Bestimmung des Schließzeitpunkts eines Einspritzventils basierend auf einer Auswertung der Ansteuerspannung unter Verwendung eines adaptierten Referenzspannungssignals

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Ansteuerung von Spulenantrieben für ein Einspritzventil, insbesondere für ein Direkteinspritzventil für einen Verbren- nungsmotor eines Kraftfahrzeuges. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Bestimmen des

Schließzeitpunkts eines einen Spulenantrieb aufweisenden Einspritzventils. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Vorrichtung sowie ein Computerprogramm zum Bestimmen des Schließzeitpunkts eines einen Spulenantrieb aufweisenden Ventils.

Für den Betrieb moderner Verbrennungsmotoren und die Einhaltung strenger Emissionsgrenzwerte bestimmt eine Motorsteue- rung die in einem Zylinder pro Arbeitsspiel eingeschlossene Luftmasse. Abhängig von der Luftmasse und dem gewünschten Verhältnis "Lambda" zwischen Luftmenge und Kraftstoffmenge wird eine bestimmte Menge an Kraftstoff über ein Einspritz ^¬ ventil, welches in diesem Dokument auch als Injektor bezeich- net wird, eingespritzt. Von der Motorsteuerung wird dafür ein entsprechender Kraftstoffmengensollwert (MFF_SP) berechnet. Damit kann die einzuspritzende Kraftstoffmenge so bemessen werden, dass ein für die Abgasnachbehandlung im Katalysator optimaler Wert für Lambda vorliegt.

Hauptanforderung an das Einspritzventil ist neben Dichtheit gegen einen ungewollten Kraftstoffausfluss und einer Kraft ^¬ stoff-Strahlaufbereitung auch eine zeitlich exakte Bemessung der Einspritzmenge. Insbesondere bei aufgeladenen, mit Kraft- Stoffdirekteinspritzung arbeitenden Ottomotoren ist eine sehr hohe Mengenspreizung der geforderten Kraftstoffmenge erforderlich. So muss beispielsweise für den aufgeladenen Betrieb eine maximale Kraftstoffmenge MFF_max pro Arbeitsspiel zuge ^¬ messen werden, wohingegen im leerlaufnahen Betrieb eine minimale Kraftstoffmenge MFF_min zugemessen werden muss. Die beiden Kenngrößen MFF_max u. MFF_min definieren dabei die Grenzen des linearen Arbeitsbereichs des Einspritzventils. Dies bedeutet, dass für diese Einspritzmengen ein linearer Zusammenhang zwischen der Einspritzzeit (elektrische Ansteuerdauer (Ti) ) und der eingespritzten Kraftstoffmenge pro Arbeitsspiel (MFF) besteht.

Für Direkteinspritzventile mit Spulenantrieb kann die Mengen- spreizung, d. h. der Quotient zwischen MFF_max und MFF_min, abhängig von der jeweiligen Motorenleistung zwischen 6 und 40 betragen. In Spezialfällen kann die Mengenspreizung auch noch größer sein. Für zukünftige Motoren mit reduziertem C02- Ausstoß wird der Hubraum verkleinert und die Motor- Nennleistung über Motorauflademechanismen zumindest beibehalten. Somit entspricht die Anforderung an die maximale Kraft ^¬ stoffmenge MFF_max mindestens den Anforderungen eines Saugmo- tors mit größerem Hubraum. Die minimale Kraftstoffmenge

MFF_min wird jedoch über den leerlaufnahen Betrieb und der minimalen Luftmasse im Schubbetrieb des im Hubraum verklei ^¬ nerten Motors bestimmt und somit verringert. Für zukünftige Motoren ergibt sich deshalb eine erhöhte Anforderung sowohl an die Mengenspreizung als auch an die minimale Kraftstoff ^¬ menge MFF_min.

Bei bekannten Einspritzsystemen kommt es bei Einspritzmengen, die kleiner sind als MFF_min, zu einer signifikanten Abwei- chung der tatsächlichen von der nominalen Einspritzmenge.

Diese Abweichung ist im Wesentlichen auf Fertigungstoleranzen am Injektor, sowie auf Toleranzen der den Injektor ansteuernden Endstufe in der Motorsteuerung und damit auf Abweichungen vom nominalen Ansteuerstromprofil zurückzuführen.

Die Kennlinie eines Einspritzventils definiert den Zusammen ^¬ hang zwischen der eingespritzten Kraftstoffmenge MFF und der Zeitdauer Ti der elektrischen Ansteuerung (MFF = f (Ti) ) . Die Invertierung dieser Beziehung Ti=g(MFF_SP) wird in der Motorsteuerung genutzt, um die Soll-Kraftstoffmenge (MFF_SP) in die erforderliche Einspritzzeit umzurechnen. Die in diese Berechnung zusätzlichen eingehenden Einflussgrößen wie Kraftstoffdruck, Zylinderinnendruck während des Einspritzvorgangs, sowie mögliche Variationen der Versorgungsspannung werden hier zur Vereinfachung weggelassen. Figur 7a zeigt die Kennlinie eines Direkteinspritzventils.

Dabei ist die eingespritzte Kraftstoffmenge MFF in Abhängig ^¬ keit von der Zeitdauer Ti der elektrischen Ansteuerung aufgetragen. Für Zeitdauern Ti größer als Ti_min ergibt sich in sehr guter Näherung ein linearer Arbeitsbereich, die einge- spritzte Kraftstoffmenge MFF ist direkt proportional zu der Zeitdauer Ti der elektrischen Ansteuerung. Für Zeitdauern Ti kleiner als Ti_min ergibt sich kein lineares Verhalten. In dem dargestellten Beispiel ist Ti_min ungefähr 0,5 ms. Die Steigung der Kennlinie im linearen Arbeitsbereich entspricht dem statischen Durchfluss des Einspritzventils bei vollständigem Ventilhub. Die Ursache für das nicht lineare Verhalten für Zeitdauern Ti kleiner als ungefähr 0,5 ms bzw. für Kraftstoffmengen MFF < MFF_min liegt insbesondere in der Trägheit eines Injektor-Federmassesystems sowie dem zeitli ^¬ chen Verhalten beim Auf- u. Abbau des Magnetfeldes durch eine Spule, welches Magnetfeld die Ventilnadel des Einspritzven ^¬ tils betätigt. Durch diese dynamischen Effekte wird in dem sog. ballistischen Bereich der vollständige Ventilhub nicht mehr erreicht. Dies bedeutet, dass das Ventil wieder ge ^¬ schlossen wird, bevor die den maximalen Ventilhub definierende Endposition erreicht wurde.

Um eine reproduzierbare Einspritzmenge zu gewährleisten, werden Einspritzventile üblicherweise in dem linearen Ar ^¬ beitsbereich betrieben. Ein stabiler Betrieb im nichtlinearen Bereich ist derzeit nicht möglich, da es aufgrund (a) der erwähnten Toleranzen bei der Versorgungsspannung und damit auch im Stromverlauf und (a) von mechanischen Toleranzen von Einspritzventilen (z.B. Vorspannkraft der Schließfeder, innere Reibung im Anker/Nadelsystem) zu einem signifi- kanten systematischen Fehler der Einspritzmenge kommt. Für einen zuverlässigen Betrieb eines Einspritzventils ergibt sich daraus eine minimale Kraftstoffmenge MFF_min pro Ein ^¬ spritzpuls, welche mindestens gegeben sein muss, um die gewünschte Einspritzmenge mengengenau realisieren zu können. In dem in Figur 7a dargestellten Beispiel ist diese minimale Kraftstoffmenge MFF_min etwas kleiner als 5 mg.

Die elektrische Ansteuerung eines Einspritzventils erfolgt üblicherweise über stromgeregelte Vollbrücken-Endstufen der Motorsteuerung. Eine Vollbrücken-Endstufe erlaubt es, das

Einspritzventil mit einer Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs und alternativ mit einer Verstärkungsspannung zu beaufschlagen. Die Verstärkungsspannung wird häufig auch als

Boostspannung (U_boost) bezeichnet und kann beispielsweise ca. 60V betragen.

Figur 7b zeigt ein typisches Strom-Ansteuerprofil I (dicke durchgezogene Linie) für ein Direkteinspritzventil mit einem Spulenantrieb. Figur 7b zeigt ferner die entsprechende Span- nung U (dünne durchgezogene Linie) , die an dem Direktein ^¬ spritzventil anliegt. Die Ansteuerung gliedert sich in fol ^¬ gende Phasen:

A) Pre-Charge-Phase : Während dieser Phase der Dauer t_pch wird die Batteriespannung U_bat, welche der Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs entspricht, an den Spulenantrieb des

Einspritzventils angelegt. Bei Erreichen eines Stromsollwer ^¬ tes I_pch wird die Batteriespannung U_bat durch einen Zweipunktregler abgeschaltet, nach Unterschreiten einer weiteren Stromschwelle wird U_bat wieder eingeschaltet. B) Boost-Phase: Hier wird von der Endstufe die Verstärkungs ^¬ spannung U_boost solange an den Spulenantrieb angelegt, bis ein vorgegebener Maximalstrom I_peak erreicht ist. Durch den schnellen Stromaufbau öffnet das Einspritzventil beschleu- nigt. Nach Erreichen von I_peak schließt sich bis zum Ablauf von t_l eine Freilaufphase an, während dieser wiederum die Batteriespannung U_bat an den Spulenantrieb angelegt wird. Die Zeitdauer Ti der elektrischen Ansteuerung wird ab dem Beginn der Boost-Phase gemessen. Der Übergang in die Frei- laufphase wird durch das von I_peak getriggert.

C) Abkommutierungs-Phase : Die Abkommutierungs-Phase beginnt mit dem Abschalten der Spannung, wodurch eine Selbstinduktionsspannung erzeugt wird. Diese wird im Wesentlichen auf die Boostspannung U_boost begrenzt. Die Spannungsbegrenzung während der Selbstinduktion setzt sich zusammen aus der Summe von U_boost, sowie den Vorwärtsspannungen einer

Rekuperationsdiode und einer sog. Freilaufdiode . Die Summe dieser Spannungen wird im Weiteren als Rekuperationsspannung bezeichnet. Aufgrund einer differentiellen Spannungsmessung, welche der Figur 7b zugrunde liegt, ist die

Rekuperationsspannung in der Abkommutierungs-Phase negativ dargestellt . Durch die Rekuperationsspannung entsteht ein Stromfluss durch die Spule, welcher das Magnetfeld vermindert. Die

Abkommutierungs-Phase, welche von der Batteriespannung U_bat und von der Dauer t_l der Boost-Phase abhängt, endet nach Ablauf einer weiteren Zeitspanne t_2.

D) Halte-Phase: Hier wird über einen Zweipunktregler der Sollwert für den Haltestromsoll I_hold über die Batteriespan ^¬ nung U_bat eingeregelt. E) Abschalt-Phase : Durch Abschalten der Spannung entsteht wiederum eine Selbstinduktionsspannung, welche ebenso auf die Rekuperationsspannung begrenzt wird. Dadurch entsteht ein Stromfluss durch die Spule, welcher nun das Magnetfeld ab ^¬ baut. Nach Überschreiten der hier negativ dargestellten

Rekuperationsspannung fließt kein Strom mehr. Dieser Zustand wird auch als "open coil" bezeichnet. Aufgrund der ohmschen Widerstände des magnetischen Materials klingen die beim

Feldabbau der Spule induzierten Wirbelströme ab. Die Abnahme der Wirbelströme führt wiederum zu einer Feldänderung in der Magnetspule und somit zu einer Spannungsinduktion. Dieser Induktionseffekt führt dazu, dass der Spannungswert am Injek- tor ausgehend vom Niveau der Rekuperationsspannung nach dem

Verlauf einer Exponentialfunktion auf den Wert Null ansteigt. Der Injektor schließt nach Abbau der Magnetkraft über die Federkraft und die durch den Kraftstoffdruck verursachte hydraulische Kraft.

Die beschriebene Ansteuerung des Einspritzventils hat den Nachteil, dass der genaue Zeitpunkt des Schließens des Ein- spritzventils bzw. des Injektor in der "open coil" Phase nicht bestimmt werden kann. Da eine Variation der Einspritz- menge mit der daraus resultierenden Variation des Schließ ^¬ zeitpunktes korreliert, ergibt sich durch das Fehlen dieser Information insbesondere bei sehr geringen Einspritzmengen, die kleiner als MFF_min sind, eine beträchtliche Unsicherheit bzgl. der tatsächlich in den Brennraum eines Kraftfahrzeugmo- tors eingespritzten Kraftstoffmenge .

Aus der DE 38 43 138 AI ist ein Verfahren zur Steuerung und Erfassung der Bewegung eines Ankers eines elektromagnetischen Schaltorgans bekannt. Beim Abschalten des Schaltorgans wird ein Magnetfeld in dessen Erregerwicklung induziert, welches durch die Ankerbewegung verändert wird. Die darauf beruhenden zeitlichen Änderungen der an der Erregerwicklung anliegenden Spannung können dazu verwendet werden, um das Ende der Ankerbewegung zu erfassen.

Aus der DE 10 2006 035 225 AI ist eine elektromagnetische Stellvorrichtung bekannt, welche eine Spule aufweist. Durch eine Auswertung von induzierten Spannungssignalen, welche durch externe mechanische Einflüsse verursacht werden, kann die tatsächliche Bewegung der Stellvorrichtung analysiert werden .

Aus der DE 198 34 405 AI ist ein Verfahren zur Schätzung eines Nadelhubs eines Magnetventils bekannt. Bei der Bewegung der Ventilnadel relativ zu einer Spule des Magnetventils werden die in der Spule induzierten Spannungen erfasst und mittels eines Rechenmodells mit dem Hub der Ventilnadel in

Beziehung gesetzt. Zur Ermittlung des KontaktZeitpunktes kann die zeitliche Ableitung dU/dt der Spulenspannung verwendet werden, da dieses Signal im Umkehrpunkt der Nadel- bzw.

Ankerbewegung große Sprünge aufweist.

Aus der DE 103 56 858 B4 ist ein Betriebsverfahren für einen Aktor eines Einspritzventils bekannt. Ein gemessener zeitli ^¬ cher Verlauf einer elektrischen Betriebsgröße des Aktors wird mit einer gespeicherten Referenzkurve verglichen, die den zeitlichen Verlauf dieser Betriebsgröße bei einem Referenzmuster wiedergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach zu realisierendes Verfahren, sowie eine entsprechende Vorrich- tung zum genauen Bestimmen des Schließzeitpunkts innerhalb der Abschaltphase eines Einspritzventils anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhän ^¬ gigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben .

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Schließzeitpunktes eines einen Spulenan- trieb aufweisenden Ventils beschrieben, wobei das Ventil insbesondere ein Direkteinspritzventil für einen Verbren ^¬ nungsmotor eines Kraftfahrzeuges ist. Das beschriebene Ver- fahren weist auf (a) ein Abschalten eines Stromflusses durch eine Spule des Spulenantriebs, so dass die Spule stromlos ist, (b) ein Erfassen eines zeitlichen Verlaufs einer in der stromlosen Spule induzierten Spannung, wobei die induzierte Spannung zumindest teilweise durch eine Bewegung des Magnet ^¬ ankers relativ zu der Spule erzeugt wird, (c) ein Auswerten des erfassten zeitlichen Verlaufs der in der Spule induzierten Spannung, wobei das Auswerten ein Vergleichen des erfassten zeitlichen Verlaufs der in der stromlosen Spule induzier- ten Spannung mit einem in einer Motorsteuerung hinterlegten Referenzspannungsverlauf umfasst, und (d) ein Bestimmen des Schließzeitpunktes basierend auf dem ausgewerteten zeitlichen Verlauf. Erfindungsgemäß ist der Referenzspannungsverlauf an die aktuellen Betriebsbedingungen des Ventils angepasst.

Dem beschriebenen Schließzeitpunkt-Detektionsverfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein von der Bewegung des Mag ^¬ netankers durch Induktion verursachtes Spannungssignal in der Spule dazu verwendet werden kann, um den Bewegungsablauf des Magnetankers zu charakterisieren und daraus den Schließzeit ^¬ punkt zu ermitteln. Dabei ist typischerweise das von der Bewegung aufgrund des remanenten Magnetfeldes des Magnetankers durch Induktion verursachte Spannungssignal in der Spule dann am größten, wenn sich der Magnetanker unmittelbar vor seiner Anschlag bzw. vor seiner Schließposition befindet.

Dies liegt daran, dass im stromlosen Zustand der Spule unmit ^¬ telbar vor dem Anschlag - des bewegten Magnetankers die

Relativgeschwindigkeit zwischen dem Magnetanker und der Spule maximal ist.

Der Spannungsverlauf der in der stromlosen Spule induzierten Spannung wird somit zumindest teilweise durch die Bewegung des Magnetankers bestimmt. Durch eine geeignete Auswertung des zeitlichen Verlaufs der in der Spule induzierten Spannung kann zumindest in guter Näherung der Anteil ermittelt werden, der auf der Relativbewegung zwischen Magnetanker und Spule basiert. Auf diese Weise werden automatisch auch Informatio- nen über den Bewegungsverlauf gewonnen, welche Rückschlüsse über den Zeitpunkt der maximalen Geschwindigkeit und damit auch über den Zeitpunkt des Schließens des Ventils zulassen. Durch den erfindungsgemäßen Vergleich des erfassten zeitlichen Verlaufs der in der stromlosen Spule induzierten Spannung mit einem Referenzspannungsverlauf können besonders genaue Informationen über die tatsächliche Bewegung des

Magnetankers gewonnen werden.

Der Referenzspannungsverlauf kann beispielsweise derart gewählt sein, dass er den Anteil an der induzierten Spannung beschreibt, der durch abklingende Wirbelströme im Magnetkreis verursacht wird. So kann beispielsweise durch eine einfache Differenzbildung zwischen der in der Spule induzierten Spannung und dem Referenzspannungsverlauf die tatsächliche Bewe ^¬ gung des Magnetankers ermittelt werden.

Anschaulich ausgedrückt kann die Mengengenauigkeit der Ein- spritzung durch eine Ausregelung des Ventil- Schließzeitpunktes verbessert werden. Messgröße für diese Regelung ist ein aus dem Spannungsverlauf der

Injektorspannung beim Schließen des Ventils abgeleiteter charakteristischer Knick in dem Kurvenverlauf der induzierten Spannung, der wesentlich durch Induktion und Induktivitätsänderung hervorgerufen wird. Um das für das Ventil-Schließen wesentliche Charakteristikum aus dem Spannungssignalverlauf berechnen zu können, wird erfindungsgemäß ein Vergleich mit einem Referenzsignal bzw. Referenzspannungsverlauf durchge- führt. Das Nutzsignal zur Bestimmung des tatsächlichen

Schließzeitpunkts kann aus der Differenz zwischen dem Referenzspannungsverlauf und dem Verlauf der induzierten Spannung gewonnen werden. Erfindungsgemäß wird der Referenzspannungsverlauf an die aktuell vorliegenden Betriebsbedingungen des Ventils ange- passt. Dabei können die Betriebsbedingungen grundsätzlich durch alle möglichen physikalischen Größen bestimmt werden, welche einen Einfluss auf die tatsächliche Bewegung des

Ventils haben können. Die Betriebsbedingungen werden beispielsweise durch die

Umgebungstemperatur und/oder die Betriebstemperatur des

Ventils bestimmt. Ferner kann auch der aktuelle Zustand des Ventils, welcher sich beispielsweise durch Alterung verändern kann, einen Einfluss auf die tatsächliche Ventil-Bewegung haben. Außerdem kann eine sogenannte Exemplarstreuung dazu führen, dass das Schließverhalten eines bestimmten Ventils zumindest etwas von einem Nominalverhalten eines Referenzventils abweicht. Ferner kann beispielsweise durch eine Temperaturschwankung, durch Alterung und/oder durch eine Exemplarstreuung nicht nur das mechanische System des Ventils beeinflusst werden, auch elektrische Eigenschaften des Spulenantriebs wie zum Beispiel dessen Induktivität und/oder Widerstand können durch diese Betriebsbedingungen beeinflusst werden.

Durch die erfindungsgemäße Adaption bzw. Anpassung des Refe ^¬ renzspannungsverlaufs an die aktuellen Betriebsbedingungen kann eine besonders hohe Genauigkeit der Bestimmung des tatsächlichen Schließzeitpunkts erreicht werden. Die be ^¬ schriebene Adaption kann dabei individuell für jedes Ventil online in einem Fahrzeug während eines Betriebs desselben durchgeführt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die hier genannten physika ^¬ lischen Größen, welche einen Einfluss auf die Betriebsbedingungen des Ventils haben, lediglich beispielhaft sind und keine abschließende Aufzählung darstellen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das

Verfahren ferner auf (a) ein Ermitteln eines Test- Referenzspannungsverlaufs, indem die Spule des Spulenantriebs mit einem Test-Spannungspuls beaufschlagt wird, wobei die Zeitdauer des Test-Spannungspulses derart bemessen ist, dass die Bewegung des Magnetankers relativ zu der Spule kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist, (b) ein Vergleichen des Test-Referenzspannungsverlaufs mit dem in der Motorsteue ^¬ rung hinterlegten Referenzspannungsverlauf, und (c) ein

Anpassen des hinterlegten Referenzspannungsverlaufs basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs des Test- Referenzspannungsverlaufs mit dem in der Motorsteuerung hinterlegten Referenzspannungsverlauf.

Im Betrieb eines das Ventil aufweisenden Einspritzsystems ist der beschriebene Test-Spannungspuls insbesondere ein zusätz ^¬ licher Spannungspuls, welcher zu keiner oder lediglich zu einer vernachlässigbaren Öffnung des Ventils führt. In diesem Zusammenhang bedeutet "zusätzlicher Spannungspuls", dass der betreffende Spannungspuls zusätzlich zu den üblichen Span ^¬ nungspulsen an die Spule angelegt wird, wobei die üblichen Spannungspulse diejenigen Einspritzvorgänge veranlassen, welche für einen gewöhnlichen Betrieb des Verbrennungsmotors erforderlich sind. Durch die Beaufschlagung der Spule mit zusätzlichen (Test-) Spannungspulsen kann der Referenzspannungsverlauf während des Betriebs des Verbrennungsmotors aktiv und online bestimmt bzw. auf einfache Weise an die jeweiligen Betriebsbedingungen angepasst werden.

Der Test-Spannungspuls hat bevorzugt die gleiche Höhe wie ein üblicher Spannungspuls. Dadurch kann gewährleistet werden, dass der ermittelte Referenzspannungsverlauf für den be- schriebenen Vergleich mit dem erfassten zeitlichen Verlauf der in der stromlosen Spule induzierten Spannung zumindest eine ähnliche Höhe hat. Dadurch kann dann der bewegungsindi ^¬ zierte Anteil und damit auch die Bewegung des Magnetankers mit besonders hoher Genauigkeit bestimmt werden.

Der Schwellenwert kann derart gewählt sein, dass es im Be ^¬ trieb zu keiner oder zumindest zu keiner nennenswerten Kraft- stoffeinspritzung kommt. Dies bedeutet, dass die Ansteuerung der Spule zum Zwecke der Bestimmung des Referenzspannungsverlaufs so kurz ist, dass im Vergleich zu der gewollten Einspritzung bzw. den gewollten Einspritzmengen durch übliche Einspritzpulse keine oder lediglich geringste Mengen an

Kraftstoff zusätzlich injiziert werden.

Bei der Wahl der Dauer des Test-Spannungspulses spielt selbstverständlich die Masse des Magnetankers bzw. die mit der Masse des Magnetankers verbundene mechanische Trägheit des Magnetankers eine entscheidende Rolle. Je größer diese Masse ist, desto länger darf die Zeitdauer des Test- Spannungspulses sein, um trotzdem die ungewollte Ventilöff ^¬ nung auf ein Minimum zu begrenzen, so dass zusätzliche Schad- Stoffemissionen vermieden bzw. auf ein Minimum reduziert werden können.

Es wird darauf hingewiesen, dass der ermittelte Referenzspannungsverlauf umso besser lediglich den durch abklingende Wirbelströme induzierten Spannungsanteil des gesamten Spulen ^¬ signals darstellt, je geringer die Bewegung des Magnetankers ist, die durch den zusätzlichen Test-Spannungspuls veranlasst wird. Dies bedeutet, dass bei einer vollständigen Vermeidung einer Ankerbewegung der Referenzspannungsverlauf ausschließ- lieh den Anteil der induzierten Spannung darstellt, welcher nach dem Abschalten des Spulenstromes durch abklingende

Wirbelströme induziert wird. Dies hat den Vorteil, dass später bei einem Vergleich eines induzierten Spannungssignals mit dem so ermittelten Referenzspannungsverlauf der von abklingenden Wirbelströmen veranlasste Anteil einfach und genau eliminiert werden kann. Dadurch kann dann der durch die Magnetankerbewegung induzierte Anteil der Spulenspannung besonders genau ermittelt werden. Der Schwellenwert kann dabei durch verschiedene physikalische Parameter beschrieben werden. Beispielsweise kann der Schwellenwert eine maximale Verschiebestrecke beschreiben, die der Magnetanker durch den beaufschlagten Test-Spannungspuls in Richtung der Öffnungsposition des Ventils zurücklegen darf. Der Schwellenwert kann auch eine maximale Zeit definieren, innerhalb der das Ventil (teilweise) geöffnet ist. Diese Zeit sollte jedoch ebenfalls so klein sein, dass sich die mit der zusätzlichen (teilweisen) Öffnung verbundenen Schadstoffemissionen in vertretbaren Grenzen halten.

Da jedoch nicht ausgeschlossen werden kann, dass durch eine auf dem Test-Spannungspuls basierende zusätzliche (teilweise) Ventilöffnung ungewollt Kraftstoff eingespritzt wird, sollte der Test-Spannungspuls nicht in jedem Arbeitsspiel des Ver ^¬ brennungsmotors appliziert werden. Da sich die Betriebsbedin ^¬ gungen des Ventil auch üblicherweise nicht so schnell ändern, genügt es des Test-Spannungspuls lediglich von Zeit zu Zeit, beispielsweise einmal für alle 100, 1000 oder 10000 Arbeits ^¬ spiele, zu applizieren. Die Anzahl der Arbeitsspiele, welche zwischen zwei aufeinanderfolgenden Test-Spannungspulsen von dem Verbrennungsmotor abgearbeitet werden, kann auch von dem Betriebszustand des Motors abhängen. So kann beispielsweise in einer Startphase des Motors die Applikation eines Test- Spannungspulse von außen, beispielsweise von einer Motorsteu ^¬ erung, getriggert werden, wenn zu erwarten ist, dass sich die Betriebsbedingungen inzwischen verändert haben.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Applikation des Test- Spannungspulses selbstverständlich auch (elektrische) Energie erfordert. Auch aus diesem Grund sollten Test-Spannungspulse nicht zu häufig an die Spule angelegt werden, um den

insgesamten Energieverbrauch eines Kraftfahrzeugs nicht unnötig zu erhöhen.

Der Test-Referenzspannungsverlauf kann sich über ein Zeit ^¬ fenster erstrecken, welches auch von dem beispielsweise in einer Motorsteuerung hinterlegten Referenzspannungsverlauf ausgefüllt wird. Es ist jedoch auch möglich, dass der Test- Referenzspannungsverlauf lediglich in einem kürzeren Zeit- fenster als das Zeitfenster des hinterlegten Referenzspannungsverlaufs erfasst und/oder abgespeichert wird. Ebenso ist es möglich, dass der Test-Referenzspannungsverlauf lediglich zumindest einen diskreten Messwert enthält, der dann mit einem zeitlich entsprechenden Funktionswert des hinterlegten Referenzspannungsverlaufs verglichen wird.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Test-Referenzspannungsverlauf ermittelt, indem nach dem Ende des beaufschlagten Test-Spannungspulses der zeitliche Verlauf der in der stromlosen Spule induzierten Spannung erfasst wird. Der auf diese Weise, d.h. ohne oder lediglich mit einer vernachlässigbaren Bewegung des Magnetankers, erfasste Spannungsverlauf spiegelt somit zumindest in sehr guter Näherung den Anteil an dem induzierten Spannungssignal wider, welcher auf abklingende Wirbelstrome zurückgeht.

Dadurch kann später, d.h. im realen Betrieb mit einer Bewegung des Magnetankers, der durch die Magnetankerbewegung veranlasste Anteil an dem induzierten Spannungssignal beson- ders genau ermittelt werden. Selbstverständlich ermöglicht dies dann auch eine besonders genaue Bestimmung des tatsäch ^¬ lichen Schließzeitpunkts des Ventils.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Spule des Spulenantriebs mit dem Test-Spannungspuls zu einem Zeitpunkt beaufschlagt, welcher einen vorgegebenen Versatz zu einem Zündzeitpunkt in einem Zylinder aufweist, der dem Ventil zugeordnet ist. Dies bedeutet, dass der Test- Spannungspuls zeitlich und/oder bezüglich eines Kurbelwellen- winkels einen vorgegebenen Versatz zu dem betreffenden Zündzeitpunkt aufweist. Durch eine geeignete Wahl dieses Versat ^¬ zes, der beispielsweise einem Kurbelwellenwinkel von 180° entsprechen kann, kann gewährleistet werden, dass durch den Test-Spannungspuls lediglich sehr geringe bzw. vernachlässig- bare Mengen an Kraftstoff zusätzlich in den betreffenden Zylinder eingebracht werden. Es wird darauf hingewiesen, dass zur Vermeidung bzw. zur Begrenzung von zusätzlichen Schadstoffemissionen der Test- Spannungspuls auch in besonders geeigneten Betriebsphasen eines Verbrennungsmotors erzeugt werden kann. Außer im lau- fenden gefeuerten Motorbetrieb kann der Test-Spannungspuls beispielsweise auch im Motornachlauf, vor einem Motorstart und/oder bei einem Schubabschalten erzeugt werden, um den Referenzspannungsverlauf wie oben beschrieben zu ermitteln. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Vergleichen des Test-Referenzspannungsverlaufs mit dem in der Motorsteuerung hinterlegten Referenzspannungsverlauf das Bilden einer Differenz zwischen dem Test- Referenzspannungsverlauf und dem in der Motorsteuerung hin- terlegten Referenzspannungsverlauf auf. Dies hat den Vorteil, dass der Vergleich besonders einfach ohne größeren Rechenauf ^¬ wand durchgeführt werden kann. Eine online durchgeführte Adaption des Referenzspannungsverlaufs basierend auf einer sog. Korrektur des Offsets zwischen dem Test-Referenz- spannungsverlauf und dem hinterlegten Referenzspannungsverlauf an die jeweiligen Betriebsbedingungen ist damit auf einfache Weise ohne die Bereitstellung bzw. die Verwendung einer größeren Rechenkapazität möglich. Es wird darauf hingewiesen, dass es bei der beschriebenen Differenzbildung keine Rolle spielt, ob die Funktionswerte des in der Motorsteuerung hinterlegten Referenzspannungsverlaufs von den Messwerten des Test-Referenzspannungsverlaufs abgezogen werden oder umgekehrt. Das Ergebnis des Vergleichs unterscheidet sich nämlich lediglich in seinem Vorzeichen, welches bei der Anpassung des hinterlegten Referenzspannungs ^¬ verlaufs zu dem an die Betriebsbedingungen angepassten Referenzspannungsverlauf in geeigneter Weise berücksichtigt werden kann.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Vergleichen des Test-Referenzspannungsverlaufs mit dem in der Motorsteuerung hinterlegten Referenzspannungsverlauf das Bilden eines Quotienten zwischen dem Test-Referenzspannungs ^¬ verlauf und dem in der Motorsteuerung hinterlegten Referenzspannungsverlauf auf.

Auch ein durch das Bilden eines Quotienten zwischen zeitlich einander entsprechenden Werten der beiden Verläufe durchgeführter faktorieller Vergleich kann auf vorteilhafte Weise ohne größeren Rechenaufwand durchgeführt werden kann.

Es wird darauf hingewiesen, dass es auch bei der beschriebe ^¬ nen Quotienten-Bildung keine Rolle spielt, ob die Funktions ^¬ werte des in der Motorsteuerung hinterlegten Referenzspannungsverlaufs durch die jeweiligen Messwerte des Test- Referenzspannungsverlaufs geteilt werden oder umgekehrt.

Teilt man nämlich die Funktionswerte des Referenzspannungs ^¬ verlaufs durch die jeweiligen Messwerte des Test- Referenzspannungsverlaufs, so erhält man als Ergebnis nämlich jeweils einfach den Kehrwert derjenigen Ergebnisse, die man erhalten würde, wenn man die Messwerte des Test- Referenzspannungsverlaufs durch die jeweiligen Messwerte des Test-Referenzspannungsverlaufs teilt. Auch dieser Unterschied kann bei der Anpassung des hinterlegten Referenzspannungsverlaufs zu dem an die Betriebsbedingungen angepassten Referenz- spannungsverlauf in geeigneter Weise berücksichtigt werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner auf (a) ein Vergleichen das angepassten hinterlegten Referenzspannungsverlaufs mit einem vorgegebenen Soll-Referenzspannungsverlauf, (b) ein Ermitteln von zumin ^¬ dest einem Adaptionswert, mit dem der vorgegebene Soll- Referenzspannungsverlauf zumindest annähernd in den angepass ^¬ ten hinterlegten Referenzspannungsverlauf überführt werden kann, und (c) ein Überwachen des zumindest Adaptionswertes auf ein Überschreiten und/oder Unterschreiten einer vorgegebenen Adaptionsschwelle. Auf diese Weise kann eine zu starke Abweichung des gemessenen Test-Referenzspannungsverlaufs von dem vorgegeneben Soll- Referenzspannungsverlauf zügig und zuverlässig erkannt wer ^¬ den. Dadurch können auf vorteilhafte Weise Veränderungen des Ventils erkannt werden, welche beispielsweise für einen in Kürze zu erwartenden Ausfall des Ventils charakteristisch sein können. Bei Bedarf kann deshalb bei einem Überschreiten und/oder bei einem Unterschreiten der vorgegebenen Adaptionsschwelle eine entsprechende Fehlermeldung ausgegeben werden, welche beispielsweise eine Wartung bzw. einen Austausch des entsprechenden Ventils veranlassen kann. Auf diese Weise kann die Betriebssicherheit des Ventils beziehungsweise des Ver ^¬ brennungsmotors erheblich verbessert werden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Auswerten des erfassten zeitlichen Verlaufs der in der Spule induzierten Spannung innerhalb eines Zeitintervalls durchgeführt, welches den erwarteten Schließzeitpunkt ent ^¬ hält. Dies hat den Vorteil, dass die Auswertung lediglich innerhalb eines beschränkten Zeitbereichs durchgeführt werden muss, so dass das beschriebene Verfahren auch mit einer relativ kleinen Rechenleistung zuverlässig durchgeführt werden kann. Eine unnötige Auswertung in Zeitbereichen, in denen der Schließzeitpunkt mit hoher Sicherheit nicht liegt, kann damit vermieden werden.

Der Beginn des Zeitintervalls kann beispielsweise durch den erwarteten Schließzeitpunkt minus einer vorgegebenen Zeitspanne At gegeben sein. Das Ende des Zeitintervalls kann beispielsweise durch den erwarteten Schließzeitpunkt plus einer weiteren vorgegebenen Zeitspanne At ' gegeben sein.

Dabei können die vorgegebenen Zeitspanne At und die weitere vorgegebene Zeitspanne At ' gleich sein. At und At ' sollten kleiner sein als die erwartete und experimentell einfach zu bestimmende Zeitdifferenz zwischen dem ersten Schließzeitpunkt und einem zweiten Schließzeitpunkt, der nach dem Prel ^¬ len des Magnetankers auf den ersten Schließzeitpunkt folgt. Dies bedeutet, dass der zweite Schließzeitpunkt außerhalb des durch t und t ' gegebenen Beobachtungszeitfensters liegt.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung um- fasst das Auswerten des erfassten zeitlichen Verlaufs der in der Spule induzierten Spannung ein Vergleichen einer zeitlichen Ableitung des erfassten zeitlichen Verlaufs der in der Spule induzierten Spannung mit einer zeitlichen Ableitung des in der Motorsteuerung hinterlegten Referenzspannungsverlaufs. Auch hier kann die Differenz oder der Quotient zwischen (a) der zeitlichen Ableitung des erfassten zeitlichen Verlaufs der in der Spule induzierten Spannung und (b) der zeitlichen Ableitung des Referenzspannungsverlaufs berechnet werden. Im Falle einer Differenzbildung kann dann der Schließzeitpunkt durch ein lokales Maximum oder durch ein lokales Minimum (je nach Vorzeichen der Differenzbildung) bestimmt sein. Auch hier kann sich die Auswertung, welche sowohl das Berechnen der beiden zeitlichen Ableitungen als auch die Differenz- bildung umfasst, auf ein Zeitintervall beschränken, in dem der erwartete Schließzeitpunkt liegt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Schließzeitpunktes eines einen

Spulenantrieb aufweisenden Ventils beschrieben, wobei das

Ventil insbesondere ein Direkteinspritzventil für einen Motor eines Kraftfahrzeuges ist. Die beschriebenen Vorrichtung weist auf (a) eine Abschalteinheit zum Abschalten eines

Stromflusses durch eine Spule des Spulenantriebs, so dass die Spule stromlos ist, (b) eine Erfassungseinheit zum Erfassen eines zeitlichen Verlaufs einer in der stromlosen Spule induzierten Spannung, wobei die induzierte Spannung zumindest teilweise durch eine Bewegung des Magnetankers relativ zu der Spule erzeugt wird, und (c) eine Auswerteeinheit. Die Auswer- teeinheit ist eingerichtet (cl) zum Auswerten des erfassten zeitlichen Verlaufs der in der Spule induzierten Spannung, wobei das Auswerten ein Vergleichen des erfassten zeitlichen Verlaufs der in der stromlosen Spule induzierten Spannung mit einem in einer Motorsteuerung hinterlegten Referenzspannungsverlauf umfasst, welcher an aktuelle Betriebsbedingungen des Ventils angepasst ist, und (c2) zum Bestimmen des Schließ- Zeitpunktes basierend auf dem ausgewerteten zeitlichen Verlauf .

Auch der beschriebenen Vorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine betriebszustandsspezifische Anpas- sung bzw. Adaption des Referenzspannungsverlaufs die Genauig ^¬ keit eines referenzbasierten Verfahrens zur Bestimmung des Schließzeitpunkts eines Einspritzventils erheblich verbessert werden kann. Damit kann eine rückkopplungsbehaftete (closed loop) Regelung von Solenoid-Ventilen derart verbessert wer- den, dass (a) Alterungseffekte, (b) Schwankungen bzgl. der Höhe von Spannungen, mit denen das Ventil beaufschlagt wird und/oder (c) Ventil-spezifische Unterschiede deutlich redu ^¬ ziert werden können. Dadurch kann die Regelgüte für das betreffende Ventil verbessert und somit die Mengengenauigkeit insbesondere bei sehr kleinen Einspritzmengen erhöht werden. Da die entsprechende Regelung aktiv bzw. online durchgeführt und unabhängig vom Motorbetriebszustand aktiviert werden kann, ist eine Adaption des Referenzspannungsverlaufs in einem weiten Temperaturbereich des Ventils möglich.

Wie bereits oben für das Verfahren beschrieben, kann auch mit der beschriebenen Vorrichtung ferner eine Diagnose des Ventils auf dessen Regelbarkeit für die Parameter Induktion und/oder Innenwiderstand der Spule durchgeführt werden, indem ermittelte Adaptionswerte für den jeweiligen Referenzspannungsverlauf auf das Erreichen und/oder Überschreiten vorgegebenen Adaptionsschwellen überwacht werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computer- programm zum Bestimmen eines Schließzeitpunktes eines einen Spulenantrieb aufweisenden Ventils, insbesondere eines Di ^¬ rekteinspritzventils für einen Motor eines Kraftfahrzeuges, beschrieben. Das Computerprogramm, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, ist zum Steuern des oben beschriebenen Verfahrens eingerichtet. Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen

Computerprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines

Programm-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 koordi ^¬ nieren, 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 herunter geladen 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 Erfin- dung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkma- len, 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 derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen. Figur 1 zeigt verschiedene Signalverläufe, die am Ende der Haltephase und in der Abschaltphase eines Direktein ^¬ spritzventils auftreten.

Figur 2 zeigt eine Detektion des Schließzeitpunkts eines Ventils unter Verwendung eines Referenzspannungsverlaufs, welches nach dem Ende der Haltephase einen Induktionseffekt in der Spule aufgrund des Abklingens von Wirbelströmen in dem Magnetanker charakterisiert. Figur 3 zeigt eine zur Ansteuerung eines Direkteinspritzventils vorgesehene Endstufe, welche einen Referenzge ^¬ nerator zur Erzeugung eines Referenzspannungsverlaufs auf ^¬ weist. Figur 4a und 4b zeigen für verschiedene Injektoren und für verschiedene Temperaturen die jeweiligen Referenzspannungsverläufe .

Figur 5 zeigt einen Vergleich zwischen einer

faktoriellen Adaption und einer differentiellen Adaption von Referenzspannungsverläufen für zwei unterschiedliche Betriebstemperaturen . Figur 6 zeigt zwei faktorielle Vergleiche von Referenz ^¬ spannungsverläufen für unterschiedliche Ventile bzw. unterschiedliche Temperaturen.

Figur 7a zeigt die Kennlinie eines bekannten Direktein ^¬ spritzventils , dargestellt in einem Diagramm, in dem die eingespritzte Kraftstoffmenge MFF in Abhängigkeit von der Zeitdauer Ti der elektrischen Ansteuerung aufgetragen ist.

Figur 7b zeigt ein typisches Strom-Ansteuerprofil und den entsprechenden Spannungsverlauf für ein Direkteinspritzventil mit einem Spulenantrieb. Es wird darauf hingewiesen, dass Merkmale bzw. Signalverläufe von unterschiedlichen Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Signalverläufen der Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Signalverläufe an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläu ^¬ tert . Das in dieser Anmeldung beschriebene Schließzeitpunkt- Detektionsverfahren beruht auf folgenden physikalischen

Effekten, die in der Abschalt-Phase eines Einspritzventils auftreten : 1. Zunächst führt das Abschalten der Spannung an der Spule des Einspritzventils zu einer Selbstinduktionsspannung, welche durch die Rekuperationsspannung begrenzt wird. Die Rekuperationsspannung ist typischerweise dem Betrag nach etwas größer als die Boost-Spannung . Solange die Selbstinduk- tionsspannung die Rekuperationsspannung übersteigt, kommt es zu einem Stromfluss in der Spule und das Magnetfeld in der Spule wird abgebaut. Die zeitliche Lage dieses Effektes ist in Figur 7b mit "I" gekennzeichnet.

2. Bereits während des Abklingens des Spulenstromes kommt es zu einer Verminderung der Magnetkraft. Sobald die Federvorspannung und die hydraulische Kraft aufgrund des Druckes des einzuspritzenden Kraftstoffs die abnehmende Magnetkraft übersteigen, ergibt sich eine resultierende Kraft, welche den Magnetanker zusammen mit der Ventilnadel in Richtung des Ventilsitzes beschleunigt.

3. Übersteigt die Selbstinduktionsspannung die

Rekuperationsspannung nicht mehr, so fließt kein Strom mehr durch die Spule. Die Spule ist elektrisch im sog. "open coil" Betrieb. Aufgrund der ohmschen Widerstände des magnetischen Materials des Magnetankers klingen die beim Feldabbau der Spule induzierten Wirbelströme exponentiell ab. Die Abnahme der Wirbelströme führt wiederum zu einer Feldänderung in der Spule und somit zu der Induktion einer Spannung. Dieser

Induktionseffekt führt dazu, dass der Spannungswert an der

Spule ausgehend vom Niveau der Rekuperationsspannung nach dem Verlauf einer Exponentialfunktion bis auf den Wert "Null" ansteigt. Die zeitliche Lage dieses Effektes ist in Figur 7b mit "III" gekennzeichnet.

4. Unmittelbar vor dem Aufschlag der Ventilnadel in den

Ventilsitzes erreichen Magnetanker und Ventilnadel ihre maximale Geschwindigkeit. Mit dieser Geschwindigkeit vergrö ^¬ ßert sich auch der Luftspalt zwischen Spulenkern und Magnet- anker. Aufgrund der Bewegung des Magnetankers und der damit einhergehenden Luftspalterhöhung, führt der remanente Magnetismus des Magnetankers zu einer Spannungsinduktion in der Spule. Die auftretende maximale Induktionsspannung kennzeich ^¬ net die maximale Geschwindigkeit des Magnetankers (und auch der verbundenen Ventilnadel) und damit den Zeitpunkt des mechanischen Schließens der Ventilnadel. Dieser von Magnetanker und der damit verbundenen Ventilnadel-Geschwindigkeit verursachte Induktionseffekt ist dem Induktionseffekt auf ^¬ grund des Abklingens der Wirbelströme überlagert. Die zeitli ^¬ che Lage dieses Effektes ist in Figur 7b mit "IV" gekenn ^¬ zeichnet .

5. Nach dem mechanischen Schließen der Ventilnadel erfolgt typischerweise ein Prellvorgang, bei dem die Ventilnadel noch einmal kurzzeitig aus der Schließposition ausgelenkt wird. Infolge der Federspannung und des anliegenden Kraftstoff- drucks wird die Ventilnadel jedoch wieder in den Ventilsitz gedrückt. Das Schließen des Ventils nach dem Prellvorgang ist in Figur 7b mit "V" gekennzeichnet.

Das in dieser Anmeldung beschriebene Verfahren basiert nun darauf, aus dem induzierten Spannungsverlauf in der Abschalt- Phase den Schließzeitpunkt des Einspritzventils zu detektie- ren. Wie nachfolgend im Detail erläutert, wird diese Detekti- on mit einem Verfahren durchgeführt, bei dem ein Referenzspannungsverlauf verwendet wird, welcher den Anteil an dem induzierten Spannungsverlauf beschreibt, welcher nicht durch die Relativbewegung zwischen Spule und Magnetanker verursacht wird .

Figur 1 zeigt verschiedene Signalverläufe am Ende der Halte- Phase und in der Abschalt-Phase eines Direkteinspritzventils. Der Übergang zwischen der Halte-Phase und der Abschalt-Phase erfolgt am Abschaltzeitpunkt, der durch eine vertikale, gestrichelte Linie dargestellt ist. Der Strom durch die Spule ist durch die mit dem Bezugszeichen 100 versehene Kurve in der Einheit Ampere dargestellt. In der Abschalt-Phase ergibt sich aus einer Überlagerung des Induktionseffektes aufgrund von Magnetanker- und Ventilnadel-Geschwindigkeit und dem Induktionseffekt aufgrund des Abklingens der Wirbelströme ein induziertes Spannungssignal 110. Das Spannungssignal 110 ist in der Einheit 10 Volt dargestellt (vgl. rechte Ordinate) . Man sieht am Spannungssignal 110, dass die Geschwindigkeit der Spannungserhöhung im Bereich des Schließzeitpunkts stark abnimmt, bevor die Geschwindigkeit der Spannungserhöhung aufgrund des Rückprellens von Ventilnadel und Magnetanker wieder zunimmt. Die mit dem Bezugszeichen 120 versehene Kurve stellt die zeitliche Ableitung des Spannungssignals 110 dar. In dieser Ableitung 120 ist der Schließzeitpunkt an einem lokalen Minimum 121 erkennbar. Nach dem Rückprellvorgang ist ein weiterer Schließzeitpunkt an einem weiteren Minimum 122 zu erkennen. Auch wenn es zum Verständnis der Erfindung nur vergleichswei ^¬ se wenig beiträgt, ist in Figur 1 ferner einer Kurve 150 eingezeichnet, welche den Kraftstoffdurchfluss in der Einheit Gramm pro Sekunde dargestellt. Man erkennt, dass der gemesse ^¬ ne Kraftstoffdurchfluss durch das Einspritzventil kurz nach dem detektierten Schließzeitpunkt von oben kommend sehr schnell abfällt. Der zeitliche Versatz zwischen - auf Basis der Auswertung der Ansteuerspannung - detektiertem Schließzeitpunkt und dem Zeitpunkt zu dem die gemessene Kraftstoff ^¬ durchflussrate das erste Mal den Wert Null erreicht, resul- tiert aus der begrenzten Messdynamik bei der Bestimmung des Kraftstoffdurchflusses . Ab einer Zeit von ca. 3,1 ms pendelt sich das entsprechende Messsignal 150 auf den Wert "Null" ein . Um die für die Durchführung des beschriebenen Schließzeit- punkt-Detektionsverfahrens erforderliche Rechenleistung zu reduzieren, kann die Bestimmung der Ableitung 120 auch lediglich innerhalb eines begrenzten Zeitintervalls durchgeführt werden, welches den erwarteten Schließzeitpunkt enthält.

Definiert man beispielsweise ein Zeitintervall I mit der Breite 2At um den erwarteten Schließzeitpunkt t _C i _0S e Expected _/ so gilt für den tatsächlichen Schließzeitpunkt t _C i ₀ se:

min { dU(t)/dt | t|e I }

-close = { I I U(t) = U _min } Wie oben bereits angedeutet kann dieser Ansatz erweitert werden, um das erneute Schließen des Ventils aufgrund einer prellenden Ventilnadel zu einem Zeitpunkt t _C i ₀ se Bounce zu detek- tieren. Dazu definiert man ein Zeitintervall mit der Breite

2At _B0 unce um den Zeitpunkt t _C iose_Bounce_Ex _P ected des erwarteten

Schließens nach dem ersten Prellvorgang. Der Zeitpunkt tciose_Bounce_Ex _P ected wird relativ zum Schl ieß zeitpunkt t _c i _ose über tciose_Bounce_Expected festgelegt .

J-Bounce = [tclose tciose Bounce Expected

tciose tciose Bounce Expe (2)

U _min _Bounce = min { dU(t)/dt | t|e I Bounce J

tciose Bounce ^— { t £ Ißounce I U (t) ^— U _m ln Bounce }

Figur 2 zeigt eine Detektion des Schließzeitpunkts unter Verwendung eines Referenzspannungsverlaufs, welches den

Induktionseffekt in der Spule aufgrund des Abklingens von Wirbelströmen in dem Magnetanker charakterisiert. In Figur 2 ist ebenso wie in Figur 1 das Ende der Halte-Phase und die Abschalt-Phase dargestellt. Der gemessene Spannungsverlauf 110, welcher sich aus einer Überlagerung des Induktionseffektes aufgrund von Luftspalt- und der identischen Ventilnadel- Geschwindigkeit und dem Induktionseffekt aufgrund des Abklin- gens der Wirbelströme ergibt, ist derselbe wie in Figur 1.

Auch der Spulenstrom 100 ist im Vergleich zu Figur 1 unverändert .

Idee ist es nun, den Anteil an dem Spannungssignal 110, welcher ausschließlich durch den Induktionseffekt aufgrund des Abklingens der Wirbelströme verursacht wird, durch ein Referenzmodell zu berechnen. Ein entsprechendes Referenzspan ^¬ nungssignal ist durch die Kurve mit dem Bezugszeichen 215 dargestellt. Durch eine Ermittlung der Spannungsdifferenz zwischen dem gemessenen Spannungsverlauf 110 und dem Refe ^¬ renzspannungssignal 215 kann man den Induktionseffekt auf ^¬ grund von abklingenden Wirbelströmen eliminieren. Das Diffe- renzspannungssignal 230 charakterisiert somit den bewegungs- bezogenen Induktionseffekt und ist ein direktes Maß für die Geschwindigkeit des Magnetankers und der Ventilnadel. Das Maximum 231 des Differenzspannungssignals 230 charakterisiert die maximale Magnetanker- bzw. Ventilnadel-Geschwindigkeit, welche unmittelbar vor dem Auftreffen der Nadel auf den

Ventilsitz erreicht wird. Somit kann das Maximum 231 des Differenzspannungssignals dazu verwendet werden um den tat ^¬ sächlichen Schließzeitpunkt t _c i _{o se} zu bestimmen.

Der Verlauf des Referenzspannungssignals 215 lässt sich nicht nur mittels einer geeignet programmierten Recheneinheit berechnen sondern auch mit einer elektronischen Schaltung, d.h. in Hardware, nachbilden. Eine derartige Schaltung zur Detektion des Schließzeitpunktes setzt sich in vorteilhafter Weise aus drei Funktionsgruppen zusammen:

a) Eine Generatorschaltung zum Erzeugen des Referenzspannungssignals 215, welches die durch die Wirbelströme indu ^¬ zierte, exponentiell abklingende Spulenspannung zeitsyn ^¬ chron zum Anschaltvorgang nachbildet. Die Generatorschal ^¬ tung wird nachfolgend auch als Referenzgenerator bezeichnet .

b) Eine Subtraktionsschaltung zur Differenzbildung von Spulenspannung 110 und Referenzspannungssignals 215, um den durch die Wirbelströme induzierten Spannungsanteil des Spannungssignals 110 zu eliminieren. Dadurch verbleibt im Wesentlichen der bewegungsinduzierte Anteil der Spulen ^¬ spannung .

c) Eine Auswerteschaltung zum Erkennen des Maximums 231 des bewegungsinduzierten Anteils der Spulenspannung, welches den Schließzeitpunkt des Injektors indiziert.

Figur 3 zeigt eine zur Ansteuerung eines Ventils vorgesehene Endstufe, welche einen derartigen Referenzgenerator 360 zur Erzeugung des Referenzspannungsverlaufs aufweist. Während der Ausschaltphase sind die Transistoren Tl, T2 und T3 mittels der Ansteuersignale Controll, Control2 und

Control3 ausgeschaltet. Die vom magnetischen Fluss in der Injektorspule L_inj erzeugte Spannung bewirkt, dass die

Spannung an der Rekuperationsdiode Dl ansteigt, bis die

Rekuperationsdiode Dl und eine Freilaufdiode D3 leitend werden und ein Stromfluss zwischen der Boostspannung V_boost und Masse (GND) entsteht. Es wird darauf hingewiesen, dass die Spulenspannung in den Figuren 1 und 2 als Differenzspannung dargestellt ist. Dementsprechend hat die Ausschaltspannung negative Werte. In der realen Schaltung liegt hier jedoch die linke Seite der Spule L_inj annähernd auf Masse, wohingegen die rechte Seite der Spule L_inj auf einen positiven Spannungswert liegt.

In dem Referenzgenerator 360 wird die Spulenspannung V_Spule über eine Diode D12 dem Emitter eines NPN-Transistors T10 zugeleitet. Dessen Basispotential ist mittels eines Span- nungsteilers , der die Dioden D10 und Dil sowie den Widerstand RIO aufweise, auf einen Wert von ca. 1,4V unterhalb der

Spannung von V_boost bestimmt. Solange die Spulenspannung V_Spule wesentlich kleiner ist als V_boost, ist T10 wegen der dann in Sperrrichtung betriebenen Diode D12 stromlos, so dass die Spannung am Widerstand RH 0V beträgt. Während der Ab ^¬ schaltschaltphase steigt die Spulenspannung V_Spule auf

V_boost zuzüglich der Fluss-Spannung von der Diode Dl an. Dadurch wird der Transistor T10 leitend geschaltet und lädt einen Kondensator Cll auf, so dass die Spannung V_Referenz schnell auf den Wert von V_boost ansteigt. Der Ladestrom durch den Transistor T10 ist dabei wesentlich größer als der Entladestrom durch den Widerstand RH. Ist die Spule soweit entladen, dass ihre Spannung unter V_boost absinkt, sperrt T10 und der Kondensator Cll wird nun durch den Widerstand RH entladen. Bei geeigneter Wahl der Bauteilewerte hat die

Entladekurve dabei den gewünschten exponentiell abklingenden Verlauf, der zeitlich synchron zum Verlauf der Spulenspannung V_Spule erfolgt.

Figur 4a und 4b zeigen für verschiedene Injektoren und für verschiedene Temperaturen die jeweiligen Referenzspannungs ^¬ signale. In der in Figur 4a gewählten Darstellung sind kaum Unterschiede zwischen drei verschiedenen Referenzspannungs ^¬ verläufen 415a, 415b und 415c zu erkennen. In Figur 4b, welche in einer vergrößerten Darstellung einen Ausschnitt aus dem Diagramm von Figur 4a zeigt, sind die Unterschiede zwi ^¬ schen den verschiedenen Referenzspannungsverläufen 415a, 415b und 415c deutlich zu erkennen.

Alle drei Referenzspannungsverläufe 415a, 415b und 415c basieren auf experimentell bestimmten Daten, wobei die An- steuerung des jeweiligen Ventils mittels jeweils eines Test- Spannungspulses so kurz war, dass eine resultierende Bewegung des Magnetankers des Ventils zu vernachlässigen war. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wurden die Spulen der Ventile mit einem Test-Spannungspuls mit einer Pulsdauer von ca. 0,3 Sekunden beaufschlagt. Der Referenzspannungsverlauf 415a wurde mit einem ersten Ventil bzw. Injektor II bei einer Temperatur von 80 °C gemessen. Der Referenzspannungsverlauf 415b wurde mit dem ersten Injektor II bei einer Tempera- tur von -20°C gemessen. Der Referenzspannungsverlauf 415c wurde mit einem zweiten Injektor 12 bei einer Temperatur von 80°C gemessen.

Um die experimentell bestimmten Kurven 415a, 415b und 415c möglichst gut vergleichen zu können, wurden diese derart übereinander gelegt, dass die Knicke in den verschiedenen Referenzspannungsverläufen 415a, 415b und 415c bei t = 51 ys zusammenfallen. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die Unterschiede in den Kurvenverläufen in dem Zeitfenster von 1 ys bis ca. 10 ys keine weitere Bedeutung haben und einen Artefakt darstellen, der durch die genannte Synchronisierung der Knicke verursacht ist. Figur 5 zeigt einen Vergleich zwischen einer faktoriellen Adaption und einer differentiellen Adaption von Referenzspannungsverläufen für zwei unterschiedliche Betriebstempera- turen.

Im Detail zeigt Figur 5 zunächst den aus den Figuren 4a und 4b bekannten Referenzspannungsverlauf 415a. Die Kurve 515b stellt die Differenz zwischen (a) dem Referenzspannungsver- lauf 415a und dem Referenzspannungsverlauf 415b dar. Die

Kurve 515c zeigt den Quotienten zwischen (a) dem Referenzspannungsverlauf 415a und dem Referenzspannungsverlauf 415b.

Um den für eine exakte Bestimmung des Ventil-Schließzeit- punkts erforderlichen in der Motorsteuerung als Kennlinie abgelegten Referenzspannungsverlauf 215 (vgl. Figur 2) an die aktuellen Betriebsbedingungen des Ventils anzupassen, kann innerhalb eines Zeitfensters 580, in dem der Schließzeitpunkt erwartet wird, beispielsweise die Differenz 515b zwischen den verschiedenen Referenzspannungsverläufen 415a und 415b oder der Quotient 515c zwischen den Referenzspannungsverläufen 415a und 415b verwendet werden.

Aus den in Figur 5 dargestellten Messergebnissen geht hervor, dass für das hier gezeigte Beispiel die faktorielle Korrektur 515c, d.h. die Multiplikation des Referenzspannungsverlaufs innerhalb des Beobachtungszeitfensters 580 mit einem Adapti ^¬ onswert, das genauere Verfahren ist, um einen als Kennlinie hinterlegten Referenzspannungsverlauf 215 (vgl. Figur 2) an die aktuellen Betriebsbedingungen des jeweiligen Injektors bzw. Ventils anzupassen.

Figur 6 zeigt einen faktoriellen Vergleich zwischen (a) einem Referenzspannungsverlauf für ein erstes Ventil bei einer ersten Temperatur und (b) einem Referenzspannungsverlauf für ein zweites Ventil bei der ersten Temperatur bzw. einem Referenzspannungsverlauf für das erste Ventil bei einer zweiten Temperatur.

Im Detail zeigt Figur 6 zunächst ebenfalls den aus den Figu- ren 4a und 4b bekannten Referenzspannungsverlauf 415a. Ferner zeigt Figur 6 die aus Figur 5 bekannte Kurve 515c, welche den Quotienten zwischen (a) dem Referenzspannungsverlauf 415a und dem Referenzspannungsverlauf 415b darstellt. Die Kurve 615b zeigt den Quotienten zwischen (a) dem Referenzspannungs- verlauf 415a und dem Referenzspannungsverlauf 415b.

Es wird darauf hingewiesen, dass eine Referenzspannungs ^¬ verlauf-Adaption mittels eines Offsets bzw. eines differen- tiellen Vergleichs oder mittels eines Multiplikationsfaktors bzw. eines faktoriellen Vergleichs in diesem Dokument ledig ^¬ lich beispielhaft genannt sind. Neben beliebigen anderen Arten von Adaptionen ist beispielsweise auch eine Kombination der hier beschriebenen Adaptionen mittels eines Offsets und eines Multiplikationsfaktors möglich.

Es wird ferner darauf hingewiesen, dass das in diesem Dokument beschrieben Verfahren nicht nur im Zusammenhang mit einem Benzin-Direkteinspritzventil angewendet werden kann. Das beschriebene Verfahren zur Detektion des Schließens des Steuerventils kann auch bei einem Dieseleinspritzventil mit

Spulenantrieb verwendet werden. Außerdem kann das beschriebe ^¬ ne Verfahren auch für eine Detektion des Schließens der

Ventilnadel bei einem direktangetriebenen Dieseleinspritzventil mit Spulenantrieb verwendet werden. Bezugs zeichenliste

100 Spulenstrom [A]

110 Spannungssignal [10 V]

120 zeitliche Ableitung Spannungssignal [V/ms]

121 lokales Minimum / Schließzeitpunkt

122 weiteres lokales Minimum / weiterer Schließzeit ^¬ punkt

150 Kraftstoffdurchfluss [g/s]

215 Referenzspannungssignal [10 V]

230 Differenzspannungssignal [V]

231 Maximum des Differenzspannungssignals

360 Referenzgenerator

Cll Kondensator

Dl Rekuperationsdiode

D3 Freilaufdiode

D10/D11/D12 Diode

GND Massepotential (0V)

L_inj Spule / Injektorspule

RIO Widerstand

RH Widerstand

T1/T2/T3 Transistor

T10 Transistor

U_bat Batteriespannung

U_boost Boostspannung

U_Spule Spulenspannung

U_Referenz Referenzspannung

415a Referenzspannungsverlauf Injektor II, T=80°C

415b Referenzspannungsverlauf Injektor II, T=-20°C 415c Referenzspannungsverlauf Injektor 12, T=-20°C

515b Differenz zwischen Referenzspannungsverläufen

415a und 415b

515c Differenz zwischen Referenzspannungsverläufen

415a und 415c

580 Zeitfenster