DE69618686T2

DE69618686T2 - Einrichtung zur Steuerung des Luft-Kraftstoffverhältnisses in einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69618686T2
Application number: DE69618686T
Authority: DE
Inventors: Yusuke Hasegawa
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1995-02-24
Filing date: 1996-02-21
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2016-02-22
Also published as: EP0728926B1; JPH08232713A; US5694910A; EP0728926A2; DE69618686D1; JP3422393B2; EP0728926A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln des Luft/Kraftstoffverhältnisses in einer Brennkraftmaschine.

Beschreibung der relevanten Technik:

Es sind bisher Vorrichtungen zum Regeln des Luft/Kraftstoffverhältnisses von Brennkraftmaschinen von Automobilen bekannt geworden, um Abgase so weit wie möglich zu reinigen oder die Ausgangsleistung effizient zu erzeugen.
Die herkömmlichen Vorrichtungen zum Regeln des Luft/Kraftstoffverhältnisses von Brennkraftmaschinen besitzen ein Luft/Kraftstoffverhältnis-Erfassungsmittel, das mit einem Abgasrohr der Maschine verbunden ist, um momentweise ein tatsächliches Luft/Kraftstoffverhältnis zu erfassen, sowie ein Steuermittel zum Regeln der der Maschine zugeführten Kraftstoffmenge mit einer Rückkopplungsschleife auf der Basis eines PID-(proportional-plus-integral-plus-differenziell)-Regelprozesses oder dergleichen, um das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis an einen Sollwert anzugleichen, der als ein adäquates Luft/Kraftstoffverhältnis aufgestellt worden ist. Es ist auch vorgeschlagen worden, ein einzelnes Luft/Kraftstoffverhältnis-Erfassungsmittel einem Abgaskrümmer zuzuordnen, der sich von den Zylindern einer Mehrzylindermaschine erstreckt, tatsächliche Luft/Kraftstoffverhältnisse der jeweiligen Zylinder aus den erfassten Luft/Kraftstoffverhältnissen unter Verwendung eines Beobachters zu schätzen und die Luft/Kraftstoffverhältnisse der jeweiligen Zylinder mit einer Rückkopplungsschleife auf der Basis des erfassten Luft/Kraftstoffverhältnisses zu regeln (siehe japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 5-180040 und japanische Patentanmeldung Nr. 6-340021).
Bei der herkömmlichen Vorrichtung zum Regeln des Luft/Kraftstoffverhältnisses von Brennkraftmaschinen nach dem PID-Regelprozess ist es erforderlich, einen Rückkopplungsfaktor vorab im Hinblick auf Änderungen der Charakteristiken, wie etwa einer Ansprechverzögerung etc. der Kraftstoffzufuhrvorrichtung der Maschine, des Luft/Kraftstoffverhältnis-Erfassungsmittels und dergleichen aufzustellen.
Insbesondere ändern sich die Charakteristiken, wie etwa eine Ansprechverzögerung etc. der Kraftstoffzufuhrvorrichtung und des Luft/Kraftstoffverhältnisses allgemein durch Alterung und die Art und Weise, in der die Maschine benutzt wird. Beispielsweise besteht die Tendenz, dass die Ansprechverzögerung durch Alterung zunimmt.
Wenn der Rückkopplungsfaktor auf der Basis einer anfänglichen Ansprechverzögerung der Kraftstoffzufuhrvorrichtung und des Luft/Kraftstoffverhältnis-Erfassungsmittels aufgestellt würde, dann würde, wenn die Ansprechverzögerung durch Alterung zugenommen hat, die anfänglich aufgestellte Ansprechverzögerung in Bezug auf die größer gewordene Ansprechverzögerung übermäßig groß. Im Ergebnis würde das durch die Vorrichtung geregelte Luft/Kraftstoffverhältnis schwingen, und würde nicht stabil zu dem Sollwert hin konvergieren, mit dem Ergebnis, dass die von der Maschine abgegebenen Abgase nicht ausreichend gereinigt werden würden.
Insbesondere, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis auf der Basis eines Luft/Kraftstoffverhältnisses geregelt wird, das durch das stromab eines Katalysators angeordnete Luft/Kraftstoffverhältnis-Erfassungsmittels erfasst ist, ist es wahrscheinlich, dass das obige Problem auftritt, weil die Ansprechverzögerung des Katalysators durch Alterung einer starken Änderung unterliegt.
Im Hinblick auf diese Charakteristik-Änderungen der Kraftstoffzufuhrvorrichtung der Maschine, des Luft/Kraftstoffverhältnis-Erfassungsmittels und des Katalysators in der herkömmlichen Luft/Kraftstoffverhältnis-Regelvorrichtung ist es erforderlich geworden, den Rückkopplungsfaktor auf einen relativ niedrigen Faktor zu setzen. Der Rückkopplungsfaktor muss auf einen niedrigen Faktor insbesondere in dem Fall gesetzt werden, in dem das Luft/Kraftstoffverhältnis-Erfassungsmittel stromab des Katalysators angeordnet ist.
Wenn jedoch der Rückkopplungsfaktor auf einen niedrigen Faktor gesetzt ist, kann das geregelte Luft/Kraftstoffverhältnis nicht schnell zu dem Sollwert hin konvergieren, und daher ist es schwierig, das Luft/Kraftstoffverhältnis momentweise genau zu regeln.
Falls die Luft/Kraftstoffverhältnisse der Zylinder der Mehrzylindermaschine unter Verwendung des Beobachters geschätzt werden, besteht, wenn Fehler der geschätzten Luft/Kraftstoffverhältnisse der Zylinder aufgrund einer Änderung der Ansprechverzögerung des Luft/Kraftstoffverhältnis- Erfassungsmittels zunehmen, die Tendenz, dass der Regelprozess des Luft/Kraftstoffverhältnisses unstabil wird, insofern das Luft/Kraftstoffverhältnis, unabhängig von den Fehlern der geschätzten Luft/Kraftstoffverhältnisse, in der herkömmlichen Luft/Kraftstoffverhältnis-Regelvorrichtung nach dem PID-Regelprozess mit konstantem Faktor geregelt wird:
In den Gebieten der Robotersteuerung und von Konstantgeschwindigkeits-Regelprozessen ist in den letzten Jahren vorgeschlagen worden, die Fähigkeit, ein zu regelndes Objekt zu einem Sollwert zu konvergieren, gemäß einem Gleitmodusregelprozess zu verbessern, wie z. B. in den japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr. 5- 216504 (US-A-5,442,270) und 4-224425 offenbart.
Eine Luft/Kraftstoffverhältnisregelung in Brennkraftmaschinen ist bekannt aus CHOI S-B ET AL: 'FUEL-INJECTION CONTROL OF S. I. ENGINES' PROCEEDINGS OF THE CONFERENCE ON DECISION AND CONTROL, LAKE BUENA VISTA, DEC. 14-16, 1994, Ausgabe VOL. 2, Nr.. CONF. 33, 14 Dezember 1994, INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS, Seiten 1609-1614, XP000679469 und CHO D. ET AL: 'a nonlinear controller design method for fuel-injected automotive engines' TRANSACTION OF THE ASME, JOURNAL OF ENGI- NEERING FOR GAS TURBINE AND POWER, Ausgabe 1 10, Nr. 3, Juli 1988, USA, Seiten 313-320, XP002054714.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Regeln des Luft/Kraftstoffverhältnisses einer Brennkraftmaschine anzugeben, um es unabhängig von Änderungen in Ansprechcharakteristiken eines Luft/Kraftstoffverhältnis-Erfassungsmittels, einer Kraftstoffzufuhrvorrichtung etc. stabil und schnell zu einem Sollwert hin zu konvergieren.
Zur Lösung der obigen Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Regeln des Luft/Kraftstoffverhältnisses einer Brennkraftmaschine gemäß den unabhängigen Ansprüchen angegeben. Vorteilhafte weitere Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Der von dem Regelmittel ausgeführte Gleitmodusregelprozess schaltet Rückkopplungsfaktoren um, um Zustände verschiedener Teile eines Systems der Brennkraftmaschine einschließlich dem Luft/Kraftstoffverhältnis-Erfassungsmittel auf eine an Zustandsräumen bestimmte Hyperebene zu führen, um hierdurch die Zustände, in Abhängigkeit von diesen Zuständen, zu stabilisieren, und ist weniger empfindlich auf Änderungen der Charakteristiken, wie etwa eine Ansprechverzögerung des Luft/Kraftstoffverhältnis-Erfassungsmittels etc.. Da nach der vorliegenden Erfindung die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge durch die Rückkopplungsschleife gemäß dem Gleitmodusregelprozess geregelt wird, um das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis an das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis anzugleichen, kann das Luft/Kraftstoffverhältnis stabil zu dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis hin konvergiert werden, und zwar unabhängig von Änderungen der Charakteristiken, wie etwa einer Ansprechverzögerung des Luft/Kraftstoffverhältnis-Erfassungsmittels etc.. Weil der Gleitmodusregelprozess weniger empfindlich auf Änderungen der Charakteristiken ist, wie etwa in der Ansprechverzögerung des Luft/Kraftstoffverhältnis-Erfassungsmittels etc., ist es möglich, den Rückkopplungsfaktor des Regelmittels zu Gunsten einer Fähigkeit einzustellen, um das Luft/Kraftstoffverhältnis schnell zu konvergieren.
Auch sich wenn daher Ansprechcharakteristiken oder dergleichen einer Kraftstoffzufuhrvorrichtung der Brennkraftmaschine und des Luft/Kraftstoffverhältnis-Erfassungsmittels durch Alterung ändern, kann das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis so geregelt werden, dass es stabil zu dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis konvergiert. Wegen der Fähigkeit stabiler Konvergierung kann das Luft/Kraftstoffverhältnis der Brennkraftmaschine schnell zu dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis hin konvergiert werden, indem ein geeigneter Rückkopplungsfaktor für den Gleitmodusregelprozess aufgestellt wird.
Das Regelmittel regelt die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoffmenge durch die Rückkopplungsschleife, indem es die der Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoffmenge, die in Abhängigkeit von zumindest einer Drehzahl und einem Ansaugluftdruck der Brennkraftmaschine bestimmt ist, gemäß dem Gleitmodusregelprozess korrigiert, um das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis an das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis anzugleichen.
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher ersichtlich, die bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung als Beispiel veranschaulichen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Regeln des Luft/Kraftstoffverhältnisses einer Brennkraftmaschine nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2(a) ist ein Blockdiagramm eines kontinuierlichen Systems eines Modells der Brennkraftmaschine, deren Luft/ Kraftstoffverhältnis durch die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung geregelt wird;
Fig. 2(b) ist ein Blockdiagramm eines diskreten Systems des in Fig. 2(a) gezeigten Modells der Brennkraftmaschine;
Fig. 3 ist ein Flussdiagramm einer Betriebssequenz der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung;
Fig. 4(a) ist ein Diagramm, das die Ergebnisse von Simulationen zeigt, die an der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung und einer herkömmlichen Vorrichtung durchgeführt wurden;
Fig. 4(b) ist ein Diagramm, das die Ergebnisse von anderen Simulationen zeigt, die an der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung und der herkömmlichen Vorrichtung durchgeführt wurden;
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Regeln des Luft/Kraftstoffverhältnisses einer Brennkraftmaschine nach einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 6 ist ein Flussdiagramm einer Betriebssequenz der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung.

DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN

Eine Vorrichtung zum Regeln des Luft/Kraftstoffverhältnisses einer Brennkraftmaschine nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis Fig. 4(a) und 4(b) beschrieben.
Wie in Fig. 1 gezeigt, besitzt eine Brennkraftmaschine 1 ein Abgasrohr 3, dem ein Luft/Kraftstoffverhältnissensor (ein Luft/Kraftstoffverhältnis-Erfassungsmittel) 2 zugeordnet ist. Der Luft/Kraftstoffverhältnissensor 2 liefert ein Signal, das ein erfasstes Luft/Kraftstoffverhältnis repräsentiert, zu einer Kraftstoffzufuhrregelvorrichtung (einem Kraftstoffzufuhrregelmittel) 4, das die der Maschine 1 zugeführte Kraftstoffmenge regelt.
Die Kraftstoffzufuhrregelvorrichtung 4, die typischerweise durch einen Mikrocomputer implementiert ist, umfasst, als ihre funktionellen Einheiten, eine Basiskraftstoffmengen-Berechnungseinheit 5 zum Berechnen einer Basiskraftstoffmenge Tim, die als eine der Maschine 1 zuzuführende Referenzkraftstoffmenge dient, auf der Basis einer Drehzahl Ne und eines Ansaugluftdrucks Pb der Maschine 1, eine Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis- Berechnungseinheit 6 zum Berechnen eines Soll- Luft/Kraftstoffverhältnisses Kcmd für die Maschine 1 auf der Basis einer Kühlmitteltemperatur Tw, der Drehzahl Ne und des Ansaugluftdrucks Pb der Maschine 1, eine erste Korrekturkoeffizient-Berechnungseinheit 7 zum Berechnen eines ersten Korrekturkoeffizienten Ktotal, um die Basiskraftstoffmenge Tim auf der Basis der Kühlmitteltemperatur Tw und der Ansauglufttemperatur Ta der Maschine 1 -zu korrigieren, eine zweite Korrekturkoeffizient-Berechnungseinheit 8 zum Berechnen eines zweiten Korrekturkoeffizienten Kcmdm, um die Basiskraftstoffmenge Tim auf der Basis des Soll-Luft/Kraftstoffverhältnisses Kcmd zu korrigieren, einen ersten Multiplizierer 9 zum Multiplizieren der Basiskraftstoffmenge Tim mit den ersten und zweiten Korrekturkoeffizienten Ktotal, Kcmdm, um eine angeforderte Kraftstoffmenge Tcyl zu bestimmen, eine Regeleinheit (ein Regelmittel) 10 zur Bestimmung, gemäß Gleitmodusregelvorschriften, eines Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten Kfb, um die angeforderte Kraftstoffmenge Tcyl zu korrigieren, um hierdurch eine etwaige Differenz zwischen einem von dem Luft/Kraftstoffverhältnissensor 2 erfassten tatsächlichen Luft/Kraftstoffverhältnis Kact und dem Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd zu beseitigen, d. h. das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis Kact an das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd anzugleichen, von dem erfassten Luft/Kraftstoffverhältnis Kact und dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd, sowie einen zweiten Multiplizierer 11 zum Multiplizieren der angeforderten Kraftstoffmenge Tcyl mit dem Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten Kfb, um eine Ausgabe-Kraftstoffmenge Tout zu bestimmen, die der Maschine 1 tatsächlich zugeführt wird. Die Kraftstoffzufuhrregelvorrichtung 4 zeigt die von dem zweiten Multiplizierer 11 letztendlich erzeugte Ausgabe-Kraftstoffmenge Tout einer Kraftstoffzufuhrvorrichtung (nicht gezeigt) der Maschine 1 an, um die angezeigte Kraftstoffmenge in die Maschine 1 einzuspritzen.
Mit der Kraftstoffzufuhrregelvorrichtung 4 sind verbunden: ein Sensor 12 zum Erfassen der Drehzahl Ne der Maschine 1, ein Sensor 13 zum Erfassen des Ansaugluftdrucks Pb der Maschine 1, ein Sensor 14 zum Erfassen der Kühlmitteltemperatur Tw der Maschine 1 sowie ein Sensor 15 zum Erfassen der Ansauglufttemperatur Ta der Maschine 1. Die Basiskraftstoffmengen-Berechnungseinheit 5, die Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis- Berechnungseinheit 6 und die erste Korrekturkoeffizient-Berechnungseinheit 7 berechnen die Basiskraftstoffmenge Tim, das Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis Kecd bzw. den ersten Korrekturkoeffizienten Ktotal unter Verwendung gegebener Kennfelder oder Tabellen auf der Basis der Drehzahl Ne, des Ansaugluftdrucks Pb, der Kühlmitteltemperatur Tw, der Ansauglufttemperatur Ta von den Sensoren 12-15.
Jedes erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis Kact und Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd, die der Regeleinheit 10 übergeben werden, wird tatsächlich als Äquivalenzverhältnis zugeführt (= stöchiometrisches Luft/Kraftstoffverhältnis /tatsächliches Luft/Kraftstoffverhältnis = 1/λ,λ: Luftüberschussfaktor). Der von der zweiten Korrekturkoeffizient-Berechnungseinheit 8 berechnete zweite Korrekturkoeffizient Kcmdm dient dazu, die Basiskraftstoffmenge Tim im Hinblick auf die Tatsache zu korrigieren, dass sich die Ansaugluft-Ladewirkung durch die Verdampfungswärme des Kraftstoffs in Abhängigkeit von dem Luft/ Kraftstoffverhältnis der Maschine 1 ändert. Die zweite Korrekturkoeffizient-Berechnungseinheit 8 bestimmt den zweiten Korrekturkoeffizienten Kcmdm, indem sie das durch ein Äquivalenzverhältnis repräsentierte Soll-Luft/ Kraftstoffverhältnis Kcmd gemäß einem gegebenen Kennfeld oder Berechnungen korrigiert.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung arbeitet in zyklischen Perioden gemäß einer in Fig. 3 gezeigten Betriebssequenz, um das Luft/ Kraftstoffverhältnis der Brennkraftmaschine 1 zu regeln.
Wie in Fig. 3 gezeigt, liest in Schritt 1 die Kraftstoffzufuhrregelvorrichtung 4 die erfassten Ausgabesignale von den Sensoren 12-15, und die Basiskraftstoffmengen-Berechnungseinheit 5, die Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis-Berechnungseinheit 6 und die erste Korrekturkoeffizient-Berechnungseinheit 7 berechnen in jeweiligen Schritten 2, 3, 4 eine Basiskraftstoffmenge Tim, ein Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd bzw. einen ersten Korrekturkoeffizienten Ktotal auf der Basis der erfassten Ausgangssignale.
Die Regeleinheit 10 bestimmt dann in Schritt S, gemäß Gleitmodusregelvorschriften, einen Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten Kfb, um eine etwaige Differenz zwischen einen vom Luft/Kraftstoffverhältnissensor 2 erfassten tatsächlichen Luft/Kraftstoffverhältnis Kact und dem Soll- Luft/ Kraftstoffverhältnis Kcmd, von dem erfassten Luft/Kraftstoffverhältnis Kact und dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd, zu beseitigen. In Schritt 6 bestimmt die zweite Korrekturkoeffizient-Berechnungseinheit 8 einen zweiten Korrekturkoeffizienten Kcmdm. In Schritt 7 multiplizieren die ersten und zweiten Multiplizierer 9, 11 die Basiskraftstoffmenge Tim mit den ersten und zweiten Korrekturkoeffizienten Ktotal, Kcmd und dem Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten Kfb, um eine Ausgabe-Kraftstoffmenge Tout zu bestimmen. In Schritt 8 wird die so bestimmte Ausgabe-Kraftstoffmenge Tout als Befehlswert der nicht dargestellten Kraftstoffzufuhrvorrichtung übergeben, und die Kraftstoffzufuhrvorrichtung führt der Maschine 1 die angezeigte Kraftstoffmenge zu.
Somit wird das Luft/Kraftstoffverhältnis der Maschine 1 geregelt, um das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis Kact an das Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd anzugleichen.
Nachfolgend wird ein Prozess zur Berechnung des Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten Kfb mit der Regeleinheit 10 beschrieben.
In dieser Ausführung ist die Maschine 1 zusammen mit der nicht dargestellten Kraftstoffzufuhrvorrichtung und dem Luft/Kraftstoffverhältnissensor 2 im Modell als eine Maschinenanlage nachgebildet, die, wie in Fig. 2(a) gezeigt, einen Generator der Zeitverzögerung erster Ordnung 16 auf der Basis der Ansprechverzögerung der Kraftstoffzufuhrvorrichtung, der Erfassungsansprechverzögerung des Luft/Kraftstoffverhältnissensors 2 etc. sowie einen Leerzeit-Generator 17 auf der Basis der zur Bestimmung des Korrekturkoeffizienten Ktotal etc. erforderlichen Zeitdauer umfasst. In Fig. 2(a) wird die Maschinenanlage durch die Bezugszahl 1 dargestellt, die dazu dient, die Brennkraftmaschine in Fig. 1 anzeigen. In Fig. 2(a) ist die Maschinenanlage 1 als Anlage angegeben, der ein Eingabewert Kact/in für das Luft/Kraftstoffverhältnis (nachfolgend als "Eingabe-Luft/Kraftstoffverhältnis Kact/in" bezeichnet) zuzuführen ist und die einen Ausgabewert Kact/out für das Luft/Kraftstoffverhältnis (nachfolgend als "Ausgabe- Luft/Kraftstoffverhältnis Kact/out" bezeichnet) ausgibt. Das Eingabe- Luft/Kraftstoffverhältnis Kact/in entspricht der Ausgabe-Kraftstoffmenge Tout in Fig. 1 und das Ausgabe-Luft/Kraftstoffverhältnis Kact/out dem erfassten Luft/Kraftstoffverhältnis Kact, das von dem Luft/Kraftstoffverhältnissensor 2 in Fig. 1 ausgegeben wird.
Zur Mikrocomputer-Steuerung des Luft/Kraftstoffverhältnisses kann die in Fig. 2(a) gezeigte Maschinenanlage 1 durch ein diskretes System ausgedrückt werden, wie es in Fig. 2(b) gezeigt ist. In Fig. 2(b) wird "Cd" durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt, unter Verwendung des Faktors C des Generators der Zeitverzögerung erster Ordnung 16 in dem in Fig. 2(a) gezeigten kontinuierlichen System:
Wenn die Zustandsgrößen in der Maschinenanlage 1 in Fig. 2(a) definiert sind als x&sub1;(k), x&sub1;(k + 1), x&sub2;(k), x&sub2;(k + 1) (wobei k, k + 1 die k'ten und (k+ 1)'ten Zyklen repräsentieren), wie in Fig. 2(b) gezeigt, dann werden die Zustandsgleichungen der Maschinenanlage 1 durch die folgende Gleichung (2), (3) oder (4), (5) unter Verwendung von Matrixdarstellungen ausgedrückt:
wobei
U = Kact/in, Y = Kact/out.
Wenn gemäß der Gleitmodusregeltheorie eine Matrix S derart definiert ist, dass eine durch die folgende Gleichung (6) ausgedrückte Matrix M regelmäßig ist, und auch wenn die Gleichung σ(k) = SX(k) definiert ist, dann ist es möglich, Zustandsgrößen x&sub1;, x&sub2; der Maschinenanlage 1 stabil auf einer Hyperebene zuhalten, die durch die Gleichung σ(k) = SX(k) = 0 ausgedrückt ist (in diesem Fall ist die Hyperebene eine gerade Linie, weil zwei Zustandsgrößen vorhanden sind), und die Zustandsgrößen x&sub1;, x&sub2; zu einem Gleichgewichtspunkt an der Hyperebene glattgängig zu konvergieren (in diesem Fall ist der Gleichgewichtspunkt ein Punkt, in dem x&sub1; = x&sub2; = 0)
M = A-B(SB)&supmin;¹S(A-I) (6)
Insbesondere, wenn man beispielsweise "Cd" in Fig. 2(b) als 0,6 angibt, dann ist, wenn
S = [0,1 0,3]
definiert ist, die durch die folgende Gleichung (6) ausgedrückte Matrix M regelmäßig, und ist die Gleichung:
σ(k) = SX(k) = 0,1x&sub1;(k) + 0,3x&sub2;(k)
erfüllt.
Wenn man gemäß der Gleitmodusregeltheorie die Matrix S und σ(k) wie oben definiert, dann werden die Zustandsgrößen x&sub1;, x&sub2; der Maschinenanlage 1 zu dem Gleichgewichtspunkt auf der Hyperebene konvergiert und dort stabilisiert, wenn U(k) ( = Kact/in(k)), ausgedrückt durch die folgende Gleichung (7), als Eingabe-Luft/Kraftstoffverhältnis in die Maschinenanlage (1) eingegeben wird:
wobei I eine Einheitsmatrix ist η, β geeignete Konstanten zum Korrigieren des Konvergenzgrads sind, und sgn{σ(k)} eine Signumfunktion ist, die + 1 ist, wenn σ(k) > 0 (die Zustandsgrößen x&sub1;, x&sub2; liegen über der Hyperebene), und - 1, wenn σ(k) < 0 (die Zustandsgrößen x&sub1;, x&sub2; liegen unter der Hyperebene).
Auf der Basis der vorstehenden Analyse berechnet die Regeleinheit 10 den Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten Kfb wie folgt:
Die Regeleinheit 10 korrigiert die der Maschine 1 zugeführte Kraftstoffmenge (die eingespritzte Kraftstoffmenge) derart, dass das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis Kact von dem Luft/Kraftstoffsensor 2 an das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd angeglichen wird, d. h. eine etwaige Differenz zwischen dem erfassten Luft/Kraftstoffverhältnis Kact und dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd auf einen Wert "0" konvergiert wird. Zum Korrigieren der der Maschine 1 zugeführten Kraftstoffmenge bestimmt die Regeleinheit 10 den Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten Kfb, mit dem die angeforderte Kraftstoffmenge Tcyl (siehe Fig. 1) multipliziert wird, um diese zu korrigieren.
Die Zustandsgrößen x&sub1;, x&sub2; der in Fig. 2(b) gezeigten Maschinenanlage 1 repräsentieren das Luft/Kraftstoffverhältnis selbst. Wenn der Wert U(k) ( = Kact/in(k)), der gemäß Gleichung (7) bestimmt ist, so wie er ist in die Maschinenanlage 1 eingegeben wird, konvergiert er schließlich die Zustandsgrößen x&sub1;, x&sub2; zu dem Gleichgewichtspunkt auf der Hyperebene hin, der ein Punkt ist, wo x&sub1; = x&sub2; = 0.
Tatsächlich werden bei dieser Ausführung die Zustandsgrößen x&sub1;, x&sub2; in der Gleichung (7) durch Differenzen (x&sub1; - Kcmd), (x&sub2; - Kcmd) zwischen sich selbst und dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd ersetzt, um U(k) mit Querstrich zu bestimmen, wie in der folgenden Gleichung (8) angegeben, und der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient Kfb wird bestimmt, indem 1 zu dem U(k) mit Querstrich gemäß folgender Gleichung (9) addiert wird:
wobei
Das U(k) mit Querstrich mit dem gemäß. Gleichung (9) bestimmten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten Kfb repräsentiert eine Regelgröße zum Konvergieren der Differenzen x&sub1;, x&sub2; mit Querstrich zwischen den Zustandsgrößen x&sub1;, x&sub2; und dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd zu 0 hin, d. h. zum Angleichen des erfassten Luft/Kraftstoffverhältnisses Kact ( = x&sub1;(k)) an das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd. Wenn schließlich das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis Kact auf das Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd konvergiert ist, wird das U(k) mit Querstrich null (= 0), und der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient Kfb wird 1, so dass die angeforderte Kraftstoffmenge Tcyl (siehe Fig. 1) als die Ausgabe-Kraftstoffmenge Tout an die Kraftstoffzufuhrvorrichtung (nicht gezeigt) der Maschine 1 ausgegeben wird, welche ein Endwert ist, der die in die Maschine 1 einzuspritzende Kraftstoffmenge anzeigt.
Die Regeleinheit 10 regelt somit das Luft/Kraftstoffverhältnis der Maschine 1 gemäß einem Gleitmodusregelprozess, um das von dem Luft/Kraftstoffverhältnissensor 2 erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis Kact der Maschine 1 an das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd anzugleichen.
Um das U(k) mit Querstrich gemäß Gleichung (8) zu bestimmen, das zur Bestimmung des Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten Kfb gemäß Gleichung (9) erforderlich ist, ist es notwendig, die Zustandsgröße x&sub2; zusätzlich zur Zustandsgröße x&sub1; zu erkennen, die das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis Kact repräsentiert. Da die Zustandsgröße x&sub2; eine hypothetische Zustandsgröße ist, die an dem in den Fig. 2(a) und 2(b) gezeigten Modell der Maschinenanlage 1 definiert ist, ist es schwierig, die Zustandsgröße x&sub2; direkt zu erfassen.
Gemäß dieser Ausführung wird ein interner Zustand der Maschinenanlage 1 auf der Basis des in den Fig. 2(a) und 2(b) gezeigten Modells mit einem Beobachter beobachtet, der in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 5-180040 und der japanischen Patentanmeldung Nr. 6- 340021 vorgeschlagen ist, und die Zustandsgröße x&sub2; wird aus dem erfassten Luft/Kraftstoffverhältnis Kact auf der Basis des in den Fig. 2(a) und 2(b) gezeigten Modells rückgeschätzt.
Insbesondere erhält man im in den Fig. 2(a) und 2(b) gezeigten Modell der Maschinenanlage 1 die folgende Gleichung (10) aus der oben beschriebenen Gleichung (2):
x&sub2;(k + 1) = Cd·x&sub2;(k) + (1 - Cd)·Kact/in(k)
= Cd·x&sub1;(k + 1) + (1 - Cd)·Kact/in(k) (10)
Daher kann die Zustandsgröße x&sub2; gemäß Gleichung (10) aus der gegenwärtigen Zustandsgröße x&sub1; (dem erfassten Luft/Kraftstoffverhältnis Kact) und dem Eingabe-Luft/Kraftstoffverhältnis Kact/in in einer gegenwärtigen Regelzykluszeit geschätzt werden (diese entspricht der Ausgabe-Kraftstoffmenge Tout in einer vorherigen Regelzykluszeit).
In dieser Ausführung sind die Gleichungen (8), (9) unter Verwendung der Zustandsgröße x&sub2; berechnet, die aus dem erfassten Luft/Kraftstoffverhältnis Kact geschätzt ist, um hierdurch den Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten Kfb zu bestimmen.
Die Vorrichtung zum Regeln des Luft/Kraftstoffverhältnisses der Maschine 1 gemäß dem Gleitmodusregelprozess in dieser Ausführung ermöglicht es, das Luft/Kraftstoffverhältnis so zu regeln, dass es das Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd auch dann erreicht, wenn sich die Ansprechcharakteristiken der Kraftstoffzufuhrvorrichtung (nicht gezeigt) der Maschine 1, des Luft/Kraftstoffverhältnissensors etc. durch Alterung ändern.
Insbesondere können gemäß dem Gleitmodusregelprozess grundlegend dann, wenn die Zustandsgrößen x&sub1;, x&sub2; auf den Hyperraum begrenzt sind, der durch die Gleichung σ(k) = SX(k) = 0 repräsentiert ist, die Zustandsgrößen x&sub1;, x&sub1; zu dem Gleichgewichtspunkt auf dem Hyperraum hin konvergiert werden. Zum Regeln des Luft/Kraftstoffverhältnisses der Maschine 1 können daher die Zustandsgrößen x&sub1;, x&sub2; grundlegend so gelegt werden, dass sie auf die Hyperebene hin gerichtet sind. Die Zustandsgrößen x&sub1;, x&sub2; werden durch das zweite Glied, einschließlich der Signumfunktion sgn {σ(k)} an der rechten Seite der Gleichung (7) gesteuert. Das zweite Glied ändert sein Vorzeichen in Abhängigkeit davon, ob σ(k) positiv oder negativ ist, d. h., ob die Zustandsgrößen x&sub1;, x&sub2; über oder unter der Hyperebene liegen, um hierdurch die Zustandsgrößen x&sub1;, x&sub2; auf die Hyperebene hin auszurichten.
In der Vorrichtung zum Regeln des Luft/Kraftstoffverhältnisses der Maschine 1 gemäß dem Gleitmodusregelprozess in dieser Ausführung können die Zustandsgrößen x&sub1;, x&sub2; stabil zu dem Gleichgewichtspunkt auf dem Hyperraum konvergiert werden, sofern sie auf den Hyperraum beschränkt sind, und zwar auch dann, wenn sich die Ansprechcharakteristiken der Kraftstoffzufuhrvorrichtung (nicht gezeigt) der Maschine 1, des Luft/Kraftstoffverhältnissesnsors etc. durch Alterung ändern, um hierdurch den Wert "Cd" der in den Fig. 2(a) und 2(b) gezeigten Maschinenanlage 1 zu ändern. Dies gilt auch dann, wenn ein Fehler der geschätzten Zustandsgröße x&sub2; durch Alterung des Luft/Kraftstoffsensors 2 etc. größer wird.
Es ist möglich, die Zustandsgrößen x&sub1;, x&sub2; auf die Hyperebene schnell zu konvergieren, indem man η, β in der Gleichung (7) oder (8) geeignet aufstellt, um hierdurch die Fähigkeit, zu dem Soli-Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd hin zu korrigieren, zu verbessern, während das Luft/Kraftstoffverhältnis stabil geregelt wird.
Nachfolgend werden Simulationen beschrieben, die vom Erfinder in Bezug auf die Vorrichtung gemäß dieser Ausführung durchgeführt wurden. Der Erfinder hat den Wert "Cd" in der als Modell nachgebildeten Maschinenanlage 1, wie in Fig. 2(b) gezeigt, beispielsweise auf 0,6 gesetzt (hierbei S = [0,1 0,3]), und hat die Fähigkeit simuliert, das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis Kact von seinem Anfangswert 1,5 als Äquivalenzverhältnis zu dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd von 1,0 hin zu konvergieren, und zwar unter Verwendung des durch Gleichung (9) bestimmten Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten Kfb. In Gleichung (9) hatten ç, â jeweilige Werte von 1, 0. Das Ergebnis der Simulation ist in Fig. 4(a) mit der durchgehenden Kurve angegeben. Eine ähnliche Simulation wurde auch an der herkömmlichen PID-Regelvorrichtung ausgeführt, die in der japanischen Patentanmeldung Nr. 6-340021 offenbart ist. Das Ergebnis der Simulation der herkömmlichen PID-Regelvorrichtung ist in Fig. 4(a) mit der unterbrochenen Kurve angegeben.
Die Untersuchung von Fig. 4(a) ergibt, dass sowohl bei der erfindungsgemäßen als auch der herkömmlichen Vorrichtung das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis Kact zu dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd im Wesentlichen gleichartig konvergiert wurde.
Dann hat der Erfinder eine Simulation durchgeführt, ähnlich der obigen Simulation der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei der Wert "Cd" in der als Modell aufgestellten Maschinenanlage 1, wie in Fig. 2(b) gezeigt, größer war als der Wert in der obigen Simulation, während die Matrizen A, B, S und die Werte η, β in Gleichung (9) unverändert blieben. Der Erfinder führte auch eine ähnliche Simulation an der herkömmlichen PID- Regelvorrichtung durch, ohne den Rückkopplungsfaktor etc. zu ändern. Die Ergebnisse der Simulationen sind in Fig. 4(b) mit der durchgehenden bzw. unterbrochenen Kurve angegeben.
Wie in Fig. 4(b) gezeigt, bleibt die Fähigkeit, das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis Kact zu dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd hin zu konvergieren, erhalten, wie in Fig. 4(a), gemäß dem Gleitmodusregelprozess in dieser Ausführung. Jedoch ist die Fähigkeit, das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis zu dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis hin zu konvergieren, mit der herkömmlichen PID-Regelvorrichtung geringer.
Hieraus ist ersichtlich, dass die Vorrichtung zum Regeln des Luft/Kraftstoffverhältnisses des Motors 1 nach dieser Ausführung das Luft/Kraftstoffverhältnis so regeln kann, dass das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis Kact stabil zu dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd hin konvergieren kann, unabhängig von Änderungen in der Reaktion der Kraftstoffzufuhrvorrichtung des Motors 1, des Luft/Kraftstoffverhältnissensors etc..
Eine Vorrichtung zum Regeln des Luft/Kraftstoffverhältnisses einer Brennkraftmaschine nach einer zweiten Ausführung der Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 5 und 6 beschrieben. Die Vorrichtung nach der zweiten Ausführung ist in ihren Hauptkomponenten jenen der Vorrichtung nach der ersten Ausführung ähnlich. Jene Teile der Vorrichtung nach der zweiten Ausführung, die mit jenen der Vorrichtung nach der ersten Ausführung identisch sind, sind mit identischen Bezugszahlen bezeichnet und werden nachfolgend im Detail nicht beschrieben.
Wie in Fig. 5 gezeigt, besitzt die Brennkraftmaschine 1 ein Abgasrohr 3, dem ein Dreiwegekatalysator 18 und zwei Luft/Kraftstoffverhältnissensoren 19, 20 zugeordnet sind, die stromauf bzw. stromab des Katalysators 18 angeordnet sind. Eine Kraftstoffzufuhrregelvorrichtung 4 zum Regeln der dem Motor 1 zugeführten Kraftstoffmenge besitzt eine Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis-Berechnungseinheit 21 zum Berechnen eines Soll-Luft/Kraftstoffverhältnisses Kcmd' stromab des Katalysators 18 auf der Basis einer Kühlmitteltemperatur Tw, einer Drehzahl Ne sowie eines Ansaugluftdrucks Pb des Motors 1, eine Regeleinheit (erstes Regelmittel) 22 zum Bestimmen, gemäß einem Gleitmodusregelprozess, eines Soll-Luft/ Kraftstoffverhältnisses Kcmd an dem stromaufwärtigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor 19, um ein von dem stromabwärtigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor 20 erfasstes Luft/Kraftstoffverhältnis Kact2 an das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd' anzugleichen, sowie eine Regeleinheit (zweites Regelmittel) 10, das mit der Regeleinheit 10 nach der ersten Ausführung identisch ist, der das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd sowie ein von dem stromaufwärtigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor 19 erfasstes Luft/Kraftstoffverhältnis Kact1 zugeführt werden. Die anderen strukturellen Details der Vorrichtung nach der zweiten Ausführung sind mit jenen der Vorrichtung nach der ersten Ausführung identisch.
Das zweite Korrekturkoeffizient-Berechnungsmittel 8 berechnet einen zweiten Korrekturkoeffizienten Kcmdm, indem sie das von der Regeleinheit 22 bestimmte Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd korrigiert.
Die Regeleinheit 10 bestimmt nach einem Gleitmodusregelprozess auf der Basis der Gleichung (9) einen Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten Kfb aus dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd und dem vom stromaufwärtigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor 19 erfassten Luft/Kraftstoffverhältnis Kact1 in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführung.
Die Regeleinheit 22 bestimmt das der Regeleinheit 10 zuzuführende Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd wie folgt:
Im von der Regeleinheit 22 durchgeführten Gleitmodusregelprozess wird eine Maschinenanlage, die den Katalysator 18, den Luft/Kraftstoffverhältnissensor 20 etc. enthält, als Modell nachgebildet, wie in den Fig. 2(a) und 2(b) gezeigt. Auf der Basis des Modells wird die oben beschriebene Matrix 5, die für den Gleitmodusregelprozess erforderlich ist, bestimmt, und das U(k) mit Querstrich, das eine Regelgröße durch den Gleitmodusregelprozess vorschreibt, wird gemäß derselben Gleichung wie in Gleichung (8) bestimmt. Das U(k) mit Querstrich wird in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführung aus dem durch die Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis-Berechnungseinheit 21 bestimmten Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd' und dem vom Luft/Kraftstoffverhältnissensor 20 erfassten Luft/Kraftstoffverhältnis Kact2 bestimmt.
Das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd wird wie folgt bestimmt: Ein Referenz-Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis an dem Luft/Kraftstoffverhältnissensor 19 wird aus einem Kennfeld oder dergleichen auf der Basis der Kühlmitteltemperatur Tw, der Drehzahl Ne und des Ansaugluftdrucks Pb bestimmt. Dann wird das Referenz-Solf- Luft/Kraftstoffverhältnis korrigiert, indem es mit einem Korrekturkoeffizienten multipliziert wird (entsprechend dem Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten in der ersten Ausführung - siehe Gleichung (9)), der erzeugt wird, indem zu dem U(k) mit Querstrich 1 addiert wird. Das korrigierte Referenz-Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis wird als das Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd erzeugt.
Die in Fig. 5 gezeigte Vorrichtung arbeitet in zyklischen Perioden gemäß einer in Fig. 6 gezeigten Betriebssequenz zum Regeln des Luft/Kraftstoffverhältnisses der Brennkraftmaschine 1.
Wie in Fig. 6 gezeigt, liest in Schritt 1 die Kraftstoffzufuhrregelvorrichtung 4 die erfassten Ausgangssignale von den Sensoren 12-15, und die Basiskraftstoffmengen-Berechnungseinheit 5, die Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis-Berechnungseinheit 21 und die erste Korrekturkoeffizient-Berechnungseinheit 7 berechnen, in jeweiligen Schritten 2, 3, 4 eine Basiskraftstoffmenge Tim, ein Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd' an dem Luft/Kraftstoffverhältnissensor 20 bzw. einen ersten Korrekturkoeffizienten Ktotal auf der Basis der erfassten Ausgangssignale.
Die Regeleinheit 22 bestimmt dann in Schritt S, gemäß den Gleitmodusregelvorschriften, ein Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd, das an die Regeleinheit 10 zu übergeben ist, um das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis Kact2 von dem Luft/Kraftstoffverhältnissensor 20 an das Soll- Luft/ Kraftstoffverhältnis Kcmd' anzugleichen, und bestimmt dann in Schritt 6 einen Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten Kfb aus dem so bestimmten Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd und dem erfassten Luft/Kraftstoffverhältnis Kact1 vom Luft/Kraftstoffverhältnissensor 19. In Sehritt 7 bestimmt die zweite Korrekturkoeffizient-Berechnungseinheit 8 einen zweiten Korrekturkoeffizienten Kcmdm. In Schritt 8 multiplizieren die ersten und zweiten Multiplizierer 9, 11 die Basiskraftstoffmenge Tim mit den ersten und zweiten Korrekturkoeffizienten Ktotal, Kcmdm und dem Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten Kfb, um eine Ausgabe-Kraftstoffmenge Tout zu bestimmen. In Schritt 9 wird die so bestimmte Ausgabe-Kraftstoffmenge Tout als Befehlswert an die nicht dargestellte Kraftstoffzufuhrvorrichtung ausgegeben, und die Kraftstoffzufuhrvorrichtung führt die so angegebene Kraftstoffmenge der Maschine 1 zu.
Das Luft/Kraftstoffverhältnis der Maschine 1 wird so geregelt, dass das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis Kact2 stromab des Katalysators 18 an das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd' angeglichen wird.
Die Ansprechcharakteristiken des Katalysators 18 haben die Neigung, sich durch Alterung zu verändern. Da jedoch der Gleitmodusregelprozess durch die Regeleinheit 22 durchgeführt wird, kann das Luft/Kraftstoffverhältnis der Maschine 1 geregelt werden, um das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis Kact2 stromab des Katalysators 18 an das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis Kcmd' mit der gleichen stabilen Konversionsfähigkeit anzugleichen wie in der ersten Ausführung, und zwar unabhängig von Änderungen der Ansprechcharakteristiken des Katalysators 18.
In dieser Ausführung wird der Gleitmodusregelprozess von der Regeleinheit 10 durchgeführt. Jedoch kann von der Regeleinheit 10 auch ein herkömmlicher PID-Regelprozess durchgeführt werden. Auch mit einer solchen alternativen Anordnung kann das Luft/Kraftstoffverhältnis stromab des Katalysators 18 so geregelt werden, dass es gemäß dem von der Regeleinheit 22 durchgeführten Gleitmodusregelprozess stabil zu dem Soll-Luft/ Kraftstoffverhältnis Kcmd' konvergiert.
In jeder der obigen Ausführungen ist die Regelung des Luft/Kraftstoffverhältnisses für jeden der Zylinder einer Mehrzylindermaschine nicht beschrieben worden. Jedoch können auch, wie in der japanischen Patentanmeldung Nr. 6-340021 vorgeschlagen, Luft/Kraftstoffverhältnisse der jeweiligen Zylinder aus einem Luft/Kraftstoffverhältnis geschätzt werden, das von einem einem Abgaskrümmer der Maschine zugeordneten Luft/Kraftstoffverhältnissensor erfasst wird, unter Verwendung eines Beobachters auf der Basis eines Modells einer Maschinenanlage, und ein Korrekturkoeffizient zum Korrigieren eines Befehlswerts für eine der Maschine zuzuführende Ausgabe-Kraftstoffmenge in Bezug auf jeden der Zylinder kann durch eine Rückkopplungsregelschleife gemäß einem Gleitmodusregelprozess geregelt werden, um die Luft/Kraftstoffverhältnisse der jeweiligen Zylinder, die unter Verwendung des Beobachters geschätzt worden sind, an die jeweiligen Soll- Luft/Kraftstoffverhältnisse für die Zylinder anzugleichen. Ferner kann eine Rückkopplungsregelschleife gemäß einem Gleitmodusregelprozess verwendet werden, um einen Befehlswert für eine der Maschine zuzuführende Ausgabe-Kraftstoffmenge zu bestimmen, um ein Luft/Kraftstoffverhältnis in dem Abgaskrümmer der Maschine an das Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis anzugleichen. Mit einer solchen Anordnung ist es möglich, die Luft/Kraftstoffverhältnisse der jeweiligen Zylinder der Maschine mit einer stabilen Konversionsfähigkeit adäquat zu regeln, auch wenn Fehler geschätzter Luft/Kraftstoffverhältnisse der Zylinder durch Alterung des Luft/Kraftstoffsensors groß sind.

Claims

1. Vorrichtung zum Regeln des Luft/Kraftstoffverhältnisses einer Brennkraftmaschine (1), umfassend:

- ein Luft/Kraftstoffverhältnis-Erfassungsmittel (2) zum Erfassen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses (Kact) der Brennkraftmaschine (1); und

- ein Kraftstoffzufuhrregelmittel (4) zum Regeln einer der Brennkraftmaschine (1) zugeführten Kraftstoffmenge (Tout) auf der Basis des von dem Luft/Kraftstoffverhältnis-Erfassungsmittel (2) erfassten Luft/Kraftstoffverhältnisses (Kact), wobei das Kraftstoffzufuhrregelmittel (4) ein Regelmittel (10) aufweist, um die der Brennkraftmaschine (1) zugeführte Kraftstoffmenge (Tout) durch eine Rückkopplungssregelschleife gemäß einem Gleitmodusregelprozess zu regeln, um das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis (Kact) an das Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis (Kcmd) anzugleichen, worin eine Hyperebene des Gleitmodusregelprozesses zumindest durch zwei Zustandsgrößen in Abhängigkeit von dem erfassten Luft/Kraftstoffverhältnis (Kact) und dem Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis (Kcmd) festgelegt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Kraftstoffzufuhrregelmittel (4) ein Mittel aufweist, um eine der Brennkraftmaschine (1) zuzuführende Kraftstoffmenge (Tim) in Abhängigkeit von zumindest einer Drehzahl (Ne) und einem Ansaugluftdruck (Pb) der Brennkraftmaschine (1) zu bestimmen, und worin das Regelmittel (10) ein Mittel aufweist, um die der Brennkraftmaschine (1) zugeführte Kraftstoffmenge (Tout) durch die Rückkopplungsregelschleife zu korrigieren, indem es die der Brennkraftmaschine (1) zuzuführende Kraftstoffmenge (Tim) gemäß dem Gleitmodusregelprozess korrigiert, um das erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis (Kact) an das Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis anzugleichen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner einen Katalysator (18) aufweist, der einem Auslasssystem (3) der Brennkraftmaschine (1) zugeordnet ist, um von der Brennkraftmaschine (1) abgegebene Abgase zu reinigen, wobei das Luft/Kraftstoffverhältnis- Erfassungsmittel (20) stromab des Katalysators (18) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die zwei Zustandsgrößen durch eine Differenz zwischen dem erfassten Luft/Kraftstoffverhältnis (Kact) und dem Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis (Kcmd) bestimmt werden.

5. Vorrichtung zum Regeln des Luft/Kraftstoffverhältnisses einer Brennkraftmaschine (1), umfassend:

- einen Katalysator (18), der einem Abgassystem (3) der Brennkraftmaschine (1) zugeordnet ist, um von der Brennkraftmaschine (1) abgegebene Abgase zu reinigen;

- ein erstes Luft/Kraftstoffverhältnis-Erfassungsmittel (20), das stromab des Katalysators (18) angeordnet ist, um ein erstes Luft/Kraftstoffverhältnis (Kact2) der Brennkraftmaschine (1) stromab des Katalysators (18) zu erfassen;

- ein zweites Luft/Kraftstoffverhältnis-Erfassungsmittel (19), das stromauf des Katalysators (19) angeordnet ist, um ein zweites Luft/Kraftstoffverhältnis (Kact1) der Brennkraftmaschine (1) stromauf des Katalysators (18) zu erfassen; und

- ein Kraftstoffzufuhrregelmittel (4) zum Regeln einer der Brennkraftmaschine (1) zugeführten Kraftstoffmenge (Tout) auf der Basis des von dem zweiten Luft/Kraftstoffverhältnis- Erfassungsmittel (19) erfassten Luft/Kraftstoffverhältnisses (Kact1), wobei das Kraftstoffzufuhrregelmittel (4) erste und zweite Regelmittel (22, 10) umfasst, worin das erste Regelmittel (22) ein Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis (Kcmd) stromauf des Katalysators (18) gemäß dem Gleitmodusregelprozess in Abhängigkeit von dem ersten Luft/Kraftstoffverhältnis (Kact2) bestimmt, das von dem stromab des Katalysators (18) angeordneten ersten Luft/Kraftstoffverhältnis-Erfassungsmittel (20) erfasst ist, und

worin ferner das zweite Regelmittel (10) die der Brennkraftmaschine (1) zugeführte Kraftstoffmenge (Tout) durch die Rückkopplungsregelschleife regelt, um das zweite Luft/Kraftstoffverhältnis (Kact1), das von dem stromauf des Katalysators (18) angeordneten zweiten

Luft/Kraftstoffverhältnis-Erfassungsmittel (19) erfasst ist, an das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis (Kcmd) stromauf des Katalysators (18), das von dem ersten Regelmittel (22) bestimmt ist, anzugleichen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, worin, das erste Regelmittel (22) ein Mittel aufweist, um das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis (Kcmd) stromauf des Katalysators ( 8) zu bestimmen, indem es ein Referenz- Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis stromauf des Katalysators (18) gemäß dem Gleitmodusregelprozess korrigiert, um das erste Luft/Kraftstoffverhältnis (Kact2), das von dem stromab des Katalysators (18) angeordneten ersten Luft/Kraftstoffverhältnis-Erfassungsmittel (20) erfasst ist, an ein Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis (Kcmd') stromab des Katalysators (18) anzugleichen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, worin das zweite Regelmittel (10) ein Mittel umfasst, um die der Brennkraftmaschine (1) zugeführte Kraftstoffmenge (Tout) durch die Rückkopplungsregelschleife gemäß dem Gleitmodusregelprozess zu regeln.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, worin das Kraftstoffzufuhrregelmittel (4) ein Mittel aufweist, um die der Brennkraftmaschine (1) zuzuführende Kraftstoffmenge (Tim) in Abhängigkeit von zumindest einer Drehzahl (Ne) und einem Ansaugluftdruck (Pb) der Brennkraftmaschine (1) zu bestimmen, und worin das zweite Regelmittel (10) ein Mittel aufweist, um die der Brennkraftmaschine (1) zugeführte Kraftstoffmenge (Tout) durch die Rückkopplungsregelschleife zu regeln, indem es die der Brennkraftmaschine (1) zuzuführende Kraftstoffmenge (Tim) gemäß dem Gleitmodusregelprozess korrigiert, um das stromauf des Katalysators (18) erfasste Luft/Kraftstoffverhältnis (Kact1) an das vom ersten Regelmittel (22) bestimmte Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis (Kcmd) anzugleichen.