DE102015209783A1 - Verfahren zur Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors - Google Patents

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Hans - Peter Scheurer
Michael Becker
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors (100), umfassend eine Ventilnadel (110), die mittels eines an einem an ihr ausgebildeten Anschlag (120) angreifenden Magnetankers (130) bewegbar ist, zur Einspritzung von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine, wobei zwischen einer ersten und einer zweiten, jeweils zur Einspritzung von Kraftstoff vorgenommenen, Einspritz-Bestromung einer mit dem Magnetanker (130) zusammenwirkenden Magnetspule (140) eine zusätzliche, eine Bewegung des Magnetankers (130) abbremsende, Ankerhub-Bestromung der Magnetspule (140) vorgenommen wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors.
  • Stand der Technik
  • Einspritzsysteme für Brennkraftmaschinen fördern Kraftstoff vom Tank bis in die Brennkammer der Brennkraftmaschine. Ein solches Einspritzsystem umfasst üblicherweise, beginnend im Tank, ein Niederdrucksystem, zusammengesetzt aus Niederdruckpumpe, Kraftstofffiltern und Leitungen, gefolgt von einem Hochdrucksystem, bestehend aus einer Hochdruckpumpe, Kraftstoffleitungen, Verteilerleisten und Einspritzventilen bzw. Kraftstoffinjektoren, welche den Kraftstoff zeitlich und räumlich bedarfsgerecht der Brennkammer der Brennkraftmaschine zuführen.
  • Bei modernen, zeitgesteuerten Einspritzsystemen übernimmt ein Steuergerät die Berechnung von Einspritzfunktionen und die Ansteuerung von Kraftstoffinjektoren und anderen Stellgliedern zur Regelung des Systems und der Brennkraftmaschine.
  • Um bspw. ein Hochdruckeinspritzventil eines Benzindirekteinspritzsystems zu öffnen, wird ein Magnet bestromt, dessen Magnetkraft gegen eine Schließfeder und einen wirksamen Kraftstoffdruck die Ventilnadel aus ihrem Sitz bewegt, um den Einspritzquerschnitt zu öffnen. Um den Strombedarf möglichst niedrig zu halten, wird der Magnetanker mit einem sog. Ankerfreiweg an der Ventilnadel fixiert. Erfolgt eine Bestromung, so beschleunigt der Magnetanker zunächst und stößt anschließend nach einem geringen Hub auf die Ventilnadel. Zum Zeitpunkt des Anhebens der Ventilnadel wirkt somit neben der Magnetkraft auch noch ein mechanischer Impuls. Dadurch können eine maximal nötige Magnetkraft niedriger ausgelegt und der Strombedarf reduziert werden.
  • Bei Brennkraftmaschinen mit Benzindirekteinspritzung wird häufig das Hochdruckeinspritzventil in einem Verbrennungszyklus mehrfach betätigt, um eine günstige zeitliche Einbringung des Kraftstoffs in den Brennraum zu gewährleisten. Die zeitlichen Abstände zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einspritzungen, sog. Spritzpausen, können hierbei betriebspunktabhängig variiert werden.
  • Eine Einschränkung eines Hochdruckeinspritzventils mit dem Prinzip des Ankerfreiwegs liegt in der minimalen Spritzpause. Eine Folgeansteuerung kann üblicherweise erst aktiviert werden, wenn sich der Magnetanker in der Nähe der Ruhelage befindet. Ist der Magnetanker bspw. durch Abprellen nach dem Schließvorgang nicht in der Ruheposition, besteht die Gefahr, dass die mechanische Beschleunigung nicht ausreicht, um eine Einspritzung zu bewirken, d.h. eine Folgeeinspritzung fehlt. Dies kann zu Verbrennungsaussetzern führen. Zusätzlich kann ein verfrühtes oder verspätetes Öffnen des Ventils zur Einspritzung falscher Kraftstoffmengen führen.
  • Es ist daher wünschenswert, einen minimalen zeitlichen Abstand zwischen zwei Einspritzvorgängen bei einem Kraftstoffinjektor mit Magnetventil und Ankerfreiweg zu verkürzen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Vorteile der Erfindung
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zur Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors, umfassend eine Ventilnadel, die mittels eines an einem an ihr ausgebildeten Anschlag angreifenden Magnetankers bewegbar ist, zur Einspritzung von Kraftstoff in einer Brennkraftmaschine. Typischerweise ist der Magnetanker im Ruhezustand von dem Anschlag an der Ventilnadel beabstandet, d.h. es ist ein sog. Ankerfreiweg vorhanden. Dabei wird nun zwischen einer ersten und einer zweiten, jeweils zur Einspritzung von Kraftstoff vorgenommenen, Einspritz-Bestromung einer mit dem Magnetanker zusammenwirkenden Magnetspule eine zusätzliche, eine Bewegung des Magnetankers abbremsende Ankerhub-Bestromung der Magnetspule vorgenommen.
  • Da nach dem Ende der ersten Einspritz-Bestromung der Magnetanker aufgrund eines vorhandenen Ankerfreiwegs an einem weiteren, unteren Anschlag meist mehrere Male abprellt, kann es vorkommen, dass die zweite Einspritz-Bestromung zu einem Zeitpunkt einsetzt, zu dem sich der Magnetanker in einer Position nahe des Anschlags an der Ventilnadel (d.h. also insbesondere nicht in der Ruheposition) befindet. Dann kann der Magnetanker ggf. nicht hinreichend genug beschleunigt werden, um die Ventilnadel gegen die auf sie wirkenden Kräfte anzuheben. Durch die erfindungsgemäße zusätzliche Ankerhub-Bestromung kann das Prellen des Magnetankers jedoch abgeschwächt werden, da der Magnetanker auf seinem Weg in die Ruheposition (d.h. in Schließrichtung der Ventilnadel) abgebremst wird. Die Ankerhub-Bestromung führt zu einer Kraftwirkung in Ankerhubrichtung (d.h. in Öffnungsrichtung der Ventilnadel, ohne diese jedoch zu öffnen), welche eine (federbetätigte) Bewegung in Richtung der Ruheposition abbremst. Durch diese Beruhigung der Magnetankerbewegung nach dem Schließen der Ventilnadel bzw. des Kraftstoffinjektors können Spritzpausen verwendet werden, die deutlich kleiner sind als ohne dieses Verfahren. Ein weiterer Vorteil ist eine geringe Mengenstreuung der Folgeeinspritzung auch bei kurzen Spritzpausen und somit eine deutlich verbesserte Funktion des Hochdruckeinspritzventils mit Ankerfreiweg.
  • Dabei ist hervorzuheben, dass ein erfindungsgemäßes Verfahren keine baulichen Änderungen an einem Kraftstoffinjektor benötigt, sondern durch eine geeignete Ansteuerung desselben durchführbar ist.
  • Vorzugsweise wird der Magnetanker mittels der zusätzlichen Ankerhub-Bestromung, falls diese noch während der Abprellbewegung in Ankerhubrichtung einsetzt, höchstens bis zu dem Anschlag bewegt. Dadurch wird sichergestellt, dass keine vorzeitige Öffnung der Ventilnadel und somit keine vorzeitige Einspritzung von Kraftstoff erfolgt.
  • Vorteilhafterweise werden die erste und die zweite Einspritz-Bestromung während eines Arbeitstaktes der Brennkraftmaschine vorgenommen. Insbesondere umfassen die jeweils durch die erste und die zweite Einspritz-Bestromung erfolgten Einspritzungen zwei aufeinanderfolgende Einspritzungen, insbesondere eine Vor- und eine Haupteinspritzung oder eine Haupt- und eine Nacheinspritzung. Damit wird den bei modernen Brennkraftmaschinen zur Leistungs- und/oder Effizienzsteigerung nötigen Mehrfacheinspritzungen während eines Arbeitstaktes Rechnung getragen. Dabei ist anzumerken, dass insgesamt auch mehr als zwei Einspritzungen pro Arbeitstakt erfolgen können, wobei für Einspritz-Bestromungen für beliebige zwei aufeinanderfolgende Einspritzungen des einen Arbeitstaktes das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft ist.
  • Vorzugsweise wird ein Zeitpunkt des Beginns der zusätzlichen Ankerhub-Bestromung unter Berücksichtigung einer Zeitdauer zwischen einem Ende der ersten Einspritz-Bestromung und einem darauffolgenden Auftreffen des Magnetankers auf dem weiteren Anschlag ermittelt. Insbesondere sollte die zusätzliche Ankerhub-Bestromung erst nach dem Auftreffen beginnen. Die genannte Zeitdauer entspricht im Wesentlichen einer Schließverzugszeit Eine Schließverzugszeit ist die Zeit zwischen dem Ende der Ansteuerung und einem Schließzeitpunkt, zu welchem die Freigabe der Kraftstoffförderung endet. Die Schließverzugszeit kann auf einfache Weise bestimmt werden, auch im regulären laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine. Der Schließzeitpunkt kann im Zuge einer Regelung des Injektors (beispielsweise einer Controlled Valve Operation, CVO) bestimmt werden. Dabei kann beispielsweise ein Spannungssignal der Magnetspule (Rückkopplung des Anschlagens des Magnetankers und der Ventilnadel beim Schließen über den Magnetkreis in einen Stromkreis der Ventil-Ansteuerung) untersucht werden. Von diesem Spannungssignal kann auf eine Bewegung des Ankers rückgeschlossen werden. Somit können aus dem Spannungssignal der Schließzeitpunkt und letztendlich auch die Schließverzugszeit bestimmt werden. Damit wird eine weitere Optimierung der Abbremsung erreicht.
  • Da sich das Schließverhalten eines Injektors im Laufe der Zeit ändern kann, wird vorteilhafterweise der Zeitpunkt des Beginns der Ankerhub-Bestromung mittels eines Adaptionsverfahrens und/oder in Abhängigkeit von einem Zeitverhalten der Magnetspule ermittelt. Dazu kann der Startzeitpunkt regelmäßig und/oder bei Bedarf (z.B. bei zu großer Veränderung der Schließverzugszeit) in Abhängigkeit von einer aktuell ermittelten Schließverzugszeit verändert werden. Da sich bspw. durch Abnutzung oder Verschmutzung über die Lebensdauer des Kraftstoffinjektors Änderungen bei dieser Schließverzugszeit ergeben können, kann im Sinne eines Nachregelns eine Adaption des Zeitpunktes des Beginns der Ankerhub-Bestromung, d.h. eine Verlegung des Zeitpunktes nach vorne oder nach hinten, erfolgen, um so eine dauerhafte, bestmögliche Funktionsweise des Kraftstoffinjektors zu erhalten. Die relevanten Werte können hierzu bspw. regelmäßig vom Motorsteuergerät erfasst und abgespeichert werden. Sobald dann bspw. eine zu große Abweichung von einem optimalen Wert vorliegt, kann eine Adaption erfolgen. Die Berücksichtigung des Zeitverhaltens (also der Induktivität) der Magnetspule ermöglicht eine weitere Optimierung der Abbremsung des Magnetankers, da sich durch darauf abgestimmten Beginn der Bestromung das Magnetfeld dann optimal aufbauen kann. Auch hiermit kann die zusätzliche Bestromung an das Abschaltverhalten des Ventils angepasst werden. Für eine Ermittlung von zugrunde liegenden Zusammenhängen zwischen dem optimalen Startzeitpunkt und den genannten Injektorparametern sind Prüfstandmessungen zweckmäßig.
  • Es ist von Vorteil, wenn die zusätzliche Ankerhub-Bestromung zwischen einem ersten und einem zweiten Abprellen des Magnetankers an einem an dem Kraftstoffinjektor ausgebildeten weiteren Anschlag beginnt und vorzugsweise auch endet. Dies ermöglicht die zweite Einspritz-Bestromung, d.h. eine Folgeeinspritzung, bereits kurz nach dem zweiten Abprellen, da dieses zweite Abprellen durch die vorhergehende Abbremsung nur noch sehr gering ausgeprägt ist. Das erste Abprellen hingegen sollte noch abgewartet werden, damit die Ventilnadel den Kraftstoffinjektor ordnungsgemäß verschließt. Ferner ist der Magnetanker bei der Folgeaktivierung nahe der Nullposition, unabhängig davon, wann genau die Folgeeinspritzung aktiviert wird.
  • Es ist von Vorteil, wenn die zusätzliche Ankerhub-Bestromung eine vorbestimmte, insbesondere von einem Beginn der zweiten Einspritz-Bestromung abhängigen, Zeitdauer andauert. Vorzugsweise sollte die zusätzliche Ankerhub-Bestromung vor dem Beginn der zweiten Einspritz-Bestromung enden, wie oben erwähnt weiter vorzugsweise vor dem zweiten Abprellen. Damit kann bspw. das Abbremsen des Magnetankers gezielt beeinflusst und optimiert werden.
  • Vorteilhafterweise wird die Dauer der Ankerhub-Bestromung mittels eines Adaptionsverfahrens und/oder in Abhängigkeit von einem Zeitverhalten der Magnetspule ermittelt. Ein solches Adaptionsverfahren kann bspw. im Motorsteuergerät durchgeführt werden, wodurch nötige Parameter bestimmt werden können. Zunächst könnte ein auf Messungen, insbesondere Testmessungen, beruhender Wert für die Dauer der Ankerhub-Bestromung verwendet werden, der jedoch im Laufe der Lebensdauer des Kraftstoffinjektors nachgeregelt, d.h. adaptiert wird. Parameter können sich nämlich über die Lebensdauer des Ventils hinweg ändern, so dass mehrmalige Anpassungen erfolgen können. Damit kann die zusätzliche Bestromung an ein sich veränderndes Abschaltverhalten des Ventils angepasst werden. Dabei ist es vorstellbar, bspw. aus den Werten für eine Öffnungsverzugszeit und für die Schließverzugszeit des Ventils und einer Intensität der Rückkopplung des Anschlages des Magnetankers und der Ventilnadel über den Magnetkreis in einen Stromkreis der Ventil-Ansteuerung einen Wert abzuleiten, der mit der kinetischen Energie im Ventilanker während und nach dem Prellen korreliert. Eine Öffnungsverzugszeit ist die Zeit zwischen dem Beginn der Ansteuerung und einem Öffnungszeitpunkt, zu welchem die Strömung des Kraftstoffs bzw. eine Kraftstoffförderung freigegeben wird. Beispielsweise ist aus der DE 10 2009 028 650 A1 ein Verfahren bekannt, um die Öffnungsverzugszeit eines Magnetinjektors zu bestimmen. Dabei werden eine maximalen Ansteuerdauer und eine maximale Öffnungsdauer des Magnetinjektors, bei denen jeweils gerade noch kein Kraftstoff abgesetzt wird, ermittelt. Des Weiteren wird für diese maximale Ansteuerdauer und maximale Öffnungsdauer jeweils eine Schließdauer des Magnetinjektors ermittelt. Aus diesen Ergebnissen wird die Öffnungsverzugszeit ermittelt. Die Werte für Öffnungsverzugszeit und Schließverzugszeit können sich bspw. aufgrund von Abnutzung oder Verschmutzung im Laufe der Zeit verändern. Die relevanten Werte können hierzu bspw. regelmäßig vom Motorsteuergerät erfasst und abgespeichert werden. Sobald dann bspw. eine zu große Abweichung von einem optimalen Wert vorliegt, kann eine Adaption erfolgen. Die Berücksichtigung des Zeitverhaltens (also der Induktivität) der Magnetspule ermöglicht eine weitere Optimierung der Abbremsung des Magnetankers, da sich durch darauf abgestimmte Dauer der Bestromung das Magnetfeld dann optimal aufbauen kann. Auch hiermit kann die zusätzliche Bestromung an das Abschaltverhalten des Ventils angepasst werden. Für eine Ermittlung von zugrunde liegenden Zusammenhängen zwischen der optimalen Dauer und den genannten Injektorparametern sind Prüfstandmessungen zweckmäßig.
  • Vorteilhafterweise erfolgt die zusätzliche Ankerhub-Bestromung, insbesondere hinsichtlich Startzeitpunkt, Dauer und/oder Amplitude, in Abhängigkeit von einem Kraftstoffdruck und/oder von einer Temperatur und/oder von Kraftstoffeigenschaften. Diese Größen beeinflussen das Verhalten eines Kraftstoffinjektors. Somit kann bei Berücksichtigung dieser Größen eine bessere Ansteuerung erzielt werden. Bspw. können die Stromamplitude und/oder der genaue Beginn der zusätzlichen Ankerhub-Bestromung in Abhängigkeit vom Kraftstoffdruck oder bspw. der Kraftstoffviskosität variiert werden. Ein höherer Kraftstoffdruck erfordert bspw. eine höhere Magnetkraft zum Öffnen der Ventilnadel. Dies kann sowohl durch die Stromamplitude als auch durch eine geänderte Ansteuerzeit erreicht werden. Die Temperatur beeinflusst zum einen das Verhalten der Magnetisierung des Magnetankers und zum anderen bspw. auch die die Fluideigenschaften des Kraftstoffs. Eine Berücksichtigung der Temperatur bspw. bei Beginn und/oder Dauer der zusätzlichen Ankerhub-Bestromung kann somit zu besseren Ergebnissen führen. Da sich diese Werte im Laufe des Betriebs ändern, können diese bspw. mittels eines Kennfelds vorgegeben werden.
  • Es ist von Vorteil, wenn die zusätzliche Ankerhub-Bestromung, insbesondere hinsichtlich Startzeitpunkt, Dauer und/oder Amplitude, in Abhängigkeit von einer auf die Ventilnadel und gegen eine Bewegungsrichtung des bestromten Magnetankers wirkende Federkraft und/oder von einem Abstand zwischen dem nicht bestromten, sich in Ruhe befindlichen Magnetanker und dem Anschlag und/oder von wenigstens einer weiteren, für den Kraftstoffinjektor spezifischen Größe, bspw. geometrischen Abmessungen oder mechanischen Auslegungen, erfolgt.
  • Auch diese Größen beeinflussen das Verhalten eines Kraftstoffinjektors und können somit bei Berücksichtigung zu einer besseren Ansteuerung führen. Insbesondere handelt es sich bei diesen Werten um feste, sich während des Betriebs nicht verändernde Werte. Diese können also bspw. einmalig eingestellt werden. Eine Auswahl geeigneter Werte kann beispielsweise auf einem Prüfstand erfolgen.
  • Weiterhin sei erwähnt, dass die erwähnten Größen und/oder Zeiten besonders vorteilhaft auch in beliebiger Kombination berücksichtigt werden können. Insbesondere können sich diese Größen und/oder Zeiten auch gegenseitig beeinflussen. Eine Ermittlung dieser Größen und/oder Zeiten kann bspw. mittels Simulation erfolgen. Aufgrund fertigungsbedingter Abweichung in einzelnen Kraftstoffinjektoren sind jedoch auch Testmessungen sinnvoll. Insbesondere können die optimalen Größen und/oder Zeiten auch individuell für jeden in einer Brennkraftmaschine vorhanden Kraftstoffinjektor voneinander abweichen.
  • Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
  • Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einem Kraftstoffinjektor mit Magnetventil und Ankerfreiweg, mittels welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform durchführbar ist.
  • 2 zeigt Verläufe von Magnetanker- und Ventilnadelhub bei einem Kraftstoffinjektor mit Magnetventil und Ankerfreiweg bei einer Einspritz-Bestromung zur Einspritzung von Kraftstoff.
  • 3 zeigt Magnetankerhub und an der Magnetspule anliegende Spannung bei herkömmlicher Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors.
  • 4 zeigt Magnetankerhub und an der Magnetspule anliegende Spannung bei erfindungsgemäßer Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors.
  • Ausführungsform der Erfindung
  • In 1 ist schematisch ein Ausschnitt aus einem Kraftstoffinjektor 100 gezeigt. Eine Ventilnadel 110 ist dazu vorgesehen, im Ruhezustand den Kraftstoffinjektor 100 zu verschließen, sodass kein Kraftstoff aus dem Kraftstoffinjektor 100 in eine Brennkraftmaschine gelangt. Sobald die Ventilnadel 110 angehoben, d.h. in Öffnungsrichtung bewegt wird, wird Kraftstoff in die Brennkraftmaschine eingespritzt.
  • Weiterhin sind eine Magnetspule 140 und ein Magnetanker 130 vorgesehen. Die Magnetspule 140 ist ortsfest im Kraftstoffinjektor 100 angeordnet, während der Magnetanker 130 in Längsrichtung der Ventilnadel 110 beweglich ist. Dazu ist im Magnetanker 130 bspw. ein Loch mit einem Durchmesser, der leicht größer als der Durchmesser der Ventilnadel 110 ist, vorgesehen.
  • Im Ruhezustand liegt der Magnetanker 130 auf einem fest mit der Ventilnadel verbundenen weiteren Anschlag 160 auf, der bspw. mittels einer Feder 170 und einem Federtopf 180 mit dem Magnetanker 130 verbunden ist. In der gezeigten Ansicht ist die Feder 170 entspannt bzw. lediglich vorgespannt, d.h. die Feder 170 zieht den Magnetanker 130 mit der Vorspannkraft nach unten, sodass ein Ankerfreiweg erhalten bleibt. Sobald die Magnetspule 140 bestromt wird, wird der Magnetanker 130 aus seiner Ruheposition durch eine Magnetkraft in Richtung der Magnetspule 140 bewegt. Nach der Bestromung zieht die Feder 170 den Magnetanker üblicherweise zurück auf den weiteren Anschlag 160, der bspw. als Anschlaghülse ausgebildet ist. Durch die Vorspannung der Feder 170 kann ein Prellen geschwächt werden.
  • An der Ventilnadel 110 ist ein Anschlag 120 ausgebildet. Der Anschlag 120 kann dabei bspw. integral mit der Ventilnadel 110 oder als mit der Ventilnadel 110 fest verbundenes Anbauteil ausgebildet sein. Der Durchmesser des Anschlags 120 ist dabei größer als der Durchmesser des Lochs im Magnetanker 130. In Ruheposition des Magnetankers 130 ist dabei zwischen der Oberkante des Magnetankers 130 und der Unterkante des Anschlags 120 ein Spalt der Breite ∆h vorgesehen, der sog. Ankerfreiweg.
  • Weiterhin ist eine Schließfeder 150 gezeigt, welche die Ventilnadel 110 in ihren – nicht dargestellten – Ventilsitz drückt. Zusätzlich wirkt in Richtung der Federkraft der Schließfeder 150 bei einem typischen Kraftstoffinjektors 100 durch entsprechende Bauart auch ein Kraftstoffdruck eines Kraftstoffs, welcher sich im Kraftstoffinjektor 100 und insbesondere auch an der Oberseite der Ventilnadel 110 befindet.
  • In 2 sind die Verläufe von Magnetankerhub hM und Ventilnadelhub hV bei einem üblichen Einspritzvorgang schematisch dargestellt. Zu Beginn der Einspritz-Bestromung der Magnetspule 140 bewegt sich der Magnetanker 130 in Richtung Anschlag 120. Nach Durchlaufen des Ankerfreiwegs ∆h nimmt der Magnetanker 130 die Ventilnadel 110 in seiner Aufwärtsbewegung mit, was zum Öffnen der Ventilnadel 110 und damit zum Einspritzvorgang führt.
  • Maßgeblich für den erfolgreichen Öffnungsvorgang sind dabei sowohl ein Impuls des Magnetankers zu dem Zeitpunkt, zu dem er auf den Anschlag 120 trifft, als auch die zum selben Zeitpunkt wirkende Magnetkraft. Nach der Einspritz-Bestromung fällt der Magnetanker zurück und prellt an dem weiteren Anschlag 160.
  • Bei einer zweiten Einspritz-Bestromung, d.h. einer Folgeansteuerung, kurz nach der ersten Einspritz-Bestromung, reichen ggf. Magnetkraft und Impuls nicht aus, um die Ventilnadel vollständig zu öffnen, d.h. die durch die Schließfeder 150 und den Kraftstoffdruck wirkenden Kräfte auf die Ventilnadel 110 können nicht überwunden werden. Ursache hierfür ist, dass – je nach Beginn der zweiten Einspritz-Bestromung – sich der Magnetanker ggf. nicht in Ruheposition, sondern aufgrund des Prellens nahe des Anschlags 120 befindet. Die Ventilnadel 110 hebt dann nicht oder nur sehr verzögert ab. Dies bedeutet, dass kein oder zu wenig Kraftstoff in die Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Es kann in der Folge bspw. zu unerwünschten Verbrennungsaussetzern oder falschen Einspritzmengen kommen.
  • In 3 sind beispielhaft in zwei Diagrammen Magnetankerhub hM und an der Magnetspule anliegende Spannung U für eine herkömmliche Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors über der Zeit t gezeigt.
  • Von links beginnend ist eine erste Einspritz-Bestromung bzw. eine erste Einspritzung gezeigt. Zum Zeitpunkt t1 erreicht dabei der Magnetanker einen Magnetankerhub hM von Null und prellt zum ersten Mal. Zum Zeitpunkt t2 prellt der Magnetanker zum zweiten Mal. Am Verlauf der Spannung U ist zu sehen, dass zu Beginn der Zeitspanne ∆t die Spannung von einem negativen Wert auf einen Wert von ca. Null angehoben wird. Der zuvor anliegende negative Wert war hier nötig, um den Strom in der Magnetspule der ersten Einspritz-Bestromung zu löschen. Bis zum Ende der Zeitspanne ∆t bleibt die Spannung dann in etwa konstant bei Null, d.h. es findet während der Zeitspanne ∆t keine Bestromung statt.
  • Nach dem Ende der Zeitspanne ∆t beginnt die zweite Einspritz-Bestromung, und zwar nach einer zusätzlichen Zeitspanne ∆t'. In 3 sind Spannungsverläufe mit verschiedenen Anfangszeitpunkten für die zweite Einspritz-Bestromung, d.h. verschieden langen zusätzlichen Zeitspannen ∆t', dargestellt sind, was im Spannungsverlauf an nach rechts verschobenem Anlegen eines positiven Spannungswerts zu sehen ist. Zeitspanne ∆t und zusätzliche Zeitspanne ∆t' ergeben somit zusammen die Spritzpause.
  • An den zugehörigen Verläufen des Magnetankerhubs ist zu sehen, dass die zweite Einspritz-Bestromung beginnt, wenn der Magnetanker aufgrund des zweiten Prellens einen relativ großen Hub aufweist. Dabei ist deutlich zu sehen, dass bei zu früh beginnender zweiter Einspritz-Bestromung, d.h. zu kurzer Spritzpause, der maximale Magnetankerhub nur gering ist. Ursache hierfür ist, dass nicht genügend Magnetkraft und Impuls erreicht werden, um die Ventilnadel anzuheben. Dies bedeutet, dass in diesen Fällen das Magnetventil nicht oder nur kaum öffnet.
  • In 4 sind beispielhaft in zwei Diagrammen Magnetankerhub hM und an der Magnetspule anliegende Spannung U für eine erfindungsgemäße Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors über der Zeit t gezeigt.
  • Von links beginnend ist auch hier eine erste Einspritz-Bestromung bzw. eine erste Einspritzung gezeigt. Zum Zeitpunkt t1 erreicht dabei der Magnetanker einen Magnetankerhub hM von Null und prellt zum ersten Mal. Zum Zeitpunkt t2' prellt der Magnetanker zum zweiten Mal. Am Verlauf der Spannung U ist zu sehen, dass zu Beginn der Zeitspanne ∆t die Spannung von einem negativen Wert auf einen Wert von ca. Null angehoben wird. Der zuvor anliegende negative Wert war hier nötig, um den Strom in der Magnetspule der ersten Einspritz-Bestromung zu löschen. Am weiteren Verlauf ist zu sehen, dass während der Zeitspanne ∆t – im Gegensatz zu der in 3 gezeigten Ansteuerung – eine zusätzliche Ankerhub-Bestromung stattfindet. Dies wird durch ein Anlegen einer positiven Spannung zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 sowie einer negativen Spannung zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 erreicht. Auch hier ist der negative Spannungswert wieder zum Löschen des Stroms in der Magnetspule nötig.
  • Nach dem Ende der Zeitspanne ∆t und einer zusätzlichen Zeitspanne ∆t' beginnt auch hier die zweite Einspritz-Bestromung, wobei wiederum verschiedene Anfangszeitpunkte für die zweite Einspritz-Bestromung dargestellt sind, was im Spannungsverlauf an nach rechts verschobenem Anlegen eines positiven Spannungswerts zu sehen ist.
  • An den zugehörigen Verläufen des Magnetankerhubs ist zu sehen, dass der Magnetankerhub nach dem zweiten Prellen deutlich geringer ausfällt als ohne die zusätzliche Ankerhub-Bestromung. Bei Beginn der zweiten Einspritz-Bestromung weist der Magnetanker somit nur einen relativ kleinen Hub auf und befindet sich nahe seiner Ruheposition. Dabei ist zu sehen, dass auch bei früh beginnender zweiter Einspritz-Bestromung, d.h. kurzer Spritzpause, die Ventilnadel angehoben wird. Dies zeigt, dass durch die erfindungsgemäße Abbremsung des Magnetankers das Prellen soweit abgeschwächt wird, dass kürzere Spritzpausen als bisher verwendet werden können.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009028650 A1 [0018]

Claims (13)

  1. Verfahren zur Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors (100), umfassend eine Ventilnadel (110), die mittels eines an einem an ihr ausgebildeten Anschlag (120) angreifenden Magnetankers (130) bewegbar ist, zur Einspritzung von Kraftstoff in einer Brennkraftmaschine, wobei zwischen einer ersten und einer zweiten, jeweils zur Einspritzung von Kraftstoff vorgenommenen, Einspritz-Bestromung einer mit dem Magnetanker (130) zusammenwirkenden Magnetspule (140) eine zusätzliche, eine Bewegung des Magnetankers (130) abbremsende, Ankerhub-Bestromung der Magnetspule (140) vorgenommen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Einspritz-Bestromung während eines Arbeitstaktes der Brennkraftmaschine vorgenommen werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die jeweils durch die erste und die zweite Einspritz-Bestromung erfolgten Einspritzungen zwei aufeinanderfolgende Einspritzungen, insbesondere eine Vor- und eine Haupteinspritzung oder eine Haupt- und eine Nacheinspritzung, umfassen.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zusätzliche Ankerhub-Bestromung zwischen einem ersten und einem zweiten Abprellen des Magnetankers an einem an dem Kraftstoffinjektor (100) ausgebildeten weiteren Anschlag (160) beginnt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein Zeitpunkt für den Beginn der zusätzlichen Ankerhub-Bestromung unter Berücksichtigung einer Zeitdauer zwischen einem Ende der ersten Bestromung und einem darauffolgenden Auftreffen des Magnetankers (130) auf dem weiteren Anschlag (160) ermittelt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zusätzliche Ankerhub-Bestromung eine vorbestimmte, insbesondere von einem Beginn der zweiten Einspritz-Bestromung abhängigen, Zeitdauer andauert.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Dauer der Ankerhub-Bestromung mittels eines Adaptionsverfahrens und/oder in Abhängigkeit von einem Zeitverhalten der Magnetspule ermittelt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Zeitpunkt des Beginns der Ankerhub-Bestromung mittels eines Adaptionsverfahrens und/oder in Abhängigkeit von einem Zeitverhalten der Magnetspule ermittelt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zusätzliche Ankerhub-Bestromung in Abhängigkeit von einem Kraftstoffdruck und/oder von einer Temperatur und/oder von Kraftstoffeigenschaften erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zusätzliche Ankerhub-Bestromung in Abhängigkeit von einer auf die Ventilnadel (110) und gegen eine Bewegungsrichtung des bestromten Magnetankers (130) wirkende Federkraft und/oder von einem Abstand zwischen dem nicht bestromten, sich in Ruhe befindlichen Magnetanker (130) und dem Anschlag (120) und/oder von wenigstens einer weiteren, für den Kraftstoffinjektor (100) spezifischen Größe erfolgt.
  11. Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
  12. Computerprogramm, das eine Recheneinheit dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit ausgeführt wird.
  13. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 12.
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