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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Stromberechnungseinheit, ein
Stromberechnungssystem und ein Stromberechnungsverfahren zum Berechnen
eines Stromes durch eine Zumesseinheit für eine Common-Rail-Pumpe eines
Einspritzsystems zum Einspritzen von Kraftstoff in einem Kraftfahrzeug.
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In
modernen Einspritzsystemen, insbesondere in Dieseleinspritzsystemen,
wird zur Versorgung der Zylinder mit Kraftstoff eine gemeinsame
Kraftstoff-Hochdruckleitung, der so genannte „Common Rail" (im Folgenden auch „Rail" genannt), mit entsprechenden
Abgängen
zu den einzelnen Zylindern verwendet. Der Druck im Rail wird über einen
Regelkreis konstant gehalten. Dabei wird der Druck über einen
Drucksensor erfasst und auf einen vorgegebenen Wert geregelt. Dieser
vorgegebene Wert wird unter Zuhilfenahme von Komparatoren und Kennfeldern
berechnet.
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Bei
einem solchen Kennfeld ergibt sich aus einer berechneten Menge des
zu fördernden
Kraftstoffs ein Stromsollwert, mit dem die Zumesseinheit einer Kraftstoffförderpumpe
angesteuert wird. Diese Zumesseinheit weist ein Magnetventil auf,
welches im geöffneten
Zustand Kraftstoff aus einem Kraftstoffreservoir zum Rail fließen lässt und
im geschlossenen Zustand die Verbindung zwischen Kraftstoffreservoir
und Rail trennt. Widerstand und Induktivität des Magnetventils sind von
der Temperatur abhängig,
so dass eine Stromregelung vorgesehen werden muss, welche den Strom
durch das Magnetventil auf einen vorgegebenen Wert regelt.
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Dazu
zeigt 1 eine schematisches Blockschaltbild einer herkömmlichen
Stromregelungsschaltung 10 für den Strom I durch das Magnetventil (hier
dargestellt als Impedanz 21) der Zumesseinheit einer Common-Rail-Pumpe 20.
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Die
Stromregelungsschaltung 10 in 1 weist
einen Shuntwiderstand 11 sowie einen MOSFET-Transistor 12 auf,
welche in Serie mit dem Magnetventil 21 der Zumesseinheit
geschaltet sind. Der Transistor 12 ist mit Source und Drain
zwischen den Shuntwiderstand 11 und Massepotential V_gnd
geschaltet. Ein analoger Operationsverstärker 13 vergleicht
die Potentiale an beiden Enden des Shuntwiderstands 11 miteinander
und gibt ein Vergleichssignal an einen Analog/Digital-Wandler 14 eines
Steuergerätes 15 aus.
Zwischen dem Drain des Transistors 12 und dem Versorgungspotential
V_bat ist ferner eine Freilaufdiode 16 vorgesehen.
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Der
Potentialunterschied zwischen den beiden Enden des Shuntwiderstands 11,
und somit auch die Größe des Vergleichssignals,
hängt vom
Strom durch den Shuntwiderstand 11 ab. Das Steuergerät 15 vergleicht
das digitalisierte Vergleichssignal mit einem Referenzsignal und
bestimmt somit, ob der durch das Magnetventil 21 fließende Strom
I einem vorgegebenen Wert entspricht. Wenn das Steuergerät 15 erkennt,
dass der durch das Magnetventil 21 fließende Strom I nicht dem vorgegebenen
Wert entspricht, dann regelt das Steuergerät 15 den Strom auf
den vorgegebenen Wert. Zu diesem Zwecke ist ein Ausgang des Steuergerätes 15 mit
dem Gate des Transistors 12 verbunden. Das Steuergerät 15 steuert
das Gate per Pulsweitenmodulation (PWM) mittels eines PWM-Signals
PWM an, wobei das Steuergerät 15 das
Tastverhältnis
des PWM-Signals
PWM anpasst, um etwaige Abweichungen zwischen dem Sollwert und dem
Istwert des Stroms I durch das Magnetventil 21 auszuregeln.
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Nachteilig
an dem herkömmlichen
Verfahren nach 1 sind die Kosten für die Bereitstellung
des Shuntwiderstandes 11 und des Operationsverstärkers 13 für die Erfassung
des Stromes durch die Zumesseinheit.
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Stromberechnungseinheit
mit den Merkmalen des Anspruchs 1, das erfindungsgemäße Stromberechnungssystem
mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und das erfindungsgemäße Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 10 weisen jeweils den Vorteil auf,
dass der Shuntwiderstand und der Operationsverstärker für die Erfassung des Stromes
durch die Spule der Zumesseinheit ersatzlos entfallen können. Somit
werden gemäß der vorliegenden
Erfindung Kosten eingespart.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht im Wesentlichen
darin, den Strom durch die Spule nicht durch eine Messung zu erfassen,
sondern diesen insbesondere aus einem Offset zwischen der Kraftstofftemperatur,
welche inhärent
in dem System durch den Kraftstoffsensor bereitgestellt ist, und
durch einen vorab bestimmten Offset zwischen der Kraftstofftemperatur
und der Spulentemperatur zu berechnen. Dabei ist es ausreichend,
diesen Offset oder Offset-Wert
vorab mittels eines Validierungsprozesses zu bestimmen, so dass die
erfindungsgemäße Stromberechnungseinheit
im Feld bei einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen eingebaut werden
kann, welche dann insbesondere in Abhängigkeit der aktuell gemessenen
Kraftstofftemperatur und des vorab bestimmten Offset-Wertes den Strom
durch die Zumesseinheit berechnen kann.
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Demgemäß wird eine
Stromberechnungseinheit zum Berechnen eines Stromes durch eine Zumesseinheit
für eine
Common-Rail-Pumpe eines Einspritzsystems zum Einspritzen von Kraftstoff
mit einem Berechnungsmittel vorgeschlagen, welches dazu eingerichtet
ist, einen spulentemperaturabhängigen
Ist-Widerstand einer Spule der Zumesseinheit in Abhängigkeit
eines Temperatur-Koeffizienten eines Spulendrahtes der Spule, eines
vorbestimmten Referenz-Widerstandes der Spule bei einer Referenz-Temperatur,
einer gemessenen Kraftstofftemperatur des Kraftstoffes und eines
bestimmten Offset-Wertes zwischen der Kraftstofftemperatur und der
Spulentemperatur zu berechnen.
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Weiter
wird ein Stromberechnungssystem zum Berechnen eines Stromes durch
eine Zumesseinheit für
eine Common-Rail-Pumpe eines Einspritzsystems zum Einspritzen von
Kraftstoff vorgeschlagen, welches aufweist:
eine wie oben erläuterte Stromberechnungseinheit; und
eine
weitere Berechnungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, den Strom
durch die Zumesseinheit in Abhängigkeit
des berechneten Ist-Widerstandes der Spule und einer die Spule mit
Spannung versorgenden Versorgungs-Spannung zu berechnen.
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Des
Weiteren wird ein Verfahren zum Berechnen eines Stromes durch eine
Zumesseinheit für eine
Common-Rail-Pumpe eines Einspritzsystems zum Einspritzen von Kraftstoff
vorgeschlagen, welches folgende Schritte aufweist:
- – Bereitstellen
eines Temperatur-Koeffizienten eines Spulendrahtes einer Spule der
Zumesseinheit;
- – Vorbestimmen
einer Referenz-Temperatur und Messen eines Referenz-Widerstandes
der Spule bei der vorbestimmten Referenz-Temperatur;
- – Messen
einer Kraftstofftemperatur des Kraftstoffes;
- – Bestimmen
eines Offset-Wertes zwischen der Kraftstofftemperatur und der Spulentemperatur; und
- – Berechnen
eines spulentemperaturabhängigen Ist-Widerstandes
der Spule in Abhängigkeit
des Temperatur-Koeffizienten, des Referenz-Widerstandes, der Kraftstofftemperatur
und des Offset-Wertes.
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In
den Unteransprüchen
finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der
in Anspruch 1 angegebenen Stromberechnungseinheit, des in Anspruch
7 angegebenen Stromberechnungssystems und des in Anspruch 10 angegebenen
Verfahrens.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Stromberechnungseinheit wird der Offset-Wert
mittels eines Validierungsprozesses zumindest in Abhängigkeit
der Spulentemperatur und der Kraftstofftemperatur für zumindest
ein Kraftfahrzeug bestimmt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Stromberechnungseinheit weist die
Berechnungseinheit zumindest eine erste Schnittstelleneinheit auf,
welche dazu eingerichtet ist, die gemessene Kraftstofftemperatur
von einem in einem Zulauf des Einspritzsystems angeordneten Kraftstofftemperatursensor
zu empfangen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Stromberechnungseinheit weist
die Berechnungseinheit zumindest eine zweite Schnittstelleneinrichtung
auf, welche dazu eingerichtet ist, den Temperatur-Koeffizienten
und/oder den vorbestimmten Referenz-Widerstand und/oder den bestimmten Offset-Wert
zu empfangen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Stromberechnungseinheit berechnet
die Berechnungseinheit den spulentemperaturabhängigen Ist-Widerstand der Spule
nach der Formel R(Ts) = R(Tref)·(1 + α(Tk + OS – 20K)), wobei R(Tref) den vorbestimmten
Referenz-Widerstand bei der Referenz-Temperatur, Tref, α den Temperatur-Koeffizienten
der Spulendrahtes, Tk die aktuell gemessene Kraftstofftemperatur
und OS den bestimmten Offset-Wert bezeichnen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind/ist die Stromberechnungseinheit und/oder
die Berechnungseinheit als ein Computerprogrammprodukt ausgestaltet.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung des Stromberechnungssystems weist diese
eine Speichereinrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, den Temperatur-Koeffizienten
des Spulendrahtes und/oder den vorbestimmten Referenz-Widerstand der
Spule und/oder den bestimmten Offset-Wert zu speichern.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung des Stromberechnungssystems ist
diese mit einem Kommunikationsbus koppelbar, welcher dazu geeignet
ist, die durch den Kraftstofftemperatursensor gemessene Kraftstofftemperatur
an die Stromberechnungseinheit zu übertragen.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird ein Computerprogrammprodukt
vorgeschlagen, welches auf einer programmgesteuerten Einrichtung
die Durchführung
eines Verfahrens nach Anspruch 10 veranlasst.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
schematisches Blockschaltbild einer herkömmlichen Stromregelungsschaltung;
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2 ein
schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Stromberechnungseinheit;
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3 ein
schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Stromberechnungssystems;
und
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4 ein
schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Berechnen des Stromes durch die Zumesseinheit.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche
Bestandteile.
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2 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Stromberechnungseinheit 30 zum
Berechnen eines Stromes I durch eine Zumesseinheit für eine Common-Rail-Pumpe 20 eines
Einspritzsystems zum Einspritzen von Kraftstoff.
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Die
Stromberechnungseinheit 30 gemäß 1 weist
ein erstes Berechnungsmittel 31 auf. Das erste Berechnungsmittel 31 ist
dazu eingerichtet, einen spulentemperaturabhängigen Ist-Widerstand R(Ts) einer Spule 21 der
Zumesseinheit in Abhängigkeit
eines materialspezifischen Temperatur-Koeffizienten α eines Spulendrahtes
der Spule 21, eines vorbestimmten Referenz-Widerstands R(Tref),
der Spule 21 bei einer Referenz-Temperatur (Tref), einer
gemessenen Kraftstofftemperatur (Tk) des Kraftstoffes, insbesondere
in einem Zulauf des Einspritzsystems, und eines bestimmten Offset-Wertes
OS zwischen der Kraftstofftemperatur Tk und der Spulentemperatur
Ts zu berechnen.
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Der
Offset-Wert OS wird insbesondere mittels eines Validierungsprozesses
zumindest in Abhängigkeit
der Spulentemperatur Ts und der Kraftstofftemperatur Tk bei zumindest
einem Kraftfahrzeug bestimmt. Dabei wird der Validierungsprozess insbesondere
vorab vor dem serienmäßigen Verbau der
Stromberechnungseinheit durchgeführt.
Ist dieser Validierungsprozess durchgeführt und somit der Offset-Wert
OS bestimmt, kann die Stromberechnungseinheit 30 serienmäßig verbaut
werden, wobei diese Stromberechnungseinheit 30 dann den
Strom I durch die Zumesseinheit insbesondere in Abhängigkeit
des bestimmten Offset-Wertes OS berechnen kann.
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Zur
Bereitstellung der notwendigen Parameter für diese Berechnung weist die
Berechnungseinheit 31 insbesondere eine erste Schnittstelleneinheit 32 und
eine zweite Schnittstelleneinheit 33 auf. Die erste Schnittstelleneinheit 32 ist
insbesondere dazu eingerichtet, die gemessene Kraftstofftemperatur
Tk von einem in einem Zulauf des Einspritzsystem angeordneten Kraftstofftemperatursensors
zu empfangen.
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Ferner
ist die zweite Schnittstelleneinheit 33 dazu eingerichtet,
den Temperatur-Koeffizienten α, den
vorbestimmten Referenz-Widerstand R(Tref) und den bestimmten Offset-Wert
OS zu empfangen.
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Die
Berechnungseinheit 31 berechnet den spulentemperaturabhängigen Ist-Widerstand
R(Ts) der Spule 21 nach der Formel R(Ts) = R(Tref)·(1 + α(Tk + OS – 20K)).
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Des
Weiteren ist es möglich,
sowohl die Stromberechnungseinheit 30 als auch die Berechnungseinheit 31 jeweils
als ein Computerprogrammprodukt auszubilden.
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3 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Stromberechnungssystems 40 zum
Berechnen eines Stromes I durch eine Zumesseinheit für eine Common-Rail-Pumpe 20 eines
Einspritzsystems zum Einspritzen von Kraftstoff. Das Stromberechnungssystem 40 weist
eine wie in 2 dargestellte Stromberechnungseinheit 30 und
zumindest eine weitere, zweite Berechnungseinheit 34 auf.
Die zweite Berechnungseinheit 34 ist vorzugsweise dazu eingerichtet,
den Strom I durch die Zumesseinheit in Abhängigkeit des Ist-Widerstands R(Ts)
der Spule 21 und einer die Spule 21 mit Spannung
versorgenden Versorgungsspannung V_bat zu berechnen.
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Ferner
kann das Stromberechnungssystem 40 eine Steuereinheit 41 aufweisen.
Die Steuereinheit 41 ist dazu eingerichtet, den durch die
zweite Berechnungseinheit 34 berechneten Strom I mit einem Referenzstromwert
Iref zu vergleichen und zu bestimmen, ob der durch die Zumesseinheit
fließende Strom
I einem vorgegebenen Wert entspricht. Wenn die Steuereinheit 41 erkennt,
dass der durch die Zumesseinheit fließende Strom I nicht dem vorgegebenen
Wert Iref entspricht, dann kann die Steuereinheit 41 den
Strom I mittels eines PWM-Signals PWM auf den vorgegebenen Wert
regeln. Zu diesem Zweck ist die Steuereinheit 41 mit dem
Gate des Transistors 12 gekoppelt. Dabei steuert die Steuereinheit 41 das Gate
mittels des PWM-(Pulsweitenmodulation-)Signals PWM an, wobei die
Steuereinheit 41 das Tastverhältnis mittels des PWM-Signals
PWM anpasst, um etwaige Abweichungen zwischen dem Soll-Wert und
dem Ist-Wert des Stromes I durch die Zumesseinheit auszuregeln.
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Ferner
kann das Stromberechnungssystem 40 eine Speichereinrichtung 35 aufweisen,
welche dazu eingerichtet ist, den Temperatur-Koeffizienten α des Spulendrahtes
der Spule 21 und/oder den vorbestimmten Referenz-Widerstand
R(Tref) der Spule 21 und/oder den bestimmten Offset-Wert OS zu speichern.
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Vorzugsweise
ist das Stromberechnungssystem 40 mit einem Kommunikationsbus 50 des Kraftfahrzeuges
koppelbar, welcher dazu geeignet ist, die durch den Kraftstofftemperatursensor
gemessene Kraftstofftemperatur Tk an die Stromberechnungseinheit 30 zu übertragen.
Der Kommunikationsbus ist beispielsweise als LIN-Bus, CAN-Bus oder
FlexRay-Bus ausgebildet.
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In 4 ist
ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Berechnen des Stromes I durch die Zumesseinheit für die Common-Rail-Pumpe 20 des
Einspritzsystems zum Einspritzen von Kraftstoff dargestellt. Nachfolgend
wird das erfindungsgemäße Verfahren
anhand des Blockschaltbildes in 4 unter
Verweis auf das schematische Blockschaltbild in 3 beschrieben.
Das Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß 4 weist
folgende Verfahrensschritte S1 bis S5 auf:
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Verfahrensschritt S1:
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Der
materialspezifische Temperatur-Koeffizient α des verwendeten Spulendrahtes
der Spule 21 der Zumesseinheit des Einspritzsystems wird
bereitgestellt.
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Verfahrensschritt S2:
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Eine
Referenz-Temperatur Tref wird bereitgestellt. Tref ist beispielsweise
20°C. Weiter
wird der sich ergebende Referenz-Widerstand R(Tref) der Spule 21 bei
der vorbestimmten Referenz-Temperatur
Tref gemessen. Diese Messung wird insbesondere vorab in einem Validierungsprozess
durchgeführt. Der
gemessene Referenz-Widerstand R(Tref) wird dann als Parameter für die Berechnung
des Stromes I durch die Spule 21 bereitgestellt.
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Verfahrensschritt S3:
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Die
Kraftstofftemperatur Tk des Kraftstoffes wird in einem Zulauf des
Einspritzsystems mittels eines Temperatursensors insbesondere während des Betriebes
des Kraftfahrzeuges gemessen.
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Verfahrensschritt S4:
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Der
Offset-Wert OS zwischen der Kraftstofftemperatur Tk und der Spulentemperatur
Ts wird mittels eines Validierungsprozesses vorab bestimmt (OS =
Ts – Tk).
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Verfahrensschritt S5:
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Der
spulentemperaturabhängige
Ist-Widerstand R(Ts) der Spule 21 wird insbesondere im
Feld bei einer Mehrzahl von Kraftfahrzeugen in Abhängigkeit
des Temperatur-Koeffizienten α,
des Referenz-Widerstandes R(Tref), der jeweils gemessenen Kraftstofftemperatur
Tk und des bestimmten Offset-Wertes OS berechnet.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung vorstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben
wurde, ist sie hierauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art
und Weise modifizierbar.