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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, zum Beispiel einen Personenkraftwagen. Insbesondere betrifft diese Erfindung ein Kraftfahrzeug, das mit einem turboaufgeladenen Verbrennungsmotor versehen ist, der gemäß einer Start-Stopp-Segelstrategie betrieben wird.
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HINTERGRUND
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Es ist bekannt, dass jedes Kraftfahrzeug mit einem Antriebstrang versehen ist, d. h. mit einer Gruppe von Bauteilen und/oder Vorrichtungen, die dafür ausgelegt sind, mechanische Leistung zu erzeugen und diese an die Antriebsachse zu liefern, um die Zugkraft zu erzeugen, die es dem Kraftfahrzeug ermöglicht, sich zu bewegen Ein herkömmlicher Antriebstrang umfasst einen Verbrennungsmotor (ICE), zum Beispiel einen Kompressionszündungsmotor (Dieselmotor) oder einen Fremdzündungsmotor (Benzinmotor), der so gekoppelt ist, dass er die Antriebsachse des Kraftfahrzeugs dreht. Insbesondere ist die Kurbelwelle des ICE über mehrere Zwischenkomponenten mit der Antriebsachse gekoppelt, wobei diese allgemein als Kraftübertragung bezeichnet werden und eine Getriebewelle sowie eine Kupplung umfassen, welche die Getriebewelle mit der Kurbelwelle verbindet.
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Die Kupplung, die eine rein mechanische Kupplung oder eine elektrisch betätigte Kupplung (E-Kupplung) sein kann, ist eine Vorrichtung, die dazu dient, die Kurbelwelle selektiv von der Getriebewelle zu trennen.
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Um die Leistung des Verbrennungsmotors zu erhöhen, kann der Antriebstrang einen Turbolader umfassen, der eine Turbine aufweist, die über eine Welle mit einem Kompressor verbunden ist. Die Turbine wird durch den Abgasstrom in Drehung versetzt, und der Kompressor, der sich zusammen mit der Turbine dreht, erhöht den Druck des Einlassluftstroms. Die rotierenden Teile des Turboladers werden durch ein Schmiermittel, wie z. B. Motoröl, geschmiert und gekühlt, das durch eine mechanische Ölpumpe bereitgestellt wird, die vom ICE angetrieben wird.
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Um die Schadstoffemissionen zu senken und die Kraftstoffersparnis zu erhöhen, kann ein moderner Antriebstrang gemäß einer Start-Stopp-Segelstrategie betrieben werden. Die Start-Stopp-Segelstrategie sieht vor, dass unter vorbestimmten Aktivierungsbedingungen ausgekuppelt wird und der Verbrennungsmotor abgeschaltet wird, insbesondere während sich das Kraftfahrzeug bewegt (d. h. während sich die Getriebewelle und die Antriebsachse drehen). Wenn die Aktivierungsbedingungen nicht mehr erfüllt sind, zum Beispiel wenn der Lenker ein Gaspedal des Fahrzeugs drückt, sorgt die Segelstrategie dafür, dass der ICE eingeschaltet wird und eingekuppelt wird. Infolge dieser Strategie wird der ICE während des normalen Betriebs des Kraftfahrzeugs wiederholt ein- und ausgeschaltet. Wenn der ICE ausgeschaltet ist, ist jedoch auch die mechanische Schmiermittelpumpe ausgeschaltet und liefert kein Schmiermittel zu den Komponenten des Turboladers, die sich je nach den unmittelbar vor dem Abschalten des ICE herrschenden Betriebsbedingungen weiterdrehen können und Hitze erzeugen können, während der Turbolader seine Geschwindigkeit verringert.
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Wenn die Drehgeschwindigkeit der Turbine, der Welle, des Kompressors und der dazugehörigen Lager noch hoch ist, kann der Turbolader somit einer thermischen Belastung ausgesetzt sein, da der Schmiermittelfluss nicht ausreicht, um die sich drehenden Komponenten zu schmieren. Darüber hinaus kann der Turbolader einer thermischen Belastung ausgesetzt sein, wenn das Schmiermittel in den Lagern des Turboladers aufgrund der hohen Temperaturen bei niedrigem oder stagnierendem Schmiermittelfluss verkokt.
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Ein Zweck einer Ausführungsform der Erfindung ist es, den oben genannten Mängeln abzuhelfen und eine ausreichende Schmierung und Kühlung des Turboladers während der Ausführung der Start-Stopp-Segelstrategie zu gewährleisten.
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Diese Zwecke werden durch die Ausführungsformen der Erfindung erreicht, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen definiert werden. Die abhängigen Ansprüche beschreiben bevorzugte und/oder besonders vorteilhafte Aspekte der Ausführungsformen der Erfindung
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine Ausführungsform der Offenbarung schafft ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Verbrennungsmotor, einen Turbolader, eine Kupplung, die ein Getriebe des Kraftfahrzeugs mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbindet, und ein elektronisches Steuergerät, das dafür ausgelegt ist, eine Start-Stopp-Segelstrategie des Verbrennungsmotors auszuführen, welche die folgenden Schritte umfasst:
- – Bewegen der Kupplung in eine ausgerückte Position;
- – Überwachen eines Werts eines Parameters, der eine Drehgeschwindigkeit des Turboladers anzeigt; und
- – Betreiben des Verbrennungsmotors mit einer Leerlaufdrehzahl, wenn der überwachte Wert höher als ein vorbestimmter Schwellenwert des Parameters ist.
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Ein Effekt dieser Ausführungsform besteht in der Senkung der thermischen Belastung des Turboladers, insbesondere von Komponenten des Turboladers wie z. B. der Lager, wenn die Start-Stopp-Segelstrategie aktiviert ist.
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Insbesondere wird ein adäquater und ausreichender Schmiermittelfluss durch die sich drehenden Komponenten des Turboladers garantiert, wenn der Verbrennungsmotor mit der Leerlaufdrehzahl läuft, wodurch der Turbolader geschmiert werden kann und seine Kühlung sichergestellt wird, solang sich der Turbolader mit hoher Geschwindigkeit dreht.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Start-Stopp-Segelstrategie ferner den Schritt des Abschaltens des Verbrennungsmotors umfassen, wenn der überwachte Wert niedriger als der vorbestimmte Schwellenwert ist.
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Dank dieses Aspekts kann eine signifikante Senkung der Schadstoffemissionen erreicht werden.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann der vorbestimmte Schwellenwert des Parameters eine Drehgeschwindigkeit des Turboladers von gleich 100.000 UpM anzeigen. Dieser Drehgeschwindigkeitswert kann als unkritischer Geschwindigkeitswert für den Turbolader betrachtet werden.
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Tatsächlich wurde Folgendes beobachtet: Wenn die Drehgeschwindigkeit des Turboladers niedriger als der unkritische Wert ist, sinkt der Schmier- und Kühlbedarf des Turboladers, insbesondere der Turbine, des Kompressors, der Welle und der Lager, und es sollte keine thermische Belastung auftreten, selbst wenn kein Schmiermittelfluss vorhanden ist.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann der überwachte Parameter eine Motordrehzahl oder ein Motordrehmoment sein.
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Da die Motordrehzahl und das Motordrehmoment Motorparameter sind, die durch das elektronische Steuergerät des Kraftfahrzeugs bereits überwacht werden, ist es daher nicht notwendig, bei der Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs weitere Sensoren hinzuzufügen, um die Steuerungsstrategie gemäß dieser Ausführungsform auszuführen.
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Gemäß einem Aspekt dieser Ausführungsform kann der vorbestimmte Schwellenwert auf Basis eines Motordrehmomentwerts bestimmt werden, falls der überwachte Parameter die Motordrehzahl ist, oder er kann auf Basis eines Motordrehzahlwerts bestimmt werden, falls der überwachte Parameter das Motordrehmoment ist.
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Ein Effekt dieses Aspekts ist die Erhöhung der Zuverlässigkeit der Steuerungsstrategie, da die Drehgeschwindigkeit des Turboladers gewöhnlich sowohl von der Motordrehzahl als auch vom Motordrehmoment beeinflusst wird.
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Eine andere Ausführungsform der Erfindung schafft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug einen Verbrennungsmotor, einen Turbolader und eine Kupplung umfasst, die ein Getriebe des Kraftfahrzeugs mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbindet, wobei das Betriebsverfahren eine Start-Stopp-Segelstrategie umfasst, welche die folgenden Schritte umfasst:
- – Bewegen der Kupplung in eine ausgerückte Position;
- – Überwachen eines Werts eines Parameters, der eine Drehgeschwindigkeit des Turboladers anzeigt; und
- – Betreiben des Verbrennungsmotors mit einer Leerlaufdrehzahl, wenn der überwachte Wert höher als ein vorbestimmter Schwellenwert des Parameters ist.
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Ein Effekt dieser Ausführungsform besteht in der Senkung der thermischen Belastung des Turboladers, insbesondere von Komponenten des Turboladers wie z. B. der Lager, wenn die Start-Stopp-Segelstrategie aktiviert ist.
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Insbesondere wird ein adäquater und ausreichender Schmiermittelfluss durch die sich drehenden Komponenten des Turboladers garantiert, wenn der Verbrennungsmotor mit der Leerlaufdrehzahl läuft, wodurch der Turbolader geschmiert werden kann und seine Kühlung sichergestellt wird, solang sich der Turbolader mit hoher Geschwindigkeit dreht.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Start-Stopp-Segelstrategie den Schritt des Abschaltens des Verbrennungsmotors umfassen, wenn der überwachte Wert niedriger als der vorbestimmte Schwellenwert ist.
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Dank dieses Aspekts kann eine signifikante Senkung der Schadstoffemissionen erreicht werden.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann der vorbestimmte Schwellenwert des Parameters eine Drehgeschwindigkeit des Turboladers von gleich 100.000 UpM anzeigen. Dieser Drehgeschwindigkeitswert kann als unkritischer Geschwindigkeitswert für den Turbolader betrachtet werden.
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Tatsächlich wurde Folgendes beobachtet: Wenn die Drehgeschwindigkeit des Turboladers niedriger als der unkritische Wert ist, sinkt der Schmier- und Kühlbedarf des Turboladers, insbesondere der Turbine, des Kompressors, der Welle und der Lager, und es sollte keine thermische Belastung auftreten, selbst wenn kein Schmiermittelfluss vorhanden ist.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann der überwachte Parameter eine Motordrehzahl oder ein Motordrehmoment sein.
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Da die Motordrehzahl und das Motordrehmoment Motorparameter sind, die durch das elektronische Steuergerät des Kraftfahrzeugs bereits überwacht werden, ist es daher nicht notwendig, bei der Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs weitere Sensoren hinzuzufügen, um die Steuerungsstrategie gemäß dieser Ausführungsform auszuführen.
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Gemäß einem Aspekt dieser Ausführungsform kann der vorbestimmte Schwellenwert auf Basis eines Motordrehmomentwerts bestimmt werden, falls der überwachte Parameter die Motordrehzahl ist, oder er kann auf Basis eines Motordrehzahlwerts bestimmt werden, falls der überwachte Parameter das Motordrehmoment ist.
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Ein Effekt dieses Aspekts ist die Erhöhung der Zuverlässigkeit der Steuerungsstrategie, da die Drehgeschwindigkeit des Turboladers gewöhnlich sowohl von der Motordrehzahl als auch vom Motordrehmoment beeinflusst wird.
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Eine andere Ausführungsform der Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Steuern einer Start-Stopp-Segelstrategie eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug Folgendes umfasst: einen Verbrennungsmotor, einen Turbolader, eine Kupplung, die eine Getriebewelle des Kraftfahrzeugs mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbindet, und Mittel zum Ausführen einer Start-Stopp-Segelstrategie des Verbrennungsmotors, und wobei die Mittel zum Ausführen der Start-Stopp-Segelstrategie Folgendes umfassen:
- – Mittel zum Bewegen der Kupplung in eine ausgerückte Position;
- – Mittel zum Überwachen eines Werts eines Parameters, der eine Drehgeschwindigkeit des Turboladers anzeigt; und
- – Mittel zum Betreiben des Verbrennungsmotors mit einer Leerlaufdrehzahl, wenn der überwachte Wert höher als ein vorbestimmter Schwellenwert des Parameters ist.
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Ein Effekt dieser Ausführungsform besteht in der Senkung der thermischen Belastung des Turboladers, insbesondere von Komponenten des Turboladers wie z. B. der Lager, wenn die Start-Stopp-Segelstrategie aktiviert ist.
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Insbesondere wird ein adäquater und ausreichender Schmiermittelfluss durch die sich drehenden Komponenten des Turboladers garantiert, wenn der Verbrennungsmotor mit der Leerlaufdrehzahl läuft, wodurch der Turbolader geschmiert werden kann und seine Kühlung sichergestellt wird, solang sich der Turbolader mit hoher Geschwindigkeit dreht.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Steuerungsvorrichtung Mittel zum Abschalten des Verbrennungsmotors umfassen, wenn der überwachte Wert niedriger als der vorbestimmte Schwellenwert ist.
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Dank dieses Aspekts kann eine signifikante Senkung der Schadstoffemissionen erreicht werden.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann der vorbestimmte Schwellenwert des Parameters eine Drehgeschwindigkeit des Turboladers von gleich 100.000 UpM anzeigen. Dieser Drehgeschwindigkeitswert kann als unkritischer Geschwindigkeitswert für den Turbolader betrachtet werden.
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Tatsächlich wurde Folgendes beobachtet: Wenn die Drehgeschwindigkeit des Turboladers niedriger als der unkritische Wert ist, sinkt der Schmier- und Kühlbedarf des Turboladers, insbesondere der Turbine, des Kompressors, der Welle und der Lager, und es sollte keine thermische Belastung auftreten, selbst wenn kein Schmiermittelfluss vorhanden ist.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann der überwachte Parameter eine Motordrehzahl oder ein Motordrehmoment sein.
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Da die Motordrehzahl und das Motordrehmoment Motorparameter sind, die durch das elektronische Steuergerät des Kraftfahrzeugs bereits überwacht werden, ist es daher nicht notwendig, bei der Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs weitere Sensoren hinzuzufügen, um die Steuerungsstrategie gemäß dieser Ausführungsform auszuführen.
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Gemäß einem Aspekt dieser Ausführungsform kann der vorbestimmte Schwellenwert auf Basis eines Motordrehmomentwerts bestimmt werden, falls der überwachte Parameter die Motordrehzahl ist, oder er kann auf Basis eines Motordrehzahlwerts bestimmt werden, falls der überwachte Parameter das Motordrehmoment ist.
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Ein Effekt dieses Aspekts ist die Erhöhung der Zuverlässigkeit der Steuerungsstrategie, da die Drehgeschwindigkeit des Turboladers gewöhnlich sowohl von der Motordrehzahl als auch vom Motordrehmoment beeinflusst wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nun sollen die verschiedenen Ausführungsformen beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, wobei:
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1 ein Kraftfahrzeug zeigt;
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2 ein Querschnitt eines zu dem Kraftfahrzeug von 1 gehörenden Verbrennungsmotors ist;
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3 schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebstrang zeigt;
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4 schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem Schmierkreislauf zeigt;
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5 ein Fließdiagramm ist, das eine Start-Stopp-Segelstrategie zeigt, mit der das Kraftfahrzeug von 3 und 4 betrieben wird;
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6 ein Motordrehzahl-Drehmoment-Diagramm zur Durchführung einer Ausführungsform der Start-Stopp-Segelstrategie von 5 zeigt.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Einige Ausführungsformen können ein Kraftfahrzeugsystem umfassen, zum Beispiel ein Kraftfahrzeug 100, das in den 1-4 gezeigt wird.
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Das Kraftfahrzeug 100 umfasst eine vordere Antriebsachse 101, die ein Paar Vorderräder 102 trägt, eine hintere Antriebsachse 103, die ein Paar Hinterräder 104 trägt, und einen Antriebstrang 105, der so gekoppelt ist, dass er die Vorderräder 102 und/oder die Hinterräder 104 antreibt.
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Der Antriebstrang 105 umfasst einen Verbrennungsmotor (ICE) 110, wie z. B. einen Dieselmotor oder einen Benzinmotor mit einem Motorblock 120, der mindestens einen Zylinder 125 mit einem Kolben 140 definiert, der eine Kopplung aufweist, mit der eine Kurbelwelle 145 gedreht wird. Ein Zylinderkopf 130 arbeitet mit dem Kolben 140 zusammen, um einen Verbrennungsraum 150 zu definieren.
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Ein Luft-Kraftstoffgemisch (nicht gezeigt) wird in den Verbrennungsraum 150 eingebracht und entzündet, was zu heißen expandierenden Verbrennungsgasen führt, die zu einer Hin- und Herbewegung des Kolbens 140 führen. Der Kraftstoff wird von mindestens einem Kraftstoffinjektor 160 zur Verfügung gestellt und die Luft durch mindestens einen Einlass 210. Der Kraftstoff wird unter hohem Druck von einem Kraftstoffrohr 170, das fluidzuleitend mit einer Hochdruckpumpe 180, die den Druck des von einer Kraftstoffquelle 190 kommenden Kraftstoffs erhöht, verbunden ist, zum Kraftstoffinjektor 160 geführt.
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Jeder der Zylinder 125 hat mindestens zwei Ventile 215, die von einer Nockenwelle 135 betrieben werden, die sich zeitgleich mit der Kurbelwelle 145 dreht. Die Ventile 215 lassen selektiv Luft vom Einlass 210 in den Verbrennungsraum 150 und erlauben alternierend den Auslass der Abgase durch den Auslass 220. In einigen Beispielen wird ein Nockenwellenverstellsystem 155 genutzt, um selektiv die zeitliche Abfolge zwischen der Nockenwelle 135 und der Kurbelwelle 145 zu verändern.
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Die Luft kann den Lufteinlässen 210 über einen Einlasskrümmer 200 zugeführt werden. Eine Lufteinlassleitung 205 führt dem Einlasskrümmer 200 Umgebungsluft zu. In anderen Ausführungsformen kann eine Drosselklappe 330 gewählt werden, um den Luftstrom zum Einlasskrümmer 200 zu regeln. In weiteren Ausführungsformen wird ein System für komprimierte Luft wie beispielsweise ein Turbolader 230 mit einem Kompressor 240 eingesetzt, der sich mittels einer Turboladerwelle 245 zusammen mit einer Turbine 250 dreht.
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Der ICE 110 ist ferner auf herkömmliche Weise mit einem Schmierkreislauf 255 versehen, der in 4 nur teilweise zu sehen ist.
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Der Schmierkreislauf 255 umfasst gewöhnlich eine durch den Verbrennungsmotor 110 angetriebene Ölpumpe 256, die Schmieröl von einer Wanne 257 ansaugt und es unter Druck durch einen Hauptölkanal befördert, der im Motorblock 120 des ICE 110 ausgebildet ist.
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Der Hauptölkanal ist über jeweilige Rohre mit einer Vielzahl von Austrittöffnungen zum Schmieren der Kurbelwellenlager (Hauptlager und Pleuelfußlager), Nockenwellenlager, Betätigungsventile, Stößel und dergleichen verbunden.
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Der Schmierkreislauf 255 umfasst ferner eine Zufuhrleitung 258, die den Hauptölkanal des Motorblocks 120 mit dem Turbolader 230 hydraulisch verbindet, um die Lager 246 der rotierenden Turboladerwelle 245 zu schmieren, die den Kompressor 240 mit der Turbine 250 des Turboladers 230 verbindet.
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Die Drehung des Kompressors 240 erhöht den Druck und die Temperatur der Luft in der Leitung 205 und dem Einlasskrümmer 200.
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Ein in der Leitung 205 enthaltender Intercooler 260 (siehe 1) kann die Temperatur der Luft reduzieren. Die Turbine 250 dreht sich beim Einströmen der von einem Auslasskrümmer 225 kommenden Abgase, der Abgas vom Auslass 220 durch eine Serie von Leitschaufeln leitet, bevor es durch die Turbine 250 expandiert wird. Die Abgase verlassen die Turbine 250 und werden zu einem Abgasnachbehandlungssystem 270 geführt. Dieses Beispiel zeigt eine Turbine mit variabler Geometrie (VGT) 250 mit einem VGT-Aktuator 290, der ausgebildet, ist, um die Leitschaufeln bzw. Flügel zu bewegen, damit die Flügel das Strömen des Abgases durch die Turbine ändern. In anderen Ausführungsformen kann der Turbolader eine feste Geometrie mit einem Wastegate haben.
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Das Abgasnachbehandlungssystem 270 kann ein Abgasrohr 275 aufweisen, das eine oder mehrere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 280 hat. Abgasnachbehandlungsvorrichtungen können beliebige Vorrichtungen sein, mit denen die Zusammensetzung der Abgase geändert werden kann. Einige Beispiele von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 280 sind katalytische (Zwei- und Drei-Wege-)Konverter, Oxidationskatalysatoren (d. h. Dieseloxidationskatalysatoren, DOC) oder NOx-Fallen für den Magerbetrieb (lean NOx traps, LNT), Partikelfilter (d. h. Dieselpartikelfilter, DPF) und Systeme für die selektive katalytische Reduktion (SCR). Andere Ausführungsformen umfassen ein Abgasrückführungssystem (EGR) 300, das mit dem Auslasskrümmer 225 und dem Einlasskrümmer 200 verbunden ist. Das EGR-System 300 kann einen EGR-Kühler 310 aufweisen, um die Temperatur der Abgase im EGR-System 300 zu reduzieren. Ein EGR-Ventil 320 regelt den Fluss der Abgase im EGR-System 300.
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Das Kraftfahrzeug 100 kann weiterhin ein elektronisches Steuergerät (ECM) 450 aufweisen, das dazu konfiguriert ist, Signale von oder nach verschiedenen, mit dem ICE 110 verbundenen Sensoren und/oder Geräten zu senden bzw. zu empfangen. Das ECM 450 kann Eingangssignale von verschiedenen Sensoren empfangen, die dafür ausgelegt sind, die Signale zu erzeugen, die proportional zu verschiedenen physikalischen Parametern in Zusammenhang mit dem ICE 110 sind. Die Sensoren umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, einen Massenfluss-, Druck- und Temperatursensor 340 für die Luft, einen Druck- und Temperatursensor 350 für den Krümmer, einen Sensor 360 für den Druck im Verbrennungsraum, Sensoren 380 für die Kühlflüssigkeits- und die Öltemperatur und/oder den zugehörigen Füllstand, einen Drucksensor 400 für den Kraftstoff, einen Nockenwellenpositionssensor 410, einen Kurbelwellenpositionssensor 420, Sensoren 430 für den Druck und die Temperatur der Abgase, einen EGR-Temperatursensor 440 sowie einen Positionssensor 445 für das Gaspedal. Weiterhin kann das ECM 450 an verschiedene Steuergeräte Ausgangssignale ausgeben, um den Betrieb des ICE 110 zu steuern, beispielsweise an Kraftstoffinjektoren 160, an die Drossel 330, an das EGR-Ventil 320, an den Wastegate-Aktuator 290 und an das Nockenwellenverstellsystem 155. Es ist anzumerken, dass gestrichelte Linien benutzt werden, um verschiedene Verbindungen zwischen den verschiedenen Sensoren, Vorrichtungen und dem ECM 450 anzudeuten, wobei aber andere zu Zwecken der Klarheit weggelassen sind.
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Das Steuergerät 450 kann eine mit einem Speichersystem und einem Bussystem datenverbundene digitale Mikroprozessoreinheit (CPU) besitzen. Die CPU ist ausgebildet, Befehle, die als ein in dem Speichersystem 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. Der Datenbus kann dafür ausgelegt sein, analoge und/oder digitale Signale an die verschiedenen Sensoren und Steuervorrichtungen zu senden, von diesen zu empfangen und diese Signale zu modulieren. 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 den ICE 110 steuern kann. Das im Speichermedium abgelegte Programm wird dem Steuergerät von außen kabelgebunden oder per Funk zugeführt. Außerhalb des Kraftfahrzeugs 100 tritt es regelmäßigerweise auf einem Computerprogrammprodukt in Erscheinung, welches auch als computer- oder maschinenlesbares Medium bezeichnet wird, und das als ein Computerprogrammcode auf einem Träger verstanden werden soll. Der Träger kann dabei flüchtiger oder nicht-flüchtiger Natur sein mit der Folge, dass man auch von einer flüchtigen oder nicht-flüchtigen Natur des Computerprogrammprodukts sprechen kann. Ein Beispiel für ein flüchtiges Computerprogrammprodukt ist ein Signal, bspw. ein elektromagnetisches Signal wie ein optisches Signal, das ein flüchtiger Träger für den Computerprogrammcode ist. Das Tragen des Computerprogrammcodes kann durch Modulieren des Signals mit einem konventionellen Modulationsverfahren wie QPSK für digitale Daten erreicht werden, so dass binäre Daten, die den Computerprogrammcode repräsentieren, dem flüchtigen elektromagnetischen Signal aufgeprägt sind. Solche Signale werden zum Beispiel benutzt, wenn ein Computerprogrammcode kabellos über eine WiFi-Verbindung zu einem Laptop übertragen wird.
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Im Fall eines nicht-flüchtigen Computerprogrammprodukts ist ein Computerprogrammcode in einem substratgebundenen Speichermedium verkörpert. Das Speichermedium ist dann der oben genannte nicht-flüchtige Träger, so dass der Computerprogrammcode permanent oder nicht-permanent auf abrufbare Weise in oder auf dem Speichermedium abgelegt ist. Das Speichermedium kann konventioneller Art sein, wie es im Bereich der Computertechnologie bekannt ist, bspw. ein flash memory, ein Asic, eine CD und dergleichen.
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Anstelle eines Motorsteuergeräts 450 kann das Kraftfahrzeug 100 eine andere Art von Prozessor haben, um die elektronische Logik bereitzustellen, bspw. ein eingebettetes Steuergerät (engl. embedded controller), einen Bordcomputer oder jede andere Art von Prozessor, die in einem Fahrzeug verwendet werden kann.
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Wie dies in 3 dargestellt ist, ist der ICE 110 mit der vorderen Antriebsachse 101 und/oder der hinteren Antriebsachse 103 über ein Getriebe 550 und eine Kupplung 555 verbunden, die das Getriebe 550 mit der Kurbelwelle 145 verbindet.
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Darüber hinaus kann ein Differenzialgetriebe 551 das Getriebe 550 mit der vorderen und/oder hinteren Antriebsachse 101, 103 verbinden. Auf diese Weise kann die Drehung der Kurbelwelle 145 des Motors auf die Räder 102 der vorderen und/oder hinteren Antriebsachse 101, 103 und umgekehrt übertragen werden.
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Das Getriebe 550 (auch Schaltung genannt) ist eine mechanische Vorrichtung, die mehrere Gänge umfasst, die jeweils ein unterschiedliches Übersetzungsverhältnis definieren. Das Getriebe kann betätigt werden, indem einer dieser unterschiedlichen Gänge eingelegt wird, wodurch das Übersetzungsverhältnis zwischen der Kurbelwelle 145 des Motors und den Rädern 102 verändert wird (d. h. geschaltet wird). Das Getriebe 550 kann durch den Lenker manuell mithilfe eines Schalthebels betätigt werden. In anderen Ausführungsformen kann das Getriebe 550 mithilfe eines elektrischen Aktuators betätigt werden. In diesem Fall kann das Getriebe 550 immer noch durch den Lenker gesteuert werden, oder es kann automatisch durch das ECM 450 gesteuert werden.
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Die Kupplung 555 ist eine mechanische Vorrichtung, die dazu dient, die Kurbelwelle 145 des Motors selektiv mit dem Getriebe 550 zu verbinden bzw. davon zu lösen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Kupplung 555 eine elektrisch betätigte Kupplung (E-Kupplung), wobei sie eine mit der Kurbelwelle 145 verbundene Kupplungsscheibe 560 und eine mit einer Getriebewelle 580 des Getriebes 550 verbundene Druckplatte 570 aufweisen kann. Die Druckplatte 570 ist mit einem Aktuator 590 verbunden, bei dem es sich um einen elektrischen Aktuator oder einen Hydraulikzylinder handeln kann, und zwar über einen Hebel (nicht dargestellt) und eine Kompressionsfeder 610, die gewöhnlich die Druckplatte 570 gegen die Kupplungsscheibe 560 drückt.
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Der Aktuator 590 der Kupplung 555 kann automatisch durch das ECM 450 des Kraftfahrzeugs 100 oder auf Basis der Position eines Kupplungspedals 565 gesteuert werden, das durch den Lenker von einer losgelassenen Position in eine niedergedrückte Position bewegt werden kann. Wenn der Lenker in letzterem Fall das Kupplungspedal 565 in die niedergedrückte Position bewegt, betätigt das ECM 450 den Aktuator 590, der die Druckplatte 570 von der Kupplungsscheibe 560 wegbewegt, wobei die von der Feder 610 ausgeübte Kraft überwunden wird, so dass die Kupplung 555 ausgerückt ist. Wenn der Lenker hingegen das Kupplungspedal 565 loslässt, deaktiviert das ECM 450 den Aktuator 590, und die von der Feder 610 ausgeübte Kraft bewegt die Druckplatte, so das sie sich in Kontakt mit der Kupplungsscheibe 560 befindet, und die Kupplung 555 ist eingerückt. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das ECM 450 dafür ausgelegt, den ICE 110 gemäß einer Start-Stopp-Segelstrategie zu betreiben, wenn vorbestimmte Bedingungen zur Aktivierung des Segelmodus erfüllt sind.
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Wenn die vorbestimmten Bedingungen zur Aktivierung des Segelmodus erfüllt sind (Block S1 von 5), bewegt das ECM 450 insbesondere zuerst die Kupplung 555 in eine ausgerückte Position (Block S2), in der die Kurbelwelle 145 vom Getriebe 550 getrennt ist, so dass sich das Kraftfahrzeug 100 aufgrund der Trägheit bewegt.
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Anschließend überwacht das ECM 450 (Block S3) einen Parameter, der eine Drehgeschwindigkeit des Turboladers 230 anzeigt, insbesondere der Turbine 250, des Kompressors 240 und der Turboladerwelle 245.
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Wenn der Wert des überwachten Parameters höher als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, betreibt das ECM 450 den ICE 110 im Leerlauf (Block S4).
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Gemäß dieser Ausführungsform kann der vorbestimmte Schwellenwert als Kalibrationsparameter bestimmt und im Speichersystem gespeichert werden.
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Der vorbestimmte Schwellenwert kann einen unkritischen Wert der Drehgeschwindigkeit des Turboladers 230, insbesondere der Turbine 250, des Kompressors 240 und der Turboladerwelle 245 anzeigen, der zum Beispiel gleich 100.000 UpM ist.
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Die Leerlaufdrehzahl kann als jene Drehgeschwindigkeit des Motors (d. h. Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 145) eingestellt werden, bei welcher der ICE 110 ausreichend Leistung erzeugt, so dass dieser angemessen rund laufen und seine Nebeneinrichtungen betreiben kann (wie z. B. die Ölpumpe 256), die jedoch gewöhnlich nicht ausreicht, um Nutzarbeit zu leisten, wie z. B. das Kraftfahrzeug 100 zu bewegen. Gemäß dieser Ausführungsform kann die Leerlaufdrehzahl als Kalibrations-Geschwindigkeitswert bestimmt und im Speichersystem gespeichert werden.
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Während der ICE 110 im Leerlauf läuft, wird die Ölpumpe 256 durch den ICE 110 angetrieben und saugt das Schmieröl von der Wanne 257 und befördert es unter Druck durch die Zufuhrleitung 258 zum Turbolader 230, wodurch die Lager 246 der rotierenden Turboladerwelle 245, die den Kompressor 240 mit der Turbine 250 des Turboladers 230 verbindet, geschmiert und gekühlt werden.
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Während die Start-Stopp-Segelstrategie aktiviert ist, überwacht das ECM 450 weiterhin (Block S3) den Parameter, der die Drehgeschwindigkeit anzeigt, und sobald der Drehgeschwindigkeitswert des Turboladers 230 niedriger als der vorbestimmte Schwellenwert (oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert) wird, schaltet das ECM 450 den ICE 110 ab (Block S5), um den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen zu senken.
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Wenn der ICE 110 abgeschaltet ist, ist auch die Ölpumpe 256 abgeschaltet und liefert kein Schmiermittel mehr zum Turbolader 230. Die Turbine 250, die Turboladerwelle 245 und der Kompressor 240 drehen sich noch weiter, doch die niedrigere (und sinkende) Drehgeschwindigkeit reicht nicht aus, um eine große Menge an Wärme zu erzeugen.
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Wenn die Bedingungen zur Aktivierung des Segelmodus nicht mehr erfüllt sind, wenn der Lenker zum Beispiel das Gaspedal 446 des Kraftfahrzeugs 100 drückt, führt das ECM 450 eine Strategie zum Verlassen des Segelmodus aus.
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Die Strategie zum Verlassen des Segelmodus kann insbesondere vorsehen, dass das ECM 450 den Kraftstoffinjektor 160 veranlasst, Kraftstoff in den Verbrennungsraum 150 einzuspritzen, um den ICE 110 anzulassen.
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Gleichzeitig bewegt das ECM 450 die Kupplung 555 in eine eingerückte Position, in der die Kurbelwelle 145 mit dem Getriebe 550 verbunden ist.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Parameter, der die Drehgeschwindigkeit des Turboladers 230 anzeigt, ein Motordrehmoment sein, und der vorbestimmte Schwellenwert des Motordrehmoments kann auf Basis der Motordrehzahl (d. h. der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 145) bestimmt werden.
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Wie dies in 6 dargestellt ist, sinkt insbesondere der vorbestimmte Schwellenwert des Motordrehmoments (durch eine gestrichelte Kurve im Motordrehzahl-Motordrehmoment-Diagramm von 6 dargestellt), wenn die Motordrehzahl steigt.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann der Parameter, der die Drehgeschwindigkeit des Turboladers 230 anzeigt, die Motordrehzahl (d. h. die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 145) sein, und der vorbestimmte Schwellenwert der Motordrehzahl kann auf Basis des Motordrehmoments bestimmt werden.
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In diesem Fall würde die gestrichelte Kurve von 6 die Änderung des vorbestimmten Schwellenwerts der Motordrehzahl gegenüber dem Motordrehmoment anzeigen.
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Anders ausgedrückt wird in den beiden Ausführungsformen der Erfindung eine Kurve definiert (die gestrichelte Kurve in 6), die das Diagramm in zwei Bereiche unterteilt, wobei in einem ersten Bereich A (z. B. im oberen Bereich) alle Motorbetriebspunkte angeordnet sind, die zu einer Drehgeschwindigkeit des Turboladers 230 führen, die höher als der unkritische Wert (d. h. 100.000 UpM) ist, während in einem zweiten Bereich B (z. B. im unteren Bereich) alle Motorbetriebspunkte angeordnet sind, die zu einer Drehgeschwindigkeit des Turboladers 230 führen, die niedriger als der unkritische Wert ist.
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Wenn sich daher der überwachte Motorbetriebspunkt im ersten Bereich A des Diagramms befindet, betreibt oder hält das ECM 450 den ICE 110 im Leerlauf, und sobald der Motorbetriebspunkt in den zweiten Bereich B des Diagramms gelangt, schaltet das ECM 450 den ICE 110 ab.
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In der vorstehenden Zusammenfassung und genauen Beschreibung wurde wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform vorgestellt; es sollte jedoch beachtet werden, dass es eine große Anzahl von Abänderungsmöglichkeiten gibt. Es sollte auch beachtet werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu dienen, den Schutzumfang, die Anwendbarkeit oder den Aufbau in welcher Weise auch immer einzuschränken. Vielmehr wird die vorstehende Zusammenfassung und genaue Beschreibung dem Fachmann eine praktische Anleitung zur Umsetzung von wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform bieten, wobei es sich von selbst versteht, dass verschiedene Abänderungen bei den Funktionen und Anordnungen der anhand einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang zu verlassen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen und ihren rechtlichen Äquivalenten definiert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Kraftfahrzeug
- 110
- Verbrennungsmotor
- 120
- Motorblock
- 125
- Zylinder
- 130
- Zylinderkopf
- 135
- Nockenwelle
- 140
- Kolben
- 145
- Kurbelwelle
- 150
- Verbrennungsraum
- 155
- Nockenwellenverstellsystem
- 160
- Kraftstoffinjektor
- 165
- Kraftstoffeinspritzsystem
- 170
- Kraftstoffrohr
- 180
- Kraftstoffpumpe
- 190
- Kraftstoffquelle
- 200
- Einlasskrümmer
- 205
- Lufteinlassleitung
- 210
- Einlass
- 215
- Ventile
- 220
- Auslass
- 225
- Auslasskrümmer
- 230
- Turbolader
- 240
- Kompressor
- 245
- Turboladerwelle
- 246
- Lager
- 250
- Turbine
- 255
- Schmierkreislauf
- 256
- Ölpumpe
- 257
- Wanne
- 258
- Zufuhrleitung
- 260
- Intercooler
- 270
- Abgasnachbehandlungssystem
- 275
- Abgasrohr
- 280
- Nachbehandlungsvorrichtungen
- 290
- VGT
- 300
- Abgasrückführungssystem (EGR)
- 310
- EGR-Kühler
- 320
- EGR-Ventil
- 330
- Drosselklappe
- 340
- Sensor für Luftmassenfluss, -druck, -temperatur und -feuchtigkeit
- 350
- Sensor für Krümmerdruck und -temperatur
- 360
- Verbrennungsdrucksensor
- 380
- Sensoren für Kühlflüssigkeitstemperatur und den zugehörigen Füllstand
- 400
- digitaler Kraftstoffleistendrucksensor
- 410
- Nockenwellenpositionssensor
- 420
- Kurbelwellenpositionssensor
- 430
- Sensoren für Druck und Temperatur der Abgase
- 440
- EGR-Temperatursensor
- 445
- Gaspedalpositionssensor
- 446
- Gaspedal
- 450
- elektronisches Steuergerät (ECM)
- 550
- Getriebe
- 551
- Differenzialgetriebe
- 555
- Kupplung
- 560
- Kupplungsscheibe
- 565
- Kupplungspedal
- 570
- Druckplatte
- 580
- Getriebewelle
- 590
- Aktuator
- 595
- Kompressionsfeder
- S1
- Block
- S2
- Block
- S3
- Block
- S4
- Block
- S5
- Block
- A
- erster Bereich
- B
- zweiter Bereich
