DE69527478T2 - Kraftstoffzuteilungssteuersystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffzuteilungssteuersystem für eine Brennkraftmaschine

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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft ein Kraftstoffdosiersteuer/regelsystem für eine Brennkraftmaschine.
    • Beschreibung vom Stand der Technik
  • Normalerweise wird die PID-Regelvorschrift zur Kraftstoffdosierregelung für Brennkraftmaschinen verwendet. Der Regelfehler zwischen dem Sollwert und der Stellgröße (Regeleingabe) wird mit einem P-Glied (Proportionalglied), einem I-Glied (Integralglied) und einem D-Glied (differenziellen oder derivativen Glied) multipliziert, um den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (Rückkopplungsfaktor) zu erhalten. Darüber hinaus ist kürzlich vorgeschlagen worden, den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten mittels moderner Regeltheorie o. dgl. zu erhalten, wie sie in der japanischen Patent Offenlegungsschrift Nr. Hei 1(1989)-110,853 gelehrt wird. Da die Regelreaktion in solchen Fällen relativ hoch ist, kann sie unter einigen Motorbetriebsbedingungen unstabil werden, und zwar durch Fluktuation oder Oszillation der Regelgröße, was die Stabilität der Regelung verschlechtert.
  • In der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. Hei 4(1992)-209,940 ist daher vorgeschlagen worden, einen ersten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten mittels moderner Regeltheorie zu berechnen, einen zweiten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten zu berechnen, dessen Regelreaktion schlechter (oder weniger) als die des ersten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten ist, mittels der PI-Regelvorschrift, und die Regelgröße mittels des zweiten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten während Motorverzögerung zu bestimmen, wenn die Verbrennung unstabil ist. Aus einem ähnlichen Grund schlägt die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. Hei 5(1993)-52,140 vor, die Regelgröße mittels eines zweiten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten mit schlechterer Regelreaktion zu bestimmen, wenn der Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor in einem halbaktivierten Zustand ist. In der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 6(1994)-66,594 (am 9. März 1995 beim EPA mit der Anmeldenummer 95 103 443.8) eingereicht, schlägt der Anmelder z. B. ein System vor, um die Kraftstoffeinspritzmenge mittels eines adaptiven Reglers zu bestimmen.
  • Bei der Kraftstoffdosierregelung wird die Kraftstoffzufuhr unter bestimmten Betriebsbedingungen während Konstantfahrt gesperrt und wird, wie in Fig. 16 gezeigt, während der Kraftstoffsperrperiode in offener Schleife (O/L) gesteuert. Wenn dann die Kraftstoffzufuhr wieder aufgenommen wird, um z. B. ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis (14,7 : 1) zu erhalten, wird der Kraftstoff auf der Basis der Kraftstoffeinspritzmenge zugeführt, die entsprechend einer empirisch erhaltenen Charakteristik bestimmt wird. Im Ergebnis springt das wahre Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F) von der mageren Seite zu 14,7 : 1 über. Jedoch ist eine gewisse Zeitperiode erforderlich, bis der zugeführte Kraftstoff verbrennt und das Abgas den Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor erreicht. Darüber hinaus hat der Luft/Kraftstoff- Verhältnissensor eine Erfassungsverzögerungszeit. Aufgrund dessen ist das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht immer das gleiche wie das wahre Luft/Kraftstoff-Verhältnis, sondern enthält, wie in Fig. 16 mit der unterbrochenen Linie gezeigt, einen relativ großen Fehler.
  • Sobald hierbei der hochregelreaktive Rückkopplungskorrekturkoeffizient (in der Figur als KSTR bezeichnet) auf der Basis einer Regelvorschrift bestimmt wird, wie etwa der vom Anmelder vorgeschlagenen adaptiven Regelvorschrift, bestimmt der adaptive Regler den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR so, dass der Fehler zwischen dem Sollwert und dem erfassten Wert sofort beseitigt wird. Da diese Differenz durch die Sensorerfassungsverzögerung u. dgl. verursacht wird, zeigt jedoch der erfasste Wert nicht das wahre Luft/Kraftstoff-Verhältnis an. Da der adaptive Regler nichtsdestoweniger eine relativ große Differenz insgesamt auf einmal aufnimmt, fluktuiert KSTR stark, wie in Fig. 16 gezeigt, wodurch auch die Regelgröße fluktuiert oder oszilliert und die Regelstabilität verschlechtert.
  • Das Auftreten des Problems ist nicht auf das bei der Wiederaufnahme der Kraftstoffzufuhr nach der Sperre beschränkt. Es tritt auch bei der Wiederaufnahme der Regelung auf, die der Volllastanreicherung folgt, und bei der Wiederaufnahme der stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung, die der Magerverbrennungssteuerung folgt. Es tritt auch auf, wenn von Perturbationssteuerung, in der das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis frei fluktuiert wird, umgeschaltet wird, um mittels eines festen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu steuern. Anders gesagt, das Problem tritt immer dann auf, wenn in dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis starke Schwankungen auftreten. Keine der oben genannten herkömmlichen Schriften bietet irgendeine Maßnahme zur Überwindung dieses Problems.
  • Es ist daher bevorzugt, den hochregelreaktiven Rückkopplungskorrekturkoeffizient mittels einer Regelvorschrift wie etwa der adaptiven Regelvorschrift zu bestimmen und einen anderen niedrigregelreaktiven Rückkopplungskorrekturkoeffizient mittels einer Regelvorschrift wie etwa der PID-Regelvorschrift (in der Figur als KLAF bezeichnet) zu bestimmen, und um den einen oder anderen der Rückkopplungskorrekturkoeffizienten in Abhängigkeit vom Motorbetriebszustand zu wählen. Da die verschiedenen Typen von Regelvorschriften unterschiedliche Eigenschaften haben, kann jedoch eine starke Pegeldifferenz zwischen den zwei Korrekturkoeffizienten auftreten. Aufgrund dessen besteht die Neigung, dass das Umschalten zwischen den Korrekturkoeffizienten die Regelgröße destabilisiert und die Regelstabilität verschlechtert.
  • Eine erste Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kraftstoffdosiersteuer/regelsystem für eine Brennkraftmaschine anzugeben, das Rückkopplungskorrekturkoeffizienten mit unterschiedlicher Regelreaktion mittels mehrerer Typen von Regelvorschriften bestimmt und das das Umschalten zwischen den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten glättet, um hierdurch die Kraftstoffdosierung und die Regelbarkeit des Luftkraftstoffverhältnisses zu verbessern, während die Regelstabilität sichergestellt wird.
  • Die oben genannte Pegeldifferenz zwischen den Korrekturkoeffizienten ist während des Umschaltens vom niedrigregelreaktiven Rückkopplungskorrekturkoeffizienten zum hochreaktiven Rückkopplungskorrekturkoeffizienten besonders ausgeprägt.
  • Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kraftstoffdosiersteuer/regelsystem für eine Brennkraftmaschine vorzusehen, das Rückkopplungskorrekturkoeffizienten unterschiedlicher Regelreaktion mittels mehrerer Typen von Regelvorschriften bestimmt, das einen davon entsprechend dem Motorbetriebszustand wählt, und das insbesondere das Umschalten von dem niedrigregelreaktiven Rückkopplungskorrekturkoeffizienten zu dem hochregelreaktiven Rückkopplungskorrekturkoeffizienten glättet, um hierdurch die Kraftstoffdosierung und die Regelbarkeit des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses zu verbessern, während die Regelstabilität sichergestellt wird.
  • Wie zuvor erwähnt, tritt das Problem leicht bei der Wiederaufnahme der Regelung nach einer Offenschleifensteuerung aufgrund der Kraftstoffzufuhrsperre, Volllastanreicherung oder AGR-Betrieb etc. auf.
  • Eine dritte Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kraftstoffdosiersteuer/regelsystem für eine Brennkraftmaschine anzugeben, das Rückkopplungskorrekturkoeffizienten mit unterschiedlicher Regelreaktion mittels mehrerer Typen von Regelvorschriften bestimmt, das einen davon entsprechend dem Motorbetriebszustand wählt, und das insbesondere das Umschalten glättet, wenn die Regelung bei Rückkehr von einer Offenschleifensteuerung wieder aufgenommen wird, die bei der Kraftstoffzufuhrsperre, der Volllastanreicherung oder dem AGR-Betrieb etc. implementiert wird, um hierdurch eine optimale Balance zwischen der Regelstabilität und Regelkonvergenz einzuhalten.
  • Ferner kann die Berechnung einer Stellgröße mittels der adaptiven Regelvorschrift, die vom Anmelder früher vorgeschlagen wurde, die Regelgenauigkeit verbessern und kann jegliche Differenz zwischen einem Sollwert und einem erfassten Wert insgesamt auf einmal beseitigen. Obwohl dies eine Regelung mit ausgezeichneter Konvergenz ergibt, kann der durch die adaptive Regelvorschrift berechnete Rückkopplungskorrekturkoeffizienz unter bestimmten Motorbestriebszuständen unstabil werden. Die Verwendung des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten ohne Modifikation kann daher die Regelstabilität nicht immer verbessern.
  • Eine vierte Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kraftstoffdosiersteuer/regelsystem für eine Brennkraftmaschine anzugeben, das den hochregelreaktiven Rückkopplungskorrekturkoeffizienten mittels der adaptiven Regelvorschrift oder ähnlichen Gesetzen bestimmt, und das, wenn der Rückkopplungskorrekturkoeffizient fluktuiert, die Regelung fortsetzen kann, während eine effektive Maßnahme zum Einhalten der optimalen Balance zwischen der Regelstabilität und der Regelkonvergenz implementiert wird.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung löst die erste Aufgabe durch Angabe eines Systems zum Steuern/Regeln der Kraftstoffdosierung für eine Brennkraftmaschine, umfassend: ein Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsmittel zum Erfassen eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (KACT) von Abgas der Maschine; ein Maschinenbetriebszustanderfassungsmittel zum Erfassen eines Betriebszustands der Maschine; ein Kraftstoffeinspritzmengenbestimmungsmittel zum Bestimmen einer der Maschine zuzuführenden Kraftstoffeinspritzmenge (Tim); ein erstes Rückkopplungskorrekturkoeffizienten-Berechnungsmittel zum Berechnen von Variablen zur Bestimmung eines ersten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (KSTR) mittels einer ersten Regelvorschrift, die einen in einer Rekursionsformel ausgedrückten Algorithmus aufweist; ein zweites Rückkopplungskorrekturkoeffizienten-Berechnungsmittel zum Berechnen von Variablen zur Bestimmung eines zweiten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (KLAF(KSTRL)), dessen Regelreaktion schlechter ist als die des ersten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten, mittels einer zweiten Regelvorschrift; ein Umschaltmittel zum Umschalten zwischen dem ersten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (KSTR) und dem zweiten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (KLAF(KSTRL)); und ein Regelmittel zur Korrektur einer Stellgröße durch den einen geschalteten der Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (KSTR, KLAF(KSTRL)), um das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis (KACT) oder/und um die Kraftstoffeinspritzmenge (Tim) auf einen Sollwert (KACMD) zu bringen. Das kennzeichnende Merkmal ist, dass das Umschaltmittel zumindest eine (bo, KLAFI) der Variablen jener Rückkopplungskorrekturkoeffizienten-Berechnung, die zur Regelung nach dem Umschaltvorgang verwendet wird, durch einen Wert des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten, der zur Regelung vor dem Umschaltvorgang verwendet wurde, ersetzt, sodass sich der Rückkopplungskorrekturkoeffizient, der nach dem Umschaltvorgang verwendet wird, dem Rückkopplungskorrekturkoeffizienten, der vor dem Umschaltvorgang verwendet wurde, annähert, wenn das Umschaltmittel den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten vom zweiten (KLAF(KSTRL)) zum ersten (KSTR) oder vom ersten zum zweiten umschaltet, nach Anspruch 1.
  • Die über die erste Aufgabe der Erfindung hinausgehenden anderen Aufgaben werden durch die Unteransprüche gelöst.
    • 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 Gesamtblockdiagramm, das ein Kraftstoffdosiersteuer/regelsystem zeigt;
  • Fig. 2 ist eine Graphik, die die Ventilsteuerzeitumschaltcharakteristik eines variablen Ventilsteuermechanismus zeigt, der in der in Fig. 1 gezeigten Maschine vorgesehen ist;
  • Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das die Details der in Fig. 1 dargestellten Steuereinheit zeigt;
  • Fig. 4 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Kraftstoffdosiersteuer/regelsystems 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 des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB zeigt;
  • Fig. 7 ist ein Unterroutinen-Flussdiagramm von Fig. 5, das die Berechnung des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten spezieller zeigt;
  • Fig. 8 ist ein Zeitdiagramm, das einen Schwellenwert zum Vergleich mit dem Absolutwert des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten in den in Fig. 6 gezeigten Prozeduren zeigt;
  • Fig. 9 ist ein Zeitdiagramm ähnlich Fig. 8, zeigt jedoch eine zweite Ausführung;
  • Fig. 10 ist ein Flussdiagramm ähnlich Fig. 4, zeigt jedoch eine dritte Ausführung;
  • Fig. 11 ist ein Unterroutinen-Flussdiagramm von Fig. 10, das die Berechnung des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB gemäß der dritten Ausführung zeigt;
  • Fig. 12 ist ein Unterroutinen-Flussdiagramm von Fig. 11, zur Unterscheidung des Rückkopplungsregelbereichs;
  • Fig. 13 ist ein Flussdiagramm ähnlich Fig. 11, zeigt jedoch eine vierte Ausführung;
  • Fig. 14 ist ein Blockdiagramm ähnlich Fig. 5, zeigt jedoch eine fünfte Ausführung;
  • Fig. 15 ist ein Flussdiagramm, das die Berechnung des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten in der fünften Ausführung zeigt; und
  • Fig. 16 ist ein Zeitdiagramm, das die Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsverzögerung zeigt, wenn die Kraftstoffzufuhr nach Sperre des Kraftstoffs wieder aufgenommen wird.
    • DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
  • Nun werden Ausführungen der Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
  • Fig. 1 ist eine Übersicht eines erfindungsgemäßen Kraftstoffdosiersteuer/regelsystems für eine Brennkraftmaschine.
  • Die Bezugszahl 10 in dieser Figur bezeichnet eine Vier-Zylinder-Reihenbrennkraftmaschine mit obenliegender 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 Druckausgleichsbehälter 18, einen Einlasskrümmer 20 und zwei Einlassventile (nicht gezeigt) zugeführt. In der Nähe der Einlassventile jedes Zylinders ist eine Kraftstoffeinspritzdüse 22 installiert, um Kraftstoff einzuspritzen. 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 nach unten (nicht gezeigt).
  • 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 (Dreiwegekatalysator) 28 strömt, wo schädliche Komponenten davon entfernt werden, bevor es zur Atmosphäre abgegeben wird. Mit dem Gaspedal (nicht gezeigt) nicht mechanisch gekoppelt, wird das Drosselventil 60 auf den gewünschten Öffnungsgrad durch einen Schrittmotor M gesteuert. Darüber hinaus wird das Drosselventil 16 von einem Bypass 32 umgangen, der in dessen Nähe vorgesehen ist.
  • Die Maschine 10 ist mit einem Abgasrückführmechanismus 100 und einem Kanisterspülmechanismus 200 ausgestattet, der zwischen dem Luftansaugsystem und einem Kraftstofftank 36 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 (in Fig. 1 als V/T bezeichnet) ausgestattet. Wie z. B. in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. Hei 2(1990)-275,043 gelehrt, schaltet der variable Ventilsteuermechanismus 300 die Öffnungs/Schließ-Steuerzeit der Einlass- und/oder Auslassventile zwischen zwei Typen von Steuercharakteristiken um, d. h. der Charakteristik für niedrige Motordrehzahl namens LoV/T und der für hohe Motordrehzahl names HiV/T, wie in Fig. 2 dargestellt, in Antwort auf die Motordrehzahl Ne und dem Krümmerdruck Pb. Da dies jedoch ein gut bekannter Mechanismus ist, wird er hier nicht weiter beschrieben. (Unter den verschiedenen Arten des Umschaltens zwischen den 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 10 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.
  • Der 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 Motorkühlmittels 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 des Öldrucks die vom variablen Ventilsteuermechanismus 300 gewählte Ventilsteuercharakteristik erfasst.
  • Ferner ist ein Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 54, der als Sauerstoffdetektor oder Sauerstoffsensor aufgebaut ist, an dem Abgasrohr 26 am oder stromab des Zusammenflusspunkts in dem Abgassystem zwischen dem Abgaskrümmer 24 und dem Katalysator 28 dort vorgesehen, wo er die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas an dem Zusammenflusspunkt erfasst und ein Signal (später erläutert) erzeugt. Die Ausgaben dieser Sensoren werden alle zu der 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 aufgenommen, wo sie einem geeigneten Linearisierungsprozess unterzogen wird, um eine Ausgabe zu erzeugen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie sich linear mit der Sauerstoffkonzentration des Abgases über einen breiten Bereich ändert, der von er mageren Seite zur fetten Seite hin reicht. (Der Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor wird in der Figur und im Rest dieser Beschreibung als "LAF-Sensor" bezeichnet).
  • Die Ausgabe der Erfassungsschaltung 62 wird durch einen Multiplexer 66 und einen A/D-Wandler 68 einer CPU (zentralen Prozessoreinheit) zugeführt. Die CPU hat einen CPU-Kern 70, ein ROM (Nur-Lese-Speicher) 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 sequenziell in Puffern des RAM 74 gespeichert. Ähnlich werden die Analogausgaben des Drosselstellungssensors 42 etc. der CPU durch den Multiplexer 66 und den A/D-Wandler 68 zugeführt und in dem RAM 74 gespeichert.
  • Die Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 40 wird durch einen Wellenformer 76 geformt, und ihr Ausgangswert wird von einem Zähler 78 gezählt. Das Ergebnis der Zählung wird in die CPU eingegeben. Entsprechend in dem ROM 72 gespeicherten Befehlen berechnet der CPU-Kern 70 eine Stellgröße in später beschriebener 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 (ein elektrisches Luftsteuerventil) 90 (zum Öffnen und Schließen des Bypasses 32, um die Sekundärluftmenge zu regulieren), ein Solenoidventil 102 zum Steuern der rückgeführten Abgasmenge sowie ein Solenoidventil 202 zum Steuern der Kanisterspülmenge.
  • Fig. 4 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Systems zeigt. Die Routine von Fig. 4 wird einmal bei jedem vorbestimmten Kurbelwinkel aktiviert.
  • Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das den Betrieb des Systems mehr funktionell darstellt. Zuerst wird das System anhand von Fig. 5 erläutert. Das System ist mit einem ersten Rechenmittel versehen, das als adaptiver Regler aufgebaut ist (adaptiver STR-Regler; in der Figur als "STR-Regler" bezeichnet), der die adaptive Regelvorschrift auf der Basis einer Rekursionsformel verwendet, um einen ersten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (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 Stellgröße (k: Stichprobenzahl im zeitdiskreten System).
  • Darüber hinaus ist das System mit einem zweiten Rechenmittel versehen, das als PID-Regler (in der Figur als "PID" bezeichnet) aufgebaut ist, der eine zweite Regelvorschrift verwendet, insbesondere die PID-Regelvorschrift, um einen zweiten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten zu berechnen (nachfolgend als "KLAF(k)" bezeichnet; nachfolgend als "PID-Korrekturkoeffizient" oder "KLAF" bezeichnet), der eine schlechtere Regelreaktion (geringere Regelreaktion) hat als der erste Rückkopplungskorrekturkoeffizient, um zu bewirken, dass das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis KACT gleich dem Soll-Luft/Kraftstoff-KCMD wird, ähnlich unter Verwendung der Kraftstoffeinspritzmenge als der Stellgröße. Die Ausgabe des ersten Rechenmittels oder des zweiten Rechenmittels wird auf der Basis des Motorbetriebszustandes gewählt, der in der später beschriebenen Weise erfasst wird, und die Basiskraftstoffeinspritzmenge Tim (sie wird in einem vorwärts koppelnden System entsprechend einer empirisch bestimmten Charakteristik berechnet und als Kennfelddaten gespeichert, die durch die Motordrehzahl und den Krümmerdruck abfragbar sind) wird mit dem gewählten Koeffizienten multipliziert, um die Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Tout zu erhalten.
  • Hier wird der erste Rückkopplungskorrekturkoeffizient (nachfolgend als der "adaptive Korrekturkoeffizient" oder "KSTR" bezeichnet) erläutert.
  • Der in Fig. 5 gezeigte adaptive Regler umfasst einen adaptiven Regler, der als STR-Regler aufgebaut ist, und einen Adaptationsmechanismus (Systemparameterschätzglied) zum Schätzen/Identifizieren der Regler (System)-Parameter. Der Sollwert KCMD(k) und die Regelgröße y(k) (Geräteausgabe) des Kraftstoffdosierregelsystems werden in den STR-Regler eingegeben, der somit einen durch den Adaptationsmechanismus geschätzten/identifizierten Koeffizientenvektor erhält und die Steuereingabe u(k) erzeugt.
  • Ein Identifikationsalgorithmus, der für die adaptive Regelung zur Verfügung steht, ist jener, der von I. D. Landau et al. vorgeschlagen ist. Dieses Verfahren ist z. B. beschrieben in Computrol (Corona Publishing Co., Ltd.) Nr. 27, Seiten 28 bis 41; Automatic Control Handbook (Ohm Publishing Co., Ltd.) Seiten 703 bis 707, "A Survey of Model Reference Adpative Techniques - Theory and Applications" von I. D. Landau in Automatica, Vol. 10, Seiten 3S3 bis 379; "Unification of Discrete Time Explicit Model Reference Adaptive Control Designs" von I. D. Landau et al. in Automatica, Vol. 17, Nr. 4, Seiten 593 bis 611; und "Combining Model Reference Adpative Controllers and Stochastic Self-tuning Regulators" von I. D. Landau in Automatica, Vol. 18, Nr. 1, Seiten 77 bis 84.
  • Der von I. D. Landau et al. vorgeschlagene Identifikationsalgorithmus wird in dem dargestellten adaptiven Regler verwendet. Wenn in dem von I. D. Landau vorgeschlagenen Identifikationsalgorithmus die Polynome des Nenners und Zählers der Transferfunktion A(Z&supmin;¹)/B(Z&supmin;¹) des diskret gesteuerten Systems in der nachfolgend gezeigten Weise von Gleichung 1- 1 und Gleichung 1-2 definiert werden, dann werden die Reglerparameter oder System (adaptiven) Parameter (k), die aus den in Gleichung 1-3 gezeigten Parametern aufgebaut sind, als Vektor (Transponier- Matrix) ausgedrückt. Und die Eingabe Zeta (k) zu dem Adaptationsmechanismus wird so wie in Gleichung 1-4 gezeigt (Transponier-Matrix). Hier wird ein Gerätebeispiel angenommen, in dem m = 1, n = 1 und d = 3 ist, nämlich das Gerätemodell wird in der Form eines linearen Systems mit drei Totzeit-Regelzyklen angegeben:
  • A(z&supmin;¹) = 1 + a&sub1;z&supmin;¹ + ... + anz-n Gl. 1-1
  • B(z&supmin;¹) = b&sub0; + b&sub1;z&supmin;¹ + ... + bmz-m Gl. 1-2
  • T(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)] Gl. 1-4
  • Hier werden die skalare Größe &supmin;¹(k), der Regelfaktor R(Z&supmin; ¹, k) und (Z&supmin;¹, k), die in Gleichung 1-3 gezeigt sind, jeweils gemäß Gleichung 2 bis Gleichung 4 ausgedrückt.
  • &sub0;&supmin;¹(k) = 1/b&sub0; Gl. 2
  • R(Z&supmin;¹, k) = r&sub1;z&supmin;¹ + r&sub2;z&supmin;² + ... + rm+d-1z-(m+d-1) = r&sub1;z&supmin;¹ + r&sub2;z&supmin;² + r&sub3;z&supmin;³ Gl. 3
  • (Z&supmin;¹, k) = s&sub0; + s&sub1;z&supmin;¹ + ... + sn-1z-(n-1) = s&sub0; Gl. 4
  • Der Reglerparametervektor (Reglerparameter) (k) schätzt/identifiziert Koeffizienten der skalaren Größe und der Regelfaktoren und führt sie dem STR-Regler zu. (k) wird gemäß folgender Gleichung 5 berechnet. In Gleichung 5 ist Γ(k) eine Verstärkungsgradmatrix (quadratische Matrix der (m+n+d)ten Ordnung), die die Schätz-/Identifikationsgeschwindigkeit der Reglerparameter bestimmt und e* ist ein Signal, das den generalisierten Schätz-/Identifikationsfehler angibt. Sie sind durch Rekursionsformeln ausgedrückt, wie in jene der Gleichungen 6 und 7.
  • (k) = (k-1) + Γ(k-1) (k-d)e*(k) Gl. 5
  • In Gleichung 6 sind verschiedene spezifische Algorithmen in Abhängigkeit von der Wahl von Lambda&sub1;, Lambda&sub2; angegeben. Lambda1(k) = 1, Lambda 2(k) = Lambda (0 < Lambda < 2) ergibt den Algorithmus mit allmählich abnehmenden Verstärkungsgrad (Methode der kleinsten Quadrate, wenn Lambda = 1), und Lambda 1(k) = lambda 1 (0 < Lambda 1 < 1), Lambda 2(k) = Lambda 2 (0 < Lambda 2 < Lambda) ergibt den Algorithmus mit variablem Verstärkungsgrad (Methode des gewichteten kleinsten Quadrats, wenn Lambda 2 = 1). Indem man ferner Lambda 1(k)/Lambda 2(k) = &sigma; definiert und Lambda 3 gemäß Gleichung 8 darstellt, erhält man den Konstant-Verfolgungsalgorithmus, indem man Lambda 1(k) = Lambda 3(k) definiert. Ferner ergibt Lambda 1(k) = 1, Lambda 2(k) = 0 den Algorithmus mit konstantem Verstärkungsgrad. Wie aus Gleichung 6 ersichtlich, ist in diesem Fall &Gamma;(k) = &Gamma;(k-1), was in dem konstanten Wert &Gamma;(k) = &Gamma; resultiert.
  • Im Diagramm von Fig. 5 sind der STR-Regler (adaptive Regler) und der Adaptationsmechanismus (Systemparameterschätzglied) außerhalb des Systems zum Berechnen der Kraftstoffeinspritzmenge angeordnet und berechnen den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR(k) so, dass sie den erfassten Wert KACT(k) adaptiv auf den Sollwert KCMD(k-d') bringen (wobei d' die Totzeit ist, bevor sich KCMD in KACT widerspiegelt, wie wiederholt erwähnt). Anders gesagt, der STR- Regler erhält den Koeffizentenvektor (k), der adaptiv von dem Adapatationsmechanismus geschätzt/identifiziert ist, und bildet einen Rückkopplungskompensator, um ihn auf den Sollwert KCMD(k-d') zu bringen. Die Basiskraftstoffeinspritzmenge Tim wird mit anderen Korrekturgliedern KCMDM(k), KTOTAL (beide später erläutert) und dem berechneten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR(k) multipliziert, und die korrigierte Kraftstoffeinspritzmenge wird dem Steuergerät (Brennkraftmaschine) als Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Tout(k) zugeführt.
  • Somit werden der adaptive Rückkopplungskorrekturkoeffizient 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 (internen oder zwischenliegenden) Variablen, verwendet der STR-Regler eine Rekursionsformel, um den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR(k) so zu berechnen, dass der erfasste Wert KACT(k) auf den Sollwert KCMD(k) gebracht wird. Der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KSTR(k) wird insbesondere so berechnet, wie in Gleichung 9 gezeigt:
  • Wie im Vorstehenden erläutert, werden auch der erfasste Wert KACT(k) und der Sollwert KCMD(k) in den PID-Regler eingegeben, der den PID-Korrekturkoeffizienten KLAF(k) auf der Basis der PID-Regelvorschrift so berechnet, dass der Regelfehler zwischen dem erfassten Wert am Abgassystem-Zusammenflusspunkt und dem Sollwert beseitigt wird. Der eine oder andere des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR, der durch die adaptive Regelvorschrift erhalten wird, und des PID-Korrekturkoeffizienten KLAF, der mittels der PID- Regelvorschrift erhalten wird, wird durch einen in Fig. 5 gezeigten Schaltmechanismus 400 gewählt, um ihn bei der Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge zu verwenden.
  • Nachfolgend wird die Berechnung des PID-Korrekturkoeffizienten erläutert.
  • 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 bezeichnet), und KACT(k) ist das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis (im gegenwärtigen Steuer-(Programm)-Zyklus). Jedoch werden in dieser Ausführung der Sollwert KCMD und der erfasste Wert KACT als das Äquivalenzverhältnis angegeben, um die Berechnung zu erleichtern, nämlich als Mst/M = 1/Lambda (Mst: stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis, M = A/F (A: Luftmassenflussrate, F: Kraftstoffmassenflussrate), und Lambda = Luftüberschussfaktor).
  • Nachfolgend wird der Regelfehler DKAF(k) mit spezifischen Koeffizienten multipliziert, um Variablen zu erhalten, d. h. das P (Proportional)-Glied KLAFP(k), I-(Interal)-Glied KLAFI(k) und D-(differenzielle oder derivative)-Glied KLAFD (k) gemäß:
  • P-Glied: KLAFP(k) = DKAF(k) · KP
  • I-Glied: KLAFI(k) = KLAFI(k-1) + DKAF(k) · KI
  • D-Glied: KLAFD(k) = (DKAF(k) - DKAF(k-1)) · KD.
  • Somit wird das P-Glied berechnet, indem der Fehler mit dem Proportionalfaktor KP multipliziert wird, das I-Glied wird berechnet, indem der Wert von KLAFI(k-1), der Rückkopplungskorrekturkoeffizient im vorhergehenden Regelzyklus (k- 1), zu dem Produkt des Fehlers und des Integralfaktors KI addiert wird, und das D-Glied wird berechnet, indem die 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 Differenzfaktor KD multipliziert wird. Die Faktoren KP, KI und KD werden auf der Basis der Motordrehzahl und der Motorlast berechnet. Insbesondere werden sie von einem Kennfeld unter Verwendung der Motordrehzahl Ne und dem Krümmerdruck Pb als Adressdaten abgefragt. Schließlich wird KLAF(k), der Wert des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten gemäß der PID-Regelvorschrift im gegenwärtigen Regelzyklus, durch Summieren der so erhaltenen Werte berechnet:
  • KLAF(k) = KLAFP(k) + KLAFI(k) + KLAFD(k).
  • Anzumerken ist, dass angenommen wird, dass der Versatz von 1,0 in dem I-Glied KLAFI(k) enthalten ist, sodass der Rückkopplungskorrekturkoeffizient ein Multiplikationskoeffizient ist (es wird nämlich das I-Glied KLAFI(k) als Anfangswert von 1,0 angegeben).
  • Anzumerken ist ferner, dass hier, wenn der PID-Korrekturkoeffizient KLAF für die Kraftstoffeinspritzmengenberechnung gewählt wird, der STR-Regler die Reglerparameter derart hält, dass der adaptive Korrekturkoeffizient KSTR 1,0 (Anfangswert) oder nahezu 1 ist.
  • Der so erhaltene adaptive Korrekturkoeffizient KSTR und der PID-Korrekturkoeffizient KLAF werden allgemein als KFB bezeichnet, und einer von ihnen wird für die Kraftstoffeinspritzmengenkorrektur verwendet. Insbesondere wird die Basiskraftstoffeinspritzmenge Tim mit dem Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB multipliziert, um die Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Tout zu bestimmen, die dann dem geregelten Gerät (der Maschine) zugeführt wird. Insbesondere wird die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge wie folgt berechnet:
  • Tout = Tim · KCMDM · KFB · KTOTAL · TTOTAL
  • Hier ist KCMD ein Korrekturkoeffizient und wird auf der Basis des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (genauer gesagt des Äquivalenzverhältnisses) KCMD bestimmt. Um insbesondere die Kraftstoffeinspritzmenge um das Soll- Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch Multiplikation zu korrigieren, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis als das Äquivalenzverhältnis bestimmt und wird um den Ladegrad korrigiert. Insbesondere schwankt der Ladegrad der Ansaugluft, wenn sich die Verdunstungswärme ändert. Aus diesem Grund wird der Wert KCMD hierdurch korrigiert und wird in KCMDM umbenannt.
  • KTOTAL ist der Gesamtwert der anderen Koeffizienten der verschiedenen Korrekturen für die Kühlmitteltemperatur etc., die durch die Multiplikationsglieder ausgeführt werden, und TTOTAL bezeichnet den Gesamtwert der verschiedenen Korrekturen für den Atmosphärendruck etc., die durch Additionsglieder ausgeführt werden (die jedoch nicht die Einspritzdüsen-Totzeit etc. enthalten, die bei der Ausgabe der Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Tout separat addiert wird).
  • Was Fig. 5 kennzeichnet ist, dass erstens der STR-Regler außerhalb des Systems zur Berechnung der Kraftstoffeinspritzmenge angeordnet ist, und nicht die Kraftstoffeinspritzmenge, sondern das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, genauer gesagt das Äquivalenzverhältnis als der Sollwert definiert wird. Anders gesagt, die Stellgröße wird als Kraftstoffeinspritzmenge angegeben, und der Adaptationsmechanismus bestimmt den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR so, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das als Ergebnis der Kraftstoffeinspritzung in dem Abgassystem erzeugt wird, gleich dem Sollwert zu machen, um hierdurch die Robustheit gegenüber Störung zu erhöhen. Da dies in der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 6(1996)-66,594 des Anmelders beschrieben wurde, wird es im Detail hier nicht erläutert.
  • Das zweite kennzeichnende Merkmal ist, dass die Stellgröße als Produkt des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten und der Basiskraftstoffeinspritzmenge bestimmt wird. Dies führt zu einer merklichen Verbesserung der Regel-Konvergenz. Andererseits hat die Konfiguration den Nachteil, dass die Regelgröße zu Fluktuationen neigt, wenn die Stellgröße unpassend bestimmt wird.
  • Auf der Basis des obigen wird der Betrieb des Systems in Bezug auf Fig. 4 erläutert.
  • In Fig. 4 startet das Programm bei S10, worin die erfasste Motordrehzahl Ne und der Krümmerdruck Pb etc. gelesen werden und geht zu S12 weiter, wo eine Prüfung erfolgt, ob die Maschine angelassen wird oder nicht, und falls nicht, zu S14, wo eine Prüfung durchgeführt wird, ob die Kraftstoffzufuhr gesperrt (F/C) wurde. Die Kraftstoffsperre wird unter spezifischen Motorbetriebsbedingungen implementiert, wie etwa dann, wenn die Drossel vollständig geschlossen ist und die Motordrehzahl höher als ein vorbestimmter Wert ist, zu welcher Zeit die Kraftstoffzufuhr gestoppt wird und eine Offenschleifensteuerung durchgeführt wird.
  • Wenn sich in S14 herausstellt, dass die Kraftstoffsperre nicht implementiert ist, geht das Programm zu S16 weiter, worin die vorgenannte Basiskraftstoffeinspritzmenge Tim durch Abfrage von dem vorgenannten Kennfeld unter Verwendung der erfassten Motordrehzahl Ne und dem Krümmerdruck Pb als Adressdaten berechnet wird. Dann geht das Programm zu S18 weiter, worin 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 (z. B. 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, worin geprüft wird, ob der Motorbetriebszustand in dem Rückkopplungsbereich ist. Dies erfolgt mittels einer separaten Routine (in der Zeichnung nicht gezeigt). Wenn sich z. B. der Motorbetriebszustand plötzlich ändert, wie etwa während plötzlicher Volllastanreicherung, hoher Motordrehzahl, AGR o. dgl. wird die Kraftstoffdosierung nicht in einer geschlossenen Schleife geregelt, sondern in einer offenen Schleife gesteuert.
  • Wenn das Ergebnis positiv ist, geht das Programm zu S22 weiter, worin die Ausgabe des LAF-Sensors gelesen wird, zu S24, worin das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, genauer gesagt das Äquivalenzverhältnis KACT(k) aus der Ausgabe bestimmt oder berechnet wird, und zu 526, worin der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KFB (der allgemeine Name für KSTR und KLAF) berechnet wird. Wie zuvor erwähnt, bedeutet in der Beschreibung k eine diskrete Variable und die Stichprobenzahl in dem Zeit-diskreten System.
  • Die Unterroutine für diese Berechnung ist im Flussdiagramm von Fig. 6 gezeigt.
  • Zuerst wird in S100 geprüft, ob die Offenschleifensteuerung (O/L) während des vorhergehenden Zyklus wirksam war (während des letzten Steuer-(Rechen)-Zyklus, nämlich zur vorhergehenden Aktivierungszeit der Routine). Wenn im vorhergehenen Zyklus während der Kraftstoffsperre o. dgl. die Offenschleifensteuerung wirksam war, ist das Ergebnis in S100 positiv. In diesem Fall wird in S102 ein Zählwert C auf 0 rückgesetzt, wird in S104 das Bit eines Flag FKSTR auf 0 rückgesetzt und wird in S106 der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KFB berechnet. Das Rücksetzen des Bit des Flag FKSTR auf 0 in S104 gibt an, dass der Rückkopplungskorrekturkoeffizient durch die PID-Regelvorschrift zu bestimmen ist. Wie später erläutert, bezeichnet ferner das Setzen des Bit vom Flag FKSTR auf 1, dass der Rückkopplungskorrekturkoeffizient durch die adaptive Regelvorschrift zu bestimmen ist.
  • Eine Subroutine, die die spezifischen Prozesse zur Berechnung des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB zeigt, ist im Flussdiagramm von Fig. 7 gezeigt. In S200 wird geprüft, ob das Bit des Flag FKSTR auf 1 gesetzt ist, d. h., ob der Betriebszustand in dem STR (Regler)-Betriebsbereich ist oder nicht. Da dieses Flag in S104 der Unterroutine von Fig. 6 auf 0 rückgesetzt war, ist das Ergebnis in diesem Schritt NEIN, und es wird in S202 geprüft, ob im vorhergehenden Regelzyklus das Bit des Flag FKSTR auf 1 gesetzt wurde, d. h., ob im vorhergehenden Zyklus der Betriebszustand in dem STR (Regler)-Betriebsbereich war oder nicht. Da das Ergebnis hier natürlich NEIN ist, geht das Programm zu S204 weiter, wo der PID-Korrekturkoeffizient KLAF(k) durch den PID-Regler auf der Basis der PID-Regelvorschrift in der zuvor beschriebenen Weise berechnet wird. Genauer gesagt, es wird der durch den PID-Regler berechnete PID- Korrekturkoeffizient KLAF(k) gewählt. Zurück zur Unterroutine von Fig. 6, wo in S108 KFB auf KLAF(k) gesetzt wird.
  • Wenn sich in der Unterroutine von Fig. 6 in S100 herausstellt, dass im vorhergehenden Regelzyklus die Offenschleifensteuerung (O/L) nicht wirksam war, d. h. nach der Offenschleifensteuerung die Regelung (F/B) wieder aufgenommen wurde, wird die Differenz DKCMD zwischen KCMD(k-1), der Wert des Sollwerts im vorhergehenden Regelzyklus, und der Wert von KCMD(k), der Sollwert im gegenwärtigen Regelzyklus, berechnet und in S110 mit einem Referenzwert DKCMDref verglichen. Wenn sich herausstellt dass die Differenz DKCMD den Referenzwert DKCMDref überschreitet, wird in S102 und den folgenden Schritten der PID-Korrekturkoeffizient durch die PID-Regelvorschrift berechnet.
  • Wenn nämlich die Änderung im Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis groß ist, entsteht eine Situation ähnlich der, wenn die Kraftstoffsperre wieder aufgenommen wird. Insbesondere gibt, wegen der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassungsverzögerung u. dgl., der erfasste Wert den wahren Wert wahrscheinlich nicht wieder, sodass ähnlich die Regelgröße unstabil werden kann. Zum Beispiel tritt eine starke Änderung in dem Soll-Äquivalenzverhältnis auf, wenn nach einer Volllastanreicherung die normale Kraftstoffzufuhr wieder aufgenommen wird, wenn nach einer Magerverbrennungssteuerung (z. B. bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 20 : 1 oder magerer) die stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung wieder aufgenommen wird, und wenn die stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerung mittels eines festen Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses nach einer Perturbationssteuerung wieder aufgenommen wird, in der das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis fluktuiert wird.
  • Wenn sich andererseits in S110 herausstellt, dass die Differenz DKCMD gleich oder kleiner als der Referenzwert DKCMDref ist, wird in S112 der Zählwert C inkrementiert, wird in S114 geprüft, ob der Motor leer läuft, und wenn das Ergebnis JA ist, wird in S104 und den folgenden Schritten der Rückkopplungskorrekturkoeffizient durch die PTD-Regelvorschrift berechnet. Der im Wesentlichen stabile Motorbetriebszustand während des Motorleerlaufs macht nämlich einen hohen Verstärkungsgrad, wie etwa durch die adaptive Regelvorschrift, unnötig. Ein anderer Grund für die Verwendung eines relativ kleinen Verstärkungsgrads auf der Basis der PID-Regelvorschrift während des Leerlaufs ist es, einen möglichen Konflikt zwischen der Kraftstoffdosierung und der Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung und der Ansaugluftmengensteuerung zu vermeiden, die mittels des EACV 90 ausgeführt wird, um während Leerlauf die Motordrehzahl konstant zu halten.
  • Wenn S114 feststellt, dass der Motorbetriebszustand nicht im Leerlaufbereich ist, wird in S116 der Zählwert C mit einem vorbestimmten Wert, z. B. 5, verglichen. Solange sich herausstellt, dass der Zählwert an oder unter dem vorbestimmten Wert liegt, wird der durch die PID-Regelvorschrift berechnete PID-Korrekturkoeffizient KLAF(k) durch die Prozesse von S104, S106, S200, S202 (S216) S204 und S108 gewählt.
  • Anders gesagt, während der Periode ab der Zeit T1, zu der die Kraftstoffsperre in Fig. 16 unterbrochen wird und die Regelung nach der Offenschleifensteuerung wieder aufgenommen wird (wenn C = 1, wie in Verbindung mit Fig. 6 erwähnt), bis zu der Zeit T2 (Zählwert C = 5), wird der Rückkopplungskorrekturkoeffizient auf den Wert KLAF gesetzt, der durch den PID-Regler mittels der PID-Regelvorschrift bestimmt ist. Anders als der durch den STR-Regler bestimmte Rückkopplungskorrekturkoeffizient KSTR nimmt der PID-Korrekturkoeffizient KLAF gemäß der PID-Regelvorschrift den Regelfehler DKAF zwischen dem Sollwert und dem erfassten Wert nicht insgesamt aufeinmal auf, sondern zeigt eine relativ graduelle Absorptionscharakteristik.
  • Auch wenn somit, wie in Fig. 16, eine relativ große Differenz auftritt, wegen der Verzögerung bis zur vollständigen Verbrennung des Kraftstoffs nach Wiederaufnahme der Kraftstoffzufuhr und der Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor-Erfassungsverzögerung, wird der Korrekturkoeffizient nicht unstabil wie im Falle des STR-Reglers, und verursacht daher keine Instabilität der Regelgröße (Geräteausgabe). In dieser Ausführung wird der vorbestimmte Wert auf 5 gesetzt (d. h. 5 Steuerzyklen oder OTs (OT: oberer Totpunkt)), weil diese Periode als ausreichend angesehen wird, um die Verbrennungsverzögerung und die Erfassungsverzögerung zu absorbieren. Alternativ kann die Periode (vorbestimmter Wert) aus der Motordrehzahl, der Motorlast und anderen Faktoren bestimmt werden, die die Abgastransportverzögerungsparameter beeinflussen. Zum Beispiel kann der vorbestimmte Wert auf klein gesetzt werden, wenn die Motordrehzahl und der Krümmerdruck einen kleinen Abgastransport-Verzögerungsparameter erzeugen, und kann auf groß gesetzt werden, wenn sie einen großen Abgastransport-Verzögerungsparameter erzeugen.
  • Wenn sich dann in S116 in der Unterroutine von Fig. 6 herausstellt, dass der Zählwert C den vorbestimmten Wert überschreitet, nämlich 6 beträgt oder größer, wird in S118 das Bit des Flag FKSTR auf 1 gesetzt und wird in S118 der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KFB gemäß der Unterroutine von Fig. 6 berechnet. In diesem Fall wird das Ergebnis der Prüfung in S200 der Unterroutine von Fig. 7 JA, und in S206 erfolgt eine Prüfung, ob im vorhergehenden Steuerzyklus das Bit des Flag FKSTR auf 0 rückgesetzt wurde oder nicht, d. h., ob im vorhergehenden Zyklus der Betriebszustand in dem PID-Betriebsbereich war oder nicht.
  • Wenn dies das erste Mal ist, dass der Zählwert den vorbestimmten Wert überschreitet, ist das Ergebnis dieser Prüfung JA, in welchem Fall in S208 der erfasste Wert KACT(k) mit einem Untergrenzwert a verglichen wird, z. B. 0,95. Wenn sich herausstellt, dass der erfasste Wert gleich oder größer als der Untergrenzwert ist, wird in S210 der erfasste Wert mit einem Obergrenzwert b verglichen, z. B. 1,05. Wenn sich herausstellt, dass er gleich oder kleiner als der Obergrenzwert ist, geht das Programm durch S212 (später erläutert) zu S214 weiter, wo der adaptive Korrekturkoeffizient KSTR(k) mittels des STR-Reglers berechnet wird. Somit wird der erfasste Wert als 1,0 oder dort herum bestimmt, wenn er in die Ober- und Untergrenzen b, a fällt, und wird KSTR(k) berechnet. Genauer gesagt, es wird der durch den STR-Regler berechnete adaptive Korrekturkoeffizient KSTR(k) gewählt. Wenn nämlich das Luft/Kraftstoff- Verhältnis zum stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis hin geregelt wird, kann man durch die Tatsache, dass der erfasste Wert 1,0 oder dort herum ist, der Regelfehler klein ist. In dieser Situation wird der Rückkopplungskorrekturkoeffizient, ob er nun der mittels der PID-Regelvorschrift bestimmte KLAF oder der mittels der adaptiven Regelvorschrift bestimmte KSTR ist, 1,0 oder nahezu eins. Dies erlaubt ein glattes Umschalten von KLAF auf KSTR.
  • Wenn sich in S208 herausstellt, dass er erfasste Wert unter dem Untergrenzwert a liegt oder S210 feststellt, dass der erfasste Wert den Obergrenzwert b überschreitet, geht das Programm zu S204 weiter, wo der Rückkopplungskorrekturkoeffizient auf der Basis der PID-Regelung berechnet wird. Anders gesagt, es erfolgt eine Umschaltung von der PID-Regelung zu der STR (adaptiven) Regelung, wenn der Motorbetriebszustand in dem STR-Regler-Betriebsbereich ist und der erfasste Wert KACT gleich 1 ist oder in der Nähe davon liegt. Dies macht es möglich, dass das Umschalten von der PID-Regelung zur STR (adaptiven) Regelung glattgängig erfolgt, und verhindert eine Fluktuation der Regelgröße.
  • Wenn S210 feststellt, dass das erfasste Äquivalenzverhältnis KACT(k) an oder unter dem Obergrenzwert b liegt, geht das Programm zu S212 weiter, wo, wie in Fig. 7 gezeigt, die vorgenannte skalare Größe b&sub0;, der den Verstärkungsgrad in dem STR-Regler bestimmende Wert, auf den Wert gesetzt wird oder diesen ersetzt, der durch Teilen desselben durch KLAF(k-1) erhalten ist, dem Wert des PID-Korrekturkoeffizienten durch PID-Regelung im vorhergehenden Regelzyklus, wonach in S214 der durch den STR-Regler bestimmte Rückkopplungskorrekturkoeffizient KSTR(k) berechnet wird.
  • Anders gesagt, der STR-Regler berechnet grundlegend den Rückkopplungskorrekturkoeffizient KSTR(k) gemäß der zuvor erläuterten Gleichung 9. Wenn das Ergebniss S206 positiv ist und das Programm zu S208 und den folgenden Schritten weitergeht, bedeutet dies jedoch, dass der Rückkopplungskorrekturkoeffizient im vorhergehenden Regelzyklus auf der Basis der PID-Regelung bestimmt wurde. Wie zuvor in Bezug auf die Konfiguration von Fig. 5 erläutert, ist ferner im STR-Regler der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KSTR auf 1 fixiert, wenn der Rückkopplungskorrekturkoeffizient durch PID-Regelung bestimmt wird. Wenn die Bestimmung des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR durch den STR-Regler wieder aufgenommen wird, wird daher die Regelgröße unstabil, wenn der Wert von KSTR von 1 stark abweicht.
  • Im Hinblick hierauf wird die skalare Größe b0 (in den Reglerparametern, die durch den STR-Regler derart gehalten werden, dass der adaptive Korrekturkoeffizient KSTR auf 1,0 (Anfangswert) oder dort herum fixiert ist) durch den Wert des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten durch PID-Regelung im vorhergehenden Regelzyklus geteilt. Da, wie aus Gleichung 10 ersichtlich, das erste Glied 1 ist, wird somit der Wert des zweiten Glieds KLAF(k-1) der Korrekturkoeffizient KSTR(k) des gegenwärtigen Regelzyklus, vorausgesetzt, dass die Reglerparameter so gehalten werden, dass KSTR = 1,0 wie gerade erwähnt:
  • Im Ergebnis ist in S208 und S210 der erfasste Wert KACT gleich 1 oder nahezu 1, und zusätzlich kann das Umschalten von der PID-Regelung zur STR-Regelung glattgängig erfolgen.
  • Wenn sich in der Unterroutine von Fig. 7 in S202 herausstellt, dass im vorhergehenden Regelzyklus der Motorbetriebszustand in dem STR (Regler)-Betriebszustand war, wird in S216 der Wert von KSTR(k-1), der adaptive Korrekturkoeffizient im vorhergehenden Regelzyklus, auf den Wert von KLAFI(k-1) gesetzt oder durch diesen ersetzt, dem I-Term des PID-Korrekturkoeffizienten im vorhergehenden Zyklus. Wenn in S204 KLAF(k) berechnet wird, wird im Ergebnis des I-Glied KLAFI davon:
  • KLAFI(k) = KSTR(k-1) + DKAF(k) · KI
  • und das berechnete I-Glied wird zu dem P-Glied und dem D- Glied addiert, um KLAF(k) zu erhalten.
  • Diese Methode wird wegen der schnellen Änderung angewendet, die nach dem Umschalten von der adaptiven Regelung zu der PID-Regelung in dem Integralglied auftreten kann, wenn der Rückkopplungskorrekturkoeffizient berechnet wird. Durch Verwendung des Werts von KSTR zur Bestimmung des Anfangswerts des PID-Korrekturkoeffizienten in der vorstehenden Weise, kann die Differenz zwischen dem Korrekturkoeffizienten KSTR(k-1) und dem Korrekturkoeffizienten KLAF(k) klein gehalten werden. Während des Umschaltens von der STR-Regelung zur PID-Regelung kann daher die Differenz im Verstärkungsgrad des Rückkopplungskortekturkoeffizienten klein gehalten werden, und der Übergang kann glatt und durchgehend gemacht werden, um hierdurch eine plötzliche Änderung in der Regelgröße zu verhindern.
  • Wenn S200 in der Unterroutine von Fig. 7 feststellt, dass der Motorbetriebszustand in dem STR-(Regler)-Betriebsbereich ist, und auch S206 feststellt, dass im vorhergehenden Regelzyklus der Betriebszustand nicht im PID-Rückkopplungsbereich war, wird in S214 der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KSTR(k) auf der Basis des STR-Reglers berechnet. Diese Berechnung erfolgt gemäß der Gleichung 9, wie zuvor erläutert.
  • Dann wird in S122 der Unterroutine von Fig. 6 geprüft, ob der in der Unterroutine von Fig. 7 berechnete Korrekturkoeffiziente KSTR ist, und wenn er das ist, wird die Differenz zwischen 1,0 und KSTR(k) berechnet und wird in S124 als Absolutwert mit einem Schwellenwert KSTKref verglichen.
  • Dies erfolgt in jenem Teil, der sich auf das bezieht, was früher als die vierte Aufgabe der Erfindung bezeichnet wurde. Eine wilde Fluktuation des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten verursacht plötzliche Änderungen in der Regelgröße und verschlechtert die Regelstabilität. Der Absolutwert der Differenz zwischen 1,0 und dem Rückkopplungskorrekturkoeffizienten wird daher mit einem Schwellenwert verglichen, und wenn er den Schwellenwert überschreitet, wird ein neuer Rückkopplungskorrekturkoeffizient auf der Basis der PID-Regelung in S104 und den folgenden Schritten bestimmt. Im Ergebnis ändert sich die Regelgröße nicht plötzlich, und es kann eine stabile Regelung realisiert werden. Hier ist es alternativ möglich, den Koeffizienten anstatt den Absolutwert mit zwei Schwellenwerten durch die Größe zu vergleichen, wobei 1,0 als deren Mitte gesetzt wird. Dies ist in Fig. 8 dargestellt.
  • Wenn sich in S124 herausstellt, dass der Absoltwert der Differenz zwischen 1,0 und dem berechneten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR(k) den Schwellenwert nicht überschreitet, wird in S126 der vom STR-Regler bestimmte Wert als der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KFB gesetzt. Wenn das Ergebnis in S122 NEIN ist, wird in S128 das Bit des Flag FKSTR auf 0 rückgesetzt und wird in S130 der durch den PID-Regler bestimmte Wert als der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KFB gesetzt.
  • Dann wird in S28 der Routine von Fig. 4 die Kraftstoffeinspritzmenge Tim mit jeweils dem berechneten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB etc. multipliziert, und das Additionsglied TTOTAL wird zu dem Ergebnis addiert, um die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge Tout zu erhalten. Dann wird in S30 die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge Tout als die Stellgröße über die Treiberschaltung 72 an die Einspritzdüse 22 ausgegeben.
  • Wenn sich in S12 herausstellt, dass die Maschine angelassen wird, wird die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge Tout durch Abfrage der Kraftstoffeinspritzmenge Ticr in S34 und durch Verwendung des Werts gemäß einer Startmodusgleichung in S36 berechnet. Wenn sich in S14 herausstellt, dass die Kraftstoffsperre (F/C) ausgelöst worden war, wird in S38 die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge Tout auf 0 gesetzt. Da die Offenschleifensteuerung zur Wirkung kommt, wenn entweder in S18 oder S20 das Ergebnis NEIN ist, wird in diesen Fällen der Wert des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB in S32 auf 1,0 gesetzt und wird in S28 die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge Tout berechnet. Die Offenschleifensteuerung wird auch implentiert, wenn das Ergebnis entweder von S12 oder S14 JA ist, wie gerade erwähnt.
  • Wenn in dieser Ausführung die Offenschleifensteuerung (O/L) unterbrochen wird und die Regelung (F/B) wieder aufgenommen wird, wie in dem Fall, wo die Kraftstoffzufuhr wieder aufgenommen wird, nachdem sie einmal gesperrt wurde, wird der Rückkopplungskorrekturkoeffizient auf der Basis der PID- Regelvorschrift für eine vorbestimmte Periode bestimmt. Im Ergebnis wird der von dem STR-Regler bestimmte Rückkopplungskorrekturkoeffizient nicht während solchen Perioden verwendet, wenn die Differenz zwischen dem erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und dem wahren Luft/Kraftstoff- Verhältnis groß ist, wegen der Zeit, die für die Verbrennung des zugeführten Kraftstoffs erforderlich ist, und wegen der Erfassungsverzögerung des Sensors selbst. Die Regelgröße (der erfasste Wert) wird daher nicht unstabil und verschlechtert die Regelstabilität nicht.
  • Da andererseits während dieser Periode ein vorbestimmter Wert gesetzt wird, kann die Regelkonvergenz verbessert werden, nachdem sich der erfasste Wert durch Verwendung des adaptiven Korrekturkoeffizienten stabilisiert hat, der von dem STR-Regler bestimmt ist, um das System so zu betreiben, dass der Regelfehler insgesamt auf einmal absorbiert wird. Ein besonders bemerkenswertes Merkmal der Ausführung ist, dass eine optimale Balance zwischen der Regelstabilität und der Regelkonvergenz erreicht wird, und zwar aufgrund der Tatsache, dass die Regelkonvergenz verbessert wird, indem die Stellgröße als das Produkt des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten und der Stellgröße bestimmt wird.
  • Wenn die Fluktuation des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses groß ist, wird darüber hinaus der Rückkopplungskorrekturkoeffizient auf der Basis der PID-Regelung auch nach Ablauf der vorbestimmten Periode bestimmt, sodass eine optimale Balance zwischen der Regelstabilität und der Konvergenz erreicht wird, wenn die Regelung nach der Offenschleifensteuerung wieder aufgenommen wird, wie etwa bei der Unterbrechung der Kraftstoffsperre, der Volllastanreicherung o. dgl.
  • Da der Rückkopplungs-Regelkoeffizient durch die PID-Regelvorschrift bestimmt wird, wenn der durch den STR-Regler bestimmte adaptive Regelkoeffizient unstabil wird, wird darüber hinaus eine noch bessere Balance zwischen der Regelstabilität und Konvergenz erreicht.
  • Ferner wird beim Umschalten von STR-Regelung zur PID-Regelung das I-Glied von KLAF mittels des vom STR-Regler bestimmten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten berechnet, während bei der Wiederaufnahme der STR-Regelung nach der PID-Regelung eine Zeit, bei der der erfasste Wert KACT gleich 1 oder nahezu 1 ist, gewählt wird, und der Anfangswert des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten durch die adaptive Regelvorschrift (STR-Regler) wird angenähert gleich dem PID-Korrekturkoeffizienten durch die PID-Regelvorschrift gesetzt. Anders gesagt, das System stellt einen glatten Vorwärts- und Rückwärts-Übergang zwischen der PID- Regelung und der adaptiven Regelung sicher. Weil sich daher die Stellgröße nicht plötzlich ändert, wird die Regelgröße nicht unstabil.
  • Da ferner beim Motorleerlauf der Rückkopplungskorrekturkoeffizient auf der Basis der PID-Regelvorschrift bestimmt wird, tritt kein Konflikt zwischen der Kraftstoffdosierregelung und der Ansaugluftmengenregelung auf, die während des Motorleerlaufs ausgeführt wird.
  • Während die erste Ausführung so erläutert wurde, dass sie S110, S114 und S124 in der Unterroutine von Fig. 6 enthält, können einige oder alle von diesen weggelassen werden. Ähnlich können auch einige oder alle von S208 (S210), S212 und S216 in der Unterroutine von Fig. 7 weggelassen werden.
  • Eine zweite Ausführung ist in Fig. 9 gezeigt, die ein Zeitdiagramm ist, das dem von Fig. 8 in Bezug auf die erste Ausführung ähnlich ist. Im Falle der zweiten Ausführung ist ein zweiter Schwellenwert KSTKref2 zusätzlich zu dem ersten Schwellenwert KSTKref1 vorgesehen, der dem in der ersten Ausführung verwendeten Schwellenwert KSTKref (in KSTKref1 umbenannt) entspricht.
  • Der Absolutwert des adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR(k) wird mit den ersten und zweiten Schwellenwerten KSTKref1 und KSTKref2 verglichen, und wenn der Absolutwert davon den zweiten Schwellenwert KSTKref2 eine vorbestimmte Periode überschreitet, wird der adaptive Korrekturkoeffizient KSTR auf seinen Anfangswert rückgesetzt. Insbesondere wird er auf 1 rückgesetzt, und der Rückkopplungskorrekturkoeffizient wird durch den STR-Regler berechnet. Wenn der Absolutwert davon den ersten Schwellenwert KSTKref1 für eine vorbestimmte Periode überschreitet, wird angenommen, dass eine Fluktuation aufgetreten ist, und der Rückkopplungskorrekturkoeffizient wird von dem PID-Regler anstatt vom STR-Regler erhalten. Das Rücksetzen auf den Anfangswert und die Bestimmung des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten durch die PID-Regelvorschrift werden unterbrochen, wenn die Kraftstoffsperre implementiert ist oder die Regelung belassen wird.
  • Mit dieser Anordnung ist es möglich, den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten genauer zu bestimmen, um hierdurch die Regelstabilität weiter zu verbessern.
  • Fig. 10 ist ein Flussdiagramm ähnlich Fig. 4, zeigt jedoch eine dritte Ausführung.
  • Um dies zu erläutern, während der Unterschied von der ersten Ausführung herausgestellt wird, beginnt das Programm bei S10 und geht zu S18 weiter, ähnlich wie in der ersten Ausführung. Wenn das Ergebnis S18 positiv ist, geht es unmittelbar zu S22 weiter, um die Ausgabe des LAF-Sensors 54 auszulesen. Anders gesagt, S20, der die Rückkopplungsbereichprüfung betrifft, wird durch ein Unterroutinenflussdiagramm für die FB-Berechnung ersetzt.
  • Die Unterroutine hierfür ist im Flussdiagramm von Fig. 11 gezeigt.
  • Das Programm beginnt bei S300, in dem unterschieden wird, ob der Motorbetriebszustand ein Rückkopplungsbereich (F/B) ist. Dies erfolgt in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführung.
  • Wenn das Ergebnis in S300 JA ist, geht das Programm zu S302 weiter, worin der PID-Korrekturkoeffizient KLAF in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführung berechnet wird, und zu S304, in dem der adaptive Korrekturkoeffizienten KSTR in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführung berechnet wird.
  • Hier wird die Beziehung zwischen den Berechnungen erläutert.
  • Die Berechnungen werden parallel in dem STR-Regler und dem PID-Regler ausgeführt. Insbesondere werden in den Adapatationsmechanismus, der in den Gleichungen 5 bis 7 angegeben ist, Zwischenvariablen Zeta (k-d) eingegeben, nämlich ein Vektor, der die gegenwärtigen und vergangenenen Regelwerte u(k)(KSTR(k)) und y(k)(KACT(k)) zusammenfasst, und berechnet die Reglerparameter (k) aus der Ursache-Wirkungsbeziehung dazwischen.
  • u(k) wird hier in dem vorgenannten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten verwendet, der bei der Kraftstoffeinspritzmengenberechnung verwendet wird. Unter der Bedingung, dass im nächsten Regelzyklus anstatt der adaptiven Regelung die PID-Regelung auszuführen ist, wird der PID-Korrekturkoeffizient KLAF als der Rückkopplungskorrekturkoeffizient verwendet. Auch wenn während der PID-Regelung die Eingabe u(k) zu dem Adaptationsmechanismus von dem adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR(k) zu KLAF(k) wechselt, kann der Adpatationsmechanismus den Reglerparametervektor (k) ohne Divergenz berechnen, da die Geräteausgabe (die Regelgröße), die gemäß dem Rückkopplungskorrekturkoeffizienten erzeugt und für die Kraftstoffdosierregelung verwendet wird, nämlich KACT(k+d'), ausgegeben wird, und da somit die Ursache-Wirkungs-Beziehung zwischen der Eingabe und der Ausgabe hergestellt wird. Somit wird, wenn (k) in Gleichung 9 eingegeben wird, KSTR(k) berechnet. Hier ist der Austausch von KSTR(k-i) = KLAF(k-i) bei der Berechnung von KSTR(k) zulässig (i = 1, 2, 3).
  • Somit kann der adaptive Korrekturkoeffizient KSTR auch dann berechnet werden, wenn der PID-Regler arbeitet, und es bestätigte sich, dass der PID-Korrekturkoeffizient KLAF und der adaptive Korrekturkoeffizient KSTR zu einer bestimmten Zeit im Wesentlichen identisch sind. Da die Werte des PID- Korrekturkoeffizienten KLAF und des adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR nahe beieinanderliegen, erfolgt darüber hinaus das Umschalten dazwischen glattgängig.
  • Zurück zur Erläuterung des Flussdiagramms von Fig. 11. Das Programm geht zu S306 weiter, worin entschieden wird, ob der Betriebsbereich einer ist, in dem die Regelung (F/B) mittels des hochregelreaktiven Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR) oder mittels des niedrigregelreaktiven Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (PID-Korrekturkoeffizienten KLAF) durchgeführt werden soll.
  • Fig. 12 ist ein Flussdiagramm einer Unterroutine für diese Bereichsunterscheidung.
  • Zuerst wird in S400 geprüft, ob im vorhergehenden Steuerzyklus eine Offenschleifensteuerung (O/L) wirksam war, d. h. zu der Zeit, zu der die Unterroutine von Fig. 10 im vorhergehenden Steuerzyklus aktiviert war. Wenn das Ergebnis JA ist, geht das Programm zu S402, in dem bestimmt wird, dass der Bereich ein solcher ist, in dem die Regelung mittels des niedrigregelreaktiven Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (PID-Korrekturkoeffizienten KLAF) durchgeführt werden soll (nachfolgend als der "niedrigreaktive Rückkopplungsbereich" bezeichnet). Aus dem zuvor erläuterten Grund ist es nämlich bevorzugt, unmittelbar nach Rückkehr von der Offenschleifensteuerung nicht die hochreaktive Regelung durchzuführen. Beim Wechsel von Offenschleifensteuerung zur Regelung ist es möglich, die niedrigreaktive Regelung für eine vorbestimmte Periode auszuführen (z. B. 5 OTs). In diesem Fall genügt es, nach S400 einen Unterscheidungsschritt vorzusehen, um während der vorbestimmten Periode das Programm fortlaufend auf S402 zu richten.
  • Wenn in S400 das Ergebnis NEIN ist, geht das Programm zu S404 weiter, in dem geprüft wird, ob die Motorkühlmitteltemperatur Tw kleiner als ein vorbestimmter Wert TWSTRON ist. Der vorbestimmte Wert TWSTRON wird auf eine relativ niedrige Kühlmitteltemperatur gesetzt, und wenn die erfasste Motorkühlmitteltemperatur TW unter dem vorbestimmten Wert TWSTRON liegt, geht das Programm zu S402 weiter, in dem bestimmt wird, dass der Motorbetriebszustand der niedrigreaktive Rückkopplungsbereich sein soll. Der Grund hierfür ist, dass bei niedrigen Kühlmitteltemperaturen die Verbrennung unstabil ist, was es unmöglich macht, wegen Fehlzündung u. dgl. eine stabile Erfassung des Werts KACT zu erhalten. Obwohl in Fig. 12 nicht gezeigt, wird aus dem gleichen Grund auch bestimmt, dass der Betriebszustand in dem niedrigreaktiven Rückkopplungsbereich liegen soll, wenn die Kühlmitteltemperatur abnormal hoch ist.
  • Wenn sich in S404 herausstellt, dass die Motorkühlmitteltemperatur TW nicht niedriger als der vorbestimmte Wert TWSTRON ist, geht das Programm zu S406 weiter, worin geprüft wird, ob die erfasste Motordrehzahl Ne bei oder über einem vorbestimmten Wert NESTRLMT ist. Der vorbestimmte Wert NESTRLMT ist auf eine relative hohe Motordrehzahl gesetzt. Wenn S406 feststellt, dass die erfasste Motordrehzahl Ne bei oder über dem vorbestimmten Wert NESTRLMT ist, geht das Programm zu S402, in dem bestimmt wird, dass der Betriebszustand der niedrigreaktive Rückkopplungsbereich sein soll. Der Grund hierfür ist, dass während des Hochdrehzahlmotorbetrieb die Tendenz besteht, dass die Zeit zur Berechnung nicht ausreicht, und darüber hinaus die Verbrennung unstabil ist.
  • Wenn sich in S406 herausstellt, dass die erfasste Motordrehzahl Ne niedriger als der vorbestimmte Wert NESTRLMT ist, geht das Programm zu S408 weiter, worin geprüft wird, ob der Motor leerläuft. Wenn das Ergebnis JA ist, geht das Programm zu S402 weiter, in dem bestimmt wird, dass der Betriebszustand in dem niedrigreaktiven Rückkopplungsbereich sein soll. Der Grund hierfür ist, dass der allgemein stabile Betriebszustand während des Leerlaufs den Bedarf nach einem hohem Verstärkungsgrad erübrigt, wie etwa dem gemäß der adaptiven Regelvorschrift.
  • Wenn sich in S408 herausstellt, dass der Motor nicht leerläuft, geht das Programm zu S410 weiter, in dem gewertet wird, ob die Motorlast niedrig ist. Wenn das Ergebnis JA ist, geht das Programm zu S402 weiter, in dem bestimmt wird, dass der Betriebszustand in dem niedrigreaktiven Rückkopplungsbereich liegen soll. Der Grund hierfür ist, dass die Verbrennung im Niederlastbereich des Motors nicht stabil ist.
  • Wenn sich in S410 herausstellt, dass die Motorlast nicht niedrig ist, geht das Programm zu S412 weiter, in dem eine Prüfung erfolgt, ob HiV/T (die Hochmotordrehzahl-seitige Ventilsteuerzeit) in dem variablen Ventilsteuermechanismus gewählt ist. Wenn dies so ist, geht das Programm zu S402 weiter, in dem bestimmt wird, dass der Betriebszustand in dem niedrigreaktiven Rückkopplungsbereich liegen soll. Der Grund hierfür ist, dass der größe Ventilsteuerüberlappungsbetrag, der vorliegt, wenn die Hochmotordrehzahl-seitige Ventilsteuercharakteristik gewählt ist, die Neigung hat, ein Durchblasen der Ansaugluft zu verursachen (Entweichen der Ansaugluft durch das Auslassventil), in welchem Fall der erfasste Wert KACT wahrscheinlich nicht stabil ist. Darüber hinaus kann die Erfassungsverzögerung des LAF-Sensors während des Hochdrehzahlbetriebs nicht ignoriert werden.
  • Die Entscheidung, ob die Hochdrehzahl-seitige Ventilsteuerzeit gewählt ist oder nicht, erfolgt nicht nur auf der Basis davon, ob die Hochdrehzahlventilsteuerung tatsächlich gewählt worden ist, sondern auch in Bezug auf ein geeignetes Flag, das angibt, ob ein Befehl zum Umschalten der Ventilsteuercharakteristiken von der Niederdrehzahlseite zur Hochdrehzahlseite in einer Steuereinheit (nicht gezeigt) des variablen Ventilsteuermechanismus ausgegeben worden ist oder nicht. Der Grund hierfür ist, dass Änderungen in den Ventilsteuercharakteristiken nicht in allen Zylindern gleichzeitig implementiert werden könnten. Während Übergangszuständen u. dgl. können daher Fälle auftreten, in denen sich die Ventilsteuercharakteristik vorübergehend zwischen den verschiedenen Zylindern unterscheidet. Anders gesagt, beim Umschalten der Ventilsteuercharakteristik zur Hochdrehzahlseite ist die Anordnung so, dass das Umschalten zur Hochdrehzahlseite in der Steuereinheit des variablen Ventilsteuermechanismus nach der Bestätigung erfolgt, dass die Regelung mittels des PID-Korrekturkoeffizienten arbeitet, als Ergebnis einer Unterscheidung, dass der Motorbetriebszustand in dem niedrigreaktiven Rückkopplungsbereich ist.
  • Wenn das Ergebnis in S412 NEIN ist, geht das Programm zu S414 weiter, worin geprüft wird, ob das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis KACT unter einer Untergrenze a ist. Wenn das Ergebnis JA ist, geht das Programm zu S402 weiter. Falls NEIN, geht es zu S416 weiter, in dem geprüft wird, ob der erfasste Wert KACT größer als die Obergrenze b ist. Wenn das Ergebnis JA ist, geht das Programm zu S402 weiter. Falls NEIN, geht es zu S418 weiter, worin bestimmt wird, dass der Betriebszustand in einem Bereich liegen soll, in dem die Regelung mittels eines hochregelreaktiven Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (adaptiven Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR) ausgeführt werden soll (nachfolgend als "hochreaktiver Rückkopplungsbereich" bezeichnet). Kurz gesagt, die Werte a und b werden geeignet gesetzt, um eine Unterscheidung von mageren und fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnissen zu gestatten, da es besser ist, die hochreaktive Regelung wie etwa die adaptive Regelung zu vermeiden, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager oder fett ist. Bei der Durchführung der Unterscheidung kann das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis anstatt des erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses für den Vergleich mit den vorbestimmten Werten verwendet werden.
  • Zurück zur Unterroutine von Fig. 11. Dann wird in S306 bestimmt, ob der Bereich als der hochregelreaktive Rückkopplungsbereich bestimmt werden soll. Wenn das Ergebnis JA ist, wird in S310 der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KFB auf den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR gesetzt, wo in S312 das I-Glied KLAFI auf den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB gesetzt oder durch diesen ersetzt wird. Der Grund hierfür ist, dass wie zuvor erwähnt, das I- Glied (das Integral-Glied) sich plötzlich ändern könnte, wenn im nächsten Regelzyklus der adaptive Korrekturkoeffizient KSTR auf den PID-Korrekturkoeffizienten KLAF geschaltet wird. Durch Bestimmung des Anfangswerts des I-Glieds des PID-Korrekturkoeffizienten KLAF, in dem auf diese Weise der Wert des adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR verwendet wird, kann eine 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 S314 das Bit eines Flag FKSTR auf 1 gesetzt, um anzuzeigen, dass die Kraftstoffeinspritzmenge mittels des adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR korrigiert wird.
  • Wenn sich andererseits in S308 herausstellt, dass der Betriebszustand nicht der hochreaktive Bereich ist, wird in S316 der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KFB auf den PID- Korrekturkoeffizient KLAF gesetzt, und wird in S318 die Geräteeingabe u(k) auf den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB gesetzt (dies wird die Eingabe in den STR- Regler, wie in Fig. 5 gezeigt). Der Grund hierfür ist, dass auch außerhalb des STR-Rückkopplungsbereichs der STR- Regler mittels des PID-Korrekturkoeffizienten KLAF weiter arbeitet. In S320 wird das Bit des Flag FKSTR dann auf 0 rückgesetzt.
  • Wenn sich in S300 herausstellt, dass der Betriebszustand nicht der Rückkopplungsbereich ist, geht das Programm zu S322 weiter, in dem eine Prüfung erfolgt, ob eine vorbestimmte Periode oder Zeit abgelaufen ist oder nicht, seit der Rückkopplungsbereich verlassen wurde. Wenn das Ergebnis NEIN ist, geht das Programm zu S324 weiter, worin der Wert von KLAF im gegenwärtigen Regelzyklus auf KLAFI(k-1) gesetzt oder durch dieses ersetzt wird, dem Wert des I-Glieds in dem vorhergehenden Regelzyklus, d. h., das I-Glied wird gehalten. Dann werden in S326 die internen Variablen (die Zwischenvariablen) des adaptiven Reglers in ähnlicher Weise auf dem vorhergehenden Wert gehalten, d. h. dem letzten Wert während der adaptiven Regelung.
  • Der Grund hierfür ist, dass, wie in Fig. 5 gezeigt, die Berechnung von zeta(k) die Geräteeingabe u verwendet, nicht nur die Regeleingabe u(k) im gegenwärtigen Regelzyklus, sondern auch u(k-1) und die anderen vergangenen Werte in den vorhergehenden Regelzyklen. Daher ist i von u(k-i) in S326 ein verständliches Symbol, das die gegenwärtigen und vergangenen Regelwerte umfasst. Der Prozess bei S326 bedeutet somit, 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 Reglerparameter und die Verstärkungsgradmatrix &Gamma; werden einfach auf ihren vorhergehenden Werten gehalten. Falls etwa dann, wenn die Reglerparameter (der Reglerparametervektor) und die Verstärkungsgradmatrix &Gamma; als Kennfeldwerte in einem Speicher gespeichert sind, können, anstatt des gehaltenen Werts, die Kennfeldwerte verwendet werden. Obwohl in den Zeichnungen nicht gezeigt, werden ferner auch KSTR und KACT auf den Endwert in der adaptiven Regelung gehalten. KACT und die Eingabe u(k-i) können natürlich zusammengefasst und als zeta gehalten werden.
  • Dann wird in S328 der Wert des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB auf 1,0 gesetzt, d. h., die Regelung wird nicht ausgeführt. Dann wird in S330 das Bit des Flag FKSTR auf 0 rückgesetzt.
  • Wenn sich andererseits in S322 herausstellt, dass die vorbestimmte Periode seit Verlassen des Rückkopplungsbereichs abgelaufen ist, wird in S332 der Wert des I-Glieds KLAFI auf 1,0 (Anfangswert) gesetzt, wonach in S334 die Geräteeingabe u, die Reglerparameter und die Verstärkungsgradmatrix &Gamma; auf vorbestimmte Werte gesetzt werden, z. B. auf ihre Anfangswerte. Somit wird die Geräteeingabe u spezifisch 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 wurde, die Kraftstoffsperre zur Wirkung kam und die Offenschleifensteuerung implementiert wurde, passiert es nämlich häufig, dass das Gaspedal bald erneut niedergedrückt wird, wodurch der Motor beschleunigt und die Regelung wieder aufgenommen wird. Wenn die Regelung auf diese Weise nach nur einer kurzen Zeit wieder aufgenommen wird, entsteht angenähert keine Änderung im Betriebszustand des Motors zwischen vor und nach dem Nicht-Betriebsbereich des STR-Reglers und daher bleibt die Ursache-Wirkungs-Beziehung mit der Verbrennungshistorie natürlich erhalten.
  • Im Falle eines Übergangsbereichs verbessert auf diese Weise daher das Halten der internen Variablen des adaptiven Reglers die Regelstabilität, in dem die adaptive Regelung fortlaufend gehalten wird und die Durchführung der adaptiven Regelung ermöglicht wird, ohne unnötigerweise zum Anfangszustand zurückzukehren. In diesem Sinne definiert eine vorbestimmte Periode, auf die in S322 Bezug genommen ist, einen Zeitbereich, während dem die Ursache-Wirkungs-Beziehung mit der Verbrennungshistorie fortlaufend gehalten wird. Der hierin benutzte Begriff "Periode" ist so definiert, dass er sowohl Intervalle beinhaltet, die zeitlich gemessen sind, als auch Intervalle, die in Regel-(Programm)-Zyklen gemessen sind (Anzahl von Verbrennungszyklen, OTs etc.)
  • Wenn andererseits die vorbestimmte Periode oder länger abgelaufen ist, kann angenommen werden, dass im Betriebszustand des Motors vor und nach dem Nicht-Betriebsbereich des STR-Reglers eine starke Änderung stattgefunden hat. In diesem Fall werden daher in S334 die internen Variablen auf vorbestimmte Werte zurückgebracht, z. B. ihre Anfangswerte. Die Anfangswerte von (k-1) und u(k) (= KSTR(k)) können daher 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) benutzt werden. Dies verbessert weiter die Regelbarkeit bei der Wiederaufnahme der adaptiven Regelung. Darüber hinaus kann (k) für jeden Betriebsbereich gelernt werden.
  • Dann wird in S28 der Routine von Fig. 10 die Ausgabe- Kraftstoffeinspritzmenge in der zuvor beschriebenen Weise bestimmt und in S30 ausgegeben.
  • Wenn in dieser Ausführung die Offenschleifensteuerung der Kraftstoffdosierung und des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses unterbrochen wird und die Regelung wieder aufgenommen wird, wie etwa im Falle der Wiederaufnahme der Kraftstoffzufuhr nach Sperre derselben, wird der Rückkopplungskorrekturkoeffizient auf der Basis der PID-Regelvorschrift für eine vorbestimmte Periode bestimmt, ähnlich der ersten Ausführung. Im Ergebnis wird der Rückkopplungskorrekturkoeffizient mit hoher Regelreaktion, der durch die adaptive Regelvorschrift bestimmt wird, während Perioden nicht verwendet, wenn die Differenz zwischen dem wahren Luft/Kraftstoff-Verhältnis und dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis groß ist, wegen der Zeit, die für die Zufuhr des zu verbrennenden Kraftstoffs erfoderlich ist und der Erfassungsverzögerung des Sensors selbst. Die Regelgröße wird daher nicht unstabil und verschlechtert die Stabilität der Regelung nicht.
  • Andererseits kann, nachdem sich der erfasste Wert stabilisiert hat, die Konvergenzgeschwindigkeit verbessert werden durch den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten mit hoher Regelreaktion, der durch die adaptive Regelvorschrift bestimmt ist, um das System so zu betreiben, dass der Regelfehler insgesamt auf einmal absorbiert wird. Ein besonders bemerkenswertes Merkmal der Ausführung ist, dass eine optimale Balance zwischen der Regelstabilität und der Regelkonvergenz erreicht wird, aufgrund der Tatsache, dass die Regelkonvergenz verbessert wird, indem die Stellgröße als das Produkt des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten und des Basiswerts bestimmt wird.
  • Da darüber hinaus der STR-Regler und der PID-Regler parallel betrieben werden, während die internen Variablen gegenseitig ausgetauscht werden, um den adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR und den PID-Korrekturkoeffizienten KLAF parallel zu berechnen, kann der Übergang von dem adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR zum PID-Korrekturkoeffizienten KLAF und vice versa glatt ausgeführt werden. Die Tatsache, dass das Umschalten zwischen den zwei Typen von Korrekturkoeffizienten mit einem gewünschten Timing ausgeführt werden kann, macht es ferner möglich, ein optimales Umschalten zu erreichen, während die Tatsache, dass das Umschalten durchgeführt werden kann, ohne im Luft/Kraftstoff-Verhältnis Spitzen zu erzeugen, was zu einer verbesserten Kraftstoffdosierung und Regelbarkeit des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses führt.
  • Fig. 13 zeigt eine vierte Ausführung, insbesondere eine Unterroutine, die jener von Fig. 11 zur Berechnung des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB ähnlich ist.
  • In der vierten Ausführung wird die Prozess- oder Rechenlast reduziert, indem der STR-Regler und der PID-Regler parallele Berechnungen nur während der Übergänge vom niedrigreaktiven Rückkopplungsbereich zum hochreaktiven Rückkopplungsbereich ausführen.
  • Während in der ersten Ausführung der PID-Regler und der STR-Regler bei zur Durchführung von Berechnungen konstant in Betrieb bleibt, kann im Wesentlichen der gleiche Effekt erhalten werden, wenn der STR-Regler gestoppt wird und der adaptive Korrekturkoeffizient KSTR nicht berechnet wird, wenn der PID-Regler in Betrieb ist. In der Tat lässt sich aus dem Aspekt, die Prozesslast zu reduzieren, ein noch größerer Effekt erzielen.
  • Wie aus den Gleichungen 5 bis 7 ersichtlich, sind für die Berechnung der Reglerparameter (k) vergangene Werte (Werte der vergangenen Regelzyklen) der internen oder Zwischenvariablen erforderlich. Das Umgekehrte hiervon ist, dass die Reglerparameter (k) insofern berechnet werden können, dass die vergangene Werte der internen oder Zwischenvariablen zur Verfügung stehen. Die vergangenen Werte der internen oder Zwischenvariablen, die für die Berechnung notwendig sind, beinhalten (k-1), zeta (k-d) und &Gamma;(k-1). Wie in der dritten Ausführung kann zeta (k-d) abwechselnd zwischen dem · PID-Korrekturkoeffizienten KLAF und dem adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR erzeugt werden.
  • Da ferner &Gamma;(k-1) die Verstärkungsgradmatrix ist, die die Schätz/Identifikationsgeschwindigkeit bestimmt, kann hierfür ein vorbestimmter Wert wie etwa der Anfangswert verwendet werden. Wenn so gehalten wird, dass KSTR 1,0 (Anfangswert) oder dort herum ist, ist es bevorzugt, b&sub0; durch KLAF(k-1) zu teilen, da der durch Gleichung 6 berechnete Wert KSTR(k) KLAF(k-1) wird, wie zuvor erläutert.
  • Nun wird die Unterroutine von Fig. 13 auf der Basis der vorstehenden Annahmen erläutert. Zuerst wird in S500 geprüft, ob der Betriebszustand in dem Rückkopplungsbereich (F/B) ist. Wenn das Ergebnis JA ist, wird in S502 der Rückkopplungsbereich bestimmt. Der Prozess hierfür ist der gleiche wie gemäß der Unterroutine von Fig. 12 in der dritten Ausführung. Dann wird in S504 geprüft, ob der Betriebszustand in dem hochreaktiven Rückkopplungsbereich ist. Wenn das Ergebnis JA ist, wird in S506 geprüft, ob das Bit eines Flag FSTRC auf 1 gesetzt ist.
  • Zum Beispiel unmittelbar nach der Rückkehr zum hochreaktiven Rückkopplungsbereich vom niedrigreaktiven Rückkopplungsbereich ist das Ergebnis in S506 NEIN, und die internen Variablen des adaptiven Reglers werden in S508 gesetzt. Dies erfolgt in der Weise, die früher in Bezug auf S334 der Unterroutine von Fig. 11 erläutert ist. Dann wird in S510 der adaptive Korrekturkoeffizient KSTR durch Prozesse berechnet, wie sie etwa früher in Bezug auf die erste Ausführung erläutert wurden, wonach der PID-Korrekturkoeffizient KLAF wie in S512 durch Prozesse o. dgl. berechnet wird, die früher in Bezug auf die erste Ausführung erläutert wurden.
  • Dann wird in S514 der Wert eines Zählers C inkrementiert, und dann wird in S516 geprüft, ob der adaptive Korrekturkoeffizient KSTR und der PID-Korrekturkoeffizient KLAF angenähert (oder exakt) die gleichen sind. Wenn das Ergebnis NEIN ist, wird in S518 geprüft, ob der Zählwert C einen vorbestimmten Wert Cref überschreitet. Wenn das Ergebnis in S518 NEIN ist, wird in S520 der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KFB auf den PID-Korrekturkoeffizienten KLAF gesetzt, wonach in S522 die Geräteeingabe u(k) auf den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB gesetzt wird. In S524 wird das Bit des Flag FKSTR dann auf 0 rückgesetzt, und in S526 wird das Bit eines Flag FSTRC auf 1 gesetzt.
  • In der nächsten Programmschleife (Regelzyklus) ist daher das Ergebnis in S506 JA, und das Ergebnis in S528 ist NEIN, sodass das Programm durch S510 die folgenden Schritte weitergeht und den vorgenannten Prozess wiederholt, bis das Ergebnis in S516 oder S518 JA wird. Anders gesagt, der adaptive Korrekturkoeffizient KSTR und der PID-Korrekturkoeffizient KLAF werden während dieser Periode in S510 und S512 parallel berechnet.
  • Wenn dann das Ergebnis in S516 oder S518 nach einer bestimmten Anzahl von Programmschleifen JA wird, wird in S532 der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KFB auf den adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR gesetzt, und es wird aus dem zuvor erläuterten Grund, in S534 das I-Glied KLAFI durch den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB ersetzt, wonach in S536 das Bit des Flag FKSTR auf 1 gesetzt wird, in S438 das Bit des Flag FSTRC auf 1 gesetzt wird und in S540 des Wert des Zählers C auf 0 rückgesetzt wird. Beim Start der nächsten Programmschleife ist daher das Ergebnis in S506 JA, ist auch das Ergebnis in S528 JA und wird der adaptive Korrekturkoeffizient KSTR in S530 mittels der gleichen Prozesse wie in der ersten Ausführung berechnet.
  • Wenn sich andererseits in S504 herausstellt, dass der Betriebszustand nicht der hochreaktive Rückkopplungsbereich ist, wird in S542 der PID-Korrekturkoeffizient KLAF mittels der gleichen Prozesse wie in der ersten Ausführung berechnet, wird in S544 der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KFB auf den PID-Korrekturkoeffizienten KLAF gesetzt, wird in S546 die Geräteeingabe u(k) auf den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB gesetzt, wird in S548 das Bit des Flag FKSTR auf 0 rückgesetzt und wird in S550 das Bit des Flag FSTRC auf 0 rückgesetzt.
  • Wenn daher nach einer Offenschleifensteuerung die Regelung wieder aufgenommen wird, befindet sich der Betriebszustand zuerst in dem niedrigreaktiven Rückkopplungsbereich, wird die parallele Berechnung des adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR und des PID-Korrekturkoeffizienten KLAF nur vorübergehend bei der Rückkehr zum hochreaktiven Rückkopplungsbereich vom niedrigreaktiven Rückkopplungsbereich ausgeführt, und wird nur der adaptive Korrekturkoeffizient KSTR berechnet, nachdem die Werte der zwei Koeffizienten im Wesentlichen gleich geworden sind oder nach dem Ablauf einer vorbestimmten Anzahl von Steuerzyklen (Cref).
  • Wenn sich in S500 herausstellt, dass der Betriebszustand nicht der Rückkopplungsregelbereich ist, wird in S552 der Wert des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB auf 1,0 gesetzt, wird in S554 der Wert des I-Glieds KLAFI auf 1,0 gesetzt, wird in S556 das Bit des Flag FKSTR auf 0 rückgesetzt und wird in S558 das Bit des Flag FSTRC ebenfalls auf 0 rückgesetzt.
  • In der vierten Ausführung wird die parallele Berechnung des adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR und des PID-Korrekturkoeffizienten KLAF nur vorübergehend bei der Rückkehr vom niedrigreaktiven Rückkopplungsbereich zum hochreaktiven Rückkopplungsbereich ausgeführt und wird der adaptive Korrekturkoeffizient KSTR nur dann berechnet, nachdem die Werte der zwei Koeffizienten im Wesentlichen gleich geworden sind oder nach Ablauf einer vorbestimmten Anzahl von Regelzyklen. Im Ergebnis ist es möglich, sowohl ein glattes Umschalten als auch eine Minderung der Prozesslast zu realisieren.
  • Nach Ausgabe eines Befehls zum Umschalten von dem PID-Korrekturkoeffizienten KLAF zu dem adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR ist es alternativ möglich, nur den adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR mittels des vorgenannten zeta(k-d), &Gamma;(k-1) und (k) während der vorbestimmten Anzahl von Regelzyklen zu berechnen. Anders gesagt, ein vollständiges Umschalten zu dem adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR kann erfolgen, nachdem die Kraftstoffeinspritzmenge mittels PID-Korrekturkoeffizienten KLAF während der vorbestimmten Anzahl von Zyklen korrigiert worden ist.
  • Anstatt der Umschaltung von KLAF(k) zu KSTR(k) nach der vorbestimmten Anzahl von Regelzyklen ist es darüber hinaus möglich, von KLAF(k) zu KSTR(k) umzuschalten, wenn KSTR(k) in einem Bereich fällt, der definiert ist als KLAF(k) - &alpha; &le; KSTR(k) &le; KLAF(k) - &beta; (&alpha;, &beta;: vorbestimmte kleine Werte), nämlich nachdem KSTR(k) im Wesentlichen gleich KLAF(k) geworden ist.
  • Während erläutert wurde, dass der für die Einspritzmengenkorrektur zu verwendende Rückkopplungskorrekturkoeffizient von KLAF(k) zu KSTR(k) umgeschaltet wird, wenn das Ergebnis in S516 oder S518 JA ist, kann auch der eine oder andere von S516 und S518 weggelassen werden.
  • Fig. 14 ist ein Blockdiagramm einer fünften Ausführung der Erfindung, und Fig. 15 ist ein Flussdiagramm einer Unterroutine für ein anderes Verfahren der Berechnung des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB in der fünften Ausführung.
  • Wie in Fig. 14 gezeigt, hat die fünfte Ausführung keinen PID-Regler, sondern ist, zusätzlich zum STR-Regler der ersten Ausführung, mit einem zweiten STR-Regler versehen. (Der STR-Regler, der dem in der ersten Ausführung entspricht, wird als STR-Regler 1 bezeichnet, und der zweite STR-Regler wird als STR-Regler 2 bezeichnet.)
  • Die Beziehung der Regelreaktion zwischen dem vom STR-Regler 1 bestimmten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (erster adaptiver Korrekturkoeffizient KSTR genannt) und dem vom STR-Regler 2 bestimmten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (zweiter adaptiver Korrekturkoeffizient KSTRL genannt) ist definiert als:
  • KSTR > KSTRL.
  • Anders gesagt, der Verstärkungsgrad des vom STR-Regler 2 bestimmten zweiten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTRL ist kleiner und seine Regelreaktion ist daher niedriger.
  • Die höheren/niedrigeren Verstärkungsgrade (Reaktionen) der STR-Regler 1 und 2 werden mittels verschiedener Algorithmen erreicht, nämlich dem Algorithmus mit variablem Verstärkungsgrad und dem Algorithmus mit konstantem Verstärkungsgrad. Insbesondere verwendet der STR-Regler 1 den Algorithmus mit variablem Verstärkungsgrad, um die Konvergenzgeschwindigkeit zu verbessern, während der STR-Regler 2 den Algorithmus mit konstantem Verstärkungsgrad verwendet, um die vorgenannte Verstärkungsgradmatrix &Gamma; auf einen niedrigeren Verstärkungsgrad zu setzen, um hierdurch die Stabilität zu erhöhen. Stattdessen, und einfacher, ist es möglich, in beiden Reglern die Algorithmen mit konstantem Verstärkungsgrad zu verwenden, aber die Verstärkungsgradmatrizes unterschiedlich zu machen. In diesem Fall genügt es, wenn:
  • die Verstärkungsgradmatrix &Gamma; des STR-Reglers 1 > die Verstärkungsgradmatrix &Gamma; des STR-Reglers 2 ist.
  • Fig. 15 ist ein Unterroutinenflussdiagramm, das den Betrieb der fünften Ausführung zeigt. Die Unterroutine nach Fig. 15 ist ähnlich jener von Fig. 11. Solange nicht anders gesagt, führen die Schritte der Unterroutine von Fig. 15 die gleichen Prozessvorgänge aus wie die entsprechenden Schritte von Fig. 11.
  • Zuerst wird in S600 unterschieden, ob der Betriebszustand in dem Regelbereich (F/B) ist. Wenn das Ergebnis JA ist, werden in S604 und S606 der adaptive Korrekturkoeffizient KSTRL und der erste adaptive Korrekturkoeffizient KSTR durch die gleichen Prozesse berechnet, wie in Bezug auf die früheren Ausführungen erläutert, wonach der Typ des Rückkopplungsbereichs in S608 unterschieden wird und in S610 geprüft wird, ob der Betriebszustand in dem hochreaktiven Rückkopplungsbereich ist, und wenn das Ergebnis JA ist, wird in S612 der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KFB auf den ersten adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR gesetzt, und wird in S614 das Bit des Flag FKSTR auf 1 gesetzt. Wenn sich in S610 herausstellt, dass der Betriebszustand nicht der hochreaktive Rückkopplungsbereich ist, wird in S616 der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KFB auf den zweiten adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTRL gesetzt, und wird in S618 das Bit des Flag FKSTR auf 0 rückgesetzt.
  • Wenn sich andererseits in S600 herausstellt, dass der Betriebszustand nicht in dem Rückkopplungsbereich ist, dann wird, ähnlich der in Fig. 11 gezeigten Unterroutine der dritten Ausführung, in S620 geprüft, ob seit Verlassen des Rückkopplungsbereichs die vorbestimmte Periode abgelaufen ist. Wenn das Ergebnis NEIN ist, dann werden ähnlich der in Fig. 11 gezeigten Unterroutine der dritten Ausführung, die in S622 die Werte der internen Variablen auf den Wert im vorhergehenden Regelzyklus gehalten. Die Prozesse in Bezug auf die internen Variablen werden für sowohl den ersten adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR als auch den zweiten adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTRL ausgeführt.
  • Dann wird in S624 der Wert des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB auf 1,0 gesetzt und wird in S626 das Bit des Flag KSTR dann auf 0 rückgesetzt. Wenn andererseits das Ergebnis in S620 JA ist, werden in S628 die internen Variablen auf vorbestimmte Werte (die Anfangswerte) gesetzt. Der Werte der Geräteeingabe u(k-1), der Reglerparameter (k-1) und der Verstärkungsgradmatrix &Gamma;(k-1) unter den internen Variablen werden auf vorbestimmte unterschiedliche Werte in den ersten und zweiten adaptiven Korrektkoeffizienten KSTR und KSTRL gesetzt (obwohl auch identische Werte verwendet werden können außer für die Verstärkungsgradmatrix &Gamma;(k-1)).
  • Da wie im Vorstehenden beschrieben, die fünfte Ausführung konfiguriert ist, um zwei Rückkopplungskorrekturkoeffizienten mit unterschiedlicher Regelreaktion parallel mittels zweier Typen von Regelvorschriften zu berechnen, die beide adaptive Regelvorschriften sind, und sie den einen oder anderen davon auf der Basis des Motorbetriebszustands wählt, können ähnliche Effekte wie in der dritten Ausführung erhalten werden. Auch in diesem Fall, wie in S612, S614 und S624 gezeigt, ermöglicht die Verwendung von KFB, das tatsächlich der Regelung verwendet wird, bei der Berechnung von KSTR und KSTRL durch die jeweiligen STR-Regler eine konstante Korrelation der Werte von KSTR und KSTRL, um hierdurch den Pegelunterschied während des Umschaltens zu reduzieren.
  • Während die fünfte Ausführung so beschrieben wurde, dass sie zwei STR-Regler hat, ist es alternativ auch möglich, nur einen STR-Regler zu verwenden, den Algorithmus mit konstantem Verstärkungsgrad zu verwenden und den Verstärkungsgrad durch Änderungen des Setzwerts von &Gamma; anzuheben und zu senken.
  • Alternativ ist es möglich, in den ersten und zweiten Ausführungen zwei STR-Regler vorzusehen, sodass dann, wenn der Absolutwert von KSTR den ersten Schwellenwert KSTKref1 überschreitet, der vom zweiten Regler erzeugte Korrekturkoeffizient mit niedrigerem Verstärkungsfaktor verwendet wird.
  • Während in den ersten und zweiten Ausführungen der Absolutwert der Differenz zwischen 1,0 und der adaptive Korrekturkoeffizient KSTR berechnet wurde, um mit den Schwellenwert verglichen zu werden, ist es alternativ möglich, die Größe von KSTR mit zwei Schwellenwerten mit der Mitte von 1,0 zu vergleichen. Der Schwellenwert kann in den größeren und kleineren Seiten von 1,0 unterschiedlich sein.
  • Während in den vorstehenden Ausführungen die Periode als Anzahl von OTs definiert wurde, ist es alternativ möglich, einen Zeitablauf, z. B. 100 ms, mittels eines Timers zu messen.
  • Während in den ersten bis vierten Ausführungen der PID- Regler als Beispiel genommen wurde, ist es stattdessen zulässig, die KP-, KI- und KD-Verstärkungsgrade zur Durchführung der PI-Regelung geeignet zu setzen und nur das 1-Glied zu regeln. Anders gesagt, die in der Beschreibung angegebene PID-Regelung gilt insofern, als sie einige der Verstärkunggradglieder enthält.
  • Während in den ersten bis fünften Ausführungen das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, genauer gesagt das Äquivalenzverhältnis, als der Sollwert verwendet wurde, kann stattdessen auch die Kraftstoffeinspritzmenge als der Sollwert verwendet werden.
  • Während in den ersten bis fünften Ausführungen die Korrekturkoeffizienten KSTR und KLAF(KSTRL) als Multiplikationskoeffizienten (Glieder) berechnet wurden, können sie stattdessen auch als Additionsglieder berechnet werden.
  • Während in den ersten bis fünften Ausführungen das Drosselventil durch einen Schrittmotor betätigt wird, kann es stattdessen auch mechanisch mit dem Gaspedal gekoppelt sein und die in Antwort auf das Niederdrücken des Gaspedals direkt betätigt sein.
  • Während ferner die ersten bis fünften Ausführungen in Bezug auf Beispiele beschrieben wurden, die einen oder mehrere STRs als adaptive(n) Regler verwenden, können stattdessen auch ein oder mehrere MRACS (Modell-referenzierte adaptive Regelsysteme) verwendet werden.
    • Wichtige Aspekte der oben beschriebenen Erfindung können wie folgt zusammengefasst werden:
  • Ein Kraftstoffdosiersteuer/regelsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Rückkopplungsschleife. In dem System wird die der Maschine (dem Gerät) zuzuführende Kraftstoffeinspritzmenge (Tim) außerhalb der Rückkopplungsschleife bestimmt. Es wird ein erster Rückkopplungskorrekturkoeffizient (KSTR) mittels einer adaptiven Vorschrift berechnet, während ein zweiter Rückkopplungskorrekturkoeffizient (KLAF(KSTRL)), dessen Regelreaktion schlechter als die des ersten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten ist, mittels einer PID-Regelvorschrift berechnet wird. Die Rückkopplungskorrekturkoeffizienten werden derart berechnet, dass die Geräteausgabe (Luft/Kraftstoff-Verhältnis) auf einen Sollwert (Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis) gebracht wird. Eine oder mehrere Variablen von einem der Koeffizienten wird bzw. werden durch einen Wert des anderen Koeffizienten derart ersetzt, dass sich der eine Koeffizient dem anderen annähert. Ferner wird bei der Rückkehr von der Offenschleifensteuerung zur Rückkopplungsregelung der zweite Koeffizient (KLAF(KSTRL)) verwendet.

Claims (18)

1. System zum Steuern/Regeln der Kraftstoffdosierung für eine Brennkraftmaschine, umfassend:
ein Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungsmittel zum Erfassen eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (KACT) von Abgas der Maschine;
ein Maschinenbetriebszustanderfassungsmittel zum Erfassen eines Betriebszustands der Maschine;
ein Kraftstoffeinspritzmengenbestimmungsmittel zum Bestimmen einer der Maschine zuzuführenden Kraftstoffeinspritzmenge (Tim);
ein erstes Rückkopplungskorrekturkoeffizienten-Berechnungsmittel zum Berechnen von Variablen zur Bestimmung eines ersten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (KSTR) mittels einer ersten Regelvorschrift, die einen in einer Rekursionsformel ausgedrückten Algorithmus aufweist;
ein zweites Rückkopplungskorrekturkoeffizienten-Berechnungsmittel zum Berechnen von Variablen zur Bestimmung eines zweiten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (KLAF(KSTRL)), dessen Regelreaktion schlechter ist als die des ersten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten, mittels einer zweiten Regelvorschrift;
ein Umschaltmittel zum Umschalten zwischen dem ersten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (KSTR) und dem zweiten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (KLAF(KSTRL)); und
ein Regelmittel zur Korrektur einer Stellgröße durch den einen geschalteten der Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (KSTR, KLAF(KSTRL)), um das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis (KACT) oder/und um die Kraftstoffeinspritzmenge (Tim) auf einen Sollwert (KACMD) zu bringen;
dadurch gekennzeichnet, dass
das Umschaltmittel zumindest eine (bo, KLAFI) der Variablen jener Rückkopplungskorrekturkoeffizienten-Berechnung, die zur Regelung nach dem Umschaltvorgang verwendet wird, durch einen Wert des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten, der zur Regelung vor dem Umschaltvorgang verwendet wurde, ersetzt, sodass sich der Rückkopplungskorrekturkoeffizient, der nach dem Umschaltvorgang verwendet wird, dem Rückkopplungskorrekturkoeffizienten, der vor dem Umschaltvorgang verwendet wurde, annähert, wenn das Umschaltmittel den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten vom zweiten (KLAF(KSTRL)) zum ersten (KSTR) oder vom ersten zum zweiten umschaltet.
2. System nach Anspruch 1, worin der Wert (bo/KLAF) den in einem vorhergehenden Regelzyklus berechneten zweiten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (KLAF(KSTRL)) enthält.
3. System nach Anspruch 1, worin der Wert des ersten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (KSTR) jener ist, der in einem vorhergehenden Regelzyklus errechnet wurde.
4. System nach Anspruch 1 oder 2, worin das Umschaltmittel die Variable ersetzt, wenn sich das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis (KACT) in einem vorbestimmten Bereich befindet.
5. System nach Anspruch 4, worin der vorbestimmte Bereich, ausgedrückt als Äquivalenzverhältnis, 1,0 oder dort herum beträgt.
6. System nach Anspruch 1 oder 2, worin das erste Rückkopplungskorrekturkoeffizienten-Berechnungsmittel umfasst:
ein Vergleichsmittel zum Vergleichen des ersten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten mit einem Schwellenwert (KSTKref1);
und das Umschaltmittel die Variable durch einen Wert ersetzt, wenn der erste Rückkopplungskorrekturkoeffizient (KSTR) unter einem Schwellenwert ist.
7. System nach Anspruch 6, worin das erste Rückkopplungskorrekturkoeffizienten-Berechnungsmittel umfasst:
ein zweites Vergleichsmittel zum Vergleichen des ersten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (KSTR) mit einem zweiten Schwellenwert (KSTKref2);
und das erste Rückkopplungskorrekturkoeffizienten-Berechnungsmittel den ersten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (KSTR) auf einen Anfangswert des ersten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (KSTR) rücksetzt, wenn der Rückkopplungskorrekturkoeffizient (KSTR) den zweiten Schwellenwert überschreitet.
8. System nach Anspruch 1 oder 3, worin das Umschaltmittel die Variable ersetzt, wenn eine Maschinenkühlmitteltemperatur kleiner als eine vorbestimmte Temperatur ist.
9. System nach Anspruch 1 oder 3, worin das Umschaltmittel die Variable ersetzt, wenn die Maschinendrehzahl nicht kleiner als eine vorbestimmte Drehzahl ist.
10. System nach Anspruch 1 oder 3, worin das Umschaltmittel die Variable ersetzt, wenn die Maschine leer läuft.
11. System nach Anspruch 1 oder 3, worin das Umschaltmittel die Variable ersetzt, wenn die Maschinenlast niedrig ist.
12. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, worin das zweite Rückkopplungskorrekturkoeffizienten-Berechnungsmittel den zweiten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (KLAF) mittels einer PID-Regelvorschrift berechnet, die zumindest eines von einem Proportionalglied, einem Integralglied und einem Differenzialglied enthält.
13. System nach Anspruch 12, worin der eine (KLAFI) des zweiten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (KLAF(KSTRL)) ein Integralglied ist.
14. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, worin das zweite Rückkopplungskorrekturkoeffizienten-Berechnungsmittel den zweiten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (KSTRL) mittels der zweiten Regelvorschrift berechnet, die einen in einer Rekursionformel ausgedrückten Algorithmus hat.
15. System nach Anspruch 14, worin die zweite Regelvorschrift, die einen in einer Rekursionsformel ausgedrückten Algorithmus hat, eine adaptive Regelvorschrift ist.
16. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, worin die erste Regelvorschrift, die einen in einer Rekursionformel ausgedrückten Algorithmus hat, eine adaptive Regelvorschrift ist.
17. System nach Anspruch 15 oder 16, worin das zweite Rückkopplungskorrekturkoeffizienten-Berechnungsmittel den zweiten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (KLAF) mittels einer PID-Regelvorschrift berechnet, die zumindest eines von einem Proportionalglied, einem Integralglied und einem Differenzialglied enthält.
18. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17, worin das Regelmittel die Stellgröße korrigiert, indem es die Stellgröße mit einem der Rückkopplungskorrekturkoeffizienten (KSTR, KLAF(KSTRL)) multipliziert.
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