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Hintergrund
und Kurzdarstellung
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Fahrzeuge
mit Automatikgetriebe setzten für gewöhnlich verschiedene
Strategien zum Steuern des Motorbetriebs während des Schaltens ein, um das
Fahrgefühl
zu verbessern. Im Einzelnen kann es in manchen Fällen wünschenswert sein, das Getriebeabtriebsdrehmoment
während
des Hoch- und Rückschaltens
zu steuern, so dass während
eines Schaltens ein konstantes Getriebeabtriebsdrehmoment gewahrt
wird.
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Bei
manchen Automatikgetrieben kann es während der Drehmoment- und Trägheitsphasen
eines Schaltvorgangs große
Abweichungen beim Getriebeabtriebsdrehmoment geben. Bei einer Strategie kann
die Veränderung
des Getriebeabtriebsdrehmoments durch Kalibrieren der Kapazität und Zeitsteuerung
der ein- und ausrückenden
Kupplungen und durch Verwenden von Zündzeitpunktverstellung zum Senken
des Motorabtriebsdrehmoments während der
Trägheitsphase
gesteuert werden. Während
die Zündzeitpunktverstellung
ein schnelles Senken des Motorabtriebsdrehmoments zulässt, kann
aber ein Nachteil durch erhöhten
Kraftstoffverbrauch und Emissionen bestehen. Weiterhin kann die
Zündzeitpunktverstellung
allgemein nur das Motorabtriebsdrehmoment von einem optimalen Punkt
aus senken.
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Eine
weitere Strategie zum Anpassen des Motordrehmoments während eines
Schaltvorgangs umfasst das Verwenden einer elektronisch gesteuerten
Drossel. Das Ansprechverhalten von Drosselmodulation kann aber durch
die Verzögerung
der Fülldynamik
des Ansaugkrümmers
und das Ansprechverhalten des Aktors der elektronischen Drosselsteuerung
beschränkt
sein.
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Eine
noch weitere Strategie, die verwendet werden kann, ist ein auf einer
Kurbelwelle montierter Starter-Alternator SA zum Senken und/oder
Anheben und Modulieren des Getriebeantriebsdrehmoments als Reaktion
auf eine Drehmomentmodulationsforderung von der Getriebesteuerstrategie.
Eine solche Strategie erfordert aber einen hinreichend schnellen
Aktor zum Steuern des Getriebeantriebsdrehmoments, beispielsweise
einen auf der Kurbelwelle montierten SA. Während ein Sa potentiell zum Modulieren
des Getriebeantriebsdrehmoments während eines Schaltens verwendet
werden kann, kann die maximale Drehmomentleistung eines typischen Starter-Alternators
weniger als die Hälfte
der Motordrehmomentleistung betragen, wodurch eine solche Strategie
beschränkt
wird. Ferner kann das SA-Drehmoment zur SA-Wellendrehzahl umgekehrt
proportional sein und kann auch durch den Batterieladungszustand
beschränkt
sein.
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Zur
Lösung
dieser und anderer Punkte wird in einem Beispiel ein Verfahren zum
Steuern des Antriebsstrangbetriebs in einem Fahrzeug an die Hand gegeben,
wobei der Antriebsstrang einen Motor und ein Automatikgetriebe aufweist,
wobei der Motor mindestens ein elektrisch betätigtes Zylinderventil aufweist.
Das Verfahren umfasst das Wechseln der Fahrstufen von einer ersten
einzelnen Übersetzungsstufe
zu einer zweiten einzelnen Übersetzungsstufe des
Getriebes; und das Anheben des Motordrehmoments während einer
Drehmomentphase des Wechsels der Fahrstufen durch Ändern des
Betriebs des elektrisch betätigten
Zylinderventils, und das Senken des Motordrehmoments während einer
Trägheitsphase
des Fahrstufenwechsels.
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Auf
diese Weise ist es möglich,
eine Drehmomentanhebung ausreichend großer Bandbreite zu erzeugen,
so dass während
eines Schaltvorgangs ein verbessertes Fahrgefühl erhalten werden kann, beispielsweise
bei einem Schalten von einer niedrigeren Fahrstufe zu einer höheren Fahrstufe.
Ferner kann diese Anhebung erzielt werden, ohne dass ein Starter-Alternator
oder eine andere solche Vorrichtung erforderlich ist, und ohne Leeren
des Batteriespeichers.
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Im Übrigen kann
ein Antriebsstrangsystem für
ein auf der Straße
fahrendes Personenfahrzeug an die Hand gegeben werden. Das System
umfasst ein Motor, wobei der Motor mindestens ein elektrisch betätigtes Zylinderventil
aufweist; ein Automatikgetriebe; einen zwischen dem Motor und dem
Automatikgetriebe angeschlossenen Drehmomentwandler; und ein zum
Wechseln von Fahrstufen von einer ersten einzelnen Übersetzungsstufe
zu einer zweiten einzelnen Übersetzungsstufe
des Getriebes ausgelegtes Steuergerät; und zum Anheben des Motordrehmoments
während
einer Drehmomentphase des Fahrstufenwechsels durch Ändern des
Betriebs des elektrisch betätigten
Zylinderventils und Senken des Motordrehmoments während einer
Trägheitsphase des
Fahrstufenwechsels, wobei der Änderungsvorgang
anhand eines Schlupfbetrags über
dem Drehmomentwandler eingestellt wird.
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Auf
diese Weise ist es möglich,
nicht nur das verbesserte Fahrgefühl zu bieten, es kann auch
mittels der zusätzlichen
Rückmeldung
mit Hilfe des Schlupfverhältnisses
eine verbesserte Einheitlichkeit von Schaltvorgang zu Schaltvorgang
vorgesehen werden.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 – 2 sind
Blockdiagramme eines Fahrzeugantriebsstrangs und eines Motors;
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3 zeigt
eine Motorzylinderbetriebsart kontra Drehmoment für einen
Achtzylinder-Motor
mit elektromagnetischer Ventilbetätigung (EVA);
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4 ist
ein detailliertes Flussdiagramm verschiedener Arbeitsabläufe;
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5 zeigt
eine beispielhafte Tip-In-Getriebeabtriebsdrehmomentreaktion mit
und ohne Drehmomentmodulation während
einer 1-2-Hochschalt-Drehmomentphase;
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6 zeigt
einen Befehl zur Modulation des Tip-In-/1-2-Hochschalt-Getriebesteuerdrehmoments;
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7 zeigt
eine Tip-In-Motorabtriebsdrehmomentreaktion mit und ohne Drehmomentmodulation
während
einer 1-2-Hochschalt-Drehmomentphase;
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8 zeigt
eine Tip-In-/1-2-Hochschalt-Motordrehzahlreaktion;
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9 zeigt
eine Drehmomentreaktion der Tip-in-Zylinder 1 bis 8 mit Drehmomentmodulation während einer
1-2-Hochschalt-Drehmomentphase; und
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10 zeigt
eine Ansaugkrümmerdruckreaktion
eines Tip-In-Zylinders mit Drehmomentmodulation während einer
1-2-Hochschalt-Drehmomentphase.
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Eingehende
Beschreibung
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Unter
Bezug auf 1 wird ein beispielhafter Antriebsstrang
eines Fahrzeugs gezeigt. Im Einzelnen wird eine Brennkraftmaschine 10,
die hierin unter besonderem Bezug auf 2 weiter
beschrieben wird, mittels einer Kurbelwelle 13 mit einem
Drehmomentwandler 11 verbunden gezeigt. Der Drehmomentwandler 11 kann
auch mittels einer Getriebeantriebswelle 17 mit einem Getriebe 15 verbunden
sein. Der Drehmomentwandler 11 kann eine Bypass-Kupplung
haben, die eingerückt,
ausgerückt oder
teilweise eingerückt
sein kann. Wenn die Kupplung entweder ausgerückt oder teilweise eingerückt ist,
sagt man, dass sich der Drehmomentwandler in einem nicht gesperrten
Zustand befindet. Dieses Beispiel zeigt zwar ein Automatikgetriebe
mit einem Drehmomentwandler, doch kann auch ein manuelles Getriebe
verwendet oder kein Drehmomentwandler verwendet werden.
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Das
Getriebe 15 kann ein elektronisch gesteuertes Getriebe
mit mehreren wählbaren
einzelnen Übersetzungsstufen
umfassen. Das Getriebe 15 kann auch verschiedene andere
Fahrstufen wie z.B. eine (nicht dargestellte) Achsantriebsübersetzung umfassen.
Das Getriebe 15 ist ferner über eine Achse 21 mit
einem Reifen 19 verbunden. Der Reifen 19 bringt
das (nicht dargestellte) Fahrzeug mit der Fahrbahn 23 in
Kontakt. In einer Ausführung
hat das Getriebe 15 die folgenden vom Fahrer wählbaren
Optionen: Parken (P), Rückwärts (R),
Neutral (N), Fahren (D) und Langsam (L). Der Fahrer wählt diese
Stellungen über
einen Getriebehebel.
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Unter
Bezug auf 2 wird die Brennkraftmaschine 10,
die mehrere Zylinder umfasst, wovon in 2 ein Zylinder
gezeigt wird, durch ein elektronisches Steuergerät 12 gesteuert. Der
Motor 10 weist einen Brennraum 30 sowie Zylinderwände 32 mit
einem darin positionierten und mit einer Kurbelwelle 40 verbundenen
Kolben 36 auf. Der Brennraum 30 wird mit dem Ansaugkrümmer 44 und
dem Abgaskrümmer 48 jeweils über ein
Einlassventil 52 und ein Auslassventil 54 in Verbindung
stehend gezeigt. Jedes Ein- und Auslassventil wird durch eine elektromechanisch
gesteuerte Ventilspule und Ankeranordnung 53 betrieben.
Eine Ankertemperatur wird durch einen Temperaturfühler 51 ermittelt.
Die Ventilstellung wird durch einen Stellungssensor 50 ermittelt.
In einem anderen Beispiel weist jeder der Ventilaktoren für die Ventile 52 und 54 einen
Stellungssensor und einen Temperaturfühler auf. In einer noch anderen
Ausführung
können
ein oder mehrere von Einlassventil 52 und/oder Auslassventil 54 nockenbetätigt werden und
für mechanische
Deaktivierung ausgelegt sein. Zum Beispiel können Stößel einen Deaktivierungsmechanismus
für Ventile
aufweisen, die durch schubstangenartige Nocken betätigt werden.
Alternativ können
Deaktivatoren in einer oben liegenden Nocke verwendet werden, beispielsweise
durch Wechseln zu einem Nullhub-Nockenprofil. Weiterhin können auch
variable Ventilhubaktoren verwendet werden.
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Der
Ansaugkrümmer 44 wird
ferner mit einem damit verbundenen Kraftstoffeinspritzventil 66 zum
Zuführen
von flüssigem
Kraftstoff proportional zur Impulsbreite des Signals FPW des Steuergeräts 12 gezeigt.
Der Kraftstoff wird dem Kraftstoffeinspritzventil 66 durch
eine (nicht dargestellte) Kraftstoffanlage mit einem Kraftstofftank,
einer Kraftstoffpumpe und einem (nicht dargestellten) Verteilerrohr zugeführt. Alternativ
kann der Motor so ausgelegt sein, dass der Kraftstoff direkt in
den Motorzylinder eingespritzt wird, was dem Fachmann als Direkteinspritzung
bekannt ist. Ferner wird der Ansaugkrümmer 44 mit einer
optionalen elektronischen Drossel 125 in Verbindung stehend
gezeigt.
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Eine
verteilerlose Zündanlage 88 liefert
dem Brennraum 30 über
eine Zündkerze 92 als
Reaktion auf das Steuergerät 12 einen
Zündfunken.
Stromaufwärts
des Katalysators 70 ist eine nicht beheizte Lambdasonde
(UEGO) 76 mit dem Abgaskrümmer 48 verbunden
dargestellt. Alternativ kann an Stelle der UEGO-Sonde 76 eine
Lambdasonde mit zwei Zuständen
treten. Eine Lambdasonde 98 mit zwei Zuständen wird
stromabwärts
des Katalysators 70 mit dem Ansaugkrümmer 48 verbunden
gezeigt. Alternativ kann die Sonde 98 auch eine UEGO-Sonde
sein. Die Katalysatortemperatur wird durch den Temperaturfühler 77 gemessen
und/oder anhand von Betriebsbedingungen wie Motordrehzahl, Last,
Lufttemperatur, Motortemperatur und/oder Luftdurchsatz oder Kombinationen
derselben geschätzt.
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Der
Katalysator 70 kann in einem Beispiel mehrere Katalysatorbricks
aufweisen. In einem anderen Beispiel können mehrere Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen,
jeweils mit mehreren Bricks, verwendet werden. Der Katalysator 70 kann
in einem Beispiel ein Dreiwegekatalysator sein.
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In 2 wird
das Steuergerät 12 als
herkömmlicher
Mikrocomputer gezeigt, welcher umfasst: eine Mikroprozessoreinrichtung 102,
Eingangs-/Ausgangs-Ports 104 und einen Festwertspeicher 106,
einen Arbeitsspeicher 108, einen batteriestromgestützten Speicher 110 und
einen herkömmlichen
Datenbus. Das Steuergerät 12 wird
gezeigt, wie es neben den zuvor beschriebenen Signalen von mit dem
Motor 10 gekoppelten Sensoren verschiedene Signale empfängt, darunter:
Kühlmitteltemperatur (ECT)
von einem mit einem Kühlmantel 114 gekoppelten
Temperaturfühler 112;
ein mit einem Gaspedal verbundenen Stellungssensor 119;
eine Messung des Ansaugluftdrucks (MAP) von einem mit dem Ansaugkrümmer 44 verbundenen
Drucksensor 122; eine Messung (ACT) der Motoransauglufttemperatur oder
Krümmertemperatur
von einem Temperaturfühler 117;
und einen Motorstellungssensor von einem Hallgeber 118,
der die Stellung der Kurbelwelle 40 erfasst. In einer bevorzugten
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erzeugt der Motorstellungssensor 118 eine
vorbestimmte Anzahl von gleichmäßig beabstandeten
Impulsen pro Umdrehung der Kurbelwelle, woraus die Drehzahl (U/min)
ermittelt werde kann.
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In
einer alternativen Ausführung
kann ein Direkteinspritzmotor verwendet werden, bei dem das Einspritzventil 66 in
dem Brennraum 30, entweder in dem Zylinderkopf ähnlich wie
die Zündkerze 92 oder an
der Seite des Brennraums, positioniert ist. Ferner kann der Motor
in einem Hybridfahrzeug mit einem Elektromotor/Batteriesystem verbunden
sein. Das Hybridfahrzeug kann eine parallele Konfiguration, eine
Reihenkonfiguration oder eine Abwandlung oder Kombinationen derselben
aufweisen.
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Wenngleich
dies nicht gezeigt wird, kann ein Gaspedal, welches mit dem Fuß des Fahrers
in Verbindung steht, verwendet werden, wobei eine Gaspedalstellung
(PP) durch einen mit dem Gaspedal verbundenen Pedalstellungssensor
gemessen und an das Steuergerät 12 geleitet
wird.
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Wie
nachstehend eingehender beschrieben wird, umfasst eine hierin beschriebene
beispielhafte Strategie zum Verbessern der Schaltqualität bei einem
Getriebe mit einzelnen Übersetzungsstufen, z.B.
eine 6-Gang-Automatik mit einem Drehmomentwandler, das Steuern des
Getriebeabtriebsdrehmoments während
Hochschaltungen und/oder Rückschaltungen.
Im Einzelnen kann ein im Wesentlichen konstantes Getriebeabtriebsdrehmoment
während mindestens
einigen Schaltvorgängen
zum Verbessern des Fahrgefühls
aufrechterhalten werden. Um aber diesen Betrieb zu verwirklichen,
wird die Drehmomentabgabe so gesteuert, dass sie während der Drehmoment-
und Trägheitsphasen
eines Schaltvorgangs in einer vorgeschriebenen Weise angehoben/gesenkt
wird.
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Ein
Vorgehen zum Bereitstellen einer solchen Steuerung ist mittels Kalibrieren
der Leistung und Zeitsteuerung der ein- und ausrückenden Kupplungen und durch
Verwenden einen Zündzeitpunktverstellung
zum Senken des Motorabtriebdrehmoments während der Trägheitsphase.
Durch Verwenden der Zündzeitpunktverstellung
kann das Motorabtriebsdrehmoment schnell gesenkt werden, es können aber
Kraftstoffverbrauch und Emissionen aufgrund des verwendeten Zündzeitpunktverstellbetrags
gesteigert werden. Ferner senkt die Zündzeitpunktverstellung nur
das Motorabtriebsdrehmoment.
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Ein
weiteres Vorgehen nutzt eine elektronisch gesteuerte Drossel ETC
zum Senken oder Anheben des Motordrehmoments. Unter manchen Bedingungen
kann aber das Ansprechverhalten des Motordrehmoments auf Veränderungen
der ETC durch die Verzögerung
der Fülldynamik
des Ansaugkrümmers
und das Ansprechverhalten des ETC-Aktors beschränkt sein.
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Ein
noch weiteres Vorgehen nutzt einen an einer Kurbelwelle angebrachten
Starter-Alternator SA
zum Senken und/oder Anheben (oder Modulieren) des Getriebeantriebsdrehmoments
als Reaktion auf eine Drehmomentmodulationsforderung der Getriebesteuerstrategie.
Dies kann zwar eine verbesserte Schaltreaktion vorsehen, doch können die
Kosten für
diese zusätzliche
Ausstattung übermäßig sein.
Ferner beträgt
die maximale Drehmomentleistung eines typischen Starter-Alternators
weniger als die Hälfte
der Motordrehmomentleistung und kann zur SA-Wellendrehzahl umgekehrt
proportional sein, was die Anwendung beschränkt. Ferner kann der SA durch
den Batterieladungszustand beschränkt und somit nicht in der
Lage sein, die Schaltreaktion während
verschiedenen Bedingungen zu verbessern.
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Daher
kann in einer Ausführung
eine Motordrehmomentmodulation mittels Einstellung elektrisch betätigter Ventile
(allein oder zusätzlich
zu einer der obigen Strategien) verwendet werden. Im Einzelnen kann
in einem Beispiel die Drehmomentabgabe eines EVA-Motors als Reaktion
auf eine Getriebedrehmomentmodulationsforderung gesteuert werden,
um eine verbesserte Steuerung des Getriebeabtriebsdrehmoments während eines
Schaltvorgangs zu erzeugen. Im Einzelnen wird der Motor eingestellt,
um die Ventilsteuerung, die Betriebsart, Kraftstoff und Zündung auf
einer zylinderweisen Grundlage und bei Bedarf den Ansaugkrümmerdruck
mittels der ETC (falls vorhanden) zu verändern, wie in der hier nachstehend
beschriebenen Routine. Weiterhin kann ein Getriebeantriebsdrehmoment
mit einem ansteigenden Gradienten während der Schaltdrehmomentphase
und einer Drehmomentabnahme während
der Schaltträgheitsphase
versehen werden, verbunden mit einer Steuerung der ein- und ausrückenden Kupplungszeitsteuerung
und -leistungen, um einen verbesserten Schaltbetrieb zu bieten.
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Wie
vorstehend erwähnt
können
Ventileinstellungen, beispielsweise mittels eines elektrisch betätigten Ventils,
oder eines elektrischen oder elektrohydraulischen stufenlos verstellbaren
Ventilhubaktors (zusammen mit Einstellungen von Zündsteuerzeiten
und Kraftstoff) zum Steuern der Motorleistung auf zylinderweiser
Grundlage zum Liefern eines Sollmotordrehmoments verwendet werden.
Ferner kann jeder vorhandene Zylinder entweder als Zündzylinder (d.h.
als Zylinder, der Luft, Kraftstoff und Zündfunken zum Erzeugen von Drehmoment
hat) oder als nicht zündender
Zylinder arbeiten. Durch Steuern der Anzahl an Zündzylindern, der Betriebsart
der zündenden
und nicht zündenden
Zylinder, des Ansaugkrümmerdrucks,
von Kraftstoff und Zündung
als Funktion des Motorbetriebspunkts (z.B. Drehzahl und Last), ist es
möglich,
schnell auf Motordrehzahlforderungen zu reagieren und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit
zu verbessern und Emissionen zu senken.
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Ein
beispielhaftes Verfahren zum Verbessern der Kraftstoffwirtschaftlichkeit
und zum Senken von Emissionen bei einem Motor mit variablem Ventilbetrieb
besteht darin, mit einer minimalen Anzahl an Zündzylinder pro Zeiteinheit
zu arbeiten, die für
einen vorgegebenen Betriebspunkt zulässig ist. Durch Senken der
Anzahl an Zündzylindern
oder der Geschwindigkeit, bei der Zündzylinder Drehmoment erzeugen,
z.B. 12-Taktkontrakt 4-Takt-Betrieb, können die Motorpumpverluste
reduziert werden, was die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert.
Dies ist aber nur eine Möglichkeit
zum Verändern
von Motorbetriebsarten zur Verbesserung des Betriebs. Es können verschiedene
andere Betriebsarten verwendet werden, wie sie nachstehend beschrieben
werden.
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Die
Auswahl von Betriebsarten bei einem EVA-Motor, z.B. 4 kontra 8 Zylinder
oder 12-kontra 4-Takt-Betrieb
bei einem Achtzylindermotor kann durch das bei einer vorgegebenen
Betriebsart verfügbare
maximale Drehmoment beschränkt
sein. Das bei einem 4-Zylinder-Betrieb verfügbare maximale Drehmoment kann
zum Beispiel den Bereich beschränken,
in dem ein solcher Betrieb möglich
ist. Ferner kann es Grenzen geben, die durch den Ventilbetätigungsmechanismus
geschaffen werden, beispielsweise eine minimale Öffnungszeit. 3 zeigt einen
beispielhaften Bereich maximaler Drehmomentwerte für verschiedene
Betriebsarten bei einem beispielhaften Motor.
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Fortfahrend
mit anderen möglichen
Grenzen können
einige Ventilaktoren eine minimale Übergangszeit (die zum vollständigen Öffnen oder
Schließen
des Ventils erforderliche Zeit) und/oder eine minimale Ventilöffnungsdauer
(z.B. 45 bis 50 Kurbelwinkelgrad pro tausend U/min) aufweisen. Die
minimale Ventildauer kann das minimale Drehmoment beschränken, das
für eine
vorgegebene Anzahl an Zündzylindern
bei einer vorgegebenen Motordrehzahl erzeugt werden kann. Als Beispiel
wird ein EVA-Motor herangezogen, der bei 6.000 U/min mit einer minimalen
Ventildauer von 50 Grad pro tausend U/min arbeitet. Unter diesen
Bedingungen beträgt
die minimale Dauer von Öffnen
bis zu Schließen
des Einlassventils etwa 300 Grad. Es gibt zwar eine Reihe von Verfahren,
die zum Senken des minimalen Drehmoments pro Zündzylinder bei einer Einlassventildauer
von 300 Grad verwendet werden können
(z.B. Vorverstellen der Einlassventilöffnung, IVO; die Verwendung
eines Betriebs mit spätem
Einlassventilschließen,
IVC; Spätverstellen
des Zündzeitpunkts und/oder
Senken des Drosselwinkels und des Ansaugkrümmerdrucks), doch besteht eine
spezifische Strategie, die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessern und
Emissionen senken kann, darin, die Anzahl und/oder Zündgeschwindigkeit
der Zündzylinder
zu senken und dadurch die Gesamtdrehmomentabgabe des Motors zu senken.
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Ferner
kann es Drehmomentveränderungen beim Überbrücken des
Drehmoments von einer Betriebsart zur anderen geben. Um solche Situationen zu
bewältigen,
ist die Verwendung der Ansaugkrümmerdrucksteuerung
zum Überbrücken solcher
Lücken
bei einem Kennfeld von Drehmoment kontra Motordrehzahl einer vorgegebenen
EVA-Motor-Betriebsart
möglich.
Ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern des Ansaugkrümmerdrucks
bei einem EVA-Motor ist die Verwendung von Ansaugkrümmerdruck
und/oder Temperaturrückmeldung
zum Betätigen
einer elektronisch gesteuerten Drossel ETC am Ansaugkrümmereinlass.
In einer beispielhaften Ausführung
ist es möglich,
wenn unter Niedriglastbetrieb die zum Erreichen eines angeordneten
Drehmoments oder Luftfüllung
erforderliche Ventilsteuerung unter eine bei einer vorgegebenen
Betriebsart erreichbare minimale Ventildauer fällt, zu einer anderen Ventilsteuerungsbetriebsart
zu wechseln, z.B. 8 Zyl kontra 4 Zyl, um das minimale Drehmoment
für eine vorgegebene
minimale Ventildauer zu senken. Alternativ kann die Ventilsteuerung
oder die Zündung
eingestellt werden, um das pro Takt gelieferte Drehmoment zu reduzieren.
Eine dritte Alternative besteht darin, den Ansaugkrümmerdruck
zu senken, was die Ansaugluft und das Drehmoment vor eine vorgegebene
Ventilsteuerung senkt. Dies wird durch Verwenden der Drossel zum
Steuern des Krümmerdrucks als
Funktion von Ventilsteuerung und Motordrehzahl und Integrieren der
Ventil- und Drosselsteuerung in die Drehmomentsteuerstruktur verwirklicht.
Dies kann auch die Steuerung des Niedriglastdrehmoments verbessern.
Weiterhin können
bei Bedarf verschiedene Kombinationen der obigen Strategien eingesetzt
werden.
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Unter
Bezug nun auf 4 wird eine Routine zum Steuern
des Motor- und Getriebebetriebs während einer Änderung
einer Übersetzungsstufe,
z.B. während
einem Schalten, beschrieben. In einer Ausführung steuert die Routine Motorventilsteuerung, Zylinderbetriebsart
(z.B. Aktivierung/Deaktivierung), Kraftstoffeinspritzung, Zündzeitsteuerung
und Ansaugkrümmerdruck
als Reaktion auf eine Getriebedrehmomentmodulationsforderung, um
verbesserte Schaltqualität
zu liefern.
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Allgemein
gesagt ermittelt die Routine zuerst bei Schritt 310 eine
Drehmomentmodulationsforderung, die auf verschiedenen Parametern
beruhen kann. In einem Beispiel beruht die Forderung auf einem erwünschten
Drehmomentanstiegsprofil und -abfallprofil, das ein verbessertes
Schaltgefühl
liefert, wie es hierin beschrieben wird.
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Als
Nächstes
ermittelt die Routine bei Schritt 312, ob einige oder alle
der Zylinder in einem Zylinderverbrennungstakt mit der minimalen
Anzahl an Hüben
(Str_min) arbeiten. Wenn nicht, wird die Zylinderbetriebsart auf
einen Verbrennungstakt mit dieser Anzahl an Hüben gesetzt. Zum Beispiel kann
die Routine die Zylinderbetriebsart von einem oder von mehreren
Zylindern (oder allen Zylindern) in eine Betriebsart mit einer reduzierten
Anzahl an Takten pro Zündereignis
wechseln, z.B. 4-Takt-Betrieb kontra 24- Takt-Betrieb bei Schritt 314,
um das Motordrehmomentansprechverhalten zu verbessern. Auf diese Weise
ist es möglich,
Drehmomentabgabeänderungen
des Motors schneller als andernfalls möglich zu liefern. Um ein ausreichendes
Ansprechverhalten des EVA-Motors auf Getriebedrehmomentmodulationsforderungen
zu liefern, arbeiten die Zündzylinder mit
anderen Worten in der Betriebsart mit wenigen Hüben.
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Als
Nächstes
geht die Routine weiter zu Schritt 316, um zu ermitteln,
ob das angeordnete Zylinderdrehmoment (Tor_com) innerhalb eines
Bereichs des minimal möglichen
Drehmoments (Tor_min_i, das durch die minimale Einlassventilöffnungszeit
festgelegt werden kann) und des maximal möglichen Drehmoments (Tor_max_i)
liegt. Wenn nicht, geht die Routine weiter zu Schritt 318,
um die Zylinderbetriebsart(en) so zu setzen, dass das angeordnete
Zylinderdrehmoment (Tor_com) innerhalb des Bereichs liegt. Die Routine
kann zum Beispiel die Anzahl an Zylindern einstellen, die die Verbrennung ausführen (z.B.
durch Aktivieren von Zylinderventilen oder Halten von Zylinderventilen
in einer geschlossenen Stellung während des Takts), kann die
Anzahl an arbeitenden Ventilen in einem Zylinder einstellen, kann
die Einlass-/Auslassventil-Öffnungsbereiche und/oder
Schließbereiche
(z.B. Bewegen von später Einlassventilöffnung zu
früher
Einlassventilöffnung) einstellen,
oder verschiedene andere Abwandlungen. Als Nächstes stellt die Routine in
den Schritten 320 und 322 Betriebsparameter, beispielsweise Drosselstellung,
Kraftstoffeinspritzung, Zündzeitsteuerung
usw. ein, um die erwünschte
Leistung zu liefern.
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Wenn
die Antwort bei Schritt 316 ja lautet, geht die Routine
weiter zu Schritt 324, um den Ventilbetrieb sowohl der
zündenden
als auch der nicht zündenden
Zylinder einzustellen, und stellt dann bei Schritt 325 den
Kraftstoff- und Zündbetrieb
ein, um das Solldrehmoment zu liefern.
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Die
Betriebsarten der zündenden
und nicht zündenden
Zylinder werden mit anderen Worten auf die Betriebsart gesetzt,
die der Drehmomentmodulationsforderung beruhend auf angeordneter
Drehmomentsteigerung oder -senkung am nächsten kommt. Ferner stellt
die Routine die Zündzylinder-Ventilsteuerzeit,
Kraftstoff und Zündung
ein und stellt die Ventilsteuerzeit der nicht zündenden Zylinder ein, um dem
angeordneten Drehmoment nahe zu kommen. Zum Beispiel kann der Drehmomentforderung
in manchen Fällen
mit einer Ventilsteuerung und/oder Hubanpassungen entsprochen werden.
In anderen Fällen
kann die Forderung zur Drehmomentsenkung/anhebung nicht mit der
Ventilsteuerung allein verwirklicht werden. In solchen Fällen ermittelt
die Routine die erwünschte
Kombination aus Ansaugkrümmerdruck,
Kraftstoffeinspritzung und/oder Zündzeitpunktverstellung, die
zum Liefern der erwünschten
Drehmomentanpassung mit der besten Kraftstoffwirtschaftlichkeit,
Schaltqualität,
Drehmomentansprechverhalten und Emissionen verwendet werden kann.
Daraus stellt die Routine den Ansaugkrümmerdruck, Kraftstoff und/oder
Zündzeitpunktverstellung ein,
um das angeordnete Drehmoment zu liefern.
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Ferner
berücksichtigt
die Routine in einem spezifischen Beispiel das maximale und minimale Drehmoment
pro Zylinder als Funktion von Motorbetriebsart und Betriebspunkt,
z.B. Motordrehzahl und Last. In diesem Fall wird die Drehmomentmodulationsforderung
in eine Drehmomentforderung pro Zylinder umgewandelt, die mit der
aktuellen Motorbetriebsart übereinstimmt,
z.B. 4 kontra 8 Zündzylinder bei
einem 8-Zylinder-EVA-Motor. Wird eine Zunahme oder Senkung der Motordrehmomentabgabe
gefordert, dann vergleicht die Routine das maximale oder minimale
Drehmomentpotential der aktuellen Motorbetriebsart mit der Forderung.
Wenn die Drehmomentforderung bei der aktuellen Motorbetriebsart verwirklicht
werden kann, dann werden die Ventilsteuerung, Kraftstoff, Zündung und
Ansaugkrümmerdruck
an den zündenden
und nicht zündenden
Zylindern eingestellt, um die erwünschte Drehmomentabgabe zu
erreichen. Ansonsten wird die Motorbetriebsart geändert, um
als Reaktion auf eine Drehmomentsenkungsforderung der Forderung
zu entsprechen, z.B. durch Senken der Anzahl an Zündzylindern
von 8 auf 4.
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Das
maximale und minimale Drehmoment für einen EVA-Motor bei einer
vorgegebenen Last und Drehzahl kann durch die maximalen und minimalen
Drehmomente der zündenden
und nicht zündenden
Zylinder ermittelt werden. Das maximale Zylinderdrehmoment bei einem
Zündzylinder
kann durch die maximale Zylinderluftfüllung beschränkt werden, die
sich mit Motordrehzahl und Ansaugkrümmerdruck ändern kann, und kann durch
Verändern
der Einlassventilsteuerung bei einem EVA-Motor optimiert werden.
Das minimale Zylinderdrehmoment pro Zündereignis bei einem EVA-Motor
kann weitgehend durch die hier genannte minimale Ventildauer ermittelt
werden, die den EVA-Ventilaktor einschränken kann, die Zylinderfüllung als
Funktion des Motorbetriebspunkts unter einen festgelegten Grenzwert
zu senken. Um den Drehmomentbereich unter den durch die minimale
Ventildauer zulässigen
Mindestbereich für
eine vorgegebene Anzahl an Zündzylindern
zu erweitern, kann die Ventilsteuerung der nicht zündenden
Zylinder so gesteuert werden, dass das Motordrehmoment weiter gesenkt
wird, oder der Ansaugkrümmerdruck
kann wie hier erwähnt
gesenkt werden. Ein Vorgehen zum Senken des Gesamtmotordrehmoments
durch Anheben des Bremsdrehmoments der nicht zündenden Zylinder besteht darin, die
Ventilsteuerung anzupassen, um während
eines oder während
mehreren Kolbenhüben
eine Expansions- und/oder Verdichtungsbremsung zu erzeugen.
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Zurück zu 4 geht
die Routine von einem der Schritte 322 oder 326 weiter
zu Schritt 328, um zu ermitteln, ob der Schaltvorgang beendet
ist. Wenn nicht, kehrt die Routine zu Schritt 316 zurück. Ansonsten
springt die Routine zurück.
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Somit
zeigt 4 ein beispielhaftes Verfahren zum Umwandeln von
Drehmomentmodulationsforderungen in Befehle für Ventilsteuerung, Zylinderbetriebsart,
Kraftstoff, Zündung
und Ansaugkrümmerdruck
quer über
dem Motor- und Getriebebetriebsbereich. In einem Beispiel berücksichtigt
dieses Verfahren das maximale und minimale Motordrehmoment als Funktion
von Betriebsart, Motordrehzahl und Ansaug- und Abgaskrümmerdrücken und
ist fähig,
auf Getriebedrehmomentmodulationsforderungen schnell zu reagieren.
Ferner kann die obige Strategie in Kombination mit der Steuerung
ein- und/oder ausrückender
Kupplungen mittels Einstellung von Kupplungsdrücken und Zeitsteuerung von
Kupplungsdruckeinstellungen verwendet werden.
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In
manchen Fällen
kann bei Einstellen des Motordrehmoments wie vorstehend beschrieben
die sich ergebende Getriebeabtriebsdrehmomentveränderung auf die Amplitude und
Zeitsteuerung der Motordrehmomentmodulation und die Kupplungsdruckamplitude
und -zeitsteuerung reagieren. Zum Beispiel gibt es eine Reihe von
Faktoren, die eine Veränderung
der Motordrehmomentabgabe erzeugen können, z.B. Ventilsteuerungs-
oder Drosselsteuerungsfehler, Rohrlängendifferenzen, Grundmotorkalibrierungsfehler,
unkorrigierte Umgebungstemperatur- oder Druckschwankungen und Getriebekupplungsdrücke, z.B.
Getriebekalibrierungsfehler, Schwankungen von Teil zu Teil, unkorrigierte
Getriebefluidtemperaturschwankung oder Kombinationen derselben.
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Somit
kann in einem Beispiel eine Adaption der Motordrehmomentmodulation
und/oder des Kupplungsdrucks vorgesehen werden. Wenn zum Beispiel
die Ventilsteuerung des Motors verändert wird, um die Motordrehmomentabgabe
als Reaktion auf eine Getriebedrehmomentmodulationsforderung während eines
Schaltens anzuheben oder zu senken, kann die Ventilsteuerung als
Reaktion auf ein Schlupfverhältnis-Rückmeldungssignal (das ein Schlupfverhältnis über einen
offenen oder teilweise offenen Drehmomentwandler anzeigt) zum Verbessern
der Steuerung des Drehmomentmodulationswerts verändert werden. Zum Beispiel
kann die Rückmeldung
des Schlupfverhältnisses
zum automatischen Anpassen oder Adaptieren der Getriebedrehmomentmodulationsforderung
während
der Trägheitsphase
eines Schaltens und dadurch zum Verbessern von Schaltqualität und -einheitlichkeit
verwendet werden. Wie vorstehend erwähnt kann in einem Beispiel
die Einstellung der Motorventile (z.B. Ventilsteuerung, Hub, Anzahl
an Ventilen, Zylinderdeaktivierung) zum Einstellen des Motorabtriebsdrehmoments
während
des Schaltens als Reaktion auf das Schlupfverhältnis-Rückmeldungssignal zum Steuern
des Drehmomentmodulationswerts verwendet werden. Auf diese Weise
kann ein verbesserter Betrieb durch Koordinieren der Drehmomentmodulation
am Ende des Schaltvorgangs und der Kupplungsdruckzeitsteuerung erreicht
werden. Ohne eine solche Koordination können zumindest unter bestimmten
Bedingungen Schwankungen des Getriebeabtriebsdrehmoments auftreten.
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In
einer Ausführung
kann die obige Getriebeabtriebsveränderung durch Verändern der
Motordrehmomentmodulation nahe dem Schaltende-Vorgang reduziert
werden, zum Beispiel durch Verändern
der Motordrehmomentmodulation und/oder der Kupplungsdrucksteigung
und/oder -zeitsteuerung.
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In
einer anderen Ausführung
kann ein Online-Adaptionsverfahren verwendet werden, um die Schaltqualität und -einheitlichkeit
zu wahren. Zum Beispiel kann ein solches Online-Verfahren eine Messung
oder Schätzung
des Getriebeabtriebs und eine spezifische Messung der Getriebeabtriebsveränderung
aufgrund von Fehlern bei der Zeitsteuerung der Schaltendedrehmomentmodulation/des Kupplungsdrucks
verwenden. Weiterhin können
die Schaltende-Drehmomentmodulationszeitsteuerung und/oder – steigung
mit Hilfe eines Maßes
der Winkelbeschleunigungsveränderung
des Getriebeabtriebs angepasst/adaptiert werden. Dieses Winkelbeschleunigungsveränderungsmaß kann mit
Hilfe einer gefilterten oder gemittelten Schätzung der Getriebeabtriebswellenbeschleunigung
von Spitze zu Spitze während
eines Fensters als Funktion von Zeit oder Kurbelwinkelgrad im Anschluss
an den Schaltende-Vorgang berechnet werden. Eine Alternative zur Beschleunigung
von Spitze zu Spitze wäre
der Schwingungsdosiswert VDV. Mit solchen Verfahren kann die Schaltqualität und einheitlichkeit
gewahrt werden.
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Bezüglich der 5 – 10 werden
beispielhafte Simulationsdaten verschiedener Teile des obigen Vorgehens
gezeigt. In diesem Beispiel liefert die EVA-Motorstrategie Betriebsarten,
die nur einen 4-Takt-Zündzylinderbetrieb
mit einer Option, zwischen vier und acht Zündzylinder zu wechseln, beinhaltete.
Wie hier vorstehend erwähnt
können
aber zusätzliche
Betriebsarten verwendet werden, beispielsweise mehr Hübe und zusätzliche
aktive Zylinder sowie eine variable Anzahl aktiver Ventile an aktiven
oder inaktiven Zylindern.
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Die
nachstehend erläuterten
Daten zeigen die Getriebeabtriebsdrehmomentreaktion während eines
Tip..In von Leerlauf mit einem Hochschalten vom ersten zum zweiten
Gang, 1-2-Hochschalten, bei 3.500 U/min. Wie in 5 – 10 gezeigt,
kann eine verbesserte Getriebeabtriebsdrehmomentreaktion erreicht
werden, indem man vorsieht: einen positiven Drehmomentgradienten
während
der Drehmomentphase, eine Drehmomentreduzierung während der
Trägheitsphase
und eine Drehmomentsteigerung während
der Schlussphase.
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5 zeigt
einen Vergleich des obigen Vorgehens (durchgehende Linie) mit einem
Vorgehen unter Verwendung allein der Drehmomentreduzierung (gestrichelt),
was vermehrte Abweichungen des Getriebeabtriebsdrehmoments während der
Drehmoment- und Trägheitsphasen
des Schaltvorgangs erzeugt. 6 zeigt
das angeordnete Drehmomentveränderungsverhältnis, 7 zeigt
das gelieferte Motordrehmoment und 8 zeigt
die Motordrehzahlreaktionen.
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Die
einzelnen Zylinderdrehmomente während
des Tip-In und der 1-2-Schaltung werden in 9 gezeigt.
Wie in 9 dargestellt läuft der EVA-Motor während Leerlauf
und dem anfänglichen Tip-In
in der 4-Zylinder-Betriebsart (wo der 4-Zylinder-Betrieb zum Steigern
der Kraftstoffwirtschaftlichkeit im Leerlauf und bei niedrigen Lasten
verwendet werden kann). Dann wechselt die Motorbetriebsart als Reaktion
auf die Tip-In-Drehmomentforderung zur
8-Zylinder-Betriebsart. Wenn die Motordrehzahlen etwa 2.500 U/min
erreichen, übersteigt
das minimale Drehmoment bei der 8-Zylinder-Betriebsart das angeordnete Motordrehmoment
beruhend auf dem Pedalbefehl, und das angeordnete Drehmoment ist größer als
das maximale Drehmoment, das in der 4-Zylinder-Betriebsart erzeugt werden
kann. In diesem Beispiel wird die proportionale Rückmeldung des
Ansaugkrümmerdrucks
genutzt, um die Zylinderfüllung
zu steuern und dadurch das Motordrehmoment zu steuern, wenn die
minimale Ventildauer in der 8-oder
4-Zylinder-Betriebsart verhindert, dass der Motor dem angeordneten
Drehmoment mit der Steuerung der Ventilsteuerzeiten allein nachkommt. Siehe
zum Beispiel die Ansaugkrümmerdruckreaktion,
die in 10 gezeigt wird.
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Wie
in den 9 und 10 gezeigt wird, wird die Ansaugkrümmerdrucksteuerung
auch während
der Forderung zur Reduzierung des Drehmoments während der 1-2-Schalt-Trägheitsphase
verwendet, während
sich der Motor in der 4-Zylinder-Betriebsart befindet. Als Reaktion
auf die Forderung zur Reduzierung des Trägheitsphasendrehmoments wurde
der Ansaugkrümmerdruck
reduziert, weil das in der 4-Zylinder-Betriebsart verfügbare minimale Drehmoment
aufgrund der minimalen Ventildauer bei 3.000 U/min größer als
das angeordnete Drehmoment war. Eine Alternative zum Verwenden der
Ansaugkrümmerdruckreduzierung
wäre in
der 4-Zylinder-Betriebsart
die Nutzung der nicht zündenden
Zylinder zum Erzeugen ausreichender Pumpverluste, um dem angeordneten
Drehmoment zu entsprechen. Durch Nutzen der nicht zündenden
Zylinder zum Reduzieren des Motorabtriebsdrehmoments kann es möglich sein,
schneller auf Drehmomentreduzierungsforderungen zu reagieren.
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Zu
beachten ist, dass die hierin enthaltenen Steuerroutinen mit verschiedenen
Motorkonfigurationen, wie sie beispielsweise vorstehend beschrieben werden,
verwendet werden können.
Die hierin beschriebene spezifische Routine kann eine oder mehrere
einer Reihe von Verarbeitungsstrategien darstellen, beispielsweise
ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading
und dergleichen. Daher können
verschiedene gezeigte Schritte oder Funktionen in der gezeigten
Abfolge oder parallel ausgeführt
oder in manchen Fällen
ausgelassen werden. Analog ist die Reihenfolge der Verarbeitung
nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier
beschriebenen beispielhaften Ausführungen zu verwirklichen, wird
aber zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen.
Eine oder mehrere der gezeigten Schritte oder Funktionen können abhängig von
der jeweils eingesetzten Strategie wiederholt ausgeführt werden.
Weiterhin können
die beschriebenen Schritte einen in das maschinenlesbare Speichermedium
in dem Steuergerät 12 einzuprogrammierenden
Code graphisch darstellen.
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Es
versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen
beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungen
nicht einschränkend
aufgefasst werden dürfen,
da zahlreiche Abänderungen
möglich
sind.
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Zum
Beispiel kann die obige Technologie auf V-6, 1-4, 1-6, V-12, Gegenkolben-
und andere Motorausführungen
angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst
weiterhin alle neuartigen und nicht nahe liegenden Kombinationen
und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen
sowie andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier
offenbart werden.
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Die
folgenden Ansprüche
zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen
auf, welche als neuartig und nicht nahe liegend betrachtet werden.
Diese Ansprüche
können
auf „ein" Element oder „ein erstes" Element oder eine Entsprechung
desselben verweisen. Diese Ansprüche
sind so zu verstehen, dass sie das Integrieren eines oder mehrerer
solcher Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehrere dieser Elemente
weder fordern noch ausschließen.
Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen,
Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung
der vorliegenden Ansprüche oder
durch Vorlage neuer Ansprüche
in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche
Ansprüche
werden, ob sie nun gegenüber dem
Schutzumfang der ursprünglichen
Ansprüche breiter,
enger, gleich oder unterschiedlich sind, ebenfalls als im Gegenstand
der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.