DE4341132A1 - Luft/Kraftstoffverhältnis-Kalkulator für Mehrzylinder-Verbrennungsmotoren - Google Patents
Luft/Kraftstoffverhältnis-Kalkulator für Mehrzylinder-VerbrennungsmotorenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luft/Kraftstoffver
hältnis-Kalkulator für einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Luft/Kraft
stoffverhältnis-Kalkulator für einen Mehrzylinder-Ver
brennungsmotor zur Schätzung der Luft/Kraftstoffverhältnis
se an den einzelnen Zylindern aus einem Ausgangssignal eines
einzigen Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors der an einer Zu
sammenflußstelle eines Auspuffsystems vorgesehen ist.
Gewöhnlich wird ein als Sauerstoffkonzentrationsdetektor
ausgebildeter Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor im Auspuff
system eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors installiert,
wobei das detektierte Luft/Kraftstoffverhältnis durch Rege
lung der dem Motor zugeführten Kraftstoffmenge auf ein ge
wünschtes Luft/Kraftstoffverhältnis geregelt wird. Ein Sy
stem dieser Art ist beispielsweise in der JP-OS Nr. Sho
59 (184)-101 562 beschrieben.
Wird ein einziger Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor auf diese
Weise an der Zusammenflußstelle (der Auspuffverteilerverbin
dung) eines Mehrzylindermotors mit beispielsweise vier oder
sechs Zylindern installiert, so repräsentiert das Ausgangs
signal des Sensors eine Mischung der Werte an allen Zylin
dern. Damit wird es schwierig, das tatsächliche Luft/Kraft
stoffverhältnis an jedem Zylinder zu erhalten, wodurch es
wiederum schwierig wird, das tatsächliche Luft/Kraftstoff
verhältnis richtig auf ein gewünschtes Luft/Kraftstoffver
hältnis zu regeln. Obwohl dies durch die Anbringung von
Sensoren an den einzelnen Zylindern lösbar ist, wird die
Einrichtung notwendigerweise aufwendig und führt darüber
hinaus zu einem weiteren Problem hinsichtlich der Lebens
dauer der Sensoren.
Aus diesem Grunde hat die Anmelderin einen Luft/Kraftstoff
verhältnis-Kalkulator unter Ausnutzung eines Auspuffgasmo
dells (Modell mit variablen diskreten Zuständen) vorgeschla
gen, der das Verhalten des Auspuffgases in einem Mehrzylin
der-Verbrennungsmotor beschreibt, der mit einem einzigen
Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor an der Zusammenflußstelle
des Auspuffsystems versehen ist (JP-OS Hei 5 (1993)-180 044,
die am 24. Dezember 1992 unter der Nummer 07/997 769 auch in
den USA eingereicht wurde). Es wird eine Zustandsgleichung
definiert, welche die Luft/Kraftstoffverhältnisse an den
einzelnen Zylindern anzeigende Zustandsvariablen definiert,
wobei ein Orter zur Rekonstruktion einer ungemessenen Zu
standsvariablen derart ausgebildet ist, daß die Luft/Kraft
stoffverhältnisse an den einzelnen Zylindern genau geschätzt
werden.
Wird ein derartiger Kalkulator in einem digitalen Computer
realisiert, so wird es notwendig, einen Änderungsbereich und
einen kleinsten Wert für jede Variable zu definieren, da der
digitale Computer eine endliche Wortlänge mit beispielsweise
4, 8, 16 oder 32 Bit besitzt. Generell wird der Änderungsbe
reich aus einem möglichen maximalen Wert bestimmt, den die
betreffende Variable annehmen kann, wobei der kleinste Wert
der Variablen durch Teilen des möglichen maximalen Wertes
durch die Wortlänge des digitalen Computers bestimmt wird.
Wenn eine Wahrscheinlichkeit besteht, daß eine Eingangs
größe oder ein Berechnungsergebnis der Variablen den so be
stimmten Änderungsbereich übersteigen kann, so wird der Be
reich derart erweitert, daß keine Überschreitung auftritt,
wobei der kleinste Wert in der oben beschriebenen Weise neu
berechnet wird.
Daher schätzt der sogenannte Orter eine ungemessene Zu
standsvariable derart, daß ein Fehler zwischen den Zustands
variablen eines Steuersystems und des Orters gegen Null
geht. Im Verlauf der Schätzung kann jedoch der geschätzte
Wert zeitweise ein Wert sein, der in der realen Welt nie
mals vorkommt. Andererseits muß das Auflösungsvermögen in
der Schätzung das gleiche wie das der tatsächlichen Variab
len sein. Bei Realisierung in einem Bordmikrocomputer mit
kleinerer Wortlänge und geringem Leistungsvermögen tritt
daher das unvereinbare Problem auf, daß das Auflösungsver
mögen der Variablen grob wird, wenn ihr Änderungsbereich
groß gemacht wird, während der Bereich kleiner wird, wenn
das Auflösungsvermögen fein gemacht wird. Wird insbesondere
das geringstwertige Bit (LSB) der Variablen zur Verbesserung
der Genauigkeit einem kleinen Wert zugeordnet, so ist ein
möglicher Maximalwert der Variablen daher bis zu einem ge
wissen Maß begrenzt, wodurch der Änderungsbereich der Va
riablen automatisch eingeschränkt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
das vorgenannte Problem zu lösen und einen Luft/Kraftstoff
verhältnis-Kalkulator für einen Mehrzylinder-Verbrennungs
motor anzugeben, der in einfacher Weise in einem im Fahr
zeug montierten Mikrocomputer kleinen Leistungsvermögens
realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Luft/Kraftstoffverhältnis-
Kalkulator der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch
die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1
gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteran
sprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei
spielen gemäß den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigt
Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht eines Luft/Kraft
stoffverhältnis-Regelsystems für einen Vier
zylinder-Verbrennungsmotor in Hardware-Ausführung
zur Realisierung eines erfindungsgemäßen Luft-
Kraftstoffverhältnis-Kalkulators;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Regeleinheit nach Fig.
1 im einzelnen;
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Modells, welches das De
tektorverhalten eines Luft/Kraftstoffverhältnis-
Sensors nach Fig. 2 beschreibt;
Fig. 4 ein Blockschaltbild des Modells nach Fig. 3, das
in einer diskontinuierlichen Zeitfolge für die
Periode Delta T diskontinuierlich geschaltet ist;
Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Echtzeitkalkulators auf
der Basis des Modells nach Fig. 4;
Fig. 6 ein Blockschaltbild eines als "Auspuffgasmodell"
bezeichneten Modells, welches das Verhalten des
Auspuffsystems dies Motors beschreibt, auf dem der
erfindungsgemäße Luft/Kraftstoffverhältnis-Kalku
lator basiert;
Fig. 7 eine Ansicht zur Erläuterung der Situation einer
Simulation unter Verwendung des Modells nach Fig.
6 unter der Annahme, daß drei Zylindern des Vier
zylindermotors Kraftstoff zur Realisierung eines
Luft/Kraftstoffverhältnisses von 14,7 : 1 und einem
Zylinder Kraftstoff zur Realisierung eines Luft/Kraft
stoffverhältnisses von 12,0 : 1 zugeführt wird;
Fig. 8 das Ergebnis der Simulation unter Darstellung der
Ausgangsgröße des Auspuffgasmodells, die ein Maß
für das Luft/Kraftstoffverhältnis an der Zusammen
flußstelle des Auspuffsystems des Motors ist, wenn
Kraftstoff gemäß Fig. 7 zugeführt wird;
Fig. 9 ein weiteres Ergebnis der Simulation unter Dar
stellung der Ausgangsgröße des Auspuffgasmodells,
die für eine Sensor-Detektoransprechverzögerung im
Gegensatz zur tatsächlichen Sensorausgangsgröße
eingestellt ist;
Fig. 10 ein Blockschaltbild der Ausgestaltung eines ge
wöhnlichen Orters;
Fig. 11 ein Blockschaltbild der Ausgestaltung eines im er
findungsgemäßen Luft/Kraftstoffverhältnis-Kalkula
tors verwendeten Orters;
Fig. 12 ein Blockschaltbild der grundsätzlichen Ausgestal
tung des erfindungsgemäßen Luft/Kraftstoffverhält
nis-Kalkulators;
Fig. 13 das Ergebnis einer Simulation unter Darstellung
der Schätzung durch den Orter nach Fig. 12;
Fig. 14 eine der Fig. 13 entsprechende Ansicht unter Dar
stellung des Ergebnisses einer ein erstes erfin
dungsgemäßes Ausführungsbeispiel demonstrierenden
Simulation, wobei der Orter derart ausgestaltet
ist, daß der geschätzte Wert auf eine Grenze be
schränkt wird, wenn diese überschritten wird; und
Fig. 15 eine der Fig. 13 entsprechende Ansicht unter Dar
stellung des Ergebnisses einer ein zweites erfin
dungsgemäßes Ausführungsbeispiel demonstrierenden
Simulation, wobei der Orter so ausgestaltet ist,
daß der geschätzte Wert auf einen Anfangswert zu
rückgeführt wird, wenn die Grenze überschritten
wird.
Fig. 1 zeigt eine schematische Gesamtansicht eines Luft-
Kraftstoffverhältnis-Regelsystems für einen Vierzylinder-
Verbrennungsmotor, das die Basis eines erfindungsgemäßen
Luft/Kraftstoffverhältnis-Kalkulators bildet.
Bei einem Verbrennungsmotor 10 mit vier Zylindern wird Luft
durch ein am hinteren Ende eines Luftansaugweges 12 montier
tes Luftfilter 14 angesaugt und den vier Zylindern über
einen Ansaugluftverteiler 18 zugeführt, wobei die Strömung
durch eine Drosselklappe 16 eingestellt wird. Im Bereich
eines (nicht dargestellten) Ansaugventils des jeweiligen
Zylinders ist ein Einspritzer 20 zur Einspritzung von Kraft
stoff installiert. Der eingespritzte Kraftstoff mischt sich
mit der Ansaugluft unter Bildung eines Luft/Kraftstoffgemi
sches, das durch eine (nicht dargestellte) Zündkerze im
zugehörigen Zylinder gezündet wird. Die daraus entstehende
Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemisches treibt einen (nicht
dargestellten) Kolben nach unten. Das durch die Verbrennung
erzeugte Auspuffgas wird durch ein (nicht dargestelltes)
Auspuffventil in einen Auspuffverteiler 22 ausgebracht, aus
dem es durch ein Auspuffrohr 24 zu einem Dreiwegekatalysator 26
geführt wird, durch den es vor der Ausbringung nach außen
von giftigen Komponenten befreit wird. Weiterhin ist ein
Nebenweg 28 für den Luftansaugweg 12 im Bereich der Drossel
klappe 16 vorgesehen.
Zur Detektierung der Kolbenkurbelwinkel ist in einem (nicht
dargestellten) Verteiler des Verbrennungsmotors 10 ein Kur
belwinkelsensor 34, zur Detektierung des Öffnungsgrades der
Drosselklappe 16 ein Drosselklappenstellungs-Sensor 36 und
zur Detektierung des Drucks der Ansaugluft hinter der Dros
selklappe 16 als Absolutdruck ein Verteilerabsolutdruck-
Sensor 38 vorgesehen. Ein als Sauerstoffkonzentrationsdetek
tor ausgebildeter Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor 40 ist am
Auspuffrohr 24 im Auspuffsystem an einer Stelle hinter dem
Auspuffverteiler 22 und vor dem Dreiwegekatalysator 26 vor
gesehen, wo er das Luft/Kraftstoffverhältnis des Auspuffga
ses detektiert. Die Ausgangssignale dieser Sensoren werden
in eine Regeleinheit 42 eingegeben.
Einzelheiten der Regeleinheit 42 sind im Blockschaltbild
nach Fig. 2 dargestellt. Das Ausgangssignal des Luft/Kraft
stoffverhältnis-Sensors 40 wird von einer Detektorschaltung
46 der Regeleinheit 42 aufgenommen, in der es zur Gewinnung
eines Luft/Kraftstoffverhältnisses (A/F) einem Linearisie
rungsprozeß unterworfen wird. Das Luft/Kraftstoffverhältnis
ist dabei durch die Tatsache gekennzeichnet, daß es sich in
einem weiten Bereich von mager zu reich linear mit der
Sauerstoffkonzentration des Auspuffgases ändert. Da dieser
Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor im einzelnen in der JP-OS
Nr. Hei 4 (1992)-369 471 entsprechend der am 5. Mai 1992 in
den USA unter der Nr. 07/878 596 eingereichten Anmeldung be
schrieben ist, wird er hier nicht mehr erläutert. In den
folgenden Erläuterungen wird der Luft/Kraftstoffverhältnis-
Sensor 40 als "LAF-Sensor" bezeichnet (die Bezeichnung ist
von der Charakteristik abgeleitet, in der das Luft/Kraft
stoffverhältnis linear detektiert werden kann).
Das Ausgangssignal der Detektorschaltung 46 wird über einen
A/D (Analog/Digital)-Umsetzer 48 in einen Mikrocomputer ein
gegeben, der sich aus einer CPU (Zentralprozessoreinheit)
50, einem ROM (Festwertspeicher) 52 und einem RAM (Speicher
mit wahlfreiem Zugriff) 54 zusammensetzt. Das Ausgangssig
nal wird dabei im RAM 54 gespeichert. Entsprechend werden
die analogen Ausgangssignale des Drosselklappenstellungs-
Sensors 36 und des Verteilerabsolutdruck-Sensors 38 über
einen Pegelumsetzer 56, einen Multiplexer 58 und einen zwei
ten A/D-Umsetzer 60 in den Mikrocomputer eingegeben, während
das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 34 durch einen
Impulsgenerator 62 geformt wird, dessen Ausgangswert durch
einen Zähler 64 gezählt wird; das Zählergebnis wird in den
Mikrocomputer eingegeben. In Abhängigkeit von im ROM 52 ge
speicherten Befehlen nutzt die CPU 50 des Mikrocomputers die
detektierten Werte zur Berechnung eines Luft/Kraftstoffver
hältnis-Rückkoppelregelwertes aus, steuert die Einspritzer
20 der entsprechenden Zylinder über einen Treiber 66 an und
steuert ein Hubmagnetventil 70 über einen zweiten Treiber 68
zur Regelung der Menge vom durch den Nebenweg 28 strömender
Sekundärluft an.
Nachfolgend wird eine Luft/Kraftstoffschätzung an den ein
zelnen Zylindern aus dem Ausgangssignal des an der Zusammen
flußstelle des Auspuffsystems (d. h. am Auspuffrohr 24), in
stallierten einzigen Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor 40 er
läutert. Da die Schätzung selbst in einer früheren Anmeldung
der Anmelderin beschrieben ist und das Ziel der vorliegenden
Erfindung in der Art der Realisierung eines Luft/Kraftstoff
verhältnis-Kalkulators in einem Bordcomputer mit kleinerer
Wortlänge und geringem Leistungsvermögen besteht, wird le
diglich eine kurze Erläuterung gegeben.
Für eine hochgenaue Trennung und Entnahme der Luft/Kraft
stoffverhältnisse der einzelnen Zylinder aus dem Ausgangs
signal des einzigen LAF-Sensors 40 ist es zunächst notwen
dig, die Detektoransprechverzögerung des LAF-Sensors zu er
mitteln. Diese Verzögerung wird als Verzögerung erster Ord
nung betrachtet, wozu ein Modell gemäß Fig. 3 gebildet
wird. Wird LAF als Ausgangssignal des LAF-Sensors und A/F
als Eingangs-Luft/Kraftstoffverhältnis definiert, so kann
die Zustandsgleichung folgendermaßen geschrieben werden:
Wird die Zustandsgleichung für eine Periode Delta T in einer
diskontinuierlichen Zeitfolge diskontinuierlich gestaltet,
so ergibt sich:
Dabei gilt:
Gleichung (2) ist in Fig. 4 als Blockschaltbild
dargestellt.
Daher kann Gleichung (2) zur Gewinnung des tatsächlichen
Luft/Kraftstoffverhältnisses aus dem Sensorausgangssignal
verwendet werden. Da Gleichung (2) als Gleichung (3) um
formuliert werden kann, kann daher der Wert im Zeitpunkt k-1
gemäß Gleichung (4) aus dem Wert im Zeitpunkt k rückgerech
net werden.
Speziell ergibt die Verwendung einer Z-Transformation zur
Darstellung von Gleichung (2) in einer Transferfunktion
Gleichung (5), so daß eine Echtzeitschätzung des Luft/
Kraftstoffverhältnisses im vorhergehenden Zyklus durch
Multiplikation des Sensorausgangssignals LAF des laufenden
Zyklus mit seiner inversen Transferfunktion gewonnen werden
kann. Fig. 5 ist ein Blockschaltbild der Echtzeitschätzung.
Die Trennung und Entnahme der Luft/Kraftstoffverhältnisse
der einzelnen Zylinder unter Verwendung des in der vorste
hend angegebenen Weise geschätzten Luft/Kraftstoffverhält
nisses wird nachfolgend erläutert.
Wie in der früheren Anmeldung ausgeführt, wird das Luft-
Kraftstoffverhältnis an der Zusammenflußstelle des Aus
puffsystems als Mittelwert angenommen, der zur Darstellung
der Zeitbasisverteilung der Luft/Kraftstoffverhältnisse der
einzelnen Zylinder gewichtet ist. Damit wird es möglich, das
Luft/Kraftstoffverhältnis an der Zusammenflußstelle im Zeit
punkt k gemäß Gleichung (6) auszudrücken. Da im Auspuffgas
modell F (Kraftstoff) als geregelte Variable gewählt wurde,
wird in der Figur an Stelle des Luft/Kraftstoffverhältnis
ses A/F die Größe Kraftstoff/Luftverhältnis F/A verwendet.
Für ein leichteres Verständnis wird nachfolgend jedoch der
Begriff "Luft/Kraftstoffverhältnis" verwendet, soweit durch
ihn keine Verwirrung entsteht. In der Gleichung bezeichnet n
die Zylindernummer, wobei die Zündreihenfolge der Zylinder
als 1, 3, 4, 2 definiert ist. Das Luft/Kraftstoffverhältnis
(richtig das Kraftstoff/Luftverhältnis (F/A)) ist hier der
durch Korrektur hinsichtlich der Ansprechverzögerung gewon
nene geschätzte Wert.
Speziell kann das Luft/Kraftstoffverhältnis an der Zusam
menflußstelle im Modell als Summe der Produkte der Zündhi
storie der entsprechenden Zylinder und der Wichtungen C
angegeben werden (beispielsweise 40% für den Zylinder, der
zuletzt gezündet hat, 30% für den Zylinder der davor ge
zündet hat, usw.) . Das Modell ist im Blockschaltbild nach
Fig. 6 dargestellt (im folgenden als "Auspuffgasmodell"
bezeichnet) . Die Zustandsgleichung des Auspuffgasmodells
kann folgendermaßen geschrieben werden:
Wird das Luft/Kraftstoffverhältnis an der Zusammenfluß
stelle als y (k) definiert, so kann die Ausgangsgleichung
folgendermaßen geschrieben werden:
Hier gilt:
C1: 0.25379, C2: 0.46111, C3: 0.10121, C4: 0.18389.
Da u(k) in dieser Gleichung nicht geortet werden kann, so
ist es weiterhin nicht möglich, x(k) zu orten, selbst wenn
aus dieser Gleichung ein Orter abgeleitet wird. Wird jedoch
x(k+1) = x(k-3) unter der Annahme eines stabilen Betriebs
zustandes definiert, in dem keine abrupte Änderung im
Luft/Kraftstoffverhältnis gegenüber demjenigen um 4 TDC
früher (d. h. gegenüber denjenigen des gleichen Zylinders)
auftritt, so ergibt sich Gleichung (9):
Das Simulationsergebnis für das in der vorstehend angegebe
nen Weise gewonnene Auspuffgasmodell wird nachfolgend er
läutert. Fig. 7 zeigt eine Situation der Simulation, in der
drei Zylindern des Vierzylinder-Verbrennungsmotors Kraft
stoff zur Realisierung eines Luft/Kraftstoffverhältnisses
von 14,7 : 1 und einem Zylinder Kraftstoff zur Realisierung
eines Luft/Kraftstoffverhältnisses von 12,0 : 1 zugeführt
wird. Fig. 8 zeigt das Ergebnis der Simulation mit einem
Luft/Kraftstoffverhältnis in diesem Zeitpunkt an der Zu
sammenflußstelle, wie es unter Verwendung des oben ange
gebenen Auspuffgasmodells gewonnen wird. Während Fig. 8
zeigt, daß ein stufenförmiges Ausgangssignal gewonnen wird,
wenn die obengenannte Ansprechverzögerung des LAF-Sensors
berücksichtigt wird, ergibt sich gemäß Fig. 9 eine ge
glättete Kurve die als "hinsichtlich Verzögerung justierte
Modellausgangsgröße" bezeichnet wird. Die enge Übereinstim
mung der Kurvenverläufe der Modellausgangsgröße und der
tatsächlichen Sensorausgangsgröße verifiziert die Gültigkeit
des Auspuffgasmodells als Modell des Auspuffgassystems eines
Mehrzylinder-Verbrennungsmotors.
Damit wird das Problem auf dasjenige eines gewöhnlichen
Kalman-Filters zurückgeführt, in dem X(k) in der Zustands
gleichung betrachtet wird und die Ausgangsgleichung sich ge
mäß Gleichung (10) ergibt. Wenn die Wichtungsmatrizen Q, R
als Gleichung (11) festgelegt werden und die Riccati-
Gleichung gelöst wird, so ergibt sich die Gewinnmatrix K ge
mäß Gleichung (12).
Hier:
Die Lösung nach A-KC daraus ergibt Gleichung (13).
Fig. 10 zeigt die Ausgestaltung eines gewöhnlichen Orters.
Da im vorliegenden Modell jedoch keine Eingangsgröße u(k)
vorhanden ist, besitzt die Konfiguration lediglich y(k) als
Eingangsgröße, wie dies in Fig. 11 dargestellt ist. Dies
wird mathematisch durch Gleichung (14) ausgedrückt.
Die Systemmatrix S des Orters mit der Eingangsgröße y(k)
nämlich des Kalman-Filters ist:
Ist im vorliegenden Modell das Verhältnis des Elementes der
Wichtungsgröße R in der Riccati-Gleichung zum Element von Q
gleich 1 : 1, so ist die Systemmatrix S des Kalman-Filters
folgendermaßen gegeben:
Fig. 12 zeigt die so gewonnene Luft/Kraftstoffverhältnis-
Schätzung.
Gemäß Gleichung (10) wird der Änderungsbereich der Zustands
variablen X(k), d. h. der Bereich betrachtet, in dem sich der
Wert F/A möglicherweise ändern kann. Da das Luft/Kraftstoff
verhältnis A/F höchstens im Bereich von 10 bis 30 liegt,
liegt daher das Kraftstoff/Luftverhältnis F/A im Bereich von
1/30 bis 1/10. Das Auflösungsvermögen des Wertes kann daher
in Übereinstimmung damit bestimmt werden. Nachfolgend wird
für ein leichteres Verständnis an Stelle des Verhältnisses
F/A das Verhältnis A/F verwendet.
Wie Fig. 13 in Form eines Simulationsergebnisses der Orter
schätzung zeigt, wird jedoch der Wert A/F zeitweise größer
als der Bereich im Verlauf der Schätzung, obwohl der Wert
A/F schließlich in den Bereich fällt. Dies ist labormäßig
kein schwerwiegendes Problem, macht jedoch die Realisierung
in einem Bordcomputer geringer Leistung schwierig.
Gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird daher
die Orterschätzung bei Behandlung des vorgenannten Bereiches
von 1 bis 30 als obere und untere Grenze derart simuliert,
daß der Wert A/F zwangsweise begrenzt oder durch die Grenze
ersetzt wird, wenn der Wert A/F die obere oder untere Grenze
überschreitet. Fig. 14 zeigt das Ergebnis der Simulation.
Bei diesem Ausführungsbeispiel divergiert jedoch der ge
schätzte Wert A/F statt zu konvergieren, wodurch eine rich
tige Luft/Kraftstoffverhältnis-Schätzung unmöglich wird. Der
Grund dafür liegt möglicherweise darin, daß das System die
Linearität verliert, da es das gleiche ist, als ob in der
Konfiguration nach Fig. 14 ein Begrenzer eingefügt würde.
Sodann wird der Orter derart ausgestaltet, daß der Wert A/F
zwangsweise auf einen vorgegebenen Wert (d. h. auf seinen
Anfangswert (gleich 14,7) im Ausführungsbeispiel) zurückge
führt wird, wenn er die obere oder untere Grenze übersteigt
und damit eine Simulation durchgeführt. Fig. 15 zeigt das
Ergebnis der Simulation. In diesem Ausführungsbeispiel
übersteigt der geschätzte Wert die Grenzen nicht und konver
giert gegen das Eingangs-A/F. Zwar wird vor der Simulation
angenommen, daß es theoretisch einige Zeit dauert, bis der
Wert gegen die Eingangsgröße konvergiert hat; die Konver
genzzeit ist jedoch kleiner als erwartet. Aus dem Simula
tionsergebnis zeigt sich jedenfalls, daß keine Divergenz
aufritt, solange das System stabil ist.
In diesem Ausführungsbeispiel wird die Zustandsvariable
zwangsweise durch den vorgegebenen Wert (den Anfangswert)
ersetzt, da es so ausgebildet ist, daß die obere und untere
Grenze als Zustandsvariable gesetzt werden, wenn die Zu
standsvariable die Grenzen übersteigt; es wird daher mög
lich, den Änderungsbereich der Zustandsvariablen schmaler zu
machen und das erforderliche Auflösungsvermögen ausreichend
sicher zu stellen. Da diese Konfiguration keinen Computer
mit großer Wortlänge erforderlich macht, wird es daher mög
lich, die Schätzung in einem Bordmikrocomputer mit kleiner
Wortlänge und kleinem Leistungsvermögen durchzuführen. Mit
anderen Worten ausgedrückt, wird es durch lediglich einen
Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor an der Auspuffzusammenfluß
stelle eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors möglich, die
Luft/Kraftstoffverhältnisse an den einzelnen Zylindern aus
dem Ausgangssignal des Sensors zu schätzen und die Luft-
Kraftstoffverhältnisse auf ein gewünschtes Luft/Kraftstoff
verhältnis bzw. gewünschte Luft/Kraftstoffverhältnisse zu
regeln. Obwohl die Konvergenzberechnung neu begonnen wird,
wenn die Zustandsvariable zwangsweise auf den Anfangswert
zurückgeführt wird und es einige Zeit dauert, bis sie kon
vergiert hat, tritt keine Divergenz auf, solange das System
stabil ist.
Es ist darauf hinzuweisen, daß es an Stelle der Rückführung
der Zustandsvariablen auf den Anfangswert in diesem Ausfüh
rungsbeispiel andererseits auch möglich ist, die Zustands
variable auf einen geeigneten vom Anfangswert verschiedenen
Wert zurückzuführen.
Es ist weiterhin darauf hinzuweisen, daß es an Stelle des
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels der Luft/Kraftstoff
verhältnis-Schätzung andererseits auch möglich ist, andere
Schätzungen oder Regelungen mit einer gleichartigen Konfi
guration durchzuführen.
Claims (6)
1. Luft/Kraftstoffverhältnis-Kalkulator zur Schätzung des
Luft/Kraftstoffverhältnisses eines den Zylindern eines
Mehrzylinder-Verbrennungsmotors (10) zugeführten Gemi
sches über ein Ausgangssignal eines an der Zusammen
flußstelle eines Abgassystems des Motors (10) instal
lierten Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors (40) mit
Schätzmitteln (in 42) zur Modellnachbildung des Ab
gassystems durch wenigstens eine Zustandsgleichung mit
einer ein Maß für das Luft/Kraftstoffverhältnis dar
stellenden Zustandsvariablen zur Schätzung des
Luft/Kraftstoffverhältnisses der Zylinder des Motors
(10),
gekennzeichnet durch
Begrenzermittel (in 42) zur Bildung einer Grenze für
die Zustandsvariable, derart, daß die Zustandsvariable
durch einen Wert ersetzt wird, wenn sie die Grenze
übersteigt.
2. Luft/Kraftstoffverhältnis-Kalkulator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schätzmittel (in 42)
erste Mittel zur Annahme des Ausgangssignals des Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors (40) als Mittelwert, der aus einer Summe der Produkte von mit einem vorge gebenen Wert gewichteten Zündhistorien der Zylinder und Bildung eines Modells unter Verwendung des Luft/Kraft stoffverhältnisses als Zustandsvariable,
zweite Mittel zur Bildung einer Zustandsgleichung in bezug auf die Zustandsvariable,
einen die Zustandsvariable ortenden Orter und
dritte Mittel zur Schätzung des Luft/Kraftstoffverhält nisses an den Zylindern aus dem Ausgangssignal des Orters enthalten.
erste Mittel zur Annahme des Ausgangssignals des Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors (40) als Mittelwert, der aus einer Summe der Produkte von mit einem vorge gebenen Wert gewichteten Zündhistorien der Zylinder und Bildung eines Modells unter Verwendung des Luft/Kraft stoffverhältnisses als Zustandsvariable,
zweite Mittel zur Bildung einer Zustandsgleichung in bezug auf die Zustandsvariable,
einen die Zustandsvariable ortenden Orter und
dritte Mittel zur Schätzung des Luft/Kraftstoffverhält nisses an den Zylindern aus dem Ausgangssignal des Orters enthalten.
3. Luft/Kraftstoffverhältnis-Kalkulator nach Anspruch 1
oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzermittel
(in 42) eine obere und eine untere Grenze bilden und
daß die Zustandsvariable durch den Wert in den Grenzen
ersetzt wird, wenn sie diese Grenzen übersteigt.
4. Luft/Kraftstoffverhältnis-Kalkulator nach einem der
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert
ein vorgegebener Wert ist.
5. Luft/Kraftstoffverhältnis-Kalkulator nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Wert ein
Anfangswert der Variablen ist.
6. Luft/Kraftstoffverhältnis-Kalkulator nach einem der
Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schätzmittel Regelmittel zur Regelung des Luft-
Kraftstoffverhältnisses an den Zylindern auf einen
gewünschten Wert auf der Basis des geschätzten Luft/Kraft
stoffverhältnisses enthalten.
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