DE19848970A1 - Verfahren zum Betreiben einer Treibstoffeinspritzvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Treib­ stoffeinspritzvorrichtungen und insbesondere ein Verfah­ ren zum Betreiben einer Treibstoffeinspritzvorrichtung, welche von Nominal- bzw. Nennwerten abweichende Charakte­ ristiken aufweist.

Häufig werden derartige Einspritzvorrichtungen auch als "Einspritzventil" oder "Einspritzdüse" bezeichnet, ohne das diese Bezeichnungen eng auf ein Ventil oder eine Düse als solche beschränkt sind. Bei einem bekannten Motor- Treibstoffverbrennungssystem mit mehreren Treibstoffein­ spritzvorrichtungen ist es üblicherweise wünschenswert, daß alle Einspritzvorrichtungen im wesentlichen identi­ sche Betriebscharakteristiken haben. Bisher ging man da­ von aus, daß jede Einspritzvorrichtung ungefähr dieselbe Treibstoffmenge und ungefähr im selben Zeitverlauf bzw. Zeitverhältnis an den Motor zuführen sollte, um einen geeigneten Betrieb zu gewährleisten. Falls die zeitliche Abstimmung der Einspritzvorrichtungen über akzeptable Grenzen hinaus abweicht, treten Probleme aufgrund der Er­ zeugung unterschiedlicher Momente zwischen den Zylindern auf. Ausgehend von der Meinung, daß diese Schwankungen der Einspritzvorrichtungseigenschaften nicht vermeidbar seien, sahen sich Systemdesigner gezwungen, diese Schwan­ kungen mit zu berücksichtigen. Dementsprechend sind viele Motorsysteme nicht für Spitzen- oder Maximalzylinderdrücke oder Leistung, sondern vielmehr danach ausgelegt, daß sie eine Leistung liefern, welche der theoretischen Maxi­ malleistung abzüglich eines Betrages entspricht, der der größten (worst case) Treibstoffeinspritzschwankung bzw. Nennwertabweichung entspricht.

Ein Ansatz zum Lösen dieser Probleme bei Einheits- Einspritzvorrichtungen ist der sogenannte Auswahlherstel­ lungsprozeß (select fit manufacturing). Im allgemeinen wird bei einem solchen Verfahren jede Einheits- Einspritzdüse und jeder Pumpmechanismus mit einem Strö­ mungsmittel durchströmt und dann jede Düse und jeder Pumpmechanismus entsprechend klassifiziert. Beim Zusam­ menbau der Einspritzvorrichtung wird jede Düse mit einem entsprechenden Pumpmechanismus zusammengebracht, von dem man weiß, daß er kompatibel ist, und zwar je nach der Ka­ tegorie, nach welcher die Düse klassifiziert ist. Der Nachteil im Zusammenhang mit diesem Ansatz sind die rela­ tiv hohen Kosten, welche mit dem Sortieren der Düsen und Pumpmechanismen und das Lagern bzw. Bereithalten dieser Baugruppen für die Dauer des Herstellungs- und Montage­ vorganges verbunden sind.

Ein weiterer Ansatz zum Lösen dieser Probleme besteht in extrem präzisen und strengen Herstellungsvorgängen, um eine hohe Herstellungsgenauigkeit zu erzielen, welche notwendig ist, um die gewünschte Spezifikation des Auf­ baus zu erhalten. Eine derartig hohe Herstellungspräzisi­ on hat den Nachteil, daß sie die Herstellungskosten er­ höht, welche auch bedingt sind durch die Kosten für die Herstellung von Präzisionskomponenten und Präzisionszube­ hör sowie den Kosten im Zusammenhang mit dem anschließen­ den Montagevorgang. Ferner schafft keine der oben genann­ ten herstellungs-orientierten Lösungsansätze eine befrie­ digende Abhilfe, wenn bereits fertigmontierte Einspritz­ vorrichtungen ausgemustert werden müssen, wenn sie die Zeit- und Treibstoffabgabe(verhalten)toleranzen der vor­ gegebenen Spezifikationen nicht erfüllen. Daher ist der übermäßiger Ausschuß ein weiterer Nachteil in Zusammen­ hang mit diesen herstellungs-orientierten Ansätzen.

Mit dem Aufkommen zunehmend verfeinerter elektronischer Steuerungen wurde ein neuer Ansatz zum Beheben des Pro­ blems der Zeit- und Abgabeschwankungen der Einspritzvor­ richtungen eingeschlagen. Bei bekannten elektronischen Treibstoffeinspritzungssystemen, insbesondere bei Diesel- Kolbenverbrennungsmotorsystemen, wird der Start, ggf. der zeitliche Verlauf eines Einspritzvorganges sowie das Ende des Einspritzvorganges durch eine elektronische Steuerung gesteuert, welche diese Parameter für alle Zylinder des Motors steuert.

Bei einem frühen Versuch unter Verwendung einer elektro­ nischen Steuerung Zeitverlauf- und Abgabeschwankungen einzelner Einspritzvorrichtungen in einem Motorsystem zu kompensieren, wurden die Strömungseigenschaften einer speziellen Einspritzvorrichtung bei einer einzigen Be­ triebsbedingung gemessen und mit den Strömungseigenschaf­ ten einer idealen Treibstoffeinspritzvorrichtung vergli­ chen. Die Ergebnisse dieses Vergleiches wurden verwendet, um ein Nominal-Steuerungssignal zu verändern, um die ge­ messenen Schwankungen zu kompensieren. Auch dieser Ansatz hat sich allerdings als unbefriedigend herausgestellt, weil dabei nicht berücksichtigt wurde, daß Zeitverlauf- und Abgabeschwankungen nicht nur im Vergleich einzelner Einspritzvorrichtungen bestehen, sondern auch im Abhän­ gigkeit einer speziellen Betriebsbedingung, bei welcher die Einspritzvorrichtungen betrieben werden. Daher war man mit diesem Ansatz nicht in der Lage, eine verringerte "Einspritzvorrichtung-zu-Einspritzvorrichtung" sowie eine verringerte "Einspritzvorrichtung-zu-Nominalleistung" Schwankung hervorzubringen, welche notwendig ist, um die gegenwärtig zunehmend strengeren Emissionsstandards zu erfüllen.

Andere haben versucht, Abweichungen im Startverhalten der Einspritzungseigenschaften einzelner Einspritzvorrichtun­ gen in einem Motorsystem dadurch zu kompensieren, daß ei­ ne Näherung des zeitlichen Verlaufs oder Starts der Ein­ spritzungseigenschaften einer Einspritzvorrichtung fest­ gelegt wird. Bei solchen Verfahren wird zuerst der Schließvorgang eines Ventils elektrisch erfaßt, welches den Start und die Dauer eines Treibstoffeinspritzvorgan­ ges in Reaktion auf ein Einspritzbefehl steuert. Diese Verfahren gehen davon aus, daß die Zeit zwischen dem Ven­ tilschließvorgang und dem Start eines Einspritzvorganges fest vorgegeben ist. Ausgehend von diesen beiden Zeitin­ tervallen kann das Einspritzbefehl verändert werden, um Schwankungen in der Zeit zwischen dem Einspritzbefehl und dem Ventilschließen zu kompensieren. Jedoch bleibt auch bei dieser Art von Lösungsansatz das Problem, daß der er­ faßte Ventilschließvorgang nicht in einer festen Zeitpe­ riode dem Start des Einspritzvorganges vorausgeht. Daher verhindert auch dieser Ansatz nicht "Einspritzungsvorrichtung-zu-Einspritzungsvorrichtung" und "Einspritzungsvorrichtung-zu-Nominalleistung" Schwan­ kungen auf Grund der Schwankungen des Zeitintervalls zwi­ schen dem Ventilschließvorgang und dem Start des Ein­ spritzvorganges bei einzelnen Einspritzvorrichtungen.

Das U.S. Patent Nr. 5,634,448 von Shinogle et al. offen­ bart ein Verfahren und eine Anlage zum Steuern einer Vor­ richtung, z. B. einer Treibstoffeinspritzvorrichtung, un­ ter Verwendung einer elektronischen Trimmung bzw. Korrek­ tur. Das Verfahren umfaßt die Schritte: Messen der resul­ tierenden Eigenschaften der Vorrichtung bei einer Viel­ zahl von Betriebsbedingungen, wie etwa Zeitverlauf- und Abgabeeigenschaften einer Treibstoffeinspritzvorrichtung, und Einstellen eines Steuerungssignals als eine Funktion der gemessenen Eigenschaften. Diese Einstellung kann aus­ geführt werden, indem der Zeitverlauf und die Dauer eines Treibstoffabgabebefehls für die Treibstoffeinspritzvor­ richtung eingestellt wird. Die Treibstoffeinspritzvor­ richtung wird sodann entsprechend dem eingestellten Be­ fehlssignal gesteuert, um die Leistungsschwankungen zu reduzieren. Das Verfahren wird mit Hilfe eines elektroni­ schen Steuermoduls umgesetzt, welches einen Speicher zum Speichern von Trimmsignalen für jede Einspritzvorrichtung aufweist, welche verwendet werden, um die Anpassung des Befehlssignals durchzuführen.

Es ist ein Ziel der Erfindung, hier auf andere Weise Ab­ hilfe zu schaffen.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 10. Bevorzugte vorteilhafte Ausge­ staltungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen beschreiben.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Treib­ stoffeinspritzvorrichtung macht es durch Anpassen bzw. Abstimmen des Steuerungsstromes möglich, daß die Steue­ rung mit größerer Genauigkeit erfolgt, was insgesamt zu einer verbesserten Funktionsweise der Einspritzvorrich­ tung führt.

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Betreiben einer Treibstoffeinspritzvorrich­ tung, welche einen Magnet mit einer Magnetspule und einer Ankeranordnung aufweist, die in einen Bereich um eine Nominal-Position herum bewegbar ist, folgende Schritte: Anlegen einer Testwellenform an die Magnetspule, um eine Reaktion der Ankeranordnung zu verursachen, und Messen der Reaktion der Ankeranordnung, während die Testwellen­ form an der Magnetspule anliegt. Sodann wird eine Steue­ rungswellenform als Funktion der Abweichung der gemesse­ nen Reaktion der Ankeranordnung von einer ausgewählten Funktionscharakteristik gebildet. Die auf diese Weise ge­ bildete Steuerungswellenform wird sodann an die Magnet­ spule angelegt, um zu verlassen, daß die Ankeranordnung sich der Nominal-Position nähert bzw. diese erreicht.

Bevorzugt umfaßt die gebildete Steuerungswellenform einen Anzugsstrom und einen Haltestrom, wobei wenigstens einer des Anzugs- und Haltestromes einen Parameter aufweist, der anhand der Abweichung der Position der Ankeranordnung von einer Nominal-Position festgelegt wird, wenn die ge­ bildete Steuerungswellenform an der Magnetspule angelegt ist.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel umfaßt die gebil­ dete Steuerungswellenform eine abgestimmte Nominal- Steuerungswellenform. Ferner wird beim Meßschritt bevor­ zugt die Position der Ankeranordnung erfaßt. Vorzugsweise wird bei dem oben genannten Auswählschritt die Steue­ rungswellenform aus einem Speicher als Funktion der Ab­ weichung der gemessenen Position der Ankeranordnung von der Nominal-Position abgerufen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt die ausgewählte Steuerungswellenform einen Anzugsstromwellen­ formabschnitt und einen Haltestromwellenformabschnitt, welche jeweils einen Parameter aufweisen, der anhand der Abweichung der Position der Ankeranordnung von der Nomi­ nal-Position festgelegt wird, wenn die ausgewählte Steue­ rungswellenform an der Magnetspule angelegt ist.

Nach einem alternativen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Betreiben einer Einspritzvor­ richtung, welches einen Elektromagnet mit einer Magnet­ spule und einer Ankeranordnung aufweist, die in eine Nenn- bzw. Nominal-Zwischenposition bewegbar ist, wenn eine Nominal-Steuerungswellenform an der Magnetspule an­ gelegt wird, folgende Schritte: Anlegen der Nominal- Steuerungswellenform an die Magnetspule, um die Ankeran­ ordnung zu bewegen, und Erfassen der Bewegung der An­ keranordnung, während die Nominal-Steurungswellenform an­ gelegt ist. Die Nominal-Steurungswellenform wird dann als Funktion der erfaßten Bewegung der Ankeranordnung abge­ stimmt, und die abgestimmte Nominal-Steuerungswellenform wird sodann an die Magnetspule angelegt, um zu bewirken, daß die Ankeranordnung sich der Nominal-Zwischenposition nähert bzw. diese erreicht.

Der Gegenstand der Erfindung wird anhand der beigefügten schematischen Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Daraus ergeben sich auch weitere Vorteile und Ausgestal­ tungen der Erfindung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht einer Treibstoffeinspritzvorrich­ tung nach der vorliegenden Erfindung, zusammen mit einer Nockenwelle und einem Kipphebel, wobei ferner ein Blockschaltbild einer Förderpumpe und einer Treiberschaltung zum Steuern der Treib­ stoffeinspritzvorrichtung dargestellt ist;

Fig. 2 eine Teilschnittansicht der Treibstoffeinspritz­ vorrichtung in Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößerte Teilschnittansicht der Treib­ stoffeinspritzvorrichtung in Fig. 2, welcher ei­ nen Elektrosteuermagnet detaillierter zeigt;

Fig. 4 ein Wellenformdiagramm, welches Stromwellenfor­ men darstellt, welche der Magnetspule in Fig. 2 und 3 zugeführt werden; und

Fig. 5 ein Flußdiagramm zum Darstellen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung.

Bevor mit der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens fortgesetzt wird, wird mit Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 eine beispielhafte Umgebung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.

In Fig. 1 ist ein Teil eines Treibstoffsystems 10 darge­ stellt, welches für einen Diesel-Kolben-Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung ausgelegt ist. Es wird jedoch dar­ auf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung auch auf andere Arten von Motoren anwendbar ist, wie etwa Kreis­ kolbenmotoren oder Motoren mit modifiziertem Zyklus, und daß der Motor eine oder mehrere Brennkammern oder Zylin­ der aufweisen kann. Der Motor hat mindestens einen Zylin­ derkopf, wobei jeder Zylinderkopf ein oder mehrere Ein­ spritzbohrungen festlegt, von denen jede eine Einspritz­ vorrichtung 20 nach der vorliegenden Erfindung aufnimmt.

Das Treibstoffsystem 10 umfaßt ferner eine Vorrichtung 22 zum Zuführen von Treibstoff zu jeder Einspritzvorrichtung 20, eine Vorrichtung 24, um jede Einspritzvorrichtung 20 zu veranlassen, den Treibstoff unter Druck zu setzen, und eine Vorrichtung 26 zum elektronischen Steuern einer je­ den Einspritzvorrichtung 20.

Die Treibstoff-Zufuhrvorrichtung 22 umfaßt bevorzugt ei­ nen Treibstofftank 28, einen Treibstoffzufuhrkanal 30, der in Strömungsmittelverbindung zwischen dem Treibstoff­ tank und der Einspritzvorrichtung 20 angeordnet ist, eine Treibstofförderpumpe 32 mit verhältnismäßig niedrigem Druck, ein oder mehrere Treibstoffilter 34 und einen Treibstoffablaufkanal 36, der in Strömungsmittelverbin­ dung zwischen der Einspritzvorrichtung 20 und dem Treib­ stofftank angeordnet ist. Falls gewünscht, können Treib­ stoffkanäle in dem Kopf des Motors in Strömungsmittelver­ bindung mit der Treibstoffeinspritzvorrichtung 20 und ei­ nem oder beiden der Kanäle 30 und 36 angeordnet sein.

Die Vorrichtung 24 kann jede mechanisch oder hydraulisch betätigte Vorrichtung sein. In dem gezeigten Ausführungs­ beispiel ist eine Stößel- und Kolbenanordnung 50, welche der Einspritzvorrichtung 20 zugeordnet ist, mittelbar oder unmittelbar von einem Nockenvorsprung 52 einer vom Motor angetriebenen Nockenwelle 54 betätigt. In dem ge­ zeigten Ausführungsbeispiel treibt der Nockenvorsprung 52 eine Kipphebelanordnung 64, die ihrerseits die Stößel- und Kolbenanordnung hin- und herbewegt. Alternativ dazu kann auch eine Schubstange (nicht gezeigt) zwischen dem Nockenvorsprung 52 und der Kipphebelanordnung 64 angeord­ net sein.

Die elektronische Steuervorrichtung 26 umfaßt bevorzugt ein elektronisches Steuermodul (ECM) 66, das folgendes steuert: (1) Zeitverlauf und Druck des Treibstoffein­ spritzvorganges; (2) die gesamte Treibstoffeinspritzmenge während eines Einspritzzyklus; (3) die Anzahl gesonderter Einspritzsegmente während eines jeden Einspritzzyklus; (4) das Zeitintervall bzw. die Zeitintervalle zwischen den Einspritzsegmenten; und (5) die Treibstoffmenge, wel­ che während eines jeden Einspritzzyklus abgegeben wird.

Bevorzugt ist jede Einspritzvorrichtung 20 eine eine Ein­ heit bildende Einspritzvorrichtung, welcher in einem ein­ zigen Gehäuse eine Vorrichtung umfaßt, um sowohl den Treibstoff unter Druck mit hohen Pegel zu setzen (z. B. 207 MPa (30 000 p.s.i. = 2070 bar)) als auch den unter Druck gesetzten Treibstoff in einen zugehörigen Zylinder einzuspritzen. Obwohl als Einheits-Einspritzvorrichtung 20 gezeigt, könnte die Einspritzvorrichtung 20 auch einen modularen Aufbau aufweisen, worin die Treibstoff- Einspritzeinrichtung von der Treibstoff-Druckbeauf­ schlagungseinrichtung gesondert ist.

Es wird nun auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen. Da­ nach umfaßt die Einspritzvorrichtung 20 ein Gehäuse 74, einen Düsenabschnitt 76, eine elektrische Betätigungsein­ richtung 78, ein Hochdruck-Überström- bzw. Ablaßventil 80, eine Ablaßventilfeder 81, einen Kolben, der in einer Kolbenhöhlung 83 angeordnet ist, ein Sperrteil 84, eine Sperrteilfeder 86, ein unmittelbar betätigtes Zweiweg- Sperrventil (DOC-Ventil = direct operated check) 88 und eine Feder (DOC-Feder) 90 für das unmittelbar betätigte Sperrventil 88. In einer bevorzugten Ausführung übt die Ablaßventilfeder 88 eine erste Federkraft aus, wenn sie zusammengedrückt ist, während die DOC-Feder 90 eine zweite Federkraft ausübt, die größer ist als die erste Feder­ kraft, wenn sie zusammengedrückt ist.

Die elektrische Betätigungseinrichtung 78 umfaßt einen Solenoid bzw. Elektromagneten 100 mit einem Stator 102 und einer Ankeranordnung in Form eines einzigen Ankers 104. Ein Bolzen 106 und eine Unterlagscheibe 108 drücken gegen ein Zylinderteil 110, das seinerseits gegen den An­ ker 104 drückt. Der Bolzen 106 erstreckt sich weiter durch ein Paar von zusätzlichen Unterlagscheiben 112, 114 in eine Gewindebohrung eines Ventilkörpers bzw. Ven­ tilstößels 118 des DOC-Ventils 88 hinein. (Die Unterlag­ scheibe 114 umgibt den Ventilstößel 118).

Die DOC-Feder 90 ist zusammengedrückt zwischen einer Flä­ che 120 des Ankers 104 und einem Vorspannungshalter 122 der DOC-Feder 90 angeordnet, welcher auf der Unterlag­ scheibe 108 aufliegt. Ein zylindrischer Ablaufventilhal­ ter 126 ist zwischen dem Halter 122 und einem Schulterab­ schnitt 128 des Ablaßventils 80 angeordnet. Der Vorspan­ nungshalter 122 der DOC-Feder 90 ist entlang des zylin­ drischen Teils 110 axial verschiebbar, aus den nachfol­ genden erläuterten Gründen.

Vor dem Beginn eines Einspritzvorganges ist eine Magnet­ spule 130, die in dem Magnetstator 102 untergebracht und mit einer Treiberschaltung 131 verbunden ist, nicht ange­ regt. Entsprechend wird der Anker 104 nicht vom Magnet­ stator 102 angezogen, wodurch ermöglicht wird, daß die Ablaßventilfeder 81 das Ablaßventil 80 öffnet. Der Treib­ stoff zirkuliert dann aus der Förderpumpe und dem Treib­ stoffzufuhrkanal 30 in innere Kanäle (nicht gezeigt) der Treibstoffeinspritzvorrichtung 20, welche mit einem Raum 146 unterhalb des Schulterabschnittes 128 in Verbindung stehen. Der Treibstoff tritt durch das offene Ablaßventil 80 in einen Raum 150 oberhalb des Ablaßventils 80 ein und sodann durch einen oder mehrere Kanäle (nicht gezeigt) in die Kolbenhöhlung 83. Wenn sich der Kolben in seiner obersten Position befindet, leiten Kanäle (ebenfalls nicht gezeigt) im Kolben 82 den Treibstoff zu einer ring­ förmigen Aussparung 148, welche den Kolben 82 umgibt und ihrerseits in Strömungsmittelverbindung mit dem Ablaufka­ nal 36 steht. Somit rezirkuliert der Treibstoff durch die Einspritzvorrichtung 20 während der Nicht-Einspritzungs­ abschnitte eines jeden Motorzyklus zum Zwecke des Kühlens und zum Auffüllen der Kolbenkammer.

Ebenfalls zu diesem Zeitpunkt befindet sich der DOC- Ventilstößel 118 in einer offenen Position, in welcher eine Dichtungsfläche 140 des Ventilstößels 118 von einem Ventilsitz 142, der durch einen DOC-Körper 144 festgelegt ist, beabstandet ist.

Fig. 4 zeigt einen Nominal-Wellenformverlauf eines Steuerungsstromes 170, der durch die Treiberschaltung 131 an der Magnetspule 130 während eines Abschnittes einer Einspritzfolge angelegt wird, um die Treibstoffeinsprit­ zung zu bewirken. Die Nominal-Steuerungswellenform umfaßt einen ersten Wellenformabschnitt 172 zwischen den Zeiten t=t₀ und t=t₅ und eine zweiten Wellenformabschnitt 174, der sich an die Zeit t=t₅ anschließt. Zwischen den Zeiten t=t₀ und t=t₂ wird ein erster Anzugsstrom an die Magnet­ spule 130 geliefert, um den Anker 104 in einen ersten Ab­ stand zum Magnetstator 102 zu bewegen. Sodann wird ein erster Haltestrom bei etwas reduziertem Pegel zwischen den Zeiten t=t₂ und t=t₅ angelegt. Die Größen des ersten Anzugsstroms und des ersten Haltestroms werden so ge­ wählt, daß die dabei aufgebauten und auf den Anker 104 wirkenden magnetischen Kräfte die erste Federkraft über­ schreiten, welche durch die Ablaßventilfeder 81 ausgeübt wird, aber geringer sind als die zweite Federkraft, wel­ che durch die DOC-Ventilfeder 90 ausgeübt wird. Die durch den Anker 104 entwickelte Bewegungskraft wird durch die DOC-Feder 90, den Vorspannungshalter 122 der DOC-Feder 90 und den Ablaßventilhalter 126 übertragen, um daß Ablaß­ ventil 80 zu schließen. Dabei wird die Bewegung des Ab­ laßventils 80 durch das durch eine Dämpfungs- bzw. Verzö­ gerungsöffnung 175 strömende Strömungsmittel gedämpft. Die durch den Anker 104 während dieses Intervalls aufge­ baute Kraft ist aber nicht ausreichend, um die DOC-Feder 90 wesentlich zusammenzudrücken. Ferner bewegt sich wäh­ rend dieses Intervall der Ventilstößel 118 zusammen mit dem Anker 104 nach oben. Jedoch ist das Ausmaß dieses Hu­ bes von der vollständig geöffneten Position des Ven­ tilstößel 118 aus nicht ausreichend, um zu bewirken, daß die Dichtungsfläche 140 mit dem Sitz 142 in Kontakt tritt, so daß das DOC-Ventil 88 offen bleibt.

Sodann wird der Treibstoff durch eine Abwärtsbewegung des Kolbens 82 in der Kolbenhöhlung 83 unter Druck gesetzt. Der unter Druck gesetzte Treibstoff wird durch einen Hochdruck-Treibstoffkanal 152 und einen Querkanal 142 vorbei an der Dichtungsfläche 140 und dem Sitz 142 an ei­ ne obere Fläche 156 eines DOC-Kolbens 158 geleitet. Der DOC-Kolben 158 drückt seinerseits gegen ein Distanzstück 160, welches auf dem oberen Ende des Sperrteils 84 auf­ liegt. Der Treibstoffkanal 152 leitet ferner das unter Druck gesetzte Strömungsmittel zu einem Sperrteilkanal 162. Dementsprechend sind die Strömungsmitteldrücke über das Sperrteil 84 hinweg im wesentlichen ausgeglichen, und damit bewegt die Feder 186 das Sperrteil 84 in die ge­ schlossene Position, derart, daß eine Sperrteilspitze 164 gegen einen Sitz 166 eines Kopfteils 168 drückt.

Sodann wird im Anschluß an die Zeit t=t₅ der zweite Wel­ lenformabschnitt 174 an die Magnetspule 130 angelegt. Da­ bei wird der Reihe nach ein zweiter Anzugsstrom und ein zweiter Haltestrom an die Spule 130 angelegt. Der zweite Anzugsstrom und der zweite Haltestrom sind im allgemeinen dem Betrag nach größer als der erste Anzugsstrom bzw. der erste Haltestrom. In Reaktion auf das Anlegen dieses Wel­ lenformabschnittes bewegt der Anker 104 den Ventilstößel 118 gegen die Kraft der DOC-Feder 90, wodurch bewirkt wird, daß die Dichtungsfläche 140 mit dem Sitz 142 in Kontakt tritt. Während dieser Bewegung bewegt sich das zylindrische Teil 110 innerhalb des Vorspannungshalters 122 der DOC-Feder 90 axial nach oben, so daß eine Über­ steuerungscharakteristik erreicht wird. Das in dem Raum oberhalb der oberen Fläche 156 des DOC-Kolbens 158 einge­ fangene Strömungsmittel strömt über einen kontrollierten Ableitungspfad zwischen einem Kopfabschnitt 176 des Ven­ tilstößels 118 und einer Wand 178 des DOC-Kolbens 158 so­ wie durch einen Kanal (nicht gezeigt) hindurch, der sich durch die Seitenwände des DOC-Kolbens 158 zum Ablauf er­ streckt. Hierdurch wird eine Zone von geringem Strömungs­ mitteldruck oberhalb des DOC-Kolbens 158 eingerichtet, wodurch das Sperrteil 184 veranlaßt wird, sich nach oben zu bewegen und einen Einspritzvorgang auszulösen. Es wird darauf hingewiesen, daß dieser kontrollierte Austritts­ pfad ausreichend klein ist, um die Bedingung eines hohen Strömungsmitteldruckes aufrechtzuerhalten, wenn das DOC- Ventil 88 geöffnet ist, aber groß genug ist, um das Hoch­ druckströmungsmittel schnell genug austreten zu lassen, wenn das DOC-Ventil geschlossen ist.

Wenn der Einspritzvorgang beendet werden soll, kann der dem Elektromagnet zugeführte Strom auf den Haltepegel des ersten Wellenformabschnittes 172 verringert werden, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Falls gewünscht, kann der an die Magnetspule 130 abgegebene Strom auch auf Null oder irgendeinen anderen Pegel verringert werden, der kleiner ist als der erste Haltepegel. In jedem Fall wer­ den die auf den Anker 104 wirkenden magnetischen Kräfte hierdurch reduziert, was es der DOC-Feder ermöglicht, zu Beginn den Ventilstößel 118 nach unten in die offene Po­ sition zu bewegen, wobei eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem Treibstoffkanal 152 und dem Raum oberhalb der oberen Fläche 156 des DOC-Kolbens 158 erneut herge­ stellt wird. Das Anlegen eines hohen Treibstoffdruckes auf dem oberen Ende des DOC-Kolbens 158 und die durch die Feder 186 ausgeübte Kraft veranlassen das Sperrteil 84, sich nach unten zu bewegen, derart, daß die Sperrteil­ spitze 164 mit dem Sitz 166 in Kontakt gelangt, wodurch eine weitere Treibstoffeinspritzung verhindert wird. So­ dann kann der an der Magnetspule 130 angelegte Strom auf Null oder jeden anderen Pegel verringert werden, der niedriger als der erste Haltepegel ist (wenn er nicht schon so reduziert wurde). Unabhängig davon, ob der ange­ legte Strompegel unmittelbar auf den ersten Haltepegel oder auf einen Pegel, der geringer ist als der erste Hal­ tepegel abgesenkt wird, öffnet die Ablaßventilfeder 81 das Ablaßventil 88, nach dem die DOC-Feder 90 den Ven­ tilstößel 118 nach oben bewegt hat. Der Treibstoff zirku­ liert dann durch das Ablaßventil 80, die Räume 146 und 150, die Kolbenhöhlung 83, die Kanäle in dem Kolben 82 und die ringförmige Aussparung 148 zum Ablauf zu Kühlzwecken, wie es oben beschrieben ist.

Ferner können mehrfache oder geteilte Einspritzvorgänge pro Einspritzzyklus dadurch ausgeführt werden, in dem ge­ eignete Wellenformabschnitte an die Magnetspule 130 ange­ legt werden. Beispielsweise können der erste und zweite Wellenformabschnitt 172, 174 der Spule 130 zugeführt wer­ den, um eine Leit- bzw. Starteinspritzung oder erste Ein­ spritzung zu bewirken. Unmittelbar danach kann der Strom auf den ersten Haltestrompegel verringert und sodann wie­ der auf den zweiten Anzugspegel und den zweiten Haltepe­ gel angehoben werden, um eine zweite oder Haupteinsprit­ zung durchzuführen. Alternativ dazu können die Start- bzw. erste Einspritzung und die Haupteinspritzung durch anfängliches anlegen der Wellenformabschnitte 172 und 174 an die Magnetspule 130 und sodann wiederholtes Anlegen der Abschnitte 172 und 174 an die Spule 130 durchgeführt werden. Die Dauern der Start- und Haupteinspritzvorgänge (und damit die während eines jeden Einspritzvorganges ab­ gegebene Treibstoffmenge) werden durch die Dauern der zweiten Haltepegel im Wellenformabschnitt 174 bestimmt. Selbstverständlich können die Wellenformverläufe, wie sie in Fig. 4 gezeigt sind, verändert werden, falls es not­ wendig oder gewünscht ist, um ein geeignetes Einsprit­ zungsansprechverhalten oder andere Eigenschaften zu er­ zielen.

Wie aus dem vorhergehenden ersichtlich wird, kann die Treiberschaltung 131 den Anker 104 in eine erste Position (oder Zwischenposition) und in eine zweite Position in Reaktion darauf bewegen, daß jeweils erste und zweite Wellenformabschnitte der Magnetspule 130 zugeführt wer­ den. Die Bewegung in die erste Position schließt das Ab­ laßventil 80, während die Bewegung in die zweite Position das DOC-Ventil 88 schließt.

Die elektromagnetische Kraft, welche durch die Magnetspu­ le 106 ausgeübt wird, nimmt mit abnehmender Luftspalt­ breite des Elektromagneten 100 zu. Eine Schwankung der Luftspaltbreite aufgrund von Montagetoleranzen verursacht magnetspezifische Kraftschwankungen, d. h. Kraftabweichun­ gen von Elektromagnet zu Elektromagnet, selbst wenn der beaufschlagte Strom mit großer Sorgfalt gesteuert ist. Diese Schwankungen können aufgefangen werden, wenn eine Ablaßventilfeder 81 und eine DOC-Feder 90 ausgewählt und elektrische Stromversorgungspegel an die Magnetspule 106 zugeführt werden, welche stark bzw. groß genug sind, um für alle Fälle eingesetzt werden zu können. Jedoch führt dieser Weg zu höheren Federspannungen und elektrischen Strömen als sie eigentlich benötigt würden, wenn keine derartigen Schwankungen der Eigenschaften der Elektroma­ gneten vorliegen würden.

Im Beispiel gemäß Fig. 5 sind die Schritte eines erfin­ dungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Wie aus der vorher­ gehenden Beschreibung hervorgeht, ist es maßgeblich, den Anker 104 in die erste Position (oder Zwischenposition) zu bewegen, aber nicht darüber hinaus, wenn der erste Wellenformabschnitt 172 an der Magnetspule 130 angelegt ist. Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die an der Magnetspule 130 angelegte Wellenform so einge­ stellt bzw. abgestimmt, daß der Anker 104 genau in die Zwischenposition bewegt wird, ohne ihn darüber hinaus zu bewegen, d. h. ohne Überschwingen.

Das Verfahren gemäß Fig. 5 beginnt im Block 200, wobei eine Treibstoffeinspritzvorrichtung auf einem Test stand montiert ist und eine Testwellenform an der Magnetspule 130 angelegt wird. Diese Testwellenform kann eine Nomi­ nal- bzw. Nennwertwellenform sein, die identisch ist mit einer oder beiden der Wellenformen 172 und/oder 174, oder jede andere geeignete Wellenform. Im nächsten Schritt des Verfahrens wird die Bewegungsreaktion der Ankeranordnung gemessen (Block 202). Beispielsweise kann die Treibstof­ feinspritzvorrichtung mit einer Strömungsmittelversor­ gungsquelle gekoppelt sein, und der Stromwellenformab­ schnitt 172 wird an die Magnetspule 130 angelegt. Der Zeitpunkt, bei welchem eine Treibstoffdruckbeaufschlagung beginnt (d. h. der Zeitpunkt, bei welchem das Hochdruck- Ablaßventil schließt) kann erfaßt werden. Diese Erfassung erfolgt z. B. durch Anlegen einer Kraft an dem Kolben 82, während die Testwellenform an der Magnetspule 130 ange­ legt ist, und durch Erfassen der Zeit, bei welcher sich ein Rückdruck aufzubauen beginnt. Dies erfordert den Ein­ satz eines Kräftesensors, um den Rückdruck zu messen, oder einer Vorrichtung, um den Strömungsmitteldruck in der Einspritzvorrichtung zu messen. Alternativ kann auch jeder andere Parameter in diesem Zustand der Treibstoffe­ inspritzvorrichtung durch eine geeignete Vorrichtung er­ faßt werden, wie etwa die momentane Ankerposition. Jeden­ falls wird im nächsten Schritt (Block 204) die Einspritz­ vorrichtung anhand dieser Messung im vorhergehenden Schritt charakterisiert. Im allgemeinen hat die Steue­ rungswellenform der Einspritzvorrichtung einen oder meh­ rere Parameter, die getrimmt bzw. abgestimmt werden kön­ nen. Beispielsweise können diese Parameter die Stärke des ersten Haltestromes umfassen, um dabei die Strompegel und die notwendigen Federvorspannungen minimal zu halten, so daß es möglich ist, daß die Einspritzvorrichtung sogar bei Toleranzabweichungen im Herstellungsprozeß und bei Stromsteuerungsschwankungen befriedigend arbeitet. Ferner kann der Zeitpunkt des Beginns (t₀) der Wellenform 170 eingestellt werden, um eine Feineinstellung bzw. eine Ab­ stimmung des Zeitpunktes durchzuführen, ab welchem sich Fertigungsschwankungen der Einspritzvorrichtungen begin­ nen auf die Druckbeaufschlagung auszuwirken. Zusätzlich dazu kann die Dauer zwischen den Zeitpunkten t₀ und t₁ so eingestellt werden, daß die an die Magnetspule abgegebene Energie ausreichend ist, um den Anker in die Zwischenpo­ sition zu bewegen, - aber nicht darüber hinaus. Ferner kann die Dauer einer Zeitperiode zwischen den Zeitpunkten t₀ und t₁₀ eingestellt werden, während welcher der Strom in der Magnetspule veranlaßt wird, nach einer anderen als einer exponentiellen Rate abzuklingen. Dies kann umge­ kehrt wiederum verwendet werden, um die an die Magnetspu­ le abgegebene Energie grob so einzustellen, daß eine ge­ eignete Energie zugeführt wird, um die Ankerbewegung aus­ zulösen, aber nicht soviel Energie, um die Zwischenposi­ tion zu überschreiten. Die Zeitabschnitte zwischen t₅ und t₈ können ebenfalls so eingestellt werden, um eine Start- oder Auslöseinspritzung durchzuführen. Jeder andere Para­ meter (d. h. Größe und Dauer) kann auch abgestimmt bzw. eingestellt werden. Beispielsweise kann die Zeit zwischen t₀ und dem Beginn eines aktuellen Treibstoffeinspritzvor­ ganges oder die Anzugsströmgröße verändert werden. Nach­ dem die gewünschten Zeiteinstellungen an dem oder den Pa­ rametern der Steuerungswellenform der Einspritzvorrich­ tung für die spezielle Einspritzvorrichtung durchgeführt wurden, ist der Charakterisierungsschritt der Einspritz­ vorrichtung beendet und die Steuerung geht zu einem Block 206 über.

Im nächsten Schritt (Block 206) wird die Trimm- bzw. Ein­ stellungskategorie, mit welcher jede Einspritzvorrichtung charakterisiert wurde, je nach Wunsch aufgezeichnet. Die­ se Aufzeichnung kann auf der Einspritzvorrichtung selbst erfolgen, z. B. in Form einer auf der Einspritzvorrichtung gestempelten Zahl und/oder eines Balkencodes oder ähnli­ chem. Jede andere Aufzeichnungsform kann alternativ dazu oder zusätzlich dazu verwendet werden. Die Charakterie­ rungsangaben der Einspritzvorrichtungen, welche in einem speziellen Motor verwendet werden, werden sodann in einem Speicher in dem elektronischen Steuermodul (ECM) 66 ge­ speichert. Dies kann durchgeführt werden, indem die Cha­ rakterierungsangabe der Einspritzvorrichtung gelesen wird, und die Information per Hand in den Speicher oder die Information mit Hilfe eines Zahlencodelesers, etc. automatisch eingegeben wird. Dieser Lese- und Eingabevor­ gang kann beim oder nach dem Einbau der Einspritzvorrich­ tung in den Motor oder zu jeder beliebigen Zeit erfolgen.

Die übrigen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens finden im Betrieb der Einspritzvorrichtungen statt. Im Block 210 werden Steuerungswellenformen für die Ein­ spritzvorrichtungen basierend auf den eingegebenen Ein­ spritzvorrichtungs-Charakterisierungen gebildet. Speziell werden in einer ersten Variante eine oder mehrere Tabel­ len, in welchen Werte für jeden einstellbaren Parameter der Steuerungswellenform angegeben bzw. gespeichert sind, mit Rücksicht auf die jeweilige Charakterisierungsangabe ausgelesen, und die daraus gewonnenen entsprechenden Pa­ rameterwerte werden von dem elektronischen Steuermodul (ECM) 66 verwendet, um geeignete Steuerungswellenformen zu bilden. Bei einem alternativen Ausführung werden die Trimmwerte zum Modifizieren bzw. Abstimmen einer Nominal- Steuerungswellenform, um geeignete Größen der An­ zugsstrom- und Haltestrompegel sowie Zeitdauern zu erhal­ ten, in dem Speicher zusammen mit der Nominal- Steuerungswellenform gespeichert. Die Nominal-Steuerungs­ wellenform wird sodann unter Verwendung der Trimmwerte in geeigneter Weise abgestimmt. In jedem Fall wird eine Steuerungswellenform für jede Einspritzvorrichtung gebil­ det, und die Steuerungswellenformen werden verwendet, um die zugehörigen Einspritzvorrichtungen während des nach­ folgenden Betriebes zu steuern (Block 212).

Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf Trimmen bzw. Abstimmen der Stromwellenform 172 be­ schränkt. Vielmehr kann jede Größe bzw. jeder Betrag und/oder jede Dauer eines jeden Abschnitts von entweder dem Stromwellenformabschnitt 172 und/oder 174 oder jeder andere Abschnitt von Wellenformen, welche an den Treib­ stoffeinspritzvorrichtungen angelegt wird, in Überein­ stimmung mit den besonderen Einspritzvorrichtungs- Betriebscharakteristiken abgestimmt werden. Wenn bei­ spielsweise ein geteilter Einspritzvorgang durchgeführt werden soll, können eine oder mehrere Anzugs- oder Halte­ pegel des Starteinspritzabschnittes oder des Hauptein­ spritzabschnittes nach Bedarf entsprechend der Reaktion der Einspritzvorrichtung auf eine angelegte Testwellen­ form verändert werden. In diesem Falle wird die Ein­ spritzvorrichtungsreaktion anhand derjenigen Zeit bemes­ sen, welche zwischen dem Anlegen eines Anzugsstrompegels und dem Zeitpunkt liegt, an welchem die Einspritzvorrich­ tung beginnt, Strömungsmittel in Reaktion auf das Anlegen eines derartigen Anzugsstromes einzuspritzen.

Zahlreiche Abänderungen und alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann ange­ sichts der vorstehenden Beschreibung ersichtlich. Dement­ sprechend soll diese Beschreibung nur als erläuternd an­ gesehen werden und dem Zweck dienen, dem Fachmann die be­ ste Art und Weise zum Ausführen der Erfindung zu lehren. Die Einzelheiten des Aufbaus und/oder der Funktion können wesentlich verändert werden, ohne das man den Gedanken der Erfindung verläßt.

Claims (16)

1. Verfahren zum Betreiben einer Treibstoffeinspritz­ vorrichtung (20), die einen Elektromagneten (100) mit einer Magnetspule (130) und einer Ankeranordnung (104) aufweist, welche in einen eine Nominalposition umfassenden Positionsbereich bewegbar ist, mit den Schritten:

• - Anlegen einer Testwellenform an die Magnetspule (130), um eine Reaktion der Ankeranordnung (104) zu verursachen;
• - Messen der Reaktion der Ankeranordnung (104), während die Testwellenform an der Magnetspule (130) angelegt ist;
• - Bilden einer Steuerungswellenform als Funktion der Abweichung der gemessenen Reaktion der An­ keranordnung (104) von einer ausgewählten Be­ triebscharakteristik; und
• - sodann Anlegen der gebildeten Steuerungswellen­ form an die Magnetspule (130), um zu veranlas­ sen, daß die Ankeranordnung (104) die Nominalpo­ sition erreicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die gebildete Steuerungswellenform einen Haltestrom mit einem Pa­ rameter umfaßt, der anhand der Abweichung von der Position der Ankerordnung (104) von der Nominalposi­ tion festgelegt wird, wenn die gebildete Steuerungs­ wellenform an der Magnetspule (130) angelegt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die gebildete Steuerungswellenform einen Anzugsstrom mit einem Parameter umfaßt, der anhand der Abweichung der Position der Ankeranordnung (104) von der Nomi­ nalposition festlegt wird, wenn die gebildete Steue­ rungswellenform an der Magnetspule (130) anliegt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem beim Bilden einer Steuerungswellenform eine Zeitperiode zwischen einem Startpunkt der Steuerungswellenform und einer maximalen An­ zugsstromgröße eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei wel­ chem beim Bilden der Steuerungswellenform ein Start­ punkt der Steuerungswellenform eingestellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem beim Bilden der Steuerungswellenform die Position der Ankeran­ ordnung (104) erfaßt, und die Steuerungswellenform aus einem Speicher als Funktion der Abweichung der erfaßten Position der Ankeranordnung (104) von der Nominalposition ausgelesen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die gebildete Steuerungswellenform einen Anzugsstromwellenformab­ schnitt und einen Haltestromwellenformabschnitt um­ faßt, welche jeweils einen Parameter aufweisen, der anhand der Abweichung der Position der Ankeranord­ nung (104) von der Nominalposition bestimmt wird, wenn die gebildete Steuerungswellenform an der Ma­ gnetspule (130) angelegt ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem beim Bilden der Steuerungswellenform ei­ ne Zeitperiode eingestellt wird, während welcher die Steuerungswellenform nach einer von einer exponenti­ ellen Rate abweichenden Rate abklingt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, beim welchem beim Bilden der Steuerungswellenform ein oder mehrere Parameter eines Starteinspritzab­ schnittes der Steuerungswellenform abgestimmt wird/werden.

10. Verfahren zum Betreiben einer Treibstoffeinspritz­ vorrichtung, welche einen Elektromagneten (100) mit einer Magnetspule (130) und einer Ankeranordnung (104) aufweist, die in eine Nominal-Zwischen­ position bewegbar ist, wenn eine Nominal-Steuerungs­ wellenform an der Magnetspule (130) angelegt wird, mit den Schritten:

• - Anlegen der Nominal-Steuerungswellenform an die Magnetspule (130), um die Ankeranordnung (104) zu bewegen;
• - Erfassen der Bewegung der Ankeranordnung (104), wenn die Nominal-Steuerungswellenform an der Ma­ gnetspule (130) angeordnet ist;
• - Bilden einer abgestimmten Steuerungswellenform als Funktion der erfaßten Bewegung der Ankeran­ ordnung (104); und
• - Anlegen der abgestimmten Steuerungswellenform an die Magnetspule (130), um zu veranlassen, daß die Ankeranordnung (104) die Nominal-Zwischenposition erreicht.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem beim Bilden der abgestimmten Steuerungswellenform die Größe ei­ nes Haltestromes verändert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei welchem beim Bilden der Steuerungswellenform mindestens ein Ab­ schnitt eines Anzugsstromwellenformabschnittes und eines Haltestromwellenabschnittes verändert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei welchem beim Bilden der abgestimmten Steuerungswel­ lenform ein Startpunkt der abgestimmten Steuerungs­ wellenform eingestellt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei welchem beim Bilden der abgestimmten Steuerungswellenform eine Zeitperi­ ode zwischen dem Startpunkt der abgestimmten Steue­ rungswellenform und einer maximalen Anzugsstromgröße eingestellt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei welchem beim Bilden der abgestimmten Steuerungswel­ lenform eine Zeitperiode eingestellt wird, während welcher die abgestimmte Steuerungswellenform nach einer von einer exponentiellen Rate abweichenden Ra­ te abklingt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei welchem beim Bilden der abgestimmten Steuerungswel­ lenform ein oder mehrere Parameter eines Startein­ spritzabschnittes der abgestimmten Steuerungswellen­ form eingestellt wird/werden.