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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen der Funktion einer Hochdruckpumpe
mit mehreren Pumpenelementen, die jeweils einen Arbeitsraum begrenzen,
der über
ein Saugventil mit einem Niederdruckbereich, aus dem Kraftstoff
angesaugt werden kann, und über
ein Druckventil mit einem Hochdruckbereich in Verbindung steht,
der einen zur Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine dienenden
zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher (Rail) umfasst, in den die
Hochdruckpumpe den aus dem Niederdruckbereich angesaugten Kraftstoff
fördert und
dessen Druck von einem Raildrucksensor erfasst wird.
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Bei
herkömmlichen
Prüfverfahren
wird die Hochdruckpumpe aus der Brennkraftmaschine ausgebaut und
auf einem speziellen Prüfstand
getestet.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Prüfen der Funktion einer Hochdruckpumpe
mit mehreren Pumpenelementen, die jeweils einen Arbeitsraum begrenzen,
der über
ein Saugventil mit einem Niederdruckbereich, aus dem Kraftstoff
angesaugt wer den kann, und über
ein Druckventil mit einem Hochdruckbereich in Verbindung steht,
der einen zur Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine dienenden
zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher (Rail) umfasst, in den die
Hochdruckpumpe den aus dem Niederdruckbereich angesaugten Kraftstoff
fördert
und dessen Druck von einem Raildrucksensor erfasst wird, bereitzustellen,
das einfach und kostengünstig
durchführbar
ist und dennoch eine zuverlässige
Aussage über
die Funktionsfähigkeit
der Hochdruckpumpe ermöglicht.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Prüfen der Funktion einer Hochdruckpumpe
mit mehreren Pumpenelementen, die jeweils einen Arbeitsraum begrenzen,
der über
ein Saugventil mit einem Niederdruckbereich, aus dem Kraftstoff
angesaugt werden kann, und über
ein Druckventil mit einem Hochdruckbereich in Verbindung steht,
der einen zur Kraftstoffversorgung einer Brennkraftmaschine dienenden
zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher (Rail) umfasst, in den die
Hochdruckpumpe den aus dem Niederdruckbereich angesaugten Kraftstoff
fördert und
dessen Druck von einem Raildrucksensor erfasst wird, dadurch gelöst, dass
die von dem Raildrucksensor erfassten Werte im eingebauten Zustand
der Hochdruckpumpe im Betrieb der Brennkraftmaschine zum Prüfen der
Funktion der Hochdruckpumpe genutzt werden. Dadurch kann auf den Ausbau
der Hochdruckpumpe und auf den speziellen Prüfstand verzichtet werden.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Adaptereinrichtung
an den Raildrucksensor angeschlossen wird, um die erfassten Druckwerte
an eine externe Auswerteeinheit zu übermitteln. Bei der Adaptereinrichtung
handelt es sich zum Beispiel um einen Zwischenstecker mit einer
Schnittstelle für
ein Verbindungskabel, insbesondere ein Oszilloskopkabel. Bei der
Auswerteeinheit handelt es sich vorzugsweise um ein Oszilloskop
oder ein Testgerät
mit Oszilloskopfunktion. Es ist auch möglich, ein in die Brennkraftmaschine
integriertes Steuergerät
zu verwenden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung im
Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine erfolgt. Die Prüfung kann
auch in anderen definierten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine
erfolgen. Allerdings wurden bei der Prüfung im Leerlauf im Rahmen
der vorliegenden Erfindung eindeutige Ergebnisse erzielt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Rohsignal des
Raildrucksensors als Messwert für
den Raildruck verwendet wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung
wurde herausgefunden, dass das Signal des Raildruckssensors aus
einem zu der Brennkraftmaschine gehörigen Steuergerät zum Prüfen der
Funktion der Hochdruckpumpe nur eingeschränkt verwendbar ist. Mit dem
Rohsignal des Raildruckssensors wurden, insbesondere bei größeren Übersetzungsver hältnissen
zwischen der Pumpendrehzahl und der Motordrehzahl, deutlich bessere
Ergebnisse erzielt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckregelventil,
mit dem die Hochdruckpumpe ausgestattet ist, geöffnet wird, um die Fördermenge
der Hochdruckpumpe zu erhöhen.
Im geöffneten
Zustand gibt das Druckregelventil eine Verbindung zwischen dem Hochdruckbereich
und dem Niederdruckbereich frei. Durch das gezielte Öffnen des Druckregelventils
wird die Fördermenge
der Hochdruckpumpe künstlich
erhöht.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fördermenge
der Hochdruckpumpe erhöht wird,
indem ein Druckbegrenzungsventil, mit dem der Kraftstoffhochdruckspeicher
ausgestattet ist, geöffnet
wird. Das Druckbegrenzungsventil ist im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine
geschlossen und öffnet
aus Sicherheitsgründen
erst, wenn ein maximal zulässiger
Druck von zum Beispiel 1.800 bar in dem Kraftstoffhochdruckspeicher überschritten
wird. Dann regelt das Druckbegrenzungsventil den Druck in dem Kraftstoffhochdruckspeicher
auf einen niedrigeren Wert von zum Beispiel 800 bar herunter, um
einen Notfahrbetrieb zu ermöglichen.
Durch das gezielte Öffnen
des Druckbegrenzungsventils wird die Fördermenge der Hochdruckpumpe
künstlich
erhöht.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Zumesseinheit,
die der Hochdruckpumpe vorgeschaltet ist, geöffnet wird, um die Fördermenge der
Hochdruckpumpe zu erhöhen,
bis das Druckbegrenzungsventil geöffnet. Über die geöffnete Zumesseinheit gelangt
mehr Kraftstoff zu der vorzugsweise sauggedrosselten Hochdruckpumpe
als zum Beispiel im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine benötigt wird.
Die künstlich
erhöhte
Fördermenge führt schließlich dazu,
dass das Druckbegrenzungsventil öffnet.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung
verschiedene Ausführungsbeispiele
im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und
in der Beschreibung erwähnten Merkmale
jeweils einzeln für
sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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Zeichnung
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems mit einer
Hochdruckpumpe, die ein Druckregelventil aufweist;
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2 eine
schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems mit einer
Hochdruckpumpe, der eine Zumesseinheit vorgeschaltet ist;
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3 eine
Auftragung der Spannung eines Raildruckssensors über der Zeit bei einer intakten Hochdruckpumpe;
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4 eine
Auftragung der Spannung des Raildrucksensors über der Zeit bei einem defekten Saugventil;
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5 eine
Auftragung der Spannung des Raildrucksensors über der Zeit bei einem defekten Druckventil;
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6 eine
Auftragung der Spannung des Raildrucksensors über der Zeit bei einem geöffneten Druckbegrenzungsventil
und einer intakten Hochdruckpumpe;
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7 eine
Auftragung der Spannung des Raildrucksensors über der Zeit bei geöffnetem Druckbegrenzungsventil
und bei einem defekten Saugventil und
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8 eine
Auftragung der Spannung des Raildrucksensors über der Zeit bei geöffnetem Druckbegrenzungsventil
und einem defekten Druckventil.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem schematisch dargestellt.
Aus einem Niederdruckbehälter 1,
der auch als Kraftstofftank bezeichnet wird, wird mit Hilfe einer
Kraftstoffförderpumpe 2 über eine
Verbindungsleitung 3 Kraft stoff zu einer Hochdruckpumpe 4 gefördert. In
der Verbindungsleitung 3 ist ein Überströmventil 6 angeordnet. Der
Niederdruckbehälter 1,
die Kraftstoffförderpumpe 2 und
die Verbindungsleitung 3 sind mit Niederdruck beaufschlagt
und werden deshalb dem Niederdruckbereich zugeordnet.
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An
der Hochdruckpumpe 4 ist ein Druckregelventil 8 angebracht,
das über
eine Leitung 9 an den Niederdruckbehälter 1 angeschlossen
ist. Außerdem
geht von der Hochdruckpumpe 4 eine Hochdruckleitung 10 aus,
die den mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoff zu einem Kraftstoffhochdruckspeicher 12 liefert,
der auch als Common-Rail bezeichnet wird. Von dem Hochdruckspeicher 12 gehen unter
Zwischenschaltung von Durchflussbegrenzern 13 Hochdruckleitungen 14 aus,
die den mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher 12 zu
Einspritzventilen 15 liefern, die auch als Injektoren bezeichnet
werden und von denen in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eines dargestellt
ist. Die Hochdruckleitung 10, der Hochdruckspeicher 12,
die Hochdruckleitung 14 und das Einspritzventil 15 enthalten
mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoff und werden demzufolge dem Hochdruckbereich
des Kraftstoffeinspritzsystems zugeordnet.
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Von
dem Kraftstoffeinspritzventil 15 führt eine Rücklaufleitung, die zwei Abschnitte 16 und 17 aufweist,
zu dem Niederdruckbehälter 1.
Zwischen die beiden Abschnitte 16 und 17 der Rücklaufleitung ist
ein Druckhalteventil 18 geschaltet. Das Druckhalteventil 18 dient
dazu, in dem Abschnitt 16 der Rücklaufleitung einen Mindestdruck
von etwa 1,0 bar aufrechtzuerhalten. Der Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems
wird durch ein elektronisches Steuergerät 19 gesteuert.
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In 2 ist
ein ähnliches
Kraftstoffeinspritzsystem wie in 1 dargestellt.
Das Kraftstoffeinspritzsystem umfasst eine Hochdruckpumpe 20,
die durch eine Antriebswelle 21 angetrieben ist, die einen exzentrischen
Wellenabschnitt 22 aufweist. An dem exzentrischen Wellenabschnitt 22 befinden
sich die Enden dreier sternförmig
angeordneter Kolben 24, 25 und 26 in
Anlage. Die der Antriebswelle 21 abgewandten Enden der
Kolben 24 bis 26 begrenzen Arbeitsräume 28, 29 und 30,
die auch als Pumpenräume
bezeichnet werden. Die Arbeitsräume 28 bis 30 stehen
jeweils über
ein Saugventil 32, 33 und 34 unter Zwischenschaltung
einer Zumesseinheit 36 mit einem Niederdruckbereich 38 in
Verbindung.
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Darüber hinaus
stehen die Arbeitsräume 28 bis 30 über Druckventile 40 bis 42 mit
einem Kraftstoffhochdruckspeicher 44 in Verbindung, der
auch als Common-Rail oder kurz Rail bezeichnet wird. Von dem Kraftstoffhochdruckspeicher 44 führen Hochdruckleitungen 46 bis 49 zu
(nicht dargestellten) Kraftstoffeinspritzventilen. Der Kraftstoffhochdruckspeicher 44 steht über ein
Druckbegrenzungsventil 52 mit dem Niederdruckbereich 38 in
Verbindung. Des Weiteren ist an dem Kraftstoffhochdruckspeicher 44 ein
Raildrucksensor 55 angebracht, über den der Druck in dem Kraftstoffhochdruckspeicher 44 erfasst wird.
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Die
Hochdruckpumpe 20 dient dazu, Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich 38 in
den Kraftstoffhochdruckspeicher 44 zu fördern. Beim Ansaugen öffnen die
Saugventile 32 bis 34, wohingegen die Druckventile 40 bis 42 geschlossen
sind. Über
die Zumesseinheit 36 kann die Fördermenge der Hochdruckpumpe 20 gesteuert
werden. Beim Fördern
von Kraftstoff in den Kraftstoffhochdruckspeicher 44 sind die
Saugventile 32 bis 34 geschlossen und die Druckventile 40 bis 42 geöffnet. Durch
eine strichpunktierte Linie 58 ist angedeutet, dass die
Zumesseinheit 36, die Saugventile 32 bis 34 und
die Druckventile 40 bis 42 in die Hochdruckpumpe 20 integriert
sind.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren
wird die Hochdruckpumpe im Leerlaufbetrieb des Fahrzeugs ohne Zugriff
auf das in das Fahrzeug integrierte Steuergerät getestet, ohne dass die Hochdruckpumpe
aus dem Fahrzeug ausgebaut wird. Die Mengenförderung der Hochdruckpumpe
wird beim Testen künstlich
erhöht,
indem entweder das Druckbegrenzungsventil 52 (siehe 2)
oder das Druckregelventil 8 (siehe 1) geöffnet wird.
Dabei muss das Druckregelventil konstant bestromt werden oder auf
eine Druckregelung mit Druckregelventil umgeschaltet werden. Die
Umschaltung auf die Druckregelventil-Regelung kann automatisch erfolgen,
wenn die Zumesseinheit ausgesteckt wird. Dadurch ist es möglich, die
Funktion von Saug- und Druckventilen getrennt zu beurteilen, wie
im Folgenden erläutert wird.
Es ist auch möglich,
mit Hilfe geeigneter Softwarefunktionen den Ablauf des Tests zu
automatisieren.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren wird
ein Raildrucksensor-Kabeladapter als Zwischenstecker mit einem Abgriff
für ein
Oszilloskopkabel verwendet. Zur Auswertung der Signale des Raildrucksensors
wird ein Oszilloskop verwendet. Alternativ kann eine Oszilloskopfunktion
eines bestehenden Testgeräts
genutzt werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
funktioniert wie folgt: Der Motor läuft im Leerlauf. Der Raildrucksensor-Kabeladapter
ist eingesteckt. Bei einer ersten Messung ist das Druckbegrenzungsventil
geschlossen. Der Motor läuft
bei 600 U/min. Das Übersetzungsverhältnis zwischen
der Pumpendrehzahl und der Motordrehzahl beträgt 5:3. Demzufolge läuft die
Hochdruckpumpe mit 1.000 U/min. 1.000 U/min entsprechen 16,66 U/sek.
Also ergibt sich bei einem defekten Druckventil, zum Beispiel im
Ventil klemmenden Partikeln oder einem undichten Sitz, bei 16,66
U/sek eine charakteristische Raildruckschwingung. Die Frequenz dieser
Schwingung ist unabhängig
davon, ob ein Saugventil oder ein Druckventil defekt ist. Die zugehörige Periode
beträgt
0,06 Sekunden. In diesem Betriebspunkt wird der Raildruck einspritzsynchron
gemessen, das heißt
kurz vor jeder Einspritzung. Bei jeder zweiten Umdrehung wird eingespritzt.
Daraus ergeben sich bei sechs Zylindern fünf Einspritzungen pro Sekunde
für jeden
Zylinder, also dreißig
Einspritzungen pro Sekunde. Das entspricht 30 Hz oder 0,033 Sekunden.
Damit kann die Schwingung über
das Raildrucksensorsignal aus dem in die Brennkraftmaschine integrierten
Steuergerät
nur unzureichend erfasst werden. Zusätzlich wird das Signal in dem
Steuergerät
noch mals gefiltert. Vor allem bei größeren Übersetzungsverhältnissen
als 5:3 ist die Erfassung über
das Steuergerät nicht
zu empfehlen. Deshalb wird gemäß einem
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens das
Rohsignal des Raildrucksensors als Messwert für den Raildruck verwendet und
nicht das Signal aus dem fahrzeugintegrierten Steuergerät.
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In 3 ist
das Rohsignal des Raildrucksensors in Volt über der Zeit in Sekunden aufgetragen. Die
Einspritzmenge ist auf 10 mg eingestellt. Das Druckbegrenzungsventil
ist geschlossen. Das Rohsignal des Raildrucksensors hat über die
betrachtete Zeitspanne einen relativ konstanten Wert von circa 1,4
Volt. Der Raildruck ist also stabil.
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In 4 ist
ein Saugventil defekt. Im Vergleich zu 3 ist kein
wesentlicher unterschied zu erkennen, da bei einem defekten Saugventil
die beiden verbliebenen Pumpenelemente ausreichend Menge nachliefern
und durch die geringen Fördermengen
im Leerlauf keine Schwingung hoher Amplitude entsteht. Das Druckventil
in dem Element mit dem defekten Saugventil bleibt ständig geschlossen.
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In 5 ist
das Rohsignal des Raildrucksensors über der Zeit dargestellt, wenn
ein Druckventil defekt ist. Wie man in 5 sieht,
schwankt das Rohsignal des Raildrucksensors etwa zwischen 1,3 und
1,5 Volt. Die Schwingung entsteht, weil das defekte Druckventil
nicht schließt.
Demzufolge wird im Förderhub
des zugehörigen
Kolbens zwar eine bestimmte Menge in den Kraftstoffhochdruckspeicher gefördert. Diese
Menge wird aber im folgenden Ansaughub des Kolbens über das
defekte Druckventil wieder angesaugt. Somit wird eine bestimmte
Menge Kraftstoff im Hochdruckbereich hin und her geschoben, was
zu der in 5 gezeigten Schwingung führt.
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In
einem zweiten Teil des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens läuft der
Motor immer noch im Leerlauf. Über
eine spezielle Funktion des Steuergeräts wird die Zumesseinheit geöffnet, um
die Fördermenge
zu erhöhen.
Die erhöhte
Fördermenge
führt dazu,
dass das Druckbegrenzungsventil öffnet.
Die gleiche Wirkung wird erzielt, wenn ein Druckregelventil an der
Hochdruckpumpe in den Niederdruckbereich geöffnet wird.
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In 6 sieht
man, dass bei dieser künstlichen
Erhöhung
des Raildrucks das Rohsignal des Raildrucksensors von etwa 1,4 auf
etwa 2,5 ansteigt.
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In 7 ist
das Rohsignal des Raildrucksensors über der Zeit aufgetragen, wenn
ein Druckventil defekt ist. Bei dem höheren Druck ergibt sich eine Schwingung
mit der gleichen Frequenz wie in 5, da aufgrund
des defekten Saugventils ein Pumpenelement nicht fördert. Bei
dem erhöhten
Druck und der erhöhten
Fördermenge
wird der Ausfall des Pumpenelements nicht durch die beiden übrigen Pumpenelemente
ausgeglichen.
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In 8 ist
das Rohsignal des Raildrucksensors über der Zeit aufgetragen, wenn
ein Druckventil de fekt ist. Auch hier tritt eine Schwingung gleicher Frequenz
auf.
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Über einen
Vergleich von zwei Pumpvorgängen
mit geöffnetem
und geschlossenem Druckbegrenzungsventil kann festgestellt werden,
ob ein Saug- oder Druckventil in der Hochdruckpumpe defekt ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Prüfverfahren kann
bei Verdacht auf eine defekte Hochdruckpumpe die Funktion der Förderung
aller Pumpenelemente geprüft
und damit indirekt die Zumesseinheit als Fehlerursache ausgeschlossen
werden. Darüber
hinaus kann eine Ungleichförderung
der Pumpe durch Saugventile mit unterschiedlichen Öffnungsdrücken erkannt
werden, da die unterschiedlichen Öffnungsdrücke zu einem ähnlichen
Schwingverhalten führen.