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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit einer Stopp-Start-Automatik, mittels der die Brennkraftmaschine unabhängig von einem Kraftfahrzeugführer abgeschaltet und gestartet werden kann.
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Zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen werden in modernen Kraftfahrzeugen verschiedene Konzepte umgesetzt, welche den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine, die Abgasreinigung oder die Aerodynamik des Kraftfahrzeugs verbessern. Zu diesen Konzepten gehört auch die Implementierung einer sogenannten Stopp-Start-Automatik, mittels der die Brennkraftmaschine unabhängig vom Kraftfahrzeugführer abgeschaltet und wieder gestartet werden kann. Die Abschaltung der Brennkraftmaschine geschieht dabei insbesondere in längeren Leerlaufphasen, in denen die Antriebskraft der Brennkraftmaschine nicht benötigt wird. Auf diese Weise können beispielsweise im städtischen Fahrzyklus beachtliche Verbrauchseinsparungen erzielt werden.
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Das Abschalten der Brennkraftmaschine durch die Stopp-Start-Automatik ist jedoch Restriktionen unterworfen. Beispielsweise kann das Abschalten der Brennkraftmaschine dann verhindert werden, wenn Sicherheitsaspekte (z. B. die Aufrechterhaltung eines ausreichenden Bremsdruckes) oder eine zu geringe Batteriespannung den weiteren Betrieb der Brennkraftmaschine erfordern. Ferner ist es erstrebenswert, dass die Brennkraftmaschine nach dem Start möglichst schnell eine Betriebstemperatur erreicht, bei der optimale Bedingungen hinsichtlich der Leistungsabgabe, des Wirkungsgrads und des Emissionsverhaltens herrschen. Diesbezüglich ist es bekannt, das Abschalten der Brennkraftmaschine durch die Stopp-Start-Automatik bis zum Erreichen einer gewissen Betriebstemperatur zu unterbinden, um so den Aufwärmvorgang nicht zu verlangsamen. Bekanntermaßen wird als Maßgabe für die Temperatur der Brennkraftmaschine das Ausgangssignal des Kühlmitteltemperatursensors verwendet. Die tatsächliche Temperatur der Brennkraftmaschine wird durch die Kühlmitteltemperatur bei bestimmten Konfigurationen und/oder Betriebszuständen nur unzureichend genau repräsentiert. Beispielsweise kann die Brennkraftmaschine über eine Standheizung verfügen, welche das Kühlmittel auf deutlich höhere Temperaturen erhitzt als den eigentlichen Motorblock. Ferner setzt dieses Verfahren die Anwesenheit eines voll funktionstüchtigen Kühlmitteltemperatursensors voraus, so dass diese Verfahrensweise bei Nichtvorhandensein oder einem Defekt des Kühlmitteltemperatursensors nicht angewandt werden kann oder es zu Fehlfunktionen kommen kann.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein alternatives Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einer Stopp-Start-Automatik bereitzustellen.
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In
WO 2007/104 840 A1 ist ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 offenbart. Das Verfahren bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit implementierter Stopp-Start-Automatik. Danach wird die seit dem Start der Brennkraftmaschine eingespritzte Kraftstoffmenge berechnet. Von dieser eingespritzten Kraftstoffmenge wird eine vorgegebene Kraftstoffmenge abgezogen, welche normalerweise notwendig ist, um so auf die Kraftstoffmenge zu kommen, welche zwar eingespritzt aber nicht verbrannt wurde. Diese Differenz stellt daher die unverbrannte Kraftstoffmenge dar, welche mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen wird, wobei die Stopp-Start-Funktion unterbunden wird, falls die unverbrannte Kraftstoffmenge größer ist als der vorgegebene Grenzwert.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das Verfahren gemäß dem Anspruch 1 eignet sich zum Steuern einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einer Stopp-Start-Automatik, welche die Brennkraftmaschine unabhängig von dem Kraftfahrzeugführer abschaltet und startet. Gemäß dem Verfahren wird ein Start der Brennkraftmaschine erfasst und eine Größe ermittelt, welche ein Maß für die von der Brennkraftmaschine verrichteten Arbeit seit dem Start darstellt. Das Abschalten der Brennkraftmaschine durch die Stopp-Start-Automatik erfolgt dabei in Abhängigkeit von der ermittelten Größe.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass die von der Brennkraftmaschine verrichtete Arbeit und damit der durch die motorische Verbrennung bewirkte Wärmeeintrag in den Motorblock für die Temperatur der Brennkraftmaschine maßgeblich ist. Zwischen der Größe, welche repräsentativ ist für die von der Brennkraftmaschine seit ihrem letzten Start verrichteten Arbeit und der Temperatur der Brennkraftmaschine besteht daher ein unmittelbarer Zusammenhang. Durch die Ermittlung dieser Größe kann daher ein Rückschluss auf die Temperatur der Brennkraftmaschine gezogen werden. Erfindungsgemäß erfolgt nun das Abschalten der Brennkraftmaschine durch die Stopp-Start-Automatik in Abhängigkeit von dieser Größe. Ein Abschalten der Brennkraftmaschine durch die Stopp-Start-Automatik kann daher in Abhängigkeit von dieser Größe verhindert bzw. unterbunden werden. Durch diese zusätzliche Abhängigkeit kann beispielsweise erreicht werden, dass ein Abschalten der Brennkraftmaschine durch die Stopp-Start-Automatik bei zu geringen Temperaturen der Brennkraftmaschine verhindert wird, so dass ein schnelleres Erreichen, der gewünschten Betriebstemperatur erzielt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert unabhängig von einem Kühlmitteltemperatursensor und eignet sich deshalb auch für Konfigurationen, welche entweder über keinen Kühlmitteltemperatursensor verfügen oder dieser Sensor defekt ist. Da die Größe die von der Brennkraftmaschine verrichtete Arbeit und damit indirekt den Wärmeeintrag in den Motorblock repräsentiert, ist eine Abschätzung der tatsächlichen Temperatur der Brennkraftmaschine bzw. des Motorblocks in Abhängigkeit dieser Größe mit höherer Genauigkeit möglich. Fehlfunktionen, wie sie beispielsweise bei einem defekten Kühlmitteltemperatursensor auftreten, können dadurch vermieden werden.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 2 handelt es sich bei der Größe um die Menge an Kraftstoff, welche der Brennkraftmaschine seit dem letzten Start zugemessen wurde.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens in Anspruch 3 handelt es sich bei der Größe um die Frischluftmenge, welche der Brennkraftmaschine seit dem letzten Start zugeführt wurde.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens in Anspruch 4 wird das von der Brennkraftmaschine produzierte Drehmoment ermittelt, wobei es sich bei der Größe um das zeitliche Integral des von der Brennkraftmaschine produzierten Drehmoments seit dem Start handelt.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 5 erfolgt das Abschalten der Brennkraftmaschine durch die Stopp-Start-Automatik nur dann, wenn die Größe einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Ansonsten wird ein Abschalten der Brennkraftmaschine durch die Stopp-Start-Automatik unterbunden.
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Gemäß den Ausgestaltungen des Verfahrens nach den Ansprüchen 6 bis 8 wird der Schwellenwert in Abhängigkeit von der Temperatur eines Kühlmittels der Brennkraftmaschine vor dem Start, von der Abstellzeit der Brennkraftmaschine vor dem Start oder von der Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeugs vor dem Start ermittelt.
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Durch die Ausgestaltungen des Verfahrens gemäß der Ansprüche 5 bis 8 wird sichergestellt, dass ein Abschalten der Brennkraftmaschine durch die Stopp-Start-Automatik nur dann erfolgt, wenn die Größe (welche repräsentativ ist für die von der Brennkraftmaschine seit dem Start verrichtete Arbeit und damit für den Wärmeeintrag in die Brennkraftmaschine aufgrund der motorischen Verbrennung) einen bestimmten vorgegebenen Schwellenwert überstiegen hat. Dadurch wird die Stopp-Start-Automatik erst dann aktiv, wenn die Brennkraftmaschine eine gewünschte Betriebstemperatur erreicht hat, wodurch ein möglichst zügiges Aufwärmen der Brennkraftmaschine sichergestellt wird. Dadurch kann der Wirkungsgrad und das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine insbesondere nach einem Kaltstart verbessert werden. Der zum Erreichen der gewünschten Betriebstemperatur benötigte Wärmeeintrag in den Motorblock variiert jedoch in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine zum Zeitpunkt des Starts. Diese Temperatur kann auf einfache Weise durch die Temperatur des Kühlmittels, der Abstellzeit der Brennkraftmaschine, sowie durch die Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeugs vor dem Start abgeschätzt werden. Da der Schwellenwert in Abhängigkeit von diesen Größen bestimmt wird, ergibt sich eine höhere Genauigkeit und eine größere Flexibilität bei der Bestimmung dieses Schwellenwerts. Dadurch kann die Zeitdauer nach dem Start, während der das Abschalten der Brennkraftmaschine durch die Stopp-Start-Automatik unterbunden wird, je nach den vorhandenen Umgebungsbedingungen so kurz wie möglich gehalten werden.
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Eine Steuervorrichtung gemäß dem Anspruch 9 eignet sich für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einer Stopp-Start-Automatik, welche die Brennkraftmaschine unabhängig von einem Kraftfahrzeugführer abschaltet und startet. Die Steuervorrichtung ist derart ausgebildet, dass sie das Verfahren gemäß dem Anspruch 1 durchführen kann. Dazu sind in der Steuervorrichtung entsprechende Steuerfunktionen softwaremäßig implementiert. Bezüglich der sich durch diese Steuervorrichtung ergebenden Vorteile wird auf die Ausführungen zu dem Anspruch 1 verwiesen.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
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1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine;
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2 ein Ausführungsbeispiel eines Steuerverfahrens in Form eines Ablaufdiagramms.
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In 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 schematisch dargestellt. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit ist die Darstellung stark vereinfacht ausgeführt.
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Die Brennkraftmaschine 1 umfasst mindestens einen Zylinder 2 und einen in dem Zylinder 2 auf und ab bewegbaren Kolben 3. Die Brennkraftmaschine 1 umfasst ferner einen Ansaugtrakt, in dem stromabwärts einer Ansaugöffnung 4 zum Ansaugen von Frischluft ein Luftmassensensor 5, eine Drosselklappe 6, sowie ein Saugrohr 7 angeordnet sind. Der Ansaugtrakt mündet in einem durch den Zylinder 2 und den Kolben 3 begrenzten Brennraum 30. Die zur Verbrennung nötige Frischluft wird über den Ansaugtrakt in den Brennraum 30 eingeleitet, wobei die Frischluftzufuhr durch Öffnen und Schließen eines Einlassventils 8 gesteuert wird. Bei der hier dargestellten Brennkraftmaschine 1 handelt es sich um eine Brennkraftmaschine 1 mit Kraftstoffdirekteinspritzung, bei der der für die Verbrennung nötige Kraftstoff über ein Einspritzventil 9 unmittelbar in den Brennraum 30 eingespritzt wird. Zur Zündung der Verbrennung dient eine ebenfalls in dem Brennraum 30 ragende Zündkerze 10. Die Verbrennungsabgase werden über ein Auslassventil 11 in einen Abgastrakt der Brennkraftmaschine 1 abgeführt und mittels eines im Abgastrakt angeordneten Abgaskatalysators 12 gereinigt. Im Abgastrakt ist ferner eine Lambdasonde 16 angeordnet.
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Die Kraftübertragung an einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt), welches von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, geschieht über eine mit dem Kolben 3 gekoppelte Kurbelwelle 13. Die Brennkraftmaschine 1 verfügt ferner über einen Drehzahlsensor 15 zur Erfassung der Drehzahl der Kurbelwelle 13, einen Kühlmitteltemperatursensor 14, einen Umgebungstemperatursensor 31 und eine elektrische Startervorrichtung 32 zum Starten der Brennkraftmaschine 1.
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Die Brennkraftmaschine 1 verfügt über ein Kraftstoffversorgungssystem, welches einen Kraftstofftank 17 sowie eine darin angeordnete Kraftstoffpumpe 18 aufweist. Der Kraftstoff wird mittels der Kraftstoffpumpe 18 über eine Versorgungsleitung 19 einem Druckspeicher 20 zugeführt. Dabei handelt es sich um einen gemeinsamen Druckspeicher 20, von dem aus die Einspritzventile 9 für mehrere Zylinder 2 mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff versorgt werden. In der Versorgungsleitung 19 sind ferner ein Kraftstofffilter 21 und eine Hochdruckpumpe 22 angeordnet. Die Hochdruckpumpe 22 dient dazu, den durch die Kraftstoffpumpe 18 mit relativ niedrigem Druck (ca. 3 bar) geförderten Kraftstoff dem Druckspeicher 20 mit hohem Druck zuzuführen (typischerweise bis zu 150 bar).
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Der Brennkraftmaschine 1 ist eine Steuervorrichtung 26 zugeordnet, welche über Signal- und Datenleitungen mit allen Aktuatoren und Sensoren der Brennkraftmaschine 1 verbunden ist. In der Steuervorrichtung 26 sind kennfeldbasierte Motorsteuerungsfunktionen (KF1 bis KF5) softwaremäßig implementiert. Insbesondere ist in der Steuervorrichtung eine sogenannte Stopp-Start-Automatik 33 implementiert, welche die Brennkraftmaschine 1 unabhängig von einem Kraftfahrzeugführer (nicht dargestellt) abschaltet und startet. Basierend auf den Messwerten der Sensoren und den kennfeldbasierten Motorsteuerungsfunktionen werden Steuersignale an die Aktuatoren der Brennkraftmaschine 1 und des Kraftstoffversorgungssystems ausgesandt. Konkret ist die Steuervorrichtung 26 über Daten- und Signalleitungen mit der Kraftstoffpumpe 18, dem Luftmassensensor 5, der Drosselklappe 6, der Zündkerze 10, dem Einspritzventil 9, dem Kühlmitteltemperatursensor 14, dem Drehzahlsensor 15, dem Lambdasensor 16, dem Umgebungstemperatursensor 31 und der Startervorrichtung 32 gekoppelt.
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In 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Steuerverfahrens für die in 1 beschriebene Brennkraftmaschine 1 in Form eines Ablaufdiagramms dargestellt. Das Verfahren wird mit Schritt 200 gestartet, beispielsweise bei der erstmaligen Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine 1. Wie im Folgenden noch deutlich wird, laufen ab diesem Zeitpunkt Teilfunktionen des Verfahrens bei abgeschalteter sowie bei angeschalteter Brennkraftmaschine 1.
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Das Verfahren wird ausgehend von einem Start der Brennkraftmaschine 1 in Schritt 201 erläutert. Der Start der Brennkraftmaschine kann dabei durch den Kraftfahrzeugführer oder durch die Stopp-Start-Automatik erfolgen.
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In Schritt 202 wird die Abstellzeit ermittelt, welche vom letzten Abschalten bis zu dem Start der Brennkraftmaschine 1 in Schritt 201 vergangen ist. Dies kann beispielsweise mittels eines in der Steuervorrichtung 26 implementierten Zeitmessers geschehen. Ferner werden in Schritt 202 die Kühlmitteltemperatur und die Umgebungstemperatur der Brennkraftmaschine 1 ermittelt. Die Ermittlung dieser Größen (Abstellzeit, Kühlmitteltemperatur, Umgebungstemperatur) erfolgt vorteilhafterweise unmittelbar nach dem Erfassen eines Anforderungssignals für den Start der Brennkraftmaschine 1.
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In Schritt 203 wird eine Größe ermittelt, welche repräsentativ ist für die Arbeit, welche von der Brennkraftmaschine 1 seit dem letzten Start (Schritt 201) verrichtet worden ist. Diese Größe wird kontinuierlich ab dem Start der Brennkraftmaschine 1 ermittelt.
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Bei der Größe kann es sich beispielsweise um die Frischluftmenge handeln, welche der Brennkraftmaschine seit dem letzten Start zugeführt wird. Die Frischluftmenge wird durch den Luftmengensensor 5 erfasst und durch eine entsprechende Rechenfunktion in der Steuervorrichtung 26 aufsummiert. Alternativ dazu kann es sich bei der Größe um die Menge an Kraftstoff handeln, welche der Brennkraftmaschine 1 seit dem letzten Start (Schritt 201) zugemessen wird. Die zugemessene Kraftstoffmenge kann beispielsweise mittels einer in der Steuervorrichtung 26 implementierten Rechenfunktion in Abhängigkeit vom Kraftstoffdruck im Druckspeicher 20 und den Öffnungszeiten der Einspritzventile 9 ermittelt werden. Alternativ kann es sich bei der Größe um das zeitliche Integral des von der Brennkraftmaschine 1 produzierten Drehmoments seit dem letzten Start (Schritt 201) handeln. Das produzierte Drehmoment kann entweder mittels eines Drehmomentsensors (nicht dargestellt) direkt ermittelt werden oder mittels eines in der Steuervorrichtung 26 implementierten Drehmomentmodells berechnet werden.
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Da die Größe ein Maß für die von der Brennkraftmaschine seit dem letzten Start verrichteten Arbeit darstellt, ist sie auch repräsentativ für die dabei frei gewordene Verbrennungswärme, welche zu einer Erwärmung des Motorblocks bzw. der Brennkraftmaschine 1 führt. Somit lässt die Größe indirekt einen Rückschluss auf die Temperatur der Brennkraftmaschine 1 zu.
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In Schritt 203 wird ferner ein Schwellenwert ermittelt, welcher im weiteren Verlauf des Verfahrens noch benötigt wird. Der Schwellenwert kann vorteilhafterweise in Abhängigkeit von der ermittelten Abstellzeit und/oder der Kühlmitteltemperatur und/oder von der Umgebungstemperatur der Brennkraftmaschine 1 zum Zeitpunkt des Starts der Brennkraftmaschine 1 ermittelt werden. Die Bedeutung des Schwellenwerts wird im weiteren Verlauf der Beschreibung des Ausführungsbeispiels deutlich werden.
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Die Größe wird kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen bis zum nächsten Abschalten der Brennkraftmaschine ermittelt.
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In Schritt 204 wird überprüft, ob eine Anforderung zum Abschalten der Brennkraftmaschine 1 durch die Stopp-Start-Automatik 33 vorliegt. Ist dies nicht der Fall, so wird die Abfrage wiederholt.
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Bei einem positiven Ergebnis der Abfrage wird in Schritt 205 überprüft, ob die ermittelte Größe den vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Ist dies nicht der Fall, so wird ein Abschalten der Brennkraftmaschine 1 durch die Stopp-Start-Automatik 3 unterbunden und das Verfahren kehrt zu Schritt 204 zurück.
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Bei einem positiven Ergebnis der Abfrage in Schritt 205 fährt das Verfahren mit Schritt 206 fort, in dem das Abschalten der Brennkraftmaschine 1 durch die Stopp-Start-Automatik 33 erlaubt wird. In Schritt 207 wird die Brennkraftmaschine 1 durch die Stopp-Start-Automatik 33 abgeschaltet. Dies kann beispielsweise beim Anhalten an einer Ampel der Fall sein, wo das Kraftfahrzeug steht und sich die Brennkraftmaschine 1 im Leerlauf befindet. In diesem Fall wird die Antriebskraft der Brennkraftmaschine 1 nicht benötigt und wird zum Zweck der Kraftstoffeinsparung abgeschaltet.
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In Schritt 208 wird überprüft, ob die Bedingung bzw. die Bedingungen zu einem Wiederstart der Brennkraftmaschine 1 erfüllt sind. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn der Kraftfahrzeugführer seinen Wunsch zur Weiterfahrt durch Einlegen eines Gangs oder durch das Treten des Gaspedals äußert. Bei einem negativen Ergebnis der Abfrage in Schritt 208 wird diese wiederholt. Bei einem positiven Ergebnis fährt das Verfahren mit Schritt 201 fort, in dem die Brennkraftmaschine 1 durch die Stopp-Start-Automatik 33 gestartet wird.
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Das beschriebene Verfahren bietet den Vorteil, dass das Abschalten der Brennkraftmaschine 1 in Abhängigkeit der Größe erfolgt, welche repräsentativ ist für die von der Brennkraftmaschine 1 seit dem letzten Start verrichteten Arbeit. Da die verrichtete Arbeit auch ein Maß für den durch die motorische Verbrennung verursachten Wärmeeintrag in den Motorblock darstellt, wird das Abschalten der Brennkraftmaschine durch die Stopp-Start-Automatik 33 indirekt in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine 1 erlaubt oder verhindert. Das beschriebene Verfahren stellt eine Alternative zum Stand der Technik dar, in dem das Abschalten in Abhängigkeit vom Ausgangssignal eines Kühlmitteltemperatursensors erfolgt. Das Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Zuverlässigkeit, Genauigkeit und Betriebssicherheit aus.