Im Zusammenhang mit der Steuerung von Brennkraftmaschinen wird oftmals, z. B. zum Schutz der Brennkraftmaschine oder von Komponenten oder zur Begrenzung der Fahrleistungen des Fahrzeugs, etc., wenigstens eine Betriebsgröße auf einen vorgegebenen Maximalwert begrenzt. Beispiele hierfür sind Drehzahlbegrenzungen, Drehmomentenbegrenzungen oder Fahrge- schwindigkeitsbegrenzungen. In der Regel wird dabei ein mög- lichst genaues Einhalten des Grenzwerts sowie eine komfor- table Einregelung der Betriebsgröße auf den Grenzwert ohne Überschwinger angestrebt. Ein Beispiel hierfür ist für eine Maximaldrehzahlbegrenzung einer Brennkraftmaschine aus der DE 195 06 082 AI bekannt, wo beginnend mit einem Startwert unterhalb des Grenzwertes der Drosselklappenwinkel sprung- förmig reduziert wird, um ein Überschwingen der Drehzahl ü- ber den Grenzwert hinaus zu vermeiden.

Eine andere Realisierung einer Drehzahlbegrenzung ist in der DE 33 19 025 A1 beschrieben. Dort wird bei Überschreiten des Grenzwertes der Zündwinkel verstellt und/oder das Luft- /Kraftstoffgemisch durch entsprechende Anpassung der Ein- spritzzeit abgemagert, um die Drehzahl auf den Grenzwert zu begrenzen.

Die Realisierung der Begrenzung durch Beeinflussung der Luftzufuhr, beispielsweise über eine Drosselklappe, führt in einigen Anwendungen aufgrund der Totzeit der Regelstrecke und/oder aufgrund der plötzlichen Wegnahme des Moments zur Schwingungsneigung, insbesondere beim Einschwingen der Be- triebsgröße auf den Grenzwert. Bei der Benutzung der Zünd- winkelverstellung als Begrenzungsstellgröße wird das Abgas wegen des spät gezogenen Zündwinkels sehr heiss und schädigt daher unter Umständen den Katalysator und/oder andere Kompo- nenten im Bereich des Abgastrakts. Es besteht daher Bedarf an der Optimierung einer Begrenzungsfunktion.

Vorteile der Erfindung Der beschriebene Zielkonflikt wird dadurch vermieden, dass zunächst, z. B. bei Erreichen des Grenzwerts oder einem dar- aus abgeleitetem Wert, ein Eingriff in die Luftzufuhr vorge- nommen wird, während dessen kein Zündwinkeleingriff zugelas- sen ist. Nähert sich die zu begrenzenden Betriebsgröße dem Grenzwert, so wird der Zündwinkeleingriff für die schnelle und schwingungslose Einregelung der zu begrenzenden Be- triebsgröße auf den Grenzwert zugelassen. Dadurch wird er- reicht, dass wegen des verringerten Betriebsbereichs des Zündwinkelbereichs das Abgas nicht mehr so heiss wird, ande- rerseits eine ausreichende Dynamik vorhanden ist.

In besonders vorteilhafter Weise wird die Gefahr der Schädi- gung für Katalysator und/oder andere Komponenten reduziert.

Vorteilhaft ist ferner, dass durch den nachfolgenden Zünd- winkeleingriff eine sanfte Einregelung auf den Grenzwert möglich ist, so dass der Fahrkomfort durch die beschriebene Vorgehensweise nicht beeinträchtigt ist. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass die Schwingungsneigung aufgrund der Tot- zeit der Strecke bzw. bei plötzlicher Wegnahme des Moments stark vermindert ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be- schreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.

Zeichnung Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Figur 1 zeigt ein Übersichtsbild einer Steuereinrichtung zur Steue- rung einer Brennkraftmaschine. In Figur 2 ist anhand eines Ablaufdiagramms eine bevorzugte Vorgehensweise zur Begren- zung einer ausgewählten Betriebsgröße der Brennkraftmaschi- ne, am Beispiel der Drehzahl, gezeigt. In Figur 3 schließ- lich ist die Wirkungsweise der Begrenzung anhand von Zeit- diagrammen verdeutlicht.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen Figur 1 zeigt ein Übersichtsbild einer Steuereinrichtung 10, welche aus Eingangsschaltung 12, Mikrocomputer 14 und Aus- gangsschaltung 16 besteht. Diese Komponenten werden mit ei- nem Bussystem 18 miteinander verbunden. Die Steuereinrich- tung 10 stellt dabei ein elektronisches Motorsteuergerät zur Steuerung der Brennkraftmaschine dar, wobei die dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannten Funktionen zur Mo- torsteuerung eingesetzt werden. In Bezug auf die nachfolgend beschriebene Vorgehensweise zur Begrenzung einer Betriebs- größe der Brennkraftmaschine bzw. des Fahrzeugs wird der Steuereinheit 10, dort der Eingangsschaltung 12 über eine Eingangsleitung 20 von einer Messeinrichtung 22 ein Signal zugeführt, welches die zu begrenzende Betriebsgröße, im nachfolgend geschilderten Ausführungsbeispiel die Motordreh- zahl nmot, repräsentiert.

Über weitere, nicht näher spezifizierte Eingangsleitungen 24 bis 28 werden weitere Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine und/oder des Fahrzeugs von Messeinrichtungen 30 bis 34 der Steuereinheit 10 zugeführt. Diese Betriebsgrößen sind die für die von der Steuereinheit 10 zur Steuerung der Brenn- kraftmaschine durchgeführten Funktionen notwendigen Größen, z. B. Fahrpedalstellung, Motortemperatur, Abgaszusammenset- zung, zugeführte Luftmasse, Saugrohrdruck, etc.

Über die Ausgangsschaltung 16 werden die Stellgrößen zur Einstellung von Leistungsparameter der Brennkraftmaschine von der Steuereinheit 10 ausgegeben. Im Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine sind dies primär die Luftzufuhr, Zündwinkeleinstellung und Kraftstoffzumessung. In Figur 1 ist dies durch die Ausgangsleitungen 36 zur Steuerung der Luftzufuhr, 38 zur Steuerung der Kraftstoffzumessung und 40 zur Steuerung des Zündwinkels symbolisiert.

Die nachfolgend beschriebene Vorgehensweise zur Begrenzung einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine und/oder des Fahrzeugs ist im Mikrocomputer 14 als Programm implemen- tiert, welches abhängig von den Eingangsgrößen Ausgangsgrö- ßen zur Steuerung der Brennkraftmaschine im Sinne der Be- grenzung der Betriebsgröße ermitteln. Ein solches Programm zur Begrenzung der Betriebsgröße stellt einen eigenständigen Gegenstand der Erfindung dar. Nachfolgend wird die Vorge- hensweise zur Begrenzung anhand einer Drehzahlbegrenzung dargestellt. Die dargestellte Vorgehensweise wird jedoch in anderen Ausführungsbeispielen mit anderen Betriebsgrößen, beispielsweise in Verbindung mit einer Fahrgeschwindigkeits- begrenzung, einer Drehmomentenbegrenzung, etc. eingesetzt.

Dabei werden die eingangs genannten Vorteile gleichermaßen wie bei der Drehzahlbegrenzung erreicht.

Neben der Begrenzungsfunktion führt die Steuereinheit auch die übrigen Motorsteuerfunktionen aus, ebenfalls mit Hilfe von Programmen des Mikrocomputers. So wird z. B. das Drehmo- ment der Brennkraftmaschine unter Anpassung der Stellgrößen abhängig von Fahrpedalstellung und weiterer Betriebsgrößen eingestellt.

Zur Begrenzung der Drehzahl wird die Motordrehzahl oder eine aus der Motordrehzahl abgeleitete Größe (zum Beispiel eine sogenannte prädizierte Drehzahl) mit einer Maximaldrehzahl verglichen. Die prädizierte Drehzahl wird dabei aus der ge- messenen Motordrehzahl und ihrem Gradienten abgeleitet, der- art, dass bei einem Überschreiten der Maximaldrehzahl durch die prädizierte Drehzahl angenommen werden kann, dass die tatsächliche Drehzahl in naher Zukunft die Maximaldrehzahl überschreitet. Überschreitet also die zu begrenzende Istgrö- ße einen Maximalwert, so wird über einen Verstärker des Begrenzers ein Eingriff in die Luftzufuhr vorgenommen, ins- besondere die Drosselklappe geschlossen. Während dieses Vor- gangs wird kein Zündwinkeleingriff zugelassen. Erreicht die zu begrenzende Größe (Motordrehzahl oder prädizierte Dreh- zahl) die maximale Drehzahl bzw. überschreitet sie diese, werden in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel Einsprit- zungen zu einzelnen Zylindern ausgeblendet. Ist die das An- steuersignal zur Beeinflussung der Luftzufuhr bildende Größe kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert geworden und/oder die Differenz zwischen Grenzwert und Istdrehzahl in einem vorgegebenen Band, so wird der Zündwinkeleingriff freigege- ben und das Einschwingen der Drehzahl auf den Grenzwert mit- tels Zündwinkelverstellung, somit mit hoher Genauigkeit und Dynamik, realisiert. Auf die Ausblendung von Einspritzungen kann in einem Ausführungsbeispiel verzichtet werden.

Je nach Ausführungsbeispiel wird der Maximaldrehzahlgrenz- wert mit dem prädizierten Drehzahlwert verglichen oder eine aus dem Maximaldrehzahlgrenzwert abgeleiteter Drehzahlgrenz- wert mit der tatsächlichen Motordrehzahl zum Auslösen des o- ben beschriebenen Begrenzungsvorgangs verglichen. In beiden Fällen wird durch die Wahl der Vorgehensweise wirksam die Erwärmung des Abgases und/oder Schwingungen beim Einschwin- gen vermieden.

Wie oben erwähnt wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel die Begrenzungsfunktion als Programm des Mikrocomputers 14 rea- lisiert. Dieses Programm wird in Figur 2 anhand eines Ab- laufdiagramms skizziert. Die einzelnen Elemente des in Figur 2 dargestellten Ablaufdiagramms stellen dabei Programmteile oder Programmschritte dar, während die Verbindungslinien den Informationsfluss skizzieren.

Die Darstellung gemäß Figur 2 zeigt ein bevorzugtes Ausfüh- rungsbeispiel zur Begrenzung der Motordrehzahl. In anderen Ausführungsbeispielen wird die Begrenzung in analoger Weise zur Begrenzung des Drehmoments, der Fahrzeuggeschwindigkeit, etc. eingesetzt.

Zunächst wird ein vorgegebener oder vom Fahrer beeinflussba- rer Drehzahlgrenzwert Ngrenz in 100 vorgegeben. Dieser wird einer Verknüpfungsstelle 102 zugeführt, in der dieser Grenz- wert mit einem prädizierten Drehzahlwert Npräd verglichen wird. Die prädizierte Drehzahl wird dabei in 104 abhängig von der Motordrehzahl Nmot ermittelt. Ein Ausführungsbei- spiel besteht darin, die Motordrehzahl um einen Faktor zu vergrößern, der aus dem Gradienten der Motordrehzahl abge- leitet ist. Die in 102 ermittelte Abweichung A zwischen Grenzdrehzahl und prädizierter Drehzahl wird einem Integra- tor 106, einem Vergleicher 108 sowie einem Verstärker 110 zugeführt. Eine Integrationskonstante I wird aus dem Spei- cher 112 dem Integrator 100 zugeführt. Die Integrationskon- stante ist dabei entweder fest vorgegeben oder betriebsgrö- ßenabhängig. Sie ist beispielsweise abhängig von der Dreh- zahl oder Drehzahlabweichung, wobei bei geringer werdender Drehzahlabweichung oder höherer Drehzahl eine größere Kon- stante vorgesehen ist. Entsprechend wird der Proportionali- tätsfaktor P in 114 bestimmt und dem Verstärker 110 zuge- führt. Auch hier ist der Faktor entweder fest vorgegeben o- der betriebsgrößenabhängig, beispielsweise drehzahlabhängig oder drehzahlabweichungsabhängig.

Abhängig von der Drehzahlabweichung A und der Integrations- konstante bildet der Integrator ein Ausgangssignal, welches zur Verknüpfungsstelle 116 geführt wird. Entsprechend bildet der Verstärker 110 aus Drehzahlabweichung A und Proportiona- litätskonstante P ein Ausgangssignal, welches der Verknüp- fungsstelle 116 zugeführt wird. Beide Ausgangssignale werden miteinander verknüpft, insbesondere addiert, und als Aus- gangssignal für die Drehmomentensteuerung abgegeben. Somit wird bei Überschreiten der Grenzdrehzahl Ngrenz durch die prädizierte Drehzahl, d. h. bei einem negativen Abweichungs- wert A, infolge der Proportionalitätsverstärkung in 110 ein Rücksprung im Drehmoment vorgenommen, um die prädizierte' Drehzahl auf die Grenzdrehzahl zu regeln. Das gemäß Figur 2 gebildete Ausgangssignal wird, vorzugsweise im Rahmen einer Minimalwertauswahl, anstelle des fahrerwunschabhängigen Sollwertes oder anderer Sollwerte zur Einstellung des Dreh- moments weitergegeben. In dieser Phase der Drehzahlbegren- zung ist der Zündwinkeleingriff verboten. Die Realisierung des durch das Ausgangssignal vorgegebenen Drehmoments er- folgt also nur über die Steuerung der Luftzufuhr, ggf der Kraftzumessung, nicht durch Zündwinkelverstellung.

Zur Freigabe des Zündwinkeleingriffes über das Signal zwfrei wird die Drehzahlabweichung im Vergleicher 106 mit Grenzwer- ten a und/oder b verglichen. Befindet sich die Drehzahlab- weichung in einem Band zwischen vorgegebenen Werten a und b oder in anderen Ausführungen unterhalb des oberen oder ober- halb des unteren Grenzwertes, so wird ein entsprechendes Signal der Und-Verknüpfung 118 zugeführt. Ferner wird das Ausgangssignal des Proportionalitätsverstärkers 110 in einem Vergleicher 120 mit einem Schwellenwert S verglichen. Unter- schreitet das Ausgangssignal diesen Schwellenwert, d. h. ist es kleiner als der Schwellenwert bzw. bei negativen Werten größer als dieser, so wird ein entsprechendes Signal an das Und-Verknüpfung abgegeben. Das Signal zwfrei wird in diesem Fall gebildet und damit der Zündwinkeleingriff freigegeben, wenn die Drehzahlabweichung im vorgesehen Band ist und das Ausgangssignal des Proportionalitätsverstärkers kleiner als der vorgegebene Schwellenwert ist. In anderen Anwendungen wird nur eines der genannten Kriterien zur Freigabe des Zündwinkeleingriffs überprüft. Das andere Kriterium kann dann fehlen.

Die vorstehend beschriebene Lösung arbeitet auf der Basis eines Vergleichs der prädizierten Drehzahl mit einer Grenz- drehzahl. In anderen Ausführungsbeispielen wird anstelle der prädizierten Drehzahl die tatsächlich gemessene Motordreh- zahl verwendet, wobei die Grenzdrehzahl nicht die tatsächli- che Grenzdrehzahl, sondern eine daraus abgeleitete, z. B. ab- hängig von der Drehzahl und Drehzahlgradienten veränderliche Größe ist, wie z. B. in eingangs genannten Stand der Technik.

Zündwinkelfreigabe heisst in diesem Zusammenhang, dass der Sollmomentenwert, welcher dem zusammengefassten Ausgangssig- nal des Verstärkers 110 und des Integrators 100 entspricht, nicht nur über die Beeinflussung der Luftzufuhr, ggf der Kraftstoffzumessung, sondern auch über die Beeinflussung des Zündwinkels umgesetzt wird.

Die dargestellte Vorgehensweise ist anhand der Zeitdiagramme der Figuren 3 näher verdeutlicht. Figur 3a zeigt dabei den zeitlichen Verlauf der Motordrehzahl Nmot sowie der prädi- zierten Drehzahl Npräd, Figur 3b den Verlauf der Drossel- klappenstellung a und Figur 3c den zeitlichen Verlauf des Zündwinkels ZW.

Figur 3a zeigt eine Situation der in Richtung des Grenzwer- tes Ngrenz ansteigenden Motordrehzahl. Dabei ist gestrichelt die prädizierte Drehzahl Npräd, durchgezogen die tatsächli- che Motordrehzahl Nmot aufgetragen. Die prädizierte Drehzahl ist dabei aus der Motordrehzahl unter Berücksichtigung ihres Gradienten abgeleitet. Zum Zeitpunkt tl überschreitet die prädizierte Drehzahl Npräd den Grenzwert Ngrenz, d. h. der Regler sieht eine negative Abweichung zwischen Grenzdrehzahl und prädizierter Drehzahl. Dies führt gemäß Figur 3b ab dem Zeitpunkt tl zu einer sprungförmigen Reduzierung der Dros- selklappenstellung a. Entsprechend wird der Drehzahlanstieg verlangsamt, was zu einer wegen des abnehmenden Gradienten größeren Verlangsamung des Anstiegs der prädizierten Dreh- zahl führt. Zum Zeitpunkt tl erfolgt keine Verstellung des Zündwinkels, wie Figur 3c zeigt. Zum Zeitpunkt t2 tritt die Abweichung zwischen prädizierter Drehzahl Npräd und Grenz- drehzahl Ngrenz in den vorgesehenen Bereich ein. Ferner ist zum Zeitpunkt t2 gemäß Figur 3b der Proportionalanteil des Begrenzungsreglers kleiner als der vorgesehene Grenzwert, so dass ab dem Zeitpunkt t2 eine Freigabe des Zündwinkels und eine Ausregelung der verhältnismäßig kleinen Restdrehzahlab- weichung durch Spätziehung des Zündwinkels wie in Figur 3c dargestellt, vorgenommen wird.

Wie oben dargestellt wird die beschriebene Vorgehensweise nicht nur in Verbindung mit einer Drehzahlbegrenzung, son- dern auch in Verbindung mit anderen Betriebsgrößen zu deren Begrenzung vorgenommen, beispielsweise zur Begrenzung des Drehmoments, zur Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeugs, etc.