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Die
Erfindung betrifft eine Startsteuervorrichtung und ein Startsteuerverfahren
für eine
Fahrzeug-Brennkraftmaschine
und bezieht sich insbesondere auf einen Steuerablauf beim Starten
einer Brennkraftmaschine im Betrieb eines Fahrzeugs bzw. Kraftfahrzeugs
sowie auf eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung und ein Kraftstoffeinspritz-Steuerverfahren
für eine
Brennkraftmaschine.
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Ein
Hybridfahrzeug des Standes der Technik umfasst meist (a) einen Antriebs-Elektromotor,
der ein Fahrzeug durch Radantrieb antreibt, (b) eine Brennkraftmaschine,
die das Fahrzeug durch Radantrieb über einen Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
antreibt, und (c) einen Starter-Elektromotor, der die Brennkraftmaschine
zum Starten in Drehung versetzt. Aus der japanischen Patent-Offenlegungsschrift
2000-71 815 ist z.B. ein derartiges Hybridfahrzeug bekannt, bei
dem der Antriebs-Elektromotor (Motor 4) über einen Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
(Kupplung 3) mit einer Brennkraftmaschine (Maschine 2) verbunden
ist. Wenn eine Anforderung zum Starten der Brennkraftmaschine in
einem Betriebszustand des Fahrzeugs abgegeben wird, bei dem die
Kraftübertragung
durch den Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
unterbrochen und die Brennkraftmaschine abgestellt sind, wird die
Brennkraftmaschine durch einen mit Hilfe des Starter-Elektromotors
(Motor 1) erfolgenden Andreh- oder Anlassvorgang und eine entsprechende
Kraftstoffzufuhr gestartet. Nach dem Starten der Brennkraftmaschine
wird der Starter-Elektromotor dann dahingehend gesteuert, dass die
Eingangsdrehzahl und die Ausgangsdrehzahl des Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
im wesentlichen synchron werden. Nach Vorliegen einer weitgehenden
Synchronisation der Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl des
Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
wird dann die Kraftübertragung über den
Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
wieder hergestellt und die über
den Starter-Elektromotor erfolgende Synchronisationssteuerung der
Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl beendet. Hierdurch wird die Ausgangsleistung
der Brennkraftmaschine zum Antrieb des Fahrzeugs auf die Antriebsräder übertragen.
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Die
Zuführung
von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine zu deren Start vor der
Herstellung der Kraftübertragung über den
Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
verursacht jedoch einen eigentlich unnötigen Kraftstoffverbrauch,
der nicht zum Antrieb des Fahrzeugs beiträgt, sodass der Kraftstoff-Nutzwirkungsgrad
nicht sehr hoch ist, wobei darüber
hinaus durch diesen unnötigen
Kraftstoffverbrauch entsprechende Abgasemissionen verursacht werden.
Weiterhin wird eine Synchronisationssteuerung durchgeführt, während sich
die Brennkraftmaschine in Betrieb befindet, was zu weiteren Problemen
führt,
die im wesentlichen darin bestehen, dass die über den Starter-Elektromotor
erfolgende Drehzahlsteuerung auf Grund von Drehzahlschwankungen
der Brennkraftmaschine mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden
ist und demzufolge bis zum Erreichen der Synchronisation eine längere Zeitdauer vergehen
kann, wodurch sich der unnötige
Kraftstoffverbrauch weiter erhöht.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, den vor der Herstellung
der Kraftübertragung
durch den Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
in Verbindung mit dem Starten einer Brennkraftmaschine im Betrieb
des Fahrzeugs auftretenden unnötigen
Kraftstoffverbrauch und die damit verbundenen Abgasemissionen minimal
zu halten.
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Zur
Lösung
dieser und weiterer Aufgaben umfasst die erfindungsgemäße Startsteuervorrichtung
(a) eine Brennkraftmaschine, die ein Fahrzeug durch Radantrieb über einen
Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
antreibt, (b) einen Starter-Elektromotor, der die Brennkraftmaschine
zum Starten in Drehung versetzt, und (c) eine Steuereinheit, die
folgendermaßen
arbeitet:
Wenn eine Anforderung zum Starten der Brennkraftmaschine
im Betrieb des Fahrzeugs bei einem Maschinenstillstandszustand auftritt,
bei dem die Kraftübertragung über den
Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
unterbrochen und die Brennkraftmaschine abgestellt sind, versetzt
die Steuereinheit die Brennkraftmaschine unter Verwendung des Starter-Elektromotors
ohne Herbeiführung
von Verbrennungsvorgängen
in der Brennkraftmaschine in Drehung. Außerdem führt die Steuereinheit eine
derartige Steuerung des Starter-Elektromotors herbei, dass die Eingangsdrehzahl
und die Ausgangsdrehzahl des Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
im wesentlichen synchron werden. Weiterhin führt die Steuereinheit eine
Steuerung zur Herbeiführung
von selbständigen
Umdrehungen der Brennkraftmaschine auf der Basis von Verbrennungsvorgängen durch
Zuführung
von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine durch, nachdem die Eingangsdrehzahl
und die Ausgangsdrehzahl des Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
im wesentlichen synchron geworden und die Kraftübertragung über den Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
hergestellt sind.
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Die
erfindungsgemäße Lösung der
vorstehenden und weiterer Aufgaben umfasst darüber hinaus ein Steuerverfahren
bei einer Startsteuervorrichtung für eine Fahrzeug-Brennkraftmaschine
mit einer Brennkraftmaschine, die ein Fahrzeug durch Radantrieb über einen
Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
antreibt, und einem Starter-Elektromotor, der die Brennkraftmaschine
zum Starten in Drehung versetzt.
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Das
Steuerverfahren umfasst hierbei den Verfahrensschritt, dass die
Brennkraftmaschine unter Verwendung des Starter-Elektromotors ohne
Herbeiführung
von Verbrennungsvorgängen
in der Brennkraftmaschine in Drehung versetzt wird, wenn eine Anforderung
zum Starten der Brennkraftmaschine im Betrieb des Fahrzeugs bei
einem Maschinenstillstandszustand auftritt, bei dem die Kraftübertragung durch
den Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
unterbrochen und die Brennkraftmaschine abgestellt sind.
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Außerdem wird
bei diesem Steuerverfahren der Starter-Elektromotor dahingehend gesteuert, dass
die Eingangsdrehzahl und die Ausgangsdrehzahl des Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
im wesentlichen synchron werden.
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Sodann
werden bei diesem Steuerverfahren die Kraftübertragung über den Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
wieder hergestellt und selbständige
Umdrehungen der Brennkraftmaschine auf der Basis von Verbrennungsvorgängen durch
Zuführung
von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine herbeigeführt.
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Wenn
somit im Betrieb des Fahrzeugs bei einem Maschinenstillstandszustand,
bei dem die Kraftübertragung über den
Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
unterbrochen und die Brennkraftmaschine abgestellt sind, eine Anforderung
zum Starten der Brennkraftmaschine auftritt, werden gemäß der vorstehend
beschriebenen Startsteuervorrichtung für eine Fahrzeug-Brennkraftmaschine
und deren Steuerverfahren die Brennkraftmaschine unter Verwendung
des Starter-Elektromotors ohne Herbeiführung von Verbrennungsvorgängen in
der Brennkraftmaschine in Drehung versetzt und der Starter-Elektromotor
dahingehend gesteuert, dass die Eingangsdrehzahl und die Ausgangsdrehzahl
des Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
im wesentlichen synchron werden. Nachdem die Eingangsdrehzahl und
die Ausgangsdrehzahl des Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
im wesentlichen synchron geworden und die Kraftübertragung über den Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
hergestellt worden sind, d.h., nachdem die Brennkraftmaschine über den
Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
mit den Antriebsrädern
verbunden ist, werden selbständige
Umdrehungen der Brennkraftmaschine auf der Basis von Verbrennungsvorgängen durch
Zuführung
von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine herbeigeführt. Auf
diese Weise wird das Auftreten der vorstehend beschriebenen Probleme
vermieden, die mit einem zum Antrieb des Fahrzeugs nicht beitragenden
und damit unnötigen
Kraftstoffverbrauch und der hierdurch verursachten Abgasemission
in Verbindung stehen.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Anforderung zum Starten
der Brennkraftmaschine nur abgegeben werden, wenn die Drehzahl der
Brennkraftmaschine bei im wesentlichen synchroner Eingangsdrehzahl
und Ausgangsdrehzahl des Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
zumindest einer eine vollständige
Verbrennung ermöglichenden
Minimaldrehzahl der Brennkraftmaschine entspricht.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann eine Ausgestaltung in Betracht gezogen werden,
bei der die Steuereinheit bei Auftreten der Anforderung zum Starten
der Brennkraftmaschine die Brennkraftmaschine unter Verwendung des Starter-Elektromotors
ohne Herbeiführung
von Verbrennungsvorgängen
in der Brennkraftmaschine nur dann in Drehung versetzt, wenn die
Ausgangsdrehzahl des Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
höchstens
einer vorgegebenen Drehzahl entspricht, und selbständige Umdrehungen
der Brennkraftmaschine auf der Basis von Verbrennungsvorgängen durch
Zuführung
von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine erst nach Herstellung der
Kraftübertragung über den
Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
herbeiführt.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Steuereinheit den
Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
in Eingriff bringen und selbständige
Umdrehungen der Brennkraftmaschine auf der Basis von Verbrennungsvorgängen durch
Zuführung
von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine herbeiführen, wenn die Drehzahl der
Brennkraftmaschine zumindest einer vorgegebenen Brennkraftmaschinen-Drehzahl
entspricht.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Steuereinheit bei
einer über
einer vorgegebenen Drehzahl liegenden Ausgangsdrehzahl des Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
selbständige
Umdrehungen der Brennkraftmaschine auf der Basis von Verbrennungsvorgängen durch
Zuführung
von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine herbeiführen, bevor die Kraftübertragung über den
Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
hergestellt ist.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Steuereinheit das
Ausgangsdrehmoment des Starter-Elektromotors
im wesentlichen auf den Wert Null einstellen, nachdem die Brennkraftmaschine
selbständig
Umdrehungen ausführt,
die Zuführung
von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine derart steuern, dass die
Drehzahl der Brennkraftmaschine im wesentlichen mit der Ausgangsdrehzahl des
Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
synchron wird, und sodann den Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
in Eingriff bringen, nachdem die Eingangsdrehzahl und die Ausgangsdrehzahl
des Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
im wesentlichen synchron geworden sind.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Startsteuervorrichtung
für eine Fahrzeug-Brennkraftmaschine
darüber
hinaus einen Antriebs-Elektromotor
umfassen, der das Fahrzeug durch Radantrieb antreibt, wobei der
Antrieb des Fahrzeugs bei abgestellter Brennkraftmaschine über den
Antriebs-Elektromotor
erfolgt und das Fahrzeug durch Inbetriebnahme nur der Brennkraftmaschine oder
durch gemeinsame Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine und des Antriebs-Elektromotors
angetrieben wird, nachdem sich der Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
im Eingriff befindet.
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Weitere
Zielsetzungen, Merkmale, Vorteile sowie technische und industrielle
Verwendungsmöglichkeiten
der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung
von bevorzugten Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen erfolgt. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung, die den Aufbau eines erfindungsgemäßen Antriebssteuersystems
eines Hybridfahrzeugs veranschaulicht,
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2 eine
schematische Darstellung eines Kraftübertragungssystems des Hybrid-Antriebssteuersystems
gemäß 1,
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3 eine
schematische Darstellung eines Teils eines hydraulischen Steuerkreises
gemäß 1,
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4 eine
schematische Darstellung von Beziehungen zwischen verschiedenen
Betriebsarten des Hybrid-Antriebssteuersystems und Betriebszuständen von
Kupplungen und einer Bremsanlage,
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5a eine
Drehzahlbeziehung bei Drehelementen einer Planetengetriebeeinheit
in einem ETC-Modus,
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5b eine
Drehzahlbeziehung bei Drehelementen der Planetengetriebeeinheit
in einem Verriegelungsmodus,
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5c eine
Drehzahlbeziehung bei Drehelementen der Planetengetriebeeinheit
in einem Motorbetriebsmodus,
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6 ein
Ablaufdiagramm, das den Betriebsablauf bei dem Hybrid-Antriebssteuersystem veranschaulicht,
wenn eine Anforderung zum Starten der Brennkraftmaschine während einer
Vorwärtsfahrt des
Fahrzeugs in einem Maschinenstillstandszustand abgegeben wird,
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7a ein
Diagramm eines Synchronisationssteuervorgangs zum Angleichen der
Maschinendrehzahl Ne an eine Antriebswellendrehzahl Nin, und
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7b ein
Diagramm eines weiteren Synchronisationssteuervorgangs zum Angleichen
der Maschinendrehzahl Ne an die Antriebswellendrehzahl Nin.
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Detaillierte
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die zugehörigen
Zeichnungen in größeren Einzelheiten beschrieben.
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Die
Erfindung kann bei verschiedenen Fahrzeugsteuerungen eingesetzt
werden, wie z.B. bei einer Steuerung, bei der eine Brennkraftmaschine
abgestellt und sodann im Verlauf einer Fahrt des Fahrzeugs unter
vorgegebenen Bedingungen wieder gestartet wird. Die Erfindung eignet
sich z.B. für
eine Verwendung bei einem Hybridfahrzeug mit (a) einem Antriebs-Elektromotor,
der das Fahrzeug durch Radantrieb antreibt (und von einem Motor-Generator
gebildet werden kann, der auch als elektrischer Generator verwendbar
ist), (b) einer Brennkraftmaschine, die das Fahrzeug durch Radantrieb über einen
Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
antreibt, und (c) einem Starter-Elektromotor, der die Brennkraftmaschine
zum Starten in Drehung versetzt. Hierbei wird die Fahrzeugbetriebsart
von einem Motorbetriebsmodus, bei dem nur der Antriebs-Elektromotor als
Antriebsquelle Verwendung findet, (Maschinenstillstandsmodus) auf
einen Maschinenbetriebsmodus umgeschaltet, bei dem die Brennkraftmaschine
und der Antriebs-Elektromotor oder lediglich die Brennkraftmaschine
als jeweilige Antriebsquellen Verwendung finden. Der Brennkraftmaschinen-Stillstandsmodus
kann hierbei ein regenerativer Bremsbetrieb sein, bei dem eine regenerative
Generatorsteuerung zur gleichzeitigen Aufladung einer Batterie und
Aufbringung einer Bremskraft auf das Fahrzeug durchgeführt wird.
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Der
Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
dient zur Herstellung und Unterbrechung der Kraftübertragung,
wobei sich eine hydraulische oder elektromagnetische Reibungskupplung
oder eine reibschlüssige
Bremse für
einen solchen Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
eignen. Außerdem
kann auch z.B. die Verwendung einer Klauen- oder Zahnkupplung mit
einem Synchronisationsmechanismus in Betracht gezogen werden. Bei einem
Hybridfahrzeug kann dieser Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
z.B. einen Koppel-/Verteilungsmechanismus wie eine Planetengetriebeeinheit
oder dergleichen umfassen.
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Bei
einem Hybridfahrzeug können
somit z.B. (a) eine Planetengetriebeeinheit eines Doppel-Einspurgetriebetyps,
deren Sonnenrad mit der Brennkraftmaschine und deren Steg mit einem
(dem Antriebs-Elektromotor entsprechenden) Motor-Generator verbunden
sind, (b) eine erste Bremse zur Kopplung eines innenverzahnten Hohlrades
der Planetengetriebeeinheit mit einem Gehäuse, (c) eine erste Kupplung
zur Verbindung des Stegs mit einem radseitigen Getriebe und (d)
eine zweite Kupplung zur Verbindung des Hohlrades mit dem Getriebe
vorgesehen sein.
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Hierbei
wird ein Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
von der Planetengetriebeeinheit, der ersten Kupplung, der zweiten
Kupplung und der ersten Bremse gebildet, wobei sich diese Elemente
in Abhängigkeit
von der Fahrzeugbetriebsart verändern
können.
So wird z.B. die Betriebsart von einem Motorbetriebsmodus (Maschinenstillstandsmodus
bzw. Maschinenabstellmodus), bei dem die erste Kupplung eingerückt und
die zweite Kupplung und die erste Bremse ausgerückt bzw. freigegeben und das
Fahrzeug von dem Motor-Generator angetrieben wird, auf einen Maschinenbetriebsmodus
umgeschaltet, bei dem die erste Kupplung und die zweite Kupplung
eingekuppelt und die erste Bremse freigegeben ist und das Fahrzeug
somit von der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Während des
Motorbetriebsmodus ist die Kraftübertragung zwischen
der Brennkraftmaschine und den Rädern unterbrochen,
da die zweite Kupplung und die erste Bremse ausgerückt bzw.
freigegeben sind.
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Die
Synchronisation des Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
bezieht sich hierbei nicht lediglich auf einen Fall, bei dem die
Eingangs- und Ausgangsdrehzahlen des Mechanismus gleich sind bzw.
angeglichen werden, sondern betrifft auch den Fall, dass die Drehzahl
des Hohlrades nach einem Starten der Brennkraftmaschine bei einem
Betriebsübergang
vom Maschinenstillstandsmodus auf einen Maschinenbetriebsmodus im
wesentlichen den Wert Null annimmt. Hierbei ist die erste Kupplung
eingekuppelt, während
die erste Bremse und die zweite Kupplung ausgerückt und die Brennkraftmaschine abgestellt
sind, wobei die Steuerung auf einen Maschinenbetriebsmodus übergeht,
bei dem die erste Kupplung und die erste Bremse eingerückt und
die zweite Kupplung ausgerückt
sind und das Fahrzeug von der Brennkraftmaschine in Rückwärtsrichtung angetrieben
wird. In einem solchen Zustand, bei dem keine Drehbewegung des Hohlrades
vorliegt, kann die erste Bremse in Eingriff gebracht werden. Hierbei sind
die Eingangsdrehzahl des Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus,
d.h. die Drehzahl der Brennkraftmaschine, und die Ausgangsdrehzahl
des Mechanismus, d.h. die Eingangsdrehzahl des Getriebes oder dergleichen,
nicht gleich, sodass die Synchronisation des Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
auch den Fall einschließt,
dass die Eingangs- und Ausgangsdrehzahlen verschieden sind. Wenn
jedoch ein Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
anderer Art wie z.B. ein von einer einzigen Kupplung gebildeter üblicher
Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
in Betracht gezogen wird, sind die Eingangs- und Ausgangsdrehzahlen
des Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
bei vorliegender Synchronisation gleich.
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Der
Starter-Elektromotor kann ausschließlich zum Anlassen, d.h. zum
Andrehen der Brennkraftmaschine zu deren Start eingesetzt werden
oder auch zur Betätigung
von anderen Elementen wie Zubehörgeräten und
dergleichen dienen. Ferner kann der Starter-Elektromotor von einem Motor-Generator gebildet
werden, der gleichzeitig auch als elektrischer Generator dient.
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Eine
Anforderung zum Starten der Brennkraftmaschine wird z.B. abgegeben,
wenn das Fahrzeug unter Verwendung der Brennkraftmaschine als Antriebsquelle
angetrieben werden soll, die Fahrzeuggeschwindigkeit oder die Fahrpedalbetätigung vorgegebene
Werte erreicht oder überschreitet
oder die Ladungsmenge der Batterie auf oder unter einen vorgegebenen
Wert abfällt,
sodass der Antriebs-Elektromotor nicht mehr eingesetzt werden kann.
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Eine
Synchronisationssteuereinrichtung ist z.B. zur Durchführung einer
unter Rückkopplung
dahingehend erfolgenden Drehmomentregelung des Starter-Elektromotors
ausgestaltet, dass die Drehzahl des Starter-Elektromotors einen Drehzahlwert annimmt,
bei dem eine weitgehende Synchronisation zwischen den Eingangs-
und Ausgangsdrehzahlen des Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
erreicht wird.
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Nachstehend
wird auf Ausführungsbeispiele der
Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen im einzelnen
eingegangen. 1 zeigt eine schematische Darstellung
des Aufbaus eines Hybrid-Antriebssteuersystems 10,
bei dem die Erfindung Anwendung findet, während 2 eine schematische
Darstellung eines Getriebes 12 zeigt. Das Hybrid-Antriebssteuersystem 10 umfasst
eine Maschine 14, die von einer Leistung durch Kraftstoffverbrennung
erzeugenden Brennkraftmaschine gebildet wird. Ein Motor-Generator 16 dient
als Elektromotor und als elektrischer Generator, wobei eine Planetengetriebeeinheit 18 in
Form eines Doppel-Einspurgetriebes mit dem Motor-Generator 16 verbunden
ist. Hierbei ist ein Sonnenrad 18s der Planetengetriebeeinheit 18 mit
der Maschine 14 verbunden, während ein Steg 18c mit
dem Motor-Generator 16 verbunden und ein Hohlrad 18r der
Planetengetriebeeinheit 18 über eine erste Bremse B1 mit
einem Gehäuse 20 verbindbar
sind. Der Steg 18c ist über eine
erste Kupplung C1 mit einer Eingangs- oder Antriebswelle 22 des
Getriebes 12 verbunden, während das Hohlrad 18r über eine
zweite Kupplung C2 mit der Antriebswelle 22 verbindbar
ist. Der Motor-Generator 16 entspricht hierbei einem Antriebs-Elektromotor,
während
die Planetengetriebeeinheit 18 einer Koppel-/Verteilungseinrichtung
in Form eines Getriebes entspricht. Das Sonnenrad 18s,
der Steg 18c und das Hohlrad 18r entsprechen jeweils
einem ersten, zweiten bzw. dritten Drehelement. Die Planetengetriebeeinheit 18 bildet
zusammen mit der ersten Bremse B1, der ersten Kupplung C1 und der
zweiten Kupplung C2 einen Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus.
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Die
Kupplungen C1 und C2 sowie die erste Bremse B1 stellen hydraulisch
betätigte,
nasse Lamellen-Reibungskupplungselemente
bzw. -Eingriffselemente dar, die von hydraulischen Stellgliedern
in einen reibschlüssigen
Eingriff versetzt werden, der durch Zuführung von Hydrauliköl von einem
hydraulischen Steuerkreis 24 herbeigeführt wird. 3 zeigt Abschnitte
dieses hydraulischen Steuerkreises 24, bei dem ein elektrisch
angetriebener Öldruckgenerator 26 mit
einer elektrischen Pumpe einen Primärdruck PC erzeugt, der den
Kupplungen C1 und C2 sowie der ersten Bremse B1 in Abhängigkeit
von der jeweiligen Stellung eines Schalthebels 30 (siehe 1) über ein
Manuellventil 28 zugeführt
wird. Der Schalthebel 30 stellt einen Gangstufen-Wählhebel dar,
der in der Nähe
eines Fahrersitzes angeordnet ist und vom Fahrer zur Auswahl einer
Getriebestufe betätigt
wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel
kann der Schalthebel 30 wahlweise in 5 Schaltstellungen "B", "D", "N", "R" und "P" geschaltet werden. Das Manuellventil 28 ist
hierbei mit dem Schalthebel 30 über ein Kabel, einen Seilzug,
ein Gelenk oder dergleichen verbunden und kann in Abhängigkeit
von der jeweiligen Betätigung
des Schalthebels 30 mechanisch umgeschaltet werden.
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Die
Stellung "B" stellt eine Gangstufe
bzw. Schaltstellung dar, bei der eine relativ große Antriebsquellen-Bremskraft
(Motorbremsleistung) durch Herabschalten des Getriebes 12 oder
dergleichen erzeugt wird. Die Stellung "D" stellt
eine Schaltstellung für
eine Normalfahrt des Fahrzeugs in Vorwärtsrichtung dar. Wenn sich
der Schalthebel 30 in einer dieser Schaltstellungen befindet,
wird der Primärdruck PC über einen
Ausgangskanal 28a des Manuellventils 28 den Kupplungen
C1 und C2 zugeführt,
wobei der Primärdruck
PC der ersten Kupplung C1 über
ein Durchgangs- oder Wechselventil 31 zugeführt wird. Die
Stellung "N" stellt eine Schaltstellung
zur Unterbrechung der Kraftübertragung
von einer Antriebsquelle dar, während
die Stellung "R" eine Schaltstellung
für eine
Rückwärtsfahrt
des Fahrzeugs darstellt. Die Stellung "P" stellt
dagegen eine Schaltstellung dar, bei der die Kraftübertragung
von der Antriebsquelle ebenfalls unterbrochen ist und eine Drehbewegung
von Antriebsrädern
mit Hilfe einer (nicht dargestellten) Parkverriegelungseinrichtung
mechanisch verhindert wird. Wenn sich der Schalthebel 30 in
einer dieser Schaltstellungen befindet, wird der Primärdruck PC
der ersten Bremse B1 über
einen Ausgangskanal 28b zugeführt, wobei der über den
Ausgangskanal 28b abgegebene Primärdruck PC auch einem Rückführkanal 28c zugeführt wird.
Wenn sich der Schalthebel 30 in der Stellung "R" befindet, wird der Primärdruck PC
der ersten Kupplung C1 über den
Rückführkanal 28c,
einen Ausgangskanal 28d sowie das Durchgangs- oder Wechselventil 31 zugeführt.
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Die
Kupplungen C1, C2 und die erste Bremse B1 sind mit jeweiligen Steuerventilen 32, 34, 36 versehen,
bei denen jeweilige Öldruckwerte
PC1, PC2 und PB1 gesteuert werden. Der Öldruck PC1 der
ersten Kupplung C1 wird hierbei von einem Schaltventil 38 geregelt,
während
die Öldruckwerte
PC2 und PB1 der zweiten
Kupplung C2 und der ersten Bremse B1 von einem linearen Magnetventil 40 geregelt
werden.
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In 4 sind
verschiedene Fahrzeugbetriebsarten veranschaulicht, die in Abhängigkeit
von den jeweiligen Betriebszuständen
der Kupplungen C1 und C2 sowie der ersten Bremse B1 hergestellt werden,
wobei in der Stufe "B" oder in der Stufe "D" ein ETC-Modus, ein Verriegelungsmodus
oder ein Motorbetriebsmodus (für
Vorwärtsfahrt)
eingestellt werden. Im ETC-Modus ist die zweite Kupplung C2 eingerückt, während die
erste Kupplung C1 und die erste Bremse B1 ausgerückt sind und die Maschine 14 und
der Motor-Generator 16 sich beide in Betrieb befinden,
um das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung
anzutreiben. Im Verriegelungsmodus sind die Kupplungen C1 und C2
eingerückt,
während
die erste Bremse B1 freigegeben ist, sodass im Rahmen eines Maschinenbetriebs
durch Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine 14 oder im
Rahmen eines Maschinen-Motor-Betriebs
durch Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine 14 und des
Motor-Generators 16 das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung
angetrieben werden kann. Im Motorbetriebsmodus (für Vorwärtsfahrt)
ist dagegen die erste Kupplung C1 eingerückt, während die zweite Kupplung C2
und die erste Bremse B1 ausgerückt
sind, sodass im Rahmen eines Motorbetriebs durch Inbetriebnahme
des Motor-Generators 16 das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung
angetrieben werden kann. Im Motorbetriebsmodus (für Vorwärtsfahrt)
kann ferner ein Regenerierbetrieb im Rahmen einer Regeneriersteuerung
des Motor-Generators 16 z.B. bei unbetätigtem Fahrpedal erfolgen,
bei dem aus der kinetischen Energie des Fahrzeugs elektrische Leistung
zur Aufladung einer Batterie 42 (siehe 1)
erzeugt und eine Bremskraft auf das Fahrzeug aufgebracht werden.
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Die 5a, 5b und 5c zeigen
Nomogramme, die Betriebszustände
der Planetengetriebeeinheit 18 bei den vorstehend beschriebenen Antriebsarten
in Vorwärtsrichtung
veranschaulichen. In den Nomogrammen sind mit "S" das
Sonnenrad 18s, mit "R" das Hohlrad 18r und
mit "C" der Steg 18c bezeichnet.
Die Intervalle zwischen den Linien "S", "R" und "C" werden
von einem Übersetzungsverhältnis ρ bestimmt
(ρ = Zähnezahl
des Sonnenrades 18s/Zähnezahl
des Hohlrades 18r). Wenn hierbei angenommen wird, dass
das Intervall zwischen "S" und "C" den Wert 1 hat, nimmt das Intervall
zwischen "R" und "C" den Wert ρ an, der bei diesem Ausführungsbeispiel
ungefähr
0,6 beträgt.
Das Drehmomentverhältnis
im ETC-Modus gemäß 5a ist
durch Maschinendrehmoment Te:CVT-Antriebswellendrehmoment
Tin:Motordrehmoment Tm = ρ:1:1 – ρ gegeben. Das
erforderliche Motordrehmoment Tm ist somit kleiner als das erforderliche
Maschinendrehmoment Te. In einem stationären Zustand wird das durch
Addition des Motordrehmoments Tm und des Maschinendrehmoments Te
erhaltene Drehmoment gleich dem CVT-Antriebswellendrehmoment Tin.
Hierbei ist mit "CVT" ein stufenloses
Getriebe bezeichnet, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel das Getriebe 12 von einem stufenlosen
Getriebe in Form eines Umschlingungsgetriebetyps gebildet wird.
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Wenn
gemäß 4 die
Stufe "N" oder die Stufe "P" gewählt
wird, wird entweder ein Leerlaufzustand oder ein Lade-Maschinenstartmodus
hergestellt. Im Leerlaufzustand (Neutralzustand "N")
sind die Kupplungen C1 und C2 sowie die erste Bremse B1 ausgerückt. Im
Lade-Maschinenstartmodus
sind dagegen die Kupplungen C1 und C2 ausgerückt und die erste Bremse B1
eingerückt,
sodass der Motor-Generator 16 zum Starten der Brennkraftmaschine 14 in
Gegenrichtung betätigt
oder von der Brennkraftmaschine 14 über die Planetengetriebeeinheit 18 in
Drehung versetzt wird. Außerdem
wird die Regenerativsteuerung des Motor-Generators 16 zum Laden der
Batterie 42 (siehe 1) durchgeführt.
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Bei
Wahl der Stufe "R" wird ein Motorbetriebsmodus
(für Rückwärtsfahrt)
oder ein Reibschluss-Betriebsmodus hergestellt. Bei diesem Motorbetriebsmodus
(für Rückwärtsfahrt)
ist die erste Kupplung C1 eingerückt,
während
die zweite Kupplung C2 und die erste Bremse B1 ausgerückt sind, sodass
ein Betrieb des Motors in Gegenrichtung zur Herbeiführung einer
Rückwärtsfahrt
des Fahrzeugs erfolgen kann, indem der Motor-Generator 16 in
Gegenrichtung in Drehung versetzt wird, sodass der Steg 18c und
die Antriebswelle 22 eine Drehbewegung in Gegenrichtung
ausführen.
Der Reibschluss-Betriebsmodus setzt ein, wenn während einer Rückwärtsfahrt
im Motorbetriebsmodus (Rückwärts) eine
Unterstützungsanforderung
abgegeben wird. In diesem Reibschluss-Betriebsmodus wird die Brennkraftmaschine 14 gestartet,
um das Sonnenrad 18s in Vorwärtsrichtung in Drehung zu versetzen. Während sich
das Hohlrad 18r bei der Drehbewegung des Sonnenrades 18s in
Vorwärtsrichtung dreht,
wird die erste Bremse B1 zur Begrenzung der Umdrehung des Hohlrades 18r in
einen Schlupfeingriff gebracht, sodass eine Drehkraft in Rückwärtsrichtung
auf den Steg 18c einwirkt und auf diese Weise die Rückwärtsfahrt
des Fahrzeugs unterstützt.
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Das
Getriebe 12 stellt ein stufenloses Getriebe eines Umschlingungsgetriebetyps
dar, bei dem die Kraftübertragung
von einer Ausgangs- oder Abtriebswelle 44 des Getriebes 12 über ein
Vorgelegerad 46 auf ein Hohlrad 50 eines Differenzials 48 erfolgt,
das wiederum die Antriebskraft auf ein rechtes und linkes Antriebsrad 52 verteilt.
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Die
Hybrid-Antriebssteuervorrichtung 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ändert hierbei
die Fahrzeugbetriebsart unter Verwendung der in 1 dargestellten
HV-ECU 60, die eine Zentraleinheit (CPU), einen Arbeitsspeicher
(RAM), einen Festspeicher (ROM) usw. umfasst. Die HV-ECU 60 steuert hierbei
eine elektronische Drosselklappen-ECU 62, eine Maschinen-ECU 64,
eine Motor-Generator-ECU 66, eine Getriebe-ECU 68,
das Schaltventil 38 des hydraulischen Steuerkreises 24,
das lineare Magnetventil 40, einen Starter 70 der
Brennkraftmaschine 14 usw. in Abhängigkeit von in dem Festspeicher
(ROM) vorgespeicherten Programmen unter Verwendung einer zeitweiligen
Speicherfunktion des Arbeitsspeichers (RAM). Der Starter 70 entspricht
einem Starter-Elektromotor zum Anlassen bzw. Andrehen der Brennkraftmaschine 14 zu
deren Start. Bei diesem Ausführungsbeispiel
findet ein Motor-Generator als Starter 70 Verwendung, der
sowohl als Elektromotor als auch als Generator dient und eine Kurbelwelle
der Brennkraftmaschine 14 über einen Riementrieb in Drehung
versetzt.
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Die
elektronische Drosselklappen-ECU 62 steuert das Öffnen und
Schließen
einer elektronischen Drosselklappe 72 der Brennkraftmaschine 14. Die
Maschinen-ECU 64 steuert die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine 14 mit
Hilfe der in die Brennkraftmaschine 14 eingespritzten Kraftstoffmenge,
einer Steuerung des Zündzeitpunktes
sowie durch einen variablen Ventilsteuermechanismus usw. Die Motor-Generator-ECU 66 steuert
das Motordrehmoment, das Regenerierbremsmoment und dergleichen des
Motor-Generators 16 über
einen Wechselrichter 74. Die Getriebe-ECU 68 steuert
ein Drehzahlverhältnis γ (γ = Antriebswellendrehzahl
Nin/Abtriebswellendrehzahl Nout), die Riemenspannung und dergleichen
des Getriebes 12. Der hydraulische Steuerkreis 24 umfasst
hierbei z.B. einen Kreis, durch den das Drehzahlverhältnis γ und die
Riemenspannung des Getriebes 12 gesteuert werden.
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Der
HV-ECU 60 werden ein Signal von einem Fahrpedal-Betätigungssensor 76,
das das Betätigungsausmaß Θac eines
als Beschleunigungsgeber bzw. Drosselklappen-Betätigungselement
vorgesehenen Fahrpedals 78 angibt, sowie ein Signal von einem
die Schaltstellung des Schalthebels 30 angebenden Schaltstellungssensor 80 zugeführt. Außerdem erhält die HV-ECU 60 Signale
von einem Maschinen-Drehzahlsensor 82, einem Motor-Drehzahlsensor 84,
einem Antriebswellen-Drehzahlsensor 86 und einem Abtriebswellen-Drehzahlsensor 88, die
jeweils die Maschinendrehzahl Ne, die Motordrehzahl Nm, die Antriebswellendrehzahl
Nin der Antriebswelle 22 bzw. die Abtriebswellendrehzahl
Nout der Abtriebswelle 44 angeben. Die Abtriebswellendrehzahl
Nout entspricht hierbei der Fahrzeuggeschwindigkeit V. Außerdem werden
der HV-ECU 60 verschiedene Signale zugeführt, die
Betriebszustände
wie den Ladezustand (die Ladungsmenge) SOC der Batterie 42 und
dergleichen angeben. Der Ladezustand SOC kann hierbei durch eine
Batteriespannung gegeben sein. Außerdem besteht auch die Möglichkeit,
den Ladezustand oder Entladezustand durch successive Akkumulation
zu bestimmen. Der Fahrpedal-Betätigungswert θac repräsentiert
hierbei die vom Fahrer angeforderte Ausgangsleistung.
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6 zeigt
ein Ablaufdiagramm, das einen Maschinen-Startsteuervorgang veranschaulicht,
der bei Abgabe einer Maschinen-Startanforderung durchgeführt wird,
um die Brennkraftmaschine 14 als Antriebsquelle bei einer
Fahrt des Fahrzeugs in Vorwärtsrichtung
im Motorbetriebsmodus (für
Vorwärtsfahrt)
einzusetzen, wobei sich der Schalthebel 30 in der Schaltstellung "D" oder "B" befindet.
Dieses Steuerverfahren wird während
einer Fahrt des Fahrzeugs bei abgestellter Brennkraftmaschine durchgeführt, wobei
die erste Kupplung C1 eingerückt
und die zweite Kupplung C2 sowie die erste Bremse B1 ausgerückt und
die Brennkraftmaschine 14 abgestellt sind, was z.B. während eines
Motor-Betriebszustands der Fall ist, bei dem der Fahrpedal-Betätigungswert θac und die
Fahrzeuggeschwindigkeit V relativ gering sind und nur der Motor-Generator 16 als
Antriebsquelle verwendet wird. Dieser Vorgang kann auch im Regenerierbetrieb
durchgeführt
werden, bei dem sich das Fahrzeug ohne Betätigung des Fahrpedals bewegt
und die Batterie 42 im Rahmen der Regeneriersteuerung des
Motor-Generators 16 aufgeladen wird. Diese Maschinen-Startsteuerung wird
in einem Zyklus mit einer vorgegebenen Zeit im Rahmen einer von
der HV-ECU 60, der elektronischen Drosselklappen-ECU 62,
der Maschinen-ECU 64 usw. durchgeführten Signalverarbeitung wiederholt
ausgeführt.
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In
einem Schritt S1 gemäß 6 wird
dabei ermittelt, ob eine Maschinenstartanforderung abgegeben worden
ist, um die Brennkraftmaschine 14 als Antriebsquelle einzusetzen.
Wenn dies der Fall ist, wird der mit einem Schritt S2 beginnende
Ablauf ausgeführt.
Die Maschinen-Startanforderung
tritt z.B. auf, wenn während
eines Motorbetriebs, bei dem nur der Motor-Generator 16 als
Antriebsquelle Verwendung findet, der Fahrpedal-Betätigungswert θac oder die
Fahrzeuggeschwindigkeit V derart ansteigen, dass die Feststellung
getroffen wird, dass der Fahrzeugbetrieb auf einen Brennkraftmaschinenbetrieb oder
einen Maschinen-Motor-Betrieb
umzuschalten ist. Außerdem
tritt diese Anforderung auf, wenn während eines Motorbetriebs der
Ladezustand SOC derart abfällt,
dass die Feststellung getroffen wird, dass der Fahrzeugbetrieb auf
einen Brennkraftmaschinenbetrieb umzuschalten ist. Darüber hinaus
tritt diese Anforderung auf, wenn während eines auf der Verwendung
des Motor-Generators 16 beruhenden Regenerierbetriebs bei
unbetätigtem
Fahrpedal und unterbrochener Verbindung der Brennkraftmaschine 14 mit
den Antriebsrädern 52 das
Fahrpedal 78 wieder betätigt
wird, sodass die Feststellung getroffen wird, dass der Fahrzeugbetrieb
auf einen unter Verwendung der Brennkraftmaschine usw. erfolgenden
Betrieb umzuschalten ist.
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Die
vorstehend beschriebene Feststellung in Bezug auf die Art des Fahrzeugbetriebs
wird von der HV-ECU 60 dahingehend ausgeführt, dass
die Maschinen-Startanforderung
nur abgegeben wird, wenn die Antriebswellendrehzahl Nin, die eine
synchrone Drehzahl der Brennkraftmaschine 14 darstellt,
zumindest einer Drehzahl von 1000 min–1 entspricht,
die größer als
die eine vollständige
Verbrennung ermöglichende
Minimaldrehzahl der Brennkraftmaschine 14 ist. Diese Minimaldrehzahl
in Bezug auf eine vollständige
Verbrennung stellt eine Minimaldrehzahl für stabile selbständige Umdrehungen
der Brennkraftmaschine 14 auf der Basis einer vollständigen Verbrennung
dar. Bei diesem Ausführungsbeispiel
beträgt
die Minimaldrehzahl zur Herbeiführung
einer vollständigen
Verbrennung ungefähr
750 min–1,
obwohl Abweichungen dieses Wertes in Abhängigkeit von der jeweiligen
Charakteristik der Brennkraftmaschine 14 möglich sind.
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Im
Schritt S2, der bei Abgabe der Maschinen-Startanforderung ausgeführt wird,
wird die Brennkraftmaschine 14 unter Verwendung des Starters 70 mit
einem maximalen Drehmoment angelassen bzw. angedreht, um die Maschinendrehzahl
Ne möglichst
rasch anzuheben. In diesem Zustand wird die Kraftstoffeinspritzsteuerung
der Brennkraftmaschine 14 nicht durchgeführt, sondern
der Öffnungsgrad θTH der elektronischen Drosselklappe 72 wird z.B.
im Bereich eines Leerlauf-Öffnungswertes
gehalten. In einem Schritt S3 wird sodann ermittelt, ob die Antriebswellendrehzahl
Nin einen vorgegebenen Konstantwert α überschreitet oder nicht. Wenn
hierbei die Antriebswellendrehzahl Nin dem Konstantwert α entspricht
oder kleiner ist, setzt der mit dem Schritt S4 beginnende Ablauf
ein, während
bei einer den Konstantwert α überschreitenden
Antriebswellendrehzahl Nin der mit dem Schritt S9 beginnende Ablauf
ausgeführt
wird. Der Schritt S3 dient der Beurteilung, ob die Möglichkeit
besteht, die Maschinendrehzahl Ne schnell auf eine Synchrondrehzahl
anzuheben. Bei diesem Ausführungsbeispiel
entspricht die Antriebswellendrehzahl Nin der Synchrondrehzahl,
sodass der Konstantwert α auf
eine Maximaldrehzahl eingestellt ist, die auf der Basis der Drehmomentcharakteristik
des Starters 70 und dergleichen eine rasche Anhebung der
Maschinendrehzahl Ne ermöglicht.
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Wenn
Nin ≤ α vorliegt,
kann die Maschinendrehzahl Ne von dem Starter 70 auf die
Synchrondrehzahl erhöht
werden. In einem Schritt S4 wird somit ermittelt, ob die Maschinendrehzahl
Ne zumindest einen vorgegebenen Wert β aufweist. Der Schritt S4 dient
der Beurteilung, ob eine unter Rückkopplung erfolgende
Regelung zur Angleichung der auf Grund des von dem Starter 70 mit
maximalem Drehmoment durchgeführten
Anlassvorgangs angehobenen Maschinendrehzahl Ne an die die Synchrondrehzahl darstellende
Antriebswellendrehzahl Nin eingeleitet werden soll. Der vorgegebene
Wert β ist
hierbei z.B. auf einen Konstantwert von etwa 800 bis 1000 min–1 eingestellt,
der niedriger als eine Minimaldrehzahl ist, die die Synchrondrehzahl
darstellen kann, oder auf eine Drehzahl, die um einen vorgegebenen
Drehzahlwert von z.B. etwa 400 bis 500 min–1 oder
dergleichen niedriger als die Ist-Antriebswellendrehzahl Nin ist.
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Solange
die Maschinendrehzahl Ne unter dem vorgegebenen Wert β liegt, wird
die Brennkraftmaschine 14 mit dem maximalen Drehmoment
des Starters 70 angedreht. Wenn die Maschinendrehzahl Ne
sodann den vorgegebenen Wert β erreicht
oder überschreitet,
wird das Drehmoment des Starters 70 in einem Schritt S5
unter Rückkopplung
dahingehend geregelt, dass Ne = Nin eingeregelt wird. In einem Schritt
S6 wird sodann ermittelt, ob das Einkuppeln der zweiten Kupplung
C2 abgeschlossen ist, was auf der Basis des Öldrucks PC2 des
hydraulischen Steuerkreises 24, eines Steuerwertes für das den Öldruck PC2 steuernde lineare Magnetventil 40 usw.
erfolgt. Nachdem die zweite Kupplung C2 eingekuppelt ist, d.h.,
nachdem die Brennkraftmaschine 14 über die Planetengetriebeeinheit 18 und
die Kupplungen C1, C2 mit den Antriebsrädern 52 verbunden
worden ist, geht der Ablauf auf einen Schritt S7 über, bei
dem die Kraftstoffeinspritzsteuerung der Brennkraftmaschine 14 einsetzt,
um selbständige
Umdrehungen der Brennkraftmaschine 14 auf der Basis von
Verbrennungsvorgängen
herbeizuführen,
wobei gleichzeitig der Drosselklappen-Öffnungsgrad θTH in Abhängigkeit
von dem Fahrpedal-Betätigungswert θac gesteuert
wird. Hierbei entspricht die Maschinendrehzahl Ne, d.h. die Antriebswellendrehzahl
Nin, zumindest einer Drehzahl von 1000 min–1,
die größer als
die für eine
vollständige
Verbrennung erforderliche Minimaldrehzahl der Brennkraftmaschine 14 ist.
Bei der Zuführung
von Kraftstoff werden bei der Brennkraftmaschine 14 somit
sofort vollständige
Verbrennungsvorgänge
und damit stabile selbständige
Umdrehungen erreicht, sodass eine Antriebsleistung erzeugt werden
kann, die der vom Fahrer angeforderten Ausgangsleistung entspricht.
In einem Schritt S8 wird sodann das Drehmoment des Starters 70 auf "0" eingestellt.
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7a zeigt
ein Diagramm, das das Starten der Brennkraftmaschine 14 durch
den mit Hilfe des Starters 70 erfolgenden Anlassvorgang
im Rahmen der Schritte S1 bis S8 veranschaulicht. Bei diesem Diagramm
bezeichnet t1 einen Zeitpunkt, bei dem im Schritt
S1 auf Grund der Abgabe der Maschinen-Startanforderung ein positives
Ergebnis (JA) erhalten wird, während
mit t2 ein Zeitpunkt bezeichnet ist, bei
dem die Maschinendrehzahl Ne den vorgegebenen Wert β erreicht,
sodass im Schritt S4 ein positives Ergebnis erhalten wird. Mit t3 ist in 7a ein Zeitpunkt
bezeichnet, bei dem das Einkuppeln der zweiten Kupplung C2 abgeschlossen
ist und somit im Schritt S6 ein positives Ergebnis erhalten wird.
In Verbindung mit der Maschinen-Startanforderung (Zeitpunkt t1) wird die zweite Kupplung C2 im Rahmen
einer ersten Druckbeaufschlagung (Anfangszuführung) mit Hydrauliköl bis zu
einem Zeitpunkt beaufschlagt, der unmittelbar vor der Erzeugung
eines Einkupplungsdrehmoments liegt. Wenn sodann die Maschinendrehzahl
Ne der Antriebswellendrehzahl Nin weitgehend entspricht, setzt eine
Eingriffssteuerung ein, bei der der Öldruck PC2 von
dem linearen Magnetventil 40 allmählich erhöht wird.
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Wenn
dagegen Nin > α ist, d.h.,
wenn eine rasche Anhebung der Maschinendrehzahl Ne mit Hilfe des
Starters 70 auf die Synchrondrehzahl mit Schwierigkeiten
verbunden ist, wird von dem Schritt S3 auf einen Schritt S9 übergegangen,
bei dem die Kraftstoffeinspritzsteuerung der Brennkraftmaschine 14 einsetzt,
um selbständige
Umdrehungen auf der Basis von Verbrennungsvorgängen herbeizuführen. Anschließend wird
in einem Schritt S10 das Drehmoment des Starters 70 auf "0" eingestellt. In einem Schritt S11 wird
die Brennkraftmaschine 14 sodann unter Rückkopplung
dahingehend geregelt, dass die Maschinendrehzahl Ne der Antriebswellendrehzahl Nin
und damit der Synchrondrehzahl entspricht. Hierbei wird das Maschinendrehmoment
z.B. durch Steuerung des Öffnens
und Schließens
der elektronischen Drosselklappe 22 geregelt. Das Maschinendrehmoment
kann jedoch auch in Abhängigkeit
von der Antriebswellendrehzahl Nin durch eine Verzögerungsregelung
des Zündzeitpunkts
geregelt werden, bei der die elektronische Drosselklappe 72 vollständig geschlossen
ist. Außerdem
kann auch eine Regelung erfolgen, indem auf die Brennkraftmaschine 14 mit
Hilfe einer elektrischen Stromerzeugungssteuerung des Starters 70 ein
derartiger Umdrehungswiderstand aufgebracht wird, dass die Maschinendrehzahl
Ne an die Antriebswellendrehzahl Nin angeglichen wird.
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In
einem Schritt S12 wird sodann wie im Schritt S6 ermittelt, ob die
Einkupplung der zweiten Kupplung C2 abgeschlossen ist. Nach erfolgter
Einkupplung der zweiten Kupplung C2, d.h., nach erfolgter Verbindung
der Brennkraftmaschine 14 über die Planetengetriebeeinheit 18 und
die Kupplungen C1, C2 mit den Antriebsrädern 52, wird dann
der Drosselklappen-Öffnungsgrad θTH in Abhängigkeit
von dem Fahrpedal-Betätigungswert θac in einem
Schritt S13 gesteuert. Auf diese Weise kann eine Antriebsleistung
erzeugt werden, die der vom Fahrer angeforderten Ausgangsleistung
entspricht.
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7b zeigt
ein Diagramm, das die durch die Ausführung des nach dem Schritt
S3 bei dem Schritt S9 einsetzenden Ablaufes durch selbständige Umdrehungen
der Brennkraftmaschine 14 auf der Basis von Verbrennungsvorgängen erzielte
Synchronisation veranschaulicht. In 7b ist
mit t1 wieder der Zeitpunkt bezeichnet,
bei dem im Schritt S1 auf Grund des Vorliegens einer Maschinen-Startanforderung
ein positives Ergebnis (JA) erhalten wird, während mit t4 ein
Zeitpunkt bezeichnet ist, bei dem die Brennkraftmaschine 14 auf
Grund der im Schritt S9 erfolgenden Kraftstoffeinspritzsteuerung
selbständige
Umdrehungen auszuführen
beginnt. Mit t5 ist ein Zeitpunkt bezeichnet,
bei dem das Einkuppeln der zweiten Kupplung C2 abgeschlossen ist
und demzufolge im Schritt S12 ein positives Ergebnis erhalten wird.
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Wenn
somit bei dem Hybrid-Antriebssteuersystem 10 eine Maschinen-Startanforderung
abgegeben wird, um die Brennkraftmaschine 14 als Antriebsquelle
während
einer Vorwärtsfahrt
des Fahrzeugs im Motorbetriebsmodus (für Vorwärtsfahrt) einzusetzen, d.h.,
während
einer Fahrt des Fahrzeugs bei abgestellter Brennkraftmaschine, bei
der die erste Kupplung C1 eingekuppelt und die zweite Kupplung C2
sowie die erste Bremse B1 ausgerückt und
die Brennkraftmaschine 14 abgestellt sind, wird die Brennkraftmaschine 14 von
dem Starter 70 ohne Zuführung
von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine 14 angedreht und
das Drehmoment des Starters 70 hierbei dahingehend geregelt,
dass die Maschinendrehzahl Ne der Antriebswellendrehzahl Nin und
damit der Synchrondrehzahl angeglichen wird. Nachdem Ne = Nin vorliegt
und das Einkuppeln der zweiten Kupplung C2 abgeschlossen ist, d.h.,
nachdem die Brennkraftmaschine 14 über die Planetengetriebeeinheit 18 und
die Kupplungen C1 und C2 mit den Antriebsrädern 52 verbunden
ist, wird im Schritt S7 sodann die Kraftstoffeinspritzsteuerung
der Brennkraftmaschine 14 zur Herbeiführung selbständiger Umdrehungen
auf der Basis von Verbrennungsvorgängen eingeleitet. Bei dem Hybrid-Antriebssteuersystem 10 treten
somit die Probleme eines zum Betrieb des Fahrzeugs nicht beitragenden
unnötigen Kraftstoffverbrauchs
und des damit einhergehenden Abgasausstoßes nicht auf.
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Da
die Brennkraftmaschine 14 von dem Starter 70 angelassen
wird, wird natürlich
elektrische Energie verbraucht. Dieser Verbrauch von elektrischer Energie
führt jedoch
nicht zwangsläufig
zum Verbrauch von Kraftstoff oder zu einem Abgasausstoß. Die elektrische
Energie kann nämlich
durch die Regenerativsteuerung des Motor-Generators 16 im
Betrieb des Fahrzeugs wiedergewonnen werden, sodass sich insgesamt
eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und des Abgasausstoßes ergibt.
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Während die
Brennkraftmaschine 14 von dem Starter 70 ohne
Herbeiführung
von Verbrennungsvorgängen
in Drehung versetzt wird, wird weiterhin das Drehmoment des Starters 70 unter
Rückkopplung
dahingehend geregelt, dass die Maschinendrehzahl Ne der Antriebswellendrehzahl
Nin angeglichen wird, sodass keine Probleme in Bezug auf verbrennungsbedingte
Drehmomentschwankungen der Brennkraftmaschine 14 auftreten
und die über den
Starter 70 erfolgende Drehzahlregelung mit hoher Empfindlichkeit
und auch hoher Genauigkeit erfolgen kann. Wie den 7a und 7b zu
entnehmen ist, liegt der Zeitpunkt t3, bei
dem die Synchronisation bzw. das Einkuppeln der zweiten Kupplung
C2 abgeschlossen ist, vor dem Zeitpunkt t5,
sodass in kurzer Zeit eine Antriebsleistung von der Brennkraftmaschine 14 erhalten
werden kann.
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Da
die zum Erreichen der Synchronisation erforderliche Zeitdauer in
der vorstehend beschriebenen Weise verkürzt wird, verringert sich auch
die vom Starter 70 beim Starten der Brennkraftmaschine
verbrauchte elektrische Energie. Unter Berücksichtigung der gewonnenen
elektrischen Energie, die durch Betätigung des Motor-Generators 16 mit
Hilfe der Brennkraftmaschine 14 erhalten wird, lässt sich der
Kraftstoffverbrauch und der Abgasausstoß z.B. im Vergleich zu einem
Fall verringern, bei dem die Synchronisation auf der Basis von selbständigen Umdrehungen
der Brennkraftmaschine 14 erzielt wird, wie dies in den
Schritten S9 bis S13 der Fall ist. Das Ausmaß der Verringerung hängt von
dem Wirkungsgrad der elektrischen Energieerzeugung, dem Lade-/Entladewirkungsgrad
der Batterie 42 und dergleichen ab. Insbesondere bei Regelung
der Maschinendrehzahl Ne durch eine Verzögerungsregelung des Zündzeitpunktes
tritt eine erhebliche Abnahme des Kraftstoff-Nutzwirkungsgrades
auf. Die Verwendung des Starters 70 zur Synchronisation
führt jedoch
zu einer erheblichen Verbesserung des Energie-Nutzwirkungsgrades.
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Weiterhin
erfolgt die im Schritt S1 überwachte
Abgabe der Anforderung zum Starten der Brennkraftmaschine 14 nur
dann, wenn die die Synchrondrehzahl für die Brennkraftmaschine 14 darstellende Antriebswellendrehzahl
Nin zumindest einer Drehzahl von 1000 min–1 entspricht,
die höher
als die Minimaldrehzahl zur Herbeiführung von vollständigen Verbrennungsvorgängen bei
der Brennkraftmaschine 14 ist. Wenn sich somit die zweite
Kupplung C2 im Eingriff befindet, nachdem die Maschinendrehzahl Ne
weitgehend der Antriebswellendrehzahl Nin entspricht, ist die Drehzahl
der Brennkraftmaschine 14 stets größer als die oder gleich der
zur Herbeiführung vollständiger Verbrennungsvorgänge erforderlichen Minimaldrehzahl.
Bei einer dann erfolgenden Kraftstoffzufuhr zu der Brennkraftmaschine 14 führt die Brennkraftmaschine 14 sofort
selbständige
Umdrehungen im Rahmen von vollständigen
Verbrennungsvorgängen
durch. Somit besteht nicht die Gefahr eines unnötigen Kraftstoffverbrauchs
auf Grund einer trotz Kraftstoffzufuhr zu der Brennkraftmaschine 14 nicht
sofort erfolgenden Erzielung von selbständigen Umdrehungen.
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Wenn
somit bei der vorstehend beschriebenen Startsteuervorrichtung für eine Fahrzeug-Brennkraftmaschine
und deren Steuerverfahren eine Anforderung zum Starten der Brennkraftmaschine
während
einer Fahrt des Fahrzeugs im abgestellten Zustand der Brennkraftmaschine
auftritt, bei der die über
den Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
erfolgende Kraftübertragung
unterbrochen und die Brennkraftmaschine abgestellt sind, wird die Brennkraftmaschine
durch Inbetriebnahme des Starter-Elektromotors ohne Herbeiführung von
Verbrennungsvorgängen
in der Brennkraftmaschine in Drehung versetzt. Weiterhin wird der
Starter-Elektromotor dahingehend geregelt, dass die Eingangs- und Ausgangsdrehzahlen
des Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
im wesentlichen synchron werden. Nachdem die über den Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
erfolgende Kraftübertragung
nach erreichter Synchronisation der Eingangs- und Ausgangsdrehzahlen
des Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
hergestellt ist, d.h., nachdem die Brennkraftmaschine über den
Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
mit den Antriebsrädern
verbunden ist, wird der Brennkraftmaschine sodann Kraftstoff zur
Herbeiführung
von selbständigen
Umdrehungen auf der Basis von Verbrennungsvorgängen zugeführt. Die auf einem zum Betrieb
des Fahrzeugs nicht beitragenden und damit unnötigen Kraftstoffverbrauch und
dem damit einhergehenden Abgasausstoß beruhenden Probleme treten
somit nicht auf. Da die Brennkraftmaschine von dem Starter-Elektromotor
in Drehung versetzt wird, wird zwar elektrische Energie verbraucht, jedoch
führt dieser
elektrische Energieverbrauch nicht zwangsläufig auch zu einem Verbrauch
von Kraftstoff oder einem zusätzlichen
Abgasausstoß. Die
elektrische Energie kann nämlich
z.B. durch die Regenerativsteuerung des Motor-Generators im Betrieb
des Fahrzeugs wiedergewonnen werden, sodass sich insgesamt eine
Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und des Abgasausstoßes ergibt.
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Da
darüber
hinaus die Brennkraftmaschine ohne Herbeiführung von Verbrennungsvorgängen unter
Verwendung des Starter-Elektromotors in Drehung versetzt und der
Starter-Elektromotor dahingehend geregelt werden, dass die Eingangs-
und Ausgangsdrehzahlen des Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
im wesentlichen synchron werden, bestehen auch keine Probleme in
Bezug auf Drehmomentschwankungen der Brennkraftmaschine, die von
Verbrennungsvorgängen
herbeigeführt werden.
Außerdem
kann die Drehzahlregelung des Starter-Elektromotors mit hoher Ansprechempfindlichkeit
und hoher Genauigkeit erfolgen. Da sich hierdurch die zum Erreichen
der Synchronisation erforderliche Zeitdauer verkürzt, kann die Brennkraftmaschine
sehr schnell die gewünschte
Antriebsleistung abgeben.
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Weiterhin
wird die Anforderung zum Starten der Brennkraftmaschine nur dann
abgegeben, wenn die zum Zeitpunkt der Synchronisation der Eingangs- und
Ausgangsdrehzahlen des Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
vorliegende Drehzahl der Brennkraftmaschine gleich der oder größer als
die zur Herbeiführung
vollständiger
Verbrennungen erforderliche Minimaldrehzahl ist. Wenn somit die
Kraftübertragung über den
Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
nach erfolgter Synchronisation der Eingangs- und Ausgangsdrehzahlen
hergestellt wird, ist die Drehzahl der Brennkraftmaschine stets
größer als
die oder zumindest gleich der zur Herbeiführung vollständiger Verbrennungsvorgänge erforderlichen
Minimaldrehzahl. Wenn der Brennkraftmaschine daher dann Kraftstoff zugeführt wird,
finden in der Brennkraftmaschine sofort vollständige Verbrennungsvorgänge im Rahmen selbständiger Umdrehungen
statt. Somit besteht nicht die Gefahr eines unnötigen Kraftstoffverbrauchs
auf Grund einer trotz Zufuhr von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine
nicht sofort erfolgenden Erzielung selbständiger Umdrehungen.
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Wenn
eine Maschinen-Startanforderung abgegeben wird, damit die Brennkraftmaschine
als Antriebsquelle bei einer im abgestellten Zustand der Brennkraftmaschine
erfolgenden Fahrt des Fahrzeugs eingesetzt wird, wird die Brennkraftmaschine somit
von einem Starter ohne Zuführung
von Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine angedreht, wobei das Drehmoment
des Starters dahingehend geregelt wird, dass die Maschinendrehzahl
Ne der Antriebswellendrehzahl Nin und damit einer Synchrondrehzahl
angeglichen wird. Nach erfolgter Synchronisation (Ne = Nin) und
vorliegender Einkupplung einer Kupplung, d.h., nachdem die Brennkraftmaschine über einen
Kraftübertragungs-/Unterbrechungsmechanismus
mit Antriebsrädern
verbunden worden ist, setzt dann eine Kraftstoffeinspritzsteuerung
der Brennkraftmaschine zur Herbeiführung von selbständigen Umdrehungen
auf der Basis von Verbrennungsvorgängen ein. Durch diesen Ablauf
lassen sich der Kraftstoffverbrauch und der damit einhergehende
Abgasausstoß verringern.
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Bei
den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Steuervorrichtung
bzw. das Steuergerät
zwar von einem Allzweck-Prozessor gebildet, jedoch ist für den Fachmann
ersichtlich, dass als Steuergerät
auch ein für
Spezialzwecke entworfener einziger integrierter Schaltkreis (z.B.
ein ASIC-Baustein) mit einem Haupt- oder Zentralprozessorabschnitt für die Gesamtsteuerung
und Systemebenen-Steuerung sowie separate Abschnitte zur Durchführung verschiedener
spezifischer Rechenvorgänge,
Funktionen und anderer Prozesse unter der Steuerung des Zentralprozessorabschnitts vorgesehen
werden können.
Das Steuergerät
kann hierbei aus einer Vielzahl von separaten, zugeordneten oder
programmierbaren, integrierten oder anderen elektronischen Schaltkreisen
oder Bauelementen bzw. Geräten
bestehen (z.B. aus festverdrahteten elektronischen oder logischen
Schaltungsanordnungen wie Schaltungsanordnungen mit diskreten Bauelementen
oder aus programmierbaren Logikbausteinen wie PLD-, PLA-, PAL-Bausteinen
oder dergleichen). Die Steuervorrichtung bzw. das Steuergerät kann auch
in geeigneter Weise programmiert werden, damit ein Allzweck-Computer
wie z.B. ein Mikroprozessor, ein Mikrocontroller oder eine andere
Prozessoreinrichtung (CPU oder MPU) entweder allein oder in Verbindung
mit einem oder mehreren peripheren Daten- und Signalverarbeitungseinrichtungen (wie
z.B. integrierten Schaltkreisen) Verwendung finden kann. Im allgemeinen
kann jede Einrichtung oder jede Anordnung von Einrichtungen, bei
denen ein abschließendes
Verarbeitungsgerät
die vorstehend beschriebenen Abläufe
implementiert, als Steuervorrichtung bzw. Steuergerät Verwendung
finden. Hierbei kann eine verteilte Verarbeitungsarchitektur zur Erzielung
einer maximalen Daten-/Signalverarbeitungsleistung und -geschwindigkeit
eingesetzt werden.
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In
Bezug auf die vorstehende Beschreibung der Erfindung anhand von
bevorzugten Ausführungsbeispielen
ist natürlich
ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf diese bevorzugten Ausführungsbeispiele oder
Ausgestaltungen beschränkt
ist, sondern dass auch verschiedene Modifikationen und äquivalente Ausgestaltungen
in Betracht gezogen werden können.
Außerdem
sei darauf hingewiesen, dass die verschiedenen Elemente der bevorzugten
Ausführungsbeispiele
zwar in verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen beispielhaft
dargestellt und beschrieben worden sind, hierdurch jedoch andere Kombinationen
und Ausgestaltungen nicht ausgeschlossen werden, die ebenfalls vom
Schutzumfang der Erfindung umfasst werden.
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Wenn
somit in der vorstehend beschriebenen Weise eine Maschinen-Startanforderung
abgegeben wird (JA im Schritt S1), damit eine Brennkraftmaschine
(14) als Antriebsquelle während einer im abgestellten
Zustand der Brennkraftmaschine erfolgenden Fahrt des Fahrzeugs eingesetzt
wird, wird die Brennkraftmaschine (14) von einem Starter
(70) angelassen bzw. angedreht, ohne dass eine Kraftstoffzufuhr
zu der Brennkraftmaschine (14) erfolgt (Schritte S2 bis
S5), wobei das Drehmoment des Starters (70) dahingehend
geregelt wird, dass die Maschinendrehzahl Ne der Antriebswellendrehzahl Nin
und damit einer Synchrondrehzahl angeglichen wird. Nach erzielter
Synchronisation und erfolgtem Einrücken einer Kupplung (C2) wird
dann eine Kraftstoffeinspritzsteuerung der Brennkraftmaschine (14) zur
Herbeiführung
von selbständigen
Umdrehungen auf der Basis von Verbrennungsvorgängen eingeleitet (Schritt S7).
Auf diese Weise verringert sich der Kraftstoffverbrauch und der
damit einhergehende Abgasausstoß.