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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer
Kraftstofffördereinrichtung einer Brennkraftmaschine nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Gegenstand
der Erfindung sind auch ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt
mit einem Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger
gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens.
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Stand der Technik
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Bei
Fahrzeugen, bei denen Kraftstoff unter hohem Druck in Brennräume
mittels Injektoren eingespritzt wird, insbesondere bei Dieselmotoren,
kommen Vorfördersysteme mit elektrischen Vorförderpumpen
zur Förderung des Kraftstoffs vom Tank zum Einspritzsystem
zum Einsatz. Die Kraftstofffördereinrichtung ist dabei
in einen Niederdruckbereich und in einen Hochdruckbereich unterteilt.
Zunächst wird Kraftstoff mittels der Pumpe vom Niederdruckbereich in
den Hochdruckbereich gefördert, in dem eine einen hohen
Druck erzeugende Hochdruckpumpe angeordnet ist.
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Es
ist erforderlich, die Kraftstofffördereinrichtung auf Funktionsfähigkeit,
insbesondere auf das Vorhandensein einer Leckage oder auf das Vorhandensein
von Verstopfungen in Filtern und dergleichen zu überwachen.
Derartige Kraftstofffilter können sich nämlich
beispielsweise im Falle von Dieselkraftstoff durch Paraffine zusetzen.
Man spricht in diesem Falle von einem Versulzen des Filters. Darüber
hinaus können Leckagen in der Kraftstofffördereinrichtung, insbesondere
auch im Leitungssystem, auftreten.
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Die
DE 196 14 884 A1 beschreibt
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine.
Hierbei wird Kraftstoff von wenigstens einer Pumpe von einem Niederdruckbereich
in einen Hochdruckbereich gefördert. Von dort ist er mittels
Injektoren der Brennkraftmaschine zumessbar. Erste Mittel stellen
bei einem Fehler im Hochdruckbereich ein Fehlersignal bereit. Zweite
Mittel geben ein vom Druck im Niederdruckbereich abhängiges
Drucksignal vor. Das Fehlersignal und das Drucksignal werden zur
Fehlererkennung verarbeitet. Dabei wird nicht auf einen Fehler geschlossen,
wenn der Druck im Niederdruckbereich kleiner als ein Schwellenwert ist.
Die Erfassung des Drucks geschieht durch einen Drucksensor, der
im Niederdruckbereich angeordnet ist.
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Durch
dieses Verfahren und die Vorrichtung kann insbesondere zwischen
Fehlern im Niederdruckbereich und im Hochdruckbereich unterschieden
werden. Es lassen sich beispielsweise ein leerer Tank oder andere
Störungen auf der Niederdruckseite erkennen und so Fehldiagnosen
im Hochdruckbereich vermeiden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Überwachung einer
Kraftstofffördereinrichtung einer Brennkraftmaschine dahingehend
weiterzubilden, dass mit einfachen technischen Mitteln, insbesondere
ohne Zuhilfenahme zusätzlicher Sensoren wie Drucksensoren
eine Überwachung und Überprüfung der
Kraftstofffördereinrichtung auf Funktionsfähigkeit
möglich ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Überwachung einer
Kraftstofffördereinrichtung einer Brennkraftmaschine der
gattungsgemäßen Art gelöst mit den Merkmalen
des Anspruchs 1.
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Grundidee
der Erfindung ist es, eine die Pumpenleistung der Vorförderpumpe
charakterisierende Größe zu erfassen und mit vergleichbaren Schwellenwerten
zu vergleichen und aufgrund dieses Vergleichs den Zustand im Niederdruckbereich zu überwachen,
indem eine Abweichung von einem vorgegebenen Normalzustand erfasst
wird. Dies hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Sensoren
erforderlich sind, vielmehr kann alleine mit Hilfe der Pumpenleistung
erkannt werden, ob die Kraftstofffördereinrichtung ordnungsgemäß funktioniert
oder ob beispielsweise eine Verstopfung eines Filters vorliegt, eine
Leckage aufgetreten ist und dergleichen.
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Durch
die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen
dieses Verfahrens möglich. So ist beispielsweise sehr vorteilhaft
vorgesehen, dass als die die Pumpenleistung der Vorförderpumpe
charakterisierende Größe die Stromaufnahme der
Vorförderpumpe erfasst wird und aus dieser auf einen an
der Vorförderpumpe anliegenden Gegendruck im Niederdruckbereich
geschlossen wird. Das Erfassen der Stromaufnahme ist auf technisch
einfache Weise möglich. Die Stromaufnahme und der Gegendruck
des Kraftstoffs im Niederdruckbereich sind die Funktionsfähigkeit
der Kraftstofffördereinrichtung charakterisierende Größen.
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Zur Überwachung
des Niederduckbereichs ist gemäß einer bevorzugten
Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass dann, wenn die Stromaufnahme
bzw. der Gegendruck vorgebbare Schwellenwerte übersteigt,
eine die Temperatur des Kraftstoffs charakterisierende Größe
erfasst wird und dann,
- – wenn die
die Temperatur des Kraftstoffs charakterisierende Größe
einen vorgebbaren Grenzwert übersteigt, auf eine Beladung
des Filters mit Partikeln geschlossen wird und
- – wenn die die Temperatur des Kraftstoffs charakterisierende
Größe den vorgebbaren Grenzwert nicht übersteigt,
auf eine Veränderung der Kraftstoffkonsistenz, insbesondere
auf eine Paraffinbildung im Dieselkraftstoff geschlossen wird.
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Diese
Ausgestaltung unterscheidet zwischen einer mangelnden Funktionsfähigkeit
aufgrund einer veränderten Kraftstoffkonsistenz, insbesondere
aufgrund von Paraffinbildung bei tiefen Umgebungstemperaturen im
Dieselkraftstoff, und einer mangelnden Funktionsfähigkeit
aufgrund eines verschmutzten, d. h. mit Partikeln beladenen und
damit zugesetzten Filters in dem Niederdruckbereich.
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Darüber
hinaus kann vorgesehen sein, die die Pumpenleistung der Förderpumpe
charakterisierende Größe, d. h. beispielsweise
den Pumpenstrom über der Zeit zu erfassen und dann, wenn
der Gradient der die Pumpenleistung charakterisierenden Größe,
also beispielsweise der Zeitgradient des Pumpenstroms, über
ein vorgebbares Zeitintervall einen vorgebbaren weiteren Grenzwert
unterschreitet, auf eine Leckage im Niederdruckbereich zu schließen. Diese
Ausgestaltung ermöglicht das Erkennen einer Leckage bzw.
die Überwachung der Pumpenfunktion allein aufgrund der
Erfassung des Pumpenstroms.
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Um
reproduzierbare Randbedingungen zu schaffen, ist dabei vorgesehen,
die wenigstens eine die Pumpenleistung der Vorförderpumpe
charakterisierende Größe in einem Betriebszustand
der Brennkraftmaschine zu erfassen, in der die Vorförderpumpe
so betrieben wird, dass eine vorgebbare Bedarfsmenge im Hochdruckbereich
erzielt wird. Hierdurch ist sichergestellt, dass sich im Normalbetrieb
unabhängig vom Betriebspunkt des Motors immer das gleiche
Druckniveau zwischen Vorförderpumpe und Hochdruckpumpe
einstellt.
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Zur
Initialisierung wird darüber hinaus so verfahren, dass
bei vorgegebener Kraftstofftemperatur und einem vorgegebenen Motorbetriebspunkt
die wenigstens eine die Stromaufnahme der Vorförderpumpe
charakterisierende Größe erfasst und als Initialwert
gespeichert wird. Die Überwachung des Niederdruckbereichs
gemäß den oben erläuterten Ausgestaltungen
des Verfahrens erfolgt bezogen auf diesen Initialwert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Zeichnungen
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm einer Vorrichtung, bei der das erfindungsgemäße
Verfahren zum Einsatz kommt und
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2 ein
Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In 1 sind
die Elemente einer Ausführungsform eines Kraftstoffversorgungssystems
einer Brennkraftmaschine mit Hochdruckeinspritzung dargestellt.
Das dargestellte System wird üblicherweise als Common-Rail-System
bezeichnet.
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Mit 100 ist
ein Kraftstoffvorratsbehälter bezeichnet. Dieser steht über
ein erstes Filtermittel 105 mit einer vorzugsweise regelbaren
Vorförderpumpe 110 und einem zweiten Filtermittel 115 in
Verbindung. Vom zweiten Filtermittel 115 gelangt der Kraftstoff über
eine Leitung zu einem Zumessventil 120. Das Zumessventil 120 ist
mittels einer Spule steuerbar. Die Verbindungsleitung zwischen dem
Filtermittel 115 und dem Ventil 120 steht über
ein Niederdruckregelventil 140 mit dem Vorratsbehälter 100 in
Verbindung. Das Ventil 120 steht über eine Hochdruckpumpe 125 mit
einem Rail 130 in Verbindung. Das Rail steht über
Kraftstoffleitungen mit verschiedenen Injektoren 131 in
Kontakt. Über ein Druckregelventil 135 ist das
Rail 130 mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 100 verbindbar.
Das Druckregelventil 135 ist mittels einer Spule 136 steuerbar.
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Es
ist an dieser Stelle darauf hinzuweisen, dass die Erfindung auch
bei einem System ohne Druckregelventil zum Einsatz kommen kann.
Hierbei wird die Druckregelung über ein Zumessventil vor
der Pumpe realisiert (nicht dargestellt).
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Der
Bereich zwischen dem Ausgang der Hochdruckpumpe 125 und
dem Eingang des Druckregelventils 135 wird als Hochdruckbereich
bezeichnet. In diesem Bereich steht der Kraftstoff unter hohem Druck. Üblicherweise
werden bei Systemen für fremdgezündete Brennkraftmaschinen
Druckwerte von etwa 30 bis 100 bar und bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen
Druckwerte von etwa 200 bis über 2000 bar erzielt. Der
Druck im Hochdruckbereich kann mittels eines Sensors 137 erfasst
werden.
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Der
Bereich zwischen dem Kraftstoffvorratsbehälter und der
Hochdruckpumpe 125, insbesondere der Bereich zwischen Vorförderpumpe 110 und Hochdruckpumpe 125,
wird als Niederdruckbereich bezeichnet. In diesem Niederdruckbereich
kann beispielsweise ein Temperatursensor 170 angeordnet sein,
der ein Signal bereitstellt, das ein Maß für die Kraftstofftemperatur
im Niederdruckbereich darstellt. Die in 1 eingezeichnete
Position ist ein möglicher Einbauort für diesen
Sensor. Der Sensor könnte auch zwischen dem Ventil 120 und
der Hochdruckpumpe 125 angeordnet sein. Denkbar ist es
auch, den Sensor im Tank 100 anzuordnen.
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Das
Ventil 120, die Injektoren 131 und das Ventil 136 des
Druckregelventils 135 werden von einer Steuerung 150 mit
Ansteuersignalen beaufschlagt. Die Steuerung verarbeitet Signale
verschiedener Sensoren 160.
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Die
Vorförderpumpe 110 weist einen Sensor 111 auf,
der den Pumpenstrom erfasst. Das Ausgangssignal wird der Steuerung 150,
beispielsweise einem Steuergerät der Brennkraftmaschine
zugeführt.
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Der
Pumpenstrom der Vorförderpumpe 110 wird mittels
eines Sensors erfasst. Das Ausgangssignal wird der Steuerung 150,
beispielsweise einem Steuergerät der Brennkraftmaschine
zugeführt. Hierzu weist dieses einen entsprechenden elektrischen Baustein 111,
der den Sensor bildet, auf. Der Sensor kann auch Teil eines speziellen
Steuergeräts (nicht dargestellt) sein.
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Die
Einrichtung arbeitet wie folgt:
Der Kraftstoff, der sich im
Vorratsbehälter 100 befindet, wird von der Vorförderpumpe 110 durch
die Filtermittel 105 und 115 zu einer Hochdruckpumpe 125 gefördert.
Dabei liegt unter Normalbedingungen ein abhängig von der
hydraulischen Ausgestaltung der nachgeschalteten Komponenten ein
betriebspunktabhängiger Druck an der Vorföderpumpe
an. Da der betriebspunktabhängige Solldruck bekannt ist
und mit den elektrischen Stellgrößen der Vorförderpumpe korreliert,
kann ein elektrischer Sollwert vorgegeben und mit dem erfassten
Istwert verglichen werden. Daraus kann auf den Zustand des Niederdrucksystems
geschlossen und entsprechende Reaktionen ausgeführt werden.
Dabei werden durch den Vergleich Abweichungen von einem vorgegebenen
Normalzustand im Niederdruckbereich erfasst. Diese Abweichungen
lassen einen Schluss auf den Zustand des Niederdrucksystems zu.
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Die
Hochdruckpumpe 125 fördert den Kraftstoff vom
Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich. Die Hochdruckpumpe 125 baut
im Rail 130 einen sehr hohen Druck auf. Dieser Druck liegt
bei Dieselmotoren in der Größenordnung zwischen
200 und über 2000 bar.
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Über
die Injektoren 131 kann der Kraftstoff unter hohem Druck
den einzelnen Brennräumen der Brennkraftmaschine zugemessen
werden. Üblicherweise sind die Injektoren so ausgestaltet,
dass eine Zumessung nur dann möglich ist, wenn der Druck
im Hochdruckbereich oberhalb eines Mindestwerts liegt. Unterhalb
eines bestimmten Druckwerts ist keine Einspritzung mehr möglich.
Der Druck im Rail wird mittels des Sensors 137 erfasst.
Mittels des Druckregelventils 135, das mit der Spule 136 ansteuerbar
ist, kann der Druck im Hochdruckbereich geregelt werden. Abhängig
von der an der Spule 136 anliegenden Spannung bzw. des
durch die Spule 136 fließenden Stromes öffnet
das Druckregelventil 135 bei unterschiedlichen Druckwerten.
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Als
Vorförderpumpen 110 werden üblicherweise
Elektrokraftstoffpumpen (EKP) mit einem Gleichstrommotor (DC-Motor)
oder einem elektrisch kommutierten Gleichstrommotor (EC-Motor) eingesetzt.
Für höhere Fördermengen können
auch mehrere parallel geschaltete Vorförderpumpen eingesetzt werden.
Die Kraftstofftemperatur wird mittels des Sensors 170 gemessen
und in der Steuereinrichtung 150 verarbeitet. Insbesondere
bei einem Dieselmotor ist die Kraftstofftemperatur, die Zusammensetzung und
Konsistenz des Kraftstoffs von besonderer Bedeutung.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Verfahrens in Verbindung mit 2 beschrieben.
Zunächst wird die Vorförderpumpe 110 auf
die Bedarfsmenge des Common-Rail-Systems geregelt oder gesteuert.
Dadurch ist im Normalbetrieb der Druck zwischen Vorförderpumpe
und Hochdruckpumpe abhängig vom Betriebspunkt des Common-Rail-Systems
immer bekannt.
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Um
die Neuteiltoleranzen zu eliminieren und das System gewissermaßen „einzulernen”,
ist es ferner notwendig, das Gesamtsystem im Neuzustand unter definierten
Randbedingungen, z. B. bei einer bestimmten konstanten Kraftstofftemperatur,
die durch den Sensor 170 erfasst werden kann, und bei einem
konstanten Betriebspunkt der Brennkraftmaschine zu betreiben und
hier den Strom mittels des Sensors 111 der Vorförderpumpe 110 zu
messen und diesen Messwert der Stromaufnahme als Initialwert abzuspeichern.
Dieser abgespeicherte Wert der Stromaufnahme wird im Folgenden bei
der Erläuterung des Verfahrens anhand der 2 vorausgesetzt.
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Bezogen
auf diesen Initialwert kann nun die Überwachung des Niederdruckbereichs
wie folgt vonstatten gehen:
Es wird zunächst die Temperatur
T des Kraftstoffs mittels des Sensors 170 in Schritt 210 gemessen.
Sodann wird die Stromaufnahme I mittels des Sensors 111 in
Schritt 220 gemessen.
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In
Schritt 230 wird zunächst geprüft, ob
die gemessene Temperatur kleiner ist als ein Temperaturschwellenwert
TS, der so gewählt wird, dass beispielsweise
im Falle von Dieselkraftstoff bei Unterschreiten dieses Schwellenwerts
Paraffinbildung eintritt. Ist die gemessene Temperatur T kleiner
als dieser Schwellenwert TS, wird in Schritt 235 der
gemessene Stromwert I mit einem ersten Schwellenwert IS1 des
Stroms verglichen. Ist der gemessene Stromaufnahmewert I größer
als dieser Schwellenwert IS1, ist dies ein
Indiz für Paraffinbildung, denn der Gegendruck steigt in
diesem Falle an und die Pumpe muss mit einem höheren Stromwert
betrieben werden. In diesem Falle kann eine Ersatzreaktion gestartet
werden, um das Common-Rail-System trotz versulztem Filter mit ausreichend
Kraftstoff zu versorgen. Dies erfolgt in Schritt 236. Eine
solche Ersatzreaktion kann beispielsweise das Aktivieren einer Filterheizung sein.
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Ist
jedoch der Strom kleiner als der Schwellenwert, erfolgt ein Rücksprung
vor Schritt 230. Wenn die gemessene Temperatur T größer
ist als der Temperaturschwellenwert TS,
wird in Schritt 240 geprüft, ob der die Stromaufnahme
in der Pumpe charakterisierende Stromwert I größer
ist als ein weiterer Schwellenwert IS2.
Wenn dies der Fall ist, wenn also der Gegendruck ansteigt, muss
von einer zunehmenden Beladung der Filter 105, 115 mit
Partikeln ausgegangen werden (die Filter sind zugesetzt). Diese
Meldung kann in Schritt 242 mit geeigneten Massnahmen angezeigt
und auf einen bevorstehenden Filterwechsel hingewiesen werden. Dadurch
wird erreicht dass die Wechselintervalle von Kraftstofffiltern verlängert
und der individuellen Nutzung des Fahrzeugs angepasst werden können.
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Wenn
jedoch die Stromaufnahme nicht größer ist als
der weitere Schwellenwert IS2, sondern kleiner,
wird in Schritt 245 die Stromaufnahme über der
Zeit aufgezeichnet, d. h. es wird eine Funktion I(t) über
ein vorgebbares Zeitintervall gespeichert. In Schritt 250 wird
der Gradient oder die Ableitung dI(t)/dt mit einem Grenzwert G verglichen.
Unterschreitet der Gradient diesen Grenzwert, wird in Schritt 255 auf
ein Leck geschlossen, unterschreitet er den Grenzwert nicht, erfolgt
ein Rücksprung vor Schritt 203 und die oben genannten
Verfahrensschritte werden erneut durchlaufen. Der Grund für diese
Maßnahmen ist Folgender: Sinkt die Stromaufnahme der Vorförderpumpe 110 rapide
ab, d. h. überschreitet der Zeitgradient den vorgebbaren
Grenzwert G, der entsprechend gewählt wird, ist dies ein Hinweis
auf einen niedrigen Gegendruck. Dieser wiederum ist eine Folge beispielsweise
einer Leckage im Niederdruckbereich. In diesem Falle entweicht Kraftstoff
aus dem Niederdruckbereich, der Druck wird nicht mehr erreicht und
die Hochdruckpumpe 125 und damit die gesamte Brennkraftmaschine
arbeiten nicht mehr ordnungsgemäß. Mit der Ausgabe
der Leckmeldung in Schritt 255 ist damit auch ein Abstellen
der Brennkraftmaschine verbunden.
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Zu
bemerken ist noch, dass nach einem Austausch der Kraftstofffilter 105, 115 eine
erneute Bestimmung des Initialwerts auf oben genannte Weise erfolgen
muss.
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Das
vorbeschriebene Verfahren wird bevorzugt als Computerprogramm in
dem Steuergerät 150 implementiert. Es kann auf
einem Computerprogrammprodukt, beispielsweise auf einem Datenträger
gespeichert sein, der von dem Steuergerät 150 eingelesen
werden kann. Auf diese Weise sind beispielsweise Updates des Programms
oder Verbesserungen in das Steuergerät 150 einspielbar,
darüber hinaus ist so rein prinzipiell auch das vorbeschriebene
Verfahren bei bestehenden Steuergeräten nachrüstbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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