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Die Erfindung betrifft ein Regel- oder Steuerungssystem für
die Kraftstoffeinspritzung bei einem Verbrennungsmotor eines
Fahrzeugs etc.
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Eine Regeleinrichtung für die Kraftstoffeinspritzung zur
Durchführung eines Rückkopplungsregelvorgangs (Closed-Loop-
Regelung) für die Lage eines Regelrohrs unter Anwendung eines
Computers ist allgemein als Regeleinrichtung für die
Kraftstoffeinspritzung bei einem Verbrennungsmotor wie einem
Dieselmotor bekannt geworden. Das Regelrohr dient zur
Einstellung einer Kraftstoffmenge von einer Einspritzpumpe über
die Einstellung seiner Position und wird über einen als
"elektrischer Nachlaufregler" bezeichneten elektrischen
Servo-Mechanismus verstellt. Der elektrische Nachlaufregler
wird über einen Computer gesteuert.
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Bei dieser Art eines herkömmlichen Regelsystems zur
Brennstoffeinspritzung wird der Motor gesteuert bzw. geregelt, um
zum Zeitpunkt des Auftretens von Abnormitäten im Computer
(zum Beilspiel Abstürzen eines Programms usw.) in einem
System zur Positionsermittlung oder in einem Servosystem für
den elektrischen Nachlaufregler etc. aus Sicherheitsgründen
zwangsläufig angehalten zu werden.
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Bei dem oben beschriebenen Regelsystem für die
Brennstoffeinspritzung kann die Sicherheit in ausreichendem Maß
gewährleistet werden, da der Motor beim Auftreten von Abnormitäten
gestoppt wird; ihre praktische Anwendung ist jedoch sehr
unzulänglich, da der Motor bei einer einmal aufgetretenen
Abnormität unabhängig von seinem Status jedesmal gestoppt wird.
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Insbesondere bei einem Fahrzeug ist dieses vorzugsweise mit
einer zulässigen Mindest-Antriebs(Fahr-)funktion (im
folgenden als "Fahrzeug-Abtransportantrieb" bezeichnet)
ausgestattet,
mit der das Fahrzeug mindestens dann bis zu einer
bestimmten Stelle, zum Beispiel einer Ausweichstelle,
fortgeschafft werden kann, wenn in ihm eine Abnormität auftritt.
Außerdem wird während des Wegfahrens des Fahrzeugs bis zu
einer Ausweich- oder Überholstelle gefordert, daß eine
ausreichende Sicherheit gewährleistet ist. Dieser Forderung
werden die herkömmlichen Regeleinrichtungen zur
Kraftstoffeinspritzung jedoch nicht gerecht.
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Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Regelsystem für die
Kraftstoffeinspritzung bei einem Verbrennungsmotor zu schaffen,
das mit einer mindest-zulässigen Minimal-Antriebsfunktion,
die zum Antrieb eines Motors praktisch erforderlich ist,
versehen ist und das unter Anwendung der zulässigen
Minimalantriebsfunktion bereits selbst bei einer
Fahrzeug-Abtransportbewegung eine ausreichende Sicherheit gewährleisten kann.
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Die EP-A-194854 beschreibt die Anwendung eines Akzelerators
zur Vornahme der Kraftstoffunterbrechung in Abhängigkeit von
der Drehzahl, um eine bessere Funktion schon während
schwacher Betriebszustände, die durch Ausfälle im
Motorregelungssystem verursacht werden, sicherzustellen.
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Dokument 87008, 16. ISATA, Florenz 1987 (Seite 1-17, Fig. 1-
4) beschreibt ein Steuerungssystem für eine
Kraftstoffeinspritzung mit einem Rückkopplungsregelkreis zur Durchführung
einer Rückkopplungsregelung der Kraftstoffeinspritzung eines
Verbrennungsmotors unter Anwendung eines Computers, wobei das
System umfaßt: Abnormitäts-Detektionsmittel zur Feststellung
einer Abnormität des Rückkopplungsregelkreises und Notziel-/
Notlaufabtransport-Schaltungsmittel zur Durchführung einer
Open-Loop-Steuerung (offener Regelkreis) der
Kraftstoffeinspritzung des Verbrennungsmotors anstelle des
Rückkopplungsregelkreises, wenn die Abnormität des
Rückkopplungsregelkreises durch das Abnormitäts-Detektionsmittel festgestellt wird,
um dadurch die zulässige, zum Antrieb des Verbrennungsmotors
erforderliche Mindestantriebswirkung zu sichern, wobei das
Notziel-Schaltungsmittel ein Kraftstoffabsperrmittel zur
Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor beim
Überschreiten eines vorbestimmten Wertes der Drehzahl des
Verbrennungsmotors einschließt; und gemäß einem ersten Aspekt
der vorliegenden Erfindung ist ein derartiges System
gekennzeichnet durch das Kraftabsperrmittel, das ein
Kraftstoffunterbrechungsventil zur Unterbrechung der Kraftstoff zufuhr zum
Verbrennungsmotor umfaßt, sowie durch
Notziel-Schaltungsmittel, die eine Notziel-Schaltung zur Festlegung des
Öffnungsoder Schließvorganges des Kraftstoffabsperrventils auf der
Grundlage eines die Drehzahl des Verbrennungsmotors
repräsentierenden Signals und eines den Akzeleratoröffnungsgrad
repräsentierenden Signals umfassen und ein die festgelegte
Wirkungsweise an dem Kraftstoffabsperrmittel repräsentierendes
Signal angeben.
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Das Dokument 87008, 16. ISATA Florence 1987 (Seite 1-17, Fig.
1-4), beschreibt ein Kraftstoffeinspritz-Steuerungsverfahren
zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in einen
Verbrennungsmotor mit einem Regelungssystem, das folgende Schritte
umfaßt: Regelung des Kraftstoffeinspritzvorganges nach einem
Rückkopplungs-Regelverfahren, wenn das Regelsystem in einem
normalen Zustand ist; Feststellung einer Abnormität des
Regelsystems; Steuerung des Kraftstoffeinspritzvorgangs in
einem offenen Regelkreis (Open-Loop-Steuerung), solange die
Abnormität des Regelsystems andauert; Umschalten des
Rückkopplungsregelverfahrens auf das
Open-Loop-Steuerungsverfahren, wenn die Abnormität des Regelsystems ermittelt wird; und
Unterbrechung der Kraftstoff zufuhr zum Verbrennungsmotor
bereits beim Open-Loop-Steuerungsschritt, wenn die Drehzahl des
Verbrennungsmotors einen vorbestimmten Wert überschreitet;
und gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist
ein derartiges Verfahren gekennzeichnet durch eine von einem
Kraftstoffabsperrventil vorgenommene Unterbrechung der
Kraftstoff zufuhr; sowie dadurch, daß die Open-Loop-Steuerung über
eine Notlauf-Schaltung, die den Öffnungs- oder Schließvorgang
des Kraftstoffabsperrventils auf der Grundlage eines die
Drehzahl des Verbrennungsmotors repräsentierenden Signals und
eines einen Akzeleratoröffnungsgrad repräsentierenden Signals
bestimmt, ausgeführt wird und ein den festgelegten Vorgang an
dem Kraftstoffabsperrmittel repräsentierendes Signal ausgibt.
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Die Kraftstoffeinspritzung wird in normalem Zustand in einem
Rückkopplungsverfahren durch einen Computer gesteuert. Wenn
in dem Rückkopplungsregelsystem, wie zum Beispiel einem
Zentralrechner (CPU), einem Sensorsystem für die
Rückkopplungsregelung, einem Servo-System zur Einstellung der
Einspritzmenge usw., eine Abnormität auftritt, wird anstelle des
Rückkopplungsregelsystems das Notziel-Schaltungsmittel gewählt,
um die Kraftstoffeinspritzung nach einem
Open-Loop-Steuerverfahren zu steuern. Beispielsweise kann im Fall eines
Fahrzeugs uber diesen Vorgang die zulässige
Mindestantriebswirkung (Antriebskraft), die für eine
Fahrzeug-Abtransportbewegung zu einer wirklich sicheren Stelle (Notziel) oder dgl.
erforderlich ist, gewährleistet werden. Selbst während des
Notantriebsvorgangs (Fahrzeug-Evakuierungsbewegung) im Falle
des Auftretens einer Abnormität wird die Brennstoff zufuhr
kontrolliert, um zwangsweise unterbrochen zu werden, wenn die
Drehzahl des Verbrennungsmotors einen vorbestimmten Wert
überschreitet, um eine ausreichende Sicherheit zu
gewährleisten.
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In den beigefügten Zeichnungen ist:
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Fig. 1 ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer
Ausführungsform gemäß dieser Erfindung wiedergibt;
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Fig. 2 in Diagramm, das ein Verfahren zur Bestimmung des
Leistungsverhältnisses für einen Antriebsimpuls eines
elektrischen Nachlaufreglers in einer
Notlauf-(Notziel-)Schaltung
der in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsform wiedergibt; und
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Fig. 3 ein Diagramm, das eine Methode zur Festlegung des
Öffnens und Schließens eines Kraftstoffabsperrventils
in der Notziel-Schaltung der in Fig. 1 dargestellten
Ausführungsform zeigt.
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Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das den Aubau einer
Ausführungsform eines Regelsystems zur Kontrolle der
Kraftstoffeinspritzmenge eines für ein Fahrzeug vorgesehenen Dieselmotors
zeigt.
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In Fig. 1 dient ein Zentralrechner (CPU) 1 zur Regelung eines
Kraftstoffeinspritzvorgangs für einen Verbrennungsmotor, wenn
das System in einem normalen Zustand ist. Der Zentralrechner
1 empfängt Motordrehimpulse NE1 und NE2 von einem Motor
(nicht dargestellt) und ein Akzeleratoröffnungsgrad-Signal
ACC von einem Akzelerator und erzeugt ein erstes
Kraftstoffabsperrventil-Signal FCV1 zur Anzeige des Öffnungs- und
Schließzustandes(-vorganges) eines Kraftstoffabsperrventils,
mit dem die Brennstoffzufuhr zum Motor unterbrochen wird,
sowie ein Rohr-Sollposition-Signal Usoll zur Anzeige der
Sollposition eines Regelrohres, mit dem die
Kraftstoffeinspritzmenge eingestellt wird.
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Der Zentralrechner 1 dient auch zur Überwachung des
Betriebszustandes eines Systems zur Festellung der Position des
Regelrohres und eines Servosystems für einen elektrischen
Nachlaufregler usw. (nicht dargestellt) und erzeugt ein H-Level-
Fehlersignal ERR bei Feststellung einer Abnormität in diesen
Systemen. Außerdem erzeugt der Zentralrechner 1, wenn er
normal betrieben wird, in einem gleichbleibenden Zeitintervall
einen Betriebsimpuls PRUN.
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Das von dem Zentralrechner 1 ausgegebene Rohr-Sollposition-
Signal Usoll wird in eine Servoschaltung 3 eingegeben. Die
Servoschaltung 3 empfängt ein Rohr-Istposition-Signal Uist
von einem Regelrohr-Positionssensor (nicht dargestellt) und
bestimmt das Betriebs- oder Leistungsverhältnis eines
Nachlaufregler-Antriebsimpulses zum Antrieb eines elektrischen
Nachlaufreglers (nicht dargestellt) auf der Grundlage der
Abweichung zwischen dem Istposition-Signal Uist und dem
Sollposition-Signal Usoll, um ein Leistungsverhältnis-Signal
GE(Betrieb) zu erzeugen.
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Der Zentralrechner 1 ist mit einem im Innern befindlichen
Überwachungszeitgeber (V.D.T./watch dog timer) 5 oder mit
einem außen befindlichen Überwachungszeitgeber 7
(W.D.T. -- im folgenden als äußerer Überwachungszeitgeber bezeichnet)
ausgerüstet. Der eingebaute Überwachungszeitgeber 5 erzeugt
beim Feststellen einer Abnormität des Zentralrechners 1 ein
Rückstellsignal RST, und das Rückstellsignal RST wird als
eine Innenrückstellung für den Zentralrechner 1 genutzt und
an den äußeren (Überwachungszeitgeber) ausgegeben. Der äußere
Überwachungszeitgeber 7 empfängt vom Zentralrechner 1 den
Betriebsimpuls PRUN und erzeugt bei der Feststellung einer
Abnormität des Betriebsimpulses PRUN (zum Beispiel Aussetzen
des Signals, Abnormität der Frequenz usw.) ein
Rückstellsignal RST. Das so ausgegebene Rückstellsignal wird zum
Zentralrechner 1 zurückgeführt und als Innenrückstellung
angewendet.
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Der vom Zentralrechner 1 ausgegebene Betriebsimpuls PRUN und
das von dem eingebauten oder dem äußeren
Überwachungszeitgeber 5 oder 7 ausgegebene Rückstellsignal RST werden auch in
einen Auswahlschaltkreis 9 eingegeben. Der Auswahlschaltkreis
9 umfaßt ein Flip-Flop, das auf den nachlaufenden Rand des
Rückstellsignals RST zurückgestellt ist, und erzeugt in einem
Zeitraum zwischen einer festgelegten Zeit und einer
Rückstellzeit ein erstes Auswahlsignal S1 mit H-Pegel.
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Das heißt, der Auswahlschaltkreis 9 erzeugt kontinuierlich
vom Zeitpunkt des Auftretens der Abnormität des
Zentralrechners 1 bis zum Zeitpunkt der Wiederherstellung der Normalität
des Zentralrechners 1 das erste Auswahlsignal S1.
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Das vom Zentralrechner 1 ausgegebene Fehlersignal ERR, d.h.
wenn sich die Einrichtung zur Ermittlung der Position des
Regelrohres oder das Nachlaufreglersystem in einem anormalen
Zustand befinden, und das von dem Auswahlschaltkreis 9
ausgegebene erste Auswahlsignal S1, wenn der Zentralrechner 1 in
dem anormalen Zustand ist, werden zu einem dritten Gate (OR-
Gate) 11 geführt, um an der Ausgabeseite des dritten Gates 11
ein zweites Auswahlsignal S2 zu erzeugen.
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Das heißt, wenn irgendeine der Einrichtungen, nämlich das
System zur Feststellung der Position des Regelrohres, das
Nachlaufreglersysten oder der Zentralrechner 1, in einem
anormalen Zustand sind (hierin als "anormaler Systemzustand"
bezeichnet), wird das zweite Auswahlsignal S2 mit H-Pegel
erzeugt.
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Ein Analog-Notziel-Schaltkreis 13 dient zur Regelung der
Kraftstoffeinspritzmenge bei dem oben beschriebenen anormalen
Systemzustand. Er empfängt den Motor-Drehimpuls NE1 und das
Akzelerator-Öffnungsgrad-Signal ACC und bestimmt das
Leistungsverhältnis des Antriebsimpulses des elektrischen
Nachlaufreglers auf der Grundlage dieses Impulses NE1 und dieses
Signals ACC, um ein zweites Leistungsverhältnis-Signal
GE(Betrieb)2 zu erzeugen. Der Notziel-Schaltkreis 13 bestimmt oder
wählt den Öffnungs- und Schließzustand(vorgang) des
Kraftstoffabsperrventils des Motors auf der Basis des
Motordrehimpulses NE1 und des Akzelerator-Öffnungsgrad-Signals ACC
aus, um ein zweites Kraftstoffabsperrventil-Signal FCV2 zu
erzeugen. Das Leistungsverhältnis und das Verfahren zur
Bestimmung (Auswahl) eines der Öffnungs- und Schließzustände
(-vorgänge) des Kraftstoffabsperrventils in dem Notziel-
Schaltkreis wird später beschrieben.
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Das erste Leistungsverhältnis-Signal GE(Betrieb) 1, das von
der Servoschaltung 3 ausgegeben wird, und das zweite
Leistungsverhältnis-Signal GE(Betrieb) 2, das von dem Notziel-
Schaltkreis 13 ausgegeben wird, werden in einen ersten
Umstellschalter 15 eingegeben.
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Das vom Zentralrechner 1 ausgegebene erste
Kraftstoffabsperrventil-Signal FCV1 und das von dem Notziel-Schaltkreis 13
ausgegebene zweite Kraftstoffabsperrventil-Signal FCV2 werden
gleichermaßen in einen zweiten Umstellschalter 17 eingegeben.
Die ersten und zweiten Umstellschalter 15 und 17 werden mit
dem zweiten Auswahlsignal S2 vom dritten Gate 11 in der Weise
gesteuert, daß die vom Zentralrechner 1 gelieferten Signale
GE(Betrieb)1 und FCV1 ausgewählt werden, wenn das
Auswahlsignal S2 auf einem niedrigen Pegel ist (das heißt, das
System befindet sich im Normalzustand), und die von dem
Notziel-Schaltkreis 13 gelieferten Signale GE(Betrieb)2 und
FCV2 werden ausgewählt, wenn sich das Auswahlsignal S2 auf
einem hohen Pegel befindet (das heißt, das System ist in dem
anormalen Zustand).
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Die somit durch die Umstellschalter 15 und 17 ausgewählten
Signale werden als Leistungsverhältnis-Signal GE(Betrieb)
bzw. als Kraftstoffabsperrventil-Signal FCV in einen
Nachlauf-Nachweisschaltkreis 19 eingegeben.
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Der Nachlauf-Nachweischaltkreis 19 dient zur Überwachung der
Motordrehimpulse NE1 und NE2, und wenn die Frequenz dieser
Impulse geringer als ein vorbestimmter Wert ist, erzeugt er
einen Antriebsimpuls für den elektrischen Nachlaufregler und
einen Absperrventil-Antriebsimpuls, die dem
Leistungsverhältnis-Signal GE(Betrieb) und dem Kraftstoffabsperrventil-Signal
FCV entsprechen. Wenn andererseits die Frequenz der
Drehimpulse
NE1 und NE2 den vorbestimmten Wert überschreitet,
unterbricht der Nachlauf-Nachweisschaltkreis 19 die Zufuhr des
Antriebsimpulses des elektrischen Nachlaufreglers und des
Absperrventil-Antriebsimpulses, um das Nachlaufen des Motors
zu verhindern.
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Auf die oben beschriebene Art und Weise dient der
Zentralrechner 1 zur direkten Regelung der Kraftstoffeinspritzmenge
in dem Rückkopplungsverfahren, wenn sich das System im
Normalzustand befindet, und der analoge Notziel-Schaltkreis 13
wird ausgewählt und dient der Steuerung der
Kraftstoffeinspritzmenge in einer Open-Loop-Steuerung, wenn sich das
System in einem anormalen Zustand befindet.
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Fig. 2 ist ein Diagramm, das ein Bestimmungsverfahren für das
Leistungsverhältnis des Antriebsimpulses für den elektrischen
Nachlaufregler in dem Notziel-Schaltkreis 13 wiedergibt.
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Wie aus Fig. 2 deutlich wird, wird das Leistungsverhältnis
GE(Betrieb) so bestimmt, daß die Motordrehzahl NE die
Maximaldrehzahl, die entsprechend dem Akzelerator-Öffnungsgrad
ACCEL zu diesem Zeitpunkt festgelegt wird, nicht
überschreitet. Hier entspricht die Maximaldrehzahl gemäß dem
Akzelerator-Öffnungsgrad ACCEL einem Intercept-Wert einer graphischen
Darstellung von GE(Betrieb) für jeden
Akzelerator-Öffnungsgrad ACCEL über der Drehzahl-(NE)-Achse. Beispielsweise
entspricht die maximale Drehzahl für den
Akzelerator-Öffnungsgrad ACCEL = 0% einer Leerlaufdrehzahl N0, und die maximale
Drehzahl für den Akzelerator-Öffnungsgrad ACCEL 100%
entspricht einer vorbestimmten Motordrehzahl N100, bei der sich
ein Fahrzeug mit Sicherheit bewegen kann. Die maximale
Drehzahl für einen zwischen 0% und 100% liegenden Zwischenstufen-
Akzelerator-Öffnungsgrad ACCEL entspricht einem Zwischenwert
zwischen N0 und N100, der ein im Verhältnis zum
Akzeleratoröffnungsgrad bestimmter Wert ist.
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Durch die Steuerung des Leistungsverhältnisses in der oben
beschriebenen Art kann die zum Abtransport des Fahrzeugs zu
einer zweckmäßigen Stelle (das heißt, die
Fahrzeug-Abtransportbewegung) erforderliche zulässige Minimalantriebswirkung
sichergestellt werden.
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Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, die ein Verfahren zur
Bestimmung (Auswahl) der Öffnungs- oder Schließzustände
(Funktionen) des Notziel-Schaltkreises, der ein Hauptmerkmal
dieser Ausführungsform ist, wiedergibt.
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Wie aus Fig. 3 erkennbar ist, wird durch Summierung eines
vorbestimmten zulässigen Überschußbetrages Na und einer
maximalen Drehzal entsprechend jedem in Fig. 2 bestimmten
Akzelerator-Öffnungsgrad ACCEL ein (durch eine durchgezogene
Linie angezeigtes) Schwellenniveau errechnet, und der
Öffnungszustand des Ventils wird gewählt, wenn die Motordrehzahl
NE geringer als das Schwellenniveau ist, während der
Schließzustand des Ventus bei einer Motordrehzahl NE gewählt wird,
die höher als das Schwellenniveau ist.
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Das heißt, wenn die Motordrehzahl NE um den zulässigen
Überschußbetrag Na höher als die dem jeweiligen
AkzeleratorÖffnungsgrad ACCEL entsprechende maximale Drehzahl ist, wird
das Ventil geschlossen, um die Kraftstoffzufuhr zum Motor zu
unterbrechen. Daher kann die Motordrehzahl zwangsweise daran
gehindert werden, sich während des
Fahrzeugabtransportvorgangs übermäßig zu erhöhen, so daß die Sicherheit in
ausreichendem Maße gewährleistet ist.
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Gemäß der oben beschriebenen Erfindung wird beim Auftreten
einer Abnormität der Steuervorgang des Notziel-Schaltkreises
ausgewählt, um die zulässige minimale Antriebswirkung, mit
der das Fahrzeug zu einem richtig sicheren Ort
abtransportiert werden kann, zu gewährleisten. Außerdem wird die
Kraftstoff zufuhr zum Motor schon während des
Fahrzeugabtransportlaufs
zwangsweise unterbrochen, wenn die Motordrehzahl den
vorbestimmten Wert überschreitet, so daß eine ausreichende
Sicherheit gewährleistet werden kann.