DE10259312A1 - Regelungsvorrichtung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors und Verfahren davon - Google Patents

Regelungsvorrichtung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors und Verfahren davon

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DE10259312A1
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Abstract

Die vorliegende Erfindung ist derart aufgebaut, daß ein tatsächliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfaßt wird, ein Anlagenmodell, welches eine Anlage zwischen einem Kraftstoffeinspritzventil und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor darstellt, sequentiell bestimmt wird, um Parameter des Anlagenmodells zu berechnen, eine Regelungsverstärkung zum Berechnen eines Rückführregelungswerts unter Verwendung der berechneten Parameter berechnet wird und der Rückführregelungswert unter Verwendung der berechneten Regelungsverstärkung berechnet wird, wobei von den berechneten Parametern ein Betragswert eines Eingangsseitenparameters, welcher auf einer Eingangsseite des Anlagenmodells eingesetzt wird, auf einen Wert in Höhe eines vorbestimmten Grenzwerts oder darüber begrenzt wird.

Description

    GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regelungstechnik des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zum Bestimmen eines Rückführregelungswerts zur Rückführregelung eines Luft-Kraftstoff- Verhältnisses, wobei ein Parameter eines Anlagenmodells, welches eine Anlage zwischen einem Kraftstoffeinspritzventil und einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor durch eine Übertragungsfunktion darstellt, berechnet wird.
    • STAND DER TECHNIK
  • Bislang ist es bei einem Verbrennungsmotor üblich, eine Rückführregelung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf einen Sollwert vorzunehmen, um die Abgasreinigung und die Kraftstoffwirksamkeit zu verbessern.
  • Es wurde eine Technik zum Durchführen einer derartigen Rückführregelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit hoher Genauigkeit offenbart (japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2001-164971), wobei ein Rückführregelungswert einer Kraftstoffeinspritzmenge durch eine Gleitmodusregelung berechnet wird, wobei eine Verlustzeitausgleichsregelung durch ein Smith-Verfahren durchgeführt wird.
  • Hierbei ist es möglich, eine Selbstabgleichsregelung in einer derartigen herkömmlichen Rückführregelung des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses aufzunehmen, um ferner einer charakteristischen Änderung eines Regelungsgegenstands (Anlage) mit hoher Genauigkeit zu entsprechen. In einem derartigen Fall wird die Rückführregelung folgendermaßen berechnet.
  • Ein Anlagenmodell, welches eine Anlage zwischen einem Kraftstoffeinspritzventil und einem Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensor darstellt, wird sequentiell bestimmt, um einen Parameter des Anlagenmodells zu schätzen.
  • Sodann wird unter Verwendung dieses bestimmten Anlagenmodells (geschätzter Parameter) das gesamte System, welches die Anlage, einen Rückführregelungswerts-Berechnungsabschnitt (anders ausgedrückt, einen Gleitmodusregelungsabschnitt) und einen Verlustzeitausgleichs-Regelungsabschnitt umfaßt, durch eine Übertragungsfunktion dargestellt, und eine Regelungsverstärkung der Gleitmodusregelung wird derart berechnet, daß ein Pol der Übertragungsfunktion mit einem erwünschten Pol im Hinblick auf Ansprechverhalten, Überschwingen, Stabilisationszeit etc. übereinstimmt.
  • Sodann wird der Rückführregelungswert der Kraftstoffeinspritzmenge durch die Gleitmodusregelung unter Verwendung der berechneten Regelungsverstärkung berechnet.
  • Somit wird es durch Aufnehmen des Selbstabgleichsverfahrens möglich, die Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entsprechend der charakteristischen Änderung der Anlage mit hoher Genauigkeit durchzuführen. Es treten jedoch Probleme auf, wie nachfolgend beschrieben.
  • (1) Die Anlage kann durch ein Modell, wie beispielsweise die folgende Gleichung, beschrieben werden

    A(z-1)Y(t) = z-kB(z-1)u(t)

    A(z-1) = 1 + a1 z-1 + a2z-2

    A(z-1) = + b0,

    wobei u(t): Anlageneingangsgröße, y(t): Anlagenausgangsgröße, und k: Verlustzeit. Ferner werden aufgrund der Tatsache, daß A(z-1) auf der Seite der Anlagenausgangsgröße y(t) eingesetzt wird, Systemparameter a1, a2, durch welche A(z-1) dargestellt wird, als "Ausgangsseitenparameter" festgelegt. AufgruncL der Tatsache, daß B(z-1) auf der Seite der Anlageneingangsgröße u(t) eingesetzt wird, wird ein Systemparameter b0, welcher B(z-1) darstellt, als "Eingangsseitenparameter" festgelegt.
  • Zuletzt wird die Regelungsverstärkung bei der Selbstabgleichsregelung durch Subtrahieren eines Berechnungswerts des Eingangsseitenparameters b0 (bzw. einer konstanten Verstärkung B (1) von B(z-1) in dem Fall, daß B(z-1) gleich b0 + b1z-1+. . .+ bnz-n ist) berechnet. Daher wird für jede Regelungsverstärkung ein umso größerer Wert berechnet, je kleiner ein Betragswert des Eingangsseitenparameters b0 (bzw. der konstanten Verstärkung B(1) wird.
  • Folglich wird, wenn der Berechnungswert des Eingangsseitenparameters b0 zu klein wird, jede Regelungsverstärkung übermäßig groß (das bedeutet, daß der Regelungswert gleichfalls übermäßig groß wird), so daß eine Möglichkeit einer Regelungsdivergenz geschaffen wird. Insbesondere entsteht in dem Fall, daß eine tatsächliche Verlustzeit, welche der Anlage zugeordnet ist, größer als eine zur Bestimmung festgelegte Verlustzeit ist, das Problem, daß für den Eingangsseitenparameter b0 ein kleinerer Wert berechnet wird.
  • (2) Die Verlustzeitausgleichsregelung durch das Smith- Verfahren dient zum Vorhersagen der Anlagenausgangsgröße nach Ablauf der Verlustzeit, das bedeutet, des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses nach Ablauf der Verlustzeit, unter Verwendung des Rückführregelungswerts, um eine Regelungseingangsgröße (Anlageneingangsgröße) zu bestimmen. Aufgrund der Tatsache, daß eine tatsächliche Kraftstoffeinspritzmenge (Regelungswert des Kraftstoffeinspritzventils) bei der Rückführregelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch Addieren eines festen Korrekturwerts der bleibenden Abweichung, wie etwa eines Lernwerts oder verschiedener Korrekturwerte, zu dem Rückführregelungswert bestimmt wird, kann jedoch die Möglichkeit bestehen, daß ein tatsächliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufgrund einer Änderung des Korrekturwerts der bleibenden Abweichung geändert wird, selbst wenn der Rückführregelungswert konstant ist.
  • Folglich wird ein Fehler zwischen einem vorhergesagten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem tatsächlichen Luft- Kraftstoff-Verhältnis lediglich durch Vorhersagen des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses nach Ablauf der Verlustzeit unter Verwendung des Rückführregelungswerts erzeugt, wodurch das Problem entsteht, daß die Verlustzeitausgleichsregelung nicht bei hoher Genauigkeit gehalten werden kann.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung erfolgte im Hinblick auf die oben erwähnten Probleme und hat die Aufgabe, die Leistung einer Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei einer Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors, in welcher eine Selbstabgleichsregelung aufgenommen ist, zu verbessern.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zum Lösen der oben erwähnten Aufgabe wird zu einer Basiseinrichtung: zum Erfassen eines tatsächlichen Luft-Kraftstoff- Verhältnisses durch einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor; zum Berechnen einer Kraftstoffeinspritzmenge unter Verwendung eines Rückführregelungswerts auf der Basis des tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und eines Luft-Kraftstoff- Sollverhältnisses, wenn eine Rückführregelung durchgeführt wird; und zum Einspritzen von Kraftstoff durch ein Kraftstoffeinspritzventil auf der Basis eines Einspritzsignals welches der Kraftstoffeinspritzmenge entspricht, um dadurch ein Luft- Kraftstoff-Verhältnis zu regeln, eine Einrichtung hinzugefügt, welche nachfolgend beschrieben wird:
    zum sequentiellen Bestimmen eines Anlagenmodells, welches eine Anlage zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor darstellt, um einen Eingangsseitenparameter (das oben beschriebene b0 entspricht diesem Parameter) und Ausgangsseitenparameter (die oben beschriebenen a1 und a2 entsprechen diesen Parametern) zu berechnen, welche auf einer Eingangsseite bzw. einer Ausgangsseite des Anlagenmodells eingesetzt werden;
    zum Berechnen einer Regelungsverstärkung unter direkter Verwendung der berechneten Parameter (das bedeutet, des berechneten Eingangsseitenparameters und der berechneten Ausgangsseitenparameter), wenn der Betragswert des berechneten Eingangsseitenparameters ein Grenzwert oder größer als dieser ist, um den Rückführregelungswert unter Verwendung der Regelungsverstärkung zu berechnen; und
    zum Berechnen der Regelungsverstärkung unter Verwendung des Grenzwerts anstatt des berechneten Eingangsseitenparameters (das bedeutet, daß die berechneten Ausgangsseitenparameter und der Grenzwert verwendet werden), wenn demgegenüber der Betragswert des berechneten Eingangsseitenparameters kleiner als der Grenzwert ist, um den Rückführregelungswert unter Verwendung der Regelungsverstärkung zu berechnen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Vorhersage eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nach Ablauf der Verlustzeit mit hoher Genauigkeit, um einen genauen Rückführregelungswert in einer Regelungsvorrichtung des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors zu berechnen, wobei eine Verlustzeitausgleichsregelung durchgeführt wird.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung zum Lösen der oben erwähnten Aufgabe wird zu einer Basiseinrichtung: zum Erfassen eines tatsächlichen Luft-Kraftstoff- Verhältnisses durch einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor; zum Berechnen einer Kraftstoffeinspritzmenge unter Verwendung eines Rückführregelungswerts auf der Basis des tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und eines Luft-Kraftstoff- Sollverhältnisses und eines Korrekturwerts der bleibenden Abweichung für das Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis; und zum Einspritzen von Kraftstoff durch ein Kraftstoffeinspritzventil auf der Basis eines Einspritzsignals, welches der Kraftstoffeinspritzmenge entspricht, um dadurch ein Luft-Kraftstoff- Verhältnis zu regeln, eine Einrichtung hinzugefügt, welche nachfolgend beschrieben wird:
    zum Verwenden eines Anlagenmodells, welches eine Anlage zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil und dem Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Sensor darstellt, um ein vorhergesagtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis nach Ablauf der Verlustzeit, welche der Anlage zugeordnet ist, zu berechnen;
    zum Berechnen des Rückführregelungswerts, wobei ein Verlustzeitausgleich zum Beseitigen eines Einflusses der Verlustzeit unter Verwendung des vorhergesagten Luft-Kraftstoff- Verhältnisses durchgeführt wird;
    zum Festlegen des Korrekturwerts der bleibenden Abweichung; und
    zum Berechnen des vorhergesagten Luft-Kraftstoff- Verhältnisses durch Einsetzen eines Werts, welcher durch Addieren des Korrekturwerts der bleibenden Abweichung zu dem Rückführregelungswert erhalten wird, als Anlageneingangsgröße.
  • Diese und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung ersichtlich.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Fig. 1 ist ein Systemdiagramm, welches einen gemeinsamen Verbrennungsmotor der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, welches eine Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (Kraftstoffeinspritzregelung) des Verbrennungsmotors bei einem ersten Ausführungsbeispiel darstellt;
  • Fig. 3 ist ein Blockschaltbild, welches eine Verlustzeitausgleichsregelung darstellt, welche bei dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird;
  • Fig. 4 ist eine Tabelle zum Berechnen einer Verlustzeit, welche bei dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird;
  • Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, welches durch Übertragungsfunktionen einen S/M-Regelungsabschnitt 221 und ein Verlustzeitausgleichsglied 222 bei dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt;
  • Fig. 6 ist ein Blockschaltbild, welches eine Gesamtregelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch eine Gleitmodusregelung unter Verwendung einer Selbstabgleichsregelung bei dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt;
  • Fig. 7 ist ein Blockschaltbild, welches eine Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (Kraftstoffeinspritzregelung) des Verbrennungsmotors bei einem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt; und
  • Fig. 8 ist ein Blockschaltbild, welches eine Verlustzeitausgleichsregelung darstellt, welche bei dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wird.
    • GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden auf der Basis der beigefügten Zeichnung beschrieben.
  • Wie in Fig. 1 dargestellt, sind ein Luftstrommesser 3, welcher eine Luftansaugmenge Qa erfaßt, und ein Drosselventil 4, welches die Luftansaugmenge Qa regelt, an einem Ansaugkanal 2 eines Motors 1 vorgesehen.
  • Ferner wird ein Kraftstoffeinspritzventil 5, welches an dem Ansaugkanal 2 vorgesehen ist, derart betrieben, daß sich dieses durch ein Einspritzsignal von einer Regelungseinheit (C/U) 6, welche einen Mikrorechner umfaßt, öffnet, um Kraftstoff einzuspritzen und zuzuleiten.
  • In jedem Zylinder ist eine Zündkerze 8 angeordnet, welche eine Funkenzündung in einer Brennkammer 7 durchführt, um eine Luft-Kraftstoff-Mischung, welch durch ein Einlaßventil 9 angesaugt wird, durch Funkenzündung zu zünden.
  • Verbrennungsabgas wird durch ein Auslaßventil 10 in einen Abgaskanal 11 abgeführt und durch eine Abgasreinigungsvorrichtung 12 in die Atmosphäre abgeführt.
  • Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 13 mit breitem Bereich, welcher ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis linear entsprechend der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas erfaßt, ist bezüglich der Strömungsrichtung vor der Abgasreinigungsvorrichtung in dem Abgaskanal 11 vorgesehen.
  • Ferner sind ein Kurbelwinkelsensor 14, welcher ein Kurbelwinkelsignal bei jedem vorbestimmten Kurbelwinkel des Motors 1 ausgibt, und ein Wassertemperatursensor 15, welcher eine Kühlwassertemperatur Tw in einem Kühlmantel des Motors 1 erfaßt, vorgesehen.
  • Die Regelungseinheit (C/U) 6 regelt das Kraftstoffeinspritzventil 5 in der folgenden Weise.
  • Zuerst wird eine Kraftstoffeinspritz-Basismenge Tp = K × Qa × Ne (wobei K konstant ist), welche einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1) entspricht, aus der Ansaugluftmenge Qa und einer Motordrehzahl Ne, welche auf der Basis des Signals von dem Kurbelwinkelsensor 14 erfaßt wird, berechnet.
  • Als nächstes wird gemäß den Betriebsbedingungen entschieden, ob eine Rückführregelung oder eine rückführungslose Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vorzunehmen ist. Wenn eine Rückführregelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vorzunehmen ist, wird eine Kraftstoffeinspritz-Endmenge Ti = Tp × (1/λt) × α unter Verwendung der Kraftstoffeinspritz-Basismenge Tp, eines Luft-Kraftstoff-Sollverhältnisses λt und ferner eines Korrekturkoeffizienten α der Rückführregelung des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses, welcher auf der Basis des Erfassungssignals von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 13 berechnet wird, berechnet.
  • In dem Fall, daß eine rückführungslose Regelung des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses vorzunehmen ist, wird der Korrekturkoeffizient α der Rückführregelung des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses auf 1 festgelegt (α = 1), um die Kraftstoffeinspritz-Endmenge Ti zu berechnen.
  • Sodann wird ein Einspritzsignal, welches der Kraftstoffeinspritz-Endmenge Ti entspricht, zu dem Kraftstoffeinspritzventil 5 ausgegeben.
  • Im folgenden wird eine Kraftstoffeinspritzregelung bei einem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • Wie in Fig. 2 dargestellt, umfaßt ein Kraftstoffeinspritzabschnitt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Ausgabeentscheidungsabschnitt 21, welcher über eine Ausgabe zu einem Kraftstoffeinspritzventil 5 entscheidet, und einen Regelungsabschnitt 22 des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, welcher in der Figur durch unterbrochene Linie dargestellt ist.
  • Der Ausgabeentscheidungsabschnitt 21 entscheidet, ob ein Rückführkorrekturwert, welcher durch den Regelungsabschnitt 22 des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses berechnet wird, zu dem Kraftstoffeinspritzventil 5 auszugeben ist, gemäß den Betriebsbedingungen. Wenn der Rückführkorrekturwert nicht auszugeben ist, so wird ein Haltewert (1, wenn die rückführungslose Regelung durchgeführt wird, 0, wenn der Kraftstoff gesperrt ist) als Rückführregelungswert ausgegeben.
  • Der Regelungsabschnitt 22 des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses umfaßt einen Gleitmodusregelungsabschnitt (S/M- Regelungsabschnitt, für engl. sliding mode) 221, ein Verlustzeitausgleichsglied 222, einen Anlagenmodellbestimmungsabschnitt 223, einen Regelungsverstärkungs-Berechnungsabschnitt 224 und einen Verlustzeitberechnungsabschnitt 225.
  • Der S/M-Regelungsabschnitt 221 berechnet einen Regelungswert u(t) für eine Anlage (zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil 5 und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 13), anders ausgedrückt, den Rückführregelungswert des Kraftstoffeinspritzventils 5 (Rückführkorrekturkoeffizient α des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses) gemäß der folgenden Gleichung (1) durch die Gleitmodusregelung auf der Basis einer Abweichung zwischen dem Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis λt und dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis λr.


    wobei e(t) eine Eingangsgröße in den S/M-Regelungsabschnitt 221 ist (Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis - tatsächliches Luft- Kraftstoff-Verhältnis), KP eine lineare Verstärkung in Form eines linearen Terms ist, KD eine ableitungsabhängige Verstärkung in Form eines linearen Terms ist, SP eine lineare Verstärkung einer Schaltfunktion ist, SD eine ableitungsabhängige Verstärkung einer Schaltfunktion ist, KI eine Verstärkung gemäß Selbstregelungsprinzip ist, KN eine nichtlineare Verstärkung ist und σ(t) eine Schaltfunktion ist, wobei σ(t) = SPe(t) + SDe(t). Es sei bemerkt, daß jede Regelungsverstärkung bei dem später erwähnten Regelungsverstärkungs-Berechnungsabschnitt 224 berechnet wird.
  • Das Verlustzeitausgleichsglied 222 dient zum Ausführen einer Verlustzeitausgleichsregelung durch ein Smith-Verfahren und gleicht einen Einfluß der Verlustzeit (das bedeutet, einer Phasenverzögerung des erfaßten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses), welche der Anlage zugeordnet ist, durch Durchführen einer lokalen Rückführung aus.
  • Wie in Fig. 3 dargestellt, berechnet das Verlustzeitausgleichsglied 222, welches ein Anlagenmodell 31 ohne Verlustzeit, ein Anlagenmodell 32 mit Verlustzeit und einen Subtraktionsabschnitt umfaßt, speziell eine Abweichung e2 zwischen einer Ausgangsgrößenvorhersage (des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses), welche bei dem Anlagenmodell 31 ohne Verlustzeitbeitrag berechnet wird, und einer Vorhersage der tatsächlichen Ausgangsgröße (des tatsächlichen Luft-Kraftstoff- Verhältnisses), welche bei dem Anlagenmodell 32 mit Verlustzeit berechnet wird, um die Abweichung e2 zu einer Eingangsseite des S/M-Regelungsabschnitts 221 auszugeben.
  • Sodann wird e3 durch Subtrahieren von e2, welches von dem Verlustzeitausgleichsglied 222 ausgegeben wird, von einer Abweichung e1 zwischen dem Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis λt und dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis λr berechnet, um in den S/M-Regelungsabschnitt 221 eingegeben zu werden, um Verlustzeitbeiträge der Anlage zu beseitigen, welche in der Abweichung e1 zwischen dem Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis λt und dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis λr enthalten sind.
  • Das oben erwähnte Anlagenmodell wird bei dem Anlagenmodellbestimmungsabschnitt 223, welcher später beschrieben wird, bestimmt, und die Verlustzeit k wird bei dem Verlustzeitberechnungsabschnitt 225, welcher gleichfalls später beschrieben wird, berechnet.
  • Der Anlagenmodellbestimmungsabschnitt 223 bestimmt das Anlagenmodell, welches die Anlage durch eine Übertragungsfunktion auf der Basis der Kraftstoffeinspritzmenge (Kraftstoffeinspritzsignal) und des tatsächlichen Luft-Kraftstoff- Verhältnisses (Ausgangsgröße) darstellt, sequentiell direkt. Speziell wird ein rekursives Verfahren zur Bestimmung der kleinsten Quadrate (RLS-Verfahren, für engl. recursive least square) verwendet, um einen Anlagenmodellparameter zu berechnen.
  • Der Regelungsverstärkungs-Berechnungsabschnitt 224 berechnet die Regelungsverstärkung des S/M-Regelungsabschnitts 221 unter Verwendung des Parameters, welcher durch den Anlagenmodellbestimmungsabschnitt 223 berechnet wird.
  • Speziell wird die Selbstabgleichsregelung durch ein Polzuordnungsverfahren verwendet, um durch eine Übertragungsfunktion mit Rückführung ein Gesamtsystem (anders ausgedrückt, Anlage (zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil 5 und dem Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 13) + S/M-Regelungsabschnitt 221 + Verlustzeitausgleichsglied 222) darzustellen, um die Regelungsverstärkung des S/M-Regelungsabschnitts 221 derart zu berechnen, daß ein Pol der Übertragungsfunktion mit Rückführung mit einem erwünschten Pol im Hinblick auf Ansprechverhalten, Überschwingen, Stabilisationszeit etc. (wobei Details davon später beschrieben werden) übereinstimmt.
  • Der Verlustzeitausgleichs-Berechnungsabschnitt 225 berechnet die Verlustzeit k, welche der Anlage zugeordnet ist. Eine derartige Berechnung der Verlustzeit k wird beispielsweise durch vorheriges Vorbereiten einer Tabelle, welche eine Beziehung zwischen der Ansaugluftmenge Qa und der Verlustzeit k darstellt, wie in Fig. 4 dargestellt, und durch Rückgriff auf die Tabelle auf der Basis der erfaßten Luftansaugmenge Qa durchgeführt.
  • Es folgt eine genaue Beschreibung der Berechnung der Regelungsverstärkung, welche bei dem Regelungsverstärkungs- Berechnungsabschnitt 224 durchgeführt wird. Die Regelungsverstärkungsberechnung unter Verwendung der Selbstabgleichsregelung durch das Polzuordnungsverfahren wird folgendermaßen durchgeführt.
  • Zuerst wird ein Anlagenmodell GP(z-1), welches die Anlage durch die Übertragungsfunktion darstellt, festgelegt. Danach werden eine Übertragungsfunktion GC(z-1) des S/M- Regelungsabschnitts 221 und eine Übertragungsfunktion GL(z-1) des Verlustzeitausgleichsglieds 222 erhalten. Sodann wird auf der Basis dieser Übertragungsfunktionen eine Übertragungsfunktion W(z-1) des Gesamtsystems mit Rückführung berechnet, und die Regelungsverstärkung wird derart berechnet, daß ein Pol der Übertragungsfunktion mit Rückführung ein Sollpol wird.
    • (A) Festlegen des Anlagenmodells
  • Die Anlage zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil 5 und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 13 wird durch ein quadratisches ARX-Modell A(z-1) beispielsweise wie in den folgenden Gleichungen (2) und (3) unter Verwendung der Verlustzeit k (≥ 1), welche bei dem Verlustzeitberechnungsabschnitt 225 berechnet wird, ausgedrückt.

    A(z-1)y(t) = z-kb0u(t) + ε(t) (2)

    A(z-1) = 1 + a1z-1 + a2z-2 (3)

    wobei y(t) eine Anlagenausgangsgröße (das bedeutet, ein tatsächliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis) ist, u(t) ein Anlageneingangsgrößenwert (das bedeutet, eine Kraftstoffeinspritzmenge) ist und s(t) ein Zufallsrauschen ist. Es sei darauf hingewiesen, daß bei dem Anlagenmodell (Gleichungen (1) und (2)) ein Parameter b0, welcher auf der Seite der Anlageneingangsgröße u(t) eingesetzt wird, ein "Eingangsseitenparameter" ist, und Parameter a1 und a2, welche auf der Seite der Anlagenausgangsgröße y(t) eingesetzt werden, "Ausgangsseitenparameter" sind.
  • Sodann kann die Übertragungsfunktion GP(z-1) des Anlagenmodells durch die folgende Gleichung (4) ausgedrückt werden.

    Gp(z-1) = z-kb0/A(z-1) (4)

    Ferner können ein Parameterschätzwertvektor θ(t) und ein Datenvektor ψ(t) durch die folgenden Gleichungen (5) und (6) ausgedrückt werden.

    θ(t)= [a1(t), a2(t) b0(t)]T (5)

    ψ(t-k) = [-y(t-1), -y(t-2), u(t-k)]T (6)
    • (B) Bestimmung (Parameterschätzung) des Anlagenmodells
  • Das festgelegte Anlagenmodell wird bei dem Anlagenmodellbestimmungsabschnitt 223 bestimmt.
  • Speziell wird eine Kenngröße der Anlage gemäß den Betriebsbedingungen und Anlagenkenngrößen, wie etwa der Verschlechterung der Anlage, geändert, und somit wird das Anlagenmodell (durch direkte Bestimmung) durch sequentielles Schätzen der Ausgangsseitenparameter a1(t), a2(t) und eines Eingangsseitenparameters b0, welche in der Gleichung (5) dargestellt sind, bestimmt.
  • Ferner wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. das rekursive Verfahren zur Bestimmung der kleinsten Quadrate (RLS-Verfahren) verwendet, um die oben erwähnten Parameter zu berechnen, und Parameter, bei welchen das Quadrat einer Abweichung zwischen einem tatsächlichen Wert und einem berechneten Wert minimal wird, werden sequentiell berechnet. Eine spezielle Berechnung entspricht einem allgemeinen gewichteten rekursiven Verfahren zur Bestimmung der kleinsten Quadrate (RLS- Verfahren) und wird durch Berechnen der folgenden Gleichungen (7) bis (9) im Hinblick auf eine Zeitaktualisierungsgleichung durchgeführt; t = 1, 2, . . ., N.


    wobei
    ≙(t): Parameterschätzwert (Parametervorhersagewert)
    ε(t): Vorhersagefehler (tatsächlicher Wert - Vorhersagewert)
    P(t): m×m-Matrix auf der Basis von Eingangsgröße/Ausgangsgröße (Kovarianzmatrix)
    ψ(t): Eingangs-/Ausgangswert (Datenvektor)
    λ1, λ2: Vergeßlichkeitskoeffizienten,
    wobei ferner ein Anfangswert der Parameterschätzung: ≙(0) ( = θ0) ist
    und ein Anfangswert der Kovarianzmatrix P(0) = α.I ist,
    wobei α = 1000 (I stellt die Einheitsmatrix dar).
  • Sodann wird durch sequentielles Schätzen der Ausgangsseitenparameter a1(t), a2(t) und des Eingangsseitenparameters b0(t) unter Verwendung der Parameterschätzungsgleichungen (7) bis (9) das Anlagenmodell bestimmt.
  • Es sei bemerkt, daß für die Vergeßlichkeitskoeffizienten λ1, λ2, wenn kein Vergeßlichkeitsbeitrag vorliegt, λ1 = λ2 = 1 ist, während, wenn ein Vergeßlichkeitsbeitrag vorliegt, λ1 = 0,98 und λ2 = 1 ist. Ferner wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Anfangswert θ0 des Parameterschätzwerts ein Anfangswert, welcher gemäß den Betriebsbedingungen vorbestimmt wird (beispielsweise a1(0) = A1, a2(0) = A2 und b0(0) = B1), geeignet festgelegt, um die Konvergenzzeit zu verkürzen.
    • (C) Berechnung einer zeitlich diskreten Übertragungsfunktion des S/M-Regelungsabschnitts 221
  • Der S/M-Regelungsabschnitt 221 ist derart eingerichtet, daß dieser einer Übertragungsfunktion gemäß folgendem Ansatz entspricht.
  • Unter der Annahme, daß y(t) eine Anlagenausgangsgröße (tatsächliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis λr) ist, ω(t) ein Sollwert (Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis λt) ist und e(t) - ω(t) - y(t) ist, kann eine Differenz Δu(t) der Anlageneingangsgröße u(t) von einem Takt (anders ausgedrückt, der Ausgangsgröße des S/M-Regelungsabschnitts 221) durch die folgende Gleichung (10) berechnet werden.


    wobei e(t) = w(t) - y(t), e(t) - e(t-1) = Δe(t), so daß die folgende Gleichung (11) aus der Gleichung (10) erhalten wird.


    wobei K(z-1) durch die folgende Gleichung (12) dargestellt wird, welche zu der Gleichung (13) entwickelt wird, um auf der Basis jeder Regelungsverstärkung berechnet zu werden.

    K(z-1) = KP(1-z-1)+KD(1-z-1)2 + KISP + KISD(1-z-1) (12)

    (KP + KISP + KISD + KD) - (KP + KISD + 2KD)z-1 + KDz-2 (13)
  • Demgemäß kann durch die Gleichung (12) die Anlageneingangsgröße u(t) durch die folgende Gleichung (14) ausgedrückt werden.


  • Hierbei kann, wenn die Berechnung derart durchgeführt wird, daß diese den nichtlinearen Term nicht enthält, die zeitlich diskrete Übertragungsfunktion GC(z-1) des S/M- Regelungsabschnitts 221 durch die folgende Gleichung (15) ausgedrückt werden.

    GCz-1 = K(z-1)/(1-z-1) (15)
    • (D) Berechnung einer zeitlich diskreten Übertragungsfunktion des Verlustzeitausgleichsglieds 222
  • Wie oben beschrieben, verwendet das Verlustzeitausgleichsglied 222 das Smith-Verfahren, welches den Einfluß des Verlustzeitbeitrags ausgleicht, wobei die Vorhersage der Ausgangsgröße nach der Verlustzeit durchgeführt wird, so daß eine zeitlich diskrete Übertragungsfunktion GL(z-1) des Verlustzeitausgleichsglieds 222 durch die folgende Gleichung (16) berechnet werden kann.

    GL(z-1) = z-1b0/A(z-1)-z-kb0/A(z-1) = z-1 - z-k)b0/A(z-1) (16)
  • Es sei darauf hingewiesen, daß z-1b0/A(z-1) eine Vorhersage der tatsächlichen Ausgangsgröße ohne Verlustzeit ist, welche unter Verwendung des Anlagenmodells ausgedrückt wird, und z-kb0/A(z-1) eine Vorhersage der tatsächlichen Ausgangsgröße mit Verlustzeit ist, welche unter Verwendung des Anlagenmodells ausgedrückt wird.
  • Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, welches die jeweiligen Übertragungsfunktionen (Anlagenmodell, S/M-Regelungsabschnitt 221, Verlustzeitausgleichsglied) verwendet, welche berechnet werden, wie oben beschrieben.
  • Als nächstes wird ein Verfahren zum Einrichten des Gesamtsystems gemäß einer Übertragungsfunktion mit Rückführung beschrieben.
  • Wie oben beschrieben, ist der nichtlineare Term des S/M- Regelungsabschnitts 221 nicht enthalten.
    • (E) Berechnung einer Übertragungsfunktion W(z-1) des Gesamtsystems mit Rückführung
  • Zuerst wird ein Rückführungskreis des S/M- Regelungsabschnitts 221 und des Reaktionszeitausgleichsglieds 222 isoliert betrachtet, um eine Übertragungsfunktion von einem Sollwert (Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis λt) zu einer Ausgangsgröße (Rückführregelungswert) zu berechnen. In Fig. 5 kann eine Übertragungsfunktion GCL(z-1) des lokalen Regelkreises, welcher den S/M-Regelungsabschnitt 221 und das Verlustzeitausgleichsglied 222 umfaßt, gemäß der folgenden Gleichung (17) auf der Basis der Gleichungen (15) und (16) berechnet werden.


  • Demgemäß kann die Übertragungsfunktion W(z-1) des Gesamtsystems mit Rückführung, welches den lokalen Regelkreis, welcher in Gleichung (17) dargestellt ist, und die Anlage umfaßt, durch die folgende Gleichung (18) berechnet werden.


  • Fig. 6 ist ein Blockschaltbild, welches das Ergebnis der obigen Berechnung darstellt.
    • (F) Berechnung der Regelungsverstärkung des S/M- Regelungsabschnitts 222 durch das Polzuordnungsverfahren
  • Gemäß der Gleichung (18) ist das charakteristische Polynom der Übertragungsfunktion W(z-1) mit Rückführung:

    (1 - z-1)A(z-1) + z-1b0K(z-1),

    und der obige Ausdruck wird in der folgenden Gleichung (19) auf genommen.

    (1 - z-1)A(z-1) + z-1b0K(z-1) = T(z-1) = 1 + t1z-1 + t2z-2 (19)
  • Nun wird durch geeignetes Festlegen von T(z-1), um den erwünschten Pol im Hinblick auf Ansprechverhalten, Überschwingen, Stabilisationszeit etc. zu erreichen, die Regelungsverstärkung des S/M-Regelungsabschnitts 221 folgendermaßen berechnet.
  • Die folgende Gleichung (20) wird aus der Gleichung (19) erhalten.


  • Hierbei ist auf der Basis der Gleichung (13)

    K(z-1) = (KP + KI SP + KI SD + KD) - (KP + KI SD + 2KD)z-1 + KDZ-2.
  • Somit kann durch Festlegen der linearen Verstärkung SP der Schaltfunktion und der ableitungsabhängigen Verstärkung SD der Schaltfunktion auf 1 und Einsetzen der linearen Verstärkung KP in Form eines linearen Terms, der Verstärkung KI gemäß Selbstregelungsprinzip und der ableitungsabhängigen Verstärkung KD in Form eines linearen Terms als lineare Parameter die folgende Gleichung (21) erhalten werden.


  • Sodann werden die Gleichungen (22) bis (24) erhalten.


  • Daher kann durch Lösen der Gleichungen (22) bis (24) für KP, KI bzw. KD, so daß diese durch a1, a2 bzw. b0 ausgedrückt werden, jede Verstärkung jeweils durch die folgenden Gleichungen (25) bis (27) berechnet werden.


  • Ferner ist es möglich, für das charakteristische Polynom T(z-1) - 1 + t1z-1 + t2z-2 die Verwendung des Nenners der Übertragungsfunktion bei einer Diskretisierung des quadratischen Systems mit kontinuierlicher Zeit

    G(s) = ω2/(s2 + 2ζω s + ω2)

    durch eine Taktzeit Ti zu erwägen, wobei die Dämpfung ζ = 0, 7 und die natürliche Winkelgeschwindigkeit ω = 30 ist.
  • Sodann werden durch Einsetzen der Parameterschätzwerte a1(t), a2(t) und b0(t), welche sequentiell bei dem Anlagenmodellbestimmungsabschnitt 223 geschätzt werden, für a1, a2 und b0 der Gleichungen (25) bis (27) die Regelungsverstärkungen berechnet.
  • Wie in den Gleichungen (25) bis (27) dargestellt, werden die jeweiligen Verstärkungen (KP, KI und KD) durch Teilen durch den Eingangsseitenparameter b0 berechnet.
  • Demgemäß wird die jeweilige Regelungsverstärkung umso größer, je kleiner ein Betragswert des geschätzten Eingangsseitenparameters b0(t) wird.
  • Dann sind, wenn der Betragswert des geschätzten Eingangsseitenparameters b0(t) kleiner als ein fester Wert ist, die jeweiligen berechneten Regelungsverstärkungen übermäßig groß (damit geht einher, daß der Rückführregelungswert gleichfalls übermäßig groß ist), was zu einer Möglichkeit einer Regelungsdivergenz führt.
  • Daher ist der Schätzwert des Eingangsseitenparameters b0(t) bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel begrenzt, so daß der Betragswert |b0(t)| davon ein vorbestimmter Grenzwert bs oder größer als dieser wird, um die Stabilität der Regelung zu gewährleisten.
  • Speziell werden, wenn der Betragswert |b0(t)I des geschätzten Eingangsseitenparameters b0(t) der Grenzwert bs oder größer als dieser ist, die Regelungsverstärkungen unter Verwendung des geschätzten Eingangsseitenparameters berechnet. Demgegenüber werden, wenn der Betragswert |b0(t)| des geschätzten Eingangsseitenparameters b0(t) größer als der Grenzwert bs ist, das bedeutet, daß -bs < b0(t) < bs, die Regelungsverstärkungen unter Verwendung des Grenzwerts -bs bzw. bs anstatt des geschätzten Eingangsseitenparameters b0(t) berechnet.
  • Es sei bemerkt, daß bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 0,05 als experimentell bestimmter Wert als Grenzwert bs verwendet wird.
  • Daher wird die Berechnung der Regelungsverstärkungen unter Verwendung der folgenden Gleichungen (28) bis (30) durchgeführt.


  • Sodann berechnet der S/M-Regelungsabschnitt 221 durch Verwenden der berechneten Regelungsverstärkungen den Rückführregelungswert u(t).
  • Wie oben beschrieben, wird das Gesamtsystem mit einer einzigen Übertragungsfunktion unter Verwendung des Anlagenmodells, welches durch sequentiell geschätzte Parameter erhalten wird, ausgedrückt, und die Regelungsverstärkung des S/M- Regelungsabschnitts 221, welcher den Rückführregelungswert für die Anlage berechnet, wird geeignet erhalten, daß der Pol der Übertragungsfunktion mit dem erwünschten Pol im Hinblick auf Ansprechverhalten, Überschwingen, Stabilisierungszeit etc. übereinstimmt. Somit kann eine gute Regelungsverstärkung, welche der charakteristischen Änderung der Anlage gut entspricht, berechnet werden, und als Ergebnis kann eine genaue Rückführregelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausgeführt werden.
  • Speziell werden bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Regelungsverstärkungen auf der Basis der geschätzten Ausgangsseitenparameter a1(t), a2 (t) und des Grenzwerts bs ( = 0,05 bzw. -0,05) berechnet, wenn der Betragswert des Eingangsseitenparameters b0(t), welcher bei dem Anlagenmodellbestimmungsabschnitt 223 geschätzt wird, kleiner als der festgelegte Grenzwert bs (0,05 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) ist. Somit ist es möglich, eine Situation, in welcher die Regelungsverstärkungen übermäßig groß werden und damit einhergehend der berechnete Rückführregelungswert übermäßig groß wird, was zu der Regelungsdivergenz führt, zuverlässig zu vermeiden.
  • Als nächstes wird ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt ähnlich wie bei der allgemeinen Rückführregelung des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses ein Lernvorgang hinsichtlich einer Abweichung des Rückführregelungswerts von einem Vergleichswert, welche durch eine zeitliche Verschlechterung von Bauteilen und ähnlichem verursacht wird, und ferner wird eine Korrektur auf Basis der Wassertemperatur durchgeführt, um einen Regelungswert des Kraftstoffeinspritzventils 5 festzulegen. In dem Fall, daß die Rückführregelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt wird, berechnet die Regelungseinheit (C/U) 6 die Kraftstoffeinspritz-Endmenge Ti = Tp × (1/λt) × (a + UL + UK) unter Verwendung des Rückführkorrekturkoeffizienten α des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, eines Lernwerts UL des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses und verschiedener Koeffizienten UK, welche auf der Basis der Kraftstoffeinspritz-Basismenge Tp, des Luft-Kraftstoff-Sollverhältnisses λt und des Erfassungssignals von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 13 berechnet werden.
  • Fig. 7 stellt einen Kraftstoffeinspritz-Regelungsabschnitt bei dem zweiten Ausführungsbeispiel dar. Wie in Fig. 7 dargestellt, umfaßt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Rückführregelungsabschnitt 22 des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses einen Lernfunktionsabschnitt 226 für das Luft- Kraftstoff-Verhältnis und einen Festlegungsabschnitt 227 für verschiedene Korrekturwerte (die Bauelemente, welche durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet werden, sind die gleichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, und die Beschreibung davon wird weggelassen).
  • In Fig. 7, welche das vorliegende Ausführungsbeispiel darstellt, ist der Grund dafür, daß ein Anlagenmodellfestlegungsabschnitt 223' anstatt eines Anlagenmodellbestimmungsabschnitts 223 bei dem ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 2) vorgesehen ist, daß das vorliegende Ausführungsbeispiel nicht nur den Fall umfaßt, daß wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel das sequentiell bestimmte Anlagenmodell verwendet wird, sondern auch den Fall, daß das Anlagenmodell durch ein anderes Verfahren festgelegt wird (beispielsweise den Fall, daß das Anlagenmodell vorher gemäß den Betriebsbedingungen festgelegt wird).
  • Ähnlich ist der Grund dafür, daß ein Regelungsverstärkungs-Festlegungsabschnitt 224' anstatt eines Regelungsverstärkungs-Berechnungsabschnitts 224 verwendet wird, daß das vorliegende Ausführungsbeispiel nicht nur den Fall umfaßt, daß die Regelungsverstärkung, welche bei dem S/M- Regelungsabschnitt 221 durch das Selbstabgleichsverfahren durch das Polzuordnungsverfahren berechnet wird, sondern auch den Fall, daß die Regelungsverstärkung durch ein anderes Verfahren festgelegt wird (beispielsweise den Fall, daß die Regelungsverstärkung gemäß den Betriebsbedingungen festgelegt wird).
  • Bei dem Lernfunktionsabschnitt 226 für das Luft- Kraftstoff-Verhältnis erfolgt ein Lernvorgang hinsichtlich der Abweichung zwischen dem Rückführregelungswert und dem Vergleichswert, welche durch eine Verschlechterung bzw. Änderungen von Bauteilen des Regelungssystems des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses verursacht wird. Speziell wird eine Abweichung Aa zwischen dem Vergleichswert (α0 = 0) und einem Wert, welcher durch gewichtete Mittelwerte, welche sich aus einer Vielzahl von Bestimmungswerten des Rückführregelungswerts u(t) ergeben, erhalten wird, welcher der Rückführkorrekturkoeffizient α des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist, berechnet, und ein vorbestimmtes Abweichungsverhältnis Δα (<1) wird als Lernwert UL berechnet, um gespeichert und aktualisiert zu werden.
  • Der Festlegungsabschnitt 227 verschiedener Korrekturwerte legt verschiedene Korrekturwerte UK fest, wie etwa einen Wassertemperatur-Korrekturkoeffizienten auf der Basis eines erfaßten Wassertemperaturwerts.
  • Der Lernwert UL und die verschiedenen Korrekturwerte UK entsprechen dem Korrekturwert der bleibenden Abweichung.
  • Sodann wird als kennzeichnendes Merkmal des vorliegenden Ausführungsbeispiels nicht der Rückführregelungswert u(t), welcher durch den S/M-Regelungsabschnitt 221 berechnet wird, sondern es werden der Lernwert UL und die verschiedenen Korrekturkoeffizienten UK zu dem Rückführkorrekturwert addiert, und der addierte Wert (= u(t) + UL +UK, wobei dies als Regelungswert nach einer nachfolgenden Korrektur bezeichnet wird) wird in das Verlustzeitausgleichsglied 222 eingegeben.
  • Der Grund dafür, daß der Regelungswert nach einer Korrektur in das Verlustzeitausgleichsglied 222 eingegeben wird, ist der folgende.
  • Es wird nämlich in dem Fall einer Umstellung des Lernwerts UL des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses oder einer Änderung der verschiedenen Korrekturwerte aufgrund einer Änderung des. Betriebsbereichs selbst dann, wenn der berechnete Rückführregelungswert konstant ist, die Anlageneingangsgröße geändert, und das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis λr, welches die Anlagenausgangsgröße ist, wird gleichfalls geändert.
  • Daher ist es unmöglich, eine Ausgangsgröße (Luft- Kraftstoff-Verhältnis), welche einer tatsächlichen Anlageneingangsgröße entspricht, lediglich durch Berechnen eines vorhergesagten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nach Ablauf der Verlustzeit auf der Basis des Rückführregelungswerts, wie bei der allgemeinen Verlustzeitausgleichsregelung, vorherzusagen, was zu einer Verminderung der Genauigkeit der Verlustzeit ausgleichsregelung führt.
  • Infolgedessen wird aufgrund der Tatsache, daß ein geeigneter Rückführregelungswert nicht berechnet werden kann, die Genauigkeit der Rückführregelung des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses verschlechtert (und zugleich damit wird auch die Bestimmungsgenauigkeit des Anlagenmodells verschlechtert).
  • Daher wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Regelungswert nach einer Korrektur, welcher durch Korrigieren des berechneten Rückführregelungswerts u(t) durch den Lernwert UL des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und verschiedene Korrekturkoeffizienten UK erhalten wird, in das Verlustzeitausgleichsglied 222 eingegeben.
  • Somit ist es möglich, die Ausgangsgröße, welche der tatsächlichen Anlageneingangsgröße entspricht, vorherzusagen, so daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nach Ablauf der Verlustzeit genau vorhergesagt werden kann und ferner die Genauigkeit der Verlustzeitausgleichsregelung verbessert werden kann, um den geeigneten Rückführregelungswert zu berechnen (es sei bemerkt, daß infolgedessen auch die Bestimmungsgenauigkeit des Anlagenmodells verbessert wird).
  • Der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung Nr. 2001-384053, eingereicht am 18. Dezember 2001, und der japanischen Patentanmeldung Nr. 2001-401918, eingereicht am 28. Dezember 2001, für welche Priorität beansprucht wird, ist in der vorliegenden Schrift durch Bezugnahme aufgenommen.
  • Obgleich lediglich ausgewählte Ausführungsbeispiele ausgewählt wurden, um die vorliegende Erfindung darzustellen, ist für Fachkundige aus der vorliegenden Offenbarung ersichtlich, daß verschiedene Änderungen und Abwandlungen daran vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung gemäß Definition in den beigefügten Ansprüchen abzuweichen.
  • Ferner sind die vorangehenden Beschreibungen der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele lediglich zu Darstellungszwecken dargelegt und nicht zu dem Zweck, die Erfindung gemäß den beigefügten Ansprüchen und deren Äquivalenten zu begrenzen. P 34661 Legende Fig. 2

    Fig. 3

    Fig. 4



    Fig. 6

    Fig. 7



    Fig. 8

Claims (24)

1. Regelungsvorrichtung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors, welche ein tatsächliches Luft- Kraftstoff-Verhältnis durch einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Sensor erfaßt, eine Kraftstoffeinspritzmenge unter Verwendung eines Rückführregelungswerts auf der Basis des tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und eines Luft-Kraftstoff- Sollverhältnisses berechnet und Kraftstoff durch ein Kraftstoffeinspritzventil auf der Basis eines Einspritzsignals, welches der Einspritzmenge entspricht, einspritzt, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu regeln, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß:
ein Anlagenmodell, welches eine Anlage zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor darstellt, sequentiell bestimmt wird, um einen Eingangsseitenparameter und Ausgangsseitenparameter zu berechnen, welche auf einer Eingangsseite bzw. einer Ausgangsseite des Anlagenmodells eingesetzt werden;
eine Regelungsverstärkung zum Berechnen des Rückführregelungswerts unter Verwendung des berechneten Eingangsseitenparameters und der berechneten Ausgangsseitenparameter berechnet wird, wenn ein Betragswert des berechneten Eingangsseitenparameters ein vorbestimmter Grenzwert oder größer als dieser ist;
die Regelungsverstärkung unter Verwendung des Grenzwerts und der berechneten Ausgangsseitenparameter berechnet wird, wenn der Betragswert des berechneten Eingangsseitenparameters kleiner als der Grenzwert ist; und
der Rückführregelungswert unter Verwendung der berechneten Regelungsverstärkung berechnet wird.
2. Regelungsvorrichtung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 1, wobei die Regelungsverstärkung derart berechnet wird, daß eine Übertragungsfunktion, welche das Gesamtsystem mit der Anlage darstellt, eine vorbestimmte Kennkurvenform aufweist.
3. Regelungsvorrichtung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 1,
wobei das Anlagenmodell ein quadratisches ARX-Mode 11 ist und
die Parameter des Anlagenmodells unter Verwendung eines rekursiven Verfahrens zur Bestimmung der kleinsten Quadrate berechnet werden.
4. Regelungsvorrichtung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 1, wobei der Rückführregelungswert unter Verwendung der Regelungsverstärkung durch eine Gleitmodusregelung berechnet wird.
5. Regelungsvorrichtung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 1, wobei der Rückführregelungswert durch Durchführen eines Verlustzeitausgleichs zum Beseitigen eines Einflusses der Verlustzeit, welche der Anlage zugeordnet ist, unter Verwendung des Anlagenmodells berechnet wird.
6. Regelungsvorrichtung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors, welche ein tatsächliches Luft- Kraftstoff-Verhältnis durch einen Luft-Kraftstoff-Verhälinis- Sensor erfaßt, eine Kraftstoffeinspritzmenge unter Verwendung eines Rückführregelungswerts auf der Basis des tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und eines Luft-Kraftstoff- Sollverhältnisses berechnet und Kraftstoff durch ein Kraftstoffeinspritzventil auf der Basis eines Einspritzsignals, welches der Einspritzmenge entspricht, einspritzt, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu regeln, umfassend:
eine Bestimmungseinrichtung zum sequentiellen Bestimmen eines Anlagenmodells, welches eine Anlage zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor darstellt, um einen Eingangsseitenparameter und Ausgangsseitenparameter zu berechnen, welche auf einer Eingangsseite bzw. einer Ausgangsseite des Anlagenmodells eingesetzt werden;
eine Regelungsverstärkungs-Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer Regelungsverstärkung zum Berechnen des Rückführregelungswerts unter Verwendung des berechneten Eingangsseitenparameters und der berechneten Ausgangsseitenparameter;
eine Rückführregelungswerts-Berechnungseinrichtung zum Berechnen des Rückführregelungswerts unter Verwendung der berechneten Regelungsverstärkung; und
eine Ausgabeeinrichtung zum Berechnen einer Kraftstoffeinspritzmenge unter Verwendung des Rückführregelungswerts, um ein Einspritzsignal, welches der Kraftstoffeinspritzmenge entspricht, zu dem Kraftstoffeinspritzventil auszugeben, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Regelungsverstärkungs-Berechnungseinrichtung einen Betragswert des berechneten Eingangsseitenparameters auf einen Wert in Höhe eines vorbestimmten Grenzwerts oder darüber begrenzt und die Regelungsverstärkung unter Verwendung des Grenzwerts anstatt des berechneten Eingangsseitenparameters berechnet, wenn der Betragswert des berechneten Eingangsseitenparameters kleiner als der Grenzwert ist.
7. Regelungsverfahren des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors, welches ein tatsächliches Luft-Kraftstoff- Verhältnis durch einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfaßt, eine Kraftstoffeinspritzmenge unter Verwendung eines Rückführregelungswerts auf der Basis des tatsächlichen Luft- Kraftstoff-Verhältnisses und eines Luft-Kraftstoff- Sollverhältnisses berechnet und Kraftstoff durch ein Kraftstoffeinspritzventil auf der Basis eines Einspritzsignals, welches der Einspritzmenge entspricht, einspritzt, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu regeln, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
sequentielles Bestimmen eines Anlagenmodells, welches eine Anlage zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil und dem Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Sensor darstellt, um einen Eingangsseitenparameter und Ausgangsseitenparameter zu berechnen, welche auf einer Eingangsseite bzw. einer Ausgangsseite des Anlagenmodells eingesetzt werden;
Berechnen einer Regelungsverstärkung zum Berechnen des Rückführregelungswerts unter Verwendung des berechneten Eingangsseitenparameters und der berechneten Ausgangsseitenparameter, wenn ein Betragswert des berechneten Eingangsseitenparameters ein vorbestimmter Grenzwert oder größer als dieser ist;
Berechnen der Regelungsverstärkung unter Verwendung des Grenzwerts und der berechneten Ausgangsseitenparameter, wenn der Betragswert des berechneten Eingangsseitenparameters kleiner als der Grenzwert ist; und
Berechnen des Rückführregelungswerts unter Verwendung der berechneten Regelungsverstärkung.
8. Regelungsverfahren des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 7, wobei die Regelungsverstärkung derart berechnet wird, daß eine Übertragungsfunktion, welche das Gesamtsystem mit der Anlage darstellt, eine vorbestimmte Kennkurvenform aufweist.
9. Regelungsverfahren des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 7,
wobei das Anlagenmodell ein quadratisches ARX-Modell ist und
die Parameter des Anlagenmodells unter Verwendung eines rekursiven Verfahrens zur Bestimmung der kleinsten Quadrate
10. Regelungsverfahren des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 7, wobei der Rückführregelungswert unter Verwendung der Regelungsverstärkung durch eine Gleitmodusregelung berechnet wird.
11. Regelungsverfahren des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 7, wobei der Rückführregelungswert durch Durchführen eines Verlustzeitausgleichs zum Beseitigen eines Einflusses der Verlustzeit, welche der Anlage zugeordnet ist, unter Verwendung des Anlagenmodells berechnet wird.
12. Regelungsvorrichtung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors, welche ein tatsächliches Luft- Kraftstoff-Verhältnis durch einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Sensor erfaßt, eine Kraftstoffeinspritzmenge unter Verwendung eines Rückführregelungswerts auf der Basis des tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und eines Luft-Kraftstoff- Sollverhältnisses und eines Korrekturwerts der bleibenden Abweichung für das Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis berechnet und Kraftstoff durch ein Kraftstoffeinspritzventil auf der Basis eines Einspritzsignals, welches der Einspritzmenge entspricht, einspritzt, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu regeln, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß:
ein Anlagenmodell, welches eine Anlage zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor darstellt, verwendet wird, um ein vorhergesagtes Luft- Kraftstoff-Verhältnis nach Ablauf der Verlustzeit, welche der Anlage zugeordnet ist, zu berechnen;
der Rückführregelungswert berechnet wird, wobei ein Verlustzeitausgleich zum Beseitigen eines Einflusses der Verlustzeit unter Verwendung des berechneten vorhergesagten Luft- Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt wird;
der Korrekturwert der bleibenden Abweichung festgelegt wird;
das vorhergesagte Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Einsetzen eines Werts, welcher durch Addieren des Korrekturwerts der bleibenden Abweichung zu dem Rückführregelungswert erhalten wird, als Anlageneingangsgröße berechnet wird.
13. Regelungsvorrichtung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 12, wobei der Korrekturwert der bleibenden Abweichung einen Lernwert umfaßt, welcher durch einen Lernvorgang hinsichtlich einer Abweichung des Rückführregelungswerts von einem Vergleichswert erhalten wird.
14. Regelungsvorrichtung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 12, wobei der Korrekturwert der bleibenden Abweichung verschiedene Korrekturwerte zum Korrigieren einer Kraftstoffeinspritz-Basismenge, welche dem Luft-Kraftstoff- Sollverhältnis entspricht, gemäß den Betriebsbedingungen umfaßt.
15. Regelungsvorrichtung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 12, wobei der Rückführregelungswert durch eine Gleitmodusregelung berechnet wird.
16. Regelungsvorrichtung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 12, wobei das Anlagenmodell vorher gemäß den Betriebsbedingungen festgelegt wird.
17. Regelungsvorrichtung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 12, wobei das Anlagenmodell sequentiell bestimmt wird.
18. Regelungsvorrichtung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors, welche ein tatsächliches Luft- Kraftstoff-Verhältnis durch einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis- Sensor erfaßt, eine Kraftstoffeinspritzmenge unter Verwendung eines Rückführregelungswerts auf der Basis des tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und eines Luft-Kraftstoff- Sollverhältnisses und eines Korrekturwerts der bleibenden Abweichung für das Luft-Kraftstoff-Sollverhältnis berechnet und Kraftstoff durch ein Kraftstoffeinspritzventil auf der Basis eines Einspritzsignals, welches der Einspritzmenge entspricht, einspritzt, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu regeln, umfassend:
eine Verlustzeitausgleichseinrichtung zum Durchführen eines Verlustzeitausgleichs, wobei ein Anlagenmodell verwendet wird, welches eine Anlage zwischen einem Kraftstoffeinspritzventil und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor darstellt, um ein vorhergesagtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis nach Ablauf der Verlustzeit, welche der Anlage zugeordnet ist, zu berechnen;
eine Rückführregelungswerts-Berechnungseinheit zum Berechnen des Rückführregelungswerts bei Bedingungen, wobei ein Einfluß der Verlustzeit durch die Verlustzeitausgleichseinrichtung beseitigt wird;
eine Festlegungseinrichtung des Korrekturwerts der bleibenden Abweichung zum Festlegen des Korrekturwerts der bleibenden Abweichung; und
eine Ausgabeeinrichtung zum Berechnen einer Kraftstoffeinspritzmenge unter Verwendung des Rückführregelungswerts und des Korrekturwerts der bleibenden Abweichung, um ein Einspritzsignal, welches der Kraftstoffeinspritzmenge entspricht, zu dem Kraftstoffeinspritzventil auszugeben, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß:
die Verlustzeitausgleichseinrichtung das vorhergesagte Luft-Kraftstoff-Verhältnis nach Ablauf der Verlustzeit durch Einsetzen eines Werts, welcher durch Addieren des Korrekturwerts der bleibenden Abweichung zu dem Rückführregelungswert erhalten wird, als Anlageneingangsgröße berechnet.
19. Regelungsverfahren des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors, welches ein tatsächliches Luft-Kraftstoff- Verhältnis durch einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor erfaßt, eine Kraftstoffeinspritzmenge unter Verwendung eines Rückführregelungswerts auf der Basis des tatsächlichen Luft- Kraftstoff-Verhältnisses und eines Luft-Kraftstoff- Sollverhältnisses berechnet und Kraftstoff durch ein Kraftstoffeinspritzventil auf der Basis eines Einspritzsignals, welches der Einspritzmenge entspricht, einspritzt, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu regeln, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
Verwenden eines Anlagenmodells, welches eine Anlage zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil und dem Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Sensor darstellt, um ein vorhergesagtes Luft- Kraftstoff-Verhältnis nach Ablauf der Verlustzeit, welche der Anlage zugeordnet ist, zu berechnen;
Berechnen des Rückführregelungswerts, wobei ein Verlustzeitausgleich zum Beseitigen eines Einflusses der Verlustzeit unter Verwendung des berechneten vorhergesagten Luft- Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt wird;
Festlegen des Korrekturwerts der bleibenden Abweichung; und
Berechnen des vorhergesagten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch Einsetzen eines Werts, welcher durch Addieren des Korrekturwerts der bleibenden Abweichung zu dem Rückführregelungswert erhalten wird, als Anlageneingangsgröße.
20. Regelungsverfahren des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 19, wobei der Korrekturwert der bleibenden Abweichung einen Lernwert umfaßt, welcher durch einen Lernvorgang hinsichtlich einer Abweichung des Rückführregelungswerts von einem Vergleichswert erhalten wird.
21. Regelungsverfahren des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 19, wobei der Korrekturwert der bleibenden Abweichung verschiedene Korrekturwerte zum Korrigieren einer Kraftstoffeinspritz-Basismenge, welche zu dem Luft-Kraftstoff- Sollverhältnis entspricht, gemäß den Betriebsbedingungen umfaßt.
22. Regelungsverfahren des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 19, wobei der Rückführregelungswert durch eine Gleitmodusregelung berechnet wird.
23. Regelungsverfahren des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 19, wobei das Anlagenmodell vorher gemäß den Betriebsbedingungen festgelegt wird.
24. Regelungsverfahren des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 19, wobei das Anlagenmodell sequentiell bestimmt wird.
DE10259312A 2001-12-18 2002-12-18 Regelungsvorrichtung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors und Verfahren davon Withdrawn DE10259312A1 (de)

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