DE69410043T2

DE69410043T2 - Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regeleinrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69410043T2
Application number: DE69410043T
Authority: DE
Inventors: Shusuke Akazaki; Yusuke Hasegawa; Eisuke Kimura; Isao Komoriya
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1993-09-13
Filing date: 1994-09-12
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2014-09-13
Also published as: JPH0783094A; EP0825336A2; DE69426039D1; EP0643212A1; EP0825336B1; DE69426039T2; US5531208A; JP3162553B2; EP0643212B1; EP0825336A3; DE69410043D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelsystem für einen Verbrennungsmotor, insbesondere ein Luft-Kraftstoffverhältnis- Regelsystem, das zur Verwendung in einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor ausgelegt ist, um Abweichungen des Luft-Kraftstoffverhältnisses zwischen den Zylindern zu mindern und das Luft-Kraftstoffverhältnis jedes Zylinders mit hoher Genauigkeit an einen Sollwert anzunähern.

Beschreibung vom Stand der Technik

Es ist allgemeine Praxis, im Abgassystem eines Verbrennungsmotors einen Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor anzubringen und den von dem Sensor erfaßten Wert rückzukoppeln, um die zugeführte Kraftstoffmenge auf einen Sollwert zu regeln. Ein System dieses Typs ist beispielsweise in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. Sho 59-101 562 offenbart.
Wenn ein einzelner Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor am Abgas-Zusammenflußpunkt des Abgassystems eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors mit vier, sechs oder mehr Zylindern angebracht ist, repräsentiert jedoch die Ausgabe des Sensors ein Gemisch der Werte aller Zylinder. Weil die Luft-Kraftstoffverhältnisse der einzelnen Zylinder nicht mit hoher Genauigkeit erfaßt werden können, können sie daher auch nicht genau geregelt werden. Infolgedessen wird das Luft-Kraftstoffgemisch bei einigen Zylindern mager und bei anderen fett, und die Qualität der Abgasemission wird schlechter. Obwohl sich dieses Problem überwinden läßt, indem man einen separaten Sensor für jeden Zylinder anbringt, erhöht dies die Kosten auf eine unakzeptable Höhe und führt zu einem Problem im Hinblick auf die Haltbarkeit. Im Licht dieser Umstände hat der Anmelder früher die Konstruktion eines Modells vorgeschlagen, welches das Verhalten des Abgassystems beschreibt, die Ausgabe eines einzelnen, am Zusammenflußpunkt des Abgassystems angeordneten Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensors in das Modell eingibt und ein Überwachungsglied bildet, um die Luft-Kraftstoffverhältnisse der einzelnen Zylinder zu schätzen. (Japanische Patentanmeldung Nr. Hei 3-359338; japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 5-180040, die in den Vereinigten Staaten unter der Nummer 07/997,769 und beim EPA unter der Nummer 92311841.8 eingereicht wurde.)
Es stellte sich jedoch heraus, daß bei Verwendung der auf obige Weise erhaltenen Schätzwerte zum Mindern der Abweichungen des Luft- Kraftstoffverhältnisses zwischen den Zylindern und zum Annäheren des Luft-Kraftstoffverhältnisses jedes Zylinders auf einen Sollwert mit hoher Genauigkeit ein Problem im Hinblick darauf entsteht, wie der Rückkopplungsfaktor (Korrekturgröße oder Korrekturkoeffizient) gesetzt werden sollte. Zur Überwindung dieses Problems wurde vorgeschlagen, die Luft- Kraftstoffverhältnis-Regelung durchzuführen durch Setzen separater Rückkopplungsfaktoren für die einzelnen Zylinder und für alle der Zylinder (Zusammenflußpunkt) auf Basis der Ausgabe eines einzelnen O&sub2;-Sensors, der am Zusammenflußpunkt des Abgassystems angeordnet ist. (Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 3-149330)
Weil dieses letztere Verfahren kein solches Modell verwendet, das, wie früher vom Anmelder vorgeschlagen, das Verhalten des Abgassystems beschreibt, ist jedoch die Genauigkeit der Luft-Kraftstoffverhältnis- Regelung der einzelnen Zylinder ungenügend. Dartiber hinaus ist der zum Erfassen des Luft-Kraftstoffverhältnisses verwendete O&sub2;-Sensor kein Breitband-Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor; er erzeugt nämlich eine invertierte Ausgabe nur in der Nähe des stächiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnisses und erzeugt keine Erfassungsausgabe, die proportional zur Sauerstoffkonzentration des Abgases ist. Weil darüber hinaus die Erfassungsgeschwindigkeit des Luft-Kraftstoffverhältnisses langsam ist, ist das Verfahren in dieser Hinsicht ebenfalls nicht zufriedenstellend.
Der Abstract von JP-A-249948 offenbart die Verwendung einzelner Rückkopplungsschleifen für verschiedene Zylinder in verschiedenen Zylinderbänken. Die Regelung jeder Schleife wird durch eine Regelung auf Basis des erfaßten Lambdawerts ergänzt, der stromab eines Zusammenflußpunkts aller Abgaskanäle erfaßt wird.
Die EP-A-533 570 offenbart ein Verfahren zur Regelung der Luft- Kraftstoffverhältnisse aller Zylinder.
Diese Erfindung erfolgte, um die vorgenannten Nachteile vom Stand der Technik zu beseitigen, und ihr Ziel ist es, ein Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelsystem für einen Verbrennungsmotor aufzuzeigen, bei dem die Luft-Kraftstoffverhältnisse der einzelnen Zylinder mit hoher Genauigkeit auf Sollwerte geregelt werden.
Insbesondere erzielt man das Mindern der Abweichung des Luft- Kraftstoffverhältnisses zwischen den Zylindern und die hochgenaue Annäherung auf einen oder mehrere Sollwerte der Luft-Kraftstoffverhältnisse der einzelnen Zylinder, indem man für die Regelung auf Basis des Luft- Kraftstoffverhältnisses am Zusammenflußpunkt des Abgassystems sowie für die Regelung auf Basis der Luft-Kraftstoffverhältnisse der einzelnen Zylinder optimale Rückkopplungsfaktoren für die Regelung setzt.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Luft-Kraftstoffverhältnis- Regelsystem für einen Verbrennungsmotor aufzuzeigen, bei dem die Luft- Kraftstoffverhältnisse der einzelnen Zylinder mit hoher Genauigkeit auf einen oder mehrere Sollwerte geregelt werden, unter Verwendung eines Modells, welches das Verhalten des Abgassystems beschreibt, sowie eines Überwachungsglieds.
Ein noch weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelsystem für einen Verbrennungsmotor aufzuzeigen, bei dem man eine höhere Regelgenauigkeit auch ohne Verwendung eines Modells erzielt, durch Regeln der Luft-Kraftstoffverhältnisse der einzelnen Zylinder auf einen oder mehrere Sollwerte auf Basis von Erfassungswerten, die von Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensoren erzeugt werden, die in einer der Anzahl der Zylinder gleichen Anzahl in dem Abgassystem angeordnet sind.
Um zumindest das erstgenannte Ziel zu erreichen, wird erfindungsgemäß ein System nach Anspruch 1 vorgeschlagen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich, worin:
Figur 1 ist eine schematische Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelsystems für einen Verbrennungsmotor;
Figur 2 ist ein Blockdiagramm mit Darstellung der Details einer in Fig. 1 gezeigten Steuereinheit;
Figur 3 ist ein Flußdiagramm mit Darstellung des Betriebs des in Figur 1 dargestellten Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelsystems für einen Verbrennungsmotor;
Figur 4 ist ein Blockdiagramm mit Darstellung eines Modells, welches das Erfassungsverhalten eines Luft-Kraftstoffverhältnisses beschreibt, in Bezug auf eine frühere Anmeldung des Anmelders;
Figur 5 ist ein Blockdiagramm mit Darstellung des Modells von Figur 4, diskretisiert in zeitdiskrete Serien für eine Periode Delta T;
Figur 6 ist ein Blockdiagramm mit Darstellung eines Echtzeit-Luft- Kraftstoffverhältnis-Schätzglieds auf Basis des Modells von Figur 5;
Figur 7 ist ein Blockdiagramm mit Darstellung eines Modells, welches das Verhalten des Abgassystems des Motors beschreibt, in Bezug auf die frühere Anmeldung des Anmelders;
Figur 8 zeigt zur Erläuterung eine Simulation, bei der angenommen wird, daß Kraftstoff drei Zylindern eines Vierzylindermotors zum Erhalt eines Luft-Kraftstoffverhältnisses von 14,7 : 1 zugeführt wird und einem Zylinder zum Erhalt eines Luft-Kraftstoffverhältnisses von 12,0 : 1;
Figur 9 ist das Ergebnis der Simulation mit Darstellung der Ausgabe des Abgassystemmodells, welches das Zusammenflußpunkt-Luft- Kraftstoffverhältnis angibt, wenn der Kraftstoff in der in Figur 8 dargestellten Weise zugeführt wird;
Figur 10 ist das Ergebnis der Simulation mit Darstellung der Ausgabe des Abgassystemmodells, die im Hinblick auf die Ansprechverzägerung (Zeitverzögerung) der Sensorerfassung korrigiert ist, im Gegensatz zur tatsächlichen Ausgabe des Sensors;
Figur 11 ist ein Blockdiagramm mit Darstellung der Konfiguration eines normalen Überwachungsglieds;
Figur 12 ist ein Blockdiagramm mit Darstellung der Konfiguration des Überwachungsglieds, bezogen auf die frühere Anmeldung des Anmelders;
Figur 13 zeigt zur Erläuterung ein Blockdiagramm der Konfiguration einer Kombination des Modells von Figur 7 mit dem Überwachungsglied von Figur 12;
Figur 14 ist ein Blockdiagramm mit Darstellung einer Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelung, bei der das Luft-Kraftstoffverhältnis durch einen PID-Regler auf ein Sollverhältnis geregelt wird;
Figur 15 ist ein Blockdiagramm mit genauerer Darstellung der Konfiguration des in Figur 14 gezeigten Luft-Kraftstoffverhältnis-Regel- Systems;
Figur 16 ist ein Blockdiagramm mit Darstellung der Konfiguration eines Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelsystems, erhalten durch Modifizieren der in Figur 15 gezeigten Konfiguration;
Figur 17 ist ein Blockdiagramm mit Darstellung der Konfiguration eines Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelsystems, erhalten durch Modifizieren der in Figur 16 gezeigten Konfiguration;
Figur 18 zeigt in Zeitdiagrammen, daß die Rückkopplungsfaktoren in der Konfiguration von Figur 17 voneinander divergieren;
Figur 19 ist ein Blockdiagramm mit Darstellung der Konfiguration eines erfindungsgemäßen Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelsystems durch Modifizieren der Konfiguration von Figur 17;
Figur 20 ist ein Blockdiagramm mit Darstellung der Gesamtkonfiguration des Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelsystems von Figur 19;
Figur 21 ist ein Zeitdiagramm mit Darstellung des Betriebs des in Figuren 19 und 20 gezeigten Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelsystems;
Figur 22 ist ein Flußdiagramm ähnlich Figur 3, jedoch mit Darstellung des Betriebs eines Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelsystems nach einer zweiten Ausführung der Erfindung;
Figur 23 ist ein Blockdiagramm ähnlich Figur 19, jedoch mit Darstellung der Konfiguration des Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelsystems nach der zweiten Ausführung der Erfindung; und
Figur 24 ist eine schematische Gesamtansicht eines Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelsystems für eine Verbrennungsmotor ähnlich Figur 1, jedoch mit Darstellung einer dritten Ausführung der Erfindung.

DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN

Figur 1 ist eine schematische Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelsystems für einen Verbrennungsmotor. In dieser Figur bezeichnet die Bezugszahl 10 einen Vierzylinder- Verbrennungsmotor. Luft, die durch einen am fernen Ende einer Lufteinlaßpassage 12 angebrachten Luftfilter angesaugt wird, wird den ersten bis vierten Zylindern durch einen Einlaßkrümmer 18 zugeführt, wobei deren Strömung durch ein Drosselventil 16 eingestellt wird. In der Nähe eines Einlaßventils (nicht gezeigt) jedes Zylinders ist eine Einspritzdüse 20 zum Einspritzen von Kraftstoff angebracht. Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit der Einlaßluft unter Bildung eines Luft-Kraftstoffgemischs, welches in dem zugeordneten Zylinder durch eine Zündkerze (nicht gezeigt) gezündet wird. Die sich ergebende Verbrennung des Luft- Kraftstoffgemischs treibt einen Kolben (nicht gezeigt) nach unten. Das durch die Verbrennung erzeugte Abgas wird durch ein Auslaßventil (nicht gezeigt) in einen Auslaßkrümmer 22 abgegeben, von wo es durch ein Auspuffrohr zu einem katalytischen Dreiwegewandler 26 fließt, wo schädliche Komponenten entfernt werden, bevor es in die Umgebung abgegeben wird. Ferner wird der Lufteinlaßweg 12 von einem Bypaß 28 umgangen, der darin in der Nähe des Drosselventils 16 vorgesehen ist.
Ein Kurbelwinkelsensor 34 zum Erfassen der Kolben-Kurbelwinkel ist in einem Zündverteiler (nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors 10 vorgesehen, ein Drosselpositionssensor 36 ist vorgesehen, um den Öffnungsgrad des Drosselventils 16 zu erfassen, und ein Krümmerabsolutdrucksensor 38 ist vorgesehen, um den Druck der Einlaßluft stromab des Drosselventils 16 als Absolutdruck zu erfassen. Darüber hinaus ist ein Kühlwassertemperatursensor 39 in einem Zylinderblock (nicht gezeigt) vorgesehen, um die Temperatur eines Kühlwassermantels (nicht gezeigt) in dem Block zu erfassen. Ein Breitband-Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor 40, der als Sauerstoffkonzentrationsdetektor ausgebildet ist, ist an einem Zusammenflußpunkt in dem Abgassystem zwischen dem Auspuffkrümmer 22 und dem katalytischen Dreiwegewandler 26 vorgesehen, wo er die Sauerstoffkonzentration des Abgases an dem Zusammenflußpunkt erfaßt und eine hierzu proportionale Ausgabe erzeugt. Die Ausgaben des Kurbelwinkelsensors 34 und der anderen Sensoren werden einer Steuereinheit 42 zugeführt.
Details der Steuereinheit 42 sind im Blockdiagramm von Figur 2 gezeigt. Die Ausgabe des Breitband-Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensors 40 wird von einer Erfassungsschaltung 46 der Steuereinheit 42 aufgenommen, wo sie einem geeigneten Linearisierungsprozeß unterzogen wird, um ein Luft-Kraftstoffverhältnis (A/F) zu erhalten, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß es sich mit der Sauerstoffkonzentration des Abgases über einen breiten Bereich, der von der mageren Seite bis zur fetten Seite reicht, linear ändert. Da dieser Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor im Detail in der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 3-169456 des Anmelders beschrieben ist (japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 4- 369471, die in den Vereinigten Staaten unter der Nummer 07/878,596 eingereicht wurde), wird er hier nicht weiter erläutert. In der folgenden Beschreibung wird der Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor als LAF-Sensor (linearer A-durch-F-Sensor) bezeichnet. Die Ausgabe der Erfassungsschaltung 46 wird durch einen A/D(Analog/Digital)-Wandler 48 zu einem Mikrocomputer weitergeleitet, der eine CPU (zentrale Prozessoreinheit) 50, ein ROM (Nurlesespeicher) 52 sowie ein RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) 54 aufweist, und wird in dem RAM 54 gespeichert.
In ähnlicher Weise werden die Analogausgaben des Drosselpositionssensors 36 etc. in den Mikrocomputer durch einen Pegelwandler 56, einen Multiplexer 58 und einen zweiten A/D-Wandler 60 eingegeben, während die Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 34 durch einen Wellenformer 62 geformt wird, dessen Ausgabewert von einem Zähler 64 gezählt wird, wobei das Ergebnis der Zählung in den Mikrocomputer eingegeben wird. Entsprechend in dem ROM 52 gespeicherten Befehlen verwendet die CPU 50 des Mikrocomputers die Erfassungswerte zur Berechnung einer veränderlichen Variablen, treibt die Einspritzdüsen 20 der jeweiligen Zylinder über eine Treiberschaltung 66 an, um die Kraftstoffeinspritzung zu steuern, und treibt ein Solenoidventil 70 über eine zweite Treiberschaltung 68 an, um die Menge der durch den in Fig. 1 gezeigten Bypaß 28 strömenden Sekundärluft zu steuern.
Der Betrieb des Systems ist im Flußdiagramm von Figur 3 gezeigt. Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, wird jedoch zunächst das früher vorgeschlagene Modell erläutert, welches das Verhalten des Abgasessystems beschreibt.
Zum hochgenauen Separieren und Extrahieren der Luft-Kraftstoffverhältnisse der einzelnen Zylinder aus der Ausgabe eines einzelnen LAF- Sensors ist es zunächst erforderlich, die Erfassungs-Ansprechverzögerung (Verzögerungszeit) des LAF-Sensors genau sicherzustellen. Die Erfinder verwendeten daher eine Simulation zur Modellbildung dieser Verzögerung als ein Zeitverzägerungssystem erster Ordnung. Hierfür konstruierten sie das in Figur 4 gezeigte Modell. Wenn wir hier definieren LAF : LAF Sensorausgabe und A/F : Eingabe-Luft-Kraftstoffverhältnis, läßt sich die Zustandsgleichung schreiben als:
Wenn man dies für die Periode Delta T diskretisiert, erhalten wir
Gleichung 2 ist als Blockdiagramm in Figur 5 dargestellt.
Daher läßt sich Gleichung 2 verwenden, um aus der Sensorausgabe das tatsächliche Luft-Kraftstoffverhältnis zu erhalten. Das heißt, weil sich Gleichung 2 in Gleichung 3 umschreiben läßt, läßt sich der Wert zum Zeitpunkt k-1 aus dem Wert zum Zeitpunkt k rückrechnen, wie in Gleichung 4 gezeigt.
Insbesondere ergibt die Verwendung der Z-Transformation, um Gleichung 2 als Übertragungsfunktion auszudrücken, Gleichung 5, und die Echtzeitschätzung des im vorhergehenden Zyklus eingegebenen Luft- Kraftstoffverhältnisses kann man erhalten durch Multiplizieren der Sensorausgabe LAF des momentanen Zyklus mit der inversen Übertragungsfunktion. Figur 6 ist ein Blockdiagramm des Echtzeit-Luft-Kraftstoffverhältnis-Schätzglieds.
Das Verfahren zum Separieren und Extrahieren der Luft-Kraftstoffverhältnisse der einzelnen Zylinder auf Basis des in vorstehender Weise erhaltenen tatsächlichen Luft-Kraftstoffverhältnisses wird nachstehend erläutert. Wenn das Zusammenflußpunkt-Luft-Kraftstoffverhältnisdes Abgassystems als Durchschnittswert angenommen wird, der gewichtet ist, um den zeitlichen Beitrag der Luft-Kraftstoffverhältnisse der einzelnen Zylinder widerzuspiegeln, wird es möglich, das Zusammenflußpunkt-Luft- Kraftstoffverhältniszum Zeitpunkt k gemäß Gleichung 6 auszudrücken. (Da F (Kraftstoff) als die veränderliche Variable gewählt wurde, wird hier das Kraftstoff-Luftverhältnis F/A verwendet. Zum leichteren Verständnis wird jedoch in der Erläuterung das Luft-Kraftstoffverhältnis insofern verwendet, als dessen Verwendung zu keinen Problemen führt. Der hierin verwendete Begriff "Luft-Kraftstoffverhältnis" (oder "Kraftstoff-Luftverhältnis") ist der tatsächliche Wert, der im Hinblick auf die nach Gleichung 5 berechnete Ansprechzeitverzögerung korrigiert ist.)
Insbesondere läßt sich das Zusammenflußpunkt-Luft-Kraftstoffverhältnis ausdrücken als die Summe der Produkte der vorhergehenden Zündabläufe der jeweiligen Zylinder und der Gewichtungen C (beispielsweise 40 % für den als letzten gezündeten Zylinder, 30 % für den vor diesem, usf.). Dieses Modell läßt sich als Blockdiagramm darstellen, wie in Figur 7 gezeigt.
Dessen Zustandsgleichung läßt sich schreiben als:
Ferner, wenn das Zusammenflußpunkt-Luft-Kraftstoffverhältnis als y(k) definiert ist, läßt sich die Ausgabegleichung schreiben als:
hierbei ist:
Weil sich u(k) in dieser Gleichung nicht überwachen läßt, auch wenn aus der Gleichung ein Überwachungsglied gebildet wird, ist es noch immer nicht möglich, x(k) zu überwachen. Wenn man somit x(k + 1) = x(k-3) unter der Annahme eines stabilen Betriebszustands definiert, bei dem keine abrupte Änderung des Luft-Kraftstoffverhältnisses gegenüber 4 OT zuvor erfolgt (d.h. jenem desselben Zylinders), erhält man Gleichung 9:
Nun werden die Simulationsergebnisse für das in der vorstehenden Weise erhaltene Modell angegeben. Figur 8 betrifft den Fall, wo drei Zylindern einer Vierzylinder-Verbrennungsmotor Kraftstoff zum Erhalt eines Luft-Kraftstoffverhältnisses von 14,7 : 1 zugeführt wird und einem Zylinder zum Erhalt eines Luft-Kraftstoffverhältnisses von 12,0 : 1. Figur 9 zeigt das hierbei erhaltene Luft-Kraftstoffverhältnis am Zusammenflußpunkt, wie man es unter Verwendung des vorgenannten Modells erhält. Obwohl Figur 9 zeigt, daß man eine Stufenausgabe erhält, wird, wenn man die Ansprechverzögerung (Zeitverzögerung) des LAF-Sensors in Betracht zieht, die Sensorausgabe die geglättete Welle, die in Figur 10 mit "verzögerungskorrigierte Ausgabe des Modells" bezeichnet ist. Die mit "tatsächliche Sensorausgabe" bezeichnete Kurve beruht auf der tatsächlich beobachteten Ausgabe des LAF-Sensors unter den gleichen Bedingungen. Die enge Übereinstimmung der Modellergebnisse mit dieser verifiziert die Gültigkeit des Modells als Modell des Abgassystems an einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor.
Somit reduziert sich das Problem auf das eines üblichen Kalman- Filters, bei dem x(k) in der Zustandsgleichung, Gleichung 10, und der Ausgabegleichung überwacht wird. Wenn die gewichteten Matrices Y, R wie in Gleichung 11 bestimmt werden und die Riccati-Gleichung gelöst wird, wird die Verstärkungsgrad matrix K so wie in Gleichung 12 gezeigt.
Der Erhalt von A-KC hieraus ergibt Gleichung 13.
Figur 11 zeigt die Konfiguration eines üblichen Überwachungsglieds. Weil jedoch in dem vorliegenden Modell keine Eingabe u(k) vorliegt, hat die Konfiguration nur y(k) als Eingabe, wie in Figur 12 gezeigt. Dies ist mathematisch in Gleichung 14 ausgedrückt.
Die Systemmatrix des Überwachungsglieds, deren Eingabe y(k) ist, nämlich des Kalman-Filters, ist
Wenn im vorliegenden Modell das Verhältnis des Elements der gewichteten Verteilung R in der Riccati-Gleichung zu dem Element von Q 1 : 1 beträgt, ergibt sich die Systemmatrix S des Kalman-Filters als:
Figur 13 zeigt die Konfiguration, bei der das vorgenannte Modell mit dem Überwachungsglied kombiniert ist. Da dies im Detail in der früheren Anmeldung des Anmelders beschrieben wurde, wird eine weitere Erläuterung hier weggelassen.
Weil das Überwachungsglied in der Lage ist, das zylinderweise Luft-Kraftstoffverhältnis (Luft-Kraftstoffverhältnis jedes Zylinders) aus dem Zusammenflußpunkt-Luft-Kraftstoffverhältnis zu schätzen, lassen sich die Luft-Kraftstoffverhältnisse der einzelnen Zylinder, wie in Figur 14 gezeigt, durch einen PID-Regler oder dergleichen separat regeln. Eine spezifischere Konfiguration zur Regelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses der einzelnen Zylinder ist in Figur 15 gezeigt.
Das Überwachungsglied läßt sich jedoch nicht über den vollen Betriebsbereich implementieren, weil aufgrund der Wirkungen der Charakteristiken des LAF-Sensors der Schätzfehler zu groß wird oder die Schätzung unmöglich wird, insbesondere im Hochdrehzahlbereich, wo die Berechnungszeit kurz ist. Dies führt zu der Idee einer kombinierten Anordnung, bei der die Rückkopplung auf Basis des Zusammenflußpunkt-Luft- Kraftstoffverhältnisses in Bereichen implementiert wird, wo eine Schätzung durch das Überwachungsglied unmöglich ist. Wie in Figur 16 gezeigt, läßt sich dies erzielen durch Umschalten zwischen Rückkopplungsfaktoren vor und hinter den Bereichen, in denen die Schätzung unmöglich ist. Insbesondere lassen sich ein Rückkopplungsfaktor KLAF zur Regelung auf Basis des Zusammenflußpunkt-Kraftstoffverhältnisses sowie Rückkopplungsfaktoren #nKLAF (n : betreffender Zylinder) zur Regelung auf Basis des zylinderweisen Luft-Kraftstoffverhältnisses (jedes Zylinders) separat definieren, wobei die Korrektur in den Bereichen, in denen eine Schätzung möglich ist, durch Multiplikation der eingespritzten Kraftstoffmenge Tout mit dem betreffenden zylinderweisen Rückkopplungsfaktor #nKLAF erfolgt, und wobei die Korrektur in den Bereichen, in denen eine Schätzung nicht möglich ist, durch Umschalten zum Zusammenflußpunkt- Rückkopplungsfaktor KLAF und Multiplizieren der eingespritzten Kraftstoffmenge Tout mit diesem erfolgt. Anzumerken ist hier, daß die Rückkopplungsfaktoren nicht zur Eingabe addiert werden, wie dies häufig bei einer üblichen Regelung praktiziert wird, sondern mit der Eingabe derart multipliziert wird, daß die Steuerantwort verbessert ist.
Wenn jedoch die Simulation unter Verwendung dieses Verfahrens durchgeführt wurde, erzeugte das Umschalten zwischen den Rückkopplungsfaktoren KLAF und #nKLAF mit unterschiedlichen Werten eine plötzliche Änderung der eingespritzten Kraftstoffmenge, was wiederum eine starke Fluktuation des Luft-Kraftstoffverhältnisses verursachte. Nichtsdestoweniger wird angenommen, daß es unmöglich ist, die Regelung auf Basis des Zusammenflußpunkt-Luft-Kraftstoffverhältnisses wegzulassen, da in der gegenwärtigen Situation die Überwachungsgliedkonfiguration keine perfekte Schätzung über den gesamten Betriebsbereich ergibt.
Daher wurde, wie in Fig. 17 gezeigt, die Rückkopplungsschleife des zylinderweisen Luft-Kraftstoffverhältnisses innerhalb der Rückkopplungsschleife des Zusammenflußpunkt-Luft-Kraftstoffverhältnisses eingerichtet, und diese beiden wurden seriell verbunden, um konstant zwei Rückkopplungsschleifen vorzusehen. (In den Bereichen, wo eine Schätzung unmöglich ist, wird der zylinderweise Rückkopplungsfaktor auf dem Wert des vorhergehenden Zyklus gehalten.)
Wenn die Gültigkeit dieser Konfiguration durch Simulation geprüft wurde, stellte sich jedoch eine Divergenz heraus, und zwar wegen einer Wechselwirkung zwischen dem zylinderweisen Rückkopplungsfaktor und dem Zusammenflußpunkt-Rückkopplungsfaktor. Wenn insbesondere, wie in Fig. 18 gezeigt, einer der Rückkopplungsfaktoren leicht zunahm, nahm der andere ab, wodurch der erste weiter zunahm. infolgedessen liefen die beiden Rückkopplungsfaktoren KLAF und #nKLAF progressiv auseinander, bis sie schließlich ihre Grenzen erreichten und dort blieben, was eine Regelung unmöglich machte. Es stellte sich jedoch heraus, daß die Anordnung die plötzliche Änderung des Luft-Kraftstoffverhältnisses beim Umschalten beseitigte.
Demzufolge wurde die in Fig. 19 gezeigte Konfiguration verwendet. In dieser Konfiguration wird durch die zylinderweisen Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsfaktoren #nKLAF nur die Varianz zwischen den Zylindern gemindert, und durch den Zusammenflußpunkt-Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsfaktor KLAF wird nur der Fehler vom Soll-Luft- Kraftstoffverhältnis gemindert. Während insbesondere beim Stand der Technik der Sollwert, der bei der Regelung des Zusammenflußpunkt-Luft- Kraftstoffverhältnisses verwendet wird, das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis ist, erreicht die zylinderweise Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelung ihren Sollwert durch Teilen des Zusammenflußpunkt-Luft-Kraftstoffverhältnisses durch den Durchschnittswert AVEk-1 im vorhergehenden Zyklus des Durchschnittswerts AVE der zylinderweisen Rückkopplungsfaktoren #nKLAF aller Zylinder. Figur 20 zeigt die Gesamtkonfiguration des in Figur 19 dargestellten Systems. Wie in Figur 21 gezeigt, arbeiten bei dieser Anordnung die zylinderweisen Rückkopplungsfaktoren #nKLAF, um die zylinderweisen Luft-Kraftstoffverhältnisse an das Zusammenflußpunkt- Luft-Kraftstoffverhältnisanzugleichen, und ferner, weil der Durchschnittswert AVE der zylinderweisen Rückkopplungsfaktoren die Neigung hat, sich an 1,0 anzunähern, divergieren die Faktoren nicht, und infolgedessen wird die Varianz zwischen den Zylindern gemindert. Weil sich andererseits das Zusammenflußpunkt-Luft-Kraftstoffverhältnis dem Soll-Luft- Kraftstoffverhältnis annähert, lassen sich daher die Luft-Kraftstoffverhältnisse aller Zylinder an das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis annähern.
Wenn nämlich in der Konfiguration der in Figur 19 oder Figur 20 gezeigten Rückkopplungsschleife des zylinderweisen Luft-Kraftstoffverhältnisses alle zylinderweisen Rückkopplungsfaktoren #nKLAF auf 1, gesetzt werden, geht der Betrieb weiter, bis der Rückkopplungsschleifen- Fehler verschwindet, d.h. bis der Nenner (Durchschnittswert der zylinderweisen Rückkopplungsfaktoren #nKLAF) 1,0 wird, wobei dieser Zustand anzeigt, daß die Varianz des Luft-Kraftstoffverhältnisses zwischen den Zylindern beseitigt wurde. (Obwohl die von Figur 15 ausgehenden Figuren sich mit A/F befassen (Luft-Kraftstoffverhältnis), läßt sich das gleiche Prinzip auch bei F/A anwenden (Kraftstoff-Luftverhältnis).
Aufgrund des Vorstehenden wird der Betrieb des erfindungsgemäßen Systems nun anhand des Flußdiagramms von Figur 3 erläutert. Das Programm dieses Flußdiagramms bestimmt die Kraftstoffeinspritzmenge für einen Zylinder bei jeweils einem vorbestimmten Kurbeiwinkel von OT in der Zündfolge der Zylinder (#1, #3, #4, #2). In der folgenden Erläuterung wird als Beispiel die Bestimmung der Kraftstoffeinspritzmenge des ersten Zylinders verwendet.
Zuerst werden in Schritt S10 die Motordrehzahl Ne, der Krümmerabsolutdruck Pb und das erfaßte A/F (Luft-Kraftstoffverhältnis) gelesen. Das erfaßte Luft-Kraftstoffverhältnis ist hier das Zusammenflußpunkt- Luft-Kraftstoffverhältnisdes Abgassystems.
Dann wird in Schritt S12 entschieden, ob der Motor angelassen wird oder nicht, und falls nicht, wird in Schritt S14 entschieden, ob die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wurde oder nicht. Wenn das Ergebnis der Entscheidung negativ ist, wird in Schritt S16 eine Basiskraftstoffeinspritzmenge Ti berechnet, und zwar durch Abfragen eines vorbereiteten Kennfelds unter Verwendung der Motordrehzahl Ne und des Krümmerabsolutdrucks Pb als Adressdaten, und dann wird in Schritt S18 die Kraftstoffeinspritzmenge Tout entsprechend einer Basismodusgleichung berechnet. Die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge Tout wird im Basismodus berechnet gemäß:
Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge Tout = Basiskraftstoffeinspritzmenge Ti x Korrekturkoeffizienten + zusätzliche Korrekturgrößen.
Die "Korrekturkoeffizienten" in dieser Gleichung beinhalten einen Korrekturkoeffizienten der Kühiwassertemperatur, einen Korrekturkoeffizienten der Beschleunigungszunahme und dergleichen, nicht jedoch den Zusammenflußpunkt-Luft-Kraftstoffverhältnis-Rückkopplungsfaktor KLAF und die zylinderweisen Luft-Kraftstoffverhältnis-Riickkopplungsfaktoren #nKLAF. Die "zusätzlichen Korrekturgrößen" beinhalten eine Korrekturgröße für Batteriespannungsabfall und dergleichen.
Dann wird in dem Schritt S20 entschieden, ob die Aktivierung des LAF-Sensors 40 abgeschlossen ist oder nicht, und wenn dies so ist, wird in Schritt S22 eine weitere Entscheidung getroffen, ob der gegenwärtige Motorbetrieb in einem Bereich liegt, in dem die Regelung zulässig ist. Wenn bei dem Motor die Drossel weit offen ist oder die Motordrehzahl höher ist oder eine Abgasrückführung arbeitet, ist die Regelung nicht zulässig.
Wenn die Entscheidung in Schritt S22 ja ist, wird in Schritt S24 das Luft-Kraftstoffverhältnis des Zylinders durch die Ausgabe des vorgenannten Überwachungsglieds geschätzt, und in Schritt S26 wird entschieden, ob der Motorbetrieb in einem Bereich liegt, in dem die Schätzung durch das Überwachungsglied unmöglich ist. Die Bereiche, in denen die Schtzung unmöglich ist, werden aus der Motordrehzahl Ne und dem Krümmerabsolutdruck Pb bestimmt und vorab in Kennfeldern festgelegt. Die Entscheidung in Schritt S26 erfolgt durch Abfrage des Kennfelds unter Verwendung der Motordrehzahl Ne und des Krümmerabsolutdrucks Pb als Adreßdaten. Typische Bereiche, in denen eine Schätzung unmöglich ist, sind der Bereich hoher Motordrehzahl und der Niederlastbereich.
Wenn der Schritt S26 feststellt, daß eine Schätzung möglich ist, berechnet Schritt S24 den vorgenannten Durchschnittswert AVEk-1 im vorhergehenden Zyklus des Durchschnittswerts AVE der zylinderweisen Rückkopplungsfaktoren #nKLAF aller Zylinder. Es wird der Durchschnittswert im vorhergehenden Zyklus verwendet, weil der Faktor #1 KLAF des ersten Zylinders zur Berechnung des Durchschnitts im gegenwärtigen Zyklus noch nicht zur Verfügung steht. Dann wird in Schritt S30 das Zusammenflußpunkt-Luft-Kraftstoffverhältnis (Erfassungswert) durch den Durchschnittswert AVEk- 1 geteilt, um das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis der zylinderweisen Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelung zu erhalten, und dann wird in Schritt S32 der Faktor #nKLAF (n :1) unter Verwendung des PID-Reglers berechnet.
Im folgenden Schritt S34 wird der Fehler des Zusammenflußpunkt- Luft-Kraftstoffverhältnisses (erfaßt auf Basis der Ausgabe des LAF-Sensors 40) aus dem Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis (ist in der Ausführung auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis gesetzt) berechnet, und wird der Zusammenflußpunkt-Rückkopplungsfaktor KLAF unter Verwendung des PID-Reglers berechnet. Die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge Tout für den ersten Zylinder wird dann in Schritt S36 korrigiert, indem diese mit den beiden Faktoren KLAF und #nKLAF multipliziert wird, wonach in Schritt S38 das Ventil der Einspritzdüse 20 des ersten Zylinders für eine Dauer geöffnet wird, die dem korrigierten Wert entspricht.
Wenn andererseits Schritt S26 feststellt, daß sich der Betrieb in einem Bereich befindet, in dem die Überwachungsgliedschätzung unmöglich ist, wird der zylinderweise Rückkopplungsfaktor #nKLAF auf dem Wert des vorhergehenden Zyklus #nKLAFk-1 gehalten. Anders gesagt, er wird auf dem Wert unmittelbar vor Eintritt in den Bereich, in dem eine Schätzung unmöglich ist, fixiert, und es wird der gehaltene Wert verwendet, um die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge durch Multiplikation in Schritt S36 zu korrigieren. Dies dient dazu, die plötzliche Änderung des zuvor betreffenden Luft-Kraftstoffverhältnisses zu vermeiden, die andernfalls auftreten würde, wenn zum Beispiel der zylinderweise Rückkopplungsfaktor durch den Zusammenflußpunkt-Rückkopplungsfaktor ersetzt wird.
Obwohl ferner das Verfahren, bei dem die Faktoren #nKLAF bestimmt werden, auch ein Faktor ist, ermöglicht die Tatsache, daß die Varianz des Luft-Kraftstoffverhältnisses zwischen den Zylindern von Natur aus allgemein klein ist, die Annahme, daß der Wert der zylinderweisen Rückkopplungsfaktoren #nKLAF angenähert einheitliche Werte sind, die kleiner sind als der Zusammenflußpunkt-Rückkopplungsfaktor KLAF. Im Hinblick auf die angenommene Leistung des Überwachungsglieds läßt sich das Vorhandensein von Bereichen, in denen eine Schätzung unmöglich ist, nicht vermeiden. Durch Verwendung des Werts des relativ kleinen, zylinderweisen Rückkopplungsfaktors #nKLAFk-1 kurz vor Eintritt in einen solchen Bereich ist es jedoch möglich, den Fluktuationsbetrag des Luft-Kraftstoffverhältnisses zu reduzieren. Aus dem gleichen Grund ist es auch möglich, anstelle der Verwendung des Werts #nKLAFk-1 des vorhergehenden Zyklus, den Wert auf 1,0 zu fixieren.
Wenn sich in Schritt 20 herausstellt, daß die Aktivierung des LAF- Sensors 40 noch nicht abgeschlossen ist, oder sich in Schritt S22 herausstellt, daß die Regelung nicht zulässig ist, wird in Schritt S38 ein zylinderweiser Rückkopplungsfaktor #nKLAFk-idle, der früher vor dem Abschalten während leerlaufendem Motor berechnet wurde, aus einem Speicherbereich des RAM 54 gelesen, und der gelesene Wert wird verwendet, um in Schritt S44 die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge durch Multiplikation zu korrigieren. Anders gesagt, weil eine Bewertung in Schritt S20, daß eine Aktivierung noch nicht abgeschlossen ist, bedeutet, daß der Motor gerade anläuft (in einem Startzustand, der dem Anlassen von Schritt S12 folgt), läßt sich die Abweichung des Luft-Kraftstoffverhältnisses zwischen dem Zylinder unterdrücken, indem man einen Wert verwendet, der früher während des Leerlaufs vor dem Abschalten berechnet wurde, um die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge zu korrigieren. Die Steuerung ist in diesem Fall eine Offenschleifensteuerung, und die Kraftstoffeinspritzmenge wird nicht durch Multiplikation mit dem Zusammenflußpunkt-Rückkopplungsfaktor KLAF multipliziert. Es wird ein während Leerlauf berechneter Wert verwendet, weil die Genauigkeit der Schätzung des Überwachungsglieds während Niederdrehzahlbetrieb des Motors höher ist, wenn die Berechnungszeit lang ist. Dies gilt auch, falls die Entscheidung bei Schritt S22 negativ ist.
Wenn sich in Schritt S12 herausstellt, daß das Anlassen fortdauert, berechnet Schritt S46 eine Kraftstoffeinspritzmenge Ticr während des Anlassens aus der Kühlwassertemperatur Tw entsprechend vorbestimmter Charakteristiken, wonach in Schritt S48 die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge Tout auf Basis einer Startmodusgleichung (Erläuterung weggelassen) bestimmt wird. Wenn sich in Schritt S14 herausstellt, daß die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wurde, wird in Schritt S50 die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge Tout auf null gesetzt.
Die in vorstehender Weise konfigurierte Ausführung ist in der Lage, eine Abweichung des Luft-Kraftstoffverhältnisses zwischen den Zylindern zu mindern und die Luft-Kraftstoffverhältnisse der jeweiligen Zylinder mit hoher Genauigkeit den Sollwerten anzugleichen. Durch Verletzung eines Tabus bei Regelungskonstruktionen, Rückkopplungsschleifen seriell zu verbinden, verhindert die Konfiguration eine Wechselwirkung zwischen den Schleifen durch Autoregression der Faktoren. Es ist daher möglich, die Ergebnisse des Überwachungsglieds maximal auszunutzen, während gleichzeitig eine zylinderweise Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelung vorgesehen wird, die ein der Zusammenflußpunkt-Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelung ebenbürtige Regelung ermöglicht, auch in solchen Bereichen, in denen eine Schätzung durch das Überwachungsglied unmöglich ist. Wenn in der Ausführung das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis gesetzt wird, läßt sich daher die Reinigungswirkung des katalytischen Dreiwegewandlers 26 verbessern; wenn es hingegen auf die magere Seite gesetzt ist, läßt sich eine besonders effiziente Magerverbrennungssteuerung mit hoher Genauigkeit realisieren.
Wenn das wie oben beschrieben konfigurierte System durch Simulation verifiziert wurde, stellte sich heraus, daß ein ziemlicher Zeitbetrag erforderlich war, um die Luft-Kraftstoffverhältnisse der Zylinder anzugleichen, weil nämlich der für den zylinderweisen Rückkopplungsfaktor gesetzte relativ kleine Wert in der Nähe von 1,0 liegt. Weil sich jedoch die Abweichung des Luft-Kraftstoffverhältnisses zwischen den Zylindern unter normalen Umständen kaum schnell ändert, erzeugt eine etwas langsame Annäherung kein besonderes Problem.
Figur 22 ist ein Flußdiagramm ähnlich Figur 3 mit Darstellung einer zweiten Ausführung der Erfindung. Der Unterschied zwischen dieser und der ersten Ausführung liegt darin, daß, wenn Schritt S26 einen Betriebsbereich feststellt, in dem eine Schätzung durch das Überwachungsglied unmöglich ist, das Zusammenflußpunkt-Luft-Kraftstoffverhältnis (Erfassungswert) in Schritt S400 als die Eingabe in die zylinderweise Luft- Kraftstoffverhältnis-Regelung verwendet wird und der zylinderweise Rückkopplungsfaktor #nKLAF im Schritt S32 auf Basis dieses Werts berechnet wird.
Anders gesagt ist, wie in Figur 23 gezeigt, ein Schaltmechanismus vorgesehen, um die Eingabe in Bereichen umzuschalten, in denen eine Schätzung unmöglich ist. Diese Anordnung besitzt einen Vorteil gegenüber der ersten Ausführung. In der ersten Ausführung wird unmittelbar vor Eintritt in einen solchen Bereich der Faktor #nKLAFk-1 verwendet. In diesem Fall beruht jedoch die Berechnung auf dem ungewissen Schätzwert, und daher ist nicht garantiert, daß der Wert des Faktors bei Rückkehr zu einem Bereich, wo eine Schätzung möglich ist, geeignet ist. Weil das in der zweiten Ausführung verwendete erfaßte Zusammenflußpunkt- Luft-Kraftstoffverhältnisdem Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis angenähert wurde, ist in der zweiten Ausführung zu erwarten, daß der Grad der Ungeeignetheit im Vergleich zu dem Fall geringer ist, wo die Berechnung auf dem ungewissen Schätzwert beruht. Der Rest der Konfiguration gleicht jener der ersten Ausführung.
Obwohl die ersten und zweiten Ausführungen anhand von Beispielen erläutert wurden, bei denen ein Modell, welches das Verhalten des Abgassystems beschreibt, gebildet ist und die Luft-Kraftstoffverhältnis- Regelung unter Verwendung eines Überwachungsglieds erfolgt, welches den internen Zustand des Modells überwacht, ist das erfindungsgemäße Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelsystem für eine Verbrennungsmotor nicht auf diese Anordnung beschränkt und kann stattdessen auch so konfiguriert sein, daß die Anzahl der im Abgassystem angeordneten Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensoren (LAF-Sensoren) gleich der Zylinderzahl ist, um die Luft-Kraftstoffverhältnisse der einzelnen Zylinder auf Basis der gemessenen Luft-Kraftstoffverhältnisse der einzelnen Zylinder zu regeln.
Figur 24 zeigt hierzu ein Luft-Kraftstoffverhältnis-Regelsystem nach einer dritten Ausführung der Erfindung. Wie in der Figur gezeigt, sind zusätzlich vier Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensoren 40 in dem Abgaskrümmer 22 stromab der Auslaßventile der einzelnen Zylinder angeordnet. In der dritten Ausführung wird in Schritt S24 in dem Flußdiagramm von Figur 3 das Luft-Kraftstoffverhältnis an jedem Zylinder aus der betreffenden Sensorausgabe bestimmt. Der Rest der dritten Ausführung gleicht der ersten Ausführung.
Obwohl die Ausführungen im Hinblick auf den Fall der Verwendung eines Breitband-Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensors (LAF-Sensors) als dem Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor erläutert wurde, ist es alternativ möglich, das Luft-Kraftstoffverhältnis unter Verwendung eines O&sub2;-Sensors zu regeln.

Claims

1. System zum Regeln eines Luft-Kraftstoffverhältnisses eines jedem Zylinder eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors (10) zugeführten Luft-Kraftstoffgemischs, umfassend:

eine erste Rückkopplungsschleife zum Annäheren eines ersten Luft-Kraftstoffverhältnisses an einer Stelle zumindest an oder stromab eines Zusammenflußpunkts eines Abgassystems an ein erstes Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis; und

eine zweite Rückkopplungsschleife zum Annähern eines zweiten Luft-Kraftstoffverhältnisses (#n A/F) an jedem Zylinder an einen zweiten Sollwert;

wobei die ersten und zweiten Rückkopplungsschleifen enthalten:

ein erstes Mittel zum Bestimmen des ersten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnisses;

ein zweites Mittel zum Erfassen des ersten Luft-Kraftstoffverhältnisses an der Stelle des Abgassystems und zum Bestimmen eines ersten Fehlers aus dem ersten Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis zur Bestimmung eines ersten Rückkopplungsfaktors (KLAF);

ein drittes Mittel zum Bestimmen des zweiten Sollwerts an dem Zylinder;

ein viertes Mittel zum Bestimmen des zweiten Luft-Kraftstoffverhältnisses (#n A/F) an jedem der Zylinder und zum Bestimmen eines zweiten Fehlers aus dem zweiten Sollwert zur Bestimmung eines zweiten Rückkopplungsfaktors (#nKLAF);

dadurch gekennzeichnet, daß

die erste Rückkopplungsschleife und die zweite Rückkopplungsschleife seriell verbunden sind, wobei die serielle Verbindung derart ist, daß:

der zweite Sollwert durch Teilen des ersten Luft-Kraftstoffverhältnisses durch den zweiten Rückkopplungsfaktor (#nKLAF) bestimmt wird; und

eine jedem der Zylinder zuzuführende Kraftstoffeinspritzmenge (#nTout) zumindest aus einer Basismenge (Tout) und den ersten und zweiten Rückkopplungsfaktoren (KLAF, #nKLAF) bestimmt wird.

2. System nach Anspruch 1, wobei die erste Rückkopplungsschleife und die zweite Rückkopplungsschleife seriell derart verbunden sind, daß die jedem der Zylinder zuzuf"hrende Kraftstoffeinspritzmenge (#nTout) durch Multiplizieren der Basismenge (Tout) mit den ersten und zweiten Rückkopplungsfaktoren (KLAF, #nKLAF) bestimmt wird.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite Mittel das erste Luft-Kraftstoffverhältnis durch einen Luft-Kraftstoffverhältnis- Sensor erfaßt, der an der Stelle des Abgassystems angebracht ist, und

wobei das vierte Mittel enthält:

ein mathematisches Modell, welches das Verhalten des Abgassystems beschreibt und die Ausgabe des an der Stelle des Abgassystems angebrachten Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensors eingibt; und

ein Überwachungsglied, das einen Zustand des Modells überwacht und eine Ausgabe erzeugt und das zweite Luft-Kraftstoffverhältnis (#n A/F) an jedem der Zylinder schätzt; und

das zweite Luft-Kraftstoffverhältnis (#n A/F) an jedem der Zylinder aus der Ausgabe des Überwachungsglieds bestimmt.

4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei der zweite Sollwert bestimmt wird durch Teilen des ersten Luft- Kraftstoff-Verhältnisses durch den zweiten Rückkopplungsfaktor (#nKLAF).

5. System nach Anspruch 4, wobei der zweite Sollwert bestimmt wird durch Teilen des ersten Luft-Kraftstoffverhältnisses durch einen Durchschnittswert des zweiten Rückkopplungsfaktors (#nKLAF) in einem vorhergehenden Regelzyklus.

6. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite Mittel das erste Luft-Kraftstoffverhältnis durch einen Luft-Kraftstoffverhältnis- Sensor erfaßt, der an der Stelle des Abgassystems angebracht ist; und

wobei das vierte Mittel das zweite Luft-Kraftstoffverhältnis (#n A/F) an jedem der Zylinder durch einen Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor bestimmt.

7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei das vierte Mittel den zweiten Rückkopplungsfaktor (#nKLAF) in einem vorbestimmten Motorbetriebsbereich, der bezüglich der Motordrehzahl und der Motorlast definiert ist, auf einem vorbestimmten Wert hält.

8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei das vierte Mittel einen dritten Fehler zwischen dem ersten Luft- Kraftstoffverhältnis und dem zweiten Sollwert bestimmt, um den zweiten Rückkopplungsfaktor (#nKLAF) zu bestimmen.

9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, ferner enthaltend:

ein sechstes Mittel zum Speichern des zweiten Rückkopplungsfaktors (#nKLAFk-idle), der bestimmt wird, wenn der Motor leerläuft (S22, S42); und

wobei die jedem der Zylinder zuzuführende Kraftstoffeinspritzmenge (#nTout) durch Multiplizieren der Basismenge (Tout) mit dem ersten Rückkopplungsfaktor (KLAF) und dem gespeicherten zweiten Rückkopplungsfaktor (#nKLAFk-idle) bestimmt wird.