DE69524936T2

DE69524936T2 - Kraftstoffmesssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69524936T2
Application number: DE69524936T
Authority: DE
Inventors: Yusuke Hasegawa; Hidetaka Maki; Yoichi Nishimura
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1995-02-25
Filing date: 1995-08-14
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2015-08-15
Also published as: US5649518A; EP0728925B1; EP0728925A2; EP0728925A3; DE69524936D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein Kraftstoffdosier-Regelsystem für eine Brennkraftmaschine.

Beschreibung vom Stand der Technik

Normalerweise wird zur Kraftstoffdosierregelung für Brennkraftmaschinen die PID-Regelvorschrift verwendet. Der Regelfehler zwischen dem Sollwert und der Stellgröße (Führungsgröße) wird mit einem P-Term (Proportional-Term), einem I-Term (Integral-Term) und einem D-Term (differentieller oder derivativer Term) multipliziert, um den Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten (Rückkopplungs-Verstärkungsfaktor) zu erhalten. Zusätzlich wurde kürzlich vorgeschlagen, den Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten unter Verwendung moderner Regeltheorie oder dergleichen zu erhalten, wie es in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 4(1992)-209,940 gelehrt wird.
Abgesehen davon kommt eine solche Situation häufig vor. Kurz nachdem das Gaspedal einmal losgelassen wurde, die Kraftstoffunterbrechung arbeitet und die Offenschleifensteuerung implementiert ist, kommt es nämlich häufig vor, dass das Gaspedal bald erneut niedergedrückt wird, wodurch die Maschine beschleunigt und die Regelung wieder aufgenommen wird. Auf diese Weise wird nach nur kurzer Zeit die Regelung wieder aufgenommen, was erforderlich macht, den Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten erneut zu berechnen.
Bei der Berechnung des Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten mittels einer Regelvorschrift, wie etwa einer adaptiven Regelvorschrift, hat der so berechnete Rückkopplungs- Korrekturkoeffizient eine starke Regelreaktion. Jedoch benötigt es Zeit, bis die Regelgröße stabil wird, solange nicht der Korrekturkoeffizient bei der Rückkehr zur Regelung geeignet bestimmt ist.
Die US-A-4 479 464 (Abstract) lehrt, während der Offenschleifensteuerung den Regel-Ausgabewert in einem Speicher zu halten und ihn bei der Wiederaufnahme des Regelprozesses wieder zu verwenden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kraftstoffdosier- Regelsystem für eine Brennkraftmaschine anzugeben, das den Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten bei der Rückkehr von einer Offenschleifensteuerung zur Regelung derart bestimmt, dass die Regelgröße sofort stabil wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese Erfindung löst diese Aufgabe durch Vorsehen eines Systems zum Regeln der Kraftstoffdosierung für eine Brennkraftmaschine, umfassend: ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Erfassungsmittel zum Erfassen eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (KACT) von Abgas der Maschine; ein Maschinenbetriebszustand-Erfassungsmittel zum Erfassen eines Betriebszustands der Maschine; ein Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungsmittel zum Bestimmen einer der Maschine zuzuführenden Kraftstoffeinspritzmenge (Tim); ein Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient-Berechnungsmittel zum Berechnen eines Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten (KSTR) unter Verwendung eines adaptiven Reglers; ein Regelbereich-Bestimmungsmittel zum Bestimmen, ob der erfasste Maschinenbetriebszustand ein Regelbereich ist, in dem eine Regelung durchzuführen ist, oder nicht; und ein Regelmittel zum Korrigieren einer Stellgröße mit dem Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten (KSTR), um das erfasste Luft- /Kraftstoffverhältnis (KACT) oder/und die Kraftstoffeinspritzmenge (Tim) auf einen Sollwert (KCMD) in dem Regelbereich zu bringen. Das System ist derart angeordnet, dass, das Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient-Berechnungsmittel einen zum Berechnen des Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten (KSTR) erforderlichen Wert hält, wenn es den Regelbereich verlässt, und dass der gehaltene Wert zumindest unter einem vorbestimmten Betriebszustand verwendet wird, um die Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten zu berechnen, wenn die Regelung wieder aufgenommen wird.

KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen näher ersichtlich, worin:
Fig. 1 ist ein gesamtes Blockdiagramm, das ein erfindungsgemäßesKraftstoffdosierregelsystem zeigt;
Fig. 2 ist eine Grafik, die die Ventilsteuer- Schaltcharakteristiken des variablen Ventilsteuermechanismus der in Fig. 1 gezeigten Maschine zeigt;
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das die Details der in Fig. 1 dargestellten Steuereinheit zeigt;
Fig. 4 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des erfindungsgemäßenKraftstoffdosierregelsystems zeigt;
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das ähnlich den Betrieb des Systems mehr funktionell zeigt;
Fig. 6 ist ein Unterroutinen-Flussdiagramm von Fig. 4, das die Berechnung eines Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KFB zeigt;
Fig. 7 ist ein Unterroutinen-Flussdiagramm von Fig. 6, das die Bestimmung eines Regelbereichs zeigt; und
Fig. 8 ist ein Zeitdiagramm, das die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsverzögerung zeigt, wenn die Kraftstoffzufuhr wieder aufgenommen wird, nachdem der Kraftstoff unterbrochen worden ist.

DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN

Nun werden Ausführungen der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 ist eine Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Kraftstoffdosierregelsystems für eine Brennkraftmaschine.
Die Bezugszahl 10 in dieser Figur bezeichnet eine Reihen- Vierzylinder-Brennkraftmaschine mit oben liegender Nockenwelle. Luft, die in ein Luftansaugrohr 12 durch einen an dessen fernem Ende angebrachten Luftfilter 14 angesaugt wird, wird, während Einstellung durch ein Drosselventil 16, den ersten bis vierten Zylindern durch einen Ausgleichsbehälter 18, einen Ansaugkrümmer 20 und zwei Einlassventile (nicht gezeigt) zugeführt. In der Nähe der Einlassventile jedes Zylinders ist eine Kraftstoffeinspritzdüse 22 zum Einspritzen von Kraftstoff installiert. Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit der Ansaugluft unter Bildung eines Luft/Kraftstoff-Gemischs, das in dem zugeordneten Zylinder durch eine Zündkerze (nicht gezeigt) gezündet wird. Die resultierende Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs treibt einen Kolben (nicht gezeigt) nach unten.
Das durch die Verbrennung erzeugte Abgas wird durch zwei Auslassventile (nicht gezeigt) in einen Abgaskrümmer 24 abgegeben, von wo es durch ein Abgasrohr 26 zu einem Katalysator (Drei-Wege-Katalysator) 28 strömt, wo daraus schädliche Komponenten entfernt werden, bevor es zur Atmosphäre abgegeben wird. Mit dem Gaspedal (nicht gezeigt) mechanisch nicht gekoppelt, wird das Drosselventil 16 auf den gewünschten Öffnungsgrad durch einen Schrittmotor M gesteuert. Zusätzlich wird das Drosselventil 16 durch einen in dessen Nähe vorgesehenen Bypass 32 umgangen.
Die Maschine 10 ist mit einem Abgasrückführmechanismus 100 ausgestattet sowie mit einem Kanisterspülmechanismus 200, der zwischen dem Luftansaugsystem und einem Kraftstofftank angeschlossen ist. Da sich jedoch diese Mechanismen nicht auf das Prinzip der Erfindung beziehen, werden sie im Detail nicht erläutert.
Die Maschine 10 ist auch mit einem variablen Ventilsteuermechanismus 300 ausgestattet (in Fig. 1 als V/T bezeichnet). Wie beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 2(1990)-275,043 gelehrt, schaltet der variable Ventilsteuermechanismus 300 die Öffnungs/Schließsteuerzeit der Einlass- und/oder Auslassventile zwischen zwei Typen von Steuercharakteristiken um, d. h. der Charakteristik für niedere Maschinendrehzahl mit Namen LoV/T und jener für hohe Maschinendrehzahl mit Namen HiV/T, in Antwort auf die Maschinendrehzahl Ne und den Krümmerdruck Pb, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Da dies jedoch ein an sich bekannter Mechanismus ist, wird er hier nicht weiter beschrieben. (Unter den verschiedenen Schaltmöglichkeiten zwischen Ventilsteuercharakteristiken ist jene eingeschlossen, die eines der zwei Einlassventile deaktiviert.)
Ein Kurbelwinkelsensor 40 zum Erfassen der Kolbenkurbelwinkel ist in dem Verteiler (nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine vorgesehen, ein Drosselstellungssensor 42 ist vorgesehen, um den Öffnungsgrad des Drosselventils 16 zu erfassen, und ein Krümmerabsolutdrucksensor 44 ist vorgesehen, um den Druck des Ansaugkrümmers stromab des Drosselventils 16 als Absolutwert zu erfassen.
Ein Atmosphärendrucksensor 46 zum Erfassen des Atmosphärendrucks ist an einem geeigneten Teil der Maschine 10 vorgesehen, ein Ansauglufttemperatursensor 48 zum Erfassen der Temperatur der Ansaugluft ist stromauf des Drosselventils 16 vorgesehen, und ein Kühlmitteltemperatursensor 50 zum Erfassen der Temperatur des Maschinenkühlmittels ist an einem geeigneten Teil der Maschine vorgesehen. Die Maschine 10 ist ferner mit einem Ventilsteuerzeit(V/T)sensor 52 (in Fig. 1 nicht gezeigt) versehen, der auf der Basis von Öldruck die Ventilsteuercharakteristik erfasst, die durch den variablen Ventilsteuermechanismus 300 gewählt ist.
Ferner ist ein Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 54, ausgebildet als Sauerstoffdetektor oder Sauerstoffsensor, an dem Abgasrohr 26 vorgesehen, an oder stromab von einem Zusammenflusspunkt in dem Abgassystem zwischen dem Abgaskrümmer 24 und dem Katalysator 28, wo er die Sauerstoffkonzentration im Abgas an dem Zusammenflusspunkt erfasst und ein Signal erzeugt (später erläutert). Die Ausgaben aller dieser Sensoren werden zu einer Steuereinheit 34 geschickt.
Details der Steuereinheit 34 sind im Blockdiagramm von Fig. 3 gezeigt. Die Ausgabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors 54 wird von einer Erfassungsschaltung 62 empfangen, wo sie einem geeigneten Linearisierungsprozess unterzogen wird, um eine Ausgangscharakteristik zu erzeugen, die sich linear mit der Sauerstoffkonzentration des Abgases über einen breiten Bereich verändert, der sich von der mageren Seite zur fetten Seite hin erstreckt. (In der Figur und dem Rest dieser Beschreibung wird der Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor als "LAF-Sensor" bezeichnet.)
Die Ausgabe der Erfassungsschaltung 62 wird durch einen Multiplexer 66 und einen A/D-Wandler 68 zu einer CPU (zentralen Prozessor-Einheit) weitergeleitet. Die CPU besitzt einen CPU-Kern 70, ein ROM (Nur-Lesespeicher) 72 und ein RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) 74, und die Ausgabe, der Erfassungsschaltung 62 wird einmal pro vorbestimmtem Kurbelwinkel (z. B. 15 Grad) A/D-gewandelt und sequentiell in Puffern des RAM 74 gespeichert. Ähnlich werden die Analogausgaben des Drosselstellungssensors 42 etc. in die CPU durch den Multiplexer 66 und den A/D-Wandler 68 eingegeben und in dem RAM 74 gespeichert.
Die Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 40 wird durch einen Wellenformer 46 geformt, und ihr Ausgangswert wird von einem Zähler 78 gezählt. Das Ergebnis der Zählung wird in die CPU eingegeben. Gemäß in dem ROM 72 gespeicherten Befehlen berechnet der CPU-Kern 70 die Stellgröße in der später beschriebenen Weise und treibt die Kraftstoffeinspritzdüsen 22 der jeweiligen Zylinder über eine Treiberschaltung 82 an. Über Treiberschaltungen 84, 86 und 88 arbeitend, erregt/entregt der CPU-Kern 70 auch ein Solenoidventil (EACV) 90 (zum Öffnen und Schließen des Bypasses 32 zum Regulieren der Sekundärluftmenge), ein Solenoidventil 102 zum Steuern der rückgeführten Abgasmengen, sowie ein Solenoidventil 202 zum Steuern der Kanisterspülmenge.
Fig. 4 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Systems zeigt. Die Routine von Fig. 3 wird bei jedem vorbestimmten Kurbelwinkel einmal aktiviert.
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das den Betrieb des Systems mehr funktionell zeigt. Zuerst wird das System anhand von Fig. 5 erläutert. Das System ist mit einem ersten Berechnungsmittel versehen, ausgebildet als adaptiver Regler (adaptiver Regler vom STR-Typ; in der Figur als "STR-Regler" bezeichnet), der die adaptive Regelvorschrift auf der Basis einer Rekursionsformel verwendet, um einen ersten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten (in der Figur als "KSTR(k)" bezeichnet) zu berechnen, um das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis (als "KACT(k)" bezeichnet) auf ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (als "KCMD(k)" bezeichnet) zu bringen, unter Verwendung der Kraftstoffeinspritzmenge als der Stellgröße (k: Abtastzahl im zeitdiskreten System).
Zusätzlich ist das System mit einem zweiten Berechnungsmittel versehen, das als PID-Regler (in der Figur als "PID" bezeichnet) ausgebildet ist, der eine zweite Regelvorschrift verwendet, insbesondere die PID-Regelvorschrift verwendet, um einen zweiten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten (als "KLAF(k)" bezeichnet) zu berechnen, der eine schlechtere Regelreaktion (eine geringere Regelreaktion) als der erste Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient hat, um zu bewirken, dass das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis KACT gleich dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD ist, ähnlich unter Verwendung der Kraftstoffeinspritzmenge als der Stellgröße. Die Ausgabe des ersten Berechnungsmittels oder des zweiten Berechnungsmittels wird auf der Basis des Maschinenbetriebszustands gewählt, der in der später beschriebenen Weise erfasst wird, und die Grund-Kraftstoffeinspritzmenge Tim (berechnet in einem vorwärts koppelnden System gemäß einer empirisch bestimmten Charakteristik und als Kennfelddaten gespeichert, die durch die Maschinendrehzahl und den Krümmerdruck abfragbar sind) wird mit dem gewählten Koeffizienten multipliziert, um die Ausgabe- Kraftstoffeinspritzmenge Tout zu erhalten.
Auf der Basis des Obenstehenden wird nun der Betrieb des Systems anhand von Fig. 4 erläutert.
In Fig. 4 startet das Programm bei 510, in dem die erfasste Maschinendrehzahl Ne und der Krümmerdruck Pb etc. gelesen werden, und geht zu S12 weiter, in dem geprüft wird, ob die Maschine angelassen wird oder nicht, und falls nicht, zu S14, in dem geprüft wird, ob die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wurde oder nicht. Die Kraftstoffunterbrechung wird unter bestimmten Maschinenbetriebszuständen durchgeführt, etwa dann, wenn die Drossel vollständig geschlossen ist und die Maschinendrehzahl höher als ein vorbestimmter Wert ist, wobei dann die Kraftstoffzufuhr gestoppt wird und eine Offenschleifensteuerung durchgeführt wird.
Wenn sich in S14 herausstellt, dass die Kraftstoffunterbrechung nicht implementiert ist, geht das Programm zu S16 weiter, in dem die Grund-Kraftstoffeinspritzmenge Tim durch Abfrage aus dem oben erwähnten Kennfeld unter Verwendung der erfassten Maschinendrehzahl Ne und dem Krümmerdruck Pb als Adressdaten berechnet wird. Dann geht das Programm zu S18 weiter, in dem geprüft wird, ob die Aktivierung des LAF-Sensors 54 abgeschlossen ist. Dies erfolgt durch Vergleich der Differenz zwischen der Ausgangsspannung und der Mittelspannung des LAF-Sensors 54 mit einem vorbestimmten Wert (beispielsweise 0,4 V), und Bestimmung, dass die Aktivierung abgeschlossen ist, wenn die Differenz kleiner als der vorbestimmte Wert ist.
Wenn S18 feststellt, dass die Aktivierung abgeschlossen ist, geht das Programm zu S20 weiter, in dem die Ausgabe des LAF-Sensors gelesen wird, zu S22, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis KACT(k) aus der Ausgabe bestimmt oder berechnet wird, und zu S24, in dem der Rückkopplungs- Korrekturkoeffizient KFB (der allgemeine Name für KSTR und KLAF) berechnet wird. Wie zuvor erwähnt, bedeutet k eine diskrete Variable in der Beschreibung und die Abtastzahl in dem zeitdiskreten System.
Die Unterroutine für diese Berechnung ist im Flussdiagramm von Fig. 6 gezeigt.
Das Programm beginnt in S100, in dem bestimmt wird, ob sich der Maschinenbetriebszustand in einem Regelbereich befindet oder nicht. Dies wird mittels einer in den Zeichnungen nicht gezeigten separaten Unterroutine durchgeführt. Die Offenschleifensteuerung wird beispielsweise implementiert, wenn sich der Maschinenbetriebszustand plötzlich geändert hat, wie etwa während Volllastanfettung, hoher Maschinendrehzahl oder wenn der Abgasrückführmechanismus arbeitet.
Wenn das Ergebnis in S100 JA ist, geht das Programm zu S102 weiter, in dem der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KLAF unter Verwendung der PID-Regelvorschrift berechnet wird. Dieser wird nachfolgend als der "PID-Korrekturkoeffizient" oder "KLAF" bezeichnet. Der durch die PID-Regelvorschrift bestimmte Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient wird wie folgt berechnet. Zuerst wird der Regelfehler DKAF zwischen dem Soll-Luft/ Kraftstoff-Verhältnis KCMD und dem erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnis KACT berechnet als:
DKAF (k) = KCMD(k-d') - KACT(k).
In dieser Gleichung ist KCMD(k-d') das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (worin d' die Totzeit angibt, bevor sich KCMD in KACT widerspiegelt und somit das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis vor dem Totzeit-Regelzyklus angibt) und KACT(k) ist das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis (im gegenwärtigen Regel(Programm)zyklus). Jedoch sind in dieser Ausführung der Sollwert KCMD und der erfasste Wert KACT als das Äquivalenzverhältnis ausgedrückt, um die Berechnung zu erleichtern, nämlich Mst/M = 1/lambda (Mst: stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis, M = A/F (A: Luftmassenströmungsrate, F: Kraftstoff-Massenströmungsrate), und lambda = Luftüberschussfaktor).
Dann wird der Regelfehler DKAF(k) mit spezifischen Koeffizienten multipliziert, um Variablen zu erhalten, d. h. den P-(proportionalen)-Term KLAFP(k), den I-(integralen)-Term KLAFI(k) und den D-(differentiellen oder derivativen)-Term KLAFD (k) als
P-Term: KLAFP(k) = DKAF(k) · KP
I-Term: KLAFI(k) = KLAFI(k-1) + DKAF(k) · KI
D-Term: KLAFD(k) = (DKAF(k) - DKAF(k-1)) · KD.
Somit wird der P-Term berechnet durch Multiplizieren des Fehlers mit dem Proportional-Verstärkungsfaktor KP, der I- Term wird berechnet durch Addieren des Werts von KLAFI(k- 1), des Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten im vorhergehenden Regelzyklus (k-1), zu dem Produkt des Fehlers und des Integral-Verstärkungsfaktors KI, und der D-Term wird berechnet durch Multiplizieren der Differenz zwischen dem Wert von DKAF(k), dem Fehler im gegenwärtigen Regelzyklus (k), und dem Wert von DKAF(k-1), dem Fehler im vorhergehenden Regelzyklus (k-1), mit dem Differential-Verstärkungsfaktor KD. Diese Verstärkungsfaktoren KP, KI und KD werden auf der Basis der Maschinendrehzahl und der Maschinenlast berechnet. Insbesondere werden sie aus einem Kennfeld unter Verwendung der Maschinendrehzahl Ne und dem Krümmerdruck Pb als Adressdaten abgefragt. Schließlich wird KLAF(k), der Wert des Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten gemäß der PID-Regelvorschrift im vorhergehenden Regelzyklus durch Summieren der so erhaltenen Werte berechnet:
KLAF(k) = KLAFP(k) + KLAFI(k) + KLAFD(k).
In diesem Fall wird angenommen, dass der Offset von 1,0 in dem I-Term KLAFI(k) enthalten ist, so dass der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient ein Multiplikationskoeffizient ist (nämlich der I-Term KLAFI(k) hat einen Anfangswert von 1,0).
Dann geht das Programm zu S104 der Unterroutine von Fig. 6 weiter, worin der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KSTR unter Verwendung der adaptiven Regelvorschrift berechnet wird. Dieser wird nachfolgend als der "adaptive Korrekturkoeffizient" oder "KSTR" bezeichnet.
Nun wird diese Berechnung erläutert. Der in Fig. 5 gezeigte adaptive Regler umfasst einen adaptiven Regler, der als STR-Regler aufgebaut ist, sowie einen Adaptationsmechanismus (Systemparameter-Schätzglied) zum Schätzen/Identifizieren der Systemparameter. Der Soll-Wert KCMD(k) und die Regelgröße y(k) (Geräteausgabe) des Kraftstoffdosierregelsystems werden in den STR-Regler eingegeben, der, einen Koeffizientenvektor erhält, der durch den Adaptationsmechanismus geschätzt/identifiziert ist und die Führungsgröße u(k) erzeugt.
Ein Identifizierungs-Algorithmus, der für die adaptive Regelung zur Verfügung steht, ist jener, der von I. D. Lanau et al vorgeschlagen wurde. Dieses Verfahren ist beispielsweise Computrol (Corona Publishing Co., Ltd., Nr. 27, Seiten 28-41 beschrieben; Automatic Control Handbook (Ohm Publishing Co., Ltd.), Seiten 703-707, "A Survey of Model Reference Adaptive Techniques - Theory and Applications" von I. D. Landau in Automatica, Ausgabe 10, Seiten 353-379; "Unification of Discrete Time Explicit Model Reference Adaptive Control Designs" von I. D. Landau et al in Automatica, Ausgabe 17, Nr. 4, Seiten 593-611; und "Combining Model Reference Adaptive Controllers and Stochastic Self-tuning Regulators" von I. D. Landau in Automatica, Ausgabe 18, Nr. 1, Seiten 77-84.
In dem dargestellten adaptiven Regler wird der von I. D. Landau et al vorgeschlagene Identifikations-Algorithmus verwendet. Wenn in dem von I. D. Landau vorgeschlagenen Identifikations-Algorithmus die Polynome des Nenners und Zählers der Übertragungsfunktion A(Z&supmin;¹)/B(Z&supmin;¹) des diskret geregelten Systems nach Art der unten gezeigten Gleichung 1-1 und Gleichung 1-2 definiert sind, dann sind die Reglerparameter oder die System(adaptiven)-Parameter (k), die aus den in Gleichung 1-3 gezeigten Parametern aufgebaut sind, als Vektor ausgedrückt (Transponiermatrix). Und die Eingabe zeta (k) zu dem Adaptationsmechanismus wird jene, die in Gleichung 1-4 gezeigt ist (Transponiermatrix). Hier wird als Beispiel ein Gerät herangezogen, in dem m = 1, n = 1 und d = 3, nämlich das Gerätemodell in der Form eines linearen Systems mit drei Totzeit-Regelzyklen vorliegt:
A(z&supmin;¹) = 1 + a&sub1;z&supmin;¹ + ... + anz-n Gleichung 1-1
B(z&supmin;¹) = b&sub0; + b&sub1;z&supmin;¹ + ... + bmz-m Gleichung 1-2
T(k) = b&sub0;(k), Rz&supmin;¹,k), (z&supmin;¹,k)] = [ &sub0;(k), &sub1;(k), ..., rm+d-1(k), s&sub0;(k), ..., sn-1(k)] = [ &sub0;(k), r&sub1;(k), r&sub2;(k), r&sub3;(k), s&sub0;(k)] Gleichung 1-3
ξT(k) = [u(k), ..., u(k-m-d+1), y(k), ..., y{k-n+1)] = [u{k), u(k-1), u(k-2), u(k-3), y(k)] Gleichung 1-4
Der Reglerparametervektor (Reglerparameter) (k) wird durch die gezeigte Gleichung 2 berechnet. In Gleichung 2 ist r(k) eine Verstärkungsfaktormatrix (quadratische Matrix der (m+n+d)-ten Ordnung), die die Schätz/Identifikationsgeschwindigkeit des Reglerparameters bestimmt, und e* ist ein Signal, das den verallgemeinerten Schätz/Identifikationsfehler angibt. Sie werden durch Rekursionsformeln angegeben, wie etwa jene der Gleichungen 3 und 4:
(k) = (k-1) + Γ(k-1)ξ(k-d)e*(k) Gleichung 2
In Gleichung 3 werden verschiedene spezifische Algorithmen in Abhängigkeit von der Wahl von lambda&sub1;, lambda&sub2; angegeben. Lambda 1(k) = 1, lambda 2(k) = lambda (0 < lambda < 2) ergibt den Algorithmus mit allmählich abnehmendem Verstärkungsfaktor (Methode der kleinsten Quadrate, wenn lambda = 1), und lambda 1(k) = lambda 1(k) = lambda 1 (0 < lambda 2 < 1), lambda 2(k) = lambda 2 (0 < lambda 2 < lambda) ergibt den Algorithmus mit variablem Verstärkungsfaktor (Methode der gewichteten kleinsten Quadrate, wenn lambda 2 = 1). Wenn man lambda 1(k)/lambda 2(k) = σ definiert und lambda 3 gemäß Gleichung 5 ausdrückt, erhält man den konstant folgenden Algorithmus, indem man lambda 1(k) = lambda 3(k) definiert. Ferner ergibt lambda 1(k) = 1, lambda 2(k) = 0 den Algorithmus mit konstantem Verstärkungsfaktor. Wie aus Gleichung 3 deutlich wird, ist in diesem Fall Γ(k) = Γ(k- 1), was den konstanten Wert Γ(k) = Γ ergibt.
Im Diagramm von Fig. 5 sind der STR-Regler (adaptive Regler) und der Adaptationsmechanismus (Systemparameter- Schätzglied) außerhalb des Systems angeordnet, um die Kraftstoffeinspritzmenge zu berechnen und den Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KSTR(k) zu berechnen, um den erfassten Wert KACT(k) adaptiv auf den Sollwert KCMD(k-d') zu bringen (wobei d' die Totzeit ist, bevor sich KCMD in KACT widerspiegelt, wie wiederholt erwähnt). In anderen Worten empfängt der STR-Regler den Koeffizientenvektor (k), der durch den Adaptationsmechanismus adaptiv geschätzt/identifiziert ist, und bildet einen Rückkopplungs- Kompensator, um ihn auf den Sollwert KCMD(k-d') zu bringen. Die Grund-Kraftstoffeinspritzmenge Tim wird mit anderen Korrekturterms KCMDM(k), KTOTAL (beide später erläutert) und dem berechneten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KSTR(k) multipliziert, und die korrigierte Kraftstoffeinspritzmenge wird dem geregelten Gerät (der Brennkraftmaschine) als die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge Tout (k) zugeführt.
Somit werden der adaptive Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KSTR (k) und der erfasste Wert KACT(k) bestimmt und in den Adaptationsmechanismus eingegeben, der den Reglerparametervektor (k) berechnet, der in den STR-Regler eingegeben wird. Der Sollwert KCMD(k) wird als Eingabe an den STR-Regler angelegt. Auf der Basis dieser Variablen verwendet der STR-Regler eine Rekursionsformel zur Berechnung des Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KSTR(k), um den erfassten Wert KACT(k) auf den Sollwert KCMD(k) zu bringen. Der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KSTR(k) wird insbesondere so berechnet, wie in Gleichung 6 gezeigt:
Wie im Vorstehenden erläutert, werden auch der erfasste Wert KACT(k) und der Sollwert KCMD(k) in den PID-Regler eingegeben (in der Figur als PID dargestellt), der den PID-Korrekturkoeffizienten KLAF(k) auf der Basis der PID- Regelvorschrift berechnet, wie im Zusammenhang mit S102, erläutert, um den Regelfehler zwischen dem erfassten Wert am Abgaszusammenflusspunkt und dem Sollwert zu beseitigen. Es wird entweder der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KSTR, der durch die adaptive Regelvorschrift erhalten ist, oder der PID-Korrekturkoeffizient KLAF, der durch die PID- Regelvorschrift erhalten ist, durch den in Fig. 5 gezeigten Schaltmechanismus 400 ausgewählt, um bei der Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge verwendet zu werden.
Die Berechnungen werden im STR-Regler und im PID-Regler parallel durchgeführt. Insbesondere werden in dem Adaptationsmechanismus, der mit den Gleichungen 2 bis 4 angegeben ist, Zwischengrößen zeta (k-d) eingegeben, nämlich Vektoren, die die gegenwärtigen und vergangenen Regelwerte u(k) = KSTR(k) und y(k) = KACT(k) vereinigen, und er berechnet die Systemparameter (k) auf der Ursache- und Wirkungsbeziehung zwischen diesen. Das hier verwendete u(k) ist der vorgenannte Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient, der bei der Kraftstoffeinspritzmengen-Berechnung verwendet wird. Unter der Bedingung, dass im nächsten Regelzyklus statt der adaptiven Regelung die PID-Regelung durchzuführen ist, wird der PID-Korrekturkoeffizient KLAF als der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient verwendet. Während die PID-Regelung durchgeführt wird, wird, auch wenn die Eingabe u(k) in den Adaptationsmechanismus von dem adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR(k) zu KLAF(k) gewechselt hat, da die Geräteausgabe (die Regelgröße), die gemäß dem Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten erzeugt ist und zur Kraftstoffdosierregelung verwendet ist, nämlich KACT(k+d') ausgegeben, und da diese Ursache-Wirkungs-Beziehung zwischen der Eingabe und der Ausgabe vorliegt, kann der Adaptationsmechanismus den Reglerparametervektor (k) ohne Divergenz berechnen. Wenn somit (k) in Gleichung 6 eingegeben wird, wird KSTR(k) berechnet. Hierbei ist es bei der Berechnung von KSTR(k-i) zulässig, KSTR(k- i) = KLAF(k-i) zu ersetzen (i = 1, 2, 3).
Somit kann der adaptive Korrekturkoeffizient KSTR auch, dann berechnet werden, wenn der PID-Regler arbeitet, und es hat sich bestätigt, dass der PID-Korrekturkoeffizient KLAF und der adaptive Korrekturkoeffizient KSTR zu jeder bestimmten Zeit im Wesentlichen identisch sind. Da die Werte des PID-Korrekturkoeffizienten KLAF und des adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR eng beieinander liegen, erfolgt darüber hinaus das Umschalten zwischen diesen glattgängig.
Zurück zur Erläuterung des Flussdiagramms von Fig. 6. Das Programm geht zu S106 weiter, in dem der Betriebsbereich dahingehend bestimmt wird, ob er ein solcher ist, in dem die Regelung unter Verwendung des hochregelreaktiven Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten (des adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR) durchgeführt werden soll oder unter Verwendung des niederregelreaktiven Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten (PID-Korrekturkoeffizienten KLAF).
Fig. 7 ist das Flussdiagramm einer Unterroutine dieser Bereichsbestimmung.
Zuerst wird in S200 geprüft, ob im vorhergehenden Regelzyklus die Offenschleifensteuerung in Betrieb war, d. h. zu der Zeit, zu der die Unterroutine von Fig. 4 in dem vorhergehenden Steuerzykus aktiviert war. Wenn das Ergebnis JA ist, geht das Programm zu S202 weiter, in dem bestimmt wird, dass der Bereich ein solcher ist, in dem die Regelung unter Verwendung des niedrigregelreaktiven Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten (PID-Korrekturkoeffizienten KLAF) durchgeführt werden soll (nachfolgend als "niedrigreaktiver Rückkopplungsbereich" bezeichnet). Der Grund hierfür ist, dass es aus dem zuvor erläuterten Grund bevorzugt ist, unmittelbar nach Rückkehr von der Offenschleifensteuerung die hochreaktive Regelung nicht durchzuführen. Beim Wechsel von der Offenschleifensteuerung zur Regelung ist es möglich, die niedrigreaktive Regelung über eine vorbestimmte Dauer durchzuführen (z. B. 5 OTs (OT: oberer Totpunkt)). In diesem Fall genügt es, nach Schritt, S200 einen Bestimmungsschritt vorzusehen, um während der vorbestimmten Dauer das Programm fortlaufend zu S202 zu leiten.
Wenn das Ergebnis in S200 NEIN ist, geht das Programm zu S204 weiter, in dem geprüft wird, ob die Maschinenkühlmitteltemperatur Tw niedriger als ein vorbestimmter Wert TWSTRON ist. Der vorbestimmte Wert TWSTRON ist auf eine relativ niedrige Kühlmitteltemperatur gesetzt, und wenn die erfasste Maschinenkühlmitteltemperatur Tw unter dem vorbestimmten Wert TWSTRON liegt, geht das Programm zu S202 weiter, in dem bestimmt wird, dass sich der Maschinenbetriebszustand in dem niedrigreaktiven Rückkopplungsbereich befindet. Der Grund hierfür ist, dass die Verbrennung bei niedrigen Kühlmitteltemperaturen unstabil ist, was es, wegen Fehlzündung und dgl., unmöglich macht, eine stabile Erfassung des Werts KACT zu erreichen. Obwohl in Fig. 7 nicht gezeigt, wird aus dem gleichen Grund auch bestimmt, dass sich die Betriebszustände in einem niedrigreaktiven Rückkopplungsbereich befinden, wenn die Kühlmitteltemperatur abnormal hoch ist.
Wenn S204 feststellt, dass die Maschinenkühlmitteltemperatur Tw nicht niedriger als der vorbestimmte TWSTRON ist, geht das Programm zu S206 weiter, in dem geprüft wird, ob die erfasste Maschinendrehzahl Ne bei oder über einem vorbestimmten Wert NESTRLMT liegt. Der vorbestimmte Wert NESTRLMT ist auf eine relativ hohe Maschinendrehzahl gesetzt. Wenn S206 feststellt, dass die erfasste Maschinendrehzahl Ne bei oder über dem vorbestimmten Wert NESTRLMT liegt, geht das Programm zu 5202 weiter, in dem bestimmt wird, dass sich der Betriebszustand in dem niedrigreaktiven Rückkopplungsbereich befindet. Der Grund hierfür ist, dass während Hochdrehzahl-Maschinenbetrieb die Tendenz besteht, dass ungenügend Zeit für die Berechnung vorhanden ist, und darüber hinaus die Verbrennung unstabil ist.
Wenn S206 feststellt, dass die erfasste Maschinendrehzahl, Ne niedriger als der vorbestimmte Wert NESTRLMT ist, geht das Programm zu S208 weiter, in dem geprüft wird, ob die Maschine leerläuft. Wenn das Ergebnis JA ist, geht das Programm zu S202 weiter, in dem bestimmt wird, das sich der Betriebszustand in dem niedrigreaktiven Rückkopplungsbereich befindet. Der Grund hierfür ist, dass der allgemein stabile Betriebszustand während Leerlauf den Bedarf nach einem hohen Verstärkungsfaktor erübrigt, wie etwa jenem gemäß der adaptiven Regelvorschrift.
Wenn S208 feststellt, dass die Maschine nicht leerläuft, geht das Programm zu S210 weiter, in dem gewertet wird, ob die Maschinenlast niedrig ist. Wenn das Ergebnis JA ist, geht das Programm zu S202 weiter, in dem bestimmt wird, dass sich der Betriebszustand in dem niedrigreaktiven Rückkopplungsbereich befindet. Der Grund hierfür ist, dass die Verbrennung im niedrigen Maschinenlastbereich nicht stabil ist.
Wenn S210 feststellt, dass die Maschinenlast nicht niedrig ist, geht das Programm zu S212 weiter, in dem geprüft wird, ob in dem variablen Ventilsteuermechanismus HiV/T (Ventilsteuerzeit bei hoher Maschinendrehzahl) gewählt ist. Wenn dies der Fall ist, geht das Programm zu S202 weiter, in dem bestimmt wird, dass sich der Betriebszustand in dem niedrigreaktiven Rückkopplungsbereich befindet. Der Grund hierfür ist, dass, wenn ein großer Betrag an Ventilsteuerüberlappung vorliegt, wenn die Ventilsteuer-Charakteristik der hohen Maschinendrehzahl vorliegt, diese Wahl leicht ein Ansaugluftdurchblasen verursacht (ein Entweichen von Ansaugluft durch das Auslassventil), wobei in diesem Fall der erfasste Wert KACT wahrscheinlich nicht stabil ist. Zusätzlich kann die Erfassungsverzögerung des LAF-Sensors während des Hochdrehzahlbetriebs nicht ignoriert werden.
Die Entscheidung, ob die Hochdrehzahl-Ventilsteuerzeit gewählt wird oder nicht, erfolgt nicht nur auf der Basis, davon, ob die Hochdrehzahl-Ventilsteuerzeit gerade gewählt wurde, sondern auch in Bezug auf ein geeignetes Flag, das angibt, ob ein Befehl zum Schalten der Ventilsteuercharakteristiken von der Niederdrehzahlseite zur Hochdrehzahlseite in eine Steuereinheit (nicht gezeigt) des variablen Ventilsteuermechanismus eingegeben worden ist oder nicht. Der Grund hierfür ist, dass Änderungen in den Ventilsteuercharakteristiken nicht an allen Zylinder gleichzeitig implementiert werden könnten. Während Übergangszuständen und dergleichen können daher Fälle auftreten, in denen sich die Ventilsteuercharakteristiken zwischen den verschiedenen Zylindern vorübergehend unterscheiden. In anderen Worten, beim Umschalten der Ventilsteuercharakteristik zur Hochdrehzahlseite ist die Anordnung so, dass das Umschalten zur Hochdrehzahlseite in der Steuereinheit des variablen Ventilsteuermechanismus nach der Bestätigung durchgeführt wird, dass die Regelung unter Verwendung des PID-Korrekturkoeffizienten wirkt, als Ergebnis einer Bestimmung, dass sich der Maschinenbetriebszustand in dem niederreaktiven Rückkopplungsbereich befindet.
Wenn das Ergebnis in S212 NEIN ist, geht das Program zu S214 weiter, in dem geprüft wird, ob das erfasste Luft/- Kraftstoff-Verhältnis KACT unter einem vorbestimmten Wert a liegt. Wenn das Ergebnis JA ist, geht das Programm zu S202 weiter. Falls NEIN, geht es zu S216 weiter, in dem geprüft wird, ob der erfasste Wert KACT größer als ein vorbestimmter Wert b ist. Wenn das Ergebnis JA ist, geht das Programm zu S202 weiter. Falls NEIN, geht es zu S218 weiter, in dem bestimmt wird, dass sich der Betriebszustand in einem Bereich befindet, in dem die Regelung unter Verwendung des hochregelreaktiven Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten (Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KSTR) durchzuführen ist (nachfolgend als "hochreaktiver Rückkopplungsbereich" bezeichnet). Die vorbestimmten Werte a und b werden geeignet gesetzt, um eine Unterscheidung von mageren und fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnissen zu ermöglichen, da es besser ist, die hochreaktive Regelung wie etwa eine adaptive Regelung zu vermeiden, wenn das Luft/- Kraftstoff-Verhältnis mager oder fett ist. Bei Durchführung der Unterscheidung kann, anstatt des erfassten Luft/- Kraftstoff-Verhältnisses, das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum Vergleich mit den vorbestimmten Werten verwendet werden.
Zurück zur Unterroutine von Fig. 6. Dann wird in S108 geprüft, ob bestimmt wird, dass der Bereich der hochregelreaktive Rückkopplungsbereich ist. Wenn das Ergebnis JA ist, wird in S110 der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KFB auf den Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KSTR gesetzt oder durch diesen ersetzt, wonach in S112 der I- Term KLAFI des PID-Korrekturkoeffizienten auf den Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KFB gesetzt oder durch diesen ersetzt wird. Der Grund hierfür ist, dass der I- Term (Integral-Term) sich plötzlich ändern könnte, wenn im nächsten Regelzyklus der adaptive Korrekturkoeffizient KSTR auf den PID-Korrekturkoeffizienten KLAF umgeschaltet wird. Indem man auf diese Weise den Anfangswert des I- Terms des PID-Korrekturkoeffizienten KLAF unter Verwendung des Werts des adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR bestimmt, kann die Pegeldifferenz zwischen dem adaptiven Korrekturkoeffizienten und dem PID-Korrekturkoeffizienten reduziert werden, um eine plötzliche Änderung der Regelgröße zu verhindern und eine stabile Regelung sicherzustellen. Dann wird in S114 das Bit eines Flag FKSTR auf 1 gesetzt, um anzugeben, dass die Kraftstoffeinspritzmenge unter Verwendung des adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR korrigiert wird.
Wenn andererseits S108 feststellt, dass der Betriebszustand nicht der hochreaktive Bereich ist, wird in S116 der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KFB auf den PID-Korrekturkoeffizienten KLAF gesetzt, und wird in S118 die Geräteeingabe u(k) auf den Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KFB gesetzt (der in den STR-Regler eingegeben wird, wie in Fig. 5 gezeigt). Der Grund hierfür ist, dass auch außerhalb des STR-Regelbereichs der STR-Regler unter Verwendung des PID-Korrekturkoeffizienten KLAF weiterarbeitet. Dann wird in S120 das Bit des Flag FKSTR auf 0 rückgesetzt.
Wenn S100 feststellt, dass der Betriebszustand nicht der Rückkopplungsbereich ist, geht das Programm zu S122 weiter, in dem geprüft wird, ob seit dem Verlassen des Rückkopplungsbereichs eine vorbestimmte Dauer oder Zeit abgelaufen ist oder nicht. Wenn das Ergebnis NEIN ist, geht das Programm zu S124 weiter, wo der Wert von KLAF im gegenwärtigen Regelzyklus auf KLAFI(k-1) gesetzt oder durch diesen ersetzt wird, dem Wert des I-Terms in dem vorhergehenden Regelzyklus, d. h. dass der I-Term gehalten wird. Dann werden in S126 die internen Variablen (Zwischengrößen) des adaptiven Reglers in ähnlicher Weise auf dem vorhergehenden Wert gehalten, d. h. dem Endwert während der adaptiven Regelung.
Der PID-Korrekturkoeffizient KLAF wird unter Verwendung des I-Terms (Integral-Terms) berechnet, wenn er gehalten wird. Der Grund hierfür ist, dass, wie zuvor erwähnt, eine schnelle Änderung im I-Term auftreten könnte, wenn der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient nach einem Umschalten von der adaptiven Regelung zur PID-Regelung im nächsten Regelzyklus berechnet wird. Unter Verwendung des Werts von KSTR zur Bestimmung des Anfangswerts des I-Terms des PID- Korrekturkoeffizienten in der vorstehenden Weise ist die Differenz zwischen dem adaptiven Korrekturkoeffizient und dem PID-Korrekturkoeffizienten klein. Im Ergebnis wird es möglich, eine plötzliche Änderung der Regelgröße zu verhindern und die Regelstabilität sicherzustellen.
Der Grund für die Durchführung des Prozesses in S126 ist ferner, dass, wie in Fig. 5 gezeigt, die Berechnung von zeta(k) die Geräteeingabe u verwendet, nicht nur die Regeleingabe u(k) im vorhergehenden Regelzyklus, sondern auch u(k-1) und andere vergangene Werte in den vorhergehenden Regelzyklen. Daher versteht sich i von u(k-i) in S126 als Symbol, das die gegenwärtigen und vergangenen Regelwerte einschließt. Der Prozess in S126 bedeutet daher, dass u(k), u(k-1), u(k-2) und u(k-3), genauer gesagt, u(k-1), u(k-2), u(k-3) und u(k-4), gehalten werden. Die Systemparameter und die Verstärkungsfaktormatrix Γ werden einfach auf ihren vorhergehenden Werten gehalten. Falls etwa die Reglerparameter (Reglerparametervektor) # und die Verstärkungsfaktormatrix Γ in einem Speicher als Kennfeldwerte gespeichert sind, können statt des gehaltenen Werts die Kennfeldwerte verwendet werden. Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, werden in der adaptiven Regelung auch KSTR und KACT auf den Endwerten gehalten. Natürlich können auch KACT und die Eingabe u(k-i) miteinander vereinigt und als zeta gehalten werden.
Dann wird in S128 der Wert des Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KFB auf 1, 0 gesetzt, d. h., die Regelung wird nicht durchgeführt. Dann wird in S130 das Bit des Flag FKSTR auf 0 rückgesetzt.
Wenn andererseits S122 feststellt, dass seit dem Verlassen des Rückkopplungsbereichs die vorbestimmte Dauer abgelaufen ist, wird in S132 der Wert des I-Terms KLAFI auf 1,0 (Anfangswert) gesetzt, wonach in S134 die Geräteeingabe u, die Systemparameter und die Verstärkungsfaktormatrix Γ auf vorbestimmte Werte gesetzt werden, z. B. auf ihre Anfangswerte. Die Geräteeingabe u wird insbesondere auf u(k) = u(k-1) = u(k-3) = 1 gesetzt.
Dies bezieht sich auf eine häufig vorkommende Situation. Kurz nachdem das Gaspedal einmal losgelassen ist, die Kraftstoffunterbrechung erfolgt und die Offenschleifensteuerung implementiert ist, kommt es nämlich häufig vor, dass das Gaspedal bald wieder niedergedrückt wird, wodurch die Maschine beschleunigt und die Regelung wieder aufgenommen wird. Wenn auf diese Weise nach nur kurzer Zeit die Regelung wieder aufgenommen wird, entsteht angenähert keine Änderung im Betriebszustand der Maschine zwischen vor und nach dem Nichtbetriebsbereich des STR-Reglers, und daher bleibt die Ursache-Wirkungs-Beziehung mit der Verbrennungshistorie natürlich erhalten.
Im Falle eines derartigen Übergangsbereichs verbessert daher das Halten der internen Variablen des adaptiven Reglers die Regelstabilität, indem die Kontinuität der adaptiven Regelung erhalten bleibt und die adaptive Regelung fortgeführt werden kann, ohne unnötigerweise zum Anfangszustand zurückzukehren. In diesem Sinne definiert die vorbestimmte Dauer in Bezug auf S122 einen Zeitbereich, während dem die Ursache-Wirkungs-Beziehung zur Verbrennungshistorie fortlaufend gehalten wird. Der hier verwendete Begriff "Dauer" ist so definiert, dass er sowohl zeitlich gemessene Intervalle als auch in Regel(Programm)-Zyklen gemessene Intervalle (die Anzahl von Verbrennungszyklen, OTs etc.) einschließt.
Wenn andererseits die vorbestimmte Dauer oder mehr abgelaufen ist, kann angenommen werden, dass im Betriebszustand der Maschine vor und nach dem Nichtbetriebsbereich des STR-Reglers eine starke Änderung stattgefunden hat. In diesem Fall wird daher in S132 der I-Term des PID-Korrekturkoeffizienten auf 1,0 gesetzt, und in S134 werden die internen Variablen auf vorbestimmte Werte zurückgebracht, beispielsweise ihre Anfangswerte. Es kann ein Anfangswert von (k-1) und u(k) (= KSTR(k)) in einem Speicher für jeden Betriebsbereich der Brennkraftmaschine gespeichert werden, und die gespeicherten Werte können als die vergangenen Werte von (k-1) und zeta (k-d) verwendet werden. Dies verbessert weiter die Regelbarkeit bei der Wiederaufnahme der adaptiven Regelung. Zusätzlich kann (k) für jeden Betriebsbereich erlernt werden.
Dann wird in S26 der Routine von Fig. 4 die Grund-Kraftstoffeinspritzmenge Tim mit einem Wert KCMDM (später erläutert), dem berechneten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KFB und dem Korrekturkoeffizienten KTOTAL multipliziert, und das Additionsglied TTOTAL wird zu dem Ergebnis addiert, um die korrigierte Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge Tout in der zuvor beschriebenen Weise zu erhalten. In 528 wird dann die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge Tout als die Stellgröße an die Treiberschaltung 82 der Kraftstoffeinspritzdüse 22 ausgegeben.
Hier ist KCMDM ein Korrekturkoeffizient und wird auf der Basis des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (genauer des Äquivalenzverhältnisses) KCMD bestimmt. Insbesondere wird, um die Kraftstoffeinspritzmenge nach dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch Multiplikation zu korrigieren, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis als das Äquivalenzverhältnis bestimmt und wird um die Ladeeffizienz korrigiert. Insbesondere schwankt die Ladeeffizienz der Ansaugluft, wenn die Verdunstungswärme schwankt. Aus diesem Grund wird der Wert KCMD hierdurch korrigiert und in KCMDM umbenannt. Der andere Korrekturkoeffizient KTOTAL ist der Gesamtwert der Koeffizienten der verschiedenen Korrekturen nach der Kühlmitteltemperatur etc., die durch die Multiplikationsglieder durchgeführt wurden, und TTOTAL bezeichnet den Gesamtwert der verschiedenen Korrekturen nach dem Atmosphärendruck etc., die durch Additionsglieder durchgeführt wurden (jedoch nicht die Einspritzdüsen-Totzeit etc. beinhaltet, die separat zur Zeit der Ausgabe der Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge Tout addiert wird).
Da die Offenschleifensteuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zur Wirkung kommt, wenn das Ergebnis in S18 NEIN ist, wird in diesem Fall der Wert des Rückkopplungs- Korrekturkoeffizienten KFB in S30 auf 1,0 gesetzt, und in S26 wird die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge Tout berechnet. Da die Offenschleifensteuerung auch dann implementiert wird, wenn S12 feststellt, dass die Maschine angelassen wird, wird in diesem Fall die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge Tout durch Abfrage der Anlass-Kraftstoffeinspritzmenge Ticr in S32 und auf der Basis einer Ticr verwendenden Startmodusgleichung in S34 berechnet. Wenn S14 feststellt, dass die Kraftstoff-Unterbrechung stattfindet, wird in S36 die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge Tout auf 0 gesetzt.
Wenn in dieser Ausführung die Offenschleifensteuerung der Kraftstoffdosierung und des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses unterbrochen und die Rückkopplungregelung wieder aufgenommen wird, wie im Fall eines Übergangsbereichs derart, dass nach dem Loslassen des Gaspedals die Kraftstoffunterbrechung ausgelöst wird, das Gaspedal bald erneut niedergedrückt wird und die Kraftstoffzufuhr wieder aufgenommen wird und die internen Variablen des adaptiven Reglers gehalten werden, wird es daher möglich, die Kontinuität der adaptiven Regelung einzuhalten und die adaptive Regelung durchzuführen, ohne diese unnötigerweise in ihren Anfangszustand zurückzubringen.
Wenn andererseits die vorbestimmte Dauer seit dem Verlassen des Regelbereichs abgelaufen ist, kann angenommen werden, dass im Betriebszustand der Maschine eine starke Änderung stattgefunden hat, und sie ist so konfiguriert, dass die internen Variablen des adaptiven Reglers auf vorbestimmte Werte zurückgebracht werden, beispielsweise ihre Anfangswerte. Mit dieser Anordnung ist es unwahrscheinlich, dass der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient als ein ungeeigneter Wert berechnet wird. Da ferner die internen Variablen auf die vorbestimmten Werte zurückgebracht werden, ist die Berechnung vereinfacht. Dies verbessert die Regelbarkeit bei der Wiederaufnahme der adaptiven Regelung weiter.
Ferner ist die Anordnung so konfiguriert, dass sie zwei Arten von Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten aufweist, gebildet aus dem hochregelreaktiven, adaptiven Korrekturkoeffizienten und dem niedrigregelreaktiven PID-Korrekturkoeffizienten, und der PID-Korrekturkoeffizient wird wegen der Beendigung der Offenschleifensteuerung und der Wiederaufnahme der Rückkopplungregelung etwa während der Rückkehr von der Kraftstoffunterbrechung, fortlaufend für eine Dauer weiterverwendet. Im Ergebnis wird der durch die adaptive Regelvorschrift bestimmte Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient hoher Regelreaktion während solchen Perioden nicht verwendet, wenn die Differenz zwischen dem wahren Luft/Kraftstoff-Verhältnis und dem erfassten Luft/- Kraftstoff-Verhältnis groß ist, wegen der Zeit, die die Verbrennung des zugeführten Kraftstoffs benötigt und wegen der Erfassungsverzögerung des Sensors selbst. Die Regelgröße wird daher nicht unstabil und verschlechtert die Regelstabilität nicht, wie in Fig. 8 offenbart.
Andererseits kann die Konversionsgeschwindigkeit verbessert werden, nachdem der erfasste Wert unter Verwendung des Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten mit hoher Regelreaktion stabilisiert wurde, der durch die adaptive Regelvorschrift bestimmt ist, um das System so zu betreiben, dass es den gesamten Regelfehler auf einmal absorbiert. Ein besonders bemerkenswertes Merkmal der Ausführung ist, dass ein optimaler Ausgleich zwischen der Regelstabilität und der Regelkonversion erreicht wird, wegen der Tatsache, dass die Regelkonversion durch Bestimmung der Stellgröße als das Produkt des Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten und der Stellgröße verbessert wird.
Da ferner der STR-Regler und der PID-Regler parallel arbeiten, wobei sie gegenseitig die internen Variablen ersetzen, um den adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR und den PID-Korrekturkoeffizienten KLAF parallel zu berechnen, kann der Übergang von dem adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR zu dem PID-Korrekturkoeffizienten KLAF und umgekehrt glattgängig erfolgen. Die Tatsache, dass das Umschalten zwischen den zwei Typen von Korrekturkoeffizienten mit der gewünschten Zeitgebung durchgeführt werden kann, ermöglicht es ferner, ein optimales Umschalten zu erreichen, während die Tatsache, dass das Umschalten durchgeführt werden kann, ohne in dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis Spitzen zu erzeugen, zu einer verbesserten Kraftstoffdosierung und Regelbarkeit des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses führt.
Obwohl die Ausführung so konfiguriert ist, das sie zwei Arten von Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten mit verschiedener Regelreaktion aufweist, bestimmt durch die adaptive Regelvorschrift und die PID-Regelvorschrift, und die Kraftstoffeinspritzmenge mit einer davon korrigiert wird, ist die Konfiguration nicht hierauf beschränkt, und es besteht auch die Möglichkeit, nur adaptive Korrekturkoeffizienten unterschiedlicher Regelreaktion zu verwenden.
Obwohl sie so konfiguriert ist, dass die internen Variablen auf die vorbestimmten Werte zurückgebracht werden, wenn eine vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist, und als Beispiel der vorbestimmten Werte die Anfangswerte hergenommen werden, ist anzumerken, dass es alternativ auch möglich ist, die internen Variablen auf andere Werte als die Anfangswerte zurückzubringen.
Während in der Ausführung der PID-Regler als Beispiel verwendet wurde, ist es stattdessen auch zulässig, die KP-, KI- und KD-Verstärkungsfaktoren geeignet zu setzen, um die PI-Regelung durchzuführen und nur den I-Term zu regeln. In anderen Worten wird die in der Beschreibung angegebene PID-Regelung insofern etabliert, dass sie einige der Verstärkungsfaktorglieder einschließt.
Während in der Ausführung das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, genauer gesagt das Äquivalenzverhältnis, als der Sollwert benutzt wurde, kann stattdessen auch die Kraftstoffeinspritzmenge als der Sollwert verwendet werden.
Während in der Ausführung die adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR und KLAF als Multiplikationskoeffizienten (- glieder) berechnet wurden, können sie stattdessen auch als Additionsglieder berechnet werden.
Während die Ausführung in Bezug auf Beispiele beschrieben wurde, die als adaptiven Regler einen STR verwenden, kann stattdessen auch ein MRACS (modellreferenziertes adaptives Regelsystem) verwendet werden.
Ferner ist die Erfindung nicht auf die Anordnung beschränkt und kann stattdessen auch so konfiguriert sein, dass ein Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor (LAF-Sensor) in dem Abgassystem in einer der Zylinderzahl gleichenden Zahl angeordnet ist, um die Luft/Kraftstoffverhältnisse in den einzelnen Zylindern auf der Basis der Ausgaben der einzelnen Zylinder zu erfassen.
Wichtige Aspekte der beschriebenen Erfindung sind wie folgt:
Ein Kraftstoffdosier-Regelsystem für eine Brennkraftmaschine besitzt eine Rückkopplungsschleife. In dem System wird die der Maschine (dem Gerät) zuzuführende Kraftstoffeinspritzmenge (Tim) außerhalb der Rückkopplungsschleife bestimmt. Ein Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient (KSTR) wird unter Verwendung eines adaptiven Reglers berechnet, und in dem Regelbereich wird eine Regelung durchgeführt, indem die Kraftstoffeinspritzmenge mit dem Koeffizienten multipliziert wird. Im Hinblick auf die Situation, dass beispielsweise wegen Kraftstoffunterbrechung der Regelbereich einmal verlassen wird, jedoch kurz danach zum Regelbereich wieder zurückgekehrt wird, werden die für die Koeffizientenberechnung erforderlichen internen Variablen des adaptiven Reglers gehalten, um die Bestimmung der Variablen unnötig zu machen und die Regelkontinuität beizubehalten und die Regelbarkeit zu verbessern. Wenn andererseits eine Rückkehr zu dem Bereich eine längere Zeit erfordert, werden die Variablen auf die Anfangswerte gesetzt.

Claims

1. System zum Regeln der Kraftstoffdosierung für eine Brennkraftmaschine, umfassend:

ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsmittel zum Erfassen eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (KACT) von Abgas der Maschine;

ein Maschinenbetriebszustand-Erfassungsmittel zum Erfassen eines Betriebszustands der Maschine;

ein Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungsmittel zum Bestimmen einer der Maschine zuzuführenden Kraftstoffeinspritzmenge (Tim);

ein Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient-Berechnungsmittel zum Berechnen eines Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten (KSTR) unter Verwendung eines adaptiven Reglers;

ein Regelbereich-Bestimmungsmittel zum Bestimmen, ob der erfasste Maschinenbetriebszustand ein Regelbereich ist, in dem eine Regelung durchzuführen ist, oder nicht; und

ein Regelmittel zum Korrigieren einer Stellgröße mit dem Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten (KSTR), um das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis (KACT) oder/und die Kraftstoffeinspritzmenge (Tim) auf einen Sollwert (KCMD) in dem Regelbereich zu bringen;

dadurch gekennzeichnet, dass:

das Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient-Berechnungsmittel einen zum Berechnen des Rückkopplungs- Korrekturkoeffizienten (KSTR) erforderlichen Wert hält, wenn es den Regelbereich verlässt, und

dass der gehaltene Wert zumindest unter einem vorbestimmten Betriebszustand verwendet wird, um die Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten zu berechnen, wenn die Regelung wieder aufgenommen wird.

2. System nach Anspruch 1, worin das Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient-Berechnungsmittel zumindest eine der Variablen hält, die zur Berechnung des Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten erforderlich sind.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, worin der adaptive Regler Reglerparameter erhält, die von einem Adaptationsmechanismus geschätzt/identifiziert sind, und das Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient-Berechnungsmittel die Reglerparameter hält.

4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, worin der adaptive Regler einen in einer Rekursionsformel ausgedrückten Algorithmus aufweist und das Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient-Berechnungsmittel eine Ausgabe des adaptiven Reglers hält.

5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, worin das Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient-Berechnungsmittel das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis (KACT) hält.

6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, worin der adaptive Regler Reglerparameter erhält, die von einem Adaptationsmechanismus geschätzt/identifiziert sind, und das Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient-Berechnungsmittel eine Verstärkungsfaktormatrix hält, die die Schätz/Identifikationsgeschwindigkeit des Adaptationsmechanismus bestimmt.

7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, worin der gehaltene Wert oder die gehaltenen Werte einen vergangenen Wert davon enthält oder vergangene Werte davon enthalten.

8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, worin das Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient-Berechnungsmittel umfasst:

ein Zeitablauf-Messmittel zum Messen eines Zeitablaufs seit Verlassen des Regelbereichs;

und wenn der gemessene Zeitablauf größer als eine vorbestimmte Zeit ist, das Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient-Berechnungsmittel den gehaltenen Wert oder die gehaltenen Werte auf einen vorbestimmten Wert oder vorbestimmte Werte setzt.

9. System nach Anspruch 7, worin der vorbestimmte Wert oder die vorbestimmten Werte ein Anfangswert davon ist oder Anfangswerte davon sind.

10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, worin das Regelmittel die Stellgröße korrigiert, indem es die Stellgröße mit dem Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten (KSTR) multipliziert.