DE10134555C2

DE10134555C2 - Zylinder-Luft/Kraftstoffverhältnis-Schätzsystem eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE10134555C2
Application number: DE10134555A
Authority: DE
Inventors: Masaki Ueno; Yasunori Ehara; Masahiro Sato; Ken Ogawa
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-07-17
Filing date: 2001-07-16
Publication date: 2003-10-16
Anticipated expiration: 2021-07-17
Also published as: US20020026930A1; US6550465B2; JP3467455B2; JP2002030986A; DE10134555A1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Zylinder-Luft/Kraftstoffverhältnis-Schätzsystem eines Verbrennungsmotors, insbesondere ein System zum Schätzen von Luft/Kraftstoffverhältnissen jedes Zylinders eines direkt einspritzenden, kerzengezündeten Mehrzylindermotors, in dem Benzin direkt in die Brenn kammer des Motors eingespritzt wird.

Wenn in einem eine Mehrzahl von Zylindern aufweisenden Verbrennungs motor nur ein einziger Luft/Kraftstoffverhältnissensor an dem oder stromab des Zusammenflusspunkts eines Abgaskrümmers installiert ist, wird es unmöglich, das Luft/Kraftstoffverhältnis in jedem Zylinder genau zu erfas sen, da die Sensorausgabe lediglich einen Mischwert der von den gesamten Zylindern abgegebenen Luft/Kraftstoffverhältnisse anzeigt. Im Hinblick auf das Obige schlägt der Anmelder im US-Patent Nr. 5,524,598 vor, das Luft/Kraftstoffverhältnis in jedem Zylinder auf der Basis eines einzigen Luft/Kraftstoffverhältnissensors zu schätzen, der an dem oder stromab des Zusammenflusspunkts eines Abgaskrümmers installiert ist, auf der Basis eines Modells, das unter der Annahme aufgestellt ist, dass die Sensor ausgabe einen gewichteten Mittelwert anzeigt, der durch Multiplizieren der vergangenen Zündhistorien der jeweiligen Zylinder mit einem Wichtungs koeffizienten erhalten ist, sowie eines Beobachters, der aufgestellt ist, um den durch das Modell ausgedrückten inneren Zustand des Abgaskrümmers zu beobachten.

Ferner ändert sich die Zeit (oder Kurbelwinkel), zu der das erzeugte Abgas den Luft/Kraftstoffverhältnissensor erreicht oder dort ankommt, mit den Motorbetriebszuständen und einigen ähnlichen Faktoren. Demnach schlägt der Anmelder im US-Patent Nr. 5,600,056 vor, die Sensorausgabe sukzessiv abzutasten und einen unter den abgetasteten Datenwerten durch Abfrage von Kennfelddaten durch Motorbetriebsparameter auszuwählen.

Da sich ferner der Wichtungskoeffizient des oben erwähnten Modells mit den Motorbetriebszuständen ändert, schlägt der Anmelder im US-Patent Nr. 5,548,514 vor, unter einer Mehrzahl von Beobachter-Verstärkungsgradmat rizen durch ähnliche Motorbetriebsparameter daraus auszuwählen und zu verwenden.

Abgesehen vom Obigen ist in letzter Zeit ein direkt einspritzender, kerzen gezündeter Motor vorgeschlagen worden, wie z. B. in der JP 60-125748 entsprechend US 4,621,599 offenbart. In diesem direkt einspritzenden, kerzengezündeten Motor wird der Motorbetrieb in Antwort auf die Motorlast aus einem von drei Modi ausgewählt, umfassend einen stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis-Betriebsmodus, in dem das Soll-Luft/ Kraftstoffverhältnis auf das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis gesetzt wird, einem Vorgemischverbrennungs-Betriebsmodus (Magerverbrennungs- Betriebsmodus), in dem das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis auf ein Luft/Kraftstoffverhältnis gesetzt wird, das magerer ist als das stöchiomet rische Luft/Kraftstoffverhältnis, und einem Schichtverbrennungs-Betriebs modus (Magerverbrennungs-Betriebsmodus), in dem das Soll-Luft/Kraft stoffverhältnis auf ein noch magereres Luft/Kraftstoffverhältnis gesetzt wird als in dem Vorgemischverbrennungs-Betriebsmodus.

Auch wenn bei dieser Motorart die Motorlast unverändert bleibt, könnte sich die vorgenannte Zeit (oder Kurbelwinkel), zu der das Abgas den Luft/ Kraftstoffverhältnissensor erreicht, mit dem jeweiligen Betriebsmodus ändern, da die sich Abgasströmungjrate (oder das Volumen) mit den Betriebsmodi ändert. Ferner könnte das durch das Abgas verursachte Verhalten des Luft/Kraftstoffverhältnissensors bei verschiedenen Betriebs modi unterschiedlich sein.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein in einem gewähl ten von Betriebsmodi betreibbares Zylinder-Luft/Kraftstoffverhältnis-Schätz system eines Verbrennungsmotors anzugeben, das einen unter den abge tasteten Luft/Kraftstoffverhältnis-Datenwerten korrekt wählen kann, so dass das Luft/Kraftstoffverhältnis an jedem Zylinder für den gewählten Betriebsmodus genau geschätzt werden kann.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Vorsehen eines Systems zum Schätzen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses jedes Zylinders eines Verbren nungsmotors, der eine Mehrzahl von Zylindern aufweist, die mit einem einen Abgaskrümmer aufweisenden Abgassystem verbunden sind, um fassend: einen Luft/Kraftstoffverhältnissensor, der an einem oder stromab eines Zusammenflusspunkts des Abgaskrümmers installiert ist und eine Ausgabe erzeugt, die ein von den Zylindern abgegebenes Luft/Kraftstoff verhältnis anzeigt; ein Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensorausgabe-Abtastmo dul, das die Ausgabe des Luft/Kraftstoffverhältnissensors A/D-wandelt und sukzessive als abgetastete Daten speichert; ein Motorbetriebszustand- Erfassungsmodul, das Betriebszustände des Motors einschließlich zumin dest einer Motordrehzahl und einer Motorlast erfasst; ein Abtastdaten- Wählmodul, das auf der Basis zumindest der Motordrehzahl und der Motor last in den erfassten Betriebszuständen des Motors unter den abgetasteten Datewerten einen auswählt und das Luft/Kraftstoffverhältnis jedes Zylin ders aus dem gewählten abgetasteten Datenwert auf der Basis eines Mo dells, das ein Verhalten des Abgaskrümmers beschreibt und auf der Basis der Annahme ausgebildet ist, dass die Ausgabe des Luft/Kraftstoffverhält nissensors ein gewichtetes Mittel aufweist, das durch Multiplizieren vergangener Zündhistorien der Zylinder mit einem Wichtungskoeffizienten erhalten ist, sowie eines Beobachters zum Beobachten eines inneren Zu stands des Modells schätzt. Die kennzeichnenden Merkmale des Systems sind, dass das System umfasst: ein Betriebsmodus-Wählmodul, das einen Betriebsmodus des Motors aus zumindest einem ersten Betriebsmodus, in dem ein Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis als ein stöchiometrisches Luft/Kraft stoffverhältnis gesetzt ist, einem zweiten Betriebsmodus, in dem das Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis als ein Luft/Kraftstoffverhältnis gesetzt ist, das magerer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis ist; und einem dritten Betriebsmodus, in dem das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis als ein Luft/Kraftstoffverhältnis gesetzt ist, das magerer als das des zweiten Betriebsmodus ist, auswählt; und das Abtastdaten-Wählmodul einen unter den abgetasteten Datenwerten auf der Basis zumindest der Motordrehzahl, der Motorlast und des gewählten Betriebsmodus auswählt und das Luft/ Kraftstoffverhältnis jedes Zylinders aus der gewählten Abtastung, auf der Basis des Modells und des Beobachters, für den gewählten Betriebsmodus des Motors schätzt.

Bevorzugt wählt das Abtastdatenwählmodul den einen unter den abgetas teten Datenwerten gemäß Kennfelddaten, die durch die Motordrehzahl, die Motorlast und den gewählten Betriebsmodus abfragbar sind (Anspruch 2).

Bevorzugt umfasst das Abtastdatenwählmodul: eine Mehrzahl von Kenn felddaten, die entsprechend den ersten bis dritten Betriebsmodi des Motors vorbereitet sind; ein Kennfelddaten-Wählmodul, das einen der Mehrzahl von Kennfelddatenwerten in Antwort auf den gewählten Betriebsmodus auswählt; und ein Kennfelddaten-Abfragemodul, das die gewählten Kenn felddaten durch die Motordrehzahl und die Motorlast abfragt, um den einen unter den abgetasteten Datenwerten auszuwählen; und schätzt das Luft/ Kraftstoffverhältnis jedes Zylinders aus der gewählten Abtastung, auf der Basis des Models und des Beobachters, für den gewählten Betriebsmodus des Motors (vgl. Anspruch 3).

Bevorzugt umfasst das Abtastdatenwählmodul: Kennfelddaten, die für die ersten bis dritten Betriebsmodi des Motors vorbereitet sind; ein Kennfeldda ten-Abfragemodul, das die Kennfelddaten durch die Motordrehzahl und die Motorlast abfragt, um den einen unter den abgetasteten Datenwerten auszuwählen; und ein Modell-Wichtungskoeffizient-Änderungsmodul, das den Wichtungskoeffizienten des Modells und eine Verstärkungsgradmatrix des Beobachters in Antwort auf den gewählten Betriebsmodus ändert; und schätzt das Luft/Kraftstoffverhältnis jedes Zylinders aus der gewählten Abtastung, auf der Basis des geänderten Koeffizienten des Moduls und der geänderten Verstärkungsgradmatrix des Beobachters, für den gewählten Betriebsmodus des Motors (vgl. Anspruch 4).

Bevorzugt wählt das Abtastdatenwählmodul einen unter den abgetasteten Datenwerten derart, dass ein später abgetasteter Datenwert gewählt wird, wenn der Betriebsmodus von dem ersten zu dem zweiten, dem zweiten zu dem dritten wechselt (vgl. Anspruch 5).

Bevorzugt wählt das Abtastdatenwählmodul einen unter den abgetasteten Datenwerten derart, dass mit abnehmender Motordrehzahl und zunehmen der Motorlast ein früher abgetasteter Datenwert gewählt wird. (vgl. Anspruch 6).

KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgen den Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich, worin:

Fig. 1 ist eine schematische Gesamtansicht, die ein Zylinder-Luft/ Kraftstoffverhältnis-Schätzsystem eines Verbrennungsmotors nach einer Ausführung der Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die zeigt, wo ein Luft/Kraft stoffverhältnissensor (LAF-Sensor) relativ zum Abgaskrümmer des in Fig. 1 dargestellten Motors installiert ist;

Fig. 3 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des in Fig. 1 darge stellten Systems zeigt;

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das einen Beobachter und ein Modell zeigt, das das Verhalten des Abgaskrümmers des in Fig. 1 dargestellten Motors zeigt;

Fig. 5 ist eine Erläuterungsansicht, die die Konfiguration eines CSEL.ST-Kennfelds zeigt, auf das im Flussdiagramm von Fig. 3 Bezug genommen ist;

Fig. 6 ist ein Zeitdiagramm, das die Verzögerung zeigt, bis das er zeugte Abgas den Luft/Kraftstoffverhältnissensor (LAF-Sen sor) erreicht;

Fig. 7A bis 7C sind Sätze von Grafiken, die die Charakteristiken des CSEL.ST-Kennfelds, des CSEL.LE-Kennfelds und des CSEL.DI- Kennfelds zeigen, auf die im Flussdiagramm von Fig. 3 Bezug genommen ist;

Fig. 8 ist eine Grafik, die die Charakteristik einer KVLAFPA-Tabelle zeigt, auf die im Flussdiagramm von Fig. 3 Bezug genommen ist;

Fig. 9 ist eine Grafik, die die Charakteristik einer KACTAD-Tabelle zeigt, auf die im Flussdiagramm von Fig. 3 Bezug genommen ist; und

Fig. 10 ist ein Flussdiagramm ähnlich Fig. 3, zeigt jedoch den Betrieb eines Zylinder-Luft/Kraftstoffverhältnis-Schätzsystems eines Verbrennungsmotors nach einer zweiten Ausführung der Erfindung.

Nun werden Ausführungen der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Gesamtansicht eines Zylinder-Luft/Kraftstoff verhältnis-Schätzsystems eines Verbrennungsmotors nach einer Ausfüh rung der Erfindung.

Die Bezugszahl 10 in dieser Figur bezeichnetet einen Vierzylinder-Reihen motor mit oben liegender Nockenwelle. Luft, die in ein Luftansaugrohr 12 durch einen an dessen fernem Ende angebrachten Luftfilter 14 angesaugt wird, strömt durch einen Spültank 16 und einen Einlasskrümmer 20, wobei deren Strömung durch ein Drosselventil 18 eingestellt wird, zu zwei Ein lassventilen (nicht gezeigt) eines jeweiligen ersten (#1) bis vierten (#4) Zylinders 22 (zur einfachen Darstellung ist nur einer in der Figur gezeigt).

Jeder der Zylinder 22 besitzt einen Kolben 24, der in dem Zylinder 22 verschiebbar ist. Die Oberseite des Kolbens 24 ist vertieft, so dass in einem Raum, der durch die vertiefte Kolbenoberseite und die Innenwand eines Zylinderkopfs definiert ist, eine Brennkammer 28 gebildet ist. Eine Kraft stoffeinspritzdüse 30 ist in der Nähe der Mitte der Decke der Brennkammer 28 vorgesehen.

Die Kraftstoffeinspritzdüse 30 ist über ein Kraftstoffzufuhrrohr 32 mit einem Kraftstofftank 34 verbunden und wird mit Druckkraftstoff (Benzin) versorgt, der von einer Pumpe 34a gepumpt und durch eine Hochdruckpumpe und einen Regler (nicht gezeigt) auf einen vorbestimmten Wert unter Druck gesetzt ist. Die Kraftstoffeinspritzdüse 30 spritzt den Kraftstoff direkt in die Brennkammer 28 ein, wenn sie öffnet. Der eingespritzte Kraft stoff vermischt sich mit der Luft und bildet das Luft/Kraftstoffgemisch.

In der Brennkammer 28 ist eine Zündkerze 36 vorgesehen. Die Zündkerze 36 wird mit elektrischer Energie von einem Zündsystem 38 versorgt, das eine Zündspule (nicht gezeigt) enthält, und zündet das Luft/Kraftstoffge misch zu einem vorbestimmten Zündzeitpunkt in der Reihenfolge erster, dritter, vierter und zweiter Zylinder. Die sich ergebende Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemischs treibt den Kolben 24 nach unten.

Somit ist der Motor 10 ein direkt einspritzender, kerzengezündeter Mehr zylindermotor, in dem das Benzin direkt in die Brennkammer 28 der jeweili gen Zylinder 22 durch die Kraftstoffeinspritzdüse 30 eingespritzt wird.

Das durch die Verbrennung erzeugte Abgas wird durch zwei Auslassventile (nicht gezeigt) in einen Abgaskrümmer 40 abgegeben, von wo es durch ein Abgasrohr 42 zu einem Katalysator 44 (zur NOx-Entfernung in dem Abgas) und einem zweiten Katalysator 46 (einem Dreiwege-Katalysator zur Entfer nung von NOx, CO und HC in dem Abgas) tritt, um gereinigt zu werden, und strömt dann aus dem Motor 10 aus.

Das Abgasrohr 42 ist an einer Stelle stromab des Zusammenflusspunkts des Abgaskrümmers 40 mit dem Luftansaugrohr 12 durch eine AGR-Lei tung 48, an einer Stelle stromab des Drosselventils 18, verbunden, um das Abgas teilweise bei Betrieb der AGR (Abgasrückführung) rückzuführen. Ein AGR-Regelventil 50 ist an der AGR-Leitung 48 vorgesehen und wird geöff net, um einen Teil des Abgases bei vorbestimmten Motorbetriebszuständen rückzuführen, während die Strömungsrate der Abgasrückführung (AGR- Menge) reguliert wird.

Ein Kanister 54 ist installiert und ist mit einem Raum über dem Kraftstoff pegel des Kraftstofftanks 34 verbunden, so dass Kraftstoffdampf dem Kanister 54 zugeführt wird und in der Aktivkohlefüllung in dem Kanister 54 aufgefangen wird. Der Kanister 54 ist durch ein Spülrohr 56 mit dem Luftansaugrohr 12 an einer Stelle stromab des Drosselventils 18 verbun den. Ein Kanisterregelventil 58 ist an dem Spülrohr 56 vorgesehen und wird geöffnet, um einen Teil des Kraftstoffdampfs bei vorbestimmten Motorbetriebszuständen zu spülen, während die Strömungsrate der Spü lung (Spülströmungsrate) reguliert wird.

Das Drosselventil 18 ist mit einem Gaspedal (nicht gezeigt), das am Boden eines Fahrzeugfahrersitzes (nicht gezeigt) installiert ist, nicht mechanisch gekoppelt, sondern ist mit einem Schrittmotor 60 verbunden, um durch den Motor zum Öffnen/Schließen des Luftansaugrohrs 12 angetrieben zu wer den. Das Drosselventil 18 wird in einer solchen DBW-(Drive-By-Wire)-Weise betätigt.

Der Kolben 24 ist mit einer Kurbelwelle 64 zu deren Drehung mit einer Pleuelstange 62 verbunden. Ein in der Nähe der Kurbelwelle 64 installierter Kurbelwinkelsensor 66 umfasst einen Pulsgeber 66a, der an der rotierenden Kurbelwelle 64 befestigt ist, sowie einen elektromagnetischen Aufnehmer 66b, der an einer gegenüber liegenden stationären Position befestigt ist. Der Kurbelwinkelsensor 66 erzeugt ein Zylinderunterscheidungssignal ("CYL" genannt) einmal alle 720 Kurbelwinkelgrade, ein Signal ("OT" (oberer Totpunkt:) genannt) an einer vorbestimmten BOT-Kurbelwinkelposi tion sowie ein Einheitssignal ("CRK" genannt) bei 30 Kurbelwinkelgraden ("STUFE" genannt), das erhalten wird, indem man die OT-Signalintervalle durch sechs teilt.

Ein Drosselstellungssensor 68 ist mit dem Schrittmotor 60 verbunden und erzeugt ein Signal, das den Öffnungsgrad des Drosselventils 18 ("TH" genannt) anzeigt. Ein Krümmerabsolutdruck-(MAP)-Sensor 70 ist in dem Luftansaugrohr 12 stromab des Drosselventils 18 vorgesehen und erzeugt ein Signal, das die Motorlast anzeigt, genauer gesagt den Krümmerabsolut druck ("PBA" genannt), der durch den Ansaugluftstrom erzeugt wird, durch eine Leitung (nicht gezeigt).

Ein Ansauglufttemperatursensor 72 ist an einer Stelle stromauf des Dros selventils 18 vorgesehen und erzeugt ein Signal, das die Temperatur der Ansaugluft ("TA" genannt) anzeigt. Ein Kühlmitteltemperatursensor 74 ist in der Nähe des Zylinders 22 installiert und erzeugt ein Signal, das die Temperatur eines Motorkühlmittels ("TW" genannt) anzeigt.

Ferner ist ein Universal-(oder Breitband-)-Sensor (Luft/Kraftstoffverhältnis sensor) 76 an einem Abgasrohr 42 an einer Stelle stromauf der Katalysato ren 44, 46 installiert und erzeugt ein Signal, das das Abgas-Luft/Kraftstoff verhältnis anzeigt, das sich linear proportional zur Sauerstoffkonzentration in dem Abgas ändert. Dieser Sensor 76 wird nachfolgend als "LAF"-Sensor bezeichnet.

Wie schematisch in Fig. 2 dargestellt, ist nur ein LAF-Sensor 76 an einer Stelle stromab eines Zusammenflusspunkts 40a des Abgaskrümmers 40 installiert und erzeugt das Signal, das das Luft/Kraftstoffverhältnis in den von den Zylindern 22 des Motors 10 abgegebenen Abgasen anzeigt.

Zusätzlich ist ein O₂-Sensor (Luft/Kraftstoffverhältnissensor) 80 an einer Stelle stromab der Katalysatoren 44, 46 vorgesehen und erzeugt ein Signal, das sich jedes Mal ändert, wenn sich das Abgas-Luft/Kraftstoffverhältnis in Bezug auf ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffverhältnis von mager zu fett und umgekehrt ändert.

Ferner ist in der Nähe des Gaspedals ein Gaspedalstellungssensor 82 vorgesehen, der ein Signal erzeugt, das die Stellung (den Öffnungsgrad) des Gaspedals ("θAP" genannt) anzeigt. Ferner ist ein Atmosphärendrucksensor 84 an einer geeigneten Stelle des Motors 10 installiert und erzeugt ein Signal, das den Atmosphärendruck ("PA" genannt) der Gegend anzeigt, in der ein Fahrzeug, an dem der Motor 10 angebracht ist, fährt.

Die Ausgaben der Sensoren werden zu einer ECU (elektronischen Steuer einheit) 90 geschickt. Die ECU 90 umfasst einen Mikrocomputer mit einer Eingabeschaltung 90a, einer CPU 90b, einem Speicher (ROM, RAM etc.) 90c, einer Ausgabeschaltung 90d und einem Zähler (nicht gezeigt). Das von dem Kurbelwinkelsensor 66 erzeugte CRK-Signal wird von dem Zähler gezählt, und die Motordrehzahl NE wird erfasst oder berechnet.

Die Ausgaben des LAF-Sensors 76 werden bei jeder STUFE sukzessiv abgetastet (d. h. A/D-gewandelt) und in dem Speicher 90c gespeichert. Die STUFE beträgt wie oben erwähnt 30 Kurbelwinkelgrade, und den STUFEN in OT-Intervallen wird eine Zahl ("STUFE-Nr." genannt) zugeordnet und sie werden miteinander identifiziert.

Die ECU 90 bestimmt oder berechnet die Kraftstoffeinspritzmenge und den Zündzeitpunkt auf der Basis der erfassten Motordrehzahl NE und der einge gebenen Sensorausgaben.

Zur Erläuterung der Kraftstoffeinspritzmengen-Bestimmung bestimmt oder berechnet die ECU 90 ein Sollmotordrehmoment PME, das die Motorlast (oder die durch den Fahrzeugfahrer angeforderte Leistung) anzeigt, auf der Basis der erfassten Motordrehzahl NE und der Gaspedalstellung θAP. Dann wählt oder bestimmt die ECU 90 einen der vorgenannten Betriebsmodi des Motors 10 auf der Basis des bestimmten Soll-Motordrehmoments PME und der erfassten Motordrehzahl NE. Die ECU 90 bestimmt oder berechnet ferner das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD auf der Basis des bestimm ten Soll-Motordrehmoments PME und der erfassten Motordrehzahl NE.

Insbesondere, wenn das so bestimmte Motordrehmoment PME in den Bereich hoher Motorlast fällt, bestimmt die ECU 90 den Betriebsmodus (nachfolgend als "ST.EMOD" bezeichnet) als den stöchiometrischen Luft/ Kraftstoffverhältnis-Betriebsmodus ("ST.EMOD = 0; einen ersten Betriebs modus), in dem das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD als das stöchio metrische Luft/Kraftstoffverhältnis oder um dieses herum bestimmt wird, insbesondere in einem Bereich von 12,0 : 1 bis 15,0 : 1 liegt.

Wenn das bestimmte Soll-Motordrehmoment PME in den Bereich mittlerer Motorlast fällt, bestimmt die ECU 90 den Betriebsmodus ST.EMOD als den Vorgemischverbrennungs-Betriebsmodus ("ST.EMOD = 1; einen zweiten Betriebsmodus), in dem das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD als ein Luft/Kraftstoffverhältnis bestimmt wird, das magerer als das stöchiomet rische Luft/Kraftstoffverhältnis ist, insbesondere in einem Bereich von 15,0 : 1 bis 22,0 : 1 liegt.

Wenn ferner das bestimmte Soll-Motordrehmoment PME in den Bereich niederer Motorlast fällt, bestimmt die ECU 90 den Betriebsmodus ST.EMOD als den Schichtverbrennungs-Betriebsmodus ("ST.EMOD = 2; dritter Betriebsmodus), in dem das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD als ein Luft/Kraftstoffverhältnis bestimmt wird, das magerer ist als in dem Vor gemischverbrennungs-Betriebsmodus, insbesondere in einem Bereich von 22,0 : 1 bis 60,0 : 1 liegt. Somit ist der Motor 10 so konfiguriert, dass er zwei Arten von Magerverbrennungs-Betriebsmodi aufweist, die den Vor gemischverbrennungs-Betriebsmodus und den Schichtverbrennungs-Be triebsmodus umfassen.

Wenn der stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis-Betriebsmodus oder Vorgemischverbrennungsbetrieb gewählt ist, wird der Kraftstoff während des Ansaugtakts eingespritzt. Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit der Ansaugluft und wird gezündet, um die Vorgemischladeverbrennung zu erzeugen (gleichmäßige Verbrennung). Wenn der Schichtverbrennungs- Betriebsmodus gewählt ist, wird der Kraftstoff während des Kompressions takts eingespritzt (und manchmal teilweise in dem Ansaugtakt eingespritzt) und erzeugt eine Schichtladeverbrennung (genauer die Direkteinspritz- Schichtladeverbrennung oder Diffusionsverbrennung).

Anzumerken ist, dass der Betriebsmodus (der die Motorlast anzeigt) auf der Basis der erfassten Motordrehzahl NE und des berechneten Soll-Motor drehmoment PME bestimmt wird, wobei aber die Kraftstoffeinspritzung immer so durchgeführt werden sollte, dass das tatsächliche Luft/Kraftstoff verhältnis in der Nähe der Zündkerze 36 in einen Bereich von 12,0 : 1 bis 15,0 : 1 fällt, welcher Betriebsmodus auch immer gewählt ist.

Die ECU 90 bestimmt oder berechnet eine Basis-Kraftstoffeinspritzmenge TIM als Öffnungsdauer der Kraftstoffeinspritzdüse 30 auf der Basis der erfassten Motordrehzahl NE und des Krümmerabsolutdrucks PBA. Die ECU 90 bestimmt oder berechnet dann eine Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge TOUT auf der Basis der so bestimmten Werte wie folgt:

TOUT = TIM × KCMDM × KAF × KT + TT

Hierbei bezeichnet KCMDM einen Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis-Korrekturko effizienten, und er wird erhalten, indem das vorgenannte Luft/Kraftstoff verhältnis KCMD um den Ladegrad korrigiert wird. Anzumerken ist, dass das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD und der Soll-Luft/Kraftstoffverhält nis-Korrekturkoeffizient KCMDM tatsächlich als das Äquivalenzverhältnis ausgedrückt werden. KAF bezeichnet einen Luft/Kraftstoffverhältnis-Rück kopplungs-Korrekturkoeffizienten auf der Basis der Ausgabe des LAF-Sen sors 76 (später erläutert). KT ist das Produkt der anderen Korrekturkoeffi zienten in multiplikativer Form und TT ist die Summe der anderen Korrek turfaktoren in additiver Form.

Zur Erläuterung der Zündzeitpunkt-Bestimmung bestimmt oder berechnet die ECU 90 einen Basiszündzeitpunkt IGMAP auf der Basis der erfassten Motordrehzahl NE und des berechneten Soll-Motordrehmoments PME in dem Schichtverbrennungs-Betriebsmodus und bestimmt oder berechnet diesen auf der Basis der erfassten Motordrehzahl NE und des Krümmer absolutdrucks PBA in dem Vorgemischverbrennungs-Betriebsmodus und dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis-Betriebsmodus.

Dann bestimmt oder berechnet die ECU 90 einen Ausgabe-Zündzeitpunkt IG wie folgt:

IG = IGMAP + IGCR

Hierbei bezeichnet IGCR die Summe von Korrekturfaktoren einschließlich einem Motorkühlmitteltemperatur-Korrekturfaktor IGTW.

Dann gibt die ECU 90 ein Signal an das Zündsystem 38 und die Zündkerze 36 aus, um das Luft/Kraftstoffgemisch an einer Kurbelwinkelstellung zu zünden, die dem bestimmten Ausgabe-Zündzeitpunkt IG entspricht.

Nun wird der Betrieb des Zylinder-Luft/Kraftstoffverhältnis-Schätzsystems eines Verbrennungsmotors nach der Ausführung erläutert.

Fig. 3 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Systems zeigt. Das dort dargestellte System wird bei einer vorbestimmten Kurbelwinkelstellung nahe dem oberen Totpunkt jedes Zylinders 22 des Motors 10 ausgeführt, und das Luft/Kraftstoffverhältnis an jedem Zylinder wird geschätzt.

Vor Beginn der Erläuterung der Figur wird die vom Anmelder früher vor geschlagene Luft/Kraftstoffverhältnis-Schätztechnik umrissen.

Wie oben erwähnt, schlägt der Anmelder im US-Patent 5,524,598 vor, das Luft/Kraftstoffverhältnis an jedem Zylinder unter Verwendung eines Be obachters zu schätzen. Der Beobachter erhält die bekannten Regelgrößen und Messwerte und schätzt oder berechnet eine Zustandsgröße, die außerhalb des Systems nicht gemessen werden kann. In dieser Technik nimmt der Anmelder an, dass das Luft/Kraftstoffverhältnis an dem Zusammen flusspunkt 40a des Abgaskrümmers 40 ein Gemisch der von den vier Zylin dern abgegebenen Luft/Kraftstoffverhältnisse ist und sich der Grad des Beitrags jedes Zylinders zu dem Zusammenflusspunkt-Luft/Kraftstoffver hältnis periodisch ändert. Auf dieser Basis identifiziert der Anmelder das Luft/Kraftstoffverhältnis (A/F) eines auslassenden Zylinders zur Zeit k als X(k) und Modelle des Verhaltens des Abgaskrümmers 40 gemäß Gleichung 1.

In Gleichung 1 wird angenommen, dass X(k + 1) = X(k - 3), d. h., dass das Luft/Kraftstoffverhältnis an demselben Zylinder während dieser Zeitdauer unverändert bleibt. Der höchste Grad des Beitrags (d. h. der Wichtungs koeffizient) des Zylinders ist EXMC4 genannt, und die anderen sind in der Reihenfolge des Beitragsgrads EXMC3, EXMC2, EXMC1 genannt. Die Summe des Beitragsgrads wird als 1,0 bestimmt. Dann wird die Ausgabe Y(k), die das Zusammenflusspunkt-Luft/Kraftstoffverhältnis anzeigt, als gewichtetes Mittel ausgedrückt, wie in Gleichung 2 gezeigt.

Somit kann die LAF-Sensorausgabe als gewichtetes Mittel angenommen werden, das erhalten wird durch Multiplizieren der vergangenen Zündhisto rien der jeweiligen Zylinder mit dem Wichtungskoeffizienten (EXMCn oder C (später erläutert)).

Wenn man das Verhalten des LAF-Sensors 76 als Verzögerungsmodell erster Ordnung nachbildet, dessen Verzögerungskoeffizient erster Ordnung TDLAF ist, kann dies gemäß Gleichung 3 ausgedrückt werden.

KACTHAT(k) = TDLAF × KACTHAT(k - 1) + (1 - TDLAF) × Abgas-A/F(k) Gl. 3

Der Beobachter und das Modell des Abgaskrümmers können durch ein in Fig. 4 dargestelltes Blockdiagramm ausgedrückt werden. In der Figur sind OBSVZ2, OBSVZ1, OBSVZ0, OBSVN1 geschätzte Luft/Kraftstoffverhält nisse der jeweiligen Zylinder. Insbesondere ist OBSVZ2 das desjenigen Zylinders, das zwei Zyklen früher ausgelassen hat, OBSVZ1 ist das desjeni gen Zylinders, der einen Zyklus früher ausgelassen hat, OBSVZ0 ist das desjenigen Zylinders, der gegenwärtig auslässt, und OBSVN1 ist das desje nigen Zylinders, der als nächster auslässt. Diese geschätzten Luft/Kraft stoffverhältnisse zur Zeit (k) können durch die Beobachtermatrixberech nungen bestimmt oder erhalten werden, die in den Gleichungen 4 und 5 ausgedrückt sind.

In Gleichung 5 ist der Koeffizient A eine Matrix, deren Reihenfolgezahl der Zylinderzahl entspricht, und er wird durch Gleichung 6 ausgedrückt.

Ferner ist in Gleichung 4 der Koeffizient C eine Matrix, die das in Fig. 2 gezeigte Abgaskrümmergemischmodell (d. h. den Wichtungskoeffizienten) zeigt, und er wird gemäß Gleichung 7 ausgedrückt.

C = [EXMC1 EXMC2 EXMC3 EXMC4] Gl. 7

Ferner ist in Gleichung 5 der Koeffizient G eine in Gleichung 8 gezeigte Beobachter-Verstärkungsgradmatrix und kann erhalten werden, indem man eine Ricatti-Gleichung löst, wie in Gleichung 9 gezeigt.

In Gleichung 9 sind Q und R Größen, die bei der Konstruktion des Systems zu verwenden sind, und sie werden beispielsweise gemäß Gleichung 10 ausgedrückt.

Wenn man in der in Fig. 4 gezeigten Konfiguration das geschätzte Luft/ Kraftstoffverhältnis am ersten Zylinder (#1 Zylinder) bis zum vierten Zylin der (#4 Zylinder) KACTOBSV1 bis KACTOBSV4 bezeichnet, dann werden sie aus dem vorgenannten geschätzten Luft/Kraftstoffverhältnis des gegen wärtig auslassenden Zylinders OBSVZ0 wie folgt berechnet:

KACTOBSV1 = OBSVZ0(k)

KACTOBSV2 = OBSVZ0(k)

KACTOBSV3 = OBSVZ0(k)

KACTOBSV4 = OBSVZ0(k)

Ferner schlägt der Anmelder im US-Patent Nr. 5,600,056 vor, die Sensor ausgaben sukzessive abzutasten und einen unter den abgetasteten Daten werten auszuwählen, indem Kennfelddaten durch Motorbetriebsparameter abgefragt werden, und schlägt im US-Patent Nr. 5,548,514 vor, unter einer Mehrzahl von Beobachter-Verstärkungsgradmatrizen durch ähnliche Motor betriebsparameter daraus eine auszuwählen und zu verwenden.

Auf der Basis des Obigen wird nun der Betrieb des Systems in Bezug auf das Flussdiagramm von Fig. 3 erläutert.

Das Programm beginnt in S10, worin aus der Zahl des vorgenannten Werts ST.EMOD bestimmt wird, welcher Betriebsmodus gewählt oder bestimmt ist. Wenn ST.EMOD als 0 bestimmt wird, geht das Programm zu S12, worin eine unter den vorbestimmten Charakteristiken (Kennfelddaten), die zuvor vorbereitet wurden, unter Verwendung der Motordrehzahl NE und dem Krümmerabsolutdruck PBA in den erfassten Motorbetriebsbedingungen als Adressdaten abgefragt werden. Insbesondere werden Kennfelddaten mit Namen CSEL.ST-Kennfeld gewählt und aus den Parametern abgefragt.

Wenn ST.EMOD als 1 bestimmt wird, geht das Programm zu S14, worin eine unter den vorbestimmten Charakteristiken (Kennfelddaten), die zuvor vorbereitet wurden, unter Verwendung der Motordrehzahl NE und des Soll- Motordrehmoments PME als Adressdaten abgefragt werden. Insbesondere werden Kennfelddaten mit Namen CSEL.LE-Kennfeld gewählt und werden aus den Parametern abgefragt. Wenn ST.EMOD als 2 bestimmt wird, geht das Programm zu S16, worin eine unter den vorbestimmten Charakteristi ken (Kennfelddaten), die zuvor vorbereitet wurden, unter Verwendung der Motordrehzahl NE und des Soll-Motordrehmoments PME als Adressdaten abgefragt werden. Insbesondere werden Kennfelddaten mit Namen CSEL.DI-Kennfeld gewählt und werden aus den Parametern abgefragt.

Das Programm geht dann zu S18 weiter, worin der durch Kennfeldabfrage erhaltene Wert als CSEL benannt wird, und zu S20, worin einer unter den abgetasteten Datenwerten VLAFAD (der LAF-Sensorausgaben, die sukzes sive abgetastet (A/D-gewandelt) und in dem Speicher 90c gespeichert sind) entsprechend CSEL ausgewählt wird.

Fig. 5 ist eine Erläuterungsansicht, die die Konfiguration des CSEL.ST- Kennfelds zeigt. Obwohl nicht gezeigt, sind jene des anderen CSEL.LE- Kennfelds und CSEL.DI-Kennfelds so ähnlich wie diejenige, die in Fig. 5 gezeigt ist. Der durch Kennfeldabfrage erhaltene Wert CSEL bezeichnet eine Verzögerung (Zeitverzögerung) ab einer Zeit, zu der das Abgas erzeugt wird, bis zu einer Zeit, zu der es den LAF-Sensor 76 erreicht oder dort ankommt (genauer, zu einer Zeit, zu der der LAF-Sensor 76 anspricht, um bei der Ankunft des Abgases die Ausgabe zu erzeugen).

Der Grund hierfür ist, dass sich die Abgaslaufzeit zu dem LAF-Sensor mit den Motorbetriebszuständen ändert, wie oben erwähnt.

Fig. 6 ist ein Zeitdiagramm, das die Verzögerung zeigt, bis das erzeugte Abgas den LAF-Sensor 76 erreicht hat oder dort angekommen ist. Wenn man den ersten Zylinder (#1 Zylinder) betrachtet, erreicht das bei dessen Auslasstakt ausgegebene Gas den LAF-Sensor 76 mit einer Verzögerung (zeitlich oder in Kurbelwinkeln) oder kommt dort an, wie mit dem Pfeil gezeigt. Zusätzlich zu dieser Laufverzögerung sollte auch die Ansprechver zögerung des LAF-Sensors 76 berücksichtigt werden. Wenn man annimmt, dass der schraffierte Abschnitt in der Figur die Abtastdaten sind, in denen der Beitragsgrad des ersten Zylinders zu dem Zusammenflusspunkt-Luft/ Kraftstoffverhältnis maximal ist, müssen diese richtig ausgewählt werden.

Demzufolge werden die sukzessive bei jeder STUFE abgetasteten LAF- Sensorausgaben zur Identifikation mit CSEL (genauer, CSEL Nr.) numme riert. Wie oben erwähnt, ist CSEL (genauer, CSEL Nr.) als die drei Arten von Kennfeldern derart vorbereitet worden, dass eines der Kennfelder gewählt wird und aus dem gewählten Kennfeld durch die Motordrehzahl NE und den Krümmerabsolutdruck PBA (oder dem Soll-Motordrehmoment PME) abzufragen ist.

Ferner ändert sich die Abgasankunfts-(Lauf)-Zeit mit den Motorbetriebs zuständen, wie wiederholt erwähnt. Wenn man dies vom Krümmerabsolut druck PBA als die Motorlast ausgehend diskutiert (d. h., nicht das Soll- Motordrehmoment PME) und wenn der Krümmerabsolutdruck PBA der gleiche ist, nimmt die Kraftstoffmenge zu, wenn der Betriebsmodus von dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis-Betriebsmodus zu dem Vorgemischverbrennungs-Betriebsmodus sowie von dem Vorgemischverbrennungs-Betriebsmodus zu dem Schichtverbrennungs-Betriebsmodus wechselt.

Die Abgastemperatur fällt ab, und daher nimmt das Abgasvolumen nach Verbrennung mit abnehmender Kraftstoffmenge ab. Die Zeit, bis das Abgas den LAF-Sensor 76 erreicht, wird dementsprechend länger. Dies zeigt an, dass die Sensorausgabedaten, die zu einer späteren Stufe abgetastet sind, gewählt werden müssen. Wenn man dies spezifisch in Bezug auf Fig. 6 sagt, muss ein Wert in Richtung nach rechts, ein kleinerer Wert von CSEL, gewählt werden.

Wenn man andererseits dies vom Soll-Motordrehmoment PME ausgehend diskutiert und wenn das Soll-Motordrehmoment PME das gleiche ist, ist anzunehmen, dass die Kraftstoffmenge annähernd die gleiche ist, welcher Betriebsmodus immer gewählt ist. Jedoch unterscheidet sich der Krümmer absolutdruck PBA und nimmt zu, wenn der Betriebsmodus von dem stö chiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis-Betriebsmodus zu dem Vorge mischverbrennungs-Betriebsmodus sowie von dem Vorgemischverbren nungs-Betriebsmodus zu dem Schichtverbrennungs-Betriebsmodus wech selt. Das bedeutet, dass das Abgasvolumen nach Verbrennung zunimmt.

Wenn man dies vom Soll-(Motor)-Drehmoment PME ausgehend diskutiert, nimmt das Abgasvolumen zu, und daher wird die Abgas-Ankunftszeit kürzer, wenn der Betriebsmodus von dem stöchiometrischen Luft/Kraft stoffverhältnis-Betriebsmodus zu dem Vorgemischverbrennungs-Betriebs modus sowie von dem Vorgemischverbrennungs-Betriebsmodus zu dem Schichtverbrennungs-Betriebsmodus wechselt.

Im Hinblick auf das Obige wird in dieser Ausführung die Charakteristik des in Fig. 5 gezeigten Kennfelds so bestimmt, wie es in den Fig. 7A, 7B und 7C dargestellt ist. Fig. 7A zeigt die Charakteristik des CSEL.ST-Kenn felds, Fig. 7B zeigt jene des CSEL.LE-Kennfelds und Fig. 7C zeigt jenes des CSEL.DI-Kennfelds. Insbesondere ist CSEL (genauer, CSEL Nr.) so gesetzt, dass es abnimmt, anders gesagt, es wird so gesetzt, dass ein zu einer späteren Stufe (zeitlich) abgetasteter Datenwert gewählt wird, wenn der Betriebsmodus von dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis-Be triebsmodus zu dem Vorgemischverbrennungs-Betriebsmodus sowie von dem Vorgemischverbrennungs-Betriebsmodus zu dem Schichtverbren nungs-Betriebsmodus wechselt.

Anzumerken ist auch, dass CSEL (genauer, CSEL Nr.) so gesetzt ist, dass es mit abnehmender Motordrehzahl und mit zunehmender Motorlast (Krüm merabsolutdruck PBA) zunimmt, derart, dass ein zu einer früheren Stufe abgetasteter Datenwert gewählt wird.

Zurück zur Erläuterung von Fig. 3. Das Programm geht dann zu S20, worin ein abgetasteter Datenwert VLAFAD entsprechend CSEL ausgewählt wird. Das Programm geht dann zu S22 weiter, worin ein Atmosphären-Korrektur koeffizient KVLAFPA berechnet wird, indem eine KVLAFPA-Tabelle (deren Charakteristik in Fig. 8 gezeigt ist) durch den erfassten Atmosphärendruck PA abgefragt wird, und zu S24, worin der abgetastete Datenwert VLAFAD mit dem abgefragten Koeffizienten multipliziert wird und das erhaltene Produkt VLAF genannt wird.

Das Programm geht dann zu S26 weiter, worin der Wert KACTAD berech net wird, indem eine KACTAD-Tabelle (deren Charakteristik in Fig. 9 ge zeigt ist) durch den berechneten Wert VLAF abgefragt wird.

Das Programm geht dann zu S28 weiter, worin bestimmt wird, ob der berechnete Wert KACTAD in einem Bereich liegt, der durch geeignet ge setzte Ober- und Untergrenzen definiert ist, und wenn das Ergebnis positiv ist, wird der berechnete Wert KACTAD KACT genannt. Wenn andererseits das Ergebnis negativ ist, wird der berechnete Wert KACTAD durch die betreffende Obergrenze oder Untergrenze ersetzt, und der ersetzte Wert wird KACT genannt.

Wie in Fig. 9 dargestellt, zeigt der so bestimmte Werte KACT das zur Sauerstoffkonzentration in dem Abgas proportionale Luft/Kraftstoffverhält nis als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis (Äquivalenzverhältnis; 1,0) an, oder ein bestimmtes Luft/Kraftstoffverhältnis, das fetter oder magerer als das stöchiometrische Verhältnis ist. Der so bestimmte Wert KACT entspricht dem "Abgas A/F" in Gleichung 3. Unter Verwendung von Gleichung 3 wird der geschätzte Wert KACTHAT(k) berechnet, und dann wird unter Verwendung des berechneten Werts das geschätzte Luft/Kraft stoffverhältnis in einem betreffenden Zylinder KACTOBSn (n: 1 bis 4) gemäß den Gleichungen 4 und 5 berechnet.

Dann wird der Fehler oder die Differenz zwischen dem geschätzten Luft/ Kraftstoffverhältnis in einem betreffenden Zylinder und dem Soll-Luft/Kraft stoffverhältnis KCMD bestimmt oder berechnet. Die PID-Faktoren werden mit dem Fehler multipliziert, und der vorgenannte Luft/Kraftstoffverhältnis- Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KAF wird bestimmt oder berechnet. Die Basis-Kraftstoffeinspritzmenge TIM wird mit dem Koeffizienten (mit den anderen Koeffizienten) multipliziert, und die Ausgabe-Kraftstoffeinspritz menge TOUT wird so bestimmt oder berechnet, dass das geschätzte Luft/ Kraftstoffverhältnis KACT zu dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD hin konvergiert.

Das in der vorstehenden Weise konfigurierte System nach dieser Ausfüh rung kann die Genauigkeit der Beobachter-Zylinder-Luft/Kraftstoffverhältnis- Schätzung verbessern, indem einer unter den abgetasteten Datenwerten der Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensorausgaben für den einen gewählten der Betriebsmodi geeignet gewählt wird, die den stöchiometrischen Luft/Kraft stoffverhältnis-Betriebsmodus, den Vorgemischverbrennungs-Betriebsmo dus und den Schichtverbrennungs-Betriebsmodus umfassen, um hierdurch eine genaue Schätzung des Luft/Kraftstoffverhältnisses jedes Zylinder zu gestatten. Hierdurch wird es möglich, eine genaue Zylinder-Luft/Kraftstoff verhältnisregelung durchzuführen.

In der zweiten Ausführung werden die Abgasgemisch-Modellmatrix C (Wichtungskoeffizient; ausgedrückt in Gleichung 7), und die Beobachter- Verstärkungsgradmatrix G (ausgedrückt in Gleichung 8) so gesetzt, dass sie für die verschiedenen Betriebsmodi unterschiedlich sind. Insbesondere ist die erste Ausführung so konfiguriert, dass eine der drei Arten von CSEL- Kennfeldern in Antwort auf den gewählten Betriebsmodus ausgewählt wird und einer unter den abgetasteten Datenwerten durch CSEL ausgewählt wird, das aus dem gewählten Kennfeld abgefragt ist. Die zweite Ausfüh rung ist so konfiguriert, dass die Abgasgemisch-Modellmatrix C und die Beobachter-Verstärkungsgradmatrix G für verschiedene Betriebsmodi unterschiedlich gesetzt sind und die Matrizen C und G in Antwort auf den gewählten Betriebsmodus gewählt werden.

Insbesondere bedeutet die Tatsache, dass die Abgasankunftszeit länger wird, wenn der Betriebsmodus von dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff verhältnis-Betriebsmodus zu dem Vorgemischverbrennungs-Betriebsmodus sowie von dem Vorgemischverbrennungs-Modus zu dem Schichtverbren nungsmodus wechselt, dass der Einfluss der Zylinder, die vor dem gegen wärtigen Zylinder auslassen, für eine längere Dauer erhalten bleibt.

Um dies zu berücksichtigen, sind in der zweiten Ausführung die Matrizen C und G für die Betriebsmodi unterschiedlich gemacht, genauer, sie sind für die Betriebsmodi und die Motorbetriebszustände unterschiedlich gemacht.

Insbesondere wird die Beobachter-Verstärkungsgradmatrix G allein aus dem Abgasgemisch-Modellkoeffizienten C bestimmt, wie aus Gleichung 9 er sichtlich. Dementsprechend werden mehrere Kombinationen von C und G vorab vorbereitet, die für die Betriebsmodi und die Motorbetriebszustände unterschiedlich sind (definiert durch die Motordrehzahl NE und den Krüm merabsolutdruck PBA (oder das Soll-Motordrehmoment PME)).

Zur Erläuterung des Betriebs des Systems nach der zweiten Ausführung beginnt das Programm in S100, worin ein CSEL-Kennfeld (dessen Charak teristik so ähnlich ist wie das in Fig. 7A gezeigte) durch die Motordrehzahl NE und dem Krümmerabsolutdruck PBA (oder dem Soll-Motordrehmoment PME) abgefragt wird.

Das Programm geht dann zu S102 bis S108 weiter, in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführung, und geht zu S110 weiter, worin die KAC TAD-Tabelle durch VLAF abgefragt wird, und zu S112, worin KACT be rechnet wird. Dann geht das Programm zu S114, worin bestimmt wird, welcher Betriebsmodus gewählt ist, und geht, auf der Basis des Bestim mungsergebnisses, zu einem von S116 bis S120 weiter, worin die Matrizen C und G berechnet werden, indem Charakteristiken (nicht gezeigt) durch die Motordrehzahl NE und den Krümmerabsolutdruck PBA (oder das Soll- Motordrehmoment PME) abgefragt werden.

Dann geht das Programm zu S122 weiter, worin der Wert KACTHAT(k) unter Verwendung von Gleichung 4 berechnet wird, und zu S124, worin das geschätzte Luft/Kraftstoffverhältnis an dem betreffenden Zylinder KACTOBSn unter Verwendung von Gleichung 5 berechnet wird.

Das in der vorstehenden Weise konfigurierte System nach der zweiten Ausführung kann die Genauigkeit der Beobachter-Zylinder-Luft/Kraftstoff verhältnis-Schätzung verbessern, indem es einen unter den abgetasteten Datenwerten der Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensorausgaben für den gewählten Betriebsmodus geeignet wählt, um hierdurch eine genaue Schätzung des Luft/Kraftstoffverhältnisses jedes Zylinders und die Durchführung einer genauen Zylinder-Luft/Kraftstoffverhältnis-Regelung zu gestatten.

Anzumerken ist, dass im Obigen "zumindest" bedeutet, dass ein oder mehrere andere Parameter oder Werte addiert oder stattdessen verwendet werden können.

Im Obigen ist auch anzumerken, dass, obwohl die Erfindung als Beispiel des Motors anhand eines direkt einspritzenden, kerzengezündeten Motors beschrieben wurde, die Erfindung auch bei einem normalen Motor anwend bar ist, in dem der Kraftstoff an einer Position vor den Einlassventilen eingespritzt wird, jedoch in dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhält nis-Betriebsmodus und dem Vorgemischverbrennungs-Betriebsmodus betreibbar ist.

Ferner ist anzumerken, dass, obwohl die Erfindung in Bezug auf einen Motor beschrieben wurde, dessen Drosselventil von einem Schrittmotor angetrieben ist, die Erfindung auch bei einem anderen Motortyp anwendbar ist, dessen Drosselventil durch einen ähnlichen Aktuator, wie etwa einen Drehmomentmotor und einen Gleichstrommotor, angetrieben ist.

In einem direkt einspritzenden, kerzengezündeten Motor, der in drei Be triebsmodi betreibbar ist, einschließlich einem (ersten) stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis-Betriebsmodus, einem (zweiten) Vorgemischver brennungsmodus und einem (dritten) Schichtverbrennungs-Betriebsmodus, die sich im Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis unterscheiden, und ein einziger Luft/Kraftstoffverhältnissensor stromab des Abgaskrümmers installiert ist, wird die Sensorausgabe sukzessiv abgetastet, und einer unter den abgeta steten Datenwerten wird auf der Basis der Motordrehzahl und der Motorlast gewählt, und wird einer der Betriebsmodi derart gewählt, dass das Luft/Kraftstoffverhältnis an jedem Zylinder für den gewählten Betriebsmodus unter den Motorbetriebszuständen genau geschätzt werden kann.

Claims

1. System zum Schätzen eines Luft/Kraftstoffverhältnisses jedes Zylin ders (22) eines Verbrennungsmotors (10), der eine Mehrzahl von Zylindern (22) aufweist, die mit einem einen Abgaskrümmer (40) aufweisenden Abgassystem verbunden sind, umfassend:
einen Luft/Kraftstoffverhältnissensor (76), der an einem oder stromab eines Zusammenflusspunkts (40a) des Abgaskrümmers (40) installiert ist und eine Ausgabe erzeugt, die ein von den Zylindern (22) abgegebenes Luft/Kraftstoffverhältnis anzeigt;
ein Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensorausgabe-Abtastmodul (90), das die Ausgabe des Luft/Kraftstoffverhältnissensors (76) A/D-wan delt und sukzessive als abgetastete Daten speichert;
ein Motorbetriebszustand-Erfassungsmodul (66, 70), das Betriebszustände des Motors einschließlich zumindest einer Motor drehzahl (NE) und einer Motorlast (PBA, PME) erfasst;
ein Abtastdaten-Wählmodul (90, S10-S28, S100-S124), das auf der Basis zumindest der Motordrehzahl (NE) und der Motor last (PME) in den erfassten Betriebszuständen des Motors unter den abgetasteten Datenwerten einen auswählt und das Luft/Kraftstoff verhältnis jedes Zylinders (KACTOBSn) aus dem gewählten abgeta steten Datenwert auf der Basis eines Modells, das ein Verhalten des Abgaskrümmers beschreibt und auf der Basis der Annahme ausgebil det ist, dass die Ausgabe des Luft/Kraftstoffverhältnissensors ein gewichtetes Mittel aufweist, das durch Multiplizieren vergangener Zündhistorien der Zylinder mit einem Wichtungskoeffizienten (C) erhalten ist, sowie eines Beobachters zum Beobachten eines inneren Zustands des Modells schätzt,
dadurch gekennzeichnet, dass:
das System umfasst:
ein Betriebsmodus-Wählmodul (90, S10, S114), das einen Betriebsmodus des Motors (ST.EMOD) aus zumindest einem ersten Betriebsmodus, in dem ein Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis (KCMD) als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffverhältnis gesetzt ist, einem zweiten Betriebsmodus, in dem das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis (KCMD) als ein Luft/Kraftstoffverhältnis gesetzt ist, das magerer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis ist, und einem dritten Betriebsmodus, in dem das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis (KCMD) als ein Luft/Kraftstoffverhältnis gesetzt ist, das magerer als das des zweiten Betriebsmodus (ST.EMOD) ist, auswählt;
und das Abtastdaten-Wählmodul einen unter den abgetasteten Datenwerten auf der Basis zumindest der Motordrehzahl (NE), der Motorlast (PBA, PME) und des gewählten Betriebsmodus auswählt und das Luft/Kraftstoffverhältnis jedes Zylinders aus der gewählten Abtastung auf der Basis des Modells und des Beobachters für den gewählten Betriebsmodus des Motors schätzt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ab tastdaten-Wählmodul den einen unter den abgetasteten Datenwerten gemäß Kennfelddaten (CSEL.ST-Kennfeld, CSEL.LE-Kennfeld, CSEL.DI-Kennfeld) wählt, die durch die Motordrehzahl (NE), die Motorlast (PBA, PME) und den gewählten Betriebsmodus (ST.EMOD) abfragbar sind.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ab tastdaten-Wählmodul umfasst:
eine Mehrzahl von Kennfelddaten, die entsprechend den er sten bis dritten Betriebsmodi des Motors vorbereitet sind;
ein Kennfelddaten-Wählmodul, das einen der Mehrzahl von Kennfelddatenwerten (CSEL.ST-Kennfeld, CSEL.LE-Kennfeld, CSEL.DI-Kennfeld) in Antwort auf den gewählten Betriebsmodus (ST.EMOD) auswählt; und
ein Kennfelddaten-Abfragemodul, das die gewählten Kenn felddaten durch die Motordrehzahl (NE) und die Motorlast (PBA, PME) abfragt, um den einen unter den abgetasteten Datenwerten auszuwählen;
und das Luft/Kraftstoffverhältnis jedes Zylinders aus der ge wählten Abtastung auf der Basis des Modells und des Beobachters für den gewählten Betriebsmodus des Motors schätzt.

4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ab tastdaten-Wählmodul umfasst:
Kennfelddaten (CSEL-Kennfeld), die für die ersten bis dritten Betriebsmodi des Motors vorbereitet sind;
ein Kennfelddaten-Abfragemodul, das die Kennfelddaten durch die Motordrehzahl (NE) und die Motorlast (PBA, PME) abfragt, um den einen unter den abgetasteten Datenwerten auszuwählen; und
ein Modell-Wichtungskoeffizient-Änderungsmodul, das den Wichtungskoeffizienten des Modells (C) und eine Verstärkungsgrad matrix des Beobachters (G) in Antwort auf den gewählten Betriebs modus (ST.EMOD) ändert;
und das Luft/Kraftstoffverhältnis jedes Zylinders aus der ge wählten Abtastung auf der Basis des geänderten Koeffizienten des Moduls (C) und der geänderten Verstärkungsgradmatrix des Beob achters (G) für den gewählten Betriebsmodus des Motors (ST.EMOD) schätzt.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtastdaten-Wählmodul einen unter den abgetasteten Datenwerten derart wählt, dass ein später abgetasteter Datenwert gewählt wird, wenn der Betriebsmodus (ST.EMOD) von dem ersten zu dem zweiten, dem zweiten zu dem dritten wechselt.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtastdaten-Wählmodul einen unter den abgetasteten Datenwerten derart wählt, dass mit abnehmender Motordrehzahl (NE) und zunehmender Motorlast (PME) ein früher abgetasteter Datenwert gewählt wird.