DE60102503T2 - Verfahren zur Steuerung des Luft-Kraftstoffverhältnisses in einer Innenbrennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur Steuerung des Luft-Kraftstoffverhältnisses in einer Innenbrennkraftmaschine Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln bzw. Steuern der Luft-Kraftstoff-Mischung bzw. des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einer Innenbrennkraftmaschine bzw. Brennkraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine zum Antreiben von Fahrzeugen.
  • Die Regulierungen bzw. Bestimmungen, welche sich auf Straßenfahrzeuge beziehen, erfordern eine zunehmend vollständige Reduktion der verunreinigenden Emissionen, welche durch Brennkraftmaschinen bzw. Verbrennungskraftmaschinen emittiert werden. Diese verunreinigenden Emissionen können im wesentlichen auf zwei Wege reduziert werden: durch ein Optimieren des Verbrennungsprozesses in den Zylindern des Motors oder durch ein Behandeln der Abgase, bevor sie in die Atmosphäre ausgebracht bzw. emittiert werden (wobei typischerweise Abgase einer katalytischen bzw. Katalysatorart verwendet werden). Um den Verbrennungsprozeß in den Zylinder zu optimieren, ist es notwendig, die Luft-Kraftstoff-Mischung bzw. das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so nahe wie möglich bei dem stöchiometrischen Wert in jedem Zylinder aufrechtzuerhalten.
  • Die Brennkraftmaschinen, welche gegenwärtig verwendet werden, sind mit einer Vielzahl von Zylindern (im allgemeinen vier) ausgerüstet, von welchen jeder eine entsprechende Abgasleitung aufweist, welche mit einem gemeinsamen Abgasverteiler in Verbindung steht, welcher stromaufwärts von einem Auspuff vorgesehen ist, welcher mit einer Vorrichtung zum Reduzieren von verunreinigenden bzw. verschmutzenden Mitteln bzw. Schadstoffen versehen ist. Um Kosten gering zu halten, wird nur das gesamte stöchiometrische Verhältnis von allen Zylindern mit Hilfe eines linearen Sauerstoffsensors gemessen, welcher in dem gemeinsamen Abgasverteiler angeordnet ist.
  • Mit Hilfe von geeigneten Rekonstruktionsmethoden und ausgehend von den Messungen des gesamten stöchiometrischen Verhältnisses werden die stöchiometrischen Verhältnisse der einzelnen Zylinder abgeschätzt und diese stöchiometrischen Verhältnisse werden verwendet, um die Aufnahme von Kraftstoff in die einzelnen Zylinder zu regeln bzw. zu steuern, um zu bewirken, daß jeder Zylinder so nahe so möglich bei dem stöchiometrischen Wert arbeitet.
  • US-A-5983874 offenbart ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regel- bzw. -steuersystem für eine Brennkraftmaschine, beinhaltend einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, welcher in dem Abgassystem des Motors angeordnet ist. Eine ECU schätzt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches jedem der Zylinder zugeführt wird, für jeden Zylinder bzw. zylinderweise in Antwort auf eine Ausgabe von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor unter Verwendung einer Beobachtungseinrichtung zum Beobachten eines internen operativen Zustands des Abgassystems basierend auf einem Modell ab, welches für das Verhalten des Abgassystems repräsentativ ist, und berechnet für jeden Zylinder Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuermengen jeweils entsprechend den Zylindern zum Durchführen einer Rückkopplungs- bzw. Feedbacksteuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Mischung, welche jedem der Zylinder zugeführt wird, so daß sich das abgeschätzte Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Mischung, welche jedem der Zylinder zuge führt wird, einem gewünschten Wert annähert. Obere und untere Grenzwerte der zylinderweisen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuermengen werden entsprechend wenigstens einem von einer Drehzahländerungsgröße des Motors und einem Atmosphärendruck eingestellt bzw. festgelegt, und die zylinderweisen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuermengen werden so begrenzt, um innerhalb eines zulässigen Bereichs zu fallen, welcher durch die oberen und unteren Grenzwerte definiert ist.
  • WO 9936690 offenbart eine Vorrichtung zum Abschätzen der Fettheit der Mischung, welche in jede der n Verbrennungskammern eines Motors zugelassen bzw. eingebracht wird, welcher Einspritzeinrichtungen aufweist; die Vorrichtung umfaßt einen Sensor, welcher ein Ausgangs- bzw. Ausgabesignal zur Verfügung stellt, welches in einer im wesentlichen linearen Weise mit der Fettheit variiert, und welcher an dem Verbindungspunkt zwischen den Abgasleitungen von den Kammern angeordnet ist, und umfaßt auch Berechnungsmittel. Diese Berechnungsmittel speichern ein Modell des Verhaltens des Abgases an dem Verbindungspunkt basierend auf der Annahme, daß die Fettheit an dem Verbindungspunkt eine gerichtete Summe von Beiträgen von den Abgasen der einzelnen Kammern ist, wobei der Gewichtungskoeffizient kleiner mit zunehmendem Alter der Verbrennung in der Kammer ist, und bei jedem Durchtritt durch den oberen Totpunkt dazu dient, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Basis der gemessenen Werte und des Modells zu berechnen; das Verhaltensmodell beinhaltet ein Submodell, welches für jede Verbrennungskammer spezifisch ist und für die Kammer einer Ordnung i ein Kalman-Filter aufweist, welches eine Koeffizientenmatrix Cij und eine spezifische Verstärkungsmatrix Kij aufweist, worin i der Anzahl der Kammern entspricht und j der Anzahl des Gewichtungskoeffizienten entspricht.
  • Diese bekannten Rekonstruktionsverfahren zum Abschätzen der stöchiometrischen Verhältnisse der einzelnen Zylinder aus den Messungen des gesamten stöchiometrischen Verhältnisses sind jedoch relativ unpräzise und sehr komplex.
  • Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Regeln bzw. Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bzw. der Luft-Kraftstoff-Mischung in einer Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, welches frei von den oben erwähnten Nachteilen ist und welches darüber hinaus einfach und ökonomisch bzw. wirtschaftlich zu implementieren ist.
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Regeln bzw. Steuern der Luft-Kraftstoff-Mischung bzw. des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einer Innenbrennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 zur Verfügung gestellt.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen beschrieben, welche eine nicht-beschränkende Ausführungsform davon zeigen, in welchen:
  • 1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine unter Verwendung des Regel- bzw. Steuerverfahrens der vorliegenden Erfindung ist; und
  • 2 eine schematische Ansicht einer Regel- bzw. Steuereinheit von 1 ist.
  • In 1 ist eine Vorrichtung zum Regeln bzw. Steuern der Luft-Kraftstoff-Mischung bzw. des Luft-Kraftstoff-Verhält nisses in einer Brennkraftmaschine 2, welche mit vier Zylindern 3 (welche schematisch gezeigt sind) versehen ist, welche in Reihe angeordnet sind, insgesamt mit 1 gezeigt. Jeder Zylinder 3 erhält den Kraftstoff von einer entsprechenden Einspritzeinrichtung 4 einer bekannten Art und ist mit einer entsprechenden Abgasleitung 5 versehen, welche mit einem Abgasverteiler 6 in Verbindung steht, welcher für alle Zylinder 3 gemeinsam ist.
  • Der Abgasverteiler 6 steht mit einer Abgasvorrichtung 7 einer bekannten Art in Verbindung und umfaßt einen linearen Sauerstoffsensor 8 (allgemein Fachleuten durch den Namen "UEGO-Sensor bzw. -Sonde" bekannt), welcher adaptiert ist, den Prozentsatz an Sauerstoff zu messen, welcher in dem Verteiler bzw. Krümmer 6 vorhanden ist; wie dies bekannt ist, ist der Prozentsatz an Sauerstoff in den Abgasen der Zylinder 3 in einem doppelt bzw. bi-eindeutigen Zusammenhang mit dem gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Zylinder 3 und eine Messung dieses Sauerstoffanteils bzw. -prozentsatzes entspricht daher im wesentlichen einer Messung des gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Zylinder 3.
  • Die Regel- bzw. Steuervorrichtung 1 umfaßt eine Regel- bzw. Steuereinheit 9, welche mit dem Sensor bzw. der Sonde 8 verbunden ist, um die Messungen des gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Zylinder 3 zu erhalten, und ist mit den Einspritzeinrichtungen 4 verbunden, um jede Einspritzeinrichtung 4 mit einem Korrekturwert der Kraftstoffmenge zu versorgen, welche in den entsprechenden Zylinder 3 eingespritzt wird. Jede Einspritzeinrichtung 4 wird in einer bekannten Weise durch eine Einspritz-Steuereinheit (nicht gezeigt) besonders geregelt bzw. gesteuert, um eine vorbestimmte Menge an Kraftstoff in den entsprechenden Zylinder 3 (oder in eine Einlaßleitung dieses Zylinders 3) einzuspritzen; jede Einspritzeinrichtung 4 erhält auch ein Signal für die Korrektur der Kraftstoffmenge, welche einzuspritzen ist, von der Regel- bzw. Steuereinheit 9, um zu versuchen zu bewirken, daß der entsprechende Zylinder 3 so nahe wie möglich bei dem stöchiometrischen Wert arbeitet.
  • Die Regel- bzw. Steuervorrichtung 1 umfaßt weiters einen Sensor 10 einer bekannten Art (typischerweise eine Winkelcodiereinrichtung), welcher mit der Regel- bzw. Steuereinheit 9 verbunden ist und adaptiert ist, die Winkelposition einer Antriebswelle 11 (schematisch gezeigt) auszulesen.
  • Wie in 2 gezeigt, umfaßt die Regel- bzw. Steuereinheit 9 eine Vorrichtung 12 zum Filtern des Meßsignals von der linearen Sauerstoff-Sonde bzw. dem linearen Sauerstoff-Meßfühler 8.
  • Die Filtervorrichtung 12 umfaßt ein Filter, welches eine Transferfunktion einer "Hochpaß"-Art umfaßt, um das Meßsignal des gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Zylinder 3 von der linearen Sauerstoffsonde 8 zu filtern. Das Filter der Filtervorrichtung 12 weist eine Transferfunktion in der Laplace-Domäne auf, umfassend null und zwei Pole, welche bei Frequenzen höher als null angeordnet sind. Die Filtervorrichtung 12 umfaßt weiters eine Beschränkung bzw. Begrenzung des gefilterten Signals innerhalb eines vorbestimmten Akzeptanzbereichs, um jegliche Rauschpulskomponenten zu eliminieren.
  • Das Meßsignal von dem linearen Sauerstoff-Meßfühler 8 muß gefiltert werden, um einige dynamische Eigenschaften wiederherzustellen, welche als ein Resultat der Ansprechcha rakteristika des linearen Sauerstoff-Meßfühlers 8, insbesondere als ein Resultat des Kapazitätseffekts aufgrund einer Schutzkappe (bekannt und nicht gezeigt) dieser Sonde bzw. dieses Meßfühlers 8 geschwächt sind bzw. werden. Um diesen kritischen Faktor zu vermeiden bzw. zu schwächen, verstärkt die Filtervorrichtung die Frequenzcharakteristik des Verbrennungsphänomens und reduziert zur selben Zeit die hohen Frequenzen, um nicht ein Rauschen zu verstärken.
  • Das durch die Filtervorrichtung 12 gefilterte Signal wird stark durch ein Proben- bzw. Stichprobenvorrichtung 13 unter-abgetastet, welche vier Meßwerte AFRCOMPL des gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Zylinder 3 für jede gesamte Umdrehung der Motorwelle 11 speichert. Die Meßwerte AFRCOMPL werden insbesondere an der Abgasphase von jedem Zylinder 3 derart gespeichert, daß jeder Meßwert AFRCOMPL so indikativ wie möglich für den Verbrennungszustand eines entsprechenden Zylinders 3 ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Meßwerte AFRCOMPL an jedem oberen Totpunkt von jedem Zylinder 3 gespeichert.
  • Als Ausgabe von der Abtast- bzw. Stichprobenvorrichtung 13 wird jede Messung AFRCOMPL an eine Rekonstruktionsvorrichtung 14 übertragen, welche adaptiert ist, um die Werte AFRCIL des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von jedem Zylinder 3 durch ein Bearbeiten der gemessenen Werte AFRCOMPL des gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses abzuschätzen.
  • Nach vielen experimentellen Tests wurde entschieden, ein Modell mit zwei Koeffizienten zu verwenden, um den Zusammenhang zu repräsentieren, welcher zwischen den gemessenen Werten AFRCOMPL des gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und den abgeschätzten Werten AFRCIL des Luft-Kraftstoff-Ver hältnisses von jedem Zylinder 3 existiert. Dieses Modell wird durch die folgende Gleichung zusammengefaßt: AFRCOMP(k) = BRICOSTR * AFRCIL(k) + ARICOSTR * AFRCOMP(k–1),worin AFRCOMP(k) den k-ten gemessenen Wert des gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses repräsentiert (d. h. den Wert, welcher zum Moment k gemessen wird), AFRCOMP(k–1) den (k–1)ten gemessenen Wert des gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (d. h. den Wert, welcher zum Moment (k–1) gemessen wird) repräsentiert und AFRCIL(k) den k-ten abgeschätzten Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des letzten verbrennenden Zylinders 3 repräsentiert (d.h. den abgeschätzten Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Zylinders 3, welcher zum Zeitpunkt k verbrannt hat). ARICOSTR und BRICOSTR sind zwei identifizierte Koeffizienten, welche charakteristisch für den Motor 3 sind und experimentell erhalten werden.
  • Ein Auflösen der obigen Gleichung nach AFRCIL(k) stellt zur Verfügung: AFRCIL(k) = 1/BRICOSTR * (AFRCOMP(k) – ARICOSTR * AFRCOMP(k–1)),welche neu geschrieben werden kann als:
    AFRCIL(k) = C1 * AFRCOMP(k) – C2 * AFRCOMP(k–1) C1 = 1/BRICOSTR C2 = ARICOSTR/BRICOSTR
  • Es wurde beobachtet, daß die Koeffizienten C1 und C2 nicht konstant sind, sondern von dem Betriebs- bzw. Betätigungspunkt des Motors 3 abhängen, und insbesondere von der Anzahl von Umdrehungen und des durch den Motor 3 übertragenen Drehmoments (oder der eingebrachten Luftmenge). Es ist daher bevorzugt, eine Tabelle zu implementieren, welche die Werte von C1 und C2 zur Verfügung stellt, welche für den gegenwärtigen Betriebspunkt des Motors 3 in einer bekannten Weise innerhalb der Rekonstruktionsvorrichtung 14 korrigiert sind bzw. werden.
  • Es wurde weiters beobachtet, daß die Koeffizienten ARICOSTR und BRICOSTR und daher die Koeffizienten C1 und C2 nicht unabhängig voneinander sind, sondern durch die Gleichung: ARICOSTR = 1 – BRICOSTR verbunden sind, und daher: C2 = C1 – 1
  • Es ist daher möglich, das mathematische Modell auf einen einzelnen Koeffizienten zu reduzieren.
  • Es wird aus der obigen Beschreibung geschätzt bzw. erkannt werden, daß es möglich ist, den Wert AFRCIL (k) des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des letzten Zylinders 3, welcher verbrannt hat, mit Hilfe einer linearen Zusammensetzung des letzten gemessenen Werts AFRCOMP(k) und des vorletzten gemessenen Werts AFRCOMP(k–1) des gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses abzuschätzen.
  • Bei jeder vollständigen Umdrehung der Motorwelle 11 führt die Abtast- bzw. Stichprobenvorrichtung 14 eine Abschätzung der Werte AFRCIL der letzten vier Zylinder durch, welche verbrannt haben, indem die Formel angewandt wird: AFRCIL(k) = C1 * AFRCOMP (k) – C2 * AFRCOMP (k–1)
  • Sobald die Werte AFRCIL der letzten vier Zylinder, welche verbrannt haben, abgeschätzt wurden, stellt die Rekonstruktionsvorrichtung 14 die vier Werte AFRCIL an eine Synchronisiervorrichtung 15 zur Verfügung, welche jeden Wert AFRCIL einem entsprechenden Zylinder 3 mittels eines vorbestimmten Zuordnungskriteriums zuordnet, welches in einem Speicher dieser Synchronisiervorrichtung 15 gespeichert ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das oben erwähnte Zuordnungskriterium durch ein bi-eindeutiges Zuordnungsgesetz ausgebildet, welches jedes AFRCIL einem entsprechenden Zylinder zuordnet; beispielsweise AFRCIL(k) ist dem Zylinder 3-I zugeordnet und wird nachfolgend durch das Symbol λCILI angezeigt, AFRCIL,(k–1) ist dem Zylinder 3-III zugeordnet und wird nachfolgend durch das Symbol λCIL3 angezeigt, AFRCIL,(k-2) ist dem Zylinder 3-II zugeordnet und wird nachfolgend durch das Symbol λCIL2 angezeigt, und AFRCIL(k–3) ist dem Zylinder 3-IV zugeordnet und wird nachfolgend durch das Symbol λCIL4 bezeichnet bzw. angezeigt.
  • Das Zuordnungsgesetz wird ursprünglich in einer theoretischen Weise durch ein Zuordnen von jedem abgeschätzten Wert AFRCIL des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu dem Zylinder 3 bestimmt, welcher auf der Basis der Winkelposition der Motorwelle 11 zu dem Zeitpunkt verbrennt, welcher am nächsten zu dem Moment einer Messung des Werts AFRCOMP des gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verbrennt, welches in der Abschätzung verwendet wird. Dieses Zuordnungskriterium ist nicht immer gültig, da es nicht die Ausgabe- bzw. Ausgangsgeschwindigkeit der Abgase aus den Zylindern 3 berücksichtigt, wobei die Geschwindigkeit wesentlich verschieden in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors 2 ist.
  • Das oben erwähnte Zuordnungsgesetz ist nicht konstant, sondern kann während des Betriebs des Motors 2 modifiziert werden, um sich an die geänderten Betriebsbedingungen dieses Motors 2 anzupassen. Die Synchronisiervorrichtung 15 implementiert insbesondere einen Algorithmus, welcher die gesamte Stabilität des Systems verifiziert, um die Genauigkeit des gegenwärtigen Zuordnungsgesetzes zu verifizieren. Es ist auch der Fall, daß, wenn das Zuordnungsgesetz nicht korrekt ist, das System instabil wird, d. h. die Differenz zwischen den abgeschätzten Werten λCIL der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse der Zylinder 3 und einem Referenz- bzw. Bezugswert λTARGET des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit der Zeit tendiert dazu, anzusteigen und nicht abzunehmen (d.h. tendiert dazu, zu divergieren und nicht zu Null zu konvergieren).
  • Wenn die Synchronisiervorrichtung 15 eine. Instabilität in dem System entdeckt, modifiziert diese Synchronisiervorrichtung 15 das Zuordnungsgesetz, in dem typischerweise die bi-eindeutigen Zuordnungsfunktionen schrittweise modifiziert werden. Beispielsweise:
  • Ursprüngliches Zuordnungsgesetz
    • AFRCIL(k) → Zylinder 3-I (λCIL1)
    • AFRCIL(k–1) → Zylinder 3-III (λCIL3)
    • AFRCIL(k–2) → Zylinder 3-II (λCIL2)
    • AFRCIL(k–3) → Zylinder 3-IV (λCIL4)
  • Modifiziertes Zuordnungsgesetz
    • AFRCIL(k) → Zylinder 3-III (λCIL3)
    • AFRCIL(k–1) → Zylinder 3-II (λCIL2)
    • AFRCIL(k–2) → Zylinder 3-IV (λCIL4)
    • AFRCIL(k–3) → Zylinder 3-I (λCIL1)
  • Um die Stabilität des Systems zu verifizieren, berechnet die Synchronisiervorrichtung 15 einen Wert D einer Divergenz der abgeschätzten Werte λCIL des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses. Dieser Divergenzwert D wird unter Verwendung entweder des Werts der Ableitung nach der Zeit der abgeschätzten Werte λCIL des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von jedem Zylinder 3 oder durch Verwendung des absoluten Werts der Unterschiede zwischen dem Referenzwert λTARGET und den abgeschätzten Werten λCIL des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von jedem Zylinder 3 berechnet.
  • Insbesondere besteht, wenn der Wert der Ableitung eines abgeschätzten Werts λCIL positiv ist und der abgeschätzte Wert λCIL selbst größer als der Bezugswert λTARGET ist, eine potentielle Situation einer Instabilität.
  • Wenn der Divergenzwert D höher als ein vorbestimmter Schwellwert ist, modifiziert dann die Synchronisiervorrichtung 15 das Zuordnungsgesetz.
  • Sobald die Zuordnung ausgeführt wurde, überträgt die Synchronisiervorrichtung 15 die vier Werte λCIL (λCIL1, λCIL2, λCIL3, λCIL4), von welchen jeder für einen jeweiligen Zylinder 3 eine Abschätzung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses anzeigt, mit welchem dieser Zylinder 3 arbeitet, an eine Berechnungsvorrichtung 16.
  • Sobald die vier Werte λCIL empfangen bzw. erhalten wurden, berechnet die Berechnungsvorrichtung 16 einen Mittelwert λmean des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der vier Zylinder 3 und berechnet für jeden Zylinder 3 einen jeweiligen Dispersionswert ρCIL, welcher die Differenz zwischen dem entsprechenden Wert λCIL des Zylinders 3 und dem Wert λmean anzeigt.
    • λmean = (λCIL1 + λCIL2 + λCIL3 + λCIL4)/4
    • ρCIL1 = λCIL1 + λmean
    • ρCIL2 = λCIL2 + λmean
    • ρCIL3 = λCIL3 + λmean
    • ρCIL4 = λCIL4 + λmean
  • Die Berechnungsvorrichtung 16 überträgt den Wert λmean und die Werte ρCIL an einen Regulator bzw. einen Regler 17, welcher adaptiert ist, jeder Einspritzeinrichtung 4 das oben erwähnte Korrektursignal für die Kraftstoffmenge zu liefern, welche in den jeweiligen Zylinder 3 einzuspritzen ist.
  • Der Regler 17 erhält den Referenzwert λTARGET des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses aus einem Speicher 18 und versucht zu bewirken, daß jeder Zylinder 3 mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis arbeitet, welches so nahe wie möglich bei dem Referenzwert λTARGET liegt. Der Regler 17 umfaßt zwei Regel- bzw. Steuerschleifen 19 und 20, welche geschlossen sind (d. h. im Feedback bzw. unter Rückkopplung arbeiten), voneinander getrennt sind und eine innerhalb der anderen angeordnet ist.
  • Die Regel- bzw. Steuerschleife 19 korrigiert die Dispersions- bzw. Verteilungswerte ρCIL, indem versucht wird, sie auf einen Nullwert zu bringen; insbesondere hat die innere Schleife 19 die Aufgabe, die Unausgeglichenheiten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der einzelnen Zylinder 3 auszugleichen, indem Korrekturen durchgeführt werden, welche einen Null-Mittelwert aufweisen.
  • Die äußere Schleife 20 führt eine Gesamtsteuerung bzw. -regelung (d. h. ohne Unterscheidung zwischen den verschiedenen Zylindern 3) durch, indem versucht wird, den Mittelwert λmean des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der vier Zylinder 3 an den Referenzwert λTARGET zu adaptieren bzw. anzugleichen.
  • Die äußere Schleife 20 weist einen Komparator 21 auf, welcher bei einem negativen Feedback bzw. einer negativen Rückkopplung den Referenzwert λTARGET mit dem Mittelwert λmean des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der vier Zylinder 3 vergleicht; der Fehler, welcher aus diesem Vergleich resultiert, wird einer Regel- bzw. Steuervorrichtung 22 zugeführt, welche typischerweise eine Steuervorrichtung des PID-Typs ist und fähig ist, als eine Funktion des Fehlersignals, welches als eine Eingabe bzw. ein Eingang erhalten wurde, ein Regel- bzw. Steuersignal für die Einspritzeinrichtungen 4 zu erzeugen.
  • Die innere Schleife 19 umfaßt vier Regel- bzw. Steuervorrichtungen 23, von welchen jede als eine Eingabe einen entsprechenden Dispersionswert ρCIL von der Berechnungsvorrichtung 16 erhält, ist typischerweise eine Steuervorrichtung des PID-Typs und ist fähig, als eine Funktion des als eine Eingabe erhaltenen Signals ein Regel- bzw. Steuersignal für eine entsprechende Einspritzeinrichtung 4 zu erzeugen. Die innere Schleife 19 ist für alle Zwecke eine geschlossene Rückkopplungsschleife, worin jeder Dispersionswert pCIL ein Fehlersignal ist, welches auszulöschen bzw. aufzuheben ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, welche in 2 gezeigt ist, ist ein Filter 24, welches eine Transferfunktion eines "Tiefpaß"-Typs aufweist und adaptiert ist, die Werte ρCIL von hochfrequentem Rausch zu reinigen bzw. zu be freien, zwischen der Berechnungsvorrichtung 16 und der Regel- bzw. Steuervorrichtung 23 angeordnet.
  • Das Signal von jeder Regel- bzw. Steuervorrichtung 23 wird mit einem Signal von der Regel- bzw. Steuervorrichtung 22 mittels einer entsprechenden Addiervorrichtung 25 kombiniert und wird einer entsprechenden Einspritzeinrichtung 4 zugeführt, um die Kraftstoffmenge zu korrigieren, welche in den jeweiligen Zylinder 3 eingespritzt wird. Auf diese Weise wird der Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von jedem Zylinder 3 durch ein Kombinieren eines ersten Korrektursignals, welches auf der Basis eines Mittelwerts λmean des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von allen Zylindern 3 bestimmt wird, mit einem zweiten Korrektursignal korrigiert, welches auf der Basis abgeschätzten Werts λCIL des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Zylinders 3 bestimmt wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die äußere Steuerschleife 20 geringere Zeitkonstanten als die innere Steuerschleife 19 auf; mit anderen Worten ist die äußere Steuerschleife 20 langsamer beim Antworten als die innere Steuerschleife 19. Dies stellt eine größere Gesamtstabilität des Korrekturprozesses der Kraftstoffmenge sicher, welche durch die Einspritzeinrichtungen 4 eingespritzt wird.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Steuerung bzw. Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bzw. der Luft-Kraftstoff-Mischung in einer Innenbrennkraftmaschine bzw. Brennkraftmaschine (2), die mit wenigstens zwei Zylindern (3) versehen ist, wobei das Verfahren die Stufen eines Analysierens des Abgases, das in einem gemeinsamen Auspuffkrümmer (6) vorhanden ist, um wenigstens einen Wert (AFRCOMP) des gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Zylinder (3) zu messen, eines Bestimmens eines abgeschätzten Wertes (AFRCIL; λCIL; ΔCIL) des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines ersten Zylinders (3) durch Verarbeiten des Wertes (AFRCOMP) des gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, und eines Verwendens dieses abgeschätzten Wertes (AFRCIL; λCIL; ΔCIL) des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des ersten Zylinders (3) umfaßt, um die Luft-Kraftstoffmischung, die in den ersten Zylinder (3) eingebracht wird, zu korrigieren; wobei das Verfahren die Messung von wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Werten (AFRCOMP) des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Zylinder (3) und die Bestimmung des abgeschätzten Wertes (AFRCIL; λCIL; ΔCIL) des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des ersten Zylinders (3) durch Ausführen einer linearen Zusammensetzung der zwei aufeinanderfolgenden Werte (AFRCOMP) des gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Zylinder (3) umfaßt; wobei eine Anzahl von abgeschätzten Werten (AFRCIL; λCIL; ΔCIL) des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gleich der Anzahl von Zylindern (3) des Motors (2) nachfolgend bestimmt wird und jeder der abgeschätzten Werte (AFRCIL; λCIL; ΔCIL) des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit einem entsprechenden Zylinder (3) mittels eines vorbestimmten Assoziierungskriteriums assoziiert wird; wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß das Assoziie rungskriterium variabel ist und während der Betätigung bzw. des Betriebs des Motors (2) modifiziert werden kann, um an die geänderten Betriebsbedingungen dieses Motors (2) adaptiert zu werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Linearzusammensetzung der zwei aufeinanderfolgenden Werte (AFRCOMP) des gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Zylinder (3) unter Verwendung eines ersten Koeffizienten (C1), der einen Endmeßwert (AFRCOMP) des gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses multipliziert, und eines zweiten Koeffizienten (C2) durchgeführt wird, der einen vorletzten Meßwert (AFRCOMP) des gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses multipliziert, wobei der zweite Koeffizient (C2) durch Subtrahieren des Wertes 1 von dem ersten Koeffizienten (C1) erhalten wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin ein Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von jedem Zylinder (3) durch Kombinieren eines ersten Korrektursignals, welches auf der Basis eines Mittelwertes (λmean) des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von allen Zylindern (3) bestimmt wird, mit einem zweiten Korrektursignal korrigiert wird, welches auf der Basis des abgeschätzten Wertes (AFRCIL; λCIL; ΔCIL) des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Zylinders (3) bestimmt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, worin das erste und zweite Korrektursignal in einer ersten bzw. einer zweiten Steuer- bzw. Regelschleife (19) bzw. (20) verarbeitet werden, welche voneinander getrennt sind, wobei die zweite Steuer- bzw. Regelschleife (20) außerhalb der ersten Steuer- bzw. Regelschleife (19) ist und niedrigere Zeitkonstanten als diese erste Steuer- bzw. Regelschleife (19) aufweist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, worin in der ersten Steuer- bzw. Regelschleife (19) der abgeschätzte Wert (AFRCIL; λCIL; ΔCIL) des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des entsprechenden Zylinders (3) als eine Differenz in bezug auf den Mittelwert (λmean) des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von allen Zylindern (3) ausgedrückt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, worin die erste Steuer- bzw. Regelschleife (19) ein Filter (24) umfaßt, das eine Transferfunktion einer "Tiefpaß"-Art aufweist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin ein Wert (AFRCOMP) des gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Zylinder (3) mittels eines linearen Sauerstoffsensors (7) gemessen wird, der innerhalb des gemeinsamen Auspuffkrümmers (6) angeordnet wird, wobei ein Ausgabesignal von dem linearen Sauerstoffsensor (7) auf der Basis der Winkelposition einer Motorwelle (11) untersucht wird, um für jede volle Umdrehung der Motorwelle (11) eine Anzahl von Messungen des Wertes (AFRCOMP) des gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Zylinder (3) gleich der Anzahl der Zylinder (3) zu erhalten.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, worin ein Ausgabesignal von dem linearen Sauerstoffsensor auf der Basis der Winkelposition der Motorwelle (11) untersucht wird, um eine Messung des Wertes (AFRCOMP) des gesamten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Zylinder (3) an jedem oberen Totpunkt von jedem Zylinder (3) zu erhalten.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, worin das Ausgabesignal von dem linearen Sauerstoffsensor mittels eines Filters (12) gefiltert wird, das eine Transferfunktion einer "Hochpaß"-Art aufweist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, worin das Filter (12) eine Transferfunktion auf dem Laplace-Gebiet aufweist, umfassend eine Null und zwei Pole, welche bei Frequenzen höher als null angeordnet werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, worin das Filter (12) eine Beschränkung bzw. Begrenzung des gefilterten Signals innerhalb eines vorbestimmten Akzeptabilitätsbereiches umfaßt.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Assoziierungskriterium durch ein eineindeutiges Assoziierungsgesetz ausgebildet wird, welches jeden der abgeschätzten Werte (AFRCIL; λCIL; ΔCIL) des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses assoziiert, der mit einem entsprechenden Zylinder (3) assoziiert wird; wobei das Assoziierungskriterium durch Modifizieren der eineindeutigen Assoziierungsfunktionen durch einen Schritt modifiziert wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Gesamtstabilität des Systems verifiziert wird, um die Genauigkeit des gegenwärtigen Assoziierungskriteriums zu verifizieren, und das Assoziierungskriterium modifiziert wird, wenn das System nicht stabil ist.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin ein Divergenzgrad (D) der abgeschätzten Werte (AFRCIL; λCIL; ΔCIL) des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in bezug auf einen Zustand bzw. eine Bedingung relativer Stabilität bestimmt wird, wobei das Assoziierungskriterium modifiziert wird, wenn der Divergenzgrad (D) größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, worin der Divergenzgrad (D) unter Verwendung des Wertes der Ableitung gegen die Zeit der abgeschätzten Werte (AFRCIL; λCIL; ΔCIL) des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von jedem Zylinder und unter Verwendung des Absolutwerts der Differenzen zwischen einem vorbestimmten theoretischen Wert (λTARGET) und den abgeschätzten Werten (AFRCIL; λCIL; ΔCIL) des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von jedem Zylinder (3) bestimmt wird.
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