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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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Die
JP H03 - 117 763 A offenbart ein Verfahren zum Ändern des Getriebeabtriebsmoments während eines Gangwechsels eines Automatikgetriebes, bei dem für ein Absinken des Motordrehmoments eine Zündzeitpunktverstellung genutzt wird.
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Die
EP 1 136 661 A2 zeigt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern des Zylinderdrehmoments eines Verbrennungsmotors, der über elektromagnetisch angetriebene Ventile verfügt.
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Zur Lösung dieser und anderer Punkte wird gemäß der Erfindung ein Verfahren nach Anspruch 1 vorgestellt.
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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 in Anspruch 9 beschrieben ist.
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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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Figurenliste
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- 1 - 2 sind Blockdiagramme eines Fahrzeugantriebsstrangs und eines Motors;
- 3 zeigt eine Motorzylinderbetriebsart kontra Drehmoment für einen Achtzylinder-Motor mit elektromagnetischer Ventilbetätigung (EVA);
- 4 ist ein detailliertes Flussdiagramm verschiedener Arbeitsabläufe;
- 5 zeigt eine beispielhafte Tip-In-Getriebeabtriebsdrehmomentreaktion mit und ohne Drehmomentmodulation während einer 1-2-Hochschalt-Drehmomentphase;
- 6 zeigt einen Befehl zur Modulation des Tip-In-/1-2-Hochschalt-Getriebesteuerdrehmoments;
- 7 zeigt eine Tip-In-Motorabtriebsdrehmomentreaktion mit und ohne Drehmomentmodulation während einer 1-2-Hochschalt-Drehmomentphase;
- 8 zeigt eine Tip-ln-/1-2-Hochschalt-Motordrehzahlreaktion;
- 9 zeigt eine Drehmomentreaktion der Tip-in-Zylinder 1 bis 8 mit Drehmomentmodulation während einer 1-2-Hochschalt-Drehmomentphase; und
- 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-Takt- kontrakt 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. Zum Beispiel kann die obige Technologie auf V-6, I-4, I-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.
