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Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme zum Regeln
des Motorklopfens, bei denen ein Betriebsparamter wie der
Zündzeitpunkt (Zündwinkel) im dynamischen
Betriebsverhalten, d.h. bei Beschleunigung, variiert wird, um
Beschleunigungsklopfen zu vermeiden.
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Bei hoher Kühlmittel- und/oder Sauglufttemperatur kann in
Verbrennungsmotoren hörbares Beschleunigungsklopfen
auftreten, wenn die Last sehr schnell steigt, d.h. bei
dynamischem Motorbetrieb. Klopfen kann durch
Spätverstellen der Motorzündung beseitigt werden. Es wurde daher
vorgeschlagen, die Motorzündung im dynamischen
Motorbetrieb vorübergehend in Richtung spät zu verstellen, um
das Auftreten von Beschleunigungsklopfen zu verhindern.
In konventionellen Klopfregelsystemen wird, sobald
dynamischer Motorbetrieb festgegestellt wird, die Zündung
um einen festen Wert in Richtung spät verstellt, aber das
Spätverstellen der Zündung ist von negativem Einfluß auf
die Motorreaktion (Abgasemission), und die
Spätverstellung der Zündung sollte daher möglichst gering gehalten
werden. Bei den bekannten Systemen gegen
Beschleunigungsklopfen erfolgt Spätverstellung der Zündung jedesmal,
wenn dynamischer Motorbetrieb erfolgt, unabhängig von den
Umgebungsbedingungen. Es kann daher der Fall eintreten,
daß die Zündung unnötig oder zu stark in Richtung spät
verstellt wird.
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In der Patentschrift EP-A1 91 378 ist ein Zündregelsystem
beschrieben, bei dem ein festgelegter Übergangszustand,
der die Wahrscheinlichkeit von Motorklopfen erhöht,
festgestellt wird und ein durch einen
Motorbetriebszustand bestimmter Grund-Zündverstellwinkel so korrigiert
wird, daß Motorklopfen im Übergangszustand nicht erfolgt.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist das Vermeiden dieses
Nachteils und Optimieren des Wertes um den
Spätverstellung in jedem Motorbetrieblsfall erfolgt.
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Die Erfindung gibt ein Verfahren zum Abschwächen des
Beschleunigungsklopfens in Verbrennungsmotoren an,
umfassend das Erfassen der Beschleunigung des Motors und
Ändern eines bestimmten Motorbetriebsparameters in
Reaktion auf das Erfassen von Beschleunigung, gekennzeichnet
durch Erfassen des Auftretens von Klopfen während
Beschleunigung und Anpassen des Wertes der Änderung des
Parameters für die nächste Beschleunigung, abhängig
davon, ob Beschleunigungsklopfen auftritt oder nicht.
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Der Betriebsparameter ist vorzugsweise der Zündzeitpunkt
(Zündwinkel), für den Spätverstellung beim Erfasssen von
Beschleunigung erfolgt.
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Vorzugsweise schließt der Erfassungsschritt das Prüfen
der Stärke des Beschleunigungsklopfens und Anpassen des
Betrages der Spätverstellung oder Änderung irgendeines
anderen Betriebsparameters in Abhängigkeit von der Stärke
ein. Der Wert der Änderung wird vorzugsweise dann
angepaßt, wenn die Klopfstärke außerhalb eines
festgelegten Bereiches liegt. Die Klopfstärke kann in
regelmäßigen Abständen während einer festgelegten Zeit
nach dem Beschleunigungsende untersucht werden.
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Das Verfahren eignet sich gleichermaßen für Diesel- und
Ottomotoren. In Dieselmotoren wird der Einspritzzeitpunkt
zum Abschwächen des Klopfens angepaßt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet für
Ottomotoren, daß im dynamischen Betrieb gerade so starke
Spätverstellung des Zündwinkels erfolgt, daß klopfende
Verbrennung vermieden wird. Das Verfahren ist adaptiv,
insofern der Wert der Spätverstellung für
Umgebungsbedingungen während jedes Motorbetriebsfalls optimiert wird
(z .B. Sauglufttemperatur, Kühlmitteltemperatur,
Kraftstoffqualität, Ablagerungen im Brennraum).
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Ein besonderer Vorteil ist, daß ein bessere Motorreaktion
erzielbar ist, besonders im Warmlauf und beim Einsatz von
klopffestem Kraftstoff.
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Wechselt beispielweise ein Fahrer von Normalkraftstoff
auf klopffesten Kraftstoff, kann die Spätverstellung der
Zündung, die für jede Beschleunigung erforderlich ist,
wesentlich geringer ausfallen. Erfindungsgemäß wird beim
nächsten Betrieb des Motor (d.h. beim nächsten Fahren mit
dem Fahrzeug) der Wert der Spätverstellung in jedem
Beschleunigungsfall angepaßt, bis die Spätverstellung bei
Beschleunigung den optimalen Wert erreicht.
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Eine Ausführungsart der Erfindung für einen Ottomotor
wird nun, allerdings nur beispielhaft, unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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Die Figuren 1(a) bis (e) das erfindungsgemäße Verfahren
graphisch und
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Figur 2 einen Ablaufplan mit genauer Angabe der
verfahrensgemäßen Schritte.
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Die gezeigte Ausführungsart dieser Erfindung ist nur für
vorübergehende Spätverstellung der Zündung bei
dynamischem Motorbetrieb gedacht. Ein normales Klopfregelystem
bekannter Art regelt den Zündwinkel zu anderen Zeiten.
Das Verfahren ist somit Bestandteil eines umfangreicheren
Motor-Klopfregelsystems, das typischerweise mit einem
Computer realisiert würde. Das Verfahren kann als eine
Serie von Schritten, wie in der Figur 2 der Zeichnungen
gezeigt, mit Steuerung durch Taktimpulse von einem
Mikroprozessor ausgeführt werden.
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Die im Ablaufplan von Figur 2 gezeigten Schritte lassen
sich in drei Stufen gruppieren, die auf dem Ablaufplan
mit den Wegen I, II und III aufgezeigt sind. Während der
ersten Sufe I wird festgestellt, ob dynamischer
Motorbetrieb (Beschleunigung) vorliegt oder nicht. Erfolgt
dynamischer Motorbetrieb, so erfolgt Spätverstellung der
Zündung für die nächsten folgenden Zündvorgänge, um
einen, wie nachfolgend beschrieben, zu bestimmenden Wert.
Anschließend wird die Spätverstellung während einer
festgelegten Zeit, die von der Stärke der Verzögerung
abhängt, zurückgenommen. Während der zweiten Stufe II
wird die Stärke des auftretenden Klopfens untersucht.
Während der Stufe III wird die Spätverstellung
erforderlichenfalls für den nächsten dynamischen Betrieb bzw.
Beschleunigung so geändert, daß die Klopfstärke näher an
die Klopfgrenze heranrückt. Jede dieser drei Stufen kann
für jeden Zylinder des Motors vorgesehen werden. Die
einzelnen Schritte in jeder der Stufen I, II und III
werden im folgenden ausführlich beschrieben.
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Dynamischer Motorbetrieb ist dann gegeben, wenn die
Motorlast sehr schnell steigt. Bei der hier beschriebenen
Ausführungsart der Erfindung wird der Saugrohrdruck als
Maß für die Motorlast benutzt. Der Saugrohrdruck wird in
regelmäßigen Abständen gemessen, vorzugsweise bei einem
bestimmten Kurbelwinkel innerhalb des Arbeitshubes jedes
Zylinders. Für diesen Zweck kann eine Abtast- und
Halteschaltung verwendet werden. Das Intervall Δ T ist gleich
dem Intervall zwischen zwei dynamischen
Motorbetriebsfällen. Bei steigendem Saugrohrdruck bzw. Motorlast, wie
im Diagramm "L" in Fig.1(a) gezeigt, wird aus der
Motorlast durch Tiefpaßfilterung die ebenfalls in Fig.1(a)
gezeigte Kurve LF gewonnen. Sind die "Stufen" im Diagramm
L sehr steil, so bedeutet dieses dynamischen Betrieb des
Motors. Die "Steilheit" der Stufen wird durch Berechnen
der Differenz zwischen der Motorlast und der gefilterten
Motorlast, d.h. der Differenz zwischen den Diagrammen L
und LF, bestimmt.
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Somit wird bei Schritt 1 des Ablaufplans von Fig. 2 die
Frage, ob dynamischer Motorbetrieb besteht, durch
Untersuchen der Werte von L und LF beantwortet. DYNERK
ist ein festgelegter Wert von L-LF, über dem dynamischer
Motorbetrieb angenommen wird. Ist L-LF > DYNERK, so wird
der Schritt 2 ausgeführt.
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Beim Schritt 2 wird ein Timer/Zähler auf den Anfangswerk
DYNANZ eingestellt und beginnt sofort von diesem Wert an
zu laufen. Beim Schritt 3 wird ein Wert LAST ZW1 in einen
Direktzugriffsspeicher (RAM) LAST ZW2 eingelesen. Der
Speicher LAST ZW2 speichert Werte für die Spätverstellung
der Zündung bei dynamischem Motorbetrieb. Wenn also
dynamischer Motorbetrieb festgestellt worden ist, so wird
LAST ZW1 in LAST ZW2 eingelesen, und der Zündzeitpunkt
wird um den Betrag LAST ZW1 in Richtung spät verstellt.
(Es versteht sich, daß der Motor bei normalen Bedingungen
mit abgespeicherten Kennwerten für den Zündwinkel bei
bestimmte Drehzahl- und Lastbedingungen arbeiten würde.)
Beim Schritt 4 wird ein Kennzeichen zur Anzeige von
dynamischem Motorbetrieb gesetzt. Die Schritte werden der
Reihe nach bei jedem Taktimpuls durchlaufen. Schritte,
die den Rest des Klopfregelsystems bilden, erfolgen nach
Schritt 4, und beim nächsten Taktimpuls beginnt das
System wieder bei Schritt 1. Damit ist die Beschreibung
der Betriebsstufe I abgeschlossen.
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Wenn beim nächsten Taktimpuls die Bedingung L-LF > DYNERK
immer noch befriedigt wird, werden die Schritte 2 bis 4
einfach nochmals ausgeführt.
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Wenn L-LF < DYNERK, wird der Schritt 5 ausgeführt. Hier
wird der Wert im RAM LAST ZW2 um den festgelegten Betrag
ABREKO dekrementiert. Dieser Schritt erfolgt bei jedem
nächsten Taktimpuls während L-LF < DYNERK mit der
Einschränkung,
daß LAST ZW2 nicht unter Null verringert
wird. Somit wird nach einer anfänglichen steilen Zunahme
der Motorlast die Zündung um den Betrag LAST ZW1 in
Richtung spät verstellt, und danach wird die
Spätverstellung allmählich auf Null zurückgenommen, so daß der
Zündwinkel dann wieder normal ist (nicht-dynamischer
Zustand)
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Beim Schritt 6 wird der Inhalt des Timers/Zählers
untersucht. Wenn die mit DYNANZ festgelegte Zeit nicht
abgelaufen ist, wird als nächster Schritt der Schritt 7
ausgeführt, und damit beginnt die Betriebsstufe II. Hier
wird die Stärke des auftretenden Klopfens untersucht.
Beim Schritt 7 erfolgt ein Vergleich zwischen der
gemessenen Klopfstärke und dem festgelegten Wert DYNKF.
Liegt die Klopfstärke über DYNKF, wird bei Schritt 8 ein
Kennzeichen für Beschleunigungsklopfen auf 1 gesetzt.
Liegt die Klopfstärke unter DYNKF, so wird sie bei
Schritt 9 mit einem zweiten festgelegten Wert NORMKF
verglichen. NORMKF zeigt, daß der Motor wie gewünscht bei
der Klopfgrenze arbeitet. Jedes Klopfen, das eine
korrigierende Maßnahme erfordert, liegt in der Stärke
über NORMKF. Liegt die Klopfstärke unter NORMKF, so
besagt dieses, daß der Motor unter der Klopfgrenze
arbeitet. Liegt die Klopfstärke unter DYNKF, jedoch über
NORMKF, wird bei Schritt 10 ein Kennzeichen für normales
Klopfen auf 1 gesetzt.
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Somit wird bei jedem Taktimpuls während der Zeit DYNANZ
und sobald L-LF nicht mehr größer ist als DYNERK, die
Klopfstärke untersucht.
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Nach Ablauf der Zeit DYNANZ lautet die Antwort auf die
Frage bei Schritt 6 "ja", und der nächste ausgeftihrte
Schritt ist der Schritt 11, mit dem die Betriebsstufe III
beginnt. Beim Schritt 11 wird das "Dynamik"-Kennzeichen
untersucht. Findet dynamischer Betrieb nicht statt,
besteht der einzige weitere Schritt im Setzen des
Kennzeichens für normales Klopfen auf Null bei Schritt 12.
Ist dynamischer Betrieb gegeben, dann wird das Dynamik-
Kennzeichen nach seiner Untersuchung bei Schritt 11 bei
Schritt 13 auf Null gesetzt.
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Bei Schritt 14 wird das Kennzeichen für
Beschleunigungsklopfen untersucht. Ist dieses Kennzeichen nicht gesetzt
worden, so wird das Kennzeichen für normales Klopfen bei
Schritt 15 untersucht. Ist das Kennzeichen für normales
Klopfen gesetzt worden, so wird es einfach bei Schritt 12
auf Null gesetzt. Ist das Kennzeichen für normales
Klopfen nicht gesetzt, d.h. liegt die Klopfstärke unter
der Klopfgrenze, so wird die durch ZW1 definierte
Spätverstellung der Zündung angepaßt, weil die
Spätverstellung die Abgasemission negativ beeinflußt. Wünschenwert
ist es, die Spätzündung zu optimieren, und zwar so, daß
sie einerseits so klein wie möglich ist, andererseits
aber sichergestellt ist, daß Klopfen über der
definierten Klopfgrenze nicht eintritt. Ist die Klopfstärke
gleich NORMKF oder liegt sie darunter, kann die
Spätzündung verringert werden, ohne daß es zu Klopfen kommt.
Somit wird, wenn die Klopfstärke gleich NORMKF ist oder
darunter liegt, der Wert von ZW1 um γ ZW1 bei Schritt 16
dekrementiert, aber mit Begrenzung auf Null bei Schritt
17, um sicherzustellen, daß die Zündung nicht vor ihrem
normalen Kennwinkel ALFA_Z verstellt wird.
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Wird bei Schritt 14 ein Beschleunigungsklopfen mit einer
Stärke über DYNKF festgestellt, so wird die
Spätverstellung der Zündung ZW2 angepaßt. Tritt Klopfen auf, so muß
stärkere Spätverstellung der Zündung erfolgen, um
weiteres Klopfen zu verhindern. Somit wird bei Schritt 18
das Beschleunigungskennzeichen auf Null zurückgesetzt und
wird bei Schritt 19 der Wert von ZW1 um Δ ZW1 erhöht,
jedoch mit Begrenzung nach oben bei Schritt 20.
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Lautet beim nächsten Taktimpuls die Antwort bei Schritt 1
"nein", so werden die Schritte 5 und 6 ausgeführt, aber
diesmal wird bei Schritt 7 das Dynamik-Kennzeichen auf
Null gesetzt und die Schritt 13 bis 20 erfolgen nicht.
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Beim nächsten "Schritt" im Diagramm von Fig. 1 (a) wird,
wenn wieder L-LF > DYNERK, d.h. beim nächsten dynamischen
Betrieb bzw. Beschleunigung, der bei den Schritten 13 bis
20 ermittelte neue Wert von ZW1 für Spätversellung der
Zündung eingestellt und die Stufen I, II und III werden
wiederholt. Wird während der Stufe II unter Verwendung
des neuen Wertes von ZW1 festgestellt, daß die
Klopfstärke immer noch größer ist als DYNKF oder kleiner als
NORMKF, so wird ZW1 während der Stufe III vergrößert oder
verkleinert. ZW1 wird also bei jeder Befriedigung der
Bedingung L-LF größer DYNERK angepaßt, so lange, bis die
Klopfstärke zwischen NORMKF und DYNKF liegt.
Anders ausgedrückt wird der Wert von ZW1 bei jedem
dynamischen Betrieb angepaßt, bis der optimale Wert
erzielt ist.
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Die Figuren 1(a) bis (e) veranschaulichen das
erfindungsgemäße Verfahren graphisch. Die Figur 1(a) zeigt die
Beziehung zwischen den bei Schritt 1 in Figur 2
untersuchten Werten L und LF. In den ersten beiden Intervallen
Δ T nach Figur 1(a) wird L-LF < DYNERK zur Abtastzeit
befriedigt. Im dritten Intervall Δ T gilt L- LF < DYNERK.
Es wird eingesehen werden, daß in der Praxis dynamischer
Motorbetrieb mehrere Sekunden lang dauern würde. Δ T
kann somit bis zu 10 Sekunden betragen. Die Figur 1(b)
veranschaulicht den Wert des Timers/Zählers. Bei dem
Taktimpuls, der dem Meßpunkt im Diagramm für L
entspricht, wir der Wert im Timer/Zähler 3 auf DYNANZ
gestellt, und dann erfolgt Ablauf auf Null. Wird L-LF >
DYNERK für mehrere aufeinanderfolgende Taktimpule
befriedigt, wird der Wert im Timer/Zähler auf DYNANZ
gehlten, bis L-LF < DYNERK.
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Man wird feststellen, daß DYNANZ ein "Zeitfenster"
definiert, in dem Klopfen erfaßt wird. Die Frequenz der
Taktimpulse und die Dauer der Zeit DYNANZ sind so zu
wählen, daß Klopfen mit Sicherheit wirksam erfaßt wird.
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Die Figur 1(c) zeigt den Wert von LAST ZW2 in
Abhängigkeit von der Zeit. Der Wert LAST ZW2 wird beim
Dekrementieren des Timers/Zählers dekrementiert. Die
Zeitdauer, bis der Zündwinkel zum normalen Kennwert ALFA-
Z zurückkehrt, variiert entsprechend dem Anfangswert von
LST ZW2 der LAST ZW1 ist. Die Zeitdauer, bis der
Zündwinkel in Normaleinstellung zurückkehrt, ist in der Figur
(c) mit AUFREG angegeben.
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Die Figur 1(d) zeigt die Einstellung des Kennzeichens für
Beschleunigungsklopfen und des Kennzeichens für normales
Klopfen. Die ausgezogene Linie bezeichnet das Kennzeichen
für Beschleunigungsklopfen, die gestrichelte Linie das
für normales Klopfen. Im ersten gezeigten Zeitintervall
Δ Tt&sub1; wird Beschleunigungsklopfen in einer Stärke über
DYNKF festgestellt, und das Kennzeichen für
Beschleunigungsklopfen wird irgendwann während der Zeitspanne
DYNANZ gesetzt. Es wird bei Schritt 18 nach Ablauf der
Zeitspanne DYNANZ auf Null zurückgesetzt. Im zweiten
Intervall liegt die Stärke des während DYNANZ
festgestellten Klopfens über NORMKF, aber unter oder gleich
DYNKF, so daß das Kennzeichen für normales Klopfen
gesetzt wird (Schritt 10). Das Kennzeichen für normales
Klopfen wird nach Ablauf von DYNANZ bei Schritt 12
zurückgesetzt.
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Die Figur 1(e) zeigt, wie ZW1 mit der Zeit variiert.
Beschleunigungsklopfen wird im ersten Meßintervall
Δ T festgestellt, wie das Kennzeichen in Figur 1(d)
zeigt, und somit wird der Wert von ZW1 nach der Zeit
DYNANZ, bei der die Schritte 11 bis 20 ausgeführt werden,
um Δ ZW1 erhöht. Während des zweiten Meßintervalls nach
Figur 1 wird das Kennzeichen für normales Klopfen
gesetzt, und eine weitere Anpassung von ZW1 ist nicht
erforderlich.
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Die obige Beschreibung verdeutlicht, daß das
erfindungsgemäße Verfahren für die Umgebungsbedingungen, die in
jedem Betriebsfall des Motors auftreten, adaptiv ist.
Jedesmal, wenn dynamischer Motorbetrieb erfaßt wird, wird
der Wert von ZW1 geändert, bis die Motorzündung
vorübergehend so verzögert ist, daß klopfende Verbrennung einer
wählbaren Stärke vermieden wird. Beim Starten des Motors
wird der adaptive Wert LAST ZW1 auf einen definierten
Anfangswert eingestellt.
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Ein wichtiger zu beachtender Punkt ist, daß die
vorstehend erwähnte wählbare Stärke, d.h. DYNKF, beispielsweise
zum Anpassen des Verfahrens für unterschiedliche Motoren
geändert werden kann. Das Verfahren ist somit vielseitig
und kann in vielerlei Anwendungen eingesetzt werden.
Fig. 1
Legende:
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A = Timer/Zähler
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B = -Klopfsstärke > DYNKF
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C = - - -Klopfstärke < DYNKF
Fig. 2
Legende:
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1 = L-LF > DYNERK ?
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2 = Timer/Zähler = DYNANZ setzen
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3 = LAST ZW2 = LAST ZW1
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4 = Dynamik-Kennzeichen = 1 setzen
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5 = LAST ZW2 = LAST ZW2 - ABREKO. Begrenzung auf 0
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6 = Timer/Zähler = 0 ?
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7 = Klopfstärke > DYNKF ?
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8 = Kennzeichen für Beschleunigungsklopfen = 1
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9 = Klopfstärke > NORMKF
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10 = Kennzeichen für normales Klopfen = 1
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11 = Dynamik-Kennzeichen = 1 ?
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12 = Kennzeichen für normales Klopfen = 0 setzen
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13 = Dynamik-Kennzeichen = 0 setzen
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14 = Kennzeichen für Beschleunigungsklopfen = 1 ?
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15 = Kennzeichen für normales Klopfen = 1 ?
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16 = LAST ZW1 = LAST ZW1 - γZW1
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17 = Begrenzung auf 0
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18 = Kennzeichen für Beschleunigungsklopfen = 0 setzen.
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19 = LAST ZW1 = LAST ZW2 plus Δ ZW1
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20 = Begrenzung auf maximal ZW1
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NO = NEIN
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YES = JA