DE102019208018A1 - Method for detecting a leaked fuel injector - Google Patents

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Achim Hirchenhein
Christian Klinke
Guido Porten
Jochen HOFSTAETTER
Stefan Gottlieb
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines leckagebehafteten Kraftstoffinjektors eines Kraftstoffversorgungssystems, bei dem mittels Kraftstoffinjektoren Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher in Brennräume einer Brennkraftmaschine eingebracht wird, wobei für einen Kraftstoffinjektor anhand einer bei einem Einspritzvorgang des Kraftstoffinjektors im Hochdruckspeicher aufgrund des Einspritzvorgangs auftretenden Druckdifferenz ein für eine Abweichung einer in einen zugehörigen Brennraum eingebrachten Kraftstoffmenge von einem Mittelwert über mehrere Kraftstoffinjektoren repräsentativer, erster Wert (W1) ermittelt wird, wobei für den Kraftstoffinjektor anhand eines Drehmomentbeitrags (M) des zu dem Kraftstoffinjektor gehörigen Brennraums ein für eine Abweichung einer in einem zugehörigen Brennraum vorhandenen Kraftstoffmenge von einem Mittelwert über mehrere Brennräume repräsentativer, zweiter Wert (W2) ermittelt wird, und wobei, wenn der erste Wert (W1) und der zweite Wert (W2) entgegengesetzte Vorzeichen (V) aufweisen, auf eine Leckage (L) des Kraftstoffinjektors geschlossen wird.The invention relates to a method for detecting a leaked fuel injector of a fuel supply system, in which fuel is introduced from a high-pressure accumulator into the combustion chambers of an internal combustion engine by means of fuel injectors, with a difference in pressure for a fuel injector based on a pressure difference occurring during an injection process of the fuel injector in the high-pressure accumulator due to the injection process A first value (W1) representative of a fuel quantity introduced into an associated combustion chamber is determined from an average value over a plurality of fuel injectors, whereby for the fuel injector a torque contribution (M) of the combustion chamber belonging to the fuel injector indicates a deviation of a fuel quantity present in an associated combustion chamber a representative second value (W2) is determined from an average value over several combustion chambers, and if the first value (W1) and the second value ( W2) have opposite signs (V), a leakage (L) of the fuel injector is concluded.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines leckagebehafteten Kraftstoffinjektors eines Kraftstoffversorgungssystems, bei dem mittels Kraftstoffinjektoren Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher in Brennräume einer Brennkraftmaschine eingebracht wird, sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.The present invention relates to a method for detecting a leaked fuel injector of a fuel supply system, in which fuel is introduced from a high-pressure accumulator into combustion chambers of an internal combustion engine by means of fuel injectors, as well as a computing unit and a computer program for its implementation.

Stand der TechnikState of the art

Bei Kraftfahrzeugen, bei denen Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher mittels Kraftstoffinjektoren in entsprechende Brennräume bzw. Zylinder einer Brennkraftmaschine eingebracht wird, können an den Kraftstoffinjektoren Leckagen auftreten, die dazu führen, dass ungewollt Kraftstoff in einen Brennraum eingebracht wird.In motor vehicles in which fuel is introduced into corresponding combustion chambers or cylinders of an internal combustion engine from a high-pressure accumulator by means of fuel injectors, leaks can occur at the fuel injectors which lead to fuel being inadvertently introduced into a combustion chamber.

Ursächlich hierfür können bei einem Piezo-Kraftstoffinjektor beispielsweise Partikelverunreinigen sein, die im Rahmen der Herstellung auftreten und im Ventilsitz einer nach außen öffnenden Düse zu Beschädigungen und damit Undichtigkeit bzw. Leckage führen. Bei magnetisch bzw. elektromagnetisch betriebenen Kraftstoffinjektoren können aber ebenso Undichtigkeiten auftreten.In the case of a piezo fuel injector, the cause of this can be, for example, particle contaminants that occur during manufacture and lead to damage and thus leakage or leakage in the valve seat of an outwardly opening nozzle. In the case of magnetically or electromagnetically operated fuel injectors, however, leaks can also occur.

Solche Leckagen können, abhängig von ihrer Größenordnung, zu unterschiedlichen Fehlerreaktionen an der Brennkraftmaschine führen. Im normalen Fahrbetrieb verhalten sich Brennkraftmaschinen mit undichten bzw. leckagebehafteten Kraftstoffinjektoren in der Regel unauffällig, weil selbst sehr große Leckagemengen nur einen sehr kleinen Anteil an der gesamtem, zylinderindividuell eingebrachten bzw. eingespritzten Kraftstoffmenge ausmachen (typischerweise höchstens 5%). Das Fehlerbild reicht daher von einer Emissionsverschlechterung ohne für den Fahrer wahrnehmbaren motorischen Effekte bis hin zu spürbaren Verbrennungsaussetzern beim Start.Depending on their magnitude, such leaks can lead to different error reactions in the internal combustion engine. During normal driving, internal combustion engines with leaky or leaked fuel injectors usually behave inconspicuously, because even very large amounts of leakage make up only a very small proportion of the total amount of fuel introduced or injected individually for each cylinder (typically a maximum of 5%). The error pattern therefore ranges from a deterioration in emissions without engine effects that are noticeable to the driver to noticeable combustion misfires when starting.

Zudem kann es zu einem schlechten Startverhalten der Brennkraftmaschine aufgrund eines verzögerten Hochdruckaufbaus insbesondere in Start/Stopp-Fahrzuständen kommen.In addition, poor starting behavior of the internal combustion engine can occur due to a delayed build-up of high pressure, especially in start / stop driving states.

Aus der DE 196 26 690 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zur Leckageerkennung anhand von Beiträgen eines Zylinders zum Drehmoment der Brennkraftmaschine bekannt. Bei einem zu hohen Beitrag wird dort auf eine Leckage geschlossen. Generell kann nur aufgrund eines zu hohen Drehmomentbeitrags jedoch nicht sicher auf eine Leckage geschlossen werden, da es auch andere Gründe für eine zu hohe Kraftstoffmenge gibt.From the DE 196 26 690 A1 For example, a method for leak detection on the basis of contributions from a cylinder to the torque of the internal combustion engine is known. If the contribution is too high, a leak is concluded there. In general, however, it is not possible to reliably infer a leak only because the torque contribution is too high, since there are also other reasons for an excessive amount of fuel.

Auch anhand eines zeitlichen Verlaufs des Drucks im Hochdruckspeicher kann nicht notwendigerweise auf eine Leckage eines Kraftstoffinjektors geschlossen werden, da dort jegliche Leckage im Hochdrucksystem eingeht. Zudem kann dort nicht nach individuellen Kraftstoffinjektoren unterschieden werden.A leakage of a fuel injector cannot necessarily be inferred from a time profile of the pressure in the high-pressure accumulator, since any leakage in the high-pressure system is included there. In addition, it is not possible to differentiate between individual fuel injectors there.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Erkennen eines leckagebehafteten Kraftstoffinjektors sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for recognizing a leaked fuel injector as well as a computing unit and a computer program for its implementation are proposed with the features of the independent claims. Advantageous configurations are the subject of the subclaims and the description below.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Erkennen eines leckagebehafteten Kraftstoffinjektors (bzw. einer Leckage eines Kraftstoffinjektors) eines Kraftstoffversorgungssystems, bei dem mittels (mehrerer) Kraftstoffinjektoren Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher in Brennräume bzw. Zylinder einer Brennkraftmaschine eingebracht bzw. eingespritzt wird. Dabei wird für einen Kraftstoffinjektor anhand einer Druckdifferenz, die bei einem Einspritzvorgang des Kraftstoffinjektors im Hochdruckspeicher aufgrund des Einspritzvorgangs auftritt (also insbesondere einem Druckabfall), ein erster Wert ermittelt, der für eine Abweichung der Kraftstoffmenge, die in einen zugehörigen Brennraum bzw. Zylinder eingebracht wird, von einem Mittelwert der Kraftstoffmengen über mehrere Kraftstoffinjektoren repräsentativ ist. Dieser repräsentative erste Wert wird dabei insbesondere als ein für eine statische Durchflussrate durch den Kraftstoffinjektor repräsentativer Wert ermittelt, indem bei dem Einspritzvorgang des Kraftstoffinjektors ein Verhältnis der im Hochdruckspeicher aufgrund des Einspritzvorgangs auftretenden Druckdifferenz und einer zugehörigen, für den Einspritzvorgang charakteristischen Dauer ermittelt wird.A method according to the invention is used to detect a leaked fuel injector (or a leakage of a fuel injector) of a fuel supply system in which fuel is introduced or injected from a high-pressure accumulator into combustion chambers or cylinders of an internal combustion engine by means of (several) fuel injectors. A first value is determined for a fuel injector on the basis of a pressure difference that occurs during an injection process of the fuel injector in the high-pressure accumulator due to the injection process (i.e. in particular a pressure drop), which is for a deviation in the amount of fuel that is introduced into an associated combustion chamber or cylinder , is representative of an average value of the fuel quantities over several fuel injectors. This representative first value is determined in particular as a value representative of a static flow rate through the fuel injector by determining a ratio of the pressure difference occurring in the high-pressure accumulator due to the injection process and an associated duration characteristic of the injection process during the injection process of the fuel injector.

Die von einem Kraftstoffinjektor während eines Einspritzvorgangs abgegebene Kraftstoffmenge bzw. deren Volumen ist proportional oder zumindest hinreichend proportional zu der zugehörigen Druckdifferenz, d.h. dem Druckunterschied vor und nach dem Einspritzvorgang, im Hochdruckspeicher, dem sog. Rail. Wenn nun zudem eine für den Einspritzvorgang charakteristische Dauer bekannt ist, kann aus dem Verhältnis dieser Druckdifferenz und der zugehörigen Dauer ein Wert ermittelt werden, der bis auf einen Proportionalitätsfaktor der statischen Durchflussrate durch den Kraftstoffinjektor entspricht.The amount or volume of fuel delivered by a fuel injector during an injection process is proportional or at least sufficiently proportional to the associated pressure difference, i.e. the pressure difference before and after the injection process in the high pressure accumulator, the so-called rail. If a duration characteristic for the injection process is now known, a value can be determined from the ratio of this pressure difference and the associated duration which, apart from a proportionality factor, corresponds to the static flow rate through the fuel injector.

Weiterhin wird für den Kraftstoffinjektor anhand eines Drehmomentbeitrags des zu dem Kraftstoffinjektor gehörigen Brennraums im Rahmen einer Laufruheerkennung der Brennkraftmaschine ein zweiter Wert ermittelt, der für eine Abweichung einer im Brennraum vorhandenen Kraftstoffmenge von einem Mittelwert der Kraftstoffmengen über mehrere Brennräume repräsentativ ist. Die Laufruheerkennung der Brennkraftmaschine kann dabei insbesondere im Rahmen einer sog. Zylindergleichstellung durchgeführt werden.Furthermore, based on a torque contribution of the to the fuel injector Fuel injector associated combustion chamber as part of a smooth running detection of the internal combustion engine, a second value is determined, which is representative of a deviation of a fuel quantity present in the combustion chamber from an average value of the fuel quantities over several combustion chambers. The smooth running detection of the internal combustion engine can in particular be carried out in the context of a so-called cylinder equalization.

Wenn dann der erste Wert und der zweite Wert entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen, so wird auf eine Leckage des Kraftstoffinjektors geschlossen. Hinsichtlich der Vorzeichen sei an dieser Stelle erwähnt, dass eine zu hohe Kraftstoffmenge, die eingebracht bzw. im Zylinder vorhanden ist, als positiv anzusehen ist, eine zu geringe Kraftstoffmenge hingegen als negativ. Das vorgeschlagene Verfahren macht sich dabei zunutze, dass mit den erwähnten zwei Möglichkeiten, eine abweichende Kraftstoffmenge zu erkennen, an sich verschiedene Parameter erkannt bzw. korrigiert werden können, die jedoch - so wurde erkannt - im Falle eines leckagebehafteten Kraftstoffinjektors zu gegenläufigen Ergebnissen führen, sodass im Umkehrschluss im Falle gegenläufiger Ergebnisse dieser beiden Möglichkeiten bzw. Teilverfahren auf einen leckagebehafteten Kraftstoffinjektor geschlossen werden kann.If the first value and the second value then have opposite signs, it is concluded that there is a leak in the fuel injector. With regard to the signs, it should be mentioned at this point that an excessively high amount of fuel that is introduced or is present in the cylinder is to be viewed as positive, while an excessively small amount of fuel, however, is negative. The proposed method makes use of the fact that with the mentioned two possibilities of recognizing a deviating amount of fuel, various parameters can be recognized or corrected, which however - as was recognized - lead to opposite results in the case of a leakage fuel injector, so that Conversely, in the case of conflicting results of these two possibilities or sub-methods, it can be concluded that a fuel injector is prone to leakage.

Bei der sog. Qstat-Gleichstellung bzw. Qstat-Adaption (dabei steht Qstat für die statische Durchflussrate des Kraftstoffinjektors) werden Druckeinbrüche im Hochdruckspeicher, die durch eine Einspritzung von Kraftstoff mittels eines Kraftstoffinjektors bzw. die damit einhergehende Entnahme von Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher verursacht werden, ausgewertet. Durch einen relativen Vergleich der einzelnen Druckeinbrüche zwischen den Zylindern oder Brennräumen bzw. den jeweils zugeordneten Kraftstoffinjektoren kann auf die jeweilige statische Durchflussrate des Kraftstoffinjektors (Qstat) rückgeschlossen werden.With the so-called Qstat equalization or Qstat adaptation (where Qstat stands for the static flow rate of the fuel injector), pressure drops in the high-pressure accumulator are caused by the injection of fuel by means of a fuel injector or the associated withdrawal of fuel from the high-pressure accumulator , evaluated. The respective static flow rate of the fuel injector (Qstat) can be inferred by a relative comparison of the individual pressure drops between the cylinders or combustion chambers or the respectively assigned fuel injectors.

Weist ein Kraftstoffinjektor eine Leckage auf, so führt dies zu einem stetigen Druckabbau im Hochdruckspeicher, und zwar unabhängig von einer Einspritzung. Spritzt ein mittellagiger Norminjektor, d.h. ein Kraftstoffinjektor ohne Leckage, Kraftstoff ein, so verursacht dies einen Druckabfall im Hochdruckspeicher, jedoch überlagert von dem stetigen Druckabbau des leckagebehafteten Kraftstoffinjektors. Spritzt jedoch der leckagebehaftete Kraftstoffinjektor Kraftstoff ein, so führt dies nur zu dem Druckabfall ohne weitere Überlagerung.If a fuel injector has a leak, this leads to a constant pressure reduction in the high-pressure accumulator, regardless of an injection. If a medium-ply standard injector, i.e. If a fuel injector without leakage feeds in fuel, this causes a pressure drop in the high-pressure accumulator, but is superimposed by the constant pressure reduction of the leakage-prone fuel injector. If, however, the leaked fuel injector injects fuel, this only leads to the pressure drop without further superimposition.

Der leckagebehaftete Kraftstoffinjektor verursacht somit einen geringeren Druckeinbruch als die nicht leckagebehafteten Kraftstoffinjektoren. Als Folge eines relativen Gleichstellungsansatzes im Rahmen der Qstat-Adaption würde dem leckagebehafteten Kraftstoffinjektor eine zu geringe statische Durchflussrate zugeordnet und infolge dessen z.B. die Einspritzzeit gegenüber nicht leckagebehafteten Kraftstoffinjektoren erhöht. Auf eine Leckage kann damit allein aber nicht eindeutig geschlossen werden. Für eine nähere Beschreibung einer solchen Qstat-Gleichstellung bzw. Qstat-Adaption sein an dieser Stelle auch auf die DE 10 2015 205 877 A1 verwiesen.The leaking fuel injector thus causes a lower pressure drop than the non-leaking fuel injectors. As a consequence of a relative equalization approach within the scope of the Qstat adaptation, the leakage-prone fuel injector would be assigned a static flow rate that is too low and as a result, for example, the injection time would be increased compared to fuel injectors prone to leakage. However, this alone does not clearly indicate a leak. For a more detailed description of such a Qstat equality or Qstat adaptation, refer to the DE 10 2015 205 877 A1 referenced.

Eine laufruhebasierte Zylindergleichstellungsfunktion arbeitet nach dem Prinzip der relativen Laufruhegleichstellung bei magerem Lambda-Wert im Brennraum, bei der auch der Drehmomentbeitrag einzelner Zylinder berücksichtigt wird. Aus einer Veränderung eines Laufruhesignals kann auf das tatsächliche zylinderindividuelle Luft-Kraftstoff-Gemisch zurückgeschlossen werden. Auf diese Weise kann überschüssiger Kraftstoff im Brennraum eines Zylinders, der im vorliegenden Fall durch den leckagebehafteten Kraftstoffinjektor verursacht wird, korrekt ermittelt werden. Diese Funktion alleine ist jedoch nicht in der Lage, den Grund für den Kraftstoffüberschuss zu benennen. Neben der Leckage kann z.B. auch eine erhöhte statische Durchflussrate des Kraftstoffinjektors die Ursache sein.A smooth running-based cylinder equalization function works according to the principle of relative smooth running with a lean lambda value in the combustion chamber, in which the torque contribution of individual cylinders is also taken into account. The actual cylinder-specific air-fuel mixture can be inferred from a change in a smooth running signal. In this way, excess fuel in the combustion chamber of a cylinder, which in the present case is caused by the leaked fuel injector, can be correctly determined. However, this function alone is not able to identify the reason for the excess fuel. In addition to the leak, e.g. an increased static flow rate of the fuel injector may also be the cause.

Die laufruhebasierte Zylindergleichstellungsfunktion würde bei einem leckagebehafteten Kraftstoffinjektor daher z.B. die Einspritzzeit reduzieren, um den Kraftstoffüberschuss zu kompensieren. Für eine nähere Beschreibung der laufruhebasierten Zylindergleichstellungsfunktion sei an dieser Stelle auch auf die DE 10 2007 020 964 A1 verwiesen.The smooth running-based cylinder equalization function would therefore reduce the injection time, for example, in the case of a fuel injector with a leak, in order to compensate for the excess fuel. For a more detailed description of the smooth running-based cylinder equalization function, refer to the DE 10 2007 020 964 A1 referenced.

Kombiniert man nun diese beiden Verfahren, würde die Qstat-Adaption bei dem leckagebehafteten Kraftstoffinjektor die Einspritzzeit erhöhen, während die laufruhebasierte Zylindergleichstellungsfunktion bei diesem leckagebehafteten Kraftstoffinjektor die Einspritzzeit in ähnlichem Maße reduzieren würde. Bei einem solchen Ergebnis kann also davon ausgegangen werden, dass keine abweichende statische Durchflussrate vorliegt, sondern eine Leckage.If these two methods are now combined, the Qstat adaptation would increase the injection time for the leaked fuel injector, while the smooth-running cylinder equalization function would reduce the injection time to a similar extent for this leaked fuel injector. With such a result it can be assumed that there is no deviating static flow rate, but rather a leak.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass diese beiden beschriebenen Teilverfahren für das vorgeschlagene Verfahren nicht vollständig durchgeführt werden müssen, vielmehr ist es ausreichend, mit den diesen Teilverfahren zugrundeliegenden Aspekten zu ermitteln, ob diesem jeweiligen Teilverfahren nach zu viel oder zu wenig Kraftstoff - gegenüber einem Mittelwert - in den betreffenden Brennraum bzw. Zylinder eingebracht wurde bzw. dort vorhanden ist.At this point it should be noted that these two sub-processes described do not have to be carried out in full for the proposed method; rather, it is sufficient to use the aspects on which these sub-processes are based to determine whether this respective sub-process is after too much or too little fuel - compared to an average value - was introduced into the relevant combustion chamber or cylinder or is present there.

Um eine sicherere Aussage zu erhalten, kann auch erst bzw. nur dann auf eine Leckage des Kraftstoffinjektors geschlossen werden, wenn der erste Wert und der zweite Wert entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen und wenn der erste Wert und/oder der zweite Wert betragsmäßig größer als ein zugehöriger, vorgegebener Schwellwert sind. Dann ist diese Divergenz ein eindeutiges Indiz für die Leckage des Kraftstoffinjektors mit exaktem Pin-Pointing.In order to obtain a more reliable statement, a leakage of the fuel injector can only or only then be concluded when the first value and the second value have opposite signs and when the first value and / or the amount of the second value is greater than an associated, predefined threshold value. Then this divergence is a clear indication of the leakage of the fuel injector with exact pin pointing.

Bevorzugt ist es auch, wenn weiterhin nach einem Abstellen der Brennkraftmaschine ein Verlauf eines Drucks im Hochdruckspeicher überwacht wird, wobei, wenn der Druck innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums um mehr als einen vorgegebenen Wert abfällt, die (erkannte) Leckage des Kraftstoffinjektors plausibilisiert wird bzw. (nur) dann auf die Leckage geschlossen wird. Typischerweise bleibt der Druck im Hochdruckspeicher über viele Minuten, bis hin zu Stunden, auf einem nahezu konstant hohen Niveau, da das Hochdrucksystem üblicherweise sehr dicht ist. Ist jedoch ein leckagebehafteter Kraftstoffinjektor vorhanden, so sinkt der Druck im Hochdruckspeicher nach dem Abstellen rasch ab, so dass schon nach wenigen Minuten ein Großteil des Drucks im Hochdruckspeicher durch die ständige Mengenentnahme abgebaut ist.It is also preferred if, after the internal combustion engine has been switched off, a pressure profile in the high-pressure accumulator is monitored, with the (detected) leakage of the fuel injector being checked for plausibility or (if the pressure drops by more than a predetermined value within a predetermined period of time). only) then the leak is closed. The pressure in the high-pressure accumulator typically remains at an almost constantly high level for many minutes, up to hours, since the high-pressure system is usually very tight. However, if there is a leaked fuel injector, the pressure in the high-pressure accumulator drops rapidly after it has been switched off, so that after a few minutes a large part of the pressure in the high-pressure accumulator is reduced due to the constant withdrawal of the amount.

Vorzugsweise werden, wenn auf eine Leckage des Kraftstoffinjektors geschlossen wird, Einspritzzeitdauern des Kraftstoffinjektors für nachfolgende Einspritzvorgänge angepasst, insbesondere also verkürzt. Auf diese Weise kann der Leckage entgegengewirkt werden. Alternativ oder zusätzlich können, wenn ein Piezo-Kraftstoffinjektor verwendet wird, auch Ventilnadelhübe für nachfolgende Einspritzvorgänge angepasst werden, d.h. durch veränderten Hub durch veränderte Ansteuerung des Piezo-Aktors kann die aktiv eingebrachte Kraftstoffmenge etwas reduziert werden, um die Leckage auszugleichen.If it is concluded that there is a leak in the fuel injector, injection periods of the fuel injector for subsequent injection processes are adapted, that is to say in particular shortened. In this way, the leakage can be counteracted. Alternatively or additionally, if a piezo fuel injector is used, valve needle lifts can also be adapted for subsequent injection processes, i.e. By changing the stroke by changing the control of the piezo actuator, the amount of fuel actively introduced can be reduced somewhat in order to compensate for the leakage.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.A computing unit according to the invention, e.g. a control unit of a motor vehicle is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.

Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.The implementation of a method according to the invention in the form of a computer program or computer program product with program code for performing all method steps is advantageous, since this causes particularly low costs, in particular if an executing control device is also used for other tasks and is therefore available anyway. Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, magnetic, optical and electrical memories, e.g. Hard disks, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc. A program can also be downloaded via computer networks (Internet, intranet, etc.).

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and configurations of the invention emerge from the description and the accompanying drawing.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is shown schematically in the drawing using an exemplary embodiment and is described below with reference to the drawing.

FigurenlisteFigure list

  • 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine mit Common-Rail-System, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. 1 shows schematically an internal combustion engine with a common rail system, which is suitable for carrying out a method according to the invention.
  • 2 zeigt in Diagrammen einen Vergleich von Druckdifferenzen bei Einspritzungen eines nicht leckagebehafteten und eines leckagebehafteten Kraftstoffinjektors. 2 shows in diagrams a comparison of pressure differences during injections of a non-leakage and a leakage fuel injector.
  • 3 zeigt in einem Diagramm Drehzahl- und Drehmomentverlauf bei einer Brennkraftmaschine mit einem leckagebehafteten Kraftstoffinjektor. 3 shows in a diagram the speed and torque curve in an internal combustion engine with a leakage fuel injector.
  • 4 zeigt schematisch einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform. 4th shows schematically a sequence of a method according to the invention in a preferred embodiment.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

In 1 ist schematisch ein Kraftstoffversorgungssystem 100 für eine Brennkraftmaschine 101 gezeigt, das zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Beispielhaft umfasst die Brennkraftmaschine 101 drei Brennräume bzw. zugehörige Zylinder 105. Jedem Brennraum 105 ist ein Kraftstoffinjektor 130 zugeordnet, welcher wiederum jeweils an einen Hochdruckspeicher 120, ein sog. Rail, angeschlossen ist, über welchen er mit Kraftstoff versorgt wird. Es versteht sich, dass ein erfindungsgemäßes Verfahren auch bei einer Brennkraftmaschine mit einer beliebigen anderen Anzahl an Zylindern, beispielsweise vier, sechs, acht oder zwölf Zylinder, durchgeführt werden kann.In 1 Figure 3 is a schematic of a fuel supply system 100 for an internal combustion engine 101 shown, which is suitable for carrying out a method according to the invention. The internal combustion engine includes, for example 101 three combustion chambers or associated cylinders 105 . Every combustion chamber 105 is a fuel injector 130 assigned, which in turn each to a high-pressure accumulator 120 , a so-called. Rail, via which it is supplied with fuel. It goes without saying that a method according to the invention can also be carried out in an internal combustion engine with any other number of cylinders, for example four, six, eight or twelve cylinders.

Weiter wird der Hochdruckspeicher über eine Hochdruckpumpe 110 mit Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 140 gespeist. Die Hochdruckpumpe 110 ist mit der Brennkraftmaschine 101 gekoppelt, und zwar beispielsweise derart, dass die Hochdruckpumpe über eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, bzw. über eine Nockenwelle, welche wiederum mit der Kurbelwelle gekoppelt ist, angetrieben wird.Next, the high pressure accumulator is operated by a high pressure pump 110 with fuel from a fuel tank 140 fed. The high pressure pump 110 is with the internal combustion engine 101 coupled, for example in such a way that the high-pressure pump is driven via a crankshaft of the internal combustion engine, or via a camshaft, which in turn is coupled to the crankshaft.

Eine Ansteuerung der Kraftstoffinjektoren 130 zum Zumessen bzw. Einbringen von Kraftstoff in die jeweiligen Brennräume 105 erfolgt über eine als Motorsteuergerät 180 ausgebildete Recheneinheit. Der Übersichtlichkeit halber ist nur die Verbindung vom Motorsteuergerät 180 zu einem Kraftstoffinjektor 130 dargestellt, es versteht sich jedoch, dass jeder Kraftstoffinjektor 130 an das Motorsteuergerät entsprechend angeschlossen ist. Jeder Kraftstoffinjektor 130 kann dabei spezifisch angesteuert werden.A control of the fuel injectors 130 for metering or introducing fuel into the respective combustion chambers 105 takes place via an engine control unit 180 trained computing unit. For the sake of clarity, only the connection from the engine control unit is shown 180 to a fuel injector 130 shown, however, it should be understood that any fuel injector 130 is connected to the engine control unit accordingly. Any fuel injector 130 can be specifically controlled.

Ferner ist das Motorsteuergerät 130 dazu eingerichtet, den Kraftstoffdruck in dem Hochdruckspeicher 120 mittels eines Drucksensors 190 zu erfassen. Zudem ist das Motorsteuergerät 130 dazu eingerichtet, eine Drehzahl der Brennkraftmaschine mittels eines Drehzahlsensors 195 zu erfassen.Furthermore, the engine control unit is 130 set up the fuel pressure in the high-pressure accumulator 120 by means of a pressure sensor 190 capture. In addition, the engine control unit is 130 set up for this purpose, a speed of the internal combustion engine by means of a speed sensor 195 capture.

In 2 ist in Diagrammen ein Vergleich von Druckdifferenzen bei Einspritzungen eines nicht leckagebehafteten (links) und eines leckagebehaftenten Kraftstoffinjektors (rechts) dargestellt. Hierzu ist jeweils ein Druck p im Hochdruckspeicher über einer Zeit t aufgetragen. Dabei werden jeweils drei Zeitfenster unterschieden, nämlich ein Zeitfenster Δt1 vor der Einspritzung, ein Zeitfenster Δt2 während der Einspritzung (das damit zugleich eine Einspritzzeit darstellt) und ein Zeitfenster Δt3 nach der Einspritzung.In 2 a comparison of pressure differences in injections of a non-leakage fuel injector (left) and a leakage fuel injector (right) is shown in diagrams. For this purpose, a pressure p in the high-pressure accumulator is plotted over a time t. A distinction is made between three time windows, namely a time window Δt 1 before the injection, a time window Δt 2 during the injection (which therefore also represents an injection time) and a time window Δt 3 after the injection.

Der Verlauf p1 entspricht dabei in beiden Fällen einem Verlauf mit Druckabfall bzw. Druckdifferenz Δp1 für eine Einspritzung mit einem nicht leckagebehafteten bzw. ordnungsgemäß funktionierenden Kraftstoffinjektor und zwar für einen Fall, in dem sämtliche Kraftstoffinjektor des Kraftstoffversorgungssystems ordnungsgemäß funktionieren.The curve p 1 corresponds in both cases to a curve with a pressure drop or pressure difference Δp 1 for an injection with a non-leaking or properly functioning fuel injector for a case in which all fuel injectors of the fuel supply system are functioning properly.

Der Verlauf p2 zeigt im Diagramm links einen durch einen leckagebehafteten Kraftstoffinjektor verursachten, stetigen Druckabbau im Hochdruckspeicher. Weiterhin ist dann mit p3 ein Verlauf gezeigt, der sich für einen nicht leckagebehafteten Kraftstoffinjektor bei einer Einspritzung ergibt. Dieser ist letztlich eine Überlagerung der beiden Verläufe p1 und p2, da sich der Druckabbau durch den nicht aktiv angesteuerten leckagebehafteten Kraftstoffinjektor und der Druckabbau durch den aktiv angesteuerten, ordnungsgemäß funktionierenden Kraftstoffinjektor überlagern. Die resultierende Druckdifferenz ist hier mit Δp3 bezeichnet.In the diagram on the left, the curve p 2 shows a steady pressure reduction in the high-pressure accumulator caused by a leaked fuel injector. Furthermore, a curve is then shown at p 3 which results for a fuel injector that is not subject to leakage during an injection. Ultimately, this is a superposition of the two curves p 1 and p 2 , since the pressure reduction due to the non-actively controlled, leak-prone fuel injector and the pressure decrease due to the actively controlled, properly functioning fuel injector overlap. The resulting pressure difference is denoted by Δp 3 here.

Im Diagramm rechts ist mit p4 ein Verlauf gezeigt, der sich für einen leckagebehafteten Kraftstoffinjektor bei einer Einspritzung ergibt. Dieser ist keine Überlagerung der beiden Verläufe p1 und p2 (wie im Diagramm links gezeigt) da ein Druckabbau aufgrund Leckage nicht auftritt, da genau der leckagebehaftete Kraftstoffinjektor ja aktiv angesteuert wird.In the diagram on the right, p 4 shows a curve that results for a leakage fuel injector during an injection. This is not a superposition of the two curves p 1 and p 2 (as shown in the diagram on the left), since a pressure reduction due to leakage does not occur, since precisely the fuel injector prone to leakage is actively controlled.

Bei aktiver Ansteuerung unterscheidet sich beim leckagebehafteten Kraftstoffinjektor die eingebrachte bzw. vom Hochdruckspeicher entnommene Kraftstoffmenge nicht von dem Fall mit Verlauf p1. Mit p'2 ist hier ebenfalls der durch den leckagebehafteten Kraftstoffinjektor verursachte, stetige Druckabbau im Hochdruckspeicher gezeigt, welcher sich während des Zeitfensters Δt2 jedoch nicht ändert. Die resultierende Druckdifferenz bei Ansteuerung des leckagebehafteten Kraftstoffinjektors ist hier mit Δp4 bezeichnet.In the case of an active control, in the case of a leakage fuel injector, the amount of fuel introduced or removed from the high-pressure accumulator does not differ from the case with curve p 1 . The constant pressure reduction in the high-pressure accumulator caused by the leakage-prone fuel injector is also shown here with p ' 2 , which, however, does not change during the time window Δt 2 . The resulting pressure difference when the leaked fuel injector is activated is denoted here by Δp 4 .

Bei einem Vergleich zwischen den beiden Diagrammen ist zu sehen, dass Δp4 < Δp3 gilt, d.h. es wird bei dem leckagebehafteten Kraftstoffinjektor während der Einspritzung eine geringere Druckdifferenz als beim nicht leckagebehafteten Kraftstoffinjektor - und auch als in einem Mittel über alle Kraftstoffinjektoren des Kraftstoffversorgungssystems hinweg - ermittelt. Im Rahmen der erwähnten Qstat-Gleichstellung würde dies auf eine zu geringe statische Durchflussrate schließen lassen.When comparing the two diagrams, it can be seen that Δp 4 <Δp 3 applies, i.e. there is a lower pressure difference in the case of the leakage fuel injector during the injection than with the non-leakage fuel injector - and also as an average across all fuel injectors of the fuel supply system - determined. In the context of the Qstat equation mentioned, this would indicate that the static flow rate is too low.

In 3 sind in einem Diagramm ein Drehzahl- und Drehmomentverlauf bei einer Brennkraftmaschine bzw. einem Kraftstoffversorgungssystem mit einem leckagebehafteten Kraftstoffinjektor dargestellt. Hierzu sind eine Drehzahl n und ein Drehmoment bzw. ein Drehmomentbeitrag M über der Zeit t aufgetragen. Mit Z1, Z2 und Z3 sind beispielhaft die Zeitfenster dargestellt, in denen in dem jeweiligen Zylinder bzw. Brennraum eine Zündung stattfindet.In 3 a diagram shows a speed and torque curve in an internal combustion engine or a fuel supply system with a leakage fuel injector. For this purpose, a speed n and a torque or a torque contribution M are plotted over time t. The time windows in which ignition takes place in the respective cylinder or combustion chamber are shown by way of example with Z 1 , Z 2 and Z 3 .

Die Drehzahl ist bei einer Brennkraftmaschine, zumindest, wenn sie auf einzelne Zündvorgänge aufgelöst wird, nicht konstant. Vielmehr wird durch eine Zündung bzw. den dann folgenden Arbeitstakt durch einen entsprechenden Zylinder ein Drehmoment erzeugt, der die Drehzahl ansteigen lässt. Anschließend fällt die Drehzahl wieder ab. Somit kann ein Drehmomentbeitrag auf anhand der Drehzahl bzw. deren Änderung ermittelt werden.The speed of an internal combustion engine is not constant, at least when it is broken down into individual ignition processes. Rather, a corresponding cylinder generates a torque through an ignition or the subsequent work cycle, which makes the speed increase. Then the speed drops again. A torque contribution can thus be determined on the basis of the speed or its change.

Wenn nun, wie im Fall des dem Zeitfenster Z3 entsprechenden Zylinders beispielhaft gezeigt, mehr Kraftstoff als eigentlich gewünscht vorhanden ist, beispielsweise aufgrund eines leckagebehafteten Kraftstoffinjektors, so wird dadurch bei der Zündung ein erhöhtes Drehmoment und somit ein höherer Drehmomentbeitrag als bei Zylindern ohne leckagebehafteten Kraftstoffinjektor- und auch als in einem Mittel über alle Zylinder hinweg - ermittelt. Im Rahmen der erwähnten Zylindergleichstellung würde dies insbesondere auf eine zu hohe statische Durchflussrate des dem Zeitfenster Z3 entsprechenden Zylinder zugeordneten Kraftstoffinjektors schließen lassen.If, as shown by way of example in the case of the cylinder corresponding to time window Z 3 , there is more fuel than actually desired, for example due to a leaked fuel injector, this results in an increased torque during ignition and thus a higher torque contribution than in cylinders without a leaked fuel injector - and also as a mean across all cylinders - determined. In the context of the aforementioned cylinder equalization, this would in particular indicate an excessively high static flow rate of the fuel injector assigned to the time window Z 3 .

An dieser Stelle sei angemerkt, dass der gezeigte Drehmomentbeitrag M nicht den genauen zeitlichen Verlauf wiedergibt, sondern lediglich die Zuordnung zu den einzelnen Zylindern anzeigt.At this point, it should be noted that the torque contribution M shown does not reflect the exact time profile, but only shows the assignment to the individual cylinders.

In 4 ist schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Zunächst werden für einen bestimmten Kraftstoffinjektor sowohl ein für eine Abweichung einer in einen zugehörigen Brennraum eingebrachten Kraftstoffmenge von einem Mittelwert über mehrere Kraftstoffinjektoren repräsentativer, erster Wert W1 und ein für eine Abweichung einer im Brennraum vorhandenen Kraftstoffmenge von einem Mittelwert über mehrere Brennräume repräsentativer, zweiter Wert W2 ermittelt, wie dies insbesondere vorstehend sowie in Bezug auf die 2 und 3 näher erläutert wurde.In 4th a sequence of a method according to the invention is shown schematically in a preferred embodiment. First of all, a first value W 1 representative of a deviation of a fuel quantity introduced into an associated combustion chamber from a mean value over a number of fuel injectors and a first value W 1 that is representative of a deviation of a fuel quantity present in the combustion chamber from a mean value over a number of combustion chambers are used for a specific fuel injector more representative, second value W 2 determined, as in particular above and in relation to the 2 and 3 was explained in more detail.

Hierzu müssen nicht die Kraftstoffmengen oder Mittelwerte direkt ermittelt werden, vielmehr ist es ausreichend, hierfür repräsentative Größen zu verwenden. So kann beispielsweise eine Abweichung der Druckdifferenz Δp4 von einer mittleren Druckdifferenz über alle Kraftstoffinjektoren hinweg als der erste Wert W1 ermittelt werden. Ebenso kann beispielsweise eine Abweichung des Drehmomentbeitrags des betreffenden Zylinders von einem mittleren Drehmomentbeitrag über alle Zylinder hinweg als der zweite Wert W2 ermittelt werden. Diese Werte zeigen nämlich entsprechende Abweichungen der Kraftstoffmengen an.For this purpose, the fuel quantities or mean values do not have to be determined directly; rather, it is sufficient to use representative values for this. For example, a deviation of the pressure difference Δp 4 from an average pressure difference across all fuel injectors can be determined as the first value W 1 . Likewise, for example, a deviation of the torque contribution of the relevant cylinder from an average torque contribution across all cylinders can be determined as the second value W 2 . This is because these values indicate corresponding deviations in the fuel quantities.

Danach kann eine Prüfung erfolgen, ob der erste Wert W1 und der zweite Wert W2 betragsmäßig jeweils größer als ein geeigneter gewählter Schwellwert WS1 bzw. WS2 sind. Wenn dies der Fall ist, können die Vorzeichen V des ersten und zweiten Werts verglichen werden. Wenn diese verschieden sind, so ist auf eine Leckage L des betreffenden Kraftstoffinjektors zu schließen.A check can then take place as to whether the amount of the first value W 1 and the second value W 2 is greater than a suitably selected threshold value W S1 or W S2 . If this is the case, the signs V of the first and second values can be compared. If these are different, it can be concluded that there is a leakage L of the relevant fuel injector.

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Claims (11)

Verfahren zum Erkennen eines leckagebehafteten Kraftstoffinjektors (130) eines Kraftstoffversorgungssystems (100), bei dem mittels Kraftstoffinjektoren (130) Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher (120) in Brennräume (105) einer Brennkraftmaschine (101) eingebracht wird, wobei für einen Kraftstoffinjektor (130) anhand einer bei einem Einspritzvorgang des Kraftstoffinjektors (130) im Hochdruckspeicher (120) aufgrund des Einspritzvorgangs auftretenden Druckdifferenz (Δp4) ein für eine Abweichung einer in einen zugehörigen Brennraum (105) eingebrachten Kraftstoffmenge von einem Mittelwert über mehrere Kraftstoffinjektoren (130) repräsentativer, erster Wert (W1) ermittelt wird, wobei für den Kraftstoffinjektor (130) anhand eines Drehmomentbeitrags (M) des zu dem Kraftstoffinjektor gehörigen Brennraums (105) ein für eine Abweichung einer in einem zugehörigen Brennraum (105) vorhandenen Kraftstoffmenge von einem Mittelwert über mehrere Brennräume (105) repräsentativer, zweiter Wert (W2) ermittelt wird, und wobei, wenn der erste Wert (W1) und der zweite Wert (W2) entgegengesetzte Vorzeichen (V) aufweisen, auf eine Leckage (L) des Kraftstoffinjektors (130) geschlossen wird.Method for detecting a leaked fuel injector (130) of a fuel supply system (100), in which fuel is introduced from a high-pressure accumulator (120) into combustion chambers (105) of an internal combustion engine (101) by means of fuel injectors (130), with a fuel injector (130) based on a pressure difference (Δp 4 ) occurring during an injection process of the fuel injector (130) in the high-pressure accumulator (120) due to the injection process, a first value representative of a deviation of a fuel quantity introduced into an associated combustion chamber (105) from an average value over several fuel injectors (130) (W 1 ) is determined, for the fuel injector (130) based on a torque contribution (M) of the combustion chamber (105) belonging to the fuel injector a deviation of a fuel quantity present in an associated combustion chamber (105) from an average value over several combustion chambers ( 105) representative, second value (W 2 ) is determined, and if the first value (W 1 ) and the second value (W 2 ) have opposite signs (V), a leakage (L) of the fuel injector (130) is concluded. Verfahren nach Anspruch 1, wobei wenn der erste Wert (W1) und der zweite Wert (W2) entgegengesetzte Vorzeichen (V) aufweisen und wenn der erste Wert (W1) und/oder der zweite Wert (W2) betragsmäßig größer als ein zugehöriger, vorgegebener Schwellwert (WS1, WS2) sind, auf die Leckage des Kraftstoffinjektors (130) geschlossen wird.Procedure according to Claim 1 , where if the first value (W 1 ) and the second value (W 2 ) have opposite signs (V) and if the first value (W 1 ) and / or the second value (W 2 ) is greater than an associated, predetermined amount Threshold value (W S1 , W S2 ) are inferred from the leakage of the fuel injector (130). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei weiterhin nach einem Abstellen der Brennkraftmaschine (101) ein Verlauf eines Drucks (p) im Hochdruckspeicher (120) überwacht wird, wobei, wenn der Druck (p) innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums um mehr als einen vorgegebenen Wert abfällt, auf die Leckage des Kraftstoffinjektors (130) geschlossen wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , wherein after the internal combustion engine (101) has been switched off, a course of a pressure (p) in the high-pressure accumulator (120) is monitored, and if the pressure (p) falls by more than a predetermined value within a predetermined period of time, the leakage of the Fuel injector (130) is closed. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei, wenn auf eine Leckage des Kraftstoffinjektors (130) geschlossen wird, Einspritzzeitdauern (Δt2) des Kraftstoffinjektors (130) für nachfolgende Einspritzvorgänge angepasst werden.Method according to one of the preceding claims, wherein, if it is concluded that there is a leak in the fuel injector (130), injection times (Δt 2 ) of the fuel injector (130) are adapted for subsequent injection processes. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei, wenn auf eine Leckage des Kraftstoffinjektors (130) geschlossen wird, Ventilnadelhübe für nachfolgende Einspritzvorgänge angepasst werden, wenn ein Piezo-Kraftstoffinjektor verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein, if it is concluded that the fuel injector (130) is leaking, valve needle lifts are adapted for subsequent injection processes if a piezo fuel injector is used. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der repräsentative, erste Wert (W1) als ein für eine statische Durchflussrate durch den Kraftstoffinjektor (130) repräsentativer Wert ermittelt wird, indem bei dem Einspritzvorgang des Kraftstoffinjektors (130) ein Verhältnis der im Hochdruckspeicher (120) aufgrund des Einspritzvorgangs auftretenden Druckdifferenz (Δp4) und einer zugehörigen, für den Einspritzvorgang charakteristischen Dauer (Δt2) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the representative, first value (W 1 ) is determined as a value representative of a static flow rate through the fuel injector (130) by a ratio in the high-pressure accumulator (120) during the injection process of the fuel injector (130) ) on the basis of the pressure difference occurring during the injection process (Δp 4 ) and an associated duration (Δt 2 ) that is characteristic of the injection process is determined. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der repräsentative zweite Wert (W2) im Rahmen einer Laufruheerkennung der Brennkraftmaschine (101) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the representative second value (W 2 ) is determined as part of a smooth running detection of the internal combustion engine (101). Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Laufruheerkennung der Brennkraftmaschine (101) im Rahmen einer Zylindergleichstellung durchgeführt wird.Procedure according to Claim 7 , the smooth running detection of the internal combustion engine (101) being carried out as part of a cylinder synchronization. Recheneinheit (180), die dazu eingerichtet ist, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.Computing unit (180) which is set up to carry out all method steps of a method according to one of the preceding claims. Computerprogramm, das eine Recheneinheit (180) dazu veranlasst, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (180) ausgeführt wird.Computer program that causes a computing unit (180) to perform all method steps of a method according to one of the Claims 1 to 8th to be carried out when it is executed on the arithmetic unit (180). Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 10.Machine-readable storage medium with a computer program stored thereon Claim 10 .
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