DE10230267A1

DE10230267A1 - Verfahren zur Ansteuerung einer Fluid-Dosiervorrichtung und Common-Rail-Injektor

Info

Publication number: DE10230267A1
Application number: DE2002130267
Authority: DE
Inventors: Lorenz Zerle; Holger Rapp; Matthias Horn; Norbert Lampl; Andreas Rettich; Thomas-Christian Hofmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2004-01-22
Also published as: WO2004005687A1

Abstract

Um ein Verfahren zur Ansteuerung einer Fluid-Dosiervorrichtung mit einer Schließeinrichtung dahingehend zu verbessern, daß ein Einfluß eines Fluiddruckes (P¶rail¶) auf eine Gesamtöffnungskraft (F¶ges¶) so verringert wird, daß über den gesamten Fluiddruckbereich, also insbesondere bei großen Fluiddrücken (P¶rail¶), die Genauigkeit der Ansteuerung bzw. einer Ansteuerdauer verbessert wird und so eine Fluidzumessung bei jedem Fluiddruck (P¶rail¶) mit großer Genauigkeit ermöglicht wird, wird vorgeschlagen, daß wenigstens eine erste, die Öffnung der Schließeinrichtung bewirkende Öffnungskraft (F¶mag¶) abhängig vom an der Dosiervorrichtung anliegenden Fluiddruck (P¶rail¶) verändert wird.

Description

Die Endung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer Fluid-Dosiervorrichtung sowie einen Common-Rail-Injektor gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1 und 9.

Die US 5.936.827 offenbart eine Vorrichtung zur Ansteuerung wenigstens eines elektromagnetischen Verbrauchers, insbesondere eines Magnetventils zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in einer Brennkraftmaschine, bei der das Magnetventil während einer Öffnungsphase mit einem konstanten Anzugsstrom angesteuert wird. Diese Ansteuerung erfolgt ohne Berücksichtigung eines Kraftstoffdrucks auf das Magnetventil.

Aus der WO 01/11221 A1 ist ein Magnetventil für Injektoren von Einspritzsystemen für Brennkraftmaschinen bekannt, bei dem eine elektromagnetische Öffnungskraft auf einen Anker des Magnetventils wirkt, durch welche das Magnetventil geöffnet wird. Die Öffnung wird beispielsweise in einem Common-Rail-Injektor unterstützt durch eine einem Raildruck entsprechende Kraft, und erfolgt entgegen einer schließenden Kraft, beispielsweise einer Federkraft. Eine Gesamtöffnungskraft, die sich aus allen schließenden und öffnenden Kräften zusammensetzt, ist bei einem Common-Rail-Injektor daher abhängig vom Raildruck, so daß sich die Gesamtöffnungskraft mit zunehmendem Raildruck vergrößert.

Der Erfindung liegt nun das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zur Ansteuerung einer Fluid-Dosiervorrichtung, insbesondere eines Common-Rail-Injektors oder dergleichen, mit einer Schließeinrichtung, insbesondere einem Magnetventil, und einen Common-Rail-Injektor zu vermitteln, bei dem der Einfluß eines Fluiddruckes, insbesondere des Raildrucks, auf die Gesamtöffnungskraft so verringert wird, daß über den gesamten Fluid-Druckbereich, also insbesondere bei großen Fluid-Drücken, die Genauigkeit insbesondere einer Ventilbewegung bzw. einer Ventilöffnungsdauer verbessert wird und so eine Fluidzumessung, insbesondere eine Kraftstoffzumessung, bei jedem Fluid-Druck mit großer Genauigkeit ermöglicht wird.

Die Erfindung löst dieses Problem mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Gemäß der Erfindung wird eine die Schließeinrichtung öffnende Kraft mit steigendem Fluiddruck so verringert, daß die Gesamtöffnungskraft während einer Öffnungsphase über den gesamten Druckbereich im wesentlichen konstant ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung einer Fluid-Dosiervorrichtung, insbesondere eines Common-Rail-Injektors, mit einer Schließeinrichtung, insbesondere einem Magnetventil zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in einer Brennkraftmaschine, sieht vor, daß wenigstens eine erste, die Öffnung der Schließeinrichtung bewirkende Öffnungskraft abhängig vom an der Fluid-Dosiervorrichtung anliegenden Fluiddruck verändert wird. Hierdurch wird erreicht, daß der Einfluß des Fluiddrucks auf die Gesamtöffnungskraft minimiert wird. Darüber hinaus ist hierbei sehr vorteilhaft, daß die Gesamtöffnungskraft und damit die Öffnungsgeschwindigkeit bei der Öffnung der Schließvorrichtung deutlich genauer einstellbar sind und somit die Fluidzumessung deutlich ver bessert wird. Außerdem wird auch bei großen Fluiddrücken verhindert, daß die Gesamtöffnungskraft zu groß wird und beispielsweise zu einem Prellen des Ankers eines als Schließeinrichtung verwendeten Magnetventils an seinem oberen Hubanschlag und somit zu einer Verringerung der Einspritzmenge führt.

Um die benötigte Änderung der ersten Öffnungskraft nicht bei jeder Durchführung des Verfahrens neu ermitteln zu müssen, wird wenigstens eine Betriebsgröße der Schließeinrichtung, durch welche die wenigstens eine erste Öffnungskraft veränderbar ist, abhängig von dem Fluiddruck, beispielsweise herstellerseitig experimentell ermittelt und beispielsweise in einer Speichereinheit in Form einer Kennlinie gespeichert.

Besonders vorteilhaft lassen sich bei einer elektromagnetisch betriebenen Schließeinrichtung mit einem Anker ein ohnehin zur Ansteuerung verwendeter Anzugsstrom und/oder eine Beschleunigungsspannung, die einen beschleunigten Anstieg des Anzugstroms bewirkt, zum Variieren der wenigstens einen ersten Öffnungskraft, beispielsweise durch eine softwaremäßige Ansteuerung, verändern.

Um insbesondere bei dem Common-Rail-Injektor den Einfluß des Raildrucks auf eine die Öffnung des Magnetventils bewirkende Gesamtöffnungskraft zu kompensieren, ist es besonders vorteilhaft, die wenigstens eine erste Öffnungskraft abhängig von dem Raildruck zu verändern. Dies hat den großen Vorteil, daß keine zusätzlichen Steuergrößen erforderlich sind, da der Raildruck ohnehin in einem Steuergerät, mit dem der Common-Rail-Injektor gesteuert wird, vorliegt, und darüber hinaus auch keine weiteren Bauteile erforderlich sind.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung.
In der Zeichnung zeigen:
1: schematisch ein Magnetventil eines Common-Rail-Injektors, bei dem das von der Erfindung Gebrauch machende Verfahren zum Einsatz kommt,
2a: schematisch den Verlauf einer auf das Magnetventil gemäß 1 wirkenden Gesamtöffungskraft über einem Raildruck bei einer konstanten elektromagnetischen ersten Öffnungskraft,
2b: schematisch den Verlauf der auf das Magnetventil gemäß 1 wirkenden Gesamtöffungskraft über dem Raildruck bei variierender elektromagnetischer erster Öffnungskraft,
3: schematisch den Zusammenhang zwischen Anzugsstrom/Beschleunigungsspannung und dem Raildruck bei einer Ansteuerung des in 1 dargestellten Magnetventils,
4: schematisch den zeitlichen Verlauf eines Injektorstroms beim Ansteuern des in 1 dargestellten Magnetventils mit vom jeweiligen Raildruck abhängigen unterschiedlichen Anzugsströmen bei einem ersten Ausführungsbeispiel,
5: schematisch gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel den Verlauf des Injektorstroms und einer Spannung beim Ansteuern des in 1 dargestellten Magnetventils mit vom jeweiligen Raildruck abhängigen Variationen des Anzugsstroms bzw. der Beschleungigungsspannung,
6: schematisch den Verlauf des Injektorstroms und der Spannung beim Ansteuern des in 1 dargestellten Magnetventils gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, bei dem abhängig vom jeweiligen Raildruck der Anzugsstrom bzw. die Beschleunigungsspannung begrenzt werden, und
7: schematisch den zeitlichen Verlauf einer Einspritzmenge des Common-Rail-Injektors mit dem Magnetventil gemäß 1 im Vergleich mit dem Ver lauf der Einspritzmenge bei einem an sich bekannten Common-Rail-Injektor.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines in 1 dargestellten Magnetventils 15 eines eine Fluid-Dosiervorrichtung realisierenden Common-Rail-Injektors einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug erläutert. Es versteht sich jedoch, daß das Verfahren weder auf das Magnetventil 15 noch auf einen bestimmten Common-Rail-Injektor beschränkt ist. Das Verfahren kann vielmehr bei unterschiedlichen Schließeinrichtungen unterschiedlicher Common-Rail-Injektoren, auch außerhalb von Kraftfahrzeugen, durchgeführt werden.
Zwischen Kraftstoffeinspritzungen wird eine Ablaufdrossel 13 durch eine Kugel 41 des Magnetventils 15 verschlossen. Dies geschieht mittelbar über einen Anker 43, eine mit diesem verbundene Druckstange 44 und eine erste Ventilfeder 45, indem die Kugel 41 in einen Kugelsitz 47 eines Gehäuses 29 des Magnetventils 15 gepreßt wird. Statt des gezeigten einteiligen Ankers 43 kann auch ein (nicht dargestellter) mehrteiliger Anker vorgesehen sein. Zwischen dem Kugelsitz 47 und dem Anker 43 ist eine zweite Ventilfeder 57 angeordnet, die über einen Zwischenring 59 eine der ersten Ventilfeder 45 entgegenwirkende Kraft auf den Anker 43 ausübt.
Der Zwischenring 59 ist in Richtung der Längsachse des Ankers 43 bis zu einem ersten Hubanschlag 61 verschiebbar. In 1 ist eine Ausführung dargestellt, bei der der Zwischenring 59 mittels einer Ausnehmung 63 durch den ersten Hubanschlag 61 zentriert ist. Eine, in Verbindung mit 2a und 2b beschriebene, Federkraft F_F, mit der die Kugel 41 in dem dargestellten Betriebszustand des Magnetventils 15 in den Kugelsitz 47 gepreßt wird, ist die Differenz der Kräfte der ersten Ventilfeder 45 und der zweiten Ventilfeder 57.
Um eine Voreinspritzung auszulösen, wird beim hier beispielhaft beschriebenen Magnetventil 15 dessen Elektromagnet 49 von einer Steuereinheit 110 mit einem Injektorstrom I_inj von der Größe eines Voreinspritzstroms angesteuert. Die dadurch auf den Anker 43 wirkende Kraft des Elektromagneten 49 ist so bemessen, daß sie die auf den Anker 43 wirkende Federkraft F_F übersteigt. Infolge dessen bewegt sich der Anker 43 in Richtung des Elektromagneten 49 bis der Zwischenring 59 auf dem ersten Hubanschlag 61 aufliegt. Sobald der erste Hubanschlag 61 die Kraft der zweiten Ventilfeder 57 aufnimmt, wirkt die ganze Kraft der ersten Ventilfeder 45 entgegen der vom Elektromagneten 15 auf den Anker 43 ausgeübten Kraft. Die Kraft der ersten Ventilfeder 45 ist größer als die Kraft des Elektromagneten 15, wenn durch dessen Spule der zur Voreinspritzung benötigte Voreinspritzstrom fließt. Deshalb öffnet der Anker 43 bei der Voreinspritzung nur bis der Zwischenring 59 an dem ersten Hubanschlag 61 anliegt; dieser Hub entspricht einer mit 65 bezeichneten Strecke. Unter dem ersten Hubanschlag 61 wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verstanden, daß nach Erreichen eines bestimmten Hubs des Ankers 43 die zweite Ventilfeder 57 den Anker 43 nicht mehr mit ihrer Federkraft beaufschlagt.
Mit dem teilweisen Öffnen des Magnetventils 15 kann Kraftstoff über einen Abflußkanal 12 und die darin angeordnete Ablaufdrossel 13 aus einem Ventilsteuerraum 11 in einen darüberliegenden Hohlraum 51, und über einen Kraftstoffrücklauf 17 zum nicht dargestellten Kraftstoffbehälter abfließen, so daß der Druck im Ventilsteuerraum 11 sinkt und eine (nicht gezeigte) Düse mit einer Düsennadel des Common-Rail-Injektors in an sich bekannter Weise geöffnet wird.
Eine Haupteinspritzung wird nun ausgelöst indem der Elektromagnet 49 des Magnetventils 15 durch die Steuereinheit 110 mit dem Injektorstrom I_inj von der Größe eines weiter unten in Verbindung mit 3 bis 6 beschriebenen Anzugsstroms I_A, der größer als der Voreinspritzstrom ist, angesteuert wird. Die auf den Anker 43 wirkende Kraft des Elektromagneten 49 übersteigt in diesem Fall auch die Kraft der ersten auf den Anker 43 wirkenden Ventilfeder 45, so daß der Anker 43 bis zum Erreichen eines zweiten, Hubanschlags 67 öffnet.
Es ist auch möglich, auf den Zwischenring 59 und den daran angepaßten ersten Hubanschlag 61 zu verzichten (nicht gezeigt). Darüber hinaus kann auch lediglich die Ventilfeder 45 vorgesehen sein, auf die Ventilfeder 57 wird dabei verzichtet. Sowohl die Vorein spritzung als auch die Haupteinspritzung werden dann durch das Öffnen des Ankers 43 bis zum zweiten, oberen, Hubanschlag 67, beispielsweise mit unterschiedlichen Anzugsströmen I_A und/oder unterschiedlichen Ansteuerdauern, und somit unterschiedlichen Öffnungsdauern, ausgelöst.
Nach einer gewissen Zeit, wenn der Anker 43 stabil am oberen Hubanschlag 67 ruht, wird der erhöhte Anzugsstrom I_A auf einen geringeren, in Verbindung mit 4 bis 6 beschriebenen, Haltestrom I_H reduziert. Dieser Haltestrom genügt, um den Anker 43 weiterhin stabil am oberen Hubanschlag 67 zu halten.
Sobald auch der Haltestrom I_H nicht mehr fließt, werden der Anker 43 und die Kugel 41 durch die Kraft der ersten Ventilfeder 45 in Richtung des Kugelsitzes 47 gedrückt und die Kugel 41 verschließt die Ablaufdrossel 13. Dabei reduziert die zweite Ventilfeder 57, sobald der Hub 65 unterschritten wird, die Beschleunigung des Ankers 43 und verringert so den Verschleiß des Kugelsitzes 47 und der Kugel 41.
Durch das Verschließen der Ablaufdrossel 13 baut sich im Ventilsteuerraum 11 durch über eine Zulaufdrossel 9 in an sich bekannter Weise einströmendes Fluid wieder der Raildruck (2a, 2b) auf. Dieser Druck übt über eine Stirnfläche 33 eines Ventilkolbens 19 eine gegenüber dem geöffneten Zustand erhöhte hydraulische Kraft auf den Ventilkolben 19 aus, wodurch die (nicht gezeigte) Düse mit der Düsennadel verschlossen wird.
Als Spannungsquelle für den Elektromagneten 49 dient neben dem Bordnetz des Kraftfahrzeuges ein Booster-Kondensator 120, der zuvor – wie beispielsweise in der US 5.936.827 beschrieben – auf eine, weiter unten in Verbindung mit 3, 5 und 6 beschriebene, Beschleunigungsspannung U_C, beispielsweise auf einen Wert zwischen 48 V und 75 V, aufgeladen wurde, die wesentlich größer ist als eine Versorgungsspannung, die beispielsweise 12 V beträgt. Die Pole des Booster-Kondensators 120 sind mit der Steuereinheit 110 verbunden, die ihrerseits mit dem Elektromagneten 49 zu dessen Ansteuerung verbunden ist. Durch die Beschleunigungsspannung U_C wird bei der Haupteinspritzung ein beschleunigter Anstieg des Injektorstroms I_inj auf einen Wert I_A, der beispielsweise zwischen 18 A und 20 A liegt, erreicht. Dadurch wird ein beschleunigtes und genaueres Offnen des Magnetventils 15 mit einer Gesamtöffnungskraft F_ges (siehe 2a)
ermöglicht. Die Gesamtöffnungskraft F_ges muß, um eine ausreichend große Öffnungsgeschwindigkeit hervorzurufen, größer sein als eine Mindestöffnungskraft F_min, die vorab vorzugsweise durch Messung erfaßt wird.
Ist das Magnetventil 15 geschlossen, herrscht im Abflußkanal 12 (dargestellt in 1) ein vom Raildruck P_rail abhängiger Druck, insbesondere der Raildruck P_rail selbst. Hierdurch wirkt auf die Kugel 41 eine hydraulische Kraft F_rail deren Verlauf in Abhängigkeit vom Raildruck P_rail in 2a dargestellt ist, gegen die schließende Federkraft F_F.
Die Gesamtöffnungskraft F_ges setzt sich aus einer auf den Anker 43 wirkenden ersten Öffnungskraft F_mag des Elektromagneten 49, der hydraulischen zweiten Öffnungskraft F_rail, und der schließenden Federkraft F_F zusammen.
Gemäß einer ersten Näherung können die Kraftverhältnisse wie folgt beschrieben werden: Fges – Fmag + Frail – FF .
Die Kräfte F_mag, F_rail und/oder F_F können konstant, aber auch variabel und beispielsweise von einem Öffnungsgrad des Magnetventils 15 abhängig sein. Rein prinzipiell können hier auch andere, die Öffnung des Magnetventils 15 beeinflussende Kräfte oder Drücke, wie beispielsweise eine Reibungskraft, die eine Dämpfung bei der Öffnung des Magnetventils bewirkt, berücksichtigt werden.
Es hat sich nach umfänglichen Untersuchungen gezeigt, daß bei Überschreiten eines Grenzwertes F_max der Gesamtöffnungskraft F_ges, insbesondere hervorgerufen durch eine Vergrößerung der Railkraft F_rail (siehe 2a) ab einem Grenzdruck P_railmax der Anker 43 des Magnetventils 15 beim Öffnen zu schnell gegen den zweiten Hubanschlag 67 (1) stößt. Dies führt zu einem verstärkten Prellen und im Extremfall bei dem Common-Rail-Injektor zu einer Abnahme der Einspritzmenge bei steigender Ansteuerdauer t. In einem schematischen Verlauf der Einspritzmenge pro Ansteuerdauer t ist dies beispielhaft als "badewannenförmiges" Plateau in Kurve 1, 7, dargestellt.
Um nun die Gesamtöffnungskraft F_ges in engen Grenzen einstellen zu können, wird, wie in 2b dargestellt, die magnetische erste Öffnungskraft F_mag abhängig vom Raildruck P_rail verändert. Die Gesamtöffnungskraft F_ges muß größer als die Mindestöffnungskraft F_min sein, um das Magnetventil 15 schnell zu öffnen, aber dennoch kleiner als der Grenzwert F_max sein, damit der Anker 43 nicht unzulässig stark am zweiten Hubanschlag 67 (1) zurückprellt.
Bei einer Öffnungsphase ergibt sich dann entsprechend der weiter oben erläuterten ersten Näherung eine im wesentlichen konstante Gesamtöffnungskraft F_ges, deren Verlauf in 2b dargestellt ist, die unabhängig vom Raildruck P_rail ist. Beispielsweise bei einer als konstant angenommenen Federkraft FF und einer von dem Raildruck P_rail linear abhängigen Railkraft F_rail ergibt sich daher ein mit zunehmender Railkraft F_rail abnehmender Verlauf der magnetischen Kraft Fmag (2b). Es ist auch ein anderer, von dem vorstehend erläuterten abweichender funktionaler Zusammenhang möglich, bei dem beispielsweise auch eine von dem Öffnungsgrad des Magnetventils 15 abhängige Federkraft F_F und/oder Railkraft F_rail berücksichtigt wird.
Je größer der Raildruck P_rail ist, desto kleiner wird die magnetische Kraft F_mag eingestellt. Es wird mit anderen Worten durch eine Reduzierung der magnetischen Kraft F_mag ein ordnungsgemäßer Betrieb des Magnetventils 15 mit den erforderlichen Einspritzmengen, insbesondere Voreinspritzmengen, auch bei großen Raildrücken P_rail ermöglicht. Im Gegensatz zu dem in Verbindung mit Kurve 1, 7 beschriebenen Verlauf der Einspritzmenge pro Ansteuerdauer t, bei dem durch das Prellen des Ankers 43 ein "badewannenförmiges" Plateau entsteht, wird bei dem ordnungsgemäßen Betrieb des Magnetventils 15 die Einspritzmenge mit zunehmender Ansteuerdauer t stets größer, wie dies schematisch in Kurve 2, 7, dargestellt ist.
Die Veränderung der magnetischen Kraft F_mag abhängig vom Raildruck P_rail bei einer Haupteinspritzung kann beispielsweise durch eine in 3 dargestellte Variation des Anzugsstroms I_A bewirkt werden. Hierbei wird mit zunehmendem Raildruck P_rail der Anzugsstrom I_A verkleinert. Der Anzugsstrom I_A bzw. der Anstieg des Stroms bis zum Anzugsstrom I_A kann darüber hinaus durch eine in 3 dargestellte Variation der Beschleunigungsspannung U_C verändert werden. Hierzu wird die Beschleunigungsspannung U_C mit größer werdendem Raildruck P_rail verkleinert. Es können hier auch der Voreinspritzstrom zur Ansteuerung des Magnetventils 15 bei der Voreinspritzung und/oder der Haltestrom I_H variiert werden. Die Veränderung des Voreinspritzstroms hat den Vorteil, daß die Voreinspritzmengen genau geregelt werden können, wodurch zu große Voreinspritzmengen vermieden werden. Grundsätzlich kann aber eine Voreinspritzung auch mit demselben Anzugsstrom I_A, der auch bei einer Haupteinspritzung verwendet wird, angesteuert werden.
Der insbesondere vor dem ersten Betrieb der Brennkraftmaschine, beispielsweise herstellerseitig, durch Messung ermittelte Zusammenhang zwischen dem jeweils erforderlichen Anzugsstrom I_A bzw. der jeweils erforderlichen Beschleunigungsspannung U_C und dem Raildruck P_rail ist beispielhaft schematisch in 3 dargestellt. Mit zunehmenden Raildruck P_rail werden der Anzugsstrom I_A und/oder die Beschleunigungsspannung U_C und somit die magnetische Öffnungskraft F_mag verkleinert um den Einfluß des Raildrucks P_rail auf die Gesamtöffnungskraft F_ges zu verringern. Hierdurch wird erreicht, daß die Gesamtöffnungskraft F_ges einen Wert zwischen der Mindestöffnungskraft F_min und dem Grenzwert F_max annimmt (siehe 2b).
Die Veränderung des Anzugsstroms I_A und/oder der Beschleunigungsspannung UC erfolgt beispielsweise softwaremäßig in der Steuereinheit 110, die mit dem Elektromagneten 49 verbunden ist, wobei die Abhängigkeit von dem Raildruck P_rail beispielsweise jeweils in Form einer Kennlinie in einer Speichereinheit 130, die Teil der Steuereinheit 110 ist, gespeichert ist. Hierzu wird der Raildruck P_rail in an sich bekannter Weise mit einem Drucksensor 100 bestimmt. Der Drucksensor 100 ist in einem unter Hochdruck stehenden Kraftstoffspeicher 140 angeordnet und mit der Steuereinheit 110 zur Übermittlung des Raildruckes P_rail verbunden. Der Kraftstoffspeicher 140 ist über eine Hochdruckleitung 150 mit der Zulaufdrossel 9 des Common-Rail-Injektors verbunden.
Anschließend werden aus der jeweiligen Kennlinie die entsprechenden Werte für den Anzugsstrom I_A und/oder die Beschleunigungsspannung UC entnommen.
Der Drucksensor 100 kann auch an einer anderen Stelle in einem mit dem Raildruck P_rail beaufschlagten Bereich angeordnet sein. Der Raildruck P_rail kann auch in anderer Weise aus einer den Raildruck P_rail charakerisierenden Kenngröße ermittelt werden.
Es versteht sich, daß die Speichereinheit 130 auch an anderer Stelle angeordnet sein kann, und eine Verbindung zur Steuereinheit 110 aufweist. Sie muß nicht Teil der Steuereinheit 110 sein.
Bei einem ersten, in Verbindung mit 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der zeitliche Verlauf des Injektorstroms I_inj zum Ansteuern des Elektromagneten 49 dargestellt. Während einer Phase I wird der Injektorstrom I_inj zur Steuerung des Magnetventils 15 vergrößert. Der Injektorstrom I_inj wird auf einen Wert I_C, der durch die, in Verbindung mit 3 beschriebene, angelegte Beschleunigungsspannung U_C vorgegeben ist, eingestellt. Daraufhin wird in einer Phase II der Anzugsstrom I_A so geregelt, daß sich das in 1 dargestellte Magnetventil 15 gegen die schließend wirkende Federkraft F_F öffnet, also die Gesamtöffnungskraft F_ges zwischen der Mindestöffnungskraft F_min und dem Grenzwert F_max liegt. Hierzu wird beispielsweise abhängig von dem Raildruck P_rail aus der oben erwähnten Kennlinie der entsprechende Anzugsstrom I_A entnommen. Die Kurven A_I, B_I, C_I und D_I stellen beispielhaft den Stromverlauf bei jeweils einem unterschiedlichen Raildruck P_rail dar, wobei der Raildruck P_rail von Kurve A_I zu Kurve Dr in Richtung des Pfeils P_rail zunimmt.
Sobald das Magnetventil 15 geöffnet ist, wird in einer Phase III der Injektorstrom I_inj auf den geringeren Wert des Haltestroms I_H reduziert, der während einer Phase IV das Magnetventil 15 geöffnet halten soll.
Durch diese Anpassung des Anzugsstroms I_A während der Haupteinspritzung an den jeweilig herrschenden Raildruck P_rail, wird erreicht, daß die Gesamtöffnungskraft Fges des Magnetventils 15, wie in 2b dargestellt, bei keinem Raildruck P_rail den Grenzwert F_max übersteigt. Es wird hierdurch mit anderen Worten die auf den Anker 43 wirkende Gesamtöffnungskraft F_ges über den gesamten Raildruckbereich in wesentlich engeren Grenzen gehalten, insbesondere zwischen F_min und F_max, als dies mit einem vom Raildruck P_rail unabhängigen Anzugsstrom I_A möglich ist. Hierdurch wird sowohl eine unzulässig geringe, also auch eine unzulässig große Einspritzmenge bei großen Raildrücken P_rail verhindert.
Um die Öffnungsfunktion des Magnetventils 15 noch präziser steuern zu können, wird in einem zweiten Ausführungsbeispiel des Verfahrens, das beispiellhaft in Verbindung mit 5 erläutert ist, zusätzlich zur Variation des Anzugsstroms I_A auch die Beschleunigungsspannung U_C variiert. In der unteren Hälfte von 5 ist der zeitliche Verlauf der Beschleunigungsspannung U_C während der Phasen I bis IV dargestellt. In 5 sind diejenigen Elemente, die mit denen des ersten, in 4 beschriebenen Ausführungsbeispiels identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß bezüglich deren Beschreibung auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel vollinhaltlich Bezug genommen wird.
Zusätzlich wird zu einer Variation des Anzugsstromes I_A hier jedoch in Phase I auch ein Anfangswert U_max der Beschleunigungsspannung U_C in Abhängigkeit vom Raildruck P_rail variiert. Die in 5 dargestellte Kurvenschar A_U bis D_U stellt den Verlauf der Beschleunigungsspannung U_C für jeweils größer werdenden Raildruck (Pfeil P_rail) dar. Die Variation der Beschleunigungsspannung U_C auch in den Phasen II–IV ergibt sich aus der jeweiligen Variation des Anfangswertes U_max der Beschleunigungsspannung U_C zu Beginn der Phase I sowie aus der Variation des Anzugsstroms I_A. Durch die Vergrößerung oder die Verkleinerung der Beschleunigungsspannung U_C wird der Anstieg des Injektorstroms I_inj während der Phase I bzw. sein Abfall während der Phase III entsprechend beschleunigt bzw. verlangsamt, wodurch auch die Öffnung des Magnetventils 15 entsprechend beschleunigt bzw. verlangsamt wird und die Öffnungs- bzw. Schließzeit des Magnetventils 15 genauer vorgegeben wird. Der Zusammenhang zwischen der Beschleunigungsspannung U_C und dem Raildruck P_rail während der Öffnungsphase II wurde in Verbindung mit 3 weiter oben beschrieben. Eine entsprechende Variation der Beschleunigungsspannung U_C, auch während der Phasen I, II, III und IV, rührt daher, daß, wenn der Booster-Kondensators 120 eine kleine Kapazität aufweist, die Beschleungigungsspannung U_C aufgrund der Entladung mit dem Strom I_inj abnimmt. Bei einer großen Kapazität des Booster-Kondensators 120 ist diese Variation dagegen im wesentlichen nicht feststellbar.
Des weiteren kann in einem, in 6 dargestellten, dritten Ausführungsbeispiel der Anstieg des Injektorstroms I_inj beim Erreichen einer vorgebbaren Stromschwelle oder Spannungsschwelle, die vorzugsweise identisch ist mit dem erforderlichen Anzugsstrom I_A bzw. der erforderlichen Beschleunigungsspannung U_C, abgebrochen werden.
In 6 sind diejenigen Elemente, die mit denen des zweiten, in 5 beschriebenen Ausführungsbeispiels identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß bezüglich deren Beschreibung auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel vollinhaltlich Bezug genommen wird. Im Unterschied zu dem in 5 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel wird hier allerdings der Anfangswert U_max der Beschleunigungsspannung U_C in Phase I nicht variiert, sondern anfänglich auf einen von der Kapazität des Booster-Kondensators 120 sowie der erforderlichen Anstiegsgeschwindigkeit des Injektorstroms I_inj abhängigen Maximalwert eingestellt. Hierdurch wird durch die Beschleunigungsspannung U_C ein schneller Anstieg des Injektorstroms I_inj in Phase I erreicht. Bei Erreichen der entsprechenden Stromschwelle, insbesondere des vom Raildruck P_rail abhängigen Anzugsstroms I_A, dargestellt in 6 in den Kurven A_I bis D_I, wird ein weiterer Anstieg des Injektorstroms I_inj, beispielsweise durch softwaremäßige Programmierung verhindert. Hierbei entlädt sich, im Unterschied zu dem in 5 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel, der Booster-Kondensator 120 nicht vollständig. Durch die teilweise Entladung des Booster-Kondensators 120 ergeben sich in den Phasen II und III jeweils unterschiedliche Verläufe der Beschleunigungsspannung U_C. Hier wird also im Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel der Anstieg des Injektorstroms I_inj während der Phase I nicht automatisch durch das Entladen des Booster-Kondensators 120 bis zur Versorgungsspannung des Bordnetzes beendet.
Abschließend ist zu bemerken, daß rein prinzipiell statt des Anzugsstroms I_A bzw. der Beschleunigungsspannung U_C auch eine andere Größe, die beispielsweise eine hydraulische Gegenkraft gegen das Öffnen des Magnetventils 15 steuert, variiert werden kann, um so die Öffnungsgeschwindigkeit des Magnetventils 15 in vorgebbaren Grenzen zu halten.
Die Erfindung ist auch nicht auf die Anwendung bei Magnetventilen (15) in Common-Rail-Injektoren beschränkt, sie kann überall dort zum Einsatz kommen, wo mechanische Fluid-Dosiervorrichtungen, beispielsweise auch hydraulisch steuerbare Ventile, mit einer diskreten oder kontinuierlichen Öffnungsfunktion gegen eine Kraft anzusteuern sind.

Claims

Verfahren zur Ansteuerung einer Fluid-Dosiervorrichtung mit einer Schließeinrichtung (15), insbesondere einem Magnetventil (15) zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine erste, die Öffnung der Schließeinrichtung (15) bewirkende Öffnungskraft (F_mag) abhängig vom an der Fluid-Dosiervorrichtung anliegenden Fluiddruck (P_rail) verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Betriebsgrößen (I_A, U_C) der Schließeinrichtung (15), durch welche die wenigstens eine erste Öffnungskraft (F_mag) veränderbar ist, abhängig von dem Fluiddruck (P_rail) durch Messung erfaßt und in Form einer Kennlinie gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verändern der wenigstens einen ersten Öffnungskraft (F_mag) ein Anzugsstrom (I_A) und/oder eine Beschleunigungsspannung (U_C) einer einen Anker (43) aufweisenden elektromagnetisch betriebenen Schließeinrichtung (15) verändert werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anzugsstrom (I_A) und/oder die Beschleunigungsspannung (U_C) eines der Spannungsversorgung für die elektromagnetisch betriebene Schließeinrichtung (15) dienenden Booster-Kondensators (120) verändert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine erste Öffnungskraft (F_mag) eines als Fluid-Dosiereinrichtung dienenden Common-Rail-Injektors abhängig von einem Raildruck (P_rail) verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine erste Öffnungskraft (F_mag) verringert wird, wenn sich der Fluiddruck (P_rail) vergrößert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine erste Öffnungskraft (F_mag) so verändert wird, daß eine auf die Schließeinrichtung (15) wirkende Gesamtöffnungskraft (F_ges) innerhalb eines vorgebbaren Intervalls ([F_mi _n, F_max]) liegt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtöffnungskraft (F_ges) als Summe einer durch den herrschenden Fluiddruck (P_rail) hervorgerufenen hydraulischen zweiten Öffnungskraft (F_rail) und der wenigstens einen ersten Öffnungskraft (F_mag), insbesondere einer elektromagnetischen Kraft, abzüglich einer auf die Schließeinrichtung (15) schließend wirkenden Kraft (F_F), insbesondere einer Federkraft, bestimmt wird.
Common-Rail-Injektor mit einer Schließeinrichtung, insbesondere einem Magnetventil (15) mit einem Anker (43), und einer Steuereinheit (110) zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in einer Brennkraftmaschine, bei dem eine Beschleunigungsspannung (U_C) eines als Spannungsversorgung des Magnetventils (15) dienenden Booster-Kondensators (120) zum Öffnen des Magnetventils (15) steuerbar ist, und ein Anzugsstrom (I_A) eine Öffnungskraft (F_mag) auf das Magnetventil (15) bewirkt, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anzugsstrom (I_A) und/oder die Beschleunigungsspannung (U_C) abhängig von einem Raildruck (P_rail) veränderbar sind.
Common-Rail-Injektor nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Speichereinheit (130), mit der eine zuvor ermittelte Abhängigkeit zwischen dem Anzugsstrom (I_A) und/oder der Beschleunigungsspannung (U_C) von dem Raildruck (P_rail) in Form wenigstens einer Kennlinie speicherbar ist.