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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anlassen
von Verbrennungsmotoren gemäß dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1 und auf ein System, das für die Anwendung des vorliegenden
Verfahrens verwendet wird.
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Ein
solches Verfahren ist aus der Britischen Patentanmeldung GB-A-1
567 041 bekannt, die ein Verfahren offenbart, das die Schritte des
Vorsehens von Brennstoffinjektoren für jede einer Vielzahl von Verbrennungskammern
und des Versorgens einer ersten der Kammern mit einem spezifischen Luft-Brennstoff-Verhältnis (A/F)
A/F1 unter Verwendung einer ersten Brennstoffmenge F1 während der ersten
vollständigen
Umdrehung des Motors während
des Anlassens umfasst. Die zweiten, dritten, usw. Brennstoffkammern
des Motors werden mit verringerten Verhältnissen A/F1, A/F2, usw.,
schrittweise verringert durch schrittweise Erhöhung der Brennstoffmengen F2,
F3, usw., versorgt.
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Ferner
ist aus US-A-5,605,138 ein Verfahren zum Anlassen von Verbrennungsmotoren
bekannt, in dem ein Verfahren zum Anlassen der Motoren mit einer
anderen Brennstoffart beschrieben ist, wobei die Menge des zugeführten Brennstoffes
aus einem Basiswert bestimmt wird. In Abhängigkeit von der Veränderung
der Motordrehzahl während
des Anlassens wird bestimmt, ob eine Korrektur des Basiswertes der zugeführten Brennstoffmenge
erforderlich ist oder nicht. So kann zum Beispiel die zugeführte Brennstoffmenge
um etwa 20% nach jeder zweiten Umdrehung erhöht werden, wenn keine Zündung erfolgt. Dieses
allmähliche
Erhöhen
wird wiederholt bis der Motor auf seine Drehzahl kommt.
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In
US-A-5,579,737 ist ein anderes Verfahren aufgezeigt, in dem ein
mögliches
Nachtankereignis nachgewiesen wird. Wenn kein Nachtankereignis nachgewiesen
wird, wird die Brennstoffkorrektur verwendet, die beim letzten Antriebszyklus
bestimmt wurde. Wenn Nachtanken nachgewiesen wird, wird die Brennstoffkorrektur
auf einen Vorgabewert zurückgestellt.
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In
US-A-3,982,519 wird ein noch anderes Verfahren der Brennstoffanreicherung
während
des Anlassens des Motors aufgezeigt, in dem zu Beginn eine unterstöchiometrische
Brennstoffmenge zur Verbrennung während des Anlassens verwendet wird.
Ein schrittweiser Zuwachs der Brennstoffmenge wird danach parallel
zu dem Anlassprozess verwendet.
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Ein
Verfahren zum Zuführen
von Brennstoff zu einem Verbrennungsmotor während des Anlassens mit einem
gleichbleibenden Brennstoffzuwachs während des Anlassens ist in
US-A-4,438,748 aufgezeigt.
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In
den meisten Verbrennungsmotoren, die mit entweder Benzin, Dieselöl, flüssigem Ölgas (LPG)
oder Naturgas betrieben werden können,
ist das Brennstoffeinspritzsystem an die Qualität und an die Eigenschaften
des verwendeten Brennstoffes angepasst. Das Anlassen von Motoren
mit einer anderen Brennstoffart, als der vorher verwendete Brennstoff,
könnte
Anlassprobleme hervorrufen. In den meisten Fällen ist das Brennstoffsystem
in der Lage, sich an den vorher verwendeten Brennstoff anzupassen
und es ist eine bestimmte Art der Korrektur oder der Anpassung für die Brennstoffzufuhr
festgelegt worden.
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Eine
andere Brennstoffart könnte
entweder anderen Gemischen von Naturgas mit anderen Heizwerten oder
anderen Gemischen von Benzin/Methanol für flexible Motoren oder verschiedenen
Gemischen von Benzin oder Dieselöl
mit anderen Oktan- bzw. Zetanzahlen oder Benzin mit anderer Flüchtigkeit
entsprechen.
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Andere
Lösungen,
die in Systemen implementiert sind, die in der Lage sind, mit einer
anderen Brennstoffart angelassen zu werden, haben einen Zwischenbrennstofftank verwendet.
Der Zwischenbrennstofftank ist in einer gesteuerten Weise von dem
Hauptbrennstofftank getrennt. Der Zweck eines solchen Zwischenbrennstofftanks
ist, in der Lage zu sein, mit derselben Brennstoffart anzulassen,
wie der des vorher verwendeten Brennstoffs, d.h. des Brennstoffes
vor dem Absperren. Selbst wenn der Motor vor dem Absperren mit reinem
Benzin betrieben wurde und Methanol in den Hauptbrennstofftank nachgetankt
wurde, konnte der Motor erfolgreich angelassen werden. Nachdem der
Motor angelassen ist, nimmt der Inhalt des Zwischentanks allmählich dieselbe Qualität an, wie
der in dem Hauptbrennstofftank enthaltene Brennstoff.
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Andere
Lösungen
umfassen einen Brennstoffqualitäts-Sensor.
Diese Sensoren haben jedoch einen niedrigen Zuverlässigkeitsgrad
gezeigt und sie erhöhen
die Kosten für
das Brennstoffsystem beträchtlich.
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Ein
Problem mit dem Stand der Technik, der einen schrittweisen Zuwachs
von Brennstoff, ausgehend von einem „mageren„.Basis-Luft-Brennstoff-Gemisch,
verwendet, ist, dass eine Anzahl von Fehlzündungen in allen Zylindern
auftritt, bevor der Motor erfolgreich angelassen ist. Das ist eine
unerwünschte
Situation in Bezug auf die Umwelt, da unverbrannter Brennstoff austritt
und die Emissionspegel von Kohlenwasserstoffen ansteigen. Auch das Anlassen
des Motors dauert länger
als notwendig und führt
zu einer Entleerung der Batterie. Ein Problem mit Lösungen,
die Zwischenbrennstofftanks verwenden ist, dass eine Anzahl von
Ventilen und Brennstoffpumpen vorgesehen sein muss, was die Kosten
des Systems beträchtlich
erhöht.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein System zur
Steuerung der Brennstoffzufuhr beim Anlassen zur Verfügung zu
stellen, in denen die vorher angeführten Nachteile der Verfahren und
Systeme des Standes der Technik vermieden werden.
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1 gelöst,
welches die kennzeichnenden Merkmale des kennzeichnenden Teils von
Anspruch 1 aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das korrekte Luft-Brennstoff-Verhältnis für das erfolgreiche
Anlassen eines Motors schneller unter Verwendung verschiedener Luft-Brennstoff-Verhältnisse
in jeder der Verbrennungs kammern ermittelt werden. Wegen des schnelleren
Anlassens des Motors wird die Möglichkeit
des Entleerens der Batterie während
der Anlassens geringer. Ein schnelleres Anlassen des Motors führt weiterhin
zu einer Verringerung der Kohlenwasserstoffpegel.
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Das
Verfahren ermöglicht
auch eine gleichmäßige Verteilung
der Luft-Brennstoff-Verhältnisse über die
verschiedenen Verbrennungskammern, wodurch ein schneller Nachweis
des für
die Zündung
erforderlichen richtigen Luft-Brennstoff-Verhältnisses erlaubt wird. Vorzugsweise
ist die erste vorbestimmte Menge gleich dem ersten Luft-Brennstoff-Verhältnis, dividiert
durch die Anzahl von Verbrennungskammern des Motors minus Eins.
So ist zum Beispiel das erste Luft-Brennstoff-Verhältnis das
höchste
für den Motor
wahrnehmbare Luft-Brennstoff-Verhältnis und das zweite Luft-Brennstoff-Verhältnis ist
das niedrigste für
den Motor wahrnehmbare Luft-Brennstoff-Verhältnis. Auf diese Weise wird
der vollständige
Bereich möglicher
Luft-Brennstoff-Verhältnisse
durch alle Verbrennungskammern abgedeckt und es ist wahrscheinlich,
dass in einer der Verbrennungskammern eine erfolgreiche Zündung erfolgt.
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In
einer weiteren Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird während
einer vorgegebenen Anzahl von Zyklen das Luft-Brennstoff-Verhältnis einer
zweiten Verbrennungskammer mit einem niedrigeren Luft-Brennstoff-Verhältnis als
das Luft-Brennstoff-Verhältnis in
der ersten Verbrennungskammer auf eine zweite vorgegebene Menge
oberhalb des ersten Luft-Brennstoff-Verhältnisses in der ersten Verbrennungskammer
gesteuert. Das führt
zu einer Zwangsentlüftung
der Verbrennungskammern, welche zu Anfang ein zu fettes Luft-Brennstoff-Gemisch aufgenommen
haben.
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In
einer noch weiteren Ausführung
wird während
einer vorgegebenen Anzahl von Zyklen nach Nachweisen von fortlaufender
Verbrennung und Nicht-Verbrennung in der ersten Verbrennungskammer
das Luft-Brennstoff-Verhältnis
einer zweiten Verbrennungskammer mit einem niedrigeren Luft-Brennstoff-Verhältnis als
das Luft-Brennstoff-Verhältnis in der
ersten Verbrennungskammer auf eine zweite vorgegebene Menge unterhalb
des das Luft-Brennstoff-Verhältnisses
in der ersten Verbrennungskammer gesteuert, um zu überprüfen, ob
ein etwas niedrigeres Luft-Brennstoff-Verhältnis für eine erfolgreiche Zündung notwendig
ist. Der Nachweis von abwechselnder Verbren nung und Nicht-Verbrennung kann
ein Hinweis darauf sein, dass das Luft-Brennstoff-Verhältnis in
dieser Verbrennungskammer für eine
korrekte Zündung
etwas zu niedrig ist, wobei die abwechselnden Verbrennungen durch
Rückführung von
Brennstoff aus dem vorhergehenden Zyklus ohne Verbrennung bewirkt
werden. Die vorliegende Ausführung
sichert daher ein zuverlässigeres
Anlassen des Motors. Als eine Alternative wird die zweite vorbestimmte
Menge durch ein Rückführungsmodell von
restlichem Brennstoff in den Verbrennungskammern des Motors bestimmt.
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In
einer weiteren Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das Luft-Brennstoff-Verhältnis in
allen Verbrennungskammern um eine dritte vorbestimmte Menge verringert,
wenn keine erfolgreiche Zündung
während
einer vorbestimmten Anzahl von Zündungen
nachgewiesen wurde. In einigen Verbrennungsmotoren, insbesondere
in solchen, die Naturgas verwenden, kann die Toleranz für das für die Zündung richtige
Luft-Brennstoff-Verhältnis
sehr eng sein. Es kann daher vorkommen, dass keines der Luft-Brennstoff-Verhältnisse
in den Verbrennungskammern zu einer erfolgreichen Zündung führt. Durch
gleiches Verändern
aller Luft-Brennstoff-Verhältnisse
um eine dritte vorbestimmte Menge (Verringerung oder Zuwachs) während einer
vorbestimmten Anzahl von Zyklen, kann ein Luft-Brennstoff-Verhältnis gefunden
werden, das in einer der Verbrennungskammern zur Verbrennung führt. Vorzugsweise
liegt die vorgegebene Anzahl von Zyklen in einem Bereich zwischen
2 und 10 und beträgt
zum Beispiel 4.
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In
einer bevorzugten Ausführung
des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung, wird das Verfahren nur nach einem Nachweis oder Erwarten einer
schwierigen Startbedingung, wie eines Nachtankereignisses, eines
kurzen Betriebs des Motors oder einer langen Standzeit des Motors
angewendet. Unter diesen Umständen
kann eine Veränderung
der Qualität
oder anderer Eigenschaften des Brennstoffes vor sich gegangen sein,
welche die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung erforderlich
macht. Unter anderen Umständen
wird der Motor mit den vorhandenen Einstellungen des Brennstoffsystems
wahrscheinlich schnell angelassen werden können.
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Ein
zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein System
zur Steuerung der Brennstoffzufuhr zu einem Verbrennungsmotor gemäß Anspruch
13.
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Ein
dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein computerlesbares
Medium, das ein Softwareprogramm gemäß Anspruch 25 umfasst.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung ausführlicher durch Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
der Erfindung beschrieben. Die Beschreibung der Ausführungen
erfolgt durch Bezugnahme auf die Zeichnungen, die in der folgenden
Zusammenstellung angeführt
sind:
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1 zeigt
schematisch einen Verbrennungsmotor mit Anlass- und Brennstoffzuführungssystem;
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2 zeigt
ein Flussdiagramm eines Steueralgorithmus für die Brennstoffzufuhr;
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3 zeigt,
wie das Luft-Brennstoff-Verhältnis
zwischen den Zylindern während
des Anlassens verändert
wird;
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4 zeigt
eine alternative Veränderung
des Luft-Brennstoff-Verhältnisses
mit schrittweiser Veränderung
des Luft-Brennstoff-Verhältnisses
während des
Anlassens, und
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5 zeigt
eine alternative Veränderung
des Luft-Brennstoff-Verhältnisses
gemäß dem Verfahren der
Erfindung mit einer Zwangsentlüftung
der Verbrennungskammern mit angezeigtem übermäßig fetten Luft-Brennstoff-Gemisch.
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In 1 ist
ein Verbrennungsmotor 1 mit vier Verbrennungskammern 4a...4d dargestellt.
Der Motor ist mit einer Einlass-Sammelleitung 2 und einer Abgas-Sammelleitung 3 ausgerüstet. Die
Luft für
die Verbrennung wird über
den Filter 20 und eine Luftmassenmesseinrichtung 22 in
die Verbrennungskammer gesaugt. Die Luftmassenmesseinrichtung 22,
kann vom „heißen Draht„-Typ sein,
durch den die gesamte in die Verbrennungskammern gesaugte Masse
bestimmt werden kann. Der Brennstoff wird den einzelnen Zylindern 4a...4d von
einem Hauptbrennstofftank 10 unter Verwendung einer Pumpe 11 zugeführt, die
Brennstoff über
die Zuführleitung 14 der
Brennstoffverteilungsleitung 12 zuführt.
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In 1 ist
auch ein Zwischenvolumen 17 dargestellt, das jedes Zwischenvolumen
zwischen dem Hauptbrennstofftank 10 und der Brennstoffverteilungsleitung 12 sein
könnte.
Solche Zwischenvolumen könnten
durch Brennstoffzuleitungen, Brennstofffilter und Brennstoffdruckakkumulatoren
usw. gebildet werden und könnten
beträchtliche
Volumen hinzufügen.
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In
herkömmlichen
Brennstoffzufuhrsystemen ist oft eine Brennstoffrückleitung 15 zwischen
der Brennstoffverteilungsleitung 12 und dem Brennstofftank 10 installiert.
Der Zweck der Rückleitung 15 ist die
Sicherung eines bestimmten kontinuierliches Brennstoffflusses in
der Brennstoffverteilungsleitung 12, der durch hohe Motortemperaturen
verursachte Dampfeinschlussprobleme verhindert. In anderen Systemen
könnte
ohne die Gefahr von Dampfeinschlussproblemen die Brennstoffpumpe 11 statt
dessen durch einen Drucksensor in der Brennstoffverteilungsleitung 12 gesteuert
werden, so dass der Druckpegel in einer angemessenen Höhe gehalten
wird. Der Brennstofftank 10 ist weiterhin mit einer Füllöffnung 16 und
einem Brennstoffmengensensor 18 versehen, Die Menge des
jedem Zylinder 4a...4d zugeführten Brennstoffs wird durch
Brennstoffinjektoren 13 gesteuert (in 1 ist
nur der rechte Injektor für Zylinder 4d gezeigt).
Die Öffnungsdauer
der Injektoren wird durch ein Elektronisches Steuermodul (ECM) in
Abhängigkeit
von nachgewiesenen Betriebsparametern des Motors gesteuert. Durch
die Steuerung der in jeden Zylinder 4a...4d eingespritzten Brennstoffmenge
steuert das ECM aktuell das Luft-Brennstoff-Verhältnis in jedem Zylinder 4a...4d, wenn
die Luftmasse aus der Luftmassenmesseinrichtung 22 bekannt
ist. Das ECM ist mit einem Speichermodul 21 zum Speichern
der Daten versehen.
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Das
ECM weist die ausschlaggebenden Betriebsparameter des Motors in
einer herkömmlichen Weise
unter Verwendung eines Kühlmitteltemperatursensors 6,
eines Motordrehzahlsensors 5, eines Einlasssammelleitungsdrucksensors 23 und/oder
der Luftmassenmesseinrichtung 22 nach.
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Rückkopplungsinformationen
in Bezug auf das Luft-Brennstoff-Verhältnis können auch von einem Lambda-Sensor 7 erhalten
werden, der in der Abgassammelleitung 3 angeordnet ist.
Der Lambda-Sensor 7 ist in herkömmlicher Weise in dem Abgasstrom vor
einem katalytischen Konverter 8 angeordnet. In einigen
Systemen könnte
auch ein zweiter Lambda-Sensor hinter dem katalytischen Konverter 8 verwendet
werden, hauptsächlich
für diagnostische Zwecke
für den
Konverter 8. Diese Informationen können jedoch nicht beim Anlassen
des Motors 1 verwendet werden, weil der Lambda-Sensor 7,
wenn er kalt ist, nicht zuverlässig
funktioniert.
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Mit
einem Anlass-Elektromotor 9, der mit Zähnen am Umfang eines Schwungrads
(nicht dargestellt) eingreift, kann der Motor angelassen werden.
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In 2 ist
ein Flussdiagramm eines Softwareprogramms dargestellt, das das Verfahren
während
des Anlassens eines in 1 gezeigten Motortyps beschreibt.
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Die
Software ist in dem ECM installiert. Wenn in dem Entscheidungsblock 40 ein
Anlassversuch nachgewiesen ist, der gleichzeitig oder kurz vor dem
Aktivieren des Anlassermotors erfolgt, geht das Programm zu der
Programmfolge 41 weiter, in der ein Test durchgeführt wird,
ob eine schwierige Anlassbedingung nachgewiesen oder erwartet wird
oder nicht. Ansonsten kehrt die Prozedur in ihre Startposition zurück. Eine
schwierige Anlassbedingung ist jeder Typ der Bedingung, in der der
Motor 1 mit einer anderen Brennstoffqualität angelassen
werden soll, als die Brennstoffqualität, die vor dem Absperren verwendet wurde,
wobei die letztere Brennstoffqualität hierin nachfolgend als alter
Brennstoff bezeichnet ist. Das kann nach dem Nachtanken des Brennstofftanks 10, nach
einer relativ kurzen Fahrt oder nach einer längeren Parkzeit der Fall sein.
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Verbrennungsmotoren,
die mit Naturgas betrieben werden, könnten Brennstoffqualitäten mit
einem wesentlichem Unterschied im Heizwert verwenden. Verbrennungsmotoren,
die mit anderen Mischungen von Methanol und Benzin arbeiten, d.h. alle
Mischungen von 100% Methanol bis 100% Benzin, könnten ebenfalls Brennstoffqualitäten mit
einem wesentlichem Unterschied der Heizwerte/Oktanzahlen verwenden.
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Auch
Verbrennungsmotoren, die mit Standardbrennstoff betrieben werden,
wie zum Beispiel Dieselöl
und Benzin, könnten
Brennstoffqualitäten mit
verschiedenen Oktanzahlen bzw. Zetanwerten verwenden. Auch im Fall
von Benzin kann die Flüchtigkeit
des Brennstoffs unterschiedlich sein.
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Ein
anderer Brennstoff könnte
während
des Anlassens verwendet werden, wenn der Hauptbrennstofftank 10 nachgetankt
worden ist. Ein Motor, der hinsichtlich des Brennstoffs flexibel
ist und mit jeder Mischung von Methanol und Benzin betrieben wird, könnte vor
dem Stoppen zum Nachtanken mit reinem Benzin betrieben werden. Wenn
Methanol in den Haupttank nachgetankt wird, das nur ein kleines Restvolumen
von Benzin in der Größenordnung
von einigen Litern aufweist, würde
die Gesamtmischung in dem Hauptbrennstofftank 10 einen
fast reinen Methanolgehalt annehmen.
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In
den meisten Brennstoffsystemen ist eine verbleibende Menge des alten
Brennstoffs immer in dem Brennstoffsystem vorhanden und ein Anlassversuch
könnte
in den meisten Fällen
erfolgreich sein. Der neue Brennstoff wird jedoch unmittelbar durch die
Pumpe 11 zugeführt
und die Verbrennungskammern 4a...4d werden einer Übergangsveränderung von
altem Brennstoff zu dem neuen Gemisch in dem Haupttank 100 unterzogen.
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Wenn
eine solche Übergangsveränderung bei
einem laufenden Motor 1 erfolgt, könnte eine Anpassung an die
neue Brennstoffqualität
durchgeführt werden.
Nachdem der Lambda-Sensor 7 seine Betriebstemperatur erreicht
hat, wird ein Rückkopplungssignal
von dem Verbrennungsprozess erhalten, das das gegenwärtige Luft-Brennstoff-Verhältnis anzeigt,
Wenn der neue Brennstoff eine schlechtere Qualität aufweist, kann ein Korrekturfaktor
bestimmt werden, der eine Erhöhung
der zugelieferten Brennstoffmenge zur Folge hat und somit ein niedrigeres Luft-Brennstoff-Verhältnis.
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Der
Nachweis eines Nachtankereignisses könnte unter Verwendung eines
Brennstoff mengensensors 18 in dem Brennstofftank 10 erfolgen,
wie es in 1 dargestellt ist. Das Signal
von dem Pegelanzeiger 18 wird an das ECM gesendet und durch
Vergleich mit einem früheren
Pegelwert, der in einem Speicher 21 des ECM gespeichert
ist, könnte
ein Nachtankereignis erkannt werden. Im Fall von Motoren, die mit
komprimierten Naturgas (CNG) arbeiten, kann das Nachtanken durch
einen Drucksensor in dem Gasbrennstofftank 10 nachgewiesen
werden. Alternativ kann ein Nachtanksensor verwendet werden, der
in der Füllöffnung 16 des
Brennstofftanks 10 angeordnet ist.
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In
einer alternativen Ausführung,
die in Systemen verwendet wird, in denen kein Nachtankdetektor installiert
ist, kann eine schwierige Anlassbedingung statt dessen angenommen
oder erwartet werden, wenn der Motor während einer vorbestimmten kurzen
Zeit betrieben wurde. Die letzte Zeitperiode für einen ununterbrochenen Betrieb
des Motors könnte
in dem Speicher 21 des ECM gespeichert werden. Wenn die
letzte Zeitperiode dicht an einer Zeitperiode liegt, die der Zeitperiode äquivalent
ist, die erforderlich ist, um den alten, in dem Brennstoffsystem
verbleibenden, Brennstoff zu verbrauchen, könnte eine schwierige Anlassbedingung
vorhanden sein und angezeigt werden.
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Eine
andere schwierige Anlassbedingung könnte einer relativ langen Parkzeit
entsprechen. Insbesondere ist das der Fall, wenn das Brennstoffzufuhrsystem
von einer Art ist, in dem ein ziemlich kleines Brennstoffvolumen
in dem System zwischen dem Tank 10 und den Injektoren 13 gehalten
wird, und/oder wenn der in dem System zwischen dem Tank 10 und
den Injektoren 13 gehaltene Brennstoff leicht zu dem Tank 10 zurückläuft.
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Wenn
eine der vorher angeführten
Bedingungen, die eine schwierige Anlassbedingung anzeigen, nachgewiesen
oder erwartet wird, geht das Programm zu der Programmsequenz 42 über, in
welcher der während
der letzten Motorbetriebsperiode bestimmte Korrekturfaktor zurückgestellt
wird, z.B. auf 1,0. Das bedeutet, dass jede Verschiebung der Brennstoffmenge,
die bestimmt ist, erforderlich zu sein, um einen korrekten Betrieb
des Motors zu erhalten, auf einen Nullwert zurückgestellt wird.
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In
der nächsten
Programmsequenz 43 wird aus dem in dem Speicher 21 gespeicherten
Datensatz die erforderliche Brennstoffmenge (FCYL1 – FCYL4), die von jedem einzelnen Brennstoffinjektor 13 der
Zylinder 4a...4d einzuspritzen ist, und eine Korrektur der
Brennstoffmenge für
die einzelnen Zylinder 4a...4d gemäß dem vorliegenden
Verfahren bestimmt. Wie bereits vorher angeführt, steuert das Steuern der
Brennstoffmenge, die von jedem einzelnen Brennstoffinjektor 13 einzuspritzen
ist, auch das Luft-Brennstoff-Verhältnis in
jedem Zylinder 4a...4d.
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Der
Datensatz ist empirisch bestimmt und für jede Kombination von mindestens
Dreh zahl, Belastung und Temperatur des Motors 1 wird durch
den Datensatz eine Brennstoffmenge vorgegeben. Im vorliegenden Beispiel
wird angenommen, dass der Datensatz für den bestmöglichen Brennstoff bestimmt
ist, der durch den Motor 1 wahrzunehmen ist. Das bedeutet,
dass für
jeden Betriebszustand ein ziemlich kleines Brennstoffvolumen für eine korrekte Verbrennung
erforderlich ist und jede Korrektur dieses Basisbrennstoffvolumens
eine Veränderung
des Brennstoffvolumens bewirken würde. In der Praxis würde der
Datensatz eine durchschnittliche Öffnungsdauer für die Injektoren 13 enthalten.
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Die
Programmsequenz 43 wird auch durch Bezugnahme auf 3 erläutert. Das
für den
Zylinder 4a gewählte
Brennstoffvolumen FCYL1 könnte durch
die durch den Datensatz angezeigte Menge angezeigt sein, d.h. MAP_FUEL
und Korrekturfaktor CF. Wenn die vorher angeführte Annahme, dass der Datensatz
für die
beste verfügbare
Brennstoffqualität erhalten
wurde, korrekt ist, würde
die Menge des einzuspritzenden Brennstoffs FCYL1 dem
durch den Datensatz vorgegebenem Volumen entsprechen. Das relative
Luft-Brennstoff-Verhältnis,
das in dem Zylinder 4a erhalten wird, ist in 3 durch
die punktierte Linie dargestellt, beginnend bei A/F1 auf
der vertikalen A/F-Achse, z.B. bei dem magersten A/F-Verhältnis, das
durch den Motor 1 wahrzunehmen ist.
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Das
Brennstoffvolumen FCYL2 für den Zylinder 4b könnte durch
dieselbe Menge vorgegeben sein, wie sie für den Zylinder 4a gewählt ist,
jedoch mit einer kleinen Zusatzmenge Δf. Die Zusatzmenge Δf wird so
gewählt,
dass das Luft-Brennstoff-Verhältnis, das
in den Zylindern 4a...4d durch das eingespritzte Volumen
erhalten wird, um einen Bruchteil 1/X differieren würde, wobei
X die Anzahl der Zylinder des Motors ist, und in der Größenordnung
von dem im Wesentlichen magersten bis zum im Wesentlichen fettesten
möglichen
Luft-Brennstoff-Gemisch, das durch den Motor 1 wahrzunehmen
ist, reichen würde. Die
für den
Zylinder 4b in einem Vier-Zylinder-Motor gewählte Brennstoffmenge
würde somit
ausgedrückt werden
durch: FCYL2 : = CF *
MAP_FUEL + (1/4 * MAX_FUEL – MAP_FUEL)
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Das
in dem Zylinder 4b erhaltene relative Luft-Brennstoff-Verhältnis ist
in 3 durch die gestrichelte Linie dargestellt, beginnend
unterhalb von A/F1 auf der vertikalen A/F-Achse, d.h. unterhalb
der punktierten Linie, die ursprünglich
dem magersten möglichen
A/F-Verhältnis
entspricht, das durch den Motor 1 wahrnehmbar ist, eingespritzt
in den Zylinder 4a.
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In
gleicher Weise wird die Brennstoffmenge für den Zylinder 4c so
gewählt,
dass das in dem Zylinder 4c erhaltene Luft-Brennstoff-Verhältnis um eine
weitere Menge Δf
erhöht
wird, d.h. ausgedrückt als: FCYL3 : = CF * MAP_FUEL
+ (2/4 * MAX_FUEL – MAP_FUEL)
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Das
in dem Zylinder 4c erhaltene relative Luft-Brennstoff-Verhältnis ist
in 3 durch die gestrichelte Linie dargestellt.
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Für den letzten
und „fettesten„ Zylinder 4d würde das
in dem Zylinder 4d erhaltene Luft-Brennstoff-Verhältnis um eine weitere Menge
erhöht
werden, d.h. ausgedrückt
als: FCYL4 : = CF * MAP_FUEL
+ (3/4 * MAX_FUEL – MAP_FUEL)
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Das
in dem Zylinder 4d erhaltene relative Luft-Brennstoff-Verhältnis ist
in 3 durch die Strich-Doppelpunkt-Linie Linie dargestellt.
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Wie
aus 3 ersichtlich ist, ist das der „fetteste„ Zustand,
der anfangs in dem Zylinder 4d in einem Abstand Δf von dem
fettesten möglichen
Zustand, der durch den Motor wahrnehmbar ist, erhalten wird, d.h.
angezeigt durch A/F2 auf der vertikalen A/F-Achse.
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Die
magersten und fettesten möglichen
Zustände,
die durch den Motor wahrnehmbar sind, entsprechen in der Praxis
der kürzesten
und längsten Öffnungszeit
für den
Injektor bei Brennstoffqualitäten, die
im Handel erhältlich
sind. Die Grenzen von A/F1 und A/F2 könnten
eingestellt werden, wenn irgendeine extreme Art von Brennstoffqualität erhalten
werden sollte.
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Wenn
der Motor 1 durch den Anlassermotor angelassen wird, sind
den Zylindern 4a...4d verschiedene Luft-Brennstoff-Verhältnisse
für jeden
Zylinder vorgegeben. Das tatsächliche
Luft-Brennstoff-Verhältnis
für jeden
Zylinder ist in 3 für die ersten drei Zyklen beibehalten.
In der Figur ist angezeigt, dass eine erfolgreiche Zündung in
dem Zylinder 4c für
den zweiten und dritten Zyklus erhalten wurde. Im vorliegenden Beispiel
wird eine Zündung als
erfolgreich angesehen, wenn zwei aufeinanderfolgende Verbrennungen
in einem einzelnen Zylinder 4a...4d erhalten wurden.
Wenn die erfolgreiche Zündung
in der Programmsequenz 44 (siehe 2) nachgewiesen
ist, geht das Programm zu der Sequenz 47 weiter.
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Wenn
in den anderen Zylindern 4a, 4b und 4d während des
zweiten und des dritten Zyklus keine Verbrennung nachgewiesen wurde,
wird die Brennstoffmenge für
wenigstens die Zylinder 4a und 4b unmittelbar
auf die gleiche Brennstoffmenge verändert, die für den Zylinder 4c verwendet
wird, in dem eine erfolgreiche Verbrennung aufgetreten ist.
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Zylinder,
in denen das Luft-Brennstoff-Gemisch etwa fetter ist, als das Luft-Brennstoff-Gemisch von Zylindern,
in denen eine erfolgreiche Verbrennung stattgefunden hat, können jedoch
ein anderes Herangehen erforderlich machen. Für einen Zylinder mit einem
fetteren als dem optimalen Gemisch, wie für den Zylinder 4d in 3,
könnte
es vorteilhaft sein, einer gewissen Zwangsentlüftung unterworfen zu werden.
Durch eine Steuerung der Brennstoffzufuhr für eine ziemlich begrenzte Anzahl
von Zyklen, so dass eine Brennstoffzufuhr normalerweise ein magereres
Gemisch als das optimale Luft-Brennstoff-Gemisch
bewirken würde,
kann ein Entlüftungseffekt
erhalten werden. Diese etwas magerere als die optimale Steuerung
ist in 3 für
den Zylinder 4d von dem Zyklus 3 bis zu dem Zyklus 5 mit
einer Menge von ΔfCORR weniger Brennstoff als das optimale Luft-Brennstoff-Verhältnis A/Fideal angezeigt.
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In 4 ist
ein alternatives Herangehen dargestellt, wobei dieses Verfahren
vorteilhafterweise in Anwendungen verwendet werden könnte, in
denen ein Luft-Brennstoff-Verhältnis mit
relativ enger Toleranz gefordert ist, um eine erfolgreiche Zündung zu erhalten.
Solche Anwendungen könnten
bei Motoren 1 gefunden werden, die mit Brennstoff betrieben
werden, der einen ziemlich breiten Bereich von Brennstoffqualitäten zeigt.
Obwohl die Injektoren 13 anfangs während des Anlassens so eingestellt
sind, dass die erhaltenen Luft-Brennstoff-Verhältnisse gleichmäßig über den
wahrnehmbaren Bereich des Motors 1 verteilt sind, kann
ein Anlassproblem auftreten, d.h. in irgendeinem Zylinder 4a...4d findet
keine Verbrennung statt.
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Unter
solchen Umständen
wird es erforderlich, zusätzliche
Routinen zu implementieren, um dieses Problem zu überwinden.
Diese Routinen sind in den Blöcken 45 und 46 des
Flussdiagramms von 2 dargestellt. Wenn keine Zündung erfolgt,
geht das Flussdiagramm von dem Entscheidungsblock 44 zu
dem Block 45 über.
Wenn der Motor sich für
eine vorbestimmte Anzahl von Zyklen nicht anlassen lässt, z.B.
6 Zyklen in 4, was in Block 46 von 2 nachgewiesen
wird, wird die Brennstoffmenge für
jeden einzelnen Injektor um eine vorbestimmte Menge ΔfSTEP erhöht,
was zu niedrigeren Luft-Brennstoff-Verhältnissen
A/F führt.
Das kann zum Beispiel durch Erhöhen
des Korrekturfaktors CF in Block 46 von 2 erfolgen,
wonach das Flussdiagramm mit dem Block 43 zum Bestimmen
des Luft-Brennstoff-Verhältnisses
für jeden
Zylinder 4a...4d fortgesetzt wird.
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Die
vorbestimmte Menge ΔfSTEP , um welche die Brennstoffmenge erhöht wird,
ist nur ein Bruchteil der Differenz im Brennstoffvolumen Δf, dass einer anderen
Verbrennungskammer 4a...4d zugeführt wird,
wobei das naheliegendste, jedoch unterschiedliche Luft-Brennstoff-Verhältnis A/F
erhalten wird. Eine zusätzliche
schrittweise Erhöhung
wird in einer einzelnen Verbrennungskammer ausgelöst, wenn eine
Anzahl von Kompressionshüben
in dieser Verbrennungskammer eine Zahl im Bereich von 2 bis 10 Hüben, vorzugsweise
4, passiert hat.
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Wenn
keine erfolgreiche Verbrennung erreicht wird, wird jede weitere
schrittweise Erhöhung unterbrochen,
wenn das erhöhte
Luft-Brennstoff-Verhältnis
für einen
Zylinder 4a...4d sich dem Luft-Brennstoff-Verhältnis annähert, das
anfangs in dem nächst „fetteren„ Zylinder 4a...4d verwendet wird.
In diesem Fall können
die erste und zweite vorbestimmte Menge Δf, ΔfSTEP kleiner
gemacht werden und das Verfahren wird erneut angewendet.
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In 4 ist
dargestellt, dass zwei schrittweise Erhöhungsschritte ΔfSTEP ausgelöst worden sind, bevor eine
erste erfolgreiche Verbrennung nachgewiesen wurde, gefolgt von einer
nachgewiesenen ausgebliebenen Verbrennung und danach einer nachgewiesenen
erfolgreichen Verbrennung. Eine solche Verbrennungsfolge mit abwechselnder
Verbrennung und Nicht-Verbrennung ist ein typisches Verhalten, wenn
das Luft-Brennstoff-Gemisch
etwas mager ist und die restliche Brennstoffmenge von einem vorhergehenden
Nicht-Verbrennungs-Ereignis ausreichend ist, um zu bewirken, dass
das richtige Luft-Brennstoff-Gemisch für eine erfolgreiche Zündung des
Luft-Brennstoff-Gemisches
vorhanden ist.
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In
diesem Fall werden alle Verbrennungskammern 4a...4d mit
magereren Luft-Brennstoff-Verhältnissen
A/F auf dasselbe Luft-Brennstoff-Verhältnis, wie die Verbrennungskammer 4a...4d,
in welcher die erste erfolgreiche Verbrennung nachgewiesen wurde,
verändert.
Der Brennstoff, welcher der Verbrennungskammer oder den Verbrennungskammern,
hier der Zylinder 4d, in einem fetteren Luft-Brennstoff-Gemisch
zugeführt
wird, wird danach schrittweise in der Menge vermindert. Nachdem
noch ein weiterer dritter Erhöhungsschritt ΔfSTEP für
die Brennstoffzufuhr zu den Zylindern 4a, 4b und 4c ausgelöst ist,
wird eine zuverlässige
Verbrennung bei jedem Zündereignis
in den Zylindern 4a...4c nachgewiesen.
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Ein
Vorteil bei einem solchen Vorgehen ist, dass mindestens drei Zylinder 4a...4c so
gesteuert werden könnten,
dass schnell eine erfolgreiche Verbrennung in jedem der drei Zylinder 4a...4c erreicht wird
und dass die vierte verbleibende Verbrennungskammer nur allmählich verändert wird,
um in der Lage zu sein, zu bestimmen, ob ein etwas fetteres Luft-Brennstoff-Gemisch
erforderlich ist.
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In 5 ist
ein alternatives Herangehen gezeigt, wobei das Verfahren vorteilhafterweise
bei Anwendungen implementiert werden könnte, bei denen Wand-Benetzungs-Probleme auftreten
oder wenn große
Mengen von restlichem Brennstoff nach einer Fehlzündung in
einer Verbrennungskammer 4a...4d enthalten sein
könnte.
In dieser Ausführung
wird in den Verbrennungskammern 4a...4d, bei denen
es sich herausgestellt hat, dass sie mit einem übermäßig fetten Gemisch vorsorgt
worden sind, eine erweiterte Zwangsentlüftung ausgelöst. Wenn
das „ideale„ Luft-Brennstoff-Gemisch
A/Fideal (dargestellt auf der vertikalen
Achse) für
die Zylinder 4a–4c ermittelt
worden ist, was eine erfolgreiche Verbrennung in jedem Zylinder
bewirkt, wird eine Überschuss- Abmagerungs-Steuerung
für die
fettere als ideale Verbrennungskammer 4d implementiert.
In dieser Ausführung
wird die einzuspritzende Brennstoffmenge auf dieselbe Menge verändert, wie
sie anfänglich
dem Zylinder 4c zugeführt
wurde, der das dem idealen Luft-Brennstoffgemisch A/Fideal naheliegendste
magerere Luft-Brennstoff-Gemisch
aufweist. In diesem Fall wird die Brennstoffmenge für den Zylinder 4d auf dieselbe
Menge verändert,
wie sie anfänglich
dem Zylinder 4c zugeführt
wurde.
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Nach
dieser Veränderung
wird die Brennstoffmenge um einen kleinen schrittweisen Betrag ΔfCORR für
eine vorbestimmte Anzahl von Zyklen auf einmal erhöht, wenigstens
bis dieselbe Brennstoffmenge dem Zylinder 4d zugeführt wird,
wie den restlichen Zylindern 4a...4c.
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In
den dargestellten Ausführungen
können die
Nummern der Verbrennungskammern, d.h. 4a...4d,
der Reihenfolge der Zylinder in dem Motorblock entsprechen, gezählt vom
vorderen Ende des Motors. In 1 würden die
Zylinder 4a, 4b, 4c und 4d dann
den Zylindern 4a, 4b, 4c bzw. 4d in 3 bis 5 entsprechen.
Die Zylinder 4a bis 4d, wie sie in 3 bis 5 gekennzeichnet
sind, könnten
auch der Zündfolge
entsprechen.
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Es
könnten
alternative Ausführungsarten verwendet
werden. Wenn ein anderes Luft-Brennstoff-Verhältnis A/F
in mindestens zwei Verbrennungskammern 4a...4d erhalten
wird und eine erfolgreiche Verbrennung bei jedem zweiten Zündereignis in
jedem spezifischen Zylinder nachgewiesen wird, könnte angenommen werden, dass
eine natürliche Rückführung von
restlichem Brennstoff die erfolgreiche Verbrennung bewirken könnte. Wenn
der Motor ein prognostizierbares Verhaltensmodell in Bezug auf die
Rückführmenge
von restlichem Brennstoff von einem Zündereignis ohne Verbrennung
aufweist, könnte
dieses Modell verwendet werden, um die Brennstoffzufuhr mit einer
Schrittrate von ΔfCORR als eine Funktion des Modells zu erhöhen.
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Selbst
nachdem das Luft-Brennstoff-Verhältnis
A/F so gesteuert worden ist, dass eine erfolgreiche Verbrennung
bei jedem Zündereignis
erfolgt, kann eine weitere schrittweise Veränderung der Brennstoffmenge
erfolgen. Eine solche schrittweise Veränderung der zugeführten Brennstoffmenge könnte in
Form eines geschlossenen Regelkreises sowohl in Richtung auf eine
Erhöhung
als auch einer Verringerung der Brennstoffmenge gesteuert werden.
Eine solche Information in Form eines geschlossenen Regelkreises
könnte
auf verschiedenen Wegen erhalten werden. Ein Verfahren ist, die
momentane Beschleunigung der Kurbelwelle zu beobachten, d.h. unter
Verwendung des Drehzahlsensors 5. Ein solcher Drehzahlsensor 5 könnte vom
Typ 72-x sein mit 72 Zähnen,
die an dem Umfang des Schwungrads angebracht sind und durch den
Drehzahlsensor detektiert werden. Durch Messen der Zeit zwischen
zwei Zähnen,
die sich an dem Sensor vorbei bewegen, kann die momentane Beschleunigung nachgewiesen
werden. Eine erfolgreiche Verbrennung könnte auch durch eine Erhöhung des
momentanen Beschleunigungswertes nachgewiesen werden.
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Ein
anderes Verfahren zum Nachweisen einer erfolgreichen Verbrennung
könnte
Sensoren verwenden, die in der Verbrennungskammer angebracht sind
und die aktuelle Verbrennung detektieren. Solche Sensoren könnten Ionisationssensoren,
Drucksensoren oder Lichtsensoren sein, welche Ionisation, Druckanstieg
bzw. die Lichtstärke
detektieren. Die Erfindung ist nicht auf die Art der Verbrennungsnachweismittel
eingeschränkt.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung in Bezug auf eine spezielle Ausführung davon
beschrieben wurde, sind viele andere Variationen und Modifikationen
und andere Anwendungen von Fachleuten zu erkennen. Es ist daher
bevorzugt, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die Beschreibungsoffenbarung hierin
eingeschränkt
wird, sondern nur durch die beigefügten Ansprüche.