DE69902992T2

DE69902992T2 - Vorrichtung zur abschätzung des luft/kraftstoffverhältnisses für ein kraftstoffeinspritzsystem einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69902992T2
Application number: DE69902992T
Authority: DE
Inventors: Claudio Carnevale; Mourad Hadji
Original assignee: Sagem SA
Current assignee: Johnson Controls Automotive Electronics SAS
Priority date: 1998-01-19
Filing date: 1999-01-15
Publication date: 2003-05-28
Anticipated expiration: 2019-01-16
Also published as: JP2002527657A; US6357429B1; EP1049862A1; DE69902992D1; WO1999036690A1; BR9907102A; FR2773847A1; BR9907102B1; FR2773847B1; EP1049862B1

Description

Die Erfindung betrifft Systeme für die Einspritzung von Kraftstoff in die Brennkammer eines Verbrennungsmotors und insbesondere eines Motors mit Funkenzündung (Fremdzündung); sie betrifft insbesondere Vorrichtungen, die eine Schätzung des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses des Gemisches ermöglichen, das in die Brennkammern eingeleitet wird und die sich in derartigen Systemen einsetzen lassen.
Man kennt insbesondere eine Vorrichtung, die eine Schätzung des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses des Gemisches ermöglicht, das in jede der n Brennkammern (wobei n eine Zahl ist, die größer als 1 ist und im Allgemeinen 4, 6 oder 8 beträgt) eines Motors eingeleitet wird, der über Einspritzdüsen verfügt, wobei diese Vorrichtung folgendes beinhaltet:
- einen Messfühler, der ein Ausgangssignal liefert, das sich annähernd linear mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis verändert und der am Punkt des Zusammenflusses der Abgase der n Kammern angeordnet ist, und
- Rechenmittel für:
-- die Speicherung eines Verhaltensmodells des Abgases am Punkt des Zusammenflusses, das auf der Hypothese beruht, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis am Punkt des Zusammenflusses eine gewichtete Summe der Anteile der Abgase der einzelnen Kammern ist, wobei der Gewichtungskoeffizient umso kleiner ist, je länger die Verbrennung in der Kammer zurück liegt, und
-- die Schätzung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses aus den gemessenen Werten und den Werten des Modells nach jedem Durchgang durch den oberen Totpunkt.
Eine solche Vorrichtung wird zum Beispiel in dem Patent US 5 548 514, oder auch in dem Dokument EP-A-0 719 922 beschrieben, auf die an dieser Stelle verwiesen wird.
Eine solche Vorrichtung ist insbesondere in einem Einspritzsystem des Typs verwendbar, der auf Abb. 1 schematisch dargestellt ist. Das Schema zeigt einen Motor 10 mit n = 4 Verbrennungskammern, die jeweils mit einer Einspritzdüse 12 ausgerüstet sind. Die Luft, die durch einen Filter 14 eingelassen wird, passiert eine Drosselklappe 16, bevor sie in einem Mehrfachschwingrohr 18 eintrifft. Die Abgase verlassen die Kammern durch einzelne Ablassstutzen die an einen Sammelpunkt angeschlossen sind, der in einen Abgaskrümmer 20 mündet.
Die Kraftstoffmengen, die jedem Zylinder am Einspritzzeitpunkt geliefert werden, werden von einem Rechner 21 anhand von Betriebsparametern festgelegt, die insbesondere folgendes beinhalten können:
- die Winkelposition der Drosselklappe 16, gemessen anhand eines Messfühlers 22,
- den Druck im Mehrfachschwingrohr 18, gemessen anhand eines Messfühlers 24,
- die Temperatur θ des Kühlwassers und/oder der Abgase, und
- das Ausgangssignal eines Messfühlers für die Messung des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses 26, der am Punkt des Zusammenflusses angeordnet ist.
Die Einspritzzeitpunkte werden mit einem zeitlichen Vorsprung im Verhältnis zum Durchgang jeder Verbrennungskammer durch den oberen Totpunkt festgelegt, wobei ein Synchronisationssignal verwendet wird, das von einem Messfühler 28 geliefert wird, der gegenüber dem Schwundgrad 30 des Motors 10 angeordnet ist.
Ein einfaches Modell für die Darstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, gemessen am Punkt des Zusammenflusses, besteht darin, der Messung mehrerer aufeinanderfolgender Durchgänge der Brennkammern durch den oberen Totpunkt durch den Messfühler 26, einen Gewichtungskoeffizienten zuzuordnen, der allein von der verstrichenen Zeit innerhalb des Betriebszyklus des Motors abhängig ist. Der Ausgangspunkt des Modells ist das Luft- Kraftstoff-Verhältnis beim Eintritt in die Verbrennungskammer, die gerade den oberen Totpunkt passiert hat (laufender Zylinder). Die Abgaswolken, die zum Punkt des Zusammenflusses strömen, werden untereinander kombiniert, um die Gasmischung darzustellen.
Andererseits gibt es eine Streuung der Charakteristiken zwischen den Einspritzdüsen, so dass eine Einspritzung mit der gleichen, vorgegebenen Dauer nicht den gleichen Kraftstoffmengen entspricht, die in die verschiedenen Kammern eingespritzt wird.
Im Falle von vier Brennkammern ordnet man zum Beispiel dem Messfühler einen Vektor von Koeffizienten C&sub1; zu, mit i = (1, 2, 3, 4), wobei C&sub4; dem laufenden Zylinder entspricht und die anderen, kleineren Koeffizienten den übrigen Zylindern in umgekehrter Reihenfolge der Zündung entsprechen.
Tatsächlich ist diese Lösung jedoch nicht in vollem Umfang zufriedenstellend, weil Abgasleitungen im Allgemeinen asymmetrisch sind.
Die vorliegende Erfindung soll insbesondere eine Schätzvorrichtung liefern, die den praktischen Anforderungen besser entspricht, als die früher bekannten, weil sie den Einfluss der Asymmetrien erheblich verringert, und hinsichtlich eben dieser Asymmetrien verbessert die Erfindung die Korrektur der Streuungen der Charakteristiken der Einspritzdüsen.
Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung insbesondere eine Vorrichtung vor, bei der das Verhaltensmodell ein eigenes Untermodell je Verbrennungskammer beinhaltet, das für die Kammer der Ordnung i einen Kalman-Filter mit einer Matrix n · n von Koeffizienten Cij und eine Matrix der Eigenverstärkungen Kij besitzt, wobei i gleich (1, ..., n) ist und der Brennkammernummer entspricht und j von 1 bis m geht und der Nummer des Gewichtungskoeffizienten entspricht. Mit anderen Worten schlägt die Erfindung ein unterschiedliches Modell für jede Brennkammer i vor, das anhand eines Satzes (j) von m Koeffizienten definiert wird, wobei m im Übrigen gleich n sein kann.
Eine solche Vorrichtung die eine Überwindung der Auswirkungen der Asymmetrie der Abgasleitung ermöglicht, hat den Vorteil, dass sie den Effekt der Streuung der Charakteristiken der Einspritzdüsen ganz erheblich reduziert und infolgedessen die Verwendung von Einspritzdüsen mit einer weniger präzisen Bearbeitung zulässt.
Das Modell lässt sich anhand einer oder mehrerer Matrizes (Cjj)¹ darstellen, die jeweils einer Betriebszone 1 des Motors entsprechen, die anhand eines oder mehrerer Parameter determiniert wird, wie Lastbereich, Abgastemperatur. Kühlwassertemperatur, Motorgeschwindigkeit und Druck im Mehrfachschwingrohr.
Die gewählte Matrix kann auch vom Richtwert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis abhängen, der vom Rechner angegeben wird und der von den Betriebsbedingungen des Motors im Verhältnis zu den Anforderungen an die Umweltverträglichkeit oder den Fahrkomfort abhängig sein kann.
Die voranstehend angegebenen Charakteristiken sowie weitere ergeben sich besser aus der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung einer bestimmten Art der Ausführung, die beispielhaft angegeben wird und nicht einschränkend zu verstehen ist. Die Beschreibung nimmt Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, die folgendes darstellen:
- die bereits erwähnte Abb. 1 zeigt schematisch die Elemente eines von der Erfindung betroffenen Motors;
- Abb. 2 ist ein Ablaufschaubild, das die wichtigsten Baugruppen einer Vorrichtung gemäß Erfindung zeigt, und die Funktion dieser Baugruppen, die in Form von Hardware oder Software ausgeführt werden kann;
- Abb. 3 ist ein funktionales Schema der Mittel für den Ausgleich der Messverzögerung infolge des Messfühlers für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis;
- Abb. 3A zeigt die typischen Ansprechkurven der Mittel aus Abb. 3;
- Abb. 3B zeigt eine Ansprechkurve, die sich phasengleich zur Frequenz verhält;
- Abb. 4 ist ein funktionales Schema der Mittel für die synchrone Erfassung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses je Verbrennungskammer;
- Abb. 5 ist ein Schema der Mittel für die Korrektur des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses;
- Abb. 6 zeigt einen Block für die Verarbeitung der Fehler hinsichtlich des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses mit den Mitteln aus Abb. 5.
Die Vorrichtung gemäß Erfindung besitzt die prinzipielle Zusammensetzung, die in Abb. 2 dargestellt ist. Die meisten Funktionen werden vom Rechner 21 erfüllt. Einige von ihnen jedoch und insbesondere die Funktionen für die Filterung der feststehenden Charakteristiken, können analog anhand von verkabelten Schaltkreisen erfüllt werden.
Die Vorrichtung beinhaltet einen Kompensator 32, um die Verzögerung auszugleichen, die durch die Messfühler 26 bewirkt wird. Bei den Mitteln 34 für die synchrone Erfassung der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse kann davon ausgegangen werden, dass sie ein Beobachtungsglied 36 mit Kalman-Filterung und Korrekturmittel 38 besitzen, die am Ausgang die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse liefern, die im Laufe des gerade verstrichenen Zyklus in die Brennkammern eingelassen worden sind. Um die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse an den entsprechenden Brennkammern zu beeinflussen, empfangen die Korrekturmittel ein Synchronisationssignal, das vom Ausgang des Messfühlers 28 gebildet wird, gefolgt von einer Tellerschaltung 40 modulo n, das hier gleich 4 ist.
Die Synchronisation muss initialisiert werden, da der Messfühler 28 nicht die Feststellung ermöglicht, welche Brennkammer gerade den oberen Totpunkt passiert hat. Diese Initialisierung kann anhand von diversen, bekannten Methoden geschehen.
Die Steuerungsmittel 42 schließlich bestimmen die Öffnungsdauern der Einspritzdüsen 12 anhand von Informationen, die vom Rechner 21 erstellt werden und die zum Beispiel aus der eingelassenen Luftmenge und dem erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und anhand der Korrekturen, die von den Mitteln 38 geliefert werden, errechnet werden.
Das Modell, dass den Mitteln für die synchrone Erfassung 34 die Möglichkeit gibt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches zu bestimmen, das in jede Brennkammer eingelassen wird, beruht auf den Messungen, die von dem gemeinsamen Messfühler 26 geliefert werden, der sich am Punkt des Zusammenflusses befindet. Es ist wichtig nach jedem Durchgang durch den oberen Totpunkt über eine repräsentative Messung des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses zu verfügen, wenn eine Brennkammer gerade eben den oberen Totpunkt passiert hat. Die üblichen Messfühler jedoch führen insbesondere deshalb zu einer Messverzögerung, weil sie eine durchbohrte Abdeckung zum Schutz der Sonde beinhalten.
Man kennt bereits diverse Montagen, um die Messverzögerung auszugleichen. Allerdings ist es vorteilhaft, die Ausgleichsmittel zu verwenden, die auf Abb. 3 schematisch dargestellt sind und die sich nicht nur auf die Mittel für die synchrone Erfassung anwenden lassen, die weiter unten beschrieben werden, sondern auch auf Mittel für die synchrone Erfassung jedes anderen bereits bekannten Typs.
Die angewandte Strategie wird auf Abb. 3 funktional dargestellt. Das Signal, das von der Sonde stammt, wird einer Hochpassfilterung 43 unterzogen, deren Charakteristiken die Zeitkonstanz τ der Abdeckung des Messfühlers von mehreren Dutzend ms berücksichtigen. Damit die Filterung stabil bleibt, wird der Wert, der für die Hochpassfilterung berücksichtigt wird, mit der kleinsten Zeitkonstanz von allen Zeitkonstanzen verknüpft, die unter den verschiedenen Betriebsbedingungen des Motors anzutreffen sind.
Die Hochpassfilterung 43 verstärkt das Geräusch, das durch eine Gegenkopplungsschleife gedämpft oder eliminiert wird, die eine Tiefpassfilterung 44, ein Addierglied 45, das den Ausgang der Tiefpassfilterung empfängt und ein Eingangssignal sowie ein Subtrahierglied 48 beinhaltet.
Auf diese Weise erhält man gemessene und kompensierte Informationen über das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, die in einem Schreib-Lese-Speicher 50 gespeichert werden können, der eventuell als Schieberegister organisiert sein kann.
In der Praxis werden die Funktionen, die auf Abb. 3 dargestellt sind, digital implementiert. Der Strom am Ausgang des Messfühlers 26 wird mit einer Taktfrequenz gesampelt, die in einer Größenordnung von 2 ms liegen kann. Die Filterung in ihrer Gesamtheit kann ausgelegt werden, um eine Umkehrfunktion zu implementieren, mit der Form:
G(s) = [1 + Schutzkappe&supmin;¹ (s)·Tiefpass (s)/[1 + Tiefpass (s)
In diesem Ausdruck kann die Umkehrfunktion Schutzkappe&supmin;¹ (s) die folgende Form haben, wobei β einen Pol bezeichnet:
Die Hochpassfilterungen und Tiefpassfilterungen führen Verstärkungen ein und sind vorgesehen, damit diese Verstärkungen je nach der Frequenz und anhand von Gesetzen variieren, bei denen es sich um diejenigen handelt, die in Abb. 3A als Kurven aus durchgezogenen und gestrichelten Linien dargestellt werden. Die Tiefpassfilterung kann ganz einfach erster Ordnung sein.
Da die Kompensation digital anhand von diskreten Werten gewährleistet wird, kann man sich darauf beschränken, eine Euler-Transformation vorzunehmen.
Es können die üblichen Schreibweisen verwendet werden:
x (k): Zustandsvariable
u (k): gemessener Wert
y (k): Wert am Ausgang
k: betreffender Moment (z. B. Sampling im Abstand von 2 ms).
Die Umkehrfunktion der Schutzkappe lautet:
und die Tiefpassfilterung wird:
In der zweiten Formel bezeichnet θ die Verstärkung der Tiefpassfilterung, die dazu bestimmt ist, das Hochfrequenzgeräusch zu beseitigen, das durch die Umkehr- Tiefpassfilterung erzeugt oder verstärkt wird.
Am Ausgang des Kompensators 32 verfügt man über eine Karte der Luft-Kraftstoff- Verhältnisse, anhand welcher sich die momentanen Luft-Kraftstoff-Verhältnisse in Abhängigkeit von dem momentanen, kompensierten Signal wiederfinden lassen.
Die auf diese Weise gemessenen und kompensierten Luft-Kraftstoff-Verhältnisse werden als Eingänge für das Beobachtungsglied 36 mit Kalman-Filterung verwendet.
Zurzeit wird diese Kalman-Filterung im Allgemeinen durchgeführt, indem man dieselbe Kalman-Verstärkung und dieselben Gewichtungskoeffizienten verwendet, egal um welche Verbrennungskammer es sich handelt, für die das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bestimmt werden soll.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung bestimmt man eine optimale Kalman-Verstärkung Kij im Vorfeld und einen Satz Gewichtungskoeffizienten C für jede der Verbrennungskammern.
Das funktionale Schema des Beobachtungsgliedes kann sodann demjenigen entsprechen, das auf Abb. 4 schematisch dargestellt ist. Dieses Beobachtungsglied kann aus n = 4 elementaren Beobachtungsgliedern bestehen.
Jedes dieser elementaren Beobachtungsglieder kann eine relativ herkömmliche Zusammensetzung haben. Die Berechnung, die zum Beispiel die Bestimmung des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses von Zylinder 1 ermöglicht, entspricht der Einstellung der Umschalter 52, die auf Abb. 4 angegeben ist, wobei die Umschalter tatsächlich aus einem Programm bestehen, das die Durchführung der Permutation der Verstärkung und Koeffizienten im Hinblick auf die Berechnung ermöglicht.
Die aufeinanderfolgenden Messungen ymes (k) am Punkt des Zusammenflusses werden in 54 gesammelt und von einem Operator z&supmin;¹ in 56 verarbeitet, dessen Ausgang über eine Verstärkungsschleife A 58 zum Akkumulator 54 zurück geführt wird.
Die Daten, die nach Ablauf des oberen Totpunkts von n = 4 aufeinanderfolgenden Zyklen gesammelt worden sind, werden mit den Gewichtungskoeffizienten (Cij) multipliziert, die dem Zylinder 1 entsprechen. Der Wert yest(k), der am Ausgang 60 erhalten wird, ist für das geschätzte Luft-Kraftstoff-Verhältnis am Punkt des Zusammenflusses repräsentativ. Der Wert wird in ein Subtrahierglied (62) eingeführt, um ein Fehlersignal e (k) zu erzeugen, das an den Eingang der Kalman-Filterung angelegt wird.
Die Gleichungen, die für die Schätzung an einem bestimmten Zylinder repräsentativ sind, lauten sodann wie folgt, mit den Schreibweisen, die auf Abb. 4 verwendet werden, und wenn x (k) die Zustandsvariable bezeichnet.
e(k) = ymes(k) - yest(k)
EKALMAN(k) = GKALMAN e(k)
X(k + 1) = A X(k) - EKALMAN(k)
yest(k) = C X(k)
Die Gewichtungskoeffizienten Cij können experimentell ermittelt werden, durch Identifizierung mithilfe eines Messplatzes, der einen Satz Sonden verwendet, die in der Lage sind, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis an jedem Einzelschwingrohr und das Luft-Kraftstoff- Verhältnis am Punkt des Zusammenflusses zu messen.
Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des laufenden Zylinders ist somit am Ausgang 64 des Akkumulators 54 verfügbar.
Für ein und denselben Zylinder wird man häufig mehrere Sätze vorsehen, die jeweils eine Kalman-Verstärkung Kij und einen Satz Gewichtungskoeffizienten Cij aufweisen, wobei jeder Satz einer besonderen Betriebszone des Motors zugeordnet ist.
Die Aufstellung der Korrekturen kann anhand des funktionalen Schemas laut Abb. 5 erfolgen. Die Korrekturmittel erhalten in ihrer Eigenschaft als Eingänge:
- das gemessene und kompensierte Signal für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis am Punkt des Zusammenflusses, das aus Speicher 50 stammt;
- Signale, die das geschätzte Luft-Kraftstoff-Verhältnis des laufenden Zylinders angeben und das von Ausgang 64 des Beobachtungsgliedes stammt;
- und das Synchronisationssignal, das von einer Teilerschaltung 40 modulo 4 stammt.
Die Korrektur des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, die an einem bestimmten Zylinder vorzunehmen ist, wird in Form eines Produkts aus zwei mathematischen Gliedern berechnet:
- einem Glied 1 + λg, wobei λg ein allgemeiner Korrekturprozentsatz ist, der sich auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bezieht, das am Punkt des Zusammenflusses gemessen worden ist;
- einem Glied 1 + λi, das speziell den Zylinder der Ordnung i betrifft, in den die Einspritzung gesteuert wird.
Das erste Glied wird anhand eines Fehlersignals aufgestellt, das von einem Subtrahierglied 66 geliefert wird, das einerseits ein Signal empfängt, das für den Richtwert des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses repräsentativ ist (der von den Betriebsbedingungen des Motors abhängig ist), und andererseits das Ausgangssignal, das von Speicher 50 stammt. Ein Fehlermanagementmodul 68 stellt ein Korrekturglied auf, das von einem Proportional-Integral-Filter 70 verarbeitet wird, um das System zu stabilisieren. Auf diese Weise bekommt man λg.
Die Glieder λi werden jeweils mithilfe eines Subtrahiergliedes 72 aufgestellt, das einerseits das Ausgangssignal 64 modulo 4 empfängt, das von einem Umschalter 5 aufgestellt worden ist, und andererseits ein zylinderspezifisches Signal für den Richtwert des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses.
Dieses Signal für den Richtwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kann für alle Zylinder das gleiche sein. Der Richtwert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis könnte aber auch je nach Zylinder unterschiedlich sein.
Das erhaltene Fehlersignal wird einer Proportional-Integral-Filterung 74 unterzogen, die als PI bezeichnet wird, um ein Korrekturglied λi zu erhalten. Ein Schaltkreis 76 ermöglicht die Bestimmung des Produkts (1 + λi) (1 + λg), das einen Korrekturfaktor im Hinblick auf die Einspritzdauer von Zylinder i darstellt.
Die PI-Filterung erfüllt eine Rolle für die Kompensation der Zeit, den das Gas zwischen den Einspritzpunkten und dem Punkt des Zusammenflusses benötigt.
Das Fehlermanagementmodul 68 für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis hat insbesondere die Aufgabe, die Umschaltungen des Messfühlers zu beschleunigen, indem es auf den Fehler einwirkt, der in den Filter PI 70 eingegeben wird. Es führt zusätzlich zu einer Verstärkung des Fehlers des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine Hysterese ein, die nur dann eine Umschaltung des Messfühlers über die Stöchiometrie hinaus bewirkt, wenn wir uns in Richtung auf ein fettes Gemisch bewegen und unter die Stöchiometrie, wenn wir zu einem mageren Gemisch zurückkehren. über die Umschaltungen hinaus hat das Managementmodul eine annähernd proportionale Ansprechzeit.
Die proportionalen Verstärkungsfaktoren Kp und integralen Verstärkungsfaktoren Ki der Korrekturfilter 74 werden in Abhängigkeit von der Verzögerung der Strecke zwischen den Einspritzdüsen und dem Messfühler für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gewählt, die in Anzahl PMH gerechnet wird.
Kp wird im Allgemeinen kleiner als 1 sein, um die hohen Frequenzen zu dämpfen.
Ki kann folgende Form haben:
Ki = Kp · P · (2/Verzögerungszeit)
bei einem Motor mit 4 Zylindern. P ist eine regelbare Konstante für die Einstellung der Dynamik.
Der Steuerschaltkreis 42 (Abb. 2) bietet anhand eines Eingangssignals 78, das die in den Zylinder eingelassene Luftmenge anzeigt und des von den Mitteln 36 empfangenen Korrekturgliedes die Möglichkeit, eine grundlegende Einspritzzeit zu verändern, die dem Richtwert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, um die Öffnungszeit jeder der Einspritzdüsen 12 festzulegen und die Einspritzdüse zu steuern. Dieser Schaltkreis kann in der Tat einen digitalen Berechnungsteil beinhalten, der in den Rechner 21 integriert ist, und einen analogen Teil und Leistungsteil, der den gepulsten Strom für die Versorgung der Einspritzdüsen erzeugt.
Der Schaltkreis für die Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kann dem Ablaufschaubild in Abb. 6 entsprechen. Der Richtwert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis für die Einspritzdüse 1 wird an den Eingang 80 angelegt und mit einem Signal 82 multipliziert, das für die eingelassene Luftmenge repräsentativ ist. Das Produkt wird mit der Verstärkung der Einspritzdüse an 84 multipliziert, um eine grundlegende Einspritzzeit Ti zu bekommen. Im Modul 86 wird das Korrektursignal, das von den Mitteln in Abb. 5 geliefert wird, verwendet, um Ti (1 + λi) (1 + λg) zu liefern.
Die Aufstellung des Modells verlangt die Bestimmung der Gewichtungskoeffizienten für einen bestimmten Motor. Diese Bestimmung kann an einem Prüfstand erfolgen, indem der Motor zusätzlich zum endgültigen Messfühler vorübergehend mit Sonden für das Luft- Kraftstoff-Verhältnis am Ausgang jedes Zylinders ausgerüstet wird.
Die Strategie für die Aufstellung des in Rechner 21 gespeicherten Richtwertes für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis anhand des Starts mit Vollgas kann wie folgt lauten:
- unmittelbar nach dem Anlassen des Motors, Luft-Kraftstoff-Verhältnis oberhalb der Stöchiometrie, um das Ende des Anlassens und einen optimalen Anlauf zu ermöglichen, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das von der Temperatur der Kühlflüssigkeit abhängt, umso höher ist, je niedriger die Temperatur ist.
- am Ende eines Anfangszeitraums (z. B. 21 Sekunden), Berechnung eines Verhältnisses R/Kraftstoff, entsprechend einer mageren "Grenze" und der Dauer einer Haltestufe auf diesem Wert, nur in Abhängigkeit von der Temperatur der Kühlflüssigkeit (die angenommenermaßen für den Zustand des Katalysators repräsentativ ist).
- annähernd exponentielle Abnahme in Richtung auf die magere Grenze, um die Umweltverschmutzung zu verringern, gefolgt von einer Stufe.
- nach Ablauf der Stufe, in deren Verlauf sich der Katalysator erwärmt, Wiederanstieg in Richtung auf die Stöchiometrie in Übereinstimmung mit einem Gesetz, das linear sein kann, um einen guten Fahrkomfort zu gewährleisten, wobei das Anstiegsgefälle kalibrierbar ist.

Claims

1. Vorrichtung zur Schätzung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Gemisches, das in jede der n Verbrennungskammern (wobei n eine ganze Zahl größer als 1 ist) eines Motors eingelassen wird, der Einspritzer für die Einspritzung in die Zylinder besitzt, umfassend:

- einen Fühler (26), der ein Ausgangssignal liefert, das sich im wesentlichen linear mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis ändert, und der an einem Punkt des Zusammenflusses der Abgase der n Kammern angeordnet ist, und

- Rechenmittel zur

- Speicherung eines Verhaltensmodells des Abgases am Punkt des Zusammenflusses, das auf der Hypothese beruht, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis am Punkt des Zusammenflusses eine gewichtete Summe der Anteile der Abgase der einzelnen Kammern ist, wobei der Gewichtungskoeffizient umso kleiner ist, je älter die Verbrennung in der Kammer ist, und

- Schätzung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses aus den gemessenen Werten und den Werten des Modells nach jedem Durchgang durch den oberen Totpunkt,

dadurch gekennzeichnet, dass das Verhaltensmodell ein jeder Verbrennungskammer eigenes Unter-Verhaltensmodell umfasst, das für die Kammer der Ordnung i einen Kalman- Filter mit einer Matrix m.n von Koeffizienten Cij und einer Matrix von Eigenverstärkungen Kij besitzt, wobei i gleich (1, ..., n) ist und der Kammernummer entspricht und j von 1 bis m geht und der Nummer des Gewichtungskoeffizienten entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Untermodell mit mehreren Matrix- und Verstärkungssätzen versehen ist, die jeweils Betriebsbereichen des Motors entsprechen, die durch einen oder mehrere Parameter aus Lastbereich, Temperatur der Abgase, Kühlwassertemperatur, Motordrehzahl und Druck in der Ansaugleitung bestimmt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fühler zusätzlich zu einer am Punkt des Zusammenflusses angeordneten Sonde (26) Mittel zum Ausgleich der Ansprechverzögerung der Sonde aufweist, die einen Tiefpassfilter (42) umfassen, auf welchen ein Reaktionskurvenband folgt, das einen Tiefpassfilter (44), einen Addierer (46), der den Ausgang des Tiefpassfilters und das von der Sonde kommende Eingangssignal empfängt, und einen Subtrahierer (48) besitzt, der das Ausgangssignal des Addierers und das Ausgangssignal des Hochpassfilters empfängt und den Tiefpassfilter speist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsmittel digital sind und dass die Hochpassfilterfunktionen von der Form

sind, während die Tiefpassfilterung von der folgenden Form ist:

worin

x()k : Zustandsvariable

u()k : gemessener Wert

y(k) : Ausgangswert

k : betrachteter Zeitpunkt

θ = Tiefpassfilterverstärkung

β = Pol des Filters.

5. System zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Verbrennungskammern eines Verbrennungsmotors, umfassend

- eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

- ein Modul zur Überwachung von Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fehlern, das das Ausgangssignal des Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Fühlers empfängt und es einer Proportional- Integral-Filterung unterzieht, um einen allgemeinen Korrekturterm λg zu bilden,

- einen jeder Verbrennungskammer zugeordneten, einstellbaren Filter (74), der die Differenz zwischen dem Ausgang der dieser Kammer entsprechenden Schätzmittel und einem 1 dem Zylinder eigenen Sollwert empfängt, so dass ein der Kammer eigener Korrekturfaktor λi geliefert wird,

- einen Multiplizierer (76), der das Produkt aus (1 + λg) und (1 + λi) liefert,

- und eine Überwachungsschaltung, die die Einspritzer ausgehend von einem die angesaugte Luftmenge darstellenden Signal und dem Ausgang des Multiplizierers steuert.