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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens.
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Die
DE 10 2011 075 216 A1 offenbart ein Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine eines Hybridantriebs. Der
DE 100 30 001 A1 ist eine Vorrichtung zum kontrollierten Abstellen einer Brennkraftmaschine als bekannt zu entnehmen. Aus der
DE 100 30 000 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Starteranordnung während eines Start- und Stoppvorgangs einer Brennkraftmaschine bekannt. Außerdem offenbart die
DE 10 2014 018 306 A1 eine Antriebsvorrichtung.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, sodass die Verbrennungskraftmaschine besonders vorteilhaft gestartet werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Starten einer auch als Motor oder Verbrennungsmotor bezeichneten und beispielsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagens, weist die Verbrennungskraftmaschine eine beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle auf. Bei dem Verfahren wird infolge einer Startanforderung zum Starten der Verbrennungskraftmaschine eine Einspritzphase durchgeführt. Das Verfahren wird beispielsweise mittels einer elektronischen Recheneinrichtung des Kraftfahrzeugs durchgeführt. Die elektronische Recheneinrichtung erhält beispielsweise die Startanforderung von einer weiteren elektronischen Recheneinrichtung. Die Startanforderung kann eine automatische Startanforderung sein, sodass die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise automatisch gestartet wird. Ferner kann die Startanforderung aus einer von einer Person wie beispielsweise dem Fahrer des Kraftfahrzeugs resultierenden Betätigung eines Bedienelements resultieren. In der Einspritzphase wird wenigstens oder genau eine zeitbasierte Einspritzung durchgeführt. Mit anderen Worten erfolgt in der Einspritzphase die zeitbasierte Einspritzung, während sich die Abtriebswelle in ihrem Stillstand befindet, das heißt nicht dreht. Durch die Einspritzung wird in einen, sich in einem Expansionstakt befindenden Zylinder der Verbrennungskraftmaschine Kraftstoff, insbesondere direkt, eingespritzt. Unter dem Merkmal, dass sich der Zylinder in dem Expansionstakt befindet, kann insbesondere folgendes verstanden werden: In dem Zylinder ist beispielsweise ein Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen, wobei der Kolben beispielsweise über ein Pleuel gelenkig mit der Abtriebswelle verbunden sein kann. Die Verbrennungskraftmaschine ist dabei vorzugsweise als Vier-Takt-Motor ausgebildet, wobei sich der in dem Zylinder befindende Kolben in seinem Expansionstakt befindet, welcher auch als Arbeitstakt bezeichnet wird. Somit befindet sich der Zylinder in dem Expansionstakt.
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Bei dem Verfahren wird nach der Einspritzphase eine Aufprägungsphase durchgeführt, in welcher ein hydraulischer Druck in einer einen Greifpunkt aufweisenden Kupplung auf einen Wert angehoben wird, welcher unterhalb eines den Greifpunkt bewirkenden Greifpunktwerts des hydraulischen Drucks liegt. Unter dem Merkmal, dass der Druck auf den gegenüber dem Greifpunktwert geringeren Wert angehoben wird, ist insbesondere zu verstehen, dass in der Einspritzphase der hydraulische Druck zunächst einen Ausgangswert aufweist, welcher geringer als der genannte Wert ist. Ausgehend von dem Ausgangswert wird der hydraulische Druck auf den genannten Wert erhöht. Der Greifpunkt wird auch als Kiss-Point bezeichnet. Der Kiss-Point beziehungsweise Greifpunkt ist ein Betätigungszustand, in welchem sich beispielsweise Kupplungsscheiben beziehungsweise Reibelemente der Kupplung gerade noch berühren und ein gewisses Drehmoment zwischen den Reibelementen übertragen wird oder gerade noch kein Drehmoment zwischen den Reibelementen übertragen wird. Nachdem der hydraulische Druck auf den genannten Wert angehoben wurde, wird der hydraulische Druck in der Kupplung gemäß einer Rampenfunktion, das heißt einer Rampenfunktion entsprechend oder auf Basis einer Rampenfunktion, gesteigert, bis eine aus einem über die Kupplung mittels eines Rotors einer elektrischen Maschine des Kraftfahrzeugs bewirkten Antreiben der Abtriebswelle resultierende Drehbewegung der Abtriebswelle ermittelt wird. Die Drehbewegung der Abtriebswelle wird beispielsweise derart ermittelt, dass die Drehbewegung mittels eines Sensors, insbesondere mittels eines Kurbelwellensensors, erfasst und an die elektronische Recheneinrichtung übertragen und von der elektronischen Recheneinrichtung empfangen wird.
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Nach der Aufprägungsphase wird eine Zündphase durchgeführt, in welcher nach der ermittelten Drehbewegung, das heißt nach Ermittlung der Drehbewegung und nach einer vorgebbaren Pausenzeit, eine Zündung in dem sich in dem Expansionstakt befindenden Zylinder ausgelöst, das heißt getriggert wird. Nach der Zündphase wird eine Hochlaufphase durchgeführt, in welcher der in dem Zylinder aufgenommene Kolben seinen oberen Zündtotpunkt zum ersten Mal nach Beginn des Startens überwindet und, nachdem der Kolben seinen oberen Zündtotpunkt mit einer vorgebbaren Häufigkeit durchlaufen hat, der hydraulische Druck in der Kupplung reduziert wird, bis die Abtriebswelle und der Rotor der elektrischen Maschine die gleiche Drehzahl aufweisen.
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Optional kann nach der Einspritzphase und vor der Aufprägungsphase eine Homogenisierungsphase durchgeführt werden, in welcher eine Verdampfung des eingespritzten und vorzugsweise flüssigen Kraftstoffes zugelassen wird, wobei während der Homogenisierungsphase ein Einbringen von Kraftstoff in den Zylinder, eine Zündung in dem Zylinder und ein Verändern des hydraulischen Drucks in der Kupplung unterbleiben und sich die Abtriebswelle noch in ihrem Stillstand befindet. Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Bei zukünftigen Motoren mit steigenden geometrischen Verdichtungsverhältnissen, zum Beispiel bei oder mit Miller-Brennverfahren, und eventuell zusätzlich kleinerem Hubraum ist ein Direktstart, das heißt ein Start der Verbrennungskraftmaschine ohne zusätzliches Hilfsmoment, nicht unter allen Randbedingungen umsetzbar, das heißt es ist ein Hilfsmoment nötig. Dieses Hilfsmoment wird beispielsweise bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von der elektrischen Maschine über deren Rotor bereitgestellt, sodass die Abtriebswelle aus ihrem Stillstand heraus über die Kupplung von dem Rotor angetrieben und somit gedreht wird, woraufhin die Zündung zum Starten der Verbrennungskraftmaschine bewirkt wird. Das Hilfsmoment ist vorzugsweise variabel und kann insbesondere in hybriden Antriebssträngen von der beispielsweise als Trennkupplung ausgebildeten Kupplung, das heißt über die Trennkupplung von der elektrischen Maschine zur Verfügung gestellt werden. Da die Kupplungsansteuerung einer größeren Streuung, vor allem im Hinblick auf die Reaktionszeit und die Sprungantwort, unterliegt als die zeitbasierte Einspritzung und Entflammung beim Start, ist eine Ablaufsteuerung oder -regelung vorteilhaft, bei der mit Auslösung der zeitbasierten Einspritzung und Zündung auf das Ansprechen der Kupplung gewartet wird. Eine solche Ablaufsteuerung bzw. -regelung kann durch das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft realisiert werden.
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Herkömmlicherweise wird die Verbrennungskraftmaschine zunächst mittels Momentenaufprägung der Trennkupplung über den ersten oberen Zündtotpunkt (ZOT) geschleppt, während dieser Kompression Kraftstoff eingespritzt und nach dem überschrittenen oberen Zündtotpunkt winkelbasiert gezündet. Demgegenüber kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Nutzung der elektrischen Maschine und der Kupplung eine robuste und seitens der elektrischen Maschine und der Kupplung bedarfsgerecht minimale Momentenunterstützung zum Starten der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden.
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Die Einspritzphase, die Aufprägungsphase, die Zündphase und die Hochlaufphase sowie die optional vorgesehene Homogenisierungsphase sind fünf Phasen des Verfahrens, wobei diese fünf Phasen zeitlich nacheinander durchgeführt werden. Als erste Phase wird die Einspritzphase durchgeführt. Nach der ersten Phase wird als zweite Phase die Aufprägungsphase durchgeführt. Als optionale dritte Phase wird nach der Aufprägungsphase die Homogenisierungsphase durchgeführt. Als vierte Phase wird nach der dritten Phase die Zündphase durchgeführt, und als fünfte Phase wird nach der Zündphase die Hochlaufphase durchgeführt. Dabei erfolgt in der ersten Phase die zeitbasierte Einspritzung, an die sich die optionale Homogenisierungsphase anschließt. In der dritten Phase erfolgt eine Aufprägung eines auch als K0-Moments bezeichneten Kupplungsmoments über die Kupplung auf die Abtriebswelle, wobei das Kupplungsmoment in Abhängigkeit von dem hydraulischen Druck in der Kupplung aus einem Antriebsmoment resultiert, welches von der elektrischen Maschine über deren Rotor bereitgestellt und in die Kupplung eingeleitet wird. In der vierten Phase erfolgt die Zündung, vorzugsweise inklusive einer optionalen Kraftstoff-Kleinstmengen-Vorlagerung. In der fünften Phase erfolgt der Hochlauf der Verbrennungskraftmaschine.
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Im Folgenden werden die Phasen näher erläutert. Bei der zeitbasierten Einspritzung erfolgt beispielsweise direkt nach der Startanforderung noch während des Stillstands der Abtriebswelle eine beispielsweise als Einfach- oder Mehrfacheinspritzung ausgebildete Einspritzung in beziehungsweise auf den Zylinder, der sich im Expansionstakt befindet. In der optionalen Homogenisierungsphase wird beispielsweise aufgrund des geringen Niveaus der turbulenten kinetischen Energie nach Einspritzende in den Zylinder, wobei ein Energieeintrag ausschließlich aus der Einspritzung des Kraftstoffs in den Zylinder resultiert beziehungsweise von der Einspritzung stammt, eine Wartezeit zur Kraftstoffverdampfung vorgesehen.
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In der dritten Phase erfolgen eine Aufprägung des KO-Moments und der Drehbeginn der Abtriebswelle. Beispielsweise wird von der insbesondere als Motorsteuergerät ausgebildeten, elektronischen Recheneinrichtung eine Beobachtung des Kurbelkreises der Verbrennungskraftmaschine gestartet und der hydraulische Druck in der Trennkupplung wird auf ein Niveau unterhalb des Kiss-Points angehoben und danach mit einer Rampenfunktion gesteigert, bis vom Motorsteuergerät eine Kurbelwellenrotation, das heißt eine Drehbewegung der Abtriebswelle detektiert und rückgemeldet wird, wobei die Rückmeldung ein oder mehrere Grad Kurbelwinkel oder Nockenwelle (Zähne 60-2 Rad) verzögert erfolgen kann. In der vierten Phase wird nach dem detektierten Rotationsbeginn und nach einer applizierbaren Pausenzeit td eine Zündung auf dem sich in dem Expansionstakt befindenden Zylinder getriggert, welcher eine optionale Kleinstmengeneinspritzung inklusive Pause zur Zündung vorgelagert sein kann. In der fünften Phase wird nach dem Energieeintrag von zeitbasierter Verbrennung und Kupplungsunterstützung der erste obere Totpunkt überwunden und der reguläre Hochlauf der Verbrennungskraftmaschine beginnt. Währenddessen wird der Hydraulikdruck in der Trennkupplung nach einem Durchlaufen einer applizierbaren Anzahl an oberen Zündtotpunkten durch den Kolben reduziert, bis die Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise die Abtriebswelle und die elektrische Maschine beziehungsweise der Rotor synchrone Drehzahlen besitzen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur (Fig.) alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ein Diagramm zum Veranschaulichen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens.
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Im Folgenden wird anhand der einzigen Fig. ein Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine eines vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildeten Kraftfahrzeugs beschrieben. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als Hybridfahrzeug ausgebildet und umfasst die Verbrennungskraftmaschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug angetrieben werden kann. Außerdem umfasst das Kraftfahrzeug beispielsweise eine elektrische Maschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildet und weist wenigstens einen, insbesondere mehrere, Zylinder auf. In dem jeweiligen Zylinder ist ein Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen. Außerdem weist die Verbrennungskraftmaschine eine als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle auf, wobei der jeweilige Kolben gelenkig mit der Kurbelwelle verbunden ist. Insbesondere kann die elektrische Maschine über ihren Rotor Drehmomente bereitstellen, welche auch als Antriebsmomente bezeichnet werden. Beispielsweise kann die elektrische Maschine über ihren Rotor die Abtriebswelle antreiben. Hierbei ist das jeweilige, von der elektrischen Maschine über ihren Rotor bereitstellbare Drehmoment über eine auch als Trennkupplung bezeichnete Kupplung auf die Abtriebswelle übertragbar, sodass die Abtriebswelle über die Kupplung von dem Rotor und somit von der elektrischen Maschine angetrieben werden kann. Die Kupplung ist beispielsweise als eine Reibkupplung ausgebildet und weist einen auch als Greifpunkt bezeichneten Kiss-Point auf. Durch Einstellen eines hydraulischen Drucks in der Kupplung kann ein auch als K0-Moment bezeichnetes Kupplungsmoment eingestellt werden, welches maximal über die Kupplung und dabei beispielsweise von dem Rotor über die Kupplung auf die Abtriebswelle übertragen werden kann. Das Kupplungsmoment resultiert somit aus dem jeweiligen, von der elektrischen Maschine über den Rotor bereitgestellten Antriebsmoment und hängt von dem hydraulischen Druck in der Kupplung ab. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Kupplungsmoment desto höher ist, je höher der hydraulische Druck in der Kupplung ist.
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Das Verfahren zum Starten der zunächst deaktivierten Verbrennungskraftmaschine umfasst vorzugsweise fünf Phasen I, II, III, IV und V, welche zeitlich aufeinander folgen, das heißt nacheinander durchgeführt werden. In dem in der Fig. gezeigten Diagramm veranschaulicht ein Verlauf 10 das Kupplungsmoment beziehungsweise der Verlauf 10 ist ein zeitlicher Verlauf des Kupplungsmoments. Ein Verlauf 12 ist ein zeitlicher Verlauf des auch als K0-Druck bezeichneten, hydraulischen Drucks in der Kupplung. Eine Zeile 14 des Diagramms veranschaulicht eine etwaige, in dem zuvor genannten Zylinder stattfindende Zündung. Unter der Zündung ist zu verstehen, dass durch die jeweilige Zündung wenigstens oder genau ein Zündfunke, insbesondere in dem Zylinder, erzeugt wird, wobei mittels des Zündfunkens ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem Zylinder gezündet werden kann. Eine Zeile 16 des Diagramms veranschaulicht eine Einspritzung. Unter einer solchen Einspritzung ist zu verstehen, dass, insbesondere flüssiger, Kraftstoff in den Zylinder eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt, wird. Ein Verlauf 18 ist ein zeitlicher Verlauf der Drehzahl der Abtriebswelle und somit der Verbrennungskraftmaschine. Ein Verlauf 20 veranschaulicht ein von einem Sensor bereitgestelltes Signal, wobei der Sensor die Drehzahl der Kurbelwelle erfassen kann. Der Sensor ist beispielsweise ein Kurbelwellensensor, insbesondere ein Kurbelwinkelzahlzähler, welcher auf hinlänglich bekannte Weise anhand von Zähnen Drehstellungen und somit die Drehzahl der Kurbelwelle erfasst. Das Signal charakterisiert somit die mittels des Sensors erfasste Drehzahl der Kurbelwelle. Schließlich veranschaulicht ein Verlauf 22 eine Startanforderung. Die Startanforderung ist ein beispielsweise von einer elektronischen Recheneinheit des Kraftfahrzeugs ausgesendetes Signal, welches beispielsweise von einer elektronischen Recheneinrichtung, insbesondere in Form einer Motorsteuerung oder einer Motorsteuergeräts der Verbrennungskraftmaschine, empfangen wird. Durch Aussenden der Startanforderung fordert die Recheneinheit von dem Motorsteuergerät einen auch als Starten oder Motorstart bezeichneten Start der zunächst deaktivierten Verbrennungskraftmaschine an.
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Die erste Phase I beginnt beispielsweise zu einem Zeitpunkt to, zu welchem das Motorsteuergerät die Startanforderung erhält. Infolge der Startanforderung zum Starten der zunächst deaktivierten Verbrennungskraftmaschine wird, insbesondere mittels des Motorsteuergeräts, die erste Phase I als Einspritzphase durchgeführt. In der Einspritzphase wird eine beispielsweise als Einfacheinspritzung oder vorliegend als Mehrfacheinspritzung ausgebildete Einspritzung E durchgeführt. Mit anderen Worten erfolgt die Einspritzung E in der Einspritzphase, wobei die Einspritzung E erfolgt, während sich die Abtriebswelle in ihrem Stillstand befindet. Wie aus der Fig. erkennbar ist, kann die Mehrfacheinspritzung mehrere, zeitlich aufeinanderfolgende und zeitlich voneinander beabstandete Einzeleinspritzungen umfassen, wobei die jeweilige Einzeleinspritzung an sich eine Einfacheinspritzung ist, in deren Rahmen Kraftstoff in den Zylinder, insbesondere direkt, eingespritzt wird. Durch die Einspritzung E wird somit Kraftstoff in den sich in einem Expansionstakt befindenden Zylinder der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt.
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Nach der ersten Phase I wird die optional vorgesehene zweite Phase II als eine Homogenisierungsphase durchgeführt. In der Homogenisierungsphase wird eine Verdampfung des eingespritzten Kraftstoffs zugelassen, wobei während der Homogenisierungsphase ein Einbringen von Kraftstoff in den Zylinder, eine Zündung in dem Zylinder und ein Verändern des hydraulischen Drucks in der Kupplung unterbleiben und sich die Abtriebswelle noch in ihrem Stillstand befindet. Aus der Fig. ist erkennbar, dass sich die erste Phase I und zweite Phase II zusammen über eine Zeitspanne tso erstrecken. Zu einem Zeitpunkt t1 endet die zweite Phase II und beginnt die dritte Phase III. Die dritte Phase III ist eine Aufprägungsphase, in welcher der hydraulische Druck in der Kupplung ausgehend von einem Ausgangswert auf einen gegenüber dem Ausgangswert größeren Wert angehoben wird, welcher unterhalb eines den Greifpunkt der Kupplung bewirkenden Greifpunktwerts des hydraulischen Drucks liegt, woraufhin der hydraulische Druck in der Kupplung gemäß einer Rampenfunktion gesteigert wird, bis eine aus einem über die Kupplung mittels des Rotors der elektrischen Maschine bewirkten Antreiben der Abtriebswelle resultierende Drehbewegung der Abtriebswelle ermittelt wird. Der Zeitpunkt t1 ist auch ein Startzeitpunkt, zu welchem mit einer Beobachtung der Abtriebswelle, insbesondere der Drehzahl der Abtriebswelle, begonnen wird.
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Nach der dritten Phase III wird die vierte Phase IV als eine Zündphase durchgeführt. In der Zündphase wird nach dem Ermitteln der Drehbewegung der Abtriebswelle und vorzugsweise nach einer vorgebbaren Pausenzeit wenigstens eine Zündung oder mehrere Zündungen Z in dem sich in dem Expansionstakt befindenden Zylinder ausgelöst. Die zuvor genannte Pausenzeit ist in der Fig. mit td bezeichnet. Nach der vierten Phase IV wird die fünfte Phase V als eine Hochlaufphase durchgeführt, in welcher der in dem Zylinder aufgenommene Kolben seinen oberen Zündtotpunkt (ZOT) zum ersten Mal nach Beginn der Startens der Verbrennungskraftmaschine überwindet und, nachdem der Kolben seinen oberen Zündtotpunkt mit einer vorgebbaren Häufigkeit durchlaufen hat, der hydraulische Druck in der Kupplung reduziert wird, bis die Abtriebswelle und der Rotor der elektrischen Maschine die gleiche Drehzahl aufweisen. Es ist erkennbar, dass das von der elektrischen Maschine über deren Rotor bereitgestellte Drehmoment und insbesondere das aus dem Drehmoment resultierende Kupplungsmoment als Hilfsmoment genutzt werden, um die zunächst deaktivierte Verbrennungskraftmaschine zu starten. Dabei kann das Hilfsmoment jedoch so gering wie möglich und so hoch wie nötig gestaltet werden, um einerseits einen übermäßigen Energieverbrauch der elektrischen Maschine zu vermeiden und andererseits die Verbrennungskraftmaschine vorteilhaft starten zu können.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verlauf
- 12
- Verlauf
- 14
- Zeile
- 16
- Zeile
- 18
- Verlauf
- 20
- Verlauf
- 22
- Verlauf
- E
- Einspritzung
- I
- Phase
- II
- Phase
- III
- Phase
- IV
- Phase
- td
- Pausenzeit
- tSO
- Zeitspanne
- t0
- Zeitpunkt
- t1
- Zeitpunkt
- V
- Phase
- Z
- Zündung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011075216 A1 [0002]
- DE 10030001 A1 [0002]
- DE 10030000 A1 [0002]
- DE 102014018306 A1 [0002]