Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der
Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine ist
beispielsweise aus der DE 100 17 280 bekannt. Dort wird ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei der mittels
wenigstens eines Modelles die Sauerstoffmenge, die in die Brennkraftmaschine strömt,
ausgehend von wenigstens einer Stellgröße und wenigstens einer Meßgröße, die den
Zustand der Luft in einem Ansaugrohr charakterisiert, bestimmt wird. Desweiteren wird ein
Signal bezüglich der Sauerstoffkonzentration im Abgastrakt bestimmt, das dem
Ausgangssignal einer Lambdasonde entspricht.
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Bei modernen Brennkraftmaschinen werden zunehmend höhere Anforderungen an
Abgaswerte und Verbrauchswerte gestellt. Serienstreuungen im Einspritzsystem und/oder
im Luftmassensignal führen zu erhöhten Emissionen der Fahrzeuge, da die für die
Regelung und/oder Steuerung zur Verfügung stehenden Signale fehlerbehaftet sind.
Serienstreuungen im Einspritzsystem führen zu Abweichungen zwischen der errechneten
und der tatsächlichen Einspritzmenge.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ausgehend von Betriebskenngrößen
eingeschätztes Lambdasignal vorgegeben und mittels eines Sensors ein gemessenes
Lambdasignal erfasst wird, wobei das zeitliche Verhalten des geschätzten Lambdasignals
und das zeitliche Verhalten des gemessenen Lambdasignals aneinander angepasst
werden, und dass ausgehend von dem Vergleich der angepassten Lambdasignale ein
Luftmassensignal und/oder ein Kraftstoffmassensignal korrigiert wird. Dies bedeutet
ausgehend von dem Vergleich zwischen einem gemessenen Lambdasignal und einem
geschätzten Lambdasignal wird der Fehler des Luftmassensignals und/oder des
Kraftstoffmassensignals bestimmt. Ausgehend von dieser Abweichung wird dann jeweils
das fehlerbehaftete Signal korrigiert. Dadurch lässt sich abhängig davon, welches Signal
mit hoher Genauigkeit vorliegt, dass jeweilige andere Signal korrigieren. Durch die
genaue Erfassung eines Signals lassen sich auch die Streuungen und Ungenauigkeiten
eines zweiten Signals kompensieren. Dadurch, dass das zeitliche Verhalten des
geschätzten Lambdasignals und des gemessenen Lambdasignals aneinander angepasst
werden, kann die Korrektur in allen Betriebspunkten erfolgen und ist nicht nur auf
statische Betriebszustände beschränkt.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn mittels eines Sensormodells das zeitliche Verhalten des
geschätzten Lambdasignals an das gemessene Lambdasignal angepasst wird. Dies
bedeutet, das geschätzte Lambdasignal, das bevorzugt mittels des Modells berechnet
wird, derart korrigiert wird, dass das zeitliche Verhalten des Sensors nachgebildet wird.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn mittels eines Modells ausgehend von wenigstens einem
Drehzahlsignal, dem Kraftstoffmassensignal und dem Luftmassensignal das
Lambdasignal vorgegeben wird. Bei Weiterbildungen der Erfindung können neben diesen
Größen noch weitere Größen berücksichtigt werden.
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Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ausgehend von einem genauen Wert für
das Kraftstoffmassensignal und dem gemessenen Lambdasignal ein Korrekturwert für das
Luftmassensignal bestimmt wird.
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Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass ausgehend von einem genauen
Wert für die Luftmasse und dem gemessenen Lambdasignal eine Korrekturwert für das
Kraftstoffmassensignal bestimmt wird.
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Durch die Verwendung einer Lambdasonde im Abgastrakt und mit Kenntnis der in den
Motor eingespritzten Kraftstoffmenge kann die zugeführte Frischluftmasse bestimmt
werden. Ausgehend von dem so bestimmten Luftmassensignalfehler können durch
geeignete Maßnahmen im Steuergerät die Auswirkungen auf die Emissionen reduziert
werden. Entsprechend kann bei Kenntnis der dem Motor zugeführten Frischluftmasse
ausgehend von dem Lambdasignal die eingespritzte Kraftstoffmasse bestimmt werden.
Unter Verwendung des so bestimmten Kraftstoffmassenfehlers können durch die
geeignete Maßnahmen im Steuergerät die Auswirkungen auf die Emissionen reduziert
werden.
Zeichnung
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsformen erläutert.
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Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und die
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Fig. 2 und 3 zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Vorgehensweise.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In Fig. 1 sind die wesentlichen Elemente einer Vorrichtung zur Steuerung einer
Brennkraftmaschine als Blockdiagramm dargestellt. Ein Steuergerät ist mit 100
bezeichnet. Dieses umfasst unter anderem eine Stellgrößenvorgabe 110 und ein Modell
120. Dem Steuergerät 100 werden die Ausgangssignale erster Sensoren 130 und zweiter
Sensoren 140 zugeführt. Die ersten Sensoren beaufschlagen im wesentlichen die
Stellgrößenvorgabe 110 und die zweiten Sensoren 140 das Modell 120 mit Signalen. Diese
Darstellung ist dabei lediglich beispielhaft, da verschiedene Sensoren sowohl die
Stellgrößenvorgabe 110 als auch das Modell 120 mit Signalen beaufschlagen können.
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Die Stellgrößenvorgabe beaufschlagt wenigstens ein Stellelement 150 mit
Ansteuersignalen. Das wenigstens eine Stellelement 150 bestimmt die einzuspritzende
Kraftstoffmenge, den Zeitpunkt und/oder das Ende der Kraftstoffzumessung. Des
weiteren können weitere Stellelemente vorgesehen sein, die beispielsweise die
Abgasrückführrate beziehungsweise andere Betriebskenngrößen beeinflussen können.
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Das Modell 120 tauscht mit der Stellgrößenvorgabe 110 verschiedene Signale aus.
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Ausgehend von den Sensorsignalen, die verschiedene Betriebskenngrößen
charakterisieren, berechnet die Stellgrößenvorgabe 110 Ansteuersignale zur
Beaufschlagung des Stellelements 150 bzw. der Stellelemente 150. Verschiedene Größen
werden von dem Modell 120 ausgehend von Betriebskenngrößen oder intern in der
Stellgrößenvorgabe 110 vorliegenden Signalen mittels eines oder mehrerer Modelle
berechnet. Ein solches Modell ist beispielsweise aus der DE 100 17 280 bekannt. Die
berechneten Größen weiden von der Stellgrößenvorgabe 110 bei der Vorgabe der
Ansteuersignale für die Stellelemente 150 berücksichtigt.
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In Fig. 2 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
dargestellt. Ein Modell des Luftsystems ist mit 200 bezeichnet. Diesem werden die
Ausgangssignale N, P2, T2 und ML einer ersten Signalvorgabe 205 zugeleitet. Des
weiteren gelangt das Ausgangssignal QK einer zweiten Signalvorgabe 210 über eine
Korrektureinrichtung 220 zu dem Modell des Luftsystems. Das Modell des Luftsystems
200 wird im folgenden auch als erstes Modell bezeichnet. Mit dem Ausgangssignal L des
ersten Modells wird ein Sensormodell 250, das auch als zweites Modell bezeichnet wird,
beaufschlagt. Das Ausgangssignal LB des Sensormodells 250 gelangt über einen
Verknüpfungspunkt 235 zu einer Regelung 230. Das Ausgangssignal der Regelung 230
gelangt zu dem zweiten Eingang der Korrektureinrichtung 220. Am Verknüpfungspunkt
235 liegt ferner das Ausgangssignal LM eines Lambdasensors 140 an.
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Bei der ersten Signalvorgabe 205 handelt es sich vorzugsweise um Sensoren zur
Erfassung eines Drehzahlsignals N der Brennkraftmaschine, eines Drucksignales P2, das
den Druck im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine charakterisiert, und/oder eines
Temperatursignals T2, das die Temperatur der Luft im Ansaugtrakt charakterisiert. Das
Signal ML, das die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmasse charakterisiert, wird
vorzugsweise von einem Sensor bereitgestellt.
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Bei der zweiten Signalvorgabe handelt es sich um die Stellgrößenvorgabe, die das Signal
QK, das die einzuspritzende Kraftstoffmasse charakterisiert, bereitstellt. Dieses Signal Qk
gelangt über die Korrektureinrichtung 220 ebenfalls zu dem Modell 200, das dem Modell
120 in der Fig. 1 entspricht. Dieses Modell 200 des Luftsystems liefert zum einen
verschiedene Größen an die Stellgrößenvorgabe 110, die zur Vorgabe der
Ansteuersignale für die Stellelemente benötigt wird. Des weiteren stellt das erste Modell
ein Signal L bereit, das der Sauerstoffkonzentration im Abgas entspricht.
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Das Ausgangssignal L des Modells wird von dem Sensormodell 250 korrigiert. Dieses so
korrigierte Signal LB wird dann im Verknüpfungspunkt 235 mit dem Ausgangssignal LM
eines Lambdasensors verglichen. Ausgehend von der Differenz LD der beiden Signale
bestimmt der Regler 230 einen Korrekturwert K zur Korrektur des
Kraftstoffmassensignals QK.
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Das Modell des Luftsystems verwendet unter anderem die folgende Formel:
L = ML/(14.5.QK)
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Diese Formel gibt den Zusammenhang zwischen dem Lambdasignal L der
Luftmassensignal ML und der Einspritzmenge QK an. Dabei handelt es sich bei dem
Luftmassensignal ML und dem Lambdawert L um Sensorsignale. Dieser Zusammenhang
gilt nur für stationäre Betriebspunkte.
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Bei dynamischen Vorgängen ergeben sich durch Systemzeitkonstanten Abweichungen
von der obigen Formel. Werden diese Systemzeitkonstanten nicht berücksichtigt, so ist
eine Bestimmung der Einspritzmasse mit obiger Formel nur im stationären Betrieb
möglich. Das heißt nur in stationären Betriebszuständen kann die Abweichung zwischen
der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge und der gewünschten Kraftstoffmenge QK
bestimmt und ausgehend von dieser Abweichung ein Korrekturwert K bestimmt werden.
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Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht, dass auch in instationären
Betriebszuständen ein entsprechender Korrekturwert K bestimmt werden kann. Hierzu ist
erfindungsgemäß vorgesehen, dass mittels des ersten Modells 200 auch die
Systemzeitkonstanten des Luftsystems nachgebildet werden. Das erste Modell
berücksichtigt die Systemzeitkonstanten des Luftsystems mit Hilfe eines Modells. Das
heißt, das Modell liefert aufgrund der Eingangsgrößen einen Schätzwert für den
Sauerstoffgehalt im Abgas.
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Der Sensor 240 zur Messung des Sauerstoffgehalts weist ein charakteristisches
Übertragungsverhalten auf. Dieses wird von dem Sensormodell berücksichtigt. Das heißt,
das Sensormodell passt das Ausgangssignal des Modells an das Ausgangssignal des
Sensors an. Das heißt das Ausgangssignal LB des Sensormodells hat das gleiche zeitliche
Verhalten wie das Ausgangssignal LM des Sensors.
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Erfindungsgemäß wird nun im Verknüpfungspunkt 230 das Ausgangssignal LB des
Sensormodells, das dem korrigierten Schätzwert des ersten Modells entspricht, mit dem
Ausgangssignal LM des Lambdasensors verglichen. Die Abweichung dieser beiden
Werte ist ein Maß für den aktuellen Einspritzmassenfehler. Das heißt, ist die Abweichung
Null, das heißt, das Ausgangssignal L des ersten Modells und das Ausgangssignal LM
des Lambdasensors sind gleich, so entspricht die von dem Modell verarbeitete
Kraftstoffmasse der tatsächlichen Kraftstoffmasse. Weichen die beiden Werte
voneinander ab, so gibt der Regler 230 einen Korrekturwert K vor, mit dem das
Kraftstoffmassensignal QK so lange korrigiert wird, bis das korrigierte
Kraftstoffmassensignal QKK der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmasse entspricht.
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Erfindungsgemäß wird nicht die berechnete Kraftstoffmasse mit der tatsächlichen
Kraftstoffmasse verglichen sondern es wird der geschätzte Wert für das Lambdasignal
mit dem gemessenen Lambdasignal verglichen und ausgehend von diesem Vergleich
wird dann ein Korrekturwert K zur Korrektur des Kraftstoffmassenwertes QK bestimmt.
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In Fig. 3 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
dargestellt. Ein Modell des Luftsystems ist mit 200 bezeichnet. Diesem werden die
Ausgangssignale N, P2, T2 und ML einer ersten Signalvorgabe 205 zugeleitet. Des
weiteren gelangt das Ausgangssignal QK einer zweiten Signalvorgabe 310 über eine
Korrektureinrichtung 320 zu dem Modell des Luftsystems. Das Modell des Luftsystems
200 wird im folgenden auch als erstes Modell bezeichnet. Mit dem Ausgangssignal L des
ersten Modells wird ein Sensormodell 250, das auch als zweites Modell bezeichnet wird,
beaufschlagt. Das Ausgangssignal LB des Sensormodells 250 gelangt über einen
Verknüpfungspunkt 235 zu einer Regelung 230. Das Ausgangssignal der Regelung 230
gelangt zu dem zweiten Eingang der Korrektureinrichtung 320. Am Verknüpfungspunkt
235 liegt ferner das Ausgangssignal LM eines Lambdasensors 140 an.
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Bei der ersten Signalvorgabe 205 handelt es sich vorzugsweise um Sensoren zur
Erfassung eines Drehzahlsignals N der Brennkraftmaschine, eines Drucksignales P2, das
den Druck im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine charakterisiert, und/oder eines
Temperatursignals T2, das die Temperatur der Luft im Ansaugtrakt charakterisiert. Bei
dem Signal QK, das ebenfalls von der ersten Signalvorgabe bereitgestellt wird, handelt es
sich um ein Signal, das die einzuspritzende Kraftstoffmasse charakterisiert. Dieses Signal
QK wird vorzugsweise von der Stellgrößenvorgabe 110 bereitgestellt.
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Bei der zweiten Signalvorgabe 310 handelt es sich um einen Sensor, der ein Signal ML
bezüglich der Luftmasse, die der Brennkraftmaschine zugeführt wird, bereitstellt. Dieses
gelangt über die Korrektureinrichtung 320 ebenfalls zu dem Modell 200, das dem Modell
120 in der Fig. 1 entspricht. Dieses Modell 200 des Luftsystems liefert zum einen
verschiedene Größen an die Stellgrößenvorgabe 110, die zur Vorgabe der
Ansteuersignale für die Stellelemente benötigt wird. Des weiteren stellt das erste Modell
ein Signal L bereit, das der Sauerstoffkonzentration im Abgas entspricht.
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Das Ausgangssignal L des Modells wird von dem Sensormodell 250 korrigiert. Dieses so
korrigierte Signal LB wird dann im Verknüpfungspunkt 235 mit dem Ausgangssignal LM
eines Lambdasensors verglichen. Ausgehend von der Differenz LD der beiden Signale
bestimmt der Regler 230 einen Korrekturwert K zur Korrektur des Ausgangssignals ML
des Luftmassensensors 210.
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Das Modell des Luftsystems verwendet unter anderem die folgende Formel:
L = ML/(14.5.QK)
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Diese Formel gibt den Zusammenhang zwischen dem Lambdasignal L der
Frischluftmasse ML und der Einspritzmenge QK an. Dabei handelt es sich bei dem
Luftmassenwert ML und dem Lambdawert L um Sensorsignale. Dieser Zusammenhang
gilt nur für stationäre Betriebspunkte.
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Bei dynamischen Vorgängen ergeben sich durch Systemzeitkonstanten Abweichungen
von der obigen Formel. Werden diese Systemzeitkonstanten nicht berücksichtigt, so ist
eine Bestimmung der Einspritzmasse mit obiger Formel nur im stationären Betrieb
möglich. Das heißt nur in stationären Betriebszuständen kann die Abweichung zwischen
der tatsächlich eingespritzten Kraftstoffmenge und der gewünschten Kraftstoffmenge QK
bestimmt und ausgehend von dieser Abweichung ein Korrekturwert K bestimmt werden.
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Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht, dass auch in instationären
Betriebszuständen ein entsprechender Korrekturwert K bestimmt werden kann. Hierzu ist
erfindungsgemäß vorgesehen, dass mittels des ersten Modells 200 auch die
Systemzeitkonstanten des Luftsystems nachgebildet werden. Das erste Modell
berücksichtigt die Systemzeitkonstanten des Luftsystems mit Hilfe eines Modells. Das
heißt, das Modell liefert aufgrund der Eingangsgrößen einen Schätzwert für den
Sauerstoffgehalt im Abgas.
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Der Sensor 240 zur Messung des Sauerstoffgehalts weist ein charakteristisches
Übertragungsverhalten auf. Dieses wird von dem Sensormodell berücksichtigt. Das heißt,
das Sensormodell passt das Ausgangssignal des Modells an das Ausgangssignal des
Sensors an. Das heißt das Ausgangssignal LB des Sensormodells hat das gleiche zeitliche
Verhalten wie das Ausgangssignal LM des Sensors.
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Erfindungsgemäß wird nun im Verknüpfungspunkt 230 das Ausgangssignal LB des
Sensormodells, das dem korrigierten Schätzwert des ersten Modells entspricht, mit dem
Ausgangssignal LM des Lambdasensors verglichen. Die Abweichung dieser beiden
Werte ist ein Maß für den aktuellen Luftmassenfehler. Das heißt, ist die Abweichung
Null, das heißt, das Ausgangssignal L des ersten Modells und das Ausgangssignal LM
des Lambdasensors sind gleich, so entspricht die von dem Modell verarbeitete Luftmenge
der tatsächlichen Luftmenge. Weichen die beiden Werte voneinander ab, so gibt der
Regler 230 einen Korrekturwert K vor, mit dem das Luftmassensignal ML so lange
korrigiert wird, bis das korrigierte Luftmassensignal MLK der tatsächlich Luftmenge
entspricht.
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Erfindungsgemäß wird nicht die berechnete Luftmenge mit der tatsächlichen Luftmenge
verglichen sondern es wird der geschätzte Wert für das Lambdasignal mit dem
gemessenen Lambdasignal verglichen und ausgehend von diesem Vergleich wird dann
ein Korrekturwert K zur Korrektur des Luftmassensignals ML bestimmt.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist Verfahren nach einem der vorherigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vorgesehen, dass die ermittelten
Korrekturwerte K in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebspunkt abgespeichert werden.
Wird dieser Betriebspunkt erneut angefahren, so kann der Regler 230 auf den
abgespeicherten Wert initialisiert werden. Durch diese Vorgehensweise ergibt sich bei
schnellen Betriebspunktwechseln ein Dynamikvorteil.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass nicht das Ausgangssignal des
Modells 200 sondern das Ausgangssignal des Sensors 240 mittels des Sensormodells
korrigiert wird. Dies bedeutet, dass das mittels des Sensormodells das zeitliche Verhalten
des gemessenen Lambdasignals an das geschätzte Lambdasignal angepasst wird.
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Besonders vorteilhaft ist eine Kombination des Ausführungsformen der Fig. 2 und 3.
Dabei ist vorgesehen, dass abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine die
Luftmasse oder die Kraftstoffmenge korrigiert wird. Vorzugsweise erfolgt die
Umschaltung zwischen der Korrektur der Luftmenge und der Korrektur der
Kraftstoffmenge abhängig von wenigstens der Drehzahl und/oder einer die
Kraftstoffmenge charakterisierenden Größe.