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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen
der unabhängigen
Patentansprüche.
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Stand der
Technik
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Aus
der
DE 195 37 381
A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
einer Brennkraftmaschine bekannt, bei denen ein Fehlerzustand erkannt
und/oder wenigstens eine Fehlerreaktion eingeleitet wird, wenn die
wenigstens abhängig
von der erfassten Last bestimmte und die abhängig von der wenigstens einen
weiteren Betriebsgröße korrigierte Einspritzzeit
voneinander abweichen.
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Aus
der
DE 195 36 038
A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei 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 maximal
zulässige
Drehmoment 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,
insbesondere die Abschaltung der Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine
eingeleitet, bis das Ist-Drehmoment wieder unter das maximal zulässige Drehmoment
fällt.
Die Überwachung
auf der Basis des maximal zulässigen Drehmoments
ist abhängig
von der Genauigkeit des Ist-Drehmoments der Brennkraftmaschine.
Das Drehmoment wird auf der Basis einer die Last oder Füllung repräsentierenden
Größe (z. B.
der zugeführten
Luftmasse) berechnet. Damit ist die Genauigkeit hauptsächlich abhängig von
der Genauigkeit der Last- bzw. Füllungserfassung.
Bei einem Fehler in der Füllungserfassung
kann daher trotz des zuverlässigen
Momentenvergleichs mehr Drehmoment von der Brennkraftmaschine abgegeben
werden, als der Fahrer wünscht.
Dies tritt z. B. dann auf, wenn der schlafende Fehler ein zu kleines
Luftmassen-, Last- oder Füllungssignal
ergibt, so daß das
daraus berechnete Ist-Drehmoment der Brennkraftmaschine gegenüber dem
tatsächlich
abgegebenen zu klein ist.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, die Überwachung
einer Brennkraftmaschinensteuerung zu verbessern.
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Dies
wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche erreicht.
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Vorteile der Erfindung
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Die Überwachung
einer Brennkraftmaschinensteuerung wird bei schlafendem und damit
unerkanntem Fehler im Bereich der Last- oder Füllungserfassung verbessert.
Einem gegenüber
dem Fahrerwunsch zu großes
Drehmoment der Brennkraftmaschine, welches durch den bekannten Momentenvergleich
infolge des schlafenden Fehlers im Bereich der Last- oder Füllungserfassung
nicht erkannt wird, wird wirksam begegnet.
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Besonders
vorteilhaft ist, daß die
Umschaltung vom Momentenvergleich, der bei korrekter Last- und Füllungserfassung
die Betriebssicherheit der Brennkraftmaschine sicherstellt, auf
eine andere Überwachungsfunktion
nur dann vorgenommen wird, wenn ein schlafender Fehler im Bereich
der Last- bzw. Füllungserfassung
vermutet wird.
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In
vorteilhafter Weise wird dies durch Auswertung der Diagnose einer λ-Regelung
und/oder durch Auswertung des gemessenen Luftmassensignals, eines
aus der Stellung einer Dros selklappe errechneten Luftmassensignals
und einem Faktor der λ-Regelung
ermittelt.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw.
aus den abhängigen
Patentansprüchen.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert. 1 zeigt
eine Steuereinheit für eine
Brennkraftmaschine. In 2 ist ein Ablaufdiagramm in
Form eines Blockschaltbilds dargestellt, welches die Umschaltung
der Überwachungsfunktionen
beschreibt. In 3 schließlich ist eine Vorgehensweise
dargestellt, mit deren Hilfe ein schlafender Fehler im Bereich der
Last- bzw. Füllungserfassung
erkannt werden kann.
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Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt
eine elektronische Steuereinheit 10 zur Steuerung einer
Brennkraftmaschine, die eine Eingangsschaltung 12, wenigstens
einen Mikrocomputer 14 und eine Ausgangsschaltung 16 umfaßt. Die genannten
Elemente sind über
eine Kommunikationsverbindung 18 zum gegenseitigen Datenaustausch
miteinander verbunden. An die Eingangsschaltung 12 sind
Eingangsleitungen 20, 22, 24 und 26 angeschlossen,
die mit einer Meßeinrichtung 28 zur
Erfassung der Motordrehzahl nmot, einer Meßeinrichtung 30 zur
Erfassung der der Brennkraftmaschine zugeführte Frischluftmenge hfm, einer
Meßeinrichtung 32 zur
Erfassung der Stellung wped des Fahrpedals und einer Meßeinrichtung 34 zur
Erfassung der Stellung wdk einer Drosselklappe der Brennkraftmaschine.
Ferner sind weitere Eingangsleitungen 36 bis 40 vorgesehen,
die von entsprechenden Meßeinrichtungen 42 bis 46 weitere
Betriebsgrößen der
Brennkraftmaschine und/oder des Fahrzeugs zuführen, die zur Steuerung der
Brennkraftmaschine ausgewertet werden. Derartige Betriebsgrößen sind
beispielsweise Ansauglufttemperatur, Umgebungsdruck, Saugrohrdruck,
Abgaszusammensetzung, etc. Über
die Ausgangsschaltung 16 gibt die Steuereinheit 10 Ausgangssignale
zur Steuerung der Leistung der Brennkraftmaschine ab, über die
sie Kraftstoffzumessung (symbolisiert durch die Leitung 48),
den Zündzeitpunkt
(symbolisiert durch die Leitung 50) und die Füllung der
Brennkraftmaschine (symbolisiert durch die Leitung 52) über eine Drosselklappe
der Brennkraftmaschine einstellt. Darüber hinaus ist wenigstens eine
Fehlerlampe 54 vorgesehen, die von der Steuereinheit 10 über die
Ausgangsschaltung 16 und die Ausgangsleitung 56 im Fehlerfall
angesteuert wird.
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Im
Normalbetrieb des Steuersystems ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel,
wie aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt, vorgesehen,
daß wenigstens
auf der Basis der Fahrpedalstellung wped und der Motordrehzahl nmot
ein Sollwert für
ein Drehmoment de Brennkraftmaschine vorgegeben wird. Dieser Drehmomentensollwert
wird dann zum einen unter Berücksichtigung
der abhängig
vom Luftmassensignal hfm bestimmten Frischgasfüllung der Brennkraftmaschine,
den Verhältnissen
im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine und der Motordrehzahl in eine
Sollstellung für
die Drosselklappe der Brennkraftmaschine umgesetzt, die über einen
Lageregelkreis eingeregelt wird. Zum anderen wird der Sollwert unter
Berücksichtigung
der aktuellen Einstellung der Brennkraftmaschine bezüglich des
Zündwinkels
und/oder der Kraftstoffzumessung in Sollwerte für die Kraftstoffzumessung und
den einzustellenden Zündwinkel
umgerechnet. Zusammen führen
diese Eingriffe letztendlich zu einer Steuerung des Drehmoments
der Brennkraftmaschine auf den vorgegeben Sollwert einsteuert. Darüber hinaus
ist eine adaptive Lambda-Regelung vorge sehen, die die Gemischzusammensetzung
in einem vorgegebenen Verhältnis
hält. Überschreitet
eine Stellgröße dieses Reglers
(z. B. die Adaptionsgröße oder
die Stellgröße des Reglers)
einen vorgegebenen Grenzwert, wird ein Fehler erkannt und die Fehlerlampe 54 angesteuert.
Zur Sicherstellung der Betriebssicherheit des Steuersystems ist
ferner der aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannte
Momentenvergleich vorgesehen.
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Im
nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel
wird ein Steuersystem beschrieben, welches zur Füllungserfassung ein von einem
entsprechenden Sensor abgegebenes, die zur Brennkraftmaschine geführte Luftmasse
repräsentierendes Signal
auswertet. Dabei wird ein Szenario vorgegeben, in welchem dieses
Signal mit einem unerkannten, schlafenden Fehler behaftet ist. Die
geschilderte Vorgehensweise wird in gleicher angewendet, wenn anstelle
des Luftmassensignals ein Saugrohrdrucksignal der Füllungserfassung
zu Grunde liegt. Darüber hinaus
kann es sich bei dem nicht erkannten, schlafenden Fehler neben einem
Fehler in dem zugeführten
Signal selbst auch um einen Fehler im Bereich der Auswertung des
Signals handeln, der zu einem fehlerhaften Füllungssignal führt.
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Das
von der Meßeinrichtung 30 erfaßte Luftmassensignal
hfm dient bei der Steuerung der Brennkraftmaschine als Führungsgröße für die Berechnung
der Kraftstoffmenge, des Zündzeitpunktes
und, wie oben dargestellt, zur Einstellung der Drosselklappe. Ein
Fehler bzw. eine Ungenauigkeit im Rahmen der Luftmassenerfassung
kann dazu führen,
daß das Drehmoment
der Brennkraftmaschine über
den vom Fahrer gewünschten
Wert hinaus ansteigt. Insbesondere kann es vorkommen, daß die Drosselklappe weiter
geöffnet
wird, als dies der Fahrer möchte.
Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn ein etwas zu klei ner Wert
der Luftmasse (entsprechend ein etwas zu kleiner Füllungswert)
ermittelt wird.
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Im
Extremfall kann bei dem geschilderten Fehlverhalten der Luftmassen-
oder Füllungserfassung
bei einem losgelassenen Fahrpedal ungefähr 50% mehr Leerlaufdrehmoment
eingestellt werden, als an dieser Stelle zulässig. Infolge des fehlerbehafteten
Luftmassensignals (bzw. der fehlerbehafteten Füllungserfassung) ist das auf
der Basis dieses Signals berechnete Ist-Drehmoment der Brennkraftmaschine
nicht korrekt, so daß die
Erkennung dieses Fehlers durch den aus dem Stand der Technik bekannten
Momentenvergleich nicht in allen Betriebssituationen möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird daher
bei vermutetem Fehler im Bereich der Luftmassen- oder Füllungserfassung
der Momentenvergleich abgeschaltet und auf eine andere Überwachungsfunktion
umgeschaltet. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird dabei eine Überwachungsfunktion
eingesetzt, die bei losgelassenem Fahrpedal und einer Motordrehzahl oberhalb
eines vorgegebenen Schwellenwertes (z. B. 1500 U/min) die Kraftstoffzufuhr
zur Brennkraftmaschine abschaltet. Da diese Überwachungsfunktion nur im
Fehlerfall im Bereich der Füllungserfassung eingesetzt
wird, sind die Beeinträchtigungen
der Abgaszusammensetzung, des Katalysators und des Fahrkomforts
zu vernachlässigen.
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Zur
Fehlererkennung wird folgendes Verhalten ausgenutzt: Im oben geschilderten
Fall wird die Gemischzusammensetzung der Brennkraftmaschine mager.
Die λ-Regelung
korrigiert so schnell wie möglich
die Kraftstoffmenge, mit dem Ziel, einen vorgegebenen λ-Sollwert,
in der Regel λ =
1, einzustellen. Dieses Verhalten der λ-Regelung wird zur Fehlerermittlung
ausgewertet.
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Im
Ablaufdiagramm nach 2 ist die Umschaltung der Überwachungsmaßnahme dargestellt. Die
Form der Darstellung des Ablaufdiagramms wurde ebenso wie im Fall
der nachfolgenden 3 aus Übersichtlichkeitsgründen gewählt. Die
Realisierung der dargestellten Vorgehensweise erfolgt im bevorzugten
Ausführungsbeispiel
als Programm des Mikrocomputers 14 der Steuereinheit 10.
Die in 2 bzw. 3 dargestellten Elemente repräsentieren Programme,
Programmteile oder Programmschritte einer solchen Realisierung.
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In
einem ersten Kennfeld 100 wird aus der Fahrpedalstellung
wped und der Motordrehzahl nmot das maximal zulässige Drehmoment mizul der Brennkraftmaschine
ausgelesen. In einem anderen Kennfeld 102 wird aus dem
zugeführten
Luftmassensignal hfm und der Motordrehzahl nmot sowie des Wirkungsgrades
der aktuellen Zündwinkeleinstellung ein
Istdrehmoment miist der Brennkraftmaschine berechnet. Die beiden
Signale werden einem Vergleicher 104 zugeführt, der,
gegebenenfalls nach einer gewissen Verzögerungszeit, ein Ausgangssignal
abgibt, wenn das Ist-Drehmoment miist größer ist als das maximal zulässige Drehmoment
mizul. Gibt der Vergleicher 104 ein Ausgangssignal ab,
so wird eine Fehlerreaktion eingeleitet, die zur Abschaltung der Kraftstoffzufuhr
zur Brennkraftmaschine führt
(Sicherheitskraftstoffabschaltung SKA). Dadurch wird das Ist-Drehmoment
der Brennkraftmaschine reduziert und fällt wieder unter das maximal
zulässige Drehmoment.
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Aus
den oben genannten Gründen
ist vorgesehen, daß bei
einem vermuteten Fehler im Bereich der Luftmassen- und/oder der
Füllungserfassung
dieser Momentenvergleich abgeschaltet und eine andere Überwachungsfunktion
eingeschaltet wird. Dies erfolgt mittels des Schaltelements 106,
welches bei einem in 107 ermittelten vermuteten Fehler
im Bereich der Füllungserfassung
von der durchgezogenen Stellung in die gestrichelte Stellung umschaltet. Wird
also ein derartiger Fehler vermu tet, wird die Sicherheitskraftstoffabschaltung
aktiviert, wenn ein weiterer Vergleicher 108 ein Ausgangssignal
abgibt. Diesem Vergleicher wird die Motordrehzahl nmot sowie ein
Signal LL zugeführt,
welches das losgelassene Fahrpedal repräsentiert. Ein losgelassenes
Fahrpedal wird dabei im bevorzugten Ausführungsbeispiel dadurch erkannt,
daß die
Fahrpedalstellung wped einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet.
Dies wird in der Schwellenwertstufe 110 ermittelt, die
ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die Fahrpedalstellung unter den
vorgegebenen Schwellenwert fällt.
Ist dies der Fall, vergleicht der Vergleicher 108 die zugeführte Motordrehzahl
mit einer vorgegebenen Maximalmotordrehzahl, die beispielsweise
bei 1500 U/min liegt. Überschreitet
die Motordrehzahl diese maximale Drehzahl, gibt der Vergleicher 108 ein
Ausgangssignal ab, welches die Sicherheitsabschaltung SKA auslöst.
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Somit
wird bei defekt vermuteter Luftmassen- bzw. Füllungserfassung der Momentenvergleich abgeschaltet
und im bevorzugten Ausführungsbeispiel
eine Überwachungsfunktion
aktiviert, welche bei losgelassenem Fahrpedal die Kraftstoffzufuhr
zur Brennkraftmaschine abschaltet, wenn eine vorgegebene Motordrehzahl überschritten
ist.
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In
einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel
wird nicht nur die Motordrehzahl mit einem vorgegebenem Maximalwert
bei losgelassenem Fahrpedal verglichen, sondern für unterschiedliche Fahrpedalstellungsbereiche
unterschiedliche maximale Motordrehzahlen vorgegeben oder abhängig von
der Fahrpedalstellung aus einer Kennlinie maximal vorgegebene Motordrehzahlen
abgeleitet, bei deren Überschreiten
die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine abgeschaltet wird.
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In 107 wird
ermittelt, ob ein Fehler im Bereich der Füllungserfassung vorliegen könnte, insbesondere
ob die Luft massenerfassung als fehlerhaft anzunehmen ist. Dies kann
auf verschiedene Art und Weise erfolgen.
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Im
einfachsten Fall wird ein Vergleich zwischen dem erfaßten Luftmassensignal
hfm und der Drosselklappenstellung wdk auf Plausibilität durchgeführt, wobei
ein Fehler im Bereich der Luftmassenerfassung vermutet wird, wenn
die beiden Größen unzulässig voneinander
abweicht. Dabei muß eine der
Größe in die
andere umgerechnet werden (z. B. Drosselklappenstellung in einen
Luftmassenstrom).
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel
wird das Verhalten der λ-Regelung
ausgenutzt. Liegt ein fehlerhaftes Luftmassensignal, insbesondere
ein zu kleines Luftmassensignal vor, so wird gegenüber der dann
größeren, abhängig vom
Fahrerwunsch tatsächlich
zugeführte
Luftmasse eine zu kleine Kraftstoffmasse eingespritzt. Dies hat
zur Folge, daß die λ-Regelung
die Kraftstoffzumessung korrigiert und die Kraftstoffmasse erhöht. In dieser
Betriebssituation überschreitet
der Regel- und/oder
der Adaptionsfaktor der λ-Regelung
nach eine gewissen Zeit einen entsprechenden Grenzwert. Es wird
ein Fehler im Bereich der Kraftstoffversorgung angenommen, der zu
einem ständigen,
in dieser Situation unerwünschten
mageren Betrieb der Brennkraftmaschine führt. Eine entsprechende Fehlermarke
wird gesetzt und die Fehlerlampe angesteuert. In diesem Fall wird
gemäß der oben
dargestellten Vorgehensweise ein Fehler im Bereich der Füllungserfassung,
insbesondere der Luftmassenerfassung, vermutet, so daß die Umschaltung
der Überwachungsfunktionen
erfolgt. Die dabei relativ lange Fehlererkennungszeit ist unkritisch,
da nicht ein offener Fehler erkannt werden soll, sondern lediglich
die Wahrscheinlichkeit eines vorliegenden schlafenden Fehlers im
Bereich der Füllungserfassung
erhärtet
werden soll.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist eine Kombination der beiden beschriebenen Erkennungsmaßnahmen
vorgesehen. Dazu wird ein aus der Drosselklappenstellung unter Berücksichtigung der
Verhältnisse
im Saugrohr berechnete Luftmassenstrom mit dem über den Sensor erfaßten Luftmassenstrom
verglichen. Die Differenz wird einem Integrator zugeführt, dessen
Ausgangssignal zur Korrektur des aus der Drosselklappenstellung
berechneten Luftmassenstromes verwendet wird. Es findet also ein
Abgleich zwischen dem Luftmassenstrom, der auf der Basis der Drosselklappenstellung berechnet
wird, und dem gemessenen Luftmassenstrom statt. Ist dieser Abgleichsfaktor
innerhalb eines vorgegebenen Bereiches, so wird überprüft, ob ein Faktor der λ-Regelung
einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Dies ist dann
der Fall, wenn eine gewisse Zeit lang eine sehr kleine Differenz
zwischen dem gemessenen und dem berechneten Luftmassenstrom vorliegt.
In diesem Fall wird, wie oben dargestellt, die λ-Regelung zum Abgleich der Gemischzusammensetzung
eingreifen, was einen Regel- und/oder Adaptionsfaktor über einen
vorgegebenen Schwellenwert führt.
Sind diese beiden Bedingungen erfüllt, so wird ein schlafender
Fehler im Bereich der Füllungserfassung,
insbesondere der Luftmassenerfassung, angenommen und die Überwachungsfunktion
umgeschaltet.
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Die
genannten Kriterien für
die Annahme eines schlafenden Fehlers im Bereich der Luftmassenerfassung
werden einzeln oder in beliebiger Kombination eingesetzt.
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Die
letzten beiden genannten Kriterien sind anhand des Ablaufdiagramms
in 3 dargestellt.
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In 200 wird
wie auf der Basis wenigstens eines Lambda-Regelungsfaktors fr eine Verstimmung des
Kraftstoffzumeßsystems
in Richtung mager erkannt. Dies führt zu einem entsprechenden
Ausgangssignal, welches eine Fehlermarke setzt, die Warnlampe 54 ansteuert
und über
ein Oder-Gatter 202 zur Umschaltung der Überwachungsfunktionen (Schaltelement 106)
führt.
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Ferner
wird in 204 der Drosselklappenwinkel wdk unter Berücksichtigung
der Verhältnisse
im Saugrohr in einen Luftmassenstrom msdk umgerechnet. Dieser wird
in der Vergleichsstelle 206 mit dem gemessenen Luftmassenstrom
mshfm (Signal hfm) verglichen. Die Differenz Δ wird einem Integrator 208 zugeführt, dessen
Ausgangssignal zu einer Korrektur (Addition oder Multiplikation)
des Luftmassenstroms msdk in der Korrekturstelle 210 führt. Das
Ausgangssignal des Integrators 208 wird ferner einem Schwellenwertelement 212 zugeführt, welches
ein Ausgangssignal abgibt, wenn das Ausgangssignal des Integrators
innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt. Ferner wird ein Faktor
der Lamda-Regelung fr, vorzugsweise der Adaptionsfaktor, im Schwellenwertelement 214 mit
einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen. Überschreitet der Regelungsfaktor diesen
Schwellenwert, gibt das Element 214 ein Ausgangssignal
ab. Die Ausgangssignale von 212 und 214 werden
auf ein UND-Gatter 216 geführt, dessen Ausgangssignal über das
ODER-Gatter 202 zum Umschalten der Überwachungsfunktion führt. Die Überwachungsfunktion
wird in diesem Fall dann umgeschaltet, wenn der Integratorstand 208 den
vorgegebenen Schwellenwert nicht überschreitet, d.h. in einem
vorgegebenen Bereich liegt, während
der Regelungsfaktor der λ-Regelung
einen Schwellenwert überschreitet.
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Neben
einem Fehler im Bereich der Luftmassenerfassung wird auf diese Weise
auch ein Fehler im Bereich der Weiterverarbeitung des Luftmassensignals
zu einem Füllungssignal
erkannt, so daß auch
bei einem dort vorliegenden, schlafenden Fehler eine Umschaltung
der Überwachungsfunktionen erfolgt.