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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer
Brennkraftmaschine, die sich insbesondere in einem Fahrzeug befinden
kann.
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Brennkraftmaschinen
können
unterschiedlichsten Drehzahl- und unterschiedlichsten Lastanforderungen
unterliegen. Obwohl die meisten Brennkraftmaschinen ein Kühlsystem
aufweisen – z.B.
ein Wasserkühlsystem,
bei dem ein Luft-Wasser-Wärmetauscher,
wie z.B. ein Kühler,
verwendet wird – kann
eine Brennkraftmaschine während
des Betriebes dennoch sehr heiß werden.
Unter derartigen Umständen
kann es vorkommen, dass ein Schmiermittelfluid, wie z.B. Öl, unerwünscht hohe
Temperaturen erreicht. Dies kann einen Verlust der Viskosität und des Öldrucks
zur Folge haben, was zu einer unzureichenden Schmierung der Bauteile
der Brennkraftmaschine führen
kann.
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Ein
Versuch, derartige Situationen zu beherrschen, wird in der am 10.
Dezember 1991 an Hapka et al. erteilten
US 5 070 832 A (vgl.
DE 692 021 89 T2 )
beschrieben. Bei Hapka et al. wird ein Brennkraftmaschinenschutzsystem
beschrieben, bei dem eine Drosselung der Motorleistung in Abhängigkeit
bestimmter Fluidparameter-Fehlerzustände erfolgt. In Hapka et al.
sind zwei Drosselungspläne
offenbart, die auf dem jeweiligen Niveau des Fluidparameterfehlers
basieren. In einigen Fällen
kann der Betrieb des Fahrzeugs in einem "Notlaufmodus" ("limp
home" mode) fortgesetzt
werden. In anderen Situationen wird die Brennkraftmaschine ggf.
vollständig
abgeschaltet.
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Ein
Nachteil des bei Hapka et al. beschriebenen Motorschutzsystems besteht
darin, dass der Fahrer nach Implementierung der Drosselungspläne u.U.
nicht mehr in der Lage ist, die Brennkraftmaschine bei maximaler
Motordrehzahl zu betreiben. Die Möglichkeit, die Brennkraftmaschine
bei maximaler Motordrehzahl betreiben zu können – wenn auch nur für einen
kurzen Zeitraum –,
kann für
den Fahrer wichtig sein. Abhängig
von der speziellen Fahrtsituation, der der Fahrer ausgesetzt ist,
ist es ggf. selbst dann erforderlich, das Fahrzeug kurzzeitig stark
zu beschleunigen, wenn die Temperatur des Motoröls über dem Normalwert liegt.
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Das
Problem hoher Öltemperaturen
kann insbesondere bei Hybridfahrzeugen (hybrid electric vehicles
(HEV's)) relevant
sein, die u.U. nur über
eine relativ kleine Brennkraftmaschine verfügen. Die Größe einer Brennkraftmaschine
in einem Hybridfahrzeug kann geringer sein als in einem herkömmlichen Fahrzeug,
da viele Hybridfahrzeuge das Ausgangsdrehmoment eines Elektromotors
mit dem Drehmoment der Brennkraftmaschine kombinieren, um das Fahrzeug
anzutreiben. Dadurch kann die Größe der Brennkraftmaschine
verringert werden, was zu Kosteneinsparungen und einer verbesserten
Kraftstoffausnutzung führt.
Es kann jedoch Situationen geben, in denen der Elektromotor nicht
zur Steigerung des Brennkraftmaschinendrehmoments eingesetzt werden
kann. Darüber
hinaus kann es selbst dann, wenn der Elektromotor dazu eingesetzt
wird, das von der Brennkraftmaschine bereitgestellte Drehmoment
zu erhöhen,
bestimmte Fahrsituationen geben – z.B. das Ziehen einer schweren
Last oder die Überwindung
einer steilen Steigung –,
in denen die relativ kleine Brennkraftmaschine immer noch beträchtliche Lasten
zu bewältigen
hat.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dementsprechend darin,
ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine zu schaffen,
bei dem nicht zu gelassen wird, dass die Temperatur des Motoröls unannehmbar
hohe Werte erreicht, während
jedoch gleichzeitig dem Fahrer die Möglichkeit gegeben wird, die
Brennkraftmaschine unter bestimmten Bedingungen zumindest für einen
kurzen Zeitraum bei der maximalen Maschinendrehzahl zu betreiben.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein Verfahren
zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bereitgestellt wird, das
dazu beiträgt,
zu gewährleisten,
dass die Temperatur eines Schmiermittelfluids nicht übermäßig ansteigt,
wobei aber zugelassen wird, dass die Maschine – zumindest während eines
vorausbestimmten Zeitraums – unter
bestimmten Bedingungen bei maximaler Drehzahl betrieben wird.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
mit dieser ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
bereitgestellt wird, bei dem ein Hinwegsetzen (override) über eine Begrenzung
der Maschinendrehzahl unter bestimmten Bedingungen zumindest während eines
vorausbestimmten Zeitraums zugelassen wird.
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Weiterhin
wird im Rahmen der Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen,
die ein Schmiermittelfluid aufweist. Das Verfahren schließt die Bestimmung
einer Temperatur des Schmiermittelfluids und die Bestimmung eines
ersten Maschinendrehzahlgrenzwerts ein. Eine erste Steuerlogik wird
ausgeführt,
wenn die Schmiermittelfluidtemperatur zwischen einer ersten vorausbestimmten
Temperatur und einer zweiten vorausbestimmten Temperatur liegt,
die höher
ist als die erste vorausbestimmte Temperatur. Die erste Steuerlogik ist
so programmiert, dass sie es zulässt,
dass die Brennkraftmaschine für
eine beliebige Zeitspanne, die geringer ist als eine vorausbestimmte
Zeitspanne, am ersten Maschinendrehzahlgrenzwert betrieben wird.
Außerdem
ist die erste Steuerlogik so programmiert, dass sie die Maschinendrehzahl
automatisch reduziert, nachdem die Brennkraftmaschine für die vorausbestimmte
Zeitspanne am ersten Maschinendrehzahlgrenzwert betrieben wurde.
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Ferner
bietet die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
in einen Fahrzeug. Bei der Brennkraftmaschine wird ein Schmiermittelfluid
ver wendet, und zu dem Verfahren gehört die Bestimmung einer Temperatur
des Schmiermittelfluids. Außerdem
wird ein erster Maschinendrehzahlgrenzwert und ein zweiter Maschinendrehzahlgrenzwert,
der niedriger ist als der erste Maschinendrehzahlgrenzwert bestimmt.
Der Betrieb der Brennkraftmaschine am ersten Maschinendrehzahlgrenzwert wird
auf eine vorausbestimmte Zeitspanne begrenzt, wenn die Schmiermittelfluidtemperatur
zwischen einer ersten vorausbestimmten Temperatur und einer zweiten
vorausbestimmten Temperatur liegt, die höher ist als die erste vorausbestimmte
Temperatur. Die Maschinendrehzahl wird zumindest zeitweise auf den
zweiten Maschinendrehzahlgrenzwert begrenzt, nachdem die Brennkraftmaschine
während
der vorausbestimmten Zeitspanne am ersten Maschinendrehzahlgrenzwert
betrieben wurde und die Schmiermittelfluidtemperatur zwischen der
ersten und der zweiten vorausbestimmten Temperatur liegt.
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Bei
einem zur Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ausgebildeten Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, bei der ein
Schmiermittelfluid verwendet wird, dient ein Sensor zur Erfassung
eines auf eine Temperatur des Schmiermittelfluids bezogenen Parameters,
wobei dieser so konfiguriert ist, dass er ein auf den erfassten
Parameter bezogenes Signal ausgibt. Ein Steuersystem steht im Datenaustausch
mit dem Sensor und weist wenigstens ein Steuergerät auf. Das
Steuersystem ist so konfiguriert, dass es den Betrieb der Brennkraftmaschine
am ersten Maschinendrehzahlgrenzwert auf eine vorausbestimmte Zeitspanne
begrenzt, wenn die Schmiermittelfluidtemperatur zwischen einer ersten vorausbestimmten
Temperatur und einer zweiten vorausbestimmten Temperatur liegt,
die höher
ist als die erste vorausbestimmte Temperatur. Außerdem ist das Steuersystem
so konfiguriert, dass es die Maschinendrehzahl automatisch reduziert,
nachdem die Brennkraftmaschine während
der vorausbestimmten Zeitspanne am ersten Maschinendrehzahlgrenzwert betrieben
wurde und die Schmiermittelfluidtemperatur zwischen der ersten und
der zweiten vorausbestimmten Temperatur liegt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ein
Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 zwei
Graphen in einem Zeitbereich, welche die Steuerlogik der vorliegenden
Erfindung veranschaulichen; und
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4 einen
Graphen in einem Temperaturbereich, welcher die Steuerlogik der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 10 gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Das Fahrzeug 10 weist eine Brennkraftmaschine
bzw. einen Verbrennungsmotor 12 und eine elektrische Maschine
bzw. einen Generator 14 auf. Die Brennkraftmaschine 12 und der
Generator 14 stehen durch eine Leistungsübertragungseinheit,
bei der es sich in dieser Ausführungsform
um einen Planetenradsatz 16 handelt, miteinander in Verbindung.
Natürlich
können
auch andere Arten von Leistungsübertragungseinheiten,
einschließlich
anderer Zahnradsätze
und Getriebe dazu verwendet werden, die Brennkraftmaschine 12 an den
Generator 14 anzuschließen. Der Planetenradsatz weist
ein Hohlrad 18, einen Planetenträger 20, Planetenräder 22 und
ein Sonnenrad 24 auf.
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Der
Generator 14 kann auch als Elektromotor eingesetzt werden,
der Drehmoment an eine an das Sonnenrad 24 angeschlossene
Welle 26 ausgibt. Ebenso gibt die Brennkraftmaschine 12 Drehmoment an
eine an den Planetenträger 20 angeschlossene Welle 28 aus.
Die Drehmomentausgabe durch die Brennkraftmaschine 12 kann
dazu verwendet werden, das Fahrzeug 10 anzutreiben, sie
kann dazu verwendet werden, die Welle 26 zu drehen, um
den Generator 14 zu betreiben, oder sie kann Drehmoment
zur Verfügung
stellen, um gleichzeitig das Fahrzeug 10 anzutreiben und
den Generator 14 zu betreiben. Es wird eine Bremse 30 zur
Verfügung
gestellt, um die Rotation der Welle 26 anzuhalten, wodurch das Sonnenrad 24 festgebremst
wird. Da diese Anordnung es ermöglicht,
Drehmoment von dem Generator 14 an die Brennkraftmaschine 12 zu übertragen, wird
eine Freilaufkupplung 32 zur Verfügung gestellt, so dass die
Welle 28 nur in einer Richtung rotiert. Dadurch dass, wie
in 1 dargestellt, der Generator 14 in Wirkverbindung
mit der Brennkraftmaschine 12 steht, kann die Drehzahl
der Brennkraftmaschine 12 durch den Generator 14 gesteuert
werden.
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Das
Hohlrad 18 ist an eine Welle 34 angeschlossen,
die über
einen zweiten Zahnradsatz 38 an Fahrzeugantriebsräder 36 angeschlossen
ist. Das Fahrzeug 10 weist eine zweite elektrische Maschine bzw.
einen Elektromotor 40 auf, die bzw. der dazu verwendet
werden kann, Drehmoment an eine Welle 42 abzugeben. Andere
Fahrzeuge im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung können über andere
Anordnungen elektrischer Maschinen, wie z.B. über mehr oder weniger als zwei
elektrische Maschinen, verfügen.
Gemäß der in 1 dargestellten
Ausführungsform
können
sowohl der Elektromotor 40 als auch der Generator 14 als
Elektromotoren verwendet werden, um Drehmoment, zum Beispiel für den Antrieb
des Fahrzeugs 10, auszugeben. Überdies kann die Drehmomentausgabe
durch den Elektromotor 40 oder den Generator 14 oder
durch beide mit der Drehmomentausgabe durch die Brennkraftmaschine 12 kombiniert
werden, um das Fahrzeug 10 anzutreiben. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, dass sowohl der Elektromotor 40 als auch
der Generator 14 als Generatoren verwendet werden können, die
elektrische Energie an einen Hochspannungsbus 44 und an
eine Energiespeichervorrichtung oder Batterie 46 ausgeben.
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Die
Batterie 46 ist eine Hochspannungsbatterie, die dazu in
der Lage ist, elektrische Energie für den Betrieb des Elektromotors 40 und
des Generators 14 auszugeben. Bei einem Fahrzeug wie dem Fahrzeug 10 können auch
andere Arten von Energiespeichervorrichtungen und/oder Energieausgabevorrichtungen
verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Vorrichtung wie ein Kondensator
verwendet werden, der so wie eine Hochspannungsbatterie dazu in
der Lage ist, elektrische Energie sowohl zu speichern als auch abzugeben.
Eine andere Möglichkeit
besteht darin, dass eine Vorrichtung – wie etwa eine Brennstoffzelle – in Verbin dung
mit einer Batterie und/oder einem Kondensator verwendet wird, um elektrische
Energie für
das Fahrzeug 10 zur Verfügung zu stellen.
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Wie
in 1 dargestellt, können der Elektromotor 40,
der Generator 14, der Planetenradsatz 16 und ein
Teil des zweiten Zahnradsatzes 38 allgemein als Transaxleeinheit 48 bezeichnet
werden. Zur Steuerung der Brennkraftmaschine 12 und der
Komponenten der Transaxleeinheit 48 – z. B. des Generators 14 und
des Elektromotors 40 – wird
ein Steuersystem, einschließlich
eines Steuergerätes 50 zur Verfügung gestellt.
Wie in 1 dargestellt, handelt es sich bei dem Steuergerät 50 um
ein Fahrzeugsystemsteuergerät
in Kombination mit einem Antriebsstrangsteuermodul (vehicle system
controller/powertrain control module (VSC/PCM)). Obwohl das VSC/PCM
als eine einzelne Hardwarevorrichtung dargestellt ist, kann es mehrere
Steuergeräte
in Form mehrerer Hardwarevorrichtungen oder mehrere Softwaresteuergeräte innerhalb
einer oder mehrerer Hardwarevorrichtungen aufweisen.
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Ein
Controller Area Network (CAN) 52 ermöglicht dem VSC/PCM 50 den
Datenaustausch mit der Transaxleeinheit 48 und einem Batteriesteuermodul
(battery control module (BCM)) 54. Ebenso, wie die Batterie 46 über das
BCM 54 verfügt,
können
andere, durch das VSC/PCM 50 gesteuerte Vorrichtungen über ihre
eigenen Steuergeräte
verfügen.
Zum Beispiel kann eine Brennkraftmaschinensteuereinheit (engine
control unit (ECU)) mit dem VSC/PCM 50 kommunizieren und
Steuerfunktionen für
die Brennkraftmaschine 12 ausüben. Zusätzlich kann die Transaxleeinheit 48 ein
oder mehr Steuergeräte
aufweisen, wie etwa ein Transaxleeinheitsteuermodul (transaxle control
module (TCM)), das so konfiguriert ist, dass es bestimmte Komponenten
innerhalb der Transaxleeinheit 48 steuert, wie etwa den
Generator 14 und/oder den Elektromotor 40. Einige
oder alle dieser Steuergeräte
können
Teil eines Steuersystems für
die vorliegende Erfindung sein. Es wird darauf hingewiesen, dass
es, obwohl das in 1 dargestellte Fahrzeug 10 ein
Hybridfahrzeug ist, ersichtlich ist, dass im Rahmen der vorliegenden
Erfindung auch die Verwendung anderer Fahrzeugarten in Betracht
gezogen wird.
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1 zeigt
außerdem
einen Sensor 56 an der Brennkraftmaschine 12.
Der Sensor 56 liefert dem VSC/PCM 50 Eingangsdaten
hinsichtlich einer Temperatur des Schmiermittelfluids – d.h. des Öls – in der
Brennkraftmaschine 12. Der Sensor 56 kann ein
Temperatursensor sein, der sich in direktem Kontakt mit einem Teil
des Motoröls
befindet, oder er kann alternativ eine Temperatur eines anderen
Teils der Brennkraftmaschine 12, wie etwa des Zylinderkopfs,
messen. Natürlich
kann eine Temperatur des Öls
in der Brennkraftmaschine 12 auch aus anderen Parametern,
wie der Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Zeit, während der
die Brennkraftmaschine 12 bei dieser Drehzahl betrieben
wird, hergeleitet werden. Es gibt somit eine beliebige Anzahl von
Eingangsdaten, die von dem VSC/PCM 50 dazu herangezogen
werden können,
die Temperatur des Motoröls
zu bestimmen. Außerdem
weist das Fahrzeug 10 ein Fahrpedal 57 auf, das
seine Position an das VSC/PCM 50 übermitteln kann. Die Position
des Fahrpedals 57 zeigt die Fahreranforderung an, und das
von dem VSC/PCM 50 empfangene Positionssignal kann, wie
unten ausführlicher
beschrieben, in einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet
werden.
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2 zeigt
ein Flussdiagramm 58, das in vereinfachter schematischer
Form ein Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht. Zu Beginn sei darauf hingewiesen, dass,
obwohl die in dem Flussdiagramm 58 dargestellten verschiedenen Schritte
so gezeigt werden, dass sie sich in einer chronologischen Reihenfolge
vollziehen, die Schritte auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden
können,
wobei einige der Schritte sogar gleichzeitig durchgeführt werden
können.
Bei dem ersten, in 2 dargestellten Schritt 60 wird
ein erster Maschinendrehzahlgrenzwert bestimmt. Dieser Drehzahlgrenzwert
kann auf Faktoren wie den mechanischen Leistungsgrenzen der Brennkraftmaschine
basieren oder auf einer auf anderen Erwägungen beruhenden gewünschten
Höchstgeschwindigkeit.
Unter Verwendung des in 1 dargestellten Fahrzeugs 10 als
Referenz würde
der erste Maschinendrehzahlgrenzwert in das VSC/PCM einprogrammiert.
Natürlich
könnte
dieser Parameter, ebenso wie andere hier beschriebene Parameter
und Steuerlogiken, in ein oder mehrere verschiedene Steuergeräte einprogrammiert
werden, die miteinander und mit den verschiedenen Fahrzeugsystemen
kommunizieren.
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Bei
Schritt 62 wird eine Temperatur des Motoröls bestimmt.
Wie oben dargelegt, kann diese Bestimmung durch direktes Messen
oder aufgrund einer Herleitung aus verschiedenen Parametern erfolgen.
Als nächstes
wird bei Entscheidungsblock 64 bestimmt, ob die Temperatur
des Öls
(T0) zwischen einer ersten und einer zweiten
vorausbestimmten Temperatur (T1), (T2) liegt. Die erste vorausbestimmte Temperatur
(T1) kann so gewählt werden, dass sie eine normale
Motorölbetriebstemperatur
darstellt, so dass eine erste Steuerlogik, bei welcher die Brennkraftmaschine 12 in
einem ersten Modus betrieben werden kann, erst ausgeführt wird,
nachdem die Motoröltemperatur
relativ warm ist. Umgekehrt kann die erste vorausbestimmte Temperatur
(T1) so gewählt werden, dass es sich dabei
um eine sehr niedrige Temperatur handelt, wie z. B. –23,3°C (–10°F). In einem
solchen Fall kann die erste Steuerlogik selbst bei sehr kalten Bedingungen
beim Brennkraftmaschinenstart oder kurz vor oder nach der Brennkraftmaschinenstart
zur Ausführung
zur Verfügung
stehen.
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Die
zweite vorausbestimmte Temperatur (T2) kann
so gewählt
werden, dass sie eine kritische Öltemperatur
ist, oberhalb derer sich die Eigenschaften des Öls ggf. in unerwünschter
Weise verschlechtern. Eine solche Temperatur kann bei oder in der
Nähe von
140°C (285°F) liegen.
Wie in 2 dargestellt, wird, wenn die ermittelte Motoröltemperatur
(T0) zwischen der ersten und zweiten vorausbestimmten Temperatur
liegt, bei Schritt 66 eine erste Steuerlogik ausgeführt. Die
erste Steuerlogik, die unten ausführlich erläutert wird, ist in das VSC/PCM 50 einprogrammiert.
Es sei darauf hingewiesen, dass, obwohl sich das in 2 beschriebene
Verfahren auf eine erste und zweite Steuerlogik bezieht, es ersichtlich ist,
dass diese Logiken Teil eines einzelnen Programms sein können, das
lediglich unter verschiedenen Bedingungen ausgeführt wird. Darüber hinaus könnten einige
der oder alle Steuerlogiken in verschiedene Steuergeräte einprogrammiert
sein.
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Wenn
bei Schritt 64 ermittelt wird, dass die Temperatur des Öls (T0) nicht zwischen der ersten und zweiten
vorausbestimmten Temperatur liegt, wird als nächstes bei Entscheidungsblock 68 bestimmt,
ob die Temperatur des Öls
(T0) mindestens so hoch ist wie die zweite
vorausbestimmte Temperatur (T2). Wenn nicht, kehrt
das Verfahren in einer Schleife zurück zu Schritt 62,
wo die Temperatur des Öls
erneut bestimmt wird. Wenn jedoch die Temperatur des Öls (T0) mindestens so hoch ist wie die zweite vorausbestimmte
Temperatur (T2), so wird bei Schritt 70 eine
zweite Steuerlogik ausgeführt,
die es ermöglicht,
dass die Brennkraftmaschine 12 in einem zweiten Modus betrieben
wird.
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Unter
Bezugnahme auf 3 und unter weiterer Bezugnahme
auf das in 1 dargestellte Fahrzeug 10 wird
nun das in 2 dargestellte Verfahren im
Einzelnen beschrieben. 3 zeigt zwei über ein
Zeitintervall aufgetragene Graphen. In dem oberen Graphen ist die
Position des Fahrpedals 57 abhängig von der Zeit aufgetragen,
während
in dem unteren Graphen die maximale Maschinendrehzahl abhängig von
der Zeit aufgetragen ist. Der erste Maschinendrehzahlgrenzwert,
auf den sich Schritt 60 in 2 bezieht,
wird in dem unteren Graphen von 3 als 6.000
Min–1 (RPM)
dargestellt.
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Zwischen
den Punkten A und B wird zugelassen, dass die Brennkraftmaschine 12 am
ersten Maschinendrehzahlgrenzwert arbeitet. Liegt die Temperatur
des Motoröls
(T0) unter der ersten vorausbestimmten Temperatur
(T1), so kann die Drehzahl der Brennkraftmaschine 12 weiter
begrenzt werden, zumindest bis zu einem Anstieg der Öltemperatur
(T0) über
die erste vorausbestimmte Temperatur (T1)
hinaus. Wie in 3 dargestellt, liegt, solange
sich der Betrieb der Brennkraftmaschine 12 zwischen den Punkten
A und B vollzieht, die Motoröltemperatur
(T0) zwischen der ersten und zweiten vorausbestimmten Temperatur.
Daher wird bei Punkt A die erste Steuerlogik ausgeführt, und
es wird ein Zeitmesser gestartet, um die Zeit zu messen, während derer
die Brennkraftmaschine 12 am ersten Maschinendrehzahlgrenzwert
betrieben wird. Ein solcher Zeitmesser kann in ein Steuergerät, wie z.B.
das VSC/PCM 50, integriert sein, oder es kann sich dabei
um eine separate Hardwarevorrichtung handeln, die in einem Datenaustausch
mit dem VSC/PCM 50 steht.
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Wenn
ermittelt wird, dass die Brennkraftmaschine 12 für eine vorausbestimmte
Zeitspanne (Δt) am
ersten Maschinendrehzahlgrenzwert (6.000 Min–1 RPM)
betrieben wurde, wird, beginnend bei Punkt B, die Maschinendrehzahl
durch das VSC/PCM 50 automatisch reduziert. Die Dauer der
vorausbestimmten Zeitspanne (Δt)
kann auf Kenntnissen des Brennkraftmaschinenbetriebs und der Öltemperatur
beruhen. Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die vorausbestimmte Zeitspanne (Δt) auf einen
Wert zwischen 15 Sekunden und 30 Sekunden festgesetzt. Wie in 3 dargestellt,
wird die Maschinendrehzahl von Punkt B zu Punkt C behutsam abgesenkt.
Diese rampenförmig
abnehmende Drehzahl wird als Teil der ersten Steuerlogik direkt in
das VSC/PCM 50 einprogrammiert. Sie kann als ein abnehmender
Drehzahlgrenzwert (decreasing rate limit) eingegeben werden, durch
den eine Drehzahlsteuerung erreicht wird, bei der die Drehzahlabnahme
sich je nach Wunsch abrupter oder behutsamer vollziehen kann.
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Eine
Betrachtung des Graphen der Pedalposition von Punkt A bis Punkt
C zeigt, dass die Position des Fahrpedals 57 bei Punkt
A von Null auf eine relativ hohe Position, über den Pedalpositionen (pps1), (pps2)
steigt. Dies stellt ein sprungartiges Öffnen der Drosselklappe ("tip-in") dar, bei dem der
Fahrer das Fahrpedal 57 in eine einer weit geöffneten
Drosselklappe entsprechende Stellung bringt. Wie in 3 dargestellt,
bleibt das Fahrpedal 57 über Punkt B hinaus in der einer
weit geöffneten
Drosselklappe entsprechenden Stellung; wie jedoch im unteren Graphen
gezeigt, wird die Maschinendrehzahl durch die in das VSC/PCM 50 einprogrammierte
Steuerlogik automatisch reduziert. Diese Logik trägt dazu
bei, zu gewährleisten,
dass die Motoröltemperatur
ungeachtet der Fahreranforderung nicht auf einen unannehmbar hohen
Wert ansteigt.
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Bei
Punkt C ist die Maschinendrehzahl auf eine vorausbestimmte Maschinendrehzahl,
oder einen zweiten Maschinendrehzahlgrenzwert, reduziert worden,
bei der sie zumindest zeitweise gehalten wird. Wie in 3 dargestellt,
ist der zweite Maschinendrehzahlgrenzwert eine Funktion der Motoröltemperatur
(f(eot)). Der Wert des zweiten Maschinendrehzahlgrenzwerts in der
in 3 dargestellten Ausführungsform beträgt etwa
4.000 min–1 (RPM), obwohl
im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch andere Werte in Betracht
gezogen werden. Bei dem in dem Graphen der Pedalposition dargestellten Punkt
D wird die Position des Fahrpedals 57 unter (pps1), bei
der es sich um eine erste vorausbestimmte Pedalposition han delt,
abgesenkt. Die Änderung
in der Pedalposition hat jedoch keine Auswirkung auf die Maschinendrehzahl,
da diese bereits durch die Ausführung
der ersten Steuerlogik reduziert wurde.
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Um
dem Fahrer soviel Flexibilität
wie möglich zu
gewähren,
ist die erste Steuerlogik so programmiert, dass sie den Zeitmesser
auf Basis der Fahreranforderung wieder auf Null stellt. Gemäß einer Ausführungsform
wird die Fahreranforderung auf der Basis der der Fahrpedalposition
bestimmt. Wie in 3 dargestellt, ist dies zum
Beispiel immer dann der Fall, wenn die Fahrpedalposition von einer
Position, die anzeigt, dass eine Fahreranforderung, die wenigstens
dem ersten Maschinendrehzahlgrenzwert entspricht – z. B.
einer Pedalposition, die einer weit geöffneten Drosselklappe entspricht –, zu einer Position
an oder unter der ersten vorausbestimmten Pedalposition (pps1) geändert wird.
Daher wird, wenn der Fahrer bei Punkt E die Fahrpedalposition erhöht, erneut
zugelassen, dass die Maschinendrehzahl bis auf den ersten Maschinendrehzahlgrenzwert ansteigt;
dabei wird ein Vollzug des Anstiegs erst dann zugelassen, wenn die
Position des Fahrpedals 57 wenigstens eine zweite Pedalposition
(pps2) erreicht. Somit bleibt, während
die Pedalposition von Punkt E zu Punkt F ansteigt, die Drehzahl
der Brennkraftmaschine 12 konstant am zweiten Maschinendrehzahlgrenzwert.
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Obwohl
es den Anschein hat, dass sich der bei Punkt F gezeigte Anstieg
der Maschinendrehzahl beinahe sofort vollzieht, geschieht dieser
in Wirklichkeit gemäß einem
in die erste Steuerlogik im VSC/PCM 50 einprogrammierten
zunehmenden Drehzahlgrenzwert (increasing rate limit). Genau wie der
abnehmende Drehzahlgrenzwert kann der zunehmende Drehzahlgrenzwert
so konfiguriert werden, dass er je nach Wunsch schnellere oder langsamere
Drehzahlwechsel herbeiführt.
Da der Fahrzeugbetrieb unter Umständen einen raschen Drehzahlanstieg
erfordert und da der Fahrer möglicherweise
einen raschen Anstieg erwartet, kann der zunehmende Drehzahlgrenzwert
sehr viel abrupter sein als der abnehmende Drehzahlgrenzwert. Dies
gilt für das
in 3 dargestellte Beispiel.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass – zusätzlich zu
den in die erste Steuerlogik einprogrammierten zunehmenden und abnehmenden
Drehzahlgrenzwerten – auch ein
Rückkopplungs-Integrator-Glied (feedback
integrator term) eingeführt
werden kann, das zusätzlich
dafür sorgt,
die Maschinendrehzahlwechsel zu regulieren. Insbesondere kann ein
Rückkopplungssignal
bei einer Bestimmung der Steigung des zunehmenden Drehzahlgrenzwertes
oder des abnehmenden Drehzahlgrenzwertes verwendet werden. Zum Beispiel
kann ein Rückkopplungssignal, das
die Motoröltemperatur
anzeigt, verwendet werden, um die Steigung des jeweiligen Drehzahlgrenzwertes
zu bestimmen, wenn dieser verwendet wird. So besteht die Möglichkeit,
bei einer höheren
Motoröltemperatur
die Steigung des abnehmenden Drehzahlgrenzwerts steiler werden zu
lassen, wodurch die Maschinendrehzahl schneller verringert wird.
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Bei
dem in 3 dargestellten Pedalpositionsprofil steigt die
Pedalposition von Punkt E bis auf eine Position an, die einer vollständig geöffneten Drosselklappe
entspricht. Die Pedalposition beginnt beinahe unmittelbar abzusinken,
was unter bestimmten Steuerbedingungen dazu führen könnte, dass die (maximale) Maschinendrehzahl
unmittelbar zurückgeht.
Da sich die Öltemperatur
(T0) jedoch zwischen der ersten und zweiten
vorausbestimmten Temperatur befindet, erfolgt die Steuerung der
Brennkraftmaschine 12 gemäß der ersten Steuerlogik. Daher nimmt
die Drehzahl der Brennkraftmaschine 12 nicht unmittelbar
ab, wenn die Pedalposition abzusinken beginnt. Stattdessen wird
die (maximale) Drehzahl der Brennkraftmaschine 12 solange
am ersten Maschinendrehzahlgrenzwert (6.000 Min–1 (RPM))
gehalten, bis die Pedalposition die erste vorausbestimmte Pedalposition
bei Punkt G erreicht.
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Das
Absenken der Pedalposition über
diesen Punkt hinaus führt
zwar zu einem Abfall der (maximalen) Maschinendrehzahl, dieser erfolgt
jedoch wiederum gemäß dem abnehmenden
Drehzahlgrenzwert. Bei Punkt H wird die Pedalposition erneut angehoben,
wobei jedoch wie zuvor die (maximalen) Maschinendrehzahl erst dann
gesteigert wird, wenn die Pedalposition über die zweite Pedalposition (pps2)
bei Punkt I hinausgeht. Bei Punkt I wird die Pedalposition erneut
abgesenkt, wobei jedoch die (maximale) Maschinendrehzahl solange
beibehalten wird, bis die Pedalposition die erste vorausbestimmte Pedalposition
(pps1) bei Punkt J erreicht. Da die Pedalposition einige Zeit lang
auf diesem verringerten Niveau gehalten wird, sinkt die (maximale)
Maschinendrehzahl gemäß dem abnehmenden
Drehzahlgrenzwert ab, bis sie den zweiten Maschinendrehzahlgrenzwert
bei Punkt K erreicht.
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Wie
in 3 dargestellt, wird zugelassen, dass die Brennkraftmaschine 12 zwischen
den Punkten F und G und den Punkten I und J am ersten Maschinendrehzahlgrenzwert
(6.000 Min–1 (RPM))
betrieben wird, ohne dass die Maschinendrehzahl automatisch reduziert
würde.
Der Grund hierfür
ist, dass die Zeitspanne zwischen den Punkten F und G und den Punkten
I und J nicht so lang ist wie die vorausbestimmte Zeitspanne (Δt). Überdies
erlaubt die erste Steuerlogik es dem Fahrer, sich über die
Begrenzung der Maschinendrehzahl auf den zweiten Maschinendrehzahlgrenzwert
durch Absenken der Pedalposition über die erste vorausbestimmte
Pedalposition (pps1) hinaus im Wesentlichen hinwegzusetzen (override).
Dies bietet dem Fahrer Flexibilität und zusätzliche Kontrolle, was hingenommen
werden kann, solange die Motoröltemperatur
(T0) zwischen der ersten und der zweiten
vorausbestimmte Temperatur liegt.
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Bei
Punkt L wird die Pedalposition erneut von unter der ersten vorausbestimmten
Pedalposition (pps1) auf ein Niveau über der zweiten Pedalposition (pps2)
hinaus angehoben, z. B. auf eine Position, die einer vollständig geöffneten
Drosselklappe entspricht. Wie zuvor wird die Drehzahl der Brennkraftmaschine 12 beibehalten,
bis die Pedalposition die zweite Pedalposition (pps2) bei Punkt
M erreicht. Nach Punkt M fluktuiert die Pedalposition von oberhalb
der zweiten Pedalposition (pps2) zu Punkten, die sich unterhalb
der zweiten Pedalposition (pps2), aber immer noch oberhalb der ersten
vorausbestimmten Pedalposition (pps1) befinden. Daher wird, wie
in dem unteren Graphen in 3 dargestellt,
zugelassen, dass die Maschinendrehzahl während der vorausbestimmten
Zeitspanne Δt
am ersten Maschinendrehzahlgrenzwert (6,000 RPM) gehalten wird.
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Nach
Ablauf der vorausbestimmten Zeitspanne (Δt) wird die Maschinendrehzahl
bei Punkt N automatisch auf den zweiten Maschinendrehzahlgrenzwert
bei Punkt O reduziert. Obwohl die Pedalposition über den Punkt O hinaus weiter
fluktuiert, wird eine Erhöhung
der Drehzahl der Brennkraftmaschine 12 nicht zugelas sen,
da die Pedalposition zu keinem Zeitpunkt auf die erste vorausbestimmte
Pedalposition (pps1) abgesenkt wird. Somit wird der Zeitmesser nicht
auf Null gesetzt, der Fahrer hat sich über den zweiten Maschinendrehzahlgrenzwert
nicht hinwegsetzt, und die Drehzahl der Brennkraftmaschine 12 wird
beibehalten.
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Im
Rahmen der Beschreibung von 2 wurde
erwähnt,
dass eine zweite Steuerlogik ausgeführt wird, wenn die Temperatur
des Motoröls
(T0) auf die zweite vorausbestimmte Temperatur
(T2) ansteigt. Die zweite Steuerlogik hält die Maschinendrehzahl
am zweiten Maschinendrehzahlgrenzwert und erlaubt es dem Fahrer
nicht, sich diese über
diesen Drehzahlgrenzwert hinwegzusetzen, selbst wenn die Pedalposition
unter die erste vorausbestimmte Pedalposition (pps1) abgesenkt wird.
Darüber
hinaus kann die zweite Steuerlogik, wenn festgestellt wird, dass
die Temperatur des Motoröls
(T0) zu stark ansteigt – z. B. wenn sie eine dritte
vorausbestimmte Temperatur erreicht, die über der zweiten vorausbestimmten
Temperatur liegt – die
Drehzahl der Brennkraftmaschine 12 weiter bis auf einen
dritten Maschinendrehzahlgrenzwert reduzieren, der unter dem zweiten
Maschinendrehzahlgrenzwert liegt. Somit kann, während die erste Steuerlogik
dazu beiträgt,
eine Überhitzung
des Motoröls
zu verhüten,
die zweite Steuerlogik dazu eingesetzt werden, dazu beizutragen,
die Motoröltemperatur
zu reduzieren.
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Die
Verwendung der unter Bezugnahme auf 3 beschriebenen
ersten und zweiten Steuerlogik kann insbesondere dann von Nutzen
sein, wenn der erste Maschinendrehzahlgrenzwert auf Basis einer Fahrpedalposition
bestimmt wird, die einer vollständig
geöffneten
Drosselklappe entspricht. Zum Beispiel können in dem oberen Graphen
in 3 Pedalpositionen, die über der zweiten Pedalposition
(pps2) liegen, als Fahrpedalpositionen betrachtet werden, die einer
vollständig
geöffneten
Drosselklappe entsprechen, und der erste Maschinendrehzahlgrenzwert
(6.000 Min–1 (RPM))
kann auf Basis der Fahrpedalposition gesetzt werden, die einer vollständig geöffneten
Drosselklappe entspricht. Überdies
kann es wünschenswert
sein, einen Maschinendrehzahlgrenzwert zur Verfügung zu stellen, der auf einer Fahrpedalposition
basiert, die einer weniger als vollständig geöffneten Drosselklappe entspricht.
Wenn zum Beispiel ein Fahrer das Fahrpedal 57 in einer konstanten
Position hält,
oder wenn zum Beispiel der Tempomat (cruise control) eingestellt
wird, bleibt die Fahrzeuggeschwindigkeit relativ konstant, während die
Maschinendrehzahl je nach den Fahrbedingungen schwanken kann. In
solchen Fällen
kann es wünschenswert
sein, die Drehzahl der Brennkraftmaschine 12 auf einen
Maschinendrehzahlgrenzwert zu begrenzen, um dazu beizutragen, zu
gewährleisten, dass
die Motoröltemperatur
(T0) nicht zu hoch wird.
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4 zeigt
einen Graphen, der zwei Kurven enthält: Die obere Kurve ist eine
Maschinendrehzahlgrenzwertkurve für eine Fahrpedalposition, die
einer vollständig
geöffneten
Drosselklappe entspricht, während
die untere Kurve eine Maschinendrehzahlgrenzwertkurve für eine Fahrpedalposition
ist, die einer teilweise geöffneten
Drosselklappe entspricht. Die in 4 dargestellte
obere Kurve kann zu den in 3 dargestellten
Kurven in Beziehung gesetzt werden, bei denen der in 3 dargestellte
erste Maschinendrehzahlgrenzwert auf der Basis einer Fahrpedalposition
bestimmt wurde, die einer vollständig
geöffneten
Drosselklappe entspricht. In 4 ist dargestellt,
dass die Maschinendrehzahl auf Basis der Motoröltemperatur begrenzt wird.
Dies kann zu der Steuerlogik in Beziehung gesetzt werden, so wie
diese in 3 beschrieben wird, da der Betrieb
der Brennkraftmaschine 12 am ersten Maschinendrehzahlgrenzwert
(6.000 min–1 (RPM))
für die
vorausbestimmte Zeitspanne (Δt)
wahrscheinlich einen Anstieg der Motoröltemperatur verursacht. Die obere
Kurve in 4 zeigt das Verhältnis zwischen dem
Maschinendrehzahlgrenzwert und der Motoröltemperatur.
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Für die in 4 dargestellte
untere Kurve, die für
eine Fahrpedalposition gilt, die einer teilweise geöffneten
Drosselklappe entspricht, können
die Zeitbegrenzungen entfallen, und die Maschinendrehzahl kann allein
durch die Motoröltemperatur
begrenzt werden. Zum Beispiel kann in das VSC/PCM 50 ein
vierter Maschinendrehzahlgrenzwert, z.B. 4.500 Min–1 (RPM),
wie in 4 dargestellt, einprogrammiert werden. Dieser
vierte Maschinendrehzahlgrenzwert liegt gemäß einer Ausführungsform
unter dem ersten Maschinendrehzahlgrenzwert (6.000 Min–1 (RPM)),
jedoch über
dem zweiten Maschinendrehzahlgrenzwert (f(eot), der, wie oben festgestellt, etwa
4.000 Min–1 (RPM)
betragen kann).
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Wie
in 4 dargestellt, wird es, wenn sich das Fahrpedal 57 in
einer Position befindet, die einer teilweise geöffneten Drosselklappe entspricht,
und die Motoröltemperatur
wenigstens so hoch ist, wie eine erste vorausbestimmte Temperatur
(37,8°C (100°F) in 4),
zugelassen, dass die Brennkraftmaschine 12 solange am vierten
Maschinendrehzahlgrenzwert (4.500 Min–1 (RPM))
arbeiten kann, bis die Motoröltemperatur
eine weitere vorausbestimmte Temperatur erreicht, wie z.B. 132,2°C (270°F) in 4.
An diesem Punkt begrenzt die erste Steuerlogik immer noch die Maschinendrehzahl
gemäß der unteren
Kurve in 4 so lange, wie sich das Fahrpedal
in einer Position befindet, die einer nur teilweise geöffneten
Drosselklappe entspricht. Wenn der Fahrer jedoch das Fahrpedal in
eine Position bringt, die einer vollständig geöffneten Drosselklappe entspricht,
lässt die
erste Steuerlogik zu, dass die Maschinendrehzahl bis auf das Niveau
der in 4 dargestellten oberen Kurve ansteigt.
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Sobald
die Motoröltemperatur
bei einer Fahrpedalposition, die einer teilweise geöffneten
Drosselklappe entspricht, die zweite vorausbestimmte Temperatur
(140,5°C
(285°F)
in 4) erreicht, reduziert die zweite Steuerlogik
automatisch die Maschinendrehzahl bis auf den zweiten Maschinendrehzahlgrenzwert
(4.000 min–1 bzw.
RPM). Somit werden die obere und die untere Kurve, die jeweils eine
Fahrpedalposition darstellen, die einer vollständig geöffneten bzw. einer teilweise
geöffneten
Drosselklappe entspricht, in gleicher Weise so gesteuert, dass dabei sehr
hohe Motoröltemperaturen
zugrunde gelegt werden. Darüber
hinaus können,
wie in 4 dargestellt, Fahrpedalpositionen, die einer
vollständig
geöffneten
bzw. einer teilweise geöffneten
Drosselklappe entsprechen, in gleicher Weise so gesteuert werden,
dass dabei relativ niedrige Motoröltemperaturen zugrunde gelegt
werden. So wird die Maschinendrehzahl unter –23,3°C (–10°F) ungeachtet der Fahrpedalposition
auf den zweiten Maschinendrehzahlgrenzwert begrenzt. Dies trägt dazu
bei zu gewährleisten,
dass die Brennkraftmaschine 12 nicht bei einer hohen Drehzahl
betrieben wird, wenn das Motoröl
so kalt ist, dass seine Fähigkeit,
die Brennkraftmaschine angemessen zu schmieren, beeinträchtigt ist. Es
versteht sich, dass, obwohl zur Veranschaulichung bestimmter Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung bestimmte Maschinendrehzahlen und Öltempera turen
verwendet wurden, im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch andere
Drehzahlen, Temperaturen und Zeitspannen in Betracht gezogen werden
können.