DE102015208465A1 - Ermittlung eines Zustands eines Kraftstoffinjektors zur modellbasierten Korrektur von elektrischen und magnetischen Parametern - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Ermitteln eines Zustandes eines Kraftstoffinjektors (100) für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben, wobei der Kraftstoffinjektor (100) einen Magnetspulenantrieb mit einer Spule (102) und einem beweglichen Anker (104) aufweist. Das Verfahren weist folgendes auf: (a) Erfassen einer elektrischen Spannung (U), mit welcher der Magnetspulenantrieb beaufschlagt wird, um den Anker (104) zu bewegen, (b) Erfassen einer Stromstärke (i) des durch die Spule (102) des Magnetspulenantriebs fließenden Stromes und (c) Ermitteln eines Wertes von zumindest einer Größe, die für den elektrischen und/oder magnetischen Zustand des Kraftstoffinjektors indikativ ist, basierend auf der erfassten elektrischen Spannung (U), der erfassten Stromstärke (i) und eines Modells (201), das einen Zusammenhang zwischen der elektrischen Spannung (U), der Stromstärke (i) und der zumindest einen Größe darstellt. Ferner werden ein Verfahren zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors, eine Motorsteuerung und ein Computerprogramm beschrieben.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Ansteuerung von Kraftstoffinjektoren. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Ermitteln eines Zustandes eines Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, wobei der Kraftstoffinjektor einen Magnetspulenantrieb mit einer Spule und einem beweglichen Anker aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Ansteuern eines einen Magnetspulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors basierend auf einem ermittelten Zustand. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Motorsteuerung und ein Computerprogramm.
  • 1 zeigt einen Solenoid-Injektor 100 mit Leerhub 114 zwischen Anker 104 und Düsennadel 106. Beim Anlegen einer Spannung an die Spule 102 wird durch elektromagnetische Kräfte der Anker 104 von der Hydro-Disc 108 weg in Richtung Polschuh (Pole-Piece) 112 bewegt. Durch mechanische Kopplung bewegt sich nach Überwinden des Leerhubs 114 (verursacht durch Feder 110) dann ebenfalls die Düsennadel 106 und gibt Einspritzlöcher zur Kraftstoffzufuhr frei. Anker 104 und Düsennadel 106 bewegen sich weiter gegen die Kräfte der Feder 110 und der Kalibrierungsfeder 132 bis der Anker 104 an den Polschuh 112 anschlägt (Nadelhub). Zum Schließen des Injektors 100 wird die Erregerspannung abgeschaltet und somit baut sich die magnetische Kraft ab. Düsennadel 106 einschließlich Anker 104 wird durch die Federkraft (Feder 110 und Feder 132) in die Schließposition bewegt. Zuerst wird der Nadelhub überwunden, anschließend bewegt sich der Anker 104 durch die Kraft der Feder 110 von der Nadel 106 weg zur Hydro-Disc 108 und nimmt wieder seine Ruheposition ein.
  • Bei Mehrfacheinspritzungen kann der zeitliche Abstand zwischen dem Schließ- und nachfolgendem Öffnungsvorgang sehr gering sein.
  • Verschiedene Phänomene können dabei auftreten, die die Einspritzmenge der nachfolgenden Einspritzung beeinflussen.
  • Erstens kann es sein, dass die Energie in der Spule 102 aus der vorhergehenden Einspritzung noch nicht ganz abgebaut ist. In diesem Falle startet die nachfolgende Einspritzung somit auf einem Energieniveau, das von der vorhergehenden Einspritzung abhängt.
  • Zweitens werden Einspritzungen für sehr kleine Mengen mit sehr kurzen Einspritzzeiten erzielt. Hierbei wird die Injektorbestromung bereits vor Erreichen des maximalen Peakstroms abgebrochen. Der verbleibende Restmagnetismus ist dann für die anschließende Einspritzung unterschiedlich.
  • Von Bedeutung sind in beiden Fällen insbesondere der zeitliche Abstand zwischen den Einspritzungen und der Energieinhalt der vorhergehenden Einspritzung (zum Beispiel als Funktion des Peakstroms).
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem, insbesondere bei Mehrfacheinspritzungen, eine Korrektur entsprechend der elektrischen und magnetischen Ausgangszustände des Kraftstoffinjektors ermöglicht wird.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ermitteln eines Zustandes eines Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben, wobei der Kraftstoffinjektor einen Magnetspulenantrieb mit einer Spule und einem beweglichen Anker aufweist. Das Verfahren weist folgendes auf: (a) Erfassen einer elektrischen Spannung, mit welcher der Magnetspulenantrieb beaufschlagt wird, um den Anker zu bewegen, (b) Erfassen einer Stromstärke des durch die Spule des Magnetspulenantriebs fließenden Stromes und (c) Ermitteln eines Wertes von zumindest einer Größe, die für den elektrischen und/oder magnetischen Zustand des Kraftstoffinjektors indikativ ist, basierend auf der erfassten elektrischen Spannung, der erfassten Stromstärke und eines Modells, das einen Zusammenhang zwischen der elektrischen Spannung, der Stromstärke und der zumindest einen Größe darstellt.
  • Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der elektrische und/oder magnetische Zustand des Kraftstoffinjektors anhand eines Modells bestimmt werden kann, wobei das Modell insbesondere einen Zusammenhang zwischen der elektrischen Spannung, der Stromstärke und dem Wert zumindest einer Größe darstellt, wobei die Größe für den Zustand indikativ ist. Mit anderen Worten kann jederzeit der Zustand des Kraftstoffinjektors bestimmt werden. Dieser Zustand kann dann bei einer nachfolgenden Einspritzung berücksichtigt werden.
  • Die elektrische Spannung, mit der der Magnetspulenantrieb beaufschlagt bzw. angesteuert wird, wird entweder genau gemessen oder zu einem mehrerer vorbestimmten Werten (z.B. Boostspannung, Haltespannung, 0V, etc.) gesetzt, die z.B. von einem Steuergerät verwendet werden.
  • Die Stromstärke des durch die Spule fließenden Stromes kann direkt gemessen oder basierend auf der elektrischen Spannung und den elektrischen Parametern (insbesondere Widerstand und Induktivität) des Magnetspulenantriebs berechnet werden.
  • Der Wert der zumindest einer Größe, die für den elektrischen und/oder magnetischen Zustand des Kraftstoffinjektors indikativ ist, wird mittels des Modells ermittelt. Durch Kenntnis dieses Wertes können nun die Startbedingungen für eine nachfolgende Einspritzung bestimmt werden.
  • Durch Kenntnis des Zustandes kann festgestellt werden, ob eine auszuführende Ansteuerung des Kraftstoffinjektors dann auch zum vorgesehenen Einspritzergebnis führen wird oder ob eventuell eine Änderung der Ansteuerung notwendig ist.
  • Wenn das für die Ermittlung des Zustandes notwendige Modell bereitgestellt und im Steuergerät abgespeichert worden ist, zum Beispiel basierend auf Messungen und/oder Berechnungen im Labor, kann das erfindungsgemäße Verfahren somit in einfacher Weise dazu verwendet werden, die Präzision der Einspritzmenge, insbesondere bei kurzaufeinanderfolgenden Mehrfacheinspritzungen, zu verbessern und Variationen aufgrund von variierenden Ausgangszuständen zu vermeiden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die zumindest eine Größe (a) eine magnetische Umlaufspannung und/oder (b) einen magnetischen Fluss und/oder (c) eine auf den Anker wirkende Magnetkraft und/oder (d) Wirbelströme und/oder (e) eine Stromverdrängung und/oder (f) eine Flussverdrängung auf.
  • Durch Ermitteln des Wertes von einer oder mehreren dieser Größen kann der elektrisch-magnetische Zustand des Kraftstoffinjektors, insbesondere des Magnetspulenantriebs, präzise erfasst werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Modell ein elektrisches Netzwerkmodell, ein magnetisches Netzwerkmodell und ein mechanisches Netzwerkmodell auf.
  • Das elektrische Netzwerkmodell beschreibt die elektrischen Eigenschaften des Magnetspulenantriebs, das magnetische Netzwerkmodell beschreibt die magnetischen Eigenschaften des Magnetspulenantriebs und das mechanische Netzwerkmodell beschreibt die mechanischen Eigenschaften des Magnetspulenantriebs.
  • Somit stellt das Modell insgesamt den Zusammenhang zwischen elektrischen, magnetischen und mechanischen Parametern bzw. Größen dar und ermöglicht somit ein Ermitteln unbekannter Werte basierend auf bekannten (zum Beispiel gemessenen) Werten.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das elektrische Netzwerkmodell einen elektrischen Widerstand und eine (elektrische) Induktivität auf, das magnetische Netzwerkmodell weist einen magnetischen Widerstand und eine (magnetische) Induktivität auf und die magnetische Umlaufspannung und/oder der magnetische Fluss und/oder die Flussverdrängung in dem magnetischen Netzwerkmodell werden basierend auf der Stromstärke bestimmt.
  • Die Elemente des elektrischen Netzwerkmodells, das heißt elektrischer Widerstand und Induktivität, sind vorzugsweise in Reihe geschaltet und stellen insbesondere die Spule des Magnetspulenantriebs dar, über welche die elektrische Spannung zur Ansteuerung aufgelegt wird.
  • Die Elemente des magnetischen Netzwerkmodells, das heißt magnetischer Widerstand und Induktivität, sind vorzugsweise in Reihe geschaltet und stellen insbesondere den Magnetspulenantrieb als magnetischen Kreis dar. Zumindest ein Teil des magnetischen Widerstands entspricht dem zwischen Anker und Polschuh (Pole Piece) vorhandenen Luftspalt, der mit Bewegung des Ankers relativ zu dem Polschuh (Pole Piece) variiert.
  • Der Zusammenhang zwischen der Stromstärke in dem elektrischen Netzwerkmodell und der magnetischen Umlaufspannung bzw. dem magnetischen Fluss in dem magnetischen Netzwerkmodell ist wie folgt:
  • Berechnung des verketten magnetischen Flusses Ψ mit Strom, Spannung und Widerstand. Die gemessene Spannung (u(t)) besteht aus einem ohmschen (i(t)·R) und einem induktiven Anteil (uind(t)). Die induktive Spannung berechnet sich aus der zeitlichen Ableitung des verketteten magnetischen Flusses u_ind(t) = dΨ(x, i)/dt, wobei Ψ abhängig von der Stromänderung i(t) und dem Luftspalt x(t) ist. u(t) = i(t)R + uind(t) = = i(t)R + dΨ(i, x) / dt = = i(t)R + ( ∂Ψ(i, x) / ∂i di / dt + ∂Ψ(i, x) / ∂x dx / dt)
  • Bei langsamer Ansteuerung ist der „magnetische“ Anteil der Induktion durch Stromänderung gering: uind 1 = ∂Ψ(i, x) / ∂i di / dt
  • Der „mechanische“ Teil der Induktion durch Luftspaltänderungen beschreibt dann die Bewegungen: uind 2 = ∂Ψ(i, x) / ∂x dx / dt
  • Durch Umstellen und Integration ist der verkettete magnetische Fluß berechenbar: Ψ = ∫(u(t) – i(t)R)dt
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Wirbelströme und/oder Stromverdrängung im elektrischen Netzwerkmodell berücksichtigt.
  • Dadurch kann die Präzision des ermittelten Zustands weiter verbessert werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das mechanische Netzwerkmodell eine Masse, eine Feder und einen Dämpfer auf und die auf den Anker wirkende Kraft wird basierend auf einer Magnetkraft bestimmt, die aus dem magnetischen Netzwerkmodell bestimmt wird.
  • Die Elemente des mechanischen Netzwerkmodells, das heißt Masse, Feder und Dämpfer, sind vorzugsweise parallel geschaltet und stellen insbesondere den Magnetspulenantrieb als mechanisches System dar.
  • Die entsprechende Bewegungsgleichung für das System ist Fmag = mẍ + kx . + cx , wobei m die Masse, k die Federkonstante und c die Dämpfung ist.
  • Um die Genauigkeit zu erhöhen, können zusätzlich zur Magnetkraft Fmag weitere Kräfte berücksichtigt werden, z.B. hydraulische Kräfte und Reibungskräfte.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Ermitteln der Position des Ankers ein Integrieren der auf den Anker wirkenden Kraft auf.
  • Mit anderen Worten wird die Position des Ankers durch Lösen einer Bewegungsgleichung für das mechanische System des Magnetspulenantriebs bestimmt. Die dazu benötigten Berechnungen können z.B. vom Steuergerät unter Verwendung numerischer Verfahren durchgeführt werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt das Ermitteln der Position des Ankers basierend auf Tabellen und/oder Kennfeldern, die in einem Datenspeicher gespeichert sind.
  • Mit anderen Worten wird die Position in diesem Ausführungsbeispiel nicht berechnet sondern mithilfe von gespeicherten Tabellen und/oder Kennfeldern nachgeschlagen. Anders ausgedrückt ist eine Vielzahl von Ankerpositionen als Funktion der elektrischen Eingangsgrößen (Ansteuerspannung und Spulenstrom) im Voraus berechnet worden und in einer Form abgelegt, die ein schnelles Nachschlagen erlaubt. Abhängig von der Anzahl der gespeicherten Werte kann bei Bedarf zusätzlich interpoliert werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Modell ein Finite-Elemente-Modell auf und/oder zumindest ein Parameterwert des Modells ist basierend auf einem Finite-Elemente-Modell bestimmt.
  • Mit anderen Worten mag das ganze Modell oder ein Teil davon ein Finite-Elemente-Modell sein. Alternativ oder zusätzlich sind einzelne Parameterwerte des Modells, zum Beispiel Werte in Bezug auf Widerstand, Induktivität oder Dämpfung in einem elektrischen, magnetischen oder mechanischen Netzwerkmodell, anhand eines Finite-Elemente-Modells bestimmt worden.
  • Insgesamt kann ein Zustand des Kraftstoffinjektors mit einem erfindungsgemäßen Verfahren in einfacher Weise anhand bekannter oder leicht erfassbarer elektrischen Eingangsgrößen ermittelt und bei Bedarf, insbesondere in Verbindung mit Mehrfacheinspritzungen, berücksichtigt werden, damit eine möglichst präzise und zuverlässige Einspritzung gewährleistet werden kann.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ansteuern eines einen Magnetspulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Das beschriebene Verfahren weist folgendes auf: (a) Ermitteln eines Zustandes des Kraftstoffinjektors durch Anwendung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und (b) Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs mit einem Spannungspuls, dessen Anfangszeit und/oder Zeitdauer basierend auf dem ermittelten Zustandes festgelegt wird.
  • Dieses Verfahren baut auf dem Verfahren des ersten Aspekts auf und verwendet den damit ermittelten Zustand des Kraftstoffinjektors, um eine Ansteuerung des Kraftstoffinjektors dementsprechend zu korrigieren.
  • Die Korrektur kann darin bestehen, die Anfangszeit der Ansteuerung anzupassen. Dies ist insbesondere nützlich, wenn der ermittelte Zustand ein solcher ist, bei dem ein Öffnen des Injektors nicht oder nur schwer möglich ist.
  • Die Korrektur kann auch in einer Anpassung der Zeitdauer des Spannungspulses bestehen, zum Beispiel um sicherzustellen, dass nur die vorgegebene Einspritzmenge erreicht wird, wenn der Öffnungsvorgang des Kraftstoffinjektors aufgrund des ermittelten Zustandes etwas schneller verlaufen wird.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Motorsteuerung für ein Fahrzeug beschrieben, die zum Verwenden eines Verfahrens gemäß dem ersten und zweiten Aspekt und/oder einem jeden der obigen Ausführungsbeispiele eingerichtet ist.
  • Diese Motorsteuerung ermöglicht es in einfacher Weise Mehrfacheinspritzungen mit hoher Präzision durchzuführen.
  • Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm beschrieben, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, eingerichtet ist, das Verfahren gemäß dem ersten und zweiten Aspekt und/oder einem jeden der obigen Ausführungsbeispiele durchzuführen.
  • 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 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 beschrieben 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.
  • 1 zeigt eine Schnittansicht eines bekannten Kraftstoffinjektors mit Magnetspulenantrieb.
  • 2 zeigt ein Modell gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellt.
  • 1 zeigt eine Schnittansicht eines bekannten Kraftstoffinjektors 100 mit Magnetspulenantrieb (Solenoid-Injektor). Der Injektor 100 weist insbesondere einen Magnetspulenantrieb mit Spule 102 und Anker 104 auf. Wenn die Spule 102 mit einem Spannungspuls beaufschlagt wird, bewegt sich der magnetische Anker 104 in Richtung des breiten Teils der Düsennadel 106 und drückt diese dann nach Überwindung des Leerhubs 114 (gegen die Kraft der Feder 110) gegen die von den Federn 110 und 132 ausgeübten Federkräfte nach oben bis der Anker 104 an den Polschuh 112 anschlägt. Nach Ende des Spannungspulses bewegen sich Anker 104 und Düsennadel 106 wieder nach unten zur Ausgangsposition an der Hydro-Disc 108 zurück. Es wird auch auf die Beschreibung in der obigen Einleitung verwiesen.
  • Der in 1 gezeigte Solenoid-Injektor 100 weist mehrere Merkmale auf, die als solche bekannt sind, für die vorliegende Erfindung nur von geringfügiger Bedeutung sind und deshalb nicht detailliert beschrieben werden. Diese Merkmale umfassen insbesondere Ventilkörper 116, Integrierte Sitzführung 118, Kugel 120, Dichtung 122, Gehäuse 124, Kunststoff 126, Scheibe 128, Metallfilter 130 und Kalibrierungsfeder 132.
  • 2 zeigt ein Modell 201 des Magnetspulenantriebs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das gezeigte Modell 201 weist insbesondere ein elektrisches Netzwerkmodell 240, ein magnetisches Netzwerkmodell 250 und ein mechanisches Netzwerkmodell 260 auf.
  • Das elektrische Netzwerkmodell 240 weist einen elektrischen Widerstand 242 und eine Induktivität 244 auf, die in Reihe angeordnet sind. Die Spannung U ist die Ansteuerspannung, die einen Strom durch die Spule 102 (mit Widerstand 242 und Induktivität 244) mit Stromstärke i verursacht.
  • Das magnetische Netzwerkmodell 250 weist magnetische Widerstände 252 und 254 und eine Induktivität 256 auf, die in Reihe angeordnet sind. Der magnetische Widerstand 252 stellt den konstanten Widerstand im magnetischen Kreis dar, wobei der magnetische Widerstand 254 mit Bewegung des Ankers 104 und dem dadurch entstehenden Luftspalt (mit Breite δ) variiert. Die Umlaufspannung θ und der Fluss ϕ hängen mit den elektrischen Größen (Spannung u, induzierte Spannung dψ/dt und Stromstärke i) im elektrischen Netzwerkmodell 240 wie folgt zusammen: Θ(t) = (Rmag + Rδ)·Φ(t) + dΦ(t) / dt·Lmag(Φ, δ) i(t) + Θ(t) / N u(t) + RCu·i(t) + N· dΦ(t) / dt
  • Auch der verkettete magnetische Fluss ist berechenbar: Ψ = ∫(u(t) – i(t)R)dt.
  • Das mechanische Netzwerkmodell 260 weist eine Masse 262, eine Feder 264 und einen Dämpfer 266 auf, die parallel angeordnet sind. Die Magnetkraft (Reluktanzkraft) Fmag und weitere Kraft F0 (z.B. Reibungskraft und/oder hydraulische Kraft) wirken zusammen auf das durch Modell 260 dargestellte mechanische System. Die Verschiebung des Ankers 104 relativ zu einer vorbestimmten Referenzposition beträgt x, die entsprechende Geschwindigkeit x . (erste zeitliche Abgeleitete) und Beschleunigung ẍ (zweite zeitliche Abgeleitete). Diese Größen können, wenn die weitere Kraft F0 nicht berücksichtigt wird, durch Lösung der folgenden Gleichung bestimmt werden: Fmag = mẍ + kx . + cx
  • Dadurch kann letztendlich (beispielsweise durch numerische Integration oder Gleichungslösung) zu jedem Zeitpunkt die gegenwärtige Position (und eventuell davon ableitbare Geschwindigkeit und Beschleunigung) des Ankers 104 bestimmt werden.
  • Das in 2 gezeigte Modell 201 wird erfindungsgemäß dazu verwendet, den magnetischen und/oder elektrischen Zustand des Kraftstoffinjektors basierend auf den elektrischen Größen Spannung U und Stromstärke i zu bestimmen. So kann am Ende eines Einspritzvorgangs der Zustand des Kraftstoffinjektors erfasst werden und als Ausgangszustand für eine kurz danach folgende weitere Einspritzung verwendet werden, um die entsprechende Ansteuerung anzupassen, damit die vorgegebene Einspritzmenge erreicht werden kann. Mit anderen Worten kann die im Spulenantrieb vorhandene Restenergie erfasst und durch Anpassung des Peakstromes und/oder der Ansteuerungsdauer berücksichtigt werden, damit die vorgegebene Einspritzmenge erreicht wird.
  • Durch Berücksichtigung von Wirbelströmen, Stromverdrängung und/oder Flussverdrängung im Modell 201, kann eine sehr präzise Erfassung des Zustandes erreicht werden.
  • Insgesamt kann somit eine verbesserte Einspritzsteuerung in einfacher Weise in einem Motorsteuergerät bereitgestellt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Kraftstoffinjektor
    102
    Spule
    104
    Anker
    106
    Nadel
    108
    Hydro-Disc
    110
    Feder
    112
    Polschuh
    114
    Leerhub
    116
    Ventilkörper
    118
    Integrierte Sitzführung
    120
    Kugel
    122
    Dichtung
    124
    Gehäuse
    126
    Kunststoff
    128
    Scheibe
    130
    Metallfilter
    132
    Kalibrierungsfeder
    201
    Modell
    240
    Elektrisches Netzwerkmodell
    242
    Elektrischer Widerstand
    244
    Induktivität
    250
    Magnetisches Netzwerkmodell
    252
    Magnetischer Widerstand
    254
    Magnetischer Widerstand
    256
    Induktivität
    260
    Mechanisches Netzwerkmodell
    262
    Masse
    264
    Feder
    266
    Dämpfer

Claims (10)

  1. Verfahren zum Ermitteln eines Zustandes eines Kraftstoffinjektors (100) für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, wobei der Kraftstoffinjektor (100) einen Magnetspulenantrieb mit einer Spule (102) und einem beweglichen Anker (104) aufweist, das Verfahren aufweisend Erfassen einer elektrischen Spannung (U), mit welcher der Magnetspulenantrieb beaufschlagt wird, um den Anker (104) zu bewegen, Erfassen einer Stromstärke (i) des durch die Spule (102) des Magnetspulenantriebs fließenden Stromes und Ermitteln eines Wertes von zumindest einer Größe, die für den elektrischen und/oder magnetischen Zustand des Kraftstoffinjektors indikativ ist, basierend auf der erfassten elektrischen Spannung (U), der erfassten Stromstärke (i) und eines Modells (201), das einen Zusammenhang zwischen der elektrischen Spannung (U), der Stromstärke (i) und der zumindest einen Größe darstellt.
  2. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die zumindest eine Größe eine magnetische Umlaufspannung (θ) und/oder einen magnetischen Fluss (ϕ) und/oder eine auf den Anker (104) wirkende Magnetkraft (Fmag) und/oder Wirbelströme und/oder eine Stromverdrängung und/oder eine Flussverdrängung aufweist.
  3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Modell (201) ein elektrisches Netzwerkmodell (240), ein magnetisches Netzwerkmodell (250) und ein mechanisches Netzwerkmodell (260) aufweist.
  4. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei das elektrische Netzwerkmodell (240) einen elektrischen Widerstand (242) und eine elektrische Induktivität (244) aufweist, wobei das magnetische Netzwerkmodell (250) einen magnetischen Widerstand (252, 254) und eine magnetische Induktivität (256) aufweist und wobei die magnetische Umlaufspannung (θ) und/oder der magnetische Fluss (ϕ) und/oder die Flussverdrängung in dem magnetischen Netzwerkmodell (250) basierend auf der Stromstärke (i) bestimmt werden.
  5. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei Wirbelströme und/oder Stromverdrängung im elektrischen Netzwerkmodell berücksichtigt wird/werden.
  6. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei das mechanische Netzwerkmodell (260) eine Masse (262), eine Feder (264) und einen Dämpfer (266) aufweist und wobei die auf den Anker wirkende Kraft basierend auf einer Magnetkraft (Fmag) bestimmt wird und wobei die Magnetkraft (Fmag) basierend auf dem magnetischen Netzwerkmodell (250) bestimmt wird.
  7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Modell ein Finite-Elemente-Modell aufweist und/oder wobei zumindest ein Parameterwert des Modells basierend auf einem Finite-Elemente-Modell bestimmt ist.
  8. Verfahren zum Ansteuern eines einen Magnetspulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors (100) für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, das Verfahren aufweisend Ermitteln eines Zustandes des Kraftstoffinjektors (100) durch Anwendung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs mit einem Spannungspuls, dessen Anfangszeit und/oder Zeitdauer basierend auf dem ermittelten Zustandes festgelegt wird.
  9. Motorsteuerung für ein Fahrzeug, die zum Verwenden eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
  10. Computerprogramm, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
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DE19544207A1 (de) * 1995-11-28 1997-06-05 Univ Dresden Tech Verfahren zur modellbasierten Messung und Regelung von Bewegungen an elektromagnetischen Aktoren
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