Ermitteln der Remanenz eines Kraftstoffinj ektors Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Ansteuerung von Kraftstoffinj ektoren . Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Bestimmen einer Remanenz eines einen Magnetspulenantrieb aufweisenden Kraftstoffin- jektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Motorsteuerung und ein Computerprogramm.

Bei Betrieb von Kraftstoffinj ektoren mit Magnetspulenantrieb (auch Spuleneinspritzinj ektoren genannt) kommt es aufgrund von elektrischen und mechanischen Toleranzen zu unterschiedlichen zeitlichen Öffnungsverhalten der einzelnen Injektoren und somit zu Variationen in der jeweiligen Einspritzmenge.

Die relativen Einspritzmengenunterschiede von Injektor zu Injektor vergrößern sich bei kürzer werdenden Einspritzzeiten. Bisher waren diese relativen Mengenunterschiede klein und ohne praktische Bedeutung. Die Entwicklung in Richtung kleinere Einspritzmengen und -zeiten führt aber dazu, dass der Einfluss von den relativen Mengenunterschieden nicht mehr außer Betracht gelassen werden kann.

Die Injektoren werden für den Betrieb mit einem bestimmten zeitlichen Spannungs- bzw. Stromprofil beaufschlagt. Insbe ^¬ sondere wird ein Injektor erst mit einer erhöhten Spannung (Boostspannung) beaufschlagt, um den Injektor zu öffnen. Dieser Spannungspuls wird dann beendet, wenn der Spulenstrom einen bestimmten Stromwert (sogenannten Peakstrom) erreicht. Danach folgen typischerweise eine erste Haltephase, in welcher der Spulenstrom (und somit die Magnetkraft) zurückgeht, und eine zweite (eigentliche) Haltephase, in welcher der Kraftstoff ^¬ injektor offen gehalten wird. Um das reale Öffnungs- und Schließverhalten bestimmen zu können, kommen unter anderem Beobachtermodelle zum Einsatz. Mit Kenntnis des Spannungs- und Stromverlaufs des Injektors kann der Mag ^¬ netisierungszustand, die einwirkende Magnetkraft und somit die Öffnungs- und Schließzeit des Injektors bestimmt werden. Die Modelle müssen hinsichtlich der realen Beschreibung des Magnetsystems hinreichend genaue Magnetisierungskurven des In ^¬ jektors beinhalten. Die zugehörigen B/H-Kennlinien weisen aufgrund von Restmagnetisierung Remanenzen auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Ansteuerung von Kraftstoffinj ektoren durch Bestimmung von modellrelevanten Remanenzwerten zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorlie ^¬ genden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Remanenz eines einen Magnetspulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinj ektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Das beschriebene Verfahren weist folgendes auf: (a) Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs mit einem ersten Spannungspuls, (b) Aufzeichnen eines ersten zeitlichen Verlaufs der Spannung und eines ersten zeitlichen Verlaufs der Stromstärke des während des Beaufschlagens des Magnetspulenantriebs mit dem ersten Spannungspuls durch den Magnetspulenantrieb fließenden Stromes, (c) Umpolen des Mag ^¬ netspulenantriebs, (d) Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs mit einem zweiten Spannungspuls, (e) Aufzeichnen eines zweiten zeitlichen Verlaufs der Spannung und eines zweiten zeitlichen Verlaufs der Stromstärke des während des Beaufschlagens des Magnetspulenantriebs mit dem zweiten Spannungspuls durch den Magnetspulenantrieb fließenden Stromes, (f) Bestimmen einer ersten Flusskennlinie basierend auf dem ersten zeitlichen Verlauf der Spannung und dem ersten zeitlichen Verlauf der Stromstärke, (g) Bestimmen einer zweiten Flusskennlinie ba ^¬ sierend auf dem zweiten zeitlichen Verlauf der Spannung und dem zweiten zeitlichen Verlauf der Stromstärke, wobei die erste Flusskennlinie einen ersten Zusammenhang zwischen verkettetem magnetischen Fluss und Stromstärke darstellt und die zweite Flusskennlinie einen zweiten Zusammenhang zwischen verkettetem magnetischen Fluss und Stromstärke darstellt, (h) Anordnen der ersten Flusskennlinie und der zweiten Flusskennlinie relativ zueinander, so dass sie im Bereich maximaler Werte des verketteten magnetischen Flusses und Stromes einander überlagern, und (i) Bestimmen der Remanenz des Kraftstoffinj ektors basierend auf einer Abweichung zwischen der ersten Flusskennlinie und der zweiten Flusskennlinie im Bereich minimaler Werte des verketteten magnetischen Flusses und Stromes.

Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Remanenz anhand von zwei Flusskennlinien bestimmt werden kann, die jeweils bei Magnetisierung in entgegengesetzten Richtungen bestimmt wurden, indem die Flusskennlinien in einem Fluss-Strom- bzw. Psi-I-Koordinatensystem so angeordnet sind, dass die physikalische Bedingung, dass der Kraftstoffinj ektor bei beiden Magnetisierungen insgesamt die gleiche Magnetisierung annehmen muss, erfüllt ist. Mit anderen Worten werden die Flusskennlinien so angeordnet, dass sie sich im Bereich maximaler Werte des verketteten magnetischen Flusses (und Stromes) überlagern. Wenn die Flusskennlinien dann in anderen Bereichen auseinandergehen, ist dies auf eine Restmagnetisierung

(Remanenz) zurückzuführen.

In diesem Dokument bezeichnet „Umpolen" insbesondere einen Vorgang, der zu einem Vorzeichenwechsel bei der Spannung führt, mit welcher der Kraftstoffinj ektor beaufschlagt wird. Das

„Umpolen" kann somit in verschiedenen Arten und Weisen erfolgen, zum Beispiel durch Umtauschen der Batterieanschlüsse oder durch Invertieren der Spannung. Das Verfahren gemäß diesem Aspekt besteht grundsätzlich auf zwei Magnetisierungsvorgängen und einer Nachbearbeitung der während dieser Magnetisierungsvorgänge erfassten Daten. Zuerst wird der Kraftstoffinj ektor mit einem ersten Spannungspuls beaufschlagt und währenddessen wird der erste zeitliche Verlauf des Spu ^¬ lenstromes und der Spulenspannung aufgezeichnet (das heißt, mit regelmäßigen zeitlichen Abständen abgetastet und gespeichert) . Dann erfolgt das Umpolen und der Kraftstoffinj ektor wird (erneut) mit einem zweiten Spannungspuls beaufschlagt und währenddessen wird der zweite zeitliche Verlauf des Spulenstroms und der Spulenspannung aufgezeichnet. Basierend auf den aufgezeichneten zeitlichen Strom- und Spannungsverläufen werden entsprechenden Flusskennlinien berechnet und relativ zueinander so angeordnet, dass sie sich im Bereich maximaler Werte von Fluss und Strom überlagern. Die Remanenz des Kraftstoffinj ektors wird dann zum Schluss basierend auf der Abweichung zwischen den angeordneten Flusskennlinien im Bereich minimaler Werte von Strom und Fluss bestimmt .

Das Verfahren kann insbesondere direkt von einem Motorsteu ^¬ ergerät durchgeführt werden, das danach den bestimmten Rema ^¬ nenzwert beim Ansteuern des Kraftstoffinj ektors berücksichtigen kann, um die Präzision der Einspritzzeiten bzw. der Ein- spritzmenge zu verbessern.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Be ^¬ stimmen der Remanenz ein Bestimmen der Differenz zwischen der ersten Flusskennlinie und der zweiten Flusskennlinie bei einer Stromstärke von 0A auf.

Mit anderen Worten wird die Differenz zwischen den erfindungsgemäß angeordneten Flusskennlinien für I=0A bestimmt . Diese Differenz entspricht dem Remanenzfluss des gesamten Magnet- kreises. Die Remanenz ist bezüglich dem Nullpunkt symmetrisch, d.h. je die Hälfte wirkt positiv und negativ. Somit ist auch die Koerzitivkraft symmetrisch darstellbar. Sie zeigt den Strom an, bei dem man beim Umpolen eine Nullmagnetisierung des Gesamtsystems erreichen kann. Mit diesen Kenntnissen ist es nun möglich, die für eine Simulation notwendigen Magnetisierungskennlinien iterativ so zu adaptieren, dass sich der gemessene Remanenzfluss des Magnetsystems ergibt. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Bestimmen der ersten Flusskennlinie eine Integration von einer ersten Funktion auf, die den ersten Spannungspuls, einen Spulenwiderstand und den ersten zeitlichen Verlauf der

Stromstärke aufweist, und das Bestimmen der zweiten Fluss ^¬ kennlinie weist eine Integration von einer zweiten Funktion auf, die den zweiten Spannungspuls, den Spulenwiderstand und den zweiten zeitlichen Verlauf der Stromstärke aufweist. Der verkettete Fluss ψ lässt sich durch folgende allgemeine Gleichung berechnen: lP(l, = /o (t/(t) - Rspule ^■ t))dt .

Hier bezeichnet U(t) die elektrische Spannung als Funktion der Zeit, I (t) den elektrischen Strom als Funktion der Zeit und Rs _pu i _e den elektrischen Widerstand der Spule. Die Formel kann folglich zum Bestimmen der ersten/zweiten Flusskennlinie verwendet werden, indem der erste/zweite Spannungspuls als U(t) und der erste/zweite zeitliche Verlauf als I (t) verwendet werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Zeitdauer des ersten Spannungspulses so lang, dass die

Stromstärke einen Sättigungswert erreicht, und die Zeitdauer des zweiten Spannungspulses ist so lang, dass die Stromstärke den Sättigungswert erreicht.

Mit anderen Worten wird die Spannung so lange angelegt, dass gegen Ende des jeweiligen Spannungspulses ein im Wesentlichen konstanter Strom durch die Magnetspule fließt.

Die Zeitdauer des ersten Spannungspulses ist vorzugsweise gleich der Zeitdauer des zweiten Spannungspulses.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Bestimmen des Spulenwiderstands basierend auf der Spannung des ersten und/oder zweiten Spannungspulses und dem Sättigungswert der Stromstärke auf. Mit anderen Worten wird der Spulenwiderstand basierend auf der Spannung und der Stromstärke gegen Ende von zumindest einem der Spannungspulse bestimmt, das heißt R = U _P /I _S , wobei U _P die Spannung und I _s den Sättigungsstrom bezeichnen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Spannung des ersten und/oder zweiten Spannungspulses so gewählt, dass im Wesentlichen keine dynamischen Wirbelstromeffekte auftreten.

Mit anderen Worten ist die Spannung niedriger als die Spannungen, die typisch bei der Ansteuerung vom Kraftstoffinj ektor verwendet werden .

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt die Spannung des ersten und/oder des zweiten Spannungspulses zwischen 3V und 9V, insbesondere um 6V. Dieses Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen Kraft ^¬ stoffinj ektor für ein Fahrzeug mit einer Batteriespannung von 12V, wobei typisch eine darüber erhöhte Spannung (Boostspannung) von z.B. 65V zum Öffnen des Kraftstoffinj ektors eingesetzt wird. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Motorsteuerung für ein Fahrzeug beschrieben, die zum Verwenden eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt und/oder einem der obigen Ausführungsbeispiele eingerichtet ist. Diese Motorsteuerung ermöglicht es somit in einfacher Weise die Remanenzwerte für die in einem Fahrzeug vorhandenen Kraft ^¬ stoffinj ektoren zu ermitteln und bei der Ansteuerung der Kraftstoffinj ektoren zu verwenden, zum Beispiel in Modellen zur Ermittlung der Öffnungs- und/oder Schließzeiten.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm beschrieben, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, eingerichtet ist, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt und/oder einem der obigen Ausführungsbeispiele durchzuführen .

Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen Com ^¬ puterprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines Pro ^¬ gramm-Elements, eines Computerprogrammprodukts und/oder eines computerlesbaren Mediums, das Anweisungen zum Steuern eines Computersystems enthält, um die Arbeitsweise eines Systems bzw. eines Verfahrens in geeigneter Weise zu koordinieren, um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpften Wirkungen zu erreichen .

Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Blu-ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie insbesondere ein Steuergerät für einen Motor eines Kraftfahrzeugs derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer heruntergeladen werden kann.

Die Erfindung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.

Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände be ^¬ schrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform.

Figur 1 zeigt zeitliche Verläufe des Spulenstroms eines

Kraftstoffinj ektors beim Durchführen eines erfin- dungsgemäßen Verfahrens.

Figur 2 zeigt Kennlinien für verketteten magnetischen Fluss entsprechend den in Figur 1 gezeigten zeitlichen Verläufen des Spulenstroms, wobei die Kennlinien erfindungsgemäß angeordnet sind.

Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an mög- liehen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellt.

Die Figur 1 zeigt zeitliche Verläufe des Spulenstroms eines Kraftstoffinj ektors beim Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Spezifischer zeigt die Figur 1 einen ersten zeitlichen Stromverlauf 1, der während Beaufschlagens eines Kraftstoffinj ektors mit einem ersten Spannungspuls aufge ^¬ zeichnet wurde. Der erste Spannungspuls (nicht gezeigt) weist dabei eine Spannung von ca. 6V und eine Zeitdauer von ca. 19ms auf. Mit diesem ersten Spannungspuls treten so gut wie keine dynamischen Wirbelstromeffekte auf und der Sättigungsstrom I _s (ca. 2,8A) wird schon nach etwa der Hälfte von der Pulsdauer erreicht. Nach diesem ersten Magnetisierungsvorgang wird der Magnetspulenantrieb umgepolt und mit einem zweiten Spannungspuls beaufschlagt, der vorzugsweise gleich dem ersten Spannungspuls ist. Der entsprechende zweite zeitliche Stromverlauf 2 ist auch in der Figur 1 gezeigt und es kann erkannt werden, dass der zweite zeitliche Stromverlauf 2 in Vergleich mit dem ersten Stromverlauf 1 aufgrund einer vorhandenen Restmagnetisierung bzw. Remanenz leicht verzögert ist, das heißt, dass die Stromstärke nach der Umpolung nicht ganz so schnell ansteigt wie bei dem ersten Spannungspuls . Die zeitliche Stromverläufe 1 und 2 werden nun erfindungsgemäß verarbeitet. Insbesondere werden anhand der beiden Stromverläufe jeweils eine erste Flusskennlinie und eine zweite Flusskennlinie bestimmt, zum Beispiel durch Berechnung des verketteten magnetischen Flusses lP(l, = /o (t/(t) - Rspule ^■ /(t))dt,

wobei U(t) die elektrische Spannung, I (t) die Stromstärke und Rs _p uie den elektrischen Widerstand der Magnetspule bezeichnen. Dabei stellt jede Flusskennlinie einen Zusammenhang zwischen verkettetem magnetischem Fluss und Spulenstrom dar. Der Widerstand Rs _p uie kann vorbestimmt sein (zum Beispiel durch La ^¬ bormessung) oder er kann als das Verhältnis zwischen Pulsspannung und Sättigungsstrom I _s berechnet werden. Die Figur 2 zeigt Kennlinien 3 und 4 für verketteten magnetischen Fluss entsprechend den in Figur 1 gezeigten zeitlichen Verläufen

1 und 2 des Spulenstroms, wobei die Kennlinien erfindungsgemäß angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Anordnung der Kennlinien relativ zueinander erfolgt so, dass sie sich im Bereich 5 maximaler Werte von Fluss und Strom überlagern. In dem in Figur

2 gezeigten Beispiel wurde die erste Kennlinie 3 in dem gezeigten Koordinatensystem so eingezeichnet, dass die berechneten Werte des Flusses zu den entsprechenden Werten der Stromstärke passen. Dann wurde die zweite Kennlinie 4 so eingezeichnet, dass sie die Kennlinie 3 im Bereich 5 oben rechts überlagert. Spezifischer wurde die Endpunkte (bei maximaler Stromstärke) an der gleichen Stelle angebracht und die Kennlinie 4 dann so ausgerichtet, dass die Überlagerung erreicht wurde. Aufgrund der Restmagnetisierung vor der Umpolung weichen die so angeordneten Kennlinien bei niedrigen Werten der Stromstärke voneinander ab. Die Remanenz wird erfindungsgemäß als die Abweichung (Differenz) 6 zwischen den beiden Kennlinien 3 und 4 bestimmt. In dem in Figur 2 gezeigten Beispiel beträgt der Remanenzfluss ca. 4mWb, also bezogen auf den Nullpunkt ca. +/- 2 mWb .

Das oben beschriebene Verfahren kann vorteilhafterweise vom Motorsteuergerät durchgeführt werden, sowohl bei der Herstellung im Werk als auch später im normalen Betrieb.

Bezugs zeichenliste

1 Zeitlicher Verlauf der Stromstärke

2 Zeitlicher Verlauf der Stromstärke

I Stromstärke

t Zeit

Is Sättigungsström

3 Flusskennlinie

4 Flusskennlinie

5 Bereich

6 Abweichung

Ψ Verketteter magnetischer Fluss