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DE102016121900A1 - Verfahren zur Diagnose eines Tankentlüftungsventils - Google Patents

Verfahren zur Diagnose eines Tankentlüftungsventils Download PDF

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Dr Ing HCF Porsche AG
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Tankentlüftungsventils in einem Tankentlüftungssystem, insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, wobei das Tankentlüftungssystem einen Filter aufweist, wobei der Filter eine erste Zuleitung aus einem Kraftstofftank aufweist, wobei der Filter eine zweite Zuleitung mit Verbindung zur Umgebungsatmosphäre aufweist, wobei der Filter eine dritte Zuleitung zu einem Tankentlüftungsventil aufweist, wobei das Tankentlüftungsventil eine Verbindung zu zwei verschiedenen Einleitstellen an einem Saugrohr aufweist, wobei die Verbindung ein erstes Leitungssystem und ein zweites Leitungssystem aufweist, wobei das Tankentlüftungssystem mindestens einen im zweiten Leitungssystem zwischen Tankentlüftungsventil und Saugrohr angebrachten Drucksensor aufweist, wobei das Tankentlüftungsventil mittels eines Steuergeräts angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsfähigkeit des Tankentlüftungsventils in Abhängigkeit einer vom Drucksensor gemessenen Druckschwingung geprüft wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Tankentlüftungsventils in einem Tankentlüftungssystem, insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs.
  • Heutige Verbrennungskraftmaschinen an Kraftfahrzeugen sind mit Systemen zur Tankentlüftung ausgestattet. Diese verhindern, dass im Kraftstoff befindliche, leicht flüchtige Kohlenwasserstoffe in die Umwelt gelangen.
  • Hierzu ist der Kraftstofftank mit einem Filter, bevorzugt einem Aktivkohlefilter, verbunden, der die aus dem Kraftstoff entweichenden Kohlenwasserstoffe auffängt. Die aus dem Kraftstoff entweichenden Kohlenwasserstoffe reichern sich im Filter an. Um die Funktionsfähigkeit des Filters zu gewährleisten, ist es notwendig, die dort angereicherten Kohlenwasserstoffe in regelmäßigen Abständen aus dem Filter zu entfernen. Dies geschieht in einem Spülvorgang, bei dem der Filter mit Umgebungsluft gespült wird. Der Filter wird auf diese Weise regeneriert.
  • Der Filter ist über Zuleitungen jeweils mit dem Kraftstofftank und mit der Umgebungsatmosphäre verbunden. Die Zuleitung aus dem Kraftstofftank kann bevorzugt mit mindestens einem Entlüftungsventil versehen sein. Die Zuleitung aus der Umgebungsatmosphäre kann bevorzugt mit einem Filter-Absperrventil versehen sein. Der Filter ist über eine weitere Zuleitung mit dem Saugrohr verbunden. In dieser Zuleitung befindet sich zwischen Filter und Saugrohr ein Tankentlüftungsventil.
  • Während des Spülvorgangs wird mittels Unterdruck im Saugrohr bei geöffnetem Tankentlüftungsventil Umgebungsluft aus der Umgebungsatmosphäre in den Filter gesaugt. Der Filter wird in dieser Weise mit Frischluft gespült. Das aus dem Filter gesaugte Gemisch aus Kohlenwasserstoffen und Frischluft wird über das Saugrohr dem Verbrennungsmotor zugeführt.
  • Zur Einhaltung gesetzlicher Vorschriften muss die Funktionstüchtigkeit des in dem Tankentlüftungssystem befindlichen Tankentlüftungsventils durch geeignete Diagnosen feststellbar sein. Insbesondere muss durch geeignete Diagnosen ein defektes Tankentlüftungsventil ermittelbar sein.
  • Bisherige Verfahren zur Diagnose des Tankentlüftungssystems beruhen auf einem extra zu diesem Zwecke durchgeführten Diagnosevorgangs, bei dem auf die Funktionstüchtigkeit des Tankentlüftungsventils entweder aus dem am Verbrennungsmotor resultierenden Kraftstoff-Luft-Gemisch oder aus dem im Saugrohr resultierenden Druck geschlossen wird.
  • Beispielsweise wird zur Diagnose der Funktionstüchtigkeit aus dem im Saugrohr resultierenden Druck in einem ersten Schritt das Tankentlüftungsventil geschlossen. In einem zweiten Schritt wird eine Beruhigungsphase abgewartet. In einem dritten Schritt erfolgt die Aufsteuerung des Tankentlüftungsventils mit einem gezielten Aufsteuermuster. In einem vierten Schritt wird mit Hilfe eines Drucksensors der im Saugrohr und/oder in der Zuleitung zwischen Saugrohr und Tankentlüftungsventil vorliegende Druck bestimmt. In einem letzten Auswerteschritt wird aus dem gemessenen Druck und dem angelegten Aufsteuermuster ein Korrelationsfaktor ermittelt. Mit diesem Faktor wird die Funktionstüchtigkeit des Tankentlüftungsventils überwacht.
  • Es ist ein Nachteil des bisherigen Verfahrens, dass zur Durchführung der Diagnose die betriebsgemäße Tankentlüftung unterbrochen werden muss. Durch die Unterbrechung der betriebsgemäßen Tankentlüftung kommt es zu einer Reduzierung der Spülmenge. Weiterhin muss bei einer Unterbrechung des Diagnosevorgangs, zum Beispiel aufgrund von veränderten Betriebsbedingungen, der Diagnosevorgang wiederholt werden, was die Spülmenge weiter reduziert.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose eines Tankentlüftungsventils zur Verfügung zu stellen, das den durch die Diagnose auftretenden Spülmengenverlust gegenüber bisherigen Verfahren reduziert und das eine im Vergleich zu bisherigen Verfahren kurze Diagnosedauer aufweist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Diagnose eines Tankentlüftungsventils in einem Tankentlüftungssystem, insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, wobei das Tankentlüftungssystem einen Filter aufweist, wobei der Filter eine erste Zuleitung aus einem Kraftstofftank aufweist, wobei der Filter eine zweite Zuleitung mit Verbindung zur Umgebungsatmosphäre aufweist, wobei der Filter eine dritte Zuleitung zu einem Tankentlüftungsventil aufweist, wobei das Tankentlüftungsventil eine Verbindung zu zwei verschiedenen Einleitstellen an einem Saugrohr aufweist, wobei die Verbindung ein erstes Leitungssystem und ein zweites Leitungssystem aufweist, wobei das Tankentlüftungssystem mindestens einen im zweiten Leitungssystem zwischen Tankentlüftungsventil und Saugrohr angebrachten Drucksensor aufweist, wobei das Tankentlüftungsventil mittels eines Steuergeräts angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsfähigkeit des Tankentlüftungsventils in Abhängigkeit einer vom Drucksensor gemessenen Druckschwingung geprüft wird.
  • Es ist hiermit vorteilhaft möglich, eine Diagnose des Tankentlüftungssystems durchzuführen, ohne die Spülung des Filters zu unterbrechen. Die Diagnose des Tankentlüftungsventils erfolgt passiv. Es ist keine der Diagnose vorausgehende Beruhigungsphase notwendig, während der das Tankentlüftungsventil geschlossen bleiben muss. Ein mit einer Beruhigungsphase einhergehender Spülmengenverlust wird vermieden. Die Diagnosedauer ist durch die Dauer der Druckschwingungsmessung bestimmt. Die Diagnosedauer ist damit gegenüber bisherigen Verfahren, die auf einer der Diagnose vorausgehenden Beruhigungsphase beruhen, reduziert.
  • Es ist aufgrund der reduzierten Diagnosedauer möglich, das Diagnoseverfahren mit einer höheren Diagnosehäufigkeit durchzuführen. Es wird hiermit vorteilhaft ein Verfahren zur Verfügung gestellt, das aktuellen und absehbaren zukünftigen Gesetzesanforderungen bezüglich Diagnosehäufigkeit genüge tut.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Filter undurchlässig für Kohlenwasserstoffe. Der Filter ist bevorzugt als Aktivkohlefilter ausgeführt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Zuleitung vom Kraftstofftank zum Filter durch Entlüftungsventile kontrolliert. Das Tankentlüftungsventil ist bevorzugt als Magnetventil ausgeführt.
  • Der Filter ist über eine zweite Zuleitung mit der Umgebungsatmosphäre verbunden. Es ist hiermit vorteilhaft möglich, den Filter mit Frischluft zu spülen. Die Spülmenge wird dabei durch das Tankentlüftungsventil geregelt. Bei geöffnetem Tankentlüftungsventil kann eine Spülung des Filters stattfinden, bei geschlossenem Tankentlüftungsventil kann keine Spülung des Filters stattfinden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, dient das erste Leitungssystem vornehmlich der Spülung des Filters unter Teillast des Motors. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, dient das zweite Leitungssystem vornehmlich der Spülung des Filters unter Vollast des Motors.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird das Tankentlüftungsventil mittels des Steuergeräts mit einem pulsweitenmodulierten Signal angesteuert. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird der Tastgrad des pulsweitenmodulierten Signals aus einem Intervall gewählt wird, wobei das Intervall abhängig von dem Betriebszustand des Motors gewählt wird, wobei bei Messung einer Druckschwingung am Drucksensor auf ein funktionsfähiges Tankentlüftungsventil geschlossen wird.
  • Der Tastgrad im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Kenngröße des pulsweitenmodulierten Signals und bezeichnet den dimensionslosen Quotienten aus Impulsdauer und Periodendauer des pulsweitenmodulierten Signals. Der Tastgrad kann mit einem Wertebereich von 0 bis 1 oder als Prozentzahl mit einem Wertebereich von 0% bis 100% angegeben werden. Durch Variation des Tastgrades wird der Gleichwert des pulsweitenmodulierten Signals und damit der Gleichwert der am Tankentlüftungsventil anliegenden Spannung variiert. Über den Tastgrad läßt sich die Spülmenge steuern.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein erster Tastgrad aus einem ersten Intervall gewählt, wenn der Motor unter Teillast läuft und ein zweiter, von dem ersten verschiedener Tastgrad gewählt, wenn der Motor unter Vollast läuft. Dabei ist das erste Intervall so gewählt, dass bei Teillastbetrieb des Motors bei funktionstüchtigem Tankentlüftungsventil eine Druckschwingung an dem mindestens einen im zweiten Leitungssystem zwischen Tankentlüftungsventil und Saugrohr befindlichen Drucksensor messbar wird. Dabei ist das zweite Intervall so gewählt, dass bei Vollastbetrieb des Motors bei funktionstüchtigem Tankentlüftungsventil eine Druckschwingung an dem mindestens einen im zweiten Leitungssystem zwischen Tankentlüftungsventil und Saugrohr befindlichen Drucksensor messbar wird.
  • Falls erforderlich muss die Ansteuerung des Tankentlüftungsventils für die Dauer der Diagnose angepasst werden. Es kann insbesondere erforderlich sein, den Tastgrad für die Dauer der Diagnose anzupassen. Es kann bevorzugt erforderlich sein, die Ansteuerfrequenz des Tankentlüftungsventils für die Dauer der Diagnose anzupassen. Der hierdurch verursachte Spülmengenverlust ist aufgrund der kurzen Diagnosedauer minimal und, insbesondere gegenüber Verfahren, die auf einer Diagnose mit vorangehender Beruhigungsphase beruhen, vernachlässigbar.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird bei Ausbleiben einer Druckschwingung am Drucksensor auf ein nicht funktionsfähiges Tankentlüftungsventil geschlossen wird.
  • In einem definierten Intervall der Ansteuerung, d.h. in einem definierten Intervall des Tastgrades ergibt sich auf dem im zweiten Leitungssystem zwischen Tankentlüftungsventil und Saugrohr befindlichen Drucksensors eine deutliche Druckschwingung. Diese Druckschwingung kann bei verschiedenen Betriebszuständen des Motors zur Diagnose verwendet werden. Es wird hiermit vorteilhaft ein Verfahren zur Verfügung gestellt, das eine Diagnose des Tankentlüftungsventils sowohl unter Teillast als auch unter Vollast des Motors ermöglicht.
  • Es wird hiermit ferner ein Verfahren zur Diagnose eines Tankentlüftungsventils mit kurzer Diagnosedauer zur Verfügung gestellt. Die Diagnosedauer ist durch die Dauer der Druckschwingungsmessung bestimmt. Die Diagnosedauer beträgt bevorzugt eine Sekunde. Bisherige, auf einer der Diagnose verangehenden Beruhigungsphase beruhenden Diagnoseverfahren weisen eine Diagnosedauer von fünf bis acht Sekunden auf. Es wird hiermit vorteilhaft ein Verfahren zur Verfügung gestellt, dass eine fünf- bis achtfache Diagnosehäufigkeit erlaubt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird bei geöffnetem Tankentlüftungsventil ein Kraftstoff-Luft-Gemisch durch einen in einem Saugrohr anliegenden Unterdruck in das erste Leitungssystem gesaugt.
  • Bei im Saugrohr anliegenden Unterdruck wird bei geöffnetem Tankentlüftungsventil der Filter mit Frischluft gespült. Die in den Filter gelangende Frischluft verdrängt die aus dem Kraftstofftank entwichenen Kohlenwasserstoffe. Das aus dem Filter austretende Kraftstoff-Luft-Gemisch gelangt bei geöffnetem Tankentlüftungsventil durch das erste Leitungssystem in das Saugrohr. Die Spülung des Filters über das erste Leitungssystem erfolgt bevorzugt unter Teillastbetrieb des Motors.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird bei geöffnetem Tankentlüftungsventil ein Kraftstoff-Luft-Gemisch durch einen in einer Venturi-Düse erzeugten Unterdruck in das zweite Leitungssystem gesaugt, wobei die Venturi-Düse durch die Entnahme eines Trägerstroms aus einer Umgebungsleitung nach einem Verdichter und vor einer Drosselklappe betrieben wird, wobei die Umgebungsleitung einen Luftfilter über den Verdichter und über die Drosselklappe mit einer zweiten Einleitstelle am Saugrohr verbindet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Saugrohr nicht nur über ein erstes Leitungssystem, sondern auch über ein zweites Leitungssystem mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch versorgt. Das zweite Leitungssystem spült den Filter bei geöffnetem Tankentlüftungsventil durch einen mittels einer Venturi-Düse erzeugten Unterdrucks. Die Venturi-Düse wird über einen Trägerstrom gespeist. Der Trägerstrom wird einer Umgebungsleitung nach einem Verdichter und vor einer Drosselklappe entnommen und vor dem Verdichter, um das aus dem Filter gespülte Kraftstoff-Luft-Gemisch bereichert, wieder zugeführt. Das aus dem Filter austretende Kraftstoff-Luft-Gemisch gelangt bei geöffnetem Tankentlüftungsventil durch das zweite Leitungssystem in die Venturi-Düse, dann vor dem Verdichter in die Umgebungsleitung, passiert dann die Drosselklappe und gelangt dann in das Saugrohr.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Verdichter ein Turbolader. Die Venturi-Düse wird bevorzugt über den Ladedruck des Turboladers betrieben.
  • Die Spülung des Filters über das zweite Leitungssystem erfolgt bevorzugt unter Vollastbetrieb des Motors.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird ein erster Druck im ersten Leitungssystem mittels eines an der ersten Einleitstelle am Saugrohr befindlichen ersten Drucksensors gemessen, wobei ein zweiter Druck im zweiten Leitungssystem mittels des mindestens in der zweiten Leitung zwischen Tankentlüftungsventil und Saugrohr befindlichen Drucksensors gemessen wird, wobei nach Vergleich des ersten Drucks mit dem zweiten Druck von den beiden Leitungssystemen dasjenige verschlossen wird, an dem ein geringerer Unterdruck anliegt.
  • Es ist hiermit bevorzugt möglich, in Abhängigkeit von dem anliegenden Druck zwischen den beiden Spülpfaden zu wechseln.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.
    • 1 illustriert schematisch ein Tankentlüftungssystem mit Tankentlüftungsventil zur Diagnose des Tankentlüftungsventils nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
  • In 1 ist ein Tankentlüftungssystem mit Tankentlüftungsventil zur Diagnose des Tankentlüftungsventils gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Ein Kraftstofftank 2 weist eine Zuleitung zu einem Filter 3 auf. Es ist hiermit vorteilhaft möglich, leicht flüchtige Kohlenwasserstoffe, die aus dem Kraftstoff verdampfen im Filter 3 aufzufangen. Der Filter 3 weist eine Zuleitung zur Umgebungsatmosphäre 11a auf. Es ist hiermit vorteilhaft möglich, den Filter mit Frischluft zu spülen. Der Filter 3 weist weiterhin eine Zuleitung zu einem Tankentlüftungsventil 4 auf. Das Tankentlüftungssystem wird von einem Steuergerät (nicht dargestellt) mittels eines pulsweitenmodulierten Signals angesteuert. Das Tankentlüftungsventil weist eine sich y-förmig verzweigende Zuleitung auf. Diese verbindet ein erstes Leitungssystem mit einem zweiten Leitungssystem und mit dem Tankentlüftungsventil. Das erste Leitungssystem weist ein Rückschlagventil 5b auf. Das erste Leitungssystem weist an der Einleitstelle 13b des ersten Leitungssystems am Saugrohr 10 einen Drucksensor 6b auf. Es ist hiermit vorteilhaft möglich, den im ersten Leitungssystem am Saugrohr anliegenden Druck zu bestimmen. Es ist insbesondere vorteilhaft möglich, das erste Leitungssystem mittels des Rückschlagventils 5b zu verschließen, wenn eine Spülung des Filters mittels des ersten Leitungssystems nicht effizient genug ist, weil beispielsweise ein zu geringer Unterdruck am Saugrohr vorliegt. Dieser Unterdruck ist vorteilhaft mittels des Drucksensors 6b zu bestimmen.
  • Das zweite Leitungssystem weist ein Rückschlagventil 5a auf. Das zweite Leitungssystem weist einen Drucksensor 6a auf. Es ist hiermit vorteilhaft möglich, den im zweiten Leitungssystem anliegenden Druck zu bestimmen. Es ist insbesondere vorteilhaft möglich, das zweite Leitungssystem mittels des Rückschlagventils 5a zu verschließen, wenn eine Spülung des Filters mittels des zweiten Leitungssystems nicht effizient genug ist, weil beispielsweise ein zu geringer Unterdruck im zweiten Leitungssystem vorliegt. Dieser Unterdruck ist vorteilhaft mittels des Drucksensors 6a zu bestimmen.
  • Das zweite Leitungssystem weist ferner eine Venturi-Düse 7 auf, die über einen Trägerstrom gespeist wird. Der Trägerstrom wird einer Umgebungsleitung 12 hinter einem Verdichter 8 und vor einer Drosselklappe 9 entnommen und hinter einer Zuleitung zur Umgebungsatmosphäre 11b und vor dem Verdichter 8 wieder zugeführt. Die Umgebungsleitung mündet an einer zweiten Einleitstelle 13a ins Saugrohr 10.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Diagnose eines Tankentlüftungsventils (4) in einem Tankentlüftungssystem (1), insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, wobei das Tankentlüftungssystem (1) einen Filter (3) aufweist, wobei der Filter (3) eine erste Zuleitung aus einem Kraftstofftank (2) aufweist, wobei der Filter (3) eine zweite Zuleitung mit Verbindung zur Umgebungsatmosphäre (11a) aufweist, wobei der Filter (3) eine dritte Zuleitung zu einem Tankentlüftungsventil (4) aufweist, wobei das Tankentlüftungsventil (4) eine Verbindung zu zwei verschiedenen Einleitstellen (13) an einem Saugrohr (10) aufweist, wobei die Verbindung ein erstes Leitungssystem und ein zweites Leitungssystem aufweist, wobei das Tankentlüftungssystem (1) mindestens einen im zweiten Leitungssystem zwischen Tankentlüftungsventil (4) und Saugrohr (10) angebrachten Drucksensor (6b) aufweist, wobei das Tankentlüftungsventil (4) mittels eines Steuergeräts angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsfähigkeit des Tankentlüftungsventils (4) in Abhängigkeit einer vom Drucksensor (6b) gemessenen Druckschwingung geprüft wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Tankentlüftungsventil (4) mittels des Steuergeräts mit einem pulsweitenmodulierten Signal angesteuert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Tastgrad des pulsweitenmodulierten Signals aus einem Intervall gewählt wird, wobei das Intervall abhängig von dem Betriebszustand des Motors gewählt wird, wobei bei Messung einer Druckschwingung am Drucksensor (6b) auf ein funktionsfähiges Tankentlüftungsventil (4) geschlossen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei bei Ausbleiben einer Druckschwingung am Drucksensor (6b) auf ein nicht funktionsfähiges Tankentlüftungsventil (4) geschlossen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei bei geöffnetem Tankentlüftungsventil (4) ein Kraftstoff-Luft-Gemisch durch einen in einem Saugrohr (10) anliegenden Unterdruck in das erste Leitungssystem gesaugt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei bei geöffnetem Tankentlüftungsventil (4) ein Kraftstoff-Luft-Gemisch durch einen in einer Venturi-Düse (7) erzeugten Unterdruck in das zweite Leitungssystem gesaugt wird, wobei die Venturi-Düse (7) durch die Entnahme eines Trägerstroms aus einer Umgebungsleitung (12) nach einem Verdichter (8) und vor einer Drosselklappe (9) betrieben wird, wobei die Umgebungsleitung (12) eine Zuleitung zur Umgebungsatmosphäre (11b) über den Verdichter (8) und über die Drosselklappe (9) mit einer zweiten Einleitstelle (13b) am Saugrohr (10) verbindet.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein erster Druck im ersten Leitungssystem mittels eines an der ersten Einleitstelle (13a) am Saugrohr (10) befindlichen ersten Drucksensors (6a) gemessen wird, wobei ein zweiter Druck im zweiten Leitungssystem mittels des mindestens in der zweiten Leitung zwischen Tankentlüftungsventil (4) und Saugrohr (10) befindlichen Drucksensors (6b) gemessen wird, wobei nach Vergleich des ersten Drucks mit dem zweiten Druck von den beiden Leitungssystemen dasjenige verschlossen wird, an dem ein geringerer Unterdruck anliegt.
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