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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine,
bei welchem eine Öffnungsweite einer in einem Ansaugtrakt
der Verbrennungskraftmaschine angeordneten Drosseleinrichtung eingestellt
wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine zum Durchführen
des Verfahrens ausgelegte Verbrennungskraftmaschine.
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Die
WO 01/75300 A1 beschreibt
ein Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine, bei welchem
mittels eines Kurbelwellen-Starter-Generators eine Verbrennungskraftmaschine
auf eine Drehzahl von mehr als 800 Umdrehungen pro Minute hochgeschleppt
wird. Hierbei wird eine in einem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine
angeordnete Drosselklappe geschlossen gehalten. Sobald ein Schwellenwert
einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine erreicht ist, und sobald
ein Druck in dem Ansaugtrakt einen vorgegebenen Schwellenwert unterschritten
hat, wird die Einspritzung von Kraftstoff in die Verbrennungskraftmaschine
freigegeben.
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Als
nachteilig bei einem derartigen Verfahren ist der Umstand anzusehen,
dass das Erreichen einer gewünschten Leerlaufdrehzahl der
Verbrennungskraftmaschine mit bei voneinander abweichenden Startvorgängen
vergleichsweise stark variierenden Drehzahlen als Funktionen der
Zeit einhergehen kann.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs
genannten Art und eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, welches
beziehungsweise welche ein besonders gut reproduzierbares Erreichen
einer Leerlaufdrehzahl ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 und durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung
sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen
angegeben.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Starten einer
Verbrennungskraftmaschine wird eine Öffnungsweite einer
in einem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordneten
Drosseleinrichtung eingestellt. Durch das Einstellen der Öffnungsweite
der Drosseleinrichtung wird ein vorbestimmter Sollwert einer Größe
eingestellt, welche zumindest mit einem stromabwärts der
Drosseleinrichtung in dem Ansaugtrakt herrschenden Druck korreliert.
Insbesondere kann der in dem Ansaugtrakt stromabwärts der
Drosseleinrichtung herrschende Druck selber als vorbestimmter Sollwert
eingestellt werden. Mit dem stromabwärts der Drosseleinrichtung
in dem Ansaugtrakt herrschenden Druck korreliert jedoch auch das
Moment der Verbrennungskraftmaschine, so dass alternativ der vorbestimmte
Sollwert des Moments der Verbrennungskraftmaschine eingestellt werden
kann. Wird also durch Verändern der Öffnungsweite
der Drosseleinrichtung der vorbestimmte Sollwert der des Drucks
oder des Moments eingestellt, so ist ein besonders gut reproduzierbares Erreichen
der Leerlaufdrehzahl ermöglicht. Dies gilt in vorteilhafter
Weise unabhängig davon, welcher Druck der Ansaugluft in
dem Ansaugtrakt stromabwärts der Drosseleinrichtung beim
Beginn des Startens vorlag.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in dem Ansaugtrakt
stromabwärts der Drosseleinrichtung, bei welcher es sich
um eine Drosselklappe handeln kann, ein Druck vorliegt, welcher
von unterschiedlichen Randbedingungen abhängt. Beispielsweise
kann ein Aufenthalt eines die Verbrennungskraftmaschine aufweisenden
Fahrzeugs in vergleichsweise großer Höhe über
dem Meeresspiegel dafür sorgen, dass in dem Ansaugtrakt
ein niedrigerer Druck vorliegt als der Umgebungsdruck auf Meereshöhe.
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Ein
Unterdruck in dem Ansaugtrakt stromabwärts der Drosseleinrichtung
kann auch darauf zurückzuführen sein, dass die
Verbrennungskraftmaschine erst unmittelbar vor dem Starten gestoppt worden
ist. Dann ist kann der Ansaugtrakt noch zumindest teilweise evakuiert
sein, also in dem Ansaugtrakt ein unter dem Umgebungsdruck liegender Druck
vorliegen.
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Ein
solcher auf derartigen Randbedingungen beruhender Unterdruck nähert
sich dann allmählich, beim Stoppen der Verbrennungskraftmaschine
erst mit längerer Standzeit der Verbrennungskraftmaschine,
dem Umgebungsdruck an. Wird nun beim Vorliegen eines solchen Unterdrucks
in dem Ansaugtrakt die Verbrennungskraftmaschine erneut gestartet,
so verhindert das vorliegend beschriebene Verfahren das Zustandekommen
eines großen Drehzahlüberschwingers, also einer
erheblich über die gewünschte Leerlaufdrehzahl
hinausgehenden Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine. Ein solcher
Drehzahlüberschwinger kann seine Ursache darin haben, dass der
angesaugten Luft vergleichsweise viel Kraftstoff zugeführt
wird und somit ein für die tatsächliche Dichte
der angesaugten Luft zu hohes Mischungsverhältnis eingestellt
wurde.
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Bei
einem Unterdruck im Ansaugtrakt stromabwärts der Drosseleinrichtung
kann es des Weiteren zu einem verschleppten Drehzahlhochlauf oder zu
Aussetzern kommen, wenn nicht das vorliegend beschriebene Verfahren
angewendet wird, da der niedrige Druck in dem Ansaugtrakt mit einem
geringen Moment der Verbrennungskraftmaschine korreliert und sich
somit das Erreichen der gewünschten Leerlaufdrehzahl verzögert.
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Mittels
des vorliegend beschriebenen Verfahrens wird hingegen unabhängig
vom aktuellen, in dem Ansaugtrakt stromabwärts der Drosseleinrichtung
herrschenden Druck direkt nach der Startanforderung ein reproduzierbarer,
zuverlässiger Drehzahlhochlauf erreicht.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Sollwert
des Drucks und/oder des Moments der Verbrennungskraftmaschine in
Abhängigkeit von einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine
und/oder einer Anzahl von Einspritzungen in den Ansaugtrakt oder
in einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine inklusive einer
beim Starten vorgenommenen ersten Einspritzung und/oder einer Zeitdauer
seit einem Ändern der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine
auf einen von Null abweichenden Wert vorbestimmt.
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Wird
der Solldruck oder das Sollmoment in Abhängigkeit von der
Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine vorbestimmt, so kann ergänzend überprüft
werden, ob seit der Startanforderung eine vorbestimmte Anzahl von
Einspritzungen je Zylinder stattgefunden haben und/oder ob seit
der Startanforderung eine vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist. Dadurch
ist der Sollwert besonders zuverlässig vorbestimmbar. Besonders
einfach lässt sich der Sollwert jedoch vorbestimmen, wenn
zur Bildung des Sollwerts lediglich die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine
herangezogen wird.
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Als
weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn beim Vorbestimmen des
Sollwerts eine Stellung des Fahrpedals berücksichtigt wird.
Ist das Fahrpedal in einer Ausgangsstellung, in welcher der Fahrer
das Fahrpedal nicht betätigt, so korrespondiert mit der
zu erreichenden Leerlaufdrehzahl ein niedrigerer Druck in dem Ansaugtrakt
und somit ein niedrigeres Moment der Verbrennungskraftmaschine als
wenn der Fahrer das Fahrpedal betätigt. Durch Betätigen des
Fahrpedals bringt der Fahrer zum Ausdruck, dass er zum Anfahren
ein hohes Moment bzw. einen hohen Druck im Ansaugtrakt stromabwärts
der Drosseleinrichtung wünscht. So können je nach
Stellung des Fahrpedals unterschiedliche Kennlinien durch die vorbestimmten
Sollwerte gebildet sein.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein
Istwert der Größe ermittelt, und es wird der vorbestimmte
Sollwert durch Einstellen der Öffnungsweite der Drosseleinrichtung
geregelt. Ein solches Einregeln auf den Sollwert ermöglicht
ein besonders genaues, reproduzierbares Einstellen etwa des Drucks
während des gesamten Hochlaufens der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine.
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Das
Anlassen der Verbrennungskraftmaschine, also das Erreichen einer
von dem Wert Null abweichenden Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine,
kann mittels einer elektrischen Maschine bewirkt werden, wobei ergänzend
oder alternativ ein Direktstart durchgeführt werden kann.
Bei einem solchen Direktstart wird direkt nach der Startanforderung Kraftstoff
in den Ansaugtrakt oder in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine
eingespritzt und gezündet und dadurch die Drehzahl auf
den von Null abweichenden Wert gebracht. Dadurch kann die elektrische
Maschine vergleichsweise leistungsarm und somit kostengünstig
und gewichtsarm ausgelegt sein, oder es kann auf das Vorsehen der
elektrischen Maschine ganz verzichtet werden.
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Das
Verfahren eignet sich besonders für einen Start-Stopp-Betrieb
der Verbrennungskraftmaschine, da im Start-Stopp-Betrieb häufig
wechselnde Randbedingungen beim Starten vorliegen können.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe gelöst
durch eine Verbrennungskraftmaschine mit einer in einem Ansaugtrakt
der Verbrennungskraftmaschine angeordneten Drosseleinrichtung und
mit einer Steuereinrichtung zum Einstellen einer Öffnungsweite
der Drosseleinrichtung. Hierbei ist mittels der Steuereinrichtung
die Öffnungsweite der Drosseleinrichtung in Abhängigkeit
von einem vorbestimmten Sollwert einer Größe einstellbar,
welche zumindest mit einem stromabwärts der Drosseleinrichtung
in dem Ansaugtrakt herrschenden Druck korreliert.
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Die
für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen
Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch
für die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine.
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Die
vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen
sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder
in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen
sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch
in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne
den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 zwei
unterschiedliche Kurven, welche jeweils Sollwerte für einen
Saugrohrdruck oder ein Moment einer Verbrennungskraftmaschine in
Abhängigkeit von einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine
veranschaulichen;
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2 schematisch
Elemente eines Regelkreises zum Regeln des Saugrohrdrucks der Verbrennungskraftmaschine;
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3 den
Saugrohrdruck als Funktion der Zeit bis zum Erreichen einer jeweiligen
Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine bei zwei unterschiedlichen
Anfangsdrücken im Saugrohr der Verbrennungskraftmaschine;
und
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4 die
zugehörigen Drehzahlen bis zum Erreichen der gewünschten
jeweiligen Leerlaufdrehzahl als Funktion der Zeit bei den jeweiligen
Anfangsdrücken gemäß 3.
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In 1 ist
in einem Diagramm 10 auf einer Abszisse die Drehzahl 12 einer
Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs aufgetragen und auf einer
Ordinate ein Saugrohrdruck 14. Bei dem Saugrohrdruck handelt
es sich um den stromabwärts einer Drosselklappe in dem
Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine herrschenden Druck der
Ansaugluft vor deren Eintritt in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine.
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Da
der Saugrohrdruck 14 proportional zu dem Moment der Verbrennungskraftmaschine
ist, kann statt des Saugrohrdrucks 14 auf der Ordinate
in dem Diagramm 10 auch das Moment aufgetragen sein.
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Eine
erste Sollwertkurve 16 beschreibt eine Kennlinie, welche
eine Abhängigkeit eines gewünschten Saugrohrdrucks 14 von
der Drehzahl 12 wiedergibt. Bei der ersten Sollwertkurve 16 ist
ein Fahrpedal in dem die Verbrennungskraftmaschine verweisenden
Fahrzeug nicht betätigt. Ausgehend von einem hohen Saugrohrdruck
bei nicht drehender Verbrennungskraftmaschine nimmt entsprechend der
Sollwertkurve 16 der Sollwert des Saugrohrdrucks 14 zunächst
rasch ab. Der Saugrohrdruck 14 nähert sich dann
allmählich einem annähernd konstanten Wert an,
welcher das Erreichen einer gewünschten Leerlaufdrehzahl
der Verbrennungskraftmaschine kennzeichnet.
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Ist
das Fahrpedal also nicht betätigt, so wird entsprechend
der Sollwertkurve 16 auf den jeweiligen, mit der Drehzahl 12 korrelierenden
Sollwert des Saugrohrdrucks 14 geregelt, wie dies mit Bezug
auf den Regelkreis gemäß 2 im Folgenden
erläutert wird. Eine zweite Sollwertkurve 18 in 1 gibt
Sollwerte des Saugrohrdrucks 14 als Funktion der Drehzahl 12 für
einen Fall wieder, bei welchem der Fahrer das Fahrpedal betätigt.
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Entsprechend
kann je nach Fahrpedalstellung eine vom Fahrerwunsch abhängige
Sollwertkurve 18 in einem Regler 20 einer Steuereinrichtung 22 vorgesehen
sein (vgl. 2), zusätzlich zu der
Sollwertkurve 16 für den Fall, dass das Fahrpedal
vom Fahrer nicht betätigt ist.
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Gemäß dem
in 2 gezeigten Regelkreis wird ein Istwert 24 des
Saugrohrdrucks 14 erfasst und mit dem im Regler 20 als
Sollwertkurve 16, 18 vorliegenden Sollwert bei
der vorliegenden Drehzahl 12 der Verbrennungskraftmaschine 26 verglichen.
In dem Regler 20 wird hierbei die Stellung 28 des
Fahrpedals berücksichtigt. Die Regelgröße
in dem Regelkreis ist der Saugrohrdruck 14. Zusätzlich
wird dem Regler 20 über einen Informationspfad 30 die
Drehzahl 12 der Verbrennungskraftmaschine 26 übermittelt,
so dass in den Sollwert des Saugrohrdrucks 14 die Stellung 28 des
Fahrpedals und die Drehzahl 12 der Verbrennungskraftmaschine 26 einfließen.
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Der
Regler 20 vergleicht laufend den Istwert 24 des
Saugrohrdrucks 14 mit dem Sollwert entsprechend der anzuwendenden
Sollwertkurve 16, 18 und ermittelt aus der Regeldifferenz
eine Stellgröße 32, welche ein Öffnungswinkel
der Drosselklappe in dem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine 26 sein kann.
Alternativ kann als Stellgröße 32 ein
zu einem vorbestimmten, etwa in einer Kennlinie abgelegten Wert
des Öffnungswinkels der Drosselklappe ein Wert hinzugerechnet
werden, welcher auch als Offset bezeichnet wird. So können
voreingestellte Kennfelder zum Öffnen der Drosselklappe
verwendet werden und es braucht lediglich der positive oder negative
Wert der Stellgröße 32 zu dem vorgegebenen Wert
hinzugerechnet werden.
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Alternativ
kann als Stellgröße das Moment der Verbrennungskraftmaschine
verwendet werden, welches dann in der Steuereinrichtung 22 in
einen Öffnungswinkel der Drosselklappe umgerechnet wird.
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Als
Störgrößen 34 wirken auf die
in dem Regelkreis die Regelstrecke darstellende Verbrennungskraftmaschine 26 Anfangsbedingungen und/oder
Umgebungsbedingungen, welche Einfluss auf den Saugrohrdruck 14 oder
die Drehzahl 12 haben können. Zu solchen Störgrößen 34 zählen
ein unter dem Normaldruck liegender Druck der Umgebungsluft, etwa
wenn sich das Fahrzeug in einer vergleichsweise großen
Höhe über dem Meeresspiegel befindet oder wenn
der Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine 26 noch teilweise
evakuiert ist, da die Verbrennungskraftmaschine 26 erst
kurz vor dem Starten gestoppt wurde. Dann hat nämlich das dem
Stoppen vorangegangene Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 26 dazu
geführt, dass in dem Ansaugtrakt ein Unterdruck, also ein
unter dem atmosphärischen Druck liegender Saugrohrdruck 14 vorliegt.
Auch ein schleppender Hochlauf der Verbrennungskraftmaschine 26,
etwa aufgrund schlechter Verbrennung des Kraftstoffs, kann eine
solche Störgröße 34 darstellen.
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Wird
nun der Saugrohrdruck 14 entsprechend der jeweils anzuwendenden
Sollwertkurve 16, 18 geregelt, dann kann auch
bei unterschiedlichen Anfangsdrücken 40, 42 (vgl. 3)
bereits nach kurzer Zeit ein sich ähnelnder Verlauf des
Saugrohrdrucks 14 erreicht werden.
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Beispielsweise
zeigt 3 den Saugrohrdruck 14 als Funktion der
auf einer Zeitachse 36 in einem Diagramm 38 aufgetragenen
Zeit für die zwei unterschiedlichen Anfangsdrücke 40, 42.
Der erste Anfangsdruck 40 entspricht hierbei einem Starten
der Verbrennungskraftmaschine 26, bei welchem in dem Ansaugtrakt
stromabwärts der Drosselklappe der Saugrohrdruck 14 zumindest
nahezu dem atmosphärischen Druck entspricht. Mit zunehmender
Zeit nimmt entsprechend einer Kurve 44 in 3 der Saugrohrdruck 14 ausgehend
von dem vergleichsweise hohen Anfangsdruck 40 ab, bis ein
weitgehend konstantes Druckniveau 46 erreicht ist. Das
weitgehend konstante Druckniveau 46 des Saugrohrdrucks 14 ist
erreicht, wenn die Verbrennungskraftmaschine 26 die gewünschte
Leerlaufdrehzahl erreicht hat.
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Gemäß einem
zweiten Beispiel ist hingegen, entsprechend einer Kurve 48 in
dem Diagramm 38, der Anfangsdruck 42 beim Starten
der Verbrennungskraftmaschine 26 vergleichsweise niedrig
und deutlich unterhalb des Umgebungsdrucks gelegen. Hier kann durch
ein vorübergehendes Einstellen eines größeren Öffnungswinkels
der Drosselklappe erreicht werden, dass sich der Saugrohrdruck 14 rasch dem
Sollwert gemäß der entsprechenden Sollwertkurve 16, 18 annähert
und dann im Wesentlichen dem Verlauf der Kurve 44 folgt.
Entsprechend erreicht auch diese Kurve 48 dann das weitgehend konstante
Druckniveau 46. Auch bei stark voneinander abweichendem
Ausgangsdruck 40, 42 ist also rasch ein ähnlicher,
zeitlicher Verlauf des Saugrohrdrucks 14 einregelbar.
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4 zeigt
in einem Diagramm 50 die zugehörigen Kurven 52, 54,
welche die jeweilige Drehzahl 12 als Funktion der auf der
Zeitachse 36 aufgetragenen Zeit veranschaulichen. Die Kurve 52 entspricht hierbei
dem Drehzahlverlauf bei einem Starten der Verbrennungskraftmaschine 26 ausgehend
von dem hohen Anfangsdruck 40. Demgegenüber gibt
die Kurve 54 die Drehzahl 12 als Funktion der
Zeit bei dem niedrigen Anfangsdruck 42 im Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine 26 wieder.
Die Kurven 52, 54 zeigen ein rasches, Drehzahlüberschwinger sehr
weitgehend vermeidendes und sich stark ähnelndes, also
gut reproduzierbares Erreichen einer Leerlaufdrehzahl 56 der
Verbrennungskraftmaschine 26.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Diagramm
- 12
- Drehzahl
- 14
- Saugrohrdruck
- 16
- Sollwertkurve
- 18
- Sollwertkurve
- 20
- Regler
- 22
- Steuereinrichtung
- 24
- Istwert
- 26
- Verbrennungskraftmaschine
- 28
- Stellung
- 30
- Informationspfad
- 32
- Stellgröße
- 34
- Störgröße
- 36
- Zeitachse
- 38
- Diagramm
- 40
- Anfangsdruck
- 42
- Anfangsdruck
- 44
- Kurve
- 46
- Druckniveau
- 48
- Kurve
- 50
- Diagramm
- 52
- Kurve
- 54
- Kurve
- 56
- Leerlaufdrehzahl
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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