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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
einer Brennkraftmaschine.
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Aus
der
DE 33 19 025 C2 ist
ein Verfahren zur Begrenzung der Drehzahl von Brennkraftmaschinen
mit Fremdzündung
bekannt, wobei bei Erreichen eines ersten festlegbaren Drehzahlwertes
das Brennstoffgemisch abgemagert und die Zündfolge verschlechtert wird.
Bei einem zweiten Drehzahlwert, der größer als der erste Drehzahlwert
ist, erfolgt eine Umschaltung auf eine wesentlich stärkere Abmagerung
des Brennstoffgemisches.
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Aus
der
DE 195 13 370
A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
der Leistung einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der das Leistungsstellelement
zur Einstellung der Luftzufuhr im Rahmen eines Lastregelkreises
eingestellt wird. Bei Ausfall der Lasterfassung werden Maßnahmen
zur Sicherstellung der Betriebssicherheit und ein Notlaufverfahren
zur Einstellung der Drosselklappe im Fehlerfall beschrieben.
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Aus
der
DE 44 26 972 A1 ist
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
bekannt, wobei ein Sollmotormoment vorgegeben und das von der Brennkraftmaschine
abgegebene Moment entsprechend dem Sollmoment eingestellt wird,
wobei durch Beeinflussung wenigstens der Kraftstoffzumessung und/oder
des Zündwinkels das
vom Motor abzugebende Moment derart gesteuert wird, dass bei nicht
oder fehlerhaft beeinflussbarer Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine
eine mit der Brennkraftmaschinenleistung zusammenhängende Betriebsgröße der Brennkraftmaschine
oder des Fahrzeugs auf wenigstens einen vorgegebenen Wert begrenzt
wird.
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Aus
der
DE 42 39 711 A1 ist
ein Beispiel bekannt, wie ein Solldrehmomentwert in Steuergrößen zur
Beeinflussung der Füllung
einer Brennkraftmaschine, des Zündwinkels
und/oder in eine Anzahl auszublendender Zylinder umgesetzt wird.
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Aus
der
DE 38 28 850 C2 ist
eine Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung einer zum Antrieb
eines Kraftfahrzeugs dienenden Brennkraftmaschine bekannt. Wenn
im Leerlaufzustand ein Fehlererkennungssignal vorliegt und zusätzlich ein Pendeln
der Drehzahl um den Drehzahlschwellwert erkannt wurde, dann wird
ein Drehzahlbegrenzungswert bei Öffnen
des Leerlaufschalters abgegeben.
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Aus
der
DE 195 36 038
A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der zur Sicherstellung der
Betriebssicherheit der Brennkraftmaschinensteuerung wenigstens auf
der Basis der Stellung eines vom Fahrer betätigbaren Bedienelements ein
maximal zulässiges
Drehmoment der Brennkraftmaschine gebildet wird. Dieses wird mit
einem Ist-Drehmoment der Brennkraftmaschine verglichen. Überschreitet
das Ist-Drehmoment
das maximal zulässige
Drehmoment, wird von einer Fehlfunktion der Steuerung ausgegangen
und Maßnahmen
zur Fehlerreaktion eingeleitet, bis das Ist-Drehmoment wieder unter
das maximal zulässige
Drehmoment fällt.
Diese Momentenüberwachung
hängt stark
von der Güte
der Ist-Drehmomentenerfassung
ab. Zur Verbesserung der Überwachung
der Betriebssicherheit der Brennkraftmaschinensteuerung wurde daher
in der nicht vorveröffentlichten
deutschen Patentanmeldung
197 42 083 A1 ergänzt,
daß diese
Momentenüberwachung
abgeschaltet wird, wenn ein Fehler im Bereich der Drehmomentenerfassung
oder der dieser zugrundeliegenden Füllungserfassung (Luftmassenerfassung)
vermutet wird. Zur Sicherstellung der Betriebssicherheit wird dann
die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine abgeschaltet, wenn bei
vorgegebener Stellung des Fahrpedals die Motordrehzahl eine vorgegebene
Motordrehzahl überschreitet.
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Bei
dieser Lösung
wird bei Überschreiten
der vorgegebenen Motordrehzahl generell, auch ohne Fehler im Bereich
der Brennktaftmaschinensteuerung, die Sicherheitsabschaltung des
Kraftstoffs durchgeführt.
Dies kann jedoch in einigen Ausführungsbeispielen
nicht akzeptiert werden, da unter bestimmten Bedingungen, z. B.
beim Heizen des Katalysators, beim Schutz des Katalysators bei extremer Katalysatortemperatur,
etc. eine Unterdrückung
der Abschaltung von Kraftstoff erwünscht ist. Dennoch ist es wünschenswert,
daß im
Fehlerfall eine Grenzdrehzahl bei losgelassenem Fahrpedal nicht überschritten
wird.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, die gewünschte Drehzahlgrenze ohne
Abschalten der Kraftstoffzufuhr einzuhalten und die Betriebssicherheit
der Brennkraftmaschinensteuerung im Fehlerfall dennoch aufrechtzuerhalten.
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Dies
wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche erreicht.
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Vorteile der Erfindung
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Die
Motordrehzahl wird in wenigstens einem vorgegebenen Betriebszustand
auf eine Sicherheitsdrehzahl, im Normalfall ohne Abschalten der
Kraftstoffzufuhr und ohne Vorliegen einer Fehlerinformation, durch
Füllungs-
und Zündwinkeleingriffe
und/oder Eingriffe in die Kraftstoffzufuhr begrenzt. Zusätzlich wird
zur Sicherstellung der Betriebssicherheit der Brennkraftmaschinensteuerung
bei Vorliegen gewisser Randbedingungen, insbesondere bei Fehlverhalten
der Steuerung oder einer ihrer angeschlossenen Komponenten, welches
Ursache für
eine unerwünschte
Drehzahlerhöhung
ist, die Abschaltung der Kraftstoffzufuhr zumindest zu einzelnen
Zylindern erlaubt. Dadurch wird es im Normalbetrieb trotz Begrenzung
auf die Sicherheitsdrehzahl möglich,
Funktionen weiterzuführen,
bei denen die Abschaltung der Kraftstoffzufuhr nicht stattfinden
sollte, während
bei einem erkannten Fehler die Sicherheit durch die dann mögliche Kraftstoffabschaltung
gewährleistet ist.
Ferner ist keine Unterscheidung, ob die Drehzahlerhöhung durch
einen Fehler bedingt ist oder nicht, erforderlich.
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Vorteilhaft
ist, daß auch
nicht erkennbare Fehler, die zu einer Drehzahlerhöhung führen können, ohne
Abschalten der Kraftstoffzufuhr beherrschbar, sind.
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Dadurch,
daß nicht
bei jedem Erreichen der Sicherheitsdrehzahlschwelle eine Abschaltung
der Kraftstoffzufuhr erfolgt, wird in vorteilhafter Weise die Systemverfügbarkeit
erhöht.
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Besonders
vorteilhaft ist eine Kombination der erfindungsgemäßen Maßnahme der
Begrenzung der Motordrehzahl vorzugsweise bei losgelassenem Fahrpedal
mit dem eingangs genannten Momentenvergleich zur Überwachung
einer Brennkraftmaschinensteuerung. Die Kombination der beiden Maßnahmen
führt zu
einer vollständigen,
jeden Betriebszustand abdeckenden, äußerst zuverlässigen Überwachungsmaßnahme.
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Wird
auf den Einsatz des Momentenvergleichs verzichtet, wird in vorteilhafter
Weise eine deutliche Reduzierung des Applikationsaufwandes erreicht,
da z. B. kein maximales zulässiges
Moment vorgegeben werden muß.
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Die
Begrenzung der Drehzahl im Sinne der nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Vorgehensweise
erhöht
in vorteilhafter Weise den Fahrkomfort im Fehlerfall, da im Gegensatz
zu einer Fahrzeugreaktion mit Auslösen der Kraftstoffabschaltung
die Reaktion des Fahrzeugs wesentlich sanfter ist. Dies deshalb,
weil die Drehzahl zunächst über Momentenreduzierung über Füllung und/oder Zündwinkel
niedrig gehalten wird. Dadurch wird vermieden, daß die Drehzahl
sehr schnell über
den Begrenzungswert ansteigt und dann durch eine Einspritzabschaltung
hart begrenzt wird. Dies hätte
einen vom Fahrer unangenehm spürbaren
Ruck zur Folge.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw.
den abhängigen
Patentansprüchen.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsformen für ein Beispiel
mit Füllungs-
und Zündwinkeleingriff näher erläutert. 1 zeigt
ein Blockschaltbild eines Steuersystems für eine Brennkraftmaschine.
In den 2 bis 4 sind anhand von Ablaufdiagrammen, die
Programme des wenigstens einen Mikrocomputers des Steuersystem skizzieren,
eine vorteilhafte Ausführungsform
eines Drehzahlbegrenzungsreglers dargestellt.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt
eine elektronische Steuereinheit 10, die wenigstens über eine
Eingangsschaltung 12, wenigstens einen Mikrocomputer 14 und
wenigstens eine Ausgangsschaltung 16 verfügt. Eingangsschaltung,
Mikrocomputer und Ausgangsschaltung sind über ein Kommunikationssystem 18 zum
gegenseitigen Datenaustausch miteinander verbunden. Der Eingangsschaltung 12 werden
die folgenden Eingangsleitungen zugeführt: eine Eingangsleitung 20 von
einer Messeinrichtung 22 zur Erfassung der Fahrpedalstellung
wped, eine Eingangsleitung 24 von einer Meßeinrichtung 26 zur
Erfassung der Drosselklappenstellung wdk, eine Eingangsleitung 28 von einer
Meßeinrichtung 30 zur
Erfassung der der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse hfm, eine Eingangsleitung 32 von
einer Meßeinrichtung 34 zur
Erfassung der Motordrehzahl nmot und Eingangsleitungen 36 bis 40 von
Meßeinrichtungen 42 bis 46 zur
Erfassung weiterer Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine
und/oder des Fahrzeugs, die zur Durchführung der Motorsteuerung benötigt werden, wie
beispielsweise Ansauglufttemperatur, Umgebungsdruck, etc.. Über die
Ausgangsschaltung 16 steuert die elektronische Steuereinheit 10 Leistungsparameter
der Brennkraftmaschine. So wird die Füllung der Brennkraftmaschine
durch Beeinflussung der Luftzufuhr der Brennkraftmaschine über eine Drosselklappe 48 gesteuert.
Ferner wird der Zündzeitpunkt
eingestellt (50), die Kraftstoffzumessung beeinflußt (52)
und/oder ein Turbolader (54) gesteuert.
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Die
prinzipielle Funktionsweise der Motorsteuerung, die von der Steuereinheit 10 ausgeführt wird,
ist aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt. Wenigstens
auf der Basis der Fahrpedalstellung wped wird ein Sollwert für ein Drehmoment
der Brennkraftmaschine ermittelt, welches dem Fahrerwunsch entspricht.
Dieses wird gegebenenfalls unter Berücksichtigung weiterer Sollmomente von
externen und internen Funktionen wie Antriebsschlupfregelung, Drehzahlbegrenzung,
Geschwindigkeitsbegrenzung, etc. in einen Momentensollwert umgewandelt.
Der Momentensollwert wird dann wenigstens unter Berücksichtigung
der Motordrehzahl in entsprechenden Kennfeldern, Tabellen oder Berechnungsschritten
in einen Sollwert für
die Füllung, d.
h. für
die relative Luftfüllung
pro Zylinderhub, normiert auf eine maximal mögliche Zylinderfüllung, umgesetzt.
Abhängig
von diesem Sollfüllungswert
werden unter Berücksichtigung
der physikalischen Zusammenhänge
im Saugrohr zum einen ein Solldrosselklappenstellungswert bestimmt.
Der Sollwert wird dann durch einen entsprechenden Regelkreis eingestellt.
Ferner wird gegebenenfalls unter Berücksichtigung des Istmoments,
welches z. B. auf der Basis des Luftmassensignals berechnet wird,
der Zündwinkel
und/oder die Kraftstoffzumessung beeinflußt, wobei das Istmoment an
das Sollmoment herangeführt wird.
Daneben wird in einem Ausführungsbeispiel von
der Steuereinheit 10 der eingangs skizzierte Momentenvergleich
mit der vorgegebenen Fehlerreaktionsmaßnahme im Fehlerfall durchgeführt.
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Ergänzend zum
Momentenvergleich oder in einem Ausführungsbeispiel alternativ zum
Momentenvergleich wird ein Drehzahlbegrenzungsregler eingesetzt,
der die Motordrehzahl auf eine vorgegebene, vorzugsweise von der
Fahrpedalstellung oder dem Fahrerwunschmoment abhängige Überwachungsdrehzahl
durch Reduzieren des Sollmoments bis auf ein zulässiges Minimalmoment für den gefeuerten
Betrieb begrenzt. Das minimale Moment wird auf Null gesetzt, wenn
Einspritzausblendungen zulässig
sind. Einspritzausblendungen sind zulässig, wenn ein Fehler innerhalb
der Brennkraftmaschinensteuerung oder einer der ihr angeschlossenen
Komponente erkannt wurde.
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Die
Ablaufdiagramme in den 2 bis 4 stellen
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Drehzahlbegrenzungsreglers dar. Dabei zeigt 2 ein
Ablaufdiagramm für
die Grundfunktion des Begrenzungsreglers, während in 3 ein
Ablaufdiagramm dargestellt ist, durch welches der minimale Momentenwert
für den
Drehzahlbegrenzer korrigiert wird. In 4 schließlich ist
ein Ablaufdiagramm dargestellt, welches die Überprüfung der Bedingungen für die Aktivierung
von Einspritzausblendungen zeigt.
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In
bekannter Weise wird bei einer drehmomentorientierten Brennkraftmaschinensteuerstruktur auf
der Basis von Größen wie
Fahrpedalstellung und Motordrehzahl das vom Fahrer gewünschte Sollmoment
MIFA gebildet (100). Dieses wird mit dem Verlust- bzw.
Verbrauchermoment MIVER verknüpft, vorzugsweise
addiert (Verknüpfungsstelle 102),
wobei das Verlust- bzw. Verbrauchermoment abhängig von Größen wie Motordrehzahl, Motortemperatur bzw.
dem Status von Nebenverbrauchern gebildet wird (104). Das
auf diese Weise gebildete Sollmoment wird durch den Eingriff des
Leerlaufdrehzahlreglers korrigiert (Verknüpfungsstelle 106).
Dieses Sollmoment MISOLL wird dann nach Maßgabe des nachfolgend beschriebenen
Drehzahlbegrenzers als resultierendes Sollmoment MISOLLRES in bekannter
Weise in einen Sollwert rlsoll für
die Zylinderfüllung
sowie für
den Zündwinkel αz umgewandelt.
Dies erfolgt im Rahmen des Berechnungsprogramms 108, dessen
Grundzüge
aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt sind. Daher
wird dieses Programm nicht näher
beschrieben. Ebenso wird auf eine detaillierte Darstellung der Umsetzung
der Füllungs-
und Zündwinkelsollwerte
in tatsächliche
Steuergrößen (dk, αz, ti) im
Programm 110 aus Übersichtlichkeitsgründen verzichtet.
Die Umsetzung ist in den Grundzügen
ebenfalls aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt.
Als Besonderheit ist lediglich angedeutet, daß Ausblendungen von Einspritzungen
(EA), d. h. die Abschaltung einzelner Zylinder, im Gegensatz zum
Stand der Technik bei Vorliegen wenigstens einer Bedingung B_eaüw in die
Umsetzung des Sollmomentenwertes in Steuergrößen miteinbezogen wird. Die
Freigabe der Ausblendungen bei Vorliegen der Bedingung B_eaüw ist durch das
Schaltelement 114 im Programm 108 symbolisiert.
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Das
Ausführungsbeispiel
ist für
eine Motorsteuerung mit λ =
1 – Betrieb
dargestellt. Es ist jedoch gleichermaßen möglich, die Vorgehensweise auf
einen Motor mit Benzindirekteinspritzung mit homogenen Magerbetrieb
oder geschichtetem Magerbetrieb anzuwenden. In einer solchen Ausführung wird
das Moment MISOLLRES zusätzlich
in ein auszugebendes Luft-/Kraftstoffverhältnis und eine dafür erforderliche
Kraftstoffmenge umgerechnet.
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Der
in der Verknüpfungsstelle 106 berücksichtigte
Steuerausgang des Leerlaufdrehzahlreglers wird in herkömmlicher
Weise gebildet. Die ggf. abhängig
von Betriebsgrößen vorgegebene
Solldrehzahl nLLRsoll (Kennfeld 116) wird zur Bildung der
Regelabweichung mit der gemessenen Istdrehzahl nist verglichen.
Die Regelabweichung wird einem Regler 118, vorzugsweise
mit PID-Verhalten, zugeführt,
der ein von der Regelabweichung abhängiges Ausgangssignal erzeugt.
Dieses Ausgangssignal wird auf einen maximalen bzw. minimalen Wert
durch die Begrenzung 120 begrenzt und mit dem Sollmoment verknüpft (z.
B. addiert). Der Leerlaufdrehzahlregler ist dabei lediglich bei
Vorliegen des Leerlaufbetriebszustandes, d. h. insbesondere bei losgelassenem Fahrpedal
bzw. geschlossener Drosselklappe, aktiv. Dies wird durch das Schaltelement 122 dargestellt, welches
bei Vorliegen der Bedingung B_llr schließt.
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Wird
fälschlicherweise
das Verlustmoment MIVER und/oder das Fahrerwunschmoment MIFA zu hoch
berechnet, kann die Leerlaufregelung wegen der Minimalbegrenzung
die Solldrehzahl nicht mehr einstellen. Dieser Fehlerzustand wird
von der eingangs genannten Momentenüberwachung noch nicht erkannt.
Die Begrenzung des Leerlaufdrehzahlreglersignals dient zur Verhinderung
des Ausgehens des Motors im Normalbetrieb beim Auskuppeln.
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Der Überwachungsdrehzahlbegrenzer
verhindert auch in einem solchen Betriebszustand ein übermäßiges Ansteigen
der Motordrehzahl, insbesondere ein Ansteigen über die vorgegebene Sicherheitsdrehzahl
von z. B. 1500 Umdrehungen pro Minute. Der Überwachungsdrehzahlbegrenzer
begrenzt die Motordrehzahl auf die vorgegebene Sicherheitsdrehzahl
NÜWB, die
entweder fest vorgegeben ist oder beispielsweise abhängig von
der Fahrpedalstellung variabel ist (vgl. Speicherzelle bzw. Kennfeld 124).
Der Begrenzer bildet die Abweichung der aktuellen Motordrehzahl
NIST vom Begrenzungswert NÜWB
(Verknüpfung 126,
vorzugsweise Subtraktion). Diese Abweichung wird dann auf positive
Werte (Drehzahl liegt oberhalb Sicherheitsdrehzahl) eingeschränkt (Minimalbegrenzung 128 auf
Null). Die Abweichung wird dann dem Regler 130 zugeführt, der im
bevorzugten Ausführungsbeispiel
als PID-Regler ausgelegt ist. Das Ausgangssignal, welches der Regler
in Abhängigkeit
der Regelabweichung bildet, werändert
in der Verknüpfungsstelle 132 den
Sollmomentenwert MISOLL. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Begrenzungsregelausgangssignal vom
Sollmomentenwert abgezogen. Dies bedeutet, daß bei einem Überschreiten
der Sicherheitsdrehzahl ein das Sollmoment reduzierender Regeleingriff vorgenommen
wird.
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Der Überwachungsbegrenzungsregler
ist vorzugsweise nur in bestimmten Betriebszuständen aktiv. Dies ist durch
das Schaltelement 134 dargestellt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird der Begrenzungsregler nur dann aktiviert, wenn das Fahrpedal
losgelassen ist. Entsprechend wird die Fahrpedalstellung WPED im
Vergleicher 136 mit einem, das losgelassene Fahrpedal repräsentierenden Wert
verglichen, wobei nach Ablauf einer bestimmten Zeit TWÜB nach erstmaligem
Erreichen dieses Betriebszustands das Schaltelement schließt (vgl.
Verzögerungselement 138).
Das integrierende Verhalten des Überwachungsbegrenzungsreglers 130 ist
dann unbefriedigend, wenn der vorgegebene Betriebszustand wieder
verlassen wird. Daher wird beim Verlassen des Betriebszustandes,
d. h. bei Betätigen
des Pedals, der Begrenzungsregler abgeschaltet. Hierbei wird, wie
in 2 durch Erkennen der negativen Flanke des Signals
des Vergleichers 136 in 140 dargestellt ist, ein
stetiges Rückführen des
Regelausgangs auf Null z. B. durch entsprechendes Steuern des Integralwerts
eingeleitet. Durch das stetige Rückführen des
Regelausgangs, d. h. durch stetiges Abregeln des Integralanteils
des Reglers 130, wird ein plötzlicher Momentensprung beim
Abschalten des Begrenzungsreglers bei nur leichtem Gasgeben verhindert.
Entsprechendes gilt, wenn der Regler in einem Teilbereich des Fahrpedalstellungsbereichs aktiv
ist. Alternativ dazu wird der Regleranteil schlagartig resettiert,
wenn eine Lastwechseldämpfungsfunktion
realisiert ist, die ausgehend vom vorhandenen Gesamtsollmoment stetig
und ruckfrei auf das neue Wunschmoment aufsteuert. Dieses Ausführungsbeispiel
ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
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Ist
der Begrenzungsregler über
den gesamten Fahrpedalbereich aktiv, sind die Elemente 134 bis 140 nicht
notwendig.
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Im
Gegensatz zum Leerlaufdrehzahlregler kann der Überwachungsdrehzahlbegrenzer
also eine unbegrenzte Drehzahlabsenkung bewirken, da er eine zunächst unbegrenzte
Reduktion des Drehmoments bewirken kann. Ein Ausgehen des Motors beim
Auskuppeln ist ausgeschlossen, da bei Unterschreiten der Begrenzungsdrehzahl
der Reglerbeitrag Null wird.
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Das
durch den Überwachungsdrehzahlbegrenzer
beeinflußte
Sollmoment wird dann im Begrenzer 142 ggf. auf einen im
Normalbetrieb gültigen Minimalwert
MN begrenzt. Dieser Minimalwert wird so appliziert, daß bei minimaler
Füllung
und spätest möglichem
Zündwinkel
gerade noch eine Verbrennung gewährleistet
ist. In einer anderen Ausführungsform
ist der Minimalwert des Drehmoments das minimal gewünschte Bremsmoment
im Schub. Das ggf. auf einen Minimalwert begrenzte, durch den Überwachungsdrehzahlbegrenzer
reduzierte Sollmoment wird dann im Rahmen des Programms 108 in
entsprechende Füllungs- und Zündwinkelwerte umgesetzt.
Auf diese Weise wird im Normalbetrieb zumindest in einem Betriebszustand
eine vorgegebene Sicherheitsdrehzahl eingehalten, wobei bei möglichem Überschreiten
dieser Drehzahl ein Begrenzungsreglereingriff über Veränderung der Füllung und/oder
des Zündwinkels
stattfindet.
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Bei
Vorliegen bestimmter Bedingungen (B_eaüw), die auf Fehlerzustände hinweisen
und deren Bildung anhand von 4 dargestellt
ist, wird das minimale Begrenzungsmoment des Begrenzers 142 auf
Null gesetzt und die Möglichkeit
zur Einspritzausblendung freigegeben. In diesem Fall kann der Drehzahlbegrenzungsregler
das Drehmoment stetig bis auf Null reduzieren, um die Überwachungsdrehzahl
einzuhalten. Somit wird durch den Überwachungsbegrenzungsregler
auch im Fehlerfall auf jeden Fall ein Einhalten der Sicherheitsdrehzahl
gewährleistet.
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Der
Minimalwert MN des Begrenzers 142 wird bei vorliegender
Bedingung zur Zuschaltung von Einspritzausblendungen auf den Wert
Null gesetzt. Liegt diese Bedingung nicht vor, wird der Minimalwert in 144 abhängig von
Motordrehzahl, Motorsollleerlaufdrehzahl sowie der eingelegten Gangübersetzung
bestimmt. Der Zusammenhang zwischen diesen Größen und dem Minimalwert wird
wie oben dargestellt appliziert. Die Umschaltung zwischen diesem berechneten
Minimalwert und dem Minimalwert Null ist durch das Schaltelement 146 symbolisiert,
welches bei Vorliegen der Bedingung B_eaüw auf Null umschaltet. Der
in 144 gebildete Minimalwert wird in der Verknüpfungsstelle 148,
die vorzugsweise eine Multiplikationsstelle ist, mit einem Faktor
fkmimin gewichtet, durch welchen der Fehlerfall berücksichtigt ist,
daß das
Hauptlastsignal der Brennkraftmaschinensteuerung, welches aus dem
gemessenen Luftmassen- oder Saugrohrdrucksignal gewonnen wird, auf
zu niedrige Werte verfälscht
ist. In diesem Fall würde
die Füllung
auf einen zu niedrig gemessenen Wert eingestellt, was einem zu hohen
Istmoment entspricht und zu einer Drehzahlüberhöhung führt. Um dies schon im Ansatz
zu erkennen und zu korrigieren, wird der Minimalwert durch den Korrekturfaktor
fkmimin verringert.
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3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
wie dieser Korrekturfaktor gebildet wird. Ein in Richtung niedrigerer
Werte verfälschtes
Hauptlastsignal zeigt sich in einer gleichen Fehlertendenz des Luftmassenintegrators 202 sowie
des multiplikativen Gemischkorrekturfaktors Fra. Der Luftmassenintegratorwert
ist dabei die integrierte Abweichung zwischen dem auf der Basis
eines Luftmassensensors ermittelten Luftmassenwertes mshfm sowie
eines durch ein aus dem Integratorwert korrigierten Luftmassenwerts msdk,
der aus dem Drosselklappenöffnungswinkel und
dem Druckverhältnis
des Saugrohrdrucks zum Umgebungsdruck berechnet wird (vgl. Korrektur 204, Abweichungsbildung 200).
Der multiplikative Gemischkorrekturfaktor Fra ist dabei im wesentlichen das
Ausgangssignal der Lambdaregelung. Zur Bestimmung des Korrekturfaktors
für das
Minimalmoment wird der Minimalwert der Abweichung des Gemischkorrekturfaktors
Fra von 1 und des invertierten Integratorwerts als Korrekturterm
verwendet. Die Abweichung von Fra von 1 wird in 206 gebildet,
die Invertierung des Integrators in 207. Die derart gebildeten
Neutralwert-Abweichungsgrößen werden
der Minimalwertauswahl 208 zugeführt. Der kleinere der beiden
Werten wird auf positive Werte begrenzt (Begrenzer 210),
so daß eine
Korrektur nur in Richtung Absenkung des Minimalwerts zugelassen
wird (Korrekturfaktor ist kleiner oder gleich 1). Ein Fehler in
der anderen Richtung, d. h. ein Verfälschen des Hauptlastsignals
zu höheren
Werten hin, ergibt kleinere Istmomente und schränkt somit den Drehzahlbegrenzer nicht
ein. Zur Bildung des Korrekturfaktors fkmimin wird der ggf. begrenzte
Minimalwert von 1 abgezogen (Verknüpfungsstelle 202).
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Alternativ
zur Absenkung des minimalen Moments durch den Faktor fkmimin wird
auch das Istfüllungssignal
rl_ist durch diesen Faktor dividiert und somit angehoben. Wenn von
einem fehlerhaft zu niedrigen Luftmassensignal ausgegangen wird,
ist dieses dadurch wieder auf den richtigen Wert korrigiert und
die Drehzahlbegrenzungsregelung wird ebenfalls nicht mehr eingeschränkt (s. 3a).
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Wie
oben dargestellt wird unter bestimmten Bedingungen zur Drehzahlbegrenzung
neben Füllungs-
und Zündwinkeleingriffen
und/oder reduzierenden Eingriffen auf die Kraftstoffzufuhr auch
Ausblendungen von Einspritzungen, d. h. die Abschaltung einer bestimmten
Anzahl Zylinder, zur Momentenreduzierung zugelassen. In 4 ist
ein Ablaufdiagramm dargestellt, welches ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
zur Ermittlung des Vorliegens dieser Bedingung zeigt.
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Eine
erste Voraussetzung ist, daß die
Bedingungen für
die Aktivierung des Überwachungsdrehzahlbegrenzers
vorliegen, d. h. im bevorzugten Ausführungsbeispiel, daß das Fahrpedal
losgelassen ist (Schwellenwertvergleich 300 von wped).
Ferner ist Voraussetzung, daß die
Motordrehzahl über
der Überwachungsdrehzahl
NÜWB liegt.
Dies wird durch Vergleich der Abweichung von Motordrehzahl und Überwachungsdrehzahl
NÜWB, welche
in der Verknüpfungsstelle 302 gebildet
wird, mit einem Schwellenwert 304 vorgenommen. Diese beiden
Bedingungen werden logisch Und verknüpft (306) und bilden das
Bedingungssignal B_üwdb.
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Desweiteren
wird das Ist-Füllungssignal rl_ist
mit dem Sollfüllungssignal
rl_soll verglichen (vgl. Vergleicher 308) und der im Gradientenbilder 310 gebildete
zeitliche Gradient des Istfüllungssignals,
der im Tiefpaßfilter 312 gefiltert
wird, im darauffolgenden Vergleicher 314 mit einem vorgegebenen Grenzwert
verglichen. Ferner wird eine Wartezeit (TWDP, Verzögerung 316)
nach Eintreten des im Vergleicher 300 erfaßten Betriebszustand
berücksichtigt.
Diese Signale werden über
die Oder-Verbindung 317 und die UND-Verbindung 318 verknüpft. Ein
Ausgangssignal wird von der UND-Verbindung ausgegeben, wenn die
Istfüllung über der
Sollfüllung
liegt und die Wartezeit abgelaufen ist oder ein großer Gradient des
Istmoments erkannt wurde. Das Ausgangssignal der UND-Verbindung 318 wird über die
Oder- Verbindung 328 in
der UND-Verbindung 330 mit dem Betriebszustandssignal verknüpft, wobei
bei Vorliegen beider Signal die Ausblendungen zugelassen werden.
Wird demnach ein fehlerbedingter Sprung in der Istfüllung erkannt,
wird sofort mit Ausblendung von Einspritzungen entgegengesteuert,
was in einer Vielzahl von Fehlerfällen zu einer sanfteren Fehlerreaktion
des Fahrzeugs führt.
Ferner wird mit Ausblendung von Einspritzungen entgegengesteuert,
wenn nach Ablauf einer Zeit die Istfüllung noch größer als
der Sollwert ist. Alternativ dazu wird auch das Istmoment mit einem
Minimalmoment verglichen.
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Ein
zweiter unabhängiger
Pfad für
das Zulassen von Einspritzausblendungen ist ein Fehler in der Luftmassenerfassung
bei Vorliegen der Bedingung für
die Aktivierung des Überwachungbegrenzungsreglers.
Der in 3 gebildete Luftmassenabgleichswert fkmsdk wird
vom Wert 1 (319) abgezogen, im Betragsbilder 320 sein
Betrag gebildet und im Vergleicher 322 mit einem Grenzwert
verglichen. Das Vergleichergebnis wird weiterverarbeitet, wenn der Luftmassenabgleich
zugelassen ist (vgl. Schaltelement 324). Liegt bei Vorliegen
dieser Bedingung der Betrag des gewichteten Korrekturfaktors über dem Grenzwert,
so wird nach einer gewissen Wartezeit (325) ein Flip-Flop 326 gesetzt.
Dieses Flip-Flop wird erst wieder bei Einschalten der Zündung zurückgesetzt
(S_Kl15) und ist bei einmalig aufgetretenen Fehler dauernd gesetzt.
Das Ausgangssignal des Flip-Flop 326 wird in der ODER-Verknüpfung 328 mit dem
in der logischen UND-Verknüpfung 318 gebildeten
Signal verbunden. Bei Vorliegen eines Fehlers in der Luftmassenerfassung,
wenn der Abgleichfaktor einen Grenzwert überschreitet, werden Einspritzausblendungen
zur Begrenzung zugelassen, wenn der Betriebszustand für die Aktivierung
der Begrenzungsregelung vorliegt.
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Das
Ausgangssignal der UND-Verknüpfung 330 wird
dem Flip-Flop 332 zugeführt, welches
bei Auftreten der beschriebenen Bedingungen gesetzt wird. Das Ausgangssignal
des Flip-Flops 322 bildet über eine ODER-Verknüpfung 334 die
Bedingung B_eaüw
zum Zulassen von Einspritzausblendungen. Das Flip-Flop 332 wird
nach dem Setzen erst wieder mit erneutem Einschalten der Zündung (S_Kl15)
zurückgesetzt.
Für den
vorliegenden Betriebszyklus sind Ausblendung dauernd zugelassen.
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Zusammenfassend
ist festzustellen, daß Einspritzausblendungen
zugelassen werden, wenn der zur Durchführung der Überwachungsdrehzahlbegrenzungsregelung
vorliegende Betriebsbereich vorliegt und wenn ein fehlerhafter Luftmassenabgleich oder
ein über
dem Minimalwert sich befindendes Istmoment und ein zu großer Istmomenten-Gradient oder
ein nach Ablauf einer Wartezeit über
dem Minimalwert sich befindendes Istmoment erkannt wurde.
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Darüber hinaus
gibt es Bedingungen, die nur zum vorübergehenden Zulassen von Einspritzausblendungen
führen.
Diese sind in der ODER-Verknüpfung 336 zum
Signal B_eaüwv
zusammengefaßt
und bilden im Rahmen der ODER-Verknüpfung in Verbindung mit dem
Signal für
das Vorliegen der Bedingungen zum dauernden Zulassen das Zulassungssignal
B_eaüw.
Vorübergehende
Einspritzausblendungen werden zugelassen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
VFZG unterhalb einer vorgegebenen Minimalschwelle ist (vgl. Vergleicher 338),
wenn ein Fehler in den Sensoren zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit
E_VFZG, der Luftmasse E_HFM oder des Drosselklappengebers E_DKG
vorliegt.
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Im
hier nicht weiter ausgeführten
Beispiel eines Motors mit Benzindirekteinspritzung, in der das Moment über die Kraftstoffzufuhr
gesteuert wird, erfolgt zur Drehzahlbegrenzungsregelung zunächst eine
weitere Reduzierung der Einspitzzeit und der Tankentlüftungsregenerierrate
und bei einem der vorgenannten erkannten Fehlerfälle ebenfalls Einspritzausblendung
und vollständiger
Abbruch der Tankentlüftung.
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Der Überwachungsdrehzahlbegrenzer
ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel
in einer vorbestimmten Betriebssituation bei losgelassenen Fahrpedal
aktiv. In diesem Betriebszustand ist der eingangs genannte Momentenvergleich
nicht aktiv. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der Momentenvergleich außerhalb
dieses Betriebszustandes im gesamten Teillastbereich aktiv. In einem
anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel,
insbesondere bei Motoren mit Benzindirekteinspritzung, wird der
Momentenvergleich auf den Bereich nahe des Pedalwinkels Null eingeschränkt.
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Der
Momentenvergleichsregler kann im selben Mikrocomputer im Motorsteuergerät implementiert
sein. Dabei ist in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Überwachungsdrehzahlbegrenzer in
einem anderen Softwarekanal als die Steuerfunktion realisiert. In
vorteilhafter Weise wird die Drehzahlbegrenzungsregelung nicht auf
der Basis des Kurbelwellengebers, sondern auf der Basis des Phasengebers
durchgeführt,
so daß eine
echte Zweikanaligkeit zwischen Funktion und Überwachung erreicht wird.
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In
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
ein Verfahren eingesetzt, bei welchem auch bei betätigtem Fahrpedal
auf mit der Fahrpedalstellung ansteigenden Überwachungsdrehzahlen begrenzt wird.
Insbesondere in diesem Fall wird auf die eingangs genannte Momentenüberwachung
verzichtet.
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In
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird
ein zweiter Überwachungsdrehzahlbegrenzer von
einem redundanten Überwachungsrechner
oder in einem getrennten Softwarepfad durchgeführt. Hier wird die Drehzahl
in vorteilhafter Weise auf der Basis des Phasengebersignals berechnet,
während
der erste Überwachungsdrehzahlbegrenzer
auf der Basis des Kurbelwellengebers als Drehzahlinformation arbeitet.
Somit ist eine vollständige
zweikanalige Überwachung
realisiert.
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Der
dargestellte Überwachungsdrehzahlbegrenzer
wird sowohl bei Benzinbrennkraftmaschinen mit Saugrohreinspritzung,
mit Direkteinspritzung als auch bei Dieselmotoren eingesetzt.
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Neben
der Vorgabe eines Sollmoments wird eine Solleistung oder jede andere
Ausgangsgröße der Brennkraftmaschine
vorgegeben.
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Ist
der Begrenzer im gesamten Betriebsbereich aktiv, wird auf die Bedingung
des Vorliegens eines losgelassenen Fahrpedals bei der Zulassung von
Ausblendungen verzichtet.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel
reduziert der Begrenzer direkt Drosselklappenwinkel und Zündwinkel.
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Die
Drehzahlbegrenzungsregelung reduziert das Drehmoment der Brennkraftmaschine
bis auf einen vorgegebenen minimalen Wert, indem die Luftzufuhr
zur Brennkraftmaschine auf einen Minimalwert reduziert und der Zündwinkel
auf einen vorgegebenen Spätzündwinkel
reduziert wird. Ferner kann zur Begrenzung der Motordrehzahl auf
die Überwachungsdrehzahl
das die Luftzufuhr beeinflussende Stellglied vollständig geschlossen
werden.
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Bei
direkteinspritzenden oder bei mager betriebenen Motoren kann zur
Reduzierung des Moments durch den Drehzahlbegrenzungsregler zusätzlich oder
alternativ die Kraftstoffzufuhr bis an die Magerlaufgrenze im Homogenbetrieb
oder bis zur Brennbarkeitsgrenze im Schichtbetrieb reduziert werden.
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Die Überwachungsdrehzahl
(Sicherheitsdrehzahl) ist größer als
die Leerlaufsolldrehzahl (vorzugsweise ca. 1500 U/min).
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Anstelle
der Auswertung der Größen rlsoll und
rlist in 4 werden in einem anderen Ausführungsbeispiel
die Werte für
das Sollmoment misoll und das Istmoment miist entsprechend ausgewertet.