DE69627219T2

DE69627219T2 - Regelungssystem für die Brennstoffdosierung eines Innenverbrennungsmotors

Info

Publication number: DE69627219T2
Application number: DE69627219T
Authority: DE
Inventors: Shusuke Akazaki; Yusuke Hasegawa; Hidetaka Maki
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1994-12-30
Filing date: 1996-01-02
Publication date: 2003-11-06
Anticipated expiration: 2016-01-03
Also published as: US5636621A; EP0719921A3; EP0719921A2; DE69627219D1; EP0719921B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein Kraftstoffdosierregelsystem für einen Verbrennungsmotor.

2. Beschreibung der relevanten Technik

Die Anwendung adaptiver Regeltheorie auf Verbrennungsmotoren hat in den letzten Jahren zur Entwicklung von Technologien zum adaptiven Regeln der in die Motorzylinder gesaugten tatsächlichen Kraftstoffmenge auf die Soll- Kraftstoffmenge geführt, wie z. B. durch die japanische Patentanmeldungs- Offenlegung Nr. Hei 1 (1989)-110,853 gelehrt.
Die japanische Patentanmeldung Nr. Hei 6(1994)-66,594 des vorliegenden Anmelders (japanische Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. Hei 7 (1995)- 247,886) (in den Vereinigten Staaten eingereicht am 9. März 1995 unter der Nummer 08/401,430) lehrt auch die Kraftstoffdosierregelung in einem Verbrennungsmotor mittels adaptiver Regelung. Das System enthält einen adaptiven Regler, der Regler-(System-) parameter empfängt, die von einem Adaptationsmechanismus geschätzt/identifiziert sind, und bildet einen Rückkopplungskompensator, um einen erfassten Wert auf einen Sollwert zu bringen. Die EP-A-0 671 554 (die lediglich Stand der Technik gemäß Art. 54(3) EPÜ ist) beschreibt ein adaptives Regelsystem für Verbrennungsmotoren, das ein Fehlerschätzsignal der Reglerparameter bestimmt, die durch das Regelsystem verwendet werden.
Wenn man jedoch tatsächlich die adaptive Regelung auf die Kraftstoffdosierung anwendet, sind viele Probleme zu lösen, um die Regelung mit hoher Leistung effizient durchzuführen. Insbesondere sollten die Reglerparameter richtig bestimmt werden, die andernfalls dazu neigen, über einen Optimalwert hinauszuschießen, was das System unstabil macht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kraftstoffdosierregelsystem für einen Verbrennungsmotor anzugeben, das es möglich macht, die Reglerparameter richtig zu bestimmen, um hierdurch zu ermöglichen, dass eine adaptive Regelung an einem echten Motor mit guter Stabilität und gutem Ergebnis durchgeführt wird.
Ähnlich nimmt die Regelleistung ab, wenn die Reglerparameter unrichtig bestimmt werden.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kraftstoffdosierregelsystem für einen Verbrennungsmotor anzugeben, das es möglicht macht, die Reglerparameter richtig zu bestimmen, um hierdurch zu ermöglichen, dass eine adaptive Regelung an einem echten Motor mit guter Stabilität und hoher Regelleistung durchgeführt wird.
Um die obigen Aufgaben zu lösen, wird ein System zum Regeln der Kraftstoffdosierung für einen Mehrzylinderverbrennungsmotor angegeben, wobei das System umfasst: einen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor, der an einem Auslasssystem des Motors installiert ist; eine Kraftstoffeinspritzdüse zum Einspritzen von Kraftstoff in einzelne Zylinder des Motors; ein Motorbetriebszustanderfassungsmittel zum Erfassen von Motorbetriebszuständen, wobei die Motorbetriebszustände zumindest die Motordrehzahl und die Motorlast enthalten; ein Kraftstoffeinspritzmengenbestimmungsmittel zum Bestimmen einer Kraftstoffeinspritzmenge für die einzelnen Zylinder des Motors auf der Basis der erfassten Motorbetriebszustände; eine Rückkopplungsschleife mit einem adaptiven Regler, der mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor und dem Kraftstoffeinspritzmengenbestimmungsmittel verbunden ist, um die Kraftstoffeinspritzmenge auf der Basis von Reglerparametern zu korrigieren, die durch einen Adaptationsmechanismus geschätzt sind, derart, dass eine Regelgröße, die zumindest auf der Basis einer Ausgabe des Luft/Kraftstoff- Verhältnissensors erhalten ist, auf einen Sollwert korrigiert wird; worin: die Rückkopplungsschleife ein Schätzfehlersignal-Bestimmungsmittel zum Bestimmen eines Schätzfehlersignals der Reglerparameter und zum Begrenzen des Werts des Schätzfehlersignals auf innerhalb eines vorbestimmten Bereichs enthält, wobei der vorbestimmte Bereich auf der Basis zumindest eines der erfassten Motorbetriebszustände bestimmt wird. Ferner umfasst das System bevorzugt ein Schätzfehlersignal- Berechnungsmittel zum Berechnen des Schätzfehlersignals; ein Schätzfehlersignal-Vergleichsmittel zum Vergleichen des berechneten Schätzfehlersignals mit einem vorbestimmten Grenzwert; und ein Austauschmittel zum Austauschen des berechneten Schätzfehlersignals gegen zumindest einen des vorbestimmten Grenzwerts und eines vorgeschriebenen Werts, wenn das berechnete Schätzfehlersignal den vorbestimmten Grenzwert überschreitet.

KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen näher ersichtlich, die die Erfindung nur als Beispiel zeigen, und worin:
Fig. 1 ist eine schematische Gesamtansicht, die ein Kraftstoffdosierregelsystem für einen Verbrennungsmotor nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die die Details eines in Fig. 1 dargestellten Abgasrückführ-(EGR)-Mechanismus zeigt;
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die die Details eines in Fig. 1 dargestellten Kanisterspülmechanismus zeigt;
Fig. 4 ist eine Graphik, die die Ventilsteuercharakteristiken eines in Fig. 1 dargestellten variablen Ventilsteuermechanismus zeigt;
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das die Details der in Fig. 1 dargestellten Steuereinheit zeigt;
Fig. 6 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des erfindungsgemäßen Systems zeigt;
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration des Systems zeigt, dessen Betrieb in Fig. 6 dargestellt ist, zur Kraftstoffdosierregelung mit einem adaptiven Regler;
Fig. 8 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb des in Fig. 7 dargestellten adaptiven Reglers zeigt;
Fig. 9 ist ein Blockdiagramm, das einen Abschnitt der aus Fig. 7 nachgezeichneten Konfigurationen zeigt, mit Heraushebung des adaptiven Reglers;
Fig. 10 ist einen Unterroutinenflussdiagramm von Fig. 6, das die Berechnung eines der Rückkopplungskorrekturkoeffizienten zeigt, der durch den adaptiven Regler bestimmt wird;
Fig. 11 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb von Fig. 10 erläutert;
Fig. 12 ist ein Unterroutinenflussdiagramm von Fig. 6, das die Rückkopplungskorrekturkoeffizientenauswahl zeigt, während die Stabilität des Betriebs des adaptiven Reglers geprüft wird;
Fig. 13 und 14 sind Graphiken, die den Betrieb von Fig. 12 erläutern;
Fig. 15 ist ein Zeitdiagramm ähnlich Fig. 8, zeigt jedoch einen anderen möglichen Betrieb des in Fig. 7 dargestellten adaptiven Reglers;
Fig. 16 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Systems gemäß einer zweiten Ausführung der Erfindung zeigt, um eine in dem adaptiven Regler zu verwendende Verstärkungsfaktormatrix zu bestimmen;
Fig. 17 ist eine Erläuterungsansicht, die die Charakteristik eines Kennfelds zeigt, das im Betrieb von Fig. 16 angewendet wird;
Fig. 18 bis 21 sind Erläuterungsansichten, die die Charakteristiken von Tabellen zeigen, die im Betrieb von Fig. 16 angewendet werden;
Fig. 22 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Systems gemäß einer dritten Ausführung der Erfindung zeigt, um die in dem adaptiven Regler zu verwendende Verstärkungsfaktormatrix zu bestimmen;
Fig. 23 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Systems gemäß einer vierten Ausführung der Erfindung zeigt, um ein in dem adaptiven Regler zu verwendendes Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu bestimmen;
Fig. 24 ist eine Graphik, die den Betrieb von Fig. 23 erläutert;
Fig. 25 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Systems gemäß einer fünften Ausführung der Erfindung zeigt, um ein in dem adaptiven Regler zu verwendendes Schätz/Identifikationsfehlersignal zu bestimmen;
Fig. 26 ist eine Graphik, die den Betrieb von Fig. 25 erläutert;
Fig. 27 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Systems gemäß einer sechsten Ausführung der Erfindung zeigt, um ein in dem adaptiven Regler zu verwendendes Schätz/Identifikationsfehlersignal zu bestimmen;
Fig. 28 ist eine Graphik, die den Betrieb von Fig. 27 erläutert;
Fig. 29 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Systems gemäß einer siebten Ausführung der Erfindung zeigt, um den Regel-(Betriebs)- Zyklus des adaptiven Reglers zu bestimmen;
Fig. 30 ist eine Erläuterungstabelle, die den Betrieb von Fig. 29 erläutert;
Fig. 31 ist ein Zeitdiagramm ähnlich Fig. 8, zeigt jedoch den Betrieb von Fig. 29;
Fig. 32 ist ein Flussdiagramm ähnlich Fig. 10, zeigt jedoch den Betrieb des Systems gemäß einer achten Ausführung der Erfindung;
Fig. 33 ist ein Flussdiagramm ähnlich Fig. 10, zeigt jedoch den Betrieb des Systems gemäß einer neunten Ausführung der Erfindung;
Fig. 34 ist ein Flussdiagramm ähnlich Fig. 6, zeigt jedoch den Betrieb des Systems gemäß einer zehnten Ausführung der Erfindung;
Fig. 35 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration des Systems zeigt, dessen Betrieb in Fig. 34 dargestellt ist;
Fig. 36 ist eine Erläuterungsansicht, die die Beziehung zwischen dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis am Zusammenflusspunkt des Abgassystems eines Motors relativ zu der OT-Kurbelstellung zeigt;
Fig. 37 ist eine Erläuterungsansicht, die die geeigneten (besten) Abtastzeiten von Luft/Kraftstoff-Verhältnissensorausgaben im Gegensatz zu ungeeigneten Abtastzeiten zeigt;
Fig. 38 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Luft/Kraftstoff- Verhältnisabtastung zeigt, die durch den in Fig. 35 dargestellten Abtastblock durchgeführt wird;
Fig. 39 ist ein Blockdiagramm, das ein von uns früher vorgeschlagenes Modell zeigt, welches das Erfassungsverhalten des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses beschreibt;
Fig. 40 ist ein Blockdiagramm, das das Modell von Fig. 39 zeigt, diskretisiert in Zeit-diskrete Serien für eine Periode Delta T;
Fig. 41 ist ein Blockdiagramm, das ein Echtzeit-Luft/Kraftstoff- Verhältnisschätzglied auf der Basis des Modells von Fig. 40 zeigt;
Fig. 42 ist ein Blockdiagramm, das ein von uns früher vorgeschlagenes Modell zeigt, wie es des Verhalten des Abgassystems eines Motors beschreibt;
Fig. 43 ist eine Graphik, die die Voraussetzung einer Simulation zeigt, wo angenommen wird, das Kraftstoff drei Zylindern eines Vier- Zylindermotors zum Erhalt eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von 14,7 : 1 sowie einem Zylinder von 12,0 : 1 zugeführt wird;
Fig. 44 ist eine Graphik, die das Ergebnis der Simulation zeigt, die die Ausgabe des Abgassystemmodells und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis am Zusammenflusspunkt zeigt, wenn der Kraftstoff in der in Fig. 43 dargestellten Weise zugeführt wird,
Fig. 45 ist das Ergebnis der Simulation, die die Ausgabe des Abgassystemmodells zeigt, das nach der Sensorerfassungs- Reaktionsverzögerung (Zeitverzögerung) korrigiert ist, im Gegensatz zur tatsächlichen Ausgabe des Sensors;
Fig. 46 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines üblichen Beobachters zeigt;
Fig. 47 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration des von uns früher vorgeschlagenen Beobachters zeigt;
Fig. 48 ist ein Erläuterungsblockdiagramm, das die Konfiguration zeigt, die durch Kombination des Modells von Fig. 42 und des Beobachters von Fig. 47 erhalten wird;
Fig. 49 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration von Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsschleifen im System zeigt;
Fig. 50 ist eine Erläuterungsansicht, die die Charakteristiken eines Steuerzeitkennfelds zeigt, in Bezug auf das Flussdiagramm von Fig. 38;
Fig. 51 ist ein Zeitdiagramm, das die Charakteristiken der Sensorausgabe in Bezug auf die Motordrehzahl zeigt, sowie ein Zeitdiagramm, das die Charakteristik der Sensorausgabe in Bezug auf die Motorlast zeigt;
Fig. 52 ist ein Zeitdiagramm, das die Abtastung des Luft/Kraftstoff- Verhältnissensors in dem System zeigt;
Fig. 53 ist ein Flussdiagramm ähnlich Fig. 6, zeigt jedoch den Betrieb des Systems nach einer elften Ausführung der Erfindung;
Fig. 54 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration des Systems zeigt, dessen Betrieb in Fig. 53 dargestellt ist;
Fig. 55 ist ein Unterroutinenflussdiagramm von Fig. 53, das die Stabilitätsbestimmung des adaptiven Reglers in der elften Ausführung zeigt;
Fig. 56 ist ein Zeitdiagramm, das die Totzeit in der Kraftstoffdosierregelung in einem Verbrennungsmotor zeigt; und
Fig. 57 ist ein Zeitdiagramm ähnlich Fig. 8, zeigt jedoch den Betrieb des von uns früher vorgeschlagenen adaptiven Reglers.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGEN DER ERFINDUNG

Nun werden als Beispiel Ausführungen der Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 ist eine Übersicht eines erfindungsgemäßen Kraftstoffdosierregelsystems für einen Verbrennungsmotor.
Die Bezugszahl 10 in dieser Figur bezeichnet einen Reihen-Vier- Zylinderverbrennungsmotor mit obenliegender Nockenwelle (OHC). Luft, die in ein Luftansaugrohr 12 durch einen an dessen fernen Ende angebrachten Luftfilter 14 angesaugt wird, wird jedem der ersten bis vierten Zylinder durch einen Ausgleichstank 18, einen Ansaugkrümmer 20 und zwei Einlassventile (nicht gezeigt) zugeführt, während deren Fluss durch ein Drosselventil 16 eingestellt wird. Eine Kraftstoffeinspritzdüse 22 zum Einspritzen von Kraftstoff ist in der Nähe der Einlassventile jedes Zylinders installiert. 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 #1, #3, #4 und #2 Zylinder 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 abgegeben, von wo es durch ein Auslassrohr 26 zu einem katalytischen Wandler (Dreiwegekatalysator) 28 tritt, wo schädliche Komponenten daraus entfernt werden, bevor es nach außen abgegeben wird. Nicht mit dem Gaspedal (nicht gezeigt) mechanisch gekoppelt, wird das Drosselventil 26 auf einen Sollöffnungsgrad durch einen Schrittmotor M geregelt. Zusätzlich wird das Drosselventil 16 von einem Bypass 32 umgangen, das an dem Luftansaugrohr 12 in dessen Nähe vorgesehen ist.
Der Motor 10 ist mit einem Abgasrückführ-(EGR)-Mechanismus 100 ausgestattet, der einen Teil des Abgases zu der Ansaugseite hin rückführt.
Wie insbesondere in Fig. 2 gezeigt, hat der Abgasrückführmechanismus 100 ein Abgasrückführrohr 121, dessen eines Ende (Öffnung) 121a mit dem Auslassrohr 26 an der stromaufwärtigen Seite des ersten katalytischen Wandlers 28 (in Fig. 2 nicht gezeigt) verbunden ist und dessen anderes Ende (Öffnung) 121b mit dem Luftansaugrohr 12 an der stromabwärtigen Seite des Drosselventils 16 (in Fig. 2 nicht gezeigt) verbunden ist. Um die Abgasrückführmenge zu regulieren, sind ein EGR (Abgasrückführ)- Steuerventil 122 und ein Ausgleichstank 121c an einem zwischenliegenden Abschnitt des Abgasrückführrohrs 121 vorgesehen. Das EGR-Steuerventil 122 ist ein Solenoidventil mit einem Solenoid 122a, das mit einer Steuereinheit (ECU) 34 (später beschrieben) verbunden ist. Das EGR- Steuerventil 122 wird durch eine Ausgabe von der Steuereinheit 34 an das Solenoid 122a auf den Sollöffnungsgrad linear geregelt. Das EGR- Steuerventil 122 ist mit einem Hubsensor 123 versehen, der den Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 122 erfasst und ein entsprechendes Signal zu der Steuereinheit 34 schickt.
Der Motor 10 ist auch mit einem Kanisterspülmechanismus 200 ausgestattet, der zwischen dem Luftansaugsystem und einem Kraftstofftank 36 angeschlossen ist.
Wie in Fig. 3 gezeigt, umfasst der Kanisterspülmechanismus 200, der zwischen der Oberseite des dichten Kraftstofftanks 36 und einem Punkt an dem Luftansaugrohr 12 stromab des Drosselventils 16 vorgesehen ist, ein Dampfzufuhrrohr 221, einen Kanister 223, der ein Absorbens 231 enthält, sowie ein Spülrohr 242. Das Dampfzufuhrrohr 221 ist mit einem Zweiwegeventil 222 ausgestattet, und das Spülrohr 242 ist mit einem Spülsteuerventil 225, einem Strömungsmesser 226 zum Messen der Kraftstoffdampf-haltigen Menge an Luft/Kraftstoffgemisch, das durch Spülrohr 224 fließt, sowie einen Kohlenwasserstoff-(KW)- Konzentrationssensor 227 um die KW-Konzentration des Luft/Kraftstoffgemischs zu erfassen, ausgestattet. Das Spülsteuerventil (Solenoidventil) 225 ist mit Steuereinheit 34 verbunden und wird durch ein Signal von der Steuereinheit 34 auf den Sollöffnungsgrad linear geregelt.
Wenn die in dem Kraftstofftank 36 erzeugte Menge an Kraftstoffdampf einen vorbestimmten Pegel erreicht, drückt dies das Überdruckventil des Zweiwegeventils 222 auf und fließt in den Kanister 232, wo er durch Absorption an dem Absorbens 231 gespeichert wird. Wenn dann das Spülsteuerventil 225 auf einen Betrag geöffnet wird, der dem Tastverhältnis des Ein/Aus-Signals von der Steuereinheit 34 entspricht, werden der Kraftstoffdampf, der vorübergehend in dem Kanister 223 gespeichert ist, und Luft, die durch einen Außenlufteinlass 232 angesaugt wird, gemeinsam in das Luftansaugrohr 12 gesaugt, und zwar wegen des Unterdrucks in dem Luftansaugrohr 12. Wenn andererseits der Unterdruck in dem Kraftstofftank 36 ansteigt, z. B. wegen einer Abkühlung des Kraftstofftanks durch die Umgebungslufttemperatur, öffnet der Unterdruck des Zweiwegeventils 222, um zu erlauben, dass der Kraftstoffdampf, der vorübergehend in dem Kanister 223 gespeichert ist, zu dem Kraftstofftank 36 zurückkehrt.
Der Motor 10 ist auch mit einem variablen Ventilsteuermechanismus 300 ausgestattet (in Figur als V/T bezeichnet). Wie z. B. in der japanischen Patentanmelde-Offenlegungsschrift Nr. Hei 2(1990)-275,043 gelehrt, schaltet der variable Steuerventilmechanismus 300 die Öffnungs/Schließzeit der Einlass- und/oder Auslassventile zwischen zwei Typen von Steuercharakteristiken um, d. h. einer Charakteristik für niedere Motordrehzahl, mit LoV/T bezeichnet, und einer Charakteristik für hohe Motordrehzahl, mit HiV/T bezeichnet, wie in Fig. 4 dargestellt, in Antwort auf die Motordrehzahl Ne und den Krümmerdruck Pb. Da dies jedoch ein an sich bekannter Mechanismus ist, wird er hier nicht weiter beschrieben. (Unter verschiedenen Wegen des Umschaltens zwischen Ventilsteuercharakteristiken ist jene eingeschlossen, die eines der zwei Einlassventile deaktiviert).
Der Motor 10 von Fig. 1 ist ein seinem Zündverteiler (nicht gezeigt) mit einem Kurbelwinkelsensor 40 versehen, um die Kolbenkurbelwinkel zu erfassen, und ist ferner mit einem Drosselstellungssensor 42 versehen, um den Öffnungsgrad des Drosselventils 16 zu erfassen, sowie einem Krümmerabsolutdrucksensor 44 zum Erfassen des Drucks Pb des Ansaugkrümmer stromab des Drosselventils 16, als Absolutwert. 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 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 Ventilsteuercharakteristik, die durch den variablen Ventilsteuermechanismus 300 gewählt ist, auf der Basis von Öldruck erfasst.
Ferner ist ein Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 54, der als Sauerstoffdetektor oder Sauerstoffsensor aufgebaut ist, in dem Auslassrohr 26 an oder stromab eines Zusammenflusspunkts in dem Abgassystem zwischen dem Auslasskrümmer 24 und dem katalytischen Wandler 28 vorgesehen, wo er die Sauerstoffkonzentration indem Abgas an dem Zusammenflusspunkt erfasst und ein entsprechendes Signal erzeugt (später erläutert). Die Ausgaben des Sensors werden zur Steuereinheit 34 geschickt.
Details der Steuereinheit 34 sind im Blockdiagramm von Fig. 5 gezeigt. Die Ausgabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnis 54 wird von einer ersten Erfassungsschaltung 62 empfangen, 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 verändert, der von der mageren Seite zur fetten Seite reicht. (In der Figur wird der Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor als "LAF-Sensor" bezeichnet und wird im Rest dieser Beschreibung auch so bezeichnet).
Die Ausgabe der ersten 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 RAM (nur Lesespeicher) 72 und ein RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) 74, und die Ausgabe der ersten Erfassungsschaltung 62 wird einmal pro vorbestimmten Kurbelwinkel (z. B. 15 Grad) A/D-gewandelt und in Puffern des RAM 74 gespeichert. Wie in der später diskutierten Fig. 49 gezeigt, hat das RAM 47 12 Puffer, die von 0 bis 11 nummeriert sind, und die A/D- gewandelten Ausgaben von der Erfassungsschaltung 62 werden sequenziell in den 12 Puffern gespeichert. Ähnlich werden die Analogausgaben des Drosselsstellungssensors 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 Befehlen, die in dem ROM 72 gespeichert sind, berechnet der CPU-Kern 70 eine Stellgröße in später beschriebener Weise und treibt die Kraftstoffeinspritzdüsen 22 der jeweiligen Zylinder über eine Treiberschaltung 82 an. Betrieben über Treiberschaltungen 84, 86 und 88, treibt der CPU-Kern 70 auch ein Solenoidventil (EACV) 90 an (zum Öffnen und Schließen des Bypass 32 zum Reduzieren der Sekundärluftmenge, das Solenoidventil 122 zum Steuern der vorgenannten Abgasrückführung, sowie das Solenoidventil 225 zum Steuern der vorgenannten Kanisterspülung. (Der Hubsensor 123, der Strömungsmesser 226 und der KW-Konzentrationssensor 227 sind aus Fig. 5 weggelassen).
Fig. 6 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Systems zeigt. Das Programm wird bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel wie etwa dem OT der einzelnen Zylinder des Motors aktiviert, und die darin dargestellten Prozeduren wirken als das Kraftstoffeinspritzmengenbestimmungsmittel.
Das Programm startet bei S10, worin die erfasste Motordrehzahl Ne, der Krümmerdruck Pb etc. gelesen werden, und geht zu S12 weiter, worin geprüft wird, ob der Motor angelassen wird oder nicht, und falls nicht, zu S14, worin geprüft wird, ob die Kraftstoffzufuhr gesperrt worden ist. Die Kraftstoffzufuhrsperre wird unter spezifischen Motorbetriebsbedingungen implementiert, wie etwa dann, wenn die Drossel vollständig geschlossen ist und die Motordrehzahl höher als ein vorbestimmter Wert ist, währenddessen die Kraftstoffzufuhr gestoppt wird und eine Offenschleifensteuerung wirksam ist.
Wenn sich in S14 herausstellt, dass die Kraftstoffsperre nicht implementiert ist, geht das Programm zu S16 weiter, worin die Basiskraftstoffeinspritzmenge Tim durch Abfrage aus einem Kennfeld berechnet wird, das die erfasste Motordrehzahl Ne und den Krümmerdruck Pb als Adressdaten benutzt. Als nächstes 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 sich in S18 herausstellt, dass die Aktivierung abgeschlossen ist, geht das Programm zu S20, worin geprüft wird, ob der Motorbetriebszustand in einem Rückkopplungsregelbereich ist. Die Kraftstoffdosierung wird in offenschleifiger Weise gesteuert, wenn sich der Betriebszustand aufgrund hoher Motordrehzahl, Volllastanreicherung oder hoher Kühlmitteltemperatur geändert hat. Wenn sich in S20 herausstellt, dass der Motorbetriebszustand in einem Rückkopplungsregelbereich ist, geht das Programm zu S22 weiter, worin die Ausgabe des LAF-Sensors gelesen wird, und zu S24, worin das Luft/Kraftstoff-Verhältnis KACT(k) (k: Abtastzahl in einem zeitdiskreten System) bestimmt oder erfasst wird. Das Programm geht dann zu S26, worin ein Rückkopplungskorrekturkoeffizient KLAF unter Verwendung der PID-Regelvorschrift berechnet wird.
Der durch die PID-Regelvorschrift bestimmte Rückkopplungskorrekturkoeffizient KLAF wird wie folgt berechnet:
Zuerst wird der Regelfehler DKAF zwischen dem Soll-Luft/Kraftstoff- Verhältnis KCMD und dem erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnis KACT berechnet als:
DKAF(k) = KCMD(k - d') - KACT(k).
In dieser Gleichung ist KCMD(k - d') das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (worin d' die Totzeit angibt, bevor sich KCMD in KACT widerspiegelt und somit das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis vor dem Totzeitregelzyklus kennzeichnet) und KACT(k) das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist (in dem gegenwärtigen Regel-(Programm)-Zyklus). Jedoch wird in dieser Ausführung die Berechnung erleichtert, indem tatsächlich der Sollwert KCMD und der erfasste Wert KACT als Äquivalenzverhältnis repräsentiert werden, nämlich als Mst/M = 1/Lambda (Mst: stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis), M = A/F (A: Luftmassenflussrate, F: Kraftstoffmassenflussrate, und Lambda = Luftüberschussfaktor).
Als nächstes wird der Regelfehler DKAF(k) mit spezifischen Koeffizienten multipliziert, um Variablen zu erhalten, das ist das P-Glied KLAFP(k), das I- Glied KLAFI(k) und das D-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; wird das I-Glied berechnet, indem der Wert von KLAFI(k - 1), dem Rückkopplungskorrekturkoeffizienten in dem vorhergehenden Zyklus (k - 1), zu dem Produkt des Fehlers und des Integralfaktors KI addiert wird, und wird das D-Glied 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 in dem vorhergehenden Regelzyklus (k - 1) mit dem differenziellen Faktor KD multipliziert wird. Die Verstärkungsfaktoren KP, KI und KD werden auf der Basis der Motordrehzahl und der Motorlast berechnet. Insbesondere werden sie aus Kennfeldern unter Verwendung der Motordrehzahl Ne und des Krümmerdrucks Pb als Adressdaten abgefragt. Schließlich wird KLAF(k), der Wert des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten gemäß der PID- Regelvorschrift im gegenwärtigen Regelzyklus, berechnet, indem die so erhaltenen Werte summiert werden:
KLAF(k) = KLAFP(k) + KLAFI(k) + KLAFD(k).
Angemerkt werden sollte hier, dass KLAFI(k) einen Versatz von 1,0 enthält, sodass der Wert KLAF ein multiplikativer Korrekturkoeffizient ist. In anderen Worten, der Anfangswert von KLAFI wird auf 1,0 gesetzt.
Das Programm geht dann zu S28 der Unterroutine von Fig. 6 weiter, worin der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KSTR(k) unter Verwendung der adaptiven Regelvorschrift bestimmt wird. Der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KSTR(k) wird unter Verwendung der adaptiven Regelvorschrift bestimmt, das im Detail später erläutert wird.
Das Programm geht als nächstes zu S30 weiter, worin die Kraftstoffeinspritzmenge namens Tcyl(k) bestimmt wird, indem der berechnete Wert der Basiskraftstoffeinspritzmenge Tim mit einem Soll- Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturkoeffizienten namens KCMDM(k) (später erläutert) und einem Korrekturkoeffizienten KTOTAL (der das Produkt verschiedener anderer Multiplikationskoeffizienten zur Korrektur der Kühlmitteltemperatur u. dgl. ist) multipliziert werden. Es wird erwartet, dass die Menge Tcyl(k) die von dem Verbrennungsmotor benötigte Menge ist, sodass sie nachfolgend als die "erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge Tcyl" bezeichnet wird. Das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird in der Regel in der Tat als das Äquivalenzverhältnis ausgedrückt, wie früher erwähnt, und das Äquivalenzverhältnis wird als der Korrekturkoeffizient für die Kraftstoffeinspritzmenge verwendet. Da sich insbesondere der Ladegrad der Ansaugluft in Abhängigkeit von der Verdampfungswärme unterscheidet, wird das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach dem Ladegrad gemäß einer geeigneten Charakteristik korrigiert, um den gewünschten Soll- Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Korrekturkoeffizienten KCMDM zu erhalten.
Das Programm geht dann zu S32, worin die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge Tcyl(k) multipliziert wird entweder mit dem in S26 berechneten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KLAF(k) oder dem in S28 berechnten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR(k) und zu dem Produkt wird ein Additionsglied TTOTAL addiert, um eine Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Tout(k) zu erhalten. TTOTAL bezeichnet den Gesamtwert der verschiedenen Korrekturen nach dem Atmosphärendruck etc. die durch Additionsglieder durchgeführt wird (jedoch nicht die Kraftstoffeinspritzdüsentotzeit etc. enthält, die während der Ausgabe der Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Tout separat addiert wird).
Als nächstes wird in S34 die bestimmte Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Tout(k) unter Verwendung eines Kraftstoffanhaftungskoeffizienten korrigiert, der aus einem Kraftstoffanhaftungkoeffizientenkennfeld abgefragt wird, der die Motorkühlmitteltemperatur etc. als Adressdaten verwendet, um hierdurch die Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Tout(k) nach Kraftstoffanhaftung an der Wand des Ansaugkrümmers zu korrigieren (der nach der Kraftstoffanhaftung korrigierte Wert wird als die End- Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Tout-F(k) definiert). Da jedoch die Korrektur nach Kraftstoffanhaftung an der Wand des Ansaugkrümmers keinen direkten Bezug auf das Prinzip dieser Erfindung hat, wird sie hier nicht erläutert. Das Programm geht dann zu S36 weiter, worin die nach der Kraftstoffanhaftung korrigierte End-Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Tout- F(k) ausgegeben wird, wodurch der Regelzyklus abgeschlossen wird.
Wenn das Ergebnis in S18 oder S20 NEIN ist, geht das Programm zu S38, worin die Basiskraftstoffeinspritzmenge Tim(k) mit dem Soll-Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Korrekturkoeffizienten KCMDM(k) und dem Korrekturkoeffizienten KTOTAL multipliziert wird, und der Additionskorrekturkoeffizient TTOTAL zu dem resultierenden Produkt addiert wird, um die Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Tout zu erhalten, und geht dann zu S34 und S36 weiter. Wenn sich in S12 herausstellt, dass der Motor angelassen wird, geht das Programm zu S40 worin, die Anlasskraftstoffeinspritzmenge Ticr abgefragt wird, und dann zu S42, worin Ticr verwendet wird, um die Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Tout auf der Basis einer Startmodusgleichung zu berechnen. Wenn sich in S14 herausstellt, dass die Kraftstoffsperre wirksam ist, wird in S44 die Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Tout auf 0 gesetzt.
Nun wird die Art erläutert, in der der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KSTR unter Verwendung der adaptiven Regelvorschrift bestimmt wird, in Bezug auf S28 des Flussdiagramms von Fig. 6.
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm, dass den Betrieb anhand eher funktionellen ' Begriffen zeigt.
Das dargestellte System beruht auf der adaptiven Regeltechnologie, die in einer früheren Anmeldung vom Anmelder vorgeschlagen wurde. Sie umfasst einen adaptiven Regler, der als ein STR (selbstabstimmender Regler) (Reglermittel) aufgebaut ist, sowie einen Adaptationsmechanismus (Adaptationsmechanismusmittel) (Systemparameterschätzglied) zum Schätzen/Identifizieren der Reglerparameter (Systemparameter) (dynamische Motorkennparameter) . Der Sollwert und die Regelgröße (Anlagenausgabe) des Kraftstoffdosierrückkopplungssystems werden in den STR-Regler eingegeben, der den Koeffizientenvektor empfängt, der durch den Adaptationsmechanismus geschätzt/identifiziert ist, und erzeugt die Regeleingabe.
Eine Identifikations- oder Adaptationsvorschrift (Algorithmus) die für die adaptive Regelung zur Verfügung steht, ist jene, die von I. D. Landau et al. vorgeschlagen ist. Das adaptive Regelsystem hat eine nicht lineare Charakteristik, sodass ein inhärentes Stabilitätsproblem vorliegt. In der von I. D. Landau et al. vorgeschlagenen Adaptationsvorschrift wird die Stabilität der Adaptationsvorschrift, ausgedrückt in einer Rekursionsformel, sichergestellt, indem zumindest die Lyapunov'sche Theorie oder die Popov'sche Hyperstabilitätstheorie angewendet wird. Diese Methode ist z. B. beschrieben in Computrol (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; "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; und "Combining Model Reference Adaptive Controllers and Stochastic Self-tuning Regulators" von I. D. Landau in Automatica, Band 18, Nr. 1, Seiten 77-84.
In der vom Anmelder früher vorgeschlagenen adaptiven Regeltheorie wurde der Adaptations- oder Identifikationsalgorithmus von I. D. Landau et al. benutzt. Wenn in diesem Adaptations- oder Identifikationsalgorithmus die Polynome des Nenners und des Zählers der Übertragungsfunktion B(Z&supmin;¹)/A(Z&supmin; ¹) des diskreten geregelten Systems nach der Art definiert werden, wie sie in Gleichung 1-1 und Gleichung 1-2 unten gezeigt ist, dann werden die Reglerparameter oder die System-(adaptiven) Parameter (k) aus Parametern aufgebaut, wie in Gleichung 1-3 gezeigt und werden als Vektor (Transponiervektor) ausgedrückt. Und die Eingabe Zeta (k) in den Adaptationsmechanismus wird jene, die in Gleichung 1-4 gezeigt ist. Hier wird als Beispiel eine Anlage genommen, worin m = 1, n = 1 und d = 3, nämlich das Anlagenmodell 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. 1-1
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. 14.
Die Reglerparameter (Vektoren) (k) werden durch die folgende Gleichung 2 berechnet. In Gleichung 2 ist Γ(k) eine Verstärkungsfaktormatrix (die Quadratmatrix der (m + n + d)ten Ordnung), die die Schätz-Identifikationsrate oder -Geschwindigkeit der Reglerparameter bestimmt, und e* (k) ist ein Signal, das den verallgemeinerten Schätz/Identifikationsfehler angibt, d. h. ein Schätzfehlersignal der Reglerparameter. Sie werden durch Rekursionsformeln ausgedrückt, wie etwa jene der Gleichungen 3 und 4.
(k) = (k - 1) + Γ(k - 1) (k - d)e* (k) Gl. 2
In Gleichung 3 werden, in Abhängigkeit von der Auswahl von Lambda 1 und Lambda 2, verschiedene spezifische Algorithmen angegeben. Lambda 1(k) = 1, Lambda 2(k) = Lambda (0 < Lambda < 2) ergibt den Algorithmus mit graduell 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 I(k)/Lambda 2(k) = σ identifiziert und Lambda 3 gemäß Gleichung 5 ausdrückt, erhält man den Algorithmus mit konstanter Verfolgung, indem man Lambda 1(k) = Lambda 3(k) definiert. Ferner gibt Lambda 1(k) = 1, Lambda 2(k) = 0 den Algorithmus mit konstantem Versträkungsfaktor. Wie aus Gleichung 3 ersichtlich, ist in diesem Fall Γ(k) = Γ(k - 1), was in dem konstanten Wert Γ(k) = Γ resultiert.
In dem Diagramm von Fig. 7 sind der STR-Regler (adaptive Regler) und der Adaptationsmechanismus (Systemparameterschätzglied) außerhalb des Systems zur Berechnung der Kraftstoffeinspritzmenge (Kraftstoffeinspritzmengenbestimmungsmittel) angeordnet, und berechnen den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR(k) so, um den erfassten Wert KACT(k) adaptiv auf den Sollwert KCMD(k - d') zu bringen (wobei, wie früher erwähnt d' die Totzeit ist, bevor sich KCMD in KACT widerspiegelt). In anderen Worten, der STR-Regler empfängt den Koeffizientenvektor (k), der adaptiv von dem Adaptationsmechanismus geschätzt/identifiziert ist, und bildet einen Rückkopplungskompensator (Regelschleife), um ihn auf den Sollwert KCMD(k - d') zu bringen. Die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge Tcyl(k) wird mit dem berechneten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR(k) multipliziert, und die korrigierte Kraftstoffeinspritzmenge wird der geregelten Anlage (dem Verbrennungsmotor) als die Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Tout(k) zugeführt, genauer gesagt Tout- F(k).
Somit werden der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KSTR(k) und das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis KACT(k) bestimmt und in den Adaptationsmechanismus eingegeben, der die Reglerparameter (Vektor) (k) zur Eingabe in den STR-Regler berechnet/schätzt. Auf der Basis dieser Werte verwendet der STR-Regler die Rekursionsformel, um den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR(k) zu berechnen, um das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis KACT(k) auf das Soll-Luft/Kraftstoff- Verhältnis KCMD(k - d') zu bringen. Der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KSTR(k) wird insbesondere so berechnet wie in Gleichung 6 gezeigt:
Andererseits werden auch der erfasste Wert KACT(k) und der Sollwert KCMD(k) in den PID-Regler eingegeben (in Fig. 7 als PID bezeichnet), der den zweiten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KLAF(k) auf der Basis der PID-Regelvorschrift berechnet, die in Verbindung mit 526 des Flussdiagramms von Fig. 6 erläutert ist, um den Fehler zwischen dem erfassten Wert an dem Abgassystemzusammenflusspunkt und dem Sollwert zu beseitigen. Durch einen in Fig. 7 gezeigten Schaltmechanismus 400 wird der eine oder der andere des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR, der durch die adaptive Regelvorschrift erhalten ist, und des PID- Korrekturkoeffizienten KLAF, der unter Verwendung der PID-Regelvorschrift erhalten ist, zur Verwendung bei der Berechnung der Kraftstoffeinspritzmenge ausgewählt. Wenn in der später erläuterten Weise bestimmt wird, dass der Betrieb des adaptiven Regelsystems (des STR- Reglers) unstabil ist, oder wenn der Motorbetriebszustand außerhalb des Betriebsbereichs des adaptiven Regelsystems liegt, wird der unter Verwendung der PID-Regelvorschrift berechnete Rückkopplungskorrekturkoeffizient KLAF verwendet, anstatt des unter Verwendung der adaptiven Regelvorschrift bestimmten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR.
Wenn, wie aus Fig. 56 verständlich ist, die Kraftstoffdosierung in einem Verbrennungsmotor geregelt wird, ist eine gewisse Zeitdauer erforderlich, um die Kraftstoffeinspritzmenge zu berechnen, das resultierende Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder zu komprimieren und zu verbrennen und dann das Abgas aus dem Zylinder auszuwerfen. Es ist zusätzliche Zeit erforderlich, dass das Abgas den LAF-Sensor erreicht, damit der Sensor eine entsprechende Ausgabe erzeugt (wegen Sensorerfassungsverzögerung) und damit das Regelsystem auf der Basis des erfassten Werts die tatsächliche Kraftstoffmenge berechnet, die in den Zylinder gesaugt wird. Die Gesamtheit dieser Zeit "Totzeit" genannt, ist ein unvermeidbarer Aspekt der Regelung der Kraftstoffeinspritzmenge in Verbrennungsmotoren. Wenn die Totzeit für irgendeinen gegebenen Zylinder z. B. drei der vorgenannten Verbrennungszyklen beträgt, dann wird sie, in OT ausgedrückt, 12 OTs in einem Vierzylindermotor, wie in Fig. 57 dargestellt. Hier wird der Begriff "Verbrennungszyklus" so benutzt, dass er einen Zyklus von insgesamt vier Takten bedeutet, die eine Serie von Ansaug, Kompression, Expansion und Auslass enthält, die den vier OTs in dem Vierzylindermotor entspricht.
in dem vorgenannten adaptiven Regler (STR-Regler) beträgt die Anzahl der Elemente der Reglerparameter , m + n + d, wie aus Gleichung 1-3 ersichtlich, und nimmt somit mit der Totzeit d zu. Angenommen, dass die Totzeit 3 ist, wie im vorhergehenden Beispiel, und dass der STR-Regler und der Adaptationsmechanismus synchron mit OT betrieben werden, sodass sie auch momentane Änderungen in dem Motorbetriebszustand ansprechen, dann wird d gleich 12 (drei Verbrennungszyklen · 4 OTs; u(k) bis u(k - 12)), sodass auch dann, wenn m = n = 1, die Anzahl der Elemente (m + n + d) der Regelparameter gleich 14 wird. Weil daher eine 14 · 14 Verstärkungsfaktormatrix Γ etc. berechnet werden muss, wird ein bordeigener Computer üblicher Leistung außer Stande, die Berechnung innerhalb eines einzigen OT bei höheren Motordrehzahlen abzuschließen. Darüber hinaus mindert eine Zunahme der Anzahl von Totzeit OTs die Regelleistung.
Im Hinblick auf das Obige ist die Erfindung so konfiguriert, dass der STR- Regler synchron mit einem vorbestimmten Kurbelwinkel der einzelnen vier Zylinder betrieben wird, d. h. bei jedem OT, während die Regelgröße (die Anlagenausgabe) y in den Adaptationsmechanismus einmal pro Verbrennungszyklus eingegeben wird, z. B. bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel wie etwa dem OT bei einem bestimmten Zylinder, wie etwa dem #1 Zylinder unter den vier Zylindern. Wenn man dies erneut in Bezug auf Fig. 8 sagt, ist das System so konfiguriert, dass der Adaptationsmechanismus (in der Figur "A" abgekürzt) und der STR-Regler (in dieser als "C" abgekürzt) bei jedem OT arbeitet, jedoch die Eingabe in den Adaptationsmechanismus nur einmal pro Verbrennungszyklus implementiert wird, d. h. alle vier OTs. Obwohl während der Berechnung der Reglerparameter eine 14 · 14 Matrix berechnet werden muss, wenn jede Anlagenausgabe (Regelgröße) γ in den Adaptationsmechanismus eingegeben wird, braucht nur eine 5 · 5 Matrix berechnet zu werden, wenn die Regelgröße einmal pro Verbrennungszyklus eingegeben wird.
Wenn, wie in Fig. 8 gezeigt, die Eingabe y in den Adaptationsmechanismus mit dem Verbrennungszyklus (4 OTs) synchronisiert ist, folgt somit daraus, dass d = 3 (d. h. u(k) bis u(k - 3)), die Anzahl der Elemente in den Reglerparametern gleich m + n + d = 5 wird, die zu berechnete Verstärkungsfaktormatrix Γ auf eine 5 · 5 Matrix reduziert wird und die Belastung eines bordeigenen Computers auf einen Pegel reduziert werden kann, der den Abschluss der Berechnung innerhalb eines OTs ermöglicht. Das dargestellte Kraftstoffdosierregelsystem für einen Verbrennungsmotor ist daher ausgestaltet, um auf momentane Änderungen in den Motorbetriebszuständen soweit wie irgendmöglich zu reagieren, und ferner das Matrixberechnungsvolumen so zu reduzieren, dass die Belastung eines bordeigenen Computers normaler Leistung gesenkt wird.
Insbesondere kann dies realisiert werden, indem der Steuerzyklus k der Gleichungen 1 bis 6 für jeden Zylinder definiert wird. Im Falle eines Vierzylindermotors ist es möglich, die Gleichung 1-4 umzuschreiben als Gleichung 7, Gleichung 2 als Gleichung 8, Gleichung 3 als Gleichung 9, Gleichungen 4 bis 6 als Gleichungen 10 bis 12.
(k) = [u(k) u(k - 4) u(k - 8) u(k - 12) y(k)] Gl. 7
(k) = (k - 4) + Γ(k - 4) (k - 4d)e* (k) Gl. 8
Hierdurch ist es möglich, einen Steuerzyklus pro OT zu definieren, nämlich die Reglerparameter synchron mit OT zu berechnen, während der Grad der Matrizen und Vektoren, die in den Berechnungen verwendet werden, reduziert wird. Natürlich können auch ähnliche Operationen unter Verwendung von einer Konfiguration realisiert werden, worin der Steuerzyklus der Gleichungn 1 bis 6 ersetzt wird durch K = Anzahl der Zylinder · k ( : OT, : Verbrennungszyklus (= Anzahl der Zylinder · k)).
Durch das Vorstehende kann die Anzahl der Elemente der Reglerparameter auf 5 gehalten werden, wodurch die zu berechnende Verstärkungsfaktormatrix Γ auf eine 5 · 5 Matrix reduziert ist. Im Ergebnis sinkt die Verarbeitungslast auf den Punkt, dass die Berechnung innerhalb eines OT-Intervalls durch einen normalen bordeigenen Computer abgeschlossen werden kann. Die Konfiguration von Fig. 3 ist in Fig. 9 nachgezeichnet, unter Heraushebung des STR-Reglers und des Adaptationsmechanismus. Wie zuvor herausgestellt, hat ein geregeltes System mit einer großen Totzeit allgemein eine schlechtere Regelleistung als ein solches mit einer kleinen Totzeit, insbesondere im Fall der adaptiven Regelung. Im Obigen ist die Totzeit stark reduziert, wodurch die Regelleistung verbessert wird.
Da andererseits die Synchronisation der Eingabe in den Adaptationsmechanismus mit dem Verbrennungszyklus zu einer Synchronisierung der Eingabe mit einem vorbestimmten Kurbelwinkel eines bestimmten (gewissen) Zylinders, wie etwa dem #1 Zylinder, führt, wird das System konstant und stark durch das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis des spezifischen Zylinders beeinflusst. Wenn daher z. B. während der stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung o. dgl. das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis des spezifischen Zylinders an der mageren Seite liegt und jenes der restlichen Zylinder an der fetten Seite, wird der adaptive Regler (STR-Regler) die Stellgröße in die fette Richtung verstellen, um sie auf den Sollwert zu bringen, mit dem Ergebnis, dass die Luft/Kraftstoff- Verhältnisse der restlichen Zylinder noch fetter werden.
Aufgrund dessen ist das dargestellte System so ausgestaltet, dass es durch das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines spezifischen Zylinders nicht stark beeinflusst wird, ungeachtet davon, dass die Eingabe in den Adaptationsmechanismus mit dem Verbrennungszyklus synchronisiert ist, um die Anzahl der Reglerparameterelemente zu reduzieren und das Matrixberechnungsvolumen zu senken. Um dies zu realisieren, ist in der Betrieb in der folgenden Weise implementiert.
Obwohl die Eingabe in den Adaptationsmechanismus mit dem Verbrennungszyklus synchronisiert ist, was bedeutet, dass sie mit einem vorbestimmten Kurbelwinkel eines spezifischen der vier Zylinder synchronisiert ist, ist er insbesondere so konfiguriert, dass ein Mittelwert, wie etwa ein einfaches Mittel der Regelgrößen y, die in den Adaptationsmechanismus eingegeben werden, der erfassten Luft/Kraftstoff- Verhältnisse KACT oder der Ausgaben von dem Adaptationsmechanismus oder der Ausgaben von dem STR-Regler (Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR) bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel, z. B. OT, der einzelnen Zylinder während des Verbrennungszyklus berechnet und verwendet wird. Das System wird daher durch das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis des spezifischen Zylinders nicht stark beeinflusst.
Hier braucht der Mittelwert der Reglerparameter oder der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KSTR(k) nicht immer in den Adaptationsmechanismus eingegeben werden. Der Grund hierfür ist, dass der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KSTR(k), der an dem STR-Regler unter Verwendung des Mittelwerts der Reglerparameter berechnet ist, zu einem Wert wird, der durch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines spezifischen Zylinders nicht stark beeinträchtigt werden könnte. Aus dem gleichen Grund wird auch der Mittelwert des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten selbst zu einem Wert, der in ähnlicher Weise nicht durch das Luft/Kraftstoff- Verhältnis eines spezifischen Zylinders beeinflusst werden könnte.
Die Unterroutine für diese Berechnung ist durch das Flussdiagramm von Fig. 10 gezeigt.
Die Unterroutine beginnt bei S100, worin geprüft wird, ob der Motor in einem vorgeschriebenen Betriebsbereich ist. Der hier benutzte Begriff "vorgeschriebener Betriebsbereich" betrifft Niedermotordrehzahlbereiche einschließlich dem Leerlaufbereich. Wenn sich in S100 herausstellt, dass der Motor nicht in einem vorgeschriebenen Betriebsbereich ist, geht das Programm zu S102 weiter, welcher die Regelgröße y(k) (Anlagenausgabe) berechnet als den Mittelwert KACTAVE des erfassten Werts KACT(k), der für den betreffenden Zylinder in S24 des Flussdiagramms von Fig. 6 in dem gegenwärtigen Regelzyklus berechnet ist, und der Werte KACT(k - 1), KACT(k - 2) und KACT(k - 3), die in dem gleichen Schritt ein, zwei und drei Regelzyklen zuvor für jene Zylinder berechnet wurden, die ein, zwei und drei Zyklen zuvor gezündet haben. In anderen Worten S102 geht drei Zyklen zurück und berechnet das einfache Mittel der Luft/Kraftstoff- Verhältnisse, die jeweils während einem Verbrennungszyklus berechnet sind, für vier Zylinder bis zu und einschließlich dem gegenwärtigen Zylinder, und das Ergebnis wird als die Regelgröße y(k) definiert. Diese Methode reduziert den Effekt des erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines spezifischen Zylinders.
Das Programm geht dann zu S104 weiter, worin, wie unten in Fig. 7 gezeigt, der Adaptationsmechanismus die Reglerparameter (k) aus der gerade berechneten Regelgröße y(k) etc. gemäß Gleichung 1-3 berechnet, und schickt das Ergebnis zu dem STR-Regler.
Das Programm geht dann zu S106 weiter, der den Mittelwert, z. B. das einfache Mittel, der Werte der Reglerparameter , die in den vier Regelzyklen bis zu und einschließlich dem gegenwärtigen Regelzyklus berechnet sind (das einfache Mittel von (k), (k - 1), (k - 2) und (k - 3) während eines Verbrennungszyklus) als AVE- (k) berechnet. In anderen Worten, der Mittelwert der Werte der Regelparameter für vier (Kraftstoffdosier)-Regelzyklen (= 4 OTs = ein Verbrennungszyklus) entsprechend vier Zylindern, wird an der Ausgangsseite, nicht an der Eingangsseite, des Adaptationsmechanismus berechnet und in den STR- Regler eingegeben. Hier wird der Regelzyklus in der gleichen Bedeutung wie der vorgeschriebene Kurbelwinkel (z. B. OT) benutzt, da die Kraftstoffdosierung mit denselbem Kurbelwinkel wie dem vorgeschriebenen Kurbelwinkel geregelt wird.
Diese Methode erreicht auch die gewünschte Reduktion der Wirkung des erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des spezifischen Zylinders durch Eingabe des Mittelwerts von für die vier Zylinder in den STR-Regler. Da , wie in Gleichung 1-3 ausgedrückt, als Vektor berechnet wird, kann der Mittelwert AVE- erhalten werden, indem man die Mittelwerte der jeweiligen Vektorelemente berechnet, d. h. r1, r2, r3 und b0. Die in S106 verwendete Gleichung bedeutet diese Berechnung. Sie kann alternativ durchgeführt werden durch Berechnung des Mittelwerts eines Elements wie etwa b0 und multipliziert der anderen Elemente mit dem berechneten Mittelwert.
Das Programm geht zu S108 weiter, worin der STR-Regler den Rückkopplungskorrekturkoeffizient KSTR aus dem Eingabewert gemäß Gleichung 6 berechnet, und zu S110, der den Mittelwert, z. B. das einfache Mittel AVE-KSTR(k) der Werte des Rückkopplungskorrekturkoeffizient KSTR, der in den vier Zyklen bis zu und einschließlich dem gegenwärtigen Regelzyklus berechnet wird (dem einfachen Mittel von KSTR(k); KSTR(k - 1), KSTR(k - 2) und KSTR(k - 3) während eines Verbrennungszyklus) berechnet. In anderen Worten, die gewünschte Reduktion der Wirkung des erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines spezifischen Zylinders kann erreicht werden, indem man das Mittel der Werte von KSTR für vier Regelzyklen (einen Verbrennungszyklus) entsprechend vier Zylindern berechnet, nicht seitens des Adaptationsmechanismus, sondern in Bezug auf den STR- Regler, der KSTR(k) ausgibt, das den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten des Kraftstoffeinspritzbestimmungssystems darstellt.
Wenn sich andererseits in S100 herausstellt, dass der Motor in dem vorbeschriebenen Betriebsbereich ist, geht das Programm zu S112, in dem y(k) berechnet wird, worin nämlich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis KACT(k), das für den betreffenden Zylinder in S24 des Flussdiagramms von Fig. 3 in dem gegenwärtigen Regelzyklus berechnet ist, ohne Modifikation als die Regelgröße (Anlagenausgabe) verwendet wird. Das Programm geht dann zu S114, worin Reglerparameter (k) berechnet werden, und zu S116, worin der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KSTR(k) berechnet wird.
Da der Mittelwert der Luft/Kraftstoff-Verhältnisse für alle Zylinder daher in den Adaptationsmechanismus als die Regelgröße y(k) eingegeben wird, wird der STR-Regler durch das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines spezifischen Zylinders (z. B. des ersten Zylinders) nicht stark beeinflusst. Auch da, im Hinblick auf die Ausgabe des STR-Reglers, der Signalvektor Zeta, der in den Adaptationsmechanismus eingegeben wird, unter Verwendung der Ausgaben von KSTR für vier Regelzyklen bis zu und einschließlich dem jüngsten Wert u(k) (= KSTR(k)) berechnet wird, ist der Effekt des erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines spezifischen Zylinders noch weiter reduziert.
Da ferner das Mittel der Werte von für vier Regelzyklen (einen Verbrennungszyklus) entsprechend vier Zylinder nicht in Bezug auf die Eingangsseite des Adaptationsmechanismus berechnet wird, sondern in Bezug auf die Reglerparameter (k) an deren Ausgangsseite, und das Ergebnis in den STR-Regler eingegeben wird, kann, dank dieser Glättung, die gewünschte Reduktion im Effekt des erfassten Luft/Kraftstoff- Verhältnisses eines spezifischen Zylinders erreicht werden. Da zusätzlich das Mittel der Werte von KSTR für vier Regelzyklen (einem Verbrennungszyklus) nicht in Bezug auf die Seite des Adaptationsmechanismus berechnet wird, sondern in Bezug auf den STR- Regler, der den Rückkopplungskorrekturkoeffizient KSTR(k) des Kraftstoffeinspritzmengenbestimmungssystems ausgibt, kann der Effekt des erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf ähnliche Weise reduziert werden.
Da andererseits S100 unterscheidet, ob der Motor in einem vorgeschriebenen Betriebsbereich ist oder nicht, und die Mittelwerte nicht berechnet werden, wenn das Ergebnis JA ist, entsteht kein Problem. Insbesondere kann die Reaktionsverzögerung des LAF-Sensors bei niederer Motordrehzahl ignoriert werden, weil der Regelzyklus lang ist. Ferner tritt ein Phänomen auf, das zu einer Änderung der Totzeit des Regelsystems führt, und zwar wegen einer Phasenverschiebung zwischen dem erfassten Wert KACT(k) und dem Mittelwert KACTAVE, wie in Fig. 11 gezeigt. Wenn die adaptive Regelung unter Verwendung des Mittelwerts KACTAVE(k) durchgeführt wird, dessen Phase verschoben ist, könnte Regelschwingen und andere ungewünschte Effekte auftreten. Die Glättung oder Mittelwertbildung wird daher während des Leerlaufs und anderer Niederdrehzahlbedingungen des Motors unterbrochen, wenn diese Effekt vorhanden sind.
In dem Vorstehend wird der Mittelwert AVE- (k) der Regelparameter nicht benutzt, um das durch Gleichung 4 angegebene Schätz/Identifikationsfehlersignal * zu berechnen. Da das Schätz/Identifikationsfehlersignal * eine Funktion zur Auswertung der Fehlerhöhe zwischen dem erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und dem Soll- Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, kann der Fehler ungenau werden, wenn das in der vorstehenden Weise berechnete AVE- (k) in der Berechnung von Gleichung 4 benutzt wird. Es ist daher vorteilhaft, einen Betriebsbereich einzurichten, in dem AVE- (k) nur in der Berechnung von Gleichung 2-3 benutzt wird, und nicht in der Berechnung von Gleichung 4 benutzt wird.
Während in dem Vorstehenden verschiedene Mittelwerte, d. h. die Mittelwerte des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, (k) und KSTR(k) gemeinsam benutzt werden, ist es natürlich auch möglich, nur einen oder ein geeignetes Paar von diesen zu verwenden. Wenn darüber hinaus, bei Motorstart oder Wiederaufnahme der Berechnung in dem STR-Regler, keine vergangenen Werte zur Berechnung der Mittelwerte zur Verfügung stehen, ist es natürlich möglich, geeignete vorgeschriebene Werte zu verwenden.
Nun wird die Auswahl des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten, die in S32 des Flussdiagramms von Fig. 6 gezeigt ist, erläutert.
Die Unterroutine für diesen Betrieb ist durch das Flussdiagramm von Fig. 12 gezeigt.
Die Unterroutine beginnt bei S200, worin geprüft wird, ob der Motorbetriebszustand in dem Betriebsbereich des adaptiven Regelsystems ist. Bereiche, in denen die Verbrennung unstabil ist, wie etwa dann, wenn die Kühlmitteltemperatur extrem niedrig ist, sind so definiert, dass sie aus dem Betriebsbereich herausfallen, da sie keine genaue Erfassung/Berechnung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses KACT(k) gestatten. Wenn das Ergebnis in S200 NEIN ist, geht das Programm zu S210, worin die Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Tout(k) unter Verwendung des durch die PID-Regelvorschrift berechneten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KLAF(k) berechnet wird. Wenn das Ergebnis JA ist, geht das Programm zu S202, worin die Stabilität des adaptiven Reglers unter Verwendung der Elemente der Reglerparameter geprüft wird.
Die Übertragungscharakteristik des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR(k), der durch STR-Regler berechnet ist, wird im einzelnen gemäß Gleichung 13 ausgedrückt.
KSTR(z&supmin;¹) = {KCMD(z&supmin;¹) - s&sub0;KACT(z&supmin;¹) - (r&sub1;z&supmin;¹ + r&sub2;z&supmin;² + r&sub3;z&supmin;³) · KSTR(z&supmin;¹)}b&sub0; Gl. 13
Unter der Annahme, dass die Kraftstoffanhaftungskorrektur richtig ist und dass in dem Kraftstoffeinspritzmengenbestimmungssystem keine Störung vorliegt, ist die Übertragungscharakteristik zwischen KSTR(k) und KACT(k)
KACT(z&supmin;¹) = z&supmin;³KSTR(z&supmin;¹) Gl. 14
Die Übertragungsfunktion zwischen dem Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR(k) und KCMD(k) ist
(b&sub0; + s&sub0;z&supmin;³ + r&sub1;z&supmin;¹ + r&sub2;z&supmin;² + r&sub3;z&supmin;³)KSTR(z&supmin;¹) = KCMD(z&supmin;¹)
Da hier b0 eine skalare Größe ist, die den Verstärkungsfaktor bestimmt, und daher nicht null oder negativ sein kann, ist die Nennerfunktion f(z) = bOZ³ + r1Z² + r2Z + r3 + s0 der Übertragungsfunktion von Gleichung 15 eine der in Fig. 13 gezeigten Funktionen. Es wird daher eine Prüfung durchgeführt, ob die reale Wurzel innerhalb des Einheitskreises liegt. Wenn sich, wie insbesondere in Fig. 14 gezeigt, heraustellt, dass f(-1) < 0 oder f(1) > 0, bedeutet dies, dass die reale Wurzel in diesem Einheitskreis liegt, woraus leicht bestimmt werden kann, ob das System stabil ist oder nicht.
Das Programm geht dann zu S204, worin geprüft wird, ob das adaptive Regelsystem unstabil ist. Wenn das Ergebnis JA ist, geht das Programm zu S206, worin die Regelparameter auf ihren Anfangswert zurückgebracht werden. Dies stellt die Systemstabilität wieder her. Das Programm geht als nächstes zu S208, worin die Verstärkungsfaktormatrix Γ korrigiert wird. Da die Verstärkungsfaktormatrix Γ die Veränderungsrate oder Geschwindigkeit (Konvergenz des Adaptationsmechanismus) bestimmt, erfolgt diese Korrektur so, dass die Konvergenzrate verlangsamt wird. Hier werden die Elemente der Verstärkungsfaktormatrix Γ durch kleine Werte ersetzt. Auch dies gestattet eine Wiederherstellung der Systemstabilität. Das Programm geht dann zu S210, worin die Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Tout(k) berechnet wird, wobei als der Rückkopplungskorrekturkoeffizient der durch die PID-Regelvorschrift bestimmte Rückkopplungskorrekturkoeffizient KLAF(k) angewendet wird. Insbesondere wird, wie gezeigt, die Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Tout erhalten, indem das Additionsglied TTOTAL zu dem Produkt von KLAF(k) und der erforderlichen Kraftstoffeinspritzmenge Tcyl(k) addiert wird.
Wenn sich in S204 herausstellt, dass das adaptive Regelsystem nicht unstabil ist, geht das Programm zu S212, worin, wie gezeigt, die Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Tout(k) berechnet wird, indem als der Rückkopplungskorrekturkoeffizient der durch die adaptive Regelvorschrift berechnete Rückkopplungskorrekturkoeffizient angewendet wird. Falls verfügbar, wird natürlich der Mittelwert der Rückkopplungskorrekturkoeffizienten, KSTR, der in S110 des Flussdiagramms von Fig. 10 berechnet ist, in dieser Berechnung verwendet.
Die Ausgabe u(k) des Umschaltmechanismus 400 im Blockdiagramm von Fig. 7 wird in den STR-Regler und den Adaptationsmechanismus eingegeben. Dies dient dazu, die Berechnung des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR unter Verwendung der adaptiven Regelvorschrift während solchen Perioden zu ermöglichen, wenn der PID-Korrekturkoeffizient KLAF ausgewählt ist.
Dank der vorgenannten Konfiguration macht es diese Ausführung möglich, die Anzahl von Reglerparameterelementen auf 5 zu reduzieren, ungeachtet davon, dass der Adaptationsmechanismus bei jedem OT arbeitet. Da somit die zu berechnende Verstärkungsfaktormatrix Γ auf eine 5 · 5 Matrix reduziert ist, fällt die Bearbeitungslast auf einen Pegel, der es einem bordeigenen Computer üblicher Leistung gestattet, die Berechnung innerhalb eines OTs abzuschließen. Da darüber hinaus auch der STR-Regler den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR bei jedem OT berechnet, ist das System in der Lage, auf Änderungen in dem Motorbetriebszustand mit sehr hoher Effizienz zu reagieren, unter Verwendung von Werten von KSTR, die jeden OT aktualisiert sind. Zusätzlich wird, dank der merklichen Reduktion der Totzeit, eine Verbesserung der Regelleistung realisiert.
Obwohl, von den einzelnen Zylindern her gesehen, die Tatsache, dass die Regelgröße einmal pro jedem Verbrennungszyklus in den Adaptationsmechanismus eingegeben wird, d. h. einmal pro 4 OTs in einem Vierzylindermotor, bedeutet, dass der adaptive Regler durch den Verbrennungszyklus des einzelnen spezifischen Zylinders stark beeinflusst wird, entsteht in dieser Ausführung kein Problem darin, dass sich der Verbrennungszustand nur des spezifischen Zylinders stark widerspiegelt, weil der Mittelwert der erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnisse (Regelgrößen) für alle Zylinder, die in dem Verbrennungszyklus eingeschlossen sind, berechnet und in den Adaptationsmechanismus eingegeben wird, der Mittelwert der Regelparameter (Vektoren) berechnet und angewendet wird und/oder der Mittelwert der von dem STR-Regler ausgegebenen Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR gemittelt und verwendet wird.
In dem Fall, dass der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KSTR auf der Basis der Regelgröße nur eines spezifischen Zylinders berechnet wird, entsteht darüber hinaus ein Problem darin, dass, wenn z. B. das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines spezifischen Zylinders, wie etwa des ersten Zylinders, fett ist, während jene der restlichen Zylinder mager sind, der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KSTR so bestimmt wird, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der mageren Richtung korrigiert und die mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnisse der restlichen Zylinder zu verschlechtern. Jedoch tritt dieses Problem in dieser Ausführungsform nicht auf, weil der Mittelwert für alle Zylinder verwendet wird.
Eine weitere Vereinfachung kann erhalten werden, wie in Fig. 15 gezeigt, indem die Regelparameter auch synchron mit dem Verbrennungszyklus eines spezifischen Zylinders berechnet werden, anstatt jedem OT, und während der gleichen Anzahl von Zyklen wie der Zylinder, der gleiche Wert von verwendet wird. Dies ist eine effektive Methode, mit der Abnahme der verfügbaren Rechenzeit mit zunehmender Motordrehzahl zu recht zu kommen. Da die Varianz unter den Reglerparametern (Vektoren ), die für die einzelnen Zylinder erforderlich ist, bei hoher Motordrehzahl klein wird, wird die Regelleistung auch dann nicht schlechter, wenn der Reglerparameter für einen spezifischen Zylinder für alle Zylinder verwendet wird. Es wird daher möglich, die Rechenzeit ohne Verlust der Regelleistung zu verkürzen. Eine noch weitere Vereinfachung wird möglich, wie in Fig. 31 gezeigt, die in einer späteren Ausführung angewendet wird, indem sowohl der Adaptationsmechanismus als der Regler alle vier OTs arbeiten.
Fig. 16 zeigt eine zweite Ausführung des erfindungsgemäßen Systems, insbesondere das Flussdiagramm in Bezug auf die Bestimmung der Verstärkungsfaktormatrix Γ, die zur Berechnung des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR verwendet wird.
Wie aus den Gleichungen 1 bis 6 ersichtlich, auf die früher Bezug genommen ist, ist die Verstärkungsfaktormatrix Γ(k) erforderlich, um den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR zu berechnen. Diese zweite Ausführung bezieht sich auf den Fall, wo in Gleichung 3 Lambda 1 = 1, Lambda 2 = 0, wo nämlich der Algorithmus mit konstantem Verstärkungsfaktor verwendet wird, und zielt darauf, die Rechenzeit zu reduzieren und die Bestimmung leichter zu machen, indem alle nicht diagonalen Elemente der Verstärkungsfaktormatrix Γ als 0 definiert werden.
Die Erläuterung wird erleichtert, indem als Beispiel die Berechnung der internen Variable Zeta (k - d) betrachtet wird. In der ersten Ausführung, die eine 5 · 5 Verstärkungsfaktormatrix verwendet, wird die Berechnung nach Art von Gleichung 16 durchgeführt und erfordert 25 Multiplikationen und 20 Additionen.
Da Gleichung 17 gilt, wenn alle nicht diagonalen Elemente der Verstärkungsfaktormatrix Γ auf 0 gesetzt sind, kann die Anzahl der Multiplikationen der Berechnung auf fünf reduziert werden.
Indem man ferner all nicht diagonalen Elemente der Verstärkungsfaktormatrix Γ auf 0 setzt, wird die Berechnung der Regelparameter (k) so, wie in Gleichung 18 gezeigt.
Im Ergebnis sind die Matrixelemente g11, g22, g33, g44 und g55 Werte, die nur einer Änderungsrate Zeta (k) der Elemente der Reglerparameter (k) entsprechen, und können unabhängig gesetzt werden. Wenn die nicht diagonalen Elemente der Verstärkungsfaktormatrix Γ nicht 0 sind, dann würde, wie aus Gleichung 16 und Gleichung 18 ersichtlich, die Berechnung der Reglerparameter (k) so wie in Gleichung 19 gezeigt, wobei es nämlich unnötig würde, fünf Variablen entsprechend allen Elementen von Zeta (k - d) zu berücksichtigen, um die Änderungsrate eines Elements (k) zu bestimmen, was das Setzen schwierig macht. Das Setzen aller nicht diagonalen Elemente der Verstärkungsfaktormatrix Γ auf 0 verkürzt die Rechenzeit und erleichtert das Setzen.
Von den Erfindern durchgeführte Tests haben ergeben, dass das Setzen einiger der fünf Elemente von g11-g55 in der Γ-Matrix auf denselben Wert geeignete Änderungsraten unter den Elementen der Reglerparameter (k) ergibt und als solche die Regelleistung optimiert. Hierdurch ist gemeint, dass etwa g11 = g22 = g33 = g44 = g gesetzt wird. Dies macht es möglich, die Anzahl der zu setzenden Elemente auf zwei zu reduzieren, g und g55, wodurch die Anzahl der Setzschritte gesenkt werden kann und die Berechnung von z. B. ZetaT (k - d) oder Γ Zeta (k - d) der internen Variablen so wird, wie durch Gleichung 20 gezeigt, sodass 12 Multiplikationen vorhanden sind.
Wenn hingegen g11-g44 unterschiedliche Werte haben, wird die Berechnung so wie in Gleichung 21 gezeigt, und die Anzahl der Multiplikationen steigt auf 15.
T(k - d)Γ (k - d) = g&sub1;&sub1;u(k - d)² + ... + g&sub5;&sub5;y(k - d)² Gl. 21
Somit kann durch Setzen einiger von g11-g55 auf den gleichen Wert die Anzahl der zu setzenden Elemente gesenkt werden und kann die Rechenzeit verkürzt werden. Da ferner geeignete Änderungsraten unter den Elementen der Reglerparameter (k) aufgestellt werden können, wird eine exzellente Zuverlässigkeit erhalten. Der Effekt ist natürlich am stärksten ausgeprägt, wenn g11 = g22 = g33 = g44 = g55.
Ferner kann im Falle eines Betriebsbereichs, indem die Anlagenausgabe z. B. aufgrund unstabiler Verbrennung unstabil ist, ein Regelschwingen von s0(k) u. dgl. reduziert werden, indem man g55 klein macht. Das Setzen der nicht diagonalen Elemente der Verstärkungsfaktormatrix Γ auf 0 erzeugt somit einen beträchtlichen Vorteil im Hinblick auf die Leichtigkeit des Setzens der Regelcharakteristiken. Zusätzlich kann eine optimale Regelleistung für den Motor konstant erhalten werden, indem die beste Verstärkungsfaktormatrix Γ für den Betriebsbereich ausgebildet wird.
Hierfür werden g11-g55 in dem RAM 74 der Steuereinheit 34 entsprechend unterschiedlichen Betriebsbedingungen gespeichert, und auch entsprechend unterschiedlichen Betriebsbedingungen anderer Motorsteuervorrichtungen wie etwa des Kanisterspülmechanismus und des Abgasrückführmechanismus. Die Werte von g11-g55 können alle die gleichen sein, sie können teilweise die gleichen sein oder sie können alle unterschiedlich sein. Wenn die Kapazität des RAM 74 ausreichend groß ist und/oder genügend Rechenzeit zur Verfügung steht, können auch Werte der nicht diagonalen Elemente in der Berechnung benutzt werden.
Auf der Basis des Vorstehenden wird nun die zweite Ausführung des erfindungsgemäßen Systems in Bezug auf das Flussdiagramm von Fig. 16 erläutert.
Die Unterroutine beginnt bei S300, worin die Motordrehzahl Ne, der Krümmerdruck Pb und andere Motorbetriebsparameter gelesen werden, zusammen mit den Betriebszuständen des Abgasrückführmechanismus und/oder des Kanisterspülmechanismus. Das Programm geht dann zu S302, worin geprüft wird, ob der Motor leer läuft, und wenn das Ergebnis JA ist, zu S304, worin ein Γ-Kennfeld für Leerlauf nachgesehen wird. Wenn sich in S302 herausstellt, dass der Motorbetriebszustand nicht der Leerlaufbereich ist, geht das Programm zu S306, worin geprüft wird, ob der variable Ventilsteuermechanismus mit der Hi-Ventilsteuercharakteristik arbeitet. Wenn das Ergebnis JA ist, geht das Programm zu S308, worin ein Γ- Kennfeld für Hi-Ventilsteuerzeit nachgesehen wird. Wenn das Ergebnis NEIN ist, geht das Programm zu S310, worin ein Γ-Kennfeld für Lo- Ventilsteuerzeit nachgesehen wird.
Fig. 17 zeigt die Charakteristik des Γ-Kennfelds für Niederventilsteuerzeit. Wie gezeigt, werden die Matrixelemente g11-g55 unter Verwendung der Motordrehzahl Ne und dem Krümmerdruck Pb als Adressdaten abgefragt. Das Γ-Kennfeld für Hi-Ventilsteuerzeit hat eine ähnliche Charakteristik. Da darüber hinaus der Wert der Verstärkungsfaktormatrix Γ aus diesem Kennfeld unter Verwendung des Krümmerdrucks Pb abgefragt wird, der ein Index der Motorlast ist, kann die optimale Verstärkungsfaktormatrix Γ auch während Verzögerung und anderen Betriebszuständen, die eine schnelle Laständerung beinhalten, sichergestellt werden.
Das Programm geht als nächstes zu S312, worin geprüft wird, ob der EGR (Abgasrückführ)-Mechanismus in Betrieb ist, und wenn das Ergebnis JA ist, zu S314, worin die Verstärkungsfaktormatrix Γ entsprechend dem Kraftstoffkorrekturkoeffizienten KEGRN zur Korrektur der Abgasrückführ- (EGR)-Rate korrigiert wird. Insbesondere wird ein Korrekturkoeffizient KΓEGR aus einer Tabelle abgefragt, die die in Fig. 18 gezeigte Charakteristik hat, unter Verwendung des Kraftstoffkorrekturkoeffizienten KEGRN zur Korrektur der Abgasrückführrate als Adressdaten, und die Verstärkungsfaktormatrix Γ wird korrigiert, indem sie mit dem abgefragten Korrekturkoeffizient KΓEGR multipliziert wird. Die Verstärkungsfaktormatrix wird gemäß dem Kraftstoffkorrekturkoeffizienten KEGRN zur Korrektur nach der Abgasrückführrate korrigiert, weil eine Störung stärker wird, wenn der Kraftstoffkorrekturkoeffizient KEGRN zur Korrektur nach der Abgasrückführrate zunehmender Abgasrückführmenge abnimmt. Um die Stabilität des adaptiven Regelsystems zu verbessern, wird daher der Korrekturkoeffizient KΓEGR wie gezeigt so eingerichtet, dass die Verstärkungsfaktormatrix Γ reduziert wird, wenn der Kraftstoffkorrekturkoeffizient KEGRN zur Korrektur der Abgasrückführrate abnimmt.
Der Kraftstoffkorrekturkoeffizient KEGRN ist ein Multiplikationskoeffizient zur Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge und ist auf einen Wert wie etwa 0,9 gesetzt. Da jedoch diese Erfindung nicht in der Bestimmung der Abgasrückführrate beruht, wird diese Bestimmung hier nicht weiter diskutiert, außer zu sagen, dass eine detaillierte Beschreibung der Abgasrückführratenbestimmung z. B. in der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 6(1994)-294,014 des Anmelders (die in den Vereinigten Staaten am 13. April 1995 unter der Nummer 08/421,181 eingereicht wurde (US-A- 5505174)), gefunden werden kann.
Das Programm geht dann zu S316, worin geprüft wird, ob der Kanisterspülmechanismus in Betrieb ist, und wenn das Ergebnis JA ist, zu S318, worin die Verstärkungsfaktormatrix Γ nach der Spülmasse korrigiert wird. Insbesondere wird ein Korrekturkoeffizient KΓPUG aus einer Tabelle abgefragt, die die in Fig. 19 gezeigte Charakteristik hat, unter Verwendung der Spülmasse KPUG als Adressdaten, und die Verstärkungsfaktormatrix Γ wird korrigiert, indem sie mit dem abgefragten Korrekturkoeffizienten KΓPUG multipliziert wird. Da die Störung stärker wird, wenn die Spülmasse KPUG zunimmt, ist der Korrekturkoeffizient KΓPUG wie gezeigt so eingerichtet, dass er zunimmt, wenn die Spülmasse KPUG zunimmt. Da die Bestimmung der Spülmasse z. B. in der früheren japanischen Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. Hei 6(1994)-101,522 (EP-A-591741) des Anmelders erläutert ist, wird sie hier nicht weiter diskutiert.
Das Programm geht als nächstes zu S320, worin die Verstärkungsfaktormatrix Γ nach dem Atmosphärendruck Pa korrigiert wird. Insbesondere wird ein Korrekturkoeffizient KΓPA aus einer Tabelle abgefragt, die die in Fig. 20 gezeigte Charakteristik hat, unter Verwendung des erfassten Atmosphärendrucks Pa als Adressdaten, und die Verstärkungsfaktormatrix Γ wird korrigiert, indem sie mit dem abgefragten Korrekturkoeffizienten KΓPA multipliziert wird. Die Verstärkungsfaktormatrix Γ wird nach dem erfassten Atmosphärendruck Pa korrigiert, weil eine Störung in Bezug auf den bei Normaldruck gesetzten Datensatz stärker wird, wenn der erfasste Atmosphärendruck Pa abnimmt, da nämlich der Ladegrad mit zunehmender Höhenlage des Motorbetriebsorts abnimmt. Um die Stabilität des adaptiven Regelsystems zu verbessern, wird daher die Verstärkungsfaktormatrix Γ mit abnehmenden erfassten Atmosphärendruck Pa reduziert.
Das Programm geht dann zu S322, worin die Verstärkungsfaktormatrix Γ nach der erfassten Motorkühlmitteltemperatur Tw korrigiert wird. Insbesondere wird ein Korrekturkoeffizient KΓTW aus einer Tabelle abgefragt, die die in Fig. 21 gezeigte Charakteristik hat, unter Verwendung der erfassten Motorkühlmitteltemperatur Tw als Adressdaten, und die Verstärkungsfaktormatrix Γ wird korrigiert, indem sie durch den abgefragten Korrekturkoeffizient KΓTW korrigiert wird. Die Verstärkungsfaktormatrix wird nach der erfassten Motorkühlmitteltemperatur Tw korrigiert, weil, wie gezeigt, die Störung in dem Korrekturkoeffizienten KΓTW in Bezug auf die bei Normaltemperatur gesetzten Daten stärker wird, wenn die Verbrennung wegen hoher oder niedriger erfasster Motorkühlmitteltemperatur Tw unstabil wird. Um die Stabilität des adaptiven Regelsystems zu verbessern, wird daher die Verstärkungsfaktormatrix Γ bei hohen und niedrigen Motorkühlmitteltemperaturen reduziert.
In der im Vorstehenden beschriebenen zweiten Ausführung wird die Verstärkungsfaktormatrix Γ, die die Änderung (die Konvergenz)-Rate der Reglerparameter bestimmt, als für die Motorbetriebszustände geeignet bestimmt. Sie ist daher in der Lage, eine stabile Reglerparameteränderungsrate sicherzustellen und hierdurch die Regelleistung zu verbessern.
Obwohl die zweite Ausführung die Verstärkungsfaktormatrix Γ mit dem konstanten Verstärkungsfaktormatrix bestimmt, ist es auch möglich, einen Algorithmus mit variablem Verstärkungsfaktor zu verwenden. In diesem Fall können die Anfangswerte der Elemente der Verstärkungsfaktormatrix Γ nach dem Motorbetriebszustand in der vorstehenden Weise eingestellt werden und können auf vorgeschriebene Werte bestimmt werden, wenn sich der Motorbetriebszustand ändert.
Obwohl die zweite Ausführung auf der Basis des Algorithmus mit konstantem Verstärkungsfaktor erläutert wurde, ist es in einem Fall, wo die Berechnung der Verstärkungsfaktormatrix Γ(k) auf der Basis einer anderen Vorschrift als dem Algorithmus mit konstantem Verstärkungsfaktor durchgeführt wird, wie etwa dem durch Gleichung 3 gezeigten Algorithmus mit variablem Verstärkungsfaktor, natürlich auch möglich, das Bearbeitungsvolumen zu reduzieren und das Setzen oder die Bestimmung, die in der zweiten Ausführung angegeben sind, zu erleichtern, indem die nicht diagonalen Elemente der Verstärkungsfaktormatrix Γ(k) nicht berechnet werden, d. h. indem sie auf 0 fixiert werden.
Fig. 22 ist ein Flussdiagramm, das eine dritte Ausführung des erfindungsgemäßen Systems zeigt.
In den ersten und zweiten Ausführungen wurde die Verstärkungsfaktormatrix Γ bei konstantem Verstärkungsfaktor berechnet. Im Gegensatz hierzu wird sie in der dritten Ausführung unter Verwendung eines anderen Algorithmus als dem Algorithmus mit konstantem Verstärkungsfaktor berechnet. Wenn in diesem Fall die berechneten Werte in einem Speicher entsprechend dem Motorbetriebszustand gespeichert werden, wenn das Verhalten des Regelergebnisses unter Verwendung der Reglerparameter (die Anlagenausgabe, insbesondere das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis KACT) gut ist, dann ist der Bedarf nach der Wiederberechnung der Verstärkungsfaktormatrix Γ(k) in dem betreffenden Bereich aufgehoben, kann die optimale Verstärkungsfaktormatrix Γ(k) in dem Bereich konstant verwendet werden und ist die Regelleistung verbessert. Das in diesem Fall gespeicherte Γ(k) kann ein bearbeiteter Wert sein, wie etwa der Mittelwert über 4 OTs. Die Verstärkungsfaktormatrix Γ wird aus dem Algorithmus mit konstantem Verstärkungsfaktor berechnet, wenn festgestellt wird, dass das Anlagenausgabeverhalten nicht gut ist. In diesem Fall startet die Verstärkungsfaktormatrix Γ(k - 1) mit den Anfangswerten, die für den betreffenden Betriebsbereich gespeichert sind.
Auf der Basis des Vorstehenden wird nun eine Erläuterung in Bezug auf Fig. 22 angegeben, die Vorgänge zeigt, die in der dritten Ausführung während der Kennfeldabfrage der Verstärkungsfaktormatrix, in S308, S310, S304 etc. des Flussdiagramms von Fig. 16 durchgeführt wurden.
Die Unterroutine startet in S400, worin, wie in der zweiten Ausführung, ein Γ-Feld nachgesehen wird, ähnlich der zweiten Ausführung, unter Verwendung der Motordrehzahl Ne und dem Krümmerdruck Pb als Adressdaten. Dann geht das Programm S402 weiter, worin durch eine geeignete Methode unterschieden wird, ob das Verhalten des erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses KACT, der Anlagenausgabe, richtig ist, und wenn das Ergebnis NEIN ist, zu S404, worin die Verstärkungsfaktormatrix Γ(k) berechnet wird, und zu S406, worin die berechnete Verstärkungsfaktormatrix Γ(k) in einem vorgeschriebenen Bereich des Kennfelds gespeichert wird, aus dem die Abfrage durchgeführt wurde. Wenn das Ergebnis in S402 JA ist, geht das Programm direkt zu S406 weiter. Die Unterscheidung in S402, ob das Verhalten des erfassten Werts KACT richtig ist oder nicht, wird z. B. durch Bewertung durchgeführt, dass es gut ist, wenn der erfasste Wert KACT innerhalb plus oder minus eines vorgeschriebenen Werts des Sollwerts KCMD über eine Periode von 10 OTs liegt.
Dank der vorgenannten Konfiguration macht es die dritte Ausführung möglich, das Bearbeitungsvolumen zu reduzieren, da die Verstärkungsfaktormatrix Γ(k) nicht gemäß Gleichung 3 berechnet werden braucht, sondern durch einfache Kennfeldabfrage erhalten werden kann, wenn das Verhalten des erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses KACT richtig ist. Wenn darüber hinaus das Verhalten des erfassten Werts KACT nicht richtig ist, wird die optimale Verstärkungsfaktormatrix Γ(k) neu berechnet und gelernt. Weil dies ermöglicht, die optimale Verstärkungsfaktormatrix Γ(k) für jeden Betriebsbereich des Verbrennungsmotors zu erlernen, ist das System in der Lage, mit der Alterung des Verbrennungsmotors zurechtzukommen. Da das Verhalten des erfassten Werts KACT(k) daher konstant richtig eingehalten werden kann, wird die Regelleistung verbessert.
Fig. 23 ist ein Flussdiagramm, das eine vierte Ausführung des erfindungsgemäßen Systems zeigt.
In der vierten Ausführung ist eine Blindzone in der Charakteristik des erfassten Werts KACT eingerichtet, um zu verhindern, dass das adaptive Regelsystem unstabil wird. Da der STR-Regler dahingehend arbeitet, den erfassten Wert KACT auf den Sollwert KCMD zu bringen, folgt daraus, dass sich die Reglerparameter kaum ändern, wenn der in den STR-Regler eingegebene erfasste Wert KACT gleich dem Sollwert KCMD ist. Um daher eine unnötige Überkorrektur durch das adaptive Regelsystem in Antwort auf leichte Schwankungen des erfassten Werts KACT aufgrund von Sensorrauschen und anderer leichter Störungen zu verhindern, ist die Charakteristik des erfassten Werts KACT mit einer Blindzone in der Nähe des Sollwerts KCMD versehen, wie in Fig. 24 gezeigt. Insbesondere wird der erfasste Wert KACT zwischen einem vorgeschriebenen unteren Grenzwert KCMD - β und einem vorgeschriebenen oberen Grenzwert KCMD + α konstant gemacht.
Die Unterroutine des Flussdiagramms von Fig. 23 startet bei S500, worin der erfasste Wert KACT mit dem vorgeschriebenen unteren Grenzwert KCMD - β verglichen wird, und wenn er gleich oder größer als dieser Wert ist, geht das Programm zu S502, worin der erfasste Wert KACT mit dem vorgeschriebenen oberen Grenzwert KCMD + α verglichen wird. Wenn S502 feststellt, dass das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis gleich oder kleiner als der vorgeschriebene Wert KCMD + α, geht das Programm zu S504, worin der erfasste Wert KACT auf einen vorgeschriebenen Wert gesetzt wird, z. B. auf den Sollwert KCMD. Wenn S500 feststellt, dass der erfasste Wert KACT kleiner als der untere Grenzwert KCMD - β ist, oder wenn S502 feststellt, dass der erfasste Wert KACT größer als der vorgeschriebene obere Grenzwert KCMD + α ist, wird die Unterroutine sofort beendet. In diesen Fällen wird daher erfasste Wert zu dem erfassten Luft/Kraftstoff- Verhältnis KACT ohne Modifikation. Der vorgenannte Prozess bietet die Charakteristik, dass das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis KACT eine Blindzone in der Nähe des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses KCMD hat, wie in Fig. 22 gezeigt.
Dank der vorgenannten Konfiguration der vierten Ausführung wird der STR- Regler durch etwaige leichte Fluktuationen, die z. B. in dem erfassten Wert KACT vorkommen, nicht beeinflusst, und kann daher stabil arbeiten. Daher kann ein gutes Regelergebnis erhalten werden. Obwohl in S504 der Sollwert KCMD auf das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis gesetzt wird, kann er statt dessen auch auf irgendeinen anderen Wert im Bereich zwischen KCMD - β und KCMD - α gesetzt werden.
Fig. 25 ist ein Flussdiagramm, das eine fünfte Ausführung des erfindungsgemäßen Systems zeigt.
Wie die vierte Ausführung verhindert auch die fünfte Ausführung eine Destabilisierung des adaptiven Regelsystems, indem an dem Schätz/Identifikationsfehlersignal * Ober- und Untergrenzen eingerichtet werden, um die Reglerparameter zu stabilisieren.
Wie aus Gleichung 2 ersichtlich, kann die Änderungsrate der Reglerparameter beschränkt werden, indem der Wert des Schätz/Identifikationsfehlersignals * (k) innerhalb eines gegebenen Bereichs beschränkt wird. Diese Beschränkung verhindert, dass die Reglerparameter ihren Optimalwert überschießen, und stabilisiert im Ergebnis den Betrieb des adaptiven Regelsystems und macht es möglich, gute Regelergebnisse zu erhalten.
Die Unterroutine des Flussdiagramms von Fig. 25 startet bei S600, worin das berechnete Schätz/Identifikationsfehlersignal * (k) mit einem oberen Grenzwert verglichen wird (in Fig. 26 gezeigt) Wenn es größer ist als der obere Grenzwert , geht das Programm zu S602 weiter, worin das Schätz/Identifikationsfehlersignal * (k) auf einen vorgeschriebenen Wert gesetzt wird, z. B. den oberen Grenzwert . Wenn sich anderseits in S600 herausstellt, dass das Schätz/Identifikationsfehlersignal e* (k) gleich oder kleiner als der obere Grenzwert ist, geht das Programm zu S604, worin das berechnete Schätz/Identifikationsfehlersignal * (k) mit einem unteren Grenzwert verglichen wird (in Fig. 26 gezeigt). Wenn es kleiner ist als der untere Grenzwert , geht das Programm zu S606, worin das Schätz/Identifikationsfehlersignal * (k) auf einer vorgeschriebenen Wert gesetzt wird, z. B. dem unteren Grenzwert . Wenn sich S604 herausstellt, dass das Schätz/Identifikationsfehlersignal * (k) gleich oder größer als der untere Grenzwert ist, wird die Unterroutine sofort beendet. In diesem Fall wird daher der erfasste Wert zum Schätz/Identifikationsfehlersignal * (k) ohne Modifikation.
Dank der vorgenannten Konfiguration kann die fünfte Ausführung die Änderungsrate der Reglerparameter begrenzen, indem sie den Wert des Schätz/Identifikationsfehlersignals * innerhalb eines vorgeschriebenen Bereichs beschränkt. Da dies verhindert, dass die Regleparameter ihren Optimalwert überschießen, stellt dies einen stabilen Betrieb des adaptiven Regelsystems sicher, um hierdurch gute Regelergebnisse sicherzustellen.
Obwohl in S602 oder S606 der Wert des Schätz/Identifikationsfehlersignals * (k) auf den oberen oder unteren Grenzwert gesetzt wird, kann er statt dessen auch auf einen geeigneten Wert zwischen den oberen und unteren Grenzen oder auf einen Wert in der Nähe der oberen und unteren Grenzwerte gesetzt werden.
Fig. 27 ist ein Flussdiagramm, das eine sechste Ausführung des erfindungsgemäßen Systems zeigt.
In der sechsten Ausführung wird die Änderungsrate des Schätz/Identifikationsfehlersignals * in dem STR-Regler der ersten Ausführung stetig gemacht, und man erreicht eine verbesserte Regelleistung, indem die Konstante 1 in dem Nenner von Gleichung 4 zur Berechnung des Schätz/Identifikationsfehlersignals *, der die Regelparameter bestimmt, variabel macht.
Die sechste Ausführung betrifft die Technik zum Begrenzen des Änderungsbereichs von Zwischenwerten oder Variablen, die in der Berechnung des Adaptationsmechanismus verwendet werden. Insbesondere ist sie in der Technik so angeordnet, dass y(k) oder Zeta (k - d), die in den Adaptationsmechanismus einzugeben sind, mit einem von 1 abweichenden Koeffizienten multipliziert wird und dann in den Adaptationsmechanismus eingegeben wird. Diese Anordnung kann den Änderungsbereich der Werte oder Variablen beschränken, was die adaptive Regelung auf ein Niveau niedrigen bordeigenen Computer ermöglicht. Da jedoch diese Technik in der Anmeldung offenbart ist, die vom Anmelder vorgeschlagen und in den Vereinigten Staaten eingereicht wurde (US-Anmeldenummer 08/151,859, eingereicht am 15. November 1993) (japanische Patentanmeldungs- Offenlegung Nr. Hei 6(1994)-161,511) (DE-A-4339170), erfolgt hier keine weitere Erläuterung.
Die theoretische Gleichung zur Berechnung des Schätz/Identifikationsfehlersignals * (k) ist so wie in Gleichung 4 gezeigt. Um somit den Änderungsbereich aus dem gerade erwähnten Grund zu begrenzen, wenn Zeta (k - d) und y(k) mit einem von 1 abweichenden Koeffizienten multipliziert werden, wie etwa 1/10 (nachfolgend als j bezeichnet) und in den Parameteradaptationsmechanismus eingegeben werden, wird der Nenner so, wie durch Gleichung 22 gezeigt (d. h. er wird fest, wenn die Verstärkungsfaktormatrix Γ(k - 1) einen konstanten Verstärkungsfaktor hat).
Da der Koeffizient des rechten Glieds das Quadrat des Multiplikationskoeffizienten von Zeta (k - d), y(k), wird, ist dessen Wert (1/10² = 1/100 in diesem Beispiel) viel kleiner als das linke Glied (= 1), wenn der Multiplikationseffizient ein kleiner Bruchwert ist. Im Ergebnis verbleibt der Nenner des Schätz/Identifikationsfehlersignals * in der Nähe von 1, ungeachtet davon, wie sich das rechte Glied ändert, sodass die Änderungsrate des Schätz/Identifikationsfehlersignals (k) von jenem differiert, wo die Multiplikation mit dem Koeffizienten nicht durchgeführt wird. Dieses Problem kann überwunden werden, indem das linke Glied auf einen von 1 abweichenden Wert gesetzt wird. Als Faustregel kann die gleiche Änderungsrate wie vor der Multiplikation mit dem Koeffizienten j erhalten, indem man das linke Glied auf j² setzt.
Da umgekehrt die Änderungsrate des Schätz/Identifikationsfehlersignals * (k) proportional zur Änderung (Konvergenz)-Rate der Reglerparameter (k) ist, d. h., da (k) unter Verwendung von Gleichung 2 berechnet wird, kann die Änderungsrate der Reglerparameter (k) variiert werden, indem man den linken Glied einen anderen Wert als j² gibt. In Gleichung 23 zur Berechnung des Nenners des Schätz/Identifikationsfehlersignals * (k) wird daher 1 als irgendein von 1 abweichender Wert definiert, d. h. i # 1.
Hier ist j der Koeffizient, der mit den Eingaben des Adaptationsmechanismus zu multiplizieren ist, wie zuvor erwähnt, und i ist auch ein von 1 abweichender Wert.
Die Unterroutine des Flussdiagramms von Fig. 297 startet bei S700, der unterscheidet, ob die Änderungsrate (Konvergenz) der Reglerparameter (k) durch das Schätz/Identifikationsfehlersignal * (k) variabel gemacht werden soll. Wenn das Ergebnis JA ist, geht das Programm zu S702, worin i auf einen von 1 abweichenden Wert gesetzt wird. Dies wird durch Abfrage des Werts von i aus einem Kennfeld erreicht, dessen Charakteristik in Fig. 28 gezeigt ist, unter Verwendung der Motordrehzahl Ne und des Krümmerdrucks Pb als Adressdaten. Wenn andererseits das Ergebnis in S700 NEIN ist, geht das Programm zu S704, worin i auf j² gesetzt wird, sodass die Änderungsrate dieselbe bleibt wie vor der Multiplikation mit dem Koeffizienten j. In dem Kennfeld, das wie in Fig. 28 charakterisiert ist, wird der Wert von i auf der Basis des Werts von j² gesetzt, wie etwa i = j² · 0,5 oder i = j² · 2.
Insbesondere wird j normalerweise auf einen Wert kleiner als 1 gesetzt. Wenn z. B. j = 1/10, dann i = j² = 1/100, wenn das Ergebnis in S700 NEIN ist. Damit auf i = 1/100 zentrierte Werte auch dann erhalten werden, wenn das Ergebnis in S700 JA ist, werden daher die kartieren -Werte in Fig. 28 z. B. zwischen 1150 und 1/200 gesetzt. Die Änderungs- (Konvergenz)-Rate der Reglerparameter ist für kleine Werte von (wie etwa 1/200) hoch und ist für große Werte von (wie etwa 1/50) niedrig. Insbesondere werden daher die Werte von in Fig. 28 so kartiert, dass bei Hochdrehzahl, Hochlast der Wert von 1 groß ist (z. B. 1/50) und bei Niederlast klein (z. B. 1/200).
Da die sechste Ausführung so konfiguriert ist, dass das Schätz/Identifikationsfehlersignal * variiert wird, dass die Reglerparameter bestimmt, stellt sie eine gute Harmonie mit Koeffizienten der Eingaben sicher und macht die Änderungsrate der Reglerparameter stetig, um hierdurch eine geeignete Regelleistung zu erreichen.
Angemerkt werden sollte hier, dass dann, wenn die Eingabe in den Adaptationsmechanismus nicht mit dem von 1 abweichenden Koeffizienten multipliziert wird, in anderen Worten, wenn i = 1, es ausreicht, wenn i um 1 herum variiert wird.
Obwohl die sechste Ausführung auf der Basis des STR-Reglers der ersten Ausführung als Beispiel erläutert wurde, ist der adaptive Regler dieser Ausführung nicht auf die in der ersten Ausführung dargestellte beschränkt, sondern kann von irgendeiner Bauart sein, einschließlich der MRACS-Bauart, die auf der Basis von I. D. Landau et al. vorgeschlagenen Adaptations- oder Identifikationsvorschrift (Algorithmus) arbeitet.
Fig. 29 ist ein Flussdiagramm, das ein siebte Ausführung des erfindungsgemäßen Systems zeigt.
In der siebten Ausführung sind die Regel- oder Berechnungszyklen des Adaptationsmechanismus und des STR-Reglers der ersten Ausführung variabel gemacht und werden gemäß dem Motorbetriebszustand bestimmt, insbesondere der Motordrehzahl. Da eine Veränderung der Regelzyklen des Adaptationsmechanismus und des Reglers der adaptiven Reglervariabel gemäß dem Motorbetriebszustand die Rechenlast minimiert, wird es möglich, die adaptive Regelung auch unter solchen Motorbetriebszuständen durchzuführen, wenn wenig Rechenzeit zur Verfügung steht, wie etwa dann, wenn der Motor mit hoher Drehzahl läuft, und somit eine gute Regelleistung zu erreichen.
Die Unterroutine des Flussdiagramms von Fig. 29 startet bei S800, worin die erfasste Motordrehzahl Ne mit einem vorgeschriebenen Wert NeA1 verglichen wird. Wenn sich in S800 herausstellt, dass die erfasste Motordrehzahl Ne geringer ist als der vorgeschriebene Wert NeA1, geht das Programm zu S802, worin die erfasste Motordrehzahl Ne mit einem zweiten vorgeschriebenen Wert Nec1 verglichen wird. Wenn sich in S802 herausstellt, dass die erfasste Motordrehzahl Ne kleiner ist als der zweite vorgeschriebene Wert Nec1, geht das Programm zu S804, worin der Regelzyklus des Adaptationsmechanismus (in Fig. 29 als "A" abgekürzt) und des STR-Reglers (als "C" abgekürzt) jeweils auf einmal pro OT gesetzt werden.
Die Operationen des Flussdiagramms von Fig. 29 sind in Fig. 30 erläutert. Wie am besten aus Fig. 30 ersichtlich, sind NeA1 und Nec1 als relativ niedrige Motordrehzahlen definiert, worin reichlich Rechenzeit zur Verfügung steht. Wenn die Motordrehzahl gleich oder kleiner als Nec1 ist, arbeiten daher der Adaptationsmechanismus und der STR-Regler, wie in den Fig. 8 und 57 gezeigt, zur maximalen Regelgenauigkeit bei jedem OT.
Wenn sich in S802 des Flussdiagramms von Fig. 29 herausstellt, dass die erfasste Motordrehzahl Ne den vorgeschriebenen Wert Nec1 überschreitet, geht das Programm zu S806, worin die erfasste Motordrehzahl Ne mit einem vorgeschriebenen Wert Nec2 verglichen wird, und geht, wenn sie kleiner ist als Nec2, zu S808, worin der Adaptationsmechanismus bei jedem OT arbeitet und der STR-Regler alle 2 OTs arbeitet. Wenn sich andererseits in S806 herausstellt, dass die erfasste Motordrehzahl Ne gleich oder größer als der vorgeschriebene Nec2 ist, geht das Programm zu S810, worin der Adaptationsmechanismus bei jedem OT arbeitet und der STR-Regler alle 4 OTs arbeitet.
Wenn sich in S800 herausstellt, dass die erfasste Motordrehzahl Ne gleich oder größer als der vorgeschriebene Wert NeA1 ist, geht das Programm zu S812, worin die erfasste Motordrehzahl Ne mit einem vorgeschriebenen Wert NeA2 verglichen wird, und geht, wenn sie kleiner als NeA2 ist, zu S814, worin die erfasste Motordrehzahl Ne mit einem vorgeschriebenen Wert Nec3 verglichen wird, und geht, wenn die erfasste Motordrehzahl Ne kleiner als der vorgeschriebene Wert Nec3 ist, zu S816, worin der Adaptationsmechanismus alle 2 OTs betrieben wird und der STR-Regler bei jedem OT betrieben wird.
Wenn sich andererseits in S814 herausstellt, dass die erfasste Motordrehzahl gleich oder größer als der vorgeschriebene Wert Nec3 ist, geht das Programm zu S818 weiter, worin die erfasste Motordrehzahl Ne mit einem vorgeschriebenen Wert Nec4 verglichen wird und geht, wenn sie kleiner als Nec4 ist, zu S820, worin sowohl der Adaptationsmechanismus als auch der STR-Regler alle 2 OTs betrieben werden. Wenn sich in S818 herausstellt, dass die erfasste Motordrehzahl Ne gleich oder größer als der vorgeschriebene Wert Nec4 ist, geht das Programm zu S822, worin der Adaptationsmechanismus alle 2 OTs betrieben wird und der STR-Regler alle 4 OTs betrieben wird.
Wenn sich in S812 herausstellt, dass die erfasste Motordrehzahl Ne gleich oder größer als der vorgeschriebene Wert NeA2 ist, geht das Programm zu S824, worin die erfasste Motordrehzahl Ne mit dem vorgeschriebenen Wert NeA3 verglichen wird, und geht, wenn sie kleiner ist als NeA3, zu S826, worin die erfasste Motordrehzahl Ne mit einem vorgeschriebenen Wert Nec5 verglichen wird. Wenn sich in S826 herausstellt, dass die erfasste Motordrehzahl Ne kleiner als der vorgeschriebene Wert Nec5 ist, geht das Programm zu S828, worin der Adaptationsmechanismus alle 4 OTs betrieben wird und der Regler bei jedem OT betrieben wird, wie in Fig. 15 gezeigt.
Wenn sich andererseits in S826 herausstellt, dass die erfasste Motordrehzahl Ne gleich oder größer als der vorgeschriebene Werte Nec5 ist, geht das Programm zu S830, worin die erfasste Motordrehzahl Ne mit einem vorgeschriebenen Wert Nec6 verglichen wird, und wenn sie kleiner ist als der vorgeschriebene Wert Nec6, geht das Programm zu S832, worin der Adaptationsmechanismus alle 4 OTs betrieben wird und der STR-Regler alle 2 OTs betrieben wird. Wenn sich in S830 herausstellt, dass die erfasste Motordrehzahl Ne gleich oder größer als der vorbeschriebene Wert Nec6 ist, geht das Programm zu S834, worin sowohl der Adaptationsmechanismus als auch der STR-Regler alle 4 OTs betrieben werden, wie in Fig. 31 dargestellt. Wenn sich in S824 herausstellt, dass die erfasste Motordrehzahl Ne gleich oder größer als der vorgeschriebene Wert NeA3 ist, geht das Programm zu S836, worin der Betrieb des adaptiven Reglers STR unterbrochen wird. Hier dient Fig. 31 lediglich dazu, den Betrieb des Adaptationsmechanismus und des STR-Reglers zu zeigen, sodass die Eingabe in den Adaptationsmechanismus nicht auf die dargestellte Konfiguration beschränkt sein sollte.
Wie im Vorstehenden beschrieben, bestimmt die siebte Ausführung die Betriebszyklen des Adaptationsmechanismus und des STR-Reglers gemäß der Motordrehzahl. Im Ergebnis wird die Rechenlast minimiert, was die Durchführung einer adaptiven Regelung auch bei hoher Motordrehzahl und anderen solchen Motorbetriebszuständen ermöglicht, wenn die verfügbare Rechenzeit begrenzt ist. Die siebte Ausführung erreicht daher eine gute Regelleistung.
Es ist nicht notwendig, den adaptiven Regler STR mit allen zehn Betriebszustanden zu versehen, die im Vorstehenden erwähnt und in Fig. 30 gezeigt sind (durch die eingekreisten Nummern 1-10). Es ist statt dessen möglich, unter diesen Betriebszuständen auszuwählen, wie es für den Motor und die Leistung der CPU der Steuereinheit angemessen ist. Zum Beispiel kann eine Kombination ausgewählt werden wie "1, 3, 5, 9, 10", "1, 3, 6, 9, 10" "1, 7, 9, 10", "1, 10" oder "1, 4, 7, 10".
Darüber hinaus ist diese Ausführung nicht auf die Verwendung der Motordrehzahl als der Motorbetriebszustand beschränkt. Auch möglich ist es, bei der Bestimmung der Regelzyklen die Motorlast zu berücksichtigen. Da in diesem Fall z. B. unter einem Hochlastzustand nur eine geringe Änderung in den Reglerparametern auftritt, kann es für den Adaptationsmechanismus ausreichen, den Prozess einmal alle 4 OTs durchzuführen.
Fig. 32 zeigt eine achte Ausführung des erfindungsgemäßen Systems, insbesondere das Flussdiagramm einer Unterroutine ähnlich jener von Fig. 10 zur Berechnung des Mittelwerts des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR u. dgl. In der ersten Ausführung ist der Effekt des erfassten Luft/Kraftstoff- Verhältnisses, einen spezifischen Zylinder reduzieren, indem als allgemeine Regel der Mittelwert der erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnisse für alle Zylinder benutzt wird, um den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR zu bestimmen, und, unter einem vorgeschriebenen Motorbetriebszustand, nämlich während Leerlauf, die Berechnung des Mittelwerts unterbrochen wird.
Im Gegensatz zur ersten Ausführung berechnet die achte Ausführung nicht einen Mittelwert als allgemeine Regel, sondern berechnet einen solchen nur unter einem vorgeschriebenen Motorbetriebszustand, nämlich nur dann, wenn die Abgasrückführung (EGR) wirksam ist.
Wenn der vorgenannte Abgasrückführmechanismus Abgas rückführt, besteht eine Möglichkeit, dass, in Abhängigkeit vom Motorbetriebszustand, das Abgas nicht gleichmäßig in alle der vier Zylinder eingeführt werden könnte, sondern statt dessen z. B. in großer Menge in den Zylinder gesaugt werden könnte, der der Rückführöffnung 121b am nächsten ist, und nur in einer kleinen Menge in den davon am weitesten entfernten Zylinder. In diesem Fall wird daher das Luft/Kraftstoff-Verhältnis KACT(k), das bei jedem OT erfasst wird, durch einen spezifischen Zylinder stark beeinflusst, und wenn dieses erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis KACT(k) verwendet wird, wird das System versuchen, nur das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des spezifischen Zylinders auf das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu bringen, wodurch die Stellgröße aller Zylinder in den Betrag des Versatzes des spezifischen Zylinders versetzt und hierdurch die Luft/Kraftstoff- Verhältnisse der anderen Zylinder versetzt werden. Um dieses Problem zu vermeiden, ist es bevorzugt, den Mittelwert zu berechnen, wie in der Zeichnung gezeigt.
Die Unterroutine des Flussdiagramms von Fig. 32 startet bei S900, worin geprüft wird, ob EGR (die Abgasrückführregelung) wirksam ist, und wenn das Ergebnis JA ist, geht das Programm zu S902 und den folgenden Schritten, worin der Mittelwert KACTAVE in der gleichen Weise berechnet wird wie es in Bezug auf Fig. 10 in Verbindung mit der ersten Ausführung erläutert wurde. Wenn andererseits das Ergebnis in S900 NEIN ist, geht das Programm zu S912 und folgenden Schritten weiter, worin die Bearbeitung in der Weise durchgeführt wird, wie sie in Bezug auf Fig. 10 in Verbindung mit der ersten Ausführung erläutert wurde.
Dank der vorgenannten Konstruktion stellt die achte Ausführung sicher, dass sie durch den Verbrennungszustand nur eines spezifischen Zylinders nicht stark beeinflusst wird, und in der Lage ist, eine verbesserte Regelleistung zu erreichen.
Fig. 33 zeigt eine neunte Ausführung des erfindungsgemäßen Systems, insbesondere des Flussdiagramms einer Unterroutine ähnlich jener von Fig. 32 zum Berechnen des Mittelwerts des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR u. dgl.
Das in Verbindung mit der achten Ausführung erwähnte Problem von Gas, das ungleichmäßig in die Zylinder während der Abgasrückführung eingeführt wird, kann auch unter gewissen Motorbetriebszuständen auftreten, wenn während der Kanisterspülung Gas zugeführt wird. Die neunte Ausführung dient zur Beseitigung dieses Problems.
Die Unterroutine des Flussdiagramms von Fig. 33 startet bei S1000, worin geprüft wird, ob die Kanisterspülung wirksam ist, und wenn das Ergebnis JA ist, geht das Programm zu S1002 und den folgenden Schritten weiter, worin der Mittelwert KACTAVE in der gleichen Weise berechnet wird wie in Bezug auf Fig. 10 in Verbindung mit der ersten Ausführung erläutert wurde. Wenn andererseits das Ergebnis in 510% NEIN ist, geht das Programm zu S1012 und den folgenden Schritten weiter, worin der Prozess in der Weise durchgeführt wird, wie sie in Bezug auf Fig. 10 in Verbindung mit der ersten Ausführung erläutert wurde.
Dank der vorgenannten Konfiguration erreicht die neunte Ausführung eine verbesserte Regelleistung, indem sie verhindert, dass ein spezifischer Zylinder die Regelung stark beeinflusst, wenn die Kanisterspülung implementiert ist.
Obwohl in den Figuren nicht gezeigt, ist es auch vom Standpunkt der Verbesserung der Regelleistung bevorzugt, den vorgenannten Mittelwert zu berechnen und zu verwenden, wenn die Verbrennung unstabil ist, etwa dann, wenn der Atmosphärendruck Pa niedrig ist (der Motor in einer großen Höhenlage ist), die Kühlmitteltemperatur niedrig ist oder die Magerverbrennungskraftstoffdosierregelung wirksam ist.
Fig. 34 ist ein Flussdiagramm und Fig. 35 ist ein Blockdiagramm, das eine zehnte Ausführung des erfindungsgemäßen Systems zeigt.
Wie in Fig. 35 gezeigt, ist die Konfiguration der zehnten Ausführung jene, die erhalten wird, indem man die Abgassystemzusammenflusspunkt- Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungsschleife (Rückkopplungskorrekturkoeffizient KLAF) unter Verwendung der PID- Regelvorschrift aus der Konfiguration der ersten Ausführung entnimmt und hierzu Rückkopplungsschleifen unter Verwendung der PID-Regelvorschrift für die einzelnen Zylinder (Rückkopplungskorrekturkoeffizient #nKLAF (n: betreffender Zylinder)) hinzufügt.
Insbesondere wird der Beobachter, der in der früheren japanischen Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. Hei 5(1993)-180,040 (EP-A-0553570) des Anmelders beschrieben ist, verwendet, um die Einzelzylinder- Luft/Kraftstoff-Verhältnisse #nA/F (n: betreffender Zylinder) aus der Ausgabe eines einzelnen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors, der am Abgassystemzusammenflusspunkt installiert ist, zu schätzen, wobei der Rückkopplungskorrekturkoeffizient #nKLAF für jeden Zylinder unter Verwendung der PID-Regelvorschrift auf der Basis des Fehlers zwischen geschätzten Wert und einem vorgeschriebenen Sollwert der Luft/Kraftstoff- Verhältnisregelung des betreffenden Zylinders berechnet wird, und die Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Tout durch Multiplikation mit dem Rückkopplungskorrekturkoeffizienten #nKLAF korrigiert wird.
Insbesondere werden die zylinderweisen Rückkopplungskorrekturkoeffizienten #nKLAF unter Verwendung der PID- Regelvorschrift berechnet, um den Fehler zwischen dem Wert, der durch Teilen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses am Zusammenflusspunkt durch den Mittelwert der zylinderweisen Rückkopplungskorrokturkoeffizienten #nKLAF erhalten ist, die in dem vorhergehenden Zyklus berechnet sind (dieser wird in der vorstehenden Weise als der "Sollwert der Luft/Kraftstoff- Verhältnisregelung des betreffenden Zylinders" bezeichnet und ist ein Wert, der sich von Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD unterscheidet) und dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis #nA/F, das von dem Beobachter geschätzt ist, zu beseitigen. Da dies in der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 5(1993)- 251,138 (EP-A-0643212) (japanische Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. 7(1995)-83,094) im Detail diskutiert ist (in den Vereinigten Staaten am 13. September 1994 unter der Nummer 08/305,162 eingereicht), wird es hier nicht weiter erläutert. Aus der Figur ist auch der Kraftstoffanhaftungskompensator weggelassen.
In der zehnten Ausführung ist der Beobachter mil einem Abtastblock ausgestattet (in den Figuren als Sel-VOBSV bezeichnet), um die Ausgabe des LAF-Sensors geeignet abzutasten, und der STR-Regler ist mit einem ähnlichen Abtastblock ausgestattet (in den Figuren als Sel-VSTR bezeichnet).
Nun werden die Abtastblöcke und der Beobachter erläutert.
In einem Verbrennungsmotor wird verbranntes Gas während des Auslasshubs an den einzelnen Zylindern ausgeworfen. Somit zeigt die Beobachtung des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Verhaltens an dem Abgassystem-Zusammenflusspunkt klar, dass sich dieses synchron mit OT ändert. Die Abtastung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses unter Verwendung des vorgenannten LAF-Sensors, der in dem Abgassystem installiert ist, muss daher synchron mit OT durchgeführt werden. In Abhängigkeit von der Abtastzeit der Steuereinheit (ECU) zur Verarbeitung der Erfassungausgabe, kann es jedoch möglich werden, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis akkurat sicherzustellen. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis am Abgassystem- Zusammenflusspunkt in Bezug auf OT variiert, wie in Fig. 35 gezeigt, könnte z. B. das durch die Steuereinheit sichergestellte Luft/Kraftstoff- Verhältnis in Abhängigkeit von der Abtastzeitgebung einen vollständig unterschiedlichen Wert einnehmen, wie in Fig. 27 gezeigt. Es ist daher bevorzugt, an Stellen abzutasten, die es ermöglichen, dass die tatsächlichen Änderungen in der Ausgabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor so genau wie möglich sichergestellt werden.
Zusätzlich ändert sich auch das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Abhängigkeit von der Zeit, die das Abgas benötigt, um den Sensor zu erreichen, und von der Sensorreaktionszeit (Erfassungsverzögerung). Die Zeit, die das Abgas benötigt, um den Sensor zu erreichen, verändert sich wiederum mit dem Abgasdruck, dem Abgasvolumen u. dgl. Da die synchrone Abtastung mit OT bedeutet, dass die Abtastung auf dem Kurbelwinkel beruht, ist der Effekt der Motordrehzahl darüber hinaus unvermeidbar. Hieraus versteht es sich, dass die Luft/Kraftstoff- Verhältniserfassung im hohen Maße von den Motorbetriebszuständen abhängig ist. In der herkömmlichen Ausführung, die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 1 (1989)-313,644 offenbart ist, war es daher Praxis, die Eignung der Erfassung einmal pro vorgeschriebenem Kurbelwinkel zu unterscheiden. Da dies eine komplexe Konfiguration und eine lange Rechenzeit benötigt, könnte dies jedoch nicht in der Lage sein, bei hohen Motordrehzahlen Schritt zu halten, und unterliegt ferner leicht dem Problem, dass die Sensorausgabe bereits ihren Wendepunkt zu der Zeit überschritten hat, zu der die Entscheidung der Abtastung durchgeführt werden muss.
Fig. 38 ist ein Flussdiagramm der Funktionsweisen für die Abtastung des LAF-Sensors. Da die Genauigkeit der Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassung eine besonders enge Beziehung zu der Schätzgenauigkeit des vorgenannten Beobachters hat, wird jedoch eine kurze Erläuterung der Schätzung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durch den Beobachter angegeben, bevor dieses Flussdiagramm erläutert wird.
Für die hochgenaue Trennung und Extraktion der Luft/Kraftstoff- Verhältnisse der einzelnen Zylinder aus der Ausgabe eines einzigen LAF- Sensors ist es zunächst erforderlich, die Erfassungsreaktionsverzögerung (Verzögerungszeit) des LAF-Sensors genau sicherzustellen. Diese Verzögerung wurde daher in einem Verzögerungssystem erster Ordnung im Modell dargestellt, um das in Fig. 39 gezeigte Modell zu erhalten. Wenn wir hier definieren LAF: LAF-Sensorausgabe und A/F: Eingabe A/F, kann die Zustandsgleichung geschrieben werden als:
LÅF(t) = αLAF(t) - αA/F(t) Gl. 24
Wenn man dies nach der Periode Delta T diskretisiert, erhält man
LAF(k + 1) = LAF(k) + (1 - )A/F(k) Gl. 25
Hier ist der Korrekturkoeffizient und ist definiert als:
= 1 + αΔT + (1/2!)α²ΔT² + (1/3!)α³ΔT³ + (1/4!)α&sup4;ΔT&sup4;
Gleichung 25 ist in Fig. 40 als Blockdiagramm dargestellt.
Daher kann Gleichung 25 genutzt werden, um aus der Sensorausgabe des tatsächlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu erhalten. Das heißt, da Gleichung 25 in Gleichung 26 umgeschrieben werden kann, kann der Wert zur Zeit k - 1 aus dem Wert zur Zeit rückgerechnet werden, wie durch Gleichung 27 gezeigt.
A/F(k) = {LAF(k + 1) - LAF(k)}/(1 - ) Gl. 26
A/F(k - 1) = {LAF(k) - LAF(k -- 1)}/(1 - ) Gl. 27
Insbesondere gibt die Anwendung der Z-Transformation zum Ausdrücken von Gleichung 25 als Übertragungsfunktion die Gleichung 28, und eine Echtzeitschätzung der Luft/Kraftstoff-Verhältniseingabe in dem vorhergehenden Zyklus kann erhalten werden, indem man die Sensorausgabe LAF des gegenwärtigen Zyklus mit dem Kehrwert dieser Übertragungsfunktion multipliziert. Fig. 41 ist ein Blockdiagramm des Echtzeit-A/F-Schätzglieds.
t(z) = (1 - )/(Z - ) Gl. 28
Nun wird die Trennung und Extraktion der Luft/Kraftstoff-Verhältnisse der einzelnen Zylinder unter Verwendung des in vorstehender Weise erhaltenen Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses erläutert. Wie in der früheren Anmeldung erläutert, kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis am Abgassystemzusammenflusspunkt als ein gewichtetes Mittel angenommen werden, um den zeitlichen Beitrag der Luft/Kraftstoff-Verhältnisse der einzelnen Zylinder widerzuspiegeln. Dies macht es möglich, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis an dem Zusammenflusspunkt zur Zeit nach Art von Gleichung 29 auszudrücken. (Da F (Kraftstoff) als die Regelgröße gewählt wurde, wird hier das Kraftstoff/Luft-Verhältnis F/A verwendet. Zum leichteren Verständnis wird in der Erläuterung jedoch das Luft/Kraftstoff- Verhältnis verwendet, solange diese Anwendung nicht zur Konfusion führt. Der hierin benutzte Begriff "Luft/Kraftstoff-Verhältnis" (oder "Kraftstoff/Luft-Verhältnis") ist der tatsächliche Wert, der nach der Reaktionsverzögerung korrigiert ist, berechnet gemäß Gleichung 28.)
[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. 29
Insbesondere kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis 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.). Diese Modell kann als Blockdiagramm ausgedrückt werden, wie in Fig. 42 gezeigt.
Dessen Zustandsgleichung kann geschrieben werden als
Wenn ferner das Luft/Kraftstoff-Verhältnis an denn Zusammenflusspunkt als y(k) definiert wird, kann die Ausgabegleichung geschrieben werden als
Hier:
c&sub1;: 0,05, c&sub2;: 0,15, c&sub3;: 0,30, c&sub4;: 0,50
Da u(k) in dieser Gleichung nicht beobachtet werden kann, auch wenn aus der Gleichung ein Beobachter gebaut wird, wird es noch immer nicht möglich sein, x(k) zu beobachten. Wenn man somit x(k + 1) = x(k - 3) definiert unter der Annahme eines stabilen Betriebszustands, in dem keine abrupte Änderung in dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von jenem 4 OTs früher vorkommt (d. h. von jenem des selben Zylinders), erhält man Gleichung 32.
Nun werden die Simulationsergebnisse für das in der vorstehenden Weise erhaltenen Modell angegeben. Fig. 43 bezieht sich auf den Fall, wo in einem Vierzylinderverbrennungsmotor Kraftstoff drei Zylindern zugeführt wird, zum Erhalt eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von 14,7 : 1, und einem Zylinder zum Erhalt eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von 12,0 : 1. Fig. 44 zeigt das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu dieser Zeit an dem Zusammenflusspunkt, wie es durch das vorgenannte Modell erhalten wird. Während Fig. 44 zeigt, dass eine stufenartige Angabe erhalten wird, wenn die Reaktionsverzögerung des LAF-Sensors berücksichtigt wird, wird die Sensorausgabe zu der geglätteten Welle, die in Fig. 45 mit "verzögerungskorrigierte Ausgabe des Modells" bezeichnet ist. Die mit "tatsächliche Ausgabe des Sensors" markierte Kurve beruht auf der tatsächlich beobachteten Ausgabe des LAF-Sensors unter denselben Bedingungen. Die enge Übereinstimmung der Modellergebnisse hiermit verifiziert die Gültigkeit des Modells als ein Modell das Abgassystems eines Mehrzylinderverbrennungsmotors.
Somit reduziert sich das Problem auf das eines normalen Kalman-Filters, worin x(k) in der Zustandsgleichung (Gleichung 33) und der Ausgabegleichung beobachtet wird. Wenn die Wichtungsparameter Q, R gemäß Gleichung 34 bestimmt werden und die Riccati'sche Gleichung gelöst wird, wird die Verstärkungsfaktormatrix K, so wie in Gleichung 35 gezeigt.
Hier:
Das hieraus erhaltene A-KC ergibt Gleichung 36.
Fig. 46 Zeigt die Konfiguration eines normalen Beobachters. Da jedoch in dem vorliegenden Modell keine Eingabe u(k) vorhanden ist, hat die Konfiguration nur y(k) als Eingabe, wie in Fig. 47 gezeigt. Dies wird mathematisch durch Gleichung 37 ausgedrückt.
Die Systemmatrix des Beobachters, dessen Eingabe y(k) ist, nämlich des Kalman-Filters, ist
Wenn in dem gegenwärtigen Model(das Verhältnis des Elements des Wichtungsparameters R in der Riccati'schen Gleichung zu dem Element von Q 1 : 1 beträgt, wird die Systemmatrix S des Kalman-Filters angegeben als
Fig. 48 zeigt das vorgenannte Modell und den Beobachter in Kombination. Da die Ergebnisse der Simulation in der früheren Anmeldung gezeigt sind, werden sie hier weggelassen. Es genügt zu sagen, dass dies eine präzise Schätzung der Luft/Kraftstoff-Verhältnisse an der einzelnen Zylindern aus dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis an dem Zusammenflusspunkt ermöglicht.
Da der Beobachter in der Lage ist, das zylinderweise Luft/Kraftstoff- Verhältnis aus dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis an dem Zusammenflusspunkt zu schätzen, können die Luft/Kraftstoff-Verhältnisse der einzelnen Zylinder durch PID-Regelung o. dgl. separat geregelt werden. Insbesondere wird, wie in Fig. 49 dargestellt, worin der Rückkopplungsabschnitt des Beobachters von Fig. 35 herausgenommen und für sich selbst gezeigt ist, ein Zusammenflusspunkt-Rückkopplungskorrekturkoeffizient KLAF aus der Sensorausgabe (Zusammenflusspunkt-Luft/Kraftstoff-Verhältnis) und dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter Verwendung der PID-Regelvorschrift berechnet, und die zylinderweisen Rückkopplungskorrekturkoeffizienten #nKLAF (n: betreffender Zylinder) werden aus dem vom Beobachter geschätzten Luft/Kraftstoff-Verhältnis #nA/F errechnet.
Insbesondere werden die zylinderweisen Rückkopplungskorrekturkoeffizienten #nKLAF unter Verwendung der PID- Regelvorschrift erhalten, um den Fehler zwischen dem vom Beobachter geschätzten Luft/Kraftstoff-Verhältnis #nA/F und dem Sollwert zu beseitigen, der erhalten wird, indem das Zusammenflusspunkt- Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch den Mittelwert der im vorherigen Zyklus berechneten zylinderweisen Rückkopplungskorrekturkoeffizienten #nKLAF geteilt wird.
Dank dieser Konvergenz der Luft/Kraftstoff-Verhältnisse der einzelnen Zylinder zu dem Zusammenflusspunkt-Luft/Kraftsloff-Verhältnis und der Konvergenz des Zusammenflusspunkts-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis werden die Luft/Kraftstoff-Verhältnisse aller Zylinder zu dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis konvergiert. Die Ausgabekraftstoffeinspritzmenge #nTout (n: betreffender Zylinder) wird durch die Einspritzdüsenöffnungsdauer bestimmt und kann berechnet werden als
#nTout = Tcyl · KCMD · #nKLAF · KLAF
Nun wird die Abtastung der LAF-Sensorausgabe in Bezug auf das Flussdiagramm von Fig. 38 erläutert. Diese Unterroutine wird bei OT aktiviert.
Die Unterroutine des Flussdiagramms von Fig. 38 startet bei S1200, worin die Motordrehzahl Ne, der Krümmerdruck Pb und die Ventilsteuerzeit V/T gelesen werden. Das Programm geht dann zu S1204 und S1206, worin Hi- und Lo-Ventilsteuerkennfelder (später erläutert) nachgesehen werden, und zu S1208, worin die Sensorausgabe zur Verwendung in der Beobachterberechnung bei Hi- oder Lo-Ventilsteuerzeit abgetastet wird. Insbesondere wird das Steuerkennfeld unter Verwendung der erfassten Motordrehzahl Ne und dem Krümmerdruck Pb als Adressdaten abgefragt, und es wird die Nummer eines der vorgenannten 12 Puffer ausgewählt, und es wird der darin gespeicherte Abtastwert ausgewählt.
Fig. 50 zeigt die Charakteristiken der Steuerkennfelder. Wie gezeigt, sind die Charakteristiken so definiert, dass der Abtastkurbelwinkel des gewählten Werts mit abnehmender Motordrehzahl Ne und zunehmendem Krümmerdruck (Last) Pb früher wird. Ein "früherer" Wert bedeutet eine relativ ältere Abtastung, die dem vorhergehenden OT näher ist. Umgekehrt sind die Charakteristiken so definiert, dass der abgetastete Kurbelwinkel des gewählten Werts mit zunehmender Motordrehzahl Ne und abnehmenden Krümmerdruck Pb später wird (einen neueren Wert einnimmt, der dem folgenden OT näher ist).
Am besten ist es, die LAF-Sensorausgabe so nahe wie möglich an dem Wendepunkt des Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses abzutasten, wie in Fig. 37 gezeigt. Wenn man annimmt, dass die Sensorreaktionszeit (Erfassungsverzögerung) konstant ist, wird dieser Wendepunkt, oder z. B. die erste Spitze davon, wie in Fig. 51 gezeigt, mit abnehmender Motordrehzahl an fortschreitend früheren Kurbelwinkeln auftreten. Wenn die Motorlast zunimmt, kann erwartet werden, dass der Druck und das Volumen des Abgases zunehmen und daher, wegen seiner höheren Flussrate, den Sensor früher erreicht. Dies ist der Grund, warum die Auswahl der Abtastdaten so bestimmt wird, wie in Fig. 50 gezeigt.
Nun wird die Ventilsteuerzeit diskutiert. Wenn man eine beliebige Motordrehzahl Ne an der niedrigen Lo-Seite als Ne1-Lo definiert und an der hohen Hi-Seite als Ne1-Hi, und einen beliebigen Krümmerdruck an der niedrigen Seite als Pb1-Lo und an der hohen Seite als Pb1-Hi, werden die Werte derart kartiert, dass
Pb1-Lo > Pb1-Hi und
Ne1-Lo > Ne1-Hi.
In anderen Worten, da der Zeitpunkt, an dem das Auslassventil öffnet, bei HiV/T früher ist als bei LoV/T, sind die Kennfeldcharakteristiken so bestimmt, dass bei HiV/T ein früherer Abtastpunkt gewählt wird als bei LoV/T, insofern die Motordrehzahl und der Krümmerdruck die gleichen sind.
Das Programm geht dann zu S1210 weiter, wo die Beobachtermatrix für HiV/T berechnet wird, und zu S1212, worin die Berechnung ähnlich für LoV/T durchgeführt wird. Es geht dann zu S1214 weiter, worin die Ventilsteuerzeit erneut unterschieden wird, und, in Abhängigkeit vom Ergebnis der Unterscheidung, zu S1216, worin das Berechnungsergebnis bei HiV/T gewählt wird oder zu S1218, worin dasjenige für LoV/T gewählt wird. Dies beendet die Routine.
In anderen Worten, da das Verhalten des Zusammenflusspunkt- Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auch mit der Ventilsteuerzeit variiert, muss die Beobachtermatrix synchron mit dem Umschalten der Ventilsteuerzeit geändert werden. Jedoch wird die Schätzung der Luft/Kraftstoff- Verhältnisse an den einzelnen Zylinder nicht sofort durchgeführt. Da mehrere Zyklen erforderlich sind, damit die Beobachterberechtung konvergiert, werden die Berechnungen unter Verwendung der Beobachtermatrizes vor und nach dem Abschalten der Ventilsteuerzeit parallel durchgeführt, und es wird eines der Berechnungsergebnisse gemäß der neuen Ventilsteuerzeit in S1214 ausgewählt, auch wenn die Ventilsteuerzeit geändert wird. Nachdem die Schätzung für die einzelnen Zylinder durchgeführt worden ist, wird der Rückkopplungskorrekturkoeffizient berechnet, uni den Fehler in Bezug auf den Sollwert zu beseitigen, und wird die Kraftstoffeinspritzmenge bestimmt.
Die vorgenannte Konfiguration verbessert die Genauigkeit der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Erfassung. Da, wie in Fig. 52 gezeigt, die Abtastung mit relativ kurzen Intervallen durchgeführt wird, spiegeln die Abtastwerte die Sensorausgabe genau wider, und die mit relativ kurzen Intervallen abgetasteten Werte werden in der Puffergruppe fortschreitend gespeichert. Der Wendepunkt des Sensors wird aus der Motordrehzahl und dem Krümmerdruck vorhergesagt, und der entsprechende Wert wird aus der Puffergruppe bei dem vorgeschriebenen Kurbelwinkel ausgewählt. Dann wird die Beobachterberechnung ausgeführt, um die Luft/Kraftstoff- Verhältnisse an den einzelnen Zylindern zu schätzen, um hierdurch die Durchführung der zylinderweisen Regelung zu gestatten, wie in Bezug auf Fig. 49 erläutert.
Der CPU-Kern 70 kann daher die Maximal- und Minimalwerte der Sensorausgabe akkurat sicherstellen, wie unten in Fig. 52 gezeigt. Im Ergebnis kann die Schätzung der Luft/Kraftstoff-Verhältnisse der einzelnen Zylinder unter Verwendung des vorgenannten Beobachters unter Verwendung von Werten durchgeführt werden, die das Verhalten des Ist- Luft/Kraftstoff-Verhältnisses annähern, um hierdurch eine Verbesserung in der Genauigkeit zu ermöglichen, wenn die zylinderweise Luft/Kraftstoff- Verhältnisregelung in der Weise durchgeführt wird, wie sie in Bezug auf Fig. 49 beschrieben ist. Da die Einzelheiten dieser Regelung in der früheren japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 6(1994)-243,277 (EP-A-0643213) (japanische Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. Hei 7(1995)-259,588) des Anmelders erläutert sind, werden sie hier nicht weiter diskutiert.
Während das Vorstehende nur die Abtastung oder Luft/Kraftstoff- Verhältnisbestimmung in Sel-VOBSV in Fig. 35 für den Beobachter in Bezug auf die LAF-Sensorausgabe beschreibt, wird ein ähnlicher Vorgang auch für den STR-Regler in Sel-VSTR in Fig. 35 durchgeführt.
Der Betrieb des Sel-VSTR ist ähnlich dem von Sel-VOBSV und folgt somit einem Flussdiagramm ähnlich den Prozeduren von Fig. 38. Während Sel- VOBSV zum Erreichen der optimalen Steuerzeit der Luft/Kraftstoff- Verhältniserfassung in Verbindung mit der zylinderweisen Luft/Kraftstoff- Verhältnisschätzung durch den Beobachter dient (z. B. die optimale Zeitgebung des vorgenannten Wichtungskoeffizienten C in Bezug auf das Modell), verwendet Sel-VSTR ein Kennfeld, das dem in Fig. 50 ähnlich ist, das durch Sel-VOBSV benutzt wird, um eine optimale Zeitsteuerung der Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassung für den Betrieb des STR-Reglers zu erreichen (z. B. der Luft/Kraftstoff-Verhältniserfassungszeitgebung, die den Effekt des Zylinders, dessen Auslasshub der nächste ist, maximiert).
Auf der Basis des Vorstehenden wird nun die zehnte Ausführung in Bezug auf das Flussdiagramm von Fig. 34 erläutert. Nach Ausführung von S1100 bis S1110, die ähnliche Schritte sind wie jene in der ersten Ausführung, kommt das Programm bei S1112 an, worin Sel-VSTR einen unter den abgetasteten Datenwerte der LAF-Sensorausgabe auswählt, d. h. das Luft/Kraftstoff-Verhältnis KACT(k) erfasst. Es geht dann zu S1114, worin der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KSTR in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführung berechnet wird unter Verwendung des in der ersten Ausführung benutzten Flussdiagramms von Fig. 10.
Das Programm geht dann zu S1116 und S1118, worin die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge Tcyl(k) und die Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Tout(k) berechnet werden, und zu S11120, worin die LAF-Sensorausgabe durch Sel-VOBSV abgetastet wird, d. h., worin das Luft/Kraftstoff-Verhältnis KACT(k) erfasst wird. Das Programm geht als nächstes zu S1122, worin die zylinderweisen Luft/Kraftstoff-Verhältnisse #nA/F über den vorgenannten Beobachter geschätzt werden, zu S1124, worin der zylinderweise Rückkopplungskorrekturkoeffizient #nKLAF berechnet wird, zu S1126, worin ein Wert #nKLAFsty durch Erlernen berechnet wird, d. h. durch Erhalt eines gewichteten Mittelwerts zwischen #nKLAF und #nKLAF(k - 1) in dem vorhergehenden Zyklus u. dgl., zu S1128, worin die Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Tout korrigiert wird durch Multiplikation mit dem zylinderweisen Rückkopplungskorrekturkoeffizienten #nKLAF des betreffenden Zylinders, um die Ausgabekraftstoffeinspritzmenge #nTout des betreffenden Zylinders zu erhalten, zu S1130, worin die Kompensation nach Kraftstoffanhaftung an der Wand des Ansaugkrümmers durchgeführt wird, und zu S1132, worin das Ergebnis ausgegeben wird.
Wenn das Ergebnis in S1108 oder in S1110 NEIN ist, geht das Programm zu S1134, worin die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge Tcyl(k) in der gezeigten Weise berechnet wird, zu S1136, worin der erlernte Wert des zylinderweisen Rückkopplungskorrekturkoeffizienten #nKLAFsty gelesen, und zu S1138, worin der Korrekturkoeffizient #nKLAF auf den erlernten Wert gesetzt wird. Wenn sich in S1104 herausstellt, dass die Kraftstoffzufuhr gesperrt worden ist, geht das Programm durch S1144 zu S1146 weiter, worin die Matrixberechnung unterbrochen wird, und zu S1148, worin der zylinderweise Rückkopplungskorrekturkoeffizient auf den Wert im vorhergehenden Zyklus gesetzt wird. Die restlichen Schritte sind die gleichen wie jene in der ersten Ausführung.
In der vorstehenden Weise konfiguriert, synchronisiert die zehnte Ausführung wie die erste die Eingabe in den Adaptationsmechanismus mit dem Verbrennungszyklus, während die Reglerparameter bei jedem OT berechnet werden, um hierdurch die Rechenlast des Adaptationsmechanismus stark zu reduzieren, was die Verwendung eines adaptiven Reglers in einem handelsüblichen praktischen Verbrennungsmotor ermöglicht, ohne die Regelleistung zu verschlechtern, und die Varianz unter den Zylindern zu reduzieren.
Da sie auch, wie die erste Ausführung, den Mittelwert der erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnisse KACT für alle Zylinder während jedes Verbrennungszyklus und den Mittelwert der Reglerparameter (Vektoren) berechnet und in den Adaptationsmechanismus eingibt, und ferner den Mittelwert der STR-Reglerausgabe berechnet, stellt sie sicher, dass das System durch den Verbrennungszustand eines spezifischen Zylinders nicht stark beeinflusst wird.
Auch in der zehnten Ausführung ist es, wie in der zweiten Ausführung, möglich, den Mittelwert der Reglerparameter oder KSTR zu berechnen ohne die Mittelwerte sowohl des erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses KACT als auch der Reglerparameter zu berechnen. Auch möglich ist es, für alle Zylinder denselben Sollwert KCMD(k) zu setzen.
Alle der vorstehend gemachten Aussagen in Bezug auf die zweiten, dritten, vierten, fünften, sechsten, siebten, achten und neunten Ausführungen gelten auch für die zehnte Ausführung.
Fig. 53 ist ein Flussdiagramm und Fig. 54 ist ein Blockdiagramm, das eine elfte Ausführung des erfindungsgemäßen Systems zeigt.
Wie in Fig. 54 gezeigt, sind in der elften Ausführung der STR-Regler und der Adaptationsmechanismus in Serie mit dem System zur Berechnung der Kraftstoffeinspritzmenge angeordnet. In anderen Worten wird, wie in der ersten Ausführung, die Basiskraftstoffeinspritzmenge Tim zuerst mit dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältniskorrekturkoeffizienten KCMDM(k) und den verschiedenen Korrekturkoeffizienten KTOTAL multipliziert, um die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge Tcyl(k) zu erhalten, und dann wird die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge Tcyl(k) in den STR-Regler eingegeben.
Anderseits werden, auch wie in der ersten Ausführung, die Mittelwerte KACTAVE und/oder AVE- berechnet, und die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge Tcyl(k) wird durch den STR-Regler dynamisch korrigiert, um eine korrigierte Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel-str(k) zu berechnen.
Gleichzeitig wird der Zusammenflusspunkt-Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Rückkopplungskorrekturkoeffizient KLAF aus dem erfassten Zusammenflusspunkt-Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter Verwendung der PID- Regelvorschrift berechnet, und die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge Tcyl(k) wird hiermit multipliziert, um eine korrigiert Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel-KLAF(k) zu erhalten.
In Fig. 54 berechnet der STR-Regler adaptiv die Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Gfuel-str(k), um die tatsächliche (geschätzte) Zylindereinlasskraftstoffmenge Gfuel-(k) auf die gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge Tcyl(k) zu bringen, und führt das Ergebnis dem Verbrennungsmotor als Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Tout(k) zu. Da die Korrektur nach der Kraftstoffanhaftung an der Wand des Ansaugkrümmers in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegung Nr. Hei 6(1994)-17,681 (EP-A-0582085) im Detail erläutert wurde und sich nicht direkt auf das Prinzip dieser Erfindung bezieht, wird sie hier nicht erläutert.
Die tatsächliche (geschätzte) Zylindereinlasskraftstoffmenge Gfuel(k) kann berechnet werden, indem die erfasste Luftmenge durch das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis geteilt wird. Jedoch wird sie in dieser Ausführung, die nicht mit einem Luftströmungsmesser ausgestattet ist, erhalten, indem die Sollkraftstoffeinspritzmenge (die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge) Tcyl(k) mit dem erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnis multipliziert wird. Die tatsächliche Kraftstoffeinspritzmenge, die auf diese Weise berechnet ist, ist äquivalent zu jener, die durch Berechnung aus der erfassten Luftmenge erhalten wird.
Wenn das erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, wird die tatsächliche (geschätzte) Zylindereinlasskraftstoffmenge berechnet, indem der berechnete Wert ferner durch das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis geteilt wird. Insbesondere wenn das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis das stöchiometrische Luft/Kraftstoff- Verhältnis ist, wird die tatsächliche (geschätzte) Zylindereinlasskraftstoffmenge berechnet als
tatsächliche (geschätzte) Zylindereinlasskraftstoffmenge = erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge (Soll-Kraftstoffeinspritzmenge) · erfasstes Luft/Kraftstoff-Verhältnis,
und wenn das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis von dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis abweicht, berechnet als
tatsächliche (geschätzte) Zylindereinlasskraftstoffmenge = (erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge (Soll-Kraftstoffeinspritzmenge) · erfasstes Luft/Kraftstoff-Verhältnis) / Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis.
In der Unterroutine des Flussdiagramms von Fig. 53, führt das Programm S1300 bis S1316 aus, die ähnliche Schritte sind wie jene in den früheren Ausführungen, und kommt bei S1318 an, worin KACTAVE, der Mittelwert der Luft/Kraftstoff-Verhältnisse, und AVE- , der Mittelwert der Reglerparameter (Vektoren) berechnet werden.
Das Programm geht dann durch S1320 und S1322 zu S1324 weiter, worin die Stabilität des adaptiven Reglers (des STR-Reglers) wie in der ersten Ausführung bestimmt wird.
Die Unterroutine hierzu ist durch das Flussdiagramm von Fig. 55 gezeigt.
Diese Unterroutine startet bei S1400, worin die Stabilität des STR- Regelsystems unter Verwendung der Elemente der Reglerparameter bestimmt wird.
Insbesondere berechnet der STR-Regler die Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel- STR(k) gemäß Gleichung 40.
Tout-str(z&supmin;¹) = {Tcyl(z&supmin;¹) - s&sub0;Gfuel(z&supmin;¹) - {r&sub1;z&supmin;¹ + r&sub2;z&supmin;² + r&sub3;z&supmin;³) · Gfuel-str(z&supmin;¹)}/b&sub0; Gl. 40
Unter der Annahme, dass die Kraftstoffanhaftungskorrektur hier korrekt ist, wird die Übertragungsfunktion der virtuellen Anlage
Gfuel(z&supmin;¹) = z&supmin;³Gfuel-str(z&supmin;¹) Gl. 41
Aus Gleichung 40 und Gleichung 41 folgt, dass die Übertragungsfunktion von Tcyl(k) auf die Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel-STR(k) ist
(b&sub0; + s&sub0;z&supmin;³ + r&sub1;z&supmin;¹ + r&sub2;z&supmin;² + r&sub3;z&supmin;³)Gfuel-str(z&supmin;¹)) = Tcyl(z&supmin;¹) Gl. 42
Da hier b0 eine skalare Größe ist, die den Verstärkungsfaktor bestimmt, und daher nicht null oder negativ sein kann, ist die Nennerfunktion f(z) = b0Z³ + r1Z² + r2Z + r3 + s0 der Übertragungsfunktion von Gleichung 42 eine der in Fig. 13 gezeigten Funktionen. Es wird daher eine Prüfung durchgeführt, ob die reale Wurzel innerhalb des Einheitskreises liegt. Insbesondere wenn sich, wie in Fig. 14 gezeigt, herausstellt, dass f(-1) < 0 oder f(1) > 0, bedeutet dies, dass die reale Wurzel innerhalb des Einheitskreises liegt, woraus leicht bestimmt werden kann, ob das System stabil ist oder nicht.
Das Programm geht dann zu S1402, worin geprüft wird, ob das STR- Reglersystem unstabil ist. Wenn das Ergebnis JA ist, geht das Programm zu S1404, worin die Reglerparameter auf ihre Anfangswerte zurückgebracht werden. Dies stellt die Systemstabilität wieder her. Das Programm geht als nächstes zu S1406, worin die Verstärkungsfaktormatrix Γ korrigiert wird. Da die Verstärkungsfaktormatrix Γ die Konvergenzrate des Adaptationsmechanismus bestimmt, wird diese Korrektur durchgeführt, um die Konvergenzrate zu verlangsamen. Auch dies Gestattet eine Wiederherstellung der Systemstabilität. Das Programm geht dann zu S1408, worin die Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Tout(k) berechnet wird, wobei der durch die PID-Regelvorschrift bestimmte Rückkopplungskorrekturkoeffizient KLAF(k) verwendet wird, die korrigierte Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel-KLAF(k) verwendet wird und hierzu das Additionsglied TTOTAL addiert wird.
Wenn sich in S1402 herausstellt, dass das STR-Reglersystem nicht unstabil ist, geht das Programm zu S1410, worin, wie gezeigt, die Ausgabekraftstoffeinspritzmenge Tout(k) berechnet wird unter Verwendung der korrigierten Kraftstoffeinspritzmenge Gfuel-str(k), die als den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten den durch die adaptive Regelvorschrift berechneten Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR(k) verwendet.
Zurück zum Flussdiagramm von Fig. 53, geht das Programm zu S1326 weiter, worin die Ausgabekraftstoffeinspritzmenge ausgegeben wird, um hierdurch einen Regelzyklus abzuschließen. In der elften Ausführung braucht, anders als in den anderen Ausführungen, die Berechnung der Mittelwerte des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses u. dgl. nicht bei einem vorgeschriebenen Kurbelwinkel eines bestimmten spezifischen Zylinders durchgeführt werden, sondern kann stattdessen bei vorgeschriebenen Kurbelwinkeln der einzelnen Zylinder durchgeführt werden. Die restlichen Schritte sind die gleichen wie jene in den anderen Ausführungen.
In der vorstehenden Weise konfiguriert, kann die elfte Ausführung, wie die erste, die Eingabe in den Adaptationsmechanismus mit dem Verbrennungszyklus (= 4 OTs) synchronisieren, um die Reglerparameter zu berechnen, während der STR-Regler bei jedem Regelzyklus (bei jedem OT) arbeitet, und in diesem Fall die Rechenlast des Paramateradaptationsmechanismus stark reduziert, was die Verwendung eines adaptiven Reglers in einem handelsüblichen Verbrennungsmotor ermöglicht, ohne die Regelleistung zu verschlechtern, und die Varianz unter den Zylindern zu reduzieren. Dies verbessert auch die Regelleistung durch Reduktion der Totzeit.
Da zusätzlich die elfte Ausführung den Mittelwert der geregelten Variablen für alle der Zylinder berechnet und in den Adaptationsmechanismus eingibt, wird dieser durch den Verbrennungszustand nur eines spezifischen Zylinders nicht stark beeinflusst.
Während die ersten bis elften Ausführungen in Bezug auf die Verwendung einfacher Mittelwerte beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt, und es ist stattdessen möglich, gewichtete Mittelwerte, bewegliche Mittelwerte, gewichtete bewegliche Mittelwerte u. dgl. zu verwenden. Während ferner beschrieben wurde, dass Mittelwerte während eines einzigen Verbrennungszyklus (= 4 OTs) berechnet werden, womit die Eingabe in den Adaptationsmechanismus synchron gemacht wird, ist es stattdessen möglich, die Mittelwerte Für die zwei jüngsten Verbrennungszyklen (= 8 OTs) zu berechnen oder die Mittelwerte für weniger als einen Verbrennungszyklus zu berechnen, z. B. zwei oder drei OTs.
Es ist natürlich am besten, Sel-VOBSV und Sel-VSTR separat einzurichten und jeweils das optimale Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erfassen. In Abhängigkeit von den Motorcharakteristiken der Abgassystem-Auslegung könnten jedoch Sel-VOBSV und Sel-VSTR in den meisten Betriebsbereichen im Wesentlichen identische erfasste Luft/Kraftstoff-Verhältnisse ergeben. In solchen Fällen ist es möglich, die Abtastfunktionen von Sel-VOBSV und Sel- VSTR zu konsolidieren und die erhaltene Ausgabe an sowohl den Beobachter als auch den STR-Regler anzulegen. Zum Beispiel kann die Anordnung von Fig. 35 umkonfiguriert werden, sodass nur Sel-VOBSV und die Ausgabe davon sowohl durch den Beobachter als auch den STR- Regler benutzt wird.
Während zusätzlich in einigen der Ausführungen, wie etwa der ersten, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis als das Äquivalenzverhältnis ausgedrückt war, können stattdessen auch das Luft/Kraftstoff-Verhältnis und das Äquivalenzverhältnis separat bestimmt werden. Obwohl in den vorstehenden Ausführungen die Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR, #nKLAF und KLAF als multiplikative Koeffizienten (Glieder) berechnet wurden, können sie darüber hinaus stattdessen auch als Additionsglieder berechnet werden.
Obwohl ferner der OT als das Beispiel des vorgeschriebenen oder vorbestimmten Kurbelwinkels eines bestimmten oder aller der Zylinder verwendet wird, um die Regelgröße einzugeben oder um den Adaptationsmechanismus oder den STR-Regler zu betreiben oder um die Kraftstoffeinspritzmenge zu bestimmen, ist es alternativ möglich, irgendwelche anderen Kurbelwinkel zu verwenden, die durch den OT bestimmt werden, wie etwa 10 Kurbelwinkel vor dem OT.
Obwohl ferner die vorgenannten Ausführungen in Bezug auf Beispiele beschrieben worden, die STRs verwenden, können stattdessen auch MRACS (Modell referenzierte adaptive Regelsysteme) verwendet werden.
Obwohl die vorstehenden Ausführungen anhand der Verwendung der Ausgabe eines einzigen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors beschrieben wurden, der an einem Abgassystemzusammenflusspunkt installiert ist, ist die Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt, und es ist stattdessen möglich, die Luft/Kraftstoff-Verhältnisregelung auf der Basis von Luft/Kraftstoff-Verhältnissen durchzuführen, die durch Luft/Kraftstoff- Verhältnissensoren erfasst werden, die für die einzelnen Zylinder installiert sind.
Während die Erfindung somit in Bezug auf spezifische Ausführungen gezeigt und beschrieben wurde, sollte angemerkt werden, dass die Erfindung keineswegs auf die Details der beschriebenen Anordnungen beschränkt ist, sondern Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

1. System zum Regeln der Kraftstoffdosierung für einen Mehrzylinderverbrennungsmotor, umfassend:

einen Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor (54), der an einem Auslasssystem des Motors installiert ist;

eine Kraftstoffeinspritzdüse-(22) zum Einspritzen von Kraftstoff in einzelne Zylinder des Motors;

ein Motorbetriebszustanderfassungsmittel (34) zum Erfassen von Motorbetriebszuständen, wobei die Motorbetriebszustände zumindest die Motordrehzahl und die Motorlast enthalten;

ein Kraftstoffeinspritzmengenbestimmungsmittel (34) zum Bestimmen einer Kraftstoffeinspritzmenge Tim für die einzelnen Zylinder des Motors auf der Basis der erfassten Motorbetriebszustände;

eine Rückkopplungsschleife mit einem adaptiven Regler, der mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor (22) und dem Kraftstoffeinspritzmengenbestimmungsmittel verbunden ist, um die Kraftstoffeinspritzmenge auf der Basis von Reglerparametern zu korrigieren, die durch einen Adaptationsmechanismus geschätzt sind, derart, dass eine Regelgröße KACT, Gfuel, die zumindest auf der Basis einer Ausgabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors erhalten ist, auf einen Sollwert KCMD, Gfuel-str korrigiert wird;

worin:

die Rückkopplungsschleife enthält:

ein Schätzfehlersignal-Bestimmungsmittel zum Bestimmen eines Schätzfehlersignals (e*) der Reglerparameter und zum Begrenzen des Werts des Schätzfehlersignals (e*) auf innerhalb eines vorbestimmten Bereichs, wobei der vorbestimmte Bereich auf der Basis zumindest eines der erfassten Motorbetriebszustände bestimmt wird.

2. System nach Anspruch 1, worin das Schätzfehlersignal- Bestimmungsmittel umfasst:

ein Schätzfehlersignal-Berechnungsmittel zum Berechnen des Schätzfehlersignals e*;

ein Schätzfehlersignal-Vergleichsmittel zum Vergleichen des berechneten Schätzfehlersignals e* mit einem vorbestimmten Grenzwert; und

ein Austauschmittel zum Austauschen des berechneten Schätzfehlersignals e* gegen zumindest einen des vorbestimmten Grenzwerts und eines vorgeschriebenen Werts, wenn das berechnete Schätzfehlersignal den vorbestimmten Grenzwert überschreitet.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, worin der adaptive Mechanismus eine Verstärkungsfaktormatrix enthält, die nicht diagonale Elemente und diagonale Elemente aufweist, worin die Reglerparameter auf der Basis der diagonalen Elemente der Verstärkungsfaktormatrix unabhängig von den nicht diagonalen Elementen bestimmt werden.

4. System nach Anspruch 3, worin die nicht diagonalen Elemente der Verstärkungsfaktormatrix auf 0 gesetzt sind.

5. System nach Anspruch 3 oder 4, worin zumindest zwei dar diagonalen Elemente der Verstärkungsfaktormatrix auf einen selben Wert gesetzt sind.

6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, worin die diagonalen Elemente der Verstärkungsfaktormatrix auf einen selben Wert gesetzt sind.