DE69507060T2

DE69507060T2 - System zur Abschätzung des Luft/Kraftstoffverhältnisses für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69507060T2
Application number: DE69507060T
Authority: DE
Inventors: Shusuke C/O K.K. Honda Gijyutsu Wako-Shi Saitama Akazaki; Yusuke C/O K.K. Honda Gijyutsu Wako-Shi Saitama Hasegawa; Isao C/O K.K. Honda Gijyutsu Wako-Shi Saitama Komoriya; Yoichi C/O K.K. Honda Gijyutsu Wako-Shi Saitama Nishimura
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1994-02-04
Filing date: 1995-02-03
Publication date: 1999-05-20
Anticipated expiration: 2015-02-04
Also published as: US5566071A; EP0670420A3; EP0670420B1; EP0670420A2; DE69507060D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein System zum Schätzen des Luft/Kraftstoffverhältnisses einer Brennkraftmaschine, insbesondere ein System zur hochgenauen Schätzung von Luft/Kraftstoffverhältnissen in den einzelnen Zylindern einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine.

Beschreibung des Standes der Technik

Es ist allgemeine Praxis, einen Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor am Abgassystem-Zusammenflußpunkt einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine zu installieren, um das Luft/Kraftstoffverhältnis an dieser Stelle zu erfassen. Ein System dieses Typs ist beispielsweise aus der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Sho 59(1984)-101,562 bekannt. Abgesehen hiervon hat der Anmelder zuvor in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 5-180,059 vorgeschlagen, ein mathematisches Modell aufzustellen, welches das Verhalten des Abgassystems einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine beschreibt und welches durch einen Beobachter Luft/Kraftstoffverhältnisse in einzelnen Zylindern aus der Ausgabe eines einzelnen Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors schätzen kann, der am Abgassystem-Zusammenflußpunkt angeordnet ist. Der dort verwendete Sensor ist kein O&sub2;-Sensor, der eine invertierte Ausgabe nur in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnisses erzeugt, sondern ein Breitband-Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor, der eine Ausgabe erzeugt, die zur Sauerstoffkonzentration von Sauerstoff in dem Abgas proportional ist.
Mit dieser Anordnung wurde es möglich, die Luft/Kraftstoffverhältnisse in den einzelnen Zylindern mit hoher Genauigkeit zu schätzen. In Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors kann jedoch eine Situation auftreten, in der es schwierig wäre, die Berechnungszeit sicherzustellen, oder in der die Reaktion des Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors ungeeignet wäre.
Die EP-A-643 212 zeigt ein ähnliches Luft/Kraftstoffverhältnis-Regelsystem für eine Brennkraftmaschine, welches als Eingabe zu dem Beobachter nicht das Soll-A/F(Luft/Kraftstoff)-Verhältnis verwendet. Diese Schrift ist Stand der Technik gemäß Artikel 54(3) EPC.
Ein Ziel der Erfindung ist es daher, ein System zum Schätzen von Luft/Kraftstoffverhältnissen in den einzelnen Zylindern einer Mehrzylinder- Brennkraftmaschine anzugeben, welches mit den obigen Situationen zurecht kommen kann.
Ferner wird das oben genannte Problem der Berechnungszeit schwerwiegender, wenn die Luft/Kraftstoffverhältnisse in den einzelnen Zylindern unter Verwendung von durch den Beobachter geschätzten Luft/Kraftstoffverhältnissen auf einen Sollwert oder auf Sollwerte geregelt werden.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein System zum Schätzen von Luft/Kraftstoffverhältnissen in den einzelnen Zylindern einer Mehrzylinder- Brennkraftmaschine durch die Beobachter-Berechnung anzugeben, während die Luft/Kraftstoffverhältnisse in den einzelnen Zylindern auf einen Sollwert geregelt werden, das mit einem Motorbetriebszustand zurecht kommen kann, in dem es schwierig wäre, die Beobachter-Berechnungszeit sicherzustellen.
Ferner wurden in den letzten Jahren Luft/Kraftstoffverhältnis-Steuerungen bekannt, bei denen das an den Motor anzulegende Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis zwischen mageren und fetten Richtungen beabsichtigt gestört oder in Schwingung versetzt wird, um den Sauerstoffspeichereffekt des Katalysators durch Störung zu nutzen, um hierdurch die Reinigungswirkung des Katalysators zu verbessern. Der Anmelder hat zuvor diese Art der Regelung in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 6(1994)-200,802 vorgeschlagen.
Mit der Luft/Kraftstoffverhältnis-Störsteuerung wird das Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis häufig verstellt. Darüber hinaus ändert sich das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis abrupt, wenn die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wird oder von normaler Steuerung auf Magerverbrennungssteuerung umgeschaltet wird.
Ein noch weiteres Ziel der Erfindung ist es daher, ein System zum Schätzen von Luft/Kraftstoffverhältnissen in den einzelnen Zylindern einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine anzugeben, das die Schätzgenauigkeit auch dann sicherstellt, wenn das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis häufig oder abrupt geändert wird.
Um diese Ziele zu erreichen, zeigt die vorliegende Erfindung ein System zum Schätzen von Luft/Kraftstoffverhältnissen in den einzelnen Zylindern einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine aus einer Ausgabe eines Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors, der am Abgassystem der Maschine angebracht ist, umfassend ein Abgassystemverhalten-Ableitungsmittel zum Ableiten eines Verhaltens des Abgassystems, in dem X(k) anhand einer Zustandsgleichung und einer Ausgabegleichung beobachtet wird, in der eine Eingabe U(k) Luft/Kraftstoffverhältnisse in dem einzelnen Zylinder bezeichnet und eine Ausgabe Y(k) das geschätzte Luft/Kraftstoffverhältnis bezeichnet, gemäß
X(k+ 1) = AX(k) + BU(k)
Y(k) = CX(k) +DU(k)
wobei A, B, C und D Koeffizientenmatritzen sind. Das System umfaßt ein Annahmemittel zum Annehmen der Eingabe U(k) als vorbestimmte Werte zum Aufstellen eines Beobachters, der durch eine Gleichung ausgedrückt wird, welche die Ausgabe Y(k) als Eingabe verwendet, in der eine Zustandsvariable X die Luft/Kraftstoffverhältnisse in den einzelnen Zylindern bezeichnet gemäß
(k+1) = [A-KC] (k)+KY(k)
wobei K eine Verstärkungsfaktormatrix ist, sowie ein Schätzmittel zum Schätzen der Luft/Kraftstoffverhältnisse in den einzelnen Zylindern aus der Zustandsvariablen . In dem System wird als zweite Eingabe ein Soll- Luft/ Kraftstoffverhältnis in den Beobachter eingegeben, gemäß Anspruch 1.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen näher ersichtlich, worin:
Fig. 1 ist eine schematische Gesamtansicht des Luft/Kraftstoffverhältnis-Schätzsystems für eine Brennkraftmaschine;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm mit Darstellung der Details einer in Fig. 1 gezeigten Steuereinheit;
Fig. 3 ist eine Flußdiagramm, welches den Betrieb des in Fig. 1 dargestellten Luft/Kraftstoffverhältnis-Schätzsystems zeigt;
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm mit Darstellung eines Modells, welches das Verhalten der Erfassung des Luft/Kraftstoffverhältnisses beschreibt, unter Bezug auf die frühere Anmeldung des Anmelders;
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, welches das Modell von Fig. 4 zeigt, das in die zeitdiskreten Serien für eine Periode delta T diskretisiert ist;
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm mit Darstellung eines Echtzeit- Luft/Kraftstoffverhältnis-Schätzglieds auf der Basis des Modells von Fig. 5;
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm mit Darstellung eines Modells, welches das Verhalten des Abgassystems des Motors beschreibt, unter Bezug auf die frühere Anmeldung des Anmelders;
Fig. 8 ist eine Grafik einer Simulation, bei der angenommen wird, daß Kraftstoff drei Zylindern eines Vierzylindermotors zugeführt wird, um ein Luft/Kraftstoffverhältnis von 14,7 : 1 zu erhalten, und einem Zylinder, um ein Luft/Kraftstoffverhältnis von 12,0 : 1 zu erhalten;
Fig. 9 ist das Ergebnis der Simulation, das die Ausgabe des Abgassystem-Modells und das Luft/Kraftstoffverhältnis am Zusammenflußpunkt zeigt, wenn der Kraftstoff in der in Fig. 8 gezeigten Weise zugeführt wird;
Fig. 10 ist das Ergebnis der Simulation, das die Ausgabe des Abgassystem-Modells zeigt, die für die Sensorerfassung- Reaktionsverzögerung (Zeitverzögerung) im Gegensatz zur tatsächlichen Ausgabe des Sensors korrigiert ist;
Fig. 11 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines üblichen Beobachters zeigt;
Fig. 12 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration des Beobachters zeigt, im Hinblick auf die frühere Anmeldung des Anmelders;
Fig. 13 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration erläutert, die sich aus der Kombination des Modells von Fig. 7 mit dem Beobachter von Fig. 12 ergibt;
Fig. 14 ist ein Flußdiagramm, das Fig. 3 ähnlich ist, jedoch eine zweite Ausführung zeigt;
Fig. 15 ist ein Blockdiagramm, das die Gesamtkonfiguration der Luft/Kraftstoffverhältnis-Regelung auf der Basis der Luft/Kraftstoffverhältnis-Schätzung zeigt;
Fig. 16 ist ein Abschnitt eines Flußdiagramms, das Fig. 14 ähnlich ist, jedoch eine dritte Ausführung zeigt;
Fig. 17 ist ein Abschnitt eines Flußdiagramms, das Fig. 14 ähnlich ist, jedoch eine vierte Ausführung zeigt;
Fig. 18 ist ein Blockdiagramm, das die Luft/Kraftstoffverhältnis- Störsteuerung zeigt, zur Erläuterung der fünften erfindungsgemäßen Ausführung; und
Fig. 19 ist eine Grafik mit Darstellung der Störung oder des Schwingens des Soll-Luft/Kraftstoffverhältnisses in der in Fig. 18 gezeigten Steuerung.

DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Luft/Kraftstoffverhältnis-Erfassungssystems für eine Mehrzylinder- Brennkraftmaschine.
Die Bezugszahl 10 in dieser Figur bezeichnet eine Vierzylinder- Brennkraftmaschine. Luft, die durch einen am fernen Ende einer Lufteinlaßleitung 12 angebrachten Luftfilter 14 angesaugt wird, wird den ersten bis vierten Zylindern durch einen Einlaßkrümmer 18 zugeführt, wobei deren Strömung durch ein Drosselventil 16 eingestellt wird. Ein Kraftstoffeinspritzventil 20 zum Einspritzen von Kraftstoff ist in der Nähe eines Einlaßventils (nicht gezeigt) jedes Zylinders angebracht. Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit der Einlaßluft zur Bildung eines Luft/Kraftstoffgemischs, der in dem zugeordneten Zylinder durch eine Zündkerze (nicht gezeigt) gezündet wird. Die sich ergebende Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs treibt einen Kolben nach unten (nicht gezeigt). Das durch die Verbrennung erzeugte Abgas wird durch ein Auslaßventil (nicht gezeigt) in einen Abgaskrümmer 22 abgegeben, von wo es durch ein Abgasrohr 24 zu einem Dreiwegekatalysator 26 fließt, wo es von schädlichen Komponenten befreit wird, bevor es nach außen abgegeben wird. Zusätzlich wird der Lufteinlaßweg 12 von einem Bypaß 28 umgangen, der darin in der Nähe des Drosselventils 16 vorgesehen ist.
Ein Kurbelwinkelsensor 34 zum Erfassen von Kolbenkurbelwinkeln ist in einem Zündverteiler (nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine 10 vorgesehen, ein Drosselstellungssensor 36 ist zum Erfassen des Drosselöffnungsgrads des Drosselventils 16 vorgesehen, und ein Krümmerabsolutdrucksensor 38 ist vorgesehen, um den Druck der Einlaßluft stromab des Drosselventils 16 als Absolutdruck zu erfassen. Zusätzlich ist ein Kühlwassertemperatursensor 39 in einem Zylinderblock (nicht gezeigt) vorgesehen, um die Temperatur eines Kühlwassermantels (nicht gezeigt) in dem Block zu erfassen. Auch ist ein als Sauerstoffkonzentrationsdetektor ausgebildeter Breitband-Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor 40 an dem Zusammenflußpunkt in dem Abgassystem zwischen dem Abgaskrümmer 22 und dem Dreiwegekatalysator 26 vorgesehen, wo er die Sauerstoffkonzentration des Abgases am Zusammenflußpunkt erfaßt und eine hierzu proportionale Ausgabe erzeugt. Die Ausgaben des Kurbelwinkelsensors 34 und anderer Sensoren werden einer Steuereinheit 42 zugeleitet.
Details der Steuereinheit 42 sind im Blockdiagramm von Fig. 2 gezeigt. Die Ausgabe des Breitband-Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors 40 wird von einer Erfassungsschaltung 46 in der Steuereinheit 42 empfangen, wo sie einem geeigneten Linearisierungsprozeß unterzogen wird, um ein Luft/Kraftstoffverhältnis (A/F) zu erhalten, das sich linear mit der Sauerstoffkonzentration des Abgases über einen breiten Bereich ändert, der von der mageren Seite zur fetten Seite reicht. Da dieser Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 4-369,471 des Anmelders im Detail erläutert ist, wird er hier nicht weiter erläutert. Nachfolgend wird in dieser Beschreibung der Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor als "LAF"-Sensor (linearer AlF-Sensor) bezeichnet. Die Ausgabe der Erfassungsschaltung 46 wird über einen A/D(Analog/Digital)-Wandler 48 einem Mikrocomputer zugeleitet, der eine CPU (zentrale Prozessor-Einheit) 50, ein ROM (NUR-Lesespeicher) 52 sowie ein RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) 54 aufweist, und wird in dem RAM 54 gespeichert.
In ähnlicher Weise werden die Analogausgaben des Drosselstellungssensors 36 etc. dem Mikrocomputer über einen Pegelwandler 56, einen Multiplexer 58 und einen zweiten A/D-Wandler 60 zugeführt, während die Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 34 durch einen Wellenformer 62 geformt wird und dessen Ausgabewert von einem Zähler 64 gezählt wird, dessen Ergebnis in den Mikrocomputer eingegeben wird. Entsprechend den in dem ROM 52 gespeicherten Befehlen verwendet die CPU 50 des Mikrocomputers die erfaßten Werte zur Berechnung einer manipulierten Variablen, treibt die Kraftstoffeinspritzdüsen 20 der jeweiligen Zylinder über eine Treiberschaltung 66 zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung an und treibt ein Solenoid 70 über eine zweite Treiberschaltung 68 zur Steuerung der Sekundärluftmenge an, die durch den in Fig. 1 gezeigten Bypaß 28 strömt.
Die CPU 50 schätzt ferner die Luft/Kraftstoffverhältnisse in den einzelnen Zylindern in einer später erläuterten Weise, um diese unter Rückkopplung auf das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis zu regeln.
Der Betrieb des Systems ist im Flußdiagramm von Fig. 3 gezeigt. Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, wird jedoch zunächst ein früher vorgeschlagenes Modell erläutert, welches das Verhalten eines Abgassystems beschreibt.
Zur hochgenauen Separation und Extraktion der Luft/Kraftstoffverhältnisse in den einzelnen Zylindern aus der Ausgabe eines einzelnen LAF-Sensors ist es erforderlich, zunächst genau die Erfassungsansprechverzögerung (Verzögerungszeit) des LAF-Sensors sicherzustellen. Die Erfinder simulierten daher diese Verzögerung unter Verwendung eines Zeitverzögerungssystems erster Ordnung als Modell. Hierfür entwickelten sie das in Fig. 4 gezeigte Modell. Wenn wir hier definieren LAF: LAF-Sensorausgabe, und A/F Luft/Kraftstoffverhältnis-Eingabe, läßt sich die Zustandsgleichung schreiben als:
LÅF(t) = αLAF (t)-αA/F(t) ...........(1)
Wenn man dies für die Periode delta T diskretisiert, erhalten wir:
LAF(k+1) = LAF(k)+(1- )A/F(k) .....(2)
Hier ist a der Korrekturkoeffizient und wird definiert als:
= 1+αΔT+(1/2!)α²ΔT²+(1/3!)α³ΔT3+(1/4!)α&sup4;ΔT&sup4;
Gleichung 2 ist als Blockdiagramm in Fig. 5 dargestellt.
Daher läßt sich Gleichung 2 verwenden, um aus der Sensorausgabe das tatsächliche Luft/Kraftstoffverhältnis zu erhalten. Das heißt, da Gleichung 2 in Gleichung 3 umgeschrieben werden kann, kann der Wert zur Zeit k-1 aus dem Wert zur Zeit k rückgerechnet werden, wie bei Gleichung 4 gezeigt.
A/F(k) = {LAF(k+1)- LAF)k)}/(1- ) ..... (3)
A/F(k -1) = {LAF(k) - LAF(k-1)}/(1- ) ....... (4)
Insbesondere ergibt die Verwendung der Z-Transformation, um Gleichung 2 als Übertragungsfunktion auszudrücken, Gleichung 5, und eine Echtzeitschätzung der Luft/Kraftstoffverhältnis-Eingabe im vorhergehenden Zyklus kann durch Multiplikation der Sensorausgabe LAF des momentanen Zyklus mit der inversen Übertragungsfunktion und dem Korrekturkoeffizienten erhalten werden. Fig. 6 ist ein Blockdiagramm des Echtzeit-Luft/Kraftstoffverhältnis-Schätzglieds.
t(z) = (1- )/(Z- ) ..... (5)
Nun wird das Verfahren zum Separieren und Extrahieren der Luft/Kraftstoffverhältnisse in den einzelnen Zylindern auf der Basis des in vorstehender Weise erhaltenen tatsächlichen Luft/Kraftstoffverhältnisses erläutert. Wenn man annimmt, daß das Luft/Kraftstoffverhältnis am Zusammenflußpunkt des Abgassystems ein gewichtetes Mittel ist, um den zeitlichen Beitrag der Luft/Kraftstoffverhältnisse in den einzelnen Zylindern widerzuspiegeln, wird es möglich, das Luft/Kraftstoffverhältnis an dem Zusammenflußpunkt zur Zeit k nach Art von Gleichung 6 auszudrücken. (Da F (Kraftstoff) als die manipulierte Variable gewählt wurde, wird hier das Kraftstoff/Luftverhältnis F/A verwendet. Zum leichteren Verständnis wird jedoch in der Erläuterung manchmal das Luft/Kraftstoffverhältnis verwendet. Der hierin verwendete Begriff "Luft/Kraftstoffverhältnis" (oder "Kraftstoff/Luftverhältnis") ist der tatsächliche Wert, der im Hinblick auf die gemäß Gleichung 5 berechnete Ansprechverzögerungszeit korrigiert ist.)
[F/A](k) - C&sub1;[F/A#1]+C&sub2;[F/A#&sub3;] +C&sub3;[F/A#&sub4;]+C&sub4;[F/A#&sub2;]
[FA/](k+1) = C&sub1;[F/A#&sub3;]+C&sub2;[FA#&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;]
... (6)
Insbesondere kann das Luft/Kraftstoffverhältnis am Zusammenflußpunkt ausgedrückt werden als die Summe der Produkte der vergangenen Zündabläufe der jeweiligen Zylinder und von Wichtungen C (beispielsweise 40% für den zuletzt gezündeten Zylinder, 30% für den davor gezündeten usw.). Dieses Modell läßt sich als Blockdiagramm ausdrücken, wie es in Fig. 7 gezeigt ist.
Dessen Zustandsgleichung läßt sich schreiben als:
Wenn ferner das Luft/Kraftstoffverhältnis am Zusammenflußpunkt als y(k) definiert wird, läßt sich die Ausgangsgleichung schreiben als:
Hier ist:
c&sub1; : 0,25379, c&sub2; : 0,10121, c&sub3; : 0,46111, c&sub4; : 0,18389
Da u(k) in dieser Gleichung nicht beobachtet werden kann, auch wenn aus der Gleichung ein Beobachter gebildet wird, ist es noch immer nicht möglich, x(k) zu beobachten. Wenn man somit x(k + 1) = x(k-3) unter der Annahme eines stabilen Betriebszustands definiert, in dem keine abrupte Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses gegenüber 4 OTs zuvor erfolgt (d.h. von jenem desselben Zylinders), erhält man Gleichung 9.
Nun werden die Simulationsergebnisse für das in vorstehender Weise erhaltene Modell angegeben. Fig. 8 betrifft den Fall, wo Kraftstoff drei Zylindern eines Vierzylinder-Verbrennungsmotors zugeführt wird, um ein Luft/Kraftstoffverhältnis von 14,7 : 1 zu erhalten, und einem Zylinder, um ein Luft/Kraftstoffverhältnis von 12,0 : 1 zu erhalten. Fig. 9 zeigt das Luft/Kraftstoffverhältnis zu dieser Zeit am Zusammenflußpunkt, wie man es unter Verwendung des vorstehenden Modells erhält. Während Fig. 9 zeigt, daß man eine gestufte Ausgabe erhält, wenn die Ansprechverzögerung (Verzögerungszeit) des LAF-Sensors berücksichtigt wird, wird die Sensorausgabe eine geglättete Welle, die in Fig. 10 als "verzögerungskorrigierte Ausgabe des Modells" bezeichnet ist. Die als "tatsächliche Ausgabe des Sensors" markierte Kurve beruht auf der tatsächlich beobachteten Ausgabe des LAF-Sensors unter den gleichen Bedingungen. Die enge Übereinstimmung der Modellergebnisse hiermit verifiziert die Gültigkeit des Modells als Modell des Abgassystems einer Mehrzylinder-Verbrennungsmaschine.
Somit reduziert sich das Problem auf das eines üblichen Kalman-Filters, in dem x(k) in der Zustandsgleichung, Gleichung 10, und die Ausgabegleichung beobachtet wird. Wenn die gewichteten Matritzen Q, R wie in Gleichung 11 bestimmt werden und die Riccati-Gleichung gelöst wird, wird die Verstärkungsfaktormatrix K so wie in Gleichung 12 gezeigt:
Hier ist:
Der Erhalt von A-KC hieraus ergibt Gleichung 13:
Fig. 11 zeigt die Konfiguration eines üblichen Beobachters. Weil im vorliegenden Modell keine Eingabe u(k) vorliegt, hat jedoch die Konfiguration nur y(k) als Eingabe, wie in Fig. 12 gezeigt. Dies wird mathematisch durch Gleichung 14 ausgedrückt:
Die Systemmatrix des Beobachters, dessen Eingabe y(k) ist, nämlich des Kalman-Filters, ist:
Wenn im vorliegenden Modell das Verhältnis des Elements der gewichteten Matrix R in der Riccati-Gleichung zum Element von Q 1 : 1 ist, ergibt sich die Systemmatrix S des Kalman-Filters wie:
Fig. 13 zeigt die Konfiguration, in der das vorgenannte Modell und der Beobachter kombiniert sind. Da dies im Detail in der früheren Anmeldung des Anmelders beschrieben wurde, wird hier keine weitere Erläuterung angegeben. Mit dieser Anordnung wird es möglich, die Luft/Kraftstoffverhältnisse der einzelnen Zylinder aus dem Luft/Kraftstoffverhältnis am Zusammenflußpunkt genau zu schätzen.
Aufgrund des Vorstehenden wird nun der Betrieb des Systems erläutert.
Das Programm beginnt in Schritt S10, in dem die Ausgaben der vorgenannten Sensoren gelesen werden, und das Programm geht zu Schritt S12 weiter, in dem in geeigneter Weise bestimmt wird, ob der LAF-Sensor 40 aktiviert worden ist, und wenn dies so ist, zu Schritt S14, in dem bestimmt wird, ob sich der Motorbetriebszustand in einem Bereich befindet, in dem die Beobachter-Matrixberechnung gehemmt ist.
Ein Beispiel eines solchen Bereichs wäre ein Hochdrehzahlbereich des Motors. Da nämlich, wie zuvor erwähnt, die OT-Intervalle mit zunehmender Motordrehzahl kürzer werden, wird es schwierig, bei hoher Motordrehzahl eine ausreichende Beobachter-Berechnungszeit sicherzustellen. Darüber hinaus ist die Reaktion des LAF-Sensors 40 bei einer derart hohen Motordrehzahl wegen der Erfassungsverzögerung unrichtig, wie anhand von Gleichung 1 erläutert. Andere Beispiele des Bereichs, in der die Berechnung gehemmt ist, wären bei Niederlastbetrieb des Motors oder bei Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr. Das heißt, wenn der Motor mit Niederlast betrieben wird, benötigt das Abgas viel mehr Zeit, den LAF- Sensor 40 zu erreichen, als bei hoher Motorlast. Und wenn die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wurde, strömt kein Abgas.
Daher wird die Obergrenze der Motordrehzahl, bei der es schwierig ist, die Berechnungszeit sicherzustellen oder die Sensorreaktion unrichtig ist, vorab bestimmt und in Schritt S14 im Flußdiagramm von Fig. 3 mit der erfaßten Motordrehzahl Ne verglichen. In ähnlicher Weise wird die Motorlast- Untergrenze vorab anhand des Krümmerabsolutdrucks Pb bestimmt und wird mit dem erfaßten Krümmerabsolutdruck Pb verglichen. Wenn somit in Schritt S14 die erfaßte Motordrehzahl Ne die Motordrehzahl-Obergrenze nicht überschreitet und wenn der erfaßte Krümmerabsolutdruck Pb nicht geringer ist als die Krümmerabsolutdruck-Untergrenze, und wenn die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wurde, geht das Programm zu Schritt S16 weiter, in dem die Beobachter-Matrixberechnung durchgeführt wird, um das Luft/Kraftstoffverhältnis für den betreffenden Zylinder zu schätzen. Wenn andererseits die Motordrehzahl Ne die Motordrehzahl-Obergrenze überschreitet, oder wenn der erfaßte Krümmerabsolutdruck Pb geringer ist als die Krümmerabsolutdruck-Untergrenze, oder wenn die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wurde, wird angenommen, daß der Motorbetrieb sich in einem Bereich befindet, in dem die Beobachter-Matrixberechnung gehemmt ist, und daher geht das Programm zu Schritt S 18 weiter, in dem die Beobachter-Matrixberechnung unterbrochen wird. Wenn übrigens bestimmt wird, daß der LAF-Sensor nicht aktiv ist, wird das Programm sofort beendet.
Wenn es nämlich bei der Kraftstoffdosierungssteuerung unmöglich ist, die Berechnungszeit einer Kraftstoffeinspritzmenge bei hoher Motordrehzahl sicherzustellen, wird häufig die Mengenberechnung verwendet. Die Berechnung wird somit bei hoher Drehzahl ausgedünnt. Die Konfiguration beruht jedoch auf der Annahme, daß das Zusammenflußpunkt- Luft/Kraftstoffverhältnis die Summe der Produkte der vergangenen Zündabläufe der jeweiligen Zylinder ist und daß die dies beschreibende Zustandsgleichung als Rekursionsformel ausgedrückt ist. Darüber hinaus ist der Beobachter unter der Annahme eines stabilen Motorbetriebszustands ausgebildet, in dem keine abrupte Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses von jenen 4 OTs zuvor erfolgt, d.h. von jenem desselben Zylinders, und die Beobachtermatrix wird der Zündfolge des Motors folgend gemäß Gleichung 9 nacheinander berechnet.
Somit wird die Beobachterberechnung der Zündfolge entsprechend durchgeführt, indem die Luft/Kraftstoffverhältnisse der vorhergehenden Zylinder nacheinander eingegeben werden. Wenn demzufolge unter den aufeinanderfolgenden Berechnungen für einen bestimmten Zylinder eine ausgedünnt wird, geht die Beziehung zwischen dem Berechnungsergebnis und dem betreffenden Zylinder verloren. Infolgedessen wäre die Schätzung des Zylinder-Luft/Kraftstoffverhältnisses fehlerhaft.
Im Hinblick auf das Obenstehende wird in der Ausführung die Beobachter- Matrixberechnung in dem Berechnungshemmbereich unterbrochen. Anders gesagt, wird die Beobachter-Matrixberechnung nicht ausgedünnt, sondern in dem Berechnungshemmbereich vollständig ausgesetzt, so daß keine Möglichkeit besteht, daß das Berechnungsergebnis für einen Zylinder dem anderen Zylinder nicht zugeordnet wird, was andernfalls auftreten würde, wenn die Berechnung ausgedünnt wird.
Fig. 14 ist ein Flußdiagramm, das Fig. 3 ähnlich ist, zeigt jedoch eine zweite Ausführung.
In der zweiten Ausführung werden die Luft/Kraftstoffverhältnisse der einzelnen Zylinder auf der Basis des geschätzten
Luft/Kraftstoffverhältnisses auf ein Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis geregelt. Da nämlich der Beobachter in der Lage ist, das zylinderweise Luft/Kraftstoffverhältnis (Luft/Kraftstoffverhältnis jedes Zylinders) aus dem Luft/Kraftstoffverhältnis am Zusammenflußpunkt zu schätzen, können die Luft/Kraftstoffverhältnisse an den einzelnen Zylindern durch einen PID- Regler oder dergleichen separat geregelt werden. Insbesondere wird, wie in Fig. 15 gezeigt, ein Zusammenflußpunkt-Luft/Kraftstoffverhältnis- Rückkopplungsfaktor (-Verstärkungsfaktor) KLAF aus der LAF- Sensorausgabe (Abgaszusammenflußpunkt / Luft/Kraftstoffverhältnis) und dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis unter Verwendung eines PID-Reglers berechnet, während die zylinderweisen Luft/Kraftstoffverhältnis- Rückkopplungsfaktoren (-Verstärkungsfaktoren) #nKLAF (n: Zylinder) für die einzelnen Zylinder auf der Basis der von dem Beobachter geschätzten Luft/Kraftstoffverhältnisse #nA/F berechnet werden. Die zylinderweisen Luft/Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsfaktoren werden genauer gesagt berechnet, um einen Fehler zwischen dem Sollwert, erhalten durch das Abgaszusammenflußpunkt-Luft/Kraftstoffverhältnis aus dem Mittelwert AVEk-1 im vorhergehenden Zyklus des Mittelwerts AVE der Rückkopplungsfaktoren #nKLAF aller Zylinder, und dem durch den Beobachter geschätzten Luft/Kraftstoffverhältnis #nA/F zu senken.
Mit dieser Anordnung nähern sich die Luft/Kraftstoffverhältnisse der einzelnen Zylinder an das Zusammenflußpunkt-Luft/Kraftstoffverhältnis an, und das Zusammenflußpunkt-Luft/Kraftstoffverhältnis nähert sich wiederum dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis an. Somit können die Luft/Kraftstoffverhältnisse aller Zylinder dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis angenähert werden. Die Kraftstoffeinspritzmenge #Tout (n: Zylinder) für jeden Zylinder kann hier als Öffnungsdauer der Kraftstoffeinspritzdüse 20 berechnet werden gemäß
#nTout = Tim · KCMD · KTOTAL · #nKLAF · KLAF
wobei Tim: Basiswert, KCMD: Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis (ausgedrückt als mit dem Basiswert zu multiplizierendes Äquivalenzverhältnis), KTOTAL: andere Korrekturfaktoren. Obwohl ein zusätzlicher Faktor für eine Batteriekorrektur und andere Faktoren auch mit berücksichtigt werden können, sind sie hier weggelassen. Da diese Regelung im Detail in der früheren japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 5(1993)-251,138 beschrieben ist, wird sie hier nicht näher erläutert.
Mit dieser Anordnung arbeitet die zylinderweise Luft/Kraftstoffverhältnis- Regelschleife so, um die zylinderweisen Luft/Kraftstoffverhältnisse an das Zusammenflußpunkt-Luft/Kraftstoffverhältnis über die Rückkopplungsfaktoren #nKLAF anzunähern, und da ferner der Mittelwert AVE der Rückkopplungsfaktoren #nKLAF die Neigung hat, sich an 1,0 anzunähern, gehen diese Faktoren nicht auseinander, und infolgedessen wird die Varianz zwischen den Zylindern absorbiert. Da andererseits das Zusammenflußpunkt-Luft/Kraftstoffverhältnis sich dem Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis annähert, können die Luft/Kraftstoffverhältnisse aller Zylinder dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis angenähert werden.
Wenn nämlich in der Konfiguration der zylinderweisen Luft/Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsschleife, wie sie in Fig. 15 gezeigt ist, die Rückkopplungsfaktoren #nKLAF alle auf 1,0 gesetzt werden, geht der Betrieb weiter, bis der Rückkopplungsschleifen-Fehler verschwindet, d.h. bis der Nenner (der Durchschnittswert der Rückkopplungsfaktoren #nKLAF) 1,0 wird, was anzeigt, daß die Varianz des Luft/Kraftstoffverhältnisses zwischen den Zylindern beseitigt wurde.
Aufgrund des Vorstehenden wird nun die zweite Ausführung anhand des Flußdiagramms von Fig. 14 erläutert. Das Programm bestimmt die Kraftstoffeinspritzmenge #nTout (n: Zylinder) für jeden Zylinder in der Zündfolge #1, #3, #4 und #2 zu jeweiligen vorbestimmten Kurbelwinkeln nach der OT (oberer Totpunkt)-Kurbelwinkelstellung.
Das Programm beginnt in Schritt S100, in dem die erfaßte Motordrehzahl Ne und dergleichen gelesen werden, und geht zu Schritt S102, in dem geprüft wird, ob der Motor angelassen wird, und falls nicht, zu Schritt S104, in dem bestimmt wird, ob die Kraftstoffzufuhr zu dem Motor unterbrochen wurde. Wenn das Ergebnis von Schritt S104 negativ ist, geht das Programm zu Schritt S106 weiter, in dem der zuvor genannte Basiswert Tim aus Kennfelddaten abgefragt wird, deren Charakteristiken nicht gezeigt wird, unter Verwendung der Motordrehzahl Ne und des Krümmerabsolutdrucks Pb als Adressdaten, zu Schritt S108, in dem bestimmt wird, ob der LAF-Sensor in geeigneter Weise aktiviert wurde, und wenn dies so ist, zu Schritt S110, in dem bestimmt wird, ob der Motorbetriebszustand der oben genannte Bereich ist, in dem die Beobachter-Matrixberechnung gehemmt ist.
Wenn das Ergebnis von Schritt S110 negativ ist, geht das Programm zu Schritt S112 weiter, in dem die Beobachter-Matrixberechnung durchgeführt wird, um das Luft/Kraftstoffverhältnis #nA/F für den betreffenden Zylinder zu schätzen, zu Schritt S114, in dem der zylinderweise Luft/Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsfaktor #nKLAF für den betreffenden Zylinder bestimmt wird. Wie nämlich zuvor erwähnt, wird der Rückkopplungsfaktor für den betreffenden Zylinder derart bestimmt, daß der Fehler zwischen dem Sollwert, erhalten durch das Abgaszusammenflußpunkt-Luft/Kraftstoffverhältnis aus dem Mittelwert AVEk-1 im vorhergehenden Zyklus des Mittelwerts AVE der Rückkopplungsfaktoren #nKLAF aller Zylinder, und dem von dem Beobachter geschätzten Luft/Kraftstoffverhältnis #nA/F für den betreffenden Zylinder abnimmt.
Dann geht das Programm zu Schritt S116 weiter, in dem der andere Rückkopplungsfaktor KLAF für die Zusammenflußpunkt- Luft/Kraftstoffverhältnisregelung derart bestimmt wird, daß der Fehler zwischen dem vom LAF-Sensor 40 erfaßten Abgaszusammenflußpunkt- Luft/Kraftstoffverhältnis und dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis abnimmt. Dann geht das Programm zu Schritt S118 weiter, in dem die Kraftstoffeinspritzmenge #nlout für den betreffenden Zylinder gemäß Darstellung bestimmt wird, zu Schritt S120, in dem der bestimmte Wert #nTout ausgegeben wird, um die Kraftstoffeinspritzdüse 20 für den betreffenden Zylinder anzutreiben.
Wenn sich andererseits in Schritt S110 herausstellt, daß der Motorbetriebszustand der Berechnungshemmbereich ist, geht das Programm zu Schritt S122 weiter, in dem die Beobachter-Matrixberechnung vollständig unterbrochen wird, zu Schritt S124, in dem der zylinderweise Luft/Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsfaktor #nKLAF für den betreffenden Zylinder so gelassen wird wie er ist, d.h., der Wert #nKLAFk-1, der im vorhergehenden Programmzyklus für den betreffenden Zylinder bestimmt ist, wird im gegenseitigen Programmzyklus wieder verwendet. (Zur vereinfachten Darstellung wurde die Beifügung des Suffixes "k" zum gegenwärtigen Wert weggelassen.)
Insbesondere wird die Beobachter-Matrixberechnung nicht ausgedünnt, sondern im Berechnungshemmbereich vollständig ausgesetzt, währenddem die Kraftstoffeinspritzmenge unter Verwendung des Faktors bestimmt wird, der im vorhergehenden Zyklus bestimmt wurde. Der Grund hierfür ist, daß das Ausmaß der Varianzänderung zwischen den Luft/Kraftstoffverhältnissen der einzelnen Zylinder selbst derart klein ist, daß die Rückkopplungsfaktoren #nKLAF relativ kleiner sind als der Rückkopplungsfaktor KLAF. Die Rückkopplungsfaktoren #nKLAF betragen gewöhnlich etwa 1,0. Ferner ist, im Hinblick auf die Beobachtung durch den bordeigenen Mikrocomputer, der Berechnungshemmbereich als solcher unvermeidbar. Durch Verwendung der vorhergehenden Werte der Rückkopplungsfaktoren #nKLAF, die weniger zur Änderung neigen als der Rückkopplungsfaktor KLAF in diesem Bereich, ermöglicht es jedoch, die Fluktuation des Luft/Kraftstoffverhältnisses geringer zu machen.
Wenn im Flußdiagramm im Schritt S108 bestimmt wurde, daß der LAF- Sensor inaktiv ist, geht das Programm zu Schritt S126, in dem ein Wert #nKLAFidle für den betreffenden Zylinder, der beim Leerlauf des Motors berechnet wurde, aus einem Sicherungsspeicher im RAM 54 ausgelesen wird, zu Schritt S128, in dem angenommen wird, daß der gelesene Wert der für den gegenwärtigen Zyklus ist, zu Schritt S130, in dem der Zusammenflußpunkt-Luft/Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsfaktor KLAF auf 1,0 gesetzt wird (was bedeutet, daß die Zusammenflußpunkt- Luft/Kraftstoffverhältnis-Regelung unterbrochen wird), zu Schritt S118, in dem die Kraftstoffeinspritzmenge #nTout für den betreffenden Zylinder unter Verwendung dieser Werte gemäß Darstellung berechnet wird.
Insbesondere, wenn sich in Schritt S108 herausstellt, daß der LAF-Sensor inaktiv ist, wird der Motor nach dem Anlassen anspringen (S102). In diesem Fall kann durch Verwendung des Werts, der im Leerlauf vor dem Stopp des Motors berechnet wurde, die Luft/Kraftstoffverhältnis-Varianz unter den Zylindern so gering wie möglich gehalten werden. Der Grund dafür, warum der bei Motorleerlauf berechnete Wert verwendet wird, ist, da im Leerlauf die Motordrehzahl gering ist, eine relativ lange Berechnungszeit sichergestellt wird, was die Genauigkeit der Beobachterschätzung verbessert.
Wenn sich andererseits in Schritt S102 herausstellt, daß der Motor angelassen wird, geht das Programm zu Schritt S132, in dem eine Grundkraftstoffeinspritzmenge Ticr beim Anlassen entsprechend vorbestimmten Charakteristiken unter Verwendung der erfaßten Kühlwassertemperatur bestimmt wird, zu Schritt S134, in dem die Kraftstoffeinspritzmenge Tout entsprechend einer Gleichung für den Motoranlauf bestimmt wird. Wenn sich in Schritt S104 herausstellt, daß die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wurde, geht das Programm zu Schritt S136, in dem die Kraftstoffeinspritzmenge auf null gesetzt wird, zu Schritt S138, in dem die Berechnung der Beobachtungsmatrix unterbrochen wird, zu Schritt S140, in dem der Rückkopplungsfaktor #nKLAFk-1 wieder verwendet wird. Der Grund für die Unterbrechung der Beobachter- Matrixberechnung in S138 ist, daß, da keine Verbrennung stattfindet und wie zuvor erwähnt, kein Abgasstrom vorhanden ist, es daher unmöglich ist, das Luft/Kraftstoffverhältnis korrekt zu erfassen.
Da bei dieser Anordnung, ähnlich wie bei der ersten Ausführung, die Berechnung der Beobachtermatrix nicht ausgedünnt wird sondern im Berechnungshemmbereich vollständig ausgesetzt wird, besteht keine Möglichkeit, daß das Berechnungsergebnis für einen Zylinder nicht dem anderen Zylinder zugeordnet wird, was andernfalls auftreten würde, wenn die Berechnung ausgedünnt wird.
Da ferner angenommen wird, daß die Varianz im Kraftstoffzufuhrsystem unter den Zylindern relativ klein ist für die Zeitperiode, während der die Beobachterberechnung unterbrochen wird, so daß der unmittelbar vor der Berechnung erhaltene Wert gestoppt wird, kann die Luft/Kraftstoffverhältnisschwankung unter den Zylindern auf ein akzeptables Maß gesenkt werden, und das Luft/Kraftstoffverhältnis in den einzelnen Zylindern kann mit hoher Genauigkeit dem Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis angenähert werden, was die Reinigungswirkung des Katalysators 26 verbessert. Wenn in diesem Fall das Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis auf mager gesetzt wird, findet eine wirkungsvolle Magerverbrennungssteuerung statt.
Fig. 16 ist ein Abschnitt eines Flußdiagramms, das Fig. 14 teilweise ähnlich ist, jedoch eine dritte Ausführung zeigt.
Wenn im Hinblick auf den Unterschied zur zweiten Ausführung im Schritt S122 bestimmt wird, daß die Beobachter-Matrixberechnung unterbrochen wird, geht das Programm zu Schritt S1240 weiter, in dem der Rückkopplungsfaktor #nKLAF für den betreffenden Zylinder auf 1,0 gesetzt wird. Da nämlich die Luft/Kraftstoffvarianz unter den Zylindern relativ klein ist, so daß der Faktor wie zuvor erwähnt etwa 1,0 beträgt, wird der Faktor bei 1,0 fixiert, wenn die Berechnung unterbrochen wird. Mit dieser Anordnung ist die Konfiguration der dritten Ausführung einfacher als jene der zweiten Ausführung. Die verbleibenden Schritte sind die gleichen wie jene der zweiten Ausführung.
Fig. 17 ist ein Abschnitt eines Flußdiagramms, das Fig. 14 teilweise ähnlich ist, jedoch eine vierte Ausführung zeigt.
Wenn sich wiederum, im Hinblick auf den Unterschied der zweiten Ausführung, in Schritt S108 herausstellt, daß der LAF-Sensor inaktiv ist, und dann der Wert #nKLAFidle in Schritt S126 gelesen wird, geht das Programm zu Schritt S1280 weiter, in dem ein durch Erlernen erhaltener Wert #nKLAFsty als Rückkopplungsfaktor #nKLAF verwendet wird.
Genauer gesagt, wurde der Rückkopplungsfaktor bei Motorleerlauf vor dem Anhalten des Motors unter Verwendung der folgenden Gleichung erlernt, und der erlernte Wert wird verwendet, wenn sich herausstellt, daß der LAF- Sensor inaktiv ist.
#nKLAFsty = C · #nKLAF + (1-C) · #nKLAFstyk-1
Hier ist #nKLAFsty: gegenwärtiger erlernter Wert, C: Wichtung, #nKLAFstyk-1: im vorhergehenden Zyklus erlernter Wert. Mit dieser Anordnung ist es möglich, die vergangenen Zündabläufe in dem Rückkopplungsfaktor weiter zu berücksichtigen. Der Rest der Schritte ist der gleiche wie in der zweiten Ausführung.
Fig. 18 zeigt die Luft/Kraftstoffverhältnis-Störsteuerung zur Erläuterung einer erfindungsgemäßen fünften Ausführung.
Die fünfte Ausführung betrifft den Fall, daß das Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis häufig oder abrupt geändert wird. Das wichtigste Beispiel eines solchen Falls ist die Luft/Kraftstoffverhältnis-Störsteuerung zum leichteren Verständnis der Erfindung wird die früher vorgeschlagene Luft/Kraftstoffverhältnis-Störsteuerung anhand von Fig. 18 kurz erläutert.
Wie in den vorigen Ausführungen erwähnt, werden die Luft/ Kraftstoffverhältnisse der einzelnen Zylinder durch den Beobachter aus der Ausgabe des LAF-Sensors 40 geschätzt und werden auf das Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD geregelt. Ein O&sub2;-Sensor 41 ist stromab des Katalysators 26 angeordnet. Das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD wird mit einem Korrekturfaktor KWAVE multipliziert, derart, daß der Wert KCMD mit einem vorbestimmten Zyklus und einer vorbestimmten Amplitude gestört wird oder oszilliert. Fig. 19 zeigt eine Tabelle, welche die Charakteristiken des Faktors KWAVE darstellt. Insbesondere wird der Faktor KWAVE mit einer Abtastperiode TWAVE abgefragt. Da jedoch die Details der Steuerung in der früheren Anmeldung beschrieben wurden, wird dies hier nicht näher erläutert.
Wie zuvor gesagt, beruht jedoch die Konfiguration auf der Annahme, daß keine abrupte Änderung des Luft/Kraftstoffverhältnisses von jenen 4 OTs zuvor stattfindet, d.h. von jenem desselben Zylinders, wobei nacheinander entsprechend der Zündfolge des Motors der Beobachter aufgebaut wird und die Beobachtermatrix berechnet wird. Bei der Störsteuerung wird jedoch diese Annahme nicht verwendet, da das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD häufig geändert wird.
In der fünften Ausführung, der einzigen erfindungsgemäßen, wird daher als zweite Eingabe das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis für den betreffenden Zylinder verwendet, da angenommen wird, daß das Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD außerordentlich nahe an dem gegenwärtigen Abgas-Luft/Kraftstoffverhältnis des Zylinders liegt. Dies ist in Gleichung 17 gezeigt. Wenn der Beobachter als Zustandsgleichung ausgedrückt wird, läßt er sich gemäß Gleichung 18 ausdrücken.
Da insbesondere mit der Luft/Kraftstoffverhältnis-Störsteuerung das momentane Abgas-Luft/Kraftstoffverhältnis derart gesteuert bzw. geregelt wird, daß es sich dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis annähert, wenn das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis dem Beobachter als zweite Eingabe eingegeben wird, ist dies das gleiche, als ob das geschätzte Luft/Kraftstoffverhältnis eingegeben würde. Mit dieser Anordnung ist es daher möglich, die Luft/Kraftstoffverhältnisse mit hoher Genauigkeit zu schätzen, auch wenn das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis häufig geändert wird.
Anzumerken ist jedoch, daß, obwohl in der früher vorgeschlagenen Störsteuerung das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis für die jeweiligen einzelnen Zylinder bestimmt wird, die auf die fünfte Ausführung bezogene Störsteuerung nicht hierauf beschränkt ist und auch bei einer Steuerung anwendbar ist, bei der das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis für die vier Zylinder bestimmt wird.
Anzumerken ist ferner, daß, obwohl die Luft/Kraftstoffverhältnis- Störsteuerung als Beispiel häufiger oder abrupter Änderung des Soll- Luft/Kraftstoffverhältnisses erläutert ist, die fünfte Ausführung auch auf andere Situationen anwendbar ist, wie etwa eine Zeit, bei der die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wurde, oder eine Übergangszeit zur Magerverbrennungssteuerung.
Anzumerken ist ferner, daß, obwohl die Erfindung anhand der Ausführungen unter Verwendung eines Breitband-Luft/Kraftstoffverhältnis- Sensors als Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor erläutert wurde, die Erfindung auch teilweise auf einen Fall anwendbar ist, in dem der O&sub2;-Sensor verwendet wird.

Claims

1. System zum Schätzen von Luft/Kraftstoffverhältnissen in einzelnen Zylindern einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine aus einer Ausgabe eines Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors, der am Abgassystem der Maschine angebracht ist, umfassend:

ein Abgassystem-Verhalten-Ableitungsmittel zum Ableiten eines Verhaltens des Abgassystems, bei dem X(k) anhand einer Zustandsgleichung und einer Ausgabegleichung beobachtet wird, in der eine Eingabe U(k) Luft/Kraftstoffverhältnisse in den einzelnen Zylindern bezeichnet und eine Ausgabe Y(k) das geschätzte Luft/Kraftstoffverhältnis bezeichnet, gemäß

X(k+1)=AX(k)+BU(k)

Y(k)=CX(k)+DU(k)

wobei A, B, C und D Koeffizientenmatrizen sind,

ein Annahmemittel zum Annehmen der Eingabe U(k) als vorbestimmte Werte zum Aufstellen eines Beobachters, der durch eine Gleichung ausgedrückt wird, welche die Ausgabe Y(k) als Eingabe verwendet, in der eine Zustandsvariable X die Luft/Kraftstoffverhältnisse in den einzelnen Zylindern bezeichnet, gemäß

(k±1)=[A-KC] (k)+KY(k)

wobei K eine Verstärkungsfaktormatrix ist,

sowie

ein Schätzmittel zum Schätzen der Luft/Kraftstoffverhältnisse in den einzelnen Zylindern aus der Zustandsvariablen ;

wobei in den Beobachter als zweite Eingabe ein Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis eingegeben wird.

2. System nach Anspruch 1, wobei das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis mit einem vorbestimmten Zyklus und einer vorbestimmten Amplitude gestört wird.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, das ferner eine Luft/Kraftstoffverhältnis-Regelschleife enthält, um die Luft/Kraftstoffverhältnisse in den einzelnen Zylindern durch einen Rückkopplungsfaktor dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis anzunähern.