Antwortverzögerung des O₂-Sensors von dem Luft/Brennstoff-Verhältnis auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators zu dem stromaufwärtigen O₂-Sensor 20, die durch eine Änderung der Zeitkonstanten To des stromaufwärtigen O₂-Sensors 20 hervorgerufen wird, zu verstehen.
Eine Änderung der Antwortverzögerung des Brennstoffsystems wird durch eine Änderung der Verzögerung von der Adhäsion des eingespritzten Brennstoffs an einer Wandoberfläche der Verbrennungskammer 4 zu seiner Verdampfung oder dergleichen hervorgerufen. Eine Änderung der Antwortverzögerung des O₂-Sensors wird durch eine zeitliche Änderung, eine Produktionsänderung oder dergleichen hervorgerufen. Der stromaufwärtige O₂-Sensor 20 weist aufgrund einer Hochtemperaturatmosphäre, einer Vergiftung oder dergleichen eine relativ große Zeitvariation auf, weshalb er relativ große Änderungen der Antwortverzögerung umfasst.
Eine Änderung der Antwortverzögerung kann durch eine Änderung im Steuerzyklus erfasst werden. Genauer gesagt, wenn die Antwortverzögerung größer wird, so wird auch die Verzögerung in der Rückführsteuerung groß, um den Steuerzyklus zu vergrößern. Das Änderungsmaß der Antwortverzögerung kann durch den Vergleich zwischen einem gemessenen Steuerzyklus und einem Referenzsteuerzyklus berechnet werden.
Durch Korrektur der Steuerkonstanten gemäß dem Änderungsmaß der Antwortzeit kann daher das Auftreten einer Änderung des Abweichungsmaßes des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE verhindert werden.
Zuerst wird der Steuerzyklus gemessen (Schritt S111).
Der Steuerzyklus entspricht einem Schaltintervall der Schaltrichtung des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE zwischen der fetten Seite und der mageren Seite, insbesondere einem Intervall zum Addieren des Sprungmaßes RSL, einem Intervall zum Addieren des Sprungmaßes RSR, oder einem Intervall zwischen t2 und t8, wie in 5 gezeigt ist. Der Steuerzyklus wird mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Zeitgebers gemessen, der in der Steuerung 22 vorgesehen ist.
Anschließend wird der Referenzsteuerzyklus berechnet (Schritt S112).
Der Referenzsteuerzyklus ist ein Steuerzyklus, wenn es keine zeitliche Änderung oder Produktionsänderung gibt, und kann experimentell gesetzt werden.
Da der Steuerzyklus entsprechend der Ausgleichseinstellung der Steuerkonstanten variiert, ist es erforderlich, den Referenzsteuerzyklus unter Berücksichtigung der Ausgleichseinstellung der Steuerkonstanten zu setzen.
Obwohl die Ausgleichseinstellung der Steuerkonstanten gemäß dem durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj bestimmt wird, wird der Referenzsteuerzyklus gemäß dem durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj oder der Ausgleichseinstellung gespeichert, wie in 34A und 34B gezeigt ist. Genauer gesagt wird beispielsweise eine eindimensionale Abbildung für jede Operationsbedingung vorgesehen, für welche die Steuerkonstanten gesetzt werden, um die Ausgleichseinstellung zu bestimmen.
Nachfolgend wird festgestellt, ob der Aktualisierungszustand des Steuerzyklusänderungsmaßes hergestellt ist oder nicht (Schritt S113).
Der Aktualisierungszustand des Steuerzyklusänderungsmaßes ist hergestellt, wenn die erste Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerung stetig ausgeführt wird. Beispielsweise ist der Aktualisierungszustand des Steuerzyklusänderungsmaßes in dem Fall hergestellt, in dem ein vorbestimmter Steuerzyklus nach dem Start der ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerung verstrichen ist, in dem Fall, in dem ein vorbestimmter Steuerzyklus nach dem Schalten der Operationsbedingung, für welche die Steuerkonstanten eingestellt sind, verstrichen ist, in dem Fall, in dem die Kühlwassertemperatur THW einer vorbestimmten Temperatur entspricht oder höher ist, oder dergleichen.
In diesen Fällen werden der vorbestimmte Steuerzyklus und die vorbestimmte Temperatur willkürlich gesetzt.
Wenn in Schritt S113 festgestellt wird, dass der Aktualisierungszustand des Steuerzyklusänderungsmaßes hergestellt wurde (genauer gesagt, „Yes"), wird das Steuerzyklusänderungsmaß aktualisiert (Schritt S114).
In diesem Schritt werden der Referenzsteuerzyklus und der gemessene Steuerzyklus miteinander verglichen, um das Änderungsmaß zu berechnen. Das Änderungsmaß wird als ein Verhältnis des Steuerzyklus oder eine Differenz zwischen den Steuerzyklen berechnet. Da die erste Luft/Brennstoff- Verhältnis-Rückführsteuerung stets durch verschiedene Störungen beeinflusst wird, wird der gemessene Steuerzyklus temporär variiert, um das Steuerzyklusänderungsmaß temporär zu ändern. Um die temporäre Änderung zu verringern, wird daher ein Filterprozess oder eine Lernsteuerung auf das Änderungsmaß angewendet.
Die Änderung der Antwortverzögerung variiert in Abhängigkeit von den Operationsbedingungen. Daher wird ein Filterprozesswert oder ein Lernwert in dem Backup-RAM 26 für jede der Operationsbedingungen gespeichert. Der Filterprozesswert oder der Lernwert wird auf einen anderen Wert geschaltet, wenn die Operationsbedingungen geschaltet werden.
Entsprechend wird der Filterprozesswert oder der Lernwert erneut eingestellt, nachdem der Verbrennungsmotor angehalten oder erneut gestartet wird, um eine Störung der Steuerleistung zu verhindern.
Der Filterprozesswert oder der Lernwert dient als Steuerzyklusänderungsmaß.
Wenn in Schritt 113 hingegen festgestellt wird, dass der Aktualisierungszustand des Steuerzyklusänderungsmaßes nicht hergestellt wurde (genauer gesagt, "No"), so fährt der Prozess unmittelbar mit Schritt S115 fort.
Anschließend wird ein Korrekturmaß für jede der Steuerkonstanten berechnet (Schritt S115).
In diesem Schritt wird ein Korrekturmaß für jede der Steuerkonstanten gemäß dem Steuerzyklusänderungsmaß berechnet. Beispielsweise wird eine eindimensionale Abbildung für jede der Operationsbedingungen vorgesehen, für die Steuerkonstanten gesetzt werden, um das Korrekturmaß für jede der Steuerkonstanten zu setzen.
Das Korrekturmaß wird eingestellt, um das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE, das sich gemäß dem Steuerzyklus ändert, zu eliminieren.
Beispielsweise wird eine Änderung zwangsweise als Antwortverzögerung hervorgerufen, um ein Änderungsmaß des Steuerzyklus und eine Änderung des Abweichungsmaßes des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE für jedes durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj zu erhalten, wodurch das Korrekturmaß der Steuerkonstante erzielt wird.
Das Korrekturmaß kann ferner erzielt werden, indem das Verhältnis des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE und des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj oder die Differenz zwischen diesen einfach gemessen wird. Ein derartiges Korrekturmaß kann durch ein Experiment oder eine numerische Berechnung unter Verwendung eines physikalischen Modells bestätigt werden, um dieses fein einzustellen.
Die zu korrigierende Steuerkonstante und die nicht zu korrigierende Steuerkonstante können vorab bestimmt werden, um das Steuerungsmaß nur für die zu korrigierende Steuerkonstante einzustellen.
Nachfolgend wird jede der Steuerkonstanten unter Verwendung des Korrekturmaßes der Steuerkonstante durch vier arithmetische Operationen, wie beispielsweise Multiplikation oder Addition, korrigiert (Schritt S116), um den in 33 dargestellten Prozess zu beenden.
In den zuvor beschriebenen Schritten S115 und S116 wird das Korrekturmaß der Steuerkonstante berechnet, um die Steuerkonstante basierend auf dem Korrekturmaß zu korrigieren. Jedoch sind diese Schritte nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt. In den Schritten S115 und S116 kann das Korrekturmaß des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj berechnet werden.
Selbst wenn das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj zu korrigieren ist, können die Steuerkonstanten geändert werden, um das Abweichmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE zu eliminieren. Entsprechend kann die gleiche Wirkung wie in dem Fall der Korrektur der Steuerkonstanten erzielt werden.
Unter Bezugnahme auf 35 bis 38 wird nachfolgend das Verhalten des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE gemäß dieser Ausführungsform im Vergleich zum Stand der Technik beschrieben.
Zuerst, wie in einem Ablaufdiagramm in 35 gezeigt ist, wird unter Verwendung des zweiten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittels 33 als eine PI-Steuerung das Verhalten des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE in dem Fall beschrieben, in dem die proportionale Verstärkung Kp2 und die integrale Verstärkung Ki2 einfache, festgelegte Verstärkungen sind.
Genauer gesagt, wird ein proportionales Änderungsmaß Kp2(ΔV2) durch Kp2 × ΔV2 erzielt, wohingegen ein integrales Abweichungsmaß Σ(Ki2(ΔV2)) durch Σ(Ki2 × ΔV2) erzielt wird.
36 ist ein Ablaufdiagramm, welches das Verhalten des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE in dem Fall zeigt, in dem zwei oder mehrere Steuerkonstanten (genauer gesagt beispielsweise die Sprungmaße RSR und RSL und die integralen Konstanten KIR und KIL) jeweils durch die zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerung, die in 35 unter Verwendung des Standes der Technik gezeigt ist, gesteuert.
Wie in 36 gezeigt ist, tritt die zuvor beschriebene Interaktion auf, wenn zwei oder mehrere Steuerkonstanten gleichzeitig gesteuert werden. Dann werden die Operationsbedingungen geändert, um das Verhalten des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE zu ändern, wie es anhand der durchgezogenen Linien, der gepunkteten Linien und der Strichpunktlinien gezeigt ist.
Die Interaktion zwischen den Steuerkonstanten bringt verschiedene Änderungen in einer nicht-linearen Art und Weise in Abhängigkeit von dem gesetzten Wert für jede der Steuerkonstanten, der Kombination der Steuerkonstanten, des Operationspunktes, der Ausgleichseinstellung jeder der Steuerkonstanten, der Ansprechbarkeit des Steuerziels, das sich gemäß den Operationsbedingungen ändert, und dergleichen hervor.
Wenn zwei oder mehrere Steuerkonstanten gleichzeitig gesteuert werden, ohne dass ein gemeinsamer Handhabungsindex gesetzt wird, wie beim Stand der Technik, kann daher die Wirkung der Interaktion nicht gesteuert werden.
Daher variiert die Verstärkung der Rückführsteuerung, so dass auch das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE, das durch die zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerung gesteuert wird, variiert. Entsprechend tritt ein Nachlaufen ein, wie durch die Strichpunktlinie gezeigt, oder ein nicht zufriedenes Folgen, wie durch die gepunktete Linie gezeigt, auf, wodurch die zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerung destabilisiert wird.
37 ist ein erstes Ablaufdiagramm, welches das Verhalten des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 37 gezeigt ist, wird zunächst das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj, das einem gemeinsamen Handhabungsindex entspricht, unter Verwendung der zweiten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerung berechnet.
Mit Hilfe dieses Konvertierungsmittels 33 werden wenigstens zwei Steuerkonstanten (genauer gesagt, die Sprungmaße RSR und RSL und die integralen Konstanten KIR und KIL) von dem durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj durch die eindimensionale Abbildung berechnet.
Die gesetzten Werte der Steuerkonstanten werden voreingestellt, um diese vorher beschriebene Interaktion, die sich in Abhängigkeit von den Operationsbedingungen und dergleichen ändert, zu reflektieren.
Entsprechend ändert sich das Verhalten des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE nicht in Abhängigkeit von der Operationsbedingung, wie durch eine durchgezogene Linie, eine gestrichelte Linie und eine Strichpunktlinie gezeigt ist. Entsprechend kann die konstant stabile zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerung implementiert werden.
38 ist ein zweites Ablaufdiagramm, welches das Verhalten des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 38 anhand der durchgezogenen Linien gezeigt ist, sind die Steuerkonstanten gemäß dem Operationspunkt des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj gesetzt. Genauer gesagt, wie in 30 gezeigt ist, ist der Ausgleich zwischen den Verzögerungszeiten TDR und TDL groß gesetzt, während das Änderungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE klein ist. Wenn das Abweichungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE größer wird, so wird der Ausgleich zwischen den integralen Konstanten KIR und KIL groß eingestellt.
Entsprechend können der Steuerzyklus und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses gemäß dem durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj eingestellt werden, während das Abrechnungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE beibehalten wird.
Andererseits, wie durch die Strichpunktlinien angezeigt ist, ist es im Fall des Standes der Technik, bei dem kein gemeinsamer Handhabungsindex gesetzt wird, schwierig, die Steuermaße und die Kombination der Steuerkonstanten gemäß dem Operationspunkt des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE zu setzen, während das Änderungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE beibehalten wird.
Wie zuvor beschrieben wurde, wird das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj, das einem gemeinsamen Handhabungsindex entspricht, mit Hilfe der zweiten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuerung berechnet, wobei zumindest zwei Steuerkonstanten mit Hilfe der Steuermittel von dem durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj berechnet werden.
Daher werden die geeigneten Steuerkonstanten miteinander kombiniert, um den Vorteil der Freiheit jeder der Steuerkonstanten zu erzielen, um auf diese Weise den Vorteil der Steuerkonstanten (beispielsweise die Steuergenauigkeit oder den Abweichungsbereich des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE, den Steuerzyklus, die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses und dergleichen) zu maximieren, während das Abrechnungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE beibehalten wird. Auf diese Weise kann das Abrechnungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE fein gesteuert werden.
In 39 ist ein Ablaufdiagramm, welches das Verhalten des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE zeigt, wenn die Optimalwertsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Steuerung der Brennstoffzuführmenge verwendet wird.
In diesem Fall ist das Verhalten des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE vor und nach einer stufenweisen Änderung des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj zur fetten Seite gezeigt.
In 39 zeigen durchgezogene Linien das Verhalten des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE in dem Fall, in dem die Optimalwertsteuerung verwendet wird, wohingegen die Strichpunktlinien das Verhalten des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE zeigen, wenn die Optimalwertsteuerung nicht verwendet wird.
Das durchschnittliche Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVE für einen Steuerzyklus unmittelbar nach dem Auftreten einer Änderung des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj weist eine höhere Folgegeschwindigkeit auf, wenn die Optimalwertsteuerung verwendet wird, als in dem Fall, in dem keine Optimalwertsteuerung verwendet wird.
Obwohl der Brennstoffeinstellungsfaktor FAF in der Nähe des Zentrums in dem Fall stabilisiert ist, in dem die Optimalwertsteuerung verwendet wird, wird der Brennstoffeinstellfaktor FAF in der Verschieberichtung des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE verschoben, wenn die Optimalwertsteuerung nicht verwendet wird.
Wie zuvor beschrieben wurde, ist es möglich, die Optimalwertsteuerung auf die Brennstoffzuführmenge anzuwenden, da das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators mit dem durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj in Beziehung gebracht wird.
Daher kann eine folgende Verzögerung der Rückführsteuerung verbessert werden, wenn sich das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj ändert, während der Brennstoffeinstellfaktor FAF in der Nähe seines Zentrums beibehalten werden kann.
Gemäß der Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung berechnet das zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel 32 das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj gemäß dem Zielwert des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators gemäß dem Sensorausgangssignal V2 von dem stromabwärtigen O₂-Sensor 21 und dem Zielausgangswert VR2. Das Konvertierungsmittel 33 verwendet das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj als einen Index zum Berechnen von wenigstens zwei Steuerkonstanten.
Daher können das Steuermaß oder die Kombination der Steuerkonstanten gemäß dem durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis AFAVEobj gesetzt werden, um eine stabile und genaue Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators zu ermöglichen.
Indem die Steuerkonstanten unter Verwendung des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj als ein Index gesetzt werden, werden ferner geeignete Steuerkonstanten miteinander kombiniert, um den Vorteil jeder der Steuerkonstanten (beispielsweise die Steuergenauigkeit des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE, den Änderungsbereich, den Steuerzyklus und die Steueramplitude des Luft/Brennstoff-Verhältnisses und dergleichen) gemäß dem Operationspunkt des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE zu maximieren, ohne das Änderungsmaß des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE zu ändern, wodurch eine feine Steuerung des Änderungsmaßes des durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVE ermöglicht wird.
Obwohl der zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor als stromabwärtiger O₂-Sensor 21 in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, ist der zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor nicht auf diesen begrenzt. Bei dem zweiten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor kann es sich um jeden Sensor handeln, solange der zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor das Erfassen eines Reinigungszustands des Katalysators auf der stromaufwärtigen Seite ermöglicht.
Entsprechend können sogar ein linearer Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor, ein NO_X-Sensor, ein HC-Sensor, ein CO-Sensor oder dergleichen einen Reinigungszustand des Katalysators erfassen, um dieselbe Wirkung zu erzielen.
Obwohl das zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel 32 bei der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform eine PI-Steuerung zum Ausführen einer proportionalen Berechnung und einer integralen Berechnung ist, kann das zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel 32 auch eine differentiale Berechnung durchführen.
Selbst in einem solchen Fall kann die Rückführsteuerung auch ausgeführt werden, um denselben Effekt zu erzielen.
Obwohl das zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel 32 bei der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform die proportionale Berechnung und die integrale Berechnung zum Berechnen des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj basierend auf dem Sensorausgangssignal V2 von dem stromabwärtigen O₂-Sensor 21 und dem Zielausgabewert VR2 verwendet, ist ferner das zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel 32 nicht darauf beschränkt.
Das zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel 32 kann beispielsweise eine Zustandsrückführsteuerung in der modernen Steuertheorie, eine Gleitmodussteuerung, einen Observer, eine adaptive Steuerung, eine H∞-Steuerung oder dergleichen basierend auf dem Sensorausgangssignal V2 von dem stromabwärtigen O₂-Sensor 21 und dem Zielausgangswert VR2 zum Berechnen des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses AFAVEobj verwenden.
Selbst in diesem Fall kann der Reinigungszustand des Katalysators gesteuert werden, um denselben Effekt zu erzielen.

Claims

Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass dieser aufweist: einen Katalysator (18), der in einem Abgassystem des Verbrennungsmotors zum Reinigen eines Abgases vorgesehen ist; einen ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor (20), der auf einer stromaufwärtigen Seite des Katalysators (18) zum Erfassen eines Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators (18) vorgesehen ist; einen zweiten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensor (21), der auf einer stromabwärtigen Seite des Katalysators (18) zum Erfassen eines Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Abgases auf der stromabwärtigen Seite des Katalysators (18) vorgesehen ist; ein erstes Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel (34) zum Steuern des Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators (18) basierend auf einem Ausgangswert des ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Sensors (20) und einer Gruppe von Steuerkonstanten, die mehrere Steuerkonstanten umfasst; ein zweites Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel (32) zum Berechnen eines durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses gemäß einem Zielwert eines durchschnittlichen Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators (18) basierend auf einem Ausgangswert des zweiten Luft/Brennstoff- Verhältnis-Sensors (21) und einem vorbestimmten Zielausgabewert; und ein Konvertierungsmittel (33) zum Berechnen von wenigstens zwei Steuerkonstanten der Gruppe von Steuerkonstanten unter Verwendung des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses als einen gemeinsamen Index.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkonstante eine Verzögerungszeit, ein Sprungmaß, eine integrale Konstante oder eine Referenzspannung ist.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkonstante für jede Operationsbedingung gesetzt wird.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine gezwungene Änderung auf das durchschnittliche Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis mit einer vorbestimmten Amplitude in einem vorbestimmten Zyklus angewendet wird.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gezwungene Änderung nach einer Fehlerdiagnose angewendet wird.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert, der von einem Normalwert geändert wurde, als ein Verstärker in dem zweiten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführmittel (32) für eine Zeitdauer verwendet wird, während der die gezwungene Änderung angewendet wird.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel (32) eine proportionale Berechnung durchführt und einen Wert, der von einem Normalwert geändert wurde, als einen Verstärker der proportionalen Berechnung in dem zweiten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel (32) über eine Zeitdauer einer vorübergehenden Operation des Verbrennungsmotors verwendet.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel (32) Werte, die von Normalwerten geändert wurden, als obere und untere Grenzwerte des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses über eine Zeitdauer einer vorübergehenden Operation des Verbrennungsmotors verwendet.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel (32) eine proportionale Berechnung durchführt und einen Wert, der von einem Normalwert geändert wurde, als einen Verstärker der proportionalen Berechnung in dem zweiten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel (32) über eine vorbestimmte Zeitdauer nach einer vorübergehenden Operation des Verbrennungsmotors verwendet.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel (32) Werte, die von Normalwerten geändert wurden, als obere und untere Grenzwerte des durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnisses über eine vorbestimmte Zeitdauer nach einer vorübergehenden Operation des Verbrennungsmotors verwendet.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel (32) eine integrale Berechnung durchführt und die Aktualisierung der integralen Berechnung durch das zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel (32) über eine Zeitdauer einer vorübergehenden Operation des Verbrennungsmotors und eine vorbestimmte Zeitdauer nach der vorübergehenden Operation anhält.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zeitdauer nach der vorübergehenden Operation eine Zeitdauer nach Beenden der vorübergehenden Operation des Verbrennungsmotors ist, bis eine integrierte Luftmenge einen vorbestimmten Wert erreicht.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittels (34) basierend auf dem durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis korrigiert wird.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittel (32) einen Steuerzyklus des ersten Luft/Brennstoff-Verhältnis-Rückführsteuermittels (34) erfasst, um die Steuerkonstante basierend auf dem durchschnittlichen Ziel-Luft/Brennstoff-Verhältnis zu korrigieren.