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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach einer Schubabschaltung.
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Um die Effizienz einer Brennkraftmaschine zu steigern, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, während eines Schubbetriebs, bei dem die Brennkraftmaschine nicht vom Antriebsstrang getrennt ist, die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine zeitweilig ganz zu unterbrechen. Diese Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr wird häufig auch als „Schubabschaltung“ bezeichnet. Durch eine derartige Schubabschaltung werden in vorteilhafter Weise höhere Schubmomente der Brennkraftmaschine während des Schubbetriebs erreicht.
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Nach der Deaktivierung der Schubabschaltung wird der Brennkraftmaschine wieder Kraftstoff zugeführt. Beim so genannten Schubeinrollen kommt es zwangsläufig zu einer Schubwiedereinsetzung, da die Brennkraftmaschine aus der Schubabschaltung in den befeuerten Betrieb überführt werden muss. Dieser Vorgang kann in einem beliebigen Gang eines Getriebes des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden.
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Im Zuge der Schubwiedereinsetzung kommt es bei einem Wiederbefeuern der Zylinder der Brennkraftmaschine nach der Schubabschaltung zu einer Drehmomentstörung. Infolgedessen führen Drehzahlschwankungen der Brennkraftmaschine zu Beschleunigungsstörungen an der Kupplung und somit zu Komforteinbußen aufgrund ruckartiger Bewegungen und aufgrund von Geräuschentwicklungen, insbesondere durch das Auftreten von „Klack“-Geräuschen.
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Aufgrund der zunehmend verschärften gesetzlichen Abgasnormen und der daraus folgenden Optimierungen der Konvertierungsfähigkeit zumindest einer Drei-Wege-Katalysatoreinrichtung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung des Kraftfahrzeugs wurde bislang zunehmend der Wiedereinsetzfaktor auf das zylinderindividuelle Gemisch erhöht. Das bedeutet, dass die ersten Arbeitsspiele der Brennkraftmaschine nach der Schubabschaltung mit einer erhöhten Kraftstoffmenge befeuert werden. Dadurch wird der Sauerstoff schneller aus der Katalysatoreinrichtung ausgetragen, wodurch deren Konvertierungsfähigkeit schneller anliegt. Jedoch erhöht sich dadurch auch das je Zylinder abgegebene Drehmoment. Aus Gründen der Emissionierung ist eine Drehmomentreduktion über die Gemisch-Zusammensetzung bei dem Einsatz lediglich einer Drei-Wege-Katalysatoreinrichtung somit nicht möglich, wäre jedoch bei Einsatz einer zusätzlichen NOx-Speicherkatalysatoreinrichtung denkbar. Diese Maßnahme wäre aber mit hohen zusätzlichen Bauteilkosten verbunden.
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Bei bisherigen technischen Lösungen wird beim Wiedereinsetzvorgang das Zündungs-Sollmoment entlang einer linearen Rampe aus dem Schleppbetrieb auf das Minimalzündwinkel-Moment überführt. Die Reduzierstufe der Zylinder der Brennkraftmaschine hängt dabei vom Zündungs-Sollmoment ab, wodurch die Anforderung der Einspritzung zeitlich versetzt erfolgt. Dies führt dazu, dass die Zündung bis zur tatsächlichen Einspritzung nochmals aktualisiert wird und zu einer höheren Drehmomentanforderung des jeweiligen Zylinders führt.
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Aufgrund einer „falschen“ Restgasannahme im Schubbetrieb wird eine zu niedrige Füllung modelliert als real vorhanden ist. Dabei kommt es je nach Brennverfahren zu einem geringeren Zündwinkel-Stellbereich, woraus sich ebenfalls ein erhöhtes Drehmoment je Zylinder ergibt.
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Die
DE 101 47 622 A1 zeigt ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Ottomotors mit Direkteinspritzung, wobei bei einem Wiedereinsetzen der Brennkraftmaschine nach einem Schubbetrieb mit ausgeblendeter Kraftstoffzuführung eine einzuspritzende Kraftstoffmehrmenge in Abhängigkeit von einer Temperatur und einer Drehzahl der Brennkraftmaschine bestimmt wird, eine regulär einzuspritzende Kraftstoffmenge um die Kraftstoffmehrmenge erhöht wird und die einzuspritzende Kraftstoffmehrmenge in Abhängigkeit von einer Zykluszahl seit dem Wiedereinsetzen abgeregelt wird. Hierbei wird am Ende des Schubbetriebes aus einer Dauer des vorangegangenen Schubbetriebes über eine Kennlinie und/oder ein Kennfeld eine Korrektur bestimmt und die einzuspritzende Kraftstoffmehrmenge um diese Korrektur korrigiert.
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Die 10 2005 058 281 B4 beschreibt ein Verfahren zur Optimierung einer Schubabschaltphase einer Brennkraftmaschine, welches die folgenden Schritte aufweist:
- - Erkennen einer Schubabschaltung der Brennkraftmaschine,
- - Reduzieren von Verlustmomenten der Brennkraftmaschine in der Schubabschaltphase durch Öffnen von mindestens einem Drosselorgan in einer Luftzufuhr der Brennkraftmaschine,
- - Verstellen einer Einlassnockenwelle der Brennkraftmaschine nach spät, so dass durch eine Zylinder-Luftfüllung der Brennkraftmaschine ein Übergangsdrehmoment für einen Übergang in einen Leerlauf, einen Teillast- oder einen Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine vorgegeben wird, und
- - Einspritzen einer Kraftstoffmenge, wenn das Übergangsdrehmoment annähernd einem Leerlauf-, einem Teillast- oder einem Volllastdrehmoment entspricht, so dass ein weicher Übergang zwischen der Schubabschaltphase und dem Leerlauf, dem Teillast- oder dem Volllastbetrieb gewährleistet ist.
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Die
DE 10 2007 057 290 B3 offenbart ein Verfahren zum direkten Wiedereintreten in den CAI-Betriebsmodus eines Verbrennungsmotors im Anschluss an eine Schubabschaltphase, indem der CAI-spezifische Ventilhub für die Gasauslassventile der Zylinder des Verbrennungsmotors während dessen Schubabschaltphase beibehalten wird, indem auf ein Anforderungssignal zum Wiedereintreten in den CAI-Betriebsmodus hin nach dem Schließzeitpunkt der ein oder mehreren Gasauslassventile desjenigen Zylinders, der sich am Ende der jeweiligen Schubabschaltphase im Ausstoßungstakt seines Verbrennungszyklus befindet, in dessen Brennkammer eine Kraftstoff-Vorabeinspritzmenge als Kraftstoff-Nebeneinspritzung zur Erzeugung eines zündfähigen Luft-Kraftstoffgemisches eingespritzt wird, indem das vorab erzeugte Luft-Kraftstoffgemisch in der nachfolgenden CAI-Zwischenkompressionsphase des Ausstoßungstakts dieses Zylinders durch eine Zündvorrichtung fremdgezündet und verbrannt wird. Dadurch wird heißes Abgas in der Brennkammer dieses Zylinders gebildet, indem im anschließenden Ansaugtakt dieses Zylinders Frischluft über die ein oder mehreren Gaseinlassventile in die Brennkammer dieses Zylinders angesaugt wird, im nachfolgenden Kompressionstakt dieses Zylinders eine Kraftstoff-Haupteinspritzmenge in die Brennkammer dieses Zylinders in einer Hauptkompressionsphase eingespritzt wird, und indem der aus der früheren Kraftstoff-Nebeneinspritzung bewirkte Abgasinhalt dieses Zylinders mit dem für die Haupteinspritzung neu eingebrachten Luft-Kraftstoffgemisch zu einem CAIselbstzündfähigen, homogenen Frischluft-Abgas-Kraftstoffgemisch vermischt wird.
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Die
US 2010 / 0 269 785 A1 und die
US 8 762 033 B2 offenbaren eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die eine Zündzeitpunktverzögerungssteuerung ausführt, um das Ausgangsdrehmoment des Verbrennungsmotors vor einer Kraftstoffunterbrechung und bei einer Rückkehr aus dem Zustand der Kraftstoffunterbrechung zu reduzieren.
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Die
EP 0 614 003 B1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr zu einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern und aufeinanderfolgenden Einspritzungen in die Zylinder in vorgegebener Folge (sequentielle Einspritzung) im Bereich des Schubbetriebes, wobei Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine erfasst werden und auf Beginn und Ende des Schubbetriebs erkannt wird, wenn diese Betriebskenngrößen bestimmte Bedingungen erfüllen, und wobei die Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern bei Schubbeginn nach einer wählbaren Funktion verringert wird und bei Schubende nach einer wählbaren Funktion wieder einsetzt. Dabei ist vorgesehen, dass nach Erkennen des Schubbetriebes die Einspritzungen für einzelne Zylinder nach einer vorgegebenen Reihenfolge unterdrückt werden, und nach Erkennen des Schubendes die Einspritzungen für einzelne Zylinder nach einer weiteren vorgegebenen Reihenfolge (Ausblendmuster) wieder einsetzen.
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Die
DE 103 34 401 B3 offenbart ein Verfahren zur Optimierung der Laufruhe einer Brennkraftmaschine bei einem Wiedereinsetzvorgang nach einem Betrieb der Brennkraftmaschine mit Schubabschaltung. Die Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs findet bei einem minimalen Zündwinkel statt, welcher auf Basis einer voreilenden Einspritzanforderung ermittelt wird.
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Die
DE 10 2013 219 701 B3 offenbart ein Verfahren zur Optimierung der Laufruhe einer Brennkraftmaschine bei einem Wiedereinsetzvorgang nach dem Ende des Schubbetriebs der Brennkraftmaschine. Dabei wird eine Einspritzung in die Brennkraftmaschine bei einer Drehmomentfreigabe zu einem zeitlich später liegenden Einspritzzeitpunkt verschoben.
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Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach einer Schubabschaltung zur Verfügung zu stellen, welches es ermöglicht, die Laufruhe der Brennkraftmaschine nach dem Wiedereinsetzen des Schubs zu optimieren und dadurch den Wiedereinsetzkomfort zu erhöhen.
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Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach einer Schubabschaltung umfasst die Schritte:
- - Anfordern einer voreilenden, frühestmöglichen Einspritzung eines Kraftstoffs in die Brennkraftmaschine bei einer Drehmomentfreigabe zur Vermeidung einer Ansprechverzögerung der Brennkraftmaschine,
- - Zünden eines Kraftstoff-Luft-Gemischs innerhalb der Brennkraftmaschine bei einem minimalen Zündwinkel, welcher auf Basis der voreilenden Einspritzanforderung gegenüber einem Zündungs-Sollmoment ermittelt wird, und
- - Führen des Zündungs-Sollmoments mittels einer Polynomführung auf das Minimalzündwinkelmoment derart, dass ein daraus resultierendes Kupplungsmoment während des Anbrennvorgangs der ersten Zylinder der Brennkraftmaschine möglichst niedrig gehalten wird.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, dass das von der Brennkraftmaschine abgegebene Drehmoment, welches das Kupplungsmoment bildet, während des Anbrennvorgangs der ersten Zylinder der Brennkraftmaschine möglichst niedrig gehalten wird. Hierfür muss der Spitzendruck der einzelnen Zylinder insbesondere bei niedrigen Drehzahlen aufgrund des großen zeitlichen Zündabstands niedrig gehalten werden, um dadurch starke Einzelimpulse zu vermeiden. Ermöglicht wird dieses mittels des hier vorgestellten Verfahrens dadurch, dass der Zündungspfad und der Luftpfad optimal zueinander gesteuert werden, um beim Wiedereinsetzen des Schubs der Brennkraftmaschine die spätestmögliche Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs bereitstellen zu können. Aus dieser verzögerten Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemischs resultiert in vorteilhafter Weise ein gegenüber dem Stand der Technik flacherer Druckverlauf, der das Kupplungsmoment verringert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass Füllungsungenauigkeiten, die durch eine falsche Restgasannahme im Schubbetrieb hervorgerufen werden, korrigiert werden. Diese Korrektur erfolgt vorzugsweise zumindest während des ersten Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine, gegebenenfalls aber auch noch bei weiteren Arbeitsspielen der Brennkraftmaschine.
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In einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das Korrigieren der Füllungsungenauigkeiten auf Basis einer Verdünnung des Restgases mit Frischluft erfolgt.
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In einer alternativen Ausführungsform besteht auch die Möglichkeit, dass das Korrigieren der Füllungsungenauigkeiten durch eine Zündwinkelkorrektur zumindest für ein erstes Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine erfolgt.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei einer Verwendung der Brennkraftmaschine in einem Hybridfahrzeug das Zündungs-Sollmoment durch die Polynomführung vorgegeben wird und ein Fahrerwunschdrehmoment im Bereich der Stellgrenzen von einer elektrischen Maschine des Hybridfahrzeugs zur Verfügung gestellt wird.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei einer Verwendung der Brennkraftmaschine in einem konventionellen Kraftfahrzeug ein Fahrerwunschdrehmoment von der Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt wird und separate Betriebsparameter für den Wiedereinsetzvorgang zur Fahrerwunschdrehmomentfilterung vorgehalten werden, mittels derer bei einem Lastwechsel aus dem befeuerten Schub die Ansprechverzögerung der Brennkraftmaschine verringert wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuerungssystem zur Steuerung des Betriebs einer Brennkraftmaschine, wobei das Steuerungssystem dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei zeigen
- 1 ein Blockdiagramm, welches den grundlegenden Ablauf eines Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach einer Schubabschaltung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
- 2 drei grafische Darstellungen, welche den zeitabhängigen Einfluss einer Luftvoreilung und einer Zündwinkelkorrektur veranschaulichen.
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Um die Effizienz einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zu erhöhen, wird während eines Schubbetriebs, bei dem die Brennkraftmaschine nicht vom Antriebsstrang getrennt ist, die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine zeitweilig ganz unterbrochen. Diese Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine wird häufig auch als „Schubabschaltung“ bezeichnet. Durch eine derartige Schubabschaltung werden in vorteilhafter Weise höhere Schubmomente der Brennkraftmaschine während des Schubbetriebs erreicht.
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Die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine wird dabei mittels einer Steuerungseinrichtung und einer Mehrzahl elektronisch steuerbarer Kraftstoffeinspritzmittel gesteuert, wobei während eines Schubbetriebs, bei dem die Brennkraftmaschine nicht von einem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs getrennt ist, die Schubabschaltung aktiviert wird und die Kraftstoffzufuhr der Brennkraftmaschine zeitweilig unterbrochen wird.
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Nach der Deaktivierung der Schubabschaltung wird der Brennkraftmaschine wieder Kraftstoff zugeführt. Beispielsweise beim so genannten Schubeinrollen kommt es zwangsläufig zu einer Schubwiedereinsetzung, da die Brennkraftmaschine aus der Schubabschaltung in den befeuerten Betrieb überführt werden muss. Dieser Vorgang kann in einem beliebigen Gang des Getriebes des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden.
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Im Zuge beispielsweise der Schubwiedereinsetzung kommt es bei einem Wiederbefeuern der Zylinder der Brennkraftmaschine nach der Schubabschaltung zu einer Drehmomentstörung. Infolgedessen führen Drehzahlschwankungen der Brennkraftmaschine zu Beschleunigungsstörungen an der Kupplung und somit zu Komfort-Einbußen aufgrund von Ruckbewegungen und Geräuschentwicklungen, wobei letztere insbesondere als „Klack“-Geräusche wahrnehmbar sind.
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Nachfolgend soll unter Bezugnahme auf 1 der grundlegende Ablauf eines Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach einer Schubabschaltung näher erläutert werden, welches dazu in der Lage ist, dem vorstehend genannten Problem abzuhelfen und die Laufruhe der Brennkraftmaschine beim Schubwiedereinsetzen zu erhöhen.
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Zur Optimierung der Laufruhe der Brennkraftmaschine beim Schubwiedereinsetzvorgang nach dem Schleppbetrieb wird in einem ersten Schritt S1 eine voreilende, frühestmögliche Einspritzung des Kraftstoffs in die Brennkraftmaschine bei einer Drehmomentfreigabe angefordert. Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine unnötige Ansprechverzögerung der Brennkraftmaschine vermieden.
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In einem nachfolgenden Schritt S2 erfolgt eine Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs innerhalb der Brennkraftmaschine bei einem minimalen Zündwinkel, welcher auf Basis der voreilenden Einspritzanforderung gegenüber dem Zündungs-Sollmoment ermittelt wird. Der minimale Zündwinkel repräsentiert dabei den spätestmöglichen Zündzeitpunkt.
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In einem Schritt S3 erfolgt ein Führen des Zündungs-Sollmoments mittels einer Polynomführung auf das Minimalzündwinkelmoment derart, dass ein daraus resultierendes Drehmoment, welches ein Kupplungsmoment bildet, während des Anbrennvorgangs der ersten Zylinder der Brennkraftmaschine insgesamt möglichst niedrig gehalten wird.
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Vorzugsweise erfolgt zusätzlich eine Korrektur von Füllungsungenauigkeiten, welche durch eine falsche Restgasannahme im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine hervorgerufen werden. Die Korrektur der Füllungsungenauigkeiten kann zum Beispiel auf Basis einer Verdünnung des Restgases mit Frischluft erfolgen. Alternativ ist es auch möglich, dass die Korrektur der Füllungsungenauigkeiten durch eine Zündwinkelkorrektur für zumindest ein erstes Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine vorgenommen wird.
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Bei einer Verwendung der Brennkraftmaschine in einem Hybridfahrzeug wird das Zündungs-Sollmoment durch die Polynomführung vorgegeben. Ein Fahrerwunschdrehmoment wird im Bereich der Stellgrenzen von einer elektrischen Maschine des Hybridfahrzeugs zur Verfügung gestellt.
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Bei einer Verwendung der Brennkraftmaschine in einem konventionellen Kraftfahrzeug wird ein Fahrerwunschdrehmoment von der Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt. Ferner werden separate Betriebsparameter für den Wiedereinsetzvorgang vorgehalten, mittels derer bei einem Lastwechsel aus dem befeuerten Schub die Ansprechverzögerung der Brennkraftmaschine verringert wird.
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Mittels des hier vorgestellten Verfahrens ist es möglich, dass das von der Brennkraftmaschine abgegebene Drehmoment (Kupplungsmoment) während der Schubwiedereinsetzung möglichst niedrig gehalten wird. Hierfür muss der Spitzendruck der einzelnen Zylinder insbesondere bei niedrigen Drehzahlen aufgrund des großen zeitlichen Zündabstands niedrig gehalten werden, um dadurch starke Einzelimpulse zu vermeiden. Ermöglicht wird dieses mittels des hier vorgestellten Verfahrens dadurch, dass der Zündungspfad und der Luftpfad optimal zueinander gesteuert werden, um beim Wiedereinsetzvorgang die spätestmögliche Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs bereitstellen zu können. Aus dieser verzögerten Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemischs resultiert in vorteilhafter Weise ein flacher Druckverlauf während der Schubwiedereinsetzung.
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In 2 sind drei grafische Darstellungen untereinander gezeigt, welche den Einfluss einer Luftvoreilung und einer Zündwinkelkorrektur auf den Spitzendruck zeitabhängig veranschaulichen.
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Die obere Darstellung in 3 veranschaulicht den zeitlichen Verlauf des Drehmoments (Kupplungsmoments) bei der Schubwiedereinsetzung nach dem Ende der Schubabschaltung der Brennkraftmaschine.
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Der mit dem Bezugszeichen 100a bezeichnete Drehmomentverlauf zeigt die bisherige, aus dem Stand der Technik bekannte technische Umsetzung bei der Schubwiedereinsetzung. Deutlich zu erkennen sind einige Drehmomentüberhöhungen (Drehmomente > 0 Nm) während der Schubwiedereinsetzung. Mit dem Bezugszeichen 100b wurde der Verlauf des zugehörigen Sollmoments bezeichnet.
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Mit dem Bezugszeichen 101 a ist der Drehmomentverlauf bezeichnet, der mittels des hier vorgestellten Verfahrens durch eine Voreilung des Luftmoments erhalten wird. Die Drehmomentüberhöhungen ganz zu Beginn der Schubwiedereinsetzung sind im Hinblick auf ihre Amplituden kleiner als im Stand der Technik und fallen im Vergleich zum Stand der Technik schneller unter 0 Nm ab. Mit dem Bezugszeichen 101 b ist das zugehörige Sollmoment bezeichnet.
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Der mit dem Bezugszeichen 102 versehene Drehmomentverlauf zeigt die Situation bei einer zusätzlichen Zündwinkelkorrektur für das erste Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine aufgrund einer falschen Restgasannahme im unbefeuerten Schubbetrieb der Brennkraftmaschine. Diese zusätzliche Korrektur bewirkt in vorteilhafter Weise, dass bereits während des ersten Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine keine Drehmomentüberhöhungen mehr auftreten.
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Die mittlere Darstellung in 2 veranschaulicht den zeitlichen Verlauf des Zündwinkels (Bezugszeichen 200: Stand der Technik, Bezugszeichen 201: mit Voreilung des Luftmoments gemäß dem hier vorgestellten Verfahren und Bezugszeichen 202: mit zusätzlicher Zündwinkelkorrektur).
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Die untere Darstellung in 2 zeigt schließlich den zeitlichen Verlauf der Kraftstoffeinspritzung (Bezugszeichen 300: Stand der Technik, Bezugszeichen 301: mit Voreilung des Luftmoments gemäß dem hier vorgestellten Verfahren).
