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Stand der
Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Erkennung undichter Einspritzventile
bei einer fremdgezündeten,
mit einer Einspritzanlage ausgerüsteten
Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Bei
den genannten Brennkraftmaschinen saugt eine Elektrokraftstoffpumpe
aus dem Tank Kraftstoff an und drückt diesen in die Leitungen,
die zu den Einspritzventilen führen.
Dabei ist jedem Zylinder der Brennkraftmaschine ein eigenes Einspritzventil
zugeordnet, das den Kraftstoff mit hohem Druck ins Saugrohr der
Brennkraftmaschine oder in den Einlaßkanal spritzt. Eine solche
Benzineinspritzung wird beispielsweise in: "Bosch Kraftfahrtechnisches Taschenbuch", 19. Auflage, 1984,
Seite 366 bis 373" beschrieben.
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Bei
diesen Einspritzsystemen besteht die Gefahr, daß bei undichten Einspritzventilen
bei abgestelltem Motor aus dem Druckspeicher Kraftstoff ins Saugrohr
gelangen kann, der beim nachfolgenden Start der Brennkraftmaschine
zur Überfettung,
zu Startaussetzern oder zu verlängertem
Startvorgang führen
kann und gleichzeitig zu hohen Schadstoffemissionen führt.
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Ferner
ist aus der
JP 63038657
A eine Vorrichtung zur Fehlerdiagnose eines Saugroh-Einspritzsystems
bekannt, bei der während
einer Verlangsamung der Brennkraftmaschine die Kraftstoffzufuhr
unterbrochen und im Abgas mit Hilfe eines Sauerstoff-Sensors überprüft wird,
ob sich ein magerer Gemischzustand einstellt. Liegt ein solcher
Zustand innerhalb bestimmter Grenzen oder Schwellenwerte nicht vor,
wird auf eine Leckage des Einspritzsystems geschlossen.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß undichte
Einspritzventile zuverlässig
erkannt werden, ohne daß zusätzliche
Bauelemente verwendet werden müssen.
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Dazu
werden beim Startvorgang nach erkannter ausreichender Abstellzeit
und nach erfolgter Synchronisation auch nichteingespritzte Zylinder
gezündet
und es wird dabei überwacht,
ob nach der Zündung
eine oder mehrere Entflammungen in diesen nichteingespritzten Zylindern
erfolgen. Da diese Entflammungen zu einer erhöhten Drehzahl führen würden, ist
die Erkennung der Entflammungen besonders einfach möglich, indem
der Drehzahlverlauf vor und nach den ersten Zündungen ausgewertet wird.
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Liegt
die Drehzahl nach den ersten Zündungen
der nicht eingespritzten Zylinder, höher als die Drehzahl vor den
ersten Zündungen,
sind die zusätzlichen
Entflammungen erkannt und damit auch die undichten Einspritzventile.
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Weitere
Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
möglich.
Dabei ist besonders vorteilhaft, daß die Prüfung auf Dichtheit der Einspritzventile
nicht bei jedem Start erfolgen muß. Weiterhin ist vorteilhaft,
daß die
Prüfung
nicht zur Verlängerung
der Startzeit führt.
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Da
verschiedene Prüfbedingungen
festlegbar sind, kann eine erste sensible Prüfung zur Erkennung geringer
Undichtheiten und weitere unsensible Prüfungen zur Erkennung grober
Undichtheiten durchgeführt
werden.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Dabei zeigt 1 eine grobe Übersicht
der erfindungswesentlichen Bestandteile des Einspritzsystems einer
Brennkraftmaschine, 2 zeigt ein Flußdiagramm,
das eine Möglichkeit
der beanspruchten Verfahrens darstellt und in 3 sind
einige der wesentlichen Zusammenhänge zwischen den Stellungen
der einzelnen Wellen, also der Kurbel- und der Nockenwelle der Brennkraftmaschine
und den Einspritzwinkel bzw. -zeiten sowie der Zündwinkel bzw. -zeiten über dem
Kurbelwellenwinkel bzw. der Zeit dargestellt.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispieles
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In 1 ist
ein Kraftstoffversorgungssystem schematisch dargestellt, bei dem
der Kraftstoff, der sich im Kraftstoffbehälter 10 befindet von
der Elektrokraftstoffpumpe 11 durch ein Kraftstoffilter 12 zum Kraftstoffverteilerrohr
bzw. Kraftstoffdruckspeicher 13 gepumpt wird. Ein Druckregler 14 regelt
den Kraftstoffdruck, der dem Einspritzventil 15 zur Verfügung steht. Über einen
Schwingungsdämpfer 16 und
die Rücklaufleitung 17 gelangt
der überschüssige Kraftstoff
in den Kraftstoffbehälter 10 zurück.
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Das
Einspritzventil 15 spritzt den Kraftstoff bei Bedarf in
der Nähe
des Zylinders 18 in das Saugrohr 19 ein, mit Hilfe
der Zündkerze 20 läßt sich
das entstehende Gemisch zünden.
Gesteuert wird das gesamte System mit Hilfe eines nicht dargestellten Steuergerätes.
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Bei
Viertakt-Brennkraftmaschinen, bei denen sich die Kurbelwelle je
Arbeitsspiel zweimal dreht und also einen Winkel von 720° überstreicht,
bevor ein Zylinder wieder in die gleiche Arbeitsstellung kommt, wird
nach dem Start zunächst
eine Synchronisation durchgeführt,
bevor die ersten Zündungen
erfolgen.
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Dazu
ist es beispielsweise aus der DE-P 41 41 713 bekannt, mit Hilfe
eines Kurbelwellen- und eines Nockenwellengebers diese Synchronisation durchzuführen und
außerdem
im Steuergerät
Einspritz- und Zündsignale
zu erzeugen, die gewährleisten,
daß jeweils
bei der richtigen Stellung eine Einspritzung bzw. Zündung erfolgt.
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Bei
einem solchen System läuft
nun ein Verfahren zur Erkennung undichter Einspritzventile ab, das
anhand des in 2 dargestellten Flußdiagramms
erläutert
werden soll. Dieses Verfahren läuft neben
der üblichen
Steuerung und Regelung der Zündung
und Einspritzung im Steuergerät
ab. Im Steuergerät
werden auch die benötigten
Daten abgespeichert.
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Damit
das Verfahren zur Erkennung undichter Einspritzventile zuverlässig abläuft muß sichergestellt
sein, daß einige
erforderliche Voraussetzungen erfüllt sind.
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Eine
dieser Bedingungen ist, daß beim
letzten Betrieb der Brennkraftmaschine nicht nur ein Startversuch
durchgeführt
wurde, sondern ein ordnungsgemäßer Betrieb
vorlag. Weitere solche Bedingungen sowie ihre zuverläßliche Erkennung
sind der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand des Flußdiagramms
nach 2 zu entnehmen. Die zum Verständnis erforderlichen Zusammenhänge sind 3 sowie der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
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Beim
Verfahren nach 2 wird dazu im Schritt S1 aus
den zuvor im Steuergerät
abgespeicherten Daten ermittelt, ob die Motortemperatur beim vorhergehenden
Betrieb TMotab größer oder gleich 80° Celsius
war. Wird im Schritt S1 erkannt, daß dies der Fall war, ist sichergestellt,
daß der
vorhergehende Betrieb der Brennkraftmaschine ein ordnungsgemäßer Betrieb
war, es wird dann im Schritt S2 geprüft, ob die Motortemperatur
beim Start TMotst in einem Bereich zwischen etwa
25° und
35° Celsius
liegt. Nur wenn auch diese Bedingung erfüllt ist, läuft das weitere Programm zur
Erkennung undichter Einspritzventile ab.
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Wird
dagegen im Schritt S1 oder im Schritt S2 erkannt, daß die geforderte
Bedingung nicht erfüllt ist,
liegt entweder keine ausreichende oder eine zu kurze Abstellzeit
vor, bzw. der vorhergehende Betrieb war zu kurz, so daß das erfindungsgemäße Verfahren
nicht weiter durchgeführt
werden kann.
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Im
Schritt S3 werden Drehzahlimpulse im Start erkannt und es wird in üblicher
Weise aus Zahnperioden, also dem zeitlichen Abstand zwischen zwei an
einem Geber vorbeilaufenden Zähnen
eines Geberendes, eine Momentandrehzahl nmo gebildet,
die im Schritt S4 daraufhin überwacht
wird, ob ein Drehzahlmaximum nmomx vorliegt
oder nicht. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, wird der Schritt S4 nochmals durchlaufen,
erst wenn die Bedingung erfüllt
ist, findet im nächsten
Schritt S5 eine Überwachung
auf ein Momentandrehzahlminimum nmomn statt.
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In
den Schritten S4 und S5 wird also nachdem Drehzahlimpulse im Start
erkannt wurden und nachdem im Schritt S3 Momentandrehzahlwerte gebildet
wurden, zuerst auf ein Drehzahlmaximum n und dann auf ein Momentandrehzahlminimum
nmomn überwacht.
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Im
Schritt S6 wird die Drehzahldifferenz Δn1 =
nmomx – nmomn gebildet. Im Schritt S7 wird diese Drehzahldifferenz
mit einem vorgebbaren Schwellwert verglichen. Ist die Differenz
n1 größer als
der Schwellwert, kann davon ausgegangen werden, daß der Anlasser
den Motor bereits auf die erforderliche Anlasserdrehzahl gebracht
hat, wobei keine Entflammungen aufgetreten sind. Ist dies jedoch
nicht der Fall, wird also im Schritt S7 erkannt, daß Δn1 nicht größer als der vorgebbare Schwellwert
ist, kann der Schritt S4 erneut erfolgen, es kann also wiederum überprüft werden,
ob die Momentandrehzahl ein Drehzahlmaximum oder ein Drehzahlminimum (Schritt
S5) aufweist.
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Diese
Abfrage kann jedoch nur solange erfolgen, bis nach der Synchronisation
ein Segment, also ein Bereich zwischen zwei Nockenwellenmarken durchgelaufen
ist. Anderenfalls würde
die Startdauer unnötig
verlängert.
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Wird
jedoch im Schritt S6 erkannt, daß der Schwellwert SW für Δn1 überschritten
ist, wird bei positivem Ergebnis im Schritt S7 im Schritt S8 geprüft, ob inzwischen
eine Synchronisation erfolgt ist. Ist diese Synchronisation nicht
erfolgt, wird erneut Schritt S4 unter den bereits erwähnten Voraussetzungen
aktiviert. Dies wird solange fortgesetzt, bis die Synchronisation
erkannt wird. Wird im Schritt S8 die Synchronisation erkannt, wird
der letzte Drehzahlwert nmomx als Drehzahlwert
n1mx gesetzt. Im Flußdiagramm ist dies im Schritt
S9 dargestellt.
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Im
sich anschließenden
Schritt S10 wird die Erfassung der mittleren Drehzahl n - in üblicher
Weise aus den Segmentperioden durchgeführt, beginnend mit n -1, dabei werden beispielsweise aus den Abständen der
negativen Flanken eines Nockenwellengebersignales, die nahe beim
Startzündwinkel
liegen, Zeiten gebildet, die umgekehrt proportional zur Drehzahl
sind. Diese Drehzahlmittelwertbildung hat den Vorteil, daß etwa die
mittlere Drehzahl zwischen zwei Zündungen gebildet wird, gemittelt
wird dabei über einen
Bereich, in dem sich das Geberrad um einen durch ein Segment, z.B.
90° definierten
Winkel gedreht hat. Gleichzeitig mit dieser Drehzahlerfassung beginnt
das Steuergerät
mit der Ausgabe der Zünd- und
Einspritzimpulse.
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Da
zu diesem Zeitpunk auch die nicht eingespritzten Zylinder gezündet werden,
erfolgt ein Drehzahlanstieg, der vom Vorhandensein eines undichten Einspritzventile
abhängt
dies wird mit den nächsten Schritten
erkannt.
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Die
im Schritt S10 beschriebene Erfassung der mittleren Drehzahl n - läuft während des
Betriebs der Brennkraftmaschine kontinuierlich weiter. Die erste,
unmittelbar nach Ausgabe der ersten Zündung erfaßte mittlere Drehzahl n -2 wird im Schritt S11 daraufhin überprüft, ob sie
deutlich über
dem Drehzahlwert n1mx liegt. Ist dies der
Fall, muß eine
Entflammung aufgetreten sein ohne daß der zugehörige Zylinder eine Einspritzung
erhalten hat. Dies ist nur möglich,
wenn wenigstens eines der Einspritzventile undicht ist, so daß Kraftstoff
an der betreffenden Stelle ins Saugrohr gelangen konnte. Die Erkennung, daß eines
der Einspritzventile undicht ist, erfolgt im Schritt S12.
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Wird
im Schritt S11 erkannt, daß die
mittlere Drehzahl n2 deutlich unter der Drehzahl n1mx liegt, wird
im Schritt S13 geprüft,
ob die Drehzahl n -3 größer ist als die Drehzahl n1mx plus Schwellwert.
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Ist
dies der Fall, muß wenigstens
ein Einspritzventil undicht sein, dies wird im Schritt S12 erkannt.
Wird dagegen die Bedingung des Schritts S13 nicht erfüllt, sind
keine zusätzlichen
Entflammungen aufgetreten, daraus wird erkannt, daß alle Einspritzventile
dicht sind. Die Erkennung, daß alle
Einspritzventile dicht sind, ist als Schritt S14 dargestellt.
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Bei
dichten Einspritzventilen darf erst nach der ersten möglichen
Einspritzung und nach der zugehörigen
Zündung
ein Hochlauf der Drehzahl erfolgen, es darf somit erst dann die
Drehzahl n3 deutlich über der Drehzahl n1mx liegen.
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Die
möglicherweise
auftretenden Drehzahlen sind im übrigen
in
3 über dem Kurbelwellenwinkel α
KW aufgetragen.
Weiterhin ist in
3 der Zusammenhang
zwischen dem Nockenwellensignal und dem Kurbelwellensignal über dem
Winkel und der Zeit aufgetragen, zusätzlich sind noch Einspritzzeiten
und Zündzeitpunkte
für die
einzelnen Zylinder für
das Beispiel einer Sechszylinder-Brennkraftmaschine angegeben, dabei
wurde ein Gebersystem wie es in der deutschen Patentanmeldung
P 41 41 713 beschrieben ist,
eingesetzt.
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Im
einzelnen zeigt 3a den Kurbelwellenwinkel αKW und
die Zeit t. In 3b ist das Nockenwellensignal
NWS, dessen Rückflanke
als Zündmarke
dient, und in 3c sind das Kurbelwellensignal sowie
die Triggermarken tR angegeben. Mit BM ist die Bezugsmarke bezeichnet.
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Die
momentane Drehzahl nmom(αKW)
sowie verschiedene Drehzahlen n1mx, n1, n1, n2,
n3 sind für drei unterschiedliche Bedingungen
angegeben, wobei I für
wenigstens ein undichtes Einspritzventil steht, bei II sind die
Einspritzventile dicht und bei III wird die Einspritzung verzögert, damit
mehr Einspritzventile auf Undichtheit überwacht werden können.
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In 3e sind
die an sich bekannten Zusammenhänge
zwischen Einspritzung und Zündung
für die
einzelnen Zylinder einer Sechszylinder Brennkraftmaschine in üblicher
Weise dargestellt. Die ersten Einspritz- und Zündsignale erfolgen nach der
erfolgreichen Synchronisation, die mit S bezeichnet ist. Die Einspritzimpulse
sind mit ti3, ti4, ti5 usw. bezeichnet, während der Phasen A, B, ...
sind die Einlaßventile
geöffnet.
Die Zündungen
sind mit Zü1,
Zü2, ...
bezeichnet.
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Das
in 2 dargestellte Verfahren ist ein mögliches
Verfahren, das an verschiedenen Stellen erweitert bzw. abgeändert werden
kann, wobei je nach Erfordernis folgende Varianten möglich sind:
Zusätzlich zu
den bereits angegebenen Drehzahlen kann die Momentandrehzahl sowie
der Maximalwert der Drehzahl auch nach der ersten Zündung gebildet werden.
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Die
mittlere Drehzahl n - muß nicht
aus dem Nockenwellengebersignal abgeleitet werden sondern kann beispielsweise
aus dem Zeitabstand zwischen zwei Zündungen ermittelt werden, wobei
bei Zündwinkeländerungen
in diesem Fall ein geringer Fehler auftreten kann.
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Es
ist möglich,
einen über
ein Nockenwellensegment gemittelten Drehzahlwert n - als Referenz zu verwenden
anstatt des Drehzahlwertes n1mx.
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Die
Bildung der Drehzahlmittelwertreferenz kann verzögert werden, beispielsweise
kann abgewartet werden, bis zwei Nockenwellengebersegmente durchgelaufen
sind, es ist damit sichergestellt, daß bereits stationäre Verhältnisse
nach dem Anlaßvorgang
vorliegen.
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In
einer weiteren Ergänzung
ist es möglich, den
Beginn der Einspritzung zu verzögern
um mehrere nicht eingespritzte und gezündete Zylinder überwachen
zu können,
eine solche Vorgehensweise liefert die in 3 mit
Kurve III bezeichnete Drehzahländerung.
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Zur
Erkennung undichter Einspritzventile kann vorgesehen werden, erst
dann wenn mindestens zwei oder noch mehr uneingespritzte Zylinder entflammen
ein entsprechendes Erkennungssignal zu bilden.
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Die
Durchführung
der Überprüfung ob
die Einspritzventile undicht sind und gegebenenfalls der Verzögerung der
Einspritzung kann auf einen engen Starttemperaturbereich begrenzt
werden, indem die in den Schritten S1 und S2 geprüften Motortemperaturen
entsprechend angepaßt
werden. Es ist weiterhin auch möglich,
daß nicht
bei jedem Start, sondern beispielsweise nur bei jedem fünften Start
oder allgemein bei jedem m-ten Start eine Prüfung auf Dichtheit erfolgt,
damit wird die Startdauer im Normalfall nicht unnötig verlängert.
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Wenn
im Schritt S12 erstmalig undichte Einspritzventile erkannt werden,
kann im obengenannten Fall dazu übergegangen
werden, die Durchführung
der Prüfung
auf Dichtheit der Einspritzventile bei jedem Start durchzuführen. Die
gegebenenfalls eingeleitete Verzögerung
der Einspritzung kann erst nach Erkennung undichter Einspritzventile
ohne Verzögerung
durchgeführt
werden.
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Je
nach eingesetzter Variante können
statt einem auch mehrere undichte Einspritzventile erkannt werden.
Auch lassen sich sensibleren Prüfungen,
die alle, auch geringe Undichtheiten erkennen lassen, durchführen oder
mit Hilfe der verzögerten Einspritzung
ist es möglich,
lediglich grobe Undichtheiten zu erkennen.
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Eine
Unterscheidung auf geringe oder große Undichtheit kann auch dadurch
erfolgen, daß die
Abstellzeiten bei denen der Drehzahlhochlauf ohne Einspritzung erfolgt,
ausgewertet werden, dabei läßt sich
aus einem Drehzahlhochlauf mehrfach bei kurzer Abstellzeit eine
grobe Undichtheit erkennen und aus einem Hochlauf der mehrfach bei
langer Abstellzeit erfolgt die Erkennung einer feinen Undichtheit.
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Ferner
kann bei normalen Startvorgängen überprüft werden,
ob bei den eingespritzten und gezündeten Zylindern kein Drehzahlanstieg
auftritt. Ist dies der Fall, deutet dies darauf hin, daß durch
undichte Einspritzventile ein zu fettes Gemisch resultiert, was
eine Entflammung verhindert. Somit kann die Unterdrückung der
ersten Einspritzimpulse zur Undichtheitserkennung erst im Anschluß an derart verzögerte normale
Starts erfolgen. Solange also normale Starts mit sofortiger Entflammung
staffinden, erfolgt somit nie die Unterdrückung der ersten Starteinspritzungen,
d.h. es gibt keine lästige
Startzeitverlängerung.
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Eine
weitere Möglichkeit
der Prüfung
der Einspritzventile auf Dichtheit kann nach beliebiger Abstellzeit
erfolgen, wenn der vorhergehende Betriebszyklus eindeutig außerhalb
des Startbetriebes mit sicherem Motorhochlauf erfolgt ist und das
Abstellen des Motors durch Abschalten der Einspritzung mit weiterlaufender
Zündung
erfolgt ist. Dazu muß jedoch
die Zündspule über ein
vom Steuergerät
angesteuertes Relais, beispielsweise das EKP-Relais und nicht direkt
von Klemme KL15 versorgt werden.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist sichergestellt, daß kein
Kraftstoff durch normale Einspritzpulse vorgelagert sein kann. Es
kann damit ermöglicht werden,
daß auch
Ventile mit größerer Undichtheit, die
bei langem Abstellen der Brennkraftmaschine zu sehr großen Kraftstoffüberschüssen führen, und
damit keine Entflammung ermöglichen,
dennoch erkannt werden, und zwar nach kurzer Abstellzeit.