DE102008000603A1 - Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, welche mit einem Kraftstoff-Gemisch aus einem ersten und zumindest einem zweiten Kraftstoff betrieben wird, wobei die Brennkraftmaschine eine Kraftstoff-Dosiereinrichtung, einen Tankfüllstandsmesser zur Bestimmung des Tankinhaltes und einer Änderung des Tankinhaltes, einen Sensor zur Erfassung der Zylinderfüllung zur Bestimmung einer der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse und zumindest eine Abgassonde zur Bestimmung und Regelung des Sauerstoffgehaltes im Abgas aufweist. Erfindungsgemäß werden zwei voneinander unabhängige Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung des Kraftstoff-Gemischs verwendet. Durch eine Auswertung des Füllstands des Kraftstofftanks und dessen Änderung kann, unbeeinflusst von Fehlern in der Kraftstoffdosierung, die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoff-Menge bestimmt werden. Aus dieser kann unter Berücksichtigung der Luftmasse und dem gemessenen Sauerstoffgehalt des Abgases ein erster Wert für die Zusammensetzung des Kraftstoff-Gemischs bestimmt werden. Ein zweiter Wert für die Zusammensetzung des Kraftstoff-Gemischs kann im Leerlauf aus der mittels der Kraftstoff-Dosiereinrichtung zudosierten Kraftstoff-Menge und dem im Leerlauf bekannten Luftbedarf bestimmt werden. Dieser Verfahrensschritt wird nicht von Fehlern der Tank-Füllstandserfassung oder der Bestimmung der Luftmasse beeinflusst. Unter der Annahme, dass keine gleichzeitigen und gleichsinnigen ...

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, welche mit einem Kraftstoffgemisch aus einem ersten und zumindest einem zweiten Kraftstoff betrieben wird, wobei die Brennkraftmaschine eine Kraftstoff-Dosiereinrichtung, einen Tankfüllstandsmesser zur Bestimmung des Tankinhaltes und einer Änderung des Tankinhalts, einen Sensor zur Erfassung der Zylinderfüllung zur Bestimmung einer der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse und zumindest eine Abgassonde zur Bestimmung und Regelung des Sauerstoffgehaltes im Abgas aufweist.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine eine Kraftstoff-Dosiereinrichtung, einen Tankfüllstandsmesser zur Bestimmung des Tankinhaltes und einer Änderung des Tankinhalts, einen Sensor zur Erfassung der Zylinderfüllung zur Bestimmung einer der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse und zumindest eine Abgassonde zur Bestimmung und Regelung des Sauerstoffgehaltes im Abgas aufweist. In dieser Ausführung der Erfindung wird die Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoff wie beispielhaft Benzin ohne eine Zumischung von Äthanol betrieben.
  • Brennkraftmaschinen auf der Basis von Otto-Motoren werden allgemein mit Kraftstoff aus Kohlenwasserstoffen aus fossilen Brennstoffen auf Basis von raffiniertem Erdöl betrieben. Zu diesem Kraftstoff wird vermehrt aus nachwachsenden Rohstoffen (Pflanzen) erzeugter Alkohol, beispielsweise Ethanol oder Methanol, in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen beigemengt. In den USA und in Europa wird oft eine Mischung aus 75–85% Ethanol und 15–25% Benzin unter dem Markennamen E85 eingesetzt. Die Brennkraftmaschinen sind so ausgelegt, dass sie sowohl mit reinem Benzin als auch mit Mischungen bis hin zu E85 betrieben werden können; dies wird mit „Flex-Fuel-Betrieb” bezeichnet. Für einen sparsamen Betrieb mit einem geringen Schadstoffausstoß bei gleichzeitig hoher Motorleistung müssen die Betriebsparameter im Flex-Fuel-Betrieb an die jeweilig vorliegende Kraftstoff-Mischung angepasst werden. Beispielhaft liegt ein stöchiometrisches Luft-/Kraftstoff-Verhältnis bei 14,7 Gewichtsanteilen Luft pro Anteil Benzin vor, bei Verwendung von Ethanol muss jedoch ein Luftanteil von 9 Gewichtsanteilen eingestellt werden.
  • Über das Zusammenspiel von Sensoren werden die momentane Kraftstoffzusammensetzung vor dem Einspritzzeitpunkt und die momentane Abgaszusammensetzung, also der Sauerstoff-Partialdruck im Abgas, bestimmt und an die Steuerelektronik der Brennkraftmaschine weiter geleitet. Auf Basis dieser Sensordaten wird die Verbrennung der Brennkraftmaschine, insbesondere über die Einstellung des Zündzeitpunkts und des günstigsten Luft-/Kraftstoffverhältnisses, optimiert.
  • Zur Bestimmung der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs werden unterschiedliche Kraftstoffartensensoren, auch als „fuel composition sensors” bezeichnet, eingesetzt. Kraftstoffartensensoren nutzen die unterschiedlichen Eigenschaften von Alkohol und Benzin zur Bestimmung der Kraftstoffzusammensetzung. So ist beispielsweise Äthanol ein protisches Lösemittel, welches Wasserstoffionen enthält und eine große, jedoch vom Wassergehalt abhängige, Dielektrizitätskonstante aufweist. Benzin hingegen ist ein aprotisches Lösemittel mit einer kleinen Dielektrizitätskonstanten. Darauf basierend gibt es Kraftstoffartensensoren, welche die Kraftstoffzusammensetzung anhand der dielektrischen Eigenschaften des Kraftstoffgemischs bestimmen. Andere Kraftstoffartensensoren nutzen die unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit oder die unterschiedlichen optischen Eigenschaften der Kraftstoffe wie beispielhaft die unterschiedlichen Brechungsindices.
  • Weiterhin sind Systeme zur Bestimmung der Kraftstoffzusammensetzung bekannt, die keine speziellen Kraftstoffartensensoren verwenden sondern die die Signale der an der Brennkraftmaschine vorhandenen Sensoren auswerten. Sowohl bei diesen als auch bei den Systemen mit Kraftstoffartensensoren wird eine Gemischadaption vorgenommen, welche systematische Gemischfehler korrigiert, die beispielhaft durch Leckluft oder Raildruck-Offset auftreten können. Multiplikative Gemischfehler, die sich im gesamten Last-Drehzahlbereich gleich auswirken, können im stationären Betrieb eines betriebswarmen Motors zunächst nicht von Gemischabweichungen aufgrund eines geänderten Mischungsverhältnisses unterschieden werden. Ein geänderter Stöchiometriefaktor des Luft-Kraftstoff-Gemischs ist somit in diesem Fall nicht erkennbar und ein fehlerhaft arbeitender Athanolsensor wäre nicht erkennbar und würde zu einer Vertrimmung der Gemischadaption führen.
  • In Systemen ohne Athanolsensor erfolgt die Bestimmung des Kraftstoff-Mischungsverhältnisses durch eine Kraftstoff-Adaption. Bei der Kraftstoff-Adaption wird nach einer Betankung die Gemisch-Adaption vorübergehend eingestellt und die Tankentlüftung wird gesperrt, damit nicht eine undefinierte Kraftstoffmenge über die Zuluft die Kraftstoff-Adaption verfälschen kann. Anschließend kann, beispielhaft über das für eine stöchiometrische Verbrennung erforderliche Mengenverhältnis von Luft und Kraftstoff, das Kraftstoff-Mischungsverhältnis von Äthanol und Benzin bestimmt werden.
  • Insbesondere eine temporäre aber systematische während der Kraftstoff-Adaption vorliegende Gemischabweichung führt zu einer Divergenz der Adaptionswerte. Ebenso kann ein nicht korrekt adaptiertes Kraftstoff-Mischungsverhältnis fälschlicherweise als Gemischfehler in der Gemisch-Adaption adaptiert werden oder ein während der Kraftstoff-Adaption auftretender Gemischfehler in der Kraftstoff-Adaption fälschlicherweise als Kraftstoff-Mischungsverhältnis adaptiert werden. Ein falsch bestimmtes Kraftstoff-Mischungsverhältnis hat zwar im Stationärbetrieb einer betriebswarmen Brennkraftmaschine keinen Einfluss auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda wirkt sich jedoch verfälschend auf die Einstellungen der Motorsteuerung zur Zündwinkelberechnung, zum Kaltstartverhalten und zur Optimierung des Wirkungsgrads aus.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine zuverlässige und kostengünstige Erkennung der Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs aus zumindest zwei Kraftstoffen ermöglicht.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass in einem ersten Verfahrensschritt ein erster Wert für die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus der zugeführten Luftmasse und der gemessenen Änderung des Tankinhaltes unter Berücksichtung des Sauerstoffgehalts im Abgas bestimmt wird, dass in einem zweiten Verfahrensschritt ein zweiter Wert für die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus der im Leerlauf der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse und der mittels der Kraftstoff-Dosiereinrichtung zugeführten Kraftstoffmenge ermittelt wird, dass der erste und der zweite Wert auf Übereinstimmung innerhalb einer vorgegebenen Grenze verglichen werden und dass bei voneinander abweichenden Werten auf einen Fehler in der Kraftstoff-Dosiereinrichtung, in der Bestimmung der zugeführten Luftmasse oder des Tankfüllstandsmessers geschlossen wird. Erfindungsgemäß werden somit zwei voneinander unabhängige Verfahren zur Bestimmung der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs verwendet. Durch eine Auswertung des Füllstands des Kraftstofftanks und dessen Änderung kann, unbeeinflusst von Fehlern in der Kraftstoffdosierung, die der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoff-Menge bestimmt werden. Aus dieser kann unter Berücksichtigung der gemessenen oder aus geeigneten Motorparametern berechneten Luftmasse und dem gemessenen Sauerstoffgehalt des Abgases ein erster Wert für die Zusammensetzung des Kraftstoff-Gemischs bestimmt werden. Der erste Wert der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs kann aus einer Auswertung der genannten Werte über einen geeignet gewählten Zeitraum erfolgen um die erforderliche Genauigkeit zu erreichen. Die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmasse kann beispielhaft mittels eines Heißfilm-Luftmassensensor oder mit einem Saugrohr-Drucksensor bestimmt werden. Ein zweiter Wert für die Zusammensetzung des Kraftstoff-Gemischs kann im Leerlauf unter Berücksichtigung weiterer Verbraucher aus der mittels der Kraftstoff-Dosiereinrichtung zudosierten Kraftstoffmenge und dem im Leerlauf bekannten Luftbedarf bestimmt werden. Dieser Verfahrensschritt wird nicht von Fehlern der Tank-Füllstandserfassung oder der Bestimmung der Luftmasse beeinflusst.
  • Unter der Annahme, dass keine gleichzeitigen und gleichsinnigen Fehler in zumindest zwei Größenbestimmungen auftreten, kann die Zusammensetzung des Kraftstoffge mischs mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zuverlässig bestimmt werden, indem die beiden Werte für die Zusammensetzung des Kraftstoff-Gemischs verglichen werden und eine Gleichheit unter Berücksichtigung von vorgebbaren Toleranzen festgestellt wird. Weichen die beiden Werte um mehr als die vorgegebene Toleranz voneinander ab, kann auf einen Fehler in der Kraftstoff-Dosiereinrichtung, in der Erfassung der Luftfüllung der Zylinder oder auf einen Fehler des Tankfüllstandsgebers geschlossen werden.
  • In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der erste und der zweite Wert der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs mit einem dritten Wert verglichen werden, wobei der dritte Wert mit einem Kraftstoffartensensor ermittelt wird und dass bei voneinander abweichenden Werten im Rahmen einer Plausibilitätsbetrachtung auf einen Fehler in der Kraftstoff-Dosiereinrichtung, in der Bestimmung der zugeführten Luftmasse, des Tankfüllstandsmessers oder des Kraftstoffartensensors geschlossen wird. Stimmen die mittels des Kraftstoffartensensors, aus der Änderung der Tankfüllung und während des Leerlauf ermittelten Werte der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs miteinander im Rahmen der vorgegebenen Toleranzen überein, kann davon ausgegangen werden, dass die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs korrekt bestimmt worden ist. Weicht einer der Werte von den anderen beiden ab, kann ein erster Hinweis für eine Fehlerursache daraus abgeleitet werden.
  • Stimmen der Wert aus dem Kraftstoffartensensor und der aus der Änderung der Tankfüllung überein, kann ein Fehler in der Kraftstoff-Dosiereinrichtung vorliegen. Stimmen der Wert aus dem Kraftstoffartensensor und der im Leerlauf bestimmte Wert überein, kann ein Fehler in der Bestimmung der Luftmasse der Zylinderfüllung vorliegen. Eine Übereinstimmung des Wertes aus der Änderung der Tankfüllung und des im Leerlauf bestimmten Werts deutet auf eine Fehlfunktion des Kraftstoffartensensors hin. Die erfindungsgemäße Fehlererkennung kann auch mehrfach nacheinander durchgeführt werden, wobei eine Fehlermeldung erst nach mehreren gleichlautenden Fehlererkennungen abgegeben wird.
  • Wird der erste und der zweite Wert der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs mit einem dritten Wert verglichen, wobei als dritter Wert ein in einem vorgelagerten Schritt bestimmter Wert der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs verwendet wird und wird bei voneinander abweichenden Werten im Rahmen einer Plausibilitätsbetrachtung auf einen Fehler in der in dem vorgelagerten Schritt bestimmten Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs geschlossen, kann die vorgelagerte Bestimmung und Adaptierung der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs, beispielhaft die Bestimmung des Äthanolgehalts des Kraftstoffgemischs, überprüft werden. Diese Variante des Verfahrens kann insbesondere bei Systemen ohne Kraftstoffartensensor einer Plausibilisierung dienen.
  • Die Separierung von unterschiedlichen Fehlerarten beim Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoff wie beispielhaft Benzin ohne eine Beimischung eines zweiten Kraftstoffs wie beispielhaft Äthanol ist erfindungsgemäß möglich, indem in einem ersten Verfahrensschritt ein erster Wert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus der zugeführten Luftmasse und der gemessenen Änderung des Tankinhaltes unter Berücksichtung des Sauerstoffgehalts im Abgas bestimmt wird, in einem zweiten Verfahrensschritt ein zweiter Wert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus der im Leerlauf der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse und der mittels der Kraftstoff-Dosiereinrichtung zugeführten Kraftstoffmenge ermittelt wird, indem der erste und der zweite Wert auf Übereinstimmung innerhalb einer vorgegebenen Grenze verglichen werden, diese Werte auf Übereinstimmung mit einem Lambda-Regelfaktor und einer Gemischadaption überprüft werden und indem bei voneinander abweichenden Werten auf einen Fehler in der Kraftstoff-Dosiereinrichtung, in der Bestimmung der zugeführten Luftmasse, des Tankfüllstandsmessers, der Bestimmung des Lambda-Regelfaktors oder der Gemischadaption geschlossen wird. Insbesondere ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft, dass ein Fehler in der Gemischadaption, die auch in reinen Benzin-Systemen zur Korrektur von Leckluft und Raildruck-Offset zu finden ist, von einem multiplikativen Fehler getrennt werden kann, der sich im gesamten Last-Drehzahl-Bereich auswirkt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
  • 1 in einer schematischen Darstellung einen Ablauf einer Fehlererkennung bei der Bestimmung einer Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt einen Ablaufplan einer Fehlererkennung bei einer Bestimmung der Zusammensetzung eines Kraftstoffgemischs. Nach einem Start 10 erfolgt die Bestimmung der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs mit einem Äthanolsensor 11, anschließend aus einer Bestimmung des Tankinhalts 12 oder seiner Änderung und darauf folgend aus einer Bestimmung im Leerlauf 13, indem aus einer im Leerlauf als bekannt vorausgesetzten Luftmasse und einer zudosierten Kraftstoffmenge bei einem bekannten Luft/Kraftstoff-Verhältnis Lambda in bekannter Weise auf die Zusammensetzung des Kraftstoff-Gemischs geschlossen wird. Die Bestimmung der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus dem Tankinhalt 12 erfolgt durch Bestimmung einer der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse, der Bestimmung des Kraftstoffverbrauchs aus dem Tankinhalt und dessen Veränderung sowie aus einer Bestimmung des sich jeweils einstellenden Luft/Kraftstoff-Verhältnisses Lambda. Die Schritte zur Bestimmung der Zusammensetzung mittels des Äthanolsensors 11, aus dem Tankinhalt 12 und im Leerlauf 13 können dabei in wählbarer Reihenfolge durchgeführt werden.
  • In einem ersten Vergleich 20 werden die drei Werte für die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs unter Berücksichtigung eines vorgebbaren Toleranzbands verglichen. Wird keine Übereinstimmung des Werts aus der Bestimmung im Leerlauf 13 mit den beiden anderen Werten festgestellt, wird zu einem Fehlerverdacht Kraftstoff-Dosiereinrichtung 33 verzweigt.
  • In einem zweiten Vergleich 21 werden die drei Werte für die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs unter Berücksichtigung des vorgebbaren Toleranzbands verglichen. Wird keine Übereinstimmung des Werts der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus der Bestimmung aus der der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse und dem Tankinhalt 12 mit den beiden anderen Werten festgestellt, wird zu einem Fehlerverdacht Luftmasse 32 verzweigt.
  • Wird in einem dritten Vergleich 22 festgestellt, dass der Wert der Kraftstoffzusammensetzung aus der Bestimmung mit dem Äthanolsensor 11 nicht mit den beiden anderen Werten übereinstimmt, wird zu einem Fehlerverdacht Äthanolsensor 31 verzweigt.
  • Wird in den Vergleichen 20, 21 und 22 keine Abweichung der Werte für die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs voneinander festgestellt, wird zu der Erkennung einer korrekten Funktion 30 verzweigt.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, welche mit einem Kraftstoffgemisch aus einem ersten und zumindest einem zweiten Kraftstoff betrieben wird, wobei die Brennkraftmaschine eine Kraftstoff-Dosiereinrichtung, einen Tankfüllstandsmesser zur Bestimmung des Tankinhaltes und einer Änderung des Tankinhalts, einen Sensor zur Erfassung der Zylinderfüllung zur Bestimmung einer der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse und zumindest eine Abgassonde zur Bestimmung und Regelung des Sauerstoffgehaltes im Abgas aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt ein erster Wert für die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus der zugeführten Luftmasse und der gemessenen Änderung des Tankinhaltes unter Berücksichtung des Sauerstoffgehalts im Abgas bestimmt wird, dass in einem zweiten Verfahrensschritt ein zweiter Wert für die Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs aus der im Leerlauf der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse und der mittels der Kraftstoff-Dosiereinrichtung zugeführten Kraftstoffmenge ermittelt wird, dass der erste und der zweite Wert auf Übereinstimmung innerhalb einer vorgegebenen Grenze verglichen werden und dass bei voneinander abweichenden Werten auf einen Fehler in der Kraftstoff-Dosiereinrichtung, in der Bestimmung der zugeführten Luftmasse oder des Tankfüllstandsmessers geschlossen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Wert der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs mit einem dritten Wert verglichen werden, wobei der dritte Wert mit einem Kraftstoffartensensor ermittelt wird und dass bei voneinander abweichenden Werten im Rahmen einer Plausibilitätsbetrachtung auf einen Fehler in der Kraftstoff-Dosiereinrichtung, in der Bestimmung der zugeführten Luftmasse, des Tankfüllstandsmessers oder des Kraftstoffartensensors geschlossen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Wert der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs mit einem dritten Wert verglichen werden, wobei als dritter Wert ein in einem vorgelagerten Schritt bestimmter Wert der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs verwendet wird und dass bei voneinander abweichenden Werten im Rahmen einer Plausibilitätsbetrachtung auf einen Fehler in der in dem vorgelagerten Schritt bestimmten Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs geschlossen wird.
  4. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine eine Kraftstoff-Dosiereinrichtung, einen Tankfüllstandsmesser zur Bestimmung des Tankinhaltes und einer Änderung des Tankinhalts, einen Sensor zur Erfassung der Zylinderfüllung zur Bestimmung einer der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse und zumindest eine Abgassonde zur Bestimmung und Regelung des Sauerstoffgehaltes im Abgas aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt ein erster Wert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus der zugeführten Luftmasse und der gemessenen Änderung des Tankinhaltes unter Berücksichtung des Sauerstoffgehalts im Abgas bestimmt wird, dass in einem zweiten Verfahrensschritt ein zweiter Wert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus der im Leerlauf der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse und der mittels der Kraftstoff-Dosiereinrichtung zugeführten Kraftstoffmenge ermittelt wird, dass der erste und der zweite Wert auf Übereinstimmung innerhalb einer vorgegebenen Grenze verglichen werden, diese Werte auf Übereinstimmung mit einem Lambda-Regelfaktor und einer Gemischadaption überprüft werden und dass bei voneinander abweichenden Werten auf einen Fehler in der Kraftstoff-Dosiereinrichtung, in der Bestimmung der zugeführten Luftmasse, des Tankfüllstandsmessers, der Bestimmung des Lambda-Regelfaktors oder der Gemischadaption geschlossen wird.
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