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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, eine Motorsteuerungs-Vorrichtung, ein Computerprogrammprodukt sowie ein Motorsystem.
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Aus der
DE 10 2010 040 271 A1 ist ein Verfahren zur Einstellung eines Notlaufbetriebes bei einem fehlerbehafteten System zur Erkennung von Vorentflammungen in einem Verbrennungsmotor bekannt. Um eine Beschädigung des Verbrennungsmotors zu unterbinden, wenn das System zur Erkennung von Vorentflammungen fehlerbehaftet ist, wird bei Feststellung eines Fehlers des Systems durch die Diagnose ein üblicher Pfad mit Sensorsignalerfassung, Sensorsignalauswertung, Erkennung der Vorentflammungen sowie Einleitung von Gegenmaßnahmen gegen die Vorentflammungen unterbrochen und als Notlaufbetrieb ein Sicherheitspfad aktiviert.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, eine Motorsteuerungs-Vorrichtung, ein Computerprogrammprodukt und ein Motorsystem bereitzustellen, mit der bzw. mit dem jeweils mechanische Belastungen aufgrund von abnormalen Verbrennungen in den Arbeitszylindern zumindest teilweise kompensiert werden können.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den auf diese jeweils rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
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Mit den erfindungsgemäßen Lösungen können insbesondere stochastische Vorentflammungen, die insbesondere bauteilschädlich sein können, zumindest teilweise kompensiert und insbesondere gestoppt werden. Auf diese Weise werden insbesondere auch Schwingungen an Komponenten des Verbrennungsmotors reduziert oder vermieden.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors vorgesehen, wobei das Verfahren ausgehend von einem Ventilüberschneidungsfrei-Modus für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Einlassventils und für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Auslassventils die folgenden Schritte aufweist:
- - Ermittlung des Vorliegens eines Vorentflammungszustands in einem Brennraum eines Antriebszylinders des Verbrennungsmotors,
- - Einstellung eines Ventilüberschneidungs-Modus für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Einlassventils und für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Auslassventils,
- - nach Erfüllung einer Rückstellungs-Bedingung Einstellung des Ventilabstands-Modus für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Einlassventils und für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Auslassventils.
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Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der nach der Ermittlung des Vorliegens eines Vorentflammungszustands eingestellte Ventilüberschneidungs-Modus eine Ventilüberschneidung von mindestens 20 Grad Kurbelwinkel einem vorgegebenen Ventilhub bis maximal 80 Grad Kurbelwinkel bei einem vorgegebenen Ventilhub hat.
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Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Einstellung eines Ventilüberschneidungs-Modus in einem Basis-Betriebsbereich des Verbrennungsmotors erfolgt, der ein oberer Betriebsbereich ist, bei dem der Verbrennungsmotor ein Motordrehmoment hat, das zwischen 50 % des maximalen Motordrehmoments und dem maximalen Motordrehmoment beträgt.
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Weiterhin ist nach der Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors vorgesehen, wobei das Verfahren ausgehend von einem Ventilüberschneidungs-Modus als Basis-Modus mit einer Ventilüberschneidung von maximal 10 Grad Kurbelwinkel bei einem vorgegebenen Ventilhub für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Einlassventils und für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Auslassventils die folgenden Schritte aufweist:
- - Ermittlung des Vorliegens eines Vorentflammungszustands in einem Brennraum eines Antriebszylinders des Verbrennungsmotors,
- - Einstellung eines Ventilüberschneidungs-Modus bei dem vorgegebenen Ventilhub für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Einlassventils und für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Auslassventils, wobei der Ventilüberschneidungs-Modus eine Ventilüberschneidung von mindestens 20 Grad Kurbelwinkel bei dem vorgegebenen Ventilhub bis maximal 80 Grad Kurbelwinkel bei dem vorgegebenen Ventilhub hat,
- - nach Erfüllung einer Rückstellungs-Bedingung Einstellung des Basis-Modus für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Einlassventils und für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Auslassventils.
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Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der nach der Ermittlung des Vorliegens eines Vorentflammungszustands eingestellte Ventilüberschneidungs-Modus eine Ventilüberschneidung von maximal 40 Grad Kurbelwinkel bei dem vorgegebenen Ventilhub hat.
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Alternativ oder zusätzlich kann bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Einstellung eines Ventilüberschneidungs-Modus mit einer Ventilüberschneidung zwischen 20 Grad Kurbelwinkel und 80 Grad Kurbelwinkel in einem Basis-Betriebsbereich des Verbrennungsmotors erfolgt, der ein oberer Betriebsbereich ist, bei dem der Verbrennungsmotor ein Motordrehmoment hat, das zwischen 50 % des maximalen Motordrehmoments und dem maximalen Motordrehmoment beträgt.
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Bei den Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Verbrennungsmotor ein Viertakt-Verbrennungsmotor und insbesondere ein aufgeladener Viertakt-Ottomotor ist.
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Bei den Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Identifizierung des Vorliegens des Vorentflammungszustands durch einen Sensor und einer Entscheidung erfolgt, ob der Sensor einen vorbestimmten Ereigniswert erfasst. Dabei kann vorgesehen sein, dass der vorbestimmte Ereigniswert eine vorgegebene Amplitude von Schwingungen einer Körperstruktur des Verbrennungsmotors ist.
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Bei den Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das vorbestimmte Ereignis zur Identifizierung des Vorliegens des Vorentflammungszustands in einem sich vor dem oberen Totpunkt eines Arbeitszylinder-Kolbens erstreckenden Bereich erfasst wird und der zwischen 30 Grad vor dem oberen Totpunkt und 20 Grad nach dem oberen Totpunkt gelegen ist.
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Bei den Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das vorbestimmte Ereignis der vorbestimmte Ereigniswert zur Identifizierung des Vorliegens des Vorentflammungszustands ein vorgegebener Druck eines im Saugrohr angeordneten Druckrohrs ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass der vorbestimmte Ereigniswert ein vorgegebener Grenzdruck ist und die Identifizierung des Vorliegens des Vorentflammungszustands durch einen Drucksensor und einer Entscheidung erfolgt, ob der Drucksensor einen Druck oberhalb eines Grenzdrucks in einem sich über den oberen Totpunkt eines Arbeitszylinder-Kolbens erstreckenden Bereich erfasst, der zwischen 30 Grad vor dem oberen Totpunkt und 20 Grad nach dem oberen Totpunkt gelegen ist.
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Bei den Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die vorgegebene Rückstellungs-Bedingung eine Zeitdauer ist, in der der Klopf-Sensor keinen Vorentflammungszustand erfasst.
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Bei diesen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass zur Ermittlung der Zeitdauer, in der der Klopf-Sensor keinen Vorentflammungszustand erfasst, nur Zeitabschnitte addiert werden, in denen der Motor in einem Motor-Betriebsbereich gelegen ist, der durch einen Bereich einer geforderten Motordrehmoment und zugleich einen Bereich von Motor-Drehzahlen definiert ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die vorgegebene Rückstellungs-Bedingung ein vorgegebener Motor-Betriebsbereich ist, bei dem beide folgenden Bedingungenerfüllt sind:
- - eine Motor-Drehzahl bis zu 50% der maximalen Motor-Drehzahl des Motors,
- - eine geforderte Motordrehmoment zwischen 50 % des maximalen Motordrehmoments und dem maximalen Motordrehmoment.
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Hinsichtlich der Rückstellungs-Bedingung kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass die vorgegebene Rückstellungs-Bedingung eine vorgegebene Anzahl von Kurbelwellen-Umdrehungen aufweist. Dabei kann für die Anzahl von Kurbelwellen-Umdrehungen eine Anzahl festgelegt sein, die zwischen 1 und 60 gelegen ist.
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Bei den Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Verfahren nach der Ermittlung des Vorliegens des Vorentflammungszustands sowie vor oder nach der Einstellung eines Ventilüberschneidungs-Modus eine oder mehrere der folgenden weiteren Arbeits-Modi des Verbrennungsmotors zur Kompensation des ermittelten Vorentflammungszustands eingestellt werden:
- (a) Erhöhung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses um einen vorbestimmten Betrag oder einen vorbestimmten Faktor,
- (b) Reduktion der Motor-Drehmoment um einen vorbestimmten Betrag oder einen vorbestimmten Faktor;
nach Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer Einstellung des Ausgangs-Modus.
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Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Arbeits-Modi des Verbrennungsmotors nach einer vorgegebenen Reihenfolge und insbesondere der Schritt (a) vor dem Schritt (b) ausgewählt werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein Arbeits-Modus nur dann ausgewählt wird, wenn im jeweils vorangehenden Arbeitsmodus das Vorliegen eines Vorentflammungszustands ermittelt wird.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt vorgesehen, mit dem ein Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche realisiert ist. Insbesondere ist in dem Computerprogrammprodukt eine hierin beschriebene Ablauffunktion programmiert.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Motorsteuerungs-Vorrichtung vorgesehen, die aufweist:
- - eine Vorentflammungs-Erkennungsfunktion, die aufgrund eines Eingangssignals von einem Klopfsensor ermittelt, ob ein Vorentflammungszustand in einem Brennraum eines Antriebszylinders des Verbrennungsmotors vorliegt,
- - eine Ablauffunktion, die derart ausgeführt ist,
- - dass diese als Basis-Ansteuerungsmodus einen Ventilabstands-Modus für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Einlassventils und für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Auslassventils vorgibt,
- - dass diese bei Ermittlung des Vorliegens eines Vorentflammungszustands in einem Brennraum eines Antriebszylinders des Verbrennungsmotors für eine vorbestimmte Zeitdauer einen Ventilüberschneidungs-Modus für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Einlassventils und für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Auslassventils vorgibt, wobei nach Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer wieder der Ventilabstands-Modus für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Einlassventils und für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Auslassventils eingestellt wird.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Motorsteuerungs-Vorrichtung vorgesehen, die aufweist:
- - eine Vorentflammungs-Erkennungsfunktion, die aufgrund eines Eingangssignals von einem Sensor ermittelt, ob ein Vorentflammungszustand in einem Brennraum eines Antriebszylinders des Verbrennungsmotors vorliegt,
- - eine Ablauffunktion, die derart ausgeführt ist,
- - dass diese als Basis-Ansteuerungsmodus einen Ventilüberschneidungs-Modus mit einer Ventilüberschneidung von maximal 10 Grad Kurbelwinkel bei einem vorgegebenen Ventilhub für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Einlassventils und für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Auslassventils vorgibt,
- - dass diese bei Ermittlung des Vorliegens eines Vorentflammungszustands in einem Brennraum eines Antriebszylinders des Verbrennungsmotors für eine vorbestimmte Zeitdauer einen wobei der Ventilüberschneidungs-Modus eine Ventilüberschneidung von mindestens 20 Grad Kurbelwinkel bei dem vorgegebenen Ventilhub bis maximal 80 Grad Kurbelwinkel bei dem vorgegebenen Ventilhub für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Einlassventils und für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Auslassventils vorgibt, wobei nach Eintreten einer vorgegebenen Bedingung und insbesondere nach Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer wieder der Ventilabstands-Modus für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Einlassventils und für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Auslassventils eingestellt wird.
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Dabei kann die Motorsteuerungs-Vorrichtung derart ausgeführt sein, dass der vorgegebene Ventilhub nach einer ober beiden der folgenden Maßgaben definiert ist:
- (a) der Ventilhub beträgt zwischen 0,05 und 0,5 des maximalen Ventilhubs,
- (b) der vorgegebene Ventilhub beträgt zwischen 0,05 mm und 4 mm.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Motorsystem vorgesehen, das aufweist:
- - zumindest einen und insbesondere mehrere Arbeitszylinder,
- - einen Sensor,
- - die funktional mit dem Sensor in Verbindung stehende Motorsteuerungs-Vorrichtung mit einer Motorsteuerungsfunktion nach dem Anspruch 20 oder 21,
- - eine Nockenwellen-Steuerungsvorrichtung, die mit der Motorsteuerungs-Vorrichtung in Verbindung steht und die aufgrund von Vorgaben derselben eine Verstellung des Zeitpunkts des Öffnens und Schließens des Einlassventils und des Zeitpunkts des Öffnens und Schließens des Auslassventils einstellt.
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Das erfindungsgemäße Motorsystem kann einen aufgeladenen Verbrennungsmotor mit den Arbeitszylindern aufweisen.
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Bei den Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Motorsystems kann vorgesehen sein, dass der Sensor ein am Kurbelgehäuse angeordneter Sensor zur Ermittlung von Schwingungsamplituden ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann bei den Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Motorsystems vorgesehen sein, dass das Motorsystem eine Saugrohr-Vorrichtung mit einem jeweils an den Arbeitszylinder und insbesondere an der Brennkammer desselben angeschlossenen Saugrohr aufweist, und dass der Sensor ein im Saugrohr angeordneter Drucksensor ist.
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Unter dem Begriff eines Ventilüberschneidungsfrei-Modus oder Ventilabstand-Modus wird eine Betriebsart eines Motors verstanden, bei der das Einlassventil des jeweiligen Arbeitszylinders öffnet, nachdem das Auslassventil des jeweiligen Arbeitszylinders geschlossen ist.
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Unter dem Begriff eines Ventilüberschneidungs-Modus wird eine Betriebsart eines Motors verstanden, bei der das Einlassventil des jeweiligen Arbeitszylinders öffnet, bevor das Auslassventil des jeweiligen Arbeitszylinders geschlossen ist. Das Maß der Ventilüberschneidung kann insbesondere durch den Kurbelwinkel („Grad KW“) in Bezug auf einen vorgegebenen Ventilhub, konkret z.B. 0,5 mm Ventilhub oder 1 mm Ventilhub oder 2 mm Ventilhub, definiert sein.
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Hierin kann generell, also in den hierin genannten Ausführungsformen, als der jeweils vorgegebene Ventilhub ein Ventilhub vorgesehen sein, der zwischen 0,05 und 0,5 des maximalen Ventilhubs beträgt. Alternativ oder zusätzlich kann der jeweils vorgegebene Ventilhub generell einen Wert zwischen 0,05 mm und 4 mm haben.
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Der Ventilüberschneidungs-Modus ist eine Betriebsart mit einer Überschneidungs-Spreizung (Bezug zum maximalen Ventilhub) oder Überschneidungs-Fläche (Bezugspunkt ist der vorgegebene Ventilhub) von Einlassventil und Auslassventil des jeweiligen Arbeitszylinders. Die Überschneidungs-Spreizung kann auch als negative Spreizung bezüglich des Öffnens und Schließens von Einlassventil und Auslassventil eines Arbeitszylinders bezeichnet werden. In dem Ventilüberschneidungs-Modus öffnet das Einlassventil des jeweiligen Arbeitszylinders, bevor das Auslassventil des jeweiligen Arbeitszylinders ganz geschlossen ist. Eine positive Spreizung bezüglich des Öffnens und Schließens von Einlassventil und Auslassventil eines Arbeitszylinders liegt vor, wenn das Einlassventil des jeweiligen Arbeitszylinders öffnet, nachdem das Auslassventil des jeweiligen Arbeitszylinders geschlossen ist.
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Im Auslasskanal, der durch das Auslassventil geöffnet oder geschlossen wird, herrscht ein Auslasskanal-Druck. Im Einlasskanal, der durch das Einlassventil geöffnet oder geschlossen wird, herrscht ein Einlasskanal-Druck. In Abhängigkeit der Motordrehzahl und dem Auslasskanal-Druck ergibt sich ein jeweils momentanes Verhältnis zwischen dem Einlasskanal-Druck und dem Auslasskanal-Druck. Je nach diesem DruckVerhältnis strömt Restgas aus dem Auslasskanal in den Verbrennungsraum oder Frischgas aus dem Einlasskanal über den Verbrennungsraum in den Auslasskanal.
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Insbesondere in einem oberen Motorbetriebsbereich und insbesondere im vollastnahen Motorbetriebsbereich von aufgeladenen Motoren ist das Verhältnis zwischen dem Einlasskanal-Druck und dem Auslasskanal-Druck derart gegeben, dass Frischgas aus dem Einlasskanal über den Verbrennungsraum in den Auslasskanal strömt. Dieser Zustand wird ausgenutzt, um somit einen Vorentflammungszustand im Motor zu unterdrücken oder zu beenden.
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Bei der erfindungsgemäßen Einstellung eines Ventilüberschneidungs-Modus nach Ermittlung eines Vorentflammungszustands zur Vermeidung oder Beendigung desselben wird die Menge der Spülluft am Ende des Arbeitszyklus und bei Viertakt-Motoren am Ende des vierten Takes vergrößert und ein Überspülbetrieb und somit ein Vorentflammungszustand im Brennraum des jeweiligen Arbeitszylinders vermieden. Von den beschleunigten Luft- und Abgassäulen wird frisches Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Verbrennungsraum gesaugt und ein Verbleiben von Abgasresten im Brennraum verringert.
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung an Hand der beiliegenden Figuren beschrieben, die zeigen:
- - 1 eine funktionale Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors,
- - 2 eine funktionale Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors betrifft den Betrieb eines Motors. Der Motor kann insbesondere ein Ottomotor und insbesondere ein aufgeladener Verbrennungsmotor jeweils mit Arbeitszylindern sein.
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Der Verbrennungsmotor steht funktional mit einer Motorsteuerungs-Vorrichtung zur Steuerung des Verbrennungsmotors in Verbindung, die eine Ablauffunktion aufweist. Die Ablauffunktion erzeugt in Abhängigkeit von Motor-Betriebsbereichen Kommandosignale, mit denen Einlassventil und das Auslassventil geöffnet und geschlossen wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft einen Wechsel der Betriebsarten für die Steuerung von Einlassventil am Einlasskanal für die Zufuhr von Luft für die Verbrennung und des Auslassventils am Auslasskanal für die Abfuhr von Abgas der Verbrennung. Diese kann nach der Erfindung insbesondere in einem vorgegebenen Betriebsbereich vorgesehen sein, der hierin als Basis-Betriebsbereich oder Referenz-Betriebsbereich bezeichnet wird.
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Der Basis-Betriebsbereich wird durch einen Basis-Ansteuerungsmodus der Ablauffunktion der Motorsteuerungs-Vorrichtung kommandiert.
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Der Basis-Betriebsbereich kann insbesondere ein oberer Betriebsbereich oder ein volllast-naher Betriebsbereich sein. Der Motor befindet sich in diesem oberen Betriebsbereich in einem oberen Motordrehmoment-Bereich und insbesondere im Volllast-Bereich.
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Mit dem Begriff „oberer Betriebsbereich“ ist hierin insbesondere ein Bereich definiert, der sich von 50 % des maximalen Motordrehmoments und bis zum maximalen Motordrehmoment erstreckt. Insbesondere kann dabei zusätzlich die Motor-Drehzahl bis zu 50% der maximalen Motor-Drehzahl des Motors betragen. Unter Volllast-Bereich ist hierin insbesondere ein Bereich definiert, der sich von 75 % des maximalen Motordrehmoments und bis zum maximalen Motordrehmoment erstreckt.
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Der Basis-Betriebsbereich kann insbesondere auch ein mittlerer Betriebsbereich mit einem mittleren Motordrehmoment-Bereich sein, der sich zwischen 0 % und 75% des maximalen Motordrehmoments und insbesondere zwischen 0 % und 50% des maximalen Motordrehmoments erstreckt.
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Der Motor ist in einer ersten Ausführungsform derart ausgeführt, dass der Motor in diesem oberen Motordrehmomentbereich bei einem vorgegebenen Ventilhub in einem Ventilabstand-Modus als Basis-Modus bzw. Basis-Ansteuerungsmodus arbeitet. Bei diesem liegt eine überschneidungsfreier Motorbetrieb oder negative Spreizung oder negative Überschneidungsfläche von Einlassventil und Auslassventil jedes Arbeitszylinders vor, bei der die Einlassventile der Arbeitszylinder jeweils erst öffnen, nachdem das Auslassventil desselben Arbeitszylinders zum Ausstoßen des Abgases ganz geschlossen ist. Insbesondere ist als vorgegebener Ventilhub ein Ventilhub vorgesehen, der zwischen 0,05 und 0,5 des maximalen Ventilhubs beträgt. Dies ist insbesondere bei einem Viertakt-Ottomotor vorgesehen. Insbesondere ist dies bei einem Viertakt-Turbomotor oder einem „aufgeladenen“ Viertakt-Ottomotor vorgesehen. Unter „aufgeladenem“ Viertakt-Ottomotor wird hierin ein mechanisch, insbesondere durch einen Kompressor oder Verdichter oder elektrisch angetriebener Verdichter oder durch einen Abgasturbolader (ATL) aufgeladener Viertakt-Ottomotor verstanden.
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Der Motor ist in einer zweiten Ausführungsform derart ausgeführt, dass der Motor in diesem oberen Motordrehmomentbereich in einem spezifischen Ventilüberschneidungs-Modus als Basis-Modus bzw. Basis-Ansteuerungsmodus arbeitet. Der spezifische Ventilüberschneidungs-Modus kann dabei insbesondere dadurch definiert sein, dass der Motor mit einer Ventilüberschneidung von maximal 10 Grad Kurbelwinkel bei einem vorgegebenen und insbesondere bei 1 mm Ventilhub arbeitet. Insbesondere ist als vorgegebener Ventilhub ein Ventilhub vorgesehen, der zwischen 0,05 und 0,5 des maximalen Ventilhubs beträgt.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors erfolgt ein Wechsel der Betriebsart von dem jeweiligen als Basis-Modus bzw. Basis-Ansteuerungsmodus in einem Vorentflammungskompensations-Modus, sobald der Motorsteuerung eine Information über das Vorliegen eines Vorentflammungszustands in einem Brennraum eines Arbeitszylinders des Verbrennungsmotors vorliegt. Der Basis-Modus ist eine Ausgangs-Betriebsart, die als Normalmodus in dem betroffenen Motordrehmoment-Bereich verstanden werden kann.
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Wenn nach einer ersten Ausführungsform der Basis-Modus des Motors ein Ventilüberschneidungsfrei-Modus ist, wird erfindungsgemäß nach der Ermittlung des Vorliegens eines Vorentflammungszustands als Vorentflammungskompensations-Modus ein Ventilüberschneidungs-Modus eingestellt. Dabei kann der nach der Ermittlung des Vorliegens eines Vorentflammungszustands eingestellte Ventilüberschneidungs-Modus eine Ventilüberschneidung von mindestens 20 Grad Kurbelwinkel bei dem jeweils vorgegebenen Ventilhub und insbesondere bei einem Ventilhub zwischen 0,5 mm und 4 mm Ventilhub bis maximal 80 Grad Kurbelwinkel bei dem jeweils vorgegebenen Ventilhub und insbesondere bei einem Ventilhub zwischen 0,5 mm und 4 mm Ventilhub haben. Insbesondere kann der nach der Ermittlung des Vorliegens eines Vorentflammungszustands eingestellte Ventilüberschneidungs-Modus eine Ventilüberschneidung von maximal 40 Grad Kurbelwinkel bei dem jeweils vorgegebenen Ventilhub und insbesondere bei einem Ventilhub zwischen 0,5 mm und4 mm Ventilhub haben.
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Nach einer weiteren Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass der Motor von einem Basis-Modus des Motors, der ein Ventilüberschneidungsfrei-Modus mit einer Ventilüberschneidung von maximal 10 Grad Kurbelwinkel bei dem jeweils vorgegebenen Ventilhub und insbesondere bei einem Ventilhub zwischen 0,5 mm und 4 mm Ventilhub ist, in einen Vorentflammungskompensations-Modus schaltet. In diesem Fall wird erfindungsgemäß nach der Ermittlung des Vorliegens eines Vorentflammungszustands als Vorentflammungskompensations-Modus ein Ventilüberschneidungs-Modus eingestellt, der eine Ventilüberschneidung von mindestens 20 Grad Kurbelwinkel bei dem jeweils vorgegebenen Ventilhub und insbesondere bei 1 mm Ventilhub bis maximal 80 Grad Kurbelwinkel bei dem jeweils vorgegebenen Ventilhub und insbesondere bei einem Ventilhub zwischen 0,5 mm und 4 mm Ventilhub hat.
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Der Wechsel von dem Normalmodus oder der Basis-Betriebsbereich kann durch eine Vorrichtung zur variablen Ventilsteuerung oder Nockenwellen-Steuerungsvorrichtung erfolgen, die mit einer Motorsteuerungs-Vorrichtung funktional in Verbindung steht und von dieser kommandiert wird. Ein Sensor und insbesondere ein Klopfsensor zur Ermittlung eines Vorentflammungszustands steht wiederum mit der Motorsteuerungs-Vorrichtung in Verbindung.
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Der Sensor zur Erfassung eines Vorentflammungszustands in der Verbrennungskammer eines Arbeitszylinders kann nach mehreren Alternativen ausgeführt sein.
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Nach einer Ausführungsform ist der Sensor zur Erfassung eines Vorentflammungszustands als seismischer Sensor ausgeführt und an der Körperstruktur des Motors und insbesondere dem Kurbelgehäuse angebracht. Die von diesem Sensor jeweils erfassten Amplituden insbesondere innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs als Ereigniswerte werden in einer Motorsteuerungs-Vorrichtung mit einem Vorentflammungs-Grenzwert, in diesem Fall mit einer Grenz-Amplitude verglichen, wobei diese bei Überschreitung des Vorentflammungs-Grenzwerts durch eine jeweils erfasste Amplitude einen Vorentflammungs-Statuswert für das Vorliegen eines Vorentflammungszustands festlegt und einen Triggerwert oder ein Triggersignal an eine Kommandierungsfunktion sendet.
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Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Sensor zur Erfassung eines Vorentflammungszustands als Drucksensor ausgeführt sein. Insbesondere kann der Sensor zur Erfassung eines Vorentflammungszustands oder Drucksensor in einem an dem jeweiligen Arbeitszylinder angeschlossenen Saugrohr angeordnet sein. Die von diesem Drucksensor jeweils erfassten Drücke als Ereigniswerte in einer Motorsteuerungs-Vorrichtung mit einem Vorentflammungs-Grenzwert, in diesem Fall mit einem Grenz-Druck verglichen, wobei diese bei Überschreitung des Vorentflammungs-Grenzwerts durch einen jeweils erfassten Druck einen Vorentflammungs-Statuswert für das Vorliegen eines Vorentflammungszustands festlegt und einen Triggerwert oder ein Triggersignal an eine Kommandierungsfunktion sendet.
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Die Motorsteuerungs-Vorrichtung weist eine Motorsteuerungsfunktion mit einer Kompensationsfunktion auf, mit der aufgrund von von dem Vorentflammungs-Sensor oder Klopfsensor empfangenen Signalen ein Vorentflammungszustand-Ereigniswert für das Vorliegen des Vorentflammungszustands ermittelt oder identifiziert wird. Zur Identifizierung des Vorliegens des Vorentflammungszustands durch den Vorentflammungs-Sensor kann die Motorsteuerungsfunktion bzw. Kompensationsfunktion eine Vergleichsfunktion aufweisen, die den von dem Vorentflammungs-Sensor jeweils aktuell erfassten Ereigniswert mit einem vorgegebenen Ereigniswert vergleicht und für den Fall, dass der Vorentflammungs-Sensor einen Ereigniswert mit einem Betrag oberhalb des Ereigniswerts hat, einen Triggerwert oder ein Triggersignal an eine Kommandierungsfunktion der Motorsteuerungsfunktion sendet, die daraufhin ein Kommandierungssignal erzeugt und an die Vorrichtung zur variablen Ventilsteuerung übermittelt.
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Generell ist vorgesehen, dass die Vergleichsfunktion den von dem Vorentflammungs-Sensor oder Klopfsensor jeweils aktuell erfassten Wert mit einem vorgegebenen Grenzwert vergleicht, und für den Fall, dass der von dem Vorentflammungs-Sensor ermittelte Wert einen Betrag oberhalb des Grenzwerts hat, einen Triggerwert oder ein Triggersignal an eine Kommandierungsfunktion sendet.
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Die Kompensationsfunktion kann weiterhin eine Einflussfunktion aufweisen, die zur Erzeugung des Triggerwerts oder des Triggersignals die Erfüllung einer zusätzlichen Trigger-Bedingung einbezieht. Die Trigger-Bedingung kann insbesondere derart definiert sein, dass zur Erzeugung des Triggerwerts oder des Triggersignals der Arbeitszylinder-Kolben in einem sich über den oberen Totpunkt eines Arbeitszylinder-Kolbens erstreckenden Bereich gelegen ist. Dieser Bereich kann insbesondere in Bezug auf den Arbeitszyklus des Arbeitszylinders zwischen 30 Grad vor dem oberen Totpunkt und 70 Grad nach dem oberen Totpunkt, insbesondere 30 Grad nach dem oberen Totpunkt, liegen.
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Für den Fall, dass der Basis-Modus ein Ventilüberschneidungsfrei-Modus ist, erfolgt nach einer Ausführungsform der Erfindung nach der Ermittlung des Vorliegens eines Vorentflammungszustands in einem Brennraum eines Antriebszylinders eine Einstellung eines Ventilüberschneidungs-Modus für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Einlassventils und für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Auslassventils. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der nach der Ermittlung des Vorliegens eines Vorentflammungszustands eingestellte Ventilüberschneidungs-Modus eine Ventilüberschneidung von mindestens 20 Grad Kurbelwinkel bei 1 mm Ventilhub bis maximal 80 Grad Kurbelwinkel bei 1 mm Ventilhub hat.
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Für den Fall, dass der Basis-Modus ein Ventilüberschneidungsfrei-Modus mit einer Ventilüberschneidung von maximal 10 Grad Kurbelwinkel bei 1 mm Ventilhub ist, erfolgt nach einer Ausführungsform der Erfindung nach der Ermittlung des Vorliegens eines Vorentflammungszustands in einem Brennraum eines Antriebszylinders eine Einstellung eines Ventilüberschneidungs-Modus mit einer Ventilüberschneidung von mindestens 20 Grad Kurbelwinkel bei 1 mm Ventilhub bis maximal 80 Grad Kurbelwinkel bei 1 mm Ventilhub.
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Somit ist nach der Erfindung auch ein Motorsystem vorgesehen, das aufweist:
- - zumindest einen und insbesondere mehrere Arbeitszylinder,
- - einen Vorentflammungs-Sensor,
- - die funktional mit dem Klopfsensor in Verbindung stehende Motorsteuerungs-Vorrichtung mit der Kompensationsfunktion und der Kommandierungsfunktion,
- - die Vorrichtung zur variablen Ventilsteuerung und insbesondere die Nockenwellen-Steuerungsvorrichtung, die mit der Motorsteuerungs-Vorrichtung in Verbindung steht.
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Die Vorrichtung zur variablen Ventilsteuerung kann insbesondere eine variable Nockenwellensteuerung oder Nockenwellen-Steuerungsvorrichtung sein, die aufgrund des Empfangs und Vorliegens des Kommandosignals die Einlassnockenwelle, oder die Auslassnockenwelle oder beide aufgrund des Kommandierungssignals so verstellt, dass der Verbrennungsmotor von dem Normalmodus oder der Basis-Betriebsbereich in den Ventilüberschneidungs-Modus übergeht und bei einem entsprechenden Kommandosignal auch umgekehrt. Die Nockenwellen-Steuerungsvorrichtung kann insbesondere einen mit der Nockenwelle gekoppelten Versteller aufweisen, der hydraulisch oder elektrisch verstellt wird und dadurch die Nockenwelle verstellt.
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Die Kommandierungsfunktion kann eine Rückstellungsfunktion aufweisen, die ein Kommandosignal erzeugt, aufgrund dessen die Nockenwellen-Steuerungsvorrichtung ausgehend von dem Ventilüberschneidungs-Modus den Normalmodus oder der Basis-Betriebsbereich einstellt. Die Rückstellungsfunktion kann derart ausgeführt sein, dass diese das Rückstellungs-Kommandosignal dann erzeugt, wenn eine vorbestimmte Rückstellungs-Bedingung erfüllt ist.
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Die Rückstellungsfunktion kann derart ausgeführt sein, dass das Rückstellungs-Kommandosignal dann erzeugt wird, wenn als Rückstellungs-Bedingung der von dem Klopfsensor und insbesondere Drucksensor erfasste Messwert bzw. Druckwert einen Rückstellungs-Grenzwert unterschreitet.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Rückstellungsfunktion derart ausgeführt sein, dass diese ein Rückstellungs-Kommandosignal dann erzeugt, wenn als Rückstellungs-Bedingung eine vorbestimmte Zeitdauer seit Aktivieren des Ventilüberschneidungs-Modus abgelaufen ist. Die Zeitdauer kann durch ein Zeitintervall oder eine Anzahl von Kurbelwellen-Umdrehungen definiert sein. In diesem Fall kann die Anzahl von Kurbelwellen-Umdrehungen einen Wert zwischen 1 und 60 haben.
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Nach einer Ausführungsform werden zur Ermittlung der Zeitdauer, in der der Klopf-Sensor keinen Vorentflammungszustand erfasst, nur Zeitabschnitte addiert, in denen der Motor in einem Motor-Betriebsbereich betrieben wird, der durch einen Bereich eines geforderten Motordrehmoments und optional zugleich einen Bereich von Motor-Drehzahlbereich definiert ist. Dies bedeutet, dass bei einem Verlassen des Motor-Betriebsbereichs würde die Zeitdauer, in der der Motor außerhalb dieses Bereichs betrieben wird, nicht als addierbare Zeit gewertet.
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Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass der zur Ermittlung der Zeitdauer definierte Motor-Betriebsbereich durch das Erfülltsein beider folgenden Bedingungen definiert ist:
- - ein gefordertes Motordrehmoment zwischen 50 % des maximalen geforderten Motordrehmoment und dem maximalen Motordrehmoment und
- - eine Motor-Drehzahl bis zu 50% der maximalen Motor-Drehzahl des Motors.
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In der 2 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
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Zur Durchführung dieser Ausführungsform des Verfahrens weist die Motorsteuerungsfunktion der Motorsteuerungs-Vorrichtung eine Ablauffunktion auf, mit der eine Auswahl und Abfolge von alternativen Arbeits-Modi des Verbrennungsmotors kommandiert wird. Dabei ist die Vergleichsfunktion funktional mit der Ablauffunktion verbunden und aktiviert diese, sobald die Ablauffunktion von der Vergleichsfunktion den Triggerwert oder das Triggersignal empfängt.
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Die Ablauffunktion sendet ausgehend von einem Ausgangs-Modus und nach der Ermittlung des Vorliegens des Vorentflammungszustands der Kommandierungsfunktion in einer zeitlichen Reihenfolge Informationen zur Einstellung mehrerer Arbeits-Modi des Verbrennungsmotors, wobei die Kommandierungsfunktion als ein Arbeits-Modus der mehreren Arbeits-Modi die Nockenwellen-Steuerungsvorrichtung von einem Ausgangs-Modus in den Ventilüberschneidungs-Modus kommandiert.
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Als zumindest einen weiteren Arbeits-Modus kommandiert die Kommandierungsfunktion die Motorsteuerung in zumindest einen der folgenden Arbeits-Modi:
- - Erhöhung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses um einen vorbestimmten Betrag oder einen vorbestimmten Faktor;
- - Reduktion des Motor-Drehmoments um einen vorbestimmten Betrag oder einen vorbestimmten Faktor.
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Insbesondere kann die Ablauffunktion derart ausgeführt sein, dass diese die folgende konkrete Abfolge von Arbeits-Modi kommandiert:
- (a) Einstellung eines Ventilüberschneidungs-Modus für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Einlassventils und für den Zeitpunkt des Öffnens und Schließens des Auslassventils;
- (b) Erhöhung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses um einen vorbestimmten Betrag oder einen vorbestimmten Faktor, wozu die Ablauffunktion über ein entsprechendes Signal an die Kommandierungsfunktion eine Motor-Anfettungsfunktion aktiviert.
- (c) Reduktion des Motor-Drehmoments um einen vorbestimmten Betrag oder einen vorbestimmten Faktor, wozu die Ablauffunktion über ein entsprechendes Signal an die Kommandierungsfunktion eine Drehmomenten-Reduktionsfunktion aktiviert.
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Insbesondere kann die Ablauffunktion derart ausgeführt sein, dass diese die Kommandierungsfunktion über ein Steuersignal dazu aktiviert, nach Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer den Ausgangs-Modus einzustellen.
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Auch bei dieser Ausführungsform kann die Kommandierungsfunktion eine Rückstellungsfunktion aufweisen, die ein Kommandosignal an die Motorsteuerungsfunktion erzeugt, aufgrund dessen diese den Normalmodus oder die Basis-Betriebsbereich wieder einstellt. Die Rückstellungsfunktion kann derart ausgeführt sein, dass diese das Rückstellungs-Kommandosignal dann erzeugt, wenn eine vorbestimmte Rückstellungs-Bedingung erfüllt ist. Die Rückstellungsfunktion kann derart ausgeführt sein, dass das Rückstellungs-Kommandosignal dann erzeugt wird, wenn als Rückstellungs-Bedingung der von dem Klopfsensor und insbesondere Drucksensor erfasste Messwert bzw. Druckwert einen Rückstellungs-Grenzwert unterschreitet. Alternativ oder zusätzlich kann die Rückstellungsfunktion derart ausgeführt sein, dass diese ein Rückstellungs-Kommandosignal dann erzeugt, wenn als Rückstellungs-Bedingung eine vorbestimmte Zeitdauer seit Aktivieren des Ventilüberschneidungs-Modus abgelaufen ist. Die Zeitdauer kann durch ein Zeitintervall oder eine Anzahl von Kurbelwellen-Umdrehungen definiert sein. In diesem Fall kann die Anzahl von Kurbelwellen-Umdrehungen einen Wert zwischen 1 und 60 haben.
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Insbesondere kann die Ablauffunktion derart ausgeführt sein, dass diese die Kommandierungsfunktion nach einer vorgegebenen Reihenfolge aktiviert.
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Auch kann die Ablauffunktion derart ausgeführt sein, dass diese die Kommandierungsfunktion nur dann zu einem bestimmten Arbeits-Modus aktiviert, wenn noch immer das Vorliegen eines Vorentflammungszustands ermittelt wird.
