DE602006000761T2

DE602006000761T2 - Steuerungssystem für die Kraftstoffzufuhr einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE602006000761T2
Application number: DE602006000761T
Authority: DE
Inventors: Masaki Ueno
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2026-11-23
Also published as: DE602006000761D1; JP4546390B2; JP2007154741A; US20070074710A1; EP1793108A1; US7363920B2; EP1793108B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffzuführungssteuer-/-regelsystem für eine Brennkraftmaschine und betrifft insbesondere ein System, welches eine Betriebscharakteristik einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung korrigiert, die Kraftstoff in ein Ansaugrohr oder eine Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine einspritzt.
Beschreibung des betreffenden Fachgebiets
Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung umfasst allgemein ein elektromagnetisches Ventil, welches sich auf Grundlage eines von einer Steuer-/Regelvorrichtung zugeführten Ventilöffnungsanweisungssignals für eine Zeitdauer öffnet, um Kraftstoff in ein Ansaugrohr oder eine Verbrennungskammer der Brennkraftmaschine einzuspritzen. Eine Beziehung zwischen dem Ventilöffnungsanweisungssignal und einer Menge an tatsächlich eingespritztem Kraftstoff ändert sich in Abhängigkeit von Differenzen in der Betriebscharakteristik, die sich aus dem Herstellungsprozess oder einer Alterung der Bauteile ergeben. Dementsprechend verschiebt sich die Menge an tatsächlich eingespritztem Kraftstoff gelegentlich von einer Soll-Menge an einzuspritzendem Kraftstoff.
Die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2000-110647 (JP '647) offenbart ein Verfahren zum Berechnen einer Abweichungsmenge zwischen der Menge an tatsächlich durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung eingespritztem Kraftstoff und der Soll-Kraftstoffeinspritzmenge, welche nach Maßgabe des Maschinen betriebszustands eingestellt ist. Die Abweichungsmenge wird auf Grundlage einer Sauerstoffkonzentration, die durch einen in dem Abgassystem der Maschine angeordneten Sauerstoffkonzentrationssensors erfasst wird, sowie einer Ansaugluftströmungsrate, die durch einen Ansaugluftströmungsratensensor erfasst wird, berechnet.
Gemäß dem in der JP '647 offenbarten Verfahren wird die Abweichungsmenge der Kraftstoffeinspritzmenge als ein einfacher skalarer Wert berechnet. Dementsprechend ändert sich die Abweichungsmenge, wenn sich der Maschinenbetriebszustand ändert. Daher benötigt das in der JP '647 offenbarte Verfahren eine Berechnung einer Mehrzahl von Abweichungsmengen nach Maßgabe einer entsprechenden Mehrzahl von Maschinenbetriebsbereichen.
Da ferner die Berechnung der oben beschriebenen Abweichungsmenge während eines Gleichgewichtsbetriebszustands der Maschine durchgeführt wird, ist es in dem Verfahren der JP '647 notwendig, dass die Kraftstoffeinspritzmenge unter Verwendung der berechneten Abweichungsmenge nur innerhalb des Gleichgewichtsbetriebszustands korrigiert wird, um eine ausreichende Korrekturgenauigkeit sicherzustellen.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben beschriebenen Charakteristiken des betreffenden Fachgebiets erreicht. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Kraftstoffzuführungs-Steuer-/Regelsystem für eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, welche in geeigneter Weise die Betriebscharakteristik der Kraftstoffeinspritzvorrichtung überwacht, um die Kraftstoffeinspritzmenge stets genau zu korrigieren.
Um den oben beschriebenen Aspekt zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung ein Kraftstoffzuführungssteuer-/-regelsystem für eine Brennkraftmaschine bereit, welche Kraftstoffeinspritzmittel aufweist, die Kraftstoff in ein Ansaugrohr oder eine Verbrennungskammer der Maschine einspritzen. Das Kraftstoffzuführungssteuer-/-regelsystem umfasst ein Ansaugluftströmungsraten-Erfassungsmittel, welches eine Strömungsrate von der Maschine zugeführter Luft erfasst, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsmittel, welches in einem Abgassystem der Maschine vorgesehen ist, ein Kraftstoffeinspritzmengen-Einstellmittel, ein Anweisungswertberechnungsmittel, ein Schätzmittel für eine Menge an verbranntem Kraftstoff, ein Identifizierungsmittel sowie ein Korrekturmittel. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsmittel erfasst ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer. Das Kraftstoffeinspritzmengen-Einstellmittel stellt eine Anforderungskraftstoffeinspritzmenge (MFDMD) nach Maßgabe eines Betriebszustands der Maschine ein. Das Anweisungswertberechnungsmittel berechnet einen Einspritzmengenanweisungswert (MFCMD) des durch das Kraftstoffeinspritzmittel eingespritzten Kraftstoffs nach Maßgabe der Anforderungskraftstoffeinspritzmenge (MFDMD). Das Schätzmittel für eine Menge an verbranntem Kraftstoff schätzt eine Menge (MFEST) an in der Maschine verbranntem Kraftstoff nach Maßgabe der Ansaugluftströmungsrate (MA), die durch das Ansaugluftströmungsraten-Erfassungsmittel erfasst wird, sowie nach Maßgabe des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (AFR), welches durch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsmittel erfasst wird. Das Identifizierungsmittel identifiziert wenigstens zwei Korrelationsparameter (a, b), welche eine Beziehung zwischen der geschätzten verbrannten Kraftstoffmenge (MFEST) und dem Einspritzmengenanweisungswert (MFCMD) angeben. Das Korrekturmittel korrigiert den Einspritzmengenanweisungswert (MFCMD) nach Maßgabe der wenigstens zwei Korrelationsparameter (a, b), die durch das Identifizierungsmittel identifiziert werden.
Durch die vorstehend beschriebene strukturelle Konfiguration wird der Einspritzmengenanweisungswert nach Maßgabe der Anweisungskraftstoffeinspritzmenge berechnet, die nach Maßgabe des Maschinenbetriebszustands eingestellt wird, und die Menge an in der Maschine verbranntem Kraftstoff wird nach Maßgabe der erfassten Ansaugluftströmungsrate und des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses abgeschätzt. Die wenigstens zwei Korrelationsparameter, die die Beziehung zwischen der geschätzten verbrannten Kraftstoffmenge und dem Einspritzmengenanweisungswert angeben, werden berechnet, und eine Korrektur des Einspritzmengenanweisungswerts wird nach Maßgabe der identifizierten, wenigstens zwei Korrelationsparameter durchgeführt. Da die Beziehung zwischen der tatsächlich verbrannten Kraftstoffmenge und dem Einspritzmengenanweisungswert in geeigneter Weise unter Verwendung wenigstens zweier Korrelationsparameter überwacht wird, wird eine genaue Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge durchgeführt, und zwar unabhängig vom Maschinenbetriebszustand, unter Verwendung der wenigstens zwei Korrelationsparameter. Dementsprechend ist es möglich zu verhindern, dass aufgrund von Differenzen in dem Herstellungsprozess oder aufgrund der Alterung von Bauteilen in der Einspritzcharakteristik des Kraftstoffeinspritzmittels die Maschinenausgangsleistung vom gewünschten Wert abweicht und die Abgascharakteristik der Maschine sich verschlechtert.
Vorzugsweise identifiziert das Identifizierungsmittel die mindestens zwei Korrelationsparameter (a, b) unter Verwendung eines sequentiellen Algorithmus nach dem Verfahren kleinster Quadrate.
Mit der oben beschriebenen strukturellen Konfiguration werden die wenigstens zwei Korrelationsparameter unter Verwendung des sequentiellen Algorithmus nach dem Verfahren kleinster Quadrate identifiziert. Dementsprechend wird die Identifizierungsberechnung unter Verwendung einer relativ kleinen Speicherkapazität durchgeführt.
Vorzugsweise umfasst das Kraftstoffzuführungssteuer-/-regelsystem ferner ein Verschlechterungsbestimmungsmittel, welches bestimmt, dass sich das Kraftstoffeinspritzmittel verschlechtert hat, wenn wenigstens einer der durch das Identifizierungsmittel identifizierten Korrelationsparameter (a, b) einen Wert außerhalb eines vorbestimmten gesetzten Bereichs annimmt.
Mit der oben beschriebenen strukturellen Konfiguration wird bestimmt, dass sich das Kraftstoffeinspritzmittel verschlechtert hat, wenn wenigstens einer der durch das Identifizierungsmittel identifizierten Korrelationsparameter einen Wert außerhalb des vorbestimmten eingestellten Bereichs annimmt. Daher wird eine Verschlechterung des Kraftstoffeinspritzmittels umgehend bestimmt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine sowie eines für diese vorgesehenen Steuer-/Regelsystems nach Maßgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Blockdarstellung eines Kraftstoffzuführungssteuer-/-regelmoduls;
3 ist ein Graph, welcher eine Beziehung zwischen dem Kraftstoffeinspritzmengenanweisungswert (MFCMD) und der geschätzten Menge an verbranntem Kraftstoff (MFEST) zeigt;
4 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses in einem Kraftstoffeinspritzmengenanweisungswert-Berechnungsblock der 2 und
5A und 5B sind Zeitdiagramme, welche Änderungen in der Anforderungskraftstoffeinspritzmenge (MFDMD), des Kraftstoffeinspritzmengen-Anweisungswerts (MFCMD), der geschätzten Menge an verbranntem Kraftstoff (MFEST) und der Korrelationsparameter (a, b) angeben.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine und eines für diese vorgesehenen Steuer-/Regelsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Brennkraftmaschine 1 (hier im Folgenden als „Maschine" bezeichnet) ist eine Dieselmaschine, in welcher Kraftstoff direkt in die Zylinder eingespritzt wird. Jeder Zylinder ist mit einem Kraftstoffeinspritzventil 9 ausgestattet, welches elektrisch mit einer elektronischen Steuer-/Regeleinheit (hier im Folgenden als „ECU 20" bezeichnet), verbunden ist. Die ECU 20 steuert/regelt eine Ventilöffnungszeitdauer eines jeden Kraftstoffeinspritzventils 9.
Die Maschine 1 weist ein Ansaugrohr 2, ein Abgasrohr 4 und einen Turbolader 9 auf. Der Turbolader 8 umfasst eine Turbine 11 und einen Kompressor 16. Die Turbine 11 weist ein Turbinenrad 10 auf, das durch kinetische Energie der Abgase drehend angetrieben wird. Der Kompressor 16 weist ein Kompressorrad 15 auf, welches mit dem Turbinenrad 10 über eine Welle 14 verbunden ist. Das Kompressorrad 15 setzt die Ansaugluft der Maschine 1 unter Druck (komprimiert diese).
Die Turbine 11 weist eine Mehrzahl von beweglichen Flügeln 12 (zu Illustrationszwecken sind nur zwei gezeigt) sowie ein Stellglied (nicht gezeigt) zum Betätigen der beweglichen Flügel 12 zum Öffnen und zum Schließen auf. Die Mehrzahl an beweglichen Flügeln 12 werden so betätigt, dass sie sich öffnen und schließen, um eine Strömungsrate von in das Turbinenrad 10 eingegebenen Abgasen zu verändern. Die Turbine 11 ist so konfiguriert, dass die Strömungsrate der in das Turbinenrad 10 eingegebenen Abgase durch Variieren einer Öffnung der beweglichen Flügel 12 geändert wird (im Folgenden als „Flügelöffnung VO") bezeichnet, um die Drehzahl des Turbinenrads 10 zu ändern. Das Stellglied, welches die beweglichen Flügel 12 betätigt, ist mit der ECU 20 verbunden, welche die Flügelöffnung VO steuert/regelt. Speziell stellt die ECU 20 ein Steuer-/Regelsignal mit veränderlichem Abtastverhältnis dem Stellglied bereit und steuert/regelt somit die Flügelöffnung VO unter Verwendung des Steuer-/Regelsignals.
Das Ansaugrohr 2 ist mit einem Zwischenkühler 18 stromabwärts des Kompressors 16 und einem Drosselklappenventil 3 stromabwärts des Zwischenkühlers 18 ausgestattet. Das Drosselklappenventil 3 ist so konfiguriert, dass es durch ein mit der ECU 20 verbundenes Stellglied 19 geöffnet und geschlossen wird. Die ECU 20 führt eine öffnungssteuerung/-regelung des Drosselklappenventils 3 über das Stellglied 19 aus.
Ein Abgasrückführungskanal 5, welcher Abgase zu dem Ansaugrohr 2 zurückführt, ist zwischen dem Abgasrohr 4 und dem Ansaugrohr 2 vorgesehen. Der Abgasrückführungskanal 5 ist mit einem Abgasrückführ-Steuer-/Regelventil 6 (hier im Folgenden als „EGR-Ventil" bezeichnet) ausgestattet, welches die Menge an rückgeführten Abgasen steuert/regelt. Das EGR-Ventil 6 ist ein elektromagnetisches Ventil mit einem Elektromagneten. Eine Ventilöffnung des EGR-Ventils 6 wird durch die ECU 20 gesteuert/geregelt. Das EGR-Ventil 6 ist mit einem Hubsensor 7 zum Erfassen einer Ventilöffnung LACT (Ventilhubbetrag) versehen und das erfasste Signal wird der ECU 20 zugeführt. Der Abgasrückführungskanal 5 und das EGR-Ventil 6 definieren einen Abgasrückführungsmechanismus.
Ein Ansaugluftströmungsratensensor 21, ein Verstärkungsdrucksensor 22, ein Ansauglufttemperatursensor 23 und ein Ansaugdrucksensor 24 sind in dem Ansaugrohr 2 angeordnet. Der Ansaugluftströmungsratensensor 21 erfasst eine Ansaugluftströmungsrate MA. Der Verstärkungsdrucksensor 22 erfasst einen Ansaugdruck PB (Verstärkungsdruck) an einem Abschnitt des Ansaugrohrs 2, der sich stromabwärts des Kompressors 16 befindet. Der Ansauglufttemperatursensor 23 erfasst eine Ansauglufttemperatur TI. Der Ansaugluftdrucksensor 24 erfasst einen Ansaugdruck PI in dem Ansaugrohr 2. Ferner sind ein Abgasdrucksensor 25 und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 in dem Abgasrohr 4 angeordnet. Der Abgasdrucksensor 25 erfasst einen Abgasdruck PE an einem Abschnitt des Abgasrohrs 4, der sich stromaufwärts der Turbine 11 befindet. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 erfasst ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Luft-Kraftstoff-Gemischs, das in der Verbrennungskammer der Maschine 1 verbrennt, nach Maßgabe einer Konzentration von Sauerstoff in den Abgasen. Die Sensoren 21 bis 26 sind mit der ECU 20 verbunden und die Erfassungssignale von den Sensoren 21 bis 26 werden der ECU 20 zugeführt.
Ein Katalysator 31 und ein Partikelfilter 32 sind stromabwärts der Turbine 11 in dem Abgasrohr 4 angeordnet. Der Katalysator 31 beschleunigt die Oxidation von Kohlenwasserstoff und CO in den Abgasen. Der Partikelfilter 32 fängt Schwebteilchen ein, welche hauptsächlich aus Ruß bestehen.
Ein Beschleunigungssensor 27 und ein Maschinendrehzahlsensor 28 sind mit der ECU 20 verbunden. Der Beschleunigungssensor 27 erfasst einen Betätigungsbetrag AP des Beschleunigers (nicht gezeigt) des durch die Maschine 1 angetriebenen Fahrzeugs (hier im Folgenden als „Beschleunigungspedal-Betätigungsbetrag AP" bezeichnet). Der Maschinendrehzahlsensor 28 erfasst eine Maschinendrehzahl NE. Die Erfassungssignale der Sensoren 27 und 28 werden ebenfalls der ECU 20 zugeführt.
Die ECU 20 umfasst eine Eingangsschaltung, eine Zentralverarbeitungseinheit (hier im Folgenden als „CPU" bezeichnet), eine Speicherschaltung, und eine Ausgabeschaltung. Die Eingabeschaltung führt verschiedene Funktionen, einschließlich einer Formgebung der Wellenformen von Eingabesignalen von verschiedenen Sensoren, einer Korrektur der Spannungspegel der Eingabesignale auf einen vorbestimmten Pegel sowie eine Umwandlung von analogen Signalwerten in digitale Signalwerte aus. Die Speicherschaltung speichert im Vorfeld verschiedene Betriebsprogramme, welche durch die CPU auszuführen sind, und speichert die Ergebnisse der Berechnungen und dergleichen, die durch die CPU ausgeführt werden. Die Ausgabeschaltung führt dem Stellglied zum Betätigen der beweglichen Flügel 12 der Turbine 11, den Kraftstoffeinspritzventilen 9, dem EGR-Ventil 6, dem Stellglied 19 zum Betätigen des Drosselklappenventils 3 und dergleichen Steuer-/Regelsignale zu.
Die ECU 20 berechnet eine Anforderungskraftstoffeinspritzmenge MFDMD, welche eine Menge an Kraftstoff ist, die durch das Kraftstoffeinspritzventil 9 einzuspritzen ist, und zwar nach Maßgabe der Maschinendrehzahl NE und des Beschleunigungsbetätigungsbetrags AP, und berechnet ferner einen Kraftstoffeinspritzmengen-Anweisungswert MFCMD nach Maßgabe der Anforderungskraftstoffeinspritzmenge MFDMD. Um die Kraftstoffeinspritzung auszuführen, stellt die ECU 20 Ansteuerungssignale nach Maßgabe des Kraftstoffeinspritzmengen-Anweisungswerts MFCMD an die Kraftstoffeinspritzventile 9 bereit.
2 ist eine Blockdarstellung eines Moduls, welches eine Steuerung/Regelung der Kraftstoffeinspritzung ausführt. Die Funktion jedes Blocks des Moduls wird tatsächlich durch einen Betriebsprozess der CPU in der ECU 20 realisiert.
Das in 2 gezeigte Kraftstoffeinspritzsteuer-/-regelmodul umfasst einen Anweisungskraftstoffeinspritzmengen-Berechnungsblock 41, einen Kraftstoffeinspritzmengen-Anweisungswert-Berechnungsblock 42, einen Kraftstoffeinspritzmengen-Schätzblock 43, einen Parameteridentifizierungsblock 44 sowie einen Ausgabeblock 45.
Der Anforderungskraftstoffeinspritzmengen-Berechnungsblock 41 berechnet die Anweisungskraftstoffeinspritzmenge MFDMD nach Maßgabe der Maschinendrehzahl NE und eines Anforderungsdrehmoments TRQ. Das Anforderungsdrehmoment TRQ wird so eingestellt, dass es zunimmt, wenn der Beschleuniger-Betätigungsbetrag AP zunimmt. Der Kraftstoffeinspritzmengen-Anweisungswert-Berechnungsblock 42 berechnet den Kraftstoffeinspritzmengen-Anweisungswert MFCMD nach Maßgabe der Anforderungskraftstoffeinspritzmenge MFDMD und der Korrelationsparameter „a" und „b", welche von dem Parameteridentifizierungsblock 44 geliefert werden.
Der Kraftstoffeinspritzmengen-Schätzblock 43 wendet die erfasste Ansaugluft-Strömungsrate MA und das erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFR auf Gleichung (1) an, um einen geschätzten Wert MFEST einer Menge an Kraftstoff zu berechnen, welche tatsächlich verbrannt wird (im Folgenden als „geschätzte verbrannte Kraftstoffmenge MFEST" bezeichnet). MFEST = MA/AFR (1)
Der Parameteridentifizierungsblock 44 identifiziert die Korrelationsparameter „a" und „b", welche eine Beziehung zwischen dem Kraftstoffeinspritzmengen-Anweisungswert MFCMD und der geschätzten verbrannten Kraftstoffmenge MFEST angeben, und zwar nach Maßgabe des Kraftstoffeinspritzmengen-Anweisungswerts MFCMD und der geschätzten verbrannten Kraftstoffmenge MFEST.
Der Ausgabeblock 45 erzeugt ein Ansteuerungssignal des Kraftstoffeinspritzventils 9 nach Maßgabe des Kraftstoffanspritzmengen-Anweisungswerts MFCMD und führt das Ansteuerungssignal dem Kraftstoffeinspritzventil 9 zu.
3 zeigt eine Beziehung zwischen dem Kraftstoffeinspritzmengen-Anweisungswert MFCMD und der geschätzten verbrannten Kraftstoffmenge MFEST. Die in 3 gezeigte Linie L1 zeigt eine ideale Beziehung, wobei die geschätzte verbrannte Kraftstoffmenge MFEST gleich dem Kraftstoffeinspritzmengen-Anweisungswert MFCMD ist. Die Mehrzahl an in 3 gezeigten Punkten zeigen tatsächlich gemessene Daten und die Linie 12 ist eine Regressionslinie, welche durch Anwenden des Verfahrens kleinster Quadrate auf die gemessenen Daten berechnet wurde. Das heißt, dass die Linie 12 durch die Gleichung (2) unter Verwendung der Korrelationsparameter „a" und „b" ausgedrückt wird. MFEST = a × MFCMD + b (2)
In dieser Ausführungsform identifiziert der Parameteridentifizierungsblock 44 die Korrelationsparameter „a" und „b" durch den sequentiellen Identifizierungsalgorithmus unter Verwendung von rekursiven Gleichungen. Insbesondere ist der sequentielle Identifizierungsalgorithmus ein Algorithmus, welcher vorliegende Werte a(k) und b(k) der Korrelationsparameter auf Grundlage von vorliegenden Werten (den neuesten Werten) MFCMD(k) und MFEST(k) der zu verarbeitenden Zeitreihendaten sowie der vorhergehenden Werte a(k – 1) und b(k – 1) der Korrelationsparameter berechnet.
Wenn ein Korrelationsparametervektor θ(k), welcher die Korrelationsparameter „a" und „b" als Elemente enthält, durch Gleichung (3) definiert ist, so wird der Korrelationsparametervektor θ(k) nach Maßgabe des sequentiellen Identifizierungsalgorithmus durch Gleichung (4) berechnet. θ(k)T = [a(k) b(k)] (3) θ(k) = θ(k – 1) + KP(k) × eid(k) (4)
In der Gleichung (4) ist eid(k) ein Identifizierungsfehler, der durch Gleichungen (5) und (6) definiert ist. Ferner ist KP(k) ein Verstärkungskoeffizientenvektor, der durch Gleichung (7) definiert ist, und P(k) in Gleichung (7) ist eine quadratische Matrix zweiter Ordnung, die durch Gleichung (8) berechnet wird.

Nach Maßgabe der Einstellung der Koeffizienten λ1 und λ2 in Gleichung (8) wird der Identifizierungsalgorithmus der Gleichungen (4)–(8) einer der folgenden vier Identifizierungsalgorithmen:

λ1 = 1, λ2 = 0		Algorithmus mit fester Verstärkung
λ1 = 1, λ2 = 1		Algorithmus mit Verfahren kleinster Quadrate
λ1 = 1, λ2 = λ		Algorithmus mit degressiver Verstärkung (λ ist ein
		gegebener Wert ungleich 0, 1)
λ1 = λ, λ2 = 1		Algorithmus mit Verfahren gewichteter kleinster
		Quadrate (λ ist ein gegebener Wert ungleich 0, 1)

In dieser Ausführungsform kann der Algorithmus mit Verfahren gewichteter kleinster Quadrate verwendet werden, indem der Koeffizient λ1 auf einen vorbestimmten Wert λ gesetzt wird, der zwischen „0" und „1" liegt und der Koeffizient λ2 auf „1" gesetzt wird. Ein beliebiger der anderen Algorithmen kann eingesetzt werden. Unter diesen Algorithmen sind der Algorithmus mit Verfahren kleinster Quadrate und der Algorithmus mit Verfahren gewichteter kleinster Quadrate für die statistische Verarbeitung geeignet.
Nach Maßgabe des sequentiellen Identifizierungsalgorithmus der Gleichungen (4) bis (8) ist die Berechnung der inversen Matrix nicht notwendig. Die Berechnung der inversen Matrix ist jedoch für das oben erwähnte Verfahren kleinster Quadrate vom Typ mit Zeitstaffelbetrieb notwendig. Die in dem Speicher zu speichernden Werte sind lediglich a(k), b(k) und P(k) (2×2-Matrix). Dementsprechend wird durch Verwenden des sequentiellen Verfahrens gewichteter kleinster Quadrate der statistische Verarbeitungsbetrieb vereinfacht und wird durch die Maschinensteuer-/-regel-CPU ohne die Verwendung irgendeiner speziellen CPU für den statistischen Verarbeitungsbetrieb ausgeführt.
4 ist ein Flussdiagramm des Betriebsprozesses in dem Kraftstoffeinspritzmengen-Anweisungswert-Berechnungsblock 42. Der Betriebsprozess wird durch die CPU in der ECU 20 synchron mit der Erzeugung der TDC-Impulse ausgeführt.
Im Schritt S11 wird bestimmt, ob beide Absolutwerte der Differenzen zwischen den vorliegenden Werten und den vorhergehenden Werten der Korrelationsparameter „a" und „b" kleiner sind als ein vorbestimmter Wert ΔE (zum Beispiel 0,05). Ist die Antwort in Schritt S11 negativ (NEIN), das heißt haben die Werte der Korrelationsparameter „a" und „b" nicht konvergiert, so wird ein Abwärtszählzeitgeber TWAIT auf eine vorbestimmte Zeitdauer TMWAIT (zum Beispiel 10 Sekunden) gestellt und gestartet (Schritt S12). Ferner wird der Kraftstoffeinspritzmengen-Anweisungswert MFCMD auf die Anforderungskraftstoffeinspritzmenge MFDMD eingestellt (Schritt S14).
Wenn die Antwort auf Schritt S11 zustimmend ist (JA), so wird bestimmt, ob der Wert des in Schritt S12 gestarteten Zeitgebers „0" ist (Schritt S13). Da die antwort auf Schritt S11 zuerst negativ ist (NEIN), schreitet der Prozess zum oben beschriebenen Schritt S14. Wenn TWAIT „0" wird, so schreitet der Prozess vom Schritt S13 zum Schritt S15, wobei die identifizierten Korrelationssparameter a(k) und b(k) und die Anweisungskraftstoffeinspritzmenge MFDMD auf Gleichung (9) angewendet werden, um den Kraftstoffeinspritzmengen-Anweisungswert MFCMD zu berechnen. MFCMD = (MFDMD – b(k))/a(k) (9)
In den Schritten S16–S23 wird auf Grundlage der Korrelationsparameter a(k) und b(k) eine Verschlechterungsbestimmung ausgeführt. Das heißt, dass in Schritt S16 bestimmt wird, ob der Korrelationsparameter a(k) kleiner als ein erster vorbestimmter Schwellwert aTHmin (zum Beispiel 0,85) ist. Wenn die Antwort in Schritt S16 zustimmend (JA) ist, so wird eine Verschlechterung, in welcher die Einspritzmenge aufgrund einer Blockade der Düse des Kraftstoffeinspritzventils 9 abnimmt, als gegenwärtig vorliegend bestimmt und ein erstes Verschlechterungsbestimmungsflag FFamin wird auf „1" gesetzt (Schritt S17). Wenn die Antwort in Schritt S16 negativ (NEIN), ist, so schreitet der Prozess sofort weiter zum Schritt S18.
Im Schritt S18 wird bestimmt, ob der Korrelationsparameter a(k) größer als ein zweiter Bestimmungsschwellwert aTHmax (zum Beispiel 1,2) ist. Wenn die Antwort in Schritt S18 zustimmend ist (JA), so wird bestimmt, dass eine Verschlechterung vorliegt, in welcher eine Einspritzmenge aufgrund eines Abriebs der Düse des Kraftstoffeinspritzventils 9 zunimmt, und ein zweites Verschlechterungsbestimmungsflag FFamax wird auf „1" gesetzt (Schritt S19). Ist die Antwort in Schritt S18 negativ (NEIN), so schreitet der Prozess sofort weiter zu Schritt S20.
Im Schritt S20 wird bestimmt, ob der Korrelationsparameter b(k) kleiner ist als ein dritter Bestimmungsschwellwert bTHmin (zum Beispiel –0,1). Ist die Antwort in Schritt S20 zustimmend (JA), so zeigt eine solche Bestimmung an, dass ein Bereich, in dem Kraftstoff nicht zugeführt wird, vorliegt, wenn ein Ansteuerungssignal geliefert wird, um das Kraftstoffeinspritzventil 9 aus dem vollständig geschlossenen Zustand heraus allmählich zu öffnen. Daher wird bestimmt, dass eine Blockierung der Düse des Kraftstoffeinspritzventils 9 vorliegt, und ein drittes Verschlechterungsbestimmungsflag FFbmin wird auf „1" gesetzt (Schritt S21). Ist die Antwort in Schritt S20 negativ (NEIN), so schreitet der Prozess sofort weiter zum Schritt S22.
In Schritt S22 wird bestimmt, ob der Korrelationsparameter b(k) größer ist als ein vierter Bestimmungsschwellwert bTHmax (zum Beispiel 0,1). Wenn die Antwort in Schritt S22 zustimmend ist (JA), so zeigt eine solche Bestimmung an, dass Kraftstoff selbst dann zugeführt wird, wenn bestimmt wird, dass ein Ansteuerungssignal zum vollständigen Schließen des Kraftstoffeinspritzventils 9 vorliegt. Dementsprechend wird bestimmt, dass ein Entweichen von Kraftstoff auftritt und ein viertes Verschlechterungsbestimmungsflag FFbmax wird auf „1" gesetzt (Schritt S23). Ist die Antwort in Schritt S22 negativ (NEIN), so endet der Prozess sofort.
5A und 5B sind Zeitdiagramme, welche Änderungen des Kraftstoffeinspritzmengen-Anweisungswert MFCMD und der geschätzten verbrannten Kraftstoffmenge MFEST zeigen, wenn die Anforderungskraftstoffeinspritzmenge MFDMD sich in Sägezahn-Wellenform ändert. 5A und 5B zeigen ein Beispiel, in welchem der Wert des Zeitgebers TWAIT zum Zeitpunkt t0 gleich „0" wird und die Korrektur der Korrelationsparameter „a" und „b" beim Zeitpunkt t0 gestartet wird.
Die dünne durchgezogene Linie der 5A zeigt Änderungen der Anforderungskraftstoffeinspritzmenge MFDMD und die dicken gestrichelten Linien zeigen Änderungen des Kraftstoffeinspritzmengen-Anweisungswerts MFCMC bzw. der geschätzten verbrannten Kraftstoffmenge MFEST. LMTH in 5B zeigt den Maximalwert des Korrelationsparameters „a".
Zu Beginn der Identifizierungsberechnung befinden sich die Korrelationsparameter „a" und „b" nicht in einem stabilen Zustand und variieren oder verändern sich stark. Die Korrelationsparameter „a" und „b" konvergieren jedoch allmählich, wenn die Anzahl an Datenproben zunimmt. Zum Zeitpunkt t0 wird der Wert des Zeitgebers TWAIT gleich „0" und die Berechnung des Kraftstoffeinspritzmengen-Anweisungswerts MFCMD unter Verwendung von Gleichung (9) wird gestartet. Vor dem Zeitpunkt t0 ist der Kraftstoffeinspritzmengen-Anweisungswert MFCMD gleich der Anforderungskraftstoffeinspritzmenge MFDMD und die geschätzte verbrannte Kraftstoffmenge MFEST weicht in der zunehmenden Richtung von der Anforderungskraftstoffeinspritzmenge MFDMD ab. Nach dem Zeitpunkt t0 sinkt der Kraftstoffeinspritzmengen-Anweisungswert MFCMD im Ergebnis der Korrektur unter die Anforderungskraftstoffeinspritzmenge MFDMD. Andererseits fällt die geschätzte verbrannte Kraftstoffmenge MFEST mit der Anforderungskraftstoffein spritzmenge MFDMD zusammen, was anzeigt, dass die benötigte Menge an Kraftstoff korrekt eingespritzt wird.
Wie oben beschrieben, ist in dieser Ausführungsform die Beziehung zwischen dem Kraftstoffeinspritzmengen-Anweisungswert MFCMD und der geschätzten verbrannten Kraftstoffmenge MFEST annähernd eine gerade Linie, die beiden Korrelationsparameter „a" und „b" werden identifiziert und der Kraftstoffeinspritzmengen-Anweisungswert MFCMD wird unter Verwendung der identifizierten Korrelationsparameter „a" und „b" berechnet. Dementsprechend wird eine genaue Menge der Kraftstoffeinspritzung durchgeführt, unabhängig von irgendwelchen Differenzen aufgrund des Herstellungsprozesses oder der Alterung von Komponenten in der Einspritzcharakteristik des Kraftstoffeinspritzventils 9.
Ferner wird eine Verschlechterungsbestimmung des Kraftstoffeinspritzventils 9 auf Grundlage der Werte der Korrelationsparameter „a" und „b" in den Schritten S16 bis S23 der 4 durchgeführt. Dementsprechend wird eine Verschlechterung des Kraftstoffeinspritzventils 9 umgehend bestimmt.
In dieser Ausführungsform entsprechen das Kraftstoffeinspritzventil 9, der Ansaugluftströmungsratensensor 21 und der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 jeweils dem Kraftstoffeinspritzmittel, dem Ansaugluftströmungsraten-Erfassungsmittel und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsmittel. Die ECU 20 bildet das Kraftstoffeinspritzmengen-Einstellmittel, das Anweisungswert-Berechnungsmittel, das Schätzmittel für eine Menge an verbranntem Kraftstoff, das Identifizierungsmittel, das Korrekturmittel und das Verschlechterungsbestimmungsmittel. Speziell entspricht der Anforderungskraftstoff-Einspritzmengen-Berechnungsblock 41 dem Kraftstoffeinspritzmengen-Einstellmittel, und der Kraftstoffeinspritzmengen-Anweisungswert-Berechnungsblock 42 entspricht dem Anweisungswert-Berechnungsmittel, dem Korrekturmittel und dem Verschlechterungsbestimmungsmittel. Ferner entspricht der Kraftstoffeinspritzmengen-Schätzblock 43 dem Schätzmittel für einen Betrag an verbranntem Kraftstoff und der Parameteridentifizierungsblock 44 entspricht dem Identifizierungsmittel.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern erlaubt die Ausführung verschiedener Modifikationen an dieser. Beispielsweise ist in der oben beschriebenen Ausführungsform die Beziehung zwischen dem Kraftstoffeinspritzmengen-Anweisungswert MFCMD und der geschätzten verbrannten Kraftstoffmenge MFEST in einer geraden Linie (lineare Funktion) approximiert und die beiden Korrelationsparameter „a" und „b" werden identifiziert. Alternativ kann die Beziehung zwischen dem Kraftstoffeinspritzmengen-Anweisungswert MFCMD und der geschätzten verbrannten Kraftstoffmenge MFEST durch eine quadratische Funktion oder einer Funktion höherer Ordnung approximiert werden und es können drei oder mehrere Korrelationsparameter identifiziert werden.
Ferner kann die Ansaugluftströmungsrate der Maschine 1 nach Maßgabe der Maschinendrehzahl NE und des Ansaugdrucks PI berechnet werden. In einem solchen Fall bilden der Ansaugdrucksensor 24, der Maschinendrehzahlsensor 28 und die ECU 20 das Ansaugluftströmungsraten-Erfassungssystem.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist ein Beispiel beschrieben, in welchem die vorliegende Erfindung auf eine Kraftstoffzuführungssteuerung/-regelung einer Dieselbrennkraftmaschine angewendet ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch ebenfalls auf eine Kraftstoffzuführungssteuerung/-regelung einer Direkteinspritzungs-Benzinbrennkraftmaschine anwendbar, in welcher Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer eingespritzt wird, oder auf eine Benzinbrennkraftmaschine, in welcher Kraftstoff in das Ansaugrohr eingespritzt wird.
Die vorliegende Erfindung kann außerdem auf eine Steuerung/Regelung einer Wasserkraftantriebsmaschine, wie etwa einen Außenbordmotor mit einer sich vertikal erstreckenden Kurbelwelle, angewendet werden.
Die vorliegende Erfindung kann in anderen speziellen Formen ausgeführt werden, ohne die Idee und die wesentlichen Charakteristiken der Erfindung zu verlassen. Die vorliegend offenbarten Ausführungsformen sind daher in jeglicher Hinsicht als illustrativ und nicht als beschränkend anzusehen, wobei der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche anstatt durch die vorstehende Beschreibung angegeben ist, und wobei alle Modifikationen, die unter die Bedeutung der Ansprüche fallen, daher darin eingeschlossen sind.
Ein Kraftstoffzuführungssteuer-/-regelsystem für eine Brennkraftmaschine weist wenigstens ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in ein Ansaugrohr oder eine Verbrennungskammer der Maschine auf. Eine Strömungsrate von der Maschine zugeführter Luft sowie ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis werden erfasst. Eine Anforderungskraftstoffeinspritzmenge wird nach Maßgabe eines Betriebszustands der Maschine gesetzt. Ein Einspritzmengen-Anweisungswert von Kraftstoff, der durch wenigstens ein Kraftstoffeinspritzventil nach Maßgabe der Anforderungskraftstoffeinspritzmenge eingespritzt wird, ist vorgesehen. Eine Menge an in der Maschine verbranntem Kraftstoff wird nach Maßgabe der erfassten Ansaugluftströmungsrate und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses berechnet. Wenigstens zwei Korrelationsparameter, welche eine Beziehung zwischen der geschätzten verbrannten Kraftstoffmenge und dem Einspritzmengen-Anweisungswert angibt, werden identifiziert. Der Einspritzmengen-Anweisungswert wird dann nach Maßgabe der wenigstens zwei identifizierten Korrelationsparameter korrigiert.

Claims

Kraftstoffzuführungssteuer-/-regelsystem für eine Brennkraftmaschine, welche ein Kraftstoffeinspritzmittel zum Einspritzen von Kraftstoff in ein Ansaugrohr oder eine Verbrennungskammer der Maschine aufweist, wobei das Kraftstoffzuführungssteuer-/-regelsystem umfasst: ein Ansaugluftströmungsraten-Erfassungsmittel zum Erfassen einer Strömungsrate von der Maschine zugeführter Luft; ein in einem Abgassystem der Maschine vorgesehenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsmittel zum Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer; ein Kraftstoffeinspritzmengen-Einstellmittel zum Einstellen an einer Anforderungskraftstoff-Einspritzmenge nach Maßgabe eines Betriebszustands der Maschine; Anweisungswert-Berechnungsmittel zum Berechnen eines Einspritzmengen-Anweisungswerts des durch das Kraftstoffeinspritzmittel eingespritzten Kraftstoffs nach Maßgabe der Anforderungskraftstoff-Einspritzmenge; ein Schätzmittel für eine Menge an verbranntem Kraftstoff zum Abschätzen einer Menge an Kraftstoff, der in der Maschine verbrannt wird, und zwar nach Maßgabe der erfassten Ansaugluftströmungsrate und des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses; ein Identifizierungsmittel zum Identifizieren von wenigstens zwei Korrelationsparametern, die eine Beziehung zwischen der geschätzten Menge an verbranntem Kraftstoff und dem Einspritzmengen-Anweisungswert angeben, und ein Korrekturmittel zum Korrigieren des Einspritzmengen- Anweisungswerts nach Maßgabe der wenigstens zwei Korrelationsparameter, die durch das Identifizierungsmittel identifiziert wurden.
Kraftstoffzuführungssteuer-/-regelsystem nach Anspruch 1, wobei das Identifizierungsmittel die wenigstens zwei Korrelationsparameter unter Verwendung eines sequentiellen Algorithmus mit einem Verfahren der kleinsten Quadrate identifiziert.
Kraftstoffzuführungssteuer-/-regelsystem nach Anspruch 1, ferner umfassend Verschlechterungsbestimmungsmittel zum Bestimmen, dass sich das Kraftstoffeinspritzmittel verschlechtert hat, wenn wenigstens einer der durch das Identifizierungsmittel identifizierten Korrelationsparameter einen Wert außerhalb eines vorbestimmten gesetzten Bereichs annimmt.
Kraftstoffzuführungssteuer-/-regelverfahren für eine Brennkraftmaschine, welche wenigstens ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in ein Ansaugrohr oder eine Verbrennungskammer der Maschine aufweist, wobei das Kraftstoffzuführungssteuer-/-regelverfahren die Schritte umfasst: a) Erfassen einer Strömungsrate von der Maschine zugeführter Luft; b) Erfassen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer durch einen in einem Abgassystem der Maschine vorgesehenen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor; c) Einstellen einer Anforderungskraftstoff-Einspritzmenge nach Maßgabe eines Betriebszustands der Maschine; d) Berechnen eines Einspritzmengen-Anweisungswerts von durch das wenigstens eine Kraftstoffeinspritzventil eingespritztem Kraftstoff, nach Maßgabe der Anforderungskraftstoff-Einspritzmenge; e) Abschätzen einer Menge an in der Maschine verbranntem Kraftstoff nach Maßgabe der erfassten Ansaugluftstromungsrate und des erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses; f) Identifizieren von wenigstens zwei Korrelationsparametern, welche eine Beziehung zwischen der geschätzten verbrannten Kraftstoffmenge und dem Einspritzmengen-Anweisungswert angibt, und g) Korrigieren des Einspritzmengen-Anweisungswerts nach Maßgabe der wenigstens zwei identifizierten Korrelationsparameter.
Kraftstoffzuführungssteuer-/-regelverfahren nach Anspruch 4, wobei wenigstens zwei Korrelationsparameter unter Verwendung eines sequentiellen Algorithmus mit einem Verfahren kleinster Quadrate identifiziert werden.
Kraftstoffzuführungssteuer-/-regelverfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend den Schritt des Bestimmens, dass das wenigstens eine Kraftstoffeinspritzventil sich verschlechtert hat, wenn wenigstens einer der identifizierten Korrelationsparameter einen Wert außerhalb eines vorbestimmten eingestellten Bereichs annimmt.