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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftstoffeinspritzanlage
für einen
Verbrennungsmotor mit zumindest zwei Zylindern und eine solche Kraftstoffeinspritzanlage
gemäß den Oberbegriffen
der unabhängigen
Ansprüche
1 und 9.
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Ein
gattungsgemäßes Verfahren
zum Betreiben einer Kraftstoffeinspritzanlage und eine gattungsgemäße Kraftstoffeinspritzanlage
sind beispielsweise aus der
DE 100 33 343 A1 bekannt.
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Diese
Einspritzanlagen kommen z.B. bei Dieselfahrzeugen mit Common-Rail-Technik
zum Einsatz. Ein bekanntes Anwendungsgebiet sind dabei Verbrennungsmotoren
mit einem sogenannten eingeschränkten
Zwei-Bank-Betrieb. Hierbei können zwei
Piezoaktoren auf verschiedenen Bänken
gleichzeitig geladen sein, aber nicht gleichzeitig geladen oder
entladen werden. Derartige Kollisionen werden durch das sogenannten
Flankenmanagement, wie es beispielsweise aus der
DE 100 33 343 A1 hervorgeht,
vermieden.
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Problematisch
ist nun, daß sich
bei Verschiebungen von Lade- und Entladeflanken derart, daß niederpriore
Einspritzungen auf spät
verschoben und/oder verkürzt
werden, negative Auswirkungen dieses Konfliktmanagements auf das
Verbrennungsgeräusch,
das Drehmoment, die Zusammensetzung des Abgases und dergleichen
ergeben können.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Auswirkungen der
Verkürzung
und/oder Verschiebung von Einspritzungen bei Kollisionen von Lade-
oder Entladeevents durch das Konfliktmanagement zu kompensieren.
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Vorteile der
Erfindung
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffeinspritzanlage
für einen Verbrennungsmotor
sowie bei einer Kraftstoffeinspritzanlage für einen Verbrennungsmotor durch
die Merkmale der Ansprüche
1 und 9 gelöst.
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Durch
die Erfassung einer Mindermenge der Einspritzung aufgrund einer
Ansteuerdauerverkürzung
und/oder einer Verschiebung des Ansteuerbeginns und der Kompensation
der Auswirkungen dieser Mindermenge durch Verschiebung der Lade-/Entladeflanken
bei einer oder mehreren der darauffolgenden Einspritzungen wird
die Abgaszusammensetzung, das Geräusch sowie das Drehmoment des Verbrennungsmotors
erheblich verbessert.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
erfolgt dabei die Kompensation dahingehend, daß die Lade-/Entladeflanken
bei einer oder mehreren der darauffolgenden Einspritzungen so verschoben
werden, daß eine
vorgebbare Gesamtmenge der Einspritzung beibehalten wird.
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Die
Verschiebung der Lade-/Entladeflanken kann rein prinzipiell bei
beliebigen Zylindern des Verbrennungsmotors erfolgen. Eine vorteilhafte
Ausführungsform
sieht jedoch die Verschiebung der Lade-/Entladeflanken bei einer
oder mehreren darauffolgenden Einspritzungen am gleichen Zylinder
vor. Dies ist insbesondere hinsichtlich des Steuerungsaufwands besonders
vorteilhaft.
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Die
Mindermenge kann rein prinzipiell auf unterschiedliche Art und Weise,
beispielsweise in einer Recheneinrichtung, berechnet werden. Eine
besonders vorteilhafte Ausführungsform
sieht vor, die Mindermenge einem Kennfeld, insbesondere durch Interpolation
der Kennlinien, zu entnehmen. Aufgrund dieser sogenannten inversen
Kennfeld- und Kennlinieninterpolation kann aufgrund des Einspritzbeginns/der
Einspritzdauer auf eine Einspritzmenge geschlossen werden.
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Die
Kompensation der Auswirkungen der Mindermenge bei einer vorhergehenden
Einspritzung wird bei einer oder mehreren darauffolgenden Einspritzungen
im einfachsten Falle durch Verschiebung der Lade-/Entladeflanken
derart, daß eine
Ansteuerverlängerung
bei darauffolgenden Einspritzungen erfolgt, vorgenommen.
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Darüber hinaus
kann zur Kompensation der Lage des Verbrennungsschwerpunktes eine
Verschiebung des Ansteuerbeginns der Haupteinspritzung nach früh vorgenommen
werden.
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Zur
Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Beitrags zum Drehmoment eines
Zylinders des Verbrennungsmotors kann darüber hinaus eine Verlängerung
der Ansteuerdauer der Haupteinspritzung vorgenommen werden.
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend unter
Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele eingehender
erläutert.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
aus dem Stand der Technik bekannte Verschaltung piezoelektrischer
Elemente;
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2A das
aus dem Stand der Technik bekannte Laden eines piezoelektrischen
Elementes;
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2B das
aus dem Stand der Technik bekannte Laden eines piezoelektrischen
Elementes;
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2C das
aus dem Stand der Technik bekannte Entladen eines piezoelektrischen
Elementes;
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2D das
aus dem Stand der Technik bekannte Entladen eines piezoelektrischen
Elementes;
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3 einen
aus dem Stand der Technik bekannten Ansteurungs-IC;
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4 schematisch
ein Ablaufdiagramm eines von der Erfindung Gebrauch machenden Verfahrens
zur Momentenkompensation und
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5 schematisch
ein Ablaufdiagramm eines von der Erfindung Gebrauch machenden Verfahrens
zur Mengenkompensation.
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1 zeigt
piezoelektrische Elemente 10, 20, 30, 40, 50, 60 sowie
Mittel zu ihrer Ansteuerung. Dabei bezeichnet A einen Bereich in
detaillierter Darstellung sowie B einen Bereich in undetaillierter
Darstellung, deren Trennung mit einer gestrichelten Linie c angedeutet
ist. Der detailliert dargestellte Bereich A umfaßt eine Schaltung zum Laden
und Entladen der piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60.
In dem betrachteten Beispiel handelt es sich bei den piezoelektrischen
Elementen 10, 20, 30, 40, 50 und 60 um
Aktoren in Kraftstoffeinspritzventilen (insbesondere in sogenannten "Common Rail Injektoren") eines Verbrennungsmotors.
In der beschriebenen Ausführungsform
werden zur unabhängigen Steuerung
von sechs Zylindern innerhalb eines Verbrennungsmotors sechs piezoelektrische
Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 verwendet;
für beliebige
andere Zwecke könnte
jedoch eine beliebe andere Anzahl piezoelektrischer Elemente geeignet
sein.
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Der
undetailliert dargestellte Bereich B umfaßt eine Einspritzregelung F
mit einem Steuergerät D
und einen Ansteuerungs-IC E, die der Steuerung der Elemente innerhalb
des detailliert dargestellten Bereichs A dient. Dem Ansteuerungs-IC
E werden verschiedene Meßwerte
von Spannungen und Strömen
aus der gesamten restlichen Ansteuerschaltung des piezoelektrischen
Elements zugeführt.
Erfindungsgemäß sind der
Steuerrechner D und der Ansteuerungs-IC E zur Regelung der Ansteuerspannungen
sowie der Ansteuerzeiten für
das piezoelektrischen Element ausgebildet. Der Steuerrechner D und/oder
der Ansteuerungs-IC E sind ebenfalls zur Überwachung verschiedener Spannungen
und Ströme
der gesamten Ansteuerschaltung des piezoelektrischen Elements ausgebildet.
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In
der nachfolgenden Beschreibung werden zunächst die einzelnen Elemente
innerhalb des detailliert dargestellten Bereichs A eingeführt. Es
folgt eine allgemeine Beschreibung der Vorgänge des Ladens und Entladens
der piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60.
Schließlich
wird detailliert beschrieben, wie beide Vorgänge durch den Steuerrechner
D und den Ansteuerungs-IC E gesteuert und überwacht werden.
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Die
piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 sind
in eine erste Gruppe G1 und eine zweite Gruppe G2 aufgeteilt, die
jeweils drei piezoelektrische Elemente umfassen (d.h., piezoelektrische Elemente 10, 20 und 30 in
der ersten Gruppe G1 bzw. piezoelektrische Elemente 40, 50 und 60 in
der zweiten Gruppe G2). Die Gruppen G1 und G2 sind Bestandteile
parallelgeschalteter Schaltungsteile. Mit den Gruppenwahlschaltern 310, 320 ist
festlegbar, welche der Gruppen G1, G2 der piezoelektrischen Elemente 10, 20 und 30 bzw. 40, 50 und 60 jeweils mit
Hilfe einer gemeinsamen Lade- und Entladeeinrichtung entladen werden
(für Ladevorgänge sind
die Gruppenwahlschalter 310, 320, wie nachstehend noch
näher beschrieben,
jedoch ohne Bedeutung). Die piezoelektrischen Elemente 10, 20 und 30 der ersten
Gruppe G1 sind auf einer Aktorbank und die piezoelektrischen Elemente 40, 50 und 60 in
der zweiten Gruppe G2 sind auf einer weiteren Aktorbank angeordnet.
Als Aktorbank wird dabei ein Block bezeichnet, in dem zwei oder
mehr Aktorelemente, insbesondere piezoelektrische Elemente, fest
abgeordnet, z.B. vergossen, sind.
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Die
Gruppenwahlschalter 310, 320 sind zwischen einer
Spule 240 und den jeweiligen Gruppen G1 und G2 angeordnet
(deren spulenseitigen Anschlüssen)
und sind als Transistoren realisiert. Es sind Treiber 311, 321 implementiert,
die von dem Ansteuerungs-IC E empfangene Steuersignale in Spannungen
umformen, die nach Bedarf zum Schließen und Öffnen der Schalter wählbar sind.
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Parallel
zu den Gruppenwahlschaltern 310, 320 sind (als
Gruppenwahldioden bezeichnete) Dioden 315 bzw. 325 vorgesehen.
Wenn die Gruppenwahlschalter 310, 320 als MOS-FETs bzw. IGBTs ausgeführt sind,
können
beispielsweise diese Gruppenwahldioden 315 und 325 durch
die parasitären Dioden
selbst gebildet sein. Während
Ladevorgängen
werden die Gruppenwahlschalter 310, 320 von den
Dioden 315, 325 überbrückt. Die Funktionalität der Gruppenwahlschalter 310, 320 reduziert
sich daher auf die Auswahl einer Gruppe G1, G2 der piezoelektrischen
Elemente 10, 20 und 30 bzw. 40, 50 und 60 lediglich
für einen
Entladevorgang.
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Innerhalb
der Gruppen G1 bzw. G2 sind die piezoelektrischen Elemente 10, 20 und 30 bzw. 40, 50 und 60 jeweils
als Bestandteile der parallelgeschalteten Piezozweige 110, 120 und 130 (Gruppe G1)
und 140, 150 und 160 (Gruppe G2) angeordnet. Jeder
Piezozweig umfaßt
eine Serienschaltung bestehend aus einer ersten Parallelschaltung
mit einem piezoelektrischen Element 10, 20, 30, 40, 50 bzw. 60, und
einem (als Zweigwiderstand bezeichneten) Widerstand 13, 23, 33, 43, 53 bzw. 63 sowie
einer zweiten Parallelschaltung mit einem als Transistor 11, 21, 31, 41, 51 bzw. 61 ausgeführten (als
Zweigwahlschalter bezeichneten) Wahlschalter und einer (als Zweigdiode
bezeichneten) Diode 12, 22, 32, 42, 52 bzw. 62).
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Die
Zweigwiderstände 13, 23, 33, 43, 53 bzw. 63 bewirken,
daß das
jeweils entsprechende piezoelektrische Element 10, 20, 30, 40, 50 bzw. 60 sich
während
und nach einem Ladevorgang kontinuierlich entlädt, da sie jeweils beide Anschlüsse der kapazitiven
piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 bzw. 60 miteinander
verbinden. Die Zweigwiderstände 13, 23, 33, 43, 53 bzw. 63 haben
jedoch eine ausreichende Größe, um diesen
Vorgang gegenüber
den gesteuerten Lade- und Entladevorgängen langsam zu gestalten,
wie nachstehend beschrieben. Daher ist die Ladung eines beliebigen
piezoelektrischen Elements 10, 20, 30, 40, 50 bzw. 60 innerhalb
einer relevanten Zeit nach einem Ladevorgang als unveränderlich
zu betrachten.
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Die
Zweigwahlschalter/Zweigdiodenpaare in den einzelnen Piezozweigen 110, 120, 130, 140, 150 bzw. 160,
d.h., Wahlschalter 11 und Diode 12 in Piezozweig 110,
Wahlschalter 21 und Diode 22 in Piezozweig 120 usw.,
sind realisierbar als elektronische Schalter (d.h. Transistoren)
mit parasitären
Dioden, beispielsweise MOSFETs bzw. IGBTs (wie vorstehend für die den
Gruppenwahlschalter/Diodenpaare 310 und 315 bzw. 320 und 325 angegeben).
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Mittels
der Zweigwahlschalter 11, 21, 31, 41, 51 bzw. 61 ist
festlegbar, welche der piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 bzw. 60 jeweils
mit Hilfe einer gemeinsamen Lade- und Entladeeinrichtung geladen
werden: Geladen werden jeweils all diejenigen piezoelektrischen
Elemente 10, 20, 30, 40, 50 bzw. 60,
deren Zweigwahlschalter 11, 21, 31, 41, 51 bzw. 61 während des
nachfolgend beschriebenen Ladevorgangs geschlossen sind. Gewöhnlich ist
immer nur einer der Zweigwahlschalter geschlossen.
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Die
Zweigdioden 12, 22, 32, 42, 52 und 62 dienen
der Überbrückung der
Zweigwahlschalter 11, 21, 31, 41, 51 bzw. 61 während Entladevorgängen. Daher
kann in dem betrachteten Beispiel für Ladevorgänge jedes einzelne piezoelektrische
Element ausgewählt
werden, während
für Entladevorgänge entweder
die erste Gruppe G1 oder die zweite Gruppe G2 der piezoelektrischen
Elemente 10, 20 und 30 bzw. 40, 50 und 60,
bzw. beide ausgewählt
werden müssen.
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Zurückkommend
auf die piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 selbst,
können die
Zweigwahlpiezoanschlüsse 15, 25, 35, 45, 55 bzw. 65 entweder
mit Hilfe der Zweigwahlschalter 11, 21, 31, 41, 51 bzw. 61 oder über die
entsprechenden Dioden 12, 22, 32, 42, 52 bzw. 62 sowie
in beiden Fällen
zusätzlich über Widerstand 300 an
Masse gelegt werden.
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Mittels
des Widerstands 300 werden die während des Ladens und Entladens
der piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 zwischen den
Zweigwahlpiezoanschlüssen 15, 25, 35, 45, 55 bzw. 65 und
Masse fließenden
Ströme
gemessen. Eine Kenntnis dieser Ströme ermöglicht ein gesteuertes Laden
und Entladen der piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60.
Insbesondere durch Schließen
und Öffnen
des Ladeschalter 220 bzw. Entladeschalters 230 in
Abhängigkeit
des Betrags der Ströme,
ist es möglich,
den Ladestrom bzw. Entladestrom auf vorgegebene Mittelwerte einzustellen und/oder
zu verhindern, daß sie
vorgegebene Maximalwerte und/oder Minimalwerte überschreiten bzw. unterschreiten.
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In
dem betrachteten Beispiel, ist für
die Messung selbst noch eine Spannungsquelle 621 erforderlich,
die eine Spannung von beispielsweise 5 V DC liefert, sowie ein Spannungsteiler
in Form zweier Widerstände 622 und 623.
Damit soll der Ansteuerungs-IC E (der die Messungen durchführt) vor
negative Spannungen geschützt
werden, die andernfalls an Meßpunkt 620 auftreten
könnten,
und die mit dem Ansteuerungs-IC E nicht beherrschbar sind: Derartige
negative Spannungen werden durch Addition mit einer von der genannten Spannungsquelle 621 und den
Spannungsteiler-Widerständen 622 und 623 gelieferten
positiven Spannungsanordnung verändert.
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Der
andere Anschluß des
jeweiligen piezoelektrischen Elements 10, 20, 30, 40, 50 und 60,
d.h. die jeweilige Gruppenwahlpiezoanschluß 14, 24, 34, 44, 54 bzw. 64,
kann über
den Gruppenwahlschalter 310 bzw. 320 oder über die
Gruppenwahldiode 315 bzw. 325 sowie über eine
Spule 240 und eine Parallelschaltung bestehend aus einem
Ladeschalter 220 und einer Ladediode 221 an den
Pluspol einer Spannungsquelle angeschlossen werden, sowie alternativ bzw.
zusätzlich über den
Gruppenwahlschalter 310 bzw. 320 oder über die
Diode 315 bzw. 325 sowie über die Spule 240 und
eine Parallelschaltung bestehend aus einem Entladeschalter 230 und
einer Entladediode 231 an Masse gelegt werden. Ladeschalter 220 und
Entladeschalter 230 sind beispielsweise als Transistoren
realisiert, die über
Treiber 222 bzw. 232 angesteuert werden.
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Die
Spannungsquelle umfaßt
einen Kondensator 210. Der Kondensator 210 wird
von einer Batterie 200 (beispielsweise einer Kraftfahrzeugbatterie) und
einem nachgeschalteten Gleichspannungswandler 201 geladen.
Der Gleichspannungswandler 201 formt die Batteriespannung
(beispielsweise 12 V) in im wesentlichen beliebige andere Gleichspannungen
(beispielsweise 250 V) um, und lädt
den Kondensator 210 auf diese Spannung auf. Die Steuerung des
Gleichspannungswandlers 201 erfolgt über den Transistorschalter 202 und
den Widerstand 203, der der Messung von am Messpunkt 630 abgegriffenen Strömen dient.
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Zum
Zwecke der Gegenkontrolle wird durch den Ansteuerungs-IC E sowie
durch die Widerstände 651, 652 und 653 und
beispielsweise eine 5 V Gleichspannungsquelle 654 eine
weitere Strommessung am Meßpunkt 650 ermöglicht;
des weiteren ist durch den Ansteuerungs-IC E sowie durch die spannungsteilenden
Widerstände 641 und 642 eine
Spannungsmessung am Meßpunkt 640 möglich.
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Ein
(als Totalentladungswiderstand bezeichneter) Widerstand 330,
ein (als Stoppschalter bezeichneter) Schalter 331 sowie
eine (als Totalentladungsdiode bezeichnete) Diode 332 dienen
schließlich
der Entladung der piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 (falls
sie außerhalb
des Normalbetreibers. wie nachstehend beschrieben, nicht durch den "normalen" Entladevorgang entladen
werden). Der Stoppschalter 331 wird vorzugsweise nach "normalen" Entladevorgängen (zyklisches
Entladen über
Entladeschalter 230) geschlossen und legt dadurch die piezoelektrischen
Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 über die
Widerstände 330 und 300 an Masse.
Somit werden jegliche, eventuell in den piezoelektrischen Elementen 10, 20, 30, 40, 50 und 60 verbliebene
Restspannungen beseitigt. Die Totalentladungsdiode 332 verhindert
ein Auftreten von negativen Spannungen an den piezoelektrischen
Elementen 10, 20, 30, 40, 50 und 60,
die unter Umständen durch
die negativen Spannungen beschädigt
werden könnten.
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Das
Laden und Entladen aller piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60,
bzw. eines bestimmten piezoelektrischen Elements 10, 20, 30, 40, 50 bzw. 60,
erfolgt mit Hilfe einer einzigen (allen Gruppen und ihren piezoelektrischen
Elementen gemeinsamen) Lade- und Entladeeinrichtung. In dem betrachteten
Beispiel umfaßt
die gemeinsame Ladeund Entladeeinrichtung die Batterie 200,
den Gleichspannungswandler 201, den Kondensator 210,
den Ladeschalter 220 und den Entladeschalter 230,
Ladediode 221 und Entladediode 231 sowie die Spule 240.
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Das
Laden und Entladen eines jeden piezoelektrischen Elements erfolgt
auf die gleiche Art und Weise und wird nachfolgend unter Bezugnahme
auf lediglich das erste piezoelektrische Element 10 erläutert.
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Die
während
der Lade- und Entladevorgänge auftretenden
Zustände
werden mit Bezug auf die 2A bis 2D erläutert, von
denen die 2A und 2B das
Laden des piezoelektrischen Elements 10, sowie die 2C und 2D das
Entladen des piezoelektrischen Elements 10 veranschaulichen.
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Die
Steuerung der Auswahl eines oder mehrerer zu ladender bzw. zu entladender
piezoelektrischer Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60,
der im folgenden beschriebene Ladevorgang sowie der Entladevorgang
erfolgt durch den Ansteuerungs-IC E und das Steuergerät D durch Öffnen bzw.
Schließen
eines oder mehrerer der oben eingeführten Schalter 11, 21, 31, 41, 51, 61; 310, 320; 220, 230 und 331. Die
Wechselwirkungen zwischen den Elementen innerhalb des detailliert
dargestellten Bereichs A einerseits sowie des An steuerungs-IC E
und des Steuerrechners D andererseits wird nachfolgend noch näher erläutert.
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In
bezug auf den Ladevorgang, muß zunächst ein
aufzuladendes piezoelektrisches Element 10, 20, 30, 40, 50 bzw. 60 ausgewählt werden.
Um lediglich das erste piezoelektrische Element 10 zu laden,
wird der Zweigwahlschalter 11 des ersten Zweiges 110 geschlossen,
während
alle übrigen
Zweigwahlschalter 21, 31, 41, 51,
und 61 geöffnet
bleiben. Um ausschließlich
ein beliebiges anderes piezoelektrisches Element 20, 30, 40, 50, 60 zu
laden, bzw. um mehrere gleichzeitig zu laden, würde dessen/deren Auswahl durch
Schließen
der entsprechenden Zweigwahlschalter 21, 31, 41, 51,
und/oder 61 erfolgen.
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Sodann
kann der Ladevorgang selbst erfolgen:
Innerhalb des betrachteten
Beispiels ist für
den Ladevorgang im allgemeinen eine positive Potentialdifferenz
zwischen dem Kondensator 210 und Gruppenwahlpiezoanschluß 14 des
ersten piezoelektrischen Elements 10 erforderlich. Solange
jedoch Ladeschalter 220 und Entladeschalters 230 geöffnet sind,
erfolgt kein Laden bzw. Entladen des piezoelektrischen Elements 10.
In diesem Zustand befindet sich die in 1 abgebildete
Schaltung in einem stationären Zustand,
d.h. das piezoelektrische Element 10 behält seinen
Ladungszustand im wesentlichen unverändert bei, wobei keine Ströme fließen.
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Zum
Laden des ersten piezoelektrischen Elements 10 wird Schalter 220 geschlossen.
Theoretisch könnte
das erste piezoelektrische Element 10 allein dadurch geladen
werden. Dies würde
jedoch zu großen
Strömen
führen,
die die betreffenden Elemente beschädigen könnten. Daher werden die auftretenden
Ströme
am Meßpunkt 620 gemessen
und Schalter 220 wird wieder geöffnet sobald die erfaßten Ströme einen
bestimmten Grenzwert überschreiten. Um
auf dem ersten piezoelektrischen Element 10 eine beliebige
Ladung zu erreichen, wird daher Ladeschalter 220 wiederholt
geschlossen und geöffnet, während Entladeschalter 230 geöffnet bleibt.
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Bei
näherer
Betrachtung ergeben sich bei geschlossenem Ladeschalter 220 die
in 2A dargestellten Verhältnisse, d.h. es entsteht eine
geschlossene Schaltung umfassend eine Reihenschaltung bestehend
aus dem piezoelektrischen Element 10, Kondensator 210 und der
Spule 240, wobei in der Schaltung ein Strom iLE(t)
fließt,
wie in 2A durch Pfeile angedeutet.
Aufgrund dieses Stromflusses werden sowohl dem Gruppenwahlpiezoanschluß 14 des
ersten piezoelektrischen Elements 10 positive Ladungen
zugeführt
als auch in der Spule 240 Energie gespeichert.
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Wenn
der Ladeschalter 220 kurz (beispielsweise einige μs) nach dem
Schließen öffnet, ergeben sich
die in 2B dargestellten Verhältnisse:
es entsteht eine geschlossene Schaltung umfassend eine Reihenschaltung
bestehend aus dem piezoelektrischen Element 10, Entladediode 231 und
Spule 240, wobei in der Schaltung ein Strom iLA(t)
fließt,
wie in 2B durch Pfeile angedeutet.
Aufgrund dieses Stromflusses fließt in der Spule 240 gespeicherte
Energie in das piezoelektrische Element 10. Entsprechend
der Energiezufuhr an das piezoelektrische Element 10, erhöht sich
die in diesem auftretende Spannung und vergrößern sich dessen Außenabmessungen.
Bei erfolgter Energieübertragung
von der Spule 240 an das piezoelektrische Element 10, ist
der in 1 dargestellte und bereits beschriebene stationäre Zustand
der Schaltung wieder erreicht.
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Zu
diesem Zeitpunkt bzw. früher
oder später (je
nach gewünschtem
Zeitprofil des Ladevorgangs), wird Ladeschalter 220 erneut
geschlossen und wieder geöffnet,
so daß die
vorstehend beschriebenen Vorgänge
erneut ablaufen. Aufgrund des erneuten Schließens und erneuten Öffnens des
Ladeschalters 220 erhöht
sich die in dem piezoelektrischen Element 10 gespeicherte
Energie (die in dem piezoelektrischen Element 10 bereits
gespeicherte Energie und die neu zugeführte Energie summieren sich),
und die an dem piezoelektrischen Element 10 auftretenden Spannung
erhöht
sich und dessen Außenabmessungen
vergrößern sich
entsprechend.
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Werden
das oben erwähnte
Schließen
und Öffnen
des Ladeschalters 220 vielfach wiederholt, so erfolgt die
Erhöhung
der an dem piezoelektrischen Element 10 auftretenden Spannung
sowie die Ausdehnung des piezoelektrischen Elements 10 stufenweise.
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Wenn
Ladeschalter 220 eine vorgegebene Anzahl von Malen geschlossen
und geöffnet
wurde und/oder das piezoelektrische Element 10 den gewünschten
Ladezustand erreicht hat, wird das Laden des piezoelektrischen Elements
durch Offenlassen des Ladeschalters 220 beendet.
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In
bezug auf den Entladevorgang, werden in dem betrachteten Beispiel
die piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 und 60 in
Gruppen (G1 und/oder G2) wie nachfolgend beschrieben entladen:
Zunächst werden
der Gruppenwahlschalter 310 und/oder 320 der Gruppe
G1 und/oder G2, deren piezoelektrische Elemente zu entladen sind,
geschlossen (die Zweigwahlschalter 11, 21, 31, 41, 51, 61 haben
keinen Einfluß auf
die Auswahl der piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50, 60 für den Entladevorgang,
da sie in diesem Fall durch die Dioden 12, 22, 32, 42, 52 und 62 überbrückt werden).
Um das piezoelektrische Element 10 as Teil der ersten Gruppe
G1 zu entladen, wird daher der erste Gruppenwahlschalter 310 geschlossen.
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Wenn
der Entladeschalter 230 geschlossen ist, ergeben sich die
in 2C dargestellten Verhältnisse: es entsteht eine geschlossene
Schaltung umfassend eine Reihenschaltung bestehend aus dem piezoelektrischen
Element 10 und der Spule 240, wobei in der Schaltung
ein Strom iEE(t) fließt, wie in 2C durch
Pfeile angedeutet. Aufgrund dieses Stromflusses wird die in dem
piezoelektrischen Element gespeicherte Energie (ein Teil davon)
in die Spule 240 übertragen.
Entsprechend der Energieübertragung
von dem piezoelektrischen Element 10 zur Spule 240,
sinkt die an dem piezoelektrischen Element 10 auftretende
Spannung und verringern sich dessen Außenabmessungen.
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Wenn
der Entladeschalter 230 kurz (beispielsweise, einige μs) nach dem
Schließen öffnet, ergeben
sich die in 2D dargestellten Verhältnisse:
es entsteht eine geschlossene Schaltung umfassend eine Reihenschaltung
bestehend aus dem piezoelektrischen Element 10, Kondensator 210,
Ladediode 221 und der Spule 240, wobei in der
Schaltung ein Strom iEA(t) fließt, wie
in 2D durch Pfeile angedeutet. Aufgrund dieses Stromflusses
wird in der Spule 240 gespeicherte Energie in den Kondensator 210 rückgeführt. Bei
erfolgter Energieübertragung von
der Spule 240 in den Kondensator 210, ist der
in 1 dargestellte und bereits beschriebene stationäre Zustand
der Schaltung wieder erreicht.
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Zu
diesem Zeitpunkt bzw. früher
oder später (je
nach gewünschtem
Zeitprofil des Entladevorgangs), wird Entladeschalter 230 erneut
geschlossen und wieder geöffnet,
so daß die vorstehend
beschriebenen Vorgänge
erneut ablaufen. Aufgrund des erneuten Schließens und erneuten Öffnens des
Entladeschalters 230 nimmt die in dem piezoelektrischen Element 10 gespeicherte
Energie weiter ab, und die an dem piezoelektrischen Element auftretenden Spannung
und dessen Außenabmessungen
nehmen ebenfalls entsprechend ab.
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Werden
das oben erwähnte
Schließen
und Öffnen
des Entladeschalters 230 vielfach wiederholt, so erfolgt
die Abnahme der an dem piezoelektrischen Element 10 auftretenden
Spannung sowie der Ausdehnung des piezoelektrischen Elements 10 stufenweise.
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Wenn
Entladeschalter 230 eine vorgegebene Anzahl von Malen geschlossen
und geöffnet
wurde und/oder das piezoelektrische Element den gewünschten
Ladezustand erreicht hat, wird das Entladen des piezoelektrischen
Elements durch Offenlassen des Entladeschalters 230 beendet.
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Die
Wechselwirkung zwischen dem Ansteuerungs-IC E und dem Steuerrechner
D einerseits sowie den Elementen innerhalb des detailliert dargestellten
Bereichs A andererseits erfolgt mit Hilfe von Steuersignalen, die über Zweigwahlsteuerleitungen 410, 420, 430, 440, 450, 460,
Gruppenwahlsteuerleitungen 510, 520, Stoppschaltersteuerleitung 530,
Ladeschaltersteuerleitung 540 und Entladeschaltersteuerleitung 550 sowie
Steuerleitung 560 Elementen innerhalb des detailliert dargestellten
Bereichs A von dem Ansteuerungs-IC
E zugeführt
werden. Andererseits werden an den Meßpunkten 600, 610, 620, 630, 640, 650 innerhalb
des detailliert dargestellten Bereichs A Sensorsignale erfaßt, die
dem Ansteuerungs-IC E über
die Sensorleitungen 700, 710, 720, 730, 740, 750 zugeführt werden.
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Zur
Auswahl der piezoelektrischen Elemente 10, 20, 30, 40, 50 bzw. 60 für die Ausführung von
Lade- bzw. Entladevorgängen
einzelner oder mehrerer piezoelektrischer Elemente 10, 20, 30, 40, 50, 60 durch Öffnen und
Schließen
der entsprechenden Schalter wie vorstehend beschrieben, werden an
die Transistorbasen mittels der Steuerleitungen Spannungen angelegt
bzw. nicht angelegt. Mittels der Sensorsignale erfolgt insbesondere
eine Bestimmung der sich ergebenden Spannung der piezoelektrischen
Elemente 10, 20 und 30, bzw. 40, 50 und 60 anhand
der Meßpunkte 600 bzw. 610 sowie
der Lade- und Entladeströme
anhand des Meßpunkts 620.
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In 3 sind
einige der in dem Ansteuerungs-IC E enthaltenen Bauelemente angegeben: Eine
Logik-Schaltung 800, Speicher 810, Digital-Analog-Umsetzerbaustein 820 sowie
Komparatorbaustein 830. Ferner ist angegeben, daß der (für Steuersignale
verwendete) schnelle Parallelbus 840 mit der Logik- Schaltung 800 des
Ansteuerungs-IC E verbunden ist, während der langsamere serielle
Bus 850 mit dem Speicher 810 verbunden ist. Die
logische Schaltung 800 ist mit dem Speicher 810,
mit dem Komparatorbaustein 830 sowie mit den Signalleitungen 410, 420, 430, 440, 450 und 460; 510 und 520; 530, 540, 550 und 560 verbunden.
Der Speicher 810 ist mit der logischen Schaltung 800 sowie
mit dem Digital-Analog-Umsetzerbaustein 820 verbunden.
Des weiteren ist der Digital-Analog-Umsetzerbaustein 820 mit dem
Komparatorbaustein 830 verbunden. Darüber hinaus ist der Komparatorbaustein 830 mit
den Sensorleitungen 700 und 710, 720, 730, 740 und 750 und – wie bereits
erwähnt – mit der
Logik-Schaltung 800 verbunden.
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Der
Ansteuerung-IC E verschiebt nun Lade-/Entladeflanken derart, daß nicht
gleichzeitig ein piezoelektrisches Element einer Bank ge- oder entladen
wird, während
ein anderes piezoelektrisches Element einer anderen Bank ent- oder
geladen werden soll. Zur Vermeidung derartiger Kollisionen findet eine
Verschiebung der Lade-/Entladeflanken auf an sich bekannte und beispielsweise
aus der
DE 100 33 343
A1 , auf die vorliegend Bezug genommen wird, hervorgehende
Weise statt. So werden beispielsweise Voreinspritzungen verschoben,
verkürzt
oder gelöscht.
Problematisch ist nun, daß die
Auswirkungen bezüglich
des Geräuschs,
der Abgaszusammensetzung sowie des Motormoments oder anderer Größen der
Verbrennungsmaschine bei einem derartigen Kollisionsmanagement nicht
berücksichtigt
werden.
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Grundidee
der vorliegenden Erfindung ist es, derartige Auswirkungen zu kompensieren.
Durch die Verschiebung der Lade-/Entladeflanken findet eine Ansteuerdauerverkürzung und/oder
eine Verschiebung des Ansteuerbeginns statt. Dies hat die Einspritzung
einer Mindermenge zur Folge, was sich wiederum nachteilig hinsichtlich
des Verbrennungsgeräuschs,
der Abgaszusammensetzung sowie des von der Verbrennungsmaschine
erzeugten Drehmoments auswirken kann.
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Um
diese negativen Auswirkungen zu kompensieren, wird dabei z.B. aus
einem Kennfeld, aufgrund der bekannten Verschiebung des Ansteuerdauerbeginns
und/oder der An steuerdauerverkürzung
eine Mindermenge durch sogenannte inverse Kennfeld- und Kennlinieninterpolation,
auf die in der WO 03/002863 A1 beschriebene Weise, bestimmt. Die
Auswirkung dieser Mindermenge wird nun durch Verschiebung der Lade-/Entladeflanken bei
einer oder mehreren der darauffolgenden, vorzugsweise der darauffolgenden,
Einspritzung kompensiert. Diese Kompensation kann beispielsweise
dadurch erfolgen, daß eine
vorgebbare Gesamteinspritzmenge beibehalten wird.
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Dabei
wird insbesondere eine Kompensation am gleichen Zylinder vorgenommen.
Die dynamischen Mengenkorrekturen finden immer am letzten Ansteuerzyklus
des gleichen Zylinders statt. Die Mengenkorrektur wird dabei so
vorgenommen, daß unerwünschte Momentenänderungen
vermieden werden. Insbesondere werden negative Auswirkungen der
eingespritzten Mindermenge dahingehend korrigiert, daß durch
die Einspritzung die dem Fahrerwunsch zugeordnete Wunschmenge sichergestellt ist.
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Es
reicht jedoch in vielen Fällen
nicht aus, die fehlende Menge zu kompensieren. So führt z.B. eine
Verschiebung einer Voreinspritzung nach spät auch zu einer Verschiebung
des Verbrennungsschwerpunktes nach spät. Die Folge ist in der Regel ein
anderes Motormoment bei gleicher Menge. Da der Grad der Verschiebung
und/oder Ansteuerdauerverkürzung
durch das Flankenmanagement einspritztyp- und zylinderspezifisch
bekannt ist, kann das fehlende Moment, d.h. die Abweichung des Istmoments
vom Wunschmoment berechnet werden. Durch Verschieben des Ansteuerbeginns
nach früh und/oder
eine Ansteuerdauerverlängerung
z.B. der Haupteinspritzung können
negative Auswirkungen hierbei kompensiert werden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens zur Mengenkompensation wird nun in Verbindung mit 4 näher erläutert. Bei
dieser Mengenkompensation wird nur die fehlende Menge infolge einer
Ansteuerdauerverkürzung
kompensiert durch Verlängerung
der Ansteuerdauer einer nachfolgenden Einspritzung des gleichen
Einspritztyps, vorzugsweise am gleichen Zylinder.
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Zunächst wird
in einem Schritt 405 geprüft, ob eine Kollision vorliegt.
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Wenn
dies nicht der Fall ist, ist eine Mengenkompensation erforderlich.
Wenn dies jedoch der Fall ist, wird in Schritt 410 geprüft, ob eine
Ansteuerdauerverkürzung
vorgenommen wird. Ist dies nicht der Fall, sind keine Schritte zur
Mengenkompensation erforderlich. Ist dies jedoch der Fall, wird
in Schritt 415 geprüft,
ob eine vorgegebene Mindestansteuerdauer unterschritten wird. Im
Falle des Unterschreitens der Mindestansteuerdauer wird in Schritt 420 die
reale Ansteuerdauer ermittelt, sodann die aufgrund der Verkürzung fehlende
Ansteuerdauer in Schritt 425 bestimmt und in Schritt 430 aufgrund
einer inversen Kennfeldberechnung, wie sie aus der WO 03/002863 A1
hervorgeht, die Menge als Funktion der fehlenden Ansteuerdauer berechnet,
die dann in einem Schritt 435 bei einem der nächsten Einspritzvorgänge vorzugsweise
am gleichen Zylinder addiert wird. In Schritt 440 wird
sodann wiederum die Ansteuerdauer als Funktion der so bestimmten
Menge inklusive eventueller weiterer Korrekturen auf an sich bekannte
Weise bestimmt.
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Wenn
dagegen in Schritt 415 festgestellt wird, daß die vorgegebene
Mindestansteuermenge unterschritten wird, so wird in Schritt 450 die
Löschung
des gesamten Einspritztyps vorgenommen. In Schritt 460 wird
sodann die gesamte Sollmenge für diesen
Einspritztyp gespeichert und in Schritt 435 zu einer der
nachfolgenden Einspritzungen des gleichen Einspritztyps vorzugsweise
am gleichen Zylinder addiert.
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Daraufhin
wird aufgrund der so ermittelten Menge in Schritt 440 wiederum
die Ansteuerdauer als Funktion der Menge bestimmt.
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Ein
Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens zur Momentenkompensation wird im folgenden in Verbindung
mit 5 näher
beschrieben.
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Zunächst wird
in einem Schritt 505 geprüft, ob eine Kollision vorliegt.
Wenn dies der Fall ist, erfolgt in Schritt 510 die Prüfung, ob
diese Kollision momentenrelevant ist, d.h. Auswirkungen auf das
Drehmoment hat.
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Trifft
letzteres zu, wird zunächst
in Schritt 515 geprüft,
ob die Ansteuerdauer verkürzt
wird. Wenn die Ansteuerdauer nicht verkürzt wird, wird in Schritt 520 zur
Vermeidung einer Kollision der Ansteuerbeginn verschoben und in
Schritt 525 das aufgrund der Verschiebung des Ansteuerbeginns
fehlende Moment bestimmt.
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Wenn
in Schritt 515 dagegen festgestellt wird, daß eine Ansteuerdauerverkürzung vorliegt, wird
in Schritt 530 geprüft,
ob zur Vermeidung einer Kollision eine Verschiebung des Ansteuerbeginns
erfolgt. Wenn dies nicht der Fall ist, wird die Ansteuerdauer in
Schritt 535 verkürzt.
In Schritt 540 wird das fehlende Moment aus der aufgrund
der Verkürzung fehlenden
Menge bestimmt.
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Wenn
in Schritt 530 dagegen festgestellt wird, daß eine Verschiebung
vorliegt, erfolgt in Schritt 550 eine Verkürzung der
Ansteuerdauer und es wird und in Schritt 555 das fehlende
Moment, das aufgrund dieser Ansteuerdauerverkürzung und der Verschiebung
des Ansteuerbeginns hervorgerufen wird, bestimmt. In Schritt 560 erfolgt
nun eine Ansteuerdauerverlängerung
des nachfolgenden Einspritztyps derart, daß der in den Schritten 525, 540 und 555 bestimmte
fehlende Momentenbeitrag des vorhergehenden Einspritztyps kompensiert
wird.