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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine,
wobei der Brennkraftmaschine eine aktivierbare Direktstartvorrichtung und
ein aktivierbarer elektrischer Starter zugeordnet sind.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät zur Steuerung und/oder Regelung
eines elektrischen Starters zum Starten einer Brennkraftmaschine.
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Die
Erfindung betrifft des Weiteren eine Brennkraftmaschine, der ein
aktivierbarer elektrischer Starter und eine Direktstartvorrichtung
zugeordnet sind. Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm,
das auf einem Rechengerät,
insbesondere auf einem Steuergerät
zur Steuerung und/oder Regelung eines elektrischen Starters zum
Starten einer Brennkraftmaschine, ablauffähig ist.
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Es
ist bekannt, eine Brennkraftmaschine mittels eines als Starter bezeichneten
Elektromotors zu starten. Hierbei wird die Brennkraftmaschine mittels des
Starters auf eine Startdrehzahl gebracht. Die von dem Starter für einen
sicheren Start der Brennkraftmaschine zu erbringende Leistung hängt von
der Bauart des Starters, der Leistungsfähigkeit der zur Verfügung stehenden
Spannungsquelle, beispielsweise einer Fahrzeugbatterie, sowie insbesondere von
der Bauart der zu startenden Brennkraftmaschine ab.
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Mittels
des Starters wird die Brennkraftmaschine auf eine Drehzahl gebracht,
ab der ein sicherer Betrieb der Brennkraftmaschine, also die Erzeugung
eines geforderten Drehmoments durch die Verbrennungsleistung, möglich ist.
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Jeder
mittels des elektrischen Starters durchgeführte Startvorgang benötigt eine
relativ große
Menge elektrische Energie. Diese wird beispielsweise mittels einer
Fahrzeugbatterie vorgehalten, die entsprechend groß dimensioniert
sein muss. Grundsätzlich
bedeutet jeder Startvorgang eine hohe Belastung der Stromquelle
und des gesamten Bordnetzes. Deshalb ist es wünschenswert, ein möglichst schnelles
Starten der Brennkraftmaschine zu erreichen. Ein schneller Start
ermöglicht
es auch, den nicht unerheblichen Verschleiß des elektrischen Starters
zu reduzieren und den Komfort dadurch zu steigern, dass die Zeit,
während
der das häufig
als unangenehm empfundene Startergeräusch auftritt, verkürzt wird.
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Insbesondere
bei Fahrzeugen, die in einem so genannten Start-Stop-Betrieb betreibbar
sind, ist es bekannt, eine Direktstartvorrichtung vorzusehen. Die
Direktstartvorrichtung erlaubt es beispielsweise, bei einem relativ
kurzen Halt des Fahrzeugs, beispielsweise an einer auf Rot geschalteten
Ampelanlage, automatisch die Brennkraftmaschine abzuschalten und
besonders schnell wieder zu starten, wenn das Fahrzeug – beispielsweise
nach der durch die rote Ampel bedingten Haltephase – wieder
in Bewegung gesetzt werden soll. Das Direktstartverfahren sieht
hierbei vor, die Brennkraftmaschine ohne elektrischen Starter zu
starten. Dies ist jedoch regelmäßig nur
unter bestimmten Bedingungen sicher möglich. Beispielsweise muss
die Brennkraftmaschine annähernd
Betriebstemperatur haben. Ferner muss die Brennkraftmaschine sich
für den
Direktstart in einer bestimmten Kurbelwellenposition befinden. Um
dies zu erreichen, wird beispielsweise ein geregeltes Abstellen
der Brennkraftmaschine durchgeführt.
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Es
ist ferner bekannt, die Brennkraftmaschine mittels eines so genannten
starterunterstützten Direktstarts
zu starten. Hierbei erfolgt der Start durch Einspritzung und Zündung während des
Starterdurchdrehens. Dabei wird vor jedem Start der Zylinder identifiziert,
welcher sich in der Kompressionsphase befindet. In diesen Zylinder
wird vor oder während
der Kompressionsphase Kraftstoff eingebracht und entzündet, während die
Brennkraftmaschine mittels des von dem aktivierten Starter erzeugten
Startermoments in eine Drehbewegung versetzt wird. Nach Überstreichen
des so genannten oberen Todpunkts des ausgewählten Zylinders wird das Gemisch
gezündet.
Da bei diesem Startverfahren bereits sehr früh das Startermoment mit dem
Verbrennungsmoment zusammenwirkt, kann der Startvorgang verkürzt werden.
Bei diesem Verfahren ist jedoch eine relativ hohe Starterleistung
notwendig. Ferner ist auch bei diesem Startverfahren ein relativ hohes
Startgeräusch
wahrnehmbar.
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Offenbarung der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, die
einerseits einen möglichst
raschen Start einer Brennkraftmaschine ermöglicht und andererseits eine
möglichst
geringe elektrische Leistung benötigt.
Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, das Startgeräusch weiter
zu reduzieren.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
dass während
des Startens zumindest zeitweise die Direktstartvorrichtung zur
Erzeugung eines Verbrennungsmoments und der elektrische Starter
zur Erzeugung eines Startermoments gleichzeitig aktiviert werden. Hierbei
wird der Starter in Abhängigkeit
von dem aktuellen Verbrennungsmoment leistungsgesteuert.
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Hiermit
wird erreicht, dass der Starter stets nur mit der aktuell benötigten Leistung
betrieben wird. Hierzu wird der elektrische Starter derart gesteuert
und/oder geregelt, dass das sich aus dem aktuellen Verbrennungsmoment
und dem aktuellen Startermoment ergebende aktuelle Gesamtmoment ein
vorgebbares Sollmoment nicht unterschreitet. Damit ist es möglich, mittels
des elektrischen Starters gerade so viel Drehmoment zu erzeugen,
wie für
einen sicheren Start der Brennkraftmaschine notwendig ist. Dies
erlaubt einen besonders verschleißfreien Einsatz des Starters.
Durch den Betrieb des Starters stets nur mit der gerade benötigten Leistung
kann ferner das Geräuschniveau
des Startvorgangs wirkungsvoll reduziert werden. Ferner wird dadurch
das Bordnetz gerade so weit belastet, wie es für einen sicheren Start der
Brennkraftmaschine notwendig ist.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren brauchen
die Momente jedoch nicht explizit erfasst zu werden. Vielmehr wird
die Steuerung und/oder Regelung des elektrischen Starters vorzugsweise
in Abhängigkeit
von einer erfassten Zeit, einer aktuellen Motortemperatur, einer aktuellen
Bordspannung, einer aktuellen Position der Brennkraftmaschine, einer aktuellen
Drehzahl der Brennkraftmaschine, einem aktuellen Drehzahlanstieg,
einem vorgebbaren Sollmoment, einem aktuellen Gesamtmoment und/oder einem
aktuellen Verbrennungsmoment durchgeführt. Dies ermöglicht es,
zumindest indirekt auf die vorgenannten Momente zu schließen. Insbesondere
ermöglichen
derartige Größen jedoch
eine nochmals verbesserte Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beispielsweise kann mittels einer aktuellen Zeit bestimmt werden,
ob der Starter zunächst
ein besonders hohes Startermoment erzeugen soll, um möglichst
rasch ein relativ hohes Verbrennungsmoment zu erreichen, ab dem
das Startermoment dann deutlich reduziert werden könnte, oder
ob der Starter zunächst
nur ein sehr geringes Startermoment erzeugen soll, um beispielsweise
die Brennkraftmaschine gerade sicher in eine Position bewegen zu können, ab
der die Erzeugung eines Verbrennungsmoments möglich ist. Es könnte hierbei
auch vorgesehen sein, unterschiedliche Sollmomente in Abhängigkeit
von einer aktuellen Zeit vorzusehen. Alternativ oder in Ergänzung zu
einer aktuellen Zeit kann eine aktuelle Drehzahl erfasst werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn eine aktuelle Position der Brennkraftmaschine,
die beispielsweise in Form eines Kurbelwellenwinkels angegeben wird,
für die
Steuerung des Starters und damit des Startermoments herangezogen
wird. Beispielsweise kann hierbei der Starter immer dann ein vorgebbares Startermoment
erzeugen, wenn die Brennkraftmaschine sich in einer Position befindet,
bei der ein Zylinder in einer Kompressionsphase ist und den so genannten
oberen Todpunkt noch nicht überschritten hatten.
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Mittels
eines Drehzahlanstiegs kann beispielsweise auf ein aktuelles Gesamtmoment
geschlossen werden. Bei einem besonders raschen Drehzahlanstieg
kann dann das Startermoment entsprechend reduziert oder ganz deaktiviert
werden.
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Wird
eine aktuelle Bordspannung erfasst und ergibt sich, dass diese beispielsweise
relativ gering ist, so kann vorgesehen sein, nur einen möglichst kleinen
Teil des Gesamtmoments durch das Startermoment zu erzeugen, so dass
der Startvorgang zwar möglicherweise
verlängert
wird, aber dennoch ein sicherer Start der Brennkraftmaschine möglich ist.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens
wird zunächst die
Direkteinspritzvorrichtung aktiviert und in Abhängigkeit eines vorgebbaren
Ereignisses nachfolgend der elektrische Starter aktiviert. Das Ereignis
ist hierbei vorzugsweise beschreibbar durch den Ablauf einer vorgebbaren
Zeitspanne, das Erreichen oder Nicht-Erreichen einer vorgebbaren Drehzahl,
das Erreichen oder Nicht-Erreichen eines vorgebbaren Drehzahlanstiegs,
das Erreichen einer vorgebbaren Position der Brennkraftmaschine
oder das Erreichen oder Nicht-Erreichen eines vorgebbaren Gesamtdrehmoments.
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Dies
ermöglicht
es, den Einsatz des Starters nochmals zu verringern, da zunächst ein
Verbrennungsmoment erzeugt wird, mittels dessen die Brennkraftmaschine
bereits in eine Drehbewegung versetzt werden kann. Um den Start
jedoch dennoch möglichst
kurz zu halten, kann beispielsweise nach einer bestimmten Anzahl
von Umdrehungen der Brennkraftmaschine oder nach dem Ablauf einer
vorgebbaren Zeitspanne der elektrische Starter aktiviert werden,
um mittels des dadurch erzeugten Startermoments ein dann vorgebbares
Sollmoment zu erreichen.
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Vorzugsweise
wird der elektrische Starter zumindest dann aktiviert, wenn das
Verbrennungsmoment nicht ausreicht, um ein sicheres Überstreichen
des oberen Todpunkts eines bezüglich
einer Verbrennung nachfolgenden Zylinders zu ermöglichen. Damit wird erreicht,
dass einerseits der Starter möglichst
nur kurzzeitig aktiviert wird und nur eine möglichst geringe Leistungsaufnahme
hat indem er derart gesteuert wird, dass er nur einen möglichst
geringen Beitrag zum Gesamtmoment leistet, andererseits jedoch dennoch
stets ein sicheres Starten der Brennkraftmaschine möglich ist.
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Gemäß einer
anderen vorteilhaften Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird zunächst
der elektrische Starter aktiviert und in Abhängigkeit von einem vorgebbaren
Ereignis nachfolgend die Direktstartvorrichtung zur Durchführung mindestens
einer Verbrennung in mindestens einem Zylinder aktiviert. Hierbei
kann mittels des elektrischen Starters die Brennkraftmaschine zunächst in eine
Drehbewegung versetzt werden. Die Direktstartvorrichtung kann hierbei
dann aktiviert werden, wenn diese eine besonders effiziente Verbrennung
ermöglicht.
Dies ist häufig
erst ab einer bestimmten Drehzahl möglich.
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Vorteilhafterweise
wird die Direktstartvorrichtung hierbei zur Durchführung mindestens
einer Verbrennung in mindestens einem Zylinder aktiviert, so dass
ein sicheres Überstreichen
des oberen Todpunkts eines bezüglich
der Verbrennung nachfolgenden Zylinders ermöglicht wird. Es wird folglich
das Startermoment gerade so gewählt,
dass eine Drehung der Brennkraftmaschine bis in eine Position möglich ist,
in der eine Verbrennung erfolgen kann.
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Die
Brennkraftmaschine benötigt
in jeder Kompressionsphase jedes Zylinders vor dem Überstreichen
des oberen Todpunkts ein besonders hohes Moment, um in Drehbewegung
versetzt zu werden. Dieses erhöhte
Moment wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass eine Verbrennung
mittels der Direktstartvorrichtung gerade dann eingeleitet wird, wenn
dieses erhöhte
Drehmoment notwendig ist. In diesem Fall kann häufig sofort das Startermoment
reduziert werden. Da insbesondere bei sehr geringen Drehzahlen zwischen
zwei aufeinander folgenden Verbrennungen häufig nur ein sehr geringes
Verbrennungsmoment oder gar kein Verbrennungsmoment mehr vorhanden
ist, kann in diesen Positionen der Brennkraftmaschinen der Starter
derart angesteuert werden, dass wieder ein höheres Startermoment erzeugt
wird.
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Vorteilhafterweise
wird das Startermoment während
des Startvorgangs derart gesteuert, dass ein optimales Gesamtmoment
erreichbar ist. Zur Bestimmung des optimalen Gesamtmoments wird
vorzugsweise mindestens ein Optimierungskriterium verwendet. Beispielsweise
kann das Sollmoment derart vorgegeben sein, dass eine möglichst
kurze Startdauer erreichbar ist. Ferner kann das Startverhalten
dahingehend optimiert werden, dass ein möglichst geringer Wärmeverlust,
der beispielsweise an der Zylinderwand bei einer Verbrennung auftritt,
erreicht wird. Letzteres ist grundsätzlich dann möglich, wenn
Verbrennungen möglichst
rasch aufeinander folgen, wozu folglich eine höhere Drehzahl der Brennkraftmaschine
notwendig ist.
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Weitere
Optimierungskriterien umfassen den möglichen Verschleiß des Startes,
die maximale Spitzenleistungsaufnahme des elektrischen Starters,
die Gesamtleistungsaufnahme des elektrischen Starters während des
Startvorgangs, das Startgeräusch
sowie das Startergeräusch.
Diese Kriterien können
besonders gut dazu herangezogen werden, eine Steuerungs- und/oder
Regelungsstrategie für
den elektrischen Starter und damit das zu erzeugende Startermoment
zu entwickeln.
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Vorteilhafterweise
werden die für
die Steuerung und/oder Regelung des Starters notwendigen vorgebbaren
Parameter mittels mindestens eines Kennfeldes, einer Wertetabelle
oder eines neuronalen Netzes abgespeichert. Diese Parameter umfassen
beispielsweise die Optimierungskriterien, die möglichen Ereignisse, sowie vorgebbare
Sollmomente.
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Die
Aufgabe wird ferner durch ein Steuergerät sowie durch eine Brennkraftmaschine
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Steuergerät oder die
Brennkraftmaschine zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
hergerichtet sind.
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Die
Aufgabe wird insbesondere auch durch ein Computerprogramm der eingangs
genannten Art dadurch gelöst,
dass das Computerprogramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens programmiert
ist, wenn das Computerprogramm auf dem Rechengerät abläuft. Damit stellt das Computerprogramm
ebenso die Erfindung dar, wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das
Computerprogramm programmiert ist.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die in den Zeichnungen dargestellt sind.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine
und einem Steuergerät,
die zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
hergerichtet sind;
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2 ein
schematisches Ablaufdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
und
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3 ein
schematisches Ablaufdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist
stark schematisiert ein Fahrzeug 1 dargestellt, das eine
Brennkraftmaschine 2 und ein Steuergerät 3 umfasst. Das Steuergerät 3 ist über eine
Signalleitung 4 mit einem elektrischen Starter 5 verbunden,
der der Brennkraftmaschine 2 zugeordnet ist. Dem Starter 5 kann
beispielsweise ein Einrückrelais
und ein Einspurgetriebe zugeordnet sein. Der Starter kann auch als
Riemen- oder Kurbelwellen-Starter-Generator ausgebildet sein.
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Das
Steuergerät 3 ist über eine
Signalleitung 6 mit einem Motorsteuergerät 7 verbunden.
Das Steuergerät 3 weist
einen Prozessor 8 und ein Speicherelement 9 auf.
Das Motorsteuergerät 7 weist
einen Prozessor 10 und ein Speicherelement 11 auf.
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Die
Brennkraftmaschine 2 weist Zylinder 12 auf, denen
jeweils eine Kraftstoffzumessvorrichtung, beispielsweise ein Einspritzventil 13,
zugeordnet ist. Die Einspritzventile 13 sind über Signalleitungen 14 mit
dem Motorsteuergerät 7 verbunden.
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Der
Brennkraftmaschine 2 ist ferner ein Absolutwinkelsensor 15 zugeordnet,
der über
eine Datenleitung 16 mit dem Motorsteuergerät 7 verbunden ist.
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Mittels
des Steuergeräts 3 ist
eine Steuerung und/oder Regelung der Leistung des Starters 5 und damit
des Startermoments möglich.
Hierzu wird beispielsweise das erfindungsgemäße Verfahren in Form eines
Computerprogramms auf dem Speicherelement 9 abgespeichert
und durch den Prozessor 8 abgearbeitet.
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Das
Motorsteuergerät 7 steuert
und/oder regelt den Betrieb der Brennkraftmaschine 2. Aufgaben des
Motorsteuergeräts 7 umfassen
beispielsweise eine Füllungssteuerung,
eine Gemischbildung und eine Zündung.
Hierzu werden eine Vielzahl bekannter Sensorwerte ausgelesen und
geeignete Aktoren angesteuert. Mittels des Motorsteuergeräts 7 kann ferner
eine Direktstartvorrichtung realisiert werden. Hierzu ist ein geeignetes
Computerprogramm auf dem Speicherelement 11 abgespeichert
und wird durch den Prozessor 10 abgearbeitet. Die Direktstartvorrichtung
ermöglicht
einen Start der Brennkraftmaschine 2 dadurch, dass durch gezielte
Verbrennungen in bestimmten Zylindern die Brennkraftmaschine 2 in
Bewegung gesetzt wird, bis eine Drehzahl erreicht ist, in der ein
normaler Betrieb der Brennkraftmaschine 2 möglich ist.
Ein Direktstart ist jedoch regelmäßig nur unter bestimmten Voraussetzungen
möglich.
Diese Voraussetzungen unterscheiden sich in Abhängigkeit von dem gewählten Direktstartverfahren.
Beispielsweise ist es möglich,
dass ein Direktstart nur bei betriebswarmem Motor durchführbar ist.
Ferner kann ein Direktstart häufig
nur dann durchgeführt
werden, wenn die Brennkraftmaschine sich in einer bestimmten Position
befindet. Hierbei wird die Position der Brennkraftmaschine 2 beispielsweise
bezüglich
des Kurbelwellenwinkels oder des Nockenwellenwinkels bestimmt. Zur
Bestimmung der Position der Brennkraftmaschine 2 können insbesondere
mittels des Absolutwinkelsensors 15 ermittelte Werte herangezogen
werden.
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In
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 3 mit
dem Motorsteuergerät 7 über die
Signalleitung 6 verbunden. Hierbei werden von dem Motorsteuergerät 7 Informationen an
das Steuergerät 3 übermittelt,
die für
eine Steuerung und/oder Regelung des Starters 5 durch das Steuergerät 3 benötigt werden.
Es ist jedoch auch vorstellbar, dass das Steuergerät 3 direkt
mit den Elementen, beispielsweise Sensoren, verbunden ist, die die
benötigten
Informationen zur Verfügung
stellen. Insbesondere ist es vorstellbar, dass das Steuergerät 3 in
dem Motorsteuergerät 7 integriert
ist. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Hardware
des Steuergeräts 3 in
dem Motorsteuergerät 7 angeordnet
ist. Insbesondere kann dies jedoch dadurch realisiert werden, dass
in dem Motorsteuergerät 7 die
Funktionalität
des Steuergeräts 3 implementiert
ist. Dies kann insbesondere dadurch geschehen, dass ein Programmcode
zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
auf dem Prozessor 10 des Motorsteuergeräts 7 ausgeführt wird.
Hierbei wäre
der Programmcode vorteilhafterweise ebenfalls in dem Speicherelement 11 abgespeichert.
Bei derartigen Ausführungsformen
wäre selbstverständlich das
Motorsteuergerät 7 über eine
Signalleitung, beispielsweise die Signalleitung 4, mit
dem Starter 5 verbunden.
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Ein
Zusammenwirken der einzelnen Komponenten des in 1 dargestellten
Fahrzeugs 1 wird mittels der in den 2 und 3 beispielhaft
dargestellten Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
beschrieben.
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In 2 ist
das Ablaufdiagramm eines stark vereinfachten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt. Das Verfahren beginnt in einem Schritt 101,
in dem für
das Verfahren relevante Informationen ermittelt werden. In Abhängigkeit
von der tatsächlich
realisierten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
können
die zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
notwendigen Informationen variieren. Die relevanten Informationen
umfassen beispielsweise:
- – Angabe des Zylinders 12,
der in einem Direktstartverfahren zunächst zur Erzeugung eines Verbrennungsmoments
entsprechend angesteuert werden soll,
- – eine
Kolbenposition eines Zylinders 12,
- – eine
Umgebungstemperatur,
- – eine Öltemperatur,
- – eine
der Brennkraftmaschine 2 zugeordnete Temperatur, eine Temperatur
eines in einem Zylinder 12 gebildeten Brennraums, eine
Temperatur in einem Ansaugrohr,
- – eine
Temperatur einer in dem Fahrzeug angeordneten Abgasreinigungsanlage,
eine Temperatur eines Kühlmittels,
- – ein
aktueller Druck in einer Kraftstoffleitung, insbesondere in einer
Kraftstoff-Hochdruckleitung (sogenanntes
rail),
- - ein Umgebungsdruck,
- – ein
aktueller Druck in einem Ansaugrohr,
- – ein
aktueller Druck in einem oder mehreren Brennräumen,
- – eine
aktuelle Spannung einer Spannungsquelle, insbesondere eine aktuelle
Spannung der Bordbatterie,
- – eine
aktuell verwendete Kraftstoffqualität,
- – ein
aktuell eingelegter Gang, aktuelle Ventilsteuerzeiten, ein aktueller
Ventilhub,
- – eine
aktuell erreichbare Kompression,
- – eine
aktuelle Position der Brennkraftmaschine 2,
- – ein
aktueller Wert einer Drosselklappe, aktuelle Informationen bezüglich einer
Abgasrückführungsvorrichtung, eine
aktuelle Einspritzverzugszeit (Zeit zwischen Ansteuerungsbeginn
und Einspritzbeginn).
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Die
oben genannten Informationen sind einzeln oder in Kombination geeignet,
um für
einen oder mehrere Zeitpunkte beziehungsweise Positionen der Brennkraftmaschine 2 ein
Soll-Moment zu bestimmen,
das insbesondere in Abhängigkeit
von unterschiedlichen Optimierungskriterien bestimmbar ist. Ist
beispielsweise eine aktuelle Temperatur der Brennkraftmaschine 2 relativ
gering, so dass ein nachfolgender Start ein so genannter Kaltstart
wäre, so
kann ein besonders hohes Sollmoment vorgesehen sein, um die Brennkraftmaschine 2 sicher
und möglichst
rasch zu starten.
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Eine
aktuelle Position der Brennkraftmaschine 2 kann Aufschluss
darüber
geben, ob zunächst nur
das Direktstartverfahren aktiviert werden soll, um dann während des
Startens, insbesondere zur Überschreitung
des obere Todpunkts, mittels des Starters unterstützt zu werden,
oder ob zunächst
der Starter angesteuert wird, um die Brennkraftmaschine 2 in eine
Position zu bringen, ab der beziehungsweise bei der eine Aktivierung
der Direktstartvorrichtung möglich
ist. Hierbei bedeutet eine Aktivierung der Direktstartvorrichtung
selbstverständlich,
dass während des
Startens der Brennkraftmaschine 2 zumindest einzelne Verbrennungen,
beispielsweise zu bestimmten Zeiten oder bei bestimmten Positionen
der Brennkraftmaschine 2, durchgeführt werden.
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In
einem Schritt 102 wird geprüft, ob eine Startanforderung
vorliegt. Eine Startanforderung kann beispielsweise dadurch vorliegen,
dass ein Fahrer einen Starterknopf betätigt oder einen Zündschlüssel in
eine entsprechende Stellung bewegt. Eine Startanforderung kann insbesondere
auch während
eines Start-Stop-Betriebs dann auftreten, wenn die Brennkraftmaschine 2 abgestellt
ist und eine Momentenanforderung, beispielsweise durch Betätigung eines
Pedalwertgebers durch den Fahrer, vorliegt.
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Liegt
keine Startbedingung vor, so kann zu dem Schritt 101 zurückverzweigt
werden. Dort können
beispielsweise nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitspanne eine oder
mehrere der relevanten Informationen erneut erfasst werden.
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Liegt
eine Startbedingung vor, so werden in einem Schritt 103 die
relevanten Informationen durch das Steuergerät 3 ausgewertet. Hierbei
kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die relevanten Informationen
zunächst
von dem Motorsteuergerät 7 erfasst
und abgespeichert werden und dann über die Signalleitung 6 an
das Steuergerät 3 übertragen
werden. Es ist ebenso vorstellbar, dass die relevanten Information
beispielsweise in dem Speicherelement 9 abgelegt werden
und nun ausgelesen werden. Insbesondere ist es selbstverständlich vorstellbar,
dass die relevanten Informationen von dem Steuergerät 3 direkt
erfasst werden oder dass das Steuergerät 3 lediglich als
eine Funktionalität
des Motorsteuergeräts 7 realisiert
ist.
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In
dem Schritt 103 wird dann eine Regelstrategie entwickelt,
die zumindest eine Entscheidung darüber umfasst, wie, ob und wann
der Starter 5 angesteuert wird.
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In
einem Schritt 104 wird der Starter 5 und/oder
die Direktstartvorrichtung entsprechend der entwickelten Regelstrategie
angesteuert, so dass ein Start der Brennkraftmaschine möglich ist.
Vorzugsweise entspricht der daraus resultierende Startvorgang einem
oder mehreren vorgebbaren Optimierungskriterien.
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In
einem Schritt 105 werden eine oder mehrere Informationen
erfasst und ausgewertet. Derartige Informationen umfassen beispielsweise
eine aktuelle Drehzahl, eine aktuelle Position der Brennkraftmaschine 2,
ein aktuelles Gesamtdrehmoment, einen aktuellen Drehzahlanstieg
oder eine aktuell verfügbare
Bordspannung. Selbstverständlich
können weitere
Informationen erfasst werden. Insbesondere können Informationen erfasst
werden, aus denen die vorgenannten Informationen herleitbar sind.
Diese Informationen entsprechen grundsätzlich den oben bezeichneten
Ereignissen. Es ist vorstellbar, dass derartige Ereignisse zunächst von
dem Motorsteuergerät 7 erfasst
werden und dann – eventuell
aufbereitet – an
das Steuergerät 3 weitergereicht
werden. Auch hier sind selbstverständlich unterschiedlichste Ausführungsformen
denkbar, die auch von der konkreten Realisierung des Steuergeräts 3 und
des Motorsteuergerät 7 abhängen.
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In
dem Schritt 105 kann beispielsweise durch Erfassen der
Werte eines Absolutwinkelsensors 15 auf eine aktuelle Position
der Brennkraftmaschine 2 geschlossen werden. Ferner kann
durch die Überwachung
einer aktuellen Drehzahl beziehungsweise eines Drehzahlanstiegs
auf ein aktuelles Gesamtmoment der Brennkraftmaschine 2 geschlossen
werden. Eine Vielzahl weiterer Kombinationen derartiger Informationen
ist vorstellbar. Insbesondere kann anhand eines abgespeicherten
Kennfelds oder einer abgespeicherten Kennlinie in Abhängigkeit
von den erfassten Informationen bzw. der aktuell vorliegenden Ereignisse
eine aktuelle Steuer- bzw. Regelstrategie ermittelt werden.
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In
einem Schritt 106 wird geprüft, ob der Start beendet werden
kann. Dies ist regelmäßig dann
der Fall, wenn die Brennkraftmaschine 2 auf eine Drehzahl
beschleunigt worden ist, ab der eine normale Steuerung und/oder
Regelung beispielsweise durch das Motorsteuerung 7 möglich ist.
Ist dies nicht der Fall, so wird zu dem Schritt 103 zurückverzweigt,
in dem die aktuellen Werte ausgewertet werden und in Abhängigkeit
von der Auswertung der Starter 5 beziehungsweise die Direktstartvorrichtung
entsprechend angesteuert werden.
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Wird
in dem Schritt 106 ein Ende des Startvorgangs erkannt,
so endet das Verfahren in einem Schritt 107, in dem die
Brennkraftmaschine 2 nun gemäß einem Betriebsmodus durch
das Motorsteuergerät 7 angesteuert
wird.
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In 3 ist
ein detaillierteres Ablaufdiagramm gemäß einer weiteren möglichen
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt. Das Verfahren beginnt in einem Schritt 201, sobald
eine Startanforderung vorliegt.
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In
einem Schritt 202 werden relevante Informationen erfasst.
Diese Informationen entsprechen beispielsweise den Informationen,
die in Schritt 101 des in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiels
ermittelt werden. In dem in 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel
werden diese Informationen in dem Schritt 202 entweder
direkt ermittelt oder aus einem Speicherelement 9, 11 ausgelesen,
falls diese Informationen zuvor bereits ermittelt wurden und eine ausreichende
Aktualität
aufweisen. Es ist folglich auch bei dem in 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel
denkbar, dass die Informationen bereits vor einer vorliegenden Startanforderung,
also noch vor dem Schritt 201, ermittelt werden.
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In
einem Schritt 203 wird geprüft, ob der Startvorgang beendet
werden soll, beispielsweise weil eine vorgebbare Drehzahl, ab der
ein sicherer Betrieb der Brennkraftmaschine 2 möglich ist,
erreicht ist. Ist dies der Fall, so endet das Verfahren in einem
Schritt 204.
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Ist
dies nicht der Fall, so wird in einem Schritt 205 geprüft, ob die
Direktstartvorrichtung aktiviert ist. Es wird in dem Schritt 205 folglich
geprüft,
ob bereits eine oder mehrere Verbrennungen in einem oder mehreren
Zylindern 12 durchgeführt
wurden.
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Ist
die Direktstartvorrichtung nicht aktiviert, so wird in einem Schritt 206 geprüft, ob eine
Verbrennung in einem oder mehreren der Zylinder 12 möglich beziehungsweise
sinnvoll ist. Ist dies der Fall, beispielsweise weil sich die Brennkraftmaschine 2 in
einer Position befindet, ab der mittels der Direktstartvorrichtung
ein Verbrennungsmoment erzeugbar ist, so wird in einem Schritt 207 die
Direktstartvorrichtung entsprechend angesteuert. Die Ansteuerung
der Direktstartvorrichtung umfasst insbesondere die Zumessung von
Kraftstoff und die Zündung
des zugemessenen Kraftstoffs in den entsprechenden Zylindern 12.
Hierbei ist selbstverständlich
eine direkte oder indirekte Erfassung der aktuellen Position der Brennkraftmaschine 2 notwendig.
Eine indirekte Erfassung der Position kann beispielsweise über die
Erfassung eines Brennraumdrucks und/oder einer aktuell verstrichenen
Zeit realisiert werden. Weitere für die Ansteuerung der Direktstartvorrichtung
zu berücksichtigende
Größen entsprechen
grundsätzlich den
für einen
Betrieb der Brennkraftmaschine 2 notwendigen Größen.
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Von
dem Schritt 207 wird dann zu dem Schritt 203 zurückverzweigt,
in dem geprüft
wird, ob der Startvorgang beendet werden soll. Selbstverständlich ist
es ebenso denkbar, dass zu dem Schritt 202 verzweigt wird,
in dem aktuelle relevante Daten erfasst werden. Dies ist durch die
gestrichelte Linie dargestellt.
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Ergab
die Prüfung
in dem Schritt 206, dass eine Aktivierung der Direktstartvorrichtung
gegenwärtig
nicht möglich
oder sinnvoll ist, dass also ein Verbrennungsmoment noch nicht erzeugt
werden kann oder soll, so wird von dem Schritt 206 zu einem Schritt 212 verzweigt.
In dem Schritt 212 wird der Starter 5 derartig
angesteuert, dass ein Starten der Brennkraftmaschine möglich ist.
Dies bedeutet, dass die Brennkraftmaschine 2 in Drehung versetzt
werden muss. Das hierfür
notwendige Startermoment muss folglich grundsätzlich eine Drehung der Brennkraftmaschine 2 ermöglichen.
Weitere Bedingungen für
das zu erzeugende Startermoment und damit die Leistungssteuerung
beziehungsweise Leistungsregelungen ergeben sich in Abhängigkeit
von unterschiedlichen Optimierungskriterien. Hierbei kann insbesondere
berücksichtigt
werden, ob ein besonders schneller oder ein besonders geräuschloser
Start erfolgen soll. Ferner können
insbesondere Informationen bezüglich
einer aktuellen Bordspannung, einer aktuellen Temperatur der Brennkraftmaschine
oder einer aktuellen Position der Brennkraftmaschine 2 berücksichtigt
werden.
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Von
dem Schritt 212 wird dann ebenfalls zu dem Schritt 203 beziehungsweise 202 verzweigt.
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Ergab
die Prüfung
in dem Schritt 205, dass ein Direktstart bereits aktiviert
ist, dass dieser also möglich
beziehungsweise sinnvoll ist, so wird in einem Schritt 208 ein
aktuelles Sollmoment ermittelt. Ferner wird in dem Schritt 208 ein
aktuelles Gesamtmoment ermittelt. Das Gesamtmoment setzt sich hierbei
aus dem Verbrennungsmoment und einem eventuell vorhandenen Startermoment
zusammen. Das Sollmoment kann beispielsweise aus einem Kennfeld
entnommen werden. Das Kennfeld kann hierbei in Abhängigkeit
von einer aktuellen Position der Brennkraftmaschine 2 beziehungsweise
in Abhängigkeit
von einer aktuellen Drehzahl das aktuell erforderliche Sollmoment
bestimmen. Das aktuelle Sollmoment kann insbesondere unterschiedliche
Optimierungsstrategien berücksichtigen.
Ist beispielsweise das Sollmoment stets relativ hoch, so wird grundsätzlich ein
relativ rasches Startverhalten erreicht. Das Sollmoment kann ferner
anhand eines neuronalen Netzes ermittelt werden, wobei die währen der
Durchführung
des Verfahrens ermittelten Information als Eingangsgrößen herangezogen
werden können.
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In
einem Schritt 209 wird geprüft, ob das aktuelle Gesamtmoment
unterhalb des aktuellen Sollmoments liegt. Ist dies der Fall, so
wird zu dem Schritt 212 verzweigt, in dem der Starter 5 derart
angesteuert wird, dass ein Startermoment erzeugt wird, mittels dessen
ein Erreichen des Sollmoments möglich
ist.
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Liegt
das ermittelte Gesamtmoment nicht unterhalb des Sollmoments, so
wird in einem Schritt 210 geprüft, ob der Starter aktiv ist.
Ist dies nicht der Fall, so wird zu dem Schritt 202 oder
dem Schritt 203 verzweigt.
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Ergibt
die Prüfung
in dem Schritt 210, dass der Starter 5 aktiv ist,
so wird in einem Schritt 211 geprüft, ob das aktuelle Gesamtmoment
das aktuelle Sollmoment überschreitet.
Ist dies der Fall, so wird zu dem Schritt 212 verzweigt
und der Starter 5 angesteuert beziehungsweise geregelt,
um das erzeugte Startermoment derart zu reduzieren, dass das Gesamtmoment
dem Sollmoment entspricht. Es wird folglich die dem Starter 5 zugeführte Leistung
reduziert, sobald das aktuelle Gesamtmoment ein notwendiges beziehungsweise
vorgegebenes Sollmoment überschreitet.
Dies ermöglicht
ein Betreiben des Starters 5 genau dann, wenn das Verbrennungsmoment
nicht ausreicht, um ein Starten der Brennkraftmaschine 2 mittels
der Direktstarteinrichtung zu ermöglichen. Insbesondere wird
damit auch erreicht, dass die Leistungsaufnahme des Starters 5 gerade so
hoch ist, um ein nach vorgebbaren Optimierungskriterien optimiertes
Startverhalten zu realisieren.
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Von
dem Schritt 212 wird ebenfalls wieder zu dem Schritt 202 beziehungsweise
zu dem Schritt 203 verzweigt.
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Die
in 3 dargestellte Ausführungsform ist beispielhaft
und nur eine von vielen möglichen
Realisierungen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Weitere
Ausführungsformen
können
sich insbesondere in der Reihenfolge der auszuführenden Schritte unterscheiden.
Beispielsweise können
die relevanten Informationen permanent parallel ermittelt werden. Ferner
ist es möglich,
an einer Vielzahl weiterer Stellen die relevanten Informationen
zu ermitteln. Insbesondere müssen
die relevanten Informationen nicht notwendigerweise in einem zusammenhängenden Schritt
erfasst werden. Vielmehr können
diese derart ermittelt werden, dass diese möglichst aktuell genau dann
zur Verfügung
stehen, wenn diese benötigt
werden.
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Weitere
mögliche
Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
umfassen insbesondere auch Details, die in den dargestellten Figuren aus
Gründen
der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt sind. Wird beispielsweise in dem Schritt 211 erkannt, dass
ein aktuelles Gesamtmoment oberhalb eines aktuellen Sollmoments
liegt, so kann auch die Direktstartvorrichtung derart angesteuert
werden, dass eine Reduzierung des Verbrennungsmoments erfolgt. Dies
kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn eine Optimierungsstrategie
einen möglichst
geringen Kraftstoffverbrauch während
des Startvorgangs vorsieht.
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Ein
weiteres, unterschiedliches Ausführungsbeispiel
ergibt sich grundsätzlich
bereits dann, wenn in dem Schritt 205 zunächst geprüft wird,
ob aktuell der Starter 5 aktiviert ist. Hierbei müssen die
logisch aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte selbstverständlich entsprechend
angepasst ausgestaltet werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
wird die Ansteuerung des Starters 5 bzw. der Direktstartvorrichtung
mittels eines neuronalen Netzes erreicht. In einem derartigen neuronalen
Netz können
die Optimierungskriterien implizit abgespeichert sein. Es werden
bei einer derartigen Ausführungsform
dann beispielsweise aktuelle Informationen erfasst und dem neuronalen
Netz zugeführt.
Die Ausgabegrößen umfassen
dann beispielsweise Informationen, die als Grundlage für eine Ansteuerung
der Direktstartvorrichtung und des Starters 5 dienen. Selbstverständlich bräuchten bei
dieser Ausführungsform
die aktuellen Momente – Gesamtmoment,
Startermoment, Verbrennungsmoment, Sollmoment –, bzw. diese Momente beschreibende
Größen nicht
notwendigerweise explizit erfasst werden. Vielmehr wären diese
zumindest teilweise implizit vorhanden und wären unter Umständen lediglich
theoretisch zur Beschreibung eines dem neuronalen Netz entsprechenden
Modells beschreibbar.
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Eine
mittels eines neuronalen Netzes realisierte Ausführungsform hat insbesondere
den Vorteil, dass diese selbstlernend ausgeführt sein könnte. Würden beispielsweise Werte erfasst,
die eine Qualität
des aktuell durchgeführten
Startvorgangs beschreiben können,
so könnten
diese mittels eines als feed-back propagation bezeichneten Verfahrens
herangezogen werden, um das neuronale Netz dahingehend zu ändern, dass
zuvor spezifizierte Optimierungskriterien besonders zuverlässig erreicht
werden können.
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Insbesondere
vorteilhaft ist es, wenn stets zwischen der Steuerung beziehungsweise
Regelung des Starters 5 und der Steuerung beziehungsweise Regelung
einzelner Verbrennungen während
des Startens der Brennkraftmaschine 2, also einer Steuerung
beziehungsweise Regelung der Direktstartvorrichtung, ein Abgleich
derart stattfindet, dass stets ein optimales Startverhalten erreicht
wird. Es wird folglich dann nicht lediglich eine Leistungssteuerung
des Starters 5 erfolgen, um das aktuelle Gesamtmoment dem
aktuellen Sollmoment anzupassen, es kann vielmehr gleichzeitig eine
Steuerung der Direktstartvorrichtung stattfinden, um ein möglichst
optimales Startverhalten zu erreichen.
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Die
in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen
stellen somit lediglich Möglichkeiten
dar, um mögliche
Abhängigkeiten
von Komponenten, die eine Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ermöglichen,
aufzuzeigen. Selbstverständlich
können
eine Vielzahl weiterer Komponenten hinzukommen. Ferner kann auf
einzelne Komponenten verzichtet werden, solange gewährleistet
bleibt, dass der Starter 5 beispielsweise drehwinkel- oder zeitbasiert
derart leistungsgesteuert wird, dass ein sicheres Starten der Brennkraftmaschine 2 möglich ist.
Dies bedeutet insbesondere, dass der Starter 5 derart angesteuert
wird, um beim Überstreichen
des oberen Todpunkts der Zylinder 12 stets eine vorgegebene
Drehzahl der Brennkraftmaschine 2 sicherzustellen.
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Mittels
des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
es folglich möglich
in Abhängigkeit
von unterschiedlichen, vorgebbaren Optimierungskriterien den Starter 5 gerade
derart anzusteuern, um einen Start der Brennkraftmaschine 2 sicher
zu ermöglichen
und dennoch eine möglichst
geringe Belastung des Bordnetzes und ein möglichst geringes Startgeräusch zu erreichen.
Durch das Zusammenspiel des optimierten Starter- und Verbrennungsmoments
sowie der leistungsgesteuerten Starteransteuerung ist eine sehr
kurze Startzeit erreichbar. Damit ist das erfindungsgemäße System
beziehungsweise das erfindungsgemäße Verfahren sowohl für einen Start-Stop-Betrieb
der Brennkraftmaschine 2 als auch zum besonders schnellen
herkömmlichen
Starten einer Brennkraftmaschine 2 vorteilhaft einsetzbar.