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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere Motorsteuersysteme und -verfahren für Kaltstarts eines Motors.
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HINTERGRUND
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Die hierin vorgesehene Hintergrundbeschreibung dient zu dem Zweck, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Sowohl die Arbeit der derzeit genannten Erfinder, in dem Maß, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, als auch Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Einreichung nicht auf andere Weise als Stand der Technik gelten, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung zugelassen.
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Verbrennungsmotoren (IC-Motoren) verbrennen Luft und Kraftstoff in Zylindern, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Eine Luftströmung in einen Motor kann mittels einer Drossel geregelt werden. Ein Kraftstoffsteuersystem steuert eine Menge und eine Zeiteinstellung einer Kraftstoffeinspritzung. Eine Erhöhung der Menge an Luft und Kraftstoff, die an die Zylinder geliefert werden, vergrößert im Allgemeinen die Drehmomentausgabe des Motors.
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Systeme mit Funkenzündung und Direkteinspritzung (SIDI-Systeme) werden derzeit von vielen Motorherstellern verwendet. SIDI bezieht sich auf eine Direkteinspritzung von stark unter Druck stehendem Kraftstoff in Zylinder eines funkengezündeten Benzinmotors. SIDI ermöglicht eine verbesserte Steuerung der Zeiteinstellung einer Kraftstoffeinspritzung. Ein Kraftstoffsystem eines SIDI-Motors kann eine Niederdruck-Kraftstoffpumpe und eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe umfassen. Die Niederdruck-Kraftstoffpumpe pumpt Kraftstoff aus einem Kraftstofftank in eine Niederdruck-Kraftstoffleitung. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die durch den Motor mechanisch angetrieben wird, pumpt Kraftstoff aus der Niederdruck-Kraftstoffleitung in eine Hochdruck-Kraftstoffleitung und/oder eine Kraftstoffleiste. Kraftstoffeinspritzeinrichtungen des SIDI-Motors nehmen den Kraftstoff aus der Kraftstoffleiste auf und spritzen den Kraftstoff direkt in Zylinder des SIDI-Motors ein.
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In einem SIDI-Motor kann Kraftstoff zu verschiedenen Zeiten während eines Verbrennungszyklus direkt in Zylinder des SIDI-Motors eingespritzt werden. Dies unterscheidet sich von Motoren mit Einlasskanaleinspritzung, bei denen der Kraftstoff beispielsweise in einen Kanal und/oder einen Einlasskrümmer eines Motors und vor einem Einlasstakt eines entsprechenden Verbrennungszyklus eingespritzt wird. Die verbesserte Steuerung, die mit einem SIDI-Motor verbunden sein kann, liefert eine erhöhte Motorleistung, verringerte Emissionen und eine Unterdrückung des Klopfens. Die geschichtete Kraftstoffladung ermöglicht eine magere Verbrennung und verbessert die Kraftstoffeffizienz.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Kaltstartsteuersystem für ein Fahrzeug, das einen Motor mit Funkenzündung und Direkteinspritzung (SIDI-Motor) aufweist, umfasst ein Startsteuermodul und ein Kraftstoff-Aktuatormodul. Das Startsteuermodul legt einen Betriebsmodus auf einen Kaltstartmodus fest. In Ansprechen auf das Festlegen des Modus auf den Kaltstartmodus ermittelt das Startsteuermodul Ziel-Verbrennungsparameter und eine vorbestimmte Kraftstoffmenge, wobei die vorbestimmte Kraftstoffmenge geringer als eine Kraftstoffmenge ist, die zum Auslösen eines Verbrennungstakts des SIDI-Motors erforderlich ist. Das Startsteuermodul steuert eine Einspritzung der vorbestimmten Kraftstoffmenge während des Ankurbelns des SIDI-Motors basierend auf den Ziel-Verbrennungsparametern. Das Kraftstoff-Aktuatormodul spritzt die vorbestimmte Kraftstoffmenge während des Ankurbelns basierend auf den Ziel-Verbrennungsparametern ein.
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Ein Kaltstartsteuerverfahren für ein Fahrzeug, das einen Motor mit Funkenzündung und Direkteinspritzung (SIDI-Motor) aufweist, umfasst: dass ein Betriebsmodus auf einen Kaltstartmodus festgelegt wird und dass Ziel-Verbrennungsparameter und eine vorbestimmte Kraftstoffmenge in Ansprechen auf das Festlegen des Modus auf den Kaltstartmodus ermittelt werden. Die vorbestimmte Kraftstoffmenge ist geringer als eine Kraftstoffmenge, die zum Auslösen eines Verbrennungstakts des SIDI-Motors erforderlich ist. Das Kaltstartsteuerverfahren umfasst ferner: dass eine Einspritzung der vorbestimmten Kraftstoffmenge während des Ankurbelns des SIDI-Motors basierend auf den Ziel-Verbrennungsparametern gesteuert wird und dass die vorbestimmte Kraftstoffmenge während des Ankurbelns des SIDI-Motors basierend auf den Ziel-Verbrennungsparametern eingespritzt wird.
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Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachstehend vorgesehenen ausführlichen Beschreibung offensichtlich werden. Es versteht sich, dass die ausführliche Beschreibung und die speziellen Beispiele nur zu Darstellungszwecken gedacht sind und den Umfang der Offenbarung nicht einschränken sollen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Offenbarung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen vollständiger verständlich werden, wobei:
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1 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems mit Funkenzündung und Direkteinspritzung (SIDI-Motorsystems) gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
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2 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Startsteuermoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung ist; und
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3 ein Flussdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren zum Ausführen eines Kaltstarts eines SIDI-Motors gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Ein Motor mit Funkenzündung und Direkteinspritzung (SIDI-Motor) verbrennt Luft und Kraftstoff, um ein Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug zu erzeugen. Kraftstoffeinspritzeinrichtungen des SIDI-Motors empfangen Kraftstoff mit einem hohen Druck aus der Kraftstoffleiste. Der Kraftstoff wird direkt in Zylinder des SIDI-Motors eingespritzt. Der Kraftstoff kann Benzin, ein Gemisch aus Benzin und Ethanol, ein Gemisch aus Methanol und Ethanol oder ein anderer geeigneter Typ eines Kraftstoffs sein.
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Ein Steuermodul startet einen SIDI-Motor selektiv in Ansprechen auf eine Benutzerbetätigung einer Zündungseingabe, wie beispielsweise eines Zündschlüssels oder eines Zündknopfs, oder in Ansprechen auf die Auslösung eines Autostartereignisses. Das Steuermodul steuert verschiedene Betriebsparameter während des Starts des SIDI-Motors, und während der SIDI-Motor nach dem Start EIN ist (läuft). Beispielsweise steuert das Steuermodul die Öffnung eines Drosselventils, die Menge und die Zeiteinstellung der Kraftstoffeinspritzung, einen Zündfunkenzeitpunkt oder andere geeignete Betriebsparameter während des Starts des SIDI-Motors, und während der SIDI-Motor nach dem Start EIN ist. Das Steuermodul schaltet den SIDI-Motor auch in Ansprechen auf eine Benutzerbetätigung einer Zündungseingabe oder in Ansprechen auf die Auslösung eines Autostoppereignisses selektiv ab.
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Verschiedene Kraftstofftypen weisen unterschiedliche Flammpunkttemperaturen auf. Beispielsweise weist Ethanol eine höhere Flammpunkttemperatur als Benzin auf. Die Flammpunkttemperatur eines Kraftstoffs kann sich auf eine minimale Temperatur beziehen, bei welcher der Kraftstoff verdampfen kann, um ein zündbares Gemisch in Luft zu bilden. Bei Temperaturen, die kleiner als die Flammpunkttemperatur sind, kann der Kraftstoff nicht in der Lage sein, während des Starts zu verdampfen, und der SIDI-Motor ist möglicherweise nicht in der Lage zu starten.
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Es können eine oder mehrere Hilfseinrichtungen verwendet werden, um einen Start des SIDI-Motors bei Temperaturen zu erleichtern, die kleiner als die Flammpunkttemperatur des Kraftstoffs sind. Beispielsweise können eine Blockheizeinrichtung und/oder eine Kraftstoffleisten-Heizeinrichtung oder eine Kraftstoffeinspritzeinrichtungs-Heizeinrichtung hinzugefügt werden, um den Kraftstoff aufzuwärmen. Das Aufwärmen des Kraftstoffs kann ermöglichen, dass der Kraftstoff ausreichend verdampft, um einen Start des SIDI-Motors bei Temperaturen zu ermöglichen, die kleiner als die Flammpunkttemperatur des Kraftstoffs sind. Da Benzin im Vergleich zu anderen Kraftstofftypen eine kleinere Flammpunkttemperatur aufweist, können bei einem anderen Beispiel ein separater Benzintank und eine Benzineinspritzeinrichtung zur Verwendung während des Starts von Motoren hinzugefügt werden, die einen Kraftstoff mit einer hohen Flammpunkttemperatur verwenden, wie beispielsweise Ethanol. Das Hinzufügen einer oder mehrerer Hilfseinrichtungen erhöht jedoch die Fahrzeugkosten.
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In einem System gemäß der vorliegenden Offenbarung steuert das Steuermodul gemäß der vorliegenden Offenbarung bei Temperaturen, die bei oder unterhalb der Flammpunkttemperatur des Kraftstoffs liegen, der direkt in die Zylinder des SIDI-Motors eingespritzt wird, selektiv Einspritzungen kleiner Kraftstoffmengen bei hohem Druck, die ausreichen, um den Zylinder ohne eine Zündung einer gesamten Kraftstoffladung aufzuwärmen. Der Kraftstoff wird an oder in der Nähe einer Zündkerze eines Zylinders eingespritzt und zeitlich gesteuert, sodass die Einspritzung während eines Mehrfachhub-Zündungsereignisses während des Ankurbelns des Motors erfolgt, um den Zylinder aufzuwärmen, eine Verdampfung zu fördern und den Rest einer Einlassladung des Kraftstoffs zu zünden, wodurch ein Start des SIDI-Motors ohne die Verwendung von Hilfseinrichtungen ermöglicht wird.
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Nun auf 1 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Motorsystems 100 dargestellt. Das Motorsystem 100 umfasst einen Motor 102, der ein Luft/Kraftstoff-Gemisch verbrennt, um ein Antriebsdrehmoment für ein Fahrzeug zu erzeugen. Luft wird durch ein Drosselventil 106 in einen Einlasskrümmer 104 angesaugt. Das Drosselventil 106 regelt eine Luftströmung in den Einlasskrümmer 104. Luft in dem Einlasskrümmer 104 wird in Zylinder des Motors 102 angesaugt, wie beispielsweise in einen Zylinder 108.
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Eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, wie beispielsweise eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 110, spritzen Kraftstoff ein, der sich mit Luft vermischt, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Bei verschiedenen Implementierungen kann eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für jeden Zylinder des Motors 102 vorgesehen sein. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen spritzen Kraftstoff direkt in die Zylinder ein. Die Kraftstoffeinspritzung kann basierend auf einem gewünschten Luft/Kraftstoff-Gemisch für die Verbrennung gesteuert werden, wie beispielsweise basierend auf einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Gemisch oder einem mageren Luft/Kraftstoff-Gemisch, das weniger Kraftstoff als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Gemisch enthält. Ein Kraftstoffsystem liefert Kraftstoff an die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen. Das Kraftstoffsystem wird nachstehend weiter diskutiert.
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Ein Einlassventil 112 öffnet, um Luft in den Zylinder 108 einzulassen. Ein Kolben (nicht gezeigt) komprimiert das Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder 108. Eine Zündkerze 114 löst die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs in dem Zylinder 108 aus. Es kann eine Zündkerze für jeden Zylinder des Motors 102 vorgesehen sein. Die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs übt eine Kraft auf den Kolben aus, und der Kolben treibt die Drehung einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) an.
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Der Motor 102 gibt ein Drehmoment über eine Kurbelwelle aus. Ein Schwungrad 120 ist mit der Kurbelwelle gekoppelt und dreht sich mit der Kurbelwelle. Die Drehmomentausgabe durch den Motor 102 wird mittels einer Drehmomentübertragungseinrichtung 124 selektiv auf ein Getriebe 122 übertragen. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 124 koppelt das Getriebe 122 selektiv mit dem Motor 102 bzw. koppelt dieses selektiv von dem Motor 102 ab. Das Getriebe 122 kann beispielsweise ein Handschaltgetriebe, ein Automatikgetriebe, ein halbautomatisches Getriebe, ein Auto-Handschaltgetriebe oder einen anderen geeigneten Typ eines Getriebes umfassen. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 124 kann beispielsweise einen Drehmomentwandler und/oder eine oder mehrere Kupplungen umfassen.
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Abgas, das durch die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs erzeugt wird, wird mittels eines Auslassventils 126 aus dem Zylinder 108 ausgestoßen. Das Abgas wird aus den Zylindern in ein Abgassystem 128 ausgestoßen. Das Abgassystem 128 kann das Abgas behandeln, bevor das Abgas aus dem Abgassystem 128 ausgestoßen wird. Obwohl gezeigt und beschrieben ist, dass ein Einlass- und ein Auslassventil dem Zylinder 108 zugeordnet sind, kann jedem Zylinder des Motors 102 mehr als ein Einlass- und/oder ein Auslassventil zugeordnet sein.
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Ein Motorsteuermodul (ECM) 130 steuert verschiedene Motoraktuatoren. Die Motoraktuatoren können beispielsweise ein Drossel-Aktuatormodul 132, ein Kraftstoff-Aktuatormodul 134 und eine Zündfunken-Aktuatormodul 136 umfassen. Das Motorsystem 100 kann auch andere Motoraktuatoren umfassen, und das ECM 130 kann die anderen Motoraktuatoren steuern.
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Jeder Motoraktuator steuert einen Betriebsparameter basierend auf einem Signal von dem ECM 130. Basierend auf Signalen von dem ECM 130 kann lediglich beispielhaft das Drossel-Aktuatormodul 132 die Öffnung des Drosselventils 106 steuern, kann das Kraftstoff-Aktuatormodul 134 die Menge und die Zeiteinstellung der Kraftstoffeinspritzung steuern und kann das Zündfunken-Aktuatormodul 136 den Zündfunkenzeitpunkt steuern.
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Das ECM 130 kann die Motoraktuatoren beispielsweise basierend auf Fahrereingaben und Eingaben von verschiedenen Fahrzeugsystemen steuern. Die Fahrzeugsysteme können beispielsweise ein Getriebesystem, ein Hybridsteuersystem, ein Stabilitätssteuersystem, ein Chassissteuersystem und andere geeignete Fahrzeugsysteme umfassen.
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Ein Fahrereingabemodul 140 kann die Fahrereingaben an das ECM 130 liefern. Die Fahrereingaben, die an das ECM 130 geliefert werden, können beispielsweise eine Gaspedalposition (APP), eine Bremspedalposition (BPP), Tempomateingaben und Fahrzeugbetriebsbefehle umfassen. Die Fahrzeugbetriebsbefehle können beispielsweise Fahrzeugstartbefehle und Fahrzeugabschaltbefehle umfassen. Die Fahrzeugbetriebsbefehle können durch einen Benutzer mittels einer Betätigung einer oder mehrerer Zündungssystemeingaben eingegeben werden. Beispielsweise kann ein Benutzer die Fahrzeugbetriebsbefehle eingeben, indem ein Zündschlüssel, ein oder mehrere Knöpfe/Schalter und/oder eine oder mehrere andere geeignete Zündungssystemeingaben betätigt werden.
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Ein Motordrehzahlsensor 152 misst die Drehgeschwindigkeit des Motors 102 und erzeugt eine Motordrehzahl basierend auf der Geschwindigkeit. Lediglich beispielhaft kann der Motordrehzahlsensor 152 die Motordrehzahl basierend auf einer Drehung der Kurbelwelle in Umdrehungen pro Minute (rpm) erzeugen. Ein Kühlmittel-Temperatursensor 154 misst eine Temperatur eines Motorkühlmittels und erzeugt eine Motorkühlmitteltemperatur (ECT) basierend auf der Temperatur des Motorkühlmittels. Das ECM 130 kann auch Betriebsparameter empfangen, die durch andere Sensoren 156 gemessen werden, wie beispielsweise den Sauerstoff in dem Abgas, eine Einlasslufttemperatur (IAT), eine Luftmassenströmungsrate (MAF), eine Öltemperatur, einen Krümmerabsolutdruck (MAP) und/oder andere geeignete Parameter. Bei verschiedenen Implementierungen kann der Ethanolgehalt unter Verwendung eines Sensors gemessen werden.
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Das ECM 130 schaltet den Motor 102 selektiv ab, wenn ein Benutzer einen Fahrzeugabschaltbefehl eingibt. Lediglich beispielhaft kann das ECM 130 in Ansprechen auf das Empfangen eines Fahrzeugabschaltbefehls die Einspritzung des Kraftstoffs deaktivieren, die Lieferung des Zündfunkens deaktivieren und andere Abschaltvorgänge ausführen, um den Motor 102 abzuschalten.
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Das ECM 130 startet den Motor 102 selektiv. Das ECM 130 startet den Motor 102 in Ansprechen auf das Empfangen eines Fahrzeugstartbefehls oder in Ansprechen auf die Auslösung eines Autostartereignisses. Das ECM 130 bringt einen Anlasser 160 mit dem Motor 102 in Eingriff, um einen Motorstart auszulösen. Der Anlasser 160 kann mit dem Schwungrad 120 oder mit anderen geeigneten Komponenten in Eingriff gelangen, welche die Drehung der Kurbelwelle antreiben.
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Ein Anlasseraktuator 162, wie beispielsweise ein Solenoid, bringt den Anlasser 160 selektiv mit dem Motor 102 in Eingriff. Ein Anlasser-Aktuatormodul 164 steuert den Anlasseraktuator 162 und den Anlasser 160 basierend auf Signalen von dem ECM 130. Lediglich beispielhaft kann das ECM 130 eine Aktivierung des Anlassers 160 anweisen, wenn ein Fahrzeugstartbefehl empfangen wird. Das Anlasser-Aktuatormodul 164 legt selektiv einen Strom an den Anlasser 160 an, wenn der Anlasser 160 mit dem Motor 102 in Eingriff steht. Das Anlegen des Stroms an den Anlasser 160 treibt den Anlasser 160 an, und der Anlasser 160 treibt die Kurbelwelle an.
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Sobald sich die Kurbelwelle dreht, kann der Anlasser 160 außer Eingriff des Motors 102 gebracht werden, und der Stromfluss zu dem Anlasser 160 kann unterbrochen werden. Es kann beispielsweise angenommen werden, dass der Motor 102 läuft, wenn die Motordrehzahl eine vorbestimmte Drehzahl überschreitet, wie beispielsweise ungefähr 700 rpm oder eine andere geeignete Drehzahl. Die Zeitdauer dazwischen, dass der Anlasser 160 mit dem Motor 102 in Eingriff gelangt, um den Motor zu starten, und dass angenommen wird, dass der Motor 102 läuft, kann als ein Ankurbeln des Motors bezeichnet werden.
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Der Strom, der für den Anlasser 160 vorgesehen ist, kann beispielsweise durch eine Batterie 170 geliefert werden. Obgleich lediglich die Batterie 170 gezeigt ist, kann die Batterie 170 eine oder mehrere einzelne Batterien umfassen, die miteinander verbunden sind, oder es können eine oder mehrere andere Batterien vorgesehen sein.
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Das Motorsystem 100 kann einen oder mehrere Elektromotoren umfassen, wie beispielsweise einen Elektromotor (EM) 172. Der EM 172 kann selektiv elektrische Leistung aufnehmen, um beispielsweise die Drehmomentausgabe des Motors 102 zu ergänzen. Der EM 172 kann auch selektiv als ein Generator arbeiten und selektiv ein Bremsdrehmoment auf den Motor 102 ausüben, um elektrische Leistung zu erzeugen. Die erzeugte elektrische Leistung kann beispielsweise verwendet werden, um die Batterie 170 aufzuladen, um elektrische Leistung an einen oder mehrere andere EMs (nicht gezeigt) zu liefern, um elektrische Leistung an andere Fahrzeugsysteme zu liefern, und/oder zu anderen geeigneten Zwecken.
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Wie vorstehend erwähnt wurde, führt das Kraftstoffsystem den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen Kraftstoff zu. Das Kraftstoffsystem kann einen Kraftstofftank 174, eine Niederdruck-Kraftstoffpumpe 176, eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe 178, eine Kraftstoffleiste 180, ein Überdruckventil 182 und/oder eine oder mehrere andere geeignete Komponenten umfassen. Die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 176 saugt Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 174 an und liefert den Kraftstoff mit niedrigen Drücken an die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 178. Die niedrigen Drücke, die durch die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 176 geliefert werden, werden relativ zur Druckbeaufschlagung ausgedrückt, die durch die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 178 geliefert wird.
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Die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 176 ist eine elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe. Ein Pumpen-Aktuatormodul 184 kann das Anlegen von Strom an die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 176 basierend auf Signalen von dem ECM 130 steuern. Lediglich beispielhaft kann das ECM 130 das Anlegen eines Stroms an die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 176 anweisen, wenn oder bevor ein Fahrzeugstartbefehl eingegeben wird.
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Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 178 setzt den Kraftstoff, der von der Niederdruck-Kraftstoffpumpe 176 empfangen wird, in der Kraftstoffleiste 180 unter Druck. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 178 wird durch den Motor angetrieben, beispielsweise über die Kurbelwelle oder über eine Nockenwelle. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 178 kann den Kraftstoff beispielsweise einmal, zweimal oder öfter pro Umdrehung der Kurbelwelle in die Kraftstoffleiste 180 pumpen.
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Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen spritzen den Kraftstoff aus der Kraftstoffleiste 180 in die Zylinder ein. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 178 setzt den Kraftstoff in der Kraftstoffleiste 180 bis auf Drücke unter Druck, die größer als der Druck in dem Zylinder während der Kraftstoffeinspritzung sind. Wenn ein Druck in der Kraftstoffleiste 180 größer als ein vorbestimmter maximaler Druck ist, lässt das Überdruckventil 182 Kraftstoff zurück in den Kraftstofftank 174 ab.
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Der Kraftstoff wird direkt in die Zylinder eingespritzt, und die Verbrennung wird mittels eines Zündfunkens ausgelöst. Mit anderen Worten kann der Motor 102 als ein Motor mit Funkenzündung und Direkteinspritzung (SIDI-Motor) bezeichnet werden. SIDI-Motoren mit flexiblem Kraftstoff können Benzin, eine Mischung aus Benzin und Ethanol oder Ethanol verbrennen. Ein Ethanolkraftstoff kann unter Verwendung des Präfix E und einer ganzen Zahl bezeichnet werden, welche einer Menge an Ethanol pro Volumen in der Mischung entspricht. Beispielsweise kann sich E85 auf eine Mischung aus Benzin und Ethanol beziehen, die 85 Volumenprozent Ethanol aufweist, E50 kann sich auf eine Mischung aus Benzin und Ethanol beziehen, die bis zu 50 Volumenprozent Ethanol aufweist, usw. Ethanol kann als E100 bezeichnet werden, und Benzin kann als E0 bezeichnet werden. Andere Typen von Kraftstoffen, die durch SIDI-Motoren verbrannt werden können, umfassen Methanol, andere alkoholbasierte Kraftstoffe, Autogas (LPG), Propan, Butan usw.
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Eine Flammpunkttemperatur eines Kraftstoffs kann sich auf eine minimale Temperatur beziehen, bei welcher der Kraftstoff verdampfen kann, um ein zündbares Gemisch in Luft zu bilden. Einige Kraftstoffe, wie beispielsweise Benzin, weisen eine Flammpunkttemperatur auf, die kleiner als eine vorbestimmte minimale Temperatur ist, wie beispielsweise –10 Grad Celsius (°C). Andere Kraftstoffe weisen jedoch eine Flammpunkttemperatur auf, die größer als die vorbestimmte minimale Temperatur ist. Lediglich beispielhaft kann E100 eine Flammpunkttemperatur von ungefähr 18°C aufweisen. Kraftstoffe mit einer Flammpunkttemperatur, die größer als die vorbestimmte minimale Temperatur ist, können nicht in der Lage sein zu verdampfen und/oder zu verbrennen, wenn der Motor 102 bei oder sogar oberhalb der vorbestimmten minimalen Temperatur gestartet wird.
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Bei Temperaturen, die geringer als die Flammpunkttemperatur des Kraftstoffs in dem Kraftstofftank 174 sind, steuert ein Startsteuermodul 190 des ECM 130 selektiv Einspritzungen kleiner Kraftstoffmengen, die den Zylinder aufwärmen, aber nicht ausreichen, um die Kraftstoffladung zu zünden. Der Kraftstoff wird bei hohem Druck an oder in Nähe der Zündkerze 114 des Zylinders 108 eingespritzt und beispielsweise zeitlich gesteuert, sodass die Einspritzung während eines Mehrfachhub-Zündungsereignisses auftritt, um den Zylinder 108 zum Ermöglichen einer Verdampfung und einer Verbrennung einer Einlassladung des Kraftstoffs aufzuwärmen.
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Nun auf 2 Bezug nehmend, ist Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Startsteuermoduls 200 dargestellt. In Ansprechen darauf, dass ein Benutzer einen Fahrzeugstartbefehl 204 eingibt, während der Motor 102 ausgeschaltet ist, weist das Startsteuermodul 208 das Anlasser-Aktuatormodul 164 an, den Anlasser 160 mit dem Motor 102 in Eingriff zu bringen und Strom an den Anlasser 160 anzulegen, wie es in 1 gezeigt ist. Der Fahrzeugstartbefehl 204 kann durch den Fahrer eingegeben werden, indem beispielsweise eine oder mehrere Zündungseingaben betätigt werden.
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Das Anlasser-Aktuatormodul 164 bringt den Anlasser 160 in Ansprechen auf den Befehl mit dem Motor 102 in Eingriff und legt Strom an den Anlasser 160 an. Wenn er mit dem Motor 102 in Eingriff steht und Strom aufnimmt, treibt der Anlasser 160 die Drehung der Kurbelwelle an. Strom wird während des Ankurbelns des Motors auch an die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 176 angelegt. Der Strom kann an die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 176 angelegt werden, bevor Strom an den Anlasser 160 angelegt wird. Die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 176 kann während des Ankurbelns des Motors gesteuert werden, und während der Motor 102 läuft, indem Kraftstoff bei einem vorbestimmten niedrigen Druck an die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 178 geliefert wird. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 178 erhöht den Druck des Kraftstoffs in der Kraftstoffleiste 180, wenn der Anlasser 160 die Kurbelwelle antreibt.
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Ein Drosselsteuermodul 212 steuert eine Öffnung des Drosselventils 106. Das Drosselsteuermodul 212 kann eine Soll-Fläche 216 für das Drosselventil 106 festlegen, und das Drossel-Aktuatormodul 132 kann das Drosselventil 106 basierend auf der Soll-Fläche 216 betätigen. Ein Zündfunkensteuermodul 220 kann einen Soll-Zündfunkenzeitpunkt 224 festlegen, und das Zündfunken-Aktuatormodul 136 kann einen Zündfunken basierend auf dem Soll-Zündfunkenzeitpunkt 224 erzeugen. Ein Kraftstoffsteuermodul 228 steuert die Menge und die Zeiteinstellung der Kraftstoffeinspritzung. Das Kraftstoffsteuermodul 228 kann Ziel-Kraftstoffzufuhrparameter 232 festlegen (z. B. eine Ziel-Menge, eine Ziel-Zeiteinstellung, eine Ziel-Anzahl von Pulsen usw.), und das Kraftstoff-Aktuatormodul 134 kann die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen basierend auf den Ziel-Kraftstoffzufuhrparametern 232 steuern.
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Ein Moduseinstellungsmodul 236 legt einen Modus 240 des Betriebs für den Motor 102 fest. Das Moduseinstellungsmodul 236 kann den Modus 240 in Ansprechen auf das Empfangen des Fahrzeugstartbefehls 204 und in Ansprechen auf eine Ermittlung, dass eine Temperatur kleiner als eine vorbestimmte Temperatur ist, auf einen Kaltstartmodus festlegen. Beispielsweise kann das Moduseinstellungsmodul 236 den Modus 240 auf den Kaltstartmodus festlegen, wenn eine ECT (Motorkühlmitteltemperatur) 244 kleiner als die vorbestimmte Temperatur ist. Die vorbestimmte Temperatur ist kleiner als die Flammpunkttemperatur des Kraftstoffs in dem Kraftstofftank 174 oder gleich dieser. Die vorbestimmte Temperatur kann eine beliebige Temperatur sein, unterhalb derer der Kraftstoff in dem Kraftstofftank 174 nicht in der Lage sein kann, während des Ankurbelns des Motors zu verdampfen. Wenn die Temperatur nicht kleiner als die vorbestimmte Temperatur ist, kann das Moduseinstellungsmodul 236 den Modus 240 für einen normalen Motorstart auf einen Normalstartmodus festlegen.
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Ein Parameterermittlungsmodul 248 ermittelt eine Charakteristik 252 des Kraftstoffs in dem Kraftstofftank 174. Lediglich beispielhaft kann das Parameterermittlungsmodul 248 einen Prozentanteil von Ethanol des Kraftstoffs in dem Kraftstofftank 174 ermitteln. Das Parameterermittlungsmodul 248 kann die Charakteristik 252 des Kraftstoffs in dem Kraftstofftank 174 beispielsweise basierend auf Messwerten, die durch einen Sensor für die Kraftstoffcharakteristik geliefert werden, basierend auf Zylinderdrücken und/oder basierend auf anderen geeigneten Parametern ermitteln.
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Das Moduseinstellungsmodul 236 kann die vorbestimmte Temperatur (die zur Ermittlung verwendet wird, ob der Modus 240 auf den Kaltstartmodus festgelegt werden soll) basierend auf der Charakteristik 252 festlegen. Lediglich beispielhaft kann das Moduseinstellungsmodul 236 die vorbestimmte Temperatur unter Verwendung einer Funktion oder eines Kennfeldes (z. B. einer Nachschlagetabelle) festlegen, die bzw. das die Charakteristik 252 des Kraftstoffs in dem Kraftstofftank 174 mit der vorbestimmten Temperatur in Beziehung setzt.
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Kleine Kraftstoffmengen werden an der Zündkerze oder in deren Nähe eingespritzt, während diese zündet. Der Kraftstoff wird gezündet. Die Kraft dieser Verbrennung ist jedoch nicht ausreichend, um einen Verbrennungshub des SIDI-Motors 102 auszulösen. Diese Verbrennung erzeugt Wärme. Die Wärme unterstützt den elektrischen Anlasser 160 während des Ankurbelns und wärmt den Zylinder auf. Das Aufwärmen des Zylinders ermöglicht, dass der Rest einer Einlassladung des Kraftstoffs verdampft und zündet, wodurch ein Start des SIDI-Motors 102 ermöglicht wird. Obwohl die Einlassladung des Kraftstoffs mager sein kann (magerer als stöchiometrisch), sind kleine Kraftstoffmengen an der Zündkerze oder in deren Nähe stöchiometrisch oder nahezu stöchiometrisch. Dementsprechend ist es wahrscheinlicher, dass die kleinen Kraftstoffmengen verbrennen. Die Zündkerze kann mehrere Male zünden, um die Chancen für die Zündung der kleinen Kraftstoffmengen zu erhöhen. Die Kraft, die durch die Verbrennung der kleinen Kraftstoffmengen erzeugt wird, reicht nicht aus, um den Kolben zu komprimieren. Dementsprechend wird Wärme erzeugt, ohne dass der Kolben bewegt wird, und die Temperatur im Inneren des Zylinders nimmt zu. Die erzeugte Wärme reicht aus, um den Zylinder aufzuwärmen und um eine Verdampfung und Zündung eines mageren Luft/Kraftstoff-Gemischs zu unterstützen. Die erzeugte Wärme reicht jedoch nicht aus, um die Einlassladung des Kraftstoffs zu verdampfen und zu zünden, wodurch der Zylinder 108 schnell abgekühlt werden würde und eine weitere Verdampfung verhindert werden würde.
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Ein Modul 256 zur Steuerung einer geschichteten Verbrennung kann Ziel-Verbrennungsparameter 260 (z. B. eine Ziel-Kraftstoffmenge, einen Zündfunkenzeitpunkt, eine Verteilung von Einspritzungsereignissen, ein Einspritzungsende (EOI), einen Zündungsstart (SOI) usw.) basierend auf dem Modus 240 ermitteln. Wenn der Modus 240 auf den Kaltstartmodus festgelegt wird, kann das Modul 256 zur Steuerung der geschichteten Verbrennung die Ziel-Verbrennungsparameter 260 unter Verwendung von Nachschlagetabellen festlegen, die auf experimentellen Daten basieren.
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Das Modul 256 zur Steuerung der geschichteten Verbrennung kann einen Ziel-Kurbelwinkel festlegen, der ein Einspritzungsende (EOI) definiert, das ermöglicht, dass eine Einspritzung und eine Zündung für eine Anzahl von Ereignissen überlappen. Das EOI ist ein Kurbelwinkel, der das Ende einer Einspritzung definiert. Das Modul 256 zur Steuerung der geschichteten Verbrennung kann einen Zündungsstart (SOI) ermitteln. Der Zündungsstart ist ein Kurbelwinkel, der den Start einer Zündung definiert. Das Modul 256 zur Steuerung der geschichteten Verbrennung kann das EOI unter Verwendung einer Nachschlagetabelle festlegen. Das Modul 256 zur Steuerung der geschichteten Verbrennung kann die Anzahl der Zündungsereignisse während der Überlappung basierend auf der Ankurbel-RPM und der Motorkühlmitteltemperatur festlegen. Die Kraftstoffmenge, die pro Ereignis während der Überlappung eingespritzt wird, kann basierend auf einem Multiplikator der Ziel-Kraftstoffmenge für einen Kaltstart ohne geschichtete Verbrennung und basierend auf der Anzahl der Ereignisse ermittelt werden.
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Das Modul 256 zur Steuerung der geschichteten Verbrennung kann die Ziel-Verbrennungsparameter 260 derart festlegen, dass der Zündungsstart vor dem Ende der Einspritzung auftritt. Beispielsweise kann das Modul 256 zur Steuerung der geschichteten Verbrennung die Ziel-Verbrennungsparameter 260 derart festlegen, dass kleine Kraftstoffmengen genau vor oder genau bei der Zündung der Zündkerze eingespritzt werden. Das Modul 256 zur Steuerung der geschichteten Verbrennung kann die Ziel-Verbrennungsparameter 260 beispielsweise derart festlegen, dass die kleinen Kraftstoffmengen genau dann eingespritzt werden, bevor der Kolben seine obere Totpunktposition erreicht und der Kraftstoff zündet.
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Das Drosselsteuermodul 212 kann das Drosselventil 106 basierend auf dem Modus 240 steuern. Das Zündfunkensteuermodul 220 kann den Zündfunkenzeitpunkt basierend auf dem Modus 240 steuern. Wenn der Modus 240 auf den Kaltstartmodus gelegt wird, kann das Zündfunkensteuermodul 220 den Ziel-Zündfunkenzeitpunkt 224 während des Ankurbelns des Motors basierend auf den Ziel-Verbrennungsparametern 260 anpassen. Das Kraftstoffsteuermodul 228 kann die Kraftstoffzufuhr basierend auf dem Modus 240 steuern. Wenn der Modus auf den Kaltstartmodus festgelegt wird, kann das Kraftstoffsteuermodul 228 die Kraftstoffzufuhrparameter 232 anpassen und die Kraftstoffeinspritzung während des Ankurbelns des Motors basierend auf den Ziel-Verbrennungsparametern 260 steuern. Ein oder mehrere andere Motoraktuatoren können ebenso basierend auf dem Modus 240 gesteuert werden.
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Das Moduseinstellungsmodul 236 kann den Modus 240 von dem Kaltstartmodus (oder dem Startmodus) in einen Motorlaufmodus überleiten, wenn der Motor nach einem Start läuft. Das Moduseinstellungsmodul 236 kann den Modus 240 beispielsweise in den Motorlaufmodus überleiten, wenn eine Motordrehzahl größer als eine vorbestimmte Drehzahl wird, beispielsweise größer als ungefähr 700 rpm oder größer als eine andere geeignete Drehzahl. Das Drosselsteuermodul 212, das Kraftstoffsteuermodul 228 und das Zündfunkensteuermodul 220 können in Ansprechen auf einen Übergang des Modus 240 in den Motorlaufmodus zu einer normalen Steuerung des Drosselventils 112, der Kraftstoffzufuhr bzw. des Zündfunkenzeitpunkts übergehen.
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Nun auf 3 Bezug nehmend, ist ein Flussdiagramm dargestellt, das ein beispielhaftes Verfahren zum Ausführen eines Kaltstarts des Motors 102 zeigt. Die Steuerung kann bei 304 zu einer Zeit beginnen, zu welcher der Motor 102 ausgeschaltet ist. Der Motor 102 kann beispielsweise nach einer vorhergehenden Fahrzeugabschaltanforderung ausgeschaltet sein. Bei 308 ermittelt die Steuerung, ob ein Benutzer einen Fahrzeugstartbefehl 204 eingegeben hat. Wenn nein, bleibt die Steuerung bei 308 und wartet darauf, das ein Benutzer einen Fahrzeugstartbefehl 204 eingibt. Wenn ja, fährt die Steuerung bei 312 fort. Ein Benutzer kann einen Fahrzeugstartbefehl 204 eingeben, indem ein Zündschalter, ein Zündungsknopf, ein Knopf für einen ferngesteuerten Start usw. betätigt wird.
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Bei 312 bringt die Steuerung den Anlasser 160 mit dem Motor 102 in Eingriff und legt Strom an den Anlasser 160 an. Der Anlasser 160 treibt die Drehung der Kurbelwelle des Motors 102 an. Die Niederdruck-Kraftstoffpumpe 176 kann aktiviert werden, um mit dem Pumpen des Kraftstoffs zu der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 178 zu beginnen, bevor der Anlasser 160 beginnt, die Kurbelwelle anzutreiben. Die Hochdruck-Kraftstoffpumpe 178 pumpt den Kraftstoff in die Kraftstoffleiste 180, wenn der Anlasser 160 die Kurbelwelle antreibt.
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Bei 316 erhält die Steuerung eine Charakteristik des Kraftstoffs in dem Kraftstofftank 174. Die Charakteristik des Kraftstoffs kann beispielsweise eine Ethanolkonzentration des Kraftstoffs, eine Flammpunkttemperatur des Kraftstoffs oder eine andere geeignete Charakteristik des Kraftstoffs sein. Bei 320 kann die Steuerung basierend auf der Charakteristik des Kraftstoffs die vorbestimmte Temperatur festlegen, die bei der Ermittlung verwendet wird, ob der Start des Motors 102 ein Kaltstart ist. Die vorbestimmte Temperatur ist kleiner als die Flammpunkttemperatur des Kraftstoffs oder gleich dieser sein.
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Bei 324 kann die Steuerung ermitteln, ob die ECT 244 kleiner als die vorbestimmte Temperatur ist. Wenn nein, kann die Steuerung bei 328 einen normalen Start des Motors 102 ausführen, und die Steuerung kann bei 332 enden. Wenn ja, kann die Steuerung mit 336 fortfahren und einen Kaltstart des Motors 102 ausführen.
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Bei 336 kann die Steuerung die Ziel-Verbrennungsparameter 260 festlegen. Die Steuerung kann die Ziel-Verbrennungsparameter 260 unter Verwendung von Nachschlagetabellen festlegen, die auf experimentellen Daten basieren. Die Steuerung kann beispielsweise mehrere Kraftstoffeinspritzungen während des Ankurbelns des Motors anweisen. Gemäß einem anderen Beispiel kann die Steuerung die eingespritzte Kraftstoffmenge einstellen. Gemäß einem noch anderen Beispiel kann die Steuerung den Zündfunkenzeitpunkt einstellen.
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Bei 340 regelt die Steuerung die Kraftstoffeinspritzung und den Zündfunkenzeitpunkt für den Kaltstart des Motors 102 basierend auf den Ziel-Verbrennungsparametern 260.
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Bei 344 kann die Steuerung ermitteln, ob der Motor 102 läuft. Wenn ja, kann die Steuerung bei 348 zu einem normalen Betriebsmodus übergehen, und die Steuerung kann bei 332 enden. Wenn nein, kann die Steuerung zu 336 zurückkehren und damit fortfahren, die Kraftstoffzufuhr und den Zündfunken für den Kaltstart des Motors 102 zu steuern. Es kann angenommen werden, dass der Motor 102 läuft, wenn beispielsweise die Motordrehzahl größer als die vorbestimmte Drehzahl ist.
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Die vorstehende Beschreibung ist nur beispielhafter Natur und ist in keiner Weise dazu gedacht, die Offenbarung, ihre Anwendungsmöglichkeit oder Verwendungen einzuschränken. Die breiten Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert werden. Während diese Offenbarung spezielle Beispiele aufweist, soll der wahre Umfang der Offenbarung daher nicht auf diese beschränkt sein, da andere Modifikationen nach einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche offensichtlich werden. Zu Zwecken der Klarheit werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um ähnliche Elemente zu identifizieren. Wie hierin verwendet, sollte die Formulierung A, B und/oder C derart ausgelegt werden, dass sie ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oders bedeutet. Es versteht sich, dass ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
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In dieser Anmeldung einschließlich der nachstehenden Definitionen kann der Ausdruck Modul durch den Ausdruck Schaltung ersetzt werden. Der Ausdruck Modul kann sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine digitale, analoge oder gemischt analoge/digitale diskrete Schaltung; eine digitale, analoge oder gemischt analoge/digitale integrierte Schaltung; eine Schaltung der kombinatorischen Logik; ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA); einen Prozessor (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe), der einen Code ausführt; einen Speicher (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe), der Code speichert, der durch den Prozessor ausgeführt wird; andere geeignete Hardwarekomponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination einiger oder aller von den vorstehenden Gegenständen, wie beispielsweise bei einem Ein-Chip-System, beziehen, ein Teil von diesen sein oder diese umfassen.
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Der Ausdruck Code, wie er vorstehend verwendet wird, kann eine Software, eine Firmware und/oder einen Mikrocode umfassen, und er kann sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte beziehen. Der Ausdruck gemeinsam genutzter Prozessor umfasst einen einzelnen Prozessor, der einen Teil des Codes oder den gesamten Code mehrerer Module ausführt. Der Ausdruck Gruppenprozessor umfasst einen Prozessor, der in Kombination mit zusätzlichen Prozessoren einen Teil des Codes oder den gesamten Code eines oder mehrerer Module ausführt. Der Ausdruck gemeinsam genutzter Speicher umfasst einen einzelnen Speicher, der einen Teil des Codes oder den gesamten Code mehrerer Module speichert. Der Ausdruck Gruppenspeicher umfasst einen Speicher, der in Kombination mit zusätzlichen Speichern einen Teil oder den gesamten Code eines oder mehrerer Module speichert. Der Ausdruck Speicher kann eine Teilmenge des Ausdrucks computerlesbares Medium bezeichnen. Der Ausdruck computerlesbares Medium umfasst keine vorübergehenden elektrischen und elektromagnetischen Signale, die sich durch ein Medium ausbreiten, und dieses kann daher als zugreifbar und nicht flüchtig angesehen werden. Nicht einschränkende Beispiele des nicht flüchtigen, zugreifbaren, computerlesbaren Mediums sind ein nicht flüchtiger Speicher, ein magnetischer Speicher und ein optischer Speicher.
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Die in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig durch ein oder mehrere Computerprogramme implementiert werden, die durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden. Die Computerprogramme umfassen durch einen Prozessor ausführbare Anweisungen, die auf einem nicht flüchtigen, zugreifbaren, computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten umfassen und/oder auf diese angewiesen sein.
