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Dokumentenidentifikation DE10257756A1 24.07.2003
Titel Verfahren zur Behälterspülungskompensation unter Verwendung einer Regelung mit einem internen Modell
Anmelder Ford Global Technologies, Inc., Dearborn, Mich., US
Erfinder Davis, Leighton Ira, Ann Arbor, Mich., US;
Feldkamp, Lee Albert, Plymouth, Mich., US;
Yuan, Fumin, Canton, Mich., US;
Jesion, Gerald, Woodhaven, Mich., US
Vertreter Bonsmann & Bonsmann Patentanwälte, 41063 Mönchengladbach
DE-Anmeldedatum 10.12.2002
DE-Aktenzeichen 10257756
Offenlegungstag 24.07.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.07.2003
IPC-Hauptklasse F02D 41/04
IPC-Nebenklasse F02D 45/00   F02D 41/22   
Zusammenfassung Ein Verfahren für den Betrieb eines Motors (14) mit einem Kraftstoffspülungssystem und einem Kraftstoffinjektionssystem (26) umfasst die Erzeugung eines ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssignals gemäß der Abgassauerstoffemission; die Erzeugung eines zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssignals gemäß der Kraftstofftransportverzögerung durch das Spülungssystem sowie die Kombination der beiden Signale zu einem zusammengesetzten Regelungssignal und dessen Weiterleitung an das Kraftstoffinjektionssystem. Die Erzeugung des ersten Signals umfasst die Bestimmung einer Kraftstoffflussrate durch das Spülungssystem. Dieses enthält ein Ventil (48), welches den Kraftstoff zum Einlasskrümmer mit einer Rate leitet, die zum Tastverhältnis eines Regelungssignals in Bezug steht, wobei die Flussrate abhängig von dem Tastverhältnis ist sowie einen Kohlenwasserstoffsensor (35), über den das erste Signal ermittelt wird. Es erfolgt eine Bestimmung der Kohlenwasserstoffart in dem abgeführten Kraftstoff und eine entsprechende Anpassung des ersten Signals. Ein Modell des Motors stellt eine Beziehung zwischen einem Signal des modellierten LAMBSE und dem in die Zylinder des Motors injizierten Kraftstoff dar. Das tatsächliche LAMBSE wird als Funktion des während des Betriebs gemessenen Sauerstoffes erzeugt und dann mit dem modellierten LAMBSE verglichen, um ein Modellfehlersignal zu erzeugen, welches zur Anpassung des in den Motor injizierten Kraftstoffs dient.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft allgemein Luft/Kraftstoff-Verhältnis- Regelungssysteme für Motoren; insbesondere betrifft die Erfindung ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem für einen Motor mit Kraftstoffdampfwiedergewinnung, bei dem Kraftstoffdämpfe vom Kraftstoffsystem abgeführt und dem Motor wieder zugeführt werden.

Bei bekannten Motor-Luft/Kraftstoff-Regelungssystemen wird der an den Motor gelieferte Kraftstoff in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal eines Abgassauerstoffsensors angepasst, um das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei einem stöchiometrischen Wert zu halten. Derartige Systeme können auch ein Kraftstoffdampf-Wiedergewinnungssystem enthalten, in welchem Kraftstoffdämpfe vom Kraftstoffsystem in den Luft/Kraftstoff-Einlass des Motors gespült (purged) werden. Ein Beispiel für ein derartiges System wird in der US 5 048 493 beschrieben.

Weiterhin werden - insbesondere durch aktuelle gesetzliche Regelungen - Grenzen für die Kraftstoffdampfmenge festgelegt, welche ein Kraftfahrzeug oder ein leichter Lastkraftwagen während des Betriebs oder im Ruhezustand emittieren darf. Dabei ist es nicht länger akzeptabel, Benzindampf einfach in die Atmosphäre entweichen zu lassen, um eine Ansammlung von Dämpfen aufgrund hoher Umgebungstemperaturen oder einer Erhitzung des Kraftstoffes durch die Nähe von Wärmequellen im Fahrzeug zu beseitigen. Die Entstehung von Kraftstoffdämpfen kann zwar im Prinzip durch eine sorgfältige Konstruktion minimiert werden, sie kann jedoch dann nicht vollständig beseitigt werden, wenn bestimmte Bedingungen vorliegen. Deshalb wird ein Druckaufbau durch die Speicherung von Dampf an der Oberfläche eines Materials mit einer großen Oberfläche - typischerweise Aktivkohle - reduziert. Zusätzlich führen moderne Kraftfahrzeuge eine "Entleerung", "Spülung" oder "Reinigung" (purge) genannte Operation aus, um die Menge des angesammelten Dampfes zu begrenzen, wobei der Kraftstoff aus dem Kraftstofftank und dem Speicherbehälter (storage canister) vom Motor aufgenommen wird, wo dieser zu dem vom üblichen Kraftstoffinjektionsvorgang gelieferten Kraftstoff hinzukommt. Der Spülungsprozess führt damit zu einer Hinzufügung sowohl von Kraftstoff als auch von Luft zu denjenigen Mengen, die im Rahmen der üblichen Motorregelungsstrategie bereitgestellt werden. Im Allgemeinen werden der zusätzlich zugeführte Kraftstoff und die zugeführte Luftmenge nicht genau gemessen, da eine präzise Messung sowohl einen Massenstrommesser als auch einen Sensor erfordern würde, der zur Messung der Kraftstoffkonzentration im Spülgasfluss in der Lage wäre. Das Hinzutreten einer nicht gemessenen Kraftstoff- und Luftmenge verkompliziert jedoch die Regelung des Verhältnisses von Luft zu Kraftstoff (üblicherweise als A/F bezeichnet), einer Größe, die im Hinblick auf minimale Emissionen genau kontrolliert werden muss. In Extremfällen kann überschüssiger Kraftstoff aus einem Spülvorgang sogar zu einem Ausgehen des Motors führen. Falls keine Kompensationsmechanismen vorhanden sind, liegt die gesamte Verantwortung für die Behandlung der Effekte der Spülung auf der üblichen rückgekoppelten Luft/Kraftstoff-(A/F)-Regelungsstrategie. Allgemein ausgedrückt wird auf einen Überschuss an Kraftstoff aufgrund der Spülung mit einer Reduktion des injizierten flüssigen Kraftstoffes reagiert; umgekehrt wird auf einen Überschuss an Luft (z. B. durch eine Spülung mit einer nur minimalen Kraftstoffkonzentration) mit einer Erhöhung der injizierten Kraftstoffmenge reagiert. In keinem Falle wird jedoch der Tendenz des hinzugefügten Luftflusses, die Motordrehzahl zu erhöhen, entgegengewirkt, noch wird der Effekt dieses Flusses auf andere Teile der Strategie, welche von der Kenntnis des Massenflusses der Luft abhängen, in Betracht gezogen. Eine weitere Komplikation kann durch die Tatsache entstehen, dass einige Regelungsstrategien von dem Wert oder einem Wertemuster der primären Regelungsvariablen der A/F-Strategie zu Diagnosezwecken Gebrauch machen. Wenn die Kompensation des Effekts der Spülung durch eine rückgekoppelte Regelungsstrategie versucht wird, kann diese Regelungsvariable für eine erhebliche Zeit bei anderweitig nicht brauchbaren Werten liegen, wodurch diagnostische Schlüsse verkompliziert werden.

Um negative Effekte des Spülvorganges, wie sie vorstehend beschrieben wurden, zu mildern, wird üblicherweise eine Spülungskompensationsstrategie angewendet. Diese Kompensation für den Spülungskraftstoff wird häufig durch eine Subtraktion eines Terms von der Kraftstoffberechnung für jedes Zylinderereignis implementiert. Dieser Term soll eine Schätzung des Kraftstoffes pro Ereignis darstellen, der durch den Spülungsfluss bereitgestellt wird. Das zugrundeliegende Prinzip ist dabei das Folgende: Falls der Term korrekt ist, dann ist der Durchschnittswert der internen Abschätzung der A/F- Regelungsvariable gleich seinem nominellen Wert. Im Rahmen typischer Regelungsstrategien wird die A/F-Kontrollvariable LAMBSE genannt, deren nomineller Wert eins ist. Speziell weist LAMBSE einen Durchschnittswert von eins auf, wenn der Motor bei der Stöchiometrie arbeitet und keine stationären Luft/Kraftstoff-Fehler oder Offsets existieren. Bei einem typischen Betrieb liegt LAMBSE im Bereich von 0.75 bis 1.25. Bei einer typischen rückgekoppelten Regelung wird der Wert von LAMBSE oszillatorisch basierend auf einem Abgassauerstoff-(EGO)-Sensorwert angepasst. Der Wert des Spülungsterms in der Kraftstoffberechnung wird daher in eine derartige Richtung angepasst, dass der Mittelwert von LAMBSE zu eins tendiert. Dies wird üblicherweise im Wesentlichen mit einem einfachen Integralregler ausgeführt, in welchem die Differenz zwischen LAMBSE und eins integriert (akkumuliert), mit einem gewählten konstanten Parameter multipliziert, auf Einheiten des pro Ereignis injiziertem Kraftstoff konvertiert sowie (subtraktiv) in die Kraftstoffberechnung eingeführt wird. Bei diesem Verfahren der Berechnung einer Kraftstoffkompensation wird die Regelungsvariable LAMBSE effektiv als der Ausgangswert eines Systems behandelt, dessen Steuerungseingang der Kompensationswert ist.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurden zahlreiche Probleme an vorbekannten Regelungssystemen für die Kompensation des Effekts der Luft/Kraftstoff-Spülung erkannt. Insbesondere wurde erkannt, dass bei dem oben beschriebenen Verfahren der Berechnung einer Kraftstoffkompensation die Regelungsvariable LAMBSE effektiv als Ausgangswert eines Systems behandelt wird, für welches der Kompensationswert das Regelungseingangssignal darstellt. Unter diesem Gesichtspunkt betrachtet weist das System eine Verzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Anwendung des Regelungseingangswertes und dem Zeitpunkt der Auswirkung dieses Eingangswertes auf, welche am Systemausgang beobachtbar ist. Wie üblich, wenn für ein derartiges System eine einfache Integralregelung verwendet wird, muss der Integralregelungskoeffizient klein genug gewählt werden, um Instabilitäten zu vermeiden. Derartige Instabilitäten könnte sich z. B. durch Oszillationen des Systemeinganges und Ausganges äußern. Die praktische Konsequenz besteht darin, dass der Extrakraftstoff, welcher bei Beginn des Spülungsbetriebes vorhanden ist, erst nach Verstreichen einer erheblichen Zeitspanne kompensiert werden kann. Der "durchschlagende" Effekt dieser Verzögerung bei der Kompensation kann teilweise durch eine langsame statt schnelle Öffnung des Spülungsventils gemildert werden. Durch eine derartige Maßnahme erhöht sich jedoch bedauerlicherweise die für die Entfernung des im Behälter (canister) gespeicherten Kraftstoffes benötigte Zeit. In einigen Fällen kann dies ein Problem darstellen, da andere notwendige Aspekte der Motorregelung und der Diagnose am besten durchgeführt werden, wenn keine Spülung vorgenommen wird. Ein anderer Nachteil eines bekannten einfachen integralen Kompensationsverfahrens besteht darin, dass eine korrekte Abschätzung des Kraftstoffgehaltes in dem Spülungsstrom bestenfalls nur in einem stationären Zustand möglich ist, wenn der Fehler des Mittelwertes von LAMBSE auf Null reduziert worden ist. Dies stellt eine direkte Konsequenz des Umstandes dar, dass Verzögerungen nicht explizit berücksichtigt werden.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Regelung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors bereitzustellen, bei dem die vorgenannten Nachteile - insbesondere die beschriebenen Verzögerungen - vermieden werden und das auch eine Kompensation in Übergangszuständen erlaubt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Regelung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors bereitgestellt, wobei dem Motor Kraftstoff aus einem Kraftstoffinjektionssystem zugeführt wird, um Kraftstoff in die Zylinder des Motors zu injizieren. Das Verfahren enthält die Bereitstellung eines Modells des Motors. Das Modell repräsentiert eine Beziehung zwischen (i) einem Signal eines modellierten LAMBSE, das repräsentativ für das geschätzte Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors relativ zu einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors ist; und (ii) Kraftstoff, der in den Zylinder des Motors injiziert wird. Die Abgassauerstoffemission des Motors wird während des Betriebs eines derartigen Motors gemessen. Das tatsächliche LAMBSE, das von dem genannten Motor während des Motorbetriebs produziert wird, wird als Funktion des gemessenen Sauerstoffes erzeugt. Das tatsächliche LAMBSE wird mit dem modellierten LAMBSE verglichen, das vom Modell in Reaktion auf den in den Motor injizierten Kraftstoff bereitgestellt wird, um ein Modellfehlersignal zu erzeugen. Der in den Motor injizierte Kraftstoff wird dann gemäß dem Fehlersignal angepasst.

In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Anpassung die Bereitstellung eines Referenz-LAMBSE-Signals. Ferner wird ein zum erstgenannten Modell inverses Modell bereitgestellt. Das Fehlersignal wird mit dem Referenz-LAMBSE-Signal verglichen, um ein zweites Fehlersignal zu erzeugen. Das zweite Fehlersignal wird dem inversen Modell zugeführt, um das Kraftstoffsignal für den Motor zu erzeugen. Das Kraftstoffsignal wird dem erstgenannten Modell zugeführt, um das modellierte LAMBSE-Signal bereitzustellen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung enthält das zuerst genannte Modell einen ersten Abschnitt, der für ein verzögerungsfreies Modell des Motors repräsentativ ist, und einen zweiten Abschnitt. Der zweite Abschnitt repräsentiert eine Verzögerung im Motor zwischen einer Zeit, zu der eine Änderung im Kraftstoff in den Motor injiziert wird, und einer Zeit, zu der eine Änderung des Sauerstoffgehalts in den Abgasemissionen aus solch einer Änderung im Kraftstoff gemessen wird. Das Verfahren kombiniert das verzögerungsfreie Modellausgangssignal mit dem zweiten Fehlersignal, um das Signal zu erzeugen, das dem inversen Modell zugeführt wird.

Bei einer Ausgestaltung wird gemäß dem Verfahren ein Ausgangssignal des zweiten Abschnittes mit dem tatsächlichen LAMBSE kombiniert, um das zuerst genannte Fehlersignal zu erzeugen.

Bei einer Ausgestaltung stellt das zuerst genannte Modell ein lineares Modell dar.

In einer Ausführungsform wird der verzögerungsfreie Abschnitt repräsentiert als ym = 1 + Gmu, wobei Gm die Verstärkung des Modells, u der Eingang des Modells und ym der Ausgang des Modells ist.

In einer Ausführungsform enthält das Referenz-LAMBSE-Signal weiterhin ein vorwärtsgekoppeltes Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssignal gemäß einem vorhergesagten Kraftstoff durch das Spülungssystem.

Weiterhin umfasst die Erzeugung des vorwärtsgekoppelten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssignals in einer Ausführungsform die Bestimmung der Kraftstoffflussrate durch das Spülungssystem.

In einer Ausführungsform enthält das Spülungssystem ein Ventil, wobei ein derartiges Ventil den Kraftstoff im Spülungssystem mit einer Rate zum Ansaugkrümmer leitet, die auf den Arbeitszyklus bzw. das Tastverhältnis (duty cycle) eines Regelungssignals bezogen ist, welches dem Ventil zugeführt wird. Die Flussrate durch das Spülungssystem wird in Reaktion auf das Tastverhältnis des dem Ventil zugeführten Regelungssignals bestimmt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Motors und eines entsprechenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Spülungsregelungsventil- Systems, das im Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem von Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines Kompensationsmoduls für eine Transportverzögerung τd, das im Luft/Kraftstoff- Verhältnis-Regelungssystem gemäß Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 4 ein Blockdiagramm eines rückgekoppelten Kompensationsmoduls, das im Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem gemäß Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 5 ein Blockdiagramm eines adaptiven Kohlenwasserstoff (HC) Sensitivitäts-Kompensationsmodul, das im Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem gemäß Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 6 ein Flussdiagramm des Verfahrens, das durch ein Dampfmanagement-Regelungsventil-Modul ausgeführt wird, das im Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem gemäß Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 7 ein Blockdiagramm eines Moduls des Spülungsarbeitszyklus (pg_dc) Flussmodells, das im Modul der Transportverzögerung-(τd)-Kompensation gemäß Fig. 3 verwendet wird;

Fig. 8 ein Blockdiagramm einer Segmentberechnung und eines Transportmodell-Moduls, das in dem Modul der Transportverzögerung-(τd)-Kompensation gemäß Fig. 3 Verwendung findet;

Fig. 9 ein Blockdiagramm eines Vorwärtssignal-(ff_lbm)- Berechnungsmoduls, das in dem Modul zur Transportverzögerung-(τd)-Kompensation gemäß Fig. 3 verwendet wird;

Fig. 10 Kurven, die für verschiedene Kohlenwasserstoffarten die Beziehung zwischen dem Ausgang eines Kohlenwasserstoffsensors, der im System von Fig. 1 verwendet wird, als Funktion der Kohlenwasserstoffkonzentration darstellen; und

Fig. 11 ein Blockdiagramm einer Testanordnung, die zur Bestimmung der Kraftstofftransportverzögerung in einem Kraftstoffwiedergewinnungssystem, das für den Motor gemäß Fig. 1 verwendet wird, eingesetzt wird.

Gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren werden jeweils für ähnliche Elemente verwendet.

In Fig. 1 wird ein Motorsystem 10 dargestellt, das ein Motorregelungssystem 11, ein Kraftstoffsystem 12 und einen Motor 14 enthält.

Der Motor 14 weist einen Drosselklappenkörper 18 auf, der mit einem Einlasskrümmer 20 gekoppelt ist. Der Drosselklappenkörper 18 weist gemäß Darstellung eine Drosselklappe 24 auf, die in dem Drosselklappenkörper zur Steuerung der Umgebungsluftzufuhr in den Einlasskrümmer 20 angeordnet ist. Ein Kraftstoffinjektor 26 injiziert in Reaktion auf ein Kraftstoffinjektor-Regelungssignal (INJECTOR PULSE) auf der Leitung 30 durch das Motorregelungssystem 11 in einer nachstehend näher erläuterten Weise über einen Kraftstoffverteiler 38 eine vorgegebene Kraftstoffmenge in den Drosselklappenkörper 18. Dem Motor 14 wird ferner Kraftstoff aus einem Kraftstoffspülungssystem 44 zugeleitet, mit dem Kraftstoff aus einer Kraftstoffversorgung 32 abgeführt und der abgeführte Kraftstoff durch ein Spülungsregelungsventil 48 in einen Einlasskrümmer 20 des Motors 14 zugeführt wird. Das Spülungsregelungsventil 48 wird durch ein Regelungssignal pg_dc kontrolliert, das auf Leitung 52 durch das Motorregelungssystem 11 in einer noch näher zu beschreibenden Weise erzeugt wird. Auf diese Weise wird der Motor 14 sowohl von dem Kraftstoff-Spülungssystem 44 als auch von dem Kraftstoffinjektionssystem mit dem Kraftstoffinjektor 26 mit Kraftstoff versorgt.

Der Motor 14 enthält ferner einen Abgaskrümmer 76, an welchen in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein herkömmlicher Dreiwege-(NOx, CO, HC)-Katalysator 78 gekoppelt ist. Ein Abgassauerstoff-(EGO)-Sensor 80, in diesem Beispiel ein üblicher Zweizustands-Sauerstoffsensor, ist an den Abgaskrümmer 76 zur Bereitstellung einer Anzeige des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses des Motors 14 gekoppelt. Speziell stellt der Abgassauerstoff-Sensor 80 ein Signal mit einem hohen Zustand bereit, wenn der Luft/Kraftstoff-Verhältnis Betrieb auf der fetten Seite eines vorgegebenen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses liegt, wobei letzteres üblicherweise als Stöchiometrie bezeichnet wird (in diesem speziellen Beispiel 14,7 kg Luft/kg Kraftstoff). Wenn der Luft/Kraftstoff-Verhältnis Betrieb des Motors gegenüber der Stöchiometrie mager ist, liefert der Abgassauerstoff-Sensor 80 ein Ausgangssignal mit niedrigem Zustand.

Wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird, enthält das Motorregelungssystem 11 einen Standard-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regler 102 und einen Spülungsregelventil-Regler 100, welcher detaillierter anhand von Fig. 2 beschrieben wird. Das Kraftstoffinjektor-Regelungssignal, das auf Leitung 30 durch den Standard-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regler 102 erzeugt wird, ist eine Funktion (mindestens) folgender Parameter: (i) einem in diesem Falle rückgekoppelten ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Signal fb_lbm, das innerhalb des Spülungsregelungsventil-Reglers 100 gemäß einer gemessenen Abgassauerstoffemission vom Motor 14 und von einem EGO- Sensor 80 erfasst auf Leitung 31 erzeugt wird; und (ii) einem zweiten - vorwärtsgekoppelten - Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssignal ff_lbm, das auf Leitung 33 innerhalb des Spülungsregelungsventil-Reglers 100 gemäß einer Kraftstoffkonzentration und einer Transportverzögerung τd durch das Kraftstoffspülungssystem 44 erzeugt wird. Wie unten detaillierter beschrieben, ist das Vorwärtssignal ff_lbm, das auf Leitung 33 erzeugt wird, seinerseits eine Funktion (mindestens) folgender Parameter: der Kraftstoffmenge, die durch einen Kohlenwasserstoff-Sensor 35 erfasst wird; dem Regelungssignal an das Ventil 48 auf Leitung 52; und einem Modell der Transportverzögerung τd zwischen der Zeit, zu der der Kohlenwasserstoff-Sensor 35 eine bestimmte Konzentration an abgeführtem Kraftstoff detektiert, und der Zeit, zu der die entsprechende Konzentration an abgeführtem Kraftstoff vom Motor 14 verwendet wird. Das erste und das zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssignal fb_lbm und ff_lbm werden innerhalb des Spülungsregelungsventil-Reglers 100 zu einem zusammengesetzten Kraftstoffinjektor-Impulsregelungssignal total_lbm auf Leitung 35 kombiniert. Das zusammengesetzte Spülungskraftstoff-Regelungssignal auf Leitung 35 (mit zwei Komponenten, d. h. dem rückgekoppelten Teil fb_lbm und dem vorwärtsgekoppelten Teil ff_lbm) wird durch den Standard-Luft/Kraftstoff-Verhältnis Regler 102 in herkömmlicher Weise verarbeitet, um den Impuls für den Kraftstoffinjektor 26 auf der INJECTOR PULSE Leitung 30 zu erzeugen. Auf diese Weise ist der Kraftstoffinjektor-Impuls auf Leitung 30 eine Funktion sowohl des rückgekoppelten Signals fb_lbm als auch des die Transportverzögerung τd kompensierenden vorwärtsgekoppelten Signals ff_lbm.

Im Einzelnen wird der Kraftstoff an den Kraftstoffinjektor 26 durch ein herkömmliches Kraftstoffsystem geliefert, welches einen Kraftstofftank 32, eine Kraftstoffpumpe 36 und einen Kraftstoffverteiler 38 enthält. Das Kraftstoffdampf- Wiedergewinnungssystem 44 ist gemäß Darstellung über eine Spülungsleitung 46 und ein Spülungsregelungsventil 48 zwischen dem Kraftstofftank 32 und dem Einlasskrümmer 20 angeordnet. In dem spezifischen Ausführungsbeispiel enthält das Kraftstoffdampf-Wiedergewinnungssystem 44 eine Kraftstoff- Spülungsleitung 46, welche zwischen dem Kraftstofftank 32 und einem Behälter 56 (canister), in dem Kraftstoffdämpfe durch im Behälter enthaltene Aktivkohle absorbiert werden, angeschlossen ist. Wie vorstehend bereits kurz festgestellt wurde, wird das Spülungsregelungsventil 48 durch das Signal pg_dc auf Leitung 52 angesteuert. Wie unten detaillierter beschrieben, ist das Regelungssignal auf Leitung 52 eine Funktion der von einem Kohlenwasserstoff-Sensor 35 gemessenen Dampfmenge und dem zusammengesetzten Signal total_lbm, das von dem Spülungsregelungsventil-Regler auf Leitung 35 erzeugt wird.

Wie vorstehend bereits ebenfalls kurz erwähnt wurde und wie unten detaillierter beschrieben wird, stellt das Vorwärtssignal ff_lbm, das auf Leitung 33 erzeugt wird, eine Funktion folgender Parameter dar: der von einem Kohlenwasserstoff- Sensor 35 gemessenen Menge an Dampf; dem Regelungssignal an das Ventil 48 auf Leitung 52; und einem Modell der Transportverzögerung τd, die die Dauer zwischen dem Zeitpunkt darstellt, zu dem der Kohlenwasserstoff-Sensor 35 eine bestimmte Konzentration an abgeführtem Kraftstoff detektiert, und dem Zeitpunkt, zu dem eine derartige bestimmte Konzentration an abgeführtem Kraftstoff im Motor 14 verwendet wird. Die Kraftstoffverzögerung τd wird als Ergebnis eines Tests bestimmt, welcher anhand von Fig. 11 näher beschrieben wird. Das Modell einer derartigen Transportverzögerung τd wird in dem Spülungsregelungsventil-Regler 100 gespeichert. Die Transportverzögerung τd, welche keine Konstante, sondern eine Funktion des Flusses ist, wird a priori als Ergebnis eines Tests bestimmt, der am Motorsystem in einer nachstehend in Verbindung mit Fig. 11 zu beschreibenden Weise ausgeführt wird. Es sei darauf hingewiesen, dass in diesem speziellen Beispiel das Ventil 48 als pulsweitenbetätigtes Magnetventil ausgebildet ist. Der Fluss durch das Ventil 48 ist eine Funktion des Tastverhältnisses (duty cycle) des auf Leitung 52 erzeugten Signals pg_dc, durch das das Ventil angesteuert wird.

Der nachfolgend detaillierter betrachtete Spülungsregelungsventil-Regler 100 enthält:

  • - ein Transportverzögerung-τd-Kompensationsmodul 60, das detaillierter anhand von Fig. 3 beschrieben wird;
  • - ein Rückkopplungs-Kompensationsmodul 92, das detaillierter anhand von Fig. 4 beschrieben wird, und welches auf Leitung 31 ein Rückkopplungssignal fb_lbm als Funktion der Sauerstoffmenge im Abgas erzeugt, die von dem EGO- Sensor 80 gemessen wird;
  • - ein adaptives Kohlenwasserstoff-(HC)-Sensitivitäts-Kompensationsmodul 103, welches detaillierter anhand von Fig. 5 beschrieben wird; und
  • - ein Dampfmanagement-Regelungsventil-Modul 95, welches detaillierter anhand von Fig. 6 beschrieben wird.

Während der Kraftstoffdampfspülung wird Luft über die Einlassöffnung 61 durch den Behälter 56 gezogen, die Kohlenwasserstoffe aus der Aktivkohle adsorbiert. Die Mischung aus gespülter Luft und absorbierten Dämpfen wird dann über das Spülungsregelungsventil 48 in den Einlasskrümmer 20 gesaugt. Das Regelungssignal pg_dc auf der Leitung 52 stellt eine Funktion der Dampfmenge, die durch den Sensor 35 erfasst wird, und des zusammengesetzten Signals total_lbm auf Leitung 35 dar. Das pg_dc-Signal auf Leitung 52 für das Ventil 48 und das total lbm-Signal auf Leitung 35 werden von einem Spülungsregelungsventil-Regler 100 (detaillierter in Fig. 2 dargestellt) und einem Standard-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Strategieregler 102 erzeugt.

Weiterhin sind gemäß der Darstellung herkömmliche Sensoren zur Bereitstellung von Motorbetriebsdaten an den Motor 14 gekoppelt. Bei dem vorliegenden Beispiel umfassen diese Sensoren einen Luftmassenflusssensor bzw. Luftmassenstromsensor 64, welcher eine Messung des in den Motor 14 eingesaugten Luftmassenflusses (MAF) bereitstellt. Weiterhin stellt ein Ansaugdrucksensor 68 eine Messung (MAP) des absoluten Krümmerdruckes im Einlasskrümmer 20 bereit. Ein Temperatursensor (nicht dargestellt) stellt weiterhin eine Messung der Motorbetriebstemperatur (T) bereit. Ein Drosselklappenwinkelsensor (nicht dargestellt) stellt ein Drosselklappenpositionssignal TA bereit. Ein Motordrehzahlsensor (nicht dargestellt) stellt schließlich eine Messung der Motordrehzahl (U/min) und des Kurbelwellenwinkels (CA) bereit.

Der Ausgang des Abgassauerstoff-(EGO)-Sensors 80 wird über eine Leitung 28 dem Regler 102 zugeführt. Dem Regler 102 werden ferner MAP, MAF und andere Motoreingangssignale zusammen mit dem total_lbm-Signal auf Leitung 35 zugeführt. Der Standard-Luft/Kraftstoff-Regelungsstrategie-Regler 102 erzeugt in herkömmlicher Weise aus diesen und anderen vom Motor erfassten Betriebsparametern folgende Motorinformation:

tint = die Zeit (in Sekunden) seit der letzten Ausführung der Berechnung;

N = Motordrehzahl in Umdrehungen pro Minute

fuel_pw = Kraftstoffpulsbreite in willkürlichen Einheiten;

olflg = Vorwärtskopplungs-Flag, d. h. eine Anzeige, dass der herkömmliche A/F-Regler das EGO-Signal nicht für eine rückgekoppelte Regelung verwendet;

cyl_air_charge = die Luftladung in Pfund/min für jedes Zylinderverbrennungsereignis;

sowie LAMBSE für den Spülungsregelventil-Regler 100 und IN- JECTOR PULSE auf Leitung 30 für den Kraftstoffinjektor 26.

Wie nachstehend detaillierter beschrieben wird, wird somit der Spülungsregelungsventil-Regler 100 verwendet, um die oben beschriebene Transportverzögerung τd zu kompensieren. Ein derartiger Regler 100 enthält vier Abschnitte:

  • a) Das Transportverzögerungs-τd-Kompensationsmodul 60 (Fig. 3), welches das Vorwärtssignal ff_lbm erzeugt als Funktion der vom Sensor 35 gemessenen Kohlenwasserstoffe (d. h. HC_sensor), des Spülungsarbeitszyklus-Signals pg_dc, das durch ein Dampfmanagementregelungsventil-Modul 95 auf Leitung 52 erzeugt wird, und einer Motorinformation.
  • b) Das Rückkopplungs-Kompensationsmodul 92 (Fig. 4), welches das Rückkopplungssignal fb_lbm erzeugt. Das Signal fb_lbm wird mit dem Vorwärtssignal ff_lbm in dem algebraischen Summierer 101 kombiniert, um das zusammengesetzte Regelungssignal total_lbm auf Leitung 35 zu erzeugen. Wie vorstehend festgestellt wurde, stellt das Regelungssignal auf Leitung 30 für den Kraftstoffinjektor 26 eine Funktion des zusammengesetzten Regelungssignals total_lbm dar. Wie ebenfalls vorstehend dargestellt wurde, stellt das Signal fb_lbm auf Leitung 31 den Teil des Kraftstoffinjektor-Signals auf Leitung 30 dar, welcher dazu führen würde, dass der Kraftstoffinjektor 26 eine Kraftstoffmenge allein gemäß LAMBSE injizieren würde, während ff_lbm den Teil des Signals auf Leitung 30 darstellt, der verwendet wird, um die Transportverzögerung τd des Spülungsdampfes im Spülungssystem vorherzusagen und damit zu kompensieren.
  • c) Das adaptive Kohlenwasserstoffsensor-Sensitivitäts- Modul 103 (Fig. 5), welches die Sensitivität des HC- Sensors 35 bestimmt, wobei eine derartige Sensitivität eine Funktion der LAMBSE-Abweichung gegenüber der Stöchiometrie darstellt; und
  • d) Das Dampfmanagement-Regelungsventil-Modul 95 (Fig. 6), welches den Spülungsarbeitszyklus pg_dc des Regelungssignals auf Leitung 52 für Ventil 48 erzeugt.

Die Kombination dieser Kontrollelemente des Spülungsregelungsventil-Reglers 100 gewährleistet das gewünschte stationäre Verhalten des Integralreglers mit der Möglichkeit, schnell und passend auf Spülungsstörungen zu reagieren. Im Rahmen der vorliegenden Anwendung ist die primäre Zeitverzögerung die Kraftstoffdampf-Transportverzögerung τd, welche entsprechend der Spülungsdampf-Leitungslänge und der Flussrate variiert. Die Flussrate wird nicht explizit gemessen, sondern wird als proportional zu dem Spülungstastverhältnis pg_dc des Signals, das über die Leitung 52 dem Ventil 48 zugeführt wird, nach Berücksichtigung einer Schwelle für das Öffnen des Ventils 48 abgeschätzt. Das Vorwärtssteuerungssignal ff_lbm basiert auf diese Weise auf einer Schätzung des Kraftstoffgehaltes des Spülungsstromes, die vom Kohlenwasserstoffsensor 35 bereitgestellt wird, und auf einem Modell der Zeitverzögerung τd, durch das bzw. durch die berücksichtigt wird, dass eine bestimmte Kraftstoffkonzentration den Einlasskrümmer 20 über die Spülungsdampfleitung erst erreichen muss (die Kraftstoffkonzentration passiert vom Sensor 35 die Leitung 46 und wird vom Motor 14 verbraucht, d. h. diese wird in ihrer Wirkung durch den EGO- Sensor 80 verspätet detektiert). Der Kohlenwasserstoffsensor 35 verwendet vorliegend eine Schallgeschwindigkeitsmessung, welche unter Zugrundelegung einer bestimmten Zusammensetzung bzw. Artenbildung (speciation) von Kohlenwasserstoffen proportional zur Kohlenwasserstoffkonzentration ist. Die Unsicherheit in der Zusammensetzung sowie die Unsicherheit in dem Proportionalitätsfaktor zwischen dem Tastverhältnis des Ventils 48 zu der Flussrate werden beide durch Anpassung mittels eines multiplikativen Faktors HC sens berücksichtigt, der durch die Kohlenwasserstoffsensor-Sensitivitätseinheit 103 basierend auf der LAMBSE-Abweichung erzeugt wird (d. h. der Abweichung des mittleren Abgassauerstoffes von der Stöchiometrie).

Bei der folgenden detaillierteren Betrachtung der verschiedenen Module des Spülungsregelungsventil-Reglers 100 wird zunächst auf das Kompensationsmodul 60 der Transportverzögerung τd Bezug genommen, das detaillierter in Fig. 3 gezeigt ist. Das Modul 60 läßt sich in folgende Untermodule gliedern: ein HC-Sensoranpassungsmodul 600, ein pgdc_flow- Modul 602 (detaillierter in Fig. 7 gezeigt), ein Modul 604 (detaillierter in Fig. 8 gezeigt) mit einem Segmentberechnungsmodul 606 und einem Transportmodul 608; und ein ff_lbm- Berechnungsmodul 610 (detaillierter in Fig. 9 gezeigt).

Vor der Diskussion des HC-Sensormoduls sei darauf hingewiesen, dass der hier verwendete Kohlenwasserstoffsensor 35 von einer Art ist, die in "Automotive Gasoline Vapor Sensor" (J. H. Visser, D. J. Thompson, D. H. Schonberg, W. Lewis, Jr., P. Moilanen, W. O. Siegel und E. M. Logothetis, Technical Digest of the 7th International Meeting on Chemical Sensors, Seiten 446-448, 1998) beschrieben wird. Der Sensor ist in der Leitung 46 (Fig. 1) unmittelbar hinter der Verbindung zwischen dem Behälter 56 und dem Kraftstofftank 32 angeordnet (und zwar ausreichend vor dem Ventil 48, um eine adäquate Verzögerung zu erreichen), und stellt eine Ablesung proportional zur Konzentration von Kohlenwasserstoffgasen im Fluss an diesem Punkt bereit. Die Antwortzeit des Sensors liegt im Bereich von Bruchteilen einer Sekunde, wobei der Sensor auf jede spezielle Art von Kohlenwasserstoffen kalibriert werden kann. Die Proportionalität ändert sich von einer Kohlenwasserstoffart zur anderen, gelegentlich um mehr als einen Faktor 2 (z. B. um den Faktor 2.7 von Propan zu Isopentan, wie in Fig. 10 gezeigt). Da potentiell verschiedene Arten aus dem Gastank "destilliert" werden können, kann sich die Zusammensetzung der Spülungsdämpfe im Laufe der Zeit ändern. Der Heizwert (heating value) ändert sich für verschiedene Kohlenwasserstoffspezies ebenso, was auch das geeignete Luft/Kraftstoffverhältnis beeinflusst. Als Konsequenz hieraus ist es angebracht, einen multiplikativen Faktor HC_sens bei der Modellierung des Kohlenwasserstoff- Sensitivitätsmoduls 103 (Fig. 1) zu verwenden, welcher langsam entsprechend der LAMBSE-Abweichung von dem Wert eins angepasst wird.

Ferner sei darauf hingewiesen, dass das Signal auf der Leitung 28 zu LAMBSE in Bezug steht. Insbesondere wird bei diesem speziellen Beispiel durch die Verarbeitung des Signals auf Leitung 28 mit einer proportionalen plus integralen Aktion das so verarbeitete Signal gleich LAMBSE (d. h. einem Durchschnittswert von eins, wenn der Motor 14 bei Stöchiometrie arbeitet und es keine stationären Luft/Kraftstoff- Fehler oder Offsets gibt). Für ein typisches Betriebsbeispiel liegt LAMBSE zwischen 0.75 und 1.25. Das Signal LAMBSE wird an das Rückkopplungskompensations-Modul 92 (Fig. 4) geführt, welches das Rückkopplungsregelungssignal fb_lbm gemäß einer in Verbindung mit Fig. 4 zu beschreibenden Weise erzeugt. Es sei wiederum erwähnt, dass das Signal fb_lbm ein Rückkopplungssignal zur Spülungsstörung-Kompensation ist, welches eine Funktion des Ausgangssignals des EGO-Sensors 80 darstellt und welches verwendet wird, um in Systemen ohne das Vorwärtssignal ff_lbm über den Kraftstoffinjektor 26 in den Motor injizierten Kraftstoff zu kompensieren.

Das HC-Sensoranpassungsmodul 600 speichert eine Kalibrierung - hier eine Polynomanpassung oder eine mathematische Kurve - die durch Testen des Kohlenwasserstoffsensors 35 (Fig. 1) erhalten wurde. Die gespeicherte Kurve stellt eine Übertragungsfunktion zwischen der am Ausgang des Sensors 35 erzeugten Spannung (HC sensor) und dem Prozentsatz an Kohlenwasserstoffen in dem vom Sensor 35 erfassten Dampf (HC%) bereit.

Als nächstes sei darauf hingewiesen, dass es wichtig ist, die Transportverzögerung vom Sensor 35 zum Einlasskrümmer 20 zu berücksichtigen, um die Vorwärtsantwort korrekt zu modellieren und um Transienten zu kompensieren. Theoretisch sollte die Verzögerung gleich dem Volumen der Spülungsleitung dividiert durch die Flussrate sein. In der Praxis werden Daten, die LAMBSE Transienten mit Stufenübergängen bei verschiedenen Flussraten in Beziehung setzen, unter Verwendung einer einfachen rationalen Funktion in der Flussrate (pgdc_flow) angepasst, um die erwartete Verzögerung (tdelay) zu erhalten. Die Flussrate stellt eine Funktion des Tastverhältnisses (pg_dc) des Ventils 48 dar, die üblicherweise linear mit einem Schwellen-Offset modelliert wird und durch Anpassung von LAMBSE-Offsetdaten an das Spülungstastverhältnis gewonnen wird.

Gemäß Fig. 7 empfängt das pgdc_flow-Modul 602 das auf der Leitung 52 erzeugte Signal pg_dc und erzeugt das Ausgangssignal des erwarteten tdelay unter Verwendung einer Anordnung mit einer Verstärkung 700, einem Offset 702, einem Summierer 704 und einem Begrenzer 706 zur Erzeugung eines Zwischensignals pgdc_flow, das den Dampffluss durch das Spülungsdampf-Regelungsventil 48 repräsentiert. Das Signal pgdc_flow wird anschließend verwendet, um tdelay über eine rationale Funktionsanpassung an Testdaten zu erzeugen.

pgdc_flow wird dem Summierer 708 gemeinsam mit einem Offset 710 zugeführt. Der Ausgangswert des Summierers 708 wird einer Einheit 712 zugeführt, die einen Zählerwert 714 durch den Ausgang des Summierers 708 dividiert. Das Ergebnis wird einem Summierer 716 gemeinsam mit einem Offset 718 zugeführt, um die Zeitverzögerung tdelay zu erzeugen. Es sollte vor allem festgehalten werden, dass die Verstärkungen, offsets und Grenzen durch die Eigenschaften des jeweiligen Ventils bestimmt werden, das mit dem Motor verwendet wird.

Die Signale tdelay und tint werden dem Modul 604 zugeführt, das gemäß der detaillierteren Darstellung in Fig. 8 in ein Segmentkalkulations-Modul 606 und ein Transportverzögerungsmodul 608 untergliedert werden kann. Die Modellierung der Transportverzögerung τd wird hier in einer Subroutine peristal2( ) vorgenommen, die nachstehend näher beschrieben wird und hier durch das Modul 608 (vgl. Fig. 8) repräsentiert wird. Im Rahmen der Subroutine wird eine Berechnungsstruktur mit einer Verzögerungsleitung mit Abgriffen N-ter Ordnung verwendet (Nth-order tapped delay line computational structure), wobei jede Verzögerung effektiv ein Segment der Spülungsleitung 46 (Fig. 1) repräsentiert. Das Modul 606 (Fig. 8) übersetzt wie folgt tdelay in Sekunden in die äquivalente Anzahl an modellierten Segmenten der Leitung 46: die Zeit zwischen der Anwendung von Kompensationsregelungen (Hintergrund-Schleifenzeit (tint)) wird bestimmt und durch tdelay dividiert (vgl. Modul 800). Dieses Verhältnis multipliziert mit dem Verhältnis zwischen dem gesamten Leitungsvolumen und dividiert durch das Segmentvolumen ergibt die Anzahl der modellierten Segmente nseg, vgl. Modul 806 (der modellierten Spülungsleitung), die ihre Kohlenwasserstoffe an den Einlasskrümmer zu liefern haben. Eine Zahl (frac) handhabt die Interpolation des Bruchteils des letzten abgegebenen Segmentes. Das Modul 810 dividiert das gesamte Volumen der Spülungsleitung 46 (Konstante 804) durch die gesamte Anzahl an modellierten Segmenten (Konstante 802) und reicht diesen Wert für das Segmentvolumen an weitere Berechnungen (Modul 900) weiter. Die gesamte gelieferte Kohlenwasserstoffmasse in diesem Verzögerungsmodell hc_delayed (erzeugt von dem Modul 812 (vgl. Fig. 3 und 9)) wird dem ff_lbm- Berechnungsmodul 610 (detaillierter in Fig. 9 gezeigt) zugeführt und nachfolgend in Spülungskompensations-Variablen umgewandelt, die in der in Fig. 9 gezeigten Standard PCOMP- Routine verwendet werden.

Gemäß Fig. 9 enthält somit das Modul 610 eine Konstante 902, die den Rechner 900 zur Erzeugung von pgdc_ppm speist zusammen mit hc_delayed (von Modul 604, Fig. 8), mit seg_vol von einem Teiler 810, der von Konstanten 802 und 804 in Modul 604 (Fig. 8) gespeist wird, und mit einer Motorinformation tint. pgdc_ppm wird einem diskreten Filter 904 zugeführt, um die Effekte der Verwendung eines endlichen Modells in 608 zu glätten. Der Ausgang des Filters 904 gemeinsam mit der Motordrehzahl N und einer Konstanten 908 wird einem Rechner 906 zugeführt, um das Vorwärtssignal ff_lbm zu erzeugen. Dieses Modul konvertiert somit eine Kohlenwasserstoffkonzentration in dem modellierten Abschnitt der Spülungsleitung 46 in einen ersten Kraftstoffmassenfluss in Pfund pro Minute (pound per minute, ppm) und dann in eine Kraftstoffmasse pro Injektion in Pfund pro Vorgang (lbm).

Gemäß dem nun wiederum betrachteten Rückkopplungskompensations-Modul 92 gemäß Fig. 4 stellt ein derartiges Modul eine Anordnung mit einer Internmodell-Regelung (IMC) bereit. Die IMC-Anordnung ermöglicht eine explizite Handhabung der Motorzeitverzögerung. Bei der vorliegenden Anwendung variiert die Motorzeitverzögerung mit sowohl zufälligen als auch systematischen Komponenten der Variation. Es ist daher vorteilhaft, dass das IMC-Schema nicht übermäßig von der genauen Kenntnis derartiger Verzögerungen abhängig ist.

Zunächst wird festgestellt, dass ein Modell des Motors, d. h. die Beziehung zwischen dem in den Motor injizierten Kraftstoff und dem durchschnittlichen LAMBSE, das vom Motor in Reaktion auf solchen Kraftstoff erzeugt wird, durch ein lineares Modellmodul 912 und ein Transportverzögerungs-Modul 916 modelliert wird. Das Modul 92 leitet das gemessene LAMBSE, das vom Regler 102 (Fig. 1) bereitgestellt wird, an einen diskreten Zustandsraum-Filter 900 weiter, welcher ein Tiefpassfilter oder Verzögerungsfilter (lag filter) ist, um im Endeffekt einen Durchschnittswert von LAMBSE bereitzustellen. Der Ausgangswert dieses Filters wird als yp bezeichnet. Dieser Ausgangswert yp wird mit dem motormodellierten ymd in einer Differenzeinheit 904 verglichen, um einen Modellfehler ymerr = yp - ymd zu erzeugen, wobei ymd = Verzögerung(ym, D) ist, worin ym, der unverzögerte Modellausgangswert, gleich 1 + Gmu ist und wobei D die Motorzeitverzögerung ist, auf die vorstehend Bezug genommen wurde (d. h. Modul 916). Die ymerr genannte Differenz wird in der Subtraktionseinheit 914 von einem Referenz-LAMBSE lambref, vorliegend 1.0, abgezogen, und die Differenz wird von einem sog. Rallying-Modell 906 verarbeitet, das in den Proceedings of the IEEE International Symposium on Industrial Electronics, Seiten 109 bis 114, Juni 1996 (von J. Rivals und L. Personnaz) näher beschrieben wird, wobei die gesamte Offenbarung dieser Literaturstelle durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.

Insbesondere wird das Modellfehlersignal ymerr von lambref in einer Subtraktionseinheit 914 subtrahiert. Die Differenz wird dem rstar (r*) Eingang des Rallying-Modells 906 zugeführt. D. h., r* = lambref - ymerr. Ferner wird der Ausgang ymdes linearen Abschnittes des linearen Modells 912 dem ymr- Eingang des Rallying-Modells 906 zugeführt. Der Ausgang des Rallying-Modells 906, yref = αr* + βym, wobei α und β Konstanten sind mit α + β = 1, wird einem Inversen des linearen Modells 912 zugeführt, vorliegend dem inversen Block 908, wobei:

die Beziehung zwischen dem Ausgangswert fcomp des inversen Modells 908 und dem Eingangswert yref zum inversen Modell gegeben ist durch:





und die Beziehung zwischen dem Ausgangswert ym des linearen Modells 912 und dem Eingangswert u des linearen Modells gegeben ist durch:



ym = 1 + Gmu, worin Gm die Verstärkung des Modells 912 ist,



wobei u gleich fcomp nach einer einmaligen Verzögerung ist, die von der Verzögerungseinheit 910 bereitgestellt wird. Es sei darauf hingewiesen, dass u dem Inverter 911 zugeführt wird, um fb_lbm auf der Leitung 31 zu erzeugen. Wie vorstehend festgestellt wurde, wird der Ausgangswert u der Verzögerungseinheit 910 auch dem linearen Modell 912 zugeführt, dessen Ausgangswert ebenfalls einer Verzögerung 916 zugeführt wird, bevor dieser wie dargestellt einem Differenznetzwerk 904 zugeführt wird. Die Module 912 und 916 bilden somit ein einfaches Modell eines Kraftstoff-zu-LAMBSE- Vorganges des Motors. Der Ausgangswert ymd dieses Modells wird mit dem tatsächlichen Durchschnittswert von LAMBSE aus dem Motor, yp, verglichen, und die Differenz ymerr wird dann in das inverse Modul 908 zurückgeführt, was einem Integralregler entspricht.

In Fig. 5 ist das adaptive HC-Sensitivitätsmodul 103 dargestellt. Ein derartiges Modul 103 enthält einen diskreten Filter, eine Totzone, eine Verstärkung, eine Sättigung und einen zeitdiskreten Integrator, die wie dargestellt angeordnet sind, um das HC_sens-Signal für den Multiplizierer 99 (Fig. 1) zu erzeugen. Dieses Modul bildet einen Integralregler basierend auf dem Regelungsfehler, der durch fb_lbm repräsentiert wird. Dabei wird angenommen, dass der Fehler durch entweder eine inkorrekte Sensitivität des HC-Sensors oder durch Fehler in der Kalibrierung von pg_dc zum Spülungsfluss verursacht wird. Es passt (über die Integration des Fehlers) einen Wert HC_sens an, welcher den Vorwärtsanteil der Regelung multipliziert. Geeignete Nichtlinearitäten in Form einer Totzone im Fehler und einer Wertbegrenzung werden aus Stabilitätsgründen eingerichtet.

Ein Flussdiagramm des Programms, das durch das Modul 95 des Dampfmanagement-Regelungsventils (Fig. 1) verwendet wird, wird in Fig. 6 dargestellt. Der Effekt dieses Moduls besteht darin, unter geeigneten Bedingungen das Spülungsventil mit verschiedenen Raten rampenförmig zu öffnen, es unter anderen Bedingungen zu schließen, und dessen Öffnung zu begrenzen, wenn eine ausreichende Kohlenwasserstoffkonzentration vorhanden ist, so dass die Kraftstoffpulsweite nicht so klein wird, dass die Genauigkeit oder die Fähigkeit zur Behandlung von Transienten nachteilig beeinflusst wird.

Ausschnitte aus dem C-Programm, das für die Routinen in dem pg_dc-Modul 602 (Fig. 7), die Segmentberechnung und das Transportverzögerungsmodul 604 (Fig. 8) sowie das pgdc_lbm Modul 610 verwendet wird, werden nachfolgend wiedergegeben (wobei es sich versteht, dass die Verstärkungen, Offsets und Grenzen etc. jeweils für ein spezielles Ventil gelten):

Der folgende Code wird von dem adaptiven Kohlenwasserstoff- Sensitivitätsmodul 103 (Fig. 5) ausgeführt:





Dem Multiplizierer 99 wird HC_sens zugeführt aus dem adaptiven HC-Sensitivitäts-Kompensationsmodul 103 (Fig. 1) zusammen mit dem ff_lbm-Signal, das durch das Transportverzögerungsmodul 60 (Fig. 1) erzeugt wird:



ff_lbm = HC_sens.pgdc_lbm;

Der Ausgang des Multiplizierers 99 (pgdc_lbm) wird in dem Summierer 101 (Fig. 1) algebraisch mit fb_lbm aus dem Rückkopplungsschleifenmodul 92 summiert, um wie folgt total_lbm zu erzeugen:



total_lbm = fb_lbm + ff_lbm;

Der vom Transportmodul 812 (Fig. 8) ausgeführte Code lautet wie folgt:









Der folgende Code wird von dem adaptiven Kohlenwasserstoff-Sensitivitätsmodul 103 (Fig. 5) ausgeführt:





Die Summe des rückgekoppelten und des adaptierten Vorwärtsterms total_lbm, die den gesamten Effekt der Spülungskohlenwasserstoffe in Pfund an (äquivalentem) Kraftstoff pro Injektion abschätzt, wird durch herkömmliche Berechnungen verarbeitet, um das zusammengesetzte Regelungssignal des Kraftstoffinjektors 26 auf Leitung 30 zu erzeugen. Die Kombination der internen Modell-Rückkopplungsregelung fb_lbm mit einer Vorwärtskompensation ff_lbm basierend auf einem Signal eines HC-Sensors 35 auf Leitung 34 führt zu einer reduzierten A/F-Störung für ein gegebenes Muster der Behälterspülung verglichen mit einem früheren Verfahren der integralen Rückkopplung. Alternativ kann unter Anwendung der Erfindung eine "aggressivere" Spülung programmiert und die A/F- Abweichungen noch innerhalb akzeptabler Grenzen gehalten werden. Übergangszustände bzw. transiente Bedingungen können durch diesen Ansatz mit erheblich geringeren Abweichungen in den Kontrollvariablen gehandhabt werden.

Bezugnehmend auf Fig. 11 wird nachfolgend eine Testanordnung zur Bestimmung der Transportverzögerung τd beschrieben. Zunächst wird festgestellt, dass die Transportverzögerung τd eine Funktion der Flussrate durch das Ventil 48 darstellt. Weiterhin ist die Flussrate durch das Ventil 48 eine Funktion des Arbeitszyklus bzw. Tastverhältnisses des Signals auf Leitung 52 (Fig. 1), d. h. pgdc_flow. Gemäß dem obigen Programm ist in diesem Beispiel pgdc_flow = 130.825.pg_dc - 35.071, und falls pg_dc < 2.68 ist, dann ist pgdc_flow = 0.0.

Um τd als Funktion von pgdc_low zu messen, wobei der Motor mit dem vom Motorregelungssystem 11' erzeugten Rückkopplungssignal fb_lbm arbeitet, wird eine Abschätzung der Verzögerung vorgenommen, d. h. von τdest für Modul 60. Wenn das Ventil 48 bei einem speziellen pgdc_flow arbeitet, das von Modul 95 ausgewählt wird, und wenn die HC-Sensitivitätsberechnung 103 (Fig. 1), die hier als 103' dargestellt wird, eine geeignete Konstante für ein spezielles gemessenes Gas - hier Propan - bereitstellt, sendet ein Pulsgenerator 110 einen Impuls zum Öffnen des Ventils 112. Dem Ventil 112 wird eine hohe Konzentration an Kohlenwasserstoffen (HC), hier z. B. Propan aus einer Propanquelle 116, zugeführt. Die Stufenänderung im Propan wird der Kraftstoffleitung stromaufwärts des Kohlenwasserstoffsensors 35 zugeführt. In Reaktion auf die Stufenänderung im Propan ändern sich sowohl das Ausgangssignal des Kohlenwasserstoffsensors 35 als auch das Ausgangssignal des EGO-Sensors 80 auf Leitung 28 erheblich, ungeachtet der Zeitverzögerung zwischen diesen, wobei diese Zeitverzögerung die Transportverzögerung τdactual darstellt. Die LAMBSE-Abweichung erfährt eine entsprechende Stufenänderung. Der Ausgang des Kohlenwasserstoffsensors 35 und das vom Modul 102 erzeugte LAMBSE- Abweichungssignal werden einem Computer 120 zugeführt. Es sei darauf hingewiesen, dass während des Testverfahrens die Differenz zwischen τdest und τdactual (d. h. die vom Computer 120 gemessene Zeitverzögerung) verwendet wird, um die geschätzte Verzögerung τdest anzupassen, und dass der Prozess wiederholt wird, bis τdest = τdactual ist. Auf diese Weise wird für jeden ausgewählten pgdc_flow die Transportverzögerung τd zwischen der Zeit, zu der der Kohlenwasserstoffsensor 35 den Propanimpuls detektiert, und der Zeit, zu der ein Sprung in der LAMBSE-Abweichung auftritt (d. h. die Zeit, wo eine Stufenänderung im Ausgang des EGO-Sensors 80 auftritt), gemessen.

Nach der Bestimmung der Beziehung zwischen der Transportverzögerungszeit τd und der Flussrate durch das Ventil 48 (d. h. pgdc_flow) kann eine Lookup-Tabelle oder eine Funktionsanpassungsgleichung verwendet werden, um eine derartige Beziehung im Transportmodell 608 (Fig. 3) zu speichern. Wie aus dem Programm oben ersichtlich ist, ist in diesem Beispiel tdelay (d. h. die Transportverzögerungszeit τd) = 0.06 + 76.72/(pgdc_flow + 3.8) mit einem minimalen tdelay von 0.3.

Es sei darauf hingewiesen, dass das Ventil 48 vorzugsweise nahe dem Einlasskrümmer 20 angeordnet wird, um den Fluss abzuschalten zu können, falls eine verhältnismäßig große Menge an Kraftstoff ausgespült wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Regelung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors (14), wobei der Motor mit Kraftstoff aus einem Kraftstoffinjektionssystem (12) zur Injektion von Kraftstoff in einen Zylinder des Motors versorgt wird, gekennzeichnet durch die Schritte:

    Bereitstellung eines Modells (912, 916) des Motors, wobei das Modell eine Beziehung repräsentiert zwischen:

    (i) einem Signal (ymd) eines modellierten LAMBSE, das ein geschätztes Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors relativ zu einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors repräsentiert; und (ii) dem in den Zylinder des Motors injizierten Kraftstoff;

    Messung der Abgassauerstoffemission aus dem Motor während des Motorbetriebs;

    Erzeugung eines tatsächlichen LAMBSE (yp), das als Funktion eines derartigen gemessenen Sauerstoffes während des Betriebs des Motors vom Motor produziert wird;

    Vergleich (904) des tatsächlichen LAMBSE mit dem modellierten LAMBSE, das von dem Modell in Reaktion auf den in den Motor injizierten Kraftstoff bereitgestellt wird, um ein Modellfehlersignal (ymerr) zu erzeugen, und

    Anpassung des in den Motor injizierten Kraftstoffes gemäß dem Fehlersignal.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung umfasst:

    die Bereitstellung eines Referenz-LAMBSE-Signals (lambref);

    die Bereitstellung einer Modellinversen (908, 910) zum erstgenannten Modell (912, 916);

    den Vergleich (914) des Fehlersignals (ymerr) mit dem Referenz-LAMBSE-Signal (lambref), um ein zweites Fehlersignal (r*) zu erzeugen;

    die Zufuhr des zweiten Fehlersignals (r*) an das inverse Modell (908, 910), um das Kraftstoffsignal (fb_lbm) für den Motor zu erzeugen, wobei ein derartiges Kraftstoffsignal dem erstgenannten Modell (912, 916) zugeführt wird, um das modellierte LAMBSE-Signal (ymd) bereitzustellen.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erstgenannte Modell einen ersten Abschnitt (912) enthält, der für ein verzögerungsfreies Modell des Motors repräsentativ ist, und einen zweiten Abschnitt (916), der für eine Verzögerung im Motor zwischen einer Zeit, zu der eine Änderung im Kraftstoff in den Motor injiziert wird und einer Zeit, zu der eine Änderung im Sauerstoff in der Abgasemission aus einer derartigen Änderung im Kraftstoff gemessen wird, repräsentativ ist, und wobei das Verfahren das verzögerungsfreie Modell-Ausgangssignal (ym) mit dem zweiten Fehlersignal (r*) kombiniert, um das Signal (yref) zu erzeugen, das an das inverse Modell (908, 910) geleitet wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren eine Ausgabe (ymd) des zweiten Abschnitts (916) mit dem tatsächlichen LAMBSE (yp) kombiniert, um das zuerst genannte Fehlers ignal (ymerr) zu erzeugen.
  5. 5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erstgenannte Modell (912, 916) ein lineares Modell ist.
  6. 6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der verzögerungsfreie Abschnitt (912) repräsentiert wird als: ym = 1 + Gmu, wobei Gm die Verstärkung des Modells, u der Eingang des Modells und ym der Ausgang des Modells ist.
  7. 7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenz-LAMBSE-Signal ein vorwärtsgekoppeltes Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssignal gemäß einem vorhergesagten Kraftstoff durch das Spülungssystem enthält.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung des vorwärtsgekoppelten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssignals die Bestimmung der Kraftstoffflussrate durch das Spülungssystem umfasst.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülungssystem ein Ventil (48) enthält, wobei dieses Ventil den Kraftstoff im Spülungssystem zum Einlasskrümmer (20) mit einer Rate leitet, die zum Tastverhältnis des Regelungssignals (pg_dc) in Bezug steht, das einem derartigen Ventil zugeführt wird, und worin die Flussrate durch das Spülungssystem in Reaktion auf den Arbeitszyklus des dem Ventil zugeführten Regelungssignals bestimmt wird.






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