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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Otto-Brennkraftmaschine, mit einem Brennraum und einer Einspritzvorrichtung für Kraftstoffeinspritzungen zur Zuführung von Kraftstoff in den Brennraum, mit den Schritten: Aussetzen der Kraftstoffeinspritzungen, so dass die Brennkraftmaschine ausdreht, Erfassen einer Neustart-Anforderung während des Ausdrehens der Brennkraftmaschine, Anschleppen der Brennkraftmaschine und Zünden einer Neustart-Kraftstoffmenge in dem Brennraum, sowie eine Motorsteuerung mit Mitteln, die dazu eingerichtet sind, ein Verfahren mit diesen Schritten auszuführen und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung der Schritte.
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Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und des Umweltschutzes sind in der Vergangenheit Verfahren und Motorsteuerungen entwickelt worden, um die Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs auch bei einem vergleichsweise kurzen Halt, beispielsweise an einer Ampel, abzuschalten, um auf diese Weise Kraftstoff zu sparen. Dabei ergibt sich grundsätzlich die Anforderung, dass die Brennkraftmaschine bei einer Neustart-Anforderung möglichst schnell gestartet wird. Eine solche Neustart-Anforderung entsteht in dem oben genannten Beispiel beispielsweise nach einem Umschalten der Ampel auf Grün und wird durch den Fahrer durch einen Druck auf das Gaspedal ausgelöst.
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Bei der beschriebenen Betriebsphase kann der Sonderfall auftreten, dass während des Ausdrehens der Brennkraftmaschine, d.h. die Kraftstoffeinspritzungen in die Brennräume der Brennkraftmaschine sind wegen einer Stopp-Anforderung bereits ausgeblendet und die Brennkraftmaschine dreht aus, vorkommen, dass eine Neustart-Anforderung auftritt. Falls die Drehzahl der Brennkraftmaschine noch ausreichend hoch ist, um die Brennkraftmaschine noch weiter zu betreiben, kann durch eine reguläre Einspritzung und ein anschließendes Zünden der eingespritzten Kraftstoffmenge die Brennkraftmaschine weiter betrieben werden. Falls jedoch die Drehzahl der Brennkraftmaschine für ein solches Vorgehen zu niedrig ist, muss bei nach dem Stand der Technik üblichen Anlassern gewartet werden, bis die Brennkraftmaschine ausgedreht hat, um nachfolgend einen Neustart vorzunehmen. Die dabei vergehende Zeitspanne sollte aus Sicht des Fahrkomforts möglichst kurz sein.
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Aus der japanischen Offenlegungsschrift
JP 2007-023815 A ist ein Verfahren für den Wiederstart einer Brennkraftmaschine bekannt. Dabei ist für verschiedene auftretende Fälle bei der Durchführung des dort vorgeschlagenen Verfahrens vorgesehen, dass dann, wenn durch einen Direktstart mit dem Einspritzen von Kraftstoff noch während des Ausdrehens und unmittelbar dabei durchgeführter Zündung kein Hochlauf der Brennkraftmaschine ermöglicht werden kann. jeweils ein durch einen Starter unterstützter Neustart vorgesehen ist. Einspritzungen in die auslaufende Brennkraftmaschine sind dabei nach dem Erkennen, dass ein Starter unterstützter Start erforderlich ist, nicht offenbart.
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Aus der nachveröffentlichten
DE 10 2006 043 678 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem nach einer Stopp-Anforderung eine Auslaufphase der Brennkraftmaschine eingeleitet wird. Dies findet während einer Auspendelphase statt, bei der in einen Direktstart-Betrieb mit Starterunterstützung umgeschaltet wird. D. h. es wird umgehend der Starter eingerückt und in den Zylinder im Kompressionstakt oder in den Saugtakt eingespritzt. Anschließend wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch mit Hilfe des Starters verdichtet und gezündet. Der Hochlauf erfolgt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren, eine Motorsteuerung und ein Computerprogrammprodukt anzugeben, mit denen die Zeit zwischen einer Neustart-Anforderung und einer ersten Zündung bei einem Neustart der Brennkraftmaschine verringert werden können. Allgemein ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, gattungsgemäße Verfahren und Vorrichtungen zu verbessern.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Otto-Brennkraftmaschine, mit einem Brennraum und einer Einspritzvorrichtung für Kraftstoffeinspritzungen zur Zuführung von Kraftstoff in den Brennraum, mit den folgenden Schritten gelöst: Aussetzen der Kraftstoffeinspritzungen, so dass die Brennkraftmaschine ausdreht, Erfassen einer Neustart-Anforderung während des Ausdrehens der Brennkraftmaschine, Anschleppen der Brennkraftmaschine und Zünden einer Neustart-Kraftstoffmenge in dem Brennraum, wobei während des Ausdrehens der Brennkraftmaschine eine Neustart-Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird, bei der die Neustart-Kraftstoffmenge aus der Einspritzvorrichtung abgesetzt wird. Weiterhin wird die Aufgabe durch eine Motorsteuerung und ein Computerprogrammprodukt nach den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
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Die Erfindung erreicht eine deutliche Beschleunigung des Neustarts der Brennkraftmaschine dadurch, dass die bei dem Neustart zu entflammende Kraftstoffmenge bereits während des Ausdrehens eingespritzt, d. h. abgesetzt, wird. Dementsprechend kann die Zündung beim Neustart sofort freigegeben werden und es muss nicht die erste Einspritzung abgewartet werden, da diese bereits während des Ausdrehens stattgefunden hat. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für Otto-Brennkraftmaschinen, speziell solche, die eine Benzindirekteinspritzung im Homogenbetrieb vornehmen. Der Homogenbetrieb bietet im Zusammenhang mit der Erfindung Vorteile, da das Gemisch während des Ausdrehens und des Neustarts unter Umständen eine längere Zeitspanne in dem Brennraum ist, sodass von einer weitgehenden Vermischung des Kraftstoffs mit der zugeführten Luft ausgegangen werden kann. Die Erfindung eignet sich insbesondere für den Betrieb mit Gas oder Benzin als Kraftstoff. Vorzugsweise wird die Neustart-Kraftstoffeinspritzung im Ansaugtakt vorgenommen. Weiterhin erfolgt die Neustart-Kraftstoffeinspritzung vorzugsweise direkt in den Brennraum, wobei auch eine Saugrohr-Einspritzung möglich ist. Die Erfindung eignet sich besonders für Brennkraftmaschinen mit einer variablen Ventilsteuerung, da bei einer variablen Ventilsteuerung die Neustart-Kraftstoffeinspritzung während des Ausdrehens zu einem beliebigen Takt der Brennkraftmaschine erfolgen kann, da der entsprechende Brennraum bis zum Zünden der mit der Neustart-Kraftstoffeinsetzung abgesetzten Neustart-Kraftstoffmenge verschlossen werden kann. Allerdings ist mit der Erfindung auch alternativ eine Verwendung einer vollvariablen Ventilsteuerung mit Nockenwelle oder einer anderen Ventilsteuerung möglich. Besonders geeignet ist die Erfindung für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Brennräumen, wobei Neustart-Einspritzungen in einem oder in einer Mehrzahl der Brennräume abgesetzt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Aussetzen von Kraftstoffeinspritzungen, insbesondere bei Vorliegen einer Stopp-Anforderung für die Brennkraftmaschine, sodass die Brennkraftmaschine ohne Kraftstoffzuführung ausdreht. Bei Erfassen einer Neustart-Anforderung, die beispielsweise durch ein Drücken des Gaspedals durch den Fahrer oder automatisch generiert sein kann, während des Ausdrehens der Brennkraftmaschine wird ein Neustart der Brennkraftmaschine eingeleitet. Dazu wird noch während des Ausdrehens der Brennkraftmaschine eine Neustart-Kraftstoffeinspritzung durchgeführt, bei der eine Neustart-Kraftstoffmenge aus der Einspritzvorrichtung abgesetzt wird. Anschließend wird gewartet, bis die Brennkraftmaschine sich in einem Zustand befindet, in dem sie mit einer externen Startvorrichtung, d.h. einem Starter, wieder angeschleppt werden kann. Dabei werden die bereits abgesetzten Einspritzungen, d.h. auch die Neustart-Kraftstoffeinspritzung, welche nicht verbrannt wurden, gespeichert. Anschließend erfolgt das Anschleppen der Brennkraftmaschine mit einer Zündung der Neustart-Kraftstoffmenge in dem Brennraum zum nächsten möglichen Zeitpunkt.
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Vorzugsweise wird ein Parameterwert eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine während des Ausdrehens erfasst und die Neustart-Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von dem Parameterwert festgelegt. Der Betriebsparameter kann beispielsweise die Öltemperatur der Brennkraftmaschine sein. Diese Maßnahme bietet den Vorteil, dass die Neustart-Kraftstoffmenge so bestimmt werden kann, dass bei dem Zünden der Neustart-Kraftstoffmenge während des Anschleppens der Brennkraftmaschine eine optimale Verbrennung gewährleistet ist. Allgemein wird die Neustart-Kraftstoffmenge im Rahmen der Erfindung vorteilhafterweise wie bei einem Neustart unter Berücksichtigung von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine üblich berechnet, um eine optimale Verbrennung der Neustart-Kraftstoffmenge während des folgenden Neustarts zu gewährleisten.
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Vorteilhafterweise wird ein zukünftiger Parameterwert eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine für einen Zeitpunkt während des Anschleppens abgeschätzt und die Neustart-Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von dem zukünftigen Parameterwert festgelegt. Dies bietet den Vorteil, dass die Neustart-Kraftstoffmenge auf den zu erwartenden zukünftigen Zustand, d.h. die zukünftigen Parameterwerte der Betriebsparameter, der Brennkraftmaschine eingestellt werden kann, so dass eine optimale Verbrennung der Neustart-Kraftstoffmenge bei einem Neustart erfolgt. Der Zeitpunkt, für den der Parameterwert geschätzt wird, ist vorzugsweise ein berechneter Zündzeitpunkt, zu dem die Neustart-Kraftstoffmenge entflammt wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Parameterwert oder der zukünftige Parameterwert eine Öltemperatur der Brennkraftmaschine, eine Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine, eine Kraftstofftemperatur, eine Kraftstoffzusammensetzung oder eine Kraftstoffart. Die Zumessung einer Neustart-Kraftstoffmenge in Abhängigkeit von mindestens einer der genannten Größen bietet allgemein den Vorteil, dass die Neustart-Kraftstoffmenge für eine schnelle Drehmomententwicklung der Brennkraftmaschine und eine optimale Verbrennung der Neustart-Kraftstoffmenge optimiert werden kann. Vorteilhafterweise wird im Rahmen der Erfindung auch die Gemischzusammensetzung eines mit der Neustart-Kraftstoffmenge und zugeführter Luft erzeugten Gemisches für den Neustart optimiert, wobei dies wiederum vorzugsweise in Abhängigkeit von den genannten Parametern erfolgt, um einen reibungslosen und schnellen Neustart der Brennkraftmaschine zu erreichen. Die Berücksichtigung der Kraftstoffart oder der Kraftstoffzusammensetzung hat den Vorteil, dass eine möglichst saubere Verbrennung erreicht werden kann.
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Vorteilhafterweise erfolgt im Rahmen der Erfindung das Aussetzen der Einspritzungen bei einem Erfassen der Stopp-Anforderung, wobei eine vor dem Erfassen der Stopp-Anforderung abgesetzte und beim Erfassen der Stopp-Anforderung noch nicht gezündete Einspritzung zum nächst möglichen Zeitpunkt gezündet wird. Die Stopp-Anforderung kann beispielsweise automatisch bei einem Stillstand des Fahrzeugs bei nicht getretenem Gaspedal für eine Zeitdauer von mindest zwei Sekunden erfolgen, um durch das Abstellen der Brennkraftmaschine Kraftstoff zu sparen. Falls eine vor einem solchen Erfassen einer Stopp-Anforderung abgesetzte Einspritzung zum Zeitpunkt des Erfassens der Stopp-Anforderung noch nicht entflammt wurde, so wird sie vor dem nachfolgenden Ausdrehen der Brennkraftmaschine gezündet, um eventuell in dem Brennraum vorhandene Kraftstoffmengen zu verbrennen, sodass keine unverbrannten Kraftstoffmengen in eine an die Brennkraftmaschine angeschlossene Abgasanlage gelangen.
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Vorzugsweise wird die Neustart-Kraftstoffeinspritzung bei einer berechneten Winkellage einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine vorgenommen, sodass die Neustart-Kraftstoffmenge sich während des Anschleppens oder zu einem Zeitpunkt, an dem die Neustart-Kraftstoffmenge gezündet wird, in dem Brennraum befindet. Dieser Zeitpunkt, der ein unter Berücksichtigung des Anschleppvorgangs vorausberechneter Zeitpunkt ist, an dem vorzugsweise die Zündung erfolgt, wird als Zündzeitpunkt bezeichnet. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Neustart-Kraftstoffmenge zu früh eingespritzt wird. Dies könnte dazu führen, dass die Neustart-Kraftstoffmenge zum Zündzeitpunkt durch einen Gaswechsel wieder aus dem Brennraum entfernt wurde. Der Zündzeitpunkt ist der Zeitpunkt, an dem die Neustart-Kraftstoffmenge in dem Brennraum entflammt wird.
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Vorteilhafterweise wird im Rahmen der Erfindung ein Steuerparameter der Einspritzvorrichtung von dem Schritt Aussetzen der Kraftstoffeinspritzungen bis mindestens einschließlich zu dem Schritt Anschleppen der Brennkraftmaschine fortgeführt. Dies bedeutet, dass zwischen dem Schritt Aussetzen der Kraftstoffeinspritzungen bis zu dem Schritt Anschleppen der Brennkraftmaschine kein Reset von Informationen zur Kraftstoffeinspritzung, beispielsweise Zylinderzuordnung der einzelnen Brennräume zu einem bestimmten Takt, Einspritzzähler usw., erfolgt. Dadurch wird die Kontrolle der Brennkraftmaschine ununterbrochen fortgeführt.
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Vorteilhafterweise fällt die Drehzahl einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine vor dem Anschleppen der Brennkraftmaschine unter einen festgelegten Schwellenwert ab. Zwischen dem Schritt Erfassen einer Neustart-Anforderung während des Ausdrehens der Brennkraftmaschine und dem Schritt Anschleppen der Brennkraftmaschine findet der Schritt Warten auf ein Absinken der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine unter einen festgelegten Schwellenwert statt. Dies bietet den Vorteil, dass ein Anschleppen der Brennkraftmaschine mit einem Starter, der lediglich eine im wesentlichen angehaltene Brennkraftmaschine anschleppen kann, einwandfrei möglich ist. Der festgelegte Schwellenwert wird vorzugsweise so gelegt, dass er mit den Betriebsparametern des Starters abgestimmt ist. Vorteilhafte Werte sind 2, 10, 50 oder 100 Umdrehungen pro Minute der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Motorsteuerung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Otto-Brennkraftmaschine, mit einem Brennraum und einer Einspritzvorrichtung für Kraftstoffeinspritzungen zur Zuführung von Kraftstoff in den Brennraum, mit Mitteln, die dazu eingerichtet sind, Verfahrensschritte nach einem der oben dargestellten vorteilhaften Verfahren auszuführen. Eine solche Motorsteuerung bietet den Vorteil eines beschleunigten Motor-Neustarts bei einer Neustart-Anforderung während des Ausdrehens der Brennkraftmaschine.
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Ein anderer Gegenstand der Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode zur Durchführung der Schritte eines der oben dargestellten vorteilhaften Verfahren, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
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Der Programmcode kann ein Steuercode für eine Motorsteuerung sein und der Computer ist vorteilhafterweise Teil einer Motorsteuerung für eine Brennkraftmaschine.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 ein schematisches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 2 ein Diagramm, bei dem verschieden Verfahrensschritte und Betriebsparameter der Brennkraftmaschine über die Zeit aufgetragen sind.
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Ausführungsform der Erfindung
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Das im Folgenden dargestellte bevorzugte erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Steuerung einer Otto-Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, die mehrere Brennräume aufweist und bevorzugt mit einer Benzindirekteinspritzung im homogenen Verfahren arbeitet. Das Verfahren beginnt in einem Schritt 1. In einem Schritt 2 wird während des normalen Betriebs der Brennkraftmaschine abgefragt, ob eine Stopp-Anforderung vorliegt, beispielsweise aufgrund eines Anhaltens des Fahrzeugs für mehr als fünf Sekunden. Falls dies nicht der Fall ist, so endet das Verfahren in einem Schritt 3. Falls in dem Schritt 2 eine Stopp-Anforderung vorliegt, wird in einem Schritt 4 ein Motorstopp durch Aussetzen von Einspritzungen eingeleitet. Bevor im Schritt 4 die Einspritzungen ausgesetzt werden, werden noch während der Stopp-Anforderung begonnene oder bereits abgeschlossene und noch nicht verbrannte Einspritzungen bzw. der bei diesen Einspritzungen eingespritzte Kraftstoff entflammt.
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In einem Schritt 5 wird abgefragt, ob eine Start-Anforderung während des Ausdrehens vorliegt. Diese Start-Anforderung kann durch ein Drücken eines Gaspedals des Fahrzeugs durch einen Fahrer ausgelöst werden. Falls keine Start-Anforderung vorliegt, dreht die Brennkraftmaschine in einem Schritt 6 auf herkömmliche Weise aus und das Verfahren wird in einem Schritt 7 beendet.
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Falls im Schritt 5 festgestellt wird, dass eine Start-Anforderung während des Ausdrehens vorliegt, so wird im Schritt 8 eine Neustart-Kraftstoffeinspritzung vorbereitet, wobei insbesondere die Neustart-Kraftstoffmenge, der Brennraum, in den die Neustart-Kraftstoffmenge eingespritzt werden soll und der Zeitpunkt, zu dem die Neustart-Kraftstoffmenge eingespritzt werden soll, berechnet werden. Dieser Zeitpunkt wird möglichst spät gewählt, sodass die Aufenthaltszeit des Kraftstoffs in dem Brennraum bis zur Entflammung des eingespritzten Kraftstoffs möglichst kurz ist. Außerdem wird entsprechend ein geeigneter Brennraum gewählt. Die Neustart-Kraftstoffmenge berechnet sich auf herkömmliche Weise, wobei jedoch zu berücksichtigen ist, dass die im Moment der Berechnung verfügbaren Parameterwerte von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine nicht den Parameterwerten zum späteren Zündzeitpunkt entsprechen können. Daher werden diese Parameterwerte, insbesondere die Öltemperatur, für den Zündzeitpunkt abgeschätzt oder vorausberechnet. Dann erfolgt in einem Schritt 9 zu dem berechneten Zündzeitpunkt die Neustart-Kraftstoffeinspritzung in den ausgewählten Brennraum, wobei die berechnete Neustart-Kraftstoffmenge eingespritzt wird, d.h. abgesetzt wird. Zusätzlich ist es auch möglich, weitere Neustart-Kraftstoffeinspritzungen in anderen Brennräumen vorzunehmen, um das nachfolgende Anschleppen zu beschleunigen.
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In einem nachfolgenden Schritt 10 wird abgewartet, bis die Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine unter einen bestimmten Schwellenwert, hier 10 Umdrehungen pro Minute, abfällt, bevor in einem Schritt 11 die Brennkraftmaschine mit dem Starter angeschleppt wird. Die Informationen zur Motorsteuerung und zur Kraftstoffeinspritzung, beispielsweise die Zuordnung der einzelnen Brennräume, der Einspritzzähler und weitere aus dem Stand der Technik bekannte Informationen werden im Gegensatz zu einem sonst üblichen Neustart einer Brennkraftmaschine nicht vor dem Anschleppen im Schritt 11 zurückgesetzt. Weiterhin wird die im Schritt 9 abgesetzte Neustart-Kraftstoffeinspritzung gespeichert, sodass diese Information beim Anschleppen im Schritt 11 und bei einem anschließenden Entflammen des Gemisches mit der Neustart-Kraftstoffmenge in einem Schritt 12 verwendet werden kann. Vor dem Entflammen im Schritt 12 erhalten die Brennräume, in die bereits im Schritt 9 eine Neustart-Kraftstoffeinspritzung abgesetzt wurde, keine erneuten Kraftstoffeinspritzungen. Weiterhin wird die Zündung bereits mit Beginn des Anschleppens im Schritt 11 freigegeben, um einen möglichst zügigen Start der Brennkraftmaschine zu ermöglichen. In einem Schritt 13 wird nachfolgend auf das Entflammen des Gemisches zum Zündzeitpunkt im Schritt 12 die Brennkraftmaschine auf herkömmliche Art und Weise weiterbetrieben. Das Verfahren ist in einem Schritt 14 beendet.
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In der 2 ist der zeitliche Ablauf einiger Betriebsparameter einer erfindungsgemäßen Motorsteuerung zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. So ist in dem dargestellten Diagramm die Drehzahl n der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über die Zeit t dargestellt. Weiterhin sind Einspritzungen und Zündzeitpunkte für die Einspritzungen über die Zeit aufgetragen. Unterhalb der Zeitachse t ist der Verlauf eines Signals für eine Stopp-Anforderung zum Anhalten der Brennkraftmaschine und der Verlauf eines Signals einer Start-Anforderung zum Starten der Brennkraftmaschine aufgetragen. Während des normalen Betriebs der Brennkraftmaschine erfolgt eine Einspritzung 20, während der eine Stopp-Anforderung signalisiert wird. Die mit der Einspritzung 20 abgesetzte Kraftstoffmenge wird noch mit einer Zündung 21 gezündet, um den Kraftstoff ordnungsgemäß zu verbrennen. Nachfolgend dreht die Brennkraftmaschine aus, wobei sich die Drehzahl n der Brennkraftmaschine vermindert. Bevor die Brennkraftmaschine vollständig ausdreht, d.h. stillsteht, wird das Signal mit der Stopp-Anforderung gelöscht und das Signal der Start-Anforderung gesetzt, sodass von einem Neustartwunsch ausgegangen werden kann. Anschließend wird entsprechend des in der 1 dargestellten Verfahrens eine Neustart-Kraftstoffeinspritzung 22 abgesetzt, bevor die Brennkraftmaschine vollständig ausdreht. Nach dem Ausdrehen der Brennkraftmaschine wird sie wieder angeschleppt und die mit der Neustart-Kraftstoffeinspritzung 22 abgesetzte Kraftstoffmenge wird zum nächst möglichen Zeitpunkt nach dem Anschleppen der Brennkraftmaschine mit einer Zündung 23 gezündet. Nachfolgend erfolgt wiederum der übliche Betrieb der Brennkraftmaschine.