DE69625260T2 - Kraftstoffmesssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftstoffmesssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine

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Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Kraftstoffdosierregelsystem für einen Verbrennungsmotor.
  • Normalerweise wird die PID-Regelvorschrift für die Kraftstoffdosierregelung für Verbrennungsmotoren verwendet. Der Regelfehler zwischen einem Sollwert und einer Regelgröße (Geräteausgabe) wird mit einem P-Glied (Propvrtionalglied), einem I-Glied (Integralglied) und einem D-Glied (differentiellen oder derivativen Glied) multipliziert, um einen Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten (Rückkopplungsfaktor) zu erhalten. Zusätzlich ist kürzlich vorgeschlagen worden, den Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten mittels moderner Regeltheorie oder dergleichen zu erhalten. Da der Rückkopplungs- Korrekturkoeffizient eine relativ hohe Regelreaktion hat, wenn er auf der Basis der modernden Regeltheorie berechnet wird, könnte die Regelgröße, im Gegensatz zu dem, was erwartet wird, in Abhängigkeit von dem Motorbetriebszustand manchmal schwingen, wodurch die Regelstabilität schlechter wird.
  • Um das Problem zu lösen, schlägt die japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Hei 4(1992)-209,940 ein Kraftstoffdosierregelsystem vor, worin ein erster Rückkopplungs- Korrekturkoeffizient auf der Basis der modernen Regeltheorie bestimmt wird, während ein zweiter Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient, dessen Regelreaktion schlechter ist als beim ersten Koeffizienten, auf der Basis einer PID-Regelvorschrift bestimmt wird, und die Stellgröße unter Verwendung des zweiten Koeffizienten unter einem spezifischen Motorbetriebszustand bestimmt wird, wo die Verbrennung nicht stabil ist, wie etwa einer Fahrzeugverzögerung. Aus einem ähnlichen Grund schlägt die japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. Hei 5(1993)- 52,140 vor, eine Stellgröße unter Verwendung eines Rückkopplungs- Korrekturkoeffizienten geringerer Reaktion in einer Zeitdauer zu bestimmen, während der der Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor noch nicht vollständig aktiviert worden ist. Darüber hinaus schlägt der Anmelder in der japanischen Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. Hei 7(1995)-247,886 ein Kraftstoffdosierregelsystem unter Verwendung eines adaptiven Reglers vor.
  • Wenn in einem solchen Kraftstoffdosierregelsystem mit einer Rückkopplungsschleife eine zweite Rückkopplungsschleife hinzugefügt wird, um die Luft/Kraftstoffverhältnis-Varianz unter den Motorzylindern zu senken, entsteht ein Problem darin, wie die Regelreaktion (Rückkopplungsfaktor(en)) der zusätzlichen Rückkopplungsschleife zu bestimmen sind. Insbesondere, wenn man die Faktoren der zwei Rückkopplungsschleifen hoch macht, neigt das System zum Schwingen. Andererseits sollten aus dem Gesichtspunkt, die Regelkonvergenz zu verbessern, die Rückkopplungsfaktoren bevorzugt hoch sein. Die herkömmlichen Referenzen haben nicht gelehrt, wie der Ausgleich zwischen diesen einander widerstrebenden Anforderungen einzuhalten sei.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kraftstoffdosierregelsystem für einen Verbrennungsmotor anzugeben, das eine erste Rückkopplungsschleife und eine zweite Rückkopplungsschleife hat, um die Luft/Kraftstoffverhältnis-Varianz unter den Zylindern zu senken, das eine Regelreaktion der zweiten Rückkopplungsschleife geeignet bestimmen kann, um hierdurch die Regelleistung des Systems zu verbessern.
  • Obwohl darüber hinaus in der ersten Rückkopplungsschleife der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient mit höherer Regelreaktion die Konvergenz verbessert, macht es das System schwingungsanfällig, insbesondere dann, wenn z. B. der Motorbetriebszustand von einer Offenschleifensteuerung zu einem Rückkopplungsregelbereich zurückgekehrt ist. Da zusätzlich die zwei Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten in der ersten Schleife voneinander unterschiedliche Charakteristiken haben, bewirkt das Umschalten von dem einen zum anderen, dass sich eine Stellgröße scharf ändert, was die Regelstabilität verschlechtert.
  • Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kraftstoffdosierregelsystem für einen Verbrennungsmotor anzugeben, das eine erste Rückkopplungsschleife mit Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten unterschiedlicher Regelreaktion sowie eine zweite Rückkopplungsschleife aufweist, um die Luft/Kraftstoffverhältnis-Varianz unter den Zylindern zu senken, das ein glattes Umschalten der Koeffizienten in der ersten Rückkopplungsschleife erlauben kann, um, unter Sicherstellung der Regelstabilität, die Regelleistung des Systems zu verbessern.
  • Diese Erfindung löst die Aufgabe durch Angabe eines Systems zum Regeln der Kraftstoffdosierung für einen Verbrennungsmotor, der eine Mehrzahl von Zylindern und ein Auslasssystem aufweist, wobei das System umfasst: einen Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor, der in dem Abgassystem des Motors installiert ist, um ein Luft/Kraftstoffverhältnis des Motors zu erfassen; ein Motorbetriebszustand-Erfassungsmittel zum Erfassen von Motorbetriebszuständen einschließlich zumindest Motordrehzahl und Motorlast; ein Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungsmittel, das mit dem Motorbetriebszustand-Erfassungsmittel betriebsmäßig gekoppelt ist, um eine Kraftstoffeinspritzmenge für einen Zylinder des Motors auf der Basis zumindest der erfassten Motorbetriebszustände zu bestimmen; ein erstes Rückkopplungsschleifenmittel mit einem ersten Regelmittel zum Berechnen eines ersten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten unter Verwendung einer in einer Rekursionsformel ausgedrückten Regelvorschrift, um die Kraftstoffeinspritzmenge derart zu korrigieren, dass eine Regelgröße, die auf der Basis zumindest des von dem Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor erfassten Luft/Kraftstoffverhältnisses erhalten ist, auf einen Sollwert gebracht wird; ein zweites Rückkopplungsschleifenmittel mit einem zweiten Regelmittel zum Berechnen eines zweiten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten unter Verwendung einer Regelvorschrift, deren Regelreaktion geringer ist als die der ersten Regelvorschrift, um die Kraftstoffeinspritzmenge derart zu korrigieren, dass die Regelgröße auf den Sollwert gebracht wird; ein drittes Rückkopplungsschleifenmittel mit einem dritten Regelmittel zum Berechnen eines dritten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten unter Verwendung einer Regelkonstanten, um die Kraftstoffeinspritzmenge für die einzelnen Zylinder derart zu korrigieren, dass die Luft/Kraftstoffverhältnis-Varianz unter den Zylindern abnimmt; ein Wählmittel zum Wählen eines des ersten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten und des zweiten Rückkopplungs- Korrekturkoeffizienten in Antwort auf die erfassten Motorbetriebszustände; ein Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungsmittel, das mit dem Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungsmittel, dem ersten Rückkopplungsschleifenmittel, dem zweiten Rückkopplungsschleifenmittel und dem dritten Rückkopplungsschleifenmittel betriebsmäßig gekoppelt ist, um die Kraftstoffeinspritzmenge auf der Basis des gewählten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten und des dritten Rückkopplungs- Korrekturkoeffizienten zu korrigieren, um eine Ausgabe- Kraftstoffeinspritzmenge zu bestimmen; und ein Kraftstoffeinspritzmittel, das mit dem Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungsmittel betriebsmäßig gekoppelt ist, um auf der Basis der bestimmten Ausgabe- Kraftstoffeinspritzmenge in den Zylinder des Motors Kraftstoff einzuspritzen. In dem System ist ein Koeffizienten-Unterscheidungsmittel mit dem Wählmittel betriebsmäßig gekoppelt, um zu unterscheiden, welcher des ersten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten und des zweiten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten gewählt ist; und das dritte Regelmittel die Regelkonstante bestimmt, um den dritten Rückkopplungs- Korrekturkoeffizienten auf der Basis des gewählten Rückkopplungs- Korrekturkoeffizienten zu berechnen.
  • Diese und andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen näher ersichtlich, die die Erfindung nur anhand eines Beispiels zeigen, und worin:
  • Fig. 1 ist eine schematische Gesamtansicht, die ein Kraftstoffdosierregelsystem für einen Verbrennungsmotor nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • Fig. 2 ist eine Grafik, die die Ventilsteuercharakteristiken eines in Fig. 1 dargestellten variablen Ventilsteuermechanismus zeigt;
  • Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das die Details einer in Fig. 1 dargestellten Steuereinheit zeigt;
  • Fig. 4 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des erfindungsgemäßen Systems zeigt;
  • Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration des Systems zeigt, das erste bis dritte Rückkopplungsschleifen enthält;
  • Fig. 6 ist ein Unterroutinen-Flussdiagramm von Fig. 4, das die Berechnung eines Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KFB in Bezug auf Fig. 4 zeigt;
  • Fig. 7 ist ein Unterroutinen-Flussdiagramm von Fig. 6, das die Unterscheidung des Rückkopplungsregelbereichs in Bezug auf Fig. 6 zeigt;
  • Fig. 8 ist ein Blockdiagramm, das ein vom Anmelder zuvor vorgeschlagenes Modell zeigt, das das Erfassungsverhalten des Luft/Kraftstoffverhältnisses beschreibt;
  • Fig. 9 ist ein Blockdiagramm, das das Modell von Fig. 8 zeigt, diskretisiert in zeitdiskrete Serien für eine Periode delta T;
  • Fig. 10 ist ein Blockdiagramm, das ein Echtzeit-Luft/Kraftstoffverhältnis-Schätzglied auf der Basis des Modells von Fig. 9 zeigt;
  • Fig. 11 ist ein Blockdiagramm, das ein vom Anmelder zuvor vorgeschlagenes Modell zeigt, das das Verhalten des Auslasssysstems des Motors beschreibt;
  • Fig. 12 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines üblichen Beobachters zeigt;
  • Fig. 13 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration des vom Anmelder zuvor vorgeschlagenen Beobachters zeigt;
  • Fig. 14 ist ein Erläuterungsblockdiagramm, das die Konfiguration zeigt, die durch Kombination des Modells von Fig. 11 und des Beobachters von Fig. 13 erhalten ist;
  • Fig. 15 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration der zweiten und der dritten Luft/Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsschleife in dem System zeigt;
  • Fig. 16(a)(b) sind Zeitdiagramme, die das Luft/Kraftstoffverhältnis etc. zeigen, wenn ein adaptiver Korrekturkoeffizient verwendet wird; und
  • Fig. 17(a)(b) sind Ansichten ähnlich Fig. 16(a)(b), zeigt jedoch den Fall, wenn ein PID-Korrekturkoeffizient verwendet wird.
    • DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
  • Nun werden Ausführungen der Erfindung nur anhand von Beispielen in Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
  • Fig. 1 ist eine Übersicht eines erfindungsgemäßen Kraftstoffdosierregelsystems für einen Verbrennungsmotor.
  • Bezugszahl 10 in dieser Figur bezeichnet einen Reihen-vier-Zylinder-(Mehrzylinder)-Verbrennungsmotor mit oben liegender Nockenwelle (OHC). Luft, die in ein Luftansaugrohr 12 durch einen an dessen fernem Ende angebrachten Luftfilter angesaugt wird, wird jedem der ersten bis vierten Zylinder durch einen Ausgleichsbehälter 18, einen Ansaugkrümmer 20 und zwei Einlassventile (nicht gezeigt) zugeführt, während deren Fluss durch ein Drosselventil 16 eingestellt wird. Eine Kraftstoffeinspritzdüse (Kraftstoffeinspritzmittel) 22 ist in der Nähe der Einlassventile jedes Zylinders installiert, um in die Zylinder Kraftstoff einzuspritzen. Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit der Ansaugluft unter Bildung eines Luft/Kraftstoffgemischs, das in dem zugeordneten Zylinder durch eine Zündkerze (nicht gezeigt) in der Zündfolge Zylinder #1, #3, #4 und #2 gezündet wird. Die resultierende Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs treibt einen Kolben (nicht gezeigt) nach unten.
  • Das durch die Verbrennung erzeugte Abgas wird durch zwei Auslassventile (nicht gezeigt) in einen Auslasskrümmer 24 ausgegeben, von wo es durch ein Auslassrohr 26 zu einem katalytischen Wandler (Dreiwegekatalysator) 28 gelangt, wo daraus schädliche Komponenten entfernt werden, bevor es nach außen abgegeben wird. Mit dem Gaspedal (nicht gezeigt) nicht- mechanisch gekoppelt, wird das Drosselventil 16 durch einen Schrittmotor M auf einen gewünschten Öffnungsgrad geregelt. Zusätzlich wird das Drosselventil 16 von einem Bypass 32 umgangen, der an dem Luftansaugrohr 12 in dessen Nähe vorgesehen ist.
  • Der Motor 10 ist mit einem Abgasrückführ(AGR)-Mechanismus 100 ausgestattet, der einen Teil des Abgases über ein Rückführrohr 121 zur Einlassseite rückführt, sowie einem Kanisterspülmechanismus 200, der zwischen dem Luftansaugsystem und einem Kraftstofftank 36 angeschlossen ist.
  • Der Motor 10 ist auch mit einem variablen Ventilsteuermechanismus 300 ausgestattet (in Fig. 1 als V/T bezeichnet). Wie z. B. in der japanischen Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. Hei 2(1990)-275,043 gelehrt, schaltet der variable Ventilsteuermechanismus 300 die Öffnungs/Schließsteuerzeiten der Einlass- und/oder Auslassventile zwischen zwei Typen von Steuercharakteristiken um: eine Charakteristik für niedere Motordrehzahl, mit LoV/T bezeichnet, und eine Charakteristik für hohe Motordrehzahl, mit HiV/T bezeichnet, in Antwort auf die Motordrehzahl Ne und den Krümmerdruck Pb, wie in Fig. 2 gezeigt. Da dies jedoch ein gut bekannter Mechanismus ist, wird er hier nicht weiter beschrieben. (Unter den verschiedenen Wegen des Umschaltens zwischen den Ventilsteuercharakteristiken ist jene eingeschlossen, die eines der zwei Einlassventile deaktiviert.)
  • Der Motor 10 von Fig. 1 ist in seinem Zündverteiler (nicht gezeigt) mit einem Kurbelwinkelsensor 40 versehen, um den Kolbenkurbelwinkel zu erfassen, und ist ferner mit einem Drosselstellungssensor 42 versehen, um den Öffnungsgrad des Drosselventils 16 zu erfassen, sowie einem Krümmerabsolutdrucksensor 44, um den Druck Pb des Ansaugkrümmers stromab des Drosselventils 16 als Absolutwert zu erfassen. Ein Atmosphärendrucksensor 46 zum Erfassen des Atmosphärendrucks Pa ist an einem geeigneten Teil des Motors 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 auch an einem geeigneten Teil des Motors vorgesehen. Der Motor 10 ist ferner mit einem Ventilsteuerzeit(V/T)-Sensor 52 (in Fig. 1 nicht gezeigt) versehen, der die von dem variablen Ventilsteuermechanismus 300 gewählte Ventilsteuercharakteristik auf der Basis des Öldrucks erfasst.
  • Ferner ist ein Luft/Kraftstoffsensor 54, der als Sauerstoffdetektor oder Sauerstoffsensor aufgebaut ist, in dem Auslassrohr 26 an einem oder stromab eines Zusmmenflusspunkts in dem Auslasssystem zwischen dem Auslasskrümmer 24 und dem katalytischen Wandler 28 vorgesehen, wo er die Sauerstoffkonzentration im Abgas an dem Zusammenflusspunkt erfasst und ein entsprechendes Signal erzeugt (später erläutert). Die Ausgaben der Sensoren werden zu der Steuereinheit 34 geschickt.
  • Details der Steuereinheit 34 sind im Blockdiagramm von Fig. 3 gezeigt. Die Ausgabe des Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors 54 wird von einer Erfassungsschaltung 62 erhalten, wo sie einem geeigneten Linearisierungsprozess unterzogen wird, um eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie sich linear mit der Sauerstoffkonzentration des Abgases über einen breiten Bereich ändert, der von der mageren Seite zur fetten Seite hin reicht. (Der Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor ist in der Figur als "LAF-Sensor" bezeichnet und wird im Rest dieser Beschreibung so genannt.)
  • 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-Lesespeicher) 72 und ein RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) 74, und die Ausgabe der Erfassungsschaltung 62 wird einmal pro jedem vorbestimmten Kurbelwinkel (z. B. 15 Grad) A/D-gewandelt und in Puffern des RAM 74 gespeichert. Ähnlich werden die Analogausgaben des Drosselstellungssensors 42 etc. in die CPU durch den Multiplexer 66 und den A/D-Wandler 68 eingegeben und in dem RAM 74 gespeichert.
  • Die Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 40 wird durch einen Wellenformer 76 geformt, und ihr Ausgangswert wird von einem Zähler 78 gezählt. Das Ergebnis der Zählung wird in die CPU eingegeben. Gemäß in dem ROM 72 gespeicherten Befehlen berechnet der CPU-Kern 70 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 betrieben, treibt der CPU-Kern 70 auch ein Solenoidventil (EACV) 90 (zum Öffnen und Schließen des Bypasses 32 zum Regulieren der Sekundärluft), ein Solenoidventil 122 zum Steuern der vorgenannten Abgasrückführung sowie ein Solenoidventil 225 zum Steuern der vorgenannten Kanisterspülung an.
  • Fig. 4 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Systems zeigt. Das Programm wird bei einer vorbestimmten Kurbelwinkelstellung, wie etwa jedem OT (oberen Totpunkt) des Motors aktiviert.
  • Vor Beginn der Erläuterung von Fig. 4 wird zunächst der Betrieb des Systems in Bezug auf Fig. 5 beschrieben, die ein Blockdiagramm ist, das den Betrieb des Systems mehr funktionell darstellt.
  • Wie dargestellt, ist das System mit einer ersten Rückkopplungsschleife versehen, die einen adaptiven Regler (adaptiver Regler vom selbstabstimmenden Reglertyp; in der Figur als "STR-Regler" bezeichnet), der die adaptive Regelvorschrift verwendet, die in einer Rekursionsformel ausgedrückt ist, um einen ersten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten (in der Figur als "KSTR(k)" bezeichnet) zu berechnen, um das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis (als "KACT(k)" bezeichnet) auf ein Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis (als "KCMD(k)" bezeichnet) zu bringen, unter Verwendung der Kraftstoffeinspritzmenge (als "Tim" bezeichnet) als der Stellgröße. Hier bedeutet k eine Abtastzahl im zeitdiskreten System.
  • Gleichzeitig ist das System mit einer zweiten Rückkopplungsschleife versehen, die einen PID-Regler (links der Figur als "PID" bezeichnet) aufweist, der einen zweiten Typ von Regelvorschrift verwendet, insbesondere eine PID-Regelvorschrift, um einen zweiten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten (als "KLAF" bezeichnet) zu berechnen, der eine schlechtere Regelreaktion (geringere Regelreaktion) als der erste Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient hat, um zu bewirken, dass das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis KACT gleich dem Sollwert KCMD wird, ähnlich unter Verwendung der Kraftstoffeinspritzmenge Tim als der Stellgröße.
  • Einer der ersten oder zweiten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KSTR, KLAF wird in der zuletzt beschriebenen Weise in Antwort auf den Motorbetriebszustand auswählt, und die Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Tim (in einem vorwärtskoppelnden System gemäß einer empirisch bestimmten Charakteristik berechnet und als Kennfelddaten gespeichert, die durch die Motordrehzahl und den Krümmerdruck abfragbar sind) wird mit dem gewählten Koeffizienten KSTR, KLAF multipliziert, um die Ausgabe- Kraftstoffeinspritzmenge Tout zu erhalten.
  • Zusätzlich ist das System ferner, innerhalb der ersten und zweiten Rückkopplungsschleifen, mit einer dritten Rückkopplungsschleife versehen, die einen PID-Regler aufweist (rechts in der Figur als "PID" bezeichnet), um einen dritten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten für einzelne Zylinder (als "#nKLAF" bezeichnet; hier n: Zylindernummer) zu berechnen, um die Luft/Kraftstoffverhältnis-Varianz unter den vier Zylindern zu senken. In der dritten Rückkopplungsschleife werden die Luft/Kraftstoffverhältnisse an den einzelnen Zylindern durch einen Beobachter erhalten, der die Einzelzylinder- Luft/Kraftstoffverhältnisse auf der Basis der Ausgabe des einzelnen LAF- Sensors 54 schätzt, wie später beschrieben wird.
  • Nun 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, worin geprüft wird, ob der Motor angelassen wird, und falls nicht, zu S14, in dem ein Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KFB (allgemeiner Name der vorgenannten Koeffizienten KSTR, KLAF) berechnet wird.
  • Fig. 6 ist ein Flussdiagramm, das die Berechnung des Rückkopplungs- Korrekturkoeffizienten KFB zeigt.
  • Das Programm startet bei S100, worin geprüft wird, ob der Motorbetrieb in einem Rückkopplungsregelbereich ist. Dies wird mittels einer separaten Unterroutine durchgeführt, die in der Zeichnung nicht gezeigt ist. Die Kraftstoffdosierung wird offenschleifig gesteuert, wie zum Beispiel während Volllastanreicherung oder hoher Motordrehzahl oder wenn sich der Motorbetriebszustand aufgrund des Betriebs des Abgasrückführmechanismus plötzlich geändert hat.
  • Wenn das Ergebnis in S100 JA ist, geht das Programm zu S102 weiter, in dem der vorgenannte (zweite) Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KLAF auf der Basis der PID-Regelvorschrift (PID-Regler) (nachfolgend als "PID-Korrekturkoeffizient" bezeichnet) berechnet wird.
  • Der PID-Korrekturkoeffizient KLAF wird wie folgt berechnet.
  • Zuerst wird der Regelfehler DKAF zwischen dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD und dem erfassten Luft/Kraftstoffverhältnis KACT berechnet als:
  • DKAF(k) = KCMD(k - d') - KACT(k).
  • In dieser Gleichung ist KCMD(k - d') das vergangene Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis (worin k eine Abtastnummer in dem zeitdiskreten System bezeichnet und d' die Totzeit bezeichnet, bevor sich KCMD in KACT widerspiegelt, und somit das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis vor dem Totzeit-Regelzyklus angibt), und KACT(k) ist das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis (in dem gegenwärtigen Regel(programm)zyklus). Anzumerken ist, dass der Sollwert KCMD und der erfasste Wert KACT in Wirklichkeit als das Äquivalenzverhältnis ausgedrückt werden, nämlich als Mst/M = 1/lambda (Mst: stöchiometrisches Luft/Kraftstoffverhältnis, M = A/F (A: Luftmassenflussrate, F: Kraftstoffmassenflussrate), und lambda = Luftüberschussfaktor), um die Berechnung zu erleichtern.
  • Als Nächstes wird der Regelfehler DKAF(k) mit spezifischen Koeffizienten multipliziert, um Regelkonstanten (Verstärkungsfaktoren) zu erhalten, das sind das P-Glied KLAFP(k), I-Glied KLAFI(k) und D-Glied KLAFD(k) als
  • 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 Proportionalglied KP multipliziert wird; das I-Glied wird berechnet, indem der Wert von KLAFI(k - 1), der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient in dem 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 in dem gegenwärtigen Regelzyklus, und dem Wert von DKAF(k - 1), dem Fehler im vorhergehenden Regelzyklus (k - 1), mit dem Differentialfaktor KD multipliziert wird. Die Faktoren KP, KI und KD werden als Kennfelddaten vorbereitet, so dass sie unter Verwendung der Motordrehzahl Ne und dem Krümmerdruck Pb als Adressdaten abfragbar sind. Schließlich wird KLAF(k), der Wert des Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten gemäß der PID-Regelvorschrift in dem gegenwärtigen Regelzyklus, durch Summierung der so erhaltenen Werte berechnet:
  • KLAF(k) = KLAFP(k) + KLAFI(k) + KLAFD(k).
  • Hier sollte angemerkt werden, dass KLAFI(k) einen Offset von 1,0 enthält, so dass der Wert KLAF ein multiplikativer Korrekturkoeffizient ist. In anderen Worten, der Anfangswert von KLAFI ist auf 1,0 gesetzt.
  • Das Programm geht dann zu S104 der Unterroutine von Fig. 6 weiter, worin der vorgenannte Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KSTR unter Verwendung der adaptiven Regelvorschrift bestimmt wird. Der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KSTR wird nachfolgend als der "adaptive Korrekturkoeffizient" bezeichnet.
  • Zur Erläuterung davon beruht das in Fig. 5 dargestellt System auf einer adaptiven Regeltechnologie, die in einer früheren Anmeldung durch den Anmelder vorgeschlagen wurde. Es umfasst einen adaptiven Regler, der als STR-(selbstabstimmender Regulator)-Regler (Regelmittel) aufgebaut ist, und einen Adaptationsmechanismus (Adaptationsmechanismusmittel) (Systemparameterschätzglied), um die Reglerparameter (Systemparameter) zu schätzen/zu identifizieren. Der Sollwert und die Regelgröße (Geräteausgabe) des Kraftstoffdosierregelsystems werden in den STR-Regler eingegeben, der den Koeffizientenvektor (d. i, die Reglerparameter, ausgedrückt in einem Vektor) erhält, der durch den Adaptationsmechanismus geschätzt/identifiziert ist, und erzeugt eine Ausgabe.
  • Eine Identifikations- oder Adaptationsvorschrift (Algorithmus), die für die adaptive Regelung verfügbar ist, ist jene, die von I. D. Landau et al vorgeschlagen wurde. In der von I. E. Landau et al vorgeschlagenen Adaptationsvorschrift wird die Stabilität der in einer Rekursionsformel ausgedrückten Adaptationsvorschrift zumindest unter Verwendung der Lyapunov'schen Theorie oder der Popov'schen Hyperstabilitätstheorie sichergestellt. Diese Methode ist z. B. beschrieben in Comoutrol (Corona Publishing Co., Ltd.) Nr. 27, Seiten 28-41; Automatic Control Handbook (Ohm Publishing Co., Ltd.), Seiten 703-707; "A Survey of Model Reference Adaptive Techniques - Theory and Applications" von I. D. Landau in Automatica, Band 10, Seiten 353-379, 1974; "Unification of Discrete Time Explicit Model Reference Adaptive Control Designs" von I. D. Landau et al in Automatica, Band 17, Nr. 4, Seiten 593-611, 1981; und "Combining Model Reference Adaptive Controllers and Stochastic Self-tuning Regulators" von I. D. Landau in Automatica, Band 18, Nr. 1, Seiten 77-84, 1982.
  • Der Adaptations- oder Identifikationsalgorithmus von I.D. Landauet al wird in der vom Anmelder früher vorgeschlagenen adaptiven Regeltechnologie benutzt. Wenn in diesem Adaptations- oder Identifikationsalgorithmus die Polynome des Nenners und Zählers der Transferfunktion B(Z&supmin;¹)/A(Z&supmin;¹) des diskreten geregelten Systems nach Art der unten gezeigen Gleichungen 1 und 2 definiert werden, dann werden die Reglerparameter oder Systeme (adaptiven) Parameter (k) aus in Gleichung 3 gezeigten Parametern gebildet und werden als Vektor (transponierter Vektor) ausgedrückt. Und die Eingabe zeta (k), die in den Adaptationsmechanismus eingegeben wird; wird die durch Gleichung 4 gezeigte. Hier wird als Beispiel ein Gerät genommen, worin m = 1, n = 1 und d = 3, wobei nämlich das Gerätemodell in der Form eines linearen Systems mit drei Totzeit-Regelzyklen angegeben wird.
  • A(z&supmin;¹) = 1 + a&sub1;z&supmin;¹ + ... + anz-n Gl. 1
  • B(z&supmin;¹) = b&sub0; + b&sub1;z&supmin;¹ + ... + bmz-m Gl. 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. 4
  • Hier werden die Faktoren der Reglerparameter , d. i. die skalare Größe &sub0; ¹(k), die den Verstärkungsfaktor bestimmt, der Regelfaktor R(Z&supmin;¹,k), der die Stellgröße verwendet, und (Z&supmin;¹,k), das die Regelgröße verwendet, alle in Gleichung 3 gezeigt, jeweils als Gleichung 5 bis Gleichung 7 ausgedrückt.
  • &sub0;&supmin;¹(k) = 1/b&sub0; Gl. 5
  • 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. 6
  • (Z&supmin;¹,k) = s&sub0; + s&sub1;z&supmin;¹ + ... + Sn-1z-(n - 1) = s&sub0; Gl. 7
  • Wie in Gleichung 3 gezeigt, schätzt oder identifiziert der Adaptationsmechanismus jeden Koeffizienten der skalaren Größe und der Regelfaktoren, berechnet die Reglerparameter (Vektor) und liefert die Reglerparameter zu dem STR-Regler. Insbesondere berechnet der Adaptationsmechanismus die Reglerparameter mittels der Stellgröße u(i) und die Regelgröße y(j) des Geräts (i, j enthalten vergangene Werte) derart, dass der Regelfehler zwischen dem Sollwert und der Regelgröße null wird.
  • Im Einzelnen werden die Reglerparameter (Vektor) (k) durch die folgende Gleichung 8 berechnet. In Gleichung 8 ist Γ(k) eine Verstärkungsfaktormatrix (quadratische Matrix der (m + n + d)ten Ordnung), die die Schätz/Identifizierungsrate oder -geschwindigkeit der Reglerparameter 9 bestimmt, und e*(k) ist ein Signal, das den verallgemeinerten Schätz/Identifikationsfehler angibt, d. i, ein Schätzfehlersignal der Reglerparameter. Sie werden durch Rekursionsformeln repräsentiert, wie jene der Gleichungen 9 und 10.
  • (k) = (k - 1) + Γ(k - 1) (k - d)e*(k) Gl. 8
  • In Gleichung 9 werden verschiedene spezifische Algorithmen in Abhängigkeit von der Wahl von lambda 1(k) und lambda 2(k) angegeben. Lambda 1(k) = 1, lambda 2(k) = lambda (0 < lambda < 2) ergibt den Algorithmus mit allmählich abnehmendem Verstärkungsfaktor (Methode der kleinsten Quadrate, wenn lambda = 1); und lambda 1(k) = lambda 1 (0 < lambda 1 < 1), lambda 2(k) = lambda 2 (0 < lambda 2 < lambda) ergibt den Algorithmus mit variablem Verstärkungsfaktor (Methode der gewichteten kleinsten Quadrate, wenn lambda 2 = 1). Wenn man ferner lambda 1(k)/lambda 2(k) = u definiert und lambda 3(k) wie in Gleichung 11 darstellt, erhält man den Algorithmus mit konstanter Verfolgung, in dem lambda 1(k) = lambda 3(k) definiert. Ferner ergibt lambda 1(k) = 1, lambda 2(k) = 0 den Algorithmus mit konstantem Verstärkungsfaktor. Wie aus Gleichung 9 klar wird, ist in diesem Fall F(k) = &Gamma;(k - 1), was zu dem konstanten Wert F(k) = F führt. Jeder der Algorithmen ist für das zeitveränderliche Gerät geeignet, wie etwa das erfindungsgemäße Kraftstoffdosierregelsystem.
  • In dem Diagramm von Fig. 5 sind der STR-Regler (adaptive Regler) und der Adaptationsmechanismus (Systemparameterschätzglied) außerhalb des Systems zur Berechnung der Kraftstoffeinspritzmenge (Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungsmittel) angeordnet und arbeiten so, dass sie den Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KSTR(k) berechnen, um den erfassten Wert KACT(k) adaptiv auf den Sollwert KCMD(k - d') zu bringen (wo, wie zuvor erwähnt, d' die Totzeit ist, bevor sich KCMD in KACT widerspiegelt). In anderen Worten, der STR-Regler erhält den Koeffizientenvektor (k), der durch den Adaptationsmechanismus adaptiv geschätzt/identifiziert ist, und bildet einen Rückkopplungskondensator (Rückkopplungsschleife), um diesen auf den Sollwert KCMD(k - d') zu bringen. Die Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Tim wird mit dem berechneten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KSTR(k) multipliziert, und die korrigierte Kraftstoffeinspritzmenge wird dem geregelten Gerät (dem Verbrennungsmotor) als Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge Tout(k) zugeführt.
  • Somit werden der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KSTR(k) und das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis KACT(k) bestimmt und in den Adaptationsmechanismus eingegeben, der die Reglerparameter (Vektor) (k) berechnet/schätzt, die wiederum in den STR-Regler eingegeben werden. Auf der Basis dieser Werte verwendet der STR-Regler die Rekursionsformel zur Berechnung des Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KSTR(k), um das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis KACT(k) auf das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD(k - d') zu bringen. Der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KSTR(k) wird im Einzelnen so berechnet, wie in Gleichung 12 gezeigt:
  • KSTR(k) = KCMD(k - d') - s&sub0;xy(k) - r&sub1; · KSTR(k - 1) - r&sub2; · KSTR(k - 2) - r&sub3; · KSTR(k - 3)/b&sub0; Gl. 12
  • Wie aus dem 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 berechnet, wie im Zusammenhang mit S102 des Flussdiagramms von Fig. 6 erläutert, um den Regelfehler zwischen dem erfassten Wert an dem Auslasssystem-Zusammenflusspunkt und dem Sollwert zu beseitigen. Es wird der eine oder der andere des Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KSTR, der durch die adaptive Regelvorschrift erhalten ist, und des PID- Korrekturkoeffizienten KLAF, der unter Verwendung der PID-Regelvorschrift erhalten ist, durch einen in Fig. 5 gezeigten Schaltmechanismus 400 ausgewählt, um bei der Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge verwendet zu werden.
  • In dem STR-Regler und dem PID-Regler werden parallele Berechnungen ausgeführt. Insbesondere erhält der durch die Gleichungen 8 bis 10 angegebene Adaptationsmechanismus interne oder Zwischenvariablen zeta (k - d) (ein Vektor, der die gegenwärtigen und vergangenen WErte u(KSTR) und y(KACT) bündelt), und berechnet die Reglerparameter (k) aus der Ursache- und-Wirkungs-Beziehung zwischen der Geräteeingabe u und der Geräteausgabe y. Hier ist u der vorgenannte Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KSTR oder KLAF, der bei der Kraftstoffeinspritzmengenberechnung verwendet wird. Wenn in dem nächsten Regelzyklus, anstatt der adaptiven Regelung, die PID-Regelung ausgeführt werden soll, wird der PID-Korrekturkoeffizient KLAF als der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KFB verwendet.
  • Auch wenn die Eingabe u(k) in den Adaptationsmechanismus von dem Koeffizienten KSTR(k) zu KLAF(k) wechelt, während die PID-Regelung ausgeführt wird, kann der Adaptationsmechanismus die Reglerparameter richtig berechnen, da die Geräteausgabe (Regelgröße, d. h. KACT(k + d') in Antwort auf den Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten erzeugt wird, der zur Bestimmung der Stellgröße benutzt wird, so dass die Ursache-und- Wirkungs-Beziehung zwischen der Geräteeingabe und -ausgabe sichergestellt wird. Somit kann der Adaptationsmechanismus die Reglerparameter berechnen, ohne zu bewirken, dass das System divergiert. Daher erhält man, indem man (k) in Gleichung 12 einsetzt, KSTR(k). Der Wert KSTR(k) kann ein Wert sein, der erhalten wird, indem man KSTR(k - i) = KLAF(k - i) (i = 1, 2, 3) ersetzt.
  • Aus dem Obigen wird somit ersichtlich, dass der adaptive Korrekturkoeffizient KSTR auch dann berechnet werden kann, wenn der PID-Regler arbeitet, und dass der PID-Korrekturkoeffizient KLAF und der adaptive Korrekturkoeffizient KSTR zu jedem bestimmten Zeitpunkt während der parallelen Berechnung im Wesentlichen identisch sein werden. Da die Werte des PID- Korrekturkoeffizienten KLAF und des adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR angenähert identisch sind, ist das Umschalten zwischen diesen glattgängig.
  • Zurück zur Erläuterung des Flussdiagramms von Fig. 6. Das Programm geht zu S106 weiter, worin der Arbeitsbereich dahingehend unterschieden wird, ob er ein solcher ist, in dem die Regelung unter Verwendung des hochregelreaktiven Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten (adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR) durchgeführt werden soll, oder unter Verwendung des niedrigregelreaktiven Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten (des PID- Korrekturkoeffizienten KLAF).
  • Fig. 7 ist ein Flussdiagramm einer Unterroutine für diese Entscheidung des Arbeitsbereichs.
  • Zuerst wird in S200 geprüft, ob in dem vorhergehenden Steuerzyklus die Offenschleifensteuerung wirksam war, d. h. zu de Zeit, zu der die Routine von Fig. 4 im vorhergehenden Steuerzyklus (Programmschleife) aktiviert war. Wenn das Ergebnis JA ist, geht das Programm zu S202, worin der Bereich als ein solcher bestimmt wird, in dem die Regelung unter Verwendung des niedrigregelaktiven Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten durchgeführt werden soll (des PID-Korrekturkoeffizienten KLAF) (nachfolgend als der "niedrigreaktive Rückkopplungsbereich" bezeichnet).
  • Der Grund hierfür ist, dass aus dem zuvor erläuterten Grund es bevorzugt ist, unmittelbar nach Rückkehr von der Offenschleifensteuerung die hochreaktive Regelung auszuführen. Beim Wechsel von der Offenschleifensteuerung zur rückkoppelnden Regelung ist es möglich, die niedrigreaktive Regelung für eine vorbestimmte Dauer (z. B. 5 OTs (OT: oberer Totpunkt)) durchzuführen. In diesem Fall wird nach S200 ein Unterscheidungsschritt eingesetzt, um während der vorbestimmten Periode das Programm fortlaufend zu S202 zu leiten.
  • Wenn das Ergebnis in S200 NEIN ist, geht das Programm zu S204 weiter, worin geprüft wird, ob die Motorkühlmitteltemperatur Tw niedriger ist als ein vorbestimmter Wert TWSTRON. Der vorbestimmte Wert TWSTRON ist auf eine relativ niedrige Kühlmitteltemperatur gesetzt, und wenn die erfasste Motorkühlmitteltemperatur Tw unter dem vorbestimmten Wert TWSTRON liegt, geht das Programm zu S202 weiter, worin bestimmt wird, dass der Motorbetriebszustand in dem niedrigreaktiven Rückkopplungsbereich ist. Der Grund hierfür ist, dass die Verbrennung bei niedrigen Kühlmitteltemperaturen instabil ist, was es unmöglich macht, aufgrund Fehlzündung und dergleichen eine stabile Erfassung des Werts KACT zu erhalten. Obwohl in Fig. 7 nicht gezeigt, wird aus dem gleichen Grund auch bestimmt, dass der Betriebszustand in dem niedrigreaktiven Rückkopplungsbereich ist, wenn die Kühlmitteltemperatur abnormal hoch ist.
  • Wenn 5204 feststellt, dass die Motorkühlmitteltemperatur Tw nicht niedriger als der vorbestimmte Wert TWSTRON ist, geht das Programm zu S206 weiter, worin geprüft wird, ob die erfasste Motordrehzahl Ne bei oder über einem vorbestimmten Wert NESTRLMT liegt. Der vorbestimmte Wert NESTRLMT ist auf eine relativ hohe Motordrehzahl gesetzt. Wenn S206 feststellt, dass die erfasste Motordrehzah Ne bei oder über dem vorbestimmten Wert NESTRLMT liegt, geht das Programm zu S202 weiter, worin bestimmt wird, dass der Betriebszustand in dem niedrigreaktiven Rückkopplungsbereich ist. Der Grund hierfür ist, dass während Betrieb mit hoher Motordrehzahl die Tendenz besteht, dass zur Berechnung die Zeit nicht ausreicht und darüber hinaus die Verbrennung unstabil ist.
  • Wenn S206 feststellt, das die erfasste Motordrehzahl Ne niedriger als der vorbestimmte Wert NESTRLMT ist, geht das Programm zu S208 weiter, worin geprüft wird, ob der Motor leer läuft. Wenn das Ergebnis JA ist, geht das Programm zu S202, worin bestimmt wird, dass der Betriebszustand in dem niedrigreaktiven Rückkopplungsbereich ist. Der Grund hierfür ist, dass der allgemein stabile Betriebszustand während Leerlauf den Bedarf nach einem hohen Verstärkungsfaktor, wie etwa jenem gemäß der adaptiven Regelvorschrift, erübrigt.
  • Wenn S208 feststellt, dass der Motor nicht leer läuft, geht das Programm zu S210 weiter, in dem bewertet wird, ob die Motorlast niedrig ist. Wenn das Ergebnis JA ist, geht das Programm zu S202, worin bestimmt wird, dass der Betriebszustand in dem niedrigreaktiven Rückkopplungsbereich ist. Der Grund hierfür ist, dass im Niederlastbereich des Motors die Verbrennung nicht stabil ist.
  • Wenn S210 feststellt, dass die Motorlast nicht niedrig ist, geht das Programm zu S212 weiter, worin geprüft wird, ob in dem variablen Ventilsteuermechanismus HiV/T gewählt ist, und wenn das so ist, zu S202, worin bestimmt wird, dass der Betriebszustand in dem niedrigreaktiven Rückkopplungsbereich ist. Der Grund hierfür ist, dass ein großer Betrag der Ventilsteuerüberschneidung, der bei der Auswahl der Hochmotordrehzahlseitigen Ventilsteuercharakteristik vorhanden ist, die Neigung hat, ein Durchblasen von Einlassluft zu verursachen (entweichen von Einlassluft durch das Auslassventil), so dass in diesem 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 hochdrehzahlseitige Ventilsteuerung gewählt ist oder nicht, wird nicht nur auf der Basis davon durchgeführt, ob die Hochdrehzahlventilsteuerzeit (HiV/T) tatsächlich gewählt worden ist, sondern auch in Bezug auf ein geeignetes Flag, das angibt, ob ein Befehl zum Schalten der Ventilsteuercharakteristik von der Niederdrehzahlseite (LoV/T) zur Hochdrehzahlseite in einer Steuereinheit (nicht gezeigt) des variablen Ventilsteuermechanismus ausgegeben wurde oder nicht.
  • Der Grund hierfür ist, dass Änderungen in den Ventilsteuercharakteristiken nicht in allen Zylindern gleichzeitig implementiert werden können. Während Übergangszuständen und dergleichen können daher Fälle auftreten, in denen sich die Ventilsteuercharakteristiken vorübergehend zwischen den verschiedenen Zylindern unterscheiden. In anderen Worten ist die Anordnung beim Umschalten der Ventilsteuercharakteristik zur Hochdrehzahlseite so, dass das Umschalten zur Hochdrehzahlseite in der Steuereinheit des variablen Ventilsteuermechanismus durchgeführt wird, nachdem eine Bestätigung vorliegt, dass die Regelung unter Verwendung des PID-Korrekturkoeffizienten wirksam ist, als Folge der Unterscheidung, dass der Motorbetriebszustand in dem niedrigreaktiven Rückkopplungsbereich ist.
  • Wenn das Ergebnis in S212 NEIN ist, geht das Programm zu S214, in dem geprüft wird, ob das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis KACT unter einem vorbestimmten Wert a liegt. Wenn das Ergebnis JA ist, geht das Programm zu S202. Falls NEIN, geht es zu S216, worin geprüft wird, ob der erfasste Wert KACT größer als ein vorbestimmter Wert b ist. Wenn das Ergebnis JA ist, geht das Programm zu S202. Falls NEIN, geht es zu S218, worin bestimmt wird, dass der Betriebszustand in einem Bereich ist, in dem die Regelung unter Verwendung des hochregelreaktiven Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten durchgeführt wird (des adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR) (nachfolgend als der "hochreaktive Rückkopplungsbereich" bezeichnet). Die vorbestimmten Werte a und b sind geeignet festgelegt, um eine Unterscheidung von mageren und fetten Luft/Kraftstoffverhältnissen zu gestatten, da es besser ist, eine hochreaktive Regelung wie etwa die adaptive Regelung zu vermeiden, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis mager oder fett ist. Bei der Durchführung der Unterscheidung kann anstatt des erfassten Luft/Kraftstoffverhältnisses zum Vergleich mit den vorbestimmten Werten das SolI-Luft/Kraftstoffverhältnis verwendet werden.
  • Zurück zur Unterroutine von Fig. 6. Dann wird in S108 geprüft, ob bestimmt wird, dass der Bereich der hochreaktive Rückkopplungsbereich ist. Wenn das Ergebnis JA ist, wird in S110 der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KFB auf den adaptiven Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KSTR gesetzt oder durch diesen ersetzt, wonach in S112 das I-Glied KLAFI des PID-Korrekturkoeffizienten auf den Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KFB gesetzt oder durch diesen ersetzt wird. Der Grund hierfür ist, dass sich das I-Glied (integralglied) plötzlich ändern könnte, wenn im nächsten Regelzyklus der adaptive Korrekturkoeffizient KSTR auf den PID-Korrekturkoeffizienten KLAF geschaltet wird. Indem auf diese Weise bestimmt wird, dass der Anfangswert des I-Glieds des PID-Korrekturkoeffizienten KLAF den Wert des adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR verwendet, kann die Pegeldifferenz zwischen dem adaptiven Korrekturkoeffizienten und dem PID-Korrekturkoeffizienten reduziert werden, um eine plötzliche Veränderung in der Stellgröße zu verhindern und eine stabile Regelung sicherzustellen. Als Nächstes wird in S114 das Bit eines Flag FKSTR auf 1 gesetzt, um anzuzeigen, dass die Kraftstoffeinspritzmenge unter Verwendung des adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR korrigiert wird.
  • Wenn andererseits S108 feststellt, dass der Betriebszustand nicht in dem hochreaktiven Rückkopplungsbereich ist, wird in S116 der Rückkopplungs- Korrekturkoeffizient KFB auf den PID-Korrekturkoeffizienten KLAF gesetzt und wird in S118 die Geräteeingabe u(k) auf den Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KFB gesetzt (der in den STR-Regler eingegeben wird, wie in Fig. 5 gezeigt). Der Grund hierfür ist, dass auch außerhalb des STR-Regelbereichs der STR-Regler weiterhin unter Verwendung des PID-Korrekturkoeffizienten KLAF arbeitet. Dann wird in S 120 das Bit des Flag FKSTR auf 0 rückgesetzt.
  • Wenn 5100 feststellt, dass der Betriebszustand nicht in dem Rückkopplungsbereich ist, geht das Programm zu S122, worin geprüft wird, ob seit dem Verlassen des Rückkopplungsbereichs eine vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist. Wenn das Ergebnis NEIN ist, geht das Programm zu S124, wo der Wert von KLAFI im gegenwärtigen Regelzyklus auf KLAFI(k - 1) gesetzt oder hierdurch ersetzt wird (den Wert des I-Glieds in dem vorhergehenden Regelzyklus), was bedeutet, dass das I-Glied gehalten wird. Als Nächstes werden in S126 die internen oder Zwischenvariablen des adaptiven Reglers in ähnlicher Weise auf dem vorhergehenden Wert gehalten, d. h. den Endwerten während der adaptiven Regelung.
  • Insbesondere verwendet, wie in Fig. 5 gezeigt, die Berechnung von zeta(k) die Geräteeingabe u, nicht nur die Eingabe u(k) in dem gegenwärtigen Regelzyklus, sondern auch u(k - 1) und andere vergangene Werte vorhergehender Regelzyklen. Daher ist i von u(k - i) in S126 ein umfassendes Symbol, dass die gegenwärtigen und vergangenen Regelwerte einschließt. Die Prozedur bei S126 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 Reglerparamete und die Verstärkungsfaktormatrix &Gamma; werden einfach auf ihren vorhergehenden Werten gehalten. Für den Fall, dass etwa die Reglerparameter und die Verstärkungsfaktormatrix &Gamma; in einem Speicher als Kennfeldwerte gespeichert sind, können, an der Stelle des gehaltenen Werts, die Kennfelddaten verwendet werden. Ferner werden, obwohl in den Zeichnungen gezeigt, KSTR und KACT in der adaptiven Regelung auch auf den Endwerten gehalten. KACT und u(k - i) können natürlich auch zusammen gebündelt und als zeta gehalten werden.
  • Als Nächstes wird in S128 der Wert des Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KFB auf 1,0 gesetzt, was bedeutet, dass die Regelung nicht fortgeführt wird. Dann wird in S130 das Bit des Flag FKSTR auf 0 rückgesetzt.
  • Wenn andererseits S122 feststellt, dass seit dem Verlassen des Rückkopplungsbereichs die vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist, wird in S132 des Wert des I-Glieds KLAFI auf 1,0 gesetzt (Anfangswert), wonach in S134 die Geräteeingabe u die Reglerparameter und die Verstärkungsfaktormatrix &Gamma; auf vorbestimmte Werte gesetzt werden, z. B. ihre Anfangswerte. Die Geräteeingabe u wird insbesondere auf u(k) = u(k - 1) = u(k - 3) = 1 gesetzt.
  • Dies bezieht sich auf eine häufig vorkommende Situation. Kurz nachdem das Gaspedal einmal losgelassen wurde, die Kraftstoffsperre zur Wirkung kommt und die Offenschleifensteuerung implementiert ist, passiert es nämlich häufig, dass das Gaspedal bald wieder niedergedrückt wird, wodurch der Motor beschleunigt und die rückkoppelnde Regelung wieder aufgenommen wird. Wenn auf diese Weise nach nur einer kurzen Zeit die rückkoppelnde Regelung wieder aufgenommen wird, entsteht angenähert keine Änderung in dem Betriebszustand des Motors zwischen vor und nach dem Nicht-Betriebsbereich des STR-Reglers, und daher bleibt natürlich die Ursache-und-Wirkungs-Beziehung mit dem Verbrennungszeitverlauf erhalten.
  • Im Falle eines Übergangsbereichs dieser Art verbessert daher das Halten der internen Variablen des adaptiven Reglers die Regelstabilität, indem die Kontinuität der adaptiven Regelung beibehalten wird und die Durchführung der adaptiven Regelung gestattet wird, ohne unnötigerweise zu dem Anfangszustand zurückzukehren. In diesem Sinne definiert die vorbestimmte Zeitdauer, auf die in S122 Bezug genommen wird, einen Zeitbereich, während dem die Ursache-und-Wirkungs-Beziehung mit dem Verbrennungszeitverlauf fortdauernd erhalten bleibt.
  • Wenn andererseits die vorbestimmte Zeitdauer oder länger abgelaufen ist, kann angenommen werden, dass in dem Betriebszustand des Motors zwischen vor und nach dem Nicht-Betriebsbereich des STR-Reglers eine starke Änderung stattgefunden hat. In diesem Fall wird daher in S132 das I-Glied des PID-Korrekturkoeffizienten auf 1,0 gesetzt, und werden in S134 die internen Variablen auf vorbestimmte Werte zurückgebracht, z. B. ihre Anfangswerte. Die Anfangswerte von (k - 1) und u(k) (= KSTR(k)) können in einem Speicher für jeden Betriebsbereich des Verbrennungsmotors gespeichert sein, und können die gespeicherten Werte als die vergangenen Werte von (k - 1) und zeta(k - d) verwendet wrden. Dies führt zu einer weiteren Verbesserung der Regelleistung bei der Wiederaufnahme der adaptiven Regelung. Zusätzlich kann (k) für jeden Betriebsbereich erlernt werden.
  • Zurück zum Flussdiagramm von Fig. 4. Das Programm geht zu S16 weiter, worin geprüft wird, ob der Motorbetriebszustand in dem Rückkopplungsregelbereich ist, und wenn dies so ist, zu S18, worin die Ausgabe des LAF- Sensors zu vorbestimmten Zeiten abgetastet wird, um das Luft/Kraftstoffverhältnis KACT(k) zu erfassen oder zu bestimmen. Wie zuvor angegeben, werden die LAF-Sensorausgaben einmal pro vorbestimmten Kurbelwinkeln A/D-gewandelt und werden in den Puffern im RAM 74 gespeichert. Insbesondere wird in diesem Schritt einer von den Abtastdatenwertan, der der beste in dem Motorbetriebszustand ist, ausgewählt, indem ein Zeitsteuerkennfeld (dessen Charakteristiken nicht gezeigt sind) unter Verwendung der Motordrehzahl Ne, des Krümmerdrucks Pb und der gegenwärtig arbeitenden Ventilsteuercharakteristik HiV/T, LoV/T abgefragt wird.
  • Die Charakteristiken des Zeitsteuerkennfelds sind derart aufgestellt, dass der Abtastkurbelwinkel des gewählten Werts mit abnehmender Motordrehzahl Ne und zunehmendem Krümmerdruck (Last) Pb früher wird. Im Hinblick auf die variablen Ventilsteuercharakteristiken sind die Kennfeldcharakteristiken so festgelegt, dass bei HiV/T ein früherer Abtastpunkt gewählt wird als bei LoV/T, insofern die Motordrehzahl und der Krümmerdruck die gleichen sind: Der Block für diesen Prozess ist in Fig. 5 als "Sel.VOBSV" gezeigt.
  • Das Programm geht dann zu S20 weiter, worin die Einzelzylinder-Luft/Kraftstoffverhältnisse unter Verwendung des Beobachters erhalten werden.
  • Die Luft/Kraftstoffverhältnis-Schätzung durch den Beobachter wird hier kurz erläutert.
  • Zur hochgenauen Trennung und Extraktion der Luft/Kraftstoffverhältnisse der einzelnen Zylinde aus der Ausgabe eines einzelnen LAF-Sensors ist es zunächst erforderlich, die Erfassungsansprechverzögerung (Verzögerungszeit) des LAF-Sensors genau sicherzustellen Diese Verzögerung wurde daher als ein Modell als Verzögerungssystem erster Ordnung ausgebildet, um das in Fig. 8 gezeigte Modell zu erhalten. Wenn wir hier definieren, LAF: LAF-Sensorausgabe, und A/F: Eingabe A/F, kann die Zustandsgleichung geschrieben werden als:
  • L F(t) = &alpha;LAF(t) - &alpha;A/F(t) Gl. 13
  • Wenn man dies für die Zeitdauer delta T diskretisiert, erhält man
  • LAF(k + 1) = aLAF(k) + (1 - &alpha;)A/F(k) Gl. 14
  • Hier ist der Korrekturkoeffizient und ist definiert als:
  • = 1 + &alpha;&Delta;T + (1/2!)&alpha;²&Delta;T² + (1/3!)&alpha;³&Delta;³ + (1/4!)&alpha;&sup4;&Delta;T&sup4;
  • Gleichung 14 ist in Fig. 9 als Blockdiagramm ausgedrückt.
  • Daher kann Gleichung 14 verwendet werden, um das tatsächliche Luft/Kraftstoffverhältnis aus der Sensorausgabe zu erhalten. Das heißt, da Gleichung 14 in Gleichung 15 umgeschrieben werden kann, kann der Wert zur Zeit k - 1 aus dem Wert zur Zeit k rückgerechnet werden, wie durch Gleichung 16 gezeigt.
  • A/F(k) = {LAF(k + 1) - LAF(k)}/(1 - ) Gl. 15
  • A/F(k - 1) = {LAF(k) - LAF(k - 1)}/(1 - ) Gl. 16,
  • Insbesondere ergibt die Verwendung der Z-Transformation zum Ausdrücken von Gleichung 14 als Transferfunktion die Gleichung 17, und eine Echtzeitschätzung des im vorhergehenden Zyklus eingegebenen Luft/Kraftstoffverhältnisses kann erhalten werden, indem man die Sensoraugabe LAF des gegenwärtigen Zyklus mit dem Kehrwert dieser Transferfunktion multipliziert. Fig. 10 ist ein Blockdiagramm des Echtzeit-A/F-Schätzwerts.
  • t(z) = (1 - )/(Z - ) Gl. 17
  • Nun wird die Trennung und Extraktion der Luft/Kraftstoffverhältnisse der einzelnen Zylinder unter Verwendung des in vorstehender Weise erhaltenen tatsächlichen Luft/Kraftstoffverhältnisses erläutert. Wie in der früheren Anmeldung erläutert, kann das Luft/Kraftstoffverhältnis an dem Auslasssystem-Zusammenflusspunkt als gewichteter Durchschnittswert angenomen werden, um die zeitliche Verteilung der Luft/Kraftstoffverhältnisse der einzelnen Zylinder widerzuspiegeln. Dies macht es möglich, das Luft/Kraftstoffverhältnis an dem Zusammenflusspunkt zur Zeit k nach Art von Gleichung 18 auszudrücken. (Da F (Kraftstoff) als die Regelgröße gewählt wurde, wird hier das Kraftstoff/Luft-Verhältnis F/A verwendet. Zum leichteren Veständnis wird jedoch in der Erläuterung das Luft/Kraftstoffverhältnis verwendet, solange dessen Verwendung nicht zur Konfusion führt. Der hierin benutzte Begriff "Luft/Kraftstoffverhältnis" (oder "Kraftstoff/Luft- Verhältnis") ist der tatsächliche Wert, der nach der gemäß Gleichung 17 berechneten Reaktionsverzögerung korrigiert ist.)
  • [F/A](k) = C&sub1;[F/A#&sub1;] + C&sub2;[F/A#&sub3;] + C&sub3;[F/A#&sub4;] + C&sub4;[F/A#&sub2;]
  • [F/A](k + 1) = C&sub1;[F/A#&sub3;] + C&sub2;[F/A#&sub4;] + C&sub3;[F/A#&sub2;] + C&sub4;[F/A#&sub1;]
  • [F/A](k + 2) = C&sub1;[F/A#&sub4;] + C&sub2;[F/A#&sub2;] + C&sub3;[F/A#&sub1;] + C&sub4;[F/A#&sub3;] Gl. 18
  • Insbesondere kann das Luft/Kraftstoffverhältnis an dem Zusammenflusspunkt ausgedrückt werden als die Summe der Produkte der vergangenen Zündzeitverläufe der jeweiligen Zylinder und des Wichtungskoeffizienten Cn (z. B. 40% für den zuletzt gezündeten Zylinder, 30% für den vor diesem usw.). Dieses Modell kann als Blockdiagramm ausgedrückt werden, wie in Fig. 11 gezeigt.
  • Dessen Zustandsgleichung kann geschrieben werden als:
  • Wenn ferner das Luft/Kraftstoffverhältnis an dem Zusammenflusspunkt als y(k) definiert wird, kann die Ausgangsgleichung geschrieben werden als:
  • Hier:
  • c&sub1;: 0.05, c&sub2;: 0.15, c&sub3;: 0.30, c&sub4;: 0.50
  • Da in dieser Gleichung u(k) nicht beobachtet werden kann, auch wenn aus der Gleichung ein Beobachter konstruiert wird, ist es noch immer nicht möglich, x(k) zu beobachten, Wenn man somit x(k + 1) = x(k - 3) unter der Annahme eines stabilen Betriebszustands definiert, in dem keine abrupte Änderung in dem Luft/Kraftstoffverhältnis von jenen 4 OTs früher vorliegt (d. h. von jenem desselben Zylinders), erhält man Gleichung 21.
  • Somit reduziert sich das Problem auf eines eines üblichen Kalman-Filters, in dem x(k) in der Zustandsgleichung (Gleichung 22) und der Ausgangsgleichung beobachtet wird. Wenn die Wichtungsparameter Q, R gemäß Gleichung 23 bestimmt werden und die Riccati'sche Gleichung gelöst wird, wird die Verstärkungsfaktormatrix K so wie in Gleichung 24 gezeigt.
  • Hier:
  • Das hieraus erhaltene A-KC ergibt Gleichung 25.
  • Fig. 12 zeigt die Konfiguration eines normalen Beobachters. Da jedoch in dem vorliegenden Modell keine Eingabe u(k) vorliegt, hat die Konfiguration nur y(k) als Eingabe, wie in Fig. 13 gezeigt. Dies wird mathematisch durch Gleichung 26 ausgedrückt.
  • Die Systemmatrix des Beobachters, dessen Eingabe y(k), nämlich des Kalman-Filters, ist
  • Wenn in dem vorliegenden Modell das Verhältnis des Elements des Wichtungsparameters R in der Riccati'schen Gleichung zu dem Element von Q gleich 1 : 1 ist, wird die Systemmatrix S des Kalman-Filters angegeben als:
  • Fig. 14 zeigt das zuvor genannte Modell in Kombination mit dem Beobachter. Es genügt zu sagen, dass dies eine präzise Schätzung der Luft/Kraftstoffverhältnisse an den einzelnen Zylindern aus dem Luft/Kraftstoffverhältnis des Zusammenflusspunktes gestattet.
  • Da der Beobachter in der Lage ist, die einzelnen Luft/Kraftstoffverhältnisse aus dem Luft/Kraftstoffverhältnis an dem Zusammenflusspunkt zu schätzen, können die Luft/Kraftstoffverhältnisse der einzelnen Zylinder durch PID-Regelung oder dergleichen separat geregelt werden. Wie insbesondere in Fig. 15 dargestellt, worin der Rückkopplungsabschnitt des Beobachters von Fig. 13 herausgenommen und für sich selbst gezeigt ist, wird ein Zusammenflusspunkt-Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KLAF aus der LAF-Sensorausgabe (Zusammenflusspunkt-Luft/Kraftstoffverhältnis) und dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD unter Verwendung der PID-Regelvorschrift berechnet, und die zylinderweisen Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten #nKLAF (n: betreffender Zylinder) werden aus dem geschätzten Luft/Kraftstoffverhältnis #nA/F des Beobachters errechnet.
  • Insbesondere werden die (zylinderweisen) Einzelzylinder-Rückkopplungs- Korrekturkoeffizienten #nKLAF unter Verwendung der PID-Vorschrift erhalten, um den Fehler zwischen den geschätzten Luft/Kraftstoffverhältnissen #nA/F des Beobachters und dem Sollwert zu beseitigen, der durch Teilen des Zusammenflusspunkt-Luft/Kraftstoffverhältnisses durch den Durchschnittswert der zylinderweisen Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten #nKLAF erhalten ist, die im vorhergehenden Zyklus berechnet sind.
  • Aufgrund dessen konvergieren die Luft/Kraftstoffverhältnisse der einzelnen Zylinder zu dem Zusammenflusspunkt-Luft/Kraftstoffverhältnis, und das Zusammenflusspunkt-Luft/Kraftstoffverhältnis konvergiert zu dem Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis, und im Ergebnis konvergieren die Luft/Kraftstoffverhältnisse aller Zylinder zu dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis. Die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge #nTout (n: betreffender Zylinder) wird durch die Kraftstoffeinspritzöffnungsdauer bestimmt und kann berechnet werden als:
  • #nTout = Tcyl · #nKLAF · KLAF.
  • Hier ist Tcyl: die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge.
  • Oben ist die Berechnung des Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten #nKLAF für jeden Zylinder ähnlich dem Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KLAF. Insbesondere wird der Regelfehler DKAF zwischen dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD und jedem Zylinder-Luft/Kraftstoffverhältnis #nA/F, das durch den Beobachter auf der Basis des erfassten Luft/Kraftstoffverhältnisses KACT geschätzt ist, zuerst erhalten, und dann wird der Regelfehler DKAF mit den spezifischen Koeffizienten multipliziert, um Regelkonstanten (Verstärkungsfaktoren) zu erhalten, d. i. das P-(Proportional)-Glied #nKLAFP(k), I-(Integral)-Glied #nKLAFI(k) und D-(differentielles oder derivatives)-Glied #nKLAFD(k) als:
  • P-Glied: #nKLAFP(k) = DKAF(k) · KP
  • I-Glied: #nKLAFI(k) = #nKLAFI(k - 1) + DKAF(k) · KI
  • D-Glied: #nKLAFD(k) = (DKAF(k) - DKAF(k - 1)) · KD.
  • Schließlich wird #nKLAF(k) im gegenwärtigen Regelzyklus durch Summieren der so erhaltenen Werte errechnet.
  • Ähnlich dem Koeffizienten KLAF werden die Verstärkungsfaktoren KP, KI und KD vorab als Kennfelddaten vorbereitet oder voreingestellt, die unter Verwendung der Motordrehzahl und der Motorlast als Adressdaten abfragbar sind. Die Kennfelddaten sind jeweils für die Koeffizienten KSTR und KLAF vorbereitet, worauf direkt nachfolgend Bezug genommen wird.
  • Auf der Basis des Obigen, wieder zurück zur Erläuterung von Fig. 4, geht das Programm zu S22 weiter, worin geprüft oder unterschieden wird, ob das Bit des Flag FKSTR auf EIN gesetzt ist, oder in anderen Worten, es wird geprüft, ob der adaptive Korrekturkoeffizient KSTR verwendet werden sollte. Wenn das Ergebnis positiv ist, geht das Programm zu S24 weiter, worin die Regelkonstanten (KP-, KI- und KD-Verstärkungsfaktoren) des Koeffizienten #nKLAF für den hochreaktiven Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten (adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR) durch die Motordrehzahl und die Motorlast abgefragt werden. Wenn sich andererseits in Schritt S22 herausstellt oder unterschieden wird, dass der niedrigreaktive Koeffizient (der PID-Korrekturkoeffizient KLAF) gewählt ist, geht das Programm zu S26, worin die Regelkonstanten für geringe Reaktion in ähnlicher Weise abgefragt werden.
  • Zur Erläuterung hiervon hat der Koeffizient KSTR eine bessere Regelkonvergenz auf den Sollwert, da der Koeffizient KSTR eine höhere Regelreaktion als der Koeffizient KLAF hat. Wie zuvor erwähnt, wird der Sollwert der Einzelzylinder-Regelung auf der Basis des Durchschnittswerts der Einzelzylinder-Luft/Kraftstoffverhältnisse erhalten, d. h. er wird erhalten, indem KACT durch einen Durchschnittswert der #nKLAFs in den einzelnen Zylindern beim vorherigen Regelzyklus dividiert wird. Fig. 16(a) ist ein Zeitdiagramm, das das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis zeigt, wenn der adaptive Korrekturkoeffizient KSTR verwendet wird. Der Sollwert der Einzelzylinder- Luft/Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungs(regel)schleife zu dieser Zeit ist so, wie in Fig. 16(b) gezeigt. Andererseits sind die Fig. 17(a)(b) Zeitdiagramme, die den Fall erläutern, wenn der PID-Korrekturkoeffizient KLAF verwendet wird. Wenn, wie aus den Figuren ersichtlich, der Koeffizient KLAF verwendet wird, fluktuiert der Sollwert der Einzelzylinder-Luft/Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungs(Regel)schleife stärker als im Falle der Verwendung von KSTR.
  • In der Ausführung ist das System so konfiguriert, dass die Zusammenflusspunkt-Luft/Kraftstoffverhältnis-Rückkopplung und die Einzelzylinder- Luftl Kraftstoffverhältnis-Rückkopplung als Doppelschleife in Serie angeordnet sind. Da die Reaktion von der Kraftstoffzufuhr auf das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis in jedem Motorbetriebsbereich schwankt, ändert sich ähnlich auch die Reaktion des Motors oder der Rückkopplungsschleife in jedem Motorbetriebsbereich.
  • Da der adaptive Korrekturkoeffizient KSTR eine höhere Reaktion hat als der PID-Korrekturkoeffizient KLAF, kann man verstehen, dass die #nKLAF- Verstärkungsfaktoren bevorzugt vergrößert werden sollten, wenn der Koeffizient KSTR benutzt wird, als wenn der Koeffizient KLAF benutzt wird. Der Grund hierfür ist, dass es möglich ist, die Regelkonvergenz durch Anheben der #nKLAF-Verstärkungsfaktoren zu verbessern, da der Sollwert der Einzelzylinder-Luft/Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsschleife durch den Koeffizienten KSTR stabil gehalten wird. Anders gesagt, sollten bevorzugt die #nKLAF-Verstärkungsfaktoren gesenkt werden, da die Regelreaktion relativ gering ist, wenn der PID-Korrekturkoeffizient KLAF benutzt wird. Aus einem anderen Grund wird es als besser angesehen, den Verstärkungsfaktor des Koeffizienten #nKLAF nicht anzuheben, wenn der Koeffizient KLAF benutzt wird, da der Sollwert der Einzelzylinder- Luft/Kraftstoffverhältnis-Regelung weniger stabil bleibt im Vergleich zu jener, die unter Verwendung des Koeffizienten KSTR durchgeführt wird, vorausgesetzt, dass die Beziehung zwischen dem erfassten Luft/Kraftstoffverhältnis und dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis der Einzelzylinder-Luft/Kraftstoffverhältnis-Regelschleife so ist, wie in den Fig. 16 und 17 dargestellt.
  • Allgemein gesagt, wenn die Reaktion in einer Rückkopplungsschleife zu stark angehoben wird, neigt das System zum Schwingen. Um dies zu berücksichtigen, kann im Gegensatz hierzu daran gedacht werden, dass die #nKLAF-Verstärkungsfaktoren bevorzugt gesenkt werden sollten, wenn der Koeffizient KSTR benutzt wird, als für den Fall, dass der Koeffizient KLAF benutzt wird. Dies ist vorteilhaft darin, ein Schwingen des Rückkopplungssystems zu verhindern, da der Verstärkungsfaktor des Rückkopplungssystems, insgesamt gesehen, zu hoch ist. Andererseits könnte man daran denken, dass, wenn die Regelung unter Verwendung des Koeffizienten KLAF durchgeführt wird, sofern die #nKLAF-Verstärkungsfaktoren angehoben werden, der Verstärkungsfaktor des Rückkopplungssystems in der Doppelschleife nicht so hoch wäre, was das System stabil hält.
  • Die obigen Diskussionen würden unterschiedlich sein, wenn der Motor mit hoher Motordrehzahl unter hoher Last läuft oder wenn der Motor unter niederer Last läuft, insbesondere im Leerlauf. Dies bedeutet, dass dann, wenn der Koeffizient KSTR oder KLAF unverändert bleibt, die Koeffizienten #nKLAF-Verstärkungsfaktoren in Antwort auf die Motordrehzahl und die Motorlast angehoben oder abgesenkt werden sollten. Dies wird experimentell abgesichert.
  • Im Hinblick auf das Obige ist die Ausführung so konfiguriert, dass Kennfelddaten der Verstärkungsfaktoren KP, KI und KD jeweils für die Koeffizienten KSTR und KLAF der Zusammenflusspunkt-Luft/Kraftstoffverhältnis- Rückkopplungsschleife vorbestimmt werden, wie zuvor erläutert, und dass die Verstärkungsfaktoren aus den Kennfelddaten unter Verwendung der Motordrehzahl und der Motorlast als Adressdaten in Antwort auf den gewählten Koeffizienten von KSTR oder KLAF abgefragt werden. Insbesondere ist die Reaktion des Einzelzylinder-Luftl Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten #KLAF veränderlich konfiguriert, um die Regelstabilität so weit wie möglich zu verbessern. Obwohl jeweils zwei Sätze von Kennfelddaten vorbereitet sind, ist es stattdessen auch möglich, nur einen Satz von Kennfelddaten vorzubereiten und die abgefragten Werte durch die gewählten Koeffizienten zu korrigieren.
  • Zurück zur Erläuterung von Fig. 4. Wenn in S22 bestimmt worden ist, dass der adaptive Korrekturkoeffizient KSTR als der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KFB gewählt ist und in S24 die Kennfelddaten in Antwort auf den gewählten Koeffizienten KSTR abgefragt worden sind, geht das Programm zu S28 weiter, worin der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient #nKLAF für den betreffenden Zylinder auf der Basis der Kennfeldabfragedaten in der zuvor erwähnten Weise errechnet wird.
  • Wenn sich andererseits in S22 herausstellt, dass der PID-Korrekturkoeffizient KLAF ausgewählt worden ist und in S26 die dementsprechenden Kennfelddaten abgefragt werden, geht das Programm zu S30, worin der Koeffizient #nKLAF ähnlich errechnet wird, und zu S32, worin ein Lernregelwert #nKLAFSTY errechnet wird. Dies erfolgt zum Beispiel durch Berechnen eines gewichteten Durchschnitts der Werte an dem gegenwärtigen Regelzyklus #nKLAF(k) (gegenwärtige Programmschleife) und an dem vorherigen Regelzyklus #nKLAF(k - 1) (vorherige Programmschleife). Dieser Wert wird in der Offenschleifensteuerung verwendet, wie später beschrieben wird. Der Grund dafür, warum dieser Schritt danach, nicht S28, sondern S30, angeordnet wird, ist, dass der Koeffizient #nKLAF, der bei Verwendung des niedrigreaktiven Koeffizienten KLAF errechnet wird, besser in der Offenschleifensteuerung benutzt wird.
  • Das Programm geht dann zu S34 weiter, worin die Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Tim multipliziert wird mit einem Korrekturkoeffizienten KCMDM (einem Wert, bestimmt durch Korrektur des Soll-Luft/Kraftstoffverhältnisses KCMD (ausgedrückt im Äquivalenzverhältnis) um den Ladegrad der Ansaugluft), und einem Produkt der verschiedenen Korrekturkoeffizienten KTOTAL, um die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge Tcyl(k) zu bestimmen, zu S36, worin die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge Tcyl(k) multipliziert wird mit dem Zusammenflusspunkt-Luft/Kraftstoffverhältnis- Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KFB und dem Einzelzylinder-Luftl Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten #nKLAF(k), um die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge #nTout(k) für den betreffenden Zylinder zu bestimmen, und zu S38, worin die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge #nTout(k) für den betreffenden Zylinder für die Kraftstoffeinspritzdüse 22 als die Stellgröße angewendet wird.
  • Hier ist KTOTAL das durch Multiplikation zu bildende Produkt verschiedener Korrekturkoeffizienten einschließlich einer Korrektur, die auf der Kühlmitteltemperatur-Korrektur beruht. Obwohl nicht gezeigt, wird eine durch Addition erzeugte additive Korrektursumme TTOTAL hinzuaddiert, die den Gesamtwert verschiedener Korrekturen für den Atmosphärendruck etc. angibt. Darüber hinaus wird zur Zeit der Ausgabe der Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge #nTout(k) die Kraftstoffeinspritzdüsen-Totzeit etc. separat hinzuaddiert.
  • Wenn das Ergebnis in S16 negativ ist, wird die Kraftstoffdosierregelung offenschleifig durchgeführt und das Programm geht zu S40 weiter, worin der Lernregelwert #nKLAFSTY als der Koeffizient #nKLAF verwendet wird, und zu S34, worin die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge Tcyl(k) berechnet wird. Wenn 512 feststellt, dass der Motor angelassen wird, geht das Programm zu S42, worin die Anlass-Kraftstoffeinspritzmenge Ticr abgefragt wird, und zu 544, worin die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge #nTout(k) auf der Basis des abgefragten Werts gemäß einer Startmodusgleichung unter Verwendung von Ticr errechnet wird.
  • In der vorstehenden Weise konfiguriert, kann die Ausführung die Luft/ Kraftstoffverhältnis-Varianz zwischen den Zylindern unter Verwendung des Einzelzylinder-Luft/Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten #nKLAF senken. Da ferner die Regelkonstanten (Verstärkungsfaktoren) des Koeffizienten #nKLAF in Antwort auf den Zusammenflusspunkt-Luft/Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KFB bestimmt werden, kann die Regelstabilität verbessert werden.
  • Wenn ferner die Kraftstoffdosierregelung beim Ende der Offenschleifensteuerung auf die Rückkopplungsregelung umgeschaltet wird, wie etwa im Falle der Rückkehr von der Kraftstoffsperre, wird die Regelung unter Verwendung des PID-Korrekturkoeffizienten für eine vorbestimmte Zeitdauer durchgeführt. Dies kann verhindern, dass die Regelgröße unstabil wird und daher die Regelstabilität schlechter wird. Andererseits kann durch den Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten, der auf der Basis des hochregelreaktiven adaptiven Reglers berechnet ist, wenn das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis stabil wird, der Regelfehler zwischen dem Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis und dem erfassten Auslass-Luft/Kraftstoffverhältnis dann auf null gesenkt werden oder auf einmal konvergiert werden.
  • Da darüber hinaus der STR-Regler und der PID-Regler parallel arbeiten, während sie gegenseitig die internen oder Zwischenvariablen ersetzen, um den adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR und den PID-Korrekturkoeffizienten KLAF parallel zu berechnen, kann der Übergang von dem adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR zu dem PID-Korrekturkoeffizienten KLAF und vice versa mit gewünschter Zeitgebung glattgängig ausgeführt werden, was zu einer verbesserten Leistung der Kraftstoffdosierregelung führt.
  • Obwohl in der Ausführung eine PID-Regelung als Beispiel verwendet wird, ist es stattdessen zulässig, die KP-, KI- und KD-Verstärkungsfaktoren zur Durchführung der PI-Regelung geeignet zu setzen und nur das I-Glied zu regeln. In anderen Worten, die in der Beschreibung genannte PID-Regelung wird durchgeführt, sofern sie einige der Verstärkungsfaktorglieder enthält.
  • Obwohl in der Ausführung das Luft/Kraftstoffverhältnis, genauer gesagt das Äquivalenzverhältnis, als der Sollwert verwendet wird, kann stattdessen auch die Kraftstoffeinspritzmenge als der Sollwert verwendet werden.
  • Obwohl in der Ausführung die adaptiven Korrekturkoeffizienten KSTR und KLAF als multiplikative Koeffizienten (Glieder) berechnet werden, können sie stattdessen auch als additive Glieder berechnet werden.
  • Obwohl in den ersten und zweiten Ausführungen das Drosselventil durch den Schrittmotor betätigt wird, kann es stattdessen auch mechanisch mit dem Gaspedal gekoppelt sein und direkt in Antwort auf das Niederdrücken des Gaspedals betätigt werden.
  • Obwohl ferner die vorgenannten Ausführungen in Bezug auf Beispiele beschrieben sind, die STR verwenden, können stattdessen auch MRACS (modellreferenzierte adaptive Regelsysteme) verwendet werden.
  • Ferner ist die Erfindung nicht auf die Anordnung beschränkt und kann stattdessen auch so konfiguriert sein, dass Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensoren (LAF-Sensoren) in dem Auslasssystem in einer der Zylinderzahl gleichen Zahl angeordnet sind, um die Luft/Kraftstoffverhältnisse in den einzelnen Zylindern auf der Basis der Ausgaben der einzelnen Zylinder zu erfassen.

Claims (8)

1. System zum Regeln der Kraftstoffdosierung in einem Verbrennungsmotor, der eine Mehrzahl von Zylindern und ein Abgassystem aufweist, wobei das System umfasst:
einen Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor, der in dem Abgassystem des Motors installiert ist, um ein Luft/Kraftstoffverhältnis KACT des Motors zu erfassen;
ein Motorbetriebszustand-Erfassungsmittel zum Erfassen von Motorbetriebszuständen einschließlich zumindest Motordrehzahl und Motorlast;
ein Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungsmittel, das mit dem Motorbetriebszustand-Erfassungsmittel betriebsmäßig gekoppelt ist, um eine Kraftstoffeinspritzmenge Tim für einen Zylinder des Motors auf der Basis zumindest der erfassten Motorbetriebszustände zu bestimmen;
ein erstes Rückkopplungsschleifenmittel mit einem ersten Regelmittel zum Berechnen eines ersten Rückkopplungs- Korrekturkoeffizienten KSTR unter Verwendung einer in einer Rekursionsformel ausgedrückten Regelvorschrift, um die Kraftstoffeinspritzmenge Tim derart zu korrigieren, dass eine Regelgröße, die auf der Basis zumindest des von dem Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor erfassten Luft/Kraftstoffverhältnisses KACT erhalten ist, auf einen Sollwert gebracht wird;
ein zweites Rückkopplungsschleifenmittel mit einem zweiten Regelmittel zum Berechnen eines zweiten Rückkopplungs- Korrekturkoeffizienten KLAF unter Verwendung einer Regelvorschritt, deren Regelreaktion geringer ist als die der ersten Regelvorschrift, um die Kraftstoffeinspritzmenge Tim derart zu korrigieren, dass die Regelgröße auf den Sollwert gebracht wird;
ein drittes Rückkopplungsschleifenmittel mit einem dritten Regelmittel zum Berechnen eines dritten Rückkopplungs- Korrekturkoeffizienten #nKLAF unter Verwendung einer Regelkonstanten, um die Kraftstoffeinspritzmenge Tim für die einzelnen Zylinder derart zu korrigieren, dass die Luft/Kraftstoffverhältnis-Varianz unter den Zylindern abnimmt;
ein Wählmittel zum Wählen eines des ersten Rückkopplungs- Korrekturkoeffizienten KSTR und des zweiten Rückkopplungs- Korrekturkoeffizienten KLAF in Antwort auf die erfassten Motorbetriebszustände;
ein Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungsmittel, das mit dem Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungsmittel, dem ersten Rückkopplungsschleifenmittel, dem zweiten Rückkopplungsschleifenmittel und dem dritten Rückkopplungsschleifenmittel betriebsmäßig gekoppelt ist, um die Kraftstoffeinspritzmenge Tim auf der Basis des gewählten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KSTR oder KLAF und des dritten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten #nKLAF zu korrigieren, um eine Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge #nTout zu bestimmen; und
ein Kraftstoffeinspritzmittel, das mit dem Ausgabe- Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungsmittel betriebsmäßig gekoppelt ist, um auf der Basis der bestimmten Ausgabe- Kraftstoffeinspritzmenge #nTout in den Zylinder des Motors Kraftstoff einzuspritzen;
worin:
Koeffizienten-Unterscheidungsmittel mit dem Wählmittel betriebsmäßig gekoppelt sind, um zu unterscheiden, welcher des ersten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KSTR und des zweiten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KLAF gewählt ist; und
das dritte Regelmittel die Regelkonstante bestimmt, um den dritten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten #nKLAF auf der Basis des gewählten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KSTR oder KLAF zu berechnen.
2. System nach Anspruch 1, das ferner ein Einzelzylinder- Luft/Kraftstoffverhältnisse-Schätzmittel enthält, umfassend:
ein Modellbildungsmittel, das das Verhalten des Abgassystems des Motors beschreibt, das mit der Ausgabe des Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors betriebsmäßig gekoppelt ist;
ein Beobachtermittel, das mit dem Modellbildungsmittel betriebsmäßig gekoppelt ist, um einen internen Zustand des durch das Modellbildungsmittel beschriebenen Abgassystems zu beobachten; und
ein Schätzmittel das mit dem Beobachtermittel betriebsmäßig gekoppelt ist, um die Luft/Kraftstoffverhältnisse #nA/F der einzelnen Zylinder auf der Basis einer Ausgabe des Beobachtermittels zu schätzen; und worin
das dritte Regelmittel die Regelkonstante auf der Basis der geschätzten Luft/Kraftstoffverhältnisse #nA/F der einzelnen Zylinder bestimmt, um den dritten Rückkopplungs- Korrekturkoeffizienten #nKLAF zu berechnen.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, das ferner enthält:
ein Regelkonstanten-Einrichtungsmittel zum Einrichten der Regelkonstante in Bezug auf die Motorbetriebszustände für den ersten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KSTR und den zweiten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KLAF; und
worin das dritte Regelmittel die Regelkonstante auf der Basis des gewählten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KSTR oder KLAF in Antwort auf die erfassten Motorbetriebszustände bestimmt.
4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, worin der dritte Regler ein PID-Regler ist und die Regelkonstante zumindest eine eines P-Faktors, eines I-Faktors und eines D- Faktors ist.
5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, das ferner enthält:
ein Lern-Regelmittel zum Berechnen eines Lern-Regelwerts #nKLAFSTY des dritten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten #nKLAF; und worin
das Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmungsmittel den Lern-Regelwert #nKLAFSTY verwendet, wenn der Motorbetrieb nicht in einem Rückkopplungs-Regelbereich ist.
6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, worin die in einer Rekursionsformel ausgedrückte Regelvorschrift eine adaptive Regelvorschrift ist.
7. System nach Anspruch 6, worin das erste Rückkopplungsschleifenmittel einen adaptiven Regler und einen mit dem adaptiven Regler gekoppelten Adaptationsmechanismus aufweist, um Reglerparameter zu schätzen, wobei der erste Regler den ersten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KSTR unter Verwendung interner Variablen berechnet, die zumindest die Reglerparameter enthalten.
8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, worin der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KSTR mit der Basis- Kraftstoffeinspritzmenge Tim multipliziert wird.
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