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Die
Erfindung betrifft zunächst
ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff über mindestens
eine Einspritzvorrichtung in mindestens einen Brennraum gelangt,
bei dem ein Aktor der Einspritzvorrichtung auf der Basis mindestens
einer Einspritzinformation angesteuert wird, welche generiert, in
einem Speicher abgelegt, und von einer Verarbeitungseinheit abgerufen
wird, welche hieraus einen Ansteuerbefehl generiert, und bei dem eine
Störung
bei der Erfassung. der Winkelstellung einer Kurbelwelle erkannt
und bei einer erkannten Störung
Hilfsmaßnahmen
ergriffen werden, welche das Löschen
mindestens eines Teils der Einspritzinformationen umfassen.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, ein elektrisches Speichermedium
für ein Steuer-
und/oder Regelgerät
einer Brennkraftmaschine, ein Steuer- und/oder Regelgerät für eine Brennkraftmaschine,
und eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem
Steuer- und/oder Regelgerät.
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Ein
Verfahren der eingangs genannten Art ist vom Markt her bekannt.
Es kommt bei Brennkraftmaschinen mit Kraftstoff-Direkteinspritzung zum Einsatz, bei
denen, der Kraftstoff von Einspritzvorrichtungen direkt in die Brennräume eingespritzt
wird. Die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen sind mit Piezoaktoren
ausgestattet, welche die Stellung eines Ventilelement beeinflussen
können.
Bei dem bekannten Verfahren erfolgt die Einspritzung (oder die Einspritzungen)
bei einer bestimmten Winkelstellung der Kurbelwelle.
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Hierzu
wird der gewünschte
Einspritzbeginn zu einem Zeitpunkt ("statischer Interrupt") berechnet, der einem bestimmten Winkelabstand
vor einer bestimmten Winkelstellung der Kurbelwelle entspricht, und
das gewünschte
Einspritzende wird zu einem Zeitpunkt (dynamischer Interrupt") berechnet, der
einem bestimmten Zeitabstand vor Beginn der Einspritzung entspricht.
Die berechneten Daten werden in einem Speicher abgelegt. Eine Recheneinheit
erfasst ständig
die aktuelle Winkelstellung der Kurbelwelle und generiert bei den
berechneten Winkelstellungen entsprechende Ansteuerbefehle.
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Im
Betrieb einer Brennkraftmaschine kann es jedoch passieren, dass
die Information über
die aktuelle Winkelstellung der Kurbelwelle kurzzeitig verloren
geht ("Synchronisationsverlust"). Ursachen können hier
beispielsweise elektromagnetische Störungen, statische Entladungen
oder fehlerhafte Kontakte sein. Ohne Kenntnis von der aktuellen
Winkelstellung der Kurbelwelle ist jedoch eine ordnungsgemäße Ausführung der
Einspritzung nicht möglich, was
zu Komforteinbußen
und Schäden
an der Brennkraftmaschine führen
kann. Eine derartige Störung wird daher
bei dem bekannten Verfahren erkannt und es werden entsprechende
Hilfsmaßnahmen
ergriffen, um einen sicherer Betrieb der Brennkraftmaschine zu gewährleisten.
Die Hilfsmaßnahmen
umfassen dabei das Löschen
der abgespeicherten Einspritzinformationen und eine Initialisierung
der Verarbeitungseinheit.
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Die
vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren der Eingangs
genannten Art so weiter zu bilden, dass die Sicherheit beim Betrieb
der Brennkraftmaschine im Falle einer Störung bei der Erfassung der
Winkelstellung der Kurbelwelle noch zuverlässiger gewährleistet ist.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
dass die Hilfsmaßnahmen
umfassen, dass alle einen Einspritzanfang betreffenden Einspritzinformationen
gelöscht
werden und ein Einspritzende-Befehl für den Aktor generiert und ausgeführt wird.
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Bei
einem Computerprogramm wird die eingangs gestellte Aufgabe dadurch
gelöst,
dass es zur Anwendung in einem Verfahren der obigen Art programmiert
ist. Bei einem elektrischen Speichermedium wird die Aufgabe dadurch
gelöst,
dass auf ihm ein Computerprogramm zur Anwendung in einem Verfahren
der obigen Art abgespeichert ist. Bei einem Steuer- und/oder Regelgerät wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass es zur Anwendung in einem Verfahren der obigen Art programmiert
ist. Bei einer Brennkraftmaschine wird die obige Aufgabe dadurch gelöst, dass
zu Anwendungen in einem Verfahren der obigen Art programmiert ist.
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß wurde
erkannt, dass es vorkommen kann, dass der Synchronisationsverlust zu
einem Zeitpunkt auftritt, welcher genau während einer Einspritzung liegt,
also nachdem ein Einspritzbefehl zum Öffnen der Einspritzvorrichtung
ausgeführt
wurde, jedoch noch bevor ein Einspritzbefehl zum Schließen dieser
Einspritzvorrichtung ausgeführt
wird. Wenn nun, wie bei dem bekannten Verfahren – alle gespeicherten Einspritzbefehlsinformationen
gelöscht
werden und eine Verarbeitungseinheit, welche die Befehle zur Ausführung bringt,
initialisiert wird, bleibt die Einspritzvorrichtung geöffnet, und
es gelangt eine deutlich größere Menge
an Kraftstoff in den Brennraum als vorgesehen.
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Bei
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird dagegen sichergestellt, dass bei einer Störung bei der Erfassung der
Winkelstellung der Kurbelwelle keine unerwünscht großen Kraftstoffmengen in den
Brennraum der Brennkraftmaschine gelangen, was wiederum zu einem
unerwünscht
großen Drehmoment führen
könnte.
Letztlich wird durch das erfindungsgemäße Verfahren also die Betriebssicherheit
der Brennkraftmaschine erhöht,
was auch der Sicherheit der Benutzer der Brennkraftmaschine zugute
kommt.
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Grundlage
hierfür
ist zum Einen die Tatsache, dass die einen Einspritzbeginn betreffenden
Einspritzinformationen gelöscht
werden. Wenn jedoch keine Einspritzinformationen mehr vorliegen,
können diese
von der Verarbeitungseinheit nicht in Befehle umgesetzt werden.
Es wird hierdurch also einerseits verhindert, dass während der
fehlenden Synchronisation Befehle ausgeführt werden, und es wird andererseits
verhindert, dass nach einer Wiederherstellung der Synchronisation "alte" Einspritzinformationen
verarbeitet werden. Die Befehle werden also "deaktiviert", so dass die Verarbeitungseinheit in
einen sicheren Zustand überführt wird.
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Zum
Anderen wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Verarbeitungseinheit
nicht initialisiert, sondern es wird in jedem Falle ein Einspritzbefehl
für den
Aktor der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung generiert und ausgeführt, so
dass die Einspritzung von Kraftstoff durch die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
zwangsweise beendet wird, sobald ein Synchronisationsverlust erkannt
wurde. Dies kann zwar dazu führen,
dass die Einspritzung früher
beendet wird als ursprünglich
vorgesehen war; im Hinblick auf die Betriebssicherheit der Brennkraftmaschine
ist dies jedoch weniger kritisch als eine zu große Kraftstoffmenge.
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Vorteilhafte
Weiterbildung der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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So
wird beispielsweise vorgeschlagen, dass bei einer Brennkraftmaschine
mit mehreren Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen
die Hilfsmaßnahmen umfassen,
dass Einspritzende-Befehle für
alle Aktoren generiert und ausgegeben werden. Wenn eine Auswahl
des als nächstes
anzusteuernden Aktors entfällt,
reduziert dies den erforderlichen Verarbeitungsaufwand.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass
in einer ersten Verarbeitungseinheit erkannt wird, ob eine Störung bei
der Erfassung der Winkelstellung der Kurbelwelle vorliegt, und dass
die erste Verarbeitungseinheit eine zweite, schneller als die erste
Verarbeitungseinheit arbeitende Verarbeitungseinheit anweist, die
Hilfsmaßnahmen
durchzuführen.
Hierdurch wird die Reaktionszeit verkürzt und die Betriebssicherheit
der Brennkraftmaschine nochmals verbessert.
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Dann,
wenn der mindestens eine Einspritzende-Befehl ausgeführt ist,
wird bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wieder
in einen Normalbetrieb zurückgekehrt.
In einem derartigen Normalbetrieb werden die Einspritzinformationen
wie üblich
erzeugt und abgespeichert, und hierauf basierende Befehle generiert
und ausgeführt.
Der Sondermodus mit verkürzten
oder ganz ausfallenden Kraftstoffeinspritzungen liegt somit nur sehr
kurz vor, so dass ein entsprechender Vorgang den Komfort beim Betrieb
der Brennkraftmaschine nicht oder zumindest nicht wesentlich einschränkt.
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In
Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass die zweite Verarbeitungseinheit
der ersten Verarbeitungseinheit mitteilt, wenn die Hilfsmaßnahmen abgeschlossen
sind, und dass die erste Verarbeitungseinheit die zweite Verarbeitungseinheit
dann anweist, wieder mit einem Normalbetrieb fortzufahren. Dies
ist einfach zu programmieren, und die zweite kann wieder die ihr
im Normalbetrieb zugedachten Aufgaben wahrnehmen.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass
dann, wenn die Hilfsmaßnahmen
mindestens mit einer bestimmten Häufigkeit hintereinander durchgeführt werden,
die Brennkraftmaschine in einen Sicherheitszustand gebracht wird.
Dieser Sicherheitszustand kann beispielsweise darin bestehen, dass
die Brennkraftmaschine ausgeschaltet wird. Hierdurch wird die Betriebssicherheit
der Brennkraftmaschine erhöht,
denn eine aufeinander folgende Durchführung der besagten Hilfsmaßnahmen
deutet auf einen schwerwiegenden Fehler bei der Erfassungen der Winkelstellung
der Kurbelwelle hin.
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Zeichnungen
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Nachfolgend
wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Darstellung
einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-Einspritzvorrichtung und einem Steuer-
und Regelgerät;
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2 ein Ablaufschema, welches
verschiedene Einheiten zeigt, welche bei der Ansteuerung der Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen
von 1 verwendet werden;
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3 ein Diagramm, in dem die
Ansteuerspannung eines Piezoaktors der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung
von 2 über der
Winkelstellung einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine von 1 aufgetragen ist;
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4 ein Ablaufschema zur Erläuterung
eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschine von 1;
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5 ein Diagramm, welches
einen vergrößerten Ausschnitt
des Diagramms von 3 darstellt;
und
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6 ein Diagramm ähnlich 5, bei einer erkannten Störung bei
der Erfassung der Winkelstellung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine
von 1.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 trägt eine Brennkraftmaschine
insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie wird in einem Kraftfahrzeug
(nicht dargestellt) eingesetzt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in 1 nur im vorliegenden Fall
besonders relevante Komponenten der Brennkraftmaschine 10 dargestellt.
Die Brennkraftmaschine 10 umfasst Brennräume 12,
in die der Kraftstoff direkt von Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 14 eingespritzt
wird. Diese sind an eine Kraftstoff-Sammelleitung 16 ("rail") angeschlossen,
in der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert ist. Die Kraftstoff-Sammelleitung 16 wird
von einer Hochdruck-Kraftstoffversorgung 18 gespeist.
Angesteuert werden die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 14 von einem
Steuer- und Regelgerät 20.
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Im
Betrieb der Brennkraftmaschine 10 werden eine Kurbelwelle 22 und
eine in 1 nicht dargestellte
Nockenwelle in Drehung versetzt. Mit der Kurbelwelle 22 ist
ein Winkelgeberrad 24 verbunden, welches von einem Winkelsensor 26 abgetastet
wird. Das Winkelgeberrad 24 umfasst eine Reihe von Geberzähnen 28 auf
seiner Umfangsfläche,
die beim Vorbeistreichen am Winkelsensor 26 eine Signaländerung
des Ausgangssignals des Winkelsensor 26 bewirken. Eine
Lücke 30 führt zu einem
veränderten Signal
des Winkelsensors 26 und ermöglicht die Zuordnung des Signals
des Winkelsensors 26 zu einer bestimmten Winkelstellung
der Kurbelwelle 22. Auch die Winkelstellung der Nockenwelle
wird erfasst. Dies dient unter anderem dazu, bei einer Viertakt-Brennkraftmaschine,
bei der die Kurbelwelle bei einem Arbeitsspiel zwei Umdrehungen,
die Nockenwelle jedoch nur eine Umdrehung ausführt, die Winkelstellung der
Kurbelwelle eindeutig zu machen.
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Der
Winkelsensor 26 liefert seine Signale an das Steuer- und Regelgerät 20.
Dieses erhält
auch noch Signale von einem Drucksensor 32, welcher den
Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 16 erfasst. Ein
gewünschtes
Drehmoment wird dem Steuer- und Regelgerät 20 von einem Pedalsensor 34 übermittelt, der
die Stellung eines Gaspedals 36 abgreift.
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Die
Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 14 umfassen jeweils ein
Ventilelement (nicht sichtbar), welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel
von einem Piezoaktor (ebenfalls nicht sichtbar) von einer geschlossenen
in eine geöffnete
Stellung und wieder zurück
bewegt werden kann. Um eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 14 zu öffnen, wird
der Piezoaktor durch Anlegen einer Spannung geladen, um die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 14 zu
schließen,
also die Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum 12 zu
beenden, wird der Piezoaktor wieder entladen.
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Zur
Ansteuerung eines Piezoaktors einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 14 sind
im Steuer- und Regelgerät 20 verschiedene
Funktionsmodule vorhanden (vergleiche 2):
Eine CPU 38 erhält
beispielsweise die Signale des Pedalsensors 34 und des
Drucksensors 32. Abhängig
von diesen Signalen werden von der CPU 38 in einem statischen
Interrupt der Ansteuerbeginn, also der Zeitpunkt, ab dem der Piezoaktor
der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 14 geladen wird, festgelegt.
Hierzu wird auf 3 verwiesen,
in der der Verlauf einer Ansteuerspannung U für eine Voreinspritzung das
Bezugszeichen 40 und der Verlauf einer Ansteuerspannung
U für eine
Haupteinspritzung das Bezugszeichen 42 trägt.
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Der
Beginn des Ladens für
die Voreinspritzung 40 wird in einem, statischen Interrupt 44,
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
bei 138° vOT,
jener für
die Haupteinspritzung 42 in einem statischen Interrupt 46,
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
bei 78° vOT
festgelegt. Kurz vor der eigentlichen Einspritzung wird dann in
einem dynamischer. Interrupt 48a bzw. 48b, beispielsweise
400 μs vor
dem im statischen Interrupt 44 festgelegten Ansteuerbeginn,
in der CPU 38 die Ansteuerdauer beziehungsweise der Beginn
des Entladevorgangs berechnet. Die Werte für den Ladebeginn und das Ladeende
stellen Einspritzinformationen dar, welche in einem Parameter-RAM 50 abgelegt
werden.
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Eine
TPU 52, welche eine höhere
Prozessgeschwindigkeit aufweist als die CPU 38, verarbeitet die
Signale des Winkelsensors 26, mit dem die Winkelstellung
der Kurbelwelle 22 erfasst wird. Auf der Basis der vom
Parameter-RAM 50 bereitgestellten Einspritzinformationen
und der Winkelsignale vom Winkelsensor 26 generiert die
TPU 52 Ansteuerbefehle und steuert einen Endstufenbaustein 54 (IC oder
Baustein zur Endstufenansteuerung) an. Dieser wiederum steuert eine
Endstufe 56 an, die mit dem Piezoaktor der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 14 verbunden
ist und ihn mit der Ansteuerspannung U lädt bzw. ihn wieder entlädt.
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Aufgrund
beispielsweise von elektromagnetischen Störungen kann es vorkommen, dass
im Steuer- und Regelgerät 20 ein
sogenannter "Synchronisationsverlust" auftritt. Hierunter
wird verstanden, dass zumindest für einen kurzen Moment im Steuer-
und Regelgerät 20 keine
eindeutigen Informationen über die
aktuelle Winkelstellung der Kurbelwelle 22 vorliegen. Ohne
eine solche Information ist jedoch eine ordnungsgemäße Abarbeitung
der Einspritzinformationen unmöglich.
Insbesondere dann, wenn dar Synchronisationsverlust zu einem Zeitpunkt
auftritt, während
dem die Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 14 geöffnet ist,
könnte
es vorkommen, dass das Schließen
der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 14 nicht mehr ordnungsgemäß ausgeführt werden
kann. In diesem Fall würde
eine zu große
Kraftstoffmenge in den entsprechenden Brennraum 12 gelangen,
was zu einem unerwünscht
großen
Drehmoment führen
könnte, welches
von Brennkraftmaschine 10 geleistet wird.
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Um
dies zu verhindern, wird gemäß einem Verfahren
vorgegangen, welches nun unter Bezugnahme auf 4 erläutert
wird:
In der CPU 38 wird nach einem Startblock 58 in
einem Block 60 abgefragt, ob ordnungsgemäße Informationen über die
Winkelstellung der Kurbelwelle 22 vorliegen, ob also die "Synchronisation" in Ordnung ist.
Wenn ein Synchronisationsverlust festgestellt wird, ist die Antwort
im Block 60 ein "nein". Es wird dann im
Block 62 die TPU 52 in einen Sondermodus geschaltet.
In diesem Sondermodus der TPU, welcher in 4 durch einen gestrichelten Kasten mit dem
Bezugszeichen 64 dargestellt ist, werden von der TPU 52 alle
einen Einspritzanfang betreffenden Einspritzinformationen EIA, welche im Parameter-RAM 50 abgelegt
sind, gelöscht.
Somit können
in der TPU 52 keine entsprechenden Befehle mehr generiert
und ausgeführt
werden, bis wieder neue Einspritzinformationen im Parameter-RAM 50 vorliegen.
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Ferner
beinhaltet dieser Sondermodus der TPU 52, dass für alle Piezoaktoren
aller Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 14 Einspritzende-Befehle
EBE generiert und ausgeführt werden. Dies bedeutet,
dass gerade offene Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 14 durch
Entladen des entsprechenden Piezoaktors sofort geschlossen werden.
Jetzt erhält
die CPU 38 eine Rückmeldung
von der TPU 52, dass die Piezoaktoren aller Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 14 entladen
sind. Diese Rückmeldung
wird in der CPU 38 in einem Block 66 abgefragt.
Wenn die Artwort im Block 66 "ja" ist,
wird im Block 67 die TPU 52 von der CPU 38 wieder
in einen Normalmodus geschaltet, in dem sie, eine korrekte Synchronisation
der Winkelstellung der Kurbelwelle 22 vorausgesetzt, Ladebefehle
EBA und Entladebefehle EPE generiert
und ausführt
(Block 68). Das Verfahren endet im Endblock 70.
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Die
Wirkung der Ausführung
des in 4 gezeigten Verfahrens
wird aus den 5 und 6 deutlich:
5 zeigt vergrößert den
Spannungsverlauf bei der Voreinspritzung 40 und bei der
Haupteinspritzung 42 von 3,
bei störungsfreiem
Betrieb der Brennkraftmaschine 10, also bei ordnungsgemäßer Synchronisierung
des Signals des Winkelsensors 26. 6 zeigt den gleichen Fall bei einem Synchronisationsverlust
zum Zeitpunk tSV während der Voreinspritzung 40.
In diesem Fall führt
die Durchführung des
in 4 gezeigten Verfahrens
zum sofortigen Abbruch der Voreinspritzung 40. Eine Haupteinspritzung
erfolgt in diesem Falle nicht. Ohne diese Maßnahmen bestünde die
Gefahr, dass die Voreinspritzung deutlich länger als gewünscht dauert,
was in 6 durch eine
punktierte Linie angedeutet ist.
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Wenn
die TPU 52 von der CPU 38 mehrfach hintereinander
angewiesen wird, in den Sondermodus 64 zu schalten, ist
dies ein Hinweis auf einen nicht nur kurzzeitigen, sondern länger andauernden und
somit schwerwiegenden Fehler. Sobald eine derartige Anweisung also
mindestens mit einer bestimmten Häufigkeit hintereinander durchgeführt wird, wird
die Brennkraftmaschine 10 vom Steuer- und Regelgerät 20 in
einem Sicherheitszustand gebracht, beispielsweise abgeschaltet.