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Die
Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern,
die jeweils einen Brennraum umfassen. Ferner umfasst die Brennkraftmaschine
einen Ansaugtrakt, einen Abgastrakt und eine Abgasrückführleitung.
Der Ansaugtrakt kommuniziert über
je einen Zylindereinlasskanal des Ansaugtrakts abhängig von
einer Schaltstellung je mindestens eines Gaseinlassventils mit je
einem der Brennräume.
Der Abgastrakt kommuniziert abhängig von
einer Schaltstellung je mindestens eines Gasauslassventils mit je
einem der Brennräume. Über die Abgasrückführleitung
ist abhängig
von einer Schaltstellung eines Abgasrückführventils Abgas aus dem Abgastrakt
hin zu den Einlasskanälen
des Ansaugtrakts rückführbar. Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben
einer Brennkraftmaschine.
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Schadstoffemissionen
einer Brennkraftmaschine können
in vorgegebenen Betriebszuständen der
Brennkraftmaschine durch Rückführen von
Abgas und durch Zuführen
des Abgases zu einem erneuten Verbrennungsprozess verringert werden. Durch
das Rückführen des
Abgases verringert sich eine Verbrennungstemperatur. Dadurch werden
bei dem Verbrennungsprozess gegenüber der Schadstoffproduktion
ohne Rückführen des
Abgases weniger Schadstoffe erzeugt.
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Die
Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist, eine Brennkraftmaschine
und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
zu schaffen, die ein zylinderindividuelles Überprüfen einer Abgasrückführung ermöglichen.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung durch eine Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine
umfasst mindestens zwei Zylinder, einen Ansaugtrakt, einen Abgastrakt
und eine Abgasrückführleitung.
Die Zylinder umfassen jeweils einen Brennraum. Der Ansaugtrakt kommuniziert über je einen
Zylindereinlasskanal des Ansaugtrakts abhängig von einer Schaltstellung
je mindestens eines Gaseinlassventils mit je einem der Brennräume. Der
Abgastrakt kommuniziert abhängig von
einer Schaltstellung je mindestens eines Gasauslassventils mit je
einem der Brennräume. Über die Abgasrückführleitung
ist abhängig
von einer Schaltstellung eines Abgasrückführventils Abgas aus dem Abgastrakt
hin zu den Einlasskanälen
des Ansaugtrakts rückführbar. Die
Brennkraftmaschine hat je einen Gemischlufttemperatursensor zum
Erfassen je einer Gemischlufttemperatur in den Einlasskanälen.
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Die
Gemischlufttemperatursensoren in den Einlasskanälen ermöglichen ein zylinderindividuelles Erfassen
der Gemischlufttemperatur. Die Gemischluft setzt sich zusammen aus
rückgeführtem Abgas aus
dem Abgastrakt und aus Frischluft, die über den Ansaugtrakt angesaugt
wurde. Die Gemischlufttemperatur ergibt sich somit aus der Abgastemperatur des
rückgeführten Abgases
und aus der Frischlufttemperatur der angesaugten Frischluft. Das
Erfassen der Gemischlufttemperaturen ermöglicht, zu überprüfen, ob das rückgeführte Abgas
gleichmäßig auf
die einzelnen Zylinder verteilt wird. Somit ermöglicht dies ein zylinderindividuelles Überprüfen der
Abgasrückführrung.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des ersten Aspekts der Erfindung
weisen die Gemischlufttemperatursensoren eine Ansprechzeit auf,
die kleiner als 100 msek ist. Dies ermög licht, die Gemischlufttemperaturen
aufgrund der Abgasrückführung besonders
präzise
zu erfassen. Die Ansprechzeit ist die Zeitdauer, die einer der Gemischlufttemperatursensoren
benötigt,
um nach einer abrupten Temperaturänderung ein präzises Messergebnis
zu liefern.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung durch ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine umfasst
mindestens zwei Zylinder, einen Ansaugtrakt, einen Abgastrakt und
eine Abgasrückführleitung.
Die Zylinder umfassen jeweils einen Brennraum. Der Ansaugtrakt kommuniziert über je einen
Zylindereinlasskanal des Ansaugtrakts abhängig von einer Schaltstellung
je mindestens eines Gaseinlassventils mit je einem der Brennräume. Der
Abgastrakt kommuniziert abhängig von
einer Schaltstellung je mindestens eines Gasauslassventils mit je
einem der Brennräume. Über die Abgasrückführleitung
ist abhängig
von einer Schaltstellung eines Abgasrückführventils Abgas aus dem Abgastrakt
hin zu den Einlasskanälen
des Ansaugtrakts rückführbar. Zum
Betreiben der Brennkraftmaschine wird je eine Gemischlufttemperatur
in zumindest zwei Zylindereinlasskanälen ermittelt. Die ermittelten
Gemischlufttemperaturen werden verglichen. Es wird auf eine Ungleichverteilung
rückgeführten Abgases
erkannt, falls ein Unterschied zwischen den ermittelten Gemischlufttemperaturen
größer als
ein vorgegebener Schwellenwert ist.
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Dies
ermöglicht
das zylinderindividuelle Überprüfen der
Abgasrückführung. Die
Gemischlufttemperaturen können
mittels der Gemischlufttemperatursensoren ermittelt werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des zweiten Aspekts der Erfindung
wird der Schwellenwert abhängig
von einer Last, einer Kühlwassertemperatur
und/oder einer Drehzahl der Brennkraftmaschine vorgegeben. Dies
ermöglicht,
eine vom Betriebszustand, der durch die Last, die Kühlwassertemperatur
und/oder die Drehzahl vorgegeben ist, abhängige Ungleichver teilung des
rückgeführten Abgases
bei der Beurteilung der Ungleichverteilung des rückgeführten Abgases zu berücksichtigen.
Dies trägt
dazu bei, dass nicht unnötigerweise
auf die Ungleichverteilung des rückgeführten Abgases
geschlossen wird.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des zweiten Aspekts der
Erfindung wird in einem vorgegebenen Betriebszustand der Brennkraftmaschine mindestens
ein Korrekturwert so ermittelt, dass die in dem vorgegebenen Betriebszustand
ermittelten Gemischlufttemperaturen unter Berücksichtigung des Korrekturwerts
aneinander angeglichen sind. Der vorgegebene Betriebszustand kann
in diesem Zusammenhang beispielsweise ein Stillstand der Brennkraftmaschine
oder ein Betriebszustand sein, in dem kein Abgas rückgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Brennkraftmaschine,
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2 ein
Ablaufdiagramm eines Programms zum Betreiben der Brennkraftmaschine.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Eine
Brennkraftmaschine (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1,
einen Abgastrakt 4, einen Motorblock 2 und mindestens
zwei, vorzugsweise mehrere Zylinder Z1–Z4 mit je einem Zylinderkopf 3 und
je einem Brennraum 9. Der Ansaugtrakt 1 umfasst
bevorzugt eine Drosselklappe 5, einen Sammler 6 und
je einen Zylindereinlasskanal 7, der hin zu je einem der Brennräume 9 des
Motorblocks 2 geführt
ist. Der Ansaugtrakt (1) kommuniziert abhängig von
einer Schaltstellung eines Gaseinlassven tils (12) mit einem
der Brennräume
(9). Der Abgastrakt (4) kommuniziert abhängig von
einer Schaltstellung eine Gasauslassventils (13) mit einem
der Brennräume
(9). Der Motorblock 2 umfasst eine Kurbelwelle 8,
die über
eine Pleuelstange 10 mit dem Kolben 11 des Zylinders
Z1–Z4
gekoppelt ist. Die Brennkraftmaschine kann aber auch jede beliebige
größere Anzahl
von Zylindern Z1–Z4
umfassen. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise eine Diesel-Brennkraftmaschine oder
ein magerlaufender Otto-Motor mit Direkteinspritzung und bevorzugt
in einem Kraftfahrzeug angeordnet.
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In
dem Zylinderkopf 3 ist bevorzugt ein Kraftstoff-Einspritzventil 18 angeordnet.
Alternativ kann das Kraftstoff-Einspritzventil 18 auch
in dem Zylindereinlasskanal 7 angeordnet sein. Falls die
Brennkraftmaschine mit Benzin betrieben wird, so ist in dem Zylinderkopf 3 vorzugsweise
eine Zündkerze
angeordnet.
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In
dem Abgastrakt 4 ist ein Abgaskatalysator 23 angeordnet. Über eine
Abgasrückführleitung 22 kommuniziert
der Abgastrakt 4 abhängig
von einer Schaltstellung eines Abgasrückführventils 24 mit dem
Ansaugtrakt 1. Durch die Abgasrückführleitung 22 kann
Abgas aus dem Abgastrakt 4 in den Ansaugtrakt 1 rückgeführt werden.
Dabei kann mit dem Abgasrückführventil 24 eine
Abgasrückführrate vorgegeben
werden.
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Eine
Steuereinrichtung 25 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet
sind, die verschiedene Messgrößen erfassen
und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln.
Betriebsgrößen umfassen
die Messgrößen und
von diesen abgeleitete Größen der Brennkraftmaschine.
Betriebsgrößen können repräsentativ
sein für
einen aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine. Der aktuelle
Betriebszustand der Brennkraftmaschine kann viele Betriebspunkte der
Brennkraftmaschine umfassen. Die Steuereinrichtung 25 ermittelt
abhängig
von mindestens einer der Betriebsgrößen mindestens eine Stellgröße, die dann
in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender
Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuereinrichtung 25 kann auch
als Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine bezeichnet
werden.
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Die
Sensoren sind beispielsweise ein Pedalstellungsgeber 26,
der eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst,
ein Luftmassensensor 28, der einen Luftmassenstrom stromaufwärts der
Drosselklappe 5 erfasst, ein Ansauglufttemperatursensor 32, der
eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 34,
der einen Saugrohrdruck in dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, der
einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl der Brennkraftmaschine
zugeordnet wird, eine Abgassonde 38, die stromabwärts des
Abgaskatalysators 23 angeordnet ist und deren Messsignal repräsentativ
ist für
ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis
des Abgases, und zu jedem Zylindereinlasskanal 7 je einen
Gemischlufttemperatursensor 40 zum Erfassen je einer Gemischlufttemperatur
in dem entsprechenden Zylindereinlasskanal 7, insbesondere
zum Erfassen einer ersten Gemischlufttemperatur T_CYL_1 und einer
zweiten Gemischlufttemperatur T_CYL_2.
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Je
nach Ausführungsform
der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren
vorhanden sein oder es können
auch zusätzliche
Sensoren vorhanden sein.
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Die
Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die
Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, das
Kraftstoff-Einspritzventil 18 und/oder
das Abgasrückführventil 24 und
gegebenenfalls die Zündkerze.
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Bei
einem Magerbetrieb der Brennkraftmaschine wird für einen Verbrennungsprozess
in dem Brennraum 9 weniger Kraftstoff zugemessen, als mit dem
Sauerstoff in dem Brennraum 9 verbrannt werden kann. Dadurch
bilden sich gegenüber
einem Fettbetrieb und/oder einem stöchiometrischen Betrieb der
Brennkraftmaschine vermehrt Stickoxide, die dann in dem Abgas enthalten
sind. Die Stickoxide sind umweltschädlich und gesundheits schädlich. Durch
Rückführen von
Abgas aus dem Abgastrakt 4 hin zu dem Ansaugtrakt 1 bildet
das Abgas mit der angesaugten Frischluft eine Gemischluft. Die Gemischluft
wird dem Verbrennungsprozess zugeführt. Dadurch verringert sich
eine Verbrennungstemperatur des Verbrennungsprozesses. Dies kann
dazu beitragen, die Stickoxidproduktion während des Verbrennungsprozesses
zu verringern. Ferner kann das Rückführen des
Abgases einen Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine verringern.
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Vorzugsweise
ist auf einem Speichermedium der Steuereinrichtung 25 ein
Programm (2) zum Betreiben der Brennkraftmaschine
gespeichert. Das Programm dient zum Überprüfen der Abgasrückführung, insbesondere
zum Überprüfen einer
Gleichverteilung des rückgeführten Abgases
auf die einzelnen Zylinder Z1–Z4,
insbesondere auf die einzelnen Brennräume 9. Das Abgas kann
beispielsweise aufgrund der Konstruktion des Ansaugtrakts und/oder aufgrund
von Verschleißerscheinungen
in dem Ansaugtrakt ungleichmäßig auf
die einzelnen Zylinder Z1–Z4
verteilt sein.
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Das
Programm wird vorzugsweise in einem Betriebszustand, in dem Abgas
rückgeführt wird,
in einem Schritt S1 gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert
werden.
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In
einem Schritt S2 werden in jedem Einlasskanal 7 jedes Zylinders
Z1–Z4
jeweils eine der Gemischlufttemperaturen, insbesondere die erste
Gemischlufttemperatur T_CYL_1 des ersten Einlasskanals und die zweite
Gemischlufttemperatur T_CYL_2 des zweiten Einlasskanals ermittelt.
Die erste Gemischlufttemperatur T_CYL_1 ist vorzugsweise dem ersten
Zylinder Z1 zugeordnet und die zweite Gemischlufttemperatur T_CYL_2
ist vorzugsweise dem zweiten Zylinder Z2 zugeordnet. Vorzugsweise
werden die Gemischlufttemperaturen für jeden der Zylinder Z1 bis
Z4 ermittelt. Eine Gesamtgemischlufttemperatur ist repräsentativ
für eine
Abgasrückführrate, da
das rückgeführte Abgas
sich auf die Gesamtgemischlufttemperatur auswirkt. Die Gesamtgemischlufttemperatur
ergibt sich aus den einzelnen Gemischlufttemperaturen, insbesondere
aus der ersten und der zweiten Gemischlufttemperatur T_CYL_1, T_CYL_2.
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In
einem Schritt S3 wird ein Unterschied DELTA zwischen den ermittelten
Gemischlufttemperaturen ermittelt, insbesondere zwischen der ersten und
der zweiten Gemischlufttemperatur T_CYL_1, T_CYL_2, vorzugsweise
unter der in dem Schritt S3 angegebenen Berechnungsvorschrift. Falls
mehr als zwei Gemischlufttemperaturen erfasst werden, können sie
beispielsweise jeweils paarweise mit einander verglichen werden.
Wenn zwei oder mehr dieser Gemischlufttemperaturen näherungsweise
gleich sind, so können
diese Gemischlufttemperaturen als Referenzwerte für den Vergleich
mit den anderen Gemischlufttemperaturen dienen.
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In
einem Schritt S4 wird überprüft, ob der
Unterschied DELTA größer als
ein vorgegebener Schwellenwert THD ist. Der Schwellenwert THD kann
beispielsweise fest vorgegeben sein. Vorzugsweise wird jedoch der
Schwellenwert THD abhängig von
einer Last, einer Kühlwassertemperatur
und/oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine vorgegeben. Dies trägt der Tatsache
Rechnung, dass sich die Ungleichverteilung des rückgeführten Abgases bei unterschiedlichen
Betriebspunkten, die durch die Last, die Kühlwassertemperatur und/oder
die Drehzahl charakterisiert sind, unterschiedlich auswirken kann und
somit unterschiedlich kritisch sein kann. Ist die Bedingung des
Schritts S4 nicht erfüllt,
so wird die Bearbeitung erneut in dem Schritt S2 fortgesetzt. Ist die
Bedingung des Schritts S4 erfüllt,
so wird die Bearbeitung in einem Schritt S5 fortgesetzt.
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In
dem Schritt S5 wird eine Fehlermeldung ERROR erzeugt, die repräsentativ
für die
Ungleichverteilung des rückgeführten Abgases
ist. Die Fehlermeldung ERROR kann beispielsweise durch ein Aufleuchten
einer Motorkontrollleuchte einem Fahrer des Kraftfahrzeugs angezeigt
werden. Alternativ oder zusätz lich
kann abhängig
von der Fehlermeldung ERROR ein Fehlereintrag in einem Fehlerspeicher der
Steuereinrichtung 25 vorgenommen werden. Ferner kann abhängig von
der Fehlermeldung ERROR eine oder mehrere Sicherheitsmaßnahmen
ergriffen werden. Beispielsweise kann der Zylinder Z1–Z4, zu dem
zu wenig Abgas rückgeführt wird,
so betrieben werden, dass seine Stickoxidemissionen trotz der zu niedrigen
zylinderindividuellen Abgas-Rückführrate vorzugsweise
möglichst
gering sind, beispielsweise auf Kosten von Leistung oder Laufruhe.
Beispielsweise kann bei dem entsprechenden Zylinder Z1–Z4 ein Zumesszeitpunkt
des Kraftstoffs bezogen auf den Kurbelwellenwinkel in Richtung spät verschoben werden
und/oder es kann eine Einspritzmasse für den entsprechenden Zylinder
Z1–Z4
verringert werden.
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In
einem Schritt S6 kann das Programm zum Betreiben der Brennkraftmaschine
beendet werden. Vorzugsweise wird das Programm jedoch regelmäßig während des
Betriebs der Brennkraftmaschine abgearbeitet, insbesondere während der
Rückführung des
Abgases.
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Eine
Funktion der Gemischlufttemperatursensoren 40 kann in einem
vorgegebenen Betriebszustand überprüft werden.
Der vorgegebene Betriebszustand umfasst beispielsweise einen Stillstand der
Brennkraftmaschine oder einen Betriebszustand, in dem kein Abgas
rückgeführt wird.
Dann sollte bei einwandfreier Funktion der Gemischlufttemperatursensoren 40 jeder
der Gemischlufttemperatursensoren 40 näherungsweise den gleichen Messwert
erzeugen. Falls ein Messwert eines der Gemischlufttemperatursensoren 40 in
dem vorgegebenen Betriebszustand von den Messwerten der anderen
Gemischlufttemperatursensoren 40 über ein vorgegebenes Maß abweicht,
so kann dies kompensiert werden, indem ein Korrekturwert für den entsprechenden
Gemischlufttemperatursensor 40 ermittelt wird. In dem vorgegebenen
Betriebszustand führen
dann unter Berücksichtigung
des ermittelten Korrekturwerts alle Messwerte der Gemischlufttemperatursensoren 40 zu
näherungsweise
gleichen Gemischlufttem peraturen. Dabei kann abhängig von dem Korrekturwert
der entsprechende Messwert des entsprechenden Gemischlufttemperatursensors 40 variiert werden.
Beispielsweise kann zu dem entsprechenden Messwert grundsätzlich ein
Messwert-Offset addiert oder abgezogen werden. Alternativ dazu kann der
Korrekturwert bei der Auswertung der entsprechenden Messwerte berücksichtigt
werden. Beispielsweise kann zu der abhängig von dem entsprechenden
Messwert ermittelten Gemischlufttemperatur ein Temperatur-Offset
addiert oder abgezogen werden.
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- 1
- Ansaugtrakt
- 2
- Motorblock
- 3
- Zylinderkopf
- 4
- Abgastrakt
- 5
- Drosselklappe
- 6
- Sammler
- 7
- Einlasskanal
erster Zylinder
- 8
- Kurbelwelle
- 9
- Brennraum
- 10
- Pleuelstange
- 11
- Kolben
- 12
- Gaseinlassventil
- 13
- Gasauslassventil
- 18
- Kraftstoff-Einspritzventil
- 22
- Abgasrückführleitung
- 23
- Abgaskatalysator
- 24
- Abgasrückführventil
- 25
- Steuereinrichtung
- 26
- Pedalstellungsgeber
- 27
- Fahrpedal
- 28
- Luftmassensensor
- 32
- Ansauglufttemperatursensor
- 34
- Saugrohrdrucksensor
- 36
- Kurbelwellenwinkelsensor
- 38
- Abgassonde
- 40
- Gemischlufttemperatursensor
- Z1–Z4
- Zylinder
eins bis vier
- START
- Programmstart
- T_CYL_1
- Gemischlufttemperatur
erster Einlasskanal
- T_CYL_2
- Gemischlufttemperatur
zweiter Einlasskanal
- DELTA
- Unterschied
- THD
- Schwellenwert
- ERROR
- Fehlermeldung
- END
- Programmende
- S1–S6
- Schritte
eins bis sechs
- n
- Bedingung
nicht erfüllt
- y
- Bedingung
erfüllt