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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
in Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Außerdem
ist Gegenstand der Erfindung eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung,
ein Computerprogramm und eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung
nach den Oberbegriffen der nebengeordneten Patentansprüche.
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Aus
der
EP 1 282 771 B1 ist
ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung
bekannt, bei dem zwei Kraftstoff-Hochdruckpumpen jeweils einer Kraftstoffsammelleitung zugeordnet
sind. Beide Kraftstoffsammelleitungen sind hydraulisch miteinander
verbunden. Über einen gemeinsamen Druckregelkreis werden
beide Kraftstoff-Hochdruckpumpen unabhängig voneinander angesteuert.
Die Kraftstoff-Hochdruckpumpen sind im laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine
ununterbrochen im Einsatz. Während des Betriebs wird durch
eine einfache Diagnosefunktion der Verlauf des in der Kraftstoffsammeleitung
herrschenden Drucks überwacht.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangsgenannten Art zu
schaffen bzw. weiterzuentwickeln, bei dem die Brennkraftmaschine
zuverlässig arbeitet und mit geringem Kostenaufwand ein
kraftstoffsparender und emissionsarmer Betrieb gewährleistet
wird.
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Zur
Lösung der Aufgabe wird ausgehend von dem Verfahren zum
Betreiben einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass
im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine abhängig von
mindestens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine
eine Förderung von Kraftstoff mittels einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe
ein- und/oder ausgeschaltet wird. Weiterhin wird vorgeschlagen,
dass die Brennkraftmaschine eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung
mit einem Computerprogramm umfasst, das zur Anwendung des beschriebenen
Verfahrens programmiert ist.
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Erfindungsgemäß wird
also vorgeschlagen, dass Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine
und des gesamten Kraftfahrzeugs im normalen Betrieb, also im Wesentlichen
nicht während einer Startphase der Brennkraftmaschine,
ausgewertet werden und dabei die Notwendigkeit eines Betriebs von
allen zur Verfügung stehenden Kraftstoff-Hochdruckpumpen überprüft
wird. Lässt eine bestimmte Fahrweise des Fahrers des Kraftfahrzeugs
bzw. ein bestimmter Straßenverlauf es zu, dass der nötige
Druck in der Kraftstoffsammelleitung auch durch weniger Kraftstoff-Hochdruckpumpen
gehalten werden kann, so werden nicht benötigte Kraftstoff-Hochdruckpumpen temporär
abgeschaltet. Es wird also sichergestellt, dass nur die mindestens
notwendige Anzahl von Kraftstoff-Hochdruckpumpen, die einen aktuell
benötigten Kraftstoffbedarf decken, wirklich betrieben
werden. Eine einwandfreie und zuverlässige Funktion der
Brennkraftmaschine muss selbstverständlich immer gewährleistet
sein. Durch laufende Überprüfungen der Betriebsgrößen
wird erkannt, wann Kraftstoff-Hochdruckpumpen wieder zugeschaltet
werden müssen.
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Durch
das vorgeschlagene Verfahren wird somit eine Absenkung des Kraftstoffverbrauchs
in einem Teillastbereich möglich, da mechanische und elektrische
Leistung, die von den Kraftstoff-Hochdruckpumpen und elektronischen
Leistungsendstufen verbraucht wird, aber letztendlich von der Brennkraftmaschine
geleistet werden muss, minimiert wird. Bei einer Anordnung mit bspw.
zwei Kraftstoff-Hochdruckpumpen kann beim Abschalten von einer Pumpe
fast die Hälfte der einzusetzenden Leistung für
die Bereitstellung des nötigen Drucks in der Kraftstoffsammelleitung
gespart werden. Dies kann bspw. in einem NEFZ-(Neuer Europäischer
Fahrzyklus)Test, bei dem nach einer EG-Richtlinie unter festgelegten Bedingungen
ein standardisierter Fahrzyklus festlegt ist, nachgewiesen werden.
Außerdem werden damit auch die gesetzlichen Forderungen
nach Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und Verbesserung der Emissionswerte
beim Fahren des Kraftfahrzeugs erfüllt.
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Weiterhin
wird vorgeschlagen, dass die Betriebsgröße ein
Druck in der Kraftstoffsammelleitung, eine Einspritzart, eine einzuspritzende
Kraftstoffmasse, eine Motordrehzahl, eine Drehmomentanforderung,
eine Motortemperatur, eine Fahrzeuggeschwindigkeit oder eine verstrichene
Zeit nach einem Motorstart ist. Das bedeutet, dass vorteilhafterweise
im Wesentlichen alle messbaren betriebsrelevanten Parameter, die
einen Einfluss auf die Funktion der Brennkraftmaschine haben können,
für die Auswertung herangezogen und in der Steuer- und/oder
Regeleinrichtung bewertet werden. Dadurch kann eine exakte Aussage über
die Möglichkeit des Abschaltens einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe
getroffen werden, die die zuverlässige Funktion der Brennkraftmaschine
weiterhin gewährleistet. Da keine zusätzlichen
Vorrichtungen benötigt werden, sondern lediglich das Computerprogramm
in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung erweitert wird, stellt
die Erfindung eine besonders kostengünstige Ausführungsform dar.
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Vorteilhaft
ist auch, dass die Förderung der Kraftstoff-Hochdruckpumpe
durch entsprechendes Ansteuern eines Mengensteuerventils ein- und/oder ausgeschaltet
wird. D. h. der mechanische Antrieb des Mengensteuerventils bleibt
stets unverändert, lediglich wird durch die elektronische
Ansteuerung die Arbeitsweise des Mengensteuerventils verändert. Das
Abschalten der Kraftstoff-Hochdruckpumpe bedeutet demnach, dass
das Mengensteuerventil im „Leerlauf" arbeitet, also kein
Kraftstoff unter Hochdruck in die Kraftstoffsammelleitung fördert.
Dieser Leerlauf bewirkt, dass einerseits von einer elektronischen
Leistungsstufe, die das Mengensteuerventil elektronisch bedient,
kaum elektrische Leistung angefordert wird, andererseits hat eine
mechanische Antriebswelle zur mechanischen Betätigung des Mengensteuerventils
kaum mechanischen Widerstand zu überwinden. Das bedeutet,
dass die benötigte elektrische und mechanische Leistung
ganz erheblich reduziert wird. Zum Einschalten der Kraftstoff-Hochdruckpumpe
muss lediglich die elektronische Ansteuerung des Mengensteuerventils
geändert werden.
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Besonders
vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren,
wenn mehrere Kraftstoffsammelleitungen hydraulisch miteinander verbunden
werden. Jeder Kraftstoffsammelleitung ist bekanntermaßen mindestens
eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe zugeordnet. Dies geschieht deswegen,
um bei Volllast den Bedarf des Motors zu decken und um ein günstigeres Pulsationsmuster
des Raildrucks zu erreichen. Sind mehrere Kraftstoffsammelleitungen
hydraulisch miteinander verbunden, bietet sich jedoch die Möglichkeit,
dass auch eine geringere Anzahl von Kraftstoff-Hochdruckpumpen den
benötigten Druck in der zusammengeschalteten Kraftstoffsammelleitung
zumindest in einem Teillastbereich liefert. Ein temporäres
Abschalten von Kraftstoff-Hochdruckpumpen zur Reduzierung des Leistungsbedarfs
ist in dieser Ausführungsform besonders sinnvoll.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass bei der Förderung durch lediglich
eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe eine Diagnose dieser Kraftstoff-Hochdruckpumpe
durchgeführt wird. In dem Fall, dass durch Auswertung der
Betriebsgrößen von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung
entschieden wurde, dass der Betrieb mit nur einer einzigen Kraftstoff-Hochdruckpumpe
ein zuverlässiges Betreiben der Brennkraftmaschine gewährleistet,
kann die Steuer- und/oder Regeleinrichtung bspw. wiederum durch Auswerten
der Betriebsgrößen und einem festgehaltenen Zeitraum
zur letzten Diagnose, die Diagnose auf ein fehlerhaftes Verhalten
der Kraftstoff-Hochdruckpumpe starten. Bei erkanntem Fehler kann dann
eindeutig eine definierte Kraftstoff-Hochdruckpumpe diagnostiziert
werden (Pinpointing). Das erhöht vorteilhafterweise die
Diagnoseschärfe.
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Dazu
wird weiter vorgeschlagen, dass abhängig von dem Diagnoseergebnis
Maßnahmen eingeleitet werden. Nach einem diagnostizierten
Fehler sind unterschiedliche Maßnahmen denkbar. Sie sollten
aufgrund der vorliegenden Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine
und vorliegenden Erfahrungswerten von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung festgelegt
werden. So ist es bspw. möglich, dass die fehlerhafte Kraftstoff-Hochdruckpumpe
abgeschaltet wird, dafür eine andere Kraftstoff-Hochdruckpumpe eingeschaltet
wird. Die fehlerhafte Kraftstoff-Hochdruckpumpe kann in einem Speicherelement
der Steuer- und/oder Regeleinrichtung als „nicht betreibbar"
gekennzeichnet werden, d. h. sie kann bis zu einer Reparatur durch
die Steuer- und/oder Regeleinrichtung nicht mehr zugeschaltet werden.
Das Diagnoseergebnis kann darüber hinaus bspw. in einer
Onboard-Diagnoseeinrichtung abgespeichert werden. Ist eine fehlerhafte
Kraftstoff-Hochdruckpumpe erkannt worden, kann weiterhin eine Warnleuchte
an einem Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs aktiviert werden, die
den Fahrer des Kraftfahrzeugs auf eine gemäßigte
Fahrweise und zu einem schnellstmöglichen Aufsuchen einer
Werkstatt hinweist.
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Außerdem
wird vorgeschlagen, dass die Förderung abwechselnd bei
einer und bei einer anderen der Kraftstoff-Hochdruckpumpen aus-
und eingeschaltet wird. In Verbindung mit der Diagnosedurchführung
können dabei vorteilhafterweise aufeinander folgend alle
Kraftstoff-Hochdruckpumpen aktiviert und anschließend diagnostiziert
werden. So können bei einem Diagnosevorgang alle zur Verfügung
stehenden Kraftstoff-Hochdruckpumpen geprüft werden.
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Ein
weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens ist der, dass abhängig
von einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine
ein Ausschalten der Förderung der Kraftstoff-Hochdruckpumpe
gesperrt wird. Damit wird bspw. verhindert, dass während
kritischer Betriebsphasen der Brennkraftmaschine, bspw. der Startphase
eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe abgeschaltet wird. Außerdem
ist – wie bereits oben erwähnt – eine
Sperrung bei einer als fehlerhaft diagnostizierten Kraftstoff-Hochdruckpumpe
u. U. sinnvoll.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend
wird anhand von Figuren ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Brennkraftmaschine;
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2 ein
Flussdiagramm zum Routineablauf des erfindungsgemäßen
Verfahrens; und
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3 ein
Flussdiagramm zum Diagnoseablauf.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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1 zeigt
eine Brennkraftmaschine, die in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet
ist. Die Brennkraftmaschine 10 stellt vorzugsweise einen
4-Takt Ottomotor mit Benzindirekteinspritzung (BDE) dar, ein Dieselmotor
mit Direkteinspritzung ist jedoch auch denkbar.
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Die
Brennkraftmaschine umfasst zwei Hochdrucksammelleitungen 12,
auch Common Rail oder kurz Rail genannt, an denen jeweils vier Kraftstoff-Einspritzeinrichtungen 14 angeschlossen
sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist jeweils
nur eine Kraftstoff-Einspritzeinrichtung mit dem Bezugszeichen 14 versehen.
Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 14 spritzen Kraftstoff
in einen Brennraum 16 der Brennkraftmaschine 10.
Auch hier ist nur einer der Brennräume mit dem Bezugszeichen 16 versehen. Die
Brennkraftmaschine 10 besteht also aus zwei Blöcken
mit jeweils einem Rail 12, vier Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 14 und
vier Brennräumen 16, wie sie bspw. in einem 8-Zylinder
V-Motor oder Boxermotor angeordnet sein könnten. Die Temperaturen
der Brennräume 16 werden durch Temperatursensoren 18 gemessen.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird eine Kurbelwelle 20,
die hier lediglich symbolisch dargestellt ist, in Drehung versetzt,
wobei eine Kurbelwellendrehzahl mit einem Sensor 22 gemessen
wird.
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Beide
Rails 12 sind hydraulisch mit einer Verbindungsleitung 24 verbunden.
Im dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist nur
eine Verbindungsleitung 24 zwischen den beiden Rails 12 ausgeführt.
Um aber bspw. eine Vergrößerung des Querschnittes
der Verbindungsleitung 24 zu erreichen, ist auch die Anordnung
mehrerer solcher Verbindungsleitungen, über das gesamte
Rail 12 verteilt, möglich. Ein Raildruck wird über
einen Drucksensor 26 gemessen.
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Jeder
der beiden Rails 12 ist eine Kraftstoff-Hochdruckpumpe
(HDP) 28 vorgeschaltet, die Kraftstoff unter hohem Druck
(unterschiedlich zwischen Benzin- und Dieselmotor) in das Rail 12 fördert.
Die geförderte Kraftstoffmenge ist mengengesteuert und
wird deshalb von einem Mengensteuerventil 30, das in der
HDP 28 integriert ist, eingestellt. Dieses ist in seiner
Ruhestellung in der Weise geöffnet, dass die Auslassseite
mit der Einlassseite verbunden ist und Kraftstoff weitgehend drucklos
zur Einlassseite zurückgefördert wird (bei Leerlauf
bzw. Nullförderung). Über eine elektromagnetische
Einrichtung 32 kann diese Verbindung zur Einlassseite geschlossen
werden und Kraftstoff strömt dann unter hohem Druck aus
der Auslassseite heraus in das Rail 12. Jede dieser elektromagnetischen
Einrichtungen 32 werden über zugeordnete Leistungsendstufen 34, die
vorzugsweise in einer Steuereinrichtung 36 zur Steuerung
der Brennkraftmaschine 10 integriert sind, bedient.
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Die
Steuereinrichtung 36 umfasst darüber hinaus ein
Computerprogramm, das die Abläufe innerhalb der Brennkraftmaschine 10 steuert.
Dazu werden Messwerte des Temperatursensors 18, des Sensors
zur Ermittlung der Kurbelwellendrehzahl (Motordrehzahl) 22,
des Drucksensors 26 an der Kraftstoffsammeleitung 12,
eines Sensors 38 zur Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit
und eines Sensors 40 zur Ermittlung einer Gaspedalstellung
in der Steuereinrichtung 36 ausgewertet. Die Steuereinrichtung 36 ermittelt
daraus unter Zuhilfenahme noch weiterer Parameter (hier nicht aufgeführt)
bspw. die einzuspritzende Kraftstoffmasse 42 durch die
Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 14 und die Gegebenheit
zur Ab- oder Zuschaltung einer HDP 28, bzw. die Erfordernis
einer Diagnose der HDP 28.
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Ein
möglicher Ablauf des in der Steuereinrichtung 36 ablaufenden
Computerprogramms für das bevorzugte Ausführungsbeispiel
ist einem Flussdiagramm für den Routineablauf in 2 und
für den Diagnoseablauf in 3 dargestellt.
Konnektor A in 2 stellt den Startpunkt für
die Ermittlung der Möglichkeit des Ab- oder Zuschaltens
einer HDP 28 dar, d. h. es sind entweder beide HDPs 28 oder
nur eine HDP 28 aktuell in Betrieb (Ausgangsvoraussetzung).
In Schritt 100 ermittelt die Steuereinrichtung 36,
ob auf Grund der bewerteten Betriebsgrößen eine Routineuntersuchung
gestartet werden soll. Ist dies der Fall, wird in Schritt 110 überprüft,
ob aus einer vorhergegangenen Diagnose eine fehlerhafte und damit
nicht zuschaltbare HDP 28 diagnostiziert wurde („Error-Flag” gesetzt).
Ist dies der Fall, wird keine neue Routineuntersuchung gestartet,
da die nicht als fehlerhaft diagnostizierte HDP 28 den
gesamten Betrieb bis zu einer Reparatur allein übernehmen
muss. Ist kein „Error-Flag" gesetzt kann, der eigentliche Routineablauf
beginnen.
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Dazu
wird in Schritt 120 die aktuelle Einspritzmasse 42 für
die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung(en) 14 ermittelt. In
Schritt 130 wird erkannt, ob unter Berücksichtigung
der vorhandenen, aktuellen Betriebsgrößen die
aktuelle Einspritzmasse 42 unter einem in der Steuereinrichtung 36 festgelegten Grenzwert
liegt. Ist dies der Fall und es laufen beide HDPs 28 (Schritt 140)
wird eine HDP 28 abgeschaltet (Schritt 150). Die
Steuereinrichtung entscheidet nun auf Grund der vorhandenen Betriebsgrößen,
ob eine Diagnose der allein in Betrieb befindlichen HDP 28 (Schritt 160)
gestartet werden soll (Der Diagnoseablauf – Konnektor B – wird
ausführlich in 3 beschrieben). Wird keine Diagnose
gestartet, springt die Routineprozedur auf den Beginn des Routineablaufs
zu Konnektor A.
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Wird
in der Abfrage 130 erkannt, dass die aktuelle Einspritzmasse 42 über
einem in der Steuereinrichtung 36 festgelegten Grenzwert
liegt, so wird überprüft, ob beide HDPs 28 bereits
in Betrieb sind (Schritt 170) oder eine zuvor abgeschaltete
HDP 28 wieder in Betrieb genommen werden muss (Schritt 180).
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Konnektor
B in 3 stellt den Beginn des Diagnoseablaufs dar. Voraussetzung
dazu ist, dass nur eine HDP 28 in Betrieb ist, was im Routineablauf sichergestellt
wird. Dazu wird zunächst in Schritt 200 der Druck
in der Hochdrucksammelleitung 12 (gemessen durch den Drucksensor 26)
mit einem in der Steuereinrichtung ermittelten Vergleichswert verglichen.
Liegt der gemessene Druck – unter Berücksichtigung
von vorgegebenen Toleranzen – unter dem Vergleichswert,
so arbeitet die HDP 28 fehlerhaft. Es wird daraufhin in
Schritt 210 auf die zweite HDP 28 umgeschaltet.
Dies geschieht unter der Voraussetzung, dass in der Vergangenheit
zuverlässige Diagnoseprüfungen der HDPs 28 durchgeführt
wurden und dass damit mit hoher Sicherheit die zweite HDP 28 als
voll funktionsfähig angesehen werden kann. Anschließend
wird die fehlerhafte HDP 28 einer Onboard-Diagnose Einrichtung
gemeldet, die das Fehlverhalten in einem Fehlerspeicher speichert. Zusätzlich
wird eine Warnleuchte an einem Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs
aktiviert, die den Fahrer auf eine gemäßigte Fahrweise
und einen schnellstmöglichen Besuch einer Kfz-Werkstatt
hinweist. (Schritt 220). Andere Warnhinweise und Aktivitäten sind
durchaus denkbar. Es sollte auf jeden Fall verhindert werden, dass
die Brennkraftmaschine 10 durch den geringen Druck in der
Hochdrucksammelleitung 12 einen Schaden davontragen kann.
Weiterhin wird in Schritt 230 in einem Speicher der Steuereinrichtung 36 das „Error-Flag"
gesetzt, das das Computerprogramm darauf hinweist, dass eine HDP 28 defekt
ist und damit nur eine HDP 28 betriebsbereit ist. Dieses „Error-Flag"
muss selbstverständlich nach der Reparatur der HDP 28 zurückgesetzt
werden.
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Wird
in Schritt 200 kein Druckabfall in der Hochdrucksammelleitung 12 erkannt,
so wird ermittelt, ob die nicht diagnostizierte HDP 28 zuvor
geprüft wurde (Schritt 240). Ist die HDP 28 nicht
geprüft worden, so wird auf diese HDP 28 umgeschaltet
(Schritt 250) und auch für diese HDP 28 eine
Diagnose gestartet (Konnektor B). Im anderen Fall wird der Diagnoseablauf
beendet und das Computerprogramm springt wieder zu Konnektor A.
Nach Abschluss des Diagnoseablaufs sind somit alle vorhandenen HDPs überprüft.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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