DE4341132C2

DE4341132C2 - Luft/Kraftstoffverhältnis-Kalkulator für Mehrzylinder-Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE4341132C2
Application number: DE4341132A
Authority: DE
Inventors: Yusuke Hasegawa; Hidetaka Maki
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1992-12-02
Filing date: 1993-12-02
Publication date: 1997-02-13
Anticipated expiration: 2013-12-03
Also published as: US5462037A; JP3162521B2; DE4341132A1; JPH06173755A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luft/Kraftstoffver hältnis-Kalkulator für einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Luft/Kraft stoffverhältnis-Kalkulator für einen Mehrzylinder-Ver brennungsmotor zur Schätzung der Luft/Kraftstoffverhältnis se an den einzelnen Zylindern aus einem Ausgangssignal eines einzigen Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors der an einer Zu sammenflußstelle eines Auspuffsystems vorgesehen ist.

Gewöhnlich wird ein als Sauerstoffkonzentrationsdetektor ausgebildeter Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor im Auspuff system eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors installiert, wobei das detektierte Luft/Kraftstoffverhältnis durch Rege lung der dem Motor zugeführten Kraftstoffmenge auf ein ge wünschtes Luft/Kraftstoffverhältnis geregelt wird. Ein Sy stem dieser Art ist beispielsweise in der JP 59-101 562 A1 beschrieben.

Wird ein einziger Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor auf diese Weise an der Zusammenflußstelle (der Auspuffverteilerverbin dung) eines Mehrzylindermotors mit beispielsweise vier oder sechs Zylindern installiert, so repräsentiert das Ausgangs signal des Sensors eine Mischung der Werte an allen Zylin dern. Damit wird es schwierig, das tatsächliche Luft/Kraft stoffverhältnis an jedem Zylinder zu erhalten, wodurch es wiederum schwierig wird, das tatsächliche Luft/Kraftstoff verhältnis richtig auf ein gewünschtes Luft/Kraftstoffver hältnis zu regeln. Obwohl dies durch die Anbringung von Sensoren an den einzelnen Zylindern lösbar ist, wird die Einrichtung notwendigerweise aufwendig und führt darüber hinaus zu einem weiteren Problem hinsichtlich der Lebens dauer der Sensoren.

Aus diesem Grunde hat die Anmelderin einen Luft/Kraftstoff verhältnis-Kalkulator unter Ausnutzung eines Auspuffgasmo dells (Modell mit variablen diskreten Zuständen) vorgeschla gen, der das Verhalten des Auspuffgases in einem Mehrzylin der-Verbrennungsmotor beschreibt, der mit einem einzigen Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor an der Zusammenflußstelle des Auspuffsystems versehen ist (nachveröffentlichte Anmeldung mit älterem Zeitrang EP 0 553 570 A2). Es wird eine Zustandsgleichung definiert, welche die Luft/Kraftstoffverhältnisse an den einzelnen Zylindern anzeigende Zustandsvariablen definiert, wobei ein Orter zur Rekonstruktion einer ungemessenen Zu standsvariablen derart ausgebildet ist, daß die Luft/Kraft stoffverhältnisse an den einzelnen Zylindern genau geschätzt werden.

Wird ein derartiger Kalkulator in einem digitalen Computer realisiert, so wird es notwendig, einen Änderungsbereich und einen kleinsten Wert für jede Variable zu definieren, da der digitale Computer eine endliche Wortlänge mit beispielsweise 4, 8, 16 oder 32 Bit besitzt. Generell wird der Änderungsbe reich aus einem möglichen maximalen Wert bestimmt, den die betreffende Variable annehmen kann, wobei der kleinste Wert der Variablen durch Teilen des möglichen maximalen Wertes durch die Wortlänge des digitalen Computers bestimmt wird. Wenn eine Wahrscheinlichkeit besteht, daß eine Eingangs größe oder ein Berechnungsergebnis der Variablen den so be stimmten Änderungsbereich übersteigen kann, so wird der Be reich derart erweitert, daß keine Überschreitung auftritt, wobei der kleinste Wert in der oben beschriebenen Weise neu berechnet wird.

Daher schätzt der sogenannte Orter eine ungemessene Zu standsvariable derart, daß ein Fehler zwischen den Zustands variablen eines Steuersystems und des Orters gegen Null geht. Im Verlauf der Schätzung kann jedoch der geschätzte Wert zeitweise ein Wert sein, der in der realen Welt nie mals vorkommt. Andererseits muß das Auflösungsvermögen in der Schätzung das gleiche wie das der tatsächlichen Variab len sein. Bei Realisierung in einem Bordmikrocomputer mit kleinerer Wortlänge und geringem Leistungsvermögen tritt daher das unvereinbare Problem auf, daß das Auflösungsver mögen der Variablen grob wird, wenn ihr Änderungsbereich groß gemacht wird, während der Bereich kleiner wird, wenn das Auflösungsvermögen fein gemacht wird. Wird insbesondere das geringstwertige Bit (LSB) der Variablen zur Verbesserung der Genauigkeit einem kleinen Wert zugeordnet, so ist ein möglicher Maximalwert der Variablen daher bis zu einem ge wissen Maß begrenzt, wodurch der Änderungsbereich der Va riablen automatisch eingeschränkt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das vorgenannte Problem zu lösen und einen Luft/Kraftstoff verhältnis-Kalkulator für einen Mehrzylinder-Verbrennungs motor anzugeben, der in einfacher Weise in einem im Fahr zeug montierten Mikrocomputer kleinen Leistungsvermögens realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Luft/Kraftstoffverhältnis-Kal kulator der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteran sprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei spielen gemäß den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht eines Luft/Kraft stoffverhältnis-Regelsystems für einen Vier zylinder-Verbrennungsmotor in Hardware-Ausführung zur Realisierung eines erfindungsgemäßen Luft/Kraft stoffverhältnis-Kalkulators;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Regeleinheit nach Fig. 1 im einzelnen;

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Modells, welches das De tektorverhalten eines Luft/Kraftstoffverhältnis-Sen sors nach Fig. 2 beschreibt;

Fig. 4 ein Blockschaltbild des Modells nach Fig. 3, das in einer diskontinuierlichen Zeitfolge für die Periode Delta T diskontinuierlich geschaltet ist;

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Echtzeitkalkulators auf der Basis des Modells nach Fig. 4;

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines als "Auspuffgasmodell" bezeichneten Modells, welches das Verhalten des Auspuffsystems des Motors beschreibt, auf dem der erfindungsgemäße Luft/Kraftstoffverhältnis-Kalku lator basiert;

Fig. 7 eine Ansicht zur Erläuterung der Situation einer Simulation unter Verwendung des Modells nach Fig. 6 unter der Annahme, daß drei Zylindern des Vier zylindermotors Kraftstoff zur Realisierung eines Luft/Kraftstoffverhältnisses von 14,7 : 1 und einem Zylinder Kraftstoff zur Realisierung eines Luft/Kraft stoffverhältnisses von 12,0 : 1 zugeführt wird;

Fig. 8 das Ergebnis der Simulation unter Darstellung der Ausgangsgröße des Auspuffgasmodells, die ein Maß für das Luft/Kraftstoffverhältnis an der Zusammen flußstelle des Auspuffsystems des Motors ist, wenn Kraftstoff gemäß Fig. 7 zugeführt wird;

Fig. 9 ein weiteres Ergebnis der Simulation unter Dar stellung der Ausgangsgröße des Auspuffgasmodells, die für eine Sensor-Detektoransprechverzögerung im Gegensatz zur tatsächlichen Sensorausgangsgröße eingestellt ist;

Fig. 10 ein Blockschaltbild der Ausgestaltung eines ge wöhnlichen Orters;

Fig. 11 ein Blockschaltbild der Ausgestaltung eines im er findungsgemäßen Luft/Kraftstoffverhältnis-Kalkula tors verwendeten Orters;

Fig. 12 ein Blockschaltbild der grundsätzlichen Ausgestal tung des erfindungsgemäßen Luft/Kraftstoffverhält nis-Kalkulators;

Fig. 13 das Ergebnis einer Simulation unter Darstellung der Schätzung durch den Orter nach Fig. 12;

Fig. 14 eine der Fig. 13 entsprechende Ansicht unter Dar stellung des Ergebnisses einer ein erstes erfin dungsgemäßes Ausführungsbeispiel demonstrierenden Simulation, wobei der Orter derart ausgestaltet ist, daß der geschätzte Wert auf eine Grenze be schränkt wird, wenn diese überschritten wird; und

Fig. 15 eine der Fig. 13 entsprechende Ansicht unter Dar stellung des Ergebnisses einer ein zweites erfin dungsgemäßes Ausführungsbeispiel demonstrierenden Simulation, wobei der Orter so ausgestaltet ist, daß der geschätzte Wert auf einen Anfangswert zu rückgeführt wird, wenn die Grenze überschritten wird.

Fig. 1 zeigt eine schematische Gesamtansicht eines Luft/Kraft stoffverhältnis-Regelsystems für einen Vierzylinder-Ver brennungsmotor, das die Basis eines erfindungsgemäßen Luft/Kraftstoffverhältnis-Kalkulators bildet.

Bei einem Verbrennungsmotor 10 mit vier Zylindern wird Luft durch ein am hinteren Ende eines Luftansaugweges 12 montier tes Luftfilter 14 angesaugt und den vier Zylindern über einen Ansaugluftverteiler 18 zugeführt, wobei die Strömung durch eine Drosselklappe 16 eingestellt wird. Im Bereich eines (nicht dargestellten) Ansaugventils des jeweiligen Zylinders ist ein Einspritzer 20 zur Einspritzung von Kraft stoff installiert. Der eingespritzte Kraftstoff mischt sich mit der Ansaugluft unter Bildung eines Luft/Kraftstoffgemi sches, das durch eine (nicht dargestellte) Zündkerze im zugehörigen Zylinder gezündet wird. Die daraus entstehende Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemisches treibt einen (nicht dargestellten) Kolben nach unten. Das durch die Verbrennung erzeugte Auspuffgas wird durch ein (nicht dargestelltes) Auspuffventil in einen Auspuffverteiler 22 ausgebracht, aus dem es durch ein Auspuffrohr 24 zu einem Dreiwegekatalysator 26 geführt wird, durch den es vor der Ausbringung nach außen von giftigen Komponenten befreit wird. Weiterhin ist ein Nebenweg 28 für den Luftansaugweg 12 im Bereich der Drossel klappe 16 vorgesehen.

Zur Detektierung der Kolbenkurbelwinkel ist in einem (nicht dargestellten) Verteiler des Verbrennungsmotors 10 ein Kur belwinkelsensor 34, zur Detektierung des Öffnungsgrades der Drosselklappe 16 ein Drosselklappenstellungs-Sensor 36 und zur Detektierung des Drucks der Ansaugluft hinter der Dros selklappe 16 als Absolutdruck ein Verteilerabsolutdruck-Sensor 38 vorgesehen. Ein als Sauerstoffkonzentrationsdetek tor ausgebildeter Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor 40 ist am Auspuffrohr 24 im Auspuffsystem an einer Stelle hinter dem Auspuffverteiler 22 und vor dem Dreiwegekatalysator 26 vor gesehen, wo er das Luft/Kraftstoffverhältnis des Auspuffga ses detektiert. Die Ausgangssignale dieser Sensoren werden in eine Regeleinheit 42 eingegeben.

Einzelheiten der Regeleinheit 42 sind im Blockschaltbild nach Fig. 2 dargestellt. Das Ausgangssignal des Luft/Kraft stoffverhältnis-Sensors 40 wird von einer Detektorschaltung 46 der Regeleinheit 42 aufgenommen, in der es zur Gewinnung eines Luft/Kraftstoffverhältnisses (A/F) einem Linearisie rungsprozeß unterworfen wird. Das Luft/Kraftstoffverhältnis ist dabei durch die Tatsache gekennzeichnet, daß es sich in einem weiten Bereich von mager zu reich linear mit der Sauerstoffkonzentration des Auspuffgases ändert. Da dieser Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor im einzelnen in der JP 4-369 471 A be schrieben ist, wird er hier nicht mehr erläutert. In den folgenden Erläuterungen wird der Luft/Kraftstoffverhältnis-Sen sor 40 als "LAF-Sensor" bezeichnet (die Bezeichnung ist von der Charakteristik abgeleitet, in der das Luft/Kraft stoffverhältnis linear detektiert werden kann).

Das Ausgangssignal der Detektorschaltung 46 wird über einen A/D (Analog/Digital)-Umsetzer 48 in einen Mikrocomputer ein gegeben, der sich aus einer CPU (Zentralprozessoreinheit) 50, einem ROM (Festwertspeicher) 52 und einem RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) 54 zusammensetzt. Das Ausgangssig nal wird dabei im RAM 54 gespeichert. Entsprechend werden die analogen Ausgangssignale des Drosselklappenstellungs-Sen sors 36 und des Verteilerabsolutdruck-Sensors 38 über einen Pegelumsetzer 56, einen Multiplexer 58 und einen zwei ten A/D-Umsetzer 60 in den Mikrocomputer eingegeben, während das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 34 durch einen Impulsgenerator 62 geformt wird, dessen Ausgangswert durch einen Zähler 64 gezählt wird; das Zählergebnis wird in den Mikrocomputer eingegeben. In Abhängigkeit von im ROM 52 ge speicherten Befehlen nutzt die CPU 50 des Mikrocomputers die detektierten Werte zur Berechnung eines Luft/Kraftstoffver hältnis-Rückkoppelregelwertes aus, steuert die Einspritzer 20 der entsprechenden Zylinder über einen Treiber 66 an und steuert ein Hubmagnetventil 70 über einen zweiten Treiber 68 zur Regelung der Menge vom durch den Nebenweg 28 strömender Sekundärluft an.

Nachfolgend wird eine Luft/Kraftstoffschätzung an den ein zelnen Zylindern aus dem Ausgangssignal des an der Zusammen flußstelle des Auspuffsystems (d. h. am Auspuffrohr 24) in stallierten einzigen Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor 40 er läutert. Da die Schätzung selbst in einer früheren Anmeldung der Anmelderin beschrieben ist und das Ziel der vorliegenden Erfindung in der Art der Realisierung eines Luft/Kraftstoff verhältnis-Kalkulators in einem Bordcomputer mit kleinerer Wortlänge und geringem Leistungsvermögen besteht, wird le diglich eine kurze Erläuterung gegeben.

Für eine hochgenaue Trennung und Entnahme der Luft/Kraft stoffverhältnisse der einzelnen Zylinder aus dem Ausgangs signal des einzigen LAF-Sensors 40 ist es zunächst notwen dig, die Detektoransprechverzögerung des LAF-Sensors zu er mitteln. Diese Verzögerung wird als Verzögerung erster Ord nung betrachtet, wozu ein Modell gemäß Fig. 3 gebildet wird. Wird LAF als Ausgangssignal des LAF-Sensors und A/F als Eingangs-Luft/Kraftstoffverhältnis definiert, so kann die Zustandsgleichung folgendermaßen geschrieben werden:

Wird die Zustandsgleichung für eine Periode Delta T in einer diskontinuierlichen Zeitfolge diskontinuierlich gestaltet, so ergibt sich:

Dabei gilt:

Gleichung (2) ist in Fig. 4 als Blockschaltbild dargestellt.

Daher kann Gleichung (2) zur Gewinnung des tatsächlichen Luft/Kraftstoffverhältnisses aus dem Sensorausgangssignal verwendet werden. Da Gleichung (2) als Gleichung (3) um formuliert werden kann, kann daher der Wert im Zeitpunkt k-1 gemäß Gleichung (4) aus dem Wert im Zeitpunkt k rückgerech net werden.

Speziell ergibt die Verwendung einer Z-Transformation zur Darstellung von Gleichung (2) in einer Transferfunktion Gleichung (5), so daß eine Echtzeitschätzung des Luft/ Kraftstoffverhältnisses im vorhergehenden Zyklus durch Multiplikation des Sensorausgangssignals LAF des laufenden Zyklus mit seiner inversen Transferfunktion gewonnen werden kann. Fig. 5 ist ein Blockschaltbild der Echtzeitschätzung.

Die Trennung und Entnahme der Luft/Kraftstoffverhältnisse der einzelnen Zylinder unter Verwendung des in der vorste hend angegebenen Weise geschätzten Luft/Kraftstoffverhält nisses wird nachfolgend erläutert.

Wie in der früheren Anmeldung ausgeführt, wird das Luft/Kraft stoffverhältnis an der Zusammenflußstelle des Aus puffsystems als Mittelwert angenommen, der zur Darstellung der Zeitbasisverteilung der Luft/Kraftstoffverhältnisse der einzelnen Zylinder gewichtet ist. Damit wird es möglich, das Luft/Kraftstoffverhältnis an der Zusammenflußstelle im Zeit punkt k gemäß Gleichung (6) auszudrücken. Da im Auspuffgas modell F (Kraftstoff) als geregelte Variable gewählt wurde, wird in der Figur an Stelle des Luft/Kraftstoffverhältnis ses A/F die Größe Kraftstoff/Luftverhältnis F/A verwendet. Für ein leichteres Verständnis wird nachfolgend jedoch der Begriff "Luft/Kraftstoffverhältnis" verwendet, soweit durch ihn keine Verwirrung entsteht. In der Gleichung bezeichnet n die Zylindernummer, wobei die Zündreihenfolge der Zylinder als 1, 3, 4, 2 definiert ist. Das Luft/Kraftstoffverhältnis (richtig das Kraftstoff/Luftverhältnis (F/A)) ist hier der durch Korrektur hinsichtlich der Ansprechverzögerung gewon nene geschätzte Wert.

[F/A](k) = C₁[F/A#₁] + C₂[F/A#₃] + C₃[F/A#₄] + C₄[F/A#₂]
[F/A](k+1) = C₁[F/A#₃] + C₂[F/A#₄] + C₃[F/A#₂] + C₄ [F/A#₁]
[F/A](k+2) = C₁[F/A#₄] + C₂[F/A#₂] + C₃[F/A#₁] + C₄[F/A#₃] (6)

Speziell kann das Luft/Kraftstoffverhältnis an der Zusammenflußstelle im Modell als Summe der Produkte der Zündhistorie der entsprechenden Zylinder und der Wichtungen C angegeben werden (beispielsweise 40% für den Zylinder, der zuletzt gezündet hat, 30% für den Zylinder, der davor gezündet hat, usw.). Das Modell ist im Blockschaltbild nach Fig. 6 dargestellt (im folgenden als "Auspuffgasmodell" bezeichnet). Die Zustandsgleichung des Auspuffgasmodells kann folgendermaßen geschrieben werden:

Wird das Luft/Kraftstoffverhältnis an der Zusammenflußstelle als y(k) definiert, so kann die Ausgangsgleichung folgendermaßen geschrieben werden:

Hier gilt:

c1: 0.25379, c2: 0.10121, c3: 0.46111, c4: 0.18389

Da u(k) in dieser Gleichung nicht geortet werden kann, so ist es weiterhin nicht möglich, x(k) zu orten, selbst wenn aus dieser Gleichung ein Orter abgeleitet wird. Wird jedoch x(k+1) = x(k-3) unter der Annahme eines stabilen Betriebs zustandes definiert, in dem keine abrupte Änderung im Luft/Kraftstoffverhältnis gegenüber demjenigen um 4 TDC früher (d. h. gegenüber denjenigen des gleichen Zylinders) auftritt, so ergibt sich Gleichung (9):

Das Simulationsergebnis für das in der vorstehend angegebe nen Weise gewonnene Auspuffgasmodell wird nachfolgend er läutert. Fig. 7 zeigt eine Situation der Simulation, in der drei Zylindern des Vierzylinder-Verbrennungsmotors Kraft stoff zur Realisierung eines Luft/Kraftstoffverhältnisses von 14,7 : 1 und einem Zylinder Kraftstoff zur Realisierung eines Luft/Kraftstoffverhältnisses von 12,0 : 1 zugeführt wird. Fig. 8 zeigt das Ergebnis der Simulation mit einem Luft/Kraftstoffverhältnis in diesem Zeitpunkt an der Zu sammenflußstelle, wie es unter Verwendung des oben ange gebenen Auspuffgasmodells gewonnen wird. Während Fig. 8 zeigt, daß ein stufenförmiges Ausgangssignal gewonnen wird, wenn die obengenannte Ansprechverzögerung des LAF-Sensors berücksichtigt wird, ergibt sich gemäß Fig. 9 eine ge glättete Kurve die als "hinsichtlich Verzögerung justierte Modellausgangsgröße" bezeichnet wird. Die enge Übereinstim mung der Kurvenverläufe der Modellausgangsgröße und der tatsächlichen Sensorausgangsgröße verifiziert die Gültigkeit des Auspuffgasmodells als Modell des Auspuffgassystems eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors.

Damit wird das Problem auf dasjenige eines gewöhnlichen Kalman-Filters zurückgeführt, in dem X(k) in der Zustands gleichung betrachtet wird und die Ausgangsgleichung sich ge mäß Gleichung (10) ergibt. Wenn die Wichtungsmatrizen Q, R als Gleichung (11) festgelegt werden und die Riccati-Gleichung gelöst wird, so ergibt sich die Gewinnmatrix K ge mäß Gleichung (12).

Die Lösung nach A-KC daraus ergibt Gleichung (13).

Fig. 10 zeigt die Ausgestaltung eines gewöhnlichen Orters. Da im vorliegenden Modell jedoch keine Eingangsgröße u(k) vorhanden ist, besitzt die Konfiguration lediglich y(k) als Eingangsgröße, wie dies in Fig. 11 dargestellt ist. Dies wird mathematisch durch Gleichung (14) ausgedrückt.

Die Systemmatrix S des Orters mit der Eingangsgröße y(k), nämlich des Kalman-Filters ist:

Ist im vorliegenden Modell das Verhältnis des Elementes der Wichtungsgröße R in der Riccati-Gleichung zum Element von Q gleich 1 : 1, so ist die Systemmatrix S des Kalman-Filters folgendermaßen gegeben:

Fig. 12 zeigt die so gewonnene Luft/Kraftstoffverhält nis-Schätzung.

Gemäß Gleichung (10) wird der Änderungsbereich der Zustands variablen X(k), d. h. der Bereich betrachtet, in dem sich der Wert F/A möglicherweise ändern kann. Da das Luft/Kraftstoff verhältnis A/F höchstens im Bereich von 10 bis 30 liegt, liegt daher das Kraftstoff/Luftverhältnis F/A im Bereich von 1/30 bis 1/10. Das Auflösungsvermögen des Wertes kann daher in Übereinstimmung damit bestimmt werden. Nachfolgend wird für ein leichteres Verständnis an Stelle des Verhältnisses F/A das Verhältnis A/F verwendet.

Wie Fig. 13 in Form eines Simulationsergebnisses der Orter schätzung zeigt, wird jedoch der Wert A/F zeitweise größer als der Bereich im Verlauf der Schätzung, obwohl der Wert A/F schließlich in den Bereich fällt. Dies ist labormäßig kein schwerwiegendes Problem, macht jedoch die Realisierung in einem Bordcomputer geringer Leistung schwierig.

Erfindungsgemäß wird daher die Orterschätzung bei Behandlung des vorgenannten Bereiches von 1 bis 30 als obere und untere Grenze derart simuliert, daß der Wert A/F zwangsweise begrenzt oder durch die Grenze ersetzt wird, wenn der Wert A/F die obere oder untere Grenze überschreitet. Fig. 14 zeigt das Ergebnis der Simulation. Bei diesem Ausführungsbeispiel divergiert jedoch der ge schätzte Wert A/F statt zu konvergieren, wodurch eine rich tige Luft/Kraftstoffverhältnis-Schätzung unmöglich wird. Der Grund dafür liegt möglicherweise darin, daß das System die Linearität verliert, da es das gleiche ist, als ob in der Konfiguration nach Fig. 14 ein Begrenzer eingefügt würde.

Sodann wird der Orter derart ausgestaltet, daß der Wert A/F zwangsweise auf einen vorgegebenen Wert (d. h. auf seinen Anfangswert (gleich 14,7) im Ausführungsbeispiel) zurückge führt wird, wenn er die obere oder untere Grenze übersteigt und damit eine Simulation durchgeführt. Fig. 15 zeigt das Ergebnis der Simulation. In diesem Ausführungsbeispiel übersteigt der geschätzte Wert die Grenzen nicht und konver giert gegen das Eingangs-A/F. Zwar wird vor der Simulation angenommen, daß es theoretisch einige Zeit dauert, bis der Wert gegen die Eingangsgröße konvergiert hat; die Konver genzzeit ist jedoch kleiner als erwartet. Aus dem Simula tionsergebnis zeigt sich jedenfalls, daß keine Divergenz aufritt, solange das System stabil ist.

In diesem Ausführungsbeispiel wird die Zustandsvariable zwangsweise durch den vorgegebenen Wert (den Anfangswert) ersetzt, da es so ausgebildet ist, daß die obere und untere Grenze als Zustandsvariable gesetzt werden, wenn die Zu standsvariable die Grenzen übersteigt; es wird daher mög lich, den Änderungsbereich der Zustandsvariablen schmaler zu machen und das erforderliche Auflösungsvermögen ausreichend sicher zu stellen. Da diese Konfiguration keinen Computer mit großer Wortlänge erforderlich macht, wird es daher mög lich, die Schätzung in einem Bordmikrocomputer mit kleiner Wortlänge und kleinem Leistungsvermögen durchzuführen. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird es durch lediglich einen Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor an der Auspuffzusammenfluß stelle eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors möglich, die Luft/Kraftstoffverhältnisse an den einzelnen Zylindern aus dem Ausgangssignal des Sensors zu schätzen und die Luft/ Kraftstoffverhältnisse auf ein gewünschtes Luft/Kraftstoff verhältnis bzw. gewünschte Luft/Kraftstoffverhältnisse zu regeln. Obwohl die Konvergenzberechnung neu begonnen wird, wenn die Zustandsvariable zwangsweise auf den Anfangswert zurückgeführt wird und es einige Zeit dauert, bis sie kon vergiert hat, tritt keine Divergenz auf, solange das System stabil ist.

Es ist darauf hinzuweisen, daß es an Stelle der Rückführung der Zustandsvariablen auf den Anfangswert in diesem Ausfüh rungsbeispiel andererseits auch möglich ist, die Zustands variable auf einen geeigneten vom Anfangswert verschiedenen Wert zurückzuführen.

Es ist weiterhin darauf hinzuweisen, daß es an Stelle des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels der Luft/Kraftstoff verhältnis-Schätzung andererseits auch möglich ist, andere Schätzungen oder Regelungen mit einer gleichartigen Konfi guration durchzuführen.

Claims

1. Luft/Kraftstoffverhältnis-Kalkulator zur Schätzung des Luft/Kraftstoffverhältnisses eines den Zylinder eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors (10) zugeführten Gemi sches über ein Ausgangssignal eines an der Zusammen flußstelle eines Abgassystems des Motors (10) instal lierten Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors (40) mit Schätzmitteln (in 42) zur Modellnachbildung des Ab gassystems durch wenigstens eine Zustandsgleichung mit einer ein Maß für das Luft/Kraftstoffverhältnis dar stellenden Zustandsvariablen zwecks Schätzung des Luft/Kraft stoffverhältnisses der Zylinder des Motors (10), gekennzeichnet durch Begrenzermittel (in 42) zur Bildung einer oberen und einer unteren Grenze für die Zustandsvariable, derart, daß die Zustandsvariable durch einen vorgegebenen zwischen der oberen und der unteren Grenze liegenden Wert ersetzt wird, wenn die Zustandsvariable die obere oder untere Grenze übersteigt.

2. Luft/Kraftstoffverhältnis-Kalkulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schätzmittel (in 42)
erste Mittel zur Annahme des Ausgangssignals des Luft/Kraft stoffverhältnis-Sensors (40) als Mittelwert, der aus einer Summe der Produkte von mit einem vorgegebe nen Wert gewichteten Zündhistorien der Zylinder ge bildet wird, sowie zur Bildung eines Modells unter Verwendung des Luft/Kraftstoffverhältnisses als Zustandsvariable,
zweite Mittel zur Bildung einer Zustandsgleichung in Bezug auf die Zustandsvariable,
einen die Zustandsvariable ortenden Orter und
dritte Mittel zur Schätzung des Luft/Kraftstoffverhält nisses an den Zylindern aus dem Ausgangssignal des Orters
enthalten.

3. Luft/Kraftstoffverhältnis-Kalkulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Wert ein Anfangswert der Variablen ist.

4. Luft/Kraftstoffverhältnis-Kalkulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnete daß die Schätzmittel Regelmittel zur Regelung des Luft/Kraft stoffverhältnisses an den Zylindern auf einen ge wünschten Wert auf der Basis des geschätzten Luft/Kraft stoffverhältnisses enthalten.