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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht von einem Verfahren und von einer Vorrichtung zum
Betreiben einer Brennkraftmaschine nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche
aus.
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Aus
der
DE 199 06 892
A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine
bekannt. Durch Fehler im Einspritzsystem und/oder an der Brennkraftmaschine kann
es dabei zu unerwünschten Verbrennungen kommen, wenn Kraftstoff
und/oder Öl in die Verbrennungsräume gelangt.
Solche unerwünschten Verbrennungen müssen sicher
abgefangen werden. insbesondere im Schubbetrieb und/oder bei nichtbetätigtem
Fahrpedal darf der Motor nur ein sehr kleines Moment durch die Verbrennung
bereitstellen. Bei Fehlern im Einspritzsystem und/oder an der Brennkraftmaschine
sollen solche unerwünschten Verbrennungen sicher vermieden
werden. Daher wird in der
DE
199 06 892 A1 vorgeschlagen, im Schubbetrieb bzw. bei nichtbetätigtem
Fahrpedal bzw. bei geschlossener Drosselklappe das Abgasrückführventil völlig
zu öffnen. Die Brennkraftmaschine saugt in diesem Fall
im wesentlichen Abgas an. Damit ist eine Verbrennung von unzulässig
zugeführtem Brennstoff sicher ausgeschlossen, da bei geöffnetem
Abgasrückführventil, d. h. bei extrem hohen Rückführraten der
Sauerstoffanteil sehr schnell einen kleinen Wert annimmt.
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Aus
der
DE 101 18 878
A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine,
insbesondere eines Kraftfahrzeugs bekannt. Luft und Kraftstoff werden
einem Brennraum der Brennkraftmaschine zugeführt und Abgas
wird dem Brenn raum rückgeführt. In einem Schiebebetrieb
der Brennkraftmaschine wird das Abgas dem Brennraum rückgeführt.
Zur Reinigung der bei der Verbrennung des Kraftstoffs entstehenden
Schadstoffe ist bei diesen Brennkraftmaschinen ein Katalysator vorgesehen. Dieser
Katalysator benötigt für einen optimalen Betrieb
eine bestimmte Temperatur, beispielsweise etwa 300°C. Bei
zeitlich längeren Schubphasen besteht die Möglichkeit,
dass der Katalysator langsam auskühlt und dann seinen Arbeitsbereich
verlässt. Dies ergibt sich daraus, dass in dem Schiebebetrieb keine
Verbrennung von Kraftstoff erfolgt und somit kein neues heißes
Abgas entsteht. Die Auskühlung des Katalysators hat jedoch
zur Folge, dass die Abgase im Motorbetrieb nach einer Schubphase
anfänglich nicht mehr optimal gereinigt werden. Deshalb
wird bei der
DE 101
18 878 A1 vorgeschlagen, in einem Schiebebetrieb der Brennkraftmaschine
das Abgas dem Brennraum rückzuführen. Durch die Rückführung
von Abgas während des Schiebebetriebs wird erreicht, dass
das heiße Abgas nicht die Brennkraftmaschine vollständig
verlässt, sondern zumindest teilweise einen Kreislauf in
der Brennkraftmaschine bildet. Damit wird die Temperatur des Abgases
innerhalb der Brennkraftmaschine nur langsam geringer, obwohl aufgrund
der fehlenden Verbrennung von Kraftstoff im Schiebebetrieb kein
neues heißes Abgas hinzukommt. Die Temperatur des Katalysators
bleibt daher weitgehend erhalten und der Katalysator kühlt
nicht oder zumindest nicht so schnell aus. Wird erkannt, dass der
Katalysator sich nicht mehr in seinem Arbeitsbereich befindet, so
bedeutet dies, dass der Katalysator bereits ausgekühlt ist
bzw. dass die Temperatur des Katalysators kurz davor ist, den Arbeitsbereich
des Katalysators zu verlassen. Es wird dann das Abgasrückführventil
geöffnet und zwar insbesondere vollständig. Weiterhin wird
in einem nachfolgenden Schritt die Drosselklappe weiter geschlossen.
Aufgrund der weiter geschlossenen Drosselklappe wird erreicht, dass
weniger kühle Frischluft der Brennkraftmaschine und damit
dem Katalysator zugeführt wird. Weiterhin entsteht aufgrund
des geöffneten Abgasrückführventils ein
Kreislauf des heißen Abgases innerhalb der Brennkraftmaschine.
Durch das Vermindern von kühler Frischluft sowie durch
den beschriebenen Kreislauf von heißem Abgas wird erreicht,
dass die Temperatur des Abgases im Abgasrohr nicht oder zumindest
nicht so schnell sinkt. Dies ist gleichbedeutend damit, dass die
Temperatur des Katalysators nicht oder zumindest nur sehr langsam
sinkt. Das Auskühlen des Katalysators wird damit vermieden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen
der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber
den Vorteil, dass in einem Schubbetrieb der Brennkraftmaschine geprüft
wird, ob ein Bremswunsch vorliegt und dass nur für den
Fall, in dem bei der Prüfung festgestellt wird, dass kein
Bremswunsch vorliegt, das erste Stellglied im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine im
Sinne einer Reduzierung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine, vorzugsweise
in eine Schließstellung mit minimaler oder ausbleibender
Luftzufuhr, angesteuert wird. Auf diese Weise wird nur für
den Fall, indem bei der Prüfung festgestellt wird, dass
kein Bremswunsch vorliegt, das Schleppmoment der Brennkraftmaschine
betragsmäßig verringert und somit ein von der
Brennkraftmaschine angetriebenes Fahrzeug weniger stark abgebremst.
Dies führt dazu, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit am Ende
des Schubbetriebs im Falle eines anschließenden Beschleunigungswunsches
des Fahrers bei ausreichend geringer Dauer des Schubbetriebs weniger stark
abgesunken ist, so dass eine anschließende Beschleunigung
des Fahrzeugs ausgehend von einer höheren Fahrzeuggeschwindigkeit
und damit bei geringerem Kraftstoffverbrauch und geringeren CO2-Emissionen erfolgen kann.
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Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des Verfahrens
und der Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine gemäß den
unabhängigen Ansprüchen möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn für den Fall, in dem bei der Prüfung
festgestellt wird, dass ein Bremswunsch vorliegt, das erste Stellglied
im Schubbetrieb im Sinne einer Erhöhung der Luftzufuhr
zur Brennkraftmaschine, vorzugsweise in eine vollständige Öffnungsstellung
mit maximaler Luftzufuhr, angesteuert wird. Auf diese Weise wird
der Bremswunsch durch eine betragsmäßige Erhöhung
des Schleppmomentes im Schubbetrieb unterstützt.
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Vorteilhaft
ist weiterhin, wenn für die Prüfung auf Vorliegen
eines Bremswunsches ein Signal eine Stellungsgebers eines Bremspedals
ausgewertet wird. Auf diese Weise lässt sich das Vorliegen
eines Bremswunsches besonders einfach und wenig aufwendig ermitteln.
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Besonders
einfach lässt sich ein Bremswunsch dann erkennen, wenn
das Signal des Stellungsgebers eine Betätigung des Bremspedals
anzeigt, wobei andernfalls kein Bremswunsch erkannt wird.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn nur für den Fall, in dem bei der
Prüfung festgestellt wird, dass kein Bremswunsch vorliegt,
ein zweites Stellglied in einem Abgasrückführkanal
der Brennkraftmaschine im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine im
Sinne einer Erhöhung eines rückgeführten
Abgasmassenstroms, vorzugsweise in eine vollständige Öffnungsstellung
mit maximalem Abgasrückführmassenstrom, angesteuert
wird. Auf diese Weise wird bei vollständig geschlossenem
ersten Stellglied das rückgeführte Abgas während
des Schubbetriebs im Kreis über die Zylinder und das Abgasrückführventil
der Brennkraftmaschine gepumpt. Somit muss keine Arbeit gegen eventuell
vorhandene Abgasreinigungsvorrichtungen im Abgasstrang der Brennkraftmaschine beim
Ausstoßen des Abgases aus den Verbrennungsräumen
der Zylinder verrichtet werden, so dass das Schleppmoment betragsmäßig
weiter reduziert und damit die Bremswirkung des Schubbetriebs weiter
verringert werden kann. Somit lässt sich im Falle eines
an den Schubbetrieb anschließenden Beschleunigungswunsches
bei geeignet kurzer Dauer des Schubbetriebs die Beschleunigung des
Fahrzeugs von einer nochmals erhöhten Fahrzeuggeschwindigkeit
starten und damit noch mehr Kraftstoff und CO2-Emissionen
einsparen.
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Vorteilhaft
ist auch, wenn für den Fall, in dem bei der Prüfung
festgestellt wird, dass ein Bremswunsch vorliegt, das zweite Stellglied
im Abgasrückführkanal der Brennkraftmaschine im
Schubbetrieb der Brennkraftmaschine im Sinne einer Reduzierung des
rückgeführten Abgasmassenstroms, vorzugsweise
in eine Schließstellung mit minimalem oder ausbleibendem
Abgasrückführmassenstrom, angesteuert wird. Auf
diese Weise wird mit Hilfe der Bewegung des zweiten Stellgliedes
in Schließrichtung ein Bremswunsch des Fahrers durch den
Schubbetrieb unterstützt.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn das erste Stellglied im Schubbetrieb der
Brennkraftmaschine auch dann im Sinne einer Reduzierung der Luftzufuhr zur
Brennkraftmaschine angesteuert wird, wenn sich sämtliche
Abgasreinigungsvorrichtungen der Brennkraftmaschine in ihrem Arbeitsbetriebsbereich
befinden. Auf diese Weise lässt sich die betragsmäßige Verringerung
des Schleppmomentes durch Reduzierung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine
auch dann realisieren, wenn sie für eine Verhinderung der Auskühlung
eines Katalysators oder eines Partikelfilters nicht erforderlich
wäre.
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Vorteilhaft
ist auch, wenn das erste Stellglied im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine
auch dann im Sinne einer Reduzierung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine
angesteuert wird, wenn sichergestellt ist, dass während
dem Schubbetrieb kein Kraftstoff oder Öl in die Verbrennungsräume
der Brennkraftmaschine gelangen kann. Auf diese Weise kann die betragsmäßige
Verringerung des Schleppmomentes auch dann durchgeführt
werden, wenn sie für die Vermeidung unzulässiger
Verbrennungen im Schubbetrieb nicht erforderlich wäre.
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Vorteilhaft
ist weiterhin, wenn das zweite Stellglied im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine auch
dann im Sinne einer Erhöhung des Abgasrückführmassenstroms
angesteuert wird, wenn sich sämtliche Abgasreinigungsvorrichtungen
der Brennkraftmaschine in ihrem Arbeitsbetriebsbereich befinden.
Auf diese Weise lässt sich die betragsmäßige Verringerung
des Schleppmomentes auch dann durchführen, wenn sie zur
Verhinderung der Auskühlung eines Katalysators oder Partikelfilters
im Abgasstrang der Brennkraftmaschine nicht erforderlich wäre.
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Vorteilhaft
ist weiterhin, wenn das zweite Stellglied im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine auch
dann im Sinne einer Erhöhung des Abgasrückführmassenstroms
angesteuert wird, wenn sichergestellt ist, dass während
des Schubbetriebs kein Kraftstoff oder Öl in die Verbrennungsräume
der Brennkraftmaschine gelangen kann. Auf diese Weise kann die betragsmäßige
Verringerung des Schleppmomentes auch dann erfolgen, wenn sie für
die Vermeidung einer unzulässigen Verbrennung im Schubbetrieb
nicht erforderlich wäre.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine,
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2 ein
Funktionsdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen
Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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3 einen
Ablaufplan für einen beispielhaften Ablauf des erfindungsgemäßen
Verfahrens und
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4 einen
zeitlichen Verlauf der Geschwindigkeit und der Last.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 kennzeichnet 1 eine
Brennkraftmaschine, die beispielsweise als Ottomotor oder als Dieselmotor
ausgebildet sein kann. Die Brennkraftmaschine 1 umfasst
einen Motorblock 2 mit im vorliegenden Ausführungsbeispiel
vier Zylindern 35, die im folgenden auch als Verbrennungsräume
bezeichnet werden. Über einen Luftzufuhrkanal 55 ist
den Verbrennungsräumen 35 Frischluft zuführbar.
Die Strömungsrichtung der Frischluft in dem Luftzufuhrkanal 55 ist
in 1 durch einen Pfeil gekennzeichnet. Im Luftzufuhrkanal 55 ist
ein erstes Stellglied 5 in Form einer Drosselklappe zur
Beeinflussung der Luftzufuhr angeordnet. Dabei wird der Öffnungsgrad
der Drosselklappe 5 von einer Motorsteuerung 40 angesteuert
bzw. eingestellt. Stromauf der Drosselklappe 5 kann wie
in 1 dargestellt optional ein Verdichter 61 eines
Abgasturboladers 60 angeordnet sein. Stromab der Drosselklappe 5 mündet
in den Luftzufuhrkanal 55 ein Abgasrückführkanal 20,
in dem ein zweites Stellglied 10 in Form eines Abgasrückführventils
angeordnet ist, das in Abhängigkeit seines Öffnungsgrades
eine Abgasrückführrate bzw. einen Abgasrückführmassenstrom
beeinflusst. Dabei wird der Öffnungsgrad des Abgasrückführventils 10 ebenfalls
von der Motorsteuerung 40 angesteuert bzw. eingestellt.
Die Abgasrückführrate stellt dabei den Anteil
des Abgasrückführmassenstroms an der Summe des
Frischluftmassenstroms und des Abgasrückführmassenstroms
im Luftzufuhrkanal 55 dar. Der Frischluftmas senstrom wird
dabei durch den Öffnungsgrad der Drosselklappe 5 beeinflusst.
Die Einspritzung von Kraftstoff ist in 1 aus Gründen
der Übersichtlichkeit nicht dargestellt und kann entweder direkt
in die Verbrennungsräume 35 oder in den Luftzufuhrkanal
bevorzugt stromab der Drosselklappe 5 erfolgen. Im Falle
der Ausbildung der Brennkraftmaschine 1 als Ottomotor ist
weiterhin für jeden der Zylinder 35 eine Zündkerze
zur Zündung des Luft-/Kraftstoffgemisches erforderlich,
aus Gründen der Übersichtlichkeit in 1 ebenfalls
nicht dargestellt. Das bei der Verbrennung des Luft-/Kraftstoffgemisches
in den Verbrennungsräumen 35 gebildete Abgas wird
in einen Abgasstrang 65 ausgestoßen. Die Strömungsrichtung
des Abgases im Abgasstrang 65 ist ebenfalls durch einen
Pfeil in 1 gekennzeichnet. Im Abgasstrang 65 ist
optional eine Turbine 62 des Abgasturboladers 60 angeordnet,
die über eine Welle 63 mit dem Verdichter 61 im
Luftzufuhrkanal 55 verbunden ist. Das Vorhandensein des
Abgasturboladers 60 mit dem Verdichter 61, der
Turbine 62 und der Welle 63 ist wie beschrieben
optional und für die Funktion der Erfindung nicht unbedingt
erforderlich. Stromauf der Turbine 62 mündet der
Abgasstrang 65 in den Abgasrückführkanal 20.
Stromab der Turbine 62 ist im Abgasstrang 65 optional
ein erster Temperatursensor 70 angeordnet. Stromab des
ersten Temperatursensors 70 ist im Abgasstrang 65 optional
ein Katalysator 25, beispielsweise ein Oxidationskatalysator,
angeordnet. Stromab des Oxidationskatalysators 25 ist im
Abgasstrang 65 optional ein zweiter Temperatursensor 75 angeordnet.
Stromab des zweiten Temperatursensors 75 ist im Abgasstrang 65 optional
ein Partikelfilter 30 angeordnet. Der erste Temperatursensor 70 misst
eine erste Temperatur T1 stromauf des Oxidationskatalysators 25. Das
Messsignal des ersten Temperatursensors 70 ist somit repräsentativ
für die Temperatur des Oxidationskatalysators 25 und
wird an die Motorsteuerung 40 weitergeleitet. Das Messsignal
des zweiten Temperatursensors 75 stellt eine zweite Temperatur
T2 dar. Diese ist repräsentativ für die Temperatur
des Partikelfilters 30 und wird an die Motorsteuerung 40 weitergeleitet.
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Im
folgenden soll beispielhaft angenommen werden, dass die Brennkraftmaschine 1 ein
Fahrzeug antreibt. In dem Fahrzeug ist ein Bremspedal angeordnet,
dessen Betätigungswinkel von einer Erfassungseinheit 15,
beispielsweise einem Potentiometer, ermittelt und an die Motorsteuerung 40 weitergeleitet
wird. Die Er fassungseinheit 15 wird im folgenden auch als
Stellungsgeber des Bremspedals bezeichnet.
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In 2 ist
ein Funktionsdiagramm dargestellt, das beispielsweise software-
und/oder hardwaremäßig in der Motorsteuerung 40 oder
in einem eigenen Steuergerät implementiert sein kann. Im
folgenden wird beispielhaft angenommen, dass das Funktionsdiagramm
in der Motorsteuerung 40 implementiert ist. Eine Empfangseinheit 80 der
Motorsteuerung 40 empfängt das Signal des Stellungsgebers 15 und
leitet daraus den Betätigungswinkel oder den Betätigungsgrad
brped des Bremspedals ab. Dieser Betätigungswinkel oder
Betätigungsgrad brped des Bremspedals wird dann von der
Empfangseinheit 80 an eine Vergleichseinheit 45 der
Motorsteuerung 40 übertragen. In einem Speicher 85 der
Motorsteuerung 40 ist ein vorgegebener Schwellwert für
den Betätigungsgrad bzw. den Betätigungswinkel
brped des Bremspedals abgelegt, der ebenfalls der Vergleichseinheit 45 zugeführt
wird. Die Vergleichseinheit 45 prüft, ob der von
der Empfangseinheit 80 empfangene Betätigungsgrad
oder Betätigungswinkel brped des Bremspedals größer
ist als der vom Speicher 85 empfangene Schwellwert. Ist
dies der Fall, so gibt die Vergleichseinheit 45 ein Setzsignal
an eine Auswerteeinheit 95 ab, andernfalls ein Rücksetzsignal.
Der Schwellwert im Speicher 85 kann beispielsweise auf einem
Prüfstand und/oder in Fahrversuchen derart appliziert werden,
dass bei einer Betätigung des Bremspedals mit einem Betätigungsgrad
größer als dem Schwellwert von einer gewollten
Betätigung des Bremspedals durch den Fahrer ausgegangen
werden kann, wohingegen bei einer Betätigung des Bremspedals
unterhalb des applizierten Schwellwertes nicht von einer gewollten
Betätigung des Bremspedals durch den Fahrer ausgegangen
werden kann. Im einfachsten Fall kann der Schwellwert auch ohne
Applikation auf den Wert Null gesetzt werden, so dass jegliche Betätigung
des Bremspedals als Bremswunsch des Fahrers aufgefasst wird, da
sie einen Betätigungsgrad größer Null
aufweist. In diesem vereinfachten Fall wird dann aber auch ein versehentliches
leichtes Antippen des Bremspedals durch den Fahrer als Bremswunsch
erkannt, auch wenn dies vom Fahrer nicht beabsichtigt war.
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Die
Motorsteuerung
40 umfasst weiterhin eine Schubbetriebserkennungseinheit
90,
die prüft, ob sich die Brennkraftmaschine im Schubbetrieb
befindet. Diese Prüfung kann beispielsweise wie in der
DE 101 18 878 A1 beschrieben
erfolgen.
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Demgemäß können
eine Mehrzahl von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 1 abgefragt werden,
insbesondere die Stellung eines Fahrpedals, eine Drehzahl der Brennkraftmaschine 1,
eine in die Verbrennungsräume 35 eingespritzte
Kraftstoffmasse oder dergleichen. Aus den genannten Größen wird
dann in dem Fachmann bekannter Weise ermittelt, ob sich die Brennkraftmaschine
im Schubbetrieb befindet. Im einfachsten Fall wird der Schubbetrieb dann
erkannt, wenn das Fahrpedal nicht betätigt ist und die
Drehzahl der Brennkraftmaschine einen Grenzwert oberhalb einer vorgegebenen
Leerlaufdrehzahl überschreitet. In 1 ist zu
diesem Zweck eine Erfassungseinheit 60, beispielsweise
ebenfalls ein Potentiometer, zur Ermittlung des Betätigungsgrades
wped des Fahrpedals dargestellt, wobei der ermittelte Betätigungsgrad
wped des Fahrpedals ebenfalls an die Motorsteuerung 40 und
dort an die Schubbetriebserkennungseinheit 90 weitergeleitet wird.
Die Schubbetriebserkennungseinheit 90 prüft dabei
ob der Betätigungsgrad wped des Fahrpedals größer
einem vorgegebenen Schwellwert ist und stellt in diesem Fall eine
Betätigung des Fahrpedals, andernfalls keine Betätigung
des Fahrpedals fest. Der vorgegebene Schwellwert für den
Betätigungsgrad wped des Fahrpedals kann dabei beispielsweise
ebenfalls auf einem Prüfstand derart appliziert werden,
dass für Betätigungsgrade wped des Fahrpedals
oberhalb des Schwellwerts sichergestellt ist, dass der Fahrer das
Fahrpedal betätigen will und andernfalls bestenfalls von
einer versehentlichen Berührung des Fahrpedals durch den
Fahrer ausgegangen werden kann. Im einfachsten Fall kann der Schwellwert
für den Betätigungsgrad wped des Fahrpedals auf
den Wert Null gesetzt werden, wobei in diesem Fall auch ein versehentliches
Berühren des Fahrpedals als absichtliche Betätigung
des Fahrpedals interpretiert wird. Ferner ist in 1 im
Bereich des Motorblocks 2 ein Drehzahlsensor 17 eingezeichnet,
der die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 1 misst und den
Messwert an die Motorsteuerung 40 und dort ebenfalls die
Schubbetriebserkennungseinheit 90 weiterleitet. Der Schwellwert
für die Motordrehzahl oberhalb der Leerlaufdrehzahl kann
ebenfalls auf einem Prüfstand und/oder in Fahrversuchen appliziert
werden, derart, dass sichergestellt wird, dass der Schubbetrieb
nur für Drehzahlen n erkannt wird, die oberhalb der vorgegebenen
Leerlaufdrehzahl zuzüglich eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegen.
Erkennt also die Schubbetriebserkennungseinheit 90, dass
die Drehzahl n oberhalb des Schwellwerts für die Drehzahl
n und der Betätigungsgrad wped für das Fahrpedal
unterhalb des Schwellwerts für den Betätigungsgrad
wped liegen, so gibt sie ein Setzsignal an die Auswerteeinheit 95 ab,
andernfalls ein Rücksetzsignal.
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Die
Auswerteeinheit 95 gibt an ihrem Ausgang nur dann ein Setzsignal
ab, wenn sie von der Schubbetriebserkennungseinheit 90 ein
Setzsignal empfängt und wenn sie gleichzeitig von der Vergleichseinheit 45,
die auch als Prüfeinheit bezeichnet wird, ein Rücksetzsignal
empfängt. In allen anderen Fällen gibt die Auswerteeinheit 95 an
ihrem Ausgang ein Rücksetzsignal ab. Das Ausgangssignal
der Auswerteeinheit 95 wird einer Ansteuereinheit 50 zugeführt,
die die Einstellung der Drosselklappe 5 und die Einstellung
des Abgasrückführventils 10 ansteuert. Alternativ
kann für die Drosselklappe 5 und das Abgasrückführventil 10 auch
jeweils eine eigene Ansteuereinheit vorgesehen sein, denen das Ausgangssignal
der Auswerteeinheit 95 zugeführt ist.
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Mit
Empfang eines Setzsignals von der Auswerteeinheit 95 steuert
die Ansteuereinheit 50 die Drosselklappe 5 im
Sinne einer Reduzierung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine 1 an,
so dass der Öffnungsgrad der Drosselklappe 5 verringert
wird.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung steuert die
Ansteuereinheit 50 die Drosselklappe 5 in dem
beschriebenen Fall derart an, dass sie eine Schließstellung
mit minimaler oder ausbleibender Luftzufuhr annimmt. Zusätzlich
kann es optional vorgesehen sein, dass die Ansteuereinheit 50 das
Abgasrückführventil 10 im Sinne einer
Erhöhung des rückgeführten Abgasmassenstroms
ansteuert. Dies bedeutet eine Ansteuerung des Abgasrückführventils 10 derart,
dass der Öffnungsgrad des Abgasrückführventils 10 erhöht
wird.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung steuert die
Ansteuereinheit 50 das Abgasrückführventil 10 derart
an, dass es in seine vollständige Öffnungsstellung
mit maximalem Abgasrückführmassenstrom gelangt.
Die Wirkung dieser Maßnahmen ist wie folgt: durch die Betätigung
der Drosselklappe 5 im Schließrichtung kann die
Brennkraftmaschine im Schubbetrieb weniger Frischluft ansaugen.
Die Zylinder 35 der Brennkraftmaschine 1 müssen
daher im Schubbetrieb weniger Verdichtungsarbeit leisten, das im
Schubbetrieb erzeugte Schleppmoment wird betragsmäßig
geringer. Dieser Effekt ist umso stärker aus geprägt,
je mehr die Drosselklappe 5 in Schließrichtung
bewegt wird. Optimal ist somit im Hinblick auf die betragsmäßige
Verringerung des Schleppmomentes im Schubbetrieb ein vollständiges
Schließen der Drosselklappe 5, so dass keine Frischluft
bzw. aufgrund von Toleranzen und/oder Leckagen des Luftzufuhrkanals 55 und
der Drosselklappe 5 lediglich ein minimaler Frischluftmassenstrom
angesaugt werden kann. Je mehr jedoch die Drosselklappe 5 im
Schubbetrieb in Schließrichtung betätigt wird,
umso mehr würde durch die Ansaugleistung der Zylinder 35 ein
Unterdruck im Luftzufuhrkanal 55 stromab der Drosselklappe 5 erzeugt.
Deshalb ist es vor allem bei zunehmendem Schließen der
Drosselklappe 5 im Schubbetrieb von Vorteil, wenn zusätzlich
zum Betätigen der Drosselklappe 5 in Schließrichtung
das Abgasrückführventil 10 in Öffnungsrichtung
betätigt wird. Auf diese Weise kann der Bildung von Unterdruck
zum Luftzufuhrkanal 55 entgegengewirkt werden. Gleichzeitig
ermöglicht eine Betätigung des Abgasrückführventils 10 in Öffnungsrichtung,
dass die Zylinder 35 die Luft nicht gegen den Widerstand
des Katalysators 25 und des Partikelfilters 30 und
der Turbine 62 in den Abgasstrang 65 ausstoßen
müssen, sondern die ausgestoßene Luft über
das geöffnete Abgasrückführventil 10 im
Kreis wieder zu den Zylindern 35 über den Luftzufuhrkanal 55 zurückgepumpt
werden kann. Mit zunehmendem Öffnungsgrad des Abgasrückführventils 10 wird
somit die Ausschiebearbeit der Zylinder 35 geringer. Auch
dies führt zu einer Verringerung des Betrags des Schleppmoments.
Mit zunehmendem Öffnungsgrad des Abgasrückführventils 10 im Schubbetrieb
wird somit eine zunehmende Verringerung des Betrags des Schleppmomentes
erzielt. Der Betrag des Schleppmomentes kann dabei bei vollständiger Öffnung
des Abgasrückführventils 10 und damit
maximalem Abgasrückführmassenstrom auf ein Minimum
gebracht werden.
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Wie
beschrieben wird die Betätigung der Drosselklappe 5 in
Schließrichtung und optional zusätzlich die Betätigung
des Abgasrückführventils 10 in Öffnungsrichtung
beim Gegenstand der Erfindung nur dann durchgeführt, wenn
die Auswerteeinheit 95 anhand des Setzsignals der Schubbetriebserkennungseinheit 90 feststellt,
dass aktuell der Schubbetrieb vorliegt und anhand des Rücksetzsignals
der Prüfeinheit 45 feststellt, dass das Bremspedal
nicht betätigt ist bzw. nicht absichtlich betätigt
ist, also keine Bremsabsicht des Fahrers vorliegt. Liegt hingegen
bei dem Schubbetrieb, also bei gesetztem Ausgangssignal der Schubbetriebserkennungseinheit 90 ein
Bremswunsch des Fahrers vor, also ist auch zusätzlich das
Ausgangssignal der Prüfeinheit 45 gesetzt, so überträgt
die Auswerteeinheit 95 an die Ansteuereinheit 50 ein
Rücksetzsignal mit der Folge, dass die Drosselklappe 5 und
das Abgasrückführventil 10 derart angesteuert
werden, dass sich nun ein maximaler Betrag des Schleppmomentes zur
Unterstützung des Bremswunsches des Fahrers ergibt. Zu
diesem Zweck wird daher die Drosselklappe 5 in Öffnungsrichtung
und das Abgasrückführventil 10 in Schließrichtung
angesteuert. Somit wird die Verdichtungsarbeit und die Ausschiebearbeit
der Zylinder 35 erhöht.
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Für
den Fall, dass kein Schubbetrieb erkannt wurde, das Ausgangssignal
der Schubbetriebserkennungseinheit 90 also zurückgesetzt
ist, sendet die Auswerteeinheit 95 ein Signal an die Ansteuereinheit 50 gemäß dem
die Ansteuereinheit 50 veranlasst wird, den Öffnungsgrad
der Drosselklappe 5 und den Öffnungsgrad des Abgasrückführventils 10 gemäß den
Anforderungen des dann vorliegenden Zugbetriebes in dem Fachmann
bekannter Weise beispielsweise unter Berücksichtigung des
aktuellen Betätigungsgrades wped des Fahrpedals anzusteuern.
Zu diesem Zweck wird das Signal wped des Stellungsgebers 16 des
Fahrpedals auch der Ansteuereinheit 50 zugeführt,
genauso wie das Drehzahlsignal n des Drehzahlsensors 17.
Zur Mitteilung dieses Betriebszustandes des Zugbetriebes kann das
Ausgangssignal der Auswerteeinheit 95 beispielsweise auf
einen Pegel gesetzt werden, der zwischen dem Pegel für das
Rücksetzsignal und dem Pegel für das Setzsignal
liegt. Alternativ könnte beispielsweise für die
Signalisierung des Zugbetriebes das Ausgangssignal der Auswerteeinheit 95 auf
den doppelten Pegel in Vergleich zum Pegel des Setzsignals gesetzt
werden.
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Entscheidend
für die erfindungsgemäße Verringerung
des Betrages des Schleppmomentes im Schubbetrieb ist es, dass kein
Bremswunsch des Fahrers erkannt wird, das Signal des Stellungsgebers 15 also
keine Betätigung des Bremspedals anzeigt. Zeigt hingegen
das Signal des Stellungsgebers 15 eine Betätigung
des Bremspedals und damit einen Bremswunsch an, dann werden die
Drosselklappe 5 und das Abgasrückführventil 10 zur
betragsmäßigen Erhöhung des Schleppmomentes
und damit zur Unterstützung des Bremswunsches angesteuert.
Außerhalb des Schubbetriebs werden die Drosselklappe 5 und
das Abgasrückführventil 10 zur Erzielung des
gewünschten Vortriebsmomentes angesteuert, das sich beispielsweise
aus dem Betätigungsgrad wped des Fahrpe dals und der Motordrehzahl
n, zusätzlich oder alternativ aber auch aus den Momentenanforderungen
anderer Systeme in dem Fachmann bekannter Weise ergeben kann, beispielsweise
von einem Antiblockiersystem, einem Fahrdynamikregler, einer Antriebsschlupfregelung
oder dergleichen. Dies ist der Übersichtlichkeit halber
in 2 nicht dargestellt.
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Bei
Vorliegen eines Bremswunsches im Schubbetrieb wird somit die Drosselklappe 5 im
Sinne einer Erhöhung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine 1 angesteuert.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
wird dabei zur Erzielung eines betragsmäßig maximalen
Schleppmomentes die Drosselklappe in ihre vollständige Öffnungsstellung mit
maximaler Luftzufuhr angesteuert. Zusätzlich oder alternativ
wird das Abgasrückführventil 10 bei Vorliegen
eines Bremswunsches im Schubbetrieb im Sinne einer Reduzierung des
rückgeführten Abgasmassenstroms angesteuert. Gemäß einem
vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird dabei das Abgasrückführventil
in seine vollständige Schließstellung verbracht,
in der idealer Weise kein Abgasrückführmassenstrom
ermöglicht wird, aufgrund von Leckage und/oder Toleranzen
des Abgasrückführventils und/oder des Abgasrückführkanals 20 jedoch
realer Weise ein minimaler Abgasrückführmassenstrom vorliegt.
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Da
es beim Gegenstand der Erfindung für die Betätigung
der Drosselklappe 5 in Schließrichtung und zusätzlich
optional die Betätigung des Abgasrückführventils 10 in Öffnungsrichtung
bei Vorliegen des Schubbetriebes nur darauf ankommt, ob im Schubbetrieb
ein Bremswunsch des Fahrers vorliegt oder nicht, führt
dies dazu, dass bei Nichtvorliegen eines solchen Bremswunsches die
Drosselklappe 5 im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine 1 auch
dann im Sinne einer Reduzierung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine 1 angesteuert,
vorzugsweise vollständig geschlossen wird, wenn sich sämtliche
Abgasreinigungsvorrichtungen der Brennkraftmaschine 1,
im vorliegenden Fall der Oxidationskatalysator 25 und das
Partikelfilter 30, in ihrem Arbeitsbetriebsbereich befinden,
d. h. die Temperatur des Oxidationskatalysators 25 gemäß dem
ersten Temperatursignal T1 des ersten Temperatursensors 70 und
die Temperatur des Partikelfilters 30 gemäß dem
zweiten Temperatursignal T2 sich jeweils in ihrem Arbeitsbereich
befinden, also weder der Katalysator 25 noch das Partikelfilter 30 Gefahr
laufen auszukühlen. Entsprechendes gilt für die
Ansteuerung des Abgasrückführventils 10 im Schubbetrieb,
wenn kein Bremswunsch des Fahrers erkannt wird. In diesem Fall wird
das Abgasrückführventil 10 optional im
Sinne einer Erhöhung des Abgasrückführmassenstroms
angesteuert und zwar auch dann, wenn sich sämtliche Abgasreinigungsvorrichtungen 25, 30 der
Brennkraftmaschine 1 in ihrem oben beschriebenen Arbeitsbetriebsbereich
befinden, also nicht Gefahr laufen auszukühlen.
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Da
es wie beschrieben für die Ansteuerung der Drosselklappe 5 in
Schließrichtung und zusätzlich optional die Ansteuerung
des Abgasrückführventils 10 in Öffnungsrichtung
bei Vorliegen des Schubbetriebes lediglich auf das Nichtvorliegen
eines Bremswunsches des Fahrers ankommt, wird die Drosselklappe 5 im
Schubbetrieb der Brennkraftmaschine 1 auch dann im Sinne
einer Reduzierung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine 1 angesteuert, wenn
sichergestellt ist, dass während dem Schubbetrieb kein
Kraftstoff oder Öl in die Verbrennungsräume 35 der
Brennkraftmaschine 1 gelangen kann, es also ausgeschlossen
ist, dass es zu unerwünschten Verbrennungen kommen kann.
Entsprechend wird das Abgasrückführventil 10 im
Schubbetrieb der Brennkraftmaschine 1 auch dann optional
im Sinne einer Erhöhung des Abgasrückführmassenstrom
angesteuert, wenn kein Bremswunsch vorliegt und wenn sichergestellt
ist, dass während dem Schubbetrieb kein Kraftstoff oder Öl
in die Verbrennungsräume 35 der Brennkraftmaschine 1 gelangen
kann, mithin es nicht zu unerwünschten Verbrennungen kommen
kann.
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In 3 ist
ein Ablaufplan für einen beispielhaften Ablauf des erfindungsgemäßen
Verfahrens dargestellt. Nach einem Start des Programms prüft die
Auswerteeinheit 95 anhand des Ausgangssignals der Schubbetriebserkennungseinheit 90,
ob dieses Ausgangssignal gesetzt ist, d. h. ob Schubbetrieb vorliegt.
Ist dies der Fall, so wird zu einem Programmpunkt 105 verzweigt,
andernfalls wird zu Programmpunkt 100 zurück verzweigt.
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Bei
Programmpunkt 105 prüft die Auswerteeinheit 95 anhand
des Ausgangssignals der Prüfeinheit 45, ob ein
Bremswunsch des Fahrers vorliegt, das Bremspedal also absichtlich
betätigt wurde, das Ausgangssignal der Prüfeinheit 45 also
gesetzt ist. Ist dies der Fall, so wird zu einem Programmpunkt 115 verzweigt,
andernfalls wird zu einem Programmpunkt 110 verzweigt.
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Bei
Programmpunkt 115 wurde von der Auswerteeinheit 95 im
Schubbetrieb ein Bremswunsch des Fahrers erkannt, so dass ein Rücksetzsignal
an die Ansteuereinheit 50 abgegeben und die Drosselklappe 5 in Öffnungsrichtung
und zusätzlich optional das Abgasrückführventil 10 in
Schließrichtung betätigt wird. Anschließend
wird das Programm verlassen.
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Bei
Programmpunkt 110 hat die Auswerteeinheit 95 im
Schubbetrieb das Nichtvorliegen eines Bremswunsches erkannt und
gibt an die Ansteuereinheit 50 ein Setzsignal ab, mit der
Folge, dass die Ansteuereinheit 50 die Drosselklappe 5 in
ihre Schließrichtung ansteuert und zusätzlich
optional das Abgasrückführventil 10 in Öffnungsrichtung
ansteuert. Anschließend wird das Programm verlassen.
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Im
Falle einer Brennkraftmaschine ohne Abgasrückführung
kann die betragsmäßige Verringerung des Schleppmomentes
im Schubbetrieb bei Nichtvorliegen eines Bremswunsches des Fahrers nur
durch Ansteuern der Drosselklappe 5 in Schließrichtung
bewirkt werden. Ein vollständiges Schließen der
Drosselklappe 5 scheidet dabei aus, aufgrund der damit
verbundenen Unterdruckerzeugung im Luftzufuhrkanal 55.
So kann beispielsweise auf einem Prüfstand und/oder in
Fahrversuchen für diesen Fall ein Grenzwert appliziert
werden, bis zu dem die Drosselklappe 5 maximal geschlossen
werden kann, ohne dass es zu einer unerwünschten Unterdruckerzeugung
im Luftzufuhrkanal 55 kommt.
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4 zeigt
schließlich die Auswirkung der Erfindung anhand eines zeitlichen
Verlaufs der Geschwindigkeit im km/h sowie der Last in Form der Kraftstoffeinspritzmenge.
Zu einem Zeitpunkt t = 0 bewegt sich das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit v0, wobei eine Kraftstoffmenge q1 eingespritzt
wird. Bis zu einem Zeitpunkt t1 steigt die
Geschwindigkeit des Fahrzeugs im vorliegenden Beispiel linear vom Wert
v0 bis zu einem Wert v1 bei
gleichbleibender Last q1 an, wie es beispielsweise
durch eine Betätigung des Fahrpedals mit konstantem Betätigungsgrad
wped verursacht werden kann. Zum Zeitpunkt t1 geht
der Fahrer komplett vom Fahrpedal, so dass die Last und damit die
Einspritzmenge auf den Wert Null absinkt. Ab dem Zeitpunkt t1 wird somit der Schubbetrieb der Brennkraftmaschine 1 erkannt.
In herkömmlicher Weise wird unabhängig davon,
ob ein Bremswunsch des Fahrers vorliegt oder nicht ein betragsmäßig
maximales Schleppmoment durch Betätigen der Drosselklappe 5 in Öffnungsrichtung
und zusätzlich optional Betätigen des Abgasrückführventils 10 in
Schließrichtung erzeugt, so dass die Geschwindigkeit vom
Zeitpunkt t1 bis zu einem nachfolgenden Zeitpunkt
t2 vom Wert v1 wieder
auf den Wert v0 schnellstmöglich
absinkt. Dies ist anhand des durchgezogenen Verlaufs der Geschwindigkeit über
der Zeit t in 4 zu erkennen. Zum Zeitpunkt
t2 wird dadurch mit Erreichen der Ausgangsgeschwindigkeit
v0 der Schubbetrieb beendet und die während
des Schubbetriebes aktive Schubabschaltung, d. h. Unterdrückung
der Kraftstoffzufuhr aufgehoben. Dies ist anhand des durchgezogenen
Verlaufs der Last über der Zeit t in 4 erkennbar,
wobei zum Zeitpunkt t2 die Last und damit
die Einspritzmenge vom Wert Null wieder auf den Wert q1 ansteigt
und dort für t > t2 verbleibt.
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Gemäß der
Erfindung wird der Betrag des Schleppmomentes in der beschriebenen
Weise reduziert, gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
minimiert, so dass die Geschwindigkeit ab dem Zeitpunkt t1 gemäß dem gestrichelten
Verlauf langsamer als in herkömmlicher Weise absinkt. Dies
führt dazu, dass die Ausgangsgeschwindigkeit v0 erst
zu einem dem Zeitpunkt t2 nachfolgenden
Zeitpunkt t3 erreicht wird, so dass erst
zum Zeitpunkt t3 beim Gegenstand der Erfindung
die Schubabschaltung beendet und die Einspritzung von Kraftstoff
wieder aufgenommen wird. Somit bleibt beim Gegenstand der Erfindung
die Kraftstoffeinspritzung nicht nur zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 wie
beim herkömmlichen Fall sondern darüber hinaus
auch bis zum Zeitpunkt t3 unterdrückt,
so dass der im Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Last schraffiert eingetragene
Bereich die eingesparte Kraftstoffmenge beim Gegenstand der Erfindung
gegenüber der herkömmlichen Realisierung darstellt.
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Wird
beim Gegenstand der Erfindung vor Erreichen des Zeitpunktes t3 der Schubbetrieb beendet, beispielsweise
weil der Fahrer wieder das Fahrpedal betätigt und damit
einen Vortriebswunsch signalisiert, so geht dieser Vortriebswunsch
von einem höheren Geschwindigkeitsniveau aus als im herkömmlichen Fall,
so dass für den anschließenden Beschleunigungsvorgang
ebenfalls weniger Kraftstoff erforderlich ist.
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Anhand
von 4 wird somit deutlich, dass durch den Gegenstand
der Erfindung die Verzögerung des Fahrzeugs während
des Schubbetriebes verringert und somit die Schubphase verlängert
werden kann. Eine an den Schubbetrieb anschließende Beschleunigungsphase
kann abgeschwächt werden, wenn sie vor Erreichen der Ausgangsgeschwindigkeit
v0 zum Zeitpunkt t3 eingeleitet
wird, wie beschrieben, da diese Beschleunigungsphase von einem höheren
Geschwindigkeitsniveau aus startet als im Falle einer herkömmlich
realisierten Schubphase. Somit kann Kraftstoff eingespart und CO2-Emissionen verringert werden. Auch im Verlauf
der Last über der Zeit t in 4 ist der
vom herkömmlichen Verlauf verschiedene Verlauf beim Gegenstand
der Erfindung zwischen dem Zeitpunkt t2 und
dem Zeitpunkt t3 in 4 gestrichelt
dargestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19906892
A1 [0002, 0002]
- - DE 10118878 A1 [0003, 0003, 0023]