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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines drucklosen
Kraftstoffsystems eines Fahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine.
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Bei
heutigen Hochdruck-Kraftstoffsystemen für Otto-Motoren werden Systemdrücke bis
200 bar benötigt.
Der Kraftstoffhochdruck wird dabei abhängig von den Betriebsbedingungen
der Brennkraftmaschine eingeregelt. Bei einem Abstellen der Brennkraftmaschine
wird der im Hochdruck-Kraftstoffsystem befindliche Druck in der
Regel nicht aktiv abgebaut, sondern zunächst im Kraftstoffsystem beibehalten.
Nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine erfolgt eine sogenannte
Nachheizphase, bei der die Temperatur der Brennkraftmaschine und
dadurch auch die Temperatur des Kraftstoffsystems und des Kraftstoffs
bis auf ein Maximum ansteigen. Durch eine Wärmeausdehnung des Kraftstoffs
steigt der Druck im Kraftstoffsystem an. Danach kühlen sich
die Brennkraftmaschine, das Kraftstoffsystem und der Kraftstoff
ab. Wenn diese Phase ausreichend lang ist, kühlt sich das gesamte Fahrzeug
auf Umgebungstemperatur ab. Durch das Abkühlen des Kraftstoffs zieht
sich dieser zusammen, wodurch der Kraftstoffdruck im Kraftstoffsystem
sinkt.
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Aus
dem Stand der Technik sind nun beispielsweise Kraftstoffdrucksensordiagnoseverfahren bekannt,
bei denen der Drucksensor zunächst
auf seine elektrische Funktions fähigkeit überprüft wird und
sodann eine Überprüfung stattfindet,
ob der Sensor den gewünschten
Bereich erfasst (sogenannter „Range
Check"). Die Prüfung auf
elektrische Funktionsfähigkeit
erfolgt beispielsweise durch Erfassung der Kraftstoffdrucksensorspannung.
Dadurch kann ermittelt werden, ob ein Lastabfall, ein Kurzschluss nach
Batteriespannung oder ein Kurzschluss nach Masse vorliegen. Bei
dem sogenannten „Range Check" wird geprüft, ob der
angezeigte Kraftstoffdruckwert innerhalb eines plausiblen vorgegebenen Wertebereichs
liegt.
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Darüber hinaus
existieren Verfahren, den Kraftstoffdrucksensor mithilfe der Lambda-Regelung des Motors
zu prüfen
und seine Funktionsfähigkeit
zu bestimmen. Entspricht der Kraftstoffdruck im Rail nicht dem angezeigten
Kraftstoffdruck des Sensors, stimmt die eingespritzte Kraftstoffmenge
nicht mehr und die Lambda-Regelung muss eine Korrektur der Einspritzmenge
vornehmen. Anhand des Lambda-Reglereingriffs kann auf diese Weise
nicht nur erkannt werden, ob der Kraftstoffdrucksensor ordnungsgemäß funktioniert,
es kann vielmehr auch ein Offset des Kraftstoffdrucksensors bestimmt
werden und hierdurch der Sensorwert abgeglichen werden. Problematisch
ist nun, dass mit einer derartigen Diagnose ein Offset des Kraftstoffdrucksensors
nicht zuverlässig
erkannt werden kann, da beispielsweise auch Fehler/Toleranzen im
Luftsystem zu einem Eingriff der Lambda-Regelung führen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erkennung eines drucklosen
Kraftstoffsystems eines Fahrzeugs zu vermitteln. Ferner soll ein
Verfahren geschaffen werden, mit dem die Funktionsfähigkeit
des Kraftstoffdrucksensors und insbesondere dessen eventuell vorhandene
Offsets bestimmt werden können.
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Vorteile der
Erfindung
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Erkennung eines drucklosen
Kraftstoffsystems eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand
der auf Anspruch 1 rückbezogenen
Unteransprüche.
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Grundidee
der Erfindung ist es, eine Aussage über den Druck in dem Kraftstoffsystem
aus den Abstellbedingungen der Brennkraftmaschine und den Randbedingungen
beim Start der Brennkraftmaschine bei einem darauffolgenden Fahrzyklus,
d.h. beim nächsten
Motorstart zu treffen. Insbesondere soll erkannt werden, ob nach
einer Abstellphase des Motors der Kraftstoffdruck bis auf Umgebungsdruck oder
auf einen anderen vorgegebenen Wert, beispielsweise einen Wert,
der durch eine elektrische Kraftstoffpumpe, die sich bereits in
der Vorlaufphase befindet, definiert wird, abgesunken ist. Hierzu schlägt die Erfindung
vor, zunächst
eine die Kraftstoffsystemtemperatur charakterisierende Größe beim
Abstellen der Brennkraftmaschine, nachfolgend Abstelltemperatur
genannt, zu erfassen. Bei einem darauffolgenden Fahrzyklus wird
dann eine die Kraftstoffsystemtemperatur kennzeichnende Größe beim Start
der Brennkraftmaschine (nachfolgend Starttemperatur genannt) erfasst.
Aus der Differenz der Abstelltemperatur und der Starttemperatur
wird auf den Druck in dem Kraftstoffsystem geschlossen. Auf diese
Weise kann ohne Durchführung
einer Druckmessung mit hoher Präzision
erkannt werden, ob ein Druckabbau in dem Kraftstoffsystem erfolgt
ist.
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Bevorzugt
wird dabei auf ein druckloses Kraftstoffsystem geschlossen, wenn
die Differenz aus Abstelltemperatur und Starttemperatur eine vorgebbare
erste Schwelle überschreitet.
Drucklos bedeutet hierbei entweder, dass der Druck im Kraftstoffsystem
im Wesentlichen dem Umgebungsdruck entspricht oder dass er einem
im Niederdruckteil des Kraftstoffsystems, das heißt in dem
Bereich vom Tank bis zur Hochdruckpumpe, herrschenden Druck im Wesentlichen
entspricht. Bevorzugt wird daher das Kraftstoffsystem dann als drucklos
bewertet, wenn der im Kraftstoffsystem herrschende Druck kleiner
als eine vorgebbare Druckschwelle ist.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung kann dieses Verfahren auch dazu verwendet
werden, die Funktionsfähigkeit
eines in dem Kraftstoffsystem angeordneten Drucksensors und seines
gegebenenfalls vorhandenen Offsets zu bestimmen.
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Hierzu
wird durch Vergleich des aus der Differenz aus Abstelltemperatur
und Starttemperatur geschlossenen Drucks mit einem Druckwert, der
mittels eines im Kraftstoffsystem angeordneten Drucksensors bei
einem darauffolgenden Fahrzyklus während des Starts der Brennkraftmaschine
gemessen wird, auf die Funktionsfähigkeit des Drucksensors geschlossen.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird dabei auf einen
positiven Offsetfehler geschlossen, wenn die Differenz aus Abstelltemperatur
und Starttemperatur die vorgebbare erste Schwelle überschreitet
und der Druckwert eine vorgebbare zweite Schwelle überschreitet.
Wenn in diesem Falle beispielsweise die Differenz aus Abstelltemperatur
und Starttemperatur die vorgegebene erste Schwelle (Schwelle 1) überschreitet,
wenn also davon ausgegangen werden kann, dass das Kraftstoffsystem
drucklos ist und gleichzeitig der Drucksensorwert die vorgegebene
zweite Schwelle überschreitet,
muss von einem positiven Offsetfehler ausgegangen werden, der gegebenenfalls
abgeglichen werden kann. In diesem Falle zeigt der Drucksensor einen
Wert an, der physikalisch nicht möglich sein kann, sodass ein
positiver Offset vorliegen muss. Positiver Offset bedeutet im Sinne
dieser Anmeldung eine Verschiebung der Sensor-Kennlinie oder eine Veränderung
der Kennlinien-Steigung nach oben, d.h. hin zu größeren Werten.
Negativer Offset bedeutet entsprechend eine Verschiebung der Sensor-Kennlinie
oder eine Veränderung
der Kennlinien-Steigung hin zu kleineren Werten.
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Bei
einer anderen Ausführungsform,
welche die Erfassung eines negativen Offsetfehlers gestattet, wird
auf einen solchen negativen Offsetfehler dann geschlossen, wenn
der Druckwert vor dem Start der Brennkraftmaschine bei einem darauffolgenden
Fahrzyklus innerhalb einer vorgebbaren Zeitspanne eine vorgebbare
Druckschwelle nicht überschreitet.
Andererseits wird auf einen negativen Offset nicht geschlossen,
wenn der Druckwert während des
Starts größer Null
ist und die Differenz aus Abstelltemperatur und Starttemperatur
beim Start die erste Schwelle (Schwelle 1) überschreitet. In diesem Falle
muss angenommen werden, dass das Kraftstoffsystem drucklos ist und
der Drucksensor ordnungsgemäß arbeitet,
da er einen positiven Wert angibt. Die Erfassung des Druckwerts
vor dem Motorstart erfolgt während
der Anlasser dreht. In dieser Phase wird der Kraftstoffdrucksensorwert
während einer
bestimmten vorgebbaren Zeit erfasst. Durch Betätigen des Anlassers und dem
damit verbundenen Betrieb der Hochdruckpumpe mit geschlossenem Magnetsteuerventil
wird Kraftstoffhochdruck im Rail aufgebaut. Startet die Brennkraftmaschine
und hat der Drucksensorwert während
einer bestimmten Zeit den konstanten Wert 0 MPa vor dem Motorstart angezeigt,
wird eine bestimmte Zeit nach Startende ein Offsetfehler gesetzt.
Dadurch, dass der Motor startet, muss nämlich ein entsprechender minimaler Raildruck
vorhanden gewesen sein und somit ist auszuschließen, dass die Elektrokraftstoffpumpe
defekt und der Tank leer ist. Für
die Zeit, innerhalb der der Druckwert erfasst wird und für die Schwelle
der Offset-Prüfung
des Kraftstoffdrucksensors muss in jedem Faile der Raildruckaufbau
bei Luft oder Dampf im Kraftstoffsystem berücksichtigt werden, was auf an
sich bekannte Weise möglich
ist.
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Zur
Erfassung der die Kraftstoffsystemtemperatur kennzeichnenden Größe kann
eine oder mehrere der folgenden Größen gemessen werden: Ansauglufttemperatur, Öltemperatur,
Kühlmitteltemperatur,
Umgebungstemperatur, Kraftstofftemperatur der Brennkraftmaschine.
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden
Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 schematisch
die Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, bei welcher das erfindungsgemäße Verfahren
zum Einsatz kommt;
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2 schematisch
den Raildruck sowie die Temperatur über der Zeit während einer
Abstellphase der Brennkraftmaschine;
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3 ein
Flussdiagramm einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens und
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4 ein
Flussdiagramm einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Ein
Hochdruck-Kraftstoffsystem für
eine Brennkraftmaschine 100 ist schematisch in 1 dargestellt.
Dieses Hochdruck-Kraftstoffsystem umfasst einen Tank 120,
aus dem eine Pumpe 130 Kraftstoff fördert. Die Pumpe 130 ist
eine Kraftstoffhochdruckpumpe, die Kraftstoff unter hohem Druck
in ein Rail 140 fördert.
Der Druck des Kraftstoffs kann dabei bis zu 200 bar betragen. Der
Kraftstoff wird unter einem solchen hohen Druck in Brennräume einer Brennkraftmaschine 100 eingespritzt.
In dem dargestellten Beispiel sind insgesamt vier Einspritzwege 101, 102, 103 und 104 schematisch
dargestellt. In einer von der Pumpe 130 zum Rail 140 führenden Kraftstoffhochdruckleitung 132 ist
ein Kraftstoffdrucksensor 134 angeordnet, dessen Ausgangssignal über eine
elektrische Leitung 135 einem Steuergerät 190 zugeführt wird.
Ferner kann dem Steuergerät auch
eine Ansauglufttemperatur, die mittels eines entsprechenden Sensors 151 erfasst
wird, über
die Leitung 152 zugeführt
werden.
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Des
weiteren können
ein Sensor 161 zur Erfassung der Öltemperatur der Brennkraftmaschine 100 und
ein Sensor 171 zur Erfassung der Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine 100 vorgesehen
sein, deren Ausgangssignale über
entsprechende elektrische Leitungen 162 und 172 dem
Steuergerät 190 zugeführt werden.
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Um
nun ein druckloses Kraftstoffsystem zu erkennen, wird eine die Kraftstoffsystemtemperatur charakterisierende
Größe beim
Abstellen der Brennkraftmaschine erfasst. Diese Größe kann
beispielsweise die Ansauglufttemperatur, die Öltemperatur oder die Kühlmitteltemperatur
sein, oder auch mehrere dieser Größen. Diese im folgenden Abstelltemperatur
genannte Temperatur wird in dem Steuergerät 190 gespeichert.
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Bei
einem darauffolgenden Fahrzyklus wird wiederum die die Kraftstoffsystemtemperatur
charakterisierende Größe bei einem
Neustart der Brennkraftmaschine 100 ermittelt und diese
im Nachfolgenden als Starttemperatur bezeichnete Temperatur in dem
Steuergerät 190 gespeichert.
In dem Steuergerät
wird die Differenz der Abstelltemperatur und der Starttemperatur
gebildet und hieraus auf nachfolgend noch näher zu beschreibende Weise
auf den Druck im Kraftstoffsystem geschlossen, insbesondere darauf
geschlossen, ob das Kraftstoffsystem drucklos ist.
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Es
wird immer dann auf ein druckloses Kraftstoffsystem geschlossen,
d.h. auf ein Kraftstoffsystem, dessen Druck dem Umgebungsdruck oder
dem Druck entspricht, der im Niederdruckteil des Kraftstoffsystems,
das heißt
in dem Teil vom Tank 120 bis zur Pumpe 130 herrscht,
wenn die Differenz aus Abstelltemperatur und Starttemperatur eine
vorgebbare erste Schwelle überschreitet.
Wenn nämlich
die Differenz aus Abstelltemperatur und Starttemperatur die Schwelle überschreitet,
kann davon ausgegangen werden, dass der Druck in dem Kraftstoffsystem
auf Umgebungsdruck abgesunken ist. Ein druckloses Kraftstoffsystem
entsteht nämlich,
wenn eine ausreichende Kraftstoffkontraktion während der Abstellphase gewährleistet
ist. Beim Abstellen der Brennkraftmaschine kann der Raildruck nicht
aktiv abgebaut werden. Man ist daher auf ein sicheres Verfahren
angewiesen, das einen Druckabbau durch Kraftstoffkontraktion zu
ermitteln gestattet.
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Das
Verfahren soll insbesondere auch Umgebungseinflüsse berücksichtigen können. Während der
Abstellphase sinken die Motortemperatur und der Kraftstoffdruck
durch Kraftstoffkontraktion infolge niedriger Umgebungstemperatur,
z.B. in der Nacht, ab. Steigt nun beispielsweise die Umgebungstemperatur,
z.B. aufgrund von Sonneneinstrahlung am Tage, an, dann steigt auch
die Temperatur des Fahrzeugs und der Kraftstoffdruck kann infolge
der Wärmeausdehnung
wieder ansteigen. Zu berücksichtigen
ist hierbei auch, dass nach Abstellen der Brennkraftmaschine eine
sogenannte Nachheizphase erfolgt, bei der die Temperatur der Brennkraftmaschine und
dadurch auch die Temperatur des Kraftstoffsystems und des Kraftstoffs
bis auf ein Maximum ansteigen. Danach kühlen die Brennkraftmaschine
sowie das Kraftstoffsystem und der Kraftstoff wieder ab. Ist diese
Phase ausreichend lang, kühlt
das gesamte Fahrzeug auf Umgebungstemperatur ab.
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Durch
das Abkühlen
des Kraftstoffs zieht sich dieser zusammen und dadurch sinkt der
Kraftstoffdruck im Kraftstoffsystem bis auf den Umbebungsdruck ab,
wie es schematisch in 2 dargestellt ist, wo sowohl
der Kraftstoffdruck, hier der Raildruck 205, und die Temperatur 215 des
Kraftstoffsystems über
der Zeit während
einer Abstellphase dargestellt sind. Sowohl der Raildruck 205 als
auch die Temperatur 215 in dem Kraftstoffsystem weisen
jeweils das oben beschriebene Maximum 210 bzw. 220 auf.
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Sowohl
der Kraftstoffdruck 205 als auch die Kraftstoffsystemtemperatur 215 nähern sich
mit zunehmender Zeit asymptotisch einem jeweiligen charakteristischen
Wert.
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Das
Verfahren kann insbesondere auch eingesetzt werden, um positive
und negative Offsetfehler des in dem Kraftstoffsystem angeordneten
Drucksensors 134 zu erfassen. Solche Offsets können in dem
Steuergerät 190 ausgeglichen
werden.
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Nachfolgend
wird die Bestimmung eines positiven Offsets, d.h. einer Abweichung
des mit dem Drucksensor 134 gemessenen Werts von dem realen Druckwert
nach oben anhand der 3 näher erläutert.
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Zunächst wird
in einem Schritt 310 geprüft, ob die Differenz aus Abstelltemperatur
und Starttemperatur eine vorgebbare Schwelle 1 überschreitet. Wenn dies nicht
der Fall ist, kann keine Offsetprüfung des Drucksensors 134 erfolgen
und es kann kein Zyklus-Flag in dem Steuergerät 190 gesetzt werden (Schritt 320),
da in dem Kraftstoffsystem kein Druckabbau erfolgt ist. Das Setzen
des Zyklus-Flags erfolgt in dem Steuergerät als Nachweis für die Durchführung einer
Offsetprüfung.
Ist dagegen die Randbedingung erfüllt, wenn also angenommen werden
kann, dass der Druck im Kraftstoffsystem dem Umgebungsdruck entspricht,
wird in Schritt 330 geprüft, ob der mittels des Drucksensors 134 erfasste Drucksensorwert
eine zweite Schwelle 2 überschreitet.
Wenn diese Bedingung erfüllt
ist, wenn also der Drucksensor 134 einen größeren Wert
anzeigt als es physikalisch möglich
ist, dann wird in dem Steuergerät 190 ein
Fehlereintrag Kraftstoffdrucksensor-Offset eingetragen (Schritt 340).
Es versteht sich, dass hierbei Toleranzen der Komponenten des Kraftstoffsystems
berücksichtigt
werden müssen.
Die vorbeschriebene Prüfung
kann beispielsweise nach einem Vorlauf der Elektrokraftstoffpumpe
erfolgen, wenn sich somit ein definierter Vordruck im Kraftstoffsystem
eingestellt hat. Wenn dagegen der Drucksensorwert nicht größer als
die Schwelle 2 ist, wird das Zyklus-Flag gesetzt. In diesem Falle
muss davon ausgegangen werden, dass der Drucksensor ordnungsgemäß arbeitet
und kein Offset vorliegt, da der von ihm erfasste Wert in einem
physikalisch sinnvollen Bereich liegt.
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Eine
Variante des Verfahrens, welche die Bestimmung eines negativen Offsetfehlers
gestattet, wird nachfolgend in Verbindung mit 4 beschrieben.
Zunächst
wird in einem Schritt 410 geprüft, ob der mittels des Kraftstoffdrucksensors
erfasste Wert konstant 0 MPa während
einer bestimmten Zeit vor dem Motorstart, d.h. vor dem Start der
Brennkraftmaschine ist. Wenn dies der Fall ist, wird in Schritt 420 geprüft, ob ein
Motorstart erfolgt ist. Wenn dies nicht der Fall ist, kann keine
Aussage über
die Funktion des Kraftstoffdrucksensors 134 getroffen werden.
Ist die Bedingung jedoch erfüllt,
erfolgt nach einer vorgebbaren Zeit nach Startende ein Fehlereintrag
in dem Steuergerät 190 (Schritt 430).
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Wenn
dagegen in Schritt 410 festgestellt wird, dass der mittels
des Kraftstoffdrucksensors 134 erfasste Druckwert in dem
Kraftstoffsystem nicht Null ist, wird darauf geschlossen, dass kein
negativer Offsetfehler vorliegt (Schritt 440).
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Startet
der Motor 100 und erfasst der Kraftstoffdrucksensor 134 während einer
bestimmten Zeit den konstanten Wert 0 MPa vor dem Motorstart, muss
also ein Offsetfehler vorliegen. Wenn dagegen der von dem Kraftstoffdrucksensor 134 erfasste
Wert von Null abweicht, muss ein minimaler Raildruck vorhanden sein
und es kann bereits hier ausgeschlossen werden, dass die Elektrokraftstoffpumpe
defekt ist und der Tank leer ist. Für die Festlegung der Zeiten
vor dem Motorstart, während
der der Druckwert erfasst wird, und für die Festlegung der Schwelle
des Kraftstoffdrucksensors muss der Raildruckaufbau für den Fall,
dass Luft oder Dampf im Kraftstoffsystem existiert, auf an sich
bekannte Weise berücksichtigt werden.
Es kann jedoch noch kein Zyklus-Flag gesetzt werden, mit dem im
Steuergerät 190 ein
Eintrag erfolgt, dass eine Offsetprüfung vorgenommen wurde, da
bei diesem Verfahrensschritt noch nicht feststeht, ob der Druck
in dem Kraftstoffsystem auf Umgebungsdruck abgesunken ist. Deshalb
wird in Schritt 450 geprüft, ob die Differenz aus Abstelltemperatur
und Starttemperatur die vorgegebene Schwelle 1 überschreitet. Wenn dies der
Fall ist, wird das sogenannte Zyklus-Flag, welches angibt, dass eine
Offsetprüfung
stattgefunden hat, gesetzt.
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Das
vorbeschriebene Verfahren wurde auf der Basis der Differenz von
Abstelltemperatur und Starttemperatur beschrieben. Das Verfahren
ist jedoch nicht auf die Bestimmung dieser Temperaturdifferenz beschränkt. Statt
der Temperaturdifferenz kann auch beispielsweise eine Abstellzeit
erfasst werden und geprüft
werden, ob die Abstellzeit eine vorgegebene Schwelle überschreitet.
Dabei wird angenommen, dass nach Überschreiten dieser Schwelle
der Druck im Kraftstoffsystem auf Umgebungsdruck abgesunken ist.