DE102014111476A1 - Sensorbasierte Messung und Spülungssteuerung von Kraftstoffdämpfen in Brennkraftmaschinen - Google Patents
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Abstract
Ein Kraftstoffsteuersystem für ein Fahrzeug enthält ein Druckkompensationsmodul, das ein Einlasssauerstoffsignal auf der Grundlage eines Einlassdrucksignals kompensiert und das ein kompensiertes Einlasssauerstoffsignal erzeugt. Ein Blowby-Schätzmodul erzeugt eine geschätzte Blowby-Strömung. Ein Spülströmungsschätzmodul schätzt auf der Grundlage des kompensierten Einlasssauerstoffsignals und der geschätzten Blowby-Strömung die Spülströmung. Ein Kraftstoffsteuerungsschätzmodul verringert auf der Grundlage der Spülströmung die Kraftstoffbeaufschlagung für die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen einer Kraftmaschine des Fahrzeugs.
Description
- QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
- Diese Anmeldung bezieht sich auf die Patentanmeldung der Vereinigten Staaten Nr. 13/967,591, eingereicht am 15. August 2013. Die gesamte Offenbarung der obigen Anmeldung ist hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen.
- GEBIET
- Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Kraftmaschinensteuersysteme und insbesondere auf Kraftstoffsteuersysteme für Kraftmaschinen, die die Brennstoffbeaufschlagung auf der Grundlage der Spülströmung einstellen.
- HINTERGRUND
- Die hier gegebene Hintergrundbeschreibung dient zur allgemeinen Darstellung des Kontexts der Offenbarung. Arbeit der hier genannten Erfinder in dem Umfang, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, sowie Aspekte der Beschreibung, die nicht auf andere Weise als Stand der Technik zum Zeitpunkt der Einreichung berechtigen, sind weder explizit noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung anerkannt.
- Ein Kraftstoffverdunstungssystem (EVAP-System) gewinnt Kraftstoffdampf aus einem Kraftstofftank eines Fahrzeugs wieder. Das EVAP-System enthält einen Behälter und ein Spülventil. Der Kraftstoffdampf wird zur Verbrennung in der Kraftmaschine an einen Einlasskrümmer zurückgeführt. Wenn das Spülventil geöffnet ist, verdrängt der Kraftstoffdampf Sauerstoff in der Einlassluft. Ohne Einstellung für den Kraftstoffdampf ist die den Zylindern zugeführte Einlassluft fett. Somit sollte die Menge des den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen zugeführten Kraftstoffs verringert werden.
- ZUSAMMENFASSUNG
- Ein Kraftstoffsteuersystem für ein Fahrzeug enthält ein Druckkompensationsmodul, das ein Einlasssauerstoffsignal auf der Grundlage eines Einlassdrucksignals kompensiert und das ein kompensiertes Einlasssauerstoffsignal erzeugt. Ein Blowby-Schätzmodul erzeugt eine geschätzte Blowby-Strömung. Ein Spülströmungsschätzmodul schätzt auf der Grundlage des kompensierten Einlasssauerstoffsignals und der geschätzten Blowby-Strömung die Spülströmung. Ein Kraftstoffsteuerungsschätzmodul verringert auf der Grundlage der Spülströmung die Kraftstoffbeaufschlagung für die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen einer Kraftmaschine des Fahrzeugs.
- In anderen Merkmalen schätzt das Spülströmungsschätzmodul auf der Grundlage des kompensierten Einlasssauerstoffsignals eine Summe der Blowby-Strömung und der Spülströmung. Ein Spülströmungsschätzmodul schätzt unter Verwendung einer Nachschlagetabelle, die durch das kompensierte Einlasssauerstoffsignal indiziert ist, die Summe der Blowby-Strömung und der Spülströmung. Das Spülströmungsschätzmodul enthält ein Differenzmodul, das die durch das Blowby-Schätzmodul erzeugte geschätzte Blowby-Strömung von der Summe der Spülströmung und der Blowby-Strömung subtrahiert.
- In anderen Merkmalen schätzt das Blowby-Schätzmodul die Blowby-Strömung auf der Grundlage des Einlasskrümmerdrucks. Das Blowby-Schätzmodul schätzt die Blowby-Strömung unter Verwendung einer Nachschlagetabelle, die durch den Einlasskrümmerdruck indiziert ist. Das Blowby-Schätzmodul schätzt die geschätzte Blowby-Strömung nur, wenn das Spülventil geschlossen ist. Das Spülströmungsschätzmodul schätzt die Spülströmung nur, wenn ein Spülventil offen ist. Das Blowby-Schätzmodul und das Spülströmungsschätzmodul werden nur freigegeben, wenn ein Abgasrückführungsventil des Fahrzeugs geschlossen ist.
- In anderen Merkmalen kompensiert das Druckkompensationsmodul den statischen und den dynamischen Druck.
- Weitere Bereiche der Anwendbarkeit der vorliegenden Offenbarung gehen aus der ausführlichen Beschreibung, aus den Ansprüchen und aus den Zeichnungen hervor. Die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele sind nur zur Veranschaulichung bestimmt und sollen den Schutzumfang der Offenbarung nicht einschränken.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Die vorliegende Offenbarung wird umfassender verständlich aus der ausführlichen Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, in denen:
-
1 ein Funktionsblockschaltplan eines Kraftstoffsteuersystems, das die Kraftstoffbeaufschlagung auf der Grundlage der Spülströmung einstellt, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung ist; -
2 eine graphische Darstellung ist, die den Betrieb des Blowby-Schätzmoduls in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung darstellt; -
3 eine graphische Darstellung ist, die den Betrieb eines Spülströmungsschätzmoduls in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung darstellt; und -
4 ein Ablaufplan ist, der ein Beispiel eines Verfahrens zum Betreiben des Kraftstoffsteuersystems aus1 darstellt. - In den Zeichnungen können Bezugszeichen wiederverwendet sein, um ähnliche und/oder gleiche Elemente zu bezeichnen.
- AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
- In einigen Beispielen nutzt ein Kraftstoffsteuersystem in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung einen Sauerstoffsensor in dem Einlasskrümmer. Die Ausgabe des Sauerstoffsensors wird für den Einlasskrümmerunterdruck kompensiert. Auf der Grundlage des kompensierten Sauerstoffpegels in dem Einlasskrümmer wird eine Summe der Spülströmung und der Blowby-Strömung geschätzt. Die Blowby-Strömung wird geschätzt und von der Summe subtrahiert, um die Spülströmung zu bestimmen. Auf der Grundlage der Spülströmung wird der in einem nächsten Zyklus einzuspritzende Kraftstoff eingestellt. Die Ansprechzeit kann durch das Sensoransprechen mit einer Verzögerung gesteuert werden, die aus dem Gastransport durch die Leitungen und aus den Leerungs-/Füllzeiten der Volumina kalibriert wird.
- Der Luftaustritt in dem Behälter wird in dem kompensierten Einlasssauerstoffpegel widerspiegelt. Ein verringerter Sauerstoffgehalt der Ladung wird ebenfalls in den Kraftstoffsteuerungen während Spülereignissen widerspiegelt.
- Nun in
1 ist ein Funktionsblockschaltplan eines Steuersystems200 gezeigt. Ein Fahrzeug enthält einen Einlasskrümmer202 , eine Kraftmaschine204 mit Zylindern205 , ein Auslasssystem206 und ein Kraftstofflagerungssystem208 . In dem Einlasskrümmer202 sind ein Einlasssauerstoffsensor212 und ein Einlassdrucksensor214 gelegen, um den Einlasssauerstoff (O2IM) und den Einlassdruck bzw. Einlassunterdruck (PIM) in dem Einlasskrümmer202 zu messen. - Ein Kraftstoffsteuermodul
210 enthält ein Abgasrückführungs-Steuermodul (AGR-Steuermodul)228 zum Steuern eines AGR-Systems230 , das ein AGR-Ventil231 enthält. Unter bestimmten Bedingungen führen das AGR-Steuermodul228 und das AGR-System230 einen Teil des Abgases von dem Auslasssystem206 zu dem Einlasskrümmer202 zurück. Das zurückgeführte Abgas mischt sich mit der Einlassluft in dem Einlasskrümmer202 zur Verbrennung in Zylindern205 der Kraftmaschine204 . - Außerdem enthält das Kraftstoffsteuermodul
210 ein Verdunstungsemissionssteuermodul232 zum Steuern eines Verdunstungssystems (EVAP-Systems)234 , das ein Spülventil235 und einen Behälter237 enthält. Der Behälter237 fängt Kraftstoffdampf von Komponenten des Fahrzeugs wie etwa von dem Kraftstofflagerungssystem208 auf. Das Spülventil235 wird wahlweise geöffnet, um den Behälter237 zu spülen. Der gespülte Kraftstoffdampf wird zurückgeführt und mit der Einlassluft in dem Einlasskrümmer202 gemischt und in den Zylindern205 der Kraftmaschine204 verbrannt. - Ein Druckkompensationsmodul
240 empfängt Ausgaben des Einlasssauerstoffsensors212 und des Einlassdrucksensors214 und erzeugt ein kompensiertes Einlasssauerstoffsignal, das für den Krümmerdruck kompensiert ist. In einigen Beispielen kompensiert das Druckkompensationsmodul240 statische und dynamische Druckänderungen. Zusätzliche Einzelheiten in Bezug auf die Kompensation des statischen und des dynamischen Drucks sind in der US-Patentanmeldung 13/967,591, eingereicht am 15. August 2013, zu finden. - Das Druckkompensationsmodul
240 empfängt das Einlassdrucksignal von dem Einlassdrucksensor214 und das Einlasssauerstoffsignal (unkompensiert) von dem Einlasssauerstoffsensor212 . Das Druckkompensationsmodul240 gibt ein kompensiertes Sauerstoffsignal, das für den Krümmerdruck kompensiert ist, aus. - Ein Blowby-Schätzmodul
242 erzeugt auf der Grundlage einer Blowby-Strömung ein Blowby-Signal. Die Blowby-Strömung kann als eine Rate oder als eine Menge ausgedrückt werden. Außerdem empfängt das Blowby-Schätzmodul242 das Spülfreigabesignal von dem Spülsteuermodul232 . Der Blowby-Schätzwert kann außerdem auf der Temperatur und auf der Feuchtigkeit beruhen. - Ein Spülströmungsberechnungsmodul
248 erzeugt auf der Grundlage der Spülströmung ein Spülströmungssignal. Das Spülströmungsberechnungsmodul248 empfängt das kompensierte Sauerstoffsignal von dem Druckkompensationsmodul240 . Anfangs bestimmt das Spülströmungsberechnungsmodul248 eine Summe der Spülströmung und der Blowby-Strömung. In einigen Beispielen greift das Spülströmungsberechnungsmodul248 auf eine Nachschlagetabelle zu, die durch das kompensierte Sauerstoffsignal indiziert ist, um die Summe der Spülströmung und der Blowby-Strömung zu erzeugen. - Das Spülströmungsberechnungsmodul
248 enthält ein Differenzmodul252 , das die von dem Blowby-Schätzmodul242 empfangene Blowby-Strömung von der Summe der Spülströmung und der Blowby-Strömung subtrahiert. Das Differenzmodul252 gibt die Spülströmung aus. Außerdem kann das Spülströmungsberechnungsmodul248 ein Spülfreigabemodul von dem Spülsteuermodul232 empfangen. - Eine Ausgabe des Spülströmungsberechnungsmoduls
248 wird in ein Kraftstoffsteuermodul256 eingegeben, das die Kraftstoffbeaufschlagung der Einspritzeinrichtungen250 auf der Grundlage der Spülströmung einstellt. - In einigen Beispielen ist ein Luftmassenströmungssensor (MAF-Sensor)
257 vorgesehen, um die Luftmassenströmung zu messen. In anderen Beispielen ist ein Krümmerabsolutdrucksensor (MAP-Sensor)214 verwendet. - Nun anhand von
2 ist der Betrieb des Blowby-Schätzmoduls242 gezeigt. Wenn das AGR-Ventil231 und das Blowby-Ventil235 geschlossen sind und ein vernachlässigbarer Leckverlust angenommen ist, erfasst der Sauerstoffsensor204 Blowby-Gase aus einem Kurbelgehäuse der Kraftmaschine, die überwiegend Verbrennungsnebenprodukte sind. Die Durchflüsse werden als inkompressible Strömung durch eine Öffnung gegebener Größe modelliert: wobei A die Fläche ist, cq ein Strömungskoeffizient ist, Δp = Kurbelgehäusedruck – Krümmerdruck ist. - Da die meisten Kraftmaschinen keinen Kurbelgehäusedrucksensor aufweisen, wird eine Ersatzvariable der Kraftmaschinenlast (Luftströmung) verwendet. Die meisten Kraftmaschinensteuersysteme enthalten einen Messwert oder Schätzwert der Gesamtladung, die durch die Kraftmaschine strömt (nur beispielhaft den MAF-Sensor
257 oder die Geschwindigkeitsdichteberechnung auf der Grundlage des Krümmerabsolutdrucksensors (MAP-Sensors)). - Nur beispielhaft kann der Einlasssauerstoffsensor nahe einem vorgegebenen Wert wie etwa 20,9% (Umgebungsluft) ablesen, wenn die Durchflüsse wegen der Abgasrückführung, des Verdunstungssystems (EVAP) und des Blowby vernachlässigbar sind. In der Praxis können 20,9% kalibriert werden, wobei dies üblicherweise eine Funktion der Feuchtigkeit, des Umgebungsdrucks und der Temperatur ist.
- Der Blowby-Massendurchfluss, der bestimmt wird, wenn das AGR-Ventil und das Spülventil geschlossen sind, kann zum Schätzen der Blowby-Strömung unter Verwendung von Gleichung (1) verwendet werden. In einigen Beispielen kann die Gleichung als eine Nachschlagetabelle implementiert sein, wenn das Spülventil offen ist. In einigen Beispielen kann die Nachschlagetabelle zum Schätzen des Blowby durch den Einlasskrümmerdruck und durch die Kraftmaschinenlast (wie in
2 ) oder durch andere Variable indiziert sein. - Nun in
3 ist der Betrieb des Spülströmungsschätzmoduls gezeigt. In3 ist ein Beispiel der Berechnung der Spülströmung gezeigt. Die Spülströmung kann als eine Rate oder als eine Menge ausgedrückt werden. Die Gesamtladungsmassenströmung zu der Kraftmaschine ist die Summe dreier Terme. Hier ist angenommen, dass sich das Öffnen des AGR-Ventils und das des Spülventils wechselweise ausschließen. m .air ist die Frischluftmassenströmung durch die Drosselklappe, wie sie durch den MAF-Sensor gemessen wird. m .blow-by ist der Blowby-Durchfluss und m .engine ist der Gesamtdurchfluss gemäß der Drehzahl-Dichte-Gleichung. - m .blow-by wird gemäß der Modellgleichung einer inkompressiblen Strömung durch eine Öffnung gelernt, wenn die Spülung inaktiv ist, und verwendet, wenn die Spülung aktiv ist.
- Die Spülströmung ist ein Gemisch aus Kohlenwasserstoff und Luft (Austritt). Da der Sauerstoffsensor den Sauerstoff in dem Austritt als Luft abliest, kann die gemessene Strömung als Kohlenwasserstoff angesehen werden. Da die Kraftmaschinen-Kraftstoffbeaufschlagung mit Spülung dazu neigt, fett zu sein, und der Sauerstoffmangel die Beschränkung ist, kann die Spülungskraftstoffbeaufschlagung als ein einfaches Tabellennachschlagen auf der Grundlage der bezüglich des Drucks korrigierten Einlasssauerstoffprozentsatz-Ablesung implementiert werden.
- Es ist eine Kurve gegeben, die die %-Verringerung der Kraftstoffbeaufschlagung auf der Grundlage des bezüglich des Drucks korrigierten Einlasssauerstoffprozentsatzes, um die Stöchiometrie des Kraftstoff-Luft-Gemischs zu erhalten, spezifiziert. Wenn die Einlasssauerstoffluft z. B. gleich 18% ist, weist die Kraftstoffeinspritzeinrichtung eine Verringerung der Einspritzmenge auf 86% des Normalfalls auf, da die Spülung 16% des für die stöchiometrische Verbrennung erforderlichen Kraftstoffs zuführt. In
3 sind zusätzliche Beispiele gegeben. Die Beispiele in3 berücksichtigen nicht das Blowby, das durch das Differenzmodul252 subtrahiert wird, bevor die Spülströmungseinstellung an das Kraftstoffsteuermodul256 ausgegeben wird. - Nun in
4 ist ein Beispiel eines Verfahrens zum Betreiben des Steuersystems aus1 gezeigt. Bei300 bestimmt die Steuerung, ob das AGR-Ventil geschlossen ist. Wenn das nicht der Fall ist, kehrt die Steuerung zu300 zurück. Wenn das AGR-Ventil geschlossen ist, liest die Steuerung bei304 den Einlasssauerstoffsensor, den Einlassdrucksensor und den Öffnungs-% des Spülventils ab. Bei306 führt die Steuerung die Druckkompensation aus. Bei310 bestimmt die Steuerung, ob das Spülventil geschlossen ist. Wenn ja, schätzt die Steuerung bei314 die Blowby-Strömung und kehrt die Steuerung zu300 zurück. - Bei
322 schätzt die Steuerung auf der Grundlage des kompensierten Einlassstoffsignals eine Summe der Spülströmung und der Blowby-Strömung. Bei324 subtrahiert die Steuerung das geschätzte Blowby, um die Spülströmung zu erzeugen. Bei326 subtrahiert die Steuerung den Spüldurchfluss von dem in dem nächsten Zyklus eingespritzten Kraftstoff. Das zeitliche Ansprechen wird durch das Sensoransprechen gesteuert, wobei eine Verzögerung aus dem Gastransport durch die Leitungen und durch die Leerungs-/Füllzeiten der Volumina kalibriert wird. - Die vorstehende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich veranschaulichend und soll die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen in keiner Weise einschränken. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert werden. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Beispiele enthält, soll der wahre Umfang der Offenbarung somit nicht darauf beschränkt sein, da andere Änderungen beim Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche hervorgehen. Wie die Formulierung wenigstens eines von A, B und C hier verwendet ist, soll sie ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht ausschließenden logischen ODER bedeuten. Selbstverständlich können einer oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in einer anderen Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern.
- In dieser Anmeldung einschließlich in den folgenden Definitionen kann der Begriff Modul durch den Begriff Schaltung ersetzt sein. Der Begriff Modul kann sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); auf eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale diskrete Schaltung; auf eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale integrierte Schaltung; auf eine Kombinationslogikschaltung; auf eine frei programmierbare logische Anordnung (FPGA); auf einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), der Code ausführt; auf Speicher (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), der durch einen Prozessor ausgeführten Code speichert; auf andere geeignete Hardwarekomponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder auf eine Kombination einiger oder aller der Obigen wie etwa auf ein Ein-Chip-System beziehen, ein Teil davon sein oder sie enthalten.
- Der Begriff Code, wie er oben verwendet ist, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode enthalten und kann sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff gemeinsam genutzter Prozessor umfasst einen einzelnen Prozessor, der einen Teil des Codes oder allen Code von mehreren Modulen ausführt. Der Begriff Gruppenprozessor umfasst einen Prozessor, der einen Teil oder allen Code von einem oder von mehreren Modulen zusammen mit zusätzlichen Prozessoren ausführt. Der Begriff gemeinsam genutzter Speicher umfasst einen einzelnen Speicher, der einen Teil oder allen Code von mehreren Modulen speichert. Der Begriff Gruppenspeicher umfasst einen Speicher, der einen Teil oder allen Code von einem oder von mehreren Modulen zusammen mit zusätzlichen Speichern speichert. Der Begriff Speicher kann eine Teilmenge des Begriffs computerlesbares Medium sein. Der Begriff computerlesbares Medium umfasst keine vorübergehenden elektrischen und elektromagnetischen Signale, die sich durch ein Medium ausbreiten, und kann somit als konkret und nichtflüchtig angesehen werden. Nichteinschränkende Beispiele eines nicht vorübergehenden konkreten computerlesbaren Mediums enthalten nichtflüchtigen Speicher, flüchtigen Speicher, eine magnetische Ablage und eine optische Ablage.
- Die in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig durch eines oder mehrere Computerprogramme implementiert werden, die durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden. Die Computerprogramme enthalten durch einen Prozessor ausführbare Anweisungen, die in wenigstens einem nichtflüchtigen konkreten computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können außerdem gespeicherte Daten enthalten und/oder sich auf sie stützen.
Claims (10)
- Verfahren zum Steuern eines Kraftstoffsteuersystems eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren umfasst: Kompensieren eines Einlasssauerstoffsignals auf der Grundlage eines Einlassdrucksignals, um ein kompensiertes Einlasssauerstoffsignal zu erzeugen; Erzeugen einer geschätzten Blowby-Strömung; Schätzen einer Spülströmung auf der Grundlage des kompensierten Einlasssauerstoffsignals und der geschätzten Blowby-Strömung; und Verringern der Kraftstoffbeaufschlagung für die Einspritzeinrichtungen einer Kraftmaschine des Fahrzeugs auf der Grundlage der Spülströmung.
- Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Schätzen einer Summe der Blowby-Strömung und der Spülströmung auf der Grundlage des kompensierten Einlasssauerstoffsignals umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 2, das ferner das Schätzen der Summe der Blowby-Strömung und der Spülströmung unter Verwendung einer durch das kompensierte Einlasssauerstoffsignal indizierten Nachschlagetabelle umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 2, das ferner das Subtrahieren der geschätzten Blowby-Strömung von der Summe der Spülströmung und der Blowby-Strömung umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Schätzen der Blowby-Strömung auf der Grundlage des Einlasskrümmerdrucks umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Schätzen der Blowby-Strömung unter Verwendung einer durch den Einlasskrümmerdruck indizierten Nachschlagetabelle umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Schätzen der geschätzten Blowby-Strömung nur dann, wenn ein Spülventil geschlossen ist, umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Schätzen der Spülströmung nur dann, wenn ein Spülventil offen ist, umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Freigeben der Schätzung der Blowby-Strömung und der Spülströmung nur dann, wenn ein Abgasrückführungsventil des Fahrzeugs geschlossen ist, umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Druckkompensation die Kompensation für statischen und dynamischen Druck enthält.
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