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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Start-Stop Automatik einer Energiewandlungsmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors.
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Bei Fahrzeugen mit Start-Stop Automatik wird der Verbrennungsmotor im Stand abgeschaltet, um Kraftstoff einzusparen. Verbrennungsmotoren weisen in der Regel einen Kühlkreislauf auf, in welchem Wasser zirkuliert und Wärme an einen Wärmetauscher abgibt. Zudem zirkuliert in den Verbrennungsmotoren selbst Motoröl, welches ebenfalls Wärme aus thermisch beanspruchten Bereichen ableitet. Solange der Verbrennungsmotor läuft wird das Wasser bzw. das Motoröl umgewälzt und kann die in ihm entstehende Wärme stets abtransportiert werden. Daher empfiehlt es sich, nach hoher Beanspruchung den Verbrennungsmotor auch im Stand noch eine Weile laufen zu lassen, damit die Wärme aus thermisch besonders beanspruchten Komponenten wie z. B. Turboladern abtransportiert werden kann.
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Eine Aufgabe einer Ausführungsform der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Regelung eines Verbrennungsmotors zu schaffen, mit dem eine zu hohe thermische Belastung des Verbrennungsmotors zuverlässig vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. Diese können in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung einer Start-Stop Automatik für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfasst:
- a) Bereitstellen eines Turboladertemperaturwerts,
- b) Vergleich des Turboladertemperaturwerts mit einer Konstante und,
- c) falls der Turboladertemperaturwert größer als die Konstande ist, Deaktivieren der Start-Stop Automatik des Verbrennungsmotors.
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Der Motor wird somit nur deaktiviert, wenn der Turboladertemperaturwert kleiner ist als die Konstante, die einer für den Turbolader maximal zulässigen Temperatur entspricht. Eine kritische Temperaturgrenze, bei der Motoröl im Turbolader durch Wärmetransfer von heißen Teilen des Turboladers stark erhitzt würde, wird dadurch vermieden. In Turboladern werden ein Verdichter und eine Turbine auf einer Achse drehbar gelagert. Hohe Motoröltemperaturen führen zu einer erhöhten Ölalterung. Das Motoröl könnte Dampfblasen bilden und flüssige Bestandteile des Motoröls aus der Lagerung verdrängen. Bei einem Neustart des Verbrennungsmotors und damit des Turboladers könnte es zu Mischreibung in der Lagerung kommen, also zu einer direkten, nicht von Motoröl getragenen Reibung zwischen zu lagernden Teilen. Mischreibung führt in der Regel zu einem erhöhten Lagerverschleiß. Insbesondere der Lagerverschleiß wird durch die Deaktivierung der Start-Stop Automatik bei zu heißem Turbolader vermieden.
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Entsprechend einer Ausführungsform wird der Turboladertemperaturwert mittels eines an einem Turbolader angeordneten Temperatursensors gemessen. Bei diesem direkten Verfahren kann unmittelbar ein genauer Temperaturwert ermittelt werden, welcher für den Turbolader als unkritisch angesehen werden kann und als Konstante für den Vergleich gesetzt werden. Beispielsweise kann ein Temperaturwert herangezogen werden, bei dem unter üblichen Bedingungen das Motoröl beginnt, Dampfblasen zu bilden.
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Gemäß einer Ausgestaltung wird der Turboladertemperaturwert aus mit dem Turboladertemperaturwert korrelierenden Motorparametern modelliert. Die Modellierung kann auf empirisch ermittelten Daten an Vergleichsmotoren oder durch Simulationen basieren. Aus den Motorparametern wird somit auf den Turboladertemperaturwert geschlossen, wodurch eine direkte Erfassung des Turboladertemperaturwerts durch einen hierfür vorgesehenen Sensor entfallen kann.
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Entsprechend einer weiteren Ausführungsform, die die letztgenannte Ausführungsform ergänzen kann, wird zur Bestimmung eines modellierten Turboladertemperaturwerts eine Betriebsdauer seit dem letzten Stillstand des Verbrennungsmotors herangezogen. Dabei wird davon ausgegangen, dass bei längerem Betrieb des Verbrennungsmotors beispielsweise auf längeren Autobahnfahrten der Turboladertemperaturwert entsprechend hoch sein wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zur Bestimmung eines modellierten Turboladertemperaturwerts eine Stellung eines Gaspedals herangezogen. Dies kann ergänzend zu der Ermittlung der Betriebsdauer erfolgen. Durch die Gaspedalstellung gibt der Fahrer eine vom Verbrennungsmotor abgegebene Leistung bzw. ein abgegebenes Drehmoment vor. Ein erhöhter Leistungsbedarf führt zu höheren thermischen Verlusten und somit auch zu heißen Motorbedingungen. Wenn der Verbrennungsmotor bei einer höheren Gaspedalstellung betrieben wurde, ist davon auszugehen, dass der Verbrennungsmotor dementsprechend heiß gelaufen ist und ein Abstellen des Verbrennungsmotors gerade nicht erfolgen sollte.
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Entsprechende einer weiteren, alternativen oder ergänzenden Ausgestaltung wird zur Bestimmung eines modellierten Turboladertemperaturwerts eine Fahrzeuggeschwindigkeit herangezogen. Bei erhöhten Fahrzeuggeschwindigkeiten muss der Verbrennungsmotor mehr Leistung aufbringen. Unmittelbar nach dem Fahren bei hohen Geschwindigkeiten kann somit ebenfalls davon ausgegangen werden kann, dass der Turboladertemperaturwert hoch sein wird. Das Heranziehen der Fahrzeuggeschwindigkeit hat den Vorteil der Verfügbarkeit eines entsprechenden elektronischen Signals in jedem Fahrzeug, das Verfahren kann also mit verhältnismäßig einfachen Mitteln realisiert werden.
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Entsprechend einer weiteren, ebenfalls alternativen oder ergänzenden Ausgestaltung wird zur Bestimmung eines modellierten Turboladertemperaturwerts eine Motoröltemperatur eines im Verbrennungsmotor vorhandenen Motoröls herangezogen. Das Motoröl kann dabei das gleiche Motoröl sein, welches die Lagerung des Turboladers schmiert und im Betrieb Wärme daraus abführt. Bei einem heißen Turbolader wird dementsprechend auch die Motoröltemperatur hoch sein.
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Gemäß einer Ausgestaltung wird zur Bestimmung eines modellierten Turboladertemperaturwerts eine Kühlwassertemperatur von im Verbrennungsmotor im Betrieb zirkulierenden Kühlwasser gemessen. Bei hohen Kühlwassertemperaturen ist es überwiegend wahrscheinlich, dass der Verbrennungsmotor bei einer erhöhten Last betrieben worden ist. Auch bei hohen Kühlwassertemperaturen kann somit davon ausgegangen werden, dass der Turboladertemperaturwert erhöht sein wird.
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Das beschriebene Verfahren sowie die vorteilhaften Ausgestaltungen können in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, insbesondere in einer Steuereinheit vorgesehen sein.
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Die Steuereinheit kann eine mit einem Speichersystem und einem Bussystem datenverbundene digitale Mikroprozessoreinheit (CPU), einen Arbeitsspeicher (RAM) sowie einen Speichermittel besitzen. Die CPU ist ausgebildet, Befehle, die als ein in einem Speichermittel abgelegtes Programm ausgeführt sind, abzuarbeiten, Eingangssignale vom Datenbus zu erfassen und Ausgangssignale an den Datenbus abzugeben. Das Speichersystem kann verschiedene Speichermedien wie optische, magnetische, Festkörper- und andere nicht-flüchtige Medien besitzen, auf dem ein entsprechendes Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens sowie der vorteilhaften Ausgestaltungen gespeichert ist. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit das Kraftfahrzeug steuern kann.
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Zur Durchführung eines Verfahrens geeignet ist ein Computerprogramm, welches Programmcode-Mittel aufweist, um alle Schritte von jedem beliebigen der Ansprüche durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
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Das Computerprogramm kann dabei Programmcode-Mittel aufweisen, um alle Schritte des Verfahrens sowie ggf. die in den Unteransprüchen genannten Ausgestaltungen durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann mit einfachen Mitteln in bereits bestehende Steuereinheiten eingelesen und verwendet werden, um eine Start-Stop Automatik zu steuern.
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Hierfür vorgesehen ist ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das Verfahren nach jedem beliebigen der Ansprüche durchzuführen, wenn das Programmprodukt auf einem Computer ausgeführt wird. Das Computerprogrammprodukt kann als auch Nachrüstoption in Steuereinheiten integriert werden.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Apparat zur Steuerung einer Start-Stop Automatik für einen Verbrennungsmotor, umfassend:
- a) Mittel zum Bereitstellen eines Turboladertemperaturwerts,
- b) Mittel zum Vergleichen des Turboladertemperaturwerts mit einer Konstante und,
- c) Mittel zum Deaktivieren der Start-Stop Automatik des Verbrennungsmotors, falls der Turboladertemperaturwert größer als die Konstande ist.
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Eine kritische Temperaturgrenze, bei der Motoröl im Turbolader durch Wärmetransfer von heißen Teilen des Turboladers stark erhitzt würde, wird dadurch vermieden
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Bei einer Ausführungsform des Apparats sind ferner die Mittel zum Bereitstellen eines Turboladertemperaturwerts ausgebildet, den Turboladertemperaturwert mittels eines an einem Turbolader angeordneten Temperatursensors zu messen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des Apparats sind die Mittel zum Bereitstellen eines Turboladertemperaturwerts ausgebildet, den Turboladertemperaturwert aus mit dem Turboladertemperaturwert korrelierenden Motorparametern zu modellieren. Eine direkte Erfassung des Turboladertemperaturwerts durch einen hierfür vorgesehenen Sensor und damit der Sensor selbst können daher entfallen.
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In einer Ausgestaltung des Apparats sind die Mittel im vorangehenden Absatz ausgebildet, zur Bestimmung eines modellierten Turboladertemperaturwerts eine Betriebsdauer seit dem letzten Stillstand des Verbrennungsmotors heranzuziehen.
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Wenn eine längere Betriebsdauer erfasst würde, ist davon auszugehen, dass der Verbrennungsmotor dementsprechend heiß gelaufen ist und ein Abstellen des Verbrennungsmotors gerade nicht erfolgen sollte.
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Eine Ausbildung des Apparats besteht darin, dass die Mittel des vorletzen Absatzes ausgebildet sind, zur Bestimmung eines modellierten Turboladertemperaturwerts eine Stellung eines Gaspedals heranzuziehen.
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Wenn der Verbrennungsmotor bei einer höheren Gaspedalstellung betrieben wurde, ist davon auszugehen, dass der Verbrennungsmotor dementsprechend heiß gelaufen ist und ein Abstellen des Verbrennungsmotors gerade nicht erfolgen sollte.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des Apparats sind die Mittel zum Bereitstellen eines Turboladertemperaturwerts ausgebildet zur Bestimmung eines modellierten Turboladertemperaturwerts eine Fahrzeuggeschwindigkeit heranzuziehen.
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Bei erhöhten Fahrzeuggeschwindigkeiten muss der Verbrennungsmotor mehr Leistung aufbringen. Unmittelbar nach dem Fahren bei hohen Geschwindigkeiten kann somit ebenfalls davon ausgegangen werden kann, dass der Turboladertemperaturwert hoch sein wird. Das Heranziehen der Fahrzeuggeschwindigkeit hat den Vorteil der Verfügbarkeit eines entsprechenden elektronischen Signals in jedem Fahrzeug, das Verfahren kann also mit verhältnismäßig einfachen Mitteln realisiert werden.
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Eine weitere mögliche Ausführungsform des Apparats besteht darin, dass die Mittel zum Bereitstellen eines Turboladertemperaturwerts ausgebildet sind, zu dessen Bestimmung eine Motoröltemperatur eines im Verbrennungsmotor vorhandenen Motoröls heranzuziehen. Dies deshalb weil man davon ausgehen kann, dass bei einem heißen Turbolader auch die Motoröltemperatur hoch sein wird.
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Eine andere mögliche Ausführungsform des Apparats besteht darin, dass die Mittel zum Bereitstellen eines Turboladertemperaturwerts ausgebildet sind, zu dessen Bestimmung eine Kühlwassertemperatur eines im Verbrennungsmotor im Betrieb zirkulierenden Kühlwassers zu messen.
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Auch bei hohen Kühlwassertemperaturen kann somit davon ausgegangen werden, dass der Turboladertemperaturwert erhöht sein wird.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1: in einer schematischen Darstellung einen Grundriss eines Verbrennungsmotors mit einem Turbolader, und
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2 in einem schematischen Blockdiagramm einen möglichen Verfahrensablauf zum Deaktivieren einer Start-Stop Automatik bei bestimmten Betriebsbedingungen.
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In 1 ist ein Verbrennungsmotor 1 mit einem Ansaugtrakt 2 und einem Abgastrakt 3 dargestellt. Der Verbrennungsmotor 1 eignet sich als Antrieb eines nicht dargestellten Fahrzeugs. Durch den Ansaugtrakt 2 wird Luftmasse mL in den Verbrennungsmotor 1 geleitet. Verbrennungsluft wird durch den Abgastrakt 3 wieder ausgeschieden. Das Abgas gelangt in einen Turbolader 4, welcher eine Turbine 5 und einen Verdichter 6 aufweist. Der Turbolader 4 weist eine Lagerung 7 auf, welche mit Motoröl aus dem Verbrennungsmotor betrieben wird. Das Motoröl leitet dabei Wärme aus dem Turbolader 4 ab. Gefördert wird das Motoröl durch eine Ölpumpe 8. Der Verbrennungsmotor 1 weist zudem einen Kühlkreislauf 9 auf, in welchem ein Kühlmedium (üblicherweise Wasser mit Frostschutzzusätzen) zirkuliert. Das Kühlmedium wird durch eine Wasserpumpe 10 gefördert.
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Im Betrieb des Verbrennungsmotors 1 entsteht Wärme im Verbrennungsmotor 1 und im Turbolader 4, welche über den Kühlkreislauf 9 an einen Kühler 11 abgegeben werden kann. Ein weiterer Wärmeanteil wird durch das Abgas abtransportiert. Der Turbolader 4 wird zumindest durch das Motoröl gekühlt. Solange der Verbrennungsmotor 1 läuft, sind die Ölpumpe 8 und die Wasserpumpe 10 in Betrieb die entstehende Wärme kann aus dem Verbrennungsmotor 1 und dem Turbolader 4 abtransportiert werden. Wird der Verbrennungsmotor 1 hingegen deaktiviert, geben erhitzte Bauteile ihre Wärme durch Konvektion an das mitunter stehende Motoröl bzw. Kühlmedium ab. Dadurch kann der Alterungsprozess des Motoröls beschleunigt werden, das Motoröl Dampfblasen bilden bzw. verharzen. Es können sich Ablagerungen in der Lagerung 7 bilden, welche die Lagereigenschaften beeinträchtigen können. Darüber hinaus können Dampfblasen das Motoröl aus der Lagerung verdrängen. Unmittelbar an dem Turbolader 4 ist ein Temperatursensor 12 angeordnet, welcher dazu ausgestaltet ist, einen Turboladertemperaturwert TTL unmittelbar zu messen und an eine Steuereinheit 13 weiterzugeben. An der Wasserpumpe 10 ist darüber hinaus ein Wassertemperatursensor 14 angeordnet. Dieser ist signaltechnisch mit der Steuereinheit 13 verbunden und gibt einen Wassertemperaturwert TW an die Steuereinheit 13 weiter.
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Die Steuereinheit 13 weist einen Mikroprozessor, einen Arbeitsspeicher (RAM) und ein Speichermittel, insbesondere ein Flash-Speicher, zum Ablegen eines Computerprogramms auf. Beim Abarbeiten der Programmcodemittel des Computerprogramms durch den Mikroprozessor kommt es zur Steuerung des Verbrennungsmotors 1 anhand der Logik des dem Computerprogramm zugrundeliegenden Algorithmus. Die von der Steuereinheit 13 abgehenden gestrichelten Linien zeigen, mit welchen Komponenten die Steuereinheit 13 über seine Eingangs- bzw. Ausgangs-Ports kommuniziert.
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Weiterhin weist der Verbrennungsmotor 1 einen Öltemperatursensor 15 auf, welcher die Motoröltemperatur TÖL im Verbrennungsmotor sensiert. Dieser ist ebenfalls signaltechnisch mit der Steuereinheit 13 verbunden. Der Verbrennungsmotor 1 bzw. ein vorn ausgegebenes Drehmoment wird unter anderem über ein Gaspedal 16 geregelt. Die Steuereinheit 13 ist dazu ausgestaltet, eine Stellung des Gaspedals signaltechnisch zu erfassen. Die Steuereinheit 13 ist dazu ausgestaltet, den Verbrennungsmotor 1 unter bestimmten Betriebsbedingungen zu deaktivieren, beispielsweise bei einem Stop des Fahrzeugs, wenn keine Fahrstufe eingelegt ist bzw. ein nicht dargestelltes Kupplungspedal betätigt wird. Diese Funktion wird als Start-Stop Automatik bezeichnet. Auf diese Weise kann der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors 1 gesenkt werden, da längere Leerlaufphasen vermieden werden. Daneben kann die Steuereinheit 13 Motorparameter wie zum Beispiel eine Betriebsdauer seit dem letzten Stillstand erfassen.
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Die Steuereinheit 13 ist ferner dazu ausgestaltet, ein Verfahren entsprechend der 2 durchzuführen. Das Verfahren sieht vor, dass der Verbrennungsmotor 1 nicht deaktiviert wird, wenn der Turbolader 4 zu heiß ist. Nach dem Start wird in einem ersten Schritt ermittelt, wie groß der Turboladertemperaturwert TTL ist. Dies kann direkt über den Temperatursensor 12 erfolgen. Alternativ wird der Turboladertemperaturwert TTL lediglich aus Motorparametern modelliert. Hierfür kommen mehrere Parameter in Betracht, welche mit dem Turboladertemperaturwert TTL korrelieren. Beispielsweise kann eine Fahrzeuggeschwindigkeit herangezogen werden, mit der das Fahrzeug zuletzt betrieben worden ist, also unmittelbar vor dem Start des Verfahrens. Weiterhin kann auch die Stellung des Gaspedals 16 oder eine an einem Drehzahlsensor 18 erfasste Motordrehzahl herangezogen werden. Handelt es sich bei dem Verbrennungsmotor 1 um einen Ottomotor, kann auch eine Stellung einer Drosselklappe 17 zur Modellierung des Turboladertemperaturwerts TTL herangezogen werden. Bei Dieselmotoren kann ein Geber einer Einspritzeinrichtung für Kraftstoff herangezogen werden. Zahlreiche Unterkombinationen der beschriebenen Motorparameter können zur Modellierung herangezogen werden. Es kommt alleine darauf an, dass die Motorparameter mit einem erhöhten Turboladertemperaturwert TTL korrelieren, so dass auch eine eingespritzte Kraftstoffmenge mK über einen gewissen Zeitraum, ein Luftmassenstrom mL oder gar ein gemessenes oder modelliertes Motordrehmoment MD in Betracht kommen. Beim Vorliegen erhöhter Werte für einen oder mehrere Motorparameter wird dementsprechend die abgegebene Leistung und somit die thermische Belastung entsprechend hoch sein und der Turboladertemperaturwert TTL erhöht sein.
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Der durch Messung oder Modellierung bereitgestellte Turboladertemperaturwert TTL wird mit einer Konstante K1 verglichen. Ist der Turboladertemperaturwert TTL kleiner als die Konstante K1, lautet die Antwort „nein” und die Start-Stop Automatik kann aktiviert werden. Bei Vorliegen entsprechender Bedingungen wird der Verbrennungsmotor 1 somit temporär abgeschaltet. Die Aktivierung der Start-Stop Automatik wird in einem nächsten Schritt überprüft. Ist sie nicht aktiviert, lautet die Antwort „nein”. Die Start-Stop Automatik wird (wieder) aktiviert, das Programm beendet und es beginnt wieder bei „Start”. Lautet die Antwort „Ja”, so wird das Programm beendet und es beginnt erneut. Steht das Fahrzeug also für längere Zeit, kann der Turbolader 4 zunächst abgekühlt werden, bevor die Start-Stop Automatik wieder aktiviert wird.
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Ist der Turboladertemperaturwert TTL größer als die Konstante K1, lautet die Antwort im ersten Verfahrensschritt nach dem Start „ja”. Der Turbolader ist heiß und die Start-Stop Automatik wird deaktiviert, wonach das Verfahren beendet und erneut durchgeführt wird.
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Gleichwohl in der vorangegangenen Beschreibung einige mögliche Ausführungen der Erfindung offenbart wurden, versteht es sich, dass zahlreiche weitere Varianten von Ausführungen durch Kombinationsmöglichkeiten aller genannten und ferner aller dem Fachmann naheliegenden technischen Merkmale und Ausführungsformen existieren. Es versteht sich ferner, dass die Ausführungsbeispiele lediglich als Beispiele zu verstehen sind, die den Schutzbereich, die Anwendbarkeit und die Konfiguration in keiner Weise beschränken. Vielmehr möchte die vorangegangene Beschreibung dem Fachmann einen geeigneten Weg aufzeigen, um zumindest eine beispielhafte Ausführungsform zu realisieren. Es versteht sich, dass bei einer beispielhaften Ausführungsform zahlreiche Änderungen bezüglich Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne den in den Ansprüchen offenbarten Schutzbereich und dessen Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verbrennungsmotor
- 2
- Ansaugtrakt
- 3
- Abgastrakt
- 4
- Turbolader
- 5
- Turbine
- 6
- Verdichter
- 7
- Lagerung
- 8
- Ölpumpe
- 9
- Kühlkreislauf
- 10
- Wasserpumpe
- 11
- Kühler
- 12
- Temperatursensor
- 13
- Steuereinheit
- 14
- Wassertemperatursensor
- 15
- Öltemperatursensor
- 16
- Gaspedal
- 17
- Drosselklappe
- 18
- Drehzahlsensor