DE3408988A1

DE3408988A1 - Rueckkopplungs-steuerverfahren fuer die leerlaufdrehzahl von brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3408988A1
Application number: DE19843408988
Authority: DE
Inventors: Shumpei Niiza Saitama Hasegawa; Yuzi Mitaka Tokio/Tokyo Makino
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1983-03-11
Filing date: 1984-03-12
Publication date: 1984-09-13
Also published as: FR2542379A1; GB2136165A; FR2542379B1; CA1202535A; JPS59168238A; US4526144A; GB2136165B; GB8406242D0; DE3408988C2

Description

Rückkopplungs-Steuerverfahren für die Leerlaufdrehzahl

von Brennkraftmaschinen 10

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rückkopplungs-Steuerverfahren für die Leerlaufdrehzahl von Brennkraftmaschinen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren dieser Art, durch das ein Abwürgen der Maschine bzw. ein Stillstand der Maschine verhindert werden soll, wenn diese im Zustand eines niedrigen Atmosphärendruckes betrieben wird, wie dieser beispielsweise bei einer großen Höhe vorliegt.

Eine Brennkraftmaschine kann infolge eines Abfalles der Drehzahl der Maschine leicht zum Stillstand gelangen, wenn die Maschine in einem Leerlaufzustand bei einer niedrigen Temperatur des Kühlwassers der Maschine betrieben wird, oder wenn die Maschine schwer mit elektrischen Lasten, wie beispielsweise Scheinwerferlampen, einem elektrischen Gebläse usw., die in dem die Maschine aufweisenden Fahrzeug vorgesehen sind, belastet wird. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde ein Rückkopplungssteuerverfahren für die Leerlaufdrehzahl in der japanischen Patentveröffentlichung 55-98628 vorgeschlagen, bei dem die gewünschte Leerlaufdrehzahl in Abhängigkeit von der Last an der Maschine eingestellt wird, die Differenz

zwischen der tatsächlichen Drehzahl der Maschine und der gewünschten Leerlaufdrehzahl ermittelt wird, und eine Menge zusätzlicher Luft an die Maschine geliefert wird, die der ermittelten Differenz entspricht, um diese Differenz zur Steuerung der Drehzahl der Maschine auf die gewünschte Leerlaufdrehzahl so klein wie möglich zu halten.

Bei diesem Verfahren kann jedoch die Drehzahl der Maschine plötzlich in Abhängigkeit von der Größe der an die Maschine angelegten Last abfallen, wenn die Kupplung oder das Übersetzungsgetriebe der Maschine ausgerückt wird, während die Maschine bei einem völlig geschlossenen Drosselventil verlangsamt wird. Selbst wenn die obige Rückkopplungssteuerung der Leerlaufdrehzahl unmittelbar nach einem solchen plötzliehen Abfall der Drehzahl der Maschine eingeleitet wird, kann die Menge der zusätzlichen Luft nicht plötzlich mit einer Geschwindigkeit vergrößert werden, die ausreicht, um einen weiteren Abfall der Drehzahl der Maschine zu verhindern. Dadurch wird oft ein Stillstand der Maschine bewirkt.

Selbst in dem Fall, in dem die Maschine in den den Rückkopplungsbetrieb steuernden Bereich verlangsamt wird, ohne daß die Kupplung oder das Übersetzungsgetriebe während der Verlangsamung eingerückt sind, kann eine Verzögerung der Lieferung einer Menge zusätzlicher Luft, die gefordert wird, um die Drehzahl der Maschine auf der gewünschten Leerlaufdrehzahl aufrechtzuerhalten, eintreten. Dies führt auch zu einem Abfall der Drehzahl der Maschine , weshalb ein Maschinenstillstand in Abhängigkeit von der Größe der Maschinenlast bewirkt werden kann,weil nur eine Menge zusätzlicher Luft beim Start der Rückkopplungs-Steuerung an die Maschine geliefert wird, die gerade der Differenz zwischen der tatsächlichen Drehzahl der Maschine und der gewünschten Leerlaufdrehzahl entspricht. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde in der japanischen Patentveröffentli-

³^ chung 55-1455 ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine vorbestimmte Menge zusätzlicher Luft an die Maschine vor

der Einleitung der Rückkopplungs-Steuerung geliefert wird, wenn die Drehzahl der Maschine unter einen vorbestimmten Wert bei der Verlangsamung der Maschine abfällt. Außerdem wurde in der japanischen Patentveröffentlichung 55-98629 ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem an die Maschine vorher zusätzliche Luft derart geliefert wird, daß die Menge der zusätzlichen Luft schrittweise während einer Zeitperiode, die zu der Zeit beginnt, zu der die Drehzahl der Maschine unter einen vorbestimmten Wert bei der Verlangsamung der Maschine abgefallen ist, und dauert bis die Rückkopplungs-Steuerung eingeleitet wird, vergrößert wird, wenn die Drehzahl der Maschine abnimmt, bis sie einen vorbestimmten Wert erreicht.

Wenn jedoch die Maschine an einem Ort betrieben wird, an dem der umgebende Atmosphärendruck klein ist, wie dies beispielsweise bei großen Höhen der Fall ist, ist der Mengenfluß der an die Maschine bei einem Ansaughub der Maschine gelieferten Ansaugluft kleiner als derjenige, wenn die Maschine bei einem üblichen Atmosphärendruck betrieben wird. Wenn an die Maschine zusätzliche Luft mit einer volumetrisehen Strömungsgeschwindigkeit geliefert wird, die auf einen Wert eingestellt ist, der für den üblichen Atmosphärendruck geeignet ist, erfolgt daher während der Verlangsamung bei einem derartigen niedrigen Atmosphärendruck eine Verringerung der Ansaugluft, die einen Abfall der Drehzahl der Maschine und sogar einen Stillstand der Maschine in Abhängigkeit von der Größe der Maschinenlast bewirkt. Um diesen Nachteil zu vermeiden,sollte die zu-

^O sätzliche Luft an die Maschine mit einer vergrößerten volumetrischen Strömungsgeschwindigkeit geliefert werden, um den Mengenfluß der an die Maschine pro Ansaughub gelieferten Ansaugluft bei einem derartigen niedrigen Atmosphärendruck gleich derjenigen zu machen, die bei einem üblichen Atmosphärendruck vorliegt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Rückkopplungs-Steuerverfahren für die Leerlaufdrehzahl anzugeben, durch das eine Verzögerung der Rückkopplungs-Steuerung der Drehzahl der Maschine beim Beginn dieser Steuerung, die unmittelbar auf die Verlangsamung der Maschine folgt, selbst dann beseitigt wird, wenn die Maschine bei einem niedrigen Atmosphärendruck, wie er beispielsweise bei einer großen Höhe vorliegt, betrieben wird, um dadurch sicher zu verhindern, daß die Maschine zum Stillstand gelangt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Steuerventil zur Regulierung der an eine Brennkraftmaschine über einen Luftdurchgang gelieferten Menge der zusätzlichen Luft

!■- in einem Rückkopplungsbetrieb in Antwort auf die Differenz zwischen der tatsächlichen Drehzahl der Maschine und der gewünschten Leerlaufdrehzahl gesteuert. Der Luftdurchgang steht mit einem Ende mit dem Ansaugdurchgang der Maschine an einem Ort stromabwärts von einem Drosselventil, das in dem Ansaugdurchgang angeordnet ist, in Verbindung. Das andere Ende steht mit der Atmosphäre in Verbindung. Das Verfahren ist durch die folgenden Schritte gekennzeichnet:

a) Ermitteln eines Wertes eines die Maschine umgebenden Atmosphärendruckes;

b) Bestimmen, ob die Maschine in einem vorbestimmten Betriebszustand arbeitet oder nicht, während die Maschine verlangsamt wird;

c) Einstellen der volumetrischen Strömungsgeschwindigkeit

der an die Maschine zu liefernden zusätzlichen Luft auf einen Wert in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert des Atmosphärendruckes, wenn beim Schritt (b) bestimmt wird, daß die Maschine in dem vorbestimmten Betriebszustand arbeitet; und

d) Steuern des Steuerventiles, um die zusätzliche Luft an die Maschine mit einer volumetrischen Strömunqs-

ι geschwindigkeit zu liefern, die dem beim Schritt (c) eingestellten Wert entspricht, nachdem bestimmt wurde, daß die Maschine in dem vorbestimmten Betriebszustand arbeitet und bis die Rückkopplungs-Steuerung eingeleitet wird.

Vorzugsweise wird beim Schritt (c) die volumetrische Strömungsgeschwindigkeit der zusätzlichen Luft auf größere Werte eingestellt, wenn der ermittelte Wert des Atmosphä-

!0 rendruckes abnimmt. Vorzugsweise wird das Steuerventil beim Schritt (d) entweder so gesteuert, daß die zusätzliche Luft an die Maschine mit einer volumetrischen Strömungsgeschwindigkeit, die dem beim Schritt (c) eingestellten Wert entspricht, fortgesetzt die ganze Zeit, nachdem bestimmt

^q wurde, daß die Maschine in dem vorbestimmten Betriebszustand arßeitet und bis die Rückkopplungs-Steuerung eingeleitet wird, geliefert, oder so, daß die zusätzliche Luft an die Maschine mit einer volumetrischen Strömungsgeschwindigkeit von der Zeit an, zu der bestimmt wurde,

2Q daß die Maschine in dem oben genannten vorbestimmten Betriebszustand arbeitet, bis die volumetrische Strömungsgeschwindigkeit den beim Schritt (c) eingestellten Wert erreicht, geliefert wird, die schrittweise vergrößert wird, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit der Maschine abnimmt.

Vorzugsweise wird bestimmt, daß die Maschine in dem vorbestimmten Betriebszustand arbeitet, wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: Der tatsächliche Wert der Drehzahl der Maschine ist kleiner als ein vor-

„.-. bestimmter Wert, der größer ist als der Wert der zuvor genannten, gewünschten Leerlaufdrehzahl. Die Ausgangswelle der Maschine greift nicht in die durch die Maschine angetriebene Antriebswelle ein.

Die oben genannten Merkmale, Vorteile und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend näher im Zusammenhang mit den Figuren erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der gesamten

Anordnung des Rückkopplungs-Steuersystems für die Leerlaufdrehzahl, das im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren anwendbar ist; Fig. 2 ein Blockschaltbild des inneren Aufbaues einer elektronischen Steuereinheit (ECU) der Fig. 1;

Fig. 3 ein Zeitdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 4 eine Darstellung, die beispielhaft

die Beziehung zwischen dem Tastverhältnis DX der Ventilöffnung eines Steuerventiles für die Menge zusätzlicher Luft und dem Atmosphärendruck PA zeigt, wobei diese Beziehung während

der Steuerung der Drehzahl der Maschine im Verlangsamungsbetrieb angewendet wird;
Fig. 5 einen Datenflußplan eines in der elektronischen Steuereinheit ausgeführten

Programmes zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

Fig. 6 einen Datenflußplan eines weiteren Beispieles für das Programm zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Im folgenden wird nun das Verfahren der Erfindung im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert.

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In der Figur 1 ist schematisch die gesamte Anordnung eines Rückkopplüngs-Steuersystemes für die Leerlaufdrehzahl von Brennkraftmaschinen dargestellt, aie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren anwendbar ist. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Brennkraftmaschine, die beispielsweise 4 Zylinder aufweisen kann und mit der an einer Ansaugseite der Maschine 1 ein Ansaugrohr 3 mit einem Luftfilter 2, das am offenen Ende des Rohres 3 angeordnet ist, und an einer Auspuffseite der Maschine 1 ein Auspuffrohr 4 angeordnet sind. Ein Drosselventil 9 ist in dem Ansaugrohr 3 angeordnet. Ein Luftdurchgang 8 mündet mit seinem einen Ende 8a in das Ansaugrohr 3 an einem Ort stromabwärts von dem Drosselventil 9. Das andere Ende des Luftdurchganges 8 steht mit der Atmosphäre in Verbindung und

*° weist ein Luftfilter 7 auf. Ein Steuerventil 6 für eine zusätzliche Luftmenge, das nachfolgend lediglich als "das Steuerventil" bezeichnet wird, ist quer zum Luftdurchgang 8 angeordnet, um die Menge der über den Luftdurchgang 8 an die Maschine 1 gelieferten zusätzlichen Luft zu steuern.

Dieses Steuerventil 6 ist normalerweise geschlossen und weist ein Solenoid 6a und ein Ventil 6b auf, das so angeordnet ist, daß es den Luftdurchgang 8 öffnet, wenn das Solenoid 6a erregt wird. Das Solenoid 6a ist elektrisch mit einer elektronischen Steuereinheit 5 (ECU) verbunden. Ein Kraftstoffeinspritzventil 10 ist derart angeordnet, daß es in das Ansaugrohr 3 an einem Ort zwischen der Maschine 1 und dem offenen Ende 8a des Luftdurchganges 8 vorsteht. Das Kraftstoffeinspritzventil ist mit einer nicht dargestellten Kraftstoffpumpe verbunden. Außerdem

ist es elektrisch mit der elektronischen Steuereinheit 5 verbunden.

Ein Sensor 17 für die Öffnung des Drosselventiles (·#ΤΗ-

Sensor) ist mit dem Drosselventil 9 verbunden. Der Sensor 35

12 für den absoluten Druck (PB) steht mit dem Ansaugrohr

über eine Leitung 11 an einem Ort stromabwärts vom offenen Ende 8a des Luftdurchganges 8 in Verbindung. Ein Sensor 13 für die Temperatur (TW) des Kühlwassers der Maschine und ein Sensor 14 für die Drehwinkelposition der Maschine, der nachfolgend als "Sensor für die Umdrehungszahl pro Minute" bezeichnet wird, sind an dem Körper der Maschine 1 montiert. Alle Sensoren sind elektrisch mit der elektronischen Steuereinheit 5 verbunden.

Das Bezugszeichen 20 bezeichnet eine Ausgangswelle der Maschine 1, die über eine Leistungsübertragungseinrichtung mit einer Antriebswelle 22, die durch die Maschine 1 angetrieben wird und mit den Antriebsrädern 21 eines selbstfahrenden Fahrzeuges in Verbindung steht, verbunden. Die Leistungsübertragungseinrichtung 23 kann aus einer Kupplung, einem übersetzungsgetriebe oder einem automatischen Getriebe, sofern dies in der Maschine vorgesehen ist, bestehen. Nachfolgend wird die Leistungsübertragungseinrichtung der Einfachheit halber als "die Kupplung" bezeichnet.Ein Schalter 19, der nachfolgend als "der Kupplungsschalter" bezeichnet wird, ist an der Kupplung 23 angeordnet, um den Einrückzustand derselben zu ermitteln. Außerdem ist der Schalter elektrisch mit der elektronischen Steuereinheit 5 verbunden. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet elektrisehe Einrichtungen, wie beispielsweise Scheinwerferlampen und ein elektrisches Gebläse, die elektrisch mit der elektronischen Steuereinheit 5 über entsprechende Schalter 16 verbunden sind. Ein Sensor 18 für den Atmosphärendruck (PA) ist ebenfalls elektrisch mit der elektronischen Steuereinhext 5 verbunden, um den die Maschine umgebenden Atmosphärendruck zu ermitteln.

Das wie oben aufgebaute Rückkopplungs-Stouersystem für die Leerlaufdrehzahl arbeitet folgendermaßen: An die elektronische Steuereinheit 5 werden verschiedene Betriebsparametersignale der Maschine von dem Sensor 17 für die Öffnung

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des Drosselventiles (-#*TH) , dem Sensor 12 für den absoluten Druck (PB), dem Sensor 13 für die Temperatur (TW) des Kühlwassers der Maschine, dem Sensor Ί4 für die Umdrehungszahl pro Minute und dem Sensor 18 für den Atmosphärendruck (PA) geliefert. Außerdem werden an die elektronische Steuereinheit 5 vom Kupplungsschalter 19 ein den Einrückzustand der Kupplung 23 anzeigendes Signal und ein Signal angelegt, das die elektrischen Lasten an der Maschine anzeigt, die durch die elektrischen Einrichtungen 15 bewirkt werden.

Die elektronische Steuereinheit 5 bestimmt Betriebszustände der Maschine 1 aus den ausgelesenen Werten der zuvor genannten Betriebsparametersignale der Maschine. Dann berechnet sie eine an die Maschine 1 zu liefernde gewünschte Kraftstoffmenge, d.h. einen gewünschten Wert

■*■" der Öffnungsperiode der Kraf tstof f einspritzventile 10, der für einen bestimmten Betriebszutand der Maschine geeignet ist. Die elektronische Steuereinheit 5 liefert dann Antriebssignale, die dem berechneten Wert entsprechen, an die Kraftstoffeinspritzventile 10, um diese an-

²^ zusteuern. Die elektronische Steuereinheit 5 bestimmt auch einen Belastungszustand der Maschine aus dem oben genannten Signal , das die elektrischen Lasten an der Maschine anzeigt. Außerdem liefert sie an das Steuerventil 6 ein Steuersignal, das dem bestimmten Belastungszustand der Maschine und dem oben genannten Betriebszustand der Maschine entspricht, um das Steuerventil 6 in der nachfolgend ausführlich beschriebenen Weise anzusteuern.

Das Solenoid 6a des Steuerventiles 6 wird durch jeden Im-

puls des Antriebssignales erregt, das von der elektronischen Steuereinheit 5 jedes mal dann geliefert wird, wenn ein Impuls eines den oberen Totpunkt anzeigenden Signales (TDC-Signal), das von dem Sensor 14 für die Umdrehungszahl

pro Minute erzeugt wird, an die elektronische Steuerein-35

heit 5 angelegt wird. Dadurch wird der Ventilkörper 6b während

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einer Zeitperiode geöffnet, die der Impulsdauer des Antriebsimpulses entspricht. Dadurch wird der Luftdurchgang 8 geöffnet, um an die Maschine 1 zusätzliche Luft mit einer volumetrischen Strömungsgeschwindigkeit zu liefern, die der berechneten Ventilöffnungsperiode, d.h. dem Tastverhältnis der Ventilöffnung relativ zu dem Zeitintervall zwischen zwei benachbarten Impulsen des TDC-Signales entspricht. Die zusätzliche Luft wird über den Luftdurchgang 8 und das Ansaugrohr 3 an die Maschine geliefert.

Die Kraftstoffeinspritzventile 10 werden durch ihre Ansteuerimpulse erregt, um während einer Zeitperiode geöffnet zu werden, die dem berechneten Wert der Ventilöffnungsperiode entspricht, um Kraftstoff in das Ansaugrohr 3 einzuspritzen, damit eine Luft/Kraftstoff-Mischung an die Maschine 1 geliefert wird, die ein gewünschtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweist.

Wenn die Ventilöffnungsperiode, d.h. das Tastverhältnis der Ventilöffnung, des Steuerventiles 6 vergrößert wird, um die vlumetrische Strömungsgeschwindigkeit der zusätzlichen Luft zu vergrößern, vergrößert sich der Mengenstrom der an die Maschine 1 gelieferten Mischung, um die Ausgangsleistung der Maschine zu vergrößern. Dies führt zu 5 einer Vergrößerung der Maschinengeschwindigkeit. Eine Verkleinerung der zuvor genannten Ventilöffnungsperiode oder des Tastverhältnisses bewirkt dagegen eine entsprechende Verkleinerung der volumetrischen Strömungsgeschwindigkeit der Mischung, was zu einer Verkleinerung der Ma-

¹^ schinengeschwindigkeit führt. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit der Maschine durch Steuern der volumetrischen Strömungsgeschwindigkeit der zusätzlichen Luft oder des Tastverhältnisses der Ventilöffnung des Steuerventiles 6 gesteuert.

Die Figur 2 zeigt den Aufbau eines Kreises in der elektronischen Steuereinheit 5 der Figur 1. Ein Ausgangssignal von dem Sensor 14 für die Umdrehungszahl pro Minute der Figur 1 wird an einen Wellenformer 501, in dem die Wellenform des Impulses geformt wird, und an einen Zentralprozessor 503 (CPU) als das TDC-Signal und an einen Me-Wert-Zähler 502 angelegt. Der Me-Wert-Zähler 502 zählt das Zeitintervall zwischen einem vorangehenden Impuls des TDC-Signales und einem gegenwärtigen Impuls dieses Signales, das an ihn von dem Sensor 14 für die Umdrehungszahl pro Minute angelegt wird. Der gezählte Wert Me ist daher proprotional zu dem reziproken Wert der tatsächlichen Umdrehungsgeschwindigkeit Me der Maschine. Der Me-Wert-Zähler 502 liefert den gezählten Wert Me an den Zentralprozessor über ein Datenbus 510.

Die Spannungspegel der jeweiligen Ausgangssignale von dem Sensor 17 für die Drosselventilöffnung ($TH) , dem Sensor für den absoluten Druck (PB) des Ansaugrohres, dem Sensor 18 für den Atmosphärendruck (PA) usw. werden durch eine Pegelverstelleinheit 504 auf einen vorbestimmten Spannungspegel verschoben und nachfolgend an einen Analog-Digital-Wandler 506 über einen Multiplexer 505 angelegt. Der Analog-Digital-Wandler 50 6 wandelt analoge Ausgangsspannungen von den zuvor erwähnten verschiedenen Sensoren aufeinanderfolgend in digitale Signale um. Die sich ergebenden digitalen Signale werden über den Datenbus 510 an den Zentralprozessor 503 angelegt.

Spannungspegel von Signalen von den Schaltern 16 der elektrischen Einrichtungen 15 und von dem Kupplungsschalter 19 der Figur 1, die die jeweiligen Einschalt-Ausschaltpositionen der Schalter anzeigen, werden durch eine weitere Pegelverstelleinheit 512 auf einen vorbestimmten Pegel verschoben und dann durch einen Dateneingabekreis in ein vorbestimmtes Signal umgewandelt und über den Daten-

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bus 510 an den Zentralprozessor 503 angelegt.

Mit dem Zentralprozessor 503 sind außerdem über den Datenbus 510 ein Festwertspeicher (ROM-Speicher) 507, ein Speicher 508 mit wahlfreiem Zugang (RAM-Speicher) und Antriebskreise 509 und 511 verbunden. Der RAM-Speicher 508 speichert zeitweise verschiedene berechnete Werte von dem Zentralprozessor 503, während der ROM-Speicher 507 ein Steuerprogramm speichert, das in dem Zentralprozessor 503 ausgeführt wird.

Der Zentralprozessor 503 führt das in dem ROM-Speicher 507 gespeicherte Steuerprogramm in Antwort auf die Werte der zuvor genannten verschiedenen Betriebsparametersignale der Maschine aus, um Betriebszustände und Belastungszustände der Maschine zu bestimmen, um ein Ein-Aus-Steuersignal an die Antriebskreis 511 zu liefern, das zur Steuerung des Steuerventiles 6 dient. Der Zentralprozessor berechnet die Kraftstoffeinspritzperiode TOUT für die Kraftstoffeinspritzventile 10, um den berechneten Wert der Kraftstoffeinspritzperiode über den Datenbus 510 an den Antriebskreis 509 anzulegen. Der Antriebskreis 509 spricht auf diesen berechneten Wert an, um Antriebssignale an das Kraftstoffeinspritzventil 10 anzulegen, um dieses anzusteuern. Andererseits liefert der Antriebskreis 511 das Antriebssignal an das Steuerventil 6, um dieses zu steuern.

Im folgenden werden nun Einzelheiten des Steuerbetriebes der Leerlaufdrehzahl des in der oben beschriebenen Weise aufgebauten Rückkopplungssystemes im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 5 erläutert. Wie dies in der Figur 3 dargestellt ist, wird, wenn das Drosselventil 9 völlig geschlossen ist, um die Maschine zu verlangsamen, so daß '~° d:,e Geschwindigkeit der Maschine bei einem Zeitablauf auf eine vorbestimmte Umdrehungszahl pro Minute NA ver-

kleinert wird (z.B. 1500 'Ü/miriJ', 'das Steuerventil 6 geöffnet, um die Lieferung zusätzlicher Luft an die Maschine 1 über den Luftdürchgang 8 zu ermöglichen, um die Steuerung der Menge der zusätzliche Luft"im Verlangsamungsbetrieb in einer Weise einzuleiten, die nachfolgend beschrieben wird. Wenn die Geschwindigkeit der Maschine weiter unter eine untere Grenze NH eines gewünschten Bereiches der Leerlaufdrehzahl verkleinert wird/ wird die Menge der zusätzlichen Luft im Rückkopplungsbetrieb " 'gesteuert, um die Umdrehu.ngsgeschwindigkeit Ne der Maschine "zwischen der oberen Grenze NH und einer unteren Grenze NL des gewünschten Bereiches der Leerlaufdrehzahl zu halten. Die obere Grenze und die untere Grenze des gewünschten Bereiches der Leerlaufdrehzahl werden für eine stabile Steuerung der Leerlaufdrehzahl vorgesehen. Sie werden auf Werte eingestellt, die um einen vorbestimmten Wert der Drehzahl (z.B. 30 U/min) größer bzw. kleiner sind als ein Mittelwert eines gewünschten Bereiches der Leerlaufdrehzahl', der in Abhängigkeit von der Kühlwassertemperatur der Maschine, den

²^ an die Maschine beispielsweise "durch die elektrischen Einrichtungen 15 angelegten Lasten usw. immer dann auf einen für den Betrieb der Maschine" geeigneten Wert eingestellt wird, wenn sich irgendeiner "dieser Parameter ändert. Wenn die tatsächliche Geschwindigkeit der Maschine zwischen der oberen Grenze NH und der^;J"unteren Grenze* NL "liegt, entscheidet die elektronische Steuereinheit" 5," daß die Umdrehungszahl pro Minute der Maschine gleich der gewünschten Leerlaufdrehzahl ist·. ' - -"" """ " "

Nach dem Abfall der Geschwindigkeit Ne der Maschine unter die vorbestimmte 'Umdrehuhgszähi pro Minute NA wird die zuvor genannte Steuerung im"Veri'arigsamün'gsbetrieb eingeleitet, um zusätzliche Luft mit einer"volumefrischen Strömungsgeschwindigkeit an die 'Ma 's oh ine zu liefern j die dem Tastverhältnis DOUT der VentilÖ'ffnung" des "Steuerventiles 6 ent7 spricht. Das Tastverhältnis¹ der"'VehtilÖffnungDÖUT wird auf

einen Wert eingestellt, der der Summe eines elektrischen Lasttermes DE, der in Abhängigkeit von der Größe der durch die elektrischen Einrichtungen 15 an die Maschine angelegten Last bestimmt wird, und eines Termes DX entspricht, der als eine Funktion des Atmosphärendruckes der Umgebung variabel ist.

Die Figur 4 zeigt ein Beispiel für die Beziehung zwischen dem genannten Term DX und dem Atmsophärendruck PA. Wie dies in der Figur dargestellt ist, sind zwei vorbestimmte Werte PADX1 (z.B. 600 mmHg) und PADX2 (z.B. 700 mmHg) des Amtosphärendruckes PA vorgesehen, um drei Bereiche, d.h. einen, ersten Bereich (PA< PADX1), einen zweiten Bereich (PADXK PA<PADX2) und einen dritten Bereich (PA>PADX2) zu bestimmen.

Der Wert des Termes DX wird auf größere Werte eingestellt, wenn der Atmosphärendruck PA abnimmt, so daß selbst bei einer Abnahme des Atmosphärendruckes der Mengenfluß der an die Maschine gelieferten Ansaugluft auf einem Wert aufrechterhalten wird, der im wesentlichen gleich dem Mengenfluß bei einem normalen Atmsophärendruck ist. Beispielsweise wird der Term DX in Antwort auf den Atmosphärendruck PA auf einen Wert von drei konstanten Werten DX1 (z.B. 50 %), DX2 (z.B. 30 %) und DX3 (z.B. 10 %) eingestellt, der jeweils im Zusammenhang mit dem ersten, zweiten und dritten Bereich des Atmosphärendruckes PA anzuwenden ist. Diese Werte DX1, DX2 und DX3 sind in dem ROM-Speicher 507 gespeichert. Wenn daher die Maschine an einem Ort betrieben wird, an dem der Atmosphärendruck PA klein ist, wie dies beispielsweise bei einer großen Höhe der Fall ist, wird

der Term DX, d.h. das Tastverhältnis der Ventilöffnung DOUT des Steuerventiles 6, auf einen größeren Wert eingestellt, um dadurch die volumetrische Strömungsgeschwindigkeit der an die Maschine gelieferten zusätzlichen Luft zu vergrößern. Obwohl im Beispiel der Figur 4 der Wert des Termes DX stufenweise bei einer Änderung des Atmosphärendruckes PA verändert wird, kann dieser Term DX alternativ

auch so eingestellt werden, daß er sich stufenlos oder kontinuierlich entlang einer geraden Linie oder einer Kurve bei einer Änderung des Atmosphärendruckes PA ändert. Außerdem kann der Term DX durch eine Berechnung als eine Funktion des Atmosphärendruckes PA unter Anwendung einer vorbestimmten Gleichung bestimmt werden.

Auf diese Weise wird die zusätzliche Luft erfindungsgemäß an die Maschine mit einer volumetrischen Strömungsgeschwindigkeit geliefert, die von dem Atmosphärendruck abhängt, nachdem die Geschwindigkeit der Maschine Ne unter den vorbestimmten Wert der Umdrehungszahl pro Minute NA fällt, während die Maschine bei einem völlig geschlossenen Drosselventil verlangsamt wird. Es kann daher ein Abwürgen bzw. ein Stillstand der Maschine selbst dann vermieden werden, wenn die Kupplung während der Verlangsamung der Maschine ausgerückt wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Maschine bei einem niedrigen Atmosphärendruck, wie er in einer großen Höhe anzutreffen ist, betrieben wird.

Andererseits erfolgt die Rückkopplungssteuerung der Leerlaufdrehzahl folgendermaßen: Die elektronische Steuereinheit 5 ermittelt die Differenz zwischen der oberen oder unteren Grenze NH oder NL des gewünschten Bereiches der Leerlaufdrehzahl pro Minute, der auf einen Wert eingestellt ist, der von der Maschinenlast abhängt, wie dies früher bereits erwähnt wurde, und der tatsächlichen Geschwindigkeit Ne der Maschine, die durch den Sensor 14 für die Umdrehungszahl pro Minute erhalten wurde. Die elektronische Steuereinheit 5 stellt außerdem ein Tastverhätlnis der Ventilöffnung des Steuerventiles 6 auf einen solchen Wert ein, der der ermittelten Differenz entspricht, und macht diese Differenz zu Null und öffnet das Steuerventil 6 während einer Zeitperiode, die dem eingestellten Tastverhält-

^5 nis der Ventilöffnung entspricht, um die volumetrische Strömungsgeschwindigkeit der zusätzlichen Luft zu steuern.

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Dadurch wird die Maschinengeschwindigkeit auf einen Wert zwischen der oberen Grenze NH und der unteren Grenze NL, d.h. auf die gewünschte Umdrehungszahl pro Minute der Maschine, gesteuert.

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Während der obigen Rückkopplungs-Steuerung der Menge der zusätzlichen Luft beim Leerlauf der Maschine kann die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl Ne der Maschine zeitweilig über die obere gewünschte Grenze NH der Umdrehungszahl pro Minute infolge von äußeren Störungen oder eines Abschaltens der Maschinenlast, das durch ein Abschalten der elektrischen Einrichtungen 15 bewirkt wird, ansteigen, wie dies in der Figur 3 durch das Symbol Sn angedeutet ist. In diesem Fall bestimmt die elektronische Steuereinheit 5, ob die Steuerung der Menge der zusätzlichen Luft in der vorhergehenden Schleife im Rückkopplungsbetrieb ausgeführt wurde oder nicht. Diese Bestimmung erfolgt, um eine Fortsetzung der Rückkopplungssteuerung der Leerlaufdrehzahl ohne eine Beeinträchtigung durch Störungen der Geschwindigkeit der Maschine, die durch äußere Störungen usw. verursacht werden, sicherzustellen, wenn diese Rückkopplungssteuerung einmal eingeleitet wurde. Im Beispiel der Figur 3 wird festgestellt, daß die vorhergehende Schleife Sn-1 im Rückkopplungsbetrieb durchgeführt wurde. Aus diesem Grunde wird die Rückkopplungs-Steuerung auch in der gegenwärtigen Schleife Sn fortgeführt. Beim Beispiel der Figur wird außerdem durch die elektronische Steuereinheit 5 bestimmt, daß die gegenwärtige Schleife Sn im Rückkopplungsbetrieb erfolgt, wenn die Drehzahl der Maschine noch die obere Grenze NH in der nächsten Schleife Sn+1 überschreitet, wie in diesem Beispiel, und die Rückkopplungs-Steuerung wird auch in der nächste Schleife fortgeführt. Auf diese Weise wird, wenn die Rückkopplungs-Steuerung unmittelbar nach der Beendigung der Steuerung der Verlangsamung einmal eingeleitet wurde, die Rückkopplungs-Steuerung ununterbrochen selbst dann, wenn die Drehzahl der Maschine zeitweise

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die obere Grenze NH infolge von äußeren Störungen usw. überschreitet, so lange ausgeführt, wie das Drosselventil 9 völlig geschlossen gehalten wird.Dadurch wird eine stabile Rückkopplungs-Steuerung der Leerlaufdrehzahl erreicht.

Andererseits bestimmt die elektronische Steuereinheit 5 während der Steuerung im Verlangsamungsbetrieb, so lange die Drehzahl Ne der Maschine oberhalb der oberen Grenze NH liegt, wie dies durch das Symbol Sk in der Figur 3 angedeutet ist, ob die vorhergehende Schleife Sk-1 im Verlangsamungsbetrieb erfolgte oder nicht, und setzt die Steuerung der Verlangsamung auch in der gegenwärtigen Schleife Sk fort, wenn die vorhergehende Schleife im Verlangsamungsbetrieb erfolgte. Dadurch wird es möglich zu vermeiden,.daß die elektronische Steuereinheit 5 eine falsche Entscheidung trifft, daß nämlich die Maschine in einem Steuerbereich des Rückkopplungsbetriebes arbeitet, obwohl die Maschine.tatsächlich noch in einem Steuerbereich des Verlangsamungsbetriebes arbeitet, wobei die Drehzahl der Maschine oberhalb der oberen Grenze NH der Leerlaufdrehzahl liegt. Außerdem ist es möglich dadurch zu vermeiden, daß das Tastverhältnis der Ventilöffnung des Steuerventiles 6 auf einen extrem kleinen Wert gesteuert wird, wenn die Rückkopplungs-Steue-· rung fälschlicherweise infolge der oben genannten Fehlentscheidung ausgeführt wird, wodurch ein Abwürgen bzw. ein Stillstand der Maschine nach dem Ausrücken der Kupplung verursacht wird.

Die Figur 5 zeigt einen Datenflußplan einer Routine des steuerprogrammes zur Ausführung der oben beschriebenen Steuerung der Menge der zusätzlichen Luft im Verlangsamungsbetrieb und im Rückkopplungsbetrieb zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl der Maschine, wobei diese Routine in der elektronischen Steuereinheit 5 ausgeführt wird. Diese Routine wird synchron mit einem Impuls- oder TDC-Signal, von dem jeder Impuls bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel der Ma-

schine 1 erzeugt wird,oder einem Impulssignal ausgeführt, dessen Impulse mit konstanten Zeitintervallen erzeugt werden. Zuerst erfolgt eine Bestimmung, ob die Maschine in einem Betriebszutand arbeitet oder nicht, der die Lieferung von zusätzliche Luft an die Maschine erfordert. Diese Bestimmung erfolgt bei den Schritten 1 und 2. Genauer gesagt wird beim Schritt 1 bestimmt, ob ein ermittelter Wert der Drosselventilöffnung kleiner ist als ein vorbestimmter Wert "-JrIDL oder nicht, der einer im wesentlichen völlig geschlossenen Position des Drosselventiles entspricht. Dann wird beim Schritt 2 bestimmt, ob der zuvor ermittelte bzw. gezählte Wert Me, der proportional zum reziproken Wert der Drehzahl Ne der Maschine ist, größer ist oder nicht als ein vorbestimmter Wert MA, der dem reziproken Wert eines vorbestimmten Wertes NA der Drehzahl (z.B. 1500 U/min) entspricht. Wenn eine der Antworten auf die Bestimmungen der Schritte 1 und 2 negativ ist oder "Nein" lautet, d.h., wenn das Drosselventil geöffnet ist oder wenn die Drehzahl Ne der Maschine größer ist als der vorbestimmte Wert MA der Drehzahl, wird beim Schritt 8 das Tastverhältnis DOUT der Ventilöffnung des Steuerventiles 6 auf Null eingestellt, woraufhin das gegenwärtige Programm beendet wird, da dann die Lieferung von zusätzlicher Luft an die Maschine nicht erforderlich ist, weil keine Gefahr besteht, daß die Maschine abgewürgt wird bzw. zum Stillstand kommt,oder daß Schwingungen bzw. Vibrationen der Maschine entstehen, die auftreten können, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit der Maschine klein ist.

Wenn die Antworten auf die Fragen der Schritte 1 und 2 beide "Ja" lauten, d.h. wenn das Drosselventil sich in einer im wesentlichen völlig geschlossenen Position befindet, und wenn gleichzeitig die Drehzahl Ne der Maschine unter den vorbestimmten Wert NA der Drehzahl verkleinert wird, schreitet das Programm zum Schritt 3 fort, bei dem ein Vergleich zwischen dem Wert Me, der proportional zum

reziproken Wert der Drehzahl Ne der Maschine ist, und einem Wert MH erfolgt, der dem reziproken Wert der oberen Grenze NH des gewünschten Bereiches der Tserlaufdrehzahl entspricht. Wenn die Beziehung Me^MH nicht gilt, d.h., wenn die Drehg zahl Ne der Maschine größer ist als die obere Grenze NH, wird beim Schritt 4 bestimmt, ob die vorhergehende Schleife im Rückkopplungsbetrieb erfolgte oder nicht. Wenn die Antwort negativ ist oder "Nein" lautet, geht die elektronische Steuereinheit 5 davon aus, daß die gegenwärtige

IQ Schleife im Verlangsamungsbetrieb erfolgen soll. Die elektronische Steuereinheit liest daher einen Wert des zuvor genannten Termes DX, der einem tatsächlichen Wert des Atmosphärendruckes PA entspricht, von der PA-DX-Tabelle der Figur 4 aus (Schritt 5) und berechnet dann das Tastverhält-

15nis DOUT der Ventilöffnung des Steuerventiles 6 für die Steuerung des Verlangsamungsbetriebes durch Addieren des ausgelesenen Wertes DX zu dem zuvor genannten Term DE der elektrischen Last (Schritt 6).

Wenn die Beziehung Me^MH beim Schritt 3 gilt, d.h., wenn die Drehzahl Ne der Maschine kleiner wird als die obere Grenze NH des gewünschten Bereiches der Leerlaufdrehzahl, schreitet das Programm von der Steuerung im Verlangsamungsbetrieb zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl im Rückkopplungsbetrieb fort, wobei das Tastverhältnis DOUT der Ventilöffnung zur Anwendung bei der Rückkopplungssteuerung auf die zuvor geschilderte Weise beim Schritt 7 berechnet wird. Wenn die Antwort auf die Frage des Schrittes 3 "Ja" lautet, d.h., wenn die Drehzahl Ne der Maschine größer ist als die obere gewünschte Grenze NH der Drehzahl und wenn gleichzeitig die vorgehende Schleife im Rückkopplungsbetrieb erfolgte, schreitet das Programm auch zum Schritt 7 fort, um die Rückkopplungssteuerung fortzusetzen.

Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform wird die zusätzliche Luft an die Maschine mit einer vorbestimmten volu-

metrischen Strömungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem Atmosphärendruck PA fortgesetzt, während der ganzen Zeit unmittelbar, nachdem die Drehzahl Ne der Maschine unter die vorbestimmte Drehzahl NA durch die Steuerung des Verlängsamungsbetriebes abgefallen ist, und bis die Rückkopplungssteuerung der Leerlaufdrehzahl der Maschine eingeleitet wird. Die Art der Lieferung der zusätzlichen Luft im Verlangsamungsbetrieb ist jedoch nicht auf die oben beschriebene Art begrenzt. Alternativ zur obigen Ausführungsform kann, nachdem die Drehzahl Ne der Maschine unter den vorbestimmten Wert NA der Drehzahl abgefallen ist, das Tastverhältnis DOUT der Ventilöffnung des Steuerventiles 6 unter Verwendung der folgenden Gleichung beim Schritt 6 der Figur 5 derart berechnet werden, daß es schrittweise vergrößert wird, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit der Maschine abnimmt, so daß es gleich der Summe der Werte des Termes DE der elektrischen Last und des oben genannten Termes DX wird, der von dem Atmosphärendruck bis zur Zeit der Einleitung der Steuerung im Rückkopplungsbetrieb abhängt.

Dies ist durch die unterbrochene Linie in der Figur 3 dargestellt:

DOUT = (DX+DE)/(MH-MA) X (Me-MA)

Die Figur 6 zeigt einen Datenflußplan eines weiteren Beispieles des Programmes zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei alle Schritte der Figur 6 im wesentlichen den entsprechenden Schritten des Datenflußplanes der Figur 5, vom Schritt 2 abgesehen, ähnlich sind.

Beim Schritt 2 der Figur 6 wird in Abhängigkeit von dem obengenannten Signal, das den Einrückzustand der Kupplung 23 anzeigt, und das von dem Kupplungsschalter 19 der Figur 1 geliefert wird, bestimmt, ob die Kupplung 23 ausgerückt ist oder nicht. Wenn bei den Schritten 1 und 2 zum ersten Mal bestimmt wird, daß das Drosselventil 9 sich in einer im wesentlichen geschlossenen Position befindet und daß

1 gleichzeitig die Kupplung.^ 23 ausgerückt ist, wird die Steuerung dernMenge dei; ^zusätzlichen Luft im Verlangsämungsbetrieb ausgeführt.^ä EJahach werden die Schritte 3 bis 7 wiederholt in derselben Weise, wie dies zuvor im Zusammenhang

5 mit der Figur 5 erläutert wurde, so'lange ausgeführt, wie die Antworten auf die Fragen bei de"*? Schritten 1 und 2 ■ beide "Ja" lautend ^i' ■":;:■" C^

Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weiicxmann. Oi^l.-Phy^Or. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing. H. Liska

ν. Pk.

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Shibuya-ku,

Tokyo, Japan

1 S

Rückkopplungs-Steuerverfahren für die Leerlaufdrehzahl

von Brennkraftmaschinen

Patentansprüche

1J Verfahren zur Steuerung eines Steuerventiles zum Regulieren der an eine Brennkraftmaschine gelieferten Menge zusätzlicher Luft in einem Rückkopplungsbetrieb in Antwort auf die Differenz zwischen der tatsächlichen Drehzahl der Maschine und der gewünschten Leerlaufdrehzahl, wobei die Maschine einen Ansaugdurchgang, ein in dem Ansaugdurchgang angeordnetes Drosselventil und einen Luftdurchgang aufweist, dessen eines Ende mit dem Ansaugdurchgang an einem Ort stromabwärts vom Drosselventil verbunden ist und dessen anderes Ende mit der Atmosphäre in Verbindung sLeht, und wobei die zusätzliche Luft an die Maschine durch den Luftdurchgang und den Ansaugdurchgang geliefert wird, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) Ermitteln eines Wertes des die Maschine (1) umgebenden Atmosphärendruckes (PA);

b) Bestimmen, ob die Maschine (1) in einem vorbestimmten Betriebszustand arbeitet oder nicht, während die Maschine verlangsamt wird;

c) Einstellen der volumetrischen Strömungsgeschwindigkeit der an die Maschine (1) zu liefernden zusätzlichen Luft auf einen Wert, der von dem ermittelten Wert des Atmosphärendruckes (PA) abhängt, wenn beim Schritt (b) bestimmt wird, daß die Maschine (1) in dem vorbestimmten Betriebszustand arbeitet; und

d) Steuern des Steuerventiles (6) derart, daß die zusätzliche Luft an die Maschine (1) mit einer volumetrischen Strömungsgeschwindigkeit geliefert wird, die dem beim Schritt (c) eingestellten Wert entspricht, nachdem bestimmt wurde, daß die Maschine (1) in dem vorbestimmten Betriebszustand arbeitet und bis die Rückkopplungs-Steuerung eingeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schritt (c) die volumetrische Strömungsgeschwindigkeit der zusätzlichen Luft auf größere Werte eingestellt wird, wenn der ermittelte Wert des Atmosphärendruckes (PA) abnimmt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schritt (d) das Steuerventil (6) derart gesteuert wird, daß die zusätzliche Luft an die Maschine (1) mit der volumetrischen Strömungsgeschwindigkeit, die dem beim Schritt (c) eingestellten Wert entspricht/ fortgesetzt die ganze Zeit, nachdem bestimmt wurde, daß die Maschine (1) in dem vorbestimmten Betriebszustand arbeitet und bis die Rückkopplungs-Steuerung eingeleitet wird, geliefert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schritt (d) das Steuerventil (6) derart gesteuert wird, daß die zusätzliche Luft an die Maschine (1) mit einer volumetrischen Strömungsgeschwindigkeit, die schrittweise

zunimmt, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit der Maschine (1) abnimmt, von der Zeit an, zu der bestimmt wurde, daß die Maschine (1) im vorbestimmten Betriebszutand arbeitet, bis die volumetrische Strömungsgeschwindigkeit den beim Schritt (c) eingestellten Wert erreicht, geliefert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umdrehungsgeschwindigkeit der Maschine (1) ermittelt wird und daß bestimmt wird, daß die Maschine (1) in dem vorbestimmten Betriebszustand arbeitet, wenn der ermittelte Wert der Umdrehungsgeschwindigkeit der Maschine (1) kleiner ist als ein vorbestimmter Wert, der größer ist als der Wert der gewünschten Leerlaufdrehzahl.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmt wird, ob eine Ausgangswelle (20) der Maschine (1) mit einer durch die Maschine (1) angetriebenen Welle (22) in Verbindung steht oder nicht, und daß bestimmt wird, daß die Maschine (1) in dem vorbestimmten Betriebszustand arbeitet, wenn die Ausgangswelle (20) der Maschine (1) nicht an der angetriebenen Welle (22) angreift.